JP6384221B2 - 電動車両の変速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動モータと、駆動輪と、駆動モータと駆動輪との間の動力伝達経路に設けられた変速機を備えた電動車両の変速制御装置に関する。

従来、エンジンと回転電機との間の動力伝達経路に設けられて、動力伝達を制御する噛合クラッチを備えたハイブリッド車両の駆動装置が知られている。特許文献１に開示された技術では、噛合クラッチの入力側と出力側の回転数が同期した後に、ＥＣＵが噛合クラッチの接続要求をクラッチアクチュエータへ送信している。

特開２００３−２３７３８３

しかしながら、上記特許文献１の技術では、噛合クラッチの入力側と出力側の回転数が同期した後に噛合クラッチの接続要求を送信しているが、噛合クラッチの動作速度を規定していないため、ドライバの加速要求に素早く応答できないといった問題が生じる。

本発明は、駆動輪に伝達する駆動トルクを発生する駆動モータと、アクセル開度を検出するアクセル開度センサとを備えている。また、本発明は、入力側と出力側とが係合した時に駆動トルクを伝達する係合クラッチを設けた低速段と、高速段とを有して、駆動モータと駆動輪との間に設けた変速機を備えている。さらに、本発明は、クラッチ制御手段を備えて、クラッチ制御手段が係合クラッチの入力側と出力側との回転数が同期した後に係合クラッチを締結する。本発明は、上記の構成を備えたものであって、クラッチ制御手段が、係合クラッチを締結する場合において、アクセル開度が大きいほど係合クラッチの動作速度を大きくするとともに、アクセル開度が大きいほど係合クラッチのオーバーシュート量を大きくすることを特徴とするものである。

本発明の変速制御手段は、アクセル開度が大きいほど係合クラッチの動作速度を速めるため、ドライバの加速要求が大きい時に、変速に要する時間が短くなる。したがって、ドライバの加速要求に素早く応答することができる。
そして、アクセル開度が大きいほど動作速度が大きくなるため、動作速度が大きいほど係合クラッチの減速に要するオーバーシュート量を大きくする。これにより、動作速度に基づいて確実に締結を完了させることができる。

図１は、ハイブリッド車両の駆動装置を示したものである。 図２は、クラッチ及びモータを制御する構成を示したものである。 図３は、本実施形態における係合クラッチの動作に関するタイムチャートである。 図４は、本実施形態におけるアクセル開度に応じた動作速度とオーバーシュート量を示したものである。 図５は、クラッチ制御手段が有する走行モード毎の動作速度マップである。 図６は、アクセル開度とオーバーシュート量との関係を示したものである。 図７は、本実施形態の変速制御手段の動作例を示したフローチャートである。

以下、本発明の電動車両の変速制御装置に係る本実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態におけるハイブリッド車両の駆動装置を示している。本実施形態のハイブリッド車両の駆動装置は、エンジン１と、動力分配装置２と、変速機３と、摩擦クラッチ３ａと、係合クラッチ３ｂと、減速ギア８と、ディフェレンシャルギア９と、駆動輪１０とを備えている。

本実施形態の車両は、内燃機関であるエンジン１と、２つのモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２で駆動するハイブリッド車両である。エンジン１は、第一出力軸４を介して遊星歯車機構からなる動力分配装置２のピニオンキャリアＰＣと接続する。発電モータＭＧ１は、第二出力軸５を介して動力分配装置２のサンギアＳＧと接続する。動力分配装置２は、リングギアＲＧを介して第１軸６と接続する。エンジン１と、動力分配装置２と、発電モータＭＧ１とは同軸上に配置する。尚、発電モータＭＧ１は、主に発電用モータとして使用されるが、走行状態によっては、駆動用モータとして使用されてもよい。

駆動モータＭＧ２は、駆動モータＭＧ２の出力軸を介して第１軸６と平行に配置した第２軸７と接続する。第２軸７は、変速機３を介して第１軸６と接続する。第１軸６は、減速ギア８とディファレンシャルギア９を介して駆動輪１０と接続する。

変速機３は、減速比の小さな高速段と減速比の大きな低速段とを有する２段変速である。高速段はギア３ａ１とギア３ａ２とからなり、低速段はギア３ｂ１とギア３ｂ２とからなる。これら変速比の異なる２つのギア対のいずれかで、駆動モータＭＧ２の駆動トルクを伝達する。

本実施形態では、変速段を切り替えるクラッチとして、油圧式の摩擦クラッチ３ａをギア３ａ１とギア３ａ２との間に設け、係合クラッチ３ｂをギア３ｂ１とギア３ｂ２との間に設けている。摩擦クラッチ３ａには、締結状態と、スリップ状態と、解放状態とがあり、摩擦クラッチアクチュエータ２１により摩擦クラッチの状態を切り替える。摩擦クラッチ３ａが締結状態にある時は、ギア３ａ１とギア３ａ２とを連結して駆動モータＭＧ２の駆動トルクが高速段を介して駆動輪に伝達する。摩擦クラッチ３ａがスリップ状態にある時は、駆動モータＭＧ２の駆動トルクを摩擦クラッチのトルク容量分だけ伝達して、残りのトルクはスリップによる運動エネルギーや熱エネルギーに変わる。摩擦クラッチ３ａが解放状態にある時は、駆動モータＭＧ２が発生した駆動トルクを駆動輪に伝達しない。また、摩擦クラッチアクチュエータ２１は、摩擦クラッチ３ａのトルク容量を操作して、摩擦クラッチ３ａの締結状態におけるトルク容量を変更して、スリップの発生しやすさを変更する。

係合クラッチ３ｂには、締結状態と、解放状態とがあり、係合クラッチアクチュエータ２２により係合クラッチ３ｂの状態を切り替える。係合クラッチ３ｂが締結状態にある時は、ギア３ｂ１とギア３ｂ２とを連結して駆動モータＭＧ２の駆動トルクが低速段を介して駆動輪に伝達する。摩擦クラッチ３ｂが解放状態にある時は、駆動モータＭＧ２が発生した駆動トルクを駆動輪に伝達しない。

摩擦クラッチ３ａが締結状態にある時は、駆動モータＭＧ２の回転が高速段を介してさほど減速されずに第１軸６に伝達される。係合クラッチ３ｂが締結状態にある時は、駆動モータＭＧ２の回転が低速段を介して減速されて第１軸６に伝達される。

次に、図２に基づいてクラッチ及びモータを制御する構成を説明する。本実施形態の変速制御装置は、統合コントローラ１００と、車速センサ１１と、アクセル開度センサ１２
と、走行モード選択手段１３と、摩擦クラッチアクチュエータ２１と、係合クラッチアクチュエータ２２と、スリップ検出器２３と、インバータ３１とを備えている。さらに、統合コントローラ１００は、クラッチを制御するクラッチ制御手段２０と、駆動モータＭＧ２を制御するモータ制御手段３０とを備える。

車速センサ１１は、駆動輪の回転速度に基づいて電動車両の車速を検出する。アクセル開度センサ１２は、ドライバによるアクセル開度を検出する。車速センサ１１及びアクセル開度センサ１２が検出した車速とアクセル開度は、統合コントローラ１００に送られる。走行モード選択手段１３は、ドライバが選択したパーキング（Ｐ）、ニュートラル（Ｎ）、バックギア（Ｂ）、ドライブギア（Ｄ）の何れかを受付ける。また、走行モード選択手段１３は、ドライブギア（Ｄ）が選択された場合、スポーツ走行を重視したスポーツモード、通常の走行におけるノーマルモード、燃費及び電費を重視したエコモードの何れかの指定をユーザから受付ける。摩擦クラッチアクチュエータ２１は、クラッチ制御手段２０からの指令により摩擦クラッチ３ａを駆動する。クラッチ制御手段２０は摩擦クラッチ３ａの操作量を摩擦クラッチアクチュエータ２１に指令し、摩擦クラッチアクチュエータ２１は操作量に応じて摩擦クラッチ３ａを駆動する。同様に、係合クラッチアクチュエータ２２は、クラッチ制御手段２０からの指令により係合クラッチ３ｂを駆動する。スリップ検出器２３は、摩擦クラッチ３ａのスリップを検出し、スリップ検出信号を統合コントローラ１００に送る。回転数センサ２４は、係合クラッチ３ｂの入力側と出力側の回転数を検出する。検出した回転数は統合コントローラ１００に送られる。モータ制御手段３０は、駆動モータＭＧ２の回転数及び駆動トルクを制御する。モータ制御手段３０は、車速センサ１１及びアクセル開度センサ１２から車速とアクセル開度を取得して、インバータ３０に送る指令値を算出する。そして、インバータ３０は、モータ制御手段３０からの指令値に基づいて駆動モータＭＧ２を制御する。

次いで、図３に基づいて本実施形態におけるクラッチ制御手段２０を説明する。図３のタイムチャートは、高速段から低速段へのダウン変速中における係合クラッチ３ｂの位置及び動作速度を示している。一般的に、高速段から低速段へのダウン変速は、車両の減速する時と、アクセルを踏み込んで加速する時に行われる。

まず、統合コントローラ１００は、高速段から低速段へのダウン変速が必要か否かを、アクセル開度及び車速より判定する。統合コントローラ１００が、ダウン変速を必要と判定した時（ｔ１）、モータ制御手段３０は、駆動モータＭＧ２に対して回転数制御を実行する。係合クラッチ３ｂの入力側と出力側の回転数が同期した後、クラッチ制御手段２０が係合クラッチアクチュエータ２２に、係合クラッチ３ｂの締結開始指令を送信する。係合クラッチ３ｂは、係合クラッチアクチュエータ２２の駆動により、締結を開始する。

次に、係合クラッチ３ｂが締結に向けて動作して、係合クラッチ３ｂの入力側と出力側とが接触した時（ｔ２）、モータ制御手段３０は、駆動モータＭＧ２の回転数制御をトルク制御に切り替える。接触した後においても、クラッチ制御手段２０は、係合クラッチ３ｂの締結動作を進める。

次いで、係合クラッチ３ｂが、所定位置（Ｐｙ）まで動作した時（ｔ３）、クラッチ制御手段２０は、係合クラッチ３ｂの動作速度を減速させる。そして、係合クラッチ３ｂは、ｔ４にて締結動作を完了する。以上のｔ１からｔ４までの動作により、係合クラッチ３ｂは締結する。

次に、図４に基づいて、アクセル開度と動作速度及びオーバーシュート量の関係を説明する。ここでの動作速度は係合クラッチ３ｂのＰｘからＰｙへの移動に要する時間により決められるものである。また、オーバーシュート量は、係合クラッチ３ｂが締結する時で
あって、所定位置（Ｐｙ）から奥への移動量のことであり、オーバーシュート量が大きいほど、入力側と出力側が深く係合している。本実施形態の係合クラッチ３ｂは、係合クラッチ３ｂの入力側と出力側とが接触した時に入力側の駆動トルクが出力側に伝達するが、締結動作を完了する位置は所定位置（Ｐｙ）を超えた位置としている。

次に、図５に基づいてクラッチ制御手段２０による動作速度及びオーバーシュート量の算出方法を説明する。本実施形態におけるクラッチ制御手段２０は、ドライバが選択した走行モードを走行モード選択手段１３から取得して、走行モードに応じた動作速度マップを用いて係合クラッチ３ｂの動作速度を求める。これらの動作速度マップにおいては、走行モード毎に動作速度が最大になるアクセル開度Ａｘが異なっており、アクセル開度０％〜Ａｘでアクセル開度と動作速度が比例関係となり、アクセル開度Ａｘ以上で動作速度が最大になる。そして、図６に示すように、クラッチ制御手段２０は、動作速度からオーバーシュート量を求めて、求めた動作速度及びオーバーシュート量に基づいて係合クラッチ３ｂを制御する。

例えば、ドライバがスポーツモードを選択した時、クラッチ制御手段２０はスポーツモード用の動作速度マップを選択する。このスポーツモード用の動作速度マップは、Ａｘが３０％になる。クラッチ制御手段２０は、アクセル開度センサ１２よりアクセル開度を取得して、スポーツモード用の動作速度マップからアクセル開度に応じた動作速度を求める。そして、クラッチ制御手段２０は、動作速度に対応するオーバーシュート量を求めて、求めた動作速度とオーバーシュート量に基づいて係合クラッチ３ｂを制御する。同様にして、ドライバがノーマルモードを選択した時はＡｘが５０％となり、エコモードを選択した時はＡｘが７０％になる。ドライバがバックギアを選択した時はＡｘが１００％になる。

尚、本実施形態における動作速度マップにおいて、アクセル開度０％〜Ａｘではアクセル開度と動作速度が比例関係にあるが、それに限らず、アクセル開度に対して二次関数的に動作速度が上昇するような動作速度マップでも良いし、アクセル開度が大きいほど動作速度が大きくなる動作速度マップであればよい。さらに、アクセル開度Ａｘにおいては、走行モードに応じて変更できれば良くて、必ずしも以上に示した具体的な数字に拘る必要はない。

次に、本実施形態の変速制御手段の動作例を説明する。車両が高速段を用いて走行している時であって、ドライバがアクセルペダルを踏み込んで高速段から低速段へのダウン変速を行うシーンを、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。

初めに、ステップＳ１で、統合コントローラ１００は、車速センサ１１から車速と、アクセル開度センサ１２からアクセル開度とを取得する。統合コントローラ１００は、取得した車速とアクセル開度とに基づいて、高速段から低速段へのダウン変速が必要か否かを判定する。高速段から低速段へのダウン変速が必要であると判定した時、フローはステップＳ２に進む。それに対して、高速段から低速段への変速は必要ないと判定した時、フローはステップＳ１に留まる。

次に、ステップＳ２で、クラッチ制御手段２０は、摩擦クラッチ３ａのトルク容量を減少する。そして、ステップＳ３で、統合コントローラ１００は、摩擦クラッチ３ａのスリップを検出したか否かを判定する。摩擦クラッチ３ａのスリップを検出した時、フローはステップＳ４に進む。それに対して、摩擦クラッチ３ａのスリップを検出しない時、フローはステップＳ２に戻る。

次いで、ステップＳ４で、モータ制御手段３０は、駆動モータＭＧの制御方式をトルク
制御から回転数制御に切り替える。

次に、ステップＳ５で、統合コントローラ１００は、回転数センサ２４から、係合クラッチ３ｂの入力側と出力側の回転数を取得する。そして、統合コントローラ１００は、係合クラッチ３ｂの入力側と出力側の回転数の差が所定値未満であるか否かを判定する。係合クラッチ３ｂの入力側と出力側の回転数の差が所定値未満の時、フローはステップＳ６に進む。それに対して、回転数の差が所定値以上の時、フローはステップＳ５に留まる。

次いで、ステップＳ６で、クラッチ制御手段２０は、図５に示すようにアクセル開度に基づいて係合クラッチの動作速度及びオーバーシュート量を算出する。そして、クラッチ制御装置２０は、係合クラッチアクチュエータ２３に、図５に基づいて算出した動作速度及びオーバーシュート量に従って係合クラッチ３ｂが動作するように指令する。

次に、ステップＳ７で、統合コントローラ１００は、係合クラッチ３ｂの入力側と出力側とが接触したか否かを判定する。係合クラッチ３ｂの入力側と出力側とが接触した時、フローはステップＳ８に進む。それに対して、係合クラッチ３ｂの入力側と出力側とが接触していない時、フローはステップＳ７に留まる。

次いで、ステップＳ８で、モータ制御手段３０は、駆動モータＭＧ２の制御方式を回転数制御からトルク制御に切り替える。

次に、ステップＳ９で、統合コントローラ１００は、係合クラッチ３ｂの締結が完了したか否かを判定する。係合クラッチ３ｂがオーバーシュート量に従って締結を完了した時、フローはステップＳ１０に進む。それに対して、係合クラッチ３ｂが締結を完了いていない時、フローはステップＳ９に留まる。

次いで、ステップＳ１０で、クラッチ制御装置２０は、摩擦クラッチ３ａのトルク容量を減少する。

そして、ステップＳ１１で、統合コントローラ１００は、摩擦クラッチ３ａの解放が完了いたか否かを判定する。摩擦クラッチ３ａの解放が完了した時、フローはＥＮＤに進み、フローが終了する。それに対して、摩擦クラッチ３ａの解放が完了していない時、フローはステップＳ１０に戻る。

本発明に係る第一実施形態の変速制御装置においては、以下に列挙した効果を得ることができる。
（１）

駆動輪に伝達する駆動トルクを発生する駆動モータＭＧ２と、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１２と、所定位置（Ｐｘ）に移動した時に入力側から出力側に前記駆動トルクを伝達する係合クラッチ３ｂと、高速段と係合クラッチ３ｂを設けた低速段を有して、駆動モータＭＧ２と駆動輪１０との間に設けた変速機３と、係合クラッチ３ｂの入力側と出力側の回転数が同期した（図７のステップＳ５）後に係合クラッチ３ｂを締結する（図７のステップＳ６）クラッチ制御手段２０とを備えた電動車両の変速制御装置において、クラッチ制御手段２０は、係合クラッチ３ｂを締結する場合において、アクセル開度が大きいほど係合クラッチの動作速度を大きくすることを特徴とする電動車両の変速制御装置（図４）。

本実施形態における変速制御手段は、アクセル開度が大きいほど係合クラッチの動作速度を速めるため、ドライバの加速要求が大きい時に、変速に要する時間が短くなる。した
がって、ドライバの加速要求に素早く応答することができる。
（２）

クラッチ制御手段２０は、アクセル開度が大きいほど係合クラッチ３ｂのオーバーシュート量を大きくすることを特徴とする電動車両の変速制御装置（図６）。

本実施形態においては、アクセル開度が大きいほど動作速度が大きくなるため、動作速度が大きいほど係合クラッチ３ｂの減速に要するオーバーシュート量を大きくする。これにより、動作速度に基づいて確実に締結を完了させることができる。
（３）

ユーザからの走行モードの指定を受付ける走行モード選択手段１３をさらに備え、クラッチ制御手段２０は、アクセル開度から動作速度を求める動作速度マップを走行モード毎に有しており、動作速度マップを用いて求めた動作速度に基づいて係合クラッチ３ｂを制御することを特徴とする電動車両の変速制御装置。

本実施形態は、走行モードに基づいて動作速度が最大になるアクセル開度を設定することで、アクセル開度が一定であってもダウン変速に要する時間を走行モードに応じて可変にすることができるようになる。したがって、本実施形態は、ドライバが要求する走行モードに応じて変速時間を変更できるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物を含む趣旨である。

例えば、図２において、クラッチコントローラ２０と、モータコントローラ３０とを統合コントローラ１００内に配置するように示したが、必ずしもこれに限らず、クラッチコントローラ２０と、モータコントローラ３０と、統合コントローラ１００とを個別の筐体内に配置するようにしてもよい。

さらに、図３のステップ１において、統合コントローラ１００は、車速に応じて高速段から低速段への変速は可能か否かを判定したが、必ずしもこれに限る必要はなく、モータジェネレータＭＧ２の回転速度や、駆動輪の回転速度などを用いて判定するようにしてもよい。

また、図３のステップＳ２、Ｓ１０で、摩擦クラッチのトルク容量を変更する時、好適には、トルク容量の変化勾配を大きく（トルク容量の変化を開始してから目標値になるまでの時間を短く）することで、変速に要する時間を短くすることができる。

さらに加えて、本実施形態においては、ドライバの加速要求が小さい時には動作速度を小さくすることができるため、アクセル開度が小さい時には係合クラッチの入力側と出力側の接触速度を小さくして、係合クラッチの故障を防止することができる。

また、本実施形態では、係合クラッチ３ａの解放状態から締結状態への動作に着眼したものであったが、本実施形態を応用することで、低速段から高速段への変速における締結状態から解放状態への動作へも適用可能である。

ＭＧ１…発電モータ
ＭＧ２…駆動モータ
１…エンジン
２…動力分配装置
３…変速機
３ａ…摩擦クラッチ
３ｂ…係合クラッチ
６…第一軸
７…第二軸
１０…駆動輪
１１…車速センサ
１２…アクセル開度センサ
１３…走行モード選択手段
２０…クラッチ制御手段
２１…摩擦クラッチアクチュエータ
２２…係合クラッチアクチュエータ
２３…スリップ検出器
２４…回転数センサ
３０…モータ制御手段
３１…インバータ
１００…統合コントローラ

Claims (2)

1. 駆動輪に伝達する駆動トルクを発生する駆動モータと、
   アクセル開度を検出するアクセル開度センサと、
   入力側と出力側とが係合した時に前記駆動トルクを伝達する係合クラッチと、
   高速段と前記係合クラッチを設けた低速段とを有して、前記駆動モータと前記駆動輪との間に設けた変速機と、
   前記係合クラッチの入力側と出力側との回転数が同期した後に前記係合クラッチを締結するクラッチ制御手段と、
   を備えた電動車両の変速制御装置において、
   前記クラッチ制御手段は、前記係合クラッチを締結する場合において、前記アクセル開度が大きいほど前記係合クラッチの動作速度を大きくするとともに、前記アクセル開度が大きいほど前記係合クラッチのオーバーシュート量を大きくする
   ことを特徴とする電動車両の変速制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の変速制御装置において、
   ユーザからの走行モードの指定を受付ける走行モード選択手段をさらに備え、
   前記クラッチ制御手段は、前記アクセル開度から前記動作速度を求める動作速度マップを前記走行モード毎に有しており、前記動作速度マップを用いて求めた前記動作速度に基づいて係合クラッチを制御する
   ことを特徴とする電動車両の変速制御装置。
   

Images