JP4707750B2 - 車両の変速機制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータジェネレータが連結されたエンジンにクラッチを介して接続された変速機を制御する車両の変速機制御装置に関するものである。

一般に、エンジンと変速機とがクラッチを介して接続された車両に於いて、変速機を操作する変速装置は、クラッチを解放して所望の変速段に操作した後、再びクラッチを接続するという変速操作を行なっている。近年、この変速操作を容易に行なうため、クラッチの接続又は解放と、変速段への操作とを自動で行なう自動変速装置が実現されている。

この自動変速装置によれば、クラッチによりエンジンと変速機とが切断されている間に、エンジン回転速度を所望の回転速度、具体的には変速機の出力軸回転速度から求まる変速機の入力軸目標回転速度に近付けてから、再びクラッチによりエンジンと変速機とを接続することで変速を行なっている。

ところが、前述のような変速機の制御によると、変速機の内部に設けられたシンクロ機構の負担は抑えられるものの、変速開始時の解放作動、及び変速終了時の接続作動を行なうことがクラッチに求められるために、変速開始から変速終了までの時間である変速時間が長くなりがちとなる。又、クラッチを解放している間だけエンジンからの伝達トルクが抜けるので、空走感が発生する。そのためこのような変速機の制御装置に於いては、可能であればクラッチを接続したまま変速を行なうようにしたほうが良い。しかし、クラッチを接続させたまま変速を行なうには、変速時にエンジン出力トルクを減少させ、かつエンジン回転速度を前述の所望の目標回転速度にすることが可能なシステムが必要となる。

従来、エンジンと変速機の間にモータジェネレータを備え、エンジンからの駆動を必要とせず、モータジェネレータ単独で車両の走行が可能な程度のトルク出力を備えた車両システム、所謂、ハイブリッドシステム（以下、ＨＥＶと称する）に於いて、変速時間の短縮化を図りつつシンクロ機構の負担を軽減するために、変速時にクラッチを接続したまま、モータジェネレータにてクラッチ入力トルクを減少させ、かつエンジンの回転速度を前述の目標回転速度に制御するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

又、クラッチを締結する際のクラッチの損傷や走行状態の不安定化を防止するために、走行用モータの駆動力により車両の走行中に、Ｎレンジから変速レンジに切り換える場合、予め自動変速機の入力側回転数と出力側回転数との一致を図った上でその切り換えを行なうようにした技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−１５０４５０号公報 特許第３９４８１４７号公報

しかしながら、エンジンの始動若しくは再始動のみを目的としてオルタネータに代えてモータジェネレータを用い、このモータジェネレータをエンジンの出力軸にベルトを介して連結するようにした車両システムの場合、モータジェネレータがエンジンの出力軸に付
与できるトルクは、元々オルタネータを駆動していたプーリーやベルトの太さや強度によって制限されるため、エンジンが発生するトルクに比べてモータジェネレータの発生するトルクは相当小さくなる。

従って、このような車両システムに特許文献１に開示された技術を適用し、クラッチを接続したままアップシフトを行なった場合、モータジェネレータによりクラッチの入力トルクと回転速度を制御しようと試みても、このモータジェネレータによりエンジンに作用させられる負荷はエンジン出力トルクに比べて極めて小さいため、エンジン回転速度を速やかに目標回転速度にすることができず、従って変速時間を短縮することはできない。

この場合、クラッチの入力トルクと回転速度を速やかに減少させるには、エンジンの発生トルク自体を減少させることが考えられるが、そのためにはエンジンのスロットル全閉操作と、燃料カットと、点火遅角との３つの制御のうちの何れかを実施する必要がある。

しかしながら、スロットル全閉操作では、現在のスロットル開度から全閉になるまでの間、操作直前までエンジンの吸気管を流れていた空気の慣性により、シリンダへは所定量の空気が流れ込み、エンジンの発生トルクを速やかに減少させることができないという課題がある。又、燃料カット制御では、燃料カット直前まで吸気管の壁面に付着していた燃料が燃料カット後にシリンダ内で燃焼されることにより、エンジンの発生トルクを速やかに減少させることができないという課題がある。更に、点火遅角制御ではエンジンの発生トルクを速やかに減少させることが可能ではあるが、点火火遅角による減少トルクは数［Ｎｍ］と極めて小さい。そのため、クラッチの入力回転速度を速やかに減少させることができないという課題がある。

又、変速時間を短縮する目的で早期にエンジンと変速機の間に設けられたクラッチ（以下、第１クラッチと称する）を接続させるために、エンジン回転速度が所望の回転速度に近付かないまま、変速機内に設けられたシンクロ機構（以下、第２クラッチと称する）を接続して変速を行なえば、エンジン回転と連動して回転している変速機入力軸回転速度が、第２クラッチによって所望の回転速度に引き下げられるため、第２クラッチに大きな負担がかかるという課題があった。

又、このようなシステムに特許文献２に開示された技術を適用し、第１クラッチを解放して変速機の入力側回転数と出力側回転数との一致を図った上で再度第１クラッチを接続するようにした場合、車両の加速走行中はモータジェネレータによってエンジンの出力に動力を付与してしまうため、加速中のアップシフトに於いては、速やかにエンジン回転速度を減速させることができないという課題があった。

更に、車両の定常走行時、エンジン出力トルクが所定値未満の場合、第１クラッチを接続したままモータジェネレータによってエンジン出力トルクに負荷を与え、第１クラッチの入力トルクを充分に小さくすることが可能であっても、第１クラッチが作動、つまり変速開始時の解放作動及び変速終了時の接続作動を行なうために、変速時間が長くなってしまい、第１クラッチを解放している間だけエンジンからの伝達トルクが抜けることとなり空走感が発生するという課題があった。

この発明は、従来の装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、変速時の空走時間を減少してドライバビリティの向上を図ると共に、変速に用いる第２クラッチに大きな負荷を与えることなく変速機の長寿命化を図り得る車両の変速機制御装置を提供することを目的とする。

この発明による車両の変速機制御装置は、
エンジンと変速機が第１クラッチを介して接続され、前記変速機は、変速機入力軸と変速用のギヤとを接続する第２クラッチを含んでなる車両の変速機制御装置であって、
前記車両に搭載された蓄電池と、
前記エンジンとベルトにより連結され、前記蓄電池から電力の供給を受けて電動機として動作して前記エンジンを駆動し、前記エンジンにより駆動されて発電機として動作して前記蓄電池の充電を行なうモータジェネレータと、
前記モータジェネレータを制御するモータジェネレータ駆動制御部と、
前記第１クラッチを接続又は解放する第１クラッチアクチュエータと、
前記第２クラッチを接続又は解放する第２クラッチアクチュエータと、
前記第１クラッチアクチュエータと前記第２クラッチアクチュエータを制御する制御コントローラと、
を備え、
前記モータジェネレータ駆動制御部は、
前記モータジェネレータを駆動するモータジェネレータ駆動回路と、
前記モータジェネレータ駆動回路を制御するモータジェネレータ駆動制御部と、
を含み、
前記制御コントローラは、
前記エンジンの回転速度を演算するエンジン回転速度演算手段と、
前記変速機出力軸の回転速度を演算する変速機出力軸回転速度検出手段と、
変速すべき目標変速段を検出する目標検出段検出手段と、
前記変速機出力軸回転速度検出手段と前記目標変速段検出手段との出力に基づいて変速後の変速機入力軸の回転速度を演算する変速機入力軸目標回転速度演算手段と、
前記エンジン回転速度検出手段により演算されたエンジン回転速度と前記変速機入力軸目標回転速度演算手段により演算された入力軸目標回転速度との回転速度偏差を演算する回転速度偏差演算手段と、
前記エンジンの出力トルクを演算するエンジン出力トルク演算手段と、
を含み、
前記変速機のアップシフトを行なう際、
前記制御コントローラは、変速開始時に於ける前記演算されたエンジンの出力トルクが所定値未満の場合は前記第１クラッチを接続したまま変速を行ない、前記エンジン出力トルクが所定値以上の場合は変速開始時から前記第２クラッチが解放されるまでの間のみ前記第１クラッチを解放するように動作し、且つ前記モータジェネレータ駆動制御部は、前記演算された回転速度偏差が予め設定された所定値以上である場合は前記モータジェネレータを発電機として動作させてエンジン回転速度を目標回転速度に近付けるように動作することを特徴とする車両の変速機制御装置である。

この発明による車両の変速機制御装置は、望ましくは、前記モータジェネレータ駆動制御部は、前記回転速度偏差演算手段により演算された回転速度偏差が予め設定された所定値定値以上である場合に、前記モータジェネレータの電機子巻線を短絡し、且つ前記モータジェネレータの界磁電流を制御してエンジン回転速度を前記演算された変速機入力軸目標回転速度に近付けるように動作する。この場合、モータジェネレータに接続された蓄電池の充電状態に関わらず、常に安定して変速時間を短縮させることが可能となる。

この発明による車両の変速機制御装置は、望ましくは、前記モータジェネレータ駆動制御部は、前記演算された回転速度偏差が予め設定された所定値以上であり、且つ前記蓄電池の充電量が所定以上である場合に、前記モータジェネレータの電機子巻線を短絡すると共に、前記モータジェネレータの界磁巻線の電流を制御する。この場合、モータジェネレータに接続された蓄電池を効率的に充電することで、ステータを短絡させた制御を限定できるため、常時短絡させることを目的とした回路と比較して小さい電力容量の回路となる
ため、モータジェネレータ駆動回路の低電力化が可能になる。

この発明による車両の変速機制御装置によれば、変速機のアップシフトを行なう際、制御コントローラは、変速開始時に於ける演算されたエンジンの出力トルクが所定値未満の場合は第１クラッチを接続したまま変速を行ない、エンジン出力トルクが所定値以上の場合は変速開始時から第２クラッチが解放されるまでの間のみ前記第１クラッチを解放するように動作し、且つモータジェネレータ駆動制御部は、演算された回転速度偏差が予め設定された所定値以上である場合は前記モータジェネレータを発電機として動作させてエンジン回転速度を目標回転速度に近付けるように動作するようにしたので、オルタネータを用いて発電させた場合に比べ、エンジン回転速度に大きな制動量を与えることができるため、変速開始時のエンジン出力トルクが大きな場合であっても、速やかにクラッチ入力トルクを減少させられ、変速開始時にエンジン回転速度が吹け上がることなく、且つ、エンジン回転速度を速やかに目標回転速度まで減速させることができ、変速時間を短縮させることが可能となるため、ドライバビリティを向上させると共に、第２クラッチの負荷軽減による変速機の長寿命化を実現することができる。

この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置に於ける、モータジェネレータ駆動制御部を示すシステム構成図である。 図３は、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置の変速動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置のモータジェネレータ制御動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置に於ける、変速段のギヤ比を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置に於ける、クラッチ伝達許容トルクと第１クラッチアクチュエータのレリーズフォークのストロークとの関係を表した説明図である。 この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置に於ける、変速開始前後の第１クラッチのクラッチ伝達許容トルクとエンジン出力トルクとを時間を追って表したチャートである。 この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を用いた場合の効果を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を用いた場合の効果を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を用いた場合の効果を説明する説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置について、図に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を示すシステム構成図である。図１に於いて、車両に搭載されたエンジン１の回転軸１０１は、第１クラッチ３を介して常時噛合式変速機（以下、単に、変速機と称する）２の変速機入力軸２０１に接続されている。第１クラッチ３は、第１クラッチアクチュエータ９により操作され、エンジン回転軸１０１と変速機入力軸２０１とを接続又は解放する。エンジン１の回転軸１０１には、エンジン回転速度検出センサ７が設けられている。

変速機２は、変速用の複数のギヤと、第２クラッチ４を含む。第２クラッチ４は、第２クラッチアクチュエータ１０により操作され、変速機入力軸２０１と変速用のギヤの入力軸２０２とを接続又は解放する。変速機出力軸回転速度センサ８は、変速用のギヤの出力軸で構成された変速機出力軸２０３に設けられている。

モータジェネレータ５は、その回転軸５０１がエンジン１の回転軸１０１にベルト５１を介して連結されている。エンジン１の始動を行うときには、モータジェネレータ５は、蓄電池６から電力の供給を受けてモータとして動作してエンジン１を駆動する。又、モータジェネレータ５がエンジン１によりベルト５１を介して駆動されているときは、モータジェネレータ５はジェネレータとして動作し蓄電池６の充電を行なう。

モータジェネレータ駆動制御部２１は、モータジェネレータ駆動回路２２と、モータジェネレータ駆動制御手段２３とを含む。更に、モータジェネレータ駆動制御手段２３は、回生制御手段２４とステータ短絡手段２５を含む。尚、モータジェネレータ駆動制御部２１の詳細については後述する。

制御コントローラ１１は、第１クラッチアクチュエータ９を制御する第１クラッチアクチュエータ制御手段１７と、第２クラッチアクチュエータ１０を制御する第２クラッチアクチュエータ制御手段１８と、エンジン回転速度センサ７からのエンジン回転速度に応じた信号に基づいてエンジン１の回転速度を演算するエンジン回転速度演算手段１２と、エンジン回転速度演算手段１２からのエンジン回転速度と吸入空気量等を検出するセンサ群（以下、吸入空気量等検出センサ群と称する）１９０１からの吸入空気量とに基づいて、エンジン出力トルクを演算するエンジン出力トルク演算手段１９とを含む。

エンジン出力トルク演算手段１９により演算されたエンジン出力トルクは、第１クラッチアクチュエータ制御手段１７と第２クラッチアクチュエータ制御手段１８とに入力される。第１クラッチアクチュエータ制御手段１７は、入力されたエンジン出力トルクに基づいて第１クラッチアクチュエータ９を操作する。第２クラッチアクチュエータ制御手段１８は、エンジン出力トルク演算手段１９からのエンジン出力トルクと第１クラッチアクチュエータ制御手段１７からの第１クラッチ３の状態を示す信号とを入力とし、これらの信号に基づいて第２クラッチアクチュエータ１０を操作する。

又、制御コントローラ１１は、変速機出力軸回転速度センサ８からの検出信号に基づいて変速機出力軸回転速度を検出する変速機出力軸回転速度検出手段１３と、車両速度とアクセルポジションとシフトスイッチ等（以下、車両速度等と称する）を検出するセンサ群（以下、車両速度等検出センサ群と称する）１４０１からの車両速度等に基づいて目標変速段を検出する目標変速段検出手段１４と、変速機出力軸回転速度検出手段１３からの変速機出力軸回転速度と目標変速段検出手段１４からの目標変速段とに基づいて、変速後の変速機入力軸２０１の回転速度を演算する変速機入力軸目標回転速度演算手段１５とを含む。

更に、制御コントローラ１１は、変速機入力軸目標回転速度演算手段１５からの変速機入力軸２０１の回転速度とエンジン回転速度演算手段１２からのエンジン回転速度とから、変速機入力軸目標回転速度とエンジン回転速度との偏差を演算する回転速度偏差演算手段１６と、電流センサ２８を介して蓄電池６の充電量を検出する蓄電池充電量検出手段２０とを含む。

図２は、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置に於けるモータジェネレータ駆動制御部２１を示すシステム構成図である。図２に於いて、モータジェネレータ駆
動制御部２１は、モータジェネレータ駆動回路２２と、モータジェネレータ駆動制御手段２３を含む。モータジェネレータ駆動回路２２は、三相電力変換回路を構成する６個の半導体素子からなるスイッチング素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６と、その三相電力変換回路の直流側端子間に接続された平滑コンデンサ１０８と、半導体素子からなる界磁巻線電流制御用のスイッチング素子１０７と、この界磁巻線電流制御用のスイッチング素子１０７に直列接続された半導体素子からなる逆流素子用ダイオード１０９とを含む。

スイッチング素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６により構成された三相電力変換回路は、モータジェネレータ５の三相スター結線された電機子巻線であるステータ巻線２６の各相端子に接続された三相交流側端子と、蓄電池６の電極に接続された直流側端子とを備えている。モータジェネレータ５の界磁巻線であるロータ巻線２７は、三相電力変換回路の直流側端子間に接続されている。

モータジェネレータ５は、モータジェネレータ駆動回路２２を介して蓄電池６と接続されており、モータジェネレータ駆動回路２２を制御することにより、蓄電池６を電源としてモータジェネレータ５をモータとして力行させたり、モータジェネレータ５を発電機として蓄電池６を充電させたりすることができる。又、モータジェネレータ駆動回路２２と蓄電池６を接続する導体、つまり前述の三相電力変換回路の直流側端子と蓄電池６の電極とを接続する導体には、前述の電流センサ２８が設けられており、電流センサ２８により測定された電流は、制御コントローラ１１の蓄電池充電量検出手段２０に入力され、蓄電池６の充電量が算出される。

蓄電池充電量検出手段２０によって算出された蓄電池の充電量は、モータジェネレータ駆動制御部２１内のモータジェネレータ駆動制御手段２３に入力され、モータジェネレータ５の駆動制御の条件、即ち、モータジェネレータ５を回生制御するかモータジェネレータ５のステータ巻線２６を短絡するかの条件に用いられる。

回生制御手段２４とステータ短絡手段２５を含むモータジェネレータ駆動制御手段２３は、蓄電池充電量検出手段２０からの蓄電池充電量と、回転速度偏差演算手段１６からの変速機入力軸目標回転速度とエンジン回転速度との偏差と、車両速度等センサ１４０１からの変速開始情報とが入力され、これらの信号に基づいて、各スイッチング素子１０１〜１０６のゲートに与えるゲート信号を制御し、更に、界磁巻線電流制御用スイッチング素子１０７に与えるゲート信号を制御する。

後述するように、回生制御手段２４は、モータジェネレータ５の回生電力量を調整するよう各スイッチング素子１０１〜１０６へのゲート信号を制御し、ステータ短絡手段２５は、モータジェネレータ５のステータ巻線２６を短絡するよう各スイッチング素子１０１〜１０６へのゲート信号を制御する。

エンジン回転軸１０１とモータジェネレータ５の回転軸５０１とはベルト５１により連結されており、エンジン１の出力トルクとモータジェネレータ５の出力トルクとが加算されて第１クラッチ３への入力トルクとなる。第１クラッチ３へ入力された入力トルクは、第１クラッチ３を介して変速機入力軸２０１に伝達される。

第１クラッチ３を接続操作又は解放操作する第１クラッチアクチュエータ９は、第１クラッチ３を操作するためのレリーズフォーク(図示していない)を含んでおり、このレリーズフォークをストロークさせることで第１クラッチ３の伝達許容トルクを調節する。レリーズフォークのストローク量と第１クラッチ３の伝達許容トルクとの関係については後述する。

変速機２は、前述したように常時噛合い式であり、第２クラッチ４の動作により各変速ギヤを選択できるように構成されている。この第２クラッチ４は、第２クラッチアクチュエータ１０により接続操作又は解放操作される。変速機制御装置による変速制御は、車両速度やアクセルポジションセンサ、又はシフトスイッチ等の運転者の変速意思が、車両速度等検出センサ群１４０１から制御コントローラ１１へ入力されることにより開始される。

次に、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置の動作について説明する。図３は、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置の変速動作を示すフローチャート、図４は、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置のモータジェネレータ制御動作を示すフローチャートである。

先ず、モータジェネレータ５を用いたエンジン回転速度制御について説明する。最初に、車両速度等センサ群１４０１から入力される車両速度やアクセルポジションセンサ、又はシフトスイッチ等の変速開始情報に基づいて、目標変速段検出手段１４により目標変速段を検出する。次に、この検出された目標変速段から図５に示すギヤ比表を用いてその目標変速段のギヤ比Ratio_tを求める。

次に、図３に於いて、ステップＳ３に於いて、変速機出力軸回転速度検出センサ８からの検出信号に基づいて変速機出力軸回転速度検出手段１３により演算された変速機２の出力軸回転速度Noから、変速機入力軸目標回転速度演算手段１５により次式（１）より変速機入力軸目標回転速度Ne_tを演算する。

Ne_t = No × Ratio_t ・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１）

次に、ステップＳ６に進み、エンジン回転速度検出センサ７からの検出信号に基づいてエンジン回転速度演算手段１２により演算されたエンジン回転速度Neと、前述の変速機入力軸目標回転速度Ne_tとから、回転速度偏差演算手段１６により次式（２）より回転速度偏差Ne_dを演算する。

Ne_d = Ne - Ne_t ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（２）

このとき、図５のギヤ比表に示すように、アップシフトの場合は変速前後でギヤ比の値が小さくなるため、前述の変速機入力軸目標回転速度Ne_tが変速前のエンジン回転速度Neより小さくなる。つまり、アップシフトの場合、回転速度偏差は正（Ne_d＞０[rpm]）と
なるため、エンジン回転速度は目標回転速度に近付くべく減速する。

回転速度偏差演算手段１６により求めた回転速度偏差Ne_dは、モータジェネレータ駆動制御部２１内のモータジェネレータ駆動制御手段２３に入力される。このとき、ステップＳ１１に於いて回転速度偏差Ne_dが所定値以上であるか否かの判定を行い、回転速度偏差Ne_dが所定値以上であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３に進み、回生制御手段２４によりモータジェネレータ駆動制御手段２３から出力するゲート信号を制御し、モータジェネレータ５を発電機として動作させるようにモータジェネレータ駆動回路２２の各スイッチング素子１０１〜１０６をスイッチング制御する。

発電機として動作するモータジェネレータ５により発電された電力は、エネルギー損失としてモータジェネレータ５の回転速度を減速させることになり、モータジェネレータ５
に結合されたエンジン１の出力トルクと回転速度を減少させる。このとき、回生制御手段２４は、ゲート信号の発生タイミングを制御してモータジェネレータ５により発電された電力の回生量を調整し、エンジン１に対する負荷制御を行う。このステップＳ１３による処理は、図４に於けるステップＳ７に於けるモータジェネレータ回生処理に対応する。

ステップＳ１３でのモータジェネレータによる負荷制御処理の後、再度ステップＳ３へ戻り、前述のステップＳ３、Ｓ６、Ｓ１１の処理を繰返し、ステップＳ１１に於ける判定の結果が、回転速度偏差Ne_dが所定値未満となれば（Ｎｏ）、ステップＳ１５に進み、エンジン回転速度Neを目標回転速度Ne_dに保持すべくモータジェネレータ５の回生量を制御する。

このようにモータジェネレータ５を制御することにより、モータジェネレータ５に結合されたエンジンの回転速度を増速、又は減速させて回転速度偏差Ne_dを減少させ、エンジン１の回転速度Neを目標回転速度Ne_tに保持（Ne_d≒0［ｒｐｍ］）るようにモータジェ
ネレータ５を制御しながら、変速機２のセレクト動作が完了するまで待機する。次に、ステップＳ１６に於いて、変速段のセレクト動作が完了であり且つ回転速度偏差Ne_dが所定値未満であるか否かの判定を行い、その判定の結果、変速段のセレクト動作が完了であり且つ回転速度偏差Ne_dが所定値未満でなれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１７に進み、変速機２内の第２クラッチ４を接続しセレクトした変速段へのギヤ入れを行ない、変速動作を終了する。

続いて、第１クラッチ３、及び第２クラッチ４の操作について説明する。先ず、図３のステップＳ２に於いて、変速開始時にエンジン出力トルク演算手段１９により求めたエンジン出力トルクが予め設定された所定値以上か未満かを判定する。ここで、エンジン出力トルク演算手段１９は、エンジン回転速度演算手段１２により算出したエンジン回転速度と吸入空気量等検出センサ群１９０１からの吸入空気量等を軸として予め設定されているマップ値から、エンジン出力トルクを求める。

ここで、エンジン出力トルク演算手段１９によるエンジン出力トルクの所定値の求め方について説明する。図６は、クラッチ伝達許容トルクと第１クラッチアクチュエータ９のレリーズフォークのストロークＳｔとの関係を表した説明図であり、レリーズフォークのストロークＳｔの値によって第１クラッチ３の伝達許容トルクＴ１が変化することを表している。即ち、図６に於いて、第１クラッチアクチュエータ９のレリーズフォークのストロークＳｔ１のときに第１クラッチ３は接続状態となり、レリーズフォークのストロークＳｔ２のときに第１クラッチ３は解放状態となるが、第１クラッチ３のクラッチ伝達許容トルクＴ１は、レリーズフォークのストロークＳｔがＳｔ１からＳｔ２に増加するに伴って反比例して減少する。

図７は、変速開始前後の第１クラッチ３のクラッチ伝達許容トルクとエンジン出力トルクとを時間を追って表したチャートであり、縦軸はトルクＴ、横軸は時間ｔを示す。図７に於いて、時刻ｔ１に於いて変速開始後、第１クラッチ３のレリーズフォークを操作することによって、第１クラッチ３の伝達許容トルクＴ１が０［Ｎｍ］となるのは、およそ２００［ｍｓ］程度となる時刻ｔ２である。

ここで、図７に示すように、第１クラッチ３を接続したままモータジェネレータ５によってエンジン１に負荷をかけた場合、変速開始時のエンジンの出力トルクの値に応じてエンジン出力トルクが０［Ｎｍ］となる時間は変化する（Ｘ１、Ｘ２）。即ち、変速開始時の時点ｔ１に於けるエンジン出力トルクの値が所定値以上であるＴ２１の場合には、そのエンジン出力トルクＴ２１が０［Ｎｍ］となる時刻はｔ２２となり、変速開始時の時点ｔ１に於けるエンジンの出力トルクが所定値Ｔ２２の場合には、そのエンジン出力トルクＴ
２２が０［Ｎｍ］となる時刻はｔ２となり、変速開始時の時点ｔ１に於けるエンジンの出力トルクが所定値未満Ｔ２３の場合には、そのエンジン出力トルクＴ２３が０［Ｎｍ］となる時刻はｔ１２となる。

このようにエンジン出力トルクが所定値以上のＴ２１の場合、そのエンジン出力トルクＴ２１が０［Ｎｍ］となる時間が変速開始の時刻ｔ１から２００［ｍｓ］を越えて時刻ｔ２２となり、エンジン出力トルクＴ２１を減少する工程のために全体の変速時間が遅延することになるため、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置では、第１クラッチ３を解放してモータジェネレータ５によってエンジン１に負荷をかけ、所定値以上のエンジン出力トルクＴ２１を減少させてエンジン出力トルクが０［Ｎｍ］となる時間を短縮させ、これにより時刻ｔ１１にてエンジン出力トルクＴ２１が０［Ｎｍ］となるようにする（Ｘ３）。

つまり、第１クラッチ３を接続したままエンジン出力トルクを減少させた時に、エンジン出力トルクが０［Ｎｍ］となるまでの時間が２００［ｍｓ］となる変速開始時のエンジン出力トルクＴ２２を所定値として設定し、図３に於けるステップＳ２での判定を行う。

さて、図３に於けるステップＳ２での判定の結果、エンジン出力トルクが所定値未満であった場合（Ｎｏ）、ステップＳ９に進んで第２クラッチ４を解放することでギヤ抜きを行い、ステップＳ１４に進んで目標ギヤ段のセレクト動作を行う。一方、ステップＳ９での判定の結果、エンジン出力トルクが所定値以上であった場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ５に進んで第１クラッチ３を解放し、次にステップＳ１０に進んで第２クラッチ４を解放することでギヤ抜きを行ってニュートラル状態とし、ステップＳ１２に進んで再び第１クラッチ３を接続し、更にステップＳ１４に進んで目標ギヤ段のセレクト動作を行う。

次に、ステップＳ１６に於ける判定の結果、目標ギヤ段のセレクト動作が完了し、且つ、回転速度偏差Ne_dが所定値未満（Ne_d＜所定値）であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１７に進んで第２クラッチ４を再び接続して目標ギヤへのシフトを完了させて変速を終了する。

ステップＳ１６での判定の結果、セレクト動作が未完了である場合（Ｎｏ：セレクト動作未完了）は、ステップＳ１４に戻りセレクト動作を完了させる。ステップＳ１６での判定の結果、回転速度偏差Ne_dが所定値以上（Ne_d≧所定値）の場合（Ｎｏ：Ne_d≧所定値）は、ステップＳ１５に戻って目標回転速度制御を行い、モータジェネレータ５を制御することでエンジン回転速度Neを目標回転速度Ne_tに保持する。

前述のステップＳ１１に於ける判定の結果、回転速度偏差Ne_dが所定値以上であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３に進み、モータジェネレータ駆動制御手段２３に於ける回生制御手段２４によりモータジェネレータ５の回生量の制御を行い、エンジンの負荷制御を行う。即ち、具体的には、モータジェネレータ駆動回路２２のスイッチング素子により、モータジェネレータ５のステータ巻線２６を３相短絡させる。

ここで、モータジェネレータ５の３相短絡について、図２を用いて説明する。３相短絡とは、モータジェネレータ駆動回路２２のスイッチング素子１０１〜１０３をＯＮとしスイッチング素子１０４〜１０６をＯＦＦとする、又は、スイッチング素子１０４〜１０６をＯＮとしスイッチング素子１０１〜１０３をＯＦＦとすることである。

例えば、スイッチング素子１０１〜１０３をＯＮ、スイッチング素子１０４〜１０６をＯＦＦとした場合、スイッチング素子１０１を通過した電流はモータジェネレータ５のステータ巻線２６を通ってスイッチング素子１０２、１０３へそれぞれ還流する。スイッチ
ング素子１０２を通過した電流も同様に、ステータ巻線を通ってスイッチング素子１０１、１０３へ還流し、スイッチング素子１０３を通過した電流も同様に、ステータ巻線を通ってスイッチング素子１０１、１０２を還流する。つまり、スイッチング素子１０１〜１０３とステータ巻線との間で電流が還流することとなる。

このとき、モータジェネレータ駆動制御部２１に於けるモータジェネレータ駆動回路２２の界磁巻線制御用のスイッチング素子１０７をＯＮとしてロータ巻線２７に界磁電流を流すと、エンジン１に駆動されて回転しているモータジェネレータ５は発電機として動作するが、前述の通りステータ巻線２６の３相全てが短絡されているため、モータジェネレータ５の電気出力は０となり、電気出力は損失として消費されるため、発電を伴わずにモータジェネレータ５の回転速度を減速させることができる。尚、以上の動作は、スイッチング素子１０４〜１０６をＯＮとし、スイッチング素子１０１〜１０３をＯＦＦとした場合も同様である。

このようにしてモータジェネレータ５の回転速度を減速させることにより、モータジェネレータ５に結合されたエンジン１の出力トルクと回転速度を減速させる。

このとき、前述の界磁電流は、エンジン回転速度に応じて設定してもよい。又、界磁電流は、目標回転速度偏差量とエンジン回転速度を軸とするマップに応じて設定してもよい。更に、界磁電流は、モータジェネレータの端子間電圧や、モータジェネレータの温度に応じて設定してもよい。

ステップＳ１１に於ける判定の結果、エンジン回転速度が減速して回転速度偏差が所定値未満（Ne_d＜所定値）となれば（Ｎｏ）、前述の場合と同様に、ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７の手順にて変速を終了させる。

次に、ステップＳ１１に於ける判定の結果、回転速度偏差Ne_dが所定値以上であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３によるモータジェネレータ５による負荷制御処理となり、ステップＳ３に戻り、モータジェネレータ駆動制御部２１により、蓄電池６の充電状態に基づく変速機制御が行なわれる。即ち、具体的には、ステップＳ３からステップＳ６に進んで変速中に回転速度偏差Ne_dを演算し、ステップＳ１１に於いて判定の結果、回転速度偏差Ne_dが予め設定された所定値以上(Ne_d≧所定値)であれば（Yｅｓ）、図4に於けるステップＳ１に於いてモータジェネレータ駆動制御部２１は、蓄電池充電量検出手段２０から蓄電池６の充電状態を取得し、次にステップＳ４に進んで蓄電池６の充電量が予め設定された所定値以上か否かを判定する。

蓄電池充電量検出手段２０は、電流センサ２８により測定された蓄電池６への電流の流入若しくは流出を演算することで、蓄電池６の充電量を算出する。又、この発明の実施の形態１に於ける車両の変速機制御装置に使用される蓄電池６は、アイドリング停止後のエンジン再始動や減速時のエネルギー回収等の機能が要求されるため、従来のエンジン始動のみの蓄電池に比べて充放電頻度が高い。

このような使用条件下では、蓄電池６の充電状態を１００［％］で使用するよりは部分充電状態で使用する方が寿命特性が優れていることが知られている。従ってこの発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置で使用する蓄電池６が、例えば７０［％］を越える充電状態で寿命特性を著しく低下させてしまうという特性であった場合、充電量７０［%］を所定値と定め、前述の図4に於けるステップＳ４での判定条件に用いる。

ステップＳ４での判定の結果、蓄電池６の充電量が所定値未満である場合（Ｎｏ）には、ステップＳ７に進んで、前述したようにモータジェネレータ駆動制御部２１は、モータ
ジェネレータ５を発電機として駆動し、その発電した電力を回生させる。モータジェネレータ５を発電機として動作させその発電した電力を回生させた場合には、前述の通り、回転速度偏差Ne_dを減少させることができる。エンジン回転速度が減速して回転速度偏差Ne_dが所定値未満(Ne_d＜所定値)となれば、前述したように図３に於けるステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７の手順にて変速を終了させる。

又、図４に於けるステップＳ４での判定の結果、蓄電池６の充電量が所定値以上である場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ８に進み、前述したように、モータジェネレータ駆動制御部２１のステータ短絡手段２５により３相短絡動作を行い、発電を伴わずにモータジェネレータ５の回転速度を減速させることで、モータジェネレータ５に結合されたエンジン１の出力トルクと回転速度を減速させる。

エンジン回転速度が減速して回転速度偏差Ne_dが所定値未満(Ne_d＜所定値)となれば、前述と同様に、図３に於けるステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７の手順にて変速を終了させる。

尚、変速機制御の開始時に蓄電池６の充電量が所定値未満であれば、前述したようにモータジェネレータ５で発電した電力を回生させる制御を行なうこととしているが、制御実行途中で充電によって蓄電池６の充電量が所定値以上となった場合には、モータジェネレータ駆動制御部２１を３相短絡に切り換えることも可能である。又、このとき、モータジェネレータ５の界磁電流は、エンジン回転速度に応じて設定するようにしてもよい。

更に、界磁電流は、目標回転速度偏差量とエンジン回転速度を軸とするマップに応じて設定するようにしてもよい。又、界磁電流は、モータジェネレータ５の端子間電圧や、モータジェネレータ５の温度に応じて設定するようにしてもよい。

次に、前述の先行技術と対比しながらこの発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置の効果を具体的に説明する。

図８は、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を用いた場合の効果を説明する説明図で、変速開始時のエンジン出力トルクが所定値以上の場合に於いて、特許文献１に記載の技術を適用した場合と、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合の、トルクの時間変化とエンジン回転速度の時間変化を表した説明図である。

図８に於いて、特許文献１に開示された技術を適用した場合のトルク変化及びエンジン回転速度変化をＡ、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を用いた場合のトルク変化及びエンジン回転速度変化をＢで表している。又、図８の上部に示すトルク変化の図では、エンジン出力トルクを破線で表し、このエンジン出力トルクにモータジェネレータにより負荷をかけた場合のクラッチ入力トルクを実線で表している。又、図８の下部の示すエンジン回転速度変化の図では、モータジェネレータによる負荷が無い場合のエンジン回転速度を破線で表し、モータジェネレータによる負荷が有る場合のエンジン回転速度を実線で表している。

図８に於いて、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合は、クラッチを解放することにより変速機のイナーシャトルクがエンジンから切り離されるため、Ｂに示すように変速開始直後から速やかにクラッチ入力トルクが減少し、更に、モータジェネレータによりエンジン出力トルクに負荷をかけているため、エンジン回転速度も吹け上がることはない。

これに対して、特許文献１に開示された技術を適用した場合は、クラッチを接続したままであるため変速機のイナーシャトルクがエンジンと切り離されていないため、Ａの破線に示すようにエンジン出力トルクの減少が遅く、エンジン回転速度の減速も遅い。又、モータジェネレータでエンジン出力トルクに負荷をかけているものの、前述の通りモータジェネレータで付与できるトルクは小さいため、その結果、Ａの実線に示すようにクラッチ入力トルクの減少も遅く、エンジン回転速度の減少も遅い。従って、変速開始時のエンジン出力トルクが所定値以上の場合に於いて、特許文献１に開示された技術を適用した場合には、以上の通り、エンジン回転速度を速やかに減速させ目標回転速度にすることができないため、変速時間は短縮されないという課題がある。

このように、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合は、特許文献1に開示された技術を適用した場合の前述の課題を解決するものである。

次に、図９は、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を用いた場合の効果を説明する説明図で、変速開始時のエンジン出力トルクが所定値以上の場合に於いて、特許文献２に開示された技術を適用した場合と、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合の、エンジン回転速度の時間変化を表したものである。

図９に於いて、特許文献２に開示された技術を適用した場合のエンジン回転速度の時間変化をＣの破線、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合のエンジン回転速度の時間変化をＢの実線で表している。エンジン出力トルクが所定値以上で車両が加速中にアップシフトした場合、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用すると、変速開始と同時にモータジェネレータによってエンジン出力トルクに負荷をかけるため、Ｂの実線のようにエンジン回転速度は速やかに減速する。

これに対して、特許文献２に開示された技術を適用すると、加速中はモータジェネレータによってエンジンの出力に動力を付与してしまうため、Ｃの破線のようにエンジン回転速度を速やかに減速させることができない。従って、エンジン出力トルクが所定値以上で加速中にアップシフトする場合、エンジン回転速度を速やかかに減速させることができないため、変速時間が短縮されないという課題がある。

このように、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合は、特許文献２に開示された技術を適用した場合の前述の課題を解決するものである。

更に、図１０は、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を用いた場合の効果を説明する説明図で、変速開始時のエンジン出力トルクが所定値未満の場合に於いて、特許文献２に開示された技術を適用した場合と、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合の、変速制御の工程を表したものである。

図１０に於いて、特許文献２に開示された技術を適用した場合の変速制御の工程をＣ、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合の変速制御の工程をＢで表している。変速開始時のエンジン出力トルクが所定値未満の場合、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用すると、変速制御の工程はＢのようにクラッチを接続したまま「トルク減」、「ギヤ抜き＋ギヤ入れ」、「トルク増」となる。

これに対して特許文献２に開示された技術を適用すると、変速開始時のエンジン出力トルクの値に関わらずクラッチが作動（変速開始時の解放作動、変速終了時の接続作動）するため、変速制御の工程は、Ｃのように「トルク減」、「クラッチ解放」、「ギヤ抜き＋ギヤ入れ」、「クラッチ接続」、「トルク増」となる。

この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合のＢに示す変速制御工程、及び特許文献２に開示された技術を適用した場合のＣに示す変速制御工程に於いて、「トルク減」、「ギヤ抜き＋ギヤ入れ」、「トルク増」の工程に費やす時間は、両者同じだとすると、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合のＢに比べ、特許文献２に開示された技術を適用した場合のＣは、クラッチの作動(変速開
始時の解放作動、変速終了時の接続作動)の時間だけ多く変速時間がかかり、更にクラッ
チを解放している間はエンジンからの伝達トルクが抜けるため、空想間が発生するという課題がある。

この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置を適用した場合は、特許文献２に開示された技術を適用した場合の前述の課題を解決するものである。

更に、従来のＨＥＶではモータジェネレータがエンジンと変速機の間に配置された専用設計のシステムとなっているが、この発明の実施の形態１による車両の変速機制御装置によれば、オルタネータと置換して設けられたモータジェネレータは、エンジンの出力軸とベルトで繋がっており、エンジンの始動若しくは再始動のみを目的として備えられているため、従来のＨＥＶと比較してシステムが簡素であり、システムコストを抑えることができる。

１ エンジン
１０１ エンジンの回転軸
２ 変速機
２０１ 変速機入力軸
２０２ 変速ギヤの入力軸
２０３ 変速機出力軸
３ 第１クラッチ
４ 第２クラッチ
５ モータジェネレータ
５１ ベルト
６ 蓄電池
７ エンジン回転速度検出センサ
８ 変速機出力軸回転速度検出センサ
９ 第１クラッチアクチュエータ
１０ 第２クラッチアクチュエータ
１１ 制御コントローラ
１２ エンジン回転速度演算手段
１３ 変速機出力軸回転速度検出手段
１４ 目標変速段検出手段
１５ 変速機入力軸目標回転速度演算手段
１６ 回転速度偏差演算手段
１７ 第１クラッチアクチュエータ制御手段
１８ 第２クラッチアクチュエータ制御手段
１９ エンジン出力トルク演算手段
２０ 蓄電池充電量検出手段
２１ モータジェネレータ駆動制御部
２２ モータジェネレータ駆動回路
２３ モータジェネレータ駆動制御手段
２４ 回生制御手段
２５ ステータ短絡手段
２６ ステータ巻線
２７ ロータ巻線
１４０１ 車両速度等検出センサ群
１９０１ 吸入空気量等検出センサ群
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７ スイッチング素子
１０８ 平滑コンデンサ
１０９ 逆流素子用ダイオード

Claims (3)

1. エンジンと変速機が第１クラッチを介して接続され、前記変速機は、変速機入力軸と変速用のギヤとを接続する第２クラッチを含んでなる車両の変速機制御装置であって、
   前記車両に搭載された蓄電池と、
   前記エンジンとベルトにより連結され、前記蓄電池から電力の供給を受けて電動機として動作して前記エンジンを駆動し、前記エンジンにより駆動されて発電機として動作して前記蓄電池の充電を行なうモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータを制御するモータジェネレータ駆動制御部と、
   前記第１クラッチを接続又は解放する第１クラッチアクチュエータと、
   前記第２クラッチを接続又は解放する第２クラッチアクチュエータと、
   前記第１クラッチアクチュエータと前記第２クラッチアクチュエータを制御する制御コントローラと、
   を備え、
   前記モータジェネレータ駆動制御部は、
   前記モータジェネレータを駆動するモータジェネレータ駆動回路と、
   前記モータジェネレータ駆動回路を制御するモータジェネレータ駆動制御部と、
   を含み、
   前記制御コントローラは、
   前記エンジンの回転速度を演算するエンジン回転速度演算手段と、
   前記変速機出力軸の回転速度を演算する変速機出力軸回転速度検出手段と、
   変速すべき目標変速段を検出する目標検出段検出手段と、
   前記変速機出力軸回転速度検出手段と前記目標変速段検出手段との出力に基づいて変速後の変速機入力軸の回転速度を演算する変速機入力軸目標回転速度演算手段と、
   前記エンジン回転速度検出手段により演算されたエンジン回転速度と前記変速機入力軸目標回転速度演算手段により演算された入力軸目標回転速度との回転速度偏差を演算する回転速度偏差演算手段と、
   前記エンジンの出力トルクを演算するエンジン出力トルク演算手段と、
   を含み、
   前記変速機のアップシフトを行なう際、
   前記制御コントローラは、変速開始時に於ける前記演算されたエンジンの出力トルクが所定値未満の場合は前記第１クラッチを接続したまま変速を行ない、前記エンジン出力トルクが所定値以上の場合は変速開始時から前記第２クラッチが解放されるまでの間のみ前記第１クラッチを解放するように動作し、且つ前記モータジェネレータ駆動制御部は、前記演算された回転速度偏差が予め設定された所定値以上である場合は前記モータジェネレータを発電機として動作させてエンジン回転速度を目標回転速度に近付けるように動作することを特徴とする車両の変速機制御装置。
2. 前記モータジェネレータ駆動制御部は、前記回転速度偏差演算手段により演算された回転速度偏差が予め設定された所定値定値以上である場合に、前記モータジェネレータの電機子巻線を短絡し、且つ前記モータジェネレータの界磁電流を制御してエンジン回転速度を前記演算された変速機入力軸目標回転速度に近付けるように動作することを特徴とする請求項１に記載の車両の変速機制御装置。
3. 前記モータジェネレータ駆動制御部は、前記演算された回転速度偏差が予め設定された所定値以上であり、且つ前記蓄電池の充電量が所定以上である場合に、前記モータジェネレータの電機子巻線を短絡すると共に、前記モータジェネレータの界磁巻線の電流を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の変速機制御装置。

Images