JP2013060971A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手動変速モードにおけるダウンシフトに起因する駆動力の過度な増大を抑制する。
【解決手段】手動変速モードにおいては、運転者がシフトレバーを操作することにより、ポジションセンサからダウンシフト指令信号が出力され、シフトレンジが１つ低くされる。ダウンシフトにより車両の駆動力が増大される。所定時間内におけるダウンシフトの実行回数は、所定回数に制限される。
【選択図】図７

Description

本発明は、車両の制御装置に関し、特に、ダウンシフトによる駆動力の増大回数を制限する技術に関する。

駆動源として電動モータを搭載した電気自動車、ハイブリッド車または航続距離延長機能（レンジエクステンダー）を備えた電気自動車が知られている。これらの車両には、変速比を変更可能な有段式変速機が搭載されない場合も多い。そのような場合、駆動源（たとえば電動モータ、またはエンジン）の回転数と車軸の回転数との比、すなわち変速比を運転者が手動で選択することによって車両の駆動力を変化させる必要はない。しかしながら、そのような車両においても、エンジンのみを駆動源として搭載した一般的な車両と同じように、変速によって駆動力を変化させるという操作体験を運転者に与えたいというニーズがある。このようなニーズに応えるべく、シフトレンジを変更可能にし、選択されたシフトレンジに応じた走行特性が得られるように制御される電気自動車、またはハイブリッド車もある。

一方で、運転者がシフトレンジを選択できるようにすると、運転者による誤った不適切な操作に基づいてシフトレンジが変更され得る。このような不適切な変速を防止するための方策の一例として、特開平９−２４２８６８号公報（特許文献１）は、自動変速が開始されてから所定時間が経過するまでの間は、手動変速指令の入力を受け付けないようにすることを開示する。

特開平９−２４２８６８号公報

たとえばシフトレバーの位置を検出するためのポジションスイッチが閉故障している場合など、手動変速モードにおいて変速指令信号を出力するための出力系統が異常である場合、手動変速モードでの変速指令信号が短い時間に複数回出力されることもあり得る。手動変速モードでダウンシフトの指令信号が短い時間に複数回に出力され、その結果ダウンシフトが短い時間に複数回実行されると、車両の駆動力が急増するため、車両に大きなショックが発生し得る。しかしながら、特開平９−２４２８６８号公報においては、手動変速モードでダウンシフトの指令信号が短い時間に複数回出力される場合については何等考慮されていない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、手動変速モードにおけるダウンシフトに起因する駆動力の過度な増大を抑制することである。

ある実施例において、手動変速モードにおけるダウンシフトによって駆動力が増大される車両の制御装置は、ダウンシフトの指令信号を出力するための出力手段と、所定時間内におけるダウンシフトによる駆動力の増大回数を、所定回数に制限するための制限手段とを備える。

この構成によると、所定時間内におけるダウンシフトによる駆動力の増大回数が制限される。そのため、ダウンシフトによる駆動力の増大量を制限できる。その結果、手動変速モードにおけるダウンシフトに起因する駆動力の過度な増大を抑制できる。

別の実施例において、ダウンシフトによる駆動力の増大量は、車速が高いほど小さい。制限手段は、所定時間内におけるダウンシフトによる駆動力の増大回数を、車速が高いほど多い回数に制限する。

この構成によると、ダウンシフトによる駆動力の増大量が小さい場合には、所定時間内におけるダウンシフトの回数の制限を緩和できる。

さらに別の実施例において、制限手段は、所定時間内における指令信号の受付回数を、所定回数に制限する。

この構成によると、ダウンシフトの指令信号の受付回数を制限し、ダウンシフトの実行回数を制限することによって、駆動力の増大回数を制限できる。

さらに別の実施例において、ダウンシフトによる駆動力の増大量は、車速が高いほど小さい。所定回数は、車速が高いほど多い。

この構成によると、ダウンシフトによる駆動力の増大量が小さい場合には、所定時間内におけるダウンシフトの実行回数の制限を緩和できる。

ハイブリッド車を示す概略構成図である。 動力分割機構の共線図である。 エンジンが駆動する期間および停止する期間を示す図である。 エンジンの動作線を示す図である。 シフトレバーおよびシフトポジションを示す図である。 検出される実際のアクセル開度と、制御上用いられる制御アクセル開度との関係を示す図である。 所定時間内にダウンシフト指令信号を受け付ける回数を示す図である。 所定回数のダウンシフト指令信号を受け付ける時間を示す図である。 ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。 ダウンシフトによって変化する駆動力を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、ハイブリッド車には、エンジン１００と、第１モータジェネレータ１１０と、第２モータジェネレータ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とが搭載される。なお、以下の説明においては一例としてハイブリッド車について説明するが、電動モータのみを駆動源として搭載した電気自動車を用いてもよい。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０、第２モータジェネレータ１２０、バッテリ１５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

この車両は、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。すなわち、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちのいずれか一方もしくは両方が、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択される。

たとえば、運転者がアクセルペダル１８０を操作した結果に応じて、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０が制御される。アクセルペダル１８０の操作量（アクセル開度）が小さい場合および車速が低い場合などには、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源としてハイブリッド車が走行する。この場合、エンジン１００が停止される。ただし、発電などのためにエンジン１００が駆動する場合がある。

また、アクセル開度が大きい場合、車速が高い場合、バッテリ１５０の残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が小さい場合などには、エンジン１００が駆動される。この場合、エンジン１００のみ、もしくはエンジン１００および第２モータジェネレータ１２０の両方を駆動源としてハイブリッド車が走行する。

アクセル開度は、開度センサ１８２により検出され、検出結果を表す信号がＥＣＵ１７０に入力される。後述するように、検出される実際のアクセル開度と、制御において用いられる制御アクセル開度とは異なる場合がある。実際のアクセル開度に応じて出力される制御アクセル開度の特性は、シフトレンジに応じて変更可能である。制御アクセル開度については後で詳細に説明する。

エンジン１００は、内燃機関である。燃料と空気の混合気が燃焼室内で燃焼することよって、出力軸であるクランクシャフトが回転する。エンジン１００から排出される排気ガスは、触媒１０２によって浄化された後、車外に排出される。触媒１０２は、特定の温度まで暖機されることによって浄化作用を発揮する。触媒１０２の暖機は、排気ガスの熱を利用して行なわれる。触媒１０２は、たとえば三元触媒である。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０は、動力分割機構１３０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１モータジェネレータ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第１モータジェネレータ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０の残存容量の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力はそのまま第２モータジェネレータ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

第１モータジェネレータ１１０が発電機として作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。第１モータジェネレータ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第２モータジェネレータ１２０についても同様である。

第２モータジェネレータ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第２モータジェネレータ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１モータジェネレータ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。

第２モータジェネレータ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２モータジェネレータ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２モータジェネレータ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

ハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２モータジェネレータ１２０が駆動され、第２モータジェネレータ１２０が発電機として作動する。これにより第２モータジェネレータ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２モータジェネレータ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１モータジェネレータ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第２モータジェネレータ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の回転数は、図２で示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。

図１に戻って、バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０の代わりにもしくは加えてキャパシタを用いるようにしてもよい。

図３を参照して、エンジン１００の制御態様ついて説明する。図３に示すように、ハイブリッド車の出力パワーがエンジン始動しきい値より小さいと、第２モータジェネレータ１２０の駆動力のみを用いてハイブリッド車が走行する。

出力パワーは、ハイブリッド車の走行に用いられるパワーとして設定される。出力パワーは、たとえば、少なくとも制御アクセル開度をパラメータに有するマップに従ってＥＣＵ１７０により算出される。一例として、制御アクセル開度が大きくなるにつれ出力パワーが増大するように設定される。なお、出力パワーを算出する方法はこれに限らない。なお、出力パワーの代わりに、トルク、加速度、駆動力および制御アクセル開度などを用いるようにしてもよい。

ハイブリッド車の出力パワーがエンジン始動しきい値以上になると、エンジン１００が駆動される。これにより、第２モータジェネレータ１２０の駆動力に加えて、もしくは代わりに、エンジン１００の駆動力を用いてハイブリッド車が走行する。また、エンジン１００の駆動力を用いて第１モータジェネレータ１１０が発電した電力が第２モータジェネレータ１２０に直接供給される。

図４に示すように、エンジン１００の動作点、すなわちエンジン回転数ＮＥおよび出力トルクＴＥは、出力パワーと動作線との交点により定まる。

出力パワーは、等パワー線によって示される。動作線は、実験およびシミュレーションの結果に基づいて、開発者により予め定められる。動作線は、燃費が最適（最小）になるようにエンジン１００が駆動することができるように設定される。すなわち、動作線に沿ってエンジン１００が駆動することにより、最適な燃費が実現される。

図５を参照して、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の制御モードについて説明する。本実施の形態においては、シフトレバー１７２に対する運転者の操作に応じて、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の制御モードが選択される。図５に示すように、シフトレバー１７２はシフトゲートに沿って移動する。シフトレバー１７２のポジションＰＳＨに応じて制御モードが選択される。

シフトレバー１７２のポジションＰＳＨはポジションセンサ１７４により検出される。ポジションセンサ１７４は、シフトポジションと対応する位置に設けられた接点がＯＮであるかＯＦＦであるかを判別することにより、シフトレバー１７２のポジションＰＳＨを検出する。ポジションセンサ１７４により検出される、ポジションＰＳＨを表す信号は、ＥＣＵ１７０に入力される。

シフトレバー１７２のポジションＰＳＨが「パーキング（Ｐ）」ポジションまたは「Ｎ（ニュートラル）」ポジションである場合には、車両が駆動力を有さないように、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が制御される。この場合、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の制御自体が停止されることもある。

シフトレバー１７２のポジションＰＳＨが「リバース（Ｒ）」ポジションである場合、アクセルペダル開度に応じた駆動力で車両が後進するように、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が制御される。より具体的には、エンジン１００は停止し、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源として車両が後進するように制御される。一例として、開度センサ１８２により検出される実際のアクセル開度が、そのまま制御アクセル開度として用いられる。

シフトレバー１７２のポジションＰＳＨが「ドライブ（Ｄ）」ポジションである場合、自動変速モードが選択される。自動変速モードでは、アクセルペダル開度に応じた駆動力で車両が前進するように、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が制御される。自動変速モードでは、一例として、開度センサ１８２により検出される実際のアクセル開度が、そのまま制御アクセル開度として用いられる。

シフトレバー１７２のポジションＰＳＨが「シーケンシャルシフト（Ｓ）」ポジションである場合、手動変速モードが選択される。手動変速モードにおいては、シフトレバー１７２を前後に移動させるシフト操作により、たとえば１〜６までの範囲で、シフトレンジが手動で変更可能である。手動変速モードにおいては、図６に示すように、選択されたシフトレンジに応じて、実際のアクセル開度に対する制御アクセル開度の特性が変更される。

一例として、シフトレンジが低いほど（低速側であるほど）、開度センサ１８２によって検出される実際のアクセル開度に対してより高い制御アクセル開度が出力される。その結果、実際のアクセル開度が一定であれば、手動変速モードにおけるダウンシフトによって、車両の駆動力が増大される。また、本実施の形態においては、一例として、ダウンシフトによる駆動力の増大量が、車速が高いほど小さくなるように、制御アクセル開度の特性が定められる。

要するに、手動変速モードにおいては、シフトレバー１７２を前後に移動することにより、ハイブリッド車の駆動力が段階的に変化するように制御されるシーケンシャルシフト制御が実行される。

たとえば、シフトレバー１７２のポジションＰＳＨが「Ｓ」ポジションである場合において、運転者がシフトレバー１７２を車両前方に向けて操作すると、アップシフトによってシフトレンジが高くされる。シフトレバー１７２を車両前方に向けて１回操作する毎に、ポジションセンサ１７４からアップシフト指令信号が出力され、シフトレンジが１つ高くされる。

逆に、シフトレバー１７２のポジションＰＳＨが「Ｓ」ポジションである場合において、車両の減速中に運転者がシフトレバー１７２を車両後方に向けて操作すると、ダウンシフトによって、シフトレンジが低くされる。シフトレバー１７２を車両後方に向けて１回操作する毎に、ポジションセンサ１７４からダウンシフト指令信号が出力され、シフトレンジが１つ低くされる。

ただし、本実施の形態においては、所定時間内におけるダウンシフトの実行回数が、所定回数に制限される。より具体的には、一例として、ポジションセンサ１７４からのダウンシフト指令信号を、所定時間内においてＥＣＵ１７０が受け付ける回数が、所定回数以下に制限される。図７に示すように、所定時間内においてダウンシフト指令信号が受け付けられる回数は、車速が高いほど多く定められる。たとえば、車速Ｖ１では１秒間にダウンシフト指令信号を２回まで受け付ける一方で、車速Ｖ１よりも大きい車速Ｖ２では、１秒間にダウンシフト指令信号を５回まで受け付けるようにしてもよい。これにより、所定時間内におけるダウンシフトの実行回数が、車速が高いほど多い回数に制限される。

図８に示すように、ダウンシフト指令信号を所定回数受け付ける時間を、車速が高いほど短くするようにしてもよい。たとえば、車速Ｖ１では１秒間にダウンシフト指令信号を２回まで受け付ける一方で、車速Ｖ２では、０．４秒間にダウンシフト指令信号を２回まで受け付けるようにしてもよい。このようにしても、所定時間内におけるダウンシフトの回数が、車速が高いほど多い回数に制限される。

その他、所定の車速以下では、所定時間内においてダウンシフト指令信号が受け付けられる回数を所定回数以下に制限する一方で、所定の車速よりも大きい車速では、ダウンシフト指令信号が受け付けられる回数を制限しないようにしてもよい。

図９を参照して、本実施の形態において、手動変速モードにおいて、ダウンシフト指令信号の受け付けを制限するためにＥＣＵ１７０が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

Ｓ１００にて、アクセルペダル１８０が操作されている（実際のアクセル開度が零より大きい）状態で、ダウンシフト指令信号が出力されたか否かが判断される。アクセルペダル１８０が操作されている状態で、ダウンシフト指令信号が出力されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、アクセルペダル１８０が操作されている状態で、所定時間（例えば１秒間）内に、所定回数（例えば２回）、ダウンシフト指令信号が出力されたか否かが判断される。アクセルペダル１８０が操作されている状態で、所定時間内に、所定回数、ダウンシフト指令信号が出力されると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、Ｓ１０４にて、ダウンシフト指令信号の受付が禁止される。

ダウンシフト指令信号の受付が禁止されるまでに出力されたダウンシフト指令信号は、ＥＣＵ１７０によって受け付けられる。その結果、所定回数以下だけ、ダウンシフトが実行される。

ダウンシフト指令信号の受付を禁止した状態が所定時間経過すると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、Ｓ１０８にて、アクセルペダル１８０が操作されている状態で、ダウンシフト指令信号が出力されたか否かが判断される。アクセルペダル１８０が操作されている状態で、ダウンシフト指令信号が出力されると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、このときのダウンシフトシフト指令信号は受け付けられて、ダウンシフトが実行される一方で、再度、Ｓ１０４にて、ダウンシフト指令信号の受付が禁止される。

一方、アクセルペダル１８０が操作されている状態で、所定時間内に、所定回数、ダウンシフト指令信号が出力されずに（Ｓ１０２にてＮＯ）、アクセルペダル１８０がオフにされたり（実際のアクセル開度が零にされたり）、アップシフト指令信号が出力されたり、「Ｓ」ポジション以外のポジションへシフトレバー１７２が操作されたり、所定時間（たとえば１秒）が経過すると（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１００へ戻される。

ダウンシフト指令信号の受付を禁止した状態が所定時間経過する前に（Ｓ１０６にてＮＯ）、アクセルペダル１８０がオフにされたり、アップシフト指令信号が出力されたり、「Ｓ」ポジション以外のポジションへシフトレバー１７２が操作されたりすると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１００へ戻される。

したがって、ダウンシフト指令信号の受付を禁止した状態が所定時間経過するまでの間に（Ｓ１０６にてＮＯ）、アクセルペダル１８０を操作した状態で、ダウンシフト指令信号が出力されても、ダウンシフト指令信号は受け付けられない（Ｓ１０４）。その結果、所定回数（たとえば２回）よりも多い回数のダウンシフトは実行されない。

ダウンシフト指令信号の受付を禁止した状態が所定時間経過した後（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、ダウンシフト指令信号が出力されずに（Ｓ１０８にてＮＯ）、アクセルペダル１８０がオフにされたり、アップシフト指令信号が出力されたり、「Ｓ」ポジション以外のポジションへシフトレバー１７２が操作されたり、所定時間（たとえば１秒）が経過すると（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１００へ戻される。

以上のように、本実施の形態によると、所定時間内におけるダウンシフトによる駆動力の増大回数が制限される。そのため、ダウンシフトによる駆動力の増大量を制限できる。その結果、手動変速モードにおけるダウンシフトに起因する駆動力の過度な増大を抑制できる。

その他、図１０に示すように、ダウンシフト指令信号の受付回数は制限せずに、所定時間内における駆動力の増大回数のみを所定回数以下に制限するようにしてもよい。言い換えると、全てのダウンシフト指令信号をＥＣＵ１７０が受け付け、シフトレンジを変更する一方で、実際のアクセル開度に対する制御アクセル開度の特性の変化速度、すなわち駆動力の変化速度を緩やかにするようにしてもよい。図１０は、一例として、開度センサ１８２により検出される実際のアクセル開度が一定である状態でダウンシフト指令信号が出力されたときの駆動力を示す。図１０においては、一例として、１秒間に３回ダウンシフト実行し、シフトレンジを変更する一方で、１秒間に駆動力を２回だけ増大するとともに、３回目のダウンシフトに対応する駆動力の増大を実行しない、もしくは遅延することが示される。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ エンジン、１１０ 第１モータジェネレータ、１２０ 第２モータジェネレータ、１７０ ＥＣＵ、１７２ シフトレバー、１７４ ポジションセンサ、１８０ アクセルペダル、１８２ 開度センサ。

Claims (4)

1. 手動変速モードにおけるダウンシフトによって駆動力が増大される車両の制御装置であって、
   ダウンシフトの指令信号を出力するための出力手段と、
   所定時間内におけるダウンシフトによる駆動力の増大回数を、所定回数に制限するための制限手段とを備える、車両の制御装置。
2. ダウンシフトによる駆動力の増大量は、車速が高いほど小さく、
   前記制限手段は、前記所定時間内におけるダウンシフトによる駆動力の増大回数を、車速が高いほど多い回数に制限する、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記制限手段は、前記所定時間内における前記指令信号の受付回数を、前記所定回数に制限する、請求項１に記載の車両の制御装置。
4. ダウンシフトによる駆動力の増大量は、車速が高いほど小さく、
   前記所定回数は、車速が高いほど多い、請求項３に記載の車両の制御装置。

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