(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力ディスクと、その中間で摩擦係合により入出力ディスク間の動力伝達を行うローラと、を有するトロイダル伝導部材と、
前記入出力ディスクの押圧力を油圧によって制御する入出力ディスク押圧力制御部と、
ローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が直交する位置から、ローラの回転軸をオフセットさせることにより、ローラの傾転角を変更し、変速比を制御する変速制御部とを有するトロイダル式ＣＶＴにおいて、
ローラ傾転角と、前記ローラ回転軸オフセット量をフィードバックするフィードバック制御部を有するとともに、
ローラ傾転角と、前記ローラ回転軸オフセット量の少なくともいずれか１つについてのフィードバックゲインを、入出力ディスク押圧力と、ローラ傾転角および入力回転数のいずれか１つと、に基づいて変更することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの変速制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記ローラ傾転角と、前記ローラ回転軸オフセット量のそれぞれについてのフィードバックゲインを、入出力ディスク押圧力と、ローラ傾転角および入力回転数のいずれか１つと、に基づいて変更することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの変速制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記ローラ傾転角は、ローラ傾転角または変速比によって検出することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの変速制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置において、
前記ローラ回転軸オフセット量は、ローラ回転軸オフセット量、ローラ傾転角変化量、変速比変化量、および入力回転数変化量のいずれかによって検出することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの変速制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置において、
前記ローラ傾転角と、前記ローラ回転軸オフセット量の少なくともいずれか１つについてのフィードバックゲインについての、入出力ディスク押圧力と、ローラ傾転角および入力回転数のいずれか１つと、に対する関係を予め記憶しており、この記憶している関係を使用して、前記フィードバックゲインを決定することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの変速制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入出力ディスクと、その中間で摩擦係合により入出力ディスク間の動力伝達を行うローラと、を有するトロイダル伝導部材と、ローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が直交する位置から、ローラの回転軸をオフセットさせることにより、ローラの傾転角を変更し、変速比を制御する変速制御部とを有するトロイダル式ＣＶＴの変速制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、無段変速機（ＣＶＴ）として、各種の形式のものが知られており、その中にトロイダル式ＣＶＴがある。このトロイダル式ＣＶＴは、入出力ディスクと、その中間で摩擦係合により入出力ディスク間の動力伝達を行うローラを有している。
【０００３】
入出力ディスクは、全体として三角錐に近い形であり、その斜面は円弧状に切り取られた形状になっている。そして、入出力ディスクは突出する中央部が対向するように配置されており、入出力ディスクをあわせた断面は両側から半円状に切り取られた形になっている。従って、ローラが入力ディスクの周辺側および出力側ディスクの内側で接触することで、入力ディスクの軸から離れた部分の回転を出力ディスクの軸に近い側に伝達することができ、減速比が小さくなり、この接触位置を変更することで、変速比を決定することができる。
【０００４】
そして、このローラはトラニオンという部材で、回転可能かつ入出力ディスクに接触する位置が変更可能に支持されており、このトラニオンの軸周りの回転角がローラの回転の入出力ディスクに対する傾き（傾転角）となっており、トロイダル式ＣＶＴでは、傾転角によって変速比が決定される。
【０００５】
また、この傾転角を変更する際には、トラニオンを入出力ディスク回転軸と直行する方向に移動させる。すなわち、ローラの回転軸をローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が直交する位置からオフセットさせる。このオフセット量をトラニオンストロークという。これによって、ローラには、傾転角を変更する方向の力が加わり、これによってローラの傾転角を変更し変速比を制御する。
【０００６】
そこで、トロイダル式ＣＶＴにおいては、トラニオンに支持されたローラのトラニオン軸周りの回転角である傾転角と、トラニオンの軸方向のオフセット量（トラニオンストローク）を検出する。そして、傾転角から変速比を求め、その変速比と目標変速比との偏差に基づいてローラのトラニオン軸方向の目標位置変位（オフセット量＝トラニオンストローク）を算出する。そして、トラニオンストローク（オフセット量）を目標トラニオンストローク（オフセット量）に一致させるべく油圧アクチュエータでトラニオンを変位させる。このように傾転角（変速比）の目標との偏差からオフセット量を制御して変速比制御を行っている。なお、このような制御を電子的なフィードバック制御として行うことは特開平０８−２３３０８５号公報などに示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにして、トロイダル式ＣＶＴにおける変速比制御が行われるが、この制御はオフセット量の制御により傾転角を制御するものであり、その制御が比較的複雑である。また、オフセット量は通常油圧によって行われ、油圧制御弁を制御することによって行われるため、全体としての制御を正確に行うことが難しかった。例えば、変速機の入力トルクに依存してトロイダル式ＣＶＴの油圧制御弁指令値から傾転角あるいはトラニオンストローク（オフセット量）までの周波数応答が変化する。このため、入力トルクの変化に応じて制御を変更しなければ適切な制御が行えないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、変速比を適切に制御できるトロイダル式ＣＶＴの変速制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入出力ディスクと、その中間で摩擦係合により入出力ディスク間の動力伝達を行うローラと、を有するトロイダル伝導部材と、前記入出力ディスクの押圧力を油圧によって制御する入出力ディスク押圧力制御部と、ローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が直交する位置から、ローラの回転軸をオフセットさせることにより、ローラの傾転角を変更し、変速比を制御する変速制御部とを有するトロイダル式ＣＶＴにおいて、ローラ傾転角と、前記ローラ回転軸オフセット量をフィードバックするフィードバック制御部を有するとともに、ローラ傾転角と、前記ローラ回転軸オフセット量の少なくともいずれか１つについてのフィードバックゲインを、入出力ディスク押圧力と、ローラ傾転角および入力回転数のいずれか１つと、に基づいて変更することを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明によれば、ローラ傾転角またはローラ回転軸オフセット量のフィードバックゲインを運転条件に応じて変更する。これによって、そのときの運転条件において適切なフィードバックゲインにより変速比制御を行うことができ、変速応答性、安定性を一定に保持することが可能になる。
【００１１】
また、前記ローラ傾転角と、前記ローラ回転軸オフセット量のそれぞれについてのフィードバックゲインを、入出力ディスク押圧力と、ローラ傾転角および入力回転数のいずれか１つと、に基づいて変更することが好適である。これにより、より適切な制御が行える。
【００１２】
また、前記ローラ傾転角は、ローラ傾転角または変速比によって検出することが好適である。
【００１３】
また、前記ローラ傾転角と、前記ローラ回転軸オフセット量の少なくともいずれか１つについてのフィードバックゲインについての、入出力ディスク押圧力と、ローラ傾転角および入力回転数のいずれか１つと、に対する関係を予め記憶しており、この記憶している関係を使用して、前記フィードバックゲインを決定することが好適である。
【００１４】
また、前記ローラ回転軸オフセット量は、ローラ回転軸オフセット量、ローラ傾転角変化量、変速比変化量、および入力回転数変化量のいずれかによって検出することが好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、実施形態に係るトロイダル式ＣＶＴの全体構成が示されている。すなわち、エンジンの回転に基づいて回転される入力軸１０には、２組の入力ディスク３０ａ、３０ｂが結合されている。この入力ディスク３０ａ、３０ｂは、中央に開口が形成され、外側から中央側に向け徐々に突出する形状を有しており、斜面はその軸方向の断面がほぼ円弧状になっている。また、入力ディスク３０ａは、図における左側に位置し、入力ディスク３０ｂは図における右側に位置し、両者とも突出する中央が内側に対向するように位置している。入力ディスク３０ａ、３０ｂのそれぞれには、ほぼ同一形状の出力ディスク４０ａ、４０ｂがそれぞれ対向するように配置されている。すなわち、入力ディスク３０ａと出力ディスク４０ａが対向配置され、入力ディスク３０ｂと出力ディスク４０ｂとが対向配置されている。従って、軸方向の断面では、入力ディスク３０ａと出力ディスク４０ａの斜面が一対の半円を形成し、入力ディスク３０ｂと出力ディスク４０ｂとがもう一対の半円を形成している。
【００１７】
入出力ディスク３０ａ、４０ａの間にはローラ３５ａ−１、３５ａ−２が挟持され、入出力ディスク３０ｂ、４０ｂの間にはローラ３５ｂ−１、３５ｂ−２が挟持されている。すなわち、ローラ３５ａ−１、３５ａ−２、３５ｂ−１、３５ｂ−２は一方側が入力ディスク３０ａ、３０ｂに接触し、他方側が出力ディスク４０ａ、４０ｂに接触し、入力ディスク３０ａ、３０ｂの回転トルクを出力ディスク４０ａ、４０ｂに伝達する。また、ローラ３５ａ−１、３５ａ−２は、それぞれトラニオン３６ａ−１、３６ａ−２によって支持されローラ３５ｂ−１、３５ｂ−２は、それぞれトラニオン３６ｂ−１、３６ｂ−２によって支持されている。このトラニオン３６ａ−１、３６ａ−２、３６ｂ−１、３６ｂ−２は、図における紙面に直角な方向に軸を有し、その軸方向に移動可能でかつその軸を中心として回動可能となっている。また、このトラニオン３６ａ−１、３６ａ−２、３６ｂ−１、３６ｂ−２の軸の半径方向位置が固定されており、ローラ３５ａ−１、３５ａ−２、３５ｂ−１、３５ｂ−２が入出力ディスク３０ａ、４０ａ、３０ｂ、４０ｂから離れないようになっている。
【００１８】
入力軸１０は、油圧押圧（エンドロード）機構２０に接続される。このエンドロード機構２０は、内部に油圧を受け、入力ディスク３０ａ、３０ｂをそれぞれ出力ディスク４０ａ、４０ｂ側に押圧することで、入出力ディスク３０ａ、４０ａ、入出力ディスク３０ｂ、４０ｂ間に狭圧力を生じさせ、これによってローラ３５ａ−１、３５ａ−２、３５ｂ−１、３５ｂ−２をそれぞれ所定の圧力で入出力ディスク３０ａ、４０ａ、３０ｂ、４０ｂ間に挟み込む。これによって、入出力ディスク３０ａ、４０ａ、３０ｂ、４０ｂとローラ間のスリップを防ぎ、トラクション状態を維持する。なお、軸２５は入力軸１０と同一の回転をするものであり、この軸２５によって入力ディスク３０ａ、３０ｂが回転される。また、入力ディスク３０ａ、３０ｂは、軸２５にスラストベアリングを介し連結されており、軸２５の軸方向に移動可能になっている。
【００１９】
出力ディスク４０ａ、４０ｂは、軸２５にベアリングを介し回転可能に支持されている。この出力ディスク４０ａ、４０ｂの間には、出力ギア４５が連結されており、出力ディスク４０ａ、４０ｂと一緒に回転する。出力ギア４５には、カウンターギア６０がかみ合わされており、このカウンターギア６０に出力軸７０が連結されている。従って、出力ディスク４０ａ、４０ｂの回転に伴い、出力軸７０が回転する。
【００２０】
さらに、このトロイダル式ＣＶＴには、油圧ピストン室が設けられており、この油圧ピストン室からの油圧によって、トラニオン３６ａ−１、３６ａ−２、３６ｂ−１、３６ｂ−２のトラニオン軸方向の変位（トラニオンストローク：ローラオフセット量）が制御される。このトラニオン３６ａ−１、３６ａ−２、３６ｂ−１、３６ｂ−２のトラニオンストローク（ローラオフセット量）の制御によって、変速比の変更が行われる。なお、トラニオン３６ａ−１、３６ａ−２のストローク（ローラオフセット量）は、トラニオン３６ａ−１、３６ａ−２の中心を結ぶ線が入出力ディスク３０、４０の中心を通るように相補的に行われ、トラニオン３６ｂ−１、３６ｂ−２のトラニオンストローク（ローラオフセット量）は、トラニオン３６ｂ−１、３６ｂ−２の中心を結ぶ線が入出力ディスク３０、４０の中心を通るように相補的に行われる。
【００２１】
ここで、この変速比の変更について、図２に基づいて説明する。なお、この図２は、入力ディスク３０を出力ディスク４０の方から見た図であり、入力ディスク３０とローラ３５をそれぞれ１つだけ示している。図２（ａ）は、ローラ３５が変位していない（トラニオンストローク＝０）の場合を示しており、ローラ３５の回転軸は、入力ディスク３０の中心を通る。そして、変速する場合には、トラニオン３６をその軸方向にオフセットさせる。例えば、図２（ｂ）に示すように、入力ディスク３０が回転してくる方向（図における上側）にオフセットさせる。これによって、ローラ３５には、移動した場所における入力ディスク３０の円周方向の力がかかり、ローラ３５は入力ディスク３０の周辺側に移動する力（傾転の力）がかかる。そして、ローラ３５をオフセット量（トラニオンストローク）が０に戻ったときには、ローラ３５の入力ディスク３０と接触する位置が半径方向外側に変位している。これによって、ローラ３５の出力ディスク４０との接触位置は半径方向内側に変位し、変速比が変化する（アップシフトする）。なお、図における下方向（入力ディスクが遠ざかる側）にトラニオン３６をオフセットさせることで、トラニオン３６は反対方向に傾転し、ダウンシフトが行われる。
【００２２】
図３には、この変速比制御のための構成が示されている。なお、図３においては、１つの入力ディスク３０と、２つのローラ３５−１、３５−２と、２つのトラニオン３６−１、３６−２を示している。
【００２３】
このように、油圧ピストン室５０は、トラニオン３６−１、３６−２に相補的な動作をさせるために一対のピストン室５０−１、５０−２を有している。そして、このピストン室５０−１、５０−２には、油圧制御弁５２が接続されており、この油圧制御弁５２の制御によって油圧ピストン室５０−１、５０−２への供給油圧が制御され、トラニオン３６−１、３６−２のストローク（ローラオフセット量）を制御する。
【００２４】
そして、トラニオン３６の傾転角θを傾転角センサ３７で検出し、ストロークｘをストロークセンサ３８で検出し、コントローラ８０に供給する。
【００２５】
コントローラ８０には、アクセル開度、車速についての情報も供給されており、コントローラ８０は、アクセル開度、車速から目標変速比を決定し、この目標変速比と傾転角センサ３７によって検出した傾転角θに対応する変速比との偏差に基づいて目標ストロークを決定する。そして、この目標ストロークに基づいて、油圧制御弁５２を制御して、トラニオン３６のストロークｘを制御する。これによって、傾転角から求められるそのときの変速比が目標変速比に一致したことで、変速比制御を終了する。
【００２６】
ここで、このような変速制御において、基本的に変速制御は傾転角θ（変速比）のみをフィードバック制御するだけでよい。しかし、ストロークｘは傾転角θの微分に相当し、傾転制御における振動を抑制するダンピングの効果を持つ。このため、ストロークセンサ３８により検出したストロークｘが目標ストロークに一致するようにストロークのフィードバック制御もあわせて行っている。なお、ローラ３５と入出力ディスク３０、４０の接触位置が分かれば変速比と傾転角の関係は、幾何学形状だけで決まるため、変速比は傾転角に置き換えられ、傾転角を変速比に置き換えることもできる。
【００２７】
図３においては、変速比を傾転角センサ３７の傾転角により検出したが、入力軸回転数と出力軸回転数から求めた変速比としてもよい。また、トラニオン３６のストロークの代わりに傾転角変化量、入力回転数変化量、変速比変化量を用いてもよい。
【００２８】
そして、本実施形態においては、コントローラ８０におけるトラニオンのストロークおよび傾転角のフィードバックゲインを運転条件によって変更する。
【００２９】
図４には、コントローラ８０におけるフィードバックコントロールのための構成を示している。上述のように、アクセル開度、車速に基づき、目標変速比が決定され、これに対応する傾転角指令値が決定される。この傾転角指令値は、減算器８１に入力される。この減算器８１には、実際に計測した傾転角の検出値が入力されており、目標と現時点での傾転角の偏差θが減算器８１において、算出出力される。
【００３０】
減算器８１の出力である偏差Δθは、傾転角フィードバックゲイン設定部８２に入力される。この傾転角フィードバックゲイン設定部８２では、傾転角の偏差Δθに所定のフィードバックゲインｋθを乗算し、傾転角フィードバック制御のフィードバック入力値であるｋθ×Δθを算出する。このｋθ×Δθが目標変速比と現在の変速比の差に応じて決定されるトラニオンストロークの目標値に対応する油圧制御量となる。
【００３１】
傾転角フィードバックゲイン設定部８２の出力ｋθ×Δθは、減算器８３に入力される。この減算器８３には、計測した現在のトラニオンストロークｘに対し、ストロークフィードバックゲイン設定部８４において所定のフィードバックゲインｋｘを乗算したトラニオンストロークの目標値となるフィードバック入力値ｋｘ×ｘも入力される。このフィードバックゲイン入力値ｋｘ×ｘも、トラニオンストロークの目標値に対応する油圧制御量である。
【００３２】
これによって、目標となるトラニオンストロークの制御量ｋθ×Δθと実際のトラニオンストロークｘに基づく制御量ｋｘ×ｘの差が算出され、これが流量制御弁８５の制御量として、流量制御弁８５に供給される。すなわち、トラニオンストロークについてのフィードバック制御が行われる。
【００３３】
そして、流量制御弁８５により制御された油圧がトロイダル式ＣＶＴ１００のトラニオン３６に供給され、そのストロークが制御される。そして、このストローク制御によって、傾転角が変更され、目標変速比に合致するように変速比制御が行われる。なお、この図４に示した構成要素がフィードバックゲインｋθ、ｋｘを設定するための同定モデルに該当する。
【００３４】
そして、本実施形態では、フィードバックゲインｋθ、ｋｘをそのときの運転条件に応じて設定する。この制御系の設計方法について、図５に基づいて説明する。まず、制御対象を安定化できる最適設計前の暫定制御ゲインを設定する（Ｓ１１）。そして、この状態で、各運転条件毎、すなわち所定の入出力ディスク押圧力、入力回転数、および変速比に対して制御入力である目標傾転角指令値に所定の周波数においてゲインがほぼ一定となる信号、例えばＭ系列信号を入力値として、トラニオンストロークと傾転角のデータを出力値としてモデル同定を行う（Ｓ１２）。すなわち、運転条件（入力トルク、傾転角、回転数）毎に動作点近傍の線形モデル（同定モデル）を同定する。
【００３５】
得られた同定モデルと、上記最適設計前のゲインから制御対象である流量制御弁とバリエータモデルからなるモデルを逆算して求める（Ｓ１３）。
【００３６】
求められた制御対象を表すモデルを用いて、各運転条件（ディスク押圧力Ｆｃ、傾転角（θ）、回転数（Ｎｉ））毎に目標の制御性能（応答性、安定性）を指定して最適なフィードバックゲインｋθ、ｋｘを求める（Ｓ１４）。
【００３７】
図５においては、簡単のため比例ゲインのみを示したが、ＰＩＤ制御のそれぞれのゲインであってもかまわない。また、１つのコントローラとして２入力１出力のコントローラの内部定数であってもよい。
【００３８】
さらに、そのコントローラは、上記運転条件をパラメータとするＬＭＩコントローラ（パラメータでゲインスケジュール可能なロバスト制御器）でゲインスケジュールされるものであってもよい。また、ゲイン設定の運転条件として動作油温を追加してもよい。
【００３９】
図６に、実際の装置において、増速変速させた場合の入力回転数による比較を示す。上図は、入力トルク１００Ｎｍ、出力回転数１０００ｒｐｍの場合を示し、下図は、入力トルク１００Ｎｍ、出力回転数２０００ｒｐｍの場合を示している。ゲインｋθ、ｋｘは入力回転数に応じてかなり異なった値となるが、目標傾転角への応答性がほぼ同様になっており、本実施形態の制御の有効性が理解される。
【００４０】
次に、運転条件毎に設定したフィードバックゲインを車両のＥＣＵ（電子制御ユニット）状で、実際に使用する場合に問題となるゲインマップの記憶法について説明する。
【００４１】
フィードバックゲインの算出方法として各運転条件に対するマップを用いて補間でゲインを算出する方法でもよいが、運転条件数、フィードバック信号数と、ゲインの種類（比例、微分、積分の各ゲイン）だけマップを必要とするので、マップの容量が大きくなる。そこで、各運転条件をパラメータとする関数を用いてフィードバックゲインを算出することで容量を低減することができる。この関数は、例えば、運転条件として、ディスク押圧力Ｆｃ、入力回転数Ｎｉ、傾転角θの３種類とした場合に、図７に示すようなものである。図において、左側が傾転角フィードバックゲインｋθを示したもので、３種類のディスク押圧力Ｆｃ１、Ｆｃ２、Ｆｃ３におけるＮｉ，θに対するｋθの値を示している。また、図において、右側がトラニオンストロークフィードバックゲインｋｘを示したもので、３種類のディスク押圧力Ｆｃ１、Ｆｃ２、Ｆｃ３におけるＮｉ，θに対するｋｘの値を示している。
【００４２】
また、これらフィードバックゲインｋθ、ｋｘを数式で示すと次のようになる。
【００４３】
【数１】
ｋθ＝ｆθ（Ｆｃ，Ｎｉ，θ）
ｋｘ＝ｆｘ（Ｆｃ，Ｎｉ，θ）              ・・・  （１）
この式（１）で、ｋθは傾転角フィードバックゲイン、ｋｘはストロークフィードバックゲイン、Ｆｃはディスク押圧力、Ｎｉは入力回転数、θは傾転角を示す。
【００４４】
また、一例として、式（１）は下記の線形重回帰式で表すことができる。
【００４５】
【数２】
ｋθ＝α0＋α1Ｆｃ＋α2Ｎｉ＋α3θ
ｋｘ＝β0＋β1Ｆｃ＋β2Ｎｉ＋β3θ        ・・・  （２）
ここで、α0，α1，α2，α3，β0，β1，β2，β3は、係数である。
【００４６】
このように、本実施形態においては、運転条件（ディスク押圧力Ｆｃ、入力回転数Ｎｉ、傾転角θ）に応じて、傾転角フィードバックゲインｋθおよびトラニオンストロークフィードバックゲインｋｘを変更する。これによって、傾転角制御をより適切に行うことができ、増速、減速のための変速の際に、運転条件によらず、ほぼ一定の応答で変速制御を行うことができる。
【００４７】
なお、上述の例では、３つの運転条件に基づいて、２つのフィードバックゲインｋθ、ｋｘを決定したが、必ずしもこれに限定されない。また、フィードバックゲインｋθ、ｋｘの一方のみを運転条件により変更してもよい。さらに、運転条件に動作油温を追加することも好適である。
【００４８】
また、上述のように、変速比と傾転角はいずれを検出してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ローラ傾転角またはローラ回転軸オフセットのフィードバックゲインを運転条件に応じて変更する。これによって、そのときの運転条件において適切なフィードバックゲインにより変速比制御を行うことができ、変速応答性、安定性を一定に保持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  トロイダル式ＣＶＴの構成を示す図である。
【図２】  ローラの傾転を説明する図である。
【図３】  トラニオンストロークおよび傾転角制御の構成を示す図である。
【図４】  同定モデルの構成を示す図である。
【図５】  設計の手順を示す図である。
【図６】  変速時の応答を示す図である。
【図７】  フィードバックゲインｋθ、ｋｘの値を示す図である。
【符号の説明】
１０  入力軸、３０  入力ディスク、４０  出力ディスク、５０  油圧ピストン室、６０  カウンターギア、７０  出力軸、８０  コントローラ。
【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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