JP3606142B2 - 無段変速機の変速比制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
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、例えば、特開平８−２９６７０８号に開示されたものがある。この変速比制御システムは、図１６に示すように実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し制御を行う動特性補償器と、無段変速機の動特性変化や外乱の影響を除去する外乱補償器から構成される。
【０００４】
このような構成を備えることにより、設計者が希望する変速比応答の実現と、無段変速機の動特性変化や外乱の影響に対する安定性の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、このような従来の変速比制御システムにあっては、所望の変速比応答を達成するための動特性補償器がフィードフォワード補償器で構成されていたため、ステップモータの駆動速度制限（ハードあるいはソフト上のリミッタ）や角位置制限（ハード上のストッパ）による変速性能の悪化を防止することができないという問題があった。
【０００６】
外乱補償器を備えているが、その外乱補償器は油の劣化や組立てバラツキ等によるパラメータ変動（時定数、すなわち応答の変化）等の外乱を補償するためのものなので、上述のように変速機構部の動作が制限された場合までは補償しきれない。
【０００７】
そのため、高開度の踏み込みダウンシフトや足離しアップシフトといった変速比の目標値が不連続に急変する運転条件においては目標とする変速比応答を達成することができないといった問題が生じる。
【０００８】
この点を改善するために動特性補償器を図１７に示すようにフィードバック補償器で構成することも考えられるが、このように構成した場合、今度は目標とする変速比応答と外乱に対する応答性を独立して自由に設計することができなくなるという問題が生じる。
【０００９】
すなわち、動特性補償器は希望する変速比応答が得られるように設計されるが、動特性補償器をフィードバック補償器で構成すると、外乱補償器により補償された結果を含んだ実変速比をフィードバックして変速比応答が決まるため、動特性補償器と外乱補償器を別々に独立して設計することができなくなる。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、変速機構部の制限が生じた場合であっても目標変速比と実変速比との偏差を減少させて目標とする変速比応答を実現することを目的とする。さらには、目標とする変速比応答と外乱に対する応答性を独立して設計可能な変速比制御システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、変速比制御システムにおいて、運転状態に応じて決まる到達変速比と、所定の動特性を表す時定数と、推定された無段変速機の動特性を表す時定数とに基づき変速比指令値を演算する手段と、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目標変速比を演算する手段と、前記目標変速比と実変速比との偏差に基づき前記変速比指令値の補正量を演算する手段と、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手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、無段変速機に加わる外乱を補償すべく近似ゼロイングを用いたフィルタにより前記変速比指令値をさらに補正する手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、変速比指令値の補正量を演算する手段が、目標変速比と実変速比との偏差を、無段変速機の動特性を表す時定数に基づき決定される関数に通して変速比指令値の補正量を演算することを特徴とするものである。
【００１４】
第４の発明は、第１の発明において、変速比指令値の補正量を演算する手段が、前記目標変速比と実変速比との偏差を無段変速機の動特性を表す時定数の変化に対して安定性が補償されているフィルタに通して変速比指令値の補正量を演算することを特徴とするものである。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明において、フィルタが積分特性を有することを特徴とするものである。
【００１６】
第６の発明は、第４の発明において、変速比指令値の補正量を演算する手段と無段変速機とからなる閉ループ制御系の周波数特性が低周波領域でゲイン１となり、高周波領域でゲインピークを持たないように前記フィルタを設計したことを特徴とするものである。
【００１７】
第７の発明は、第４の発明において、フィルタが無段変速機の動特性を表す時定数の変化を含めて構成した一般化制御対象を用いて設計されることを特徴とするものである。
【００１８】
第８の発明は、第４の発明において、フィルタが無段変速機の動特性のむだ時間を含めて構成した一般化制御対象を用いて設計されることを特徴とするものである。
【００１９】
第９の発明は、第１から第８の発明において、変速比指令値を演算する手段が、前記到達変速比を、所定の動特性を表す伝達関数に無段変速機の動特性を表す伝達関数の逆関数を掛け合わせたフィルタに通して前記変速比指令値を演算することを特徴とするものである。
【００２０】
第１０の発明は、第１から第８の発明において、変速比指令値を演算する手段が、前記到達変速比を、
【００２１】
【数２】
ＴＰ：無段変速機の動特性を表す時定数
ＴＴ：所定の動特性を表す時定数
で表される１次／１次フィルタに通して変速比指令値を演算することを特徴とするものである。
【００２２】
第１１の発明は、第１から第１０の発明において、無段変速機の動特性にむだ時間要素が存在する場合、目標変速比を演算する手段がむだ時間相当の遅れを考慮して目標変速比を演算することを特徴とするものである。
【００２３】
【作用及び効果】
したがって、変速比制御システムは実変速比が所定の動特性をもって運転条件に応じて決まる到達変速比に近づくように無段変速機を制御し、実変速比は所定の動特性と到達変速比に基づき演算される目標変速比に追従するが、第１の発明によると、ステップモータの駆動速度制限や角位置制限等を受けて実変速比が所定の動特性で到達変速比に近づかず、目標変速比と実変速比とに偏差が生じた場合には、変速比指令値にその偏差に応じた補正が施される。
【００２４】
これにより、目標変速比と実変速比との偏差を縮小することができ、ステップモータの駆動速度制限や角位置制限を受けたとしてもそれによって変速比応答性能が悪化するのを抑えることができる。
【００２５】
また、第２の発明のように、無段変速機に加わる外乱（パラメータ変動やステップモータの脱調等）を補償すべく変速比指令値をさらに補正する構成とすることにより、変速比指令値を演算する手段がその影響を受けることはなく、目標とする変速比応答と外乱に対する応答性とを独立して設計することができる。
【００２６】
また、第３の発明によると、変速比指令値の補正量の演算に用いる関数を適宜調整することにより、設計者が希望する制御系の安定性を満足するように設計することができる。
【００２７】
また、第４の発明によっても第２の発明と同様に目標とする変速比応答と外乱に対する応答性とを独立して設計することができる。さらに、第４の発明では外乱補償に近似ゼロイングを用いておらず、閉ループ系に不確定要素が含まれないので、仮に無段変速機の動特性を表す時定数を誤推定したとしてもそれが変速比制御性能に与える影響を低く抑えられる。
【００２８】
また、第５の発明によると、無段変速機の動特性を表す時定数を誤推定したとしても、実変速比と目標変速比に定常偏差が生じるのを抑えることができ、第６の発明によると、無段変速機の動特性を表す時定数の誤推定が変速比制御性能に与える影響を抑えることができる。
【００２９】
また、第７の発明によると、無段変速機の動特性を表す時定数を誤推定したとしても、制御系の安定性を損なうことが無く実変速比と目標変速比に偏差が生じた場合の補償を行うことができる。
【００３０】
また、第８の発明によると、むだ時間を考慮することにより制御系の安定性をより大きく取ることができ、無段変速機のパラメータ変動などにより実変速比と目標変速比に偏差が生じたとしても安定性を損なうことなく補償を行うことができる。
【００３１】
また、第９から第１１の発明のように変速比制御システムを構成することにより、無段変速機の特性を正確に表すことができ、簡単な構成でありながら高い変速比応答を実現することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）、
【００４２】
【数３】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、図３から図９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。
【００４６】
図３は変速比制御システムのブロック線図である。変速比制御システムは大きく分けて動特性補償器Ｂ３１と、応答補正部Ｂ３２と、外乱補償器Ｂ３３と、変速比指令値変換部Ｂ４と、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）と、加減算器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３から構成される。
【００４７】
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。
【００４８】
【数４】
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
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。
【００４９】
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）に応じて変化するので、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ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、時定数ＴＰはプーリ５、６のプーリ溝幅を変更する油圧源の圧力の影響も受けるので、油圧源の圧力も考慮に入れて時定数Ｔｐを算出するようにしても良い。また、変速方向ｓＤは実変速比ｉＰＲや変速比サーボ系の変数を用いて判定され、その具体的な判定方法は、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。
【００５０】
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。
【００５１】
まず、動特性補償器Ｂ３１について説明すると、動特性補償器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）、
【００５２】
【数５】
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で到達変速比ｉＰＴに近づくよう、次式（４）に基づき変速比指令値ｉＰＡを演算する。つまり、動特性補償器Ｂ３１は１次／１次フィルタで構成され、
【００５３】
【数６】
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
となる。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。
【００５４】
したがって、動特性補償器Ｂ３１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を実現すべく変速比指令値ｉＰＡを出力する。
【００５５】
次に、応答補正部Ｂ３２について説明する。この応答補正部Ｂ３２は目標変速比演算部Ｂ３４と変速比指令値補正量演算部Ｂ３５とから構成される。
【００５６】
目標変速比演算部Ｂ３４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。
【００５７】
【数７】
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。
【００５８】
【数８】
変速比指令値補正量演算部Ｂ３５では、例えば比例制御とした場合、加減算器Ｐ１の出力である目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲの偏差ｉＰＥＲＲ（＝ｉＰＭ−ｉＰＲ）を入力として次式（７）に基づき変速比指令値補正量ｉＰＦＢを演算する。
【００５９】
【数９】
ＫＦＢ：無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰにより決定される比例ゲイン
次に、外乱補償器Ｂ３３について説明する。外乱補償器Ｂ３３は式（１）で記述される無段変速機４の動特性を基準モデルとし、この基準モデルが量産バラツキ（パラメータ変動）やステップモータの脱調等の外乱により乱されるのを除去するように設計される。
【００６０】
具体的には、外乱補償器Ｂ３３は近似ゼロイングを用いたフィルタで構成され、実変速比ｉＰＲと後述する変速比指令値ｉＰＣＦより、次式（８）に基づき外乱補償出力ｉＰＤを算出する。
【００６１】
【数１０】
ここで、ＴＨは外乱補償器Ｂ３３のローパスフィルタのカットオフ周波数であり、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰに応じて決定される。
【００６２】
なお、フィードバックゲインＫＦＢ、外乱補償器Ｂ３３のローパスフィルタのカットオフ周波数ＴＨについては、設計者が希望する制御系の安定性を満足するように設計される。例えば、フィードバックゲインＫＦＢを０．３に固定し、ゲイン余裕１２ｄＢ以上、位相余裕４５°以上の安定性を確保した場合、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰと外乱補償器Ｂ３３のローパスフィルタのカットオフ周波数ＴＨの関係は図６に示すようになる。
【００６３】
加減算器Ｐ２では、変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し、変速比指令値ｉＰＣを演算する。
【００６４】
【数１１】
さらに、加減算器Ｐ３では、変速比指令値ｉＰＣを外乱補償出力ｉＰＤで補正し、最終的な変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。
【００６５】
【数１２】
上式（１０）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。
【００６６】
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。
【００６７】
次に、ＣＶＴコントロールユニット１の処理を図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６８】
まず、ステップＳ１１で所定時間経過した後に、ステップＳ１２で変速機構部１７の入力回転速度Ｎｐｒｉと出力回転速度Ｎｓｅｃ、スロットル開度ＴＶＯ、シフトレバー位置等が読み込まれる。
【００６９】
次に、ステップＳ１３では読み込まれた各種信号に基づき最終的な目標変速比である到達変速比ｉＰＴが演算され、ステップＳ１４では油圧コントロールユニット３の変速制御弁の変速方向ｓＤが演算される。ステップ１５では、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤに基づき図５に示したマップを参照して無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰが演算される。
【００７０】
そして、ステップＳ１６では、到達変速比ｉＰＴ、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰ、設計者が希望する変速比応答を表す時定数ＴＴに基づき変速比指令値ｉＰＡが演算され、ステップＳ１７では、到達変速比ｉＰＴ、時定数ＴＴ及びむだ時間Ｌに基づき設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭが演算される。
【００７１】
目標変速比ｉＰＭが演算されたら、ステップＳ１８に進んで目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとの偏差ｉＰＥＲＲが演算され、ステップＳ１９でこの偏差ｉＰＥＲＲにフィードバックゲインＫＦＢを乗じて変速比指令値補正量ｉＰＦＢが演算される。
【００７２】
ステップＳ２０では実変速比ｉＰＲと変速比指令値ｉＰＣＦに基づき外乱補償出力ｉＰＤが演算され、ステップＳ２１では変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し変速比指令値ｉＰＣが演算される。
【００７３】
ステップＳ２２では変速比指令値ｉＰＣを外乱補償出力ｉＰＤでさらに補正して最終的な変速比指令値ｉＰＣＦが演算され、ステップＳ２３では所定のマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦがステップモータ角位置指令値θＣに変換される。そして、ステップＳ２４では、このステップモータ角位置指令値θＣがステップモータ２に出力される。
【００７４】
したがって、このフローチャートを処理することにより、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に近づくようステップモータ２の角位置が制御されるが、ステップモータ２の駆動速度制限などにより目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとに偏差が生じる場合は変速比指令値ｉＰＡが変速比指令値補正量ｉＰＦＢに基づき補正されることになる。
【００７５】
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。
【００７６】
図８、図９は、図１６に示した従来の変速比制御システムと図３に示した本発明の変速比制御システムそれぞれについて到達変速比を０．４７から１．４７にステップ状に変化させた場合のシミュレーションの結果を示す。このシミュレーションは足離しアップシフト等により到達変速比が急増するような運転条件に対応するもので、上から順に、変速比（到達変速比、目標変速比、実変速比）、変速比指令値（ステップモータ駆動速度制限前、制限後）、変速比偏差（変速比指令値と実変速比との偏差）を示す。
【００７７】
なお、ここでは従来の変速比制御システムの動特性補償器を時定数ＴＴを０．５［ｓｅｃ］として設計し、本発明の変速比制御システムの動特性補償器を時定数ＴＴを０．５［ｓｅｃ］、フィードバックゲインＫＦＢを０．３に固定して設計している。
【００７８】
これによると、従来の変速比制御システムでは、動特性補償器がフィードフォワード補償器のみで構成されているため、図８に示すように、ステップモータ駆動速度制限により変速比指令値が制限（１．０［ｓｅｃ］〜１．５［ｓｅｃ］）された影響が駆動速度制限解除後も同様に継続し（１．５［ｓｅｃ］〜４［ｓｅｃ］）、変速比応答が悪化していることわかる。これは従来技術の課題として述べたとおり、外乱補償器は油の劣化や組立てバラツキ等による無段変速機のパラメータ変動等の外乱を補正するためのものであり、上述のように変速機構部の動作が制限された場合までは補償しきれないことによる。
【００７９】
これに対し本発明では、図９に示すように、変速初期については従来方法と同様の応答であるが（１［ｓｅｃ］〜１．５［ｓｅｃ］）、それ以降については応答補正部によって実変速比を目標変速比に近付けようと変速比指令値に補正が加わるため（図中Ａ）、従来方法よりも偏差が小さくなっていることがわかる（図中Ｂ）。
【００８０】
このように、本発明では、ステップモータ駆動速度制限により変速比指令値が制限された影響が駆動速度制限解除後に継続しないので、足離しアップシフト等により変速比の目標値が不連続に急変するような運転条件においても変速比応答が悪化するのを抑えることができる。なお、ここでは到達変速比がステップ状に増加する場合のシミュレーション結果を示したが、ステップ状に減少する場合でも同様の効果が得られる。
【００８１】
ところで、上述した実施形態にあっては、制御対象である無段変速機４の動特性を実変速比ｉＰＲと変速制御弁開口方向ｓＤ等を引数として予め測定しておき、この測定結果をマップ化したものを用いて無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰを推定している。
【００８２】
しかしながら、このマップの引数である変速制御弁開口方向ｓＤは、実変速比ｉＰＲや変速比サーボ系の変数を用いて判定されるため、時定数変化が小さい場合では開口方向ｓＤが誤判定される可能性がある。開口方向ｓＤが誤判定されると時定数ＴＰも誤推定されることになるので、変速比サーボ性能に若干の影響を与えてしまう。
【００８３】
これは、外乱補償器Ｂ３３が近似ゼロイングを用いたフィルタにより構成されているため、アップシフトからダウンシフトに切り替わるような不連続に時定数が変化する場合に、無段変速機４の動特性を表す時定数と、推定した時定数とがずれていると、外乱が生じていないにもかかわらず外乱補償器Ｂ３３が余分な補償を行ってしまうからである。また、ＣＶＴ変速機構１７の組み付け誤差などの生産バラツキにより、予め測定した動特性マップと実際の動特性がずれている場合にも、上記と同様な影響を与えてしまう。
【００８４】
そこで、次に説明する第２の実施形態は、上記課題を解決して変速比応答性能をさらに向上させるものである。
【００８５】
図１０は第２の実施形態に係る変速比制御システムのブロック線図を示す。
【００８６】
変速比制御システムは、大きく分けて動特性補償器Ｂ３１と、応答性補正部Ｂ３２と、変速比指令値変換部Ｂ４と、無段変速機４とから構成される。第１の実施形態と異なり近似ゼロイングを用いたフィルタで構成される外乱補償器は備えていない。
【００８７】
また、応答補正部Ｂ３２は、目標変速比演算部Ｂ３４と変速比指令値補正量演算部Ｂ３５から構成されるが、変速比指令値補正量演算部Ｂ３５の構成が第１の実施形態と相違する。
【００８８】
すなわち、第１の実施形態における変速比指令値補正量演算部Ｂ３５は目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲの偏差ｉＰＥＲＲに比例ゲインＫＦＢを乗じて変速比指令値補正量ｉＰＦＢを算出するが、この第２の実施形態における変速比指令値補正量演算部Ｂ３５は、積分特性を有し、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰの変化及びむだ時間ｅ−Ｌ ・ ｓに対し安定性が補償されているフィルタＫμ ０を用いて変速比指令値補正量ｉＰＦＢを算出する。以下、この変速比指令値補正量演算部Ｂ３５の設計方法について説明する。
【００８９】
図１１は変速比指令値補正量演算部Ｂ３５を設計するためのブロック線図であり、図中破線で囲んだ部分は、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰの変化による不確かさと無段変速機４の動特性のむだ時間による不確かさを外乱として表した一般化制御対象（一般化プラント）である。
【００９０】
これについて説明すると、まず、内部モデル原理を用いて制御対象のプラントとして積分特性を有するという形にしてフィルタＫμ ０（ｓ）に必ず積分特性を持たせるため、補償器ＷＩ（ｓ）を、
【００９１】
【数１３】
と設定している。このように一般化制御対象を構成しフィルタＫμ ０を設計することにより、定常偏差を無くすことができ、かつ閉ループ系をどの周波数に対しても絶対安定にすることができる。
【００９２】
また、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰの変化については、ＴＰ０を時定数変化の中央値とし、中央値ＴＰ０からの時定数変動の最大変化量をΔＴＰｍａｘとしている。
【００９３】
また、無段変速機４のむだ時間ｅ−Ｌ ・ ｓについては、この不確かさは乗法的変動ｅ−Ｌ ・ ｓ−１で表されるので、次の伝達関数で代表している。
【００９４】
【数１４】
このとき、任意の周波数ωに対して次式（１３）が成り立つ。
【００９５】
【数１５】
なお、製造バラツキや経年変化によりむだ時間ｅ−Ｌ ・ ｓの不確かさが大きく変動する場合には、次式（１４）に示すように、変動分ｎｅを考慮した形式でＷＬを記述しても良い。
【００９６】
【数１６】
以上のように定式化された無段変速機４の特性を用いて、コントローラＫ（ｓ）（＝Ｋμ ０・ＷＩ（ｓ）−１）の設計を行う。ここで、安定性解析／制御系設計としてμ解析を用い、設計パラメータＷｃを調整することで任意の周波数ωに対して安定性が補償されるようにする。そして、得られたコントローラＫ（ｓ）にＷＩ（ｓ）を乗じれば、変速比指令値補正量演算部Ｂ３５のフィルタＫμ ０（ｓ）を求めることができる。
【００９７】
このようにして求めたフィルタＫμ ０（ｓ）の一例を次式（１５）に示す。
【００９８】
【数１７】
なお、フィルタＫμ ０を次式（１６）に示すように比例項と積分項のみから構成し、時定数ＴＰの変化及びむだ時間ｅ−Ｌ ・ ｓに対し閉ループ系を安定化する係数ｋｐ、ｋｌをμ解析を用いて決定するようにしても良い。
【００９９】
【数１８】
また、式（１５）について極零相殺等により低次元化し、フィルタＫμ ０を構成しても良い。この場合、Ｎμ ０、Ｄμ ０はそれぞれ、
【０１００】
【数１９】
となる。
【０１０１】
図１２は、式（１５）で表されるフィルタと式（１６）で表されるフィルタの感度特性と、変速比指令値補正量演算部Ｂ３５にそれらを用いた場合の変速比制御系の閉ループの周波数特性を示したものである。
【０１０２】
この図に示すように、いずれのフィルタも低周波領域で感度特性のゲインが小さいので、すなわちフィルタが積分特性を有しているので、不確定要素が閉ループ特性に与える影響は低く抑えられることがわかる。
【０１０３】
また、閉ループ特性に関しても、低周波側（０．１［ｒａｄ／ｓｅｃ］以下）では目標変速比と実変速比の間に定常的な偏差が生じないようゲイン１となり、高周波側（１［ｒａｄ／ｓｅｃ］以上）では不確定要素の影響が小さくなるようゲインがピークを持たず、抑えられていることがわかる。
【０１０４】
加減算器Ｐ２では、目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲの偏差ｉＰＥＲＲをこのように設計されたフィルタＫμ ０に通して演算された変速比指令値補正量ｉＰＦＢを変速比指令値ｉＰＡに加算し、最終的な変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。
【０１０５】
【数２０】
そして、この変速比指令値ｉＰＣＦが変速比指令値変換部Ｂ４においてステップモータ角位置指令値θＣに変換され、ステップモータ２に出力される。
【０１０６】
次に、ＣＶＴコントロールユニット１の処理を図１３に示すフローチャートを参照しながら説明する。ステップＳ１８までの処理は第１の実施形態と同じであり、ステップＳ３０以降の処理のみが相違する。
【０１０７】
ステップＳ３０以降の処理について説明すると、ステップＳ３０では目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲの偏差ｉＰＥＲＲをフィルタＫμ ０に通して変速比指令値補正量ｉＰＦＢが演算される。
【０１０８】
ステップＳ３１では変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し最終的な変速比指令値ｉＰＣＦが演算される。
【０１０９】
そして、ステップＳ３２では所定のマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦがステップモータ角位置指令値θＣに変換され、ステップＳ３３では、このステップモータ角位置指令値θＣがステップモータ２に出力される。
【０１１０】
したがって、この第２の実施形態でも、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に近づくようステップモータ２の角位置が制御されるが、ステップモータ２の駆動速度制限などにより目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとに偏差が生じる場合は変速比指令値ｉＰＡが変速比指令値補正量ｉＰＦＢに基づき補正される。
【０１１１】
次に、この第２の実施形態の作用を第１の実施形態と比較しながら説明する。
【０１１２】
図１４、図１５はそれぞれ第１及び第２の実施形態に係る変速比制御システムを用いて発進加速したときの結果を示したものである。特に、このような状況では、実変速比の情報などが安定して得られず、変速制御弁の開口方向（変速方向）を確実に判定することができない等の理由により、無段変速機４の時定数を誤推定してしまうことが多い。
【０１１３】
そのため、第１の実施形態に係る変速比制御システムでは、時定数を誤推定した場合、図１４に示すように実変速比がオーバーシュートを起こし、実変速比が目標変速比よりも小さくなってしまう。
【０１１４】
これに対し、第２の実施形態に係る変速比制御システムでは、無段変速機４の動特性を表す時定数を誤推定するような状態においても、図１５に示すように実変速比をオーバーシュートさせることなく目標変速比に追従させることができる。これは第２の実施形態に係る変速比制御システムが閉ループ系内に不確定要素が入らないように構成されているため、その影響が抑えられているからである。
【０１１５】
なお、この第２の実施形態においても、ステップモータの駆動速度制限などにより目標変速比と実変速比とに偏差が生じた場合には、第１の実施形態同様に動特性補償器Ｂ３１の出力に補正が施されるので、変速比指令値と実変速比との偏差を縮小することができる。
【０１１６】
また、変速比指令値補正量演算部Ｂ３５の出力は動特性補償器Ｂ３１の出力に加えられることから、動特性補償器Ｂ３１が変速比指令値補正量演算部Ｂ３５の出力の影響を受けることはなく、目標とする変速比応答と外乱に対する応答性との独立設計性は確保される。
【０１１７】
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】変速比制御システム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】実変速比及び変速方向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】無段変速機の動特性を表す時定数と外乱補償器のローパスフィルタカットオフ周波数の関係を規定するマップである。
【図７】ＣＶＴコントロールユニットの処理内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来の変速比制御システムにおいて、到達変速比を変更した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の変速比制御システムにおいて、到達変速比を変更した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】第２の実施形態を示すブロック線図である。
【図１１】変速比指令値補正量演算部を設計するためのブロック線図である。
【図１２】フィルタＫμ ０の感度特性と変速比制御系のフィードバックループの周波数特性を示すボード線図である。
【図１３】ＣＶＴコントロールユニットの処理内容を説明するためのフローチャートである。
【図１４】第１の実施形態に係る変速比制御システムを用いて発進加速したときの結果を示す図である。
【図１５】第２の実施形態に係る変速比制御システムを用いて発進加速したときの結果を示す図である。
【図１６】従来の変速比制御システムのブロック線図である。
【図１７】従来の変速比制御システムのブロック線図で別の例である。
【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
【産業上の利用分野】
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、例えば、特開平８−２９６７０８号に開示されたものがある。この変速比制御システムは、図１６に示すように実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し制御を行う動特性補償器と、無段変速機の動特性変化や外乱の影響を除去する外乱補償器から構成される。
【０００４】
このような構成を備えることにより、設計者が希望する変速比応答の実現と、無段変速機の動特性変化や外乱の影響に対する安定性の向上を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、このような従来の変速比制御システムにあっては、所望の変速比応答を達成するための動特性補償器がフィードフォワード補償器で構成されていたため、ステップモータの駆動速度制限（ハードあるいはソフト上のリミッタ）や角位置制限（ハード上のストッパ）による変速性能の悪化を防止することができないという問題があった。
【０００６】
外乱補償器を備えているが、その外乱補償器は油の劣化や組立てバラツキ等によるパラメータ変動（時定数、すなわち応答の変化）等の外乱を補償するためのものなので、上述のように変速機構部の動作が制限された場合までは補償しきれない。
【０００７】
そのため、高開度の踏み込みダウンシフトや足離しアップシフトといった変速比の目標値が不連続に急変する運転条件においては目標とする変速比応答を達成することができないといった問題が生じる。
【０００８】
この点を改善するために動特性補償器を図１７に示すようにフィードバック補償器で構成することも考えられるが、このように構成した場合、今度は目標とする変速比応答と外乱に対する応答性を独立して自由に設計することができなくなるという問題が生じる。
【０００９】
すなわち、動特性補償器は希望する変速比応答が得られるように設計されるが、動特性補償器をフィードバック補償器で構成すると、外乱補償器により補償された結果を含んだ実変速比をフィードバックして変速比応答が決まるため、動特性補償器と外乱補償器を別々に独立して設計することができなくなる。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、変速機構部の制限が生じた場合であっても目標変速比と実変速比との偏差を減少させて目標とする変速比応答を実現することを目的とする。さらには、目標とする変速比応答と外乱に対する応答性を独立して設計可能な変速比制御システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、変速比制御システムにおいて、運転状態に応じて決まる到達変速比と、所定の動特性を表す時定数と、推定された無段変速機の動特性を表す時定数とに基づき変速比指令値を演算する手段と、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目標変速比を演算する手段と、前記目標変速比と実変速比との偏差に基づき前記変速比指令値の補正量を演算する手段と、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手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、無段変速機に加わる外乱を補償すべく近似ゼロイングを用いたフィルタにより前記変速比指令値をさらに補正する手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、変速比指令値の補正量を演算する手段が、目標変速比と実変速比との偏差を、無段変速機の動特性を表す時定数に基づき決定される関数に通して変速比指令値の補正量を演算することを特徴とするものである。
【００１４】
第４の発明は、第１の発明において、変速比指令値の補正量を演算する手段が、前記目標変速比と実変速比との偏差を無段変速機の動特性を表す時定数の変化に対して安定性が補償されているフィルタに通して変速比指令値の補正量を演算することを特徴とするものである。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明において、フィルタが積分特性を有することを特徴とするものである。
【００１６】
第６の発明は、第４の発明において、変速比指令値の補正量を演算する手段と無段変速機とからなる閉ループ制御系の周波数特性が低周波領域でゲイン１となり、高周波領域でゲインピークを持たないように前記フィルタを設計したことを特徴とするものである。
【００１７】
第７の発明は、第４の発明において、フィルタが無段変速機の動特性を表す時定数の変化を含めて構成した一般化制御対象を用いて設計されることを特徴とするものである。
【００１８】
第８の発明は、第４の発明において、フィルタが無段変速機の動特性のむだ時間を含めて構成した一般化制御対象を用いて設計されることを特徴とするものである。
【００１９】
第９の発明は、第１から第８の発明において、変速比指令値を演算する手段が、前記到達変速比を、所定の動特性を表す伝達関数に無段変速機の動特性を表す伝達関数の逆関数を掛け合わせたフィルタに通して前記変速比指令値を演算することを特徴とするものである。
【００２０】
第１０の発明は、第１から第８の発明において、変速比指令値を演算する手段が、前記到達変速比を、
【００２１】
【数２】
ＴＴ：所定の動特性を表す時定数
で表される１次／１次フィルタに通して変速比指令値を演算することを特徴とするものである。
【００２２】
第１１の発明は、第１から第１０の発明において、無段変速機の動特性にむだ時間要素が存在する場合、目標変速比を演算する手段がむだ時間相当の遅れを考慮して目標変速比を演算することを特徴とするものである。
【００２３】
【作用及び効果】
したがって、変速比制御システムは実変速比が所定の動特性をもって運転条件に応じて決まる到達変速比に近づくように無段変速機を制御し、実変速比は所定の動特性と到達変速比に基づき演算される目標変速比に追従するが、第１の発明によると、ステップモータの駆動速度制限や角位置制限等を受けて実変速比が所定の動特性で到達変速比に近づかず、目標変速比と実変速比とに偏差が生じた場合には、変速比指令値にその偏差に応じた補正が施される。
【００２４】
これにより、目標変速比と実変速比との偏差を縮小することができ、ステップモータの駆動速度制限や角位置制限を受けたとしてもそれによって変速比応答性能が悪化するのを抑えることができる。
【００２５】
また、第２の発明のように、無段変速機に加わる外乱（パラメータ変動やステップモータの脱調等）を補償すべく変速比指令値をさらに補正する構成とすることにより、変速比指令値を演算する手段がその影響を受けることはなく、目標とする変速比応答と外乱に対する応答性とを独立して設計することができる。
【００２６】
また、第３の発明によると、変速比指令値の補正量の演算に用いる関数を適宜調整することにより、設計者が希望する制御系の安定性を満足するように設計することができる。
【００２７】
また、第４の発明によっても第２の発明と同様に目標とする変速比応答と外乱に対する応答性とを独立して設計することができる。さらに、第４の発明では外乱補償に近似ゼロイングを用いておらず、閉ループ系に不確定要素が含まれないので、仮に無段変速機の動特性を表す時定数を誤推定したとしてもそれが変速比制御性能に与える影響を低く抑えられる。
【００２８】
また、第５の発明によると、無段変速機の動特性を表す時定数を誤推定したとしても、実変速比と目標変速比に定常偏差が生じるのを抑えることができ、第６の発明によると、無段変速機の動特性を表す時定数の誤推定が変速比制御性能に与える影響を抑えることができる。
【００２９】
また、第７の発明によると、無段変速機の動特性を表す時定数を誤推定したとしても、制御系の安定性を損なうことが無く実変速比と目標変速比に偏差が生じた場合の補償を行うことができる。
【００３０】
また、第８の発明によると、むだ時間を考慮することにより制御系の安定性をより大きく取ることができ、無段変速機のパラメータ変動などにより実変速比と目標変速比に偏差が生じたとしても安定性を損なうことなく補償を行うことができる。
【００３１】
また、第９から第１１の発明のように変速比制御システムを構成することにより、無段変速機の特性を正確に表すことができ、簡単な構成でありながら高い変速比応答を実現することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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）、
【００４２】
【数３】
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
次に、図３から図９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。
【００４６】
図３は変速比制御システムのブロック線図である。変速比制御システムは大きく分けて動特性補償器Ｂ３１と、応答補正部Ｂ３２と、外乱補償器Ｂ３３と、変速比指令値変換部Ｂ４と、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）と、加減算器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３から構成される。
【００４７】
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。
【００４８】
【数４】
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
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。
【００４９】
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）に応じて変化するので、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ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、時定数ＴＰはプーリ５、６のプーリ溝幅を変更する油圧源の圧力の影響も受けるので、油圧源の圧力も考慮に入れて時定数Ｔｐを算出するようにしても良い。また、変速方向ｓＤは実変速比ｉＰＲや変速比サーボ系の変数を用いて判定され、その具体的な判定方法は、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。
【００５０】
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。
【００５１】
まず、動特性補償器Ｂ３１について説明すると、動特性補償器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）、
【００５２】
【数５】
で与えられるとすると、実変速比ｉＰＲが動特性ＧＴで到達変速比ｉＰＴに近づくよう、次式（４）に基づき変速比指令値ｉＰＡを演算する。つまり、動特性補償器Ｂ３１は１次／１次フィルタで構成され、
【００５３】
【数６】
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を得るための時定数
となる。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。
【００５４】
したがって、動特性補償器Ｂ３１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を実現すべく変速比指令値ｉＰＡを出力する。
【００５５】
次に、応答補正部Ｂ３２について説明する。この応答補正部Ｂ３２は目標変速比演算部Ｂ３４と変速比指令値補正量演算部Ｂ３５とから構成される。
【００５６】
目標変速比演算部Ｂ３４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。
【００５７】
【数７】
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。
【００５８】
【数８】
【００５９】
【数９】
次に、外乱補償器Ｂ３３について説明する。外乱補償器Ｂ３３は式（１）で記述される無段変速機４の動特性を基準モデルとし、この基準モデルが量産バラツキ（パラメータ変動）やステップモータの脱調等の外乱により乱されるのを除去するように設計される。
【００６０】
具体的には、外乱補償器Ｂ３３は近似ゼロイングを用いたフィルタで構成され、実変速比ｉＰＲと後述する変速比指令値ｉＰＣＦより、次式（８）に基づき外乱補償出力ｉＰＤを算出する。
【００６１】
【数１０】
【００６２】
なお、フィードバックゲインＫＦＢ、外乱補償器Ｂ３３のローパスフィルタのカットオフ周波数ＴＨについては、設計者が希望する制御系の安定性を満足するように設計される。例えば、フィードバックゲインＫＦＢを０．３に固定し、ゲイン余裕１２ｄＢ以上、位相余裕４５°以上の安定性を確保した場合、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰと外乱補償器Ｂ３３のローパスフィルタのカットオフ周波数ＴＨの関係は図６に示すようになる。
【００６３】
加減算器Ｐ２では、変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し、変速比指令値ｉＰＣを演算する。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
【数１２】
【００６６】
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。
【００６７】
次に、ＣＶＴコントロールユニット１の処理を図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６８】
まず、ステップＳ１１で所定時間経過した後に、ステップＳ１２で変速機構部１７の入力回転速度Ｎｐｒｉと出力回転速度Ｎｓｅｃ、スロットル開度ＴＶＯ、シフトレバー位置等が読み込まれる。
【００６９】
次に、ステップＳ１３では読み込まれた各種信号に基づき最終的な目標変速比である到達変速比ｉＰＴが演算され、ステップＳ１４では油圧コントロールユニット３の変速制御弁の変速方向ｓＤが演算される。ステップ１５では、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤに基づき図５に示したマップを参照して無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰが演算される。
【００７０】
そして、ステップＳ１６では、到達変速比ｉＰＴ、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰ、設計者が希望する変速比応答を表す時定数ＴＴに基づき変速比指令値ｉＰＡが演算され、ステップＳ１７では、到達変速比ｉＰＴ、時定数ＴＴ及びむだ時間Ｌに基づき設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭが演算される。
【００７１】
目標変速比ｉＰＭが演算されたら、ステップＳ１８に進んで目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとの偏差ｉＰＥＲＲが演算され、ステップＳ１９でこの偏差ｉＰＥＲＲにフィードバックゲインＫＦＢを乗じて変速比指令値補正量ｉＰＦＢが演算される。
【００７２】
ステップＳ２０では実変速比ｉＰＲと変速比指令値ｉＰＣＦに基づき外乱補償出力ｉＰＤが演算され、ステップＳ２１では変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し変速比指令値ｉＰＣが演算される。
【００７３】
ステップＳ２２では変速比指令値ｉＰＣを外乱補償出力ｉＰＤでさらに補正して最終的な変速比指令値ｉＰＣＦが演算され、ステップＳ２３では所定のマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦがステップモータ角位置指令値θＣに変換される。そして、ステップＳ２４では、このステップモータ角位置指令値θＣがステップモータ２に出力される。
【００７４】
したがって、このフローチャートを処理することにより、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に近づくようステップモータ２の角位置が制御されるが、ステップモータ２の駆動速度制限などにより目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとに偏差が生じる場合は変速比指令値ｉＰＡが変速比指令値補正量ｉＰＦＢに基づき補正されることになる。
【００７５】
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。
【００７６】
図８、図９は、図１６に示した従来の変速比制御システムと図３に示した本発明の変速比制御システムそれぞれについて到達変速比を０．４７から１．４７にステップ状に変化させた場合のシミュレーションの結果を示す。このシミュレーションは足離しアップシフト等により到達変速比が急増するような運転条件に対応するもので、上から順に、変速比（到達変速比、目標変速比、実変速比）、変速比指令値（ステップモータ駆動速度制限前、制限後）、変速比偏差（変速比指令値と実変速比との偏差）を示す。
【００７７】
なお、ここでは従来の変速比制御システムの動特性補償器を時定数ＴＴを０．５［ｓｅｃ］として設計し、本発明の変速比制御システムの動特性補償器を時定数ＴＴを０．５［ｓｅｃ］、フィードバックゲインＫＦＢを０．３に固定して設計している。
【００７８】
これによると、従来の変速比制御システムでは、動特性補償器がフィードフォワード補償器のみで構成されているため、図８に示すように、ステップモータ駆動速度制限により変速比指令値が制限（１．０［ｓｅｃ］〜１．５［ｓｅｃ］）された影響が駆動速度制限解除後も同様に継続し（１．５［ｓｅｃ］〜４［ｓｅｃ］）、変速比応答が悪化していることわかる。これは従来技術の課題として述べたとおり、外乱補償器は油の劣化や組立てバラツキ等による無段変速機のパラメータ変動等の外乱を補正するためのものであり、上述のように変速機構部の動作が制限された場合までは補償しきれないことによる。
【００７９】
これに対し本発明では、図９に示すように、変速初期については従来方法と同様の応答であるが（１［ｓｅｃ］〜１．５［ｓｅｃ］）、それ以降については応答補正部によって実変速比を目標変速比に近付けようと変速比指令値に補正が加わるため（図中Ａ）、従来方法よりも偏差が小さくなっていることがわかる（図中Ｂ）。
【００８０】
このように、本発明では、ステップモータ駆動速度制限により変速比指令値が制限された影響が駆動速度制限解除後に継続しないので、足離しアップシフト等により変速比の目標値が不連続に急変するような運転条件においても変速比応答が悪化するのを抑えることができる。なお、ここでは到達変速比がステップ状に増加する場合のシミュレーション結果を示したが、ステップ状に減少する場合でも同様の効果が得られる。
【００８１】
ところで、上述した実施形態にあっては、制御対象である無段変速機４の動特性を実変速比ｉＰＲと変速制御弁開口方向ｓＤ等を引数として予め測定しておき、この測定結果をマップ化したものを用いて無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰを推定している。
【００８２】
しかしながら、このマップの引数である変速制御弁開口方向ｓＤは、実変速比ｉＰＲや変速比サーボ系の変数を用いて判定されるため、時定数変化が小さい場合では開口方向ｓＤが誤判定される可能性がある。開口方向ｓＤが誤判定されると時定数ＴＰも誤推定されることになるので、変速比サーボ性能に若干の影響を与えてしまう。
【００８３】
これは、外乱補償器Ｂ３３が近似ゼロイングを用いたフィルタにより構成されているため、アップシフトからダウンシフトに切り替わるような不連続に時定数が変化する場合に、無段変速機４の動特性を表す時定数と、推定した時定数とがずれていると、外乱が生じていないにもかかわらず外乱補償器Ｂ３３が余分な補償を行ってしまうからである。また、ＣＶＴ変速機構１７の組み付け誤差などの生産バラツキにより、予め測定した動特性マップと実際の動特性がずれている場合にも、上記と同様な影響を与えてしまう。
【００８４】
そこで、次に説明する第２の実施形態は、上記課題を解決して変速比応答性能をさらに向上させるものである。
【００８５】
図１０は第２の実施形態に係る変速比制御システムのブロック線図を示す。
【００８６】
変速比制御システムは、大きく分けて動特性補償器Ｂ３１と、応答性補正部Ｂ３２と、変速比指令値変換部Ｂ４と、無段変速機４とから構成される。第１の実施形態と異なり近似ゼロイングを用いたフィルタで構成される外乱補償器は備えていない。
【００８７】
また、応答補正部Ｂ３２は、目標変速比演算部Ｂ３４と変速比指令値補正量演算部Ｂ３５から構成されるが、変速比指令値補正量演算部Ｂ３５の構成が第１の実施形態と相違する。
【００８８】
すなわち、第１の実施形態における変速比指令値補正量演算部Ｂ３５は目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲの偏差ｉＰＥＲＲに比例ゲインＫＦＢを乗じて変速比指令値補正量ｉＰＦＢを算出するが、この第２の実施形態における変速比指令値補正量演算部Ｂ３５は、積分特性を有し、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰの変化及びむだ時間ｅ−Ｌ ・ ｓに対し安定性が補償されているフィルタＫμ ０を用いて変速比指令値補正量ｉＰＦＢを算出する。以下、この変速比指令値補正量演算部Ｂ３５の設計方法について説明する。
【００８９】
図１１は変速比指令値補正量演算部Ｂ３５を設計するためのブロック線図であり、図中破線で囲んだ部分は、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰの変化による不確かさと無段変速機４の動特性のむだ時間による不確かさを外乱として表した一般化制御対象（一般化プラント）である。
【００９０】
これについて説明すると、まず、内部モデル原理を用いて制御対象のプラントとして積分特性を有するという形にしてフィルタＫμ ０（ｓ）に必ず積分特性を持たせるため、補償器ＷＩ（ｓ）を、
【００９１】
【数１３】
【００９２】
また、無段変速機４の動特性を表す時定数ＴＰの変化については、ＴＰ０を時定数変化の中央値とし、中央値ＴＰ０からの時定数変動の最大変化量をΔＴＰｍａｘとしている。
【００９３】
また、無段変速機４のむだ時間ｅ−Ｌ ・ ｓについては、この不確かさは乗法的変動ｅ−Ｌ ・ ｓ−１で表されるので、次の伝達関数で代表している。
【００９４】
【数１４】
【００９５】
【数１５】
【００９６】
【数１６】
【００９７】
このようにして求めたフィルタＫμ ０（ｓ）の一例を次式（１５）に示す。
【００９８】
【数１７】
【００９９】
【数１８】
【０１００】
【数１９】
【０１０１】
図１２は、式（１５）で表されるフィルタと式（１６）で表されるフィルタの感度特性と、変速比指令値補正量演算部Ｂ３５にそれらを用いた場合の変速比制御系の閉ループの周波数特性を示したものである。
【０１０２】
この図に示すように、いずれのフィルタも低周波領域で感度特性のゲインが小さいので、すなわちフィルタが積分特性を有しているので、不確定要素が閉ループ特性に与える影響は低く抑えられることがわかる。
【０１０３】
また、閉ループ特性に関しても、低周波側（０．１［ｒａｄ／ｓｅｃ］以下）では目標変速比と実変速比の間に定常的な偏差が生じないようゲイン１となり、高周波側（１［ｒａｄ／ｓｅｃ］以上）では不確定要素の影響が小さくなるようゲインがピークを持たず、抑えられていることがわかる。
【０１０４】
加減算器Ｐ２では、目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲの偏差ｉＰＥＲＲをこのように設計されたフィルタＫμ ０に通して演算された変速比指令値補正量ｉＰＦＢを変速比指令値ｉＰＡに加算し、最終的な変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。
【０１０５】
【数２０】
【０１０６】
次に、ＣＶＴコントロールユニット１の処理を図１３に示すフローチャートを参照しながら説明する。ステップＳ１８までの処理は第１の実施形態と同じであり、ステップＳ３０以降の処理のみが相違する。
【０１０７】
ステップＳ３０以降の処理について説明すると、ステップＳ３０では目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲの偏差ｉＰＥＲＲをフィルタＫμ ０に通して変速比指令値補正量ｉＰＦＢが演算される。
【０１０８】
ステップＳ３１では変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し最終的な変速比指令値ｉＰＣＦが演算される。
【０１０９】
そして、ステップＳ３２では所定のマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦがステップモータ角位置指令値θＣに変換され、ステップＳ３３では、このステップモータ角位置指令値θＣがステップモータ２に出力される。
【０１１０】
したがって、この第２の実施形態でも、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に近づくようステップモータ２の角位置が制御されるが、ステップモータ２の駆動速度制限などにより目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとに偏差が生じる場合は変速比指令値ｉＰＡが変速比指令値補正量ｉＰＦＢに基づき補正される。
【０１１１】
次に、この第２の実施形態の作用を第１の実施形態と比較しながら説明する。
【０１１２】
図１４、図１５はそれぞれ第１及び第２の実施形態に係る変速比制御システムを用いて発進加速したときの結果を示したものである。特に、このような状況では、実変速比の情報などが安定して得られず、変速制御弁の開口方向（変速方向）を確実に判定することができない等の理由により、無段変速機４の時定数を誤推定してしまうことが多い。
【０１１３】
そのため、第１の実施形態に係る変速比制御システムでは、時定数を誤推定した場合、図１４に示すように実変速比がオーバーシュートを起こし、実変速比が目標変速比よりも小さくなってしまう。
【０１１４】
これに対し、第２の実施形態に係る変速比制御システムでは、無段変速機４の動特性を表す時定数を誤推定するような状態においても、図１５に示すように実変速比をオーバーシュートさせることなく目標変速比に追従させることができる。これは第２の実施形態に係る変速比制御システムが閉ループ系内に不確定要素が入らないように構成されているため、その影響が抑えられているからである。
【０１１５】
なお、この第２の実施形態においても、ステップモータの駆動速度制限などにより目標変速比と実変速比とに偏差が生じた場合には、第１の実施形態同様に動特性補償器Ｂ３１の出力に補正が施されるので、変速比指令値と実変速比との偏差を縮小することができる。
【０１１６】
また、変速比指令値補正量演算部Ｂ３５の出力は動特性補償器Ｂ３１の出力に加えられることから、動特性補償器Ｂ３１が変速比指令値補正量演算部Ｂ３５の出力の影響を受けることはなく、目標とする変速比応答と外乱に対する応答性との独立設計性は確保される。
【０１１７】
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】変速比制御システム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】実変速比及び変速方向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】無段変速機の動特性を表す時定数と外乱補償器のローパスフィルタカットオフ周波数の関係を規定するマップである。
【図７】ＣＶＴコントロールユニットの処理内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】従来の変速比制御システムにおいて、到達変速比を変更した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本発明の変速比制御システムにおいて、到達変速比を変更した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】第２の実施形態を示すブロック線図である。
【図１１】変速比指令値補正量演算部を設計するためのブロック線図である。
【図１２】フィルタＫμ ０の感度特性と変速比制御系のフィードバックループの周波数特性を示すボード線図である。
【図１３】ＣＶＴコントロールユニットの処理内容を説明するためのフローチャートである。
【図１４】第１の実施形態に係る変速比制御システムを用いて発進加速したときの結果を示す図である。
【図１５】第２の実施形態に係る変速比制御システムを用いて発進加速したときの結果を示す図である。
【図１６】従来の変速比制御システムのブロック線図である。
【図１７】従来の変速比制御システムのブロック線図で別の例である。
【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 (11)
- 運転状態に応じて決まる到達変速比と、所定の動特性を表す時定数と、推定された無段変速機の動特性を表す時定数とに基づき変速比指令値を演算する手段と、
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目標変速比を演算する手段と、
前記目標変速比と実変速比との偏差に基づき前記変速比指令値の補正量を演算する手段と、
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システム。 - 無段変速機に加わる外乱を補償すべく近似ゼロイングを用いたフィルタにより前記変速比指令値をさらに補正する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の変速比制御システム。
- 前記変速比指令値の補正量を演算する手段は、目標変速比と実変速比との偏差を、無段変速機の動特性を表す時定数に基づき決定される関数に通して変速比指令値の補正量を演算することを特徴とする請求項２に記載の変速比制御システム。
- 前記変速比指令値の補正量を演算する手段は、前記目標変速比と実変速比との偏差を無段変速機の動特性を表す時定数の変化に対して安定性が補償されているフィルタに通して変速比指令値の補正量を演算することを特徴とする請求項１に記載の変速比制御システム。
- 前記フィルタが積分特性を有することを特徴とする請求項４に記載の変速比制御システム。
- 前記変速比指令値の補正量を演算する手段と無段変速機とからなる閉ループ制御系の周波数特性が低周波領域でゲイン１となり、高周波領域でゲインピークを持たないように前記フィルタを設計したことを特徴とする請求項４に記載の変速比制御システム。
- 前記フィルタは、無段変速機の動特性を表す時定数の変化を含めて構成した一般化制御対象を用いて設計されることを特徴とする請求項４に記載の変速比制御システム。
- 前記フィルタは、無段変速機の動特性のむだ時間を含めて構成した一般化制御対象を用いて設計されることを特徴とする請求項４に記載の変速比制御システム。
- 前記変速比指令値を演算する手段は、前記到達変速比を、所定の動特性を表す伝達関数に無段変速機の動特性を表す伝達関数の逆関数を掛け合わせたフィルタに通して前記変速比指令値を演算することを特徴とする請求項１から８のいずれかひとつに記載の変速比制御システム。
- 前記変速比指令値を演算する手段は、前記到達変速比を、
ＴＴ：所定の動特性を表す時定数
で表される１次／１次フィルタに通して変速比指令値を演算することを特徴とする請求項１から８のいずれかひとつに記載の変速比制御システム。 - 無段変速機の動特性にむだ時間要素が存在する場合、前記目標変速比を演算する手段がむだ時間相当の遅れを考慮して目標変速比を演算することを特徴とする請求項１から１０のいずれかひとつに記載の変速比制御システム。
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