(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、変速機構と、前記変速機構の出力軸に設けられた第１の回転電機とを有し、前記変速機構は前記内燃機関の出力軸と前記第１の回転電機の出力軸との間に設けられるとともに変速切り換えのためのドッグクラッチを有し、前記内燃機関の出力軸から前記変速機構への動力伝達を遮断することなく前記変速切り換えを実行するハイブリッド自動車の制御装置であって、
変速開始前のエンジントルクと変速終了後のエンジントルクおよび変速前後の変速ギア比から前記変速切り換え時の駆動力変動分を予測する駆動力変動分予測手段と、
前記駆動力変動分予測手段により求められた駆動力変動分に基づいて前記第１の回転電機への出力指令値をモータ制御ユニットに出力する駆動力補正手段と、
前記駆動力補正手段により求められた駆動力補正分に基づいて前記変速機構の入力軸の回転数と前記変速機構の出力軸の回転数に変速後のギア比を乗じた回転数との間の回転数同期をおこなう回転数同期手段と、
前記回転数の同期時に前記ドッグクラッチの締結をおこなうドッグクラッチ制御手段、とを有するハイブリッド自動車の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記回転数同期手段に電子制御スロットルを用いたハイブリッド自動車の制御装置。
【請求項３】
請求項１において、前記回転数同期手段に前記変速機構の入力軸に接続された第２の回転電機を用いたハイブリッド自動車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関や回転電機及び動力伝達装置から成るハイブリッド自動車の制御装置に関し、特に、自動車の加速性能向上を図るハイブリッド自動車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の地球環境問題の観点から、自動車の燃費の大幅低減が期待できるハイブリッド自動車（以下、「ＨＥＶ」と称する）において、燃費と加速性能の両立を図る駆動力マネージメントＨＥＶ制御システムの確立が重要となってきている。このシステムでは、運転者が要求する加減速感を満足させつつ、内燃機関（以下、「エンジン」と称する）及び回転電機（以下、「モータ」と称する）を高効率域で運転するようにエンジン、モータ及び発電機を総合制御する必要がある。
【０００３】
一般に、ＨＥＶは、エンジンと、回転電機及び動力伝達装置を備えている。そして、従来のＨＥＶの制御装置としては、例えば、特開平１１−６９５０９号公報に記載されているように、車両の変速装置として、有段歯車変速機と、エンジンの動力伝達を断、接動作する発進クラッチ装置と、を組み合せることにより、車両の運転条件により変速を実現するようにしたハイブリッド自動車の制御装置が知られている。これは、例えば、油圧により動作する発進クラッチ装置を用いたもので、制御装置がドライバ意図、例えばアクセルペダル踏込量及び車速に応じて変速すべきことを決定すると、発進クラッチ装置が切断され、かつ油圧機構などにより変速機の変速が行われる。そして、変速後に、再び発進クラッチ装置が接続される構成となっている。
【０００４】
このような変速機を用いた車両においては、アクセルペダル踏込量と車速とで定まる変速タイミングにおいて上述したように変速が実行されると、運転者の意図と無関係にスロットルが閉じられ、エンジントルクが一時的に減少するとともに、これと同時に発進クラッチ装置が切断され、運転者が減速感を感じ、違和感を覚える。上記公報では、駆動輪の駆動ならびに該駆動輪による電力回生が可能なモータを適宜位置に配置し、上述した変速動作に伴う発進クラッチ装置の切断時に、上記モータの駆動トルクを増大させて、変速時の減速感の発生を回避している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の制御装置では、ドッグクラッチなどの同期噛み合い式の機構を用いて有段歯車変速機を変速させる場合には、発進クラッチを切り、変速機入力軸側のトルクをゼロにし、変速機入力軸と変速機出力軸のトルク同期を行いドッグクラッチを解放させる必要があった。このため、従来の発進クラッチを切る変速方法では、ドッグクラッチが解放されるまで上記モータの駆動トルクを増大することができないので、必ず変速機出力軸のトルクがゼロ付近まで低下し、乗員がショックを感じ、乗り心地が悪化するという問題があった。
【０００６】
また、上記モータの駆動トルクを増大した場合、駆動輪に直結したモータの出力軸の回転数が増加し、内燃機関の出力軸とモータの出力軸との間の回転数同期が不完全となり、発進クラッチ装置を接続する際にイナーシャトルクが発生し、乗員がショックを感じ、乗り心地が悪化するという問題があった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、ドッグクラッチなどの同期噛み合い式の機構を用いて有段歯車変速機を変速させる場合に、発進クラッチを切ることで生じる変速時のトルク低下を抑制し、自動車の加速性能を向上させるハイブリッド自動車の制御装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、モータの駆動トルクを増大させて変速時の減速感の発生を回避する際のイナーシャトルク発生を抑制し、自動車の加速性能を向上させるハイブリッド自動車の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関と、少なくとも１つの回転電機と、前記内燃機関の出力軸と前記回転電機の出力軸との間に変速機構と、前記変速機構に変速切り換えのためのクラッチ機構と、を有し、前記内燃機関の出力軸から前記変速機構への動力伝達を遮断することなく前記変速切り換えを実行するハイブリッド自動車の制御装置において、前記変速切り換え時の駆動力変動分を予測する駆動力変動分予測手段と、この駆動力変動分予測手段により求められた駆動力変動分に基づいて、前記回転電機の出力を増加させて前記駆動力変動分を補正する駆動力補正手段とを備えるようにしたものである。
【００１０】
好ましくは、前記駆動力補正手段により求められた駆動力補正分に基づいて、前記内燃機関の出力軸と前記回転電機の出力軸との間の回転数同期を行う回転数同期手段とを備えたハイブリッド自動車の制御装置である。
【００１１】
好ましくは、前記回転数同期手段に、電子制御スロットルを用いたことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置である。
【００１２】
好ましくは、前記回転数同期手段に、前記内燃機関に接続された第２の回転電機を用いたことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置である。
【００１３】
かかる構成により、同期噛み合い式の機構を用いて有段歯車変速機を変速させる場合に、発進クラッチを切ることで生じる変速時のトルク低下、およびモータの駆動トルクを増大させて変速時の減速感の発生を回避する際のイナーシャトルク発生を抑制して、加速性能を向上し得るものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いるハイブリッド自動車の構成を示すシステム構成図である。
【００１５】
エンジン１の出力軸２と変速機の入力軸４０との間に、発進クラッチ３９が配置され、発進クラッチ３９の断・接動作により出力軸２と入力軸４０とは遮断・接続される。入力軸４０には噛み合い歯車３を有する低速用エンジン側歯車４と、噛み合い歯車５を有する高速用エンジン側歯車６と、低速用エンジン側歯車４と高速用エンジン側歯車６と出力軸２を直結するためのハブ７と、低速用シンクロナイザリング８および高速用シンクロナイザリング９とがそれぞれ設けられている。
【００１６】
低速用エンジン側歯車４および高速用エンジン側歯車６が入力軸４０の軸方向に移動しないように、ストッパー（図示しない）が設けられている。ハブ７の内側には、入力軸４０の複数の溝１０と噛み合う溝（図示しない）が設けてあり、ハブ７は入力軸４０の軸方向には移動可能になっているが、入力軸４０の回転方向への移動は制限される。従って、発進クラッチ３９が接続されている場合には、エンジン１から出力されるトルクは、ハブ７に伝達される。
【００１７】
エンジン１からのトルクを低速用エンジン側歯車４および高速用エンジン側歯車６へ伝達するためには、ハブ７を入力軸４０の軸方向に移動させ、低速用シンクロナイザリング８あるいは高速用シンクロナイザリング９を介して、噛み合い歯車３あるいは噛み合い歯車５とハブ７とを直結する必要がある。ハブ７の移動には油圧アクチュエータ２７が用いられ、この油圧アクチュエータ２７はドッグクラッチ制御装置３６により制御される。ここで、ハブ７と噛み合い歯車３、噛み合い歯車５、低速用シンクロナイザリング８、高速用シンクロナイザリング９とから成るクラッチ機構を、「ドッグクラッチ」と称している。このクラッチ機構は、エンジン１などの動力源からのエネルギーを高効率でタイヤ２５に伝達することが可能になり、燃費低減が図れる。
【００１８】
また、変速機の入力軸４０と発電機１８の出力軸１３との直結のためにも、上述のクラッチ機構および油圧アクチュエータは用いられている。入力軸４０には入力軸と一体になって回転する発電機用エンジン側歯車１１が設けられている。また、出力軸１３には、噛み合い歯車１４を有する発電機用発電機側歯車１２と、発電機用発電機側歯車１２と出力軸１３を直結するためのハブ１６と、発電機用シンクロナイザリング１５とが設けられている。ハブ１６は出力軸１３と一体になって回転し、かつ出力軸１３の軸方向に溝１７に沿って移動可能である。
【００１９】
車両（図示しない）駆動用のモータ１９の出力軸２０には、低速用エンジン側歯車４および高速用エンジン側歯車６と、それぞれ噛み合う低速用モータ側歯車２１および高速用モータ側歯車２２とが設けられている。また出力軸２０には最終減速歯車２３が設けられ、モータ１９のみでの走行が可能になっている。
【００２０】
エンジン１では、吸気管２８に設けられた電子制御スロットル２９により吸入空気量が制御され、空気量に見合う燃料量が燃料噴射装置３３から噴射される。電子制御スロットル２９は、スロットルバルブ３０と駆動モータ３１とスロットルセンサ３２とから構成される。
【００２１】
また、空気量および燃料量から空燃比が決定され、燃料噴射装置３３によってシリンダ内に燃料が噴射される。エンジン回転数などの信号から点火時期が決定され、点火装置３４により点火される。燃料噴射装置３３には、燃料が吸気ポートに噴射される吸気ポート噴射方式あるいはシリンダ内に直接噴射される筒内噴射方式があるが、エンジンに要求される運転域（エンジントルク、エンジン回転数で決定される領域）を比較して燃費が低減でき、かつ排気性能が良い方式のエンジンを選択することが望ましい。
【００２２】
次に、エンジン１、発電機１８およびモータ１９の制御装置１００について説明する。
【００２３】
パワートレイン制御ユニット１００には、アクセルペダル踏み込み量α、ブレーキ踏力β、シフトレバー位置Ｉｉ、バッテリ容量Ｖｂ、モータ回転数Ｎｍ、エンジン回転数Ｎｅ、発電機回転数Ｎｇが入力される。パワートレイン制御ユニット１００は、エンジン１のトルクＴｅを演算し、通信手段であるＬＡＮによりエンジン制御ユニッット３５に送信する。エンジン制御ユニット３５内では、エンジン１のトルクＴｅを達成するスロットルバルブ開度、燃料量および点火時期が演算され、それぞれのアクチュエータが制御される。
【００２４】
また、パワートレイン制御ユニット１００はモータ１９および発電機１８の負荷を演算し、それぞれＬＡＮによりモータ制御ユニット３７に送信し、各アクチュエータが制御される。モータ制御ユニット３７は、発電機１８から得られた電力をバッテリ３８に充電したり、モータ１９などを駆動するためバッテリ３８から電力を供給したりする。
【００２５】
パワートレイン制御ユニット１００は、ドライバ意図検出手段１１０と、車速検出手段１２０と、変速切り換え手段１３０と、変速時の駆動力変動分を予測する駆動力変動分予測手段１４０と、駆動力変動分を補正する駆動力補正手段１５０と、エンジン出力軸とモータ出力軸の回転数同期を行う回転数同期手段１６０を備えている。なお、変速切り換え手段１３０については後述する。
【００２６】
ドライバ意図検出手段１１０は、アクセルペダル踏み込み量α、ブレーキ踏力βによりドライバの意図を検出する。
【００２７】
車速検出手段１２０は、モータ回転数センサ（図示しない）などにより検出されたモータ回転数Ｎｍから車速Ｖｓｐを、関数ｆにより、Ｖｓｐ＝ｆ（Ｎｍ）として演算する。
【００２８】
ここで、図２を用いて、変速切り換え手段１３０の処理内容について説明する。図２では、前記エンジン１とモータ１９の運転域をさらに高効率とするため、前記ドッグクラッチを用いた変速機構の変速指令Ｓｓ特性を示している。前記変速指令Ｓｓは、例えば、アクセルペダル踏み込み量αと車速Ｖｓｐとから決定される。変速指令Ｓｓは、予め実験、あるいはシミュレーションなどにより全運転域の中でエンジン１が最高効率になる値が求められ、前記パワートレイン制御ユニット１００内の記憶手段（図示しない）に記憶されている。
【００２９】
また、駆動力変動分予測手段１４０は、前記アクセルペダル踏み込み量αと車速Ｖｓｐとから目標駆動力Ｔｔａｒを、関数ｈにより、Ｔｔａｒ＝ｈ（α，Ｖｓｐ）として演算する。前記関数ｈにより演算された前記目標駆動力Ｔｔａｒと、エンジン回転数センサ（図示しない）などにより検出されたエンジン回転数Ｎｅと、エンジン制御ユニット３５から送信された電子制御スロットル開度θに基づいて演算されたエンジン１のトルクと、モータ制御ユニット３７から送信されるモータ１９のトルクから、駆動力変動分を予測する。
【００３０】
駆動力補正手段１５０は、前記駆動力変動分予測手段により求められた前記駆動力変動分に基づいて、駆動力補正分を演算し、モータ１９の目標トルクＴｍを演算して、ＬＡＮによりモータ１９の目標トルクＴｍをモータ制御ユニット３７に送信する。
【００３１】
また、回転数同期手段１６０は、前記駆動力補正手段により求められた駆動力補正分に基づいて、変速機の入力軸４０と出力軸２０の回転数同期を行うような電子制御スロットル開度θを演算し、エンジン制御ユニット３５に演算された前記電子制御スロットル開度θを送信する。
【００３２】
ここで、図３、図４、図５および図６を用いて、本実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いた変速時の制御方法について説明する。
【００３３】
最初に、図３を用いて、１−２変速時の制御方法について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いた１−２変速時の制御方法を示すタイムチャートである。
【００３４】
図３において、図３（Ａ）は変速指令Ｓｓを示しており、図３（Ｂ）はシフトレバー位置Ｉｉを示しており、図３（Ｃ）はアクセルペダル踏込量αを示しており、図３（Ｄ）はスロットル開度θを示しており、図３（Ｅ）はエンジントルクＴｅを示しており、図３（Ｆ）はモータトルクＴｍを示しており、図３（Ｇ）は出力軸トルクＴｏを示しており、車両駆動力に相当する。図３（Ｈ）はエンジン回転数Ｎｅを示しており、図３（Ｉ）は出力軸回転数Ｎｍを示している。また、横軸は時間ｔを示している。
【００３５】
図３（Ａ）に示すように、時刻ｔ０において、図２で示した変速切り換え手段１３０により、アクセルペダル開度αと、車速Ｖｓｐとから変速指令Ｓｓが出力されると、変速時の駆動力変動を抑制する制御が開始される。簡単のため、図３（Ｃ）に示すように、アクセルペダル踏込量αは一定（α＝αｓ）としている。
【００３６】
まず図３（Ｄ）に示すように、電子制御スロットルにより、ｔ＝ｔ０においてスロットルを閉じ始め、スロットル開度θ＝θ２（＝０）となるように制御する。これは、発進クラッチ３９を接続したまま、ドッグクラッチを１速締結状態から解放状態にするためには、変速機の入力軸４０のトルクと、出力軸２０のトルクとを同期させる必要があるため、ドッグクラッチ解放時の出力軸のトルク低下を補正するモータトルクＴｍに応じて、エンジントルクＴｅを制御する必要があるからである。図３（Ｅ）に示すように、エンジントルクＴｅはスロットル開度θを閉じてから若干の応答遅れがあり、時刻ｔ１においてエンジントルクＴｅが低下し始める。
【００３７】
そして、図３（Ｆ）に示すように、時刻ｔ１においてモータトルクＴｍが増加し始め、図３（Ｂ）に示すように、エンジントルクＴｅとモータトルクＴｍが同期する時刻ｔ２においてドッグクラッチが解放状態となり、シフトレバー位置Ｉｉが１速からニュートラル（Ｎ）へと移動する。このドッグクラッチが解放状態の間、変速機の入力軸４０から出力軸２０にエンジントルクＴｅは伝達されないので、トルク低下が生じ、乗員はショックを感じるので、図３（Ｆ）示すように、モータトルクをＴｍ２に増大させて上記トルク低下分を補正する。このとき、モータトルクがＴｍ２に増大した分、出力軸回転数が増加する。
【００３８】
一方、ドッグクラッチを２速に締結させるためには、エンジン回転数Ｎｅと出力軸回転数Ｎｍの同期を行う必要があるが、スロットルを閉じたままでは、エンジン回転数がＮｅ２まで落ち込み、回転数同期が不完全となるため、締結時にイナーシャトルクが発生したり、２速に締結できないといった問題が生じる。
【００３９】
この問題を解決するため、図３（Ｄ）に示すように、時刻ｔ３においてスロットル開度θをθ３まで増加させ、エンジン回転数Ｎｅを出力軸回転数Ｎｍと同期するように制御する必要がある。このスロットル開度θを増加させるタイミングｔ３と、スロットル開度θ３は、ドッグクラッチ解放時のモータトルクＴｍ２とそのトルクを出力している期間に基づいて、エンジン回転数Ｎｅが出力軸回転数Ｎｍと同期するように決定する。このスロットル開度θ３に応じて、エンジントルクＴｅおよびエンジン回転数Ｎｅはそれぞれ、Ｔｅ３、Ｎｅ３まで増加し、時刻ｔ４においてエンジン回転数Ｎｅ３と出力軸回転数Ｎｍ３が同期してドッグクラッチは２速に締結し、シフトレバー位置Ｉｉはニュートラルから２速へと移動する。また、時刻ｔ＞ｔ４では、エンジントルクＴｅの遅れ分を補正するためにモータトルクをＴｍ３に制御し、エンジントルクＴｅの遅れがなくなるとともに変速制御を終了する。上述の制御方法により、変速時のトルク変動を抑制し、スムースな変速が可能となる。
【００４０】
次に、図４を用いて、変速時の駆動力変動分を予測する方法について説明する。
図４は、本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力変動分予測手段の処理内容を示すフローチャートである。
駆動力変動分予測手段１４０は、アクセルペダル踏み込み量αと車速Ｖｓｐとから求められた目標駆動力に基づいて、駆動力変動分を予測するものである。
【００４１】
最初に、ステップ４０１において、駆動力変動分予測手段１４０は、変速指令Ｓｓを読み込む。
次に、ステップ４０２において、駆動力変動分予測手段１４０は、エンジン回転数センサ（図示しない）などにより検出された変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のエンジン回転数Ｎｅ１を読み込む。
【００４２】
次に、ステップ４０３において、駆動力変動分予測手段１４０は、エンジン制御ユニット３５からＬＡＮにより送信された変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のスロットル開度θ１を読み込む。
次に、ステップ４０４において、駆動力変動分予測手段１４０は、ステップ４０２およびステップ４０３で読み込まれた、エンジン回転数Ｎｅ１と、スロットル開度θ１に基づいて、変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のエンジントルクＴｅ１を演算する。
【００４３】
次に、ステップ４０５において、駆動力変動分予測手段１４０は、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のエンジン回転数Ｎｅ３を、変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）の車速Ｖｓｐに基づいて推定する。
次に、ステップ４０６において、駆動力変動分予測手段１４０は、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のスロットル開度θ４を、変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のスロットル開度θ１に基づいて推定する。
次に、ステップ４０７において、駆動力変動分予測手段１４０は、ステップ４０５およびステップ４０６で読み込まれた、エンジン回転数Ｎｅ３とスロットル開度θ４に基づいて、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のエンジントルクＴｅ４を推定する。
【００４４】
最後に、ステップ４０８において、ステップ４０４およびステップ４０７で求められた、変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のエンジントルクＴｅ１と、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のエンジントルクＴｅ４と、変速機構のギア比と、ハブ７を駆動する油圧アクチュエータ２７によって決まるドッグクラッチの中立（ニュートラル）期間（ｔ１＜ｔ＜ｔ４）とから、駆動力変動分が演算され、予測される。
【００４５】
なお、駆動力変動分予測手段１４０の処理内容としては、上述したような演算を行わずに、アクセルペダル踏み込み量αと、車速Ｖｓｐと、変速指令Ｓｓとから駆動力変動分が得られるマップなどにより、変速時の駆動力変動分を予測してもよいものである。
【００４６】
次に、図５を用いて、本実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力補正手段１５０の処理内容について説明する。
図５は、本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力補正手段の処理内容を示すフローチャートである。
【００４７】
駆動力補正手段１５０は、駆動力変動分予測手段１４０により予測された駆動力変動分に基づいて、駆動力補正分を演算し、前記駆動力補正分を達成するモータトルク指令値Ｔｍを演算して、演算された前記モータトルク指令値Ｔｍをモータ制御ユニット３７に送信する。
【００４８】
最初に、ステップ５０１において、駆動力補正手段１５０は、変速時の駆動力変動分を読み込む。
次に、ステップ５０２において、駆動力補正手段１５０は、ステップ５０１で読み込まれた駆動力変動分に基づいて、駆動力補正分を演算する。
【００４９】
次に、ステップ５０３において、駆動力補正手段１５０は、ステップ５０２で演算された駆動力補正分に基づいて、変速時のモータトルクＴｍ２を演算する。次に、ステップ５０４において、駆動力補正手段１５０は、変速終了後（ｔ＞ｔ４）におけるエンジントルクの遅れ分を予測し、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のモータトルクＴｍ３を演算する。
最後に、ステップ５０５において、駆動力補正手段１５０は、ステップ５０３およびステップ５０４で求められた、変速時のモータトルクＴｍ２および変速終了後（ｔ＞ｔ４）のモータトルクＴｍ３を、モータトルク指令値Ｔｍとして送信する。
【００５０】
次に、図６を用いて、本実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる回転数同期手段１６０の処理内容について説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる回転数同期手段１６０の処理内容を示すフローチャートである。
【００５１】
最初に、ステップ６０１において、回転数同期手段１６０は、駆動力補正分を読み込む。
次に、ステップ６０２において、回転数同期手段１６０は、ステップ６０１で読み込まれた駆動力補正分に基づいて、変速終了時（ｔ＝ｔ４）の出力軸回転数（モータ回転数）Ｎｍ３を演算する。
次に、ステップ６０３において、回転数同期手段１６０は、ステップ６０２で求められた出力軸回転数Ｎｍ３に基づいて、変速終了時（ｔ＝ｔ４）の目標エンジン回転数Ｎｅ３を演算する。
【００５２】
次に、ステップ６０４において、回転数同期手段１６０は、ステップ６０３で求められた変速終了時（ｔ＝ｔ４）の目標エンジン回転数Ｎｅ３に基づいて、回転数同期のための目標スロットル開度θ３を演算する。
次に、ステップ６０５において、回転数同期手段１６０は、ステップ６０４で求められた、回転数同期のための目標スロットル開度θ３を出力する時期ｔ３を演算する。
最後に、ステップ６０６において、回転数同期手段１６０は、ステップ６０４およびステップ６０５で求められた、目標スロットル開度θ３とその出力時期ｔ３に基づいて、目標スロットル開度θ３をエンジン制御ユニット３５に送信する。
【００５３】
図７は本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いるハイブリッド自動車において、回転数同期手段に、変速機の入力軸に接続された発電機を用いたハイブリッド自動車のシステム構成図である。
【００５４】
回転数同期手段１６０ａは、駆動力補正手段１５０で演算された駆動力補正分に基づいて、発電機回転数ＮｇＲＥＦを出力する。このとき、発電機１８により変速機の入力軸４０の回転数を制御するため、ハブ１６を出力軸１３の軸方向に移動させ、発電機用シンクロナイザリング１５を介して、噛み合い歯車１４とハブ７とを直結する必要がある。その他の構成は図１と同じであるので、図１と同様の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
図７のような構成にすることで、発電機１８を用いて、入力軸４０と出力軸２０の回転数同期を行うことが可能となる。
【００５６】
ここで、図８、図９、図１０および図１１を用いて、図７で示した本実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いた変速時の制御方法について説明する。
最初に、図８を用いて、１−２変速時の制御方法について説明する。
図８は、図７で示した本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いた１−２変速時の制御方法を示すタイムチャートである。
【００５７】
図８において、図８（Ａ）は変速指令Ｓｓを示しており、図８（Ｂ）はシフトレバー位置Ｉｉを示しており、図８（Ｃ）はスロットル開度θを示しており、図８（Ｄ）はエンジントルクＴｅを示しており、図８（Ｅ）はモータトルクＴｍを示しており、図８（Ｆ）は出力軸トルクＴｏを示しており、車両駆動力に相当する。図８（Ｇ）は発電機回転数Ｎｇを示しており、図８（Ｈ）はエンジン回転数Ｎｅを示しており、図８（Ｉ）は出力軸回転数Ｎｍを示している。また、横軸は時間ｔを示している。
【００５８】
図８（Ａ）に示すように、時刻ｔ０において、図２で示した変速切り換え手段１３０により、アクセルペダル開度α（図示せず）と、車速Ｖｓｐとから変速指令Ｓｓが出力されると、変速時の駆動力変動を抑制する制御が開始される。図３と同様、アクセルペダル踏込量αは一定（α＝αｓ）としている。
【００５９】
まず、図８（Ｃ）に示すように、電子制御スロットルにより、ｔ＝ｔ０においてスロットルを閉じ始め、スロットル開度θ＝θ２（＝０）となるように制御する。これは、発進クラッチ３９を接続したまま、ドッグクラッチを１速締結状態から解放状態にするためには、変速機の入力軸４０のトルクと、出力軸２０のトルクとを同期させる必要があるため、ドッグクラッチ解放時の出力軸のトルク低下を補正するモータトルクＴｍに応じて、エンジントルクＴｅを制御する必要があるからである。図８（Ｄ）に示すように、エンジントルクＴｅはスロットル開度θを閉じてから若干の応答遅れがあり、時刻ｔ１においてエンジントルクＴｅが低下し始める。
【００６０】
そして、図８（Ｅ）に示すように、時刻ｔ１においてモータトルクＴｍが増加し始め、図８（Ｂ）に示すように、エンジントルクＴｅとモータトルクＴｍが同期する時刻ｔ２においてドッグクラッチが解放状態となり、シフトレバー位置Ｉｉが１速からニュートラル（Ｎ）へと移動する。このドッグクラッチが解放状態の間、変速機の入力軸４０から出力軸２０にエンジントルクＴｅは伝達されないので、トルク低下が生じ、乗員はショックを感じるので、図８（Ｅ）に示すように、モータトルクをＴｍ２に増大させて上記トルク低下分を補正する。このとき、モータトルクがＴｍ２に増大した分、出力軸回転数が増加する。
【００６１】
一方、ドッグクラッチを２速に締結させるためには、エンジン回転数Ｎｅと出力軸回転数Ｎｍの同期を行う必要があるが、ドッグクラッチ解放のためにスロットルを閉じるので、エンジン回転数がＮｅ２まで落ち込み、回転数同期が不完全となり、締結時にイナーシャトルクが発生したり、２速に締結できないといった問題が生じる。
【００６２】
この問題を解決するため、図８（Ｇ）に示すように、時刻ｔ３において発電機を制御して、発電機回転数をＮｇＲＥＦまで増加させ、エンジン回転数Ｎｅを出力軸回転数Ｎｍと同期するように制御する必要がある。このとき、ハブ１６を図７に示す方向に駆動して、発電機１８の出力軸１３と変速機の入力軸４０を直結にしておく必要がある。発電機の目標回転数ＮｇＲＥＦは、ドッグクラッチ解放時のモータトルクＴｍ２とそのトルクを出力している期間に基づいて、エンジン回転数Ｎｅが出力軸回転数Ｎｍと同期するように決定する。この発電機回転数ＮｇＲＥＦに応じて、エンジン回転数ＮｅはＮｅ３まで増加し、時刻ｔ４においてエンジン回転数Ｎｅ３と出力軸回転数Ｎｍ３が同期してドッグクラッチは２速に締結し、シフトレバー位置Ｉｉはニュートラルから２速へと移動する。また、時刻ｔ＞ｔ４では、エンジントルクＴｅの遅れ分を補正するためにモータトルクをＴｍ３に制御し、エンジントルクＴｅの遅れがなくなるとともに変速制御を終了する。上述の制御方法により、変速時のトルク変動を抑制し、スムースな変速が可能となる。
【００６３】
次に、図９を用いて、変速時の駆動力変動分を予測する方法について説明する。
図９は、図７で示した本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力変動分予測手段の処理内容を示すフローチャートである。
駆動力変動分予測手段１４０は、アクセルペダル踏み込み量αと車速Ｖｓｐとから求められた目標駆動力に基づいて、駆動力変動分を予測するものである。
【００６４】
最初に、ステップ９０１において、駆動力変動分予測手段１４０は、変速指令Ｓｓを読み込む。
次に、ステップ９０２において、駆動力変動分予測手段１４０は、エンジン回転数センサ（図示しない）などにより検出された変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のエンジン回転数Ｎｅ１を読み込む。
【００６５】
次に、ステップ９０３において、駆動力変動分予測手段１４０は、エンジン制御ユニット３５からＬＡＮにより送信された変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のスロットル開度θ１を読み込む。
次に、ステップ９０４において、駆動力変動分予測手段１４０は、ステップ９０２およびステップ９０３で読み込まれた、エンジン回転数Ｎｅ１と、スロットル開度θ１に基づいて、変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のエンジントルクＴｅ１を演算する。
【００６６】
次に、ステップ９０５において、駆動力変動分予測手段１４０は、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のエンジン回転数Ｎｅ３を、変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）の車速Ｖｓｐに基づいて推定する。
次に、ステップ９０６において、駆動力変動分予測手段１４０は、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のスロットル開度θ４を、変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のスロットル開度θ１に基づいて推定する。
次に、ステップ９０７において、駆動力変動分予測手段１４０は、ステップ９０５およびステップ９０６で読み込まれた、エンジン回転数Ｎｅ３とスロットル開度θ４に基づいて、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のエンジントルクＴｅ４を推定する。
【００６７】
最後に、ステップ９０８において、ステップ９０４およびステップ９０７で求められた、変速指令出力時（ｔ＝ｔ０）のエンジントルクＴｅ１と、変速終了後（ｔ＞ｔ４）のエンジントルクＴｅ４と、変速機構のギア比と、ハブ７を駆動する油圧アクチュエータ２７によって決まるドッグクラッチの中立（ニュートラル）期間（ｔ１＜ｔ＜ｔ４）とから、駆動力変動分が演算され、予測される。
【００６８】
なお、駆動力変動分予測手段１４０の処理内容としては、上述したような演算を行わずに、アクセルペダル踏み込み量αと、車速Ｖｓｐと、変速指令Ｓｓとから駆動力変動分が得られるマップなどにより、変速時の駆動力変動分を予測してもよいものである。
【００６９】
次に、図１０を用いて、図７で示した本実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力補正手段１５０の処理内容について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力補正手段の処理内容を示すフローチャートである。
【００７０】
駆動力補正手段１５０は、駆動力変動分予測手段１４０により予測された駆動力変動分に基づいて、駆動力補正分を演算し、前記駆動力補正分を達成するモータトルク指令値Ｔｍを演算して、演算された前記モータトルク指令値Ｔｍをモータ制御ユニット３７に送信する。
【００７１】
最初に、ステップ１００１において、駆動力補正手段１５０は、変速時の駆動力変動分を読み込む。
次に、ステップ１００２において、駆動力補正手段１５０は、ステップ１００１で読み込まれた駆動力変動分に基づいて、駆動力補正分を演算する。
【００７２】
次に、ステップ１００３において、駆動力補正手段１５０は、ステップ１００２で演算された駆動力補正分に基づいて、変速時のモータトルクＴｍ２を演算する。
最後に、ステップ１００４において、駆動力補正手段１５０は、ステップ１００３で求められたモータトルクＴｍ２を、モータトルク指令値Ｔｍとして送信する。
【００７３】
次に、図１１を用いて、図７で示した本実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる回転数同期手段１６０ａの処理内容について説明する。
図１１は、図７で示した本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる回転数同期手段１６０ａの処理内容を示すフローチャートである。
【００７４】
最初に、ステップ１１０１において、回転数同期手段１６０ａは、駆動力補正分を読み込む。
次に、ステップ１１０２において、回転数同期手段１６０ａは、ステップ１１０１で読み込まれた駆動力補正分に基づいて、変速終了時（ｔ＝ｔ４）の出力軸回転数（モータ回転数）Ｎｍ３を演算する。
【００７５】
次に、ステップ１１０３において、回転数同期手段１６０ａは、ステップ１１０２で求められた出力軸回転数Ｎｍ３に基づいて、変速終了時（ｔ＝ｔ４）の目標エンジン回転数Ｎｅ３を演算する。
次に、ステップ１１０４において、回転数同期手段１６０ａは、ステップ１１０３で求められた変速終了時（ｔ＝ｔ４）の目標エンジン回転数Ｎｅ３に基づいて、回転数同期のための目標発電機回転数ＮｇＲＥＦを演算する。
最後に、ステップ１１０５において、回転数同期手段１６０ａは、ステップ１１０４で求められた、目標発電機回転数ＮｇＲＥＦをエンジン制御ユニット３５に送信する。
【００７６】
なお、本発明は、上述した各実施形態のシステム構成に限定されるものではなく、例えばエンジンはガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンのいずれであってもよい。そしてこの発明における歯車変速機構は前進３段以上の変速段を設定できるように構成されていてもよく、さらに後進段を設定する歯車変速機構を設けてもよい。
【００７７】
図１２は本発明の他の実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置の制御対象を示すシステム構成図である。
エンジン１０００は電子制御スロットル１００１を備え、図示しない制御装置によりエンジンへ吸入する空気量をアクセルの踏込み量とは別個に変化させ、エンジン出力軸１００２の回転トルクを変化させることができる。なお、エンジン出力軸１００２のトルクは、この電子制御スロットル１００２の制御のほかに、燃料供給量、点火時期制御等によっても変化させることが可能である。
【００７８】
変速機１１００は、エンジン出力軸１００２の回転トルクを、発進クラッチ１１０１を介して変速機入力軸１１０２に伝達する。変速機入力軸１１０２には入力軸側３速ギア１１０３、入力軸側２速ギア１１０４、および入力軸側１速ギア１１０５が固定されている。
これらの入力軸側ギアには、それぞれ出力軸側３速ギア１１０６、出力軸側２速ギア１１０８、出力軸側１速ギア１１１０が常時噛み合わされており、それぞれの径の比に応じた変速比でエンジン出力軸１００２の回転が伝達される。
【００７９】
出力軸側３速ギア１１０６の回転は、湿式クラッチ１１０７を介して変速機出力軸（駆動軸）１２００に伝達される。ここで湿式クラッチ１１０７は例えば多板クラッチが好ましいが、他の湿式のクラッチ、または乾式クラッチを用いてもよい。
【００８０】
出力軸側２速ギア１１０８および出力軸側１速ギア１１１０の回転は、ドッグクラッチ１１０９を介して選択式に変速機出力軸１２００に伝達される。すなわち出力軸側２速ギア１１０８および出力軸側１速ギアの中心は中空になっており、これ自体は変速機出力軸１２００に固定されていない。変速機出力軸１２００に固定されているのはドッグクラッチ１１０９であり、このドッグクラッチ１１０９は変速機出力軸１２００の回転そのままに図１２の左右の矢印方向に移動する。この移動には、図示しない電子ソレノイド等を用いることが望ましい。
【００８１】
ドッグクラッチ１１０９が図１２において右に移動した場合は、ドッグクラッチ１１０９の一方の歯車面が出力軸側１速ギア１１１０に設けられている噛み合わせ歯車面と接触して噛み合わさり、エンジン出力軸１００２の回転は入力軸側１速ギア１１０５と出力軸側１速ギア１１１０の径比に応じて変速され駆動軸１２００に伝達される。
【００８２】
ドッグクラッチ１１０９が図１２において左に移動した場合は、ドッグクラッチ１１０９の一方の歯車面が出力軸側２速ギア１１０９に設けられている噛み合わせ歯車面と接触して噛み合わさり、エンジン出力軸１００２の回転は入力軸側２速ギア１１０４と出力軸側１速ギア１１０８の径比に応じて変速され駆動軸１２００に伝達される。この場合の回転トルクの伝達経路は図１２の矢印１４０２によって表される。
【００８３】
またドッグクラッチ１１０９が出力軸側２速ギア１１０８と出力軸側１速ギア１１１０と噛み合わない中間位置にある場合には、出力軸側２速ギア１１０８と出力軸側１速ギア１１１０を介した回転トルクの伝達は行われず、ニュートラル状態となる。ドッグクラッチ１１０９が図１２の実線、点線位置にない、その中間位置がニュートラル状態である。
【００８４】
ドッグクラッチ１１０９がニュートラル状態のとき、湿式クラッチ１１０７が閉じた状態であれば入力側３速ギア１１０１と出力側３速ギア１１０６の径比に応じた変速比にてエンジン出力軸１００２の回転トルクが駆動軸１２００に伝達される。この場合の回転トルクの伝達経路は図１２の矢印１４０１によって表される。
【００８５】
ドッグクラッチ１１０９がニュートラル状態のとき、湿式クラッチ１１０７が開いた状態であれば、駆動軸１２００とエンジン出力軸の回転が切り離される。
【００８６】
駆動軸（変速機出力軸）１２００に伝達された回転トルクは、ディファレンシャルギア１２０１を介して、駆動輪を駆動する。
【００８７】
入力軸側１速ギア１１０５には、モータ側ギア１３０３、モータ接続クラッチ１３０２を介して、モータジェネレータ１３００が接続されている。モータジェネレータ１３００のモータ軸１３０１の回転と変速機入力軸１１０２とは、モータ接続クラッチ１３０２を開閉することによって継断可能である。
【００８８】
発進クラッチ１１０１が開、モータ接続クラッチ１３０２が閉、かつドッグクラッチ１１０９が出力軸側１速クラッチ１１１０に繋がっている場合、矢印１４０４のような経路にてモータジェネレータ１３００の駆動力による車両発進が可能となり、発進時に燃費効率の悪いエンジン２０００を用いる発進よりも高効率運転が可能である。また坂道降下やブレーキ時等は、矢印１４０３のように回生が可能となる。
【００８９】
このような駆動システムにおいて、モータジェネレータ１３００ではなくエンジン１０００による駆動状態であって、発進クラッチ１１０１が閉、湿式クラッチ１１０７が開、ドッグクラッチ１１０９が出力軸側１速ギア１１１０に繋がっている１速状態から、ドッグクラッチ１１０９が出力軸側２速ギア１１０８に繋がっている２速状態へ変速する場合について図１３を用いて説明する。
【００９０】
この場合、モータ接続クラッチ１３０１は運転モードによって開閉のどちらも有り得る。図示しないバッテリが満充電であれば開、エンジン出力軸１００２の回転によって回生する場合は閉であり、変速機入力軸１１０２の回転トルクをアシストしている場合も閉である。図１３の場合はバッテリ満充電でアシストなしの場合で、モータ接続クラッチが開の場合を例にする。
【００９１】
図１３の点線１５０４は、出力軸側１速ギア１１１０または出力軸側２速ギア１１０８とドッグクラッチ１１０９を介して駆動軸に伝達されるエンジン出力軸１００２の回転トルクである。点線１５０５は、モータジェネレータ１３００が力行状態で、モータ接続クラッチ１３０３および湿式クラッチ１１０７を閉にすることによりモータ側歯車１３０３、変速機入力軸１１０２、入力軸側３速歯車１１０３、出力軸側３速歯車１１０６、閉状態の湿式クラッチ１１０７を介して駆動軸に伝わるトルクである。
【００９２】
１速状態で２速状態への変速信号があると、ドッグクラッチ１１０９が出力軸側１速歯車１１１０と離れることによって、点線１５０４のように駆動軸１２００への伝達トルクが低下する。同時にモータ接続クラッチ１３０２、湿式クラッチ１１０７を閉じることにより、モータジェネレタータ１３００によるトルクは、点線１５０５のように増加しながら駆動軸１２００へ伝達される。従って駆動軸１２００の回転トルクは、点線１５０４から点線１５０５に入れ替わる形で実線１５０３のように変化する。
このことにより、ドッグクラッチ１１０９が１速からニュートラル状態になるときの駆動軸トルクの変動や低下が抑制される。
【００９３】
また、ニュートラル状態から２速状態に移行するときは、ドッグクラッチ１１０９が出力軸側２速歯車に噛み合わさり、一方で湿式クラッチ１１０７およびモータ接続クラッチ１３０２を次第に開にするよう制御する。これにより駆動軸１２００の回転トルクは点線１５０５から点線１５０４に入れ替わる形で実線１５０３のように変化する。
このことにより、ドッグクラッチ１１０９が１速からニュートラル状態になるときの駆動軸トルクの変動が抑制される。
【００９４】
このようにすることにより、駆動軸１２００のトルクは変速時に実線１５０３の如くほぼスムーズなものとなり、運転者へのトルクショックを低減できる。
【００９５】
なお、上記にモータジェネレータ１３００による変速中のトルク補償の例を述べたが、モータジェネレータ１３００を力行できないとき、またはエンジン１０００の駆動力を積極的に用いる場合などは、エンジン１０００と湿式クラッチ１１０７の制御だけでも図１３の実線１５０３のようなトルクショック低減が可能である。
【００９６】
その場合は、電子制御スロットル１００１を用いて図１３の実線１５０１のようにスロットル開度を変化させ、ドッグクラッチ１１０９がニュートラル状態のとき、湿式クラッチ１１０７を閉じる制御をすることにより、エンジン駆動軸１００２、発進クラッチ１１０１、変速機入力軸１１０２、入力軸側３速歯車１１０３、出力軸側３速歯車１１０６、湿式クラッチ１１０７の経路、すなわち図１２の矢印１４０１の経路の伝達トルクを図１３の点線１５０５のように制御でき、モータジェネレータ１３００の上記駆動力の代わりとすることができる。
【００９７】
なお、モータジェネレータ１３００の変速機１１００への接続箇所は、入力軸側１速歯車１１０５に限られず、場合によっては入力軸側２速歯車１１０４、入力軸側２速歯車１１０３や、出力軸側歯車１１０６、１１０８、１１１０に接続するように構成しても同様の効果が得られる。また変速機入力軸１１０２に接続するような形でも同様である。また、歯車の配列は図１２の順番に限られたものではなく、１速と２速が逆の場合でも、変速数が４速、５速である場合でも同様である。また湿式クラッチも３速歯車に設けることに限られない。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジン、モータを搭載したハイブリッド自動車において、同期噛み合い式の機構を用いて有段歯車変速機を変速させる場合に、発進クラッチを切ることで生じる変速時のトルク低下、およびモータの駆動トルクを増大させて変速時の減速感の発生を回避する際のイナーシャトルク発生を抑制し、自動車の加速性能の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いるハイブリッド自動車の構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる変速切り換え手段の処理内容の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いた変速切り換え時の制御方法を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力変動分予測手段の処理内容の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力補正手段の処理内容の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる回転数同期手段の処理内容の説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いたハイブリッド自動車の構成を示すシステム構成図である。
【図８】本発明の他の実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置を用いた変速切り換え時の制御方法を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の他の実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力変動分予測手段の処理内容の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる駆動力補正手段の処理内容の説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態によるハイブリッド自動車の制御装置に用いる回転数同期手段の処理内容の説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態によるハイブリッド自動車のシステム構成図である。
【図１３】本発明の実施形態の変速切り換え時の制御を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１・・・エンジン、４・・・低速用エンジン側歯車、６・・・高速用エンジン側歯車、１８・・・発電機、１９・・・モータ、３５・・・エンジン制御ユニット、３６・・・ドッグクラッチ制御装置、３７・・・モータ制御ユニット、３８・・・バッテリ、１００・・・パワートレイン制御ユニット、１１０・・・ドライバ意図検出手段、１２０・・・車速検出手段、１３０・・・変速切り換え手段、１４０・・・駆動力変動分予測手段、１５０・・・駆動力補正手段、１６０・・・回転数同期手段。
【図１】
0003706290.tif 000002
【図２】
0003706290.tif 000003
【図３】
0003706290.tif 000004
【図４】
0003706290.tif 000005
【図５】
0003706290.tif 000006
【図６】
0003706290.tif 000007
【図７】
0003706290.tif 000008
【図８】
0003706290.tif 000009
【図９】
0003706290.tif 000010
【図１０】
0003706290.tif 000011
【図１１】
0003706290.tif 000012
【図１２】
0003706290.tif 000013
【図１３】
0003706290.tif 000014