JP3596447B2 - 無段変速機の変速比制御システム - Google Patents
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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比制御を行う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、既に本出願人により提案されたものがある（特願平１１−３５３１３５号）。この変速比制御システムは、到達変速比等に基づき設計者が希望する変速比応答を得るための制御定数を決定する動特性補償部と、目標とする変速比と実変速比の偏差に基づき積分要素を含み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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような変速比制御システムでは、目標とする変速比に実変速比を追従させる応答性補償部が常時動作していたため、機構的な要因により定常偏差が生じた場合、これに応じて応答性補償部に積分値が蓄積されていく。したがって、この状態でシフト方向が変化した場合、即ち目標とする変速比と実変速比の偏差の符号が変化した場合、蓄積された積分値分、変速比応答が遅くなるという問題がある。
【０００５】
例えば、無段変速機の可変プーリのプーリ溝幅は油圧により変更するが、エンジン回転数が低くかつ他の駆動負荷が大きい等、油圧のライン圧力が低くなり、例えば高い圧の供給を必要とする最ＬＯＷに物理的に変速することができないようなときに、最ＬＯＷの指令値が入力され、ダウンシフトした場合、目標変速比と実変速比とに定常偏差が生じ、応答性補償部に積分値が蓄積されてしまう。したがって、この状態でアップシフトの指令値が入力されても、定常偏差により蓄積された積分値が無くなるまでは、アップ側へ変速することはできず、変速比応答に遅れを生じることになる。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、運転状態に応じて決まる到達変速比に無段変速機の実変速比が所定の動特性で追従するよう変速比指令値を演算する変速比指令値演算手段と、前記到達変速比と、前記所定の動特性を表す時定数とに基づき実変速比が目標通り追従しているときの変速比を演算する目標変速比演算手段と、該目標変速比演算手段で演算した目標変速比と実変速比との偏差を積分演算した値に基づき前記変速比指令値の積分補正量を演算する変速比指令値補正量演算手段と、前記補正量に基づき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の変速制御機構のアクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御手段とを備えると共に、前記補正量の積分分が所定のしきい値以上になったとき、前記変速比指令値補正量演算手段の動作を停止する動作停止手段を備え、前記変速比指令値補正量演算手段の動作を停止した後、目標変速比と実変速比との偏差の符号が変化したとき、積分補正量を０にしてから前記変速比指令値補正量演算手段の動作を再開する。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記変速比指令値補正量演算手段の動作を再開する際に、無段変速機の変速制御機構のアクチュエータを実変速比に対応する位置まで駆動すると共に、実変速比を用いて当該サーボ系を初期化する。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、前記初期化後、当該サーボ系の動作を再開する。
【００１１】
【発明の効果】
第１の発明では、変速比指令値補正量演算手段における補正量の積分分が所定のしきい値以上になったとき、変速比指令値補正量演算手段の動作を停止するので、機構的に定常偏差が生じた場合に、変速比指令値の補正量のみが増加するようなことはなく、したがってシフト方向を変化したときに、変速比応答の遅れを防止できる。
【００１２】
さらに、シフト方向が変化して目標変速比と実変速比との偏差の符号が変化したときに積分補正量を０にするため、積分値の蓄積による変速比応答への影響を防止できる。
【００１３】
第２、第３の発明では、機構的に定常偏差が生じた場合に、変速制御機構のアクチュエータを実変速比に対応する位置まで戻すと共に、実変速比を用いてサーボ系を初期化するので、シフト方向を変化したときに、直ちに変速することができ、良好な変速比応答を確保することができる。
【００１４】
【実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る無段変速機の変速比制御システムの概略構成を示し、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。
【００１６】
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（変速制御機構のアクチュエータ）とを備える。なお、油圧コントロールユニット３へは、図示しないが油圧源の油圧が油圧ラインを介して導かれる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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。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を演算すると共に、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を演算し、ステップモータ２を制御する。
【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】
この図に示すように、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とから構成される。
【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、入力回転速度信号Ｎｐｒｉ、出力回転速度信号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。到達変速比ｉＰＴは、運転状態に応じて決定され、例えば、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとして出力回転速度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って決定される。
【００２３】
実変速比演算部Ｂ２は、変速機構部１７の入力回転速度Ｎｐｒｉと出力回転速度Ｎｓｅｃから次式（１）、
【００２４】
【数１】
により、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲを演算し、それを変速比指令値演算部Ｂ３に出力する。
【００２５】
変速比指令値演算部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。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、図３から図１０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。
【００２８】
図３は変速比指令値演算部Ｂ３のブロック線図である。変速比指令値演算部Ｂ３は、動特性補償部Ｂ３１と応答性補償部Ｂ３２と補正値監視部Ｂ３５等から構成される。また、図中に変速比指令値変換部Ｂ４、制御対象である無段変速機４（ステップモータ２、油圧コントロールユニット３及び変速機構部１７）を示している。
【００２９】
ここで無段変速機４の動特性は次式（２）に示すような一時遅れとむだ時間で表すことができる。
【００３０】
【数２】
ただし、
Ｌ ：むだ時間
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
ｉＰＲ：実変速比
ｓＤ ：変速方向
ＰＬ ：ライン圧力（油圧コントロールユニット３へ導かれる油圧）
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。
【００３１】
また、無段変速機４の動特性を表す時定数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。なお、変速方向ｓＤの判定方法は、特開平８−３３８５１５号に変速制御弁の変位量に基づき変速制御弁の開口方向を演算する方法として開示されている。
【００３２】
以上のことを踏まえ、図３に示す変速比指令値演算部Ｂ３の各要素について説明する。
【００３３】
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式（３）、
【００３４】
【数３】
ただし、
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を得るための時定数
で与えられるとすると、実変速比ｉＰＲが動特性ＧＴ（ｓ）で到達変速比ｉＰＴに近づくよう、次式（４）に基づき動特性補償出力ｉＰＦＦ（変速比指令値）を演算する。つまり、動特性補償部Ｂ３１は１次／１次フィルタで構成される。
【００３５】
【数４】
ただし、
ＴＰ：無段変速機４の動特性を表す時定数
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を得るための時定数
時定数ＴＴは到達変速比ｉＰＴと後述する目標変速比ｉＰＭとの偏差に基づき予め設定されたマップにより決定される。
【００３６】
次に、応答性補償部Ｂ３２について説明する。この応答性補償部Ｂ３２は目標変速比演算部Ｂ３３と動特性補償出力補正部Ｂ３４とから構成される。
【００３７】
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を次式（５）に基づき演算する。この目標変速比ｉＰＭは実変速比ｉＰＲが到達変速比ｉＰＴに至るまでの過渡的な目標値である。
【００３８】
【数５】
ただし、
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を表す時定数
なお、次式（６）に示すように無段変速機４のむだ時間相当の遅れを考慮してもよい。
【００３９】
【数６】
動特性補償出力補正部Ｂ３４では、目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとの偏差ｉＰＥＲＲ（＝ｉＰＭ−ｉＰＲ）を入力として、特願平１１−３５３１３５号のように、積分特性を有し、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰの変化およびむだ時間Ｌに対し安定性が補償されているフィルタＧＦＢを用いて、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢ（変速比指令値補正量）を算出する。
【００４０】
次に、補正値監視部Ｂ３５について説明する。補正値監視部Ｂ３５では、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを基に、補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴを算出すると共に、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢ、到達変速比ｉＰＴ、実変速比ｉＰＲを基に、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢの監視制御を行う。
【００４１】
以下に補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴの算出方法、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢの監視制御について説明する。
【００４２】
まず、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢが補正値の限界を定めた補正値リミッタ（しきい値）ｉＰＦＢＬＩＭＩＴ以上かどうかを次式（７）により比較する。
【００４３】
【数７】
▲１▼．（７）式が成立しない場合
動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを常に補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴとする。
【００４４】
▲２▼．（７）式が成立した場合
動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を停止して、その停止時の動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴとする。
【００４５】
次に、積分方向ＬＩＭＤＲを到達変速比ｉＰＴ、実変速比ｉＰＲから次式（８）により算出する。（７）式が成立した時点の積分方向ＬＩＭＤＲを積分停止符号ＬＩＭＳＴＯＰとする。
【００４６】
【数８】
この後、積分方向ＬＩＭＤＲが変化したとき、変速方向が変化したと判断して、動特性補償出力補正部Ｂ３４内の積分器を０に初期化する（０にリセットする）、または、ステップモータ２を実変速比ｉＰＲに対応する位置まで一定速度（例えば、１秒間に３００ステップ）で戻すよう、補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴを出力した後、動特性補償出力補正部Ｂ３４内の積分器を０におよび実変速比ｉＰＲを用いて変速比制御システム（変速比サーボ系）すべてを初期化する（実変速比ｉＰＲを変速比サーボ系の初期値にする）。
【００４７】
初期化を完了した後、動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を再開して、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを算出し、その動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴとする。
【００４８】
なお、動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を停止した後、積分方向ＬＩＭＤＲが変化するまで積分器を初期化しないまたはステップモータ２を戻さないのは、ライン圧力が低くてもしくはその状態が継続して指令変速比に到達できないのか、その後ライン圧力が高くなるなどして指令変速比まで到達できるのか不明であるためである。このため、他の駆動負荷が低減し、ライン圧が最ＬＯＷに変速できるまで高くなった場合に通常のサーボ制御へ隅ｙかに戻ることができる。
【００４９】
そして、補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴと動特性補償部Ｂ３１の動特性補償出力ｉＰＦＦから、次式（９）により最終的な変速比指令値ｉＰＣＦ（補正後の変速比指令値）を算出する。
【００５０】
【数９】
（９）式から算出される変速比指令値ｉＰＣＦをステップモータ２に指令することにより、パラメータ変動等の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。
【００５１】
なお、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おいて、図４に示したようなマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦ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。
【００５２】
補正値監視部Ｂ３５の処理を図６のフローチャートに示す。ただし、これは動特性補償出力補正値ｉＰＦＢが補正値リミッタｉＰＦＢＬＩＭＩＴ以上となって動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を停止した後のものである。
【００５３】
ステップＳ１では、前（８）式により積分方向ＬＩＭＤＲを算出し、積分方向ＬＩＭＤＲが変化した場合、ステップＳ２からステップＳ３へ進む。
【００５４】
ステップＳ３、Ｓ４では、ステップモータ２を現在の積分方向ＬＩＭＤＲに一定速度（１秒間に３００ステップ）で実変速比ｉＰＲに対応する位置まで駆動した後、ステップＳ５へ進む。
【００５５】
ステップＳ５では、動特性補償出力補正部Ｂ３４内の積分器および実変速比ｉＰＲを用いて変速比制御システムを初期化し、動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を再開つまり通常のサーボ処理を再開する。
【００５６】
なお、ステップモータ２を実変速比ｉＰＲに対応する位置まで戻さない場合は、ステップＳ３、Ｓ４の処理は行わず、ステップＳ５では動特性補償出力補正部Ｂ３４内の積分器のみを初期化する。
【００５７】
図７に到達変速比ｉＰＴが最ＬＯＷで、実変速比ｉＰＲが到達変速比ｉＰＴに達せず、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢが補正値リミッタｉＰＦＢＬＩＭＩＴ以上となったときの変速比応答に対する積分値出力（動特性補償出力補正値ｉＰＦＢ）のシミュレーションを示す。これは、単純に動特性補償出力補正部Ｂ３４内の積分器を０に初期化したもので、図８はその拡大図を示す。ステップモータ２が最ＬＯＷの位置にあるときの積分リセットであるので、ステップモータ２が動くことはなく、積分値の急変が変速比応答に悪影響を与えることはない。
【００５８】
次に、従来の変速比制御システムと本発明の変速比制御システムについて変速比応答性に関する比較を行う。
【００５９】
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ライン圧力が低い状態におけるダウン方向スイッチ変速（２速から１速）した後のアップ方向スイッチ変速（１速から２速）を行なった結果である。
【００６０】
この場合、ダウン方向スイッチ変速をしたとき、機構的に１速に戻ることができないため、到達変速比に実変速比が到達することができない。即ち、機構的な定常偏差が生じる。
【００６１】
このため、従来のシステムでは、応答性補償部に積分値が蓄積されていき、アップシフトした場合、積分値が０となるまで変速することができず、変速比応答が遅れる。この遅れは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。
【００６２】
これに対して、本発明の変速比制御システムでは、応答性補償部Ｂ３２（動特性補償出力補正部Ｂ３４）の積分値を初期化する、もしくはステップモータを実変速比に対応する位置まで戻した後、積分値および実変速比を用いて変速比制御システムを初期化するので、機構的に定常偏差が生じる状態においても、アップシフトした場合、速やかに、もしくはステップモータが実変速比に対応する位置にあるために直ちに変速することができ、変速比応答に遅れを生じることはない。したがって、良好な運転性、燃費を確保できることがわかる。
【００６３】
なお、動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作停止を積分値により決定していることで、変速比が変化するすべての領域にて本ロジックを使用できる。また、フードバック系のみによって動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を決めることから、フィードフォワード補償器すなわち動特性補償部Ｂ３１の設計を自由に行うことができる。
【００６４】
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に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線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】本発明に係る変速比制御システムの概略構成図である。
【図２】ＣＶＴコントロールユニットの内部構成を示すブロック線図である。
【図３】変速比指令値演算部のブロック線図である。
【図４】ステップモータの角位置と無段変速機の変速比の関係を規定するマップである。
【図５】実変速比と変速方向とライン圧と無段変速機の動特性を表す時定数との関係を規定するマップである。
【図６】補正値監視部の処理内容を説明するためのフローチャートである。
【図７】機構的に定常偏差が生じた場合の変速比応答に対する積分値出力のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図７の部分的拡大図である。
【図９】従来の変速比制御システムにおいて、機構的に定常偏差が生じた場合の変速比応答のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の変速比制御システムにおいて、機構的に定常偏差が生じた場合の変速比応答のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ ＣＶＴコントロールユニット
２ ステップモータ
３ 油圧コントロールユニット
４ 無段変速機
１２ スロットル開度センサ
１３ インヒビタースイッチ
１４ 油温センサ
１５ 入力回転速度センサ
１６ 出力回転速度センサ
１７ 変速機構部
【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比制御を行う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、既に本出願人により提案されたものがある（特願平１１−３５３１３５号）。この変速比制御システムは、到達変速比等に基づき設計者が希望する変速比応答を得るための制御定数を決定する動特性補償部と、目標とする変速比と実変速比の偏差に基づき積分要素を含み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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような変速比制御システムでは、目標とする変速比に実変速比を追従させる応答性補償部が常時動作していたため、機構的な要因により定常偏差が生じた場合、これに応じて応答性補償部に積分値が蓄積されていく。したがって、この状態でシフト方向が変化した場合、即ち目標とする変速比と実変速比の偏差の符号が変化した場合、蓄積された積分値分、変速比応答が遅くなるという問題がある。
【０００５】
例えば、無段変速機の可変プーリのプーリ溝幅は油圧により変更するが、エンジン回転数が低くかつ他の駆動負荷が大きい等、油圧のライン圧力が低くなり、例えば高い圧の供給を必要とする最ＬＯＷに物理的に変速することができないようなときに、最ＬＯＷの指令値が入力され、ダウンシフトした場合、目標変速比と実変速比とに定常偏差が生じ、応答性補償部に積分値が蓄積されてしまう。したがって、この状態でアップシフトの指令値が入力されても、定常偏差により蓄積された積分値が無くなるまでは、アップ側へ変速することはできず、変速比応答に遅れを生じることになる。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、運転状態に応じて決まる到達変速比に無段変速機の実変速比が所定の動特性で追従するよう変速比指令値を演算する変速比指令値演算手段と、前記到達変速比と、前記所定の動特性を表す時定数とに基づき実変速比が目標通り追従しているときの変速比を演算する目標変速比演算手段と、該目標変速比演算手段で演算した目標変速比と実変速比との偏差を積分演算した値に基づき前記変速比指令値の積分補正量を演算する変速比指令値補正量演算手段と、前記補正量に基づき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の変速制御機構のアクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御手段とを備えると共に、前記補正量の積分分が所定のしきい値以上になったとき、前記変速比指令値補正量演算手段の動作を停止する動作停止手段を備え、前記変速比指令値補正量演算手段の動作を停止した後、目標変速比と実変速比との偏差の符号が変化したとき、積分補正量を０にしてから前記変速比指令値補正量演算手段の動作を再開する。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記変速比指令値補正量演算手段の動作を再開する際に、無段変速機の変速制御機構のアクチュエータを実変速比に対応する位置まで駆動すると共に、実変速比を用いて当該サーボ系を初期化する。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、前記初期化後、当該サーボ系の動作を再開する。
【００１１】
【発明の効果】
第１の発明では、変速比指令値補正量演算手段における補正量の積分分が所定のしきい値以上になったとき、変速比指令値補正量演算手段の動作を停止するので、機構的に定常偏差が生じた場合に、変速比指令値の補正量のみが増加するようなことはなく、したがってシフト方向を変化したときに、変速比応答の遅れを防止できる。
【００１２】
さらに、シフト方向が変化して目標変速比と実変速比との偏差の符号が変化したときに積分補正量を０にするため、積分値の蓄積による変速比応答への影響を防止できる。
【００１３】
第２、第３の発明では、機構的に定常偏差が生じた場合に、変速制御機構のアクチュエータを実変速比に対応する位置まで戻すと共に、実変速比を用いてサーボ系を初期化するので、シフト方向を変化したときに、直ちに変速することができ、良好な変速比応答を確保することができる。
【００１４】
【実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る無段変速機の変速比制御システムの概略構成を示し、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。
【００１６】
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（変速制御機構のアクチュエータ）とを備える。なお、油圧コントロールユニット３へは、図示しないが油圧源の油圧が油圧ラインを介して導かれる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、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。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を演算すると共に、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を演算し、ステップモータ２を制御する。
【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】
この図に示すように、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とから構成される。
【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、入力回転速度信号Ｎｐｒｉ、出力回転速度信号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。到達変速比ｉＰＴは、運転状態に応じて決定され、例えば、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとして出力回転速度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って決定される。
【００２３】
実変速比演算部Ｂ２は、変速機構部１７の入力回転速度Ｎｐｒｉと出力回転速度Ｎｓｅｃから次式（１）、
【００２４】
【数１】
【００２５】
変速比指令値演算部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。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、図３から図１０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。
【００２８】
図３は変速比指令値演算部Ｂ３のブロック線図である。変速比指令値演算部Ｂ３は、動特性補償部Ｂ３１と応答性補償部Ｂ３２と補正値監視部Ｂ３５等から構成される。また、図中に変速比指令値変換部Ｂ４、制御対象である無段変速機４（ステップモータ２、油圧コントロールユニット３及び変速機構部１７）を示している。
【００２９】
ここで無段変速機４の動特性は次式（２）に示すような一時遅れとむだ時間で表すことができる。
【００３０】
【数２】
Ｌ ：むだ時間
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
ｉＰＲ：実変速比
ｓＤ ：変速方向
ＰＬ ：ライン圧力（油圧コントロールユニット３へ導かれる油圧）
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。
【００３１】
また、無段変速機４の動特性を表す時定数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。なお、変速方向ｓＤの判定方法は、特開平８−３３８５１５号に変速制御弁の変位量に基づき変速制御弁の開口方向を演算する方法として開示されている。
【００３２】
以上のことを踏まえ、図３に示す変速比指令値演算部Ｂ３の各要素について説明する。
【００３３】
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式（３）、
【００３４】
【数３】
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を得るための時定数
で与えられるとすると、実変速比ｉＰＲが動特性ＧＴ（ｓ）で到達変速比ｉＰＴに近づくよう、次式（４）に基づき動特性補償出力ｉＰＦＦ（変速比指令値）を演算する。つまり、動特性補償部Ｂ３１は１次／１次フィルタで構成される。
【００３５】
【数４】
ＴＰ：無段変速機４の動特性を表す時定数
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を得るための時定数
時定数ＴＴは到達変速比ｉＰＴと後述する目標変速比ｉＰＭとの偏差に基づき予め設定されたマップにより決定される。
【００３６】
次に、応答性補償部Ｂ３２について説明する。この応答性補償部Ｂ３２は目標変速比演算部Ｂ３３と動特性補償出力補正部Ｂ３４とから構成される。
【００３７】
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を次式（５）に基づき演算する。この目標変速比ｉＰＭは実変速比ｉＰＲが到達変速比ｉＰＴに至るまでの過渡的な目標値である。
【００３８】
【数５】
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を表す時定数
なお、次式（６）に示すように無段変速機４のむだ時間相当の遅れを考慮してもよい。
【００３９】
【数６】
【００４０】
次に、補正値監視部Ｂ３５について説明する。補正値監視部Ｂ３５では、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを基に、補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴを算出すると共に、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢ、到達変速比ｉＰＴ、実変速比ｉＰＲを基に、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢの監視制御を行う。
【００４１】
以下に補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴの算出方法、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢの監視制御について説明する。
【００４２】
まず、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢが補正値の限界を定めた補正値リミッタ（しきい値）ｉＰＦＢＬＩＭＩＴ以上かどうかを次式（７）により比較する。
【００４３】
【数７】
動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを常に補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴとする。
【００４４】
▲２▼．（７）式が成立した場合
動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を停止して、その停止時の動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴとする。
【００４５】
次に、積分方向ＬＩＭＤＲを到達変速比ｉＰＴ、実変速比ｉＰＲから次式（８）により算出する。（７）式が成立した時点の積分方向ＬＩＭＤＲを積分停止符号ＬＩＭＳＴＯＰとする。
【００４６】
【数８】
【００４７】
初期化を完了した後、動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を再開して、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを算出し、その動特性補償出力補正値ｉＰＦＢを補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴとする。
【００４８】
なお、動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を停止した後、積分方向ＬＩＭＤＲが変化するまで積分器を初期化しないまたはステップモータ２を戻さないのは、ライン圧力が低くてもしくはその状態が継続して指令変速比に到達できないのか、その後ライン圧力が高くなるなどして指令変速比まで到達できるのか不明であるためである。このため、他の駆動負荷が低減し、ライン圧が最ＬＯＷに変速できるまで高くなった場合に通常のサーボ制御へ隅ｙかに戻ることができる。
【００４９】
そして、補正値監視部出力ｉＰＦＢＯＵＴと動特性補償部Ｂ３１の動特性補償出力ｉＰＦＦから、次式（９）により最終的な変速比指令値ｉＰＣＦ（補正後の変速比指令値）を算出する。
【００５０】
【数９】
【００５１】
なお、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おいて、図４に示したようなマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦ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。
【００５２】
補正値監視部Ｂ３５の処理を図６のフローチャートに示す。ただし、これは動特性補償出力補正値ｉＰＦＢが補正値リミッタｉＰＦＢＬＩＭＩＴ以上となって動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を停止した後のものである。
【００５３】
ステップＳ１では、前（８）式により積分方向ＬＩＭＤＲを算出し、積分方向ＬＩＭＤＲが変化した場合、ステップＳ２からステップＳ３へ進む。
【００５４】
ステップＳ３、Ｓ４では、ステップモータ２を現在の積分方向ＬＩＭＤＲに一定速度（１秒間に３００ステップ）で実変速比ｉＰＲに対応する位置まで駆動した後、ステップＳ５へ進む。
【００５５】
ステップＳ５では、動特性補償出力補正部Ｂ３４内の積分器および実変速比ｉＰＲを用いて変速比制御システムを初期化し、動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を再開つまり通常のサーボ処理を再開する。
【００５６】
なお、ステップモータ２を実変速比ｉＰＲに対応する位置まで戻さない場合は、ステップＳ３、Ｓ４の処理は行わず、ステップＳ５では動特性補償出力補正部Ｂ３４内の積分器のみを初期化する。
【００５７】
図７に到達変速比ｉＰＴが最ＬＯＷで、実変速比ｉＰＲが到達変速比ｉＰＴに達せず、動特性補償出力補正値ｉＰＦＢが補正値リミッタｉＰＦＢＬＩＭＩＴ以上となったときの変速比応答に対する積分値出力（動特性補償出力補正値ｉＰＦＢ）のシミュレーションを示す。これは、単純に動特性補償出力補正部Ｂ３４内の積分器を０に初期化したもので、図８はその拡大図を示す。ステップモータ２が最ＬＯＷの位置にあるときの積分リセットであるので、ステップモータ２が動くことはなく、積分値の急変が変速比応答に悪影響を与えることはない。
【００５８】
次に、従来の変速比制御システムと本発明の変速比制御システムについて変速比応答性に関する比較を行う。
【００５９】
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ライン圧力が低い状態におけるダウン方向スイッチ変速（２速から１速）した後のアップ方向スイッチ変速（１速から２速）を行なった結果である。
【００６０】
この場合、ダウン方向スイッチ変速をしたとき、機構的に１速に戻ることができないため、到達変速比に実変速比が到達することができない。即ち、機構的な定常偏差が生じる。
【００６１】
このため、従来のシステムでは、応答性補償部に積分値が蓄積されていき、アップシフトした場合、積分値が０となるまで変速することができず、変速比応答が遅れる。この遅れは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。
【００６２】
これに対して、本発明の変速比制御システムでは、応答性補償部Ｂ３２（動特性補償出力補正部Ｂ３４）の積分値を初期化する、もしくはステップモータを実変速比に対応する位置まで戻した後、積分値および実変速比を用いて変速比制御システムを初期化するので、機構的に定常偏差が生じる状態においても、アップシフトした場合、速やかに、もしくはステップモータが実変速比に対応する位置にあるために直ちに変速することができ、変速比応答に遅れを生じることはない。したがって、良好な運転性、燃費を確保できることがわかる。
【００６３】
なお、動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作停止を積分値により決定していることで、変速比が変化するすべての領域にて本ロジックを使用できる。また、フードバック系のみによって動特性補償出力補正部Ｂ３４の動作を決めることから、フィードフォワード補償器すなわち動特性補償部Ｂ３１の設計を自由に行うことができる。
【００６４】
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に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線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】本発明に係る変速比制御システムの概略構成図である。
【図２】ＣＶＴコントロールユニットの内部構成を示すブロック線図である。
【図３】変速比指令値演算部のブロック線図である。
【図４】ステップモータの角位置と無段変速機の変速比の関係を規定するマップである。
【図５】実変速比と変速方向とライン圧と無段変速機の動特性を表す時定数との関係を規定するマップである。
【図６】補正値監視部の処理内容を説明するためのフローチャートである。
【図７】機構的に定常偏差が生じた場合の変速比応答に対する積分値出力のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図７の部分的拡大図である。
【図９】従来の変速比制御システムにおいて、機構的に定常偏差が生じた場合の変速比応答のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の変速比制御システムにおいて、機構的に定常偏差が生じた場合の変速比応答のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ ＣＶＴコントロールユニット
２ ステップモータ
３ 油圧コントロールユニット
４ 無段変速機
１２ スロットル開度センサ
１３ インヒビタースイッチ
１４ 油温センサ
１５ 入力回転速度センサ
１６ 出力回転速度センサ
１７ 変速機構部
Claims (3)
- 運転状態に応じて決まる到達変速比に無段変速機の実変速比が所定の動特性で追従するよう変速比指令値を演算する変速比指令値演算手段と、
前記到達変速比と、前記所定の動特性を表す時定数とに基づき実変速比が目標通り追従しているときの変速比を演算する目標変速比演算手段と、
該目標変速比演算手段で演算した目標変速比と実変速比との偏差を積分演算した値に基づき前記変速比指令値の積分補正量を演算する変速比指令値補正量演算手段と、
前記補正量に基づき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の変速制御機構のアクチュエータを駆動制御するアクチュエータ駆動制御手段とを備えると共に、
前記補正量の積分分が所定のしきい値以上になったとき、前記変速比指令値補正量演算手段の動作を停止する動作停止手段を備え、
前記変速比指令値補正量演算手段の動作を停止した後、目標変速比と実変速比との偏差の符号が変化したとき、積分補正量を０にしてから前記変速比指令値補正量演算手段の動作を再開することを特徴とする無段変速機の変速比制御システム。 - 前記変速比指令値補正量演算手段の動作を再開する際に、無段変速機の変速制御機構のアクチュエータを実変速比に対応する位置まで駆動すると共に、実変速比を用いて当該サーボ系を初期化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システム。
- 前記初期化後、当該サーボ系の動作を再開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システム。
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