JP7172456B2 - 変速制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の変速制御装置に関する。

ハイブリッド車や電気自動車のようにモータの駆動力によって走行する車両においては、例えば下記特許文献１に示すように、その前輪と後輪にそれぞれ駆動用のモータ（特許文献１の図１中のフロントモータ１８、リアモータ２０参照）を併設して４輪駆動式としたものがある。そして、ドライバのアクセルペダルの操作量に基づく要求トルクに対応して、各モータへの駆動力の分配を制御している。

このモータには、例えば特許文献２に示す変速機が併設されることがある。この変速機は、低車速域のときに適用される低速ギアと、高車速域のときに適用される高速ギアとから構成される多段式のギアを備えている（特許文献２の図２中の高速ギア機構３０、低速ギア機構４０参照）。

この変速機の車速に対するトルク特性（ドライブシャフト周りの軸トルク）の一例を図２（ｂ）に示す。この変速機のギアを低速ギアに切り替えることによって、車速が比較的低速で大きなトルクを必要とする走行状態（例えば、登坂時や低速からの全開加速時等）に対応することができる一方で、高速ギアに切り替えることによって、それほど大きなトルクを必要としない広い車速域（例えば、街中や高速道路での通常走行時等）に対応することができる。

この変速機は、前輪及び後輪の両方に設けることもできるが、車両の重量増加が問題となることがある。このため、例えば、前輪を図２（ａ）に示すトルク特性を有するドライブシャフト直結式のフロントモータで駆動し、後輪を図２（ｂ）に示すトルク特性を有する変速機が併設されたリアモータで駆動する構成とすることが多い。

この変速機のギアは、初期状態として高速ギアに設定されていることが多い。この高速ギアは、低速から高速までの広い速度域をカバーしており、しかも、通常の走行状態（街中走行等）では、低速ギアへの切り替えが必要なほど大きなトルクを要求されることは少なく、車両走行中の変速回数をなるべく少なくすることが期待できるためである。

特開２０１２－１０１７７１号公報 特開２００１－４０１６号公報

上記のようにリアモータのみに変速機を設けた車両において、例えば、前輪と後輪のトルク配分を５０：５０とした場合、ある車速Ｘ（高速ギアから低速ギアへの変速によって、トルクを増大可能な低車速域内の車速）で、ドライバのアクセルペダルの操作量に基づく要求トルクが２Ｙとすると、その要求トルクはフロントモータ及びリアモータにＹずつ均等に割り振られる（図２（ａ）中の点Ａ、図２（ｂ）中の点Ｂ参照）。

この状態からドライバがアクセルペダルをさらに踏み込んで、要求トルクが２Ｙから２Ｙ’まで増大する過程（要求トルクがフロントモータ及びリアモータにＹ’ずつ均等に割り振られる過程（図２（ａ）中の点Ｃ、図２（ｂ）中の点Ｄ参照））について、図２（ｂ）及び図９（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。ここで、図９（ａ）はフロントモータのトルク変化を、図９（ｂ）はリアモータのトルク変化を、図９（ｃ）は両モータのトータルのトルク変化をそれぞれ示す。

アクセルペダルの踏み込み量の増大に伴ってリアモータに割り振られる要求トルクも増大し、その要求トルクが高速ギアのときの最大トルクＲＨｍａｘとなったタイミングで（図２（ｂ）中の点Ｅ参照）、高速ギアから低速ギアに変速される。この変速中は、図９（ｂ）に示すように、クラッチ機構によってリアモータの駆動力が一時的に（図９（ｂ）中のｔ_１からｔ_２までの時間Δｔ）切り離されるため、図９（ａ）に示すように、フロントモータのみでリアモータに割り振られた要求トルクを負担する必要が生じる。

ところが、特に登坂時や全開加速時のように大きなトルクを必要とする走行状態においては、図９（ａ）に示すように、フロントモータが負担する要求トルクが、フロントモータの最大トルクＦｍａｘを超える場合がある。この場合、フロントモータが、最大トルクＦｍａｘを超える要求トルク（図９（ａ）中のｔ_１からｔ_２までの時間Δｔにおいて、最大トルクＦｍａｘを超える破線部分）を負担することができない。その結果、図９（ｃ）に示すように、ドライバの要求トルクに対し、モータによって与えられる実トルクが一時的に不足する「トルク抜け」が生じ、ドライバに違和感を与える問題がある。

そこで、この発明は、前後の駆動輪にそれぞれ駆動用のモータを設けるとともに、その少なくとも一方に変速機を併設した車両において、変速機の変速動作の際に、トルク抜けが生じないようにすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明においては、車両の前後の駆動輪の一方を駆動する第一モータと、前記前後の駆動輪の他方を駆動する第二モータと、前記第二モータの出力軸から前記駆動輪に伝達される回転の回転数を変速する変速機と、前記変速機の変速動作を制御する制御部と、を備え、前記変速機の変速動作に伴って前記第二モータの駆動力が一旦遮断されて、前記第一モータの駆動力のみで車両を駆動する際に、前記第一モータに要求される要求トルクが該第一モータの出力可能な最大トルクを越えないように、前記制御部が、前記変速機の変速開始タイミングを変更する制御を行なう変速制御装置を構成した。

前記構成においては、ドライバによるアクセルペダルの操作量を検出するペダルセンサをさらに有し、前記ペダルセンサによって、前記アクセルペダルが踏み込まれて、前記要求トルクが増大すると予測できる場合に、前記変速開始タイミングが早められて、前記変速動作の完了時点において、前記要求トルクが前記最大トルクを越えないように制御を行なうことができる。

前記ペダルセンサを有する構成においては、前記操作量が前記アクセルペダルの踏み込み量又は踏み込み速度であって、前記踏み込み量が大きいほど、又は、前記踏み込み速度が大きいほど、前記変速開始タイミングをより早めるように制御を行なうことができる。

前記ペダルセンサを備える構成においては、前記第一モータの負荷を検出する負荷センサをさらに有し、前記負荷センサで検出した前記第一モータへの負荷が大きいほど、前記変速機の変速開始タイミングをより早める制御を行なうことができる。

前記負荷センサを有する構成においては、その負荷センサが前記第一モータの温度を検出する温度センサであり、その温度が高いほど、前記変速機の変速開始タイミングをより早める制御を行なうことができる。

前記各構成においては、前記変速機が、高速ギアと低速ギアを有する２段変速機であり、前記変速開始タイミングを変更する制御が、前記高速ギアから前記低速ギアに変速される際に行なわれるようにすることができる。

この発明では、変速機の変速動作に伴って第二モータの駆動力が一旦遮断されて、第一モータの駆動力のみで車両を駆動する際に、前記第一モータに要求される要求トルクが該第一モータの出力可能な最大トルクを越えないように、制御部が、前記変速機の変速開始タイミングを変更する制御を行なうようにした。このため、変速動作の際に、第一モータのみでドライバの要求トルクを確実に負担することができ、ドライバの要求トルクと第一モータの最大トルクとの差に相当する大きさのトルクが不足するトルク抜けが生じて、ドライバに違和感を与えるのを防止することができる。

この発明に係る変速制御装置が搭載された車両の一例（４輪駆動式のシリーズハイブリッド車）を示す模式図である。 （ａ）はフロントモータのトルク特性を、（ｂ）はリアモータのトルク特性をそれぞれ示す図である。 ドライバの要求トルクに対するフロントモータ及びリアモータへのトルク配分を示す図である。 この発明に係る変速制御装置で変速制御を行なったときのトルク変化（第一実施例）を示す図である。 この発明に係る変速制御装置で変速制御を行なったときのトルク変化（第二実施例）を示す図である。 この発明に係る変速制御装置で変速制御を行なったときのトルク変化（第三実施例）を示す図である。 モータ温度が上昇したときにおけるモータの最大トルクの低下を示す図である。 この発明に係る変速制御装置における処理フローを示すフローチャートである。 従来技術に係る変速制御装置において、（ａ）はフロントモータのトルク変化を、（ｂ）はリアモータのトルク変化を、（ｃ）は両モータのトータルのトルク変化をそれぞれ示す図である。

この発明に係る変速制御装置が搭載された車両１０の一例を図１に示す。この車両１０は、前輪１１及び後輪１２の両方の駆動輪１１、１２をモータによって駆動する４輪駆動式のシリーズ式ハイブリッド車であり、前輪１１を駆動する第一モータ１３（以下、フロントモータ１３という。）、後輪１２を駆動する第二モータ１４（以下、リアモータ１４という。）、リアモータ１４の出力軸から後輪１２に伝達される回転の回転数を変速する変速機１５、及び、変速機１５の変速動作を制御する制御部１６を変速制御装置の主要な構成要素としている。

ジェネレータ１７は、エンジン１８の回転力によって発電を行い、その電力によって直接、又は、一旦バッテリ１９に蓄えられた電力によって、フロントモータ１３及びリアモータ１４が駆動される。

アクセルペダル２０には、ドライバによるアクセルペダル２０の踏み込み量や踏み込み速度等の各操作量を検出するペダルセンサ２１が併設されている。ペダルセンサ２１による検出結果は、制御部１６に伝達される。

フロントモータ１３には、このフロントモータ１３の温度を検出する温度センサ２２が併設されている。温度センサ２２による検出結果は、制御部１６に伝達される。ここでは、温度センサ２２を例示したが、フロントモータ１３の負荷を検出する他の負荷センサ２２（例えば、回転センサやトルクセンサ等）で代用できる場合もある。

前輪１１側には、車速を検出する車速センサ２３が設けられている。図１に示す車速センサ２３の位置は例示であって、その取り付け位置を適宜変更することもできる。

フロントモータ１３は、前輪１１のドライブシャフトに変速機を介さずに直結されている。図２（ａ）に示すように、フロントモータ１３は、低速で最大トルクＦｍａｘを発生し、車速が上がるにつれてそのトルク（ドライブシャフトの軸トルク）が減少するトルク特性を有している。

リアモータ１４は、後輪１２のドライブシャフトに変速機１５を介して設けられている。この変速機１５は、高速ギアと低速ギアとを有する２段変速機である。図２（ｂ）に示すように、高速ギアは、それほど大きなトルクを必要としない低速から高速までの広い車速域（例えば、街中や高速道路での通常走行時等）に対応している。この高速ギアは、低速で最大トルクＲＨｍａｘを発生し、車速が上がるにつれてそのトルクが減少するトルク特性を有している。

低速ギアは、車速が比較的低速で大きなトルクを必要とする走行状態（例えば、登坂時や低速からの全開加速時等）に対応している。この低速ギアは、低速で最大トルクＲＬｍａｘを発生し、車速が上がるにつれてそのトルクが減少するトルク特性を有している。中間車速域では、高速ギアと低速ギアのトルクはほぼ一致している。

フロントモータ１３の最大トルクＦｍａｘは、後述する高速ギアから低速ギアへの変速の際に、フロントモータ１３のみでリアモータ１４に割り振られた要求トルクを負担できるように、リアモータ１４の高速ギアにおける最大トルクＲＨｍａｘよりも大きく、かつ、低速ギアにおける最大トルクＲＬｍａｘよりも小さく設定されている。

この車両１０においては、図３に示すように、ドライバの要求トルクに対し、フロントモータ１３とリアモータ１４のトルク配分比が常にほぼ５０：５０となるように、制御部１６によって各モータ１３、１４のトルクが制御されている。このように、配分比を制御することにより、車両１０の安定的な走行性能を確保している。なお、この配分比は例示に過ぎず、４輪駆動車として安定的な走行が可能な配分比の範囲内（例えば、３０：７０～７０：３０の範囲内）で可変とすることもできる。

トルク配分比が５０：５０の場合、例えば、ドライバのアクセルペダル２０の操作量に基づく要求トルクが２Ｙとすると、その要求トルクはフロントモータ１３及びリアモータ１４にＹずつ均等に割り振られる（図２（ａ）中の点Ａ、図２（ｂ）中の点Ｂ参照）。この状態からドライバがアクセルペダル２０をさらに踏み込んで、要求トルクが２Ｙから２Ｙ’まで増大する過程（すなわち、フロントモータ１３及びリアモータ１４にＹ’ずつ均等に割り振られる過程（図２（ａ）中の点Ｃ、図２（ｂ）中の点Ｄ参照））において、リアモータ１４で要求トルクＹ’を生じさせるためには、トルク増大の途中で、高速ギアから低速ギアへの変速が必須となる。

この発明に係る変速制御装置においては、変速機１５の変速動作に伴ってリアモータ１４の駆動力が一旦遮断されて、フロントモータ１３のみで車両１０を駆動する際に、フロントモータ１３に要求される要求トルクがこのフロントモータ１３の最大トルクＦｍａｘを越えないように、制御部１６が変速機１５の変速開始タイミングを予測した上で変更する予測制御を行なう。

具体的には、リアモータ１４のトルクが、高速ギアにおける最大トルクＲＨｍａｘとなる前（例えば、図２（ｂ）中の点Ｆ（トルク閾値Ｔ）参照）に高速ギアから低速ギアへの変速を開始することで、その変速中に、ドライバの要求トルクに対し、モータによって与えられる実トルクが一時的に不足する「トルク抜け」（図９（ｃ）参照）が生じないようにしている。このトルク閾値Ｔは、アクセルペダル２０の操作量やフロントモータ１３の温度等の各要因に基づいて制御部１６が決定する。

さらに具体的には、アクセルペダル２０の踏み込み量や踏み込み速度が大きいほど、又は、フロントモータ１３の温度が高いほど、フロントモータ１３の最大トルクＦｍａｘからのトルク閾値Ｔ（後述する図４中のＴ_１、図５中のＴ_２、図６中のＴ_３参照）の下げ幅を大きくして、変速開始タイミング（図４中のｔ_１’、図５中のｔ_１’’、図６中のｔ_１’’’参照）をより早めることによって、変速動作の完了時点（図４中のｔ_２’、図５中のｔ_２’’、図６中のｔ_２’’’参照）において、要求トルクがフロントモータ１３の最大トルク（図４、図５中のＦｍａｘ、図６中のＦ’ｍａｘ参照）を越えないようにしている。

この発明に係る変速制御装置で変速制御を行なったときのトルク変化の第一実施例を図４に示す。この第一実施例は、フロントモータ１３の温度が比較的低温であって、その最大トルクＦｍａｘ（定格トルク）を出力可能な状態において、ドライバがアクセルペダル２０を踏み込むことによって、フロントモータ１３及びリアモータ１４のそれぞれへの要求トルクがＹからＹ’に増大した状況を示す。このとき、フロントモータ１３の温度とアクセルペダル２０の操作量から、高速ギアから低速ギアに変速するトルク閾値Ｔ_１が決定される。

要求トルクが、高速ギアにおける最大トルクＲＨｍａｘとなる前のトルク閾値Ｔ_１（図２（ｂ）参照）となったときに変速動作を開始する（ｔ_１’のタイミング）ことにより、この要求トルクがフロントモータ１３の最大トルクＦｍａｘに到達する前（ｔ_２’）に変速動作を完了することができる。この変速動作に要する変速時間Δｔ（＝ｔ_２’－ｔ_１’）は、車軸とギアの回転数合わせに要する時間に対応する。

上記のように、トルク閾値Ｔ_１に基づいて変速動作を開始することで、その変速中（ｔ_１’からｔ_２’の間）のトルク抜けを確実に防止して、ドライバが求める良好な加速感を確保することができる。

この発明に係る変速制御装置で変速制御を行なったときのトルク変化の第二実施例を図５に示す。この第二実施例は、フロントモータ１３の温度が比較的低温であって、その最大トルクＦｍａｘ（定格トルク）を出力可能な状態において、ドライバがアクセルペダル２０を踏み込むことによって、フロントモータ１３及びリアモータ１４のそれぞれへの要求トルクがＹからＹ’に増大する点において第一実施例と共通するが、第一実施例よりもアクセルペダル２０の踏み込み速度が大きい点で相違する。

この踏み込み速度が大きいと、ドライバの要求トルクの時間変化量（図５中のドライバ要求トルクの傾き）が大きくなり、変速中の車速変化がより大きくなる。そこで、トルク閾値Ｔ_２を第一実施例におけるトルク閾値Ｔ_１よりもさらに下げて、変速動作の開始（ｔ_１’’のタイミング）をより早めることにより、要求トルクがフロントモータ１３の最大トルクＦｍａｘに到達する前（ｔ_２’’）に変速動作を完了することができる。

この発明に係る変速制御装置で変速制御を行なったときのトルク変化の第三実施例を図６に示す。この第三実施例は、ドライバがアクセルペダル２０を踏み込むことによって、フロントモータ１３及びリアモータ１４のそれぞれへの要求トルクがＹからＹ’に増大する点において第一実施例と共通するが、フロントモータ１３の温度が比較的高温である点で第一実施例と相違する。

フロントモータ１３の温度が高い場合、モータ構成部品の劣化等の不具合を防止するために、例えば図７に示すように、低温時の最大トルクＦｍａｘ（定格トルク）と比較して高温時の最大トルクＦ’ｍａｘが制限される（Ｆ’ｍａｘ＜Ｆｍａｘ）。

そこで、トルク閾値Ｔ_３を第一実施例におけるトルク閾値Ｔ_１よりもさらに下げて、変速動作の開始（ｔ_１’’’のタイミング）をより早めることにより、要求トルクが高温時におけるフロントモータ１３の最大トルクＦ’ｍａｘに到達する前（ｔ_２’’’）に変速動作を完了することができる。

この発明に係る変速制御装置における処理フローのフローチャートの一例を図１中の符号を参照しつつ図８を用いて説明する。

まず、ドライバによるアクセルペダル２０の操作量（踏み込み量、踏み込み速度）をペダルセンサ２１で、フロントモータ１３の温度を温度センサ２２でそれぞれ取得する（ステップＳ１）。

次に、ペダルセンサ２１及び温度センサ２２によって得られた検出データに基づいて、制御部１６が、高速ギアから低速ギアに変速するトルク閾値Ｔ（図４中のＴ_１、図５中のＴ_２、及び、図６中のＴ_３参照）を決定する（ステップＳ２）。

さらに、その時点におけるドライバの要求トルクとトルク閾値Ｔの大小を比較する（ステップＳ３）。ドライバ要求トルクがトルク閾値Ｔ以上のときは（ステップＳ３のＹＥＳ側）、高速ギアから低速ギアへの変速を開始し（ステップＳ４）、その変速動作が完了したら一連の制御フローを抜ける（ステップＳ５）。その一方で、ドライバ要求トルクがトルク閾値Ｔよりも小さいときは（ステップＳ３のＮＯ側）、この大小の比較ステップ（ステップＳ３）を繰り返す。

上記において説明した変速制御装置の構成、変速制御の際のトルク変化、制御フローのフローチャート等は、この発明を説明するための単なる例示に過ぎず、前後の駆動輪１１、１２にそれぞれ駆動用のモータ１３、１４を設けるとともに、その少なくとも一方に変速機１５を併設した車両１０において、変速機１５の変速動作の際に、トルク抜けが生じないようにする、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、上記の構成要素、制御フロー等に適宜変更を加えることができる。

例えば、上記においては、後輪１２のみに変速機１５を設けた構成としたが、前輪１１のみに変速機１５を設けた構成とすることもできる。また、前後輪１１、１２の両方に変速機１５を設けた構成とできる可能性もある。また、変速機１５を２段変速機とする代わりに、より多段の変速機１５を採用することもできる。

また、上記においては、シリーズ式ハイブリッド車を例示して説明したが、この変速制御装置は電気自動車にも適用することができる。さらに、プラグインハイブリッド車やパラレル式ハイブリッド車等のように、駆動源としてモータを備えた車両に幅広く適用できる可能性がある。

１０ 車両
１１ 前輪（駆動輪）
１２ 後輪（駆動輪）
１３ フロントモータ（第一モータ）
１４ リアモータ（第二モータ）
１５ 変速機
１６ 制御部
１７ ジェネレータ
１８ エンジン
１９ バッテリ
２０ アクセルペダル
２１ ペダルセンサ
２２ 温度センサ（負荷センサ）
２３ 車速センサ

Claims (9)

1. 車両の前後の駆動輪の一方を駆動する第一モータと、
   前記前後の駆動輪の他方を駆動する第二モータと、
   前記第二モータの出力軸から前記駆動輪に伝達される回転の回転数を変速する変速機と、
   前記変速機の変速動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記変速機の変速動作に伴って前記第二モータの駆動力が一旦遮断されて、前記第一モータの駆動力のみで車両を駆動する際に、前記第一モータに要求される要求トルクが該第一モータの出力可能な最大トルクを越えないように、前記制御部が、前記変速機の変速開始タイミングを変更する制御を行なう変速制御装置。
2. ドライバによるアクセルペダルの操作量を検出するペダルセンサをさらに有し、
   前記ペダルセンサによって、前記アクセルペダルが踏み込まれて、前記要求トルクが増大すると予測できる場合に、前記変速開始タイミングが早められて、前記変速動作の完了時点において、前記要求トルクが前記最大トルクを越えないように制御を行なう
   請求項１に記載の変速制御装置。
3. 前記操作量が前記アクセルペダルの踏み込み量又は踏み込み速度であって、前記踏み込み量が大きいほど、又は、前記踏み込み速度が大きいほど、前記変速開始タイミングをより早めるように制御を行なう
   請求項２に記載の変速制御装置。
4. 前記第一モータの温度、回転数、および、トルクの少なくとも１つを検出する負荷センサをさらに有し、
   前記負荷センサで検出した前記第一モータへの負荷が大きいほど、前記変速機の変速開始タイミングをより早める制御を行なう
   請求項２又は３に記載の変速制御装置。
5. 前記負荷センサが前記第一モータの温度を検出する温度センサであり、その温度が高いほど、前記変速機の変速開始タイミングをより早める制御を行なう
   請求項４に記載の変速制御装置。
6. 前記変速機が、高速ギアと低速ギアを有する２段変速機であり、前記変速開始タイミングを変更する制御が、前記高速ギアから前記低速ギアに変速される際に行なわれる
   請求項１から５のいずれか１項に記載の変速制御装置。
7. 車両の前後の駆動輪の一方を駆動する第一モータと、
   前記前後の駆動輪の他方を駆動する第二モータと、
   前記第二モータの出力軸から前記駆動輪に伝達される回転の回転数を変速する変速機と、
   前記変速機の変速動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記変速機の変速動作に伴って前記第二モータの駆動力が一旦遮断されて、前記第一モータおよび前記第二モータのうち前記第一モータの駆動力で車両を駆動する際に、前記第一モータに要求される要求トルクが該第一モータの出力可能な最大トルクを越えないように、前記制御部が、前記変速機の変速開始タイミングを変更する制御を行なう変速制御装置。
8. ドライバによるアクセルペダルの操作量を検出するペダルセンサをさらに有し、
   前記ペダルセンサによって、前記アクセルペダルが踏み込まれて、前記要求トルクが増大すると予測できる場合に、前記変速開始タイミングが早められて、前記変速動作の完了時点において、前記要求トルクが前記最大トルクを越えないように制御を行なう
   請求項７に記載の変速制御装置。
9. 前記操作量が前記アクセルペダルの踏み込み量又は踏み込み速度であって、前記踏み込み量が大きいほど、又は、前記踏み込み速度が大きいほど、前記変速開始タイミングをより早めるように制御を行なう
   請求項８に記載の変速制御装置。

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