JPWO2014050454A1 - 無段変速機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

変速機コントローラは、副変速機構の入力回転速度が停滞しているか判定し、入力回転速度が停滞していると判定された場合に、副変速機構の目標入力回転速度変化率と実入力回転速度変化率との差による回転速度変化率フィードバック補正量を回転速度フィードバック補正量に加算し、フィードバック制御を行う。

Description

本発明は、副変速機構を備えた無段変速機の制御に関する。

ＪＰ５−７９５５４Ａは、バリエータ（無段変速機構）と副変速機構とを直列に設けた無段変速機において、副変速機構の変速段を変更する際、副変速機構の変速比変化方向と逆の方向にバリエータの変速比を変化させる変速態様（以下、「協調変速」という。）を開示している。

この協調変速を行えば、副変速機構を変速させる際のエンジン及びトルクコンバータの速度変化が小さくなり、これらの慣性トルクによる変速ショックを小さくすることができる。

上記協調変速において、副変速機構のイナーシャフェーズに合わせてバリエータを変速させ、かつ、副変速機構の実変速比をバリエータの変速比変化に合わせて連続的に変化させると、全体の変速比変化が小さくなり、上記変速ショックをより一層抑えることができる。

副変速機構の実変速比をこのように変化させるには、副変速機構の入力回転速度がバリエータの変速比変化に応じて設定される目標回転速度となるように、目標入力回転速度と実入力回転速度との偏差に応じて副変速機構の解放側摩擦要素又は締結側摩擦要素の容量を補正すればよい（回転速度フィードバック制御）。

しかしながら、かかる回転速度フィードバック制御では、協調変速における副変速機構の変速が、アクセルペダルが踏み込まれたことを受けたいわゆるパワーＯＮダウンシフトである場合に、副変速機構の入力回転速度がなかなか上昇せず、変速が遅れる場合が生じる。

これは、パワーＯＮダウンシフトでは、副変速機構の入力回転速度を上昇させる必要があるが、副変速機構への入力トルクが小さい状況において実入力回転速度が上昇して目標入力回転速度と実入力回転速度との偏差が小さくなると、上記回転速度フィードバック制御では摩擦要素の容量の補正量も小さくなって解放側摩擦要素の解放が促進されず、副変速機構の入力回転速度が上昇しにくくなるからである。この問題は、副変速機構の変速前後の入力回転速度の変化幅が大きい高車速域ほど顕著となる。

本発明の目的は、協調変速における副変速機構のダウンシフトがパワーＯＮダウンシフトである場合の副変速機構の変速遅れを低減することである。

本発明のある態様によれば、変速比を無段階に変更することのできるバリエータと、前記バリエータの出力側に接続され複数の摩擦要素の締結状態を変更することで変速段を切り換える副変速機構とを備えた無段変速機であって、前記副変速機構を変速させる際に前記バリエータの変速比を前記副変速機構の変速比変化方向と逆の方向に変化させる協調変速を行う協調変速部と、前記協調変速を行う場合に、前記副変速機構の変速が、アクセルペダルが踏み込まれたことによるパワーＯＮダウンシフトであるかを判定するパワーＯＮダウンシフト判定部と、前記副変速機構の変速がパワーＯＮダウンシフトであると判定された場合に、前記副変速機構の解放される摩擦要素の容量を前記副変速機構の目標入力回転速度と実入力回転速度との差による回転速度フィードバック補正量に応じて制御するフィードバック制御部と、前記副変速機構の入力回転速度が停滞しているか判定する回転停滞判定部と、前記入力回転速度が停滞していると判定された場合に、前記副変速機構の目標入力回転速度変化率と実入力回転速度変化率との差による回転速度変化率フィードバック補正量を前記回転速度フィードバック補正量に加算する加算部と、を備えた無段変速機、及び、これに対応する制御方法が提供される。

上記態様によれば、協調変速における副変速機構のダウンシフトがパワーＯＮダウンシフトである場合に副変速機構の入力回転速度が停滞すると、回転速度フィードバック補正量に回転速度変化率フィードバック補正量が加算されてフィードバック制御が行われるので、副変速機構の変速が促進され、副変速機構の変速遅れを低減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る無段変速機を搭載した車両の概略構成図である。 図２は、変速機コントローラの内部構成を示した図である。 図３は、変速マップである。 図４は、変速機コントローラによって実行される変速制御プログラムの内容を示したフローチャートである。 図５は、回転速度フィードバックを説明するための図である。 図６は、回転速度変化率フィードバックを説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、ある変速機構の「変速比」は、当該変速機構の入力回転速度を当該変速機構の出力回転速度で割って得られる値である。また、「最Ｌｏｗ変速比」は当該変速機構の最大変速比、「最Ｈｉｇｈ変速比」は当該変速機構の最小変速比である。

図１は本発明の実施形態に係る無段変速機を搭載した車両の概略構成図である。この車両は動力源としてエンジン１を備える。エンジン１の出力回転は、トルクコンバータ２、第１ギヤ列３、変速機４、第２ギヤ列５、差動装置６を介して駆動輪７へと伝達される。第２ギヤ列５には駐車時に変速機４の出力軸を機械的に回転不能にロックするパーキング機構８が設けられている。

トルクコンバータ２は、ロックアップクラッチ２ａを備える。ロックアップクラッチ２ａが締結されると、トルクコンバータ２における滑りがなくなり、トルクコンバータ２の伝達効率が向上する。

また、車両には、エンジン１の動力の一部を利用して駆動されるオイルポンプ１０と、オイルポンプ１０からの油圧を調圧して変速機４の各部位に供給する油圧制御回路１１と、油圧制御回路１１を制御する変速機コントローラ１２とが設けられている。

変速機４は、バリエータ２０と、バリエータ２０に直列に設けられる副変速機構３０とを備えた無段変速機である。「直列に設けられる」とはエンジン１から駆動輪７に至るまでの動力伝達経路においてバリエータ２０と副変速機構３０とが直列に設けられるという意味である。副変速機構３０は、この例のようにバリエータ２０の出力軸に直接接続されていてもよいし、その他の変速ないし動力伝達機構（例えば、ギヤ列）を介して接続されていてもよい。

バリエータ２０は、プライマリプーリ２１と、セカンダリプーリ２２と、プーリ２１、２２の間に掛け回されるＶベルト２３とを備えた無段変速機構である。プーリ２１、２２は、それぞれ固定円錐板と、この固定円錐板に対してシーブ面を対向させた状態で配置され固定円錐板との間にＶ溝を形成する可動円錐板と、この可動円錐板の背面に設けられて可動円錐板を軸方向に変位させる油圧シリンダ２３ａ、２３ｂとを備える。油圧シリンダ２３ａ、２３ｂに供給される油圧を調整すると、Ｖ溝の幅が変化してＶベルト２３と各プーリ２１、２２との接触半径が変化し、バリエータ２０の変速比が無段階に変化する。

副変速機構３０は前進２段・後進１段の変速機構である。副変速機構３０は、２つの遊星歯車のキャリアを連結したラビニョウ型遊星歯車機構３１と、ラビニョウ型遊星歯車機構３１を構成する複数の回転要素に接続され、それらの連係状態を変更する複数の摩擦要素（Ｌｏｗブレーキ３２、Ｈｉｇｈクラッチ３３、Ｒｅｖブレーキ３４）とを備える。摩擦要素３２〜３４への供給油圧を調整し、摩擦要素３２〜３４の締結状態を変更することによって、副変速機構３０の変速段が変更される。

具体的には、Ｌｏｗブレーキ３２を締結し、Ｈｉｇｈクラッチ３３とＲｅｖブレーキ３４を解放すれば副変速機構３０の変速段は１速となる。Ｈｉｇｈクラッチ３３を締結し、Ｌｏｗブレーキ３２とＲｅｖブレーキ３４を解放すれば副変速機構３０の変速段は１速よりも変速比が小さな２速となる。また、Ｒｅｖブレーキ３４を締結し、Ｌｏｗブレーキ３２とＨｉｇｈクラッチ３３を解放すれば副変速機構３０の変速段は後進となる。なお、以下の説明では、副変速機構３０の変速段が１速であるとき「変速機４が低速モードである」と表現し、２速であるとき「変速機４が高速モードである」と表現する。

各変速段で締結される摩擦要素によって伝達することのできるトルク（以下、「容量」という。）は、油圧制御回路１１から各摩擦要素３２〜３４に供給される油圧によって決定される。

変速機コントローラ１２は、図２に示すように、ＣＰＵ１２１と、ＲＡＭ・ＲＯＭからなる記憶装置１２２と、入力インターフェース１２３と、出力インターフェース１２４と、これらを相互に接続するバス１２５とから構成される。

入力インターフェース１２３には、アクセルペダルの操作量を表すアクセル開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ４１の出力信号、変速機４の入力回転速度（＝プライマリプーリ２１の回転速度、以下、「プライマリ回転速度Ｎｐｒｉ」という。）を検出する回転速度センサ４２の出力信号、車速ＶＳＰを検出する車速センサ４３の出力信号、変速機４の油温ＴＭＰを検出する油温センサ４４の出力信号、セレクトレバーの位置を検出するインヒビタスイッチ４５の出力信号、セカンダリプーリ２２の回転速度（＝副変速機構３０の入力回転速度）を検出する回転速度センサ４６の出力信号などが入力される。

記憶装置１２２には、変速機４の変速制御プログラム（図６）、この変速制御プログラムで用いる変速マップ（図３）が格納されている。ＣＰＵ１２１は、記憶装置１２２に格納されている変速制御プログラムを読み出して実行し、入力インターフェース１２３を介して入力される各種信号に対して各種演算処理を施して変速制御信号を生成し、生成した変速制御信号を出力インターフェース１２４を介して油圧制御回路１１に出力する。ＣＰＵ１２１が演算処理で使用する各種値、その演算結果は記憶装置１２２に適宜格納される。

油圧制御回路１１は複数の流路、複数の油圧制御弁で構成される。油圧制御回路１１は、変速機コントローラ１２からの変速制御信号に基づき、複数の油圧制御弁を制御して油圧の供給経路を切り換えるとともにオイルポンプ１０で発生した油圧から必要な油圧を調製し、これを変速機４の各部位に供給する。これにより、バリエータ２０の変速、副変速機構３０の変速段の変更、各摩擦要素３２〜３４の容量制御、ロックアップクラッチ２ａの締結・解放が行われる。

図３は記憶装置１２２に格納される変速マップを示している。変速機コントローラ１２は、この変速マップを参照しながら、車両の運転状態（この実施形態では車速ＶＳＰ、プライマリ回転速度Ｎｐｒｉ、アクセル開度ＡＰＯ）に応じて、バリエータ２０、副変速機構３０、及び、ロックアップクラッチ２ａを制御する。

この変速マップでは、変速機４の動作点が車速ＶＳＰとプライマリ回転速度Ｎｐｒｉとにより定義される。変速機４の動作点と変速マップ左下隅の零点とを結ぶ線の傾きが変速機４の変速比（バリエータ２０の変速比に副変速機構３０の変速比を掛けて得られる全体の変速比、以下、「スルー変速比」という。）に対応する。変速マップには、従来のベルト式無段変速機の変速マップと同様に、アクセル開度ＡＰＯ毎に変速線が設定されており、変速機４の変速はアクセル開度ＡＰＯに応じて選択される変速線に従って行われる。

変速機４が低速モードのときは、変速機４はバリエータ２０の変速比を最Ｌｏｗ変速比にして得られる低速モード最Ｌｏｗ線とバリエータ２０の変速比を最Ｈｉｇｈ変速比にして得られる低速モード最Ｈｉｇｈ線の間（図中Ａ、Ｂ領域）で変速することができる。一方、変速機４が高速モードのときは、変速機４はバリエータ２０の変速比を最Ｌｏｗ変速比にして得られる高速モード最Ｌｏｗ線とバリエータ２０の変速比を最Ｈｉｇｈ変速比にして得られる高速モード最Ｈｉｇｈ線の間（図中Ｂ、Ｃ領域）で変速することができる。

また、この変速マップ上には、変速機４のモードを切り換えるモード切換線が低速モード最Ｈｉｇｈ線上に重なるように設定されている。

変速機４の動作点がモード切換線をＢ領域側からＣ領域側に横切った場合は、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０を１速から２速にアップシフトさせる。逆に、変速機４の動作点がモード切換線をＣ領域側からＢ領域側に横切った場合は、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０を２速から１速にダウンシフトさせる。

なお、図３に示したモード切換線の設定方法は一例であり、アップシフトとダウンシフトとで異なる切換線を設定することも可能である。また、変速頻度を抑えるために、要求駆動力が大きくなった場合のみ副変速機構３０のダウンシフトを許可するようにしてもよい。

さらに、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０を変速させる際、バリエータ２０の変速比を副変速機構３０の変速比が変化する方向と逆の方向に変更する協調変速を行う。具体的には、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０のイナーシャフェーズに合わせてバリエータ２０を変速させ、かつ、イナーシャフェーズ中、副変速機構３０の締結側摩擦要素又は解放側摩擦要素（Ｌｏｗブレーキ３２又はＨｉｇｈクラッチ３３）の容量を制御し、副変速機構３０の入力回転速度（副変速機構３０の実変速比に対応）をバリエータ２０の変速比変化に合わせて連続的に変化させる。これにより、協調変速中、実スルー変速比Ｒａｔｉｏに段差が生じないようにする。

副変速機構３０の入力回転速度をこのように変化させるには、バリエータ２０の変速比変化に合わせた目標入力回転速度を設定し、目標入力回転速度と実入力回転速度との偏差に応じて締結側摩擦要素又は解放側摩擦要素の容量を補正し、実入力回転速度を目標入力回転速度に近づける回転速度フィードバックを行えばよい。

しかしながら、副変速機構３０の入力回転速度を回転速度フィードバックのみで制御した場合、協調変速における副変速機構３０の変速が、アクセルペダルが踏み込まれたことを受けたパワーＯＮダウンシフトである場合に、発明が解決しようとする課題の欄で説明したように、副変速機構３０の入力回転速度がなかなか上昇せず、変速が遅れる場合がある。

そこで、変速機コントローラ１２は、以下に説明するように、協調変速における副変速機構３０のダウンシフトがパワーＯＮダウンシフトである場合は、必要に応じて回転速度フィードバック制御に加え回転速度変化率フィードバック制御も行うようにし、副変速機構３０の上記変速遅れを防止する。

図４は変速機コントローラ１２の記憶装置１２２に格納される本実施形態における変速制御プログラムの内容を示している。当該変速制御プログラムは、変速機４の動作点がモード切換線を横切り、協調変速が行われる場合に繰り返し実行されるプログラムである。以下、これについて説明する。

Ｓ１１では、変速機コントローラ１２は、協調変速における副変速機構３０の変速がパワーＯＮダウンシフトか判定する。アクセルペダルが踏み込まれたことによって変速機４の動作点がモード切換線をＣ領域側からＢ領域側に横切った場合は、協調変速における副変速機構３０の変速がパワーＯＮダウンシフトであると判定される。パワーＯＮダウンシフトであると判定された場合は処理がＳ１２に進む。

Ｓ１２では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の目標入力回転速度と実入力回転速度との間に偏差が発生しているか判定する。副変速機構３０の目標入力回転速度は、副変速機構３０の変速比がバリエータ２０の変速比変化に合わせて連続的に変化するように設定され、例えば、協調変速前後でスルー変速比が変化しないように設定される。偏差が発生していると判定された場合は、処理がＳ１３に進む。

なお、Ｓ１１、Ｓ１２で否定的な判定がなされた場合は、処理がＳ２１に進み、通常の協調変速制御（例えば、ＪＰ５−７９５５４Ａに開示されるような従来公知の協調変速制御）が実行される。

Ｓ１３では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０に回転停滞が発生しているか判定する。具体的には、副変速機構３０の実入力回転速度の時間変化率である実入力回転速度変化率を演算し、実入力回転速度変化率が停滞判定しきい値よりも小さいか判定する。停滞判定しきい値はゼロに近い値であり、副変速機構３０の実入力回転速度が殆ど変化していないことを判定するためのしきい値である。否定的な判定がなされた場合は処理がＳ１４に進み、肯定的な判定がなされた場合は処理がＳ１５に進む。

Ｓ１４、Ｓ１５では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の目標入力回転速度から実入力回転速度を引いて得られる回転速度偏差（図５参照）に基づき回転速度フィードバック量を演算する。回転速度フィードバック補正量は、回転速度偏差が正の場合は正の値、負の場合は負の値であり、回転速度偏差の絶対値が大きいほどその絶対値も大きくなる。

Ｓ１６では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の変速後入力回転速度と実入力回転速度との差を残り差回転として演算し、残り差回転から判断される協調変速の進行度合いに応じて目標とする副変速機構３０の目標入力回転速度変化率を設定する（図６参照）。例えば、目標入力回転速度変化率は、図６に示されるように、副変速機構３０の入力回転速度がイナーシャフェーズ初期と終期は緩やかに変化するように小さな値に設定され、イナーシャフェーズ中盤は速やかに変化するようにイナーシャフェーズ初期と終期よりも大きな値に設定される。

そして、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の実入力回転速度変化率を演算し、目標入力回転速度変化率から実入力回転速度変化率を引いて得られる回転速度変化率偏差に基づき回転速度変化率フィードバック補正量を演算する。回転速度変化率フィードバック補正量は、回転速度変化率偏差が正の場合は正の値、回転速度変化率偏差が負の場合は負の値であり、回転速度変化率偏差の絶対値が大きいほどその絶対値も大きくなる。

Ｓ１７では、変速機コントローラ１２は、合計フィードバック補正量を演算する。合計フィードバック補正量は、処理がＳ１３からＳ１４に進んだ場合は、回転速度フィードバック補正量に等しく、処理がＳ１３からＳ１５、Ｓ１６に進んだ場合は、回転速度フィードバック補正量と回転速度変化率フィードバック補正量との合計値となる。

Ｓ１８では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０をダウンシフトさせる場合の解放側摩擦要素であるＨｉｇｈクラッチ３３の容量を補正前の容量から合計フィードバック補正量だけ減じた値に補正する。これにより、Ｈｉｇｈクラッチ３３の容量が小側に補正される。

Ｓ１９では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０に回転停滞が発生しているか再び判定する。具体的には、副変速機構３０の実入力回転速度変化率を再度演算し、実入力回転速度変化率が所定の停滞判定しきい値よりも小さいか再度判定する。否定的な判定がなされた場合は処理がＳ１２に進み、肯定的な判定がなされた場合は処理がＳ２０に進む。

Ｓ２０では、変速機コントローラ１２は、バリエータ２０をＨｉｇｈ側（変速比小側）に変速させることにより、副変速機構３０の入力回転速度の上昇を促し、これによって、副変速機構３０の変速を促進させる。

続いて上記変速制御を行うことによる作用効果について説明する。

本実施形態においては、副変速機構３０の変速段を変更する際、副変速機構３０の変速比変化方向と逆の方向にバリエータ２０の変速比を変化させる協調変速が行われる。

副変速機構３０の変速がパワーＯＮダウンシフトの場合に副変速機構３０の入力回転速度を回転速度フィードバック制御のみで制御すると、副変速機構３０に回転停滞が発生し、副変速機構３０の変速が遅れる場合がある。変速が遅れると運転者が意図した駆動力が得られず、また、副変速機構３０の変速が完了しない状態で締結側摩擦要素であるＬｏｗブレーキ３２を締結し、副変速機構３０の実入力回転速度を変速後入力回転速度まで強制的に上昇させると、ショックが発生する。

しかしながら、本実施形態においては、このような回転停滞が発生すると、回転速度フィードバック補正量に回転速度変化率フィードバック補正量が加算されてフィードバック制御が行われる（Ｓ１３：ＹＥＳ、Ｓ１５〜Ｓ１８）。副変速機構３０の回転停滞が発生すると、副変速機構の入力回転速度変化率が小さくなって回転速度変化率偏差が大きくなるので、この制御によれば、副変速機構３０の解放側摩擦要素であるＨｉｇｈクラッチ３３の容量がより小側に補正される。

したがって、回転速度フィードバック制御のみでは副変速機構３０の回転停滞が生じるような状況でも、Ｈｉｇｈクラッチ３３の容量を速やかに下げて、副変速機構３０の入力回転速度の上昇、すなわち、副変速機構３０の変速を促進することができ、副変速機構３０の変速遅れを低減することができる。

さらに、本実施形態によれば、回転速度変化率フィードバック制御によっても副変速機構３０の回転停滞が解消しない場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）は、バリエータ２０がＨｉｇｈ側（変速比小側）に変速されて副変速機構３０の入力回転速度の上昇が促される。これにより、副変速機構３０の変速遅れをより一層防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

また、上記実施形態では、動力源がエンジン１であるが、動力源はエンジン１とモータを組み合わせたもの、又は、モータ単体であってもよい。

本願は日本国特許庁に２０１２年９月２７日に出願された特願２０１２−２１３９４３号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (3)

1. 変速比を無段階に変更することのできるバリエータと、前記バリエータの出力側に接続され複数の摩擦要素の締結状態を変更することで変速段を切り換える副変速機構とを備えた無段変速機であって、
   前記副変速機構を変速させる際に前記バリエータの変速比を前記副変速機構の変速比変化方向と逆の方向に変化させる協調変速を行う協調変速手段と、
   前記協調変速を行う場合に、前記副変速機構の変速が、アクセルペダルが踏み込まれたことによるパワーＯＮダウンシフトであるかを判定するパワーＯＮダウンシフト判定手段と、
   前記副変速機構の変速がパワーＯＮダウンシフトであると判定された場合に、前記副変速機構の解放される摩擦要素の容量を前記副変速機構の目標入力回転速度と実入力回転速度との差による回転速度フィードバック補正量に応じて制御するフィードバック制御手段と、
   前記副変速機構の入力回転速度が停滞しているか判定する回転停滞判定手段と、
   前記入力回転速度が停滞していると判定された場合に、前記副変速機構の目標入力回転速度変化率と実入力回転速度変化率との差による回転速度変化率フィードバック補正量を前記回転速度フィードバック補正量に加算する加算手段と、
   を備えた無段変速機。
2. 請求項１に記載の無段変速機であって、
   前記フィードバック制御によって前記副変速機構の入力回転速度の停滞が解消したか判定し、解消していないと判定した場合は、前記バリエータを変速比小側へ変速させる、
   無段変速機。
3. 変速比を無段階に変更することのできるバリエータと、前記バリエータの出力側に接続され複数の摩擦要素の締結状態を変更することで変速段を切り換える副変速機構とを備えた無段変速機の制御方法であって、
   前記副変速機構を変速させる際に前記バリエータの変速比を前記副変速機構の変速比変化方向と逆の方向に変化させる協調変速を行い、
   前記協調変速を行う場合に、前記副変速機構の変速が、アクセルペダルが踏み込まれたことによるパワーＯＮダウンシフトであるかを判定し、
   前記副変速機構の変速がパワーＯＮダウンシフトであると判定された場合に、前記副変速機構の解放される摩擦要素の容量を前記副変速機構の目標入力回転速度と実入力回転速度との差による回転速度フィードバック補正量に応じて制御し、
   前記副変速機構の入力回転速度が停滞しているか判定し、
   前記入力回転速度が停滞していると判定された場合に、前記副変速機構の目標入力回転速度変化率と実入力回転速度変化率との差による回転速度変化率フィードバック補正量を前記回転速度フィードバック補正量に加算する、
   無段変速機の制御方法。

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