JP3374677B2 - 無段変速機の変速制御装置 - Google Patents

無段変速機の変速制御装置

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JP3374677B2
JP3374677B2 JP29027996A JP29027996A JP3374677B2 JP 3374677 B2 JP3374677 B2 JP 3374677B2 JP 29027996 A JP29027996 A JP 29027996A JP 29027996 A JP29027996 A JP 29027996A JP 3374677 B2 JP3374677 B2 JP 3374677B2
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temperature
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control
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裕介 皆川
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/66Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings
    • F16H61/664Friction gearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H59/00Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68Inputs being a function of gearing status
    • F16H59/72Inputs being a function of gearing status dependent on oil characteristics, e.g. temperature, viscosity

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Control Of Transmission Device (AREA)
  • Friction Gearing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無段変速機を備え
た車両の変速制御装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車などの車両に用いられる無段変速
機では、車速Vspとスロットル開度TVO(又はアク
セル開度)に基づいて、目標入力軸回転数(目標変速
比)を決定しており、例えば、特開平1−275944
号公報などが知られている。
【0003】このような無段変速機の変速制御装置とし
ては、トロイダル型の無段変速機を採用した場合、図1
6に示すように、無段変速機10のパワーローラ18c
を軸支したトラニオン50aを軸方向へ駆動する油圧ア
クチュエータ50と、ステップモータ61の駆動とトラ
ニオン50aの変位に応じて、実変速比をフィードバッ
クしながら油圧アクチュエータ50へ圧油を供給するコ
ントロールバルブ60を主体に構成されており、ステッ
プモータ61は変速制御コントローラからの指令に応じ
てスプール63を駆動し、油圧アクチュエータ50のピ
ストン50Pの上下の油室50H、50Lへ油圧を給排
する一方、この油圧に応じたトラニオン50aの変位
は、カム67bとリンク67aから構成されたならい機
構67を介してスプール63と相対的に運動するスリー
ブ64へフィードバックされ、油圧アクチュエータ50
への油圧は、目標入力軸回転数RREVに応じたステッ
プモータ61の駆動量と、パワーローラ18cの傾転
角、すなわち、実変速比に応じて調整され、無負荷時で
は、この変速比がステップモータ61の駆動量に応じて
一義的に決定される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な無段変速機10では、所定の強度を確保しながら軽量
化を図るため、構成要素毎に異なる材料を採用してお
り、例えば、図16のように、ケース11とコントロー
ルバルブ60のボディをアルミ合金で構成し、その他の
変速機構要素(トラニオン50a、ピストン50P、な
らい機構67、スプール63、スプール64)を鉄部品
で構成している。
【0005】運転状態に応じて作動油や各部品の温度が
上昇すると、パワーローラ18cを支持するトラニオン
50aが図16のY軸方向へ膨張し、この温度上昇に伴
ってアルミ合金で構成されたケース11は、鉄とアルミ
の熱膨張係数の違いからトラニオン50a以上に膨張す
るので、図示のようにディスク軸中心Cとパワーローラ
18cの中心を一致させた際に、カム67bからこのデ
ィスク軸中心Cまでのトラニオン50aの長さLy(図
中Y軸方向の寸法)は、相対的に短くなり、この熱膨張
による変位ΔLyがならい機構67を介してスリーブ6
3へ入力される。なお、変位ΔLyは次式により表され
る。
【0006】 ΔLy=Ly×(kAl−kFe) [ mm / ℃ ] ただし、kAl:アルミの熱膨張係数(23.0×10
-6/℃) kFe:鉄の熱膨張係数(11.76×10-6/℃) また、コントロールバルブ60の図中X軸方向の位置関
係を、上記Y軸方向と同様に考えると、いま、リンク6
7aがスリーブ64を固定していたと仮定すると、スリ
ーブ64とスプール63の伸びによって油圧調整位置
は、X軸方向にずれ、コントロールバルブ60によって
支持されるリンク67aも、アルミ合金で形成されたコ
ントロールバルブ60の熱膨張によってX軸方向に移動
し、これらX軸方向の変位量ΔLcvは、次式のように
表される。
【0007】ΔLcv=(Lsl+Lsp)×kAl−
(Lsl+Lsp)×kFe)[ mm / ℃ ] ただし、X軸方向の伸びはコントロールバルブ60の各
ポートに影響を与えるが、図示のようにピストンポート
の中心となるライン圧ポートの中心位置Aに対するスリ
ーブ長さLslとスプール長さLspとして簡略化し、
さらに、スリーブ63終端とリンク67aの支点位置は
ほぼ同一として、コントロールバルブ60の伸びが影響
するX軸方向の長さを(Lsl+Lsp)とした。
【0008】上記より、コントロールバルブ60に加わ
る変位Δxは、 Δx=ΔLy×3+Lcv =(3Ly+Lsl+Lsp)×(kAl−kFe) [ mm / ℃ ] となる。
【0009】ここで、Ly、Lsl、Lspをそれぞれ
200、70、150mmとし、温度差を50℃とした場
合、Δx=0.46[ mm ]のずれとなり、スプール63
のストロークを5.0mmとした場合には、変速比の変化
ΔRATIOは、 ΔRATIO=0.46/5.0=0.092 となって、全変速比の9.2%のずれが発生する。
【0010】しかしながら、上記従来の変速制御装置に
おいては、無段変速機10の熱膨張差に起因する変速比
のずれを考慮していないため、ピストン50pの変速比
中立点(パワーローラ18cの回転軸線O1が入出力デ
ィスクの回転軸Cと交差する位置に)が温度変化に応じ
て変動して、目標変速比を正確に実現できないという問
題があった。
【0011】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、熱膨張差に起因する変速比のずれを抑制す
ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、図17に
示すように、無段変速機100の変速比を変更する変速
比変更手段101と、車両の運転状態に応じて目標変速
比を演算するとともに、この目標変速比に応じて変速比
変更手段101を制御する変速制御手段102とを備え
た無段変速機の変速制御装置において、無段変速機10
0の温度Tを検出または推定する温度検出手段103
と、この温度に応じて前記変速比変更手段101への制
御量を、無段変速機の変速比をフィードバックするなら
い機構を構成する各部品の熱膨張差に起因するコントロ
ールバルブの変速比中立点のずれ量だけ補正する温度補
償手段104とを備える。
【0013】また第2の発明は、前記第1の発明におい
て、前記温度検出手段103が、無段変速機100の作
動油温度を検出するとともに、前記温度補償手段104
は、予め設定した温度と補償量の特性に応じて前記制御
量を補正する。
【0014】また第3の発明は、前記第1又は第2の発
明において、前記温度検出手段103の故障を検出する
故障検出手段105を設け、この故障検出手段105に
より温度検出手段103が故障であることが検出された
場合には、前記温度補償手段104は変速比変更手段1
01への制御量の補正制御を中止する。
【0015】
【発明の効果】したがって、第1の発明は、車両の運転
状態に応じて求めた変速比変更手段の制御量を、無段変
速機の温度に応じて補正するため、前記従来例に示した
ような、無段変速機の各部品の熱膨張差に起因する変速
比中立点の変動及び変速比のずれを抑制でき、常時目標
変速比を正確に実現することが可能となって、無段変速
機を備えた車両の運転性を向上させることができるので
ある。
【0016】また第2の発明は、無段変速機の作動油温
度から補償量を求める特性は、例えば、実機から求めた
データなどで予め設定されるため、熱膨張差による変速
比のずれを高精度で補償することができる。
【0017】また第3の発明は、温度検出手段が断線な
どで故障した場合には、温度検出手段に基づく変速比補
正制御を中止して、かえって逆効果になり得る誤った補
正が行われることを防止できる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。
【0019】図1に示すように、無段変速機10(図中
CVT)は変速制御コントローラ2に制御される変速比
変更手段9によって、車両の運転状態に応じた所定の変
速比に設定されるもので、無段変速機10としては、例
えば、図2に示すように、入出力ディスク(図示せず)
に挟持されたパワーローラ18cの傾転角に応じて変速
比を変更可能なトロイダル型無段変速機で構成するとと
もに、図2のように、変速比変更手段9をステップモー
タ61に駆動されるコントロールバルブ60で構成した
場合を示す。
【0020】エンジン1と無段変速機10との間には、
ロックアップクラッチL/Uを備えたトルクコンバータ
4が介装される。
【0021】変速制御コントローラ2は、運転者の操作
に応動するスロットル(図示せず)の開度TVO(又は
アクセルペダル開度ACS)と、クランク角センサ8が
検出したエンジン回転数Neを読み込む一方、無段変速
機10の入力軸回転センサ6が検出した入力軸回転数N
t(すなわち、トルクコンバータ4の出力軸回転数)、
出力軸回転センサ7が検出した出力軸回転数No、油温
センサ5からの無段変速機10の作動油温度検出値adat
fをそれぞれ読み込んで、図8に示すように、予め設定
した変速マップから運転状態に応じた目標入力軸回転数
RREVを求めて、変速比変更手段9のステップモータ
61(図2参照)へ実目標変速比RTO1に応じた制御
量ASTPを指令するもので、ステップモータ61の駆
動量と変速比の関係は図11に示すように設定される。
【0022】ここで、変速比変更手段9としては、図2
に示すように、無段変速機10のパワーローラ18cを
軸支したトラニオン50aを軸方向へ駆動する油圧アク
チュエータ50と、ステップモータ61の駆動とトラニ
オン50aの変位に応じて、実変速比をフィードバック
しながら油圧アクチュエータ50へ圧油を供給するコン
トロールバルブ60を主体に構成されており、ステップ
モータ61は変速制御コントローラ2からの指令に応じ
てスプール63を駆動し、油圧アクチュエータ50のピ
ストン50Pの上下の油室50H、50Lへ油圧を給排
する一方、この油圧に応じたトラニオン50aの変位
は、カムとリンクから構成されたならい機構67を介し
てスプール63と相対的に運動するスリーブ64へフィ
ードバックされ、油圧アクチュエータ50への油圧は、
目標変速比RTO0に応じたステップモータ61の制御
量ASTPと、パワーローラ18cの傾転角、すなわ
ち、実変速比RTOに応じて調整され、この変速比は図
11に示すように、無負荷の場合ではステップモータ6
1の駆動量に応じて一義的に決定される。
【0023】変速制御コントローラ2の制御の概要は、
車速Vspとスロットル開度TVO(又はアクセル開
度、以下同様)をパラメータとして、車両の運転状態及
び運転者の要求に応じた目標入力軸回転数RREV0を
求める変速判断部と、目標入力軸回転数RREVと実際
の入力軸回転数Ntの偏差に応じて、ステップモータ6
1(図中アクチュエータ)を駆動する変速制御部に大別
される。
【0024】ここで、変速制御コントローラ2で行われ
る制御の一例を図3〜図7のフローチャートに示し、こ
れらフローチャートを参照しながら以下に詳述する。な
お、各フローチャートは所定時間毎、例えば10msec毎
にそれぞれ実行されるものである。
【0025】まず、図3は車両の運転状態を検出する信
号計測部のフローチャートで、ステップS1では、エン
ジン1の運転状態としてスロットル開度TVO、エンジ
ン回転数Neを読み込む一方、無段変速機10から入力
軸回転数Nt、出力軸回転数Noを読み込む。
【0026】そして、ステップS2では、車両の運転状
態を示す各値の演算を行うもので、まず、出力軸回転数
Noに変換定数Aを乗じて車速Vspを得るとともに、
読み込んだエンジン回転数Neとスロットル開度TVO
から、図9のマップに基づいて推定エンジントルクTin
を、温度センサ5の検出値adatfから、図12のマップ
に基づいて無段変速機10の油温Tatfをそれぞれ演
算する。
【0027】次に、図4のフローチャートは、上記ステ
ップS1、S2で求めた運転状態に基づく、無段変速機
10の変速制御の概要を示すものである。
【0028】ステップS3は、後述する図6のフローチ
ャートのように、車両の運転状態に応じて目標入力軸回
転数マップ値RREV0、目標変速比マップ値RTO0
をそれぞれ演算して、目標入力軸回転数RREVの変化
量から1次遅れの目標入力軸回転数RREVを決定し、
この目標入力軸回転数RREVより目標変速比RTO0
を演算する。
【0029】ステップS4は、後述する図6のフローチ
ャートのように、上記目標変速比RTO0に、検出した
油温Tatfに応じて温度補償を行ってからステップモ
ータ61の制御量ASTPの演算を行う。
【0030】そして、図5のステップS5は、この制御
量ASTPをステップモータ61に指令して変速比変更
手段9の駆動を行う信号出力部である。
【0031】まず、上記図4のステップS3に示した変
速判断部の詳細は、図6のフローチャートに示すように
構成される。
【0032】ステップS10では、上記図3のフローチ
ャートで求めた、車速Vspとスロットル開度TVOか
ら、図8のマップに基づいて目標入力軸回転数マップ値
RREV0を求める。
【0033】次に、ステップS11では、1サイクル前
に求めた目標入力軸回転数RREVを前回値RREVol
dへ代入してから、ステップS12で1次遅れの時定数
K1を変数Krにセットする。
【0034】ステップS13では、上記目標入力軸回転
数マップ値RREV0、前回値RREVoldと時定数K
rから、次式に基づいて、1次遅れの目標入力軸回転数
RREVを演算する。
【0035】RREV=(RREV0+RREVold×
Kr)/(Kr+1) したがって、目標入力軸回転数マップ値RREV0と目
標入力軸回転数RREVの関係は、図14に示すように
なり、1次遅れ時定数Kr(=K1)に応じて実目標入
力軸回転数RREVはマップ値RREV0に向けて漸増
し、素早くダウンシフトを行った後、1次遅れ時定数K
1により回転数変化速度を低減して、キックダウンシフ
ト時等の目標入力軸回転数RREV0が大きく変化する
場合の変速ショックを緩和するのである。
【0036】次にステップS14では、ステップS13
で求めた目標入力軸回転数RREVと出力軸回転数No
より目標変速比RTO0をより演算する。
【0037】RTO0=RREV/No なお、目標変速比RTO0は、トルクコンバータ4のロ
ックアップクラッチL/Uが運転中には常時締結してい
る場合であり、このような場合では、トルクコンバータ
4が発進要素として機能する。
【0038】次に、図4の変速制御部は、図7のフロー
チャートのように構成され、まず、ステップS20で
は、上記ステップS14で求めた目標変速比RTO0
と、ステップS2で求めた推定エンジントルクTinか
ら、図10のマップに基づいて、無段変速機10のトル
クシフトを考慮した実目標変速比RTO1の演算を行
う。
【0039】この図10のマップは、トロイダル型無段
変速機10に発生するトルクシフトの影響を避けるた
め、入力トルク=推定エンジントルクTinに応じて実目
標変速比RTO1を変更するものであり、無段変速機1
0の特性に応じて予め設定されたものである。
【0040】そして、ステップS21では、図11の変
速比−制御ステップ数のマップに基づいて、実目標変速
比RTO1からステップモータ61の制御ステップ数F
STPを求める。
【0041】次に、ステップS100では、温度センサ
5が正常であるか否かをチェックして、正常な場合には
ステップS22へ進む一方、異常な場合にはステップS
101へ進む。
【0042】ステップS22では、前記従来例のように
温度変化による変速比のずれを防止するため、ステップ
S2で求めた油温Tatfに基づいて、温度補償用ステ
ップ数TSTPを、図13のマップから演算する。
【0043】なお、図13のマップでは、温度補償ステ
ップ数と油温Tatfの関係が1時間数となる場合を示
したが、実機においては、無段変速機10のすべての部
品の熱膨張によって、ジオメトリが若干ずれる。例え
ば、トラニオン50aの軸間距離(図16のLy)の変
化より、パワーローラ18cと入出力ディスクの接触点
がずれるため、図13のマップは、実機を温度変化させ
て得たデータにより作成することでより正確なマップと
なり、この場合、マップは任意の曲線等で構成される場
合がある。
【0044】ところで、上記ステップS100にて温度
センサ5が断線などにより異常であると判断された場合
には、ステップS101で、温度補償用ステップ数TS
TPを予め設定した値TSTP0に固定する。なお、こ
のTSTP0の値は、無段変速機運転時の平均的な油温
における温度補償ステップ数に設定する。
【0045】次に、ステップS23では、ステップS2
1、S22で求めた制御ステップ数FSTPと、温度補
償用ステップ数TSTPの和から、目標ステップ数DS
RSTPを演算する。
【0046】DSRSTP=FSTP+TSTP ステップS24以降では、制御速度をステップモータ6
1の応答速度に応じて規制して脱調を防止するため、目
標ステップ数DSRSTPと現在の制御量ASTPか
ら、ステップモータ61の応答速度に応じて制御量AS
TPの演算が行われ、目標ステップ数DSRSTPが現
在の制御量ASTPよりも大きな場合は、制御量AST
Pを単位時間当たりの制御量DSTPずつ目標値DSR
STPまで増大する一方、目標ステップ数DSRSTP
が現在の制御量ASTPよりも小さな場合は、制御量A
STPを単位時間当たりの制御量DSTPずつ目標ステ
ップ数DSRSTPまで減少する。
【0047】すなわち、図15において、ステップモー
タ61の単位時間当たりの制御量をDSTPとすると、
ステップモータ61へ実際に出力する制御量ASTP
は、目標ステップ数DSRSTPとなるまで、単位時間
当たりの制御量DSTPずつ増減して、コントロールバ
ルブ60のスプール63が変速比RTO1となる位置へ
ステップモータ61を駆動する。
【0048】こうして、図6、図7のフローチャートか
ら得られた制御量ASTPは、図5の信号出力部のステ
ップS5で、変速制御コントローラ2からステップモー
タ61へ出力され、コントロールバルブ60が供給する
油圧に応じてパワーローラ18cを傾転させ、作動油温
度Tatfにかかわらず目標変速比RTO1を正確に実
現することができるのである。
【0049】以上のように、変速制御コントローラ2は
実目標変速比RTO1から得たステップモータ61の目
標制御量FSTPを、無段変速機10の作動油温度Ta
tfに応じて補正するため、前記従来例に示したよう
な、無段変速機10の熱膨張差に起因するピストン50
の変速比中立点の変動を抑制でき、常時目標変速比を正
確に実現することが可能となって、無段変速機10を備
えた車両の運転性を向上させることができるのである。
【0050】なお、上記実施形態において、温度センサ
5が無段変速機10の作動油温度を検出する場合につい
て述べたが、温度センサ5で無段変速機10の各部品
(例えば、トラニオン50a)の温度を直接測定すれ
ば、さらに温度補償の精度を向上させることができ、あ
るいは図示しないエンジン水温またはエンジン油温を検
出し、エンジン側の温度から無段変速機10の温度を推
定すれば、部品点数の増大を防ぎながら上記と同様の作
用、効果を得ることができる。
【0051】また、上記実施形態において、無段変速機
10の作動油温に基づく補償量をマップとして設定した
が、数式などで近似しても上記と同様の作用効果を得る
ことができる。
【0052】また、上記実施形態において、無段変速機
10としてトロイダル型を採用した場合について述べた
が、図示はしないが、Vベルト式などの無段変速機を採
用しても上記と同様の作用、効果を得ることができる。
【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変
速制御装置のブロック図。
【図2】変速比変更手段の概念図。
【図3】変速制御コントローラで行われる制御の一例を
示すフローチャートで、信号計測部を示す。
【図4】同じく制御の一例を示すフローチャートで、変
速判断部及び制御部の概要を示す。
【図5】同じく制御の一例を示すフローチャートで、信
号出力部を示す。
【図6】同じく制御の一例を示すフローチャートで、変
速判断部の詳細を示す。
【図7】同じく制御の一例を示すフローチャートで、変
速制御部の詳細を示す。
【図8】スロットル開度TVOをパラメータとして目標
入力軸回転数RREV0と車速Vspの関係を示す変速
マップ。
【図9】スロットル開度TVOをパラメータとしてエン
ジン回転数NeとエンジントルクTeの関係を示すトル
クマップ。
【図10】入力トルクTinをパラメータとして目標変速
比RTO0と実目標変速比RTO1の関係を示すマッ
プ。
【図11】ステップモータの駆動ステップ数FSTPと
目標変速比RTO1の関係を示すグラフ。
【図12】油温検出値adatfと実際の油温Tatf
の関係を示すマップ。
【図13】油温Tatfと温度補償ステップ数TSTP
の関係を示すマップ。
【図14】1次遅れの目標回転数RREVとマップ検索
目標回転数RREV0の関係を示すグラフ。
【図15】目標ステップ数DSRSTPと実際の制御ス
テップ数ASTPの関係を示すグラフ。
【図16】トロイダル型無段変速機の概略断面図。
【図17】第1ないし第3の発明に対応するクレーム対
応図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 変速制御コントローラ 5 温度センサ 6 入力軸回転センサ 7 出力軸回転センサ 8 クランク角センサ 9 変速比変更手段 10 無段変速機 11 ケース 18c パワーローラ 60 コントロールバルブ 61 ステップモータ 100 無段変速機 101 変速比変更手段 102 変速制御手段 103 温度検出手段 104 温度補償手段 105 故障検出手段
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16H 59/00 - 63/48 F16H 15/38

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無段変速機の変速比を変更する変速比変更
    手段と、 車両の運転状態に応じて目標変速比を演算するととも
    に、この目標変速比に応じて前記変速比変更手段を制御
    する変速制御手段とを備えた無段変速機の変速制御装置
    において、 無段変速機の温度を検出または推定する温度検出手段
    と、 この温度に応じて前記変速比変更手段への制御量を、無
    段変速機の変速比をフィードバックするならい機構を構
    成する各部品の熱膨張差に起因するコントロールバルブ
    変速比中立点のずれ量だけ補正する温度補償手段とを
    備えたことを特徴とする無段変速機の変速制御装置。
  2. 【請求項2】 前記温度検出手段が、無段変速機の作動
    油温度を検出するとともに、前記温度補償手段は、予め
    設定した温度と補償量の特性に応じて前記制御量を補正
    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
    速制御装置。
  3. 【請求項3】 前記温度検出手段の故障を検出する故障
    検出手段を設け、この故障検出手段により温度検出手段
    が故障であることが検出された場合には、前記温度補償
    手段は変速比変更手段への制御量の補正制御を中止する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無段変
    速機の変速制御装置。
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