JP3881644B2 - Ｃｖｔ速度比率を制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、１次圧力及び２次圧力が制御される連続可変トランスミッションの出力／入力速度比率を制御する方法に関する。

ＣＶＴとも称される、自動車用の連続可変自動トランスミッションは、通常、１次プーリーとして入力シャフト上の第１の円錐プーリー対と、２次プーリーセットとして出力シャフト上の第２の円錐プーリー対と、を備えている。各々の円錐プーリー対は、第１の軸上静止プーリーと、第２の軸上可動プーリーとから構成される。円錐プーリー対の間で、円錐プーリー対の回りに巻かれているベルト即ちトルク伝達部材が、回転する。

トルク伝達ベルトのランニング半径は、円錐プーリー対の調整により調整され得る。従って、円錐プーリー対の調整は、入力シャフト及び出力シャフトにおけるプーリーのランニング半径を調整し、これにより、ＣＶＴの出力／入力速度比率を調整する。

１次プーリー又は２次プーリーを調整するためには、夫々の軸上可動プーリーは、圧力源からの圧力媒体を用いて作動される。

典型的な従来技術のＣＶＴシステムでは、入力シャフトにおける円錐プーリー対と連係された１次圧力を制御して比率制御バルブを作動させるため、ステッパーモーターが使用される。例を挙げると、ステッパーモーターの回転位置対１次圧力の関係を制御するためルックアップテーブルが使用され得る。従って、１次圧力は、直接的には監視もされなければ制御もされないが、ステッパーモーターが直接的に制御されるので、間接的な制御機構となる。円錐プーリーの圧力入力への応答における物理的遅延は、高い制御ゲインを可能にはせず、これにより遷移応答を制限する。

本発明は、制御変数として力比率を使用することによりＣＶＴの出力／入力速度比率を制御する改善された方法を提供する。制御アルゴリズムは、１次圧力又は２次圧力のいずれかを増圧するため論理ベースのスイッチングを使用し、遅延誘起不安定性を克服するため連続可変トランスミッションのプラントのモデルと共にデット時間補償器を組み込んでいる。そのコントローラは、積分反ワンドアップ補償を有する、比例（ＰＩ）コントローラである。

より詳しくは、本発明の一態様は、１次圧力及び２次圧力（Ｐp，Ｐs）により各々作動される１次プーリー及び２次プーリーを備え、且つ、該１次圧力及び２次圧力は、該プーリーを移動させ、連係するベルトを調整するための力を発生し、これにより出力／入力速度比率を調整する、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）において、該出力／入力速度比率を制御する方法を提供する。本方法は、連続可変トランスミッションのプラントの所望の力比率を計算する工程を備える。次に、所望の１次圧力及び２次圧力（Ｐp，Ｐs）が、計算された前記所望の力比率に部分的に基づいて決定され、所望のＰs及びＰp信号が、前記連続可変トランスミッションのプラントの作動を制御するため、該連続可変トランスミッションのプラントに送られる。実際の速度比率は、連続可変トランスミッションのプラントからの入力速度の測定値及び出力速度の測定値に基づいて計算される。次のサンプル時間の所望の力比率を計算する工程で使用するため実際の速度比率に基づいて誤差信号が発生され、該誤差信号は連続可変トランスミッションのプラントへの入力として送られるべき所望のＰs及びＰpを計算するため使用され、かくして、該連続可変トランスミッションのプラントの出力／入力速度比率を制御する工程の制御変数として所望の力比率が使用される。

本発明の更なる態様によれば、ＣＶＴの出力／入力速度比率を制御するための方法が提供される。本方法は、ベルトスリップの可能性を無くし、遷移応答も改善する。本方法は、１次圧力及び２次圧力のうちいずれの一方を増圧するべきかの論理ベースの決定工程を備える。１次圧力及び２次圧力のうち他方の圧力がベルト滑りを回避するように設定されるところの最小の圧力が、各瞬間時刻に決定され、当該最小圧力がこれに従って設定される。１次圧力及び２次圧力のうち決定された一方がより高い圧力に増圧され、これにより、ベルト滑りを回避すると共に迅速な出力／入力比率の調整を達成する。

本発明の更に別の態様によれば、プラントの遅延に起因する不安定性及びアクチュエータの飽和に起因する低い応答性の両方を克服する、ＣＶＴの出力／入力速度比率を制御するための更なる方法が提供される。本方法は、次の工程を備える。即ち、（Ａ）所望のＰp及びＰs信号を計算し、固有の遅延を持つ連続可変トランスミッションのプラントに該所望のＰp及びＰs信号を提供し、該連続可変トランスミッションのプラントの入力速度及び出力速度の測定値から実際のＣＶＴ速度比率（出力速度／入力速度）を計算し、（Ｂ）計算された所望のＰp及びＰs信号を計算された力比率に変換し、該計算された力比率を連続可変トランスミッションのプラントのモデルに入力し、（Ｃ）連続可変トランスミッションのプラントのモデルからモデル速度比率を決定し、該モデル速度比率を時間遅延に関して調整し、（Ｄ）調整信号を提供するため、調整されたモデル速度比率を、実際の連続可変トランスミッション速度比率から減算し、（Ｅ）遅延調整されたプラント速度比率を提供するため、モデル速度比率の遅延調整前に決定されたモデル速度比率に該調整信号を加算し、（Ｆ）遅延調整されたプラント速度比率を速度比率参照値から減算して誤差信号を提供し、該誤差信号は、次のサンプル時間に対して所望のＰp及びＰsの計算工程で比例積分反ワインドアップ補償器を使用して使用される、各工程を備える。

本発明の上記目的、態様、特徴、利点、並びに、他の目的、態様、特徴及び利点は、本発明を実行するためのベストモードの次の詳細な説明から、添付図面が関連付けられて参照されるとき容易に明らかとなろう。

図１は、１次プーリー１４及び２次プーリー１６と係合されているトルク伝達ベルト１２を備える、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）プラント１０の概略図である。１次プーリー１４は、軸上静止プーリー部材１８と、軸上可動プーリー部材２０と、を備える。１次プーリー１４は、入力シャフト（図示せず）により回転駆動可能である。

２次プーリー１６は、軸上静止プーリー部材２２と、軸上可動プーリー部材２４と、を備える。２次プーリー１６は、出力シャフトを回転させるため該出力シャフト（図示せず）に作動的に接続されている。

１次液圧圧力Ｐｐは、軸上静止プーリー部材１８に向かったり、該部材から離れたりするプーリー部材２０の軸方向移動を作動させるため、軸上可動プーリー部材２０の１次プーリー面積Ａｐに対して印加される。同様に、液圧圧力Ｐｓは、スプリング２６に連係したスプリング力の偏倚に関連して、軸上静止プーリー部材２２に対する軸上可動プーリー部材２４の移動を作動させるように２次プーリー面積Ａｓに対して印加される。

従って、出力シャフト／入力シャフト速度比率を調整するため、１次プーリー１４、２次プーリー１６におけるトルク伝達ベルト１２のランニング半径は、軸上可動プーリー部材２０、２４に印加された１次圧力Ｐｐ及び２次圧力Ｐｓを夫々制御することによって調整される。この態様では、ＣＶＴプラント１０は、１次圧力Ｐｐ及び２次圧力Ｐｓの両方を直接制御することにより制御される。

図１は、１次圧力及び２次圧力（Ｐｐ、Ｐｓ）を提供する液圧制御システムも示している。図示のように、制御圧力は、制御オリフィス２１を通して１次レギュレータバルブ２３と、比率可能化バルブ２５とに提供される。図示のように、１次レギュレータバルブ２３と、比率可能化バルブ２５とは、スプール部材２７、２９を各々備えており、該スプール部材は、夫々のスプリング３１、３３に対して移動可能であり、且つ、排気ポート３５、３７、３９、４１を夫々、備え付けられている。エンジン（図示せず）に接続された液圧ポンプ４９は、システムの作動のため必要とされる液圧流体を汲み上げる。

２次圧力レギュレータ４３は、同様に、スプール部材４５と、排気ポート４７とを備えている。図示のように、１次圧力Ｐｐは、１次レギュレータバルブ２３及び比率可能化バルブ２５を介して軸上可動プーリー部材２０に提供される。２次圧力Ｐｓは、２次圧力レギュレータ４３を介して軸上可動プーリー部材２に提供される。２次圧力Ｐｓは、制御の目的のため圧力ゲージ（図示せず）により直接検出される。

本発明は、ベルトの滑りを回避しつつ迅速な出力／入力比率の調整を達成するような態様で１次圧力Ｐｐ及び２次圧力Ｐｓを直接制御することによってＣＶＴプラント１０を制御するための方法及び対応するアルゴリズムを提供する。この方法及びアルゴリズムは、図２のブロック図に示されている。

図２に示されているように、制御スキーム１３０は、そのアルゴリズムが比例積分式補償器として機能するところの、力比率補償ブロック１３２において開始する。これは、所望の力比率を出力として発生する。力比率補償ブロック１３２への入力は、後述される。

力比率補償ブロック１３２は、（後述されるべき）総和ブロック１３６から受け取った誤差信号に基づいて作動すると共に、アクチュエータ反ワンドアップ補償を組み込んでいる。積分のワインドアップは、アクチュエータ内の飽和に起因して、定常状態の誤差がゼロに至ることができず、比例積分（ＰＩ）又は比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ内の積分器が積分し続けるときに発生する。次に、方向を変化させる要求が受け取られたとき、積分器は、その蓄積された値及び変化方向を「ワインドアップ解除（unwind）」するのにかなりの時間がかかるおそれがある。力比率制御ブロック１３２の反ワインドアップの補償は、かなり改善された応答時間を提供する。

図２に示されたＣＶＴ比率制御システム（制御スキーム）では、ＣＶＴ比率システムに入力された力比率上の物理的限界のために飽和が発生する。これらの飽和は、補償されなければならない。力比率飽和限界は、力比率補償ブロック１３２への入力として「力比率飽和限界の計算」ブロック１３４で計算される。これらの飽和限界は、ＣＶＴプラントの電流作動ポイントに依存する各時間サンプルで変化していく。正確な限界を持たないことは、減少した反ワインドアップ補償を意味している。これらの限界は、次式のように計算することができる。

ここで、
SatHi ＝ 力比率の高い方の飽和限界
Satlow ＝ 力比率の低い方の飽和限界
Apri ＝ 印加される１次力の面積
Psec_current ＝ 検出された現在の２次圧力
Ppri_min ＝ 滑りを回避するため計算された最小の１次圧力
Fpri_cent ＝ 回転する１次流体から計算された１次遠心力
Asec ＝ 印加される２次圧力の面積
Psec_current ＝ 検出された現在の２次圧力
Psec_max ＝ 計算された最大の利用可能な２次圧力
Fsec_cent ＝ （検出された回転速度から計算された）遠心力から計算された２次力
Fsec_spring ＝ ２次プーリーにおけるスプリング力
力比率補償ブロック１３２では、所望の力比率に等しい力比率補償器の出力ｕ（ｋ）は、次式のように計算される。

ここで、ｖ（ｋ）は、中間の不飽和コントローラ計算変数であり、ｕ（ｋ）は飽和したコントローラ出力である。また、Ｋ＿ＰＩＡｌｐｈａは、０から１の間の数である。それが０である場合、反ワインドアップ補償は存在しない。それが０から１の間にある場合、反ワインドアップ補償が存在している。

従って、力比率補償ブロック１３２からの出力は所望の力比率（ｕ（ｋ））であり、これは圧力増加論理ブロック１３８に入力される。
この態様では、所望の力比率（ｕ（ｋ））は、ブロック１０で「遅延を持つＣＶＴプラント」の出力／入力速度比率を制御する際の制御変数として作用する。

圧力増加論理ブロック１３８に幾つかの入力が存在している。Ｐs_min及びＰp_minは、ベルトスリップ防止ブロック１４０で計算され、圧力増加論理ブロック１３８に入力される。Ｐs_min及びＰp_minは、推定された入力トルク及び電流の比率から決定される。圧力増加論理ブロック１３８への入力となる、アンダードライブ／オーバードライブブロック１４２は、単にどの方向に比率が進行するか（即ち、出力／入力比率が増加するか又は減少するかのいずれか）の判定ブロックである。

入力／出力速度測定ブロック１４４及び力計算ブロック１４６は、入力及び出力速度を測定し（ブロック１４４）、スプリング力及び遠心力を計算する（ブロック１４６）ことにより、圧力増加論理ブロック１３８への入力も提供する。

圧力増加論理ブロック１３８への上述された入力に基づいて、圧力増加論理ブロックは、いずれかの方向に（即ち、アンダードライブからオーバードライブに、又は、その逆方向に）当該比を変化させる必要があるかに応じて、Ｐsec及びＰpriのいずれかを増大させる。圧力増加論理ブロック１３８は、次式のように作動する。

上記式では、ＰＩ_Antiwindup_Controller_Outputは、所望の力比率（ｕ（ｋ））である、力比率補償器からの上述した出力である。再び、制御システムにおける制御変数として作動するのは、所望の力比率である。前述されたように、Ｐsec_minは、スリップを回避するため計算された最小の２次圧力、Ａsecは印加される２次圧力の面積、Ｆcent_secは計算された２次遠心圧力（検出された２次速度に基づいて計算された）、Ｆsprはスプリング力（両方の速度に基づいて計算された）、Ｆcent_priは１次遠心力（検出された１次速度に基づいて計算された）、Ａpriは印加される１次圧力の面積、及び、Ｐpri_minは滑りを回避するため計算された最小の１次圧力である。

Ｐsec_desired及びＰpri_desiredのうち一つだけが、いずれの方向に比率が変化しているかに応じて増圧される。Ｐsec_desired及びＰpri_desiredの両方は、圧力増加論理ブロック１３８から出力される。従って、Ｐp又はＰsのいずれかが、ベルト滑りを回避するため最小にセットされ、他方が、圧力増加論理ブロック１３８で計算された所望の増加圧力にまで増圧される。次に、これらの信号は、ブロック１０の「遅延を持つＣＶＴプラント」に送られ、力比率変換ブロック１４８に送られる。

ブロック１０の「遅延を持つＣＶＴプラント」内部では、Ｐp及びＰs信号が受け取られ、ＣＶＴ（図１に示される）は、これに従って、ブロック１５０の「内部スプリング力及び遠心力」の効果を受けるように作動する。ＣＶＴプラントからの出力は、（入出力された速度測定値から計算された）実際の速度比率である。

プラント内の遅延又はデット時間は、実際のプラント出力が所望のプラント出力と「時間的に正確に整合されていない」ことに起因してプラントを制御するのを困難にさせるおそれがある。このため、遅延補償ブロック１５２が、プラントの遅延を補償するように提供されている。

上述されたように、圧力増加論理ブロック１３８からの出力Ｐp及びＰsも、力比率に変換されるべく力比率変換ブロック１４８に送られ、次いで、第１次オーダーのＣＶＴプラントブロック１５４におけるＣＶＴプラントのモデルに遅延無しに供給される。

第１次のオーダーのＣＶＴプラントブロック１５４に示されているように、モデル速度比率は、プラントの第１次モデルを使用して遅延無しに決定される。次に、モデル速度比率は、遅延に関して調整され、総和ブロック１５６で「遅延を持つＣＶＴプラント」のブロック１０の実際の速度比率から減算され、オプションのロバスト第１次オーダーのフィルターブロック１５８を介して調整信号を発生し、総和ブロック１６０に送られる。総和ブロック１６０では、該調整信号は、遅延調整前に、決定されたモデル速度比率に加算される。遅延調整プラント速度比率は、総和ブロック１６０から出力され、総和ブロック１３６で、ローパスフィルター処理された所望の速度比率参照値ブロック１６２から差し引かれる。

従って、遅延補償ブロック１５２は、所望の速度比率を実際の速度比率に「時間的に整合」させる。次に、遅延調整されたプラント速度比率は、総和ブロック１３６に送られ、所望の速度比率参照値ブロック１３６からの所望の速度比率参照値を調整して、誤差信号を提供する。該誤差信号は、次の所望の力比率を計算するときに力比率補償ブロック１３２で使用され、次のサンプル時刻のための所望のＰp及びＰsを発生するため圧力増加論理ブロック１３８で使用される。

従って、コントローラは、シミュレートされたプロセス上で、完全なモデリングの理想的な状況で作動する。このことは、あたかもプロセス中でデット時間が存在しないかのようにコントローラを振る舞わさせる。

このシステムは、より高価となるステッパーモーターベースのシステムの代わりに圧力ベースの制御システムを使用することによりコストの節約を達成する。比率システムの改善された応答時間に起因して、有意な性能改善が、本方法を用いて達成可能となる。生成された変動に亘って作業するロバストコントローラを使用することにより、品質改善が達成される。また、不安定性を引き起こすおそれのある校正をより少なくすることによって、校正技術者の仕事が容易になされるので、時間の節約が達成される。更に、ＰＩコントローラは、ほとんどの技術者、校正者、及び、アルゴリズム技術者が通じている簡単なコントローラである。更に、不安定性の問題は、デット時間補償スキームを用いて十分に処理される。

本発明を実行するためのベストモードが詳細に説明されたが、本発明が属する技術分野に通じている当業者は、添付された請求の範囲の範囲内で本発明を実施するための様々な代替の設計及び実施例を認めよう。

図１は、本発明に係るＣＶＴプラントの概略図である。 図２は、図１のＣＶＴプラントとの制御で使用される制御システムのための概略システムブロック図である。

Claims (6)

1. １次圧力及び２次圧力（Ｐp，Ｐs）により各々作動される１次プーリー及び２次プーリーを備え、且つ、該１次圧力及び２次圧力は、該プーリーを移動させ、連係するベルトを調整するための力を発生し、これにより出力／入力速度比率を調整する、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）において、該出力／入力速度比率を制御する方法であって、
   前記連続可変トランスミッションのプラントの所望の力比率を計算し、
   計算された前記所望の力比率に部分的に基づいて所望の１次圧力及び２次圧力（Ｐp，
   Ｐs）を決定し、前記連続可変トランスミッションのプラントの作動を制御するため、該
   所望のＰs及びＰp信号を該プラントに送り、
   入力速度の測定値及び出力速度の測定値に基づいて、前記連続可変トランスミッションのプラントから実際の速度比率を計算し、
   次のサンプル時間の所望の力比率を計算する工程で使用するため前記実際の速度比率に基づいて誤差信号を発生し、該誤差信号は前記連続可変トランスミッションのプラントへの入力として送られるべき所望のＰs及びＰpを計算するため使用され、かくして、該連続可変トランスミッションのプラントの出力／入力速度比率を制御する工程の制御変数として前記所望の力比率を使用する、各工程を備え、
   前記誤差信号を発生する工程では、前記計算された実際の速度比率における遅延を補償して遅延調整プラント速度比率出力を生成するため、前記連続可変トランスミッションのプラントのモデルと共に、デット時間補償機能を使用し、所望の速度比率参照値と、前記遅延調整プラント速度比率出力とに基づいて、前記誤差信号を発生する、方法。
2. １次圧力及び２次圧力（Ｐp，Ｐs）により各々作動される１次プーリー及び２次プーリーを備え、且つ、該１次圧力及び２次圧力は、該プーリーを移動させ、連係するベルトを調整するための力を発生し、これにより出力／入力速度比率を調整する、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）において、該出力／入力速度比率を制御する方法であって、
   前記連続可変トランスミッションのプラントの所望の力比率を計算し、
   計算された前記所望の力比率に部分的に基づいて所望の１次圧力及び２次圧力（Ｐp，
   Ｐs）を決定し、前記連続可変トランスミッションのプラントの作動を制御するため、該
   所望のＰs及びＰp信号を該プラントに送り、
   入力速度の測定値及び出力速度の測定値に基づいて、前記連続可変トランスミッションのプラントから実際の速度比率を計算し、
   次のサンプル時間の所望の力比率を計算する工程で使用するため前記実際の速度比率に基づいて誤差信号を発生し、該誤差信号は前記連続可変トランスミッションのプラントへの入力として送られるべき所望のＰs及びＰpを計算するため使用され、かくして、該連続可変トランスミッションのプラントの出力／入力速度比率を制御する工程の制御変数として前記所望の力比率を使用し、
   次式を使用して、実時間で、力比率飽和限界を計算し、
   

   

   ここで、
   SatHi ＝ 力比率の高い方の飽和限界
   Satlow ＝ 力比率の低い方の飽和限界
   Apri ＝ 印加される１次力の面積
   Psec_current ＝ 検出された現在の２次圧力
   Ppri_min ＝ 滑りを回避するため計算された最小の１次圧力
   Fpri_cent ＝ 回転する１次流体から計算された１次遠心力
   Asec ＝ 印加される２次圧力の面積
   Psec_current ＝ 検出された現在の２次圧力
   Psec_max ＝ 計算された最大の利用可能な２次圧力
   Fsec_cent ＝ （検出された回転速度から計算された）遠心力から計算された２次力、及び、
   Fsec_spring ＝ ２次プーリーにおけるスプリング力であり、
   計算された次のサンプル時間の所望の力比率を決定する際に反ワンドアップのための計算された前記力比率飽和限界を使用する、各工程を備える、方法。
3. 前記連続可変トランスミッションのプラントの前記所望の力比率は、次式を使用して部分的に決定され、
   

   

   ここで、
   Ap ＝ 印加される１次圧力の面積
   Ｐp ＝ １次圧力
   Ｆp ＝ １次遠心圧力の力
   As ＝ 印加される２次圧力の面積
   Ｐs ＝ ２次圧力
   Ｆs_centrifugal ＝ ２次遠心圧力の力
   Ｆs_spring ＝ スプリング力
   である、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記所望の１次圧力及び２次圧力（Ｐp、Ｐs）は、圧力増加論理により決定され、該圧力増加論理では、増加圧力が、前記所望の力比率、最小の１次圧力及び最小の２次圧力、１次遠心力及び２次遠心力、スプリング力、並びに、印加された１次圧力及び２次圧力の面積に基づいて、計算され、選択される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記１次圧力及び２次圧力のうちいずれの一方を増圧するべきかを決定し、
   前記１次圧力及び２次圧力のうち他方の圧力がベルト滑りを回避するように設定されるところの最小の圧力を決定し、該他方の圧力を該決定された最小圧力に設定し、
   前記１次圧力及び２次圧力のうち前記一方をより高い圧力に増圧し、これにより、ベルト滑りを回避すると共に迅速な出力／入力比率の調整を達成する、各工程を更に備える、請求項４に記載の方法。
6. １次圧力及び２次圧力（Ｐp，Ｐs）により各々作動される１次プーリー及び２次プーリーを備え、且つ、該１次圧力及び２次圧力は、該プーリーを移動させ、連係するベルトを調整するための力を発生し、これにより出力／入力速度比率を調整する、連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）において、該出力／入力速度比率を制御する方法であって、
   所望のＰp及びＰs信号を計算し、固有の遅延を持つ連続可変トランスミッションのプラントに該所望のＰp及びＰs信号を提供し、該連続可変トランスミッションのプラントから実際のＣＶＴ速度比率（出力速度／入力速度）を決定し、
   計算された前記所望のＰp及びＰsを計算された力比率に変換し、該計算された力比率を前記連続可変トランスミッションのプラントのモデルに入力し、
   前記連続可変トランスミッションのプラントの前記モデルからモデル速度比率を決定し、該モデル速度比率を時間遅延に関して調整し、
   調整信号を提供するため、調整された前記モデル速度比率を決定された前記実際の連続可変トランスミッション速度比率から減算し、
   遅延調整されたプラント速度比率を提供するため、前記モデル速度比率の遅延調整前に決定された前記モデル速度比率に前記調整信号を加算し、
   前記遅延調整されたプラント速度比率を速度比率参照値から減算して誤差信号を提供し、該誤差信号は、次のサンプル時間のための所望のＰp及びＰsの計算工程で使用される、
   各工程を備える、方法。
   

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