JP2000104815A - 電気自動車の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、全車速域において、異音の発生を防
ぎつつ、変速を早期に完了させることができる電気自動
車の変速制御装置を提供する。 【解決手段】本発明の変速制御装置は、目標モータ回転
速度の大きさに比例して変化する同期偏差を設定し、こ
の同期偏差内に、モータ同期制御される走行用モータ１
の実モータ回転速度が入ると、変速機３を目標変速比に
変更させる制御を採用して、入出ギヤの回転速度差が小
さい低車速域の変速は、同回転速度差に適した小さな値
の同期偏差Ｄ１で同期判定、入出ギヤの回転速度差が中
程度の中車速域の変速は、同回転速度差に適した中程度
の値の同期偏差Ｄ２で同期判定、入出ギヤの回転速度差
が大きい高車速域の変速は、同回転速度差に適した大き
な値の同期偏差Ｄ３で同期判定して、いずれの車速域の
変速でも、入出ギヤの回転速度差と近い値で同期判定を
行うようにし、変速の早期化を図った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、変速機を介して走
行用モータからの出力を駆動輪へ伝える電気自動車の変
速制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】走行用モータ（電動モータ）を駆動源と
して走行する電気自動車でも、特開平８−１６８１１０
号公報に開示されているように、内燃機関を搭載した車
両と同様、複数の変速段、具体的にはＬ（ロー）とＨ
（ハイ）といった２段の走行段を備える変速機が搭載さ
れるようになった。これは、小さな出力の電動モータを
用いて、種々の走行状況でも円滑な走行を行えるように
するためで、例えば２段変速（Ｌギヤ／Ｈギヤ）の場
合、例えば坂道発進時、大きな駆動力を発するＬギヤ
（ギヤ比の低いギヤ）で坂道発進し、勾配が緩くなった
場所まで走行してから、Ｈ（ギヤ比の高いギヤ）に切換
えて、通常走行へ移行させれば、モータ能力を効率良く
用いた円滑な走行が行える。

【０００３】こうした電気自動車の変速には、Ｈギヤ／
Ｌギヤの変速を指示するシフト装置から出力される指令
信号にしたがい、変速機のアクチュエータの作動させて
変速機の変速動作を実行する構造が用いられている。特
に電気自動車は、制御が容易な電動モータを用いるため
に、シンクロ機構やクラッチ機構を必要とせずに、電動
モータの回転制御を用いて、入出ギヤを同期させて入出
ギヤをかみ合わせている。具体的には、上記公報中にも
あるようにシフト装置から変速指示の信号が出力される
と、変速機のアクチュエータが作動して、一旦、変速機
をニュートラル状態にし、その後、走行用モータの出力
を加減して入出ギヤの回転速度の同期を行ってから、再
びアクチュエータが作動して、該入出ギヤをかみ合わせ
る変速制御装置が用いられている。

【０００４】こうした変速制御装置では、通常、同期偏
差を用いて、入出ギヤの回転速度が同期したか否かを判
定している。同期偏差は、実際のモータ回転速度と、車
速および変速段のギヤ比にもとづき算出される変速後の
目標モータ回転速度との差の絶対値で表される値をい
い、変速制御装置では、この同期偏差値内に、加減した
実際の走行用モータの回転速度が入ると、入出ギヤの回
転速度が同期したと判定し、この結果を受けて、入出ギ
ヤのかみ合わせを行わせるようにしている。

【０００５】従来、こうした同期判定に用いられる同期
偏差には、一定の回転速度値、特に低車速域で良好に入
出ギヤがかみ合うことを考慮して定めた小さな回転速度
値が採用されている。そして、この設定した一定の同期
偏差を用いて変速を実行させていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電気自動車では、運転
者に違和感を与えずに、できるだけ短い時間（早期）で
変速を完了させることが望まれる。ところで、変速時の
同期前における入出ギヤの回転速度差は、変速段のギヤ
比が一義的に定められているので、車速が高い程、大き
くなる。具体的には、走行用モータが高回転して高車速
域を保っている走行から変速を行う場合、同じギヤ比の
ギヤでも、同入出ギヤの間の回転速度差は、低車速での
変速に比べて、かなり大きい。

【０００７】ところが、一定の同期偏差値で同期判定を
行う技術は、低車速域の変速時の場合、入出ギヤの回転
速度差が小さいので、同期偏差値を用いて、早期に同期
判定が行えるものの、高車速域の変速時の場合、入出ギ
ヤの回転速度差が、かなり同期偏差値よりも大きくなる
ので、同期偏差値内へ実際の走行用モータの回転速度が
到達するまでの時間が長く、すなわち同期を判定するま
での時間が長くなってしまう。

【０００８】このため、変速機を搭載した電気自動車で
は変速を完了するまでに時間がかかることがある。そこ
で、同期偏差の値そのものを大きくすることが考えられ
るが、単に同期偏差を大きくしたのでは、低車速域の変
速の際、入出ギヤのかみ合わせが良好に行われず、異音
（ギヤ鳴り等）が発生することがある。

【０００９】このため、全車速域において短時間で同期
判定を行って変速を完了させる技術が要望されている。
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的
とするところは、全車速域において、異音の発生を防ぎ
つつ、早期に変速を完了させることができる電気自動車
の変速制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した電気自動車の変速制御装置は、目
標モータ回転速度の大きさに比例して変化する同期偏差
を設定し、この同期偏差内に、目標モータ回転速度にし
たがい出力が制御される走行用モータの実モータ回転速
度が入ったとき、変速機を目標変速比に変更させる制御
を採用した。

【００１１】これにより、入出ギヤの回転速度差が小さ
い低車速域の変速は、同回転速度差に適した小さな値の
同期偏差で同期判定が行われ、入出ギヤの回転速度差が
大きい高車速域の変速は、同回転速度差に適した大きな
値の同期偏差で同期判定が行われる。また中車速域の変
速も、そのときの入出ギヤの回転速度差に適した中程度
の値の同期偏差で同期が行われる。

【００１２】つまり、いずれの車速域の変速も、入出ギ
ヤの回転速度差と近い値の同期偏差を用いて、同期判定
が行われる。それ故、低車速から高車速まで、いずれの
車速域の変速でも早期に変速が完了でき、変速時間の短
縮化が図れる。特に本願発明者らが、目標モータ回転速
度の大きさに比例して同期偏差の大きさを変えて、変速
機の変速を行った結果、低車速域の変速でも、中車速域
の変速でも、高車速域の変速でも、異音（ギヤ鳴り等）
の発生なく、早期に変速が完了できるものであった。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１ないし図３に
示す第１の実施形態にもとづいて説明する。図１は電気
自動車の概略構成を示し、図中１は例えば後輪２，２
（駆動輪）間に配置された走行用モータ（電動モー
タ）、３は同モータ１の出力部に直結された複数の変速
段、例えば２種類の異なるギヤ比で設定されたＬギヤ／
Ｈギヤといった２段の走行段をもつトランスミッション
（変速機）である。なお、トランスミッション３には同
期のためのシンクロ機構などの無いダイレクト変速構造
が用いてある（モータ自身の回転制御で同期を行うた
め）。

【００１４】トランスミッション３は、オンオフにより
Ｌギヤをかみ合わせたり解除したりする作業を行うＬ側
ソレノイド４、オンオフによりＨギヤをかみ合わせたり
解除したりする作業を行うＨ側ソレノイド５（いずれも
ミッションのアクチュエータ）、各ギヤ位置（Ｌギヤ位
置、Ｈギヤ位置、ニュートラル位置）を検出するギヤ位
置検出スイッチ６を有して構成されている。

【００１５】このトランスミッション３の出力部が、例
えばディファレンシャルギヤ７を介して、それぞれ後輪
２，２に接続されていて、走行用モータ１を動力源とし
て後輪２，２を駆動できるようにしてある。

【００１６】車体（図示しない）の中央には、バッテリ
８が搭載されている。そして、このバッテリ８の端子
は、走行用モータ１の接続端子から延びている配線９に
接続されていて、バッテリ８の電力を走行用モータ１へ
供給できるようにしてある。

【００１７】前輪１０，１０間には、発電ユニット１１
が搭載されている。発電ユニット１１は、エンジン１２
と、このエンジン１２の出力部に連結された発電機１３
とから構成されていて、エンジン１２を駆動源として発
電機１３が駆動できるようにしている。

【００１８】発電機１３の出力端子は、配線９の延出端
に接続されていて、配線９を通じて、発電機１３で発電
された電力をバッテリ８、走行用モータ１へ供給できる
ようにしてある。

【００１９】一方、１５はコントローラ（目標モータ回
転速度算出手段、モータ制御手段、変速制御手段に相
当）である。コントローラ１５は、例えばマイクロコン
ピュータから構成してある。このコントローラ１５に
は、それぞれ走行用モータ１、走行用モータ１に装着さ
れた走行用モータ１の実際の回転速度を検出する実モー
タ回転センサ１６（実モータ回転速度検出手段に相
当）、Ｌ側ソレノイド４、Ｈ側ソレノイド５、ギヤ位置
検出スイッチ（ＧＳＷ）６、バッテリ８に装着されてい
る充電容量センサ８ａ、エンジン１２、ディファレンシ
ャルギヤ７に取付けた車速センサ１７（車速検出手
段）、トランスミッション３のＬギヤ／Ｈギヤの変速指
示を行うシフト装置１８（変速指令手段に相当）が接続
してある。

【００２０】コントローラ１５には、バッテリ８だけの
電力で走行させる機能、バッテリ８の電力が所定値以下
に低下するとエンジン１２を始動させて発電機１３を作
動させる機能、発電によりバッテリ８を充電しながら走
行用モータ１を駆動させる機能、バッテリ８が所定の電
力量まで充電されると、エンジン１２の運転を停止する
機能が設定してあり、バッテリ８の状態に応じて、バッ
テリ８の電力だけの走行、発電機１３の電力による発電
走行が行われるようにしてある。

【００２１】またコントローラ１５は、シフト装置１２
の変速指示にしたがい所定の走行段に切換えるようＬ側
ソレノイド４、Ｈ側ソレノイド５を制御する機能が設定
されている。このコントローラ１５とこれと接続される
各機器との組み合わせから、シンクロ機構やクラッチ機
構などを必要とせずに、Ｌギヤ／Ｈギヤの変速制御が行
える変速制御装置２０を構成している。

【００２２】すなわち、コントローラ１５は、シフト装
置１８のシフトポジションとギヤ位置検出スイッチ６の
ギヤ位置との検出信号により、変速指示されたことを検
出する機能、走行用モータ１への供給電流をゼロにする
機能、変速前のギヤを抜くようソレノイド制御を行う機
能、変速指示された走行段のギヤ比と車速とから出力軸
回転数を算出しこれを変速後の目標モータ回転速度とし
て設定する機能、目標モータ回転速度になるよう走行用
モータ１を作動（加減）させる機能（モータ同期制
御）、設定された同期偏差内に実際の走行用モータ１の
回転速度が入るときを検出する機能（同期判定）、同検
出後に変速指示されたギヤをかみ合わせるようにソレノ
イド制御を行う機能、同ギヤのかみ合わせ後、アクセル
ペダル（図示しない）の開度に応じた走行用モータ１の
出力制御に戻す機能が設定してある。

【００２３】これら機能により、アクセルペダル（図示
しない）を踏込みながらシフト装置１８を変速操作、例
えばシフトレバーをＬギヤのポジションからＨギヤのポ
ジションへ切換えると、モータが同期制御されて、トラ
ンスミッション３がスムーズにＬギヤからＨギヤへに切
り換わるようにしている。むろん、ＨギヤからＬギヤへ
の変速も同様である。

【００２４】この変速のうちのＬギヤからＨギヤへシフ
トしたときの変速制御が図２のフローチャートに示して
ある。同フローチャートに説明すれば、今、車両の走行
中、運転者がアクセルペダルを踏み込みながら、シフト
レバーの操作で、ＬギヤポジションからＨギヤポジショ
ンへ切換えたとする。

【００２５】すると、ステップＳ１からステップＳ２へ
進み、ステップＳ２においてトランスミッション３の現
在のギヤ位置がギヤ位置検出スイッチ６から検出され
る。このとき、トランスミッション３のギヤ位置は、変
速前のギヤ位置、すなわちＬギヤ位置（Ｌ）なので、ギ
ヤ位置の違いからステップＳ２において変速開始と判定
され、ステップＳ３へ進み、変速制御が開始されてい
く。

【００２６】すなわち、変速制御は、まず、ステップＳ
３において、走行用モータ１への供給電流をゼロにし
て、モータトルクをゼロにすることから始まる。そし
て、続くステップＳ４により、Ｌ側ソレノイド４をオフ
させ、Ｌギヤ抜きを行う。ここで、Ｈギヤは、ステップ
Ｓ５にあるように抜かれたままとなっているので（Ｈ側
ソレノイド：オフ）、トランスミッション３はニュート
ラル状態になる。この状態になるに伴い、ギヤ位置検出
スイッチ６からは、ニュートラル位置（Ｎ）の信号が出
力される。

【００２７】すると、今度は、ステップ２からステップ
Ｓ６へ進み、走行用モータ１による同期制御が行われ
る。これは、Ｈギヤのギヤ比と現在の車速とからトラン
スミッション３の出力軸回転数を算出して、これを変速
後の目標モータ回転速度とし、走行用モータ１の回転速
度を下げることで行われる（ＬギヤからＨギヤへの変速
はギヤ比の差分、モータ側の回転数が低くするため）。

【００２８】そして、続くステップＳ７において、走行
用モータ１の実際の回転速度が、所定の同期偏差内に入
るか否かを判定していて、同期偏差内に走行用モータ１
の回転速度が入るまでは、ステップＳ８（Ｌ側ソレノイ
ド４：オフ）、ステップＳ９（Ｈ側ソレノイド５：オ
フ）に示されるようにニュートラル状態を保ち、同期偏
差内に走行用モータ１の実回転速度に入ると、Ｈギヤを
構成する入出ギヤの回転速度が同期したと判定する。

【００２９】同期したと判定されると、ステップＳ１０
を経てステップＳ１１へ進み、Ｈ側ソレノイド５だけを
オンさせ、同Ｈギヤを構成する入出ギヤをかみ合わせ
る。これにより、トランスミッション３の走行段はＨギ
ヤに切り換わり、ギヤ位置検出スイッチ６からはＨギヤ
位置（Ｈ）の信号が出力される。

【００３０】変速を完了すると、今度は、ステップ２か
らステップＳ１２へ進み、走行用モータ１の通常制御へ
移る。これは、アクセルペダル（図示しない）の開度に
応じたモータトルクとなるよう走行用モータ１の出力を
制御することで行われる。

【００３１】なお、ＨギヤからＬギヤへ切換えるときも
同様である。こうした変速制御のうち、ステップＳ７で
示す同期判定の処理に、本発明の要部となる制御が用い
てある。

【００３２】同制御は、同期偏差として「従来の技術」
の項で述べた一定の偏差でなく、目標モータ回転速度の
大きさに比例して変化させた同期偏差の値を用いて、同
期判定を行うものである。

【００３３】この同期偏差は、例えば低車速域で良好に
入出ギヤがかみ合うことを考慮して定めた同期偏差を基
準に、中車速域でも、高車速域でも、良好に入出ギヤの
かみ合いが行われる、目標モータ回転速度に対する同期
偏差の比率が一定になる値で設定してある。具体的に
は、本実施形態は、図３のマップに示されるような階段
状に大きくなる値で定めた同期偏差Ｄのマップが用いて
ある。

【００３４】すなわち、図３のマップは、同期偏差Ｄと
して、例えばゼロから低車速域に対応した目標モータ回
転速度Ｎ１までは同車速域で良好なかみ合いが成立する
同期偏差Ｄ１（例えば１００ｒｐｍ）、目標モータ回転
速度Ｎ１から、該Ｎ１の２倍となる中車速域に対応した
目標モータ回転速度Ｎ２までは、増加する比率に対応し
た２倍の偏差をもつ同期偏差Ｄ２（例えば２００ｒｐ
ｍ：Ｄ１の２倍）、目標モータ回転速度Ｎ２から、該Ｎ
１の３倍となる高車速域に対応した目標モータ回転速度
Ｎ３までは、増加する比率に対応した３倍の偏差をもつ
同期偏差Ｄ３（例えば３００ｒｐｍ：Ｄ１の３倍）が設
定してある。

【００３５】そして、入出ギヤの同期を判定するとき
は、図３に示すマップから、算出された目標モータ回転
速度に対応する同期偏差値（Ｄ１，Ｄ２又はＤ３）を読
取り、該同期偏差値（Ｄ１，Ｄ２又はＤ３）内に、加減
する実際の走行用モータ１の回転速度が入ると、先のよ
うに入出ギヤの回転速度が同期したと判定するようにし
ている。

【００３６】こうした目標モータ回転速度に対し比率が
一定な同期偏差Ｄ１〜Ｄ３を用いてトランスミッション
３の変速制御を行うと、入出ギヤの回転速度差が小さい
低車速域の変速に対しては、同回転速度差に適した小さ
な値の同期偏差Ｄ１を用いて同期判定が行われ、入出ギ
ヤの回転速度差が中程度の中車速域の変速に対しては、
同回転速度差に適した中程度の値の同期偏差Ｄ２を用い
て同期判定が行われ、入出ギヤの回転速度差が大きい高
車速域の変速は、同回転速度差に適した大きな値Ｄ３の
同期偏差を用いて同期判定が行われる。

【００３７】つまり、いずれの車速域で行われる変速
も、入出ギヤの回転速度差と近い値の同期偏差Ｄを用い
て、同期判定が行われるようになる。それ故、低車速か
ら高車速まで、いずれの車速域（全車速）の変速でも早
期に変速が完了でき、変速時間の短縮化を図ることがで
きる。しかも、本願発明者らが、目標モータ回転速度の
大きさに比例して同期偏差の大きさを変えて、変速を行
った結果、低車速域の変速でも、中車速域の変速でも、
高車速域の変速でも、異音（ギヤ鳴り等）の発生なく、
早期に変速が完了できたことが確認された。

【００３８】また図２に示されるフローチャートのよう
にステップ３とステップＳ４との間に、二点鎖線に示す
ステップＳ１５の「ディレー」の処理を追加して、走行
用モータ１への供給電流をゼロする指令後、直ちにステ
ップＳ４のギヤを抜く工程を実行するのではなく、時間
差を付け、走行用モータ１のモータトルクが実際にゼロ
になってから、ギヤ抜きの工程を実行させてもよい。こ
のようにすれば、実際にモータトルクが完全にゼロとな
らないうちにギヤ抜けが行われるようなことがなくな
り、変速の際におけるショックが減少できる。

【００３９】なお、第１の実施形態では、目標モータ回
転速度に対して同期偏差の比率が一定となるよう、階段
状に同期偏差を変化させたが、図４に示す第２の実施形
態のマップのように目標モータ回転速度に応じて定率に
増減する比例線で表される同期偏差Ｄを用いてもよい。

【００４０】また上述の実施形態では、２段変速式のト
ランスミッションを用いた例を挙げたが、これに限ら
ず、それ以上の変速段が設定されたトランスミッション
を用いてもよく、また手動変速式のトランスミッション
でなく、自動変速式のトランスミッションを用いてもよ
い。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、入出ギヤの回転速度差が小さい低車速域の
変速は、同回転速度差に適した小さな値の同期偏差で同
期判定が行われ、入出ギヤの回転速度差が中程度の中車
速域の変速は、同回転速度差に適した中程度の値の同期
偏差で同期判定が行われ、入出ギヤの回転速度差が大き
い高車速域の変速は、同回転速度差に適した大きな値の
同期偏差で同期判定が行われるようになり、いずれの車
速域で行われる変速も、入出ギヤの回転速度差と近い値
の同期偏差を用いて、同期判定を行うことができる。

【００４２】したがって、低車速から高車速まで、いず
れの車速域の変速でも早期に変速が完了でき、いずれの
変速でも変速時間の短縮化を図ることができる。しか
も、ギヤ鳴り等の異音も防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る電気自動車の変
速制御装置の構成を説明するための図。

【図２】同変速制御装置においてＬギヤからＨギヤへ変
速するときにおける変速制御を説明するためのフローチ
ャート。

【図３】同変速制御で用いられる目標モータ回転速度の
大きさに比例して一定の比率で大きくなる同期偏差を説
明するための線図。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る要部を説明する
ための線図。

【符号の説明】

１…走行用モータ ３…トランスミッション（変速機） ４…Ｌ側ソレノイド ５…Ｈ側ソレノイド ８…バッテリ １１…発電ユニット １５…コントローラ（目標モータ回転速度算出手段、モ
ータ制御手段、変速制御手段） １６…実モータ回転センサ（実モータ回転速度検出手
段） １７…車速センサ（車速検出手段） １８…シフト装置（変速指令手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 裕介 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H115 PA05 PG04 PI16 PI22 PU01 PU24 PU26 QE17 QN02 QN06 RB08 TB01 TD20 TI01 TO21

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行用モータと駆動輪との間に介装され
   た変速機と、 前記変速機の変速比を指示する変速指令手段とを有し、 前記変速指令手段の出力にもとづいて前記変速機を指示
   した変速比に変速させる電気自動車の変速制御装置にお
   いて、 前記変速指令手段により変速比の変更指示が行われたと
   きの車速と前記変速指令手段で選択された目標変速比と
   にしたがって変速後の目標モータ回転速度を算出する目
   標モータ回転速度算出手段と、 前記目標モータ回転速度に応じて前記走行用モータの出
   力を制御するモータ制御手段と、 実際の走行用モータの回転速度を検出する実モータ回転
   速度検出手段と、 前記目標モータ回転速度の大きさに比例して変化する同
   期偏差が設定され、この同期偏差内に前記実モータ回転
   速度が入ったとき前記変速機を前記目標変速比に変更さ
   せる変速制御手段とを有することを特徴とする電気自動
   車の変速制御装置。