JP2005003071A - 無段変速機の変速比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転状態が変化した場合でもフィードフォワード補償器の出力の過大な変化を抑制する。
【解決手段】運転状態に応じて無段変速機の高次伝達関数を推定する手段と、到達変速比を演算する到達変速比演算手段と、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応答性補償部Ｂ３２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動特性補償出力補正部Ｂ３４と、規範応答と高次伝達関数の逆系からフィードフォワードによる動特性補償出力を演算する動特性補償部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、この変速比指令値に基づき無段変速機を制御する手段とを備え、動特性補償部Ｂ３１は、無段変速機の高次伝達関数の係数を運転状態に基づいて推定し、高次伝達関数を構成する係数のうち分母を構成する最低次数の係数ｄ０を定数項とする。
【選択図】 図３
【解決手段】運転状態に応じて無段変速機の高次伝達関数を推定する手段と、到達変速比を演算する到達変速比演算手段と、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応答性補償部Ｂ３２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動特性補償出力補正部Ｂ３４と、規範応答と高次伝達関数の逆系からフィードフォワードによる動特性補償出力を演算する動特性補償部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、この変速比指令値に基づき無段変速機を制御する手段とを備え、動特性補償部Ｂ３１は、無段変速機の高次伝達関数の係数を運転状態に基づいて推定し、高次伝達関数を構成する係数のうち分母を構成する最低次数の係数ｄ０を定数項とする。
【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。動特性補償部は、規範応答ＧＴ（ｓ）と制御対象Ｇｐ（ｓ）の逆系を掛け合わせたフィードフォワード補償器ＧＦ（ｓ）から構成される。制御対象Ｇｐ（ｓ）は、同定実験に基づき作成した高次の伝達関数の係数（制御対象パラメータ）マップを参照して算出され、車速、ライン圧、実変速比等の運転状況により変わる。
【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、制御対象の数式モデルＧｐ（ｓ）が車速の変化など運転状態の変化があると、上述のフィードフォワード補償器ＧＦ（ｓ）の出力が急変し、変速比応答が悪化するという問題点があった。
【０００７】
特に、サーボ入力が一定の場合でも制御対象Ｇｐ（ｓ）のパラメータが変化することで、フィードフォワード補償器ＧＦ（ｓ）の出力が大きく変化してしまい、変速応答性が悪化するという問題があった。
【０００８】
また、制御対象の数式モデルが高次になるほど、変化するパラメータが多いので、上記のようなフィードフォワード補償器の出力の過大な変化が顕著に現れる、という問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、運転状態が変化した場合でも、フィードフォワード補償器の出力の過大な変化を抑制して変速比応答の悪化を防ぐことを目的とする。
【００１０】
【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高次伝達関数を推定する伝達関数推定手段と、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、所定の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、前記規範応答と前記高次伝達関数の逆系を掛け合わせ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、
前記伝達関数推定手段は、前記無段変速機の高次伝達関数の係数を運転状態に基づいて推定し、前記高次伝達関数を構成する係数のうち分母を構成する最低次数の係数を定数項とする。
【００１１】
【発明の効果】
したがって、本発明は、制御対象の伝達特性を変えることなく無段変速機の高次伝達関数を構成する係数のうち分母を構成する最低次数の係数を常時一定にすることにより、車速などの運転状態が急変した場合でも、フィードフォワード補償手段の出力が急変するのを抑制しながらも、良好な変速応答を得ることができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
油圧コントロールユニット３内の変速制御弁は、ステップモータ２の角位置に応じて駆動され、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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に近づくよう変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。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。
【００１９】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００２０】
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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、
【００２３】
【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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで無段変速機４の動特性は次式に示すような３次／４次の高次伝達関数で表すことができる。
【００２９】
【数２】
ただし、ＫＰ：無段変速機４のゲイン
ｎ３、ｎ２、ｎ１、ｎ０、ｄ４、ｄ３、ｄ２、ｄ１、ｄ０：無段変速機の動特性を表すパラメータ（係数）である。
【００３０】
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５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５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。
【００３１】
また、無段変速機４の動特性を表わす上記（２）式の各係数は、出力軸回転速度Ｎｓｅｃに応じて変化するので、出力軸回転速度Ｎｓｅｃから同定実験に基づき作成した図６に示すマップを参照して算出される。
【００３２】
なお、無段変速機のゲインはＫＰで表すため、伝達特性を示す項の定常ゲインが１となるように各係数を決める。
【００３３】
以上のことを踏まえ、図３に示す変速比制御システムの各要素について説明する。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次の（３）式
【００３４】
【数３】
ただし、ξ、ω：設計者が希望する変速比応答を得るためのパラメータ
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）式に基づきフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦを演算する。つまり、動特性補償部Ｂ３１は、４次／５次フィルタで構成される。
【００３５】
【数４】
この（４）式の動特性補償部Ｂ３１のブロック図を図４に示す。ただし、各ゲインｇａｉｎ０〜ｇａｉｎ１１は、
【００３６】
【数５】
より決定される。
【００３７】
しかし、同定実験によって得られた図６に示すマップに基づき各係数から無段変速機４の動特性を推定してフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦを算出した場合、出力軸回転速度Ｎｓｅｃの変化に伴い上記（２）、（４）および（５）式おける制御対象の各係数が変化し、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦが急変することで、変速比応答が悪化してしまう問題点がある。
【００３８】
ここで、同定実験により求めた各係数ｄ０〜ｄ４及びｎ０〜ｎ３は、上記（２）式の高次の伝達関数において、係数ｄ０〜ｄ４が図６（Ａ）の分母の係数であり、係数ｎ０〜ｎ３は図６（Ｂ）の分子の係数となる。
【００３９】
各係数ｄ０〜ｄ４及びｎ０〜ｎ３は出力軸回転速度（図中ＯＵＴＲＥＶ）または車速に応じて変化するもので上記（５）式に示した各ｇａｉｎも車速に応じて変化することになる（ただし、図６（Ａ）において係数ｄ４は、一定であるので、ゲインｇａｉｎ９は車速に拘わらず一定となる）。
【００４０】
ここで、上記（５）式のｇａｉｎ５、ｇａｉｎ１０は、それぞれ係数ｎ０とｄ０に応じて変化し、係数ｎ０、ｄ０は図６（Ａ）、（Ｂ）で示すように出力軸回転速度が０〜２０００［ｒｐｍ］で大きく変化する。特に、図４で示すように、ｇａｉｎ１０＝ｎ０／ｄ０はフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦを大きく変化させることができ、また、ｇａｉｎ５＝ｄ０はステップモータの角位置を示す値であるのでフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦに大きな影響を与えるので、この係数ｄ０、ｎ０の変化がフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦに大きく影響してしまう。
【００４１】
この結果、サーボ入力（到達変速比）が一定の場合でも、出力軸回転数の変化に呼応して、係数ｎ０、ｄ０が変化するとフィードフォワード動特性補償出力（フィードフォワード出力）ｉＰＦＦが大きく変化するため変速応答性が悪化する場合が生じる。
【００４２】
そこで、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦに大きな影響を与えるｇａｉｎ０、ｇａｉｎ５を構成する係数ｎ０、ｄ０を、図７（Ａ）、（Ｂ）で示すように、出力軸回転数または車速に係わらず一定の値に設定する。特に、定常ゲイン（ＫＰ）が１のときには、係数ｎ０、ｄ０を同値とするのが望ましい。
【００４３】
これにより、上記（２）式に示した無段変速機の高次の伝達関数ＧＰ（ｓ）のうちゲインＫＰを除く０次の係数ｎ０、ｄ０を定数項として扱うことにより、車速が急変した場合でも、フィードフォワード補償器の出力ｉＰＦＦが急変するのを抑制でき、良好な変速応答を得ることができるのである。特に、上記のように係数ｎ０、ｄ０を同値の定数としておけば、ｇａｉｎ１０＝ｎ０／ｄ０は常に１であるから車速の影響を受けることがなく、過剰な変速応答を抑制できる。
【００４４】
さらに、少なくとも、上記（２）式の伝達関数ＧＰ（ｓ）のうち分母の０次の係数でステップモータの角位置を示す値であるｄ０を定数とするだけでも良く、上記ｇａｉｎ５を一定にし、ｇａｉｎ１０の分母を一定とすることにより、車速（出力軸回転数）の変化によるフィードフォワード補償器の出力の過大な変化を抑制して変速応答の悪化を抑制することが可能となるのである。
【００４５】
次に、応答性補正部Ｂ３２について説明する。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。
【００４６】
目標変速比演算部Ｂ３３では、到達変速比ｉＰＴを入力として設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭを次の（６）式に基づき演算する。なお、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。
【００４７】
【数６】
動特性補償出力補正部Ｂ３４では、積分特性を有し、制御対象のパラメータの変化に対し安定性が補償されているフィルタを用いてフィードバック動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを規範応答ｉＰＭと実変速比ｉＰＲから算出する。
【００４８】
上記フィードバック動特性補償補正出力ｉＰＦＢ、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦから変速比指令値ｉｐｃは次の（７）式より算出される。
【００４９】
【数７】
この（７）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。
【００５０】
ただし、上記図５で示したように、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５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。
【００５１】
以上のように、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦに大きな影響を与えるｇａｉｎ１０の係数ｎ０、ｄ０を、出力軸回転速度または車速に係わらず一定の値に設定し、係数ｎ０、ｄ０を定数項として扱うことにより、車速が急変した場合でも、フィードフォワード補償器の出力が急変するのを抑制でき、良好な変速応答を得ることができるのである。
【００５２】
図８は、第２の実施形態を示し、前記第１実施形態の図７に示した係数のマップを変更したもので、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００５３】
この図８のマップは、上記（２）式に示した伝達関数の分母分子を定数項ｄ０、ｎ０で除算し、その係数をもとに作成した出力軸回転速度（または車速）に関する各係数ｄ０〜ｄ４、ｎ０〜ｎ３のマップである。この図８のマップを用いて制御対象を推定し、上記（４）式および図４のブロック図からフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦを算出する。
【００５４】
この場合も、前記第１実施形態と同様に、フィードフォワード補償器の出力が急変するのを抑制でき、良好な変速応答を得ることができる。
【００５５】
次に、従来の変速比制御システムと本発明の変速比応答について比較を行う。
【００５６】
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て、変速比指令値を一定にし、車両を加速して出力軸回転速度を変化させた結果である。
【００５７】
従来のシステムでは、出力軸回転速度の変化により上記（４）式で用いる制御対象のパラメータ（係数ｎ０、ｄ０）が図６に応じて変化することで、フィードフォワード動特性補償出力も変化し、変速比指令値が一定にもかかわらず、実変速比が変化している。
【００５８】
これに対して本発明の変速比制御システムは、上記第１実施形態及び第２実施形態ともに、上記（２）式に示した無段変速機の伝達関数ＧＰ（ｓ）のうちゲインＫＰを除く０次の係数ｎ０、ｄ０を定数項として扱うことにより、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦは一定であり、実変速比ｉＰＲも変化しない。
【００５９】
次に、ダウン方向のスイッチ変速（例えば、キックダウン変速）中に出力軸回転速度を変化させた結果について、図１１から図１３に示す。
【００６０】
図１１は従来の変速比制御システムであり、出力軸回転速度（図中ＯＵＴＲＥＶ）の変化に伴い、係数ｎ０、ｄ０が図６に応じて変化することで、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦも変化し、ハンチングした変速比応答を示している。
【００６１】
これに対して図１２は、本発明における第１実施形態の変速比制御システムであり、伝達関数ＧＰ（ｓ）のうちゲインＫＰを除く０次の係数ｎ０、ｄ０を定数項としたので、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦは出力軸回転速度（図中ＯＵＴＲＥＶ）の変化の影響を受けておらず、実変速比ｉＰＲにハンチング等を生じることなく良好な変速比応答を示している。
【００６２】
こうして、運転状態が変化した場合でも、フィードフォワード補償器の出力の過大な変化を抑制しながらも、良好な変速応答を確保することができるのである。
【００６３】
しかしながら、上記第１実施形態では、図７に示すマップを用いて制御対象を推定しているため、上記（４）式を計算する際、モデル化誤差を生じており、規範応答ｉＰＭと実変速比ｉＰＲに微小な偏差が生じている。
【００６４】
図１３は、本発明における第２実施形態の変速比制御システムであり、出力軸回転速度（図中ＯＵＴＲＥＶ）の影響がなく、かつ、モデル化誤差も生じておらず、実変速比ｉＰＲ、規範応答ｉＰＭはほぼ一致して良好な変速比応答を示している。
【００６５】
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】動特性補償部Ｂ３１のブロック図。
【図５】ステップモータの角位置と変速比の関係を示すマップである。
【図６】各係数を示すマップで、（Ａ）は分母の係数ｄ０〜ｄ４と出力軸回転速度の関係を示すマップで、（Ｂ）の分子の係数ｎ０〜ｎ３と出力軸回転速度の関係を示すマップである。
【図７】各係数のうちｄ０とｎ０を定数項としたマップで、（Ａ）は分母の係数ｄ０〜ｄ４と出力軸回転速度の関係を示すマップで、（Ｂ）の分子の係数ｎ０〜ｎ３と出力軸回転速度の関係を示すマップである。
【図８】第２の実施形態を示し、各係数のうちｄ０とｎ０を定数項としたマップで、（Ａ）は分母の係数ｄ０〜ｄ４と出力軸回転速度の関係を示すマップで、（Ｂ）の分子の係数ｎ０〜ｎ３と出力軸回転速度の関係を示すマップである。
【図９】従来の変速比制御システムにおける変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴと時間の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の変速比制御システムにおける変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴと時間の関係を示すグラフである。
【図１１】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変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴと時間の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１実施形態の変速比制御システムでスイッチ変速を行ったときの変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴと時間の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施形態の変速比制御システムでスイッチ変速を行ったときの変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴ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
【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。動特性補償部は、規範応答ＧＴ（ｓ）と制御対象Ｇｐ（ｓ）の逆系を掛け合わせたフィードフォワード補償器ＧＦ（ｓ）から構成される。制御対象Ｇｐ（ｓ）は、同定実験に基づき作成した高次の伝達関数の係数（制御対象パラメータ）マップを参照して算出され、車速、ライン圧、実変速比等の運転状況により変わる。
【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、制御対象の数式モデルＧｐ（ｓ）が車速の変化など運転状態の変化があると、上述のフィードフォワード補償器ＧＦ（ｓ）の出力が急変し、変速比応答が悪化するという問題点があった。
【０００７】
特に、サーボ入力が一定の場合でも制御対象Ｇｐ（ｓ）のパラメータが変化することで、フィードフォワード補償器ＧＦ（ｓ）の出力が大きく変化してしまい、変速応答性が悪化するという問題があった。
【０００８】
また、制御対象の数式モデルが高次になるほど、変化するパラメータが多いので、上記のようなフィードフォワード補償器の出力の過大な変化が顕著に現れる、という問題がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、運転状態が変化した場合でも、フィードフォワード補償器の出力の過大な変化を抑制して変速比応答の悪化を防ぐことを目的とする。
【００１０】
【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高次伝達関数を推定する伝達関数推定手段と、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、所定の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、前記規範応答と前記高次伝達関数の逆系を掛け合わせ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、
前記伝達関数推定手段は、前記無段変速機の高次伝達関数の係数を運転状態に基づいて推定し、前記高次伝達関数を構成する係数のうち分母を構成する最低次数の係数を定数項とする。
【００１１】
【発明の効果】
したがって、本発明は、制御対象の伝達特性を変えることなく無段変速機の高次伝達関数を構成する係数のうち分母を構成する最低次数の係数を常時一定にすることにより、車速などの運転状態が急変した場合でも、フィードフォワード補償手段の出力が急変するのを抑制しながらも、良好な変速応答を得ることができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
油圧コントロールユニット３内の変速制御弁は、ステップモータ２の角位置に応じて駆動され、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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に近づくよう変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。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。
【００１９】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００２０】
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。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、
【００２３】
【数１】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで無段変速機４の動特性は次式に示すような３次／４次の高次伝達関数で表すことができる。
【００２９】
【数２】
ｎ３、ｎ２、ｎ１、ｎ０、ｄ４、ｄ３、ｄ２、ｄ１、ｄ０：無段変速機の動特性を表すパラメータ（係数）である。
【００３０】
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５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５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。
【００３１】
また、無段変速機４の動特性を表わす上記（２）式の各係数は、出力軸回転速度Ｎｓｅｃに応じて変化するので、出力軸回転速度Ｎｓｅｃから同定実験に基づき作成した図６に示すマップを参照して算出される。
【００３２】
なお、無段変速機のゲインはＫＰで表すため、伝達特性を示す項の定常ゲインが１となるように各係数を決める。
【００３３】
以上のことを踏まえ、図３に示す変速比制御システムの各要素について説明する。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次の（３）式
【００３４】
【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）式に基づきフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦを演算する。つまり、動特性補償部Ｂ３１は、４次／５次フィルタで構成される。
【００３５】
【数４】
【００３６】
【数５】
【００３７】
しかし、同定実験によって得られた図６に示すマップに基づき各係数から無段変速機４の動特性を推定してフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦを算出した場合、出力軸回転速度Ｎｓｅｃの変化に伴い上記（２）、（４）および（５）式おける制御対象の各係数が変化し、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦが急変することで、変速比応答が悪化してしまう問題点がある。
【００３８】
ここで、同定実験により求めた各係数ｄ０〜ｄ４及びｎ０〜ｎ３は、上記（２）式の高次の伝達関数において、係数ｄ０〜ｄ４が図６（Ａ）の分母の係数であり、係数ｎ０〜ｎ３は図６（Ｂ）の分子の係数となる。
【００３９】
各係数ｄ０〜ｄ４及びｎ０〜ｎ３は出力軸回転速度（図中ＯＵＴＲＥＶ）または車速に応じて変化するもので上記（５）式に示した各ｇａｉｎも車速に応じて変化することになる（ただし、図６（Ａ）において係数ｄ４は、一定であるので、ゲインｇａｉｎ９は車速に拘わらず一定となる）。
【００４０】
ここで、上記（５）式のｇａｉｎ５、ｇａｉｎ１０は、それぞれ係数ｎ０とｄ０に応じて変化し、係数ｎ０、ｄ０は図６（Ａ）、（Ｂ）で示すように出力軸回転速度が０〜２０００［ｒｐｍ］で大きく変化する。特に、図４で示すように、ｇａｉｎ１０＝ｎ０／ｄ０はフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦを大きく変化させることができ、また、ｇａｉｎ５＝ｄ０はステップモータの角位置を示す値であるのでフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦに大きな影響を与えるので、この係数ｄ０、ｎ０の変化がフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦに大きく影響してしまう。
【００４１】
この結果、サーボ入力（到達変速比）が一定の場合でも、出力軸回転数の変化に呼応して、係数ｎ０、ｄ０が変化するとフィードフォワード動特性補償出力（フィードフォワード出力）ｉＰＦＦが大きく変化するため変速応答性が悪化する場合が生じる。
【００４２】
そこで、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦに大きな影響を与えるｇａｉｎ０、ｇａｉｎ５を構成する係数ｎ０、ｄ０を、図７（Ａ）、（Ｂ）で示すように、出力軸回転数または車速に係わらず一定の値に設定する。特に、定常ゲイン（ＫＰ）が１のときには、係数ｎ０、ｄ０を同値とするのが望ましい。
【００４３】
これにより、上記（２）式に示した無段変速機の高次の伝達関数ＧＰ（ｓ）のうちゲインＫＰを除く０次の係数ｎ０、ｄ０を定数項として扱うことにより、車速が急変した場合でも、フィードフォワード補償器の出力ｉＰＦＦが急変するのを抑制でき、良好な変速応答を得ることができるのである。特に、上記のように係数ｎ０、ｄ０を同値の定数としておけば、ｇａｉｎ１０＝ｎ０／ｄ０は常に１であるから車速の影響を受けることがなく、過剰な変速応答を抑制できる。
【００４４】
さらに、少なくとも、上記（２）式の伝達関数ＧＰ（ｓ）のうち分母の０次の係数でステップモータの角位置を示す値であるｄ０を定数とするだけでも良く、上記ｇａｉｎ５を一定にし、ｇａｉｎ１０の分母を一定とすることにより、車速（出力軸回転数）の変化によるフィードフォワード補償器の出力の過大な変化を抑制して変速応答の悪化を抑制することが可能となるのである。
【００４５】
次に、応答性補正部Ｂ３２について説明する。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。
【００４６】
目標変速比演算部Ｂ３３では、到達変速比ｉＰＴを入力として設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭを次の（６）式に基づき演算する。なお、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。
【００４７】
【数６】
【００４８】
上記フィードバック動特性補償補正出力ｉＰＦＢ、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦから変速比指令値ｉｐｃは次の（７）式より算出される。
【００４９】
【数７】
【００５０】
ただし、上記図５で示したように、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５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。
【００５１】
以上のように、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦに大きな影響を与えるｇａｉｎ１０の係数ｎ０、ｄ０を、出力軸回転速度または車速に係わらず一定の値に設定し、係数ｎ０、ｄ０を定数項として扱うことにより、車速が急変した場合でも、フィードフォワード補償器の出力が急変するのを抑制でき、良好な変速応答を得ることができるのである。
【００５２】
図８は、第２の実施形態を示し、前記第１実施形態の図７に示した係数のマップを変更したもので、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００５３】
この図８のマップは、上記（２）式に示した伝達関数の分母分子を定数項ｄ０、ｎ０で除算し、その係数をもとに作成した出力軸回転速度（または車速）に関する各係数ｄ０〜ｄ４、ｎ０〜ｎ３のマップである。この図８のマップを用いて制御対象を推定し、上記（４）式および図４のブロック図からフィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦを算出する。
【００５４】
この場合も、前記第１実施形態と同様に、フィードフォワード補償器の出力が急変するのを抑制でき、良好な変速応答を得ることができる。
【００５５】
次に、従来の変速比制御システムと本発明の変速比応答について比較を行う。
【００５６】
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て、変速比指令値を一定にし、車両を加速して出力軸回転速度を変化させた結果である。
【００５７】
従来のシステムでは、出力軸回転速度の変化により上記（４）式で用いる制御対象のパラメータ（係数ｎ０、ｄ０）が図６に応じて変化することで、フィードフォワード動特性補償出力も変化し、変速比指令値が一定にもかかわらず、実変速比が変化している。
【００５８】
これに対して本発明の変速比制御システムは、上記第１実施形態及び第２実施形態ともに、上記（２）式に示した無段変速機の伝達関数ＧＰ（ｓ）のうちゲインＫＰを除く０次の係数ｎ０、ｄ０を定数項として扱うことにより、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦは一定であり、実変速比ｉＰＲも変化しない。
【００５９】
次に、ダウン方向のスイッチ変速（例えば、キックダウン変速）中に出力軸回転速度を変化させた結果について、図１１から図１３に示す。
【００６０】
図１１は従来の変速比制御システムであり、出力軸回転速度（図中ＯＵＴＲＥＶ）の変化に伴い、係数ｎ０、ｄ０が図６に応じて変化することで、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦも変化し、ハンチングした変速比応答を示している。
【００６１】
これに対して図１２は、本発明における第１実施形態の変速比制御システムであり、伝達関数ＧＰ（ｓ）のうちゲインＫＰを除く０次の係数ｎ０、ｄ０を定数項としたので、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦは出力軸回転速度（図中ＯＵＴＲＥＶ）の変化の影響を受けておらず、実変速比ｉＰＲにハンチング等を生じることなく良好な変速比応答を示している。
【００６２】
こうして、運転状態が変化した場合でも、フィードフォワード補償器の出力の過大な変化を抑制しながらも、良好な変速応答を確保することができるのである。
【００６３】
しかしながら、上記第１実施形態では、図７に示すマップを用いて制御対象を推定しているため、上記（４）式を計算する際、モデル化誤差を生じており、規範応答ｉＰＭと実変速比ｉＰＲに微小な偏差が生じている。
【００６４】
図１３は、本発明における第２実施形態の変速比制御システムであり、出力軸回転速度（図中ＯＵＴＲＥＶ）の影響がなく、かつ、モデル化誤差も生じておらず、実変速比ｉＰＲ、規範応答ｉＰＭはほぼ一致して良好な変速比応答を示している。
【００６５】
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】動特性補償部Ｂ３１のブロック図。
【図５】ステップモータの角位置と変速比の関係を示すマップである。
【図６】各係数を示すマップで、（Ａ）は分母の係数ｄ０〜ｄ４と出力軸回転速度の関係を示すマップで、（Ｂ）の分子の係数ｎ０〜ｎ３と出力軸回転速度の関係を示すマップである。
【図７】各係数のうちｄ０とｎ０を定数項としたマップで、（Ａ）は分母の係数ｄ０〜ｄ４と出力軸回転速度の関係を示すマップで、（Ｂ）の分子の係数ｎ０〜ｎ３と出力軸回転速度の関係を示すマップである。
【図８】第２の実施形態を示し、各係数のうちｄ０とｎ０を定数項としたマップで、（Ａ）は分母の係数ｄ０〜ｄ４と出力軸回転速度の関係を示すマップで、（Ｂ）の分子の係数ｎ０〜ｎ３と出力軸回転速度の関係を示すマップである。
【図９】従来の変速比制御システムにおける変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴと時間の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の変速比制御システムにおける変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴと時間の関係を示すグラフである。
【図１１】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変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴと時間の関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１実施形態の変速比制御システムでスイッチ変速を行ったときの変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴと時間の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施形態の変速比制御システムでスイッチ変速を行ったときの変速比指令値、実変速比、出力軸回転速度、フィードフォワード動特性補償出力ｉＰＦＦ、到達変速比ｉＰＴ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
Claims (4)
- 運転状態に応じて無段変速機の高次伝達関数を推定する伝達関数推定手段と、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、所定の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、
前記規範応答と前記高次伝達関数の逆系を掛け合わせ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、
前記伝達関数推定手段は、前記高次伝達関数を構成する係数のうち分母を構成する最低次数の係数を定数項としたことを特徴とする無段変速機の変速比制御装置。 - 前記伝達関数推定手段は、前記高次伝達関数を構成する係数のうち分母を構成する最低次数の係数と、分子を構成する最低次数の係数を定数項とした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。
- 前記高次伝達関数の定常ゲインが１のときには、前記高次伝達関数の分母及び分子の最低次数の係数を同値の定数項と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。
- 前記最低次数の係数は０次の係数であ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。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003166399A JP2005003071A (ja) | 2003-06-11 | 2003-06-11 | 無段変速機の変速比制御装置 |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007315500A (ja) * | 2006-05-26 | 2007-12-06 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 自動変速機のクラッチ油圧指令値生成方法およびその装置 |
| JP2019020350A (ja) * | 2017-07-21 | 2019-02-07 | 株式会社エー・アンド・デイ | トランスミッション試験装置 |
| US11454315B2 (en) * | 2017-08-31 | 2022-09-27 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Transmission controller for toroidal continuously variable transmission |
-
2003
- 2003-06-11 JP JP2003166399A patent/JP2005003071A/ja active Pending
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