JP6924619B2 - 位置制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧アクチュエータの制御弁に駆動信号を出力して位置制御を行う位置制御装置に関する。

トロイダル無段変速機では、変速比の変更のために油圧機構によりパワーローラを変位させるが、寒冷地での起動時には油の流動性の低下によりパワーローラの動作に応答遅れが生じるため、低温起動時には暖機運転が必要となる。暖機運転の一例として、特許文献１では、低温起動時の暖機運転において、変速機が減速状態に維持される範囲で油圧機構の制御弁のスプールを往復動させてピストンを振動させることで、油を流動させて暖機を促進する低温制御が行われる。そして、油温が基準温度に到達すると、閉ループ制御により変速比を指令値に近づくように制御弁を制御する通常制御が開始される。

特許第４４９５１１７号公報

近年は変速機の早期起動のために暖機運転の更なる短縮化が望まれる。しかし、暖機運転から通常運転に切り替わる基準温度を下げて通常制御を早く開始させると、油の流動性が不十分であるために、制御弁の開度が小さい領域では流路の粘性抵抗が相対的に大きくなり、弁開度と油流量との間の関係に強い非線形性が現れることになる。そのため、通常制御の開始直後の初期段階では、閉ループ制御が暫く不安定になることがあり、暖機運転の短縮化には限界があるのが現状である。

そこで本発明は、低温起動時において、暖機運転の短縮化を図りながらも、暖機運転から通常運転に切り替わった後の閉ループ制御の不安定化を防止することを目的とする。

本発明の一態様に係る位置制御装置は、対象物の動作位置を変化させる油圧アクチュエータの制御弁に駆動信号を出力して位置制御を行う位置制御装置であって、前記対象物の動作位置の実値を取得する位置取得器と、前記対象物の動作位置の目標値と前記実値との偏差を減らす閉ループ制御により前記制御弁に対する指令値を算出する位置制御器と、前記閉ループ制御の開始時において前記動作指令値が所定の周波数で振動するように前記閉ループ制御の信号に振動波を付与する振動波付与器と、を備える。

前記構成によれば、閉ループ制御の開始時において、制御弁に対する動作指令値が所定の周波数で振動するように閉ループ制御の信号に振動波が付与されるので、微視的には振動的な動作指令値が制御弁に与えられると共に、巨視的には当該振動の極大値と極小値との間の各値を平均化した動作指令値が制御弁に与えられることになる。そのため、制御弁に静的な動作指令値を与える場合に比べ、制御弁の開度が小さい領域での粘度の影響が緩和され、弁開度と油流量との間の非線形性が緩和されることになる。よって、暖機運転の短縮化を図りながらも、暖機運転から通常運転に切り替わった後の閉ループ制御の不安定化を抑制できる。

前記周波数は、前記油圧アクチュエータの駆動部が前記振動波に起因した振動を起こさない高周波域の周波数であってもよい。

前記構成によれば、閉ループ制御の安定化を図りながらも、油圧アクチュエータの駆動部を正確に位置制御できる。

前記油圧アクチュエータの油温に関する情報を取得する油温取得器を更に備え、前記振動波付与器は、前記閉ループ制御の開始時において、前記油温取得器で取得された前記油温が基準温度未満であると判定されたとき、前記閉ループ制御の前記信号に対して前記振動波を付与してもよい。

前記構成によれば、低温環境下において暖機運転の短縮化と閉ループ制御の安定化とを効果的に実現できる。

前記振動波付与器は、前記油温取得器で取得された前記油温が上昇するにつれて前記振動波の周波数を高くする、及び／又は、前記油温が上昇するにつれて前記振動波の振幅を低くしてもよい。

前記構成によれば、油温が低いときには制御弁の振動的な動作により十分な線形化が図れると共に、油温が上昇したときには制御弁の振動的な動作を抑制して制御の安定性を更に向上できる。

前記閉ループ制御の開始前の暖機運転時において前記制御弁のスプールを往復動させるように前記制御弁に対して駆動信号を出力する暖機促進器を更に備えてもよく、前記振動波付与器の前記振動波の周波数は、前記暖機促進器の前記駆動信号の周波数よりも高周波であってもよい。

前記構成によれば、暖機促進を図りながら、閉ループ開始後には制御の安定化と正確な位置制御とを実現できる。

前記振動波付与器は、前記閉ループ制御を開始してから所定の第１期間と、前記第１期間の経過後の第２期間とにおいて前記閉ループ制御の前記信号に対して前記振動波を付与し、前記第１期間における前記振動波は、前記第２期間における前記振動波よりも低い周波数又は高い振幅の少なくとも一方を有してもよい。

前記構成によれば、閉ループ制御の初期には制御弁の振動的な動作により十分な線形化が図れると共に、閉ループ制御の開始から時間が経過して油温が上昇したときには制御弁の振動的な動作を抑制して制御の安定性を更に向上できる。

前記対象物は、その位置変化により無段変速機の変速比を変化させる変速要素であってもよい。

前記構成によれば、油圧アクチュエータを用いた変速比の閉ループ制御を安定かつ早期に開始できる。

前記無段変速機は、パワーローラの傾転角に応じて前記変速比を変化させるトロイダル無段変速機であり、かつ、前記変速要素は、前記パワーローラであってもよい。

前記構成によれば、トロイダル無段変速機の低温起動時において変速比の閉ループ制御を安定かつ早期に開始できる。

前記無段変速機から出力される動力は、発電機に入力され、かつ、前記発電機は、前記閉ループ制御の開始から遅れて発電動作を開始してもよく、前記振動波付与器は、少なくとも前記閉ループ制御の開始後かつ前記発電機の発電動作の開始前の期間に前記閉ループ制御の前記信号に対して前記振動波を付与してもよい。

前記構成によれば、閉ループ制御が開始してから早期に発電動作を安定的に開始できる。

前記振動波付与器は、前記閉ループ制御を開始後かつ前記発電機の発電動作の開始前の初期段階と、前記発電機の発電動作の開始後の安定段階とにおいて前記閉ループ制御の前記信号に対して前記振動波を付与し、前記初期段階における前記振動波は、前記安定段階における前記振動波よりも低い周波数又は高い振幅の少なくとも一方を有してもよい。

前記構成によれば、閉ループ制御の初期段階には制御弁の振動的な動作により十分な線形化が図れると共に、発電動作の開始後の安定段階には制御弁の振動的な動作を抑制して制御の安定性を更に向上できる。

本発明によれば、低温起動時において、暖機運転の短縮化を図りながらも、暖機運転から通常運転に切り替わった後の閉ループ制御の不安定化を防止できる。

実施形態に係る駆動機構一体型発電装置のスケルトン図である。 図１に示す駆動機構一体型発電装置の油圧回路図である。 図２に示す制御弁の断面図である。 図１に示す駆動機構一体型発電装置の変速制御装置のブロック図である。 制御弁の指令値（駆動電流）と油流量との関係の試験結果を示すグラフである。 図４に示す変速制御装置による起動時の油温及びその他の経時変化の一例を示すタイミングチャートである。 図６の拡大図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、実施形態に係る駆動機構一体型発電装置１のスケルトン図である。図１に示すように、駆動機構一体型発電装置１（Integrated Drive Generator，以下「ＩＤＧ」）は、航空機の交流電源として用いられる。ＩＤＧ１の起動時は、航空機のエンジン回転軸の回転動力がＩＤＧ１に伝達開始されても、ＩＤＧ１が安定動作できるまでは、航空機内の電装品はＩＤＧ１とは異なる補助電源（例えば、機外発電機又は補助発電機）によって駆動され、ＩＤＧ１が安定動作できるようになれば、電装品の電源が補助電源からＩＤＧ１に切り換わる。ＩＤＧ１は航空機の主電源として用いられるため、補助電源からＩＤＧ１への電源切換えは、離陸前に行われる。

ＩＤＧ１は、航空機のエンジンに取り付けられるケーシング２を備え、ケーシング２には、発電機３が定速駆動装置（Constant Speed Drive，以下「ＣＳＤ」）４と共に収容される。ＣＳＤ４は、航空機のエンジン回転軸（図示せず）の回転動力を発電機３に伝達する動力伝達経路を形成し、トロイダル無段変速機１０（以下「トロイダルＣＶＴ」）がその一部を構成する。エンジン回転軸の回転動力は、ＣＳＤ４の入力経路５を介してトロイダルＣＶＴ１０に入力され、トロイダルＣＶＴ１０で変速され、ＣＳＤ４の出力経路６を介して発電機軸７に出力される。発電機軸７が回転すると、発電機３は発電機軸７の回転速度に比例した周波数で交流電力を発生する。トロイダルＣＶＴ１０の変速比ＳＲは、エンジン回転軸の回転速度の変動に関わらず発電機軸７の回転速度を適値（航空機内の電装品が安定動作する周波数と対応する値）に保つように連続的に変更される。これにより、発電機３で発生される交流電力の周波数が適値に保たれ、航空機内の電装品が安定動作する。

トロイダルＣＶＴ１０では、ＣＶＴ入力軸１１及びＣＶＴ出力軸１２がＣＶＴ軸線Ａ１上で同軸状に配置される。入力ディスク１３がＣＶＴ入力軸１１上に一体回転可能に設けられ、出力ディスク１４がＣＶＴ出力軸１２上に一体回転可能に設けられる。入力ディスク１３及び出力ディスク１４は、互いに対向して円環状のキャビティ１５を形成する。本実施形態では、トロイダルＣＶＴ１０は、ダブルキャビティ型であり、同構造の２組の入力ディスク１３Ａ，１３Ｂ及び出力ディスク１４Ａ，１４Ｂを備え、２つのキャビティ１５Ａ，１５ＢがＣＶＴ軸線Ａ１方向に並ぶ。２つのパワーローラ１６（対象物）が１つのキャビティ１５内に配置され、各パワーローラ１６が転動軸線Ａ３周りに回転可能にトラニオン１７に支持される。トラニオン１７は、パワーローラ１６と一対一で対応し、傾転軸線Ａ２の延在方向に変位可能且つ傾転軸線Ａ２周りに回転可能にケーシング２に支持される。

パワーローラ１６は、トラクションオイルの供給を受け、且つクランプ機構１８により発生されるクランプ力でディスク１３，１４に押し付けられる。クランプ機構１８は、カム式（ローディングカム機構と称される場合もある）でも油圧式でもよい。これにより、高粘度油膜が入力側接触部（パワーローラ１６と入力ディスク１３との接触界面）と出力側接触部（パワーローラ１６と出力ディスク１４との接触界面）とに形成される。ＣＶＴ入力軸１１は入力経路５から入力された回転動力で回転駆動される。ＣＶＴ入力軸１１が回転すると、入力ディスク１３が一体回転し、パワーローラ１６が入力側接触部で生じる油膜の剪断抵抗で転動軸線Ａ３周りに回転駆動される。パワーローラ１６が転動軸線Ａ３周りに回転すると、出力ディスク１４が出力側接触部で生じる油膜の剪断抵抗で回転駆動され、ＣＶＴ出力軸１２が一体回転する。ＣＶＴ出力軸１２の回転動力は出力経路６に出力される。

変速比ＳＲはローラ位置Ｘ（パワーローラ１６の傾転軸線Ａ２の延在方向における位置）に応じて連続的に変更される。変速比ＳＲは、トロイダルＣＶＴ１０の入力回転速度（ＣＶＴ入力軸１１の回転速度）Ｎ１に対する出力回転速度（ＣＶＴ出力軸１２の回転速度）Ｎ２の比として定義され、半径比と等しい（ＳＲ＝Ｎ２／Ｎ１＝ｒ_in／ｒ_out）。半径比は、出力側接触半径ｒ_out（ＣＶＴ軸線Ａ１から出力側接触部までの距離）に対する入力側接触半径ｒ_in（ＣＶＴ軸線Ａ１から入力側接触部までの距離）の比である。ローラ位置Ｘが変更されると、パワーローラ１６がサイドスリップを解消するまで傾転軸線Ａ２周りに回転し、傾転角φ（パワーローラ１６の傾転軸線Ａ２周りの回転角）が変更される。傾転角φが変化すると、入力側接触部及び出力側接触部が変位し、それにより入力側接触半径ｒ_in及び出力側接触半径ｒ_outが連続的に変更される。したがって、半径比すなわち変速比ＳＲが連続的に変更される。

図２は、図１に示す駆動機構一体型発電装置１の油圧回路図である。図２に示すように、ローラ位置Ｘは油圧アクチュエータ２０によって変更される。油圧アクチュエータ２０は複数の油圧シリンダ２１（駆動部）を含む。油圧シリンダ２１は、パワーローラ１６及びトラニオン１７と一対一で対応する。油圧シリンダ２１は、ボディ２１ａ、ピストン２１ｂ及びロッド２１ｃを含む。油圧シリンダ２１は複動式であり、ボディ２１ａの内部はピストン２１ｂで増速室２２と減速室２３とに仕切られる。ロッド２１ｃは、傾転軸線Ａ２と同軸状に配置され、ピストン２１ｂをトラニオン１７に連結し、トラニオン１７及びこれに支持されたパワーローラ１６と共に傾転軸線Ａ２の延在方向に移動する。

増速室２２に油が供給され減速室２３から油が排出されると、ローラ位置Ｘが、傾転軸線Ａ２の延在方向における増速側へ変更される。油がその逆に流れると、ローラ位置Ｘが、傾転軸線Ａ２の延在方向における増速側とは反対側である減速側へ変更される。１つのキャビティ１５内に配置された２つのパワーローラ１６は、ローラ位置Ｘの変更時に半径比を互いに同値で保つため、傾転軸線Ａ２の延在方向において互いに逆向きに変位する。

ローラ位置Ｘが増速側へ変更されると、傾転角φが大きくなり変速比ＳＲが上昇する。ローラ位置Ｘが減速側へ変更されると、傾転角φが小さくなり変速比ＳＲが低下する。ローラ位置Ｘが上限点Ｘ_maxに達すると、傾転角φが最大傾転角φ_maxとなって変速比ＳＲが１を超える最大変速比ＳＲ_maxとなる。ローラ位置Ｘが下限点Ｘ_minに達すると、傾転角φが最小傾転角φ_minとなって変速比ＳＲが１未満の最小変速比ＳＲ_minとなる。パワーローラ１６の傾転許容範囲は、過傾転防止のためにトラニオン１７に設けられたストッパ（図示せず）により機械的に定められている。ローラ位置Ｘが中立点Ｘ_nであれば、傾転角φが中立角φ_nとなって変速比ＳＲが１となる。中立角φ_nは傾転許容範囲の中央値と概略等しく、最小変速比ＳＲ_minは最大変速比ＳＲ_maxの逆数と概略等しい。

油圧アクチュエータ２０は、制御弁２５を更に含む。油圧シリンダ２１がパワーローラ１６に一対一で対応するのに対し、制御弁２５は例えば複数のパワーローラ１６に対して単一である。制御弁２５は４方向切換弁であり、供給ポートＰＳ、戻りポートＰＴ、増速用制御ポートＣＡ及び減速用制御ポートＣＢを有する。油タンク２６から油を吸い出す油圧ポンプ２７は、供給ポートＰＳに接続され、戻りポートＰＴは、油タンク２６に接続されている。増速用制御ポートＣＡは、増速室２２に接続され、減速室２３は、減速用制御ポートＣＢに接続されている。制御弁２５はスプール弁であり、ポートの接続状態がスプール２８の位置に応じて切り換わる。制御弁２５は３位置切換弁であり、スプール２８は遮断領域（図２で中央位置）、増速領域（図２で左位置）又は減速領域（図２で右位置）に位置付けられる。

遮断領域では、制御ポートＣＡ，ＣＢが供給ポートＰＳ及び戻りポートＰＴから遮断される。このとき、増速室２２及び減速室２３に対する油の給排が止まり、変速比が維持される。増速領域では、増速用制御ポートＣＡが供給ポートＰＳと接続されて減速用制御ポートＣＢが戻りポートＰＴと接続される。このとき、油が増速室２２に供給されて減速室２３から排出され、変速比が上昇する。減速領域では、増速用制御ポートＣＡが戻りポートＰＴと接続されて減速用制御ポートＣＢが供給ポートＰＳと接続される。このとき、油が減速室２３に供給されて増速室２２から排出され、変速比が低下する。スプール２８が増速領域又は減速領域に位置する際、供給ポートＰＳ及び戻りポートＰＴの開度は当該領域内でのスプール位置に応じて可変的に設定される。

制御弁２５は、スプール２８を駆動してスプール位置及び開度を制御する駆動部２９を有する。駆動部２９により増速室２２及び減速室２３に対して給排される油の流量及び圧力が調整される。制御弁２５は電動弁であり、駆動部２９は、変速制御装置４０（位置制御装置）から駆動信号が入力され、駆動信号の出力値Ｉ（電流値）に応じてスプール位置及び開度を制御する。

ＩＤＧ２には、油圧アクチュエータ２０の作動油の温度を検出する油温センサ３５（油温取得器）が設けられている。油温センサ３５は、油圧アクチュエータ２０の油圧回路を流れる油の温度を検出できれば何処に配置されてもよいが、一例として、油タンク２６に貯留された油の温度を検出する位置に配置される。

図３は、図２に示す制御弁２５の断面図である。図３に示すように、制御弁２５はノズルフラッパ型サーボ弁である。駆動部２９は、駆動信号が入力されてトルクを発生するモータ部３１、モータ部３１により発生されるトルクに応じてスプール２８を変位させるノズルフラッパ部３２、及びスプール２８の変位に応じてモータ部３１及びノズルフラッパ部３２を動作させるフィードバック部３３を備える。

モータ部３１では、駆動信号がコイル３１ａに入力されると、上下の磁極３１ｂ，３１ｃとアーマチャ３１ｄとの間で働く磁気力に基づき、駆動信号の極性及び大きさに応じたトルクがアーマチャ３１ｄに発生する。これにより、アーマチャ３１ｄが上下の磁極３１ｂ，３１ｃに対して傾斜する。ノズルフラッパ部３２では、アーマチャ３１ｄと一体化されたフラッパ３２ａが、アーマチャ３１ｄの傾斜に連動して変位する。そうすると、フラッパ３２ａと左ノズル３２ｂとの間のオリフィス絞り量、及びフラッパ３２ａと右ノズル３２ｃとの間のオリフィス絞り量が変化し、ノズル背圧の均衡が破れる（フラッパ３２ａが近づく方のノズル背圧は上昇し、遠ざかる方のノズル背圧は下降する）。スプール２８の両端面は、左ノズル背圧及び右ノズル背圧をそれぞれ受圧しており、ノズル背圧の不均衡発生に伴ってスプール２８が変位を開始する。フィードバック部３３は、例えばスプール２８とアーマチャ３１ｄとに支持されたスプリング３３ａにより構成される。スプール２８が変位すると、磁気力に基づくトルクと正反対のトルクがスプリング３３ａに発生し、フラッパ３２ａ及びアーマチャ３１ｄはそのトルクで中立位置に戻される。それにより、ノズル背圧の均衡が得られてスプール２８が停止する。以上の原理により、駆動信号の極性及び大きさに応じたスプール位置及び開度が得られる。

油圧アクチュエータ２０は、駆動信号が所定条件を満たすとローラ位置Ｘを所定位置で強制的に保持するバイアス機構（図示せず）を備える。例えば、当該バイアス機構は、出力値Ｉが零値Ｉ_zであるという条件を満たせばローラ位置Ｘを下限点Ｘ_minに強制的に戻し、変速比ＳＲを安全側となる最小変速比ＳＲ_minで保持する。なお、出力値Ｉが負値であるという条件を満たしたときも、ローラ位置Ｘが下限点Ｘ_minに強制的に戻される。バイアス機構は、アーマチャ３１ｄにその中立位置に対して一定の初期傾斜を機械的に与えることで実現される。出力値Ｉが零値Ｉ_zであれば、左右ノズル背圧間で初期傾斜に応じた差圧が生じる。それにより、スプール２８は、遮断領域内の中立位置ＳＰ_nではなく、減速領域内のバイアス位置に位置付けられる。

出力値Ｉが零値Ｉ_zとなりスプール２８がバイアス位置で維持されれば、ローラ位置Ｘ、傾転角φ及び変速比ＳＲは、それぞれ下限点Ｘ_min、最小傾転角φ_min及び最小変速比ＳＲ_minに達し、そこで保持される。逆に、スプール２８を遮断領域内の中立位置ＳＰ_nに位置付けてローラ位置Ｘを維持するためには、初期傾斜の相殺に必要なトルクがアーマチャ３１ｄに生じるように駆動信号の出力値Ｉを設定し、その駆動信号をコイル３１ａに通電させ続ける必要がある。以下、中立位置ＳＰ_nを得るための出力値Ｉを「中立値Ｉ_n」と称す。

図４は、図１に示す駆動機構一体型発電装置１の変速制御装置４０のブロック図である。図４に示すように、変速制御装置４０は、傾転角の実値を推定した値である推定値φ_estを求める傾転角推定器４１、ローラ位置の実値を推定した値である推定値Ｘ_estを求める位置推定器４２（位置取得器）、及び、ローラ位置の目標値Ｘ_refと推定値Ｘ_estの偏差ΔＸを解消するように油圧アクチュエータ２０の動作指令値Ｉ_refを求める位置制御器４３を備える。傾転角推定器４１は、傾転角を直接的に検出するセンサに依らずに、演算によって傾転角の推定値φ_estを求める。動作指令値Ｉ_refは、例えば、油圧アクチュエータ２０の制御弁２５に与えられる駆動信号の出力値（電流値）である。

傾転角推定器４１は、実変速比ＳＲを求める実変速比演算器４４（実変速比取得器）、及び実変速比ＳＲを傾転角の推定値φ_estに換算する換算器４５を備える。実変速比演算器４４は、トロイダルＣＶＴ１０の入力回転速度Ｎ１（エンジンＥの回転速度）とトロイダルＣＶＴ１０の出力回転速度Ｎ２との比に応じて実変速比ＳＲを求める。なお、入力回転速度Ｎ１及び出力回転速度Ｎ２は、それぞれ入力回転速度センサ及び出力回転速度センサにより検出される。

換算器４５は、傾転角φの実変速比ＳＲに対する関数の逆関数（φ＝ｆ⁻¹（ＳＲ））に従い、実変速比ＳＲに応じて傾転角を推定した値である推定値φ_estを求める。換算器４５は、実際に逆関数を算術演算してもよいが、演算負荷軽減のため逆関数に従ったテーブルを予め作成してこれを変速制御装置４０に記憶させておき、テーブル処理によって推定値φ_estを求めてもよい。

位置推定器４２は、傾転角φのモデルと油圧アクチュエータ２０のモデルとを用いて作成されたオブザーバであり、傾転角の推定値φ_estと油圧アクチュエータ２０の動作指令値Ｉ_refとに基づいてローラ位置の推定値Ｘ_estを求める。

変速制御装置４０は、変速比の指令値ＳＲ_refを求める目標変速比演算器４６を備える。目標変速比演算器４６は、入力回転速度センサで検出された入力回転速度Ｎ１と予め記憶されている出力回転速度の指令値Ｎ２_refとの比に応じて変速比の指令値ＳＲ_refを算出する。本実施形態では、出力回転速度の指令値Ｎ２_refは、航空機内の電装品の作動に適した周波数と対応する一定値に設定される。例えば、目標周波数ｆ_refを400Hz、発電機３の極数を２、出力回転速度センサの検出対象を発電機軸７の回転速度とする場合、指令値Ｎ２_refは24,000rpmの一定値である。

変速制御装置４０は、変速比の指令値ＳＲ_refと実変速比ＳＲとの偏差ΔＳＲを求める変速比減算器４７を備える（ΔＳＲ＝ＳＲ_ref−ＳＲ）。変速制御装置４０は、変速比の偏差ΔＳＲを減らすようにローラ位置の目標値Ｘ_refを算出する目標位置演算器４８を備える。即ち、目標位置演算器４８は、メジャー閉ループ制御ＬＰ１（第１閉ループ制御；フィードバック制御）により、偏差ΔＳＲをゼロに近づけるようにローラ位置の目標値Ｘ_refを所定の算出ゲインＧ₁で算出する。本実施形態では、算出ゲインＧ₁は一定である。

変速制御装置４０は、ローラ位置の目標値Ｘ_refと推定値Ｘ_estとの偏差ΔＸを求める位置減算器４９を備える（ΔＸ＝Ｘ_ref−Ｘ_est）。位置制御器４３は、偏差ΔＸを減らすように油圧アクチュエータ２０の動作指令値Ｉ_refを算出する。即ち、位置制御器４３は、マイナー閉ループ制御ＬＰ２（第２閉ループ制御；フィードバック制御）により、偏差ΔＸをゼロに近づけるように動作指令値Ｉ_refを所定の算出ゲインＧ₂で算出する。算出ゲインＧ₂については、後述する。

位置減算器４９に帰還するマイナー閉ループ制御ＬＰ２は、変速比減算器４７に帰還するメジャー閉ループ制御ＬＰ１に包含されたループである。油圧アクチュエータ２０の制御弁２５が動作指令値Ｉ_refで示される駆動信号を与えられることで、実ローラ位置は目標値Ｘ_refに近づけられる。そして、実変速比ＳＲが指令値ＳＲ_refに近づけられ、出力回転速度Ｎ２が指令値Ｎ２_refに近づけられる。制御安定性のためには、マイナー閉ループ制御ＬＰ２（ローラ位置制御）の感度が、メジャー閉ループ制御ＬＰ１（変速比制御）の感度よりも高いことが望まれる。即ち、マイナー閉ループ制御ＬＰ２の入力（目標値Ｘ_ref）の変化率に対する出力（動作指令値Ｉ_ref）の変化率の割合（ΔＩ_ref／ΔＸ_ref）が、メジャー閉ループ制御ＬＰ１の入力（指令値ＳＲ_ref）の変化率に対する出力（目標値Ｘ_ref）の変化率の割合（ΔＸ_ref／ΔＳＲ_ref）よりも高いことが望まれる。

位置制御器４３は、油温センサ３５で検出される油温が低くなるにつれて、動作指令値Ｉ_refの算出ゲインＧ₂を予め決められた変化率で増加させるゲイン調整を行う。具体的には、位置制御器４３は、油温センサ３５で検出された油温Ｔに応じてゲイン設定器６０で決定される算出ゲインＧ₂に基づいて動作指令値Ｉ_refを算出する。

変速制御装置４０は、前述のように、傾転角推定器４１、位置推定器４２、位置制御器４３、目標変速比演算器４６、変速比減算器４７、目標位置演算器４８、及び、位置減算器４９により、通常制御用のフィードバック制御機能を実現するが、変速制御装置４０は、起動時の低温制御用のフィードフォワード制御機能を実現する暖機促進器３８を更に備える。暖機促進器３８による制御と位置制御器４３による制御とは、油温センサ３５で検出される油温に応じて互いに切り替えられる。

変速制御装置４０は、位置制御器４３で算出された動作指令値Ｉ_refに対し、振動波付与器５１から与えられる振動波を加算する指令値加算器５０を備える。振動波付与器５１は、位置制御器４３や目標位置演算器４８等が設けられたユニットの内部に配置されているが、トロイダルＣＶＴ１０の制御弁２５に入力される動作指令値（電流値）に振動波を付与できれば、当該ユニットの外部に配置してもよい。

図５は、制御弁２５の指令値（駆動電流）と油流量との関係の試験結果を示すグラフである。図５では、異なる油温Ｔ１〜Ｔ３（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）ごとに制御弁２５の指令値と油流量との関係が示されており、油温が低くなるにつれて油流量が少なくなることが分かる。即ち、油温が低くなるにつれて、油の粘度が増加して制御弁２５における油流量が低下している。また図５では、制御弁２５の駆動電流が弁開度ゼロに対応する値に近づくにつれて油流量が少なくなると共に、弁開度変化に伴う油流量の変化率が、低開度領域ＬＤと高開度領域ＨＤとで異なる非線形性を有することが示されている。即ち、弁開度減少に伴う油流量の減少率の絶対値は、高開度領域ＨＤよりも低開度領域ＬＤの方が小さい。本実施形態では、制御弁２５の開度αについて全開を１００％とし全閉を０％とした場合において、低開度領域ＬＤは、例えば少なくとも０％＜α＜２０％を含む領域であり、高開度領域ＨＤは、例えば少なくとも８０％＜α＜１００％を含む領域である。このような油温／弁開度の変化に伴う油流量の変化率の非線形化を修正すべく、振動波付与器５１が設けられている。

図６は、図４に示す変速制御装置４０による起動時の油温Ｔ及びその他の経時変化の一例を示すタイミングチャートである。図４及び６に示すように、ＩＤＧ１の起動時、油温センサ３５で検出される油温Ｔが基準温度Ｔ１未満であれば、暖機促進器３８により制御弁２５が開ループ制御される暖機運転が実施される。基準温度Ｔ１は、例えば−２０〜−１０℃の範囲内の値である。油温Ｔが基準温度Ｔ₁以上になって暖機運転が終了すれば、位置制御器４３により制御弁２５が閉ループ制御される通常運転が実施される。

暖機運転では、暖機促進器３８がスプール２８を往復動させるように動作指令値Ｉを出力する。動作指令値Ｉの波形は、例えば、極大値Ｉ_highが中立値Ｉ_nよりも大きい値、極小値Ｉ_lowが中立値Ｉ_nよりも小さい値に設定される。これにより、制御弁２５において増速側と減速側とに交互に油の流動が発生し、油圧シリンダ２１のピストン２１ｂも微小振動する。このようにスプール２８及びピストン２１ｂを往復動させて強制的に油の流動を生じさせることで、油温Ｔの上昇が促進される。また、動作指令値Ｉの波形において、極大値Ｉ_highの中立値Ｉ_nに対する差は、極小値Ｉ_lowの中立値Ｉ_nに対する差よりも小さい。ピストン２１ｂは動作指令値Ｉに対して敏感に応答できない。そのため、ピストン２１ｂは、中立位置ＰＳ_nに対して減速側で往復動し、出力回転速度Ｎ２の過上昇が防止される。

油温Ｔが基準温度Ｔ１に達すれば（ｔ１）、スプール２８及びピストン２１ｂの往復動を止め、前記したバイアス機構の作用でローラ位置Ｘを所定位置（最大減速位置）で所定の待機時間保持するように駆動信号を出力する。当該待機時間経過するまでは、動作指令値Ｉはバイアス機構作動値（零値Ｉ_z）で固定される。当該待機時間が経過すると（ｔ２）、暖機運転を終了して通常運転に移行する。

通常運転では、位置制御器４３が、閉ループ制御により動作指令値Ｉ_refを求める。即ち、位置制御器４３が偏差ΔＸに応じた動作指令値Ｉ_refを出力することで、ローラ位置Ｘが指令値Ｘ_refに近づけられ、変速比ＳＲが指令値ＳＲ_refに近づけられる。但し、基準温度Ｔ１を低く設定して暖機運転の短縮化を図った場合には、通常制御の開始直後の制御が不安定になる場合がある。そのため、本実施形態では、通常運転の閉ループ制御の開始後かつ発電機３による発電の開始前の期間である閉ループ制御初期段階において、位置制御器４３で算出された動作指令値Ｉ_refに振動波付与器５１により振動波が付与される（当該振動波は微小であるため図６では示されていない。）。

図７は、図６の拡大図である。図７に示すように、通常運転の閉ループ制御が開始されると（ｔ２）、振動波付与器５１により動作指令値Ｉ_refに振動波が付与される。振動波は、正の最大値及び負の最小値を有する波形である。なお、振動波付与器５１が生成する振動波は、本実施形態では正弦波であるが、パルス波や三角波や鋸歯波などでもよい。振動波付与器５１により動作指令値Ｉ_refに付与される振動波は、前述した暖機促進器３８による暖機運転中の動作指令値Ｉよりも高周波で且つ低振幅である。そのため、制御弁２５のスプール２８は、当該振動波に起因して振動するが、変速比ＳＲは当該振動波に起因して変動せず、且つ、ピストン２１ｂも当該振動波に起因して振動しない。

このように通常制御の閉ループ制御の初期段階において、制御弁２５に対する動作指令値Ｉ_refに振動波が付与されるので、微視的には振動的な指令値Ｉ_refが制御弁２５に与えられると共に、巨視的には当該振動の極大値と極小値との間の各値を平均化した指令値Ｉ_refが制御弁に与えられることになる。そのため、指令値Ｉ_refに振動波付与器５１による振動波を付与しない場合に比べ、制御弁２５の開度が小さい領域での粘度の影響が緩和され、弁開度と油流量との間の非線形性が緩和されることになる。よって、暖機運転の短縮化を図りながらも、暖機運転から通常運転に切り替わった後の閉ループ制御の不安定化が抑制できる。その結果、閉ループ制御の初期段階で出力回転速度Ｎ２が指令値Ｎ２_refに近づいていく際の制御が安定し、閉ループ制御が開始してから早期に発電動作を安定的に開始できる。

振動波付与器５１が生成する振動波は、油温センサ３５で検出される油温が上昇するにつれて周波数が高くなる、及び／又は、当該油温が上昇するにつれて振幅が減少する。これにより、閉ループ制御の初期には制御弁の振動的な動作により十分な線形化が図れると共に、閉ループ制御の開始から時間が経過して油温が上昇したときには制御弁の振動的な動作を抑制して制御の安定性を更に向上できる。なお、閉ループ制御の初期段階において振動波付与器５１が生成する振動波の周波数及び振幅は、油温センサ３５で検出される油温にかかわらず一定でもよい。

そして、出力回転速度Ｎ２が指令値Ｎ２_refに収束したと判定されると（ｔ３）、発電機３による発電が開始され、発電機３で発生される交流電力の周波数が目標周波数に保たれる。なお本実施形態では、振動波付与器５１は、発電機３の発電動作の開始後の安定段階においても、動作指令値Ｉ_refに対して振動波を付与する。但し、発電開始後の安定段階において振動波付与器５１が生成する振動波は、発電開始前の初期段階において振動波付与器５１が生成する振動波よりも、高周波で且つ低振幅である。そのため、当該振動波に起因したスプール２８の振動は微小であると共に、変速比ＳＲは当該振動波に起因して変動せず、ピストン２１ｂも当該振動波に起因して振動しない。これにより、閉ループ制御の初期段階には制御弁の振動的な動作により十分な線形化が図れると共に、発電動作の開始後の安定段階には制御弁の振動的な動作を抑制して制御の安定性を更に向上できる。

なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、振動波付与器５１は、位置減算器４９と位置制御器４３との間の信号に振動波を付与することで、位置制御器４３の動作指令値Ｉ_refを振動させてもよい。油圧アクチュエータ２０の駆動部は、油圧シリンダ２１に限られず、油圧により変位力を生成するものであれば他の形態（例えば、油圧モータ）でもよい。油温取得器として、油温センサ３５の代わりに、油温と関連する情報（例えば、油温と比例関係にある温度）を取得する機器（例えば、配管温度を検出するセンサ）を用いてもよい。

位置取得器として、位置推定器４２の代わりに、ローラ位置を検出するセンサを用いてもよい。即ち、位置取得器は、ローラ位置の実値を取得するものであれば、ローラの実値を推定してもよいし、ローラ位置センサで検出されたセンサ値を受信するものでもよい。油圧アクチュエータ２０の制御対象は、トロイダル無段変速機の代わりに、他の形態の無段変速機であってもよいし、変速機以外の位置制御を要する装置であってもよい。無段変速機は、発電機を駆動せずに別のものを駆動してもよい。

１ 駆動機構一体型発電装置（ＩＤＧ）
３ 発電機
１０ トロイダル無段変速機
１６ パワーローラ（変速要素）
２０ 油圧アクチュエータ
２５ 制御弁
２８ スプール
３５ 油温センサ（油温取得器）
４０，１４０ 変速制御装置（位置制御装置）
４２ 位置推定器（位置取得器）
４３ 位置制御器
５１ 振動波付与器
Ｔ 油温
Ｉ_ref 動作指令値
Ｘ_ref 目標値

Claims (8)

1. 対象物の動作位置を変化させる油圧アクチュエータの制御弁に駆動信号を出力して位置制御を行う位置制御装置であって、
   前記対象物の動作位置の実値を取得する位置取得器と、
   前記対象物の動作位置の目標値と前記実値との偏差を減らす閉ループ制御により前記制御弁に対する動作指令値を算出する位置制御器と、
   前記閉ループ制御の開始時において前記動作指令値が所定の周波数で振動するように前記閉ループ制御の信号に振動波を付与する振動波付与器と、を備え、
   前記振動波付与器は、前記閉ループ制御を開始してから所定の第１期間と、前記第１期間の経過後の第２期間とにおいて前記閉ループ制御の前記信号に対して前記振動波を付与し、
   前記第１期間における前記振動波は、前記第２期間における前記振動波よりも低い周波数又は高い振幅の少なくとも一方を有する、位置制御装置。
2. 前記周波数は、前記油圧アクチュエータの駆動部が前記振動波に起因した振動を起こさない高周波域の周波数である、請求項１に記載の位置制御装置。
3. 前記油圧アクチュエータの油温に関する情報を取得する油温取得器を更に備え、
   前記振動波付与器は、前記油温取得器で取得された前記油温が上昇するにつれて前記振動波の周波数を高くする、及び／又は、前記油温が上昇するにつれて前記振動波の振幅を低くする、請求項１又は２に記載の位置制御装置。
4. 前記閉ループ制御の開始前の暖機運転時において前記制御弁のスプールを往復動させるように前記制御弁に対して駆動信号を出力する暖機促進器を更に備え、
   前記振動波付与器の前記振動波の周波数は、前記暖機促進器の前記駆動信号の周波数よりも高周波である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置制御装置。
5. 前記対象物は、その位置変化により無段変速機の変速比を変化させる変速要素である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置制御装置。
6. 前記無段変速機は、パワーローラの傾転角に応じて前記変速比を変化させるトロイダル無段変速機であり、かつ、前記変速要素は、前記パワーローラである、請求項５に記載の位置制御装置。
7. 前記無段変速機から出力される動力は、発電機に入力され、かつ、前記発電機は、前記閉ループ制御の開始から遅れて発電動作を開始し、
   前記振動波付与器は、少なくとも前記閉ループ制御の開始後かつ前記発電機の発電動作の開始前の期間に前記閉ループ制御の前記信号に対して前記振動波を付与する、請求項５又は６に記載の位置制御装置。
8. 前記振動波付与器は、前記閉ループ制御の開始後かつ前記発電機の発電動作の開始前の初期段階と、前記発電機の発電動作の開始後の安定段階とにおいて前記閉ループ制御の前記信号に対して前記振動波を付与し、
   前記初期段階における前記振動波は、前記安定段階における前記振動波よりも低い周波数又は高い振幅の少なくとも一方を有する、請求項７に記載の位置制御装置。

Images