WO2013176074A1

WO2013176074A1 - 電気自動車の変速制御方法および変速制御装置

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Publication number: WO2013176074A1
Application number: PCT/JP2013/063909
Authority: WO
Inventors: 李国棟; 磯部史浩; 板倉慶宜
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2013-11-28
Also published as: JP2013241987A

Abstract

　この電気自動車の変速制御方法は、現変速段のクラッチの係合を解除するクラッチ解除過程（Ｓ２）と、目標変速段のクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ過程（Ｓ３）と、目標変速段の摩擦板と外輪を接触させ、電動モータを回転数制御することにより、目標変速段のクラッチを係合させるクラッチ係合過程（Ｓ４）とを有する。クラッチ解除過程（Ｓ２）にて現変速段のクラッチの係合を解除した後、電動モータの回転数を回転数制御するとき、電動モータの出力トルクの方向を、条件によって正または負のいずれかとする。

Description

電気自動車の変速制御方法および変速制御装置

関連出願

　この出願は、２０１２年５月２１日出願の特願２０１２－１１５３１２の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　この発明は、電動モータの回転を変速して車輪へ伝達する電気自動車の変速制御方法および変速制御装置に関し、特に電動モータをシンクロさせるシンクロ時間の短縮と、異音の低減を図る技術に関する。

　電気自動車の駆動装置として、電動モータ、変速機、および差動装置（ディファレンシャル）を介し駆動輪に動力を伝達する車両用モータ駆動装置がある。変速機の変速段の切換には、例えば２ウェイ型のローラクラッチ（以下、「クラッチ」と称する場合がある）が用いられる。

　この車両用モータ駆動装置を使用すると、走行条件に応じて変速機の変速比を切り換えることにより、駆動および回生時において、効率の高い回転数およびトルク領域で電動モータを使用することが可能となる。また、適切な変速比とすることで、高速走行時の変速機の回転部材の回転速度が下がり、変速機の動力損失が低減して車両のエネルギ効率を向上させることができる。このような車両用モータ駆動装置として、例えば特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。

特開２０１１－５７０３０号公報特開平８－１６８１１０号公報

　特許文献１等に記載の車両用モータ駆動装置においては、変速切換を行う際に、変速機の目標変速段のローラクラッチ係合時、大きな変速ショックトルクと異音が生じる課題がある。特に、目標変速段の摩擦板と外輪間の接触完了時に、変速機の第２シャフトの回転数と外輪の回転数に大きな回転数差があると、大きな変速ショックトルクと異音が生じる。そこで、変速ショックトルクを低減するための変速制御方法が提案されている。

　このような変速制御方法として、変速切換時の車速と選択された目標変速段の変速比に基き、電動モータの目標回転数を算出して、電動モータの目標回転数に応じて電動モータの出力を制御する技術が提案されている（例えば、特願２０１１－１２３４３３号）。この提案例は、トルク制御と回転数制御の二つのフィードバック制御を切り換える制御法である。しかし、電動モータをシンクロさせるときに、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が大きいため、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じやすくなる。前記「シンクロ」とは、電動モータの出力を回転数制御で増減することによって、電動モータの回数数を、目標変速段の回転数に一致させるための接近動作である。

　つまり前記提案例では、変速中、現変速段のクラッチが解除された後、電動モータの回転数を、目標変速段の回転数に一致させるために回転数制御により、電動モータをシンクロさせる動作を行う。この電動モータをシンクロさせるシンクロ時間を短縮するために、電動モータを急加速または急減速させる必要がある。
　シフトダウン：電動モータを急加速させる必要がある。
　シフトアップ：電動モータを急減速させる必要がある。
　そのために、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が大きい。それによって、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じやすくなる。また、電動モータの回転数の変化率を小さくすると、シンクロ時間が増加する問題が生じる。

　この発明の目的は、電動モータをシンクロさせるシンクロ時間の短縮を図ると共に、歯車間のバックラッシュ等に起因する異音を低減することができる電気自動車の変速制御方法および変速制御装置を提供することである。

　この発明の電気自動車の変速制御方法は、つぎの変速機を制御対象としている。すなわち、この変速機は、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢと、走行用の電動モータ３の出力軸であるモータ軸４に連結された入力軸７と前記各変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢとの間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のクラッチ１６Ａ，１６Ｂと、これら各クラッチ１６Ａ，１６Ｂの断続の切換を行う変速比切換機構４０とを有する。前記各クラッチ１６Ａ，１６Ｂは、内輪１８Ａ，１８Ｂのカム面１９と外輪２３Ａ，２３Ｂ間に設けられた各楔状空間Ｓに係合子２０が介在し、各係合子２０が楔状空間Ｓの狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器２１Ａ，２１Ｂにより各係合子２０を楔状空間Ｓの広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である。前記変速比切換機構４０は、保持器２１Ａ，２１Ｂに連結されて回転する摩擦板３５Ａ，３５Ｂの外輪２３Ａ，２３Ｂへの接触と離間とを変速切換アクチュエータ４７によるシフト部材４５の進退によって切り換える機構である。

　上記変速機を用いたこの発明の変速制御方法は、
　目標変速段への変速指令に応答して、前記変速切換アクチュエータ４７により前記シフト部材４５を動作させ、前記電動モータ３のトルクを除荷して現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除するクラッチ解除過程と、
　前記電動モータ３を回転数制御することにより前記目標変速段の前記クラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３Ａ，２３Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ過程と、
　前記目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂを接触させ、前記電動モータ３を回転数制御することにより、目標変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂを係合させるクラッチ係合過程と、
を有し、
　前記クラッチ解除過程にて現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除した後、前記電動モータ３の回転数を回転数制御するとき、前記電動モータ３の出力トルクの方向を、条件によって正または負のいずれかとする。
　前記電動モータ３の出力トルクの方向が「正方向」とは、電動モータ３のｑ軸電流（トルク成分）の方向が正であることを意味する。
　前記電動モータ３の出力トルクの方向が「負方向」とは、電動モータ３のｑ軸電流（トルク成分）の方向が負であることを意味する。

　この方法によると、クラッチ解除過程では、目標変速段への変速指令に応答して、変速切換アクチュエータ４７によりシフト部材４５を動作させる。これにより、電動モータ３のトルクを除荷して現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除する。シンクロ過程では、電動モータ３を回転数制御することにより目標変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３Ａ，２３Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる。その後、クラッチ係合過程において、目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂを接触させ、前記電動モータ３を回転数制御することにより、目標変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂを係合させる。

　クラッチ解除過程で現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除した後、電動モータ３の回転数を増加または減少させる。このシンクロ動作時に、電動モータ３の出力トルクの方向を、例えば、シフトダウン時、シフトアップ時などの条件によって、正方向または負方向のいずれかとする。これにより、電動モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）を滑らかに増加または減少させることができる。これにより歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）を滑らかに変化させることで、単に前記変化率の傾きを小さくする場合よりも、シンクロ時間の短縮を図ることが可能となる。

　シフトダウン時、前記電動モータ３の回転数を回転数制御するとき、前記電動モータ３の出力トルクの方向を正としても良い。従来技術によるシフトダウン時では、回転数制御により電動モータの回転数を増加させるとき、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が大きくなる。
　本発明の変速制御方法によると、シフトダウン時、電動モータ３の出力トルクの方向を正とすることで、電動モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）を滑らかに変化させることができる。これにより歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。

　シフトアップ時、前記電動モータ３の回転数を回転数制御するとき、前記電動モータ３の出力トルクの方向を負としても良い。この場合、電動モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）を滑らかに変化させることができる。これにより歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。

　前記クラッチ解除過程にて現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除した後におけるシンクロ動作時に、前記電動モータ３の回転数の変化率が定められた値よりも大きいとき、前記電動モータ３の回転数制御に使われる電流の制限値を可変することで、シンクロ時間の短縮を図ると共に、歯車間のバックラッシュに起用する異音を低減できるようにしても良い。
　前記「定められた値」は試験やシミュレーション等により任意に定められる。この場合、電動モータ３の回転数制御に使われる電流の制限値を可変とすることで、シンクロ時間の短縮を図れる。

　前記クラッチ解除過程にて現変速段のクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除した後、シンクロ動作を開始して、前記電動モータ３への電流の制限値を零から閾値Ａまで定められた増加率ａで増加させ、歯車間のバックラッシュに起因する異音を低減できるようにしても良い。このように電流の制限値を零つまりゼロアンペアから閾値Ａまで増加率ａで徐々に増加させることにより、電動モータ３の回転数を滑らかに増加させることができる。

　前記電流の制限値が閾値Ａに達したとき、前記電流の制限値の増加率を、前記増加率ａから、この増加率ａよりも大きい増加率ｂに切換えて、継続的に電流の制限値を、前記閾値Ａから閾値Ｂまで増加させ、歯車間のバックラッシュに起因する異音を低減できるようにしても良い。これにより、電流モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が滑らかに増加し、歯車間のバックラッシュに起因する異音を生じにくくすると共に、電動モータ３のシンクロ時間も短縮できる。

　前記電流の制限値が閾値Ｂに到達後、前記シンクロ過程にて、前記電流の制限値を閾値Ｂにしたまま、継続的に、回転数制御により前記電動モータ３をシンクロさせ、シンクロ時間の短縮を図るようにしても良い。シンクロ時間は閾値Ｂの大小に大きく左右される。
　前記電流の制限値を、前記閾値Ａから閾値Ｂまで増加させる構成において、車両の走行速度毎に、閾値Ｂを変えて、電動モータ３をシンクロさせる時間が、変速制御装置に要求される許容時間を満足するものとしても良い。

　シンクロ時間を短縮するため、車両の走行速度毎に、閾値Ｂを変えていく必要がある。車速度が高いほど、電動モータ３の回転数を加減速させる速度差が大きくなり、閾値Ｂを大きく設定する必要がある。逆に車速度が低いほど、電動モータ３の回転数を加減速させる速度差が小さくなり、閾値Ｂを小さく設定する必要がある。閾値Ｂの設定により、電動モータ３のシンクロ時間は、変速制御装置に要求される許容シンクロ時間を満足しなければならない。さらに、最速のシンクロ時間を欲しなければ、閾値Ｂを電動モータ３のフルトルクとして、設定することもできる。

　電動モータ３の回転数と目標変速段の目標回転数との回転数差が、回転数差の閾値A’以内になったら、電流の制限値を閾値Ｂから閾値Ｃまで減少率ｃで徐々に減少させても良い。
　電動モータ３の回転数と目標変速段の回転数差が、回転数差の閾値B’以内になったら、電流の制限値を閾値Ｃから閾値Ｄまで減少させても良い。この場合、電動モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）を滑らかにして、歯車間のバックラッシュに起因する異音を生じにくくすることができる。

　電流の制限値が閾値Ｄに到達後、継続的に、回転数制御により、電動モータ３をシンクロさせても良い。
　前記いずれかの変速制御方法を、車両の前後輪のいずれか一方、または前後輪の両方を駆動する車両用モータ駆動装置の電気自動車に適用しても良い。
　エンジンにて車両の前後輪のいずれか一方の車輪を駆動し、前記いずれかの変速制御方法を実施する変速制御装置を含む車両用モータ駆動装置で、いずれか他方の車輪を駆動するようにしても良い。

　この発明の電気自動車の変速制御装置は、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のクラッチと、これら各クラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、
　前記各クラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間に係合子が介在し、各係合子が楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器により各係合子を楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成であり、
　前記変速比切換機構は、保持器に連結されて回転する摩擦板の外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータによるシフト部材の進退によって切り換える機構である、
　電気自動車における変速制御装置であって、
　目標変速段への変速指令に応答して、前記変速切換アクチュエータにより前記シフト部材を動作させ、前記電動モータのトルクを除荷して現変速段のクラッチの係合を解除する現変速段クラッチ解除手段と、
　前記電動モータを回転数制御することにより前記目標変速段の前記クラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ制御手段と、
　前記目標変速段の摩擦板と外輪を接触させ、前記電動モータを回転数制御することにより、目標変速段のクラッチを係合させる目標変速段クラッチ係合手段と、
を有し、
　前記現変速段クラッチ解除手段にて現変速段のクラッチの係合を解除し、前記電動モータの回転数を回転数制御するとき、前記電動モータの出力トルクの方向を、条件によって正または負のいずれかとする。

　この構成によると、現変速段のクラッチの係合を解除した後、電動モータの回転数を増加または減少させる。このシンクロ動作時に、電動モータの出力トルクの方向を、例えば、シフトダウン時、シフトアップ時などの条件によって、正方向または負方向のいずれかとする。これにより、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）を滑らかに増加または減少させることができる。これにより歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）を滑らかに変化させることで、単に前記変化率の傾きを小さくする場合よりも、シンクロ時間の短縮を図ることが可能となる。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。
この発明の一実施形態に係る変速制御方法，変速制御装置を適用する電気自動車の概略図である。同変速制御方法，変速制御装置を適用するハイブリッド車の概略図である。図１，図２に示す車両の車両用モータ駆動装置の断面図である。同車両用モータ駆動装置の変速比切換機構の断面図である。同車両用モータ駆動装置を制御する変速制御システムの概略ブロック図である。同車両用モータ駆動装置のインバータ装置の構成図である。同車両のレバー操作パネルの説明図である。同車両用モータ駆動装置のインバータ制御装置のブロック図である。同車両用モータ駆動装置の変速制御装置の概念構成を示すブロック図である。同変速制御方法の概要を示すフローチャートである。同変速制御方法における変速時、電動モータを駆動させるトルクと、各動作時間との概略特性を示す図である。同変速制御方法で電動モータをシンクロさせる動作において、電流の制限値を変化させる制御の特性を示す図である。シフトダウン時、シンクロ制御による電動モータの回転数変化について、従来技術（１）と本発明（２）との比較を示す図である。シフトアップ時、シンクロ制御による電動モータの回転数変化について、従来技術（１）と本発明（２）との比較を示す図である。図４の一部の拡大断面図である。図４のXVI－XVI線に沿った断面図である。図４のXVII－XVII線に沿った断面図である。図４のXVIII－XVIII線に沿った断面図である。同車両用モータ駆動装置のシフト機構を示す断面図である。図４の変速比切換機構におけるローラクラッチ等の分解斜視図である。

　以下、この発明の実施形態にかかる電気自動車の変速制御方法を説明する。なお以下の説明は、変速制御装置の説明をも含む。図１は、左右一対の前輪１を車両用モータ駆動装置Ａで駆動される駆動輪とし、左右一対の後輪２を従動輪とした電気自動車ＥＶを示す。

　図２は、左右一対の前輪１をエンジンＥによって駆動される主駆動輪とし、左右一対の後輪２を車両用モータ駆動装置Ａで駆動される補助駆動輪としたハイブリッド自動車ＨＶを示す。ハイブリッド自動車ＨＶには、エンジンＥの回転を変速するトランスミッションＴと、トランスミッションＴから出力された回転を左右の前輪１に分配するディファレンシャルＤとが設けられている。この実施形態の変速制御方法および変速制御装置は、図１，図２の車両用モータ駆動装置Ａに適用される。

　図３に示すように、車両用モータ駆動装置Ａは、走行用の電動モータ３と、電動モータ３の出力軸４の回転を変速して出力する変速機５と、その変速機５から出力された回転を図１に示す電気自動車ＥＶの左右一対の前輪１に分配し、または、図２に示すハイブリッド車の左右一対の後輪２に分配するディファレンシャル６とを有する。

　変速機５は、変速段数が２段であって、図３に示すように、互いに変速比が異なる複数（この例では２列）の変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢと、電動モータ３の出力軸であるモータ軸４に連結された入力軸７と前記各変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢにそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のクラッチ１６Ａ，１６Ｂと、これら各クラッチ１６Ａ，１６Ｂの断続の切換を行う変速比切換機構４０とを有する。クラッチ１６Ａ，１６Ｂは、それぞれ係合子としてローラを用いたローラクラッチが適用されているが、係合子としてスプラグを用いたスプラグ型クラッチを適用しても良い。この例では、以後、クラッチ１６Ａ，１６Ｂをそれぞれローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂと表記して説明する。

　変速機５および変速比切換機構４０については、ここでは変速制御方法・装置の理解に必要な範囲で簡単に説明し、変速制御方法・装置の説明の後に、詳細に説明する。

　変速機５は、モータ軸４の回転が入力される入力軸７と、入力軸７に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸８と、上記各ギヤ列ＬＡ，ＬＢとを有する平行軸常時噛合型変速機である。１速ギヤ列ＬＡの入力ギヤ９Ａおよび２速ギヤ列ＬＢの入力ギヤ９Ｂが入力軸に一体に設けられ、１速ギヤ列ＬＡの出力ギヤ１０Ａおよび２速ギヤ列ＬＢの出力ギヤ１０Ｂが出力軸８の外周に回転自在に設置されている。これら各出力ギヤ１０Ａ，１０Ｂと出力軸８の間に、前記ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂが介在させてある。

　各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂは、図１５に示す２速のローラクラッチ１６Ｂの例で説明するように、外周面が多角形状とされた内輪１８Ｂの外周の平面状の各カム面１９と外輪２３Ｂの内周の円筒面間に設けられた各楔状空間Ｓにローラ２０が介在する。楔状空間Ｓは、円周方向の両側が狭まり、円周方向の中央が広がり部分となる。各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂは、各ローラ２０が楔状空間Ｓの狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器２１Ｂにより各ローラ２０を楔状空間Ｓの広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である。

　変速比切換機構４０は、図４に示すように、ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの保持器２１Ａ，２１Ｂに連結されて回転する環状の摩擦板３５Ａ，３５Ｂの外輪２３Ａ，２３Ｂへの接触と離間とを変速切換アクチュエータ４７による、シフト部材であるシフトフォーク４５の進退によって切り換える機構である。シフト機構４１は、変速比切換機構４０のうちの、摩擦板３５Ａ，３５Ｂを動作させる機構部分であり、変速切換アクチュエータ４７とシフトフォーク４５により構成される。

　変速切換アクチュエータ４７は、シフト用の電動モータであり、その出力軸４７ａの回転を、送りねじ機構４８によりシフトロッド４６の直動運動に変換し、シフトロッド４６に取り付けたシフトフォーク４５を軸方向に移動させる。シフトフォーク４５の移動により、シフトスリーブ４３およびシフトリング３４が移動する。シフトリング３４が摩擦板３５Ａ，３５Ｂを、クラッチ外輪２３Ａ，２３Ｂ（出力ギヤ１０Ａ，１０Ｂ）の側面に押し付ける。これにより、カム面付きの内輪１８Ａ，１８Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂとが相対回転する場合に、摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂとの間に摩擦力（トルク）が作用し、保持器２１Ａ，２１Ｂを介してローラ２０を楔状空間Ｓの狭まり部分に押し込むことができる。

　なお、保持器２１Ａ，２１Ｂは内輪１８Ａ，１８Ｂに対して回転自在であるが、スイッチばね２２Ａ，２２Ｂ（図１５）により、内輪１８Ａ，１８Ｂのカム面１９（図１５）の中央、つまり楔状空間Ｓの広がり部分である中立位置とポケット２１ａの円周方向中央とが一致するように付勢される。摩擦板３５Ａ，３５Ｂは、上記スイッチばね２２Ａ，２２Ｂにより、保持器２１Ａ，２１Ｂと共に回転可能なように連結されている。

　図５は、車両用モータ駆動装置Ａを制御する制御システムを示すブロック図である。この制御システムは、統合ＥＣＵ６０、変速ＥＣＵ６１、およびインバータ装置６２を有する。統合ＥＣＵ６０、変速ＥＣＵ６１、およびインバータ装置６２の３者間の信号転送はＣＡＮ通信（コントローラー・エリア・ネットワーク）で行われる。

　統合ＥＣＵ６０は、車載全ての電子制御装置間の協調制御を行う電子制御装置であり、アクセルペダル６３のアクセル開度センサ６３ａ、ブレーキペダル９１のブレーキ開度センサ９１ａ、ステアリングホイール９２の操舵角センサ９２ａ、変速段を手動で切り換えるシフトレバー９３のレバー位置センサ９３ａに接続されている。統合ＥＣＵ６０は、これらアクセル開度センサ６３ａ、ブレーキ開度センサ９１ａ、操舵角センサ９２ａ、レバー位置センサ９３ａの検出したアクセル開度信号、ブレーキ開度信号、操舵角信号、およびレバー位置信号を、変速ＥＣＵ６１に送信する機能、並びにこれらの４種の信号および他の各種のセンサ等の信号によって前記協調制御を行う機能を備える。

　変速ＥＣＵ６１は、ＥＣＵ６０から送信された各種信号や、直接に変速ＥＣＵ６１に入力された各種信号により、自動変速の制御を行う電子制御装置であり、各種入力信号に基づいて変速判断を行ない、変速機５の変速切換アクチュエータ４７とインバータ装置６２に指令を出す。

　変速ＥＣＵ６１は、次の各機能（１）～（８）を備える。
　（１）車速度センサ９４および加速度センサ９５から、車速と車両の加減速度の検出信号を受け、統合ＥＣＵ６０からアクセル開度信号を受け取り、自動変速の判断を行う。
　（２）急ブレーキと判断した場合は、自動変速を行わない。
　（３）急ハンドルと判断した場合は、自動変速を行わない。
　（４）統合ＥＣＵ６０からシフトレバー９３の位置信号を受け取り、電動モータのクリープ制御を実施する。

　（５）運転者により操作される第１～第３の操作スイッチ９６～９８の操作に応じた制御を行う。
　第１の操作スイッチ９６：自動／手動変速の切換用トグルスイッチである。
　第２の操作スイッチ９７：タクトスイッチであり、上記の第１の操作スイッチ９６が手動変速で設定された場合のみ、有効とする。第２の操作スイッチ９７を押すと、シフトアップ変速が実施される。
　第３の操作スイッチ９８：タクトスイッチであり、上記の第１の操作スイッチ９６が手動変速で設定された場合のみ、有効とする。第３の操作スイッチ９８を押すと、シフトダウン変速が実施される。

　（６）表示部９９へ、車速、電動モータ回転数、トルク指令値等を表示させる。表示部９９は、液晶表示装置等の画像を表示する装置、または指針で表示する装置である。
　（７）変速切替アクチュエータ４７のシフト位置を、変速機５に付けられたシフト位置センサ６８から検出する機能とインバータから電動モータ３の回転数を取得する機能を備える。
　（８）インバータ装置６２にトルク指令または回転数指令と変速指令を送信する機能、および変速機５に付けられた変速切替アクチュエータ４７を駆動する機能を備える。

　変速ＥＣＵ６１には、自動変速モードと手動変速モードの変速モードがプログラムされており、自動変速モードと手動変速モードは、運転者による前記第１の操作スイッチ９６の操作によって切り替えられる。
　この実施形態の変速制御方法および変速制御装置は、変速ＥＣＵ６１による自動変速モードにおける制御に係る。変速ＥＣＵ６１は、図９に示す各種の機能達成手段（８１～８６）を有しているが、これらの手段については後に説明する。

　図５において、インバータ装置６２は、バッテリ６９から直流電力が供給されて、電動モータ３に交流のモータ駆動電力を供給するとともに、その供給電力を変速ＥＣＵ６１からの信号に基づいて制御する。インバータ装置６２には、電動モータ３に設けられた回転検出装置である回転角度センサ６６から、電動モータ３の回転数を示す信号が入力される。

　インバータ装置６２は、電動モータ３を駆動する機能、および回転角度センサ６６から電動モータ３の回転角信号を得る機能を備える。インバータ装置６２は、図６に示すように、インバータ７１と、このインバータ７１を制御するインバータ制御回路７２とで構成される。インバータ７１と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の上側アームスイッチング素子Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の下側アームスイッチング素子Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎの接続点に電動モータ３の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の端子を接続したものである。インバータ７１には、３相の交流電力を出力するように、インバータ制御回路７２から各スイッチング素子Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎに開閉指令が与えられる。

　電動モータ３は、３相の通電により、転流を行っている。電動モータ３の駆動のためには大電流が必要である。

　図７は、シフトレバー操作パネル７５の構成を示す。運転手がシフトレバー９３を手動操作することによって、周知の例と同様に、Ｐ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）、２速（セカンド）、１速（ロウ）の各レンジを切り換えることができる。シフトレバー操作パネル７５は、このように切り換えられるどのレンジに現在あるかを示す表示装置である。シフトレバー操作パネル７５におけるレンジ選択情報は統合ＥＣＵ６０に入力される。１速レンジは１速段状態である。なお、シフトレバー操作パネル７５は、タッチパネル形式の入力手段を兼ねて、シフトレバー９３に代えて運転者により操作される操作手段としても良い。

　図８は、電動モータ３と、インバータトルク制御、インバータ回転数制御のブロック図を示す。このインバータ制御回路７２は、トルク制御と回転数制御とに切り換えて制御可能としてあり、トルク制御と回転数制御とも、フィードバック制御で、かつベクトル制御である。変速時はトルク制御と回転数制御とを行い、変速時以外のときはトルク制御を行う。詳細な説明を省略する。

　同図のインバータ制御回路７２の構成を、トルク制御方法の概要と共に説明する。
　制御回路７２は、アクセル信号（トルク指令）と電動モータ回転数を取得して、電流指令部１０１で電流指令値を作成する。電流指令部１０１には、トルク制御時は、アクセル信号から変速ＥＣＵ６１のトルク指令部１１０で生成されたトルク指令が入力される。なお、図８における変速ＥＣＵ６１のトルク指令部１１０および速度指令部１０６は、変速ＥＣＵ６１の構成要素のうち、トルク指令および速度指令を出力する手段を総称して示している。

　電力変換部６２ａは、ＰＷＭデューティＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従ってインバータ７１をＰＷＭ制御し、電動モータ３を駆動する。

　同図のインバータ制御回路７２による回転数制御を説明する。
　速度指令部１０６は、インバータ制御回路７２に対して速度指令を与える手段であり、変速ＥＣＵ６１に設けられている。速度指令部１０６は、変速時の車速と選択された目標変速段の変速比に基づき、電動モータ３の目標回転数を算出する。算出した目標回転数は、速度指令としてインバータ装置６２のインバータ制御回路７２に指示される。

　また、電動モータ３の回転子角度を回転角度センサ６６から取得し、実際の電動モータ３の回転数を速度計算部１０８で算出する。速度指令部１０６の速度指令と、速度計算部１０８で算出した実際の電動モータ回転数の差分を比較部１０９で求め、その差分に対つき、制御部１０７でＰＩＤ制御（比例積分微分制御）、あるいはＰＩ制御（比例積分制御）を行い、制御量をトルク指令として、電流指令部１０１に入力する。回転数制御時、この速度計算部１０８の速度指令に基づくトルク指令が、トルク指令部１１０からのトルク指令に代えて電流指令部１０１に入力される。
　回転数制御では、電動モータ３の目標回転数は一定の間隔(例えば、1msec)で計算され、変速中に車速が急に変化しても、変速の目標回転数は車速の変化を追及できる特徴をもつ。それによって、変速ショックを低減することができる。

　なお、図８において、インバータ制御回路７２は、速度制御部７３と、トルク制御部７４とに分けて説明している。
　トルク制御部７４は、インバータ制御回路７２のうち、トルク制御により電動モータ３の制御の機能を果たす部分であり、図８の電流指令部１０１、電流ＰＩ制御部１０２、２相・３相変換部１０３、３相・２相変換部１０４、速度計算部１０８、および予測部１１１を含む。
　速度制御部７３は、インバータ制御回路７２のうち、速度制御により電動モータ３の制御の機能を果たす部分であって、比較部１０９と、制御部１０７とを有し、トルク制御部７４の電流制御部１０１へトルク指令を与え、その後の制御をトルク制御部７４で行わせる。

　次に、電気自動車における車両用モータ駆動装置の変速制御装置につき、図９のブロック図を参照して説明する。制御対象となる電気自動車は、上記実施形態の変速制御方法を適用する図１～図７と共に前述した電気自動車である。
　この電気自動車の変速制御装置は、上記実施形態の変速制御方法を実施する装置であって、上記変速ＥＣＵ６１に、次の変速指令生成手段８１、現変速段クラッチ解除手段８２、シンクロ制御手段８３、目標変速段クラッチ係合手段８５、および回転数・トルク制御切換手段８６を備えることを特徴とする。変速ＥＣＵ６１は、自動変速時以外の電動モータ３の制御はトルク制御として、トルク指令をインバータ制御装置７２へ出力し、変速時にトルク制御と回転数制御を切換る。

　変速指令生成手段８１は、アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する。この変速指令は変速ＥＣＵ６１等が出す。
　現変速段クラッチ解除手段８２は、目標変速段への変速指令に応答して、変速切換アクチュエータ４７によりシフト部材４５を動作させ、現変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂの接触を解除し、トルク制御により電動モータ３のトルクを除荷して現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除する。

　シンクロ制御手段８３は、電動モータ３を回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３Ａ，２３Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる。
　目標変速段クラッチ係合手段８５は、目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂを接触させ、電動モータ３を回転数制御することにより、目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂを係合させる。
　回転数・トルク制御切換手段８６は、電動モータ３の制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータ３のトルクを入力する。

　これら変速指令生成手段８１、現変速段クラッチ解除手段８２、シンクロ制御手段８３、目標変速段クラッチ係合手段８５、および回転数・トルク制御切換手段８６は、より具体的には、図１０の各ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の処理をそれぞれ行う機能を有する。
　図１０は、変速制御方法の概要を示すフローチャートである。実行手順を説明する。
　例えば、車両のイグニッションスイッチ等をオンすることで本処理が開始する。本処理開始後、ステップＳ１において、アクセル開度、車速、車両の加減速度を検出して、変速ＥＣＵ６１が目標変速段への変速指令を出す。次に、ステップＳ２に移行し、前記目標変速段への変速指令に応答して、変速切換アクチュエータ４７によりシフト部材４５を動作させ、電動モータ３のトルクを除荷して現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除する（クラッチ解除過程）。

　前記クラッチ解除過程にて現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除した後、電動モータ３の回転数を回転数制御するとき、電動モータ３の出力トルクの方向を、条件によって正または負のいずれかとする。次にステップＳ３では、電動モータ３を回転数制御することにより前記目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３Ａ，２３Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる（シンクロ過程）。

　次に、ステップＳ４では、前記目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３Ａ，２３Ｂを接触させ、電動モータ３を回転数制御することにより、目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂを係合させる（クラッチ係合過程）。その後、ステップＳ５において、回転数・トルク制御切換手段８６は、電動モータ３の制御を回転数制御からトルク制御に切換える。

　図１１は、前記変速制御方法における変速時、電動モータ３を駆動させるトルクと、各動作時間との概略特性を示す図である。変速ＥＣＵ６１は、車両がＤレンジ（図７）走行時に、自動変速判断を行ない、変速機５の変速切換アクチュエータ４７とインバータ装置６２に指令を出す。
　本変速制御装置における電気自動車の変速制御方法において、電動モータ３を駆動させる動作は主に下記の動作（１）→動作（５）になっている。

　動作（１）→動作（５）における電動モータトルクの概略特性を説明する。
　ｔ０→ｔ１間（動作（１））：車両が現変速段走行トルクで走行している。
　現変速段のローラクラッチが正方向に締結している状態で、トルク制御により、電動モータ３を駆動している。このとき電動モータ３のトルクは、変速機５および差動装置６を介して駆動輪に伝達されている。
　前記ローラクラッチの「正方向」とは、電動モータ３を駆動するとき、ローラクラッチが締結している方向とする。これに対してローラクラッチの「負方向」とは、電動モータ３を回生するとき、ローラクラッチが締結している方向とする。以下同じ。

　ｔ１→ｔ２間（動作（２））：変速ＥＣＵ６１における現変速段クラッチ解除手段８２が、現変速段のクラッチを解除させる。
　ｔ２→ｔ３間（動作（３））：変速ＥＣＵ６１におけるシンクロ制御手段８３が、電動モータ３をシンクロさせる。
　ｔ３→ｔ４間（動作（４））：変速ＥＣＵ６１における目標変速段クラッチ係合手段８５が、目標変速段のクラッチを締結させる。

　ｔ４→（動作（５））：車両が目標変速段走行トルクで走行している。
　目標変速段のローラクラッチが正方向に締結している状態で、トルク制御により、電動モータ３を駆動している。このとき電動モータ３のトルクは、変速機５および差動装置６を介して駆動輪に伝達されている。

　図１２は、前記変速制御方法で電動モータをシンクロさせる動作において、電流の制限値を変化させる制御の特性を示す図である。この図１２は、図１１中の特に動作（２）の詳細説明（後述する）である。
　変速中、現変速段のローラクラッチが解除された後、電動モータ３の回転数を目標変速段の回転数に一致させるために、回転数制御により、電動モータ３をシンクロさせる動作を行う。
　従来技術では、シンクロ時間を短縮するためには、電動モータ３を急加速または急減速させる必要がある。ここで変速機５の変速には、変速機５の現変速段を、この現変速段よりも減速比の大きい目標変速段へ移すシフトダウンと、現変速段を、この現変速段よりも減速比の小さい目標変速段へ移すシフトアップとがある。

　シフトダウン時：電動モータを急加速させる必要がある。
　シフトアップ時：電動モータを急減速させる必要がある。
　そのため従来技術では、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が大きい。それによって、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じやすくなる。また、電動モータの回転数が目標変数段の回転数に一致した時点でも、同じ問題が生じる。

　本発明は、シンクロ時間を短縮することも考慮したうえで、歯車間のバックラッシュに起因する異音を低減する手法である。
　本発明の発想：電動モータ３の回転数を目標変数段の回転数に一致させるために、回転数制御方法により電動モータ３をシンクロさせる動作を行う。

　電動モータをシンクロさせる動作において、電動モータの回転数制御に使われる電流の制限値が大きいほど、シンクロ時間が短くなる。しかし、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が大きい。それによって、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じやすくなる。逆に、電流の制限値が小さいほど、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。しかし、シンクロ時間が長くなる欠点がある。

　そこで本発明では、シンクロ時間の短縮と異音の両方を達成するために、電動モータ３をシンクロさせるときに、回転数制御に使われる電流の制限値を変化させることにした。
　図１２の特性図の詳細説明：
　ｔ０→ｔ１間：トルク制御方法から回転数制御方法に切換えて、回転数制御に使われる電流の制限値で、回転数制御を行うことによって、歯車間のガタを詰めていく動作を行う。このｔ０→ｔ１間の時間において、電流の制限値を０Ａ→電流の制限値の閾値Ａまで徐々に増加させる。この間における電流の制限値の増加率を、増加率ａとする。

　ｔ１→ｔ２間：電流の制限値を継続的に増加させる動作を行う。このｔ１→ｔ２間の時間において、電流の制限値の閾値Ａ→電流の制限値の閾値Ｂまで、増加率ｂで徐々に電流の制限値を増加させる。ただし増加率ａ＜増加率ｂとする。
　増加率ａ＜増加率ｂとする理由：増加率ａで歯車のガタを詰めてから、増加率ａより大きな増加率ｂで電流の制限値を増加させながら、電動モータ３を継続的にシンクロさせる。それによって、シンクロ時間を短縮することができる。しかし、増加率ｂを定められた値よりも大きく設定した場合、また歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じやすくなる。増加率ｂの設定は、実車試験により、変速機中の歯車間のバックラッシュに起因する異音が気にならないレベルまで最大増加率として、設定すれば良い。

　ｔ２→ｔ３間：電流の制限値を閾値Ｂにして、回転数制御により、電動モータ３をシンクロさせる動作を行う。シンクロ時間は閾値Ｂの大小に大きく左右される。
　シンクロ時間を短縮するため、車両の走行速度毎に、閾値Ｂを変えていく必要がある。車速度が高いほど、電動モータ３の回転数を加減速させる速度差が大きくなり、閾値Ｂを大きく設定する必要がある。逆に車速度が低いほど、電動モータ３の回転数を加減速させる速度差が小さくなり、閾値Ｂを小さく設定する必要がある。閾値Ｂの設定により、電動モータ３のシンクロ時間は、変速制御システムに要求される許容シンクロ時間を満足しなければならない。さらに、最速のシンクロ時間が欲しければ、閾値Ｂを電動モータ３のフルトルクとして、設定することもできる。

　ｔ３→ｔ４間：電流の制限値を徐々に減少させる動作を行う。
　電流の制限値を急激に減少させると、歯車間で詰められたガタが解放されることに起因する異音が生じやすくなる。そこでｔ３→ｔ４間において電流の制限値を徐々に減少させる。
　ｔ３時：電動モータ３の回転数は目標変速段の目標回転数との回転数差が回転数差の閾値A’以内に入ったら、電流の制限値を閾値Ｂから閾値Ｃまで減少率ｃで徐々に減少させるスタート時点である。

　ｔ４時：さらに、電動モータ３の回転数を目標変速段の回転数に接近させて、回転数差が回転数差の閾値B’以内に入ったら、電流の制限値を閾値Ｃから閾値Ｄまで減少させる。
　ｔ４→：電流の制限値を閾値Ｄにして、回転数制御により、電動モータ３をシンクロさせる動作を行う。ｔ４時の直後に、電動モータ３をシンクロさせる動作が完了する特徴とする。電動モータ３をシンクロさせる動作が完了後、変速制御は図１１の動作（４）に入り、継続して、変速制御を行う。

　図１３は、シフトダウン時、シンクロ制御による電動モータ３の回転数変化について、従来技術と本発明との比較を示す図である。
　図１３（１）：従来技術により、電動モータをシンクロさせる場合の電動モータの回転数の変化を示す図である。
　ｔ０→ｔ１：電動モータをシンクロさせる前の回転数であり、現変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータを回転させている。
　ｔ１→ｔ２：電動モータの回転数を、目標変速段の回転数に一致させるため、電動モータの出力を回転数制御により、増加させる。ｔ１時は、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が大きい。それによって、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じやすくなる。

　ｔ２→ｔ３：電動モータのシンクロ動作が完了後の回転数であり、目標変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータを回転させている。ｔ２時においても、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が大きいため、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じやすくなる。

　図１３（２）：本発明により、電動モータ３をシンクロさせる場合の電動モータ３の回転数の変化を示す図である。
　ｔ０→ｔ１：電動モータ３をシンクロさせる前の回転数であり、現変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータ３を回転させている。
　ｔ１→ｔ２：図１２に説明したように、電流の制限値を０Ａ→電流の制限値の閾値Ａまで増加率ａで、徐々に増加させ、閾値Ａに達したら、増加率ｂに切換えて、継続的に、電流の制限値を閾値Ａ→閾値Ｂまで増加させる。それによって、電動モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が滑らかに増加し、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。

　ｔ２→ｔ３：図１２に説明したように、電流の制限値を閾値Ｂにして、回転数制御により、電動モータ３をシンクロさせる動作を行うときの回転数の変化状況である。シンクロ時間が閾値Ｂの大小に大きく左右される。
　ｔ３→ｔ４：図１２に説明したように、電動モータ３の回転数は目標変速段の目標回転数との回転数差が回転数差の閾値A’以内に入ったら、電流の制限値を閾値Ｂから閾値Ｃまで減少率ｃで徐々に減少させて、さらに、電動モータ３の回転数を目標変速段の回転数に接近させて、回転数差が回転数差の閾値B’以内に入ったら、電流の制限値を閾値Ｃから閾値Ｄまで減少させるときの回転数の変化状況である。このｔ３→ｔ４間において、電動モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が滑らかに減少し、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。
　ｔ４→ｔ５：電動モータ３をシンクロさせた後の回転数であり、目標変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータ３を回転させている。

　図１４は、シフトアップ時、シンクロ制御による電動モータの回転数変化について、従来技術と本発明との比較を示す図である。
　図１４（１）：従来技術により、電動モータをシンクロさせる場合の電動モータの回転数の変化を示す図である。
　ｔ０→ｔ１：電動モータをシンクロさせる前の回転数であり、現変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータを回転させている。
　ｔ１→ｔ２：電動モータの回転数を、目標変速段の回転数に一致させるため、電動モータの出力を回転数制御で減少させる。ｔ１時は、電動モータの回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が大きい。それによって、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じやすくなる。

　図１４（２）：本発明により、電動モータ３をシンクロさせる場合の電動モータ３の回転数の変化を示す図である。
　ｔ０→ｔ１：電動モータ３をシンクロさせる前の回転数であり、現変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータ３を回転させている。
　ｔ１→ｔ２：図１２に説明したように、電流の制限値を０Ａ→電流の制限値の閾値Ａまで増加率ａで、徐々に増加させ、閾値Ａに達したら、増加率ｂに切換えて、継続的に、電流の制限値を閾値Ａ→閾値Ｂまで増加させる。それによって、電動モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が滑らかに増加し、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。

　ｔ２→ｔ３：図１２に説明したように、電流の制限値を閾値Ｂにして、回転数制御により、電動モータ３をシンクロさせる動作を行うときの回転数の変化状況である。シンクロ時間が閾値Ｂの大小に大きく左右される。
　ｔ３→ｔ４：図１２に説明したように、電動モータ３の回転数は目標変速段の目標回転数との回転数差が回転数差の閾値Ａ’以内に入ったら、電流の制限値を閾値Ｂから閾値Ｃまで減少率ｃで徐々に減少させて、さらに、電動モータ３の回転数を目標変速段の回転数に接近させて、回転数差が回転数差の閾値Ｂ’以内に入ったら、電流の制限値を閾値Ｃから閾値Ｄまで減少させるときの回転数の変化状況である。このｔ３→ｔ４間において、電動モータ３の回転数の変化率（Δｒｏｔ／Δｔ）が滑らかに減少し、歯車間のバックラッシュに起因する異音が生じにくくなる。
　ｔ４→ｔ５：電動モータ３のシンクロ動作が完了後の回転数であり、目標変速段の回転数と同じ回転数で、電動モータ３を回転させている。

　次に、図３，図４の車両用モータ駆動装置の詳細を、図１５～図２０と共に説明する。
　図３において、モータ軸４は、入力軸７と同軸上に直列に配置されており、ハウジング１１に固定された電動モータ３のステータ１２で回転駆動される。入力軸７は、ハウジング１１内に組込まれた対向一対の軸受１３により回転可能に支持され、入力軸７の軸端はスプライン嵌合によってモータ軸４に接続されている。出力軸８は、ハウジング１１内に組込まれた対向一対の軸受１４により回転可能に支持されている。

　１速入力ギヤ９Ａと２速入力ギヤ９Ｂは軸方向に間隔をおいて配置され、入力軸７を中心として入力軸７と一体に回転するように入力軸７に固定されている。１速出力ギヤ１０Ａと２速出力ギヤ１０Ｂも軸方向に間隔をおいて配置されている。

　図４に示すように、１速出力ギヤ１０Ａは、出力軸８を貫通させる環状に形成され、軸受１５を介して出力軸８で支持されており、出力軸８を中心として出力軸８に対して回転可能となっている。同様に、２速出力ギヤ１０Ｂも、軸受１５を介して出力軸８で回転可能に支持されている。

　１速入力ギヤ９Ａと１速出力ギヤ１０Ａは互いに噛合しており、その噛合によって１速入力ギヤ９Ａと１速出力ギヤ１０Ａの間で回転が伝達するようになっている。２速入力ギヤ９Ｂと２速出力ギヤ１０Ｂも噛合しており、その噛合によって２速入力ギヤ９Ｂと２速出力ギヤ１０Ｂの間で回転が伝達するようになっている。２速入力ギヤ９Ｂと２速出力ギヤ１０Ｂの減速比は、１速入力ギヤ９Ａと１速出力ギヤ１０Ａの減速比よりも小さい。

　１速出力ギヤ１０Ａと出力軸８の間には、１速出力ギヤ１０Ａと出力軸８の間でトルクの伝達と遮断の切換を行なう１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａが組込まれている。また、２速出力ギヤ１０Ｂと出力軸８の間には、２速出力ギヤ１０Ｂと出力軸８の間でトルクの伝達と遮断の切換を行なう２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂが組込まれている。

　１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａと２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂは、左右対称の同一構成なので、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂを以下に説明し、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａについては、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂに対応する部分に同一の符号または末尾のアルファベットＢをＡに置き換えた符号を付して説明を省略する。

　図１５～図１６に示すように、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂは、２速出力ギヤ１０Ｂの内周に設けられた円筒面１７と、出力軸８の外周に回り止めした環状の２速カム部材１８Ｂに形成されたカム面１９と、カム面１９と円筒面１７の間に組み込まれたローラ（係合子）２０と、ローラ２０を保持する２速保持器２１Ｂと、２速スイッチばね２２Ｂとからなる。カム面１９は、円筒面１７との間で周方向中央から周方向両端に向かって次第に狭くなる楔状空間Ｓを形成するような面であり、例えば、図１６に示すように円筒面１７と対向する平坦面である。

　図４、図２０に示すように、２速保持器２１Ｂは、ローラ２０を収容する複数のポケット２１ａが周方向に間隔をおいて形成された円筒部２４と、円筒部２４の一端から径方向内方に延び出す内向きフランジ部２５とを有する。内向きフランジ部２５の径方向内端は、２速カム部材１８Ｂの外周で周方向にスライド可能に支持され、この周方向のスライドによって、２速保持器２１Ｂは、カム面１９と円筒面１７の間にローラ２０を係合させる係合位置とローラ２０の係合を解除する中立位置との間で出力軸８に対して相対回転可能となっている。また、２速保持器２１Ｂの内向きフランジ部２５は軸方向両側への移動が規制され、これにより２速保持器２１Ｂが軸方向に非可動とされている。

　図１６に示すように、各カム面１９は、回転中心を含む仮想平面に対して対称に形成され、これにより、各カム面１９と円筒面１７の間に配置されたローラ２０は、正転方向と逆転方向の両方向で係合可能となっている。すなわち、電動モータ３が発生するトルクにより車両を前進させるときは、２速保持器２１Ｂを出力軸８に対して正転方向に相対回転させることにより、２速保持器２１Ｂに保持されたローラ２０を、カム面１９と円筒面１７の間の正転方向側の空間狭まり部分に係合させ、そのローラ２０を介して２速出力ギヤ１０Ｂと出力軸８の間で正転方向のトルクを伝達することが可能となっており、一方、電動モータ３が発生するトルクにより車両を後退させるときは、２速保持器２１Ｂを出力軸８に対して逆転方向に相対回転させることにより、２速保持器２１Ｂに保持されたローラ２０を、カム面１９と円筒面１７の間の逆転方向側の空間狭まり部分に係合させ、そのローラ２０を介して２速出力ギヤ１０Ｂと出力軸８の間で逆転方向のトルクを伝達することが可能となっている。

　図１７、図２０に示すように、２速スイッチばね２２Ｂは、鋼線をＣ形に巻いたＣ形環状部２６と、Ｃ形環状部２６の両端からそれぞれ径方向外方に延出する一対の延出部２７，２７とからなる。Ｃ形環状部２６は、２速カム部材１８Ｂの軸方向端面に形成された円形のスイッチばね収容凹部２８に嵌め込まれ、一対の延出部２７，２７は、２速カム部材１８Ｂの軸方向端面に形成された径方向溝２９に挿入されている。

　径方向溝２９は、スイッチばね収容凹部２８の内周縁から径方向外方に延びて２速カム部材１８Ｂの外周に至るように形成されている。２速スイッチばね２２Ｂの延出部２７は、径方向溝２９の径方向外端から突出しており、その延出部２７の径方向溝２９からの突出部分が、２速保持器２１Ｂの円筒部２４の軸方向端部に形成された切欠き３０に挿入されている。径方向溝２９と切欠き３０は同じ幅に形成されている。

　延出部２７，２７は、径方向溝２９の周方向で対向する内面と、切欠き３０の周方向で対向する内面にそれぞれ接触しており、その接触面に作用する周方向の力によって２速保持器２１Ｂを中立位置に弾性保持している。

　すなわち、２速保持器２１Ｂを出力軸８に対して相対回転させて、図１７に示す中立位置から周方向に移動させると、径方向溝２９に対する切欠き３０の位置が周方向にずれるので、一対の延出部２７，２７の間隔が狭まる方向にＣ形環状部２６が弾性変形し、その弾性復元力によって２速スイッチばね２２Ｂの一対の延出部２７，２７が径方向溝２９の内面と切欠き３０の内面を押圧し、その押圧によって２速保持器２１Ｂを中立位置に戻す方向の力が作用するようになっている。

　図４に示すように、１速カム部材１８Ａと２速カム部材１８Ｂの出力軸８に対する回り止めは、スプライン嵌合によって行なわれている。１速カム部材１８Ａのカム面１９と２速カム部材１８Ｂのカム面１９は同数かつ同位相となっている。また、１速カム部材１８Ａと２速カム部材１８Ｂは、出力軸８の外周に嵌合した一対の止め輪３１によって軸方向に非可動となっている。１速カム部材１８Ａと２速カム部材１８Ｂの間には間座３２が組み込まれている。

　１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａと２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂは、変速用伝達機構３３により選択的に係合することができるようになっている。

　図１５に示すように、変速用伝達機構３３は、１速出力ギヤ１０Ａ（断面でない部分は図示せず。図１９においても同様）と２速出力ギヤ１０Ｂの間に軸方向に移動可能に設けられたシフトリング３４と、１速出力ギヤ１０Ａとシフトリング３４の間に組み込まれた１速摩擦板３５Ａと、２速出力ギヤ１０Ｂとシフトリング３４の間に組み込まれた２速摩擦板３５Ｂとを有する。

　ここで、１速摩擦板３５Ａと２速摩擦板３５Ｂは、左右対称の同一構成なので、２速摩擦板３５Ｂを以下に説明し、１速摩擦板３５Ａについては、２速摩擦板３５Ｂに対応する部分に同一の符号または末尾のアルファベットＢをＡに置き換えた符号を付して説明を省略する。

　２速摩擦板３５Ｂには、２速保持器２１Ｂの切欠き３０に係合する突片３６が設けられ、この突片３６と切欠き３０の係合によって、２速摩擦板３５Ｂが２速保持器２１Ｂに回り止めされている。２速保持器２１Ｂの切欠き３０は、２速摩擦板３５Ｂの突片３６を軸方向にスライド可能に収容しており、このスライドによって、２速摩擦板３５Ｂは、２速保持器２１Ｂに回り止めされた状態のまま、２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触する位置と離間する位置との間で、２速保持器２１Ｂに対して軸方向に移動可能となっている。

　２速摩擦板３５Ｂの突片３６の先端に凹部３７が形成されて、間座３２の外周には、凹部３７に係合する凸部３８が形成されている。そして、凹部３７と凸部３８は、２速摩擦板３５Ｂが２速出力ギヤ１０Ｂの側面から離間した位置にある状態では、凹部３７と凸部３８が係合することで、間座３２を介して２速摩擦板３５Ｂを出力軸８に回り止めし、このとき、２速摩擦板３５Ｂに回り止めされた２速保持器２１Ｂが中立位置に保持されるようになっている。また、２速摩擦板３５Ｂが２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触する位置にある状態では、凹部３７と凸部３８の係合が解除することで、２速摩擦板３５Ｂの回り止めが解除されるようになっている。

　２速摩擦板３５Ｂと２速カム部材１８Ｂの間には、軸方向に圧縮された状態で２速離間ばね３９Ｂが組み込まれており、この２速離間ばね３９Ｂの弾性復元力によって２速摩擦板３５Ｂが２速出力ギヤ１０Ｂの側面から離間する方向に付勢されている。

　２速離間ばね３９Ｂは、間座３２の外周に沿って巻回されたコイルスプリングであり、その一端が２速ワッシャ９０Ｂを介して２速摩擦板３５Ｂの突片３６に係合し、他端が２速カム部材１８Ｂの軸方向端面で支持されている。２速ワッシャ９０Ｂは、２速カム部材１８Ｂの軸方向端面の径方向溝２９を覆うように環状に形成されている。

　シフトリング３４は、１速摩擦板３５Ａを押圧して１速出力ギヤ１０Ａの側面に接触させる１速シフト位置ＳＰ１ｆと、２速摩擦板３５Ｂを押圧して２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触させる２速シフト位置ＳＰ２ｆとの間で軸方向に移動可能に支持されている。また、シフトリング３４を１速シフト位置ＳＰ１ｆと２速シフト位置ＳＰ２ｆの間で軸方向に移動させるシフト機構４１が設けられている。シフト機構４１は、前述のように変速比切換機構４０の一部を構成する。

　図１８、図１９に示すように、シフト機構４１は、シフトリング３４を転がり軸受４２を介して回転可能に支持するシフトスリーブ４３と、そのシフトスリーブ４３の外周に設けられた環状溝４４に係合する二股状のシフトフォーク４５と、シフトフォーク４５が固定されたシフトロッド４６と、シフトモータである変速切換アクチュエータ４７と、変速切換アクチュエータ４７の回転をシフトロッド４６の直線運動に変換する運動変換機構４８（送りねじ機構等）とからなる。

　図１９に示すように、シフトロッド４６は、出力軸８に対して間隔をおいて平行に配置され、ハウジング１１内に組み込まれた一対の滑り軸受４９で軸方向にスライド可能に支持されている。シフトリング３４とシフトスリーブ４３の間に組み込まれた転がり軸受４２は、シフトリング３４とシフトスリーブ４３のいずれに対しても軸方向に非可動となるように組み付けられている。

　このシフト機構４１は、変速切換アクチュエータ４７の回転が運動変換機構４８により直線運動に変換されてシフトフォーク４５に伝達し、そのシフトフォーク４５の直線運動が転がり軸受４２を介してシフトリング３４に伝達することにより、シフトリング３４を軸方向に移動させる。

　図１５に示すように、シフトフォーク４５と環状溝４４の間の両側の軸方向隙間には、軸方向に圧縮可能な予圧ばね５０が組み込まれている。これにより、シフトリング３４で１速摩擦板３５Ａを押圧して１速出力ギヤ１０Ａの側面に接触させるときに、シフトスリーブ４３に対するシフトフォーク４５の軸方向の相対位置を調節することによって予圧ばね５０のばね力を調節し、１速摩擦板３５Ａと１速出力ギヤ１０Ａの接触面間の摩擦力を調整することが可能となっている。また、シフトリング３４で２速摩擦板３５Ｂを押圧して２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触させるときも、２速摩擦板３５Ｂと２速出力ギヤ１０Ｂの接触面間の摩擦力を調整することが可能となっている。

　図３に示すように、出力軸８には、出力軸８の回転をディファレンシャル６に伝達するディファレンシャル駆動ギヤ５１が固定されている。

　ディファレンシャル６は、一対の軸受５２で回転可能に支持されたデフケース５３と、デフケース５３の回転中心と同軸にデフケース５３に固定され、ディファレンシャル駆動ギヤ５１に噛合するリングギヤ５４と、デフケース５３の回転中心と直角な方向にデフケース５３に固定されたピニオン軸５５と、ピニオン軸５５に回転可能に支持された一対のピニオン５６と、その一対のピニオン５６に噛合する左右一対のサイドギヤ５７とからなる。左側のサイドギヤ５７には、左側の車輪に接続されたアクスル５８の軸端部が接続され、右側のサイドギヤ５７には、右側の車輪に接続されたアクスル５８の軸端部が接続されている。出力軸８が回転するとき、出力軸８の回転はディファレンシャル駆動ギヤ５１を介してリングギヤ５４に伝達され、そのリングギヤ５４の回転がピニオン５６とサイドギヤ５７を介して左右の車輪に分配される。

　以下に、車両用モータ駆動装置Ａの動作例を説明する。
　まず、図１５に示すように、１速摩擦板３５Ａが１速出力ギヤ１０Ａの側面から離間し、かつ、２速摩擦板３５Ｂも２速出力ギヤ１０Ｂの側面から離間した状態では、１速保持器２１Ａは１速スイッチばね２２Ａの弾性力により中立位置に保持され、２速保持器２１Ｂも２速スイッチばね２２Ｂの弾性力により中立位置に保持されるので、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａはローラ２０の係合が解除された状態となり、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂもローラ２０の係合が解除された状態となる。

　この状態では、図３に示す電動モータ３の駆動により入力軸７が回転しても、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａと２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂによって回転の伝達が遮断されるので、１速出力ギヤ１０Ａおよび２速出力ギヤ１０Ｂは空転し、入力軸７の回転は出力軸８に伝達されない。

　次に、シフト機構４１を作動させて、図１５に示すシフトリング３４を１速出力ギヤ１０Ａに向けて移動させると、１速摩擦板３５Ａが１速出力ギヤ１０Ａの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって１速摩擦板３５Ａが出力軸８に対して相対回転し、この１速摩擦板３５Ａに回り止めされた１速保持器２１Ａが１速スイッチばね２２Ａの弾性力に抗して中立位置から係合位置に移動するので、１速保持器２１Ａに保持されたローラ２０が、円筒面１７とカム面１９の間の楔状空間Ｓの狭まり部分に押し込まれて係合した状態となる。

　この状態では、１速出力ギヤ１０Ａの回転は、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを介して出力軸８に伝達され、出力軸８の回転が、ディファレンシャル６を介してアクスル５８に伝達される。その結果、図１に示す電気自動車ＥＶにおいては、駆動輪としての前輪１が回転駆動され、図２に示すハイブリッド車ＨＶにおいては補助駆動輪としての後輪２が回転駆動される。

　次に、シフト機構４１の作動により、シフトリング３４を１速シフト位置ＳＰ１ｆから２速シフト位置ＳＰ２ｆに向かって軸方向移動させると、１速摩擦板３５Ａと１速出力ギヤ１０Ａの接触面間の摩擦力が小さくなるので、１速スイッチばね２２Ａの弾性力により１速保持器２１Ａが係合位置から中立位置に移動し、この１速保持器２１Ａの移動によって１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａの係合が解除される。

　シフトリング３４が２速シフト位置ＳＰ２ｆに到達すると、２速摩擦板３５Ｂがシフトリング３４で押圧されて２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって２速摩擦板３５Ｂが出力軸８に対して相対回転し、２速摩擦板３５Ｂに回り止めされた２速保持器２１Ｂが２速スイッチばね２２Ｂの弾性力に抗して中立位置から係合位置に移動するので、２速保持器２１Ｂに保持されたローラ２０が、円筒面１７とカム面１９の間の楔状空間Ｓの狭まり部分に押し込まれて係合した状態となる。

　この状態では、２速出力ギヤ１０Ｂの回転は、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂを介して出力軸８に伝達され、出力軸８の回転がディファレンシャル６を介してアクスル５８に伝達される。

　同様に、シフトリング３４を２速シフト位置ＳＰ２ｆから１速シフト位置ＳＰ１ｆに軸方向移動させることにより、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂの係合を解除して、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを係合させることができる。

　ところで、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを係合解除するときに、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを介してトルクが伝達していると、そのトルクがローラ２０を円筒面１７とカム面１９の間の楔状空間Ｓの狭まり部分に押し込むように作用し、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａの係合解除が妨げられる。そのため、シフト機構４１の作動により、シフトリング３４が１速シフト位置ＳＰ１ｆから２速シフト位置ＳＰ２ｆに向かって軸方向移動を開始したときに、１速摩擦板３５Ａが、１速出力ギヤ１０Ａの側面から既に離間しているにもかかわらず、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａの係合が解除されない可能性がある。

　このため、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを確実に係合解除するためには、シフト機構４１の作動により、１速摩擦板３５Ａを１速出力ギヤ１０Ａの側面から離間させるだけでなく、電動モータ３の出力を制御して、入力軸７と出力軸８の間で伝達するトルクを変化させる必要がある。２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂを係合解除するときも同様である。

　そこで、上記制御システムでは、図８に示す変速制御装置により、電動モータ３と変速切換アクチュエータ４７を制御し、この制御により１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａまたは２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂの係合を解除するときの動作の信頼性を確保している。

　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の特許請求の範囲から定まるこの発明の範囲内のものと解釈される。

３…電動モータ
４…モータ軸
５…変速機
７…入力軸
１６Ａ，１６Ｂ…ローラクラッチ
１８Ａ，１８Ｂ…内輪
１９…カム面
２０…ローラ
２１Ａ，２１Ｂ…保持器
２３Ａ，２３Ｂ…外輪
３５Ａ，３５Ｂ…摩擦板
４０…変速比切換機構
４５…シフトフォーク（シフト部材）
４７…変速切換アクチュエータ
８２…現変速段クラッチ解除手段
８３…シンクロ制御手段
８５…目標変速段クラッチ係合手段
８６…回転数・トルク制御切換手段
ＬＡ，ＬＢ…ギヤ列
Ｓ…楔状空間

Claims

　互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のクラッチと、これら各クラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、
　前記各クラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間に係合子が介在し、各係合子が楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器により各係合子を楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成であり、
　前記変速比切換機構は、保持器に連結されて回転する摩擦板の外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータによるシフト部材の進退によって切り換える機構である、
　電気自動車における変速制御方法において、
　目標変速段への変速指令に応答して、前記変速切換アクチュエータにより前記シフト部材を動作させ、前記電動モータのトルクを除荷して現変速段のクラッチの係合を解除するクラッチ解除過程と、
　前記電動モータを回転数制御することにより前記目標変速段の前記クラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ過程と、
　前記目標変速段の摩擦板と外輪を接触させ、前記電動モータを回転数制御することにより、目標変速段のクラッチを係合させるクラッチ係合過程と、
を有し、
　前記クラッチ解除過程にて現変速段のクラッチの係合を解除した後、前記電動モータの回転数を回転数制御するとき、前記電動モータの出力トルクの方向を、条件によって正または負のいずれかとする、
　電気自動車の変速制御方法。
　請求項１において、シフトダウン時、前記電動モータの回転数を回転数制御するとき、前記電動モータの出力トルクの方向を正とする電気自動車の変速制御方法。
　請求項１において、シフトアップ時、前記電動モータの回転数を回転数制御するとき、前記電動モータの出力トルクの方向を負とする電気自動車の変速制御方法。
　請求項１において、前記クラッチ解除過程にて現変速段のクラッチの係合を解除した後におけるシンクロ動作時に、前記電動モータの回転数の変化率が定められた値よりも大きいとき、前記電動モータの回転数制御に使われる電流の制限値を可変することで、シンクロ時間の短縮を図ると共に、歯車間のバックラッシュに起用する異音を低減できる電気自動車の変速制御方法。
　請求項１において、前記クラッチ解除過程にて現変速段のクラッチの係合を解除した後、シンクロ動作を開始して、前記電動モータへの電流の制限値を零から閾値Ａまで定められた増加率ａで増加させ、歯車間のバックラッシュに起因する異音を低減できる電気自動車の変速制御方法。
　請求項５において、前記電流の制限値が閾値Ａに達したとき、前記電流の制限値の増加率を、前記増加率ａから、この増加率ａよりも大きい増加率ｂに切換えて、継続的に電流の制限値を、前記閾値Ａから閾値Ｂまで増加させ、歯車間のバックラッシュに起因する異音を低減できる電気自動車の変速制御方法。
　請求項６において、前記電流の制限値が閾値Ｂに到達後、前記シンクロ過程にて、前記電流の制限値を閾値Ｂにしたまま、継続的に、回転数制御により前記電動モータをシンクロさせ、シンクロ時間の短縮を図る電気自動車の変速制御方法。
　互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のクラッチと、これら各クラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、
　前記各クラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間に係合子が介在し、各係合子が楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器により各係合子を楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成であり、
　前記変速比切換機構は、保持器に連結されて回転する摩擦板の外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータによるシフト部材の進退によって切り換える機構である、
　電気自動車における変速制御装置であって、
　目標変速段への変速指令に応答して、前記変速切換アクチュエータにより前記シフト部材を動作させ、前記電動モータのトルクを除荷して現変速段のクラッチの係合を解除する現変速段クラッチ解除手段と、
　前記電動モータを回転数制御することにより前記目標変速段の前記クラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ制御手段と、
　前記目標変速段の摩擦板と外輪を接触させ、前記電動モータを回転数制御することにより、目標変速段のクラッチを係合させる目標変速段クラッチ係合手段と、
を有し、
　前記現変速段クラッチ解除手段にて現変速段のクラッチの係合を解除し、前記電動モータの回転数を回転数制御するとき、前記電動モータの出力トルクの方向を、条件によって正または負のいずれかとする、
　電気自動車の変速制御装置。