無段変速機の制御装置
【課題】システム制御を簡素化できる無段変速機の制御装置を提供すること。
【解決手段】プライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS を入力としプライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS を出力とするプラント５３に、入出力フィードバック線形化手法により線形化されたフィードバック線形化部５２を組み合わせ、ＰＩ制御部等の線形制御部５１からの制御入力ν1 ，ν2 を用いて線形制御可能な新しい線形プラントを構築する。
【解決手段】プライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS を入力としプライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS を出力とするプラント５３に、入出力フィードバック線形化手法により線形化されたフィードバック線形化部５２を組み合わせ、ＰＩ制御部等の線形制御部５１からの制御入力ν1 ，ν2 を用いて線形制御可能な新しい線形プラントを構築する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両の無段変速機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベルト式ＣＶＴの変速装置として、特許文献１に提案されている装置がある。
この種の装置では、プライマリープーリおよびセカンダリープーリの有効径をそれぞれ変更するための一対の油圧アクチュエータを設けている。また、各プーリのクランプ力を生起する油圧アクチュエータの油圧をそれぞれ制御するための一対の制御弁を設けている。
【特許文献１】特開２００４−３１６８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通例、セカンダリープーリのクランプ力がスリップを防ぐように制御され、プライマリープーリが変速比を制御している。しかし、この変速制御のシステムは非線形であり、また、プライマリープーリのクランプ力、セカンダリープーリのクランプ力および変速比の複合されたシステムであり、制御が困難である。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、システム制御を簡素化することができる無段変速機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は、プライマリープーリ（６）、セカンダリープーリ（７）、並びにこれらプーリ間に動力を伝達する動力伝達要素（８）を含み、各プーリーに対応する油圧アクチュエータ（１１，１４）に作動油を供給することにより、プーリ径比を変更して変速比（ｒCVT ）を無段階で変更可能な無段変速機（１）の制御装置において、プライマリー流量（ＱP ）およびセカンダリー流量（ＱS ）を入力とし、プライマリー圧力（ＰP ）およびセカンダリー圧力（ＰS ）を出力とする多入力多出力システムからなるプラント（５３）、上記入力から上記出力への関数の逆関数を用いて、入出力フィードバック線形化手法により線形化され、制御入力（ν1 ，ν2 ）に基づいて上記プラントの入力となるプライマリー流量およびセカンダリー流量を演算するフィードバック線形化部（５２）と、上記プラントの出力するプライマリー圧力およびセカンダリー圧力とそれぞれ対応するプライマリー目標圧力（ＰP,ref ）およびセカンダリー目標圧力（ＰS,ref ）との偏差に基づいて、フィードバック線形化部への制御入力を線形制御する線形制御部（５１）と、を備え、各プーリのクランプ圧を制御する機能を有することを特徴とするものである。
【０００５】
本発明では、入出力フィードバック線形化により、プライマリー圧力およびセカンダリー圧力を線形化する。これにより、各圧力の制御に一般的な線形制御が適用でき、制御を簡素化することができる。また、圧力制御の応答性が向上する。
また、上記プライマリー圧力およびセカンダリー圧力の制御が互いに分離されていることになる（請求項２）。
【０００６】
上記制御入力を線形制御する線形制御部はＰＩ制御部を含むことが好ましい（請求項３）。理論的には、比例制御で十分であるが、実際には、モデルの不十分さを補うために積分制御を付加することが好ましい。
また、上記プラントの出力は、変速比を含み、上記プラントの出力する変速比と目標変速比（ｒCVT,ref ）との偏差に基づいて出力する補正変速比（ｒCVT,C ）を線形制御する線形制御部（５５）と、ＣＶＴ入力トルク（ＴP ）および上記補正変速比に基づいて、プライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力を演算する目標圧力演算部（５６）と、をさらに備え、変速比を制御する機能を有する場合がある（請求項４）。この場合、変速比の安定した制御が可能となる。ＣＶＴ入力トルクはプライマリープーリに入力されるトルクであるプライマリートルクに相当する。
【０００７】
上記変速比を線形制御する線形制御部はＰＩ制御部を含むことが好ましい（請求項５）。この場合、モデル化に起因する誤差を補償することができる。
上記目標圧力演算部は、ＣＶＴ入力トルクおよび変速比とプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力との関係を記憶したテーブルを用いてプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力を演算する場合がある（請求項６）。この場合、例えば実験に基づくデータを用いることにより、変速比の安定した制御が可能となる。
【０００８】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るサーボポンプの流量制御方法および流量制御装置が適用された無段変速機を搭載した車両の模式図である。
無段変速機１は、エンジン２の出力軸にトルク伝達可能に連結された入力軸３と、駆動輪４０にギヤ列４を介してトルク伝達可能に連結された出力軸５と、入力軸３に同行回転可能に設けられた入力回転要素としての可変径のプライマリープーリ６と、出力軸５と同行回転可能に設けられた出力回転要素としての可変径のセカンダリープーリ７と、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７に巻き掛けられた動力伝達要素としてのベルト８とを備えている。ベルト８に代えて、チェーンを用いるものであってもよい。
【００１０】
プライマリープーリ６、セカンダリープーリ７およびベルト８によって、バリエータ１００が構成されている。
プライマリープーリ６は、入力軸３と同行回転可能に設けられた固定シーブ９と可動シーブ１０とを備えている。入力軸３に対する固定シーブ９の軸方向移動が規制され、入力軸３に対する可動シーブ１０の軸方向移動は許容されている。固定シーブ９および可動シーブ１０の動力伝達面９ａ，１０ａ間に、ベルト８が動力伝達可能にクランプされている。可動シーブ１０の背面に第１の油圧アクチュエータ１１が設けられている。第１の油圧アクチュエータ１１の油室１１ａの油圧であるプライマリー圧力ＰP は、可動シーブ１０を固定シーブ９側へ付勢している。
【００１１】
セカンダリープーリ７は、出力軸５と同行回転可能に設けられた固定シーブ１２と可動シーブ１３とを備えている。固定シーブ１２は出力軸５対する軸方向移動が規制され、可動シーブ１３は出力軸５に対して軸方向移動可能とされている。固定シーブ１２および可動シーブ１３の動力伝達面１２ａ，１３ａ間に、ベルト８が動力伝達可能にクランプされている。可動シーブ１３の背面に第２の油圧アクチュエータ１４が設けられている。第２の油圧アクチュエータ１４の油室１４ａの油圧であるセカンダリー圧力ＰS は、可動シーブ１３を固定シーブ１２側へ付勢している。
【００１２】
第１および第２のアクチュエータ１１，１４によって、ベルト８に関しての、プライマリープーリ６の半径Ｒp およびセカンダリープーリ７の半径ＲS （各プーリとベルト８との接触半径に相当）を変化させることにより、無段変速機１の変速比を無段階で変更可能である。
また、無段変速機１は、第１のサーボポンプ１５と第２のサーボポンプ１６とを備えている。第１の油圧アクチュエータ１１に供給される作動油の流量であるプライマリー流量ＱP は、第１のサーボポンプ１５が吐出する流量に相当する。そこで、以下では、第１のサーボポンプ１５の流量についてもＱP で表す。
【００１３】
第２の油圧アクチュエータ１４に供給される作動油の流量であるセカンダリー流量ＱS は、第２のサーボポンプ１６が吐出する流量ＱSPから第１のサーボポンプ１５が吐出する流量ＱP を減じた流量である。すなわち、
ＱS ＝ＱSP−ＱP
具体的には、第２のサーボポンプ１６と第２の油圧アクチュエータ１４とを接続する油路１７の途中部に分岐部１７ａが設けられ、この分岐部１７ａと第１の油圧アクチュエータ１１とを接続する油路１８に、第１のサーボポンプ１５が配置されている。第２のサーボポンプ１６の吸込側は油タンク４１に接続されている。
【００１４】
第１のサーボポンプ１５は、第１のサーボアンプ１９から電力供給を受ける第１の電動モータ２０（サーボモータ）によって駆動され、第２のサーボポンプ１６は、第２のサーボアンプ２１からの電力供給を受ける第２の電動モータ２２（サーボモータ）によって駆動されるようになっている。
第１の油圧アクチュエータ１１の圧力であるプライマリー圧力ＰP を検出する圧力センサ４２と、第２の油圧アクチュエータ１４の圧力であるセカンダリー圧力ＰS を検出する圧力センサ４３と、プライマリープーリ６の回転速度を検出する回転速度センサ４４と、セカンダリープーリ７の回転速度を検出する回転速度センサ４５とが設けられ、各センサ４２〜４５からの信号が、第１および第２の電動モータ２０，２２を制御するコントローラ２３に入力されるようになっている。
【００１５】
無段変速機１のシステムは、３つのモデル、すなわち、サーボポンプモデル、バリエータモデルおよび流体モデルに分割することができる。
＜サーボポンプモデル＞
まず、サーボポンプモデルについて説明する。コントローラ２３は、第１の油圧アクチュエータ１１に供給されるべき作動油の目標流量ＱP,ref （プライマリー流量ＱP の目標値に相当）および第２の油圧アクチュエータ１４に供給されるべき作動油の目標流量ＱS,ref （セカンダリー流量ＱS の目標値に相当）に基づいて、第１のサーボアンプ１９への入力電圧Ｖset,P および第２のサーボアンプ２１への入力電圧Ｖset,S を操作することにより、プライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS を制御する。
【００１６】
第２のサーボポンプ１６は、第１の油圧アクチュエータ１１および第２の油圧アクチュエータ１４の双方に作用して、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７において、ベルト８に対するクランプ力を制御するように機能する。また、第１のサーボポンプ１５は、第１および第２の油圧アクチュエータ１１，１４間の差圧（ＰP −ＰS ）を調整することにより、無段変速機１の変速比を制御するように機能する。
【００１７】
無段変速機１と、第１および第２のサーボポンプ１５，１６と、コントローラ２３等とを含み、無段変速機１の変速比を変更するために両サーボポンプ１５，１６の流量を制御するサーボポンプシステム３０が構築されている。
図２は、上記サーボポンプシステム３０を表すブロック図である。サーボポンプシステム３０は、制御対象であるプラント３１と、フィードフォワード制御部３２と、主フィードバック制御部３３と、オブザーバ３４と、現代制御理論に基づく状態フィードバック制御部３５とを備えている。
【００１８】
各サーボポンプ１５，１６の流量ＱP ，ＱSPは、それぞれ対応する電動モータ１９，２１の回転速度に比例する。各サーボアンプ１９，２１は、対応する電動モータ１９，２１に内蔵されている回転速度センサ２５，２６からの信号出力をフィードバックして速度制御（回転数制御）を実施している。また、サーボアンプ１９，２１は、対応する電動モータ１９，２１の駆動電流を検出する電流センサ（図示せず）からの信号出力をフィードバックして電動モータ１９，２１に対する制御電流を制御している。
【００１９】
各サーボポンプ１５，１６の流量ＱP ，ＱSPは、もともと電動モータ１９，２１に備えられている回転速度センサ２５，２６を用いて検出することができるので、別個に流量を検出するためのセンサを設ける必要がない。
主フィードバック制御部３３は、目標流量ｙr とオブザーバ３４からの出力ｙとの偏差（ｙr −ｙ）に、主フィードバックゲインＬ1 を乗算する主フィードバックゲイン乗算部３６を備えている。
【００２０】
オブザーバ３４は、原則的にプラント３１と等価の状態変数モデルを用いて構成され、入力ベクトルｕおよびプラント３１からの出力ベクトルｗ（電動モータの回転速度に相当）を入力し、状態変数ベクトルｘおよび出力ベクトルｙを推定し、これらを出力する。
状態フィードバック制御部３５は、オブザーバ３４によって推定された状態変数ベクトルｘに、所定の状態フィードバックゲイン（−Ｌ2 ）を乗算する状態フィードバックゲイン乗算部３７を備えている。
【００２１】
次いで、オブザーバ３４を構成するための、原則的な状態変数モデルについて説明する。
まず、サーボポンプの流量Ｑは、そのサーボポンプを駆動する電動モータの回転速度ｗに比例する。すなわち、サーボポンプの流量Ｑは、サーボポンプの行程容積をＤV とし、サーボポンプの容積効率をηV として、下記式（１）で表される。
【００２２】
Ｑ＝ＤV ・ｗ・ηV …（１）
一方、電動モータの回転速度ｗは、電動モータのサーボアンプに入力される入力電圧Ｖset によって設定される。その電動モータ２０の回転速度ｗは、実験またはモータ・インバータの詳細モデルを用いた解析によって得られる定数Ｋを用いて、下記式（２）のように二次の関数により表現される。
【００２３】
ｗ（ｓ）＝Ｋ・〔１／（ａ・ｓ2 ＋ｂ・ｓ＋１）〕・Ｖset …（２）
式（１）および式（２）により、
Ｑ＝Ｇ・〔１／（ａ・ｓ2 ＋ｂ・ｓ＋１）〕・Ｖset …（３）
ただし、Ｇ＝ＤV ・ηV ・Ｋ …（４）
そして、状態空間式は、
【００２４】
【数１】
【００２５】
【数２】
【００２６】
ここで、入力ベクトルｕは、ｕ＝Ｖset であり、出力ベクトルｙは、ｙ＝Ｑであり、
状態変数ベクトルｘは、ｘ＝〔Ｑ ｄＱ／ｄｔ〕T である。
図１の無段変速機１に適用されたサーボポンプシステム３０は、このシステムを純粋な油圧システムとしてみた場合、多入力多出力（MIMO）の線形モデルとして近似される。すなわち、
【００２７】
【数３】
【００２８】
【数４】
【００２９】
【数５】
【００３０】
【数６】
【００３１】
【数７】
【００３２】
ただし、式（６−３）、式（６−４）において、各係数ａP ，ｂP ，ＧP は、第１のサーボポンプ１５において、式（３）に対応する係数であり、各係数ａS ，ｂS ，ＧS は、第２のサーボポンプ１６において、式（３）に対応する係数である。
また、状態変数ベクトルｘ、入力ベクトルｕおよび出力ベクトルｙは、それぞれ、下記の式（７−１）、（７−２）および（７−３）で表される。
【００３３】
ｘ＝〔ＱP ｄＱP ／ｄｔ ＱSP ｄＱSP／ｄｔ〕T …（７−１）
ｕ＝〔Ｖset,S Ｖset,P 〕T …（７−２）
ｙ＝〔ＱP ＱS 〕T …（７−３）
各可変径プーリ６，７に、ベルト８に対するクランプ力を与えるクランピングポンプとして機能する第２のサーボポンプ１６の流量ＱSPを定数とした場合、変速ポンプとして機能する第１のサーボポンプ１５のサーボアンプ１９への入力電圧Ｖset,P の変化（電動モータ２０の回転速度の変化に相当）は、プライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS の双方に影響を及ぼすことになる。
【００３４】
また、第１のサーボポンプ１５の流量に相当するプライマリー流量ＱP を定数とした場合、第２のサーボポンプ１６のサーボアンプ２１への入力電圧Ｖset,S の変化は、セカンダリー流量ＱS に影響を及ぼすが、プライマリー流量ＱP には影響を及ぼさないことになる。
上記のオブザーバ３４は、入力ｕと電動モータの回転速度ｗ（実測値または推定値）を用いて状態変数ベクトルｘおよび出力ベクトルｙを推定するものであり、原則として、状態方程式としての上記の式（６−１）および式（６−２）を用いて得られる状態変数モデルである。すなわち、オブザーバ３４のブロック図は、例えば、図３に示される。
【００３５】
ただし、入力ベクトルｕobs は、ｕobs ＝〔ｕ ｗ〕T であり、各係数行列Ａobs ，Ｂobs ，Ｃobs についても、プラント３１の状態変数モデルとは次元が異なっている。
このようにしてサーボポンプシステム３０の状態変数モデルを作成し、状態フィードバックを用いることにより、流量制御の安定性を向上することができる。すなわち、状態フィードバックでは、プラント３１の内部状態を利用することで見かけ上の動的要素を引き出すことができ、これにより、動的補償を実現することができる。その結果、流量制御の安定性を確保することができる。
【００３６】
また、図２に示すシステムは、状態フィードバックとオブザーバを用いたレギュレータシステムであり、内部回路は、プラントの内部状態を常にゼロに維持するように制御し、外部回路は、サーボポンプで見られるようなレギュレーションの問題を防ぐためにプラントの出力を制御する。
また、状態フィードバックの極の位置の設定により、流量制御の応答性を向上することができる。すなわち、閉ループシステムの極は、状態変数の一定の線形組み合わせを使用することにより、複素平面上の任意の望ましい位置に配置することが可能である。
【００３７】
さらに、従来、用いていたバルブや圧力センサを廃止でき、油圧回路を簡素化することができる。また、各サーボポンプ１５，１６は、必要に応じて作動して、要求される流量を過不足なく供給すればよいので、省エネを図ることができる。例えば、安定した状況下で油圧回路の漏れ等を無視できる場合には、サーボポンプ１５，１６の少なくとも一方を停止させておくことも可能である。
【００３８】
また、状態変数モデルを用いてオブザーバ３４を構成し、オブザーバ３４によって状態変数を推定するようにしているので、状態変数の推定精度を有効に向上させることができ、その結果、状態フィードバックによるサーボ系の良好な設計が可能となる。また、オブザーバ３４を併合した状態フィードバックシステムでは、オブザーバ３４の設計を、状態フィードバック制御部３５の設計から独立して行えるという利点もある。
【００３９】
サーボポンプシステム３０の極の位置としては、テスト装置（実機であってもよいし、実機をモデル化したシミュレータであってもよい）を用いたシミュレーションテストにより、システムの十分な安定性および十分な動特性（目標値追従に関する過渡応答等）が得られるような位置に決定されることが好ましい。その応答は、アクチュエータ（本サーボポンプシステム３０では、サーボポンプ１５，１６に相当）の動特性を無視できるほど高速であることが必要である。
【００４０】
なお、上記の実施の形態では、電動モータ２０，２２の回転速度センサ２５，２６を用いていたが、電動モータ２０，２２に回転速度センサが設けられていない場合には、オブザーバ３４によって推定するようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、サーボポンプシステムの入力として、サーボアンプ１９，２１の入力電圧Ｖset,P ，Ｖset,S を用いたが、これに代えて、サーボアンプ１９，２１の入力電圧Ｖset,P ，Ｖset,S とは線形な関係を持つ状態量である、電動モータ２０，２２の駆動電流を用いてもよい。
＜バリエータモデル＞
次いで、バリエータ１００のモデル化について説明する。
【００４１】
図４は、任意の変速比ｒCVT ＝（ωS ／ωP ）におけるバリエータ１００の諸元を示している。ωP はプライマリープーリ６の回転速度であり、ωS はセカンダリープーリ７の回転速度である。ベルト８にスリップがなく、ベルト８が非伸縮であってプライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７上で、それぞれ半径Ｒp およびＲs の完全な円に沿ってベルト８が走行すると仮定してある。
【００４２】
これらの仮定では、最大誤差５％として、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７の半径ＲR ，ＲS は、下記式により得られる。
Ｒp ＝〔ｒCVT ／（ｒCVT ＋１）〕・〔（Ｌ−２・ｄ0 ）／π）〕…（８−１）
ＲS ＝〔１／（ｒCVT ＋１）〕・〔（Ｌ−２・ｄ0 ）／π）〕 …（８−２）
ここで、Ｌはベルト長であり、ｄ0 はプーリの中心間距離である。
【００４３】
半径は下記式を用いて導かれる。
dR/dx ＝±〔（Ｌ−２・ｄ0 ）／π）〕・〔( drCVT /dx ）／（ｒCVT ＋１）2 〕 …（９）
ここで、ｘはプライマリープーリ６に対してｘ＝ｐであり、セカンダリープーリ７に対してｘ＝ｓである。
【００４４】
変速比ｒCVT の変化率（drCVT ／dx）は、過渡応答によって与えられる〔後述する式（１２）を参照〕。
符号＋は、プライマリープーリ６に対応し、符号−は、セカンダリープーリ７に対応している。
プーリの位置ｚx はプーリの径ＲX と関係する。すなわち、
ｚx ＝２・Ｒx ・tan θ＋Ｒx,min …（１０）
ここで、θはプーリ半角（プーリ中心に対するプーリの動力伝達面の傾斜角度に相当）であり、Ｒx,min は最小半径である。
【００４５】
プーリの変位速度は下記式で表される。
dz/dx ＝２・tan θ・（dR/dx) …（１１）
バリエータ１００の過渡応答には、下記のモデルが用いられる。
drCVT ／dx＝ＫCVT （ｒCVT ）・ωP ・〔ＦP −ＫS1( ｒCVT ，ＴP ，ＦS ）・ＦS 〕 …（１２）
ここで、ＫS1は、平衡状態のプライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７のクランプ圧の比であり、この比ＫS1は、変速比ｒCVT 、プライマリープーリ６のトルクＴP （プライマリートルクＴP ともいう）およびセカンダリープーリ７のクランプ力ＦS に依存する。
【００４６】
ωP はプライマリー回転速度であり、ＫCVT は変速比ｒCVT のみに依存する関数である。この関数は、測定によって、また、式（１２）の逆関数を用いることで得られる。
＜流体モデル＞
次いで、流体モデルすなわちピストンモデルについて考察する。
プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７に入った流れは、圧力を生起する。漏れがないと仮定すると、プーリ圧Ｐx は、下記式で与えられる。
【００４７】
dP/dx ＝（βc ／Ｖx ）・（Ｑx −dV/dx ） …（１３）
ここで、βc はオイルおよびハウジングの等価体積弾性率である。Ｑx はプーリに入る流量、すなわち存在する流量である。Ｖx は容積である。
プーリの容積Ｖx はピストンの断面積Ａx およびピストンの軸方向変位ｚX に比例する。
【００４８】
Ｖx ＝Ａx ・ｚx …（１４）
軸方向変位ｚx は上記式（１０）により与えられる。容積Ｖx の微分は下記である。
dV/dx ＝Ａx ・dz/dx …（１５）
＜圧力制御＞
上記の流量制御によってアクチュエータの早い動特性が達成されるので、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７のための流量要求に対する応答は、瞬時に行われると考えられる。
【００４９】
そこで、ＭＩＭＯシステムの新しい入力は、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７の流量ＱP ，ＱS となる。出力はプライマリー圧力ＰP 、セカンダリー圧力ＰS および変速比ｒcvt である。プライマリー圧力ＰP は圧力センサ４２によって検出され、、セカンダリー圧力ＰS は圧力センサ４３によって検出され、変速比ｒCVT は、各速度センサ４２，４３によって検出される各プーリ６，７の回転速度ωP ，ωS の比として求められる〔すなわち、ｒCVT ＝（ωS ／ωP ）〕。
【００５０】
入出力フィードバック線形化の手法により、２つのプーリ圧は分離される。具体的な入出力フィードバック線形化手法について説明する。
上記の式（１３）は下記のように表される。
【００５１】
【数８】
【００５２】
ここで、Ｖx,o は各ピストンの初期流体容積である。
入出力フィードバック線形化は、線形な入力−出力関係を求めることであり、出力ｙと制御入力ｕの間の直接的な関係を見出すことにある。具体的には、出力ｙに入力ｕが現れるまで、出力関数を繰り返し微分することになる。
その方法は、プライマリー圧力ＰP およびセカンダリーの圧力ＰS の双方に適用される。
【００５３】
ｙX ＝ＰX …（１７）
【００５４】
【数９】
【００５５】
ｙx の一次微分は、入力ｕx ＝Ｑs に対して直接的な関係を与える。
式（１８）の逆関数は流量要求を与える。
【００５６】
【数１０】
【００５７】
ここで、νx は後述する圧力の線形制御の制御則によって特定される入力である。
＜圧力の線形制御＞
図４は圧力制御のためのブロック図を示している。線形制御部５１、フィードバック線形化部５２およびプラント５３によってクランプ圧制御部５４が構成されている。
線形制御部５１は、プラント５３の出力するプライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS とそれぞれ対応するプライマリー目標圧力ＰP,ref およびセカンダリー目標圧力ＰS,ref との偏差（ＰP,ref −Ｐp ），（ＰS,ref −ＰS ）に基づいて、フィードバック線形化部５２への制御入力ν1 ，ν2 を線形制御する。
【００５８】
フィードバック線形化部５２は、入出力フィードバック線形化手法により線形化された、プラント５３の入力から出力への関数の逆関数を用いて構成され、制御入力ν1 ，ν2 に基づいてプラント５３の入力となる流量ＱP ，ＱS を演算する。
プラント５３は、フィードバック線形化部５２からのプライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS を入力とし、プライマリー圧力ＰP 、セカンダリー圧力Ｐs および変速比ＲCVT を出力とする多入力多出力システムからなる。
【００５９】
フィードバック線形化手法では、システムが分離され、２つの圧力が線形化される。
その結果、標準的な線形制御が、入力ベクトルｘ＝〔ν1 ν2 〕T と出力ベクトル
ｙ＝〔ＰP ＰS 〕T を持つ新しい線形プラントに適用され得る。すなわち、プライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS を入力としプライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS を出力とするプラント５３に、入出力フィードバック線形化手法により線形化されたフィードバック線形化部５２を組み合わせ、ＰＩ制御部等の線形制御部５１からの制御入力ν1 ，ν2 を用いて線形制御可能な新しい線形プラントを構築する。
【００６０】
線形制御部５１による線形制御の制御則は下記の式（２０）、（２１）となる。
【００６１】
【数１１】
【００６２】
【数１２】
【００６３】
ここで、ＰP,ref はプライマリーの目標圧力、Ｐs,ref はセカンダリーの目標圧力、ＰX は計測圧力、ＫPXは比例ゲイン、ＫiXは積分ゲインである。
線形制御部５１による線形制御に関しては、理論的には、Ｋp1、Ｋp2に係わる項である比例項のみで十分であるが、実際には、モデルの不十分さを補うために、Ｋi1，Ｋi2に係わる項である積分項を加えることが好ましい。すなわち、線形制御部５１としてＰＩ制御部が用いられている。
【００６４】
なお、プラント５３から出力される変速比ＲCVT は、次に示す変速比の制御に用いられる。変速比ＲCVT は回転速度センサ４２，４３により検出された各プーリ６，７の回転速度ωP,ωS を用いて演算される。
フィードバック線形化部５２には、プラント５３の状態変数としてのdz/dx およびｚx が入力されるようになっている。フィードバック線形化部５２の制御則は、上述した式（１９）である。
【００６５】
【数１３】
【００６６】
入出力フィードバック線形化により、プライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS を線形化することにより、上記プライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS の制御を互いに分離して行うことができる。各圧力ＰP ，ＰS の制御に一般的な線形制御を適用でき、制御を簡素化することができる。その結果、圧力制御の応答性が向上する。
＜変速比の制御＞
図６は変速比を制御するためのブロック図を示している。クランプ圧制御部５４に入力するためのプライマリー基準圧力ＰP,ref およびセカンダリー基準圧力Ｐs,ref は、線形制御部５５から入力される補正変速比ＲCVT,C と、要求されるＣＶＴ入力トルクとしてのプライマリートルクＴP とを用いて、目標圧力演算部５６により演算されるようになっている。
【００６７】
目標圧力演算部５６には、実験データから得られたテーブルとして、例えば図７Ａおよび図７Ｂに示す制御マップが用いられる。図７Ａのマップは、プライマリープーリ６における入力トルク（縦軸：Ｎｍ）および変速比（横軸）と、プライマリークランプ力（ｋＮ。プライマリークランプ力とプライマリー圧力とは比例）との関係を表している。
また、図７Ｂのマップは、セカンダリープーリ７における入力トルク（縦軸：Ｎｍ）および変速比（横軸）と、セカンダリークランプ力（ｋＮ。セカンダリークランプ力とセカンダリークランプ圧とは比例）との関係を表している。テーブルを用いることで、変速比の安定した開ループ制御が可能となる。なお、目標圧力演算部５６が理論演算を用いて圧力を求める場合もある。
【００６８】
線形制御部５５は、目標変速比ＲCVT,ref とクランプ圧制御部５４のプラントの出力としての変速比ＲCVT とに基づいて、補正変速比ＲCVT,C を線形制御する。
線形制御部５５は、モデル化に起因する、すなわち外乱に起因する、変速比の静的誤差を補償するために、線形ＰＩ制御を実行する。
線形制御部５５の線形制御の制御則は、例えば、下記式（２２）が用いられる。
【００６９】
【数１４】
【００７０】
すなわち、線形制御部５５としてＰＩ制御部が用いられている。ここで、ＧP は比例ゲイン、Ｇi は積分ゲインである。線形制御を用いることで、変速比の安定した制御が可能となる。
上記の実施の形態では、無段変速機１がベルト伝動式の無段変速機である例に則して説明したが、これに限らず、動力伝達要素がチェーンであるチェーン伝動式の無段変速機であってもよい。
【実施例】
【００７１】
上記の実施の形態で示された制御則を、試験装置で実行した。その試験データは、エンジン２のトルクを零とし、プライマリープーリ６の回転速度を１０００ｒｐｍに固定して得られた。また、システムの分離を示すために、セカンダリー圧力ＰS として、一定値１ＭＰａを選択した。
図８は、変速比のステップ応答を示している。図８において、実線が要求変速比であり、破線が実際の変速比である。図９Ａは、プライマリー圧力ＰP の時間的変化を示し、図９Ｂは、セカンダリー圧力ＰS の時間的変化を示している。図９Ａ，図９Ｂにおいて、実線が要求圧力であり、破線が、脈動する計測圧力（一点鎖線で示されている）の変動幅の上限、下限を表している。
【００７２】
その結果、下記の１）〜６）が判明した。
１）図８を参照して、変速比の全範囲で、制御比が安定している。
２）図８を参照して、変速比制御の積分に由来するものと考えられるオーバーシュートに関しても小さく抑えられ、変速比の全範囲で制御が安定している。
３）図８を参照して、２リットル／ｍｉｎというプライマリー流量ＱP の制限に起因して、変速
比の応答はあまり早くないが、第１および第２のサーボポンプ１５，１６の仕様を変更することにより、応答性は容易に向上することが可能であると考えられる。
４）図９Ａ，図９Ｂを参照して、計測圧力および要求圧力が良い関係を示し、圧力応答が早い。
５）図９Ａを参照して、要求圧力のピークは、変速比応答の向上のための変速比制御に由来するものである。
６）変速比の変化、すなわち図９Ａに示されるプライマリー圧力ＰP の変化は、図９Ｂに示されるセカンダリー圧力ＰS に影響を与えない。すなわち、多入力多出力システムが分離され、非干渉システムとなっていることが実証された。圧力制御のフィードバック線形化によるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る無段変速機が適用された車両の概略構成を示す模式図である。
【図２】サーボポンプシステムのブロック図である。
【図３】オブザーバのブロック図である。
【図４】バリエータモデルの模式図である。
【図５】圧力制御のブロック図である。
【図６】変速比制御のブロック図である。
【図７Ａ】プライマリー圧力を求めるためのテーブルとしてのマップを表すグラフ図である。
【図７Ｂ】セカンダリー圧力を求めるためのテーブルとしてのマップを表すグラフ図である。
【図８】ステップ応答に対する変速比の変化を示す図である。
【図９Ａ】プライマリー圧力の時間的変化図である。図８の応答に対応している。
【図９Ｂ】セカンダリー圧力の時間的変化図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…無段変速機、２…エンジン、３…入力軸、５…出力軸、６…プライマリープーリ、７…セカンダリープーリ、８…ベルト（動力伝達要素）、１１…第１の油圧アクチュエータ、１４…第２の油圧アクチュエータ、１７…油路、１７ａ…分岐部、１８…油路、１９…第１のサーボアンプ、２０…第１の電動モータ、２１…第２のサーボアンプ、２２…第２の電動モータ、２３…コントローラ、５１…線形制御部（ＰＩ制御部）、５２…フィードバック線形化部、５３…プラント、５４…クランプ圧制御部、５５…線形制御部（ＰＩ制御部）、５６…目標圧力演算部、ＱP …プライマリー流量、ＱS …セカンダリー流量、、ｒCVT …変速比、ＰP,ref …プライマリー目標圧力、ＰS,ref …セカンダリー目標圧力、ＰP …プライマリー圧力、ＰS …セカンダリー圧力、ν1 ，ν2 …制御入力、ｒCVT,ref …目標変速比、ｒCVT,C …補正変速比、ＴP …ＣＶＴ入力トルク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両の無段変速機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベルト式ＣＶＴの変速装置として、特許文献１に提案されている装置がある。
この種の装置では、プライマリープーリおよびセカンダリープーリの有効径をそれぞれ変更するための一対の油圧アクチュエータを設けている。また、各プーリのクランプ力を生起する油圧アクチュエータの油圧をそれぞれ制御するための一対の制御弁を設けている。
【特許文献１】特開２００４−３１６８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通例、セカンダリープーリのクランプ力がスリップを防ぐように制御され、プライマリープーリが変速比を制御している。しかし、この変速制御のシステムは非線形であり、また、プライマリープーリのクランプ力、セカンダリープーリのクランプ力および変速比の複合されたシステムであり、制御が困難である。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、システム制御を簡素化することができる無段変速機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は、プライマリープーリ（６）、セカンダリープーリ（７）、並びにこれらプーリ間に動力を伝達する動力伝達要素（８）を含み、各プーリーに対応する油圧アクチュエータ（１１，１４）に作動油を供給することにより、プーリ径比を変更して変速比（ｒCVT ）を無段階で変更可能な無段変速機（１）の制御装置において、プライマリー流量（ＱP ）およびセカンダリー流量（ＱS ）を入力とし、プライマリー圧力（ＰP ）およびセカンダリー圧力（ＰS ）を出力とする多入力多出力システムからなるプラント（５３）、上記入力から上記出力への関数の逆関数を用いて、入出力フィードバック線形化手法により線形化され、制御入力（ν1 ，ν2 ）に基づいて上記プラントの入力となるプライマリー流量およびセカンダリー流量を演算するフィードバック線形化部（５２）と、上記プラントの出力するプライマリー圧力およびセカンダリー圧力とそれぞれ対応するプライマリー目標圧力（ＰP,ref ）およびセカンダリー目標圧力（ＰS,ref ）との偏差に基づいて、フィードバック線形化部への制御入力を線形制御する線形制御部（５１）と、を備え、各プーリのクランプ圧を制御する機能を有することを特徴とするものである。
【０００５】
本発明では、入出力フィードバック線形化により、プライマリー圧力およびセカンダリー圧力を線形化する。これにより、各圧力の制御に一般的な線形制御が適用でき、制御を簡素化することができる。また、圧力制御の応答性が向上する。
また、上記プライマリー圧力およびセカンダリー圧力の制御が互いに分離されていることになる（請求項２）。
【０００６】
上記制御入力を線形制御する線形制御部はＰＩ制御部を含むことが好ましい（請求項３）。理論的には、比例制御で十分であるが、実際には、モデルの不十分さを補うために積分制御を付加することが好ましい。
また、上記プラントの出力は、変速比を含み、上記プラントの出力する変速比と目標変速比（ｒCVT,ref ）との偏差に基づいて出力する補正変速比（ｒCVT,C ）を線形制御する線形制御部（５５）と、ＣＶＴ入力トルク（ＴP ）および上記補正変速比に基づいて、プライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力を演算する目標圧力演算部（５６）と、をさらに備え、変速比を制御する機能を有する場合がある（請求項４）。この場合、変速比の安定した制御が可能となる。ＣＶＴ入力トルクはプライマリープーリに入力されるトルクであるプライマリートルクに相当する。
【０００７】
上記変速比を線形制御する線形制御部はＰＩ制御部を含むことが好ましい（請求項５）。この場合、モデル化に起因する誤差を補償することができる。
上記目標圧力演算部は、ＣＶＴ入力トルクおよび変速比とプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力との関係を記憶したテーブルを用いてプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力を演算する場合がある（請求項６）。この場合、例えば実験に基づくデータを用いることにより、変速比の安定した制御が可能となる。
【０００８】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るサーボポンプの流量制御方法および流量制御装置が適用された無段変速機を搭載した車両の模式図である。
無段変速機１は、エンジン２の出力軸にトルク伝達可能に連結された入力軸３と、駆動輪４０にギヤ列４を介してトルク伝達可能に連結された出力軸５と、入力軸３に同行回転可能に設けられた入力回転要素としての可変径のプライマリープーリ６と、出力軸５と同行回転可能に設けられた出力回転要素としての可変径のセカンダリープーリ７と、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７に巻き掛けられた動力伝達要素としてのベルト８とを備えている。ベルト８に代えて、チェーンを用いるものであってもよい。
【００１０】
プライマリープーリ６、セカンダリープーリ７およびベルト８によって、バリエータ１００が構成されている。
プライマリープーリ６は、入力軸３と同行回転可能に設けられた固定シーブ９と可動シーブ１０とを備えている。入力軸３に対する固定シーブ９の軸方向移動が規制され、入力軸３に対する可動シーブ１０の軸方向移動は許容されている。固定シーブ９および可動シーブ１０の動力伝達面９ａ，１０ａ間に、ベルト８が動力伝達可能にクランプされている。可動シーブ１０の背面に第１の油圧アクチュエータ１１が設けられている。第１の油圧アクチュエータ１１の油室１１ａの油圧であるプライマリー圧力ＰP は、可動シーブ１０を固定シーブ９側へ付勢している。
【００１１】
セカンダリープーリ７は、出力軸５と同行回転可能に設けられた固定シーブ１２と可動シーブ１３とを備えている。固定シーブ１２は出力軸５対する軸方向移動が規制され、可動シーブ１３は出力軸５に対して軸方向移動可能とされている。固定シーブ１２および可動シーブ１３の動力伝達面１２ａ，１３ａ間に、ベルト８が動力伝達可能にクランプされている。可動シーブ１３の背面に第２の油圧アクチュエータ１４が設けられている。第２の油圧アクチュエータ１４の油室１４ａの油圧であるセカンダリー圧力ＰS は、可動シーブ１３を固定シーブ１２側へ付勢している。
【００１２】
第１および第２のアクチュエータ１１，１４によって、ベルト８に関しての、プライマリープーリ６の半径Ｒp およびセカンダリープーリ７の半径ＲS （各プーリとベルト８との接触半径に相当）を変化させることにより、無段変速機１の変速比を無段階で変更可能である。
また、無段変速機１は、第１のサーボポンプ１５と第２のサーボポンプ１６とを備えている。第１の油圧アクチュエータ１１に供給される作動油の流量であるプライマリー流量ＱP は、第１のサーボポンプ１５が吐出する流量に相当する。そこで、以下では、第１のサーボポンプ１５の流量についてもＱP で表す。
【００１３】
第２の油圧アクチュエータ１４に供給される作動油の流量であるセカンダリー流量ＱS は、第２のサーボポンプ１６が吐出する流量ＱSPから第１のサーボポンプ１５が吐出する流量ＱP を減じた流量である。すなわち、
ＱS ＝ＱSP−ＱP
具体的には、第２のサーボポンプ１６と第２の油圧アクチュエータ１４とを接続する油路１７の途中部に分岐部１７ａが設けられ、この分岐部１７ａと第１の油圧アクチュエータ１１とを接続する油路１８に、第１のサーボポンプ１５が配置されている。第２のサーボポンプ１６の吸込側は油タンク４１に接続されている。
【００１４】
第１のサーボポンプ１５は、第１のサーボアンプ１９から電力供給を受ける第１の電動モータ２０（サーボモータ）によって駆動され、第２のサーボポンプ１６は、第２のサーボアンプ２１からの電力供給を受ける第２の電動モータ２２（サーボモータ）によって駆動されるようになっている。
第１の油圧アクチュエータ１１の圧力であるプライマリー圧力ＰP を検出する圧力センサ４２と、第２の油圧アクチュエータ１４の圧力であるセカンダリー圧力ＰS を検出する圧力センサ４３と、プライマリープーリ６の回転速度を検出する回転速度センサ４４と、セカンダリープーリ７の回転速度を検出する回転速度センサ４５とが設けられ、各センサ４２〜４５からの信号が、第１および第２の電動モータ２０，２２を制御するコントローラ２３に入力されるようになっている。
【００１５】
無段変速機１のシステムは、３つのモデル、すなわち、サーボポンプモデル、バリエータモデルおよび流体モデルに分割することができる。
＜サーボポンプモデル＞
まず、サーボポンプモデルについて説明する。コントローラ２３は、第１の油圧アクチュエータ１１に供給されるべき作動油の目標流量ＱP,ref （プライマリー流量ＱP の目標値に相当）および第２の油圧アクチュエータ１４に供給されるべき作動油の目標流量ＱS,ref （セカンダリー流量ＱS の目標値に相当）に基づいて、第１のサーボアンプ１９への入力電圧Ｖset,P および第２のサーボアンプ２１への入力電圧Ｖset,S を操作することにより、プライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS を制御する。
【００１６】
第２のサーボポンプ１６は、第１の油圧アクチュエータ１１および第２の油圧アクチュエータ１４の双方に作用して、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７において、ベルト８に対するクランプ力を制御するように機能する。また、第１のサーボポンプ１５は、第１および第２の油圧アクチュエータ１１，１４間の差圧（ＰP −ＰS ）を調整することにより、無段変速機１の変速比を制御するように機能する。
【００１７】
無段変速機１と、第１および第２のサーボポンプ１５，１６と、コントローラ２３等とを含み、無段変速機１の変速比を変更するために両サーボポンプ１５，１６の流量を制御するサーボポンプシステム３０が構築されている。
図２は、上記サーボポンプシステム３０を表すブロック図である。サーボポンプシステム３０は、制御対象であるプラント３１と、フィードフォワード制御部３２と、主フィードバック制御部３３と、オブザーバ３４と、現代制御理論に基づく状態フィードバック制御部３５とを備えている。
【００１８】
各サーボポンプ１５，１６の流量ＱP ，ＱSPは、それぞれ対応する電動モータ１９，２１の回転速度に比例する。各サーボアンプ１９，２１は、対応する電動モータ１９，２１に内蔵されている回転速度センサ２５，２６からの信号出力をフィードバックして速度制御（回転数制御）を実施している。また、サーボアンプ１９，２１は、対応する電動モータ１９，２１の駆動電流を検出する電流センサ（図示せず）からの信号出力をフィードバックして電動モータ１９，２１に対する制御電流を制御している。
【００１９】
各サーボポンプ１５，１６の流量ＱP ，ＱSPは、もともと電動モータ１９，２１に備えられている回転速度センサ２５，２６を用いて検出することができるので、別個に流量を検出するためのセンサを設ける必要がない。
主フィードバック制御部３３は、目標流量ｙr とオブザーバ３４からの出力ｙとの偏差（ｙr −ｙ）に、主フィードバックゲインＬ1 を乗算する主フィードバックゲイン乗算部３６を備えている。
【００２０】
オブザーバ３４は、原則的にプラント３１と等価の状態変数モデルを用いて構成され、入力ベクトルｕおよびプラント３１からの出力ベクトルｗ（電動モータの回転速度に相当）を入力し、状態変数ベクトルｘおよび出力ベクトルｙを推定し、これらを出力する。
状態フィードバック制御部３５は、オブザーバ３４によって推定された状態変数ベクトルｘに、所定の状態フィードバックゲイン（−Ｌ2 ）を乗算する状態フィードバックゲイン乗算部３７を備えている。
【００２１】
次いで、オブザーバ３４を構成するための、原則的な状態変数モデルについて説明する。
まず、サーボポンプの流量Ｑは、そのサーボポンプを駆動する電動モータの回転速度ｗに比例する。すなわち、サーボポンプの流量Ｑは、サーボポンプの行程容積をＤV とし、サーボポンプの容積効率をηV として、下記式（１）で表される。
【００２２】
Ｑ＝ＤV ・ｗ・ηV …（１）
一方、電動モータの回転速度ｗは、電動モータのサーボアンプに入力される入力電圧Ｖset によって設定される。その電動モータ２０の回転速度ｗは、実験またはモータ・インバータの詳細モデルを用いた解析によって得られる定数Ｋを用いて、下記式（２）のように二次の関数により表現される。
【００２３】
ｗ（ｓ）＝Ｋ・〔１／（ａ・ｓ2 ＋ｂ・ｓ＋１）〕・Ｖset …（２）
式（１）および式（２）により、
Ｑ＝Ｇ・〔１／（ａ・ｓ2 ＋ｂ・ｓ＋１）〕・Ｖset …（３）
ただし、Ｇ＝ＤV ・ηV ・Ｋ …（４）
そして、状態空間式は、
【００２４】
【数１】
【００２５】
【数２】
【００２６】
ここで、入力ベクトルｕは、ｕ＝Ｖset であり、出力ベクトルｙは、ｙ＝Ｑであり、
状態変数ベクトルｘは、ｘ＝〔Ｑ ｄＱ／ｄｔ〕T である。
図１の無段変速機１に適用されたサーボポンプシステム３０は、このシステムを純粋な油圧システムとしてみた場合、多入力多出力（MIMO）の線形モデルとして近似される。すなわち、
【００２７】
【数３】
【００２８】
【数４】
【００２９】
【数５】
【００３０】
【数６】
【００３１】
【数７】
【００３２】
ただし、式（６−３）、式（６−４）において、各係数ａP ，ｂP ，ＧP は、第１のサーボポンプ１５において、式（３）に対応する係数であり、各係数ａS ，ｂS ，ＧS は、第２のサーボポンプ１６において、式（３）に対応する係数である。
また、状態変数ベクトルｘ、入力ベクトルｕおよび出力ベクトルｙは、それぞれ、下記の式（７−１）、（７−２）および（７−３）で表される。
【００３３】
ｘ＝〔ＱP ｄＱP ／ｄｔ ＱSP ｄＱSP／ｄｔ〕T …（７−１）
ｕ＝〔Ｖset,S Ｖset,P 〕T …（７−２）
ｙ＝〔ＱP ＱS 〕T …（７−３）
各可変径プーリ６，７に、ベルト８に対するクランプ力を与えるクランピングポンプとして機能する第２のサーボポンプ１６の流量ＱSPを定数とした場合、変速ポンプとして機能する第１のサーボポンプ１５のサーボアンプ１９への入力電圧Ｖset,P の変化（電動モータ２０の回転速度の変化に相当）は、プライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS の双方に影響を及ぼすことになる。
【００３４】
また、第１のサーボポンプ１５の流量に相当するプライマリー流量ＱP を定数とした場合、第２のサーボポンプ１６のサーボアンプ２１への入力電圧Ｖset,S の変化は、セカンダリー流量ＱS に影響を及ぼすが、プライマリー流量ＱP には影響を及ぼさないことになる。
上記のオブザーバ３４は、入力ｕと電動モータの回転速度ｗ（実測値または推定値）を用いて状態変数ベクトルｘおよび出力ベクトルｙを推定するものであり、原則として、状態方程式としての上記の式（６−１）および式（６−２）を用いて得られる状態変数モデルである。すなわち、オブザーバ３４のブロック図は、例えば、図３に示される。
【００３５】
ただし、入力ベクトルｕobs は、ｕobs ＝〔ｕ ｗ〕T であり、各係数行列Ａobs ，Ｂobs ，Ｃobs についても、プラント３１の状態変数モデルとは次元が異なっている。
このようにしてサーボポンプシステム３０の状態変数モデルを作成し、状態フィードバックを用いることにより、流量制御の安定性を向上することができる。すなわち、状態フィードバックでは、プラント３１の内部状態を利用することで見かけ上の動的要素を引き出すことができ、これにより、動的補償を実現することができる。その結果、流量制御の安定性を確保することができる。
【００３６】
また、図２に示すシステムは、状態フィードバックとオブザーバを用いたレギュレータシステムであり、内部回路は、プラントの内部状態を常にゼロに維持するように制御し、外部回路は、サーボポンプで見られるようなレギュレーションの問題を防ぐためにプラントの出力を制御する。
また、状態フィードバックの極の位置の設定により、流量制御の応答性を向上することができる。すなわち、閉ループシステムの極は、状態変数の一定の線形組み合わせを使用することにより、複素平面上の任意の望ましい位置に配置することが可能である。
【００３７】
さらに、従来、用いていたバルブや圧力センサを廃止でき、油圧回路を簡素化することができる。また、各サーボポンプ１５，１６は、必要に応じて作動して、要求される流量を過不足なく供給すればよいので、省エネを図ることができる。例えば、安定した状況下で油圧回路の漏れ等を無視できる場合には、サーボポンプ１５，１６の少なくとも一方を停止させておくことも可能である。
【００３８】
また、状態変数モデルを用いてオブザーバ３４を構成し、オブザーバ３４によって状態変数を推定するようにしているので、状態変数の推定精度を有効に向上させることができ、その結果、状態フィードバックによるサーボ系の良好な設計が可能となる。また、オブザーバ３４を併合した状態フィードバックシステムでは、オブザーバ３４の設計を、状態フィードバック制御部３５の設計から独立して行えるという利点もある。
【００３９】
サーボポンプシステム３０の極の位置としては、テスト装置（実機であってもよいし、実機をモデル化したシミュレータであってもよい）を用いたシミュレーションテストにより、システムの十分な安定性および十分な動特性（目標値追従に関する過渡応答等）が得られるような位置に決定されることが好ましい。その応答は、アクチュエータ（本サーボポンプシステム３０では、サーボポンプ１５，１６に相当）の動特性を無視できるほど高速であることが必要である。
【００４０】
なお、上記の実施の形態では、電動モータ２０，２２の回転速度センサ２５，２６を用いていたが、電動モータ２０，２２に回転速度センサが設けられていない場合には、オブザーバ３４によって推定するようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、サーボポンプシステムの入力として、サーボアンプ１９，２１の入力電圧Ｖset,P ，Ｖset,S を用いたが、これに代えて、サーボアンプ１９，２１の入力電圧Ｖset,P ，Ｖset,S とは線形な関係を持つ状態量である、電動モータ２０，２２の駆動電流を用いてもよい。
＜バリエータモデル＞
次いで、バリエータ１００のモデル化について説明する。
【００４１】
図４は、任意の変速比ｒCVT ＝（ωS ／ωP ）におけるバリエータ１００の諸元を示している。ωP はプライマリープーリ６の回転速度であり、ωS はセカンダリープーリ７の回転速度である。ベルト８にスリップがなく、ベルト８が非伸縮であってプライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７上で、それぞれ半径Ｒp およびＲs の完全な円に沿ってベルト８が走行すると仮定してある。
【００４２】
これらの仮定では、最大誤差５％として、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７の半径ＲR ，ＲS は、下記式により得られる。
Ｒp ＝〔ｒCVT ／（ｒCVT ＋１）〕・〔（Ｌ−２・ｄ0 ）／π）〕…（８−１）
ＲS ＝〔１／（ｒCVT ＋１）〕・〔（Ｌ−２・ｄ0 ）／π）〕 …（８−２）
ここで、Ｌはベルト長であり、ｄ0 はプーリの中心間距離である。
【００４３】
半径は下記式を用いて導かれる。
dR/dx ＝±〔（Ｌ−２・ｄ0 ）／π）〕・〔( drCVT /dx ）／（ｒCVT ＋１）2 〕 …（９）
ここで、ｘはプライマリープーリ６に対してｘ＝ｐであり、セカンダリープーリ７に対してｘ＝ｓである。
【００４４】
変速比ｒCVT の変化率（drCVT ／dx）は、過渡応答によって与えられる〔後述する式（１２）を参照〕。
符号＋は、プライマリープーリ６に対応し、符号−は、セカンダリープーリ７に対応している。
プーリの位置ｚx はプーリの径ＲX と関係する。すなわち、
ｚx ＝２・Ｒx ・tan θ＋Ｒx,min …（１０）
ここで、θはプーリ半角（プーリ中心に対するプーリの動力伝達面の傾斜角度に相当）であり、Ｒx,min は最小半径である。
【００４５】
プーリの変位速度は下記式で表される。
dz/dx ＝２・tan θ・（dR/dx) …（１１）
バリエータ１００の過渡応答には、下記のモデルが用いられる。
drCVT ／dx＝ＫCVT （ｒCVT ）・ωP ・〔ＦP −ＫS1( ｒCVT ，ＴP ，ＦS ）・ＦS 〕 …（１２）
ここで、ＫS1は、平衡状態のプライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７のクランプ圧の比であり、この比ＫS1は、変速比ｒCVT 、プライマリープーリ６のトルクＴP （プライマリートルクＴP ともいう）およびセカンダリープーリ７のクランプ力ＦS に依存する。
【００４６】
ωP はプライマリー回転速度であり、ＫCVT は変速比ｒCVT のみに依存する関数である。この関数は、測定によって、また、式（１２）の逆関数を用いることで得られる。
＜流体モデル＞
次いで、流体モデルすなわちピストンモデルについて考察する。
プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７に入った流れは、圧力を生起する。漏れがないと仮定すると、プーリ圧Ｐx は、下記式で与えられる。
【００４７】
dP/dx ＝（βc ／Ｖx ）・（Ｑx −dV/dx ） …（１３）
ここで、βc はオイルおよびハウジングの等価体積弾性率である。Ｑx はプーリに入る流量、すなわち存在する流量である。Ｖx は容積である。
プーリの容積Ｖx はピストンの断面積Ａx およびピストンの軸方向変位ｚX に比例する。
【００４８】
Ｖx ＝Ａx ・ｚx …（１４）
軸方向変位ｚx は上記式（１０）により与えられる。容積Ｖx の微分は下記である。
dV/dx ＝Ａx ・dz/dx …（１５）
＜圧力制御＞
上記の流量制御によってアクチュエータの早い動特性が達成されるので、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７のための流量要求に対する応答は、瞬時に行われると考えられる。
【００４９】
そこで、ＭＩＭＯシステムの新しい入力は、プライマリープーリ６およびセカンダリープーリ７の流量ＱP ，ＱS となる。出力はプライマリー圧力ＰP 、セカンダリー圧力ＰS および変速比ｒcvt である。プライマリー圧力ＰP は圧力センサ４２によって検出され、、セカンダリー圧力ＰS は圧力センサ４３によって検出され、変速比ｒCVT は、各速度センサ４２，４３によって検出される各プーリ６，７の回転速度ωP ，ωS の比として求められる〔すなわち、ｒCVT ＝（ωS ／ωP ）〕。
【００５０】
入出力フィードバック線形化の手法により、２つのプーリ圧は分離される。具体的な入出力フィードバック線形化手法について説明する。
上記の式（１３）は下記のように表される。
【００５１】
【数８】
【００５２】
ここで、Ｖx,o は各ピストンの初期流体容積である。
入出力フィードバック線形化は、線形な入力−出力関係を求めることであり、出力ｙと制御入力ｕの間の直接的な関係を見出すことにある。具体的には、出力ｙに入力ｕが現れるまで、出力関数を繰り返し微分することになる。
その方法は、プライマリー圧力ＰP およびセカンダリーの圧力ＰS の双方に適用される。
【００５３】
ｙX ＝ＰX …（１７）
【００５４】
【数９】
【００５５】
ｙx の一次微分は、入力ｕx ＝Ｑs に対して直接的な関係を与える。
式（１８）の逆関数は流量要求を与える。
【００５６】
【数１０】
【００５７】
ここで、νx は後述する圧力の線形制御の制御則によって特定される入力である。
＜圧力の線形制御＞
図４は圧力制御のためのブロック図を示している。線形制御部５１、フィードバック線形化部５２およびプラント５３によってクランプ圧制御部５４が構成されている。
線形制御部５１は、プラント５３の出力するプライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS とそれぞれ対応するプライマリー目標圧力ＰP,ref およびセカンダリー目標圧力ＰS,ref との偏差（ＰP,ref −Ｐp ），（ＰS,ref −ＰS ）に基づいて、フィードバック線形化部５２への制御入力ν1 ，ν2 を線形制御する。
【００５８】
フィードバック線形化部５２は、入出力フィードバック線形化手法により線形化された、プラント５３の入力から出力への関数の逆関数を用いて構成され、制御入力ν1 ，ν2 に基づいてプラント５３の入力となる流量ＱP ，ＱS を演算する。
プラント５３は、フィードバック線形化部５２からのプライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS を入力とし、プライマリー圧力ＰP 、セカンダリー圧力Ｐs および変速比ＲCVT を出力とする多入力多出力システムからなる。
【００５９】
フィードバック線形化手法では、システムが分離され、２つの圧力が線形化される。
その結果、標準的な線形制御が、入力ベクトルｘ＝〔ν1 ν2 〕T と出力ベクトル
ｙ＝〔ＰP ＰS 〕T を持つ新しい線形プラントに適用され得る。すなわち、プライマリー流量ＱP およびセカンダリー流量ＱS を入力としプライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS を出力とするプラント５３に、入出力フィードバック線形化手法により線形化されたフィードバック線形化部５２を組み合わせ、ＰＩ制御部等の線形制御部５１からの制御入力ν1 ，ν2 を用いて線形制御可能な新しい線形プラントを構築する。
【００６０】
線形制御部５１による線形制御の制御則は下記の式（２０）、（２１）となる。
【００６１】
【数１１】
【００６２】
【数１２】
【００６３】
ここで、ＰP,ref はプライマリーの目標圧力、Ｐs,ref はセカンダリーの目標圧力、ＰX は計測圧力、ＫPXは比例ゲイン、ＫiXは積分ゲインである。
線形制御部５１による線形制御に関しては、理論的には、Ｋp1、Ｋp2に係わる項である比例項のみで十分であるが、実際には、モデルの不十分さを補うために、Ｋi1，Ｋi2に係わる項である積分項を加えることが好ましい。すなわち、線形制御部５１としてＰＩ制御部が用いられている。
【００６４】
なお、プラント５３から出力される変速比ＲCVT は、次に示す変速比の制御に用いられる。変速比ＲCVT は回転速度センサ４２，４３により検出された各プーリ６，７の回転速度ωP,ωS を用いて演算される。
フィードバック線形化部５２には、プラント５３の状態変数としてのdz/dx およびｚx が入力されるようになっている。フィードバック線形化部５２の制御則は、上述した式（１９）である。
【００６５】
【数１３】
【００６６】
入出力フィードバック線形化により、プライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS を線形化することにより、上記プライマリー圧力ＰP およびセカンダリー圧力ＰS の制御を互いに分離して行うことができる。各圧力ＰP ，ＰS の制御に一般的な線形制御を適用でき、制御を簡素化することができる。その結果、圧力制御の応答性が向上する。
＜変速比の制御＞
図６は変速比を制御するためのブロック図を示している。クランプ圧制御部５４に入力するためのプライマリー基準圧力ＰP,ref およびセカンダリー基準圧力Ｐs,ref は、線形制御部５５から入力される補正変速比ＲCVT,C と、要求されるＣＶＴ入力トルクとしてのプライマリートルクＴP とを用いて、目標圧力演算部５６により演算されるようになっている。
【００６７】
目標圧力演算部５６には、実験データから得られたテーブルとして、例えば図７Ａおよび図７Ｂに示す制御マップが用いられる。図７Ａのマップは、プライマリープーリ６における入力トルク（縦軸：Ｎｍ）および変速比（横軸）と、プライマリークランプ力（ｋＮ。プライマリークランプ力とプライマリー圧力とは比例）との関係を表している。
また、図７Ｂのマップは、セカンダリープーリ７における入力トルク（縦軸：Ｎｍ）および変速比（横軸）と、セカンダリークランプ力（ｋＮ。セカンダリークランプ力とセカンダリークランプ圧とは比例）との関係を表している。テーブルを用いることで、変速比の安定した開ループ制御が可能となる。なお、目標圧力演算部５６が理論演算を用いて圧力を求める場合もある。
【００６８】
線形制御部５５は、目標変速比ＲCVT,ref とクランプ圧制御部５４のプラントの出力としての変速比ＲCVT とに基づいて、補正変速比ＲCVT,C を線形制御する。
線形制御部５５は、モデル化に起因する、すなわち外乱に起因する、変速比の静的誤差を補償するために、線形ＰＩ制御を実行する。
線形制御部５５の線形制御の制御則は、例えば、下記式（２２）が用いられる。
【００６９】
【数１４】
【００７０】
すなわち、線形制御部５５としてＰＩ制御部が用いられている。ここで、ＧP は比例ゲイン、Ｇi は積分ゲインである。線形制御を用いることで、変速比の安定した制御が可能となる。
上記の実施の形態では、無段変速機１がベルト伝動式の無段変速機である例に則して説明したが、これに限らず、動力伝達要素がチェーンであるチェーン伝動式の無段変速機であってもよい。
【実施例】
【００７１】
上記の実施の形態で示された制御則を、試験装置で実行した。その試験データは、エンジン２のトルクを零とし、プライマリープーリ６の回転速度を１０００ｒｐｍに固定して得られた。また、システムの分離を示すために、セカンダリー圧力ＰS として、一定値１ＭＰａを選択した。
図８は、変速比のステップ応答を示している。図８において、実線が要求変速比であり、破線が実際の変速比である。図９Ａは、プライマリー圧力ＰP の時間的変化を示し、図９Ｂは、セカンダリー圧力ＰS の時間的変化を示している。図９Ａ，図９Ｂにおいて、実線が要求圧力であり、破線が、脈動する計測圧力（一点鎖線で示されている）の変動幅の上限、下限を表している。
【００７２】
その結果、下記の１）〜６）が判明した。
１）図８を参照して、変速比の全範囲で、制御比が安定している。
２）図８を参照して、変速比制御の積分に由来するものと考えられるオーバーシュートに関しても小さく抑えられ、変速比の全範囲で制御が安定している。
３）図８を参照して、２リットル／ｍｉｎというプライマリー流量ＱP の制限に起因して、変速
比の応答はあまり早くないが、第１および第２のサーボポンプ１５，１６の仕様を変更することにより、応答性は容易に向上することが可能であると考えられる。
４）図９Ａ，図９Ｂを参照して、計測圧力および要求圧力が良い関係を示し、圧力応答が早い。
５）図９Ａを参照して、要求圧力のピークは、変速比応答の向上のための変速比制御に由来するものである。
６）変速比の変化、すなわち図９Ａに示されるプライマリー圧力ＰP の変化は、図９Ｂに示されるセカンダリー圧力ＰS に影響を与えない。すなわち、多入力多出力システムが分離され、非干渉システムとなっていることが実証された。圧力制御のフィードバック線形化によるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る無段変速機が適用された車両の概略構成を示す模式図である。
【図２】サーボポンプシステムのブロック図である。
【図３】オブザーバのブロック図である。
【図４】バリエータモデルの模式図である。
【図５】圧力制御のブロック図である。
【図６】変速比制御のブロック図である。
【図７Ａ】プライマリー圧力を求めるためのテーブルとしてのマップを表すグラフ図である。
【図７Ｂ】セカンダリー圧力を求めるためのテーブルとしてのマップを表すグラフ図である。
【図８】ステップ応答に対する変速比の変化を示す図である。
【図９Ａ】プライマリー圧力の時間的変化図である。図８の応答に対応している。
【図９Ｂ】セカンダリー圧力の時間的変化図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…無段変速機、２…エンジン、３…入力軸、５…出力軸、６…プライマリープーリ、７…セカンダリープーリ、８…ベルト（動力伝達要素）、１１…第１の油圧アクチュエータ、１４…第２の油圧アクチュエータ、１７…油路、１７ａ…分岐部、１８…油路、１９…第１のサーボアンプ、２０…第１の電動モータ、２１…第２のサーボアンプ、２２…第２の電動モータ、２３…コントローラ、５１…線形制御部（ＰＩ制御部）、５２…フィードバック線形化部、５３…プラント、５４…クランプ圧制御部、５５…線形制御部（ＰＩ制御部）、５６…目標圧力演算部、ＱP …プライマリー流量、ＱS …セカンダリー流量、、ｒCVT …変速比、ＰP,ref …プライマリー目標圧力、ＰS,ref …セカンダリー目標圧力、ＰP …プライマリー圧力、ＰS …セカンダリー圧力、ν1 ，ν2 …制御入力、ｒCVT,ref …目標変速比、ｒCVT,C …補正変速比、ＴP …ＣＶＴ入力トルク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プライマリープーリ、セカンダリープーリ、並びにこれらプーリ間に動力を伝達する動力伝達要素を含み、各プーリーに対応する油圧アクチュエータに作動油を供給することにより、プーリ径比を変更して変速比を無段階で変更可能な無段変速機の制御装置において、
プライマリー流量およびセカンダリー流量を入力とし、プライマリー圧力およびセカンダリー圧力を出力とする多入力多出力システムからなるプラントの、上記入力から上記出力への関数の逆関数を用いて、入出力フィードバック線形化手法により線形化され、制御入力に基づいて上記プラントの入力となるプライマリー流量およびセカンダリー流量を演算するフィードバック線形化部と、
上記プラントの出力するプライマリー圧力およびセカンダリー圧力とそれぞれ対応するプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力との偏差に基づいて、フィードバック線形化部への制御入力を線形制御する線形制御部と、を備え、各プーリのクランプ圧を制御する機能を有することを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、上記プライマリー圧力およびセカンダリー圧力の制御が互いに分離されていることを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記制御入力を線形制御する線形制御部はＰＩ制御部を含むことを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項４】
上記請求項１ないし３の何れか１項において、上記プラントの出力は、変速比を含み、 上記プラントの出力する変速比と目標変速比との偏差に基づいて出力する補正変速比を線形制御する線形制御部と、
ＣＶＴ入力トルクおよび上記補正変速比に基づいて、プライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力を演算する目標圧力演算部と、をさらに備え、変速比を制御する機能を有する無段変速機の制御装置。
【請求項５】
請求項４において、上記補正変速比を線形制御する線形制御部はＰＩ制御部を含むことを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項６】
請求項４または５において、上記目標圧力演算部は、ＣＶＴ入力トルクおよび変速比とプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力との関係を記憶したテーブルを用いてプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力を演算することを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項１】
プライマリープーリ、セカンダリープーリ、並びにこれらプーリ間に動力を伝達する動力伝達要素を含み、各プーリーに対応する油圧アクチュエータに作動油を供給することにより、プーリ径比を変更して変速比を無段階で変更可能な無段変速機の制御装置において、
プライマリー流量およびセカンダリー流量を入力とし、プライマリー圧力およびセカンダリー圧力を出力とする多入力多出力システムからなるプラントの、上記入力から上記出力への関数の逆関数を用いて、入出力フィードバック線形化手法により線形化され、制御入力に基づいて上記プラントの入力となるプライマリー流量およびセカンダリー流量を演算するフィードバック線形化部と、
上記プラントの出力するプライマリー圧力およびセカンダリー圧力とそれぞれ対応するプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力との偏差に基づいて、フィードバック線形化部への制御入力を線形制御する線形制御部と、を備え、各プーリのクランプ圧を制御する機能を有することを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、上記プライマリー圧力およびセカンダリー圧力の制御が互いに分離されていることを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記制御入力を線形制御する線形制御部はＰＩ制御部を含むことを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項４】
上記請求項１ないし３の何れか１項において、上記プラントの出力は、変速比を含み、 上記プラントの出力する変速比と目標変速比との偏差に基づいて出力する補正変速比を線形制御する線形制御部と、
ＣＶＴ入力トルクおよび上記補正変速比に基づいて、プライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力を演算する目標圧力演算部と、をさらに備え、変速比を制御する機能を有する無段変速機の制御装置。
【請求項５】
請求項４において、上記補正変速比を線形制御する線形制御部はＰＩ制御部を含むことを特徴とする無段変速機の制御装置。
【請求項６】
請求項４または５において、上記目標圧力演算部は、ＣＶＴ入力トルクおよび変速比とプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力との関係を記憶したテーブルを用いてプライマリー目標圧力およびセカンダリー目標圧力を演算することを特徴とする無段変速機の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２００９−１２７８１４（Ｐ２００９−１２７８１４Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０６１６５（Ｐ２００７−３０６１６５）
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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