以下、本発明の実施形態に係るパワートレインの制御装置の詳細を説明する。
図1は、本発明の実施形態におけるパワートレインの構成を示す骨子図である。本発明の実施形態におけるパワートレインは、エンジン1と、該エンジン1の出力軸1aにクラッチ2を介して連結されたモータ3と、該モータ3の出力軸3aに連結された自動変速機4とを備えている。なお、例えば、クラッチ2は、エンジン1とモータ3との間に介挿され、このクラッチ2によってエンジン1とモータ3とが断接可能とされている。
自動変速機4の入力軸4a上には、エンジン1側(モータ3側)から、第1、第2、第3プラネタリギヤセット(以下、「第1、第2、第3ギヤセット」という)10、20、30が配置されている。
また、入力軸4a上には、ギヤセット10、20、30で構成される動力伝達経路を切り換えるための摩擦要素として、入力軸4aからの動力をギヤセット10、20、30側へ選択的に伝達するロークラッチ40及びハイクラッチ50が配置されている。さらに、入力軸31上には、各ギヤセット10、20、30の所定の回転要素を固定するLR(ローリバース)ブレーキ60、26ブレーキ70、及び、R35ブレーキ80が、エンジン1側からこの順序で配置されている。なお、自動変速機4は、上述の摩擦要素を締結あるいは解放させるための油圧回路100を備えている(図3参照)。
前記第1~第3ギヤセット10、20、30のうち、第1ギヤセット10と第2ギヤセット20はシングルピニオン型のプラネタリギヤセットであって、サンギヤ11、21と、これらのサンギヤ11、21に噛み合った各複数のピニオン12、22と、これらのピニオン12、22をそれぞれ支持するキャリヤ13、23と、ピニオン12、22に噛み合ったリングギヤ14、24とで構成されている。
また、第3ギヤセット30はダブルピニオン型のプラネタリギヤセットであって、サンギヤ31と、該サンギヤ31に噛み合った複数の第1ピニオン32aと、該第1ピニオン32aに噛み合った第2ピニオン32bと、これらのピニオン32a、32bを支持するキャリヤ33と、第2ピニオン32bに噛み合ったリングギヤ34とで構成されている。
そして、第3ギヤセット30のサンギヤ31には入力軸4aが直接連結されている。第1ギヤセット10のサンギヤ11と第2ギヤセット20のサンギヤ21とは、互いに結合されて、ロークラッチ40の出力側部材41に連結されている。第2ギヤセット20のキャリヤ23にはハイクラッチ50の出力側部材51が連結されている。
また、第1ギヤセット10のリングギヤ14と第2ギヤセット20のキャリヤ23とは、互いに結合されており、LRブレーキ60を介して変速機ケースに断接可能に連結されている。第2ギヤセット20のリングギヤ24と第3ギヤセット30のリングギヤ34とは、互いに結合されており、26ブレーキ70を介して変速機ケースに断接可能に連結されている。第3ギヤセット30のキャリヤ33は、R35ブレーキ80を介して変速機ケースに断接可能に連結されている。そして、第1ギヤセット10のキャリヤ13には、自動変速機4の出力を駆動輪側へ出力するファイナルギヤ5が連結されている。
以上の構成により、自動変速機4は、上記の摩擦締結要素(ロークラッチ40、ハイクラッチ50、LRブレーキ60、26ブレーキ70及びR35ブレーキ80)の締結状態の組み合わせにより、図2の締結表に示すように、Dレンジでの1~6速と、Rレンジでの後退速とが形成されるようになっている。
図3に示すように、エンジン1、クラッチ2、モータ3、自動変速機4の油圧回路100に関する各種制御は、車両に搭載された制御装置200によって行われる。
制御装置200には、アクセルペダルの踏込量(アクセル開度)を検出するアクセルセンサ201、車両の速度を検出する車速センサ202、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転数センサ203、モータ3の回転数を検出するモータ回転数センサ204、および、モータ3のトルクを検出するモータトルクセンサ205からの信号が入力される。
制御装置200は、各種入力信号に基づき、エンジン1の燃料供給制御装置(図示せず)に制御信号を出力して、エンジン1の回転数を制御するとともに、モータに接続されたインバータ(図示せず)に制御信号を出力して、モータ3の回転数およびトルクを制御する。
また、制御装置200は、各種入力信号に基づき、油圧回路100に設けられた複数のソレノイドバルブ101に制御信号を出力する。これにより、選択されたレンジや車両の走行状態に応じて各ソレノイドバルブ101の開閉あるいは出力圧が制御され、各摩擦要素40、50、60、70、80への油圧供給が制御されることで、図2の締結表にしたがって各変速段が実現されるように変速制御が行われる。
ところで、自動変速機4は、変速時において、インターロック状態およびニュートラル状態による変速ショックおよび空走感を防止しつつ、ドライバの要求加速度を維持しようとすると、解放側摩擦要素の締結力がゼロになると同時に、締結側摩擦要素の締結力を発生させるように、スリップさせることがある。しかし、摩擦要素をスリップさせることにより、エネルギーロスが発生し、駆動源からの入力トルクの一部が損失になってしまう。
これに対して、本実施形態の制御装置200は、所定の変速時の車両の走行条件の成否によって、ドライバの要求加速度を維持しつつ、摩擦要素をスリップさせることなく変速を実現するスリップレス変速制御を実行する。
具体的には、制御装置200は、締結状態と解放状態とが切り換えられる所定の摩擦要素が解放されるニュートラル状態において、ドライバの要求加速度を維持するための入力トルクを入力するとともに、締結側摩擦要素が所定の回転数となるように入力トルクを制御する。そして、締結側摩擦要素が所定の回転数が所定の回転数に達したときに該締結側摩擦要素を締結する。
なお、所定の変速時の車両の走行条件としては、例えば、加速中にシフトダウン(駆動中のシフトダウン)される場合や、減速中にシフトアップ(非駆動中のシフトアップ)される場合等が挙げられる。
本実施形態において、制御装置200は、このスリップレス変速制御を実行するための構成として、上記の構成に加えて、変速機4の入力軸4aおよび出力軸4bの回転数ωi、ω0を検出する入力軸4aおよび出力軸4b回転数センサ206、207、変速機4の油温を検出する油温センサ208とを備えている。
図4、5、7、8に示すフローチャートおよびタイムチャートを参照しながら、制御装置200によるスリップレス変速制御に関するエンジン1、モータ3、自動変速機4、および、所定の摩擦要素50、80の制御動作の一例として、4速から3速へのシフトダウン時および3速から4速へのシフトアップ時について説明する。
まず、制御装置200は、ステップS1において、各種データを取得する。具体的には、現在の車両の状態における、アクセル開度、車速、エンジン回転数、モータ回転数、モータトルク、変速機4の入力軸4aの回転数ωi、変速機4の出力軸4bの回転数ω0、および、変速機4の潤滑油の油温を取得する。
ステップS2では、ステップS1で取得したアクセル開度および車速等に基づいて、ドライバの要求加速度を算出する。そして、続くステップS3では、車速とアクセル開度に基づいて、変速すべきかどうかを判定する。
ステップS3で、変速が不要と判定した場合は、ステップS4に進み、通常走行を実行するとともに、フローをリターンする。
一方、ステップS3で、変速が必要と判定した場合には、ステップS5に進み、アクセル開度、車速およびドライバの要求加速度と、予め組み込まれた変速パターンから、ギヤ段を選択する。該ギヤ段が現在のギヤ段からシフトダウンされる場合は、ステップS6に進む。
4速から3速へのダウンシフト時を例に、図5のタイムチャートを参照しながら説明すると、4速で定常走行中にドライバによってアクセルが踏み込まれ、アクセル開度の変化が生じた時点(加速要求が生じた時点)t0から、矢印a1に示すようにアクセル開度が増大し、変速が必要となった時点t1において、矢印a2に示すように変速指令が出力される(4速から3速へのダウンシフト)。
続くステップS7において、理論的にスリップレス変速制御が可能となる入力トルクTiおよび変速時間tshiftとを算出する。なお、入力トルクTiは、スリップレス変速時において、変速機4の入力軸4aに入力されるトルクであり、変速時間tshiftは、入力トルクTiが入力される時間である(図5参照)。
本実施形態の4速から3速への変速時においては、入力トルクTiおよび変速時間tshiftは、変速機4の入力軸4aに入力トルクTiを変速時間tshift作用させることによって、ハイクラッチ50が解放されるニュートラル状態においてドライバの要求加速度を維持するとともに、解放状態から締結状態に切り換えられるR35ブレーキ80の回転数を0にすることができる理論的な値であり、Tiおよび変速時間tshiftの算出方法については後述する。
なお、ドライバ要求加速度は、変速機4に入力される入力トルクTiが、変速機内の入力軸4a、遊星歯車セット10、20、30等の回転部材に作用する際、慣性モーメントによって、入力トルクTiの一部が出力軸4bに伝達され、この伝達されるトルクを利用することで得られる。
ステップS8では、ステップS7において算出したスリップレス変速の変速時間tshiftに基づいて、スリップレス変速制御が可能かどうかを判定する。
具体的には、変速時間tshiftが、正の値かどうかを判定する。変速時間tshiftが、負の値の場合は、スリップレス変速制御が実行できないと判定し、ステップS9に進み、通常のハイクラッチ50をスリップさせながら変速する。
一方、ステップS8で、変速時間tshiftが、正の値の場合は、ステップS10に進み、図5のタイムチャートの入力トルクTi指令ラインA1、ハイクラッチ50およびR35ブレーキ80の油圧指令ラインA2、A3を設定し、ステップS11に進む。なお、油圧指令ラインA2、A3は、後述のように油圧の遅れを考慮したものである。
ここで、図6にスリップレス変速制御の例として、4速から3速への変速を車速40km/hの定常走行から加速するシーンにおけるシミュレーション結果を示す。
図6(a)には、スリップレス変速制御時の入力トルクTi、ハイクラッチ50に作用するトルクThigh、および、R35ブレーキ80に作用するトルクT35の時間変化が示され、図6(b)には、スリップレス変速制御時の変速機4の入力軸4aの回転数ωi、R35ブレーキ80の回転側摩擦部材8a(以下、「R35ブレーキ回転部材」という)の回転数ω35の時間変化が示されている。
これによれば、変速指令後は矢印a11に示すように、入力トルクTiを素早く立ち上げると同時に、ハイクラッチ50を解放し(矢印a12)、R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35が0に到達した時点(矢印a13)で入力トルクTiを素早く下げ(矢印a14)、これと同時にR35ブレーキ80を締結する(矢印a15)という緻密な変速制御が必要となることがわかる。車両諸元や走行シーンに依るが、このような素早いトルク変化が求められることが多い。
一方で、一般に摩擦要素の解放締結には油圧による応答遅れがあるため、このような緻密な変速制御のためには、上述の理論的に算出した理論値(Ti、tshift)および、摩擦要素の締結解放のタイミングに対して応答遅れを考慮する必要がある。
ここで、ステップS8で設定したハイクラッチ50およびR35ブレーキ80の油圧指令ラインA2、A3の油圧の遅れの考慮方法を説明する。
まず、図7には、摩擦要素(R35ブレーキ80)において摩擦板同士が接触する直前までピストンを詰めたゼロクリアランス状態から、所望の指示圧を与えて油圧の立ち上がりを測定した実験結果が示されている。
図に示すように、油圧の締結指令の出力からΔt1秒遅れて、実油圧が立ち上がっていることが分かる。すなわち、油圧指令の出力時点から、締結に必要な油圧に到達するまでには、Δt1秒の油圧の遅れが生じることとなる。したがって、本実施形態においては、この油圧の遅れΔt1秒分を、締結側摩擦要素が締結されるべきタイミング(R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35が0になるタイミング)よりも油圧指令をΔt1秒前に出力する補正することで、油圧の遅れを考慮した制御指令ラインA3としている。
なお、上述の油圧の遅れは、車両の走行シーンに応じて異なるため、車両の走行シーン(回転数、トルク、油温等)に応じた油圧の遅れΔtnを実験的に求めておくとともに、データとして制御装置200に記憶させておく。また、解放側摩擦要素も締結側摩擦要素同様に、油圧の解放指令の遅れΔt2を考慮している。そして、車両の走行シーンに応じた油圧の遅れΔtmを実験的に求めておくとともに、この実験データを制御装置200に記憶させておく。
これにより、ハイクラッチ50の油圧指令A2は、図5の矢印a3に示すように、実際にハイクラッチ50を解放させたい時点(入力トルクTiを立ち上げる時点)t3よりも、油圧の遅れΔt2秒間前の時点t2において、ハイクラッチ50の油圧指令A2が出力される。
また、R35ブレーキ80の油圧指令A3は、矢印a4に示すように、実際にR35ブレーキ80を締結させたい時点(R35ブレーキ80の回転部材の回転数が0となる時点)t5よりも、油圧の遅れΔt1秒間前の時点t4に出力される。なお、R35ブレーキ80を締結させたい時点は、スリップレス変速の効果が得られる時点となる、R35ブレーキ回転部材8aの回転が0近傍の所定回転以下となる時点であってもよい。
これにより、解放側摩擦要素および締結側摩擦要素が、適切なタイミングでの締結解放が可能となり、より緻密な変速制御を実行することができる。
図4のフローチャートに戻って、ステップS11では、4速から3速への変速中に解放状態から締結状態に切換られるR35ブレーキ80の回転側摩擦部材(R35ブレーキ回転部材)8aの回転数ω35の目標回転数ラインA4を設定し、ステップS12に進む。
ステップS12では、ステップS10およびステップS11で作成した入力トルク指令ラインA1および油圧指令ラインA2、A3と、目標回転数ラインA4に基づいて、回転数制御付きのスリップレス変速制御を実行する。
次に、図8のフローチャートを参照しながら、スリップレス変速制御の内容について説明する。なお、図8の括弧外の符号は4速から3速へのシフトダウン時のフローを示し、括弧内の符号は3速から4速へのシフトアップ時のフローを示している(S23とS25は除く)。
ステップS21では、ステップS10で作成したスリップレス変速制御のための入力トルクTiの指令ラインA1、ハイクラッチ50およびR35ブレーキ80の油圧指令ラインA2、A3を読み込む。続くステップS22では、ステップS11で作成したスリップレス変速制御のためのR35ブレーキ回転部材8aの目標回転数ラインA4を読み込む。
そして、ステップS23では、入力トルクTiのエンジン1およびモータ3に対する配分を決定する。なお、エンジントルクTeは、変速後(3速)のトルクへ立ち上げ、モータトルクTmは、変速中に必要なトルクが分担されるように配分を決定する。なお、モータトルクTmに配分される変速中に必要なトルクとは、ドライバの要求加速度を維持するためのトルクと、R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35を0にするためのトルクとを意味する。
ステップS24では、ステップS22で取得したR35ブレーキ回転部材8aの目標回転数ラインA4と、その実回転数A41との差Δω35より、ステップS23で決定したモータトルクTmの指令値を補正する。なお、実回転数A41は入力軸回転数と出力軸回転数と、ギアセットのギア比から逆算できる。
ここで、ステップS24における目標モータトルクTmの指令値の補正について説明する。
ステップS24では、R35ブレーキ80の実回転数と、R35ブレーキ回転部材8aの目標回転数との偏差を監視しながら、実回転数を目標回転数に沿わせるために、入力トルクを補正することで制御される。
図5のa5に示すように、モータ3の目標トルク指令A11に対して、実トルクA12には、電流の応答遅れがあるため、所望のトルクに達するまでにおいて応答遅れΔt3が存在する。したがって、この応答遅れΔt3を考慮した変速制御が求められる。
具体的には、入力トルクTiの変化及びハイクラッチ50の実油圧の過渡応答により、入力トルクTiによって制御されるR35ブレーキ回転部材8aの目標回転数A4に対して実回転数A41にずれΔω35が生じることになる(a6)。
ショックレス変速制御を実行するためには、R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35を、入力トルクTiが入力されてからtshift経過した時点において0にすると同時にR35ブレーキ80を締結することが重要である。
したがって、本実施形態においては、制御手段200は、R35ブレーキ回転部材8aの目標回転数A4と、実際のR35ブレーキ回転部材8aの回転数A41との偏差に基づいて、この回転数のずれΔω35を目標モータトルクTmへフィードバック制御することで、実回転数A41を目標回転数A4に沿わせる回転数制御を行う。例えば、目標モータトルクTmをTm+ΔTmへ補正することで、実回転数A41を目標回転数A4に沿わせる回転数制御を行う。
その後、ステップ25では、ステップS23、ステップS24に基づいて、エンジン1と、モータ3にそれぞれ入力トルクTe、Tm+ΔTmの指令を出力する。
ステップS26では、ハイクラッチ50への油圧指令(解放指令)があるかないか、例えば、図5のタイムチャートのt2に達したかどうかを判定し、油圧指令(解放指令)がない(t2に達していない)場合は、フローがリターンされる。一方、油圧指令(解放指令)がある(t2に達している)場合は、ハイクラッチ50を解放するとともに、ステップS27に進み、R35ブレーキ80への油圧指令(締結指令)があるかないか、例えば、図5のタイムチャートのt4に達したかどうかを判定する。
ステップS27で、R35ブレーキ80への油圧指令(締結指令)がない(t4に達していない)場合はフローがリターンされ、R35ブレーキ80への油圧指令(締結指令)がある(t4に達している)場合は、R35ブレーキ80を締結する。
ステップS28では、変速が終了したかどうを判断する。例えば、変速機4の入力軸4aと出力軸4bの回転数ωi、ω0の差から、変速比が変速後(3速)の状態となったかどうかを判定する。そして、変速終了していないと判定した場合はフローがリターンされ、変速終了と判定した場合はフローを終了する。
図4のステップS5に戻って、ステップS5で、アクセル開度、車速およびドライバの要求加速度と、予め組み込まれた変速パターンから、ギヤ段を選択する。該ギヤ段が現在のギヤ段からシフトアップされる場合は、ステップS13に進む。
3速から4速へのアップシフト時を例に、図9のタイムチャートを参照しながら説明すると、例えば、走行中にアクセルが解放され、アクセル開度の変化が生じた時点(減速要求が生じた時点)t10から、矢印b1に示すようにアクセル開度が減少し、変速が必要となった時点t11において、矢印b2に示すように変速指令が出力される(3速から4速へのアップシフト)。
続くステップS14において、ダウンシフト同様に、理論的にスリップレス変速制御が可能となる入力トルクTiおよび変速時間tshiftとを算出する。なお、入力トルクTiは、スリップレス変速時において、変速機4の入力軸に入力されるトルクであり、変速時間tshiftは、入力トルクTiが入力される時間である(図9参照)。
本実施形態の3速から4速への変速時においては、入力トルクTiおよび変速時間tshiftは、変速機4の入力軸4aに入力トルクTiを変速時間tshift作用させることによって、R35ブレーキ80が解放されるニュートラル状態においてドライバの要求加速度を維持するとともに、解放状態から締結状態に切り換えられるハイクラッチ50の回転数を変速機の入力回転数に一致させることができる理論的な値であり、Tiおよび変速時間tshiftの算出方法については後述する。
また、本実施形態の変速機においては、4速の変速比が1となるため、全ての回転が同じとなる。したがって、本実施形態においては、R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35が、入力軸4aの回転数ωiおよび出力軸4bの回転数ω0と一致するように目標値を設定する。
なお、ドライバ要求加速度は、変速機4に入力される入力トルクTiが、変速機内の入力軸4a、遊星歯車セット10、20、30等の回転部材に作用する際、慣性モーメントによって、入力トルクTiの一部が出力軸4bに伝達され、この伝達されるトルクを利用することで得られる。
ステップS15では、ステップS14において算出した、スリップレス変速の変速時間tshiftに基づいて、スリップレス変速制御が可能かどうかを判定する。
具体的には、変速時間tshiftが、正の値かどうかを判定する。変速時間tshiftが、負の値の場合は、スリップレス変速制御が実行できないと判定し、ステップS16に進み、通常のハイクラッチクラッチ50をスリップまたはR35ブレーキをスリップさせながら変速する。
一方、ステップS15で、変速時間tshiftが、正の値の場合は、ステップS17に進み、図9のタイムチャートの入力トルクTi指令ラインB1、ハイクラッチ50およびR35ブレーキ80の油圧指令ラインB2、B3を設定し、ステップS18に進む。
ここで、図10にスリップレス変速制御の例として、3速から4速への変速を車速40km/hから減速中のシミュレーション結果を示す。
図10(a)には、スリップレス変速制御時の入力トルクTi、ハイクラッチ50に作用するトルクThigh、および、R35ブレーキ80に作用するトルクT35の時間変化が示され、図10(b)には、スリップレス変速制御時の変速機4の入力軸4aの回転数ωi、変速機4の出力軸4bの回転数ω0、R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35の時間変化が示されている。
これによれば、変速指令後は矢印b11に示すように、入力トルクTiを素早く立ち下げると同時に、R35ブレーキ80を解放し(矢印b12)、R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35が、変速機4の入力軸4aの回転数ωiもしくは出力軸4bの回転数ω0に一致した時点(矢印b13)で入力トルクTiを素早く上げ(矢印b14)、これと同時にハイクラッチ50を締結する(矢印b15)という緻密な変速制御が必要となることがわかる。
したがって、ダウンシフト同様に、油圧の遅れを考慮して、上述の理論的に算出した理論値(Ti、tshift)および、摩擦要素の締結解放のタイミングを決定する。
これにより、R35ブレーキ80の油圧指令(解放指令)B2は、図9の矢印b3に示すように、実際にR35ブレーキ80を解放させたい時点(入力トルクTiを立ち下げる時点)t3よりも、油圧の遅れΔt12秒間前の時点t12において、R35ブレーキ80の油圧指令(解放指令)B2が出力される。
また、ハイクラッチ50の油圧指令(締結指令)B3は、矢印b4に示すように、実際にハイクラッチ50を締結させたい時点(R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35が入力軸4aの回転数ωiに一致する時点)t15よりも、油圧の遅れΔt11秒間前の時点t14で出力される。なお、ハイクラッチ50を締結させたい時点は、スリップレス変速の効果が得られる時点となる、R35ブレーキ回転部材8aと入力軸4aの相対回転が0近傍の所定回転以下となる時点であってもよい。
これにより、R35ブレーキ80およびハイクラッチ50の、適切なタイミングでの解放締結が可能となり、より緻密な変速制御を実行することができる。
図4のフローチャートに戻って、ステップS18では、3速から4速への変速後において、変速後の4速の状態では、すべての回転部材が同一回転となるので、R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35の目標回転数ラインB4を設定し、ステップS19に進む。
ステップS19では、ステップS17およびステップS18で作成した入力トルク指令ラインB1および油圧指令ラインB2、B3と、目標回転数ラインB4に基づいて、回転数制御付きのスリップレス変速制御を実行する。
次に、図8のフローチャートを参照しながら、スリップレス変速制御の内容について説明する。なお、図8の括弧外の符号は4速から3速へのシフトダウン時のフローを示し、括弧内の符号は3速から4速へのシフトアップ時のフローを示している(S23とS25は除く)。
ステップS21では、ステップS17で作成したスリップレス変速制御のための入力トルクTiの指令ラインB1、ハイクラッチ50およびR35ブレーキ80の油圧指令ラインB2、B3を読み込む。続くステップS22では、ステップS18で作成したスリップレス変速制御のためのR35ブレーキ80の回転部材81の目標回転数ラインB4を読み込む。
そして、ステップS23では、入力トルクTiのエンジンおよびモータに対する配分を決定する。なお、エンジントルクTeは、減速中(非駆動状態)のためエンジンブレーキのトルクが発生し、モータトルクTmは、変速中に必要なトルクが分担されるように配分を決定する。
ステップS24では、ステップS22で取得したR35ブレーキ回転部材8aの目標回転数ラインB4と、その実回転数B41との差より、ステップS23で決定したモータトルクTmの指令値を補正する。なお、実回転数B41は入力軸回転数と出力軸回転数と、ギアセットのギア比から逆算できる。
ここで、ステップS24における目標モータトルクTmの指令値の補正について説明する。
ステップS24では、R35ブレーキ回転部材8aの実回転数B41と、R35ブレーキ回転部材8aの目標回転数B4との偏差を監視しながら、実回転数を目標回転数に沿わせるために、入力トルクTmを補正することで制御される。
図9のb5に示すように、モータ3の目標入力トルク指令B11に対して、実トルクB12には、電流の応答遅れがあるため、所望のトルクに達するまでにおいて応答遅れΔt13が存在する。したがって、この応答遅れΔt13を考慮した変速制御が求められる。
具体的には、入力トルクTiの変化及びR35ブレーキの実油圧の過渡応答により、入力トルクTiによって制御されるR35ブレーキ回転部材8aの目標回転数B4に対して実回転数B41にずれが生じることになる(b6)。
ショックレス変速制御を実行するためには、R35ブレーキ回転部材8aの回転数ω35を、入力トルクTiが入力されてからtshift経過した時点において、入力軸4aあるいは出力軸4bの回転数ωi、ω0に一致させると同時にハイクラッチ50を締結することが重要である。
したがって、本実施形態においては、制御手段200は、R35ブレーキ回転部材8aの目標回転数B4と、実際のR35ブレーキ回転部材8aの回転数B41との偏差に基づいて、この回転数のずれΔω35を目標モータトルクTmへフィードバック制御することで、実回転数B41を目標回転数B4に沿わせる回転数制御を行う。例えば、目標モータトルクTmをTm+ΔTmへ補正することで、実回転数B41を目標回転数B4に沿わせる回転数制御を行う。
その後、ステップ25では、ステップS23、ステップS24に基づいて、エンジン1と、モータ3にそれぞれ入力トルクTe、Tm+ΔTmの指令を出力する。
ステップS26では、R35ブレーキ80への油圧指令(解放指令)があるかないか、例えば、図9のタイムチャートのt12に達したかどうかを判定し、油圧指令(解放指令)がない(t12に達していない)場合は、フローがリターンされる。一方、油圧指令(解放指令)がある(t12に達している)場合は、R35ブレーキ80を解放するとともに、ステップS27に進み、ハイクラッチ50への油圧指令(締結指令)があるかないか、例えば、図9のタイムチャートのt14に達したかどうかを判定する。
ステップS27で、ハイクラッチ50への油圧指令(締結指令)がない(t14に達していない)場合はフローがリターンされ、ハイクラッチ50への油圧指令(締結指令)がある(t14に達している)場合は、ハイクラッチ50を締結する。
ステップS28では、変速が終了したかどうを判断する。例えば、変速機4の入力軸4aと出力軸4bの回転数ωi、ω0の差から、変速比が変速後(4速)の状態となったかどうかを判定する。そして、変速終了していないと判定した場合はフローがリターンされ、変速終了と判定した場合はフローを終了する。
ここで、図11を参照しながら、スリップレス変速を実行するための入力トルクTiおよび変速時間tshiftの算出方法を説明する。
スリップレス変速の前提として、ドライバの要求加速度を維持しながら、スリップを伴わない解放側摩擦要素と、締結側摩擦要素との切換を行うものとする。また、スリップレス変速にするために、解放側摩擦要素と、締結側摩擦要素との切換において、両摩擦要素が解放されたニュートラル状態を経由させる。
一方、ドライバの要求加速度を維持するためには、ニュートラル状態の時の空走感(トルク伝達しない状態)回避のために、変速機に入力される入力トルクを制御することで、変速機から出力される出力部材の回転数を上げる。
また、解放状態の締結側摩擦要素を締結する際に、該締結側摩擦要素がブレーキの場合は、ブレーキの回転部材の回転が0になったときに締結されるように制御され、該締結側摩擦要素がクラッチの場合は、回転部材同士の相対回転が0となったときに締結されるように制御される。
上記の条件に合う変速時間と、そのとき入力される入力トルクとを算出することで、ショックレス変速ができる。
トルクと回転数と変速時間との関係を示すために、変速機内の各ギヤセットの回転部材に対する運動方程式を立てるとともに、変速条件を入力し、ドライバの要求加速度を維持しながらスリップレス変速を行うための、入力トルクと、変速時間とを算出する。
まず、各プラネタリギヤの構成から数式化する。リングギヤの歯数をZ
r、サンギヤの歯数をZ
s、リングギヤの回転数をN
r、サンギヤの回転数をN
s、キャリヤの回転数N
cとすると、次のような関係が成り立つ。
ここで、リングギヤとサンギヤのギヤ比をλとおくと、次のように変形される。
次に、プラネタリギヤに順番をつける。LRブレーキ60と締結するリングギヤ14を持つプラネタリギヤセット10を1番、ハイクラッチ50と締結するキャリヤ23を持つプラネタリギヤセット20を2番、35ブレーキ80と締結するキャリヤ33を持つプラネタリギヤセットを3番とする。
そして、変速機4への入力部材S3の回転数をωi、変速機4からの出力部材C1の回転数をωo、ロークラッチ40付サン部材S1の回転数をωlow、LRブレーキ60付リング部材R1の回転数をωlr、26ブレーキ70付リング部材R2の回転数をω26、35ブレーキ80付キャリア部材C3の回転数をω35とする。また、第1ギヤセット10のギヤ比をλ1、第2ギヤセット20のギヤ比をλ2、第3ギヤセット30のギヤ比をλ3とする。
すると、数1より、各ギヤセット10、20、30の関係式が得られる。
次に、各部材の運動方程式の定式化を行う。S3のイナーシャをJi、S1のイナーシャをJlow、R1のイナーシャをJlr、R2のイナーシャをJ26、R3のイナーシャをJ35とする。
また、S3への入力トルクをTi、C1にタイヤ側から伝わるトルクをTo、ロークラッチ40で発生するトルクをTlow、ハイクラッチ50で発生するトルクをThigh、LRブレーキ60で発生するトルクをTlr、35ブレーキ80で発生するトルクをT35とする。
さらに、S1からC1に向けて伝達するトルクをTs
1、S2からC2に向けて伝達するトルクをTs
2、S3からC3に向けて伝達するトルクをTs
3と置くと、各部材の運動方程式は、本実施形態における骨子図に基づいて、次のように表現できる。
なお、仮置きしたTs1、Ts2、Ts3は、各ギヤセット10、20、30に与えられるトルクや締結状態、変速機4の緒言(ギヤ比、イナーシャ)から逆算することができる。
まず、微分した(1)の左辺に(4)式を、右辺には(6)、(7)式を代入すると、次式が得られる。
続いて、微分した(2)式の左辺に(4)式を、右辺には(7)、(8)式を代入すると、次式が得られる。
さらに、微分した(3)式の左辺に(5)式を、右辺に(8)、(9)式を代入すると次式が得られる。
これは、Ts
0、Ts
1、Ts
2に関する連立方程式になっている。
ここで、与えられるトルクをu、解きたいトルクをXと置く。
すると、数6~数8の連立方程式は次のように書ける。
ここでは、Xをuの成分を使って表現したいので、
とおけば、次式から係数であるs
kが求まる。
ここで、s
kによって構成される行列Sを次のように書き、
その行ベクトルをs
jバー(j=1,2,3)と置く。
このs
1バー、s
2バー、s
3バーを用いると、数4の運動方程式は次にように書き変えられる。
ここで、さらに、この運動方程式を整理ため、係数Kを次のようにおく。
そして、回転数ωや係数Kを次のように置くと、
数4、数16の運動方程式は、次のように整理される。
数19の運動方程式に基づいて、スリップレス変速制御を可能にする入力トルクTiや変速時間tshiftを求める。ここでは、例として4速から3速へのダウンシフトを計算する。
図2より、4速はハイクラッチ50とロークラッチ40が締結されており、3速はロークラッチ40と35ブレーキ80が締結されている。よって、この変速ではハイクラッチ50を解放し35ブレーキ80を締結すれば良いことになる。
まず4速では、全ての部材の回転数が同じになるため、入力部材S1の回転数がセンシングできているので、全ての回転数が既知となる。
また、ドライバのアクセル開度や車速などからドライバの要求加速度も分かるため、そこから出力回転数の角加速度も算出できる。ここでは、その角加速度をA
oとおくと、次式を満足する。
ここでは、スリップレス変速をしたいので、ロークラッチ40以外のブレーキ60、70、80とハイクラッチ50は全て解放した状態で3速の回転数になる、Ti、Tlowおよび、変速時間(以下tshift)を求めるための連立方程式を立てる。
まず、数19のω
oは、数20を代入すると、次の関係を満足する。
次に、数19のω35は変速中に回転数が0になれば良いので、変速開始時の回転数をω
sとおいてt
shiftの関係式を求めていく。数19から、
を満たすので、数22に変速時間t
shiftを用いると、左辺は次のように変形できる。
ここで、ω
35(0)=ω
s、ω
35(t
shift)=0、T
lr=0、T
35=0、T
high=0を代入すると次式が得られる。
さらに、ロークラッチ40は締結状態なので、常に(4)’×J
i=(5)’×J
low となるため、次式を満たす。
この数21~数23は、Ti、Tlow、1/tshiftに関する連立方程式になっている。
また、走行負荷であるToが推定できているため、これらの関係からTi、Tlow、tshiftが得られる。なお、Toを要求加速度に見合う値に設定することで、要求加速度はアクセル開度とその時(変速前)の変速段から求まり、この要求加速度から車両の慣性質量や終減速比などの定数を用いてToを求めることがでる。すなわち、アクセル開度からToが求まり、これを連立方程式で用いる。
なお、ロークラッチ40は締結状態なので、部材S1とS2が一体となっており、直接制御できない。また、走行負荷Toおよび入力トルクTiにより、それぞれのギヤセット60、70、80内のトルク配分(Ts1、Ts2、Ts3)が各部品のイナーシャのつり合いから一意に決まるため、Tlowは、Ts1、Ts2、Ts3により決まる。
次に、3速から4速へのアップシフトについて説明する。
数19の運動方程式をベースに、ダウンシフト同様に、スリップレス変速制御を可能にする入力トルクTiや変速時間tshiftを求める。
図2より、3速はR35ブレーキ80とロークラッチ40を締結しており、4速はハイクラッチ50とロークラッチ40を締結している。よって、この変速ではR35ブレーキ80を解放し、ハイクラッチ50を締結すれば良い。
まず3速では、入力部材と出力部材の回転数がセンシングできているので、全ての部材の回転数を算出できる。
また、ドライバのアクセル開度や車速などからドライバの要求加速度も既知なため、そこから出力回転数の角加速度も算出できる。ここでも、数20のようにその角加速度をAoとおく。
また、スリップレスで変速したいので、ロークラッチ40以外のブレーキ60、70、80とハイクラッチ50は全て解放した状態で4速の回転数になる、Ti、Tlow及び、変速時間(以下tshift)が求められれば良い。そこで、この3つを求められる連立方程式を作っていく。
まず、数19のωoにAoを代入すると数21の関係を満たす。
次に、数19のω
35は変速中に回転数がωoと同じになれば良いので、変速開始時の出力部材C1の回転数をω
osとおくと、A
oを用いて次式の関係を満たす。
さらに、ロークラッチ40は締結状態なので、常に(4)’×Ji=(5)’×Jlow となるため、数23を満たす。
この数21、数23、数24は、Ti、Tlow、1/tshiftに関する連立方程式になっている。
また、走行負荷であるToが推定できているため、これらの関係からTi、Tlow、tshiftが得られる。なお、Toを要求加速度に見合う値に設定することで、要求加速度はアクセル開度とその時(変速前)の変速段から求まり、この要求加速度から車両の慣性質量や終減速比などの定数を用いてToを求めることがでる。すなわち、アクセル開度からToが求まり、これを連立方程式で用いる。
なお、本実施形態においては、所定の変速時として、4速から3速へのシフトダウンおよび3速から4速へのシフトアップを例に説明したが、本発明のスリップレス変速制御は、他の変速段におけるシフトダウンおよびシフトアップにも適用可能である。