JPWO2014129060A1 - 変速制御装置 - Google Patents
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Abstract
変速制御装置において、変速機(T)の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する。これにより、変速比制御手段(U)は、目標変速比の変化加速度に対する実変速比の変化加速度の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出するので、目標変速比に対する実変速比の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出する場合や、目標変速比の変化速度に対する実変速比の変化速度の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出する場合に比べて制御応答性を高めることができるだけでなく、目標値および実際値の偏差の発生を早期に検知してフィードバックすることで、従来よりもリニアな変速制御が可能となる。
Description
本発明は、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する変速比制御手段を備える変速制御装置に関する。
入力ディスクおよび出力ディスク間に挟持したパワーローラを傾転させることで変速比を無段階に変化させるトロイダル型無段変速機の変速比を制御する際に、目標変速比および実変速比の偏差を小さくする第1フィードバック制御と、目標変速速度および実変速速度の偏差を小さくする第2フィードバック制御とを使い分けるものが、下記特許文献1により公知である。
上記特許文献1に記載されているように、目標変速速度および実変速速度の偏差を小さくする第2フィードバック制御を行うことで、目標変速比および実変速比の偏差を小さくする第1フィードバック制御を行う場合に比べて、変速比制御の制御応答性を高めることができる。しかしながら、第2フィードバック制御を行った場合でも、変速比制御の開始時に目標変速速度および実変速速度の偏差が緩やかにしか増加しないために制御量も緩やかにしか増加せず、変速比制御の開始時における変速アクチュエータの作動が遅れてリニアな変速制御が阻害される可能性があった。しかも変速アクチュエータが発生する推力の形状(方向や大きさ)と制御量の形状(方向や大きさ)とが類似しないため、変速制御が不連続になって安定しない可能性があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、変速機の変速比をフィードバック制御する際に、目標値および実際値の偏差の発生を早期に検知してリニアな変速制御を可能にすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する変速比制御手段を備える変速制御装置であって、前記制御量算出手段は、前記目標変速比の変化加速度に対する前記実変速比の変化加速度の偏差に基づいて前記フィードバック制御量を算出することを第1の特徴とする変速制御装置が提案される。
また本発明によれば、前記第1の特徴に加えて、前記変速機は、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスクおよび前記出力ディスク間に挟持された一対のパワーローラと、前記一対のパワーローラを支持する一対のトラニオンと、前記一対のトラニオンに接続された一対の油圧アクチュエータとを備え、前記一対の油圧アクチュエータで前記一対のトラニオンを相互に逆方向に駆動し、前記一対のパワーローラをトラニオン軸まわりに揺動させて前記入力ディスクおよび前記出力ディスクとの接触点の位置を変化させることで変速比を変更するトロイダル型無段変速機であることを第2の特徴とする変速制御装置が提案される。
また本発明によれば、前記第2の特徴に加えて、前記制御量算出手段は、前記一対のトラニオンのフリクションを算出するとともに、前記フリクションの一部を補償するフィードフォワード制御量を算出し、前記フィードフォワード制御量を前記フィードバック制御量に加算して出力することを第3の特徴とする変速制御装置が提案される。
また本発明によれば、前記第3の特徴に加えて、前記制御量算出手段は、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクが前記一対のパワーローラを挟持する押圧力、前記一対のトラニオンの摺動部の摩擦係数および前記変速機の変速比の少なくとも一つに基づいて前記フリクションを算出することを第4の特徴とする変速制御装置が提案される。
尚、実施の形態のトロイダル型無段変速機Tは本発明の変速機に対応し、実施の形態の電子制御ユニットUは本発明の制御量算出手段に対応する。
本発明の第1の特徴によれば、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する変速制御手段は、目標変速比の変化加速度に対する実変速比の変化加速度の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出するので、目標変速比に対する実変速比の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出する場合や、目標変速比の変化速度に対する実変速比の変化速度の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出する場合に比べて制御応答性を高めることができるだけでなく、目標値および実際値の偏差の発生を早期に検知してフィードバックすることで、従来よりもリニアな変速制御が可能となる。
また本発明の第2の特徴によれば、一対の油圧アクチュエータで一対のトラニオンを相互に逆方向に駆動し、一対のパワーローラをトラニオン軸まわりに揺動させて入力ディスクおよび出力ディスクとの接触点の位置を変化させることで変速比を変更するトロイダル型無段変速機は、変速比を変更するときにトラニオンが中立位置から一方向に駆動され、変速比の変更が終了するとトラニオンが中立位置に向けて他方向に駆動される。トラニオンを駆動するために油圧アクチュエータが出力する推力の形状(方向や大きさ)は、目標変速比の変化加速度に対する実変速比の変化加速度の偏差の形状(方向や大きさ)に類似するので、トロイダル型無段変速機に本制御を適用することで、その変速制御を一層安定させることができる。
また本発明の第3の特徴によれば、制御量算出手段は、一対のトラニオンのフリクションを算出するとともに、フリクションの一部を補償するフィードフォワード制御量を算出し、フィードフォワード制御量をフィードバック制御量に加算して出力するので、フィードフォワード制御量でトラニオンのフリクションを補償して制御応答性を高めながら、フィードフォワード制御量が過大になって意図せぬ変速比に制御される事態を未然に回避することができる。
また本発明の第4の特徴によれば、制御量算出手段は、入力ディスクおよび出力ディスクが一対のパワーローラを挟持する押圧力、一対のトラニオンの摺動部の摩擦係数および変速機の変速比の少なくとも一つに基づいてフリクションを算出するので、フリクションを精度良く算出することができる。
15 入力ディスク
16 出力ディスク
18 トラニオン軸
19 パワーローラ
21 トラニオン
27 油圧アクチュエータ
T トロイダル型無段変速機(変速機)
U 電子制御ユニット(制御量算出手段)
16 出力ディスク
18 トラニオン軸
19 パワーローラ
21 トラニオン
27 油圧アクチュエータ
T トロイダル型無段変速機(変速機)
U 電子制御ユニット(制御量算出手段)
以下、図1〜図6に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1に示すように、自動車用のトロイダル型無段変速機Tは、エンジンEのクランクシャフト11にダンパー12を介して接続されたインプットシャフト13を備えており、インプットシャフト13上に実質的に同一構造の第1無段変速機構14Fおよび第2無段変速機構14Rが支持される。第1無段変速機構14Fは、インプットシャフト13に固定された概略コーン状の入力ディスク15と、インプットシャフト13に相対回転自在かつ軸方向摺動自在に支持された概略コーン状の出力ディスク16と、ローラ軸17まわりに回転自在に支持されるとともにトラニオン軸18,18まわりに傾転自在に支持されて入力ディスク15および出力ディスク16に当接可能な一対のパワーローラ19,19とを備える。入力ディスク15および出力ディスク16の対向面はトロイダル曲面で構成されており、パワーローラ19,19がトラニオン軸18,18まわりに傾転すると、入力ディスク15および出力ディスク16に対するパワーローラ19,19の接触点が変化する。
第2無段変速機構14Rは、ドライブギヤ20を挟んで前記第1無段変速機構14Fと実質的に面対称に配置されており、第1、第2無段変速機構14F,14Rの出力ディスク16,16およびドライブギヤ20は一体に形成される。但し、第1無段変速機構14Fの入力ディスク15がインプットシャフト13に固着されるのに対し、第2無段変速機構14Rの入力ディスク15はインプットシャフト13に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能にスプライン結合され、インプットシャフト13の左端に形成されたシリンダ35に摺動自在に嵌合する。従って、シリンダ35の内部の油室36に油圧を供給すると、第2無段変速機構14Rの入力ディスク15と、第1、第2無段変速機構14F,14Rの出力ディスク16,16とが、第1無段変速機構14Fの入力ディスク15に向けて押圧され、入力ディスク15,15および出力ディスク16,16とパワーローラ19…との間のスリップを抑制する荷重を発生させることができる。
図2および図3から明らかなように、第1無段変速機構14F(あるいは第2無段変速機構14R)は、インプットシャフト13を挟むように配置された左右一対のトラニオン21,21を備えており、各トラニオン21の下部は下部支持板22にローラベアリング23を介して回転自在、かつ上下摺動自在に支持される。また各トラニオン21にクランク状に屈曲したピボットシャフト24の一端が回転自在に支持されるとともに、ピボットシャフト24の他端にパワーローラ19が回転自在に支持される。
油圧制御ブロック25,26に設けた一対の油圧アクチュエータ27,27のピストンロッド28,28がトラニオン21,21の下端にそれぞれ一体に形成される。各油圧アクチュエータ27は、油圧制御ブロック25に形成されたシリンダ29と、ピストンロッド28に一体に形成されてシリンダ29に摺動自在に嵌合するピストン30と、ピストン30の下側に区画された増速用油室31と、ピストン30の上側に区画された減速用油室32とから構成される。
合計4本のトラニオン21…の上端が、各々球面継手33…を介して上部支持板34の四隅に枢支されており、2本のトラニオン21,21が上動して他の2本のトラニオン21,21が下動するときに、その動きが同期するようになっている。
変速制御弁43には、高圧のPH圧を出力するPH油圧源44と、低圧のPL圧を出力するPL油圧源45とが接続される。また変速制御弁43には、油路46を介して二つの増速用油室31,31が接続されるとともに、油路47を介して二つの減速用油室32,32が接続される。
従って、増速用油室31に高圧のPH圧が供給されて減速用油室32に低圧のPL圧が供給されるとピストン30およびピストンロッド28が上昇し、逆に減速用油室32に高圧のPH圧が供給されて増速用油室31に低圧のPL圧が供給されるとピストン30およびピストンロッド28が下降する。これにより、第1、第2無段変速機構14F,14Rの各一対のトラニオン21,21は相互に逆方向に駆動される。
次に、第1無段変速機構14Fの作用を説明する。
変速制御弁43でPH油圧源44を減速用油室32,32に接続し、PL油圧源45を増速用油室31,31に接続すると、油圧アクチュエータ27,27が作動して一対のトラニオン21,21の一方が中立位置から上昇して他方が中立位置から下降する。その結果、パワーローラ19,19が図1の矢印a方向に傾転し、入力ディスク15との接触点がインプットシャフト13に対して半径方向外側に移動するとともに、出力ディスク16との接触点がインプットシャフト13に対して半径方向内側に移動するため、入力ディスク15の回転が増速して出力ディスク16に伝達され、トロイダル型無段変速機Tの変速比が連続的に減少する。
逆に、変速制御弁43でPH油圧源44を減速用油室32,32に接続し、PL油圧源45を増速用油室31,31に接続すると、油圧アクチュエータ27,27が作動して一対のトラニオン21,21の一方が中立位置から下降して他方が中立位置から上昇する。その結果、パワーローラ19,19が図1の矢印b方向に傾転し、入力ディスク15との接触点がインプットシャフト13に対して半径方向内側に移動するとともに、出力ディスク16との接触点がインプットシャフト13に対して半径方向外側に移動するため、入力ディスク15の回転が減速して出力ディスク16に伝達され、トロイダル型無段変速機Tの変速比が連続的に増加する。
以上のように、油圧アクチュエータ27,27で一対のトラニオン21,21を中立位置から相互に逆方向に駆動することで、変速比が目標変速比に向けて変化する。そして変速比が目標変速比に達したときに油圧アクチュエータ27,27で一対のトラニオン21,21を中立位置に復帰させるとともに、油圧アクチュエータ27,27の推力をパワーローラ19,19が入力ディスク15および出力ディスク16から受ける反力と釣り合わせることで、前記目標変速比が維持される。
第2無段変速機構14Rの作用は上述した第1無段変速機構14Fの作用と同一であり、第1、第2無段変速機構14F,14Rは同期して変速作用を行う。従って、エンジンEのクランクシャフト11からインプットシャフト13に入力された駆動力は、トロイダル型無段変速機Tの変速比のレンジ内の任意の変速比で無段階に変速され、ドライブギヤ20から出力される。
次に、図4に基づいてトロイダル型無段変速機Tの制御系を説明する。
トロイダル型無段変速機Tの変速比を制御する電子制御ユニットUは、目標変速比決定部M1と、目標変速速度決定部M2と、目標変速加速度決定部M3と、変速加速度フィードバックPID制御部M4と、変速加速度フィードバック実行判断部M5と、トラニオンフリクション算出部M6と、変速比維持推力算出部M7とを備える。
目標変速比決定部M1は、入力ディスク15の回転数、出力ディスク16の回転数、車速、アクセルペダル開度等に基づいてトロイダル型無段変速機Tの目標変速比を算出する。目標変速速度決定部M2は、目標変速比決定部M1で算出した目標変速比の時間変化率である目標変速速度を算出する。目標変速加速度決定部M3は、目標変速速度決定部M2で算出した目標変速速度の時間変化率である目標変速加速度を算出する。
減算器51は、目標変速加速度決定部M3で算出した目標変速加速度から、入力ディスク15の回転数および出力ディスク16の回転数に基づいて算出した実変速加速度を減算することで、変速加速度の偏差を算出する。変速加速度フィードバックPID制御部M4は、減算器51から入力された変速加速度の偏差をPID処理し、前記偏差をゼロに収束させるためのPIDフィードバック制御量を算出する。その際に、後述するトラニオン21,21のフリクション、トロイダル型無段変速機Tのオイルの温度、トロイダル型無段変速機Tの変速比等に基づいてPIDゲインを持ち替えることができる。
また変速加速度フィードバック実行判断部M5は、変速加速度によるフィードバック制御が実行可能か否かを判断し、可能な場合に限り変速加速度フィードバックPID制御部M4による変速制御の実行を許可する。例えば、エンジン回転数がアイドル回転数以下のような場合には、オイルポンプが発生するライン圧が不十分であるため、実変速比が目標変速比に追従し難くなってフィードバック制御量が増加し、そのためにライン圧が更に不足して制御が不安定になる。このような場合には、変速加速度によるフィードバック制御が的確に実行できないため、その実行が禁止される。
トラニオンフリクション算出部M6は、入力ディスク15および出力ディスク16がパワーローラ19,19を挟持する荷重、トラニオン21,21の摺動部の摩擦係数、トロイダル型無段変速機Tの変速比等に基づいて、トラニオン21,21が移動する際のフリクションに相当する制御量を算出する。トラニオンフリクション算出部M6が算出したフリクション相当の制御量は、加算機52において変速加速度フィードバックPID制御部M4が出力するPIDフィードバック制御量に加算される。
変速比維持推力算出部M7は、変速比を一定に維持するために油圧アクチュエータ27,27が発生すべき推力に相当する制御量を算出する。この制御量は、エンジンEからトロイダル型無段変速機Tに入力されるトルク、パワーローラ19,19の傾転角、トロイダル型無段変速機Tの各諸元等に基づいて算出される。そして変速比維持推力算出部M7が算出した油圧アクチュエータ27,27の推力相当の制御量は、加算機53において前記加算機52が出力する制御量に加算された後、フィルタ54でノイズ成分を除去されて油圧アクチュエータ27,27に油圧を供給する流量制御弁の開度を制御する。
次に、図5に基づいてトロイダル型無段変速機Tの制御系の機能を更に説明する。
図5(A)の鎖線は、マップ等から得られる目標変速比の一例である。マップ等から得られる目標変速比は制御の開始と同時に急激に変化するが、図5(A)に破線で示すように、前記目標変速比(鎖線参照)を過渡特性を考慮してなましたものが、実際の目標変速比として使用される。図5(A)の実線は、本制御により最終的に得られる実変速比の変化特性である。
目標変速速度決定部M2は、目標変速比決定部M1で算出した目標変速比(図5(A)の破線参照)に応じて目標変速速度を算出する。図5(B)に破線で示すように、制御開始時に目標変速速度は急激に立ち上がっており、これにより変速アクチュエータ27,27を素早く作動させて制御応答性を高めることができる。また制御終了時に目標変速速度は制御開始時に比べて緩やかに復帰しており、これにより実変速比が目標変速比をオーバーシュートすることが防止される。実線で示す実変速速度は、破線で示す目標変速速度にやや遅れて追従する。
目標変速加速度決定部M3は、目標変速速度決定部M2で算出した目標変速速度の時間変化率である目標変速加速度(図5(C)の破線参照)と、実変速速度の時間変化率である実変速加速度(図5(C)の実線参照)とを算出する。実線で示す実変速加速度は、破線で示す目標変速加速度にやや遅れて追従する。
図5(D)は、変速加速度フィードバックPID制御部M4で算出する実変速加速度に対する目標変速加速度の偏差を示すもので、制御開始時には負の偏差大きく発生した後に正の偏差が小さく発生し、制御終了時には正の偏差がやや大きく発生した後に負の偏差が僅かに発生する。
図5(E)は、図5(D)に示す偏差から変速加速度フィードバックPID制御部M4が算出したPIDフィードバック制御量と、トラニオンフリクション算出部M6が算出したトラニオン21,21のフリクション相当のフィードフォワード制御量とを加算した制御量を示すものである。ここでは、変速比維持推力算出部M7が算出した油圧アクチュエータ27,27が発生すべき推力相当のフィードフォワード制御量の加算は省略されている。網かけ部分は正味のフリクション相当の制御量を示しており、実際に加算される制御量は正味のフリクション相当の制御量よりも若干小さく設定される。
以上のように、電子制御ユニットUが変速制御弁43の開度を制御する制御量は、変速加速度の偏差をPID処理して算出したPIDフィードバック制御量と、トラニオン21,21のフリクション相当のフィードフォワード制御量と、変速比を一定に維持するために油圧アクチュエータ27,27が発生すべき推力相当の制御量との加算値であるため、PIDフィードバック制御量により、トラニオン21,21はフリクションおよびパワーローラ19,19の反力に打ち勝って移動し、トロイダル型無段変速機Tの変速比が変更される。
その際に、PIDフィードバック制御量を変速加速度の偏差に基づいて算出するため、制御開始時の偏差(図5(D)のa部参照)を大きく発生させることができ、これによりPIDフィードバック制御量を変速比の偏差や変速速度の偏差に基づいて算出する場合に比べて制御応答性を高めることができるだけでなく、偏差の発生を早期に検知してフィードバックすることで従来よりもリニアな変速制御が可能となる。
またPIDフィードバック制御量にトラニオン21,21のフリクション相当のフィードフォワード制御量と、パワーローラ19,19からの反力を相殺して変速比を維持するために油圧アクチュエータ27,27が発生すべき推力相当のフィードフォワード制御量とを加算して最終的な制御量を出力するので、トラニオン21,21のフリクションおよびパワーローラ19,19からの反力に影響されずに変速比を精度良く制御することができる。
このとき、トラニオン21,21のフリクション相当のフィードフォワード制御量を、実際のフリクション相当の値よりも若干小さく設定するので(図5(E)参照)、フィードフォワード制御量が過大になって意図せぬ変速比に制御される事態を未然に回避することができる。
図6のタイムチャートは、目標変速比、目標変速速度、目標変速加速度、変速加速度偏差、変速に必要なトラニオン21,21のストローク、トラニオン21,21のストロークに必要な油圧アクチュエータ27,27の推力の変化を模式的に示すものである。トロイダル型無段変速機Tでは、変速制御の開始時に油圧アクチュエータ27,27を一方向に駆動し、変速制御の終了時に油圧アクチュエータ27,27を他方向に駆動する必要がある。
同図から明らかなように、変速加速度偏差のラインの形状は、変速に必要な油圧アクチュエータ27,27の推力のラインの形状と類似しており、制御開始時には前者および後者は共に一方向(図中下向き)に変化し、制御終了時には前者および後者は共に他方向(図中上向き)に変化している。変速加速度偏差はPIDフィードバック制御量に直接関連し、PIDフィードバック制御量は油圧アクチュエータ27,27の推力に直接関連する。よって、その変速加速度偏差のラインの形状が変速に必要な油圧アクチュエータ27,27の推力のラインの形状に類似していることにより、トロイダル型無段変速機Tに本制御を適用すれば、変速制御を一層安定させることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の変速機は実施の形態のトロイダル型無段変速機Tに限定されず、ベルト式無段変速機のような他種の変速機であっても良い。
本発明は、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する制御量算出手段を備える変速制御装置に関する。
入力ディスクおよび出力ディスク間に挟持したパワーローラを傾転させることで変速比を無段階に変化させるトロイダル型無段変速機の変速比を制御する際に、目標変速比および実変速比の偏差を小さくする第1フィードバック制御と、目標変速速度および実変速速度の偏差を小さくする第2フィードバック制御とを使い分けるものが、下記特許文献1により公知である。
上記特許文献1に記載されているように、目標変速速度および実変速速度の偏差を小さくする第2フィードバック制御を行うことで、目標変速比および実変速比の偏差を小さくする第1フィードバック制御を行う場合に比べて、変速比制御の制御応答性を高めることができる。しかしながら、第2フィードバック制御を行った場合でも、変速比制御の開始時に目標変速速度および実変速速度の偏差が緩やかにしか増加しないために制御量も緩やかにしか増加せず、変速比制御の開始時における変速アクチュエータの作動が遅れてリニアな変速制御が阻害される可能性があった。しかも変速アクチュエータが発生する推力の形状(方向や大きさ)と制御量の形状(方向や大きさ)とが類似しないため、変速制御が不連続になって安定しない可能性があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、変速機の変速比をフィードバック制御する際に、目標値および実際値の偏差の発生を早期に検知してリニアな変速制御を可能にすることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する制御量算出手段を備える変速制御装置であって、前記制御量算出手段は、前記目標変速比の変化加速度に対する前記実変速比の変化加速度の偏差をゼロに収束させるための前記フィードバック制御量を算出することを第1の特徴とする変速制御装置が提案される。
また本発明によれば、前記第1の特徴に加えて、前記変速機は、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスクおよび前記出力ディスク間に挟持された一対のパワーローラと、前記一対のパワーローラを支持する一対のトラニオンと、前記一対のトラニオンに接続された一対の油圧アクチュエータとを備え、前記一対の油圧アクチュエータで前記一対のトラニオンを相互に逆方向に駆動し、前記一対のパワーローラをトラニオン軸まわりに揺動させて前記入力ディスクおよび前記出力ディスクとの接触点の位置を変化させることで変速比を変更するトロイダル型無段変速機であることを第2の特徴とする変速制御装置が提案される。
また本発明によれば、前記第2の特徴に加えて、前記制御量算出手段は、前記一対のトラニオンのフリクションを算出するとともに、前記フリクションの一部を補償するフィードフォワード制御量を算出し、前記フィードフォワード制御量を前記フィードバック制御量に加算して出力することを第3の特徴とする変速制御装置が提案される。
また本発明によれば、前記第3の特徴に加えて、前記制御量算出手段は、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクが前記一対のパワーローラを挟持する押圧力、前記一対のトラニオンの摺動部の摩擦係数および前記変速機の変速比の少なくとも一つに基づいて前記フリクションを算出することを第4の特徴とする変速制御装置が提案される。
尚、実施の形態のトロイダル型無段変速機Tは本発明の変速機に対応し、実施の形態の電子制御ユニットUは本発明の制御量算出手段に対応する。
本発明の第1の特徴によれば、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する制御量算出手段は、目標変速比の変化加速度に対する実変速比の変化加速度の偏差をゼロに収束させるためのフィードバック制御量を算出するので、目標変速比に対する実変速比の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出する場合や、目標変速比の変化速度に対する実変速比の変化速度の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出する場合に比べて制御応答性を高めることができるだけでなく、目標値および実際値の偏差の発生を早期に検知してフィードバックすることで、従来よりもリニアな変速制御が可能となる。
また本発明の第2の特徴によれば、一対の油圧アクチュエータで一対のトラニオンを相互に逆方向に駆動し、一対のパワーローラをトラニオン軸まわりに揺動させて入力ディスクおよび出力ディスクとの接触点の位置を変化させることで変速比を変更するトロイダル型無段変速機は、変速比を変更するときにトラニオンが中立位置から一方向に駆動され、変速比の変更が終了するとトラニオンが中立位置に向けて他方向に駆動される。トラニオンを駆動するために油圧アクチュエータが出力する推力の形状(方向や大きさ)は、目標変速比の変化加速度に対する実変速比の変化加速度の偏差の形状(方向や大きさ)に類似するので、トロイダル型無段変速機に本制御を適用することで、その変速制御を一層安定させることができる。
また本発明の第3の特徴によれば、制御量算出手段は、一対のトラニオンのフリクションを算出するとともに、フリクションの一部を補償するフィードフォワード制御量を算出し、フィードフォワード制御量をフィードバック制御量に加算して出力するので、フィードフォワード制御量でトラニオンのフリクションを補償して制御応答性を高めながら、フィードフォワード制御量が過大になって意図せぬ変速比に制御される事態を未然に回避することができる。
また本発明の第4の特徴によれば、制御量算出手段は、入力ディスクおよび出力ディスクが一対のパワーローラを挟持する押圧力、一対のトラニオンの摺動部の摩擦係数および変速機の変速比の少なくとも一つに基づいてフリクションを算出するので、フリクションを精度良く算出することができる。
15 入力ディスク
16 出力ディスク
18 トラニオン軸
19 パワーローラ
21 トラニオン
27 油圧アクチュエータ
T トロイダル型無段変速機(変速機)
U 電子制御ユニット(制御量算出手段)
16 出力ディスク
18 トラニオン軸
19 パワーローラ
21 トラニオン
27 油圧アクチュエータ
T トロイダル型無段変速機(変速機)
U 電子制御ユニット(制御量算出手段)
以下、図1〜図6に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1に示すように、自動車用のトロイダル型無段変速機Tは、エンジンEのクランクシャフト11にダンパー12を介して接続されたインプットシャフト13を備えており、インプットシャフト13上に実質的に同一構造の第1無段変速機構14Fおよび第2無段変速機構14Rが支持される。第1無段変速機構14Fは、インプットシャフト13に固定された概略コーン状の入力ディスク15と、インプットシャフト13に相対回転自在かつ軸方向摺動自在に支持された概略コーン状の出力ディスク16と、ローラ軸17まわりに回転自在に支持されるとともにトラニオン軸18,18まわりに傾転自在に支持されて入力ディスク15および出力ディスク16に当接可能な一対のパワーローラ19,19とを備える。入力ディスク15および出力ディスク16の対向面はトロイダル曲面で構成されており、パワーローラ19,19がトラニオン軸18,18まわりに傾転すると、入力ディスク15および出力ディスク16に対するパワーローラ19,19の接触点が変化する。
第2無段変速機構14Rは、ドライブギヤ20を挟んで前記第1無段変速機構14Fと実質的に面対称に配置されており、第1、第2無段変速機構14F,14Rの出力ディスク16,16およびドライブギヤ20は一体に形成される。但し、第1無段変速機構14Fの入力ディスク15がインプットシャフト13に固着されるのに対し、第2無段変速機構14Rの入力ディスク15はインプットシャフト13に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能にスプライン結合され、インプットシャフト13の左端に形成されたシリンダ35に摺動自在に嵌合する。従って、シリンダ35の内部の油室36に油圧を供給すると、第2無段変速機構14Rの入力ディスク15と、第1、第2無段変速機構14F,14Rの出力ディスク16,16とが、第1無段変速機構14Fの入力ディスク15に向けて押圧され、入力ディスク15,15および出力ディスク16,16とパワーローラ19…との間のスリップを抑制する荷重を発生させることができる。
図2および図3から明らかなように、第1無段変速機構14F(あるいは第2無段変速機構14R)は、インプットシャフト13を挟むように配置された左右一対のトラニオン21,21を備えており、各トラニオン21の下部は下部支持板22にローラベアリング23を介して回転自在、かつ上下摺動自在に支持される。また各トラニオン21にクランク状に屈曲したピボットシャフト24の一端が回転自在に支持されるとともに、ピボットシャフト24の他端にパワーローラ19が回転自在に支持される。
油圧制御ブロック25,26に設けた一対の油圧アクチュエータ27,27のピストンロッド28,28がトラニオン21,21の下端にそれぞれ一体に形成される。各油圧アクチュエータ27は、油圧制御ブロック25に形成されたシリンダ29と、ピストンロッド28に一体に形成されてシリンダ29に摺動自在に嵌合するピストン30と、ピストン30の下側に区画された増速用油室31と、ピストン30の上側に区画された減速用油室32とから構成される。
合計4本のトラニオン21…の上端が、各々球面継手33…を介して上部支持板34の四隅に枢支されており、2本のトラニオン21,21が上動して他の2本のトラニオン21,21が下動するときに、その動きが同期するようになっている。
変速制御弁43には、高圧のPH圧を出力するPH油圧源44と、低圧のPL圧を出力するPL油圧源45とが接続される。また変速制御弁43には、油路46を介して二つの増速用油室31,31が接続されるとともに、油路47を介して二つの減速用油室32,32が接続される。
従って、増速用油室31に高圧のPH圧が供給されて減速用油室32に低圧のPL圧が供給されるとピストン30およびピストンロッド28が上昇し、逆に減速用油室32に高圧のPH圧が供給されて増速用油室31に低圧のPL圧が供給されるとピストン30およびピストンロッド28が下降する。これにより、第1、第2無段変速機構14F,14Rの各一対のトラニオン21,21は相互に逆方向に駆動される。
次に、第1無段変速機構14Fの作用を説明する。
変速制御弁43でPH油圧源44を減速用油室32,32に接続し、PL油圧源45を増速用油室31,31に接続すると、油圧アクチュエータ27,27が作動して一対のトラニオン21,21の一方が中立位置から上昇して他方が中立位置から下降する。その結果、パワーローラ19,19が図1の矢印a方向に傾転し、入力ディスク15との接触点がインプットシャフト13に対して半径方向外側に移動するとともに、出力ディスク16との接触点がインプットシャフト13に対して半径方向内側に移動するため、入力ディスク15の回転が増速して出力ディスク16に伝達され、トロイダル型無段変速機Tの変速比が連続的に減少する。
逆に、変速制御弁43でPH油圧源44を減速用油室32,32に接続し、PL油圧源45を増速用油室31,31に接続すると、油圧アクチュエータ27,27が作動して一対のトラニオン21,21の一方が中立位置から下降して他方が中立位置から上昇する。その結果、パワーローラ19,19が図1の矢印b方向に傾転し、入力ディスク15との接触点がインプットシャフト13に対して半径方向内側に移動するとともに、出力ディスク16との接触点がインプットシャフト13に対して半径方向外側に移動するため、入力ディスク15の回転が減速して出力ディスク16に伝達され、トロイダル型無段変速機Tの変速比が連続的に増加する。
以上のように、油圧アクチュエータ27,27で一対のトラニオン21,21を中立位置から相互に逆方向に駆動することで、変速比が目標変速比に向けて変化する。そして変速比が目標変速比に達したときに油圧アクチュエータ27,27で一対のトラニオン21,21を中立位置に復帰させるとともに、油圧アクチュエータ27,27の推力をパワーローラ19,19が入力ディスク15および出力ディスク16から受ける反力と釣り合わせることで、前記目標変速比が維持される。
第2無段変速機構14Rの作用は上述した第1無段変速機構14Fの作用と同一であり、第1、第2無段変速機構14F,14Rは同期して変速作用を行う。従って、エンジンEのクランクシャフト11からインプットシャフト13に入力された駆動力は、トロイダル型無段変速機Tの変速比のレンジ内の任意の変速比で無段階に変速され、ドライブギヤ20から出力される。
次に、図4に基づいてトロイダル型無段変速機Tの制御系を説明する。
トロイダル型無段変速機Tの変速比を制御する電子制御ユニットUは、目標変速比決定部M1と、目標変速速度決定部M2と、目標変速加速度決定部M3と、変速加速度フィードバックPID制御部M4と、変速加速度フィードバック実行判断部M5と、トラニオンフリクション算出部M6と、変速比維持推力算出部M7とを備える。
目標変速比決定部M1は、入力ディスク15の回転数、出力ディスク16の回転数、車速、アクセルペダル開度等に基づいてトロイダル型無段変速機Tの目標変速比を算出する。目標変速速度決定部M2は、目標変速比決定部M1で算出した目標変速比の時間変化率である目標変速速度を算出する。目標変速加速度決定部M3は、目標変速速度決定部M2で算出した目標変速速度の時間変化率である目標変速加速度を算出する。
減算器51は、目標変速加速度決定部M3で算出した目標変速加速度から、入力ディスク15の回転数および出力ディスク16の回転数に基づいて算出した実変速加速度を減算することで、変速加速度の偏差を算出する。変速加速度フィードバックPID制御部M4は、減算器51から入力された変速加速度の偏差をPID処理し、前記偏差をゼロに収束させるためのPIDフィードバック制御量を算出する。その際に、後述するトラニオン21,21のフリクション、トロイダル型無段変速機Tのオイルの温度、トロイダル型無段変速機Tの変速比等に基づいてPIDゲインを持ち替えることができる。
また変速加速度フィードバック実行判断部M5は、変速加速度によるフィードバック制御が実行可能か否かを判断し、可能な場合に限り変速加速度フィードバックPID制御部M4による変速制御の実行を許可する。例えば、エンジン回転数がアイドル回転数以下のような場合には、オイルポンプが発生するライン圧が不十分であるため、実変速比が目標変速比に追従し難くなってフィードバック制御量が増加し、そのためにライン圧が更に不足して制御が不安定になる。このような場合には、変速加速度によるフィードバック制御が的確に実行できないため、その実行が禁止される。
トラニオンフリクション算出部M6は、入力ディスク15および出力ディスク16がパワーローラ19,19を挟持する荷重、トラニオン21,21の摺動部の摩擦係数、トロイダル型無段変速機Tの変速比等に基づいて、トラニオン21,21が移動する際のフリクションに相当する制御量を算出する。トラニオンフリクション算出部M6が算出したフリクション相当の制御量は、加算機52において変速加速度フィードバックPID制御部M4が出力するPIDフィードバック制御量に加算される。
変速比維持推力算出部M7は、変速比を一定に維持するために油圧アクチュエータ27,27が発生すべき推力に相当する制御量を算出する。この制御量は、エンジンEからトロイダル型無段変速機Tに入力されるトルク、パワーローラ19,19の傾転角、トロイダル型無段変速機Tの各諸元等に基づいて算出される。そして変速比維持推力算出部M7が算出した油圧アクチュエータ27,27の推力相当の制御量は、加算機53において前記加算機52が出力する制御量に加算された後、フィルタ54でノイズ成分を除去されて油圧アクチュエータ27,27に油圧を供給する流量制御弁の開度を制御する。
次に、図5に基づいてトロイダル型無段変速機Tの制御系の機能を更に説明する。
図5(A)の鎖線は、マップ等から得られる目標変速比の一例である。マップ等から得られる目標変速比は制御の開始と同時に急激に変化するが、図5(A)に破線で示すように、前記目標変速比(鎖線参照)を過渡特性を考慮してなましたものが、実際の目標変速比として使用される。図5(A)の実線は、本制御により最終的に得られる実変速比の変化特性である。
目標変速速度決定部M2は、目標変速比決定部M1で算出した目標変速比(図5(A)の破線参照)に応じて目標変速速度を算出する。図5(B)に破線で示すように、制御開始時に目標変速速度は急激に立ち上がっており、これにより変速アクチュエータ27,27を素早く作動させて制御応答性を高めることができる。また制御終了時に目標変速速度は制御開始時に比べて緩やかに復帰しており、これにより実変速比が目標変速比をオーバーシュートすることが防止される。実線で示す実変速速度は、破線で示す目標変速速度にやや遅れて追従する。
目標変速加速度決定部M3は、目標変速速度決定部M2で算出した目標変速速度の時間変化率である目標変速加速度(図5(C)の破線参照)と、実変速速度の時間変化率である実変速加速度(図5(C)の実線参照)とを算出する。実線で示す実変速加速度は、破線で示す目標変速加速度にやや遅れて追従する。
図5(D)は、変速加速度フィードバックPID制御部M4で算出する実変速加速度に対する目標変速加速度の偏差を示すもので、制御開始時には負の偏差大きく発生した後に正の偏差が小さく発生し、制御終了時には正の偏差がやや大きく発生した後に負の偏差が僅かに発生する。
図5(E)は、図5(D)に示す偏差から変速加速度フィードバックPID制御部M4が算出したPIDフィードバック制御量と、トラニオンフリクション算出部M6が算出したトラニオン21,21のフリクション相当のフィードフォワード制御量とを加算した制御量を示すものである。ここでは、変速比維持推力算出部M7が算出した油圧アクチュエータ27,27が発生すべき推力相当のフィードフォワード制御量の加算は省略されている。網かけ部分は正味のフリクション相当の制御量を示しており、実際に加算される制御量は正味のフリクション相当の制御量よりも若干小さく設定される。
以上のように、電子制御ユニットUが変速制御弁43の開度を制御する制御量は、変速加速度の偏差をPID処理して算出したPIDフィードバック制御量と、トラニオン21,21のフリクション相当のフィードフォワード制御量と、変速比を一定に維持するために油圧アクチュエータ27,27が発生すべき推力相当の制御量との加算値であるため、PIDフィードバック制御量により、トラニオン21,21はフリクションおよびパワーローラ19,19の反力に打ち勝って移動し、トロイダル型無段変速機Tの変速比が変更される。
その際に、PIDフィードバック制御量を変速加速度の偏差に基づいて算出するため、制御開始時の偏差(図5(D)のa部参照)を大きく発生させることができ、これによりPIDフィードバック制御量を変速比の偏差や変速速度の偏差に基づいて算出する場合に比べて制御応答性を高めることができるだけでなく、偏差の発生を早期に検知してフィードバックすることで従来よりもリニアな変速制御が可能となる。
またPIDフィードバック制御量にトラニオン21,21のフリクション相当のフィードフォワード制御量と、パワーローラ19,19からの反力を相殺して変速比を維持するために油圧アクチュエータ27,27が発生すべき推力相当のフィードフォワード制御量とを加算して最終的な制御量を出力するので、トラニオン21,21のフリクションおよびパワーローラ19,19からの反力に影響されずに変速比を精度良く制御することができる。
このとき、トラニオン21,21のフリクション相当のフィードフォワード制御量を、実際のフリクション相当の値よりも若干小さく設定するので(図5(E)参照)、フィードフォワード制御量が過大になって意図せぬ変速比に制御される事態を未然に回避することができる。
図6のタイムチャートは、目標変速比、目標変速速度、目標変速加速度、変速加速度偏差、変速に必要なトラニオン21,21のストローク、トラニオン21,21のストロークに必要な油圧アクチュエータ27,27の推力の変化を模式的に示すものである。トロイダル型無段変速機Tでは、変速制御の開始時に油圧アクチュエータ27,27を一方向に駆動し、変速制御の終了時に油圧アクチュエータ27,27を他方向に駆動する必要がある。
同図から明らかなように、変速加速度偏差のラインの形状は、変速に必要な油圧アクチュエータ27,27の推力のラインの形状と類似しており、制御開始時には前者および後者は共に一方向(図中下向き)に変化し、制御終了時には前者および後者は共に他方向(図中上向き)に変化している。変速加速度偏差はPIDフィードバック制御量に直接関連し、PIDフィードバック制御量は油圧アクチュエータ27,27の推力に直接関連する。よって、その変速加速度偏差のラインの形状が変速に必要な油圧アクチュエータ27,27の推力のラインの形状に類似していることにより、トロイダル型無段変速機Tに本制御を適用すれば、変速制御を一層安定させることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の変速機は実施の形態のトロイダル型無段変速機Tに限定されず、ベルト式無段変速機のような他種の変速機であっても良い。
Claims (4)
- 変速機(T)の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する変速比制御手段(U)を備える変速制御装置であって、
前記制御量算出手段(U)は、前記目標変速比の変化加速度に対する前記実変速比の変化加速度の偏差に基づいて前記フィードバック制御量を算出することを特徴とする変速制御装置。 - 前記変速機(T)は、入力ディスク(15)と、出力ディスク(16)と、前記入力ディスク(15)および前記出力ディスク(16)間に挟持された一対のパワーローラ(19)と、前記一対のパワーローラ(19)を支持する一対のトラニオン(21)と、前記一対のトラニオン(21)に接続された一対の油圧アクチュエータ(27)とを備え、前記一対の油圧アクチュエータ(27)で前記一対のトラニオン(21)を相互に逆方向に駆動し、前記一対のパワーローラ(19)をトラニオン軸(18)まわりに揺動させて前記入力ディスク(15)および前記出力ディスク(16)との接触点の位置を変化させることで変速比を変更するトロイダル型無段変速機であることを特徴とする、請求項1に記載の変速制御装置。
- 前記制御量算出手段(U)は、前記一対のトラニオン(21)のフリクションを算出するとともに、前記フリクションの一部を補償するフィードフォワード制御量を算出し、前記フィードフォワード制御量を前記フィードバック制御量に加算して出力することを特徴とする、請求項2に記載の変速制御装置。
- 前記制御量算出手段(U)は、前記入力ディスク(15)および前記出力ディスク(16)が前記一対のパワーローラ(19)を挟持する押圧力、前記一対のトラニオン(21)の摺動部の摩擦係数および前記変速機(T)の変速比の少なくとも一つに基づいて前記フリクションを算出することを特徴とする、請求項3に記載の変速制御装置。
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