(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、前記内燃機関に接続されるクラッチ付き有段変速機と、当該有段変速機と駆動輪との間に配置された発電機であって、減速時に駆動輪の駆動力により回生発電可能な発電機と、を含む車両の変速機制御装置において、
内燃機関の回転数を検出する回転検出手段と、
前記発電機による回生発電を行う場合に、前記内燃機関と有段変速機との接続を継続した状態で、前記有段変速機の変速段を前記内燃機関の回転数が当該内燃機関の自立駆動を可能にする所定回転数以上に維持できる変速段の中で最も高速側の変速段を選択する変速段制御手段と、
を含むことを特徴とする車両の変速機制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記変速段制御手段は、
選択した最も高速側の変速段が有段変速機の最低変速段である場合に、前記内燃機関と有段変速機との接続を分離することを特徴とする車両の変速機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の変速機制御装置、特に、内燃機関と有段変速機とを含み当該有段変速機の後段に発電機が配置され、この発電機により回生発電を行う車両において、回生エネルギの獲得を効率よく行いつつ、内燃機関の駆動をスムーズに行うことのできる車両の変速機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、内燃機関（ガソリンエンジンやディーゼルエンジン）の駆動により走行する車両において、各種電子機器の駆動を行うためにバッテリを搭載している。このバッテリの充電は車載の発電機（オルタネータ）により行われる。また、近年では、環境保護及び燃費向上の効果が大きなハイブリット（ＨＶ）システムを搭載する車両（以下、ＨＶ車両という）の開発及び実用化が進んでいる。ＨＶシステムは、内燃機関と電気モータ（通常、モータ・ジェネレーター；ＭＧ）のように２種類の動力源を組み合わせて使用するパワートレーンであり、走行状況に応じて、内燃機関と電気モータの使い分けを行うことにより、それぞれの特長を活かしつつ、不得意な部分を補うことができるため、滑らかでレスポンスのよい動力性能を得ることができる。このようなＨＶ車両においてもＭＧを電気モータとして駆動するためにバッテリが搭載されている。このバッテリの充電は、ＭＧをジェネレータとして使用して発電し行われる。すなわち、内燃機関の駆動力によりジェネレータ機能を駆動して発電したり、車両が減速等を行う際に行う回生動作によって行う。
【０００３】
回生は、車両が減速する時に運動エネルギを電気エネルギに変換することにより行われる。この時、運動エネルギの全てを電気エネルギに変換できれば最も効率のよい回生を行うことができるが、発電機に回生発電を行わせる駆動軸には、変速機等を介してエンジンも接続されているため、減速時の運動エネルギは、エンジンを連れ回し（空回し）するためにも使用されてしまう。エンジンが連れ回しされると、エンジンフリクションによりエネルギ損失（エンジンフリクションはエンジン回転数の二乗に比例する）が発生し、発電機に供給される運動エネルギは減少し実際に回生できる電力量が減ってしまう。
【０００４】
従来、回生で得られる実際の回生電力量を向上する方法として、例えば、回生制御時に、駆動軸とエンジンの間に設けられたクラッチを切断して、エンジンの連れ回しを止めて、運動エネルギのロスを排除し、駆動軸の運動エネルギを発電機に提供して回生効率を向上させる方法がある。また、他の方法として、駆動軸とエンジンの間に配置された有段変速機のギア比を自動で一番高い側（５速や６速）にシフトしてエンジン回転数を低減させることにより、エンジンフリクションを小さくしてエネルギ損失を低減し、回生効率を向上させる方法等がある。また、後者の方法に関連して、特開平８−２５１７０８号公報等には、発電機が最も良好な効率を得られる条件で運転できるように変速機のギア比（ギア段）を選択するような技術も開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回生効率を向上するために、前者の方法のように、クラッチによりエンジン側の切断を行うと、エンジン回転数はアイドリング回転数まで減少するか停止してしまうので、車両の走行状態が減速から加速に移行した場合、エンジン回転数を強制的に増加した後、クラッチの接続動作を行う必要が生じ、運転者のアクセル操作に対する追従遅れが発生しスムーズな加速を阻害し、運転者に違和感を与えてしまうという問題がある。また、後者のように、有段変速機のギア比を高速側にシフトする場合、減速により車速が低下していきエンジン回転数（駆動軸の回転数×ギア比）がエンジンの始動可能回転数を下回ってしまう場合があり、再始動（ファイアリング再開）が困難になってしまうという問題がある。また、最高速ギア段のままで車両が減速（停止）してしまうため、再加速（再発進）の際には、低速側にギア段をシフトする必要があり、やはりアクセル操作に対して追従遅れが発生しスムーズな加速を阻害し運転者に違和感を与えてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、有段変速機の後段（車輪側）に発電機を有する車両において、前記発電機により回生発電を行う場合、回生エネルギの獲得を効率よく行いつつ、内燃機関の再始動による車両の走行復帰をスムーズに行うことのできる車両の変速機制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、内燃機関と、前記内燃機関に接続されるクラッチ付き有段変速機と、当該有段変速機と駆動輪との間に配置された発電機であって、減速時に駆動輪の駆動力により回生発電可能な発電機と、を含む車両の変速機制御装置において、内燃機関の回転数を検出する回転検出手段と、前記発電機による回生発電を行う場合に、前記内燃機関と有段変速機との接続を継続した状態で、前記有段変速機の変速段を前記内燃機関の回転数が当該内燃機関の自立駆動を可能にする所定回転数以上に維持できる変速段の中で最も高速側の変速段を選択する変速段制御手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、減速制御時に有段変速機は常に内燃機関の自立駆動を可能にする所定回転数以上を維持できる変速段の中で最も高速側の変速段に選択される。つまり、内燃機関の回転数は常に所定回転数以上で、しかも使用する変速段が高速側にシフトすることで、内燃機関の回転数が所定回転数に接近するように制御される。その結果、内燃機関のフリクションは低減され、回生時のエネルギロスを最小限度に抑えることが可能になり、効率的な回生を行うことができる。また、常時、内燃機関の回転数は自立駆動開始準備状態にあるので、従来のようにクラッチの接続動作や、回転数の増加動作、変速段のシフト動作等を伴うことなくスムーズかつ迅速に車両を減速から加速に移行し、違和感無く走行復帰を行うことができる。
【０００９】
上記のような目的を達成するために、上記構成において、前記変速段制御手段は、選択した最も高速側の変速段が有段変速機の最低変速段である場合に、前記内燃機関と有段変速機との接続を分離することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、内燃機関の分離後は、内燃機関のフリクションが消失しエネルギロスが低減し、駆動輪の持つ運動エネルギにより効率的な回生を行えると共に、内燃機関と有段変速機の接続を再開する時に、有段変速機の変速段は、最低変速段で待機しているので、車両は従来のように変速段の最高段からのシフト動作等を伴うことなくスムーズに加速（始動）動作に移行することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１には、本発明の実施形態に係る車両の構成概念図が示されている。本実施形態において、有段変速機の後段（車輪側）に発電機を有する車両の一例として、前記発電機がモータ・ジェネレータ（ＭＧ）で構成され、内燃機関（ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等）と協同または、それぞれが単独で駆動輪を駆動するハイブリッド（ＨＶ）車両１０を示す。
【００１３】
図１に示すように、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関１２（以下、エンジン１２という）には、クラッチ（自動）１４ａで接離可能な有段変速機１４が接続されている。この有段変速機１４の出力側は、ＭＧ１６に接続されている。さらに、前記ＭＧ１６には、当該ＭＧ１６をジェネレータ（発電機）として使用したときに発生した回生エネルギを充電すると共に、電気モータとして使用した場合に電気エネルギを提供するバッテリ２０が接続されている。そして、エンジン１２、有段変速機１４、ＭＧ１６、バッテリ２０等には、個々の動作状態を監視し、相互に関連付けて制御を行う制御部２２が接続されている。
【００１４】
通常、ＨＶ車両１０を走行させる場合、制御部２２は、図示しないアクセルの踏み込み量と車速から運転者の希望する走行状態を実現するために必要とされるエンジン１２の出力を求め、有段変速機１４の使用段を決め、更にエンジン１２の回転数や燃料噴射量等を決めている。この時のＨＶ車両１０の走行のための制御形態としては、有段変速機１４を介したエンジン１２のみの駆動力でＨＶ車両１０を走行させる場合と、エンジン１２のみの駆動力以上の駆動力を運転者が要求する場合に、バッテリ２０からの電力供給によりＭＧ１６を電気モータとして駆動して、ＭＧ１６の駆動力をエンジン１２の駆動力に付加してＨＶ車両１０を走行させる場合と、バッテリ２０からの電力供給によりＭＧ１６を電気モータとして駆動して、ＭＧ１６のみでＨＶ車両１０を走行させる場合とに分かれる。
【００１５】
また、制御部２２は、バッテリ２０の充電容量（ＳＯＣ）が所定量より少ない場合、その不足分をＭＧ１６を発電機として駆動して補う。つまり、エンジン１２の出力を増加し、有段変速機１４を介して、駆動軸１８にＨＶ車両１０の走行に必要な駆動力を伝達すると共に、ＭＧ１６を発電機として駆動して、バッテリ２０の充電を行い、バッテリ２０のＳＯＣを所定値まで増加させる場合と、ＨＶ車両１０の減速時に駆動軸１８の運動エネルギによりＭＧ１６を発電機として機能させ回生電力を得て、バッテリ２０に充電する場合とがある。なお、バッテリ２０のＳＯＣが所定量以上の場合、制御部２２は、エンジン１２の出力をＨＶ車両１０の走行に必要な駆動力より低下させると共に、ＭＧ１６を電気モータとして駆動して、駆動軸１８を有段変速機１４を介したエンジン１２の駆動力と、ＭＧ１６の電気モータとしての駆動力の合力により駆動する。その結果、エンジン１２の動作を抑制して燃費を向上させることができると共に、過剰状態のバッテリ２０を放電しバッテリ２０の状態を所定値まで低下させることで、次に回生が行われる時に、十分な回生電力の回収を行えるように充電領域を準備することができる。このようにして、制御部２２は効率的な電気エネルギの利用を図り、ＨＶ車両１０の駆動を行っている。
【００１６】
ところで、ＨＶ車両１０が回生可能なエネルギＷ0は、減速時のＨＶ車両１０の持つ運動エネルギから空力抵抗や転がり抵抗等の損失分を減算した量になる。しかし、実際は、ＨＶ車両１０が減速するときにブレーキで発熱した分のエネルギロスＬ1、ＭＧ（発電機）１６自体のエネルギロスＬ2が消失する。さらに、図１から明らかなように駆動軸１８には、ＭＧ１６が接続されていると共に、有段変速機１４を介してエンジン１２が接続されているので、回生発電を行う場合、駆動軸１８は、ＭＧ１６と共に有段変速機１４及びエンジン１２を回転（モータリング；空回し）することになる。その結果、エンジン１２のモータリングによるエネルギロスＬ3も消失する。図２には、回生可能なエネルギＷ0を１００％としたときの各エネルギロスＬ1，Ｌ2，Ｌ3の割合の例が示されている。従って、実際にＭＧ１６が回生できるエネルギ量は、回生エネルギＷとなる。
【００１７】
ここで、回生時に図１におけるクラッチ１４ａを切断してしまえば、エンジン１２のモータリングに基づくエネルギロスＬ3が無くなるので、回生エネルギＷは増加する。しかし、その反面、前述したように、エンジン１２の回転がアイドリング回転程度まで低減、または停止するため、次の加速開始時には、エンジン１２の回転数を所定値まで引き上げた後、クラッチ１４ａをつなぐ必要が生じる。その結果、スムーズな加速制御を行うことができなくなり、運転者に違和感を与えてしまう。
【００１８】
また、クラッチ１４ａを切断しなくても有段変速機１４の変速段を最高速側にシフトすれば、エンジン１２の回転数（モータリング回転数）は低下するので、エンジン１２のエンジンフリクションに基づくエネルギロスＬ3は減少する。つまり、回生エネルギＷは増加する。しかし、その反面、前述したように、減速によりＨＶ車両１０の車速が低下していきエンジン１２の回転数（駆動軸１８の回転数×ギア比）がエンジン１２の始動可能回転数を下回ってしまう場合があり、再始動（燃焼再開）が困難になってしまう。また、有段変速機１４の変速段が最高段のままで車両が減速（停止）してしまうため、再加速（再発進）の際には、低速側にギア段をシフトする必要があり、やはりアクセル操作に対して追従遅れが発生しスムーズな加速を阻害し運転者に違和感を与えてしまう。
【００１９】
本実施形態の特徴的事項は、きるだけエンジン１２の回転数（モータリング回転数）を下げて、エンジン１２におけるエネルギロスを低減し回生効率の向上を図ると共に、エンジン１２に対するクラッチ等の切断を行うことなく、スムーズなエンジン１２の再駆動（加速）を行うところである。
【００２０】
そのために、本実施形態においては、減速制御時に、有段変速機１４の変速段は、エンジン１２の自立駆動を可能にする所定回転数以上を維持できる変速段の中で最も高速側に選択される。つまり、エンジン１２の回転数を常に所定回転数以上（例えば、１０００ｒｐｍ）で、しかも所定回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）である低回転に接近するように、有段変速機１４の使用段を可能な限り高速側に制御する。その結果、エンジン１２の回転数は低下し、エンジン１２の回転数の二乗に比例するエンジンフリクションは低減する。つまり、エンジン１２の空回しによるエンジンフリクションが低減し、回生時のエネルギロスを最小限度に抑え、ＭＧ１６における回生効率を向上する。また、エンジン１２を再駆動（加速）する時は、エンジン１２は自立駆動可能状態になっているので、スムーズに再駆動（加速）に移行することができる。
【００２１】
図３には、図１における制御部２２における有段変速機１４の制御手順を説明するフローチャートが示されている。
【００２２】
制御部２２は、駆動軸１８等に配置された回転センサ１８ｂからの情報に基づき、ＨＶ車両１０が減速状態に移行したか否か、すなわち回生可能状態であるか否かの判断を常時行う（Ｓ１００）。もし、減速状態であると判断した場合、制御部２２は有段変速機１４に対して変速段を最高シフト（変速段）、例えば５速に移行するように指令を出す（Ｓ１０１）。ここで、有段変速機１４を最高変速段側にシフトすることにより空回し状態（減速制御によりトルク要求が行われていない状態）のエンジン１２の回転数は低下し、前述した通り、エンジン１２のエンジンフリクションは低下し、モータリングによるエネルギロスＬ3が減少し、ＭＧ１６により実際に回生できる回生エネルギＷが増加する。
【００２３】
この間、制御部２２は回転センサ１８ｂからの駆動軸回転数Ｎｐと現在使用している有段変速機１４の使用段のギア比に基づき、Ｎｐ×ギア比＞始動可能回転数か否かの判断を行う（Ｓ１０２）。なお、この判断は、Ｎｐ×ギア比＝エンジン１２の回転数なので、エンジン１２の回転数を直接検出し、始動可能回転数と比較することによって行ってもよい。ここで、始動可能回転数とは、エンジン１２のファイアリングをスムーズに行うことのできる最低限の回転数、すなわちエンジン１２が自立駆動できる最低回転数であり予め定められた値である。もし、Ｎｐ×ギア比＞始動可能回転数である場合、有段変速機１４の現在の使用段を維持した状態で、ＨＶ車両１０が減速中であるか否かの確認を行う（Ｓ１０３）。減速状態が維持されている場合、（Ｓ１０２）に戻って、Ｎｐ×ギア比＞始動可能回転数であるか否かの監視を継続する。もし、（Ｓ１０３）において、減速制御が停止している場合、制御部２２は、運転者の走行要求（アクセル開度等に基づく要求）に基づいて有段変速機１４の通常制御（走行要求、車速、エンジン回転数等に基づく最適使用段の選択制御）を行うと共に（Ｓ１０４）、（Ｓ１００）に戻り減速状態に移行したか否かの監視を再開する。
【００２４】
一方、（Ｓ１０２）で制御部２２がＮｐ×ギア比＞始動可能回転数ではないと判断した場合、つまり、ＨＶ車両１０の減速により、エンジン１２の回転数がさらに低下し、エンジン１２の再始動（ファイアリング再開）が困難になると判断して、有段変速機１４の使用段を一段だけ減速側にシフトして、エンジン１２の回転数を始動可能回転数以上に復帰させる（Ｓ１０５）。そして、制御部２２は有段変速機１４の使用段が最低変速段（１速）であるか否かの判断を行い（Ｓ１０６）、１速では無い場合、（Ｓ１０３）に移行し、（Ｓ１０３）における前述の制御を繰り返す。また、（Ｓ１０６）において、有段変速機１４の使用段が最低変速段（１速）である場合、変速段の変更によりこれ以上エンジンの回転数を上昇させることができないため、エンジン１２と有段変速機１４との間のクラッチ１４ａを切断して、エンジンを停止させる。その結果、継続的に効率的な回生が行えるようになる。なお、エンジン１２と有段変速機１４の接続を再開する時には、有段変速機１４の変速段は、最低変速段（１速）で待機しているので、ＨＶ車両１０は従来のように変速段の最高段からのシフト動作等を伴うことなくスムーズに加速（始動）動作に移行することが可能になり、運転者のアクセル操作に迅速に追従した制御が可能になる。
【００２５】
図４は、図３のフローチャートの制御を実施した場合のエンジン１２の回転数の推移と、有段変速機１４の使用段の推移の様子を示すタイムチャートである。図において、Ａ点でＨＶ車両１０の減速が開始され、有段変速機１４には最高の変速段に移行する指令が出されているが、この場合、車速があまり高速でなかったため、シフト制限（車速等により予めマップ等で決められている）が実施され、シフト可能な最高段が３速である場合が示されている。もちろん、車速が高い場合、有段変速機１４は５速等にシフトする。その後、図３のフローチャートにおいて、（Ｓ１０２）以降の処理が行われ、始動可能回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）を維持するためにシフトダウン制御が行われている。また、シフトが１速に移行し、さらに、ＨＶ車両１０が停止した後、ＨＶ車両１０が再発進する場合、有段変速機１４のシフトは、既に１速に移行しているので、シフト変更等の処理（高段側から１速に移行する処理）を行うことなくスムーズな発進動作を行い、エンジン１２の回転数を増加していくことができる。
【００２６】
このように、ＨＶ車両１０の減速時に、エンジン１２の始動可能（自立駆動可能）回転数以上を維持しつつ、有段変速機１４の使用段を最高変速段に選択することにより、エンジン１２の回転数をできるだけ下げ、エンジンフリクションを減少させ、駆動軸１８の運動エネルギの減少を低減させることができるので、ＭＧ１６による回生を効率的に行うことができる。また、エンジン１２は、常に始動可能（自立駆動可能）回転数以上を維持しているので、エンジン１２の再駆動をスムーズに行うことができる。
【００２７】
なお、本実施形態で示した制御手順は一例であり、減速時に有段変速機１４の使用段をエンジン１２の始動可能（自立駆動可能）回転数以上を維持しつつ、その使用段を最も高速側の変速段に選択する構成であれば、本実施形態と同様な効果を得ることができる。また、変速制御装置を有する車両としてＨＶ車両を例にとって説明したが、内燃機関と回生発電を行う発電機を有する車両においても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、有段変速機の後段（車輪側）に発電機を有する車両において、前記発電機により回生発電を行う場合、回生エネルギの獲得を効率よく行いつつ、内燃機関の駆動をスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る変速機制御装置を有するＨＶ車両の構成ブロック図である。
【図２】  車両減速時の回生可能エネルギと消失するエネルギの関係を示す説明図である。
【図３】  本発明の実施形態に係る変速機制御装置の制御手順を説明するフローチャートである。
【図４】  本発明の実施形態に係る変速機制御装置による処理を行った場合のエンジンの回転数の推移と、有段変速機の使用段の推移の様子を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０  ハイブリッド（ＨＶ）車両、１２  内燃機関（エンジン）、１４  有段変速機、１４ａ  クラッチ、１６  モータ・ジェネレーター（ＭＧ）、１８  駆動軸、１８ａ  駆動輪、１８ｂ  回転センサ、２０  バッテリ、２２  制御部。
【図１】
0003712910.tif 000002
【図２】
0003712910.tif 000003
【図３】
0003712910.tif 000004
【図４】
0003712910.tif 000005