JP6361820B2 - 車両の変速制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、駆動系に搭載された変速機に、変速段を切り替える変速要素として、解放位置からのストロークにより噛み合い締結する係合クラッチを有する車両の変速制御装置に関する。
従来、回転同期機構を持つ係合クラッチを備えた自動変速機において、係合クラッチを噛み合い締結する変速時、係合クラッチの差回転数を同期判定回転数に収束させる電動モータの回転数フィードバック制御(以下、「フィードバック」を「FB」という。)を実施する。回転数FB制御を実施することにより差回転数が同期判定回転数の範囲内になると、係合クラッチの噛み合い締結を開始し、回転数FB制御を継続したままで噛み合い締結を完了する自動変速機の制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−90604号公報
しかしながら、従来の自動変速機の制御装置にあっては、スムーズな係合クラッチの噛み合い締結動作を達成する差回転数に設定された同期判定回転数を目標差回転数とし、係合クラッチの実差回転数を目標差回転数に収束させる回転数FB制御が実施される。このため、回転数FB制御においては、係合クラッチが噛み合い締結状態に入ると実差回転数がゼロになり、実差回転数と目標差回転数(同期判定回転数)との間に生じる回転数偏差を制御上の外乱と捉える。したがって、係合クラッチが噛み合い締結状態となってから噛み合い締結完了が判断されるまで回転数FB制御を継続したままとすると、実差回転数(ゼロ回転数)を目標差回転数(同期判定回転数)に合わせようとするFBトルクが発生する。そして、このFBトルクが車両のショックとして運転者に不快感を与える、という問題が生じていた。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、回転同期判定に基づき係合クラッチを噛み合い締結させる変速時、回転数FB制御により出力されるFBトルクに起因する車両のショックを軽減する車両の変速制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の車両は、動力源から駆動輪までの駆動系に複数の変速段を達成する変速機が搭載され、変速機は、変速段を切り替える変速要素として、解放位置からのストロークにより噛み合い締結する係合クラッチを有する。
この車両において、係合クラッチを噛み合い締結する変速段への変速要求時、係合クラッチに接続された電動モータに対する回転数FB制御を実施し、係合クラッチの差回転数が、ゼロ回転数ではない所定の差回転数に設定した同期判定回転数の範囲内になると、係合クラッチへ噛み合い締結指示を出力する変速コントローラを設ける。
電動モータに対する回転数フィードバック制御は、電動モータの実モータ回転数を、同期判定回転数に相当する目標モータ回転数に収束させるようにフィードバックトルクを出力する制御である。
変速コントローラは、電動モータの回転数FB制御を実施する際、係合クラッチの噛み合い締結が開始されると、噛み合い締結開始前よりも回転数FB制御の効きを小さくする。
この結果、回転同期判定に基づき係合クラッチを噛み合い締結させる変速時、回転数FB制御により出力されるFBトルクに起因する車両のショックを軽減することができる。
実施例1の変速制御装置が適用されたハイブリッド車両の駆動系及び制御系を示す全体システム図である。 実施例1の変速制御装置が適用されたハイブリッド車両に搭載された多段歯車変速機の変速制御系の構成を示す制御系構成図である。 実施例1の変速制御装置が適用されたハイブリッド車両に搭載された多段歯車変速機において変速パターンを切り替える考え方を示す変速マップ概要図である。 実施例1の変速制御装置が適用されたハイブリッド車両に搭載された多段歯車変速機において3つの係合クラッチの切り替え位置による変速パターンを示す変速パターン図である。 実施例1の変速機コントロールユニットで実行される変速制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例1の変速制御処理で用いられる差回転数絶対値に対するFBゲインの関係を示す第1FBゲイン特性図である。 実施例1の変速制御処理で用いられる差回転数絶対値に対するFBゲインの関係を示す第2FBゲイン特性図である。 「EV2nd ICE2nd」の変速パターンが選択されたときの多段歯車変速機におけるMG1トルクとICEトルクの流れを示すトルクフロー図である。 「EV2nd ICE3rd」の変速パターンが選択されたときの多段歯車変速機におけるMG1トルクとICEトルクの流れを示すトルクフロー図である。 実施例1において多段歯車変速機の変速パターンを「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」に切り替えるときの前後G・MG1回転数・エンジン回転数(=MG2回転数)・MG1トルク・エンジントルク・MG2トルク・C1指令位置・C2指令位置・MG2制御モードの各特性を示すタイムチャートである。 実施例2の変速機コントロールユニットで実行される変速制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例2において多段歯車変速機の変速パターンを「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」に切り替えるときの前後G・MG1回転数・エンジン回転数(=MG2回転数)・MG1トルク・エンジントルク・MG2トルク・C1指令位置・C2指令位置・MG2制御モードの各特性を示すタイムチャートである。
以下、本発明の車両の変速制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例1及び実施例2に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
実施例1の変速制御装置は、駆動系構成要素として、1つのエンジンと、2つのモータジェネレータと、3つの係合クラッチを有する多段歯車変速機と、を備えたハイブリッド車両(車両の一例)に適用したものである。以下、実施例1におけるハイブリッド車両の変速制御装置の構成を、「全体システム構成」、「変速制御系構成」、「変速パターン構成」、「変速制御処理構成」に分けて説明する。
[全体システム構成]
図1は、実施例1の変速制御装置が適用されたハイブリッド車両の駆動系及び制御系を示す。以下、図1に基づき、全体システム構成を説明する。
ハイブリッド車両の駆動系は、図1に示すように、内燃機関ICEと、第1モータジェネレータMG1と、第2モータジェネレータMG2と、3つの係合クラッチC1,C2,C3を有する多段歯車変速機1と、を備えている。なお、「ICE」は「Internal-Combustion Engine」の略称である。
前記内燃機関ICEは、例えば、クランク軸方向を車幅方向として車両のフロントルームに配置したガソリンエンジンやディーゼルエンジン等である。この内燃機関ICEは、多段歯車変速機1の変速機ケース10に連結されると共に、内燃機関出力軸が、多段歯車変速機1の第1軸11に接続される。なお、内燃機関ICEは、基本的に、第2モータジェネレータMG2をスタータモータとしてMG2始動する。但し、極低温時などのように強電バッテリ3を用いたMG2始動が確保できない場合に備えてスタータモータ2を残している。
前記第1モータジェネレータMG1及び第2モータジェネレータMG2は、いずれも強電バッテリ3を共通の電源とする三相交流の永久磁石型同期モータである。第1モータジェネレータMG1のステータは、第1モータジェネレータMG1のケースに固定され、そのケースが多段歯車変速機1の変速機ケース10に固定される。そして、第1モータジェネレータMG1のロータに一体の第1モータ軸が、多段歯車変速機1の第2軸12に接続される。第2モータジェネレータMG2のステータは、第2モータジェネレータMG2のケースに固定され、そのケースが多段歯車変速機1の変速機ケース10に固定される。そして、第2モータジェネレータMG2のロータに一体の第2モータ軸が、多段歯車変速機1の第6軸16に接続される。第1モータジェネレータMG1のステータコイルには、力行時に直流を三相交流に変換し、回生時に三相交流を直流に変換する第1インバータ4が、第1ACハーネス5を介して接続される。第2モータジェネレータMG2のステータコイルには、力行時に直流を三相交流に変換し、回生時に三相交流を直流に変換する第2インバータ6が、第2ACハーネス7を介して接続される。強電バッテリ3と第1インバータ4及び第2インバータ6は、ジャンクションボックス9を介してDCハーネス8により接続される。
前記多段歯車変速機1は、変速比が異なる複数の歯車対を有する常時噛み合い式変速機であり、変速機ケース10内に互いに平行に配置され、歯車が設けられる6つの歯車軸11〜16と、歯車対を選択する3つの係合クラッチC1,C2,C3と、を備える。歯車軸としては、第1軸11と、第2軸12と、第3軸13と、第4軸14と、第5軸15と、第6軸16が設けられる。係合クラッチとしては、第1係合クラッチC1と、第2係合クラッチC2と、第3係合クラッチC3が設けられる。なお、変速機ケース10には、ケース内の軸受け部分や歯車の噛み合い部分に潤滑オイルを供給する電動オイルポンプ20が付設される。
前記第1軸11は、内燃機関ICEが連結される軸であり、第1軸11には、図1の右側から順に、第1歯車101、第2歯車102、第3歯車103が配置される。第1歯車101は、第1軸11に対して一体(一体化固定を含む)に設けられる。第2歯車102と第3歯車103は、軸方向に突出するボス部が第1軸11の外周に挿入される遊転歯車であり、第2係合クラッチC2を介し、第1軸11に対して駆動連結可能に設けられる。
前記第2軸12は、第1モータジェネレータMG1が連結され、第1軸11の外側位置に軸心を一致させて同軸配置された円筒軸であり、第2軸12には、図1の右側から順に、第4歯車104、第5歯車105が配置される。第4歯車104と第5歯車105は、第2軸12に対して一体(一体化固定を含む)に設けられる。
前記第3軸13は、多段歯車変速機1の出力側に配置された軸であり、第3軸13には、図1の右側から順に、第6歯車106、第7歯車107、第8歯車108、第9歯車109、第10歯車110が配置される。第6歯車106と第7歯車107と第8歯車108は、第3軸13に対して一体(一体化固定を含む)に設けられる。第9歯車109と第10歯車110は、軸方向に突出するボス部が第3軸13の外周に挿入される遊転歯車であり、第3係合クラッチC3を介し、第3軸13に対して駆動連結可能に設けられる。そして、第6歯車106は第1軸11の第2歯車102に噛み合い、第7歯車107はデファレンシャル歯車17の第16歯車116と噛み合い、第8歯車108は第1軸11の第3歯車103に噛み合う。第9歯車109は第2軸12の第4歯車104に噛み合い、第10歯車110は第2軸12の第5歯車105に噛み合う。
前記第4軸14は、変速機ケース10に両端が支持された軸であり、第4軸14には、図1の右側から順に、第11歯車111、第12歯車112、第13歯車113が配置される。第11歯車111は、第4軸14に対して一体(一体化固定を含む)に設けられる。第12歯車112と第13歯車113は、軸方向に突出するボス部が第4軸14の外周に挿入される遊転歯車であり、第1係合クラッチC1を介し、第4軸14に対して駆動連結可能に設けられる。そして、第11歯車111は第1軸11の第1歯車101に噛み合い、第12歯車112は第1軸11の第2歯車102と噛み合い、第13歯車113は第2軸12の第4歯車104と噛み合う。
前記第5軸15は、変速機ケース10に両端が支持された軸であり、第4軸14の第11歯車111と噛み合う第14歯車114が一体(一体化固定を含む)に設けられる。
前記第6軸16は、第2モータジェネレータMG2が連結される軸であり、第5軸15の第14歯車114と噛み合う第15歯車115が一体(一体化固定を含む)に設けられる。
そして、第2モータジェネレータMG2と内燃機関ICEは、互いに噛み合う第15歯車115、第14歯車114、第11歯車111、第1歯車101により構成されるギヤ列により機械的に連結されている。このギヤ列は、第2モータジェネレータMG2による内燃機関ICEのMG2始動時、MG2回転数を減速する減速ギヤ列となり、内燃機関ICEの駆動で第2モータジェネレータMG2を発電するMG2発電時、機関回転数を増速する増速ギヤ列となる。
前記第1係合クラッチC1は、第4軸14のうち、第12歯車112と第13歯車113の間に介装され、同期機構を持たないことで、回転同期状態での噛み合いストロークにより締結されるドグクラッチである。第1係合クラッチC1が左側締結位置(Left)のとき、第4軸14と第13歯車113を駆動連結する。第1係合クラッチC1が中立位置(N)のとき、第4軸14と第12歯車112を解放すると共に、第4軸14と第13歯車113を解放する。第1係合クラッチC1が右側締結位置(Right)のとき、第4軸14と第12歯車112を駆動連結する。
前記第2係合クラッチC2は、第1軸11のうち、第2歯車102と第3歯車103の間に介装され、同期機構を持たないことで、回転同期状態での噛み合いストロークにより締結されるドグクラッチである。第2係合クラッチC2が左側締結位置(Left)のとき、第1軸11と第3歯車103を駆動連結する。第2係合クラッチC2が中立位置(N)のとき、第1軸11と第2歯車102を解放すると共に、第1軸11と第3歯車103を解放する。第2係合クラッチC2が右側締結位置(Right)のとき、第1軸11と第2歯車102を駆動連結する。
前記第3係合クラッチC3は、第3軸13のうち、第9歯車109と第10歯車110の間に介装され、同期機構を持たないことで、回転同期状態での噛み合いストロークにより締結されるドグクラッチである。第3係合クラッチC3が左側締結位置(Left)のとき、第3軸13と第10歯車110を駆動連結する。第3係合クラッチC3が中立位置(N)のとき、第3軸13と第9歯車109を解放すると共に、第3軸13と第10歯車110を解放する。第3係合クラッチC3が右側締結位置(Right)のとき、第3軸13と第9歯車109を駆動連結する。そして、多段歯車変速機1の第3軸13に一体(一体化固定を含む)に設けられた第7歯車107に噛み合う第16歯車116は、デファレンシャル歯車17及び左右のドライブ軸18を介して左右の駆動輪19に接続されている。
ハイブリッド車両の制御系は、図1に示すように、ハイブリッドコントロールモジュール21と、モータコントロールユニット22と、変速機コントロールユニット23と、エンジンコントロールユニット24と、を備えている。
前記ハイブリッドコントロールモジュール21(略称:「HCM」)は、車両全体の消費エネルギーを適切に管理する機能を担う統合制御手段である。このハイブリッドコントロールモジュール21は、他のコントロールユニット(モータコントロールユニット22、変速機コントロールユニット23、エンジンコントロールユニット24など)とCAN通信線25により双方向情報交換可能に接続されている。なお、CAN通信線25の「CAN」とは、「Controller Area Network」の略称である。
前記モータコントロールユニット22(略称:「MCU」)は、第1インバータ4と第2インバータ6に対する制御指令により第1モータジェネレータMG1と第2モータジェネレータMG2の力行制御や回生制御などを行う。第1モータジェネレータMG1及び第2モータジェネレータMG2に対する制御モードとしては、「トルク制御」と「回転数FB制御」がある。「トルク制御」は、目標駆動力に対して分担する目標モータトルクが決まると、実モータトルクを目標モータトルクに追従させる制御を行う。「回転数FB制御」は、走行中に係合クラッチC1,C2,C3の何れかを噛み合い締結する変速要求があると、クラッチ入出力回転数を回転同期させる目標モータ回転数を決め、実モータ回転数を目標モータ回転数に収束させるようにFBトルクを出力する制御を行う。
前記変速機コントロールユニット23(略称:「TMCU」)は、所定の入力情報に基づいて電動アクチュエータ31,32,33(図2参照)へ電流指令を出力することにより、多段歯車変速機1の変速パターンを切り替える変速制御を行う。この変速制御では、係合クラッチC1,C2,C3を選択的に噛み合い締結/解放させ、複数対の歯車対から動力伝達に関与する歯車対を選択する。ここで、解放されている係合クラッチC1,C2,C3の何れかを締結する変速要求時には、クラッチ入出力の差回転数を抑えて噛み合い締結を確保するために、第1モータジェネレータMG1又は第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御(回転同期制御)を併用する。
前記エンジンコントロールユニット24(略称:「ECU」)は、所定の入力情報に基づいてモータコントロールユニット22や点火プラグや燃料噴射アクチュエータなどへ制御指令を出力することにより、内燃機関ICEの始動制御や内燃機関ICEの停止制御や燃料カット制御などを行う。
[変速制御系構成]
実施例1の多段歯車変速機1は、変速要素として、噛み合い締結による係合クラッチC1,C2,C3(ドグクラッチ)を採用することにより引き摺りを低減することで効率化を図った点を特徴とする。そして、係合クラッチC1,C2,C3のいずれかを噛み合い締結させる変速要求があると、クラッチ入出力の差回転数を、第1モータジェネレータMG1又は第2モータジェネレータMG2により回転同期させ、同期判定回転数範囲内になると噛み合いストロークを開始することで実現している。又、締結されている係合クラッチC1,C2,C3のいずれかを解放させる変速要求があると、解放クラッチのクラッチ伝達トルクを低下させ、解放トルク判定値以下になると解放ストロークを開始することで実現している。以下、図2に基づき、多段歯車変速機1の変速制御系構成を説明する。
変速制御系は、図2に示すように、係合クラッチとして、第1係合クラッチC1と第2係合クラッチC2と第3係合クラッチC3を備えている。アクチュエータとして、第1電動アクチュエータ31と第2電動アクチュエータ32と第3電動アクチュエータ33を備えている。そして、アクチュエータ動作をクラッチ係合/解放動作に変換する機構として、第1係合クラッチ動作機構41と第2係合クラッチ動作機構42と第3係合クラッチ動作機構43を備えている。さらに、第1電動アクチュエータ31と第2電動アクチュエータ32と第3電動アクチュエータ33の制御手段として、変速機コントロールユニット23を備えている。
前記第1係合クラッチC1と第2係合クラッチC2と第3係合クラッチC3は、ニュートラル位置(N:解放位置)と、左側締結位置(Left:左側クラッチ噛み合い締結位置)と、右側締結位置(Right:右側クラッチ噛み合い締結位置)と、を切り替えるドグクラッチである。各係合クラッチC1,C2,C3は何れも同じ構成であり、カップリングスリーブ51,52,53と、左側ドグクラッチリング54,55,56と、右側ドグクラッチリング57,58,59と、を備える。カップリングスリーブ51,52,53は、第4軸14,第1軸11,第3軸13に固定された図外のハブを介してスプライン結合により軸方向にストローク可能に設けられたもので、両側に平らな頂面によるドグ歯51a,51b,52a,52b,53a,53bを有する。さらに、カップリングスリーブ51,52,53の周方向中央部にフォーク溝51c,52c,53cを有する。左側ドグクラッチリング54,55,56は、各係合クラッチC1,C2,C3の左側遊転歯車である各歯車113,103,110のボス部に固定され、ドグ歯51a,52a,53aに対向する平らな頂面によるドグ歯54a,55a,56aを有する。右側ドグクラッチリング57,58,59は、各係合クラッチC1,C2,C3の右側遊転歯車である各歯車112,102,109のボス部に固定され、ドグ歯51b,52b,53bに対向する平らな頂面によるドグ歯57b,58b,59bを有する。
前記第1係合クラッチ動作機構41と第2係合クラッチ動作機構42と第3係合クラッチ動作機構43は、電動アクチュエータ31,32,33の回動動作を、カップリングスリーブ51,52,53の軸方向ストローク動作に変換する機構である。各係合クラッチ動作機構41,42,43は何れも同じ構成であり、回動リンク61,62,63と、シフトロッド64,65,66と、シフトフォーク67,68,69と、を備える。回動リンク61,62,63は、一端が電動アクチュエータ31,32,33のアクチュエータ軸に設けられ、他端がシフトロッド64,65,66に相対変位可能に連結される。シフトロッド64,65,66は、ロッド分割位置にスプリング64a,65a,66aが介装され、ロッド伝達力の大きさと方向に応じて伸縮可能とされている。シフトフォーク67,68,69は、一端がシフトロッド64,65,66に固定され、他端がカップリングスリーブ51,52,53のフォーク溝51c,52c,53cに配置される。
前記変速機コントロールユニット23は、車速センサ71、アクセル開度センサ72、変速機出力軸回転センサ73、エンジン回転数センサ74、MG1回転数センサ75、MG2回転数センサ76、インヒビタースイッチ77、などからのセンサ信号やスイッチ信号を入力する。なお、変速機出力軸回転数センサ73は、第3軸13に設けられる。そして、カップリングスリーブ51,52,53の位置によって決まる係合クラッチC1,C2,C3の噛み合い締結と解放を制御する位置サーボ制御部(例えば、PID制御による位置サーボ系)を備えている。この位置サーボ制御部は、第1スリーブ位置センサ81、第2スリーブ位置センサ82、第3スリーブ位置センサ83からのセンサ信号を入力する。そして、各スリーブ位置センサ81,82,83のセンサ値を読み込み、カップリングスリーブ51,52,53の位置が噛み合いストロークによる締結位置又は解放位置になるように、電動アクチュエータ31,32,33に電流を与える。即ち、カップリングスリーブ51,52,53に溶接されたドグ歯と遊転歯車に溶接されたドグ歯との双方が噛合した噛み合い位置にある締結状態にすることで、遊転歯車を第4軸14,第1軸11,第3軸13に駆動連結する。一方、カップリングスリーブ51,52,53が、軸線方向へ変位することでカップリングスリーブ51,52,53に溶接されたドグ歯と遊転歯車に溶接されたドグ歯が非噛み合い位置にある解放状態にすることで、遊転歯車を第4軸14,第1軸11,第3軸13から切り離す。
[変速パターン構成]
実施例1の多段歯車変速機1は、流体継手などの回転差吸収要素を持たないことで動力伝達損失を低減すると共に、内燃機関ICEをモータアシストすることでICE変速段を減らし、コンパクト化(EV変速段:1-2速、ICE変速段:1-4速)を図った点を特徴とする。以下、図3及び図4に基づき、多段歯車変速機1の変速パターン構成を説明する。
変速パターンの考え方は、図3に示すように、車速VSPが所定車速VSP0以下の発進領域においては、多段歯車変速機1が回転差吸収要素を持たないため、「EVモード」でモータ駆動力のみによるモータ発進とする。そして、走行領域においては、図3に示すように、駆動力の要求が大きいとき、エンジン駆動力をモータ駆動力によりアシストする「パラレルHEVモード」により対応するという変速パターンの考え方を採る。つまり、車速VSPの上昇に従って、ICE変速段は、(ICE1st→)ICE2nd→ICE3rd→ICE4thへと変速段が移行し、EV変速段は、EV1st→EV2ndへと変速段が移行する。よって、図3に示す変速パターンの考え方に基づき、変速パターンを切り替える変速要求を出すための変速マップを作成する。
係合クラッチC1,C2,C3を有する多段歯車変速機1により得ることが可能な変速パターンは図4に示す通りである。なお、図4中の「Lock」は、変速パターンとして成立しないインターロックパターンを表し、「EV-」は、第1モータジェネレータMG1が駆動輪19に駆動連結されていない状態を表し、「ICE-」は、内燃機関ICEが駆動輪19に駆動連結されていない状態を表す。そして、変速制御では、図4に示す変速パターンの全てを用いる必要は無く、これらの変速パターンから必要に応じて選択しても勿論良い。以下、各変速パターンについて説明する。
第2係合クラッチC2が「N」で、第3係合クラッチC3が「N」のとき、第1係合クラッチC1の位置により次の変速パターンとなる。第1係合クラッチC1が「Left」であれば「EV- ICEgen」、第1係合クラッチC1が「N」であれば「Neutral」、第1係合クラッチC1が「Right」であれば「EV- ICE3rd」である。ここで、「EV- ICEgen」の変速パターンは、停車中、内燃機関ICEにより第1モータジェネレータMG1で発電するMG1アイドル発電時、又は、MG1発電にMG2発電を加えたダブルアイドル発電時に選択されるパターンである。「Neutral」の変速パターンは、停車中、内燃機関ICEにより第2モータジェネレータMG2で発電するMG2アイドル発電時に選択されるパターンである。
第2係合クラッチC2が「N」で、第3係合クラッチC3が「Left」のとき、第1係合クラッチC1の位置により次の変速パターンとなる。第1係合クラッチC1が「Left」であれば「EV1st ICE1st」、第1係合クラッチC1が「N」であれば「EV1st ICE-」、第1係合クラッチC1が「Right」であれば「EV1st ICE3rd」である。ここで、「EV1st ICE-」の変速パターンは、内燃機関ICEを停止して第1モータジェネレータMG1で走行する「EVモード」のパターン、又は、内燃機関ICEにより第2モータジェネレータMG2で発電しながら、第1モータジェネレータMG1で1速EV走行を行う「シリーズHEVモード」のパターンである。よって、例えば、「EV1st ICE-」による「シリーズHEVモード」を選択しての走行中、駆動力不足による減速に基づいて第1係合クラッチC1を「N」から「Left」に切り替える。この場合、駆動力が確保される「EV1st ICE1st」の変速パターンによる「パラレルHEVモード(1速)」の走行に移行する。
第2係合クラッチC2が「Left」で、第3係合クラッチC3が「Left」のとき、第1係合クラッチC1の位置が「N」であれば「EV1st ICE2nd」である。よって、例えば、「EV1st ICE-」による「シリーズHEVモード」を選択しての1速EV走行中に駆動力要求が高くなったことで、第2係合クラッチC2を「N」から「Left」に切り替える。この場合、駆動力が確保される「EV1st ICE2nd」の変速パターンによる「パラレルHEVモード」の走行に移行する。
第2係合クラッチC2が「Left」で、第3係合クラッチC3が「N」のとき、第1係合クラッチC1の位置により次の変速パターンとなる。第1係合クラッチC1が「Left」であれば「EV1.5 ICE2nd」、第1係合クラッチC1が「N」であれば「EV- ICE2nd」である。
第2係合クラッチC2が「Left」で、第3係合クラッチC3が「Right」のとき、第1係合クラッチC1の位置が「N」であれば「EV2nd ICE2nd」である。よって、例えば、「EV1st ICE2nd」による変速パターンを選択しての「パラレルHEVモード」での走行中、アップ変速要求に従って第3係合クラッチC3を「Left」から「N」を経過して「Right」に切り替える。この場合、EV変速段を2速段とする「EV2nd ICE2nd」の変速パターンによる「パラレルHEVモード」の走行に移行する。例えば、「EV2nd ICE4th」による変速パターンを選択しての「パラレルHEVモード」での走行中、ダウン変速要求に従って第2係合クラッチC2を「Right」から「N」を経過して「Left」に切り替える。この場合、ICE変速段を2速段とする「EV2nd ICE2nd」の変速パターンによる「パラレルHEVモード」の走行に移行する。
第2係合クラッチC2が「N」で、第3係合クラッチC3が「Right」のとき、第1係合クラッチC1の位置により次の変速パターンとなる。第1係合クラッチC1が「Left」であれば「EV2nd ICE3rd’」、第1係合クラッチC1が「N」であれば「EV2nd ICE-」、第1係合クラッチC1が「Right」であれば「EV2nd ICE3rd」である。ここで、「EV2nd ICE-」の変速パターンは、内燃機関ICEを停止して第1モータジェネレータMG1で走行する「EVモード」のパターン、又は、内燃機関ICEにより第2モータジェネレータMG2で発電しながら、第1モータジェネレータMG1で2速EV走行を行う「シリーズHEVモード」のパターンである。よって、例えば、「EV2nd ICE2nd」による変速パターンを選択しての「パラレルHEVモード」での走行中、アップ変速要求に従って、第2係合クラッチC2を「Right」から「N」に切り替え、第1係合クラッチC1を「N」から「Right」に切り替える。この場合、ICE変速段を3速段とする「EV2nd ICE3rd」の変速パターンによる「パラレルHEVモード」の走行に移行する。
第2係合クラッチC2が「Right」で、第3係合クラッチC3が「Right」のとき、第1係合クラッチC1の位置が「N」であれば「EV2nd ICE4th」である。
第2係合クラッチC2が「Right」で、第3係合クラッチC3が「N」のとき、第1係合クラッチC1の位置により次の変速パターンとなる。第1係合クラッチC1が「Left」であれば「EV2.5 ICE4th」、第1係合クラッチC1が「N」であれば「EV- ICE4th」である。
第2係合クラッチC2が「Right」で、第3係合クラッチC3が「Left」のとき、第1係合クラッチC1の位置が「N」であれば「EV1st ICE4th」である。
[変速制御処理構成]
図5は、実施例1の変速機コントロールユニット23(変速コントローラ)で実行される変速制御処理の流れを示す。以下、変速制御処理構成の一例をあらわす図5の各ステップについて説明する。この変速制御処理は、「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」への変速パターンへの切り替え要求に基づき開始され、第2係合クラッチC2を解放し、第1係合クラッチC1を締結する架け替え変速が実行される。
ステップS1では、変速パターンの切り替え要求があったとき、或いは、ステップS2でアシスト駆動出力無しであると判断されると、内燃機関ICEへのトルク低下指示と共に、第1モータジェネレータMG1へのトルク上昇指示を出力し、ステップS2へ進む。
ここで、内燃機関ICEへのトルク低下指示は、ICEトルクがゼロになるまで出力し、ゼロトルクを第1係合クラッチC1が締結完了するまで維持する。第1モータジェネレータMG1へのトルク上昇指示は、低下するICEトルクをアシストして駆動力を補償するMG1トルクまで出力し、高い補償トルクを第1係合クラッチC1が締結完了まで維持する。
ステップS2では、ICEトルク低下及びMG1トルク上昇指示の出力に続き、第1モータジェネレータMG1へのMG1トルク上昇指示によりアシスト駆動力出力が有るか否かを判断する。YES(アシスト駆動出力有り)の場合はステップS3へ進み、NO(アシスト駆動出力無し)の場合はステップS1へ戻る。
ここで、アシスト駆動出力の有無判断は、タイマによる時間管理にて行うもので、タイマ時間は、ドグクラッチ抜き指令時刻t1(図10)からドグクラッチが抜ける状態になるまでの所定時間とする。具体的な所定時間は、ドグクラッチ抜き指令後、実際に抜き動作を開始に並行して、トルクダウン→バネが伸びて抜き力がかかる→トルク低下して噛み合いが抜ける状態に至るまでの時間とし、例えば、多数の実験データによりタイマ時間を決める。
ステップS3では、ステップS2でのアシスト駆動出力有りとの判断、或いは、ステップS4での第2係合クラッチC2の解放未完了であるとの判断に続き、第2係合クラッチC2に解放指示を出力し、ステップS4へ進む。
ここで、第2係合クラッチC2への解放指示とは、第2係合クラッチC2の指令位置を締結位置から解放位置までストロークさせる指示をいう。つまり、第2電動アクチュエータ32に電流を与える位置サーボ制御部により、第2係合クラッチC2のカップリングスリーブ52の位置を締結位置から解放位置に到達するまで変化させる。
ステップS4では、ステップS3でのC2解放指示の出力に続き、第2係合クラッチC2が解放を完了したか否かを判断する。YES(C2解放完了)の場合はステップS5へ進み、NO(C2解放未完了)の場合はステップS3へ戻る。
ここで、第2係合クラッチC2の解放完了の判断は、第2スリーブ位置センサ82からのスリーブ位置信号が解放位置に到達したことにより判断する。
ステップS5では、ステップS4でのC2解放完了であるとの判断、或いは、ステップS8でのC1回転非同期であるとの判断、或いは、ステップS10でのC1締結未完了であるとの判断に続き、目標MG2回転数を設定し、ステップS6へ進む。
ここで、「目標MG2回転数」とは、変速前の変速パターンで解放であり、変速後の変速パターンで締結される第1係合クラッチC1を回転同期状態とする第2モータジェネレータMG2の目標モータ回転数をいう。即ち、「目標MG2回転数」は、第1係合クラッチC1の実差回転数を目標差回転数にするための同期判定回転数に相当するモータ回転数である。なお、「同期判定回転数」は、完全回転同期を判定するゼロ回転数ではなく、歯頂面同士の接触による歯当たりを回避しつつ、第1係合クラッチC1のスムーズな噛み合い締結動作を達成する差回転数に設定される。
目標MG2回転数(ω)は、多段歯車変速機1の変速機出力軸回転数(ω)と、MG2回転軸から変速機出力軸までのギヤ比(G)を用いて、下記式(1)に基づいて設定する。
ω=G・ω …(1)
(1)式における「MG2回転軸から変速機出力軸までのギヤ比(G)」は、第1係合クラッチC1が「Right」で「EV2nd ICE3rd」となるときのMG2回転軸(=第6軸16)から変速機出力軸(=第3軸13)までの総ギヤ比である。即ち、第6軸16(=MG2回転軸)→第15歯車115→第14歯車114→第4軸14→第1クラッチC1→第12歯車112→第2歯車102→第6歯車106→第3軸13(=変速機出力軸)に至るルートによるギヤ比とする。また、(1)式における「変速機出力軸回転数(ω)」は、第3軸13の端部位置に設けられる変速機出力軸回転数センサ73の出力値である。つまり、変速前後で変わらない値(=車速相当値)である変速機出力軸回転数(ω)と、C1締結(=回転同期)を想定した変速後のギヤ比(G)を用い、締結しようとする第1係合クラッチC1を回転同期状態にする「目標MG2回転数」が換算される。なお、変速後に締結する第1係合クラッチC1の解放は、第1スリーブ位置センサ81からのスリーブ位置センサ値が解放位置であることにより判断する。
ステップS6では、ステップS5での目標MG2回転数の設定に続き、第2モータジェネレータMG2を回転数FB制御する際に用いる比例要素のFBゲインKpと積分要素のFBゲインKiを設定し、ステップS7へ進む。
ここで、FBゲインKp,Kiを設定する際は、第2モータジェネレータMG2の実モータ回転数(ω)と、ステップS5にて設定した目標MG2回転数(ω)と、の差回転数絶対値|ε|=|(ω)−(ω)|を計算する。実モータ回転数(ω)は、第2モータジェネレータMG2の第2モータ軸(=第6軸16)に設けられるMG2回転数センサ76の出力値である。
そして、図6又は図7に示すFBゲイン特性を用いて決める。即ち、差回転数絶対値|ε|が|ε1|を超える領域では、回転数FB制御安定限界の一定値によるFBゲインKp,Kiとする。差回転数絶対値|ε|が|ε1|未満の領域では、差回転数絶対値|ε|が低下するのに比例してFBゲインKp,Kiを低下させてゆく。
但し、図6の特性を用いる場合には、差回転数絶対値|ε|=0まで低下するとFBゲインKp,Kiもゼロまで低下させる。一方、図7の特性を用いる場合には、差回転数絶対値|ε|が|ε2|まで低下すると、|ε2|のときの小さいFBゲインKp,Kiの値を、|ε2|から|ε|=0までの領域にて維持する。なお、実モータ回転数(ω)は、MG2回転数センサ76により検出する。
ステップS7では、ステップS6でのFBゲインの設定に続き、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御を実施し、ステップS8へ進む。
ここで、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御とは、第2モータジェネレータMG2の実モータ回転数(ω)を、ステップS5にて設定した目標MG2回転数(ω)に収束させる制御をいう。
さらに、第2モータジェネレータMG2へのモータトルク指令値を、下記式(2)により求められるモータトルク(T)とすることで、実モータ回転数(ω)が目標モータ回転数(ω)に一致するように制御する。
={(Kps−Ki)/s}×(ω−ω) …(2)
なお、上記式(2)における「s」は微分演算子である。第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御を行うとき、FBゲインKp,Kiは、ステップS6で設定された値を用いる。そして、式(2)により計算されたモータトルク(T)が、「FBトルク」である。
ステップS8では、ステップS7でのMG2回転数FB制御に続き、第1係合クラッチC1の回転同期判定がなされたか否かを判断する。YES(C1回転同期)の場合にはステップS9へ進み、NO(C1回転非同期)の場合にはステップS5へ戻る。
ここで、C1回転同期判定は、差回転数絶対値|ε|が、判定閾値である同期判定回転数よりも小さい状態を一定時間継続したか否かで判定する。
ステップS9では、ステップS8でのC1回転同期との判断に続き、第1係合クラッチC1へ締結指示を出力し、ステップS10へ進む。
ここで、第1係合クラッチC1への締結指示とは、第1係合クラッチC1の指令位置を解放位置から締結位置までストロークさせる指示をいう。つまり、第1電動アクチュエータ31に電流を与える位置サーボ制御部により、第1係合クラッチC1のカップリングスリーブ51の位置を解放位置から締結位置に到達するまで変化させる。
ステップS10では、ステップS9でのC1締結指示に続き、第1係合クラッチC1が噛み合い締結による締結が完了したか否かを判断する。YES(C1締結完了)の場合はステップS11へ進み、NO(C1締結未完了)の場合はステップS5へ戻る。
ここで、第1係合クラッチC1の締結完了判断は、第1スリーブ位置センサ84からのスリーブ位置信号が締結位置に到達したことにより判断する。
ステップS11では、ステップS10でのC1締結完了であるとの判断に続き、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御を止め、トルク制御に移行し、エンドへ進む。
ここで、第1クラッチC1の同期締結が完了したことで、第2モータジェネレータMG2の制御モードを、回転数FB制御から元のMG2トルクによるトルク制御に戻す。そして、内燃機関ICEのICEトルクは、ゼロトルクから上昇させ、第1モータジェネレータMG1のMG1トルクは、駆動力保障トルクから低下させ、ICEトルクとMG1トルクの合計トルクが要求駆動力に合致するようにする。
次に、作用を説明する。
実施例1のハイブリッド車両の変速制御装置における作用を、「変速制御処理作用」、「変速制御作用」、「変速制御の特徴作用」に分けて説明する。
[変速制御処理作用]
以下、図5に示すフローチャートに基づき、「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」へと変速パターンを切り替えるときの変速制御処理作用を説明する。
「EV2nd ICE2nd」の変速パターンから「EV2nd ICE3rd」の変速パターンへの切り替え要求があると、図5のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2へと進む。このステップS2にてアシスト駆動出力無しと判断されている間、ステップS1→ステップS2へと進む流れが繰り返され、ステップS1では、内燃機関ICEへトルク低下指示が出力されると共に、第1モータジェネレータMG1へトルク上昇指示が出力される。
そして、ステップS2にてアシスト駆動出力有りと判断されると、ステップS2からステップS3→ステップS4へと進む。このステップS4にてC2解放未完了であると判断されている間、ステップS3→ステップS4へと進む流れが繰り返され、ステップS3では、第2係合クラッチC2に対し解放指示が出力される。
そして、ステップS4にてC2解放完了であると判断されると、第2モータジェネレータMG2の制御モードを、トルク制御から回転数FB制御へと切り替え、ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8へと進む。このステップS8にてC1回転非同期であると判断されている間、ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8へと進む流れが繰り返される。この流れのステップS5では、目標MG2回転数が設定され、ステップS6では、差回転数絶対値に応じてFBゲインKp,Kiが設定され、ステップS7では、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御が実施される。
そして、ステップS8にてC1回転同期であると判断されると、ステップS8からステップS9→ステップS10へ進む。ステップS10にてC1締結未完了と判断されている間、ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8→ステップS9→ステップS10へと進む流れが繰り返され、ステップS9では、第1係合クラッチC1へ締結指示が出力される。なお、この流れの途中のステップS8にてC1回転非同期になったと判断された場合は、ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8へと進む。つまり、第1係合クラッチC1が締結完了と判断されるまでは、ステップS5での目標MG2回転数の設定と、ステップS6での差回転数絶対値に応じたFBゲインKp,Kiの設定に基づき、ステップS7において、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御が実施される。
そして、ステップS10にてC1締結完了と判断されると、ステップS10からステップS11へ進み、ステップS11では、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御を止め、トルク制御に移行する。
[変速制御作用]
以下、図8〜図10に基づき「EV2nd ICE2nd」の変速パターンから「EV2nd ICE3rd」の変速パターンへと切り替える変速の一例による変速制御作用を説明する。
まず、「EV2nd ICE2nd」の変速パターンが選択されたときの多段歯車変速機1におけるMG1トルクとICEトルクの流れを、図8に基づき説明する。
「EV2nd ICE2nd」の変速パターンでは、第1係合クラッチC1が「N」位置であり、第2係合クラッチC2が「Left」位置であり、第3係合クラッチC3が「Right」位置である。従って、MG1トルクは、第1モータジェネレータMG1から第2軸12→第4歯車104→第9歯車109→第3軸13→第7歯車107→第16歯車116→デファレンシャル歯車17→ドライブ軸18→駆動輪19へと流れる。
一方、ICEトルクは、内燃機関ICEから第1軸11→第3歯車103→第8歯車108→第3軸13→第7歯車107→第16歯車116→デファレンシャル歯車17→ドライブ軸18→駆動輪19へと流れる。
次に、「EV2nd ICE3rd」の変速パターンが選択されたときの多段歯車変速機1におけるMG1トルクとICEトルクの流れを、図9に基づき説明する。
「EV2nd ICE3rd」の変速パターンでは、第1係合クラッチC1が「Right」位置であり、第2係合クラッチC2が「N」位置であり、第3係合クラッチC3が「Right」位置である。従って、MG1トルクは、図8と同様に、第1モータジェネレータMG1から第2軸12→第4歯車104→第9歯車109→第3軸13→第7歯車107→第16歯車116→デファレンシャル歯車17→ドライブ軸18→駆動輪19へと流れる。
一方、ICEトルクは、内燃機関ICEから第1軸11→第1歯車101→第11歯車111→第4軸14→第12歯車112→第2歯車102→第6歯車106→第3軸13→第7歯車107へと流れる。さらに、第7歯車107から第16歯車116→デファレンシャル歯車17→ドライブ軸18→駆動輪19へと流れる。
上記のように、「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」への変速パターンの切り替えは、第2係合クラッチC2を「Left」位置から「N」位置に解放し、第1係合クラッチC1を「N」位置から「Right」位置に締結することで達成される。以下、「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」への変速パターン切り替え作用を、図10に基づき説明する。
図10において、時刻t1は変速パターンの切り替え要求時刻である。時刻t2は第2係合クラッチC2の指令位置変更時刻である。時刻t3は第2係合クラッチC2の解放開始時刻である。時刻t4は第2係合クラッチC2の解放完了時刻である。時刻t5は第1係合クラッチC1の指令位置変更時刻である。時刻t6は第1係合クラッチC1の締結開始時刻である。時刻t7は第1係合クラッチC1の締結完了時刻である。時刻t8は変速パターンの切り替え完了時刻である。なお、時刻t2〜時刻t3は、第2係合クラッチC2の応答遅れ無駄時間であり、時刻t5〜時刻t6は、第1係合クラッチC1の応答遅れ無駄時間である。
時刻t1にて「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」への変速パターンへの切り替え要求があると、内燃機関ICEからのICEトルクの低下と、第1モータジェネレータMG1からのMG1トルクの上昇が開始される。そして、時刻t2にてMG1トルクが負トルクから正トルクに転じてアシスト駆動出力になると、第2係合クラッチC2に対する指令位置が締結(左)から解放に切り替えられる。そして、時刻t3にて第2係合クラッチC2のカップリングスリーブ52が締結位置からのストロークを開始し、時刻t4にて第2係合クラッチC2のカップリングスリーブ52が解放位置に到達する。
つまり、時刻t2〜時刻t4の間を第2係合クラッチC2の解放区間とし、この解放区間のうち、時刻t3〜時刻t4の区間で前後G特性の僅かな変動がみられる。そして、時刻t4を境として、第2モータジェネレータMG2の制御モードがトルク制御から回転数FB制御へと切り替えられる。
第2係合クラッチC2の解放完了時刻t4のときは、回転数特性(Rev)に示すように、実モータ回転数(=MG2特性)と目標モータ回転数(=Target rev)の差回転数(=C1入出力差回転数)が大きく乖離していて、第1係合クラッチC1の噛み合いストロークを開始できない。よって、時刻t4から時刻t5までの区間において、差回転数絶対値|ε|に応じて設定されたFBゲインKp,Kiを用いた第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御が実施される。この回転数FB制御では、実モータ回転数を抑える負のモータトルク指令を出力することにより、実モータ回転数(=MG2特性)が低下し、緩やかな上昇勾配による目標モータ回転数(=Target rev)に近づき、時刻t4から時刻t5までの時間経過に従って差回転数の乖離幅が小さくなる。そして、時刻t5にてC1回転同期状態であると判断されると、第1係合クラッチC1に対する指令位置が解放から締結(右)に切り替えられる。そして、時刻t5にて第1係合クラッチC1のカップリングスリーブ51がN位置からのストロークを開始し、時刻t6にて第1係合クラッチC1のドグ歯51b,57bの頂面が当接して噛み合いを開始する。さらに、時刻t7にて第1係合クラッチC1のカップリングスリーブ51が噛み合い締結ストロークを終えて締結完了位置に到達する。
つまり、時刻t4〜時刻t7の区間を、FBゲイン大からFBゲイン小へと変化する回転数FB制御を実施する第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御区間とする。そして、時刻t5〜時刻t7の間を第1係合クラッチC1の締結区間とし、この締結区間のうち、時刻t6〜時刻t7の区間で前後G特性の僅かな変動がみられる。そして、時刻t7を境として、第2モータジェネレータMG2の制御モードが回転数FB制御からトルク制御へと切り替えられる。
第1係合クラッチC1の締結完了時刻t7になり、第2モータジェネレータMG2がトルク制御に戻されると、第2モータジェネレータMG2のMG2トルクをゼロに戻す。なお、図10では、MG2トルクをゼロに戻しているが、運転状態に応じて発電させたり、力行させたりしても良い。そして、内燃機関ICEのICEトルクは、ゼロトルクから上昇させ、第1モータジェネレータMG1のMG1トルクは、駆動力保障トルクから低下させ、ICEトルクとMG1トルクの合計トルクが要求駆動力に合致する時刻t8にて変速パターンの切り替えを完了する。
[変速制御の特徴作用]
実施例1では、第1係合クラッチC1を噛み合い締結する変速段への変速要求時に第1モータジェネレータMG1の回転数FB制御を実施する際、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が開始されると、噛み合い締結開始前よりも回転数FB制御の効きを小さくする構成とした。
即ち、回転数FB制御を実施することにより第1係合クラッチC1の差回転数が同期判定回転数の範囲内になると締結指示が出力される。締結指示に基づき第1係合クラッチC1のカップリングスリーブ51が噛み合い締結方向にストロークを開始し、ストロークの途中位置で対向するドグ歯51b,57bが噛み合い締結を開始する。第1係合クラッチC1が噛み合い締結状態に入ると、第1係合クラッチC1の実差回転数がゼロになり、第1係合クラッチC1が噛み合い締結状態を維持している限り、実差回転数と同期判定回転数の差である回転数偏差が継続して出てしまう。そして、第1係合クラッチC1に回転数偏差が継続して出てしまうと、回転数FB制御では、第1係合クラッチC1の実差回転数(ゼロ回転数)を目標差回転数である同期判定回転数まで上げるように高いFBトルクを出力しようとする。特に、回転数FB制御のうちFB積分制御では、回転数偏差が残っていると制御周期毎の偏差分が積み上げられてゆくことで、第1係合クラッチC1が締結状態に入ってからは時間の経過と共にFBトルクが増大する。つまり、第1係合クラッチC1が締結状態に入ると、短時間にてFBトルクが高トルクになる。
しかし、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が開始されると、噛み合い締結開始前よりも回転数FB制御の効きが小さくされる。このため、第1係合クラッチC1が噛み合い締結状態に入り、回転数偏差が継続して出ても、回転数FB制御によるFBトルクの出力が低く抑えられる。
この結果、回転同期判定に基づき第1係合クラッチC1を噛み合い締結させる変速パターンの切り替え時、回転数FB制御により出力されるFBトルクに起因する車両のショックを軽減することができる。
実施例1では、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が開始されると、回転数FB制御で用いるFBゲインKp,Kiを噛み合い締結前よりも小さくする構成とした。
即ち、回転数FB制御により出力されるFBトルクは、FBゲインKp,Kiと回転数偏差を掛け合わせた値に応じたトルクになるため、一方の回転数偏差が継続して出ていても他方のFBゲインKp,Kiが小さな値であるとFBトルクは小さくなる。第1係合クラッチC1の噛み合い締結開始によりFBゲインKp,Kiを小さくすると、第1係合クラッチC1の対向するドグ歯51b,57bが接触する前のタイミングからFBゲインKp,Kiを小さくすることになり、以下のメリットがある。
第一に、第1係合クラッチC1の噛み合い締結の開始によりFBゲインKp,Kiを小さくすることで、物理的に第1係合クラッチC1の対向するドグ歯51b,57bが接触する瞬間を検知するための高精度の締結判断手段(センサ)を必要としない。
第二に、第1係合クラッチC1の対向するドグ歯51b,57bが接触するのに対し、FBゲインKp,Kiの効きの変更が遅れてしまった場合は、ショックの発生を回避できない。しかし、第1係合クラッチC1の噛み合い締結の開始によりFBゲインKp,Kiを小さくすることで、予め時間的余裕をもってショックの発生を避けることができる。
実施例1では、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御が開始されると、差回転数絶対値|ε|が小さくなるほど小さい値に設定されたFBゲインKp,Kiを用いた回転数FB制御を、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が完了したと判断されるまで実施する構成とした。
即ち、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御が開始された後、第1係合クラッチC1が噛み合い締結状態に入ると、差回転数絶対値|ε|がゼロになり、回転数FB制御で用いるFBゲインKp,Kiは、ゼロを含み最も小さな値になる(図6、図7)。そして、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が完了したと判断されるまで、ゼロを含む最も小さな値の回転数FB制御が継続して実施される。このため、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御により出力されるFBトルクに起因する車両のショックを確実に軽減することができる。
実施例1では、図5のステップS6において、差回転数絶対値|ε|が|ε1|を超える領域のときには回転数FB制御安定限界域のゲイン値とする。そして、差回転数絶対値|ε|が|ε1|以下になると差回転数絶対値|ε|の低下に従ってゲイン値を低下させる特性によりFBゲインKp,Kiを設定する構成とした。
即ち、差回転数絶対値|ε|が|ε1|を超える領域では、FBゲインが回転数FB制御安定限界域のゲイン値とされることで、回転数FB制御の安定性を損なうことなく応答良く第1係合クラッチC1の差回転数が収束方向に小さくされる。一方、差回転数絶対値|ε|が|ε1|以下の領域に入ると、差回転数絶対値|ε|の低下に従って徐々に小さくなるゲイン値とされることで、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が、FBトルクの発生を抑えた状況で開始される。
従って、第1係合クラッチC1の回転同期応答性の確保と、FBトルクに起因する車両のショック軽減と、の両立が図られる。
次に、効果を説明する。
実施例1のハイブリッド車両の変速制御装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
(1) 動力源(内燃機関ICE、第1モータジェネレータMG1、第2モータジェネレータMG2)から駆動輪19までの駆動系に複数の変速段(変速パターン)を達成する変速機(多段歯車変速機1)が搭載される。変速機(多段歯車変速機1)は、変速段を切り替える変速要素として、解放位置からのストロークにより噛み合い締結する係合クラッチC1,C2,C3を有する。この車両(ハイブリッド車両)において、
係合クラッチ(第1係合クラッチC1)を噛み合い締結する変速段への変速要求時、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)に接続された電動モータ(第2モータジェネレータMG2)に対する回転数FB制御を実施する。係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の差回転数が同期判定回転数の範囲内になると、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)へ噛み合い締結指示を出力する変速コントローラ(変速機コントロールユニット23、図5)を設ける。
変速コントローラ(変速機コントロールユニット23、図5)は、電動モータ(第2モータジェネレータMG2)の回転数FB制御を実施する際、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の噛み合い締結が開始されると、噛み合い締結開始前よりも回転数FB制御の効きを小さくする。
このため、回転同期判定に基づき係合クラッチ(第1係合クラッチC1)を噛み合い締結させる変速時(多段歯車変速機1の変速パターンの切り替え時)、回転数FB制御により出力されるFBトルクに起因する車両のショックを軽減することができる。
(2) 変速コントローラ(変速機コントロールユニット23、図5)は、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の噛み合い締結が開始されると、電動モータ(第2モータジェネレータMG2)の回転数FB制御で用いるFBゲインKp,Kiを噛み合い締結前よりも小さくする。
このため、(1)の効果に加え、高精度の締結判断手段(センサ)を必要とせず、噛み合い締結が開始されるとFBゲインKp,Kiを小さくすることで、FBゲインKp,Kiの効き変更遅れによるショックの発生を回避することができる。
(3) 変速コントローラ(変速機コントロールユニット23、図5)は、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の同期判定回転数に相当する目標モータ回転数(ω)と、電動モータ(第2モータジェネレータMG2)の実モータ回転数(ω)と、の差回転数絶対値|ε|が小さくなるほどFBゲインKp,Kiを小さい値に設定する第1FBゲイン設定部(ステップS6)を有する。
電動モータ(第2モータジェネレータMG2)の回転数FB制御が開始されると、第1FBゲイン設定部(ステップS6)により設定されたFBゲインKp,Kiを用いた回転数FB制御を、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の噛み合い締結が完了したと判断されるまで実施する。
このため、(2)の効果に加え、電動モータ(第2モータジェネレータMG2)の回転数FB制御により出力されるFBトルクに起因する車両のショックを確実に軽減することができる。
(4) 第1FBゲイン設定部(ステップS6)は、差回転数絶対値|ε|が所定値|ε1|を超える領域のときに回転数FB制御安定限界域のゲイン値とする。差回転数絶対値|ε|が所定値|ε1|以下になると差回転数絶対値|ε1|の低下に従ってゲイン値を低下させる特性(図6、図7)によりFBゲインKp,Kiを設定する。
このため、(3)の効果に加え、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の回転同期応答性の確保と、FBトルクに起因する車両のショック軽減と、の両立を図ることができる。
実施例2は、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が開始されると、第2モータジェネレータMG2による回転数FB制御を止めるようにした例である。
なお、実施例2のハイブリッド車両の変速制御装置の「全体システム構成」、「変速制御系構成」、「変速パターン構成」については、実施例1の図1〜図4に示す構成と同様であるので図示並びに説明を省略する。以下、図11に基づき、実施例2の「変速制御処理構成」を説明する。
[変速制御処理構成]
図11は、実施例2の変速機コントロールユニット23で実行される変速制御処理の流れを示す(変速制御手段)。以下、変速制御処理構成の一例をあらわす図11の各ステップについて説明する。なお、ステップS21〜ステップS25及びステップS27〜ステップS29の各ステップは、図5のステップS1〜ステップS5及びステップS7〜ステップS9と同様の処理を行うステップであるため、説明を省略する。
ステップS26では、ステップS25での目標MG2回転数の設定に続き、第2モータジェネレータMG2を回転数FB制御する際に用いる比例要素のFBゲインKpと積分要素のFBゲインKiを設定し、ステップS27へ進む。
ここで、FBゲインKp,Kiを設定する際は、差回転数絶対値|ε|の大きさにかかわらず、回転数FB制御安定限界領域の一定値によるFBゲインKp,Kiとする。
ステップS30では、ステップS29でのC1締結指示に続き、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御を止め、トルク制御に移行し、ステップS31へ進む。
これにより、回転数FB制御を実施していた最終時点における第2モータジェネレータMG2への指示トルクを継続して指示し続けることになる。但し、車両が加速又は減速している場合には、目標モータ回転数が車速に応じて変化する。そのため、第2モータジェネレータMG2への指示トルクを、回転数FB制御を実施していた最終時点における第2モータジェネレータMG2の指示トルクに対し、目標モータ回転数の変化量を実現するためのトルクを加算した値に設定する。
即ち、下記式(3)に基づいて算出されるモータトルク(T)を実現するモータトルク指令値を出力する。
=Jm・dω …(3)
なお、上記式(3)における「Jm」は、第2モータジェネレータMG2から第1係合クラッチC1の入力部までのイナーシャであり、「dω」は、ステップS25にて設定した目標MG2回転数(ω)の微分値である。
ステップS31では、ステップS30でのトルク制御への移行に続き、第1係合クラッチC1が噛み合い締結による締結が完了したか否かを判断する。YES(C1締結完了)の場合はエンドへ進み、NO(C1締結未完了)の場合はステップS31の判断を繰り返す。
次に、作用を説明する。
実施例2のハイブリッド車両の変速制御装置における作用を、「変速制御処理作用」、「変速制御作用」、「変速制御の特徴作用」に分けて説明する。
[変速制御処理作用]
以下、図11に示すフローチャートに基づき、「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」へと変速パターンを切り替えるときの変速制御処理作用を説明する。なお、ステップS21〜ステップS24までの処理作用は、実施例1と同様であるので説明を省略する。
ステップS24にてC2解放完了であると判断されると、第2モータジェネレータMG2の制御モードを、トルク制御から回転数FB制御へと切り替え、ステップS25→ステップS26→ステップS27→ステップS28へと進む。このステップS28にてC1回転非同期であると判断されている間、ステップS25→ステップS26→ステップS27→ステップS28へと進む流れが繰り返される。この流れのステップS25では、目標MG2回転数が設定され、ステップS26では、一定値によるFBゲインKp,Kiが設定され、ステップS27では、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御が実施される。
そして、ステップS28にてC1回転同期であると判断されると、ステップS28からステップS29→ステップS30→ステップS31へ進む。この流れのステップS29では、第1係合クラッチC1へ締結指示が出力され、ステップS30では、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御を止め、トルク制御に移行し、ステップS31で第1係合クラッチC1が締結完了したか否かが判断される。そして、ステップS31でC1締結完了と判断されると、エンドへ進む。
[変速制御作用]
「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」への変速パターンの切り替えは、実施例1と同様に、第2係合クラッチC2を「Left」位置から「N」位置に解放し、第1係合クラッチC1を「N」位置から「Right」位置に締結することで達成される。以下、実施例2における「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」への変速パターン切り替え作用を、図12に基づき説明する。
図12において、時刻t1は変速パターンの切り替え要求時刻である。時刻t2は第2係合クラッチC2の指令位置変更時刻である。時刻t3は第2係合クラッチC2の解放開始時刻である。時刻t4は第2係合クラッチC2の解放完了時刻である。時刻t5は第1係合クラッチC1の指令位置変更時刻である。時刻t6は第1係合クラッチC1の締結開始時刻である。時刻t7は第1係合クラッチC1の締結完了時刻である。時刻t8は変速パターンの切り替え完了時刻である。なお、時刻t2〜時刻t3は、第2係合クラッチC2の応答遅れ無駄時間であり、時刻t5〜時刻t6は、第1係合クラッチC1の応答遅れ無駄時間である。また、時刻t1〜時刻t4までは、図10の実施例1と同様であるので説明を省略する。
第2係合クラッチC2の解放完了時刻t4のときは、回転数特性(Rev)に示すように、実モータ回転数(=MG2特性)と目標モータ回転数(=Target rev)の差回転数(=C1入出力差回転数)が大きく乖離していて、第1係合クラッチC1の噛み合いストロークを開始できない。よって、時刻t4から時刻t5までの区間において、差回転数絶対値にかかわらず一定値に設定されたFBゲインKp,Kiを用いた第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御が実施される。この回転数FB制御では、実モータ回転数を抑える負のモータトルク指令を出力することにより、実モータ回転数(=MG2特性)が低下し、緩やかな上昇勾配による目標モータ回転数(=Target rev)に近づき、時刻t4から時刻t5までの時間経過に従って差回転数の乖離幅が小さくなる。そして、時刻t5にてC1回転同期状態であると判断されると、第1係合クラッチC1に対する指令位置が解放から締結(右)に切り替えられる。
つまり、時刻t4〜時刻t5の区間を、FBゲイン大による回転数FB制御を実施する第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御区間とする。そして、時刻t5を境として、第2モータジェネレータMG2の制御モードが回転数FB制御からトルク制御へと切り替えられる。なお、トルク制御へと切り替える時刻t5になると、第2モータジェネレータMG2のMG2トルクを時刻t8に向けてゼロに戻す。なお、図12では、MG2トルクをゼロに戻しているが、運転状態に応じて発電させたり、力行させたりしても良い。
時刻t5にて第1係合クラッチC1のカップリングスリーブ51がN位置からのストロークを開始し、時刻t6にて第1係合クラッチC1のドグ歯51b,57bの頂面が当接して噛み合い締結を開始する。さらに、時刻t7にて第1係合クラッチC1のカップリングスリーブ51が噛み合い締結ストロークを終えて締結完了位置に到達する。第1係合クラッチC1の締結完了時刻t7になると、内燃機関ICEのICEトルクは、ゼロトルクから上昇させ、第1モータジェネレータMG1のMG1トルクは、駆動力保障トルクから低下させる。そして、ICEトルクとMG1トルクの合計トルクが要求駆動力に合致する時刻t8にて変速パターンの切り替えを完了する。つまり、時刻t5〜時刻t7の間をトルク制御による第1係合クラッチC1の締結区間とし、この締結区間のうち、時刻t6〜時刻t7の区間で前後G特性の僅かな変動がみられる。
[変速制御の特徴作用]
実施例2では、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が開始されると、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御を止める構成とした。
即ち、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が開始されると、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御を止めることで、回転数FB制御によるFBトルクが発生しない。このため、FBトルクに起因する車両のショック発生を防ぐことができる。
実施例2では、第2モータジェネレータMG2の回転数FB制御が開始されると、回転数FB制御安定限界域の値によるFBゲインKp,Kiを用いた回転数FB制御を、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が開始されるまで実施する構成とした。
即ち、第1係合クラッチC1の噛み合い締結開始までは、高い値によるFBゲインKp,Kiを用いた回転数FB制御を実施することで、第1係合クラッチC1の差回転を応答良く同期判定回転数の範囲内に収束させることができる。
実施例2では、第1係合クラッチC1に対し噛み合い締結指示を出力したとき、第1係合クラッチC1が噛み合い締結を開始したとみなす構成とした。
即ち、第1係合クラッチC1に対し噛み合い締結指示を出力したときをもって、第1係合クラッチC1の噛み合い締結を開始したとみなし、回転数FB制御を止めることで、以下のメリットがある。
第一に、噛み合い締結指示を出力すると回転数FB制御を止めることで、物理的に第1係合クラッチC1の対向するドグ歯51b,57bが接触する瞬間を検知するための高精度の締結判断手段(センサ)を必要としない。
第二に、第1係合クラッチC1の対向するドグ歯51b,57bが接触するのに対し、回転数FB制御を止めるのが遅れてしまった場合は、ショックの発生を回避できない。しかし、噛み合い締結指示を出力すると回転数FB制御を止めることで、予め時間的余裕をもってFBトルクに起因するショックの発生を避けることができる。
なお、他の作用は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
次に、効果を説明する。
実施例2のハイブリッド車両の変速制御装置にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
(5) 変速コントローラ(変速機コントロールユニット23、図11)は、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の噛み合い締結が開始されると、電動モータ(第2モータジェネレータMG2)の回転数FB制御を止める。
このため、上記(1)の効果に加え、FBトルクに起因する車両のショック発生を確実に防止することができる。
(6) 変速コントローラ(変速機コントロールユニット23、図11)は、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の差回転数絶対値|ε|にかかわらず回転数FB制御安定限界域のゲイン値によるFBゲインKp,Kiを設定する第2FBゲイン設定部(ステップS26)を有する。
電動モータ(第2モータジェネレータMG2)の回転数FB制御が開始されると、第2FBゲイン設定部(ステップS26)により設定されたFBゲインKp,Kiを用いた回転数FB制御を、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の噛み合い締結が開始されるまで実施する。
このため、上記(5)の効果に加え、電動モータ(第2モータジェネレータMG2)の回転数FB制御が開始されると、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)の差回転を応答良く同期判定回転数の範囲内に収束させることができる。
(7) 変速コントローラ(変速機コントロールユニット23、図11)は、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)に対し噛み合い締結指示を出力したとき、係合クラッチ(第1係合クラッチC1)が噛み合い締結を開始したとみなす。
このため、上記(1)〜(6)の効果に加え、高精度の締結判断手段(センサ)を必要とせず、噛み合い締結指示が出力されると、予め時間的余裕をもってFBトルクに起因するショックの発生を避ける回転数FB制御の効き変更制御を行うことができる。
以上、本発明の車両の変速制御装置を実施例1及び実施例2に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加などは許容される。
実施例1,2では、変速コントローラとして、第2係合クラッチC2の解放と第1係合クラッチC1の締結による「EV2nd ICE2nd」から「EV2nd ICE3rd」への変速パターンの切り替え遷移による変速制御例を示した。しかし、変速コントローラとしては、「EV1st ICE-」→「EV1st ICE2nd」、「EV1st ICE2nd」→「EV2nd ICE2nd」、「EV2nd ICE4th」→「EV1st ICE2nd」、「EV1st ICE-」→「EV1st ICE1st」への変速パターンの切り替え遷移による変速制御例であっても良い。さらに、他にも、第1係合クラッチC1、第2係合クラッチC2、第3係合クラッチC3のいずれかの左又は右へのストロークによる締結が伴う多くの変速パターンの切り替え遷移があるが、これらは大きく二つに大別できる。
第一に、第1係合クラッチC1、第2係合クラッチC2の締結時には、第2モータジェネレータMG2によって回転数FB制御を実施することになる。
第二に、第3係合クラッチC3の締結時には、第1モータジェネレータMG1によって回転数FB制御を実施することになる。
そして、変速パターンの切り替え遷移内容によって、回転数FB制御の前後に実施する制御の内容は異なるが、いずれの場合も回転数FB制御とその後の係合クラッチの締結については、図5又は図11に示すフローチャートの通りの動作となる。
実施例1,2では、変速コントローラとして、係合クラッチに対し噛み合い締結指示を出力したとき、係合クラッチが噛み合い締結を開始したとみなす例を示した。しかし、変速制御手段としては、物理的に係合クラッチの対向するドグ歯が接触する直前や瞬間を検知することが可能であれば、ドグ歯が接触する直前や瞬間を係合クラッチが噛み合い締結を開始したとみなす例としても良い。
実施例1では、変速コントローラとして、回転数FB制御を、第1係合クラッチC1の噛み合い締結が完了するまで実施するに際し、差回転数絶対値|ε|が小さくなるほど小さい値に設定したFBゲインKp,Kiを用いる例を示した。しかし、変速制御手段としては、回転数FB制御を、係合クラッチの噛み合い締結が完了するまで実施するに際し、係合クラッチが噛み合い締結を開始するまでは高い値による第1FBゲインを用い、係合クラッチが噛み合い締結を開始すると第1FBゲインより低い値の第2FBゲインを用いる段差ゲイン特性による例としても良い。
実施例1,2では、変速機として、3つの係合クラッチC1,C2,C3を有し、変速比が異なる複数の歯車対を有する常時噛み合い式による多段歯車変速機1に適用する例を示した。しかし、変速機としては、複数の変速段を達成し、変速段を切り替える変速要素として、解放位置からのストロークにより噛み合い締結する係合クラッチを有する変速機であれば、実施例1,2で示した多段歯車変速機1に限られない。
実施例1,2では、本発明の変速制御装置を、駆動系構成要素として、1つのエンジンと、2つのモータジェネレータと、3つの係合クラッチを有する多段歯車変速機と、を備えたハイブリッド車両に適用する例を示した。しかし、本発明の変速制御装置は、駆動系構成要素として、例えば、1つのエンジンと、1つのモータジェネレータと、係合クラッチを有する変速機と、を備えた他のハイブリッド車両に対しても適用することができる。さらに、2つのモータジェネレータと、係合クラッチを有する変速機と、を備えた電気自動車や燃料電池車などの電動車両に対しても適用することができる。また、例えば、動力源としてのエンジンと、回転同期用のモータジェネレータと、係合クラッチを有する変速機と、を備えたエンジン車両に対しても適用することができる。
関連出願の相互参照
本出願は、2015年4月14日に日本国特許庁(受理官庁)に国際出願されたPCT/JP2015/061470に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (7)

  1. 動力源から駆動輪までの駆動系に複数の変速段を達成する変速機が搭載され、前記変速機は、変速段を切り替える変速要素として、解放位置からのストロークにより噛み合い締結する係合クラッチを有する車両において、
    前記係合クラッチを噛み合い締結する変速段への変速要求時、前記係合クラッチに接続された電動モータに対する回転数フィードバック制御を実施し、前記係合クラッチの差回転数が、ゼロ回転数ではない所定の差回転数に設定した同期判定回転数の範囲内になると、前記係合クラッチへ噛み合い締結指示を出力する変速コントローラを設け、
    前記電動モータに対する回転数フィードバック制御は、前記電動モータの実モータ回転数を、前記同期判定回転数に相当する目標モータ回転数に収束させるようにフィードバックトルクを出力する制御であり、
    前記変速コントローラは、前記電動モータの回転数フィードバック制御を実施する際、前記係合クラッチの噛み合い締結が開始されると、噛み合い締結開始前よりも回転数フィードバック制御の効きを小さくする
    ことを特徴とする車両の変速制御装置。
  2. 請求項1に記載された車両の変速制御装置において、
    前記変速コントローラは、前記係合クラッチの噛み合い締結が開始されると、前記電動モータの回転数フィードバック制御で用いるフィードバックゲインを噛み合い締結前よりも小さくする
    ことを特徴とする車両の変速制御装置。
  3. 請求項2に記載された車両の変速制御装置において、
    前記変速コントローラは、前記係合クラッチの同期判定回転数に相当する目標モータ回転数と、前記電動モータの実モータ回転数と、の差回転数絶対値が小さくなるほどフィードバックゲインを小さい値に設定する第1フィードバックゲイン設定部を有し、
    前記電動モータの回転数フィードバック制御が開始されると、前記第1フィードバックゲイン設定部により設定されたフィードバックゲインを用いた回転数フィードバック制御を、前記係合クラッチの噛み合い締結が完了したと判断されるまで実施する
    ことを特徴とする車両の変速制御装置。
  4. 請求項3に記載された車両の変速制御装置において、
    前記第1フィードバックゲイン設定部は、前記差回転数絶対値が所定値を超える領域のときに回転数フィードバック制御安定限界域のゲイン値とし、前記差回転数絶対値が所定値以下になると差回転数絶対値の低下に従ってゲイン値を低下させる特性によりフィードバックゲインを設定する
    ことを特徴とする車両の変速制御装置。
  5. 請求項1に記載された車両の変速制御装置において、
    前記変速コントローラは、前記係合クラッチの噛み合い締結が開始されると、前記電動モータの回転数フィードバック制御を止める
    ことを特徴とする車両の変速制御装置。
  6. 請求項5に記載された車両の変速制御装置において、
    前記変速コントローラは、前記係合クラッチの差回転数絶対値にかかわらず回転数フィードバック制御安定限界域のゲイン値によるフィードバックゲインを設定する第2フィードバックゲイン設定部を有し、
    前記電動モータの回転数フィードバック制御が開始されると、前記第2フィードバックゲイン設定部により設定されたフィードバックゲインを用いた回転数フィードバック制御を、前記係合クラッチの噛み合い締結が開始されるまで実施する
    ことを特徴とする車両の変速制御装置。
  7. 請求項1から請求項6までの何れか一項に記載された車両の変速制御装置において、
    前記変速コントローラは、前記係合クラッチに対し噛み合い締結指示を出力したとき、前記係合クラッチが噛み合い締結を開始したとみなす
    ことを特徴とする車両の変速制御装置。
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