JP2005233252A - 無段変速機制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】走行中にエンジンを停止した際に、CVTの変速比を最適に制御することにより、安全かつ燃費のよい車両システムを構築することができる無段変速機制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン停止かつニュートラル状態に移行するとき、CVT−ECU14がトルクコンバータ2のロックアップクラッチ及び前後進クラッチ3を解放した後、CVT4の変速比を車速によって変更される目標変速比に変更するとともに、フィードバック制御回路の制御パラメータを変更し、積分項をリセットする。同時に、CVT−ECU14は、プライマリプーリ18の目標回転数の変化量に基づいてイナーシャトルクを算出し、算出したイナーシャトルクにより油圧PDを変更することにより、ベルト20の必要なクランプ圧力を確保する。
【選択図】図1

Description

本発明は、エンジン及び無段変速機を備えたパワートレーンシステムの無段変速機制御装置に関する。
従来、エンジンにCVT(Continuously VariableTransmission)などの無段変速機を組み合わせたパワートレーンシステムがあり、このCVTは、入力軸に連結されたプライマリプーリと出力軸に連結されたセカンダリプーリとの間にベルトを掛け回し、各プーリのシリンダに油圧を給排することで、プライマリプーリ及びセカンダリプーリの各溝幅を相対的に変化させて変速させている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平5−172229号公報
一方、車両停止時(車速=0[km/h])にエンジンを停止し、燃料の消費を抑えることで燃費向上を図る、アイドリングストップシステムやエコランシステムがある。このようなシステムと上記のCVTを組み合わせたパワートレーンシステムは、エンジンを再始動し発進する際に、CVTを制御するための各種油圧を供給するために、エンジンの動力で駆動されるオイルポンプとは別に、モータで駆動される電動オイルポンプを備えている。
上記の電動オイルポンプは、従来、機械式オイルポンプが供給するほどの大きな油圧を供給することができなかったため、電動オイルポンプが供給する油圧だけでは必要油圧が確保できず、変速などのCVT制御が行えないため、制御で必要とされる油圧が小さくてすむ車両停止中のみ電動オイルポンプを駆動し、それ以外の走行領域ではエンジンを始動し、機械式オイルポンプにより油圧を供給する必要があった。このような問題があったため、CVTを備えたパワートレーンシステムでは、車両停止時のみエンジンを停止するエコラン制御を行っていた。
しかしながら、近年、電動オイルポンプの改良・改善が進み、電動オイルポンプでも、エンジン動力で駆動する機械式オイルポンプと遜色ない性能を発揮し、高い油圧を供給できるようになってきたので、例えば、フロント駆動輪をエコランシステムを搭載したエンジン及びCVTからなるパワートレーンで駆動し、リア駆動輪をモータで駆動するハイブリッド車両において、フロントのエンジンを停止し、リアモータだけで走行する場合などに、フロントのCVTのクラッチの解放や無段変速部の変速制御を行うことが可能になった。
また、従来のエコランシステムにおいても、アクセルオフの減速状態にあるときにエンジンを停止させるなど、車両走行時までエコラン領域を拡大しても、CVTのクラッチ解放や無段変速部の変速制御が可能となった。
しかしながら、上記のように、走行中にエンジンを停止し、CVTとエンジンを接続するクラッチを解放することでニュートラル状態とし、その後、エンジンを再始動し、クラッチを係合させてエンジンのトルクをCVTに伝達して走行する場合、CVTの変速比が高い状態(ローギヤ状態)にあると、エンジン再始動時に、そのままクラッチを係合させてしまうと、エンジン回転数が急激に吹き上がったり、急激なエンジンブレーキが発生してしまうなどの問題があった。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、走行中にエンジンを停止した際に、CVTの変速比を最適に制御することにより、安全かつ燃費のよい車両システムを構築することができる無段変速機制御装置を提供することを目的とする。
従来は、車両を停止させ、エンジンを停止させる場合には、車輪が動いていないと、変速比を変更できないので、車輪が停止する前に変速比を高変速比(ローギヤ)側に変更し、次回の走行開始時に備えさせている。しかし、本発明では、車両走行中にエンジンを停止させるので、変速比を自由に変更することが可能であり、この場合に、安全性を優先して変速比を低変速比(ハイギヤ)側に変更するものである。
すなわち、本発明に係る無段変速機制御装置(1)は、
車両が走行中である場合であってもエンジンを停止することが可能であり、走行中にエンジンを停止する場合には、エンジンと無段変速機との間に設けられた係合手段を解放する車両システムにおける無段変速機制御装置であって、
エンジン停止かつ車両が停止状態にある場合には、上記無段変速機の変速比を高変速比である第1の変速比に制御し、エンジン停止かつ車両が走行状態にある場合には、前記第1の変速比よりも低い第2の変速比に制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明に係る無段変速機制御装置(2)は、無段変速機制御装置(1)において、
上記制御手段は、上記第2の変速比を車速によって変更することを特徴とする。
さらに、本発明に係る無段変速機制御装置(3)は、無段変速機制御装置(1)または(2)において、
上記制御手段は、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、エンジンが駆動している場合に変速比を制御するときとは、変速制御のパラメータを異ならせることを特徴とする。
また、本発明に係る無段変速機制御装置(4)は、無段変速機制御装置(3)において、
上記制御手段は、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、エンジンが駆動している場合に変速比を制御するときに比べて、変速の応答性を下げることを特徴とする。
さらに、本発明に係る無段変速機制御装置(5)は、無段変速機制御装置(3)において、
上記制御手段は、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、所定時間内に変速可能な変速量に制限を設けることを特徴とする。
また、本発明に係る無段変速機制御装置(6)は、無段変速機制御装置(3)において、
上記制御手段は、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、エンジンが駆動している場合に変速比を制御するときに比べて、変速制御の目標値をなめらかに変化させることを特徴とする。
さらに、本発明に係る無段変速機制御装置(7)は、無段変速機制御装置(3)において、
上記制御手段は、エンジンが駆動している状態と停止している状態とで変速制御を切り換える場合に、変速制御で行われるフィードバック制御における積分項をクリアすることを特徴とする。
また、本発明に係る無段変速機制御装置(8)は、無段変速機制御装置(3)において、
上記制御手段は、エンジンが駆動している状態と停止している状態とで変速制御を切り換える場合に、切り換え前後の変速比の変化スピードに応じて、上記無段変速機のプーリのクランプ力を変更することを特徴とする。
さらに、本発明に係る無段変速機制御装置(9)は、無段変速機制御装置(8)において、
上記プーリのクランプ力が、プーリを駆動するオイルポンプで実現可能なクランプ力を超えないように制限を設けることを特徴とする。
また、本発明に係る無段変速機制御装置(10)は、無段変速機制御装置(1)において、
エンジン停止かつ車両が停止状態にある場合からエンジンを始動するときには、エンジンが始動して上記係合手段が係合を完了するまでの間、上記制御手段が、無段変速機のエンジン側回転数がアイドル回転数に近くなるように変速比を制御することを特徴とする。
本発明に係る無段変速機制御装置(1)、(2)によれば、エンジン停止かつ車両が停止状態にある場合には、無段変速機の変速比を高変速比である第1の変速比に制御し、エンジン停止かつ車両が走行状態にある場合には、前記第1の変速比よりも低く、かつ、車速によって変更される変速比に制御されるので、走行中にエンジンを始動し復帰する際、車速が大きいと、無段変速機の変速比が低い値に制御され、クラッチ係合時のエンジン回転数の吹き上がりを防止することができる。さらに、油圧を用いて変速を行う無段変速機の場合、最高変速比から最低変速比への変速スピードよりも最低変速比から最高変速比に変速する場合の変速スピードの方が速いので、最低変速比にあるように制御すると、レスポンスが早くなるという効果も得ることができる。
また、本発明に係る無段変速機制御装置(3)、(4)によれば、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、エンジンが駆動している場合に変速比を制御するときとは、変速制御のパラメータを異ならせ、変速の応答性が下げられるので、走行中エンジン停止時のクラッチ解放による変速のスピードが遅くなり、ドライバに違和感を与えないようにすることができる。
さらに、変速をデューティソレノイドなどの油圧アクチュエータで制御する場合、変速制御出力を大きくしてしまうと、変速制御部に油圧を多量に供給してしまい、油圧制御装置内の流量収支により他の油圧制御部の圧力低下などの弊害が起こる可能性があるが、本発明の無段変速機制御装置(5)によれば、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、所定時間内に変速可能な変速量に制限が設けられるので、変速量が大きくなることを防止することができる。
また、変速制御モードの切り換えにより、目標回転数の切り換えを行う場合、目標値をステップ的に切り換えると、切り換え時の目標回転数と実回転数との偏差が大きくなるため、出力値も一気に大出力となってしまい、変速のハンチングやオーバーシュートが発生する恐れがあるが、本発明に係る無段変速機制御装置(6)によれば、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、エンジンが駆動している場合に変速比を制御するときに比べて、変速制御の目標値がなめらかに変化させられるので、目標回転数と実回転数との偏差が大きくなることを防止することができる。
さらに、目標回転数切り換え時には、目標回転数切り換え前の偏差の積分値(総和)がフィードバック演算の演算部に残っており、偏差が0となっても、出力が出てしまうため、変速の追従性が悪化したり、オーバーシュートしてしまうなどの問題が発生するが、本発明に係る無段変速機制御装置(7)によれば、エンジンが駆動している状態と停止している状態とで変速制御を切り換える場合に、変速制御で行われるフィードバック制御における積分項がクリアされるので、変速の追従性が悪化することを防止することができる。
また、目標回転数(目標変速比)の切り換えを行うと、変速比が変化し、結果として無段変速機プライマリプーリ回転数も連続的に増減し、この回転の変化により無段変速機にイナーシャトルクが発生する。無段変速機のベルトのクランプ力は必要最低限の圧力になるように制御されているが、無段変速機のプライマリプーリ回転数が減少方向に変化する場合には、このイナーシャトルクがプラス値になるので、無段変速機のプーリとベルトの接点にイナーシャトルクが印加され、必要なクランプ圧力が確保できず、ベルトが滑るという問題が生じる。一方、無段変速機のプライマリプーリ回転数が増加方向に変化する場合には、このイナーシャトルクがマイナス値になるので、通常の圧力では必要以上の圧力となるため、ベルトに不要な負荷がかかってしまう恐れがあった。しかしながら、本発明に係る無段変速機制御装置(8)によれば、エンジンが駆動している状態と停止している状態とで変速制御を切り換える場合に、切り換え前後の変速比の変化スピードに応じて、無段変速機のプーリのクランプ力が変更されるので、ベルトの滑りを防止するとともに、ベルトに不要な負荷がかかることを防止することができる。
さらに、イナーシャ変化による油圧設定を行っても、エンジンが停止し、油圧制御装置のライン圧PLが小さい場合や、油圧制御装置の構造上、油圧を所定値以上に上昇させることができない場合は、狙い通りに実際の油圧を上昇させることができないが、本発明の無段変速機制御装置(9)によれば、プーリのクランプ力が、プーリを駆動するオイルポンプで実現可能なクランプ力を超えないように制限、例えば、変速比の変化スピードを制限し、回転変化速度を小さくすることにより、イナーシャトルクを抑えることができるので、クランプ圧力指令がオイルポンプの最大供給圧以上に大きくなった場合にも、ベルトが滑ることを回避することができる。
また、エンジンを始動し、クラッチが係合するまでにダウンシフトをかけてしまうと、エンジン回転数とCVTプライマリプーリ回転数が大きく離れてしまい、クラッチの係合のレスポンスが悪化してしまうが、本発明の無段変速機制御装置(10)によれば、エンジン停止かつ車両が停止状態にある場合からエンジンを始動するときには、エンジンが始動して上記係合手段が係合を完了するまでの間、無段変速機のエンジン側回転数がアイドル回転数に近くなるように変速比が制御されるので、クラッチ係合のレスポンスをよくすることができる。
以下、本発明の無段変速機制御装置を図面により説明する。
図1は本発明の無段変速機制御装置を適用するハイブリッド車両の全体システムを示す図であり、このハイブリッド車両はエンジン1がフロント駆動輪を駆動し、モータ/ジェネレータ7がリア駆動輪を駆動する。すなわち、エンジン1はトルクコンバータ2、前後進クラッチ3、無段変速機(以下、CVTという)4、ギア5を介してフロント駆動輪6を駆動し、モータ/ジェネレータ7は直接リア駆動輪8を駆動する。
このハイブリッド車両は、ハイブリッドシステム電子制御装置(以下、HV−ECUという)12、エンジン電子制御装置(以下、ENG−ECUという)13、トルクコンバータ2、前後進クラッチ3、CVT4を制御するCVT電子制御装置(以下、CVT−ECUという)14、モータ/ジェネレータ7を制御するモータ/ジェネレータ電子制御装置(以下、MG−ECUという)15の4つの制御装置を備え、エンジン1の駆動力により車両を走行するモード(以下、ENGモードという)と、エンジン1を停止し、モータ/ジェネレータ7の駆動力のみで車両を走行させるモード(以下、EVモードという)と、エンジン1を停止し、モータ/ジェネレータ7により電気エネルギを回収する走行モード(以下、回生モードという)とが可能になっている。
トルクコンバータ2、前後進クラッチ3及びCVT4にはCVT−ECU14により制御される油圧制御装置9が付設され、油圧制御装置9にはエンジン1により駆動される機械式オイルポンプ10とエンジン停止時に油圧を供給する電動オイルポンプ11とが接続され、これらのオイルポンプがトルクコンバータ2、前後進クラッチ3、CVT4作動用のライン圧PLを生成する。このように、電動オイルポンプ11を備えているので、エンジン1の停止状態でも前後進クラッチ3の係合等を行うことができる。
油圧制御装置9は電磁切換弁やリニアソレノイドバルブ等を備えており、それらのソレノイドを制御し、油路を切り換えたり、油圧を制御することにより、CVT4の変速比の切り換えやクラッチの係合・解放を行う。
また、モータ/ジェネレータ7はインバータ16を介してバッテリ17に接続され、MG−ECU15の制御に従ってバッテリ17から電気エネルギが供給されて所定のトルクで回転駆動される状態(EVモード)と回生制動により発電機として機能することによりバッテリ17に電気エネルギを充電する状態(回生モード)と、モータ軸が自由回転することを許容する無負荷状態(フリー)とに切り換えられる。
上記の回生モードでは、モータ/ジェネレータ7を強制的に回転させるトルクが制動トルクとなり、いわゆるエンジンブレーキを効かせることができる。この場合、出力軸とエンジン1の間のトルクの伝達を遮断することにより、エンジンを連れまわすことがなく、したがって、動力の損失を最小限に抑えて効率よくエネルギ回生を行うことができる。
一方、トルクコンバータ2はロックアップクラッチを備えているとともに、タービン翼車が前後進クラッチ3の入力軸に接続され、油圧制御装置9からの油圧PLUによりロックアップクラッチの係合・解放が行われる。このトルクコンバータ2の出力軸に前後進の切り換え及び駆動力の伝達を切断し、ニュートラル状態を形成することが可能な前後進クラッチ3が接続され、油圧制御装置9からの油圧PC1により前後進クラッチ3の係合・解放が行われる。
また、前後進クラッチ3の出力軸に接続されたCVT4は、プライマリプーリ18とセカンダリプーリ19とに変速用ベルト20が掛け渡されて構成され、入力軸に入力された回転が同軸一体のプライマリプーリ18から変速用ベルト20を介してセカンダリプーリ19に伝達され、出力軸に出力されるようになっている。
図2はCVT4の無段変速部を制御するための油圧制御部の構成を示す図であり、CVT−ECU14は、油圧制御装置9に備えられたDUTYソレノイドDS1及びDS2にDUTY指令を行うことでCVT4の変速比を制御する。図2において、DUTYソレノイドDS1を駆動すると、アップシフト(増速変速)用油圧バルブV1が駆動されてプライマリプーリ18に作動油が供給され、プライマリ油室に作動油が充満し、プーリの溝幅が狭められることにより、変速用ベルト20の掛径が変化し、結果としてアップシフト(増速変速)する。
一方、DUTYソレノイドDS2を駆動すると、ダウンシフト(減速変速)用油圧バルブV2が駆動されてプライマリプーリ油室内の作動油が排出され、プーリの溝幅が広がることにより、変速用ベルトの掛径が変化し、結果としてダウンシフト(減速変速)する。
また、セカンダリプーリ19のセカンダリプーリ油室にはセカンダリプーリ19が挟む変速用ベルト20をクランプするためのセカンダリプーリ圧PDが供給されている。
上記のDUTYソレノイドDS1及びDS2に対するDUTY指令の出力値DUTYは、CVT−ECU14により、以下のフィードバック演算式で演算される。
ここで、Kpは比例ゲイン、TIは積分時間、TDは微分時間、γtgtは目標変速比、γrealは実変速比である。
上記の式(1)は、フィードバック制御の基本的な式であるが、この実施例のように、マイコンを用いて制御演算を行うディジタル演算装置の場合は、演算が連続的に行われず、演算周期ΔT毎に演算が行われるため、フィードバック制御式を次の式(2)のように変換して使用するのが一般的である。
ここで、式(2)内のそれぞれの項、を第1項から順に、比例項(第1項)、積分項(第2項)、微分項(第3項)と呼ぶ。また、変速比γは、プラマリプーリ18の回転数Nin及びセカンダリプーリ19の回転数Noutを用いて以下のように表すことができる。
γ=Nin/Nout
したがって、制御量は上記の式(2)の関係より、目標回転数Nintgt及び実回転数Ninrealを用いて次のように表すこともできる。
以降の説明では、CVT−ECU14において、上記の式(2)もしくは式(3)のフィードバック演算式に基づいて、出力値DUTYが算出される実施例について説明するが、変速比γは抽象的な変数であるため、通常はエンジン回転数と同軸の回転数であるCVTプライマリプーリ回転数で制御量を表す上記式(3)で演算を行う方が、コントローラの設計が行いやすい。したがって、以降の説明では、主に式(3)に基づいて説明を行う。
一方、図3はハイブリッド車両の制御装置の各ECU間で多重通信によって送信される信号を示す図であり、HV−ECU12は、アイドルスイッチ状態、エンジン回転数、車速、ブレーキスイッチ状態を含む各種センサからの情報に基づいて、図4のエンジンの運転モードの状態遷移図に示す、「0:イグニッションオフ(IGOFF)」、「1:運転中」、「2:停止要求」、「3:停止制御中」及び「4:始動要求」のいずれかのエンジン運転モード及び走行モードを決定し、ENG−ECU13、CVT−ECU14、MG−ECU15にエンジン制御モード、EV走行モード要求、回生走行モード要求の指令を行う。また、ENG−ECU13はエンジン制御モード及びアクセル開度、アイドルスイッチ状態を含む各種センサからの情報に基づいてスロットル開度、点火時期、燃料噴射弁、吸排気バルブ等を制御することにより、エンジン1を制御する。
さらに、CVT−ECU14は、エンジン制御モード、シフトレバー選択位置、エンジン回転数、車速を含む各種センサからの情報に基づいてトルクコンバータ2のロックアップクラッチや前後進クラッチ3の係合・解放及びCVT4の変速比を制御するとともに、HV―ECU12にモード遷移禁止要求信号を、ENG−ECU13にエンジン停止禁止要求、回転数制御要求、目標回転数等の信号を送信する。また、MG−ECU15は、EVモード時には、インバータ16によりバッテリ17からの電力によりモータ/ジェネレータ7を駆動し、回生モード時にはインバータ16を介してモータ/ジェネレータ7からの回生電力をバッテリ17に充電する。
また、CVT−ECU14では、クラッチの制御を行うにあたり、それぞれの制御状態をクラッチ制御モードとして定義し、図5のクラッチ制御モードの状態遷移表に示すように、「0:制御非実行」、「1:解放準備中」、「2:解放制御中」、「3:解放」、「4:係合制御中」の5つのクラッチ制御モードを有し、HV−ECU12からのエンジン制御モード及びEV走行モードフラグ・回生走行モードフラグをもとに、クラッチの解放/係合制御のモードを決定する。すなわち、CVT−ECU14は上記の各クラッチ制御モードを図6の表に示す遷移条件を満足するときに、他のクラッチ制御モードに遷移させる。
次に、図6のクラッチ制御モードの遷移条件表及び図7−1〜図7−3のフローチャートを用いて、運転モードの変更時のクラッチ制御及びCVTの変速制御について説明する。
CVT−ECU14はタイマなどにより定時間ごとに図7−1〜図7−3のフローチャートに示すプログラムを実行し、この処理の実行がスタートすると、まず、CVT−ECU14は、クラッチ制御モードが「0:制御非実行」か否かを判定する(ステップ101)。クラッチ制御モードが「0:制御非実行」でない場合には、ステップ104に移る。
一方、クラッチ制御モードが「0:制御非実行」の場合には、CVT−ECU14は遷移条件[1]が成立するか否かを判定する(ステップ102)。遷移条件[1]が成立しない場合には、ステップ104に移り、遷移条件[1]が成立した場合には、CVT−ECU14はクラッチ制御モードを「0:制御非実行」から「1:解放準備中」に移行する(ステップ103)。
すなわち、図6の遷移条件表の[1]に示すように、エンジン制御モードが「1:運転中」から「2:停止要求」に遷移したときに、EV走行モードフラグがオンとなっており、モータ/ジェネレータ7のみの駆動に切り替わると判断した場合、あるいは回生走行モードフラグがオンとなっている場合には、クラッチの解放制御に移行し、クラッチ制御モードを「0:制御非実行」から「1:解放準備中」に移行する。
次に、CVT−ECU14は、クラッチ制御モードが「1:解放準備中」か否かを判定する(ステップ104)。クラッチ制御モードが「1:解放準備中」の場合には、CVT−ECU14は遷移条件[6]が成立するか否かを判定する(ステップ105)。遷移条件[6]が成立した場合には、CVT−ECU14はクラッチ制御モードを「1:解放準備中」から「0:制御非実行」に移行した(ステップ106)後、ステップ131に移る。
すなわち、図6の遷移条件表の[6]に示すように、エンジン制御モードが「1:運転中」または「4:始動要求」に変更されていた場合、あるいは、EV走行モード要求、回生走行モード要求でなく、車速が所定値未満で、かつブレーキオンの場合は、クラッチ制御モードを「1:解放準備中」から「0:制御非実行」に移行する。また、クラッチレバーがニュートラルあるいはPレンジである場合にも、制御不能であるので、クラッチ制御モードを「1:解放準備中」から「0:制御非実行」に移行する。
一方、ステップ105において、遷移条件[6]が成立しない場合には、CVT−ECU14は、ロックアップクラッチの解放制御及びENG−ECU13に対するエンジン停止禁止要求を行う(ステップ107)。前後進クラッチ3とロックアップクラッチの解放を同時に行わず、ロックアップクラッチの解放を行ってから、前後進クラッチ3の解放を行うのは、ロックアップクラッチの解放制御と前後進クラッチ3の解放制御を同時に行うことができない場合があり、また、同一軸上に配されている2つのクラッチを同時に操作すると、それぞれのクラッチの解放の判定が難しく、制御的に不安定になるためである。また、ENG−ECU13に対してエンジン停止禁止要求を発行するのは、エンジン1が途中でエンストしてしまわないようにするためである。
このクラッチ制御モードがEV走行モードフラグによる開始であった場合、ドライバはアクセル操作のみで一定走行を行いたいという意思であると思われるので、ロックアップクラッチの解放によるショックは許容できない。このため、EV走行モードフラグによる開始であった場合には、ロックアップクラッチを滑らかに解放するため、図8のEV走行モード移行によるクラッチ制御チャートの油圧PLUに示すように、ロックアップクラッチ圧PLUを漸減させ、ショックなく滑らかにロックアップクラッチを解放する。
一方、回生走行モードフラグによって制御を開始した場合は、ドライバはブレーキ操作も行っており、停止の意思があると思われるので、多少のショックは許容される。このため、回生走行モードフラグによる開始であった場合には、図9の回生走行モード移行によるクラッチ制御チャートの油圧PLUに示すように、ロックアップクラッチを急激に解放してすばやく前後進クラッチ3の解放に移行させる。
ロックアップクラッチが解放されると、次に、CVT−ECU14は、エンジン回転数とCVT4の入力軸回転数の同期を取る制御を行う(ステップ108)。これは、前後進クラッチ3を解放する場合、エンジン1の回転数とCVT4の入力軸回転数に差が出るような駆動/被駆動状態であると、クラッチ解放によるショックが出てしまうため、ENG−ECU13により電子スロットルなどを用いてエンジン回転数とCVT入力軸回転数の同期を行うものである。
次に、CVT−ECU14は、遷移条件[2]が成立するか否かを判定し(ステップ109)、遷移条件[2]が成立しない場合には、ステップ131に移る。一方、遷移条件[2]が成立した場合には、CVT−ECU14はクラッチ制御モードを「1:解放準備中」から「2:解放制御中」に移行した(ステップ110)後、ステップ131に移る。
すなわち、図6の遷移条件表の[2]に示すように、ロックアップクラッチの解放が確定し、エンジン1の回転数とCVT4の入力軸回転数の偏差が小さい状態が所定時間継続し、エンジン制御モードが「2:停止要求」であり、かつ、走行モードがEV走行モードまたは回生走行モードの条件が成立する場合に、CVT−ECU14はクラッチ制御モードを「1:解放準備中」から「2:解放制御中」に移行する。
一方、ステップ104において、クラッチ制御モードが「1:解放準備中」でないと判定された場合には、CVT−ECU14はクラッチ制御モードが「2:解放制御中」か否かを判定する(ステップ111)。クラッチ制御モードが「2:解放制御中」の場合には、CVT−ECU14は遷移条件[7]が成立するか否かを判定する(ステップ112)。遷移条件[7]が成立した場合、すなわち、クラッチレバーがニュートラルあるいはPレンジである場合には、制御不能であるので、クラッチ制御モードを「2:解放制御中」から「0:制御非実行」に移行した(ステップ113)後、ステップ131に移る。
また、ステップ112において、遷移条件[7]が成立しない場合には、CVT−ECU14は、前後進クラッチ3のクラッチ圧PC1を漸減させる(ステップ114)。これにより、前後進クラッチ3が徐々に解放される。なお、この場合も、ロックアップクラッチの解放時と同様に、クラッチ制御モードがEV走行モードフラグによる開始であった場合は、図8のEV走行モード移行によるクラッチ制御チャートに示すように、油圧PC1を緩やかに減少させてショックを少なくし、回生走行モードフラグによって制御を開始した場合は、図9の回生走行モード移行によるクラッチ制御チャートに示すように、油圧PC1を早く減少させることにより、前後進クラッチをすばやく解放することができる。
次に、CVT−ECU14は、エンジン制御モード遷移禁止要求を行う(ステップ115)。
ここで、エンジン制御モード遷移禁止を行うのは、前後進クラッチ3のクラッチ油圧PC1を漸減している間にエンジン制御モードが遷移してしまうと、クラッチを再結合させるなどの処理が必要になり、車両挙動にも影響を及ぼし、制御がビジーになってしまうため、安定した制御を保つためであり、前後進クラッチ3の解放を開始したら、CVT−ECU14はHV−ECU12に対してエンジン制御モード遷移禁止を要求する。
次に、CVT−ECU14は、遷移条件[3]が成立するか否かを判定し(ステップ116)、遷移条件[3]が成立しない場合には、ステップ131に移る。一方、遷移条件[3]が成立した場合、すなわち、前後進クラッチ3の解放完了が判定された場合には、CVT−ECU14はクラッチ制御モードを「2:解放制御中」から「3:解放」に移行する(ステップ117)。次に、上記のエンジン制御モード遷移禁止及びエンジン停止禁止要求を解除し、電動オイルポンプ11の駆動を開始させた(ステップ118)後、ステップ131に移る。なお、エンジン停止禁止要求解除によりエンジンが完全停止し、エンジンが停止してしまうと油圧の供給元である機械式オイルポンプ10も停止するので、圧力制御を継続するために電動オイルポンプ11を駆動する。
上記の前後進クラッチ3の解放完了の判定を行う場合、上記のようにエンジン回転数とCVT入力軸回転数の同期制御を行うと、回転数によるクラッチの解放判定ができないため、PC1圧力状態によって前後進クラッチ3の解放を判断する。ただし、PC1指令圧に対して実際のPC1圧は応答遅れがあるため、PC1指令圧が所定油圧以下の状態が所定時間継続したとき、すなわち、図8、図9のt1時点で実際のPC1圧が所定油圧値に追従できたと判断して、クラッチ解放と判断する。なお、この応答遅れは作動油の油温によって変化するので、油温に応じて上記所定時間を変更する。
一方、ステップ111において、クラッチ制御モードが「2:解放制御中」でないと判定された場合には、CVT−ECU14はクラッチ制御モードが「3:解放」か否かを判定する(ステップ119)。クラッチ制御モードが「3:解放」の場合には、CVT−ECU14は遷移条件[8]が成立するか否かを判定する(ステップ120)。遷移条件[8]が成立した場合、すなわち、クラッチレバーがニュートラルあるいはPレンジである場合には、制御不能であるので、クラッチ制御モードを「3:解放」から「0:制御非実行」に移行した(ステップ121)後、ステップ131に移る。
また、ステップ120において、遷移条件[8]が成立しない場合には、CVT−ECU14は、前後進クラッチのクラッチ解放時の油圧指令値を保持する(ステップ122)。これは、PC1圧を0とすると、前後進クラッチ3のクラッチ油室から作動油が抜けてしまい、次に前後進クラッチ3を係合する際に、作動油をクラッチ油室に充満させる必要があるので、クラッチの係合時間に応答遅れが生じないように、クラッチ油室内の作動油を充満させたままにしておくためである。
次に、CVT−ECU14は、遷移条件[4]が成立するか否かを判定し(ステップ123)、遷移条件[4]が成立しない場合には、ステップ131に移る。一方、遷移条件[4]が成立した場合、すなわち、エンジン制御モードが「4:始動要求」で、かつ、電動オイルポンプ11が正常作動している場合には、CVT−ECU14はクラッチ制御モードを「3:解放」から「4:係合制御中」に移行した(ステップ124)後、ステップ131に移る。
なお、ステップ123において、電動オイルポンプが何らかの理由で停止していると判定された場合には、エンジンの始動を先に実施し、CVT−ECU14は、エンジン回転数が所定回転以上の状態になっており、機械式オイルポンプ10が安定した油圧を供給できる状態になったことを判断してから、クラッチ制御モードを「3:解放」から「4:係合制御中」に移行する。
また、ステップ119において、クラッチ制御モードが「3:解放」でないと判定された場合には、CVT−ECU14はクラッチ制御モードが「4:係合制御中」か否かを判定し(ステップ125)、クラッチ制御モードが「4:係合制御中」でない場合には、ステップ131に移る。一方、クラッチ制御モードが「4:係合制御中」の場合には、CVT−ECU14は、エンジン1の回転数とCVT4の入力軸回転数の同期制御を行うとともに、ENG−ECU13に対するエンジン停止禁止要求を行う(ステップ126)。
上記の回転数同期制御を行うのは、解放時と同様に、クラッチの係合前後でエンジン回転とCVT入力軸回転に差が出るような駆動/被駆動状態であると、クラッチ係合によるショックが出てしまうためである。
ENG−ECU13は、ENGモードへの移行時に、エンジンの始動を行うが、エンジン1の回転数をCVT4の実入力軸回転数に追従させてしまうと、CVT4の入力軸回転数の振動などによりエンジン回転数まで振動してしまう恐れがあるため、アクセル操作量に基づいて推定したエンジントルクと車速から算出した要求出力に基づいて、クラッチ係合制御時の無段変速機目標プライマリプーリ回転数を算出し、この無段変速機目標プライマリプーリ回転数とエンジン回転数との回転比が1.0となるようにエンジン回転数を制御する。また、CVT−ECU141は、上記の無段変速機目標プライマリプーリ回転数にプライマリプーリ回転数が追従するようにCVT4の変速制御を行う。
次に、CVT−ECU14はエンジン1の回転数とCVT4の入力軸回転数の偏差が所定値以下の状態が所定時間継続したか否かを判定し(ステップ127)、偏差が大きい場合には、ステップ131に移る。一方、回転数の偏差が所定値以下の状態が所定時間継続した場合には、CVT−ECU14は、前後進クラッチ3のクラッチ圧PC1を漸増させることで前後進クラッチを係合させるとともに、解放時と同様に、制御を安定的に行うために、HV−ECU12に対してエンジン制御モード遷移の禁止を行う(ステップ128)。
次に、CVT−ECU14は、遷移条件[5]が成立するか否かを判定し(ステップ129)、遷移条件[5]が成立しない場合には、ステップ131に移る。一方、遷移条件[5]が成立した場合、すなわち、前後進クラッチ3の係合完了が判定されたか、あるいは、クラッチレバーがニュートラルあるいはPレンジに切り換えられた場合には、CVT−ECU14はロックアップクラッチの係合許可、エンジン制御モード遷移禁止及びエンジン停止禁止要求を解除するとともに、クラッチ制御モードを「4:係合制御中」から「0:制御非実行」に移行した(ステップ130)後、ステップ131に移る。
上記の前後進クラッチ3の係合完了を判定する場合も、エンジン回転数とCVT4の入力軸回転数が一致し、回転数によるクラッチの係合完了判定が不可能であるため、前後進クラッチ3のクラッチ油圧指令値に基づいて、すなわち、クラッチ圧PC1が係合指令値になってから所定時間経過後、図8、図9のt2の時点で係合完了と判断する。この場合も、クラッチ解放と同様に、作動油の油温によって応答性が変わるために上記の所定時間を油温によって変更する。
次に、CVT−ECU14はエンジンが停止し、クラッチが解放状態にあるか否かを判定する(ステップ131)。エンジンが停止し、クラッチが解放状態にある場合には、CVT−ECU14はCVT4の目標変速比γtgtを通常のモードとは異なる目標値から設定される変速比に設定する(ステップ132)。このときの目標の変速比γtgtは、車速から目標変速比を算出する図10(a)に示すマップによって決定する。このマップでは、図に示すように、低速では目標変速比γtgtを最大変速比(γmax)に戻し、高速側では最小変速比(γmin)になるように設定している。これは、走行中にエンジンを始動し復帰するにあたり、変速比γが大きい値であると、クラッチ係合時にエンジン回転数が吹き上がってしまうためである。また、油圧を用いて変速を行うCVTの場合、γmax→γminの変速スピードよりもγmin→γmaxに変速する場合の変速スピードの方が速いという特性もあり、γmin側で待機してその後の変速に備えておくほうがレスポンスよく復帰できる。この目標変速比の設定については、図10(b)に示すように、目標回転数としてのマップ設定としてもよく、以下の説明では、目標回転数Nintgtを制御する場合について説明する。
この変速比制御の切り換えを行う場合、目標値をステップ的に切り換えると切り換え時の偏差(=目標回転数−実回転数)が大きくなるため、変速のハンチングやオーバーシュートが発生する恐れがあるので、切り換えを行う場合、CVT−ECU14は、図11(b)に示すように、所定の傾きで連続的に切り換わるように目標回転数Nintgtの設定を行う。なお、作動油の油温やCVT入力軸回転数などのパラメータにより変速の追従性能が変化するので、上記の所定の傾きは作動油の油温やCVT入力軸回転数などのパラメータにより変更される定数に設定にする。
次に、CVT−ECU14は式(3)のフィードバック演算式によるフィードバックゲインを通常時とは異なる設定に変更するとともに、変速制御部に出力する出力値DUTYが一定値を超えないように制限する(ステップ133)。
走行中エンジン停止時のクラッチ解放による変速では通常の変速と異なり、変速のスピードを落としてドライバに違和感を与えないようにする必要がある。このため、CVT−ECU14はフィードバック演算式(3)のフィードバックゲインを通常時とは異なる設定、例えば、比例ゲインKpや微分時間TDを小さくしたり、積分時間TIを大きくすることにより、変速スピードを落とし、ドライバに与える違和感を少なくする。
また、上記のように、フィードバックゲインを異なる設定にしたとしても、制御偏差が大きくなってしまうと、出力値もそれに伴い大きくなってしまう。変速をデューティソレノイドなどの油圧アクチュエータで制御するシステムの場合、変速制御出力を大きく出力してしまうと、変速制御部に油圧を多量に供給してしまい、上記のように他の油圧制御部の圧力の低下などの弊害が起きる可能性があり、特に、エンジンが停止し、電動オイルポンプ11で油圧を供給している場合には、特にこの弊害が発生する可能性が高い。このため、CVT−ECU14は、油温やオイルポンプが供給する油圧制御装置9の元圧となるライン圧PLやプーリ回転による遠心油圧によってフィードバック演算式(3)の出力値DUTYに対する閾値を設定し、出力値DUTYを上記の閾値以下に抑える。なお、ライン圧PLは出力軸プーリ19の油圧PDを測定する油圧センサの測定値やPD指令値などから予測することが可能である。
次に、CVT−ECU14は、変速比制御の切り換え時のみ、フィードバック制御の積分項をクリアする(ステップ134)。
フィードバック制御の積分項は偏差(=目標回転数−実回転数)を0にするために、偏差を積分して出力値に反映するものであるが、目標回転数切り換え前の偏差の影響により積分項が積算された状態にある場合、変速の追従性が悪化したり、オーバーシュートしてしまうなどの問題が発生する。このため、CVT−ECU14は、目標回転数の切り換えを実施する際に、式(3)のフィードバック演算を行う演算部の積分項(第2項)の値を図11(c)に示すように、いったんゼロクリアしてしまうことにより、変速の追従性を改善する。
次に、CVT−ECU14は、イナーシャトルクに基づきベルト20の挟圧力を調整する(ステップ135)。
目標回転数の切り換え時は、変速比が連続的に変化し、結果として、CVT入力軸18のプーリ回転数が連続的に増減する。この回転の変化によりCVTの無段変速部にイナーシャトルクが発生し、上記したように、CVT4の入力軸18のプーリ回転数が減少方向に変化する場合には、必要なクランプ圧力が確保できず、一方、CVT4の入力軸18のプーリ回転数が増加方向に変化する場合には、ベルトに不要な負荷がかかってしまうので、CVT−ECU14は、図12(c)に示すように、目標回転数Nintgtの変化量に基づいてイナーシャトルクを算出し、算出したイナーシャトルクによって油圧PDを変更することにより、必要なクランプ圧力を確保するとともに、不要な負荷がかかるのを防止する。
なお、イナーシャトルクとは、回転体の回転を減速もしくは停止させようとした場合に、回転体のイナーシャ(慣性)によって回りつづけさせようとして回転体に働くトルクのことであり、回転数の変化量によって算出でき、イナーシャトルクTin、イナーシャ(慣性モーメント)Iin、回転数Ninとしたとき、次の式によりイナーシャトルクTinを求めることができる。
Tin=Iin*dNin/dt
そして、油圧制御装置9のライン圧PLが小さい場合や、クラッチ圧力とのバランスの関係上油圧を所定値以上に上昇させることができない場合等、上記のイナーシャ変化による油圧設定を行っても油圧を上昇させることができない場合には、必要なクランプ圧を確保できず、ベルトが滑る可能性があるが、ベルトが滑ることは絶対に避けなければならないので、上記のような場合には、CVT−ECU14は変速スピードに対して、CVT4のセカンダリプーリ19のクランプ圧力指令値及びエンジン回転数もしくは電動オイルポンプ駆動指令値から予測されるライン圧の限界値から設定される所定値を閾値として設定し、変速のスピードを遅くすることにより、イナーシャトルクの変化を抑え、ベルトが滑ることを回避する。
一方、ステップ131において、エンジン停止かつクラッチ解放の状態にないと判定した場合には、CVT−ECU14は、CVT4の変速比制御を通常時の変速比制御、すなわち、アクセル操作量に基づいて推定したエンジントルクと車速から算出した要求出力により目標変速比を設定する(ステップ136)。この場合も、目標値をステップ的に切り換えると切り換え時の偏差が大きくなるため、CVT−ECU14は、図11(b)に示すように、所定の傾きで連続的に切り換わるように目標回転数の設定を行う。
次に、CVT−ECU14は、フィードバック演算式によるフィードバックゲインを通常時の設定に戻すとともに、目標回転数の切り替え中のみ変速制御部に出力する出力値DUTYを制限する(ステップ137)。また、CVT−ECU14は、この変速比制御の切り換え時のみ、図11の(c)に示すように、フィードバック制御の演算部の積分項をクリアし(ステップ138)、変速の追従性をよくするとともに、図12(c)に示すように、イナーシャトルクに基づきベルト20の挟圧力を調整し(ステップ139)、ベルトに必要なクランプ圧力を確保するとともに、不要な負荷がかかるのを防止する。
次に、CVT−ECU14は、ステップ132またはステップ136で設定された目標変速比γtgtから目標回転数Nintgtを
Nintgt=γtgt*Nout
により演算して求める(ステップ140)。なお、上記のように、目標回転数Nintgtで制御を行っている場合には、この演算は不要である。
そして、CVT−ECU14は、この目標回転数Nintgtを用いてフィードバック演算式(3)によりDUTY値を求めた(ステップ141)後、このDUTY値が0より大きいか否かを判定する(ステップ142)。DUTY≧0%の時、CVT−ECU14はDUTYソレノイドDS1にDUTY値を出力し(ステップ143)、DUTY<0%の時、DUTYソレノイドDS2にDUTY値を出力して(ステップ143)、プログラムを終了する。
なお、エンジンを始動しクラッチを係合するまでにダウンシフトをかけてしまうと、エンジン回転数とCVTプライマリプーリ回転数が大きく離れてしまい、クラッチ係合のレスポンスが悪化してしまうので、エンジン停止かつ車両が停止状態にある場合からエンジンを始動するときには、エンジンが始動してクラッチが係合を完了するまでの間、CVTプライマリプーリ回転数がエンジンのアイドル回転数に近くなるように変速比を制御することが好ましい。
上記の実施例では、エンジンとモータ/ジェネレータを備えたハイブリッド車両に本発明の無段変速機制御装置を適用した例について説明したが、本発明の無段変速機制御装置は、ハイブリッド車両でなく、エンジン及びCVTからなるパワートレインのエコランシステムに適用し、アクセルオフの減速状態にあるときにエンジンを停止させるなど、車両走行時までエコラン領域を拡大する場合にも使用することが可能である。
また、上記の実施例では、制御装置としてHV−ECU、CVT−ECU等の複数のECUを使用しているが、複数のECUの機能を一つのECUで実施するようにすることも可能である。
本発明の無段変速機制御装置を適用するハイブリッド車両の全体システムを示す図である。 CVTの無段変速部を制御するための油圧制御部の構成を示す図である。 無段変速機制御装置の各ECU間で多重通信によって送信される信号を示す図である。 エンジンの運転モードの状態遷移を示す図である。 クラッチ制御モードの状態遷移を示す図である。 各クラッチ制御モードの遷移条件を示す表である。 運転モードの変更時の作用を示すフローチャートである。 運転モードの変更時の作用を示すフローチャートである。 運転モードの変更時の作用を示すフローチャートである。 EV走行モード移行によるクラッチの制御チャートを示す図である。 回生走行モード移行によるクラッチの制御チャートを示す図である。 エンジン停止、クラッチ解放時のCVTの目標変速比を示すマップである。 CVTの目標回転数切り換え時の回転数変化及びフィードバック制御回路の積分項を示す図である。 CVTの目標回転数の切り換え時のベルトクランプ圧を示す図である。
符号の説明
1 エンジン
2 トルクコンバータ
3 前後進クラッチ
4 CVT
5 ギヤ
6 フロント駆動輪
7 モータ/ジェネレータ
8 リア駆動輪
9 油圧制御装置
10 機械式オイルポンプ
11 電動オイルポンプ
12 HV−ECU
13 ENG−ECU
14 CVT−ECU
15 MG−ECU
16 インバータ
17 バッテリ
18 プライマリプーリ
19 セカンダリプーリ
20 ベルト
DS1、DS2 DUTYソレノイド
V1、V2 油圧バルブ

Claims (10)

  1. 車両が走行中である場合であってもエンジンを停止することが可能であり、走行中にエンジンを停止する場合には、エンジンと無段変速機との間に設けられた係合手段を解放する車両システムにおける無段変速機制御装置であって、
    エンジン停止かつ車両が停止状態にある場合には、上記無段変速機の変速比を高変速比である第1の変速比に制御し、エンジン停止かつ車両が走行状態にある場合には、前記第1の変速比よりも低い第2の変速比に制御する制御手段を備えたことを特徴とする無段変速機制御装置。
  2. 請求項1に記載された無段変速機制御装置において、
    上記制御手段は、上記第2の変速比を車速によって変更することを特徴とする無段変速機制御装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載された無段変速機制御装置において、
    上記制御手段は、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、エンジンが駆動している場合に変速比を制御するときとは、変速制御のパラメータを異ならせることを特徴とする無段変速機制御装置。
  4. 請求項3に記載された無段変速機制御装置において、
    上記制御手段は、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、エンジンが駆動している場合に変速比を制御するときに比べて、変速の応答性を下げることを特徴とする無段変速機制御装置。
  5. 請求項3に記載された無段変速機制御装置において、
    上記制御手段は、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、所定時間内に変速可能な変速量に制限を設けることを特徴とする無段変速機制御装置。
  6. 請求項3に記載された無段変速機制御装置において、
    上記制御手段は、エンジンが停止している場合に変速比を制御するときには、エンジンが駆動している場合に変速比を制御するときに比べて、変速制御の目標値をなめらかに変化させることを特徴とする無段変速機制御装置。
  7. 請求項3に記載された無段変速機制御装置において、
    上記制御手段は、エンジンが駆動している状態と停止している状態とで変速制御を切り換える場合に、変速制御で行われるフィードバック制御における積分項をクリアすることを特徴とする無段変速機制御装置。
  8. 請求項3に記載された無段変速機制御装置において、
    上記制御手段は、エンジンが駆動している状態と停止している状態とで変速制御を切り換える場合に、切り換え前後の変速比の変化スピードに応じて、上記無段変速機のプーリのクランプ力を変更することを特徴とする無段変速機制御装置。
  9. 請求項8に記載された無段変速機制御装置において、
    上記プーリのクランプ力が、プーリを駆動するオイルポンプで実現可能なクランプ力を超えないように制限を設けることを特徴とする無段変速機制御装置。
  10. 請求項1に記載された無段変速機制御装置において、
    エンジン停止かつ車両が停止状態にある場合からエンジンを始動するときには、エンジンが始動して上記係合手段が係合を完了するまでの間、上記制御手段が、無段変速機のエンジン側回転数がアイドル回転数に近くなるように変速比を制御することを特徴とする無段変速機制御装置。
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