JP4389462B2 - 無段変速機の滑り検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、変速比を連続的に変化させることのできる無段変速機の滑りを検出するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、変速比を連続的に変化させることのできる無段変速機として、ベルトを巻き掛けたプーリの溝幅を変化させることにより、駆動側プーリおよび従動側プーリに対するベルトの巻き掛け半径を連続的に変化させる構成のものや、入力側と出力側とのディスクの間に挟み込んだローラを傾転させて変速比を連続的に変化させるものなどが知られている。これらの無段変速機では、ベルトとプーリとの間に生じる摩擦力や、ディスクとローラとの間に介在する油膜のせん断力を利用してトルクを伝達するから、その伝達トルク容量はその摩擦力やせん断力によって制限を受ける。したがって上記の無段変速機にその伝達トルク容量以上のトルクが作用すると、ベルトとプーリとの間もしくはディスクとローラとの間で滑りが生じる。
【０００３】
無段変速機で過剰な滑りが生じた場合、プーリやディスクなどにおけるトルク伝達面に摩耗や凝着などの損傷が生じる可能性がある。そのため、この種の不都合を未然に回避するために、ベルトやローラを挟み付ける挟圧力を高くして伝達トルク容量を増大させることが考えられる。しかしながら、挟圧力を高くすると動力の伝達効率が低下し、例えば車両においては無段変速機を使用することの利点が損なわれてしまう。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載された発明では、ベルト式無段変速機を対象として、実変速比を入力回転数と出力回転数とに基づいて計算するとともに、その実変速比の変化率を演算して求め、また一方、その変速比と、エンジン回転数と、スロットル開度と、変速制御弁の制御量とに基づいて理論変速変化率を求め、これら実変速比変化率が理論変速変化率より大きい場合に滑りの発生を判定するように構成している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１１０２２号公報（段落（０１２９）、図６〜１２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に記載された発明では、実変速比変化率が理論変速変化率より大きい場合に滑りを判定するように構成しているが、無段変速機で滑りが発生する態様は様々であり、例えばアクセルペダルを大きく踏み込んで加速する場合に無段変速機に滑りが生じると、駆動プーリなどの入力側の部材の回転数が急速に増大して、ダウンシフト方向への変速比変化率が大きくなるので、上記の特許文献１に記載された発明によって滑りを検出できるが、エンジンブレーキ時やハイブリッド車での回生制動時に無段変速機に滑りが生じた場合には、入力側の回転部材の回転数が低下してアップシフト方向に変速比が変化し、またその変化が緩慢になる。すなわちこのような減速時での滑りでは、実変速比変化率が大きくなるとは限らない。そのため、上述した特許文献１に記載された発明では、無段変速機の滑りを必ずしも正確に検出できない。
【０００７】
また、変速指令に基づく変速比を達成するように圧油を給排する場合、圧油の給排量が想定されている量に対してばらつくことがあり、しかも油圧制御の応答遅れが要因となって流量にばらつきが生じることがある。さらに圧油の漏れが生じることがあるので、結局、変速指令に対する圧油の流量を一義的に決められない場合もあり、その結果、これらの誤差要因のために、実変速比変化率と理論変速比変化率とを単純に比較したのでは、無段変速機の滑りを正確には検出できない可能性があった。
【０００８】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、実測値と理論値とに基づいて無段変速機の滑りを正確に検出することのできる制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、シーブに対する圧油の流入出量に応じてベルトの巻き掛け半径を変化させることにより変速比を無段階に変化させることのできるベルト式無段変速機の滑り検出装置において、入力側回転数と出力側回転との比の単位時間あたりの変化量として求められる実変速比変化率と変速指令に基づいて算出されるシーブへの単位時間あたりの圧油の流入出量から求められる理論変速比変化率との差の絶対値を求める絶対値算出手段と、その絶対値算出手段で得られた絶対値と予め定めたしきい値との比較結果に基づいて滑りを判定することを含む前記滑り判定手段とを備えていることを特徴とする無段変速機の滑り検出装置である。
【００１０】
したがって請求項１の発明では、変速比や変速比変化率などの変速比に関し、その実測値と理論値とが求められ、さらにその実測値と理論値との差や比などの比較に基づく値の絶対値が求められる。そして、その絶対値に基づいて予め定めたしきい値との比較結果などによって滑りの発生が判定される。そのため、各絶対値の大小だけでなく、車両の動作状態を反映することができるしきい値に基づいて滑りを判定することになるので、無段変速機の入力側の回転数が増大する滑りのみならず、入力側の回転数が低下する滑りなどが正確に検出される。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記滑り判定手段は、前記しきい値を変速比に基づいて異ならせる手段を含むことを特徴とする無段変速機の滑り検出装置である。
【００１２】
したがって請求項２の発明では、実変速比変化率と理論変速比変化率との差の絶対値が、予め定められたしきい値と比較されて滑りが判定され、しかもそのしきい値が変速比に基づいて異なった値に設定される。例えば変速比が小さいほどしきい値が小さい値となる。その結果、実際の滑り回転数に応じた滑り判定が可能になる。換言すれば、損傷もしくは耐久性などに対する影響が一定以上の滑りが、変速比の大小に関わらず、正確に検出される。
【００１３】
さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記無段変速機が挟圧力に応じて伝達トルク容量が変化するように構成されるとともに、前記滑り判定手段で滑りが判定された場合に前記挟圧力を増大させる滑り対応制御手段が設けられていることを特徴とする滑り検出装置である。
【００１４】
したがって請求項３の発明では、滑りの発生が判定された場合、挟圧力が増大させられて無段変速機の伝達トルク容量が増大する。すなわち、挟圧力が相対的に低いことにより滑りが発生したので、その挟圧力が増大させられることにより、滑りが防止もしくは抑制される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする車両の駆動系統およびその制御系統について説明すると、図３は、ベルト式無段変速機１を変速機として含む駆動系統を模式的に示しており、その無段変速機１は、前後進切換機構２を介して動力源３に連結されている。
【００１６】
その動力源３は、内燃機関、あるいは内燃機関と電動機、もしくは電動機などによって構成され、要は、走行のための動力を発生する駆動部材である。なお、以下の説明では、動力源３をエンジン３と記す。また、前後進切換機構２は、エンジン３の回転方向が一方向に限られていることに伴って採用されている機構であって、入力されたトルクをそのまま出力し、また反転して出力するように構成されている。
【００１７】
図３に示す例では、前後進切換機構２としてダブルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。すなわち、サンギヤ４と同心円上にリングギヤ５が配置され、これらのサンギヤ４とリングギヤ５との間に、サンギヤ４に噛合したピニオンギヤ６とそのピニオンギヤ６およびリングギヤ５に噛合した他のピニオンギヤ７とが配置され、これらのピニオンギヤ６，７がキャリヤ８によって自転かつ公転自在に保持されている。そして、二つの回転要素（具体的にはサンギヤ４とキャリヤ８と）を一体的に連結する前進用クラッチ９が設けられ、またリングギヤ５を選択的に固定することにより、出力されるトルクの方向を反転する後進用ブレーキ１０が設けられている。
【００１８】
無段変速機１は、従来知られているベルト式無段変速機と同じ構成であって、互いに平行に配置された駆動プーリ１１と従動プーリ１２とのそれぞれが、固定シーブと、油圧式のアクチュエータ１３，１４によって軸線方向に前後動させられる可動シーブとによって構成されている。したがって各プーリ１１，１２の溝幅が、可動シーブを軸線方向に移動させることにより変化し、それに伴って各プーリ１１，１２に巻き掛けたベルト１５の巻き掛け半径（プーリ１１，１２の有効径）が連続的に変化し、変速比が無段階に変化するようになっている。そして、上記の駆動プーリ１１が前後進切換機構２における出力要素であるキャリヤ８に連結されている。
【００１９】
なお、従動プーリ１２におけるアクチュエータ１４には、無段変速機１に入力されるトルクに応じた油圧（ライン圧もしくはその補正圧）が、図示しない油圧ポンプ、油圧制御装置等を介して供給されている。したがって、この実施例では、従動プーリ１２における各シーブがベルト１５を挟み付けることにより、ベルト１５に張力が付与され、各プーリ１１，１２とベルト１５との挟圧力（接触圧力）が確保されるようになっている。これに対して駆動プーリ１１におけるアクチュエータ１３には、設定するべき変速比に応じた圧油が供給され、目標とする変速比に応じた溝幅（有効径）に設定するようになっている。なお、圧油の給排の制御はアクチュエータ１３に接続された流量制御弁（図示せず）を制御することによりおこなわれる。
【００２０】
上記の従動プーリ１２が、ギヤ対１６を介してディファレンシャル１７に連結され、このディファレンシャル１７から駆動輪１８にトルクを出力するようになっている。
【００２１】
上記の無段変速機１およびエンジン３を搭載した車両の動作状態（走行状態）を検出するために各種のセンサーが設けられている。すなわち、エンジン３の回転数を検出して信号を出力するエンジン回転数センサー１９、駆動プーリ１１の回転数を検出して信号を出力する入力回転数センサー２０、従動プーリ１２の回転数を検出して信号を出力する出力回転数センサー２１が設けられている。また、特には図示しないが、アクセルペダルの踏み込み量を検出して信号を出力するアクセル開度センサー、スロットルバルブの開度を検出して信号を出力するスロットル開度センサー、ブレーキペダルが踏み込まれた場合に信号を出力するブレーキセンサーなどが設けられている。さらに、ベルト挟圧力を設定するための従動プーリ１２側の油圧アクチュエータ１４の圧力を検出する油圧センサー２４が設けられている。
【００２２】
上記の前進用クラッチ９および後進用ブレーキ１０の係合・解放の制御、および前記ベルト１５の挟圧力の制御、ならびに変速比の制御をおこなうために、変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）２２が設けられている。この電子制御装置２２は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて所定のプログラムに従って演算をおこない、前進や後進あるいはニュートラルなどの各種の状態、および要求される挟圧力の設定、ならびに変速比の設定などの制御を実行するように構成されている。
【００２３】
ここで、変速機用電子制御装置２２に入力されているデータ（信号）の例を示すと、無段変速機１の入力回転数Ｎinの信号、無段変速機１の出力回転数Ｎout の信号が入力されている。また、エンジン３を制御するエンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）２３からは、エンジン回転数Ｎe の信号、スロットル開度信号、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量であるアクセル開度信号などが入力されている。
【００２４】
無段変速機１によれば、入力回転数であるエンジン回転数を無段階に制御できるので、これを搭載した車両の燃費を向上できる。例えば、アクセル開度などによって表される要求駆動量と車速とに基づいて目標駆動力が求められ、その目標駆動力を得るために必要な目標出力が目標駆動力と車速とに基づいて求められ、その目標出力を最適燃費で得るためのエンジン回転数が予め用意したマップに基づいて求められ、そして、そのエンジン回転数となるように変速比が制御される。
【００２５】
上記の無段変速機１を対象としたこの発明による制御装置は、無段変速機１での滑りを検出するとともに、その検出結果に応じた制御を実行するように構成されている。その制御例を図１に示してあり、先ず、変速指令値に基づいて流入出量Ｑが算出される（ステップＳ１）。前述したように、変速比は、基本的には、エンジン３を最適燃費で運転するように制御されるが、これ以外に、加速要求や減速要求に応じた変速比に制御され、さらにその変速速度（変速比変化率）が制御される。したがって変速指令値は、目標変速比および変速速度を考慮したものであって、例えば最終的に設定するべき変速比や、その変速比に対する一次遅れ処理もしくはなまし処理した過渡的に順次変化する変速比が含まれる。
【００２６】
したがってその変速指令値に基づいて、駆動プーリ１１側のアクチュエータ１３に対する圧油の給排が制御され、かつその流量が制御される。言い換えれば、変速指令値と変速比の制御のための圧油の流量とは、流量制御弁などの制御機器の構成に応じて所定の関係に定まるので、上記のステップＳ１におけるシーブ流入出量Ｑは、理論上、変速指令値に基づいて求められる。
【００２７】
つぎに、ステップＳ１で算出された流入出量Ｑを用いて理論変速比変化率Δγs が算出される（ステップＳ２）。変速比変化率は、単位時間あたりの変速比の変化量であり、また変速比は駆動プーリ１１側のアクチュエータ１３に流入もしくは流出する圧油の量に応じて変化するので、結局、理論変速比変化率Δγs は、上記のステップＳ１で求められた流入出量Ｑの単位時間あたりの量として求めることができる。
【００２８】
一方、実変速比変化率Δγr が算出される（ステップＳ３）。この算出は、図１では、ステップＳ２に続けておこなうように記載してあるが、理論変速比変化率Δγs の算出と並行しておこなってもよく、その順序は問わない。また、実変速比変化率Δγr は、具体的には、例えば前述した入力回転数センサー２０で検出される駆動プーリ１１の回転数と出力回転数センサー２１で検出される従動プーリ１２の回転数との比の単位時間あたりの変化量として求めることができる。あるいは所定時間前の変速比と現在時点の変速比との差として、実変速比変化率Δγr を求めることができる。
【００２９】
つぎに、理論変速比変化率Δγs と、実変速比変化率Δγr との差の絶対値（｜Δγs −Δγr ｜）が所定値（すなわちしきい値）より大きいか否かが判断される（ステップＳ４）。ここで、所定値は、理論変速比変化率Δγs が算出される際に用いられた流入出量Ｑにおける応答遅れを含む各種のばらつきを考慮し、誤判定のない最小値に設定された値である。
【００３０】
また、ベルト式無段変速機における滑りは、一般に、ベルトの巻き掛け半径が小さいプーリ側で生じる。そのため、滑りが生じる直前の変速比（すなわち初期変速比：初期γ）が異なれば、たとえ前記絶対値が同一であっても、実際の滑り回転数（ベルトの速度とプーリの回転速度との差）が異なることになる。具体的には、前記絶対値を同一とした場合、変速比が小さいほど、滑り回転数が大きくなる。そこで、ステップＳ４で用いられる所定値は、図２に示すように、初期変速比が小さいほど、小さい値に設定されている。
【００３１】
加速時に無段変速機１に滑りが生じると、加速要求に基づくダウンシフトが指令されるとともに、滑りに起因して駆動プーリ１１の回転数が増大するので、理論変速比変化率Δγs よりも実変速比変化率Δγr が大きくなる。また、減速時には被駆動状態となっており、その際に無段変速機１に滑りが生じると、駆動プーリ１１の回転数が低下するので、実変速比がアップシフト側に変化し、かつその変化率が変化する。これらダウンシフトおよびアップシフトのいずれの場合であっても、前述した絶対値が大きくなるので、ステップＳ４で肯定的に判断される。これとは反対に滑りが生じていなければ、前記絶対値が所定値以下となり、ステップＳ４で否定的に判断される。
【００３２】
すなわち、ステップＳ４で肯定的に判断された場合には、無段変速機１での滑りの判定が成立したことになり、したがってこの場合は、ベルト滑りの判定に対応する処理が実施される（ステップＳ５）。この処理は、要は、ベルト滑りを防止もしくは抑制するための処理であり、具体的には、無段変速機１の挟圧力を増大する制御である。また、これに加えて、エンジントルクなど無段変速機に対する入力トルクを一時的に低下させる制御を実行することができる。一方、ステップＳ４で否定的に判断された場合には、無段変速機１の滑り判定が成立していないことになるので、特に制御をおこなうことなく図１のルーチンを一旦終了する。
【００３３】
したがって上記の図１に示す制御を実行するこの発明の滑り検出装置によれば、変速比に関する実測値と理論値との比較結果の絶対値、具体的には実変速比変化率と理論変速比変化率との差の絶対値に基づいて滑りを判定するので、エンジンブレーキ時やハイブリッド車での回生制動時などに滑りが生じ、変速比がアップシフト方向に変化する場合であっても、無段変速機１で生じる滑りを正確もしくは確実に検出することができる。また、上記の実測値と理論値とを単に比較することに替えて、上記のように所定のしきい値と対比するように構成すれば、そのしきい値に油圧のばらつきや応答遅れを反映させることができるので、より正確に滑りを判定することができる。さらにそのしきい値を初期変速比などの変速比に応じて異なる値とすれば、前記絶対値には現れない実際の滑り回転数もしくは滑り速度を考慮した滑り判定をおこなうことができ、したがって無段変速機１の損傷や耐久性に対する一定以上の滑りを検出することができる。
【００３４】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、図１に示すステップＳ４の機能的手段が、この発明における絶対値算出手段および滑り判定手段に相当し、またステップＳ５の機能的手段が、この発明における滑り対応制御手段に相当する。
【００３５】
なお、この発明で対象とする無段変速機は、図３に示すベルト式無段変速機に限定されないのであり、トラクション式無段変速機であってもよい。またこの発明における変速比に関係する実測値および理論値は、上述した変速比変化率以外に、変速比であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、変速比や変速比変化率などの実測値と理論値との差や比などの比較による値の絶対値に基づいて予め定めたしきい値との比較結果などによって滑りの発生が判定されるため、無段変速機の入力側の回転数が増大する滑りのみならず、入力側の回転数が低下する滑りなど、各種の運転状態で異なる態様の滑りを確実に検出することができる。
【００３７】
また、請求項２の発明によれば、実変速比変化率と理論変速比変化率との差の絶対値を、予め定められたしきい値と比較し、しかもそのしきい値を変速比に基づいて異なった値に設定するので、実際の滑り回転数に応じた滑り判定が可能になり、また、損傷もしくは耐久性に対する影響が一定以上の滑りを、変速比の大小に関わらず、正確に検出することができる。
【００３８】
さらに、請求項３の発明によれば、滑りの発生が判定された場合、挟圧力が増大させられて無段変速機の伝達トルク容量が増大するので、滑りを防止もしくは抑制し、無段変速機の損傷や耐久性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の滑り検出装置による制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】 滑りを判定するためのしきい値と滑り開始直前の初期変速比との関係を概念的に示す図である。
【図３】 この発明で対象とする無段変速機を含む駆動系統を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…無段変速機、 １１…駆動プーリ、 １２…従動プーリ、 １５…ベルト、 １８…駆動輪、 ２２…変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）。

Claims (3)

1. シーブに対する圧油の流入出量に応じてベルトの巻き掛け半径を変化させることにより変速比を無段階に変化させることのできるベルト式無段変速機の滑り検出装置において、
   入力側回転数と出力側回転数との比の単位時間あたりの変化量として求められる実変速比変化率と変速指令に基づいて算出されるシーブへの単位時間あたりの圧油の流入出量から求められる理論変速比変化率との差の絶対値を求める絶対値算出手段と、
   その絶対値算出手段で得られた絶対値と予め定めたしきい値との比較結果に基づいて滑りを判定することを含む前記滑り判定手段と
   を備えていることを特徴とする無段変速機の滑り検出装置。
2. 前記滑り判定手段は、前記しきい値を変速比に基づいて異ならせる手段を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機の滑り検出装置。
3. 前記無段変速機が挟圧力に応じて伝達トルク容量が変化するように構成されるとともに、前記滑り判定手段で滑りが判定された場合に前記挟圧力を増大させる滑り対応制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の無段変速機の滑り検出装置。

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