(57)【要約】【課題】  噛合いクラッチの数を増やすことなく、エンジンを切り離し可能で廉価な自動車用アクティブ変速制御システムを提供する。【解決手段】  アクティブシフト変速機において、エンジンに接続された変速機入力軸と、変速機出力軸の間に第一，第二の中間軸を設け、該中間軸と入力軸および該中間軸と出力軸の間に変速ギアを配置して、二組の変速ギア比の積で変速比が決まるようにする。さらに両中間軸間に差動装置を接続し、該差動装置の第三軸に電動機を接続して、エンジントルクを一時的にモータに担持させることでアクティブ変速を行う。入力軸の変速ギアを解放すれば、エンジンを切り離して回生制動時のエンジン連れ回し損失を無くすことができる。【選択図】図２
2005076875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに接続された入力軸と、
該入力軸に設けられた入力ギア列と、
第１の中間軸と、
該第１の中間軸と締結／解放可能で前記入力ギア列に噛合う第１の変速ギア列と、
第２の中間軸と、
該第２の中間軸と締結／解放可能で前記入力ギア列に噛合う第２の変速ギア列と、
前記第１の中間軸に設けられ該第１の中間軸と締結／解放可能な第３の変速ギア列と、
前記第２の中間軸に設けられ該第２の中間軸と締結／解放可能な第４の変速ギア列と、
前記第３の変速ギア列および前記第４の変速ギア列に噛合う従動ギア列と、
該従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、
前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とに接続された差動装置と、
該差動装置の第３軸に接続され前記第１第２の中間軸に相対的にトルクを印加するモータと、を有する変速機。
【請求項２】
エンジンに接続された入力軸と、
該入力軸に設けられた入力ギア列と、
第１の中間軸と、
該第１の中間軸と締結／解放可能で前記入力ギア列に噛合う第１の変速ギア列と、
第２の中間軸と、
該第２の中間軸と締結／解放可能で前記入力ギア列に噛合う第２の変速ギア列と、
前記第１の中間軸に設けられ該第１の中間軸と締結／解放可能な第３の変速ギア列と、
前記第２の中間軸に設けられ該第２の中間軸と締結／解放可能な第４の変速ギア列と、
前記第３の変速ギア列および前記第４の変速ギア列に噛合う従動ギア列と、
該従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、
前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とに接続された差動装置と、
該差動装置の第３軸に接続され前記第１第２の中間軸に相対的にトルクを印加するモータと、を有する変速機の制御装置であって、
前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結し、前記第３の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結して駆動中に、前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結し、
前記モータのトルクを増加することにより、前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアの伝達トルクを前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアに移し替え、前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで、該第１の変速ギアを解放し、
前記モータにより出力軸トルクを保持しながら、第１の中間軸回転数を前記第１の変速ギア列の中の第２の変速ギアの回転数に漸近させ、前記第１の中間軸と前記第１の変速ギア列の中の第２の変速ギアの回転数が同期したところで、該第１の変速ギア列の中の第２の変速ギアを締結すると共に、前記モータの発生トルクを０にして前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアを解放する変速機の制御装置。
【請求項３】
エンジンに接続された入力軸と、
該入力軸に設けられた入力ギア列と、
第１の中間軸と、
該第１の中間軸と締結／解放可能で前記入力ギア列に噛合う第１の変速ギア列と、
第２の中間軸と、
該第２の中間軸と締結／解放可能で前記入力ギア列に噛合う第２の変速ギア列と、
前記第１の中間軸に設けられ該第１の中間軸と締結／解放可能な第３の変速ギア列と、
前記第２の中間軸に設けられ該第２の中間軸と締結／解放可能な第４の変速ギア列と、
前記第３の変速ギア列および前記第４の変速ギア列に噛合う従動ギア列と、
該従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、
前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とに接続された差動装置と、
該差動装置の第３軸に接続され前記第１第２の中間軸に相対的にトルクを印加するモータと、を有する変速機の制御装置であって、
前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結し、前記第３の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結して駆動中に、前記第４の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結し、
前記モータのトルクを増加することにより、前記第３の変速ギア列の中の第１の変速ギアの伝達トルクを前記第４の変速ギア列の中の第１の変速ギアに移し替え、前記第３の変速ギア列の中の第１の変速ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで、該第１の変速ギアを解放し、
前記モータにより出力軸トルクを保持しながら、第１の中間軸回転数を前記第３の変速ギア列の中の第２の変速ギアの回転数に漸近させ、前記第１の中間軸と前記第３の変速ギア列の中の第２の変速ギアの回転数が同期したところで、該第３の変速ギア列の中の第２の変速ギアを締結すると共に、前記モータの発生トルクを０にして前記第４の変速ギア列の中の第１の変速ギアを解放する変速機の制御装置。
【請求項４】
エンジンと、
前記エンジンに設けられた電子制御スロットル弁と、
前記スロットル弁を制御するエンジン制御装置と、
前記エンジンに接続された入力軸と、該入力軸に設けられた入力ギア列と、第１の中間軸と、該第１の中間軸と締結／解放可能で前記入力ギア列に噛合う第１の変速ギア列と、第２の中間軸と、該第２の中間軸と締結／解放可能で前記入力ギア列に噛合う第２の変速ギア列と、前記第１の中間軸に設けられ該第１の中間軸と締結／解放可能な第３の変速ギア列と、前記第２の中間軸に設けられ該第２の中間軸と締結／解放可能な第４の変速ギア列と、前記第３の変速ギア列および前記第４の変速ギア列に噛合う従動ギア列と、該従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とに接続された差動装置と、該差動装置の第３軸に接続され前記第１第２の中間軸に相対的にトルクを印加するモータと、を有する変速機と、
前記モータを制御するモータ制御装置とを有し、
前記モータ制御装置は、前記エンジン出力を次段ギアに移行させるように前記モータのトルクと回転数を制御して変速させる自動車。
【請求項５】
エンジンに接続された入力軸と、
該入力軸に設けられた２つの入力ギア列と、
前記２つの入力ギア列にそれぞれ噛み合う２つの第１の変速ギア列と、
前記第１の変速ギア列の個々のギア列に対して選択的に締結可能であり、かつすべての前記第１の変速ギア列に対して解放可能な第１の中間軸と、
前記２つの入力ギア列にそれぞれ噛み合い、前記第１の変速ギア列とは異なる２つの第２の変速ギア列と、
前記第２の変速ギア列の個々のギア列に対して選択的に締結可能であり、かつすべての前記第２の変速ギア列に対して解放可能な第２の中間軸と、
前記第１の中間軸に対して選択的に締結可能であり、かつ前記第１の中間軸に対して解放可能な２つの第３の変速ギア列と、
前記第２の中間軸に対して選択的に締結可能であり、かつ前記第２の中間軸に対して解放可能な２つの第４の変速ギア列と、
前記第２の変速ギア列と前記第４の変速ギア列に共通して噛み合う出力ギア列を備えた出力軸と、
前記第１の変速ギア列と前記第３の変速ギア列の間の前記第１の中間軸、および前記第２の変速ギア列と前記第４の変速ギア列の間の前記第２の中間軸に接続された差動装置と、
該差動装置の第３軸に接続され前記第１の中間軸及び前記第２の中間軸に相対的にトルクを印加するモータと、を有する変速機。
【請求項６】
エンジンに接続された入力軸と、
該入力軸に設けられた２つの入力ギア列と、
前記２つの入力ギア列にそれぞれ噛み合う２つの第１の変速ギア列と、
前記第１の変速ギア列の個々のギア列に対して選択的に締結可能であり、かつすべての前記第１の変速ギア列に対して解放可能な第１の中間軸と、
前記２つの入力ギア列にそれぞれ噛み合い、前記第１の変速ギア列とは異なる２つの第２の変速ギア列と、
前記第２の変速ギア列の個々のギア列に対して選択的に締結可能であり、かつすべての前記第２の変速ギア列に対して解放可能な第２の中間軸と、
前記第１の中間軸に対して選択的に締結可能であり、かつ前記第１の中間軸に対して解放可能な２つの第３の変速ギア列と、
前記第２の中間軸に対して選択的に締結可能であり、かつ前記第２の中間軸に対して解放可能な２つの第４の変速ギア列と、
前記第２の変速ギア列と前記第４の変速ギア列に共通して噛み合う出力ギア列を備えた出力軸と、
前記第１の変速ギア列と前記第３の変速ギア列の間の前記第１の中間軸、および前記第２の変速ギア列と前記第４の変速ギア列の間の前記第２の中間軸に接続された差動装置と、
該差動装置の第３軸に接続され前記第１の中間軸及び前記第２の中間軸に相対的にトルクを印加するモータと、を有する変速機の制御装置であって、
前記出力軸のトルクにより前記モータで回生を行う際に、前記第１の変速ギア列と前記第１の中間軸を解放し、かつ前記第２の変速ギア列と前記第２の中間軸を解放する変速機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は変速機の制御に関し、特にエンジン，モータ、および変速機を協調制御して変速ショックを低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動変速機は遊星歯車式あるいは平行軸式変速機構が用いられ、変速比の異なるギア段に個別に設けられたクラッチを選択的に締結して変速する方法が一般的である。これは摩擦クラッチの掛け替えでエンジントルクを前段ギアから次段ギアへと移行させるもので、変速時の摩擦損失を伴うと共に、クラッチはパッシブ要素であるので、ダウンシフトのときにトルク遷移が原理的に出来ないという問題があった。
【０００３】
これを解決するため本出願人は、アクティブ要素であるモータを使い、アップシフト時の放出エネルギを回生すると共に、ダウンシフト時には仕事率の低い高速段から仕事率の高い低速段にトルクをポンプアップするアクティブ変速方式を出願した（特許文献１参照。）。
【０００４】
上記アクティブ変速方式においては、従来の摩擦クラッチを用いた変速機の問題点を解決することはできるが、変速のために容量の大きなモータが必要である。必要なモータ容量は（伝達トルク×モータ回転数）で算出されるが、伝達トルク最大値＝エンジントルク最大値であり、モータ回転数最大値は一般的な変速機では１−２変速時の段差回転数であるので、例えば１.５Ｌ エンジンを用いる場合、モータ容量として２０ｋＷ以上のものが必要になる。
【０００５】
できるだけ小さなモータで変速できるようにするため、本出願人はまた中間段ギアを用いてモータ容量を半減する方式を出願した（特許文献２参照）。この方式は入力軸にクラッチを必要としないので、重量・コストの低減に役立つものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０４５０４号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術の中間段方式では、入力軸にクラッチがないので常にエンジンが変速機につながっており、ハイブリッド機能である回生制動時にエンジンブレーキが常に入るという問題がある。もちろんクラッチを設ければ解決できるが、それでは重量・コストを低減することにはならない。
【０００８】
本発明の目的はかかる不都合をなくし、ハイブリッド機能を広く活用可能にしつつ、廉価な自動車用アクティブ変速制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、クラッチを用いることなくエンジンを変速機から切り離せるギア列構成を提案するものである。具体的には、噛合いクラッチ付ギアの配置を変更して一部のギアをエンジン軸側に移動することで、噛合いクラッチの個数を従来の中間段アクティブ変速方式より増やすことなく、エンジンを切り離し可能にしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、噛合いクラッチの数を増大させることなく、エンジンと変速機を切り離すことが出来るので、回生制動時の効率を高めて、大きな経済的効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の実施形態を示す構成図である。自動車の原動機としてのエンジン１には変速機２が接続され、その出力軸３はディファレンシャルギアを介してタイヤ４を駆動する。変速機２の中には回転電機であるモータ５が内蔵されている。該モータ５にはモータ制御装置７が接続され、該モータ制御装置７の電源としてバッテリ６が搭載されている。
【００１２】
エンジン１には電子制御スロットル弁１０が設けられており要求信号でエンジン出力を制御することが出来る。
【００１３】
変速制御装置８はモータ制御装置７を介してモータ５のトルクや回転数を制御すると共に、エンジン制御装置９および電子制御スロットル弁１０を介してエンジン１の出力を制御する。また後述するシフトアクチュエータ２５〜２８に対して動作を指令する。
【００１４】
なお、ここではエンジン制御装置，変速制御装置，モータ制御装置を別個の制御装置として示したが、こららのうち一つの制御装置が他の制御装置の機能を有しても良いし、一つの統合制御装置がこれらの制御装置の機能をすべて備えていても良い。言い換えれば、一の制御装置の機能を他の制御装置が有していれば、当該一の制御装置は無くても良い。これは本願で示すすべての実施形態に共通して当てはまる。
【００１５】
図２は本発明の第１の実施形態を示す変速機２の構成図である。エンジン１の出力は変速機入力軸３６に接続されている。入力軸３６には入力ギア３７，３８が固定してある。入力軸３６に対向して第一中間軸３９を設け、該第一中間軸３９には変速ギア４０，変速ギア４１，変速ギア４２，変速ギア４３，変速ギア４４，変速ギア４５が回転自在に取り付けられている。これらの変速ギアには噛合いクラッチ４６，４７，４８が付いており、いずれかの変速ギアを第一中間軸３９に結合するようになっている。
【００１６】
第一中間軸３９の変速ギア４０，４１は入力ギア３７，３８に噛み合っており、変速ギア４２，変速ギア４３，変速ギア４４，変速ギア４５は、出力軸３に固定された従動ギア４９，５０，５１，５２に噛み合っている。
【００１７】
さらに入力軸３６に対向して第二中間軸５３を設け、該第二中間軸５３には変速ギア
５４，変速ギア５５，変速ギア５６，変速ギア５７，変速ギア５８，変速ギア５９が回転自在に取り付けられている。これらの変速ギアには噛合いクラッチ６０，６１，６２が付いており、いずれかの変速ギアを第二中間軸５３に結合するようになっている。
【００１８】
第二中間軸５３の変速ギア５４，５５もまた入力ギア３７，３８に噛み合っている。さらに変速ギア５６，変速ギア５７，変速ギア５８，変速ギア５９はそれぞれ出力軸３に固定された従動ギア４９，５０，５１，５２に噛み合っている。
【００１９】
噛合いクラッチ４６，４７，４８，６０，６１，６２はそれぞれシフトフォークにより目的のギアの方にスライドして噛み合い、シフトフォークはシフトアクチュエータ６３，６４，６５，６６，６７，６８により駆動される。
【００２０】
本実施形態においてはさらに第一中間軸３９と第二中間軸５３に遊星ギアを用いた差動装置３１を接続し、該差動装置３１の第三軸にモータ５を接続することが特徴である。モータ５の回転数は二つの中間軸の差の回転数となり、モータ５の発生トルクは二つの中間軸を互いに逆方向に捻るように作用する。これは等価的構成図に示したように、モータ５のロータとステータをそれぞれの入力軸に接続したことに等しいので、以後はこの等価構成図を用い説明する。
【００２１】
図３に本変速機の動作モード例を示す。本変速機は二つの変速ギアの組合わせで変速比が決まる。エンジントルクが入力軸３６から第一中間軸３９または第二中間軸５３のいずれかに伝わり、その中間軸から直接出力軸３に伝わるモードをドライブモード、モータを通して別の中間軸に伝わってから出力軸３に伝わるモードをアシストモードと呼ぶことにする。１，２，３，４，５速はドライブモード、０.５，１.５，２.５，３.５，４.５ 速はアシストモードである。後退の場合も同様である。
【００２２】
いずれのモードもエンジントルクは二個の噛合いクラッチを通して伝わっている。パワーオンシフトさせるためには、どちらか一方の噛合いクラッチを残して一個だけをつなぎ換えるようにしなければならない。そうしないとトルクが中断して変速フィーリングを損なうことになる。またアシストモードの変速比はドライブモードの変速比の中間値となるようにしなければならない。この二つの制約を考慮しながら各変速ギアのギア比を設定する。
【００２３】
図４は設定ギア比とその組合わせで得られる変速比の例で、上記二つの制約を満足して図３に対応している。各ギア比の定義は図４の付図に示してある。アシストモードの変速比はドライブモードの変速比の丁度中間の値より多少小さくなっているが、これはモータ・インバータの効率を考慮してわざと計画値をずらしたものである。下記の軸間距離を揃えた結果、計画値よりさらにずれているが、そのずれは高々２％程度であった。
【００２４】
図５はこれらのギア比を実現する各変速ギアの半径ｒ１〜ｒ１８、およびそれによって決まる軸間距離Ｌ１〜Ｌ４を示したものである。半径の定義および軸間距離の定義は図４の付図に示した。このように軸間距離Ｌ１が変速ギア４０，４１について等しく、軸間距離Ｌ４が変速ギア５４，５５について等しいので、入力ギア３７，３８の両側から変速ギア４０，４１および変速ギア５４，５５を噛合わせることができる。また、同様に変速ギア４２〜４５について軸間距離Ｌ２が等しく、変速ギア５６〜５８に関して軸間距離Ｌ３が等しいので、従動ギア４９〜５２の両側からこれらのギアを噛合わせることができる。なお、変速ギア５９は後退用であってアイドラが挿入されるので軸間距離Ｌ３を特に考慮する必要はない。
【００２５】
また、入力軸３６，第一中間軸３９，第二中間軸５３，出力軸３は平面上に配置される訳ではないので、Ｌ１＝Ｌ２，Ｌ３＝Ｌ４である必要はない。
【００２６】
ところで図２の変速機は図３（図４）の組み合わせ以外にも多くのギア組み合わせが実現できる。図６は上記以外の組み合わせを示すもので、いろいろな中間的変速比が得られる。これらはエンジンに対する変速比であるが、この変速機はモータに対しても変速を行うことが出来る。モータに対する変速を含めた全ての組み合わせを図７に示す。太枠で囲った部分がモータに対する変速比である。その他はエンジンに対する変速比であるが、網掛け部はエンジントルクがモータを通して伝達されるモードである。太字で示したのが図３（図４）の組み合わせである。なお、Ｇ１１，Ｇ１２とＧ４１，Ｇ４２の組み合わせも可能であり、それはエンジンとモータの間の変速比になるが、出力軸側のギアが１個だけ接続された状態のときのみ可能であって、太枠で囲った組み合わせを行っているときには接続してはならないので、ここでは“−”で表示した。×印の組み合わせは二重結合であり回転不能の状態になる。このように図２の変速機は４８通りの変速を行うことが出来る。
【００２７】
図８は本変速機において二段飛び越し変速を行う場合の組み合わせの変化を示すものである。飛び越し変速は通常は踏み込みダウンシフトで行われるのでダウンシフトを示している。飛び越しアップシフトは全く逆のプロセスで行えばよいが、一般に飛び越しアップシフトの要求はほとんどない上に、アクセルを戻すいわゆる足離し変速であるからトルク中断しても問題なく、変速線で要求されるモードに直接飛べばよい。５−３，４−２変速は図３の順次変速と同じモードを使って変速すればよい。３−１変速は図３と同じモードを使おうとすれば、二個の噛合いクラッチを同時に切り替えることになるのでトルク中断が生じてしまう。そこで３速から１.７速を経由して１.２速に変速させるとトルク中断なしで変速が可能である。
【００２８】
図９は本変速機において三段飛び越し変速を行う場合の組み合わせの変化を示すものである。三段飛びはキックダウンの時に要求されるのでダウンシフトを示している。この場合も５−２変速は図３の順次変速と同じモードを使って変速すればよい。４−１変速は図３と同じモードを使おうとすればトルク中断が生じてしまうので、４速から２.４ 速を経由して１.２速に変速させるとトルク中断なしで変速が可能である。
【００２９】
図１０は飛び越し変速後のアップシフトを示したものである。二段飛び三段飛びとも
Ｇ４１，Ｇ３１の組み合わせによる１.２ 速になるが、ダウンシフトして駆動力を増した後は加速してアップシフトするので、そのときは図１０のプロセスにより１.４ 速経由で２.１速になり、さらに２.６速経由で３速になる。その後は図３のプロセスに戻ればよい。
【００３０】
図１１は１→２パワーオンアップシフトを例に示した制御フローチャートである。
【００３１】
図１２はこのときの各部のトルクと回転数の変化を、図１１のＳｔｅｐに対応させて示したタイムチャートである。
【００３２】
なお、図３で示した１→２アップシフト時のトルク伝達経路および噛合いクラッチの変化を、再度図１２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【００３３】
以下、図１１，１２を用いて１→２アップシフト時の動作を説明する。
【００３４】
Ｓｔｅｐ１では、図１２（ａ）のように変速ギア４０(Ｇ１１)と変速ギア４２(Ｇ２１)が結合して走行中に、モータ回転数を制御して第二中間軸５３の回転数Ｎ２を変化させる。
【００３５】
Ｓｔｅｐ２で第二中間軸５３の回転数Ｎ２が変速ギア５５（Ｇ４２）の回転数と同期状態になったことを判定する。
【００３６】
Ｓｔｅｐ３で変速制御装置８がシフトアクチュエータ６６を動作させて噛合いクラッチ６０を図の右方向に移動させて変速ギア５５を結合すると、モータ５は（Ｎ１−Ｎ２）の回転数で空回りする。すなわち
Ｎ１＝Ｇ２１×Ｎｏ                                              （式１）
Ｎ２＝Ｎｅ／Ｇ４２＝Ｇ１１×Ｇ２１／Ｇ４２×Ｎｏ                （式２）
図４の数値を入れて計算すると（Ｎ１−Ｎ２）＝−０.２７７×Ｎｏ は負の値である。ここでＧ１１は変速ギア４０のギア比、Ｇ２１は変速ギア４２のギア比、Ｇ４２は変速ギア５５のギア比、Ｎｅはエンジン１の回転数、Ｎｏは出力軸３の回転数、Ｎ１は第一中間軸３９の回転数である。
【００３７】
Ｓｔｅｐ４で負の方向（出力軸に対しては駆動力となりエンジンに対しては負荷となる方向）にモータトルクを増加すると、図１２のタイムチャートに示すように変速ギア５５（Ｇ４２）の入力トルクが増加し、変速ギア４０（Ｇ１１）の入力トルクが減少する。これはトルクフェーズと呼ばれるトルク遷移１の過程である。
【００３８】
Ｓｔｅｐ５で変速制御装置８はトルク遷移１の終了判定を行う。変速ギア４０(Ｇ１１)の入力トルクが０になったことを判定するものであるが、ギアの入力トルクを直接検出することが出来ない場合が多いので、モータの伝達トルクのエンジン軸換算値がエンジントルクの絶対値と等しくなったときにギアの入力トルク＝０と看做すことができる。このためにはエンジントルクＴｅを検出あるいは計算によって求めておく必要があるが、その具体的方法は例えば本出願人による特開平５−２４００７３号公報，特開平６−317242号公報等に示したのでここでは省略する。
【００３９】
Ｓｔｅｐ６では図１２（ｂ）に示すように、変速制御装置８がシフトアクチュエータ
６３を動作させて変速ギア４０（Ｇ１１）を解放する。トルク０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。変速ギア４０（Ｇ１１）が解放されるとエンジン回転数は変化できるようになる。
【００４０】
Ｓｔｅｐ７で変速制御装置８がモータ回転数変化指令を発生すると、エンジン回転数が２速回転数に向かって変化する。これはイナーシャフェーズと呼ばれる回転数遷移過程である。
【００４１】
１→２アップシフトの場合、図１２タイムチャートの回転数遷移に示すようにモータトルクを一定に保ったままモータ回転数を（Ｎ１−Ｎ２′）まで変化させると、変速ギア
４１（Ｇ１２）の回転数がＮ１まで下がる。このとき
Ｎ２′＝Ｎｅ／Ｇ４２＝Ｇ１２×Ｇ２１／Ｇ４２×Ｎｏ              （式３）
Ｇ１２は変速ギア４１のギア比である。
【００４２】
（式１），（式２）から求めた（Ｎ１−Ｎ２）は負の値であったが、
（式１），（式３）から求めた（Ｎ１−Ｎ２′）＝０.１８１×Ｎｏ は正の値であるので、モータは途中で回転方向を反転させて、変速ギア４１（Ｇ１２）の回転数をＮ１まで変化させるのである。
【００４３】
Ｓｔｅｐ８で変速制御装置８は回転数遷移終了判定を行うが、入力軸３６の回転数すなわちエンジン回転数Ｎｅが、（Ｎ１×Ｇ１２）に同期したことにより判定する。
【００４４】
Ｓｔｅｐ９で変速制御装置８がシフトアクチュエータ６３を動作させて変速ギア４１
（Ｇ１２）の噛み合いクラッチ４６を締結する。同期状態であるから容易に締結でき、変速機の動作には何の変化も生じない。
【００４５】
Ｓｔｅｐ１０で変速制御装置８がモータトルク低減指令を発生して、図１２タイムチャートのトルク遷移２に示すようにモータトルクを０にすると、図１２（ｃ）に示すように、モータ５を介して変速ギア５５（Ｇ４２）に伝達していたエンジントルクが、変速ギア４１（Ｇ１２）に移動する。
【００４６】
Ｓｔｅｐ１１で変速制御装置８はモータトルクが０になったことによりトルク遷移２の終了を判定する。
【００４７】
Ｓｔｅｐ１２で変速制御装置８がシフトアクチュエータ６６を動作させ、変速ギア５５（Ｇ４２）を解放して変速を終了する。モータトルクが０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。
【００４８】
以上は１−２アップシフトの例であるが、５速までのアップシフトおよびダウンシフト、さらに飛び越し変速も全く同様にして変速させることができる。
【００４９】
図１３にモータ制御系を示す。モータ５は例えば永久磁石同期モータであり、モータ制御装置７により３相交流Ｕ，Ｖ，Ｗを供給される。モータ制御装置７のインバータの各相アームには高速スイッチング素子３２が設けられ、バッテリ６の直流電圧を可変周波数の３相交流に変換する。インバータ制御装置３３は、変速制御装置８からのトルク指令および回転数指令を受けてインバータの通流率を制御すると共に、各アームの電流センサ３４の出力および回転子の角度検出用位置センサ３５の出力をフィードバックして、モータ５のトルクと回転数を指令通りになるように制御する。このような制御はパワーエレクトロニクスの分野で公知の技術であるので詳しい説明は省略する。
【００５０】
図１４にモータのトルクと回転数の関係を示す。モータ制御装置７によりいわゆる４象限制御される。
【００５１】
以下の説明においてモータトルクの向きは、エンジントルクを助ける方向を正とする。
【００５２】
エンジントルクで加速しながらアップシフトするいわゆるパワーオンアップシフトの場合、トルクフェーズでモータトルクを発生させると、動作点はＡ点からＢ点に移動し、さらにイナーシャフェーズでＣ点に、変速終了時にはＤ点に移動する。
【００５３】
パワーオンダウンシフトの場合は逆の経路を辿り、動作点は図１４のＤ点からスタートして、トルクフェーズでＣ点に、イナーシャフェーズでＢ点に移動し、Ａ点で変速を終了する。
【００５４】
足戻しアップシフトとコーストダウンの場合には、エンジンが駆動力を吸収するいわゆるエンジンブレーキ領域であるので、動作点は図１４の第一象限と第二象限を移動することになる。
【００５５】
なお、このような４象限制御を行うことができるものであれば、モータの種類は永久磁石同期モータに限られたものではなく誘導モータや直流モータであってもよいことは言うまでもない。
【００５６】
図１５は本発明の第２の実施形態を示す変速機２の構成図である。図２と異なるのは、第一中間軸３９の変速ギア４０を後退用にし、代りに第二中間軸５３の変速ギア５９のギア比の小さくして６速に使うことである。
【００５７】
図１６に本変速機の動作モード例を示す。本実施形態においても二つの変速ギアの組合わせで変速比が決まる。エンジントルクが入力軸３６から第一中間軸３９または第二中間軸５３のいずれかに伝わり、その中間軸から直接出力軸３に伝わるモードがドライブモード、モータを通して別の中間軸に伝わってから出力軸３に伝わるモードがアシストモードであることは図３の場合と同じである。１，２，３，４，５，６速はドライブモード、
０.５，１.５，２.５，３.５，４.５，５.５速はアシストモードである。後退の場合も同様である。
【００５８】
いずれのモードもエンジントルクは二個の噛合いクラッチを通して伝わっている。パワーオンシフトさせるためには、トルク中断させないためにどちらか一方の噛合いクラッチを残して一個だけをつなぎ換えるようにしなければならない。またアシストモードの変速比はドライブモードの変速比の中間値となるようにするが、３.５ 速以上は、この二つの制約を考慮しながら各変速ギアのギア比を設定する。
【００５９】
図１７は設定ギア比とその組合わせで得られる変速比の例で、上記二つの制約を満足して図１６に対応している。各ギア比の定義は図１７の付図に示してある。アシストモードの変速比はドライブモードの変速比の丁度中間の値より多少小さくなっているが、これはモータ・インバータの効率を考慮してわざと計画値をずらしたものである。下記の軸間距離を揃えた結果、計画値よりさらにずれているが、そのずれは１０％程度であった。
【００６０】
図１８はこれらのギア比を実現する各変速ギアの半径ｒ１〜ｒ１８、およびそれによって決まる軸間距離Ｌ１〜Ｌ４を示したものである。半径の定義および軸間距離の定義は図１７の付図に示した。変速ギア４０はアイドラがあるので軸間距離Ｌ１は変速ギア４１のみを考慮して決めればよく、変速ギア５４，５５について軸間距離Ｌ４が等しいので、入力ギア３７，３８の両側から変速ギア４０，４１および変速ギア５４，５５を噛合わせることができる。また、同様に変速ギア４２〜４５について軸間距離Ｌ２が等しく、変速ギア５６〜５８に関して軸間距離Ｌ３が等しいので、従動ギア４９〜５２の両側からこれらのギアを噛合わせることができる。
【００６１】
また、入力軸３６，第一中間軸３９，第二中間軸５３，出力軸３は平面上に配置される訳ではないので、Ｌ１＝Ｌ２，Ｌ３＝Ｌ４である必要はないが、本実施形態ではギア比
Ｇ１２とＧ４２を等しくするので、Ｌ１＝Ｌ４となる。
【００６２】
ところで図１５の変速機は図１７の組み合わせ以外にも多くのギア組み合わせが実現できる。図１９は上記以外の組み合わせを示すもので、いろいろな中間的変速比が得られる。これらはエンジンに対する変速比であるが、この変速機はモータに対しても変速を行うことが出来る。モータに対する変速を含めた全ての組み合わせを図２０に示す。太枠で囲った部分がモータに対する変速比である。その他はエンジンに対する変速比であるが、網掛け部はエンジントルクがモータを通して伝達されるモードである。太字で示したのが図１７の組み合わせである。なお、Ｇ１１，Ｇ１２とＧ４１，Ｇ４２の組み合わせも可能であり、それはエンジンとモータの間の変速比になるが、出力軸側のギアが１個だけ接続された状態のときのみ可能であって、太枠で囲った組み合わせを行っているときには接続してはならないので、ここでは“−”で表示した。×印の組み合わせは二重結合であり回転不能の状態になる。このように図１５の変速機は４８通りの変速を行うことが出来る。
【００６３】
本実施形態においても飛び越し変速を行うことが出来る。６→４変速は４.５ 速を経由して、５→３変速および４→２変速は３.５速を経由して、３→１変速は２.５速または
１.５速すれば良いことが図１６から明らかである。
【００６４】
三段飛び越しも同様にして、６→３変速は５.５速を経由して、５→２変速および４→１変速は３.５速を経由すれば良いことが図１６から明らかである。
【００６５】
飛び越し変速は、踏み込みダウンシフト以外はトルクの掛からない状態での変速であり、直接目的の変速段に変速しても良い。
【００６６】
本実施形態によれば６速まで変速段を広げることが出来るとともに、飛び越し変速も変則的な副次変速段を用いる必要もなく制御が容易に出来るという効果が得られる。
【００６７】
制御フローチャートと動作／モータ制御については第一の実施形態と同じであり、図
１１から図１４の説明がそのまま適用できる。
【００６８】
本実施形態によれば、噛合いクラッチの数を増大させることなく、エンジンと変速機を切り離すことが出来るので、回生制動時の効率を高めて、大きな経済的効果が得られる。また１〜５速の変速比を従来と同じように設計することができるだけでなく、多数の副次的変速比を得ることができる。さらにこれを利用して飛び越し変速も可能になる。またモータについてもエンジンとは独立して変速することが出来るので、モータの効率を高めて大きな経済的効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態をなす変速機を搭載した自動車構成の概念図。
【図２】本発明の第一の実施形態になる変速機構成の構造図。
【図３】図２の変速機において、パワーオン状態で順次変速する場合のトルク伝達経路の変化を示すギア組合わせ説明図。
【図４】図２の変速機における順次変速時のギアの組合わせと変速比を示す一覧表。
【図５】図２の変速機におけるギアの半径と得られるギア比および軸間距離の一例を示す一覧表。
【図６】図２の変速機において、図４の順次変速以外の副次的ギアの組合わせと変速比を示す一覧表。
【図７】図２の変速機における全てのギアの組合わせと変速比を示す一覧表。
【図８】図２の変速機における二段飛び越し変速する場合のトルク伝達経路の変化を示すギア組合わせ説明図。
【図９】図２の変速機における三段飛び越し変速する場合のトルク伝達経路の変化を示すギア組合わせ説明図。
【図１０】図２の変速機において、飛び越しダウンシフト後のパワーオンアップシフト時のトルク伝達経路の変化を示すギア組合わせ説明図。
【図１１】図２の変速機における１−２アップシフト時のソフト構成を示すフローチャート。
【図１２】図２の変速機において、１−２パワーオンアップシフトする場合のトルクと回転数変化を示すタイムチャート、およびトルク伝達経路と噛合いクラッチ動作の変化説明図。
【図１３】本発明に用いるモータ制御構成のブロック図。
【図１４】図９のモータ制御におけるモータの動作点変化のモータ特性図。
【図１５】本発明の第二の実施形態になる変速機構成の構造図。
【図１６】図１５の変速機において、パワーオン状態で順次変速する場合のトルク伝達経路の変化を示すギア組合わせ説明図。
【図１７】図１５の変速機における順次変速時のギアの組合わせと変速比を示す一覧表。
【図１８】図１５の変速機におけるギアの半径と得られるギア比および軸間距離の一例を示す一覧表。
【図１９】図１５の変速機において、図１７の順次変速以外の副次的ギアの組合わせと変速比を示す一覧表。
【図２０】図１５の変速機における全てのギアの組合わせと変速比を示す一覧表。
【符号の説明】
【００７０】
１…エンジン、２…変速機、３…出力軸、５…モータ、７…モータ制御装置、８…変速制御装置、９…エンジン制御装置、１０…電子制御スロットル、３１…差動装置、３６…入力軸、３７，３８…入力ギア、３９…第一中間軸、４０〜４５，５４〜５９…変速ギア、４６〜４８…噛合いクラッチ、４９〜５２…従動ギア、５３…第二中間軸、６０〜６２…噛合いクラッチ、６３〜６８…シフトアクチュエータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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