JP5849102B2 - 無段変速機及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機及びその制御方法に関し、特に、無段変速機がバリエータ（無段変速機構）と副変速機構を備えるものに関する。

バリエータ（無段変速機構）に対して副変速機構を直列に設け、車両の運転状態に応じてこの副変速機構の変速段を変更するように構成することで、バリエータを大型化させることなく、とりうる変速比範囲を拡大した無段変速機を開示している。

ＪＰ５−７９５５４Ａは、このような副変速機構付き無段変速機において、副変速機構の変速段を変更する際、副変速機構の変速比変化方向と逆の方向にバリエータの変速比を変化させる変速態様（以下、「協調変速」という。）を開示している。この協調変速を行えば、副変速機構を変速させる際のエンジン及びトルクコンバータの速度変化が小さくなり、これらの慣性トルクによる変速ショックを小さくすることができる。

しかしながら、上記協調変速は、バリエータと副変速機構とを同時に変速させる変速態様であるので、一方のみを変速させる場合と比べて必要油量が多くなる。このため、オイルポンプから供給される油量が少なくなる領域で上記協調変速を行うと、油量が不足し、協調変速に要する時間が長くなって運転者に停滞感を与える原因となる。

また、油量を十分に確保できるエンジン回転速度域であっても、上記協調変速は、副変速機構の変速速度をバリエータに合わせて遅くするものであり、副変速機構を単独で変速させる場合よりも変速時間が長くなることから、運転者が車両を加速させようとしてアクセルペダルを大きく踏み込むような状況で上記協調変速を行うと、変速の遅れによって運転者の加速要求を満たせない可能性がある。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、上記協調変速に起因する変速遅れを解消し、副変速機構を備えた無段変速機を搭載した車両の運転性を向上させることを目的とする。

本発明のある態様によれば、無段変速機であって、変速比を無段階に変更可能なバリエータと、前記バリエータに対して直列に配置され、変速段として１速と前記１速よりも変速比が小さい２速とを有する副変速機構と、前記副変速機構を変速させる場合に、前記副変速機構の変速比変化方向と逆の方向に前記バリエータを変速させる協調変速手段と、前記副変速機構の変速段が前記２速でかつ動力源の出力増大要求がある場合に、前記協調変速を禁止し、前記副変速機構のみを前記２速から前記１速に変速させ、前記副変速機構のみを前記２速から前記１速に変速させた後、前記バリエータを変速させて、前記無段変速機の変速比を目標とする変速比に近づける非協調変速手段と、を備えたことを特徴とする無段変速機が提供される。

本発明の別の態様によれば、変速比を無段階に変更可能なバリエータと前記バリエータに対して直列に配置され、変速段として１速と前記１速よりも変速比が小さい２速とを有する副変速機構とを備えた無段変速機の制御方法であって、前記副変速機構を変速させる場合に、前記副変速機構の変速比変化方向と逆の方向に前記バリエータを変速させる協調変速手順と、前記副変速機構の変速段が前記２速でかつ動力源の出力増大要求がある場合に、前記協調変速を禁止し、前記副変速機構のみを前記２速から前記１速に変速させ、前記副変速機構のみを前記２速から前記１速に変速させた後、前記バリエータを変速させて、前記無段変速機の変速比を目標とする変速比に近づける非協調変速手順と、を含むことを特徴とする無段変速機の制御方法が提供される。

これらの態様によれば、副変速機構の変速段が２速でかつ動力源の出力増大要求がある場合には、ただちに副変速機構の変速が行われ、変速機の変速比がＬｏｗ側に変更される。協調変速を行う場合のような変速遅れはなく、副変速機構を備えた無段変速機を搭載した車両の運転性を向上させることができる。

本発明の実施形態及び本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る無段変速機を搭載した車両の概略構成図である。 図２は、変速機コントローラの内部構成を示した図である。 図３は、変速マップの一例を示した図である。 図４は、変速制御プログラムの内容を示したフローチャートである。 図５は、非協調変速が実行される場合の様子を示した図である。 図６は、非協調変速が実行される場合の様子を示した図である。

以下の説明において、ある変速機構の「変速比」は、当該変速機構の入力回転速度を当該変速機構の出力回転速度で割って得られる値である。また、「最Ｌｏｗ変速比」は当該変速機構の最大変速比を意味し、「最Ｈｉｇｈ変速比」は当該変速機構の最小変速比を意味する。

図１は本発明の実施形態に係る無段変速機を搭載した車両の概略構成図である。この車両は動力源としてエンジン１を備える。エンジン１の出力回転は、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ２、第１ギヤ列３、無段変速機（以下、単に「変速機４」という。）、第２ギヤ列５、ディファレンシャルギヤユニット６を介して駆動輪７へと伝達される。第２ギヤ列５には駐車時に変速機４の出力軸を機械的に回転不能にロックするパーキング機構８が設けられている。

また、車両には、エンジン１の動力の一部を利用して駆動されるオイルポンプ１０と、オイルポンプ１０からの油圧を調圧して変速機４の各部位に供給する油圧制御回路１１と、油圧制御回路１１を制御する変速機コントローラ１２とが設けられている。

各構成について説明すると、変速機４は、バリエータ２０（無段変速機構）と、バリエータ２０に対して直列に設けられる副変速機構３０とを備える。「直列に設けられる」とは同動力伝達経路においてバリエータ２０と副変速機構３０が直列に設けられるという意味である。副変速機構３０は、この例のようにバリエータ２０の出力軸に直接接続されていてもよいし、その他の変速ないし動力伝達機構（例えば、ギヤ列）を介して接続されていてもよい。

バリエータ２０は、プライマリプーリ２１と、セカンダリプーリ２２と、プーリ２１、２２の間に掛け回されるＶベルト２３とを備えるベルト式無段変速機構である。プーリ２１、２２は、それぞれ固定円錐板と、この固定円錐板に対してシーブ面を対向させた状態で配置され固定円錐板との間にＶ溝を形成する可動円錐板と、この可動円錐板の背面に設けられて可動円錐板を軸方向に変位させる油圧シリンダ２３ａ、２３ｂとを備える。油圧シリンダ２３ａ、２３ｂに供給される油圧を調整すると、Ｖ溝の幅が変化してＶベルト２３と各プーリ２１、２２との接触半径が変化し、バリエータ２０の変速比ｖＲａｔｉｏが無段階に変化する。

副変速機構３０は前進２段・後進１段の変速機構である。副変速機構３０は、２つの遊星歯車のキャリアを連結したラビニョウ型遊星歯車機構３１と、ラビニョウ型遊星歯車機構３１を構成する複数の回転要素に接続され、それらの連係状態を変更する複数の摩擦締結要素（Ｌｏｗブレーキ３２、Ｈｉｇｈクラッチ３３、Ｒｅｖブレーキ３４）とを備える。各摩擦締結要素３２〜３４への供給油圧を調整し、各摩擦締結要素３２〜３４の締結・解放状態を変更すると、副変速機構３０の変速段が変更される。例えば、Ｌｏｗブレーキ３２を締結し、Ｈｉｇｈクラッチ３３とＲｅｖブレーキ３４を解放すれば副変速機構３０の変速段は１速となる。Ｈｉｇｈクラッチ３３を締結し、Ｌｏｗブレーキ３２とＲｅｖブレーキ３４を解放すれば副変速機構３０の変速段は１速よりも変速比が小さな２速となる。また、Ｒｅｖブレーキ３４を締結し、Ｌｏｗブレーキ３２とＨｉｇｈクラッチ３３を解放すれば副変速機構３０の変速段は後進となる。なお、以下の説明では、副変速機構３０の変速段が１速であるとき「変速機４が低速モードである」と表現し、２速であるとき「変速機４が高速モードである」と表現する。

変速機コントローラ１２は、図２に示すように、ＣＰＵ１２１と、ＲＡＭ・ＲＯＭからなる記憶装置１２２と、入力インターフェース１２３と、出力インターフェース１２４と、これらを相互に接続するバス１２５とから構成される。

入力インターフェース１２３には、エンジン１の回転速度（以下、「エンジン回転速度Ｎｅ」という。）を検出する回転速度センサ４０の出力信号、アクセルペダルの開度（以下、「アクセル開度ＡＰＯ」という。）を検出するアクセル開度センサ４１の出力信号、変速機４の入力回転速度（＝プライマリプーリ２１の回転速度、以下、「プライマリ回転速度Ｎｐｒｉ」という。）を検出する回転速度センサ４２の出力信号、車両の走行速度（以下、「車速ＶＳＰ」という。）を検出する車速センサ４３の出力信号、変速機４の油温を検出する油温センサ４４の出力信号、セレクトレバーの位置を検出するインヒビタスイッチ４５の出力信号などが入力される。

記憶装置１２２には、変速機４の変速制御プログラム（図４）、この変速制御プログラムで用いる変速マップ（図３）が格納されている。ＣＰＵ１２１は、記憶装置１２２に格納されている変速制御プログラムを読み出して実行し、入力インターフェース１２３を介して入力される各種信号に対して各種演算処理を施して変速制御信号を生成し、生成した変速制御信号を出力インターフェース１２４を介して油圧制御回路１１に出力する。ＣＰＵ１２１が演算処理で使用する各種値、その演算結果は記憶装置１２２に適宜格納される。

油圧制御回路１１は複数の流路、複数の油圧制御弁で構成される。油圧制御回路１１は、変速機コントローラ１２からの変速制御信号に基づき、複数の油圧制御弁を制御して油圧の供給経路を切り換えるとともにオイルポンプ１０で発生した油圧から必要な油圧を調製し、これを変速機４の各部位に供給する。これにより、バリエータ２０の変速比ｖＲａｔｉｏ、副変速機構３０の変速段が変更され、変速機４の変速が行われる。

図３は記憶装置１２２に格納される変速マップの一例を示している。

この変速マップでは、変速機４の動作点が車速ＶＳＰとプライマリ回転速度Ｎｐｒｉとにより定義される。変速機４の動作点と変速マップ左下隅の零点を結ぶ線の傾きが変速機４の変速比（バリエータ２０の変速比に副変速機構３０の変速比を掛けて得られる全体の変速比、以下、「スルー変速比」という。）に対応する。なお、トルクコンバータ２とプライマリプーリ２１との間にカウンターギヤが設けられている場合は、プライマリ回転速度Ｎｐｒｉに代えてカウンターギヤ比分を考慮したタービン回転速度Ｎｔｂｎを縦軸とした変速マップが用いられる。

変速機コントローラ１２は、この変速マップに基づき、車両の運転状態（この実施形態では車速ＶＳＰ及びアクセル開度ＡＰＯ）に応じて、目標とする変速機４の動作点（目標スルー変速比）を設定し、目標とする変速機４の動作点が実現されるようにバリエータ２０及び副変速機構３０を制御する。

変速マップの内容について説明すると、この変速マップには、従来のベルト式無段変速機の変速マップと同様に、アクセル開度ＡＰＯ毎に変速線が設定されており、変速機４の変速はアクセル開度ＡＰＯに応じて選択される変速線に従って行われる。なお、図３には簡単のため、全負荷線（アクセル開度ＡＰＯ＝８／８の場合の変速線）、パーシャル線（アクセル開度ＡＰＯ＝４／８の場合の変速線）、コースト線（アクセル開度ＡＰＯ＝０／８の場合の変速線）のみが示されている。

変速機４が低速モードの場合は、変速機４はバリエータ２０の変速比を最Ｌｏｗ変速比にして得られる低速モード最Ｌｏｗ線とバリエータ２０の変速比を最Ｈｉｇｈ変速比にして得られる低速モード最Ｈｉｇｈ線の間で変速することができる。この場合、変速機４の動作点はＡ領域とＢ領域内を移動する。一方、変速機４が高速モードの場合は、変速機４はバリエータ２０の変速比を最Ｌｏｗ変速比にして得られる高速モード最Ｌｏｗ線とバリエータ２０の変速比を最Ｈｉｇｈ変速比にして得られる高速モード最Ｈｉｇｈ線の間で変速することができる。この場合、変速機４の動作点はＢ領域とＣ領域内を移動する。

副変速機構３０の各変速段の変速比は、低速モード最Ｈｉｇｈ線に対応する変速比（低速モード最Ｈｉｇｈ変速比）が高速モード最Ｌｏｗ線に対応する変速比（高速モード最Ｌｏｗ変速比）よりも小さくなるように設定される。これにより、低速モードでとりうる変速機４のスルー変速比の範囲（図中、「低速モードレシオ範囲」）と高速モードでとりうる変速機４のスルー変速比の範囲（図中、「高速モードレシオ範囲」）とが部分的に重複し、変速機４の動作点が高速モード最Ｌｏｗ線と低速モード最Ｈｉｇｈ線で挟まれるＢ領域にある場合は、変速機４は低速モード、高速モードのいずれのモードも選択可能になっている。

また、この変速マップ上には副変速機構３０の変速を行う１−２変速線及び２−１変速線がそれぞれ低速モード最Ｈｉｇｈ線及び高速モード最Ｌｏｗ線に重なるように設定されている。

そして、目標とする変速機４の動作点が１−２変速線をＬｏｗ側からＨｉｇｈ側に横切った場合、及び、２−１変速線をＨｉｇｈ側からＬｏｗ側に横切った場合（後述するように、エンジン低回転速度域でアクセルペダルが踏み込まれた場合とアクセルペダルが大きく踏み込まれた場合は除く）は、変速機コントローラ１２は以下に説明する協調変速を行い、高速モード−低速モード間の切換えを行う。

協調変速では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の変速を行うとともに、副変速機構３０の変速比変化方向と逆の方向にバリエータ２０を変速させる。この時、副変速機構３０の変速比が実際に変化するイナーシャフェーズとバリエータ２０の変速比が変化する期間とを同期させ、変速前後でスルー変速比が一定に保たれるようにする。

具体的には、目標とする変速機４の動作点が１−２変速線をＬｏｗ側からＨｉｇｈ側に横切った場合は、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の変速段を１速から２速に変更（１−２変速、アップシフト）するとともに、バリエータ２０の変速比をＬｏｗ側に変更する。

逆に、目標とする変速機４の動作点が２−１変速線をＨｉｇｈ側からＬｏｗ側に横切った場合（後述するように、エンジン低回転速度域でアクセルペダルが踏み込まれた場合とアクセルペダルが大きく踏み込まれた場合は除く）は、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の変速段を２速から１速に変更（２−１変速、ダウンシフト）するとともに、バリエータ２０の変速比をＨｉｇｈ側に変更する。

図４は、変速機４の変速制御プログラムの内容を示したフローチャートである。これを参照しながら、変速機コントローラ１２が実行する変速機４の変速制御の内容について説明する。

これによると、まず、Ｓ１１では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の変速段を判断する。副変速機構３０の変速段が１速である場合は処理がＳ１２に進み、２速である場合は処理がＳ１４に進む。

Ｓ１２、Ｓ１３は副変速機構の変速段が１速の場合の処理である。

Ｓ１２では、変速機コントローラ１２は、車速ＶＳＰが増加する、又は、アクセルペダルが戻されることによって、目標とする変速機４の動作点が１−２変速線をＬｏｗ側からＨｉｇｈ側に横切ったか判断する。目標とする変速機４の動作点が１−２変速線をＬｏｗ側からＨｉｇｈ側に横切った場合は処理がＳ１３に進み、そうでない場合は処理がＳ２０に進む。

Ｓ１３では、変速機コントローラ１２は、副変速機構３０の変速段を１速から２速に変更するとともにバリエータ２０の変速比をＨｉｇｈ側からＬｏｗ側に変更する協調変速を実行する。

Ｓ１４〜Ｓ１９は副変速機構の変速段が２速の場合の処理である。

Ｓ１４では、変速機コントローラ１２は、アクセルペダルが踏み込まれること、すなわち、動力源であるエンジン１の出力増大要求があることによって、目標とする変速機４の動作点が２−１変速線をＨｉｇｈ側からＬｏｗ側に横切ったか判断する。目標とする変速機４の動作点が２−１変速線をＨｉｇｈ側からＬｏｗ側に横切った場合は処理がＳ１５に進み、そうでない場合はＳ２０に進む

Ｓ１５では、変速機コントローラ１２は、エンジン回転速度Ｎｅが所定の低回転速度Ｎｅｔｈよりも低いか判断する。所定の低回転速度Ｎｅｔｈは、当該回転速度以下で協調変速を実行すると、オイルポンプ１０からの油量が不足して油圧収支が悪化し、協調変速に要する時間が許容しうる時間よりも長くなる回転速度（協調変速を実行した場合に運転者が停滞感を感じ始める回転速度）に設定される。エンジン回転速度Ｎｅが所定の低回転速度Ｎｅｔｈよりも低い場合は処理がＳ１７に進み、そうでない場合は処理がＳ１６に進む。

Ｓ１６では、変速機コントローラ１２は、アクセル開度ＡＰＯが所定の大開度ＡＰＯｔｈよりも大きいか判断する。所定の大開度ＡＰＯｔｈは、運転者の加速要求が大きいと判断できる値の下限値（例えば、ＡＰＯｔｈ＝５／８）が設定される。アクセル開度ＡＰＯが所定の大開度ＡＰＯｔｈよりも大きい場合は処理がＳ１７に進み、そうでない場合は処理がＳ１９に進む。

エンジン回転速度Ｎｅが所定の低回転速度Ｎｅｔｈよりも低い場合、及び、アクセル開度ＡＰＯが所定の大開度ＡＰＯｔｈよりも大きい場合は、協調変速を実行することによる変速遅れを防止するために、Ｓ１７、Ｓ１８に進み、協調変速を禁止し、副変速機構３０、バリエータ２０の順に変速を実行する。

すなわち、変速機コントローラ１２は、まず、副変速機構３０のみを２速から１速に変速させる（Ｓ１７）。この変速はＬｏｗブレーキとＨｉｇｈクラッチ３３の掛け替えのみで終了するので、短い時間で終了する。エンジン回転速度Ｎｅが低くオイルポンプ１０からの油量が少ない状況であっても、油量が不足して変速遅れが発生することはない。副変速機構３０のみを先行させて変速させることによって、変速機４のスルー変速比が短時間のうちにＬｏｗ側に変化し、変速遅れが回避される。

続けて、変速機コントローラ１２は、バリエータ２０のみを変速させ（Ｓ１８）、これによって、変速機４の動作点を目標とする動作点まで移動させる。

なお、副変速機構３０のみを変速させた場合、変速機４の動作点が目標とする動作点よりもＬｏｗ側になってしまう可能性があるが、バリエータ２０を変速させることによって、変速機４の動作点が目標とする動作点まで戻され、スルー変速比が目標スルー変速比に近づけられる。

これに対して、エンジン回転速度Ｎｅが所定の低回転速度Ｎｅｔｈよりも高い場合、及び、アクセル開度ＡＰＯが所定の大開度ＡＰＯｔｈよりも小さい場合は、変速遅れが問題になることはないので、Ｓ１９に進み、変速機コントローラ１２は、協調変速を実施する。

Ｓ２０は、副変速機構の変速段が１速の場合及び２速の場合の共通の処理で、変速機４の目標とする動作点が１−２変速線、２−１変速線いずれも横切っていない場合に実行される。Ｓ２０では、変速機コントローラ１２は、バリエータ２０のみを変速させ、変速機４の動作点を目標とする動作点まで移動させる。

図５、図６は上記変速制御によって非協調変速が実行される場合の様子を示した図である。

図５の例は、エンジン低回転速度域でアクセルペダルが踏み込まれて目標とする変速機４の動作点が２−１変速線を横断した場合の変速の様子を示している。

エンジン回転速度Ｎｅが所定の低回転速度Ｎｅｔｈよりも低い場合は、協調変速を実行しようとするとオイルポンプ１０からの油量が不足して油圧収支が悪化し、変速に要する時間が長くなって運転者に停滞感を与える可能性がある。

そこで、このような状況では、まず、副変速機構３０のみが２速から１速に変速され、これによってスルー変速比がＬｏｗ側まで変化させられる（図中矢印Ａ１）。変速させるのは副変速機構３０のみであるので、エンジン回転速度Ｎｅが低くてもオイルポンプ１０からの油量が不足することはなく、副変速機構３０の変速は短時間で完了する。

その後、バリエータ２０の変速が行われ、目標とする変速機４の動作点、すなわち、目標スルー変速比が実現される（図中矢印Ａ２）。

図６の例は、アクセルペダルが大きく踏み込まれて目標とする変速機４の動作点が２−１変速線を横断した場合の変速の様子を示している。

アクセル開度ＡＰＯが所定の大開度ＡＰＯｔｈよりも大きい場合に協調変速を実行していると、運転者の加速要求を満たせない可能性がある。

そこで、このような状況では、まず、副変速機構３０のみが２速から１速に変速され、これによってスルー変速比がＬｏｗ側まで変化させられる（図中矢印Ａ３）。協調変速のようにバリエータ２０の変速速度に副変速機構３０の速度を合わせる必要がないので、副変速機構３０の変速は短時間のうちに完了する。

その後、バリエータ２０の変速が行われ、目標とする変速機４の動作点、すなわち、目標スルー変速比が実現される（図中矢印Ａ４）。

図５、図６に示したいずれの場合においても、協調変速に起因するスルー変速比の変化遅れが生じることはなく、運転者が意図した加速を実現し、変速機４が搭載される車両の運転性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、油圧収支が悪化するか否かをエンジン回転速度Ｎｅに基づき判断しているが（Ｓ１５）、オイルポンプ１０の油量を直接測定し、測定された油量に基づき判断するようにしてもよい。

また、運転者からの加速要求が大きいか否かをアクセル開度ＡＰＯに基づき判断しているが（Ｓ１６）、セレクトレバー操作等に基づき判断するようにしてもよい。なお、上記実施形態では運転者からの加速要求が大きい場合に協調変速を禁止しているが、加速要求があればその大小に関わらず協調変速を禁止するようにしてもよい。

また、動力源であるエンジン１の出力増大要求には、アクセルペダルが踏み込まれることの他、クルーズコントロール装置の車速調整レバーを車速増大方向に操作すること等も含まれる。

本願は日本国特許庁に２０１１年１２月１２日に出願された特願２０１１−２７１３０９号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (4)

1. 無段変速機であって、
   変速比を無段階に変更可能なバリエータと、
   前記バリエータに対して直列に配置され、変速段として１速と前記１速よりも変速比が小さい２速とを有する副変速機構と、
   前記副変速機構を変速させる場合に、前記副変速機構の変速比変化方向と逆の方向に前記バリエータを変速させる協調変速手段と、
   前記副変速機構の変速段が前記２速でかつ動力源の出力増大要求がある場合に、前記協調変速を禁止し、前記副変速機構のみを前記２速から前記１速に変速させ、前記副変速機構のみを前記２速から前記１速に変速させた後、前記バリエータを変速させて、前記無段変速機の変速比を目標とする変速比に近づける非協調変速手段と、
   を備えた無段変速機。
2. 請求項１に記載の無段変速機であって、
   前記非協調変速手段は、前記副変速機構の変速段が前記２速で、エンジンの回転速度が所定の低回転速度域にあり、かつ前記動力源の出力増大要求がある場合に、前記協調変速を禁止する、
   無段変速機。
3. 請求項１又は２に記載の無段変速機であって、
   前記非協調変速手段は、前記副変速機構の変速段が前記２速で、かつ運転者からの加速要求がある場合に、前記協調変速を禁止する、
   無段変速機。
4. 変速比を無段階に変更可能なバリエータと前記バリエータに対して直列に配置され、変速段として１速と前記１速よりも変速比が小さい２速とを有する副変速機構とを備えた無段変速機の制御方法であって、
   前記副変速機構を変速させる場合に、前記副変速機構の変速比変化方向と逆の方向に前記バリエータを変速させる協調変速手順と、
   前記副変速機構の変速段が前記２速でかつ運転者からの加速要求がある場合に、前記協調変速を禁止し、前記副変速機構のみを前記２速から前記１速に変速させ、前記副変速機構のみを前記２速から前記１速に変速させた後、前記バリエータを変速させて、前記無段変速機の変速比を目標とする変速比に近づける非協調変速手順と、
   を含む無段変速機の制御方法。

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