JP2020067161A - 車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】噛み合い式の係合機構に作用するトルクをスムーズに低減させて変速可能な車両の制御装置を提供する。【解決手段】エンジンと、エンジントルクを遮断するクラッチ機構と、走行用モータに連結された噛み合い式の係合機構と、駆動輪に制動力を付与するアクチュエータとを備えた車両の制御装置において、コントローラは、車両の停車時かつクラッチ機構が解放されている場合に、アクチュエータの出力により車両を支えつつ走行用モータにより噛み合い式の係合機構に作用する荷重とは反対方向のトルクを出力し(ステップS4)、車両の停車時かつクラッチ機構が係合されている場合に、エンジンの動力により車両を支えつつ走行用モータにより噛み合い式の係合機構に作用する荷重とは反対方向のトルクを出力するように構成されている(ステップS5)。【選択図】図2
Description
この発明は、噛み合い式の係合機構を係合または解放させることにより駆動力源から駆動輪に伝達されるトルクを変更可能な車両の制御装置に関するものである。
特許文献1には、第1係合部材および第2係合部材と、その第1係合部材と第2係合部材とを係合あるいは解放させるアクチュエータとから構成されたドグクラッチ(噛み合い式係合機構)を備えた駆動装置が記載されている。また、この特許文献1に記載された駆動装置は、前記第1係合部材と第2係合部材とを係合させる場合に、モータのトルクで第1係合部材を回転させて、第1係合部材と第2係合部材との位相を調整するように構成されている。
特許文献1に記載された駆動装置によれば、モータのトルクで第1係合機構を回転させることにより第1係合機構と第2係合機構との位相を調整できるから、それら係合部材の位相の適合精度が向上し、係合の際のショックを抑制できるとされている。しかしながら、例えば路面の勾配角度などの種々の要件によっては、ドグクラッチに作用するトルクの大きさが増大する。具体的には、前記路面の勾配角度が比較的大きい場合には、車両の荷重がドグクラッチに作用するから、そのドグクラッチの解放に要する時間が増大する。つまりドグクラッチに作用するトルク(あるいは荷重)の大きさによっては、モータのトルクで前記第1係合部材を回転させることができないおそれがあり、言い換えれば位相の調整ならびに変速ができないおそれがある。したがって、このような状況下において、ドグクラッチに作用するトルクをスムーズに低減あるいは解放させるには、未だ改善の余地があった。
この発明は上記の技術的課題に着目して成されたものであり、噛み合い式の係合機構に作用するトルクをスムーズに低減させて変速可能な車両の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、前記エンジンの出力側に配置され、かつ前記エンジンが出力したトルクを駆動輪側へ伝達する自動変速機と、前記エンジンと前記自動変速機とのトルクの伝達を選択的に遮断するクラッチ機構と、前記自動変速機の出力側に配置され前記駆動輪にトルクを伝達する走行用モータと、前記走行用モータに連結された噛み合い式の係合機構と、前記駆動輪に制動力を付与するアクチュエータとを備えた車両の制御装置において、前記エンジンと前記クラッチ機構と前記走行用モータと前記噛み合い式の係合機構とを制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記車両の停車時かつ前記クラッチ機構が解放されている場合に、前記アクチュエータの出力により前記車両を支えつつ前記走行用モータにより前記噛み合い式の係合機構に作用する荷重とは反対方向のトルクを出力し、前記車両の停車時かつ前記クラッチ機構が係合されている場合に、前記エンジンの動力により前記車両を支えつつ前記走行用モータにより前記噛み合い式の係合機構に作用する荷重とは反対方向のトルクを出力するように構成されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、エンジンと自動変速機とのトルクの伝達を選択的に遮断するクラッチ機構の係合状態および解放状態に応じて、エンジンあるいは駆動輪に制動力を付与するアクチュエータにより車両を支えつつ、噛み合い式の係合機構を制御するように構成されている。具体的には、前記クラッチ機構が解放されている場合には、前記アクチュエータにより車両を支持しつつ、噛み合い式の係合機構に作用する荷重とは反対方向のトルクを走行用モータで出力し、それとは反対に前記クラッチ機構が係合している場合には、エンジンの動力で車両を支持しつつ、噛み合い式の係合機構に作用する荷重とは反対方向のトルクを走行用モータで出力するように構成されている。
そのため、例えば車両が上述した登坂路で停車している場合は、噛み合い式の係合機構に作用する車両の荷重は、前記アクチュエータあるいはエンジンで受けることができるから、車両の荷重などを要因として走行用モータで噛み合い式の係合機構における位相の調整がスムーズに行うことができないなどの不都合を回避できる。言い換えれば、スムーズな解放動作ならびに変速動作をでき、その結果、信頼性の高い変速機構を構築することができる。
この発明の実施形態を、図を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。
この発明で対象とすることができる車両は、エンジンとモータとを駆動力源としたハイブリッド車両や、モータのみを駆動力源とした電気自動車などの駆動モータ(以下、単にモータと記す)を備えた車両である。図1に、その一例として、エンジンと二つのモータとを備えた四輪駆動車(4WD)、あるいは、全輪駆動車(AWD)の例を示してある。
ここに示す例は、エンジン(E/G)1を車両Veの前側に配置し、エンジン1の動力を後輪2に伝達するいわゆるFR(フロントエンジン・リヤドライブ)車をベースとした四輪駆動車の例である。また、エンジン1は前輪3側で左右の前輪3の間(車体の幅方向でのほぼ中央部)に、後輪2側に向けて配置されている。
エンジン1の出力側に自動変速機4が配置され、エンジン1の出力軸(図示せず)が自動変速機4の入力軸(図示せず)に連結されている。エンジン1は、ガソリンなどの燃料と空気との混合気を燃焼させて機械的な動力を発生する熱機関であって、複数の気筒を備えるとともに、その複数の気筒が直線上に並んだ直列エンジンである。なお、エンジン1と自動変速機4との間には、エンジン1から出力されたトルクの変動を低減して伝達するためのダンパ機構5が設けられている。
自動変速機4は、図1に示すようにエンジン1と同一の軸線上に配置されており、エンジン1および第1モータ(MG1)6と駆動輪との間でトルクを伝達する。この自動変速機4は、要は、入力回転数の出力回転数に対する比率を適宜に変更できる機構であって、有段自動変速機や変速比を連続的に変化させることのできる無段自動変速機などによって構成することができる。自動変速機4は、より好ましくは、係合することによりトルクを伝達し、解放することによりトルクの伝達を遮断してニュートラル状態を設定することのできるクラッチ機構7を備えている。
そのクラッチ機構7は、エンジン1および第1モータ6と駆動輪との間で、選択的に動力の伝達および遮断を行う。図1に示す例では、クラッチ機構7は、上記のような自動変速機4に設けられている。具体的には、クラッチ機構7は、エンジン1側の回転部材に連結された摩擦板(図示せず)、ならびに、後輪2側の回転部材に連結された摩擦板(図示せず)を有している。また、図示していないものの、そのクラッチ機構7は、例えば、複数の摩擦板および複数の摩擦板を有し、それら複数の摩擦板と複数の摩擦板とを交互に配置した多板クラッチによって構成することもできる。また、この発明の実施形態における車両Veでは、クラッチ機構7は、図1に示すような自動変速機4の内部に組み込まれたクラッチ機構に限られず、例えば、第1モータ6と自動変速機4との間に、発進クラッチとして設けられる摩擦クラッチであってもよい。いずれにしても、クラッチ機構7を解放することにより、エンジン1および第1モータ6が車両Veの駆動系統から切り離される。また、クラッチ機構7を係合することにより、エンジン1および第1モータ6が車両Veの駆動系統に連結される。
エンジン1と自動変速機4とは、同一の軸線上に配置されており、そのエンジン1と自動変速機4との間に、第1モータ6が配置されている。第1モータ6は、エンジン1が出力するエンジントルクを受けて駆動されることにより電気を発生する発電機としての機能(発電機能)を有し、また電力が供給されることにより駆動されてモータトルクを出力する電動機としての機能(電動機能)も有している。すなわち、第1モータ6は、発電機能を有するモータ(いわゆる、モータ・ジェネレータ)であり、例えば、三相型の永久磁石式同期モータ、あるいは、誘導モータなどによって構成されている。なお、第1モータ6は、エンジン1の出力軸もしくは自動変速機4の入力軸に直接連結されていてもよく、あるいは適宜の伝動機構を介してエンジン1の出力軸あるいは自動変速機4の入力軸に連結されていてよい。
自動変速機4の出力側に四輪駆動用のトランスファ8が配置されている。トランスファ8は、エンジン1が出力した動力もしくは自動変速機4から出力されるトルクを後輪2側と前輪3側とに分配する機構であり、後輪2側にトルクを出力する部材(図示せず)に、リヤプロペラシャフト9が連結され、前輪3側にトルクを出力する部材(図示せず)に、フロントプロペラシャフト10が連結されている。
トランスファ8は、チェーンやベルトを使用した巻き掛け伝動機構や歯車機構によって構成することができる。また、トランスファ8は、前輪3と後輪2との差動回転を可能にする差動機構や、その差動回転を摩擦クラッチなどによって制限する差動制限機構を備えた差動機構からなるフルタイム四輪駆動機構、もしくは前輪3側へのトルクの伝達を選択的に遮断するパートタイム四輪駆動機構などによって構成することができる。
リヤプロペラシャフト9は、自動変速機4またはトランスファ8から車両Veの後方に延びていて、リヤデファレンシャルギヤ11に連結されている。リヤデファレンシャルギヤ11は、左右の後輪2にトルクを伝達する終減速機である。また、フロントプロペラシャフト10は、車両Veの前方に延びていて、フロントデファレンシャルギヤ12に連結されている。なお、上記のフロントデファレンシャルギヤ12は、左右の前輪3にトルクを伝達する終減速機である。なお、図1に示す車両では、少なくとも前輪3に制動力を付与する電子制御ブレーキシステム(ECB:Electronically Controlled Brake System)13を備えている。例えば車両Veが、登坂路など路面の勾配角度が大きい場所で停車中にECB13が作動し、そのECB13の制動力で車両Veのずり下がりに対する反力を発生させる。なお、上記のECB13が、この発明の実施形態における「アクチュエータ」に相当する。
上述したフロントプロペラシャフト10に、変速部(第2モータの変速部)14を介して第2モータ(MG2)15が連結されている。具体的に説明すると、第2モータ15は、自動変速機4の出力側に配置されており、モータトルクを駆動輪に伝達して駆動力を発生することが可能なように、車両Veの伝達経路に連結されている。なお、上記の変速部14は、第2モータ15が出力するモータトルクを変更してフロントプロペラシャフト10に伝達する機構であって、その変速部14は、例えば、減速ギヤ対によって構成される。あるいは、複数の減速ギヤ対を組み合わせた変速機構によって構成することもできる。図1に示す例では、変速部14として、シングルピニオン型の遊星歯車機構と大径・小径ギヤとからなる複数の減速ギヤ対、および、ドグクラッチ(噛み合い式の係合機構)から構成される二段変速の減速機構が用いられている。
なお、第2モータ(走行用モータ)15は、第1モータ6と同様に発電機能を有するモータ(いわゆる、モータ・ジェネレータ)であり、例えば、三相型の永久磁石式同期モータ、あるいは、誘導モータなどによって構成されている。図1に示す車両Veでは係合して走行するのが通常であるから、係合力や耐久性に優れた前記ドグクラッチを用いており、その構成は従来知られている構成と同様であってよい。
そして、これらエンジン1および自動変速機4、クラッチ機構7、変速部14、ならびに、各モータ6,15などを制御する電子制御装置(以下、ECUと記す)16が設けられている。このECU16は、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当し、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ならびにプログラムを使用して演算を行い、その演算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。その入力されるデータは、例えば車速V、駆動要求量であるアクセル開度ACC、前輪3および後輪2の車輪速、バッテリ(図示せず)の充電残量(SOC)、エンジン回転数NE、エンジントルク、各モータ6,15の回転数ならびにトルク、制動要求であるブレーキ踏力Brもしくはブレーキペダルの踏み込み量などであり、また予め記憶しているデータは、各走行モードを決めてあるマップなどである。そして、ECU16は、制御指令信号として、エンジン1の始動や停止の指令信号、第1モータ6のトルク指令信号、第2モータ15のトルク指令信号、エンジン1のトルク指令信号、クラッチ機構7のトルク指令信号などを出力する。なお、図1の例では、一つのECUが設けられた例を示しているものの、ECUは、例えば制御する装置ごと、あるいは制御内容ごとに複数設けられていてもよい。
また、この発明の実施形態における車両Veは、上記のようにエンジン1、第1モータ6、第2モータ15、自動変速機4、クラッチ機構7、および、変速部14などを、それぞれECU16で制御することにより、複数の走行モードで走行することが可能である。すなわち、車両Veは、エンジン1を停止した状態で、第2モータ15が出力するモータトルクを駆動輪2(3)に伝達して駆動力を発生させるEV走行モード、および、クラッチ機構7を解放した状態でエンジン1を運転し、エンジントルクで第1モータ6を駆動して発電させるとともに、第2モータ15のモータトルクを駆動輪2(3)に伝達して駆動力を発生させるシリーズHV走行モード、ならびに、クラッチ機構7を係合した状態でエンジン1を運転し、エンジントルクおよび第2モータ15のモータトルクを駆動輪2(3)に伝達して駆動力を発生させるパラレルHV走行モードのいずれかの走行モードを設定することが可能である。そして、このような各走行モードの切り替えは、例えば要求駆動力および車速をパラメータとするモードの切り替えマップ等を用いて設定される。なお、この発明の実施形態における車両Veは、四輪駆動モード(4WD)と二輪駆動モード(2WD)とを切り替えることもでき、そのような走行モードの切り替えは、例えば運転者によるモード切替スイッチが操作されたことにより選択される。
このように構成された車両Veは、上記の第2モータ15における変速部14において、変速要求があった場合にドグクラッチを一旦解放して変速するものの、例えば登坂路での停車状態から変速(ダウンシフト)して車両を発進させる場合には、前記ドグクラッチに車両Veの荷重、ならびに、自動変速機4側の荷重が作用し、ドグクラッチの解放の動作をスムーズに実行できないおそれがある。また、そのようにドグクラッチの解放をスムーズにできない場合には変速に時間を要する。そこで、この発明の実施形態では、ドグクラッチに作用する荷重を低減し、ドグクラッチの解放の動作、および、変速をスムーズにするように構成されている。以下、ECU16で実行される制御例について説明する。
図2は、その制御の一例を説明するフローチャートであって、例えば登坂路で停車した場合に実行される。したがって、先ず、車両Veが停車状態であるか否かを判断し(ステップS1)、このステップS1で肯定的に判断され、車両Veが停車状態である場合には、ついでダウンシフトの要求があるか否かを判断する(ステップS2)。これは、例えば上述した変速部14のギヤ段がHi側(2速)であって、登坂路で停車状態から発進するために比較的大きなトルクが要求される場合にLo側(1速)にダウンシフトの要求がされる。
したがって、このステップS2で否定的に判断された場合、すなわちダウンシフトの要求がない場合には、これ以降の制御を実行することなくリターンする。一方、このステップS2で肯定的に判断された場合、すなわちダウンシフトの要求がある場合には、自動変速機4におけるクラッチ機構7が解放中であるか否かを判断する(ステップS3)。上述したように、車両Veは登坂路で停車中であって、その状態でドグクラッチを解放してスムーズに変速(ダウンシフト)するには、ドグクラッチに作用する荷重を低減させる必要がある。したがって、このステップS3で肯定的に判断された場合、すなわち、クラッチ機構7が解放されている場合には、ECB13で前輪3を止めて、第2モータ15でドグクラッチに作用する荷重を解放させる(ステップS4)。つまり、ECB13で車両Veの荷重(ならびに自動変速機4における荷重)を受けることで車両Veを支え、そのECB13が作動している間に第2モータ15のトルクでドグクラッチを解放させ、変速を行う。具体的には、ドグ歯(図示せず)に掛かる荷重とは反対方向(すなわち解放側)のトルクを第2モータ15で出力する。
これとは反対に、このステップS3で否定的に判断された場合、すなわち自動変速機4におけるクラッチ機構7が解放状態でない場合、言い換えればクラッチ機構7が係合状態である場合には、エンジン1もしくは第1モータ6の動力と第2モータ15の動力とでドグクラッチに作用する荷重を解放させる(ステップS5)。つまり、車両Veの荷重をエンジン1もしくは第1モータ6の動力で受けることで車両を支え、その間に第2モータ15のトルクでドグクラッチを解放させ、変速を行う。
なお、上述したステップS1で否定的に判断された場合、すなわち車両Veが現在、停車状態でない場合には、停車時にダウンシフトの要求の可能性があるか否かを判断する(ステップS6)。これは、現在の走行状態から減速して停車かつダウンシフトの要求の可能性があるか否かを判断するステップであって、したがって、このステップS6で肯定的に判断された場合には、停車前に変速を行う(ステップS7)。つまり、停車前に予めダウンシフトを実行しておく。一方、このステップS6で否定的に判断された場合、すなわち停車時にダウンシフトの要求の可能性がないと判断された場合には、リターンする。なお、上記の停車時にダウンシフトの要求の可能性があるか否かの判断は、これから登坂路に進入して停車する可能性がある場合などが想定される。
つぎに、上述した図2の制御例におけるステップS1からステップS4で説明した制御を実行した場合、すなわち車両Veの荷重をECB13で受けつつ第2モータ15でドグクラッチの荷重を解放させて変速した場合のタイムチャートについて説明する。図3は、そのタイムチャートの一例を示す図であって、車速、アクセル開度、クラッチ機構7の係合状態、道路勾配、ECB13の作動状態、第2モータ15の回転数、第2モータ15のトルク、ドグクラッチの係合状態、ならびに、変速部14のギヤ段の設定状態の変化をそれぞれ示している。なお、このタイムチャートは、車両Veが減速から停車、ならびに、ダウンシフトした後、発進に切り替わるまでの各パラメータの変化を示している。
具体的に説明すると、先ず、所定の道路勾配(登坂路)で走行中に、アクセル開度を「0」に向けて緩め、それに併せて車速が低下、ならびに、エンジン1の連れ回りを防ぐためにクラッチ機構7が解放される(t1時点)。なお、このt1時点における変速部14のギヤ段はハイ側(2速)に設定されており、またそれに応じてドグクラッチは係合状態である。
ついで、道路勾配がα%を超えると、ECB13が作動する判定閾値を跨ぎ、それに併せてECB13が作動する(t2時点)。すなわち自動ブレーキがOFFからONに切り替わる。そして、車速が「0」まで低下(すなわち停車)すると、第2モータ15のトルクならびに、第2モータ15の回転数も「0」になる(t3時点)。なお、第2モータ15のt3時点までのトルクは減速中における回生トルクである。
ついで、停車状態から、運転者のアクセル操作により発進要求がされ、アクセル開度がθ%を超えると、ダウンシフト要求の判定閾値を跨ぐ(t4時点)。したがって、変速すべく、変速制御を実行する。具体的には、2速を設定している変速部14におけるドグクラッチを一旦解放させるために、第2モータ15のトルクを係合側とは反対方向の荷重、すなわちドグに掛かる荷重とは反対方向の荷重(負トルク)を第2モータ15で出力する。
また、そのようにドグに掛かる荷重とは反対方向のトルクを第2モータ15が出力すると、係合していたドグクラッチが解放される(t5時点)。そして、そのドグクラッチが解放されると、変速部14のギヤ段がLo側(1速)になる(t5時点からt6時点)。Loギヤを設定するための位相調整が完了したらドグクラッチを再度係合させ(t6時点)、第2モータ15のトルクを「0」に戻す(t7時点)。またそれに併せて、第2モータ15の回転数も「0」になる。さらに、そのように発進要求、ならびに、変速が完了すると、ECB13がOFFになる。つまり、第2モータ15のトルクで車両Veの荷重を受けもつことができるため、ECB13の作動は不要になる。
そして、車両Veを発進すべく、第2モータ15の出力が増大され、それに併せて車速も増大し(t8時点)、また所定の車速あるいは要求駆動力を超えるとクラッチ機構7を再度係合させる。
このように、この発明の実施形態では、登坂路等で、車両Veが停車状態からダウンシフトして発進する際、ドグクラッチに作用する荷重を走行用のモータ(すなわち第2モータ15)に加えて、エンジン1、第1モータ6、あるいは、ECB13によって受けもつように構成されている。具体的には、エンジン1および第1モータ6と駆動系統とを繋ぐクラッチ機構7が解放されている場合には、ECB13で前輪3を止めて、第2モータ15のトルクでドグクラッチの荷重を解放するように構成され、一方、上記のクラッチ機構7が係合されている場合には、車両Veに対する荷重をエンジン1や第1モータ6の動力で受けつつ、第2モータ15のトルクでドグクラッチの荷重を解放するように構成されている。そのため、ダウンシフトする際、ドグクラッチに作用する荷重を第2モータ15のトルクでスムーズに低減、ならびに、解放させることができ、その結果、変速時間を短縮できる。また、そのようにスムーズな変速が可能になることにより、変速の際におけるショックや変速の際に生じる音を抑制できる。さらに、スムーズな変速が可能になるから、所望の駆動力を出力できないなどの不都合を抑制もしくは回避できる。言い換えれば信頼性の高い変速制御を実行可能となる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。上述した実施形態では、変速要求があった場合には、ECB13、エンジン1あるいは第1モータ6で車両Veの停車状態を維持して、第2モータ15でドグクラッチに作用する荷重を低減するように構成されていたものの、それに加えて、例えばトランスファ8における変速に併せてこの制御を実行してもよい。
なお、この発明の実施形態における車両Veは、四輪駆動車に限られず、駆動トルクを前輪3に伝達して駆動力を発生させる前輪駆動車であってもよい。あるいは、駆動トルクを後輪2に伝達して駆動力を発生させる後輪駆動車であってもよい。
1…エンジン(E/G)、 2…後輪、 3…前輪、 4…自動変速機(AT)、 5…ダンパ機構、 6…第1モータ(MG1)、 7…クラッチ機構、 8…トランスファ、 9…リヤプロペラシャフト、 10…フロントプロペラシャフト、 11…リヤデファレンシャルギヤ、 12…フロントデファレンシャルギヤ、 13…電子制御ブレーキシステム(ECB)、 14…変速部(減速機構)、 15…第2モータ(MG2)、 16…電子制御装置(ECU)、 Ve…車両。
Claims (1)
- エンジンと、前記エンジンの出力側に配置され、かつ前記エンジンが出力したトルクを駆動輪側へ伝達する自動変速機と、前記エンジンと前記自動変速機とのトルクの伝達を選択的に遮断するクラッチ機構と、前記自動変速機の出力側に配置され前記駆動輪にトルクを伝達する走行用モータと、前記走行用モータに連結された噛み合い式の係合機構と、前記駆動輪に制動力を付与するアクチュエータとを備えた車両の制御装置において、
前記エンジンと前記クラッチ機構と前記走行用モータと前記噛み合い式の係合機構とを制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記車両の停車時かつ前記クラッチ機構が解放されている場合に、前記アクチュエータの出力により前記車両を支えつつ前記走行用モータにより前記噛み合い式の係合機構に作用する荷重とは反対方向のトルクを出力し、
前記車両の停車時かつ前記クラッチ機構が係合されている場合に、前記エンジンの動力により前記車両を支えつつ前記走行用モータにより前記噛み合い式の係合機構に作用する荷重とは反対方向のトルクを出力するように構成されている
ことを特徴とする車両の制御装置。
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WO2023074197A1 (ja) * | 2021-10-26 | 2023-05-04 | 三菱自動車工業株式会社 | 動力伝達装置の制御装置 |
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