JP2010208521A - 車両の動力伝達制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動力源として内燃機関と電動機とを備えた車両に適用される車両の動力伝達制御装置において、電動機の出力軸の接続状態を適切に選択して駆動輪に伝達される電動機の最大駆動トルク(電動機駆動輪最大駆動トルク)を適切に調整すること。
【解決手段】この装置は、電動機出力軸の接続状態を、変速機の入力軸と電動機出力軸との間で動力伝達系統が形成される「IN接続状態」、変速機出力軸と電動機出力軸との間で動力伝達系統が形成される「OUT接続状態」、いずれの間にも動力伝達系統が形成されない「ニュートラル状態」の3つの状態の何れかに選択可能な切替機構を備える。この選択は、車速Vと要求駆動トルクTとの組み合わせ(領域)に基づいてなされる。係る選択の際、走行抵抗トルクが大きいほど、OUT接続領域及びニュートラル領域に比して電動機駆動輪最大トルクが大きい第1、第2IN接続領域が拡大される。
【選択図】図8
【解決手段】この装置は、電動機出力軸の接続状態を、変速機の入力軸と電動機出力軸との間で動力伝達系統が形成される「IN接続状態」、変速機出力軸と電動機出力軸との間で動力伝達系統が形成される「OUT接続状態」、いずれの間にも動力伝達系統が形成されない「ニュートラル状態」の3つの状態の何れかに選択可能な切替機構を備える。この選択は、車速Vと要求駆動トルクTとの組み合わせ(領域)に基づいてなされる。係る選択の際、走行抵抗トルクが大きいほど、OUT接続領域及びニュートラル領域に比して電動機駆動輪最大トルクが大きい第1、第2IN接続領域が拡大される。
【選択図】図8
Description
本発明は、車両の動力伝達制御装置に関し、特に、動力源として内燃機関と電動機とを備えた車両に適用されるものに係わる。
近年、動力源として内燃機関と電動機(電動モータ、電動発電機)とを備えた所謂ハイブリッド車両が開発されてきている(例えば、特許文献1を参照)。ハイブリッド車両では、電動機が、内燃機関と協働又は単独で、車両を駆動する駆動トルクを発生する動力源として、或いは、内燃機関を始動するための動力源として使用される。加えて、電動機が、車両を制動する回生トルクを発生する発電機として、或いは、車両のバッテリに供給・貯留される電力を発生する発電機として使用される。このように電動機を使用することで、車両全体としての総合的なエネルギー効率(燃費)を良くすることができる。
ところで、ハイブリッド車両では、電動機の出力軸と変速機の入力軸との間で動力伝達系統が形成される接続状態(以下、「IN接続状態」と称呼する。)が採用される場合と、電動機の出力軸と変速機の出力軸(従って、駆動輪)との間で変速機を介することなく動力伝達系統が形成される接続状態(以下、「OUT接続状態」と称呼する。)が採用される場合と、がある。
IN接続状態では、変速機の変速段を変更することで、車両速度に対する電動機の出力軸の回転速度を変更することができる。従って、変速機の変速段を調整することで、電動機の出力軸の回転速度をエネルギー変換効率(より具体的には、駆動トルク、回生トルク等の発生効率)が良好となる範囲内に維持し易いというメリットがある。
一方、OUT接続状態では、動力伝達系統が複雑な機構を有する変速機を介さないから、動力の伝達損失を小さくできるというメリットがある。また、変速機(特に、トルクコンバータを備えない形式の変速機)では、通常、変速作動中(変速段を切り替える作動中)において、変速機の入力軸から出力軸への動力の伝達が一時的に遮断される場合が多い。この結果、車両前後方向の加速度の急激な変化(所謂変速ショック)が発生し易い。このような変速作動中においても、OUT接続状態では、電動機の駆動トルクを変速機の出力軸(従って、駆動輪)へ連続して出力し続けることができ、変速ショックを低減できるというメリットもある。
以上のことに鑑み、本出願人は、特願2007−271566号において、電動機の出力軸の接続状態をIN接続状態とOUT接続状態とに切り替え可能な切替機構について既に提案している。この切替機構は、電動機の出力軸の接続状態を、電動機の出力軸と変速機の入力軸との間も電動機の出力軸と変速機の出力軸との間も動力伝達系統が形成されない状態(以下、「非接続状態」と称呼する。)に切り替えることも可能である。
ところで、車両が走行する際、走行に伴って車両の減速方向の抵抗(以下、「走行抵抗」という。)が発生する。走行抵抗は、駆動系統に存在する種々の回転部材の摩擦抵抗、走行に伴う風により車両が受ける減速方向の抵抗、路面の勾配により車両が受ける減速方向の抵抗、その他の抵抗の総和と定義することができる。
車両の加速時において、走行抵抗が大きい場合、変速機の出力軸(従って、駆動輪)に伝達され得る電動機の駆動トルクの最大値(以下、「電動機駆動輪最大トルク」と呼ぶ。)を大きい値に設定することが好ましい。他方、電動機駆動輪最大トルクは、電動機の出力軸の接続状態に依存して変化する。
具体的には、非接続状態では電動機駆動輪最大トルクはゼロに維持されるから、非接続状態よりもIN接続状態又はOUT接続状態の方が、電動機駆動輪最大トルクは大きくなる。また、IN接続状態とOUT接続状態との間でも、電動機駆動輪最大トルクは異なり得る。これは以下の理由に基づく。
IN接続状態における変速機の入力軸の回転速度に対する電動機の出力軸の回転速度の割合(第1減速比)と変速機の減速比との積を「IN接続減速比」とし、OUT接続状態における変速機の出力軸の回転速度に対する電動機の出力軸の回転速度の割合を「OUT接続減速比」と定義する。上述したように、IN接続減速比は、変速機の減速比の変化に伴って変化し得る。一方、OUT接続減速比は、変速機の減速比によらず一定に維持され得る。従って、IN接続減速比とOUT接続減速比の大小関係は、変速機の減速比に応じて変化し得る。即ち、IN接続減速比とOUT接続減速比とは異なり得る。
(車速が一定の場合において)IN接続減速比がOUT接続減速比よりも大きい(小さい)場合、電動機の出力軸の回転速度はIN接続状態の方がOUT接続状態よりも大きくなる(小さくなる)。加えて、電動機の出力軸が発生し得る最大トルクは、電動機の出力軸の回転速度が大きいほど小さくなる(後述する図5を参照)。従って、(車速が一定の場合において)IN接続減速比がOUT接続減速比よりも大きい(小さい)場合、電動機の出力軸が発生し得る最大トルクはOUT接続状態の方がIN接続状態よりも大きく(小さく)なる。即ち、(車速が一定の場合において)IN接続減速比とOUT接続減速比とが異なる場合、電動機の出力軸が発生し得る最大トルクも異なる。
(車速が一定の場合において)IN接続状態における電動機駆動輪最大トルクは、IN接続状態における電動機の回転速度に対応する電動機の出力軸の最大駆動トルクにIN接続減速比を乗じた値(以下、「IN接続最大駆動トルク」と呼ぶ。)に相当し、OUT接続状態における電動機駆動輪最大トルクは、OUT接続状態における電動機の回転速度に対応する電動機の出力軸の最大駆動トルクにOUT接続減速比を乗じた値(以下、「OUT接続最大駆動トルク」と呼ぶ。)に相当する。以上より、IN接続減速比とOUT接続減速比とが異なる場合、IN接続状態とOUT接続状態との間でも、電動機駆動輪最大トルクは異なり得る。
以上のことから、走行抵抗が大きい場合、電動機の出力軸の接続状態が、電動機駆動輪最大トルクがより大きくなる接続状態に選択される時間を長くする(選択される頻度を多くする)ことが好ましいと考えられる。
本発明の目的は、動力源として内燃機関と電動機とを備えた車両に適用される車両の動力伝達制御装置であって、電動機の出力軸の接続状態を適切に選択して電動機駆動輪最大トルクを適切に調整できるものを提供することにある。
本発明による車両の動力伝達制御装置は、変速機と、切替機構と、走行抵抗相関値取得手段と、制御手段とを備える。以下、順に説明していく。
前記変速機は、前記内燃機関の出力軸との間で動力伝達系統が形成される入力軸と、前記車両の駆動輪との間で動力伝達系統が形成される出力軸とを備え、前記出力軸の回転速度に対する前記入力軸の回転速度の割合(変速機減速比)を調整可能に構成されている。ここにおいて、前記変速機は、前記変速機減速比として予め定められた異なる複数の減速比を設定可能な多段変速機であっても、前記変速機減速比として減速比を連続的に(無段階に)調整可能な無段変速機であってもよい。
また、前記変速機は、トルクコンバータを備えるとともに車両の走行状態に応じて変速作動が自動的に実行される多段変速機又は無段変速機(所謂オートマチックトランスミッション(AT))であっても、トルクコンバータを備えない多段変速機(所謂マニュアルトランスミッション(MT))であってもよい。MTの場合、運転者によるシフトレバーの操作力により直接的に変速作動が実行される形式であっても、運転者により操作されるシフトレバーの位置を示す信号に基づいてアクチュエータの駆動力により変速作動が実行される形式であっても、運転者によるシフトレバー操作によらず車両の走行状態に応じてアクチュエータの駆動力により変速作動が自動的に実行され得る形式(所謂、オートメイティッド・マニュアル・トランスミッション)であってもよい。
前記切替機構は、前記電動機の出力軸の接続状態を、前記電動機の出力軸と前記変速機の入力軸との間で動力伝達系統が形成される入力側接続状態(IN接続状態)と、前記電動機の出力軸と前記駆動輪との間で前記変速機を介することなく動力伝達系統が形成される出力側接続状態(OUT接続状態)と、前記電動機の出力軸と前記変速機の入力軸との間も前記電動機の出力軸と前記変速機の出力軸との間も動力伝達系統が形成されない非接続状態とのうちで2以上の状態に切り替え可能である。即ち、前記切替機構として、IN接続状態及びOUT接続状態のみに切替可能なもの、IN接続状態及び非接続状態のみに切替可能なもの、OUT接続状態及び非接続状態のみに切替可能なもの、IN接続状態、OUT接続状態、及び非接続状態の何れにも切り替え可能なものが挙げられる。
IN接続状態では、通常、前記変速機の入力軸の回転速度に対する前記電動機の出力軸の回転速度の割合(第1減速比)が一定(例えば、1)に固定される。上述のように、IN接続状態における「第1減速比」と「変速機減速比」との積を「IN接続減速比」と定義する。一方、OUT接続状態における、前記変速機の出力軸の回転速度に対する前記電動機の出力軸の回転速度の割合(通常は、一定値、例えば、1よりも大きい値、2速に相当する変速機減速比の近傍の値など)を「OUT接続減速比」と定義する。なお、通常、前記変速機の入力軸の回転速度に対する前記内燃機関の出力軸の回転速度の割合は一定(例えば、1)とされる。
走行抵抗相関値取得手段では、前記車両の走行に伴って発生する前記車両の減速方向の抵抗である走行抵抗に相関する走行抵抗相関値が取得される。上述のように、走行抵抗は、例えば、駆動系統に存在する種々の回転部材の摩擦抵抗、走行に伴う風により車両が受ける減速方向の抵抗、路面の勾配により車両が受ける減速方向の抵抗、その他の抵抗の総和と定義することができる。走行抵抗は、正・負となり得る。走行抵抗が正(負)の場合、車両は、走行抵抗により減速方向(加速方向)の力を受ける。例えば、車両が降坂路を走行中では、走行抵抗は負となり得る。
走行抵抗相関値は、例えば、前記車両の駆動輪に伝達される前記内燃機関の駆動トルクと、前記車両の駆動輪に伝達される前記電動機の駆動トルクと、前記車両の質量と、前記車両の加速度と、前記車両に作用する加速方向の力が前記車両の質量と前記車両の加速度の積に等しいという車両の運動方程式と、に基づいて取得され得る。ここにおいて、前記車両の加速度は、例えば、車輪速度を検出するセンサの出力から算出される車両速度を時間で微分することで、或いは、車両の前後方向の加速度を検出するセンサの出力から取得され得る。また、走行抵抗相関値は、車両の走行している道路の勾配に基づいて取得され得る。道路の勾配は、例えば、車両に搭載されたカーナビゲーションシステムが搭載している道路情報と、車両に搭載されたグローバルポジショニングシステムから取得される車両の現在位置と、に基づいて取得され得る。或いは、道路の勾配は、車両に搭載されたカメラにより撮影された道路の画像を処理することで算出され得る。
制御手段では、前記走行抵抗相関値と、前記走行抵抗相関値以外の前記車両の走行状態を表すパラメータとに基づいて、前記走行抵抗が大きいほど、前記変速機の出力軸に伝達され得る前記電動機の駆動トルクの最大値(即ち、前記電動機駆動輪最大トルク)がより大きい接続状態がより選択され易くなるように前記電動機の出力軸の接続状態が選択され、前記電動機の出力軸の接続状態が前記選択された状態になるように前記切替機構が制御される。
前記車両の走行状態を表すパラメータとしては、前記車両の速度に相関する値、前記車両の運転者による加速操作部材の操作に基づいて得られる要求駆動トルクに相関する値等が挙げられる。前記車両の速度に相関する値としては、前記車両の速度そのもの、前記変速機の入力軸の回転速度、前記内燃機関の出力軸の回転速度、及び前記電動機の出力軸の回転速度等が挙げられる。前記要求駆動トルクに相関する値としては、前記加速操作部材の操作量、及び前記内燃機関の吸気通路に配設されたスロットル弁の開度等が挙げられる。
上記構成によれば、走行抵抗が大きいほど、「電動機駆動輪最大トルクがより大きい接続状態」が選択され易くなる。従って、走行抵抗が大きい場合において、「電動機駆動輪最大トルクがより大きい接続状態」が選択される時間が長くなる(選択される頻度が多くなる)。この結果、電動機駆動輪最大トルクが大きい時間が長くなるから、車両を効果的に加速させることができる。
より具体的には、前記制御手段は、前記車両の速度に相関する値が増大しながら閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態をIN接続状態からOUT接続状態に切り替える場合において、前記「IN接続最大駆動トルク」が前記「OUT接続最大駆動トルク」よりも大きく構成されているとき、走行抵抗が大きいほど前記閾値がより大きい値になるように前記閾値が調整されることが好ましい。これによれば、車両速度が増大する過程において、走行抵抗が大きいほど、IN接続状態からOUT接続状態に移行するタイミングが遅れる。即ち、OUT接続状態に比して電動機駆動輪最大トルクが大きいIN接続状態が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗が大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。一方、「IN接続最大駆動トルク」が「OUT接続最大駆動トルク」よりも小さい構成されているときは、走行抵抗が大きいほど前記閾値がより小さい値になるように前記閾値が調整されることが好ましい。これによれば、車両速度が増大する過程において、走行抵抗が大きいほど、IN接続状態からOUT接続状態に移行するタイミングが早まる。即ち、IN接続状態に比して電動機駆動輪最大トルクが大きいOUT接続状態が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗が大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。
また、前記制御手段は、前記車両の速度に相関する値が増大しながら閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態をOUT接続状態からIN接続状態に切り替える場合において、「OUT接続最大駆動トルク」が「IN接続最大駆動トルク」よりも小さく(大きく)構成されているとき、走行抵抗が大きいほど前記閾値がより小さい値(大きい値)になるように前記閾値が調整されることが好ましい。これによっても、上記と同様、IN接続状態とOUT接続状態のうちで電動機駆動輪最大トルクがより大きい接続状態が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗が大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。
また、前記制御手段は、前記車両の速度に相関する値が増大しながら閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態をIN接続状態又はOUT接続状態から非接続状態に切り替える場合、前記走行抵抗が大きいほど前記閾値がより大きい値になるように前記閾値を調整するように構成されることが好ましい。上述したように、非接続状態では、電動機駆動輪最大トルクがゼロに維持されるから、非接続状態に比してIN接続状態又はOUT接続状態では電動機駆動輪最大トルクが大きい。上記構成によれば、車両速度が増大する過程において、走行抵抗が大きいほど、IN接続状態又はOUT接続状態から非接続状態に移行するタイミングが遅れる。即ち、非接続状態に比して電動機駆動輪最大トルクが大きいIN接続状態又はOUT接続状態が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗が大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。
同様に、前記制御手段は、前記車両の運転者による加速操作部材の操作に基づいて得られる要求駆動トルクに相関する値が増大しながら閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態をIN接続状態又はOUT接続状態から非接続状態に切り替える場合、前記走行抵抗が大きいほど前記閾値がより大きい値になるように前記閾値を調整するように構成されることが好ましい。これによっても、非接続状態に比して電動機駆動輪最大トルクが大きいIN接続状態又はOUT接続状態が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗が大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。
また、前記制御手段は、前記車両が発進する場合に前記電動機の出力軸の接続状態として前記入力側接続状態を選択し、前記車両の速度に相関する値が増大しながら第1閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態をIN接続状態(以下、「第1IN接続状態」とも呼ぶ。)からOUT接続状態に切り替え、前記車両の速度に相関する値が増大しながら前記第1閾値よりも大きい第2閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態をOUT接続状態からIN接続状態(以下、「第2IN接続状態」とも呼ぶ。)に切り替え、前記要求駆動トルクに相関する値が第4閾値よりも大きい場合において前記車両の速度に相関する値が増大しながら前記第2閾値よりも大きい第3閾値を通過したこと又は前記車両の速度に相関する値が前記第3閾値よりも大きい場合において前記要求駆動トルクに相関する値が増大しながら前記第4閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態を(第2)IN接続状態から非接続状態に切り替えるように構成され得る。この場合であって、(第1)IN接続状態からOUT接続状態への切り替えの際において「IN接続最大駆動トルク」が「OUT接続最大駆動トルク」よりも大きく構成され、且つ、OUT接続状態から(第2)IN接続状態への切り替えの際において「OUT接続最大駆動トルク」が「IN接続最大駆動トルク」よりも小さく構成されている場合、前記走行抵抗が大きいほど、前記第1閾値がより大きい値になるように且つ前記第2閾値がより小さい値になるように前記第1、第2閾値を調整するように構成されることが好ましい。ここにおいて、前記第1、第2、第3閾値は、前記要求駆動トルクに応じて変化する値であっても一定であってもよい。前記第4閾値は、前記車両の速度に相関する値に応じて変化する値であっても一定であってもよい。
これによれば、車両速度が増大する過程において、走行抵抗が大きいほど、(第1)IN接続状態からOUT接続状態に移行するタイミングが遅れ、且つ、OUT接続状態から(第2)IN接続状態に移行するタイミングが早まる。即ち、OUT接続状態に比して電動機駆動輪最大トルクが大きい第1、第2IN接続状態が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗が大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。
この場合、前記制御手段は、前記走行抵抗が大きいほど、前記第3閾値がより大きい値になるように又は前記第4閾値がより大きい値になるように前記第3閾値又は前記第4閾値を調整するように構成されることが好適である。これによれば、車両速度が増大する過程において、走行抵抗が大きいほど(第2)IN接続状態から非接続状態に移行するタイミングが遅れ、或いは、要求駆動トルクが増大する過程において、走行抵抗が大きいほど(第2)IN接続状態から非接続状態に移行するタイミングが遅れる。即ち、非接続状態に比して電動機駆動輪最大トルクが大きい第2IN接続状態が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗が大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。
以上、本発明に係る動力伝達制御装置は、上述したオートメイティッド・マニュアル・トランスミッション)に適用されることが好適である。この場合、前記内燃機関の出力軸と前記変速機の入力軸との間に、前記内燃機関の出力軸と前記変速機の入力軸との間の動力伝達系統を遮断・接続するクラッチ機構が備えられ、前記変速機は、トルクコンバータを備えておらず、且つ、前記変速機減速比として予め定められた異なる複数の減速比を設定可能な多段変速機であり、前記制御手段は、前記車両の運転状態(例えば、車両速度及び要求駆動トルク)に応じて、前記クラッチ機構の遮断・接続、及び前記変速機の変速段を制御するように構成される。
以下、本発明による車両の動力伝達制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1は、本発明の実施形態に係る動力伝達制御装置(以下、「本装置」と称呼する。)を搭載した車両の概略構成を示している。この車両は、動力源として内燃機関とモータジェネレータとを備え、且つ、トルクコンバータを備えない多段変速機を使用した所謂オートメイティッド・マニュアル・トランスミッションを備えた車両に適用されている。
図1は、本発明の実施形態に係る動力伝達制御装置(以下、「本装置」と称呼する。)を搭載した車両の概略構成を示している。この車両は、動力源として内燃機関とモータジェネレータとを備え、且つ、トルクコンバータを備えない多段変速機を使用した所謂オートメイティッド・マニュアル・トランスミッションを備えた車両に適用されている。
この車両は、エンジン(E/G)10と、変速機(T/M)20と、クラッチ(C/T)30と、モータジェネレータ(M/G)40と、切替機構50とを備えている。E/G10は、周知の内燃機関の1つであり、例えば、ガソリンを燃料として使用するガソリンエンジン、軽油を燃料として使用するディーゼルエンジンである。E/G10の出力軸A1は、C/T30を介してT/M20の入力軸A2と接続されている。
T/M20は、前進用に5つの変速段(1速、2速、3速、4速、5速)を有するトルクコンバータを備えない周知の多段変速機の1つである。即ち、T/M20は、出力軸A3の回転速度に対する入力軸A2の回転速度の割合である変速機減速比Gtmを5段階に設定可能となっている。変速段の切り替えは、第1、第2、第3切替機構21,22,23を制御することで達成される。
より具体的には、図2に示すように、第1切替機構21は、入力軸A2に相対回転不能に軸支されたギヤG11と、出力軸A3に相対回転可能に軸支されギヤG11に常時歯合するギヤG12と、入力軸A2に相対回転不能に軸支されたギヤG21と、出力軸A3に相対回転可能に軸支されギヤG21に常時歯合するギヤG22とを備える。また、第1切替機構21は、出力軸A3と一体回転する連結ピース21aと、ギヤG12と一体回転する連結ピース21bと、ギヤG22と一体回転する連結ピース21cと、スリーブ21dと、アクチュエータ24とを備える。
スリーブ21dは、出力軸A3の軸線方向に移動可能に配設されていて、アクチュエータ24によりその軸線方向の位置が制御されるようになっている。スリーブ21dは、連結ピース21a,21b,21cとスプライン嵌合可能となっている。スリーブ21dが図2(a)に示す非接続位置(ニュートラル位置)にある場合、スリーブ21dは、連結ピース21aのみとスプライン嵌合するから、ギヤG12,G22共に出力軸A3と相対回転可能となる。スリーブ21dが図2(b)に示す1速接続位置にある場合、スリーブ21dは、連結ピース21a及び21bとスプライン嵌合するから、ギヤG22が出力軸A3と相対回転可能である一方、ギヤG12が出力軸A3と相対回転不能となる。スリーブ21dが図2(c)に示す2速接続位置にある場合、スリーブ21dは、連結ピース21a及び21cとスプライン嵌合するから、ギヤG12が出力軸A3と相対回転可能である一方、ギヤG22が出力軸A3と相対回転不能となる。
図3に示すように、第2切替機構22は、入力軸A2に相対回転可能に軸支されたギヤG31と、出力軸A3に相対回転不能に軸支されギヤG31に常時歯合するギヤG32と、入力軸A2に相対回転可能に軸支されたギヤG41と、出力軸A3に相対回転不能に軸支されギヤG41に常時歯合するギヤG42とを備える。また、第2切替機構22は、入力軸A2と一体回転する連結ピース22aと、ギヤG31と一体回転する連結ピース22bと、ギヤG41と一体回転する連結ピース22cと、スリーブ22dと、アクチュエータ25とを備える。
スリーブ22dは、入力軸A2の軸線方向に移動可能に配設されていて、アクチュエータ25によりその軸線方向の位置が制御されるようになっている。スリーブ22dは、連結ピース22a,22b,22cとスプライン嵌合可能となっている。スリーブ22dが図3(a)に示す非接続位置(ニュートラル位置)にある場合、スリーブ22dは、連結ピース22aのみとスプライン嵌合するから、ギヤG31,G41共に入力軸A2と相対回転可能となる。スリーブ22dが図3(b)に示す3速接続位置にある場合、スリーブ22dは、連結ピース22a及び22bとスプライン嵌合するから、ギヤG41が入力軸A2と相対回転可能である一方、ギヤG31が入力軸A2と相対回転不能となる。スリーブ22dが図3(c)に示す4速接続位置にある場合、スリーブ22dは、連結ピース22a及び22cとスプライン嵌合するから、ギヤG31が入力軸A2と相対回転可能である一方、ギヤG41が入力軸A2と相対回転不能となる。
図4に示すように、第3切替機構23は、入力軸A2に相対回転可能に軸支されたギヤG51と、出力軸A3に相対回転不能に軸支されギヤG51に常時歯合するギヤG52と、を備える。また、第3切替機構23は、入力軸A2と一体回転する連結ピース23aと、ギヤG51と一体回転する連結ピース23bと、スリーブ23dと、アクチュエータ26とを備える。
スリーブ23dは、入力軸A2の軸線方向に移動可能に配設されていて、アクチュエータ26によりその軸線方向の位置が制御されるようになっている。スリーブ23dは、連結ピース23a,23bとスプライン嵌合可能となっている。スリーブ23dが図4(a)に示す非接続位置(ニュートラル位置)にある場合、スリーブ23dは、連結ピース23aのみとスプライン嵌合するから、ギヤG51が入力軸A2と相対回転可能となる。スリーブ23dが図4(b)に示す5速接続位置にある場合、スリーブ23dは、連結ピース23a及び23bとスプライン嵌合するから、ギヤG51が入力軸A2と相対回転不能となる。
変速段が「1速」に設定される場合、切替機構21,22,23がそれぞれ、「1速接続位置」、「ニュートラル位置」、「ニュートラル位置」に制御される。これにより、ギヤG11,G12を介して入力軸A2と出力軸A3との間で動力伝達系統が形成され、Gtmは、(G12の歯数)/(G11の歯数)となる。この値をGtm(1)とも表記する。変速段が「2速」に設定される場合、切替機構21,22,23がそれぞれ、「2速接続位置」、「ニュートラル位置」、「ニュートラル位置」に制御される。これにより、ギヤG21,G22を介して入力軸A2と出力軸A3との間で動力伝達系統が形成され、Gtmは、(G22の歯数)/(G21の歯数)となる。この値をGtm(2)とも表記する。
変速段が「3速」に設定される場合、切替機構21,22,23がそれぞれ、「ニュートラル位置」、「3速接続位置」、「ニュートラル位置」に制御される。これにより、ギヤG31,G32を介して入力軸A2と出力軸A3との間で動力伝達系統が形成され、Gtmは、(G32の歯数)/(G31の歯数)となる。この値をGtm(3)とも表記する。変速段が「4速」に設定される場合、切替機構21,22,23がそれぞれ、「ニュートラル位置」、「4速接続位置」、「ニュートラル位置」に制御される。これにより、ギヤG41,G42を介して入力軸A2と出力軸A3との間で動力伝達系統が形成され、Gtmは、(G42の歯数)/(G41の歯数)となる。この値をGtm(4)とも表記する。
変速段が「5速」に設定される場合、切替機構21,22,23がそれぞれ、「ニュートラル位置」、「ニュートラル位置」、「5速接続位置」に制御される。これにより、ギヤG51,G52を介して入力軸A2と出力軸A3との間で動力伝達系統が形成され、Gtmは、(G52の歯数)/(G51の歯数)となる。この値をGtm(5)とも表記する。以上、T/M20では、アクチュエータ24,25,26を制御することで、変速機減速比Gtmを5段階に設定可能となっている。ここで、Gtm(1)>Gtm(2)>Gtm(3)>Gtm(4)>Gtm(5)という関係が成立している。
C/T30は、周知の構成の1つを備えていて、E/G10の出力軸A1とT/M20の入力軸A2との間の動力伝達系統を遮断・接続可能となっている。この車両では、クラッチペダルは設けられていない。C/T30の状態は、アクチュエータ31のみにより制御されるようになっている。C/T30が接続状態となっている場合において、E/G10の出力軸A1とT/M20の入力軸A2とは同じ回転速度で回転する。
M/G40は、周知の構成(例えば、交流同期モータ)の1つを有していて、ロータ41が、T/M20の入力軸A2と同軸的且つ相対回転可能に配置された出力軸A4と一体回転するようになっている。M/G40は、動力源としても発電機としても機能する。
図5は、M/G40の出力軸A4の回転速度と、発生し得る最大トルク及びエネルギー変換効率(トルクの発生効率)との関係を示す。図5に示すように、M/G40では、発生し得る最大トルクは、出力軸A4の回転速度が或る値以下では一定であり、或る値を超えると、回転速度の増大に応じて小さくなる。そして、回転速度が許容回転速度を超えると、M/G40はトルクを発生しなくなる。また、エネルギー変換効率(トルクの発生効率)は、出力軸A4の回転速度が或る値で最大となり得、回転速度がその値から離れるに従って小さくなっていく。従って、回転速度が許容回転速度に近づくにつれて低下していく。
切替機構50は、M/G40の出力軸A4の接続状態を切り替える機構である。切替機構50は、ロータ41と一体回転する連結ピース51と、T/M20の入力軸A2と一体回転する連結ピース52と、入力軸A2に相対回転可能に軸支された連結ピース53と、スリーブ54と、アクチュエータ55とを備える。また、切替機構50は、連結ピース53と一体回転するとともに入力軸A2に相対回転可能に軸支されたギヤGo1と、T/M20の出力軸A3と一体回転するとともにギヤGo1に常時歯合するギヤGo2とを備える。
スリーブ54は、T/M20の入力軸A2の軸線方向に移動可能に配設されていて、アクチュエータ55によりその軸線方向の位置が制御されるようになっている。スリーブ54は、連結ピース51,52,53とスプライン嵌合可能となっている。
スリーブ54が図6(a)に示すIN接続位置に制御される場合、スリーブ54は、連結ピース51,52とスプライン嵌合するから、M/G40の出力軸A4とT/M20の入力軸A2とが相対回転不能となる。これにより、T/M20の入力軸A2と出力軸A4との間で動力伝達系統が形成される。この状態を「IN接続状態」と呼ぶ。
IN接続状態において、T/M20の入力軸A2の回転速度に対するM/G40の出力軸A4の回転速度の割合を「第1減速比G1」と呼び、第1減速比G1と変速機減速比Gtmとの積(G1・Gtm)を「IN接続減速比Gin」と呼ぶ。本例では、G1=1であるから、Gin=Gtmとなる。即ち、Ginは、T/M20の変速段の変化に応じて変化する。
また、スリーブ54が図6(b)に示すOUT接続位置に制御される場合、スリーブ54は、連結ピース51,53とスプライン嵌合するから、M/G40の出力軸A4とギヤGo1とが相対回転不能となる。これにより、ギヤGo1,Go2を介してT/M20の出力軸A3と出力軸A4との間でT/M20を介することなく動力伝達系統が形成される。この状態を「OUT接続状態」と呼ぶ。
OUT接続状態において、T/M20の出力軸A3の回転速度に対するM/G40の出力軸A4の回転速度の割合を「OUT接続減速比Gout」と呼ぶ。本例では、Goutは、(Go2の歯数)/(Go1の歯数)で一定となる。即ち、Goutは、T/M20の変速段の変化に応じて変化しない。本例では、Goutは、例えば、Gtm(2)と略等しい値に設定されている。
また、スリーブ54が図6(c)に示す非接続位置(ニュートラル位置)に制御される場合、スリーブ54は、連結ピース51のみとスプライン嵌合するから、入力軸A2及びギヤGo1共に出力軸A4と相対回転可能となる。これにより、T/M20の出力軸A3と出力軸A4との間でもT/M20の入力軸A2と出力軸A4との間でも動力伝達系統が形成されない。この状態を「非接続状態(ニュートラル状態)」と呼ぶ。
以上、切替機構50では、アクチュエータ55を制御することで、M/G40の出力軸A4の接続状態を、「IN接続状態」、「OUT接続状態」、「ニュートラル状態」の何れかに選択的に切り替え可能となっている。
T/M20の出力軸A3には、ギヤGf1が相対回転不能に軸支されている。このギヤGf1は、ギヤGf2と常時歯合している。このギヤGf2は、周知の構成の1つを有する差動機構D/Fと連結されていて、差動機構D/Fは、左右1対の駆動輪と連結されている。ここで、(Gf2の歯数)/(Gf1の歯数)は、所謂最終減速比に相当する。
また、本装置は、駆動輪の車輪速度を検出する車輪速度センサ61と、アクセルペダルAPの操作量を検出するアクセル開度センサ62と、シフトレバーSFの位置を検出するシフト位置センサ63と、M/G40の出力軸A4に作用するトルクを検出するM/Gトルクセンサ68と、E/G10の出力軸A1に作用するトルクを検出するE/Gトルクセンサ69を備えている。
更に、本装置は、電子制御ユニットECU70を備えている。ECU70は、上述のセンサ61〜63、68、69からの情報等に基づいて、上述のアクチュエータ24,25,26,31,55を制御することで、T/M20の変速段、及びC/T30の状態を制御する。加えて、ECU70は、E/G10、及びM/G40のそれぞれの出力(駆動トルク)等を制御するようになっている。
T/M20の変速段は、車輪速度センサ61から得られる車速Vと、アクセル開度センサ62から得られる運転者によるアクセルペダルAPの操作量に基づいて算出される駆動輪の要求駆動トルクTと、シフト位置センサ63から得られるシフトレバーSFの位置に基づいて制御される。シフトレバーSFの位置が「手動モード」に対応する位置にある場合、T/M20の変速段が、シフトレバーSFの操作により運転者により選択された変速段に原則的に設定される。一方、シフトレバーSFの位置が「自動モード」に対応する位置にある場合、T/M20の変速段が、車速Vと要求駆動トルクTとの組み合わせと、図7に示すマップと、に従って、シフトレバーSFが操作されることなく1速〜5速の何れかに自動的に制御される。
図7において、実線は、車速Vの増大に伴ってシフトアップ(変速機減速比Gtmを小さくする変速作動)がなされる場合に対応する境界線であり、破線は、車速Vの減少に伴ってシフトダウン(変速機減速比Gtmを大きくする変速作動)がなされる場合に対応する境界線である。このように実線と破線の位置に差Δxが設けられているのは、車速Vが実線に対応する値の近傍で頻繁に増減するような場合において、シフトアップ、或いはシフトダウンが不必要に頻繁になされる事態(所謂ハンチング)の発生を抑制するためである。
C/T30は、通常、接続状態に維持され、T/M20のシフトアップ・シフトダウンの作動中等において一時的に接続状態から遮断状態へと切り換えられる。
M/G40は、E/G10と協働又は単独で、車両を駆動する駆動トルクを発生する動力源として、或いは、E/G10を始動するための動力源として使用される。また、M/G40は、車両を制動する回生トルクを発生する発電機として、或いは、車両のバッテリ(図示せず)に供給・貯留される電力を発生する発電機としても使用される。
M/G40が車両を駆動する動力源として使用される場合、周知の手法の1つに従って、駆動輪に伝達されるE/G10の出力に基づく駆動トルクと駆動輪に伝達されるM/G40の出力に基づく駆動トルクの和が要求駆動トルクTと一致するように、E/G10の出力(駆動トルク)とM/G40の出力(駆動トルク)との配分が調整される。
(M/G40の出力軸A4の接続状態の選択)
次に、M/G40の出力軸A4の接続状態の選択について説明する。M/G40の出力軸A4の接続状態は、車速Vと要求駆動トルクTとの組み合わせと、図8に示すマップと、に従って、自動的に選択される。
次に、M/G40の出力軸A4の接続状態の選択について説明する。M/G40の出力軸A4の接続状態は、車速Vと要求駆動トルクTとの組み合わせと、図8に示すマップと、に従って、自動的に選択される。
図8に示すように、車速Vと要求駆動トルクTとの組み合わせに対して、第1IN接続領域、OUT接続領域、第2IN接続領域、及びニュートラル領域の4つの領域が存在する。第1、第2IN接続領域では「IN接続状態」が選択される。OUT接続領域では「OUT接続状態」が選択される。ニュートラル領域では「ニュートラル状態」が選択される。以下、第1、第2IN接続領域に対応する「IN接続状態」が、それぞれ、「第1IN接続状態」、「第2IN接続状態」と区別して称呼される。
「第1IN接続状態」から「OUT接続状態」への切り替えは、車速Vが境界線L1(前記「第1閾値」に対応)を増大しながら通過したときになされる。「OUT接続状態」から「第2IN接続状態」への切り替えは、車速Vが境界線L2(前記「第2閾値」に対応)を増大しながら通過したときになされる。「第2IN接続状態」から「ニュートラル状態」への切り替えは、要求駆動トルクTが境界線L4(前記「第4閾値」に対応)よりも大きい場合において車速Vが増大しながら境界線L3(前記「第3閾値」に対応)を通過したとき、又は、車速Vが境界線L3よりも大きい場合において要求駆動トルクTが増大しながら境界線L4を通過したときになされる。
一方、「OUT接続状態」から「第1IN接続状態」への切り替えは、車速Vが境界線L1’を減少しながら通過したときになされる。「第2IN接続状態」から「OUT接続状態」への切り替えは、車速Vが境界線L2’を減少しながら通過したときになされる。「ニュートラル状態」から「第2IN接続状態」への切り替えは、車速Vが境界線L3’を減少しながら通過したとき、又は、要求駆動トルクTが境界線L4’を減少しながら通過したときになされる。
このように、境界線L1,L1’の位置、境界線L2,L2’の位置、境界線L3,L3’の位置、及び境界線L4,L4’の位置にそれぞれ差ΔV1〜ΔV3、及びΔT4が設けられているのは、車速Vが境界線L1,L2,L3のそれぞれの近傍で頻繁に増減するような場合、或いは、要求駆動トルクTが境界線L4の近傍で頻繁に増減するような場合において、出力軸A4の接続状態の切り替えが頻繁になされる事態(所謂ハンチング)の発生を抑制するためである。なお、差ΔV1〜ΔV3は、同じ値であっても異なる値であってもよい。
境界線L1(低速域)は、1速から2速へのシフトアップに対応する車速よりも若干小さい車速に設定されている。即ち、境界線L1は、図7に示す1速から2速へのシフトアップに対応する境界線(実線)を車速Vが減少する方向(図において左方向)に若干移動した位置に設けられている。従って、図8に示す境界線L1は、図7に示す1速から2速へのシフトアップに対応する境界線(実線)の形状と同じ形状を有している。
境界線L2(中速域)は、「OUT接続状態」においてM/G40の出力軸A4の回転速度が許容回転速度(図5を参照)に基づいて決定される値(例えば、許容回転速度よりも若干小さい値)と一致する場合に対応する車速に設定されている。また、本例では、この境界線L2は、図7に示す3速〜5速に対応する領域に位置している。上述のように、OUT接続減速比GoutはT/M20の変速段にかかわらず一定(本例では、例えば、Gtm(2)と略等しい値)である。従って、「OUT接続状態」においては、M/G40の出力軸A4の回転速度が上記「許容回転速度に基づいて決定される値」と一致する車速が、T/M20の変速段にかかわらず、1つの値にのみ決定される。従って、図8に示す境界線L2に対応する車速Vは、要求駆動トルクTにかかわらず一定となる(即ち、境界線L2は、図8において上下に延びる直線となる)。境界線L2に対応する車速Vは、「OUT接続減速比Gout」と前記「最終減速比」とで決定される。
境界線L3(高速域)は、「(第2)IN接続状態」においてM/G40のエネルギー変換効率(駆動トルク側)が所定値(例えば、70パーセント)以上の領域(図5に微細なドットで示した領域を参照)の境界(特に、車速が大きい側(図において右側)の境界)にある場合に対応する車速に設定されている。
境界線L4は、車両の走行抵抗(駆動系統に存在する種々の回転部材の摩擦抵抗、走行に伴う風により車両が受ける減速方向の抵抗、路面の勾配により車両が受ける減速方向の抵抗等の総和)に対応する駆動輪のトルクに基づいて決定される。以下、このトルクを「走行抵抗トルク」と称呼する(前記走行抵抗相関値に対応する)。走行抵抗トルクの算出については後述する。走行抵抗トルクと駆動輪の駆動トルクとが一致するとき車両の前後加速度がゼロになり、駆動輪の駆動トルクが走行抵抗トルクよりも大きい(小さい)ときに前後加速度が正(負)となる。従って、境界線L4は、例えば、前後加速度が所定値(例えば、ゼロ、正の微小値、負の微小値)になる場合に対応する駆動トルクに設定され得る。即ち、境界線L4は、車両の前後加速度、又は車両の前後加速度に相関する値(例えば、車速変化量、エンジン回転速度変化量)に基づいて設定され得る。
走行抵抗トルクは、車速の増加に従って増大する。従って、図8に示すように、境界線L4は、車速Vの増加に従って上昇していく。また、走行抵抗トルクは、上り勾配が大きいほど大きい。従って、境界線L4は、上り勾配が大きいほど上方に移動する。要求駆動トルクTが境界線L4に対応する値よりも大きい状態は車両の加速状態に対応し、要求駆動トルクTが境界線L4に対応する値よりも小さい状態は車両の減速状態に対応する。
以下、M/G40の出力軸A4の接続状態が図8に示すように選択されることによる作用・効果について説明する。なお、以下の説明では、説明の便宜上、OUT接続減速比Goutが、例えば、Gtm(2)と略等しい値に設定されているものとする。
先ず、「車速V=0からの車両発進時では「(第1)IN接続状態」が選択されること」による作用・効果について説明する。一般に、車両発進時では、T/M20の変速段が1速に設定されるから、IN接続減速比Gin(=Gtm(1))がOUT接続減速比Goutよりも大きい。従って、「OUT接続状態」が選択される場合に比して、駆動輪に伝達されるM/G40の出力に基づく駆動トルクを大きくすることができる。この結果、車両発進時にて強い駆動トルクを駆動輪に発生させることができる。
次に、「境界線L1が、1速から2速へのシフトアップに対応する車速よりも若干小さい車速に設定されていること」による作用・効果について説明する。車両発進後、「(第1)IN接続状態」において車速が増加しながら境界線L1(低速域)を通過した場合、「(第1)IN接続状態」から「OUT接続状態」への切り替えがなされる。この切り替えは、1速から2速へのシフトアップがなされる前になされる。従って、この切り替えが完了した後の「OUT接続状態」にて1速から2速へのシフトアップがなされる。ここで、発明の概要の欄でも述べたように、「OUT接続状態」では、T/M20の変速作動中においてもM/G40の駆動トルクを変速機T/M20の出力軸A3(従って、駆動輪)へ連続して出力し続けることができるから、変速ショックを低減できる。特に、1速から2速への変速では、変速機減速比Gtmの変化量が大きいから大きな変速ショックが発生し易い。以上より、1速から2速へのシフトアップにおける変速ショックを大幅に低減できる。
次に、「境界線L2が、「OUT接続状態」において出力軸A4の回転速度が許容回転速度に基づいて決定される値と一致する場合に対応する車速に設定されていること」による作用・効果について説明する。「OUT接続状態」において車速が増加しながら境界線L2を通過した場合、「OUT接続状態」から「(第2)IN接続状態」への切り替えがなされる。上述したように、境界線L2は、図7に示す3速〜5速に対応する領域に位置しているから、この切り替えは、3速以上の変速段が選択された状態でなされる。即ち、この切り替えは、IN接続減速比Gin(=Gtm(3)、Gtm(4)、Gtm(5)の何れか)がOUT接続減速比Goutより小さい状態でなされる。従って、この切り替えにより、M/G40の出力軸A4の回転速度が、許容回転速度に近い値から小さくなる(図5において、点aから点bへの移行を参照)。この結果、出力軸A4の回転速度が許容回転速度を超える事態の発生が抑制されるという効果が発揮され得る。
次に、「境界線L3が、「(第2)IN接続状態」においてM/G40のエネルギー変換効率が所定値以上の領域の境界にある場合に対応する車速に設定されていること」による作用・効果について説明する。「(第2)IN接続状態」、且つ、要求駆動トルクTが境界線L4よりも大きい状態(即ち、車両が加速状態にある場合)において、車速が増加しながら境界線L3を通過した場合、「(第2)IN接続状態」から「非接続状態」への切り替えがなされる。これに伴い、M/G40の駆動が中止され、E/G10のみにより要求駆動トルクTが発生させられる。ここで、車速が増加している状態(即ち、M/G40の出力軸A4の回転速度が増加している状態)で車速が境界線L3を通過することは、M/G40のエネルギー変換効率が図5に微細なドットで示した領域における車速が大きい側(図において右側)の境界を通過したことを意味する(図5において、点bから点cへの移行を参照)。即ち、エネルギー変換効率が所定値以上の状態から所定値未満の状態に移行した場合に、「(第2)IN接続状態」から「非接続状態」への切り替えがなされる。他方、このようにM/G40のエネルギー変換効率が低下する高速域では、逆に、E/G10のエネルギー発生効率が良好な状態となっている場合が多い。この場合、M/G40とE/G10との協働で要求駆動トルクTを発生させるよりも、E/G10のみにより要求駆動トルクTを発生させた方が、車両全体としての総合的なエネルギー効率(燃費)を良くすることができる。以上より、車両が加速状態にあり、且つ「(第2)IN接続状態」にある高速域においてM/G40のエネルギー変換効率が所定値を下回る場合、車両全体としての総合的なエネルギー効率(燃費)を良くすることができる。
次に、「境界線L4が、前後加速度が所定値(例えば、ゼロ、正の微小値、負の微小値)になる場合に対応する駆動トルクに設定されていること」による作用・効果について説明する。車両が加速状態にある場合、上述のように、車速が増加しながら境界線L3を通過した場合に「(第2)IN接続状態」から「非接続状態」への切り替えがなされた方が車両全体としての総合的なエネルギー効率(燃費)を良くすることができる。これに対し、車両が減速状態にある場合(即ち、要求駆動トルクTが境界線L4よりも小さい状態では)、「(第2)IN接続状態」を維持することで、M/G40により回生トルクを発生させて回生により発生する電力をバッテリに供給・貯留することができる。即ち、この場合、「非接続状態」よりも「(第2)IN接続状態」を選択した方が、車両全体としての総合的なエネルギー効率(燃費)を良くすることができる。以上より、車両が減速状態にある場合、車速Vが境界線L3に対応する値より大きくても、「(第2)IN接続状態」が維持される。
(走行抵抗トルクによる接続状態の調整)
一般に、車両運動について、下記(1)式に示す運動方程式が成立する。(1)式において、Teは、駆動輪に伝達されるE/G10の駆動トルクである(加速方向において正)。Tmは、駆動輪に伝達されるM/G40の駆動トルクである(加速方向において正)。Trは、上述した走行抵抗トルクである(減速方向において正)。Mは、車両の質量である。αは、車両の(前後方向の)加速度である(加速方向において正)。Rは、タイヤの半径である。
一般に、車両運動について、下記(1)式に示す運動方程式が成立する。(1)式において、Teは、駆動輪に伝達されるE/G10の駆動トルクである(加速方向において正)。Tmは、駆動輪に伝達されるM/G40の駆動トルクである(加速方向において正)。Trは、上述した走行抵抗トルクである(減速方向において正)。Mは、車両の質量である。αは、車両の(前後方向の)加速度である(加速方向において正)。Rは、タイヤの半径である。
(Te+Tm−Tr)/R=M・α …(1)
上記(1)式を走行抵抗トルクTrについて整理すると、走行抵抗トルクTrを算出するための下記(2)式が取得され得る。
Tr=(Te+Tm)−(M・α)・R…(2)
本装置では、上記(2)式を利用して、走行抵抗トルクTrが取得される。ここにおいて、Teは、E/Gトルクセンサ69の出力から得られるE/G10の出力軸A1のトルクに、「変速機減速比Gtm」と、「最終減速比」とを乗じることで取得される。Tmは、M/Gトルクセンサ68の出力から得られるM/G40の出力軸A4のトルクに、「IN接続減速比」及び「OUT接続減速比Gout」のうちで現在の接続状態に対応する減速比と、「最終減速比」とを乗じることで取得される。αは、車輪速度センサ61の出力から算出される車両速度を時間で微分すること、或いは、車両の前後方向の加速度を検出するセンサ(図示せず)の出力から取得され得る。
また、走行抵抗トルクTrは、車両が現在走行している道路の(登降方向の)勾配(と現在の車両速度と)に基づいて取得されてもよい。道路の勾配は、例えば、車両に搭載されたカーナビゲーションシステムから得られる道路情報と、車両に搭載されたグローバルポジショニングシステムから得られる車両の現在位置と、に基づいて取得され得る。或いは、道路の勾配は、車両に搭載されたカメラにより撮影された道路の画像を処理することで算出され得る。以上、走行抵抗トルクTrが正(負)であることは、車両が走行抵抗により減速方向(加速方向)の力を受けていることを意味する。
本装置では、走行抵抗トルクTrに応じて、図8に示す移動量DL1〜DL4が決定される。図8に示すように、DL1が正の場合、境界線L1及びL1’の位置が、図8に示した基準位置から車速Vの増大方向(図8において右方向)にDL1だけ移動され、DL1が負の場合、図8に示した基準位置から車速Vの減少方向(図8において左方向)に|DL1|だけ移動される。DL2が正の場合、境界線L2及びL2’の位置が、図8に示した基準位置から車速Vの減少方向にDL2だけ移動され、DL2が負の場合、図8に示した基準位置から車速Vの増大方向に|DL2|だけ移動される。DL3が正の場合、境界線L3及びL3’の位置が、図8に示した基準位置から車速Vの増大方向にDL3だけ移動され、DL3が負の場合、図8に示した基準位置から車速Vの減少方向に|DL3|だけ移動される。DL4が正の場合、境界線L4及びL4’の位置が、図8に示した基準位置から要求駆動トルクTの増大方向(図8において上方向)にDL4だけ移動され、DL4が負の場合、境界線L4及びL4’の位置が、図8に示した基準位置から要求駆動トルクTの減少方向(図8において下方向)に|DL4|だけ移動される。以下、移動量DL1〜DL4をDL*と表記することもある。
図9は、走行抵抗トルクTrと移動量DL*との関係を規定するマップを示したグラフである。図9に示すように、移動量DL*は、Trが0〜正の所定値の範囲内では0となり(前記基準位置に対応)、Tr>前記正の所定値のときにはTrの増大に応じて0から増大し(正の値をとり)、Tr<0のときにはTrの減少に応じて0から減少していく(負の値をとる)。或いは、Tr<0の場合において、移動量DL*は、Trが負の所定値〜0の範囲内では0となり、Tr<前記負の所定値のときにTrの減少に応じて0から減少するように設定されてもよい。前記正の所定値、又は前記負の所定値は0であってもよい。移動量DL1〜DL4は、走行抵抗トルクTrに応じた同じ値であっても異なる値であってもよい。
従って、図8において、本装置では、走行抵抗トルクTrが大きいほど、第1、第2IN接続領域が拡大し、OUT接続領域、及びニュートラル領域が縮小する。即ち、走行抵抗トルクTrが大きいほど、第1、第2IN接続状態が選択され易くなる(選択される頻度が多くなる)。
また、「IN接続状態」におけるM/G40の出力軸A4の回転速度に対応する出力軸A4の最大駆動トルク(図5を参照)に「IN接続減速比Gin」を乗じた値を「IN接続最大駆動トルク」と呼び、「OUT接続状態」におけるM/G40の出力軸A4の回転速度に対応する出力軸A4の最大駆動トルク(図5を参照)に「OUT接続減速比Gout」を乗じた値を「OUT接続最大駆動トルク」と呼ぶことにする。本装置では、「(第1)IN接続状態」と「OUT接続状態」との間の切り替えの際において「IN接続最大駆動トルク」が「OUT接続最大駆動トルク」よりも大きくなるように、且つ、「OUT接続状態」と「(第2)IN接続状態」との間の切り替えの際において「OUT接続最大駆動トルク」が「IN接続最大駆動トルク」よりも小さくなるように、M/G40の回転速度に対する最大トルク特性(図5を参照)、並びに、種々の減速比が設計されている。なお、「IN接続最大駆動トルク」及び「OUT接続最大駆動トルク」はそれぞれ、「IN接続状態」及び「OUT接続状態」においてT/M20の出力軸A3(従って、駆動輪)に伝達されるM/G40の駆動トルクの最大値(以下、「電動機駆動輪最大トルク」と呼ぶ。)に相当する。
以下、このことによる作用・効果について説明する。車両の加速時において、走行抵抗トルクTrが大きいほど、或る加速度を得るために必要な駆動輪に作用する駆動力が大きくなる。従って、車両加速時において、走行抵抗トルクTrが大きいほど、電動機駆動輪最大トルクがより大きいことが好ましい。この電動機駆動輪最大トルクは、M/G40の出力軸A4の接続状態に依存して変化する。
上述のように、本装置では、走行抵抗トルクTrが大きいほど、移動量DL1,DL2が大きくなる。従って、車速Vが増大する過程において、走行抵抗トルクTrが大きいほど、「(第1)IN接続状態」から「OUT接続状態」に移行するタイミングが遅れ、且つ、「OUT接続状態」から「(第2)IN接続状態」に移行するタイミングが早まる。他方、「(第1)IN接続状態」と「OUT接続状態」との間の切り替えの際に「IN接続最大駆動トルク」>「OUT接続最大駆動トルク」が成立し、「OUT接続状態」と「(第2)IN接続状態」との間の切り替えの際において「OUT接続最大駆動トルク」<「IN接続最大駆動トルク」が成立している。以上より、走行抵抗トルクTrが大きいほど、「OUT接続状態」に比して電動機駆動輪最大トルクが大きい「第1、第2IN接続状態」が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗トルクTrが大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。
加えて、本装置では、走行抵抗トルクTrが大きいほど、移動量DL3,DL4が大きくなる。従って、車速Vが増大する過程において、走行抵抗トルクTrが大きいほど「(第2)IN接続状態」から「ニュートラル状態」に移行するタイミングが遅れ、或いは、要求駆動トルクTが増大する過程において、走行抵抗トルクTrが大きいほど「(第2)IN接続状態」から「ニュートラル状態」に移行するタイミングが遅れる。他方、「ニュートラル状態」では電動機駆動輪最大トルクが0に維持されるから、「ニュートラル状態」に比して「(第2)IN接続状態」では電動機駆動輪最大トルクが大きい。以上より、走行抵抗トルクTrが大きいほど、「ニュートラル状態」に比して電動機駆動輪最大トルクが大きい「(第2)IN接続状態」が選択されている時間が長くなる。この結果、走行抵抗トルクTrが大きい場合において、車両を効果的に加速させることができる。
以上、本発明の実施形態に係る車両の動力伝達制御装置は、E/G10とM/G40とを動力源として備え、トルクコンバータを備えないT/M20を使用した所謂オートメイティッド・マニュアル・トランスミッションを備えた車両に適用される。この装置は、M/G40の出力軸A4の接続状態を、T/M20の入力軸A2と出力軸A4との間で動力伝達系統が形成される「IN接続状態」、T/M20の出力軸A3と出力軸A4との間で動力伝達系統が形成される「OUT接続状態」、いずれの間にも動力伝達系統が形成されない「非接続状態」の3つの状態の何れかに選択可能な切替機構50を備える。この選択は、車速Vと要求駆動トルクTとの組み合わせ(領域)に基づいてなされる。係る選択の際、走行抵抗トルクTrが大きいほど、OUT接続領域及びニュートラル領域に比して電動機駆動輪最大トルクが大きい第1、第2IN接続領域が拡大される。即ち、走行抵抗トルクTrが大きいほど、電動機駆動輪最大トルクが大きい第1、第2IN接続状態が選択されている時間が長くなる。これにより、車両を効果的に加速させることができる。
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、変速機としてトルクコンバータを備えない多段変速機を使用した所謂オートメイティッド・マニュアル・トランスミッションが使用されているが、変速機として、トルクコンバータを備えるとともに車両の走行状態に応じて変速作動が自動的に実行される多段変速機又は無段変速機(所謂オートマチックトランスミッション(AT))が使用されてもよい。この場合、C/T30が省略される。
また、変速機として、トルクコンバータを備えない多段変速機であって、運転者によるシフトレバーの操作力に基づくリンク機構の動作により(アクチュエータを用いることなく)直接的に変速作動が実行される形式のもの(所謂マニュアルトランスミッション(MT))が使用されてもよい。
また、上記実施形態では、切替機構50では、「IN接続状態」、「OUT接続状態」、及び「非接続状態」が選択可能となっているが、「IN接続状態」、及び「OUT接続状態」のみが選択可能となっていてもよい。この場合、図8に示す境界線L3,L3’,L4,L4’が省略されてニュートラル領域であった領域が(第2)IN接続領域に統合される。また、「IN接続状態」、及び「ニュートラル状態」のみが選択可能となっていてもよい。この場合、図8に示す境界線L1,L1’,L2,L2’が省略されて、OUT接続領域であった領域、及び、第1、第2IN接続領域であった領域が1つのIN接続領域に統合される。或いは、「OUT接続状態」、及び「ニュートラル状態」のみが選択可能となっていてもよい。この場合、図8に示す境界線L1,L1’,L2,L2’が省略されて、第1、第2IN接続領域であった領域がOUT接続領域に統合される。
また、上記実施形態では、車速Vと要求駆動トルクTとの組み合わせに基づいて、M/G40の出力軸A4の接続状態が選択されているが(図8を参照)、車速V、E/G10の出力軸A1の回転速度、T/M20の入力軸A2の回転速度、及びM/G40の出力軸A4の回転速度のうちの任意の1つと、要求駆動トルクT、アクセルペダルAPの操作量、及びE/G10の吸気通路に配設されたスロットル弁(図示せず)の開度のうちの任意の1つとの組み合わせに基づいて、M/G40の出力軸A4の接続状態が選択されてもよい。スロットル弁の開度は、スロットル弁開度センサ64の出力から取得することができる。E/G10の出力軸A1の回転速度、T/M20の入力軸A2の回転速度、及びM/G40の出力軸A4の回転速度はそれぞれ、エンジン出力軸回転速度センサ65、変速機入力軸回転速度センサ66、及び電動機出力軸回転速度センサ67の出力から取得することができる。
また、上記実施形態では、走行抵抗トルクTrに基づいて境界線L1〜L4の位置が変更されているが、走行抵抗力(即ち、Trをタイヤ半径Rで除した値)に基づいて境界線L1〜L4の位置が変更されてもよい。
また、上記実施形態では、走行抵抗トルクTrに基づいて境界線L1〜L4の位置が変更されているが、例えば、境界線L1,L2のみの位置が変更されるように構成されてもよい。また、境界線L1〜L4のうちの何れか1つのみの位置が変更されるように構成されてもよい。
また、上記実施形態では、境界線L1〜L4の位置の移動量DL*が、走行抵抗トルクTrに応じて徐々に変化するように設定されているが(図9を参照)、移動量DL*が、走行抵抗トルクTrに応じてステップ的(1段階、或いは2段階以上)に変化するように設定されてもよい。
また、上記実施形態では、走行抵抗トルクTrに基づいて境界線L1〜L4の位置を変更するにあたり、1つのマップ(図8を参照)から境界線L1〜L4が取得され、その取得された境界線L1〜L4の位置が変更されるように構成されている。これに対し、複数の異なる走行抵抗トルクTrに対応するそれぞれの図8に対応するマップ(境界線L1〜L4の位置が異なる複数のマップ)が予め作製され、これら複数のマップの中から現在の走行抵抗トルクTrに対応するマップが選択され、選択されたマップから取得される境界線L1〜L4に基づいてM/G40の出力軸A4の接続状態が選択されるように構成されてもよい。
また、上記実施形態では、「(第1)IN接続状態」と「OUT接続状態」との間の切り替えの際において、「IN接続最大駆動トルク」>「OUT接続最大駆動トルク」が成立していて、走行抵抗トルクTrが大きいほど境界線L1が車速Vの増大方向(図8において右方向)に移動するように構成されている。これに対し、「(第1)IN接続状態」と「OUT接続状態」との間の切り替えの際において、「IN接続最大駆動トルク」<「OUT接続最大駆動トルク」が成立していて、走行抵抗トルクTrが大きいほど境界線L1が車速Vの減少方向(図8において左方向)に移動するように構成されてもよい。
同様に、上記実施形態では、「OUT接続状態」と「(第2)IN接続状態」との間の切り替えの際において、「OUT接続最大駆動トルク」<「IN接続最大駆動トルク」が成立していて、走行抵抗トルクTrが大きいほど境界線L2が車速Vの減少方向(図8において左方向)に移動するように構成されている。これに対し、「OUT接続状態」と「(第2)IN接続状態」との間の切り替えの際において、「OUT接続最大駆動トルク」>「IN接続最大駆動トルク」が成立していて、走行抵抗トルクTrが大きいほど境界線L2が車速Vの増大方向(図8において右方向)に移動するように構成されてもよい。
加えて、上記実施形態では、図8において、境界線L1〜L4の位置が、平行移動する(即ち、座標軸に対する線の傾きが一定に維持された状態で移動する)ように変更されているが、境界線L1〜L4の位置が、平行移動でない形態(即ち、座標軸に対する線の傾きが一定に維持されない状態)で移動するように変更されてもよい。
10…エンジン、20…変速機、30…クラッチ、40…モータジェネレータ、50…切替機構、61…車輪速度センサ、62…アクセル開度センサ、63…シフト位置センサ、68…M/Gトルクセンサ、69…E/Gトルクセンサ、70…ECU、AP…アクセルペダル、SF…シフトレバー
Claims (10)
- 動力源として内燃機関と電動機とを備えた車両に適用される車両の動力伝達制御装置であって、
前記内燃機関の出力軸との間で動力伝達系統が形成される入力軸と、前記車両の駆動輪との間で動力伝達系統が形成される出力軸とを備え、前記出力軸の回転速度に対する前記入力軸の回転速度の割合である変速機減速比を調整可能な変速機と、
前記電動機の出力軸の接続状態を、前記電動機の出力軸と前記変速機の入力軸との間で動力伝達系統が形成される入力側接続状態と、前記電動機の出力軸と前記駆動輪との間で前記変速機を介することなく動力伝達系統が形成される出力側接続状態と、前記電動機の出力軸と前記変速機の入力軸との間も前記電動機の出力軸と前記変速機の出力軸との間も動力伝達系統が形成されない非接続状態と、のうちで2以上の状態に切り替え可能な切替機構と、
前記車両の走行に伴って発生する前記車両の減速方向の抵抗である走行抵抗に相関する走行抵抗相関値を取得する走行抵抗相関値取得手段と、
前記走行抵抗相関値と、前記走行抵抗相関値以外の前記車両の走行状態を表すパラメータとに基づいて、前記走行抵抗が大きいほど、前記変速機の出力軸に伝達され得る前記電動機の駆動トルクの最大値がより大きい接続状態がより選択され易くなるように前記電動機の出力軸の接続状態を選択し、前記電動機の出力軸の接続状態が前記選択された状態になるように前記切替機構を制御する制御手段と、
を備えた車両の動力伝達制御装置。 - 請求項1に記載の車両の動力伝達制御装置において、
前記入力側接続状態における前記変速機の入力軸の回転速度に対する前記電動機の出力軸の回転速度の割合である第1減速比と前記変速機減速比との積を入力側接続減速比とし、前記出力側接続状態における前記変速機の出力軸の回転速度に対する前記電動機の出力軸の回転速度の割合を出力側接続減速比としたとき、
前記制御手段は、
前記パラメータとしての前記車両の速度に相関する値が増大しながら閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態を前記入力側接続状態から前記出力側接続状態に切り替えるとともに、
前記入力側接続状態から前記出力側接続状態への切り替えの際、前記入力側接続状態における前記電動機の回転速度に対応する前記電動機の出力軸の最大駆動トルクに前記入力側接続減速比を乗じた値である入力側接続最大駆動トルクが前記出力側接続状態における前記電動機の回転速度に対応する前記電動機の出力軸の最大駆動トルクに前記出力側接続減速比を乗じた値である出力側接続最大駆動トルクよりも大きく構成されていて且つ前記走行抵抗が大きいほど前記閾値がより大きい値になるように前記閾値を調整する、又は、
前記入力側接続最大駆動トルクが前記出力側接続最大駆動トルクよりも小さく構成されていて且つ前記走行抵抗が大きいほど前記閾値がより小さい値になるように前記閾値を調整するように構成された車両の動力伝達制御装置。 - 請求項1に記載の車両の動力伝達制御装置において、
前記入力側接続状態における前記変速機の入力軸の回転速度に対する前記電動機の出力軸の回転速度の割合である第1減速比と前記変速機減速比との積を入力側接続減速比とし、前記出力側接続状態における前記変速機の出力軸の回転速度に対する前記電動機の出力軸の回転速度の割合を出力側接続減速比としたとき、
前記制御手段は、
前記パラメータとしての前記車両の速度に相関する値が増大しながら閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態を前記出力側接続状態から前記入力側接続状態に切り替えるとともに、
前記出力側接続状態から前記入力側接続状態への切り替えの際、前記出力側接続状態における前記電動機の回転速度に対応する前記電動機の出力軸の最大駆動トルクに前記出力側接続減速比を乗じた値である出力側接続最大駆動トルクが前記入力側接続状態における前記電動機の回転速度に対応する前記電動機の出力軸の最大駆動トルクに前記入力側接続減速比を乗じた値である入力側接続最大駆動トルクよりも小さく構成されていて且つ前記走行抵抗が大きいほど前記閾値がより小さい値になるように前記閾値を調整する、又は、
前記出力側接続最大駆動トルクが前記入力側接続最大駆動トルクよりも大きく構成されていて且つ前記走行抵抗が大きいほど前記閾値がより大きい値になるように前記閾値を調整するように構成された車両の動力伝達制御装置。 - 請求項1に記載の車両の動力伝達制御装置において、
前記制御手段は、
前記パラメータとしての前記車両の速度に相関する値が増大しながら閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態を前記入力側接続状態又は前記出力側接続状態から前記非接続状態に切り替えるとともに、
前記走行抵抗が大きいほど前記閾値がより大きい値になるように前記閾値を調整するように構成された車両の動力伝達制御装置。 - 請求項1に記載の車両の動力伝達制御装置において、
前記制御手段は、
前記パラメータとしての前記車両の運転者による加速操作部材の操作に基づいて得られる要求駆動トルクに相関する値が増大しながら閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態を前記入力側接続状態又は前記出力側接続状態から前記非接続状態に切り替えるとともに、
前記走行抵抗が大きいほど前記閾値がより大きい値になるように前記閾値を調整するように構成された車両の動力伝達制御装置。 - 請求項1に記載の車両の動力伝達制御装置において、
前記入力側接続状態における前記変速機の入力軸の回転速度に対する前記電動機の出力軸の回転速度の割合である第1減速比と前記変速機減速比との積を入力側接続減速比とし、前記出力側接続状態における前記変速機の出力軸の回転速度に対する前記電動機の出力軸の回転速度の割合を出力側接続減速比としたとき、
前記制御手段は、
前記車両が発進する場合に前記電動機の出力軸の接続状態として前記入力側接続状態を選択し、前記パラメータとしての前記車両の速度に相関する値が増大しながら第1閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態を前記入力側接続状態から前記出力側接続状態に切り替え、前記入力側接続状態から前記出力側接続状態への切り替えの際において前記入力側接続状態における前記電動機の回転速度に対応する前記電動機の出力軸の最大駆動トルクに前記入力側接続減速比を乗じた値である入力側接続最大駆動トルクが前記出力側接続状態における前記電動機の回転速度に対応する前記電動機の出力軸の最大駆動トルクに前記出力側接続減速比を乗じた値である出力側接続最大駆動トルクよりも大きく構成され、前記車両の速度に相関する値が増大しながら前記第1閾値よりも大きい第2閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態を前記出力側接続状態から前記入力側接続状態に切り替え、前記出力側接続状態から前記入力側接続状態への切り替えの際において前記出力側接続最大駆動トルクが前記入力側接続最大駆動トルクよりも小さく構成され、前記パラメータとしての前記車両の運転者による加速操作部材の操作に基づいて得られる要求駆動トルクに相関する値が第4閾値よりも大きい場合において前記車両の速度に相関する値が増大しながら前記第2閾値よりも大きい第3閾値を通過したこと又は前記車両の速度に相関する値が前記第3閾値よりも大きい場合において前記要求駆動トルクに相関する値が増大しながら前記第4閾値を通過したことに基づいて前記電動機の出力軸の接続状態を前記入力側接続状態から前記非接続状態に切り替えるととともに、
前記走行抵抗が大きいほど、前記第1閾値がより大きい値になるように且つ前記第2閾値がより小さい値になるように前記第1、第2閾値を調整するように構成された車両の動力伝達制御装置。 - 請求項6に記載の車両の動力伝達制御装置において、
前記制御手段は、
前記走行抵抗が大きいほど、前記第3閾値がより大きい値になるように又は前記第4閾値がより大きい値になるように前記第3閾値又は前記第4閾値を調整するように構成された車両の動力伝達制御装置。 - 請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の車両の動力伝達制御装置において、
前記走行抵抗相関値取得手段は、
前記車両の駆動輪に伝達される前記内燃機関の駆動トルクと、前記車両の駆動輪に伝達される前記電動機の駆動トルクと、前記車両の質量と、前記車両の加速度と、前記車両に作用する加速方向の力が前記車両の質量と前記車両の加速度の積に等しいという車両の運動方程式と、に基づいて、前記走行抵抗相関値を取得するように構成された車両の動力伝達制御装置。 - 請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の車両の動力伝達制御装置において、
前記走行抵抗相関値取得手段は、
前記車両の走行している道路の勾配に基づいて、前記走行抵抗相関値を取得するように構成された車両の動力伝達制御装置。 - 請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の車両の動力伝達制御装置であって、
前記内燃機関の出力軸と前記変速機の入力軸との間に、前記内燃機関の出力軸と前記変速機の入力軸との間の動力伝達系統を遮断・接続するクラッチ機構を備え、
前記変速機は、
トルクコンバータを備えておらず、且つ、前記変速機減速比として予め定められた異なる複数の減速比を設定可能な多段変速機であり、
前記制御手段は、
前記車両の運転状態に応じて、前記クラッチ機構の遮断・接続、及び前記変速機の変速段を制御するように構成された車両の動力伝達制御装置。
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