JP3988428B2

JP3988428B2 - 自動変速機，制御装置、および自動車

Info

Publication number: JP3988428B2
Application number: JP2001311688A
Authority: JP
Inventors: 正彦射場本; 弘黒岩
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: EP1302697A2; JP2003113934A; US20030069103A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用自動変速機及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動変速機は遊星歯車式あるいは平行軸式変速機構が用いられ、変速比の異なるギヤ段に個別に設けられたクラッチを選択的に締結して変速する方法が一般的であって、例えば特開平１０−８９４５６号公報に記載のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術を解析した結果は以下の通りである。この解析結果は従来技術をそのまま述べたものではなく、あくまで解析結果である。
【０００４】
シフトアップする場合は、次段クラッチを締結開始して部分締結状態でトルク伝達力を次第に増していくと、前段クラッチの伝達トルクが次第に減少するいわゆるトルクフェーズのトルク遷移が起こり、全トルクが次段クラッチに遷移した時に前段クラッチを解放すると、エンジン回転数が次段ギヤの入力回転数に向けて減少するいわゆるイナーシャフェーズの回転数遷移が起こる。
【０００５】
シフトダウンする場合は、次段クラッチの伝達トルクを増加させても、エネルギポテンシャルの低いハイギヤからエネルギポテンシャルの高いローギヤへのトルク遷移を行うことは原理的にできないので、初めに前段クラッチを滑らせてエンジン回転数を上昇させる回転数遷移を行い、次段クラッチが同期したところでクラッチを掛け変えてトルク遷移を行う。
【０００６】
このように従来の変速制御においては、クラッチの摩擦制御によりトルクフェーズにおけるトルク遷移や、イナーシャフェーズにおける慣性エネルギの放出を行っていた。しかしこの方法ではクラッチ板の摩擦による損傷が生じて寿命が短くなるという不都合があった。またこの方法によればトルク伝達力の加減を摩擦力の調整によって行うが、摩擦力は滑り速度に対して負性抵抗特性を有しているので、トルク伝達力を所定の値に安定に制御することは極めて難しく、ジャダが発生して変速ショックを生じたり、ひどい場合にはクラッチ板が波状に摩耗して損傷することさえあった。
【０００７】
特にアクセルペダルを踏み込んで加速しようとするときのダウンシフトにおいては、原理的に初めにトルク遷移を行うことができないので、仕方なく回転数合わせを先に行って低速段のクラッチを接続してからトルク遷移を行うため、踏み込んでからトルクが出てくるまでの応答が遅く運転性が悪い。
【０００８】
本発明の目的はかかる不都合をなくし、摩擦に頼らない滑らかで応答性のよい変速制御を行いながら、電動走行および回生制動も可能にする自動車用変速制御システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の動力を第１の入力軸による第１の変速ギヤを介して駆動軸に伝達する第１の動力伝達経路と、前記内燃機関の動力を第２の入力軸による前記第１の変速ギヤとは変速比の異なる第２の変速ギヤを介して駆動軸に伝達する第２の動力伝達経路と、前記第１の入力軸、および前記第２の入力軸に、それぞれ相対的にトルクを伝達する回転電機とを設け、変速時のトルク遷移を回転電機の発生トルクにより、イナーシャフェーズの回転数遷移を回転電機の回転数制御により行うことで、クラッチの摩擦制御に頼らない滑らかで応答性のよい変速制御を行うものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態を示す構成図である。自動車４７のエンジン１には変速機４８が接続され、その出力軸２１はデファレンシャルギヤ４９を介してタイヤ５０を駆動する。変速機４８の中には電動機３０が内蔵されている。該電動機３０にはモータ制御装置３４が接続され、該モータ制御装置３４の電源としてバッテリ３５が搭載されている。
【００１１】
エンジン１には電子制御スロットル弁５１が設けられており要求信号でエンジン出力を制御することが出来る。
【００１２】
変速制御装置３３はモータ制御装置３４を介して電動機３０のトルクや回転数を制御すると共に、エンジン制御装置５２および電子制御スロットル弁５１を介してエンジン１の出力を制御する。また後述するシフトアクチュエータ２６〜
２９およびクラッチアクチュエータ５３，５４に対して動作を指令する。
【００１３】
図２〜図１１，図１６は本発明に係る参考例を示す。図２に変速機４８の構成を示す。エンジン１の出力軸２はクラッチ結合ギヤ３，４を介してクラッチ５，６に接続されている。クラッチはいわゆるツインクラッチを形成し、第１クラッチ５の出力がシャフト７（変速機入力軸、以下同様）に、第２クラッチ６の出力がシャフト８（変速補助軸、以下同様）に接続されている。各クラッチ５，６はクラッチアクチュエータ５３，５４により、個別に締結制御される。クラッチアクチュエータ５３，５４は油圧，空気圧あるいは機械的な押し付け力を発生するものいずれでもよい。
【００１４】
シャフト７には１速ギヤ１０，３速ギヤ１２および５速ギヤ１４が回転自在に取り付けられ、シャフト８には２速ギヤ１６および４速ギヤ１８および後退ギヤ２０が回転自在に取り付けられている。これらの変速ギヤ１０，１２，１４，
１６，１８，２０に噛み合っている各段の従動ギヤは、出力軸２１（対向軸、以下同様）上に配置されている。変速ギヤ１０，１２，１４，１６，１８，２０には各々シンクロメッシュ機構付の噛合いクラッチ９，１１，１３，１５，１７，１９が付いており、各々のシャフトに結合するようになっている。噛合いクラッチ９，１１，１３，１５，１７，１９はそれぞれシフトフォークにより目的のギヤの方にスライドして噛み合う。シフトフォークはシフトアクチュエータにより駆動される。シフトアクチュエータは各噛合いクラッチを個別に駆動しても、切換リンク機構により目的のシフトフォークを選択して１個のシフトアクチュエータによりスライドさせても良い。
【００１５】
このようなツインクラッチ式自動変速機の構成は公知であり、ギヤ配列や噛み合いクラッチの位置が異なるものの類似の構造のものが例えば特開平１０−
８９４５６号に示されている。しかしこれはあくまでクラッチの摩擦制御のみにより変速させるものである。
【００１６】
本参考例においてはシャフト７と８の間にモータ３０を接続し、モータ３０の発生トルクをシャフト７，８に相対的に加えるのが特徴である。即ち、シャフト７，８を互いに逆回転させるように回転電機が作用する。本参考例では遊星歯車４１を用いてそのリングギヤをシャフト７の結合歯車４２に、サンギヤをシャフト８の結合歯車４３に接続し、キャリアをモータ３０に接続してある。このようにすると、モータ３０のトルクによりシャフト７とシャフト８は互いに逆方向に捻られる。各結合歯車のギヤ比を下式のように設定すると、モータ回転数はシャフト７と８の差の回転数となる。
【００１７】
遊星歯車４１のサンギヤの歯数をＺｓ、リングギヤの歯数をＺｒとすれば、一般的に遊星歯車のキャリヤ回転数Ｎｃは（式１）で表される。
【００１８】
Ｎｃ＝Ｎｓ＊Ｚｓ／(Ｚｓ＋Ｚｒ）＋Ｎｒ＊Ｚｒ／(Ｚｓ＋Ｚｒ）…（式１）
リングギヤとシャフト７の結合歯車４２の結合比を（−ｋ１）とするとＮｒ＝−ｋ１Ｎ１である。サンギヤとシャフト８の結合歯車４３の結合比を（Ｚｒ／Ｚｓ）ｋ１に設定するとＮｓ＝（Ｚｒ／Ｚｓ）ｋ１Ｎ２である。キャリヤは−｛Ｚｒ／（Ｚｓ＋Ｚｒ）｝ｋ１倍の減速比でモータと反転結合させるとＮｃ＝−Ｎｍ＊Ｚｒ／（Ｚｓ＋Ｚｒ）ｋ１である。
【００１９】
これらの関係を（式１）に代入すると

したがってＮｍ＝Ｎ１−Ｎ２となる。
【００２０】
遊星歯車の代りに差動ギヤを用いる方法もあり、詳細は本出願人より提出した特願２０００−２８５２２７号に説明した。
【００２１】
図２は判りにくいので等価的に表したのが図３の原理構成図である。モータ回転数がシャフト７と８の差の回転数となる様に接続すればいいのであるから、傘歯車３１，３２を用いて直接モータのロータとステータに接続してあり、動作としては図２と全く等価である。
【００２２】
図３の方が判りやすいので図３を用いて本参考例の動作原理を説明する。本参考例においては、従来は使わなかった走行中以外の変速ギヤの噛合いクラッチを結合させる。両シャフト７，８に結合した変速ギヤのギヤ比をＧ１，Ｇ２とし、シャフト７のトルクをＴ１，シャフト８のトルクをＴ２とすると、変速機出力軸２１のトルクＴｏは（式３）で表される。
【００２３】
Ｔｏ＝Ｇ１×Ｔ１＋Ｇ２×Ｔ２ …（式３）
第１クラッチ５を締結，第２クラッチ６を解放した状態で走行している場合、モータ３０のトルクがＢ点からＡ点に向かう方向を正とすると下式が成り立つ。
【００２４】
Ｔ１＝Ｔｅ＋Ｔｍ …（式４）
Ｔ２＝−Ｔｍ …（式５）
これを（式３）に代入して出力軸トルクＴｏを求めると下式が得られる。
【００２５】
Ｔｏ＝Ｇ１Ｔｅ＋（Ｇ１−Ｇ２）Ｔｍ …（式６）
第１クラッチ５を解放，第２クラッチ６を締結した状態の場合は対称的な式となり、
Ｔ１＝Ｔｍ …（式７）
Ｔ２＝Ｔｅ−Ｔｍ …（式８）
これより出力軸トルクＴｏを求めると下式が得られる。
【００２６】
Ｔｏ＝Ｇ２Ｔｅ＋（Ｇ１−Ｇ２）Ｔｍ …（式９）
すなわちエンジンに直結したクラッチおよび変速ギヤを通して出力軸を駆動する本来のトルクに加えて、モータトルクにギヤ比の差（Ｇ１−Ｇ２）を掛けたトルクが出力軸に重畳されることになる。モータトルクは正負自在に制御できるから、目的に合わせてエンジンに直結していない方のギヤ比を選択し、目的に合わせてモータトルクの極性と大きさを制御すればよい。
【００２７】
図４にモータ制御系を示す。モータ３０は例えば永久磁石同期電動機であれば、モータ制御装置３４により３相交流Ｕ，Ｖ，Ｗを供給される。モータ制御装置３４のインバータの各相アームには高速スイッチング素子３７が設けられ、バッテリ３５の直流電圧を可変周波数の３相交流に変換する。インバータ制御装置
３６は、変速制御装置３３からのトルク指令および回転数指令を受けてインバータの通流率を制御すると共に、各アームの電流センサ３８の出力および回転子の角度検出用位置センサ３９の出力をフィードバックして、モータ３０のトルクと回転数を指令通りになるように制御する。このような制御はパワーエレクトロニクスの分野で公知の技術であるので詳しい説明は省略する。
【００２８】
このようにモータ御装置３４により、モータのトルクと回転数が図５に示すようないわゆる４象限制御される。例えば１←→２変速の場合、変速前にはモータ３０はシャフト７の回転数Ｎ１とシャフト８の回転数Ｎ２の差の回転数（Ｎ１−Ｎ２）で回っているが、トルクを発生していないので動作点は図５のＡ点にある。後述するように変速のためにモータトルクを発生させると動作点はＢ点またはＨ点の方へ移動する。
【００２９】
なお、このような４象限制御を行うことができるものであれば、電動機の種類は永久磁石同期電動機に限られたものではなく誘導電動機や直流電動機であってもよいことは言うまでもない。
【００３０】
このモータを使って変速制御を行う方法について説明する。モータトルクＴｍはエンジントルクＴｅ以上の値を発生可能であるとする。
【００３１】
図６は変速制御を行う制御システムのフローチャートである。アップシフトもダウンシフトも同じ手順で制御することが出来る。図７に１→２アップシフト、２→１ダウンシフトを例に各Ｓｔｅｐにおける動作のタイムチャート示す。
【００３２】
走行中にＳｔｅｐ１で次段のシフトアクチュエータを動作させて次段ギヤを結合すると、モータ３０は（Ｎ１−Ｎ２）の回転数で空回りする。
【００３３】
Ｓｔｅｐ２で所定の増加率でモータトルクを増加すると、即ち、シャフト（７or８）のトルクを漸増させると、次段ギヤの入力トルクが増加し前段ギヤの入力トルクが減少する。これはトルクフェーズと呼ばれるトルク遷移過程である。１→２または３→４アップシフトの場合、変速直前にはモータの動作点は図５のＡ点にある。モータトルクを負の方向に増加させるのでモータ動作点はＢ点の方向へ移動する。このとき（式５）により変速ギヤ１６または１８の入力トルクＴ２が増加し、（式４）により変速ギヤ１０または１２の入力トルクＴ１が減少し、Ｂ点においてＴｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０，Ｔ２＝Ｔｅとなる。２→３または４→５アップシフトの場合、Ｎ２＞Ｎ１であるので変速直前にはモータ動作点は図５のＤ点にある。モータトルクを正の方向に増加させるとモータ動作点はＥ点の方向へ移動する。（式７）により変速ギヤ１２または１４の入力トルクＴ１が増加し、（式８）により変速ギヤ１６または１８の入力トルクＴ２が減少し、Ｅ点においてＴｍ＝Ｔｅに達するとＴ１＝Ｔｅ，Ｔ２＝０となる。４→３または２→１ダウンシフトの場合、モータ動作点はＡ点からＨ点の方向へ移動する。モータトルクを正の方向に増加させると、（式７）式により変速ギヤ１２または１０の入力トルクＴ１が増加し、（式８）により変速ギヤ１８または１６の入力トルクＴ２が減少し、Ｈ点においてＴｍ＝Ｔｅに達するとＴ１＝Ｔｅ，Ｔ２＝０となる。５→４または３→２ダウンシフトの場合、モータ動作点はＤ点からＧ点の方向へ移動する。モータトルクを負の方向に増加させると、（式５）により変速ギヤ１８または１６の入力トルクＴ２が増加し、（式４）により変速ギヤ１４または１２の入力トルクＴ１が減少し、Ｇ点においてＴｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０，Ｔ２＝Ｔｅとなる。
【００３４】
Ｓｔｅｐ３で変速制御装置３３はトルクフェーズの終了判定を行う。前段ギヤの入力トルクが０になったことを判定するものであるが、前段ギヤの入力トルクを直接検出することが出来ない場合が多いので、電動機の実トルクがエンジントルクの絶対値と等しくなったとき（Ｔｍ＝｜Ｔｅ｜）に前段ギヤの入力トルク＝０と看做すことができる。このためにはエンジントルクＴｅを検出あるいは計算によって求めておく必要があるが、その具体的方法は例えば本出願人によって出願された特開平５−２４００７３号，特開平６−３１７２４２号等に示したのでここでは省略する。
【００３５】
Ｓｔｅｐ４で変速制御装置３３が前段のシフトアクチュエータを動作させて前段ギヤを解放する。前段ギヤが解放されるとエンジン回転数は変化できるようになる。
【００３６】
Ｓｔｅｐ５で変速制御装置３３がモータ回転数低減指令を発生すると、エンジン回転数が次段ギヤの入力回転数に向かって変化する、即ち、漸近する。これはイナーシャフェーズと呼ばれる回転数遷移過程である。１→２または３→４アップシフトの場合、次段の出力軸トルクを保持したまま、即ち、Ｔｍ＝−Ｔｅに保ったまま（以下同様）モータ回転数を低減すると、シャフト７の回転数が下がる。このとき図５のモータ動作点はＢ点からＣ点に移動する。２→３または４→５アップシフトの場合、Ｔｍ＝Ｔｅに保ったままモータ回転数を低減すると、シャフト８の回転数が下がる。このときモータ動作点はＥ点からＦ点に移動する。４→３または２→１ダウンシフトの場合、Ｔｍ＝Ｔｅに保ったままモータ回転数を低減すると、シャフト８の回転数が上がる。このときモータ動作点はＨ点からＦ点に移動する。５→４または３→２ダウンシフトの場合、Ｔｍ＝−Ｔｅに保ったままモータ回転数を低減すると、シャフト７の回転数が上がる。このときモータ動作点はＧ点からＣ点に移動する。
【００３７】
Ｓｔｅｐ６で変速制御装置３３はイナーシャフェーズ終了判定を行うが、エンジン回転数が次段ギヤの入力回転数に等しくなったことにより判定する。各ギヤの入力回転数を直接検出することができない場合には、モータの回転数Ｎｍが０になったことで判定してもよい。
【００３８】
Ｓｔｅｐ７で変速制御装置３３がクラッチアクチュエータを動作させて次段クラッチ５または６を締結する。
【００３９】
Ｓｔｅｐ８で変速制御装置３３がモータトルク低減指令を発生して、モータトルクを０にすると、第１クラッチ５または第２クラッチ６を伝達していたエンジントルクＴｅが、反対側のクラッチに移動するいわゆるクラッチ掛け換えが行われる。このとき図５のモータ動作点はＣ点又はＦ点から０点に移動する。
【００４０】
Ｓｔｅｐ９で変速制御装置３３はモータトルクＴｍが０になったことにより第２トルクフェーズの終了を判定する。
【００４１】
Ｓｔｅｐ１０で変速制御装置３３がクラッチアクチュエータを動作させて前段クラッチを解放する。
【００４２】
以上は１→２，２→３，３→４，４→５と順序良く変速させる場合、あるいは１→４，２→５，４→１，５→２など、シャフト７とシャフト８の間で変速させる場合であるが、次に同じシャフトの間で変速する場合のいわゆる飛び越し変速を行う場合について説明する。
【００４３】
図８は飛び越し変速を行う場合の制御システムのフローチャートである。図９に１→３アップシフトを例に、ギヤの切換状況とトルク遷移の状況を示す。図９の（１）〜（１０）は図８のＳｔｅｐ番号を表している。図１０に１→３アップシフトの場合の各Ｓｔｅｐにおける動作のタイムチャートを示す。また図１６に３→１ダウンシフトの場合の各Ｓｔｅｐにおける動作のタイムチャートを示す。ダウンシフトの動作はアップシフトの動作を、トルクと回転数の方向を対称的に変化させたものである。
【００４４】
なお、図１１に１→３アップシフトの場合を例にモータの４象限動作点を表すトルク−回転数特性を示す。
【００４５】
Ｓｔｅｐ１で、現在の変速ギヤと次段の間のギヤで、反対側のシャフトについている中間段ギヤを結合すると、モータ３０は（Ｎ１−Ｎ２）の回転数で空回りする。反対側シャフトの中間段ギヤとしては、１←→３変速の場合は２速ギヤ、３←→５変速の場合は４速ギヤ、１←→５変速の場合は２速または４速ギヤ、２←→４変速の場合は３速ギヤを選択すればよい。
【００４６】
Ｓｔｅｐ２で所定の増加率でモータトルクを増加すると、中間段ギヤの入力トルクが増加し前段ギヤの入力トルクが減少する。１→３，３→５または１→５アップシフトの場合、変速直前にはモータの動作点は図１１のＡ点にある。もちろん前段ギヤと中間段ギヤの組み合わせでＮ１，Ｎ２が異なるので回転数の値は異なるものの（Ｎ１−Ｎ２）で表される。シャフト７からシャフト８へのトルク遷移であるから、モータトルクを負の方向に増加させることになり、モータ動作点はＢ点の方向へ移動する。このとき（式５）により変速ギヤ１６または１８の入力トルクＴ２が増加し、（式４）により変速ギヤ１０または１２の入力トルクＴ１が減少し、Ｂ点においてＴｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０，Ｔ２＝Ｔｅとなる。２→４アップシフトの場合３速ギヤを結合すると、Ｎ２＞Ｎ１であるので変速直前にはモータ動作点は図１１のＤ点にある。モータトルクを正の方向に増加させるとモータ動作点はＥ点の方向へ移動する。（式７）により変速ギヤ１２の入力トルクＴ１が増加し、（式８）により変速ギヤ１６の入力トルクＴ２が減少し、Ｄ点においてＴｍ＝Ｔｅに達するとＴ１＝Ｔｅ，Ｔ２＝０となる。４→２ダウンシフトの場合、モータ動作点はＡ点からＨ点の方向へ移動する。モータトルクを正の方向に増加させると、（式７）により変速ギヤ１２の入力トルクＴ１が増加し、（式８）により変速ギヤ１８の入力トルクＴ２が減少し、Ｈ点においてＴｍ＝Ｔｅに達するとＴ１＝Ｔｅ，Ｔ２＝０となる。５→３または３→１ダウンシフトの場合、モータ動作点はＤ点からＧ点の方向へ移動する。モータトルクを負の方向に増加させると、（式５）により変速ギヤ１８または１６の入力トルクＴ２が増加し、（式４）により変速ギヤ１４または１２の入力トルクＴ１が減少し、Ｇ点においてＴｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０，Ｔ２＝Ｔｅとなる。
【００４７】
Ｓｔｅｐ３で変速制御装置３３はトルクフェーズの終了判定を行う。前段ギヤの入力トルクが０になったことを判定するものであるが、前段ギヤの入力トルクを直接検出することが出来ない場合が多いので、電動機の実トルクがエンジントルクの絶対値と等しくなったとき（Ｔｍ＝｜Ｔｅ｜）に前段ギヤの入力トルク＝０と看做すことができる。このためにはエンジントルクＴｅを検出あるいは計算によって求めておく必要があるが、その具体的方法は例えば本出願人によって出願された特開平５−２４００７３号，特開平６−３１７２４２号等に示したのでここでは省略する。
【００４８】
Ｓｔｅｐ４で変速制御装置３３が前段のシフトアクチュエータを動作させて前段ギヤを解放する。前段ギヤが解放されるとエンジン回転数は変化できるようになる。
【００４９】
Ｓｔｅｐ５で変速制御装置３３がモータ回転数変化指令を発生すると、エンジン回転数が次段ギヤの入力回転数に向かって変化する。これはイナーシャフェーズと呼ばれる回転数遷移過程である。１→３または３→５アップシフトの場合、Ｔｍ＝−Ｔｅに保ったままモータ回転数を低減すると、シャフト７の回転数が下がり、Ｃ点で回転方向が反転してＧ点まで負の方向に上昇する。図５，図６，図７の場合にはモータ動作点がＣ点又はＦ点に移動してモータ回転数は０になったが、図１１の場合には中間段の回転数を通り越して次段の回転数になるので、正から負、負から正へと変化する。２→４アップシフトの場合、Ｔｍ＝Ｔｅに保ったままモータ回転数を低減すると、シャフト８の回転数が下がる。このときモータ動作点はＥ点からＨ点に移動する。５→３または３→１ダウンシフトの場合、Ｔｍ＝Ｔｅに保ったままモータ回転数を低減すると、シャフト８の回転数が上がる。このときモータ動作点はＨ点からＥ点に移動する。４→２ダウンシフトの場合、Ｔｍ＝−Ｔｅに保ったままモータ回転数を低減すると、シャフト７の回転数が上がる。このときモータ動作点はＧ点からＢ点に移動する。
【００５０】
Ｓｔｅｐ６で変速制御装置３３はイナーシャフェーズ終了判定を行うが、エンジン回転数が次段ギヤの入力回転数に等しくなったことにより判定する。
【００５１】
Ｓｔｅｐ７で変速制御装置３３がシフトアクチュエータを動作させて次段ギヤの噛み合いクラッチを締結する。
【００５２】
Ｓｔｅｐ８で変速制御装置３３がモータトルク低減指令を発生して、モータトルクを０にすると、モータ３０を介して中間段ギヤに伝達していたエンジントルクＴｅが、次段ギヤに移動する。このとき図１１のモータ動作点はＢ，Ｇ，Ｅ，Ｈ点からＡ点又はＤ点に移動する。
【００５３】
Ｓｔｅｐ９で変速制御装置３３はモータトルクＴｍが０になったことにより第２トルクフェーズの終了を判定する。
【００５４】
Ｓｔｅｐ１０で変速制御装置３３がシフトアクチュエータを動作させて中間段ギヤを解放して飛び越し変速を終了する。
【００５５】
一般にツインクラッチ変速機では、同一クラッチに属する変速ギヤ列間の変速いわゆる飛び越し変速は不可能とされていたが、本参考例の方法によるとモータでトルクを遷移させるので飛び越し変速が可能となり、多彩な運転モードが出来るようになって運転性が大幅に向上する。
【００５６】
図１２は本発明の第１の実施形態を示す変速制御システムの構成図である。図２と異なり１〜５速および後退の変速ギヤがシャフト７に設置されている。この場合第２クラッチは必ずしも必要ない。あればより多彩な制御が可能になるが、コスト低減のために省略しても良い。したがってそれに伴うクラッチ結合ギヤ３，４も省略できる。
【００５７】
シャフト８には１.５速，２.５速，３.５速，４.５速相当のギヤ比のアシストギヤ５５，５６，５７，５８が設けてある。図のように１〜５速ギヤの間に配列すれば変速機の全長を伸ばさなくてもよい。これらのアシストギヤは噛み合いクラッチ５９，６０，６１，６２によりシャフト８に結合する。なお、後退アシストギヤ６３およびその噛み合いクラッチ６４も示したが、必ずしも必要ではない。あればより多彩な制御が可能になる。
【００５８】
図１２の変速制御は、図８〜図１１で説明した飛び越し変速とまったく同様のアルゴリズムで制御できる。１→３変速を１→２変速と読み替え、中間段として２速の代りに１.５速としただけである。１→２変速時におけるモータによるトルク遷移・回転数遷移の動作を図１３に示す。この動作は、見方を変えれば５速であった図２あるいは図３の変速機を０.５速きざみで９速に拡張し、常時飛び越し変速させることと等価である。しかしこのようにすると下記のように大きな効果が得られる。
【００５９】
変速時に必要なモータ出力を算出すると、変速前の回転数は（Ｎ１−Ｎ２）あるいは−（Ｎ１−Ｎ２）であり、エンジントルクと同じトルクを伝達する必要があるから、
Ｐｍ＝｜Ｎ１−Ｎ２｜＊Ｔｅ …（式１０）
で表される。したがって｜Ｎ１−Ｎ２｜を小さくすれば容量の小さなモータを使うことが出来る。図１２の構成では｜Ｎ１−Ｎ２｜は０.５速分の差であり、図２あるいは図３の変速機に比べておおよそ半分になるのでモータ容量は約半分で済む。このことを示したのが図１４のモータ特性図である。例えば１→２変速時に生じるモータ回転数の変化は、図５の場合１速と２速の入力回転数差（Ｎ１−Ｎ２）から０までであるが、図１２の場合は１速と１.５速の入力回転数差(Ｎ１−Ｎ２＝＋０.５速分）から、１.５速と２速の入力回転数差（Ｎ１−Ｎ２＝−０.５速分）まで変化する。したがって回転数変化幅は図５の順次変速時の場合と同じである。しかし図１４から判るようにモータ容量最大時すなわちＢ，Ｇ，Ｅ，Ｈ点の等出力線は、図５の場合の約半分で済むことになる。言いかえると、前段と後段のギヤによる入力回転数差の丁度半分になる様に中間段のギヤ比を設定すれば、モータ容量は半分になる。中間段のギヤ比を丁度半分にしないような構成でも、上記のような効果を多少は得ることができる。
【００６０】
この方式ではさらにエンジンと接続するクラッチも１個で良いのでコスト削減の効果が大きい。
【００６１】
図１５は本発明の第２の実施形態を示す変速制御システムの構成図である。シャフト７とシャフト８の変速ギヤ列は全く同じ物である。したがって符合も同じ符号にダッシュ(′)を付けたものとした。これらに従動する出力軸２１，２１′のギヤ列も全く同じ物である。出力軸２１と追加した出力軸２１′は異なるギヤ比のギヤ６５，６６によりファイナルギヤ６７に接続してある。出力軸２１′のファイナルギヤ比を出力軸２１のファイナルギヤ比より小さな適度な値に選定することにより、変速ギヤ１０′は１.５速相当のギヤ比に、変速ギヤ１６′，１２′，１８′，１４′はそれぞれ２.５速，３.５速，４.５速，５.５速相当のギヤ比になる。
【００６２】
変速制御は図１２，図１３と全く同様に行うことが出来る。
【００６３】
本方式においても、図１２の場合と同様に０.５速きざみで１０速の変速機を構成して常時飛び越し変速をさせることと等価であり、モータ容量は図２あるいは図３の場合の半分で済む。さらに本方式によれば１.５速〜５.５速の変速ギヤを新設計することなく、従来の変速ギヤ列を２組設けるだけで良いので開発費が大幅に削減でき、新しいギヤ列のための工作機械を新設する必要もないのでコスト削減の効果が大きい。
【００６４】
なお、図１５では全ての噛み合いクラッチをシャフト７およびシャフト８に設けたが、出力軸を２１と２１′に分けたことにより全ての噛み合いクラッチを入力側に設ける必要がなくなる。例えば１−２速切り換え用の噛み合いクラッチ９，１５を出力軸２１側に設ければ、シフトフォークの配置を無理なく設計することが出来、設計の自由度が上がる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のツインクラッチ変速機では不可能であった飛び越し変速を可能にし、運転性の向上を図ることが出来る。また、０.５速刻みの中間段ギヤを設けた場合には、モータ容量を約半分に低減することが出来る。また、クラッチを１個で済ませることができ、経済的効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる変速機を搭載した自動車の構成を示す概念図。
【図２】本発明の参考例における変速機構成を示す構造図。
【図３】本発明の参考例における変速機の構成を示す原理モデル。
【図４】本発明の参考例に用いる電動機制御の構成を示すブロック図。
【図５】図４の参考例の電動機制御における電動機の動作点の変化を示す電動機特性図。
【図６】参考例のモータ変速制御システムのソフト構成を示すフローチャート。
【図７】図６の変速制御システムにおける変速時のトルクと回転数の変化を示すタイムチャート。
【図８】本発明の参考例になる飛び越し変速制御システムのソフト構成を示すフローチャート。
【図９】本発明の参考例になる１→３飛び越し変速制御時において、モータによるトルクと回転数の制御の様子を示す動作概念図。
【図１０】本発明の参考例になる飛び越し変速制御システムにおける１→３アップシフト時のトルクと回転数の変化を示すタイムチャート例。
【図１１】本発明の参考例になる飛び越し変速制御における電動機の動作点の変化を示す電動機特性図。
【図１２】本発明の第１の実施形態における変速機の構成を示す原理モデル。
【図１３】本発明の第１の実施形態における、１→２変速制御時のモータによるトルクと回転数の制御の様子を示す動作概念図。
【図１４】図１２の電動機制御における電動機の動作点の変化を示す電動機特性図。
【図１５】本発明の第２の実施形態における変速機の構成を示す原理モデル。
【図１６】本発明の参考例になる飛び越し変速制御システムにおける３→１ダウンシフト時のトルクと回転数の変化を示すタイムチャート例。
【符号の説明】
１…エンジン、５…第１クラッチ、６…第２クラッチ、７，８…シャフト、９，１１，１３，１５，１７，１９…シャフト７の噛合いクラッチ、９′，１１′，１３′，１５′，１７′，１９′，５９，６０，６１，６２，６４、…シャフト８の噛合いクラッチ、１０，１２，１４，１６，１８，２０…シャフト７の変速ギヤ、１０′，１２′，１４′，１６′，１８′，２０′，５５，５６，５７，５８，６３…シャフト８の中間段変速ギヤ、２１，２１′…出力軸、３０…電動機、３３…変速制御装置、３４…モータ制御装置、３５…バッテリ、３６…インバータ制御装置、４１…遊星歯車、４２，４３，４４，４５，４６…モータ結合ギヤ、４７…自動車、４８…変速機、４９…デファレンシャルギヤ、５０…タイヤ、５１…電子制御スロットル弁、５２…エンジン制御装置、５３，５４…クラッチアクチュエータ、６５，６６…終段結合ギヤ、６７…ファイナルギヤ、６８…変速機出力軸。

Claims

内燃機関の出力を伝達する第１の入力軸、
該第１の入力軸に設けられ、各々解放可能な第１の変速ギヤ列、
前記第１の入力軸に接続された回転電機、
前記回転電機に接続され、前記回転電機を介してのみ前記内燃機関の出力が伝達される第２の入力軸、
該第２の入力軸に設けられ、各々解放可能な第２の変速ギヤ列、
前記第１の変速ギヤ列および第２の変速ギヤ列に結合する従動ギヤ列を設けた出力軸、を有し、
前記回転電機は、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加する自動車用自動変速機。
内燃機関の出力を伝達する第１の入力軸、
該第１の入力軸に設けられ、各々解放可能な第１の変速ギヤ列、
該第１の変速ギヤ列に結合する従動ギヤ列を設けた第１の出力軸、
第２の入力軸、
該第２の入力軸に設けられ、各々解放可能な第２の変速ギヤ列、
該第２の変速ギヤ列に結合する従動ギヤ列を設けた第２の出力軸、
車輪駆動軸に接続されたデファレンシャルギヤ、
前記第１の出力軸に設けられ、前記デファレンシャルギヤに噛み合う第１の終段ギヤ、
前記第２の出力軸に設けられ、前記デファレンシャルギヤに噛み合う第２の終段ギヤ、
前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加する回転電機、を有する自動車用自動変速機。
請求項２に記載のものにおいて、
前記第２の出力軸に設けられ、前記デファレンシャルギヤに噛み合う第２の終段ギヤは、前記第１の終段ギヤよりもギヤ比が小さい、ことを特徴とする自動車用自動変速機。
請求項１〜３の何れか１項記載のものにおいて、
前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に差動歯車を設け、該差動歯車の第３軸に前記回転電機を接続したことを特徴とする自動車用自動変速機。
請求項１〜３の何れか１項記載のものにおいて、
遊星歯車を設け、該遊星歯車の第１軸を前記第１の入力軸に接続し、該遊星歯車の第２軸を前記第２の入力軸に接続し、該遊星歯車の第３軸を前記回転電機に接続し、前記第３軸は前記第１の入力軸の回転数と前記第２の入力軸の回転数の差の回転数になるように構成したことを特徴とする自動車用自動変速機。
請求項１〜５の何れか１項記載のものにおいて、
前記第２の変速ギヤ列のギヤ比が、前記第１の変速ギヤ列のギヤ比の中間段をなすように設定されていることを特徴とする自動車用自動変速機。
請求項１〜５の何れか１項記載のものにおいて、
前記第２の変速ギヤ列のギヤによる第２の入力軸回転数が、前記第１の変速ギヤ列の前段と後段のギヤによる第１の入力軸回転数の平均値付近になる様に、前記第２の変速ギヤ列のギヤ比が設定されていることを特徴とする自動車用自動変速機。
内燃機関の出力を伝達する第１の入力軸、該第１の入力軸に設けられ、各々解放可能な第１の変速ギヤ列、前記第１の入力軸に接続された回転電機、前記回転電機に接続され、前記回転電機を介してのみ前記内燃機関の出力が伝達される第２の入力軸、該第２の入力軸に設けられ、各々解放可能な第２の変速ギヤ列、前記第１の変速ギヤ列および第２の変速ギヤ列に結合する従動ギヤ列を設けた出力軸を有し、前記回転電機は前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加する自動変速機を制御する自動変速機の制御装置であって、
前記第１の変速ギヤ列の中の第１の変速ギヤにより駆動中に、前記第２の変速ギヤ列の中の第２の変速ギヤを締結し、
前記回転電機により前記第２の入力軸トルクを増加することにより、前記第１の変速ギヤの伝達トルクを低減し、
前記第１の変速ギヤの伝達トルクがほぼ０になったところで前記第１の変速ギヤを解放し、
前記回転電機により前記第２の入力軸トルクを保持しながら、前記第１の入力軸回転数を前記第１の変速ギヤ列の中の第３の変速ギヤの回転数に漸近させ、
前記第１の入力軸と前記第３の変速ギヤの回転数が同期したところで、前記第３の変速ギヤを第１の入力軸に締結すると共に、前記回転電機の発生トルクを０にして前記第２の変速ギヤを解放することを特徴とする自動変速機の制御装置。
内燃機関の出力を伝達する第１の入力軸、該第１の入力軸に設けられ、各々解放可能な第１の変速ギヤ列、該第１の変速ギヤ列に結合する従動ギヤ列を設けた第１の出力軸、第２の入力軸、該第２の入力軸に設けられ、各々解放可能な第２の変速ギヤ列、該第２の変速ギヤ列に結合する従動ギヤ列を設けた第２の出力軸、車輪駆動軸に接続されたデファレンシャルギヤ、前記第１の出力軸に設けられ、前記デファレンシャルギヤに噛み合う第１の終段ギヤ、前記第２の出力軸に設けられ、前記デファレンシャルギヤに噛み合う第２の終段ギヤ、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加する回転電機、を有する自動変速機を制御する自動変速機の制御装置において、
前記第１の変速ギヤ列の中の第１の変速ギヤにより駆動中に、前記第２の変速ギヤ列の中の第２の変速ギヤを締結し、
前記回転電機により前記第２の入力軸トルクを増加することにより、前記第１の変速ギヤの伝達トルクを低減し、
前記第１の変速ギヤの伝達トルクがほぼ０になったところで前記第１の変速ギヤを解放し、
前記回転電機により前記第２の入力軸トルクを保持しながら、前記第１の入力軸回転数を前記第１の変速ギヤ列の中の第３の変速ギヤの回転数に漸近させ、
前記第１の入力軸と前記第３の変速ギヤの回転数が同期したところで、前記第３の変速ギヤを第１の入力軸に締結すると共に、前記回転電機の発生トルクを０にして前記第２の変速ギヤを解放することを特徴とする自動変速機の制御装置。
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有する自動車であって、
前記自動変速機は、
前記内燃機関の出力を伝達する第１の入力軸と、該第１の入力軸に設けられ、各々解放可能な第１の変速ギヤ列と、前記第１の入力軸に接続された回転電機と、前記回転電機に接続され、前記回転電機を介してのみ前記内燃機関の出力が伝達される第２の入力軸と、該第２の入力軸に設けられ、各々解放可能な第２の変速ギヤ列と、前記第１の変速ギヤ列および第２の変速ギヤ列に結合する従動ギヤ列を設けた出力軸とを有し、前記回転電機は前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加し、
前記制御装置は、
前記第１の変速ギヤ列の中の第１の変速ギヤにより駆動中に、前記第２の変速ギヤ列の中の第２の変速ギヤを締結し、前記回転電機により前記第２の入力軸トルクを増加することにより、前記第１の変速ギヤの伝達トルクを低減し、前記第１の変速ギヤの伝達トルクがほぼ０になったところで前記第１の変速ギヤを解放し、前記回転電機により前記第２の入力軸トルクを保持しながら、前記第１の入力軸回転数を前記第１の変速ギヤ列の中の第３の変速ギヤの回転数に漸近させ、前記第１の入力軸と前記第３の変速ギヤの回転数が同期したところで、前記第３の変速ギヤを第１の入力軸に締結すると共に、前記回転電機の発生トルクを０にして前記第２の変速ギヤを解放することを特徴とする自動車。
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有する自動車であって、
前記自動変速機は、
前記内燃機関の出力を伝達する第１の入力軸と、該第１の入力軸に設けられ、各々解放可能な第１の変速ギヤ列と、第２の入力軸と、該第２の入力軸に設けられ、各々解放可能な第２の変速ギヤ列と、前記第１の変速ギヤ列および第２の変速ギヤ列に結合する従動ギヤ列を設けた出力軸と、車輪駆動軸に接続されたデファレンシャルギヤと、前記第１の出力軸に設けられ、前記デファレンシャルギヤに噛み合う第１の終段ギヤと、前記第２の出力軸に設けられ、前記デファレンシャルギヤに噛み合う第２の終段ギヤと、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加する回転電機と、を有し、
前記制御装置は、
前記第１の変速ギヤ列の中の第１の変速ギヤにより駆動中に、前記第２の変速ギヤ列の中の第２の変速ギヤを締結し、前記回転電機により前記第２の入力軸トルクを増加することにより、前記第１の変速ギヤの伝達トルクを低減し、前記第１の変速ギヤの伝達トルクがほぼ０になったところで前記第１の変速ギヤを解放し、前記回転電機により前記第２の入力軸トルクを保持しながら、前記第１の入力軸回転数を前記第１の変速ギヤ列の中の第３の変速ギヤの回転数に漸近させ、前記第１の入力軸と前記第３の変速ギヤの回転数が同期したところで、前記第３の変速ギヤを第１の入力軸に締結すると共に、前記回転電機の発生トルクを０にして前記第２の変速ギヤを解放することを特徴とする自動車。
第１ギヤ列が配設され、内燃機関の出力が伝達される変速機入力軸と、
第２ギヤ列が配設された変速補助軸と、
前記第１ギヤ列および第２ギヤ列に係合する第３ギヤ列が配設された対向軸と、
前記変速機入力軸と前記変速補助軸との間に配設され、差動歯車によって前記変速機入力軸及び前記変速補助軸と接続された回転電機と、を有する自動変速機。
第１ギヤ列が配設され、内燃機関の出力が伝達される変速機入力軸と、
前記第１ギヤ列に係合する第１対向ギヤ列が配設された第１対向軸と、
第２ギヤ列が配設された変速補助軸と、
前記第２ギヤ列に係合する第２対向ギヤ列が配設された第２対向軸と、
前記各対向ギヤ列のうちの少なくとも各１のギヤを介して前記各対向軸と係合する変速機出力軸と、
前記変速機入力軸と前記変速補助軸との間に配設された回転電機と、を有する自動変速機。
請求項１３において、
前記各１のギヤは、それぞれギヤ比が異なることを特徴とする自動変速機。
請求項１３または１４の何れか１項記載の自動変速機において、
前記回転電機は、差動歯車によって前記変速機入力軸と前記変速補助軸との接続されていることを特徴とする自動変速機。
請求項１２乃至１４の何れか１項記載の自動変速機において、
遊星歯車を設け、
該遊星歯車の第１軸を前記変速機入力軸に接続し、
該遊星歯車の第２軸を前記変速補助軸に接続し、
該遊星歯車の第３軸を前記回転電機に接続し、
前記第３軸は前記第１の入力軸の回転数と前記第２の入力軸の回転数の差の回転数になるように構成したことを特徴とする自動変速機。
請求項１２乃至１６の何れか１項記載の自動変速機において、
前記第２ギヤ列のギヤ比が、前記第１ギヤ列のギヤ比のほぼ中間段として設定されていることを特徴とする自動変速機。
第１ギヤ列が配設され、内燃機関の出力が伝達される変速機入力軸と、前記変速機入力軸に接続された回転電機と、前記回転電機に接続され、前記回転電機を介してのみ前記内燃機関の出力が伝達される軸であって第２ギヤ列が配設された変速補助軸と、前記第１ギヤ列および第２ギヤ列に係合する第３ギヤ列が配設された対向軸と、前記変速機入力軸と前記変速補助軸との間に配設された回転電機と、を有する自動変速機を制御する自動変速機の制御装置において、
前記第１ギヤ列の中の第１ギヤの係合により前記変速機が駆動されている場合において、前記第１ギヤを解放し、前記第２ギヤ列の第２ギヤの係合によりシフトする際は、
前記回転電機により前記変速補助軸トルクを増加させると共に前記第１ギヤの伝達トルクを低減し、
前記第１ギヤの伝達トルクが０になったところで前記第１ギヤを解放し、
前記変速機入力軸回転数と前記第３ギヤ列の第３ギヤの回転数との差を、前記回転電機により調整し、
前記回転数差が０になったところで、前記第３ギヤを前記変速機入力軸に係合すると共に、前記回転電機の発生トルクを０にして前記第２ギヤを解放することを特徴とする自動変速機の制御装置。
第１ギヤ列が配設され、内燃機関の出力が伝達される変速機入力軸と、前記第１ギヤ列に係合する第１対向ギヤ列が配設された第１対向軸と、第２ギヤ列が配設された変速補助軸と、前記第２ギヤ列に係合する第２対向ギヤ列が配設された第２対向軸と、前記各対向ギヤ列のうちの少なくとも各１のギヤを介して前記各対向軸と係合する変速機出力軸と、前記変速機入力軸と前記変速補助軸との間に配設された回転電機と、を有する自動変速機を制御する自動変速機の制御装置において、
前記第１ギヤ列の中の第１ギヤの係合により前記変速機が駆動されている場合において、前記第１ギヤを解放し、前記第２ギヤ列の第２ギヤの係合によりシフトする際は、
前記回転電機により前記変速補助軸トルクを増加させると共に前記第１ギヤの伝達トルクを低減し、
前記第１ギヤの伝達トルクが０になったところで前記第１ギヤを解放し、
前記変速機入力軸回転数と前記変速補助軸の第３ギヤの回転数との差を、前記回転電機により調整し、
前記回転数差が０になったところで、前記第３ギヤを前記変速機入力軸に係合すると共に、前記回転電機の発生トルクを０にして前記第２ギヤを解放することを特徴とする自動変速機の制御装置。