JP4562195B2

JP4562195B2 - ハイブリッド電気自動車の変速制御装置

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Publication number: JP4562195B2
Application number: JP2006254449A
Authority: JP
Inventors: 誠緒方
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: DE102007021006A1; US20080070745A1; JP2008074197A

Description

本発明はハイブリッド電気自動車の変速制御装置に関し、特にエンジンの駆動力と電動機の駆動力とがそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の変速制御装置に関する。

従来より、エンジンと電動機とを車両に搭載し、それぞれから出力される駆動力が自動変速機を介して車両の駆動輪に伝達されるようにした、いわゆるパラレル型ハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなパラレル型ハイブリッド電気自動車の１つとして、エンジンから自動変速機への駆動力の伝達を遮断可能なクラッチを設け、このクラッチの出力軸と自動変速機の入力軸との間に電動機の回転軸を連結したものがある。

このパラレル型ハイブリッド電気自動車において自動変速機の変速段を切り換える際には、クラッチを切断すると共に電動機と自動変速機との間で駆動トルクの授受が行われないように電動機を制御して使用中の変速段の選択を解除する。そして、自動変速機の入力側回転数が、変速機の出力側回転数と選択しようとする所望変速段の変速比とから求まる変速機の入力側の回転数と一致するように電動機の回転数同期制御を行い、両者がほぼ一致したときに所望変速段を選択した後、クラッチを接続する。

このような変速段の切換制御を行うことにより、所望変速段を選択する際のシンクロ機構の負担を軽減することが可能となるので、シンクロ機構の容量を低減することが可能となると共に、シンクロ機構の耐久性を向上させることができる。
ところで、このようなパラレル型ハイブリッド電気自動車において、電動機に電力を供給するバッテリが過放電状態となった場合や、電動機の運転を制御するためのインバータ回路に異常が生じた場合などのように、何らかの理由により電動機を運転することができなくなることが考えられる。

そこで、このような場合にエンジンのみで走行を可能とするようにしたハイブリッド電気自動車が特許文献１により提案されている。
特許文献１のハイブリッド電気自動車では、電動機が故障したときに、エンジンの運転領域を変更すると共に、当該運転領域に適合した変速制御が行われるように変速マップの変更が行われ、エンジンのみでもハイブリッド電気自動車を走行させることができるようになっている。
特開平９−１１７００８号公報

ところが、何らかの理由により電動機の運転ができなくなってしまうと、自動変速機において変速段の切り換えを行う際に、上述した電動機の回転数同期制御を実行することができなくなる。
従って、自動変速機で所望の変速段を選択する際には、自動変速機に設けられたシンクロ機構で所望変速段の歯車機構における回転の同期をとらなければならなくなる。このとき、自動変速機の入力軸には電動機が連結されているため、自動変速機の入力軸は大きな慣性を有して回転しており、所望変速段の歯車機構における回転の同期に時間がかかって変速時間が長引くだけではなく、シンクロ機構にも大きな負担がかかることになる。

この結果、シンクロ機構の耐久性低下や故障の発生などの問題が生じることになり、このような問題を回避するためには、容量の大きいシンクロ機構を自動変速機に設けなければならず、自動変速機の大型化やコストの増大といった問題が生じる。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動機の運転が不能となった場合でもシンクロ機構に大きな負担をかけることなく変速段の切り換えを可能とするハイブリッド電気自動車の変速制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のハイブリッド電気自動車の変速制御装置は、エンジン及び電動機から出力される駆動力をそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の変速制御装置において、複数の変速段とシンクロ機構とを有し、上記複数の変速段から選択された変速段を介して上記駆動力を上記駆動輪に伝達する状態と、いずれの変速段も選択されず上記駆動輪への上記駆動力の伝達を遮断するニュートラル状態とに切り換え可能な変速機と、上記エンジンから上記変速機に伝達される駆動力を遮断可能なクラッチと、上記変速機で使用中の変速段を目標変速段に切り換える際に上記電動機が運転不能な状態にある場合は、上記エンジンへの燃料供給を遮断すると共に、上記クラッチを切断して上記変速機を上記ニュートラル状態とした後、上記クラッチを一旦接続してから再度切断する一時接続制御を行い、次いで上記目標変速段を選択し上記クラッチを再び接続する制御手段と、上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、上記変速機の出力側回転数を検出する出力回転数検出手段とを備え、上記制御手段は、上記出力回転数検出手段が検出した上記変速機の出力側回転数と上記目標変速段の変速比とに基づき、変速段切換後の上記変速機の入力側における回転数を目標回転数として求め、上記エンジン回転数検出手段が検出したエンジン回転数と上記目標回転数との偏差が第１所定値以下となったときに、上記一時接続制御により上記クラッチを半クラッチ状態で一旦接続することを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の変速制御装置によれば、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とが変速機を介して駆動輪に伝達可能となって車両の走行が行われると共に、車両の運転状態の変化に応じて適宜クラッチを制御しながら変速機のシフトアップやシフトダウンが行われる。
そして、変速機で使用中の変速段を目標変速段に切り換える際に電動機が運転不能な状態にある場合は、制御手段がエンジンへの燃料供給を遮断すると共にクラッチを切断して変速機をニュートラル状態とした後、クラッチを一旦接続してから再度切断する一時接続制御を行い、次いで目標変速段を選択しクラッチを再び接続する。

より具体的には、制御手段が変速機の出力側回転数と目標変速段の変速比とに基づき、変速段切換後の変速機の入力側における回転数を目標回転数として求め、上記一時接続制御においてエンジン回転数と目標回転数との偏差が第１所定値以下となったときにクラッチを半クラッチ状態で一旦接続する。

更にまた、上記ハイブリッド電気自動車の変速制御装置において、上記クラッチの出力側回転数を検出するクラッチ回転数検出手段を更に備え、上記制御手段は、上記一時接続制御で上記クラッチを一旦接続した後、上記エンジン回転数検出手段が検出したエンジン回転数と、上記クラッチ回転数検出手段が検出した上記クラッチの出力側回転数との偏差が第２所定値以下となったときに、上記クラッチを切断することを特徴とする（請求項２）。

このように構成されたハイブリッド電気自動車の変速制御装置によれば、上記一時接続制御において、クラッチが一旦接続された後、エンジン回転数とクラッチの出力側回転数との偏差が第２所定値以下となったときに再度クラッチが切断される。

本発明のハイブリッド電気自動車の変速制御装置によれば、変速機で使用中の変速段を目標変速段に切り換える際に電動機が運転不能な状態にある場合は、制御手段がエンジンへの燃料供給を遮断すると共にクラッチを切断して変速機をニュートラル状態とした後、クラッチを一旦接続してから再度切断する一時接続制御を行うことにより、電動機の慣性によって低下しにくい変速機の入力側回転数を、燃料供給の遮断により比較的迅速に回転数が低下したエンジンによって速やかに低下させることが可能となる。

この結果、変速機の入力側回転数を、目標変速段の選択後に得られる変速機の入力側回転数に速やかに近づけることが可能となり、変速機のシンクロ機構による目標変速段の選択までに要する時間を短縮することができると共に、シンクロ機構への負担を軽減することが可能となる。従って、電動機の運転が不能となった場合を想定してシンクロ機構の容量を大幅に増大させる必要もなくなり、変速機を小型化すると共にコストも低減することができる。

そして、本発明のハイブリッド電気自動車の変速制御装置によれば、変速機の出力側回転数と目標変速段の変速比とに基づき変速段切換後の変速機の入力側における回転数が目標回転数として求められ、一時接続制御においてエンジン回転数と目標回転数との偏差が第１所定値以下となったときにクラッチが一旦接続される。
従って、エンジン回転数が十分低下してから一時接続制御によるクラッチの接続を行って、変速機の入力側回転数を速やかに減少させることが可能となる。

また、エンジン回転数と目標回転数との偏差が第１所定値以下となって一時接続制御が行われた後に目標変速段が選択されることになるため、目標変速段の選択が行われる際の変速機の入力側回転数と目標回転数との偏差を第１所定値以下とすることが可能となる。この結果、変速機のシンクロ機構は少なくとも第１所定値の回転差に対応した容量を有していればよいことになる。即ち、採用するシンクロ機構の容量に応じて第１所定値を設定することにより、シンクロ機構に過大な負担がかかることを防止でき、シンクロ機構の耐久性を向上させることが可能となる。

また、必要とされる変速時間などの特性に応じて第１所定値を設定した上で、この第１所定値に対応した容量のシンクロ機構を採用するようにすれば、過大な容量のシンクロ機構や容量不足のシンクロ機構を採用してしまうようなことがなくなり、適正なシンクロ機構を採用することができる。
更に、本発明のハイブリッド電気自動車の変速制御装置によれば、一時接続制御においてクラッチを一旦接続する際には、クラッチが半クラッチ状態とされるので、一時接続制御でのクラッチの接続及び切断に要する時間を短縮することが可能となり、結果的に変速段の切り換えに要する時間を短縮することができる。

また、請求項２のハイブリッド電気自動車の変速制御装置によれば、一時接続制御において、クラッチが一旦接続された後、エンジン回転数とクラッチの出力側回転数との偏差が第２所定値以下となったときに再度クラッチが切断されるので、一時接続制御によるクラッチの接続によってクラッチの出力側、即ち変速機の入力側の回転数をエンジン回転数の近傍まで十分低下させることが可能となる。

この結果、一時接続制御の後、変速機の入力側回転数と目標変速段の選択後に得られる変速機の入力側回転数との偏差が小さくなった状態で目標変速段の選択を行うことが可能となり、ギヤ鳴きやショックの発生を抑制してスムーズに目標変速段を選択することができると共に、シンクロ機構にかかる負担を軽減してシンクロ機構の耐久性を向上させることができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る変速制御装置が搭載されたハイブリッド電気自動車１の要部構成図である。
ディーゼルエンジンであるエンジン２の出力軸にはクラッチ４の入力軸が連結され、クラッチ４の出力軸は永久磁石式同期電動機（以下電動機という）６の回転軸を介して自動変速機（以下変速機という）８の入力軸が連結されている。

この変速機８は、入力軸と出力軸との間に複数の変速段を構成する変速歯車機構（図示せず）が設けられており、いずれの変速段も選択されないニュートラル状態と、いずれかの変速段が選択された状態とに切り換え可能であると共に、図示しないシンクロ機構によって変速歯車機構における回転の同期をとりながら変速段の切り換えが行われるようになっている。

また、変速機８の出力軸は、プロペラシャフト１０、差動装置１２及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６に連結されている。
従って、クラッチ４が接続されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸の両方が、変速機８を介して駆動輪１６と機械的に連結可能となり、クラッチ４が切断されているときには電動機６の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に連結可能となる。

電動機６は、バッテリ１８に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることによりモータとして作動し、その駆動トルクが変速機８によって適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。また、車両減速時には、電動機６が発電機として作動し、駆動輪１６の回転による運動エネルギが変速機８を介し電動機６に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動トルクを発生する。そして、この交流電力はインバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電され、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

一方、エンジン２の駆動トルクは、クラッチ４が接続されているときに電動機６の回転軸を経由して変速機８に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。従って、エンジン２の駆動トルクが駆動輪１６に伝達されているときに電動機６がモータとして作動する場合には、エンジン２の駆動トルクと電動機６の駆動トルクとがそれぞれ変速機８を介して駆動輪１６に伝達されることになる。即ち、車両の駆動のために駆動輪１６に伝達されるべき駆動トルクの一部がエンジン２から供給されると共に、残部が電動機６から供給される。

また、バッテリ１８の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１８を充電する必要があるときには、電動機６が発電機として作動すると共に、エンジン２の駆動力の一部を用いて電動機６を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１８に充電するようにしている。
車両ＥＣＵ２２（制御手段）は、車両やエンジン２の運転状態、及びエンジンＥＣＵ２４、インバータＥＣＵ２６並びにバッテリＥＣＵ２８からの情報などに応じて、クラッチ４の接続・切断制御及び変速機８の変速段切換制御を行うと共に、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン２や電動機６を適切に運転するための統合制御を行う。

そして、車両ＥＣＵ２２にはこのような制御を行うために、アクセルペダル３０の踏込量を検出するアクセル開度センサ３２のほか、車両の走行速度を検出するために変速機８に設けられて変速機８の出力側回転数を検出する出力回転数センサ（出力回転数検出手段）３４、電動機６の出力軸に装着されてクラッチ４の出力側回転数を検出するクラッチ回転数センサ（クラッチ回転数検出手段）３６、及びエンジン２の回転数を検出するエンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）３８などが接続されている。

エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２の始動・停止制御やアイドル制御、或いは排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン２自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２２によって設定されたエンジン２に必要とされるトルクをエンジン２が発生するよう、エンジン２の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。
一方、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２によって設定された電動機６が発生すべきトルクに基づきインバータ２０を制御することにより、電動機６をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。また、電動機６やインバータ２０の温度を検出する温度センサ（図示せず）からの出力信号を受けて、電動機６の温度を車両ＥＣＵ２２に送るほか、電動機６やインバータ２０の作動状態を監視して、その情報を車両ＥＣＵ２２に送っている。

バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１８の温度や、バッテリ１８の電圧、インバータ２０とバッテリ１８との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１８のＳＯＣを求めると共に、バッテリ１８の作動状態を監視している。そして、求めたＳＯＣやバッテリ１８の作動状態を上記検出結果と共に車両ＥＣＵ２２に送っている。
このように構成されたハイブリッド電気自動車１において、車両を走行させるために車両ＥＣＵ２２を中心として行われる制御の概要は以下の通りである。

まず、車両が停車しエンジン２が運転している状態で、運転者がチェンジレバー（図示せず）をニュートラル位置からドライブ位置に操作すると、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を切断すると共に、ニュートラル状態にある変速機８を変速マップに従って発進開始時の変速段が選択された状態に切り換える。そして、運転者がアクセルペダル３０を踏み込むと、車両ＥＣＵ２２はアクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量に応じ、車両を発進させるために駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを求め、この駆動トルクと変速機８で使用中の変速段とに基づき電動機６の出力トルクを設定する。

インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が設定した電動機６の出力トルクに応じてインバータ２０を制御し、バッテリ１８の直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて電動機６に供給される。電動機６は交流電力が供給されることによってモータ作動して駆動力を発生し、電動機６の駆動力は変速機８を介して駆動輪１６に伝達され、車両が発進する。

車両が発進加速して電動機６の回転数がエンジン２のアイドル回転数の近傍まで上昇すると、クラッチ４を接続してエンジン２の駆動力を駆動輪に伝達することが可能となり、車両ＥＣＵ２２は更なる車両の加速及びその後の走行のために、駆動輪１６に伝達すべき駆動トルクを求める。そして、この駆動トルクを変速機８で使用中の変速段や車両の運転状態等に応じてエンジン２の出力トルクと電動機６の出力トルクとに適切に振り分け、エンジンＥＣＵ２４やインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、必要に応じて変速機８やクラッチ４を制御する。

エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が設定した出力トルクを受けてエンジン２及び電動機６をそれぞれ制御し、クラッチ４が接続されているときにはエンジン２及び電動機６の出力トルクが変速機８を介して駆動輪１６に伝達される一方、クラッチ４が切断されているときには電動機６が発生した出力トルクが変速機８を介して駆動輪１６に伝達され車両が走行する。

また、このとき車両ＥＣＵ２２は、アクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量や、出力回転数センサ３４によって検出された変速機８の出力側回転数から求めた走行速度などの車両の運転状態に応じ、変速機８の変速段を適宜切換制御すると共に、変速段の切り換えに合わせてエンジン２や電動機６のトルクを適切に制御するよう、エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６に対して指示すると共にクラッチ４の接続及び切断を制御している。

ところで、車両ＥＣＵ２２はインバータＥＣＵ２６及びバッテリＥＣＵ２８から送られてくる情報に基づき、電動機６を運転可能な状態にあるか否かを監視している。電動機６を運転不能な状況としては、バッテリ１８のＳＯＣの低下やセルの不良、インバータ２０におけるインバータ回路（図示せず）の不具合、電動機６の異常な温度上昇などがある。そして、このような状況により電動機６が運転不能である場合は、車両ＥＣＵ２２がバッテリ１８とインバータ２０との電気的な接続を遮断し、エンジン２の駆動力のみによって車両の走行を行うよう制御を行う。

このとき、車両ＥＣＵ２２は変速段を選択するための変速制御について切り換えるようにしている。
この車両ＥＣＵ２２による変速制御の切換制御は図２に示すフローチャートに従い所定の制御周期で行われる。
変速制御の切換制御が開始されると、ステップＳ１において車両ＥＣＵ２２はインバータＥＣＵ２６及びバッテリＥＣＵ２８からの情報に基づき、電動機６の運転が可能であるか否かを判定する。

ステップＳ１で電動機６の運転が可能であると判定した場合にはステップＳ２に進んで正常時変速制御を選択する一方、電動機６の運転が不可能であると判定した場合にはステップＳ３に進んで非常時変速制御を選択し、その制御周期を終了する。
このようにしてステップＳ１の判定を制御周期毎に繰り返すことにより、電動機６の運転が可能であるか否かに応じて正常時変速制御、又は非常時変速制御を選択するようにしている。

次に、電動機６の運転が可能であると判定した場合に選択される正常時変速制御について、図３に基づき以下に説明する。
図３は、一例として車両が加速走行中に正常時変速制御によって変速段の切り換え（シフトアップ）を行う際の状況を示すタイムチャートであり、上段から、エンジン回転数Ｎｅ及びクラッチ４の出力側回転数Ｎｃ、車両ＥＣＵ２２からのクラッチ４に対する指令、車両ＥＣＵ２２からの変速機８に対する指令、車両ＥＣＵ２２からインバータＥＣＵ２６に対して指示する電動機６の回転数同期制御のオン／オフ状態を示している。

まず、ある変速段（切換前変速段）が選択された状態で走行中に、車両ＥＣＵ２２が変速マップに従って変速段の切り換えを判定すると、時間ｔａにおいて車両ＥＣＵ２２はクラッチ４が完全に切断された完断状態となるようにクラッチ４を制御すると共に、エンジンＥＣＵ２４に対しエンジン２への燃料供給を遮断してエンジン２を減速するよう指示する。車両ＥＣＵ２２の制御によりクラッチ４は完全に接続された完接状態から完断状態へと移行していき、エンジンＥＣＵ２４が車両ＥＣＵ２２からの指示を受けてエンジン２への燃料供給を遮断することにより、エンジン回転数Ｎｅが減少していく。

また、車両ＥＣＵ２２は時間ｔａにおいて、電動機６と変速機８との間でトルクの授受が行われないようインバータＥＣＵ２６に対して指示すると共に、変速機８で使用中の変速段の選択を解除して変速機８がニュートラル状態となるように変速機８に制御信号を出力する。
インバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示に従って電動機６を制御し、時間ｔｂにおいて電動機６と変速機８との間でトルクの授受がほぼ行われなくなると、変速機８で使用中の変速段の選択が解除されて変速機８がニュートラル状態となる。

車両ＥＣＵ２２は、出力回転数センサ３４が検出した変速機８の出力側回転数と目標変速段（切換後変速段）の変速比とに基づき、変速段を目標変速段に切り換えた後の変速機８の入力側における回転数を目標回転数Ｎｔとして求め、変速機８がニュートラル状態となった後、電動機６を制御することにより変速機８の入力側回転数、即ちクラッチ回転数センサ３６が検出したクラッチ４の出力側回転数Ｎｃを目標回転数Ｎｔと等しくする回転数同期制御を行うようにインバータＥＣＵ２６に指示する。

このような車両ＥＣＵ２２からの指示に従い、インバータＥＣＵ２６が回転数同期制御を実行して電動機６を制御することにより電動機６が減速され、クラッチ４の出力側回転数Ｎｃが、図３中に一点鎖線で示す目標回転数Ｎｔに向かって減少していく。
時間ｔｃにおいて、クラッチ回転数センサ３６が検出したクラッチ４の出力側回転数Ｎｃと目標回転数Ｎｔとの偏差が例えば数十ｒｐｍ以下となって、出力側回転数Ｎｃが目標回転数Ｎｔの近傍となると、車両ＥＣＵ２２は目標変速段を選択するよう変速機８に制御信号を出力する。

そして、インバータＥＣＵ２６による電動機６の回転数同期制御により、クラッチ４の出力側回転数Ｎｃ、即ち変速機８の入力側回転数が目標回転数にほぼ一致したときに変速機８において目標変速段の選択が行われる。
このようにして目標変速段を選択することにより、ギヤ鳴きやショックの発生を抑制してスムーズな変速段の切り換えを行うことが可能となり、変速機８のシンクロ機構への負担も軽減してシンクロ機構の耐久性を向上させることができる。

そして、この間もエンジン回転数Ｎｅは引き続き減少しており、時間ｔｄでエンジン回転数Ｎｅとクラッチ４の出力側回転数Ｎｃとの偏差が例えば数十ｒｐｍ以下となると、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を徐々に接続していき、最終的に完全に接続された完接状態とする。
エンジン回転数Ｎｅはクラッチ４の入力側回転数であり、このようにしてエンジン回転数Ｎｅとクラッチ４の出力側回転数Ｎｃとの偏差が小さい状態でクラッチ４を接続することにより、ショックを発生することなくクラッチ４を接続することが可能となり、クラッチ４の耐久性を向上させることができる。

クラッチ４を完接状態とするのに合わせ、車両ＥＣＵ２２はエンジン２及び電動機６から変速機８に伝達されるトルクが、車両の走行に必要な目標トルクとなるよう、エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６に対してそれぞれのトルクを指示して正常時変速制御を終了する。エンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示に従ってエンジン２及び電動機６を制御し、エンジン２及び電動機６から変速機８を介して駆動輪１６に伝達されるトルクにより車両が引き続き走行する。

このように、電動機６の運転が可能である場合には、電動機６の回転数同期制御によりギヤ鳴きやショックを発生を抑制しながら目標変速段を選択することが可能となり、スムーズな変速段の切り換えを実現すると共に、変速機８のシンクロ機構に対する負担を軽減してシンクロ機構の耐久性を向上させることができる。
一方、電動機６の運転が不能であると判定した場合に選択される非常時変速制御については、図４に基づき以下に説明する。

図４は、一例として車両が加速走行中に非常時変速制御によって変速段の切り換え（シフトアップ）を行う際の状況を図３と同様にして示すタイムチャートであるが、電動機６が運転不能の状態にあることから、電動機６の回転数同期制御を行うことはできず、この回転数同期制御については図中から除外されている。
まず、ある変速段（切換前変速段）が選択された状態で走行中に、車両ＥＣＵ２２が変速マップに従って変速段の切り換えを判定すると、時間ｔｅにおいて車両ＥＣＵ２２はクラッチ４が完全に切断された完断状態となるようにクラッチ４を制御すると共に、エンジンＥＣＵ２４に対しエンジン２への燃料供給を遮断してエンジン２を減速するよう指示する。そして、車両ＥＣＵ２２の制御によりクラッチ４が完接状態から完断状態へと移行すると共に、エンジンＥＣＵ２４が車両ＥＣＵ２２からの指示を受けてエンジン２への燃料供給を遮断することにより、エンジン回転数Ｎｅが減少していく。

このときクラッチ４の出力側回転数Ｎｃ、即ち変速機８の入力側回転数は、電動機６の回転数同期制御が行われない上に電動機６の慣性が大きいため、緩やかに減少していく。
また、車両ＥＣＵ２２は時間ｔｅにおいて、変速機８で使用中の変速段の選択を解除して変速機８がニュートラル状態となるように変速機８に制御信号を出力し、使用中の変速段の選択が解除されて、変速機８がニュートラル状態となる。

更に車両ＥＣＵ２２は、正常時変速制御のときと同様に、出力回転数センサ３４が検出した変速機８の出力側回転数と目標変速段（切換後変速段）の変速比とに基づき、変速段切換後の変速機８の入力側における回転数を目標回転数Ｎｔとして求める。
そして、エンジン２への燃料供給の遮断によりエンジン回転数Ｎｅが低下し、時間ｔｆでエンジン回転数Ｎｅと、図４中に一点鎖線によって示す目標回転数Ｎｔとの偏差ΔＮ１が、変速機８の変速段毎に個別に予め設定された第１所定値（例えば数百ｒｐｍ）以下となると、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４の一時接続制御を開始し、クラッチ４を半クラッチ状態とする。

クラッチ４が半クラッチ状態となることにより、クラッチ４の出力側における電動機６の運動エネルギがエンジン２側に吸収され、クラッチ４の出力側回転数Ｎｃが急速に減少し始め、時間ｔｇにおいてクラッチ４の出力側回転数Ｎｃとエンジン回転数Ｎｅとの偏差ΔＮ２が、変速機８の変速段毎に個別に予め設定された第２所定値（例えば数十ｒｐｍ）以下となると、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を再び完断状態としてクラッチ４の一時接続制御を終了すると共に、目標変速段を選択するよう変速機８に制御信号を出力する。

変速機８では、車両ＥＣＵ２２からの制御信号を受け、シンクロ機構が作動することにより目標変速段の歯車機構における回転同期が行われ、目標変速段が選択される。
このようにしてクラッチ４の一時接続制御を行ってクラッチ４の出力側回転数Ｎｃを減少させた後に目標変速段を選択することにより、電動機６による回転数同期制御を実行できない場合であっても、クラッチ４の出力側回転数Ｎｃ、即ち変速機８の入力側回転数を速やかに減少させることができる。

この結果、変速機８の入力側回転数を目標変速段の選択後に得られる変速機８の入力側回転数に速やかに近づけることが可能となり、変速機８のシンクロ機構による目標変速段の選択までに要する時間を短縮することができると共に、シンクロ機構への負担を軽減することが可能となる。従って、電動機６の運転が不能となった場合を想定してシンクロ機構の容量を増大させる必要もなくなり、変速機８を小型化すると共にコストも低減することができる。

また、エンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｔとの偏差ΔＮ１が第１所定値以下となったときに一時接続制御を開始するようにしたので、エンジン回転数Ｎｅが十分低下してから一時接続制御を行って、クラッチ４の出力側回転数を速やかに減少させることが可能となる。
更に、エンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｔとの偏差ΔＮ１が第１所定値以下となるまではクラッチ４の一時接続制御が行われないので、クラッチ４が長時間にわたって半クラッチ状態となることがなく、クラッチ４の摩耗を抑制すると共に耐久性を向上させることができる。

また、エンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｔとの偏差ΔＮ１が第１所定値以下となってクラッチ４の一時接続制御を行った後に目標変速段の選択を行うので、目標変速段の選択が行われる際の変速機８の入力側回転数と目標回転数との偏差を第１所定値以下とすることが可能となる。この結果、変速機８のシンクロ機構は少なくとも第１所定値の回転差に対応した容量を有していればよいことになる。

従って、採用するシンクロ機構の容量に応じて第１所定値を設定することにより、シンクロ機構に過大な負担がかかることを防止でき、シンクロ機構の耐久性を向上させることが可能となる。
また、必要とされる変速時間などの特性に応じて第１所定値を設定した上で、この第１所定値に対応した容量のシンクロ機構を採用するようにすれば、過大な容量のシンクロ機構や容量不足のシンクロ機構を採用してしまうようなことがなくなり、適正なシンクロ機構を採用することができる。

更に、一時接続制御においてクラッチ４を接続する際には、クラッチ４が半クラッチ状態とされるので、一時接続制御でのクラッチ４の接続及び切断に要する時間を短縮することが可能となり、結果的に変速段の切り換えに要する時間を短縮することができる。
また、一時接続制御において、クラッチ４が一旦接続された後、エンジン回転数Ｎｅとクラッチの出力側回転数Ｎｃとの偏差が第２所定値以下となるまでクラッチ４の接続が維持されるので、クラッチ４の接続によりクラッチ４の出力側回転数、即ち変速機８の入力側回転数をエンジン回転数Ｎｅ近傍まで十分低下させることが可能となる。

この結果、クラッチ４の一時接続制御の後、変速機８の入力側回転数と変速段切り換え後の変速機８の入力側回転数との偏差が小さくなった状態で目標変速段を選択することが可能となり、ギヤ鳴きやショックの発生を抑制してスムーズに目標変速段を選択することができると共に、シンクロ機構にかかる負担を軽減してシンクロ機構の耐久性を向上させることができる。

こうして目標変速段の選択が行われた後、時間ｔｈでエンジン回転数Ｎｅとクラッチ４の出力側回転数Ｎｃとの偏差が例えば数十ｒｐｍ以下となると、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４を徐々に接続していき、完全に接続された完接状態とする。
このようにエンジン回転数Ｎｅ、即ちクラッチ４の入力側回転数とクラッチ４の出力側回転数Ｎｃとの偏差が小さい状態でクラッチ４を接続することにより、ショックを発生することなくクラッチ４を接続することが可能となり、クラッチ４の耐久性を向上させることができる。

クラッチ４を完接状態とするのに合わせ、車両ＥＣＵ２２はエンジン２から変速機８に伝達されるトルクが、車両の走行に必要な目標トルクとなるよう、エンジンＥＣＵ２４に対して指示し正常時変速制御を終了する。エンジンＥＣＵ２４は車両ＥＣＵ２２からの指示に従ってエンジン２を制御し、エンジン２から変速機８を介して駆動輪１６に伝達されるトルクにより車両が引き続き走行する。

以上で本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の変速制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では電動機６の運転が不能である場合に、クラッチ４を切断して変速機８をニュートラル状態とした後、エンジン回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｔとの偏差ΔＮ１が第１所定値以下となったときに、クラッチ４を一時的に接続する一時接続制御を行うようにしたが、一時接続制御の実施時期はこれに限定されるものではない。

即ち、例えば変速段の切り換えのためにクラッチ４を切断してからの経過時間が所定時間になったときに一時接続制御を開始するようにしても良いし、クラッチ４を切断して変速機８をニュートラル状態とした後、エンジン回転数Ｎｅが走行速度と目標変速段の変速比とに基づく所定回転数以下となったときに一時接続制御を開始するようにしても良い。
また、上記実施形態では、クラッチの一時接続制御においてクラッチ４を半クラッチ状態としたが、完全に接続するようにしても良い。この場合、クラッチ４の接続及び切断に要する時間は増大するものの、クラッチ４を完全に接続することによってクラッチ４の出力側回転数Ｎｃ、即ち変速機８の入力側回転数をより一層速やかにエンジン回転数Ｎｅまで減少させることができる。

更に、上記実施形態では一時接続制御を開始後、クラッチ４の出力側回転数Ｎｃとエンジン回転数Ｎｅとの偏差ΔＮ２が第２所定値以下となったときにクラッチ４を切断して一時接続制御を終了するようにしたが、一時接続制御の終了時期はこれに限定されるものではない。即ち、例えば一時接続制御を開始後に経過した時間が所定時間に達したときに一時接続制御を終了するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、変速機８に設けた出力回転数センサ３４により変速機８の出力側回転数を検出するようにしたが、出力回転数センサ３４の配設位置はこれに限定されるものではなく、変速機８から駆動輪１６の間において変速機８の出力側回転数を検出するようにすればよい。
更に、クラッチ４の出力側回転数を電動機６に設けたクラッチ回転数センサ３６によって検出するようにしたが、これは電動機６の制御のために電動機６が元来有している回転数センサを利用したものである。従って、このような回転数センサとは別に、クラッチ４の出力側もしくは変速機８の入力側にクラッチ回転数センサ３６を設けるようにしても良い。但し、この場合には１つ余分に回転数センサが必要となる。

また、上記実施形態では変速段の切り換えを行う際に、車両ＥＣＵ２２からの指示に基づき、エンジンＥＣＵ２４がエンジン２への燃料供給を遮断してエンジン２の減速を行うようにしたが、エンジン２に排気ブレーキ装置などのエンジン２の減速装置を有している場合には、この減速装置を併用してエンジン２の減速を行うようにしても良い。このような減速装置の併用により、エンジン２をより迅速に減速させることができるので、変速段の切り換えに要する時間を更に短縮することが可能となる。

更に、上記実施形態では、エンジン２をディーゼルエンジンとしたが、エンジンの形式はこれに限られるものではない。また電動機６についても、上記実施形態では永久磁石式同期電動機としたが、電動機６の形式もこれに限られるものではない。

本発明の一実施形態に係る変速制御装置が搭載されたハイブリッド電気自動車の全体構成図である。変速制御の切換制御のフローチャートである。正常時変速制御の際の状況を示すタイムチャートである。非常時変速制御の際の状況を示すタイムチャートである。

符号の説明

２エンジン
４クラッチ
６電動機
８変速機
１６駆動輪
２２車両ＥＣＵ（制御手段）
３４出力回転数センサ（出力回転数検出手段）
３６クラッチ回転数センサ（クラッチ回転数検出手段）
３８エンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）

Claims

エンジン及び電動機から出力される駆動力をそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車の変速制御装置において、
複数の変速段とシンクロ機構とを有し、上記複数の変速段から選択された変速段を介して上記駆動力を上記駆動輪に伝達する状態と、いずれの変速段も選択されず上記駆動輪への上記駆動力の伝達を遮断するニュートラル状態とに切り換え可能な変速機と、
上記エンジンから上記変速機に伝達される駆動力を遮断可能なクラッチと、
上記変速機で使用中の変速段を目標変速段に切り換える際に上記電動機が運転不能な状態にある場合は、上記エンジンへの燃料供給を遮断すると共に、上記クラッチを切断して上記変速機を上記ニュートラル状態とした後、上記クラッチを一旦接続してから再度切断する一時接続制御を行い、次いで上記目標変速段を選択し上記クラッチを再び接続する制御手段と、
上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
上記変速機の出力側回転数を検出する出力回転数検出手段とを備え、
上記制御手段は、上記出力回転数検出手段が検出した上記変速機の出力側回転数と上記目標変速段の変速比とに基づき、変速段切換後の上記変速機の入力側における回転数を目標回転数として求め、上記エンジン回転数検出手段が検出したエンジン回転数と上記目標回転数との偏差が第１所定値以下となったときに、上記一時接続制御により上記クラッチを半クラッチ状態で一旦接続する
ことを特徴とするハイブリッド電気自動車の変速制御装置。
上記クラッチの出力側回転数を検出するクラッチ回転数検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記一時接続制御で上記クラッチを一旦接続した後、上記エンジン回転数検出手段が検出したエンジン回転数と、上記クラッチ回転数検出手段が検出した上記クラッチの出力側回転数との偏差が第２所定値以下となったときに、上記クラッチを切断することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の変速制御装置。