(57)【要約】【課題】モータ容量を小さくし、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】アクティブ変速方式において、変速前における駆動力と、エンジン出力が現在値を保って次段ギアに変速したと仮定して予測した変速後の駆動力とがほぼ等しくなるようにエンジン出力を低減し、エンジン出力が低減されている間にモータのトルクと回転数を制御してエンジン出力を次段ギアに移行させ、当該移行が終了したら前記エンジン出力を元の値に復帰させる。【選択図】  図９
2005014797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに接続された第１および第２のクラッチと、前記第１のクラッチに接続された第１の入力軸と、前記第１の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第１の変速ギア列と、前記第２のクラッチに接続された第２の入力軸と、前記第２の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列の従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間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、
変速前における駆動力と、前記エンジン出力が現在値を保って次段ギアに変速したと仮定して予測した変速後の駆動力とがほぼ等しくなるように前記エンジン出力を低減し、
前記エンジン出力が低減されている間に前記モータのトルクと回転数を制御して前記エンジン出力を次段ギアに移行させ、
当該移行が終了したら前記エンジン出力を元の値に復帰させる変速機の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアにより駆動中に、前記第２の変速ギア列の中の第２の変速ギアを締結し、
前記モータにより前記第２の入力軸トルクを増加することにより、前記第１の変速ギアの伝達トルクを低減し、
前記第１の変速ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで前記第１の変速ギアを解放し、
前記モータにより前記第２の入力軸トルクを保持しながら、前記第１の入力軸回転数を前記第２の変速ギアの回転数に漸近させ、
前記第１の入力軸と前記第２の変速ギアの回転数が同期したところで、前記第２のクラッチを締結すると共に、前記モータの発生トルクを０にして前記第１のクラッチ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第１の入力軸と、前記第１の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第１の変速ギア列と、第２の入力軸と、前記第１の変速ギア列のギア比の中間段をなす、前記第２の入力軸に設けられ各々締結／解放可能な第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列の従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間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、
変速前における駆動力と、前記エンジン出力が現在値を保って次段ギアに変速したと仮定して予測した変速後の駆動力とがほぼ等しくなるように前記エンジン出力を低減し、
前記エンジン出力が低減されている間に前記モータのトルクと回転数を制御して前記エンジン出力を次段ギアに移行させ、
当該移行が終了したら前記エンジン出力を元の値に復帰させる変速機の制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアにより駆動中に、前記第２の変速ギア列の中の第２の変速ギアを締結し、
前記モータにより前記第２の入力軸トルクを増加することにより、前記第１の変速ギアの伝達トルクを低減し、
前記第１の変速ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで前記第１の変速ギアを解放し、
前記モータにより前記第２の入力軸トルクを保持しながら、前記第１の入力軸回転数を前記第１の変速ギア列の中の第３の変速ギアの回転数に漸近させ、
前記第１の入力軸と前記第３の変速ギアの回転数が同期したところで、前記第３の変速ギアを第１の入力軸に締結すると共に、前記モータの発生トルクを０にして前記第２の変速ギアを解放する変速機の制御装置。
【請求項５】
請求項１または２のいずれかにおいて、
前記エンジン出力を低減する際に、当該出力をステップ的に低減する変速機の制御装置。
【請求項６】
請求項１または２のいずれかにおいて、
前記エンジン出力を低減する際に、当該出力を徐々に低減する変速機の制御装置。
【請求項７】
エンジンに接続された第１および第２のクラッチと、前記第１のクラッチに接続された第１の入力軸と、前記第１の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第１の変速ギア列と、前記第２のクラッチに接続された第２の入力軸と、前記第２の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列の従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加するモータと、を有し、
変速前における駆動力と、前記エンジン出力が現在値を保って次段ギアに変速したと仮定して予測した変速後の駆動力とがほぼ等しくなるように前記第１および第２のクラッチの入力トルクが低減され、
前記入力トルクが低減されている間に前記モータのトルクと回転数が制御されて前記入力トルクが次段ギアに移行し、
当該移行が終了したら前記入力トルクが元の値に復帰される変速機。
【請求項８】
エンジンに接続された第１の入力軸と、前記第１の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第１の変速ギア列と、第２の入力軸と、前記第１の変速ギア列のギア比の中間段をなす、前記第２の入力軸に設けられ各々締結／解放可能な第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列の従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加するモータと、を有し、
変速前における駆動力と、前記エンジン出力が現在値を保って次段ギアに変速したと仮定して予測した変速後の駆動力とがほぼ等しくなるように第１の入力軸トルクが低減され、
前記第１の入力軸トルクが低減されている間に前記モータのトルクと回転数が制御されて前記第１の入力軸トルクが次段ギアに移行し、
当該移行が終了したら前記第１の入力軸トルクが元の値に復帰される変速機。
【請求項９】
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第１および第２のクラッチと、前記第１のクラッチに接続された第１の入力軸と、前記第１の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第１の変速ギア列と、前記第２のクラッチに接続された第２の入力軸と、前記第２の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列の従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、第１および第２の変速ギア列の締結／開放を制御する変速制御装置と、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加するモータと、前記モータを制御するモータ制御装置とを有し、
前記エンジン制御装置は、変速前における駆動力と、前記エンジン出力が現在値を保って次段ギアに変速したと仮定して予測した変速後の駆動力とがほぼ等しくなるように前記電子制御スロットル弁を制御して前記エンジン出力を低減し、前記モータ制御装置は、前記エンジン出力が低減されている間に、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、
前記エンジン制御装置は、当該移行が終了した後に前記電子制御スロットル弁を制御して前記エンジン出力を元の値に復帰させる自動車。
【請求項１０】
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第１の入力軸と、前記第１の入力軸に設けられた各々締結／解放可能な第１の変速ギア列と、第２の入力軸と、前記第１の変速ギア列のギア比の中間段をなす、前記第２の入力軸に設けられ各々締結／解放可能な第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列の従動ギア列に共通的に接続された出力軸と、第１および第２の変速ギア列の締結／開放を制御する変速制御装置と、前記第１の入力軸と前記第２の入力軸との間に相対的にトルクを印加するモータと、前記モータを制御するモータ制御装置とを有し、
前記エンジン制御装置は、変速前における駆動力と、前記エンジン出力が現在値を保って次段ギアに変速したと仮定して予測した変速後の駆動力とがほぼ等しくなるように前記電子制御スロットル弁を制御して前記エンジン出力を低減し、前記モータ制御装置は、前記エンジン出力が低減されている間に、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、
前記エンジン制御装置は、当該移行が終了した後に前記電子制御スロットル弁を制御して前記エンジン出力を元の値に復帰させる自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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）。
【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
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、それでも１０ｋＷ以上のモータが必要になり、変速性能を向上させる目的に費やすコストとしては大き過ぎて実用的ではないという問題がある。
【０００８】
本発明の目的はかかる不都合をなくし、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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、変速時に必要なモータ出力を低減するため、内燃機関との協調制御を行うものである。具体的には、アクティブ変速方式において、変速前における駆動力と、エンジン出力が現在値を保って次段ギアに変速したと仮定して予測した変速後の駆動力とがほぼ等しくなるようにエンジン出力を低減し、エンジン出力が低減されている間にモータのトルクと回転数を制御してエンジン出力を次段ギアに移行させ、当該移行が終了したら前記エンジン出力を元の値に復帰させることである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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およびクラッチアクチュエータ２９，３０に対して動作を指令する。
【００１３】
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、これ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。
【００１４】
図２に変速機２の構成を示す。いわゆるツインクラッチ式自動化マニュアルトランスミッション（自動ＭＴ）として知られた構成の変速機にモータを追加したものである。エンジン１の出力軸はクラッチ１１およびクラッチ１２に接続されている。エンジン出力を二つのクラッチに分割するためのギアを示しているが、一般的なツインクラッチ自動ＭＴは同軸上に二つのクラッチがあるため、実際にはこれらの分割ギアはなく、原理説明上描いたものである。
【００１５】
クラッチ１１には第一入力軸１３が接続されており、該第一入力軸１３には１速ギア１４，３速ギア１５，５速ギア１６が回転自在に取り付けられている。クラッチ１２には第二入力軸１７が接続されており、該第二入力軸１７には２速ギア１８，４速ギア１９、および後退ギア２０が回転自在に取り付けられている。
変速ギア１４，１５，１６には噛合いクラッチ２１，２２が付いており、いずれかの変速ギアを第一入力軸１３に結合するようになっている。また変速ギア１８，１９，２０には噛合いクラッチ２３，２４が付いており、いずれかの変速ギアをシャフト１７に結合するようになっている。
【００１６】
これらの変速ギア１４，１５，１６，１８，１９，２０に噛み合っている各段の従動ギアは、出力軸３上に配置されている。
【００１７】
これらの噛合いクラッチ２１，２２，２３，２４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２５，２６，２７，２８により駆動される。
【００１８】
シフトアクチュエータは各噛合いクラッチを個別に駆動しても良いし、切換リンク機構により目的のシフトフォークを選択して１個のシフトアクチュエータによりスライドさせても良い。
【００１９】
またクラッチ１１，１２にもそれぞれクラッチアクチュエータ２９，３０が設けられている。
【００２０】
以上の構成は一般的なツインクラッチ自動ＭＴの構成であるが、本実施形態においてはさらに二つの入力軸に差動装置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の回転数は二つの入力軸の差の回転数となり、モータ５の発生トルクは二つの入力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。
【００２２】
図４はアップシフトにおける制御システムのフローチャートである。図５は１→２パワーオンアップシフトを例に、トルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況、および各部のトルクと回転数のタイムチャートを、図４のＳｔｅｐに対応させて示したものである。図４，図５を用いて１→２アップシフト時の動作を説明する。
【００２３】
Ｓｔｅｐ１では、図５（ａ）のように１速ギア１４が結合して走行中に、モータ回転数を制御して第二入力軸１７の回転数を変化させる。
【００２４】
Ｓｔｅｐ２で第二入力軸１７の回転数が２速ギア１８の回転数Ｎ２と同期状態になったことを判定する。
【００２５】
Ｓｔｅｐ３で噛合いクラッチ２３を図５（ａ）の左方向に移動させて２速ギア１８を結合すると、モータ５は（Ｎ１−Ｎ２）の回転数で回される。
【００２６】
すなわち
Ｎ１＝Ｇ１×Ｎｏ                                          …（式１）
Ｎ２＝Ｇ２×Ｎｏ                                          …（式２）
であるからＮ１＞Ｎ２であり、（Ｎ１−Ｎ２）は正の値である。ここでＧ１は１速ギア１４のギア比、Ｇ２は２速ギア１８のギア比、Ｎｏは出力軸３の回転数である。
【００２７】
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５のタイムチャートに示すように２速ギアの入力トルクが増加し、１速ギア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。
【００２８】
Ｓｔｅｐ５で変速制御装置８はトルク遷移１の終了判定を行う。１速ギア１４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、モータの実トルク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。
【００２９】
Ｓｔｅｐ６では図５（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２５を動作させて１速ギア１４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。１速ギア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。
【００３０】
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速ギアの入力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。
【００３１】
１→２アップシフトの場合、図５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０まで低減すると、第一入力軸
１３の回転数が下がる。
【００３２】
このときエンジンの慣性モーメントにより慣性分トルクが発生し、図５のタイムチャートに網目で示すように出力軸トルクが増大する。慣性分トルクは回転数遷移の回転数変化率に比例するので、出力軸トルクの値が変速前の出力軸トルクとほぼ等しくなるように回転数変化率を制御すれば、あたかも回転数遷移が終了した時点でトルクが遷移したかのように見え、変速ショックが少なくなる。トルク遷移１において一時的にトルクが低下するが、短時間であるので搭乗者にはほとんど感じられない。
【００３３】
さらに回転数遷移の間エンジントルクを低減すれば、その分慣性分トルクを大きく出来るので回転数変化率が大きく設定でき変速時間を短縮できる。これらの制御は油圧制御の従来自動変速機でも「イナーシャフェーズにおけるエンジントルク低減制御」として知られている技術と同じである。
【００３４】
Ｓｔｅｐ８で変速制御装置８は回転数遷移終了判定を行うが、第一入力軸１３の回転数すなわちエンジン回転数が２速ギア１８の入力回転数に同期したことにより判定する。
【００３５】
Ｓｔｅｐ９で変速制御装置８がクラッチアクチュエータ３０を動作させてクラッチ１２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。
【００３６】
Ｓｔｅｐ１０で図５（ｃ）に示すように、変速制御装置８がモータトルク低減指令を発生して、図５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、クラッチ１１からモータ５を通して２速ギア１８に伝達していたエンジントルクがクラッチ１２に移動する。
【００３７】
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。
【００３８】
Ｓｔｅｐ１２で変速制御装置８がクラッチアクチュエータ２９を動作させ、クラッチ１１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。
【００３９】
図６にモータのトルクと回転数の関係を示す。モータ御装置７によりいわゆる４象限制御される。
【００４０】
以下の説明においてモータトルクの向きは、図２のモータの上向きトルクすなわちエンジントルクを助ける方向を正とする。
【００４１】
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、変速終了時には原点０に移動する。
【００４２】
なお、パワーオンダウンシフトの場合は、動作点はＤ点からスタートして、トルクフェーズでＧ点に、イナーシャフェーズでＣ点に移動し、原点０で変速を終了する。また、足戻しアップシフトの場合はエンジンブレーキになるのでトルクの向きが逆であり、トルクフェーズで動作点はＡ点からＨ点に移動し、さらにイナーシャフェーズでＦ点に、変速終了時には原点０に移動する。コーストダウンの場合には、動作点はＤ点からスタートしてトルクフェーズでＥ点に、さらにイナーシャフェーズでＦ点に移動し、原点０で変速を終了する。
【００４３】
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。
【００４４】
以上図１から図６は、本発明を説明する準備としてアクティブ変速方式の動作を示したものであり、図７〜図９に本発明の核心を説明する。
【００４５】
図７は５速自動ＭＴを搭載した車において、スロットル開度全開のときの駆動力特性例を示したものである。各変速段におけるエンジン回転数も同時に示している。
【００４６】
例えば１速から２速へアップシフトする場合、エンジントルクが最大の時に変速させると、駆動力は図のＰ点（６．２ｋＮ）からＱ点（３．６ｋＮ）に変化する。このときエンジン回転数は図のＡ点からＢ点に変化する。エンジンの最大トルクがＴｅ＝１３５Ｎｍ（ａｔ４４００ｒ／ｍｉｎ）、１速ギア比が３．３３３、２速ギア比が１．９５５であるとすれば、Ａ点のエンジン回転数は４４００ｒ／ｍｉｎ、Ｂ点のエンジン回転数は２５７０ｒ／ｍｉｎであるから、１速と２速の回転数差すなわちモータ回転数は１８３０ｒ／ｍｉｎであり、変速に必要なモータ容量Ｐｍは
Ｐｍ＝２πＴｅ（Ｎ１−Ｎ２）＝２π＊１３５＊１８３０／６０＝２６（ｋＷ）…（式３）
となって、非常に大きなモータが必要である。
【００４７】
そこで制御を工夫してモータ容量の低減を図ることにした。基本的な考え方として駆動力を低下させず、変速中のエンジントルクを電子制御スロットル弁で制御して、容量の小さなモータでも変速できるようにする。スロットルが全開のときに１速から２速にアップシフトすると駆動力はＰ点からＱ点に変化するが、変速前に１速の駆動力がＰ２点（Ｑ点と同じ値）になるようにエンジントルクを下げると、あたかも１速の駆動力特性が図７に破線で示す特性になったかのように見える。Ｐ２点の駆動力はエンジントルクを
Ｔｅ＝（３．６ｋＮ／６．２ｋＮ）＊１３５Ｎｍ＝７９．２Ｎｍ    …（式４）
とすれば得られる。
【００４８】
変速終了と共にエンジントルクを元の全開トルクに戻すと、２速駆動力はＱ点になる。すなわち変速直前にＰ点からＰ２点に変化し、変速によりＰ２点からＱ点に移動するので、大局的に見た駆動力の変化はＰ点からＱ点に移動し、従来の変速とほとんど同じになる。
【００４９】
図８は本制御のフローチャートである。図４のフローチャートに対してＳｔｅｐ
３′とＳｔｅｐ９′が追加されている。Ｓｔｅｐ３で次段ギアを締結後、エンジントルクを低減してからトルク遷移１を実行すると、モータトルクは小さくてもエンジントルクを次段ギアに移行できる。
【００５０】
（式５）では２６ｋＷのモータを要したが、エンジントルクを７９．２Ｎｍ  まで低減すると、変速に必要なモータ容量Ｐｍは
2005014797.tif 000003
となって、約５８％のモータ容量で前段ギアを解放可能であることが分かる。
【００５１】
Ｓｔｅｐ７，８のイナーシャフェーズの間もエンジントルクが低減されたままであるが、元々変速時間を短くするためにエンジントルク低減を行うことはよく知られた方法であり、エンジンの慣性分トルクを抑えながら変速時間を短くするのに役立つので、エンジントルクを低減されたままにしたものである。エンジントルクの復帰は、Ｓｔｅｐ９で次段クラッチが締結された後行う。
【００５２】
図９は１→２パワーオンアップシフトの場合の、各部のトルクと回転数のタイムチャートを示したものである。Ｓｔｅｐ３′でエンジントルクを低減すると、出力軸トルクは２速トルクと同等になる。この実施形態においては、エンジントルクをステップ的に、すなわち一気に低減する。
【００５３】
Ｓｔｅｐ４でトルク遷移１に進むと、一時的に出力軸トルクは低下するが、
Ｓｔｅｐ７の回転数遷移に入ると慣性分トルクが現れるので、出力軸トルクは再び増大する、この慣性分トルクを含めた出力軸トルクが、エンジントルクを低減しなかった場合の２速トルクになるように、モータ制御によりエンジン回転数の変化率を制御する。この方式によるとＳｔｅｐ４のトルク遷移１においてトルクのスリットが生じるが、短時間であるので変速ショックはほとんど感じられない。
【００５４】
このように本実施形態の方法によれば、小さな容量のモータでツインクラッチ式のアクティブシフト変速機を実現できると言う効果がある。
【００５５】
図１０は本発明の第二の実施形態を示すフローチャートである。図４のフローチャートに対してＳｔｅｐ３′とＳｔｅｐ９′が追加されている。図８と異なるのはＳｔｅｐ３で次段ギアを締結後エンジントルクを一気に低減せず、トルク遷移１に移ってからエンジントルクを徐々に低減しながらモータトルクを次第に増加してやることであり、トルク遷移１の終了時点におけるエンジントルクとモータトルクの関係は図８の場合と同じであるので、第一の実施形態と同様モータトルクは小さくてもトルクを次段ギアに移行できる。この場合もやはり、エンジントルクを７９．２Ｎｍまで低減すると、駆動力は３．６ｋＮとなってＰ２点の動作状態になるので、変速に必要なモータ容量Ｐｍは１５．２ｋＷであり、図４の方式に比べて約５８％のモータ容量でトルク遷移可能である。
【００５６】
Ｓｔｅｐ７，８のイナーシャフェーズの間もエンジントルクを低減したままであるのは図８と同様である。エンジントルクの復帰は、Ｓｔｅｐ９で次段クラッチが締結された後行う。
【００５７】
図１１は１→２パワーオンアップシフトの場合の、各部のトルクと回転数のタイムチャートを示したものである。図９と異なるのはＳｔｅｐ４のトルク遷移１における出力軸トルク波形であり、スリットの幅が小さくなっているのが判る。
すなわちトルク遷移１の終了時点の出力軸トルクは同じであるが、エンジントルクをなだらかに低減するので、出力軸トルクの変化もなだらかになってスリットが細くなる。
【００５８】
このように本実施形態の方法によれば、小さな容量のモータでツインクラッチ式のアクティブシフト変速機をより一層滑らかに変速できると言う効果がある。
【００５９】
図１２は本発明の第３の実施形態を示す構成図である。エンジン１の出力軸は第一入力軸１３に接続されている。第一入力軸１３には１速ギア１４，２速ギア１８，３速ギア１５，４速ギア１９，５速ギア１６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２１，２２，２３が付いており、いずれかの変速ギアを第一入力軸１３に結合するようになっている。これらの変速ギアに噛み合っている従動ギアは、出力軸３上に配置されている。
【００６０】
本実施形態においてはさらに第二入力軸１７を設けている。該第二入力軸１７には０．５速ギア１４′，１．５速ギア１８′，２．５速ギア１５′，３．５速ギア１９′，４．５速ギア１６′および後退ギア２０が回転自在に取り付けられている。これらの中間段ギア１４′，１８′，１５′，１９′，１６′および後退ギア２０には噛合いクラッチ２１′，２２′，２３′が付いており、中間段ギアおよび後退ギアを第二入力軸１７に結合するようになっている。これらの中間段ギアおよび後退ギアに噛み合っている従動ギアは、出力軸３上に配置されている。
【００６１】
これらの噛合いクラッチ２１，２２，２３，２１′，２２′，２３′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２５，２６，２７，２５′，２６′，２７′により駆動される。
【００６２】
シフトアクチュエータは各噛合いクラッチを個別に駆動しても良いし、切換リンク機構により目的のシフトフォークを選択して１個のシフトアクチュエータによりスライドさせても良い。
【００６３】
本実施形態においてはさらに第一入力軸１３と第二入力軸１７の間に差動装置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の回転数は二つの入力軸の差の回転数となり、モータ５の発生トルクは二つの入力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。
【００６４】
図１３はアップシフトにおける制御システムのフローチャートである。図１４は１→２パワーオンアップシフトを例に、トルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況、および各部のトルクと回転数のタイムチャートを図１３のＳｔｅｐに対応させて示したものである。図１３，図１４を用いて１→２アップシフト時の動作を説明する。
【００６５】
Ｓｔｅｐ１では、図１４（ａ）のように１速ギア１４が結合して走行中に、モータ回転数を制御して第二入力軸１７の回転数を変化させる。
【００６６】
Ｓｔｅｐ２で第二入力軸１７の回転数が１．５速ギア１８′の回転数Ｎ１．５と同期状態になったことを判定する。
【００６７】
Ｓｔｅｐ３で噛合いクラッチ２１′を図１４（ａ）の左方向に移動させて１．５速ギア１８′を結合すると、モータ５は（Ｎ１−Ｎ１．５）の回転数で空回りする。すなわち
Ｎ１＝Ｇ１×Ｎｏ                                          …（式６）
Ｎ１．５＝Ｇ１．５×Ｎｏ                                    …（式７）
であるからＮ１＞Ｎ１．５であり、（Ｎ１−Ｎ１．５）は正の値である。ここでＧ１は１速ギア１４のギア比、Ｇ１．５は１．５速ギア１８′のギア比、Ｎｏは出力軸３の回転数である。
【００６８】
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１４のタイムチャートに示すように１．５速ギアの入力トルクが増加し、１速ギア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。
【００６９】
Ｓｔｅｐ５で変速制御装置８はトルク遷移１の終了判定を行う。１速ギア１４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、モータの実トルク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。
【００７０】
Ｓｔｅｐ６では図１４（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２５を動作させて１速ギア１４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。１速ギア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。
【００７１】
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１．５  速ギアの入力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。
【００７２】
１→２アップシフトの場合、図１４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（Ｎ２−Ｎ１．５）まで低減すると、第一入力軸１３の回転数がＮ２まで下がる。
【００７３】
すなわち（式３），（式４）から求めた（Ｎ１−Ｎ１．５）は正の値であったが、（Ｎ２−Ｎ１．５）は負の値であり、モータは途中で回転方向を反転させて（Ｎ２−Ｎ１．５）まで変化するのである。
【００７４】
Ｓｔｅｐ８で変速制御装置８は回転数遷移終了判定を行うが、第一入力軸１３の回転数すなわちエンジン回転数が２速ギア１８の入力回転数に同期したことにより判定する。
【００７５】
Ｓｔｅｐ９で変速制御装置８がシフトアクチュエータ２１を動作させて２速ギア１８の噛み合いクラッチを締結する。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。
【００７６】
Ｓｔｅｐ１０で図１４（ｃ）に示すように、変速制御装置８がモータトルク低減指令を発生して、図１４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、モータ５を介して１．５速ギア１８′に伝達していたエンジントルクが、２速ギア１８に移動する。
【００７７】
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。
【００７８】
Ｓｔｅｐ１２で変速制御装置８がシフトアクチュエータ３５を動作させ、１．５速ギア２７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。
【００７９】
図１５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。
【００８０】
以下の説明においてモータトルクの向きは、図１２のモータの上向きトルクすなわちエンジントルクを助ける方向を正とする。
【００８１】
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。Ｂ点のモータトルクはエンジントルクに等しいが、回転数は１速と１．５速の差であるので、図６の場合の半分となり、したがってＢ点のパワーは図６の場合の半分である。すなわちこの中間段方式は前述したツインクラッチ方式の半分のモータ容量で変速が可能である。
【００８２】
パワーオンダウンシフトの場合の動作点は、図１５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。
【００８３】
足戻しアップシフトとコーストダウンの場合には、動作点は図１５の第一象限と第二象限を移動することになる。
【００８４】
以上図１２から図１５は、本発明の第３の実施形態を説明する準備として中間段方式アクティブ変速機の動作を示したものであり、図１６，図１７に本発明の核心を説明する。本実施形態においても図７で説明したように変速直前にエンジントルクを低減することで、変速に必要なモータ容量を小さくすることが出来る。
【００８５】
５速自動ＭＴを搭載した車におけるスロットル全開時の駆動力特性を図１６に示す。１速から２速へアップシフトする場合の、エンジントルク最大時の駆動力はＰ点（６．２ｋＮ）からＱ点（３．６ｋＮ）に変化する。エンジンの最大トルクがＴｅ＝１３５Ｎｍ（ａｔ４４００ｒ／ｍｉｎ）、１速ギア比が３．３３３、２速ギア比が１．９５５、１．５  速ギア比は丁度中間の２．６４４であるとすれば、Ａ点のエンジン回転数は４４００ｒ／ｍｉｎ、Ｂ点のエンジン回転数は２５７０ｒ／ｍｉｎであるから、エンジン回転数の変化は１８３０ｒ／ｍｉｎであるが、モータは１．５速ギアを中心に回転数が正負に変化するので、モータ回転数の最大値はエンジン回転数変化の半分になる。したがって変速に必要なモータ容量Ｐｍは
2005014797.tif 000004
となって、モータ容量は図２のツインクラッチ方式の半分である。このことは特開２００３−１１３９３４号公報に述べた。しかしさらにモータ容量を低減できるならば、大きなコスト効果が得られる。
【００８６】
そこで図１２の中間段方式においても、制御を工夫してモータ容量の低減を図ることにする。スロットル全開で１速から２速にアップシフトする直前に１速の駆動力を、図１６のＰ点からいったんＰ２点になるようにエンジントルクを下げる。これにより１．５  速ギアによる駆動トルクは、エンジントルクを低減前はＲ点にあるべきところ、Ｒ２点に下がり２速に変速後のトルクと等しくなる。Ｐ点をＰ２点にあるいはＲ点をＲ２点に下げるにはエンジントルクを
2005014797.tif 000005
とすれば得られる。変速により動作点をＲ２点からＱ点に移動させて、大局的に見た駆動力の変化は従来の変速とほとんど同じになる。
【００８７】
図１７は本制御のフローチャートである。図１３のフローチャートに対して
Ｓｔｅｐ３′とＳｔｅｐ９′が追加されている。Ｓｔｅｐ３で次段ギアを締結後、エンジントルクを低減してからトルク遷移１を実行すると、モータトルクは小さくもエンジントルクを次段ギアに移行できる。（式８）では１３ｋＷのモータを要したが、エンジントルクを９９．８Ｎｍまで低減すると、変速に必要なモータ容量Ｐｍは
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となって、約７４％のモータ容量で前段ギアを解放可能であることが分かる。
Ｓｔｅｐ７，８のイナーシャフェーズの間も、前述のようにエンジンの慣性分トルクを抑えながら変速時間を短くするために、エンジントルクを低減されたままにしておく。エンジントルクの復帰は、Ｓｔｅｐ９で次段クラッチが締結された後行う。
【００８８】
図１８は１→２パワーオンアップシフトの場合の、各部のトルクと回転数のタイムチャートを示したものである。Ｓｔｅｐ３′でエンジントルクを低減すると、出力軸トルクは２速トルクと同等になる。この実施形態においては、エンジントルクをステップ的に、すなわち一気に低減する。
【００８９】
Ｓｔｅｐ４でトルク遷移１に進むと、一時的に出力軸トルクは低下するが、
Ｓｔｅｐ７の回転数遷移に入ると慣性分トルクが現れるので、出力軸トルクは再び増大する、この慣性分トルクを含めた出力軸トルクが、エンジントルクを低減しなかった場合の２速トルクになるように、モータ制御によりエンジン回転数の変化率を制御する。この方式によるとＳｔｅｐ４のトルク遷移１においてトルクのスリットが生じるが、短時間であるので変速ショックはほとんど感じられない。
【００９０】
このように本実施形態の方法によれば、小さな容量のモータで中間段方式のアクティブシフト変速機を実現できると言う効果がある。
【００９１】
図１９は本発明の第四の実施形態を示すフローチャートである。図１３のフローチャートに対してＳｔｅｐ３′とＳｔｅｐ９′が追加されている。図１７と異なるのはＳｔｅｐ３で次段ギアを締結後エンジントルクを一気に低減せず、トルク遷移１に移ってからエンジントルクを徐々に低減しながらモータトルクを次第に増加してやることであり、トルク遷移１の終了時点におけるエンジントルクとモータトルクの関係は図１７の場合と同じであるので、第三の実施形態と同様モータトルクは小さくてもトルクを次段ギアに移行できる。この場合もやはり、エンジントルクを９９．８Ｎｍ  まで低減すると駆動力は３．２ｋＮとなってＰ２点の動作状態になるので、変速に必要なモータ容量Ｐｍは９．６ｋＷ  であり、図
１３の方式に比べて約７４％のモータ容量でトルク遷移可能である。
【００９２】
Ｓｔｅｐ７，８のイナーシャフェーズの間もエンジントルクを低減したままであるのは図１７と同様である。エンジントルクの復帰は、Ｓｔｅｐ９で次段クラッチが締結された後行う。
【００９３】
図２０は１→２パワーオンアップシフトの場合の、各部のトルクと回転数のタイムチャートを示したものである。図１８と異なるのはＳｔｅｐ４のトルク遷移１における出力軸トルク波形であり、スリットの幅が小さくなっているのが判る。すなわちトルク遷移１の終了時点の出力軸トルクは同じであるが、エンジントルクをなだらかに低減するので、出力軸トルクの変化もなだらかになってスリットが細くなる。
【００９４】
このように本実施形態の方法によれば、小さな容量のモータで中間段方式のアクティブシフト変速機をより一層滑らかに変速できるという効果がある。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、変速時のトルク変動を増大させることなく、変速に必要なモータの容量を格段に小さく設計することが出来るので、大きな経済的効果が得られる。また変速中のエンジントルクとモータトルクを協調させて連続的に制御することで、出力トルク波形をさらに滑らかに出来るので、運転性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【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を示す。
【図２】本発明の第一の実施形態をなす変速機構成の構造図を示す。
【図３】本発明に用いるモータ制御構成のブロック図を示す。
【図４】図２の変速機におけるアップシフト時のソフト構成を示すフローチャートを示す。
【図５】図２の変速機において、パワーオンアップシフトする場合のトルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況説明図、およびトルクと回転数変化の示すタイムチャートを示す。
【図６】図５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を示す。
【図７】本発明の一実施形態をなすモータ変速制御システムの１→２アップシフト時の動作点変化の駆動力特性図を示す。
【図８】本発明の第一の実施形態になるモータ変速制御システムのアップシフト時のソフト構成のフローチャートを示す。
【図９】図８の変速制御システムにおいて、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のタイムチャートを示す。
【図１０】本発明の他の実施形態をなすモータ変速制御システムの、アップシフト時のソフト構成のフローチャートを示す。
【図１１】図１０の変速制御システムにおいて、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のタイムチャートを示す。
【図１２】本発明の一実施形態をなす変速機構成の構造図を示す。
【図１３】図１２の変速機における、アップシフト時のソフト構成のフローチャートを示す。
【図１４】図１２の変速機において、パワーオンアップシフトする場合のトルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況を示す説明図、およびトルクと回転数変化のタイムチャートを示す。
【図１５】図１４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を示す。
【図１６】本発明の一実施形態をなすモータ変速制御システムの１→２アップシフト時の動作点変化の駆動力特性図を示す。
【図１７】本発明の一実施形態をなすモータ変速制御システムのアップシフト時のソフト構成のフローチャートを示す。
【図１８】図１７の変速制御システムにおいて、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のタイムチャートを示す。
【図１９】本発明の一実施形態をなすモータ変速制御システムのアップシフト時ソフト構成のフローチャートを示す。
【図２０】図１９の変速制御システムにおいて、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のタイムチャートを示す。
【符号の説明】
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弁、１１…クラッチ１、１２…クラッチ２、１３…第一入力軸、１４…１速ギア、１４′…０．５速ギア、１５…３速ギア、１５′…２．５速ギア、１６…５速ギア、１６′…４．５速ギア、１７…第二入力軸、１８…２速ギア、１８′…１．５速ギア、
１９…４速ギア、１９′…３．５速ギア、２０…後退ギア。
【図１】
2005014797.tif 000007
【図２】
2005014797.tif 000008
【図３】
2005014797.tif 000009
【図４】
2005014797.tif 000010
【図５】
2005014797.tif 000011
【図６】
2005014797.tif 000012
【図７】
2005014797.tif 000013
【図８】
2005014797.tif 000014
【図９】
2005014797.tif 000015
【図１０】
2005014797.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
2005014797.tif 000018
【図１３】
2005014797.tif 000019
【図１４】
2005014797.tif 000020
【図１５】
2005014797.tif 000021
【図１６】
2005014797.tif 000022
【図１７】
2005014797.tif 000023
【図１８】
2005014797.tif 000024
【図１９】
2005014797.tif 000025
【図２０】
2005014797.tif 000026