JP4214720B2 - Toroidal continuously variable transmission - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、状態観測器を備えたトロイダル型無段変速機（以下、ＴＣＶＴという。）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
状態観測器を用いてＴＣＶＴのトラニオン変位を推定する従来技術として、特開平８−２７０７７２号公報に記載の技術がある。この公報に記載の状態観測器は、変速アクチュエータの指令値（ステップモータのステップ数）ｕと傾転角度φとを入力とし、トラニオン軸方向変位ｙを推定する。従来技術では、推定対象であるＴＣＶＴを、次式のようにモデル化している。
【０００３】
【数１】
式（１）

【０００４】
【数２】

【０００５】
ここで、ａ₁、ａ₂、ｂはＴＣＶＴの形状で決まる定数、ｆ（φ、ω_od）はφとω_odとの非線形関数、ｇは変速制御弁のバルブゲインである。ｆ（φ、ω_od）は次式で表される。
【０００６】
【数３】
式（２）

【０００７】
ここで、η、θ、ｃ_fはＴＣＶＴの構造で決まる定数、ω_odはＴＣＶＴの出力ディスク回転数である。このＴＣＶＴに対して、状態観測器を次のようにしている。
【０００８】
【数４】
式（３）

【０００９】
【数５】

【００１０】
ここで、φ_tは傾転角度の推定値、ｙ_tはトラニオン変位の推定値、Ｈ₀はオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定している。
【００１１】
【数６】
式（４）

【００１２】
ここで、ω₀は、推定値ｆが真値ｘに収束する速さを決める正の定数である。
【００１３】
そして、傾転角度φを目標値φ^*に追従させる制御器は、次のような制御則を行い、目標値と傾転角度とトラニオンの推定値とに応じて、変速アクチュエータへの変位指令値を演算する。
【００１４】
【数７】

【００１５】
【数８】
式（５）

【００１６】
【数９】
式（６）

【００１７】
ここで、Ｋ_PはＰＩＤ制御器の比例ゲイン、Ｋ_IはＰＩＤ制御器の積分ゲイン、ｓはラプラス演算子、Ｋ_DはＰＩＤ制御器の微分ゲインである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
式（１）から式（２）を両辺引いて、真値ｘと推定値ｘ_tとの推定誤差をｅ₀＝ｘ−ｘ_tとすると、次式を得る。
【００１９】
【数１０】
式（７）

【００２０】
この式（７）は、推定誤差の動特性を示す方程式である。この方程式の遷移行列（Ａ₀−Ｈ₀Ｃ₀）は、次式で表される。
【００２１】
【数１１】
式（８）

【００２２】
式（８）と式（４）とから、（Ａ₀−Ｈ₀Ｃ₀）の固有値を求めると、（−ω₀、−ω₀）となる。
【００２３】
しかしながら、この特開平８−２７０７７２号公報に記載の状態観測器において、式（８）に示す遷移行列は、傾転角度φとＴＣＶＴ出力ディスク回転数ω_odとに応じて変化する。これは、トラニオン変位推定値と実際のトラニオン変位との偏差の時間応答が、指数関数的に減衰しない非線形特性であることを示す。このため、偏差の時間応答に合わせて、理論的な裏付けがとれたコントローラを設計することが難しい。
【００２４】
結果として、好ましい制御性能を達成するために、計算機シミュレーションや実験を繰り返してコントローラのパラメータ適合する必要があり、長い開発時間とコストを要する。つまり、短期間で理論的な裏付けがとれた制御装置を設計することが難しいという課題がある。
【００２５】
さらに変速アクチュエータにステップモータを用いた場合、ステップモータが指令値どおりに動作せず、ステップ数指令値と実際のステップ数とのずれが定常的に残る脱調と呼ばれる現象が起きる場合がある。このずれを、状態観測器の入力ｕの定常的な外乱ｄ_uと表す。式（１）にこの外乱を加えたＴＣＶＴモデルは、次式で表される。
【００２６】
【数１２】
式（９）

【００２７】
式（９）から式（３）を引くと、次の誤差方程式を得る。
【００２８】
【数１３】
式（１０）

【００２９】
式（１０）に示す誤差方程式は安定であると仮定する。このとき、推定誤差ｅ₀の定常値ｅ₀₀は、式（１０）において微分値ｅ´₀＝０として次式で表される。
【００３０】
【数１４】

【００３１】
このように、脱調しているとき、推定値には定常偏差が残る。ステップモータのステップ数を定常的に指令値と一致させるには、センサ等を用いてステップモータが出力する変位を検出する方法もあるが、コストの増加を招いてしまう。適時ステップモータを基準位置へ移動して初期化を行う方法もあるが。走行中は初期化できないといった制約があるため、適切な時点で初期化できるとは限らない。つまり、安価にステップモータの実ステップ数を指令値に一致させることが難しいという課題がある。
【００３２】
このような問題点を鑑み、本発明の目的は、制御誤差の小さい状態観測器を備えたＴＣＶＴを提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、変速アクチュエータの指令値を入力とし、傾転角度または変速比を出力する無段変速機の状態方程式に基づいてトラニオン軸方向変位を推定する状態観測器と、このトラニオン軸方向変位推定値に基づいて変速アクチュエータの指令値を演算する指令値演算器とを備えるトロイダル型無段変速機において、前記状態観測器は、傾転角度を検出する傾転角度検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分の逆数を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段とを有し、この算出された積分値を用いて前記トロイダル型無段変速機の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換する。
【００３４】
第２の発明は、第１の発明において、前記変速アクチュエータ指令値が、変速アクチュエータ変位であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ₁を算出するｆ₁算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ₁に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する。
【００３５】
第３の発明は、第１の発明において、前記変速アクチュエータ指令値が、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ₁を算出するｆ₁算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ₁に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する。
【００３６】
第４の発明は、第１から３のいずれか一つの発明において、前記状態観測器が、トロイダル型無段変速機の回転数の時間微分値を演算する微分手段を有し、前記状態観測用フィルタ手段のフィルタ出力値をこの微分値で補正する。
【００３７】
第５の発明は、第３または４の発明において、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有する。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、状態観測器は、傾転角度検出手段と、トラニオン変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段とを有し、この積分値を用いて、ＴＣＶＴの状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換された状態方程式に基づいて構成するので、実際の値と推定値との誤差が指数関数的に減少することが理論的に証明されるため、制御装置を設計する際に行う計算機シミュレーションや実験が減り、開発時間とコストを削減できる。
【００３９】
請求項２の発明によれば、前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ変位であり、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ₁を算出するｆ₁算出手段と、前記積分値に比例し、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ₁に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、該新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とＴＣＶＴの回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する構成としたので、目標値と傾転角度の偏差に応じて変速アクチュエータ位置を指令値として出力する従来技術の制御則の一部をそのまま使用できる。しかも、トラニオン変位の推定誤差が、一定の時定数のもとに指数関数的に減衰することが理論上裏付けられるため、制御装置の設計が一層容易になる。また、状態観測用フィルタは入力から出力への直達項を持たないことから、入力から出力までがローパスフィルタ特性となり、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズを除去する性能を兼ね備える。
【００４０】
請求項３の発明によれば、前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ₁を算出するｆ₁算出手段と、前記積分値に比例し、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ₁に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、該新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とＴＣＶＴの回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する構成としたので、すべての推定値のずれは脱調の有無によらずゼロに収束するこれにより、ステップ数を検出するためのセンサを追加することによるコストの増加を防止できると共に、ステップ数の初期化を行う必要もなくなる。また、状態観測用フィルタも直達項がないため、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズの除去する特長も有する。
【００４１】
請求項４の発明によれば、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数の時間微分値を演算する微分手段を有し、前記状態観測用フィルタ手段のフィルタ出力値を微分値で補正するので、変速の過渡状態における状態観測器の推定精度が向上する。
【００４２】
請求項５の発明によれば、前記ＴＣＶＴは、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有するので、ステップモータが駆動指令値どおりに駆動していないことが判断でき、モータ故障の判断等に利用できる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４４】
図１はトロイダル型無段変速機１０（以下、ＴＣＶＴと示す。）の概略構成図であり、図２は、その断面、および、変速制御系の構成を示したものであり、図３はＴＣＶＴの変速比に対し一意に決まる傾転角度を目標値に従い制御するような変速指令値を決定するコントローラを含めた構成図であり、図４はパワーローラ軸方向変位を推定する状態観測器の構成図である。
【００４５】
図１に示すＴＣＶＴ１０は、図中上方で連結される動力源としてのエンジン（図示せず）の回転が、トルクコンバータ１２を介してＴＣＶＴ１０に入力されるようになっている。
【００４６】
上記トルクコンバータ１２は一般に良く知られているように、ポンプインペラ１２ａ、タービンランナ１２ｂおよびステータ１２ｃを備え、特に該トルクコンバータ１２ではロックアップクラッチ１２ｄが設けられている。
【００４７】
そして、ＴＣＶＴ１０は、トルクコンバータ１２の出力回転軸１４と同軸上に配置されるトルク伝達軸１６が設けられ、該トルク伝達軸１６に第一トロイダル変速部１８と第二トロイダル変速部２０とがタンデム配置されている。
【００４８】
上記トルク伝達軸１６は中空に形成されると共に、ハウジング２２に対し軸方向に若干の移動が可能に取付けられている。上記第一、第二トロイダル変速部１８、２０は、それぞれの対抗面がトロイダル曲面に形成される一対の第一入力ディスク１８ａ、第一出力ディスク１８ｂおよび第二入力ディスク２０ａ、第二出力ディスク２０ｂと、それぞれの対抗面間に摩擦接触されるパワーローラ１８ｃ、１８ｄ、および２０ｃ、２０ｄとによって構成される。
【００４９】
第一トロイダル変速部１８は上記トルク伝達軸１６の図中上方に配置されると共に、上記第二トロイダル変速部２０は該トルク伝達軸１６の図中下方に配置され、かつ、それぞれの第一入力ディスク１８ａおよび第二入力ディスク２０ａは互いに外側に配置されると共に、第一出力ディスク１８ｂおよび第二出力ディスク２０ｂは互いに内側に配置されている。そして、上記第一、第二入力ディスク１８ａ、２０ａはボールスプライン２４、２６を介して上記トルク伝達軸１６に、回転方向に係止されかつ軸方向の滑らかな移動が可能に取付けられている。
【００５０】
一方、上記第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂは、上記トルク伝達軸１６と相対回転可能に軸支された出力ギア２８にスプライン結合され、該第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂに伝達された回転力は、出力ギア２８と歯合する入力ギア３０ａを介してカウンターシャフト３０に伝達され、さらに、回転力出力経路を介して図示しない出力軸に伝達される。
【００５１】
ところで、上記第一入力ディスク１８ａの外側にはローディングカム装置３４が設けられ、このローディングカム装置３４には、回転力入力経路を介して伝達されるエンジン回転が入力され、この入力トルクに応じた押圧力がローディングカム装置３４によって発生されるようになっている。なお、上記ローディングカム装置３４のローディングカム３４ａは、上記トルク伝達軸１６と相対回転可能に係合すると共に、スラストベアリング３６を介して該トルク伝達軸１６に係止される。
【００５２】
また、上記第二入力ディスク２０ａと上記トルク伝達軸１６の図中下方端部との間に皿バネ３８が設けられている。従って、上記ローディングカム装置３４で発生される押圧力は、第一入力ディスク１８ａに作用すると共に、上記トルク伝達軸１６および上記皿バネ３８を介して第二入力ディスク２０ａにも作用し、かつ、上記皿バネ３８によって発生される予圧力は、第二入力ディスク２０ａに作用すると共に、上記トルク伝達軸１６および上記ローディングカム装置３４を介して第一入力ディスク１８ａにも作用するようになっている。
【００５３】
ところで、上記ローディングカム装置３４と上記トルクコンバータ１２との間の回転力入力経路には、車両の前進時と後進時の回転方向を切り換える前後進切換装置４０が設けられる。
【００５４】
上記前後進切換装置４０は、ダブルプラネタリー方式の遊星歯車機構４２と、該遊星歯車機構４２のキャリア４２ａを上記出力回転軸１４に締結可能なフォワードクラッチ４４と、該遊星歯車機構４２のリングギア４２ｂを上記ハウジング２２に締結可能なリバースブレーキ４６とによって構成される。
【００５５】
そして、上記前後進切換装置４０では、フォワードクラッチ４４を締結すると共に、リバースブレーキ４６を開放することにより、エンジン回転と同方向の回転が上記ローディングカム装置に入力され、かつ、フォワードクラッチ４４を開放してリバースブレーキ４６を締結することにより、逆方向の回転が入力されるようになっている。なお、上記遊星歯車機構４２で、４２ｃはサンギア、４２ｄ、４２ｅは互いに噛み合いされるプラネタリギア、４２ｂはリングギアである。
【００５６】
ところで、上記第一トロイダル変速部１８および第二トロイダル変速部２０に設けられたパワーローラ１８ｃ、１８ｄおよび２０ｃ、２０ｄは、中心軸ｃに対して対称に配置され、それぞれのパワーローラは変速制御装置としての変速制御弁５６および油圧サーボシリンダ５０を介して、車両運転条件に応じて傾斜（傾転）され、もって前記第一、第二入力ディスク１８ａ、２０ａの回転を無段階に変速して前記第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂに伝達するようになっている。
【００５７】
次に、図２はＴＣＶＴの変速を管理する油圧系の機械的構成図である。
【００５８】
パワーローラ２０ｃ、２０ｄはそれぞれトラニオン２３、２３で背面側から軸支されている。トラニオン２３は油圧サーボシリンダ５０のサーボピストン５１と結合しており、油圧サーボシリンダ５０内の油室５０ａ内の油と油室５０ｂ内の油の差圧で変位する。油室５０ａ、５０ｂは、それぞれシフトコントロールバルブ（変速制御弁）５６のＨｉ側ポート５６ＨｉとＬｏｗ側ポート５６Ｌｏｗに繋がっており、シフトコントロールバルブ５６はバルブ内のスプール５６Ｓが変位することにより、ライン圧の油をＨｉ側ポート５６ＨｉまたはＬｏｗ側ポート５６Ｌｏｗに流し、他方のポートからドレーン５６Ｄへ油を流出させることで油圧サーボ内の差圧を変化させる。
【００５９】
スプール５６Ｓは、ステップモータ５２（変速アクチュエータ）と後述するプリセスカム５５とリンク構造で連結している。プリセスカム５５は、４体のトラニオンのうちの１体に取り付けられており、パワーローラの上下方向変位とパワーローラの傾転角度をリンクの変位に変換し、スプール５６Ｓへ伝達する。
【００６０】
スプール５６Ｓの変位はステップモータ５２の変位（駆動位置）とプリセスカム５５で伝えられる変位により決まる。ＴＣＶＴの変速は、トラニオン２３を平衡点（パワーローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が交差する状態で、図２の状態を示す）から上下に変位させることにより行い、この変位によりパワーローラ２０ｃと両ディスク２０ａの回転方向ベクトルに差違が発生してパワーローラ２０ｃは傾転する。
【００６１】
変速の定常時には、パワーローラ２０ｃおよびトラニオン２３の軸方向変位ｙは平衡点に戻っており、スプール５６Ｓの変位も中立点でバルブが閉じた状態であるので、このとき傾転角度は、プリセスカム比とリンク比で決まるステップモータ５２の変位に対応した位置となる。
【００６２】
プリセスカム５５は、パワーローラ２０ｃの傾転角度をスプール５６Ｓの変位に負帰還して傾転角度の目標値とのずれを補償しながら、パワーローラ２０ｃおよびトラニオン２３の平衡点からの変位もスプール５６Ｓの変位に負帰還して過渡状態においてダンピングの効果を与えて、変速のハンチングを抑える。
【００６３】
すなわち、変速の到達点はステップモータ５２の変位で決まり、一連の変速の過程を示すと、ステップモータ変位を変化させることでスプール５６Ｓが変位してバルブが開き、サーボピストンの差圧が変化してパワーローラが平衡点から変位することで傾転し、傾転角度がステップモータ変位に対応した点でスプール５６Ｓは中立点に戻り変速が終了する。
【００６４】
図３は制御装置８０を含んだＴＣＶＴ１０の構成図である。
【００６５】
入力ディスク回転数センサ８４は、入力ディスク１８ａ、２１ａの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を周期もしくは周波数として計測し、入力ディスク回転数ω_idを検出する。出力ディスク回転数センサ８３は、出力ディスク１８ｂ、２１ｂの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を周期もしくは周波数として計測し、出力ディスク回転数ω_odを検出する。パワーローラ回転数センサ８２は、パワーローラ１８ｃ、１８ｄ、２０ｃ、２０ｄの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を、周期もしくは周波数として計測してパワーローラ回転数ω_prを検出する。
【００６６】
傾転角度センサ８５は、ロータリエンコーダ等を用いて傾転角度φを検出する。
【００６７】
マイクロコンピュータを主体に構成された制御装置８０は、入力ディスク回転数ω_idと、出力ディスク回転数ω_odと、パワーローラ回転数ω_prと、傾転角度φを入力して、ステップモータ５２の指令値を演算する。
【００６８】
図４に、制御装置８０を構成する本発明の状態観測器１１０の一例を示す。状態観測器１１０は、以下に説明する各手段からなり、状態推定値を指令値演算器２００に出力する。
【００６９】
傾転角度検出手段１００は、例えば、前記傾転角度センサ８５の出力を傾転角度φとする。もしくは、変速比ｉ_cから、次式の変速比ｉ_cと傾転角度φとの関係を用いて演算する。
【００７０】
【数１５】
式（１１）

【００７１】
ここで、η、θはＴＣＶＴ１０の形状で決まる定数である。式（１１）に示す変速比ｉ_cと傾転角度φとの関係を図示すると、図５となる。変速比ｉ_cは、例えば、入力ディスク回転数センサの出力ω_idと出力ディスク回転数センサの出力ω_od0とから、次式を用いて演算するとよい。
【００７２】
【数１６】
式（１２）

【００７３】
また出力ディスク回転数検出値ω_od0と入力ディスク回転数ω_idとパワーローラ回転数ω_prと傾転角度φとの間には、次のような関係がある。
【００７４】
【数１７】

【００７５】
【数１８】

【００７６】
この関係を用いて、パワーローラ回転数ω_prの検出値と傾転角度φの検出値とから、出力ディスク回転数ω_od0と入力ディスク回転数ω_idを算出し、式（１２）に示す関係を用いて算出してもよい。
【００７７】
回転数検出手段１０１では、例えば、出力ディスク回転数センサの出力を、ＴＣＶＴの回転数検出値ω_od0とする。
【００７８】
微分手段１０２では、ＴＣＶＴ１０の回転数検出値ω_od0を入力として、次式で示すローパスフィルタの演算を行う。
【００７９】
【数１９】
式（１３）

【００８０】
式（１３）で示すフィルタの出力ω_od0をＴＣＶＴ１０の回転数推定値とし、中間変数のω´_odをＴＣＶＴ１０の回転数微分値として出力する。
【００８１】
積分値算出手段１０４では、傾転角度φを入力して、トラニオン軸方向変位ｙに対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度φに依存する成分を現時刻の傾転角度まで積分する。トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度ｆは、前述したように式（２）で表される。この感度ｆは、次のように、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ₁と傾転角度に依存する成分ｆ₂と定数部分ｃ_fとに分けられる。
【００８２】
【数２０】
式（１４）

【００８３】
【数２１】
式（１５）

【００８４】
【数２２】
式（１６）

【００８５】
現時刻の傾転角度φまでの、ｆ₂（φ）の逆数の傾転角度に関する積分値ｑ（φ）は次式を用いて求める。
【００８６】
【数２３】
式（１７）

【００８７】
ｆ₁算出手段１０３では、ＴＣＶＴ１０の回転数ω_od0を入力して、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数ω_odに依存する成分ｆ₁を、式（１５）を用いて算出する。
【００８８】
新状態量算出手段１０５では、前記積分値ｑ（φ）とｆ₁（ω_od0）とを入力し、次式を用いて、新状態量ζ１を演算する。
【００８９】
【数２４】
式（１８）

【００９０】
状態観測用フィルタ手段１０６では、新状態量ζ₁と、後述する指令値演算器２００の出力であるステップモータ変位指令値ｕと傾転角度φとを入力とし、次式で表されるフィルタを用いて、新状態量ζ₁とトラニオン変位ｙとの推定値ζ_1t、ｙ_tを演算する。
【００９１】
【数２５】
式（１９）

【００９２】
【数２６】

【００９３】
Ｈ_aはオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定する。
【００９４】
【数２７】
式（２０）

【００９５】
ここで、ｐ₁₀、ｐ₁₁はオブザーバの極に関係する定数であり、オブザーバ極は、
ｓ＝−ｐ₁₀、ｓ＝−ｐ₁₁
となる。
【００９６】
以下に本発明の状態観測器１１０の導出と、特徴を示す。
【００９７】
ステップモータのステップ数ｕを入力とし、傾転角度φとトラニオン変位ｙとを状態量として、ＴＣＶＴ１０の動特性は式（１）で表される。式（１８）を両辺時間微分すると、次式を得る。
【００９８】
【数２８】
式（２１）

【００９９】
式（２１）と式（１）と式（１４）とから、次式を得る。
【０１００】
【数２９】
式（２２）

【０１０１】
このように、式（１８）に示す状態変換を用いて、式（２２）と式（１）とから、ＴＣＶＴの動特性は、状態量を、
【０１０２】
【数３０】

【０１０３】
として、次のように書き直すことができる。
【０１０４】
【数３１】
式（２３）

【０１０５】
以上の状態変換をまとめると、式（１４）で表されるように、トラニオン変位ｙに対する傾転角速度の感度ｆ（φ、ω_od）を、式（１６）で表される傾転角度に依存する成分ｆ₂（φ）とその他の部分と分け、新状態量を式（１８）で表されるように設定する。このとき、この新状態量の微分値は式（２１）で表され、傾転角速度φ´の係数は、式（１４）で表されるｆ（φ、ω_od0）の逆数となる。
【０１０６】
これにより、式（１）と式（２１）とから、トラニオン変位ｙの係数の時変項がキャンセルされて、式（２２）に示すように係数は一定値となる。そして、新状態量を、傾転角度の状態量の代わりとしてＴＣＶＴの動特性を考えると、式（２３）で表されるように、遷移行列Ａ_aが定数となる。
【０１０７】
この書き直されたＴＣＶＴ１０に対して、式（１９）に示すオブザーバは設計した。
【０１０８】
ここで、状態量ζ_aの推定値誤差ｅ_aを、
【０１０９】
【数３２】
式（２４）

【０１１０】
として、式（２３）から式（１９）を引くと次式を得る。
【０１１１】
【数３３】
式（２５）

【０１１２】
式（２５）は、誤差ｅ_aの減衰特性を表す誤差方程式である。Ａ_a、Ｈ_a、Ｃ_a共に定数行列であるため、（Ａ_a−Ｈ_aＣ_a）も定数行列である。これは、誤差ｅ_aが指数関数的に減衰することを示す。
【０１１３】
したがって、本発明の状態観測器１１０は、トラニオンの傾転角度を検出または推定する傾転角度検出手段１００と、トラニオン変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分ｆ₂を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段１０４とを有し、この積分値を用いて、ＴＣＶＴ１０の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換された状態方程式に基づいて構成するので、実際の値と推定値との誤差が指数関数的に減少することが理論的に証明されるため、制御装置を設計する際に行う計算機シミュレーションや実験が減り、開発時間とコストを削減できる。
【０１１４】
さらに本発明の変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ変位であり、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数を検出または推定する回転数検出手段１０１と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ₁を算出するｆ₁算出手段１０３と、前記積分値に比例し、回転数に依存する成分ｆ₁に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段１０５と、この新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とＴＣＶＴ１０の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段１０６とを有する構成としたので、目標値と傾転角度の偏差に応じて変速アクチュエータ位置を指令値として出力する従来技術の制御則の一部をそのまま使用できる。しかも、トラニオン変位の推定誤差が、一定の時定数のもとに指数関数的に減衰することが理論上裏付けられるため、制御装置の設計が一層容易になる。また、状態観測用フィルタ手段１０６は入力から出力への直達項を持たないことから、入力から出力までがローパスフィルタ特性となり、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズを除去する性能を兼ね備える。
【０１１５】
次に、指令値演算器２００では、状態観測用フィルタ手段１０６で演算したトラニオン変位推定値ｙ_tを入力して、式（５）、式（６）とで表される制御則を用いてステップモータ変位指令値ｕを出力する。
【０１１６】
以下において、制御装置で演算する変速制御演算を、図７に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期例えば１０ｍｓ毎に実行される。
【０１１７】
ステップＳ１００、Ｓ１０１では、ＴＣＶＴ入出力ディスク回転数ω_id、ω_co0を読み込む。
【０１１８】
ステップＳ１０２では、先ず、傾転角度検出手段１００がＴＣＶＴ入力ディスク回転数ω_idとＴＣＶＴ出力ディスク回転数検出値ω_od0とから、式（１２）を用いて変速比ｉ_cを演算する。次に、図５に示す変速比ｉ_cと傾転角度φとの関係を示すマップを用いて、変速比ｉ_cから傾転角度φを算出する。
【０１１９】
ステップＳ１０３では、微分手段１０２がＴＣＶＴ出力ディスク回転数検出値ω_od0を入力し、式（１３）で表されるローパスフィルタ演算を行い、ＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ω_odとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´_odとを算出する。
【０１２０】
ステップＳ１０４では、積分値算出手段１０４が、式（１５）を用いて、ＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ω_odから回転数に依存する成分ｆ₁を算出する。
【０１２１】
ステップＳ１０５では、同じく積分値算出手段１０４が、傾転角度φを入力し、式（１７）を用いて、積分値ｑ（φ）を算出する。あるいは、予め式（１７）を演算して求めた図６に示すマップを用いて、傾転角度φから積分値ｑ（φ）を求める。
【０１２２】
ステップＳ１０６では、新状態量算出手段１０５が、式（１８）を用いて、ｆ₁とｑ（φ）とから新状態量ζ₁を算出する。
【０１２３】
ステップＳ１０７では、状態観測用フィルタ手段１０６が、傾転角度φとステップ数指令値ｕと新状態量ζ₁とＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ω_odとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´_odとを入力し、式（１９）で表されるトラニオン変位推定値ｙ_tを算出する。
【０１２４】
ステップＳ１０８では、指令値演算器２００が、トラニオン変位推定値ｙ_tと傾転角度φと目標値φ^*とを入力し、式（５）と式（６）とで表される制御則を演算し、ステップ数指令値ｕを算出する。
【０１２５】
したがって、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数の時間微分値ω´_odを演算する微分手段１０２を有し、状態観測用フィルタ手段１０６のフィルタ出力値を微分値で補正するので、変速の過渡状態における状態観測器の推定精度が向上する。
【０１２６】
次に第２の実施形態について説明する。
【０１２７】
第２実施形態の状態観測器１１０は、第１の実施形態に比して状態観測用フィルタ手段１０６の演算方法が異なるのみであり、図１から３に示す構成及び図４の傾転角度検出手段１００、回転数検出手段１０１、微分手段１０２、積分値算出手段１０３、ｆ₁算出手段１０４、新状態量算出手段１０５は、第１実施形態と同じであるので説明は省略する。
【０１２８】
第２実施形態の状態観測用フィルタ手段１０６では、新状態量ζ１と、後述する指令値演算器の出力であるステップモータ駆動速度指令値ｖと傾転角度φとを入力とし、次式で表されるフィルタを用いて、新状態量ζ１とトラニオン変位ｙとステップモータのステップ数ｕとを演算する。
【０１２９】
【数３４】
式（２６）

【０１３０】
【数３５】

【０１３１】
ここで、Ｈ_bはオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定する。
【０１３２】
【数３６】
式（２７）

【０１３３】
ここで、ｐ_b0、ｐ_b1、ｐ_b2はオブザーバの極に関係する定数であり、オブザーバ極は、
ｓ＝−ｐ_b0、ｓ＝−ｐ_b1、ｓ＝−ｐ_b2
となる。
【０１３４】
以下に、この状態推定手段の導出と、特徴を示す。ステップモータステップ数ｕを入力とし、傾転角度φとトラニオン変位ｙとを状態量として、ＴＣＶＴの動特性は式（１）で表される。また、ステップモータ駆動速度ｖとステップモータステップ数ｕとの関係は次式で表される。
【０１３５】
【数３７】
式（２８）

【０１３６】
実施例１と同様に、式（１８）に示す状態変換を用いて、式（２２）と式（１）と式（２８）とから、ＴＣＶＴ１０の動特性は、状態量
【０１３７】
【数３８】

【０１３８】
として、次のように書き直すことができる。
【０１３９】
【数３９】
式（２９）

【０１４０】
このように第１実施形態と同じ状態変換により、遷移行列Ａ_bは定数となる。この書き直されたＴＣＶＴ１０に対して、式（２６）に示すオブザーバは設計した。ζｂの推定値誤差ｅ_bを、
【０１４１】
【数４０】
式（３０）

【０１４２】
として、式（２９）から式（２６）を引くと次式を得る。
【０１４３】
【数４１】
式（３１）

【０１４４】
式（２６）は、誤差ｅ_bの減衰特性を表す誤差方程式である。Ａ_b、Ｈ_b、Ｃ_b共に定数行列であるため、（Ａ_b−Ｈ_bＣ_b）も定数行列である。これは、誤差ｅ_bが指数関数的に減衰することを示す。
【０１４５】
指令値演算器２００では、状態観測用フィルタ手段で演算したトラニオン変位推定値とステップ数推定値とを入力して、ステップモータ駆動速度指令値を出力する。先ず、傾転角度φとトラニオン変位推定値ｙ_tとステップ数推定値ｕ_tから、次に示す微分同相写像を用いて、傾転角速度推定値φ´_tと傾転角加速度推定値φ´´_tとを演算する。
【０１４６】
【数４２】
式（３２）

【０１４７】
【数４３】
式（３３）

【０１４８】
ここで、ｆ´は次式で表される。
【０１４９】
【数４４】
式（３４）

【０１５０】
次に、次式に示す制御則を用いて、ステップモータ駆動速度指令値ｖを演算する。
【０１５１】
【数４５】
式（３５）

【０１５２】
【数４６】
式（３６）

【０１５３】
ここで、φ^*は目標傾転角度、ω_nは目標傾転角度に対する傾転角度の応答速度を決める定数、ｋはスイッチングゲイン、εはスイッチングゲインを制御誤差σのゼロ近傍で連続化する定数である。式（３５）、式（３６）はスライディングモード制御則である。式（３５）により、制御誤差がゼロになる方向ヘステップモータは駆動される。式（３６）において、σ＝０とすると次式を得る。
【０１５４】
【数４７】
式（３７）

【０１５５】
このように、σ＝０のとき、目標傾転角度に対して傾転角度は式（３７）に示す動特性で応答する。
【０１５６】
また、ステップモータが指令値どおりに動作せず、脱調が起こっている場合を考える。式（２９）に脱調による外乱ｄ_uを加えたＴＣＶＴモデルは、次式で表される。
【０１５７】
【数４８】
式（３８）

【０１５８】
【数４９】

【０１５９】
式（３８）から式（２６）を引くと、次の誤差方程式を得る。
【０１６０】
【数５０】
式（３９）

【０１６１】
式（３９）に示す誤差方程式は安定であると仮定する。このとき、誤差ｅ_bの定常値ｅ_b0は、式（３９）においてｅ´_b＝０として次式で表される。
【０１６２】
【数５１】
式（４０）

【０１６３】
このように、脱調が起こっても、傾転角度φの定常誤差とトラニオン変位ｙの定常誤差とはゼロである。さらに、式（４０）から、ステップ数の推定値ｕ_tは、
【０１６４】
【数５２】

【０１６５】
となる。これは、外乱を含んだ実際のステップ数が推定できることを示しており、ステップ数の推定誤差はない。
【０１６６】
したがって本実施形態によれば、変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数を検出または推定する回転数検出手段１０１と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ₁を算出するｆ₁算出手段１０３と、前記積分値に比例し、ｆ₁に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段１０５と、この新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とＴＣＶＴ１０の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段１０６とを有する構成としたので、すべての推定値のずれは脱調の有無によらずゼロに収束するこれにより、ステップ数を検出するためのセンサを追加することによるコストの増加を防止できると共に、ステップ数の初期化を行う必要もなくなる。また、状態観測用フィルタも直達項がないため、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズの除去できる。
【０１６７】
次に、図９のような駆動状態判断手段１２０を考える。駆動状態判断手段１２０は、ステップモータ駆動パルスの積算値をｕ_Itとし、ｕ_Itと前記状態観測用フィルタ手段の出力ｕ_tを比較する。そして、例えば、定常時にｕ_tとｕ_Itとが大きく異なるなら、脱調していると判断する。また例えば、ｕ_tの変化とｕ_Itの変化とを比較して、ステップモータ異常（ステップモータの固着等）の判断を行う。
【０１６８】
以下において、制御装置８０で演算する変速制御演算を、図７に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期、例えば１０ｍＳ毎に実行される。
【０１６９】
ステップＳ１００からステップＳ１０６は、第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。
【０１７０】
ステップＳ１０７では、傾転角度φとステップモータ駆動速度指令値ｖとζ₁とＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ω_odとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´_odとを入力し、式（２６）で表される状態観測器１１０を演算し、トラニオン変位推定値ｙ_tとステップモータステップ数推定値ｕ_tとを算出する。
【０１７１】
ステップＳ１０８では、トラニオン変位推定値ｙ_tとステップモータステップ数推定値ｕ_tと傾転角度φと目標値φ^*とを入力し、式（３２）から式（３６）で表される制御則を演算し、ステップモータ駆動速度指令値ｖを算出する。
【０１７２】
図８に、この状態観測器１１０を用いて行った計算機シミュレーションの結果を示す。ステップ数に初期推定誤差ｄ_uを与えた。傾転角度φ、トラニオン変位ｙ、ステップ数ｕとも、推定誤差は安定に減衰し、指数関数的に減少することが確認できる。
【０１７３】
したがって、ＴＣＶＴ１０は、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有するので、ステップモータが駆動指令値どおりに駆動していないことが判断でき、モータ故障の判断等に利用できる。
【０１７４】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】無段変速機の概略構成図である。
【図２】無段変速機の変速制御油圧系構成図である。
【図３】制御装置を含んだ制御系構成図である。
【図４】状態観測器の構成図である。
【図５】傾転角度と変速比との関係図である。
【図６】傾転角度とｆ₂の逆数の積分値との関係図である。
【図７】制御装置の変速制御演算のフローチャートである。
【図８】計算機による本発明を用いたシミュレーション結果である。
【図９】駆動状態判断手段を含んだ制御系構成図である。
【符号の説明】
１０ トロイダル型無段変速機
５２ ステップモータ
５６ 変速制御弁
１００ 傾転角度検出装置
１０１ 回転数検出手段
１０２ 微分手段
１０３ ｆ₁算出手段
１０４ 積分値算出手段
１０５ 新状態量算出手段
１０６ 状態観測用フィルタ手段
１１０ 状態観測器
２００ 指令値演算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a toroidal continuously variable transmission (hereinafter referred to as TCVT) provided with a state observer.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique for estimating a TCVT trunnion displacement using a state observer, there is a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-270772. The state observer described in this publication estimates the trunnion axial displacement y using the command value (step motor step number) u of the speed change actuator and the tilt angle φ as inputs. In the prior art, the TCVT to be estimated is modeled as the following equation.
[0003]
[Expression 1]
Formula (1)

[0004]
[Expression 2]

[0005]
Where a₁, A₂, B are constants determined by the shape of TCVT, f (φ, ω_od) Is φ and ω_odAnd g is a valve gain of the shift control valve. f (φ, ω_od) Is expressed by the following equation.
[0006]
[Equation 3]
Formula (2)

[0007]
Where η, θ, c_fIs a constant determined by the structure of TCVT, ω_odIs the TCVT output disk speed. For this TCVT, the state observer is as follows.
[0008]
[Expression 4]
Formula (3)

[0009]
[Equation 5]

[0010]
Where φ_tIs the estimated tilt angle, y_tIs the estimated value of trunnion displacement, H₀Is the observer gain. The observer gain is set as follows.
[0011]
[Formula 6]
Formula (4)

[0012]
Where ω₀Is a positive constant that determines the speed at which the estimated value f converges to the true value x.
[0013]
Then, the tilt angle φ is set to the target value φ^*The controller that follows the control performs the following control law, and calculates a displacement command value for the speed change actuator according to the target value, the tilt angle, and the estimated value of the trunnion.
[0014]
[Expression 7]

[0015]
[Equation 8]
Formula (5)

[0016]
[Equation 9]
Formula (6)

[0017]
Where K_PIs the proportional gain of the PID controller, K_IIs the integral gain of the PID controller, s is the Laplace operator, K_DIs the differential gain of the PID controller.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
By subtracting both sides of equation (2) from equation (1), true value x and estimated value x_tThe estimated error from₀= Xx_tThen, the following equation is obtained.
[0019]
[Expression 10]
Formula (7)

[0020]
This equation (7) is an equation indicating the dynamic characteristics of the estimation error. Transition matrix (A₀-H₀C₀) Is expressed by the following equation.
[0021]
## EQU11 ##
Formula (8)

[0022]
From Equation (8) and Equation (4), (A₀-H₀C₀) Eigenvalue of (−ω₀, -Ω₀)
[0023]
However, in the state observer described in JP-A-8-270772, the transition matrix shown in the equation (8) has a tilt angle φ and a TCVT output disk rotational speed ω._odIt changes according to. This indicates that the time response of the deviation between the trunnion displacement estimated value and the actual trunnion displacement is a non-linear characteristic that does not decay exponentially. For this reason, it is difficult to design a controller that is theoretically supported in accordance with the time response of the deviation.
[0024]
As a result, in order to achieve the desired control performance, it is necessary to repeatedly perform computer simulations and experiments to adapt the parameters of the controller, which requires a long development time and cost. That is, there is a problem that it is difficult to design a control device that is theoretically supported in a short period of time.
[0025]
Further, when a step motor is used as the speed change actuator, there is a case where a phenomenon called step-out occurs in which the step motor does not operate according to the command value, and the deviation between the step number command value and the actual step number remains constant. This deviation is expressed as a steady disturbance d of the state observer input u._uIt expresses. A TCVT model obtained by adding this disturbance to the equation (1) is expressed by the following equation.
[0026]
[Expression 12]
Formula (9)

[0027]
Subtracting equation (3) from equation (9) yields the following error equation:
[0028]
[Formula 13]
Formula (10)

[0029]
It is assumed that the error equation shown in equation (10) is stable. At this time, the estimation error e₀Steady value e₀₀Is the differential value e ′ in equation (10).₀= 0 and is represented by the following formula.
[0030]
[Expression 14]

[0031]
Thus, when stepping out, a steady-state deviation remains in the estimated value. Although there is a method of detecting the displacement output by the step motor using a sensor or the like in order to make the number of steps of the step motor consistent with the command value, the cost increases. There is also a method to perform initialization by moving the stepping motor to the reference position in a timely manner. Since there is a restriction that initialization cannot be performed during traveling, initialization cannot be performed at an appropriate time. That is, there is a problem that it is difficult to make the actual step number of the step motor coincide with the command value at a low cost.
[0032]
In view of such problems, an object of the present invention is to provide a TCVT including a state observer with a small control error.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a state observer for estimating a trunnion axial displacement based on a state equation of a continuously variable transmission that receives a command value of a speed change actuator and outputs a tilt angle or a gear ratio, and the trunnion axial direction In a toroidal-type continuously variable transmission comprising a command value calculator for calculating a command value of a speed change actuator based on an estimated displacement value, the state observer includes a tilt angle detecting means for detecting a tilt angle, a trunnion shaft Of the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the directional displacement, the integrated value calculating means for integrating the reciprocal of the component depending on the tilt angle up to the tilt angle at the current time, and using the calculated integral value, The state equation of the toroidal continuously variable transmission is transformed so that the transition matrix becomes a constant matrix.
[0034]
According to a second invention, in the first invention, the shift actuator command value is a shift actuator displacement, and the state observer includes a rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the toroidal type continuously variable transmission, a trunnion Of the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the axial displacement, the component f that depends on the rotational speed of the toroidal-type continuously variable transmission f₁F to calculate₁A calculation means and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission₁New state quantity calculation means for calculating a new state quantity inversely proportional to the input, the new state quantity, the displacement command value of the shift actuator, and the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission, and the new state quantity estimated value and trunnion displacement State observation filter means for outputting an estimated value.
[0035]
In a third aspect based on the first aspect, the shift actuator command value is a shift actuator drive speed command value, and the state observer detects or estimates the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission. Of the sensitivity to the tilting angular velocity with respect to the detection means and the trunnion axial displacement, the component f depends on the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission.₁F to calculate₁A calculation means and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission₁New state quantity calculation means for calculating a new state quantity inversely proportional to the input, the new state quantity, the drive speed command value of the speed change actuator, and the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission, and the new state quantity estimated value and trunnion State observation filter means for outputting the estimated displacement value and the estimated shift actuator displacement value.
[0036]
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the state observer has a differentiating means for calculating a time differential value of the rotational speed of the toroidal-type continuously variable transmission. The filter output value of the filter means is corrected with this differential value.
[0037]
According to a fifth invention, in the third or fourth invention, there is provided drive state determining means for comparing the integral value of the shift actuator drive speed command value with the estimated shift actuator displacement value to determine the drive state of the shift actuator. .
[0038]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the state observer integrates the tilt angle detection means and the component depending on the tilt angle of the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion displacement to the tilt angle at the current time. An integral value calculating means, and using this integral value, the transition matrix of the state equation of TCVT is configured based on the state equation converted into a constant matrix, so that the actual value and the estimated value Since it is theoretically proved that the error decreases exponentially, the number of computer simulations and experiments performed when designing the control device is reduced, and the development time and cost can be reduced.
[0039]
According to a second aspect of the present invention, the shift actuator command value is a shift actuator displacement, and the state observer detects a rotational speed of the TCVT, and a tilt relative to the trunnion axial displacement. Of the sensitivity to angular velocity, the component f that depends on the rotational speed of the TCVT₁F to calculate₁A calculation means and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the TCVT₁New state quantity calculation means for calculating a new state quantity inversely proportional to the input, the new state quantity, a displacement actuator displacement command value and the TCVT rotation speed as inputs, and a new state quantity estimated value and a trunnion displacement estimated value are output. Therefore, a part of the control law of the prior art that outputs the shift actuator position as a command value according to the deviation between the target value and the tilt angle can be used as it is. Moreover, since it is theoretically supported that the estimation error of the trunnion displacement attenuates exponentially with a constant time constant, the design of the control device becomes easier. In addition, since the state observation filter does not have a direct term from input to output, it has low-pass filter characteristics from input to output, and has the ability to remove high-frequency detection noise included in the tilt angle.
[0040]
According to a third aspect of the present invention, the shift actuator command value is a shift actuator drive speed command value, and the state observer includes a rotation speed detection means for detecting or estimating the rotation speed of the TCVT, and trunnion axial displacement. Of the sensitivity to the tilt angular velocity for TCVT, the component f that depends on the rotational speed of TCVT₁F to calculate₁A calculation means and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the TCVT₁New state quantity calculating means for calculating a new state quantity inversely proportional to the input, the new state quantity, the drive speed command value of the shift actuator, and the TCVT rotation speed, and the new state quantity estimated value, trunnion displacement estimated value, and shift Since the state observation filter means for outputting the actuator displacement estimated value is provided, the deviation of all estimated values converges to zero regardless of the presence or absence of step-out, thereby detecting the number of steps. It is possible to prevent an increase in cost due to the addition of and eliminate the need to initialize the number of steps. Further, since the state observation filter has no direct term, it has a feature of removing high-frequency detection noise included in the tilt angle.
[0041]
According to the invention of claim 4, the state observer has a differentiating means for calculating a time differential value of the rotational speed of the TCVT, and corrects the filter output value of the state observation filter means with the differential value. The estimation accuracy of the state observer in the transition state of the shift is improved.
[0042]
According to the fifth aspect of the present invention, the TCVT has drive state determination means for comparing the integral value of the shift actuator drive speed command value with the estimated shift actuator displacement value to determine the drive state of the shift actuator. Therefore, it can be determined that the step motor is not driven in accordance with the drive command value, which can be used for determining a motor failure or the like.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0044]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a toroidal-type continuously variable transmission 10 (hereinafter referred to as TCVT), FIG. 2 shows its cross section and the configuration of a shift control system, and FIG. 3 shows TCVT. FIG. 4 is a block diagram including a controller that determines a shift command value that controls a tilt angle uniquely determined according to a target gear ratio according to a target value, and FIG. 4 is a configuration of a state observer that estimates a power roller axial displacement FIG.
[0045]
TCVT 10 shown in FIG. 1 is configured such that the rotation of an engine (not shown) as a power source connected at the upper side in the drawing is input to TCVT 10 viatorque converter 12.
[0046]
As is generally known, thetorque converter 12 includes apump impeller 12a, aturbine runner 12b, and astator 12c. In particular, thetorque converter 12 is provided with a lockup clutch 12d.
[0047]
TheTCVT 10 is provided with atorque transmission shaft 16 disposed coaxially with theoutput rotation shaft 14 of thetorque converter 12, and a firsttoroidal transmission unit 18 and a secondtoroidal transmission unit 20 are connected to thetorque transmission shaft 16 in tandem. Has been placed.
[0048]
Thetorque transmission shaft 16 is hollow and is attached to thehousing 22 so as to be slightly movable in the axial direction. The first and secondtoroidal transmissions 18, 20 have a pair offirst input disk 18a,first output disk 18b,second input disk 20a, andsecond output disk 20b, each of which has a toroidal curved surface. Andpower rollers 18c, 18d, and 20c, 20d that are in frictional contact between the opposing surfaces.
[0049]
The firsttoroidal transmission 18 is disposed above thetorque transmission shaft 16 in the figure, and the secondtoroidal transmission 20 is disposed below thetorque transmission shaft 16 in the figure, and each first input Thedisk 18a and thesecond input disk 20a are arranged outside each other, and thefirst output disk 18b and thesecond output disk 20b are arranged inside each other. The first andsecond input disks 18a and 20a are attached to thetorque transmission shaft 16 via ball splines 24 and 26 so as to be locked in the rotational direction and smoothly moved in the axial direction.
[0050]
On the other hand, the first andsecond output disks 18b and 20b are spline-coupled to anoutput gear 28 that is rotatably supported with respect to thetorque transmission shaft 16, and transmitted to the first andsecond output disks 18b and 20b. The rotational force thus transmitted is transmitted to thecountershaft 30 via theinput gear 30a meshing with theoutput gear 28, and further transmitted to an output shaft (not shown) via the rotational force output path.
[0051]
By the way, aloading cam device 34 is provided outside thefirst input disk 18a, and the engine rotation transmitted through the rotational force input path is input to theloading cam device 34, and according to the input torque. A pressing force is generated by theloading cam device 34. Theloading cam 34 a of theloading cam device 34 is engaged with thetorque transmission shaft 16 so as to be relatively rotatable, and is locked to thetorque transmission shaft 16 via athrust bearing 36.
[0052]
Adisc spring 38 is provided between thesecond input disk 20a and the lower end of thetorque transmission shaft 16 in the figure. Accordingly, the pressing force generated by theloading cam device 34 acts on thefirst input disk 18a and also acts on thesecond input disk 20a via thetorque transmission shaft 16 and thedisc spring 38, and The pre-pressure generated by thedisc spring 38 acts on thesecond input disk 20a and also acts on thefirst input disk 18a via thetorque transmission shaft 16 and theloading cam device 34. .
[0053]
By the way, a forward /reverse switching device 40 for switching the rotational direction during forward and reverse travel of the vehicle is provided in the rotational force input path between theloading cam device 34 and thetorque converter 12.
[0054]
The forward /reverse switching device 40 includes a double planetaryplanetary gear mechanism 42, a forward clutch 44 capable of fastening thecarrier 42a of theplanetary gear mechanism 42 to theoutput rotating shaft 14, and a ring gear of theplanetary gear mechanism 42. Thereverse brake 46 can be fastened to thehousing 22.
[0055]
In the forward /reverse switching device 40, theforward clutch 44 is engaged and thereverse brake 46 is released, so that the rotation in the same direction as the engine rotation is input to the loading cam device and theforward clutch 44 is released. When thereverse brake 46 is engaged, reverse rotation is input. In theplanetary gear mechanism 42, 42c is a sun gear, 42d and 42e are planetary gears engaged with each other, and 42b is a ring gear.
[0056]
Incidentally, thepower rollers 18c, 18d and 20c, 20d provided in the firsttoroidal transmission unit 18 and the secondtoroidal transmission unit 20 are arranged symmetrically with respect to the central axis c, and each power roller is a transmission control device. The first andsecond input discs 18a and 20a are steplessly shifted to change the rotation of the first andsecond input discs 18a and 20a through thetransmission control valve 56 and thehydraulic servo cylinder 50 as described above. The data is transmitted to the first andsecond output disks 18b and 20b.
[0057]
Next, FIG. 2 is a mechanical configuration diagram of a hydraulic system that manages the shift of the TCVT.
[0058]
Thepower rollers 20c and 20d are pivotally supported from the back side bytrunnions 23 and 23, respectively. Thetrunnion 23 is coupled to theservo piston 51 of thehydraulic servo cylinder 50, and is displaced by the differential pressure between the oil in theoil chamber 50a in thehydraulic servo cylinder 50 and the oil in theoil chamber 50b. Theoil chambers 50a and 50b are respectively connected to a Hi side port 56Hi and a Low side port 56Low of a shift control valve (transmission control valve) 56. Theshift control valve 56 has a line pressure due to displacement of aspool 56S in the valve. Is flowed to the Hi side port 56Hi or the Low side port 56Low, and the oil is allowed to flow from the other port to thedrain 56D, thereby changing the differential pressure in the hydraulic servo.
[0059]
Thespool 56S is connected to a step motor 52 (transmission actuator) and aprecess cam 55 described later in a link structure. Theprecess cam 55 is attached to one of the four trunnions, converts the vertical displacement of the power roller and the tilt angle of the power roller into the displacement of the link, and transmits it to thespool 56S.
[0060]
The displacement of thespool 56S is determined by the displacement (drive position) of thestep motor 52 and the displacement transmitted by therecess cam 55. The TCVT shift is performed by displacing thetrunnion 23 up and down from an equilibrium point (the state where the rotation axis of the power roller and the rotation axis of the input / output disk intersect is shown in FIG. 2). A difference occurs in the rotational direction vector between 20c and bothdisks 20a, and thepower roller 20c tilts.
[0061]
At the steady state of the speed change, the axial displacement y of thepower roller 20c and thetrunnion 23 has returned to the equilibrium point, and the displacement of thespool 56S is also in a state where the valve is closed at the neutral point. And the position corresponding to the displacement of thestep motor 52 determined by the link ratio.
[0062]
Theprecess cam 55 negatively feeds back the tilt angle of thepower roller 20c to the displacement of thespool 56S to compensate for the deviation of the tilt angle from the target value, while the displacement of thepower roller 20c and thetrunnion 23 from the equilibrium point also changes thespool 56S. By negatively feeding back to the displacement, the damping effect is given in the transient state to suppress the hunting of the shift.
[0063]
That is, the reaching point of the speed change is determined by the displacement of thestep motor 52. When a series of speed change processes is shown, thespool 56S is displaced by changing the step motor displacement, the valve is opened, and the differential pressure of the servo piston is changed. When the power roller is displaced from the equilibrium point, the power roller is tilted, and thespool 56S returns to the neutral point at the point where the tilt angle corresponds to the step motor displacement, and the shift is completed.
[0064]
FIG. 3 is a configuration diagram of theTCVT 10 including thecontrol device 80.
[0065]
The input diskrotational speed sensor 84 measures a pulse signal generated in synchronization with the rotation of any one of theinput disks 18a and 21a as a period or a frequency, and inputs the disk rotational speed ω._idIs detected. The output diskrotation speed sensor 83 measures a pulse signal generated in synchronization with the rotation of any one of theoutput disks 18b and 21b as a period or a frequency, and outputs the output disk rotation speed ω._odIs detected. The power rollerrotational speed sensor 82 measures a pulse signal generated in synchronism with the rotation of any one of thepower rollers 18c, 18d, 20c, and 20d as a period or a frequency to measure the power roller rotational speed ω._prIs detected.
[0066]
Thetilt angle sensor 85 detects the tilt angle φ using a rotary encoder or the like.
[0067]
Thecontrol device 80 mainly composed of a microcomputer has an input disk rotational speed ω._idAnd output disk speed ω_odAnd power roller rotation speed ω_prThen, the tilt angle φ is input, and the command value of thestep motor 52 is calculated.
[0068]
FIG. 4 shows an example of thestate observer 110 of the present invention that constitutes thecontrol device 80. Thestate observer 110 is composed of each means described below, and outputs a state estimated value to thecommand value calculator 200.
[0069]
For example, the tiltangle detection unit 100 sets the output of thetilt angle sensor 85 as the tilt angle φ. Or gear ratio i_cFrom the following equation, the gear ratio i_cAnd the tilt angle φ.
[0070]
[Expression 15]
Formula (11)

[0071]
Here, η and θ are constants determined by the shape of theTCVT 10. Gear ratio i shown in equation (11)_cFIG. 5 shows the relationship between the angle and the tilt angle φ. Gear ratio i_cFor example, the output ω of the input disk speed sensor_idAnd output disk rotational speed sensor output ω_od0Therefore, it is good to calculate using the following equation.
[0072]
[Expression 16]
Formula (12)

[0073]
Also output disk rotation speed detection value ω_od0And input disk speed ω_idAnd power roller rotation speed ω_prAnd the tilt angle φ have the following relationship.
[0074]
[Expression 17]

[0075]
[Formula 18]

[0076]
Using this relationship, the power roller rotation speed ω_prOutput disk rotational speed ω from the detected value of tilt and the detected value of tilt angle φ_od0And input disk speed ω_idMay be calculated using the relationship shown in Equation (12).
[0077]
In the rotational speed detection means 101, for example, the output of the output disk rotational speed sensor is converted into the rotational speed detection value ω of the TCVT._od0And
[0078]
In the differentiating means 102, the rotational speed detection value ω of theTCVT 10_od0Is input, and a low-pass filter operation represented by the following equation is performed.
[0079]
[Equation 19]
Formula (13)

[0080]
The output ω of the filter shown in equation (13)_od0Is the estimated rotational speed of TCVT10, and the intermediate variable ω ′_odIs output as the rotational speed differential value of TCVT10.
[0081]
The integral value calculation means 104 inputs the tilt angle φ and integrates the component depending on the tilt angle φ of the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement y to the tilt angle at the current time. The sensitivity f to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement is expressed by the equation (2) as described above. This sensitivity f is a component f depending on the rotational speed of theTCVT 10 as follows.₁And the component f depending on the tilt angle₂And constant part c_fAnd divided.
[0082]
[Expression 20]
Formula (14)

[0083]
[Expression 21]
Formula (15)

[0084]
[Expression 22]
Formula (16)

[0085]
F up to the tilt angle φ at the current time₂The integral value q (φ) relating to the reciprocal tilt angle of (φ) is obtained using the following equation.
[0086]
[Expression 23]
Formula (17)

[0087]
f₁In the calculation means 103, the rotational speed ω of theTCVT 10_od0Of the rotational speed ω of theTCVT 10 among the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement._odDependent component f₁Is calculated using equation (15).
[0088]
In the new state quantity calculation means 105, the integral values q (φ) and f₁(Ω_od0) And the new state quantity ζ1 is calculated using the following equation.
[0089]
[Expression 24]
Formula (18)

[0090]
In the state observation filter means 106, a new state quantity ζ₁And a step motor displacement command value u, which is an output of acommand value calculator 200 described later, and a tilt angle φ, and a new state quantity ζ using a filter represented by the following equation:₁And trunnion displacement y_1t, Y_tIs calculated.
[0091]
[Expression 25]
Formula (19)

[0092]
[Equation 26]

[0093]
H_aIs the observer gain. The observer gain is set as follows.
[0094]
[Expression 27]
Formula (20)

[0095]
Where p_Ten, P₁₁Is a constant related to the pole of the observer,
s = -p_Ten, S = -p₁₁
It becomes.
[0096]
The derivation and characteristics of thestate observer 110 of the present invention are shown below.
[0097]
The dynamic characteristic of theTCVT 10 is expressed by Equation (1), with the step number u of the step motor as an input and the tilt angle φ and the trunnion displacement y as state quantities. When equation (18) is differentiated on both sides, the following equation is obtained.
[0098]
[Expression 28]
Formula (21)

[0099]
From the equations (21), (1), and (14), the following equation is obtained.
[0100]
[Expression 29]
Formula (22)

[0101]
Thus, using the state conversion shown in Equation (18), from Equation (22) and Equation (1), TCVT dynamics
[0102]
[30]

[0103]
Can be rewritten as:
[0104]
[31]
Formula (23)

[0105]
Summarizing the above state conversion, the sensitivity f (φ, ω) of the tilt angular velocity with respect to the trunnion displacement y is expressed by the equation (14)._od) To the component f depending on the tilt angle represented by the equation (16)₂(Φ) is separated from other parts, and the new state quantity is set as represented by the equation (18). At this time, the differential value of the new state quantity is expressed by Expression (21), and the coefficient of the tilt angular velocity φ ′ is expressed by f (φ, ω expressed by Expression (14)._od0).
[0106]
As a result, the time-varying term of the coefficient of the trunnion displacement y is canceled from Expression (1) and Expression (21), and the coefficient becomes a constant value as shown in Expression (22). Then, considering the dynamic characteristics of the TCVT as a new state quantity instead of the state quantity of the tilt angle, the transition matrix A is expressed as shown in Expression (23)._aIs a constant.
[0107]
The observer shown in Expression (19) was designed for the rewritten TCVT10.
[0108]
Where the state quantity ζ_aEstimated value error e_aThe
[0109]
[Expression 32]
Formula (24)

[0110]
As a result, subtracting equation (19) from equation (23) yields the following equation:
[0111]
[Expression 33]
Formula (25)

[0112]
Equation (25) gives the error e_aIt is an error equation showing the attenuation characteristic of A_a, H_a, C_aSince both are constant matrices, (A_a-H_aC_a) Is also a constant matrix. This is the error e_aIndicates that it decays exponentially.
[0113]
Therefore, thestate observer 110 of the present invention includes a tiltangle detection unit 100 that detects or estimates the tilt angle of the trunnion, and a component f that depends on the tilt angle among the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion displacement.₂Is integrated based on the state equation converted so that the transition matrix of the state equation of theTCVT 10 becomes a constant matrix using the integral value. As a result, it is theoretically proved that the error between the actual value and the estimated value decreases exponentially, reducing computer simulations and experiments when designing the controller, reducing development time and cost. it can.
[0114]
Furthermore, the speed change actuator command value of the present invention is the speed change actuator displacement, and thestate observer 110 detects the speed of theTCVT 10 and detects the speed of the rotation speed detection means 101 and the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement. Of these, the component f that depends on the rotational speed of the TCVT 10₁F to calculate₁The calculation means 103 and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed₁New state quantity computing means 105 for computing a new state quantity inversely proportional to the input, and the new state quantity, the displacement command value of the shift actuator, and the rotational speed of theTCVT 10 as inputs, and the new state quantity estimated value and the trunnion displacement estimated value are obtained. Since the state observation filter means 106 is provided for output, a part of the control law of the prior art that outputs the shift actuator position as a command value according to the deviation between the target value and the tilt angle can be used as it is. Moreover, since it is theoretically supported that the estimation error of the trunnion displacement attenuates exponentially with a constant time constant, the design of the control device becomes easier. Further, since the state observation filter means 106 does not have a direct term from the input to the output, it has a low-pass filter characteristic from the input to the output, and has the capability of removing high-frequency detection noise included in the tilt angle.
[0115]
Next, thecommand value calculator 200 estimates the trunnion displacement estimated value y calculated by the state observation filter means 106._tIs input, and the step motor displacement command value u is output using the control law expressed by the equations (5) and (6).
[0116]
Hereinafter, the shift control calculation performed by the control device will be described using the flowchart shown in FIG. This shift control calculation is executed at a predetermined control cycle, for example, every 10 ms.
[0117]
In steps S100 and S101, the TCVT input / output disk rotational speed ω_id, Ω_co0Is read.
[0118]
In step S102, first, the tilt angle detecting means 100 performs the TCVT input disk rotational speed ω._idAnd TCVT output disk rotation speed detection value ω_od0From the above, the gear ratio i_cIs calculated. Next, the gear ratio i shown in FIG._cAnd a map showing the relationship between the tilt angle φ and the gear ratio i_cFrom the above, the tilt angle φ is calculated.
[0119]
In step S103, the differentiating means 102 detects the TCVT output disk rotational speed detection value ω._od0Is input, the low-pass filter operation represented by Expression (13) is performed, and the TCVT output disk rotational speed estimated value ω_odAnd TCVT output disc rotational speed differential value ω ′_odAnd calculate.
[0120]
In step S104, the integral value calculation means 104 uses the equation (15) to calculate the TCVT output disk rotational speed estimated value ω._odTo the component f depending on the rotational speed₁Is calculated.
[0121]
In step S105, similarly, the integral value calculation means 104 inputs the tilt angle φ and calculates the integral value q (φ) using the equation (17). Alternatively, the integral value q (φ) is obtained from the tilt angle φ by using the map shown in FIG. 6 obtained by calculating Equation (17) in advance.
[0122]
In step S106, the new state quantity calculation means 105 uses the equation (18) to calculate f₁And q (φ), the new state quantity ζ₁Is calculated.
[0123]
In step S107, the state observation filter means 106 performs the tilt angle φ, the step number command value u, and the new state quantity ζ.₁And TCVT output disk rotational speed estimate ω_odAnd TCVT output disc rotational speed differential value ω ′_odAnd the trunnion displacement estimated value y expressed by the equation (19)_tIs calculated.
[0124]
In step S108, thecommand value calculator 200 determines that the trunnion displacement estimated value y_tAnd tilt angle φ and target value φ^*And the control law expressed by the equations (5) and (6) is calculated to calculate the step number command value u.
[0125]
Therefore, thestate observer 110 uses the time differential value ω ′ of the rotational speed of the TCVT 10._odAnd the filter output value of the state observation filter means 106 is corrected with the differential value, so that the estimation accuracy of the state observer in the transitional state of shifting is improved.
[0126]
Next, a second embodiment will be described.
[0127]
Thestate observer 110 according to the second embodiment is different from the first embodiment only in the calculation method of the state observation filter means 106. The configuration shown in FIGS. 1 to 3 and the tilt angle detection shown in FIG.Means 100, rotation speed detection means 101, differentiation means 102, integral value calculation means 103, f₁Since the calculation means 104 and the new state quantity calculation means 105 are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
[0128]
In the state observation filter means 106 of the second embodiment, the new state quantity ζ1, the step motor drive speed command value v and the tilt angle φ, which are the outputs of the command value calculator, which will be described later, are input, and the following equation is used. The new state quantity ζ1, the trunnion displacement y, and the step number u of the step motor are calculated using the filter.
[0129]
[Expression 34]
Formula (26)

[0130]
[Expression 35]

[0131]
Where H_bIs the observer gain. The observer gain is set as follows.
[0132]
[Expression 36]
Formula (27)

[0133]
Where p_b0, P_b1, P_b2Is a constant related to the pole of the observer,
s = -p_b0, S = -p_b1, S = -p_b2
It becomes.
[0134]
The derivation and characteristics of this state estimation means are shown below. With the step motor step number u as input and the tilt angle φ and trunnion displacement y as state quantities, the dynamic characteristics of TCVT are expressed by equation (1). Further, the relationship between the step motor driving speed v and the step motor step number u is expressed by the following equation.
[0135]
[Expression 37]
Formula (28)

[0136]
Similar to the first embodiment, using the state conversion shown in equation (18), the dynamic characteristics of theTCVT 10 are obtained from equation (22), equation (1), and equation (28).
[0137]
[Formula 38]

[0138]
Can be rewritten as:
[0139]
[39]
Formula (29)

[0140]
Thus, the transition matrix A is obtained by the same state conversion as in the first embodiment._bIs a constant. The observer shown in Expression (26) was designed for the rewritten TCVT10. Estimated value error e of ζb_bThe
[0141]
[Formula 40]
Formula (30)

[0142]
As a result, subtracting equation (26) from equation (29) yields the following equation:
[0143]
[Expression 41]
Formula (31)

[0144]
Equation (26) gives the error e_bIt is an error equation showing the attenuation characteristic of A_b, H_b, C_bSince both are constant matrices, (A_b-H_bC_b) Is also a constant matrix. This is the error e_bIndicates that it decays exponentially.
[0145]
Thecommand value calculator 200 receives the trunnion displacement estimated value and step number estimated value calculated by the state observation filter means, and outputs a step motor drive speed command value. First, the tilt angle φ and the trunnion displacement estimate y_tAnd the estimated number of steps u_tFrom the differential in-phase mapping shown below, the tilt angular velocity estimate φ ′_tAnd tilt angular acceleration estimated value φ ″_tAnd
[0146]
[Expression 42]
Formula (32)

[0147]
[Expression 43]
Formula (33)

[0148]
Here, f ′ is expressed by the following equation.
[0149]
(44)
Formula (34)

[0150]
Next, the step motor drive speed command value v is calculated using the control law shown in the following equation.
[0151]
[Equation 45]
Formula (35)

[0152]
[Equation 46]
Formula (36)

[0153]
Where φ^*Is the target tilt angle, ω_nIs a constant that determines the response speed of the tilt angle with respect to the target tilt angle, k is a switching gain, and ε is a constant that makes the switching gain continuous in the vicinity of zero of the control error σ. Equations (35) and (36) are sliding mode control laws. According to the equation (35), the stepping motor is driven in the direction in which the control error becomes zero. In the equation (36), when σ = 0, the following equation is obtained.
[0154]
[Equation 47]
Formula (37)

[0155]
Thus, when σ = 0, the tilt angle responds with the dynamic characteristic shown in the equation (37) with respect to the target tilt angle.
[0156]
Further, consider a case where the stepping motor does not operate according to the command value and step-out occurs. Disturbance d caused by step-out in equation (29)_uThe TCVT model to which is added is expressed by the following equation.
[0157]
[Formula 48]
Formula (38)

[0158]
[Equation 49]

[0159]
Subtracting equation (26) from equation (38) yields the following error equation:
[0160]
[Equation 50]
Formula (39)

[0161]
Assume that the error equation shown in equation (39) is stable. At this time, error e_bSteady value e_b0Is e ′ in equation (39)._b= 0 and is represented by the following formula.
[0162]
[Equation 51]
Formula (40)

[0163]
Thus, even if a step-out occurs, the steady error of the tilt angle φ and the steady error of the trunnion displacement y are zero. Further, from equation (40), the estimated value u of the number of steps_tIs
[0164]
[Formula 52]

[0165]
It becomes. This indicates that the actual number of steps including disturbance can be estimated, and there is no estimation error of the number of steps.
[0166]
Therefore, according to the present embodiment, the speed change actuator command value is the speed change actuator drive speed command value, and thestate observer 110 detects the rotation speed of theTCVT 10 and detects the rotation speed of theTCVT 10 and the trunnion axial displacement. Of the sensitivity to the tilt angular velocity, the component f that depends on the rotational speed of the TCVT 10₁F to calculate₁The calculation means 103 is proportional to the integral value, and f₁A new state quantity computing means 105 for computing a new state quantity inversely proportional to the input, the new state quantity, the drive speed command value of the speed change actuator, and the rotational speed of theTCVT 10, and the new state quantity estimated value and trunnion displacement estimated value Since the state observation filter means 106 for outputting the shift actuator displacement estimated value is provided, all the deviations of the estimated value converge to zero irrespective of the presence or absence of the step-out, thereby detecting the number of steps. Therefore, it is possible to prevent an increase in cost due to the addition of the sensors, and it is not necessary to initialize the number of steps. Further, since the state observation filter does not have a direct term, high-frequency detection noise included in the tilt angle can be removed.
[0167]
Next, consider the drive state determination means 120 as shown in FIG. The drive state determination means 120 calculates the integrated value of the step motor drive pulse as u._ItAnd u_ItAnd the output u of the state observation filter means_tCompare And, for example, at steady state u_tAnd u_ItIf it is greatly different, it is determined that the step is out of step. For example, u_tChange and u_ItThe step motor abnormality (step motor sticking or the like) is determined by comparing with the change in the above.
[0168]
Hereinafter, the shift control calculation performed by thecontrol device 80 will be described using the flowchart shown in FIG. This shift control calculation is executed at a predetermined control cycle, for example, every 10 mS.
[0169]
Steps S100 to S106 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0170]
In step S107, the tilt angle φ, the step motor drive speed command value v, and ζ₁And TCVT output disk rotational speed estimate ω_odAnd TCVT output disc rotational speed differential value ω ′_odAnd thestate observer 110 represented by the equation (26) is calculated, and the trunnion displacement estimated value y is calculated._tAnd step motor step number estimate u_tAnd calculate.
[0171]
In step S108, the trunnion displacement estimated value y_tAnd step motor step number estimate u_tAnd tilt angle φ and target value φ^*And the control law expressed by the equations (32) to (36) is calculated to calculate the step motor drive speed command value v.
[0172]
FIG. 8 shows the result of a computer simulation performed using thisstate observer 110. Initial estimation error d in number of steps_uGave. It can be confirmed that the estimation error attenuates stably and decreases exponentially with respect to the tilt angle φ, trunnion displacement y, and step number u.
[0173]
Therefore, theTCVT 10 has drive state determination means for determining the drive state of the shift actuator by comparing the integral value of the shift actuator drive speed command value with the estimated shift actuator displacement value. Therefore, it can be determined that the motor is not being driven.
[0174]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a continuously variable transmission.
FIG. 2 is a configuration diagram of a shift control hydraulic system of a continuously variable transmission.
FIG. 3 is a configuration diagram of a control system including a control device.
FIG. 4 is a configuration diagram of a state observer.
FIG. 5 is a relationship diagram between a tilt angle and a gear ratio.
FIG. 6: Tilt angle and f₂It is a relationship figure with the integral value of the reciprocal number of.
FIG. 7 is a flowchart of a shift control calculation of the control device.
FIG. 8 is a simulation result using the present invention by a computer.
FIG. 9 is a configuration diagram of a control system including drive state determination means.
[Explanation of symbols]
10 Toroidal type continuously variable transmission
52 step motor
56 Shift control valve
100 Tilt angle detector
101 Rotational speed detection means
102 Differentiation means
103 f₁Calculation means
104 Integral value calculation means
105 New state quantity calculation means
106 Filter means for state observation
110 State observer
200 Command value calculator

Claims (5)

Translated fromJapanese

変速アクチュエータの指令値を入力とし、傾転角度または変速比を出力する無段変速機の状態方程式に基づいてトラニオン軸方向変位を推定する状態観測器と、このトラニオン軸方向変位推定値に基づいて変速アクチュエータの指令値を演算する指令値演算器とを備えるトロイダル型無段変速機において、
前記状態観測器は、傾転角度を検出する傾転角度検出手段と、
トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分の逆数を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段と、
を有し、この算出された積分値を用いて前記トロイダル型無段変速機の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換することを特徴とするトロイダル型無段変速機。A state observer that estimates the trunnion axial displacement based on the state equation of the continuously variable transmission that receives the command value of the speed change actuator and outputs the tilt angle or gear ratio, and based on the estimated trunnion axial displacement In a toroidal continuously variable transmission comprising a command value calculator for calculating a command value of a speed change actuator,
The state observer includes a tilt angle detecting means for detecting a tilt angle;
Of the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement, an integral value calculating means for integrating the reciprocal of the component depending on the tilt angle up to the tilt angle at the current time;
The toroidal continuously variable transmission is characterized in that the calculated integral value is used to convert the transition matrix of the state equation of the toroidal continuously variable transmission into a constant matrix.前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ変位であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ₁を算出するｆ₁算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ₁に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。The shift actuator command value is a shift actuator displacement, and the state observer includes a rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the toroidal type continuously variable transmission, and a sensitivity to a tilt angular velocity with respect to a trunnion axial displacement. and f₁ calculating means for calculating a component f₁ which depends on the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission, in proportion to the integral value is inversely proportional to the component f₁ which depends on the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission The new state quantity calculating means for calculating the new state quantity, the new state quantity, the displacement command value of the speed change actuator, and the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission are input, and the new state quantity estimated value and the trunnion displacement estimated value are The continuously variable transmission according to claim 1, further comprising a state observation filter unit that outputs.前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ₁を算出するｆ₁算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ₁に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。The shift actuator command value is a shift actuator drive speed command value, and the state observer includes a rotation speed detecting means for detecting or estimating the rotation speed of the toroidal-type continuously variable transmission, and a tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement. Among the sensitivities to f1, the f₁ calculating means for calculating the component f₁ depending on the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission, and the component proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission New state quantity calculation means for calculating a new state quantity inversely proportional to f₁ , the new state quantity, the drive speed command value of the speed change actuator, and the rotational speed of the toroidal continuously variable transmission are input, and a new state quantity estimated value 2. The continuously variable transmission according to claim 1, further comprising state observation filter means for outputting a trunnion displacement estimated value and a shift actuator displacement estimated value.前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数の時間微分値を演算する微分手段を有し、前記状態観測用フィルタ手段のフィルタ出力値をこの微分値で補正することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の無段変速機。The state observer has a differentiating means for calculating a time differential value of the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission, and corrects the filter output value of the state observation filter means with the differential value. The continuously variable transmission according to any one of claims 1 to 3.変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有することを特徴とする請求項３もしくは４に記載の無段変速機。5. The non-transmission unit according to claim 3, further comprising drive state determination means for determining a drive state of the speed change actuator by comparing an integral value of the speed change actuator drive speed command value with a speed change actuator displacement estimated value. Step transmission.

Images