WO2005025911A1

WO2005025911A1 - ハイブリッド車両の変速制御装置

Info

Publication number: WO2005025911A1
Application number: PCT/JP2003/011661
Authority: WO
Inventors: Mitsuhiro Nishina; Yuuji Suzuki; Hideaki Ouda
Original assignee: Nissan Diesel Motor Co., Ltd.
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2005-03-24
Also published as: EP1669236A1; US20060293144A1; CN1839065A; US7416511B2; CN100528655C; EP1669236A4; EP1669236B1

Abstract

ハイブリッド車両において、変速機２のギヤ切換要求時にクラッチ３を切断し、変速機２のギヤをニュートラルにセットする。変速機２がニュートラルにセットされると、変速機２の入力軸の回転速度が、切換要求ギヤに応じた同期回転速度領域に達するように、回転電機４をモータモードまたは発電モードに制御し、変速機入力軸の回転速度が前記同期回転速度領域に到達したら変速機２をニュートラルから要求ギヤへとギヤセットする。変速機のギヤチェンジ時の回転合わせ時間の短縮が図れ、短時間でギヤチェンジが行える。

Description

明細書

ハイプリッド車両の変速制御装置技術分野

この発明は、車雨の動力源にエンジンと回転電機（モータジヱネレータ）を備える、パラレル方式のハイブリッド駆動システムを備える車雨において、とくに変速機の変速制御装置に関する。背景技術

車雨を駆動するために、エンジンとモータとを備えたハイブリツドシステムが、特開平 1 0— 3 0 4 5 1 3号、特開 2 0 0 1— 1 0 3 6 0 3号において提案されている。

また、ェンジンと変速機の間にクラッチを介装し、変速機の入力側にはモータと発電機の機能をもつ回転電機を連結したものが知られている。

このようなハイブリッドシステムでは、変速機のギヤチェンジ時に、変速機の入力軸に接続された回転電機による慣性力力乍用しているため、回転のシンクロに時間がかかり、ギヤチェンジに要する時間が長くかかる。発明の開示

この発明は、ギヤチェンジ時のシンクロ時間をできるだけ短縮し、速やかなギャチェンジが'行えるようにすることを目的する。

本発明のハイブリッド車两は、エンジンと、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と前記変速機の前記入力軸との間で動力の伝達を断続するクラッチと、前記変速機の入力軸側に連結され、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、前記回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、前記変速機のギヤ切換要求を判定する判定手段と、前記変速機をギヤ切換要求時に前記クラッチを切断するクラツチ切断手段と、前記クラツチの切断後に、前記変速機のギヤをニュートラルにセットするニュートラルセッ 1、手段と、前記変速機がニュートラルにセットされると、前記変速機の入力軸の回転速度が、切換要求ギヤに応じた同期回転速度域に達するように、前記回転電機をモータモードまたは発電モードに制御するモード選択手段と、前記入力軸の回転速度が前記同期回転速度域に到達したら前記変速機をニュートラルから要求ギヤへとギヤセットするギヤセット手段とを備える。

したがって、ギヤセットの要求が、発生すると、ギヤがいったんニュートラルにセットされてから、そのときの要求ギヤ段に基づいて決まる変速機の入力側の回転速度となるように、回転電機をモータまたは発電モードにすることにより、変速機入力軸の回転速度が速やかに同期回転速度領域へと収束する。その結果、ギャチェンジ時に、ギヤセットのためのシンクロ時間が短くなり、速やかなギヤチェンジ時が可能となる。図面の簡単な説明

図 1はこの発明の実施形態を示すシステム概要図である。

図 2は同じく制御内容を説明する特性図である。

図 3は同じく制御内容を説明するフローチヤ一トである。

図 4は同じく制御内容を説明するフローチヤ一トである。発明の最良の実施の形態

図 1において、 1はエンジン、 2は歯車式の変速機であり、エンジン 1の出力軸と変速機 2の入力軸 2 aとの間には、摩擦式のクラッチ 3が介装される。

ェンジン 1は、ディーゼルェンジンまたは CNGェンジン（圧縮天然ガスを燃料とするエンジン）が用いられる。 4 は回転電機（モータジェネレータ）であり、発電機及びモータとして機能する。回転電機 4の入出力軸 4 aは、ギヤボックスである回転伝達機構 5を介して変速機 2の入力軸 2 a側に連結される。

変速機 2には、そのギヤチェンジを制御するコントロールュニット 6が備えられる。コントロールユニット 6は、チェンジレバー装置 7およびハイブリッド電子制御ュニット 1 0 (ハイブリッド ECU) に接続され、チェンジレバー装置 7がギヤシフト指令を発生すると、その指令に応じたギヤシフトとなるように、ノ、イブリッド ECU 1 0からの信号に従つて変速機 2を制御する。変速機 2の出力軸 2 bにはプロペラシャフトが接続され、車輪に駆動力を伝達する。

前記クラッチ 3は、ノヽイブリツド ECU 1 0により、クラッチァクチユエータ 8を介して制御され、エンジン 1から変速機 2およびギヤボックス 5 (回転伝達機構）への動力の伝達を接続したり、遮断したりする。

ェンジン 1の燃料供翁量を制御するために、ェンジン電子制御ユニット 1 5

(ェンジン ECU) 力唐えられる。ェンジン ECU 1 5は、ハイブリッド ECU 1 0の要求に応じてェンジン 1の燃料供給量を制御する。エンジン 1の回転速度は、目標回転速度となるように制御され、このために、ェンジン 1の実際の回転速度がェンジン回転センサ 1 6により検出される。

車輪に制動力を発生させるブレーキアクチユエータ 2 1は、ブレーキ電子制御ユニット 2 0 (ブレーキ ECU) により、ハイプリッド ECU 1 0からの制動に関する情報である回転電機 4の回生制動力、およびブレーキペダル 2 2の踏み量（要求制動力）に基づいて制御される。この場合、車雨の制動時には前記回転電機 4を発電機として機能させることにより制動力が発生し、この回生制動力で不足する分の制動力をブレーキアクチユエ一夕 2 1で補うように制御される。なお、 2 3 はブレーキペダル 2 2 の踏み量を検出するブレーキセンサである。

前記回転電機 4は、高効率および小形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機

( I P M同期モータ）力使用され、蓄電要素 9にインバータ 1 1を介して接続される。蓄電要素 9には、ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生するため、車雨の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、電気二重層キャパシタカ⁵'使用される。

インバータ 1 1は、ハイブリッド ECU 1 0の要求に応じて回転電機 4をモータモードまたは発電モードに制御する。インバ一タ 1 1は、モータモードにおいては、蓄電要素 9の充電電力（直流電力）を交流電力に変換して回転電機 4に供給し、これにより回転電機 4 はモータとして駆動力を発生し、これに対して、発電モードにおいては、回転電機 4を発電機として機能させ、回転電機 4の発電する電力

(交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素 9を充電する。

前記ギヤボックス 5 は、回転電機 4の入出力軸 4 aに連結されるドライブギヤ 5 aと、変速機 2の入力軸 2 aに連結されるドリブンギヤ 5 bと、これらに嚙み合うアイドラギヤ 5 cと、から構成される。

回転電機 4がモータとして機能しているときは、回転電機 4の入出力軸 4 aの回転は、ギヤボックス 5により減速され、変速機 2の入力軸 2 aへ伝達される。また、回転電機 4 発電機として機能しているときは、変速機 2の入力軸 2 aの回転は、ギヤボックス 5により増速され、回転電機 4の入出力軸 4 aへ伝達される。

ハイブリツド ECU 1 0での制御に必要な運転情報を検出するために、アクセルべダル 1 2の踏み量（アクセル要求量）を検出するアクセルセンサ 1 3と、クラッチ 3の断続状態を検出するクラツチ位置センサ 1 4と、変速機 2のギヤポジションを検出するギヤシフトポジションセンサ 1 7と、変速機 2の出力側の回転速度を検出する車速センサ 1 8 (変速機 2の出力回転センサ）と、変速機 2の入力側の回転速度として回転電機 4の入出力軸 4 aに連結するドライブギヤ 5 aの回転速度を検出するギヤ回転センサ 1 9 (変速機 2の入力回転センサ）とが備えられる。

これらの検出信号、さらには蓄電要素 9の充電状態である SOC (State Of Chag e) 、さらにエンジン ECU 1 5，ブレーキ ECU 2 0 , 変速機 2のコントロールュニット 6，ィンバータ 1 1、から得られる各種情報に基づいて、ハイプリッド ECU 1 0 は、クラッチァクチユエ一夕 8，回転電機 4のィンバ一タ 1 1、を制御する一方、ェンジン ECU 1 5およびブレ一キ ECU 2 0への要求、変速機 2のコントロールュニット 6への指令信号を送信する。

図 2は、蓄電要素 9の S0Cをパラメータとして、回転電機 4の出力とエンジン 1 の出力との分担比を設定する制御マップであり、これはハイプリッド ECU 1 0に格納されている。

ハイプリッド ECU 1 0は、前記制御マップから蓄電要素 9の S0C情報に応じた出力分担比を求め、アクセルセンサ 1 3の検出信号（アクセル操作量）に対応するところの、運転者力 ^s要求する出力を発生させるため、前記出力分担比に基づいて、回転電機 4の出力およびエンジン 1の出力を制御する。つまり、回転電機 4が分担する出力を発生するようにィンバータ 1 1を制御し、同時にエンジン 1が分担しなければならない出力を発生させるのに必要な燃料供給量の指今信号を、ェンジン ECU 1 5に送信するのである。

ここで、回転電機 4の出力分担比 = 1 (エンジン 1の出力分担 i:匕 = 0 ) の場合は、クラッチ 3は切断され、アクセル操作量に相当する要求出力の全てが回転電機 4から得られるようにインバータ 1 1を制御する。回転電機 4の出力分担比く 1 (ェンジン 1の出力分担比 > 0 ) の場合、クラッチ 3を接続され、ェンジン 1 と回転電機 4との各分担出力が合算されて、変速機 2に入力する。この場合、蓄電薆素 9の S0Cの低下に連れて回転電機 4の分担出力が小さくなり、それに応じてエンジン 1の分担出力が大きくなるように、ェンジン ECU 1 5と、インバ一タ 1 1 を U御する。エンジン 1の出力分担比が = 1 (回転電機の出力分担比 = 0 ) の場合、アクセル操作量に相当する出力の全てが、エンジン 1から得られるようにェンジ'ン ECU 1 5へ要求を制御する。

ノヽイブリッド ECU 1 0は、ブレーキ ECU 2 0との協調制御により、蓄電要素 9への電が可能な限り（S0Cとの関係から発電が許容される範囲でほ）、クラッチ 3 をセ刀断した状態において、ブレ一キ操作量に相当する回生制動力 ^⁵'回転電機 4から得られるようにィンバータ 1 1を制御する。この場合、ブレーキ操作量に相当する要求制動力を、回転電機 4の回生制動力で賄い切れない場合、その分の制動力をブレーキアクチユエ一夕 2 1の発生する制動力で補うようにブレーキ ECU 2 0 へ更求を送信する。

また、車両が制動状態に無いときに、蓄電要素 9の S0C情報から充電量が不足している場合、すなわち発電要求を判定すると、クラッチ 3を接続 4犬態にして、ェンジン 1の出力に余裕がある場合、回転電機 4を発電機と機能させ、蓄電要素 9 を電するようにィンバータ 1 1を制御するのである。

—方、ハイブリツド ECU 1 0には、車雨の発進時、走行時の変速制御を行う機能も備えられる。ハイブリツド ECU 1 0は、変速機 2のギヤチェンジを行うにあたり、ギヤセット時のシンクロ時間を短縮するために、回転電機 4を発電モードまたはモータモードとすることで、変速機 ₂の入力側の回転を同期回転度領域に早期に i(又束させるようにしている。

以下、ハイブリッド ECU 1 0の行う変速制御動作について、フローチャートにしたがって具体的に説明する。

図 3は、車雨の発進時の変速制御を説明するフローチャートチヤ一トである。ェンジン 1がアイドル運転状態で、かつ変速機 2がニュートラルの、車両の停車状態において、チヱンジレバー操作に基づいて発進段へのギヤセット要求が発生するとクラッチ 3を切断する（ステップ S1)

クラツチ 3の切断後に蓄電要素 9への充電が可能な範囲において、回転電機 4 力発電モードとなるようにインバータ 1 1を制御する（ステツ.プ S2) これにより変速機 2の入力側の回転速度が低下し、そして、変速機 2の入力側の回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期回転速度領域（この場合、車両は停止状態のため、ゼロ付近となる）へ収束したら、変速機 2を二ユートラルから要求段へギヤセットする要求をコントロールュニット 6へ送信する（ステツプ S3， S4) 。

その後は、ァクセルペダル 1 2が踏まれると、既述のように制御マップ（図 2、参照）から蓄電要素 9の S0C情報に応じた出力分担比を求め、この分担比とァクセル操作量に基づいて、クラッチ 3の断続と共に回転電機 4の出力およびェンジン 1の出力を制御するのである。

このような構成により、車両の発進時は、発進段へのギヤセット要求が発生すると、クラッチ 3の切断後に回転電機 4力 ^s発電モ一ドに制御され、その回生トルクが変速機 2の入力軸の抵抗となるため、変速機 2の入力側の回転度は、同期回転速度領域のゼロ付近に向けて速やかに低下する。変速機 2は、人力側の回転速度がゼロ付近に低下すると、ニュートラルから要求される発進ギヤへとギヤセットされるのである。これらの結果、発進時のギヤセットに伴う、变速機 2のシンクロ機構への負担が無くなり、ギヤチェンジ時間も大幅に短縮できる。

図 4は、車両の走行時の変速制御を説明するフローチャートである。

車両の走行中、チヱンジレバー操作に基づいて変速要求が発生すると、クラッチ 3が切断され、変速機 2をいつたんニュートラルにセットする要农をコントロールュニット 6へ送信する（ステップ S11〜S13) 。ただし、車両が EI転電機 4をモータモードとして、モータ駆動しているときは、クラッチ 3は予め切断されているので、そのまま切断状態を維持する。次いで、変速機 2がニュートラルにセットされると（ステップ S14) 、ステップ S15においては、車速センサ 1 8の検出信号と要求段のギヤ比とから、変速機 2の入力側の目標回転速度《を計算する。

通常は、ギヤを低速段から高速段にシフトアップするときには、前記目標回転速度"は、ギヤチヱンジ直前の入力軸側の回転速度よりも低下し、逆にギヤを高速段から低速段にシフトダウンするときには、目標回転速度は上昇する。

ステツプ S16で、ギヤ回転センサ 1 9の検出信号（回転電機 4の回転速度に相当する）とギヤボックス 5の変速比とから変速機 2の入力ィ ¾の実際の回転速度 βを計算する。ステップ S17で、目標回転速度《と回転速度/?との回転差（"一 /? ) を計算る ο

ステップ S18においては、回転速度/?が目標回転速度《に所定値 ± ₇を加える、変速機のギヤセットのための同期回転速度領域にあるかどうかを、回転差（《— β ) が ± yに納まるかどうかから判定する。

ステップ S18の判定が yesのとき、すなわち同期領域に入ったときには、ステツプ S19へ進む一方、ステツプ S18の判定カ¾0で、まだ同期領域に入っていないときには、ステップ S20へ行く。

ステップ S20においては、回転差一 β、 > 0 (回転差が正側）かどうかを判定する。前記回転差が正のときは、ステップ S21へ進み、実際の入力側の回転速度を上昇させるために、回転差（"一）に応じて、回転霞機 4をモータモードとしてのカ行トルク値を算出し、ステップ S22において、前言己カ行トルク値をインバ一夕 1 1へ指令してモータ運転させ、ステップ S18へ戻る ο

また、ステツプ S20の判定が noのとき、すなわち、回転差が負のときは、実際の入力側の回転速度を低下させるために、ステップ 23に移行して、回転電機 4を発電モードとして、回転差（ひ一 /? ) に応じた回生トルク値を求め、ステップ S24で、その回生トルク値をインバータ 1 1へ指令して発電運転させ、 S18へ戻るのである c このような構成により、車両のギヤチェンジ時は、変速機 2がいつたんニュートラルにセットされると、回転差 — > + yのときは、回転電機 4がモー夕として機能し、回転差（《— /? ) に応じたカ行トルク値を発生するため、変速機 2の入力側の回転速度 βが要求段に対応する目標回転速度ひまで速やかに上昇する。また、また、回転差一 β く一ァのときは、回転電機 4が発電機として機能し、回転差に応じた回生トルク値を発生するため、変速機 2の入力側の回転速度が要求段に対応する目標回転速度ひまで速やかに低下するようになる。このため、変速機 2の入力側の回転速度/?は、要求段の同期回転速度領域へ短期間のうちに収束するのである。

入力側の回転速度 βが要求段の同期回転速度領域に入ると、ステツプ S18からステツプ S19へと進み、変速機 2は、ニュートラルから要求段へギヤセットされる。その結果、変速時のギヤセットが円滑に行え、ギヤセットのためのシンクロ時間も大幅に短縮できる。

なお、上記の制御において、蓄電要素 9の充鬣^態が不十分のときは、回転電機 4をモータとして機能させることができず、あるいは、充電状態が過剰のときは、充電要素 9力 ^?過充電により劣化するのを防ぐために、発電機として機能させることができないので、それぞれの制御は、蓄電要素 9の充電状態、すなわち、 S0Cを判定しながら行う。産業上の利用可能性

本発明のハイプリッド車雨の変速制御装置は、種々の車両のハイプリッド駆動システムに適用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . ハイブリッド車両において、

エンジン 1 と、

入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機 2と、

エンジン 1の出力軸と前記変速機 2の前 ΐ己入力軸との間で動力の伝達を断続するクラッチ 3 と、

前記変速機 2の入力軸側に連結され、電重力機と発電機を兼ねる回転電機 4と、前記回転電機 4から供給される電力を蓄える蓄電要素 9と、

前記変速機 2のギヤ切換要求を判定する半 IJ定手段と、

前記変速機 2をギヤ切換要求時に前記クラツチ 3を切断するクラッチ切断手段と、

前記クラッチの切断後に、前記変速機 2のギヤをニュートラルにセットする二ユートラルセット手段と、

前記変速機 2がニュートラルにセットさると、前記変速機 2の入力軸の回転速度が、切換要求ギヤに応じた同期回転速度域に達するように、前記回転電機 4 をモータモードまたは発電モードに制御するモード選択手段と、

前記入力軸の回転速度力 ^s前記同期回転速^域に到達したら前記変速機 2をニュ一トラルから要求ギヤへとギヤセットするギ、ャセット手段と

を備えることを特徴とする変速制御装置。

2 . 前記モード選択手段は、蓄電要素の電状態に応じて回転電機 4をモータモードまたは発電モードの出力を制御する、請求項 1に記載の変速制御装置。

3 . 前記モード選択手段は、変速機の出力軸の回転速度と切換要求ギヤ比とから、変速機の入力軸の同期回転速度領域を算出し、変速機の入力軸の回転速度がこの同期回転速度領域に到達するまで、選沢したモータモードまたは発電モードを維持する、請求項 1に記載の変速制御装置。

4 . 前記モード選択手段は、前記入力軸の回転速度を減少させるときは前記回転電機 4を発電モードに制御する、請求項 1に記載の変速制御装置。

5 . 前記モード選択手段は、前記入力軸の回転速度を増加させるときは前記回転電機 4をモータモードに制御する、請求項 1に記載の変速制御装置。

6 . 前記モード選択手段は、車両が停止 ¾i態にあって、前記変速機 2のギヤがニュートラル状態からギヤ切換要求があるときは、前記クラッチ手段がクラッチを切断後、前記変速機 2の入力軸回転速度をゼロ付近の同期回転速度領域に到達するまで、前記回転電機 4を発電モードに制御する、請求項 5に記載の変速制御

7 . 前記クラッチ制御手段は、前記変速機 2のギヤ切換要求時に、車両がェンジン 1の出力で走行してレ、るときには、前記要求ギヤへのギヤセットが完了するまで、前記クラッチを切断し、車雨が回転電機 4で走行しているときは、前記要求ギヤへのギヤセットが完了しても、前記クラツチ 3の切断を維持している、請求項 1に記載の変速制御装置。

8 . 前記蓄電要素 9は、電気二重層キャパシタで構成される請求項 1に記載の変速制御装置。