JP2013151261A - ハイブリッド車両の変速制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】変速段の切替時に運転者が覚える違和感を軽減することが可能なハイブリッド車両の変速制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関1がクラッチ24を介して接続された入力軸11と、駆動輪5と動力伝達可能に接続された出力軸12と、入力軸11と出力軸12との間に介在し、かつ互いに変速比が相違する複数の変速ギア対G1〜G4とを含み、複数の変速ギア対G1〜G4のうちのいずれか一つの変速ギア対による入力軸11と出力軸12との間の回転伝達を選択的に成立させることにより変速段を切り替える変速機10と、出力軸12に接続されたMG3とを備えたハイブリッド車両1に適用される変速制御装置において、変速機10の変速段の切替中に車両1に対して要求されている要求駆動力に対してMG3でアシストする割合が、切替前の変速段が高速段の場合には切替前の変速段が低速段の場合よりも小さくなるようにMG3が制御される。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に変速機が設けられ、その変速機の出力軸に電動機の動力を出力可能なハイブリッド車両の変速制御装置に関する。
内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に変速機が設けられ、その変速機の出力軸に動力を出力可能なように電動機が設けられたハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両の変速制御装置として、変速機の変速段の切替時に電動機の駆動トルクを増大させて駆動輪に付加する装置が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
特開平11−069509号公報 特開2010−125938号公報
特許文献1の装置では変速段の切替時に電動機で車両の駆動をアシストしているが、周知のように電動機は高回転になるほど出力可能なトルクの上限値が小さくなる。そのため、例えば3速から4速への切替時に車速が高い場合には車両への要求トルクが電動機で十分にアシストできないおそれがある。一方、3速から4速への切替時でも車速が低い場合には車両への要求トルクを電動機で十分にアシストできる。すなわち、同じ3速から4速への切替時でも電動機でアシストを十分にできる場合とできない場合とが発生するおそれがある。そのため、運転者が違和感を覚えるおそれがある。
そこで、本発明は、変速段の切替時に運転者が覚える違和感を軽減することが可能なハイブリッド車両の変速制御装置を提供することを目的とする。
本発明の変速制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関がクラッチ手段を介して接続された入力軸と、駆動輪と動力伝達可能に接続された出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に介在し、かつ互いに変速比が相違する複数の変速ギア対と、を含み、前記複数の変速ギア対のうちのいずれか一つの変速ギア対による前記入力軸と前記出力軸との間の回転伝達を選択的に成立させることにより変速段を切り替える変速機と、前記出力軸に動力を出力可能な電動機と、を備えたハイブリッド車両に適用される変速制御装置において、前記変速機の変速段の切替中に前記車両に対して要求されている要求駆動力に対して前記電動機でアシストする割合が、切替前の変速段が高速段の場合には切替前の変速段が前記高速段よりも変速比が大きい低速段の場合よりも小さくなるように前記電動機の動作を制御する変速アシスト手段を備えている(請求項1)。
本発明の変速制御装置では、切替前の変速段が高速段の場合には変速段の切替中に車両への要求駆動力に対して電動機でアシストする割合(以下、アシスト割合と称することがある。)を小さくする。切替前の変速段が高速段の場合には車両が高速で走行していると考えられるため、車両の駆動をアシストするためには電動機を高回転で動作させる必要がある。本発明では、このような場合にはアシスト割合を小さくするので、電動機から出力可能なトルクの上限値が小さくても電動機で車両の駆動を適切にアシストすることができる。そのため、切替前の変速段と切替後の変速段が同じでも車速に応じて電動機によるアシストが十分に行われたり行われなかったりすることを防止できる。また、車両が高速で走行している場合には低速で走行している場合よりも運転者が変速段の切り替えに起因するショック、いわゆる変速ショックに余り違和感を覚えない。そのため、運転者が覚える違和感を軽減できる。
一方、切替前の変速段が低速段の場合にはアシスト割合を大きくする。切替前の変速段が低速段の場合には車両が低速で走行していると考えられるため、車両の駆動をアシストさせる際に電動機を低回転で動作させればよい。そのため、電動機から出力可能なトルクの上限値を大きくできる。本発明では、このような場合にはアシスト割合を大きくするので、変速ショックを十分に抑制することができる。そのため、運転者が覚える違和感を軽減できる。
本発明の変速制御装置の一形態において、前記変速アシスト手段は、切替前の変速段が高速段側であるほど前記変速機の変速段の切替中に前記車両に対して要求されている要求駆動力に対して前記電動機でアシストする割合を小さくしてもよい(請求項2)。この場合、高回転になるほど出力可能なトルクの上限値が小さくなるという電動機の特性に合わせてアシスト割合を設定できる。
以上に説明したように、本発明の変速制御装置によれば、切替前の変速段と切替後の変速段が同じでも車速に応じて電動機によるアシストが十分に行われたり行われなかったりすることを防止できるので、変速段の切替時に運転者が覚える違和感を軽減できる。
本発明の一形態に係る変速制御装置が組み込まれた車両を模式的に示す図。 制御装置が実行する変速制御ルーチンを示すフローチャート。 制御装置が実行する変速アシスト制御ルーチンを示すフローチャート。 切替前の変速段及び切替後の変速段とゲインとの対応関係の一例を示し図。 車両に対して加速が要求され、かつ変速機が1速から2速に切り替えられる場合の車両への要求トルク、エンジンから駆動輪に伝達されるトルク及びMGから駆動輪に伝達されるトルクの時間変化の一例を示す図。 車両に対して加速が要求され、かつ変速機が2速から3速に切り替えられる場合の車両への要求トルク、エンジンから駆動輪に伝達されるトルク及びMGから駆動輪に伝達されるトルクの時間変化の一例を示す図。 車両に対して加速が要求され、かつ変速機が3速から4速に切り替えられる場合の車両への要求トルク、エンジンから駆動輪に伝達されるトルク及びMGから駆動輪に伝達されるトルクの時間変化の一例を示す図。
図1は、本発明の一形態に係る変速制御装置が組み込まれた車両を模式的に示している。この車両1は、動力源として内燃機関(以下、エンジンと称することがある。)2及び電動機としてのモータ・ジェネレータ(以下、MGと略称することがある。)3を備えている。すなわち、この車両1はハイブリッド車両として構成されている。エンジン2は、複数の気筒を有する周知の火花点火式内燃機関である。MG3は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のものである。MG3は、ロータ軸3aと一体回転するロータ3bと、ロータ3bの外周に同軸に配置されて不図示のケースに固定されたステータ3cとを備えている。車両1には前進4速の変速機10が搭載され、エンジン2及びMG3は変速機10と接続されている。また、変速機10には、車両1の駆動輪5に動力を出力するための出力部4も接続されている。出力部4は、出力ギア6と、駆動輪5に連結されたデファレンシャル機構7とを備えている。出力ギア6は、変速機10の出力軸12に一体回転するように取り付けられている。また、出力ギア6は、デファレンシャル機構7のケースに設けられたリングギア8と噛み合っている。デファレンシャル機構7は、伝達された動力を左右の駆動輪5に分配する周知のものである。
変速機10は、入力軸11と、出力軸12とを備えている。入力軸11と出力軸12との間には、第1〜第4変速ギア対G1〜G4が設けられている。第1変速ギア対G1は互いに噛み合う第1ドライブギア13及び第1ドリブンギア14にて構成され、第2変速ギア対G2は互いに噛み合う第2ドライブギア15及び第2ドリブンギア16にて構成されている。第3変速ギア対G3は互いに噛み合う第3ドライブギア17及び第3ドリブンギア18にて構成され、第4変速ギア対G4は互いに噛み合う第4ドライブギア19及び第4ドリブンギア20にて構成されている。第1〜第4変速ギア対G1〜G4は、ドライブギアとドリブンギアとが常時噛み合うように設けられている。各変速ギア対G1〜G4には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、第1変速ギア対G1、第2変速ギア対G2、第3変速ギア対G3、第4変速ギア対G4の順に小さくなるように設定されている。そのため、第1変速ギア対G1が1速に対応し、第2変速ギア対が2速に対応する。また、第3変速ギア対G3が3速に対応し、第4変速ギア対G4が4速に対応する。
第1〜第4ドライブギア13、15、17、19は、入力軸11に対して相対回転可能なように入力軸11に支持されている。そのため、これらドライブギア13、15、17、19が本発明の一方のギアに相当する。この図に示したようにこれらのギアは、第1ドライブギア13、第2ドライブギア15、第3ドライブギア17、第4ドライブギア19の順番で軸線方向に並ぶように配置されている。一方、第1〜第4ドリブンギア14、16、18、20は、出力軸12と一体に回転するように出力軸12に固定されている。そのため、これらドリブンギア14、16、18、20が本発明の他方のギアに相当する。
入力軸11には第1スリーブ21及び第2スリーブ22が設けられている。これらのスリーブ21、22は、入力軸11と一体に回転し、かつ軸線方向に移動可能なように入力軸11に支持されている。この図に示すように第1スリーブ21は、第1ドライブギア13と第2ドライブギア15との間に設けられている。第2スリーブ22は、第3ドライブギア17と第4ドライブギア19との間に設けられている。
第1スリーブ21は、入力軸11と第1ドライブギア13とが一体に回転するように第1ドライブギア13と噛み合う1速位置と、入力軸11と第2ドライブギア15とが一体に回転するように第2ドライブギア15と噛み合う2速位置と、第1ドライブギア13及び第2ドライブギア15のいずれとも噛み合わない解放位置とに切り替え可能に設けられている。第2スリーブ22は、入力軸11と第3ドライブギア17とが一体に回転するように第3ドライブギア17と噛み合う3速位置と、入力軸11と第4ドライブギア19とが一体に回転するように第4ドライブギア19と噛み合う4速位置と、第3ドライブギア17及び第4ドライブギア19のいずれとも噛み合わない解放位置とに切り替え可能に設けられている。
この変速機10では、第1スリーブ21が1速位置に、第2スリーブ22が解放位置にそれぞれ切り替えられた場合に1速になり、第1スリーブ21が2速位置に、第2スリーブ22が解放位置にそれぞれ切り替えられた場合に2速になる。また、第1スリーブ21が解放位置に、第2スリーブ22が3速位置にそれぞれ切り替えられた場合に3速になり、第1スリーブ21が解放位置に、第2スリーブ22が4速位置にそれぞれ切り替えられた場合に4速になる。そして、第1スリーブ21及び第2スリーブ22がいずれも解放位置に切り替えられた場合に入力軸11と出力軸12との間の動力伝達が遮断される。以降、この状態をニュートラル状態と称することがある。
図示は省略したが入力軸11には、第1、第2スリーブ21、22と第1〜第4ドライブギア13、15、17、19とを噛み合わせる際にこれらの回転を同期させる複数のシンクロ機構が設けられている。これらシンクロ機構には、摩擦係合により回転を同期させるシンクロ機構、例えば周知のキー式シンクロメッシュ機構を用いればよい。そのため、シンクロ機構の詳細な説明は省略する。
変速機10には、第1スリーブ21及び第2スリーブ22を駆動するためのアクチュエータ23が設けられている。アクチュエータ23は、各スリーブ21、22に係合しているシフトフォーク23aを駆動し、これにより各スリーブ21、22を駆動する。
この図に示すように入力軸11には、クラッチ手段としてのクラッチ24を介してエンジン2の出力軸2aが接続されている。クラッチ24は、エンジン2と入力軸11との間で動力が伝達される係合状態と、その動力伝達が遮断される解放状態とに切り替え可能な周知のものである。出力軸12には、MG3のロータ軸3aが接続されている。
エンジン2、MG3、変速機10及びクラッチ24の動作は、制御装置30にて制御される。制御装置30は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。制御装置30は、車両1を適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。制御装置30は、これらのプログラムを実行することによりエンジン2、MG3等の制御対象に対する制御を行っている。制御装置30には、車両1に係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。制御装置30には、例えば車両1の速度(車速)に対応した信号を出力する車速センサ31及びアクセル開度に対応した信号を出力するアクセル開度センサ32等が接続されている。この他にも種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。また、制御装置30には運転者が操作する種々のスイッチやレバー等が接続されている。制御装置30には、例えば運転者が車両1の走行モードや変速段等を選択するためのシフトレバー33等が接続されている。シフトレバー33からは、例えば現在選択されている変速段に対応する信号等が出力される。
制御装置30は、シフトレバー33が操作された場合に変速機10の状態がシフトレバー33が動かされた位置に対応する状態に切り替わるようにアクチュエータ23及びクラッチ24の動作を制御する。図2は、このように変速機10を制御するために制御装置30が実行する変速制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは制御装置30の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。
図2の制御ルーチンにおいて制御装置30は、まずステップS11で車両1の状態を取得する。車両1の状態としては、例えば車速及びアクセル開度等が取得される。また、この処理では、車両1に対して要求されている要求トルク(要求駆動力)も取得される。なお、要求トルクは、例えばアクセル開度等に基づいて周知の方法で算出すればよい。次のステップS12において制御装置30は、変速段の切り替え、すなわち変速が要求されたか否か判定する。この判定はシフトレバー33が操作されたか否かに基づいて行えばよい。変速が要求されていないと判定した場合には今回の制御ルーチンを終了する。一方、変速が要求されたと判定した場合はステップS13に進み、制御装置30はクラッチ24を解放状態に切り替える。次のステップS14において制御装置30は、変速段切替制御を実行する。この変速段切替制御では、変速機10がまずニュートラル状態に切り替えられ、その後変速機10がシフトレバー33が動かされた位置に対応する状態、例えば1速〜4速に切り替えられる。続くステップS15において制御装置30はクラッチ24を係合状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
制御装置30は、このように変速機10の変速段が切り替えられているときにMG3で車両1の駆動をアシストする。図3は、MG3で車両1の駆動をアシストするために制御装置30が実行する変速アシスト制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは制御装置30の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンは制御装置30が実行する他のルーチンと並行に実行される。なお、この制御ルーチンにおいて図2と共通の処理には同一の符号を付して説明を省略する。この制御ルーチンを実行することにより制御装置30が本発明の変速アシスト手段として機能する。
この制御ルーチンにおいて制御装置30は、まずステップS12で変速が要求されたか否か判定する。変速が要求されていないと判定した場合には今回の制御ルーチンを終了する。一方、変速が要求されたと判定した場合はステップS21に進み、制御装置30はクラッチ24が解放状態に切り替えられたか否か判定する。この処理はクラッチ24が解放状態に切り替えられるまで繰り返し実行される。クラッチ24が解放状態に切り替えられたと判定した場合はステップS22に進み、制御装置30は切替前の変速段及び切替後の変速段を取得する。これら切替前後の変速段は、シフトレバー33からの出力信号を参照して取得すればよい。次のステップS23において制御装置30はゲインを設定する。このゲインは、変速段の切替時にMG3から出力すべきトルクの算出に使用される。ゲインは、例えば切替前の変速段及び切替後の変速段と図4に示したマップとに基づいて設定すればよい。図4は、切替前の変速段及び切替後の変速段とゲインとの対応関係の一例を示している。この図に示すように切替前の変速段が1速、切替後の変速段が2速の場合にはゲインに1.0が設定される。また、切替前の変速段が2速、切替後の変速段が3速の場合にはゲインに0.5が、切替前の変速段が3速、切替後の変速段が4速の場合にはゲインに0.0がそれぞれ設定される。このように切替前の変速段が高速段側であるほどゲインには小さい値が設定される。なお、この関係は、実験や数値計算等に基づいて予め求めてマップとして制御装置30のROMに記憶させておけばよい。
次のステップS11において制御装置30は車両1の状態を取得する。続くステップS24において制御装置30は、車両1に対して変速段を高速段側に切り替えるシフトアップが要求されたか否か判定する。シフトアップが要求されたと判定した場合はステップS25に進み、制御装置30は車両1への要求トルクにゲインを掛けた値をMG3から出力すべきMGトルクとして設定する。一方、シフトアップが要求されていないと判定した場合、例えば車両1に対して変速段を低速段側に切り替えるシフトダウンが要求された場合等はステップS26に進み、制御装置30は車両1への要求トルクをMGトルクとして設定する。
ステップS25又はS26でMGトルクを設定した後はステップS27に進み、制御装置30はMG制御を実行する。このMG制御では、設定したMGトルクがMG3から出力されるようにMG3の動作が制御される。次のステップS28において制御装置30はクラッチ24が係合状態に切り替えられたか否か判定する。クラッチ24が解放状態と判定した場合はステップS11に戻り、制御装置30はクラッチ24が係合状態に切り替えられるまでステップS11及びステップS24〜S28の処理を繰り返し実行する。一方、クラッチ24が係合状態に切り替えられたと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
図5は、車両1に対して加速が要求され、かつ変速機10が1速から2速に切り替えられる場合の車両1への要求トルク、エンジン2から駆動輪5に伝達されるトルク及びMG3から駆動輪5に伝達されるトルクの時間変化の一例を示している。なお、この図では線Tr1が車両1への要求トルクを示している。また、線Te1がエンジン2から駆動輪5に伝達されるトルクを示し、線Tmg1がMG3から駆動輪5に伝達されるトルクを示している。なお、変速段の切替は時刻t1〜t2の間に行われている。上述したようにこの場合にはゲインに1.0が設定されるため、変速段の切替時には車両1への要求トルクと略同じトルクがMG3から駆動輪5に伝達される。
図6は、車両1に対して加速が要求され、かつ変速機10が2速から3速に切り替えられる場合の車両1への要求トルク、エンジン2から駆動輪5に伝達されるトルク及びMG3から駆動輪5に伝達されるトルクの時間変化の一例を示している。なお、この図では線Tr2が車両1への要求トルクを示している。また、線Te2がエンジン2から駆動輪5に伝達されるトルクを示し、線Tmg2がMG3から駆動輪5に伝達されるトルクを示している。なお、この図においても変速段の切替は時刻t1〜t2の間に行われている。上述したようにこの場合にはゲインに0.5が設定されるため、変速段の切替時には車両1への要求トルクの半分のトルクがMG3から駆動輪5に伝達される。
図7は、車両1に対して加速が要求され、かつ変速機10が3速から4速に切り替えられる場合の車両1への要求トルク、エンジン2から駆動輪5に伝達されるトルク及びMG3から駆動輪5に伝達されるトルクの時間変化の一例を示している。なお、この図では線Tr3が車両1への要求トルクを示している。また、線Te3がエンジン2から駆動輪5に伝達されるトルクを示し、線Tmg3がMG3から駆動輪5に伝達されるトルクを示している。なお、この図においても変速段の切替は時刻t1〜t2の間に行われている。上述したようにこの場合にはゲインに0.0が設定されるため、変速段の切替時にMG3からトルクが出力されない。
以上に説明したように、本発明では、変速段の切替時にはMG3から出力した動力で車両1の駆動をアシストするが、切替前の変速段が高速段側になるほどMG3にてアシストする割合を小さくする。MG3は高回転になるほど出力可能なトルクの上限値が小さくなる。切替前の変速段が高速段である3速や4速の場合には車両1は高速で走行しているため、変速段の切替時に車両1の駆動をアシストするためにはMG3を高回転で動作させる必要がある。そのため、MG3から出力可能なトルクの上限値が小さくなる。本発明によれば、このような場合にはゲインに0.0が設定されるので、MG3からトルクが出力されない。すなわち、切替前の変速段が高速段の場合にはMG3によるアシストを中止する。そのため、切替前の変速段と切替後の変速段が同じでも車速に応じて車両1の駆動がアシストされたり、されなかったりすることを防止できる。また、車両1が高速で走行している場合には低速で走行している場合よりも運転者が変速段の切り替えに起因するショック、いわゆる変速ショックに余り違和感を覚えない。そのため、運転者が覚える違和感を軽減できる。
一方、切替前の変速段が低速段である1速の場合にはゲインに1.0が設定されるため、車両1への要求トルクと同じトルクがMG3から出力される。これにより変速ショックを抑制することができる。変速段が低速段の場合には車両1が低速で走行していると考えられる。そして、車両1が低速で走行している場合には変速段の切替時に車両1の駆動をアシストする際にMG3を低回転で動作させればよい。そのため、MG3から出力可能なトルクの上限値を大きくできる。従って、切替前の変速段と切替後の変速段が同じでも車速に応じて車両1の駆動がアシストされたり、されなかったりすることを防止できる。これにより運転者が覚える違和感を軽減できる。
本発明によれば、切替前の変速段が高速段の場合には変速段の切替時におけるMG3のアシストを中止するので、MG3の定格出力を抑えることができる。そのため、MG3の大型化やコストの増加を抑制できる。
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される車両の変速機は前進の最高段が4速の変速機に限定されない。例えば前進の最高段が3速又は5速以上の変速機であってもよい。また、複数のスリーブは全て入力軸に設けられていなくてもよい。例えば、複数のスリーブが全て出力軸に設けられていてもよいし、複数のスリーブの一部が入力軸に設けられ、残りのスリーブが出力軸に設けられていてもよい。
本発明が適用されるハイブリッド車両には、モータ・ジェネレータの代わりに電動機が設けられていてもよい。また、モータ・ジェネレータは変速機の出力軸に動力を出力可能に設けられていればよい。例えば、モータ・ジェネレータは動力の出力先を変速機の入力軸と出力軸とに切り替え可能に設けられていてもよい。
切替前の変速段に対するゲインの値は上述した形態で示した値に限定されない。例えば、3速から4速に変速段が切り替えられる場合のゲインは、0.1であってもよい。モータ・ジェネレータから出力可能なトルクの上限値は、車両に搭載するモータ・ジェネレータに応じて異なる。そのため、ゲインの値は、切替前の変速段が高速段の場合には切替前の変速段の低速段の場合よりも小さくなるように、モータ・ジェネレータの定格出力等に応じて適宜に設定すればよい。
1 車両
2 内燃機関
3 モータ・ジェネレータ(電動機)
5 駆動輪
10 変速機
11 入力軸
12 出力軸
24 クラッチ(クラッチ手段)
30 制御装置(変速アシスト手段)
G1〜G4 第1〜第4変速ギア対

Claims (2)

  1. 内燃機関と、
    前記内燃機関がクラッチ手段を介して接続された入力軸と、駆動輪と動力伝達可能に接続された出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に介在し、かつ互いに変速比が相違する複数の変速ギア対と、を含み、前記複数の変速ギア対のうちのいずれか一つの変速ギア対による前記入力軸と前記出力軸との間の回転伝達を選択的に成立させることにより変速段を切り替える変速機と、
    前記出力軸に動力を出力可能な電動機と、を備えたハイブリッド車両に適用される変速制御装置において、
    前記変速機の変速段の切替中に前記車両に対して要求されている要求駆動力に対して前記電動機でアシストする割合が、切替前の変速段が高速段の場合には切替前の変速段が前記高速段よりも変速比が大きい低速段の場合よりも小さくなるように前記電動機の動作を制御する変速アシスト手段を備えている変速制御装置。
  2. 前記変速アシスト手段は、切替前の変速段が高速段側であるほど前記変速機の変速段の切替中に前記車両に対して要求されている要求駆動力に対して前記電動機でアシストする割合を小さくする請求項1に記載の変速制御装置。
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