JP5339081B2 - ハイブリッド電気自動車の変速制御装置 - Google Patents
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Description
そこで、このような問題点を解決するため、第1入力軸と出力軸との間に複数の変速段を構成する第1歯車機構を設けると共に、第2入力軸と出力軸との間に複数の変速段を構成する第2歯車機構を設け、第1クラッチを介して動力源からの駆動力を第1入力軸に伝達可能とする一方、第2クラッチを介して上記駆動力を第2入力軸に伝達可能とした、いわゆるデュアルクラッチ式変速機が開発されている。
第1歯車機構を次変速段に切り換える(当該切換操作が本実施形態のプリセレクトに相当する)ためには、同期装置を利用したギヤ入れ操作やギヤ抜き操作を実行する必要があるが、これらのギヤ入れ操作やギヤ抜き操作のためには第1歯車機構の駆動力伝達を中断する必要がある。このため、特許文献1に記載された技術では、次変速段への切換に際して第1歯車機構の駆動力の伝達を中断すべく、電動機の駆動力を一旦0まで減少させる対策を要することになる。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電動機単独の走行時において、電動機の駆動力を伝達している第1歯車機構を次変速段に変速すべく電動機の駆動力を減少させたときの駆動力の一時的な消失を抑制でき、もって、これに起因する運転者の違和感を未然に防止することができ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。
さらに、第1の歯車機構及び第2の歯車機構が、高速ギヤ側から低速ギヤ側までの各変速段が交互に設定され、変速制御手段が、電動機走行に加えて、第1クラッチ及び第2クラッチの選択的な接続に応じてエンジンの駆動力を第1歯車機構または第2歯車機構の何れかの変速段を介して出力軸に伝達するエンジン単独走行を行い、エンジン単独走行時には、第1クラッチ及び第2クラッチの断接状態の切換により第1歯車機構の変速段と第2歯車機構の変速段とを交互に切り換えながらシフトアップ側またはシフトダウン側への変速を実行し、電動機単独の走行時には、第2歯車機構の各変速段の動力伝達の領域で、第2歯車機構の各変速段に代えて隣接する低速ギヤ側及び高速ギヤ側の第1歯車機構の変速段により駆動力を伝達すると共に、第1歯車機構の低速ギヤ側の変速段の選択時には電動機の駆動力を減少させ、高速ギヤ側の変速段の選択時には電動機の駆動力を増加させることにより要求トルクをそれぞれ達成する一方、第1歯車機構の低速ギヤ側の変速段から高速ギヤ側の変速段への切換をプリセレクトとして実行するものである。
従って、電動機の駆動力の減少に対応してエンジンの駆動力が要求トルクまで増加することから、エンジンと電動機との駆動力の総和であるシステムトルクがプリセレクト要求開始からプリセレクト完了後電動機の駆動力が要求トルクに復帰するまで要求トルクに維持され続け、駆動輪に伝達される駆動力の一時的な消失が抑制される。
従って、第2クラッチが半クラッチ状態に至るまではエンジンの駆動力の増加が開始されないため、エンジンの吹上がりが確実に防止される。
従って、第2クラッチが半クラッチ状態に至る以前にエンジンの駆動力の増加が開始されるため、エンジンの駆動力を迅速に要求トルクまで増加させてプリセレクトをいち早く開始可能となる。
さらに、第2歯車機構の各変速段が動力伝達する領域を、隣接する高速ギヤ側及び低速ギヤ側の第1歯車機構の変速段により駆動力を伝達すると共に、低速ギヤ側の変速段の選択時には電動機の駆動力を減少させ、高速ギヤ側の変速段の選択時には電動機の駆動力を増加させることにより要求トルクを達成しているため、結果として第1歯車機構だけで駆動力を伝達する電動機走行時でも、途切れることなく要求トルクを達成して円滑な走行を実現することができる。
図1は、本発明の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を示す概略構成図である。
全体として駆動装置は、走行用動力源であるエンジン1及び電動機2をクラッチユニット3を介して変速機4に接続して構成され、これらのエンジン1や電動機2からの駆動力をクラッチユニット3及び変速機4を経て左右の駆動輪5(後輪)に伝達することによりハイブリッド電気自動車を走行させるようになっている。以下の説明では、車両の前後に倣って図1の左方を前方とし、図1の右方を後方として表現する。
ロータはクラッチユニット3の外周に固定され、ステータは変速機4のケーシングに固定され、ロータとステータとの間に磁界が発生すると、エンジン1と同方向の駆動トルク或いは逆方向の回生トルクが駆動力として変速機4に入力されるようになっている。
エンジンECU12は、車両ECU11からの情報に基づきエンジン1のアイドル運転制御や図示しない排ガス浄化装置の再生制御など、エンジン1自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ECU11から指令される運転者の要求トルクを達成すべく、エンジン1の燃料噴射量や噴射時期などを制御する。
具体的には、車両ECU11は、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ15や、車両の走行速度を検出する車速センサ16及び電動機2(クラッチユニット3の出力側)の回転速度を検出する回転速度センサ17の検出結果などに基づき、上記運転者の要求トルクを車両加速時や定常走行時には正の値として、減速時には負の値として算出する。そして、車両の運転状態やエンジン1及び電動機2の運転状態、或いは図示しないバッテリECUにより逐次算出される走行用バッテリの充電率(SOC:State Of Charge)などに基づき走行用動力源を選択して制御する。
また、車両減速時において、電動機2が発生する回生トルクのみで負側に設定された要求トルクを達成可能なときには、走行用動力源として電動機2を単独で用い、電動機2の回生トルクのみでは負側の要求トルクを達成不能なときには、走行用動力源としてエンジン1及び電動機2を併用する。
図1に示すように、クラッチユニット3はアウタクラッチ21(第1クラッチ)及びインナクラッチ22(第2クラッチ)からなり、クラッチユニット3の入力側が、アウタクラッチ21及びインナクラッチ22の入力側として共用されている。アウタクラッチ21及びインナクラッチ22は、内蔵した湿式多板クラッチ21a,22aをクラッチアクチュエータ23,24により駆動操作されることにより相互に独立して接続・切断され、それぞれ接続に伴ってエンジン1からの駆動力がクラッチ出力側に伝達されるようになっている。
アウタクラッチ21の出力側には管状をなすアウタ入力軸25(第1入力軸)が連結され、アウタ入力軸25はベアリング27により回転可能に支持されている。インナクラッチ22の出力側にはインナ入力軸26(第2入力軸)が連結され、このインナ入力軸26はアウタ入力軸25内に回転可能に嵌入されている。
従って、アウタクラッチ21の接続によりエンジン1からの駆動力がアウタ入力軸25に伝達されたとき、或いはエンジン1からの駆動力に加えて電動機2の駆動力がアウタ入力軸25に伝達されたり、単独で電動機2からの駆動力がアウタ入力軸25に伝達されたりしたときには、アウタクラッチ側ドライブギヤ28及びアウタクラッチ側ドリブンギヤ36を介してインナカウンタ軸32が回転駆動される。
出力軸38上の第4速ドリブンギヤ42の後方にはリバースドリブンギヤ44が相対回転可能に配設され、このリバースドリブンギヤ44と対応するようにインナカウンタ軸32にはリバースドライブギヤ45が固定されている。図では、リバースドリブンギヤ44とリバースドライブギヤ45とが直接的に噛み合うように示されているが、実際には両ギヤ44,45はリバース中間ギヤ46を介して常時噛み合っており、車両後退のために他のドリブンギヤとは逆方向にリバースドリブンギヤ44を回転駆動するようになっている。
一方、インナクラッチ側ドライブギヤ29と第3速ドリブンギヤ40との間には、これらのギヤ29,40を出力軸38に結合するために第1同期装置51が設けられている。第1同期装置51は、インナクラッチ側ドライブギヤ29の後面に設けられた第5・6速クラッチギヤ51a、第3速ドリブンギヤ40の前面に設けられた第3速クラッチギヤ51b、及び出力軸38と一体で回転しながら、中立位置から前後に移動して第5・6速クラッチギヤ51aまたは第3速クラッチギヤ51bに選択的に係合し得る第1スリーブ51cから構成されている。
車両の走行中において、変速機4の変速段は図示しない制御マップに基づき運転者の要求トルクや車速に応じて設定される一方、運転者がリバースを選択したときには変速段としてリバースが設定され、設定された変速段を達成すべく、車両ECU11によりクラッチユニット3の接続・切断制御及び変速機4の変速切換制御が実行される。これらのクラッチユニット3及び変速機4の制御は、走行用動力源としてエンジン1を単独で用いているときには表1に従って行われる。
従って、エンジン1からの駆動力はアウタクラッチ21を介してアウタ入力軸25に伝達され、アウタクラッチ側ドライブギヤ28及びアウタクラッチ側ドリブンギヤ36を介してインナカウンタ軸32に伝達される。その後に駆動力は第1・2速ドライブギヤ48及び第1・2速ドリブンギヤ47を介して第3同期装置53の第1・2速クラッチギヤ53bに伝達され、この第1・2速クラッチギヤ53bから第3スリーブ53cを介して出力軸38に伝達される。
従って、エンジン1からの駆動力は第1速と同じくインナクラッチ22、インナ入力軸26、インナクラッチ側ドライブギヤ29及びインナクラッチ側ドリブンギヤ35を介してアウタカウンタ軸31に伝達される。その後に駆動力はアウタカウンタ軸31上の第3速ドライブギヤ41及び第3速ドリブンギヤ40を介して第1同期装置51の第3速クラッチギヤ51bに伝達され、第3速クラッチギヤ51bから第1スリーブ51cを介して出力軸38に伝達される。
従って、エンジン1からの駆動力は第2速と同じくアウタクラッチ21、アウタ入力軸25、アウタクラッチ側ドライブギヤ28及びアウタクラッチ側ドリブンギヤ36を介してインナカウンタ軸32に伝達される。その後に駆動力は第2同期装置52の第2スリーブ52cから第4速クラッチギヤ52bを介して第4速ドライブギヤ43に伝達され、第4速ドライブギヤ43及び第4速ドリブンギヤ42を介して出力軸38に伝達される。
ところで、本実施形態のハイブリッド電気自動車は第2速発進を前提として制御マップが設定されているため、車両の加速時や減速時には第2〜6速間で変速段がシフトアップ側或いはシフトダウン側に切り換えられる。
即ち、図2は本実施形態の駆動装置を示す概略図であるが、この図から明らかなように、アウタクラッチ21を接続して第1歯車機構G1の偶数変速段を選択したときには、電動機2を作動させることにより、エンジン1の駆動力に加えて電動機2の駆動力を駆動輪5側に伝達可能となる。また、インナクラッチ22を接続して第2歯車機構G2の奇数変速段を選択したとき、同時にアウタクラッチ21を切断して電動機2を作動させれば、電動機2の駆動力を第1歯車機構G1の偶数変速段を介した後にエンジン1の駆動力と合流させて駆動輪5に伝達可能となる。
一方、電動機2を単独で用いるときには、基本的に第1歯車機構G1の偶数変速段のみが動力伝達に利用される。以下、このときの駆動状態を図2に基づいて説明する。
ここで、エンジン1単独の場合には、制御マップに基づき設定される第2歯車機構G2の奇数変速段も第1歯車機構G1の偶数変速段も選択可能であるが、上記のように電動機2単独の場合には第1歯車機構G1の偶数変速段のみしか選択できない。従って、制御マップから奇数変速段が設定されたときであっても偶数変速段を選択し、この偶数変速段による駆動力の伝達により運転者の要求トルクを達成する必要があり、このためにECU11は、以下に述べるようにクラッチユニット3及び変速機4の制御と並行してエンジン1及び電動機2の駆動力を制御している。
そして、上記のように電動機2の駆動力制御では、現在選択されているギヤ比に基づき、運転者の要求トルクを達成可能な値として算出された駆動力に基づき電動機を制御している。従って、各奇数変速段の領域において低速ギヤ側の偶数変速段が選択されているときには自ずと電動機2の駆動力が減少方向に制御され、高速ギヤ側の偶数変速段が選択されているときには自ずと電動機2の駆動力が増加方向に制御され、低速ギヤ側と高速ギヤ側との間で変速段が切り換えられるときには電動機2の駆動力がランプ制御により滑らかに増減される。
その結果、変速の完了により電動機2の作動が再開されるまでの間に駆動力の瞬断が生じ、駆動輪5の伝達される駆動力が一時的に消失して運転者に違和感を与えてしまう。このような駆動力の消失は、第2速から第4速への変速のみならず、第4速から第6速への変速でも発生する。
そして、以上のような不具合を鑑みて、本実施形態では電動機2側の駆動力の瞬断に起因する駆動力の消失をエンジン1側の駆動力制御により補う対策を講じており、以下、当該対策のための車両ECU11の処理を説明する。
まず、ステップS2で電動機2単独で走行しているか否かを判定し、ステップS4でシフトアップ側のプリセレクトが要求されたか否かを判定し、何れかのステップSでNo(否定)の判定を下したときには、一旦ルーチンを終了する。なお、この電動機2単独での走行中には、エンジン1はアイドル運転状態に保持されている。
ECU11は続くステップS12で電動機2の駆動力が0になり、且つエンジン1の駆動力が要求トルクに達したか否かを判定し、判定のNoの間はステップS10の処理を繰り返す。ステップS12の判定がYesになるとステップS14に移行し、第2速を選択しているときには第4速へのプリセレクト、第4速を選択しているときには第6速へのプリセレクトを実行する。そして、続くステップS16でプリセレクトを完了したか否かを判定し、判定がYesになるとステップS18に移行する。
以上の車両ECU11の処理により、図2に示す駆動状態でシフトアップ側のプリセレクト要求があったときには、図4に示すタイムチャートに従ってインナクラッチ22の制御と共にエンジン1及び電動機2の駆動力が制御される。
従って、エンジン1と電動機2との駆動力の総和であるシステムトルクはプリセレクト要求開始からプリセレクト完了後電動機の駆動力が要求トルクに復帰するまで運転者の要求トルクに維持され続け、駆動輪5に伝達される駆動力の一時的な消失を抑制して運転者の違和感を未然に防止することができる。
このようにディスプレイ7上の変速段の表示に関しても、実際の駆動輪5に伝達される駆動力に関しても、例えば奇数変速段も偶数変速段も選択可能なエンジン1単独の場合と何ら相違なく実行されるため、運転者は違和感なく運転操作を行うことができる。
また、第1歯車機構C1や第2歯車機構G2に振り分けられる変速段や、各変速段の配列、並びに各変速段における変速段の切換機構など、変速機4の構成についても、上記実施形態のものに限定されるものではなく、ハイブリッド電気自動車に求められる運転性能や商品性などに応じて変更することが可能である。
2 電動機
5 駆動輪
7 ディスプレイ(表示手段)
11 車両ECU(変速制御手段、半クラッチ判定手段)
21 アウタクラッチ(第1クラッチ)
22 インナクラッチ(第2クラッチ)
25 アウタ入力軸(第1入力軸)
26 インナ入力軸(第2入力軸)
38 出力軸
G1 第1歯車機構
G2 第2歯車機構
Claims (4)
- 第1クラッチの接続時にエンジンからの駆動力が伝達され、電動機のロータが機械的に結合された第1入力軸と、
第2クラッチの接続時に上記エンジンからの駆動力が伝達される第2入力軸と、
車両の駆動輪に駆動力を伝達する出力軸と、
上記第1の入力軸から伝達される駆動力を複数の変速段の何れかに変速して上記出力軸に伝達する第1歯車機構と、
上記第2の入力軸から伝達される駆動力を複数の変速段の何れかに変速して上記出力軸に伝達する第2歯車機構と、
上記電動機の駆動力を上記第1歯車機構の何れかの変速段を介して上記出力軸側に伝達すると共に、選択している変速段に基づき運転者の要求トルクを達成すべく上記電動機の駆動力を制御する電動機単独走行時において、上記要求トルク及び車両の走行状態に基づきシフトアップ側またはシフトダウン側への変速条件が成立したときには、上記電動機の駆動力を一旦0まで減少させて上記第1歯車機構の変速段を切り換える変速制御手段と
を備えたハイブリッド電気自動車の変速制御装置において、
上記変速制御手段は、上記シフトアップ側への変速条件の成立時には、上記第2クラッチを接続方向に制御しながら上記電動機の駆動力の減少に対応して上記エンジンの駆動力を上記要求トルクまで次第に増加させ、上記電動機の駆動力が略0まで減少した後に上記第1歯車機構の変速段を切り換えるプリセレクトを開始し、該プリセレクトの完了後に上記第2クラッチを切断方向に制御しながら、上記電動機の駆動力を上記要求トルクまで増加させると共に上記エンジンの駆動力を0まで減少させるものであり、
上記第1の歯車機構及び第2の歯車機構は、高速ギヤ側から低速ギヤ側までの各変速段が交互に設定され、
上記変速制御手段は、上記電動機走行に加えて、上記第1クラッチ及び第2クラッチの選択的な接続に応じて上記エンジンの駆動力を上記第1歯車機構または第2歯車機構の何れかの変速段を介して上記出力軸に伝達するエンジン単独走行を行い、該エンジン単独走行時には、上記第1クラッチ及び第2クラッチの断接状態の切換により上記第1歯車機構の変速段と第2歯車機構の変速段とを交互に切り換えながらシフトアップ側またはシフトダウン側への変速を実行し、
上記電動機単独の走行時には、上記第2歯車機構の各変速段の動力伝達の領域で、該第2歯車機構の各変速段に代えて隣接する低速ギヤ側及び高速ギヤ側の第1歯車機構の変速段により駆動力を伝達すると共に、該第1歯車機構の低速ギヤ側の変速段の選択時には上記電動機の駆動力を減少させ、高速ギヤ側の変速段の選択時には上記電動機の駆動力を増加させることにより上記要求トルクをそれぞれ達成する一方、該第1歯車機構の低速ギヤ側の変速段から高速ギヤ側の変速段への切換を上記プリセレクトとして実行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。 - 上記第2クラッチの半クラッチ状態を判定する半クラッチ判定手段を備え、
上記変速制御手段は、接続方向に制御した上記第2クラッチの半クラッチ状態が上記半クラッチ判定手段により判定されたときに、上記エンジンの駆動力の増加及び上記電動機の駆動力の減少を開始することを特徴とする請求項1記載のハイブリッド電気自動車の変速制御装置。 - 上記第2クラッチの半クラッチ状態を判定する半クラッチ判定手段を備え、
上記変速制御手段は、接続方向に制御した上記第2クラッチの半クラッチ状態が上記半クラッチ判定手段により判定される以前に、上記エンジンの駆動力の増加を開始し、上記第2クラッチの半クラッチ状態が上記半クラッチ判定手段により判定されたときに、上記電動機の駆動力の減少を開始することを特徴とする請求項1記載のハイブリッド電気自動車の変速制御装置。 - 上記車両の運転席には、上記変速制御手段により選択されている変速段を表示する表示手段が設けられ、
上記表示手段は、上記第2歯車機構の各変速段に代えて隣接する高速ギヤ側及び低速ギヤ側の第1歯車機構の変速段が選択されているときには、該選択されている変速段に関わらず上記第2歯車機構の変速段を表示することを特徴とする請求項1−3のいずれか1項に記載のハイブリッド電気自動車の変速制御装置。
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