特許 6907073 トロイダル無段変速機の変速制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6907073

(24)【登録日】2021年7月2日

(45)【発行日】2021年7月21日

(54)【発明の名称】トロイダル無段変速機の変速制御装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 61/00 20060101AFI20210708BHJP

   F16H 61/664 20060101ALI20210708BHJP

   F16H 59/40 20060101ALI20210708BHJP

【ＦＩ】

   F16H61/00

   F16H61/664

   F16H59/40

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-166437(P2017-166437)

(22)【出願日】2017年8月31日

(65)【公開番号】特開2019-44812(P2019-44812A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2020年6月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松田 吉平

(72)【発明者】

【氏名】宮西 昇二

(72)【発明者】

【氏名】中島 健一

【審査官】 藤村 聖子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３６９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１４１６７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ６１／００

Ｆ１６Ｈ ６１／６６４

Ｆ１６Ｈ ５９／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディスクに対するパワーローラのローラ位置をアクチュエータにより変化させることでパワーローラの傾転角を変化させて変速比を変化させるトロイダル無段変速機の変速制御装置であって、
前記変速比の実値を取得する実変速比取得器と、
前記変速比の指令値と前記変速比の前記実値との偏差を減らすように閉ループ制御により前記ローラ位置の目標値を算出する目標位置演算器と、
第１回転速度域と前記第１回転速度域よりも速い第２回転速度域とにおいて、前記ディスクの回転速度の変化に応じて前記閉ループ制御のゲインを調整するゲイン設定器と、を備え、
前記ゲイン設定器は、
前記第１回転速度域では、前記回転速度の増加に伴って前記閉ループ制御の感度が低下するように前記ゲインを変化させ、
前記第２回転速度域では、前記回転速度の増加に伴う前記閉ループ制御の感度の低下率が前記第１回転速度域よりも小さくなるように前記ゲインを変化させる、トロイダル無段変速機の変速制御装置。

【請求項2】

前記ゲイン設定器は、前記第２回転速度域において前記感度の低下率が前記回転速度の増加に伴って連続的に小さくなるように前記ゲインを変化させる、請求項１に記載のトロイダル無段変速機の変速制御装置。

【請求項3】

前記ゲイン設定器は、前記回転速度の増加に伴う前記ゲインの変化が、前記回転速度の増加に伴う前記パワーローラの傾転感度の変化と逆相関になるように、前記ゲインを変化させる、請求項１又は２に記載のトロイダル無段変速機の変速制御装置。

【請求項4】

前記ローラ位置の実値を推定する位置推定器と、
前記ローラ位置の前記実値と前記目標値との偏差を減らすように第２の閉ループ制御により前記アクチュエータに対する動作指令値を算出する位置制御器と、
第１回転速度域と前記第１回転速度域よりも速い第２回転速度域とにおいて前記回転速度の変化に応じて前記位置推定器の内部モデルの感度を調整する第２のゲイン設定器と、を更に備え、
前記第２のゲイン設定器は、
前記第１回転速度域では、前記回転速度の増加に伴って前記内部モデルの感度を増加させ、
前記第２回転速度域では、前記回転速度の増加に伴う前記内部モデルの感度の増加率が前記第１回転速度域よりも小さくなるように前記内部モデルの感度を変化させる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のトロイダル無段変速機の変速制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ディスクに対するパワーローラのローラ位置をアクチュエータにより変化させることでパワーローラの傾転角を変化させて変速比を変化させるトロイダル無段変速機の変速制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

トロイダル無段変速機では、ディスクに対するパワーローラの位置をアクチュエータにより変化させることで、パワーローラを傾転させて変速比を変更する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−１５８４００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、パワーローラの傾転感度は、ディスクの回転速度によって異なり、当該回転速度が増加するにつれて高感度になる。制御安定性の観点では、傾転感度が高くなり過ぎて変速制御が不安定化（発散）しないように、回転速度の増加に伴って変速比の閉ループ制御のゲインを減少させる必要がある。しかし、トロイダル無段変速機を高速条件下で利用しようとする場合、回転速度の増加に伴って変速比の閉ループ制御のゲインを反比例的に減少させ続けると、高速域では当該ゲインがかなり小さくなることになる。当該ゲインが大幅に減少して変速比の閉ループ制御の感度が下がり過ぎると、目標変速比の細かい変動にパワーローラの傾転が十分に追従できない事態が想定される。このように、高速条件下では制御安定性を求める代償として制御応答性が損なわれるため、トロイダル無段変速機の高速化には限界があるというのが当該分野における現状の認識である。

【0005】

そこで本発明では、制御安定性及び制御応答性を両立させながらトロイダル無段変速機のディスク回転速度の使用可能域を拡げることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るトロイダル無段変速機の変速制御装置は、ディスクに対するパワーローラのローラ位置をアクチュエータにより変化させることでパワーローラの傾転角を変化させて変速比を変化させるトロイダル無段変速機の変速制御装置であって、前記変速比の実値を取得する実変速比取得器と、前記変速比の指令値と前記変速比の前記実値との偏差を減らすように閉ループ制御により前記ローラ位置の目標値を算出する目標位置演算器と、第１回転速度域と前記第１回転速度域よりも速い第２回転速度域とにおいて、前記ディスクの回転速度の変化に応じて前記閉ループ制御のゲインを調整するゲイン設定器と、を備え、前記ゲイン設定器は、前記第１回転速度域では、前記回転速度の増加に伴って前記閉ループ制御の感度が低下するように前記ゲインを変化させ、前記第２回転速度域では、前記回転速度の増加に伴う前記閉ループ制御の感度の低下率が前記第１回転速度域よりも小さくなるように前記ゲインを変化させる。

【0007】

本発明者らは、低速域においては、ディスクの回転速度が増加するにつれてパワーローラの傾転感度が比例的に高くなる傾向を有するが、高速域においては、低速域のように傾転感度が比例的に高くなるのではなく、ディスクの回転速度が増加するにつれてパワーローラの傾転感度の増加率が低下することを発見した。前記構成によれば、第１回転速度域（低速域）では、回転速度の増加に伴って閉ループ制御の感度が低下するため、変速制御が不安定化（発散）することが防止される。第２回転速度域（高速域）では、回転速度の増加に伴う閉ループ制御の感度の低下率が第１回転速度域よりも小さくなるため、制御応答性の低下が防止される。よって、高速域においても制御安定性及び制御応答性を両立させることができ、トロイダル無段変速機のディスク回転速度の使用可能域を拡げることができる。

【0008】

前記ゲイン設定器は、前記第２回転速度域において前記感度の低下率が前記回転速度の増加に伴って連続的に小さくなるように前記ゲインを変化させてもよい。

【0009】

前記構成によれば、ディスクの回転速度が連続的に増加する際に、制御安定性及び制御応答性のバランスを連続的に保つことができる。

【0010】

前記ゲイン設定器は、前記回転速度の増加に伴う前記ゲインの変化が、前記回転速度の増加に伴う前記パワーローラの傾転感度の変化と逆相関になるように、前記ゲインを変化させてもよい。

【0011】

前記構成によれば、回転速度域の全体にわたって好適に制御安定性及び制御応答性を両立させることができる。

【0012】

前記ローラ位置の実値を推定する位置推定器と、前記ローラ位置の前記実値と前記目標値との偏差を減らすように第２の閉ループ制御により前記アクチュエータに対する動作指令値を算出する位置制御器と、第１回転速度域と前記第１回転速度域よりも速い第２回転速度域とにおいて前記回転速度の変化に応じて前記位置推定器の内部モデルの感度を調整する第２のゲイン設定器と、を更に備え、前記第２のゲイン設定器は、前記第１回転速度域では、前記回転速度の増加に伴って前記内部モデルの感度を増加させ、前記第２回転速度域では、前記回転速度の増加に伴う前記内部モデルの感度の増加率が前記第１回転速度域よりも小さくなるように前記内部モデルの感度を変化させてもよい。

【0013】

前記構成によれば、変速比の指令値と実値との偏差を減らすように変速要素の動作位置の目標値を算出する閉ループ制御（メジャー閉ループ制御）とともに、変速要素の動作位置の目標値と実値との偏差を減らすように制御弁に対する動作指令値を算出する第２の閉ループ制御（マイナー閉ループ制御）が実行される構成において、第１回転速度域（低速域）及び第２回転速度域（高速域）の何れにおいても、回転速度の増減に応じたパワーローラの傾転感度の増減に合わせるように位置推定器の内部モデルの感度も増減するため、回転速度の変化に伴うローラ位置の推定精度の低下を防止できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、制御安定性及び制御応答性を両立させながらトロイダル無段変速機のディスク回転速度の使用可能域を拡げることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態に係る駆動機構一体型発電装置のスケルトン図である。

【図2】図１に示す駆動機構一体型発電装置の油圧回路図である。

【図3】図１に示す駆動機構一体型発電装置の変速制御装置のブロック図である。

【図4】図３に示す位置推定器の内部モデルのブロック図である。

【図5】図１に示すパワーローラの傾転感度とディスク回転速度との関係を示すグラフである。

【図6】図３に示す目標位置演算器の算出ゲインとディスク回転速度との関係を示すグラフである。

【図7】図４に示す位置推定器の内部ゲインとディスク回転速度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

【0017】

図１は、実施形態に係る駆動機構一体型発電装置１のスケルトン図である。図１に示すように、駆動機構一体型発電装置１（Integrated Drive Generator，以下「ＩＤＧ」）は、航空機の交流電源として用いられる。ＩＤＧ１は、航空機のエンジンに取り付けられるケーシング２を備え、ケーシング２には、発電機３が定速駆動装置（Constant Speed Drive，以下「ＣＳＤ」）４と共に収容される。ＣＳＤ４は、航空機のエンジン回転軸（図示せず）の回転動力を発電機３に伝達する動力伝達経路を形成し、トロイダル無段変速機１０（以下「トロイダルＣＶＴ」）がその一部を構成する。エンジン回転軸の回転動力は、ＣＳＤ４の入力経路５を介してトロイダルＣＶＴ１０に入力され、トロイダルＣＶＴ１０で変速され、ＣＳＤ４の出力経路６を介して発電機軸７に出力される。発電機軸７が回転すると、発電機３は発電機軸７の回転速度に比例した周波数で交流電力を発生する。トロイダルＣＶＴ１０の変速比ＳＲは、エンジン回転軸の回転速度の変動に関わらず発電機軸７の回転速度を適値（航空機内の電装品が安定動作する周波数と対応する値）に保つように連続的に変更される。これにより、発電機３で発生される交流電力の周波数が適値に保たれ、航空機内の電装品が安定動作する。

【0018】

トロイダルＣＶＴ１０では、ＣＶＴ入力軸１１及びＣＶＴ出力軸１２がＣＶＴ軸線Ａ１上で同軸状に配置される。入力ディスク１３がＣＶＴ入力軸１１上に一体回転可能に設けられ、出力ディスク１４がＣＶＴ出力軸１２上に一体回転可能に設けられる。入力ディスク１３及び出力ディスク１４は、互いに対向して円環状のキャビティ１５を形成する。本実施形態では、トロイダルＣＶＴ１０は、ダブルキャビティ型であり、同構造の２組の入力ディスク１３Ａ，１３Ｂ及び出力ディスク１４Ａ，１４Ｂを備え、２つのキャビティ１５Ａ，１５ＢがＣＶＴ軸線Ａ１方向に並ぶ。２つのパワーローラ１６（対象物）が１つのキャビティ１５内に配置され、各パワーローラ１６が転動軸線Ａ３周りに回転可能にトラニオン１７に支持される。トラニオン１７は、パワーローラ１６と一対一で対応し、傾転軸線Ａ２の延在方向に変位可能且つ傾転軸線Ａ２周りに回転可能にケーシング２に支持される。

【0019】

パワーローラ１６は、トラクションオイルの供給を受け、且つクランプ機構１８により発生されるクランプ力でディスク１３，１４に押し付けられる。クランプ機構１８は、カム式（ローディングカム機構と称される場合もある）でも油圧式でもよい。これにより、高粘度油膜が入力側接触部（パワーローラ１６と入力ディスク１３との接触界面）と出力側接触部（パワーローラ１６と出力ディスク１４との接触界面）とに形成される。ＣＶＴ入力軸１１は入力経路５から入力された回転動力で回転駆動される。ＣＶＴ入力軸１１が回転すると、入力ディスク１３が一体回転し、パワーローラ１６が入力側接触部で生じる油膜の剪断抵抗で転動軸線Ａ３周りに回転駆動される。パワーローラ１６が転動軸線Ａ３周りに回転すると、出力ディスク１４が出力側接触部で生じる油膜の剪断抵抗で回転駆動され、ＣＶＴ出力軸１２が一体回転する。ＣＶＴ出力軸１２の回転動力は出力経路６に出力される。

【0020】

変速比ＳＲはローラ位置Ｘ（パワーローラ１６の傾転軸線Ａ２の延在方向における位置）に応じて連続的に変更される。変速比ＳＲは、トロイダルＣＶＴ１０の入力回転速度（ＣＶＴ入力軸１１の回転速度）Ｎ１に対する出力回転速度（ＣＶＴ出力軸１２の回転速度）Ｎ２の比として定義され、半径比と等しい（ＳＲ＝Ｎ２／Ｎ１＝ｒ_in／ｒ_out）。半径比は、出力側接触半径ｒ_out（ＣＶＴ軸線Ａ１から出力側接触部までの距離）に対する入力側接触半径ｒ_in（ＣＶＴ軸線Ａ１から入力側接触部までの距離）の比である。ローラ位置Ｘが変更されると、パワーローラ１６がサイドスリップを解消するまで傾転軸線Ａ２周りに回転し、傾転角φ（パワーローラ１６の傾転軸線Ａ２周りの回転角）が変更される。傾転角φが変化すると、入力側接触部及び出力側接触部が変位し、それにより入力側接触半径ｒ_in及び出力側接触半径ｒ_outが連続的に変更される。したがって、半径比すなわち変速比ＳＲが連続的に変更される。

【0021】

図２は、図１に示す駆動機構一体型発電装置１の油圧回路図である。図２に示すように、ローラ位置Ｘは油圧アクチュエータ２０によって変更される。油圧アクチュエータ２０は複数の油圧シリンダ２１を含む。油圧シリンダ２１は、パワーローラ１６及びトラニオン１７と一対一で対応する。油圧シリンダ２１は、ボディ２１ａ、ピストン２１ｂ及びロッド２１ｃを含む。油圧シリンダ２１は複動式であり、ボディ２１ａの内部はピストン２１ｂで増速室２２と減速室２３とに仕切られる。ロッド２１ｃは、傾転軸線Ａ２と同軸状に配置され、ピストン２１ｂをトラニオン１７に連結し、トラニオン１７及びこれに支持されたパワーローラ１６と共に傾転軸線Ａ２の延在方向に移動する。

【0022】

増速室２２に油が供給され減速室２３から油が排出されると、ローラ位置Ｘが、傾転軸線Ａ２の延在方向における増速側へ変更される。油がその逆に流れると、ローラ位置Ｘが、傾転軸線Ａ２の延在方向における増速側とは反対側である減速側へ変更される。１つのキャビティ１５内に配置された２つのパワーローラ１６は、ローラ位置Ｘの変更時に半径比を互いに同値で保つため、傾転軸線Ａ２の延在方向において互いに逆向きに変位する。

【0023】

ローラ位置Ｘが増速側へ変更されると、その位置変化量（オフセット量）に応じた傾転速度で傾転角φが大きくなり変速比ＳＲが上昇し、ローラ位置Ｘを中立点Ｘ_nに戻すことで、その増速された変速比ＳＲが維持される。ローラ位置Ｘが減速側へ変更されると、その位置変化量（オフセット量）に応じた傾転速度で傾転角φが小さくなり変速比ＳＲが低下し、ローラ位置Ｘを中立点Ｘ_nに戻すことで、その減速された変速比ＳＲが維持される。中立角φ_nは傾転許容範囲の中央値と概略等しく、最小変速比ＳＲ_minは最大変速比ＳＲ_maxの逆数と概略等しい。

【0024】

油圧アクチュエータ２０は、制御弁２５を更に含む。油圧シリンダ２１がパワーローラ１６に一対一で対応するのに対し、制御弁２５は例えば複数のパワーローラ１６に対して単一である。制御弁２５は４方向切換弁であり、供給ポートＰＳ、戻りポートＰＴ、増速用制御ポートＣＡ及び減速用制御ポートＣＢを有する。油タンク２６から油を吸い出す油圧ポンプ２７は、供給ポートＰＳに接続され、戻りポートＰＴは、油タンク２６に接続されている。増速用制御ポートＣＡは、増速室２２に接続され、減速室２３は、減速用制御ポートＣＢに接続されている。制御弁２５はスプール弁であり、ポートの接続状態がスプール２８の位置に応じて切り換わる。制御弁２５は３位置切換弁であり、スプール２８は遮断領域（図２で中央位置）、増速領域（図２で左位置）又は減速領域（図２で右位置）に位置付けられる。

【0025】

遮断領域では、制御ポートＣＡ，ＣＢが供給ポートＰＳ及び戻りポートＰＴから遮断される。このとき、増速室２２及び減速室２３に対する油の給排が止まり、変速比が維持される。増速領域では、増速用制御ポートＣＡが供給ポートＰＳと接続されて減速用制御ポートＣＢが戻りポートＰＴと接続される。このとき、油が増速室２２に供給されて減速室２３から排出され、変速比が上昇する。減速領域では、増速用制御ポートＣＡが戻りポートＰＴと接続されて減速用制御ポートＣＢが供給ポートＰＳと接続される。このとき、油が減速室２３に供給されて増速室２２から排出され、変速比が低下する。スプール２８が増速領域又は減速領域に位置する際、供給ポートＰＳ及び戻りポートＰＴの開度は当該領域内でのスプール位置に応じて可変的に設定される。

【0026】

制御弁２５は、スプール２８を駆動してスプール位置及び開度を制御する駆動部２９を有する。制御弁２５は、例えばノズルフラッパ型サーボ弁である。駆動部２９により増速室２２及び減速室２３に対して給排される油の流量及び圧力が調整される。制御弁２５は電動弁であり、駆動部２９は、変速制御装置４０から駆動信号が入力され、駆動信号の出力値Ｉ（電流値）に応じてスプール位置及び開度を制御する。

【0027】

油圧アクチュエータ２０は、駆動信号が所定条件を満たすとローラ位置Ｘを所定位置で強制的に保持するバイアス機構（図示せず）を備える。例えば、当該バイアス機構は、出力値Ｉが零値Ｉ_zであるという条件を満たせばローラ位置Ｘを下限点Ｘ_minに強制的に戻し、変速比ＳＲを安全側となる最小変速比ＳＲ_minで保持する。なお、出力値Ｉが負値であるという条件を満たしたときも、ローラ位置Ｘが下限点Ｘ_minに強制的に戻される。出力値Ｉが零値Ｉ_zであれば、スプール２８が遮断領域内の中立位置ＳＰ_nではなく減速領域内のバイアス位置に位置付けられる。

【0028】

出力値Ｉが零値Ｉ_zとなりスプール２８がバイアス位置で維持されれば、ローラ位置Ｘ、傾転角φ及び変速比ＳＲは、それぞれ下限点Ｘ_min、最小傾転角φ_min及び最小変速比ＳＲ_minに達し、そこで保持される。逆に、スプール２８を遮断領域内の中立位置ＳＰ_nに位置付けてローラ位置Ｘを維持するためには、中立位置ＳＰ_nを得るための駆動信号の出力値Ｉ（中立値Ｉ_n）を設定し、その駆動信号を駆動部２９に出力し続ける。

【0029】

図３は、図１に示す駆動機構一体型発電装置１の変速制御装置４０のブロック図である。図３に示すように、変速制御装置４０は、傾転角の実値を推定した値である推定値φ_estを求める傾転角推定器４１、ローラ位置の実値を推定した値である推定値Ｘ_estを求める位置推定器４２（位置取得器）、及び、ローラ位置の目標値Ｘ_refと推定値Ｘ_estの偏差ΔＸを解消するように油圧アクチュエータ２０の動作指令値Ｉ_refを求める位置制御器４３を備える。傾転角推定器４１は、傾転角を直接的に検出するセンサに依らずに、演算によって傾転角の推定値φ_estを求める。動作指令値Ｉ_refは、例えば、油圧アクチュエータ２０の制御弁２５に与えられる駆動信号の出力値（電流値）である。

【0030】

傾転角推定器４１は、実変速比ＳＲを求める実変速比演算器４４（実変速比取得器）、及び実変速比ＳＲを傾転角の推定値φ_estに換算する換算器４５を備える。実変速比演算器４４は、トロイダルＣＶＴ１０の入力回転速度Ｎ１（エンジンＥの回転速度）とトロイダルＣＶＴ１０の出力回転速度Ｎ２との比に応じて実変速比ＳＲを求める。なお、入力回転速度Ｎ１及び出力回転速度Ｎ２は、それぞれ入力回転速度センサ及び出力回転速度センサにより検出される。

【0031】

換算器４５は、傾転角φの実変速比ＳＲに対する関数の逆関数（φ＝ｆ⁻¹（ＳＲ））に従い、実変速比ＳＲに応じて傾転角を推定した値である推定値φ_estを求める。換算器４５は、実際に逆関数を算術演算してもよいが、演算負荷軽減のため逆関数に従ったテーブルを予め作成してこれを変速制御装置４０に記憶させておき、テーブル処理によって推定値φ_estを求めてもよい。

【0032】

変速制御装置４０は、変速比の指令値ＳＲ_refを求める目標変速比演算器４６を備える。目標変速比演算器４６は、入力回転速度センサで検出された入力回転速度Ｎ１と予め記憶されている出力回転速度の指令値Ｎ２_refとの比に応じて変速比の指令値ＳＲ_refを算出する。本実施形態では、出力回転速度の指令値Ｎ２_refは、航空機内の電装品の作動に適した周波数と対応する一定値に設定される。例えば、目標周波数ｆ_refを400Hz、発電機３の極数を２、出力回転速度センサの検出対象を発電機軸７の回転速度とする場合、指令値Ｎ２_refは24,000rpmの一定値である。

【0033】

変速制御装置４０は、変速比の指令値ＳＲ_refと実変速比ＳＲとの偏差ΔＳＲを求める変速比減算器４７を備える（ΔＳＲ＝ＳＲ_ref−ＳＲ）。変速制御装置４０は、変速比の偏差ΔＳＲを減らすようにローラ位置の目標値Ｘ_refを算出する目標位置演算器４８を備える。即ち、目標位置演算器４８は、メジャー閉ループ制御ＬＰ１（第１閉ループ制御；フィードバック制御）により、偏差ΔＳＲをゼロに近づけるようにローラ位置の目標値Ｘ_refを所定の算出ゲインＧ₁で算出する。目標位置演算器４２は、トロイダルＣＶＴ１０の入力ディスク１３又は出力ディスク１４の回転速度（例えば、本実施形態では出力回転速度Ｎ２）に応じて目標値Ｘ_refの算出ゲインＧ₁を変化させるゲイン調整を行う。具体的には、目標位置演算器４８は、回転速度センサ３５で検出された出力回転速度Ｎ２に応じてゲイン設定器６０で決定される算出ゲインＧ₁に基づいて目標値Ｘ_refを算出する。即ち、ゲイン設定器６０は、メジャー閉ループ制御ＬＰ１のゲインとしての目標位置演算器４８の算出ゲインＧ₁を回転速度Ｎ２の変化に応じて調整する。算出ゲインＧ₁については、後述する。

【0034】

変速制御装置４０は、ローラ位置の目標値Ｘ_refと推定値Ｘ_estとの偏差ΔＸを求める位置減算器４９を備える（ΔＸ＝Ｘ_ref−Ｘ_est）。位置制御器４３は、偏差ΔＸを減らすように油圧アクチュエータ２０の動作指令値Ｉ_refを算出する。即ち、位置制御器４３は、マイナー閉ループ制御ＬＰ２（第２閉ループ制御；フィードバック制御）により、偏差ΔＸをゼロに近づけるように動作指令値Ｉ_refを所定の算出ゲインＧ₂で算出する。本実施形態では、算出ゲインＧ₂は一定である。

【0035】

位置減算器４９に帰還するマイナー閉ループ制御ＬＰ２は、変速比減算器４７に帰還するメジャー閉ループ制御ＬＰ１に包含されたループである。油圧アクチュエータ２０の制御弁２５が動作指令値Ｉ_refで示される駆動信号を与えられることで、実ローラ位置は目標値Ｘ_refに近づけられる。そして、実変速比ＳＲが指令値ＳＲ_refに近づけられ、出力回転速度Ｎ２が指令値Ｎ２_refに近づけられる。

【0036】

図４は、図３に示す位置推定器４２の内部モデルのブロック図である。図４に示すように、位置推定器４２は、傾転角φのモデルと油圧アクチュエータ２０のモデルとを用いて作成されたオブザーバであり、ローラ位置Ｘを推定する。傾転角φのモデルは数式（１）で表され、油圧アクチュエータ２０のモデルは数式（２）で表される。

【0037】

【数1】

【0038】

【数2】

【0039】

ここで、Ｋ₁は第１比例ゲイン、Ｋ₂は第２比例ゲイン、Ｔ₂は時定数、ｓはラプラス演算子である。

【0040】

数式（１）（２）により、オブザーバを設計するためのモデルが数式（３）で表される。

【0041】

【数3】

【0042】

ここで、Ｋ＝Ｋ₁Ｋ₂、Ｔ₂≒０である。

【0043】

次に、状態空間表現された行列Ａ，Ｂが、数式（４）〜（６）のとおり分割される。

【0044】

【数4】

【0045】

【数5】

【0046】

【数6】

【0047】

ここで、ｘは状態変数である。このとき、数式（７）（８）が成り立つ。

【0048】

【数7】

【0049】

【数8】

【0050】

したがって、Ａ₁₁＝Ａ₂₁＝Ａ₂₂＝Ｂ₁＝０、Ａ₁₂＝Ｋ₁、Ｂ₂＝Ｋ₂が成り立つ。

【0051】

次に、行列式の設計パラメータＬが数式（９）のとおり導入され、オブザーバの極（推定行列＾Ａの固有値）が安定になるように調整される。

【0052】

【数9】

【0053】

他のパラメータ（推定行列＾Ｂ、行列Ｇ、推定行列＾Ｃ及び推定行列＾Ｄ）は、設計パラメータＬを用いて数式（１０）〜（１３）に従って求められる。

【0054】

【数10】

【0055】

【数11】

【0056】

【数12】

【0057】

【数13】

【0058】

以上から、傾転角φのモデル（数式（１）参照）及び油圧アクチュエータ２０のモデル（数式（２）参照）から、数式（１４）（１５）で示される最小次元オブザーバが得られる。

【0059】

【数14】

【0060】

【数15】

【0061】

ここで、ωは最小次元オブザーバの状態である。

【0062】

位置推定器４２は、数式（１４）（１５）に従った演算を行うことで、ローラ位置の推定値Ｘ_est（数式（１５）参照）を求める。位置推定器４２では、傾転角の推定値φ_estが、傾転角推定器４１から行列Ｇを有する演算回路５１に与えられ、Ｇ_φest（数式（１４）を参照）が演算回路５１から加算器５２に与えられる。油圧アクチュエータ２０の動作指令値Ｉ_refが、位置制御器４３から推定行列＾Ｂの演算回路５３に与えられ、＾ＢＩ_ref（数式（１４）を参照）が演算回路５３から加算器５２に与えられる。加算器５２の出力は、伝達関数１／ｓを有する積分回路５４に与えられ、状態ωが積分回路５４から出力される。状態ωは、推定行列＾Ａを有する演算回路５５に与えられ、＾Ａω（数式（１４）参照）が演算回路５５から加算器５２に与えられる。加算器５２は、＾Ａω、＾ＢＩ_ref及びＧ_φestを加算することで状態ωの微分値ｄω／ｄｔを導出し（数式（１４）参照）、これを積分回路５４に与えている。

【0063】

状態ωは、推定行列＾Ｃの演算回路５６にも与えられ、＾Ｃω（数式（１５）参照）が演算回路５６から加算器５７に与えられる。傾転角の推定値φ_estは、傾転角推定器４１から推定行列＾Ｄの演算回路５８にも与えられ、＾Ｄ_φest（数式（１５）参照）が演算回路５８から加算器５７に与えられる。加算器５７は、＾Ｃω及び＾Ｄ_φestを加算することでローラ位置の推定値Ｘ_estを導出し（数式（１５）参照）、これを位置減算器４９に出力する。

【0064】

行列Ｇを有する演算回路５１及び推定行列＾Ｄの演算回路５８は、回転速度センサ３５で検出された出力回転速度Ｎ２に応じてゲイン設定器６１で決定される内部ゲインＫ_Bに基づき行列Ｇ＾及び＾Ｄを導出する。このようにして、位置推定器４２は、傾転角の推定値φ_estと油圧アクチュエータ２０の動作指令値Ｉ_refと回転速度Ｎ２とに基づいてローラ位置の推定値Ｘ_estを求める。内部ゲインＫ_Bについては、後述する。

【0065】

図５は、図１に示すパワーローラ１６の傾転感度とディスク回転速度Ｎ２との関係を示すグラフである。図５の破線に示すように、従来の理論では、パワーローラ１６の傾転感度は、ディスク回転速度Ｎ２が増加するにつれて比例的に高感度になるものと考えられていた。なお、「傾転感度」とは、パワーローラ１６のローラ位置Ｘ（中立点Ｘ_nからのオフセット量）に対するパワーローラ１６の傾転角速度の割合を意味する。

【0066】

しかし、図５の実線に示すように、本発明者らは、低速域においては、ディスク回転速度Ｎ２が増加するにつれてパワーローラ１６の傾転感度が比例的に高くなる傾向を有するが、高速域においては、低速域のように傾転感度が比例的に高くなるのではなく、ディスク回転速度Ｎ２が増加するにつれてパワーローラ１６の傾転感度の増加率が低下することを発見した。図５の実線の例では、ディスク回転速度Ｎ２が所定の回転速度Ｎａよりも小さい低速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴い傾転感度が比例的に高くなるが、ディスク回転速度Ｎ２が所定の回転速度Ｎａよりも大きい高速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴う傾転感度の増加率が連続的に低下していく。そして、所定の回転速度Ｎｂで傾転感度が最大値を示し、ディスク回転速度Ｎ２がその回転速度Ｎｂ（Ｎｂ＞Ｎａ）より大きくなると、傾転感度の増加率がマイナスに転じる。このような知見に基づき、以下のように目標位置演算器４８の算出ゲインＧ₁と位置推定器４２の内部ゲインＫ_Bとがディスク回転速度Ｎ２に応じて調整される。

【0067】

図６は、図３に示す目標位置演算器４８の算出ゲインＧ₁とディスク回転速度Ｎ２との関係を示すグラフである。図６に示すように、低速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴ってメジャー閉ループ制御ＬＰ１の感度が低下するように算出ゲインＧ₁が減少させられる。他方、高速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴うメジャー閉ループ制御ＬＰ１の感度の低下率が、低速域におけるメジャー閉ループ制御ＬＰ１の感度の低下率よりも小さくなる。

【0068】

具体的には、低速域ではディスク回転速度Ｎ２の増加に伴い算出ゲインＧ₁が比例的に減少するが、高速域ではディスク回転速度Ｎ２の増加に伴う算出ゲインＧ₁の減少率が連続的に低下していく。そして、所定の回転速度Ｎｂで算出ゲインＧ₁が最小値を示し、ディスク回転速度Ｎ２がその回転速度Ｎｂより大きくなると、算出ゲインＧ₁の減少率がプラスに転じる。即ち、ゲイン設定器６０（図３）は、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴う算出ゲインＧ₁の変化が、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴うパワーローラ１６の傾転感度の変化と逆相関になるように算出ゲインＧ₁を変化させる。

【0069】

このようにすれば、低速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴ってメジャー閉ループ制御ＬＰ１の感度が低下するため、変速制御が不安定化（発散）することが防止される。高速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴うメジャー閉ループ制御ＬＰ１の感度の低下率が低速域よりも小さくなるため、制御応答性の低下が防止される。よって、高速域においても制御安定性及び制御応答性を両立させることができ、トロイダルＣＶＴ１０のディスク回転速度Ｎ２の使用可能域を拡げることができる。

【0070】

図７は、図４に示す位置推定器４２の内部ゲインＫ_Bとディスク回転速度Ｎ２との関係を示すグラフである。図７に示すように、低速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴って位置推定器４２の位置推定感度が高くなるように内部ゲインＫ_Bが増加させられる。他方、高速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴って内部ゲインＫ_Bの増加率が、低速域における内部ゲインＫ_Bが増加率よりも小さくなる。即ち、高速域では、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴う内部ゲインＫ_Bの増加率が連続的に低下していく。そして、所定の回転速度Ｎｂで内部ゲインＫ_Bが最大値を示し、ディスク回転速度Ｎ２がその回転速度Ｎｂより大きくなると、内部ゲインＫ_Bの増加率がマイナスに転じる。即ち、ゲイン設定器６１（図４）は、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴う内部ゲインＫ_Bの変化が、ディスク回転速度Ｎ２の増加に伴うパワーローラ１６の傾転感度の変化と正相関になるように内部ゲインＫ_Bを変化させる。

【0071】

このようにすれば、低速域及び高速域の何れにおいても、ディスク回転速度Ｎ２の増減に応じたパワーローラ１６の傾転感度の増減に合わせるように位置推定器４２の内部モデルの感度も増減するため、ディスク回転速度Ｎ２の変化に伴うローラ位置Ｘ_estの推定精度の低下を防止できる。

【0072】

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、位置推定器４２の内部モデルの感度はディスク回転速度に関わらず一定としてもよい。また、図５〜７の横軸は出力回転速度Ｎ２としたが、入力回転速度Ｎ₁としてもよい。トロイダル無段変速機１０は、発電機を駆動せずに別のものを駆動してもよい。

【符号の説明】

【0073】

１ 駆動機構一体型発電装置
３ 発電機
１０ トロイダル無段変速機
１３ 入力ディスク
１４ 出力ディスク
１６ パワーローラ
２０ 油圧アクチュエータ
４０ 変速制御装置
４２ 位置推定器
４３ 位置制御器
４４ 実変速比演算器（実変速比取得器）
４８ 目標位置演算器
６０ ゲイン設定器
６１ ゲイン設定器（第２のゲイン設定器）
Ｇ１ 算出ゲイン
ＫＢ 内部ゲイン
ＬＰ１ メジャー閉ループ制御
ＬＰ２ マイナー閉ループ制御（第２の閉ループ制御）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】