JP6990200B2 - 無段変速機の発進時における出力トルク不足低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両分野に関し、より詳細には、バリエータを有する無段変速機（ＣＶＴ）が使用された車両に関する。本発明は、無段変速機の発進段階における出力トルク不足または「トルクホール」を低減する方法を提供する。

無段変速機は、しばしばその中に複数の範囲を有する。無段変速機のより低い範囲での動作中、バリエータはそれらの範囲を通って比較的急速に加速することができる。無段変速機が有する範囲が多いほど、それらの範囲を通るバリエータの加速度は大きくなる。このことは、より低い範囲を通る際のバリエータの変化率が高いことに起因して、変速機に「トルクホール」またはトルク不足を発生させる可能性がある。例えば、静油圧式バリエータおよび発進クラッチが使用された無段変速機の発進時には、バリエータポンプの変位量は一定に保たれる一方で、発進クラッチは変速機の出力速度をプラネタリ入力の速度まで上昇させる。速度が互いの所定範囲内にあるときは、クラッチはロックし、バリエータポンプは非常に短い時間で定常変位から高ストロークレートに移行する必要がある。この移行期間が、そのようなトルクホールの発生につながる。

本発明の目的は、この無段変速機の発進段階におけるトルクホールの問題を未然に防ぐまたは軽減することにある。

本発明は、バリエータが、原動機に連結された入力と、出力とを有する、無段変速機を有する車両の発進時における出力トルク不足低減方法を提供する。この方法は、変速機の変速比変化率を決定するステップと、（ｉ）変速機の決定された変速比変化率、および（ｉｉ）変速機の構成に基づいて、バリエータの必要とされるモータ速度比変化率の値を予測するステップと、を含む。必要とされるモータ速度比変化率の値を達成するように、バリエータ出力の速度が調整される。

本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照して、ほんの一例として説明する。

無段変速機の一例を示す概略図である。 図１に示す変速機における出力トルク不足を低減する方法の第１の実施形態のステップを示すフローチャートである。 図１に示す変速機における出力トルク不足を低減する方法の第２の実施形態のステップを示すフローチャートである。

図１は、本発明の方法を用いて制御することができる無段変速機（ＣＶＴ）の一例を示す概略図である。しかしながら、本発明の方法は、ここに示す特定の無段変速機構成が使用された用途のみを意図するものではないことを理解されたい。例えば、以下に説明するバリエータは油圧機械式バリエータであるが、他のタイプのバリエータを使用してもよい。適切な代替のバリエータは、例えば、電気式および機械式バリエータであろう。

変速機は、車両の原動機１（例えば、内燃機関、電気モータ）に連結された変速機入力軸２と、車両の車輪などの負荷（不図示）に連結される変速機出力軸４と、を備える。入力軸２は、該入力軸２に平行に位置するバリエータ入力軸１０上に支持された第１の衛星ギヤ８と噛み合う、入力ギヤ６を支持している。入力軸１０は、概して１２で示される油圧機械式バリエータを駆動する。バリエータ１２は、入力軸１０によって駆動される可変容量ポンプ１４を備える。ポンプ１４は、既知のタイプの制御要素または斜板１６を有し、一対の油圧ライン２０，２２によって油圧モータ１８に流体接続されている。モータ１８は、バリエータ出力ギヤ２６を支持するバリエータ出力軸２４に連結されている。副軸２８は、バリエータ軸１０，２４と平行に位置し、出力ギヤ２６と噛み合う第１の副軸ギヤ３０と、サミング（ｓｕｍｍｉｎｇ）変速機３４の第１のサンギヤ３６と噛み合う第２の副軸ギヤ３２と、を有する。

サミングまたは差動変速機３４は、第１および第２の遊星ギヤセット３８，４８を備える。第１の遊星ギヤ３８の第１のリングギヤ４０および第２の遊星ギヤ４８の第２の遊星キャリア４９は、入力軸２の回転がこれら２つの要素も回転させるように、入力軸２に連結されている。第１の遊星ギヤ３８の第１の遊星キャリア３９および第２の遊星ギヤ４８の第２のリングギヤ５０は、第１の低速クラッチ５２の入力側に連結されている。第２の遊星ギヤ４８の第２のサンギヤ４６は、第１の高速クラッチ５６の入力側に連結されている。第１の低速クラッチ５２および第１の高速クラッチ５６の出力側には、中間軸５８が連結されている。中間軸５８は、入力および出力軸２，４と同軸である。

第１の低速および高速クラッチ５２，５６は、サミング変速機３４を出力またはレンジ変速機６０と選択的に連結して、変速機３４，６０が互いに同軸になるようにしている。クラッチ５２，５６は両方ともに、サミング変速機３４と出力変速機６０との間に画定された連結スペースに配置されている。上述したように、低速および高速クラッチ５２，５６のそれぞれの入力側は、サミング変速機３４の少なくとも１つの要素に連結されている。第１の低速および高速クラッチ５２，５６のそれぞれの出力側は、変速機入力および出力軸２，４と同軸である中間軸５８に連結されている。出力変速機６０は、第３および第４の遊星ギヤセット６４，７４を備え、そのそれぞれの第３および第４のサンギヤ６２，７２は両方ともに、中間軸５８に連結されている。第３の遊星ギヤセット６４の第３の遊星キャリア６５は、出力軸４で逆回転を提供するように回転に抗してスライドカラー８２によって選択的に保持され得る、リバース部材８０に連結されている。

第１の低速および高速クラッチ５２，５６は、中間軸５８に選択的に連結されているのみならず、第２の高速クラッチ８４の入力側にも選択的に連結されている。第２の高速クラッチ８４は、第１の低速および高速クラッチ５２，５６とともに連結スペースに配置されており、出力側が第３の遊星キャリア６５に連結されている。したがって、第２の高速クラッチ８４が係合されると、第３の遊星ギヤセット６４の第３のサンギヤと遊星ギヤとが互いに係合されて一体に回転する。

第３および第４の遊星ギヤセット６４，７４の第３および第４のリングギヤ６６，７６は互いに連結されており、かつ第２の低速クラッチまたはブレーキ要素９０に連結されている。第２の低速クラッチ９０が係合されると、第３および第４のリングギヤ６６，６７の回転が防止される。第４の遊星ギヤセットの第４の遊星キャリア７５は、出力軸４に連結されている。

図１には、本発明の方法を実行するために使用することができる制御コンポーネントも示されている。方法ステップは、ＲＡＭメモリ１２２と双方向通信する第１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）または変速機制御装置１２０によって実行される。メモリ１２２は、以下でより詳細に説明するように、この方法で処理されるデータを記憶する。制御装置１２０は、バリエータ１２と連通しているので、斜板１６、ひいては可変容量ポンプ１４の変位量およびその結果としてのバリエータモータ１８の出力を制御することができる。少なくとも１つの回転入力速度センサ１２３および少なくとも１つの回転出力速度センサ１２４は、変速機の入力および出力速度に関する信号を制御装置１２０に提供するように、変速機入力軸２および変速機出力軸４にそれぞれ隣接して配置されている。少なくとも１つのオペレータ要求センサ１２６は、車両のオペレータ環境内に配置されており、オペレータが要求を出したときに制御装置１２０に信号を送信する。要求センサ１２６は、例えば、（図示するように）アクセルペダルの動き、または手動制御を測定するために配置することができる。図示のシステムはまた、変速機出力軸４にかかる負荷に関して変速機制御装置１２０に信号を送信する、少なくとも１つの負荷センサ１２８を含む。負荷センサ１２８は、例えば、制動力および／または遭遇する勾配などの要因を監視することができる。最後に、原動機１は、原動機の性能の様々な側面を制御する第２のＥＣＵまたは原動機制御装置１３０を有し、原動機制御装置１３０および変速機制御装置１２０は、互いに双方向通信する。

図２は、図１に示すような無段変速機の発進時におけるバリエータ比変化率を予測する方法の第１の実施形態を採用した場合に、変速機制御装置１２０によって実行されるステップを詳細に示すフローチャートである。まず、開始のステップ２００に続いて、入力および出力速度センサ１２３，１２４からの、変速機の入力速度２０１および変速機の出力速度２０３に関するデータが、制御装置１２０によって受信される。次に、プロセスステップ２０２では、制御装置１２０は、これらの入力および出力速度２０１，２０３によって変速比変化率を決定することができる。次に、プロセスステップ２０４では、バリエータ１２のモータ速度比またはポンプ変位量変化率を予測するために、変速比変化率および無段変速機の構成に関してシステムメモリ１２２に格納されているデータ２０５が制御装置１２０によって適用される。変換プロセスステップ２０４は、バリエータ比範囲を第１のギヤ変速比範囲で除算して、２つの比範囲間の係数を計算することを含むことができる。あるいは、変換プロセスステップ２０４は、入力および出力速度値を使用（遊星速度方程式を適用）して、バリエータモータまたは入力速度を計算することを含むことができる。バリエータ入力／モータ速度比変化率（バリエータ入力／モータ速度をバリエータ出力／ポンプ速度で除算することによって得られる）は、導関数を使用して計算される。

プロセスステップ２０４でのこの予測に続いて、当該方法は、この発進段階におけるバリエータポンプ１４内の急速な変位量変化に起因する、トルク「ホール」または出力トルク不足を回避するべく、予測されるモータ速度比変化率を達成するように制御信号を適用する。これは、ポンプ１４の変位量（ひいては、モータ１８の速度）を調整するべく、変速機制御装置１２０に、制御信号をバリエータ１２に送信させるプロセスステップ２０６によって、および／または予測されたモータ速度比変化率に基づいてトルク補正値を計算し、トルク補正コマンドを原動機制御装置１３０に送信するプロセスステップ２０８のいずれかによって実行することができる。トルク補正コマンドを受信すると、原動機制御装置１３０は、それに応じて原動機の出力速度（ひいては、バリエータポンプ１４の速度）を変える。

図３は、図１に示すような無段変速機の発進時におけるバリエータ変位を予測する方法の代替的な実施形態を採用した場合に、変速機制御装置１２０によって実行されるステップを詳細に示すフローチャートである。この代替的な実施形態と図２に示す実施形態との主な違いは、変速比変化率が、実際に測定された変速機出力速度ではなく予測された変速機出力速度に基づいて決定されることである。変速機出力速度の予測は、オペレータのコマンド（例えば、トルク要求）に基づくものであり、したがって、この代替的方法では、オペレータが発進時にコマンドを変更するときに予測出力速度を容易に変えることができる。これはまた、より安定的でフィードバックによる駆動が少ない信号を生成する。

開始のステップ３００に続いて、この方法では、次の入力のうちの１つ以上が受信される：要求センサ１２６を介して車両オペレータから受信される、変速機出力トルク要求３０１；少なくとも１つの負荷センサ１２８から受信される車両荷重インジケータ３０３；変速機出力軸４に反映される車両の慣性力３０５。車両荷重インジケータ３０３は、車両の空の質量および積載量の値を含み得る。次いで、車両の慣性力３０５は、車両の荷重を変速機出力軸に反映させることによって計算することができる（すなわち、車両の車軸および任意の出力伝達ギヤセットを介した比の変化が説明される）。勾配および制動力の値もまた、負荷トルクとして変速機出力軸に反映される。

プロセスステップ３０２では、入力３０１，３０３，３０５のうちの１つ以上が、変速機の出力速度変化率を予測するために使用される。これは、トルクの合計（すなわち、負荷トルクを差し引いたトルク）を車両の慣性力値で除算することによって得られる。次に、プロセスステップ３０４では、予測された変速機の出力速度変化率に基づいて、予測された変速機の出力速度が確立される。次に、実際の変速機の出力速度が出力速度センサ１２４を介して測定され、そのデータ３０６は、批准ステップ３０８におけるプロセスで使用される。当該プロセスにおいて、計算ステップ３０４で予測された出力速度は、測定された出力速度と比較される。２つの出力速度値が互いの所定の誤差値内にない場合、プロセスは、デフォルトで残りのプロセスステップに対して測定された出力速度データ３０６を使用することになる。

次に、入力速度センサ１２３から取得された変速機の入力速度データ３１０は、変速比変化率を確立するために、プロセスステップ３１２において予測または測定された出力速度データとともに使用される。次に、変速比変化率および無段変速機の構成に関するシステムメモリ１２２に格納されたデータ３１４は、バリエータ１２のモータ速度比、または変位量、変化率を予測するために、変換プロセスステップ３１６において制御装置１２０によって適用される。プロセスステップ３１６でのこの予測に続いて、当該方法は、予測されたモータ速度比変化率を達成するために制御信号を適用する。この方法の第１実施形態と同様に、これは、バリエータモータ１８の速度を調整するように、変速機制御装置１２０に、制御信号をバリエータポンプ１４に送信させるプロセスステップ３１８によって、および／または予測されたモータ速度比変化率に基づいてトルク補正値を計算し、トルク補正コマンドを原動機制御装置１３０に送信するプロセスステップ３２０のいずれかによって実行することができる。トルク補正コマンドを受信すると、原動機制御装置１３０は、それに応じて原動機の出力速度（ひいては、バリエータポンプ１４の出力速度）を変更する。

本発明の方法は、変速機制御装置が、発進時における無段変速機内の決定された変速比変化率を考慮して、バリエータのモータ速度比またはポンプ変位量の必要とされる変化率を予測することを可能にする。次に、制御装置は、予測されたモータ速度比変化率を使用して（直接または原動機の制御を介して）バリエータ制御を補正し、これによって、ポンプ変位量の変化率が高いことに起因して生じる「トルクホール」または出力トルク不足を回避または少なくとも低減することができる。

本発明の範囲から逸脱することなく、修正および改良を加えることができる。

Claims (6)

1. バリエータを備え、前記バリエータが可変変位量ポンプとモータ出力とを有し、前記バリエータポンプが原動機に連結される、無段変速機を有する車両の発進時における出力トルク不足低減方法であって、当該方法は：
   前記変速機の変速比変化率を決定するステップと；
   （ｉ）前記変速機の決定された変速比変化率、および
   （ｉｉ）前記変速機の構成
   に基づいて必要とされるバリエータモータ速度比変化率の値を予測するステップと；
   前記必要とされるバリエータモータ速度比変化率の値を達成するように、前記バリエータモータ出力の速度を調整するステップと、を含む、方法。
2. 前記バリエータモータの速度が前記バリエータポンプの変位量を変えることによって調整される、請求項１に記載の方法。
3. 前記バリエータモータ出力の速度が、前記予測されたバリエータモータ速度比変化率の値に基づいてトルク補正値を計算すること、前記トルク補正値に基づいてトルク補正コマンドを前記原動機の制御におけるトルク制御プロセスに適用すること、および前記トルク補正コマンドに応答して前記原動機の出力速度を変えること、によって調整される、請求項１に記載の方法。
4. 前記変速機の変速比変化率を決定する前記ステップが、前記変速機の入力速度および出力速度を測定することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記変速機の変速比変化率を決定する前記ステップが、次の変数：前記車両のオペレータから受信される変速機出力トルク要求；前記変速機出力に適用される車両の荷重；および前記変速機出力に反映される車両の慣性力；のうちの１つ以上に基づいて、前記変速機の出力速度変化率を予測することを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記変速機の変速比変化率を決定する前記ステップが：
   前記変速機の入力速度を測定すること；
   前記変速機の出力速度を測定すること；
   前記測定された変速機の入力速度および出力速度に基づいて変速比変化率を計算すること；
   次の変数：前記車両のオペレータから受信される変速機出力トルク要求；前記変速機出力に適用される車両の荷重；および前記変速機出力に反映される車両の慣性力のうちの１つ以上に基づいて、前記変速機の出力速度変化率を予測すること；ならびに、
   前記計算された変速比変化率と前記予測された変速機の出力速度変化率とが互いに所定の誤差要因の範囲内にあるかどうかを判定すること、を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

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