WO2019176400A1

WO2019176400A1 - 自動変速機の制御装置および制御方法

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Publication number: WO2019176400A1
Application number: PCT/JP2019/004536
Authority: WO
Inventors: 謙岡原
Original assignee: ジヤトコ株式会社
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2019-09-19
Also published as: JPWO2019176400A1; JP6922071B2

Abstract

自動変速機は、ベルト式無段変速機構（ＣＶＴ）と、変速比を制御するコントロールユニット（１０）と、を有する、コントロールユニット（１０）は、目標変速比演算部（１０１）と、偏差演算部（１０２）と、フィードバック制御部（１０３）と、ノッチフィルタ（１０４）と、を有する。ノッチフィルタ（１０４）は、パワートレーン共振周波数よりも低周波数側にゲインが最小となるノッチ周波数を有し、高周波数側のゲインを抑制しつつパワートレーン共振周波数領域の位相を進ませる。

Description

自動変速機の制御装置および制御方法

　本発明は、車両に搭載される無段変速機構を備えた自動変速機の制御装置および制御方法に関する。

　従来、特許文献１には、目標変速比となるように制御する際、位相進み補償を行って変速制御を行う技術が開示されている。

　しかしながら、位相進み補償を行うと、高周波数側のゲインが大きくなり、変速制御が不安定となるおそれがある。よって、不安定化を回避するには、フィードバックゲインを小さくする必要がある。そうすると、外乱が作用した際の外乱抑制性能が低下するという問題があった。
　本発明は上記課題に着目してなされたもので、変速制御の安定性及び外乱抑制性能を確保可能な自動変速機の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

特開２００２－１０６７００号公報

　本発明の無段変速機構を変速制御する自動変速機の制御装置は、走行状態に基づいて目標変速比を演算し、前記無段変速機構の状態を表す実値に基づいてフィードバック制御するフィードバック制御部と、前記フィードバック制御の指令値に作用し、動力源と駆動輪との間の動力伝達経路の共振周波数よりも低周波数側のノッチ周波数でゲインが最小となるノッチフィルタと、を備えた。

　よって、前記ノッチフィルタの作用により高周波数側のゲインの増大を抑制しつつ位相進み補償を実施でき、変速制御の安定性及び外乱抑制性能を確保できる。

実施例の無段変速機の制御装置を表すシステム図である。実施例のコントロールユニット内の概略を表す制御ブロック図である。実施例のノッチフィルタの特性を表すボード線図である。

　図１は実施例の自動変速機の制御装置を表すシステム図である。実施例の車両は、内燃機関であるエンジン１と、自動変速機とを有し、ディファレンシャルギヤを介して駆動輪であるタイヤ８に駆動力を伝達する。自動変速機からタイヤ８へと接続する動力伝達経路を総称してパワートレーンＰＴと記載する。

　自動変速機は、トルクコンバータ２と、オイルポンプ３と、前後進切替機構４と、ベルト式無段変速機構ＣＶＴとを有する。トルクコンバータ２は、エンジン１に連結されオイルポンプ３を駆動する駆動爪と一体に回転するポンプインペラ２ｂと、前後進切替機構４の入力側と接続されるタービンランナ２ｃと、これらポンプインペラ２ｂとタービンランナ２ｃとを一体的に連結可能なロックアップクラッチ２ａとを有する。前後進切替機構４は、遊星歯車機構と複数のクラッチ４ａから構成されており、クラッチ４ａの締結状態によって前進と後進とを切り替える。ベルト式無段変速機構ＣＶＴは、前後進切替機構４の出力側（無段変速機の入力軸）と接続されたプライマリプーリ５と、駆動輪と一体に回転するセカンダリプーリ６と、プライマリプーリ５とセカンダリプーリ６との間に巻回され動力伝達を行うベルト７と、各油圧アクチュエータに対して制御圧を供給するコントロールバルブユニット２０と、を有する。

　コントロールユニット１０は、運転者の操作によりレンジ位置を選択するシフトレバー１１からのレンジ位置信号（以下、レンジ位置信号をそれぞれＰレンジ，Ｒレンジ，Ｎレンジ，Ｄレンジと記載する。）と、アクセルペダル開度センサ１２からのアクセルペダル開度信号（以下、ＡＰＯ）と、ブレーキスイッチ１７からのブレーキペダルＯＮ・ＯＦＦ信号と、プライマリプーリ５の油圧を検出するプライマリプーリ圧センサ１５からのプライマリプーリ圧信号と、セカンダリプーリ６の油圧を検出するセカンダリプーリ圧センサ１６からのセカンダリプーリ圧信号と、プライマリプーリ５の回転数を検出するプライマリプーリ回転数センサ１３からのプライマリ回転数信号Ｎｐｒｉと、セカンダリプーリ６の回転数を検出するセカンダリプーリ回転数センサ１４からのセカンダリ回転数信号Ｎｓｅｃと、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１８からのエンジン回転数信号Ｎｅと、車両の前後加速度Ｇを検出するＧセンサ１９からの加速度信号Ｇとを読み込む。尚、プライマリ回転数信号Ｎｐｒｉは、Ｄレンジの場合、クラッチ４ａの締結によりタービン回転数と一致することから、以下、タービン回転数Ｎｔとも記載する。

　コントロールユニット１０は、レンジ位置信号に応じたクラッチ４ａの締結状態を制御する。具体的にはＰレンジもしくはＮレンジであればクラッチ４ａは解放状態とし、Ｒレンジであれば前後進切替機構４が逆回転を出力するようにコントロールバルブユニット２０に制御信号を出力し、後進クラッチ（もしくはブレーキ）を締結する。また、Ｄレンジであれば前後進切替機構４が一体回転して正回転を出力するようにコントロールバルブユニット２０に制御信号を出力し、前進クラッチ４ａを締結する。また、セカンダリ回転数Ｎｓｅｃに基づいて車速ＶＳＰを算出する。

　図２は実施例のコントロールユニット内における制御構成を表すブロック図である。コントロールユニット１０は、目標変速比演算部１０１と、偏差演算部１０２と、フィードバック制御部１０３と、ノッチフィルタ１０４と、スイッチ１０５と、指令信号発散検出部１０６と、油振検知部１０７と、車両振動検出部１０８と、位相補償制御部１０９と、ロックアップクラッチ２ａの締結状態を制御するロックアップ制御部１１０と、を有する。

　目標変速比演算部１０１では、ＡＰＯ信号と車速ＶＳＰとに基づいて最適な燃費状態を達成可能な変速マップから目標変速比ｉｒ*を演算する。偏差演算部１０２では、無段変速機構ＣＶＴの状態を表す実値であるプライマリ回転数信号Ｎｐｒｉとセカンダリ回転数信号Ｎｓｅｃとに基づく実変速比ｉｒを検出し、実変速比ｉｒと目標変速比ｉｒ*との偏差を演算する。フィードバック制御部１０３では、設定された目標変速比ｉｒ*と無段変速機構ＣＶＴの状態を表す実値である実変速比ｉｒとが一致するようにプーリ油圧を制御するソレノイドに対するフィードバック指令信号を演算する。

　ノッチフィルタ１０４は、フィードバック制御部１０３により演算された指令信号のうち、パワートレーン（動力源と駆動輪との間の動力伝達経路）の共振周波数（以下、ＰＴ共振周波数と記載する。）領域に該当する周波数領域の位相を進ませると共に、高周波側のゲインを低減した位相補償信号を演算する。ノッチフィルタ１０４の作用については後述する。スイッチ１０５は、フィードバック制御部１０３から出力された信号と、ノッチフィルタ１０４から出力された信号とを、位相補償制御部１０９の信号に基づいて切り替えるオンオフスイッチである。指令信号発散検知部１０６では、最終的な指令信号が低周波数領域を表す周波数（例えば、１Ｈｚ付近）で振動しているか否かを検知し、振動していない場合は振動フラグＦ１をＯＦＦとし、発散している場合は振動フラグＦ１をＯＮとする。ここで、指令信号の発散は、振幅が所定値以上の状態が所定時間継続したか否かに基づいて検知する。

　油振検知部１０７では、まず、プライマリプーリ圧センサ１５及びセカンダリプーリ圧センサ１６によって検出された電圧信号を油圧信号に変換し、バンドバスフィルタ処理によってＤＣ成分（制御指令に応じた変動成分）を除去し、振動成分のみを抽出する。そして、振動成分の振幅を算出し、プライマリプーリ圧もしくはセカンダリプーリ圧のいずれかの振幅が所定振幅以上の状態が所定時間以上継続した場合には、油振フラグＦ２をＯＮとする。一方、油振フラグＦ２がＯＮの状態で、振幅が所定振幅未満の状態が所定時間以上継続した場合には、油振フラグＦ２をＯＦＦとする。

　車両振動検知部１０８では、Ｇセンサ１９により検出された前後加速度Ｇの振動成分を抽出し、振動成分の振幅が所定値以上の状態が所定時間以上継続した場合には、ＰＴ共振周波数領域で振動していると判断し、共振フラグＦ３をＯＮとする。一方、振動成分の振幅が所定未満の状態が所定時間以上継続した場合には、共振フラグＦ３をＯＦＦとする。

　位相補償制御部１０９では、振動フラグＦ１，油振フラグＦ２，共振フラグＦ３の情報及びレンジ位置信号を読み込むと共に、ＶＳＰとＡＰＯにより規定される動作点を演算する。そして、エンジン始動後、各種フラグが全てＯＦＦの場合には、ノッチフィルタ１０４での位相補償信号の出力を許可する信号を出力する。一方、いずれか一つのフラグがＯＮとなった場合には、ノッチフィルタ１０４での位相補償信号の出力を禁止する信号を出力すると共に、ロックアップクラッチ２ａを解放する指令を出力する。

　図３は実施例のノッチフィルタの特性を表すボード線図である。ノッチフィルタ１０４は、ゲインが最低となるノッチ周波数を中心に、周波数が高くなるほど、もしくは周波数が小さくなるほどゲインが０ｄＢに近づく特性を有する。また、ノッチ周波数より周波数が低い側では、位相遅れ特性を有し、ノッチ周波数より周波数が高い側では、位相進み特性を有する。

　ベルト式無段変速機構ＣＶＴをフィードバック制御する際、例えば２～５Ｈｚの領域（以下、中周波数領域とも記載する。）にＰＴ共振周波数が存在し、また、例えば８～１０Ｈｚの領域（以下、高周波数領域とも記載する。）に油振周波数が存在する。ここで、フィードバック制御時にＰＴ共振周波数の振動を抑制するために、中周波数領域に対し位相進みフィルタを作用させ、位相進み補償を行うと、ＰＴ共振周波数における変速制御の安定性を確保できるものの、位相進みフィルタの特性上、高周波数領域のゲインが大きくなってしまい、高周波数側における振動が発散するおそれがあった。仮に、位相進みフィルタを用いたうえで、上記課題を解決しようとすると、フィードバックゲインを小さくする必要があり、外乱が作用したときの外乱抑制性能が低下してしまう。そこで、実施例では、ノッチフィルタ１０４を採用することで、位相を進めつつゲインを低下できる特性を活用することで、中周波数領域の位相進み補償を実現し、かつ、高周波数領域におけるゲインの低下によって高周波数側における振動の発散を回避することとした。

　図３に示すように、ノッチフィルタ１０４のノッチ周波数をＰＴ共振周波数より低周波数側に設定すると、ノッチ周波数より高周波数側の中周波数領域の位相を進めることができる。また、油振のおそれがある高周波数領域では、ゲインを低下させることができる。ただし、ノッチフィルタ１０４の特性により、ノッチ周波数より低周波数側の低周波数領域では、位相遅れが生じるため、例えば１Ｈｚ程度の振動を十分に抑制できないおそれがある。すなわち、ノッチフィルタ１０４から位相補償信号を出力すると、かえって低周波数領域での指令信号の振動が大きくなるおそれがあり、振動が増幅されるおそれがある。そこで、実施例では、振動フラグＦ１がＯＮとなった場合には、ノッチフィルタ１０４の作用を停止することとした。これにより、ロバスト性の高い制御構成を得ることができる。

　また、ノッチフィルタ１０４の作用を停止した場合には、ロックアップクラッチ２ａを解放する指令を出力する。すなわち、ロックアップクラッチ２ａを解放することで、パワートレーンＰＴの質量は、エンジン質量が加算された質量からエンジン質量を除いた質量へと変更することができる。ＰＴ共振周波数はパワートレーンＰＴの質量と相関を有するため、質量を変更することでＰＴ共振周波数を移動させることができ、ノッチフィルタ１０４の作用を停止した場合にも、共振による振動を抑制することができる。

　以上説明したように、実施例にあっては下記に列挙する作用効果が得られる。
　（１）プライマリプーリ５とセカンダリプーリ６との間にベルトを巻装し、プライマリプーリ５とセカンダリプーリ６とにおけるベルト挟持圧を制御して変速する無段変速機構ＣＶＴを制御するコントロールユニット１０であって、走行状態に基づいて目標変速比ｉｒ*を演算する目標変速比演算部１０１と、目標変速比ｉｒ*となるように無段変速機構ＣＶＴの状態を表す実値に基づいて、プライマリプーリ５とセカンダリプーリ６のベルト挟持圧をフィードバック制御するフィードバック制御部１０３と、フィードバック制御の指令値に作用し、ＰＴ共振周波数よりも低周波数側のノッチ周波数でゲインが最小となるノッチフィルタ１０４と、を備えた。
　よって、高周波数側のゲインの増大を抑制しつつ、ＰＴ共振周波数の位相進み補償を実施でき、変速制御の安定性及び外乱抑制性能を確保できる。

　（２）フィードバック制御の指令値にノッチ周波数より低周波数側の振動成分が所定以上含まれていると検知したときは、ノッチフィルタ１０４の作用を停止させる。
　よって、適正な制振状態が得られない走行状態でのノッチフィルタ１０４による位相進み補償を回避することが可能となり、車両挙動を安定化できる。

　（３）エンジン１（動力源）と無段変速機構ＣＶＴとの間に設けられ、ロックアップクラッチ２ａを有するトルクコンバータ２を有し、ノッチフィルタ１０４の作用を停止させたときは、ロックアップクラッチ２ａを解放する。
　よって、低周波数側の振動の発生を回避し、加えて、パワートレーンＰＴの質量を変更することでＰＴ共振周波数を変更することが可能となり、振動を抑制できる。

Claims

　無段変速機構を変速制御する自動変速機の制御装置であって、
　走行状態に基づいて前記無段変速機構の目標変速比を演算し、前記無段変速機構の状態を表す実値に基づいてフィードバック制御するフィードバック制御部と、
　前記フィードバック制御の指令値に作用し、動力源と駆動輪との間の動力伝達経路の共振周波数よりも低周波数側のノッチ周波数でゲインが最小となるノッチフィルタと、
　を備えた自動変速機の制御装置。
　請求項１に記載の自動変速機の制御装置において、
　前記フィードバック制御の指令値に前記ノッチ周波数より低周波数側の振動成分が所定以上含まれていると検知したときは、前記ノッチフィルタの作用を停止させる、自動変速機の制御装置。
　請求項２に記載の自動変速機の制御装置において、
　前記自動変速機は、前記動力源と前記無段変速機構との間に設けられたトルクコンバータを有し、該トルクコンバータはロックアップクラッチを有し、
　前記ノッチフィルタの作用を停止させたときは、前記ロックアップクラッチを解放する、自動変速機の制御装置。
　請求項１に記載の自動変速機において、
　前記共振周波数は２～５Ｈｚである、自動変速機の制御装置。
　請求項４に記載の自動変速機の制御装置において、
　前記ノッチ周波数は、１Ｈｚよりも高周波数側に設定されている、自動変速機の制御装置。
　無段変速機構を変速制御する自動変速機の制御方法であって、
　走行状態に基づいて前記無段変速機構の目標変速比を演算し、
　前記無段変速機構の実変速比と前記目標変速比とが一致するように、フィードバック指令値を演算し、
　動力源と駆動輪との間の動力伝達経路の共振周波数よりも低周波数側にゲインが最小となるノッチ周波数を有するノッチフィルタによって前記フィードバック指令値をフィルタ処理し、前記共振周波数に該当する周波数領域の位相を進ませる、
　自動変速機の制御方法。