JP5930541B2 - 電気自動車の変速制御装置 - Google Patents
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Description
そして、変速ギヤの回転速度が目標値近傍に到達して回転同期が完了した時点で、アクチュエータによりスリーブをスライドさせる。シンクロ機構により最終的な僅かな回転差が同期され、双方のドグ歯が噛合して変速が完了する。
当該特許文献1の技術では、回転同期の際に電動機により変速ギヤに付加するトルクを変速機の油温に応じて補正することにより、油温変化に関わらず常に略一定の時間で変速ギヤの回転速度を目標値に到達させている。これにより回転同期を完了するまでの所要時間、ひいては変速完了までの所要時間の格差を解消して変速フィーリングの向上を図っている。
即ち、電動機により回転同期したにも拘わらず、その回転同期がドグ歯の噛合に有効に活かされない事態が発生する。このようなギヤ入れ中の回転低下により変速ギヤの回転速度が出力軸側からかけ離れた状況では、スリーブの操作に大きな力が必要になり、アクチュエータの駆動力が不足してドグ歯を噛合できなくなる。
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、電動機を利用した変速ギヤの回転同期を適切に実施することにより、ドグ歯を確実に噛合させて目的の変速段を達成でき、もって変速を完了できない場合の走行不能などの事態を未然に防止することができる電気自動車の変速制御装置を提供することにある。
車速が高い場合には、回転同期後の変速ギヤの回転低下が急激なものになる。よって、車速が高いほど第1の目標回転速度を増加側に設定することにより、ドグ歯の噛合時点でより確実に変速ギヤの回転速度を出力軸側の回転速度近傍に保持することができる。
アクセル開度が大きい場合には、間もなく出力軸側の回転速度が上昇することが予想される。よって、アクセル開度が大きいほど第1の目標回転速度を増加側に設定することにより、ドグ歯の噛合時点でより確実に変速ギヤの回転速度を出力軸側の回転速度近傍に保持することができる。
低ギヤ段側であるほど出力軸側が急激に回転上昇する。よって、低ギヤ段側であるほど第1の目標回転速度を増加側に設定することにより、ドグ歯の噛合時点でより確実に変速ギヤの回転速度を出力軸側の回転速度近傍に保持することができる。
ドグ歯を噛合させる時点で変速ギヤの回転速度が出力軸側の回転速度近傍に保持されるだけでなく、微小トルクの付加により出力軸側に対する変速ギヤの位相が絶えず変化するため、一層迅速且つ確実にドグ歯を噛合させて変速を完了することができる。
出力軸に対する変速ギヤの位相を絶えず変化させると、ドグ歯が噛合可能な位相を瞬間的に通り過ぎて却って噛合できない可能性がある。ゼロトルクに保持する期間を設けることにより、当該期間中は位相変化が中断されるため、結果としてドグ歯の噛合の機会を作り出すことができ、一層確実にドグ歯を噛合させることができる。
以下、本発明をハイブリッド型トラックの変速制御装置に具体化した第1実施形態を説明する。
図1は本実施形態の変速制御装置が適用されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図であり、以下の説明ではトラックを車両と称する。車両には走行用動力源としてディーゼルエンジン(以下、エンジンという)1が搭載されている。エンジン1の出力軸1aは車両の後方(図の右方)に突出し、自動変速機(以下、単に変速機という)2の入力軸2aに接続されている。変速機2は前進6段(1速段〜6速段)及び後退1段を備えており、エンジン1の動力は入力軸2aを介して変速機2に入力された後に、変速段に応じて変速されて出力軸2bから差動装置12及び駆動軸13を介して左右の駆動輪14に伝達されるようになっている。
周知のようにデュアルクラッチ式変速機は、奇数変速段と偶数変速段とを相互に独立した動力伝達系として設け、何れか一方で動力伝達しているときに他方を次に予測される次変速段に予め切り換えておくことにより、動力伝達を中断することなく次変速段への切換を完了するシステムである。
一方、電磁弁7が閉弁すると、作動油の供給中止により油圧シリンダ6が作動しなくなることから、クラッチC1,C2は図示しないプレッシャスプリングにより接続状態から切断状態に切り換えられる。なお、クラッチC1,C2の駆動方式はこれに限ることはなく、例えば油圧駆動に代えてエア駆動或いはモータ駆動を採用してもよい。
電動機3の力行制御では、走行用バッテリ5に蓄えられた直流電力がインバータ4により交流電力に変換されて電動機3に供給され、電動機3がモータ作動して駆動力を歯車機構G2に入力する。また、車両減速時などに行われる電動機3の回生制御では、駆動輪14側からの逆駆動により電動機3がジェネレータ作動して回生制動力を発生すると共に、発電した交流電力をインバータ4により直流電力に変換して走行用バッテリ5に充電する。
エンジンECU17は、車両ECU16によって設定された走行モード及びエンジントルクを達成するように、エンジン1を制御して運転させる。エンジンECU17の入力側には、エンジン1の回転速度Neを検出するエンジン回転速度センサ22、アクセルペダル26の開度θaccを検出するアクセルセンサ27(アクセル開度検出手段)が接続されている。
また、バッテリECU19は、走行用バッテリ5の温度、走行用バッテリ5の電圧、インバータ4と走行用バッテリ5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走行用バッテリ5のSOCを求め、そのSOCを検出結果と共に車両ECU16に出力する。
しかしながら、このような制御により回転同期が達成されたとしても、[発明が解決しようとする課題]でも述べたように、特に変速機2の油温Toilが低い状況では、回転同期の完了後の変速ギヤの急激な回転低下によりドグ歯を噛合できない事態が発生する。
ここで、上記観点に基づき本実施形態では、電動機3による回転同期のための目標回転速度Ntgt(第1の目標回転速度)として、出力回転速度Noutよりも高回転側の値が適用される。これとは別に、後述する第2実施形態で実行されるトルク変動制御時には出力回転速度Noutと一致する目標回転速度Ntgt(第2の目標回転速度)も適用される。
なお、実際の制御では、出力軸回転速度Noutにギヤ比分を乗算した値(Nout・ギヤ比分)を目標回転速度Ntgtとし、その目標回転速度Ntgtに入力回転速度Nin2を一致させるように制御しているが、以下の説明では便宜上、上記のように目標回転速度Ntgtが出力回転速度Noutに一致するものとして扱う。
まず、ステップS2で歯車機構G2のプリセレクトのタイミングに至ったか否かを判定し、No(否定)のときには一旦ルーチンを終了する。ステップS2の判定がYes(肯定)になると、ステップS4に移行して目標回転速度NtgtUPの設定処理を実行する。即ち、出力回転速度センサ28により検出された出力回転速度Noutをベース値Nbaseとして設定し、次式(1)に従って目標回転速度NtgtUPを算出する(目標回転速度設定手段)。
ここに、KNtempは油温補正係数、KNvは速度補正係数、KNaccはアクセル補正係数、KNgearはギヤ補正係数であり、それぞれ予め設定された図3〜6に示すマップに基づき算出される。
図4は車速Vに基づき速度補正係数KNvを算出するためのマップを示し、速度補正係数KNvは車速Vが高いほど大きな値として算出される。
図5はアクセル開度θaccに基づきアクセル補正係数KNaccを算出するためのマップを示し、アクセル補正係数KNaccはアクセル開度θaccが大きいほど大きな値として算出される。
図6は変速機2の変速段(現在動力伝達中の変速段)に基づきギヤ補正係数KNgearを算出するためのマップを示し、ギヤ補正係数KNgearは低ギヤ段ほど大きな値として算出される。
さらにステップS12で、ギヤ入れの開始から予め設定されたギヤ入れトライ時間T1が経過したか否かを判定し、続くステップS14ではギヤ位置センサ25の検出に基づきギヤ入れが完了したか否かを判定する。ギヤ入れの開始当初は未だギヤ入れトライ時間T1は経過せず、ギヤ入れも完了していないため、ステップS12,14で共にNoの判定を下してステップS10に戻る。
従って、以上のように初回のギヤ入れによりプリセレクトが正常に完了すると、以降は図2のステップS2でNoの判定を下すことからギヤ入れは繰り返されない。そして、その後の変速タイミングでクラッチC1,C2の断接状態が逆転されることにより、歯車機構G2の目的の変速段への変速が完了することになる。
以上のようにして歯車機構G2のプリセレクト時には、まずステップS4〜8の処理により、目的の変速段の変速ギヤを電動機3によって出力軸2b側に回転同期させた上で、ステップS10〜14の処理によりギヤ入れを行っている。
そして、変速ギヤを回転同期させる際の目標回転速度NtgtUPを、上記式(1)に基づき変速機2の油温Toilが低いほどベース値Nbase(=出力回転速度Nout)よりも増加させている。
よって、油温Toilに応じて目標回転速度NtgtUPを増加させることにより、回転同期が完了した時点の変速ギヤの回転速度Nが予め出力回転速度Noutよりも高められる。このため、その後のギヤ入れ中に変速ギヤが回転低下したとしても、ドグ歯を噛合させる時点で確実に出力軸2b側の回転速度Nout近傍に保持することができる。
車速Vが高い場合には変速ギヤは高回転域で回転同期されるため、回転同期後の回転低下が急激なものになる。よって、上記式(1)に基づき車速Vが高いほど目標回転速度NtgtUPを増加させることにより、たとえ高速走行時であっても、ドグ歯の噛合時点でより確実に変速ギヤの回転速度Nを出力軸2b側の回転速度Nout近傍に保持することができる。
なお、車速Vの微分値に基づく従来技術でも出力軸2b側の回転変化を考慮しているが、その時点の車速Vに基づく補正処理のため、回転同期が完了した後の車速変化には対応できない。車速Vの変化はアクセル開度θaccの変化に対して所定の遅れを伴って発生することから、アクセル開度θaccに応じて目標回転速度NtgtUPを設定すれば、出力軸2b側の回転変化をいち早く目標回転速度NtgtUPに反映でき、もって上記作用効果を達成できる。車両重量が大きいトラックなどは、アクセル操作が車両の加減速に反映されるまでに時間がかかるため、特に本設定処理が有用となる。
よって、以上の車速V、アクセル開度θacc及び変速段に応じた目標回転速度NtgtUPの設定処理により、一層迅速且つ確実にドグ歯を噛合させて変速段のプリセレクトを達成できる。
本実施形態の全体的な構成は図1に基づき説明したものと同一であり、相違点は、車両ECU16が実行する処理にある。そこで、構成が共通する箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、車両ECU16の処理について重点的に説明する。
ここで本実施形態では、プリセレクトのために目的の変速段のシンクロ機構が油圧シリンダで操作されるときに、ドグ歯を噛合させ易くするために変速ギヤに正側及び負側の微小トルクを交互に付加している(以下、このときの制御をトルク変動制御という)。このトルク変動制御は、ニュートラル状態からドグ歯の噛合までのシンクロ機構のストローク中の所定範囲で実行されることから、そのストローク範囲を特定するために、上記ギヤ位置センサ25はストロークセンサとしても機能するように構成されている。
まず、ステップS2で歯車機構G2のプリセレクトのタイミングに至ると、ステップS4で式(1)に従って目標回転速度NtgtUPの設定処理を実行する。本実施形態では、ドグ歯の噛合よりも先行するトルク変動制御を開始する時点で変速ギヤの回転速度Nが出力軸2b側と一致するように、目標回転速度NtgtUPが設定される。
その後に車両ECU16は、ステップS6で目標回転速度NtgtUPに基づき電動機3を制御し、続くステップS8で回転同期が完了すると、ステップS10でギヤ入れを開始する。続くステップS102では、シンクロ機構の操作ストロークが上記トルク変動制御の範囲内であるか否かを判定する。
トルク変動制御では、図10のタイムチャートに示すように、電動機3により変速ギヤに正側及び負側の微小トルクを交互に付加している。詳しくは、その時点の変速ギヤの回転速度Nを維持し得るゼロトルク(図中に0で示す)を中心として、振幅及び時間が大のメイントルクと振幅及び時間が小のサブトルクとを互いに逆方向に繰り返すことにより周期的なトルク変動を実現している。
1)ゼロトルクに対するメイントルクの変動量MTmain
2)ゼロトルクに対するサブトルクの変動量MTsub(<MTmain)
3)メイントルクの変動時間Tmain
4)サブトルクの変動時間Tsub(<Tmain)
5)ゼロトルクの継続時間Tzero
6)メイントルク及びサブトルクを1セットとした反復回数N
そして、偏差ΔNが負から正に反転してステップS202の判定がYesになると、ステップS208に移行して変動量MTmainを正側に設定することにより正側のメイントルクからトルク変動制御を開始する(トルク補正手段)。また、偏差ΔNがヒステリシス設定値−ΔN0を下回ってステップS204の判定がYesになると、ステップS210に移行して変動量MTmainを負側に設定することにより負側のメイントルクからトルク変動制御を開始する(トルク補正手段)。
図11はギヤ入れ中の変速ギヤの回転変動状況を示すタイムチャートである。
図7のステップS6の処理により、変速ギヤの回転速度Nは電動機3の駆動によって引き上げられ、図11のポイントeで目標回転速度NtgtUPに到達して回転同期が完了した後にギヤ入れが開始される。
変速機2の低油温時には変速ギヤなどに作用する回転抵抗が大であるため、たとえ回転速度Nが目標回転速度Ntgtを上回ったとしても、その直後に回転抵抗により目標回転速度Ntgtを下回る可能性がある。このような場合の不必要なトルク変動制御の切換を未然に防止し、変速ギヤを回転低下させる必要がある場合に限って適切に負側のメイントルクを開始できる。このため、ギヤ入れ中の変速ギヤの回転速度Nをより良好に目標回転速度Ntgt近傍に保持できる。
ゼロトルクに保持する期間(継続時間Tzero)を設けることにより、当該期間中は出力軸2b側に対する変速ギヤの位相変化が中断されるため、結果としてドグ歯の噛合の機会を作り出すことができる。よって、一層迅速且つ確実に変速段のプリセレクトを達成することができる。
また上記実施形態では、デュアルクラッチ式変速機2に適用したが、これに限るものではなく、例えば手動変速機をベースとして、変速操作及びクラッチの断接操作をアクチュエータにより自動的に行う自動変速機に具体化してもよい。また、手動変速機に具体化して、運転者による手動の変速操作時に電動機3を利用した回転同期を行うようにしてもよい。
また上記第2実施形態では、変速ギヤに微小トルクを付加するトルク変動制御を実行すると共に、偏差ΔNに基づき変速ギヤの回転速度Nを目標回転速度Ntgt近傍に保持する制御を行った。しかし、必ずしも後者の制御を実行する必要はなく、トルク変動制御のみを実行するようにしてもよい。
1a 出力軸
2 変速機
2a 入力軸
2b 出力軸
3 電動機
4 インバータ
5 バッテリ
6 油圧シリンダ
7 電磁弁
8,11 油路
9 油圧供給源
10 ギヤシフトユニット
12 差動装置
13 駆動軸
14 駆動輪
16 車両ECU
(回転同期制御手段、目標回転速度設定手段、トルク変動制御手段、トルク補正手段)
17 エンジンECU
18 インバータECU
19 バッテリECU
23,24 入力回転速度センサ
25 ギヤ位置センサ
26 アクセルペダル
27 アクセルセンサ(アクセル開度検出手段)
28 出力回転速度センサ(車速検出手段)
29 セレクトレバー
30 レバー位置センサ
34 ブレーキペダル
35 ブレーキセンサ
36 油温センサ(油温検出手段)
C1,C2 クラッチ
G1,G2 歯車機構
Claims (7)
- 電動機の駆動力を変速機を介して駆動輪側に伝達して走行可能な電気自動車において、
上記変速機の変速段を切換操作するときに、上記電動機の駆動力を上記変速機に伝達して、切換操作すべき変速ギヤの回転速度を該変速機の出力軸側の回転速度に基づき設定された第1の目標回転速度に一致させるように制御する回転同期制御手段と、
上記変速機の油温を検出する油温検出手段と、
上記油温検出手段により検出された油温が低いほど、上記第1の目標回転速度を上記出力軸側の回転速度よりも増加側に設定する目標回転速度設定手段と
を備えたことを特徴とする電気自動車の変速制御装置。 - 上記電気自動車の車速を検出する車速検出手段を備え、
上記目標回転速度設定手段は、上記車速検出手段により検出された車速が高いほど、上記第1の目標回転速度を上記出力軸側の回転速度よりも増加側に設定することを特徴とする請求項1記載の電気自動車の変速制御装置。 - アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を備え、
上記目標回転速度設定手段は、上記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度が大きいほど、上記第1の目標回転速度を上記出力軸側の回転速度よりも増加側に設定することを特徴とする請求項1または2記載の電気自動車の変速制御装置。 - 上記目標回転速度設定手段は、上記変速機の変速段が低ギヤ段側であるほど、上記第1の目標回転速度を上記出力軸側の回転速度よりも増加側に設定することを特徴とする請求項1乃至3の何れか記載の電気自動車の変速制御装置。
- 上記回転同期制御手段による回転同期の完了後に、上記変速ギヤの回転速度を維持し得るゼロトルクを中心として、上記電動機により上記変速ギヤに正側及び負側の微小トルクを交互に付加するトルク変動制御を実行するトルク変動制御手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか記載の電気自動車の変速制御装置。
- 上記トルク変動制御手段によるトルク変動制御の実行中に、上記変速ギヤの回転速度を上記出力軸側の回転速度に対応して設定された第2の目標回転速度近傍に保持すべく、上記トルク変動制御手段によって付加される上記正側及び負側の微小トルクを補正するトルク補正手段を備え、
上記トルク補正手段は、上記変速ギヤの回転速度が第2の目標回転速度を下回ったときに、上記ゼロトルクを基準として負側の微小トルクよりも正側の微小トルクが大となるように補正し、上記変速ギヤの回転速度が上記第2の目標回転速度を予め設定されたヒステリシス設定値だけ上回ったときに、上記ゼロトルクを基準として正側の微小トルクよりも負側の微小トルクが大となるように補正することを特徴とする請求項5に記載の電気自動車の変速制御装置。 - 上記トルク変動制御手段は、上記正側及び負側の微小トルクの間で予め設定された継続時間に亘って上記ゼロトルクを継続することを特徴とする請求項5または6に記載の電気自動車の変速制御装置。
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