(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有する自動車であって、前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達または遮断する第１のクラッチと、 該第１クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段と後退変速段を含む第１の変速ギヤ列と、 前記内燃機関の出力を伝達または遮断する第２のクラッチと、 該第２クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段を含む第２の変速ギヤ列と、 前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸との間に設けられた回転電機と、 前記第２クラッチの出力軸と変速機ケースの間に設けられたブレーキと、 前記第１変速ギヤ列および前記第２変速ギヤ列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、 前記制御装置は、前記第１クラッチが締結、前記第２クラッチが解放して前記第１の変速ギヤ列が締結して駆動中に、前記回転電機により前記第２クラッチの出力軸トルクを漸増することにより、前記第１変速ギヤ列の伝達トルクを漸減し、前記第１の変速ギヤ列の伝達トルクがほぼ０になったところで前記第１変速ギヤ列を解放し、前記回転電機により前記第２クラッチの出力軸トルクを保持しながら、前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の回転数を漸近させ、前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の回転数が略等しくなったところで前記第２クラッチを締結すると共に、前記回転電機の発生トルクを０にして前記第１クラッチを解放し、 前記制御装置は、前記第２クラッチが締結、前記第１クラッチが解放して前記第２変速ギヤ列が締結して駆動中に、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸トルクを漸増することにより、前記第２変速ギヤ列の伝達トルクを漸減し、前記第２変速ギヤ列の伝達トルクがほぼ０になったところで前記第２変速ギヤ列を解放し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸トルクを保持しながら、前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の回転数を漸近させ、前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の回転数が略等しくなったところで前記第１クラッチを締結すると共に、前記回転電機の発生トルクを０にして前記第２クラッチを解放することを特徴とする自動車において、
前記制御装置は、前記回転電機出力トルクが前記内燃機関トルクに略等しくなったことにより、前記第１変速ギヤ列の伝達トルクがほぼ０になったことを判定することを特徴とする自動車。
【請求項２】
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置および該制御装置に指令信号を与えるアクセルペダルとを有する自動車であって、 前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、 該第１クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段と後退変速段を含む第１の変速ギヤ列と、 前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、 該第２クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段を含む第２の変速ギヤ列と、 前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸との間に設けられた回転電機と、 前記第２クラッチの出力軸と変速機ケースの間に設けられたブレーキと、 前記第１変速ギヤ列および前記第２変速ギヤ列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、 前記制御装置は、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチが解放しているとき、前記第１変速ギヤ列および前記ブレーキを結合し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸トルクを発生することにより、微速走行することが可能な自動車。
【請求項３】
請求項２記載の自動車において、前記アクセルペダルが踏まれていない時に対して、所定以下の範囲で踏まれている時のほうが、前記回転電機のトルクを大きくすることを特徴とする自動車。
【請求項４】
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有する自動車であって、 前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、 該第１のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段と後退変速段を含む第１の変速ギヤ列と、 前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、 該第２クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段を含む第２の変速ギヤ列と、 前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間に設けられた回転電機と、 前記第２クラッチの出力軸と変速機ケースの間に設けられたブレーキと、 前記第１変速ギヤ列および前記第２変速ギヤ列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、 前記内燃機関を停止して停車中に前記制御装置は、前記第１クラッチを締結して前記第２クラッチを解放し、前記第１変速ギヤ列のギヤおよび前記ブレーキを結合し、前記回転電機によりトルクを発生して前記第１クラッチの出力軸を回転することにより、発進しながら前記内燃機関を始動することを特徴とする自動車。
【請求項５】
請求項４記載の自動車において、前記内燃機関が始動後に該内燃機関のトルクに応じて前記回転電機のトルクを低減し、該回転電機のトルクがほぼ０の状態において、前記ブレーキを解放することを特徴とする自動車。
【請求項６】
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有する自動車であって、 前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、 該第１クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段と後退変速段を含む第１の変速ギヤ列と、 前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、 該第２クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段を含む第２の変速ギヤ列と、 前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間に設けられた回転電機と、 前記第２クラッチの出力軸と変速機ケースの間に設けられたブレーキと、 前記第１変速ギヤ列および前記第２変速ギヤ列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、 前記内燃機関を停止して停車中に前記制御装置は、前記第２クラッチを締結して前記第１クラッチを解放し、前記第１変速ギヤ列を締結して前記第２変速ギヤ列および前記ブレーキを解放し、前記回転電機により前記第２クラッチの出力軸トルクを発生することにより前記内燃機関を始動し、機関始動後は前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸トルクを増大させて発進することを特徴とする自動車。
【請求項７】
請求項４又は６記載の自動車において、前記回転電機の電源となるバッテリの残存容量に応じて、請求項４記載の制御方法と請求項６記載の制御方法を切り替えて走行することを特徴とする自動車。
【請求項８】
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置および該制御装置に指令信号を与えるアクセルペダルとを有する自動車であって、 前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、 該第１クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段を含む第１の変速ギヤ列と、 前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、 該第２クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段と後退変速段を含む第２の変速ギヤ列と、 前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間に設けられた回転電機と、 前記第１変速ギヤ列および前記第２変速ギヤ列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、 前記制御装置は、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチが解放しているとき、前記第１変速ギヤ列の変速段および第２変速ギヤ列の後進変速段を結合し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間にトルクを発生することにより微速走行可能な自動車。
【請求項９】
請求項８記載の自動車において、前記アクセルペダルが踏まれていないときに対して、所定以下の範囲で踏まれているときのほうが、前記回転電機のトルクを大きくすることを特徴とする自動車。
【請求項１０】
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有する自動車であって、 前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、 該第１のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段を含む第１の変速ギヤ列と、 前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、 該第２のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段と後退変速段を含む第２の変速ギヤ列と、 前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸との間に設けられた回転電機と、 前記第１変速ギヤ列および第２変速ギヤ列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、 前記内燃機関を停止して停車中に前記制御装置は、前記第１クラッチを締結して前記第２クラッチを解放し、前記第１変速ギヤ列の変速段および前記第２変速ギヤ列の後退変速段を締結し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間に、前記第１クラッチの出力軸が正方向に回転するようにトルクを発生することにより、前進発進しながら前記内燃機関を始動し、 または前記内燃機関を停止して停車中に前記制御装置は、前記第２クラッチを締結して前記第１クラッチを解放し、前記第１変速ギヤ列の変速段および前記第２変速ギヤ列の後退変速段を締結し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間に、前記第２クラッチの出力軸が正方向に回転するようにトルクを発生することにより、後進発進しながら前記内燃機関を始動することを特徴とする自動車。
【請求項１１】
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有する自動車であって、 前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、 該第１クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段を含む第１の変速ギヤ列と、 前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、 該第２クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段と後退変速段を含む第２の変速ギヤ列と、 前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間に設けられた回転電機と、 前記第１変速ギヤ列および前記第２変速ギヤ列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、 前記内燃機関を停止して停車中に前記制御装置は、前記第２クラッチを締結して前記第１クラッチを解放し、前記第１変速ギヤ列の変速段を締結し、前記第２変速ギヤ列の変速段を解放し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間に、前記第２クラッチの出力軸が正方向に回転するようにトルクを発生することにより前記内燃機関を始動し、始動後は前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸トルクを増大させて前進発進し、 または前記内燃機関を停止して停車中に前記制御装置は、前記第１クラッチを締結して前記第２クラッチを解放し、前記第１変速ギヤ列の変速段を解放し、前記第２変速ギヤ列の後退変速段を締結し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸の間に、前記第１クラッチの出力軸が正方向に回転するようにトルクを発生することにより前記内燃機関を始動し、始動後は前記回転電機により前記第２クラッチの出力軸トルクを増大させて後進発進することを特徴とする自動車。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の自動車において、前記回転電機の電源となるバッテリの残存容量に応じて、請求項１０記載の制御方法と請求項１１記載の制御方法を切り替えて走行することを特徴とする自動車。
【請求項１３】
内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有する自動車であって、 前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、 該第１クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段を含む第１の変速ギヤ列と、 前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、 該第２クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段と後退変速段を含む第２の変速ギヤ列と、 前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸との間に設けられた回転電機と、 前記第１変速ギヤ列および前記第２変速ギヤ列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、 前記第２クラッチが締結して前記第１クラッチが解放されて後進走行中に、前進走行指令が与えられた時、前記制御装置は、前記回転電機により前記第１変速ギヤ列の前進変速段を同期させて締結し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸トルクを逆回転方向に漸増することにより、前記第２変速ギヤ列の後退変速段の伝達トルクを漸減し、前記第２変速ギヤ列の伝達トルクがほぼ０になったところで前記第２変速ギヤ列の後退変速段を解放し、前記回転電機により前記第１クラッチの出力軸トルクを保持し、前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸回転数が略等しくなったところで前記第１クラッチを締結すると共に前記回転電機の発生トルクを０にして前記第２クラッチを解放し、 または前記第１クラッチが締結して前記第２クラッチが解放されて前進走行中に、後進走行指令が与えられた時、前記制御装置は、前記回転電機により前記第２変速ギヤ列の後進変速段を同期させて締結し、前記回転電機により前記第２クラッチの出力軸トルクを逆回転方向に漸増することにより、前記第１変速ギヤ列の前進変速段の伝達トルクを漸減し、前記第１変速ギヤ列の伝達トルクがほぼ０になったところで前記第１変速ギヤ列の前進変速段を解放し、前記回転電機により前記第２クラッチの出力軸トルクを保持し、前記第１クラッチの出力軸と前記第２クラッチの出力軸回転数が略等しくなったところで前記第２クラッチを締結すると共に前記回転電機の発生トルクを０にして前記第１クラッチを解放することを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動制御および回生制動が可能な自動車用自動変速機、およびそれを用いた自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、従来の自動変速機においては、遊星歯車式あるいは平行軸式変速機構が用いられ、変速比の異なるギヤ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ようにしている。これらの従来技術は、例えば以下に示された特許文献１に記載されている。
【０００３】
上記従来技術を解析した結果を以下に説明する。この解析結果は従来技術をそのまま述べたものではなく、あくまで解析結果である。
【０００４】
シフトアップする場合は、次段クラッチを締結開始して半クラッチ状態でトルク伝達力を次第に増していくと、前段クラッチの伝達トルクが次第に減少するいわゆるトルクフェーズのトルク遷移が起こる。全トルクが次段クラッチに遷移した時に前段クラッチを解放すると、エンジン回転数が次段ギヤの入力回転数に向けて減少するいわゆるイナーシャフェーズの回転数遷移が起こる。
【０００５】
シフトダウンする場合は、次段クラッチの伝達トルクを増加させても、エネルギポテンシャルの低いハイギヤからエネルギポテンシャルの高いローギヤへのトルク遷移を行うことは原理的にできない。そのため、初めに前段クラッチを滑らせてエンジン回転数を上昇させる回転数遷移を行い、次段クラッチが同期したところでクラッチを掛け変えてトルク遷移を行う。
【特許文献１】特開平１０−８９４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように従来の変速制御においては、クラッチの摩擦制御によりトルクフェーズにおけるトルク遷移や、イナーシャフェーズにおける慣性エネルギの放出を行っている。しかし、この方法ではクラッチ板の摩擦による損傷が生じて寿命が短くなるという不都合がある。
【０００７】
またこの方法によれば、トルク伝達力の加減を摩擦力の調整によって行うが、摩擦力は滑り速度に対して負性抵抗特性を有しているので、トルク伝達力を所定の値に安定に制御することは極めて難しく、ジャダが発生して変速ショックを生じたり、ひどい場合にはクラッチ板が波状に摩耗したりする。特にアクセルペダルを踏み込んで加速しようとするときのダウンシフトにおいては、原理的に初めにトルク遷移を行うことができないので、回転数合わせを先に行って、低速段のクラッチを接続してからトルク遷移を行っている。このため、踏み込んでからトルクが出てくるまでの応答が遅く運転性が良くない。
【０００８】
本発明の第１の目的は、上述した従来技術の問題点を改善し、摩擦に頼らない滑らかで応答性に優れた変速制御を行いながら、電動走行および回生制動も可能にする自動車用変速制御システムを提供することである。
【０００９】
さらに本発明の第２の目的は、変速制御だけでなく、同一の手段を使用してクリープ制御や発進制御をも可能にすることで、全体機能に対するコストを相対的に引き下げることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内燃機関の動力を第１の開閉クラッチおよび第１の変速機構を介して駆動軸に伝達する第１の動力伝達経路と、前記内燃機関の動力を第２の開閉クラッチおよび前記第１の変速機構とは変速比の異なる第２の変速機構を介して駆動軸に伝達する第２の動力伝達経路と、前記第１の動力伝達経路にあって前記第１の開閉クラッチよりも駆動軸側の回転軸、および前記第２の動力伝達経路にあって前記第２の開閉クラッチよりも駆動軸側の回転軸にそれぞれ接続された回転子および固定子で構成される回転電機とを設け、変速時のトルク遷移を回転電機の発生トルクにより、イナーシャフェーズの回転数遷移を回転電機の回転数制御により行うことで、クラッチの摩擦制御に頼らない滑らかで応答性のよい変速制御を行うものである。
【００１１】
また、電動機の発生トルクにより駆動軸のトルクが制御できることを利用して、エンジンに頼らず微速走行いわゆるクリープ走行を行い、停車時にエンジンを停止させて燃料を節約し、発進しながらエンジンを始動する制御、および前進と後退の切り替え時に連続的に滑らかにトルク変化させる制御を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法によれば、変速過渡時のみならずクリープ時、発進時、セレクト時にもトルク遷移を電動機のトルク制御で行うので、クラッチが摩耗する恐れがなく寿命が向上すると共に、滑らかに車を加速することでき、運転性能を大幅に改善できるという効果が得られる。また、一つの変速機で多くの機能を実現できるので、相対的にコストを抑制できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
『第１の構成例になる構成要素および構成要素の制御方法』
図１に本発明の第１の実施例の原理構成を示す。エンジン１の出力は２個のクラッチ２、３により各変速ギヤ列４、５に接続され、各変速ギヤ列４、５の出力は一つの出力軸６に集められて駆動輪（図示せず）を駆動する。第１クラッチ２にＡ点で接続された第１の変速ギヤ列４は奇数変速段を構成し、第２クラッチ３にＢ点で接続された第２の変速ギヤ列５は偶数変速段を構成している。各クラッチと各変速ギヤ列との接続点Ａ、Ｂを電動機７で接続し、さらに電動機７の片方の軸を固定できるようにしたのが特徴である。本実施例では第２クラッチ３に接続された電動機軸と変速機ケース２３の間にブレーキ４５を設けている。
【００１４】
まず動作原理を説明する。図１の原理構成図において第１クラッチ２を締結、第２クラッチ３を解放した状態で走行している場合、電動機７のトルクが図１のＢ点からＡ点に向かう方向を正とすると、下式が成り立つ。
Ｔｏ＝ｉ１×Ｔ１＋ｉ２×Ｔ２                              （式１）
Ｔ２＝−Ｔｍ                                              （式２）
Ｔ１＝Ｔｅ＋Ｔｍ                                          （式３）
これより出力軸トルクをまとめると、下式が得られる。
Ｔｏ＝ｉ１Ｔｅ＋（ｉ１−ｉ２）Ｔｍ                        （式４）
【００１５】
第１クラッチ２を解放、第２クラッチ３を締結した状態の場合は対称的な式となり、
Ｔｏ＝ｉ１×Ｔ１＋ｉ２×Ｔ２                              （式５）
Ｔ１＝Ｔｍ                                                （式６）
Ｔ２＝Ｔｅ−Ｔｍ                                          （式７）
これより出力軸トルクをまとめると、下式が得られる。
Ｔｏ＝ｉ２Ｔｅ＋（ｉ１−ｉ２）Ｔｍ                        （式８）
【００１６】
すなわちエンジンに直結したギヤを通して出力軸を駆動するトルクに加えて、モータトルクに変速比の差を掛けたトルクが、出力軸に現われることになる。モータトルクは正負自在に制御できるから、目的に合わせてエンジンに直結していない方のギヤ比を選択し、目的に合わせてモータトルクの極性と大きさを制御すればよい。
【００１７】
図２に本発明の第１の実施例に用いる電動機制御系を示す。電動機７は例えば永久磁石同期電動機であれば、バッテリ８に接続されたインバータ９により３相交流Ｕ、Ｖ、Ｗを供給される。インバータ９の各相のアームには高速スイッチング素子１０が設けられている。これらの高速スイッチング素子１０のゲート信号は、電動機制御装置１１により制御される。電動機制御装置１１はトルク指令および回転数指令を受けると共に、各アームの電流センサ１２の出力および回転子の角度を検出する位置センサ１３の出力をフィードバックして、電動機７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。
【００１８】
このように電動機制御装置１１にトルク指令および回転数指令を与えると、電動機のトルクと回転数を図３のようにいわゆる４象限制御を行うことができる。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、電動機の種類は永久磁石同期電動機に限られたものではなく、誘導電動機や直流電動機であっても良いことは言うまでもない。
【００１９】
図４に本発明の第１の実施例における変速機の構成を示す。変速機ケース２３はエンジン１に直結し、エンジン出力軸にクラッチ２および３が取り付けられている。クラッチはいわゆるツインクラッチを形成し、第１クラッチ２の出力が外側シャフト３７に、第２クラッチ３の出力が内側シャフト３８になるように同軸状に配置され、両クラッチのエンジン側の摩擦板２′および３′は一体的に形成されている。各クラッチ２、３はクラッチアクチュエータ２０および２２により押し付け圧が印加されて締結する。クラッチアクチュエータ２０および２２は、油圧式、空気圧式あるいは機械式のいずれの形式であってもよい。
【００２０】
第１クラッチ２の出力軸３７には１速ギヤ２４、３速ギヤ２５および後退ギヤ２８が取り付けられ、第２クラッチ３の出力軸３８には２速ギヤ２６および４速ギヤ２７が取り付けられている。これらの変速ギヤ２４〜２８に噛み合っている各段の従動ギヤ２４′〜２８′は、出力軸６上に回動自在に配置されており、シンクロメッシュ機構付のドッグクラッチ２９〜３１により出力軸６に結合するようになっている。ドッグクラッチ２９〜３１は、それぞれシフトフォーク３２〜３４により目的のギヤの方にスライドして噛み合う。シフトフォーク３２〜３４は各シフトアクチュエータ１５、３５、３６により駆動される。本実施例では個別のシフトアクチュエータを用いた例を示したが、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。
【００２１】
このようなツインクラッチ式自動変速機の構成は公知である。ギヤ配列やドッグクラッチの位置が異なるものの、類似の構造のものが例えば特開平１０−８９４５６号公報に示されている。しかしこれはあくまでクラッチの摩擦制御により変速させるものである。
【００２２】
両クラッチの出力軸３７と３８の間には電動機７を接続してある。例えば図４の実施例では第１クラッチの出力軸３７に電動機の固定子３９を取り付け、第２クラッチの出力軸３８に電動機の回転子４０を取り付けてある。このようにすると電動機７は接続ギヤ等を用いることなく図１のＡ点とＢ点の間に挿入されたことになり、最もシンプルな構成で実現することができる。
【００２３】
本発明の特徴は、電動機の回転子４０に接続された第２クラッチの出力軸３８と変速機ケース２３の間にブレーキ４５を設けたことにあり、該ブレーキ４５を作動させると電動機の回転子４０を固定する。該ブレーキ４５は後記する実施例の制御に応じて締結／解放制御される。
【００２４】
図５に本発明の第１の実施例に用いる変速ギヤ同期結合制御系を示す。図６はその動作を示すフローチャートである。締結していない方のクラッチにつながった変速ギヤ列の、ドッグクラッチを結合するための制御であり変速の準備過程である。モータ回転数指令発生部４２に同期結合指令が入力されるとこの制御を開始する。ステップ１で現在の変速段ｎを読み込み、ステップ２でこれからアップシフトするのかダウンシフトするのか判断して、その結果に従ってステップ３で変速後のギヤ段を決定する。ステップ４で変速後のギヤ比を決定し、ステップ５で変速機出力軸６の回転数Ｎｏを読み込むと、ステップ６でモータ回転数指令ｔＴｍが算出される。
【００２５】
モータ回転数指令ｔＴｍを受けてモータ回転数フィードバック制御部４３では、ステップ７で電動機制御装置１１から得られる実モータ回転数ａＮｍを読み込み、ステップ８でモータ回転数指令ｔＴｍとの偏差を計算し、ステップ９でモータ回転数指令部１７が制御補償してモータ回転数指令Ｎｍを電動機制御装置１１に与える。こうすると実モータ回転数ａＮｍがモータ回転数指令ｔＴｍに等しくなるようにフィードバック制御される。
同期判定部４４ではステップ１０でモータ回転数指令ｔＴｍと実モータ回転数ａＮｍがほぼ等しくなったか否かを判定し、非同期状態ならば同期するまで待つ。同期状態と判定されたらステップ１１では、ステップ３において決定された変速後ギヤ段に対応するシフトアクチュエータ１６、３５、３６に対して結合信号を出力する。
『変速制御』
【００２６】
図７に本発明の第２の実施例である変速制御を行う場合のブロック図を、図８にフローチャートを示す。構成要素およびその制御方法は第１の実施例の場合と同じである。図９は変速時のトルクと回転数の変化を従来方式と比較して示したものである。本制御はすべてブレーキ４５を解放した状態で行われる。
【００２７】
図７乃至図９を用いて本実施例の動作を説明する。変速指令が与えられて、ステップ１でモータトルク指令部１４が所定の増加率でモータトルクを増加させると、次段ギヤの入力トルクが増加し前段ギヤ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過程である。１→２または３→４アップシフトの場合、モータトルクを負の方向に増加させると、（２）式により変速ギヤ５の入力トルクＴ２が増加し、（３）式により変速ギヤ４の入力トルクＴ１が減少し、Ｔｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０、Ｔ２＝Ｔｅとなる。回転数は変速ギヤ４の入力回転数Ｎ１の方が高いので、図３の電動機動作平面における動作点はＡ点からＢ点に移動する。２→３アップシフトの場合、モータトルクを正の方向に増加させると、（６）式により変速ギヤ４の入力トルクＴ１が増加し、（７）式により変速ギヤ５の入力トルクＴ２が減少し、Ｔｍ＝Ｔｅに達するとＴ１＝Ｔｅ、Ｔ２＝０となる。回転数は変速ギヤ５の入力回転数Ｎ２の方が高いので、図３の電動機動作平面における動作点はＤ点からＥ点に移動する。
【００２８】
４→３または２→１ダウンシフトの場合、モータトルクを正の方向に増加させると、（６）式により変速ギヤ４の入力トルクＴ１が増加し、（７）式により変速ギヤ５の入力トルクＴ２が減少し、Ｔｍ＝Ｔｅに達するとＴ１＝Ｔｅ、Ｔ２＝０となる。回転数は変速ギヤ４の入力回転数Ｎ１の方が高いので、図３の電動機動作平面における動作点はＡ点からＨ点に移動する。３→２ダウンシフトの場合、モータトルクを負の方向に増加させると、（２）式により変速ギヤ５の入力トルクＴ２が増加し、（３）式により変速ギヤ４の入力トルクＴ１が減少し、Ｔｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０、Ｔ２＝Ｔｅとなる。回転数は変速ギヤ５の入力回転数の方が高いので、図３の電動機動作平面における動作点はＤ点からＧ点に移動する。
【００２９】
トルクフェーズ終了判定部１５は前段ギヤの入力トルクが０になったことを判定するものである。前段ギヤ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、電動機の動作点がＢ点、Ｅ点、Ｈ点、Ｇ点になったことで判定してもよい。すなわちＴｍ＝Ｔｅとなったときに前段ギヤの入力トルク＝０と看做すことができる。このためエンジントルク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って出願された特開平５−２４００７３号、特開平６−３１７２４２号等に示されている。電動機の実トルク情報ａＴｍは図２に示すように電動機制御装置１１から得られる。
【００３０】
ステップ２でトルクフェーズ終了を判定したら、ステップ３で前段のシフトアクチュエータ１６または３５を動作させて前段ギヤを解放する。前段ギヤ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。
【００３１】
ステップ４でモータ回転数指令部１７がモータ回転数を低減開始すると、エンジン回転数が次段ギヤ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。１→２または３→４アップシフトの場合、変速ギヤ４の入力に対し変速ギヤ５の入力トルクを増大させたまま、変速ギヤ４の入力回転数を下げるので、図３の電動機動作平面における動作点はＢ点からＣ点に移動する。２→３アップシフトの場合、変速ギヤ５の入力に対し変速ギヤ４の入力トルクを増大させたまま、変速ギヤ５の入力回転数を下げるので、図３の電動機動作平面における動作点はＥ点からＦ点に移動する。４→３または２→１ダウンシフトの場合、変速ギヤ５の入力に対し変速ギヤ４の入力トルクを増大させたまま、変速ギヤ４の入力回転数を下げるので、図３の電動機動作平面における動作点はＨ点からＦ点に移動する。３→２ダウンシフトの場合、変速ギヤ５の入力に対し変速ギヤ４の入力トルクを増大させたまま、変速ギヤ５の入力回転数を下げるので、図３の電動機動作平面における動作点はＧ点からＣ点に移動する。
【００３２】
イナーシャフェーズ終了判定部１８は、エンジン回転数が次段ギヤの入力回転数に等しくなったことによりイナーシャフェーズ終了を判定するが、各ギヤの入力回転数を直接検出することができない場合には、電動機の回転数Ｎｍが０になったことで判定してもよい。電動機の回転数情報は電動機制御装置１１から得られる。
【００３３】
ステップ５でイナーシャフェーズ終了を判定したら、ステップ６で次段クラッチ制御部１９がクラッチアクチュエータ２０又は２２を動作させて次段クラッチを締結する。ステップ７で前記モータトルク指令部１４がモータトルクを０にすると共に、ステップ８で前段クラッチ制御部２１が前段クラッチアクチュエータ２２又は２０を動作させて前段クラッチを解放する。
【００３４】
アップシフトの場合、次段ギヤの入力回転数のほうが前段ギヤの入力回転数よりも低いのでポテンシャルエネルギを下げることになり、イナーシャフェーズにおける慣性エネルギは電動機を通してバッテリに回生される。ダウンシフトの場合は、次段ギヤの入力回転数のほうが前段ギヤの入力回転数よりも高いのでポテンシャルエネルギを上げることになり、イナーシャフェーズにおける慣性エネルギは電動機を通してバッテリから供給することになる。
【００３５】
図９には、比較のため、従来の自動変速機の変速時の各部トルクと回転数を示してある。従来の変速機は受動的な素子であるクラッチの摩擦制御だけで変速を行うので、ポテンシャルエネルギを下げるアップシフトには対応できるが、ポテンシャルエネルギを上げるダウンシフトには対応できない。そのため、従来のダウンシフトでは、初めに前段クラッチを滑らせて回転数遷移を行い、次段クラッチを同期させてトルク遷移を行っている。このためトルク遷移が急激に生じて「突き上げ」と呼ばれる変速ショックが発生しやすく、その対策のためにトルク遷移に合わせてエンジントルクを低減する制御が必要であった。
【００３６】
本発明の変速アルゴリズムはアップシフトの場合はもちろん、ダウンシフトの場合にも全く同じ方法で変速を行うことが出来る。本実施例のように電動機という能動的な素子を用いると、ダウンシフト時に回転数差を保ったままポテンシャルエネルギの高い方にトルク遷移を行うことができるので、変速開始と共に直ちに次段トルクに移行し、かつイナーシャトルクの影響が現われないのでトルク応答性が高く、運転性が向上する。
【００３７】
さらに本発明の変速方法を用いると、トルク遷移の変化率はモータトルクの変化率であるので自由に制御することができ、例えば雪道等の低μ路のコーナでシフトダウンする場合は通常よりも緩やかにトルク遷移を行い、急激なエンジンブレーキが掛からないようにしてスリップ事故を防止する制御が可能である。
『クリープ制御』その１
【００３８】
図１０に本発明の第３の実施例であるクリープ制御を行う場合のブロック図を示し、図１１にその制御手順を示すフローチャートを示す。構成要素および構成要素の制御方法は第１の実施例の場合と同じである。図１０および図１１を用いて動作を説明する。
【００３９】
セレクトレバー（図示せず）がＰレンジにあるとき発進制御部４６はクラッチ２および３、ドッグクラッチ２９〜３１、およびブレーキ４５を解放し、エンジンを停止して停車状態にある。セレクトレバーを入れると発進制御部４６がステップ１でレンジを判定し、Ｄレンジであるならばステップ２でシフトアクチュエータ１６を動作させてシフトフォーク３２をスライドし、ドッグクラッチ２９を１速ギヤ２４に結合する。Ｒレンジであるならばステップ２でシフトアクチュエータ３６を動作させてシフトフォーク３４をスライドし、ドッグクラッチ３１を後退ギヤ２８に結合する。いずれのレンジでもない場合はクリープ制御を行わない。ステップ３でブレーキ４５を締結して発進準備を完了する。
【００４０】
ステップ４でフットブレーキの状態を判定し、踏み込まれていたらステップ６でモータトルク指令部１４はモータトルク指令を０にするので電動機制御装置１１はモータ電流を遮断する。フットブレーキをゆるめると、ステップ５でアクセル開度の判定を行い、開度０ならモータトルク指令部１４は小さなクリープ時モータトルク指令を電動機制御装置１１に与える。アクセルペダルを所定値以下の範囲で踏むと、モータトルク指令部１４はアクセルペダルを離したときより少し高めのクリープ時モータトルク指令を発生して、坂道発進や縁石乗り越えに対応できる。アクセルペダルを所定値以上踏むと、第４の実施例に示すアイドルストップ制御に移行する。
【００４１】
モータ回転数指令部１７には電動機制御装置１１からの実モータ回転数ａＮｍが入力されており、ステップ７でそのまま同じ値をモータ回転数指令Ｎｍとして電動機制御装置１１に与えると、モータ回転数は車両が加速するに従って高くなって行く。クリープ制御の場合には微速運転を要求されているので、ステップ８でモータ回転数を制限する。
【００４２】
本実施例の方式を用いれば、エンジンと自動変速機の間にトルクコンバータを設けなくても、従来の自動変速機付自動車と同様のクリープ走行が可能となり、車庫入れ等の微速走行時の運転性を向上させる効果がある。
『アイドルストップ発進制御』その１
【００４３】
図１２は本発明の第４の実施例であるアイドルストップ制御の発進制御を示すフローチャートである。発進準備を行ってアクセル開度を判定するまでは、第３の実施例で図１１のフローチャートに示したクリープ制御と同じである。制御ブロック図は第３の実施例に用いた図１０と同じである。構成要素および構成要素の制御方法は第１の実施例の場合と同じである。また制御中の各部のトルクおよび回転数の変化を図１３のタイムチャートに示す。
【００４４】
アイドルストップ制御の発進制御を図１０〜図１３を用いて説明する。発進準備は図１１の手順で行う。セレクトレバーを入れると発進制御部４６がステップ１でレンジを判定し、Ｄレンジであるならば、ステップ２でシフトアクチュエータ１６を動作させてシフトフォーク３２をスライドし、ドッグクラッチ２９を１速ギヤ２４に結合する。Ｒレンジであるならばステップ２でシフトアクチュエータ３６を動作させてシフトフォーク３４をスライドし、ドッグクラッチ３１を後退ギヤ２８に結合する。ステップ３でブレーキ４５を締結して、発進準備を完了する。
【００４５】
ステップ４でフットブレーキの状態を判定し、フットブレーキをゆるめるとステップ５でアクセル開度の判定を行い、アクセルペダルを所定値以上踏むとアイドルストップ制御の発進制御に移行する。発進制御は図１２の手順で行う。図１２のステップ１で、発進制御部４６はクラッチアクチュエータ２２を作動させて第１クラッチ２を締結する。ステップ２で、モータトルク指令部１４はアクセル開度に応じた発進時モータトルク指令を電動機制御装置１１に与える。電動機７はトルクを発生するが回転子４０は固定されているので固定子３９が回転し、第１クラッチ軸３７を回転させる。これにより１速ギヤ２４を通して出力軸６が回転し車両が発進する。一方、第１クラッチ２が締結されているので、モータトルクの一部はエンジンを回転させる。したがって、ステップ２においてはクラッチトルクが負になる。
【００４６】
モータ回転数指令部１７には電動機制御装置１１からの実モータ回転数ａＮｍが入力されていて、ステップ３でそのまま同じ値をモータ回転数指令Ｎｍとして電動機制御装置１１に与えるので、モータ回転数は車両が加速するに従って高くなっていく。
【００４７】
ステップ４で発進制御部４６はモータ回転数すなわちエンジン回転数を判定し、エンジン回転数がアイドル回転数以上になったことを判定したら、ステップ５でエンジンの燃料噴射および点火指令を発生してエンジンを始動する。エンジンが始動すると第１クラッチ出力軸３７にはエンジントルクとモータトルクの両方が印加されるので、ステップ６でモータトルク指令部１４が発進加速時に必要なトルクを調整する。電動機７はエンジントルクと同じトルクを発生できるので、２倍のエンジントルクを得られることになり、従来のトルクコンバータに匹敵する発進加速制御が可能になる。発進制御が終了するとステップ７でモータトルク指令部１４はモータトルクＴｍを減少させ、ステップ８でモータトルクが０になったことを判定したら、ステップ９でブレーキ４５を解放してアイドルストップ制御の発進制御を終了する。
【００４８】
次にアイドルストップ制御の停止制御を説明する。アクセル開度が０で車速が低下してくると、変速線に従って１速にダウンシフトするが、さらに車速が低下してエンジン回転数がアイドル回転数以下に達したら、発進制御部４６は第１クラッチ２を解放してエンジンを停止させる。車速が０になったら前記したようにレンジ信号に応じて図１１のステップ１〜ステップ３を実行して発進準備を行う。
【００４９】
本実施例の方法によれば、信号待ち等で自動車が一時停車したとき、エンジンを停め無駄な燃料を節約するので燃費が大幅に向上するという効果がある。さらに発進時に電動機でエンジントルクを補って最大２倍の発進トルクが得られるので、トルクコンバータの代替機能を有しており、トルクコンバータを廃止して廉価なシステムを提供することができる。
【００５０】
ところでブレーキ４５は、発進時に電動機７が１速ギヤに接続された第１クラッチ出力軸３７にトルクを印加する反力を受け止めるために、第２クラッチ出力軸３８を変速機ケース２３に固定するために設けたものである。電動機７が第１クラッチ出力軸３７をエンジン回転方向に回すためには、第２クラッチ出力軸３８にはエンジン回転方向とは逆向きの反力が加えられる。したがってブレーキ４５はエンジン回転方向とは逆向きの反力さえ受け止めればよいので、バンドブレーキや多板ブレーキの代りにワンウエイクラッチを用いてもよい。発進制御が終了して第２クラッチが締結すると、第２クラッチ出力軸３８は常にエンジン回転方向に回転するので、ワンウエイクラッチは常に解放しておりステップ９でブレーキ４５を解放したのと同じ状態になる。ワンウエイクラッチを用いた場合ブレーキ４５を締結するためのアクチュエータや油圧源・空気圧源等が不要で構造が簡単になり、また制御もステップ３、ステップ８とステップ９を省略できてソフトウエア開発工数が減るという効果がある。
『アイドルストップ発進制御』その２
【００５１】
図１４は、本発明の第５の実施例であるアイドルストップ制御の発進制御を示すフローチャートである。発進準備を行ってアクセル開度を判定するまでは、第３の実施例で図１１のフローチャートに示したクリープ制御と同じである。制御ブロック図は、第３の実施例に用いた図１０と同じである。構成要素および構成要素の制御方法は第１の実施例の場合と同じである。また制御中の各部のトルクおよび回転数の変化を図１５のタイムチャートに示す。
【００５２】
アイドルストップ制御の発進制御を図１０、図１１、図１４、図１５を用いて説明する。発進準備は図１１の手順で行う。セレクトレバーを入れると発進制御部４６が図１１のステップ１でレンジを判定し、Ｄレンジであるならば、ステップ２でシフトアクチュエータ１６を動作させてシフトフォーク３２をスライドし、ドッグクラッチ２９を１速ギヤ２４に結合する。Ｒレンジであるならばステップ２でシフトアクチュエータ３６を動作させてシフトフォーク３４をスライドし、ドッグクラッチ３１を後退ギヤ２８に結合する。ステップ３でブレーキ４５を締結して発進準備を完了する。
【００５３】
ステップ４でフットブレーキの状態を判定し、フットブレーキをゆるめるとステップ５でアクセル開度の判定を行い、アクセルペダルを所定値以上踏むとアイドルストップ制御の発進制御に移行する。発進制御は図１４の手順で行う。
【００５４】
図１４のステップ１で先に締結したブレーキ４５を解放する。ブレーキ４５にワンウエイクラッチを用いているならばこの手順は省略できる。ステップ２で発進制御部４６が第２クラッチ３を締結し、ステップ３でモータトルク指令部１４がエンジン始動トルク指令を発生する。これにより電動機７の回転子４０は第２クラッチ３を通してエンジンを回転させるが、電動機７の固定子３９に現われる反力は第１クラッチの出力軸３７を通常と逆方向に回そうとする。しかし発進準備の段階で、図１１のステップ２で第１クラッチの出力軸３７に設けられた１速ギヤ２４あるいは後退ギヤ２８が結合しているので、この反力により出力軸６にわずかにトルクが発生するが、車両を動かすほどのものではない。なお、第１クラッチの出力軸３７と変速機ケース２３との間にワンウエイクラッチを設けておけば、反力トルクが出力軸に現われる心配はない。
【００５５】
モータ回転数指令部１７には、電動機制御装置１１からの実モータ回転数ａＮｍが入力されているので、ステップ４でそのまま同じ値をモータ回転数指令Ｎｍとして電動機制御装置１１に与えると、モータ回転数は車両が加速するに従って高くなっていく。ステップ５で発進制御部４６はモータ回転数すなわちエンジン回転数を判定し、エンジン回転数がアイドル回転数以上になったことを判定したら、ステップ６でエンジンの燃料噴射および点火指令を発生し、エンジンを始動する。エンジンが始動するとエンジン回転数の方が高くなり、電動機７には回生電流が流れるようになる。ステップ７でモータトルク指令部１４が今までと逆向きのトルク指令を発生するとエンジンに負荷が掛かり、エンジントルクは第２クラッチ３、第２クラッチの出力軸３８、電動機７を通して第１クラッチの出力軸３７、１速ギヤ２４あるいは後退ギヤ２８に印加されて出力軸６に駆動トルクを発生する。モータトルクをＴｍ＝Ｔｅまで増加するとエンジン負荷は最大になり、その状態を保ったままステップ８でモータ回転数指令部１７がモータ回転数Ｎｍを低減する。発進制御部４６はステップ９でＮｍ＝０により第１クラッチ２が同期したことを判定したら、ステップ１０でクラッチアクチュエータ２２を作動させて第１クラッチ２を締結してアイドルストップ制御の発進制御を終了する。
【００５６】
エンジン始動後のモータトルクによるエンジン負荷制御、その後のモータ回転数によるクラッチ同期制御は、第２の実施例で説明したアップシフトと同じ動作であり、それぞれトルクフェーズとイナーシャフェーズに相当し、いわば０→１変速であると考えられる。したがってポテンシャルエネルギの高い方から低い方への変化であるので、その間エンジン出力は、バッテリに回生しながら次第に出力軸にエネルギを移して行くことになる。この制御はバッテリ残量が少なくなったときにも安心して行うことができ、信頼性を向上できるという効果がある。
【００５７】
図１０のブロック図において発進制御部４６にバッテリ残量情報を入力しておくと、バッテリ残量が多いときは、第４の実施例の方法で発進制御を行って、高い発進トルクで加速性能を向上させ、バッテリ残量が少ないときは、第５の実施例の方法で発進制御を行って、発進時にバッテリを充電しながら確実に発進するように、両制御方法を切り替えることも可能である。
『クリープ制御』その２
【００５８】
本発明の第６の実施例であるクリープ制御のフローチャートを図１６に示す。図１７に本実施例に用いる変速機の構成を示す。図４の構成と異なるのは、後退ギヤ２８を第２クラッチの出力軸３８に接続したことと、ブレーキ４５がないことである。制御ブロック図は図１０と同じである。構成要素の制御方法は第１の実施例の場合と同じである。図１０、図１６および図１７によりクリープ制御の制御手順を説明する。
【００５９】
セレクトレバー（図示せず）がＰレンジにあるとき発進制御部４６はクラッチ２および３、ドッグクラッチ２９〜３１、およびブレーキ４５を解放し、エンジンを停止して停車状態にある。セレクトレバーを入れると発進制御部４６が図１６のステップ１でレンジを判定し、ＤレンジまたはＲレンジであるならばステップ２でシフトアクチュエータ１６と３６を動作させてシフトフォーク３２と３４をスライドし、ドッグクラッチ２９を１速ギヤ２４に、ドッグクラッチ３１を後退ギヤ２８に結合して発進準備を完了する。
【００６０】
ステップ３でフットブレーキの状態を判定し、踏み込まれていたらステップ５でモータトルク指令部１４はモータトルク指令を０にするので電動機制御装置１１はモータ電流を遮断する。フットブレーキをゆるめると、ステップ４でアクセル開度の判定を行い、開度０なら、ステップ５で、モータトルク指令部１４は小さなクリープ時モータトルク指令を電動機制御装置１１に与える。アクセルペダルを所定値以下の範囲で踏むと、モータトルク指令部１４はアクセルペダルを離したときより少し高めのクリープ時モータトルク指令を発生して、坂道発進や縁石乗り越えに対応できる。アクセルペダルを所定値以上踏むと、アイドルストップ制御の発進制御に移行する。
【００６１】
モータ回転数指令部１７には電動機制御装置１１からの実モータ回転数ａＮｍが入力されており、ステップ６でそのまま同じ値をモータ回転数指令Ｎｍとして電動機制御装置１１に与えると、モータ回転数は車両が加速するに従って高くなって行く。クリープ制御の場合には微速運転を要求されているので、ステップ７でモータ回転数を制限する。
【００６２】
本実施例のクリープ制御方式を用いれば、１速ギヤと後退ギヤが同時に結合しているので、出力軸トルクＴｏは前記（４）式または（８）式においてＴｅ＝０とした場合に相当し、以下の式で表される。
Ｔｏ＝（ｉ１−ｉ２）Ｔｍ                                （式９）
例えば１速ギヤ比ｉ１＝２．８、後退ギヤ比ｉ２＝−２．３とすればＴｏ＝５．１Ｔｍが得られる。すなわちエンジンと自動変速機の間にトルクコンバータを設けて２倍程度のトルク増幅率を得るよりも大きなトルクを発生するので、縁石乗り上げ等を容易に行うことができ、運転性を向上させる効果がある。
【００６３】
本実施例の方法によれば１速ギヤ２４と後退ギヤ２８を締結して発進するので、大きな発進トルクが得られてクリープ制御時の走行特性が改善されるだけでなく、ブレーキ４５が不要になり、安価なシステムとすることができる。
『アイドルストップ発進制御』その３
【００６４】
本発明の第７の実施例であるアイドルストップ制御のフローチャートを図１８に示す。本実施例に用いる変速機の構成は図１７である。図４の構成と異なるのは後退ギヤ２８を第２クラッチの出力軸３８に接続したことと、ブレーキ４５がないことである。制御ブロック図は図１０と同じである。構成要素の制御方法は第１の実施例の場合と同じである。図１０、図１８によりアイドルストップ発進制御の手順を説明する。
【００６５】
第６の実施例に示した図１６のステップ４でアイドルストップ制御の発進制御に移行したところから、図１８のフローチャートに移行する。したがって既に図１６のステップ２で１速ギヤおよび後退ギヤが接続されている。発進制御部４６は図１８のステップ１でレンジ判定を行い、Ｄレンジならステップ２でクラッチアクチュエータ２２を作動させて第１クラッチ２を締結する。Ｒレンジならステップ２でクラッチアクチュエータ２０を作動させて第２クラッチ３を締結する。ステップ３でモータトルク指令部１４が発進トルク指令を発生する。
【００６６】
これによりＤレンジなら電動機７の固定子３９は第１クラッチの出力軸３７を経て１速ギヤ２４を駆動する。この反力により電動機７の回転子４０は第２クラッチ３８を通常と逆方向に回すので、第２クラッチ３８に接続された後退ギヤ２８を逆転させる。したがって、出力軸６には１速ギヤ２４の出力トルクと後退ギヤ２８の前進方向のトルクの和が現われ、車両を前進させる。一方電動機７の固定子３９のトルクは、第１クラッチ２を経てエンジンを回転させる。
【００６７】
Ｒレンジの場合、電動機を逆転させると、電動機７の固定子３９は第１クラッチの出力軸３７を経て１速ギヤ２４を通常と逆方向に回す。この反力により電動機７の回転子４０は、第２クラッチ３８を通常方向に回すので、第２クラッチ３８に接続された後退ギヤ２８を駆動する。したがって、出力軸６には後退ギヤ２８の出力トルクと１速ギヤ２４の後進方向のトルクの和が現われ、車両を後進させる。一方電動機７の回転子４０のトルクの一部は第２クラッチ３を経てエンジンを正方向に回転させる。いずれにしても、目的の方向に車両を走行させながらエンジンを正方向に回転させる。ステップ３においては、クラッチトルクは負になる。
【００６８】
モータ回転数指令部１７には、電動機制御装置１１からの実モータ回転数ａＮｍが入力されているので、ステップ４で、そのまま同じ値をモータ回転数指令Ｎｍとして電動機制御装置１１に与えると、モータ回転数は車両が加速するに従って高くなっていく。ステップ５で、発進制御部４６はモータ回転数すなわちエンジン回転数を判定し、エンジン回転数がアイドル同転数以上になったことを判定したら、ステップ６で、エンジンの燃料噴射および点火指令を発生してエンジンを始動する。エンジンが始動すると、Ｄレンジの場合第１クラッチ出力軸３７に、Ｒレンジの場合第２クラッチ出力軸３８にエンジントルクとモータトルクの両方が印加されるので、ステップ７で、モータトルク指令部１４が発進加速時に必要なトルクを調整する。発進制御が終了するとステップ８でモータトルク指令部１４はモータトルクＴｍを減少させ、ステップ９でモータトルクが０になったことを判定したら、ステップ１０でレンジ判定を行い、Ｄレンジならステップ１１でシフトアクチュエータ３６を作動させて後退ギヤ２８を解放する。Ｒレンジならステップ１１でシフトアクチュエータ１６を作動させて１速ギヤ２４を解放し、アイドルストップ制御の発進制御を終了する。
【００６９】
本実施例の方法によれば１速ギヤ２４と後退ギヤ２８を締結して発進するので、大きな発進トルクが得られてアイドルストップ発進時の特性が改善されるだけでなく、ブレーキ４５が不要になり安価なシステムとすることができる。
【００７０】
『アイドルストップ発進制御』その４本発明の第８の実施例であるアイドルストップ制御のフローチャートを図１９に示す。本実施例に用いる変速機の構成は図１７である。図４の構成と異なるのは後退ギヤ２８を第２クラッチの出力軸３８に接続したことと、ブレーキ４５がないことである。制御ブロック図は図１０と同じである。構成要素の制御方法は第１の実施例の場合と同じである。図１０、図１９によりアイドルストップ発進制御の手順を説明する。
【００７１】
第６の実施例に示した図１６のステップ４でアイドルストップ制御の発進制御に移行したところから、図１９のフローチャートに移行する。したがって既に図１６のステップ２で１速ギヤおよび後退ギヤが接続されている。
【００７２】
発進制御部４６は図１９のステップ１でレンジ判定を行い、Ｄレンジならステップ２でシフトアクチュエータ３６を作動させて後退ギヤ２８を解放し、ステップ３でクラッチアクチュエータ２２を作動させて第２クラッチ３を締結する。ステップ４でモータトルク指令部１４がトルク指令を発生すると、電動機７の回転子４０は第２クラッチの出力軸３８を回すので、第２クラッチ３を介してエンジンを回転させる。このとき電動機７の固定子３９に現われる反力は第１クラッチの出力軸３７を通常と逆方向に回そうとする。しかし発進準備の段階で、図１６のステップ２で第１クラッチの出力軸３７に設けられた１速ギヤ２４が結合しているので、この反力により出力軸６にわずかにトルクが発生するが車両を動かすほどのものではない。
【００７３】
モータ回転数指令部１７には電動機制御装置１１からの実モータ回転数ａＮｍが入力されているので、ステップ５でそのまま同じ値をモータ回転数指令Ｎｍとして電動機制御装置１１に与えると、モータ回転数は次第に高くなっていく。ステップ６で発進制御部４６はモータ回転数すなわちエンジン回転数を判定し、エンジン回転数がアイドル回転数以上になったことを判定したら、ステップ７でエンジンの燃料噴射および点火指令を発生してエンジンを始動する。
【００７４】
エンジンが始動するとエンジン回転数の方が高くなり、電動機７には回生電流が流れるようになる。ステップ８でモータトルク指令部１４が今までと逆向きのトルク指令を発生するとエンジンに負荷が掛かり、エンジントルクは第２クラッチ３、第２クラッチの出力軸３８、電動機７を通して第１クラッチの出力軸３７、１速ギヤ２４に印加されて、出力軸６に駆動トルクを発生する。モータトルクをＴｍ＝Ｔｅまで増加するとエンジン負荷は最大になり、その状態を保ったままステップ８で、モータ回転数指令部１７がモータ回転数Ｎｍを低減する。発進制御部４６はステップ９でＮｍ＝０により第１クラッチ２が同期したことを判定したら、ステップ１０でクラッチアクチュエータ２２を作動させ、第１クラッチ２を締結してアイドルストップ制御の発進制御を終了する。ステップ１のレンジ判定結果がＲレンジの場合も全く同様にして制御することができ、その手順は図１９の右側に示してある。
【００７５】
エンジン始動後のモータトルクによるエンジン負荷制御、その後のモータ回転数によるクラッチ同期制御は、第２の実施例で説明したアップシフトと同じ動作であり、それぞれトルクフェーズとイナーシャフェーズに相当し、いわば０→１変速であると考えられる。したがってポテンシャルエネルギの高い方から低い方への変化であるので、その間エンジン出力はバッテリに回生しながら次第に出力軸にエネルギを移して行くことになる。この制御はバッテリ残量が少なくなったときにも安心して行うことができ、信頼性を向上できるという効果がある。
【００７６】
図１０のブロック図において発進制御部４６にバッテリ残量情報を入力しておくと、バッテリ残量が多いときは、第７の実施例の方法で発進制御を行って、高い発進トルクで加速性能を向上させ、バッテリ残量が少ないときは、第８の実施例の方法で発進制御を行って、発進時にバッテリを充電しながら確実に発進するように、両制御方法を切り替えることも可能である。本実施例の方法によればブレーキ４５が不要になり安価なシステムとすることができる。
『排気ガス低減制御』
【００７７】
一般に自動車の排気ガス中のＨＣ等の有害成分は、一走行期間における排出量の７０％以上が、エンジン始動直後の冷機走行時に排出されると言われている。本発明の第９の実施例は、エンジン始動直後における排気ガス有害成分の排出量を大幅に削減するもので、図２０に制御手順を示す。本実施例に用いる変速機の構成は図１７である。制御ブロック図は図１０と同じである。構成要素の制御方法は第１の実施例の場合と同じである。図１０、図２０により排気ガス低減制御の手順を説明する。
【００７８】
セレクトレバーがＰレンジでキースイッチを始動位置に回すと、ステップ１でエンジン水温を判定し、設定値以下であるとステップ２で後退ギヤを、ステップ３で第１クラッチを締結する。ステップ４でモータトルク指令部１４がエンジンが正方向に回転するようモータトルク指令を発生すると、電動機７の固定子３９は第１クラッチの出力軸３７を回すので、第１クラッチ２を介してエンジンを回転させる。このとき電動機７の回転子４０に現われる反力は第２クラッチの出力軸３８を通常と逆方向に回そうとする。しかしパーキング状態になっているので、この反力により出力軸６にトルクが発生することはない。
【００７９】
モータ回転数指令部１７には電動機制御装置１１からの実モータ回転数ａＮｍが入力されているので、ステップ５でそのまま同じ値をモータ回転数指令Ｎｍとして電動機制御装置１１に与えると、モータ回転数は次第に高くなっていく。ステップ６で発進制御部４６はモータ回転数すなわちエンジン回転数を判定し、エンジン回転数がアイドル回転数以上になったことを判定したら、ステップ７でエンジンの燃料噴射および点火指令を発生してエンジンを始動する。
【００８０】
ステップ８でレンジ判定、ステップ９でエンジン水温を判定し、Ｐレンジにあり水温が設定値以下である間、ステップ１０でエンジンに負荷を掛けないように電動機でトルクアシストしながら暖機運転を行う。セレクトレバーがＰレンジ以外にセレクトされた時、あるいは水温が設定値以上に上昇した時はこの制御を終了し、ステップ１１で後退ギヤを解放し、ステップ１２で第１クラッチを解放して、実施例３〜８に示した制御に移行する。
【００８１】
本実施例の方法によれば、エンジン負荷トルクを電動機のトルクで軽減しながら、燃料・空気量・点火時期を最適化することができるので、例えば極低温時に潤滑油粘性が高い時にも、冷機時の排気ガス有害成分を最小にすることができる。
『Ｒ→Ｄ、Ｄ→Ｒセレクト制御』
【００８２】
従来の車両ではアイドルストップを行っていない場合は、停車中にセレクトレバーをＮからＤ、あるいはＰ又はＮからＲに入れたとき、トルクコンバータのタービン回転数が一時的に０になるのでいわゆるストール状態になり、セレクトショックを発生する。もしセレクトレバーを入れたとき車両が逆方向に動いていると、Ｒ→ＤあるいはＤ→Ｒセレクトショックと呼ばれる大きなショックが発生していた。本発明の実施例２〜６の方法によれば、停車中のセレクト時にはエンジンが始動していないので、モータによるクリープ走行からエンジンを始動して滑らかに走行開始出来る。
【００８３】
図２１は本発明の第１０の実施例におけるＲ→ＤあるいはＤ→Ｒセレクト制御のフローチャートであり、図２２にその動作波形のタイムチャートを示す。対象とする変速機は図１７のものとする。例として後退走行中にＲ→Ｄセレクトしてそのまま連続して前進走行する場合を説明する。この運転方法は、車庫からバックで出て方向転換し、そのまま走り出すいわゆるスイッチターンと呼ばれるもので、日常良く行われる運転パターンである。
【００８４】
後退中にエンジンを始動して走行するまでは、実施例６の図１８のステップ１１までの過程により説明した。アクセルを踏んだまま後退走行中にセレクトレバーをＤレンジに入れる場合を想定し、エンジントルクと回転数は一定に保たれるものとする。図２１のステップ１でレンジ判定をして、ステップ２でＤレンジであれば１速ギヤのドッグクラッチが同期するようモータ回転数を合わせる。これは実施例１として図６のフローチャートに示した同期結合制御を適用する。ステップ３で１速ギヤを結合し、ステップ４において１速ギヤで後進する方向にモータトルクを発生させ増加させる。これは後退ギヤから１速ギヤにトルクを遷移させるためである。これにより後退ギヤのトルクは０になるので、ステップ５でトルク遷移の終了を判定したら、ステップ６で後退ギヤを開放する。ステップ５の判定は実施例２の図８のステップ２に示したように、モータトルクがエンジントルクと等しくなったことにより判定すればよいが、この場合はＴｍ＝−Ｔｅで判定することになる。
【００８５】
ステップ７でモータトルクを反転増加させると前進方向に駆動トルクが発生して後退走行にブレーキが掛かる。モータトルクの増加はエンジントルクに等しくなるまで続くので、ブレーキ力が強すぎるときはアクセルペダルを戻せばよい。ステップ８でトルク遷移が終了したら、通常変速のトルクフェーズが終了した状態と同じになる。すなわち図８のステップ３が終了した状態であるので、あとは図８のステップ４以降と同じ手順になる。ステップ９でモータ回転数を低減し、ステップ１０で回転数遷移の終了を判定したら、ステップ１１で第１クラッチを締結し、ステップ１２でモータトルクを０にしてステップ１３で第２クラッチを解放する。通常の変速と違うのは出力軸回転方向が途中で反転することである。１速と後退のギヤ比がほぼ等しいとすると、トルクフェーズが終了した時点ではモータはエンジン回転数の約２倍で逆方向に回っている。ステップ９でモータ回転数を低減する途中、負のモータ回転数がエンジン回転数とほぼ等しくなったとき出力回転数が０になり、車両は後退から前進に転ずる。前進走行中にセレクトレバーをＲレンジに入れる場合も全く同じで、図２１の右側に併記してある。これらの動作はＲ→１変速あるいは１→Ｒ変速と言えるものである。
『遊星歯車付加構成』
【００８６】
図２３は本発明の第１１の実施例を示す変速機構成図である。図４および図１７と異なるのは両クラッチの出力軸３７と３８の間に遊星歯車４１を接続し、該遊星歯車４１の第３軸を電動機７の回転子４０に接続してある。図２３の実施例では遊星歯車４１のリングギヤを第１クラッチの出力軸３７に接続し、遊星歯車４１のキャリヤを２クラッチの出力軸３８に、遊星歯車４１のサンギヤを電動機７の回転子４０に接続してある。電動機７の固定子３９は変速機ケース２３に固定してある。
【００８７】
このような構成にすると電動機７の固定子３９が回転しないので、電力の給電に際しスリップリングを用いることなく直接配線することができて構造が簡単になるという効果がある。また図４および図１７の実施例において必要な電動機トルクＴｍは、トルクフェーズ終了間際にＴｍ＝Ｔｅとする必要があったが、本実施例の方法によれば電動機出力が遊星歯車４１により減速されて両クラッチ軸３７、３８に印加されるので、必要な電動機トルクＴｍは下式のように小さくなる。
Ｔｍ＝｛Ｚｓ／（Ｚｓ＋Ｚｒ）｝Ｔｅ                      （式１０）
ここでＺｓは遊星歯車４１のサンギヤの歯数、Ｚｒはリングギヤの歯数である。モータ回転数は図４および図１７の場合より高くなるが、高速・低トルクモータは電動機を小型にすることができるという効果がある。
『自動車に搭載した例』
【００８８】
図２４は本発明の自動変速機を自動車に搭載した第１２の実施例である。自動車５０のエンジン１に接続された変速機ケース２３の中には、前記した第１クラッチ２、第２クラッチ３、第１の変速ギヤ列４、第２の変速ギヤ列５、電動機７より成る本発明の自動変速機が構成されている。該変速機の出力軸６は、デファレンシャルギヤ（図示せず）を介してタイヤ５２に接続されている。前記変速機の電動機７には前記インバータ９が接続され、該インバータ９の電源としてバッテリ８が搭載されている。
【００８９】
指令部５１は、前記電動機制御装置１１を介して電動機７のトルクや回転数を指令するモータトルク指令部１４およびモータ回転数指令部１７を含み、また前記シフトアクチュエータ１６、３５、３６および前記クラッチアクチュエータ２０、２２に対して動作を指令する。
【００９０】
本実施例の自動車によれば、電動機の制御で変速過渡時のトルク遷移や回転数遷移を行うので、イナーシャフェーズにおける慣性分トルクによるトルク変動が無いので滑らかな変速が実現でき、特にダウンシフト時の加速トルクの応答性が早いので、駆動力特性を格段に向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例の原理構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に用いる電動機制御の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２の電動機制御における電動機の動作点の変化を示す電動機特性図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施例における変速機構成を示す構造図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に用いる同期結合制御システムの構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５の同期結合制御システムのソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の第２の実施例における変速制御システムの構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、図７の変速制御システムのソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図９】図９は、図７の変速制御システムにおける変速時のトルクと回転数の変化を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施例におけるクリープ制御システムの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、図１０のクリープ制御システムのソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施例における発進制御システムのソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、図１２の発進制御システムにおけるトルクと回転数の変化を示すタイムチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施例における発進制御システムのソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、図１４の発進制御システムにおけるトルクと回転数の変化を示すタイムチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第６の実施例におけるクリープ制御システムのソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の第６の実施例に用いる変速機構成を示す構造図である。
【図１８】図１８は、本発明の第７の実施例における発進制御システムのソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、本発明の第８の実施例における発進制御システムのソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、本発明の第９の実施例における排気ガス低減制御方式のソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第１０の実施例におけるＲ→ＤあるいはＤ→Ｒセレクト制御のソフトウエア構成を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、図２１のＲ→ＤあるいはＤ→Ｒセレクト制御システムにおけるトルクと回転数の変化を示すタイムチャートである。
【図２３】図２３は、本発明に係る変速機の他の実施例を示す構造図である。
【図２４】図２４は、本発明に係る変速機を搭載した自動車の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  エンジン、
２  第１クラッチ
３  第２クラッチ
４  第１変速ギア列
５  第２変速ギア列
６  出力軸
７  電動機
２３  変速機ケース
４５  ブレーキ
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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