JP4367188B2 - ベルト式無段変速機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定フランジおよび可動フランジとにおけるそれぞれの間隔を変更して変速を行なう無段変速機に関し、特に２つのフランジに巻き掛けられる無端金属ベルトの耐久性を低下させないベルト式無段変速機の制御装置に関する。

車両においては、トランスミッションの変速比を車両の走行状況に応じて無段階に調整するベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）が搭載されることがある。この無段変速機は、エンジン出力を効率的に引き出すことが可能であり、燃費および走行性能の向上に優れる。実用化された無段変速機の１つとして、金属ベルトと一対のプーリとを用いて、油圧によってプーリの有効径を変化させることで連続的に無段の変速を実現するものがある。無端金属ベルトが、入力軸に取付けられた入力側プーリおよび出力軸に取付けられた出力側プーリに巻き掛けられて使用される。入力側プーリおよび出力側プーリは、溝幅を無段階に変えられる１対のシーブをそれぞれ備え、溝幅を変えることで、無端金属ベルトの入力側プーリおよび出力側プーリに対する巻付け半径が変わり、これにより入力軸と出力軸との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。

なお、このような無段変速機において、入力軸プーリのプーリ幅が小さく（プーリ径が大きく）出力軸プーリのプーリ幅が大きく（プーリ径が小さい）、出力軸プーリの回転数が入力軸プーリの回転数よりも高くなる場合を増速といい、入力軸プーリのプーリ幅が大きく（プーリ径が小さく）出力軸プーリのプーリ幅が小さく（プーリ径が大きく）、出力軸プーリの回転数が入力軸プーリの回転数よりも低くなる場合を減速という。

このような無段変速機を含む自動変速機を有した車両には、運転者により操作される、たとえばスライド式のシフトレバーが設けられ、シフトレバーのスライド操作に基づいてレンジ、たとえば、駐車レンジ（Ｐレンジ）、後進走行レンジ（Ｒレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）、前進走行レンジ（Ｄレンジ）、Ｄレンジよりもエンジンブレーキを作用させる前進走行レンジ（Ｓ（２）レンジ、Ｌ（１）レンジ）等が選択される。

これらの無段変速機を含む自動変速機において、より人間の感性に適合した走行を実現すべく、積極的に運転者の意思を走行に反映させることや運転の面白味を考慮して、特定の変速ギヤの意図的な選択を可能とする手動変速モードを付加する場合がある。

すなわち、無段変速機に離散的な複数のギヤ比を、前進変速段として設定する。シフトレバーのシフトパターン（Ｐレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジ等）に、この複数の前進変速段を手動操作でアップダウンできるマニュアルシフトレンジを備える。たとえば、マニュアルシフトレンジ（Ｍレンジ）を挟んで互いに反対側に定められたアップ位置またはダウン位置へシフトレバーが操作されることにより、無段変速機に複数設定された前進変速段をアップダウンするようになっている。たとえば、Ｐレンジ、ＲレンジおよびＮレンジは、Ｍレンジの真横（車両の車幅方向）にＮレンジが設けられ、アップ位置およびダウン位置が設定された車両の前後方向に対して略直角な車幅方向へシフトレバーが移動させられることによりＮレンジへ操作され、無段変速機が動力伝達状態と動力遮断状態とを切り換えられるようになっている。なお、このような手動変速モードにおけるアップシフトおよびダウンシフトを行なうスイッチをステアリングに設ける場合もある。

特開平８−８２３５４号公報（特許文献１）は、エンジン回転変化のあるマニュアル感覚の運転をすることができるようにするとともに、運転者の意思に従って変速比を選択することができるようにする無段変速機の変速制御装置を開示する、この無段変速機の変速制御装置は、電子制御により変速比を無段階に制御する無段変速機の変速制御装置であって、変速比を無段階に制御する通常モードと、変速比を有段階に制御するマニュアルモードとを切換え可能な通常／マニュアルモード切換手段と、通常／マニュアルモード切換手段がマニュアルモードに切換えられた場合に、マニュアル制御により有段の変速比を設定可能な変速比設定手段とを有する。

この無段変速機の変速制御装置によると、まず、通常／マニュアルモード切換手段をマニュアルモードに切換える。次いで、変速比設定手段により、所望の変速比を設定する。これにより、エンジン回転変化のあるマニュアル感覚のスポーティな運転を行なうことができる。なお、通常／マニュアルモード切換手段を通常モードに切換えた場合には、スロットル開度や車速などに対応して変速比を無段階に制御する通常の変速制御が行なわれる。
特開平８−８２３５４号公報

特許文献１に開示された無段変速機の変速制御装置においては、手動変速モードが選択されると、アップシフト操作およびダウンシフト操作に応じて有段的に無段変速機を変速制御する。また、エンジン回転数が許容範囲を超えるようなダウンシフトが要求された場合には、このダウンシフト操作に基づく変速制御を無効にして、現行の変速比に近いダウンシフト側の変速比に変速させている。

ところで、ベルト式無段変速機においては、最増速比に近づくほど出力軸プーリの径が小さくなりベルトの掛り径が小さくなりベルト発生する曲げ応力が増加する。ベルト応力の増加は、ベルトの耐久性を低下させるという問題がある。特に、高速走行時には遠心力も大きくなり、ベルト応力がさらに大きくなる。また、高速走行時には車両の走行抵抗が増加するので伝達トルクが大きくなり、伝達トルクに応じてベルト張力も増加する。これらのことから、ベルト式無段変速機の自動変速モードにおいては、高速走行時において、変速比が最増速比にならないように変速パターンが定められている。

しかしながら、特許文献１に開示された手動変速モードが選択され有段的にベルト式無段変速機を用いて変速しようとすると、アップシフト側において最増速比近傍の変速比を設定する必要が生じ、そして、手動変速モード選択時に最増速比近傍の変速比が設定された状態で高速走行が行なわれると、上述したようにベルトの耐久性に悪影響を与えるという問題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、手動変速モードを有するベルト式無段変速機において、ベルトの耐久性を低下させないで、高速走行時のアップシフトに対応するベルト式無段変速機の制御装置を提供することである。

この発明に係る制御装置は、自動変速モードと手動変速モードとを有する車両用ベルト式無段変速機に用いられ、手動変速モードが選択されたときはアップシフト操作およびダウンシフト操作に応じて有段的な変速を行なうようにした車両用のベルト式無段変速機を制御する。この制御装置は、車速を検知するための検知手段と、車速が予め定められた車速以上であるか否かを判断するための判断手段と、手動変速モードが選択されている場合において、車速が予め定められた車速以上であると判断されたときには、予め定められたアップシフト操作に基づく変速を禁止するための禁止手段とを含む。

この発明によると、禁止手段により、高速走行時に、最増速比近傍（アップシフト側）を使用することになるアップシフト操作に基づく変速が禁止される。すなわち、手動変速モード選択時に、最増速比近傍の変速比が設定された状態での高速走行が行なわれることを回避できる。最増速比近傍では出力側プーリのベルト巻き掛け径が小さく大きな曲げ応力を受けるとともに、高速走行時においてはベルトにかかる遠心力が大きく、また、ベルト張力も大きくなり、ベルトに大きな応力が生じる。禁止手段によりアップシフトが禁止されるので、ベルトにこのような大きな応力が発生することを回避することができ、ベルトの耐久性が向上する。また、高速走行時においては、車両の走行抵抗が大きくなり最増速近傍の変速比では駆動力不足が生じる可能性もあるが、このような事態をも回避することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。その結果、手動変速モードを有するベルト式無段変速機において、ベルトの耐久性を低下させないで、高速走行時のアップシフトに対応するベルト式無段変速機の制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に、本実施の形態に係る無段変速機を含むパワートレーン１０００の断面図を示す。図１に示すように、このパワートレーン１０００は、エンジンからの回転トルクをパワートレーン１０００に伝達するインプットシャフト１１００と、エンジンと変速装置とのトルク伝達を制御する流体継手であるロックアップクラッチ付きトルクコンバータ１２００と、オイルポンプ１３００と、前後進切換え機構１４００と、プライマリプーリ１５００とセカンダリプーリ１６００と、プライマリプーリ１５００およびセカンダリプーリ１６００に巻掛けられた金属ベルト１５５０と、減速歯車であるリダクションギヤ１８００と、ディファレンシャルギヤ１９００とを含む。図１の矢印で示すように、エンジントルクが駆動輪に伝達される。

入力側であるプライマリプーリ１５００および出力側であるセカンダリプーリ１６００は、溝幅を無段階に変えられる１対のシーブをそれぞれ備え、車両の走行状態に応じて制御される油圧回路により溝幅を変えることで、無端の金属ベルト１５５０のプライマリプーリ１５００およびセカンダリプーリ１６００に対する巻付け半径が変わり、これによりプライマリプーリ１５００の回転軸とセカンダリプーリ１６００の回転軸との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。

金属ベルト１５５０は、多数のエレメント１７００が互いに板厚方向に環状に並べて配置され、その左右のサドル部に環状の金属帯であるフープを通して各エレメント１７００が結束されて、全体として、無端状の金属ベルト１５５０が構成されている。

無段変速機を制御するＥＣＴ（Electronically Controlled Automatic Transmission）＿ＥＣＵ（Electronic Control Unit）により変速比が算出され、その変速比を実現するようにプライマリプーリ１５００とセカンダリプーリ１６００との半径の比率が決定され、それぞれのプーリ径（金属ベルト１５５０が巻掛けられる径）になるように油圧回路が制御される。

また、この無段変速機には、手動変速モードが設定されている。たとえば、シフトパターンは、シフトゲートである溝に、自動変速モ−ドで用いられるＰレンジ、Ｒレンジ、Ｎレンジ、Ｄレンジと、手動変速モードで用いられるマニュアルシフトレンジ（Ｍレンジ）の位置が予め定められている。Ｍレンジの中立位置からシフトレバーを車両の前方側あるいは後方側に移動させることにより、アップシフトさせたりダウンシフトさせたりすることができる。

図２を参照して、ＥＣＴ＿ＥＣＵに記憶される変速マップについて説明する。

図２に示すように、この変速マップは、横軸を車速とし、縦軸をエンジン回転数（プライマリプーリ１５００への入力回転数）を縦軸としたものであり、無段変速機の変速比を離散的に１ｓｔ、２ｎｄ、３ｒｄ、４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈに設定した７速の有段的な手動変速モードを実現するマップである。１ｓｔ側が、減速側であって、変速比が大きい側であり、７ｔｈ側が増速側であって、変速比が小さい側である。後述するプログラムが実行されることにより、図２に示す斜線部の領域において、手動変速モードにおけるアップシフト操作が禁止される。

図３を参照して、無段変速機の変速比と金属ベルト１５５０に発生する応力との関係について説明する。

図３に示すように、横軸を変速比とし縦軸を応力とした場合、変速比が大きいほど応力が大きく、変速比が小さいほどまた応力が大きくなる。特に、変速比が小さい場合（増速側）においては、セカンダリプーリ１６００のプーリ幅が大きく（ベルト巻き掛け半径が小さく）曲げ応力が発生する。また、変速比が小さいのは車両が高速走行中であるため、プーリの回転速度が高く金属ベルト１５５０に大きな遠心力が働く。このため、図３の矢印に示すように、変速比が小さい領域において、さらに応力が上昇する傾向にある。高速走行時においては車両の走行抵抗が大きいので伝達トルクが大きくなり、伝達トルクに応じた大きさの油圧が作用するため、ベルトの引張張力も大きくなっている。

なお、変速比が大きい場合においても金属ベルト１５５０に発生する応力が大きいのは、プライマリプーリ１５００のプーリ幅が大きい（ベルト巻き掛け半径が小さい）ため大きな曲げ応力が発生するためである。

図４を参照して、ＥＣＴ＿ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは、アップシフト手動変速指令を検知したか否かを判断する。アップシフト手動変速指令を検知すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００へ戻され、アップシフト手動変速指令を検知するまで待つ。

Ｓ１１０にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは、アップシフト禁止フラグがセットされた変速ギヤ段への変速であるか否かを判断する。アップシフト禁止フラグがセットされた変速ギヤ段への変速であると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１３０へ移される。

Ｓ１２０にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは、アップシフト禁止処理を実行する。

Ｓ１３０にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは、アップシフト許可処理を実行する。

Ｓ１４０にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは、変速指令信号を出力する。この変速指令信号により、設定された変速比を実現するように無段変速機の油圧が制御される。

図５を参照して、ＥＣＴ＿ＥＣＵで実行される別のプログラムの制御構造について説明する。このプログラムは、アップシフト禁止フラグをセットするためのサブルーチンプログラムである。

Ｓ２００にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは手動変速モードであるか否かを判断する。手動変速モードであると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ２１０にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは車速を検知する。Ｓ２２０にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは、検知した車速が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを判断する。検知した車速が予め定められたしきい値よりも大きいと（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、処理はＳ２３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２２０にてＮＯ）、処理はＳ２４０へ移される。

Ｓ２３０にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは高速ギヤ段へのアップシフト禁止フラグをセットする。Ｓ２４０にて、ＥＣＴ＿ＥＣＵは、セットされた高速ギヤ段へのアップシフト禁止フラグをリセットする。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るベルト式無段変速機の制御装置の動作について説明する。

手動変速モードであると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、車速が検知され（Ｓ２１０）、車速が予め定められたしきい値よりも大きいと（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、高速ギヤ段へのアップシフト禁止フラグがセットされる（Ｓ２３０）。このとき、図２に示す斜線の領域がアップシフト禁止フラグがセットされる領域である。それぞれの変速段（４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈ）毎にしきい値である車速が異なっている。４ｔｈの方が７ｔｈに比べてしきい値である車速は高く、７ｔｈの方が４ｔｈよりもしきい値の車速が低い。

したがって、図２に示す変速マップの場合、４ｔｈへのアップシフトが禁止されていることを示すアップシフト禁止フラグ、５ｔｈへのアップシフトが禁止されていることを示すアップシフト禁止フラグ、６ｔｈへのアップシフトが禁止されていることを示すアップシフト禁止フラグ、７ｔｈへのアップシフトが禁止されていることを示すアップシフト禁止フラグの４つのフラグが存在する。

手動変速モードにおいて、運転者がシフトレバーをアップ側に倒すとアップシフト手動変速指令が検知される（Ｓ１００にてＹＥＳ）。現在の変速ギヤ段とアップシフト禁止フラグとに基づいて、アップシフト禁止フラグがセットされた変速ギヤ段への変速である場合には（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、アップシフト禁止処理が実行され（Ｓ１２０）、運転者がアップシフト操作を行なっても、無段変速機においてアップシフトが行なわれない。このとき、アップシフト禁止処理として、たとえば、表示灯にアップシフト禁止が実行されたことを表わす表示を行なうようにしてもよい。

一方、アップシフト禁止フラグがセットされていない変速ギヤ段への変速である場合には（Ｓ１１０にてＮＯ）、アップシフト許可処理が実行され（Ｓ１３０）、その変速段へのアップシフト変速指令信号がＥＣＴ＿ＥＣＵから無段変速機の油圧制御機器に変速指令信号が出力される（Ｓ１４０）。

以上のようにして、本実施の形態に係るベルト式無段変速機の制御装置によると、手動変速モードと自動変速モードとを有するベルト式無段変速機において手動変速モードが選択されている場合において高速走行時に最増速比近傍を使用することになるアップシフト操作に基づく変速が禁止される。手動変速モード選択時には、最増速比近傍の変速比が設定された状態での高速走行が行なわれることを回避する。最増速比近傍ではセカンダリプーリのベルト巻き掛け径が小さく大きな曲げ応力を受けるとともに、高速走行時においてはベルトにかかる遠心力が大きく、伝達トルクが大きくベルト張力も大きい。このため、ベルトに発生する応力が大きくなる。このような変速ギヤ段へのアップシフト変速を禁止するので、ベルトにこのような大きな応力が発生することを回避することができベルトの耐久性を向上させることができる。また、高速走行時においては、車両の走行抵抗が大きくなり最増速比近傍の変速比では駆動力不足が生じる可能性もあるが、このような事態をも回避することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置に制御対象である無段変速機を含むパワートレーンの構造図である。 ＥＣＴ＿ＥＣＵに記憶される変速マップを示す図である。 ベルト式無段変速機の変速比と金属ベルトに発生する応力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御装置を実現するＥＣＴ＿ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その１）である。 本発明の実施の形態に係る制御装置を実現するＥＣＴ＿ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その２）である。

符号の説明

１０００ パワートレーン、１１００ インプットシャフト、１２００ ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ、１３００ オイルポンプ、１４００ 前後進切換え機構、１５００ プライマリプーリ、１５５０ 金属ベルト、１６００ セカンダリプーリ、１７００ エレメント、１８００ リダクションギヤ、１９００ ディファレンシャルギヤ。

Claims (1)

1. 自動変速モードと手動変速モードとを有する車両用ベルト式無段変速機に用いられ、手動変速モードが選択されたときはアップシフト操作およびダウンシフト操作に応じて有段的な変速を行なうようにした車両用のベルト式無段変速機の制御装置であって、
   車速を検知するための検知手段と、
   前記車速が予め定められた車速以上であるか否かを判断するための判断手段と、
   前記手動変速モードが選択されている場合において、前記車速が前記予め定められた車速以上であると判断されたときには、予め定められたアップシフト操作に基づく変速を禁止するための禁止手段とを含む、制御装置。

Images