JP4633198B1 - 車両用ベルト式無段変速機の制御装置と制御方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図12
Description
(a) セカンダリ油圧に所定の正弦波を重畳し、すなわち、セカンダリ油圧を加振して振動させ、
(b) 実セカンダリ油圧に含まれる加振による振動成分と、実変速比に含まれる加振による振動成分との乗数に基づき、セカンダリ油圧を制御してベルトスリップ制御を行う。
これにより、ベルトのスリップ率を直接検出する必要がなくなるため、ベルトスリップ制御を容易に行えるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この車両用ベルト式無段変速機の制御装置において、ベルトスリップ制御手段と、制限判断手段と、変速速度制限手段と、を備えた。
前記ベルトスリップ制御手段は、前記変速比の変化速度である変速速度が所定値未満のときに、前記セカンダリ油圧を加振して、実変速比に含まれる加振による振動成分を実変速比の基本成分から抽出し、この実変速比に含まれる加振による振動成分と実セカンダリ油圧に含まれる加振による振動成分との位相差に基づいてセカンダリ油圧を制御する。
前記制限判断手段は、車両の加速を制限してよいかどうかを判断する。
前記変速速度制限手段は、前記制限判断手段が車両の加速を制限してよいと判断したとき、前記変速速度を前記所定値未満に制限する。
前記ベルトスリップ制御手段は、前記変速速度制限手段が前記変速速度を前記所定値未満に制限しているとき、前記ベルトスリップ制御を許可する。
加えて、変速速度制限手段により、制限判断手段が車両の加速を制限してよいと判断したとき、変速速度を前記所定値未満に制限し、ベルトスリップ制御を許可することによって、ベルトスリップ制御が許可される運転領域を拡大することができる。つまり、車両の運転状態に応じて発生する変速比の変化速度に依存し、変速速度条件の成立を待ってベルトスリップ制御が許可されるときの領域に比べて、車両の加速制限許可条件の成立によりベルトスリップ制御が許可される領域が加えられる分、ベルトスリップ制御が許可される運転領域が拡大する。そして、ベルトスリップ制御の許可領域として加えられた運転領域において、変速速度を所定値未満に制限することで、ベルトスリップ状態の推定精度が保たれる。
このように、ベルトスリップ制御が許可される運転領域を、ベルトスリップ状態の推定精度を保ったままで拡大することで、ベルトフリクションの低下による消費駆動エネルギーの削減効果を向上させることができる。
図1は、実施例1の制御装置と制御方法が適用された車両用ベルト式無段変速機の駆動系と制御系を示す全体システム図である。図2は、実施例1の制御装置と制御方法が適用されたベルト式無段変速機構を示す斜視図である。図3は、実施例1の制御装置と制御方法が適用されたベルト式無段変速機構のベルトの一部を示す斜視図である。以下、図1〜図3に基づきシステム構成を説明する。
ここで、BSC許可条件の一例を下記に示す。
(1) ベルト式無段変速機構4の伝達トルク容量の変化率が小さく安定していること。
この条件(1)は、例えば、
a. |指令トルク変化率|<所定値
b. |指令変速比変化率|<所定値
という2つの条件成立に基づき判断する。
ここで、「指令変速比変化率」は、ベルト式無段変速機構4による変速比の変化率である変速速度に相当する。そして、|指令変速比変化率|<所定値という条件は、運転状態や車両状態等により成立する場合だけでなく、後述するように、車両の加速を制限してよいという加速制限許可条件の成立に基づく強制的な制限により、|指令変速比変化率|<所定値が成立する場合も含む。
(2) プライマリプーリ42への入力トルクの推定精度が信頼できる範囲に入っていること。
この条件(2)は、例えば、エンジンコントロールユニット88からのトルク情報(推定エンジントルク)、トルクコンバータ2のロックアップ状態、ブレーキペダルの操作状態、レンジ位置等に基づき判断する。
(3) 所定時間、上記(1),(2)の許可状態を継続すること。
ステップS2では、以上の条件(1),(2),(3)の全ての条件を満たすか否かを判断する。
ここで、BSC継続条件の一例を下記に示す。
(1) ベルト式無段変速機構4の伝達トルク容量の変化率が小さく安定していること。
この条件(1)は、例えば、
a. |指令トルク変化率|<所定値
b. |指令変速比変化率|<所定値
という2つの条件成立に基づき判断する。
ここで、|指令変速比変化率|<所定値という条件は、運転状態や車両状態等により成立する場合だけでなく、後述するように、車両の加速を制限してよいという加速制限許可条件の成立に基づく強制的な制限により、|指令変速比変化率|<所定値が成立する場合も含む。
(2) プライマリプーリ42への入力トルクの推定精度が信頼できる範囲に入っていること。
この条件(2)は、例えば、エンジンコントロールユニット88からのトルク情報(推定エンジントルク)、トルクコンバータ2のロックアップ状態、ブレーキペダルの操作状態、レンジ位置等に基づき判断する。
以上の条件(1),(2)を共に満たすか否かを判断する。
すなわち、BSC許可条件とBSC継続条件の差異は、BSC継続条件にはBSC許可条件のうち(3)の継続条件が無いことである。
すなわち、ベルトスリップ制御中は、実セカンダリ油圧情報に加振による振動成分を含むため、通常制御時の油圧フィードバック制御を禁止し、ゼロ偏差を用いて基本セカンダリ油圧を求める制御に切り替える。そして、ベルトスリップ制御から通常制御へ移行すると、再び油圧フィードバック制御に復帰する。
すなわち、図7のフローチャートにおいて、ステップS321では、“ベルトスリップ制御からのトルクリミット要求”をドライバ要求トルクとする。
ここで、実セカンダリ油圧振幅をA、実変速比振幅をBとすると、
実セカンダリ油圧振動:Asinωt …(1)
実変速比振動:Bsin(ωt+θ) …(2)
で表される。
(1)と(2)を掛け合わせ、積和の公式である
sinαsinβ=-1/2{cos(α+β)−cos(α−β)} …(3)
を用いると、
Asinωt×Bsin(ωt+θ)=(1/2)ABcosθ−(1/2)ABcos(2ωt+θ) …(4)
となる。
上記(4)式において、ローパスフィルタを通すと、加振周波数の2倍成分である(1/2)ABcos(2ωt+θ)が低減され、上記(4)式は、
Asinωt×Bsin(ωt+θ)≒(1/2)ABcosθ …(5)
となる。
すなわち、実セカンダリ油圧と実変速比のそれぞれに含まれる加振による振動成分を乗算した乗算値にローパスフィルタ処理を施すと、式(5)に示すように、振幅A,B(定数)とcosθ(位相差θの余弦値)を掛け合わせた値に変換される。この値は、実セカンダリ油圧振動の位相と実変速比振動の位相との位相差θを表す制御情報(以下、単に「位相差θ」という。)として用いることができる。
ここで、「ドライバ要求トルク」とは、ドライバが要求するエンジントルクである。「BSCからのトルクリミット要求」とは、図20のフェーズ(2)、(3)におけるトルク制限量である。「トルク容量」とは、通常制御(図20のフェーズ(1))は、設計上の許容トルク容量であり、ベルト滑りが生じないよう、ベルト式無段変速機構4のメカニカル的バラツキを考慮した安全マージン分だけドライバ要求トルクより高めに設定される値である。ここで、実際のトルク容量の制御は、通常制御によるセカンダリ油圧制御で行う。
さらに、「算出トルク容量」とは、BSC中(図20のフェーズ(2))と復帰処理時(図20のフェーズ(3))のトルク容量である。この算出トルク容量は、実セカンダリ油圧と実変速比に基づく値であり、具体的には、実セカンダリ油圧と実変速比により算出される値である(二つのプーリ42,43のうち、エンジントルクが入ってくる側のプーリ、すなわち、プライマリプーリ42でのトルク容量)。
ここで、ドライバが、燃費性能の向上を意図して経済運転モードを選択したことを示す「エコスイッチ89がON状態」は、所定の加速制限許可条件の一つである。
ここで、経済運転モードの選択時、ドライバが、大きな加速要求を意図することなくアクセル操作を行ったことを示す「スロットル開速度≦しきい値1」は、所定の加速制限許可条件の一つである。
「スロットル開速度」は、スロットル開度センサ87からのスロットル開度検出値を、時間により微分演算することにより求められる。
「しきい値1」は、図13に示すしきい値特性に基づき、スロットル開度が低開度のときに高い値で高開度になるほど低くなる値で、車速が高車速のときに高い値で低車速になるほど低くなる値で与えられる。そして、経済運転モードの選択時においては、ドライバの加速要求よりも燃費性能を優先するという考え方に基づき、車両の加速制限を許可する「スロットル開速度≦しきい値1」の領域を、図14に示すしきい値特性での「スロットル開速度≦しきい値2」の領域に比べて広く設定している。
なお、図13に示す特性において「しきい値1」を、スロットル開度が高開度になるほど低くなる値で与えているのは、高スロットル開度からの踏み込み操作時であるほどドライバの加速要求が高いためである。また、車速が低車速になるほど低くなる値で与えているのは、低車速から踏み込み操作時であるほどドライバの加速要求が高いためである。
ここで、「目標変速比を所定値に制限」とは、BSC作動許可条件(BSC許可条件、BSC継続条件)である|指令変速比変化率|<所定値が成立するように、指令による変速比変化率を所定値未満に制限することをいう。つまり、ステップS23での「所定値」は、上記ステップS2、ステップS4での|指令変速比変化率|のBSC許可条件とBSC継続条件のしきい値である「所定値」と同一の値である。
ここで、通常運転モードの選択時、ドライバが、大きな加速要求を意図することなくアクセル操作を行ったことを示す「スロットル開速度≦しきい値2」は、所定の加速制限許可条件の一つである。
「スロットル開速度」は、スロットル開度センサ87からのスロットル開度検出値を、時間により微分演算することにより求められる。
「しきい値2」は、図14に示すしきい値特性に基づき、「しきい値1」の場合と同様、スロットル開度が低開度のときに高い値で高開度になるほど低くなる値で、車速が高車速のときに高い値で低車速になるほど低くなる値で与えられる。そして、通常運転モードの選択時においては、燃費性能よりもドライバの加速要求を優先するという考え方に基づき、車両の加速制限を許可する「スロットル開速度≦しきい値2」の領域を、図13に示すしきい値特性での「スロットル開速度≦しきい値1」の領域に比べて狭く設定している。
実施例1のベルト式無段変速機構4の制御作用を、「通常制御とベルトスリップ制御」、「BSC許可判定作用とBSC継続判定作用」、[|指令変速比変化率|<所定値によるBSC許可・継続判定作用]、「ベルトスリップ制御が作動許可される運転領域拡大作用」、「ベルトスリップ制御作用(BSC作用)」、「BSCから通常制御への復帰制御作用」に分けて説明する。
実施例1におけるベルト式無段変速機構4では、プライマリ油圧とセカンダリ油圧を制御するが、この油圧制御のうち、両プーリ42,43に掛け渡されたベルト44が滑らないように制御することを「通常制御」といい、両プーリ42,43に掛け渡されたベルト44を所定のスリップ率で意図的に滑らせる制御を「ベルトスリップ制御」という。以下、各制御作用を理解する上で重要な文言となる「通常制御」と「ベルトスリップ制御」の意味を説明すると共に、「ベルトスリップ制御」として「位相差フィードバック制御」を採用した理由を説明する。
この通常制御時には、セカンダリ油圧センサ82からの実セカンダリ油圧を、基礎油圧計算部90において入力トルクや変速時必要差推力等に基づいて算出された目標セカンダリ油圧に一致させる「油圧フィードバック制御(PI制御)」により、セカンダリ油圧が制御される(図4参照)。
このベルトスリップ制御時には、セカンダリ油圧を加振して、実セカンダリ油圧に含まれる加振による振動成分の抽出と、実変速比に含まれる加振による振動成分の抽出を行い、抽出した両振動成分の振動位相の差である位相差θを、目標とする位相差範囲(所定値1≦位相差<所定値2)に収束させる「位相差フィードバック制御」により、セカンダリ油圧が制御される(図8参照)。
車両走行を開始すると、図5のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2へと進み、ステップS2でのBSC許可判定条件の全てを満足しない限り、ステップS1→ステップS2へと進む流れが繰り返され、通常制御が維持される。すなわち、ステップS2でのBSC許可判定条件の全てを満足することが、BSC制御の開始条件とされる。
(1) ベルト式無段変速機構4の伝達トルク容量の変化率が小さく安定していること。
(2) プライマリプーリ42への入力トルクの推定精度が信頼できる範囲に入っていること。
(3) 所定時間、上記(1),(2)の許可状態を継続すること。
ステップS2では、以上の条件(1),(2),(3)の全ての条件を満たすか否かを判断する。
実施例1のベルトスリップ制御許可判定では、ベルト式無段変速機構4の変速比の変化速度を示す指令変速比変化率が、所定値未満であることを条件(1)の一つとし、ベルトスリップ制御を許可するようにしている。
すなわち、ベルトスリップ制御中は、通常制御時よりもセカンダリ油圧を低減し、ベルトクランプ力を低下させる制御を行うことで、“ミクロスリップ”と呼ばれる状態を維持するようにしている。この状態でベルト式無段変速機構4への入力トルクが増大すると、低いクランプ力で支えられているベルト44が大きく滑る“マクロスリップ”と呼ばれる状態に入るおそれがある。
したがって、指令変速比変化率という予測情報に基づき、実際にベルト式無段変速機構4の変速比が変化するのに先行して、ベルトスリップ制御の開始許可判定およびベルトスリップ制御の継続判定を行うことができる。
エコスイッチ89をONとしての走行時であって、スロットル開速度がしきい値1以下のときには、図12のフローチャートにおいて、ステップS21→ステップS22→ステップS23→ステップS24へと進む。つまり、エコスイッチ89のONによる経済走行モード選択条件と、スロットル開速度≦しきい値1によるスロットル開速度条件が共に成立し(ステップS21,ステップS22でYES)、この加速制限許可条件に基づいて車両の加速を制限してよいと判断される。この加速制限許可判断に基づいて、ステップS23では、|指令変速比変化率|<所定値が成立するように目標変速比変化率が所定値に制限され、ステップS24では、BSC作動許可条件に従って、ベルトスリップ制御を開始するBSC許可判定やベルトスリップ制御を継続するBSC継続判定が行われる。
通常制御からベルトスリップ制御へ移行する制御開始時は、通常制御側での安全率を見積もってベルト滑りのないクランプ力を得るセカンダリ油圧となっているため、位相差θが所定値1未満という条件が成立し、図8のフローチャートにおいて、ステップS331→ステップS332→ステップS333→ステップS334→ステップS335→ステップS339へと進む流れが繰り返され、この流れを繰り返す毎に指令セカンダリ油圧が、−ΔPsecの補正を受けて低下する。そして、位相差θが所定値1以上になると、位相差θが所定値2になるまでは、図8のフローチャートにおいて、ステップS331→ステップS332→ステップS333→ステップS334→ステップS336→ステップS337→ステップS339へと進む流れとなり、指令セカンダリ油圧が維持される。そして、位相差θが所定値2以上になると、図8のフローチャートにおいて、ステップS331→ステップS332→ステップS333→ステップS334→ステップS336→ステップS338→ステップS339へと進む流れとなり、指令セカンダリ油圧が、+ΔPsecの補正を受けて上昇する。
すなわち、ベルトスリップ制御では、位相差θが所定値1以上で所定値2未満という範囲内となる“ミクロスリップ”と呼ばれる領域のスリップ率を維持する「位相差フィードバック制御」が行われることになる。
まず、時刻t1にて上記(1),(2)のBSC許可条件が成立し、(1),(2)のBSC許可条件成立が継続し((3)のBSC許可条件)、時刻t2に達すると、上記(1),(2)のBSC継続条件のうち、少なくとも一つの条件が不成立となる時刻t2〜時刻t3までの間、BSC作動フラグとSEC圧F/B禁止フラグ(セカンダリ圧フィードバック禁止フラグ)が立てられ、ベルトスリップ制御が行われる。なお、時刻t3の少し前からのアクセル踏み込み操作によりBSC継続条件のうち、少なくとも一つの条件が不成立になると、時刻t3から時刻t4までは、通常制御への復帰制御が行われ、時刻t4以降は、通常制御が行われることになる。
図6のステップS32では、BSC許可判定からBSC継続判定が維持されているベルトスリップ制御中、図7のステップS321において、“ベルトスリップ制御からのトルクリミット要求”をドライバ要求トルクとすることで、トルクリミット処理を行うようにしている。以下、図10及び図20に基づいて通常制御復帰時のトルクリミット作用を説明する。
このトルク制限量は、様々な要求から決まる。例えば、ベルト式無段変速機構4からの要求として、通常制御中(図20のフェーズ(1))のベルト式無段変速機構4の入力トルク上限を“通常制御中のトルクリミット要求”とし、CVTコントロールユニット8がエンジンコントロールユニット88に対しこの“通常制御中のトルクリミット要求”を送信する。エンジンコントロールユニット88は、このようにして様々なコントローラから要求される複数の“トルクリミット要求”のうち最小のものをトルク制限量として選択することになる。
ただし、BSC中(図20のフェーズ(2))の“BSCからのトルクリミット要求”は、図10のトルクリミットのための事前準備であり、BSC中(図20のフェーズ(2))においては、事実上、トルク制限としては機能していない。
実施例1のベルト式無段変速機構4の制御装置と制御方法にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
このため、ベルトスリップ制御が許可される運転領域を、ベルトスリップ状態の推定精度を保ったままで拡大することで、ベルトフリクションの低下による消費駆動エネルギーの削減効果を向上させる車両用ベルト式無段変速機の制御装置を提供することができる。
このため、上記(1)の効果に加え、経済運転モードを選択したドライバの意図を反映してベルトスリップ制御が許可される運転領域の拡大を図ることができる。
このため、上記(2)の効果に加え、簡単なスイッチ操作により、経済運転モードを希望するドライバの意図を、応答良く確実にベルトスリップ制御に反映することができる。
このため、上記(1)〜(3)の効果に加え、アクセル開度若しくはスロットル開度の増加速度にあらわれるドライバの加速要求に応じて、ドライバの加速要求が高くないと判断される運転領域を、ベルトスリップ制御を許可する運転領域として設定することができる。
例えば、運転モードの選択と組み合わせた場合、経済運転モードを選択したときには、燃費性能を優先し、ドライバの加速要求が高いと判断される領域まで拡大した領域を、ベルトスリップ制御を許可する運転領域として設定することができる(図13)。また、通常運転モードを選択したときには、加速性能を優先し、通常運転時にドライバの加速要求が低いと判断される領域を、ベルトスリップ制御を許可する運転領域として設定にすることができる(図14)。
このため、ベルトスリップ制御が許可される運転領域を、ベルトスリップ状態の推定精度を保ったままで拡大することで、ベルトフリクションの低下による消費駆動エネルギーの削減効果を向上させる車両用ベルト式無段変速機の制御方法を提供することができる。
Claims (5)
- ベルトが掛け渡されたプライマリプーリおよびセカンダリプーリを有し、プライマリ油圧とセカンダリ油圧を制御して変速比を制御する車両用ベルト式無段変速機の制御装置において、
前記変速比の変化速度である変速速度が所定値未満のときに、前記セカンダリ油圧を加振して、実変速比に含まれる加振による振動成分を実変速比の基本成分から抽出し、この実変速比に含まれる加振による振動成分と実セカンダリ油圧に含まれる加振による振動成分との位相差に基づいてセカンダリ油圧を制御するベルトスリップ制御手段と、
車両の加速を制限してよいかどうかを判断する制限判断手段と、
前記制限判断手段が車両の加速を制限してよいと判断したとき、前記変速速度を前記所定値未満に制限する変速速度制限手段と、を備え、
前記ベルトスリップ制御手段は、前記変速速度制限手段が前記変速速度を前記所定値未満に制限しているとき、前記ベルトスリップ制御を許可する
ことを特徴とする車両用ベルト式無段変速機の制御装置。 - 請求項1に記載された車両用ベルト式無段変速機の制御装置において、
前記制限判断手段は、通常運転モードと経済運転モードとのうち、経済運転モードが選択されたとき、車両の加速を制限してよいと判断する
ことを特徴とする車両用ベルト式無段変速機の制御装置。 - 請求項2に記載された車両用ベルト式無段変速機の制御装置において、
前記通常運転モードと前記経済運転モードとをドライバが選択可能なスイッチを備えたことを特徴とする車両用ベルト式無段変速機の制御装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載された車両用ベルト式無段変速機の制御装置において、
前記制限判断手段は、アクセル開度若しくはスロットル開度の増加速度が所定速度以下のとき、車両の加速を制限してよいと判断する
ことを特徴とする車両用ベルト式無段変速機の制御装置。 - ベルトが掛け渡された一対のプーリを有し、前記一対のプーリへの油圧を制御して変速比を制御する車両用ベルト式無段変速機の制御方法において、
前記変速比の変化率である変速速度が所定値未満のときに、前記油圧を加振して、実変速比に含まれる加振による振動成分を実変速比の基本成分から抽出し、この実変速比に含まれる加振による振動成分と実油圧に含まれる加振による振動成分との位相差に基づき前記油圧を制御するベルトスリップ制御を許可すると共に、
車両の加速を制限してよいと判断したときは、前記変速速度を前記所定値未満に制限し、前記ベルトスリップ制御を許可する
ことを特徴とする車両用ベルト式無段変速機の制御方法。
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