JP2009045993A - 車両用制御装置および車両用動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの変速段グループ間に配置した電動機を用いて内燃機関を始動する際の、車速範囲を拡大できる車両用制御装置および車両用動力伝達装置を提供することにある。
【解決手段】自動変速機１００は、第１入力摩擦要素８，第２入力摩擦要素９と、電動機４０を備えている。制御装置１２０は、電動機４０の動力のみによる走行を行っている際に、第１入力摩擦要素８または第２入力摩擦要素９を選択し、選択した方の入力摩擦要素の摩擦力により電動機４０の動力の一部を内燃機関１の出力軸に伝達して内燃機関１の出力軸の回転速度を上昇させて始動させる。また、強電系故障時には２つのギアを係合させ、両方の入力摩擦要素を係合させることで走行可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用制御装置および車両用動力伝達装置に係り、特に、２つの変速段グループ間に配置した電動機を用いて内燃機関を始動するに好適な車両用制御装置および車両用動力伝達装置に関する。

従来、２つの変速段グループ間に電動機を配置し、この電動機を用いて変速する変速機が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。特許文献１では、さらに、電動機の駆動力を用いて内燃機関を始動することも知られている。特許文献１においては、段落番号＜００２０＞，＜００２１＞，＜００２２＞に記載のように、電動機により発進した後、電動機によって連れ回らされている内燃機関を電動機により始動するものの他に、段落番号＜００４６＞には、特許文献２記載の摩擦クラッチの開放・締結により、内燃機関を始動することが開示されている。

特開２００５−１５５５０８号公報 特開２００３−１１３９３４号公報

ここで、内燃機関を始動するには、それぞれの内燃機関特有の始動可能な下限回転速度が存在する。よって、特許文献１の図３および図１２に記載されている様な入力クラッチを有する変速機を搭載したハイブリッド車両において、電動機の動力のみの走行（ＥＶ走行）中に電動機の動力を入力クラッチの摩擦力で内燃機関の出力軸に伝達して内燃機関を始動するには、入力クラッチの変速機側速度，すなわち変速機入力軸の始動時の回転速度が内燃機関を始動できる下限回転速度以上とする必要がある。また、電動機の動力を入力クラッチの摩擦力で伝達して内燃機関を始動した後に、入力クラッチを完全係合して少なくとも内燃機関の動力を用いる走行（ＨＥＶ走行）に速やかに遷移するには、内燃機関の始動直後の回転速度と変速機入力軸の始動時の回転速度がなるべく接近している方が良いので、内燃機関を始動する時の変速機入力軸の上限回転速度がおよそ決定される。

このように、内燃機関の始動に望ましい変速機入力軸の回転速度範囲が決まり、この変速機入力軸の回転速度範囲，ＥＶ走行時の変速比，最終減速比および駆動輪の動半径によって内燃機関の始動に望ましい車速範囲が一義的に決定し、その車速範囲が狭いという問題があった。

本発明の目的は、２つの変速段グループ間に配置した電動機を用いて内燃機関を始動する際の、車速範囲を拡大できる車両用制御装置および車両用動力伝達装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関と、第１中間軸と出力軸の間に設けられた第１変速段グループと、第２中間軸と出力軸の間に設けられた第２変速段グループと、前記第１中間軸と前記内燃機関の出力軸の間に設けられた第１入力摩擦要素と、前記第２中間軸と前記内燃機関の出力軸の間に設けられた第２入力摩擦要素と、前記第１中間軸と前記第２中間軸との間に相対的にトルクを印加する電動機とを有する自動変速機と、を有する車両の制御に用いられるものであって、前記自動変速機の、前記第１入力摩擦要素，前記第２入力摩擦要素及び前記電動機を制御する制御手段を有する車両用制御装置であって、
前記制御手段は、電動機の動力のみによる走行を行っている際に、前記第１入力摩擦要素または前記第２入力摩擦要素を選択し、選択した方の入力摩擦要素の摩擦力により前記電動機の動力の一部を前記内燃機関の出力軸に伝達して前記内燃機関の出力軸の回転速度を上昇させて始動させるようにしたものである。
かかる構成により、２つの変速段グループ間に配置した電動機を用いて内燃機関を始動する際の、車速範囲を拡大できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、車両の状態若しくは運転者の意図に応じて、前記第１入力摩擦要素または前記第２入力摩擦要素を選択するようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記内燃機関の始動後に、前記第１入力摩擦要素または前記第２入力摩擦要素を選択し、選択した方の入力摩擦要素を係合して、少なくとも前記内燃機関の動力と前記電動機の動力を使用するＨＥＶ走行に遷移するようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記内燃機関始動後に始動に使用した方の入力摩擦要素を開放して前記電動機の動力のみによる走行を継続するようにしたものである。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記電動機の動力が得られない場合は、前記第１変速段グループの一つと前記第２変速段グループの１つとを係合し、前記第１入力摩擦要素と前期第２入力摩擦要素の摩擦力により前記内燃機関の動力を駆動輪に伝達させて走行するようにしたものである。
かかる構成により、強電系統（例えば電動機、インバータ、バッテリ、電力供給線など）が故障した場合でも第１入力摩擦要素と第２入力摩擦要素の摩擦力で内燃機関の動力を車輪に伝達して走行が可能となる。

（６）また、上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関と、第１中間軸と出力軸の間に設けられた第１変速段グループと、第２中間軸と出力軸の間に設けられた第２変速段グループと、前記第１中間軸と前記内燃機関の出力軸の間に設けられた第１入力摩擦要素と、前記第２中間軸と前記内燃機関の出力軸の間に設けられた第２入力摩擦要素と、前記第１中間軸と前記第２中間軸との間に相対的にトルクを印加する電動機とを有する自動変速機と、を有する車両の駆動に用いられるものであって、前記電動機と、前記第１入力摩擦要素の係合／解放の駆動，前記第２入力摩擦要素の係合／解放の駆動に用いられるアクチュエータと、前記自動変速機の、前記第１入力摩擦要素，前記第２入力摩擦要素及び前記電動機を制御する制御手段を有する車両用動力伝達装置であって、前記制御手段は、電動機の動力のみによる走行を行っている際に、前記第１入力摩擦要素または前記第２入力摩擦要素を選択し、選択した方の入力摩擦要素の摩擦力により前記電動機の動力の一部を前記内燃機関の出力軸に伝達して前記内燃機関の出力軸の回転速度を上昇させて始動させるようにしたものである。
かかる構成により、２つの変速段グループ間に配置した電動機を用いて内燃機関を始動する際の、車速範囲を拡大できるものとなる。

本発明によれば、２つの変速段グループ間に配置した電動機を用いて内燃機関を始動する際の、車速範囲を拡大できるものとなる。

以下、図１〜図１２を用いて、本発明の一実施形態による車両用制御装置および車両用動力伝達装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態で用いる変速機を搭載した車両の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態で用いる変速機を搭載した車両の構成を示すブロック図である。

車両１５０のエンジン１には変速機１００が接続され、その出力は最終減速機１６０および駆動輪ドライブシャフト１６１を介して駆動輪１６２を駆動する。内燃機関１は、例えば，公知のガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、特に限定するものではない。

変速機１００には、電動機４０が内蔵されている。電動機４０には、インバータ１１０と、蓄電装置１１１が接続されている。電動機４０は、例えば，公知の誘導電動機や同期電動機であり、蓄電装置１１１の電力を使用する力行動作と蓄電装置１１１に電力を蓄える回生動作が可能となっている。制御装置１２０は、インバータ１１０および変速機１００を制御する。なお、符号１６３は、非駆動輪である。

次に、図２を用いて、本実施形態で用いる変速機の第１の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態で用いる変速機の第１の構成を示すスケルトン図である。

本例における変速機機は、ツインクラッチ変速機１００を基に、２つの入力軸の間に電動機４０をギアを介して結合したものである。

ツインクラッチ変速機１００は、内燃機関１の出力軸２に接続される入力軸３，第１結合軸４，第２結合軸５，第１中間軸６，第２中間軸７出力軸１７を有している。内燃機関１の出力軸２と入力軸３とは、スプライン軸受（図示省略）等により接続される。入力軸３は、それぞれギアにより、第１結合軸４，第２結合軸５に連結される。

また、ツインクラッチ変速機１００は、，第１中間軸６と第１結合軸３とを係合／開放する第１入力クラッチ８，第２中間軸７と第２結合軸４とを係合／開放する第２入力クラッチ９を有している。第１中間軸６には、奇数ギア段１速のドライブギア１０，奇数ギア段３速のドライブギア１１，奇数ギア段５速のドライブギア１２が設けられている。第２中間軸７には、偶数ギア段２速のドライブギア１３，偶数ギア段４速のドライブギア１４が設けられている。出力軸１７には、奇数ギア段１速のドリブンギア１８，奇数ギア段３速のドリブンギア１９，奇数ギア段５速のドリブンギア２０，偶数ギア段２速のドリブンギア２１，偶数ギア段４速のドリブンギア２２が設けられている。また、第２中間軸７には後退用ドライブギア１５が設けられ、後退用アイドルギア１６は、後退用ドライブギア１５に従動する。出力軸１７には、後退用ドリブンギア２３が設けられている。

変速クラッチ３０，３１，３２は、第１中間軸６と奇数ギア段ドライブギア１０，１１，１２を係合／開放させる。変速クラッチ３３，３４，３５は、第２中間軸７と偶数ギア段ドライブギアおよび後退用ドライブギア１３，１４，１５を係合／開放させる。第１入力クラッチ８は、第１入力クラッチアクチュエータ６１により動作し、第２入力クラッチ９は第２入力クラッチアクチュエータ６２により動作する。変速クラッチ３０，…，３６は、変速アクチュエータ６３，６４，６５，６６により動作する。

ここで、第１入力クラッチ８および第２入力クラッチ９は、摩擦クラッチである。各変速クラッチ３０，…，３６は、例えばドグクラッチが用いられる。

ドライブギア１０とドリブンギア１８が１速，ドライブギア１３とドリブンギア２１が２速，ドライブギア１１とドリブンギア１９が３速，ドライブギア１４とドリブンギア２２が４速，ドライブギア１２とドリブンギア２０が５速である。

また、電動機４０は、固定子と回転子が、それぞれ、傘歯歯車７０，７１によって、第１中間軸６および第２中間軸７に結合されている。傘歯歯車の減速比は、例えば減速比１．０である。

内燃機関１の出力は、入力軸３，第１結合軸４および第２結合軸５により第１入力クラッチ８および第２入力クラッチ９に入力される。また、電動機４０の駆動力は、第１入力クラッチ８若しくは第２入力クラッチ９を介して、内燃機関１に入力することができる。

第１入力クラッチアクチュエータ６１，第２入力クラッチアクチュエータ６２，変速アクチュエータ６３，…，６６は、コントローラ１２０によって制御される。

電動機４０の動力のみでの走行（ＥＶ走行）では、両入力クラッチ８，９を開放して内燃機関１を変速機１００と切り離し、偶数ギア段１つと奇数ギア段１つを係合することで可能である。例えば、第１入力クラッチ８と第２入力クラッチ９を開放し、変速クラッチ３２を係合して５速を選択し、変速クラッチ３３を係合して２速を選択すると、第１中間軸６でのトルクＴ１，第２中間軸７でのトルクＴ２および出力軸トルクＴｏは、式（１）〜式（３）の様になる。ここで、電動機４０のトルクをＴｍ，１速〜５速の変速比をＧ１〜Ｇ５とする。

Ｔ１＝Ｔｍ×Ｇ５ …（１）

Ｔ２＝Ｔｍ×Ｇ２ …（２）

Ｔｏ＝Ｔ２−Ｔ１
＝Ｔｍ×（Ｇ２−Ｇ５） …（３）

つまり、ＥＶ走行時における出力軸トルクは、式（３）から理解されるように、選択するギア比の差（Ｇ２−Ｇ５）でモータトルクＴｍが増幅される。

電動機４０によるＥＶ走行中に、第１入力クラッチ８または第２入力クラッチ９を半係合すると、電動機４０の動力の一部が第１結合軸４または第２結合軸５と入力軸３を介して内燃機関１の出力軸２に伝達され、内燃機関１の回転速度が上昇し、結果、内燃機関１が始動される。内燃機関１の始動には最低必要な回転速度の下限値Ｎ１があり、例えば５００ｒｐｍ程度は必要である。また、始動後に内燃機関が安定して運転できる回転速度以上になれば、速やかに内燃機関１と変速機１００とを完全係合させて内燃機関１と電動機４０の動力を併用する走行（ＨＥＶ走行）に遷移したい。速やかに遷移できる内燃機関１の回転速度Ｎ２は例えば約１５００ｒｐｍ程度である。つまり内燃機関１が５００〜１５００ｒｐｍの間に第１入力クラッチ８または第２入力クラッチ９を完全係合させるので、その時の選択している変速段のギア比で内燃機関１の始動に適した入力軸速度および車速それぞれの範囲が決定する。

ここで、図３を用いて、本実施形態による車両用制御装置による始動に適した車速範囲について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による車両用制御装置による始動に適した車速範囲の説明図である。

例えば、５速と２速を係合させてＥＶ走行しているときには、以下のようになる。

ここで、入力軸３と第１結合軸４および第２結合軸５間のギア比Ｇｉｎ＝１．０，２速変速比Ｇ２＝２．０，５速変速比Ｇ５＝１．０，最終減速比Ｇｆ＝４．０，駆動輪動半径＝０．３ｍとすると、高速段側である第１入力クラッチ８で始動する場合、車速下限値ＶＨＬ及び車速上限値ＶＨＨは、式（４），式（５）となる。

ＶＨＬ＝Ｎｅ÷Ｇｉｎ÷Ｇ５÷Ｇｆ×駆動輪外周
＝５００÷１．０÷１．０÷４．０÷（２×π×０．３）×（６０／１０００）
＝１４．１（ｋｍ・ｈ） …（４）

ＶＨＨ＝Ｎｅ÷Ｇｉｎ÷Ｇ５÷Ｇｆ×駆動輪外周
＝１５００÷１．０÷１．０÷４．０÷（２×π×０．３）×（６０／１０００）
＝４２．４（ｋｍ・ｈ） …（５）

また、低速段側である第２入力クラッチ９で始動する場合、車速下限値ＶＬＬ及び車速上限値ＶＬＨは、式（６），式（７）となる。

ＶＬＬ＝Ｎｅ÷Ｇｉｎ÷Ｇ５÷Ｇｆ×駆動輪外周
＝５００÷１．０÷２．０÷４．０÷（２×π×０．３）×（６０／１０００）
＝７．１（ｋｍ・ｈ） …（６）

ＶＬＨ＝Ｎｅ÷Ｇｉｎ÷Ｇ５÷Ｇｆ×駆動輪外周
＝１５００÷１．０÷２．０÷４．０÷（２×π×０．３）×（６０／１０００）
＝２１．２（ｋｍ・ｈ） …（７）

以上の結果、高速段側の第１入力クラッチ８での内燃機関１の始動に適した車速範囲は１４．１［ｋｍ／ｈ］〜４２．４［ｋｍ／ｈ］、低速段側の第２入力クラッチ９での内燃機関１の始動に適した車速範囲は７．１［ｋｍ／ｈ］〜２１．１［ｋｍ／ｈ］となる。

上記の様に５速と２速を選択しており、奇数段の第１中間軸６は高速段側中間軸、偶数段側の第２中間軸７は低速段側中間軸であるので、２つの軸の始動に適した入力軸速度および車速範囲は、図３に示す様になる。つまり、２つのクラッチを条件によって使い分ければ、内燃機関１の始動〜入力クラッチ完全係合までの車速範囲はＶＬＬ＝７．１［ｋｍ／ｈ］〜ＶＨＨ＝４２．４［ｋｍ／ｈ］に拡大することが可能になる。

また、内燃機関１の始動後に入力クラッチを開放して、ＥＶ走行を継続することもできる。

次に、図４〜図７を用いて、本実施形態による車両用制御装置による制御内容について説明する。以下の制御内容は、制御装置１２０によって実行される。
図４は、本発明の一実施形態による車両用制御装置による制御内容を示すフローチャートである。

ここでは、前提として、ＥＶ走行を行っているものとする。前述のように、例えば５速と２速で走行している場合は奇数ギア段の５速が高速段であり、偶数ギア段の２速が低速段である。また、例えば１速と４速で走行している場合は奇数ギア段の１速が低速段であり、偶数ギア段の４速が高速段である。

まず、ステップ２０１において、制御装置１２０は、内燃機関の始動要求が有るか否かを判断する。始動要求が無ければ、ステップ２２４に進みそのままＥＶ走行を継続する。始動要求があればステップ２０２に進む。

始動要求があった場合には、ステップ２０２において、制御装置１２０は、現在のバッテリＳＯＣ(State Of Charge)が低い状態であるか高い状態であるかを判断する。低い場合にはステップ２０３に進み、高い場合にはステップ２１３に進む。

ＳＯＣが低い場合には、ステップ２０３において、制御装置１２０は、式（８）を満足するか否かを判定する。

Ｎ＿ｌｏｗ×Ｇｉｎ≧Ｎｔｈ＿ｌｏｗ …（８）

ここで、Ｎ＿ｌｏｗは低速段側入力軸回転速度、Ｇｉｎは入力軸と入力軸間のギア比、Ｎｔｈ＿ｌｏｗは内燃機関始動可能下限回転速度である。

式（８）では、低速段側入力軸の回転速度に入力軸と入力軸間のギア比を乗算した値が、内燃機関始動可能下限値以上であるか否かを判断する。始動可能下限値以上であればステップ２０４に進み、始動可能下限値以下であればステップ２２４に進みそのままＥＶ走行を継続する。

始動可能下限値以上の場合、ステップ２０４において、制御装置１２０は、ステップ２０２およびステップ２０３において低速段側入力クラッチで内燃機関１を始動する事に決定したため、低速段側入力クラッチを半係合状態に保ちステップ２０５に進む。

次に、ステップ２０５において、制御装置１２０は、内燃機関１の始動時に車体前後加速度変化が少なくなる様に電動機４０のトルクを増加させる。このトルク増加が無い場合には車体が減速して乗員に違和感を与えるが、この違和感を許容すればステップ２０５は無くても良い。

そして、ステップ２０６において、制御装置１２０は、内燃機関１が始動完了したか否かを判断する。始動完了でなければ、ステップ２０３〜ステップ２０５を再実行する。始動が完了すると、ステップ２０７に進む。

これにより、蓄電装置の充電状態（ＳＯＣ）が高い場合、出来るだけ低い車速で内燃機関を始動してＨＥＶ走行に遷移することができる。

一方、ステップ２０２でＳＯＣが高いと判断された後、ステップ２１３において、制御装置１２０は、式（９）を満足するか否かを判定する。

Ｎｈｉｇｈ×Ｇｉｎ≧Ｎｔｈ＿ｌｏｗ …（９）

ここで、Ｎｈｉｇｈは高速段側入力軸回転速度、Ｇｉｎは入力軸と入力軸間のギア比、Ｎｔｈ＿ｌｏｗは内燃機関始動可能下限回転速度である。

式（９）では、高速段側入力軸の回転速度に入力軸と入力軸間のギア比を乗算した値が内燃機関始動可能下限値以上であるか否かを判断する。始動可能下限値以上であればステップ２１４に進み、始動可能下限値以下であればステップ２２４に進みそのまま電動機による走行を継続する。

始動可能下限値以上であれば、ステップ２１４において、制御装置１２０は、ステップ２０２およびステップ２１３において高速段側入力クラッチで内燃機関１を始動する事に決定したため、高速段側入力クラッチを半係合状態に保ちステップ２１５に進む。

次に、ステップ２１５において、制御装置１２０は、内燃機関１の始動時に車体前後加速度変化が少なくなる様に電動機４０のトルクを増加させる。このトルク増加が無い場合には車体が減速して乗員に違和感を与えるが、この違和感を許容すればステップ２１５は無くても良い。

そして、ステップ２１６において、制御装置１２０は、内燃機関１が始動完了したか否かを判断する。Ｎｏであれば、ステップ２１３〜ステップ２１５を再実行する。Ｙｅｓであればステップ２１７に進む。

これにより、蓄電装置のエネルギ（ＳＯＣ）が十分にある場合には、ＥＶ走行をなるべく高速まで行い、内燃機関の燃料消費を抑えることができる。

以上説明したように、ＳＯＣに応じて、ＳＯＣが低い場合には低速段側で始動し、ＳＯＣが高い場合には高速段側で始動することで、車速範囲を拡大することができる。なお、以上はＳＯＣ，すなわち、車両の状態に応じて、始動に用いる変速段を低速段か高速段に切り替えているが、運転者の意図に応じて、始動に用いる変速段を低速段か高速段に切り替えることも可能である。すなわち、運転者から急加速要求が出された場合には、低速段側で始動し、急加速要求がない場合には高速段側で始動することで、車速範囲を拡大することができる。急加速要求の有無は、例えば、アクセルペダルの開度の時間変化が所定値よりも大きいときは急加速要求有りと判定でき、所定値よりも小さいときは急加速要求無しと判定できる。

再び、図４のステップ２０７以降により、始動後の制御について説明する。

ステップ２０７において、制御装置１２０は、ステップ２０５で増加させた電動機４０のトルクを削減する。ステップ２０５が無い場合はステップ２０７も無くなる。

次に、ステップ２０８において、制御装置１２０は、ＥＶ走行継続要求が有るか否かを判断する。ＥＶ走行継続要求が無い場合にはステップ２２５に進み、低速段側入力クラッチを開放後ＥＶ走行を継続する。ＥＶ走行継続要求が有る場合にはステップ２０９に進む。

ＥＶ走行継続要求が有る場合には、ステップ２０９において、制御装置１２０は、内燃機関１の始動後にドライバによる急加速要求が有るか否かを判断する。急加速要求が有る場合にはステップ２１０に進み、急加速要求が無い場合にはステップ２２１に進む。

急加速要求が有る場合には、ステップ２１０において、制御装置１２０は、低速段側入力クラッチを開放し、ステップ２１１で高速段側入力クラッチを完全係合させ、ステップ２１２のＨＥＶ走行に遷移する。

ここで、図５を用いて、本実施形態による車両用制御装置により、低速段側でＨＥＶ走行する場合について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による車両用制御装置により、低速段側でＨＥＶ走行する場合の説明図である。

図５に示す様に、ＥＶ走行での加速度が高い場合は低速段側の第２入力クラッチ９で内燃機関１を始動中に低速段側の第２中間軸７の回転速度が上限値よりも高くなる場合がある。例えば、図４のステップ２０９で判定したように、急加速要求がある場合である。

この場合、このまま低速段側の第２入力クラッチ９を完全契合してＨＥＶ走行に遷移しようとすると、第２入力クラッチ９の内燃機関側と入力軸側との回転速度差が大きい状態が長く続く事になり、過度な摩擦熱の発生や過度なクラッチ摩耗などの問題が生じる。この場合には、低速段側の第２入力クラッチ９で内燃機関１を始動後に第２入力クラッチ９を開放し、高速段側第１クラッチ８を完全係合させ、ＨＥＶ走行に遷移することができる。

再び、図４のステップ２１７以降により、始動後の制御について説明する。

ステップ２１７において、制御装置１２０は、ステップ２１５で増加させた電動機４０のトルクを削減する。ステップ２１５が無い場合はステップ２１７も無くなる。

ステップ２１８において、制御装置１２０は、ＥＶ走行継続要求が有るか否かを判断する。ＥＶ走行継続要求が有る場合には、ステップ２２６に進み高速段側入力クラッチを開放後ＥＶ走行を継続する。ＥＶ走行継続要求が無い場合には、ステップ２１９に進む。

ＥＶ走行継続要求が有る場合、ステップ２１９において、制御装置１２０は、内燃機関１の始動後にドライバによる減速要求が有るか否かを判断する。減速要求が無い場合にはステップ２１１に進み、減速要求が有る場合にはステップ２２０に進む。

減速要求が有る場合、ステップ２２０において、制御装置１２０は、高速段側入力クラッチを開放し、ステップ２２１で低速段側入力クラッチを完全係合させる。

ここで、図６を用いて、本実施形態による車両用制御装置により、高速段側でＨＥＶ走行する場合について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による車両用制御装置により、高速段側でＨＥＶ走行する場合の説明図である。

図６に示す様に、高速段側の第１入力クラッチ８で内燃機関１を始動中に減速すると高速段側の第１中間軸６の回転速度が始動に適した回転速度の下限値よりも低くなってしまう場合がある。例えば、図４のステップ２１９で判定したように、減速要求がある場合である。

この場合、このまま高速段側の第１入力クラッチ８を完全係合させてＨＥＶ走行に遷移しようとすると、内燃機関１の回転が安定せず最悪、内燃機関１が停止して車両が停止してしまうなどの問題が生じる。この場合には、高速段側の第１入力クラッチ８で内燃機関１を始動後に高速段側の第１入力クラッチ８を開放し、低速段側の第２入力クラッチ９を完全係合させ、ＨＥＶ走行に遷移することができる。

再び、図４のステップ２２２以降により、始動後の制御について説明する。

ステップ２２２において、制御装置１２０は、数式１４が成立すると予想されるほどの急減速が行われているか否かを判断する。急減速が行われていない場合にはステップ２１２に進みＨＥＶ走行に遷移し、急減速が行われている場合にはステップ２２３に進む。

急減速が行われている場合、ステップ２２３において、制御装置１２０は、両方の入力クラッチを開放し、ステップ２２４に進みＥＶ走行を継続する。

ここで、図７を用いて、本実施形態による車両用制御装置により、ＥＶ走行する場合について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による車両用制御装置により、ＥＶ走行する場合の説明図である。

図７に示す様に、高速段側の第１入力クラッチ８または低速段側の第２入力クラッチ９で内燃機関１を始動後に低速段側の第２入力クラッチ９を完全係合させた後に大きく減速すると、低速段側の第２中間軸７の回転速度が始動に適した回転速度の下限値よりも低くなる場合がある。このまま低速段側の第２入力クラッチ９を完全係合させたままＨＥＶ走行を継続しようとしても内燃機関１の回転が安定せず最悪、内燃機関１が停止して車両が停止するなどの問題が生じる。高速段の第１中間軸６は更に低い回転速度であるからつなぎ換えることはできないので、高速段側の第１入力クラッチ８および低速段側の第２入力クラッチ９の両方を開放してＥＶ走行に戻る。

以上説明したように、車両の状態や、運転者の意図に応じて、始動に用いる変速段を低速段か高速段に切り替えることで、始動時の車速範囲を拡大することができる。

また、急加速時等は、高速段によりＨＥＶ走行し、減速時等は、低速段によりＨＥＶ走行し、さらには、急減速時にはＥＶ走行とすることができる。

図２に示した、本実施形態で用いる変速機は、ＨＥＶ走行では電動機４０で内燃機関１のトルクを受け持ちながら変速するものである。なお、変速時の詳細動作については、例えば、特許文献２に記載されている。

そのため、強電系（例えば電動機４０，インバータ１１０，蓄電装置１１１，図示しない電動機４０への電力供給線など）が故障した場合は、変速が行えないことになる。

そのような場合には、本実施形態では、制御装置１２０は、電動機４０を停止させた状態で、ＥＶ走行と同様に偶数ギア段１つと奇数ギア段１つを係合し、通常の摩擦クラッチ付の車両が発進する様に２つの入力クラッチを少しずつ係合させることで、内燃機関１のみの動力で発進、走行することが可能である。今、変速クラッチ３２を係合して５速を選択し、変速クラッチ３３を係合して２速を選択し、変速機第１入力クラッチ８と第２入力クラッチ９を同時に係合させていくと第１中間軸６でのトルクＴ１，第２中間軸７でのトルクＴ２および出力軸トルクＴｏは、式（１０）〜式（１２）の様になる。ここで、内燃機関トルクをＴｅとする。

Ｔ１＝Ｔｅ×Ｇ５ …（１０）

Ｔ２＝Ｔｅ×Ｇ２ …（１１）

Ｔｏ＝Ｔ２−Ｔ１
＝Ｔｅ（Ｇ２−Ｇ５） …（１２）

つまり、内燃機関１の動力のみでの走行時における出力軸トルクは、ＥＶ走行と同様に、選択するギア比の差で内燃機関１のトルクＴｅが増幅される。

以上の制御により、例えば道路車線上から路肩へ移動するだけの様な短時間、短距離の限定的走行であったとしても、電動機が故障した場合に内燃機関の動力のみでの走行を可能にすることができる。

次に、図８を用いて、本実施形態で用いる変速機の第２の構成について説明する。
図８は、本発明の一実施形態で用いる変速機の第２の構成を示すスケルトン図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。

図２に示した第１の構成では、電動機４０の固定子と回転子の両方が回転するので、給電するためには、スリップリングやブラシなどが必要になる。しかしながらブラシでの給電は接触不良などが生じる恐れがある。

図８に示す構成は、この問題点を解決するべく、第１中間軸６および第２中間軸７と電動機４０との結合を傘歯歯車から平歯車と遊星ギアに置き換えたことものである。

遊星ギア４１のサンギア４２には、電動機４０が接続されている。リングギア４３に機械的に接続されたギア４５には、第１中間軸６に機械的に接続されたギア４７が結合されている。キャリア軸４４に機械的に接続されたギア４６には、第２中間軸７に機械的に接続されたギア４８が結合されている。ここで、第１中間軸６と第２中間軸７との回転速度差が、電動機４０の回転速度になる様にギア比を設定している。例えば、サンギア４２歯数Ｚｓ＝３０，リングギア４３歯数Ｚｒ＝７８，ギア４５歯数＝７８，ギア４６歯数＝７０，ギア４７歯数＝１０８，ギア４８歯数＝７０，第１中間軸回転速度＝Ｎ１，第２中間軸回転速度＝Ｎ２，電動機４０回転速度＝Ｎｍであるとすると、遊星ギアの３要素の回転速度は式（１３）の様な関係である。式（１３）に対して、具体的な数字を代入すると、式（１４）となり、これを整理すると、式（１５）となる。式（１５）を変形すると、式（１６）の様になり、電動機４０の回転速度は、第１中間軸６と第２中間軸７の回転速度差になる。

Ｎｃ＝（Ｚｒ／（Ｚｓ＋Ｚｒ））×Ｎｒ＋（Ｚｓ／（Ｚｓ＋Ｚｒ））×Ｎｓ …（１３）

Ｎ２×（７０／７０）＝（７８／（３０＋７８））×ＮＩ×（１０８／７８）＋（３０／（３０＋７８））×Ｎｍ …（１４）

Ｎ２＝Ｎ１＋Ｎｍ …（１５）

Ｎｍ＝Ｎ２−Ｎ２ …（１６）

次に、図９を用いて、本実施形態で用いる変速機の第３の構成について説明する。
図９は、本発明の一実施形態で用いる変速機の第３の構成を示すスケルトン図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。

図８に示した構成では、第１入力クラッチ８および第２入力クラッチ９が摩擦クラッチであったが、図９の構成では、これをシンクロナイザリング付ドグクラッチに置き換えたものである。

本構成では、第１入力クラッチ８または第２入力クラッチ９を係合方向に動作させると、シンクロナイザリングの摩擦力によって電動機４０の動力の一部が内燃機関１に伝達されて始動させる事ができる。シンクロナイザリングの摩擦力は、摩擦係数が一定であれば第１入力クラッチアクチュエータ６１および第２入力クラッチアクチュエータ６２の推力に比例する。

次に、図１０を用いて、本実施形態で用いる変速機の第４の構成について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態で用いる変速機の第４の構成を示すスケルトン図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。

図８に示した構成では、第１中間軸６と第２中間軸７が別軸であったが、図１０の構成では、これを同軸としたものである。

第１入力クラッチ８と第２入力クラッチ９および電動機４０が３重の同軸構造になっている。本実施例は軸方向寸法が大きくなる反面、半径方向寸法が小さくなるので、車両への搭載方向は縦置きに適している。

次に、図１１及び図１２を用いて、本実施形態で用いる変速機の第５の構成について説明する。
図１１は、本発明の一実施形態で用いる変速機の第５の構成を示すスケルトン図である。図１２は、本発明の一実施形態で用いる変速機の第５の構成における軸配置の説明図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。

図１０に示した構成に対して、図１１の構成では、入力クラッチ８と第２入力クラッチ９を同軸にしたまま、第１中間軸６，第２中間軸７および電動機４０を別軸にしたものである。

図１２は、第１中間軸６，第２中間軸７，出力軸１７，遊星ギアセット４３の軸，電動機４０の軸および最終減速機１６０の軸の配置を示している。

本構成は、半径方向寸法が大きくなる反面、軸方向寸法が小さくなるので、車両への搭載方向は横置きに適している。

以上説明したように、本実施形態によれば、２つの変速段グループ間に配置した電動機を用いて内燃機関を始動する際の、車速範囲を拡大できるものとなる。

なお、本実施形態で用いる自動変速機は、
内燃機関の出力軸に接続される入力軸と、
該入力軸からの出力を２つに分割する第１結合軸および第２結合軸と、
前記第１結合軸に同軸の第１中間軸と、
前記第２結合軸に同軸の第２中間軸と、
前記第１中間軸と前記第１結合軸とを係合／解放する第１入力摩擦要素と、
前記第２中間軸と前記第２結合軸とを係合／解放する第２入力摩擦要素と、
出力軸と、
前記第１中間軸に設けられたギアと前記出力軸に設けられたギアで一対となり前記第１中間軸または前記出力軸と各々係合／解放可能な少なくとも１対のギアを有する第１変速段グループと、
前記第２中間軸に設けられたギアと前記出力軸に設けられたギアで一対となり前記第２中間軸または前記出力軸と各々係合／解放可能な少なくとも１対のギアを有する第２変速段グループと、
前記第１中間軸と前記第２中間軸との間に相対的にトルクを印加する電動機と、
該電動機のトルク，該電動機の回転速度，前記第１入力摩擦要素の係合／解放，前記第２入力摩擦要素の係合／解放，前記第１変速段グループおよび前記第２変速段グループの係合／解放を制御する制御装置と、
からなるものである。

本発明の一実施形態で用いる変速機を搭載した車両の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態で用いる変速機の第１の構成を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態による車両用制御装置による始動に適した車速範囲の説明図である。 本発明の一実施形態による車両用制御装置による制御内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による車両用制御装置により、低速段側でＨＥＶ走行する場合の説明図である。 本発明の一実施形態による車両用制御装置により、高速段側でＨＥＶ走行する場合の説明図である。 本発明の一実施形態による車両用制御装置により、ＥＶ走行する場合の説明図である。 本発明の一実施形態で用いる変速機の第２の構成を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態で用いる変速機の第３の構成を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態で用いる変速機の第４の構成を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態で用いる変速機の第５の構成を示すスケルトン図である。 本発明の一実施形態で用いる変速機の第５の構成における軸配置の説明図である。

符号の説明

１…内燃機関， ２…内燃機関出力軸， ３…入力軸， ４…第１結合軸， ５…第２結合軸， ６…第１中間軸， ７…第２中間軸， ８…第１入力摩擦要素， ９…第２入力摩擦要素， １０…１速ドライブギア， １１…３速ドライブギア， １２…５速ドライブギア， １３…４速ドライブギア， １４…２速ドライブギア， １５…後退用ドライブギア， １６…後退用アイドルギア， １７…出力軸， １８…１速ドリブンギア， １９…３速ドリブンギア， ２０…５速ドリブンギア， ２１…４速ドリブンギア， ２２…２速ドリブンギア， ２３…後退用ドリブンギア， ３０…１速変速クラッチ， ３１…３速変速クラッチ， ３２…５速変速クラッチ， ３３…４速変速クラッチ， ３４…２速変速クラッチ， ３５…後退用変速クラッチ，３６…第１入力摩擦要素， ３７…第２入力摩擦要素， ４０…電動機， ４１…遊星ギアセット， ４２…サンギア， ４３…リングギア， ４４…キャリア軸， ４５…リングギアドライブギア， ４６…キャリアドライブギア， ４７…リングギアドリブンギア， ４８…キャリアドリブンギア， ４９…第１中間軸ドライブギア， ５０…第１中間軸ドリブンギア， ５１…第２中間軸ドライブギア， ５２…第２中間軸ドリブンギア， ５３…アイドラーシャフトドリブンギア， ５４…サンギアドライブギア， ５５…サンギアドリブンギア， ５６…最終ドライブギア， ５７…最終ドリブンギア， ６１…第１入力摩擦要素アクチュエータ， ６２…第２入力摩擦要素アクチュエータ， ６３…１速／３速変速アクチュエータ， ６４…５速変速アクチュエータ， ６５…４速／２速変速アクチュエータ， ６６…後退用変速アクチュエータ， ７０…第１中間軸傘歯歯車， ７１…第２中間軸傘歯歯車， １００…変速機， １１０…インバータ， １１１…蓄電装置， １２０…制御装置， １５０…車両， １６０…最終減速機， １６１…駆動輪ドライブシャフト， １６２…駆動輪， １６３…非駆動輪

Claims (6)

1. 内燃機関と、
   第１中間軸と出力軸の間に設けられた第１変速段グループと、第２中間軸と出力軸の間に設けられた第２変速段グループと、前記第１中間軸と前記内燃機関の出力軸の間に設けられた第１入力摩擦要素と、前記第２中間軸と前記内燃機関の出力軸の間に設けられた第２入力摩擦要素と、前記第１中間軸と前記第２中間軸との間に相対的にトルクを印加する電動機とを有する自動変速機と、
   を有する車両の制御に用いられるものであって、
   前記自動変速機の、前記第１入力摩擦要素，前記第２入力摩擦要素及び前記電動機を制御する制御手段を有する車両用制御装置であって、
   前記制御手段は、電動機の動力のみによる走行を行っている際に、前記第１入力摩擦要素または前記第２入力摩擦要素を選択し、選択した方の入力摩擦要素の摩擦力により前記電動機の動力の一部を前記内燃機関の出力軸に伝達して前記内燃機関の出力軸の回転速度を上昇させて始動させることを特徴とする車両用制御装置。
2. 請求項１記載の車両用制御装置において、
   前記制御手段は、車両の状態若しくは運転者の意図に応じて、前記第１入力摩擦要素または前記第２入力摩擦要素を選択することを特徴とする車両用制御装置。
3. 請求項１記載の車両用制御装置において、
   前記制御手段は、前記内燃機関の始動後に、前記第１入力摩擦要素または前記第２入力摩擦要素を選択し、選択した方の入力摩擦要素を係合して、少なくとも前記内燃機関の動力を使用する走行モードに遷移することを特徴とする車両用制御装置。
4. 請求項１記載の車両用制御装置において、
   前記制御手段は、前記内燃機関始動後に始動に使用した方の入力摩擦要素を開放して前記電動機の動力のみによる走行を継続することを特徴とする車両用制御装置。
5. 請求項１記載の車両用制御装置において、
   前記制御手段は、前記電動機の動力が得られない場合は、前記第１変速段グループの一つと前記第２変速段グループの１つとを係合し、前記第１入力摩擦要素と前期第２入力摩擦要素の摩擦力により前記内燃機関の動力を駆動輪に伝達させて走行することを特徴とする車両用制御装置。
6. 内燃機関と、
   第１中間軸と出力軸の間に設けられた第１変速段グループと、第２中間軸と出力軸の間に設けられた第２変速段グループと、前記第１中間軸と前記内燃機関の出力軸の間に設けられた第１入力摩擦要素と、前記第２中間軸と前記内燃機関の出力軸の間に設けられた第２入力摩擦要素と、前記第１中間軸と前記第２中間軸との間に相対的にトルクを印加する電動機とを有する自動変速機と、
   を有する車両の駆動に用いられるものであって、
   前記電動機と、
   前記第１入力摩擦要素の係合／解放の駆動，前記第２入力摩擦要素の係合／解放の駆動に用いられるアクチュエータと、
   前記自動変速機の、前記第１入力摩擦要素，前記第２入力摩擦要素及び前記電動機を制御する制御手段を有する車両用動力伝達装置であって、
   前記制御手段は、電動機の動力のみによる走行を行っている際に、前記第１入力摩擦要素または前記第２入力摩擦要素を選択し、選択した方の入力摩擦要素の摩擦力により前記電動機の動力の一部を前記内燃機関の出力軸に伝達して前記内燃機関の出力軸の回転速度を上昇させて始動させることを特徴とする車両用動力伝達装置。

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