(57)【要約】【課題】制御誤差の小さい状態観測器を備えたトロイダル型無段変速機を提供する。【解決手段】変速アクチュエータ５２の指令値を入力とし、傾転角度または変速比を出力する無段変速機の状態方程式に基づいてトラニオン軸方向変位を推定する状態観測器１１０と、このトラニオン軸方向変位推定値に基づいて変速アクチュエータの指令値を演算する指令値演算器２００とを備えるトロイダル型無段変速機において、前記状態観測器１１０は、傾転角度を検出する傾転角度検出手段１００と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分の逆数を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段１０４と、を有し、この算出された積分値を用いて前記トロイダル型無段変速機の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換する。【選択図】　　図１
2004011834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変速アクチュエータの指令値を入力とし、傾転角度または変速比を出力する無段変速機の状態方程式に基づいてトラニオン軸方向変位を推定する状態観測器と、このトラニオン軸方向変位推定値に基づいて変速アクチュエータの指令値を演算する指令値演算器とを備えるトロイダル型無段変速機において、
前記状態観測器は、傾転角度を検出する傾転角度検出手段と、
トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分の逆数を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段と、
を有し、この算出された積分値を用いて前記トロイダル型無段変速機の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換することを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ変位であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ１を算出するｆ１算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
【請求項３】
前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ１を算出するｆ１算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
【請求項４】
前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数の時間微分値を演算する微分手段を有し、前記状態観測用フィルタ手段のフィルタ出力値をこの微分値で補正することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無段変速機。
【請求項５】
変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有することを特徴とする請求項３もしくは４に記載の無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、状態観測器を備えたトロイダル型無段変速機（以下、ＴＣＶＴという。）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
状態観測器を用いてＴＣＶＴのトラニオン変位を推定する従来技術として、特開平８−２７０７７２号公報に記載の技術がある。この公報に記載の状態観測器は、変速アクチュエータの指令値（ステップモータのステップ数）ｕと傾転角度φとを入力とし、トラニオン軸方向変位ｙを推定する。従来技術では、推定対象であるＴＣＶＴを、次式のようにモデル化している。
【０００３】
【数１】式（１）
2004011834.tif 000003
【０００４】
【数２】
2004011834.tif 000004
【０００５】
ここで、ａ１、ａ２、ｂはＴＣＶＴの形状で決まる定数、ｆ（φ、ωｏｄ）はφとωｏｄとの非線形関数、ｇは変速制御弁のバルブゲインである。ｆ（φ、ωｏｄ）は次式で表される。
【０００６】
【数３】式（２）
2004011834.tif 000005
【０００７】
ここで、η、θ、ｃｆはＴＣＶＴの構造で決まる定数、ωｏｄはＴＣＶＴの出力ディスク回転数である。このＴＣＶＴに対して、状態観測器を次のようにしている。
【０００８】
【数４】式（３）
2004011834.tif 000006
【０００９】
【数５】
2004011834.tif 000007
【００１０】
ここで、φｔは傾転角度の推定値、ｙｔはトラニオン変位の推定値、Ｈ０はオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定している。
【００１１】
【数６】式（４）
2004011834.tif 000008
【００１２】
ここで、ω０は、推定値ｆが真値ｘに収束する速さを決める正の定数である。
【００１３】
そして、傾転角度φを目標値φ＊に追従させる制御器は、次のような制御則を行い、目標値と傾転角度とトラニオンの推定値とに応じて、変速アクチュエータへの変位指令値を演算する。
【００１４】
【数７】
2004011834.tif 000009
【００１５】
【数８】式（５）
2004011834.tif 000010
【００１６】
【数９】式（６）
2004011834.tif 000011
【００１７】
ここで、ＫＰはＰＩＤ制御器の比例ゲイン、ＫＩはＰＩＤ制御器の積分ゲイン、ｓはラプラス演算子、ＫＤはＰＩＤ制御器の微分ゲインである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
式（１）から式（２）を両辺引いて、真値ｘと推定値ｘｔとの推定誤差をｅ０＝ｘ−ｘｔとすると、次式を得る。
【００１９】
【数１０】式（７）
2004011834.tif 000012
【００２０】
この式（７）は、推定誤差の動特性を示す方程式である。この方程式の遷移行列（Ａ０−Ｈ０Ｃ０）は、次式で表される。
【００２１】
【数１１】式（８）
2004011834.tif 000013
【００２２】
式（８）と式（４）とから、（Ａ０−Ｈ０Ｃ０）の固有値を求めると、（−ω０、−ω０）となる。
【００２３】
しかしながら、この特開平８−２７０７７２号公報に記載の状態観測器において、式（８）に示す遷移行列は、傾転角度φとＴＣＶＴ出力ディスク回転数ωｏｄとに応じて変化する。これは、トラニオン変位推定値と実際のトラニオン変位との偏差の時間応答が、指数関数的に減衰しない非線形特性であることを示す。このため、偏差の時間応答に合わせて、理論的な裏付けがとれたコントローラを設計することが難しい。
【００２４】
結果として、好ましい制御性能を達成するために、計算機シミュレーションや実験を繰り返してコントローラのパラメータ適合する必要があり、長い開発時間とコストを要する。つまり、短期間で理論的な裏付けがとれた制御装置を設計することが難しいという課題がある。
【００２５】
さらに変速アクチュエータにステップモータを用いた場合、ステップモータが指令値どおりに動作せず、ステップ数指令値と実際のステップ数とのずれが定常的に残る脱調と呼ばれる現象が起きる場合がある。このずれを、状態観測器の入力ｕの定常的な外乱ｄｕと表す。式（１）にこの外乱を加えたＴＣＶＴモデルは、次式で表される。
【００２６】
【数１２】式（９）
2004011834.tif 000014
【００２７】
式（９）から式（３）を引くと、次の誤差方程式を得る。
【００２８】
【数１３】式（１０）
2004011834.tif 000015
【００２９】
式（１０）に示す誤差方程式は安定であると仮定する。このとき、推定誤差ｅ０の定常値ｅ００は、式（１０）において微分値ｅ´０＝０として次式で表される。
【００３０】
【数１４】
2004011834.tif 000016
【００３１】
このように、脱調しているとき、推定値には定常偏差が残る。ステップモータのステップ数を定常的に指令値と一致させるには、センサ等を用いてステップモータが出力する変位を検出する方法もあるが、コストの増加を招いてしまう。適時ステップモータを基準位置へ移動して初期化を行う方法もあるが。走行中は初期化できないといった制約があるため、適切な時点で初期化できるとは限らない。つまり、安価にステップモータの実ステップ数を指令値に一致させることが難しいという課題がある。
【００３２】
このような問題点を鑑み、本発明の目的は、制御誤差の小さい状態観測器を備えたＴＣＶＴを提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、変速アクチュエータの指令値を入力とし、傾転角度または変速比を出力する無段変速機の状態方程式に基づいてトラニオン軸方向変位を推定する状態観測器と、このトラニオン軸方向変位推定値に基づいて変速アクチュエータの指令値を演算する指令値演算器とを備えるトロイダル型無段変速機において、前記状態観測器は、傾転角度を検出する傾転角度検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分の逆数を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段とを有し、この算出された積分値を用いて前記トロイダル型無段変速機の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換する。
【００３４】
第２の発明は、第１の発明において、前記変速アクチュエータ指令値が、変速アクチュエータ変位であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ１を算出するｆ１算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する。
【００３５】
第３の発明は、第１の発明において、前記変速アクチュエータ指令値が、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ１を算出するｆ１算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する。
【００３６】
第４の発明は、第１から３のいずれか一つの発明において、前記状態観測器が、トロイダル型無段変速機の回転数の時間微分値を演算する微分手段を有し、前記状態観測用フィルタ手段のフィルタ出力値をこの微分値で補正する。
【００３７】
第５の発明は、第３または４の発明において、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有する。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、状態観測器は、傾転角度検出手段と、トラニオン変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段とを有し、この積分値を用いて、ＴＣＶＴの状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換された状態方程式に基づいて構成するので、実際の値と推定値との誤差が指数関数的に減少することが理論的に証明されるため、制御装置を設計する際に行う計算機シミュレーションや実験が減り、開発時間とコストを削減できる。
【００３９】
請求項２の発明によれば、前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ変位であり、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ１を算出するｆ１算出手段と、前記積分値に比例し、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、該新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とＴＣＶＴの回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する構成としたので、目標値と傾転角度の偏差に応じて変速アクチュエータ位置を指令値として出力する従来技術の制御則の一部をそのまま使用できる。しかも、トラニオン変位の推定誤差が、一定の時定数のもとに指数関数的に減衰することが理論上裏付けられるため、制御装置の設計が一層容易になる。また、状態観測用フィルタは入力から出力への直達項を持たないことから、入力から出力までがローパスフィルタ特性となり、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズを除去する性能を兼ね備える。
【００４０】
請求項３の発明によれば、前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ１を算出するｆ１算出手段と、前記積分値に比例し、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、該新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とＴＣＶＴの回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する構成としたので、すべての推定値のずれは脱調の有無によらずゼロに収束するこれにより、ステップ数を検出するためのセンサを追加することによるコストの増加を防止できると共に、ステップ数の初期化を行う必要もなくなる。また、状態観測用フィルタも直達項がないため、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズの除去する特長も有する。
【００４１】
請求項４の発明によれば、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数の時間微分値を演算する微分手段を有し、前記状態観測用フィルタ手段のフィルタ出力値を微分値で補正するので、変速の過渡状態における状態観測器の推定精度が向上する。
【００４２】
請求項５の発明によれば、前記ＴＣＶＴは、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有するので、ステップモータが駆動指令値どおりに駆動していないことが判断でき、モータ故障の判断等に利用できる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４４】
図１はトロイダル型無段変速機１０（以下、ＴＣＶＴと示す。）の概略構成図であり、図２は、その断面、および、変速制御系の構成を示したものであり、図３はＴＣＶＴの変速比に対し一意に決まる傾転角度を目標値に従い制御するような変速指令値を決定するコントローラを含めた構成図であり、図４はパワーローラ軸方向変位を推定する状態観測器の構成図である。
【００４５】
図１に示すＴＣＶＴ１０は、図中上方で連結される動力源としてのエンジン（図示せず）の回転が、トルクコンバータ１２を介してＴＣＶＴ１０に入力されるようになっている。
【００４６】
上記トルクコンバータ１２は一般に良く知られているように、ポンプインペラ１２ａ、タービンランナ１２ｂおよびステータ１２ｃを備え、特に該トルクコンバータ１２ではロックアップクラッチ１２ｄが設けられている。
【００４７】
そして、ＴＣＶＴ１０は、トルクコンバータ１２の出力回転軸１４と同軸上に配置されるトルク伝達軸１６が設けられ、該トルク伝達軸１６に第一トロイダル変速部１８と第二トロイダル変速部２０とがタンデム配置されている。
【００４８】
上記トルク伝達軸１６は中空に形成されると共に、ハウジング２２に対し軸方向に若干の移動が可能に取付けられている。上記第一、第二トロイダル変速部１８、２０は、それぞれの対抗面がトロイダル曲面に形成される一対の第一入力ディスク１８ａ、第一出力ディスク１８ｂおよび第二入力ディスク２０ａ、第二出力ディスク２０ｂと、それぞれの対抗面間に摩擦接触されるパワーローラ１８ｃ、１８ｄ、および２０ｃ、２０ｄとによって構成される。
【００４９】
第一トロイダル変速部１８は上記トルク伝達軸１６の図中上方に配置されると共に、上記第二トロイダル変速部２０は該トルク伝達軸１６の図中下方に配置され、かつ、それぞれの第一入力ディスク１８ａおよび第二入力ディスク２０ａは互いに外側に配置されると共に、第一出力ディスク１８ｂおよび第二出力ディスク２０ｂは互いに内側に配置されている。そして、上記第一、第二入力ディスク１８ａ、２０ａはボールスプライン２４、２６を介して上記トルク伝達軸１６に、回転方向に係止されかつ軸方向の滑らかな移動が可能に取付けられている。
【００５０】
一方、上記第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂは、上記トルク伝達軸１６と相対回転可能に軸支された出力ギア２８にスプライン結合され、該第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂに伝達された回転力は、出力ギア２８と歯合する入力ギア３０ａを介してカウンターシャフト３０に伝達され、さらに、回転力出力経路を介して図示しない出力軸に伝達される。
【００５１】
ところで、上記第一入力ディスク１８ａの外側にはローディングカム装置３４が設けられ、このローディングカム装置３４には、回転力入力経路を介して伝達されるエンジン回転が入力され、この入力トルクに応じた押圧力がローディングカム装置３４によって発生されるようになっている。なお、上記ローディングカム装置３４のローディングカム３４ａは、上記トルク伝達軸１６と相対回転可能に係合すると共に、スラストベアリング３６を介して該トルク伝達軸１６に係止される。
【００５２】
また、上記第二入力ディスク２０ａと上記トルク伝達軸１６の図中下方端部との間に皿バネ３８が設けられている。従って、上記ローディングカム装置３４で発生される押圧力は、第一入力ディスク１８ａに作用すると共に、上記トルク伝達軸１６および上記皿バネ３８を介して第二入力ディスク２０ａにも作用し、かつ、上記皿バネ３８によって発生される予圧力は、第二入力ディスク２０ａに作用すると共に、上記トルク伝達軸１６および上記ローディングカム装置３４を介して第一入力ディスク１８ａにも作用するようになっている。
【００５３】
ところで、上記ローディングカム装置３４と上記トルクコンバータ１２との間の回転力入力経路には、車両の前進時と後進時の回転方向を切り換える前後進切換装置４０が設けられる。
【００５４】
上記前後進切換装置４０は、ダブルプラネタリー方式の遊星歯車機構４２と、該遊星歯車機構４２のキャリア４２ａを上記出力回転軸１４に締結可能なフォワードクラッチ４４と、該遊星歯車機構４２のリングギア４２ｂを上記ハウジング２２に締結可能なリバースブレーキ４６とによって構成される。
【００５５】
そして、上記前後進切換装置４０では、フォワードクラッチ４４を締結すると共に、リバースブレーキ４６を開放することにより、エンジン回転と同方向の回転が上記ローディングカム装置に入力され、かつ、フォワードクラッチ４４を開放してリバースブレーキ４６を締結することにより、逆方向の回転が入力されるようになっている。なお、上記遊星歯車機構４２で、４２ｃはサンギア、４２ｄ、４２ｅは互いに噛み合いされるプラネタリギア、４２ｂはリングギアである。
【００５６】
ところで、上記第一トロイダル変速部１８および第二トロイダル変速部２０に設けられたパワーローラ１８ｃ、１８ｄおよび２０ｃ、２０ｄは、中心軸ｃに対して対称に配置され、それぞれのパワーローラは変速制御装置としての変速制御弁５６および油圧サーボシリンダ５０を介して、車両運転条件に応じて傾斜（傾転）され、もって前記第一、第二入力ディスク１８ａ、２０ａの回転を無段階に変速して前記第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂに伝達するようになっている。
【００５７】
次に、図２はＴＣＶＴの変速を管理する油圧系の機械的構成図である。
【００５８】
パワーローラ２０ｃ、２０ｄはそれぞれトラニオン２３、２３で背面側から軸支されている。トラニオン２３は油圧サーボシリンダ５０のサーボピストン５１と結合しており、油圧サーボシリンダ５０内の油室５０ａ内の油と油室５０ｂ内の油の差圧で変位する。油室５０ａ、５０ｂは、それぞれシフトコントロールバルブ（変速制御弁）５６のＨｉ側ポート５６ＨｉとＬｏｗ側ポート５６Ｌｏｗに繋がっており、シフトコントロールバルブ５６はバルブ内のスプール５６Ｓが変位することにより、ライン圧の油をＨｉ側ポート５６ＨｉまたはＬｏｗ側ポート５６Ｌｏｗに流し、他方のポートからドレーン５６Ｄへ油を流出させることで油圧サーボ内の差圧を変化させる。
【００５９】
スプール５６Ｓは、ステップモータ５２（変速アクチュエータ）と後述するプリセスカム５５とリンク構造で連結している。プリセスカム５５は、４体のトラニオンのうちの１体に取り付けられており、パワーローラの上下方向変位とパワーローラの傾転角度をリンクの変位に変換し、スプール５６Ｓへ伝達する。
【００６０】
スプール５６Ｓの変位はステップモータ５２の変位（駆動位置）とプリセスカム５５で伝えられる変位により決まる。ＴＣＶＴの変速は、トラニオン２３を平衡点（パワーローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が交差する状態で、図２の状態を示す）から上下に変位させることにより行い、この変位によりパワーローラ２０ｃと両ディスク２０ａの回転方向ベクトルに差違が発生してパワーローラ２０ｃは傾転する。
【００６１】
変速の定常時には、パワーローラ２０ｃおよびトラニオン２３の軸方向変位ｙは平衡点に戻っており、スプール５６Ｓの変位も中立点でバルブが閉じた状態であるので、このとき傾転角度は、プリセスカム比とリンク比で決まるステップモータ５２の変位に対応した位置となる。
【００６２】
プリセスカム５５は、パワーローラ２０ｃの傾転角度をスプール５６Ｓの変位に負帰還して傾転角度の目標値とのずれを補償しながら、パワーローラ２０ｃおよびトラニオン２３の平衡点からの変位もスプール５６Ｓの変位に負帰還して過渡状態においてダンピングの効果を与えて、変速のハンチングを抑える。
【００６３】
すなわち、変速の到達点はステップモータ５２の変位で決まり、一連の変速の過程を示すと、ステップモータ変位を変化させることでスプール５６Ｓが変位してバルブが開き、サーボピストンの差圧が変化してパワーローラが平衡点から変位することで傾転し、傾転角度がステップモータ変位に対応した点でスプール５６Ｓは中立点に戻り変速が終了する。
【００６４】
図３は制御装置８０を含んだＴＣＶＴ１０の構成図である。
【００６５】
入力ディスク回転数センサ８４は、入力ディスク１８ａ、２１ａの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を周期もしくは周波数として計測し、入力ディスク回転数ωｉｄを検出する。出力ディスク回転数センサ８３は、出力ディスク１８ｂ、２１ｂの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を周期もしくは周波数として計測し、出力ディスク回転数ωｏｄを検出する。パワーローラ回転数センサ８２は、パワーローラ１８ｃ、１８ｄ、２０ｃ、２０ｄの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を、周期もしくは周波数として計測してパワーローラ回転数ωｐｒを検出する。
【００６６】
傾転角度センサ８５は、ロータリエンコーダ等を用いて傾転角度φを検出する。
【００６７】
マイクロコンピュータを主体に構成された制御装置８０は、入力ディスク回転数ωｉｄと、出力ディスク回転数ωｏｄと、パワーローラ回転数ωｐｒと、傾転角度φを入力して、ステップモータ５２の指令値を演算する。
【００６８】
図４に、制御装置８０を構成する本発明の状態観測器１１０の一例を示す。状態観測器１１０は、以下に説明する各手段からなり、状態推定値を指令値演算器２００に出力する。
【００６９】
傾転角度検出手段１００は、例えば、前記傾転角度センサ８５の出力を傾転角度φとする。もしくは、変速比ｉｃから、次式の変速比ｉｃと傾転角度φとの関係を用いて演算する。
【００７０】
【数１５】式（１１）
2004011834.tif 000017
【００７１】
ここで、η、θはＴＣＶＴ１０の形状で決まる定数である。式（１１）に示す変速比ｉｃと傾転角度φとの関係を図示すると、図５となる。変速比ｉｃは、例えば、入力ディスク回転数センサの出力ωｉｄと出力ディスク回転数センサの出力ωｏｄ０とから、次式を用いて演算するとよい。
【００７２】
【数１６】式（１２）
2004011834.tif 000018
【００７３】
また出力ディスク回転数検出値ωｏｄ０と入力ディスク回転数ωｉｄとパワーローラ回転数ωｐｒと傾転角度φとの間には、次のような関係がある。
【００７４】
【数１７】
2004011834.tif 000019
【００７５】
【数１８】
2004011834.tif 000020
【００７６】
この関係を用いて、パワーローラ回転数ωｐｒの検出値と傾転角度φの検出値とから、出力ディスク回転数ωｏｄ０と入力ディスク回転数ωｉｄを算出し、式（１２）に示す関係を用いて算出してもよい。
【００７７】
回転数検出手段１０１では、例えば、出力ディスク回転数センサの出力を、ＴＣＶＴの回転数検出値ωｏｄ０とする。
【００７８】
微分手段１０２では、ＴＣＶＴ１０の回転数検出値ωｏｄ０を入力として、次式で示すローパスフィルタの演算を行う。
【００７９】
【数１９】式（１３）
2004011834.tif 000021
【００８０】
式（１３）で示すフィルタの出力ωｏｄ０をＴＣＶＴ１０の回転数推定値とし、中間変数のω´ｏｄをＴＣＶＴ１０の回転数微分値として出力する。
【００８１】
積分値算出手段１０４では、傾転角度φを入力して、トラニオン軸方向変位ｙに対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度φに依存する成分を現時刻の傾転角度まで積分する。トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度ｆは、前述したように式（２）で表される。この感度ｆは、次のように、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ１と傾転角度に依存する成分ｆ２と定数部分ｃｆとに分けられる。
【００８２】
【数２０】式（１４）
2004011834.tif 000022
【００８３】
【数２１】式（１５）
2004011834.tif 000023
【００８４】
【数２２】式（１６）
2004011834.tif 000024
【００８５】
現時刻の傾転角度φまでの、ｆ２（φ）の逆数の傾転角度に関する積分値ｑ（φ）は次式を用いて求める。
【００８６】
【数２３】式（１７）
2004011834.tif 000025
【００８７】
ｆ１算出手段１０３では、ＴＣＶＴ１０の回転数ωｏｄ０を入力して、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数ωｏｄに依存する成分ｆ１を、式（１５）を用いて算出する。
【００８８】
新状態量算出手段１０５では、前記積分値ｑ（φ）とｆ１（ωｏｄ０）とを入力し、次式を用いて、新状態量ζ１を演算する。
【００８９】
【数２４】式（１８）
2004011834.tif 000026
【００９０】
状態観測用フィルタ手段１０６では、新状態量ζ１と、後述する指令値演算器２００の出力であるステップモータ変位指令値ｕと傾転角度φとを入力とし、次式で表されるフィルタを用いて、新状態量ζ１とトラニオン変位ｙとの推定値ζ１ｔ、ｙｔを演算する。
【００９１】
【数２５】式（１９）
2004011834.tif 000027
【００９２】
【数２６】
2004011834.tif 000028
【００９３】
Ｈａはオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定する。
【００９４】
【数２７】式（２０）
2004011834.tif 000029
【００９５】
ここで、ｐ１０、ｐ１１はオブザーバの極に関係する定数であり、オブザーバ極は、
ｓ＝−ｐ１０、ｓ＝−ｐ１１
となる。
【００９６】
以下に本発明の状態観測器１１０の導出と、特徴を示す。
【００９７】
ステップモータのステップ数ｕを入力とし、傾転角度φとトラニオン変位ｙとを状態量として、ＴＣＶＴ１０の動特性は式（１）で表される。式（１８）を両辺時間微分すると、次式を得る。
【００９８】
【数２８】式（２１）
2004011834.tif 000030
【００９９】
式（２１）と式（１）と式（１４）とから、次式を得る。
【０１００】
【数２９】式（２２）
2004011834.tif 000031
【０１０１】
このように、式（１８）に示す状態変換を用いて、式（２２）と式（１）とから、ＴＣＶＴの動特性は、状態量を、
【０１０２】
【数３０】
2004011834.tif 000032
【０１０３】
として、次のように書き直すことができる。
【０１０４】
【数３１】式（２３）
2004011834.tif 000033
【０１０５】
以上の状態変換をまとめると、式（１４）で表されるように、トラニオン変位ｙに対する傾転角速度の感度ｆ（φ、ωｏｄ）を、式（１６）で表される傾転角度に依存する成分ｆ２（φ）とその他の部分と分け、新状態量を式（１８）で表されるように設定する。このとき、この新状態量の微分値は式（２１）で表され、傾転角速度φ´の係数は、式（１４）で表されるｆ（φ、ωｏｄ０）の逆数となる。
【０１０６】
これにより、式（１）と式（２１）とから、トラニオン変位ｙの係数の時変項がキャンセルされて、式（２２）に示すように係数は一定値となる。そして、新状態量を、傾転角度の状態量の代わりとしてＴＣＶＴの動特性を考えると、式（２３）で表されるように、遷移行列Ａａが定数となる。
【０１０７】
この書き直されたＴＣＶＴ１０に対して、式（１９）に示すオブザーバは設計した。
【０１０８】
ここで、状態量ζａの推定値誤差ｅａを、
【０１０９】
【数３２】式（２４）
2004011834.tif 000034
【０１１０】
として、式（２３）から式（１９）を引くと次式を得る。
【０１１１】
【数３３】式（２５）
2004011834.tif 000035
【０１１２】
式（２５）は、誤差ｅａの減衰特性を表す誤差方程式である。Ａａ、Ｈａ、Ｃａ共に定数行列であるため、（Ａａ−ＨａＣａ）も定数行列である。これは、誤差ｅａが指数関数的に減衰することを示す。
【０１１３】
したがって、本発明の状態観測器１１０は、トラニオンの傾転角度を検出または推定する傾転角度検出手段１００と、トラニオン変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分ｆ２を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段１０４とを有し、この積分値を用いて、ＴＣＶＴ１０の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換された状態方程式に基づいて構成するので、実際の値と推定値との誤差が指数関数的に減少することが理論的に証明されるため、制御装置を設計する際に行う計算機シミュレーションや実験が減り、開発時間とコストを削減できる。
【０１１４】
さらに本発明の変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ変位であり、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数を検出または推定する回転数検出手段１０１と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ１を算出するｆ１算出手段１０３と、前記積分値に比例し、回転数に依存する成分ｆ１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段１０５と、この新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とＴＣＶＴ１０の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段１０６とを有する構成としたので、目標値と傾転角度の偏差に応じて変速アクチュエータ位置を指令値として出力する従来技術の制御則の一部をそのまま使用できる。しかも、トラニオン変位の推定誤差が、一定の時定数のもとに指数関数的に減衰することが理論上裏付けられるため、制御装置の設計が一層容易になる。また、状態観測用フィルタ手段１０６は入力から出力への直達項を持たないことから、入力から出力までがローパスフィルタ特性となり、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズを除去する性能を兼ね備える。
【０１１５】
次に、指令値演算器２００では、状態観測用フィルタ手段１０６で演算したトラニオン変位推定値ｙｔを入力して、式（５）、式（６）とで表される制御則を用いてステップモータ変位指令値ｕを出力する。
【０１１６】
以下において、制御装置で演算する変速制御演算を、図７に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期例えば１０ｍｓ毎に実行される。
【０１１７】
ステップＳ１００、Ｓ１０１では、ＴＣＶＴ入出力ディスク回転数ωｉｄ、ωｃｏ０を読み込む。
【０１１８】
ステップＳ１０２では、先ず、傾転角度検出手段１００がＴＣＶＴ入力ディスク回転数ωｉｄとＴＣＶＴ出力ディスク回転数検出値ωｏｄ０とから、式（１２）を用いて変速比ｉｃを演算する。次に、図５に示す変速比ｉｃと傾転角度φとの関係を示すマップを用いて、変速比ｉｃから傾転角度φを算出する。
【０１１９】
ステップＳ１０３では、微分手段１０２がＴＣＶＴ出力ディスク回転数検出値ωｏｄ０を入力し、式（１３）で表されるローパスフィルタ演算を行い、ＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ωｏｄとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´ｏｄとを算出する。
【０１２０】
ステップＳ１０４では、積分値算出手段１０４が、式（１５）を用いて、ＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ωｏｄから回転数に依存する成分ｆ１を算出する。
【０１２１】
ステップＳ１０５では、同じく積分値算出手段１０４が、傾転角度φを入力し、式（１７）を用いて、積分値ｑ（φ）を算出する。あるいは、予め式（１７）を演算して求めた図６に示すマップを用いて、傾転角度φから積分値ｑ（φ）を求める。
【０１２２】
ステップＳ１０６では、新状態量算出手段１０５が、式（１８）を用いて、ｆ１とｑ（φ）とから新状態量ζ１を算出する。
【０１２３】
ステップＳ１０７では、状態観測用フィルタ手段１０６が、傾転角度φとステップ数指令値ｕと新状態量ζ１とＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ωｏｄとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´ｏｄとを入力し、式（１９）で表されるトラニオン変位推定値ｙｔを算出する。
【０１２４】
ステップＳ１０８では、指令値演算器２００が、トラニオン変位推定値ｙｔと傾転角度φと目標値φ＊とを入力し、式（５）と式（６）とで表される制御則を演算し、ステップ数指令値ｕを算出する。
【０１２５】
したがって、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数の時間微分値ω´ｏｄを演算する微分手段１０２を有し、状態観測用フィルタ手段１０６のフィルタ出力値を微分値で補正するので、変速の過渡状態における状態観測器の推定精度が向上する。
【０１２６】
次に第２の実施形態について説明する。
【０１２７】
第２実施形態の状態観測器１１０は、第１の実施形態に比して状態観測用フィルタ手段１０６の演算方法が異なるのみであり、図１から３に示す構成及び図４の傾転角度検出手段１００、回転数検出手段１０１、微分手段１０２、積分値算出手段１０３、ｆ１算出手段１０４、新状態量算出手段１０５は、第１実施形態と同じであるので説明は省略する。
【０１２８】
第２実施形態の状態観測用フィルタ手段１０６では、新状態量ζ１と、後述する指令値演算器の出力であるステップモータ駆動速度指令値ｖと傾転角度φとを入力とし、次式で表されるフィルタを用いて、新状態量ζ１とトラニオン変位ｙとステップモータのステップ数ｕとを演算する。
【０１２９】
【数３４】式（２６）
2004011834.tif 000036
【０１３０】
【数３５】
2004011834.tif 000037
【０１３１】
ここで、Ｈｂはオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定する。
【０１３２】
【数３６】式（２７）
2004011834.tif 000038
【０１３３】
ここで、ｐｂ０、ｐｂ１、ｐｂ２はオブザーバの極に関係する定数であり、オブザーバ極は、
ｓ＝−ｐｂ０、ｓ＝−ｐｂ１、ｓ＝−ｐｂ２
となる。
【０１３４】
以下に、この状態推定手段の導出と、特徴を示す。ステップモータステップ数ｕを入力とし、傾転角度φとトラニオン変位ｙとを状態量として、ＴＣＶＴの動特性は式（１）で表される。また、ステップモータ駆動速度ｖとステップモータステップ数ｕとの関係は次式で表される。
【０１３５】
【数３７】式（２８）
2004011834.tif 000039
【０１３６】
実施例１と同様に、式（１８）に示す状態変換を用いて、式（２２）と式（１）と式（２８）とから、ＴＣＶＴ１０の動特性は、状態量
【０１３７】
【数３８】
2004011834.tif 000040
【０１３８】
として、次のように書き直すことができる。
【０１３９】
【数３９】式（２９）
2004011834.tif 000041
【０１４０】
このように第１実施形態と同じ状態変換により、遷移行列Ａｂは定数となる。この書き直されたＴＣＶＴ１０に対して、式（２６）に示すオブザーバは設計した。ζｂの推定値誤差ｅｂを、
【０１４１】
【数４０】式（３０）
2004011834.tif 000042
【０１４２】
として、式（２９）から式（２６）を引くと次式を得る。
【０１４３】
【数４１】式（３１）
2004011834.tif 000043
【０１４４】
式（２６）は、誤差ｅｂの減衰特性を表す誤差方程式である。Ａｂ、Ｈｂ、Ｃｂ共に定数行列であるため、（Ａｂ−ＨｂＣｂ）も定数行列である。これは、誤差ｅｂが指数関数的に減衰することを示す。
【０１４５】
指令値演算器２００では、状態観測用フィルタ手段で演算したトラニオン変位推定値とステップ数推定値とを入力して、ステップモータ駆動速度指令値を出力する。先ず、傾転角度φとトラニオン変位推定値ｙｔとステップ数推定値ｕｔから、次に示す微分同相写像を用いて、傾転角速度推定値φ´ｔと傾転角加速度推定値φ´´ｔとを演算する。
【０１４６】
【数４２】式（３２）
2004011834.tif 000044
【０１４７】
【数４３】式（３３）
2004011834.tif 000045
【０１４８】
ここで、ｆ´は次式で表される。
【０１４９】
【数４４】式（３４）
2004011834.tif 000046
【０１５０】
次に、次式に示す制御則を用いて、ステップモータ駆動速度指令値ｖを演算する。
【０１５１】
【数４５】式（３５）
2004011834.tif 000047
【０１５２】
【数４６】式（３６）
2004011834.tif 000048
【０１５３】
ここで、φ＊は目標傾転角度、ωｎは目標傾転角度に対する傾転角度の応答速度を決める定数、ｋはスイッチングゲイン、εはスイッチングゲインを制御誤差σのゼロ近傍で連続化する定数である。式（３５）、式（３６）はスライディングモード制御則である。式（３５）により、制御誤差がゼロになる方向ヘステップモータは駆動される。式（３６）において、σ＝０とすると次式を得る。
【０１５４】
【数４７】式（３７）
2004011834.tif 000049
【０１５５】
このように、σ＝０のとき、目標傾転角度に対して傾転角度は式（３７）に示す動特性で応答する。
【０１５６】
また、ステップモータが指令値どおりに動作せず、脱調が起こっている場合を考える。式（２９）に脱調による外乱ｄｕを加えたＴＣＶＴモデルは、次式で表される。
【０１５７】
【数４８】式（３８）
2004011834.tif 000050
【０１５８】
【数４９】
2004011834.tif 000051
【０１５９】
式（３８）から式（２６）を引くと、次の誤差方程式を得る。
【０１６０】
【数５０】式（３９）
2004011834.tif 000052
【０１６１】
式（３９）に示す誤差方程式は安定であると仮定する。このとき、誤差ｅｂの定常値ｅｂ０は、式（３９）においてｅ´ｂ＝０として次式で表される。
【０１６２】
【数５１】式（４０）
2004011834.tif 000053
【０１６３】
このように、脱調が起こっても、傾転角度φの定常誤差とトラニオン変位ｙの定常誤差とはゼロである。さらに、式（４０）から、ステップ数の推定値ｕｔは、
【０１６４】
【数５２】
2004011834.tif 000054
【０１６５】
となる。これは、外乱を含んだ実際のステップ数が推定できることを示しており、ステップ数の推定誤差はない。
【０１６６】
したがって本実施形態によれば、変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数を検出または推定する回転数検出手段１０１と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ１を算出するｆ１算出手段１０３と、前記積分値に比例し、ｆ１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段１０５と、この新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とＴＣＶＴ１０の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段１０６とを有する構成としたので、すべての推定値のずれは脱調の有無によらずゼロに収束するこれにより、ステップ数を検出するためのセンサを追加することによるコストの増加を防止できると共に、ステップ数の初期化を行う必要もなくなる。また、状態観測用フィルタも直達項がないため、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズの除去できる。
【０１６７】
次に、図９のような駆動状態判断手段１２０を考える。駆動状態判断手段１２０は、ステップモータ駆動パルスの積算値をｕＩｔとし、ｕＩｔと前記状態観測用フィルタ手段の出力ｕｔを比較する。そして、例えば、定常時にｕｔとｕＩｔとが大きく異なるなら、脱調していると判断する。また例えば、ｕｔの変化とｕＩｔの変化とを比較して、ステップモータ異常（ステップモータの固着等）の判断を行う。
【０１６８】
以下において、制御装置８０で演算する変速制御演算を、図７に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期、例えば１０ｍＳ毎に実行される。
【０１６９】
ステップＳ１００からステップＳ１０６は、第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。
【０１７０】
ステップＳ１０７では、傾転角度φとステップモータ駆動速度指令値ｖとζ１とＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ωｏｄとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´ｏｄとを入力し、式（２６）で表される状態観測器１１０を演算し、トラニオン変位推定値ｙｔとステップモータステップ数推定値ｕｔとを算出する。
【０１７１】
ステップＳ１０８では、トラニオン変位推定値ｙｔとステップモータステップ数推定値ｕｔと傾転角度φと目標値φ＊とを入力し、式（３２）から式（３６）で表される制御則を演算し、ステップモータ駆動速度指令値ｖを算出する。
【０１７２】
図８に、この状態観測器１１０を用いて行った計算機シミュレーションの結果を示す。ステップ数に初期推定誤差ｄｕを与えた。傾転角度φ、トラニオン変位ｙ、ステップ数ｕとも、推定誤差は安定に減衰し、指数関数的に減少することが確認できる。
【０１７３】
したがって、ＴＣＶＴ１０は、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有するので、ステップモータが駆動指令値どおりに駆動していないことが判断でき、モータ故障の判断等に利用できる。
【０１７４】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】無段変速機の概略構成図である。
【図２】無段変速機の変速制御油圧系構成図である。
【図３】制御装置を含んだ制御系構成図である。
【図４】状態観測器の構成図である。
【図５】傾転角度と変速比との関係図である。
【図６】傾転角度とｆ２の逆数の積分値との関係図である。
【図７】制御装置の変速制御演算のフローチャートである。
【図８】計算機による本発明を用いたシミュレーション結果である。
【図９】駆動状態判断手段を含んだ制御系構成図である。
【符号の説明】
１０　トロイダル型無段変速機
５２　ステップモータ
５６　変速制御弁
１００　傾転角度検出装置
１０１　回転数検出手段
１０２　微分手段
１０３　ｆ１算出手段
１０４　積分値算出手段
１０５　新状態量算出手段
１０６　状態観測用フィルタ手段
１１０　状態観測器
２００　指令値演算器
【図１】
2004011834.tif 000055
【図２】
2004011834.tif 000056
【図３】
2004011834.tif 000057
【図４】
2004011834.tif 000058
【図５】
2004011834.tif 000059
【図６】
2004011834.tif 000060
【図７】
2004011834.tif 000061
【図８】
2004011834.tif 000062
【図９】
2004011834.tif 000063