JP2004360725A - 無段変速機の変速比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】実際の変速比応答が規範応答に比して低い領域でフィードバック補償器の偏差が蓄積されるのを防いで、変速比応答の悪化を防止する。
【解決手段】運転状態に応じた到達変速比と規範応答に基づいて目標変速比を演算する目標変速比演算手段Ｂ３３と、目標変速比と実変速比との偏差に基づき変速比指令値のフィードバック補正量を演算する手段Ｂ３４と、規範応答と無段変速機の動特性に基づいてフィードフォワードによる動特性補償出力を演算する手段Ｂ３１と、フィードバック補正量とフィードフォワード動特性補償出力に基づいて変速比指令値を補正する手段と、補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する制御手段Ｂ４と、到達変速比と目標変速比の偏差から規範応答の時定数を算出する規範応答時定数算出手段Ｂ３５と、この時定数を実変速比に基づいて実現可能な変速比応答となる値に補正する時定数補正手段Ｂ３６を備える。
【選択図】 図３
【解決手段】運転状態に応じた到達変速比と規範応答に基づいて目標変速比を演算する目標変速比演算手段Ｂ３３と、目標変速比と実変速比との偏差に基づき変速比指令値のフィードバック補正量を演算する手段Ｂ３４と、規範応答と無段変速機の動特性に基づいてフィードフォワードによる動特性補償出力を演算する手段Ｂ３１と、フィードバック補正量とフィードフォワード動特性補償出力に基づいて変速比指令値を補正する手段と、補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する制御手段Ｂ４と、到達変速比と目標変速比の偏差から規範応答の時定数を算出する規範応答時定数算出手段Ｂ３５と、この時定数を実変速比に基づいて実現可能な変速比応答となる値に補正する時定数補正手段Ｂ３６を備える。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機の変速比を制御する変速比制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステップモータ等を用いて変速制御弁を駆動することで可変プーリのプーリ溝幅を変更し、設計者が希望する動特性で変速比が目標とする変速比に追従するように変速制御を行うＶベルト式無段変速機が知られている。
【０００３】
このようなＶベルト式無段変速機の変速比制御システムとしては、例えば、特開平２０００−２４０７８０号公報等に開示されたものがある。
【０００４】
このような変速比制御システムでは、設計者が希望する変速比応答を実現する動特性補償部と、目標変速比と実変速比の偏差から動特性補償部の出力を補正する応答性補償部から構成される。この制御系は２自由度設計であるため、設計者は希望する変速比応答（以下規範応答とする）を安定性とは独立して設定できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２４０７８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、高変速比領域（ＨＩＧＨ側）と低変速比領域（ＬＯＷ側）にて規範応答の時定数を制御対象の時定数より小さく設定した場合、つまり、進み補償を施した場合、ＰＩ制御などによるフィードバック補償器に偏差が蓄積され、変速比応答が悪化するという問題点があった。
【０００７】
これは、高変速比領域と低変速比領域では、他の領域と比べ変速機のアクチュエータであるステップモータの可動範囲に制限があり、実現できる変速比応答が遅い、換言すれば、制御対象の時定数が規範応答と比較して大きいことに起因する。
【０００８】
たとえば、ステップモータを２０ステップ進めた場合、図１１（Ａ）に示す変速比応答が得られる変速機において、１０ステップ分に相当する変速比指令値に対し、進み補償器を用いて、一時的にステップモータを２０ステップ進め、その後１０ステップ戻すことで、図１１（Ｂ）に示す時定数の小さな変速比応答を得ることができる。
【０００９】
しかし、低変速比領域（最ＬＯＷ付近）におけるダウンシフトでは、機構的な制限によって最ＬＯＷ側に２０ステップ分のステップモータ可動量が存在しない場合、図１１（Ｂ）に示す変速比応答を実現することができない、という問題があり、このときフィードバック補償器に偏差が蓄積され、変速比応答が悪化するのである。このことは、高変速比領域（最ＨＩＧＨ付近）のアップシフトでも同様のことが言える。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、実際の変速比応答が規範応答に比して低い領域でフィードバック補償器の偏差が蓄積されるのを防いで、変速比応答の悪化を防止することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、運転状態に応じて無段変速機の到達変速比を演算する到達変速比演算手段と、前記到達変速比と規範応答に基づいて目標変速比を演算する目標変速比演算手段と、前記目標変速比と実変速比との偏差に基づき変速比指令値のフィードバック補正量を演算するフィードバック補正量演算手段と、前記規範応答と無段変速機の動特性に基づいてフィードフォワードによる動特性補償出力を演算するフィードフォワード補償手段と、前記フィードバック補正量とフィードフォワード動特性補償出力に基づいて前記変速比指令値を補正する変速比指令値補正手段と、補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する制御手段と、を備えた無段変速機の変速比制御装置において、
前記到達変速比と目標変速比の偏差から規範応答の時定数を算出する規範応答時定数算出手段と、この時定数を、実変速比に基づいて実現可能な変速比応答となる値に補正する時定数補正手段と、を備えて、アクチュエータの機構的な可動範囲を超えないように、規範応答の時定数を補正する。
【００１２】
【発明の効果】
したがって本発明は、無段変速機で実現可能な規範応答をサーボ入力（目標変速比演算手段の入力）として演算することで規範応答と実変速比の偏差がフィードバック補正量演算手段に蓄積されるのを確実に防ぎ、良好な変速比応答を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、発明を適用したＶベルト式無段変速機の変速比制御装置の概略構成図を示し、変速比制御システムは、無段変速機４と、その変速比を制御するＣＶＴコントロールユニット１とから構成される。
【００１５】
無段変速機４は、前後進切替機構１０及びトルクコンバータ１１を介して図示しないエンジンに接続される変速機構部１７と、変速機構部１７への油圧供給を制御する油圧コントロールユニット３と、油圧コントロールユニット３内の図示しない変速制御弁を駆動するステップモータ２とを備える。
【００１６】
変速機構部１７は、プーリ溝幅を変更可能な一対の可変プーリ５、６と、それらに掛け回されるＶベルト７とを備えたいわゆるＶベルト式無段変速機構であり、可変プーリ５、６のプーリ溝幅を変更することで変速比を無段階に変更することができる。
【００１７】
油圧コントロールユニット３内の変速制御弁（図示省略）は、ステップモータ２の角位置（ステップ数）に応じて駆動され、可変プーリ５、６の可動円錐板の背面に設けられた油圧シリンダ８、９に供給される油圧が調整される。この結果、可変プーリ５、６のプーリ溝幅が相反的に変更され、変速機構部１７の変速比が変更される。なお、ステップモータ２は図示しない原点ストッパ（機構的限界位置）により最ＬＯＷ側での変位を規制され、また、最ＨＩＧＨ側では変速制御弁等の変位限界（機構的限界位置）により変位を規制されるもので、ステップモータ２の各位置（ステップ数）は、最ＬＯＷ側と最ＨＩＧＨ側の機構的限界位置の間（機構的可動範囲）で変位可能に設定される。
【００１８】
ＣＶＴコントロールユニット１には、スロットル開度センサ１２からのスロットル開度信号ＴＶＯ（またはアクセル操作量に応じた信号）、インヒビタースイッチ１３からのシフトレバー位置信号、油温センサ１４からの油温信号の他、変速機構部１７の入力回転速度センサ１５からの入力回転速度信号Ｎｐｒｉ、出力回転速度センサ１６からの出力回転速度信号Ｎｓｅｃ等が入力される。
【００１９】
ＣＶＴコントロールユニット１は、これら各種入力信号に基づき最終的な目標変速比である到達変速比ｉＰＴを演算し、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲが所定の動特性で到達変速比ｉＰＴに追従するよう変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。そして、変速比指令値ｉＰＣＦはＣＶＴコントロールユニット１で角位置指令値θＣに変換された後ステップモータ２に出力される。
【００２０】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００２１】
図２に示すように、ＣＶＴコントロールユニット１は、到達変速比演算部Ｂ１と、実変速比演算部Ｂ２と、変速比指令値演算部Ｂ３と、変速比指令値変換部Ｂ４から構成される。
【００２２】
到達変速比演算部Ｂ１は、上述したスロットル開度信号ＴＶＯ、入力軸回転信号（入力軸回転速度）Ｎｐｒｉ、出力軸回転信号（出力軸回転速度）ＮＳＥＣ等に基づき到達変速比ｉＰＴを演算し、それを変速比指令値演算部Ｂ３に出力する。
【００２３】
到達変速比ｉＰＴは、例えば、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとして出力軸回転信号Ｎｓｅｃに応じた到達変速比ｉＰＴを設定したマップを参照することにより求められる。
【００２４】
実変速比演算部Ｂ２は、変速機構部１７の入力軸回転信号Ｎｐｒｉと出力軸回転信号Ｎｓｅから、
【００２５】
【数１】
により、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲを演算し、それを変速指令値演算部Ｂ３に出力する。
【００２６】
変速指令値演算部Ｂ３は、到達変速比ｉＰＴと実変速比ｉＰＲに基づき、設計者が希望する変速比応答を実現するための変速比指令値ｉＰＣＦを演算し、それを変速比指令値変換部Ｂ４に出力する。
【００２７】
変速比指令値変換部Ｂ４は、変速比指令値ｉＰＣＦをステップモータ２の角位置と変速機構部１７の変速比との関係を規定するマップを参照して角位置指令値θｃに変換し、それをステップモータ２に出力する。
【００２８】
次に、図２から図３を参照しながら、ＣＶＴコントロールユニット１が実行する変速比制御について詳述する。なお、図３は、変速比制御システムのブロック図である。
【００２９】
変速比制御システムは大きく分けて動特性補償部Ｂ３１と、応答性補償部Ｂ３２と、変速比指令値変換部Ｂ４と、無段変速機４（ステップモータ２、油圧コントロールユニット３、変速機構部１７）とから構成される。
【００３０】
ここで無段変速機４の動特性は次式に示すような一次遅れと無駄時間で表すことができる。
【００３１】
【数２】
ただし、Ｌ：無駄時間
ｓ：微分演算子
ＫＰ：無段変速機４のゲイン
ＴＰ：無段変速機４の動特性を表す時定数
ｉＰ：変速比
ｓＤ：変速方向
ＰＬ：ライン圧（プーリ５、６の溝幅を変更する油圧源の圧力）
である。
【００３２】
ステップモータ２の角位置に対する変速機構部１７の変速比は、図４に示すように比例関係にないので、無段変速機４のゲインＫＰは変速機構部１７の実変速比ｉＰＲに応じて算出される。なお、図４は、ステップモータ２の角位置（ステップ数）と変速比の関係を示している。
【００３３】
また、無段変速機４の動特性を表わす時定数ＴＰは、実変速比ｉＰＲ、変速方向ＳＤ（アップシフト方向またはダウンシフト方向）、ライン圧力ＰＬに応じて変化するので、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ、ライン圧力ＰＬ、から同定実験に基づき作成した図５に示すマップを参照して算出される。
【００３４】
なお、変速方向の算出方法は特開平８−３３８５１５号公報に、変速制御弁の変位量に基づき開口方向を演算する方法として開示されており、これと同様にして算出すればよい。また、図５は、ライン圧と変速方向をパラメータとした変速比と時定数の関係を示すマップである。
【００３５】
以上のことを踏まえ、図４に示す変速比制御システムの各要素について説明するｂまず、動特性補償部Ｂ３１について説明すると、動特性補償部Ｂ３１はいわゆるフィードフォワード補償器であり、設計者が希望する変速比応答が後述するＴＴを用いて次の（３）式が、
【００３６】
【数３】
で与えられると、実変速比ｉＰＲが動特性ＧＴ（ｓ）で追従するように、次の（４）式に基づき動特性補償出力ｉＰＦＦを演算する。つまり、動特性補償部Ｂ３１は、１次／１次のフィルタで構成される。
【００３７】
【数４】
ここで、本発明の要点である図３の規範応答時定数補正部Ｂ３６における規範応答の時定数ＴＴの算出方法について、図６に示すフローチャートに基づき説明する。
【００３８】
ステップ１：規範応答時定数算出部Ｂ３５にて、設計者が希望する変速比応答を得るための時定数ＴＭを、後述する目標変速比ｉＰＭと到達変速比ｉＰＴの偏差ｅｉｐを入力とし、図７に示す予め設定されたマップから求める。なお、図８のマップは変速比偏差ｅｉｐと設計者が希望する変速比応答を得るための時定数ＴＭの関係を予め設定したものである。
【００３９】
ステップ２：変速方向ＳＤと実変速比ｉＰＲから、図８に示す時定数リミッタマップより時定数リミッタＴＬＩＭを求める。なお、図８のマップは、図８（Ａ）が変速方向ＳＤ＝ダウンシフトのときの実変速比と時定数リミッタＴＬＩＭの関係を示し、図８（Ｂ）が変速方向ＳＤ＝アップシフトのときの実変速比と時定数リミッタＴＬＩＭの関係を示している。
【００４０】
ステップ３：設計者が予め設定した時定数ＴＭと時定数リミッタＴＬＩＭを比較し、規範応答時定数ＴＴを次の（５）、（６）式より求める。
【００４１】
ＴＭ＞ＴＬＩＭ ならば ＴＴ＝ＴＭ ………（５）
ＴＭ＜ＴＬＩＭ ならば ＴＴ＝ＴＬＩＭ ………（６）
なお、図９に示す時定数リミッタＴＬＩＭの最大値ＴＬＩＭ ＭＡＸは、ステップモータを１ステップ進めたときの無段変速機４の時定数とする。また、最小値はステップモータの駆動速度を考慮して、無段変速機４が実現できる最も速い応答の時定数とする。
【００４２】
あるいは、規範応答の時定数を算出する際、上述する偏差ｅｉｐを使用しない場合、上述の時定数リミッタＴＬＩＭを規範応答の時定数ＴＴとしてもよい。
【００４３】
次に、応答性補正部Ｂ３２について説明する。
【００４４】
この応答性補正部Ｂ３２は目標変速比演算部Ｂ３３と動特性補償出力補正部Ｂ３４から構成される。
【００４５】
目標変速比演算部Ｂ３３では、到達変速比ｉＰＴを入力とし設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭを（７）式に基づき演算する。目標変速比ｉＰＭは実変速比ｉＰＲが最終的な到達変速比ｉＰＴに至るまでの過渡的な目標変速比である。
【００４６】
【数５】
なお、次式に示すように制御対象の無駄時間相当の遅れを考慮してもよい。
【００４７】
【数６】
動特性補償出力補正部Ｂ３４では、特開平１１−３２５７６１号公報にて開示されているように、積分特性を有し、制御対象の時定数ＴＰの変化および無駄時間ｅ−ＬＳに対し安定性が補償されているフィルタを用いて動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを補正規範応答ｉＰＫと実変速比ｉＰＲから算出する。
【００４８】
動特性補償出力補正値ｉＰＦＢ、動特性補償出力ｉＰＦＦから変速比指令値ｉＰＣは（９）式より算出される。
【００４９】
【数７】
この（９）式から算出される最終変速比指令値ｉＰＣを用いることにより、パラメータ変動や外乱の影響を受けにくく、かつ設計者が希望する変速比応答が得られる。ただし、変速機構部１７の変速比とステップモータ２の角位置は比例関係にないので、変速比指令値変換部Ｂ４において、図４に示したマップを参照して変速比指令値ｉＰＣをステップモータ角位置指令値θｃに変換し、これをステップモータ２に出力する。
【００５０】
次に、従来の変速比制御システムと本発明の変速比応答性について比較を行なう。
【００５１】
図９は従来の変速比制御システム、図１０は本発明の変速比制御システムを用いた場合を示し、無段変速機４の時定数が大きくなる最ＬＯＷ付近におけるダウンシフト方向でスイッチ変速（キックダウン変速）を行った結果である。
【００５２】
従来のシステムでは、図９で示すように、ステップモータが最ＬＯＷストッパ（機構的原点）に到達することで、規範応答（図中破線ｉｐ ｒｅｆ）と実変速比（図中実線ｉｐ ｒｅａｌ）の偏差が生じている区間（図中時間で１．５秒から２．７秒）でフィードバック補償器出力が増大するのに対し、ステップモータの角位置が機構的原点を超えることができないため、応答性補償部（動特性補償出力補正部）に積分値が蓄積され、図中時間で３秒から７秒の期間でオーバーシュート量の大きな変速比応答となる。このオーバーシュート量は、エンジン回転数メータにも顕著に現れ、ドライバに違和感を与えたり、燃費に影響を与えたりしてしまう。
【００５３】
一方、本発明の変速比制御システムでは、図１０で示すように、規範応答（図中破線ｉｐ ｒｅｆ）の時定数に最小値リミッタを施すことで、フィードバック補償器出力の増大は０．０２程度に抑制され、上記図９の従来例の最大値０．０６に比して大幅に低減された値となり、目標変速比の到達時間（図中実変速比ｉｐ ｒｅａｌが到達変速比ｉｐ ｃｍｄに位置する時間）は図中約３秒と遅くなるが、オーバーシュートすることなく、動特性補償出力補正部Ｂ３４に偏差ｉＰ（実変速比と目標変速比の偏差）の積分値が溜まるのを防止できることがわかる。また、従来システムに対する遅れ時間は、実用上問題はない。
【００５４】
こうして、進み補償により時定数の小さな変速比応答を行う場合、ダウンシフト方向では図８（Ａ）のように、実変速比ｉＰＲが１．８を超える最Ｌｏｗ側の変速領域では時定数リミッタＴＬＩＭの値を増大しておき、また、アップシフト方向では図８（Ｂ）のように、実変速比ｉＰＲが０．６以下になる最ＨＩＧＨ側の変速領域では時定数リミッタＴＬＩＭの値を増大しておくことで、設計者が設定した時定数ＴＭと時定数リミッタＴＬＩＭを比較して値の大きな方を規範応答の時定数ＴＴとすることにより、ステップモータ２の機械原点近傍の最ＬＯＷ側でのダウンシフトと、変速制御弁の最大変位量近傍となる最ＨＩＧＨ側でのアップシフトの際に、動特性補償出力補正部Ｂ３４に偏差ｉＰの積分値が溜まるのを回避して、オーバーシュートを防止しながら、最ＬＯＷ近傍と最ＨＩＧＨ近傍以外では規範応答の時定数ＴＴを小さくして、進み補償を行って迅速な過渡応答特性を得ることが可能となる。
【００５５】
また、最ＬＯＷ、最ＨＩＧＨ近傍での規範応答の時定数ＴＴを、ステップモータ２の最小ステップ数（最小制御単位）で実現できる無段変速機４の時定数まで大きくしても良く、この場合、無段変速機で実現できる規範応答をサーボ入力（応答性補償部Ｂ３２の入力）として演算することで、規範応答と実変速比の偏差がフィードバック補償器（動特性補償出力補正部Ｂ３４）に必要以上蓄積されるのを防いで、良好な変速比応答を得ることができる。
【００５６】
以上、本発明をＶベルト式無段変速機の変速比制御システムに適用した実施形態について説明したが、本発明の適用可能な範囲はこれに限定されるものでは無く、ステップモータ等を用いて変速比制御を行う変速比制御システムであれば広く適用できるものである。また、変速比制御システムのブロック図もここで示したものに限定されるものではなく、これらと等価なものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す無段変速機の変速制御システムの概略構成図。
【図２】同じくコントローラの概略構成図。
【図３】変速比制御システムのブロック図。
【図４】ステップモータの位置と変速比の関係を示すマップである。
【図５】変速方向とライン圧をパラメータとした変速比と時定数のマップである。
【図６】変速制御の処理の一例を示すフローチャート。
【図７】変速比偏差と時定数ＴＭとの関係を示すマップである。
【図８】変速方向と変速比と時定数リミッタＴＬＩＭの関係を示すマップで、（Ａ）はダウンシフト時の時定数リミッタＴＬＩＭのマップ、（Ｂ）はアップシフト時の定数リミッタＴＬＩＭのマップである。
【図９】従来の変速比制御システムでスイッチ変速を行ったときのグラフで、変速比、ステップモータの位置、フィードバック補償器出力及び規範応答時定数と時間（秒）の関係を示す。
【図１０】本発明の変速比制御システムでスイッチ変速を行ったときのグラフで、変速比、ステップモータの位置、フィードバック補償器出力及び規範応答時定数と時間（秒）の関係を示す。
【図１１】進み補償の説明図で、（Ａ）は通常の変速応答における変速比とステップモータの位置（ステップ数）と時間の関係を示すグラフで、（Ｂ）は進み補償を行ったときの変速応答における変速比とステップモータの位置（ステップ数）と時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ＣＶＴコントロールユニット
４ 無段変速機
Ｂ１ 到達変速比演算部
Ｂ２ 実変速比演算部
Ｂ３ 変速比指令値演算部
Ｂ４ 変速比指令値変換部
Ｂ３１ 動特性補償部
Ｂ３２ 応答性補償部
Ｂ３５ 規範応答時定数算出部
Ｂ３６ 規範応答時定数補正部
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機の変速比を制御する変速比制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステップモータ等を用いて変速制御弁を駆動することで可変プーリのプーリ溝幅を変更し、設計者が希望する動特性で変速比が目標とする変速比に追従するように変速制御を行うＶベルト式無段変速機が知られている。
【０００３】
このようなＶベルト式無段変速機の変速比制御システムとしては、例えば、特開平２０００−２４０７８０号公報等に開示されたものがある。
【０００４】
このような変速比制御システムでは、設計者が希望する変速比応答を実現する動特性補償部と、目標変速比と実変速比の偏差から動特性補償部の出力を補正する応答性補償部から構成される。この制御系は２自由度設計であるため、設計者は希望する変速比応答（以下規範応答とする）を安定性とは独立して設定できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２４０７８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、高変速比領域（ＨＩＧＨ側）と低変速比領域（ＬＯＷ側）にて規範応答の時定数を制御対象の時定数より小さく設定した場合、つまり、進み補償を施した場合、ＰＩ制御などによるフィードバック補償器に偏差が蓄積され、変速比応答が悪化するという問題点があった。
【０００７】
これは、高変速比領域と低変速比領域では、他の領域と比べ変速機のアクチュエータであるステップモータの可動範囲に制限があり、実現できる変速比応答が遅い、換言すれば、制御対象の時定数が規範応答と比較して大きいことに起因する。
【０００８】
たとえば、ステップモータを２０ステップ進めた場合、図１１（Ａ）に示す変速比応答が得られる変速機において、１０ステップ分に相当する変速比指令値に対し、進み補償器を用いて、一時的にステップモータを２０ステップ進め、その後１０ステップ戻すことで、図１１（Ｂ）に示す時定数の小さな変速比応答を得ることができる。
【０００９】
しかし、低変速比領域（最ＬＯＷ付近）におけるダウンシフトでは、機構的な制限によって最ＬＯＷ側に２０ステップ分のステップモータ可動量が存在しない場合、図１１（Ｂ）に示す変速比応答を実現することができない、という問題があり、このときフィードバック補償器に偏差が蓄積され、変速比応答が悪化するのである。このことは、高変速比領域（最ＨＩＧＨ付近）のアップシフトでも同様のことが言える。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、実際の変速比応答が規範応答に比して低い領域でフィードバック補償器の偏差が蓄積されるのを防いで、変速比応答の悪化を防止することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、運転状態に応じて無段変速機の到達変速比を演算する到達変速比演算手段と、前記到達変速比と規範応答に基づいて目標変速比を演算する目標変速比演算手段と、前記目標変速比と実変速比との偏差に基づき変速比指令値のフィードバック補正量を演算するフィードバック補正量演算手段と、前記規範応答と無段変速機の動特性に基づいてフィードフォワードによる動特性補償出力を演算するフィードフォワード補償手段と、前記フィードバック補正量とフィードフォワード動特性補償出力に基づいて前記変速比指令値を補正する変速比指令値補正手段と、補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する制御手段と、を備えた無段変速機の変速比制御装置において、
前記到達変速比と目標変速比の偏差から規範応答の時定数を算出する規範応答時定数算出手段と、この時定数を、実変速比に基づいて実現可能な変速比応答となる値に補正する時定数補正手段と、を備えて、アクチュエータの機構的な可動範囲を超えないように、規範応答の時定数を補正する。
【００１２】
【発明の効果】
したがって本発明は、無段変速機で実現可能な規範応答をサーボ入力（目標変速比演算手段の入力）として演算することで規範応答と実変速比の偏差がフィードバック補正量演算手段に蓄積されるのを確実に防ぎ、良好な変速比応答を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、発明を適用したＶベルト式無段変速機の変速比制御装置の概略構成図を示し、変速比制御システムは、無段変速機４と、その変速比を制御するＣＶＴコントロールユニット１とから構成される。
【００１５】
無段変速機４は、前後進切替機構１０及びトルクコンバータ１１を介して図示しないエンジンに接続される変速機構部１７と、変速機構部１７への油圧供給を制御する油圧コントロールユニット３と、油圧コントロールユニット３内の図示しない変速制御弁を駆動するステップモータ２とを備える。
【００１６】
変速機構部１７は、プーリ溝幅を変更可能な一対の可変プーリ５、６と、それらに掛け回されるＶベルト７とを備えたいわゆるＶベルト式無段変速機構であり、可変プーリ５、６のプーリ溝幅を変更することで変速比を無段階に変更することができる。
【００１７】
油圧コントロールユニット３内の変速制御弁（図示省略）は、ステップモータ２の角位置（ステップ数）に応じて駆動され、可変プーリ５、６の可動円錐板の背面に設けられた油圧シリンダ８、９に供給される油圧が調整される。この結果、可変プーリ５、６のプーリ溝幅が相反的に変更され、変速機構部１７の変速比が変更される。なお、ステップモータ２は図示しない原点ストッパ（機構的限界位置）により最ＬＯＷ側での変位を規制され、また、最ＨＩＧＨ側では変速制御弁等の変位限界（機構的限界位置）により変位を規制されるもので、ステップモータ２の各位置（ステップ数）は、最ＬＯＷ側と最ＨＩＧＨ側の機構的限界位置の間（機構的可動範囲）で変位可能に設定される。
【００１８】
ＣＶＴコントロールユニット１には、スロットル開度センサ１２からのスロットル開度信号ＴＶＯ（またはアクセル操作量に応じた信号）、インヒビタースイッチ１３からのシフトレバー位置信号、油温センサ１４からの油温信号の他、変速機構部１７の入力回転速度センサ１５からの入力回転速度信号Ｎｐｒｉ、出力回転速度センサ１６からの出力回転速度信号Ｎｓｅｃ等が入力される。
【００１９】
ＣＶＴコントロールユニット１は、これら各種入力信号に基づき最終的な目標変速比である到達変速比ｉＰＴを演算し、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲが所定の動特性で到達変速比ｉＰＴに追従するよう変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。そして、変速比指令値ｉＰＣＦはＣＶＴコントロールユニット１で角位置指令値θＣに変換された後ステップモータ２に出力される。
【００２０】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００２１】
図２に示すように、ＣＶＴコントロールユニット１は、到達変速比演算部Ｂ１と、実変速比演算部Ｂ２と、変速比指令値演算部Ｂ３と、変速比指令値変換部Ｂ４から構成される。
【００２２】
到達変速比演算部Ｂ１は、上述したスロットル開度信号ＴＶＯ、入力軸回転信号（入力軸回転速度）Ｎｐｒｉ、出力軸回転信号（出力軸回転速度）ＮＳＥＣ等に基づき到達変速比ｉＰＴを演算し、それを変速比指令値演算部Ｂ３に出力する。
【００２３】
到達変速比ｉＰＴは、例えば、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとして出力軸回転信号Ｎｓｅｃに応じた到達変速比ｉＰＴを設定したマップを参照することにより求められる。
【００２４】
実変速比演算部Ｂ２は、変速機構部１７の入力軸回転信号Ｎｐｒｉと出力軸回転信号Ｎｓｅから、
【００２５】
【数１】
【００２６】
変速指令値演算部Ｂ３は、到達変速比ｉＰＴと実変速比ｉＰＲに基づき、設計者が希望する変速比応答を実現するための変速比指令値ｉＰＣＦを演算し、それを変速比指令値変換部Ｂ４に出力する。
【００２７】
変速比指令値変換部Ｂ４は、変速比指令値ｉＰＣＦをステップモータ２の角位置と変速機構部１７の変速比との関係を規定するマップを参照して角位置指令値θｃに変換し、それをステップモータ２に出力する。
【００２８】
次に、図２から図３を参照しながら、ＣＶＴコントロールユニット１が実行する変速比制御について詳述する。なお、図３は、変速比制御システムのブロック図である。
【００２９】
変速比制御システムは大きく分けて動特性補償部Ｂ３１と、応答性補償部Ｂ３２と、変速比指令値変換部Ｂ４と、無段変速機４（ステップモータ２、油圧コントロールユニット３、変速機構部１７）とから構成される。
【００３０】
ここで無段変速機４の動特性は次式に示すような一次遅れと無駄時間で表すことができる。
【００３１】
【数２】
ｓ：微分演算子
ＫＰ：無段変速機４のゲイン
ＴＰ：無段変速機４の動特性を表す時定数
ｉＰ：変速比
ｓＤ：変速方向
ＰＬ：ライン圧（プーリ５、６の溝幅を変更する油圧源の圧力）
である。
【００３２】
ステップモータ２の角位置に対する変速機構部１７の変速比は、図４に示すように比例関係にないので、無段変速機４のゲインＫＰは変速機構部１７の実変速比ｉＰＲに応じて算出される。なお、図４は、ステップモータ２の角位置（ステップ数）と変速比の関係を示している。
【００３３】
また、無段変速機４の動特性を表わす時定数ＴＰは、実変速比ｉＰＲ、変速方向ＳＤ（アップシフト方向またはダウンシフト方向）、ライン圧力ＰＬに応じて変化するので、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ、ライン圧力ＰＬ、から同定実験に基づき作成した図５に示すマップを参照して算出される。
【００３４】
なお、変速方向の算出方法は特開平８−３３８５１５号公報に、変速制御弁の変位量に基づき開口方向を演算する方法として開示されており、これと同様にして算出すればよい。また、図５は、ライン圧と変速方向をパラメータとした変速比と時定数の関係を示すマップである。
【００３５】
以上のことを踏まえ、図４に示す変速比制御システムの各要素について説明するｂまず、動特性補償部Ｂ３１について説明すると、動特性補償部Ｂ３１はいわゆるフィードフォワード補償器であり、設計者が希望する変速比応答が後述するＴＴを用いて次の（３）式が、
【００３６】
【数３】
【００３７】
【数４】
【００３８】
ステップ１：規範応答時定数算出部Ｂ３５にて、設計者が希望する変速比応答を得るための時定数ＴＭを、後述する目標変速比ｉＰＭと到達変速比ｉＰＴの偏差ｅｉｐを入力とし、図７に示す予め設定されたマップから求める。なお、図８のマップは変速比偏差ｅｉｐと設計者が希望する変速比応答を得るための時定数ＴＭの関係を予め設定したものである。
【００３９】
ステップ２：変速方向ＳＤと実変速比ｉＰＲから、図８に示す時定数リミッタマップより時定数リミッタＴＬＩＭを求める。なお、図８のマップは、図８（Ａ）が変速方向ＳＤ＝ダウンシフトのときの実変速比と時定数リミッタＴＬＩＭの関係を示し、図８（Ｂ）が変速方向ＳＤ＝アップシフトのときの実変速比と時定数リミッタＴＬＩＭの関係を示している。
【００４０】
ステップ３：設計者が予め設定した時定数ＴＭと時定数リミッタＴＬＩＭを比較し、規範応答時定数ＴＴを次の（５）、（６）式より求める。
【００４１】
ＴＭ＞ＴＬＩＭ ならば ＴＴ＝ＴＭ ………（５）
ＴＭ＜ＴＬＩＭ ならば ＴＴ＝ＴＬＩＭ ………（６）
なお、図９に示す時定数リミッタＴＬＩＭの最大値ＴＬＩＭ ＭＡＸは、ステップモータを１ステップ進めたときの無段変速機４の時定数とする。また、最小値はステップモータの駆動速度を考慮して、無段変速機４が実現できる最も速い応答の時定数とする。
【００４２】
あるいは、規範応答の時定数を算出する際、上述する偏差ｅｉｐを使用しない場合、上述の時定数リミッタＴＬＩＭを規範応答の時定数ＴＴとしてもよい。
【００４３】
次に、応答性補正部Ｂ３２について説明する。
【００４４】
この応答性補正部Ｂ３２は目標変速比演算部Ｂ３３と動特性補償出力補正部Ｂ３４から構成される。
【００４５】
目標変速比演算部Ｂ３３では、到達変速比ｉＰＴを入力とし設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭを（７）式に基づき演算する。目標変速比ｉＰＭは実変速比ｉＰＲが最終的な到達変速比ｉＰＴに至るまでの過渡的な目標変速比である。
【００４６】
【数５】
【００４７】
【数６】
【００４８】
動特性補償出力補正値ｉＰＦＢ、動特性補償出力ｉＰＦＦから変速比指令値ｉＰＣは（９）式より算出される。
【００４９】
【数７】
【００５０】
次に、従来の変速比制御システムと本発明の変速比応答性について比較を行なう。
【００５１】
図９は従来の変速比制御システム、図１０は本発明の変速比制御システムを用いた場合を示し、無段変速機４の時定数が大きくなる最ＬＯＷ付近におけるダウンシフト方向でスイッチ変速（キックダウン変速）を行った結果である。
【００５２】
従来のシステムでは、図９で示すように、ステップモータが最ＬＯＷストッパ（機構的原点）に到達することで、規範応答（図中破線ｉｐ ｒｅｆ）と実変速比（図中実線ｉｐ ｒｅａｌ）の偏差が生じている区間（図中時間で１．５秒から２．７秒）でフィードバック補償器出力が増大するのに対し、ステップモータの角位置が機構的原点を超えることができないため、応答性補償部（動特性補償出力補正部）に積分値が蓄積され、図中時間で３秒から７秒の期間でオーバーシュート量の大きな変速比応答となる。このオーバーシュート量は、エンジン回転数メータにも顕著に現れ、ドライバに違和感を与えたり、燃費に影響を与えたりしてしまう。
【００５３】
一方、本発明の変速比制御システムでは、図１０で示すように、規範応答（図中破線ｉｐ ｒｅｆ）の時定数に最小値リミッタを施すことで、フィードバック補償器出力の増大は０．０２程度に抑制され、上記図９の従来例の最大値０．０６に比して大幅に低減された値となり、目標変速比の到達時間（図中実変速比ｉｐ ｒｅａｌが到達変速比ｉｐ ｃｍｄに位置する時間）は図中約３秒と遅くなるが、オーバーシュートすることなく、動特性補償出力補正部Ｂ３４に偏差ｉＰ（実変速比と目標変速比の偏差）の積分値が溜まるのを防止できることがわかる。また、従来システムに対する遅れ時間は、実用上問題はない。
【００５４】
こうして、進み補償により時定数の小さな変速比応答を行う場合、ダウンシフト方向では図８（Ａ）のように、実変速比ｉＰＲが１．８を超える最Ｌｏｗ側の変速領域では時定数リミッタＴＬＩＭの値を増大しておき、また、アップシフト方向では図８（Ｂ）のように、実変速比ｉＰＲが０．６以下になる最ＨＩＧＨ側の変速領域では時定数リミッタＴＬＩＭの値を増大しておくことで、設計者が設定した時定数ＴＭと時定数リミッタＴＬＩＭを比較して値の大きな方を規範応答の時定数ＴＴとすることにより、ステップモータ２の機械原点近傍の最ＬＯＷ側でのダウンシフトと、変速制御弁の最大変位量近傍となる最ＨＩＧＨ側でのアップシフトの際に、動特性補償出力補正部Ｂ３４に偏差ｉＰの積分値が溜まるのを回避して、オーバーシュートを防止しながら、最ＬＯＷ近傍と最ＨＩＧＨ近傍以外では規範応答の時定数ＴＴを小さくして、進み補償を行って迅速な過渡応答特性を得ることが可能となる。
【００５５】
また、最ＬＯＷ、最ＨＩＧＨ近傍での規範応答の時定数ＴＴを、ステップモータ２の最小ステップ数（最小制御単位）で実現できる無段変速機４の時定数まで大きくしても良く、この場合、無段変速機で実現できる規範応答をサーボ入力（応答性補償部Ｂ３２の入力）として演算することで、規範応答と実変速比の偏差がフィードバック補償器（動特性補償出力補正部Ｂ３４）に必要以上蓄積されるのを防いで、良好な変速比応答を得ることができる。
【００５６】
以上、本発明をＶベルト式無段変速機の変速比制御システムに適用した実施形態について説明したが、本発明の適用可能な範囲はこれに限定されるものでは無く、ステップモータ等を用いて変速比制御を行う変速比制御システムであれば広く適用できるものである。また、変速比制御システムのブロック図もここで示したものに限定されるものではなく、これらと等価なものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す無段変速機の変速制御システムの概略構成図。
【図２】同じくコントローラの概略構成図。
【図３】変速比制御システムのブロック図。
【図４】ステップモータの位置と変速比の関係を示すマップである。
【図５】変速方向とライン圧をパラメータとした変速比と時定数のマップである。
【図６】変速制御の処理の一例を示すフローチャート。
【図７】変速比偏差と時定数ＴＭとの関係を示すマップである。
【図８】変速方向と変速比と時定数リミッタＴＬＩＭの関係を示すマップで、（Ａ）はダウンシフト時の時定数リミッタＴＬＩＭのマップ、（Ｂ）はアップシフト時の定数リミッタＴＬＩＭのマップである。
【図９】従来の変速比制御システムでスイッチ変速を行ったときのグラフで、変速比、ステップモータの位置、フィードバック補償器出力及び規範応答時定数と時間（秒）の関係を示す。
【図１０】本発明の変速比制御システムでスイッチ変速を行ったときのグラフで、変速比、ステップモータの位置、フィードバック補償器出力及び規範応答時定数と時間（秒）の関係を示す。
【図１１】進み補償の説明図で、（Ａ）は通常の変速応答における変速比とステップモータの位置（ステップ数）と時間の関係を示すグラフで、（Ｂ）は進み補償を行ったときの変速応答における変速比とステップモータの位置（ステップ数）と時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ＣＶＴコントロールユニット
４ 無段変速機
Ｂ１ 到達変速比演算部
Ｂ２ 実変速比演算部
Ｂ３ 変速比指令値演算部
Ｂ４ 変速比指令値変換部
Ｂ３１ 動特性補償部
Ｂ３２ 応答性補償部
Ｂ３５ 規範応答時定数算出部
Ｂ３６ 規範応答時定数補正部
Claims (4)
- 運転状態に応じて無段変速機の到達変速比を演算する到達変速比演算手段と、
前記到達変速比と規範応答に基づいて目標変速比を演算する目標変速比演算手段と、
前記目標変速比と実変速比との偏差に基づき変速比指令値のフィードバック補正量を演算するフィードバック補正量演算手段と、
前記規範応答と無段変速機の動特性に基づいてフィードフォワードによる動特性補償出力を演算するフィードフォワード補償手段と、
前記フィードバック補正量とフィードフォワード動特性補償出力に基づいて前記変速比指令値を補正する変速比指令値補正手段と、
補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する制御手段と、を備えた無段変速機の変速比制御装置において、
前記到達変速比と目標変速比の偏差から規範応答の時定数を算出する規範応答時定数算出手段と、
この時定数を、実変速比に基づいて実現可能な変速比応答となる値に補正する時定数補正手段と、
を備えたことを特徴とする無段変速機の変速比制御装置。 - 前記時定数補正手段は、実変速比が最ＬＯＷ近傍でダウンシフトの場合には規範応答の時定数を増大し、実変速比が最ＨＩＧＨ近傍でアップシフトの場合には規範応答の時定数を増大し、その他の場合に規範応答の時定数を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機の変速比制御装置。
- 前記無段変速機は変速比を変更するアクチュエータを備え、
前記時定数補正手段は、規範応答の時定数を大きくする場合に、前記アクチュエータの最小制御単位で駆動可能な時定数まで増大することを特徴とする請求項２に記載の無段変速機の変速比制御装置。 - 前記無段変速機は変速比を変更するアクチュエータを備え、
前記時定数補正手段は、アクチュエータの機構的な可動範囲を超えないように、規範応答の時定数を補正することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載の無段変速機の変速比制御装置。
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