JP2001271923A - 車両の変速機制御装置 - Google Patents

車両の変速機制御装置

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JP2001271923A JP2000082762A JP2000082762A JP2001271923A JP 2001271923 A JP2001271923 A JP 2001271923A JP 2000082762 A JP2000082762 A JP 2000082762A JP 2000082762 A JP2000082762 A JP 2000082762A JP 2001271923 A JP2001271923 A JP 2001271923A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有段変速機の後段に発電機を有する車両にお
いて、前記発電機により回生発電を行う場合、回生エネ
ルギの獲得を効率よく行いつつ、内燃機関の駆動をスム
ーズに行うことのできる車両の変速機制御装置を提供す
る。 【解決手段】 制御部２２は、ＨＶ車両１０の減速が開
始され、回生可能状態になったら、有段変速機１４の使
用段をエンジン１２の始動（自立駆動）を可能にする所
定回転数以上を維持できる変速段の中で最も高速側に選
択し、エンジン１２の回転数を所定回転数以上の範囲で
低下させ、エンジンフリクションの低減を行い減速時の
運動エネルギのロスを低減させ、回生効率を向上する。
また、所定回転数以上を維持することで、エンジン１２
の駆動をスムーズに行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の変速機制御
装置、特に、内燃機関と有段変速機とを含み当該有段変
速機の後段に発電機が配置され、この発電機により回生
発電を行う車両において、回生エネルギの獲得を効率よ
く行いつつ、内燃機関の駆動をスムーズに行うことので
きる車両の変速機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、内燃機関（ガソリンエンジンやデ
ィーゼルエンジン）の駆動により走行する車両におい
て、各種電子機器の駆動を行うためにバッテリを搭載し
ている。このバッテリの充電は車載の発電機（オルタネ
ータ）により行われる。また、近年では、環境保護及び
燃費向上の効果が大きなハイブリット（ＨＶ）システム
を搭載する車両（以下、ＨＶ車両という）の開発及び実
用化が進んでいる。ＨＶシステムは、内燃機関と電気モ
ータ（通常、モータ・ジェネレーター；ＭＧ）のように
２種類の動力源を組み合わせて使用するパワートレーン
であり、走行状況に応じて、内燃機関と電気モータの使
い分けを行うことにより、それぞれの特長を活かしつ
つ、不得意な部分を補うことができるため、滑らかでレ
スポンスのよい動力性能を得ることができる。このよう
なＨＶ車両においてもＭＧを電気モータとして駆動する
ためにバッテリが搭載されている。このバッテリの充電
は、ＭＧをジェネレータとして使用して発電し行われ
る。すなわち、内燃機関の駆動力によりジェネレータ機
能を駆動して発電したり、車両が減速等を行う際に行う
回生動作によって行う。
【０００３】回生は、車両が減速する時に運動エネルギ
を電気エネルギに変換することにより行われる。この
時、運動エネルギの全てを電気エネルギに変換できれば
最も効率のよい回生を行うことができるが、発電機に回
生発電を行わせる駆動軸には、変速機等を介してエンジ
ンも接続されているため、減速時の運動エネルギは、エ
ンジンを連れ回し（空回し）するためにも使用されてし
まう。エンジンが連れ回しされると、エンジンフリクシ
ョンによりエネルギ損失（エンジンフリクションはエン
ジン回転数の二乗に比例する）が発生し、発電機に供給
される運動エネルギは減少し実際に回生できる電力量が
減ってしまう。
【０００４】従来、回生で得られる実際の回生電力量を
向上する方法として、例えば、回生制御時に、駆動軸と
エンジンの間に設けられたクラッチを切断して、エンジ
ンの連れ回しを止めて、運動エネルギのロスを排除し、
駆動軸の運動エネルギを発電機に提供して回生効率を向
上させる方法がある。また、他の方法として、駆動軸と
エンジンの間に配置された有段変速機のギア比を自動で
一番高い側（５速や６速）にシフトしてエンジン回転数
を低減させることにより、エンジンフリクションを小さ
くしてエネルギ損失を低減し、回生効率を向上させる方
法等がある。また、後者の方法に関連して、特開平８−
２５１７０８号公報等には、発電機が最も良好な効率を
得られる条件で運転できるように変速機のギア比（ギア
段）を選択するような技術も開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、回生効率を向
上するために、前者の方法のように、クラッチによりエ
ンジン側の切断を行うと、エンジン回転数はアイドリン
グ回転数まで減少するか停止してしまうので、車両の走
行状態が減速から加速に移行した場合、エンジン回転数
を強制的に増加した後、クラッチの接続動作を行う必要
が生じ、運転者のアクセル操作に対する追従遅れが発生
しスムーズな加速を阻害し、運転者に違和感を与えてし
まうという問題がある。また、後者のように、有段変速
機のギア比を高速側にシフトする場合、減速により車速
が低下していきエンジン回転数（駆動軸の回転数×ギア
比）がエンジンの始動可能回転数を下回ってしまう場合
があり、再始動（ファイアリング再開）が困難になって
しまうという問題がある。また、最高速ギア段のままで
車両が減速（停止）してしまうため、再加速（再発進）
の際には、低速側にギア段をシフトする必要があり、や
はりアクセル操作に対して追従遅れが発生しスムーズな
加速を阻害し運転者に違和感を与えてしまうという問題
がある。
【０００６】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、有段変速機の後段（車輪側）に発電機を有する車
両において、前記発電機により回生発電を行う場合、回
生エネルギの獲得を効率よく行いつつ、内燃機関の再始
動による車両の走行復帰をスムーズに行うことのできる
車両の変速機制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、内燃機関と、前記内燃機関に接続されるク
ラッチ付き有段変速機と、当該有段変速機と駆動輪との
間に配置された発電機であって、減速時に駆動輪の駆動
力により回生発電可能な発電機と、を含む車両の変速機
制御装置において、内燃機関の回転数を検出する回転検
出手段と、前記発電機による回生発電を行う場合に、前
記有段変速機の変速段を前記内燃機関の回転数が当該内
燃機関の自立駆動を可能にする所定回転数以上に維持で
きる最高変速段を選択する変速段制御手段と、を含むこ
とを特徴とする。
【０００８】この構成によれば、減速制御時に有段変速
機は常に内燃機関の自立駆動を可能にする所定回転数以
上を維持できる変速段の中で最も高速側の変速段に選択
される。つまり、内燃機関の回転数は常に所定回転数以
上で、しかも使用する変速段が高速側にシフトすること
で、内燃機関の回転数が所定回転数に接近するように制
御される。その結果、内燃機関のフリクションは低減さ
れ、回生時のエネルギロスを最小限度に抑えることが可
能になり、効率的な回生を行うことができる。また、常
時、内燃機関の回転数は自立駆動開始準備状態にあるの
で、従来のようにクラッチの接続動作や、回転数の増加
動作、変速段のシフト動作等を伴うことなくスムーズか
つ迅速に車両を減速から加速に移行し、違和感無く走行
復帰を行うことができる。
【０００９】上記のような目的を達成するために、上記
構成において、前記変速段制御手段は、選択した最高変
速段が有段変速機の最低変速段である場合に、前記内燃
機関と有段変速機との接続を分離することを特徴とす
る。
【００１０】この構成によれば、内燃機関の分離後は、
内燃機関のフリクションが消失しエネルギロスが低減
し、駆動輪の持つ運動エネルギにより効率的な回生を行
えると共に、内燃機関と有段変速機の接続を再開する時
に、有段変速機の変速段は、最低変速段で待機している
ので、車両は従来のように変速段の最高段からのシフト
動作等を伴うことなくスムーズに加速（始動）動作に移
行することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。
【００１２】図１には、本発明の実施形態に係る車両の
構成概念図が示されている。本実施形態において、有段
変速機の後段（車輪側）に発電機を有する車両の一例と
して、前記発電機がモータ・ジェネレータ（ＭＧ）で構
成され、内燃機関（ガソリンエンジンやディーゼルエン
ジン等）と協同または、それぞれが単独で駆動輪を駆動
するハイブリッド（ＨＶ）車両１０を示す。
【００１３】図１に示すように、ガソリンエンジンやデ
ィーゼルエンジン等の内燃機関１２（以下、エンジン１
２という）には、クラッチ（自動）１４ａで接離可能な
有段変速機１４が接続されている。この有段変速機１４
の出力側は、ＭＧ１６に接続されている。さらに、前記
ＭＧ１６には、当該ＭＧ１６をジェネレータ（発電機）
として使用したときに発生した回生エネルギを充電する
と共に、電気モータとして使用した場合に電気エネルギ
を提供するバッテリ２０が接続されている。そして、エ
ンジン１２、有段変速機１４、ＭＧ１６、バッテリ２０
等には、個々の動作状態を監視し、相互に関連付けて制
御を行う制御部２２が接続されている。
【００１４】通常、ＨＶ車両１０を走行させる場合、制
御部２２は、図示しないアクセルの踏み込み量と車速か
ら運転者の希望する走行状態を実現するために必要とさ
れるエンジン１２の出力を求め、有段変速機１４の使用
段を決め、更にエンジン１２の回転数や燃料噴射量等を
決めている。この時のＨＶ車両１０の走行のための制御
形態としては、有段変速機１４を介したエンジン１２の
みの駆動力でＨＶ車両１０を走行させる場合と、エンジ
ン１２のみの駆動力以上の駆動力を運転者が要求する場
合に、バッテリ２０からの電力供給によりＭＧ１６を電
気モータとして駆動して、ＭＧ１６の駆動力をエンジン
１２の駆動力に付加してＨＶ車両１０を走行させる場合
と、バッテリ２０からの電力供給によりＭＧ１６を電気
モータとして駆動して、ＭＧ１６のみでＨＶ車両１０を
走行させる場合とに分かれる。
【００１５】また、制御部２２は、バッテリ２０の充電
容量（ＳＯＣ）が所定量より少ない場合、その不足分を
ＭＧ１６を発電機として駆動して補う。つまり、エンジ
ン１２の出力を増加し、有段変速機１４を介して、駆動
軸１８にＨＶ車両１０の走行に必要な駆動力を伝達する
と共に、ＭＧ１６を発電機として駆動して、バッテリ２
０の充電を行い、バッテリ２０のＳＯＣを所定値まで増
加させる場合と、ＨＶ車両１０の減速時に駆動軸１８の
運動エネルギによりＭＧ１６を発電機として機能させ回
生電力を得て、バッテリ２０に充電する場合とがある。
なお、バッテリ２０のＳＯＣが所定量以上の場合、制御
部２２は、エンジン１２の出力をＨＶ車両１０の走行に
必要な駆動力より低下させると共に、ＭＧ１６を電気モ
ータとして駆動して、駆動軸１８を有段変速機１４を介
したエンジン１２の駆動力と、ＭＧ１６の電気モータと
しての駆動力の合力により駆動する。その結果、エンジ
ン１２の動作を抑制して燃費を向上させることができる
と共に、過剰状態のバッテリ２０を放電しバッテリ２０
の状態を所定値まで低下させることで、次に回生が行わ
れる時に、十分な回生電力の回収を行えるように充電領
域を準備することができる。このようにして、制御部２
２は効率的な電気エネルギの利用を図り、ＨＶ車両１０
の駆動を行っている。
【００１６】ところで、ＨＶ車両１０が回生可能なエネ
ルギＷ0は、減速時のＨＶ車両１０の持つ運動エネルギ
から空力抵抗や転がり抵抗等の損失分を減算した量にな
る。しかし、実際は、ＨＶ車両１０が減速するときにブ
レーキで発熱した分のエネルギロスＬ1、ＭＧ（発電
機）１６自体のエネルギロスＬ2が消失する。さらに、
図１から明らかなように駆動軸１８には、ＭＧ１６が接
続されていると共に、有段変速機１４を介してエンジン
１２が接続されているので、回生発電を行う場合、駆動
軸１８は、ＭＧ１６と共に有段変速機１４及びエンジン
１２を回転（モータリング；空回し）することになる。
その結果、エンジン１２のモータリングによるエネルギ
ロスＬ3も消失する。図２には、回生可能なエネルギＷ0
を１００％としたときの各エネルギロスＬ1，Ｌ2，Ｌ3
の割合の例が示されている。従って、実際にＭＧ１６が
回生できるエネルギ量は、回生エネルギＷとなる。
【００１７】ここで、回生時に図１におけるクラッチ１
４ａを切断してしまえば、エンジン１２のモータリング
に基づくエネルギロスＬ3が無くなるので、回生エネル
ギＷは増加する。しかし、その反面、前述したように、
エンジン１２の回転がアイドリング回転程度まで低減、
または停止するため、次の加速開始時には、エンジン１
２の回転数を所定値まで引き上げた後、クラッチ１４ａ
をつなぐ必要が生じる。その結果、スムーズな加速制御
を行うことができなくなり、運転者に違和感を与えてし
まう。
【００１８】また、クラッチ１４ａを切断しなくても有
段変速機１４の変速段を最高速側にシフトすれば、エン
ジン１２の回転数（モータリング回転数）は低下するの
で、エンジン１２のエンジンフリクションに基づくエネ
ルギロスＬ3は減少する。つまり、回生エネルギＷは増
加する。しかし、その反面、前述したように、減速によ
りＨＶ車両１０の車速が低下していきエンジン１２の回
転数（駆動軸１８の回転数×ギア比）がエンジン１２の
始動可能回転数を下回ってしまう場合があり、再始動
（燃焼再開）が困難になってしまう。また、有段変速機
１４の変速段が最高段のままで車両が減速（停止）して
しまうため、再加速（再発進）の際には、低速側にギア
段をシフトする必要があり、やはりアクセル操作に対し
て追従遅れが発生しスムーズな加速を阻害し運転者に違
和感を与えてしまう。
【００１９】本実施形態の特徴的事項は、きるだけエン
ジン１２の回転数（モータリング回転数）を下げて、エ
ンジン１２におけるエネルギロスを低減し回生効率の向
上を図ると共に、エンジン１２に対するクラッチ等の切
断を行うことなく、スムーズなエンジン１２の再駆動
（加速）を行うところである。
【００２０】そのために、本実施形態においては、減速
制御時に、有段変速機１４の変速段は、エンジン１２の
自立駆動を可能にする所定回転数以上を維持できる変速
段の中で最も高速側に選択される。つまり、エンジン１
２の回転数を常に所定回転数以上（例えば、１０００ｒ
ｐｍ）で、しかも所定回転数（例えば、１０００ｒｐ
ｍ）である低回転に接近するように、有段変速機１４の
使用段を可能な限り高速側に制御する。その結果、エン
ジン１２の回転数は低下し、エンジン１２の回転数の二
乗に比例するエンジンフリクションは低減する。つま
り、エンジン１２の空回しによるエンジンフリクション
が低減し、回生時のエネルギロスを最小限度に抑え、Ｍ
Ｇ１６における回生効率を向上する。また、エンジン１
２を再駆動（加速）する時は、エンジン１２は自立駆動
可能状態になっているので、スムーズに再駆動（加速）
に移行することができる。
【００２１】図３には、図１における制御部２２におけ
る有段変速機１４の制御手順を説明するフローチャート
が示されている。
【００２２】制御部２２は、駆動軸１８等に配置された
回転センサ１８ｂからの情報に基づき、ＨＶ車両１０が
減速状態に移行したか否か、すなわち回生可能状態であ
るか否かの判断を常時行う（Ｓ１００）。もし、減速状
態であると判断した場合、制御部２２は有段変速機１４
に対して変速段を最高シフト（変速段）、例えば５速に
移行するように指令を出す（Ｓ１０１）。ここで、有段
変速機１４を最高変速段側にシフトすることにより空回
し状態（減速制御によりトルク要求が行われていない状
態）のエンジン１２の回転数は低下し、前述した通り、
エンジン１２のエンジンフリクションは低下し、モータ
リングによるエネルギロスＬ3が減少し、ＭＧ１６によ
り実際に回生できる回生エネルギＷが増加する。
【００２３】この間、制御部２２は回転センサ１８ｂか
らの駆動軸回転数Ｎｐと現在使用している有段変速機１
４の使用段のギア比に基づき、Ｎｐ×ギア比＞始動可能
回転数か否かの判断を行う（Ｓ１０２）。なお、この判
断は、Ｎｐ×ギア比＝エンジン１２の回転数なので、エ
ンジン１２の回転数を直接検出し、始動可能回転数と比
較することによって行ってもよい。ここで、始動可能回
転数とは、エンジン１２のファイアリングをスムーズに
行うことのできる最低限の回転数、すなわちエンジン１
２が自立駆動できる最低回転数であり予め定められた値
である。もし、Ｎｐ×ギア比＞始動可能回転数である場
合、有段変速機１４の現在の使用段を維持した状態で、
ＨＶ車両１０が減速中であるか否かの確認を行う（Ｓ１
０３）。減速状態が維持されている場合、（Ｓ１０２）
に戻って、Ｎｐ×ギア比＞始動可能回転数であるか否か
の監視を継続する。もし、（Ｓ１０３）において、減速
制御が停止している場合、制御部２２は、運転者の走行
要求（アクセル開度等に基づく要求）に基づいて有段変
速機１４の通常制御（走行要求、車速、エンジン回転数
等に基づく最適使用段の選択制御）を行うと共に（Ｓ１
０４）、（Ｓ１００）に戻り減速状態に移行したか否か
の監視を再開する。
【００２４】一方、（Ｓ１０２）で制御部２２がＮｐ×
ギア比＞始動可能回転数ではないと判断した場合、つま
り、ＨＶ車両１０の減速により、エンジン１２の回転数
がさらに低下し、エンジン１２の再始動（ファイアリン
グ再開）が困難になると判断して、有段変速機１４の使
用段を一段だけ減速側にシフトして、エンジン１２の回
転数を始動可能回転数以上に復帰させる（Ｓ１０５）。
そして、制御部２２は有段変速機１４の使用段が最低変
速段（１速）であるか否かの判断を行い（Ｓ１０６）、
１速では無い場合、（Ｓ１０３）に移行し、（Ｓ１０
３）における前述の制御を繰り返す。また、（Ｓ１０
６）において、有段変速機１４の使用段が最低変速段
（１速）である場合、変速段の変更によりこれ以上エン
ジンの回転数を上昇させることができないため、エンジ
ン１２と有段変速機１４との間のクラッチ１４ａを切断
して、エンジンを停止させる。その結果、継続的に効率
的な回生が行えるようになる。なお、エンジン１２と有
段変速機１４の接続を再開する時には、有段変速機１４
の変速段は、最低変速段（１速）で待機しているので、
ＨＶ車両１０は従来のように変速段の最高段からのシフ
ト動作等を伴うことなくスムーズに加速（始動）動作に
移行することが可能になり、運転者のアクセル操作に迅
速に追従した制御が可能になる。
【００２５】図４は、図３のフローチャートの制御を実
施した場合のエンジン１２の回転数の推移と、有段変速
機１４の使用段の推移の様子を示すタイムチャートであ
る。図において、Ａ点でＨＶ車両１０の減速が開始さ
れ、有段変速機１４には最高の変速段に移行する指令が
出されているが、この場合、車速があまり高速でなかっ
たため、シフト制限（車速等により予めマップ等で決め
られている）が実施され、シフト可能な最高段が３速で
ある場合が示されている。もちろん、車速が高い場合、
有段変速機１４は５速等にシフトする。その後、図３の
フローチャートにおいて、（Ｓ１０２）以降の処理が行
われ、始動可能回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）を維
持するためにシフトダウン制御が行われている。また、
シフトが１速に移行し、さらに、ＨＶ車両１０が停止し
た後、ＨＶ車両１０が再発進する場合、有段変速機１４
のシフトは、既に１速に移行しているので、シフト変更
等の処理（高段側から１速に移行する処理）を行うこと
なくスムーズな発進動作を行い、エンジン１２の回転数
を増加していくことができる。
【００２６】このように、ＨＶ車両１０の減速時に、エ
ンジン１２の始動可能（自立駆動可能）回転数以上を維
持しつつ、有段変速機１４の使用段を最高変速段に選択
することにより、エンジン１２の回転数をできるだけ下
げ、エンジンフリクションを減少させ、駆動軸１８の運
動エネルギの減少を低減させることができるので、ＭＧ
１６による回生を効率的に行うことができる。また、エ
ンジン１２は、常に始動可能（自立駆動可能）回転数以
上を維持しているので、エンジン１２の再駆動をスムー
ズに行うことができる。
【００２７】なお、本実施形態で示した制御手順は一例
であり、減速時に有段変速機１４の使用段をエンジン１
２の始動可能（自立駆動可能）回転数以上を維持しつ
つ、その使用段を最高変速段に選択する構成であれば、
本実施形態と同様な効果を得ることができる。また、変
速制御装置を有する車両としてＨＶ車両を例にとって説
明したが、内燃機関と回生発電を行う発電機を有する車
両においても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、有段変速機の後段（車
輪側）に発電機を有する車両において、前記発電機によ
り回生発電を行う場合、回生エネルギの獲得を効率よく
行いつつ、内燃機関の駆動をスムーズに行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る変速機制御装置を有
するＨＶ車両の構成ブロック図である。
【図２】 車両減速時の回生可能エネルギと消失するエ
ネルギの関係を示す説明図である。
【図３】 本発明の実施形態に係る変速機制御装置の制
御手順を説明するフローチャートである。
【図４】 本発明の実施形態に係る変速機制御装置によ
る処理を行った場合のエンジンの回転数の推移と、有段
変速機の使用段の推移の様子を示すタイムチャートであ
る。
【符号の説明】
１０ ハイブリッド（ＨＶ）車両、１２ 内燃機関（エ
ンジン）、１４ 有段変速機、１４ａ クラッチ、１６
モータ・ジェネレーター（ＭＧ）、１８ 駆動軸、１
８ａ 駆動輪、１８ｂ 回転センサ、２０ バッテリ、
２２ 制御部。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D041 AA21 AB01 AC06 AC15 AC18 AD02 AD31 AE16 AE31 3J552 MA01 MA11 NA01 NB06 PA21 RB18 RC07 SB03 TA01 VB02W VC01W 5H115 PA01 PA11 PC06 PG04 PI16 PI22 PU01 PU23 QE01 QE10 QH04 QI04 QN06 RB08 RE01 SE04 SE05 SE06 SE08 TB01 TU07 TU10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関と、前記内燃機関に接続される
    クラッチ付き有段変速機と、当該有段変速機と駆動輪と
    の間に配置された発電機であって、減速時に駆動輪の駆
    動力により回生発電可能な発電機と、を含む車両の変速
    機制御装置において、 内燃機関の回転数を検出する回転検出手段と、 前記発電機による回生発電を行う場合に、前記有段変速
    機の変速段を前記内燃機関の回転数が当該内燃機関の自
    立駆動を可能にする所定回転数以上に維持できる最高変
    速段を選択する変速段制御手段と、 を含むことを特徴とする車両の変速機制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記変速段制御手段は、 選択した最高変速段が有段変速機の最低変速段である場
    合に、前記内燃機関と有段変速機との接続を分離するこ
    とを特徴とする車両の変速機制御装置。
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