(57)【要約】ＣＶＴにおける、単なる比ではなく、比の変化率を効率的に、また効果的に制御するためのシステムおよび方法を提供すること。比の変化率を制御することにより、車両の加速または減速を効率的に制御することができる。更に、比の変化率は、平衡マッピングおよびその他の制御パラメータに基づいてシステムコントローラによる制御に適合されたサーボ制御メカニズムを使用することにより、プーリーの締め付け圧力および／または最小のスリップでプーリー間の差圧を制御して、制御することができる。
2006523292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を制御するための装置であって、
プログラム可能なコントローラと、
前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧に対する比の変化率をマッピングするための、前記コントローラに関連付けられた手段と
を備える装置。
【請求項２】
前記プログラム可能なコントローラによる制御を行い、そして、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および差圧の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
無段変速機（ＣＶＴ）の比の変化率を制御するための装置であって、
プログラム可能なコントローラと、
前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧に対する比の変化率をマッピングするための、前記コントローラに関連付けられたプログラミングと
を備える装置。
【請求項４】
前記プログラム可能なコントローラによる制御を行い、そして、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および差圧の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を制御するための装置であって、
プログラム可能なコントローラと、
前記コントローラに関連付けられた、アルゴリズムまたはマップであって、前記ＣＶＴ内の比の所望の変化率を実現するために、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧レベルを決定するところのアルゴリズムまたはマップと
を備える装置。
【請求項６】
前記プログラム可能なコントローラによる制御を行い、そして、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を最適化するための装置であって、
制御コンピュータと、
ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御する動作を実行して、圧力、比率、およびトルクと関係する経験データのマッピングに基づく入力トルクコマンド、および、指令された比率またはシフト速度に対応する、指令された締め付け圧力を実現するための、前記制御コンピュータに関連付けられたプログラミングと
を備える装置。
【請求項８】
前記制御コンピュータに対応して、前記一次および二次プーリー圧力の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を最適化するための装置であって、
（ａ）制御コンピュータと、
（ｂ）前記制御コンピュータに関連付けられ、
（ｉ）ＣＶＴの圧力と比の変化率との関係のマップにアクセスして、所定の量のトルクを伝達し、そして、
（ｉｉ）前記ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御して、前記マップに基づいて、指令されたトルクおよび比率に対する指令された締め付け圧力を実現するプログラミングと
を備える装置。
【請求項１０】
前記制御コンピュータに対応して、前記一次および二次プーリー圧力の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を最適化するための装置であって、
（ａ）制御コンピュータと、
（ｂ）前記ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御する動作を実行して、前記ＣＶＴの平衡比マップに基づく、前記ＣＶＴの比率および／または比および締め付け圧力を制御し、そして、前記ＣＶＴの前記比率と、前記ＣＶＴの現在の状態に対応する点、および、前記平衡比マップの上におけるこの点の射影の間の距離との圧力関係を制御するための、前記制御コンピュータに関連付けられたプログラミングと
を備える装置。
【請求項１２】
前記制御コンピュータに対応して、前記一次および二次プーリー圧力の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を制御するための装置であって、
前記ＣＶＴ内の一次プーリーおよび二次プーリー間の締め付け圧力、および差圧を制御するように構成されたサーボ制御システムと、
制御コンピュータと、
前記サーボ制御システムを制御して、一次プーリーおよび二次プーリー間の締め付け圧力および／または前記ＣＶＴの差圧に対する前記ＣＶＴの比の変化率のマッピングに基づいて、前記一次プーリーと二次プーリーとの間の指令された締め付け圧力および／または差圧を実現するための、前記制御コンピュータに関連付けられたプログラミングと
を備える装置。
【請求項１４】
無段変速機（ＣＶＴ）と、
前記ＣＶＴに連結された内燃機関と、
前記内燃機関の出力側に連結された電動モータと、
前記エンジンと同時に前記電動モータを動作させ、そして、モータトルクを前記エンジンの出力側に付与して、所定の動作線に実質的に沿ってエンジン出力またはトルク出力を維持するように構成されたシステムコントローラであって、
前記無段変速機の比の変化率を制御するように更に構成され、
モータトルクおよび前記無段変速機の比の変化率を変化させることによって、車両の加速および減速を変化させるシステムコントローラと、
前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧に対する比の変化率をにマッピングするための、前記コントローラに関連付けられた手段と
を備えるハイブリッド電動車両。
【請求項１５】
前記システムコントローラによる制御を行い、そして、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および差圧の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項１４に記載のハイブリッド電動車両。
【請求項１６】
無段変速機（ＣＶＴ）と、
前記ＣＶＴに連結された内燃機関と、
前記内燃機関の出力側に連結された電動モータと、
前記エンジンと同時に前記電動モータを動作させ、そして、モータトルクを前記エンジンの出力側に付与して、所定の動作線に実質的に沿ってエンジン出力またはトルク出力を維持するように構成されたシステムコントローラであって、
前記無段変速機の比の変化率を制御するように更に構成され、
モータトルクおよび前記無段変速機の比の変化率を変化させることによって、車両の加速および減速を変化させるシステムコントローラと、
前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧に対する比の変化率をマッピングするための、前記システムコントローラに関連付けられたプログラミングと
を備えるハイブリッド電動車両。
【請求項１７】
前記システムコントローラによる制御を行い、そして、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および差圧の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項１６に記載のハイブリッド電動車両。
【請求項１８】
無段変速機（ＣＶＴ）と、
前記ＣＶＴに連結された内燃機関と、
前記内燃機関の出力側に連結された電動モータと、
前記エンジンと同時に前記電動モータを動作させ、そして、モータトルクを前記エンジンの出力側に付与して、所定の動作線に実質的に沿ってエンジン出力またはトルク出力を維持するように構成されたシステムコントローラであって、
前記無段変速機の比の変化率を制御するように更に構成され、
モータトルクおよび前記無段変速機の比の変化率を変化させることによって、車両の加速および減速を変化させるシステムコントローラと、
前記ＣＶＴ内の比の所望の変化率を実現するために、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧レベルを決定する、前記システムコントローラに関連付けられたアルゴリズムまたはマップと
を備えるハイブリッド電動車両。
【請求項１９】
プログラム可能な前記コントローラによる制御を行い、そして、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および差圧の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項１８に記載のハイブリッド電動車両。
【請求項２０】
無段変速機（ＣＶＴ）と、
前記ＣＶＴに連結された内燃機関と、
前記内燃機関の出力側に連結された電動モータと、
前記エンジンと同時に前記電動モータを動作させ、そして、モータトルクを前記エンジンの出力側に付与して、所定の動作線に実質的に沿ってエンジン出力またはトルク出力を維持するように構成されたシステムコントローラであって、
前記無段変速機の比の変化率を制御するように更に構成され、
モータトルクおよび前記無段変速機の比の変化率を変化させることによって、車両の加速および減速を変化させるシステムコントローラと、
ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御する動作を実行して、圧力、比率、およびトルクと関係する経験データのマッピングに基づく入力トルクコマンド、および、指令された比率またはシフト速度に対応する、指令された締め付け圧力を実現するための、前記システムコントローラに関連付けられたプログラミングと
を備えるハイブリッド電動車両。
【請求項２１】
前記システムコントローラに対応して、前記一次および二次プーリー圧力の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項２０に記載のハイブリッド電動車両。
【請求項２２】
無段変速機（ＣＶＴ）と、
前記ＣＶＴに連結された内燃機関と、
前記内燃機関の出力側に連結された電動モータと、
前記エンジンと同時に前記電動モータを動作させ、そして、モータトルクを前記エンジンの出力側に付与して、所定の動作線に実質的に沿ってエンジン出力またはトルク出力を維持するように構成されたシステムコントローラであって、
前記無段変速機の比の変化率を制御するように更に構成され、
モータトルクおよび前記無段変速機の比の変化率を変化させることによって、車両の加速および減速を変化させるシステムコントローラと、
（ｉ）ＣＶＴの圧力と比の変化率との関係のマップにアクセスして、所定の量のトルクを伝達し、
（ｉｉ）前記ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御して、前記マップに基づき、指令されたトルクおよび比の率に対する指令された締め付け圧力を実現するための、
前記システムコントローラに関連付けられたプログラミングと
を備えるハイブリッド電動車両。
【請求項２３】
前記システムコントローラに対応して、前記一次および二次プーリー圧力の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項２２に記載のハイブリッド電動車両。
【請求項２４】
無段変速機（ＣＶＴ）と、
前記ＣＶＴに連結された内燃機関と、
前記内燃機関の出力側に連結された電動モータと、
前記エンジンと同時に前記電動モータを動作させ、そして、モータトルクを前記エンジンの出力側に付与して、所定の動作線に実質的に沿ってエンジン出力またはトルク出力を維持するように構成されたシステムコントローラであって、
前記無段変速機の比の変化率を制御するように更に構成され、
モータトルクおよび前記無段変速機の比の変化率を変化させることによって、車両の加速および減速を変化させるシステムコントローラと、
前記ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御する動作を実行して、前記ＣＶＴの平衡比マップに基づく、前記ＣＶＴの比率および／または比および締め付け圧力を制御し、そして、前記ＣＶＴの前記比率と、前記ＣＶＴの現在の状態に対応する点、および、前記平衡比マップの上におけるこの点の射影の間の距離との圧力関係を制御するための、前記システムコントローラに関連付けられたプログラミングと
を備えるハイブリッド電動車両。
【請求項２５】
前記システムコントローラに対応して、前記一次および二次プーリー圧力の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを更に備える、請求項２４に記載のハイブリッド電動車両。
【請求項２６】
無段変速機（ＣＶＴ）と、
前記ＣＶＴに連結された内燃機関と、
前記内燃機関の出力側に連結された電動モータと、
前記エンジンと同時に前記電動モータを動作させ、そして、モータトルクを前記エンジンの出力側に付与し、所定の動作線に実質的に沿ってエンジン出力またはトルク出力を維持するように構成されたシステムコントローラであって、
前記無段変速機の比の変化率を制御するように更に構成され、
モータトルクおよび前記無段変速機の比の変化率を変化させることによって、車両の加速および減速を変化させるシステムコントローラと、
前記ＣＶＴ内の一次プーリーと二次プーリーとの間の締め付け圧力およびの差圧を制御するように構成されたサーボ制御システムと、
前記サーボ制御システムを制御して、一次プーリーおよび二次プーリー間の締め付け圧力および／または前記ＣＶＴの差圧に対する前記ＣＶＴの変化率のマッピングに基づいて、前記一次プーリーと二次プーリーとの間の指令された締め付け圧力および／または差圧を実現するための、前記制御コンピュータに関連付けられたプログラミングと
を備えるハイブリッド電動車両。
【請求項２７】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を制御するための方法であって、
前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧に対する比の変化率をマッピングする工程と、
前記マッピングに基づいて、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧を制御する工程と
を含む方法。
【請求項２８】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を制御するための方法であって、
プログラム可能なコントローラを提供する工程と、
前記コントローラに関連付けられた、アルゴリズムまたはマップであって、前記ＣＶＴ内の比の所望の変化率を実現するために、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧レベルを決定するところのアルゴリズムまたはマップを提供する工程と
前記プログラム可能なコントローラによる制御を行い、そして、前記ＣＶＴ内のプーリー間の締め付け圧力および／または差圧の制御を行うように構成された油圧サーボ制御システムを提供する工程と
を含む方法。
【請求項２９】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を最適化するための方法であって、
ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御して、圧力、比率、およびトルクと関係する経験データのマッピングに基づく入力トルクコマンド、および、指令された比率またはシフト速度に対応する、指令された締め付け圧力を実現する工程
を含む方法。
【請求項３０】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を最適化するための方法であって、
ＣＶＴの圧力と比の変化率との関係のマップにアクセスして、所定の量のトルクを伝達する工程と、
前記ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御して、前記マップに基づいて、指令されたトルクおよび比率に対する指令された締め付け圧力を実現する工程と
を含む方法。
【請求項３１】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を最適化するための方法であって、
前記ＣＶＴの一次および二次プーリー圧力を制御して、前記ＣＶＴの平衡比マップに基づく、前記ＣＶＴの比率および／または比および締め付け圧力を制御し、そして、前記ＣＶＴの前記比率と、前記ＣＶＴの現在の状態に対応する点、および、前記平衡比マップの上におけるこの点の射影の間の距離との圧力関係を制御する工程
を含む方法。
【請求項３２】
無段変速機（ＣＶＴ）の動作を制御するための方法であって、
前記ＣＶＴ内の一次プーリーと二次プーリーとの間の締め付け圧力および差圧を制御するように構成されたサーボ制御システムを提供する工程と、
前記サーボ制御システムを制御して、一次プーリーおよび二次プーリー間の締め付け圧力および／または差圧に対する前記ＣＶＴの比の変化率のマッピングにに基づいて、前記一次プーリーと二次プーリーとの間の指令された締め付け圧力および／または差圧を実現する工程と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により全体が本明細書に組み込まれている２００３年３月１９日出願した米国仮出願第６０／４５６，２２６号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本出願は、更に、参照により全体が本明細書に組み込まれている２００３年３月２４日出願した米国仮出願第６０／４５７，４５３号の優先権を主張するものである。
【０００３】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
該当なし。
【０００４】
コンパクトディスクに収めて提出される資料の参照による組み込み
該当なし。
【０００５】
著作権保護対象資料の表示
この特許文書に含まれる資料の一部は、米国およびその他の国々の著作権法による著作権保護の対象となる。著作権の所有者は、米国特許商標庁の公開ファイルまたは記録の記載に従い誰が特許文書または特許開示のファクシミリ複製を行おうと異存はないが、その他の点ではいかなる形であれすべての著作権を留保する。著作権所有者は、限定することなく３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．１４によるその権利を含む、本特許文書を機密として保持するその権利のいずれもこれによって放棄することをしない。
【０００６】
本発明は、一般に、無段変速機の動作を制御することに関するものであり、より具体的には、例えば、差圧と締め付け圧力とを制御することで、所望の比の変化率を得る方法およびシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００７】
本出願は、それぞれ本出願に関係する米国特許第６，１１６，３６３号、米国特許第６，０５４，８４４号、米国特許第５，８４２，５３４号、ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ００／２５４１７、ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ０２／０５８２０９Ａ１、およびＰＣＴ国際公開番号ＷＯ００／１２９１８を参照により組み込んでいる。
【０００８】
エンジンおよび「無段変速」という概念は、１９００年代に発明された非常に古くからある概念であるが、エンジンの理論的効率、性能、および運転性は、決して、自然の成り行きで獲得されるものではありえない。これは、内燃機関１０がデカップリング／スターティングクラッチまたはトルクコンバータ１４を駆動する出力軸１２を備え、更にこれは、ＣＶＴ（無段変速機）またはＡＴ（オートマチックトランスミッション）１８の入力軸１６に連結され、更にこれは、最終駆動輪２２（例えば、アクスルおよびタイヤ）に連結された駆動軸またはディファレンシャル２０を駆動する出力を備える図１に示されている従来のパワートレインおよびトランスミッションを参照しつつ見ることができる。このような構成の欠陥は、以下のエンジン／ＣＶＴシステムを表す運動方程式によって引き起こされる。
【０００９】
【数１】
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ただし、αＤＳ＝駆動軸に反映される車両の加速度、Ｒ＝ＳＥ／ＳＤＳ、ＩＥ＝エンジンの慣性、ＩＤＳ＝駆動軸での車両の慣性、ＳＥ＝エンジン速度、ＳＤＳ＝駆動軸速度、ＴＥ＝エンジントルク、Ｔｌｏｓｓ＝トルク損失、およびＴＲＬ＝駆動軸の走行負荷トルク。第１の項−Ｒ゜ＩＥＳＥおよび第２の項ＴＥＲは、一般に、互いに反対なので、自動車の加速度およびエンジンのトルクと速度は、同時に制御することは難しい。その結果、ガソリンまたはディーゼルエンジンの効率を最高にし、排出物を最小にすることは、性能を犠牲にすることなく実現することはできない。これは、更にエンジンの動作特性をエンジン速度およびトルクの関数として示す図２および図３を参照すると理解できるが、ただし、ＷＯＴ＝スロットル全開であり、最大のトルク線を表し、ＩＯＬ＝理想的トルク／速度動作線であり、最良の効率および／または最小の排出物（最小のブレーキ特有の燃料消費またはＢＳＦＣ）となる位置を表し、ＰＯＬ＝エンジン／トランスミッション特性による実用的動作線である。図３では、点Ａは点Ｂよりも効率がよくないが、車両挙動（過渡性能）を適切なものとするために使用されなければならないことに注意されたい。
【００１０】
ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ００／２５４１７で説明されているように、前記の欠点は、例えば、電動モータまたはモータ／発電機、電池、および関連する制御装置をエンジンと無段変速機またはオートマチックトランスミッションとの間に挿入することにより克服できる。より具体的には、モータ／発電機は、運動方程式の中の−Ｒ゜ＩＥＳＥの負の効果を相殺するように制御される。その後、モータ／発電機を使用して、エンジンを「スロットル全開」（ＷＯＴ）で、または効率最大、排出物最低となるように「理想的トルク／速度動作線（ＩＯＬ）に沿って、または他の所定の動作線に沿って動作させることができる。この方法では、エンジンは、エネルギーはモータ／発電機に接続されているバッテリエネルギー貯蔵システムに流れ込むか、またはそのシステムから流れ出す間、連続運転が可能である。バッテリが十分に大きく長距離にわたって車両を運転できる場合、バッテリを出入りするエネルギーの効率は、バッテリの内部抵抗が低いため高い。ガソリンまたはディーゼルエンジンの排出物は、常にエンジンが高負荷で動作しているため効果的に制御することができる。この方式では、必ず、ガソリンまたはディーゼルエンジンは、高速でスロットを閉じて動作したり、または低効率、低負荷状態で動作することは決してない。必要な動力がＩＯＬ上でエンジンの最低出力よりも少ない場合、エンジンは、分離および停止（または必要ならばアイドリング）が自動的に行われ、車両は電気自動車として運転される。
【００１１】
より具体的には、図４は、エンジン１０と無段変速機１８との間のドライブトレインと並列に動力を投入するように無段変速機１８の入力軸１６に連結された電動モータ２４を示している。電動モータ２４は、バッテリ２６を動力源とし、これは、通常であれば、電気自動車で使用されるようなバッテリバンク、ウルトラキャパシタなどを備える。電動モータ２４の動作は、従来の電子アーマチュアコントローラなどのモータコントローラ２８により制御され、更に電子アーマチュアコントローラはマイクロプロセッサまたは他のコンピュータベースのプログラム可能システムコントローラ３０により制御される。
【００１２】
システムコントローラ３０は、複数の制御およびフィードバック信号を処理する。図に示されているように、一次入力制御信号は、アクセルペダル３２およびブレーキペダル３４からのものである。これらの信号に基づき、システムコントローラ３０は、スロットル制御信号３６をエンジン１０に送信してエンジントルクＴＥを制御し、エンジンエンゲージ・オン／オフ信号３８をクラッチ１４に送信し、トルク制御信号４２をモータコントローラ２８に送信してモータトルクＴＭを制御し、速度比の変化率制御信号４４を送信して無段変速機１８の速度比Ｒの変化率Ｒ°を制御するが、ただし、Ｒ＝ＳＥ／ＳＤＳ、ＳＥ＝エンジン速度、およびＳＤＳ＝駆動軸速度である。留意する必要があるのは、ＳＣＡＲを車両の速度、Ｃをファイナルドライブのギアレシオおよび車両のタイヤ半径に依存する定数として、ＳＤＳ＝ＳＣＡＲ×Ｃであることである。それと同時に、システムコントローラ３０は、速度信号４０を介してエンジン速度ＳＥを、信号４６を介して比Ｒを、信号４８を介して車両速度ＳＣＡＲを感知する。システムコントローラ３０は、「オン／オフ」信号をエンジン１０に送信できるが、別個の始動モータは不要であり、クラッチ１４を通じてエンジン出力軸１２に連結されるため電動モータ２４を使用してエンジン１０を始動できることに留意されたい。クラッチ１４が開かれているときに、エンジン１０を「オフ」またはアイドリング状態にできる。
【００１３】
図５を参照すると、前述の技術は、図に示されているように、発電機５０がバッテリ２６の充電機能を実現するとともに、減速時にエンジン１０に制動効果を与えるために使用される直列ハイブリッド電動車両両構成に拡張できることも理解されるであろう。発電機５０の動作は、発電機コントローラ５２により制御されるのが好ましく、これは、従来の電子アーマチュアコントローラまたは類似のものである。発電機コントローラ５２は、トルク制御線５４を通じてシステムコントローラ３０から受信された信号に対する応答として発電機トルクＴＧを制御する。この構成ではＴＧ＝ＴＥであることに留意されたい。更に、エンジン１０の始動および停止を行うオプションのスターター制御線５６も含まれることに留意されたい。
【００１４】
上記構成でのエンジンの動作は、エンジンが常に１つの速度で運転している直列ハイブリッド電動車両両の場合とは相当に異なることに留意されたい。エンジンが一定速度で動作している場合、効率的な出力動力の出力は、１つのレベルでしか発生しない。したがって、バッテリは過剰な電力を吸収するか、または車両を駆動するため電力を追加供給する必要がある。この結果、バッテリはかなり深いサイクルの充放電を繰り返し、それに付随して不効率な面が現れる。図４および図５に示されているシステムでは、エンジンは更に多数使用され、バッテリは浅いサイクルの充放電を繰り返す。本発明ではバッテリの充放電サイクルが大幅に減らされるため、バッテリ充電１回当たりのレンジは増加する。バッテリの寿命も延びる。
【００１５】
次に図４、図６、および図７をまとめて参照すると、システムコントローラ３０は、従来のハードウェアおよび／またはソフトウェアを使用してシステムの制御および感知機能を実装する。図６では、ＡＣ＝アクセルペダル位置であり、運転者によって指令される出力またはトルク（それぞれ、ＰＣまたは＋ＴＣ）を表し、ＢＣ＝運転者により指令された負のトルクを表すブレーキペダル位置（ーＴＣ）、ＴＭ＝モータのトルク、ＰＥＰ＝運転者により指令された出力と出力制御モードのＩＯＬに沿っての出力との誤差または差（ＰＣ−ＰＩＯＬ）、ＴＥＰ＝運転者により指令されたトルクとトルク制御モードのＩＯＬに沿ってのトルクとの誤差または差（ＴＣ−ＰＩＯＬ／ＳＥ）、ＰＩＯＬＥ＝エンジンの理想的動作線に沿っての出力、ＰＩＯＬＭ＝モータの理想的動作線に沿っての出力、ＩＲＬ＝制動の理想的回生線、ＴＥＢ＝運転者により指令された制動と制動制御モードのＩＲＬに沿っての制動との誤差または差（ＢＣ−ＴＩＲＬ）、ＴＩＲＬ＝制動の理想的回生線に沿ってのトルク、Ｋ１＝回路の所望の応答時間および安定性に対する利得調整、Ｋ２＝図７の所望の応答特性を得るためにＳＥＲ゜に対する応答として設定される利得調整、Ｔ＝フィルタの時定数、Ｓ＝当業者であれば容易にプログラムできる変数ＰＥＰまたはＴＥのラプラス変換、Ｒ＝エンジン速度と駆動軸速度との比、Ｒ゜＝比Ｒの変化率、Ｃ＝車両速度を駆動軸速度に変換する変換定数、ＳＥ＝エンジン速度、ＳＤＳ＝駆動軸速度、ＳＣＡＲ＝車両速度、ＫＢは、スケーリングの利得値である。アクセルペダルが踏まれると、スイッチＳＷ１およびＳＷ２がアクセル位置に入る。スイッチＳＷ３およびＳＷ４は、車両が電気またはハイブリッドモードかどうかに応じて設定される。同様に、ブレーキペダルが踏まれると、スイッチＳＷ１およびＳＷ２はブレーキ位置に入る。これらのスイッチはそれぞれ、一般的に、システムコントローラ３０内のソフトウェアスイッチとすることができる。エンジンのＩＯＬＥは、エンジンをテストし、各速度で最良の効率および排出物を決定することにより得られる。ＩＯＬＭおよびＩＲＬは、モータ／発電機およびバッテリシステムをテストして、各速度でバッテリに入る最大のエネルギーを求めることにより得られる。ＩＯＬＭは、一般に、例えば米国特許第５，８４２，５３４号で説明されているようにバッテリが所定の状態に消耗するまで高速道路の速度以下で車両が運転されている電気駆動モードに車両が入っている場合に使用されることに留意されたい。
【００１６】
更に、ハイブリッド電動車両には多数の制御のアルゴリズムが考えられる。上記の実施例の制御の目的は、内燃機関が「オン」になるまで電気エネルギーを使用して車両を駆動し、その後「オン」になったら、内燃機関で出来る限り車両を駆動し、ＩＯＬに沿ってエンジンの動作を維持するうえで必要な場合に電気エネルギーで内燃機関を自動的に補助することである。重要なのは、ハイブリッドモードのときにエンジンを常にＩＯＬ上に保持するためエンジン出力を下げるときに一時的にエネルギーをバッテリに戻すことができるという点である。この種の動作は、排出物を著しく低減し、エンジン効率を高めることができる。
【００１７】
動作中、システムコントローラ３０は、アクセルペダルから加速コマンドＡＣを感知し、図６に示されているスイッチＳＷ１およびＳＷ２は、アクセル位置に入る。出力または正のトルクがＳＷ３およびＳＷ４により決定される電気自動車モードにおいて運転者により指令された場合（ＰＣまたは＋ＴＣ）、システムが図７に示されている出力制御領域またはトルク制御領域内で動作しているかどうかにもよるが、システムは、加速モードに入っており、所望のモータトルクＴＭは、１１４で、式
【００１８】
【数２】
2006523292.tif 000004
または
【００１９】
【数３】
2006523292.tif 000005
に従って決定される。
【００２０】
車両がハイブリッドモードの場合、ＴＭは、１２６で、式
【００２１】
【数４】
2006523292.tif 000006
または
【００２２】
【数５】
2006523292.tif 000007
に従って決定される。
【００２３】
上で決定されたモータトルク信号は、図４のモータコントローラ２８に送信され、エンジン１０の速度および出力を変化させ、自動車を駆動する。その結果生じるモータトルクの変化は、次に、１０２で、車両運動に影響を与え、更に、ＣＶＴ  １８でエンジン速度、車両速度、および比Ｒに影響を及ぼす。図６の１０２で車両の速度ＳＣＡＲとともに比Ｒをとると、エンジン速度ＳＥ（共通の軸上にある場合のモータ速度ＳＭと同じであってもよい）は、１０４で車両速度ＳＣＡＲに変換定数Ｃを適用して図４の駆動軸２０の速度ＳＤＳを取得し（ＣＶＴ  １８の出力側である）、その後駆動軸速度ＳＤＳに図６の１０６の比Ｒを掛けてエンジン速度ＳＥを与えることにより決定することができる。次に、１０８、１１６、および１２８で、エンジン速度をＳＥとすると、ハイブリッドモード、制動モード、および電気モードに対するＩＯＬエントリをそれぞれ含むルックアップテーブルにアクセスし、所定の速度に対する理想的エンジン出力またはトルク出力レベルを決定する。次に、ハイブリッドモードの場合には１１０で、制動モードの場合には１１８で、電気モードの場合には１３０で、対応するルックアップテーブルの出力は、アクセルペダル位置ＡＣから感知されたとおりにアクセルペダルを使用して運転者により指令された出力ＰＣ（出力制御モードの場合）、または正トルク＋ＴＣ（トルク制御モードの場合）のいずれかと比較し、出力誤差ＰＥＰまたはトルク誤差ＴＥＰを決定する。その後、対応する誤差信号を使用し、１１２で信号のフィルタ処理の後、比Ｒの変化率Ｒ゜に影響を及ぼす。したがって、図４のＣＶＴ  １８は、比の変化率Ｒ゜の調整に対応する。
【００２４】
この制御システムの重要な一態様は、比Ｒの変化率の制御、つまり、Ｒ゜の制御であることに留意されたい。これは、指令された出力ＰＣまたはトルクＴＣとＩＯＬ出力またはトルクとの間の誤差信号をフィルタ処理することにより行われる。信号フィルタ処理は、
【００２５】
【数６】
2006523292.tif 000008
の形のもので、電気工学の分野ではよく知られている。このフィルタは、この位置に置くことができる一形態しか表さず、実際、このフィルタは線形素子と非線形素子の両方を含むことができることは理解される。フィルタの目的は、比の率Ｒ゜を設計者側で制御できるようにすることである。Ｒを素早く変化させることは望ましくないため、所望のシステム応答を得るためにはフィルタが必要である。Ｋ１およびＴの値は、フィルタの形態のように、発見的手法により決定される（ここでは、一次として示されている）。当業者であれば、他の多くの表現のフィルタも働き、所望の応答に応じて選択することができることは理解するであろう。
【００２６】
制動時、トルクはエンジン出力ではなく車輪のところで指令される。ここで、システムコントローラ３０は、ブレーキペダルから制動コマンドＢＣを感知する。運転者が負のトルク−ＴＣを指令した場合、システムは減速（回生）モードに入り、スイッチはブレーキ位置に移行する。ここで、ＣＶＴおよびモータ／発電機の制御は逆転して駆動軸に負のトルクを発生し、それによって車両を制動する。制動回路の動作は、理想的回生線ＩＲＬを使用することを除き、アクセル回路の動作と類似しており、モータ／発電機によりバッテリにエネルギーを回生する所定の電力の最高の効率を反映する。
【００２７】
制動を行うために、所望のモータトルクＴＭは、１００で、
【００２８】
【数７】
2006523292.tif 000009
に従って決定され、信号がモータ／発電機コントローラ２８に送信され、エンジン１０の速度および出力を変化させる。その結果生じるモータ／発電機およびエンジントルクの変化は、再び、１０２で、車両運動に影響を与え、ＣＶＴ  １８で電動モータおよび／またはエンジン速度、車両減速、および比Ｒに影響を及ぼす。しかし、ここでは、エンジン速度ＳＥを１１６で使用し、経験的に決定されたテーブルでもある、ＩＲＬを表すエントリを含むルックアップテーブルにアクセスする。次に、１１８で、ルックアップテーブルの出力をブレーキペダル位置ＢＣから感知されたとおりに運転者がブレーキペダルで指令した負のトルク−ＴＣと比較し、制動トルク誤差ＴＥＢを決定する。その後、制動トルク誤差信号ＴＥＢを、ゲインボックス１２０通じて値ＫＢでスケーリングし、これを使用して、１１２でフィルタ処理した後比Ｒの変化率Ｒ゜に影響を与える。ブレーキトルク制御におけるフィルタ処理は、所望のそのゲインボックス１２０が追加フィルタを含むことができる場合に異なることがあることは理解されるであろう。
【００２９】
したがって、図からわかるように、図６および図７は、図４に示されている構成および原理的には、図５に示されている構成または他のハイブリッド電気駆動システムの制御装置に対する制御装置を表している。
【００３０】
図６の制御図とともに図７に示されている代表的な動作について考察する。車両は、エンジンが全動力を供給して車両を駆動し、モータ／発電機が動力を供給していないときに一定速度で巡航していると仮定する。アクセルペダル位置ＡＣＡでＰＥＰ＝０およびＰＣ＝ＰＩＯＬに達した定常状態動作のこの条件において図７の点Ａを考察する。運転者が急にペダルを踏んで、ＡＣＢとして示される、第２の位置にした場合、つまり、運転者が出力を上げることを望んだ場合、トルクは瞬間的に直線Ｌ１に沿って点Ｂまで上昇するが、トルクは電動モータおよびバッテリにより供給される。これは、ＰＥＰが現在ＰＩＯＬよりも大きいためである。次に、ＴＭは、車両が電気モードの場合にブロック１１４で、または車両がハイブリッドモードの場合にブロック１２６で計算される。この瞬間にＲ゜＝０であることは理解されるであろう。その後、ＰＣ／ＳＥは、電気モードで必要なすべてのトルクを供給し。ＰＣ／ＳＥ−ＴＩＯＬＥまたはＴＣ−ＴＩＯＬＥは、ハイブリッドモードの場合にトルクのすべてを供給する。このモータトルク信号は、ブロック１０２に送信される。すると、運転者が望む出力が瞬時に得られる。アクセルペダルが長い間この点で一定に保たれる場合、電動モータのトルクは図７の直線Ｌ２に沿った一定出力の線に沿って減少し、それにより、車両の加速とともに出力は一定に保たれる。この直線Ｌ２は、ブロック１０２、１０４、１０６、１０８、および１１０（または１２８および１３０）、および１１４または１２６を含む図６に示されているようなフィードバックループのアクションを表す。車両は、一定出力線Ｌ２に沿って点Ｃに到達するまで直線Ｌ２に沿ってモータトルクが減少するとともに加速し続ける。この点に到達するのは、ＰＥＰが繰り返し、０およびＰＣ＝ＰＩＯＬまで下げられたときである。常に、このプロセスのときには、エンジンは必ずＩＯＬに沿って動作することが理解される。
【００３１】
その後自動車は、アクセルペダルの位置が再び変更されるまでこの速度を維持する。次にアクセルペダルが元の位置まで減じられると、正味トルクが点Ｄまで減らされ、速度は、一定出力線Ｌ４に沿って点Ａに戻る。これを実現するために、モータ／発電機は、直線Ｌ３に沿って点Ｄに到達するように負のトルクを供給しなければならない。これは瞬時に行われる。正味トルクおよび出力が直線Ｌ４に沿って進むにつれ、モータ／発電機のトルクは、アクセス位置がＡＣＡに戻ったときに車両が再び巡航し始めると０に徐々に近づく。減速操作で、エネルギーが上述のバッテリシステムに戻され、加速操作で、エンジンがＩＯＬに沿って動作し続けている間、バッテリシステムからエネルギーが取り出されることに留意されたい。
【００３２】
したがって、エンジンのスロットル開は、ＩＯＬに沿って与えられた出力について最良の効率が得られるように設定されることは理解されるだろう。電動モータは、エンジンをＩＯＬに沿って強制的に動作させ、正しい過渡応答を車両に送るために使用される。大きな電動モータおよび小さなエンジンが好ましいが、本発明では、応答が低速であって大きなエンジンおよび小さな電動モータを使用することができる。ＣＶＴは、運動およびモータ容量が許す限り素早く正しい速度および出力設定を行える。その後、バッテリ容量を使用して、エネルギーの供給および吸収を一時的に行い、性能に悪影響を及ぼすことなくＣＶＴの比を変える。更に、これは、好ましい実施形態では、エンジンおよび電動モータを好ましい実施形態の同じ軸につけることにより実現されることも理解されるであろう。
【００３３】
前記に基づき、電動モータは、車両の加速時と減速時の両方においてガソリンまたはディーゼルエンジンを補助または制御するために使用することができ、したがって、一般に固定スロットル設定で、またはスロットル開状態で、速度帯域全体にわたって最適な効率でエンジンを運転しエンジン効率を最大にすることができることは理解されるであろう。これは、図１で説明されているような従来の無段変速システムでは可能でない。
【００３４】
そこで次に、図６のブレーキコマンドＢＣによる車両の制動について考察する。通常停止のためブレーキペダルが踏まれると、図６のスイッチＳＷ１およびＳＷ２は、ブレーキ位置に設定される。運転者が望む制動レベルは、所定の車両速度およびトランスミッション入力速度ＳＴまたはモータ速度ＳＭでのブロック１１８の理想的回生線（ＩＲＬ）と比較する。ＩＲＬは、それぞれの速度においてエネルギー貯蔵のため最良の効率が得られるかモータ／発電機およびバッテリシステムをテストすることにより決定される直線である。そのようなテスト手順の後、理想的直線を選択し、すべての最高の効率点をつないで、ＩＲＬを得ることができる。
【００３５】
ブレーキコマンドＢＣ（図６の３４で）は、自動車の駆動軸または車輪のところの望ましいトルクを表す。ブロック１２２で、トルクコマンドを比Ｒで除算し、ＣＶＴ入力１２４での等価なトルクを得る。この入力をこの瞬間でのモータＳＭの速度でのＩＲＬに沿うトルクと比較する。誤差を使用し、ゲインブロック１２０およびフィルタブロック１１２を通じてＲ゜を指令する。トランスミッションの比Ｒは変化し、ブロック１０２、１０４、１０６、１１２、１１６、１１８、および１２０のフィードバック制御システムを介してＩＲＬを求める。この制御システムは、この比が物理的限界ＲｍｉｎまたはＲｍａｘに達すると無効になることは理解される。
【００３６】
ブロック１２２の出力での望ましいトルクがブロック１００に送信され、そこで、自動車の駆動軸、したがって車輪のところの望ましい制動トルクを求めるために必要なモータトルクを計算する。最初に、電動モータでのトルクは、Ｒ゜は操作の開始時には０なので、ＴＣ／Ｒである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
前記の説明から、ＣＶＴにおける、単なる比ではなく、比の変化率Ｒ゜を効率的に、また効果的に制御するためのシステムおよび方法が必要であることが理解されるであろう。更に、ＣＶＴはドライブトレインコンポーネントであり、様々な負荷条件によりＣＶＴはスリップする可能性があるため、ＣＶＴは圧力を制御し、スリップを最小にするため様々な方式が考案されてきた。しかし、従来の制御メカニズムは、バルブ、オリフィスなどを使用した機械ベースのものであり、効率も耐久性も低くなる高圧条件向けの保守的設計である。したがって、すべての運転者入力条件の下でスリップを防止するためＣＶＴ内の圧力を制御する圧力制御メカニズムおよび方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
したがって、本発明は、ＣＶＴにおける、単なる比ではなく、比の変化率を効率的に、また効果的に制御するためのシステムおよび方法に関係する。比の変化率を制御することにより、車両の加速または減速を効率的に制御することができる。更に、比の変化率は、プーリーの締め付け圧力および／またはプーリー間の差圧を最小のスリップで制御することにより制御することが可能である。
【００３９】
本発明では、ＣＶＴの全体的挙動は、締め付け圧力、プーリー間の差圧、油温、入力軸速度、およびトルクなどの多数の変数に依存することを認識している。ＣＶＴの挙動に影響を及ぼすこれらの変数を考慮することにより、本発明は、所望の比の変化率を得るために必要な差圧などの性能変数を出力値にマッピングするシステムおよび方法を含む。
【００４０】
実施例では、ただし限定はしないが、本発明は、既存の比、トルク、速度、および締め付け圧力などの入力基準を比の変化率を得るために必要な差圧のレベルに関係付ける１つのアルゴリズム、アルゴリズムの集合、マップ、またはマップの集合を含むプログラミング機能を備えるコンピュータ化されたコントローラを含む。比の変化率が選択された後、締め付け圧力または差圧を制御して、その比の変化率を得る。
【００４１】
更に実施例では、本発明は、ＣＶＴの動作特性のすでにある知識を使用することにより、入力トルクコマンドによる理想的な指令された締め付け圧力および指令された比の変化率（またはシフト速度）を得るためにＣＶＴの一次および二次圧力の最適な制御を行う方法および装置を含む。
【００４２】
したがって、本発明の一態様は、所望の比の変化率を得るために必要に応じてＣＶＴ内の一次および二次プーリーの締め付け圧力を制御することである。
【００４３】
本発明の他の態様は、所望の比の変化率を得るために必要に応じてＣＶＴ内の差圧を制御することである。
【００４４】
本発明の他の態様は、特定の比の変化率に対応するＣＶＴ内の差圧を決定することである。
【００４５】
本発明の他の態様は、動作特性をＣＶＴ内の所望の差圧にマッピングすることである。これらの特性は、締め付け圧力、速度、トルク、現在の差圧、現在の比、油温などを含む。
【００４６】
本発明の他の態様は、所望の比の変化率を発生するためにＣＶＴ内の差圧を決定するアルゴリズムである。
【００４７】
本発明の他の態様は、上述のマッピングおよびアルゴリズムに使用される経験データを含む。
【００４８】
本発明の他の態様は、無段変速機（ＣＶＴ）内の比の変化率を制御する装置を実現することである。一実施形態では、この装置は、ＣＶＴの少なくとも１つの動作特性を少なくとも１つの制御特性にマッピングするためのコントローラおよびコントローラに関連付けられている手段を含む。例えば、この動作特性は、ＣＶＴ締め付け圧力、入力軸速度、トルク、プーリー間の差圧、比、および油温を含む。
【００４９】
本発明の他の態様は、ＣＶＴ内の比の変化率の動的制御機能をハイブリッド電動車両に付加することである。一実施形態では、車両は、ＣＶＴに連結された内燃機関、内燃機関の出力側に連結された電動モータ、および前記エンジンと同時に前記電動モータを動作させ、正または負のモータトルクを前記エンジン出力側に付与し、実質的に所定の動作線に沿ってエンジン動力の出力を維持するように構成されたコンピュータ化されたシステムコントローラを備え、コントローラは、マッピングに前記手段を使用して前記ＣＶＴの比の変化率を制御するように構成され、システムコントローラは、ＣＶＴの比の変化率および前記モータトルクを制御して、前記車両の加速または減速を変化させる。
【００５０】
本発明の他の態様は、無段変速機（ＣＶＴ）の動作を制御する装置を実現することである。一実施形態では、この装置は、ＣＶＴの少なくとも１つの動作特性をＣＶＴの少なくとも１つの制御特性にマッピングするためプログラム可能なコントローラおよび前記コントローラに関連するプログラミングを含む。例えば、この動作特性は、ＣＶＴ締め付け圧力、入力軸速度、トルク、プーリー間の差圧、比、および油温を含む。他の実施形態では、この装置は、コントローラおよびコントローラに関連付けられているアルゴリズムまたはマップを含み、アルゴリズムまたはマップは、ＣＶＴ内の所望の比の変化率を得るためにＣＶＴ内のプーリー間の差圧レベルを決定する。
【００５１】
本発明は、更に、チェーンまたはベルトにより相互に連結されているコニカルディスクの２つのペアを動力伝達要素として持つ無段変速機（ＣＶＴ）の動作を制御する方法および装置を含み、それぞれのペアの少なくとも１つのディスクは、油圧アクチュエータに連結される。実施例として、ただし限定はしないが、一実施形態では、２つのサーボモータにより駆動される２つの油圧ポンプ、および一次および二次圧力の両方を同時に制御するためプログラミング機能を持つ制御プロセッサを含む。本発明は、ＣＶＴに適用可能であり、これにより、一方法または他の方法で一次および二次圧力の制御が可能になる。本発明は、更に、１つの圧力のみが完全に制御可能なＣＶＴとともに使用することも可能である。
【００５２】
したがって、本発明の他の態様は、圧力、比の率、およびトルク入力と関係する経験データのマッピングに基づいて入力トルクコマンドに対する理想的な指令された締め付け圧力および指令された比の率またはシフト速度を得るためにＣＶＴの一次および二次圧力を制御することを含む方法である。一実施形態では、これは、ＣＶＴの一次および二次圧力と比の変化率との関係をマッピングして所定の量のトルクを伝達し、ＣＶＴの一次および二次圧力を制御し、前記マッピングに基づいて指令されたトルクおよび比の率に対する最適化された締め付け圧力を得ることにより実現される。他の実施形態では、これは、制御されるべきＣＶＴの平衡比マップを決定し、ＣＶＴの比の率とＣＶＴの現在状態に対応する点とこの点の前記平衡比マップ上への射影との間の距離との間の圧力関係決定し、前記平衡比マップおよび前記圧力関係を使用し、ＣＶＴの一次および二次圧力を制御してＣＶＴの比の率および／または比および締め付け圧力を制御することにより実現される。
【００５３】
本発明の他の態様は、ＣＶＴの動作を最適化するための装置である。一実施形態では、この装置は、圧力、比の率、およびトルクと関係する経験データのマッピングに基づいて入力トルクコマンドに対する理想的な指令された締め付け圧力および指令された比の率またはシフト速度を得るためにＣＶＴの一次および二次圧力を制御する動作を実行する制御コンピュータおよび制御コンピュータに関連するプログラミングを含む。他の実施形態では、この装置は、ＣＶＴの圧力と比の変化率との関係のマップにアクセスして所定の量のトルクを伝達し、ＣＶＴの一次および二次圧力を制御し、前記マップに基づいて指令されたトルクおよび比の率に対する最適化された締め付け圧力を得るための制御コンピュータおよび前記制御コンピュータに関連するプログラミングを含む。更に他の実施形態では、この装置は、ＣＶＴの平衡比マップに基づくＣＶＴの比の率および／または比および締め付け圧力およびＣＶＴの比の率とＣＶＴの現在状態に対応する点と平衡比マップの上へのこの点の射影との間の距離との圧力関係を制御するためＣＶＴの一次および二次圧力を制御する動作を実行する制御コンピュータおよび前記制御をコンピュータに関連するプログラミングを含む。
【００５４】
本発明の更に他の態様は、明細書の以下の部分に現れ、詳細な説明は、限定することなく、本発明の完全に開示されている好ましい実施形態の目的に沿っている。
【００５５】
本発明は、例示されている目的に限られる後述の図面を参照することにより更に完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明は、一般に、ＣＶＴの比の変化率を制御する方法およびシステムを含む。好ましい実施形態では、本発明は、既存の比、トルク、速度、および締め付け圧力などの入力基準を所望の比の変化率の割合を得るために必要な差圧のレベルに関係付ける１つのアルゴリズム、アルゴリズムの集合、マップ、またはマップの集合を使用する。つまり、所望の比の変化率が決定された後、このマッピングを比の変化率を制御する運動方程式とともに使用することで、所望の変化率を得ることができる。本発明は、更に、ＣＶＴの動作特性のすでにある知識を使用することにより、入力トルクコマンドによる理想的な指令された締め付け圧力および指令された比の変化率（またはシフト速度）を得るために無段変速機（ＣＶＴ）の一次および二次圧力の最適な制御を行う方法およびシステムを含む。
【００５７】
図８を参照すると、本発明によるＣＶＴ物理的制御システムの一実施形態が示されている。図８に概略が示されている一般的な実施形態では、制御システム１００は、油圧ポンプ１０２、油圧シフトポンプ１０４、圧力サーボモータ１０６、シフトサーボモータ１０８、制御弁１１０、油圧油タンク１１２を備える。図からわかるように、制御システムは、一次プーリー１１４および二次プーリー１１６に流体で連結されている。この制御用ハードウェアは、図８に示されているのと異なる場合があるが、いずれにせよ、一次および二次圧力を同時に制御できるであろう。
【００５８】
より具体的には、本発明は、動力伝達要素としてチェーンまたはベルト１２２により相互に連結されているそれぞれコニカルディスク１１８ａ、１１８ｂ、および１２０ａ、１２０ｂを持つ少なくともプーリー１１４、１１６の１つのペアを備えるＣＶＴを含み、各ペアの少なくとも１つのディスクは、図８に示されているように、それぞれ、油圧アクチュエータ１２４、１２６に連結されている。本発明は、ＣＶＴに適用可能であり、これにより、一方法または他の方法で一次および二次圧力の制御が可能になる。この場合、完全に制御可能な圧力は１つだけであり、後述の制御方法をそのまま使用することができる。
【００５９】
本発明の好ましい一実施形態では、ＣＶＴの一次および二次圧力は、ＣＶＴの動作特性のすでに得られている知識（例えば、経験的に求める）を使用することにより、入力トルクコマンドによる理想的な指令された締め付け圧力および指令された比の率（またはシフト速度）を得られるように制御される。図９を更に参照すると、これは、以下のステップに従って、コンピュータ化されたＣＶＴ圧力コントローラ２００を使用して実行できる。
【００６０】
１．まず、制御されるＣＶＴの平衡比マップ２０２を決定する。このマップは、これらの条件の下でＣＶＴが取る平衡状態に対応する公比（Ｒ）を返す一次圧力（Ｐ１）、二次圧力（Ｐ２）、トルク入力（Ｔｉｎ）、入力速度および／またはこれらの変数の任意の組合せの複素関数と考えることができる。これは、以下の関数について表すことができる。
【００６１】
ｆ（Ｐ１，Ｐ２，Ｔｉｎ，ＩｎｐｕｔＳｐｅｅｄ）＝（ｒａｔｉｏ）ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ
【００６２】
２．比の率（公比の変化率）およびＣＶＴ（Ｐ１，Ｐ２，Ｔｉｎ，ＩｎｐｕｔＳｐｅｅｄ，ｒａｔｉｏ）の現在状態２０４に対応する点とこの点のすでに決定されている平衡マップの上への射影との間の距離をリンクするいくつかの関係が存在することを検証する。この関係は、すでに説明されている平衡マップに追加されるもう１つの次元と考えることができる。
【００６３】
３．これらのすでに決定されている平衡マップおよび（複数の）関係を使用して、ＣＶＴの一次Ｐ１および二次Ｐ２圧力は、ＣＶＴの最適な制御が行えるように同時に制御される。この最適制御により、比の率および／または比および締め付け圧力を直接制御することができる。比の率戦略的コマンド２０６およびトルク入力コマンド２０８が与えられた場合、コントローラは、定義済みのマップおよび複数の関係およびいくつかの計算（入力トルクおよび最低限必要な締め付け圧力の）を用い、一次および二次油圧アクチュエータの両方において制御する最適な圧力２１０を決定して、それらのコマンドを実行し、最低限の出力を引き出す。これらの最適な圧力により、ＣＶＴのスリップが防止される。本発明は、更に、両方の圧力に対する限界だけでなくこれらの多次元マップへのシフト率に対する限界をも含めることができるという利点も有する。
【００６４】
前記のステップは、コントローラ２００に関連付けられているソフトウェア、ファームウェアなどで実装されることは理解されるであろう。次に、コントローラ２００は、圧力ポンプ１０２、シフトポンプ１０４、圧力モータ１０６、シフトモータ１０８、制御弁１１０、および必要に応じて物理的コントローラ１００のその他の要素を制御するための１つまたは複数の出力信号を供給する。これは、更に、前記の直接的拡張は、ＣＶＴが使用され、油温および条件とともに内部コンポーネントの変更に対する補正のため制御されるときに、平衡マップおよび比の率マップを学習し、構築し、訂正する、ニューラルネットワークなどの学習コントローラを採用することであることも理解されるであろう。この方法で、当分野のＣＶＴの実際の動作条件に基づいて初期マッピングを使用し、更新することが可能である。
【００６５】
本発明の他の態様は、圧力モータ１０６により駆動される圧力ポンプ１０２をバイパスする図８に示されている制御弁１１０である。この弁は、十分な漏れを許容するため低圧で開き、二次圧力が上昇すると閉じて漏れの流れを制限する。この弁は、コントローラ２００により制御されるか、または単純に、スプリングに対抗する二次圧力自体により制御されることが可能である。この漏れ弁により、制御システムがより安定し、これにより、二次圧力の制御が補助される。一次圧力の制御のため、同じ概念をシフトサーボポンプ１０４で使用することができる。
【００６６】
本発明は、限定はしないが以下のようないくつかの追加態様を有することは理解されるであろう。
【００６７】
１．プーリー油圧ピストンの設計：油圧制御システムのエネルギー使用量を最小にするため、平衡マップにより与えられる情報から、一次対二次の油圧アクチュエータの能動領域の比を最適化することができる。例えば、図８の構成を考えると、スラストの比（Ｑ１／Ｑ２）はほとんど１．０を中心とする範囲であることに注意して、領域は両方とも、シフトモータが使用されすぎないように等しくなるように設計されなければならない。
【００６８】
２．サーボモータおよびポンプの選択：ＣＶＴの最適な制御のため、本発明の前の態様およびその一般的使用から、ポンプの流量およびサーボモータの最大トルクおよび速度を測定または計算し、制御用ハードウェアの最も適しているコンポーネントを（コスト、サイズ、品質、有効性などに関して）選択することができる。
【００６９】
したがって、本発明は、ＣＶＴの制御を最適化し、運転手の入力のすべての条件の下でスリップを防止することが理解されるであろう。所定のトルクを伝達するために要求される圧力およびその圧力から得られる比を関係付ける経験的データをＣＶＴから取得することにより、比の変化を安全に引き起こすために必要な圧力を特徴付ける公式を導くことができる。次に、コンピュータに関連するプログラミングでその公式を使用して、ＣＶＴの動作を制御することができる。目標は、ＣＶＴにおいて負荷不足または過負荷になることなくすべての運転者入力条件の下でＣＶＴを制御することである。コントローラは、運転者により指令された出力／トルクを感知し、本質的に、比の変化率をシフトし、所望のトルクを伝達するようにＣＶＴに伝える。
【００７０】
次に、図１０を参照すると、ＣＶＴ圧力コントローラ２００は、通常、ストラテジコントローラとして機能する出力制御モジュール（ＰＣＭ）２４０、および低レベルコントローラとして機能するＣＶＴコントローラ（ＣＶＴＣ）３００を含む車両制御システム全体の中の一コンポーネントとして実装される。ＣＶＴ圧力コントローラの機能は、ＣＶＴＣ  ３００によりこの構成に組み込まれる。制御電子回路は、ＰＣ  １０４のマイクロコンピュータ、マイクロコントローラプラットフォーム用の業界標準、または他のマイクロコンピュータまたはプログラムされたデータプロセッサを含むのが好ましい。ＰＣＭ  ２５０およびＣＶＴＣ  ３００は、アナログチャネルよりむしろデジタル制御エリアネットワーク（ＣＡＮ）３５００経由で通信する。デジタル通信により、信頼性が保証され、データ転送精度も向上する。ＰＣＭ  ２５０は、運転者の希望とハイブリッド制御戦略に応じてＣＶＴＣ  ３００に戦略的コマンドを送信する。その後、ＣＶＴＣ  ３００は、以下の主要タスクを実行することによりＣＶＴを制御する。
【００７１】
１．ＰＣＭ  ２５０からの戦略的コマンドを使用して、締め付け圧力および比の設定点を決定する。
【００７２】
２．ＣＶＴ状態（圧力、比、速度）を測定する。
【００７３】
３．ＣＶＴ状態からの伝達可能なトルクを計算する。
【００７４】
４．比と圧力の両方の閉ループ調節を計算する。
【００７５】
５．コマンドをＣＶＴサーボモータに送信し、閉ループ制御を操作する。
【００７６】
６．ＰＣＭ戦略的コマンドおよび伝達可能トルクに応じてコマンドをパワートレイン（モータおよび／またはエンジン）に送信する。
【００７７】
本発明のサーボ制御メカニズムは、従来のＣＶＴとともに使用することができるが、上述の本発明のサーボ制御メカニズムとともに機能するようにプーリー構成を修正するのが好ましい。より具体的には、本発明のサーボ油圧制御システムとともに使用するように特に適合させるために、一次および二次プーリーは同一となるように設計するのが好ましい。この修正されたＣＶＴをサーボ制御ＣＶＴ、またはＳＣ−ＣＶＴと呼ぶことにする。同一の一次および二次プーリーを使用することで、トランスミッションが簡素化され、また製造および組み立てコストを削減される。同一プーリーを使用する他の利点（したがって、Ａ１／Ａ２＝１）については、後で詳しく説明する。
【００７８】
我々のプロトタイプのＳＣ−ＣＶＴでは、排気量が非常に小さく（１．０７ｃｃ／ｒｅｖ）、定格３０００ＰＳＩとなるようにギアポンプは選択された。両方のポンプは、ＣＶＴケース内部に取り付けられ、そのケース内の穴を通してサーボモータに接続される。これにより、サーボポンプシステムが構成された。永久磁石のブラシレスＤＣモータは、ギアポンプ駆動用に選択された。ブラシレスサーボモータ、永久磁石を使用しているため、通常の誘導モータに比べてトルク対慣性比もモータ対サイズ比も高くできる。これらは、地磁気のコストのせいで、通常、高性能アプリケーション向けに予約されている。サーボモータは、３．８ｍｓの機械時定数、低いコギングトルク、および５５，０００ｒａｄ／ｓｅｃ２以上の最大理論加速度で非常に高速な応答を持つものが選択された。ブラシレスサーボ増幅器は、直流（ＤＣ）サーボモータを駆動するものが選択された。これらの増幅器は、コントローラ基準信号に応じてモータを駆動する電子電力変換装置を表す。これらの増幅器は、基本的に、コントローラから高エネルギー信号（モータ電圧および電流）に低エネルギー基準信号を変換する。ブラシレスモータの場合、増幅器は、更に、磁界の適切な転流にも関与する。例えば、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ社のＭｏｄｅｌ  Ｂ３０Ａ４０はデジタルコントローラとのインターフェースを取るのに適しており、開ループ、電流閉ループまたは速度閉ループモードで使用することができる。このアプリケーションでは、電流閉ループ構成で使用され、ＤＣモータのトルクを制御することに対応する。
【００７９】
プロトタイプＣＶＴＣは、Ｍｉｃｒｏ／ｓｙｓ  ＳＢＣ  １４８６、ＰＣ  １０４タイプ、マイクロコントローラボード、ネットワーク通信を確認するためのＥ−ＣＡＮボード、Ｍｉｃｒｏ／ｓｙｓ  ＭＰＣ  ５５０入出力ボード、およびカスタムメードの信号調整ボードに基づいていた。制御コードは、Ｃ＋＋で書かれ、シリアルポートを通じてマイクロコントローラ内にロードされた。ＳＣ−ＣＶＴは、２つの圧力センサ、２つの速度センサ、および位置測定用のリニアポテンショメーターを備えていた。したがって、一次および二次プーリーの圧力および速度は、測定することが可能である。近接スイッチ（増幅器を備える誘導速度センサ）は、プーリー速度を感知するために使用され、トリガホイールは、両方の固定シーブ上に取り付けられた。これらの速度センサは、ＭＰＣ  ５５０内のタイマー／カウンターにより解釈される方形信号を出力する。位置センサは、一次プーリー可動シーブに接続され、その出力はＣＶＴ公比を計算するために使用される。比も、速度信号を使用して求めることができるが、位置感知は、０速度であっても比を測定できるという利点を有することは理解されるであろう。
【００８０】
表１は、上述のプロトタイプＳＣ−ＣＶＴの主要パラメータを示している。これらのパラメータは、実施例のみを使って与えられることは理解されるであろう。
【００８１】
我々のプロトタイプＳＣ−ＣＶＴは、７００Ｎｍの設計容量を持っていた。モータは、その減速装置を使用して、５４０Ｎｍを発生することができ、エンジンは、最大１９０Ｎｍまで発生することができた。パワートレインの理論的最大トルクは７３０Ｎｍであったが、モータトルクはバッテリパックの電圧に依存し、またエンジンおよびモータの最大トルクは同じ回転速度で生じることはないため、このパワートレインが到達する最大トルクは６５０Ｎｍであった。更に、エンジンは、自動車のクラッチを通じて入力プーリーに直接接続されているため低速で運転できなかった。
【００８２】
ＳＣ−ＣＶＴのトルク容量を検証するため、並列ハイブリッド電動車両に転換され、１５０ｋＷモータおよびＳａｔｕｒｎ  ２．２リッター内燃機関を動力源とする、２０００  Ｃｈｅｖｒｏｌｅｔ  Ｓｕｂｕｒｂａｎに装着されたＳＣ−ＣＶＴで加速運転が実行された。テストは、０から６０ｍｐｈまでの加速範囲について、また６０から０ｍｐｈまでの減速範囲について行った。ＳＣ−ＣＶＴは、制動なしでこのテストを実行するか、または更には、チェーンをスリップさせることにより、そのトルク容量を実証した。観察された減速は、加速よりも速かったが、それは、モータの回生トルク能力の３００Ｎｍの上で機械式ブレーキが同時に作動されたからである。最終時間は、０から６０ｍｐｈまでは１０．９秒であり、６０から０までは９秒未満であった。これらの結果は、Ｓｕｂｕｒｂａｎについては、このトラックがモータに電力を供給するため鉛酸蓄電池パックを搭載したことにより３０００ｋｇを超える重量であることを考慮しても非常に有望であった。
【００８３】
Ｓｕｂｕｒｂａｎで一連の運転テストを実施し、ＳＣ−ＣＶＴ概念を実証し、運転条件の下でトランスミッションの制御性を証明した。このトラックは、更に、車両運転性およびＳＣ−ＣＶＴが満足に実行されたかを検証するために標準の運転サイクルで運転された。
【００８４】
ＳＣ−ＣＶＴの設計目標の１つは、商用車の寿命全体に対する信頼できる動作を示すことであったが、しかし、５０時間未満の動作の後、チェーンおよびプーリーに著しい摩耗が観察された。このような苛酷な摩耗は、プーリー上のチェーンのマクロスリップを示していた。マクロスリップは、チェーン上のプーリーにより加えられる締め付け力が低すぎて入力または出力プーリーのいずれかにより印加されるトルクを伝達できない場合に発生する。更にマクロスリップが発生するのを避けるために、締め付け圧力マップに１０％の安全係数を加えると、それ以上摩耗は観察されなかった。この経験から、ＣＶＴの主要な不具合が明らかになり、また締め付け圧力に対する閉ループ規制だけでなく、使用中の特定のＣＶＴの制限に関する完全な知識をも必ず必要である。このトランスミッションはこれまでに作られたその種の最初のものであったため、この最後の要因は、確かに、この場合には責めを受けるべきものであった。
【００８５】
前記の説明から、一次および二次圧力を制御して所望の比の変化率を得るためには、平衡マップおよびその他の制御パラメータを作成するためにＣＶＴに関する特定の情報が必要であることは理解されるであろう。動作理論および実装の詳細は、以下で説明する。
【００８６】
ＣＶＴ運動方程式
ＣＶＴの動的比は、入力速度を出力速度で割った比として定義される。両方の速度が０よりも大きい場合にのみ測定することができ、速度が大きくなるほど正確になる。
【００８７】
【数８】
2006523292.tif 000010
【００８８】
式（１）の微分をとると以下のようになる。
【００８９】
【数９】
2006523292.tif 000011
【００９０】
図１１に示されている簡略化された概略図を使用して、運動方程式を導く。チェーン４００は、質量０とみなされ、チェーンスリップは０と仮定され、パワートレインおよび車両の慣性において（それぞれ、ＩｐおよびＩｃ）ＣＶＴの一次４０２および二次４０４プーリーの慣性が考慮される。
【００９１】
この動的比から、チェーン損失を無視すると、入力トルクと出力トルクとの関係は以下のようになる。
【００９２】
【数１０】
2006523292.tif 000012
【００９３】
一次および二次プーリーでニュートンの法則を使用すると以下の式が得られる。
【００９４】
【数１１】
2006523292.tif 000013
【００９５】
式（３）を式（５）に代入して以下の式を得、
【００９６】
【数１２】
2006523292.tif 000014
【００９７】
その後、式（６）で式（４）および（２）を使用して以下の式を得る。
【００９８】
【数１３】
2006523292.tif 000015
最後に、式（１）を式（７）に代入して、車両加速度について解くと、以下の式が得られる。
【００９９】
【数１４】
2006523292.tif 000016
【０１００】
分子の第２項は比の変化率（ｉ゜）に依存することに注意されたい。これは、トランスミッションのシフト率のため車両の加速度に変換される。シフトアップでは、車両に正の加速度が生じるが、シフトダウンでは、車両に減速が生じる。これは、はじめは驚くべきことであるように聞こえるが、パワートレインの慣性から車両の慣性へ運動エネルギーが変換されることで生じ、その結果負の加速度になるのである。この方程式は、ＣＶＴに固有のものではなく、任意のトランスミッションに適用することができる。しかし、ディスクリートギヤトランスミッションの場合、パワートレインは、シフトのためトランスミッションから分離されなければならないので、かなり複雑な現象が生じ、方程式（８）は適用できない。ＣＶＴでは、比の変化率は、通常、車両運転性に対するこの項の影響を低減するように制限されている。並列ハイブリッドの場合、比の変化率により誘起される加速は、電気けん引モータを使用して補償トルクを与えることにより補償することができる。これを効果的に行うために、モータトルクをエンジンのＩＯＬトルクよりもかなり大きくする必要があり、また補償トルクは、望むシフト速度によって異なる。
【０１０１】
ＣＶＴ幾何形状
ＣＶＴの基本的幾何形状は、図１２に示されている。公比は、運転半径Ｒ１およびＲ２から計算できる。
【０１０２】
【数１５】
2006523292.tif 000017
【０１０３】
公比は、チェーンスリップが０の場合に動的比と等価である。これは、以下のスリップの定義につながる。
【０１０４】
【数１６】
2006523292.tif 000018
【０１０５】
スリップは、トランスミッションを通じて伝達されるトルクの量、加えられる締め付け力、および公比によって異なる。マイクロスリップは通常であり、ファン・ドールネプッシュベルトを使用して６％にまで届きうる。ＧＣＩチェーンは、マイクロスリップを４％未満に制限することを想定されている。
【０１０６】
チェーンが延びないと仮定されている場合、チェーン長は、運転半径（Ｒ１およびＲ２）の関係を制約するために使用することができる。角度δは、公比ｒにより決定される。δは、図１２に描かれている向きでは正とみなされ、Ｒ１がＲ２よりも大きい場合に負である。チェーン長に対するその結果の幾何学的関係は、以下に示される。
【０１０７】
Ｌ＝２＊δ＊（Ｒ２−Ｒ１）＋π＊（Ｒ２＋Ｒ１）＋２＊ＣＤ＊ｃｏｓδ    （１１）
【０１０８】
【数１７】
2006523292.tif 000019
【０１０９】
コサインおよびサインの二次のＴａｙｌｏｒ級数展開を使用すると、式（１１）および（１２）は以下のようになる。
【０１１０】
Ｌ＝２＊δ＊（Ｒ２−Ｒ１）＋π＊（Ｒ２＋Ｒ１）＋２＊ＣＤ−ＣＤ＊δ２  （１３）
【０１１１】
【数１８】
2006523292.tif 000020
【０１１２】
式（１４）を式（１３）に代入すると、チェーン長制約方程式は以下のようになる。
【０１１３】
【数１９】
2006523292.tif 000021
【０１１４】
最後に、いずれかの運転半径について二次方程式を解くと以下の式が得られる。
【０１１５】
【数２０】
2006523292.tif 000022
【０１１６】
次に、いずれか一方の運転半径を測定して他方の半径を決定し、その後公比ｒを決定することができる。シーブは円錐形であり、チェーン幅は不変であって知られているので、可動シーブの横位置と対応するプーリーの運転半径との間に線形の関係がある。図８に示されている構成では、一次プーリー可動シーブ位置を測定してＲ１を決定し、その後、式（１６）および（９）を使用して、公比ｒを求める。
【０１１７】
式（１６）および（１７）は、簡素化されたモデルを使用して導かれており、したがって、それらは正確な結果を生み出さない。簡素化された制約条件（１５）が得られる式（１１）および（１２）の二次近似から生じる誤差は十分小さい値であることが検証されている（図１３を参照）。
【０１１８】
チェーンのミスアライメント
それぞれのプーリー内のシーブは１つだけ、軸方向に移動でき（内と外）、他のシーブは固定されるため、またプーリーは先端がシーブの中心線にある円錐であるため、チェーンはどのような公比でもプーリー軸に垂直な平面内で走ることはできない。図１４は、この逸脱を示している。この逸脱を防止するために、ｖシーブの円錐形をわずかに、外に向けて球状または王冠状にすることが可能である。こうすることで、製造コストは上昇し、ＣＶＴの寿命を全うする間高い精度を維持する必要がある。しかし、ベルトおよびチェーンは、少しのミスアライメントであれば耐えられる。本発明の設計の場合、固定されたシーブがきちんと位置決めされている場合、図１５に示されているように、ミスアライメント角度を０．０７°以下に保てる
【０１１９】
締め付けマップ
締め付け力を計算するため、ＣＶＴ内のトルク伝達メカニズムを理解する必要がある。図１６は、ｖベルト駆動ＣＶＴでの力分布を示している。トランスミッション要素に垂直に引かれたベクトルは、特定の時点でチェーンに作用する張力の大きさを表す。示されている場合については、トルク入力は正であり、そのトルクは回転方向に適用されることを意味する。これにより、更に、Ｆ１はＦ２よりも大きくなる。
【０１２０】
接触する円弧Ｙ１およびＹ２は公比ｒに依存し、以下の方程式により与えられる。
【０１２１】
γ１＝π−２＊δ                                                    （１８）
γ２＝π＋２＊δ                                                    （１９）
【０１２２】
式（１８）と式（１９）を組み合わせると、次の式が導かれる。
【０１２３】
γ２−γ１＝４＊δ                                                  （２０）
【０１２４】
チェーンに沿って、一次プーリーチェーン入口から始まる６つの異なる領域を区別できる。
【０１２５】
（１）点Ａから点Ｂへ：角度ｖ１は、一次プーリーの残り円弧であり、張力は一定であり、Ｆ１に等しい。
【０１２６】
（２）点Ｂから点Ｃへ：角度α１は、一次プーリーの能動的な円弧であり、張力はＦ１からＦ２まで徐々に減少する。
【０１２７】
（３）点Ｃから点Ｄへ：チェーンのたるみ側、力は一定であり、Ｆ２に等しい。
【０１２８】
（４）点Ｄから点Ｅへ：角度ｖ２は、二次プーリーの残り円弧であり、張力は一定であり、Ｆ２に等しい。
【０１２９】
（５）点Ｅから点Ｆへ：角度α２は、一次プーリーの能動的な円弧であり、張力はＦ２からＦ１まで徐々に増加する。
【０１３０】
（６）点Ｆから点Ａへ：チェーンの張り側、力は一定であり、Ｆ１に等しい。
【０１３１】
以下のＥｙｔｅｌｗｅｉｎ公式は、ｖ溝ベルトシステム内の力分布を記述する。
【０１３２】
【数２１】
2006523292.tif 000023
【０１３３】
ここで、βは、シーブの半分のくさび角度であり（ＳＣ−ＣＶＴでは１１°）、能動的な円弧α内の角度であり（０≦φ≦α）、μは、摩擦係数である（鋼鉄製ベルトおよびチェーンＣＶＴでは０．０９）。両方のプーリーに対する力分布は、Ｅｙｔｅｌｗｅｉｎ公式を満たしていなければならない。μおよびβは両方のプーリーで同じなので、力分布は、力がＦ１からＦ２に減少するとき、または力がＦ２からＦ１に増加するときに能動的な円弧内で同じ輪郭となる。したがって、α１＝α２＝α。
【０１３４】
スリップ限界に達するのは、トルクを伝達するために接触円弧γが全体として使用されたときであり、これは、残りの円弧ｖが０に等しいことを意味する。スリップは、接触円弧が印加されるトルクの量を伝達するために必要な能動的円弧よりも小さいときに生じる。能動的円弧は両方のプーリーにおいて同じであるため、スリップする第１の側は、常に、接触円弧が最小のプーリーであり、したがって最小の運転半径である。したがって、チェーンがスリップするのを防止するために、チェーンを少し締め付けすぎるくらいにして、両方のプーリーがいつでも残りの円弧ｖを示すようにしなければならない。
【０１３５】
そこで、締め付け力とチェーンとプーリーとの間に作用する仕方を調べる。図１７は、長さのチェーンの無限小部分およびシーブに対する接触力を示している。チェーンの無限小部分にかかる力が平衡すると以下のようになる。
【０１３６】
【数２２】
2006523292.tif 000024
および
【０１３７】
【数２３】
2006523292.tif 000025
【０１３８】
接点では、以下のようになる。
【０１３９】
ｄＮｘ＝ｄＮ＊ｃｏｓβ                                              （２４）
【０１４０】
次に、式（２２）から（２４）を使用すると、以下のようになる。
【０１４１】
【数２４】
2006523292.tif 000026
【０１４２】
そこで、接触円弧上でｄＮｘを積分することにより、
【０１４３】
【数２５】
2006523292.tif 000027
は、図１６と式（２１）から知られる。したがって、以下の式が得られる。
【０１４４】
【数２６】
2006523292.tif 000028
【０１４５】
この公式の中の指数１、２は、一次および二次プーリーをそれぞれ指している。式（２７）を積分することにより、両方のプーリーの締め付け力を計算することができる。
【０１４６】
【数２７】
2006523292.tif 000029
【０１４７】
入力シーブにかかる力の平衡は以下の式に翻訳される。
【０１４８】
【数２８】
2006523292.tif 000030
【０１４９】
また、Ｅｙｔｅｌｗｅｉｎ公式から、以下の場合
【０１５０】
【数２９】
2006523292.tif 000031
【０１５１】
式（２９）および（３０）を力Ｆ１およびＦ２について解くと、以下の式が得られる。
【０１５２】
【数３０】
2006523292.tif 000032
および
【０１５３】
【数３１】
2006523292.tif 000033
【０１５４】
式（３１）および（３２）を式（２８）に代入すると、正のトルクに対する締め付け力の一般的な方程式が以下のように得られる。
【０１５５】
【数３２】
2006523292.tif 000034
および
【０１５６】
【数３３】
2006523292.tif 000035
【０１５７】
式（３３）および（３４）で、比の影響力は、Ｒ１、および能動的な円弧（γ１およびγ２）を通じて表され、式の非線形性は高い。他方、締め付け力とトルク入力との関係は線形である。式（３３）の中の差（γ１−α）および（３４）の中の（γ２−α）は、それぞれ一次および二次プーリー上の締め付けすぎを表す。
【０１５８】
負のトルクの場合（車両運動エネルギーを回生するためにパワートレインを使用する場合）は、正のトルクの場合と同一、対称的であると仮定することはできないが、それは、残りの円弧はプーリーの入口側にあるからである。負のトルク入力の場合は、図１８に示されている。次に、たるみ側と張り側は切り替えられ、Ｆ２は円弧ＡＢ（円弧ｖ１）に沿って印加され、Ｆ１は円弧ＤＥ（円弧ｖ２）に沿って印加される。図１６および図１８の両方を見ると、この比では、二次締め付け力（Ｆａｘ２）は、正の場合よりも負のトルクの場合のほうが高くなければならないことが観察できる。
【０１５９】
正のトルクの場合と同じステップに従って、負のトルクに対する締め付け力の一般的式が得られる。
【０１６０】
【数３４】
2006523292.tif 000036
および
【０１６１】
【数３５】
2006523292.tif 000037
【０１６２】
最小締め付け力
スリップ限界で最小締め付け力を決定するために、式（３３）から（３６）を能動的な円弧αが最小の接触円弧に等しい特別な場合において使用する。２つの場合を考慮しなければならない。これらの場合は、（ａ）公比ｒはローギヤと１：１（ｒ≧１）の間にあり、その場合一次プーリーはスリップする最初のプーリーであるか、または（ｂ）ｒは１：１とオーバードライブ（ｒ≦１）との間にあり、その場合二次プーリーはスリップ限界に最初に到達する。
【０１６３】
式（２０）、（３３）から（３６）において、１：１よりも高いｒについてはγ１＝α、１：１よりも低いｒについてγ２＝αに設定すると、以下の式が得られる。
【０１６４】
正のトルク
【０１６５】
ｒ≧１：
【０１６６】
【数３６】
2006523292.tif 000038
および
【０１６７】
【数３７】
2006523292.tif 000039
【０１６８】
ｒ≦１：
【０１６９】
【数３８】
2006523292.tif 000040
および
【０１７０】
【数３９】
2006523292.tif 000041
【０１７１】
負のトルク
【０１７２】
ｒ≧１：
【０１７３】
【数４０】
2006523292.tif 000042
および
【０１７４】
【数４１】
2006523292.tif 000043
【０１７５】
ｒ≦１：
【０１７６】
【数４２】
2006523292.tif 000044
および
【０１７７】
【数４３】
2006523292.tif 000045
【０１７８】
平衡マップ
式（３７）から（４４）では、与えられた入力トルクおよび比についてチェーンのスリップを防止するため両方のプーリーに加えられる軸力を定義する。２つのプーリーのそれぞれの最小の接触円弧は、トルクを伝達するために全部使用されるものと考えられてきた。したがって、ＣＶＴは、常にスリップ限界にある。現在、ＣＶＴ流体の特性は、完全には知られておらず、温度とともに変化する可能性がある。トランスミッションへのトルク入力は、通常、測定されないが、すでに決定されたエンジンおよび／またはモータマップに基づいて評価され、力のフィードバックは、圧力を測定することにより計算される。これらの事実から、ＣＶＴは、式（３７）から（４４）にだけ基づいて制御することはできない。したがって、マクロスリップの発生を防止するため何らかの安全マージンを加えなければならない。
【０１７９】
作用／反作用の原理により、二次側に締め付け力が加えられると、一次側に力が生じる。一般に、二次圧力は制御され、締め付け圧力と呼ばれるが、一次圧力をその目的にも使用可能である。締め付け力に対する一次圧力を制御することの欠点の１つは、正のトルクの場合、比の関数としての締め付け力は非単調であるが（図２２を参照）、二次締め付け力関数は、正のトルクと負のトルクの両方について単調であるという点である。二次圧力は、ＣＶＴ締めつけ圧力と呼ばれ、トランスミッションを通じて伝達可能なトルクのフィードバック制御に使用される。速度伝達比を一定に保つために、一次圧力を使用して、締め付け圧力により引き起こされる作動力のバランスを取る。定常状態に達するのは、トルク入力、公比、二次締め付け力、および一次締め付け力について平衡が確立されたときである。この平衡は、４つの変数を伴い、最初の２つ（Ｔｉｎ，ｒ）は、コマンドであり、残り２つは、トランスミッションを正常に動作させるために必要な締め付け力である。与えられた状態について平衡パラメータを計算するため、式（３３）および（３４）が正のトルクに使用され、式（３５）および（３６）が負のトルクに使用される。
【０１８０】
正または駆動トルクの場合、式（３４）は、二次締め付け力、トルク入力、および公比から能動的な円弧αを決定するために使用できる。次に、能動的な円弧を、（３３）で、トルク入力および公比とともに使用し、ＣＶＴの定常状態動作に対応する一次締め付け力を計算する。この方法で表されるＣＶＴの定常状態動作は、３つの独立変数を指定できるので３自由度問題である。ＣＶＴの定常状態は、他の２つが制約されると以下のパラメータの１つを指定できる２自由度問題としても表すことができる。
【０１８１】
１．Ｆ１／Ｆ２：一次締め付け力と二次締め付け力との比。
【０１８２】
２．Ｔｉｎ／Ｔｍａｘ：トルク比、所定の速度伝達比および二次締め付け圧力に対する最大伝達可能トルクで割ったトルク入力。
【０１８３】
３．ｒ：トランスミッションの公比。
【０１８４】
３Ｄマップを生成し、これら３つのパラメータの間の関係を例示することができる。図２０は、ＣＶＴの平衡マップの一実施例である。
【０１８５】
Ａ１／Ａ２比
すでに述べたように、２つのプーリーピストン面積の比は、可能なすべての比、更には、可能なすべてのシフト速度を得るために必要なスラスト比により制約される。従来のＣＶＴでは、高圧源を１つだけ使用するので、比Ａ１／Ａ２は約２：１でなければならない。一実施例として、テストに使用されたＪａｔｃｏ  ２Ｌ  ＣＶＴでは、Ａ１／Ａ２が測定され、２．１４に等しいことがわかった。平衡マップ（図２０）は、この記述を明らかにしている。２のスラスト比（Ｆａｘ１／Ｆａｘ２）を得るために、一次圧力が二次圧力を超えないように制約されている場合、一次プーリーピストン面積は二次プーリーピストン面積よりも２倍大きくなければならない。他方、サーボ油圧制御システムを導入した場合、２つの高圧源が利用可能であり、すべての比を得るためにピストン面積はＣＶＴの場合と異なっている必要はない。更に、比サーボポンプは二次と一次との間に差圧を生じるので、仕事を最適化するために差圧を最小にしなければならない。更に、Ａ１／Ａ２が１：１と異なる場合、両方のピストンの体積は異なる。つまり、比サーボポンプは一方のプーリーから他方のプーリーへ流体を移動するときに、トランスミッションをシフトするため、圧力サーボポンプにより流体をサンプから、またはサンプにくみ出さなければならない。したがって、比ポンプと圧力ポンプとの複雑な関係を制御装置内に持ち込まなければならない。他方、Ａ１／Ａ２が１に等しい場合、圧力ポンプは、役割がトランスミッションをシフトすることである比サーボポンプの作用とは独立に締め付け圧力を保持するためにシステムの漏れに対抗する働きをする。これらの現象は図２１に例示されている。
【０１８６】
漏れ流れテスト
漏れは、サーボ制御油圧システムとともにＣＶＴを動作させたときの制御電力引き込みの主要な発生源である。漏れは、ピストン内で一定圧力を保持するためにプーリーシリンダに供給される油圧油の流れとして定義される。漏れ流れは、圧力に比例し、トランスミッション制御の機械設計に固有のものである。
【０１８７】
テスト条件：
両方の圧力が２００ＰＳＩとなるように指令された。モータスロットルは１４．６％に設定され、出力速度は８００ＲＰＭに保持された。このときに、公比、ＣＶＴの入力および出力速度、およびスロットルコマンドは一定に保たれる。両方のモータについて、正の速度は反時計回りの回転を表すことに注意されたい。図２２は、正のＰ速度および負のＲ速度に対応する流体流の方向を例示している。これは、両方のポンプが流体をそれぞれのシリンダに供給しているときに生じるが、これは、この漏れテストが行われている場合である。
【０１８８】
サーボポンプ速度を時間で平均を取ることにより、二次油圧回路と一次油圧回路の両方の漏れ流れを決定することができる。ポンプには内部漏れが生じず、すべての回転について、１．０７ｃｃを揚水するという仮定を置く。
【０１８９】
漏れは、本発明によるサーボ制御ＣＶＴ（５Ｌに相当）と比べて従来のＣＶＴでは８倍程度大きかった。この著しい違いは、これらのＣＶＴのそれぞれの設計によるものである。ストック制御システムを持つ従来のＣＶＴでは、システム応答に対する漏れを必要とする。他方、本発明のＣＶＴは、漏れが必要でなく、漏れを設計上最小にできる、サーボ油圧制御用に設計された。サーボ油圧システムに必要な制御電力は、漏れ流れに比例し、漏れ０のＣＶＴの理想的な場合には、トランスミッションをシフトするために一方のピストンから他方のピストンに流体を移動するのに必要な電力まで下げられる。ＳＣ−ＣＶＴテストで観察された漏れ流れは、制御電力の引き込みが非常に少ないことを示している。
【０１９０】
電力引き込み測定テスト
サーボ油圧制御システムの電力引き込みを評価するために、以下の２系列のテストを実行した。
【０１９１】
１．ＣＶＴ比および二次圧力が一定に保たれる定常状態テスト。
【０１９２】
２．二次圧力が一定に保たれるが、比はステップ入力で指令されるシフトテスト。
【０１９３】
これら２系列のテストは、ＣＶＴの異なる動作を示し、本発明によるサーボ油圧システムを装備するＣＶＴ内の制御システムで必要なエネルギーを理解するために重要なデータを供給する。
【０１９４】
定常状態テスト
定常状態テストは、異なる動作点で二次圧力および比を一定に保つためにＣＶＴで必要とする電力を決定するために使用される。
【０１９５】
テスト条件：
ＣＶＴ比は、２．２、１．０、および０．７に保持される。
【０１９６】
二次圧力は、１０、１５、２０、２５、３０、３５、および４０バールとなるように指令される。
【０１９７】
このテストでは、サーボモータ増幅器への電流の測定結果を、高電圧バスデータの電圧とともに使用し、両方のサーボポンプにより引き込まれる電力を計算する。ポンプ速度および圧力を使用して、各ポンプの油圧力を計算する。
【０１９８】
油圧力を計算する際に、システム内で０ｐｓｉｇの漏れ流れが存在し、ポンプの内部漏れは０であると仮定する。
【０１９９】
圧力コマンドが大きくなるが、比増幅器への電流はほとんど０なので、圧力サーボポンプ増幅器で使用される電流は、時間とともに増大することがわかった。漏れの結果によりすでに予測されているように、サーボ制御ＣＶＴで使用する電力は、サーボ制御ＣＶＴが出力／トルク容量の２倍以上となるように設計されているとしても、従来の制御ＣＶＴに比べてかなり少ない。このエネルギー使用量が改善される理由は、２つのＣＶＴで使用される機械設計およびコンポーネントに由来する。漏れの通路は、従来のＣＶＴシリンダの設計の一部であったが、サーボ制御ＣＶＴシリンダは、厳密な調整を行い、漏れ穴のないように設計された。
【０２００】
シフトテスト
テスト条件：
シフトテストの場合、モータスロットルに対し、入力速度を８００ＲＰＭに調整するように指令した。
【０２０１】
ＣＶＴシフトは、一方のピストンから他方のピストンへ押しのけられる流体体積に直接依存する。オーバードライブからローギヤにシフトする時間は、他の方法でシフトするのに要する時間に等しく、更にステップ入力に対する比応答は線形ではなく、わずかに曲がっている。この第２の点は、式（１６）および（１７）により例示されている比と運転半径との間の非線形関係によるものである。この比は、サーボポンプの最大の流れにより示される、押しのけられた流体に依存するプーリーの位置によって制約される（比モータの最大速度に揚水量を掛ける）。
【０２０２】
サーボ制御ＣＶＴテスト構成では、プーリー可動シーブは、２４．８１ｍｍ平行移動することが可能であり、実効圧力面積は１７５ｃｍ２であり、ＣＶＴを完全にシフトするために移動される流体の体積は４３４ｃｃに等しかった。高電圧バスの電圧に応じて、ポンプの揚水量は１．０７ｃｃ／ｒｅｖであり、サーボモータの最高速度は約６０００ＲＰＭであるので、制御されるサーボでは完全シフトを４秒以内に実行しなければならない。完全シフトを詳しく調べると、比モータが到達する最高速度は、約６２００ＲＰＭであり、ＣＶＴを３．８秒以内で完全シフトすることがわかった。完全シフトの時間で比モータ速度データを積分すると、押しのけられた体積は、４２２ｃｃに等しかった。この測定結果と理論上の数値との８ｃｃの差は、ポンプおよびピストンの漏れだけでなく、データの実験誤差で確かに説明がつく。
【０２０３】
トランスミッションをシフトするのに必要な動力に関して、比増幅器によって使用される電流を観察した。完全シフトからローギヤへの実行時に増幅器への電流および高電圧バスの電圧を平均することにより、比サーボポンプ増幅器によって使用される電力は３７２ワットであることがわかった（４秒未満の間）。サーボ油圧制御システムを装備するＣＶＴのシフト速度は、遅すぎて、内燃機関のみを使用したのでは従来のパワートレインで動作できないことがわかった。しかし、ＣＶＴがシフトを指令されている間に瞬間電力がモータによって供給できるため、並列ハイブリッドパワートレインで使用するのに十分である。サーボ制御ＣＶＴのシフト性能を改善するために、比サーボポンプの最大流量を多くしなければならないことに注意されたい。これは、必要ならば、より高い揚水量のポンプまたはより高速なモータを使用することにより容易に行える。
【０２０４】
サーボ制御ＣＶＴがシフトしている間にピストン圧力を観察したところ、ＣＶＴがローギヤに達したときに一次圧力が低下することに気づいた。一次可動シーブは、そのローギヤの機械的限界に達したが、サーボポンプの慣性により一次ピストンから流体が追い出され続けていた。更に、比ポンプ速度により方向が変わり、一次圧力が元のように高まることが観察された。この挙動は、可能な最低のギヤに向かうシフトに特有である。オーバードライブにシフトするために、流体を二次ピストンから一次ピストンに移動しなければならない。したがって、一次可動シーブがオーバードライブの機械的停止位置に到達したときに、一次圧力で圧力ピークが観察される。この世代の制御アルゴリズムでは、ＣＶＴを通じて伝達可能なトルクは、圧力または締め付けサーボポンプを使用して調整され、比閉ループ調整により、比サーボポンプのコマンドが出力される。したがって、一次圧力は、いずれのレギュレータでも考慮されず、一次プーリーにかかる軸力が図１９に示されている最小値よりも低くなっていった場合には危険なことと考えられる。これは、運動力の作用および可動シーブをシフトすることにより入り込む摩擦のせいで、ピストン圧力が知られているとしても評価は困難である。
【０２０５】
この問題に対する１つの解決策は、２つのサーボポンプで両方の圧力を制御し、平衡マップを使用して比を調整することによりＣＶＴを動作させることである。これにより、両方の圧力をその最小値よりも高く保持し、その差を使用してトランスミッションをシフトするようにできる。このような制御アルゴリズムを実装する際の第１のステップは、前述の平衡マップを実験的に決定することである。
【０２０６】
実験的平衡マップ決定
前述の理論的平衡マップを実験により検証するために、ＳＣ−ＣＶＴを圧力、比、およびトルクの様々な組合せについて稼働させた。その後、定常状態動作の期間にわたってそれぞれの定常状態または平衡点の平均をとり、分析した。図２３は、得られたデータの一部を示している。
【０２０７】
トルク入力（またはモータによって印加されるトルク）は、モータメーカーおよびスロットルコマンドにより与えられる最大トルクマップから評価される。この方法は、十分に正確とはいえない。トルクセンサをモータとＣＶＴ入力軸との間に配置するのが理想的である。トルク入力のこの不正確な評価のため、トルク比項は、ある程度の不確定性を伴って考慮されなければならない。しかしながら、これらの結果は、それでも、平衡マップの一般的形状を示す。更に、図２０を観察すると、スラスト比は、トルク比に対するよりも速度伝達比に対して敏感であるように見える。スラスト比のいくつかの変更形態は、トルク比を変える場合よりも速度伝達比を変える場合のほうが重要である。
【０２０８】
図２４は、実験データ点および理論的平衡マップを示している。データ点は計算されたマップと一致するように見えないことに注意されたい。データは、ＣＶＴ比軸に沿った理論的マップと同じトレンドに従わないが、勾配はより一定しているように見える。トルク比軸に沿っては、実験データは、理論により予測されたように最大値をとらない。図２５は、同じ速度伝達比に対する理論の結果とともに、異なる速度伝達比に対するトルク比−スラスト比平面上の実験結果を示す。
【０２０９】
理論予測と実験結果との間で観察された有意な差を説明する方法はいくつかある。前記のように、モータトルクは測定されないが、評価される。このため、トルク比項に不確定性が生じる。スラスト比は、両方のシリンダからの流体圧力測定を使用して計算され、これは、それぞれのシリンダ内の静的圧力の効果を考慮するが、動的圧力の効果（遠心圧力）および摩擦などの他の力の作用を考慮する。更に、理論予測は、Ｅｙｔｅｌｗｅｉｎ公式がプーリーシステム内の力分布を正確に記述すること、および円錐状プーリーの場合に、他の現象は生じないということの仮定に基づいている。ｖベルトの圧縮力は、ベルトの行程に沿って測定され、実験結果から、Ｅｙｔｅｌｗｅｉｎにより予測されたものとかなり異なる力分布がわかる。摩擦μの係数は更にもっと重要であり、小さな変動であっても、理論平衡マップの形状に著しい変更が生じる。前の計算で、μは一定であり、０．０９に等しいと考えられるが、他の研究者は、トランスミッションの速度比とともに摩擦係数が変化することを示唆している。
【０２１０】
実験データは、両方の次元の線形成長を示す（速度伝達比、トルク比）。したがって、平衡マップは、平面に近似することが可能である。
【０２１１】
実験データから最良適合平面を計算した。図２６は、データ点から最終の最良適合平面までの計算の異なる段階を示している。
【０２１２】
圧力ベースの制御アルゴリズム
圧力ベースの制御方式は、ＣＶＴがシフトを指令されたときのシリンダ圧力の測定結果に基づく。前の制御アルゴリズムでは、シフトコマンドは、プーリーシリンダ間で流体を移動させ、圧力差を生み出すことにより、比サーボモータが加える必要なトルクに翻訳される。このアルゴリズムは、二次圧力を変化させることによりＣＶＴを通じて伝達可能なトルクを調整するが、この目的のために一次圧力を無視する。オーバーライドへシフトするには、流体を一次プーリーにくみ出して一次圧力を上げなければならず、ローギヤにシフトするには、一次プーリーから流体をくみ出して一次圧力を下げる。圧力ベースの制御アルゴリズムのポイントは、ＣＶＴの２つの状態を制御するために圧力を使用することにある（速度伝達比と伝達可能トルク）。これは、２つの要件に翻訳される。第１に、プーリーの圧力を使用してプーリー毎に伝達可能トルクを別々に評価し、その２つの結果のうち小さい方をとっておく。第２に、オーバードライブへシフトするには、一次圧力を上げるが、ローギヤにシフトするには、一次圧力を下げるのではなく、二次圧力を上げる。圧力ベースの制御は、そのプーリーシリンダ内の静止圧をシリンダの能動的面積倍した値に等しいそれぞれのプーリー内の軸力を考慮するより保守的なアルゴリズムである。前述のように、遠心圧力、摩擦、または更にはシフト速度の動的影響などその他の力を評価して、各プーリーの軸スラストを決定しなければならない。シリンダの静止圧を制御することによりＣＶＴを操作するには、制御されたトランスミッションの平衡マップが知られていなければならない。速度伝達比を一定に保つために、測定された平衡マップを使用して一次圧力と二次圧力との間の必要な比を決定する。
【０２１３】
圧力ベースの制御アルゴリズムの主要なステップが図２７に例示されている。
【０２１４】
実験で求められた平衡マップから、圧力比のフィードフォワード値が決定される。それと並行して、コントローラは速度伝達比誤差に関する閉ループ調整を計算する。その後、フィードフォワード圧力比に、速度伝達比レギュレータの出力を掛けて、指令される圧力比を得る。図１９に示されている最小圧力計算を使用することで、コントローラは動作条件を考慮して各ピストン上で指令する最小圧力を導出する。最後に、ピストンの圧力は、計算された圧力比に応じて指令され、それとともに、両方の圧力が最小値以上であることが保証される。
【０２１５】
この圧力ベースの制御アルゴリズムは、ＣＶＴＣ内にプログラムされ、ダイナモメーターのセットアップ後にテストされる。図２８は、このテスト結果の一部を示している。
【０２１６】
まず第１に観察するのは、シフトするために、一次圧力だけを使用して速度伝達比を調整する代わりに、いずれかの圧力を最小値よりも高くできることである。
【０２１７】
トランスミッションをローギヤにシフトするときでも、両方の圧力は２００ＰＳＩの最小値よりも高く保持されることに注意されたい。図２８の圧力グラフを詳しく見ると、ローギヤにシフトするために一次圧力が高められると二次圧力に摂動が生じることに気づくであろう。オーバードライブにシフトするために二次圧力が高められたときも一次圧力に類似の摂動現象が現れるのが観察される。この問題は、サーボ油圧制御システム方式に固有のもので、比サーボポンプは圧力サーボポンプの動作に依存する。したがって、図２９に示されている配置などの配置のほうが、流体依存性および一次シリンダと二次シリンダとの間の摂動現象を回避するので、圧力ベースの制御アルゴリズムにより適しているであろう。実行されたテストは、ＣＶＴを制御するために圧力ベースの制御アルゴリズムを使用してうまく行くことを示しているが、これは更に、平面による平衡マップの近似はあまり正確でないことも示している。速度伝達比の制御の精度は、フィードフォワード圧力比に使用されるマップの精度に依存する。この問題に対するよい解決策は、ＣＶＴを作動させている間に平衡マップを構築する学習コントローラを使用することである。これは、ニューラルネットワークのよい応用例のように思われる。
【０２１８】
マクロスリップの経験
ＣＶＴの通常動作時に、指令されたトルクは、トルククリッピングアルゴリズムによるトランスミッションを通じて伝達可能な最大トルクよりも低く保持される。トルククリッピングアルゴリズムの役割は、締め付け圧力が不十分で運転者が要求したトルクを伝達できない場合にパワートレインを減速することである。このアルゴリズムが正常に動作する場合でも、ダイナモメーターでトランスミッションをテストしている間にチェーンのマクロスリップが観察された。図３０は、マクロスリップの発生を例示しており、下のグラフは、シーブ位置測定結果（公比）から読み取られた速度伝達比（下側の実線）および入力および出力速度信号（速度比）を使用して計算された比（上側の破線）を示している。８３秒の時間で、入力速度は増大して、出力速度は減少するが、これは、正のトルクがかかっているスリップに典型的である。入力側および出力側は、僅かの間切り離される。これにより、モータは、負荷が出力側を減速している間に入力側を加速することができる。
【０２１９】
チェーンのこの予想しないスリップにより、トルクコマンド推定の信頼性に関して疑問が生じた。前述のように、モータトルクは指令されたスロットル（％単位）を所定の回転速度に対する最大トルクを掛けた値に等しいと考えられる。スリップ時のテストデータを見ると、指令されたモータトルクは１４０Ｎｍであったが、ダイナモメーターでは１８０Ｎｍを測定していた。速度伝達比は１：１であり、したがって、出力トルクはトルク入力よりも大きくなりえない。実際、トルク出力は、ＳＣ−ＣＶＴトランスミッションの効率のせいで入力トルクよりも３から５％程度低いであろう。ここでは、モータは予想よりもほぼ３０％よりも多いトルクを出していた。このトルク差にはいくつかの説明が可能である。
【０２２０】
１．スロットルとトルクとの間の線形関係が仮定された。
【０２２１】
２．ＣＶＴコントローラからモータインバータまでのスロットルの連絡がアナログチャネルを通じて行われ、電磁雑音およびグラウンド基準オフセットのせいで問題が生じる可能性がある。
【０２２２】
３．モータメーカーによって提供されるモータの最大トルク線が、３３６ボルトの高電圧バスについて与えられているが、モータに電力を供給するために使用されるバッテリパック電圧は、印加される負荷およびバッテリ充電状態（ＳＯＣ）に応じて、４００ボルトから２６０ボルトまでの範囲で変動する。
【０２２３】
結論
ＣＶＴは、ディスクリートギヤトランスミッションに比べて多くの利点を有し、従来の自動車用パワートレインで使用するとメリットがあることがすでに実証されている。トロダイル形トラクションドライブとベルト／チェーンドライブの２タイプのＣＶＴが乗用車およびトラックに適していると思われる。トロダイル形ＣＶＴは、まだ開発段階にとどまっており、市場に出すまでに多くの課題が解決されなければならない。他方、ベルトＣＶＴは、すでに多くの商用車両で利用されている。一般に使用されているＶＤＴ金属プッシュベルトを置き換えるチェーンの最近の導入で、ベルトタイプのＣＶＴの使用をフルサイズのセダンおよびスポーツユーティリティービークル（ＳＵＶ）にまで拡大できる。
【０２２４】
ＳＣ−ＣＶＴは、ベルトタイプのＣＶＴ開発のよい一例であり、チェーンを使用するこのトランスミッションは、フルサイズのＳＵＶ向けに設計されている。ＳＣ−ＣＶＴは、高い出力およびトルク容量の設計基準を満たしており、大いに有望である。トラックで実施されたテストは、このプロジェクトが成功であることを実証した。ＳＣ−ＣＶＴを制御するために実装されたサーボ油圧システムは、期待通り機能しており、テスト車両はテスト全体を通してよい運転性を示した。ＳＣ−ＣＶＴの制御要件を更に理解するために、ＣＶＴの挙動の理論的研究が実施された。Ｅｙｔｅｌｗｅｉｎの理論に基づき、トルク入力、締め付け力、および速度伝達比の間の関係を特徴付ける一連の計算が提示された。慣性は、比の率がトルクを設定しうるという点で重要な考慮事項であることは理解されるであろうが、比の率が設定するトルクはエンジンの慣性および出力側の慣性または自動車の慣性に依存する。つまり、与えられた比の率について、ＣＶＴが伝達するトルクは、入力および出力に対する慣性の関数である。
【０２２５】
ＳＣ−ＣＶＴに使用されるサーボ油圧制御方式は、非常によく機能することが示されている。この方式では、圧力サーボポンプを使用して締め付け圧力を調整する制御アルゴリズムを使用し、比サーボポンプに指令することにより比に対するループを閉じる。このバージョンの制御アルゴリズムでは、ＣＶＴは安全に動作したが、一次圧力は静止理論的最小圧力よりも低くなりうる。
【０２２６】
ＳＣ−ＣＶＴは、内部漏れが少ないため、サーボ油圧制御を使用し非常に低い制御電力で済むことが示されている。２つのサーボモータが消費する電力は定常状態動作条件の大半について１００ワット未満である。圧力および比の様々な定常状態について、同じサーボ油圧制御システムを使用するように修正された稼働ＣＶＴと比較した場合でも、ＳＣ−ＣＶＴのサーボモータが使用する電力は、従来のＣＶＴに取り付けられているのと比べて１／５であった。これは、特にサーボ油圧制御システム用にトランスミッションを設計するうえでメリットのあることを示している。ＳＣ−ＣＶＴと通常の稼働ＣＶＴとの主な相違点のうちの１つは、一次プーリーおよび二次プーリーに対し等しい面積のピストンを使用することである。この設計の修正により多くの利点が生じ、シフト時の締め付け圧力の摂動を回避することにより制御の複雑さを低減する、平衡マップに自然に近い動作をすることにより平均比サーボポンプエネルギー使用量を下げる、両方のプーリーに対し部品が同じであるため、製造コストが低減されるといった利点が挙げられる。
【０２２７】
実験平衡マップデータを使用して圧力を調整することに基づく制御アルゴリズムが開発され、ＳＣ−ＣＶＴを制御するテストが行われた。圧力ベースの制御は、実現可能性に関して有望な結果を示したが、それぞれのサーボポンプがプーリーピストンに他とは独立に供給するより適合した油圧制御方式を利用できた。また、制御されたＣＶＴの正確な平衡マップを確立するために学習コントローラを実装できることもわかった。
【０２２８】
上記のテスト結果により、追求できる改善に関して以下の観察結果が得られる。
【０２２９】
１．締め付け圧力をより精密に制御するために、ＣＶＴへの入力トルクは正確に知られていなければならない。これは、モータ出力トルクの測定またはバス電圧の関数としての最大ＥＭトルクエンベロープの信頼できるマップを必要とする。
【０２３０】
２．サーボ油圧制御システムに使用されるコンポーネントは、実際の動作要件に従ったサイズでなければならない。電力引き込みテストの結果を使用して、増幅器を大幅に小型化することが可能であり、圧力サーボポンプでは、より低速のモータまたはより低い揚水量のポンプを使用することが可能であるが、比サーボポンプは、望むシフト速度に応じて、より高い揚水量のポンプを使用することが可能である。
【０２３１】
３．ＥＭトルクの詳しい知識が制御アルゴリズムに利用可能な場合には、マクロスリップの発生可能性を詳しく調べなければならない。アルゴリズムの変更は、マクロスリップが発生する場合に考慮しなければならない。更に、ローギヤにシフトしている間に機械的限界に近づくか、または二次圧力コマンドを高める場合に比モータを低速にすることも考慮されなければならない。
【０２３２】
４．ＳＣ−ＣＶＴの機械的効率を測定しなければならない。これは、トランスミッションの入力および出力の両方に対する正確なトルクおよび速度測定を必要とするか、または特別な４象限ダイナモメーターを製作することを必要とする。
【０２３３】
５．最後に、プーリー速度に加えてチェーン速度を測定することで、チェーンのマイクロスリップおよび締め付け圧力スケジューリングについて調査することが可能になる。
【０２３４】
上記の説明は多くの詳細を含んでいるが、それらは、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではなく、本発明の好ましい実施形態の一部を単に例示するだけのものとして解釈すべきである。したがって、本発明の範囲は、当業者には明らかであると思われる他の実施形態を完全に包含していること、また本発明の範囲は、それに従って、付属の請求項以外の内容によりいっさい限定されないことは理解されるであろうし、その中で、単数形の要素を参照していても、特に断りのない限り「唯一の」を意味するのではなく、むしろ「１つまたは複数の」を意味するものとする。当業者に知られている上述の好ましい実施形態の要素に対するすべての構造的、化学的、および機能的等価物は、参照により本明細書に明確に組み込まれており、本発明の請求項に包含されることが意図されている。更に、本発明の複数の請求項に包含されるので、１つのデバイスまたは方法で、本発明により解決されることが求められるありとあらゆる問題に対応することは必要でない。更に、本開示の中の要素、コンポーネント、または方法ステップは、いっさい、その要素、コンポーネント、または方法ステップが請求項の中で明示的に記述されているかどうかに関係なく公衆に捧げられることを意図していない。この中の請求要素は、「する（ための）手段」という語句を使用して明示的に引用されていない場合には、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  １１２、第６段の規定に従って解釈されないものとする。
【０２３５】
【表１】
2006523292.tif 000046
【図面の簡単な説明】
【０２３６】
【図１】無段変速機または多段速度オートマチックトランスミッションを採用するパワートレインを備える従来の車両の機能ブロック図である。
【図２】図１に示されているエンジンの所定の出力に対する最良の効率および最低の排出物量を実現するスロットル全開（ＷＯＴ）および理想的動作線（ＩＯＬ）での最大トルクを示す典型的な燃焼エンジンのトルク−速度効率マップを示すグラフである。
【図３】理想的動作線（ＩＯＬ）と比較した図１に示されている従来の車両に必要な実用動作線（ＰＯＬ）を示すグラフである。
【図４】ドライブトレイン内に無段変速機を備える並列ハイブリッド構成の制御装置の機能ブロック図である。
【図５】ドライブトレイン内に無段変速機またはオートマチックトランスミッションを備える直列ハイブリッド構成の図４に示されている制御装置の他の実施形態の機能ブロック図である。
【図６】無段変速機を備えるハイブリッド電動車両の制御方法を示す流れ図である。
【図７】図４に示されている装置に対する、エンジンおよびトランスミッション速度、更に加速および加速／減速サイクルの動作限界の関数としてエンジンおよびモータ／発電機トルクを示すグラフである。
【図８】本発明によるＣＶＴを制御するための油圧サーボ制御システムの一実施形態の概略図である。
【図９】図８に示されている制御システムを使用することによりＣＶＴ内の圧力を制御する本発明による装置の一実施形態のブロック図である。
【図１０】本発明による車両制御インフラストラクチャの概略図である。
【図１１】ＣＶＴパワートレインの簡略化された概略図である。
【図１２】図１１に対応するＣＶＴパワートレインの基本幾何形状を示す図である。
【図１３】ＣＶＴ運動方程式の二次近似により入り込む誤差を例示する一連のグラフである。
【図１４】一方のシーブが可動であり、他方のシーブは固定である場合の異なる公比に対するＣＶＴチェーンのミスアライメントを例示する図である。
【図１５】固定シーブに対するチェーンミスアライメント角度と比の関係を示すグラフである。
【図１６】ｖベルトドライブＣＶＴの正のトルク条件における張力を例示する図である。
【図１７】チェーンの無限小部分に対する力およびシーブに対する接触力を例示する一連の図である。
【図１８】ｖベルトドライブＣＶＴの負のトルク条件における張力を例示する図である。
【図１９】比の関数としての締め付け力が非単調であることを示すスリップ限界でのプーリーのスラストを例示するグラフである。
【図２０】本発明による理論的平衡マップである。
【図２１】締め付け圧力に対するシリンダ設計の影響を例示する一連の図である。
【図２２】正のＰ速度および負のＲ速度に対応する本発明によるサーボ制御メカニズム内のポンプ回転方向および流れの向きを例示する概略図である。
【図２３】本発明によるサーボ制御メカニズムの実験的平衡マップデータを示すチャートである。
【図２４】図２３からの実験的平衡データ点および図２０からの理論的平衡マップを例示するグラフである。
【図２５】同じトランスミッションに対する理論的結果とともに異なる速度伝達比に対するトルク比−スラスト比平面上の平衡データ点を示すグラフである。
【図２６】実験的データ点を平面内に近似することを示す一連のグラフである。
【図２７】本発明による圧力ベースの制御アルゴリズムの一実施形態の流れ図である。
【図２８】圧力ベースの制御テストのテスト結果を例示する一連のグラフである。
【図２９】本発明による独立サーボポンプ制御システムの概略図である。
【図３０】マクロスリップを例示する一連のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006523292.tif 000057
【図１２】
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【図１３】
2006523292.tif 000059
【図１４】
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【図１５】
2006523292.tif 000061
【図１６】
2006523292.tif 000062
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2006523292.tif 000069
【図２４】
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【図２５】
2006523292.tif 000071
【図２６】
2006523292.tif 000072
【図２７】
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【図２８】
2006523292.tif 000074
【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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