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JP6776670B2 - 車両の変速制御装置 - Google Patents

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Description

本発明に係る実施形態は車両の変速制御装置に関する。
シフトアップ方向への変速中に駆動輪に伝達されるトルクの瞬断をモータトルクにより補償し、もってトルク抜けなどに起因する運転者の違和感を防止して加速フィーリングを向上させるハイブリッド車両の制御装置が知られている。
このハイブリッド車両の制御装置は、シフトアップ方向への変速にともなうクラッチの切断によってエンジンから駆動輪へのトルク伝達が一時的に中止されたとき、モータを運転し、モータトルクを駆動輪に伝達してトルクを補償する。ハイブリッド車両の制御装置は、次変速段を介して伝達されるエンジントルクと補償トルクとを略一致させてトルク抜けを防止する（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３−５６６１８号公報
近年、ハイブリッド車両の一形態として有段変速の変速機を備えるハイブリッド車両が提案されている。有段変速の変速機を備えるハイブリッド車両は、変速時にエンジンから駆動輪に至る動力伝達経路がクラッチで切断されるため、トルク抜けが生じる。
そこで、従来のハイブリッド車両の制御装置は、次変速段に切り替わる瞬間において、モータトルクによる補償を行っている。
ところが、有段変速の変速機を備えるハイブリッド車両は、電動機の力行トルクで走行する、いわゆるＥＶ走行や、エンジントルクを電動機の力行トルクで補助する、いわゆるモーターアシストを行う場合がある一方で、減速時に電動機に入力される回生トルクを用いて回生発電したり、エンジントルクを用いて電動機で発電したりしている。
そして、走行中において、モーターアシストが行われるのか、エンジントルクを用いて発電するのか、換言すると電動機が力行トルクを出力しているのか、回生トルクを出力しているのかについては、アクセル開度や蓄電池の充電率に左右されてしまうため、一定ではない。
電動機が回生発電あるいはエンジントルクを用いる発電を行っている場合、つまり電動機が回生トルクを出力している場合には、変速機を変速するべくクラッチが切断される瞬間、電動機は車両を減速する側に駆動されていることになる。このような状況で、エンジントルクを補助（補償）するよう電動機の力行トルクを上昇させると、総トルク（エンジントルク＋電動機トルク）が急激に減少し、ひいては運転者に違和感を与えることになる。
そこで、本発明は、変速開始時のトルク変動を軽減して運転者の違和感を抑える車両の変速制御装置を提供することを目的とする。
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置は、駆動輪の回生トルクまたはエンジンが発生させるエンジントルクを用いて発電し、かつ蓄電池の電力を用いて前記駆動輪の力行トルクを発生させる電動機と、前記エンジントルクを駆動輪へ伝達する変速機と、前記エンジンと前記変速機との間で前記エンジントルクを伝達および遮断するクラッチと、前記電動機の力行トルクおよび回生トルク、前記クラッチの切断および接続、および前記変速機の変速を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電動機が発電を行っている最中に前記変速機を変速させる場合には、前記電動機のトルクを減少させる過程で、前記電動機のトルクの減少分に相当する前記エンジントルクを減少させて前記電動機のトルクを実質的に零値に減少させ、かつ前記クラッチの切断を開始した後、前記変速機の変速を開始する。
本発明によれば、変速開始時のトルク変動を軽減して運転者の違和感を抑える車両の変速制御装置を提供できる。
本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置のシステム構成図。 従来の変速制御のタイミングチャート。 本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置の変速制御のフローチャート。 本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置の変速制御のタイミングチャート。 本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置の変速制御における変速マップの一例。 本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置の変速制御におけるトルクマップの一例。
以下、本発明に係る車両の変速制御装置の実施形態について図１から図６を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置のシステム構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係る車両の変速制御装置１は、車両２に搭載されている。
車両２は、内燃機関としてのエンジン５と電動機７とを動力源として備えるハイブリッド車（HEV、hybrid electric vehicle）である。
エンジン５は、クラッチ９および変速機１１を介して駆動輪１２にエンジントルクＴｅを伝達する。電動機７は、変速機１１を介して駆動輪１２に力行トルクＴｐを伝達する。駆動輪１２は、変速機１１を介して電動機７に回生トルクＴｒを伝達する。
クラッチ９は、エンジン５と変速機１１との間でエンジントルクＴｅを伝達したり遮断したりする。
クラッチ９の接続時には、クラッチ９を介してエンジン５と変速機１１とが連結される。この場合、エンジントルクＴｅは、変速機１１の所定の変速段を介して駆動輪１２に伝達される。
クラッチ９の切断時には、エンジン５と変速機１１との連結が解除される。この場合、エンジントルクＴｅは駆動輪１２に伝達されず、電動機７の力行トルクＴｐが駆動輪１２に伝達され、または駆動輪１２の回生トルクＴｒが電動機７に伝達される。クラッチ９の接続および遮断は、アクチュエータ（図示省略）によって行われる。
変速機１１は、有段（多段）のマニュアル変速機をベースにしている。変速機１１の変速は、アクチュエータ（図示省略）によって行われる。変速機１１を変速させる際にはクラッチ９を切断するため、エンジン５から変速機１１へ伝達されるエンジントルクＴｅは、一時的に遮断される。
電動機７は、蓄電池１５の電力を用いて駆動輪１２の力行トルクＴｐを発生させる一方、駆動輪１２の回生トルクＴｒを用いて回生発電する。また、電動機７は、エンジントルクＴｅを用いて発電することもできる。
蓄電池１５は、例えばリチウムイオン蓄電池である。蓄電池１５は、インバーター１６を介して電動機７に接続されている。インバーター１６は、蓄電池１５の直流電力を交流電力に変換して電動機７を運転する一方、電動機７が発電している場合には、発電された交流電力を直流電力に変換して蓄電池１５に充電する。
車両２は、エンジン５および電動機７の運転状態、およびクラッチ９の接続または切断の状態に応じて、走行モードを切り替える。例えばモータ走行モードでは、車両２は、クラッチ９を切断し、エンジン５を停止させてエンジントルクＴｅの出力を中止し、電動機７を運転して力行トルクＴｐを発生させ、変速機１１を介して電動機７の力行トルクＴｐを駆動輪１２に伝達して走行する。エンジン走行モードでは、車両２は、電動機７を停止させて力行トルクＴｐの出力を中止し、クラッチ９を接続し、エンジン５を運転してエンジントルクＴｅを発生させ、クラッチ９および変速機１１を介してエンジントルクＴｅを駆動輪１２に伝達して走行する。モータ・エンジン走行モードでは、車両２は、クラッチ９を接続し、エンジン５を運転し、かつ電動機７を運転し、エンジントルクおよび電動機７の力行トルクＴｐを駆動輪１２に伝達して走行する。なお、電動機７は、オルタネーターとしても機能し、減速時に駆動輪１２の回生トルクＴｒを用いて回生発電する。
本実施形態に係る車両の変速制御装置１は、駆動輪１２の回生トルクＴｒを用いて回生発電し、かつ蓄電池１５の電力を用いて駆動輪１２の力行トルクＴｐを発生させる電動機７と、エンジン５が発生させるエンジントルクＴｅを駆動輪１２へ伝達する変速機１１と、エンジン５と変速機１１との間でエンジントルクＴｅを伝達したり遮断したりするクラッチ９と、電動機７の力行トルクＴｐ、クラッチ９の切断および接続、および変速機１１の変速を制御する制御部１８と、を備えている。
また、変速制御装置１は、車両２の車速を検出する車速検出器２１と、運転者によって操作されるアクセル（図示省略）の操作量を検出するアクセル開度検出器２２と、を備えている。
制御部１８は、いわゆるエンジンコントロールユニット（Engine Control Unit、ＥＣＵ）である。
制御部１８は、エンジン５の燃料噴射量や噴射時期などを制御してエンジン５を運転する。また、制御部１８は、変速機１１のアクチュエータを駆動して変速を行い、この変速制御に連動させてクラッチ９のアクチュエータを駆動してクラッチ９の切断と接続とを行って、変速機１１を自動変速機として機能させる。
また、制御部１８は、インバーター１６を介して蓄電池１５の充電と放電とを制御し、蓄電池１５の充電率（State of Charge、ＳＯＣ）を予め定められる範囲に管理する。
つまり、制御部１８は、エンジン５の運転、電動機７の運転、変速機１１の変速、クラッチ９の切断および接続を連携させて、走行モードの切替制御を行う。
各種制御を行うため、制御部１８には、車速検出器２１の検出信号、アクセル開度検出器２２の検出信号、エンジン回転速度の検出信号（図示省略）など、各種センサ類の検出信号が入力される。また、制御部１８には、電動機７の力行トルクＴｐ、および回生トルクＴｒの測定値が入力される。さらに、制御部１８には、蓄電池１５に接続されている電流検出器、電圧検出器、温度検出器で検出される充放電電流値、電圧値、蓄電池温度が入力される。制御部１８は、これら充放電電流値、電圧値、蓄電池温度に基づいて蓄電池１５の充電率ＳＯＣを算出する。
ところで、電動機７が回生発電、またはエンジントルクＴｅを用いる発電を行っている場合、つまり、電動機７が回生トルクＴｒを出力している場合には、変速機１１を変速するべくクラッチ９が切断される瞬間、電動機７は車両２を減速する側に駆動されていることになる。このような状況で、エンジントルクＴｅを補助（補償）するよう電動機７の力行トルクＴｐを上昇させると、総トルク（エンジントルクＴｅ＋電動機トルクＴｐ、Ｔｒ）が急激に減少し、ひいては運転者に違和感を与えることになる。
図２は、従来の変速制御のタイミングチャートである。
図２に示すように、従来の変速制御では、電動機７が回生発電している最中、つまり電動機７が回生トルクＴｒ（負のトルク）を出力している最中にクラッチ９を切断する際に（図中、タイミングＡ）、総トルク（エンジントルクＴｅ＋電動機トルクＴｐ、Ｔｒ）が減少し、負側に振れている。この現象は、電動機７の力行トルクＴｐを立ち上げるスピードよりもクラッチ９を切断するスピードの方が速いために生じてしまう。
クラッチ９が切断されると、総トルクは電動機トルクと等価になる。つまり、従来の変速制御は、電動機７が回生トルクＴｒを出力している状態でクラッチ９が切断されると（図２中の破線領域）、総トルクが急激に減少し、ひいては車両に引き込み感を生じて運転者に違和感を与えてしまう。
そこで、制御部１８は、変速開始時のトルク変動を軽減可能な変速制御を行う。本実施形態に係る変速制御を詳細に説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置の変速制御のフローチャートである。
図４は、本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置の変速制御のタイミングチャートである。
図５は、本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置の変速制御における変速マップの一例である。
図６は、本発明の実施形態に係る車両の変速制御装置の変速制御におけるトルクマップの一例である。
図３および図４に示すように、本実施形態に係る車両の変速制御装置１の制御部１８は、電動機７が回生発電を行っている最中に変速機１１を変速させる場合には、電動機７の回生トルクＴｒを減少させ、クラッチ９の切断を開始した後、変速機１１の変速を開始する。
また、制御部１８は、車速とアクセル開度との関係に基づいて変速機１１の変速を許可し、電動機７の回生トルクＴｒを減少させる過程で、回生トルクＴｒの減少分に相当するエンジントルクＴｅを減少させる。
さらに、制御部１８は、電動機７の回生トルクＴｒを実質的に零値に減少させた後、車速とアクセル開度との関係に基づいて電動機７の力行トルクＴｐを増加させる。
さらにまた、制御部１８は、クラッチ９が切断されている最中には、電動機７の力行トルクＴｐで駆動輪１２を駆動させる。
また、制御部１８は、変速機１１の変速が完了した後、電動機７の力行トルクＴｐを減少させ、力行トルクＴｐの減少分に相当するエンジントルクＴｅを増加させる
具体的には、制御部１８は、車速検出器２１の検出信号およびアクセル開度検出器２２の検出信号を取得し、ひいては車速およびアクセル開度を取得する（ステップＳ１）。
次いで、制御部１８は、車速およびアクセル開度を変速マップ（図５）に照合し、変速機１１の変速を許可するか否かを判断する（ステップＳ２）。変速機１１の変速を許可した場合には、変速を開始してステップＳ３以降を実施する。変速機１１の変速を許可しない場合には（図４中、タイミングＡ）、変速機１１の変速段を保ったまま変速制御を繰り返す。
なお、図５は、変速マップの一例である。変速マップは、アクセル開度と車速との関係で予め設定されている。例えば、アクセル開度１０％で車両２を加速すると車速１０キロメートル／時に達すると第１段から第２段への変速が許可される。
制御部１８は、変速機１１の変速を許可した場合には（ステップＳ２ Ｙｅｓ）、電動機７による回生発電を停止させる（ステップＳ３）。電動機７の回生発電を停止させることによって、電動機７の回生トルクＴｒは減少し、やがて零値に達する。このとき、電動機７の回生トルクＴｒを減少させる過程で、回生トルクＴｒの減少分に相当するエンジントルクＴｅを減少させる（図４中、タイミングＡからタイミングＢ）。
次いで、制御部１８は、クラッチ９を切断して変速機１１の変速を実行する（ステップＳ４、図４中、タイミングＢ）。
変速機１１の変速を実行する過程において、制御部１８は、電動機７の回生トルクＴｒを実質的に零値に減少させた後、車速とアクセル開度との関係（図６のトルクマップ）に基づいて電動機７の力行トルクＴｐを増加させる。
図６は、トルクマップの一例である。トルクマップは、アクセル開度と車速との関係で予め設定されている。制御部１８は、例えば、アクセル開度１０％、かつ車速０キロメートル／時には、総トルク（エンジントルクＴｅ＋電動機トルクＴｐ、Ｔｒ）が３００ニュートンメートルになるようエンジン５および電動機７の運転を制御する。
また、制御部１８は、クラッチ９が切断されている最中、つまり、変速機１１の変速が行われている最中には、電動機７の力行トルクＴｐで駆動輪１２を駆動させる（図４中、タイミングＣからタイミングＤ）。これにより、変速機１１の円滑な変速を実行できる。
さらに、制御部１８は、変速機１１の変速が完了した後、電動機７の力行トルクＴｐを減少させ、力行トルクＴｐの減少分に相当するエンジントルクＴｅを増加させる（図４中、タイミングＤ以降）。これにより、総トルク（エンジントルクＴｅ＋電動機トルクＴｐ、Ｔｒ）の変動を抑制できる。
本実施形態に係る変速制御装置１は、電動機７の回生トルクＴｒを減少させてから（図４中、タイミングＡからタイミングＢ）、クラッチ９を切断するため、変速時の引き込み感がなくなり、運転者の違和感を防止することができる。なお、クラッチ９を切断する（図４中、タイミングＢ）前までに回生トルクＴｒを零値まで減少させておく必要はない。つまり、クラッチ９を切断する前までに、僅かでも回生トルクＴｒを減少させておくことで、引込み感を軽減し、運転者の違和感を軽減することができる。
本実施形態に係る変速制御装置１は、電動機７が回生発電を行っている最中に変速機１１を変速させる場合には、電動機７の回生トルクＴｒを減少させ、クラッチ９の切断を開始した後、変速機１１の変速を開始するため、変速時の総トルクの変化を低減し、ひいては運転者の違和感を抑制できる。
また、本実施形態に係る変速制御装置１は、電動機７の回生トルクＴｒを減少させる過程で、回生トルクＴｒの減少分に相当するエンジントルクＴｅを減少させるため、変速時の総トルクの変化を確実に低減し、ひいては運転者の違和感をより抑制できる。
さらに、本実施形態に係る変速制御装置１は、本実施形態に係る変速制御装置１は、電動機７の回生トルクＴｒを実質的に零値に減少させた後、車速とアクセル開度との関係に基づいて電動機７の力行トルクＴｐを増加させるため、変速における違和感を抑制し、かつ運転者のアクセル操作に追従する加速を実現できる。
さらにまた、本実施形態に係る変速制御装置１は、クラッチ９が切断されている最中には、電動機７の力行トルクＴｐで駆動輪１２を駆動させるため、変速機１１の円滑な変速を実行できる。
また、本実施形態に係る変速制御装置１は、変速機１１の変速が完了した後、電動機７の力行トルクＴｐを減少させ、力行トルクＴｐの減少分に相当するエンジントルクＴｅを増加させるため、変速後の総トルクの変動を抑制できる。
したがって、本発明に係る変速制御装置１によれば、変速開始時のトルク変動を軽減して運転者の違和感を抑えることができる。
１…変速制御装置、２…車両、５…エンジン、７…電動機、９…クラッチ、１１…変速機、１２…駆動輪、１５…蓄電池、１６…インバーター、１８…制御部、２１…車速検出器、２２…アクセル開度検出器。

Claims (5)

  1. 駆動輪の回生トルクまたはエンジンが発生させるエンジントルクを用いて発電し、かつ蓄電池の電力を用いて前記駆動輪の力行トルクを発生させる電動機と、
    前記エンジントルクを駆動輪へ伝達する変速機と、
    前記エンジンと前記変速機との間で前記エンジントルクを伝達および遮断するクラッチと、
    前記電動機の力行トルクおよび回生トルク、前記クラッチの切断および接続、および前記変速機の変速を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記電動機が発電を行っている最中に前記変速機を変速させる場合には、前記電動機のトルクを減少させる過程で、前記電動機のトルクの減少分に相当する前記エンジントルクを減少させて前記電動機のトルクを実質的に零値に減少させ、かつ前記クラッチの切断を開始した後、前記変速機の変速を開始する車両の変速制御装置。
  2. 前記制御部は、車速とアクセル開度との関係に基づいて前記変速機の変速を許可する請求項１に記載の車両の変速制御装置。
  3. 前記制御部は、前記クラッチの切断を開始すると同時に、車速とアクセル開度との関係に基づいて前記電動機の力行トルクを増加させる請求項１または２に記載の車両の変速制御装置。
  4. 前記制御部は、前記クラッチが切断されている最中には、前記電動機の力行トルクで前記駆動輪を駆動させる請求項１から３のいずれか１項に記載の車両の変速制御装置。
  5. 前記制御部は、前記変速機の変速が完了した後、前記電動機の力行トルクを減少させ、前記力行トルクの減少分に相当する前記エンジントルクを増加させる請求項１から４のいずれか１項に記載の車両の変速制御装置。
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