JP2005054938A

JP2005054938A - 車両の変速装置

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Publication number: JP2005054938A
Application number: JP2003287942A
Authority: JP
Inventors: Michiyuki Haniyu; 倫之羽二生; Hiroshi Oba; 大羽　　拓; Shinobu Kamata; 忍釜田; Kazuhiro Takeda; 和宏竹田; Hiroshi Iwano; 岩野　　浩
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: JP3823960B2

Abstract

【課題】低コストなＡＭＴを提供する。
【解決手段】本発明の車両の変速装置は、内燃機関の回転軸と同軸に第１摩擦係合手段６１を介して接続する第１入力軸２１と、モータの回転軸に接続する第２入力軸２２と、前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸２３と、前記第１及び第２入力軸と前記出力軸との間に構成された複数の変速段と、前記変速段を選択的に接続する摩擦係合手段群６１〜６６と、前記第１入力軸に入力する駆動力を第２入力軸に選択的に伝達する第２摩擦係合手段６４と、前記各摩擦係合手段の動作を制御する摩擦係合制御手段８０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の変速装置、特に変速操作を自動化した車両の変速装置に関するものである。

駆動源としてエンジンとモータとを搭載したハイブリッド車両の変速装置として、伝達効率の高いマニュアル式変速機の変速操作を自動化した変速装置（以下、ＡＭＴという。）が提案されている（特許文献１参照のこと。）。

この従来技術では、エンジンのクランクシャフトに平行に別置した２本の入力軸、第１、第２入力軸と、第１、第２入力軸からそれぞれ動力が伝達される出力軸とが設けられている。駆動源としてのモータは第２入力軸に接続されている。エンジンからの動力は第１、第２入力軸に共通の歯車を介して伝達される。第１、第２入力軸と出力軸には複数の歯車が設けられており、第１入力軸の歯車と出力軸の歯車との噛み合いおよび第２入力軸と出力軸歯車との噛み合いにより、変速ギアが形成され、例えば、第１入力軸側には１、３、５速の変速歯車列が、第２入力軸側には２、４、６速の変速歯車列が構成される。

第１、第２入力軸にはそれぞれエンジンからの動力を伝達／遮断するクラッチがそれぞれ設けられ、第１入力軸に動力を伝達するときには第１入力軸のクラッチを固定し、かつ第２入力軸のクラッチをフリーの状態とする。この逆の状態で、第２入力軸にエンジンの動力が伝達される。

第１入力軸の変速ギア（例えば、１速）から第２入力軸の変速ギア（２速）への変速時には、１速での走行中に２速の変速準備を行い、第１入力軸のクラッチのフリー状態への切り換えと第２入力軸の固定状態への切り換えを同時に行うことにより、出力軸への動力伝達を遮断することなく変速を行うことができる。
特開２００２−８９５９４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、エンジンのクランク軸と別置した２本の入力軸を備え、それぞれに変速ギアを備えるため、構成が既存のマニュアル式変速装置と著しく異なり、変速装置のコストが高くなるという問題がある。

また、第１入力軸のクラッチが固定している場合には、モータのトルクを第２入力軸に設けられた変速ギアを介してアシストすることができ、複数の変速ギアから選択して第１入力軸へトルクアシストすることができる。しかしながら、第２入力軸のクラッチが固定されている場合には、トルクアシストするモータの動作点に選択する余地はなく、モータのトルクアシストの効果が制限されることになる。

したがって、本発明においては、上記の技術的課題を鑑みて、ＡＭＴ式変速装置の低コスト化を図ることを目的とする。

本発明の車両の変速装置は、内燃機関の回転軸と同軸に第１摩擦係合手段を介して接続する第１入力軸と、モータの回転軸に接続する第２入力軸と、前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸と、前記第１及び第２入力軸と前記出力軸との間に構成された複数の変速段と、前記変速段を選択的に接続する摩擦係合手段群と、前記第１入力軸に入力する駆動力を第２入力軸に選択的に伝達する第２摩擦係合手段と、前記各摩擦係合手段の動作を制御する摩擦係合制御手段とを備える。

なお、本発明の摩擦係合手段は、部材間の摩擦状態もしくは係合状態を変更することによりトルク伝達率を変更可能な手段である。

本発明によれば、既存のマニュアル式変速機の構成を小変更することにより、モータの駆動力を出力軸に伝達する第２の入力軸を追加することができる。このため、ＡＭＴ式変速装置を低コストで提供することができる。

図１は、本発明の変速装置１００を備えたハイブリッド車両の駆動システムを説明する構成図である。

この駆動システムは、エンジン１１と、エンジン１１の駆動力をＡＭＴ式変速装置１００の第１入力軸２１に伝達する摩擦式の第１クラッチ６１と、変速装置１００の第２入力軸２２に接続されるモータ１３と、変速装置１００の出力軸２３に接続され、出力軸２３の回転トルクを左右の駆動輪１４に伝達する差動装置１５とを備える。なお、モータ１３は、インバータ１６を介してバッテリ１７に接続されており、バッテリ１７の電力を消費して駆動力を発揮する。また、第２入力軸２２に伝達される回転トルクでモータ１３を発電駆動することも可能であり、得られた電力はバッテリ１７に蓄えられる。

前述のように変速機１００には、第１入力軸２１、第２入力軸２２、出力軸２３とが備えられる。第１入力軸２１は、エンジン１１のクランクシャフトと同軸に配置され、乾式単板型の第１クラッチ６１を介して接続する。第２入力軸２２と出力軸２３は、第１入力軸２１と平行に設置される。第２入力軸２２の一端には、前述のモータ１３が接続される。出力軸２３は、第１、第２入力軸２１、２２の中間に設置される。

第１、第２入力軸２１、２２と出力軸２３の軸上には複数の歯車が設置され、第１入力軸２１の歯車は出力軸２３上の歯車と噛合し、出力軸２３上の歯車は、第２入力軸２２上の歯車と噛合する。

以下、変速装置１００の構成について詳細を説明する。

第１入力軸２１上には、第１入力軸２１に固定される第１、第２歯車３１、３２と、第１入力軸２１に回転自在に支持される第３〜第６歯車３３〜３６と、第３歯車３３または第４歯車３４を選択的に第１入力軸２１に固定する第２クラッチ６２と、第５歯車３５または第６歯車３６を選択的に第１入力軸２１に固定する第３クラッチ６３とが設けられる。ここで、第２、第３クラッチ６２、６３は、噛み合いクラッチ、いわゆるドッグクラッチで構成される。

第２入力軸２２上には、第１入力軸２１に回転自在に支持される第７〜第９歯車４１〜４３と、第７歯車４１を第２入力軸２２に固定する第４クラッチ６４と、第８歯車４２または第９歯車４３を選択的に第２入力軸２２に固定する第５クラッチ６５とが設けられる。ここで、第４クラッチ６４は、トルク伝達率の制御性に優れた多板式クラッチで構成され、第５クラッチ６５は、第２、第３クラッチ６３と同様にドッグクラッチで構成される。

出力軸２３上には、出力軸２３に回転自在に支持される第１０、第１１歯車５１、５２と、出力軸２３に固定される第１２〜第１６歯車５３〜５７と、第１０歯車５１または第１１歯車５２を選択的に出力軸２３に固定する第６クラッチ６６とが設けられる。第６クラッチ６６は、ドッグクラッチで構成される。

第１入力軸２１の第１歯車３１は、カウンタギア５８と噛合し、カウンタギア５８は出力軸２３の第１０歯車５１に噛合し、この歯車列は、後進用の変速ギアとして機能する。

第２歯車３２は第１１歯車５２と、第３歯車３２は第１２歯車５３と、第４歯車３４は第１３歯車５４と、第５歯車３５は第１４歯車５５と、第６歯車３６は第１５歯車５６とそれぞれ噛合し、これらの歯車列は前進用の変速ギア（変速段）として機能し、それぞれの歯車列のギア比（変速比）は、第２歯車３２と第１１歯車５２のギア比をＲ２、第３歯車３２と第１２歯車５３のギア比をＲ３、第４歯車３４と第１３歯車５４のギア比をＲ４、第５歯車３５と第１４歯車５５のギア比をＲ５、第６歯車３６と第１５歯車５６のギア比をＲ６とすると、以下の関係で表される。

Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５＞Ｒ６
つまりＲ２が最も低いギア比（第１最大ギア比）となり、これらのギア比は具体的には、通常のマニュアル式変速装置の２速ギアのギア比から６速ギアのギア比に相当するギア比である。

例えば、ギア比Ｒ２の変速ギア（変速ギアＲ２のように表記する）を選択する場合には、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、出力軸２３の第６クラッチ６６の作用により第１１歯車５２を出力軸２３に固定し、第２クラッチ６２と第３クラッチ６３を中立状態（歯車を軸に固定しない状態）にする。このとき、エンジン１１の動力は第１入力軸２１の第２歯車３２から出力軸２３の第１１歯車５２に伝達される。同様にして、各クラッチの締結状態を制御して、各速ギアを選択する。各ギア比での各クラッチの締結状態を図２に示す。

各クラッチの締結状態を制御するためにアクチュエータ７１〜７６が設置される。第１クラッチ６１には第１アクチュエータ７１、第２クラッチ６２には第２アクチュエータ７２、第３クラッチ６３には第３アクチュエータ７３、第４クラッチ６４には第４アクチュエータ７４、第５クラッチ６５には第５アクチュエータ７５、第６クラッチ６６には第６アクチュエータ７６がそれぞれ設けられて、各アクチュエータ７１〜７６は、コントローラ８０の指示により各クラッチの締結状態を制御する。

なお、これまで説明した、第１入力軸２１と出力軸２３の構成と作用は、従来のマニュアル式変速装置とほぼ同様である。

次に第２入力軸２２側の構成について説明する。第７歯車４１は第１１歯車５２と、第８歯車４２は第１２歯車５３と、第９歯車４３は第１３歯車５４とそれぞれ噛合し、これらの歯車列も前進用の変速ギア（変速段）として機能する。

このように、第１入力軸２１と第２入力軸２２上の歯車が出力軸２３上の歯車を共用することにより、歯車の点数を削減し、低コスト化を図ることができる。

第２入力軸２２を使用する変速段としては、例えば、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第４クラッチ６４を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定し、第５クラッチ６５を介して第８歯車４２を出力軸２３に固定し、第２クラッチ６２と第３クラッチ６３と第６クラッチ６６とを中立状態にする変速ギアや、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第４クラッチ６４を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定し、第５クラッチ６５を介して第９歯車４３を出力軸２３に固定し、第２クラッチ６２と第３クラッチ６３と第６クラッチ６６とを中立状態にする変速ギアを選択可能である。

なお、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第４クラッチ６４を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定したときのエンジン１１の回転速度とモータ１３の回転速度の比をＲｅｍとした場合、本実施形態ではＲｅｍ＜１となるように第２歯車３２と第７歯車４１の歯数を設定（すなわち、第２歯車３２の歯数＞第７歯車４１の歯数）している。

また、第８歯車４２と第１２歯車５３のギア比をＲｍｇ＿ｌｏｗ、第９歯車４３と第１３歯車５４のギア比をＲｍｇ＿ｈｉｇｈとした場合に、これらのギア比が以下の関係を満たすようにしている。

Ｒｍｇ＿ｌｏｗ（第２最大ギア比）＞Ｒ２（第１最大ギア比）
Ｒ２＞Ｒｍｇ＿ｈｉｇｈ＞Ｒ５
コントローラ８０は、運転者の意図に応じた要求駆動力を最良燃費で出力するようにエンジン１１と変速機１００を制御する。コントローラ８０には、エンジン１１の回転速度を検出する第１回転速度センサ８１、第１入力軸２１の回転速度を検出する第２回転速度センサ８２、モータ１３のレゾルバ、出力軸２３の回転速度を検出する第３回転速度センサ８３及び駆動輪１４の回転速度を検出する第４回転速度センサ８４の出力信号が入力される。コントローラ８０は、これら入力信号に基づいて最適な変速ギアを選択し、変速ギアの変更が必要な場合は各クラッチアクチュエータ７１〜７６を制御して変速を行う。また、コントローラ８０には、バッテリ１７の蓄電量情報が入力され、必要に応じてバッテリ１４の充電制御を行う。

さらにコントローラ８０は、これら入力信号や車両の運転条件に基づいて、車両走行時の駆動源の選択（つまり、エンジン１１による走行、モータ１３による走行、エンジン１１とモータ１３との併用による走行）や、エンジン１１の始動、モータ１３の発電及び回生制動の制御を行う。

このように本発明の変速装置の構成では、通常のマニュアル式変速装置に第２入力軸２２と第４クラッチ６４を追加した構成であるので、追加あるいは変更する構成が少なく、低コストとすることができる。また、エンジン１１のクランクシャフトと同軸配置される第１入力軸２１と、駆動力をアシストするモータ１３が接続された第２入力軸２２と、動力を駆動輪に伝達する出力軸２３とが平行に配置される。これは、通常のマニュアル式変速装置に比較して第２入力軸２２が追加された構成であり、変速装置が軸方向に大型化することがなく、いわゆるエンジン横置き型の車両に適した構成である。

また、本発明の構成では、モータ１３の駆動力を出力軸２３に伝達する場合にモータ１３の動作点を３点から選択できる。具体的には、第１クラッチ６１を解放してエンジンを第１入力軸２１から切り離しているときや変速ギアＲ２〜Ｒ６の何れかが選択されているときに、第４クラッチ６４を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定し、第６クラッチ６６を介して第１１歯車５２を出力軸２３に固定し、第５クラッチ６５を中立状態にする運転と、第５クラッチ６５を介して第８歯車４２を出力軸２３に固定し、第４クラッチ６４を中立状態にする運転と、第５クラッチ６５を介して第９歯車４３を出力軸２３に固定し、第４クラッチ６４を中立状態にする運転の何れかを選択可能である。したがって、モータ１３による駆動力のアシスト制御の自由度を大きくすることができる。

次に車両の運転状態ごとのコントローラ８０の制御内容について説明する。
(1) 発進時
車両の発進加速時に変速ギアＲ２よりも大きなギア比を実現可能である。具体的には、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第４クラッチ６４を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定し、第５クラッチ６５を介して第８歯車４２を出力軸２３に固定し、第２クラッチ６２と第３クラッチ６３と第６クラッチ６６とを中立状態にする。これにより、エンジン１１の駆動力は、第２歯車３２、第１１歯車５２、第７歯車４１、第８歯車４２、第１２歯車５３を介して出力軸に伝達される。第８歯車４２と第１２歯車５３のギア比Ｒｍｇ＿ｌｏｗを通常のマニュアル式変速機のローギアのギア比（＞Ｒ２）より大きく設定しておき、これにＲｅｍ（＜１）を掛け合わせたときのギア比がローギアのギア比と同等になるようにすることができる。このような設定により、第１入力軸２１上にローギア用の歯車を設ける必要がなくなり、変速装置の小型化、低コスト化を図ることができる。

また、発進加速時にモータアシストすることも可能であり、モータ１３のトルクが大きなギア比Ｒｍｇ＿ｌｏｗによって増幅されるので、小さなモータで十分な発進アシストを実現することができる。

また、本発明では、発進用の第１クラッチ６１に加えて、第４クラッチ６４を備えているため、通常のＡＭＴより発進時の駆動力制御の自由度が大きく、さらに第４クラッチ６４を多板式クラッチで構成するため、さらに制御性に優れたものとすることができる。
(2) 車両停止時
車両停車中のアイドル運転時に、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第４クラッチ６４を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定し、他のクラッチを中立状態とすることにより、エンジン１１の駆動力を第２入力軸２２に伝達し、この駆動力でモータ１３を発電駆動することができる。したがって、バッテリ１７の蓄電状態に応じて車両停止中のアイドル中でもバッテリ１７の充電を行うことができる。このときギア比Ｒｅｍは＜１であるため、エンジン１１の回転速度（＝第１入力軸２１の回転速度）よりモータ１３の回転速度（＝第２入力軸２２の回転速度）の方が速くなり、モータの発電効率が向上する。
(3) モータ１３によるエンジン始動
第２歯車３２と第７歯車４１とのギア比Ｒｅｍは、１より小さく設定されているので、第２入力軸２２から第１入力軸２１にモータ１３のトルクを伝達する場合、トルクはギア比分増幅されて第１入力軸２１に伝達される。したがって、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第４クラッチ６４を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定し、他のクラッチを中立状態にしてモータ１３を駆動することにより、小さなトルクでエンジン１１を始動することが可能となる。このため、ＥＶ走行（モータ１３のみによる走行）を行っているときであってもモータ１３によるエンジン始動を容易に行うことができる。
(4) 変速時その１
噛み合い状態を変更することによりトルク伝達率をオン／オフ的に切り換えるドッグクラッチの特性として、解放状態から締結状態へ切り換えるときに伝達側と被伝達側の回転速度を一致させる必要があり、締結状態から解放状態へ切り換えるときに伝達トルク（入力トルク）を０にする必要がある。このため、変速ギアを切り換える度にエンジン１１のトルクが遮断されることに起因する変速ショックが発生し、特にアップシフト時に運転者に違和感を与える。

本発明では、アップシフト時にエンジン１１の慣性回転力とモータ１３のトルクにより変速ショックを低減することができる。以下、このショック低減について説明する。

ここでは、変速ギアのギア比が、
Ｒｅｍ×Ｒｍｇ＿ｈｉｇｈ
より大きい変速ギア間でアップシフトする場合に行う制御を図３のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートの制御は、コントローラ８０によって実施される。

コントローラ８０は、まず現在選択中の変速ギアと次に選択するべき変速ギアとを参照し、Ｒ２〜Ｒ４間のアップシフトが必要である場合に本フローチャートの制御を実施する。ここではＲ３からＲ４へのアップシフトで説明する。アップシフト前（変速ギアＲ３）は、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とが接続され、第２クラッチ６２によって第３歯車３３が第１入力軸２１に固定され、第３クラッチ６３と第６クラッチ６６とが中立状態となっている。

ステップ１では、変速指令に応じて変速制御を開始する。具体的には、モータ１３の回転速度を第９歯車４３の回転速度に合わせた後に第５クラッチ６５のアクチュエータ７５を制御して第９歯車４３を第２入力軸２２に固定する。なお、アップシフト前に第９歯車４３が固定された状態となっている場合、本ステップの処理は不要となる。また、低車速時のアップシフト（Ｒ２からＲ３等）の場合は第８歯車４２を第２入力軸２２に固定する。

ステップ２では、第２クラッチ６２への入力トルクが略０になるようにエンジン１１の出力トルクを低減する。続くステップ３で、エンジン１１の出力トルク低下分を補うようにモータ１３のトルクを増大させる。モータ１３のトルクは第５クラッチ６５と第９歯車４３を介して出力軸２３に伝達される。アップシフト時、このモータ１３のトルクを用いて変速時のトルク伝達の遮断をなくし、変速ショックを抑制することができる。

ステップ４では、第２クラッチ６２への入力トルクが略０かどうかを判定し、略０であればステップ５に進み、条件が成立しなければステップ２に戻り、エンジン１１の出力を低減する。入力トルクの判定は、実際にはエンジン１１の出力トルクの低減速度とその絶対値等を用いてドッグクラッチ６２への入力トルクを推定し、判定する。また、各軸２１、２２、２３の回転加速度から推定してもよい。

ステップ５では、第２クラッチ６２を中立状態として、第３歯車３３を第１入力軸２１に対してフリー状態とする。このとき第２クラッチ６２への入力トルクはほぼ０であるから、第２アクチュエータ７２は第２クラッチ６２を容易に中立状態に移動することができる。なお、第２クラッチ６２が中立状態になったらエンジン１１への燃料供給を停止してもよい。

続くステップ６で、第４クラッチ６４の締結圧を上昇させ、エンジン１１の回転慣性力が第４クラッチ６４を介して第２入力軸２２に伝達され、さらに第２入力軸２２の第９歯車４３から出力軸２３の第１３歯車５４に伝えられるようにする。すなわち、エンジン１１の回転慣性力で出力軸２３を回転駆動する。アップシフト時、エンジン１１の回転速度は必ず低下する方向であり、この減速による回転慣性力を用いて変速時のトルク伝達の遮断をなくし、変速ショックを抑制することができる。

ステップ７では、第１入力軸２１の回転速度が車速に比例する第４歯車３４の回転速度と略同じかどうかを判定する。前述のようにドッグクラッチである第２クラッチ６２の締結には、第１入力軸２１の回転速度と第４歯車３４の回転速度とを略同じにする必要があり、略同じ場合にはステップ８に進む。略同じでない場合にはステップ７に戻り、第４クラッチ６４の締結圧を調整して、第１入力軸２１の回転速度と第４歯車３４の回転速度とが略同じになるように制御する。

ステップ８では、第２クラッチ６２のアクチュエータ７２を制御して第４歯車３４を第１入力軸２１に固定する。続くステップ９では、第４クラッチ６４の締結圧を低減する。

ステップ１０では、モータ１３のトルクを低減し、さらにステップ１１で、エンジン１１の出力トルクを増大し、エンジン１１の駆動力による走行状態に移行する。このときエンジン１１の駆動力は、第４歯車３４から第１３歯車５４に伝達され、ギア比Ｒ４で駆動輪１４を駆動する。

図４は図３のフローチャートの制御内容をタイミングチャートで示した図である。条件としては、エンジン１１がトルクＴ_ENGを出力しながら加速しているときに変速ギアをＲ３からＲ４にアップシフトする場合である。

時刻ｔ１で変速指令が出力されると、エンジン１１の出力トルクを低下させ、一方モータ１３の出力トルクを増大させる。第２クラッチ６２への入力トルクが０となったとき（時刻ｔ２）に、第２クラッチ６２を中立状態にし、第４クラッチ６４の締結圧を上昇させてエンジン１１の回転慣性力を第２入力軸２２を介して出力軸２３に伝達する。このとき、モータ１３のトルクとエンジン１１の回転慣性力によるトルクとの和が、変速時の目標駆動力となるようにモータ１３のトルクを制御する。以上により変速中のトルク段差Ｇ３４は運転者に違和感を与えない程度に抑制される。

第４クラッチ６４の締結圧を制御して第１入力軸２１の回転速度が第４歯車３４の回転速度と略同じになったとき（時刻ｔ４）、第２クラッチ６２で第４歯車３４を固定する。その後、第４クラッチ６４の締結圧とモータ１３のトルクを低減する一方、エンジン１１のトルクを増大し、時刻ｔ５で変速ギアＲ４によるエンジン１での走行状態に移行する。

このような制御により、エンジン１１の回転慣性力とモータ１３のトルクにより出力軸２３へのトルクの伝達を遮断することなく変速を行うことができ、変速ショックを低減することができる。なお、変速時の車速や要求駆動力によっては、エンジン１１の回転慣性力とモータ１３のトルクのいずれか一方だけを利用して変速ショックを低減するようにしてもよい。
(5) 変速時その２
前述の変速時の制御では、駆動トルクの伝達を遮断しないことにより変速ショックを運転者に感じさせないように制御するが、運転者に変速ショックを感じさせない手法として変速時間を短縮する手法もある。以下、図５のフローチャート図を用いて、この変速ショック低減手法について説明する。

この変速ショック低減手法は、アップシフト時にエンジン１１の回転慣性力をモータ１３の発電のためのエネルギとして用い、エンジン１１の回転速度変化を速め、変速時間を短縮するものである。この手法は、軽負荷での運転時の変速やギア比が（Ｒｅｍ×Ｒｍｇ＿ｈｉｇｈ）より小さい変速ギア間での変速時に有効である。以下、変速ギアＲ５からＲ６への変速時の場合について説明する。

コントローラ８０は、まず現在選択中の変速ギアと次に選択するべき変速ギアとを参照し、Ｒ４〜Ｒ６間のアップシフトが必要である場合に本フローチャートの制御を実施する。アップシフト前（ここでは変速ギアＲ５）は、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とが接続され、第３クラッチ６３によって第５歯車３５が第１入力軸２１に固定され、第２クラッチ６２と第６クラッチ６６とが中立状態となっている。

ステップ２１では、変速指令に応じて変速制御を開始する。具体的には、第５クラッチ６５のアクチュエータ７５を制御して第５クラッチ６５を中立状態にする。なお、アップシフト前に第５クラッチ６５が中立状態となっている場合、本ステップの処理は不要となる。

ステップ２２では、第３クラッチ６３への入力トルクが略０になるようにエンジン１１の出力トルクを低減する。続くステップ２３で、第３クラッチ６３への入力トルクが略０かどうかを判定し、略０であればステップ２４に進み、条件が成立しなければステップ２２に戻り、エンジン１１の出力を低減する。入力トルクの判定は、実際にはエンジン１１の出力トルクの低減速度とその絶対値等を用いて第３クラッチ６３への入力トルクを推定し、判定する。また、各軸２１、２２、２３の回転加速度から推定してもよい。

ステップ２４では、第３クラッチ６３を中立状態として、第５歯車３５を第１入力軸２１に対してフリー状態（エンジンの駆動力の出力軸への伝達が遮断される）とする。このとき第３クラッチ６３への入力トルクはほぼ０であるから、第３アクチュエータ７３は第３クラッチ６３を容易に中立状態に移動することができる。

続くステップ２５で、第４クラッチ６４の締結圧を上昇させ、エンジン１１の回転慣性力が第４クラッチ６４を介して第２入力軸２２に伝達されるようにする。ステップ２６では、エンジン１１の回転慣性力を吸収するため、モータ１３の発電トルクを増大させる。

ステップ２７では、第１入力軸２１の回転速度が車速に比例する第６歯車３６の回転速度と略同じかどうかを判定する。前述のようにドッグクラッチである第３クラッチ６３の締結には、第１入力軸２１の回転速度と第６歯車３６の回転速度とを略同じにする必要があり、略同じ場合にはステップ２８に進む。略同じでない場合にはステップ２６に戻り、モータ１３の発電トルクを制御し、第１入力軸２１の回転速度と第４歯車３４の回転速度とが略同じになるようにする。

ステップ２８では、第３クラッチ６３のアクチュエータ７３を制御して第６歯車３６を第１入力軸２１に固定する。続くステップ２９では、モータ１３のトルクを低減する。

ステップ３０では、第４クラッチ６４の締結圧を低下させ、続くステップ３１で、エンジン１１の出力トルクを増加させて変速制御を終了する。

図６は図５のフローチャートの制御内容をタイミングチャートで示した図である。条件としては、エンジン１１がトルクＴ_ENGを出力しながら加速しているときに変速ギアをＲ５からＲ６にアップシフトする場合である。アップシフト前に第５クラッチ６５は中立状態で、モータ１３は無負荷状態であるとする。

時刻ｔ１で変速指令が出力されると、エンジン１１の出力トルクを低下させる。第３クラッチ６３への入力トルクが０となったとき（時刻ｔ２）に、第３クラッチ６３を中立状態にし、第４クラッチ６４の締結圧を上昇させてエンジン１１の回転慣性力を第２入力軸２２に伝達し、この回転慣性力でモータ１３を発電駆動する。このとき、エンジン１１の回転速度が第６歯車３６の回転速度となるようにモータ１３の速度制御を行う。また、第４クラッチ６４の締結圧は、第４クラッチ６４の入出力回転速度に差が生じない範囲の低い圧力に制御される。変速中の駆動トルクはゼロとなるが、そのトルク変化Ｇ５６は比較的小さく、また、トルクがゼロとなる時間も短い。

第４クラッチ６４の締結圧を制御して第１入力軸２１の回転速度が第６歯車３６の回転速度と略同じになったとき、第３クラッチ６３で第６歯車３６を固定する（時刻ｔ５）。その後、第４クラッチ６４の締結圧を低減する一方、エンジン１１のトルクを増大し、時刻ｔ６で変速ギアＲ６によるエンジン１での走行状態に移行する。

このような制御により、エンジン１１の回転速度をアップシフト後の回転速度まで速やかに低下させることが可能となり、変速を短時間で行うことができ、変速ショックによる不快感を低減することができる。また、従来は利用されていなかったエンジン１１の回転慣性力で発電を行うので、システムの効率が向上する。

図７にモータ１３の特性の一例を示す。高回転での高トルクを低出力で達成するために、高回転領域での出力の低下を許容している。このため、第２入力軸２２側の２つの変速ギアＲｍｇ＿ｌｏｗ、Ｒｍｇ＿ｈｉｇｈで車両の最高速度までモータ１３の運転領域を賄うことができる。

図８は、第２の実施形態の構成を示す図であり、第１の実施形態に対して、モータ１３が連結する第３入力軸２４を第２入力軸２２と別置し、第２入力軸２２と第３入力軸２４間にチェーン機構２５を掛け渡した構成が異なる。

この構成によりモータ１３の搭載位置の自由度が改善され、また、チェーン機構２５を複数の歯車で形成することができ、第２入力軸２２の歯車段の設計自由度が広がる。

図９は、第３の実施形態の構成を示す図であり、第１の実施形態の構成に対してモータ１３が連結する第３入力軸２４を第２入力軸２２と別置し、第２入力軸２２と第３入力軸２４間にチェーン機構２５を掛け渡すとともに、モータ１３のトルクを出力軸２３に伝達する第１７歯車５９を出力軸２３に固定したことを特徴とする。ここで、第１７歯車５９は、第１入力軸２１上の歯車と噛合しない。

この構成により、第２の実施形態の効果に加えて、モータ出力用の第１７歯車５９を他の歯車と干渉しない位置に設定でき、システムを大きく変更することなく、第１７歯車５９を設定できる。また、走行用の変速歯車と噛合していないため、第１７歯車５９のギア比自由度を高めることができる。

図１０は第４の実施形態の構成を示す図である。この実施例は、変速機の入出力軸が同軸上に配置される後輪駆動車用のＡＭＴの構成に、モータ１３とモータが連結される第４入力軸２６と多板クラッチ２７をカウンタ軸２８と同軸に設けた構成である。第４入力軸２６上の歯車列のギア比は他の歯車列のギア比より大きく設定されており、カウンタ軸２８を第４入力軸２６に直結しただけでは第４入力軸２６上の歯車のギア比は、超ローギアとなり、不必要に大きな駆動力を極低速でしか発揮できない構成となる。そこで、カウンタ軸２８と第４入力軸２６とを遊星歯車２９を介して連結することにより、第４入力軸２６上の歯車列のギア比がローギアとして適切なギア比となるようにする。

このような構成により、軸方向にレイアウトの自由度が大きい後輪駆動車向けのＡＭＴ構成とすることができ、また遊星歯車機構を備えたことで、第４入力軸２６の入力回転速度を増速することができる。

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。

なお、請求項の構成と実施形態の構成は以下の通りである。第１摩擦係合手段が第１クラッチ６１に相当し、第２摩擦係合手段が第４クラッチ６４に相当し、第３摩擦係合手段が第６クラッチ６６に相当し、第４摩擦係合手段が第２クラッチ６２に相当し、第５摩擦係合手段が第５クラッチ６５に相当し、第６摩擦係合手段が第２クラッチ６２に相当し、第７摩擦係合手段が第５クラッチ６５に相当する。なお、摩擦係合手段群は、第１から第６クラッチに相当する。

また、第１動力伝達手段は第２歯車３２に相当し、第２動力伝達手段は第３歯車３３に相当し、第３動力伝達手段は第１１歯車５２に相当し、第４動力伝達手段は第１２歯車５３に相当し、第５動力伝達手段は第７歯車４１に相当し、第６動力伝達手段は第８歯車４２に相当する。第７動力伝達手段は第４歯車３４に相当し、第８動力伝達手段は第１３歯車５４に相当し、第９動力伝達手段は第９歯車４３に相当する。

また、摩擦係合制御手段は、コントローラ８０に相当する。

本発明のＡＭＴ式変速装置は低コストであり、低コストな車両に有用である。

ハイブリッド車両の駆動システムの構成図である。各ギア比でのクラッチの締結状態を説明する図である。変速制御の一例を説明するフローチャートである。同じく変速制御を時系列で説明するタイミングチャートである。変速制御の他の一例を説明するフローチャートである。同じく変速制御を時系列で説明するタイミングチャートである。本駆動システムに適用するモータの特性図である。ハイブリッド車両の駆動システムの他の構成図である。ハイブリッド車両の駆動システムの他の構成図である。ハイブリッド車両の駆動システムの他の構成図である。

符号の説明

１１エンジン
１３モータ
１４駆動倫
１５差動装置
１６インバータ
１７バッテリ
２１第１入力軸
２２第２入力軸
２３出力軸
３１〜３６第１〜第６歯車
４１〜４３第７〜第９歯車
５１〜５７第１０〜第１６歯車
５８カウンタ歯車
６１〜６６第１〜第６クラッチ
７１〜７６アクチュエータ
８０コントローラ
８１〜８４回転速度センサ
１００変速装置

Claims

駆動源としてモータと内燃機関とを備えた車両の変速装置であって、
前記内燃機関の回転軸と同軸に第１摩擦係合手段を介して接続する第１入力軸と、
前記モータの回転軸に接続する第２入力軸と、
前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸と、
前記第１及び第２入力軸と前記出力軸との間に構成された複数の変速段と、
前記変速段を選択的に接続する摩擦係合手段群と、
前記第１入力軸に入力する駆動力を第２入力軸に選択的に伝達する第２摩擦係合手段と、
前記各摩擦係合手段の動作を制御する摩擦係合制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両の変速装置。
前記第２入力軸と前記出力軸との間に構成された複数の変速段により設定されるギア比の内、最も大きい第２最大ギア比は、
前記第１入力軸と前記出力軸との間に構成された複数の変速段により設定されるギア比の内、最も大きい第１最大ギア比より大きいことを特徴とする請求項１に記載の車両の変速装置。
前記第２摩擦係合手段の入力回転速度は、前記第１入力軸の回転速度より速いことを特徴とする請求項１または２に記載の車両の変速装置。
前記第１入力軸、第２入力軸及び出力軸とがそれぞれ平行に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車両の変速装置
前記第２摩擦係合手段は、前記第２入力軸と同軸に配置されることを特徴とする請求項４に記載の車両の変速装置。
前記第１入力軸上に設けられた変速段を構成する少なくとも一つの動力伝達手段と、
前記第２入力軸上に設けられた変速段を構成する少なくとも一つの動力伝達手段とが、
前記出力軸上に設けられた変速段を構成する少なくとも一つの動力伝達手段を共用することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車両の変速装置。
前記第１入力軸と出力軸を同軸上に設けるとともに、前記第２入力軸を前記第１入力軸と出力軸とに平行に設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車両の変速装置。
前記第１入力軸と前記第２摩擦係合手段は遊星歯車を介して接続することを特徴とする請求項７に記載の車両の変速装置。
車両の発進加速時に、前記内燃機関の駆動力を前記第２摩擦係合手段と前記第２入力軸とを介して前記出力軸に伝達することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の車両の変速装置。
前記モータを駆動するバッテリを備え、
車両停止中に、前記内燃機関の駆動力を前記第２摩擦係合手段を介して前記第２入力軸に伝達し、この駆動力で前記モータを発電駆動して得た電力を前記バッテリに充電することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の車両の変速装置。
前記変速段の接続状態を変更すべきときに、前記内燃機関の回転慣性力を前記第２摩擦係合手段を介して前記第２入力軸に伝達し、この回転慣性力で前記モータを発電駆動することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の車両の変速装置。
前記変速段の接続状態を変更すべきときに、前記内燃機関の回転慣性力を前記第２摩擦係合手段と前記第２入力軸とを介して前記出力軸に伝達することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の車両の変速装置。
前記内燃機関を始動すべきときに、前記モータの駆動力を前記第２摩擦係合手段と前記第１入力軸とを介して前記内燃機関の回転軸に伝達することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の車両の変速装置。
前記第２入力軸と前記出力軸との間に２つ以上の変速段を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の車両の変速装置。
内燃機関の回転軸に第１摩擦係合手段を介して接続する第１入力軸と、
モータの回転軸に接続する第２入力軸と、
前記第１入力軸または第２入力軸から伝達される駆動力を車両の駆動輪に伝える出力軸と、
前記第１入力軸に固定される第１動力伝達手段と、
前記第１入力軸に回転可能に支持される第２動力伝達手段と、
前記出力軸に回転可能に支持され、前記第１動力伝達手段と噛合する第３動力伝達手段と、
前記出力軸に固定され、前記第２動力伝達手段と噛合する第４動力伝達手段と、
前記第２入力軸に回転可能に支持され、前記第３動力伝達手段と噛合する第５動力伝達手段と、
前記第２入力軸に回転可能に支持され、前記第４動力伝達手段と噛合する第６動力伝達手段と、
前記第５動力伝達手段を前記第２入力軸に固定する第２摩擦係合手段と、
前記第３動力伝達手段を前記出力軸に固定する第３摩擦係合手段と、
前記第２動力伝達手段を前記第１入力軸に固定する第４摩擦係合手段と、
前記第６動力伝達手段を前記第２入力軸に固定する第５摩擦係合手段と、
前記各摩擦係合手段の動作を制御する摩擦係合制御手段とを備えたことを特徴とする車両の変速装置。
前記第２摩擦係合手段は、トルク伝達率を制御可能な多板クラッチであり、
前記第３から第５摩擦係合手段は、トルク伝達率をオン／オフ的に切り換え可能な噛み合いクラッチであることを特徴とする請求項１５に記載の車両の変速装置。
前記第１入力軸に回転可能に支持される第７動力伝達手段と、
前記出力軸に固定され、かつ前記第７歯車に噛合する第８動力伝達手段と、
前記第２入力軸に回転可能に支持され、かつ前記第８動力伝達手段に噛合する第９動力伝達手段と、
前記第７動力伝達手段を前記第１入力軸に固定する第６摩擦係合手段と、
前記第９動力伝達手段を前記第２入力軸に固定する第７摩擦係合手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の車両の変速装置。
前記摩擦係合制御手段は、前記各摩擦係合手段を制御し、変速前に前記第１入力軸から前記出力軸に前記内燃機関の駆動力を伝達している摩擦係合手段が変速時に非締結状態に切り換わることに伴う駆動力の遮断を、前記内燃機関の回転慣性力と前記モータの駆動トルクの少なくとも一方を前記第２入力軸から前記出力軸に伝達することにより補うことを特徴とする請求項１に記載の車両の変速装置。
前記駆動力を補完するために締結する摩擦係合手段は、変速前のギア比より小さいギア比となる変速段を締結することを特徴とする請求項１８に記載の車両の変速装置。