JPH05256B2

JPH05256B2 -

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Publication number: JPH05256B2
Application number: JP58089887A
Authority: JP
Inventors: Ee Furanku Andoryu
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1993-01-05
Also published as: JPS5934056A; US4459878A; DE3372734D1; EP0095147A1; EP0095147B1

Description

【発明の詳細な説明】［本発明の背景］本発明は連続可変変速機を有する動力伝達系、
特に、自動車に用いられる制御システムおよびそ
の制御方法に関するものである。

自動車の燃料経済性向上の要求により、エンジ
ン、変速機の設計、制御は、大きく進歩した。連
続可変比変速機CVTは、この面で特に将来性が
みこまれている。あるエンジンで、車速、必要推
進力が与えられれば、ある変速比で燃料経済性は
最大となる。さらに、車速が与えられれば、ある
変速比で最大の加速が得られる。適当な変速比範
囲を有するCVTは、希望の変速比を与えること
ができるので燃費、排気、性能の点から、自動車
にとつて魅力あるものであることは明らかであ
る。CVTの機械的効率は高く、その変速比範囲
は十分広いので、同じ車で、最高の経済性と最高
の性能を同時に得ることさえ可能である。他の顕
著な利点としては、完全自動操作、ドライバーの
要求に速やかに応答すること、スムーズで無段階
の応答、静かな走行が挙げられる。

従来、多くの種類のCVTが開発されてきた。
たとえば、流体変速機、轉がり接触索引駆動装
置、過回転クラツチ、電気式変速機、すべりクラ
ツチつき多段ギヤボツクス、Ｖベルト索引駆動装
置等である。これらの中で、Ｖベルト駆動が、コ
ンパクトになること、軽量、設計が簡単といつた
理由で、小型、中型の乗用車には、適している様
に考えられる。基本的には、この種のCVTは、
駆動プーリと被駆動プーリと、それを連結するＶ
ベルトから成りたつており、これらプーリの径は
可変なので、CVTの比を変えることができる。
最近はベルト設計が進歩したのでベルトの耐久
性、寿命が長くなつてきた。ベルトに過度の応力
がかからないように、プーリの運動を適当に制御
できれば、非常に長いベルト寿命が期待できる。

燃料経済性を最大にする目的で、エンジン−
CVT系の制御法が多く考えだされた。これらは、
各エンジン性能の経済的解析と、ある希望出力で
は、燃料消費を最小にするエンジン回転速度とト
ルクの最適組み合わせがあるという認識に基づい
ている。これを第１図に示す。

第１図は、排気量約2.5リツトルの４気筒乗用
車用火花点火機関の代表的な性能マツプである。
このマツプは、エンジントルクTeとエンジン馬
力BHPを、エンジン回転速度Neの関数としてプ
ロツトしたものである。図上部の一点破線は、ス
ロツトル前開時のエンジントルクである。実線で
表わした曲線群は、燃料曲線で、等ブレーキ馬力
当り燃料消費量（BSFC）で、lb.M／BHP−hr
単位で表わしてある。最小燃比費は、0.4lb／
BHP−hrの点である。破線群はエンジンの出力
馬力をらわす、理想的な低燃費操作線は、太い実
線、ｆ（Ne）で示した。この曲線はエンジン回転
速度の関数である。理想的な低燃費操作線は、エ
ンジン特性だけの関数で、車速にかかわらない最
適値である。値の理想操作線、たとえば、理想的
な低排気操作線も、この性能マツプ上に表わすこ
とができる。

従来の手動変速車では、前進速度比は通常４段
あるいは５段である。性能マツプ上のエンジン操
作点は、ドライブシヤフトの速度、指定馬力また
はトルク、変速ギヤ比によつて決まる。通常の変
速機では、ギヤ比はすくないから、エンジン回転
速度を、かなりの時間落さなければならない。し
たがつて、エンジンは、高いBSFC値で、長時
間、操作しなければならない。これに対して、
CVTは、その速度を連続可変にできるので、エ
ンジンをより広いスロツトル、低いBSFC値で動
かすことができる。

エンジン−CVT系の制御システムに要求され
る最も困難な問題は、多分、エンジンを理想操作
線に沿つて操作させることであろう。これは自動
車の運転が、ほとんど常に過渡状態にあるためで
ある。路面荷重、必要トルク、馬力が一定な時
は、ほとんどない。過渡状態は通常、CVT比、
エンジン回転速度、スロツトルの変化により対応
する。従来の制御システムは、その性質上、定常
状態で理想操作線にもどるまでは、理想操作線か
らはずれたエンジン操作工程となつた。この様な
工程の例を第１図のＸ−Ｙ−Ｚ破線で示す。その
結果、エンジン操作は理想操作線に近ずくが、決
してその状態に保たれることはない。その様な従
来システムを、第２図、第３図に示す。

第２図は、ピータ・スタツブ（Peter Stubbs）
がブリテイシユ・レーランド（British Leyland）
のために考案したシステムの模式図である。この
システムの詳細な説明は、Stubbsの発表した
ASMEペーパ、No.80−C2／DET−59
（August1980）The Development of ａ
Perbury Traction Transmission for Moter
Car Applicationsにある。このシステムでは、
燃費を最小にするエンジン操作特性を記憶してい
る計算機コントローラに、エンジン回転速度Ne、
スロツトルETの位置θ、CVT比ｅの信号がすべ
て供給される。コントローラは、これらの変数の
関数として、エンジン制御信号Ncを出し、スロ
ツトル位置θを調整し、比率信号Ecを出し、
CVTの比を変える。スロツトルETは、車のアク
セルペタルからの信号αにより直接制御されるの
で、エンジン制御信号が、ドライバの指示するス
ロツトル位置とちがう場合は、スロツトル位置
は、指示された力またはトルクによつて決まる関
数である。

第３図はアイシン精機のために宮尾が考案した
システムの模式図である。その詳細な説明は米国
特許No.4091690にある。この場合も、スタツブス
（Stubbs）のシステム同様、エンジンスロツトル
ETは、アクセルペタルからの信号αと直結して
いるために、指令馬力またはトルクの関数とな
る。計算機は、測定されたスロツトル位置θとエ
ンジントルクTe、エンジン回転速度Neの関数と
して変速比信号Ecを出し、CVT比ｅを変える。
また、当然、出力トルクT₀もCVT比に影響を与
える。なお、符号Rlは路面負荷等の走行抵抗を
示す。

これらの場合、他のほとんど全てのエンジン−
CVT制御システム同様、スロツトル位置はアク
セルペダルによつて直接コントロールされるが、
ペタル位置および他のパラメータの直接の関数で
ある。通常、エンジンとの変速機の制御は、たが
いに直接関係している。この様な制御により、過
渡時に、エンジンが、理想操作線から変化して操
作できる。理想操作線からずれた行程によつて、
エンジン操作は最適値より悪くなる（たとえば、
燃費が増える、排気が多くなる）。定常状態にな
つて有効な制御が回復するまで、この状態がつづ
く。すでに述べた様に、ほとんどの自動車の操作
は、定常状態というよりも、過渡的な性質である
ので、ほとんど全てのエンジン操作は、理想操作
線からずれる。したがつて、排気補正
（emissions calibrations）は、エンジン性能マツ
プの大部分で行なう必要がある。また、ほとんど
の従来の制御システムは、エンジン毎に調整しな
ければならない。このため、エンジンが異なる車
が多いと、多くの特別設計の制御システムが必要
となる。さらに、ほとんどの従来の制御システム
は、エンジン条件の変化に対して、補償
（compensatep）ができない。その結果、車の操
縦性は、エンジン温度、調整状態、使用期間、高
度によつて変る。車の特性を精密に再生すること
も、従来のCVT制御では問題である。

〔本発明の目的〕

したがつて、本発明の目的は、常にエンジン操
作（運転）を、理想操作線に沿つて保つエンジン
−CVT制御をすることにより、従来技術の上述
の欠点を克服することである。

本発明の他の目的は、エンジン温度、使用期
間、調整状態（state of tune）、高度、その他の
状態の変化にかかわらず、ドライバに、常に同じ
操作性を与える制御機構を与えることである。

本発明の他の目的は、CVTと組み合わされる
エンジンの種類に関係なく、同じ自動車特性が得
られる様な制御をすることである。

本発明の他の目的は、CVT車に、ほとんど全
ての点で、従来の変速機を持つた車と同じ様に機
能させる制御機構を提供することである。

本発明の他の目的は、排気のためのエンジン補
正を大幅に簡単化することである。

おどろくべきことに、エンジンと変速機の制御
を全く独立して行うことにより、エンジン操作を
理想操作線に沿つて行なうことが容易にできるこ
とが分つた。すなわち、エンジンのスロツトルの
位置とアクセルペタルの位置とは全く独立したも
のになる。スロツロル位置、したがつて、エンジ
ン出力トルクは、単に、エンジン回転速度だけの
関数となる。その関数形は、望みの関係にするこ
とができる。たとえば、燃費を少くするための理
想操作線、排気を少くするための理想操作線、燃
費を少くし、同時に、排気も少なくする複合理想
操作線などである。アクセルペタルにより指令さ
れるトルク、馬力、その他の希望性能パラメータ
が、CVT比を制御し、エンジン回転速度は、エ
ンジンに加わる負荷により決められる。この負荷
は、路面負荷（荷重）とCVT比の関数である。
したがつて、スロツトル位置はエンジンにかかる
どんな負荷に対しても、その理想的な関数に従つ
て正確に調整される。制御方法を適当に設計する
ことにより（これも、本発明の一部である）、エ
ンジンの回転、異常に低い回転状態などのエンジ
ン及び車の異常挙動が抑えられ、静止から始動へ
の過渡状態の調節もでき、ほとんど全ての点で、
従来の自動変速機を有する車と同じ様に作動させ
ることができる。

便宜上、この明細書全体にわたつて、本発明の
説明は、自動車用エンジンのエンジン−CVT駆
動システムについて述べる。しかし、本発明の原
理は、いかなる種類の動力伝達システムにも同じ
様に適用できると考えられる。たとえば、いかな
る設計の内燃機関、外燃機関を用いる他の乗物、
あるいは、コンプレツサ、発電機、その他の機械
を動かす定量発電所などを含むが、これらに限る
ことはない。“スロツトル”という言葉を使う場
合は、エンジンあるいは、他の原動機への燃料供
給を制御するどの機構も含むものとする。エンジ
ンは、燃料流れがスロツトル弁の位置で変る従来
の気化器型火花点火エンジンでも、燃料噴射型火
花点火エンジンでも、デイーゼルエンジンでも、
ガスタービンでもよい。

（発明の要約）本発明の上述した目的を達成するために、原動
機と、該原動機から出力軸へ力を伝達するために
該原動機に結合され、かつ有限に変速比を有し、
最小変速比による出力トルクが予め想定可能な車
両の取り得る最も小さい走行抵抗よりも小さく、
かつ、最大変速比による出力トルクが前記車両の
取り得る最も大きい走行抵抗よりも大きく設定さ
れる連続可変比変速機と、前記原動機はその速度
が前記連続可変比変速機の変速比の関数として変
化し、かつ、前記原動機へ可変量の燃料を供給す
る燃料供給装置とを有し、前記原動機から前記出
力軸に伝達される希望馬力または希望トルクを指
令する指令装置によつて制御される動力伝達系の
制御方法であつて、前記出力軸に伝達される実際
のトルクを測定する工程、該工程で実測された実
測トルクと前記希望馬力または希望トルクとの関
数として前記連続可変比変速機の変速比を制御す
る工程、前記原動機への必要燃料量を決める燃料
関数を決める工程、前記原動機の実際の速度を測
定する工程、前記原動機に供給される燃料が前記
原動機の実測速度のみによつて決まる様に前記燃
料関数のみに従つて前記燃料供給装置を制御する
工程を含むことです。このように構成したことに
より、動力伝達系の制御法において、原動機を理
想操作線に沿つて操作させることが可能となり、
このため、最高の経済性と最高の性能を同時に得
ることが可能となる。特に、本発明においては、
連続可変比変速機の変速比の範囲、すなわち最小
変速比／最大変速比を車両の走行抵抗に基づき決
定するため、さらに原動機の作動と連続可変比変
速機の作動とを夫々独立して制御することが可能
となる。そして、原動機の実測速度のみにより原
動機への燃料供給制御を行なう。従つて、原動機
を、正確に理想操作線に沿つて操作することがで
きる。

〔発明の具体的説明〕

第４図は本発明の各部の機能的関係を示したも
のである。エンジン１０は、クラツチ、または、
液体カツプリング（図示せず）によつて、CVT
１４と結合し動力を伝達する。燃料は燃料供給装
置１２によりエンジン１０に供給される。この供
給装置は、スロツトルと気化器、または燃料噴射
系などの燃料噴射機とから成る。CVT１４は、
従来技術との関係で、上述した多くの種類の連続
可変変速機のいずれか一つである。出力軸１６
は、エンジンとCVTから力とトルクを供給する。
CVTの比は、CVT比コントローラ１７によつて
セツトする。コントローラは、トルクセンサ１９
で測定した出力T₀と、アクセルペタル１８で指
令する指令（または希望）馬力またはトルクαの
関数として、比変化率信号kR〓を発生する。エン
ジン−CVTシステム性能を表わす他のパラメー
タもCVT比コントローラ１７に用いられ、同様
に、CVT比の変化を出す。たとえば、希望出力
馬力またはトルクと実測出力トルクを用いる代り
に、車の加速度、出力軸加速計、その他のパラメ
ータの指令値、測定値を用いることもできる。こ
の具体例では、CVT比は指令馬力またはトルク
と実測出力トルクとの関数で表現され、エンジン
操作とは完全に独立している。一方、エンジン制
御は、エンジン制御回路１００により行われる。
エンジン制御回路は、エンジン回転速度測定値
Neに従つて燃料供給装置を調節する。この関数
は、低燃費用理想エンジン操作線、低排気用理想
エンジン操作線、これらを複合したもの、あるい
は、他の要求エンジン操作特性によるものが望ま
しい。

第５図は、全体の制御系を、さらに詳しく示し
たものである。第５図に示したCVTは、可変径
プーリ、Ｖベルト駆動型で、出力軸１６に結合さ
れた被駆動プーリ２０と、エンジン１０と結合し
た駆動プーリ３０とから成る。ベルト１５は、プ
ーリ２０とプーリ３０を結合し、駆動力を伝え
る。プーリ２０、プーリ３０は加圧液体により油
圧駆動され駆動径を変える。プーリ２０は軸に固
定された部分２２と、軸上可動の部分２４を有す
る。可動部分２４の後にある圧力室２６内の加圧
液は、固定部分２２と可動部分２４を一定の距離
に保つたり（すなわち、プーリ２０の駆動径を一
定に保つ）、軸上可動部分２４を固定部分２２に
近ずけたり、遠ざけたりして、駆動径を変えるの
に必要な軸方向の力を出す。同様に、プーリ３０
は、軸固定部分３２と圧力室３６内の液圧の作用
を受ける可動部分３４を有する。ベルト１５を適
当な張力に保つ圧力室２６，３６内の圧力は、以
下に述べる制御システムによつて適当な値に保た
れる。

スロツトル（燃料供給装置）１２の位置は、エ
ンジン制御回路１００から信号を受けるスロツト
ルサーボ１３により制御される。過渡的運転時
（下に述べる）には、燃料供給は、燃料絞り弁１
１により減らされるか、燃料停止装置９により燃
料供給が止められる。燃料の低減、停止機能は、
種々のモードで動く。例えばソレノイド弁などで
も行うことができる。エンジン制御回路１００
は、アクセルペダルからの入力α、エンジン回転
速度Ne、自動（AUT）または手動（MAN）モ
ードでの操作を可能にするオーバライドスイツチ
Ａ／Ｍからの入力、エンジンが始動した時、車の
停止を確保する始動／中立・スイツチＳ／Ｎから
の入力に応答する。

被駆動プーリに作用する液圧は、被駆動側プー
リ圧発生器２００から供給される。この発生器
は、被駆動側圧力サーボコントローラ２５０と液
圧分配回路５００を通つて作用する。同様に、駆
動プーリ３０に作用する液圧は、駆動側プーリ圧
発生器３００により供給される。この発生器は、
駆動側サーボコントローラ３５０と液圧分配回路
５００を通つて作用する。被駆動側プーリ圧発生
器２００は、エンジン回転速度Ne、アクセル位
置α、駆動軸速度Nds（これは、駆動軸１６につ
いているセンサで測られる）、CVT比Ｒの入力に
応答する。CVT比Ｒは、CVT比回路６００によ
り発生するが、これは、エンジン回転速度Neを
駆動軸速度Ndsで割つた比（商、率）である。

発進クラツチ４０は、エンジン１０とCVT１
４を結合する。車が止つている時は、クラツチ４
０は結合していないが、低速では、部分的につな
がり、徐々に、完全につながつていく。完全結合
は、以下に述べる様に、予め決めた操作点で起き
る。発進クラツチ４０は、発進クラツチ制御回路
４００により制御される。この回路は、発進クラ
ツチ用圧力サーボコントローラ４５０と液圧分配
回路５００を通して、アクセルペダル位置α、エ
ンジン回転速度Ne、自動／手動スイツチに応答
する。

第７図、第８図、第９図は、第５図に示した各
部の機能的関連を、もつと詳細に示した模式図で
ある。第７図は主として、エンジン制御回路１０
０を示したものである。制御回路１００の中心的
要素は関数発生器１０２で、これは、望ましいエ
ンジン操作特性を示す関数を発生する。この実施
例では、関数θを、低燃費用理想エンジン操作線
として選んだ。θは、望ましいエンジン出力トル
クに比例したスロツトル角度を表わす。第１図
は、この関数ｆ（Ne）をグラフで示したものであ
る。発生器１０２により作られた関数値は、増幅
器１０４を通つて、スロツトルサーボ１３に直接
入る。自動制御系が働かない場合、モードスイツ
チ１０６により、マニユアルモードに切り変える
ことができる。マニユアルモードの場合、アクセ
ル位置αは、増幅器１０４を通つて、スロツトル
サーボ１３に直接入力される。始動／中立（Ｓ／
Ｎ）も、モードスイツチ１０６により作動する。

燃料停止コンパレータ１０８は、急激な加速ま
たは、制御系に異常があつた場合に起りがちなエ
ンジンの過回転を制御するためのものである。コ
ンパレータ１０８は、エンジン回転速度Neを、
最高許容エンジン回転速度、たとえば、6000rpm
と比較する。もし、Neが6000rpmより大きい場
合は、燃料停止装置９が働いて、エンジン１０へ
の燃料供給を止める。燃料停止装置９は、ソレノ
イド締切弁などである。

他のエンジン回転速度制御は、アクセルペダル
を離した時、車の速度が上るという車固有の傾向
を押えるためのものである。減速時に起るこの現
象は、車の慣性が、比較的絞りのきいていないエ
ンジン（relatively unthrottled engine）の慣性
と、オーバドライブに変りつつある変速比の変速
機を介して結合するからである。

この望ましからぬ傾向は、アクセルペタルを急
に完全に離した時にひどくなる。この異常な挙動
は、アクセルペタル上の圧力を抜いた時、エンジ
ンへの燃料流量を下げることにより防げる。燃料
流量の減少は、ペタル位置の減少速度−α〓に比例
する。また、アクセルペタル位置αが全工程の
3.6％以下に落ちた時に、燃料流量をさらに下げ
ることによつて防げる。この制御を行うには、パ
ルス巾モジユレータ１１０で、燃料減少バルブ１
１を制御する。モジユレータ１１０の仕事サイク
ル、（duty cycle）（すなわち、燃料減少バルブが
開いている時のパルスサイクルのパーセント）
は、ペダル位置αの減少速度（−α〓）に逆比例す
る。−α〓が、α〓がゼロより小さい場合にのみ、微分
器１１２から導出される。さらに、ペダル位置α
が、3.6％以下に落ちた場合、燃料減少コンパレ
ータ１１４は、モジユレータ１１０の仕事サイク
ルを、ゼロ、または、ゼロ近傍まで減少させる。

第８図は、発進クラツチ制御回路４００に関す
るものである。車が停止している時、エンジンが
アイドリングする様な、何らかの結合装置を、エ
ンジンとCVTの間に設けなければならない。液
体カツプリングも使えようが、これに特有の機械
的損失があるので、これは燃料経済性を大きくし
ようという目的に反する。ロツクアツプクラツチ
を有するトルクコンバータの方がまだよいが、機
械式クラツチがよい。そして、油圧駆動のものが
この目的には適している。ここでの目標は、従来
の自動車の様に、車が静止している時は、クラツ
チを完全に切り、徐々にクラツチを入れて車を動
かし、車速が上るにつれて、さらに、クラツチを
かませることである。このために、変速比Ｒの測
定値（これは、CVT比回路６００により、エン
ジン回転速度Neと駆動軸速度Ndsの比として計
算される）を、コンパレータ４０２に入力する。
CVT比Ｒが4.7を越えると、コンパレータ４０２
は、スイツチ４０４を閉じ、増幅器４０６からの
信号を、増幅器１０４を通じて、スロツトルサー
ボ１３に伝える。この信号は、α−Ne′に等し
い。Ne′は関数発生器４０８により生成した関数
で、Ｋ（Ne−1000rpm）に等しい。こうして、ア
クセルペタル１８は、α−Ne′によつて定義され
る方式で、スロツトル１２と直接結合する。定数
Ｋは、クラツチが完全につながつていない場合、
エンジン回転速度が2500rpmを越えない様に選
ぶ。このアクセルペダルとスロツトルの直接結合
により、車を静止状態から動かすに要する入力を
システムに与える。

コンパレータ４０２は、また、スイツチ４１０
を閉じ、ペダル位置αを、直接、発進クラツチ用
圧力サーボコントローラ４５０に伝える。したが
つて、クラツチ４０のかかり具合は、CVT比Ｒ
が4.7になるまで、ペダル位置に比例する。この
期間、上述の関係から、エンジン回転速度が上る
につれ、スロツトル１２に対するアクセルペタル
の直接制御の程度は低減する。

CVT比Ｒ比が4.7以下になると、スイツチ４０
４，４１０は開き、コンパレータ４１１はスイツ
チ４１２を閉じ、最大圧力をクラツチ用圧力サー
ボコントローラ４５０に伝える。最大圧力によ
り、クラツチは完全にかみ合う。この点を越え
て、車が加速すると、車は完全に自動制御され
る。

もし、始動／中立スイツチＳ／Ｎがない場合、
始動時にアクセルペタル１８を下げると、クラツ
チ４０が入り、車が前方に傾く。（前によろよろ
と動き出す）。したがつて、始動／中立スイツチ
Ｓ／Ｎはαのクラツチ４０に対する影響をなく
し、安全な始動をさせる。

第９図は被駆動プーリ２０のためのプーリ圧力
発生器２００と、駆動プーリ３０のためのプーリ
圧力発生器３００に関するものである。圧力発生
器２００は、エンジンが最大運転速度5500rpm
（Nmax）を越えそうになると、エンジンへの負
荷を増加させる様に変速比を変える回路を含んで
いる。また、エンジン回転速度が、アイドリング
速度1000rpm（Nmin）以下になろうとすると、
エンジンへの負荷を減らす様に変速比を変えるた
めの回路を持つている。これは、総和増幅器
（Summing amplifions）２３０，２３２と、ク
リツピング回路２３４，２３６によつて達成でき
る。総和増幅器２３２とクリツピング回路２３６
は、エンジンの負荷を増すために、被駆動プーリ
２０への圧力を低減する様に働く。増幅器２３２
は負の入力ターミナルに加えられたNeと、正の
入力ターミナルに加えられたNmaxを受けとり、
総和出力信号Nmax−Neを出す。この総和出力
は、第９図に示す様な特性を持つた非線形デバイ
スであるクリツピング回路２３６にかけられる。
このデバイスは、たとえば、逆バイアスダイオー
ドで、入力信号の負の行程に対しては、負の線形
出力を出し、正の行程に対しては、ゼロ出力を出
す。

したがつて、もしNeがNmaxを越えたら、回
路２３６に加えられた入力信号は負になり、これ
により、負の出力信号がでる。この負の出力信号
は総和増幅器２１０に入れられ、その総和出力信
号の値を、NmaxよりNeが多い量に比例して減
少させる。その結果、被駆動プーリ２０への圧力
も、これに比例して減る。一方、NeがNmaxよ
り小さい場合は、クリツピング回路２３６にかる
入力信号は正となり増幅器２１０には、ゼロ出力
信号がかかる。この様な出力信号は増幅器２１０
の総和出力信号に何の影響も及ばないので、被駆
動サーボコントローラ２５０にかかる信号には、
何の変化も生じない。

総和増幅器２３０とクリツピング回路２３４
は、被駆動プーリへの圧力を増加させ、エンジン
の負荷を減少させる。増幅器２３０は、その負の
入力端子にかかつたNeと、正の入力端子Nmin
にかかつたNminを受け入れ、総和信号Nmin−
Neを生ずる。この総和出力は回路２３６に似た
クリツピング回路２３４に入れられる。しかし、
回路２３４は、非線形の伝達特性を持つており、
入力信号の正行程に対しては、正の線形出力を出
し、負の行程に対しては、ゼロ出力を出す。回路
２３４は、たとえば順方向（フオワード）バイア
スダイオードなどある。もしNeがNminより下
ると、クリツピング回路２３４にかかる入力信号
は正となり、正の出力信号となる。この正の出力
信号は、それから、総和増幅器２１０に入力さ
れ、その総和出力信号を（Nmin−Ne）の量に
比例して減少させる。その結果、被駆動プーリ２
０への圧力は、それに比例して増加する。一方、
NeがNminより大きい場合は、回路２３４によ
りゼロ出力信号が発生し、サーボコントローラ２
５０に入力される総和信号には影響を与えない。

被駆動側プーリ圧力発生器２００も、車速に応
じて、アクセルペタル１８の感度を従来の車の感
覚によく合うように調整する回路を含んでいる。
これは、エンジンとCVTに固有の操作特性があ
るために必要とする。すなわち、車速が大きい
と、エンジンにより生ずるトルクは比較的大きく
一定である。（第１図参照）。従来の車では、エン
ジンから取り出せる、わずかの残余トルクは、後
輪へハイギヤで一定の非常に小さな減速比で伝え
られる。したがつて、車の加速は、高速では、ア
クセルペダルの動きにかなり鈍感である。しか
し、CVTを載せた車では、高速でもアクセルペ
タルを踏み込めば、減速比が上り、従来の車より
大きなトルク増大となる。したがつて、アクセル
ペダルの位置αだけで、高速でCVTを制御しよ
うとすると、車の応答性は、アクセルペダルの動
きに極端に敏感となる。したがつて、アクセルペ
ダルの感度は高速では下げなければならない。

ペダルの感度は、二つのコンパレータ２１２，
２１４により制御される。車速が、しきい値より
低い、すなわち、駆動軸速度Ndsが1173rpm以下
である時は、スイツチ２１６は閉じており、α信
号を直接増幅器２１０に伝える。これはトルク制
御である。駆動軸速度Ndsが1173rpmを越える
と、スイツチ２１６は開き、スイツチ２１８は閉
じ、ペタル位置信号α／Nds（デバイダ２２０に
より与えられる）が、増巾器２１０に伝えられ
る。これは動力制御（power control）である。
この様にして、高速でのペダル１８の動きの効果
はおさえられ、従来の車のペダルの応答性に非常
に近くなる。

第１０図は、プーリ圧力発生器２００の一変形
で、ここでは、アクセルの感度はCVT比Ｒの関
数として制御される。CVT比Ｒが３以上になる
と、コンパレータ２１２′は、スイツチ２１６′を
閉じ、アクセルペダルの位置信号αを直接増幅器
２１０に伝える。CVT比Ｒが３以下の場合、コ
ンパレータ２１４′は、スイツチ２１８′閉じ、鈍
くした信号（dulled signal）を、デバイダ２２
０′から、増幅器２１０に入れる。

上述した変速比制御は、比率R〓の制御である。
すなわち、アクセルペダル１８によつて指令され
る被駆動プーリ２０にかかる液圧の増加分（また
は、減少分）が大きいほど、プーリの径の変化は
速くなる。したがつて、たとえば、アクセルペダ
ル１８を速くふみこめば、CVT比Ｒは速く変化
し、加速は速くなる。勿論、これは従来の車の特
性と非常に近い。

本発明では、進んだCVT制御をするには、単
にCVT比だけでなく、CVTの比の率R〓を制御す
る方がよいという認識がある。この制御は、次の
車特性式に基づいて説明できる。

N〓ds＝（−R〓IeNe）／（Ieq）＋（RTe−Trl−Tioss）／（Ieq） Ieq＝Icds＋R²Ie R〓＝変速機の変速比の変化率Ｒ＝変速機の変速比 Ie＝エンジン慣性 Ne＝エンジン回転速度 Te＝エンジントルク Trl＝駆動軸にかかる路面荷重（負荷）トルク
で、タイヤ、最終ドライブ（final drive）の
アクスル（axle）の損失を含む Tloss＝伝達損失 Icds＝駆動軸にかかる車の慣性 N〓ds＝駆動軸で測つた車の加速度車の加速度車の加速度N〓dsは、これらの変数たとえば、
Te、Ｒ、Ｒの１つまたは２つ以上制御をするこ
とにより変えることは明らかである。一般に、従
来の車では、変速比Ｒとエンジン出力トルクTe
を変えて、必要な変速をし、車を制御している。
しかし、Ｒの制御では、エンジントルクと速度を
理想操作線に沿つて、常に保つことは困難であ
る。

これは、Ｒを変える毎に、エンジンの負荷が変
り、したがつて、エンジン出力トルクと車の加速
度に影響を与えるためである。

エンジントルクと速度を同時に変え、エンジン
操作を理想線まで戻そうとするには、非常に複雑
な制御システムが要る。制御は、これらのシステ
ムではいくつかの変数に依存するからである。た
とえば、これらのシステムでは、エンジン操作を
理想線に戻すには、必要な目標スロツトル位置と
CVT比Ｒを計算するという複雑な仕事をしなけ
ればならない。また、比の変化率R〓の計算をし
て、比を目標値まで変化させる速さにより、好ま
しからざる車の動きが起らない様にしなければな
らない。たとえば、R〓が大きすぎると、車の加速
が起る前に、車が減速してしまうということが起
る。この現象は、上の性能式で、R〓が負になるた
めである。

しかし、本発明では、他の変数をエンジン性能
が悪くなる様に変えないで、R〓を検知し制御でき
る。これは、エンジントルクと速度が理想エンジ
ン操作線に、しつかり沿うように、エンジン制御
と変速機の制御を分配することにより達成でき
る。R〓を制御する結果、他の関連変数に悪影響は
起きない。特に、R〓だけを変えても、これに従つ
てR〓は変るが、エンジン操作は理想操作線からず
れない。エンジン回転速度とトルクは、燃料関数
ｆ（Ne）だけによつて決まるからである。その結
果、車の加速度N〓dsと出力トルクT₀は、他の変
数ではなく、比の変化率R〓だけによつて制御され
る。

本発明にはよれば、変速比の変化率R〓は、次の
関係によつて近似できる。

kR〓＝α−T₀（低速時、トルク制御） kR〓＝α／k′Nds−T₀（高速時、馬力制御）本発明の実施例のＶベルト駆動では、アクセル
ペダル位置αと出力トルクT₀の比較が、ベルト、
プーリ部品では、自然に起き、変速率R〓で変速比
が変化する。他の種類のCVTでは、この関係を
生じせしめるには、別の制御要素が必要となる。
しかし、前にも述べた様に、システムの性能を表
わす他のパラメータを使つて、R〓の率で変速比を
変えることができよう。ここで、R〓は、希望性能
パラメータと実際に測つた性能パラメータの差に
比例するものとする。

本発明の上述の制御機構を図示したのが、第１
図である。第１１図は、エンジン回転速度Neを
車速、あるいは、駆動軸速度Ndsの関数としてプ
ロツトしたものである。最小、最大CVT比を原
点から出る直線で示してある。アイドリング
（Nmin＝1000rpm）は、下方の水平な線で最大
許容エンジン回転速度（Nmax＝5500rpm）は、
上方の水平な線で示した。最大車速は、右端の垂
直線で示した。

第１１図のグラフは、いくつかの操作領域に分
けられている。“Ａ”はエンジン−CVTシステム
の通常操作領域を示す。領域“Ａ”は最大CVD
比の線、最大エンジン回転速度の線、最大車速の
線、最小CVT比の線、アイドリング速度の線に
よつて区切られている。“Ａ”領域での操作中、
クラツチ４０は完全に結合しており、スロツトル
位置は燃料関数ｆ（Ne）により、エンジン回転速
度だけの関数である。駆動軸速度1173rpmを示す
垂直破線の左側の操作は、トルク制御で有り、こ
の線の右側の操作は、パワー（馬力）制御であ
る。（上の二式と第９図、第１０図に示したアク
セルペタル感度回路を見よ）。領域“Ｂ”は始動
制御の領域である。すなわち、半クラツチで、低
車速の時のエンジン−CVT系の操作を示す。こ
の操作４００の制御は第８図に示した。

残りの三つの領域、“Ｃ”“Ｄ”“Ｅ”での操作
は、上述の制御システムにより有効に抑止され
る。すなわち、“Ｃ”領域での操作は、最小CVT
比という物理的限界と、エンジン制御回路１００
（第７図）の燃料減少バルブ１１、パルス巾モジ
ユレータ１１０、デイフアレンシエータ１１２、
燃料減少コンパレータ１１４から成る燃料減少回
路により抑止される。領域“Ｄ”はオーバスピー
ド制御の領域で、エンジン制御回路１００（第７
図）の燃料停止装置９と燃料停止コンパレータ１
０８、それに、プーリ圧力発生器２００（第９
図）の増幅器２３２とクリツピング回路２３６に
より制御される。領域“Ｅ”はエンジンアイドリ
ング制御領域で、プーリ圧力発生器２００（第９
図）の増幅器２３０とクリツピング回路２３４に
より制御される。

第１１図には、平坦路で一定の車速の保つに必
要なエンジン回転速度を示す負荷線（load line）
すなわち走行抵抗も示されている。“負荷”には
路面負荷、最終駆動損失などを含み、エンジン−
CVT系のかかる実際の負荷を表わす。本発明の
制御機構が、理想操作線に沿つてエンジン操作を
保つために、燃料関数だけにしたがつて機能させ
るためには、CVT比の範囲は、通常遭遇するど
んな負荷に対しても一定車速を保つに要する全て
の比を含むことが望ましい。すなわち、最小
CVT比は、平坦路で一定の車速を保つに必要な
比より小さく、最大CVT比は遭遇する可能性の
ある最も急な坂を、一定速度で上るに必要な比よ
り大きいことが望ましい。この関係は第１１図の
グラフで、“Ａ”領域の最小CVT比の線の上の負
荷線の物理的位置により示される。他の全ての負
荷線は最大CVT比の線より下になければならな
い。これを充たす望ましいCVT比の範囲は、約
11：１で、それは、たとえば、最大CVT比は
22：１（最終変速比を含む全車比）、最小CVT比
は２：１である。この様に広い範囲の比を持つた
変速機は1981年８月５日に出願した、米国特許出
願、No.290293に明らかにされている。勿論、これ
より比の範囲の小さいCVTも使用可能だが、広
い範囲のものほど、自由度は大きくなるであろ
う。

第６図を参考にして、CVT比の変速機構を圧
力室２６，３６内の加圧液体により生ずる軸方向
の力から説明しよう。第６図の下方の曲線は、被
駆動プーリ２０の可動部分２４にかかる定常状態
の軸力を、CVT比の関数としてプロツトしたも
のである。同様に、上方の曲線は駆動プーリ３０
の可動部分３４の内部への動きに抵抗する定常状
態の軸力を、CVT比の関数としてプロツトした
ものである。以下に述べる様に、CVT比を1.0か
ら、約1.7に上げる様な信号が出されたとすると、
圧力室２６内の液圧は増加し、軸力を、約175Kg
から、約270Kgにまで上げる。可動部分２４は、
しかし、慣性のために、直ぐには動かない。した
がつて、プーリ２０で起きる過渡状態を表わす曲
線は、Ａ点からＢ点へ、1.0の一定比で動き、そ
れから、平行点Ｃまで動くものと定義される。し
たがつて、駆動プーリ３０の圧力室３６内の圧力
増加により、プーリ３０の可動部分３４への軸力
は約315Kg（Ｄ点）から、約380Kg（平行点Ｅ）ま
で増加する。この様に軸力が増加しても、プーリ
２０の径が大きくなるためベルト１５の張力が増
し、プーリ３０の二つの部分３２，３４をはな
し、プーリ３０の駆動径は小さくなる。駆動プー
リ３０は、したがつて、被駆動プーリ２０に生ず
るどんな変化にも、整然と追従する。

プーリ圧力発生器３００は、変速比Ｒと測定出
力トルクT₀の関数として、駆動プーリ３０に適
当な圧力を発生する。この関数は、適度の応力を
かけずにベルト１５に適当な張力を与え、スムー
ズに比を変えることが分つた。この目的のために
適した関数の例は次の様なものである。

Pdr＝K₁＋（K₂／Ｒ＋K₃）T₀ Pdrは駆動プーリ３０の圧力室３６内の油液圧
であり、K₁、K₂、K₃は適当に選んだ定数であ
る。

上述した制御機構は、エンジン操作を理想操作
線、たとえば、低燃費操作線に沿つてエンジン操
作を保つという目的を簡単に、また有効に実現す
る。変速機の制御には、出力トルクとアクセルペ
ダルの位置の検知が必要だが、エンジン制御には
エンジン回転速度の検知だけでよい。上述の実施
例で述べたパラメータ値は、本発明の範囲を制限
するためのものではない。これらのパラメータ
は、エンジン、変速機、車の設計、それに、要求
性能、挙動によつて変わろう。また、上述の実施
例では、電子制御システムを図示したが、同じ様
に機能する制御システムなら、どんな種類のもの
であつても使える。多くの機械的部品を有する制
御システムが、多分、最も信頼性が高く、最も低
コストのものとなろう。技術に詳しい人にとつて
は、特許請求範囲に示した、本発明の真の意図と
範囲からはずれないで、本発明をモデイフアイす
ることが可能なことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、排気量約2.5リツトルの代表的な乗
用車用４気筒エンジンの性能マツプ、第２図は、
従来のエンジン−CVT制御システムを示すブロ
ツク図、第３図は他の従来のエンジン−CVT制
御システムを示すブロツク図、第４図は、本発明
によるエンジン−CVT制御系の各部の機能的関
係を示した模式図、第５図は本発明の制御システ
ムとCVTプーリ、ベルト駆動、車の発進クラツ
チとの関係を示す模式図、第６図は、CVTの駆
動プーリ、被駆動プーリにかかる力を、変速比の
関数として示した線図、第７図〜第１１図は、本
発明による、エンジン−CVT制御システム全体
の模式図で、第７図は主としてエンジン制御回路
を示し、第８図は主として、発進クラツチ制御回
路を示し、第９図は、プーリ圧力発生器に関する
回路を示し、第１０図は、第９図に示した駆動プ
ーリ用、圧力発生器の変型回路を示し、第１１図
は、本発明の制御法による、エンジン−CVT系
の操作を図示したものである。１０……エンジン、１２……燃料供給装置、１
３……スロツトルサーボ、１４……CVT、１５
……ベルト、１６……出力軸、１７……CVT比
コントローラ、１８……アクセルペタル、１００
……エンジン制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】１原動機と、該原動機から出力軸へ力を伝達す
るために該原動機に結合され、かつ有限に変速比
を有し、最小変速比による出力トルクが予め想定
可能な車両の取り得る最も小さい走行抵抗よりも
小さく、かつ、最大変速比による出力トルクが前
記車両の取り得る最も大きい走行抵抗よりも大き
く設定される連続可変比変速機と、前記原動機は
その速度が前記連続可変比変速機の変速比の関数
として変化し、かつ、前記原動機へ可変量の燃料
を供給する燃料供給装置とを有し、前記原動機か
ら前記出力軸に伝達される希望馬力または希望ト
ルクを指令する指令装置によつて制御される動力
伝達系の制御方法であつて、前記出力軸に伝達さ
れる実際のトルクを測定する工程、該工程で実測
された実測トルクと前記希望馬力または希望トル
クとの関数として前記連続可変比変速機の変速比
を制御する工程、前記原動機への必要燃料量を決
める燃料関数を決める工程、前記原動機の実際の
速度を測定する工程、前記原動機に供給される燃
料が前記原動機の実測速度のみによつて決まる様
に前記燃料関数のみに従つて前記燃料供給装置を
制御する工程を含むことを特徴とする動力伝達系
の制御方法。２原動機と、該原動機と結合するとともに有限
の変速比を有する連続可変比変速機と、該連続可
変比変速機に結合され、かつ、前記原動機から前
記連続可変比変速機を介して力を受ける出力軸
と、前記原動機へ可変量の燃料を救急する燃料供
給装置と、前記原動機から前記出力軸に伝達され
る希望馬力または希望トルクを指令する指令装置
と、前記出力軸に伝達される実際のトルクを測定
するシステム性能測定装置と、前記原動機の速度
は前記連続可変比変速機の変速比の関数として変
化するものであり、前記希望馬力または希望トル
クと前記実測トルクとの関数として前記変速比を
制御するために前記指令装置と前記システム性能
測定装置とを操作的に結合する変速比制御装置
と、前記原動機の速度との関連で、前記原動機に
必要な燃料の量を決める燃料関数装置と、前記原
動機の実際の速度を測定する原動機速度測定装置
と、前記原動機に供給される燃料が前記原動機の
実測速度のみによつて決まる様に前記燃料関数装
置のみに従つて前記燃料供給装置を制御するため
前記燃料関数装置と前記燃料供給装置とに操作的
に結合される燃料供給装置と、および、前記燃料
供給装置が前記原動機の実測速度のみによつて決
まる様に前記燃料関数のみに従つて制御する場合
は、前記連続可変比変速機の最小変速比による出
力トルクが予め想定可能な車両の取り得る最も小
さい走行抵抗よりも小さく、かつ、前記連続可変
比変速機の最大変速比による出力トルクが前記車
両の取り得る最も大きい走行抵抗よりも大きく設
定することを特徴とする動力伝達系の制御システ
ム。