(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転状態に応じて設定した変速比に実変速比が一致するように無段階に変速比を設定可能な無段変速機を制御する無段変速機の変速比制御装置において、
無段変速比を所定の変速比へ可変駆動する駆動手段と、
無段変速機の変速比を検出する変速比検出手段と、
運転状態を検出する運転状態検出手段と、
運転状態に応じた到達変速比を演算する到達変速比演算手段と、
実変速比が該到達変速比に向けて所定の動特性で追従するよう変化させた動特性補償出力値を演算する動特性補償手段と、
該動特性補償出力値に基づいて駆動手段を駆動する指令値を出力する駆動指令値出力部と、
前記動特性補償出力値と前記駆動指令値出力部からの指令値により変化する実変速比との差異を外乱として算出し、
算出した外乱を低減するように前記動特性補償出力値を補償する外乱補償部と、を備え、
該外乱補償部は、
前記動特性補償出力値を２次系の伝達関数からなるフィルタを通して第１の外乱補償出力を演算する第１の外乱補償出力演算部と、
該第１の外乱補償出力演算部のフィルタと同様の特性を有する２次系の伝達関数に、無段変速機の動特性を表わす伝達関数の逆系の関数を掛け合わせたフィルタを有し、このフィルタに前記実変速比を通して第２の外乱補償出力を演算する第２の外乱補償出力演算部と、
前記第１の外乱補償出力と第２の外乱補償出力との偏差を算出し、偏差を低減するように前記動特性補償出力値から加算もしくは減算する加減算手段と、を備え、
前記無段変速機は、溝幅を変更可能な一対の可変プーリがＶベルトを介して連結されており、前記第１の外乱補償出力部及び第２の外乱補償出力部の２次系の伝達関数の動特性を、前記Ｖベルトの共振周波数近傍のゲインが変速比制御の安定性が満足されるように小さく設定したことを特徴とする無段変速機の変速比制御装置。
【請求項２】
２次系の伝達関数の減衰係数及び固有角周波数を、Ｖベルトの変速制御に使用する周波数近傍のゲインを低下させず、前記Ｖベルトの共振周波数近傍のゲインが変速比制御の安定性が満足されるように小さく設定したことを特徴とする請求項１記載の無段変速機の変速比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【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】
従来より、エンジン側に連結された入力プーリと駆動車輪に連結された出力プーリとの間をベルトで連結し、各々のプーリの溝幅を変更して無段階に変速比を設定できる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装置として、例えば、特開平８−２９６７０８号に開示されたものがある。この変速比制御装置は、運転状態に応じて設定した到達変速比に所定の動特性で応答するように制御定数を決定する動特性補償器を備え、動特性補償器から出力される信号に応じて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プーリの溝幅を変更し、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。そして予め設定されたローパスフィルタに動特性補償器の出力である変速比指令値を入力し第１の外乱補償出力を演算する第１外乱補償出力演算器と、上記ローパスフィルタと同様の特性を有するローパスフィルタに無段変速機の推定モデルの逆系を掛け合わせた構成のフィルタを有し、このフィルタに実変速比信号を入力し第２の外乱補償出力を演算する第２外乱補償出力演算器とから構成され、第２の外乱補償出力から第２の外乱補償出力を差し引いて外乱補償出力を算出している。
【０００４】
【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の如く外乱補償器を構成すると、上記ローパスフィルタカットオフ周波数近傍のノイズが外乱として外乱補償器に現れ、変速比がハンチングするという問題が生じることがわかった。これは変速機機構の共振がノイズとして第２外乱補償出力演算器に入力され、上記ローパスフィルタのカットオフ周波数は制御系の安定性の観点のみから決定されている為、ノイズの影響が外乱補償器に現れるためだと考えられる。特に無段変速機のＶベルトは、ベルトの線密度、プーリ間の距離、ベルトを引く力即ち張力で決まる共振周波数を持ち、この共振周波数と同じ周波数を有する信号がベルト付近に存在し、ベルトが共振した場合、実変速比を検出する入力軸回転センサおよび出力軸回転センサに共振に起因するノイズが入力されると考えられる。
【０００５】
又、上記ノイズを取り除く為、ローパスフィルタのカットオフ周波数を下げた場合、外乱補償器の応答性が悪くなり変速比制御に使用する周波数帯のゲインが悪化するので、無段変速機の変速比制御性能が悪化するという問題が生じる。
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、外乱補償器のフィルタを変速比制御に使用する周波数帯のゲインを落とさず、無段変速機の共振周波数に起因するノイズを除去できるように設計した速比制御システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、運転状態に応じて設定した変速比に実変速比が一致するように無段階に変速比を設定可能な無段変速機を制御する無段変速機の変速比制御装置において、無段変速比を所定の変速比へ可変駆動する駆動手段と、無段変速機の変速比を検出する変速比検出手段と、運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態に応じた到達変速比を演算する到達変速比演算手段と、実変速比が該到達変速比に向けて所定の動特性で追従するよう変化させた動特性補償出力値を演算する動特性補償手段と、該動特性補償出力値に基づいて駆動手段を駆動する指令値を出力する駆動指令値出力部と、前記動特性補償出力値と前記駆動指令値出力部からの指令値により変化する実変速比との差異を外乱として算出し、算出した外乱を低減するように前記動特性補償出力値を補償する外乱補償部と、を備え、該外乱補償部は、前記動特性補償出力値を２次系の伝達関数からなるフィルタを通して第１の外乱補償出力を演算する第１の外乱補償出力演算部と、該第１の外乱補償出力演算部のフィルタと同様の特性を有する２次系の伝達関数に、無段変速機の動特性を表わす伝達関数の逆系の関数を掛け合わせたフィルタを有し、このフィルタに前記実変速比を通して第２の外乱補償出力を演算する第２の外乱補償出力演算部と、前記第１の外乱補償出力と第２の外乱補償出力との偏差を算出し、偏差を低減するように前記動特性補償出力値から加算もしくは減算する加減算手段と、を備え、前記無段変速機は、溝幅を変更可能な一対の可変プーリがＶベルトを介して連結されており、前記第１の外乱補償出力部及び第２の外乱補償出力部の２次系の伝達関数の動特性を、前記Ｖベルトの共振周波数近傍のゲインが変速比制御の安定性が満足されるように小さく設定する。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、２次系の伝達関数の減衰係数及び固有角周波数を、Ｖベルトの変速制御に使用する周波数近傍のゲインを低下させず、前記Ｖベルトの共振周波数近傍のゲインが変速比制御の安定性が満足されるように小さく設定したことを特徴とする。
【０００９】
【作用及び効果】
したがって、第１の発明によると、到達変速比演算手段によって運転状態によって到達変速比が演算され、実変速比が所定の動特性で追従するよう動特性補償出力がなされるが、この動特性補償出力値を２次系の伝達関数からなるフィルタを通した第１の外乱補償出力と、実変速比を第１の外乱補償出力演算部のフィルタと同様の特性を有する２次系の伝達関数に、無段変速機の動特性を表わす伝達関数の逆系の関数を掛け合わせたフィルタを通した第２の外乱補償出力との偏差を算出して、動特性補償出力値への補償出力値を演算するようにしているので、検出手段による実変速比の検出値にＶベルトの共振に起因するノイズが載っても、外乱補償演算部を２次系の伝達関数からなるフィルタを通すので、変速比制御に使用する周波数帯のゲインを落とさず、Ｖベルトが持つ共振周波数帯のノイズを除去できるようにフィルタを設計できる。
【００１０】
そして、第１の外乱補償出力部及び第２の外乱補償出力部の２次系の伝達関数の動特性を、前記Ｖベルトの共振周波数近傍のゲインが変速比制御の安定性が満足されるように小さく設定したため、外乱補償部の応答性を低下させることなく、ノイズを除去することができる。
【００１１】
又、第２の発明の様に、２次系の伝達関数の減衰係数及び固有角周波数を、Ｖベルトの変速制御に使用する周波数近傍のゲインを低下させず、前記Ｖベルトの共振周波数近傍のゲインが変速比制御の安定性が満足されるように小さく設定したため、Ｖベルトの変速制御性能を悪化させることなくノイズを除去することができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００１９】
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。
【００２０】
到達変速比演算部Ｂ１は、図３に例示する予め定めておいた目標入力回転数マップを用いて、車速ＶＳＰおよびスロットル開度ＴＶＯの組み合わせから、現在の運転状態に適した目標入力回転数Ｎｐｒｉ  ＊  を検索する。そして、車速ＶＳＰに定数を掛けて出力プーリの回転数（出力回転数）Ｎｓｅｃ  を算出し、目標入力回転数Ｎｐｒｉ  ＊  を出力回転数Ｎｓｅｃ  で除算することにより最終目標変速比ｉＰ０を算出する。
【００２１】
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）、
【００２２】
【数１】
0003606216.tif 000002
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図４に、本実施例における変速比制御システムのブロック線図を示す。変速比制御システムは大きく分けて動特性補償部Ｂ３１と、外乱補償部Ｂ３２と、変速比指令値変換部Ｂ４と、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、変速機構部１７）とから構成される。
【００２７】
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。
【００２８】
【数２】
0003606216.tif 000003
【００２９】
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
ｉＰ：変速比
ｓＤ：変速方向
ｐＬ：ライン圧力（プーリ５、６のプーリ溝幅を変更する油圧源の圧力）
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５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。
【００３０】
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６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。
動特性補償部Ｂ３１では、設計者が希望する変速比応答が次式（３）
【００３１】
【数３】
0003606216.tif 000004
【００３２】
ただし、
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、運転状態により目標変速比ｉｐＴを演算した後、実変速比ｉＰＲが動特性ＧＴ（ｓ）で追従するようにＣ１、Ｃ２を次式（４）、（５）のように設定する。即ち、
【００３３】
【数４】
0003606216.tif 000005
【００３４】
【数５】
0003606216.tif 000006
【００３５】
で与えられ、次式（６）に基づき動特性補償出力ｉＰＦＢを演算する。
【００３６】
【数６】
0003606216.tif 000007
【００３７】
但し、Ｃ１、Ｃ２は、
外乱補償部Ｂ３２は（２）式で記述される無段変速機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ことを除去するように設計を行う。外乱補償部Ｂ３２は後述する最終変速比指令値ｉＰＣＦと実変速比ｉＰＲとを入力し下記式（７）より外乱補償出力ｉＰＤを算出する。
【００３８】
【数７】
0003606216.tif 000008
【００３９】
ただし、
ωｎ：外乱補償器フィルタの固有角周波数
ζ：外乱補償器フィルタの減衰係数
ここで、ωｎとζの設定方法について説明する。Ｖベルトは、ベルトの線密度をσ、可変プーリ間（無段変速機の入力軸と出力軸との間）の距離を１、ベルトを引く力即ち張力をＴとすると、次式（８）
【００４０】
【数８】
0003606216.tif 000009
【００４１】
で表わされる共振周波数を持つ。この共振により各プーリの回転速度を検出しているセンサにノイズが発生すると考えられ、このノイズが外乱として制御系に入力されると変速比にも同様なノイズを発生すると考えられる。そこで、図７に示すように外乱補償器のローパスフィルタのカットオフ周波数は共振周波数のゲインを小さくし、無段変速機の動特性（時定数、無駄時間）と制御系の安定性（ゲイン余有１２ｄＢ硫黄、位相余有４５°以上）が満足される値に設定する。そしてこの外乱補償器のローパスフィルタは２次系の伝達関数からなるフィルタで構成しているので、変速比制御に使用する０．１ＨＺ付近のゲインを落さず、ノイズ振動の０．５ＨＺ付近のゲインを−２０ｄＢ以下に抑えることができる。
【００４２】
一方、従来の如く外乱補償器が１次のローパスフィルタで形成されていると、図８に示すように、ノイズ振動の０．５ＨＺ付近のゲインを−２０ｄＢ以下に抑えようとすると、変速比制御に使用する０．１ＨＺ付近のゲインも下がることになる。
【００４３】
そして減算器Ｂ３３で動特性補償出力ｉＰＦＢから外乱補償出力ｉＰＤを減算することにより最終的な変速比指令値ｉＰＣＦが演算される。
【００４４】
次に、上記変速比制御システムの動作をＣＶＴコントロールユニット１の制御処理を示す図９のフローチャートを伴って説明する。この制御フローは、所定時間例えば１０ｍｓｅｃ毎のタイマ割込処理として実行される。
【００４５】
まず、ステップＳ１１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。
【００４６】
次に、ステップＳ１２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、Ｓ１３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１４では、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤに基づき図６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。
【００４７】
そして、ステップＳ１５では、式（６）に基づき、動特性補償出力ｉＰＦＢが演算され、ステップＳ１６では、式（７）に基づき、外乱補償出力ｉＰＤが演算され、ステップＳ１７では動特性補償出力ｉＰＦＢから外乱補償出力ｉＰＤを減算して最終的な変速比指令値ｉＰＣＦが演算される。
【００４８】
そして、ステップＳ１８では図５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Ｓ１９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。
【００４９】
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、外乱等により実変速比ｉＰＲに入力されるとこれが外乱補償出力ｉＰＤとして出力される。この外乱補償出力ｉＰＤ分が動特性補償出力ｉＰＦＢから減算されることにより外乱による影響を除去できる。
【００５０】
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。
【００５１】
図１０乃至図１２に本発明の変速制御システムと従来の変速比制御システムについて到達変速比１．４７に保持しているときに外乱が入力された時のシミュレーションの結果を示す。なお、ここでは本発明及び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］として設計している。
【００５２】
図１０では、従来の制御システムで外乱補償器がＶベルトの共振によるノイズの影響を考慮していない場合を示しており、実変速比信号に観測ノイズが現れる。このため、この観測ノイズにより変速比応答がハンチングする。
【００５３】
図１１では、従来の制御システムで１次のローパスフィルタで形成された外乱補償器のカットオフ周波数を観測ノイズを除去するレベルまで設定した場合を示しており、観測ノイズを除去することが出来るものの、制御に使用する周波数近傍のゲインまで低下するため、外乱の収束性が悪化する。
【００５４】
図１２は本発明の変速比制御システムを用いて観測ノイズに対する変速比応答のシミュレーション実験を行った結果である。実変速比を検出する際ベルトの共振により実変速比信号に観測ノイズが現れても外部補償部のフィルタによりノイズが除去され、ハンチングすることなく目標変速比に追従することが分かる。また、外乱に対する十分な収束性能を得られている。
【００５５】
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。
例えば動特性補償部を図１３に示されるような補償器で形成してもよく、この場合、補償器Ｃ１、Ｃ２は、
【００５６】
【数９】
0003606216.tif 000010
【００５７】
【数１０】
0003606216.tif 000011
【００５８】
で与えられ、次式に基づき動特性補償出力ｉＰＦＢを演算する。
【００５９】
【数１１】
0003606216.tif 000012
【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】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４】変速比制御システムのブロック線図である。
【図５】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６】実変速比と開口方向とライン圧と無段変速機の動特性を表わす時定数との関係を規定するマップである。
【図７】本発明の外乱補償器のボード線図である。
【図８】従来の外乱補償器のボード線図である。
【図９】本発明に係る制御システムの処理内容を説明するフローチャートである。
【図１０】従来の制御システムで観測ノイズが発生している状態でのステップ外乱に対する変速シミュレーション結果である。
【図１１】従来の制御システムで観測ノイズが発生している状態でのカットオフ周波数を下げた場合のステップ外乱に対する変速シミュレーション結果である。
【図１２】本発明の制御システムで観測ノイズが発生している状態でのステップ外乱に対する変速シミュレーション結果である。
【図１３】他の実施例における変速比制御システムのブロック線図である。
【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
【図１】
0003606216.tif 000013
【図２】
0003606216.tif 000014
【図３】
0003606216.tif 000015
【図４】
0003606216.tif 000016
【図５】
0003606216.tif 000017
【図６】
0003606216.tif 000018
【図７】
0003606216.tif 000019
【図８】
0003606216.tif 000020
【図９】
0003606216.tif 000021
【図１０】
0003606216.tif 000022
【図１１】
0003606216.tif 000023
【図１２】
0003606216.tif 000024
【図１３】
0003606216.tif 000025