JP7035781B2

JP7035781B2 - 車両の変速制御装置

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Publication number: JP7035781B2
Application number: JP2018090111A
Authority: JP
Inventors: 健呉竹
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2022-03-15
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Also published as: US10894537B2; KR20190129005A; KR102216070B1; US20190344779A1; CN110450774A; EP3566919B1; RU2719836C1; JP2019196794A; CN110450774B; EP3566919A1; BR102019009031A2

Description

この発明は、駆動力源としてのモータと、変速機構とを備えた車両の変速制御装置に関するものである。

特許文献１には、エンジンと、エンジンが連結された第１回転要素、第１モータが連結された第２回転要素、および出力部材に連結された第３回転要素を有する差動機構と、差動機構の第３回転要素に連結された有段式の変速機構とを備えたハイブリッド車両の変速制御装置が記載されている。上記の変速機構は、油圧アクチュエータにより作動する複数のクラッチ機構およびブレーキ機構を備えている。この変速制御装置は、低温時などの油圧アクチュエータの応答性が比較的遅い場合には、油圧アクチュエータの応答性が比較的速い場合よりも変速判定のタイミングが早くなるように、上記の変速機構の変速段を設定するための変速線を変更するように構成されている。

特開２００９－２１４６０９号公報

特許文献１に記載されたハイブリッド車両の変速制御装置は、要求駆動力と車速とに応じて差動機構および変速機構を制御することにより変速を行って、エンジン回転数を燃費の良好な回転数に調整できる。しかしながら、変速制御を行う場合には、エンジン回転数の変動などの挙動の変化が僅かなりとも生じるため、変速制御を頻繁に行うと搭乗者が違和感を抱く可能性がある。また、モータのみを駆動力源として備えた電気自動車においても、変速機構による変速制御が頻繁に行われると、駆動力などの車両の挙動の変化が僅かなりとも生じる可能性があるため、同様に搭乗者が違和感を抱く可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、変速機構の変速を行うことによる車両の挙動の変化を抑制するとともに、その変速を行わないことによるエネルギー効率の低下を抑制することができる車両の変速制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、変速機構と、前記変速機構に連結された駆動輪と、前記変速機構の入力側または前記変速機構と前記駆動輪との間にトルク伝達可能に連結されたモータと、前記モータに連結された蓄電装置とを備え、前記変速機構の変速比を変更することにより前記モータのトルクと回転数との少なくともいずれか一方が変動するように構成された車両の変速制御装置において、前記変速機構を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記変速機構の変速比を走行状態に応じて変更する第１モードと、前記変速機構の変速比を所定の変速比に維持する第２モードとを設定することができるように構成され、前記蓄電装置の充電残量が所定値未満の場合には、前記第１モードを設定し、前記蓄電装置の充電残量が前記所定値以上の場合には、前記第２モードを設定するように構成され、前記第２モードは、車速が所定車速未満の場合に、前記変速機構の変速比を前記所定の変速比に維持し、前記車速が前記所定車速以上の場合に、前記変速機構の変速比を変更するモードを含むことを特徴とするものである。

この発明では、前記第２モードは、車速が所定車速未満の場合に、前記変速機構の変速比を前記所定の変速比に維持し、前記車速が前記所定車速以上の場合に、前記変速機構の変速比を変更するモードを含んでよい。

また、この発明は、変速機構と、前記変速機構に連結された駆動輪と、前記変速機構の入力側または前記変速機構と前記駆動輪との間にトルク伝達可能に連結されたモータと、前記モータに連結された蓄電装置とを備え、前記変速機構の変速比を変更することにより前記モータのトルクと回転数との少なくともいずれか一方が変動するように構成された車両の変速制御装置において、前記変速機構を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記変速機構の変速比を走行状態に応じて変更する第１モードと、前記変速機構の変速比を所定の変速比に維持する第２モードとを設定することができるように構成され、前記蓄電装置の充電残量が所定値未満の場合には、前記第１モードを設定し、前記蓄電装置の充電残量が前記所定値以上の場合には、前記第２モードを設定するように構成され、前記車両の車速と要求駆動力とに応じて前記モータを含むシステムの効率が良好となるように前記変速機構の変速比を定める通常モードと、前記車両の挙動の変化を低減するように前記変速機構の変速比を定めるシームレスモードとを選択可能に構成され、前記シームレスモードは、前記第１モードと前記第２モードとを含み、前記第１モードは、前記通常モードで設定される変速比のうちの少なくともいずれかの変速比を除いた変速比を設定するモードを含むことを特徴とするものである。

この発明では、前記モータは、前記変速機構の入力側に連結されていてよい。

この発明では、前記変速機構の入力側に連結された他の駆動力源を更に備え、前記モータは、前記変速機構と前記駆動輪とのトルクの伝達経路の間に連結されていてよい。

この発明における車両の変速制御装置は、蓄電装置の充電残量が所定値未満の場合に、変速機構の変速比を走行状態に応じて変更する第１モードを設定する。したがって、変速を行わないことによるエネルギー効率の過度な低下が生じることを抑制できる。また、蓄電装置の充電残量が所定値以上の場合に、変速機構の変速比を所定の変速比に維持する第２モードを設定する。したがって、変速に伴う車両の挙動の変化が生じることを抑制することができ、搭乗者が違和感を抱くことを抑制できる。すなわち、蓄電装置の充電残量に応じて変速機構の変速比を変更するか否かを判断することにより、エネルギー効率の低下の抑制と、変速に伴う車両の挙動の変化の抑制との両立を図って変速することができる。

この発明の実施形態における車両の一例を説明するための模式図である。モータの運転点とエネルギー効率との関係を説明するための図である。この発明の実施形態における変速制御装置の制御例を説明するためのフローチャートである。変速マップの一例を説明するための図である。高車速領域まで走行可能な車種に適用可能な変速制御例を説明するためのフローチャートである。減速走行時における変速制御例を説明するためのフローチャートである。この発明の実施形態における車両の他の例を説明するためのスケルトン図である。

この発明で対象とすることができる車両の一例を図１に示してある。図１に示す車両ＥＶは電気自動車であり、発電機能を有するモータ１を駆動力源として備えている。このモータ１は、従来知られている電気自動車やハイブリッド車両に駆動力源として設けられたモータと同様に永久磁石式の同期モータなどにより構成することができる。また、モータ１には、インバータやコンバータ（図示せず）を介して、バッテリやキャパシタにより構成された蓄電装置２が連結されている。したがって、モータ１が駆動トルクを出力する場合には、蓄電装置２からモータ１に電力を供給し、モータ１が制動（回生）トルクを出力する場合、言い換えると、モータ１が発電機として機能する場合には、モータ１により発電された電力が蓄電装置２に供給される。

このモータ１の出力軸３に、有段式の変速機構（Ｔ／Ｍ）４が連結されている。この変速機構４は、従来知られている変速機構と同様に、クラッチ機構やブレーキ機構などの複数の係合機構（図示せず）を選択的に係合させることにより、複数の変速段（変速比）を設定することができるように構成されている。なお、以下の説明では、前進第１速段から前進第１０速段まで設定可能な変速機構を例に挙げて説明する。

上記の変速機構４の出力軸５には、デファレンシャルギヤユニット６などのギヤトレーン部を介して一対の駆動輪７が連結されている。したがって、上記の変速機構４における変速段を適宜変更することにより、モータ１と駆動輪７との回転数比を適宜変更することができる。つまり、変速段を変更することにより、モータ１のトルクや回転数を変更できる。

また、上記の車両ＥＶには、モータ１や変速機構４を制御するために電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）８が設けられている。このＥＣＵ８は、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当する。このＥＣＵ８は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、車両ＥＶに設けられた各種のセンサの信号が入力され、その入力された信号と、予め記憶されている演算式やマップなどとに基づいてモータ１の目標回転数や目標トルクを定め、そのモータ１の目標回転数や目標トルクに応じて変速機構４の目標変速段を定めるように構成されている。ＥＣＵ８に入力される信号の一例としては、車速センサにより検出された車速、モータ１の回転数、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量、ブレーキペダル（図示せず）の踏込み量、車両ＥＶに設けられた各種のスイッチ（図示せず）の信号、蓄電装置２の充電残量（以下、ＳＯＣと記す）、蓄電装置２の温度、モータ１の温度などである。

上述したモータ１は、出力トルクと回転数とに応じてエネルギー効率が異なる。具体的には、図２に示すように所定の回転数Ｎ１および所定のトルクＴ１を出力する運転点ａでは、エネルギー効率が最も良好になり、その運転点ａとの回転数やトルクの差が大きくなるほど、エネルギー効率が低下する。このようなモータ１の特性は予めＥＣＵ８に記憶されている。なお、エネルギー効率は、モータ１に通電した電力に対するモータ１の出力（トルクと回転数との積）で求められる。

また、変速機構４は、複数のギヤなどにより構成されており、設定する変速段に応じてそれぞれのギヤの回転数やギヤに作用するトルクが変化する。したがって、変速機構４により設定される変速段に応じてギヤのイナーシャトルクの大きさやギヤの噛み合い面で生じる動力損失などが変化し、それに伴って変速機構４の動力伝達効率が変化する。

そのため、変速機構４の変速段は、原則的には、モータ１のエネルギー効率と、変速機構４の動力伝達効率とを含むシステム全体としてのエネルギー効率が良好になるように定められている。

一方、上述した変速機構４の変速段を変更する際には、係合させる係合機構の切り替えに伴ってモータ１から駆動輪７に伝達されるトルクが一時的に低下するなどの車両ＥＶの挙動に変化が生じる。このような車両ＥＶの挙動の変化は、搭乗者の要求に沿わない（もしくは意図しない）場合があり搭乗者が違和感を抱く可能性がある。それに対して、変速機構４の変速段を変更しない場合には、車両ＥＶの挙動の変化を抑制できる反面、システム全体としてのエネルギー効率が低下するため、電力消費量が増加する。

そのため、この発明の実施形態における変速制御装置は、ＳＯＣに応じて変速を実行する頻度が異なる二つの走行モード、あるいは変速の有無や変速の判定の仕方が異なる二つの走行モードを切り替えるように構成されている。その制御の一例を説明するためのフローチャートを図３に示している。なお、このフローチャートは、ＥＣＵ８に予め記憶されており、ＥＣＵ８に入力されるデータに基づいて、各ステップの判断や制御が実行される。

図３に示す例では、まず、シームレス優先モードであるか否かを判断する（ステップＳ１）。このシームレス優先モードとは、車両の挙動の変化に寛容でない走行モードの総称であって、例えば、駆動トルクの変化のさせ方や変速の仕方などを異ならせた複数の走行モードを設定することができる車両の場合には、アクセル操作に追従して駆動トルクが迅速に変化することが要求されるスポーツモードなどが該当する。また、搭乗者がアクセル操作やブレーキ操作、あるいはステアリング操作などの運転操作を行うことなく自動的に走行可能な自動運転車両の場合にあっては、搭乗者がいる場合には、変速ショックなどに対する寛容度が低い。したがって、搭乗者がいる場合に設定されるモードが、シームレス優先モードに該当する。なお、搭乗者がいるか否かは、車載カメラやシートに設けられる圧力センサなどにより検出することができる。

シームレス優先モードでないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合には、このルーチンを一旦終了する。つまり、通常モードが設定される。この通常モードは、システム全体としてのエネルギー効率が良好となるように予め定められた変速マップに基づいて変速機構４の変速段を設定するモードである。なお、この変速マップは、エンジンと有段式の変速機構とを備えた従来知られている車両に搭載された変速マップと同様に構成することができ、車速と要求駆動力とに応じてアップシフトやダウンシフトを行うための変速線（アップシフト線およびダウンシフト線）が定められている。

その変速マップの一例を図４に模式的に示してある。なお、図４における横軸に車速を採り、縦軸に要求駆動力を採り、またアップシフト線を実線で示し、ダウンシフト線を破線で示している。図４に示すように変速マップは、アップシフト線を跨いで左側から右側に車速が増大した場合や、アップシフト線を跨いで上側から下側に要求駆動力が減少した場合に変速段を一つ増大させるように構成されている。また、ダウンシフト線を跨いで右側から左側に車速が減少した場合や、ダウンシフト線を跨いで下側から上側に要求駆動力が増大した場合に変速段を一つ減少させるように構成されている。

それとは反対にシームレス優先モードであることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。この閾値Ｔｈ１は、例えば、ＳＯＣの下限閾値や、蓄電装置２の耐久性の低下を抑制するように定められた許容閾値（下限閾値よりも大きい値）、あるいは目的地と現在位置との走行ルートから求められる必要エネルギー量に応じた電力量などに適宜定めることができる。なお、蓄電装置２の出力電圧などに基づいてＳＯＣを求めるように構成されていてもよい。

ＳＯＣが閾値Ｔｈ１以上であることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合は、固定段モードを設定して（ステップＳ３）、このルーチンを一旦終了する。この固定段モードとは、変速段を所定の変速段に固定した、すなわち、変速を禁止したモードである。具体例としては、前進第１速段のみを設定するように定められたモードである。この固定段モードが設定された場合には、要求駆動力に応じてモータ１のトルクが制御される。なお、固定段モードが、この発明の実施形態における「第２モード」に相当する。

それとは反対に、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１未満であることによりステップＳ２で否定的に判断された場合は、第１スキップモードを設定して（ステップＳ４）、このルーチンを一旦終了する。この第１スキップモードは、通常モードよりも設定可能な変速段を減少させたモードである。具体例としては、前進第１速段、前進第３速段、前進第５速段、前進第７速段、前進第９速段などの奇数の変速段のみを設定することができるモードである。その場合には、通常モードで参照される変速マップのうち偶数の変速段に切り替える変速線を運転点が跨って変化した場合であっても、変速指令を出力しないように構成すればよい。第１スキップモードが設定された場合に参照するマップを別途設けていてもよい。なお、この第１スキップモードが、この発明の実施形態における「第１モード」に相当する。

上記の第１スキップモードは、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化が生じることを抑制しつつ、電力消費量が増加することを抑制するためのモードである。したがって、高車速で走行している場合には、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化を搭乗者が体感しにくいため、第１スキップモードは、上記の奇数の変速段のみを設定するものに限らず、例えば、前進第２速段のみを設定しないように構成してもよい。つまり、第１スキップモードは、通常モードで設定される変速段（変速比）のうちの少なくともいずれかの変速段（変速比）を除いた変速段（変速比）を設定するように構成されていればよい。

また、第１スキップモードを設定している状態で変速する際には、設定しない変速段を介して変速を行う場合があり、そのような場合には変速比の変化幅が、通常モードよりも大きくなる。したがって、車両ＥＶの挙動の変化が大きくなる可能性がある。そのため、第１スキップモードが設定された場合における変速の判定は、通常モードが設定された場合に参照する変速マップの要求駆動力として、アクセルペダルの踏み込み量などから演算される要求駆動力に所定駆動力を加算した値を用いればよい。つまり、図４に示す一点鎖線を跨いで車速が増大し、または要求駆動力が減少した場合に、前進第８速段から前進第９速段に変速することを判断すればよい。言い換えると、通常モードを設定した場合よりも早期に変速の有無を判断することにより、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化量を低減するように構成してもよい。

上述したようにシームレス優先モードが設定され、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１以上の場合に、固定段モードを設定することにより、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化が生じることを抑制することができ、搭乗者が違和感を抱くことを抑制できる。また、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１未満の場合であっても、第１スキップモードを設定することにより、変速する頻度を低減することができ、更に、変速を行わないことによりエネルギー効率が過度に低下することを抑制できる。すなわち、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化を抑制することと、エネルギー効率の低下の抑制との両立を図って変速を行うことができる。

一方、高車速時には、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化を搭乗者が感じにくいため、例えば、スポーツタイプの車種など高車速域まで走行可能な車両の場合には、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１以上の場合であっても、高車速域であれば変速を行うように構成してもよい。

その制御の一例を説明するためのフローチャートを図５に示してある。なお、図３に示すフローチャートと同様のステップについては同一の符号を付してその説明を省略する。図５に示す例では、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１以上であることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合に、第２スキップモードを設定する（ステップＳ５）。この第２スキップモードは、この発明の実施形態における「第２モード」に相当するモードであり、第１スキップモードよりも設定可能な変速段（変速比）が少なく定められている。ここでは、第２スキップモードが設定された場合における変速の可否を、便宜上、ステップＳ６以降に示してある。

第２スキップモードが設定された場合には、まず、車速Ｖが予め定められた所定車速Ｖ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。この所定車速Ｖ１は、例えば、比較的上限車速が低車速に定められた車種の上限車速などと同等の車速に定められている。または、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化を搭乗者が体感しにくい車速を予め実験などにより求めておき、その車速を上記所定車速Ｖ１として定めてもよい。

車速Ｖが所定車速Ｖ１未満であることによりステップＳ６で否定的に判断された場合には、変速を禁止して（ステップＳ７）、このルーチンを一旦終了する。すなわち、固定段モードと同様の変速段（例えば、前進第１速段）を維持する。それとは反対に車速Ｖが所定車速Ｖ１以上であることによりステップＳ６で肯定的に判断された場合は、変速を許可して（ステップＳ８）、このルーチンを一旦終了する。すなわち、通常モードで参照されるマップに従って、変速機構４の変速段を設定する。具体例を挙げると、所定車速Ｖ１以上の領域で設定される変速段（ここでは、前進第８速段、前進第９速段、前進第１０速段）のみの変速段を設定する。つまり、第２スキップモードは、車速Ｖが所定車速Ｖ１未満であれば前進第１速段を設定し、所定車速Ｖ１以上であれば前進第８速段ないし前進第１０速段のいずれかの変速段を設定するように構成されている。

上述したように第２スキップモードは、搭乗者が車両ＥＶの挙動の変化を体感しやすい低車速領域ではエネルギー効率に優先して車両ＥＶの挙動の変化を抑制し、搭乗者が車両ＥＶの挙動の変化を体感しにくい、または車両ＥＶの挙動の変化が生じにくい高車速領域では、エネルギー効率の低下の抑制を優先するように構成されている。したがって、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化の抑制と、エネルギー効率の低下の抑制とを両立して変速を行うことができる。

さらに、この発明の実施形態における変速制御装置は、シームレス優先モードが設定されることにより通常モードが設定されている場合よりもエネルギー損失が増加した場合には、所定の条件に応じて減速時に変速を許可するように、すなわちエネルギー効率の良好な運転点を設定するように構成されている。

その制御の一例を説明するためのフローチャートを図６に示してある。図６に示す例では、まず、シームレス優先モードであるか否かを判断する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１は、図３や図５におけるステップＳ１と同様である。

シームレス優先モードでないことによりステップＳ１１で否定的に判断された場合には、このルーチンを一旦終了する。つまり、通常モードを設定する。それとは反対にシームレス優先モードであることによりステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、加速走行または定常走行であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２は、車両ＥＶに駆動力が要求されているか否かを判断するためのステップである。したがって、ステップＳ１２は、要求駆動力が「０」よりも大きいか否かなどにより判断してもよい。

加速走行または定常走行であることによりステップＳ１２で肯定的に判断された場合には、車速と要求駆動力とで定まる走行領域が、固定段モードまたは第１スキップモード、あるいは第２スキップモードを設定することにより、エネルギー損失が増加する走行領域であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３は、例えば、通常モードの場合に設定される変速段と、固定段モードまたは第１スキップモード、あるいは第２スキップモードの場合に設定される変速段とが異なるか否かにより判断することができる。または、通常モードを設定した場合におけるモータ１の運転点を演算などにより求め、併せて固定段モードまたは第１スキップモード、あるいは第２スキップモードを設定した場合におけるモータ１の運転点を演算などにより求め、それら求められたモータ１の運転点が異なるか否かにより判断することができる。

エネルギー損失が増加する走行領域でないことによりステップＳ１３で否定的に判断された場合は、このルーチンを一旦終了する。それとは反対にエネルギー損失が増加する走行領域であることによりステップＳ１３で肯定的に判断された場合は、そのエネルギー損失の増加量を求めて（ステップＳ１４）、このルーチンを一旦終了する。具体的には、通常モードを設定した場合における変速段でのエネルギー効率から、固定段モードまたは第１スキップモード、あるいは第２スキップモードを設定した場合における変速段でのエネルギー効率を減算し、その減算されたエネルギー効率を時間積分して、エネルギー損失の増加量（Ａ）を求め、そのデータをＥＣＵ８に記憶する。

一方、減速走行であることにより、ステップＳ１２で否定的に判断された場合は、現時点の変速段を維持したままモータ１のみから制動トルクを出力して停止した場合における回生エネルギー量をモータ１の回生効率を考慮して求め、同様にエネルギー効率が良好になるように現時点の変速段から変速を行いながらモータ１のみから制動トルクを出力して停止した場合における回生エネルギー量をモータ１の回生効率を考慮して求め、それらの回生エネルギー差（Ｂ）を算出する（ステップＳ１５）。すなわち、変速することによる回生効率の差に応じて回生可能なエネルギーの増加量を求める。この場合、減速走行を開始する直前に通常モードが設定されているときには、変速段が固定段モードや第１スキップモード、あるいは第２スキップモードを設定した場合に選択されない変速段から減速走行を開始する可能性があるため、上記現時点の変速段は、固定段モードや第１スキップモード、あるいは第２スキップモードを設定した場合に選択される変速段に限らない。

ついで、上記回生エネルギー差（Ｂ）が、ステップＳ１４で求められたエネルギー損失の増加量（Ａ）よりも大きいか否かを判断し（ステップＳ１６）、回生エネルギー差（Ｂ）が、ステップＳ１４で求められたエネルギー損失の増加量（Ａ）未満であることにより、ステップＳ１６で否定的に判断された場合は、変速を禁止する（ステップＳ１７）。すなわち、減速開始時に前進第３速段が設定されているとすれば、前進第３速段を維持しながら減速する。

それとは反対に、回生エネルギー差（Ｂ）が、ステップＳ１４で積算されたエネルギー損失の増加量（Ａ）以上であることにより、ステップＳ１６で肯定的に判断された場合は、変速を許可して（ステップＳ１８）、このルーチンを一旦終了する。このステップＳ１８では、高効率の運転点でモータ１を駆動させて回生エネルギー量を増加させるものであるため、第１スキップモードなどで設定されない変速段も含んで、車速などに応じて変速を行う。つまり、ステップＳ１６で肯定的に判断された場合は、通常モードと同様に変速を行う。

上述したように固定段モードや第１スキップモード、あるいは第２スキップモードを設定することによるエネルギー損失の増加量（Ａ）に基づいて減速時に変速の要否を判断することにより、適切な条件下でモータ１を高効率の運転点で駆動させることができるため、ＳＯＣの変動幅を低減することができる。その結果、蓄電装置２の耐久性が低下することを抑制できる。また、回生エネルギー差（Ｂ）が、ステップＳ１４で求められたエネルギー損失の増加量（Ａ）未満の場合に変速を禁止することにより、変速に伴う車両ＥＶの挙動の変化を抑制できる。すなわち、図６に示すように減速時における変速の有無の判断を行うことにより、シームレスな走行と電力消費量の低下の抑制との両立を図って変速することができる。

この発明で対象とすることができる車両は、図１に示すようなモータ１と駆動輪７との間に変速機構４を備えた構成に限らず、またその変速機構４が有段式の変速機構である構成に限らない。図７には、この発明で対象とすることができる車両の他の例を説明するためのスケルトン図を示している。図７に示す車両ＨＶは、シリーズ・パラレル式のハイブリッド車両であり、エンジン９、制御モータ１０、駆動モータ１１を駆動力源として備えている。これらの各モータ１０，１１は、図１に示すモータ１と同様に構成することができる。

そのエンジン９の出力軸１２に、エンジン９の出力トルクを制御モータ１０側と駆動輪７側とに分割する動力分割機構１３が設けられている。この動力分割機構１３は、差動作用のある機構であって、図７に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、サンギヤＳと、サンギヤＳと同心円状に配置されかつ内歯が形成されたリングギヤＲと、サンギヤＳおよびリングギヤＲに噛み合う複数のプラネタリギヤＰと、それぞれのプラネタリギヤＰを自転および公転可能に保持するキャリヤＣとにより構成されている。なお、動力分割機構１３は、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されたものに限らず、ダブルピニオン型の遊星歯車機構やラビニョ型の遊星歯車機構などで構成されていてもよく、更に、複数の遊星歯車機構をクラッチ機構などで選択的に連結することにより、制御モータ１０側と駆動輪７側とに分割するトルクの分割率を変更可能な複合遊星歯車機構により構成されていてもよい。

上記のサンギヤＳに制御モータ１０が連結され、キャリヤＣにエンジン９が連結されている。したがって、エンジン９から出力されたトルクをリングギヤＲに伝達する場合には、制御モータ１０により反力トルクを出力する。つまり、動力分割機構１３におけるキャリヤＣが入力要素として機能し、サンギヤＳが反力要素として機能し、リングギヤＲが出力要素として機能する。なお、エンジン９とキャリヤＣとは、直接連結された構成に限らず、エンジン９のトルクを変化させるギヤユニットやトルクコンバータ、あるいはエンジン９のトルクの変動を減衰するためのダンパー機構などを介して、エンジン９とキャリヤＣとを連結してもよい。

上記のリングギヤＲの外周面に出力ギヤ１４が一体に形成されており、その出力ギヤ１４に、ドリブンギヤ１５が噛み合っている。このドリブンギヤ１５は、エンジン９の出力軸１２と平行に配置されたカウンタシャフト１６の一方の端部に取り付けられ、そのカウンタシャフト１６の他方の端部には、ドライブギヤ１９が取り付けられている。そして、ドライブギヤ１９に、デファレンシャルギヤユニット１７を構成するリングギヤ１８が噛み合っている。なお、ドライブギヤ１９は、リングギヤ１８よりも小径に形成されており、ドライブギヤ１９のトルクを増幅させてデファレンシャルギヤユニット１７にトルクを伝達するように構成されている。そして、デファレンシャルギヤユニット１７およびデファレンシャルギヤユニット１７に連結された一対のドライブシャフト２０を介して一対の駆動輪７にトルクを伝達するように構成されている。

また、上記のドリブンギヤ１５には、この発明の実施形態における「モータ」に相当する駆動モータ１１が連結されている。具体的には、駆動モータ１１の出力軸（ロータ軸）２１が、エンジン９の出力軸１２やカウンタシャフト１６と平行になるように駆動モータ１１が設けられており、その出力軸２１の端部に、ドリブンギヤ１５に噛み合いかつドリブンギヤ１５よりも小径に形成された出力ギヤ２２が取り付けられている。すなわち、駆動モータ１１から出力されたトルクが増幅されてドリブンギヤ１５に伝達されるように構成されている。

さらに、各モータ１０，１１は、バッテリやキャパシタなどにより構成された蓄電装置２に接続されており、制御モータ１０や駆動モータ１１で発電された電力を蓄電装置２に充電し、また蓄電装置２から制御モータ１０や駆動モータ１１に電力を供給することができるように構成されている。さらに、各モータ１０，１１は、一方のモータ１０（１１）で発電された電力を、蓄電装置２を介することなく他方のモータ１１（１０）に供給することができるように接続されている。

上述したエンジン９、各モータ１０，１１を制御するためのＥＣＵ８が設けられている。このＥＣＵ８は、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当するものであり、図１に示すＥＣＵ８と同様に構成されている。具体的には、ＥＣＵ８は、マイクロコンピュータを主体に構成されており、ハイブリッド車両ＨＶに設けられた各種のセンサの信号が入力され、その入力された信号と、予め記憶されている演算式やマップなどとに応じてエンジン９や各モータ１０，１１の目標回転数や目標トルクなどの運転状態を定め、その定められた運転状態に応じてエンジン９や各モータ１０，１１に信号を出力するように構成されている。ＥＣＵ８に入力される信号の一例としては、車速センサにより検出された車速、エンジン９の出力軸１２（またはキャリヤＣ）の回転数、各モータ１０，１１の回転数、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量、ブレーキペダル（図示せず）の踏込み量、ハイブリッド車両ＨＶに設けられた各種のスイッチ（図示せず）の信号、ＳＯＣ、蓄電装置２の温度、各モータ１０，１１の温度などである。

上述したように構成されたハイブリッド車両ＨＶは、ＨＶモードとＥＶモードとを選択的に設定することができる。このＨＶモードは、エンジン９から駆動トルクを出力するとともに、必要に応じて駆動モータ１１（または制御モータ１０）から駆動トルクを出力することにより走行するモードである。ＨＶモードが設定されている場合には、エンジン９に要求される駆動パワーをアクセルペダルの踏み込み量などから求める。ついで、その要求される駆動パワーに応じて目標エンジン回転数を定める。上述したように動力分割機構１３は、制御モータ１０から反力トルクを出力することでエンジントルクをリングギヤＲに伝達するものであるため、制御モータ１０の回転数を制御することによりエンジン回転数を適宜制御することができる。したがって、上記のように定められた目標エンジン回転数に応じて制御モータ１０の目標回転数を定める。なお、制御モータ１０は、連続的に回転数を制御することができるため、エンジン回転数を連続的に変化させることができる。すなわち、動力分割機構１３は、無段変速機構として機能できる。この動力分割機構１３が、この発明の実施形態における「変速機構」に相当する。

このようにエンジントルクをリングギヤＲに伝達するように制御モータ１０から反力トルクを出力しつつ、エンジン回転数を目標エンジン回転数に制御するように制御モータ１０を回転数制御した場合には、車速と目標エンジン回転数とに応じて制御モータ１０がモータとして機能し、または発電機として機能する。具体的には、制御モータ１０から出力される反力トルクの向きが、制御モータ１０の回転数を増大させる方向になる場合には、制御モータ１０がモータとして機能し、その反力トルクの向きが、制御モータ１０の回転数を減少させる方向になる場合には、制御モータ１０が発電機として機能する。

したがって、制御モータ１０がモータとして機能する場合には、エンジン９から出力された動力に、制御モータ１０から出力された動力が加算されてリングギヤＲに伝達される。それとは反対に制御モータ１０が発電機として機能する場合には、エンジン９から出力された動力の一部が、制御モータ１０により電力に変換される。つまり、エンジン９から出力された動力が減少されてリングギヤＲに伝達される。

そして、アクセルペダルの踏み込み量などから求められるハイブリッド車両ＨＶに要求される駆動力（駆動トルク）と、上記のようにリングギヤＲに伝達されるトルクとの差に応じて、駆動モータ１１のトルクを制御する。具体的には、リングギヤＲに伝達されるトルクが、ハイブリッド車両ＨＶに要求される駆動トルクを充足できない場合には、駆動モータ１１をモータとして機能させて、ドリブンギヤ１５の部分でトルクを加え、リングギヤＲに伝達されるトルクが、ハイブリッド車両ＨＶに要求される駆動トルク以上の場合には、駆動モータ１１を発電機として機能させて、ドリブンギヤ１５の部分でトルクを減じる。すなわち、駆動モータ１１は、アシストモータとして機能する。

また、エンジン９の出力を一定にした場合に動力分割機構１３の変速比を変更すると、エンジン回転数が変化することに伴ってエンジン９の出力トルクが変化し、それに伴って動力分割機構１３から出力されるトルクが変化する。したがって、そのような場合には、駆動モータ１１の出力トルクを、動力分割機構１３から出力されるトルクに応じて変化させる。つまり、動力分割機構１３による変速比を変更することにより、駆動モータ１１のトルクが変動する。

なお、ＥＶモードは、駆動モータ１１のみから駆動トルクを出力して走行するモードであって、エンジン９や制御モータ１０からは特に駆動トルクを出力する必要はない。そのような場合には、エンジン９のフリクショントルクが制御モータ１０のイナーシャトルクやコギングトルクよりも大きくなるため、エンジン９が停止し、制御モータ１０が空回りする。なお、エンジン９を暖機する要求がある場合などのエンジン９を駆動する要求がある場合には、制御モータ１０への通電を行うことなく、エンジン９を駆動しつつ、制御モータ１０を空転させてもよい。

上述したＨＶモードを設定した場合には、エンジン９の運転点に応じたエネルギー効率、制御モータ１０のエネルギー効率、駆動モータ１１のエネルギー効率、各ギヤの回転数やトルクに応じた動力伝達効率などに応じてシステム全体としてのエネルギー効率が変化する。したがって、原則的には、上記の各効率を考慮して、システム全体としてのエネルギー効率が良好になるようにエンジン９、制御モータ１０、駆動モータ１１のトルクや回転数を制御するように構成されている。

一方、動力分割機構１３が無段変速機構として機能するとしても、要求駆動力が急激に変化し、それに伴って動力分割機構１３における変速比を急激に変化させた場合には、エンジン回転数の急変などを要因とした車両ＨＶの挙動の変化が生じ、搭乗者が違和感を抱く可能性がある。このような車両ＨＶの挙動の変化は、搭乗者の要求に沿わない（もしくは意図しない）場合があり搭乗者が違和感を抱く可能性がある。それに対して、動力分割機構１３の変速比を変更しない場合には、車両ＨＶの挙動の変化を抑制できる反面、システム全体としてのエネルギー効率が低下するため、燃費が悪化しまたは電力消費量が増加する。

したがって、上述したように構成されたハイブリッド車両ＨＶも、図１に示すように構成された車両ＥＶと同様に、ＳＯＣなどに応じて変速制御を実行するか否かを判断することが好ましい。その場合、図３における固定段モードや、第１スキップモード、第２スキップモードを以下に説明するようなモードに置き換えて、図３と同様に判断を行えばよい。

具体的には、固定段モードに対応するモードとして、動力分割機構１３の変速比を一定に維持する固定比モードを設定すればよい。その場合、低車速域でエンジン回転数がストール回転数に至ることを抑制するために、図１に示す有段式の変速機構４における前進第１速段に相当する変速比に維持することが好ましい。

なお、図７に示すハイブリッド車両ＨＶは、エンジン９のトルクを減少させて、駆動モータ１１のトルクを増大させることにより、またはエンジン９のトルクを増大させて、駆動モータ１１のトルクを減少させることにより要求駆動力を充足させることができる。したがって、固定比モードが設定されている場合におけるエンジン９および駆動モータ１１のトルクを制御することにより、システム全体としてのエネルギー効率の悪化を抑制できる。

また、第１スキップモードに対応するモードは、システム効率が良好になるように変速する通常モードとしてよい。これは、上記のように無段変速機構として機能する動力分割機構１３を備えている場合には、変速に伴う車両ＨＶの挙動の変化は、有段式の変速機構を備えた車両と比較して小さい、または発生頻度が少ないためである。つまり、この発明の実施形態における変速制御装置は、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１以上の場合に、変速比を固定するモードを設定し、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１未満の場合に、システムのエネルギー効率の低減を抑制するとともに、変速に伴う車両ＨＶの挙動の変化を抑制するモードを設定することができればよい。

さらに、第２スキップモードに対応するモードとしては、所定車速Ｖ１未満の場合には、固定比モードと同様の変速比を維持し、所定車速Ｖ１以上の場合に、要求駆動力と車速とに応じたシステム効率が良好になるように動力分割機構１３の変速比を制御するモードであればよく、所定車速Ｖ１以上の場合においては、変速比をステップ的に変更するモードに限らない。

また、上述したハイブリッド車両ＨＶは、減速走行時においては、エンジン９への燃料の供給を停止することにより、エンジン９のポンピングロスやフリクショントルクなどに応じてエンジンブレーキトルクを発生させ、そのエンジンブレーキトルクを駆動輪７に伝達するように制御モータ１０から反力トルクを出力する。それに加えて、駆動モータ１１を発電機として機能させて制動トルクを駆動輪７に伝達させる。そのエンジンブレーキトルクは、エンジン９の回転数に依存する。また、減速走行する際における駆動モータ１１の回転数は車速に応じた回転数になるため、発電効率（エネルギー効率）は、駆動モータ１１の回生トルクに依存する。さらに、減速走行時におけるエンジンブレーキトルクと駆動モータ１１による制動トルクとの割合は、動力分割機構１３の変速比を制御することにより適宜変更できる。

したがって、減速走行時においては、図６におけるステップＳ１６で肯定的に判断されて変速が許可された場合に、駆動モータ１１の発電効率が良好となる制動トルクを駆動モータ１１が出力するように動力分割機構１３の変速比を制御すればよい。つまり、動力分割機構１３の変速比を制御して、駆動モータ１１に要求されるトルクを変更することにより、駆動モータ１１の運転点を変更すればよい。その場合には、現時点で設定されている変速比が駆動モータ１１の発電効率が良好となる変速比よりも大きいとは限らない。すなわち、ステップＳ１８における変速の許可によって変速する場合に、変速比を低減させる（アップシフトする）ものに限らない。

上述したようにこの発明で対象とすることができる車両は、モータと駆動輪との間に変速機構を備えた車両、およびエンジンと駆動輪との間に変速機構を備え、その変速機構の出力軸にモータが連結された車両のいずれであってもよい。また、その変速機構は、変速比をステップ的に変更する有段式の変速機構に限らず、変速比を連続的に変更する無段変速機構であってよい。したがって、例えば、エンジンとモータとのそれぞれを変速機構の入力側に設けた車両であってもよく、エンジンと発電機とを連結し、その発電機で発電された電力が供給されることで駆動するモータに変速機構を連結した、いわゆるシリーズハイブリッド車両であってもよい。また、モータと駆動輪との間に設けられた変速機構の出力軸に、他の駆動力源となるモータを更に備えた車両であってもよく、各駆動輪の内部に駆動力源としてのモータと変速機構とを備えた、いわゆるインホイールモータ車両であってもよい。

また、上述した制御例では、通常モードと、シームレス優先モードとを選択可能な車両において、シームレス優先モードが選択されている場合に、ＳＯＣに応じて固定段（または固定比）モードや第２スキップモードと、第１スキップモード（または通常モード）とを切り替えるように構成されているものの、シームレス優先モードに該当するモードの選択ができない車両であってもよい。その場合、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１以上の場合に、固定段（または固定比）モードや第２スキップモードを選択し、ＳＯＣが閾値Ｔｈ１未満の場合に、通常モードと同様の制御を実行するように構成すればよい。

１…モータ、２…蓄電装置、４…変速機構、７…駆動輪、８…電子制御装置（ＥＣＵ）、９…エンジン、１０…制御モータ、１１…駆動モータ、１３…動力分割機構、ＥＶ，ＨＶ…車両。

Claims

変速機構と、前記変速機構に連結された駆動輪と、前記変速機構の入力側または前記変速機構と前記駆動輪との間にトルク伝達可能に連結されたモータと、前記モータに連結された蓄電装置とを備え、
前記変速機構の変速比を変更することにより前記モータのトルクと回転数との少なくともいずれか一方が変動するように構成された車両の変速制御装置において、
前記変速機構を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記変速機構の変速比を走行状態に応じて変更する第１モードと、前記変速機構の変速比を所定の変速比に維持する第２モードとを設定することができるように構成され、
前記蓄電装置の充電残量が所定値未満の場合には、前記第１モードを設定し、
前記蓄電装置の充電残量が前記所定値以上の場合には、前記第２モードを設定するように構成され、
前記第２モードは、車速が所定車速未満の場合に、前記変速機構の変速比を前記所定の変速比に維持し、前記車速が前記所定車速以上の場合に、前記変速機構の変速比を変更するモードを含む
ことを特徴とする車両の変速制御装置。
請求項１に記載の車両の変速制御装置において、
前記コントローラは、
前記車両の車速と要求駆動力とに応じて前記モータを含むシステムの効率が良好となるように前記変速機構の変速比を定める通常モードと、前記車両の挙動の変化を低減するように前記変速機構の変速比を定めるシームレスモードとを選択可能に構成され、
前記シームレスモードは、前記第１モードと前記第２モードとを含み、
前記第１モードは、前記通常モードで設定される変速比のうちの少なくともいずれかの変速比を除いた変速比を設定するモードを含む
ことを特徴とする車両の変速制御装置。
変速機構と、前記変速機構に連結された駆動輪と、前記変速機構の入力側または前記変速機構と前記駆動輪との間にトルク伝達可能に連結されたモータと、前記モータに連結された蓄電装置とを備え、
前記変速機構の変速比を変更することにより前記モータのトルクと回転数との少なくともいずれか一方が変動するように構成された車両の変速制御装置において、
前記変速機構を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記変速機構の変速比を走行状態に応じて変更する第１モードと、前記変速機構の変速比を所定の変速比に維持する第２モードとを設定することができるように構成され、
前記蓄電装置の充電残量が所定値未満の場合には、前記第１モードを設定し、
前記蓄電装置の充電残量が前記所定値以上の場合には、前記第２モードを設定するように構成され、
前記車両の車速と要求駆動力とに応じて前記モータを含むシステムの効率が良好となるように前記変速機構の変速比を定める通常モードと、前記車両の挙動の変化を低減するように前記変速機構の変速比を定めるシームレスモードとを選択可能に構成され、
前記シームレスモードは、前記第１モードと前記第２モードとを含み、
前記第１モードは、前記通常モードで設定される変速比のうちの少なくともいずれかの変速比を除いた変速比を設定するモードを含む
ことを特徴とする車両の変速制御装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の車両の変速制御装置において、
前記モータは、前記変速機構の入力側に連結されている
ことを特徴とする車両の変速制御装置。
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の車両の変速制御装置において、
前記変速機構の入力側に連結された他の駆動力源を更に備え、
前記モータは、前記変速機構と前記駆動輪とのトルクの伝達経路の間に連結されている
ことを特徴とする車両の変速制御装置。