JP2001271923A - 車両の変速機制御装置 - Google Patents
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Abstract
いて、前記発電機により回生発電を行う場合、回生エネ
ルギの獲得を効率よく行いつつ、内燃機関の駆動をスム
ーズに行うことのできる車両の変速機制御装置を提供す
る。 【解決手段】 制御部22は、HV車両10の減速が開
始され、回生可能状態になったら、有段変速機14の使
用段をエンジン12の始動(自立駆動)を可能にする所
定回転数以上を維持できる変速段の中で最も高速側に選
択し、エンジン12の回転数を所定回転数以上の範囲で
低下させ、エンジンフリクションの低減を行い減速時の
運動エネルギのロスを低減させ、回生効率を向上する。
また、所定回転数以上を維持することで、エンジン12
の駆動をスムーズに行う。
Description
装置、特に、内燃機関と有段変速機とを含み当該有段変
速機の後段に発電機が配置され、この発電機により回生
発電を行う車両において、回生エネルギの獲得を効率よ
く行いつつ、内燃機関の駆動をスムーズに行うことので
きる車両の変速機制御装置に関する。
ィーゼルエンジン)の駆動により走行する車両におい
て、各種電子機器の駆動を行うためにバッテリを搭載し
ている。このバッテリの充電は車載の発電機(オルタネ
ータ)により行われる。また、近年では、環境保護及び
燃費向上の効果が大きなハイブリット(HV)システム
を搭載する車両(以下、HV車両という)の開発及び実
用化が進んでいる。HVシステムは、内燃機関と電気モ
ータ(通常、モータ・ジェネレーター;MG)のように
2種類の動力源を組み合わせて使用するパワートレーン
であり、走行状況に応じて、内燃機関と電気モータの使
い分けを行うことにより、それぞれの特長を活かしつ
つ、不得意な部分を補うことができるため、滑らかでレ
スポンスのよい動力性能を得ることができる。このよう
なHV車両においてもMGを電気モータとして駆動する
ためにバッテリが搭載されている。このバッテリの充電
は、MGをジェネレータとして使用して発電し行われ
る。すなわち、内燃機関の駆動力によりジェネレータ機
能を駆動して発電したり、車両が減速等を行う際に行う
回生動作によって行う。
を電気エネルギに変換することにより行われる。この
時、運動エネルギの全てを電気エネルギに変換できれば
最も効率のよい回生を行うことができるが、発電機に回
生発電を行わせる駆動軸には、変速機等を介してエンジ
ンも接続されているため、減速時の運動エネルギは、エ
ンジンを連れ回し(空回し)するためにも使用されてし
まう。エンジンが連れ回しされると、エンジンフリクシ
ョンによりエネルギ損失(エンジンフリクションはエン
ジン回転数の二乗に比例する)が発生し、発電機に供給
される運動エネルギは減少し実際に回生できる電力量が
減ってしまう。
向上する方法として、例えば、回生制御時に、駆動軸と
エンジンの間に設けられたクラッチを切断して、エンジ
ンの連れ回しを止めて、運動エネルギのロスを排除し、
駆動軸の運動エネルギを発電機に提供して回生効率を向
上させる方法がある。また、他の方法として、駆動軸と
エンジンの間に配置された有段変速機のギア比を自動で
一番高い側(5速や6速)にシフトしてエンジン回転数
を低減させることにより、エンジンフリクションを小さ
くしてエネルギ損失を低減し、回生効率を向上させる方
法等がある。また、後者の方法に関連して、特開平8−
251708号公報等には、発電機が最も良好な効率を
得られる条件で運転できるように変速機のギア比(ギア
段)を選択するような技術も開示されている。
上するために、前者の方法のように、クラッチによりエ
ンジン側の切断を行うと、エンジン回転数はアイドリン
グ回転数まで減少するか停止してしまうので、車両の走
行状態が減速から加速に移行した場合、エンジン回転数
を強制的に増加した後、クラッチの接続動作を行う必要
が生じ、運転者のアクセル操作に対する追従遅れが発生
しスムーズな加速を阻害し、運転者に違和感を与えてし
まうという問題がある。また、後者のように、有段変速
機のギア比を高速側にシフトする場合、減速により車速
が低下していきエンジン回転数(駆動軸の回転数×ギア
比)がエンジンの始動可能回転数を下回ってしまう場合
があり、再始動(ファイアリング再開)が困難になって
しまうという問題がある。また、最高速ギア段のままで
車両が減速(停止)してしまうため、再加速(再発進)
の際には、低速側にギア段をシフトする必要があり、や
はりアクセル操作に対して追従遅れが発生しスムーズな
加速を阻害し運転者に違和感を与えてしまうという問題
がある。
あり、有段変速機の後段(車輪側)に発電機を有する車
両において、前記発電機により回生発電を行う場合、回
生エネルギの獲得を効率よく行いつつ、内燃機関の再始
動による車両の走行復帰をスムーズに行うことのできる
車両の変速機制御装置を提供することを目的とする。
するために、内燃機関と、前記内燃機関に接続されるク
ラッチ付き有段変速機と、当該有段変速機と駆動輪との
間に配置された発電機であって、減速時に駆動輪の駆動
力により回生発電可能な発電機と、を含む車両の変速機
制御装置において、内燃機関の回転数を検出する回転検
出手段と、前記発電機による回生発電を行う場合に、前
記有段変速機の変速段を前記内燃機関の回転数が当該内
燃機関の自立駆動を可能にする所定回転数以上に維持で
きる最高変速段を選択する変速段制御手段と、を含むこ
とを特徴とする。
機は常に内燃機関の自立駆動を可能にする所定回転数以
上を維持できる変速段の中で最も高速側の変速段に選択
される。つまり、内燃機関の回転数は常に所定回転数以
上で、しかも使用する変速段が高速側にシフトすること
で、内燃機関の回転数が所定回転数に接近するように制
御される。その結果、内燃機関のフリクションは低減さ
れ、回生時のエネルギロスを最小限度に抑えることが可
能になり、効率的な回生を行うことができる。また、常
時、内燃機関の回転数は自立駆動開始準備状態にあるの
で、従来のようにクラッチの接続動作や、回転数の増加
動作、変速段のシフト動作等を伴うことなくスムーズか
つ迅速に車両を減速から加速に移行し、違和感無く走行
復帰を行うことができる。
構成において、前記変速段制御手段は、選択した最高変
速段が有段変速機の最低変速段である場合に、前記内燃
機関と有段変速機との接続を分離することを特徴とす
る。
内燃機関のフリクションが消失しエネルギロスが低減
し、駆動輪の持つ運動エネルギにより効率的な回生を行
えると共に、内燃機関と有段変速機の接続を再開する時
に、有段変速機の変速段は、最低変速段で待機している
ので、車両は従来のように変速段の最高段からのシフト
動作等を伴うことなくスムーズに加速(始動)動作に移
行することができる。
(以下、実施形態という)を図面に基づき説明する。
構成概念図が示されている。本実施形態において、有段
変速機の後段(車輪側)に発電機を有する車両の一例と
して、前記発電機がモータ・ジェネレータ(MG)で構
成され、内燃機関(ガソリンエンジンやディーゼルエン
ジン等)と協同または、それぞれが単独で駆動輪を駆動
するハイブリッド(HV)車両10を示す。
ィーゼルエンジン等の内燃機関12(以下、エンジン1
2という)には、クラッチ(自動)14aで接離可能な
有段変速機14が接続されている。この有段変速機14
の出力側は、MG16に接続されている。さらに、前記
MG16には、当該MG16をジェネレータ(発電機)
として使用したときに発生した回生エネルギを充電する
と共に、電気モータとして使用した場合に電気エネルギ
を提供するバッテリ20が接続されている。そして、エ
ンジン12、有段変速機14、MG16、バッテリ20
等には、個々の動作状態を監視し、相互に関連付けて制
御を行う制御部22が接続されている。
御部22は、図示しないアクセルの踏み込み量と車速か
ら運転者の希望する走行状態を実現するために必要とさ
れるエンジン12の出力を求め、有段変速機14の使用
段を決め、更にエンジン12の回転数や燃料噴射量等を
決めている。この時のHV車両10の走行のための制御
形態としては、有段変速機14を介したエンジン12の
みの駆動力でHV車両10を走行させる場合と、エンジ
ン12のみの駆動力以上の駆動力を運転者が要求する場
合に、バッテリ20からの電力供給によりMG16を電
気モータとして駆動して、MG16の駆動力をエンジン
12の駆動力に付加してHV車両10を走行させる場合
と、バッテリ20からの電力供給によりMG16を電気
モータとして駆動して、MG16のみでHV車両10を
走行させる場合とに分かれる。
容量(SOC)が所定量より少ない場合、その不足分を
MG16を発電機として駆動して補う。つまり、エンジ
ン12の出力を増加し、有段変速機14を介して、駆動
軸18にHV車両10の走行に必要な駆動力を伝達する
と共に、MG16を発電機として駆動して、バッテリ2
0の充電を行い、バッテリ20のSOCを所定値まで増
加させる場合と、HV車両10の減速時に駆動軸18の
運動エネルギによりMG16を発電機として機能させ回
生電力を得て、バッテリ20に充電する場合とがある。
なお、バッテリ20のSOCが所定量以上の場合、制御
部22は、エンジン12の出力をHV車両10の走行に
必要な駆動力より低下させると共に、MG16を電気モ
ータとして駆動して、駆動軸18を有段変速機14を介
したエンジン12の駆動力と、MG16の電気モータと
しての駆動力の合力により駆動する。その結果、エンジ
ン12の動作を抑制して燃費を向上させることができる
と共に、過剰状態のバッテリ20を放電しバッテリ20
の状態を所定値まで低下させることで、次に回生が行わ
れる時に、十分な回生電力の回収を行えるように充電領
域を準備することができる。このようにして、制御部2
2は効率的な電気エネルギの利用を図り、HV車両10
の駆動を行っている。
ルギW0は、減速時のHV車両10の持つ運動エネルギ
から空力抵抗や転がり抵抗等の損失分を減算した量にな
る。しかし、実際は、HV車両10が減速するときにブ
レーキで発熱した分のエネルギロスL1、MG(発電
機)16自体のエネルギロスL2が消失する。さらに、
図1から明らかなように駆動軸18には、MG16が接
続されていると共に、有段変速機14を介してエンジン
12が接続されているので、回生発電を行う場合、駆動
軸18は、MG16と共に有段変速機14及びエンジン
12を回転(モータリング;空回し)することになる。
その結果、エンジン12のモータリングによるエネルギ
ロスL3も消失する。図2には、回生可能なエネルギW0
を100%としたときの各エネルギロスL1,L2,L3
の割合の例が示されている。従って、実際にMG16が
回生できるエネルギ量は、回生エネルギWとなる。
4aを切断してしまえば、エンジン12のモータリング
に基づくエネルギロスL3が無くなるので、回生エネル
ギWは増加する。しかし、その反面、前述したように、
エンジン12の回転がアイドリング回転程度まで低減、
または停止するため、次の加速開始時には、エンジン1
2の回転数を所定値まで引き上げた後、クラッチ14a
をつなぐ必要が生じる。その結果、スムーズな加速制御
を行うことができなくなり、運転者に違和感を与えてし
まう。
段変速機14の変速段を最高速側にシフトすれば、エン
ジン12の回転数(モータリング回転数)は低下するの
で、エンジン12のエンジンフリクションに基づくエネ
ルギロスL3は減少する。つまり、回生エネルギWは増
加する。しかし、その反面、前述したように、減速によ
りHV車両10の車速が低下していきエンジン12の回
転数(駆動軸18の回転数×ギア比)がエンジン12の
始動可能回転数を下回ってしまう場合があり、再始動
(燃焼再開)が困難になってしまう。また、有段変速機
14の変速段が最高段のままで車両が減速(停止)して
しまうため、再加速(再発進)の際には、低速側にギア
段をシフトする必要があり、やはりアクセル操作に対し
て追従遅れが発生しスムーズな加速を阻害し運転者に違
和感を与えてしまう。
ジン12の回転数(モータリング回転数)を下げて、エ
ンジン12におけるエネルギロスを低減し回生効率の向
上を図ると共に、エンジン12に対するクラッチ等の切
断を行うことなく、スムーズなエンジン12の再駆動
(加速)を行うところである。
制御時に、有段変速機14の変速段は、エンジン12の
自立駆動を可能にする所定回転数以上を維持できる変速
段の中で最も高速側に選択される。つまり、エンジン1
2の回転数を常に所定回転数以上(例えば、1000r
pm)で、しかも所定回転数(例えば、1000rp
m)である低回転に接近するように、有段変速機14の
使用段を可能な限り高速側に制御する。その結果、エン
ジン12の回転数は低下し、エンジン12の回転数の二
乗に比例するエンジンフリクションは低減する。つま
り、エンジン12の空回しによるエンジンフリクション
が低減し、回生時のエネルギロスを最小限度に抑え、M
G16における回生効率を向上する。また、エンジン1
2を再駆動(加速)する時は、エンジン12は自立駆動
可能状態になっているので、スムーズに再駆動(加速)
に移行することができる。
る有段変速機14の制御手順を説明するフローチャート
が示されている。
回転センサ18bからの情報に基づき、HV車両10が
減速状態に移行したか否か、すなわち回生可能状態であ
るか否かの判断を常時行う(S100)。もし、減速状
態であると判断した場合、制御部22は有段変速機14
に対して変速段を最高シフト(変速段)、例えば5速に
移行するように指令を出す(S101)。ここで、有段
変速機14を最高変速段側にシフトすることにより空回
し状態(減速制御によりトルク要求が行われていない状
態)のエンジン12の回転数は低下し、前述した通り、
エンジン12のエンジンフリクションは低下し、モータ
リングによるエネルギロスL3が減少し、MG16によ
り実際に回生できる回生エネルギWが増加する。
らの駆動軸回転数Npと現在使用している有段変速機1
4の使用段のギア比に基づき、Np×ギア比>始動可能
回転数か否かの判断を行う(S102)。なお、この判
断は、Np×ギア比=エンジン12の回転数なので、エ
ンジン12の回転数を直接検出し、始動可能回転数と比
較することによって行ってもよい。ここで、始動可能回
転数とは、エンジン12のファイアリングをスムーズに
行うことのできる最低限の回転数、すなわちエンジン1
2が自立駆動できる最低回転数であり予め定められた値
である。もし、Np×ギア比>始動可能回転数である場
合、有段変速機14の現在の使用段を維持した状態で、
HV車両10が減速中であるか否かの確認を行う(S1
03)。減速状態が維持されている場合、(S102)
に戻って、Np×ギア比>始動可能回転数であるか否か
の監視を継続する。もし、(S103)において、減速
制御が停止している場合、制御部22は、運転者の走行
要求(アクセル開度等に基づく要求)に基づいて有段変
速機14の通常制御(走行要求、車速、エンジン回転数
等に基づく最適使用段の選択制御)を行うと共に(S1
04)、(S100)に戻り減速状態に移行したか否か
の監視を再開する。
ギア比>始動可能回転数ではないと判断した場合、つま
り、HV車両10の減速により、エンジン12の回転数
がさらに低下し、エンジン12の再始動(ファイアリン
グ再開)が困難になると判断して、有段変速機14の使
用段を一段だけ減速側にシフトして、エンジン12の回
転数を始動可能回転数以上に復帰させる(S105)。
そして、制御部22は有段変速機14の使用段が最低変
速段(1速)であるか否かの判断を行い(S106)、
1速では無い場合、(S103)に移行し、(S10
3)における前述の制御を繰り返す。また、(S10
6)において、有段変速機14の使用段が最低変速段
(1速)である場合、変速段の変更によりこれ以上エン
ジンの回転数を上昇させることができないため、エンジ
ン12と有段変速機14との間のクラッチ14aを切断
して、エンジンを停止させる。その結果、継続的に効率
的な回生が行えるようになる。なお、エンジン12と有
段変速機14の接続を再開する時には、有段変速機14
の変速段は、最低変速段(1速)で待機しているので、
HV車両10は従来のように変速段の最高段からのシフ
ト動作等を伴うことなくスムーズに加速(始動)動作に
移行することが可能になり、運転者のアクセル操作に迅
速に追従した制御が可能になる。
施した場合のエンジン12の回転数の推移と、有段変速
機14の使用段の推移の様子を示すタイムチャートであ
る。図において、A点でHV車両10の減速が開始さ
れ、有段変速機14には最高の変速段に移行する指令が
出されているが、この場合、車速があまり高速でなかっ
たため、シフト制限(車速等により予めマップ等で決め
られている)が実施され、シフト可能な最高段が3速で
ある場合が示されている。もちろん、車速が高い場合、
有段変速機14は5速等にシフトする。その後、図3の
フローチャートにおいて、(S102)以降の処理が行
われ、始動可能回転数(例えば、1000rpm)を維
持するためにシフトダウン制御が行われている。また、
シフトが1速に移行し、さらに、HV車両10が停止し
た後、HV車両10が再発進する場合、有段変速機14
のシフトは、既に1速に移行しているので、シフト変更
等の処理(高段側から1速に移行する処理)を行うこと
なくスムーズな発進動作を行い、エンジン12の回転数
を増加していくことができる。
ンジン12の始動可能(自立駆動可能)回転数以上を維
持しつつ、有段変速機14の使用段を最高変速段に選択
することにより、エンジン12の回転数をできるだけ下
げ、エンジンフリクションを減少させ、駆動軸18の運
動エネルギの減少を低減させることができるので、MG
16による回生を効率的に行うことができる。また、エ
ンジン12は、常に始動可能(自立駆動可能)回転数以
上を維持しているので、エンジン12の再駆動をスムー
ズに行うことができる。
であり、減速時に有段変速機14の使用段をエンジン1
2の始動可能(自立駆動可能)回転数以上を維持しつ
つ、その使用段を最高変速段に選択する構成であれば、
本実施形態と同様な効果を得ることができる。また、変
速制御装置を有する車両としてHV車両を例にとって説
明したが、内燃機関と回生発電を行う発電機を有する車
両においても同様の効果を得ることができる。
輪側)に発電機を有する車両において、前記発電機によ
り回生発電を行う場合、回生エネルギの獲得を効率よく
行いつつ、内燃機関の駆動をスムーズに行うことができ
る。
するHV車両の構成ブロック図である。
ネルギの関係を示す説明図である。
御手順を説明するフローチャートである。
る処理を行った場合のエンジンの回転数の推移と、有段
変速機の使用段の推移の様子を示すタイムチャートであ
る。
ンジン)、14 有段変速機、14a クラッチ、16
モータ・ジェネレーター(MG)、18 駆動軸、1
8a 駆動輪、18b 回転センサ、20 バッテリ、
22 制御部。
Claims (2)
- 【請求項1】 内燃機関と、前記内燃機関に接続される
クラッチ付き有段変速機と、当該有段変速機と駆動輪と
の間に配置された発電機であって、減速時に駆動輪の駆
動力により回生発電可能な発電機と、を含む車両の変速
機制御装置において、 内燃機関の回転数を検出する回転検出手段と、 前記発電機による回生発電を行う場合に、前記有段変速
機の変速段を前記内燃機関の回転数が当該内燃機関の自
立駆動を可能にする所定回転数以上に維持できる最高変
速段を選択する変速段制御手段と、 を含むことを特徴とする車両の変速機制御装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の装置において、 前記変速段制御手段は、 選択した最高変速段が有段変速機の最低変速段である場
合に、前記内燃機関と有段変速機との接続を分離するこ
とを特徴とする車両の変速機制御装置。
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