(57)【要約】【課題】  変速機の回転数同期と電動モータの回転数制御による回転数同期との間で干渉が生じないような制御装置を提供すること。【解決手段】  変速の際、入力軸４９の回転数と、電動モータ７の目標回転数との回転差が、変速機９の回転数同期と電動モータ７の回転数制御による同期が干渉を起さない下限値「ａ」以上の時は変速機９の回転数同期と電動モータ７の回転数同期を併用し、「ａ」以下の時は、変速機９の回転数同期のみを用いると共に電動モータ７の回転抵抗および変速機９の回転抵抗と同等の出力トルクを発生させるべく電動モータ７を制御して、これらのトルクを相殺する。【選択図】  図３
2005282741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと
同期装置を備えた機械式自動変速機と、
前記エンジンと前記機械式自動変速機との間に介装された電動モータと、
を備えたハイブリッド自動車において、
変速時の同期作用を前記同期装置による同期と前記電動モータの回転制御との双方により行う併用同期機能を有すると共に、
前記同期装置の入力軸回転数と前記電動モータの目標回転数との差が一定値より大きいときは、前記併用同期機能による同期を行い、前記一定値より小さい時は、前記同期装置による同期のみを継続して行うと共に、前記電動モータの回転抵抗および前記機械式自動変速機の回転抵抗と同等の出力トルクを発生させるべく前記電動モータを制御することを特徴とする、ハイブリッド自動車の制御装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械式自動変速機を備えたハイブリッド自動車の変速時におけるモータの回転数制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題への対処や、燃費の向上を目的として、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ、Hybrid Electric Vehicle）の開発が進められている。
ハイブリッド自動車は、動力源としてガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等に加え、電動モータを備えている。ハイブリッド自動車の種類はエンジンを発電にのみ用い、電動モータのみで走行するシリーズ式と、エンジンと電動モータの両方で走行するパラレル式の２種類があるが、状況に応じて、動力源としていずれかを選択することにより、燃費の向上と排ガスの抑制を図ることができるパラレル式が主流となっている。
【０００３】
また、近年、大型貨物自動車等における運転者の負担軽減のため、機械式自動変速機を備えた車両が開発されており、前記ハイブリッド自動車が機械式自動変速機を備える場合がある。
【０００４】
このような機械式自動変速機を備えたパラレル式ハイブリッド自動車において、変速を行う際には、変速機の回転抵抗に加え、電動モータの回転抵抗が生じるため、電動モータを有さない通常の機械式自動変速機と比べ、同期に時間がかかり、変速時間が長くなるという欠点があった。
【０００５】
この改善策として、変速機の回転数同期装置を用いるだけでなく、電動モータの回転数を制御して同期を行う方法がある。
【特許文献１】特開２００１−２１３１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような方法では、電動モータの目標回転数を制御するための車速情報や、回転数制御の制御精度に誤差が生じた場合、変速機の回転数同期と電動モータの回転数制御による同期との間で干渉が生じ、変速機の同期装置への負担の増加、同期崩れによるギヤ鳴り等の問題が生じていた。
具体的に述べると、変速機の回転数同期のための電動モータの回転数制御に際し、実際にはすでに同期しているにもかかわらず、車速検出値の誤差や回転数制御の誤差により、電動モータの回転数制御が終了しないことがある。
それにより、変速ギヤの慣性に加え、電動モータの回転力が負荷となり、変速機の同期装置への負担が増大し、同期崩れによるギヤ鳴りが発生していた。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは同期時間を短縮するような制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、本発明は、エンジンと、同期装置を備えた機械式自動変速機と、前記エンジンと前記機械式自動変速機との間に介装された電動モータと、を備えたハイブリッド自動車において、変速時の同期作用を前記同期装置による同期と前記電動モータの回転制御との双方により行う併用同期機能を有すると共に、前記同期装置の入力軸回転数と前記電動モータの目標回転数との差が一定値より大きいときは、前記併用同期機能による同期を行い、一定値より小さい時は、前記同期装置による同期のみを継続して行うと共に、前記電動モータの回転抵抗および前記機械式自動変速機の回転抵抗と同等の出力トルクを発生させるべく前記電動モータを制御することを特徴とする、ハイブリッド自動車の制御装置である。
【０００９】
本発明では、機械式変速機の回転数同期と、電動モータの回転数同期の２つを備え、変速の際、入力軸回転数と、電動モータの目標回転数との回転差が一定値より大きい時は２つの同期を併用し、回転差が一定値より小さい時は、前記電動モータの回転抵抗および前記機械式自動変速機の回転抵抗と同等の出力トルクを発生させるべく前記電動モータを制御し、これらの抵抗を相殺する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明を実施することにより、変速時における電動モータの回転抵抗および前記機械式自動変速機の回転抵抗が相殺され、変速機の負担が軽減されるため、変速時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
図１は、機械式自動変速機を備えたハイブリッド自動車１の模式図である。
エンジン３の出力側にはクラッチ５が設けられ、クラッチ５には電動モータ７が設けられ、電動モータ７には変速機９が設けられている。
【００１２】
クラッチ５はアクチュエータである電動ＣＣＵ（Clutch Control Unit）１１によって断接駆動されるようになっており、変速機９は、アクチュエータである電動ＧＳＵ（Gear Shift Unit）１３によって変速操作されるようになっている。
エンジン３はエンジンＥＣＵ（Electric Control Unit）１５によって制御され、電動ＣＣＵ１１、電動ＧＳＵ１３は変速機ＥＣＵ１７によって電気信号を通じて制御されている。
【００１３】
変速機ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ（中央演算装置）やメモリ等を備え、変速機ＥＣＵ１７にはチェンジレバーユニット１９、パーキングブレーキ２１の作動を検出するパーキングブレーキスイッチ２３、ブレーキペダル２５の作動を検出するストップランプスイッチ２７、エンジンＥＣＵ１５等が接続されており、エンジンＥＣＵ１５、チェンジレバーユニット１９、パーキングブレーキスイッチ２３、ストップランプスイッチ２７等からの信号が入力されるようになっている。
変速機ＥＣＵ１７は、これらの入力信号に基づいて、変速を行うか否かの判断をし、変速を行う場合は、クラッチ５の断接のためのＣＣＵ駆動信号を電動ＣＣＵ１１に送信したり、シフトチェンジのためのＧＳＵ駆動信号を電動ＧＳＵ１３に送信したりする。
【００１４】
エンジンＥＣＵ１５はＣＰＵ（中央演算装置）やメモリ等を備え、エンジンＥＣＵ１５にはアクセルペダル２９の踏み込み量を検出するアクセル踏み込み量センサ３１、排気ブレーキメインバルブ３３、排気ブレーキスイッチ３５、変速機ＥＣＵ１７等が接続され、アクセル踏み込み量センサ３１、排気ブレーキスイッチ３５等からの信号が入力されるようになっている。
エンジンＥＣＵ１５は、これらの入力信号に基づいてエンジン３の回転数を変えるかどうか等の判断を行い、エンジン３の回転数を変える場合には、エンジン３にエンジン駆動信号を送る。また、エンジンＥＣＵ１５は入力信号に基づいて排気ブレーキを作動させるかどうかを判断し、作動させる場合は、排気ブレーキメインバルブ３３に排気ブレーキ駆動信号を送る。
【００１５】
モータＥＣＵ３７は、ＣＰＵ（中央演算装置）やメモリ等を備え、モータＥＣＵ３７にはインバータ３９とジャンクションボックス４１が接続され、インバータ３９からの信号が入力されるようになっており、入力信号に基づき、インバータ３９に電動モータ７を作動させる信号を出している。
【００１６】
バッテリＥＣＵ４３は、ＣＰＵ（中央演算装置）やメモリ等を備え、バッテリＥＣＵ４３にはジャンクションボックス４１とバッテリ４５が接続され、ジャンクションボックス４１、バッテリ４５からの信号が入力されるようになっており、入力信号に基づいてバッテリ４５の残量を監視している。
【００１７】
また、エンジンＥＣＵ１５、変速機ＥＣＵ１７、モータＥＣＵ３７、バッテリＥＣＵ４３はＣＡＮ（Controller Area Network）通信４７を通じて接続されており、相互に情報を交換できる。
【００１８】
次に、変速機９およびその周辺の装置について説明する。図２は変速機９とその周辺装置４７を示す模式図である。
エンジン３の出力側にはクラッチ５が設けられ、クラッチ５には電動モータ７が設けられ、電動モータ７には変速機９が設けられている。
【００１９】
変速機９では電動モータ７に接続された入力軸４９に駆動歯車５１が設けられている。駆動歯車５１はカウンターシャフト５３に設けられたカウンター歯車５５と噛み合っており、カウンターシャフト５３には常時、入力軸４９からの動力が伝えられている。
【００２０】
カウンターシャフト５３に設けられたカウンター歯車５７、５９はそれぞれ出力軸６１に設けられた1速歯車６３、２速歯車６５と噛み合っている。なお、通常は３速、４速‥と複数の歯車が設けられているが、３速以降の歯車は省略する。また、出力軸６１にはハブ６７、シンクロナイザリング６９、７１が設けられ、ハブ６７にはスリーブ７３が設けられている。スリーブ７３にはセレクタ７５が設けられ、変速の際、セレクタ７５は電動ＧＳＵ１３によって、スリーブ７３と一体になってＡ方向及びＢ方向に移動可能になっている。
【００２１】
出力軸６１の一端にはファイナルギヤ７７が設けられ、ファイナルギヤ７７には車輪７９が設けられており、出力軸６１からの動力は、ファイナルギヤ７７で最後に回転数を調整されて車輪７９に伝えられる。
【００２２】
ところで、図２はギヤがニュートラルの状態であり、１速歯車６３、２速歯車６５は共に出力軸６１とは繋がっておらず、エンジン３及び電動モータ７の動力は、出力軸６１に伝えられていない。
【００２３】
そのため、１速歯車６３か２速歯車６５のどちらかを出力軸６１と繋げる、いわゆる変速操作を行う必要がある。例えば１速に変速する場合、まず電動ＧＳＵ１３がセレクタ７５をＢ方向に移動させる。セレクタ７５はスリーブ７３に設けられているため、スリーブ７３はセレクタ７５と共に移動し、シンクロナイザリング７１を１速歯車６３に接触させて同期を開始する。同期が完了した後は、スリーブ７３は更に移動し、１速歯車６３の図示しないギヤと噛み合い、いわゆるギヤ入れが行われ、変速操作が完了する。
【００２４】
次に、本実施形態による変速時の制御方法について、ギヤを２速から1速にシフトダウンする場合を例に説明する。
図３は本実施の形態の変速時におけるフローチャートである。
変速機ＥＣＵ１７は車速信号が一定値に達すると変速を行うため、電動ＣＣＵ１１にＣＣＵモータ駆動信号を送信してクラッチ５を切る指令を出し、電動ＣＣＵ１１はクラッチ５を切ると共に、クラッチストローク信号を変速機ＥＣＵ１７に送信する（ステップ１０１）。
クラッチストローク信号を受信した変速機ＥＣＵ１７は、クラッチを切るのが終了したかどうかを判断し、終了したと判断すると、次のステップに進む（ステップ１０２）。
【００２５】
次に、変速機ＥＣＵ１７は電動ＧＳＵ１３にＧＳＵモータ駆動信号を送信してギヤ抜き指令を出す。信号を受信した電動ＧＳＵ１３はセレクタ７５をＢ方向に移動させ、スリーブ７３を２速歯車６５のギヤから離し（ギヤ抜き）、シフトストローク信号を変速機ＥＣＵ１７に送信する。（ステップ１０３）。
【００２６】
シフトストローク信号を受信した変速機ＥＣＵ１７は、ギヤ抜きが終了したかどうかを判断し、終了した場合は次のステップに進む（ステップ１０４）。
モータＥＣＵはインバータ３９を介して目標回転数に達するように電動モータ７を回転させ、同期を行う（ステップ１０５）。
【００２７】
変速機ＥＣＵ１７は、電動ＧＳＵ１３にＧＳＵモータ駆動信号を送信してギヤ入れ指令を出す。信号を受信した電動ＧＳＵ１３はセレクタをＡ方向に移動させ、スリーブ７３を介してシンクロナイザリング７１を１速歯車に接触させ、同期を行う（ステップ１０６）。
【００２８】
モータＥＣＵ３７は入力軸４９の回転数と電動モータ７の目標回転数の差を求め、この値が一定値「ａ」以下かどうかを判断し、「ａ」以下の場合は次のステップに進む（ステップ１０７）。なお、電動モータ７の目標回転数は、出力軸６１の回転数に、変速後の変速比を乗じた値としている。回転差「ａ」は変速機９の同期作用と、電動モータ７の同期作用が干渉を起さない下限値であって、あらかじめ実験等で求めた値であり、例えば６０ｒｐｍである。
【００２９】
モータＥＣＵ３７はインバータ３９を介して電動モータ７の回転数制御を停止し、同期を終了させる（ステップ１０８）
モータＥＣＵ３７はインバータ３９を介して、電動モータ７の回転抵抗および変速機９の回転抵抗と同等の出力トルクを発生させるべく電動モータ７を制御する。（ステップ１０９）
電動ＧＳＵ１３は引き続きセレクタ７５をＡ方向に移動させ、スリーブ７３を介してシンクロナイザリング７１を１速歯車６３に接触させ、同期を完了させる（ステップ１１０）。
電動ＧＳＵ１３は引き続きセレクタ７５をＡ方向に移動させ、スリーブ７３を１速歯車６３の図示しないギヤと噛み合わせ、ギヤ入れを行う（ステップ１１１）。
【００３０】
図４は時間と入力軸４９の回転数及び時間とシフトストロークの変化を示した図である。シフトストロークとはセレクタ７５の位置のことであり、図２の位置がニュートラルの位置であり、スリーブ７３が１速歯車６３と噛み合った状態でのセレクタ７５の位置が２速の位置であり、スリーブ７３が２速歯車６５と噛み合った状態でのセレクタ７５の位置が２速の位置である。
【００３１】
シフトダウンの際には入力軸４９の回転数を上げる必要があるが、クラッチ５を切ってシフトをニュートラルにすると、入力軸４９の回転数が落ちる。そのため、シフトがニュートラルの間は、電動モータ７の回転数制御による同期を行い、入力軸４９の回転数を上げる（電動モータ７単体同期区間２０１、図３、ステップ１０１〜１０５）。
【００３２】
次に、変速機９による同期を開始すると、電動モータ７と変速機９の両方で同期を行い、更に入力軸４９の回転数を上げる（電動モータ７、変速機９同期区間２０３、図３、ステップ１０６〜１０７）
【００３３】
入力軸４９の回転数と電動モータ７の目標回転数との回転差が一定値「ａ」以下になると、電動モータ７の回転数制御による同期を停止し、以後は変速機９単体の同期を行うと共に、電動モータ７の回転抵抗および変速機９の回転抵抗と同等の出力トルクを発生させるべく電動モータ７を制御する。（変速機９単体同期区間及び電動モータ７のトルク制御区間、２０５、図３、ステップ１０８〜１１１）
【００３４】
図５は時間と回転数及び時間とシフトストロークの変化を示した図である。
シフトアップの際には入力軸４９の回転数を下げる必要があるため、シフトがニュートラルの間は、電動モータ７の回転数制御による同期を行い、入力軸４９の回転数を下げる（電動モータ７単体同期区間２０７、図３、ステップ１０１〜１０５）。
【００３５】
次に、変速機９による同期を開始すると、電動モータ７と変速機９の両方で同期を行い、更に入力軸４９の回転数を下げる（電動モータ７、変速機９同期区間２０９、図３、ステップ１０６〜１０７）
【００３６】
入力軸４９の回転数と電動モータ７の目標回転数の回転差が一定値「ａ」以下になると、電動モータ７の回転数制御による同期を停止し、以後は変速機９単体の同期を行うと共に、電動モータ７の回転抵抗および変速機９の回転抵抗と同等の出力トルクを発生させるべく電動モータ７を制御する。（変速機９単体同期区間及び電動モータ７のトルク制御区間、２０５、図３、ステップ１０８〜１１１）
【００３７】
従って、入力軸４９の回転数と、電動モータ７の回転数との差が「ａ」以下になると、電動モータ７は電動モータ７の回転抵抗と、変速機９の回転抵抗と同等の出力トルクを発生することにより、電動モータ７の回転抵抗と変速機９の回転抵抗が相殺され、同期所要時間及び変速時間を短縮することができる。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、回転差が変速機９の同期作用と、電動モータ７の同期作用が干渉を起さない下限値以上の時は電動モータ７の回転数制御と変速機９の回転数制御の両方で同期を行い、下限値以下の時は、変速機の回転数制御のみで同期を行うため、電動モータの目標回転数を制御するための車速情報や、回転数制御の制御精度に誤差が生じた場合でも、同期の干渉を防止することができる。また、電動モータ７の回転抵抗および変速機９の回転抵抗と同等の出力トルクを発生させるべく電動モータ７を制御して、これらのトルクを相殺するため、変速機９の負担を軽減することができ、変速時間を短縮することができる。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４０】
例えば、本実施形態では機械式自動変速機を用い、変速機ＥＣＵ１７の制御の下で電動ＧＳＵ１３がギヤ入れ、ギヤ抜き操作を行っているが、手動変速機を用い、ドライバーがシフトノブを用いて直接ギヤ入れ、ギヤ抜き操作を行う方式にしてもよい。
【００４１】
また、本実施形態では変速機９の同期装置にシンクロナイザリング６９、７１とスリーブ７３を用いているが、ドッグクラッチ等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ハイブリッド自動車システム模式図
【図２】ハイブリッド自動車の動力及び変速装置略図
【図３】変速時のフローチャート
【図４】時間と入力軸回転数、時間とシフトストロークの関係
【図５】時間と入力軸回転数、時間とシフトストロークの関係
【符号の説明】
【００４３】
１…………ハイブリッド自動車
３…………エンジン
５…………クラッチ
７…………電動モータ
９…………変速機
１１………電動ＣＣＵ
１３………電動ＧＳＵ
１５………エンジンＥＣＵ
１７………変速機ＥＣＵ
３７………モータＥＣＵ
３９………インバータ
４１………ジャンクションボックス
４３………バッテリＥＣＵ
４５………バッテリ
４７………動力及び変速装置
４９………入力軸
５１………駆動歯車
５３………カウンターシャフト
５５………カウンター歯車
５７………カウンター歯車
５９………カウンター歯車
６１………出力軸
６３………１速歯車
６５………２速歯車
６７………ハブ
６９………シンクロナイザリング
７１………シンクロナイザリング
７３………スリーブ
７５………セレクタ
【図１】
2005282741.tif 000003
【図２】
2005282741.tif 000004
【図３】
2005282741.tif 000005
【図４】
2005282741.tif 000006
【図５】
2005282741.tif 000007