JP2014023415A - 電気自動車の変速制御方法および変速制御装置 - Google Patents

電気自動車の変速制御方法および変速制御装置 Download PDF

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国棟 李
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Abstract

【課題】 変速切換え直後の、車両操縦性を向上すると共に、変速ショックを低減することができる電気自動車の変速制御方法および変速制御装置を提供する。
【解決手段】 この変速制御装置は、電動モータにより、係合された現変速段のクラッチで電気自動車を走行させる変速切換前制御手段76と、記変速比切換機構により、現変速段のクラッチの係合を解除した後、目標変速段のクラッチを係合させる変速切換後制御手段77とを有する。変速切換後制御手段77は、ドライブシャフト81のトルク変動の固有振動数に応じて、電動モータに指令トルクを与える指令トルク付与手段77aを含み、この指令トルク付与手段77aにて電動モータに与える指令トルクは、前記クラッチが常に係合する最小トルク以上とする。
【選択図】 図9

Description

この発明は、電動モータの回転を変速して車輪へ伝達する電気自動車の変速制御方法および変速制御装置に関し、変速切換え直後の車両操縦性を向上すると共に、変速ショックを低減し得る技術に関する。
電気自動車の駆動装置として、電動モータ、2段変速機、および差動装置(ディファレンシャル)を介し駆動輪に動力を伝達する車両用モータ駆動装置がある(例えば、特願2011−227666)。この駆動装置上で、変速切換え直後に、アクセル信号を加えて、そのままアクセルペダルを踏込み続けている状態、または急激にアクセルペダルを踏込む操作をすると、電動モータ、減速機、等速ジョイント等に起因する大きな変速ショックが生じる課題がある。この変速ショックは、アクセル開度の変化量(Δacc/Δt)が大きければ大きいほど、大きくなる。この変速ショックの影響で、乗員の乗り心地は悪くなる。これまで、変速ショックを低減するための制御方法がいくつか提案されている。
特開2010−180904号公報
<エンジン車>
変速後、変速系の固有振動数に応じた、逆相トルクを発生することで、変速ショックを低減する方法と装置が提案されている(特許文献1)。
しかし、本低減方法を特願2011−117666で開発された変速装置上に適用することはできない。理由;逆相トルクを発生すると、ローラクラッチが解除される可能性があり、一旦、ローラクラッチが解除され、再び係合すると、大きな変速ショックが発生するおそれがあるからである。
<電気自動車>
特願2011−227666において、変速後、変速ショックを低減するため、電動モータの駆動トルクを徐々に入れる方法を提案している。これは、アクセル開度の変化量(Δacc/Δt)を小さくする方法で、変速ショックを低減することができ、乗員の乗り心地も快適になる。
欠点;しかし、アクセル開度の変化量(Δacc/Δt)が小さ過ぎると、ドライバーが急加速したいときに十分な加速が得られず、車両の操縦性が落ちる。アクセルペダルを一杯に踏んでも車両が加速しにくい違和感を生じる。
この発明の目的は、変速切換え直後の、車両操縦性を向上すると共に、変速ショックを低減することができる電気自動車の変速制御方法および変速制御装置を提供することである。
この発明の電気自動車の変速制御方法は、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列LA,LBと、走行用の電動モータ3の出力軸であるモータ軸4に連結された入力軸7と前記各変速段のギヤ列LA,LBとの間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の2ウェイ型のクラッチ16A,16Bと、これら各クラッチ16A,16Bの断続の切換を行う変速比切換機構40とを有する変速機5を備え、
前記各クラッチ16A,16Bは、内輪18A,18Bのカム面19と外輪23,23間に設けられた各楔状空間Sに係合子20が介在し、各係合子20が楔状空間Sの狭まり部分に係合することで接続状態となり、各係合子20を楔状空間Sの広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である、
電気自動車における変速制御方法において、
前記電動モータ3により、係合された現変速段のクラッチ16A,16Bで前記電気自動車を走行させる変速切換前過程と、
前記変速比切換機構40により、現変速段のクラッチ16A,16Bの係合を解除した後、目標変速段のクラッチ16A,16Bを係合させる変速切換後過程とを有し、
前記変速切換後過程は、前記電気自動車における動力伝達軸81のトルク変動の固有振動数に応じて、前記電動モータ3に指令トルクを与える指令トルク付与過程を含み、この指令トルク付与過程にて前記電動モータ3に与える指令トルクは、前記クラッチ16A,16Bが常に係合する最小トルク以上とする、
ことを特徴とする。
この構成によると、変速切換前過程では、電動モータ3により、係合された現変速段のクラッチ16A,16Bで電気自動車を走行させる。変速切換後過程では、現変速段のクラッチ16A,16Bの係合を解除した後、目標変速段のクラッチ16A,16Bを係合させる。変速切換後過程は指令トルク付与過程を含む。この指令トルク付与過程では、電気自動車における動力伝達軸81のトルク変動の固有振動数に応じて、前記電動モータ3に指令トルクを与える。
これにより、変速切換え直後に、そのままアクセルペダルを踏込み続けたり、急激にアクセルペダルを踏込む操作をしたとしても、車体の減衰固有振動が相殺されて変速ショックが低減される。
また指令トルク付与過程にて電動モータ3に与える指令トルクは、目標変速段で係合したクラッチ16A,16Bが常に係合した状態を維持する最小トルク以上である。このため、係合した目標変速段のクラッチ16A,16Bが不所望に解除されることがなくなる。したがって、クラッチ16A,16Bが一旦解除されて再び係合することに起因する変速ショックを未然に防止することができる。
この場合、変速ショックを低減するために、アクセル開度の変化量を一義的に小さくする必要がなくなるので、必要十分な車両加速を得ることができる。したがって、車両操縦性の向上を図ることができる。
前記指令トルク付与過程にて前記電動モータ3に与える指令トルクは、前記動力伝達軸81のトルク変動の固有振動を相殺するトルクとしても良い。このような相殺トルクを電動モータ3に与えることで、変速ショックに柔軟に対応して乗員の乗り心地を快適にすることができる。
この発明の電気自動車の変速制御装置は、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列LA,LBと、走行用の電動モータ3の出力軸であるモータ軸4に連結された入力軸7と前記各変速段のギヤ列LA,LBとの間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の2ウェイ型のクラッチ16A,16Bと、これら各クラッチ16A,16Bの断続の切換を行う変速比切換機構40とを有する変速機5を備え、
前記各クラッチ16A,16Bは、内輪18A,18Bのカム面19と外輪23,23間に設けられた各楔状空間Sに係合子20が介在し、各係合子20が楔状空間Sの狭まり部分に係合することで接続状態となり、各係合子20を楔状空間Sの広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である、
電気自動車における変速制御装置であって、
前記電動モータ3により、係合された現変速段のクラッチ16A,16Bで前記電気自動車を走行させる変速切換前制御手段76と、
前記変速比切換機構40により、現変速段のクラッチ16A,16Bの係合を解除した後、目標変速段のクラッチ16A,16Bを係合させる変速切換後制御手段77とを有し、
前記変速切換後制御手段77は、前記電気自動車における動力伝達軸81のトルク変動の固有振動数に応じて、前記電動モータ3に指令トルクを与える指令トルク付与手段77aを含み、この指令トルク付与手段77aにて前記電動モータ3に与える指令トルクは、前記クラッチ16A,16Bが常に係合する最小トルク以上とする、
ことを特徴とする。
この構成によると、変速切換後制御手段77は指令トルク付与手段77aを含み、この指令トルク付与手段77aは、電気自動車における動力伝達軸81のトルク変動の固有振動数に応じて、電動モータ3に指令トルクを与える。これにより、変速切換え直後に、そのままアクセルペダルを踏込み続けたり、急激にアクセルペダルを踏込む操作をしたとしても、車体の減衰固有振動が相殺されて変速ショックが低減される。
また指令トルク付与手段77aにて電動モータ3に与える指令トルクは、目標変速段で係合したクラッチ16A,16Bが常に係合した状態を維持する最小トルク以上である。このため、係合した目標変速段のクラッチ16A,16Bが不所望に解除されることがなくなる。したがって、クラッチ16A,16Bが一旦解除されて再び係合することに起因する変速ショックを未然に防止することができる。
この場合、変速ショックを低減するために、アクセル開度の変化量を一義的に小さくする必要がなくなるので、必要十分な車両加速を得ることができる。したがって、車両操縦性の向上を図ることができる。
前記変速切換後制御手段77は、常時に前記電動モータ3をトルク制御するトルク制御手段83と、前記目標変速段への変速時に前記電動モータ3をトルク制御から切換えて回転数制御にする回転数制御手段84とを有するものであっても良い。
車両のアクセルペダルのアクセル開度信号を検出するアクセル開度センサ63aと、車速を検出する車速検出部94とを有し、
前記変速切換後制御手段77は、前記アクセル開度センサ63aにより検出されたアクセル開度信号に基づく駆動トルクが、定められた係合トルク閾値Aよりも大きくなったとき、前記電動モータ3の駆動トルクを、回転数制御時のクラッチ16A,16Bの係合トルクとトルク制御時のアクセル開度信号との誤差を縮めていく補間制御により与え、
前記変速切換後制御手段77は、前記車速検出部94から車速の変化量を入力して、この車速の変化量と相殺するトルク変化量を、指令トルクとして前記電動モータ3に与えるものとしても良い。
実際の走行試験の結果では、変速ショックの減衰固有振動に伴い、車速度も、変速ショックと一定の正比例で同じような減衰固有振動を生じていることを確認した。そこで、変速切換後制御手段77は、車速検出部94から車速を入力し、この車速の変化量を求めることで、この車速の変化量と相殺するトルク変化量を求めて、このトルク変化量を指令トルクとして電動モータ3に与えることができる。よって変速ショックの低減を図れる。
前記変速切換後制御手段77は、補間制御で前記電動モータ3を駆動する駆動トルクが一定の固有周期を有し、且つ減衰するようにしても良い。例えば、駆動トルクの補間値が、係合トルク閾値Aからアクセル開度に基づく駆動トルクまでの直線とすると、この補間制御に伴い、車体に変速ショックが生じる。この構成によると、補間制御で電動モータ3を駆動する駆動トルクが一定の固有周期を有し、且つ減衰させることで、車体の減衰固有振動を相殺することができる。
前記変速切換後制御手段77は、前記車速の変化量が一定の閾値以上になったとき、補間制御を開始するものとしても良い。車速の変化量が一定の閾値以上にならなければ、補間制御を実施しない。変速ショックの影響の少ない車速の変化量が一定の閾値未満で、補間制御を実施しないようにすることで、ECU等の演算処理負荷の軽減を図ることができる。
前記変速切換後制御手段77は、駆動トルクが、定められた係合トルク閾値Aよりも下回ったとき、前記係合トルク閾値Aを、駆動トルク指令値として、前記電動モータ3を駆動するものとしても良い。このように駆動トルクの下限を定めることで、必要な車両加速を得ることができる。
前記変速切換後制御手段77は、補間制御を実施するとき、係合トルク閾値Aと実際のアクセル開度に基づく駆動トルクの差を一定の時間で除して、車速の変化量と相殺する相殺トルク変化量(トルク補間の傾斜)を、算出するようにしても良い。前記一定の時間は、予め変速ECU61のROM82に記録された制御テーブルの値を取り込む。
前記変速切換後制御手段77は、前記トルク補間の傾斜が一定閾値以上になったら、トルク補間制御を実施するようにしても良い。これにより、車両の操縦性を向上させることができる。
前記電気自動車は、車両の前後輪のいずれか一方または両方を前記電動モータ3で駆動するものであっても良い。
前記電気自動車は、車両の前後輪のいずれか一方をエンジンにて駆動し、前後輪のいずれか他方を前記電動モータ3で駆動するものであっても良い。
この発明の電気自動車の変速制御方法は、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の2ウェイ型のクラッチと、これら各クラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、前記各クラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間に係合子が介在し、各係合子が楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、各係合子を楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である電気自動車における変速制御方法において、
前記電動モータにより、係合された現変速段のクラッチで前記電気自動車を走行させる変速切換前過程と、前記変速比切換機構により、現変速段のクラッチの係合を解除した後、目標変速段のクラッチを係合させる変速切換後過程とを有し、
前記変速切換後過程は、前記電気自動車における動力伝達軸のトルク変動の固有振動数に応じて、前記電動モータに指令トルクを与える指令トルク付与過程を含み、この指令トルク付与過程にて前記電動モータに与える指令トルクは、前記クラッチが常に係合する最小トルク以上とする。このため、変速切換え直後の、車両操縦性を向上すると共に、変速ショックを低減することができる。
この発明の電気自動車の変速制御装置は、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の2ウェイ型のクラッチと、これら各クラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、前記各クラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間に係合子が介在し、各係合子が楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、各係合子を楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である電気自動車における変速制御装置であって、
前記電動モータにより、係合された現変速段のクラッチで前記電気自動車を走行させる変速切換前制御手段と、前記変速比切換機構により、現変速段のクラッチの係合を解除した後、目標変速段のクラッチを係合させる変速切換後制御手段とを有し、
前記変速切換後制御手段は、前記電気自動車における動力伝達軸のトルク変動の固有振動数に応じて、前記電動モータに指令トルクを与える指令トルク付与手段を含み、この指令トルク付与手段にて前記電動モータに与える指令トルクは、前記クラッチが常に係合する最小トルク以上とする。このため、変速切換え直後の、車両操縦性を向上すると共に、変速ショックを低減することができる。
この発明の一実施形態に係る変速制御方法,変速制御装置を適用する電気自動車の概略図である。 同変速制御方法,変速制御装置を適用するハイブリッド車の概略図である。 図1,図2に示す車両の車両用モータ駆動装置の断面図である。 同車両用モータ駆動装置の減速比切換機構の断面図である。 同車両用モータ駆動装置を制御する変速制御システムを概略示すブロック図である。 同車両用モータ駆動装置のインバータ装置の構成図である。 同車両のレバー操作パネルの説明図である。 同車両用モータ駆動装置のインバータ制御装置のブロック図である。 同車両用モータ駆動装置の変速制御装置の概念構成を示すブロック図である。 同変速制御方法の概要を示すフローチャートである。 同変速制御方法における変速時、電動モータを駆動させるトルクと、各動作時間との概略特性を示す図である。 変速後、変速ショックと車速変動との関係を示す図である。 同変速制御方法に係り、変速後、係合トルクからアクセル開度に基づく駆動トルクまでの間にトルクを補間する制御を行う図である。 図4の一部の拡大断面図である。 図4のA−A線に沿った断面図である。 図4のB−B線に沿った断面図である。 図4のC−C線に沿った断面図である。 同車両用モータ駆動装置のシフト機構を示す断面図である。 図4の減速比切換機構におけるローラクラッチ等の分解斜視図である。 従来例に係り、変速後、係合トルクからアクセル開度に基づく駆動トルクまでの間にトルクを補間する制御を行う図である。
以下、この発明の実施形態にかかる電気自動車の変速制御方法を説明する。なお以下の説明は、変速制御装置の説明をも含む。図1は、左右一対の前輪1を車両用モータ駆動装置Aで駆動される駆動輪とし、左右一対の後輪2を従動輪とした電気自動車EVを示す。
図2は、左右一対の前輪1をエンジンEによって駆動される主駆動輪とし、左右一対の後輪2を車両用モータ駆動装置Aで駆動される補助駆動輪としたハイブリッド自動車HVを示す。ハイブリッド自動車HVには、エンジンEの回転を変速するトランスミッションTと、トランスミッションTから出力された回転を左右の前輪1に分配するディファレンシャルDとが設けられている。この実施形態の変速制御方法および変速制御装置は、図1,図2の車両用モータ駆動装置Aに適用される。
図3に示すように、車両用モータ駆動装置Aは、走行用の電動モータ3と、電動モータ3の出力軸4の回転を変速して出力する変速機5と、その変速機5から出力された回転を図1に示す電気自動車EVの左右一対の前輪1に分配し、または、図2に示すハイブリッド車の左右一対の後輪2に分配するディファレンシャル6とを有する。
変速機5は、変速段数が2段であって、図3に示すように、互いに変速比が異なる複数(この例では2列)の変速段のギヤ列LA,LBと、電動モータ3の出力軸であるモータ軸4に連結された入力軸7と前記各変速段のギヤ列LA,LBにそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の2ウェイ型のクラッチ16A,16Bと、これら各クラッチ16A,16Bの断続の切換を行う変速比切換機構40とを有する。クラッチ16A,16Bは、それぞれ係合子としてローラを用いたローラクラッチが適用されているが、係合子としてスプラグを用いたスプラグ型クラッチを適用してもよい。この例では、以後、クラッチ16A,16Bをそれぞれローラクラッチ16A,16Bと表記して説明する。
変速機5および変速比切換機構40については、ここでは変速制御方法・装置の理解に必要な範囲で簡単に説明し、変速制御方法・装置の説明の後に、詳細に説明する。
変速機5は、モータ軸4の回転が入力される入力軸7と、入力軸7に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸8と、上記各ギヤ列LA,LBとを有する平行軸常時噛合型変速機である。1速ギヤ列LAの入力ギヤ9Aおよび2速ギヤ列LBの入力ギヤ9Bが入力軸に一体に設けられ、1速ギヤ列LAの出力ギヤ10Aおよび2速ギヤ列LBの出力ギヤ10Bが出力軸8の外周に回転自在に設置されている。これら各出力ギヤ10A,10Bと出力軸8の間に、前記ローラクラッチ16A,16Bが介在させてある。
各ローラクラッチ16A,16Bは、図14に示す2速のローラクラッチ16Bの例で説明するように、外周面が多角形状とされた内輪18Bの外周の平面状の各カム面19と外輪23の内周の円筒面間に設けられた各楔状空間Sにローラ20が介在する。楔状空間Sは、円周方向の両側が狭まり、円周方向の中央が広がり部分となる。各ローラクラッチ16A,16Bは、各ローラ20が楔状空間Sの狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器21Bにより各ローラ20を楔状空間Sの広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である。
変速比切換機構40は、図4に示すように、ローラクラッチ16A,16Bの保持器21A,21Bに連結されて回転する環状の摩擦板35A,35Bの外輪23への接触と離間とを変速切換アクチュエータ47による、シフト部材であるシフトフォーク45の進退によって切り換える機構である。シフト機構41は、変速比切換機構40のうちの、摩擦板35A,35Bを動作される機構部分であり、変速切換アクチュエータ47とシフトフォーク45により構成される。
変速切換アクチュエータ47は、シフト用の電動モータであり、その出力軸47aの回転を、送りねじ機構48によりシフトロッド46の直動運動に変換し、シフトロッド46に取り付けたシフトフォーク45を軸方向に移動させる。シフトフォーク45の移動により、シフトスリーブ43およびシフトリング34が移動する。シフトリング34が摩擦板35A,35Bを、クラッチ外輪23(出力ギヤ10A,10B)の側面に押し付ける。これにより、カム面付きの内輪18A,18Bと外輪23とが相対回転する場合に、摩擦板35A,35Bと外輪23との間に摩擦力(トルク)が作用し、保持器21A,21Bを介してローラ20を楔状空間Sの狭まり部分に押し込むことができる。
なお、保持器21A,21Bは内輪18A,18Bに対して回転自在であるが、スイッチばね22A,22B(図14)により、内輪18A,18Bのカム面19(図14)の中央、つまり楔状空間Sの広がり部分である中立位置とポケット21aの円周方向中央とが一致するように付勢される。摩擦板35A,35Bは、上記スイッチばね22A,22Bにより、保持器21A,21Bと共に回転可能なように連結されている。
図5は、車両用モータ駆動装置Aを制御する制御システムを示すブロック図である。この制御システムは、統合ECU60、変速ECU61、およびインバータ装置62を有する。統合ECU60、変速ECU61、およびインバータ装置62の3者間の信号転走はCAN通信(コントローラー・エリア・ネットワーク)で行われる。
統合ECU60は、車載全ての電子制御装置間の協調制御を行う電子制御装置であり、アクセルペダル63のアクセル開度センサ63a、ブレーキペダル91のブレーキ開度センサ91a、ステアリングホイール92の操舵角センサ92a、変速段を手動で切り替えるシフトレバー93のレバー位置センサ93aに接続されている。統合ECU60は、これらアクセル開度センサ63a、ブレーキ開度センサ91a、操舵角センサ92a、レバー位置センサ93aの検出したアクセル開度信号、ブレーキ開度信号、操舵角信号、およびレバー位置信号を、変速ECU61に送信する機能、並びにこれらの4種の信号および他の各種のセンサ等の信号によって前記協調制御を行う機能を備える。
変速ECU61は、統合ECU60から送信された各種信号や、直接に変速ECU61に入力された各種信号により、自動変速の制御を行う電子制御装置であり、各種入力信号に基づいて変速判断を行ない、変速機5の変速切換アクチュエータ47とインバータ装置62に指令を出す。
変速ECU61は、次の各機能(1)〜(8)を備える。
(1)車速度センサ(車速検出部)94および加速度センサ95から、車速と車両の加減速度の検出信号を受け、統合ECU60からアクセル開度信号を受け取り、自動変速の判断を行う。
(2)急ブレーキと判断した場合は、自動変速を行わない。
(3)急ハンドルと判断した場合は、自動変速を行わない。
(4)統合ECU60からシフトレバー93の位置信号を受け取り、電動モータ3のクリープ制御を実施する。
(5)運転者により操作される第1〜第3の操作スイッチ96〜98の操作に応じた制御を行う。
第1の操作スイッチ96:自動/手動変速の切換用トグルスイッチである。
第2の操作スイッチ97:タクトスイッチであり、上記の第1の操作スイッチ96が手動変速で設定された場合のみ、有効とする。第2の操作スイッチ97を押すと、シフトアップ変速が実施される。
第3の操作スイッチ98:タクトスイッチであり、上記の第1の操作スイッチ96が手動変速で設定された場合のみ、有効とする。第3の操作スイッチ98を押すと、シフトダウン変速が実施される。
(6)表示部99へ、車速、電動モータ回転数、トルク指令値等を表示させる。表示部99は、液晶表示装置等の画像を表示する装置、または指針で表示する装置である。
(7)変速切替アクチュエータ47のシフト位置を、変速機5に付けられたシフト位置センサ68から検出する機能とインバータから電動モータ3の回転数を取得する機能を備える。
(8)インバータ装置62にトルク指令または回転数指令と変速指令を送信する機能、および変速機5に付けられた変速切替アクチュエータ47を駆動する機能を備える。
変速ECU61には、自動変速モードと手動変速モードの変速モードがプログラムされており、自動変速モードと手動変速モードは、運転者による前記第1の操作スイッチ96の操作によって切り替えられる。
この実施形態の変速制御方法および変速制御装置は、変速ECU61による自動変速モードおよび手動変速モードの各変速モードにおける制御に係る。変速ECU61は、図9に示す各種の機能達成手段を有しているが、これらの手段については後に説明する。
図5において、インバータ装置62は、バッテリ69から直流電流が供給されて、電動モータ3に交流のモータ駆動電力を供給するとともに、その供給電力を変速ECU61からの信号に基づいて制御する。インバータ装置62には、電動モータ3に設けられた回転角度センサ66から、電動モータ3の回転数を示す信号が入力される。
インバータ装置62は、電動モータ3を駆動する機能、および回転角度センサ66から電動モータ3の回転角信号を得る機能を備える。インバータ装置62は、図6に示すように、インバータ71と、このインバータ71を制御するインバータ制御回路72とで構成される。インバータ71と、U,V,W相の上側アームスイッチング素子Up,Vp,Wpと、U,V,W相の下側アームスイッチング素子Un,Vn,Wnの接続点に電動モータ3の各相(U,V,W相)の端子を接続したものである。インバータ71には、3相の交流電力を出力するように、インバータ制御回路72から各スイッチング素子Up,Vp,Wp,Un,Vn,Wnに開閉指令が与えられる。
電動モータ3は、3相の通電により、転流を行っている。電動モータ3の駆動のためには大電流が必要である。
図7は、シフトレバー操作パネル75の構成を示す。運転手がシフトレバー93を手動操作することによって、周知の例と同様に、P(パーキング)、R(リバース)、N(ニュートラル)、D(ドライブ)、2速(セカンド)、1速(ロウ)の各レンジを切り換えることができる。シフトレバー操作パネル75は、このように切り換えられるどのレンジに現在あるかを示す表示装置である。シフトレバー操作パネル75におけるレンジ選択情報は統合ECU60に入力される。1速レンジは1速段状態である。なお、シフトレバー操作パネル75は、タッチパネル形式の入力手段を兼ねて、シフトレバー93に代えて運転者により操作される操作手段としても良い。
図8は、電動モータ3と、インバータトルク制御、インバータ回転数制御のブロック図を示す。このインバータ制御回路72は、トルク制御と回転数制御とに切り換えて制御可能としてあり、トルク制御と回転数制御とも、フィードバック制御で、かつベクトル制御である。変速時はトルク制御と回転数制御とを行い、変速時以外のときはトルク制御を行う。詳細な説明は省略する。
同図のインバータ制御回路72の構成を、トルク制御方法の概要と共に説明する。
インバータ制御回路72は、アクセル信号(トルク指令)と電動モータ回転数を取得して、電流指令部101で電流指令値を生成する。電流指令部101には、トルク制御時は、アクセル信号から変速ECU61のトルク指令部110で生成されたトルク指令が入力される。なお、図8における変速ECU61のトルク指令部110および速度指令部106は、変速ECU61の構成要素のうち、トルク指令および速度指令を出力する手段を総称して示している。
電力変換部62aは、PWMデューティVu,Vv,Vwに従ってインバータ71をPWM制御し、電動モータ3を駆動する。
同図のインバータ制御回路72による回転数制御を説明する。
速度指令部106は、インバータ制御回路72に対して速度指令を与える手段であり、変速ECU61に設けられている。速度指令部106は、変速時の車速と選択された目標変速段の変速比に基づき、電動モータ3の目標回転数を算出する。算出した目標回転数は、速度指令としてインバータ装置62のインバータ制御回路72に指示される。
また、電動モータ3の回転子角度を回転角度センサ66から取得し、実際の電動モータ3の回転数を速度計算部108で算出する。速度指令部106の速度指令と、速度計算部108で算出した実際の電動モータ回転数の差分を比較部109で求め、その差分に対つき、制御部107でPID制御(比例積分微分制御)、あるいはPI制御(比例積分制御)を行い、制御量をトルク指令として、電流指令部101に入力する。回転数制御時、この速度計算部108の速度指令に基づくトルク指令が、トルク指令部110からのトルク指令に代えて電流指令部101に入力される。
なお、図8において、インバータ制御回路72は、速度制御部73と、トルク制御部74とに分けて説明している。
トルク制御部74は、インバータ制御回路72のうち、トルク制御により電動モータ3の制御の機能を果たす部分であり、図8の電流指令部101、電流PI制御部102、2相・3相変化部103、3相・2相変化部104、速度計算部108、および予測部111を含む。
速度制御部73は、インバータ制御回路72のうち、速度制御により電動モータ3の制御の機能を果たす部分であって、比較部109と、制御部107とを有し、トルク制御部74の電流制御部101へトルク指令を与え、その後の制御をトルク制御部74で行わせる。
次に、電気自動車における車両用モータ駆動装置の変速制御装置につき、図9のブロック図を参照して説明する。制御対象となる電気自動車は、上記実施形態の変速制御方法を適用する図1〜図8と共に前述した電気自動車である。
この電気自動車の変速制御装置は、上記実施形態の変速制御方法を実施する装置であって、上記変速ECU61は、変速切換前制御手段76と、変速切換後制御手段77とを備える。変速切換前制御手段76は、変速指令生成手段78、現変速段クラッチ解除手段79、およびシンクロ制御手段80を有する。変速切換後制御手段77は、常時に電動モータ3をトルク制御するトルク制御手段83と、目標変速段への変速時に電動モータ3をトルク制御から切換えて回転数制御にする回転数制御手段84とを有し、前記トルク制御手段83は指令トルク付与手段77aを含む。変速ECU61は、変速時以外の電動モータ3の制御をトルク制御として、トルク指令をインバータ制御装置72へ出力し、変速時にトルク制御と回転数制御を切り換える。
変速指令生成手段78は、アクセル開度センサ63aからのアクセル開度信号、車速度センサ94からの検出値、および加速度センサ95からの加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する。
現変速段クラッチ解除手段79は、前記変速指令に応答して、変速切換アクチュエータ47によりシフト部材45を動作させ、現変速段の摩擦板35A,35Bと外輪23,23の当接を解除し、トルク制御により電動モータ3のトルクを除荷して現変速段のローラクラッチ16A,16Bの係合を解除する。
シンクロ制御手段80は、電動モータ3を回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチ16A,16Bの外輪23,23と内輪18A,18Bの回転数が同期するようにシンクロさせる。
変速切換後制御手段77は、前記のように目標変速段のローラクラッチ16A,16Bの外輪23,23と内輪18A,18Bの回転数をシンクロさせた状態で、目標変速段のローラクラッチ16A,17Bを係合させる。変速切換後制御手段77の指令トルク付与手段77aは、電気自動車におけるドライブシャフト81(動力伝達軸)のトルク変動の固有振動数に応じて、電動モータ3に指令トルクを与える。具体的に、指令トルク付与手段77aは、車速度センサ94から入力された車速から車速の変化量(Δrot/Δt)を求め、このΔrot/Δtと相殺するトルク変化量(Δtrq/Δt)を生成する。指令トルク付与手段77aは、この生成したトルク変化量(Δtrq/Δt)を、指令トルクとして電動モータ3に与える。前記指令トルク付与手段77aにて電動モータ3に与える指令トルクは、前記ローラクラッチ16A,17Bが常に係合する最小トルク以上としている。
実際の走行試験の結果では、変速ショックの減衰固有振動に伴い、車速度が、変速ショックと一定の正比例で同じような減衰固有振動を生じていることを確認した。そこで、変速切換後制御手段77は、車速度センサ94から車速を入力し、この車速の変化量(Δrot/Δt)を求めることで、この車速の変化量(Δrot/Δt)と相殺するトルク変化量(Δtrq/Δt)を求め得る。変速切換後制御手段77における指令トルク付与手段77aは、トルク変化量(Δtrq/Δt)を指令トルクとして電動モータ3に与えるようになっている。
車速度センサ94は、一般的に車輪用軸受等に設けられるが、この例では、例えば、車両のドライブシャフト(動力伝達軸)81の等速ジョイント等に設けても良い。変速切換後制御手段77は、ドライブシャフト側に設けた回転センサからの信号に基づき、ドライブシャフト81の回転数を算出し、この回転数から車速度を算出し得る。ドライブシャフト81が変速ショックの主原因である場合に、同ドライブシャフト81の回転数に基づく車速度から車速の変化量を求め、この変化量と相殺するトルク変化量を生成し、このトルク変化量を指令トルクとして電動モータ3に与えることで、精度良く変速ショックの低減を図れる。
また変速切換後制御手段77は、目標変速段への切換え直後に、アクセル開度センサ63aにより検出されたアクセル開度信号に基づく駆動トルクが、定められた係合トルク閾値Aよりも大きくなったとき、電動モータ3の駆動トルクを、トルク制御でn回補間制御により与える。前記n回における「n」は任意の自然数であり、アクセル開度の信号を補間して補間制御が完了した時点の補間の回数を指す。前記係合トルク閾値Aは、変速ECU61のROM82に記録されている。前記n回補間制御で電動モータ3を駆動する駆動トルクは、一定の固有周期を有し、且つ減衰する。なお変速切換後制御手段77は、目標変速段への切換え後の駆動トルクが、係合トルク閾値Aよりも下回ったとき、前記係合トルク閾値Aを、駆動トルク指令値として、電動モータ3を駆動する。
変速切換後制御手段77は、前述のように、車速の変化量(Δrot/Δt)を取り入れ、このΔrot/Δtが一定の閾値以上になったとき、n回補間制御を開始する。n回補間制御は、回転数制御時のクラッチの係合トルクとトルク制御時のアクセル開度信号との誤差を縮めていく補間制御である。
補間制御について説明する。
変速切換後、回転数制御からトルク制御に切換える動作を行う。回転数制御時のクラッチの係合トルクと現在アクセルの開度信号との誤差がある。回転数制御時、アクセル開度信号をトルク指令値として電動モータに与えないため、トルク制御を実施すると、突然トルク開度信号をトルク指令として、電動モータに与えるとクラッチが大きなショックが生じる。そのショックを低減するため、補間制御を実施する。n回補間制御とは、電動モータの駆動トルクをクラッチの係合トルクからアクセル開度信号まで、徐々に与える制御である。しかし、アクセル開度信号はドライバがアクセルペダル操作によって、常に変化することが考えられる。それで、補間値がアクセル開度の信号を常に追跡することになる(n回の補間という意味である)。
この補間制御は、誤差がある閾値以内に成るまでn回繰返すn回補間であるため、補間値がアクセル開度の信号を常に追跡し、実際のアクセル開度の信号との誤差を縮めていく追跡過程の中、誤差がある閾値以内に成ったら、追跡動作を完了させ、n回補間制御も完了させる。ROM82に前記閾値が記録されている。変速切換後制御手段77は、目標変速段への切換え直後に、車速の変化量(Δrot/Δt)が一定の閾値以上になれなければ、n回補間制御を実施しない。
変速切換後制御手段77は、n回補間制御を実施するとき、係合トルク閾値Aと実際のアクセル開度に基づく駆動トルクの差を一定の時間で除して、車速の変化量(Δrot/Δt)と相殺する相殺トルク変化量(Δtrq/Δt)、つまりトルク補間の傾斜を、算出する。前記一定の時間は、予め変速ECU61のROM82に記録された制御テーブルの値を取り込む。
図10は、変速制御方法の概要を示すフローチャートである。図9も参照しつつ説明する。前述の変速切換前制御手段76が同図の各ステップS1,S2,S3の処理をそれぞれ行い、変速切換後制御手段77が同図のステップS4の処理を行う。
例えば、車両のイグニッションスイッチ等をオンにすることで本処理が開始する。本処理開始後、ステップS1において、変速切換前制御手段76の変速指令生成手段78が、目標変速段への変速指令を生成した後、ステップS2にて、現変速段クラッチ解除手段79は、目標変速段への変速指令に応答して、電動モータ3のトルクを除荷して現変速段のローラクラッチ16A,16Bの係合を解除する。次にステップS3に移行し、シンクロ制御手段80は、目標変速段のローラクラッチ16A,16Bの外輪23と内輪18A,18Bの回転数が同期するようにシンクロさせる。その後ステップS4に移行し、変速切換後制御手段77の指令トルク付与手段77aが、n回補間制御時に、車速の変化量と相殺するトルク変化量を、指令トルクとして電動モータ3に与える。
図11は、前記変速制御方法における変速時、電動モータ3を駆動させるトルクと、各動作時間との概略特性を示す図である。本変速制御装置における電気自動車の変速制御方法において、電動モータ3を駆動させる動作は主に下記の動作(1)→動作(5)からなる。
動作(1)→動作(5)における電動モータトルクの概略特性を説明する。
t0→t1間(動作(1)):車両が現変速段走行トルクで走行している。
現変速段のローラクラッチ16A,16Bが正方向に締結している状態で、トルク制御により、電動モータ3を駆動している。このとき電動モータ3のトルクは、変速機5および差動装置6を介して駆動輪に伝達されている。
前記ローラクラッチ16A,16Bの「正方向」とは、電動モータ3を駆動するとき、ローラクラッチ16A,16Bが締結している方向とする。これに対してローラクラッチ16A,16Bの「負方向」とは、電動モータ3を回生するとき、ローラクラッチ16A,16Bが締結している方向とする。以下同じ。
t1→t2間(動作(2)):現変速段クラッチ解除手段79が、現変速段のローラクラッチ16A,16Bを解除させる。
t2→t3間(動作(3)):シンクロ制御手段80が、電動モータ3をシンクロさせる。
t3→t4間(動作(4)):変速切換後制御手段77が、目標変速段のローラクラッチ16A,16Bを締結(係合)させる。この動作(4)は、ローラクラッチ16A,16Bの係合過程と係合トルクから実際のアクセル信号を取り込むまでの補間制御の実施過程を含む。
t4→(動作(5)):車両が目標変速段走行トルクで走行している(実際のアクセル信号を取り込んで、車両が走行する)。この動作(5)では、目標変速段のローラクラッチ16A,16Bが正方向に係合している状態で、トルク制御により、電動モータ3を駆動している。このとき電動モータ3のトルクは、変速機5および差動装置6を介して駆動輪に伝達されている。
図12は、変速後、変速ショックと車速変動との関係を示す図である。
図11の動作(4)において、係合トルク閾値Aから、突然に、実際のアクセル開度に基づく駆動トルクを加えると、変速機5、電動モータ3、等速ジョイント等に起因する、大きな変速ショックが生じる課題がある。
その変速ショックは、図12下側に示すように、車体の減衰固有振動の形で現れる。このような変速ショックの影響で、乗員の車両乗り心地は悪くなる。
実際の走行試験の結果では、変速ショックの減衰固有振動に伴い、図12上側に示すように、車速度も、変速ショックと一定の正比例で同じような減衰固有振動を生じていることを確認した。そこで、変速切換後制御手段77の指令トルク付与手段77aは、例えば、ドライブシャフト側に設けた回転センサからの信号に基づき車速を求める。指令トルク付与手段77aは、さらに車速の変化量を求めることで、この車速の変化量と相殺するトルク変化量を求めて、このトルク変化量を指令トルクとして電動モータ3に与えることができる。
ここで図20は、従来例に係り、変速後、係合トルクからアクセル開度に基づく駆動トルクまでの間にトルクを補間する制御を行う図である。
図20の従来技術(特願2011−227666)では、係合トルク閾値Aから実際のアクセル信号に基づく駆動トルクを取り込むまでの間に、n回補間制御(一次線形補間をn回実施すること)を実施することにより、変速ショックを低減する方法を提案している。しかし、補間制御を実施する傾斜(Δtrq/Δt)が小さ過ぎると、ドライバーが急加速したいときに急加速できず、車両の操縦性が落ちる。またアクセルペダルを一杯に踏み込んでも車両が加速しにくい違和感がある。一方、補間制御を実施する傾斜(Δtrq/Δt)が大きければ大きいほど、変速ショックが大きくなる傾向がある。
t0→t1間:目標変速段のローラクラッチは係合トルク閾値Aで係合している。係合動作は一定係合時間を有する。
t1→t2間:係合トルク閾値Aから実際のアクセル開度に基づく駆動トルクを取り込むまでの間に、n回補間制御(一次線形補間をn回実施すること)の実施過程。トルク補間値は、係合トルク閾値Aからアクセル開度に基づく駆動トルクまでの直線である。補間制御に伴い、車体に変速ショックが生じる。
t2→t3間:実際のアクセル信号を取り込み、駆動指令トルクとして、電動モータを駆動する。
図13は、本発明の実施形態の変速制御方法に係り、変速後、係合トルクからアクセル開度に基づく駆動トルクまでの間にトルクを補間する制御を行う図である。
t0→t1間:目標変速段のローラクラッチ16A,16Bは係合トルク閾値Aで係合している。係合動作は一定係合時間を有する。
t1→t2間:係合トルク閾値Aから実際のアクセル開度に基づく駆動トルクを取り込むまでの間に、車速の変化量(Δrot/Δt)を取り入れ、この車速の変化量(Δrot/Δt)と相殺するトルク変化量(Δtrq/Δt)を生成し、電動モータ3の駆動指令トルクとして電動モータを駆動する。指令トルク付与手段77aには、トルク変化量を生成する補間式が格納されている。
補間式:Δtrq/Δt=K Δrot/Δt
t2→t3間:実際のアクセル信号を取り込み、駆動指令トルクとして、電動モータ3を駆動する。
次に、図3,図4の車両用モータ駆動装置の詳細を、図14〜図19と共に説明する。
図3において、モータ軸4は、入力軸7と同軸上に直列に配置されており、ハウジング11に固定された電動モータ3のステータ12で回転駆動される。入力軸7は、ハウジング11内に組込まれた対向一対の軸受13により回転可能に支持され、入力軸7の軸端はスプライン嵌合によってモータ軸4に接続されている。出力軸8は、ハウジング11内に組込まれた対向一対の軸受14により回転可能に支持されている。
1速入力ギヤ9Aと2速入力ギヤ9Bは軸方向に間隔をおいて配置され、入力軸7を中心として入力軸7と一体に回転するように入力軸7に固定されている。1速出力ギヤ10Aと2速出力ギヤ10Bも軸方向に間隔をおいて配置されている。
図4に示すように、1速出力ギヤ10Aは、出力軸8を貫通させる環状に形成され、軸受15を介して出力軸8で支持されており、出力軸8を中心として出力軸8に対して回転可能となっている。同様に、2速出力ギヤ10Bも、軸受15を介して出力軸8で回転可能に支持されている。
1速入力ギヤ9Aと1速出力ギヤ10Aは互いに噛合しており、その噛合によって1速入力ギヤ9Aと1速出力ギヤ10Aの間で回転が伝達するようになっている。2速入力ギヤ9Bと2速出力ギヤ10Bも噛合しており、その噛合によって2速入力ギヤ9Bと2速出力ギヤ10Bの間で回転が伝達するようになっている。2速入力ギヤ9Bと2速出力ギヤ10Bの減速比は、1速入力ギヤ9Aと1速出力ギヤ10Aの減速比よりも小さい。
1速出力ギヤ10Aと出力軸8の間には、1速出力ギヤ10Aと出力軸8の間でトルクの伝達と遮断の切換えを行なう1速の2ウェイローラクラッチ16Aが組込まれている。また、2速出力ギヤ10Bと出力軸8の間には、2速出力ギヤ10Bと出力軸8の間でトルクの伝達と遮断の切換えを行なう2速の2ウェイローラクラッチ16Bが組込まれている。
1速の2ウェイローラクラッチ16Aと2速の2ウェイローラクラッチ16Bは、左右対称の同一構成なので、2速の2ウェイローラクラッチ16Bを以下に説明し、1速の2ウェイローラクラッチ16Aについては、2速の2ウェイローラクラッチ16Bに対応する部分に同一の符号または末尾のアルファベットBをAに置き換えた符号を付して説明を省略する。
図14〜図16に示すように、2速の2ウェイローラクラッチ16Bは、2速出力ギヤ10Bの内周に設けられた円筒面17と、出力軸8の外周に回り止めした環状の2速カム部材18Bに形成されたカム面19と、カム面19と円筒面17の間に組み込まれたローラ20と、ローラ20を保持する2速保持器21Bと、2速スイッチばね22Bとからなる。カム面19は、円筒面17との間で周方向中央から周方向両端に向かって次第に狭くなる楔状空間Sを形成するような面であり、例えば、図15に示すように円筒面17と対向する平坦面である。
図4、図19に示すように、2速保持器21Bは、ローラ20を収容する複数のポケット21aが周方向に間隔をおいて形成された円筒部24と、円筒部24の一端から径方向内方に延び出す内向きフランジ部25とを有する。内向きフランジ部25の径方向内端は、2速カム部材18Bの外周で周方向にスライド可能に支持され、この周方向のスライドによって、2速保持器21Bは、カム面19と円筒面17の間にローラ20を係合させる係合位置とローラ20の係合を解除する中立位置との間で出力軸8に対して相対回転可能となっている。また、2速保持器21Bの内向きフランジ部25は軸方向両側への移動が規制され、これにより2速保持器21Bが軸方向に非可動とされている。
図15に示すように、各カム面19は、回転中心を含む仮想平面に対して対称に形成され、これにより、各カム面19と円筒面17の間に配置されたローラ20は、正転方向と逆転方向の両方向で係合可能となっている。すなわち、電動モータ3が発生するトルクにより車両を前進させるときは、2速保持器21Bを出力軸8に対して正転方向に相対回転させることにより、2速保持器21Bに保持されたローラ20を、カム面19と円筒面17の間の正転方向側の空間狭まり部分に係合させ、そのローラ20を介して2速出力ギヤ9Bと出力軸8の間で正転方向のトルクを伝達することが可能となっており、一方、電動モータ3が発生するトルクにより車両を後退させるときは、2速保持器21Bを出力軸8に対して逆転方向に相対回転させることにより、2速保持器21Bに保持されたローラ20を、カム面19と円筒面17の間の逆転方向側の空間狭まり部分に係合させ、そのローラ20を介して2速出力ギヤ9Bと出力軸8の間で逆転方向のトルクを伝達することが可能となっている。
図16、図19に示すように、2速スイッチばね22Bは、鋼線をC形に巻いたC形環状部26と、C形環状部26の両端からそれぞれ径方向外方に延出する一対の延出部27,27とからなる。C形環状部26は、2速カム部材18Bの軸方向端面に形成された円形のスイッチばね収容凹部28に嵌め込まれ、一対の延出部27,27は、2速カム部材18Bの軸方向端面に形成された径方向溝29に挿入されている。
径方向溝29は、スイッチばね収容凹部28の内周縁から径方向外方に延びて2速カム部材18Bの外周に至るように形成されている。2速スイッチばね22Bの延出部27は、径方向溝29の径方向外端から突出しており、その延出部27の径方向溝29からの突出部分が、2速保持器21Bの円筒部24の軸方向端部に形成された切欠き30に挿入されている。径方向溝29と切欠き30は同じ幅に形成されている。
延出部27,27は、径方向溝29の周方向で対向する内面と、切欠き30の周方向で対向する内面にそれぞれ接触しており、その接触面に作用する周方向の力によって2速保持器21Bを中立位置に弾性保持している。
すなわち、2速保持器21Bを出力軸8に対して相対回転させて、図16に示す中立位置から周方向に移動させると、径方向溝29の位置と切欠き30の位置が周方向にずれるので、一対の延出部27,27の間隔が狭まる方向にC形環状部26が弾性変形し、その弾性復元力によって2速スイッチばね22Bの一対の延出部27,27が径方向溝29の内面と切欠き30の内面を押圧し、その押圧によって2速保持器21Bを中立位置に戻す方向の力が作用するようになっている。
図4に示すように、1速カム部材18Aと2速カム部材18Bの出力軸8に対する回り止めは、スプライン嵌合によって行なわれている。1速カム部材18Aのカム面19と2速カム部材18Bのカム面19は同数かつ同位相となっている。また、1速カム部材18Aと2速カム部材18Bは、出力軸8の外周に嵌合した一対の止め輪31によって軸方向に非可動となっている。1速カム部材18Aと2速カム部材18Bの間には間座32が組み込まれている。
1速の2ウェイローラクラッチ16Aと2速の2ウェイローラクラッチ16Bは、変速アクチュエータ33により選択的に係合することができるようになっている。
図14に示すように、変速アクチュエータ33は、1速出力ギヤ10Aと2速出力ギヤ10Bの間に軸方向に移動可能に設けられたシフトリング34と、1速出力ギヤ10Aとシフトリング34の間に組み込まれた1速摩擦板35Aと、2速出力ギヤ10Bとシフトリング34の間に組み込まれた2速摩擦板35Bとを有する。
ここで、1速摩擦板35Aと2速摩擦板35Bは、左右対称の同一構成なので、2速摩擦板35Bを以下に説明し、1速摩擦板35Aについては、2速摩擦板35Bに対応する部分に同一の符号または末尾のアルファベットBをAに置き換えた符号を付して説明を省略する。
2速摩擦板35Bには、2速保持器21Bの切欠き30に係合する突片36が設けられ、この突片36と切欠き30の係合によって、2速摩擦板35Bが2速保持器21Bに回り止めされている。2速保持器21Bの切欠き30は、2速摩擦板35Bの突片36を軸方向にスライド可能に収容しており、このスライドによって、2速摩擦板35Bは、2速保持器21Bに回り止めされた状態のまま、2速出力ギヤ10Bの側面に接触する位置と離反する位置との間で、2速保持器21Bに対して軸方向に移動可能となっている。
2速摩擦板35Bの突片36の先端に凹部37が形成されて、間座32の外周には、凹部37に係合する凸部38が形成されている。そして、凹部37と凸部38は、2速摩擦板35Bが2速出力ギヤ10Bの側面から離反した位置にある状態では、凹部37と凸部38が係合することで、2速摩擦板35Bを間座32を介して出力軸8に回り止めし、このとき、2速摩擦板35Bに回り止めされた2速保持器21Bが中立位置に保持されるようになっている。また、2速摩擦板35Bが2速出力ギヤ10Bの側面に接触する位置にある状態では、凹部37と凸部38の係合が解除することで、2速摩擦板35Bの回り止めが解除されるようになっている。
2速摩擦板35Bと2速カム部材18Bの間には、軸方向に圧縮された状態で2速離反ばね39Bが組み込まれており、この2速離反ばね39Bの弾性復元力によって2速摩擦板35Bが2速出力ギヤ10Bの側面から離反する方向に付勢されている。
2速離反ばね39Bは、間座32の外周に沿って巻回されたコイルスプリングであり、その一端が2速ワッシャ39Bを介して2速カム部材18Bの軸方向端面で支持されている。2速ワッシャ39Bは、2速カム部材18Bの軸方向端面の径方向溝29を覆うように環状に形成されている。
シフトリング34は、1速摩擦板35Aを押圧して1速出力ギヤ10Aの側面に接触させる1速シフト位置SP1fと、2速摩擦板35Bを押圧して2速出力ギヤ10Bの側面に接触させる2速シフト位置SP2fとの間で軸方向に移動可能に支持されている。また、シフトリング34を1速シフト位置SP1fと2速シフト位置SP2fの間で軸方向に移動させるシフト機構41が設けられている。シフト機構41は、前述のように変速比切換機構40の一部を構成する。
図17、図18に示すように、シフト機構41は、シフトリング34を転がり軸受42を介して回転可能に支持するシフトスリーブ43と、そのシフトスリーブ43の外周に設けられた環状溝44に係合する二股状のシフトフォーク45と、シフトフォーク45が固定されたシフトロッド46と、シフトモータである変速切換アクチュエータ47と、変速切換アクチュエータ47の回転をシフトロッド46の直線運動に変換する運動変換機構48(送りねじ機構等)とからなる。
図18に示すように、シフトロッド46は、出力軸8に対して間隔をおいて平行に配置され、ハウジング11内に組み込まれた一対の滑り軸受49で軸方向にスライド可能に支持されている。シフトリング34とシフトスリーブ43の間に組み込まれた転がり軸受42は、シフトリング34とシフトスリーブ43のいずれに対しても軸方向に非可動となるように組み付けられている。
このシフト機構41は、変速切換アクチュエータ47の回転が運動変換機構48により直線運動に変換されてシフトフォーク45に伝達し、そのシフトフォーク45の直線運動が転がり軸受42を介してシフトリング34に伝達することにより、シフトリング34を軸方向に移動させる。
図14に示すように、シフトフォーク45と環状溝44の間の両側の軸方向隙間には、軸方向に圧縮可能な予圧ばね50が組み込まれている。これにより、シフトリング34で1速摩擦板35Aを押圧して1速出力ギヤ10Aの側面に接触させるときに、シフトスリーブ43に対するシフトフォーク45の軸方向の相対位置を調節することによって予圧ばね50のばね力を調節し、1速摩擦板35Aと1速出力ギヤ10Aの接触面間の摩擦力を調整することが可能となっている。また、シフトリング34で2速摩擦板35Bを押圧して2速出力ギヤ10Bの側面に接触させるときも、2速摩擦板35Bと2速出力ギヤ10Bの接触面間の摩擦力を調整することが可能となっている。
図3に示すように、出力軸8には、出力軸8の回転をディファレンシャル6に伝達するディファレンシャル駆動ギヤ51が固定されている。
ディファレンシャル6は、一対の軸受52で回転可能に支持されたデフケース53と、デフケース53の回転中心と同軸にデフケース53に固定され、ディファレンシャル駆動ギヤ51に噛合するリングギヤ54と、デフケース53の回転中心と直角な方向にデフケース53に固定されたピニオン軸55と、ピニオン軸55に回転可能に支持された一対のピニオン56と、その一対のピニオン56に噛合する左右一対のサイドギヤ57とからなる。左側のサイドギヤ57には、左側の車輪に接続されたアクスル58の軸端部が接続され、右側のサイドギヤ57には、右側の車輪に接続されたアクスル58の軸端部が接続されている。出力軸8が回転するとき、出力軸8の回転はディファレンシャル駆動ギヤ51を介してデフケース53に伝達され、そのデフケース53の回転がピニオン56とサイドギヤ57を介して左右の車輪に分配される。
以下に、車両用モータ駆動装置Aの動作例を説明する。
まず、図14に示すように、1速摩擦板35Aが1速出力ギヤ10Aの側面から離反し、かつ、2速摩擦板35Bも2速出力ギヤ10Bの側面から離反した状態では、1速保持器21Aは1速スイッチばね22Aの弾性力により中立位置に保持され、2速保持器21Bも2速スイッチばね22Bの弾性力により中立位置に保持されるので、1速の2ウェイローラクラッチ16Aはローラ20の係合が解除された状態となり、2速の2ウェイローラクラッチ16Bもローラ20の係合が解除された状態となる。
この状態では、図3に示す電動モータ3の駆動により入力軸7が回転しても、1速の2ウェイローラクラッチ16Aと2速の2ウェイローラクラッチ16Bによって回転の伝達が遮断されるので、1速出力ギヤ10Aおよび2速出力ギヤ10Bは空転し、入力軸7の回転は出力軸8に伝達されない。
次に、シフト機構41を作動させて、図14に示すシフトリング34を1速出力ギヤ10Aに向けて移動させると、1速摩擦板35Aが1速出力ギヤ10Aの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって1速摩擦板35Aが出力軸8に対して相対回転し、この1速摩擦板35Aに回り止めされた1速保持器21Aが1速スイッチばね22Aの弾性力に抗して中立位置から係合位置に移動するので、1速保持器21Aに保持されたローラ20が、円筒面17とカム面19の間の楔状空間Sの狭まり部分に押し込まれて係合した状態となる。
この状態では、1速出力ギヤ10Aの回転は、1速の2ウェイローラクラッチ16Aを介して出力軸8に伝達され、出力軸8の回転が、ディファレンシャル6を介してアクスル58に伝達される。その結果、図1に示す電気自動車EVにおいては、駆動輪としての前輪1が回転駆動され、図2に示すハイブリッド車HVにおいては補助駆動輪としての後輪2が回転駆動される。
次に、シフト機構41の作動により、シフトリング34を1速シフト位置から2速シフト位置に向かって軸方向移動させると、1速摩擦板35Aと1速出力ギヤ10Aの接触面間の摩擦力が小さくなるので、1速スイッチばね22Aの弾性力により1速保持器21Aが係合位置から中立位置に移動し、この1速保持器21Aの移動によって1速の2ウェイローラクラッチ16Aの係合が解除される。
シフトリング34が2速シフト位置に到達すると、2速摩擦板35Bがシフトリング34で押圧されて2速出力ギヤ10Bの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって2速摩擦板35Bが出力軸8に対して相対回転し、2速摩擦板35Bに回り止めされた2速保持器21Bが2速スイッチばね22Bの弾性力に抗して中立位置から係合位置に移動するので、2速保持器21Bに保持されたローラ20が、円筒面17とカム面19の間の楔状空間Sの狭まり部分に押し込まれて係合した状態となる。
この状態では、2速出力ギヤ10Bの回転は、2速の2ウェイローラクラッチ16Bを介して出力軸8に伝達され、出力軸8の回転がディファレンシャル6を介してアクスル58に伝達される。
同様に、シフトリング34を2速シフト位置から1速シフト位置に軸方向移動させることにより、2速の2ウェイローラクラッチ16Bの係合を解除して、1速の2ウェイローラクラッチ16Aを係合させることができる。
ところで、1速の2ウェイローラクラッチ16Aを係合解除するときに、1速の2ウェイローラクラッチ16Aを介してトルクが伝達していると、そのトルクがローラ20を円筒面17とカム面19の間の楔状空間Sの狭まり部分に押し込むように作用し、1速の2ウェイローラクラッチ16Aの係合解除が妨げられる。そのため、シフト機構41の作動により、シフトリング34が1速シフト位置SP1fから2速シフト位置SP2fに向かって軸方向移動を開始したときに、1速摩擦板35Aが、1速出力ギヤ10Aの側面から既に離反しているにもかかわらず、1速の2ウェイローラクラッチ16Aの係合が解除されない可能性がある。
このため、1速の2ウェイローラクラッチ16Aを確実に係合解除するためには、シフト機構41の作動により、1速摩擦板35Aを1速出力ギヤ10Aの側面から離反させるだけでなく、電動モータ3の出力を制御して、入力軸7と出力軸8の間で伝達するトルクを変化させる必要がある。2速の2ウェイローラクラッチ16Bを係合解除するときも同様である。
そこで、上記制御システムでは、図9に示す変速制御装置により、電動モータ3と変速切換アクチュエータ47を制御し、この制御により1速の2ウェイローラクラッチ16Aまたは2速の2ウェイローラクラッチ16Bの係合を解除するときの動作の信頼性を確保している。
以上説明した変速制御方法および変速制御装置によると、目標変速段への変速切換え後に、ドライブシャフト81のトルク変動の固有振動数に応じて、電動モータ3に指令トルクを与える。これにより、変速切換え直後に、そのままアクセルペダルを踏み込み続けたり、急激にアクセルペダルを踏込む操作をしたとしても、車体の減衰固有振動が相殺されて変速ショックが低減される。
また指令トルク付与手段77aにて電動モータ3に与える指令トルクは、目標変速段で係合したローラクラッチ16A,16Bが常に係合した状態を維持する最小トルク以上である。このため、係合した目標変速段のローラクラッチ16A,16Bが不所望に解除されることがなくなる。したがって、ローラクラッチ16A,16Bが一旦解除されて再び係合することに起因する変速ショックを未然に防止することができる。この場合、変速ショックを低減するために、アクセル開度の変化量を一義的に小さくする必要がなくなるので、必要十分な車両加速を得ることができる。したがって、車両操縦性の向上を図ることができる。
変速切換後制御手段77は、車速の変化量が一定の閾値以上になったとき、n回補正制御を開始する。逆に言えば、車速の変化量が一定の閾値以上にならなければ、n回補間制御を実施しない。変速ショックの影響の少ない車速の変化量が一定の閾値未満で、補間制御を実施しないようにすることで、変速ECU61の演算処理負荷の軽減を図ることができる。
変速切換後制御手段77は、駆動トルクが、係合トルク閾値Aよりも下回ったとき、前記係合トルク閾値Aを、駆動トルク指令値として、電動モータ3を駆動する。このように駆動トルクの下限を定めることで、必要な車両加速を得ることができる。よって車両の操縦性の向上を図れる。
変速切換後制御手段77は、相殺トルク変化量(Δtrq/Δt)、つまりトルク補間の傾斜が一定閾値以上になったら、トルク補間制御を実施するようにしても良い。これにより、車両の操縦性を向上させることができる。
3…電動モータ
4…モータ軸
5…変速機
7…入力軸
16A,16B…クラッチ
18A,18B…内輪
19…カム面
20…係合子
23…外輪
40…変速比切換機構
61…変速ECU
76…変速切換前制御手段
77…変速切換後制御手段
77a…指令トルク付与手段
81…ドライブシャフト
83…トルク制御手段
84…回転数制御手段
94…車速度センサ
95…加速度センサ
LA,LB…ギヤ列
S…楔状空間

Claims (9)

  1. 互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の2ウェイ型のクラッチと、これら各クラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、
    前記各クラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間に係合子が介在し、各係合子が楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、各係合子を楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である、
    電気自動車における変速制御方法において、
    前記電動モータにより、係合された現変速段のクラッチで前記電気自動車を走行させる変速切換前過程と、
    前記変速比切換機構により、現変速段のクラッチの係合を解除した後、目標変速段のクラッチを係合させる変速切換後過程とを有し、
    前記変速切換後過程は、前記電気自動車における動力伝達軸のトルク変動の固有振動数に応じて、前記電動モータに指令トルクを与える指令トルク付与過程を含み、この指令トルク付与過程にて前記電動モータに与える指令トルクは、前記クラッチが常に係合する最小トルク以上とする、
    ことを特徴とする電気自動車の変速制御方法。
  2. 請求項1において、前記指令トルク付与過程にて前記電動モータに与える指令トルクは、前記動力伝達軸のトルク変動の固有振動を相殺するトルクとする電気自動車の変速制御方法。
  3. 互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の2ウェイ型のクラッチと、これら各クラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、
    前記各クラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間に係合子が介在し、各係合子が楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、各係合子を楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である、
    電気自動車における変速制御装置であって、
    前記電動モータにより、係合された現変速段のクラッチで前記電気自動車を走行させる変速切換前制御手段と、
    前記変速比切換機構により、現変速段のクラッチの係合を解除した後、目標変速段のクラッチを係合させる変速切換後制御手段とを有し、
    前記変速切換後制御手段は、前記電気自動車における動力伝達軸のトルク変動の固有振動数に応じて、前記電動モータに指令トルクを与える指令トルク付与手段を含み、この指令トルク付与手段にて前記電動モータに与える指令トルクは、前記クラッチが常に係合する最小トルク以上とする、
    ことを特徴とする電気自動車の変速制御装置。
  4. 請求項3において、前記変速切換後制御手段は、常時に前記電動モータをトルク制御するトルク制御手段と、前記目標変速段への変速時に前記電動モータをトルク制御から切換えて回転数制御にする回転数制御手段とを有する電気自動車の変速制御装置。
  5. 請求項4において、車両のアクセルペダルのアクセル開度信号を検出するアクセル開度センサと、車速を検出する車速検出部とを有し、
    前記変速切換後制御手段は、前記アクセル開度センサにより検出されたアクセル開度信号に基づく駆動トルクが、定められた係合トルク閾値Aよりも大きくなったとき、前記電動モータの駆動トルクを、回転数制御時のクラッチの係合トルクとトルク制御時のアクセル開度信号との誤差を縮めていく補間制御により与え、
    前記変速切換後制御手段は、前記車速検出部から車速の変化量を入力して、この車速の変化量と相殺するトルク変化量を、指令トルクとして前記電動モータに与える電気自動車の変速制御装置。
  6. 請求項5において、前記変速切換後制御手段は、補間制御で前記電動モータを駆動する駆動トルクが一定の固有周期を有し、且つ減衰するようにした電気自動車の変速制御装置。
  7. 請求項4ないし請求項6のいずれか1項において、前記変速切換後制御手段は、前記車速の変化量が一定の閾値以上になったとき、補間制御を開始する電気自動車の変速制御装置。
  8. 請求項4ないし請求項7のいずれか1項において、前記変速切換後制御手段は、駆動トルクが、定められた係合トルク閾値Aよりも下回ったとき、前記係合トルク閾値Aを、駆動トルク指令値として、前記電動モータを駆動する電気自動車の変速制御装置。
  9. 請求項4ないし請求項8のいずれか1項において、前記電気自動車は、車両の前後輪のいずれか一方または両方を前記電動モータで駆動する電気自動車の変速制御装置。
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