JP2011195118A - 車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】変速の際の手動変速機への負荷を軽減することができる車両制御システムを提供すること。
【解決手段】車両に搭載され、変速用の操作部材に対する操作に連動して機械的に変速段が切り替わる手動変速機と、手動変速機の入力軸に連結されたエンジンと、手動変速機の出力軸に連結された電動機とを備え、手動変速機の変速段が低速側の変速段に切り替わり（Ｓ１０肯定）、かつ低速側の変速段へのダウンシフトによる手動変速機の負荷が大きくなると予測される（Ｓ３０肯定）場合、電動機に回生発電を行わせる（Ｓ４０）。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両制御システムに関する。

従来、自動変速が可能な変速機が搭載された車両において、装置の保護等のために変速を禁止する技術が知られている。例えば、特許文献１には、エンジンの過回転を防止するためにダウン変速指令に従う変速後の指令変速比へのダウン変速を禁止するハイブリッド車両の制御装置の技術が開示されている。

特開２０００−３２４６１４号公報

しかしながら、手動変速機では、変速そのものを禁止することができないため、変速を禁止することに代わる技術が望まれている。例えば、ダウンシフトのシフト操作がなされた場合に、変速に伴う手動変速機への負荷を軽減し、手動変速機を保護できることが望まれている。

本発明の目的は、変速の際の手動変速機への負荷を軽減することができる車両制御システムを提供することである。

本発明の車両制御システムは、車両に搭載され、変速用の操作部材に対する操作に連動して機械的に変速段が切り替わる手動変速機と、前記手動変速機の入力軸に連結されたエンジンと、前記手動変速機の出力軸に連結された電動機とを備え、前記手動変速機の変速段が低速側の変速段に切り替わり、かつ前記低速側の変速段へのダウンシフトによる前記手動変速機の負荷が大きくなると予測される場合、前記電動機に回生発電を行わせることを特徴とする。

上記車両制御システムにおいて、前記エンジンと前記入力軸との動力の伝達が可能な状態と前記伝達が不能な状態とを切替えるクラッチを制御可能であり、かつ、前記手動変速機の変速段が切り替わるときに前記クラッチにより前記伝達が不能な状態とし、前記手動変速機の変速段が切り替わった後に前記クラッチにより前記伝達が可能な状態とするものであって、前記ダウンシフトによる前記手動変速機の負荷が大きくなると予測される場合、前記回生発電が開始されるまで前記伝達が可能な状態とすることを禁止することが好ましい。

本発明にかかる車両制御システムは、手動変速機の変速段が低速側の変速段に切り替わり、かつ低速側の変速段へのダウンシフトによる手動変速機の負荷が大きくなると予測される場合、手動変速機の出力軸に連結された電動機に回生発電を行わせる。よって、本発明にかかる車両制御システムによれば、出力軸の回転数を低下させ、手動変速機の負荷を軽減することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態にかかる車両制御システムの動作を示すフローチャートである。 図２は、実施形態にかかる車両の概略構成を示す図である。 図３は、実施形態にかかる車両制御システムによる制御を示すタイムチャートである。

以下に、本発明にかかる車両制御システムの一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

（第１実施形態）
図１から図３を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、手動変速機の入力軸に連結されたエンジンと、手動変速機の出力軸に連結された電動機とを備える車両制御システムに関する。図１は、本発明の実施形態にかかる車両制御システムの動作を示すフローチャート、図２は、本実施形態にかかる車両の概略構成を示す図、図３は、本実施形態にかかる車両制御システムによる制御を示すタイムチャートである。

ＭＴ車において、高車速で走行中に低ギア段に変速すると、トランスミッションの負荷が大きくなる。本実施形態の車両制御システムは、ダウンシフト操作がされたときに、トランスミッションの負荷が大きくなると予測される状況では、トランスミッションの出力軸に連結されたＭＧで回生を行わせる。これにより、トランスミッションの入力軸と出力軸との回転数差を減少させ、トランスミッションの負荷を軽減させる。

図２において、符号１は車両を示す。車両１は、エンジン１０、クラッチ２０、トランスミッション３０、ＭＧ４０、ＥＣＵ５０および駆動輪６０を備える。エンジン１０は、公知の内燃機関とすることができる。トランスミッション３０は、車両１に搭載され、手動で変速操作がなされる手動変速機である。トランスミッション３０は、例えば、運転者により操作される変速用のシフトレバー（操作部材）とリンク機構やケーブル等を介して機械的に接続されている。運転者によりシフトレバーに対するシフト操作がなされると、そのシフト操作と連動して機械的にトランスミッション３０においてギア段（変速段）が切り替わる。

クラッチ２０は、エンジン１０の出力軸１１とトランスミッション３０の入力軸３１との間に設けられている。言い換えると、エンジン１０は、クラッチ２０を介してトランスミッション３０の入力軸３１に連結されている。クラッチ２０は、エンジン１０とトランスミッション３０との動力の伝達経路を接続あるいは切断するものである。つまり、クラッチ２０は、エンジン１０と入力軸３１との動力の伝達が可能な状態と動力の伝達が不能な状態とを切替えるものである。

クラッチ２０は、運転者の操作により係合あるいは開放する。クラッチ２０は、図示しないクラッチペダルと機械的に連結されている。運転者がクラッチペダルを踏み込むと、クラッチ２０は開放してエンジン１０とトランスミッション３０との動力の伝達経路が切断され、動力の伝達が不能な状態となる。クラッチペダルが踏み込まれていない状態では、クラッチ２０が係合して伝達経路が接続された状態となり、エンジン１０とトランスミッション３０とは動力を伝達することができる。トランスミッション３０には、現在のギア段（係合状態にあり動力を伝達するギア段）を検出する検出装置が設けられている。また、トランスミッション３０には、入力軸３１の回転数を検出するセンサおよび出力軸３２の回転数を検出するセンサがそれぞれ設けられている。

ＭＧ４０は、トランスミッション３０の出力軸３２と同軸上に配置されている。ＭＧ４０は、出力軸３２と連結され、出力軸３２と一体に回転する図示しないロータと、ロータよりも径方向外側に固定された図示しないステータとを有する。つまり、ＭＧ４０は、トランスミッション３０の出力軸３２に連結されたものである。ＭＧ４０は、供給された電力を機械的な動力（モータ出力トルク）に変換して出力軸３２から出力するモータとしての機能と、出力軸３２に入力された機械的な動力を電力に変換して回収するジェネレータ（発電機）としての機能とを有する。ＭＧ４０は、図示しないバッテリ（蓄電装置）と接続されており、バッテリとの間で電力を授受することができる。ＭＧ４０がモータとして機能する場合、ステータは、電力の供給を受けて回転磁界を発生させ、その回転磁界に引き付けられてロータが回転して出力軸３２からモータ出力トルクを出力する。一方、ＭＧ４０がジェネレータとして機能する場合、出力軸３２に入力されるトルクによりロータが回転し、その回転がステータで交流電力に変換される。

出力軸３２は、駆動輪６０と接続されている。トランスミッション３０を介して伝達されるエンジン１０の出力トルクやＭＧ４０から出力される出力トルクは、出力軸３２を介して駆動輪６０に伝達される。

ＥＣＵ５０は、車両１の各部を制御する車両制御装置である。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数、エンジンの出力トルク、車速、アクセル開度、ＭＧ４０の回転数、入力軸３１の回転数、出力軸３２の回転数、トランスミッション３０の現在のギア段等を示す信号が入力される。ＥＣＵ５０は、これらの信号に基づいて、エンジン１０およびＭＧ４０をそれぞれ制御する。ＥＣＵ５０は、エンジン１０の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期等を制御することで、エンジン１０から出力される動力（エンジン出力トルク）の大きさを調整する。また、ＥＣＵ５０は、ＭＧ４０とバッテリとの間に設けられた図示しないインバータの動作を制御することで、ＭＧ４０とバッテリとの間の電力の授受を制御する。また、ＥＣＵ５０は、ＭＧ４０の出力トルクやＭＧ４０の発電量を制御する。本実施形態の車両制御システム１−１は、エンジン１０、ＭＧ４０およびＥＣＵ５０を備える。

ＥＣＵ５０は、回生制御を実行可能である。回生制御では、ＥＣＵ５０は、ＭＧ４０を発電機として機能させ、車両１の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。回生により発電された電力は、バッテリに充電される。ＥＣＵ５０は、例えば、車両１の減速時に回生制御を実行する。

図１および図３を参照して、本実施形態の車両制御について説明する。図１に示す制御フローは、例えば、車両１の走行中に所定の間隔で繰り返し実行される。図３において、（ａ）は車速、（ｂ）はトランスミッション３０において選択されているギア段、（ｃ）はクラッチ２０の状態、（ｄ）はＭＧ４０の出力トルクであるモータトルクをそれぞれ示す。クラッチ２０の状態において、ＯＮは係合状態、ＯＦＦは開放状態をそれぞれ示す。

まず、図１を参照して、ステップＳ１０では、ＥＣＵ５０により、低ギア段へ変速されたか否かが判定される。ＥＣＵ５０は、トランスミッション３０において、低速側（高変速比側）のギア段への変速操作がなされたか否かを判定する。ＥＣＵ５０は、現在のギア段を検出する検出装置の検出結果に基づき、トランスミッション３０のギア段が低速側のギア段に切り替わったことを検出すると、ステップＳ１０で肯定判定を行う。図３のタイムチャートでは、時刻ｔ１においてクラッチ２０がＯＦＦ（開放）となり、時刻ｔ２において高速側のギア段から低速側のギア段へのシフト操作がなされることで、ステップＳ１０で肯定判定がなされる状態となる。ステップＳ１０の判定の結果、低ギア段へ変速されたと判定された場合（ステップＳ１０−Ｙ）にはステップＳ２０へ進み、そうでない場合（ステップＳ１０−Ｎ）には本制御フローはリターンする。

ステップＳ２０では、ＥＣＵ５０により、目標出力軸回転数が算出される。ＥＣＵ５０は、トランスミッション３０において現在選択されているギア段（現在ギア段）と、入力軸３１の回転数とに基づいて、出力軸３２の回転数の目標値である目標出力軸回転数を算出する。目標出力軸回転数は、クラッチ２０が係合された後（例えば係合直後）における出力軸回転数の予測値である。トランスミッション３０においてギア段の切替え（ダウンシフト）がなされると、入力軸３１の回転数は、変速前よりも高回転となる。つまり、クラッチ２０の係合前には、入力軸３１の回転数は、エンジン１０の出力軸１１の回転数よりも高回転であり、クラッチ２０が係合されることで入力軸３１および出力軸３２の回転数はそれぞれ低下する。この低下後の出力軸回転数が、目標出力軸回転数である。ＥＣＵ５０は、現在ギア段および入力軸回転数に加えて、エンジン１０の出力軸１１の回転数やエンジン１０の出力トルク等に基づいて目標出力軸回転数を算出するようにしてもよい。

次に、ステップＳ３０では、ＥＣＵ５０により、回転数差が閾値よりも大であるか否かが判定される。ステップＳ３０では、ＥＣＵ５０は、低速側の変速段へのダウンシフトによるトランスミッション３０の負荷が大きくなるか否かを予測する。回転数差は、ステップＳ２０で算出された目標出力軸回転数と現状（現在）の出力軸３２の回転数とに基づき、下記式（１）により算出される。
回転数差 ＝ 現状出力軸回転数−目標出力軸回転数…（１）
つまり、回転数差とは、クラッチ２０の係合前と係合後の出力軸３２の回転数の変化量である。ＥＣＵ５０は、この回転数差と予め定められた閾値とを比較する。ダウンシフトにおけるダウンシフト段数が大きくなるほど回転数差は大きくなる。また、回転数差が大きいほど、クラッチ２０が係合される際にトランスミッション３０の各部に作用する力は大きく、トランスミッション３０の負荷が高くなると予測できる。上記閾値は、クラッチ２０の係合の際にトランスミッション３０に作用する力に基づいて決定されるものであり、例えば、実験の結果に基づいて予め定められている。閾値は、例えば、トランスミッション３０の保護の観点や、ドライバビリティの向上の観点から定められる。

図３では、時刻ｔ２において、回転数差が閾値よりも大となるダウンシフト操作がなされたと判定される。ステップＳ３０の判定の結果、回転数差が閾値よりも大であると判定された場合（ステップＳ３０−Ｙ）にはステップＳ４０に進み、そうでない場合（ステップＳ３０−Ｎ）には本制御フローはリターンする。

ステップＳ４０では、ＥＣＵ５０により、ＭＧ４０による回生が実行される。ＥＣＵ５０は、ＭＧ４０に回生発電を行わせ、バッテリを充電させる。このときのＭＧ４０の回生量は、選択可能な最大回生量とされる。つまり、現状においてＭＧ４０によって発生させることが可能な最大回生制動力を出力軸３２に作用させる。このときの回生効率は、低くてもよく、最大の負トルクを発生できる動作点でＭＧ４０が回生を行うことが望ましい。これにより、出力軸３２の回転数を低減させ、目標出力軸回転数との回転数差を小さなものとすることができる。その結果、クラッチ２０が係合したときにトランスミッション３０にかかる負荷を軽減させることが可能となる。

図３では、時刻ｔ２においてＭＧ４０による回生発電が開始される。モータトルクが、負のトルク（車両１に制動力を作用させる回転方向のトルク）とされることで、時刻ｔ２以降は車速が低下する。よって、クラッチ２０が係合される時刻ｔ３までの間に、出力軸３２の回転数は低下し、出力軸３２の回転数が目標出力軸回転数に近づく。これにより、クラッチ２０が係合するときにトランスミッション３０に係る負荷が軽減される。ステップＳ４０が実行されると、本制御フローはリターンする。

このように、本実施形態の車両制御システム１−１によれば、手動変速式のトランスミッション３０においてダウンシフトの変速操作がなされた場合に、ＭＧ４０の回生によって出力軸３２の回転数を低減させることにより、トランスミッション３０にかかる負荷を低減させることが可能となる。

本実施形態の車両制御システム１−１によれば、運転者がシフト操作を誤って望むギア段よりも低速側のギア段にダウンシフトした場合などにも有効である。回転数差が閾値よりも大となるようなダウンシフトの場合には、ＭＧ４０の回生によって回転数差が低減され、トランスミッション３０にかかる負荷が少なくなることで、ショックが抑制されるなど、ドライバビリティの低下が抑制される。

なお、本実施形態では、現状の出力軸回転数および目標出力軸回転数に基づいてＭＧ４０による回生発電を実行するか否かが判定されたが、これには限定されない。クラッチ２０の係合時にトランスミッション３０にかかる負荷を推定可能な他のパラメータに基づいて回生発電を実行するか否かが判定されてもよい。

また、「低速側の変速段へのダウンシフトによる手動変速機の負荷が大きくなると予測される場合」とは、出力軸回転数等のパラメータと閾値との比較結果で判定される場合には限定されない。例えば、４速ギア段から２速ギア段へのダウンシフトなど、変速前と変速後のギア段が同じ組み合わせのダウンシフトであっても、低車速のときには回生発電を行わず、高車速のときに回生発電を行うとすれば、手動変速機の負荷が大きくなると予測される場合に回生発電を行わせている制御となる。あるいは、同じ車速であっても、変速段数が少ない場合には回生発電を行わず、変速段数が多い場合に回生発電を行うとすれば、手動変速機の負荷が大きくなると予測される場合に回生発電を行わせている制御となる。すなわち、本実施形態の車両制御システム１−１は、手動変速機の負荷が相対的に小さな場合には回生発電を行わず、手動変速機の負荷が相対的に大きな場合に電動機に回生発電を行わせるものを含んでいる。

（実施形態の第１変形例）
本実施形態では、クラッチ２０が運転者により操作されて開放あるいは係合するものである場合を例に説明したが、これには限定されない。クラッチ２０は、自動的に開放あるいは係合されるものであってもよい。例えば、クラッチ２０は、油圧式や電磁式のアクチュエータにより係合あるいは開放されるクラッチとし、このアクチュエータがＥＣＵ５０により制御されるものとすればよい。

クラッチ２０が制御可能なものである場合、ＥＣＵ５０は、トランスミッション３０のギア段が切り替わるときにクラッチ２０によりエンジン１０と入力軸３１との動力の伝達が不能な状態とし、ギア段が切り替わった後にクラッチ２０により上記動力の伝達が可能な状態とする。ギア段が切り替わること（変速操作の開始）は、例えば、シフトレバーにより検出することができる。ギア段が切り替わったことは、例えば、現在のギア段を検出する検出装置により検出可能である。

ＥＣＵ５０は、ダウンシフトによるトランスミッション３０の負荷が大きくなると予測される場合、ＭＧ４０による回生発電が開始されるまでクラッチ２０を係合することを禁止する。すなわち、回生発電が開始されるまではエンジン１０と入力軸３１との動力の伝達が可能な状態とすることを禁止する。これにより、トランスミッション３０に大きな負荷がかかることがより確実に抑制される。

また、クラッチ２０が制御可能なものである場合、ダウンシフトによりトランスミッション３０にかかると予測される負荷が大きいほど、回生発電が開始されてからクラッチ２０を係合するまでの時間を長くするようにしてもよい。

（実施形態の第２変形例）
実施形態の第２変形例について説明する。上記実施形態では、ＭＧ４０にて回生が行われることによりトランスミッション３０の負荷が軽減されたが、これに加えて、トランスミッション３０の負荷を軽減可能な他の制御が実行されてもよい。例えば、ＭＧ４０による回生に加えて、エンジン１０の回転数あるいは出力トルクの少なくともいずれか一方を増加させる制御が行われてもよい。

以上のように、本発明にかかる車両制御システムは、手動式の変速機を備えた車両に有用であり、特に、変速機にかかる負荷を低減するのに適している。

１−１ 車両制御システム
１ 車両
１０ エンジン
２０ クラッチ
３０ トランスミッション
３１ 入力軸
３２ 出力軸
４０ ＭＧ
５０ ＥＣＵ
６０ 駆動輪

Claims (2)

1. 車両に搭載され、変速用の操作部材に対する操作に連動して機械的に変速段が切り替わる手動変速機と、
   前記手動変速機の入力軸に連結されたエンジンと、
   前記手動変速機の出力軸に連結された電動機とを備え、
   前記手動変速機の変速段が低速側の変速段に切り替わり、かつ前記低速側の変速段へのダウンシフトによる前記手動変速機の負荷が大きくなると予測される場合、前記電動機に回生発電を行わせる
   ことを特徴とする車両制御システム。
2. 前記エンジンと前記入力軸との動力の伝達が可能な状態と前記伝達が不能な状態とを切替えるクラッチを制御可能であり、かつ、前記手動変速機の変速段が切り替わるときに前記クラッチにより前記伝達が不能な状態とし、前記手動変速機の変速段が切り替わった後に前記クラッチにより前記伝達が可能な状態とするものであって、
   前記ダウンシフトによる前記手動変速機の負荷が大きくなると予測される場合、前記回生発電が開始されるまで前記伝達が可能な状態とすることを禁止する
   請求項１に記載の車両制御システム。

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