JP2015007459A - 電気自動車の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 変速段の切換時に走行用の電動モータをシンクロさせるときに、オーバーシュート現象を避け、シンクロ時間の短縮を図ると共に、ギヤ間のバックラッシュに起因する異音を低減することができる電気自動車の変速制御装置を提供する。【解決手段】 この電気自動車の変速制御装置は、現変速段クラッチ解除手段８２と、シンクロ制御手段８３と、目標変速段クラッチ係合手段８５とを有する。シンクロ制御手段８３は、電動モータの実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数と、この差回転数の変化量に基づき、電動モータを回転数制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを調整するゲイン調整部８３ａを有する。ゲイン調整部８３ａは、ファジイ制御でＰＩ制御ゲインを調整する。【選択図】 図９

Description

この発明は、電動モータの回転数を変速して車輪へ伝達する電気自動車の変速制御装置に関し、特にファジー制御等で制御ゲインを調整することにより、電動モータをシンクロさせるシンクロ時間の短縮と、ギヤ間のバックラッシュに起因する異音の低減を図る技術に関する。

電気自動車の駆動装置として、電動モータ、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。変速機の変速段の切換には、例えば２ウェイ型のローラクラッチが用いられる。

この車両用モータ駆動装置を使用すると、走行条件に応じて変速機の変速段を切り換えることにより、駆動および回生時において、効率の高い回転数およびトルク領域で電動モータを使用することが可能となる。また、適切な変速段とすることで、高速走行時の変速機の回転部材の回転速度が下がり、変速機の動力損失が低減して車両のエネルギ効率を向上させることができる。このような車両用モータ駆動装置を用いた電気自動車が提案されている（特願２０１１−２２７６６６）。

特開２００４−１１６４６７号公報

前述の従来技術では、変速中、現変速段のクラッチが解除された後、電動モータのシンクロを行う。そこで、シンクロ時間を短縮するために、電動モータを急加減速させる必要がある。
シフトダウン：電動モータを急加速させる必要がある。
シフトアップ：電動モータを急減速させる必要がある。
なお、シンクロとは、電動モータの出力を増減することによって、電動モータの回転数を目標変速段の回転数に一致させるための接近動作である。
前記の電動モータのシンクロにおいて、電動モータの回転数制御に使用するＰＩゲイン（Ｐ：Proportional（比例）, Ｉ：Integral（積分））は定数である。ＰＩゲインを低く設定した場合は、シンクロ時間が増加する問題が生じる。そのために、ＰＩゲインを大きく設定すると、目標変速段の回転数（シンクロの目標回転数）をオーバーしてしまう現象、いわゆるオーバーシュートが発生する。

さらには、外輪の影響、例えば負荷変動、電圧変動などで、制御系の状態を乱すことで、実測回転数は目標変速段の回転数付近を上下に振動する現象を発生する。
これらの現象には、歯車間のバックラッシュに起因する異音が発生する問題があり、これらの現象を抑制するためには、ＰＩゲインを各々の運転状況によって調整することが必要である。

他の従来技術として、エンジン用バリアブル・ノズル・タービン（ＶＮＴ）のフィードバック制御システムにおいて、フィードバック制御用ＰＩＤゲイン調整方法が提案されている（特許文献１）。この方法は、目標値に対する実値のオーバーシュート値が所定値を超えた場合に、偏差から求められるフィードバックＰＩＤゲインの演算から小さい値に変更する方法である。
この方法は、オーバーシュートをある程度は抑えることができるが、オーバーシュートを十分に避けることはできない。

この発明の目的は、変速段の切換時に走行用の電動モータをシンクロさせるときに、電動モータの制御ゲインを調整することで、オーバーシュート現象を避け、シンクロ時間の短縮を図ると共に、ギヤ間のバックラッシュに起因する異音を低減することができる電気自動車の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装置は、互いに変速比が異なり共通の走行用の電動モータ３により回転駆動される複数の変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢと、出力軸８と前記各変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢとの間にそれぞれ介在した各変速段の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、前記変速比切換機構４０は、前記クラッチ１６Ａ，１６Ｂの内輪１８Ａ，１８Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂ間の係合子（２０）の動作を規制する保持器２１Ａ，２１Ｂに連結されて回転する摩擦板の、前記外輪２３Ａ，２３Ｂへの接触と離間とを変速切換アクチュエータ４７により切り換える機構である電気自動車を制御する装置であって、次の各手段を備える。

目標変速段への変速指令に応答して、前記変速切換アクチュエータ４７を動作させ、現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除する現変速段クラッチ解除手段８２と、
現変速段のクラッチの係合の解除後に、前記電動モータ３を回転数制御することにより前記目標変速段の前記クラッチの外輪２３Ａ，２３Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ制御手段８３と、
前記目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂを前記変速切換アクチュエータ４７の動作により当接させ、前記電動モータ３を回転数制御することにより、目標変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂを係合させる目標変速段クラッチ係合手段８５とを備え、
前記シンクロ制御手段８３は、前記電動モータ３をシンクロさせる時に、前記電動モータ３の実回転数を検出手段（６６，１０８）で検出してこの実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数を求め、かつ一定タイマー間隔で前記差回転数の変化量を求め、この求めた差回転数および差回転数の変化量を元に、前記電動モータ３の前記回転数制御に使用するＰＩ制御またはＰＩＤ制御の制御ゲインを、定められた制御規則により求めて調整する制御ゲイン調整部８３ａを有する。

前記クラッチは、例えば、前記入力軸７および前記ギヤ列ＬＡ，ＬＢにそれぞれ接続された内輪１８Ａ，１８Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂの間に複数の係合子（２０）が介在しこれら係合子（２０）の動作を前記内輪１８Ａ，１８Ｂに対する保持器２１Ａ，２１Ｂの周方向位置により規制することで前記内輪１８Ａ，１８Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂ間の回転の断続を行う形式であり、前記係合子（２０）にはローラまたはスプラグが用いられる。ローラを用いた場合、前記内輪１８Ａ，１８Ｂの外周面がカム面とされる。

この構成によると、現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除した後、シンクロ制御手段８３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クラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３Ａ，２３Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる。電動モータ３をシンクロさせるとき、シンクロ制御手段８３のゲイン調整部８３ａは、前記電動モータの実回転数を検出手段（６６，１０８）で検出してこの実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数を求め、かつ一定タイマー間隔で前記差回転数の変化量を求め、この求めた差回転数および差回転数の変化量を元に、前記電動モータの前記回転数制御に使用するＰＩ制御またはＰＩＤ制御の制御ゲインを、定められた制御規則により求めて調整する。このように、時々刻々と変化する実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数と、その差回転数の変化量を元に、制御ゲインを最適設定することで、電動モータ３のオーバーシュート現象を避け、シンクロ時間の短縮を図ると共に、歯車間のバックラッシュに起因する異音の低減を図ることができる。

なお、前記ゲイン調整部８３ａは、前記のようにして制御ゲインを調整する他に、車速と電動モータの回転数とに基づき制御ゲインを調整しても、前記オーバーシュートの抑制、シンクロ時間の短縮、ギヤ例の異音の低減が図れるが、前記のように実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数と、その差回転数の変化量を元に、制御ゲインを調整することで、より一層適切に制御ゲインを調整することができる。
特に、実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数だけを用いることではなく、その差回転数の変化量も用いることを特徴とする。変化量を用いると、微分成分(未来)が操作量に含まれることになる。そこで、目標回転数のオーバーシュートを事前把握することで、回転数のオーバーシュートをしないように、より一層適切に制御ゲインを調整することができる。

この発明において、前記シンクロ制御手段８３の前記制御ゲイン調整部８３ａは、前記差回転数と前記差回転数の変化量とを入力関数として用い、前記制御ゲインをファジー制御より前記制御規則Ｒによって求め、その求めた制御ゲインに調整するようにしても良い。
ファジー制御によることで、時々刻々と、あるいは不測に変化する実回転数に応じて、より適切な値に前記制御ゲインを調整することができる。

前記ファジー制御に用いる前記制御規則Ｒは、車速の定間隔毎に定められていて、現在の車速に応じた制御規則Ｒを用いるようにしても良い。例えば、車速の５ｋｍ間隔毎に定める。同じ制御規則Ｒで制御ゲインを求めても、車速が大きく異なると適切な値とならない場合がある。車速の定間隔毎に前記制御規則Ｒを定めることで、より一層適切な制御ゲインが得られる。

前記のようにファジー制御する場合に、前記シンクロ制御手段の前記制御ゲイン調整部は、前記電動モータ実測回転数と目標変速段の目標回転数との差回転数Ｅ、およびこの差回転数Ｅの変化量ＥＣを一定のタイマー定間隔で値を取り込み、これら差回転数Ｅおよび差回転数の変化量ＥＣにつき、それぞれの変動範囲|E_max|、|EC_max|に対する割合として正規化の処理を行った後に、前記ファジー制御の入力変数として使用しても良い。
正規化処理を行うことで、ファジー制御における制御ゲインの演算が簡単に行える。

この発明の電気自動車の変速制御装置において、前記シンクロ制御手段の前記制御ゲイン調整部は、前記制御ゲインにおける、比例制御ゲインＫｐと積分制御ゲインＫｉの値につき、一定の範囲を設けても良い。
すなわち、前記差回転数およびその変化量が変動しても、比例制御ゲインＫｐと積分制御ゲインＫｉ値が一定の値を保つように、前記比例制御ゲインＫｐと積分制御ゲインＫｉの範囲を設けても良い。
差回転数やその変化量がある程度小さな場合や、車速等によっては、前記比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉを一定に保つ方が、制御が安定する場合がある。そのような場合は、これらのゲインＫｐ，Ｋｉを一定に保つことが好ましい。

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り共通の走行用の電動モータにより回転駆動される複数の変速段のギヤ列と、出力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在した各変速段の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、前記変速比切換機構は、前記クラッチの内輪と外輪間の係合子の動作を規制する保持器に連結されて回転する摩擦板の、前記外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータにより切り換える機構である電気自動車を制御する装置であって、目標変速段への変速指令に応答して、前記変速切換アクチュエータを動作させ、現変速段のクラッチの係合を解除する現変速段クラッチ解除手段と、現変速段のクラッチの係合の解除後に、前記電動モータを回転数制御することにより前記目標変速段の前記クラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ制御手段と、前記目標変速段の摩擦板と外輪を前記変速切換アクチュエータの動作により当接させ、前記電動モータを回転数制御することにより、目標変速段のクラッチを係合させる目標変速段クラッチ係合手段とを備え、前記シンクロ制御手段は、前記電動モータをシンクロさせる時に、前記電動モータの実回転数を検出手段で検出してこの実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数を求め、かつ一定タイマー間隔で前記差回転数の変化量を求め、この求めた差回転数および差回転数の変化量を元に、前記電動モータの前記回転数制御に使用するＰＩ制御またはＰＩＤ制御の制御ゲインを、定められた制御規則により求めて調整する制御ゲイン調整部とを有するため、変速段の切換時に走行用の電動モータをシンクロさせるときに、オーバーシュート現象を避け、シンクロ時間の短縮を図ると共に、ギヤ間のバックラッシュに起因する異音を低減することができる。

前記制御ゲイン調整部が、前記差回転数と前記差回転数の変化量とを入力関数として用い、前記制御ゲインをファジー制御によって求め、その求めた制御ゲインに調整するようにした場合は、時々刻々と、あるいは不測に変化する実回転数に応じて、より適切な値に前記制御ゲインを調整することができる。

この発明の一実施形態に係る変速制御装置を適用する電気自動車の概略図である。 同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における変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電気回路図である。 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装置のブロック図である。 同電気自動車の変速制御装置の概念構成を示すブロック図である。 同変速制御装置による制御手順の概要を示すフローチャートである。 同変速制御装置における変速時と、電動モータを駆動させるトルクと、各動作時間との関係の概略特性を示す図である。 従来技術を用いてシフトダウンを行う場合の電動モータの回転数変化を示す図である。 この発明の一実施形態に係る変速制御装置を用いてシフトダウンを行う場合の電動モータの回転数変化を示す図である。 従来技術を用いてシフトアップを行う場合の電動モータの回転数変化を示す図である。 同実施形態に係る変速制御装置を用いてシフトアップを行う場合の電動モータの回転数変化を示す図である。 同変速制御装置の制御ゲイン調整部が行うファジイ制御における前件部のＥとＥＣのメンバシップ関数を示すグラフである。 同ファジイ制御における比例制御ゲインＫｐの制御規則を示す説明図である。 同ファジイ制御における積分制御ゲインＫｉの制御規則を示す説明図である。 同ファジイ制御における後件部の前記比例制御ゲインＫｐと積分制御ゲインＫｉのメンバシップ関数を示すグラフである。 図４の一部の拡大断面図である。 図４のXXI −XXI 線に沿った断面図である。 図４のXXII−XXII線に沿った断面図である。 図４のXXIII −XXIII 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の変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。

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装置を説明する。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装置は、図１または図２の車両用モータ駆動装置Ａの制御に適用される。

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、次のように複数段の変速比を有する平行軸常時噛合型変速機とされている。この変速機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２０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、ここでは変速制御装置の理解に必要な範囲で簡単に説明し、変速制御方法および変速制御装置の説明の後に、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２１に示す２速段のローラクラッチ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２３Ｂ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２３Ａ，２３Ｂ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２３Ａ，２３Ｂ（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２３Ａ，２３Ｂとが相対回転する場合に、摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂ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２０）により、内輪１８Ａ，１８Ｂのカム面１９（図２１）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者間の信号転送は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とに指令を出す。

変速ＥＣＵ６１は、次の各機能（１）〜（７）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、新たな自動変速制御と回生制御を行わない。
（３）急ハンドルと判断した場合は、新たな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）手動変速機能を備えている。
（６）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装置６２から電動モータ３の回転数を取得する機能を備えている。
（７）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ている。
この他に、変速機５内の作動油の温度を測定する油温センサ６７を備えている。

この実施形態の変速制御装置は、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用いられる。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とを有する。インバータ７１は、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。インバータ装置６２は、電力を回生するために電動モータ３のトルクを負とする制御を行う機能も備えている。
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り、インバータ７１の前記各スイッチング素子Ｕｐ，…にはスイッチング半導体素子が用いられている。

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（図５）を手動操作することによって、周知の例と同様に、図７の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、具体的には、変速ＥＣＵ６１で設定された目標回転数に対して、速度指令をインバータ制御回路７２へ送る。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、その差分に対して、制御部１０７でＰＩ制御（比例積分制御）またはＰＩＤ制御（比例積分微分制御）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、この速度制御部７３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相変換部１０３、３相・２相変換部１０４、および速度計算部１０８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、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、変速ＥＣＵ６１に、変速指令生成手段８１、現変速段クラッチ解除手段８２、シンクロ制御手段８３、目標変速段クラッチ係合手段８５、および回転数・トルク制御切換手段８６を備える。変速ＥＣＵ６１は、自動変速時以外の電動モータ３の制御はトルク制御として、トルク指令をインバータ制御装置６２へ出力し、変速時にトルク制御と回転数制御を切換える。

変速指令生成手段８１は、アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、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。この変速指令は変速ＥＣＵ６１が出す。
現変速段クラッチ解除手段８２は、目標変速段への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２３Ａ，２３Ｂ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８３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２３Ａ，２３Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる。
目標変速段クラッチ係合手段８５は、目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂを当接させ、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，１７Ｂを係合させる。
回転数・トルク制御切換手段８６は、電動モータ３の制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータ３のトルクを入力する。

これら変速指令生成手段８１、現変速段クラッチ解除手段８２、シンクロ制御手段８３、目標変速段クラッチ係合手段８５、および回転数・トルク制御切換手段８６は、それぞれ、図１０の各ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の処理を行う機能を有する。
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。実行手順を説明する。
例えば、車両のイグニッションスイッチ等をオン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、アクセル開度、車速、車両の加減速度を検出して、変速ＥＣＵ６１が目標変速段への変速指令を出す。次に、ステップＳ２に移行し、前記目標変速段への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、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（現変速段クラッチ解除過程）。

前記現変速段クラッチ解除過程により現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除した後、ステップＳ３において、電動モータ３の回転数を回転数制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを、車速とモータ回転数とに基づき調整する（シンクロ制御過程、ゲイン調整過程）。
次に、ステップＳ４では、目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３を当接させ、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を係合させる（目標変速段クラッチ係合過程）。その後、ステップＳ５において、回転数・トルク制御切換手段８６は、電動モータ３の制御を回転数制御からトルク制御に切換える。

前記シンクロ制御手段８３は、電動モータ３をシンクロさせる時に、前記電動モータ３の前記回転数制御に使用するＰＩ制御またはＰＩＤ制御の制御ゲインを、定められた制御規則により求めて調整する制御ゲイン調整部８３ａを有する。この制御ゲイン調整部８３ａは、電動モータ３をシンクロさせる時に、電動モータ３の実回転数を前記回転角センサ６６および速度計算手段１０８からなる検出手段で検出してこの実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数を求め、かつ一定タイマー間隔で前記差回転数の変化量を求め、この求めた差回転数および差回転数の変化量を元に、前記制御ゲインを調整する。制御ゲイン調整部８３ａは、ファジー制御部であり、前記差回転数と前記差回転数の変化量とを入力関数として用い、前記制御ゲインをファジー制御より前記制御規則によって求め、その求めた制御ゲインに調整する。ファジー制御の具体的な内容は後に説明する。

なお、前記ゲイン調整部８３ａにより求める制御ゲインは、シンクロ時の電動モータ回転数のオーバーシュートの抑制、シンクロ時間の短縮、および前記ギヤ列ＬＡ，ＬＢのギヤ間のバックラッシュに起因する異音の低減を行うように、制御ゲイン求めるようにする。前記制御ゲイン調整部８３ａにより求める制御ゲインは、さらに、外乱の影響で制御系の状態が乱されることによる実測回転数の変動が、目標変速段の回転数付近を上下に振動する現象を抑制する作用についても生じさせる値とすることが好ましい。

図１１は、この変速制御装置における変速時に電動モータ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。変速ＥＣＵ６１は、車両がＤレンジ（図７）で走行時に、自動変速判断を行い、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。
この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）になっている。

動作（１）→動作（５）における電動モータトルクの出力状態について説明する。
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。

ｔ１→ｔ２間（動作（２））：変速ＥＣＵ６１における現変速段クラッチ解除手段８２が、現変速段のクラッチを解除させる。
ｔ２→ｔ３間（動作（３））：変速ＥＣＵ６１におけるシンクロ制御手段８３が、電動モータ３をシンクロさせる。
ｔ３→ｔ４間（動作（４））：変速ＥＣＵ６１における目標変速段クラッチ係合手段８５が、目標変速段のクラッチを締結させる。
ｔ４→（動作（５））：車両が目標変速段走行トルクで走行している。
目標変速段のローラクラッチ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。

図１２は、従来技術を用いてシフトダウンを行う場合の電動モータの回転数変化を示す図である。図１１の動作（３）において、従来技術により電動モータをシンクロさせる場合の、電動モータの回転数の変化図である。
ｔ０→ｔ１：電動モータをシンクロさせる前の回転数であり、車速に即した現変速段での回転数で、電動モータを回転させている。
ｔ１→ｔ２：電動モータの回転数を目標変速段の回転数に一致させるため、電動モータの回転数を回転数制御により増加させる。シンクロ時間を短縮させるため、回転数制御に使用するＰＩ制御のゲインを大きく設定する（ＰＩゲインは定数である）。操作は、電動モータの回転数を増加させるため、トルク指令値として、正となる。
ｔ２→ｔ３：上記のＰＩ制御ゲインを大きく設定することで、電動モータの回転数が目標変速段の目標回転数を上回ってしまう（オーバーシュート）。オーバーシュート後の電動モータの回転数の変動によって、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じ易くなる。
ｔ３→：外乱の影響で( 例えば：負荷変動、電圧変動など) 、制御系の状態を乱すことで実測回転数は目標変速段の回転数付近を上下に振動する現象が発生する。

図１３は、実施形態に係る変速制御装置を用いてシフトダウンを行う場合の電動モータ３の回転数変化、つまり図１１の動作（３）において、実施形態に係る技術により電動モータ３をシンクロさせる場合の、電動モータ回転数の変化図である。
ｔ０→ｔ１：電動モータをシンクロさせる前の回転数であり、車速に即した現変速段での回転数で、電動モータを回転させている。
ｔ１→ｔ２：ＰＩ制御の制御ゲインをファジー制御より調整することで、シンクロ時間を短縮する動作である。
ｔ２→：電動モータのシンクロがオーバーシュートせず完了し、目標変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータを回転させている。オーバーシュートしないことで、回転数の変動が抑えられ、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。さらに実測回転数は目標変速段の回転数付近を上下に振動する現象の抑制もできた。

図１４は、従来技術を用いてシフトアップを行う場合の電動モータの回転数変化を示す図１１の動作（３）において、従来技術により電動モータをシンクロさせる場合の、電動モータ回転数の変化図である。
ｔ０→ｔ１：電動モータをシンクロさせる前の回転数であり、車速に即した現変速段での回転数で、電動モータを回転させている。
ｔ１→ｔ２：電動モータの回転数を目標変速段の回転数に一致させるため、電動モータの回転数を回転数制御により、増加させる。シンクロ時間を短縮させるため、回転数制御に使用するＰ１制御のゲインを大きく設定する（ＰＩゲインは定数である) 。操作は回転数を減少させるため、トルク指令値として、負となる。
ｔ２→ｔ３：上記のＰ１制御ゲインを大きく設定することで、電動モータの回転数が目標変速段の目標回転数を上回って、オーバーシュートしてしまう。オーバーシュート後の回転数変動によって、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じ易くなる。
ｔ３→：外乱の影響で（例えば：負荷変動、電圧変動など）、制御系の状態を乱すことで実測回転数は目標変速段の回転数付近を上下に振動する現象が発生する。

図１３は、この実施形態を用いてシフトアップを行う場合の電動モータの回転数変化を示す。図１１の動作（３）において、この実施形態により電動モータ３をシンクロさせる場合の、電動モータ回転数の変化図である。
ｔ０→ｔ１：電動モータをシンクロさせる前の回転数であり、車速に即した現変速段での回転数で、電動モータを回転させている。
ｔ１→ｔ２：ＰＩ制御ゲインをファジー制御より調整することで、シンクロ時間を短縮する動作である。
ｔ２→：電動モータのシンクロがオーバーシュートせず完了し、目標変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータを回転させている。オーバーシュートしないことで、回転数の変動が抑えられ、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じ難くなる。さらに実測回転数は目標変速段の回転数付近を上下に振動する現象の抑制もできた。

次に、前記ゲイン調整部８３ａが行うファジー制御につき説明する。
この実施形態では、次に示すMandaniが提唱した「min-max 重心法」を用いており、計算手順を下記にて示す。「min-max 重心法」につき、一般的な説明をすると、次の１〜３の過程で最終出力を求める。

1. 制御規則を決定する構成は、前件部＋後件部になっており、If-then規則とされる。前件部はIfで示される条件であり、後件部は前件部の条件を充足する場合の結果であり、thenで示される。

この実施形態では、電動モータ３をシンクロさせる時に、シンクロ制御手段８３は、回転数制御による電動モータ３を駆動させている。このとき、シンクロ制御手段８３のゲイン調整部８３ａは、次のようにPI制御ゲインを求め、その求めたPI制御ゲインにより制御部１０７（図８）の制御ゲインに変更する。
すなわち、PI制御ゲインを電動モータ回転A_ROT数と、
目標変速段の目標回転数O_ROT間の差回転数
E= O_ROT-A_ROTと、
差回転数Ｅの変化量EC＝（現サンプル時刻のE ）-（一つ前サンプル時刻のE）
を基に、ファジー制御により調整することで、シンクロ時間の短縮や、外乱の影響で実測回転数の振動の抑制を実現する。

調整手順の詳細を下記に示す。
ステップ１：差回転数Eと変化量ECを取得し、次のようにそれぞれの変動範囲|E_max|、|EC_max|に対する割合として正規化処理を行う。
取得したEとECの範囲：
Eの変動範囲 ： E ∈[-E_max, E_max]
ECの変動範囲： EC∈[-EC_max, EC_max]
正規化処理：
E = E / |E_max|
EC = EC / |EC_max|

ステップ2：正規化処理後の差回転数Eと変化量ECに対し、比例制御ゲインKpと積分制御ゲインKiを定める制御規則Ｒを用いて演算する。
KpのIf-then 規則を下記に示す。
Rule 1: If E = NB, EC = NB then Kp = B
Rule 2: If E = NB, EC = NM then Kp = B
… … …
Rule 49: If E = PB, EC = PB then Ki = B

制御規則Ｒの決定は台上変速試験や実車変速試験のデータを基に、作成したものである。また、車速の定間隔毎に制御規則Ｒを作成しており、現在の車速に該当する制御規則Ｒを用いるようにする。例えば、５ｋｍ/ｈごとに、制御規則Ｒを作成している。

ステップ3：図１６に示す差回転数Eと変化量EC のメンバシップ関数に対し、min-max重心法を用い、If-then規則より前件部の適合度を求める。(前記の一般的な説明における式（2）に従う)
図示のように三角型メンバシップ関数であり、他の形状のものを使用しても良い。例えば、台形型、釣鐘型、S型などのメンバシップ関数を使用すること。

ステップ4：図１９に示す比例制御ゲインKpと積分制御ゲインKiのメンバシップ関数に対し、min-max重心法より後件部における、各ゲインKp、Kiの適合度を求め、出力を計算する。(前記の一般的な説明における式（３）に従う)

(値の範囲：[0, 1])
ここまでの後件部におけるKpとKiの出力値は、正規化の値である。

ステップ5：比例制御ゲインKpと積分制御ゲインKi の出力値を、次のように後処理し、最終制御値を計算する。
KpとKi値の範囲設定：
Kp∈[Kp_min, Kp_max]
Ki∈[Ki_min, Ki_max]
KpとKiの最終の出力値の計算：
Kp = (Kp - Kp_min)/(Kp_max - Kp_min)
Ki = (Ki - Ki_min)/(Ki_max - Ki_min)

シンクロ制御手段８３は、ゲイン調整部８３ａによって、このようにファジー制御により制御ゲインを調整することにより、オーバーシュートせず、回転数の変動が抑えられ、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じ難くなる。さらに実測回転数は目標変速段の回転数付近を上下に振動する現象の抑制もできる。

次に、図３，４の車両用モータ駆動装置の詳細を、図３、４、図２０〜図２５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内に組み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２０〜図２２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とを有する。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２１に示すように円筒面１７と対向する平坦面である。

図４、図２５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２１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１０Ｂ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１０Ｂ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２２、図２５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とを有する。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環状溝である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２２に示す中立位置から周方向に移動させると、径方向溝２９に対する切欠き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われている。図２０に示すように、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、図４に示すように、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。図２０に示すように、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、変速用伝達機構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。
変速用伝達機構３３は、１速出力ギヤ１０Ａ（断面でない部分は図示せず。図２４においても同様。）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間する位置との間で、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、間座３２を介して２速摩擦板３５Ｂを出力軸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速離間ばね３９Ｂが組み込まれており、この２速離間ばね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の側面から離間する方向に付勢されている。
２速離間ばね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９０Ｂを介して２速摩擦板３５Ｂの突片３６に係合し、他端が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９０Ｂ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２３、図２４に示すように、シフト機構４１は、シフトリング３４（図４）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）とを有する。

図２４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（図４）に伝達することにより、同シフトリングを軸方向に移動させる。

図２０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とを有する。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２０に示すように、１速摩擦板３５Ａが１速出力ギヤ１０Ａの側面から離間し、かつ、２速摩擦板３５Ｂも２速出力ギヤ１０Ｂの側面から離間した状態では、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２０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（図２１）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に側面に接触し、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（図２１）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の側面から離間させるだけでなく、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８、図９等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装置および変速制御方法によると、現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除した後、シンクロ制御手段８３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クラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３Ａ，２３Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる。電動モータ３をシンクロさせるとき、シンクロ制御手段８３のゲイン調整部８３ａは、車速度センサ９４で検出される車速と、回転角度センサ６６で検出されるモータ回転数とに基づき、電動モータ３を回転数制御するときに用いるＰＩ制御ゲインを調整する。このように時々刻々と変化する車速とモータ回転数とに基づいてＰＩ制御ゲインを最適設定することで、電動モータ３のオーバーシュート現象を避け、シンクロ時間の短縮を図ると共に、歯車間のバックラッシュに起因する異音の低減を図ることができる。

ゲイン調整部８３ａは、ＲＯＭ８４に記録されたＰＩゲイン制御用テーブル８４ａからＰＩ制御ゲインを取り込み、電動モータ３を制御する。このようにＲＯＭ８４にＰＩゲイン制御用テーブル８４ａを記録することで、車速とモータ回転数とに基づきＰＩ制御ゲインを最適に設定することができる。またＰＩ制御ゲインを必要に応じて容易に書換えることができる。
ＰＩゲイン制御用テーブル８４ａは、シフトダウン用とシフトアップ用各々設定され、前記各ＰＩゲイン制御用テーブル８４ａは、電動モータ３の実測回転数と目標回転数の偏差の絶対値の定められた間隔毎に設けられる。このようにＰＩゲイン制御用テーブル８４ａをきめ細かく設定することで、シフトダウン，シフトアップにかかわらず、シンクロ時間の短縮をより図ると共に、バックラッシュに起因する異音をより低減することができる。

ＰＩゲイン制御用テーブル８４ａは、車速全域にわたって等間隔毎または低速域，中速域，高速域に分けて設けられるものとしても良い。
ゲイン調整部８３ａは、前記ＰＩゲイン制御用テーブル８４ａにおける比例ゲインの調整値のみ使用し、前記ＰＩゲイン制御用テーブル８４ａにおける積分ゲインの調整値を使用しないものとしても良い。この場合、シンクロ制御手段８３の演算処理負荷の軽減を図ることが可能となる。

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…ローラ（係合子）
２１Ａ，２１Ｂ…保持器
２３Ａ，２３Ｂ…外輪
３５Ａ，３５Ｂ…摩擦板
４０…変速比切換機構
４５…シフトフォーク（シフト部材）
４７…変速切換アクチュエータ
６６…回転角度センサ（回転数検出手段）
８２…現変速段クラッチ解除手段
８３…シンクロ制御手段
８３ａ…ゲイン調整部８５…目標変速段クラッチ係合手段
９４…車速度センサ（車速検出手段）
ＬＡ，ＬＢ…ギヤ列
Ｓ…楔状空間

Claims (5)

1. 互いに変速比が異なり共通の走行用の電動モータにより回転駆動される複数の変速段のギヤ列と、出力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在した２ウェイ型の各クラッチと、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、前記変速比切換機構は、前記クラッチの内輪と外輪間の係合子の動作を規制する保持器に連結されて回転する摩擦板の、前記外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータにより切り換える機構である電気自動車を制御する装置であって、
   目標変速段への変速指令に応答して、前記変速切換アクチュエータを動作させ、現変速段のクラッチの係合を解除する現変速段クラッチ解除手段と、
   現変速段のクラッチの係合の解除後に、前記電動モータを回転数制御することにより前記目標変速段の前記クラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ制御手段と、
   前記目標変速段の摩擦板と外輪を前記変速切換アクチュエータの動作により当接させ、前記電動モータを回転数制御することにより、目標変速段のクラッチを係合させる目標変速段クラッチ係合手段とを備え、
   前記シンクロ制御手段は、前記電動モータをシンクロさせる時に、前記電動モータの実回転数を検出手段で検出してこの実回転数と目標変速段の目標回転数間の差回転数を求め、かつ一定間隔で前記差回転数の変化量を求め、この求めた差回転数および差回転数の変化量を元に、前記電動モータの前記回転数制御に使用するＰＩ制御またはＰＩＤ制御の制御ゲインを、定められた制御規則により求めて調整する制御ゲイン調整部を有することを特徴とする電気自動車の変速制御装置。
2. 請求項１に記載の電気自動車の変速制御装置において、前記シンクロ制御手段の前記制御ゲイン調整部は、前記差回転数と前記差回転数の変化量とを入力関数として用い、前記制御ゲインをファジー制御より前記制御規則によって求め、その求めた制御ゲインに調整する電気自動車の変速制御装置。
3. 請求項２に記載の電気自動車の変速制御装置において、前記ファジー制御に用いる前記制御規則は、車速の定間隔毎に定められている電気自動車の変速制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の電気自動車の変速制御装置において、前記シンクロ制御手段の前記制御ゲイン調整部は、前記電動モータ実測回転数と目標変速段の目標回転数との差回転数Ｅ、およびこの差回転数Ｅの変化量ＥＣを一定のタイマー定間隔で値を取り込み、これら差回転数Ｅおよび差回転数の変化量ＥＣにつき、それぞれの変動範囲|E_max|、|EC_max|に対する割合として正規化の処理を行った後に、前記ファジー制御の入力変数として使用する電気自動車の変速制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気自動車の変速制御装置において、前記シンクロ制御手段の前記制御ゲイン調整部は、前記制御ゲインにおける、比例制御ゲインＫｐと積分制御ゲインＫｉの値につき、一定の範囲を設ける電気自動車の変速制御装置。

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