JP6964946B2 - 無段変速機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機の制御装置に関する。

車両に搭載される変速機として、ベルト式のＣＶＴ（Continuously Variable Transmission：無段変速機）が広く知られている。

ベルト式のＣＶＴは、入力側のプライマリプーリと出力側のセカンダリプーリとに無端状のベルトが巻き掛けられた構成を有している。エンジンからの動力がプライマリプーリに入力されると、プライマリプーリとベルトとの間の摩擦力により、プライマリプーリからベルトに動力が伝達され、セカンダリプーリとベルトとの間の摩擦力により、ベルトからセカンダリプーリに動力が伝達される。

プライマリプーリおよびセカンダリプーリは、いずれも、固定シーブと、固定シーブにベルトを挟んで対向配置され、その対向方向に移動可能に設けられた可動シーブとを備えている。プライマリプーリおよびセカンダリプーリの各可動シーブに供給される油圧により各可動シーブが移動して、プライマリプーリおよびセカンダリプーリの各溝幅が変わり、プライマリプーリおよびセカンダリプーリに対するベルトの巻きかけ径が変化する。これにより、ＣＶＴの変速比が連続的に無段階で変化する。

変速比の制御では、たとえば、変速比の目標が設定され、その設定された目標変速比とプライマリプーリに入力される入力トルクとに基づいて、ベルト滑りを防止するのに必要なベルト伝達トルク容量が求められる。また、目標変速比および入力トルクに応じた推力比が設定される。推力比は、セカンダリプーリの推力に対するプライマリプーリの推力の比である。その後、ベルト伝達トルク容量および推力比から、プライマリプーリの推力であるプライマリ推力およびセカンダリプーリの推力であるセカンダリ推力の各指令値が求められ、さらに、プライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値から、プライマリプーリの可動シーブに供給される油圧であるプライマリ圧およびセカンダリプーリの可動シーブに供給される油圧であるセカンダリ圧の各指令値が設定される。そして、プライマリ圧およびセカンダリ圧の各指令値に基づいて、プライマリプーリおよびセカンダリプーリの各可動シーブに油圧を供給するバルブが制御される。

エンジンの動力により駆動される機械式のオイルポンプを油圧の発生源として採用した車両では、エンジンの停止中、オイルポンプが油圧を発生しないので、プライマリ圧およびセカンダリ圧の元圧となるライン圧が低下する。エンジンが始動されると、オイルポンプが作動し、オイルポンプが発生する油圧によってライン圧が上昇する。ライン圧の上昇に伴ってプライマリ圧が上昇すると、最ロー変速比（最大プーリ比）を保持できない。そこで、エンジンの始動時には、プライマリ圧の指令値を０ＭＰａに設定して、最ロー変速比を確保し、車両の発進性を確保することが提案されている。

特許第６１０６２８７号公報

ところが、プライマリ圧が最低圧に保たれているため、車両の発進時に入力トルクが急に増大した場合に、その増大に対してプライマリ圧の立ち上がりが遅れ、挟圧不足によるベルト滑りを発生するおそれがある。

本発明の目的は、エンジンの始動に続く車両の発進時におけるベルト滑りを抑制できる、無段変速機の制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る無段変速機の制御装置は、エンジンと、プライマリプーリとセカンダリプーリとに無端状のベルトが巻き掛けられ、プライマリプーリおよびセカンダリプーリに供給される油圧により、プライマリプーリの推力であるプライマリ推力とセカンダリプーリの推力であるセカンダリ推力との推力比が変化して、プライマリプーリとセカンダリプーリとのプーリ比が変化し、エンジンからの動力をプーリ比で変速する無段変速機とを搭載した車両に用いられて、無段変速機を制御する制御装置であって、エンジンの始動時に、プーリ比が所定の最大プーリ比に保持される推力比を設定する推力比設定手段と、推力比設定手段により設定される推力比から、プライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値を設定し、その各指令値に基づいて、プライマリプーリおよびセカンダリプーリに供給される油圧をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段とを含む。

この構成によれば、エンジンの始動時には、プーリ比を所定の最大プーリ比に保持する推力比が設定される。そして、その設定された推力比からプライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値が設定され、その各指令値に基づいて、プライマリプーリおよびセカンダリプーリに供給される油圧がフィードフォワード制御される。これにより、エンジンの始動時に、最大プーリ比が確保されながら、プライマリプーリに供給される油圧であるプライマリ圧が０ＭＰａよりも大きな圧に昇圧される。そのため、エンジンの始動に続く車両の発進時にベルト滑りが生じることを抑制でき、かつ、その車両の発進時に最大プーリ比を確保することができる。

推力比設定手段は、推力比をプーリ比が最大プーリ比に保持される推力比の最大値よりも小さい値に設定してもよい。これにより、車両の発進時に最大プーリ比を良好に確保することができる。

制御装置は、実際の推力比が最大プーリ比に保持される推力比の最大値を超えるような状況が生じた場合に、プライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値の少なくとも一方を補正する補正手段をさらに含む構成であってもよい。これにより、車両の発進時に最大プーリ比をより良好に確保することができる。

本発明によれば、エンジンの始動に続く車両の発進時におけるベルト滑りを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るＥＣＵが用いられた車両の要部の構成を示す図である。 エンジンの始動時におけるプーリ比制御の内容を示すフローチャートである。 プーリ比と推力比との関係を示す図である。 エンジン始動時におけるエンジン回転数、プライマリ圧およびセカンダリ圧の時間変化を示す図である。 プライマリ推力とセカンダリ推力との関係を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜車両の要部構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵ４１が用いられた車両１の要部の構成を示す図である。

車両１には、エンジン２およびベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）３が搭載されている。

無段変速機３は、プライマリ軸１１と、プライマリ軸１１と平行に設けられたセカンダリ軸１２と、プライマリ軸１１に相対回転不能に支持されたプライマリプーリ１３と、セカンダリ軸１２に相対回転不能に支持されたセカンダリプーリ１４と、プライマリプーリ１３とセカンダリプーリ１４とに巻き掛けられたベルト１５とを備えている。

プライマリ軸１１には、たとえば、エンジン２の動力がトルクコンバータを介して入力される。プライマリ軸１１に入力される動力は、プライマリプーリ１３とベルト１５との間の摩擦力により、プライマリプーリ１３からベルト１５に伝達され、セカンダリプーリ１４とベルト１５との間の摩擦力により、ベルト１５からセカンダリプーリ１４に伝達される。セカンダリプーリ１４に伝達された動力は、セカンダリ軸１２からデファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右のドライブシャフトを介してそれぞれ左右の駆動輪に伝達される。

プライマリプーリ１３は、プライマリ軸１１に固定された固定シーブ２１と、固定シーブ２１にベルト１５を挟んで対向配置され、プライマリ軸１１にその軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動シーブ２２とを備えている。可動シーブ２２に対して固定シーブ２１と反対側には、プライマリ軸１１に固定されたピストン２３が設けられ、可動シーブ２２とピストン２３との間に、油圧室２４が形成されている。

セカンダリプーリ１４は、セカンダリ軸１２に対して固定された固定シーブ２５と、固定シーブ２５にベルト１５を挟んで対向配置され、セカンダリ軸１２にその軸線方向に移動可能かつ相対回転不能に支持された可動シーブ２６とを備えている。可動シーブ２６に対して固定シーブ２５と反対側には、セカンダリ軸１２に固定されたピストン２７が設けられ、可動シーブ２６とピストン２７との間に、油圧室２８が形成されている。

プライマリプーリ１３の油圧室２４に供給される油圧、つまりプライマリプーリ１３の可動シーブ２２に作用するプライマリ圧により、プライマリプーリ１３の可動シーブ２２がプライマリ軸１１の軸線方向に移動し、固定シーブ２１と可動シーブ２２との間隔である溝幅が連続的に変化する。また、セカンダリプーリ１４の油圧室２８に供給される油圧、つまりセカンダリプーリ１４の可動シーブ２６に作用するセカンダリ圧により、セカンダリプーリ１４の可動シーブ２６がセカンダリ軸１２の軸線方向に移動し、固定シーブ２５と可動シーブ２６との間隔である溝幅が連続的に変化する。プライマリプーリ１３およびセカンダリプーリ１４の各溝幅を連続的に変更することにより、プライマリプーリ１３およびセカンダリプーリ１４に対するベルト１５の巻きかけ径が連続的に変化し、プライマリプーリ１３とセカンダリプーリ１４とのプーリ比を無段階で連続的に変更することができる。

無段変速機３には、無段変速機３の各部に油を供給するための油圧回路３１が付随して設けられている。油圧回路３１には、プライマリプーリ１３およびセカンダリプーリ１４にそれぞれプライマリ圧およびセカンダリ圧を供給するためのバルブなどが含まれる。

また、車両１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）４１が備えられている。図１には、１つのＥＣＵ４１のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、ＥＣＵ４１と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ４１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ４１は、無段変速機３のプーリ比を制御するプーリ比制御などのため、油圧回路３１に含まれる各種のバルブを制御する。ＥＣＵ４１には、制御に必要なセンサ、たとえば、プライマリ圧およびセカンダリ圧をそれぞれ検出する油圧センサなどが接続されている。

＜プーリ比制御＞
図２は、エンジン２の始動時におけるプーリ比制御の内容を示すフローチャートである。図３は、プーリ比と推力比との関係を示す図である。図４は、エンジン始動時におけるエンジン回転数、プライマリ圧およびセカンダリ圧の時間変化を示す図である。図５は、プライマリ推力とセカンダリ推力との関係を示す図である。

ＥＣＵ４１によるプーリ比制御では、図２に示されるように、まず、無段変速機３におけるベルト滑りを防止するのに必要なベルト伝達トルク容量である必要ベルトトルク容量が求められる（ステップＳ１）。必要ベルトトルク容量は、プライマリプーリ１３とセカンダリプーリ１４とのプーリ比の目標である目標プーリ比とプライマリ軸１１に入力される入力トルクとから求めることができる。

また、目標プーリ比および入力トルクに応じた推力比が算出される（ステップＳ２）。推力比は、セカンダリプーリ１４の推力であるセカンダリ推力に対するプライマリプーリ１３の推力であるプライマリ推力の比である。図３に示されるように、プーリ比が大きいほど推力比が小さくなり、推力比が一定値Ｒａ以下の範囲では、最大プーリ比、つまり最Ｌｏ（ロー）の値をとる。エンジン２の始動時には、目標プーリ比が最Ｌｏの値に設定されて、推力比が一定値Ｒａ以下の値に設定される。

次いで、必要ベルトトルク容量および推力比に応じたプライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値が算出される（ステップＳ３）。プーリ比が最Ｌｏの値をとるとき、ベルト滑りを防止するのに必要なプライマリ推力（プライマリ必要推力）およびセカンダリ推力（セカンダリ必要推力）は、次式に従って算出することができる。

プライマリ必要推力＝セカンダリ必要推力
＝入力トルク×ｃｏｓθ／（２×ベルト摩擦係数×ベルト巻きかけ径）

ここで、θは、プライマリプーリ１３のベルト１５との接触面であるプーリコーン面の勾配であり、ベルト巻きかけ径は、プライマリプーリ１３に対するベルト１５の巻きかけ径である。

したがって、プライマリ推力の指令値は、プライマリ必要推力に設定され、セカンダリ推力の指令値は、セカンダリ必要推力を推力比で除した値に設定される。

そして、現在がエンジン２の始動時（エンジンスタート時）におけるフィードバック制御不可の状態であるか否かが判別される（ステップＳ４）。各軸の回転数を検出する精度が不十分であるため、実際のプーリ比の算出精度も不十分であり、図４に示されるように、プーリ比制御におけるフィードバック制御が不可とされる。エンジン２の始動後、各軸の回転数が上昇し、プライマリ圧とセカンダリ圧が安定すると、プーリ比制御におけるフィードバック制御が可能となる。

フィードバック制御が不可状態では（ステップＳ４のＹＥＳ）、プライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値から、プライマリ圧およびセカンダリ圧の各指令圧が設定される。そして、プライマリ圧およびセカンダリ圧の各指令値に基づいて、プライマリ圧およびセカンダリ圧のフィードフォワード制御が実行される（ステップＳ５）。

その後、実際のプライマリ推力およびセカンダリ推力が算出される。実際のプライマリ推力は、たとえば、圧力センサにより検出されるプライマリ圧の実圧とプライマリプーリ１３の可動シーブ２２の受圧面積とを乗じることにより算出される。実際のセカンダリ推力は、たとえば、圧力センサにより検出されるセカンダリ圧の実圧とセカンダリプーリ１４の可動シーブ２６の受圧面積とを乗じることにより算出される。そして、実際のプライマリ推力を実際のセカンダリ推力で除することにより、実際の推力比が求められて、この実際の推力比が最Ｌｏのプーリ比を確保可能な推力比の最大値、つまり一定値Ｒａよりも大きいか否かが判別される（ステップＳ６）。

たとえば、エンジン２の始動後、エンジン２の動力により駆動されるオイルポンプによる発生油圧が急峻に立ち上がり、これに伴ってプライマリ圧の元圧となるライン圧が急峻に立ち上がる場合がある。これにより、プライマリ圧の実圧が指令圧を超えるオーバシュートが発生すると、一般的に、プライマリプーリ１３の可動シーブ２２の受圧面積がセカンダリプーリ１４の可動シーブ２６の受圧面積よりも大きいため、プライマリ推力が過大となり、実際の推力比が一定値Ｒａよりも大きくなる。

実際の推力比が一定値Ｒａよりも大きい場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、プライマリ圧およびセカンダリ圧の各実圧に基づき、プライマリ圧およびセカンダリ圧の各指令値が補正される（ステップＳ７）。たとえば、目標プーリ比および入力トルクに応じた推力比が一定値Ｒａ＝０．５であった場合、図５に示されるように、セカンダリ推力の指令値が上げられて、図４に破線および実線で示されるように、セカンダリ圧の指令値が上げられる。これにより、最Ｌｏのプーリ比が確保される。

一方、フィードバック制御が可能な状態では（ステップＳ４のＮＯ）、実際のプーリ比が目標プーリ比に一致するようにフィードバック制御が行われる（ステップＳ８）。

＜作用効果＞
以上のように、エンジン２の始動時には、プーリ比を最Ｌｏのプーリ比、つまり最大プーリ比に保持可能な推力比が設定される。そして、その設定された推力比からプライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値が設定され、その各指令値に基づいて、プライマリプーリ１３およびセカンダリプーリ１４に供給される油圧がフィードフォワード制御される。これにより、エンジン２の始動時に、最大プーリ比が確保されながら、プライマリ圧が０ＭＰａよりも大きな圧に昇圧される。そのため、エンジン２の始動に続く車両１の発進時にベルト滑りが生じることを抑制でき、かつ、その車両１の発進時に最大プーリ比を確保することができる。

また、実際の推力比が最大プーリ比に保持される推力比の最大値Ｒａを超えるような状況が生じた場合には、セカンダリ推力の指令値が補正されて、セカンダリ圧が上げられる。これにより、車両１の発進時に最大プーリ比をより良好に確保することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、実際の推力比が最大プーリ比に保持される推力比の最大値Ｒａを超えるような状況が生じた場合に、セカンダリ推力の指令値が補正されて、セカンダリ圧が上げられるとした。これに限らず、実際の推力比が最大プーリ比に保持される推力比の最大値Ｒａを超えるような状況が生じた場合に、ベルト滑りを生じない範囲において、プライマリ推力の指令値が補正されて、プライマリ圧が下げられてもよい。

また、ベルト式の無段変速機３を搭載した車両１を取り上げたが、本発明に係る制御装置は、そのような車両１に限らず、動力分割式無段変速機を搭載した車両に用いることもできる。動力分割式無段変速機は、たとえば、プーリ比の変更により動力を無段階に変速する無段変速機構を備え、インプット軸とアウトプット軸との間で動力を２つの経路で分割して伝達可能な変速機である。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
２：エンジン
３：無段変速機
１３：プライマリプーリ
１４：セカンダリプーリ
１５：ベルト
４１：ＥＣＵ（制御装置、推力比設定手段、フィードフォワード制御手段、補正手段）

Claims (3)

1. エンジンと、プライマリプーリとセカンダリプーリとに無端状のベルトが巻き掛けられ、前記プライマリプーリおよび前記セカンダリプーリに供給される油圧により、前記プライマリプーリの推力であるプライマリ推力と前記セカンダリプーリの推力であるセカンダリ推力との推力比が変化して、前記プライマリプーリと前記セカンダリプーリとのプーリ比が変化し、前記エンジンからの動力をプーリ比で変速する無段変速機とを搭載した車両に用いられて、前記無段変速機を制御する制御装置であって、
   実際のプーリ比がプーリ比の目標である目標プーリ比に一致するように、前記プライマリプーリおよび前記セカンダリプーリに供給される油圧をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
   前記エンジンの始動時に、プーリ比が所定の最大プーリ比に保持される推力比を設定する推力比設定手段と、
   前記推力比設定手段により設定される推力比から、プライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値を設定し、その各指令値に基づいて、前記プライマリプーリおよび前記セカンダリプーリに供給される油圧をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段とを含み、
   前記エンジンの始動時における前記フィードバック制御の可否を判別し、前記フィードバック制御が不可の状態では、前記フィードフォワード制御手段による前記フィードフォワード制御を行い、前記フィードバック制御が可能な状態では、前記フィードバック制御手段による前記フィードバック制御を行う、制御装置。
2. 前記推力比設定手段は、推力比を前記プーリ比が前記最大プーリ比に保持される推力比の最大値よりも小さい値に設定する、請求項１に記載の制御装置。
3. 実際の推力比が前記最大プーリ比に保持される推力比の最大値を超えるような状況が生じた場合に、プライマリ推力およびセカンダリ推力の各指令値の少なくとも一方を補正する補正手段をさらに含む、請求項１または２に記載の制御装置。

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