JP7262892B2 - 変速比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、変速機の変速比を制御する変速比制御装置に関する。

自動車などの車両に搭載される変速機として、ベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）が知られている。

ベルト式の無段変速機は、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ている。プライマリプーリおよびセカンダリプーリは、いずれも、回転軸に固定的に支持される固定シーブと、回転軸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て、固定シーブにベルトを挟んで対向する可動シーブとを備えている。ベルト式の無段変速機では、エンジンからの動力がプライマリプーリの回転軸に入力されると、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。また、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の移動により、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し、変速比（プーリ比）が連続的に無段階で変化する。

変速比制御では、まず、変速線図に基づいて、アクセル開度（アクセルペダルの最大操作量に対する操作量の割合）および車速に応じた目標回転数が設定される。目標回転数が設定されると、無段変速機に入力される回転数を目標回転数に一致させる変速比の目標である目標変速比が求められる。そして、目標変速比と実際の変速比である実変速比との偏差に応じて、また、プライマリプーリおよびセカンダリプーリからベルトに付与される挟圧がベルトの滑りを防止できる最低限の挟圧に所定の安全率を乗じた挟圧となるように、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を制御するためのソレノイドバルブに供給される電流の指示値（ソレノイド指示値）が設定される。

特開平８－２９６７０８号公報

従来の変速比制御では、たとえば、車両が走行中の路面の凹凸のためにアクセルペダルの操作量や車速（車輪の回転数）が揺れると、目標変速比が振動的に変動する。その結果、ソレノイド指示値が変動し、ベルトの挟圧に過不足が生じることにより、ベルトの滑りが生じたり、ベルトの挟圧が過大となって、無段変速機のトルク伝達効率が悪化したりするおそれがある。

その対策として、アクセル開度、車速、目標回転数または目標変速比に対するローパスフィルタ処理が考えられるが、ローパスフィルタ処理の安易な設定は、車両のドライバの変速要求、たとえば、アクセルペダルが素早くかつ大きく踏み込まれることによるキックダウン要求に対する応答性の悪化を招くので好ましくない。

本発明の目的は、制御対象の制御量の振動的な変動を抑制でき、かつ、変速要求に対する応答性を確保できる、変速比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、本発明に係る変速比制御装置は、車両に搭載される変速機の変速比を制御する装置であって、車両に設けられるアクセルの操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、車両の車速を検出する車速検出手段と、アクセル操作量検出手段により検出される操作量および車速検出手段により検出される車速に応じた制御目標を設定する制御目標設定手段と、制御目標設定手段により設定される制御目標をローパスフィルタ処理して出力するフィルタ処理手段と、フィルタ処理手段から出力される制御目標に基づいて制御対象を制御する制御手段とを含み、フィルタ処理手段は、制御目標設定手段により設定される制御目標と制御手段に入力される制御目標との偏差が大きいほど、ローパスフィルタ処理の時定数を小さく設定する。

この構成によれば、アクセルの操作量および車速に応じた制御目標が設定されると、その制御目標がローパスフィルタ処理され、ローパスフィルタ処理後の制御目標に基づいて制御対象が制御される。これにより、制御目標が振動的に変動しても、制御対象の制御量が変動することを抑制できる。

ローパスフィルタ処理では、アクセルの操作量および車速に応じて設定される制御目標と制御手段に入力される制御目標（たとえば、ローパスフィルタ処理後の制御目標がそのまま制御手段に入力される場合には、ローパスフィルタ処理後の制御目標）との偏差が大きいほど、時定数が小さく、言い換えれば、カットオフ周波数が高く設定される。したがって、アクセルが素早くかつ大きく操作されたことにより、制御目標が大きく変化した場合には、そのアクセル操作による変速要求に対して良好な応答性で制御対象の制御量を変化させることができる。

本発明によれば、制御対象の制御量の振動的な変動を抑制することができ、かつ、変速要求に対する応答性を確保することができる。

車両の駆動系の構成を示すスケルトン図である。 車両の制御系の構成を示すブロック図である。 無段変速機の変速比の制御のための構成を示すブロック図である。 ローパスフィルタ処理後の目標変速比の時間変化の一例を示す図であり、ローパスフィルタ処理前の目標変速比の時間変化の一例を二点鎖線で併せて示す。

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およびベルト式の無段変速機（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が解放された状態（ロックアップオフ）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が係合された状態（ロックアップオン）になる。

ロックアップオフの状態において、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出力軸のトルクよりも大きなトルクが発生する。

ロックアップオンの状態では、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と無段変速機４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。

無段変速機４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。無段変速機４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に固定されたシリンダ４３が設けられ、可動シーブ４２とシリンダ４３との間に、可動シーブ４２に付与される油圧が供給される油圧室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、可動シーブ４６に付与される油圧が供給される油圧室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。

その一方で、ベルト滑りを生じない必要十分な挟圧がベルト３５に付与されるよう、プライマリプーリ３３の油圧室４４およびセカンダリプーリ３４の油圧室４８に油圧が供給される。

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および無段変速機４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、無段変速機４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、無段変速機４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、無段変速機４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、無段変速機４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の制御系の構成を示すブロック図である。

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）が備えられている。マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。図５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。

トルクコンバータ３および無段変速機４を含むユニットには、各部に油圧を供給するための油圧回路９２が備えられている。ＥＣＵ９１は、無段変速機４の変速比の制御などのため、油圧回路９２に含まれる各種のバルブなどを制御する。

ＥＣＵ９１には、制御に必要な各種センサが接続されている。各種センサには、たとえば、アクセルセンサ９３および車速センサ９４が含まれる。

アクセルセンサ９３は、運転者により操作されるアクセルペダル（図示せず）の操作量に応じた検出信号を出力する。ＥＣＵ９１では、アクセルセンサ９３の検出信号から、アクセルペダルの最大操作量に対する操作量の割合、つまりアクセルペダルが踏み込まれていないときを０％とし、アクセルペダルが最大に踏み込まれたときを１００％とする百分率であるアクセル開度が求められる。

車速センサ９４は、たとえば、車両１の走行に伴って回転する磁性体からなるロータと、ロータと非接触に設けられた電磁ピックアップとを備え、ロータが一定角度回転する度に電磁ピックアップから出力されるパルス信号を検出信号として出力する。この検出信号（パルス信号）の周波数は、車両１の実車速に対応している。ＥＣＵ９１では、車速センサ９４から入力される検出信号の周波数が求められて、その周波数が車速に換算される。

なお、アクセルセンサ９３および車速センサ９４は、他のＥＣＵに接続されていてもよく、その場合、ＥＣＵ９１は、それらの検出信号から求められる情報を他のＥＣＵから通信により取得してもよい。

＜変速比制御＞
図３は、ＥＣＵ９１による無段変速機４の変速比の制御のための構成を示すブロック図である。

ＥＣＵ９１のメモリには、変速線図１０１が記憶されている。変速線図１０１は、アクセル開度および車速とインプット軸２１の目標回転数との関係を定めたマップである。ＥＣＵ９１では、変速比を制御するため、変速線図１０１に基づいて、アクセル開度および車速に応じた目標回転数が設定される。

ＥＣＵ９１は、変速比の制御のための機能処理部として、目標変速比設定部１０２、フィルタ処理部１０３および変速コントローラ１０４を実質的に備えている。これらの機能処理部は、プログラム処理によってソフトウエア的に実現されるか、または、論理回路などのハードウェアにより実現される。

ＥＣＵ９１では、目標回転数が設定されると、目標変速比設定部１０２の機能により、インプット軸２１に入力される回転数、つまりタービン回転数を目標回転数に一致させる変速比の目標である目標変速比が求められる。

図４は、目標変速比（制御目標）の時間変化の一例を示す図である。

フィルタ処理部１０３は、目標変速比設定部１０２により設定された目標変速比に対してローパスフィルタ処理を行い、そのローパスフィルタ処理後の目標変速比を出力する。フィルタ処理部１０３は、目標変速比設定部１０２により設定された目標変速比とローパスフィルタ処理後の目標変速比との偏差が大きいほど、ローパスフィルタ処理の時定数を小さく（カットオフ周波数を高く）設定し、その偏差が小さいほど、ローパスフィルタ処理の時定数を大きく（カットオフ周波数を低く）設定する。

変速コントローラ１０４は、フィルタ処理部１０３から出力される目標変速比と実変速比との偏差に応じて、プライマリプーリ３３およびセカンダリプーリ３４に供給される油圧を制御するためのソレノイドバルブに供給される電流の指示値（ソレノイド指示値）を設定する。このソレノイド指示値の電流がソレノイドバルブに供給されることにより、プライマリプーリ３３の油圧室４４およびセカンダリプーリ３４の油圧室４８に供給される油圧が変更されて、プライマリプーリ３３の可動シーブ４２およびセカンダリプーリ３４の可動シーブ４６が移動して、実変速比が目標変速比と一致するように変速する。

実変速比は、プライマリ回転数およびセカンダリ回転数から求めることができ、プライマリ回転数およびセカンダリ回転数は、それぞれプライマリプーリ３３およびセカンダリプーリ３４が一定角度回転する度にセンサから出力されるパルス信号の周波数から求めることができる。

＜作用効果＞
以上のように、アクセル開度および車速に応じた制御目標である目標変速比が設定されると、その目標変速比がローパスフィルタ処理され、ローパスフィルタ処理後の目標変速比に基づいて制御対象の制御量である実変速比が制御される。これにより、目標変速比が振動的に変動しても、実変速比が変動することを抑制できる。その結果、ベルト３５の挟圧に過不足が生じることにより、ベルト３５の滑りが生じたり、ベルト３５の挟圧が過大となって、無段変速機４のトルク伝達効率が悪化したりすることを抑制できる。

ローパスフィルタ処理では、アクセル開度および車速に応じて設定される目標変速比とローパスフィルタ処理後の目標変速比との偏差が大きいほど、時定数が小さく（カットオフ周波数が高く）設定される。したがって、アクセルが素早くかつ大きく操作されたことにより、目標変速比が大きく変化した場合には、そのアクセル操作による変速要求に対して良好な応答性で実変速比を変化させることができる。

＜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、本発明がベルト式の無段変速機４の変速比を制御する装置に適用された場合を例に挙げたが、本発明は、有段式の自動変速機（ＡＴ：Automatic Transmission）または動力分割式無段変速機など、無段変速機４以外の変速機の変速比を制御する装置に適用されてもよい。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式の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つの経路に分岐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
４：無段変速機（変速機）
９１：ＥＣＵ（変速比制御装置）
９３：アクセルセンサ（アクセル操作量検出手段）
９４：車速センサ（車速検出手段）
１０１：変速線図（制御目標設定手段）
１０２：目標変速比設定部（制御目標設定手段）
１０３：フィルタ処理部（フィルタ処理手段）
１０４：変速コントローラ（制御手段）

Claims (1)

1. 車両に搭載される変速機の変速比を制御する装置であって、
   前記車両に設けられるアクセルの操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記アクセル操作量検出手段により検出される操作量および前記車速検出手段により検出される車速に応じた制御目標を設定する制御目標設定手段と、
   前記制御目標設定手段により設定される制御目標をローパスフィルタ処理して出力するフィルタ処理手段と、
   前記フィルタ処理手段から出力される制御目標に基づいて制御対象を制御する制御手段とを含み、
   前記フィルタ処理手段は、前記制御目標設定手段により設定される制御目標と前記ローパスフィルタ処理後の制御目標との偏差が大きいほど、前記ローパスフィルタ処理の時定数を小さく設定する、変速比制御装置。

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