JPH07113402B2 - 無段変速機を用いた駆動システム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は自動車に用いられる無断変速機を有する動力伝
達系の制御システムに関するものである。

〔技術的背景〕

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。無段変速機（CV
T）は、この面で特に将来性がみこまれている。

一般に、車速、所要推進力が与えられれば、ある変速比
でエンジンの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。し
たがって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、自動車にとって魅力あるものである。CVTの機械的
効率はたかく、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
ライバーの要求に応じた速やかな応答、スムーズで無段
階の変速、静かな走行等が上げられる。

従来、多くの種類のCVTが開発されており、たとえば、
流体変速機、轉がり接触牽引駆動装置、過回転クラッ
チ、電気式変速機、すべりクラッチつき多段ギヤボック
ス、Ｖベルト牽引駆動装置等がある。これらの中で、Ｖ
ベルト駆動牽引駆動装置は、コンパクトになること、軽
量、設計が簡単であること等の理由で、小型、中型の乗
用車に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、それらを連結
するＶベルトから成りたっており、これらプーリの径を
変えることにより、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
長くなってきた。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
経験的解析と、ある希望出力では、燃料諸費を最小にす
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リットルの４気筒乗用車用火花
点火エンジンの代表的な性能マップである。このマップ
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の関数としてプロットとしたものである。図
上部の一点破線は、スロットル全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、1b.M/BHP−hr単位
で表わしてある。最小燃費は、0.41b/BHP−hrの点であ
る。破線群はエンジンの出力馬力をあらわす。理想的な
低燃費操作線は、太い実線、ｆ（Ne）で示し、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。他の理想操作線、たとえば、理想的な低
排気操作線も、この性能マッ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。性能マップ上のエンジン操作点は、ドライ
ブシャフトの速度、指定馬力またはトルク、変速ギヤ比
によって決まる。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。したがって、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（無段）にできるので、エンジ
ンをより広いスロットル、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って操作さ
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、CV
T比、エンジン回転速度、スロッ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った。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・スタッブ（Peter Stubbs）がブリテ
ィシュ・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−5
9（August 1980） The Development of a Perbury Tr
action Transmission for Motor 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）、スロットル（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、スロットル位置（θ）を調整し、比率信号（Ec）を
出し、CVTの比を変える。スロットル（ET）は、車のア
クセルペタルから信号（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ットル
位置とちがえば、スロットル位置は指示された力または
トルクによって決まる関数となる。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.4,091,690にある。この場合
も、スタッブス（Stubbs）のシステム同様、エンジンス
ロットル（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、測定されたスロットル位置（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（To）もCVT比に影響を与える。
なお、符号Reは路面負荷等の走行抵抗を示す。

これらの場合、他のほとんどで全てのエンジン−CVT制
御システム同様、スロットル位置はアクセルペタルによ
っ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、過渡時にエンジンを理想操作線から変化して操
作できるが、理想操作線からずれると、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）。定常状態になっ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
線からはずれる。したがって、排気補正（emissions ca
lib−rations）は、エンジン性能マップの大部分で行な
う必要がある。また、ほとんどの従来の制御システム
は、エンジンが異なると、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（compensate）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、高度によって変わり、したがって車の
特性を精密に再生することは、従来のCVT制御ではほと
んど不可能である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、常にエンジン操作を理想操作線に沿う
ようにエンジン−CVT制御を行なうと共に、クラッチ係
合時に最低燃費に対応させてスロットル開度を滑らかに
変化させることにより、変速時の運転性を安定化するこ
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、
従来の変速機を持っ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。

〔発明の構成および作用〕

そのため本発明の無段変速機を用いた駆動システム装置
は、発進の際にエンジンと無段変速機の間に介装される
発進クラッチの断続がされ、操作者の意思を入力とし該
意思に応じたアクセル開度を示す信号を出力するアクセ
ルを備え、エンジン回転速度から最低燃費となるスロッ
トル開度が一意的に定まると共に、該スロットル開度か
ら最低燃費となる該エンジン回転速度が一意的に定まる
装置において、前記エンジン回転速度を検出するエンジ
ン回転速度検出手段と、前記スロットル開度を検出する
スロットル開度検出手段と、前記無段変速機の駆動軸の
回転速度を検出する無段変速機の回転速度検出手段と、
前記エンジン回転速度検出手段の出力と前記無段変速機
の回転速度検出手段の出力とを入力とし、前記エンジン
回転速度と前記無段変速機の回転速度の比から、前記発
進クラッチの係合状態を判断し、前記発進クラッチの係
合開始から係合完了までの期間オンレベルを出力し、該
係合完了からはオフレベルのクラッチ係合信号を出力す
る判断手段と、前記エンジン回転速度検出手段の出力と
前記アクセルの出力とを入力とし、前記クラッチ係合信
号に従い、前記エンジン回転速度から定まるスロットル
開度又は前記アクセル開度から定まるスロットル開度の
いずれか一方を選択して設定するスロットル開度設定手
段と、前記エンジン回転速度検出手段の出力を少なくと
も入力とし、少なくともエンジン回転速度から定まる変
速比を示す信号を出力する基準駆動回路と、前記アクセ
ルの出力を入力とし、少なくともアクセル開度から定ま
る変速比を示す信号を出力する修正駆動回路と、前記エ
ンジン回転速度検出手段の出力と前記スロットル開度検
出手段の出力とを入力とし、前記エンジン回転速度が前
記スロットル開度から定まる最低燃費となるエンジン回
転速度であるときオンレベルを示し、前記最低燃費とな
るエンジン回転速度でないときオフレベルを示す、信号
を出力する速度判断手段と、一の入力端に前記基準駆動
回路の出力を入力し、他の入力端に前記修正駆動回路の
出力を入力し、前記速度判断手段の出力信号に従い、前
記基準駆動回路と前記修正駆動回路との出力を選択的に
出力する第１の選択手段（64）と、一の入力端に前記基
準駆動回路の出力を入力し、他の入力端に前記第１の選
択手段の出力を入力し、前記判断手段から出力される前
記係合信号に従い、前記基準駆動回路と前記第１の選択
手段との出力を選択的に出力する第２の選択手段（62）
と、を備え、前記スロットル開度設定手段は、前記クラ
ッチ係合信号がオンレベルの際は前記アクセル開度から
定まる前記スロットル開度を選択して設定し、前記クラ
ッチ係合信号がオフレベルの際は前記エンジン回転速度
から定まる前記スロットル開度を選択して設定し、前記
第１の選択手段は、前記速度判断手段から出力される信
号がオフレベルの際は前記修正駆動回路の出力を、前記
速度判断手段から出力される信号がオンレベルの際は前
記基準駆動回路の出力を、出力し、前記第２の選択手段
は、前記クラッチ係合信号がオンレベルの際は前記第１
の選択手段の出力を、前記クラッチ係合信号がオフレベ
ルの際は前記基準駆動回路の出力を、出力とすることを
特徴とする。

そして、前記修正駆動回路は、クラッチ係合直後にクラ
ッチのすべりが生じている間は、スロットル開度が一定
に保持された状態で最低燃費となるように、無段変速比
を所定比に修正するものであり、前記吸気スロットル開
度設定手段は、クラッチの係合が完了した状態になる
と、最低燃費となるように、スロットル開度をエンジン
回転速度に対応した所定の開度に設定するものであるこ
とを特徴とする。

このような構成によれば、まず車両の発進のさいに発進
クラッチ制御手段の働きで発進クラッチを接にする。

このクラッチ係合終了時に、検出エンジン回転速度Ne−
スロットル位置θの関係を比較し、この比較値が第４図
に示すエンジン回転速度Ne−スロットル位置θのグラフ
の最低燃費ラインからズレた値であれば、スロットル開
度設定手段65（第11図参照）がその時点のアクセル開度
αに比例したスロットル位置に設定する。

そして、第４図のように、スロットル位置θに対してエ
ンジン回転速度Neが最低燃費ライン上の目標エンジン回
転速度Ne′よりも大きな値であれば（Ａ点）、それまで
の基準駆動回路から修正駆動回路に切換えて、無段変速
機の基準変速比を変速機負荷の大きな修正変速比に移行
させ、これによりエンジン回転数Neを最低燃費ライン上
に低下させる（Ｃ点）。

こうして、クラッチ係合直後にスロットル開度とエンジ
ン回転速度との関係が最低燃費ライン上にないときは、
スロットル開度をそのままの状態にしておいて無段変速
比を修正することにより、エンジンの燃費特性を最低燃
費ラインに調整する。

修正駆動回路によりエンジン回転速度がそのときのスロ
ットル開度に対応する最低燃費ライン上の回転速度にな
かったときは、修正駆動回路から基準駆動回路に切換え
てスロットル開度が制御される。

このようにして、発進時のクラッチが係合に切り換わっ
てから係合完了に至るまでの運転過渡状態においては、
スロットル位置と独立してCVT比を調節するようにした
ので、発進クラッチの断続切り代わり時であっても、最
低燃費ラインに運転状態を保持しつつ安定して車両走行
が可能となる。

尚、エンジンは、燃料流れがスロッ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、ディーゼルエンジンでも、ガスター
ビンでもよい。

〔実施の態様〕

エンジンと接続された無段変速機を備え、該エンジンの
回転が変速機の変速比に対して所定の関数として変化す
るように設定し、かつ、該エンジンへ可変量の燃料を供
給する燃料供給装置を有し、希望のシステム性能を指令
する指令装置によってこれらエンジンおよび無段変速機
を制御する。そして、エンジンおよび無段変速機の実際
の性能を測定し、これらの各実測システム性能と上記指
令装置により指令される希望システム性能との関数とし
て変速機の変速比を制御する。さらに、測定したエンジ
ン回転速度との関連でエンジン供給燃料を燃料関数とし
て予め決定し、この所定の燃料関数のみに従って燃料供
給装置を制御し、上記指令装置によって指令される上記
希望システム性能が低下する時、上記燃料提供装置への
燃料流れを減少させる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示実施例にもとづいて詳述する。

第５図は本発明の一実施例の各部の機能的関係を示した
ものである。エンジン10は、発進クラッチ40（第６図参
照）によって、CVT14と結合し動力を伝達する。燃料は
吸気通路に介装される燃料供給装置12によりエンジン10
に提供される。この提供装置は、吸気スロットルと気化
器、または燃料噴射系などの燃料噴射機とから成る。出
力軸16は、エンジンとCVTから力とトルクを提供する。C
VTの比は、CVT比コントローラ17によってセットする。
コントローラは、トルクセンサ19で測定した出力To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ｋ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
系、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に従って燃料供給装置を
調節する。この関数は、低燃費用理想エンジン操作線、
になるように設定する。

第６図は、全体の制御系を、さらに詳しく示したもので
ある。第６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30を結合し、駆動力を伝える。プーリ2
0、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を一定の距離に保った
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
によって適当な値に保たれる。

スロットル（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ットルサーボ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11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ッチ（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・スイッ
チ（S/N）からの入力に応答する。

被駆動プーリ20に作用する液圧（油圧）は、被駆動プー
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を通っ
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300に基づく油圧は、駆動側サーボコントローラ350と
液圧分配回路500を通って作用する。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
で図られる）、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で割った比（商、率）である。

発進クラッチ40は、エンジン10とCVT14を結合する。車
が止っている時は、クラッチ40は結合していないが、低
速では、部分的につながり、徐々に、完全につながって
いる。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。発進クラッチ40は、発進クラッチ制御回路
400により制御される。この回路400は、発進クラッチ用
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α、エンジン回転速度Ne、自動／手
動スイッチに応答する。

第８図、第９図、第10図は、第６図に示した各部の機能
的関連を、もっと詳細に示した模式図である。第８図は
主として、エンジン制御回路100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、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
スロットル角度（位置）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、増巾器104を通って、スロットル
サーボ13に直接入る。自動制御系が働かない場合、モー
ドスイッチ106により、マニュアルモードに切り変える
ことができる。マニュアルモードの場合、アクセル位置
αは、増巾器104を通って、スロットルサーボ13に直接
入力される。始動／中立（S/N）も、モードスイッチ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
系に異常があっ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、車の完成と、比
較的絞りのきいていないエンジン（relatively unthrot
tled engine）の慣性とが、オーバドライアブに変りつ
つある変速比の変速機を介して結合することにより生ず
る。

この望ましからぬ傾向は、アクセルペダルを急に完全に
離した時にひどくなる。この異常な挙動は、アクセルペ
ダ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、ペダル位置の
減少速度（−）に比例する。また、アクセルペダル位
置αが全工程の3.6％以下に下ちた時に、燃料流量をさ
らに下げることによって防げる。この制御を行うには、
パルス巾モジュレータ110で、燃料減少バルブ11を制御
する。モジュレータ110の仕事サイクル、（duty cycl
e）（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
（−）に逆比例する。−は、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、モジュレータ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９図は、発進クラッチ制御回路400に関するものであ
る。車が停止している時、エンジンをアイドリングさせ
るために、何らかの結合装置をエンジン10とCVT14の間
に設けなければならない。液体カッ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。ロックアップ
クラッチを有するトルクコンバータの方がまだよいが、
機械式クラッチがよい。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、クラッチを完全に切り、
徐々にクラッチを入れて車を動かし、車速が上るにつれ
て、さらに、クラッ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Nes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はスイッチ404を閉じ、増
幅器406からの信号を増幅器104を通じてスロットルサー
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−k1000rp
m）に等しい。こうして、アクセルペダル18は、α−N
e′によって定義される方式で、スロットル12と直接結
合する。定数Ｋは、クラッチが完全につながっていない
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ッ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、スイッチ410を閉じ、ペダル
位置αを、直接発進クラッチ様圧力サーボコントローラ
450に伝える。したがって、クラッチ40のかかり具合
は、CVT比Ｒが4.7になるまでは、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、スロットル12に対するアクセルペダルの直接
制御の程度は低減する。

ところで、車両の発進直後には、第11図において、スイ
ッチ50が図示状態から接点ａとつながっており、アクセ
ル開度に比例したスロットル開度θ′（＝ｆ（α））に
なるようにアクチュエータ51がスロットルの位置をコン
トロールする。

このとき、発進クラッチ（40）は係合中にあり、最低燃
費ラインにあてはめてみて（第４図参照）、そのときの
アクセル開度に相当する最低燃費エンジン回転速度Ne′
よりも検出エンジン回転速度Neの方が高ければ、修正駆
動回路としての駆動側プーリ制御回路52によりアクチュ
エータ53を介して駆動側プーリ30の径を小さくし、これ
によりCVTの負荷を大にしてエンジン回転速度Neが最低
燃費ライン上にのるまで低下させる。

CVT比Ｒが4.7以下になると、第９図において、スイッチ
404、410は開き、コンパレータ411はスイッチ412を閉
じ、最大圧力をクラッ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、クラッチは完全にかみ合
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。即ち、エンジン回転速度Neが最低燃費ライ
ン上にのった時点において、こんどは第11図でスイッチ
50を接点ｂに切り換え、そのときのエンジン回転速度Ne
に対応した最低燃費になるように、スロットル開度θ
（＝ｆ（Ne））をアクチュエータ51によりコントロール
する。なお、発進クラッチ用圧力サーボコントローラ45
0はクラッチ係合信号CLを、発進クラッチ制御回路400を
経由してエンジン制御回路100に送ることができる。

もし、始動／中立スイッチ（S/N）がない場合、始動時
にアクセルペダル18を下げると、クラッチ40が入り、車
が前方に傾く、（前によろよろと動き出す）。したがっ
て、始動／中立スイッチ（S/N）はαのクラッチ40に対
する影響をなくし、安全な始動をさせる。

なお、第11図において、54と55は、駆動プーリ30の被駆
動プーリ20のアクチュエータ（駆動手段）53、56にそれ
ぞれ作動信号を出す基準駆動回路としての駆動側プーリ
制御回路と被駆動プーリ制御回路である。

また60は、クラッチ（40）の係合完了時を判別する判断
回路61からの係合完了信号が入力（ただし、Roは＝4.7
の最大Ｒを示す）し、かつエンジン回転速度Neがスロッ
トル開度θに対応した最低燃費回転速度と一致したと
き、エンジン回転速度に対応した最低燃費スロットル制
御を行うようにスイッチ50を切り換える選択手段として
の選択回路である。選択回路60にクラッチ係合信号が入
力しかつエンジン回転速度信号が最低燃費ライン上の回
転速度に一致していれば、選択回路60はスイッチ62を本
来の駆動側プーリ制御回路54に切り換える。

63は、クラッチ（40）の係合完了後でエンジン回転速度
が最低燃費エンジン回転速度（目標エンジン回転速度）
と一致しない場合に、スイッチ64を図の状態にして、駆
動側プーリ制御回路52を作動させ、駆動側のアクチュエ
ータ53を介してCVT比を修正する選択切換手段である。
この場合、CVT比の修正は駆動プーリ30径を変えること
により行ない、被駆動プーリ20径は不変にしている。

第10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1000
rpm（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っている。
これは、総和増幅器（Summiing amplification）230、2
32と、クリッピング回路234、236によって達成できる。
総和増幅器232とクリッピング回路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N
e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った非線形デバイスであるクリ
ッピング回路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。

したがって、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、クリッピング回路236にかかる入力区信号は正と
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、非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とクリッピング回路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ったNeと、正の入
力端子Nminにかかった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に似たクリッピン
グ回路234に入れられる。しかし、回路234は、非線形の
伝達特性を持っており、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（フォワード）バイ
アスダイオードなどある。もしNeがNminより下ると、ク
リッピング回路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、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20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250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、アクセルペダル18の感度を従来の車の間隔によく合
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なる。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。したがって、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ダルを踏み込めば、減速比が
上り、従来の車より大きなトルク増大となる。したがっ
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。したがって、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、スイッチ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、
スイッチ216は開き、スイッチ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、増幅器2
10に伝えられる。これは動力制御（powercontrol）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２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、
スイッチ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、スイッチ218′を閉じ、鈍くした信号
（dulled signal）をデバイダ220′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によっ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。したがって、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、車にCVT比だけ
でなく、CVTの比の率を制御する法がよいという認識
がある。この制御は、次の車特性式に基づいて説明でき
る。

ds＝（−leNe）／（Ieq） ＋（RTe−Trl−Tioss）／（Ieq）Ieq＝Icds＋R₂Ie ＝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 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 ds＝駆動軸で測った車の加速度車の加速度車の加速度
dsは、これらの度数たとえば、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られることは明ら
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
理想操作線に沿って、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
がって、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
ットル位置と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、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、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、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、しっかり
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。

つまり、第11図のように、スロットルθ（エンジン制
御）については、所定のクラッチ状態および所定のエン
ジン回転状態の範囲に至ると切り換わる選択回路60によ
り、選定し、CVT比（変速機制御）については、検出エ
ンジン回転速度が目標回転数からズレるときに切り換わ
る選択切換手段63により、油圧制御する。

尚、を制御する結果、他の関連変数に悪影響は起きな
い。特に、だけを変えても、これに従っては変る
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（ｅ）だけによって
決まるからである。その結果、車の加速度dsと出力ト
ルクToは、他の変数ではなく、比の変化率だけによっ
て制御される。

本発明によれば、変速比の変化率（Ｒ）は、次の関係に
よって近似できる。

ｋ＝α−To定速比時、トルク制御） ｋ＝α/k'Nds＝To（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Toの比較が、ベルト、プーリ部品で
は、自然に起き、変速率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って、の率で変
速比を変えることができよう。ここで、は、希望性能
パラメータと実際に測っ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13図であ
る。第13図は、エンジン回転速度Neを車速、あるいは、
駆動軸速度Ndsの関数としてプロットしたものである。
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13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CVT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
度の線によって区切られている。“A"領域での操作中、
クラッチ40は完全に結合しており、スロットル位置は燃
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10図、第12図に示
したアクセルペダル感度回路を見よ）。領域“B"は始動
制御の領域である。すなわち、半クラッチで、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９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８図）の燃料減少バルブ11、パルス
巾モジュレータ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。“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８図）の燃料停止装置９と燃料停止コン
パレータ108、それに、プーリ圧力発生器200（第10図）
の増幅器232とクリッピング回路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10図）の増幅器230とクリッピング回路
234により制御される。

第13図には、平坦路で一定の車速を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
線に沿ってエンジン操作を保つために、燃料関数だけに
したがっ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13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の線より下になければならない。これを満
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った
変速機は1981年８月５日に出願した、米国特許出願、N
O.290,293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７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ット
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ットしたものである。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
って、プーリ20で起きる過渡状態を表わす曲線は、Ａ点
からＢ点は、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。したがって、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
二つに部分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、したがって、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To
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った。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）To Pdrは駆動プーリ30の圧力室36内の油液圧であり、K1、K
2、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低燃費操作線
に沿っ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、挙動によって変わろ
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
類のものであっても使える。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。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、発進クラッチの
係合時にエンジン回転速度がスロットル開度との関係に
おいて最適燃費ラインから外れていれば、スロットル開
度と独立して無段変速機の変速比を修正するので、安定
した走行状態を確保できるとともに、クラッチ係合完了
後にエンジン回転速度が最低燃費ラインにのったあと
は、通常どおりエンジン回転速度に基づいて所定のスロ
ットル開度に設定することにより、燃費を低減しかつ滑
らかな運転性能を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、排気量約2.5リットルの代表的な乗用車用４
気筒エンジンの性能マップ、第２図は、従来のエンジン
−CVT制御システムを示すブロック図、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ック図、第
４図は最低燃費ライン特性図、第５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６図は本発明の制御システムとCVTプーリ、ベル
ト駆動、車の発進クラッチとの関係を示す模式図、第７
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８図〜第13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８図は主としてエンジン制御回路を示し、第９図
は主として、発進クラッチ制御回路を示し、第10図は、
プーリ圧力発生器に関する回路を示し、第11図は、本発
明の要部をあらわすブロック図を示し、第12図は、第10
図に示した駆動プーリ用、圧力発生器の変形回路を示
し、第13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 13……スロットルサーボ 14……CVT 15……ベルト 16……出力軸 17……CVT比コントローラ 18……アクセルペダル 40……発進クラッチ 52……駆動側プーリ制御回路（修正駆動回路） 53,56……アクチュエータ（駆動手段） 54……駆動側プーリ制御回路（基準回路） 55……被駆動側プーリ制御回路（基準駆動回路） 60……選択回路（選択手段） 61……判断回路 63……選択切換手段 65……スロットル開度設定手段 CL……クラッチ係合信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発進の際にエンジンと無段変速機の間に介
   装される発進クラッチの断続がされ、操作者の意思を入
   力とし該意思に応じたアクセル開度を示す信号を出力す
   るアクセルを備え、エンジン回転速度から最低燃費とな
   るスロットル開度が一意的に定まると共に、該スロット
   ル開度から最低燃費となる該エンジン回転速度が一意的
   に定まる装置において、 前記エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出
   手段と、 前記スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段
   と、 前記無段変速機の駆動軸の回転速度を検出する無段変速
   機の回転速度検出手段と、 前記エンジン回転速度検出手段の出力と前記無段変速機
   の回転速度検出手段の出力とを入力とし、前記エンジン
   回転速度と前記無段変速機の回転速度の比から、前記発
   進クラッチの係合状態を判断し、前記発進クラッチの係
   合開始から係合完了までの期間オンレベルを出力し、該
   係合完了からはオフレベルのクラッチ係合信号を出力す
   る判断手段と、 前記エンジン回転速度検出手段の出力と前記アクセルの
   出力とを入力とし、前記クラッチ係合信号に従い、前記
   エンジン回転速度から定まるスロットル開度又は前記ア
   クセル開度から定まるスロットル開度のいずれか一方を
   選択して設定するスロットル開度設定手段と、 前記エンジン回転速度検出手段の出力を少なくとも入力
   とし、少なくともエンジン回転速度から定まる変速比を
   示す信号を出力する基準駆動回路と、 前記アクセルの出力を入力とし、少なくともアクセル開
   度から定まる変速比を示す信号を出力する修正駆動回路
   と、 前記エンジン回転速度検出手段の出力と前記スロットル
   開度検出手段の出力とを入力とし、前記エンジン回転速
   度が前記スロットル開度から定まる最低燃費となるエン
   ジン回転速度であるときオンレベルを示し、前記最低燃
   費となるエンジン回転速度でないときオフレベルを示
   す、信号を出力する速度判断手段と、 一の入力端に前記基準駆動回路の出力を入力し、 他の入力端に前記修正駆動回路の出力を入力し、 前記速度判断手段の出力信号に従い、前記基準駆動回路
   と前記修正駆動回路との出力を選択的に出力する第１の
   選択手段（64）と、 一の入力端に前記基準駆動回路の出力を入力し、 他の入力端に前記第１の選択手段の出力を入力し、 前記判断手段から出力される前記係合信号に従い、前記
   基準駆動回路と前記第１の選択手段との出力を選択的に
   出力する第２の選択手段（62）と、を備え、 前記スロットル開度設定手段は、前記クラッチ係合信号
   がオンレベルの際は前記アクセル開度から定まる前記ス
   ロットル開度を選択して設定し、前記クラッチ係合信号
   がオフレベルの際は前記エンジン回転速度から定まる前
   記スロットル開度を選択して設定し、 前記第１の設定手段は、前記速度判断手段から出力され
   る信号がオフレベルの際は前記修正駆動回路の出力を、
   前記速度判断手段から出力される信号がオンレベルの際
   は前記基準駆動回路の出力を、出力し、 前記第２の選択手段は、前記クラッチ係合信号がオンレ
   ベルの際は前記第１の選択手段の出力を、前記クラッチ
   係合信号がオフレベルの際は前記基準駆動回路の出力
   を、出力とすることを特徴とする無段変速機を用いた駆
   動システム装置。