JP2020050063A - ハイブリッド車両の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダウンシフト変速を伴う加速走行時に運転者が意図する加速度の変化となるように制御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】駆動力を増大させる要求があることにより変速機構の変速比を大きくするダウンシフトを実行する場合に、ハイブリッド車両に要求される加速度とハイブリッド車両の実際の加速度との偏差が第１所定値以下とするようにダウンシフトの過渡期にモータの駆動トルクを増大させることができるか否かを判断し（ステップＳ３）、第１所定値以下とすることができる場合には、モータの目標駆動トルクを、偏差が第１所定値以下となる駆動トルクに設定し（ステップＳ４）、第１所定値以下とすることができない場合には、モータの目標駆動トルクを、偏差が、第１所定値よりも大きい第２所定値以上となる駆動トルクに設定する（ステップＳ５）ように構成されている。【選択図】図３

Description

この発明は、エンジンとモータとを駆動力源として備え、そのエンジンと駆動輪との間に設けられた変速機構の変速比を制御するハイブリッド車両の変速制御装置に関するものである。

特許文献１には、運転者の意図もしくは期待する加速度の変化を発生できるように構成された変速制御装置が記載されている。この変速制御装置は、現在設定されている変速段から二段以上離れた変速段が最終的な目標変速段であり、かつ目標変速段に飛び変速するとした場合に、加速度の変速量とジャークとの積である刺激強度が小さく、また加速度の増加までの停滞時間が長くなる時に、中間段を介して変速するように構成されている。より具体的には、現在設定されている変速段から中間変速段への変速が、加速を開始したことを運転者が感じ取ることができる応答領域となる中間変速段に設定し、その中間変速段から目標変速段に変速するように構成されている。

なお、特許文献２には、駆動力源としてのエンジンとモータとが有段変速機の入力側に設けられたハイブリッド車両の変速制御装置が記載されており、この変速制御装置は、パワーオンダウンシフト時に、変速後におけるモータ回転数に基づいて定まるモータのリミットトルク以下の範囲でモータの出力トルクを制御することにより、イナーシャ相での駆動トルクの落ち込みを抑制するように構成されている。

特開２０１７−４８９１６号公報 特開２０１３−１５４７２７号公報

エンジンとモータとを駆動力源として備えたハイブリッド車両は、エンジンから駆動輪に伝達されるトルクが変速過渡期に低下したとしても、その分のトルクをモータから駆動輪に伝達することにより車両全体としての駆動力の低下を抑制できる。したがって、特許文献１に記載されたような変速段を二段以上離れた変速段に飛び変速する際にも、停滞時間を短縮することができ、中間段を設定することなく運転者が意図したまたは期待した加速度の変化を生じさせることができる。しかしながら、駆動力の低下を抑制するためのモータのアシストトルクがモータの上限トルクを超えている場合に、モータトルクを上限トルクに制御すると、変速により停滞する駆動力と目標駆動力との差が小さくなる。そのため、初期に加速度の変化量が大きいのに対して、変速完了後における加速度の変化量が小さいことにより、運転者が違和感を抱く可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、ダウンシフト変速を伴う加速走行時に運転者が意図する加速度の変化となるように制御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ものである。

この発明は、上記の目的を達成するために、エンジンと、前記エンジンに連結されるとともに、変速比を変更可能な変速機構と、前記変速機構の出力側に連結された駆動輪と、前記駆動輪または前記駆動輪とは異なる他の駆動輪にトルク伝達可能に連結されたモータとを備えたハイブリッド車両の変速制御装置において、駆動力を増大させる要求があることにより前記変速機構の変速比を大きくするダウンシフトを実行する場合に、前記ハイブリッド車両に要求される加速度と前記ハイブリッド車両の実際の加速度との偏差が第１所定値以下となるように前記ダウンシフトの過渡期に前記モータの駆動トルクを増大させることができるか否かを判断し、前記第１所定値以下とすることができる場合には、前記モータの目標駆動トルクを、前記偏差が第１所定値以下となる駆動トルクに設定し、前記第１所定値以下とすることができない場合には、前記モータの目標駆動トルクを、前記偏差が、前記第１所定値よりも大きい第２所定値以上となる駆動トルクに設定するように構成されていることを特徴としている。

この発明によれば、駆動力を増大させる要求があることにより変速機構の変速比を大きくするダウンシフトを実行する場合に、ハイブリッド車両に要求される加速度とハイブリッド車両の実際の加速度との偏差を第１所定値以下とするようにダウンシフトの過渡期にモータの駆動トルクを増大させることができるか否かを判断し、第１所定値以下とすることができる場合には、モータの目標駆動トルクを、偏差が第１所定値以下となる駆動トルクに設定する。したがって、加速度が変化し始めてから目標加速度に到達するまでの間に、運転者が変速を体感するように一時的な加速度の停滞が発生することを抑制でき、目標加速度近傍まで実際の加速度を増大させることができ、加速応答性を向上させることができるとともに、運転者が違和感を抱くことを抑制できる。それに対して、第１所定値以下とすることができない場合には、モータの目標駆動トルクを、偏差が、第１所定値よりも大きい第２所定値以上となる駆動トルクに設定する。つまり、加速過渡期には、加速度が一時的に停滞し、変速完了後に加速度が再度上昇することになる。一方、第２所定値は、第１所定値よりも大きな値に定められているとともに、偏差が第２所定値以上となるようにモータの駆動トルクが設定されるため、変速完了後における加速度の増加量を大きくすることができる。その結果、加速初期の加速度を小さくし、加速終期の加速度を大きくすることにより、運転者が体感する加速感を良好にすることができる。

この発明の実施形態におけるハイブリッド車両の一例を説明するための模式図である。 ダウンシフト時にエンジンから後輪に伝達される駆動トルクに基づく加速度の変化、およびエンジン回転数の変化を説明するためのタイムチャートである。 この発明の実施形態における変速制御装置の制御例を説明するためのフローチャートである。 駆動モータからトルクを出力することにより変速過渡期に目標加速度まで増大させることができる場合における加速度の変化を説明するためのタイムチャートである。 駆動モータからトルクを出力することにより変速過渡期に車両の加速度を第１所定加速度まで増大させることができる場合における加速度の変化を説明するためのタイムチャートである。 駆動モータからトルクを出力することにより変速過渡期に車両の加速度を第２所定加速度以下まで増大させた場合における加速度の変化を説明するためのタイムチャートである。 変速完了後に駆動モータからアシストトルクを出力する例を説明するためのタイムチャートである。 変速完了後における加速度の変化率を増大させるように駆動モータからアシストトルクを出力する例を説明するためのタイムチャートである。

この発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、エンジンと駆動モータとを駆動力源として備えた車両であって、例えば、パラレル式のハイブリッド車両やシリーズ・パラレル式のハイブリッド車両などの車両である。図１は、そのように構成されたハイブリッド車両の一例を説明するための模式図である。図１に示すハイブリッド車両１は、フロントエンジン・リヤドライブ式のハイブリッド車両１であって、エンジン（ＥＮＧ）２と後輪３との変速比を変更可能な自動変速機（ＡＴ）４を介して、エンジン２と後輪３とがトルク伝達可能に連結されている。

この自動変速機４は、複数の変速比を段階的に設定することのできる変速機であって、例えば、クラッチやブレーキなどの係合機構を係合もしくは解放させることにより駆動トルクの伝達経路を変えて変速を実行するように構成された有段式自動変速機とすることができる。また、自動変速機４は、プーリに対するベルトの巻き掛け半径を変化させて変速比を連続的に変化させることのできるベルト式無段変速機や、エンジン２と発電機能のあるモータと出力部材とを差動機構からなる動力分割機構に連結し、そのモータによってエンジン２の回転数を連続的に変化させるいわゆるハイブリッド機構によって構成された無段変速機であってもよい。これら無段変速機を搭載した車両では、設定するべき複数の変速比もしくは変速段を予め決めておき、それらの変速段の間で変速を実行することにより、有段的に変速を行うように構成してよい。自動変速機４の出力軸には、リヤプロペラシャフト５、リヤデファレンシャルギヤユニット６、一対のリヤドライブシャフト７などを介して、一対の駆動輪（後輪）３が連結されている。なお、エンジン２と自動変速機４とは、図示しないトルクコンバータやダンパ機構などの他の機構を介して連結されていてもよい。

駆動モータ（ＭＧ）８は、エンジン２よりも車両１の後方側に配置されており、その駆動モータ８には、フロントプロペラシャフト９、フロントデファレンシャルユニット１０、フロントドライブシャフト１１などを介して、一対の駆動輪（前輪）１２が連結されている。駆動モータ８は、従来知られているハイブリッド車両の駆動力源として設けられたモータと同様であってよく、例えば、永久磁石式の同期モータを採用でき、前輪１２から伝達されるトルクによって発電することができる。また、駆動モータ８には、図示しない蓄電装置が電気的に接続されており、その蓄電装置から供給される電力によって駆動トルクを出力し、また駆動モータ８によって発電された電力を蓄電装置に充電できるように構成されている。なお、駆動モータ８は、上述したようにエンジン２からトルクが伝達される駆動輪（後輪）３と異なる駆動輪（前輪）１２にトルクを伝達する構成に限らず、例えば、自動変速機４の出力軸などの出力側の回転部材にギヤなどを介して連結し、またはその回転部材のいずれかに駆動モータ８のロータを取り付けて、駆動モータ８の駆動トルクを後輪３に伝達するように構成されていてもよい。また、駆動モータ８は、いわゆるインホイールモータであってもよく、その場合、前輪１２と後輪３との少なくともいずれか一方に設けられていればよい。すなわち、駆動モータ８は、エンジン２から駆動輪３へのトルクの伝達を遮断した場合などであっても、車両１の駆動力を発生させることができるように構成されていればよい。

上記のエンジン２および駆動モータ８のトルクを制御するためや、自動変速機４の変速比（変速段）を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１３が設けられている。ＥＣＵ１３は、従来知られているものと同様に構成することができ、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや、予め記憶しているデータを使用して演算を行い、演算の結果を制御指令信号として出力するように構成されている。入力されるデータは、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ、ブレーキペダルの操作量（踏み込み量や踏力）を検出するブレーキセンサ、エンジン回転数を検出するセンサ、駆動モータ８の回転数を検出するセンサ、自動変速機４の出力軸の回転数を検出するセンサ、各車輪（一対の前輪１２、および一対の後輪３）の回転数を検出する車輪速センサ、駆動モータ８に電力を供給する蓄電装置の充電残量を検出するセンサ、蓄電装置から駆動モータ８に出力される電力を検出するセンサなどによって得られたデータであり、それらのデータは、所定時間、ＥＣＵ１３に記憶される。

また、ＥＣＵ１３に予め記憶しているデータは、変速比を段階的に変化させる変速マップ、制御フロー、入力された信号に基づいて種々のデータ処理を行うための演算式などである。なお、変速マップは、従来の有段変速機の変速制御装置で採用されているものと同様であってよい。

そして、上記の制御フローや演算式などによりデータ処理を行った結果を、図示しない燃料供給バルブや、点火プラグ、あるいは上記電子スロットルバルブを制御する電気信号として出力する。すなわち、エンジン２の出力を制御する装置に信号を出力する。同様に、駆動モータ８に通電する電流の周波数や印加する電圧値などを制御するための電気信号を出力する。さらに、上記自動変速機４が、有段式自動変速機である場合には、その有段式自動変速機に搭載された係合機構を制御する装置に信号を出力する。なお、図示しないロックアップクラッチなどの他の装置にも同様にＥＣＵ１３から信号が出力される。

アクセル操作量が増大するなどによる加速要求があることを要因としてダウンシフトを実行した場合、すなわちパワーオンダウンシフトした場合にエンジン２から後輪３に伝達されるトルクに基づく車両１の加速度の変化、およびエンジン回転数の変化を図２に示している。つまり、図２に示す例は、駆動モータ８からトルクを出力していない場合におけるダウンシフト時の車両１の挙動とエンジン回転数との変化を示している。

図２に示す例では、ｔ０時点でアクセル操作量が増大するなどによりダウンシフトの判定がされている。そのため、ｔ０時点からエンジントルクの応答遅れ分、遅れて駆動トルクが増大し、その結果、ｔ１時点から車両１の加速度が増大し始めている。なお、ｔ１時点では、未だ変速制御は開始されていない。そして、車両１の加速度が所定値まで増大したｔ２時点から、変速に伴ってエンジン回転数が増大し始めている。つまり、イナーシャ相に移行している。そのため、エンジン２から後輪３に伝達されるトルクが減少することにより、ｔ２時点から車両１の加速度が停滞し、または破線で示すように減少し始める。

そして、ｔ３時点で変速後の変速段が設定されることにより、エンジントルクが再度伝達されて、車両１の加速度が増大し始めている。そして、ｔ４時点でアクセル操作量に応じた駆動力が発生することにより、加速度もそれに伴った加速度まで増大している。

上述したようにエンジン２から後輪３に伝達されるトルクは、ダウンシフトを実行すると、一時的に停滞し、または減少する。そのため、この発明の実施形態における変速制御装置では、原則的には、加速度が停滞することを抑制するように駆動モータ８からアシストトルクを出力するように構成されている。一方、駆動モータ８の出力トルクは、蓄電装置の充電残量や、蓄電装置あるいは駆動モータ８の温度などに応じて制限されることがあり、蓄電装置の状態や駆動モータ８の状態に応じてアシストトルクを充分に出力できない場合がある。そのような場合に、駆動モータ８が制限の範囲内で最大トルクを出力すると、例えば、アクセル操作量に基づいた目標加速度（目標駆動力）の近傍まで加速度が迅速に増大し、一時的に停滞などした後に、加速度が僅かに増大する可能性がある。このような加速度の変化、すなわち加速初期に大きな加速度の変化が生じ、加速終期に僅かな加速度の変化が生じると、運転者が違和感を抱く要因となり得る。

そのため、この発明の実施形態における変速制御装置は、駆動モータ８によるアシストトルクで目標加速度まで増大させることができない場合には、駆動モータ８のアシストトルクを制限して、加速終期の加速度の増加量を大きくするように構成されている。その制御の一例を説明するためのフローチャートを図３に示している。

図３に示す制御例では、まず、ダウンシフトの変速を実施しているか否かを判断する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、自動変速機４が有段式自動変速機である場合には、変速前の変速段から変速後の変速段への変速を実施する際に解放されるクラッチ機構の伝達トルク容量が低下させられているか否かなどに基づいて判断することができ、自動変速機４が無段式自動変速機である場合には、目標変速比が現在の変速比から所定値以上大きい変速比であるか否かなどに基づいて判断することができる。

ダウンシフトの変速を実施していないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合は、そのままこのルーチンを一旦終了する。それとは反対に、ダウンシフトの変速を実施していることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合は、駆動モータ８からトルクを出力可能か否かを判断する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、駆動モータ８のトルクの大きさに関わらず、駆動トルクを出力できるか否かを判断している。したがって、例えば、蓄電装置の充電残量が下限値まで低下している場合や、蓄電装置や駆動モータ８の温度が上限温度に達している場合、あるいは駆動モータ８がフェールしている場合などには、ステップＳ２で否定的に判断される。

駆動モータ８からトルクを出力できないことによりステップＳ２で否定的に判断された場合には、そのままこのルーチンを一旦終了する。つまり、従来のガソリン車に設けられた自動変速機と同様の変速を実行する。それと反対に、駆動モータ８からトルクを出力できることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合には、アクセル操作量などに基づく目標加速度から第１所定値γを減算した加速度（以下、第１所定加速度と記す）を、変速過渡期に発生させることができるか否かを判断する（ステップＳ３）。この第１所定値γは、変速完了後に第１所定値γ分の加速度を増大させたとしても運転者がその挙動の変化を感じない程度の値であって、実験やシミュレーションなどにより予め定められている。なお、第１所定値γは、車速などに応じて変動する値であってもよい。

第１所定加速度を発生させることができることによりステップＳ３で肯定的に判断された場合には、変速過渡期における車両１の加速度が、第１所定加速度以上でかつ目標加速度以下となるように駆動モータ８のトルクを制御して（ステップＳ４）、このルーチンを一旦終了する。それとは反対に、第１所定加速度を発生させることができないことによりステップＳ３で否定的に判断された場合には、変速過渡期における車両１の加速度が、第１所定値γよりも大きい値に定められた第２所定値βを目標加速度から減算した加速度（以下、第２所定加速度と記す）以下の加速度となるように駆動モータ８のトルクを制御して（ステップＳ５）、このルーチンを一旦終了する。この第２所定値βは、変速完了後に第２所定値β分、加速度を増大させることにより運転者が期待する車両１の挙動となる加速度に定められている。つまり、意図的に、変速後に加速度を大きく変化させることができるように駆動モータ８のトルクが制御される。

上述したように制御した場合における実際の加速度の変化を図４ないし図６に示してある。図４には、図３におけるステップＳ４が実行され、変速過渡期に目標加速度を発生させることができる場合の加速度の変化を実線で示している。また、図５には、図３におけるステップＳ４が実行され、変速過渡期における加速度を第１所定加速度まで発生させることができる場合の加速度の変化を実線で示している。さらに、図６に示す例は、図３におけるステップＳ５が実行された場合の加速度の変化、すなわち変速過渡期の加速度が第２所定加速度以下となるように駆動モータ８のトルクを制御した場合の加速度の変化を実線で示している。なお、図４ないし図６では、駆動モータ８からトルクを出力しない場合の加速度の変化を破線で示してある。

図４に実線で示すように変速過渡期に目標加速度を発生させることができる場合には、加速度が変化し始めてから目標加速度に到達するまでの間に、加速度が停滞することがない。すなわち、運転者が変速を体感することなく、目標加速度まで実際の加速度を増大させることができ、加速応答性を向上させることができるとともに、運転者が違和感を抱くことを抑制できる。また、図５に実線で示すように変速過渡期における加速度を第１所定加速度まで発生させることができる場合には、加速度が一時的に停滞し、変速完了後に再度、目標加速度まで加速度が増大するものの、上述したように第１所定値γは、運転者が加速度の変化を体感しない程度の値に定められているから、実質的に、目標加速度まで実際の加速度を増大させた場合と同様に、加速応答性を向上させることができるとともに、運転者が違和感を抱くことを抑制できる。

一方、変速過渡期における加速度を第１所定加速度まで発生させることができず、図６に実線で示すように変速過渡期の加速度が第２所定加速度以下となるように駆動モータ８を制御した場合には、加速度が一時的に停滞し、変速完了後に加速度が再度上昇する。上述したように第２所定値βは、比較的大きな値に定められている。その結果、加速初期の加速度を小さくし、加速終期の加速度を大きくすることにより、運転者が体感する加速感を良好にすることができる。

また、上述したように第２所定加速度以下となるように駆動モータ８を制御した場合には、変速過渡期における駆動モータ８による消費エネルギー量を低減することができる。そのため、例えば、図７にハッチングを付しているように、変速完了後における目標加速度のうちの一部を駆動モータ８が補填することができる。そのように駆動モータ８によって目標加速度のうちの一部を補填することにより、エンジン２の出力トルクを低下させることができるため燃費の悪化を抑制できる。また、図８にハッチングを付しているように、駆動モータ８によって変速完了後における目標加速度までの加速度の変化率を増大させてもよい。そのように駆動モータ８によって加速度の変化率を増大させることにより変速時間を短縮することができるとともに、加速応答性を向上させることができる。

１…ハイブリッド車両、 ２…エンジン、 ３…後輪、 ４…自動変速機、 ８…駆動モータ、 １２…前輪、 １３…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンに連結されるとともに、変速比を変更可能な変速機構と、前記変速機構の出力側に連結された駆動輪と、前記駆動輪または前記駆動輪とは異なる他の駆動輪にトルク伝達可能に連結されたモータとを備えたハイブリッド車両の変速制御装置において、
   駆動力を増大させる要求があることにより前記変速機構の変速比を大きくするダウンシフトを実行する場合に、前記ハイブリッド車両に要求される加速度と前記ハイブリッド車両の実際の加速度との偏差が第１所定値以下となるように前記ダウンシフトの過渡期に前記モータの駆動トルクを増大させることができるか否かを判断し、
   前記第１所定値以下とすることができる場合には、前記モータの目標駆動トルクを、前記偏差が第１所定値以下となる駆動トルクに設定し、
   前記第１所定値以下とすることができない場合には、前記モータの目標駆動トルクを、前記偏差が、前記第１所定値よりも大きい第２所定値以上となる駆動トルクに設定するように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の変速制御装置。

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