JP7191461B2 - 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、プライマリプーリからベルトに動力が伝達され、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、入力トルクおよび推力比から、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。

特許第６１０６２８７号公報

ＣＶＴを搭載した車両では、車両の発進性能を高める目的で、車両の停車前の減速中に変速比が最大変速比（最ロー変速比）に戻される。ところが、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搭載した車両では、減速に伴うエンジン回転数の低下により、停車寸前にオイルポンプの吐出可能圧が低くなりすぎて、セカンダリプーリに供給される油圧が不足し、変速比を最大変速比に戻すことができない場合がある。

本発明の目的は、車両の停車前の減速中に変速比を最大変速比に良好に戻すことができる、無段変速機の制御装置を提供することである。

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、エンジンからの動力により駆動される機械式のオイルポンプと、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た構成を有し、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変速比が変化し、その変速比でエンジンからの動力を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、無段変速機の変速比の目標である目標変速比を設定する目標変速比設定手段と、車両の減速走行時に、エンジンの回転数の低下に伴って低下するオイルポンプの吐出可能圧の変動に影響するパラメータに基づいて、目標変速比設定手段により設定される目標変速比を補正する目標変速比補正手段とを含む。

車両の減速走行時、とくに停車前の減速走行時に、エンジン回転数の低下が速いと、オイルポンプの吐出可能圧の低下が速く、停車までにオイルポンプの吐出可能圧が低くなりすぎて、変速比を最大変速比に戻すことができない事態が生じる。これを回避すべく、たとえば、車両の減速度が一定以上である場合に、減速度が一定未満である場合と比較して、変速比が最大変速比に戻るまでの時間が一律に短縮されるように、目標変速比を補正する手法が考えられる。

しかし、吐出可能圧の低下度合いは、車両の減速度やオイルポンプによって循環されるオイルの温度の変動に左右される。そのため、変速比が最大変速比に戻るまでの時間が一律に短縮されても、変速比を最大変速比に戻すことができない事態は生じうる。

そこで、車両の減速走行時に、オイルポンプの吐出可能圧の変動に影響するパラメータに基づいて、目標変速比が補正される。これにより、車両の停車前の減速中にオイルポンプの吐出可能圧が変動しても、停車までに変速比を最大変速比に良好に戻すことができる。

パラメータは、車両の減速度であってもよいし、オイルポンプによって循環されるオイルの温度であってもよいし、それらの両方であってもよい。

また、無段変速機の制御装置は、車両の減速度を算出する減速度算出手段をさらに含み、目標変速比補正手段は、減速度算出手段により算出される減速度が一定以上である場合に、目標変速比設定手段により設定される目標変速比を補正してもよい。

本発明によれば、車両の停車前の減速中に変速比を最大変速比に良好に戻すことができる

車両の駆動系の構成を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態に係る制御系の構成を示す図である。 車両の減速停車時における車速、エンジン回転数、制御油圧および変速比の時間変化の一例を示す図である。

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。

＜車両の駆動系＞
図１は、車両１の駆動系の構成を示すスケルトン図である。

車両１は、エンジン２を駆動源とする自動車である。エンジン２は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。

エンジン２には、エンジン２の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。また、エンジン２には、その始動のためのスタータが付随して設けられている。エンジン２の動力は、トルクコンバータ３およびベルト式のＣＶＴ（Continuously Variable Transmission：無段変速機）４を介して、デファレンシャルギヤ５に伝達され、デファレンシャルギヤ５から左右のドライブシャフト６Ｌ，６Ｒを介してそれぞれ左右の駆動輪７Ｌ，７Ｒに伝達される。

トルクコンバータ３は、ロックアップ機構付きのトルクコンバータであり、フロントカバー１１、ポンプインペラ１２、タービンランナ１３およびロックアップクラッチ（ロックアップピストン）１４を備えている。フロントカバー１１には、エンジン２のクランクシャフトが接続され、フロントカバー１１は、クランクシャフトと一体に回転する。ポンプインペラ１２は、フロントカバー１１に対するエンジン側と反対側に配置されている。ポンプインペラ１２は、フロントカバー１１と一体回転可能に設けられている。タービンランナ１３は、フロントカバー１１とポンプインペラ１２との間に配置されて、フロントカバー１１と共通の回転軸線を中心に回転可能に設けられている。ロックアップクラッチ１４は、フロントカバー１１とタービンランナ１３との間に配置されている。

ロックアップクラッチ１４は、ロックアップクラッチ１４とフロントカバー１１との間の解放側油室１５の油圧とロックアップクラッチ１４とポンプインペラ１２との間の係合側油室１６の油圧との差圧により係合／解放される。すなわち、解放側油室１５の油圧が係合側油室１６の油圧よりも高い状態では、その差圧により、ロックアップクラッチ１４がフロントカバー１１から離間し、ロックアップクラッチ１４が解放されたロックアップオフ状態（解放状態）になる。係合側油室１６の油圧が解放側油室１５の油圧よりも高い状態では、その差圧により、ロックアップクラッチ１４がフロントカバー１１に押し付けられて、ロックアップクラッチ１４が係合されたロックアップオン状態（締結状態）になる。

ロックアップオフ状態において、Ｅ／Ｇ出力軸が回転されると、ポンプインペラ１２が回転する。ポンプインペラ１２が回転すると、ポンプインペラ１２からタービンランナ１３に向かうオイルの流れが生じる。このオイルの流れがタービンランナ１３で受けられて、タービンランナ１３が回転する。このとき、トルクコンバータ３の増幅作用が生じ、タービンランナ１３には、Ｅ／Ｇ出力軸の動力（トルク）よりも大きな動力が発生する。

ロックアップオン状態では、Ｅ／Ｇ出力軸が回転されると、Ｅ／Ｇ出力軸、ポンプインペラ１２およびタービンランナ１３が一体となって回転する。

トルクコンバータ３とＣＶＴ４との間には、オイルポンプ８が設けられている。オイルポンプ８は、機械式のオイルポンプであり、ポンプ軸は、トルクコンバータ３のポンプインペラ１２と一体回転するように設けられている。これにより、エンジン２の動力によりポンプインペラ１２が回転すると、オイルポンプ８のポンプ軸が回転し、オイルポンプ８から油圧が発生する。

ＣＶＴ４は、トルクコンバータ３から入力される動力をデファレンシャルギヤ５に伝達する。ＣＶＴ４は、インプット軸（入力軸）２１、アウトプット軸（出力軸）２２、ベルト伝達機構２３および前後進切替機構２４を備えている。

インプット軸２１は、トルクコンバータ３のタービンランナ１３に連結され、タービンランナ１３と同一の回転軸線を中心に一体的に回転可能に設けられている。

アウトプット軸２２は、インプット軸２１と平行に配置されている。アウトプット軸２２には、出力ギヤ２５が相対回転不能に支持されている。

ベルト伝達機構２３には、プライマリ軸３１およびセカンダリ軸３２が含まれる。プライマリ軸３１およびセカンダリ軸３２は、それぞれインプット軸２１およびアウトプット軸２２と同一軸線上に配置されている。

そして、ベルト伝達機構２３は、プライマリ軸３１に支持されたプライマリプーリ３３とセカンダリ軸３２に支持されたセカンダリプーリ３４とに、無端状のベルト３５が巻き掛けられた構成を有している。

プライマリプーリ３３は、プライマリ軸３１に固定された固定シーブ４１と、固定シーブ４１にベルト３５を挟んで対向配置され、プライマリ軸３１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４２とを備えている。可動シーブ４２に対して固定シーブ４１と反対側には、プライマリ軸３１に固定されたピストン４３が設けられ、可動シーブ４２とピストン４３との間に、ピストン室（油室）４４が形成されている。

セカンダリプーリ３４は、セカンダリ軸３２に対して固定された固定シーブ４５と、固定シーブ４５にベルト３５を挟んで対向配置され、セカンダリ軸３２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４６とを備えている。可動シーブ４６に対して固定シーブ４５と反対側には、セカンダリ軸３２に固定されたピストン４７が設けられ、可動シーブ４６とピストン４７との間に、ピストン室４８が形成されている。

プライマリプーリ３３の可動シーブ４２の移動により、固定シーブ４１と可動シーブ４２との間隔である溝幅が連続的に変化する。セカンダリプーリ３４の可動シーブ４６の移動により、固定シーブ４５と可動シーブ４６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３３およびセカンダリプーリ３４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３３およびセカンダリプーリ３４に対するベルト３５の巻きかけ径を変更することができ、変速比（プーリ比）を無段階で連続的に変更することができる。

なお、図示されていないが、可動シーブ４６とピストン４７との間には、ベルト３５に初期挟圧（初期推力）を与えるためのバイアススプリングが介在されている。バイアススプリングの弾性力により、可動シーブ４６およびピストン４７は、互いに離間する方向に付勢されている。

前後進切替機構２４は、インプット軸２１とベルト伝達機構２３のプライマリ軸３１との間に介装されている。前後進切替機構２４は、遊星歯車機構５１、クラッチＣ１およびブレーキＢ１を備えている。

遊星歯車機構５１には、キャリヤ５２、サンギヤ５３およびリングギヤ５４が含まれる。

キャリヤ５２は、インプット軸２１に相対回転可能に外嵌されている。キャリヤ５２は、複数のピニオンギヤ５５を回転可能に支持している。複数のピニオンギヤ５５は、円周上に配置されている。

サンギヤ５３は、インプット軸２１に相対回転不能に支持されて、複数のピニオンギヤ５５により取り囲まれる空間に配置されている。サンギヤ５３のギヤ歯は、各ピニオンギヤ５５のギヤ歯と噛合している。

リングギヤ５４は、その回転軸線がプライマリ軸３１の軸心と一致するように設けられている。リングギヤ５４には、ベルト伝達機構２３のプライマリ軸３１が連結されている。リングギヤ５４のギヤ歯は、複数のピニオンギヤ５５を一括して取り囲むように形成され、各ピニオンギヤ５５のギヤ歯と噛合している。

クラッチＣ１は、油圧により、キャリヤ５２とサンギヤ５３とを直結（一体回転可能に結合）する係合状態（オン）と、その直結を解除する解放状態（オフ）とに切り替えられる。

ブレーキＢ１は、キャリヤ５２とトルクコンバータ３およびＣＶＴ４を収容するトランスミッションケースとの間に設けられ、油圧により、キャリヤ５２を制動する係合状態（オン）と、キャリヤ５２の回転を許容する解放状態（オフ）とに切り替えられる。

車両１の車室内には、運転者が操作可能な位置に、シフトレバー（セレクトレバー）が配設されている。シフトレバーの可動範囲には、たとえば、Ｐ（パーキング）ポジション、Ｒ（リバース）ポジション、Ｎ（ニュートラル）ポジションおよびＤ（ドライブ）ポジションがこの順に一列に並べて設けられている。

シフトレバーがＰポジションに位置する状態では、クラッチＣ１およびブレーキＢ１の両方が解放され、パーキングロックギヤ（図示せず）が固定されることにより、ＣＶＴ４の変速レンジの１つであるＰレンジが構成される。また、シフトレバーがＮポジションに位置する状態では、クラッチＣ１およびブレーキＢ１の両方が解放されて、パーキングロックギヤが固定されないことにより、ＣＶＴ４の変速レンジの１つであるＮレンジが構成される。クラッチＣ１およびブレーキＢ１の両方が解放された状態では、インプット軸２１およびサンギヤ５３が空転し、エンジン２の動力は駆動輪７Ｌ，７Ｒに伝達されない。

シフトレバーがＤポジションに位置する状態では、ブレーキＢ１が係合されて、クラッチＣ１が解放されることにより、ＣＶＴ４の変速レンジの１つである前進レンジが構成される。前進レンジでは、エンジン２の動力がインプット軸２１に入力されると、キャリヤ５２が静止した状態で、サンギヤ５３がインプット軸２１と一体に回転する。そのため、サンギヤ５３の回転は、リングギヤ５４に逆転かつ減速されて伝達される。これにより、リングギヤ５４が回転し、ベルト伝達機構２３のプライマリ軸３１およびプライマリプーリ３３がリングギヤ５４と一体に回転する。プライマリプーリ３３の回転は、ベルト３５を介して、セカンダリプーリ３４に伝達され、セカンダリプーリ３４およびセカンダリ軸３２を回転させる。そして、セカンダリ軸３２と一体に、アウトプット軸２２および出力ギヤ２５が回転する。出力ギヤ２５は、デファレンシャルギヤ５（デファレンシャルギヤ５の入力ギヤ）と噛合している。出力ギヤ２５が回転すると、デファレンシャルギヤ５から左右に延びるドライブシャフト６Ｌ，６Ｒが回転して、駆動輪７Ｌ，７Ｒが回転することにより、車両１が前進する。

シフトレバーがＲポジションに位置する状態では、ブレーキＢ１が解放されて、クラッチＣ１が係合されることにより、ＣＶＴ４の変速レンジの１つであるＲレンジが構成される。Ｒレンジでは、エンジン２の動力がインプット軸２１に入力されると、キャリヤ５２およびサンギヤ５３がインプット軸２１と一体に回転する。そのため、サンギヤ５３の回転は、リングギヤ５４に回転方向が逆転されずに伝達される。これにより、リングギヤ５４が回転し、ベルト伝達機構２３のプライマリ軸３１およびプライマリプーリ３３がリングギヤ５４と一体に回転する。プライマリプーリ３３の回転は、ベルト３５を介して、セカンダリプーリ３４に伝達され、セカンダリプーリ３４およびセカンダリ軸３２を回転させる。そして、セカンダリ軸３２と一体に、アウトプット軸２２および出力ギヤ２５が回転する。出力ギヤ２５が回転すると、デファレンシャルギヤ５から左右に延びるドライブシャフト６Ｌ，６Ｒが回転して、駆動輪７Ｌ，７Ｒが回転することにより、車両１が後進する。

＜車両の制御系＞
図２は、車両１の制御系であって、本発明の一実施形態に係る制御系の構成を示す図である。

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）９１が備えられている。図２には、１つのＥＣＵ９１のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、ＥＣＵ９１と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ９１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。

ＥＣＵ９１は、エンジン２の始動、停止および出力調整などのため、エンジン２に設けられた電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグなどを制御する。また、トルクコンバータ３のロックアップ制御およびＣＶＴ４の変速制御などのため、トルクコンバータ３およびＣＶＴ４を含むユニットの各部に油圧を供給するための油圧回路９２に含まれる各種のバルブを制御する。

ＥＣＵ９１には、その制御に必要な各種のセンサが接続されており、それらのセンサから検出信号が入力される。センサには、たとえば、エンジン２の回転（クランクシャフトの回転）に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転センサ９３と、車両１の走行に伴って回転する回転体（たとえば、アウトプット軸２２）の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力する車速センサ９４とが含まれる。ＥＣＵ９１は、エンジン回転センサ９３の検出信号からエンジン２の回転数（エンジン回転数）を算出する。また、ＥＣＵ９１は、車速センサ９４の検出信号から車速を算出し、その車速の時間微分により車両１の車速の変化による加速度（減速度）を算出する。

＜減速時制御＞
図３は、車両１の減速停車時における車速、エンジン回転数、制御油圧および変速比の時間変化の一例を示す図である。

ＥＣＵ９１による変速制御では、たとえば、車両１に設けられたアクセルペダルの操作量であるアクセル開度および車両１の車速からエンジン２のトルクの目標である目標エンジントルクが設定される。その後、最適燃費線に基づいて、目標エンジントルクに応じたエンジン回転数の目標である目標エンジン回転数が設定される。さらに、車速に基づいて、目標エンジン回転数に応じたＣＶＴ４の変速比の目標である目標変速比が設定される。そして、目標変速比およびプライマリ軸３１に入力される入力トルクに応じた推力比が求められる。推力比は、セカンダリプーリ３４の推力に対するプライマリプーリ３３の推力の比である。こうして求められた推力比および入力トルクから、ベルト変速機構３３のベルト３５の滑りの発生を防止するのに必要なベルト挟圧が得られるように、プライマリプーリ３３の可動シーブ４２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３４の可動シーブ４６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、ＥＣＵ９１により、各指令値に基づいて、油圧回路９２に含まれるプライマリ圧およびセカンダリ圧を調節するためのバルブが制御される。

車両１の減速走行時には、ＥＣＵ９１により、目標変速比を補正するための減速時制御が実行される。減速時制御は、たとえば、所定の周期で実行される。運転者によるアクセルペダルの操作が解除されると、エンジン回転数が低下し始める（時刻Ｔ１）。エンジン回転数の低下に伴って、機械式のオイルポンプ８のオイルの吐出可能圧（発生油圧）が低下する。その後、運転者によりブレーキペダルが踏まれると、車速が急減し始める（時刻Ｔ２）。減速時制御では、たとえば、ブレーキペダルが踏まれると、ＥＣＵ９１により、車両１の減速度が算出されて、その算出された減速度が一定以上であるか否かが判断される。ブレーキペダルが踏まれ、かつ、車両１の減速度が一定未満である状態では、減速時制御が一旦終了され、次の周期で減速時制御が開始されると、車両１の減速度の算出および減速度が一定以上であるか否かの判断が続けて実行される。

なお、減速度の算出は、ブレーキペダルが踏まれているときに限らず、ブレーキペダルが踏まれていないときにも実行されてよい。

車両１が一定以上の減速度で減速している場合、ＥＣＵ９１により、前述した手法に従って設定される目標変速比が補正される（時刻Ｔ３）。目標変速比は、エンジン回転数の低下に伴って低下するオイルポンプ８の吐出可能圧の変動に影響するパラメータに基づいて補正される（時間Ｔ３－Ｔ４）。パラメータとしては、たとえば、車両１の減速度およびオイルポンプ８が吸入および吐出するオイルの温度（油温）を挙げることができる。車両１の減速度が大きいほど、エンジン回転数の低下が速くなり、オイルポンプ８の吐出可能圧の低下度合いが大きくなる。また、油温が高いほど、オイルの粘度が低下するので、オイルポンプ８の吐出可能圧の低下度合いが大きくなる。目標変速比の補正では、車両１の減速度が大きいほど、目標変速比が大きな値に補正される。また、油温が高いほど、目標変速比が大きな値に補正される。

＜作用効果＞
以上のように、減速時制御では、車両１の減速度が一定以上である場合、オイルポンプ８の吐出可能圧の変動に影響するパラメータ、すなわち、車両１の減速度および無段ＣＶＴ４で使用されているオイルの温度（油温）に基づいて、目標変速比が補正される。これにより、車両１の停車前の減速中にオイルポンプ８の吐出可能圧が変動しても、オイルポンプ８の吐出可能圧が変速比を最大変速比まで戻すのに最低限必要な油圧に低下するまで、言い換えれば、プライマリ圧とセカンダリ圧との差圧が最大変速比を構成可能な最低圧以上に維持される油圧に低下するまでに、変速比を最大変速比に良好に戻すことができる。

車両１の停車までに、ＣＶＴ４の変速比を最大変速比に良好に戻すことができ、車両１の発進時には、ＣＶＴ４の変速比を最大変速比とすることができ、車両１の良好な発進性能を発揮することができる。

＜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、単一のＥＣＵ９１により、エンジン２ならびにトルクコンバータ３およびＣＶＴ４の油圧回路９２が制御されるとしたが、エンジン２とトルクコンバータ３およびＣＶＴ４の油圧回路９２とは、別々のＥＣＵによって制御されてもよい。

また、前述の実施形態では、ＣＶＴ４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、変速比の変更により動力を無段階に変速するベルト変速機構を備え、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
４：ＣＶＴ（無段変速機）
８：オイルポンプ
３３：プライマリプーリ
３４：セカンダリプーリ
３５：ベルト
９１：ＥＣＵ（制御装置、目標変速比設定手段、目標変速比補正手段）

Claims (1)

1. エンジンと、
   前記エンジンからの動力により駆動される機械式のオイルポンプと、
   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た構成を有し、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変速比が変化し、その変速比で前記エンジンからの動力を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、
   前記無段変速機の変速比の目標である目標変速比を設定する目標変速比設定手段と、
   前記車両の減速走行時に、前記エンジンの回転数の低下に伴って低下する前記オイルポンプの吐出可能圧の変動に影響するパラメータに基づいて、前記目標変速比設定手段により設定される目標変速比を補正する目標変速比補正手段とを含み、
   前記パラメータは、前記車両の減速度および前記オイルポンプが吸入および吐出するオイルの油温であり、
   前記目標変速比補正手段は、前記減速度が大きいほど、目標変速比を大きい値に補正し、前記油温が高いほど、目標変速比を大きい値に補正する、制御装置。

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