JP6907950B2

JP6907950B2 - 無段変速機の制御装置

Info

Publication number: JP6907950B2
Application number: JP2018001368A
Authority: JP
Inventors: 正太郎荒井; 邦雄服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: JP2019120349A

Description

本発明は、無段変速機の制御装置に関する。

特許文献１には、セカンダリプーリのみにセカンダリ油圧センサを備える無段変速機の制御装置において、目標変速比に対し実変速比をフィードバック（ＦＢ）制御することが開示されている。

特許第５４０３１６４号公報

しかしながら、フィードフォワード（ＦＦ）制御とフィードバック制御とを行う場合、フィードバック積分項は、プライマリ油圧誤差とフィードフォワード制御誤差（推力比マップ誤差と推定トルク誤差）とを含むが、フィードフォワード制御誤差は、セカンダリプーリの推力とプライマリプーリの推力との比の誤差であるため、セカンダリ油圧の変化に伴いフィードバック積分項を変動させてしまう。また、フィードバック制御を使用できない際には、不要な影響を受けないようフィードバック積分項をリセットすることが考えられるが、フィードバック制御を再開した場合にフィードバック積分項が収束するまで変速追従性が悪くなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、フィードバック積分項をリセットした後、フィードバック制御を再開する際の変速追従性の悪化を抑制することができる無段変速機の制御装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る無段変速機の制御装置は、プライマリプーリのプライマリ油圧を検知するプライマリ油圧検知センサを備えず、セカンダリプーリのセカンダリ油圧を検知するセカンダリ油圧検知センサを備え、目標変速比に対して実変速比をフィードフォワード制御及びフィードバック制御する無段変速機の制御装置において、推力比誤差と推定トルク誤差とがフィードバック積分項に与える影響が、プライマリ圧誤差がフィードバック積分項に与える影響と比較して十分に小さく、前記実変速比が前記目標変速比に収束している場合、前記フィードバック積分項の値をプライマリ油圧誤差値として学習することを特徴とするものである。

本発明に係る無段変速機の制御装置は、プライマリ油圧学習精度が確保できる領域である場合、フィードバック積分項の値をプライマリ油圧誤差値として学習するため、セカンダリ油圧が変化してもフィードバック積分項を変動させない誤差であるプライマリ油圧誤差を学習しておくことができ、フィードバック積分項をリセットした後、フィードバック制御を再開する際の変速追従性の悪化を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両を構成するエンジンから駆動輪までの動力伝達経路の概略構成を説明する図である。図２は、油圧制御回路における無段変速機の駆動を行う部分を示した図である。図３は、エンジンや無段変速機などを制御するために車両に設けられた制御系統の要部を説明するブロック線図である。図４は、プライマリ圧の油圧制御構造の一例を示したブロック図である。図５は、図４のブロックＢ５で電子制御装置が行うプライマリフィードバック推力の積分項の学習制御の一例を示したフローチャートである。

以下に、本発明に係る無段変速機の制御装置の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る車両１０を構成するエンジン１２から駆動輪２４までの動力伝達経路の概略構成を説明する図である。図１において、例えば走行用の駆動力源として用いられるエンジン１２により発生させられた動力は、トルクコンバータ１４、前後進切換装置１６、ベルト式の無段変速機１８、減速歯車装置２０、差動歯車装置２２などを順次介して、左右の駆動輪２４へ伝達される。

トルクコンバータ１４は、エンジン１２のクランク軸１３に連結されたポンプ翼車１４ｐ、及び、トルクコンバータ１４の出力側部材に相当するタービン軸３０を介して前後進切換装置１６に連結されたタービン翼車１４ｔを備えており、流体を介して動力伝達を行うようになっている。また、ポンプ翼車１４ｐ及びタービン翼車１４ｔの間にはロックアップクラッチ２６が設けられており、このロックアップクラッチ２６が完全係合させられることによって、ポンプ翼車１４ｐ及びタービン翼車１４ｔは一体回転させられる。ポンプ翼車１４ｐには、無段変速機１８を変速制御したり、無段変速機１８におけるベルト挟圧力を発生させたり、ロックアップクラッチ２６のトルク容量を制御したり、前後進切換装置１６における動力伝達経路を切り換えたり、車両１０の動力伝達経路の各部に潤滑油を供給したりするための作動油圧を、エンジン１２により回転駆動されることにより発生させる機械式のオイルポンプ２８が連結されている。

前後進切換装置１６は、前進用クラッチＣ１及び後進用ブレーキＢ１とダブルピニオン型の遊星歯車装置１６ｐとを主体として構成されている。トルクコンバータ１４のタービン軸３０は、遊星歯車装置１６ｐのサンギヤ１６ｓに一体的に連結されている。また、無段変速機１８の入力軸３２は、遊星歯車装置１６ｐのキャリア１６ｃに一体的に連結されている。一方、キャリア１６ｃとサンギヤ１６ｓとは、前進用クラッチＣ１を介して選択的に連結され、遊星歯車装置１６ｐのリングギヤ１６ｒは、後進用ブレーキＢ１を介して非回転部材としてのハウジング３４に選択的に固定されるようになっている。前進用クラッチＣ１及び後進用ブレーキＢ１は、断続装置に相当するもので、何れも油圧シリンダによって摩擦係合させられる油圧式摩擦係合装置である。

このように構成された前後進切換装置１６では、前進用クラッチＣ１が係合されるとともに後進用ブレーキＢ１が解放されると、前後進切換装置１６は一体回転状態とされることによりタービン軸３０が入力軸３２に直結され、前進用動力伝達経路が成立させられて、前進方向の駆動力が無段変速機１８側へ伝達される。また、後進用ブレーキＢ１が係合されるとともに前進用クラッチＣ１が解放されると、前後進切換装置１６は後進用動力伝達経路が成立させられて、入力軸３２はタービン軸３０に対して逆方向へ回転させられるようになり、後進方向の駆動力が無段変速機１８側へ伝達される。また、前進用クラッチＣ１及び後進用ブレーキＢ１がともに解放されると、前後進切換装置１６は動力伝達を遮断するニュートラル状態（動力伝達遮断状態）とされる。

エンジン１２は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関にて構成されている。このエンジン１２の吸気配管３６には、スロットルアクチュエータ３８を用いてエンジン１２の吸入空気量を電気的に制御する為の電子スロットル弁４０が備えられている。

無段変速機１８は、入力軸３２に設けられた入力側部材である有効径が可変の入力側可変プーリであるプライマリプーリ４２、及び、出力軸４４に設けられた出力側部材である有効径が可変の出力側可変プーリであるセカンダリプーリ４６と、プライマリプーリ４２及びセカンダリプーリ４６の間に巻き掛けられた伝動ベルト４８とを備えており、プライマリプーリ４２及びセカンダリプーリ４６と伝動ベルト４８との間の摩擦力を介して動力伝達が行われる。

プライマリプーリ４２は、入力軸３２に固定された固定シーブ４２ａと、入力軸３２に対して軸まわりの相対回転不能かつ軸方向の移動可能に設けられた可動シーブ４２ｂと、それらの間のＶ溝幅を変更するためのプライマリプーリ４２における入力側推力であるプライマリ推力Ｗｉｎ（＝プライマリ圧Ｐｉｎ×受圧面積）を付与するプライマリ側油圧シリンダ４２ｃとを備えて構成されている。また、セカンダリプーリ４６は、出力軸４４に固定された固定シーブ４６ａと、出力軸４４に対して軸まわりの相対回転不能かつ軸方向の移動可能に設けられた可動シーブ４６ｂと、それらの間のＶ溝幅を変更するためのセカンダリプーリ４６における出力側推力であるセカンダリ推力Ｗｏｕｔ（＝セカンダリ圧Ｐｏｕｔ×受圧面積）を付与するセカンダリ側油圧シリンダ４６ｃとを備えて構成されている。

そして、プライマリ側油圧シリンダ４２ｃへの油圧であるプライマリ圧Ｐｉｎ及びセカンダリ側油圧シリンダ４６ｃへの油圧であるセカンダリ圧Ｐｏｕｔが油圧制御回路２１（図３参照）によって各々独立に調圧制御されることにより、プライマリ推力Ｗｉｎ及びセカンダリ推力Ｗｏｕｔが制御される。これにより、プライマリプーリ４２及びセカンダリプーリ４６のＶ溝幅が変化して伝動ベルト４８の掛かり径（有効径）が変更され、変速比γ（＝入力軸回転速度Ｎｉｎ／出力軸回転速度Ｎｏｕｔ）が連続的に変化させられると共に、伝動ベルト４８が滑りを生じないようにプライマリプーリ４２及びセカンダリプーリ４６と伝動ベルト４８との間の摩擦力（ベルト挟圧力）が制御される。このように、プライマリ推力Ｗｉｎ及びセカンダリ推力Ｗｏｕｔが各々制御されることで伝動ベルト４８の滑りが防止されつつ実際の変速比γである実変速比γａｃｔが目標変速比γ^＊とされる。なお、入力軸回転速度Ｎｉｎは入力軸３２の回転速度であり、出力軸回転速度Ｎｏｕｔは出力軸４４の回転速度である。また、図１からわかるように、入力軸回転速度Ｎｉｎはプライマリプーリ４２の回転速度と同一であり、出力軸回転速度Ｎｏｕｔはセカンダリプーリ４６の回転速度と同一である。

無段変速機１８では、例えばプライマリ圧Ｐｉｎが高められると、プライマリプーリ４２のＶ溝幅が狭くされて変速比γが小さくされるすなわち無段変速機１８がアップシフトされる。また、プライマリ圧Ｐｉｎが低められると、プライマリプーリ４２のＶ溝幅が広くされて変速比γが大きくされるすなわち無段変速機１８がダウンシフトされる。従って、プライマリプーリ４２のＶ溝幅が最小とされるところで、無段変速機１８の変速比γとして最小変速比γｍｉｎ（最高速側変速比、最Ｈｉ）が形成される。また、プライマリプーリ４２のＶ溝幅が最大とされるところで、無段変速機１８の変速比γとして最大変速比γｍａｘ（最低速側変速比、最Ｌｏｗ）が形成される。

図２は、油圧制御回路２１における無段変速機１８の駆動を行う部分を示した図である。油圧制御回路２１においては、オイルポンプ２８から吐出されたオイルが油路７１に供給される。この油路７１は、無段変速機１８のプライマリプーリ４２にオイルを供給してプライマリプーリ４２に油圧を作用させるとともに、無段変速機１８のセカンダリプーリ４６にオイルを供給してセカンダリプーリ４６に対し油圧を作用させるためのものである。

油圧制御回路２１には、オイルポンプ２８のオイル吐出圧を無段変速機１８の油圧駆動等に用いられる油圧であるライン圧に調圧するプライマリレギュレータバルブ７２が設けられている。さらに、油圧制御回路２１には、ライン圧を元にしてプライマリプーリ４２に作用する油圧を調圧するプライマリプーリコントロールバルブ７５と、同じくライン圧を元にしてセカンダリプーリ４６に作用する油圧を調圧するセカンダリプーリコントロールバルブ７３とが設けられている。プライマリプーリコントロールバルブ７５はリニアソレノイドバルブ７６により油圧を利用して駆動制御され、セカンダリプーリコントロールバルブ７３はリニアソレノイドバルブ７４により油圧を利用して駆動制御される。

セカンダリプーリ４６に作用する油圧の調整に関しては、リニアソレノイドバルブ７４の駆動制御を通じて、上記油圧の作用に基づきセカンダリプーリ４６（図１）の軸線方向に生じるセカンダリ推力Ｗｏｕｔが、伝動ベルト４８とプライマリプーリ４２及びセカンダリプーリ４６との間に滑りを生じさせることのない値となるように行われる。また、プライマリプーリ４２に作用する油圧の調整に関しては、リニアソレノイドバルブ７６の駆動制御を通じて、上記油圧の作用に基づきプライマリプーリ４２（図１）の軸線方向に生じるプライマリ推力Ｗｉｎが目標変速比γ^＊を実現可能な値となるように行われる。例えば、変速比γをＬｏｗ側に変更しようとする際にはプライマリ推力Ｗｉｎが小となるようプライマリプーリ４２に作用する油圧が小とされ、変速比γをＨｉ側に変更しようとする際にはプライマリ推力Ｗｉｎが大となるようプライマリプーリ４２に作用する油圧が大とされる。

図３は、エンジン１２や無段変速機１８などを制御するために車両１０に設けられた制御系統の要部を説明するブロック線図である。図３において、車両１０には、例えば無段変速機１８の変速制御などに関連する変速機の制御装置としての機能を有する電子制御装置１１０が備えられている。電子制御装置１１０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより車両１０の各種制御を実行する。例えば、電子制御装置１１０は、エンジン１２の出力制御や無段変速機１８の変速制御やベルト挟圧力制御などを実行するようになっている。

電子制御装置１１０には、エンジン回転速度センサ１２０により検出されたクランク軸１３の回転角度（位置）Ａ_ＣＲ及びエンジン１２の回転速度（エンジン回転速度）Ｎ_Ｅを表す信号、タービン回転速度センサ１２１により検出された入力軸３２（タービン軸）の回転速度（タービン回転速度）Ｎ_Ｔを表す信号、入力軸回転速度センサ１２２により検出された無段変速機１８の入力回転速度である入力軸回転速度Ｎ_ｉｎを表す信号、出力軸回転速度センサ１２３により検出された車速Ｖに対応する無段変速機１８の出力回転速度である出力軸回転速度Ｎ_ｏｕｔを表す信号、スロットルセンサ１２４により検出された電子スロットル弁のスロットル弁開度θ_ＴＨを表す信号、アクセル開度センサ１２５により検出された運転者の加速要求量としてのアクセルペダルの操作量であるアクセル開度Ａ_ＣＣを表す信号、フットブレーキスイッチ１２６により検出された常用ブレーキであるフットブレーキが操作された状態を示すブレーキオンＢ_ＯＮを表す信号、レバーポジションセンサ１２７により検出されたシフトレバーのレバーポジション（操作位置）Ｐ_ＳＨを表す信号、セカンダリ圧センサ１２８により検出されたセカンダリプーリ４６への供給油圧であるセカンダリ圧Ｐｏｕｔを表す信号などが、それぞれ供給される。なお、電子制御装置１１０は、例えば、出力軸回転速度Ｎ_ｏｕｔと入力軸回転速度Ｎ_ｉｎとに基づいて無段変速機１８の実変速比γａｃｔ（＝Ｎ_ｉｎ／Ｎ_ｏｕｔ）を逐次算出する。

また、電子制御装置１１０からは、エンジン１２の出力制御のためのエンジン出力制御指令信号Ｓ_Ｅや、無段変速機１８の変速に関する油圧制御のための油圧制御指令信号Ｓ_ＣＶＴなどが、それぞれ出力される。具体的には、エンジン出力制御指令信号Ｓ_Ｅとして、スロットルアクチュエータ１３０を駆動して電子スロットル弁の開閉を制御するためのスロットル信号や、燃料噴射装置１３１から噴射される燃料の量を制御するための噴射信号や、点火装置１３２によるエンジン１２の点火時期を制御するための点火時期信号などが出力される。また、油圧制御指令信号Ｓ_ＣＶＴとしては、プライマリ圧Ｐｉｎを調圧するリニアソレノイドバルブ７６を駆動するための指令信号や、セカンダリ圧Ｐｏｕｔを調圧するリニアソレノイドバルブ７４を駆動するための指令信号などが、油圧制御回路２１へ出力される。

図４は、プライマリ圧Ｐｉｎの油圧制御構造の一例を示したブロック図である。なお、図４において、プライマリプーリ４２への入力トルクＴｉｎ及び目標変速比γ^＊などが、電子制御装置１１０により逐次算出される。

電子制御装置１１０は、例えば、プライマリプーリ４２に入力された入力トルクＴｉｎや目標変速比γ^＊に基づいて予め設定された推力比マップにより求めた推力比τなどから、下記（１）式に示すプライマリシーブバランス推力演算式を用いて、プライマリシーブバランス推力Ｗｉｎｂｌを算出する（図４のブロックＢ１）。

そして、電子制御装置１１０は、その算出したプライマリシーブバランス推力Ｗｉｎｂｌに、プライマリプーリ４２側にて目標の変速を実現する場合のプライマリプーリ側換算の差推力であるプライマリ変速差推力を加算することによって、プライマリフィードフォワード推力Ｗｉｎｆｆを算出する（図４のブロックＢ２）。

また、電子制御装置１１０は、目標変速比γ^＊と実変速比γａｃｔとの変速比偏差（＝γ^＊−γ）Δγに基づいて、例えば下記（２）式に示すようなフィードバック制御式を用いて、実変速比γａｃｔを目標変速比γ^＊と一致させるためのプライマリフィードバック推力Ｗｉｎｆｂを算出する（図４のブロックＢ３及びブロックＢ４など）。なお、下記（２）式において、比例項（ＦＢ推力比例項）におけるＫＰは比例ゲイン（所定の比例定数）であり、積分項（ＦＢ推力積分項）におけるＫＩは積分ゲイン（所定の積分定数）である。

そして、電子制御装置１１０は、プライマリフィードフォワード推力Ｗｉｎｆｆに対して、プライマリフィードバック推力Ｗｉｎｆｂにより補正された値を目標プライマリ推力として設定する。

また、電子制御装置１１０は、上記（２）式を用いてプライマリフィードバック推力Ｗｉｎｆｂを算出した際の上記積分項の値を、所定の条件を満たした場合に、Ｐｉｎ誤差値として学習する（図４のブロックＢ５）。

そして、電子制御装置１１０は、目標プライマリ推力を、プライマリ側油圧シリンダ４２ｃの受圧面積に基づいて目標プライマリ圧に変換し、その変換した目標プライマリ圧を学習した上記積分項によって補正してプライマリ指示圧Ｐｉｎｔｇｔを設定する（図４のブロックＢ６など）。そして、電子制御装置１１０は、油圧制御指令信号Ｓ_ＣＶＴとしてプライマリ指示圧Ｐｉｎｔｇｔを油圧制御回路２１へ出力する。油圧制御回路２１は、その油圧制御指令信号Ｓ_ＣＶＴにしたがって、リニアソレノイドバルブ７６を作動させてプライマリ圧Ｐｉｎを調圧する。

図５は、図４のブロックＢ５で電子制御装置１１０が行うプライマリフィードバック推力Ｗｉｎｆｂの積分項の学習制御の一例を示したフローチャートである。

まず、電子制御装置１１０は、下記（３）式に示したモーメント法による誤差伝搬式に基づいて、右辺の第１項と第２項の誤差量を推定することで学習可能領域を算出し、推力比誤差と推定トルク誤差とが上記積分項に与える影響が、Ｐｉｎ誤差が上記積分項に与える影響と比較して十分に小さい（Ｐｉｎ学習精度が確保できる領域である）かを判定する（ステップＳ１）。なお、下記（３）式において、Ｔは推定ベルト入力トルク、Ｒはベルト懸り径、μはベルト−プーリ間の摩擦係数、αはシーブ角、Ａｉｎはプライマリ側油圧シリンダ４２ｃの受圧面積、σＷｉｎはプライマリシーブ推力誤差（＝積分項）、στは推力比誤差、σＴは推定トルク誤差、及び、σＰｉｎはプライマリ圧Ｐｉｎのバラツキである。

ステップＳ１にて、十分に小さくない（Ｐｉｎ学習精度が確保できる領域ではない）と判定した場合（ステップＳ１でＮｏ）、電子制御装置１１０は上記積分項の学習をせずに、一連の制御を終了する。一方、ステップＳ１にて、十分に小さい（Ｐｉｎ学習精度が確保できる領域である）と判定した場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、電子制御装置１１０は、目標変速比γ^＊が一定（目標変速速度が０）であるかを判定する（ステップＳ２）。目標変速比γ^＊が一定ではないと判定した場合（ステップＳ２でＮｏ）、電子制御装置１１０は上記積分項の学習をせずに、一連の制御を終了する。一方、目標変速比γ^＊が一定であると判定した場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、電子制御装置１１０は、実変速比γａｃｔが目標変速比γ^＊に収束している（上記積分項が収束している）かを判定する（ステップＳ３）。実変速比γａｃｔが目標変速比γ^＊に収束していないと判定した場合（ステップＳ３でＮｏ）、電子制御装置１１０は上記積分項の学習をせずに、一連の制御を終了する。一方、実変速比γａｃｔが目標変速比γ^＊に収束していると判定した場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、電子制御装置１１０は上記積分項をＰｉｎ誤差相当分（Ｐｉｎ誤差値）として学習を実施する（ステップＳ４）。そして、電子制御装置１１０は、一連の制御を終了する。

推力比誤差と推定トルク誤差とが上記積分項に与える影響が、Ｐｉｎ誤差が上記積分項に与える影響よりも十分に小さい（Ｐｉｎ学習精度が確保できる領域である）とき、上記積分項にはプライマリ指示圧Ｐｉｎｔｇｔに対する実プライマリ圧Ｐｉｎａｃｔのずれ量のみが溜まる。よって、電子制御装置１１０は、Ｐｉｎ学習精度が確保できる領域である場合には、上記積分項の値をＰｉｎ誤差値として学習するため、セカンダリ圧Ｐｏｕｔが変化しても上記積分項を変動させない誤差であるＰｉｎ誤差を学習しておくことができる。よって、上記積分項をリセットした後、フィードバック制御を再開した際、フィードバック制御開始直後の変速追従性の悪化を抑制することができる。

１８無段変速機
４２プライマリプーリ
４６セカンダリプーリ
１１０電子制御装置
１２８セカンダリ圧センサ

Claims

プライマリプーリのプライマリ油圧を検知するプライマリ油圧検知センサを備えず、セカンダリプーリのセカンダリ油圧を検知するセカンダリ油圧検知センサを備え、目標変速比に対して実変速比をフィードフォワード制御及びフィードバック制御する無段変速機の制御装置において、
推力比誤差と推定トルク誤差とがフィードバック積分項に与える影響が、プライマリ圧誤差がフィードバック積分項に与える影響と比較して十分に小さく、
前記実変速比が前記目標変速比に収束している場合、
前記フィードバック積分項の値をプライマリ油圧誤差値として学習することを特徴とする無段変速機の制御装置。