JP2013152001A - 電気自動車の変速制御方法および変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 変速時の歯車間のバックラッシュに起因する異音の発生を防止し、かつ短時間で変速を可能とできる電気自動車の自動変速制御方法および装置を提供する。
【解決手段】 モータ軸に連結された入力軸と各変速段のギヤ列との間に２ウェイ型のローラクラッチを介在させた変速機を備える電気自動車に適用する。変速指令に応答して変速切換アクチュエータによりシフト部材を動作させ、現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除し、トルク制御により電動モータのトルクを除荷して現変速段のローラクラッチの係合を解除する。電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせる。目標変速段の摩擦板と外輪を当接させる。電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させる。回転数制御からトルク制御に切換える。
【選択図】 図１４

Description

この発明は、電動モータの回転を変速して車輪へ伝達する電気自動車の変速制御方法および変速制御装置に関し、特にその変速時および駆動時に生ずるショックトルクを低減する制御、変速時間を短縮するための変速制御、およびクリープ制御に関する。

電気自動車の駆動装置として、電動モータ、変速機、および差動装置（デファレンシャル）を介し駆動輪に動力を伝達する車両用モータ駆動装置がある。変速機の変速段の切換には、例えば２ウェイ型のローラクラッチが用いられる。

この車両用モータ駆動装置を使用すると、走行条件に応じて変速機の変速比を切り換えることにより、駆動および回生時において、効率の高い回転数およびトルク領域で電動モータを使用することが可能となる。また、適切な変速比とすることで、高速走行時の変速機の回転部材の回転速度が下がり、変速機の動力損失が低減して車両のエネルギ効率を向上させることができる。このような車両用モータ駆動装置として、例えば特許文献１や特許文献に記載のものが知られている。

特開２０１１−５７０３０号公報 特開平８−１６８１１０号公報

特許文献１等に記載の車両用モータ駆動装置においては、変速切換を行う際に、変速機の目標変速段のローラクラッチ係合時、大きな変速ショックトルクと異音が生じる課題がある。特に、目標変速段の摩擦板と外輪間の当接完了時に、変速機の第２シャフトの回転数と外輪の回転数に大きな回転数差があると、大きな変速ショックトルクと異音が生じる。そこで、変速ショックトルクを低減するための変速制御方法が提案されている。

このような変速制御方法として、変速切換時の車速と選択された目標変速段の変速比に基き、電動モータの目標回転数を算出して、電動モータの目標回転数に応じて電動モータの出力を制御する技術が提案されている（例えば、特願２０１１−１２３４３３号）。この提案例は、トルク制御と回転数制御の二つのフィードバック制御を切り換える制御法である。しかし、目標変速段の摩擦板と外輪間の当接動作完了後、トルク制御により、ローラクラッチを係合させるため、係合ショックと異音が生じやすい。

上記提案例の課題を整理すると、次の各課題がある。
（１）変速機の変速段切換アクチュエータを動作させ、現変速段の摩擦板と外輪間の当接解除後、トルク制御により、電動モータのトルクを除荷することにより、現変速段のローラクラッチ係合を解除させる。しかしローラクラッチを解除した瞬間に、減速機の歯車のバックラッシュに起因する異音が生じる。
（２）トルク制御により、現変速段のローラクラッチ係合を解除後、回転数制御により、電動モータをシンクロさせる過程（電動モータの回転数を目標変速段の回転数に一致させるために電動モータの回転数を加減速させる動作の過程）において、シンクロ動作開始時および終了時に、減速機の歯車のバックラッシュに起因する異音が生じやすい。
（３）目標変速段の外輪の回転数を目標変速段の摩擦板の回転数より高く制御しているため、摩擦板と外輪が当接すると、滑り異音が生じやすい。 (摩擦板と２段変速機の第２シャフトは、ローラクラッチが非係合時に、同じ回転数で回転している)
（４）目標変速段のローラクラッチを係合させた後、トルク制御にて、トルク補間制御を行っている。しかしながら、1 回補間制御しか行ってないため、1 回補間制御終了時、現時点のアクセル信号をリアルタイムで導入することによって、1 回補間制御直後のトルク値と現時点のアクセル信号から導入したトルク値の差が大きくなると、減速機の歯車のバックラッシュに起因する異音とシャフト等の捩れショックトルクが生じやすい。
（５）アクセル操作のオン・オフによって、ローラクラッチ係合時にショックトルクと異音が生じやすい。アクセルを抜くと現変速段のローラクラッチの係合が解除される状態になる可能性がある。一旦、現変速段のローラクラッチの係合が解除された場合、再びアクセルを踏むと、ローラクラッチが再度正方向に素早く係合するので、係合ショックトルクと異音が生じやすい。
（６）アクセル信号と車速信号に基づき、自動変速の実行可否の判断を行う。車速の加減速度を自動変速の実行可否の判断条件としていないため、アクセルを頻繁に操作すると変速のハンチング現象（シフトアップとシフトダウン動作を頻繁に繰返し行う現象）が生じやすい。

この発明の目的は、目標変速段の摩擦板と外輪との接触完了の後、ローラクラッチのローラによる係合を行わせるときに、ローラが加速しながら急に楔状空間に進入して係合ショックと異音が生じることが防止でき、かつ目標変速段の摩擦板と外輪とを係合させるときの回転数差による変速ショックと異音発生が防止できる電気自動車の変速制御方法および変速制御装置を提供することである。

この発明の他の目的は、シンクロ動作開始時および終了時に、減速機の歯車のバックラッシュに起因する異音を減少させることである。
さらにこの発明の他の目的は、摩擦板と外輪が当接した状態での滑り異音が減少させることである。
さらにこの発明の他の目的は、減速機の歯車のバックラッシュに起因する異音の防止と共に、シャフト等の捩れショックトルクを低減させることである。
さらにこの発明の他の目的は、アクセル操作のオン−オフによって、ローラクラッチ係合時にショックトルクと異音が生じることを低減させることである。
さらにこの発明の他の目的は、アクセルを頻繁に操作しても変速のハンチング現象が生じ難いようにすることである。

この発明の電気自動車の自動変速制御方法は、制御対象となる電気自動車が、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢと、走行用の電動モータ３の出力軸であるモータ軸４に連結された入力軸７と前記各変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢとの間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂと、これら各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの断続の切換を行う変速比切換機構４０とを有する変速機５を備え、
前記各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂは、内輪１６Ａ，１６Ｂと外輪２３，２３間に設けられた各楔状空間Ｓにローラ２０が介在し、保持器２１Ａ，２１Ｂにより各ローラ２０を楔状空間の広がり部分に保持させることで切断状態となり、各ローラ２０が楔状空間Ｓの狭まり部分に係合することで接続状態となる構成であり、
前記変速比切換機構４０は、保持器２１Ａ，２１Ｂに連結されて回転する摩擦板３５Ａ，３５Ｂの外輪２３，２３への接触と離間とを変速切換アクチュエータ４７によるシフト部材４５の進退によって切り換える機構である、
電気自動車における変速制御方法において、次の第１〜第６ステップを含むことを特徴とする。

第１ステップは、アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する。この変速指令は、例えば変速ＥＣＵ６１が出す。上記の「定められた規則」は、任意に定めれば良い。
第２ステップは、前記変速指令に応答して前記変速切換アクチュエータ４７によりシフト部材４５を動作させ、現変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３，２３の当接を解除し、トルク制御により電動モータ３のトルクを除荷して現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除する。
第３ステップは、電動モータ３を回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３，２３と内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる。
第４ステップは、目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３，２３を当接させる。
第５ステップは、電動モータ３を回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂを係合させる。
第６ステップは、電動モータ３の制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータの３トルクを入力する。

この方法によると、第４ステップにおける目標変速段の摩擦板と外輪との接触の完了の後、第５ステップにおいてローラクラッチのローラによる係合を行わせるときに、回転数制御により電動モータを制御しながら係合させる。そのため、ローラを楔状空間の係合側へ緩やかに進入させることができて、係合ショックと異音が生じ難くなる。すなわち、目標変速段の摩擦板と外輪との接触の完了後に、前記提案例のようにトルク指令によりローラクラッチのローラによる係合を行わせようとすると、ローラが加速しながら急に楔状空間の係合側へ進入することになる。そのため係合ショックと異音が生じ易くなるが、回転数制御によると上記のような楔状空間へのローラの急な進入が防止できる。
また、第４ステップにおける目標変速段の摩擦板と外輪とを接触の前に、第３ステップにおいて、目標変速段のローラクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するように、電動モータの回転数を回転数制御により加速または減速させてシンクロ動作させる。そのため、ローラクラッチにおける内輪および保持器と共に回転する摩擦板と外輪の回転数差による変速ショックと異音の発生が防止できる。
このように、変速時の歯車間のバックラッシュに起因する異音の発生を防止し、且つ短時間で変速を可能とできる。

この発明方法において、前記第２ステップにおける、現変速段のローラクラッチの係合を解除するときに、シフト部材の動きにより、現変速段の摩擦板と外輪間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータのトルクを徐々に除荷するようにしても良い。これにより、歯車のバックラッシュに起因して生じる異音の発生を防ぐことができる。

この場合に、前記第２ステップにおける、シフト部材の動きにより、現変速段の摩擦板と外輪間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータのトルクを徐々に除荷する過程において、シフトアップ時は、変速切換えアクチュエータによりシフト部材を動かして現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除する過程で、電動モータのトルク値が、変速ＥＣＵ等に設定されたトルク閾値ＡNmを上回る場合、電動モータのトルクをトルク制御により前記トルク閾値ＡNmまで緩やかに除荷するのが良い。

また、前記第２ステップにおける、シフト部材の動きにより、現変速段の摩擦板と外輪間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータのトルクを徐々に除荷する過程において、シフトダウン時は、変速切換えアクチュエータによりシフト部材を動かし、現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除する過程で、電動モータのトルク値が、変速ECU などに事前に設定されたトルク閾値ＢNmを上回る場合、電動モータのトルクをトルク制御により前記トルク閾値ＢNmまで緩やかに除荷するのが良い。

この発明方法において、前記第３ステップである、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるステップにおいて、シンクロ開始および終了時に、電動モータの回転数の変化が定められた値よりも急激である場合、シンクロ動作を数段階に分けるのが良い。これにより、電動モータの急激な回転数の変化を抑え、歯車のバックラッシュに起因して生じる異音の発生を防ぐことがより効果的に行える。

この場合に、前記第３ステップにおける、シンクロ動作を数段階に分けて電動モータの急激な回転数の変化を抑える過程において、シフトアップ時は、次の段階１〜３を経て、電動モータの回転数を減少させながら、目標変速段の目標回転数に近づけるのが良い。
段階１：シンクロ時のトルク値を閾値Ａまで徐々に上げる。
段階２：前記閾値Ａに到達直後、シンクロのトルク値を閾値Ｂ（閾値Ｂ＞閾値Ａ）に上げる。
段階３：電動モータの回転数が目標変速段の目標回転数に接近したら、シンクロのトルク値を閾値Ｃ（閾値Ｃ＜閾値Ｂ）に下げ、閾値Ｃを保持のままでシンクロ動作を完了させる。

前記第３ステップにおける、シンクロ動作を数段階に分けて電動モータの急激な回転数の変化を抑える過程において、シフトダウン時は、次の段階１〜３を経て、電動モータの回転数を増加させながら、目標変速段の目標回転数に近づけるのが良い。
段階１：シンクロ時のトルク値を閾値Ａ’まで徐々にあげる。
段階２：閾値Ａ’に到達直後、シンクロのトルク値を一気に閾値Ｂ’（閾値Ｂ’＞閾値Ａ’) にあげる。
段階３：電動モータの回転数が目標変速段の目標回転数に接近したら、シンクロのトルク値を閾値Ｃ’（閾値Ｃ’＜閾値Ｂ’) に下げ、閾値Ｃ’を保持のままでシンクロ動作を完了させる。

この発明方法において、前記第４ステップである、目標変速段の摩擦板と外輪を当接させるステップで、目標変速段のローラクラッチ係合時に、目標変速段の外輪の回転数が目標変速段の摩擦板の回転数より高い場合、目標変速段の外輪と摩擦板の間で滑りが発生して異音が生じやすいため、目標変速段の外輪の回転数を目標変速段の摩擦板の回転数を等しい状態で、当接させるのが良い。これにより、目標変速段の外輪と摩擦板の間で滑りが発生して異音が生じことが防止される。

この発明方法おいて、前記第５ステップである、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させるステップで、目標変速段の摩擦板と外輪の当接完了後、回転数制御を数段階に分けて行うのが良い。これにより、ローラクラッチが係合するまでの時間を短縮させることができる。

この場合に、前記第５ステップで、回転数制御を数段階に分けて行うことにおいて、１段階は、一定時間内は電動モータの回転数を閾値ａまで上げ、２段階は、電動モータの回転数を閾値ｂまで下げ、目標変速段のローラクラッチが係合するまで閾値ｂで電動モータを回転数制御により制御し続けるのが良い。

この発明方法において、前記第６ステップである、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させるステップで、トルク制御へ切換時に、目標変速段のローラクラッチ係合後、回転数制御終了時の入力トルクと、実際のアクセル開度信号による入力トルクを補間制御するのが良い。
これにより、急激なトルクが入力されて、歯車のバックラッシュに起因する異音、およびショックトルクの発生を防ぐことができる。

この場合に、前記第６ステップにおける、目標変速段のローラクラッチ係合後、回転数制御終了時の入力トルクと、実際のアクセル開度信号による入力トルクを補間制御することにおいて、トルクの補間は１回だけでなくｎ回行い（ｎ＞１）、アクセル開度信号との差を縮めていく過程で差がある閾値以内に収まると、補間制御も完了させるのが良い。

この発明方法において、次のクリープ制御を行っても良い。すなわち、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材の位置の信号に基づき、変速ＥＣＵ等に設定されたトルク閾値までトルク制御にて徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させる。これにより、発進、後退時のローラ係合ショックトルクと異音の発生が抑制される。

この場合に、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材の位置の信号に基づき、変速ＥＣＵ等に設定されたトルク閾値までトルク制御により徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させることにおいて、前記シフト部材の位置がドライブレンジの場合、変速ＥＣＵ等に設定されたトルク閾値まで、トルク制御により徐々にトルク値を増加させ、ローラクラッチを駆動側楔空間に係合させるのが良い。これにより、より確実に車両のクリープ制御ができる。

この場合に、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材の位置の信号に基づき、変速ＥＣＵ等に設定されたトルク閾値までトルク制御にて徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させることにおいて、前記シフト部材の位置がリバースレンジの場合、変速ＥＣＵ等に設定されたトルク閾値まで、トルク制御にて徐々にトルク値を増加させ、ローラクラッチを非駆動側楔空間に係合させるのが良い。

この発明方法において、ドライブレンジで走行時、アクセル開度信号がトルク閾値を下回る場合、トルク閾値で電動モータを駆動することで、常にローラを駆動側楔空間に係合させるのが良い。これにより、ショックトルクと異音の発生を抑えることができる。

この発明方法において、リバースレンジで走行時、アクセル開度信号がトルク閾値を下回る場合、トルク閾値で電動モータを駆動することで、常にローラを非駆動側楔空間に係合させるのが良い。これにより、ショックトルクと異音の発生を抑えることができる。

この発明方法は、車両の前輪もしくは後輪の一方、もしくは両方を、前記電気モータで駆動する電気自動車に適用しても良い。
また、この発明方法は、エンジンにより車両の前輪もしくは後輪の一方を駆動し、前記電動モータより他の車輪を駆動する電気自動車に適用しても良い。

この発明の電気自動車の自動変速制御装置は、制御対象となる電気自動車が、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢと、走行用の電動モータ３の出力軸であるモータ軸４に連結された入力軸７と前記各変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢとの間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂと、これら各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの断続の切換を行う変速比切換機構４０とを有する変速機５を備え、
前記各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂは、内輪１６Ａ，１６Ｂと外輪２３，２３間に設けられた各楔状空間Ｓにローラ２０が介在し、保持器２１Ａ，２１Ｂにより各ローラ２０を楔状空間の広がり部分に保持させることで切断状態となり、各ローラ２０が楔状空間Ｓの狭まり部分に係合することで接続状態となる構成であり、
前記変速比切換機構４０は、保持器２１Ａ，２１Ｂに連結されて回転する摩擦板３５Ａ，３５Ｂの外輪２３，２３への接触と離間とを変速切換アクチュエータ４７によるシフト部材４５の進退によって切り換える機構である、
電気自動車における変速制御装置であって、次の変速指令生成手段８１、現変速段クラッチ解除手段８２、シンクロ制御手段８３、目標変速段当接制御手段８４、目標変速段クラッチ解除手段８５、および回転数・トルク制御切換手段８６を備えることを特徴とする。

変速指令生成手段８１は、アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する。この変速指令は変速ＥＣＵ６１等が出す。
現変速段クラッチ解除手段８２は、前記変速指令に応答して前記変速切換アクチュエータ４７によりシフト部材４５を動作させ、現変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３，２３の当接を解除し、トルク制御により電動モータ３のトルクを除荷して現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除する。
シンクロ制御手段８３は、電動モータ３を回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３，２３と内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる。
目標変速段当接制御手段８４は、目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３，２３を当接させる。
目標変速段クラッチ解除手段８５は、電動モータ３を回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１７Ｂを係合させる。
回転数・トルク制御切換手段８６は、電動モータ３の制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータ３のトルクを入力する。

この構成の自動変速制御装置によると、この発明の自動変速制御方法につき説明したと同様に、変速時の歯車間のバックラッシュに起因する異音の発生を防止し、且つ短時間で変速を可能になる。

この構成の場合に、前記現変速段クラッチ解除手段は、現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除するときに、前記シフト部材４５の動きにより、現変速段の摩擦板３５ａ，３５Ｂと外輪２３，２３間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータ３のトルクを徐々に除荷しても良い。
これにより、歯車のバックラッシュに起因して生じる異音の発生を防ぐことができる。

この発明装置において、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材４５の位置の信号に基づき、変速ＥＣＵ６１等に設定されたトルク閾値までトルク制御にて徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させる電源起動・停車時制御手段８７を設けても良い。これにより、発進、後退時のローラ係合ショックトルクと異音の発生を抑制することができる。

この発明装置において、前記電動モータ３を制御するインバータ装置６２が、トルク指令によってベクトル制御およびフィードバック制御によるトルク制御を行うトルク制御部７４と、速度指令によってベクトル制御およびフィードバック制御による回転数制御を行う速度制御部７３とを有し、前記シンクロ制御手段８３および前記目標変速段クラッチ解除手段８５による回転数制御は、前記シンクロ制御手段８３および目標変速段クラッチ解除手段８５から前記インバータ装置６２の前記速度制御部に回転数の指令を与え、前記速度制御部に回転数制御を行わせるようにしても良い。

この発明の電気自動車の自動変速制御方法は、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のローラクラッチと、これら各ローラクラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、前記各ローラクラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間にローラが介在し、各ローラが楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器により各ローラを楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成であり、前記変速比切換機構は、保持器に連結されて回転する摩擦板の外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータによるシフト部材の進退によって切り換える機構である、電気自動車における変速制御方法において、
アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する第１ステップと、前記変速指令に応答して前記変速切換アクチュエータによりシフト部材を動作させ、現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除し、トルク制御により電動モータのトルクを除荷して現変速段のローラクラッチの係合を解除する第２ステップと、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせる第３ステップと、目標変速段の摩擦板と外輪を当接させる第４ステップと、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させる第５ステップと、電動モータの制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータのトルクを入力する第６ステップとを含むため、目標変速段の摩擦板と外輪との接触完了の後、ローラクラッチのローラによる係合を行わせるときに、ローラが加速しながら急に楔状空間に進入して係合係合ショックと異音が生じることが防止でき、かつ目標変速段の摩擦板と外輪とを係合させるときの回転数差による変速ショックと異音発生が防止できる。

この発明の電気自動車の自動変速制御装置は、制御対象となる電気自動車が、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のローラクラッチと、これら各ローラクラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、前記各ローラクラッチは、内輪と外輪間に設けられた各楔状空間にローラが介在し、保持器により各ローラを楔状空間の広がり部分に保持させることで切断状態となり、各ローラが楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となる構成であり、前記変速比切換機構は、保持器に連結されて回転する摩擦板の外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータによるシフト部材の進退によって切り換える機構である、電気自動車における変速制御装置であって、
アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する変速指令生成手段と、前記変速指令に応答して前記変速切換アクチュエータによりシフト部材を動作させ、現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除し、トルク制御により電動モータのトルクを除荷して現変速段のローラクラッチの係合を解除する現変速段クラッチ解除手段と、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ制御手段と、目標変速段の摩擦板と外輪を当接させる目標変速段当接制御手段と、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させる目標変速段クラッチ解除手段と、電動モータの制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータのトルクを入力する回転数・トルク制御切換手段とを備えるため、目標変速段の摩擦板と外輪との接触完了の後、ローラクラッチのローラによる係合を行わせるときに、ローラが加速しながら急に楔状空間に進入して係合係合ショックと異音が生じることが防止でき、かつ目標変速段の摩擦板と外輪とを係合させるときの回転数差による変速ショックと異音発生が防止できる。

この発明の一実施形態に係る変速制御方法を適用する電気自動車の概略図である。 同実施形態に係る変速制御方法を適用するハイブリッド車の概略である。 図１，図２に示す車両の車両用モータ駆動装置の断面図である。 同車両用モータ駆動装置の減速比切換機構の断面図である。 同車両用モータ駆動装置を制御する変速制御システムの概略ブロック図である。 同車両用モータ駆動装置のインバータ装置の構成図である。 同電気自動車のレバー操作パネルの説明図である。 同変速制御方法におけるレバー操作に伴うクリープ制御のフローチャートである。 同変速制御方法におけるトルク閾値とトルクの時間変化との関係の一例を示す説明図である。 同自動変速制御方法における自動変速線図である。 同自動変速制御方法におけるシフトアップ自動変速線マップの構成図である。 同自動変速制御方法におけるシフトダウン自動変速線マップの構成図である。 同自動変速制御方法における自動変速判断のフローチャートである。 同自動変速制御方法の概要を示すフローチャートである。 同車両用モータ駆動装置のインバータ制御装置のブロック図である。 同電気自動車における車両用モータ駆動装置の変速制御装置の概念構成を示すブロック図である。 図４の一部の拡大断面図である。 図４のXVIII -XVIII線に沿った断面図である。 図４のXIX-XIX 線に沿った断面図である。 図４のXX-XX 線に沿った断面図である。 同車両用モータ駆動装置のシフト機構を示す断面図である。 図４の減速比切換機構におけるローラクラッチ等の分解斜視図である。

以下、この発明の実施形態にかかる電気自動車の変速制御方法を説明する。図１は、左右一対の前輪１を車両用モータ駆動装置Ａで駆動される駆動輪とし、左右一対の後輪２を従動輪とした電気自動車ＥＶを示す。

図２は、左右一対の前輪１をエンジンＥによって駆動される主駆動輪とし、左右一対の後輪２を車両用モータ駆動装置Ａで駆動される補助駆動輪としたハイブリッド自動車ＨＶを示す。ハイブリッド自動車ＨＶには、エンジンＥの回転を変速するトランスミッションＴと、トランスミッションＴから出力された回転を左右の前輪１に分配するディファレンシャルＤとが設けられている。この実施形態の変速制御方法および変速制御装置は、図１，図２の車両用モータ駆動装置Ａに適用される。

図３に示すように、車両用モータ駆動装置Ａは、走行用の電動モータ３と、電動モータ３の出力軸４の回転を変速して出力する変速機５と、その変速機５から出力された回転を図１に示す電気自動車ＥＶの左右一対の前輪１に分配し、または、図２に示すハイブリッド車の左右一対の後輪２に分配するディファレンシャル６とを有する。

変速機５は、変速段数が２段であって、図３に示すように、互いに変速比が異なる複数（この例では２列）の変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢと、電動モータ３の出力軸であるモータ軸４に連結された入力軸７と前記各変速段のギヤ列ＬＡ，ＬＢにそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂと、これら各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの断続の切換を行う変速比切換機構４０とを有する。

変速機５および変速比切換機構４０については、ここでは変速制御方法・装置の理解に必要な範囲で簡単に説明し、変速制御方法・装置の説明の後に、詳細に説明する。

変速機５は、モータ軸４の回転が入力される入力軸７と、入力軸７に対して間隔をおいて平行に配置された出力軸８と、上記各ギヤ列ＬＡ，ＬＢとを有する平行軸常時噛合型変速機である。１速ギヤ列ＬＡの入力ギヤ９Ａおよび２速ギヤ列ＬＢの入力ギヤ９Ｂが入力軸に一体に設けられ、１速ギヤ列ＬＡの出力ギヤ１０Ａおよび２速ギヤ列ＬＢの出力ギヤ１０Ｂが出力軸８の外周に回転自在に設置されている。これら各出力ギヤ１０Ａ，１０Ｂと出力軸８の間に、前記ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂが介在させてある。

各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂは、図１７に示す２速のローラクラッチ１６Ｂの例で説明するように、外周面が多角形状とされた内輪１８Ｂの外周の平面状の各カム面１９と外輪２３の内周の円筒面間に設けられた各楔状空間Ｓにローラ２０が介在する。楔状空間Ｓは、円周方向の両側が狭まり、円周方向の中央が広がり部分となる。各ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂは、各ローラ２０が楔状空間Ｓの狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器２１Ｂにより各ローラ２０を楔状空間Ｓの広がり部分に位置させることで切断状態となる構成である。

外輪２３は、外周部が前記出力ギヤ１０Ａ，１０Ｂとされている。内輪１８Ａ，１８Ｂは、スプライン等により出力軸８に対して相対回転不能に設けられる。円滑な相対回転、つまり空転を可能とするため、外輪２３を構成する出力ギヤ１０Ａ，１０Ｂと内輪１８Ａ，１８Ｂとの間には、ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂ以外に軸受１５（図３，図４）が設けられる。

変速比切換機構４０は、図４に示すように、ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの保持器２１Ａ，２１Ｂに連結されて回転する環状の摩擦板３５Ａ，３５Ｂの外輪２３への接触と離間とを変速切換アクチュエータ４７による、シフト部材であるシフトフォーク４５の進退によって切り換える機構である。シフト機構４１は、変速比切換機構４０のうちの、摩擦板３５Ａ，３５Ｂを動作される機構部分であり、変速切換アクチュエータ４７とシフトフォーク４５により構成される。

変速切換アクチュエータ４７は、シフト用の電動モータであり、その出力軸４７ａの回転を、送りねじ機構４８によりシフトロッド４６の直動運動に変換し、シフトロッド４６に取り付けたシフトフォーク４５を軸方向に移動させる。シフトフォーク４５の移動により、シフトスリーブ４３およびシフトリング３４が移動する。シフトリング３４が摩擦板３５Ａ，３５Ｂを、クラック外輪２３（出力ギヤ１０Ａ，１０Ｂ）の側面に押し付ける。これにより、カム面付きの内輪１８Ａ，１８Ｂと外輪２３とが相対回転する場合に、摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３との間に摩擦力（トルク）が作用し、保持器２１Ａ，２１Ｂを介してローラ２０を楔状空間Ｓの狭まり部分に押し込むことができる。

なお、保持器２１Ａ，２１Ｂは内輪１８Ａ，１８Ｂに対して回転自在であるが、スイッチばね２２Ａ，２２Ｂ（図１６，図１８）により、内輪１８Ａ，１８Ｂのカム面１９（図１７）の中央、つまり楔状空間Ｓの広がり部分である中立位置とポケット２１ａの円周方向中央とが一致するように付勢される。摩擦板３５Ａ，３５Ｂは、上記スイッチばね２２Ａ，２２Ｂにより、保持器２１Ａ，２１Ｂと共に回転可能なように連結されている。

図５は、車両用モータ駆動装置Ａを制御する制御システムを示すブロック図である。この制御システムは、統合ＥＣＵ６０、変速ＥＣＵ６１、およびインバータ装置６２を有する。統合ＥＣＵ６０、変速ＥＣＵ６１、およびインバータ装置６２の３者間の信号転送はＣＡＮ通信（コントローラー・エリア・ネットワーク）で行われる。

統合ＥＣＵ６０は、車載全ての電子制御装置間の協調制御を行う電子制御装置であり、アクセルペダル６３のアクセル開度センサ６３ａ、ブレーキペダル９１のブレーキ開度センサ９１ａ、ステアリングホイール９２の操舵角センサ９２ａ、変速段を手動で切り替えるシフトレバー９３のレバー位置センサ９３ａに接続されている。統合ＥＣＵ６０は、これらアクセル開度センサ６３ａ、ブレーキ開度センサ９１ａ、操舵角センサ９２ａ、レバー位置センサ９３ａの検出したアクセル開度信号、ブレーキ開度信号、操舵角信号、およびレバー位置信号を、変速ＥＣＵ６１に送信する機能、並びにこれらの４種の信号および他の各種のセンサ等の信号によって前記協調制御を行う機能を備える。

変速ＥＣＵ６１は、ＥＣＵ６０から送信された各種信号や、直接に変速ＥＣＵ６１に入力された各種信号により、自動変速の制御を行う電子制御装置であり、各種入力信号に基づいて変速判断を行ない、変速機５の変速切換アクチュエータ４７とインバータ装置６２に指令を出す。

変速ＥＣＵ６１は、次の各機能（１）〜（８）を備える。
（１）車速度センサ９４および加速度センサ９５から、車速と車両の加減速度の検出信号を受け、統合ＥＣＵ６０からアクセル開度信号を受け取り、自動変速の判断を行う。
（２）急ブレーキと判断した場合は、自動変速を行わない。
（３）急ハンドルと判断した場合は、自動変速を行わない。
（４）統合ＥＣＵ６０からシフトレバー９３の位置信号を受け取り、電動モータのクリープ制御を実施する。

（５）運転者により操作される第１〜第３の操作スイッチ９６〜９８の操作に応じた制御を行う。
第１の操作スイッチ９６：自動／手動変速の切換用トグルスイッチである。
第２の操作スイッチ９７：タクトスイッチであり、上記の第１の操作スイッチ９６が手動変速で設定された場合のみ、有効とする。第２の操作スイッチ９７を押すと、シフトアップ変速が実施される。
第３の操作スイッチ９８：タクトスイッチであり、上記の第１の操作スイッチ９６が手動変速で設定された場合のみ、有効とする。第３の操作スイッチ９８を押すと、シフトダウン変速が実施される。

（６）表示部９９へ、車速、電動モータ回転数、トルク指令値等を表示させる。表示部９９は、液晶表示装置等の画像を表示する装置、または指針で表示する装置である。
（７）変速切替アクチュエータ４７のシフト位置を、変速機５に付けられたシフト位置センサ６８から検出する機能とインバータから電動モータ３の回転数を取得する機能を備える。
（８）インバータ装置６２にトルク指令または回転数指令と変速指令を送信する機能、および変速機５に付けられた変速切替アクチュエータ４７を駆動する機能を備える。

変速ＥＣＵ６１には、自動変速モードと手動変速モードの変速モードがプログラムされており、自動変速モードと手動変速モードは、運転者による前記第１の操作スイッチ９６の操作によって切り替えられる。
この実施形態の変速制御方法および変速制御装置は、変速ＥＣＵ６１による自動変速モードにおける制御に係る。変速ＥＣＵ６１は、図１６に示す各種の機能達成手段（８１〜８７）を有しているが、これらの手段については後に説明する。

図５において、インバータ装置６２は、バッテリ６９から直流電力が供給されて、電動モータ３に交流のモータ駆動電力を供給するとともに、その供給電力を変速ＥＣＵ６１からの信号に基づいて制御する。インバータ装置６２には、電動モータ３に設けられた回転検出装置であるレゾルバ６６から、電動モータ３の回転数を示す信号が入力される。

インバータ装置６２は、電動モータ３を駆動する機能、およびレゾルバ６６から電動モータ３の回転角信号を得る機能を備える。インバータ装置６２は、図６に示すように、ＩＧＢＴモジュールからなるインバータ７１と、このインバータ７１を制御するインバータ制御回路７２とで構成される。インバータ７１と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の上側アームスイッチング素子Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の下側アームスイッチング素子Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎの接続点に電動モータ３の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の端子を接続したものである。インバータ７１には、３相１８０度通電型（正弦波通電）の交流電力を出力するように、インバータ制御回路７２から各スイッチング素子Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐ，Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎに開閉指令が与えられる。

電動モータ３は、３相の正弦波通電により、転流を行っている。電動モータ３は、ＩＰＭモータ（埋込永久磁石同期モータ）である。ＩＰＭ電動モータ３の駆動のためには大電流が必要であり、インバータ７１内の前記各スイッチング素子には、ＩＧＢＴ (Insulated Gate Bipolar Transistor)が使用されている。低騒音、高効率、高トルク等の要求に対して、上記のように、ＩＰＭ電動モータ３の駆動方式は１８０度通電型（正弦波通電) が使用される。

図７は、シフトレバー操作パネル７５の構成を示す。運転手がシフトレバー９３を手動操作することによって、周知の例と同様に、Ｐ（パーキング）、Ｒ（リバース）、Ｎ（ニュートラル）、Ｄ（ドライブ）、２速（セカンド）、１速（ロウ）の各レンジを切り換えることができる。シフトレバー操作パネル７５は、このように切り換えられるどのレンジに現在あるかを示す表示装置である。シフトレバー操作パネル７５におけるレンジ選択情報は統合ＥＣＵ６０に入力される。１速レンジは１速段状態である。なお、シフトレバー操作パネル７５は、タッチパネル形式の入力手段を兼ねて、シフトレバー９３に代えて運転者により操作される操作手段としても良い。

図８は、クリープ制御を実施するフローチャートを示す。このフローチャートは、車両起動時および停止時のシフトレバー操作に伴い、クリープ制御を実施する処理の流れを示す。
同図の制御流れの説明の前に、このクリープ制御の解決課題を説明する。アクセル操作のオン・オフによって、ローラクラッチ係合時にショックトルクと異音が生じ易い。アクセルを抜くと現変速段のローラクラッチの係合が解除される状態になる可能性がある。一旦、現変速段のローラクラッチの係合が解除された場合、再びアクセルを踏むと、ローラクラッチが再度正方向に素早く係合するので、係合ショックトルクと異音が生じ易い。

このフローチャート実行手順を説明する。
第１ステップ：Ｒレンジかどうかの判断を一定時間以内（例えば０．５秒) に行う（Ｒ１，Ｒ２）。
Ｒ１の判断でＹＥＳの場合：トルク指令値を閾値Ａまで徐々に増加させ（Ｒ３）、閾値Ａに達したら、リアルタイムでアクセル信号Ｔを導入し、電動モータ３をトルク制御により駆動させる。電動モータ３のｑ軸電流（トルク成分）の方向は負であることを特徴とする。アクセル開度信号Ｔが閾値Ａを下回った場合、Ｔ＝閾値Ａとして使用される（Ｒ４）。

Ｒ１の判断でＮＯの場合：第２ステップ（Ｒ５）へジャンプする。
第２ステップ：Ｄ，２速，および１速レンジのいずかであるかどうかの判断を０．５秒間以内に行う（Ｒ５，Ｒ６）。
Ｒ５の判断でＹＥＳの場合：トルク指令値を閾値Ａまで徐々に増加させ（Ｒ３）、閾値Ａに達したら、リアルタイムでアクセル開度信号Ｔを導入し、電動モータ３をトルク制御により駆動させる。電動モータのｑ軸電流（トルク成分）の方向は正であることを特徴とする。アクセル開度信号Ｔが閾値Ａを下回った場合は、Ｔ＝閾値Ａとして使用される（Ｒ４）。

Ｒ５の判断でＮＯの場合：第３ステップ（Ｒ７）へジャンプする。
第３ステップ：ＰおよびＮレンジのいずれかであるかどうかの判断を瞬時に行う（Ｒ
７。
Ｒ７でＹＥＳの場合：トルク指令値をゼロに設定し、トルク制御を行う（Ｒ８）。
Ｒ７でＮＯの場合：フローチャートをリターンさせる。

このようにクリープ制御を行うことで、起動時および停止時のシフトレバー操作に伴う、係合ショックトルクと異音が低減できる。

なお、図９は、変則制御に用いる各トルク閾値と各時刻におけるトルクとの関係例を示すグラフである。

図１０は、自動変速線図を示す。実線はシフトアップ線、破線はシフトダウン線である。横軸を車速、縦軸をアクセル開度として表される。
アクセルペダルを一杯に踏み込むと、シフトダウン変速され所要の加速力が得られる。このようにアクセルペダルを全開付近まで踏込むことにより、強制的にシフトダウン変速することをキックダウンという。図１０のキックダウン域がそれに当たる。

図１１は、シフトアップ自動変速線マップ構成を示す。変速ＥＣＵ６１（図５）のＲＯＭ等のメモリに、図１１の変速線マップのデータが格納されている。図１１の変速線図より、現在の変速段のシフトアップの変速線マップを参照することで、現在の車速よりスロットル開度を算出し、現在のスロットル開度との比較および車の加減速度によりシフトアップ変速が実行される。

図１２は、シフトダウン自動変速線マップ構成を示す。変速ＥＣＵ６１（図５）のＲＯＭ等のメモリに、図１２の変速線マップのデータが格納されている。図１２の変速線図より、現在の変速段のシフトダウンの変速線マップを参照することで、現在の車速よりスロットル開度を算出し、現在のスロットル開度との比較および車の加減速度によりシフトダウン変速が実行される。

図１３は、自動変速判断フローチャートを示す。図７のＤレンジ走行時に、自動変速判断を行う。自動変速の実行可否の判断を、次の３パターンで行う。
パターン１：車両加速でシフトアップ線を左から右へ跨ぐ時に、シフトアップ変速をする（Ｑ１，Ｑ４，Ｑ５）。
パターン２：車両減速でシフトダウン線を右から左へ跨ぐ時に、シフトダウン変速をする（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ６，Ｑ７）。
パターン３：シフトダウン線を下から上へ跨ぐ時（キックダウン時) に、シフトダウン変速をする( キックダウンという) （Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ７）。

自動変速を行わない領域に関しては、手動の操作によって、変速可能である。
上記のように自動変速判断を工夫するに至った課題を説明する。従来のアクセル信号と車速信号だけに基づき、自動変速の実行可否の判断を行うアルゴリズムでは、車両の加減速度を自動変速の実行可否の判断条件として使用していないため、アクセルを頻繁に操作すると、変速のハンチング現象が生じることである。上記の自動変速判断によると、このような変速のハンチング現象が回避できる。

図１４は、変速制御方法の概要を示すフローチャートである。実行手順を説明する。
第１ステップ（Ｓ１）：アクセル開度、車速、車両の加減速度を検出して、変速ＥＣＵ６１が変速指令を出す。
第２ステップ（Ｓ２）：変速切換アクチュエータ４７により、シフトフォーク４５を動作させ、現変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３の当接を解除すると同時に、トルク制御により、電動モータ３のトルクを除荷して現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除する。

前述の提案例の技術では、変速機の現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除後、トルク制御により、電動モータのトルクを除荷することにより、現変速段のローラクラッチの係合を解除していた。しかしローラクラッチの係合を解除した瞬間に、減速機の歯車のバックラッシュに起因する異音が生じやすかった。
この実施形態では、その解決方法として、変速切換アクチュエータ４７を動作させ、現変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３の当接を解除すると同時に、トルク制御により、電動モータ３のトルクを除荷するようにしている。これにより、減速機５の歯車のバックラッシュに起因する異音の発生が低減する。

第２ステップ（Ｓ２）において、シフトアップの変速切換動作では、変速機５の変速切換アクチュエータ４７により、シフトフォーク４５を動かして、現変速段の摩擦板３５Ａと外輪２３の当接を解除させる過程で、電動モータ３のトルク値が変速ＥＣＵ６１に事前に設定されたトルク閾値（０Nm）を上回る場合、電動モータ３のトルクをトルク制御により０Nmまで徐々に除荷する。また、電動モータ３のトルク値が０Nmの場合、電動モータ３のトルクを除荷する必要はなく、現変速段の摩擦板３５Ａと外輪２３間の当接を解除した時点で現変速段のローラクラッチ１６Ａの係合は解除される。

または、シフトアップの変速切換動作において、変速機５の変速切換アクチュエータ４７により、シフトフォーク４５を動かして、現変速段の摩擦板３５Ａと外輪２３の当接を解除させる過程で、電動モータ３のトルク値が変速ＥＣＵ６１事前に設定されたトルク閾値を上回る場合は、電動モータ３のトルクをトルク制御により設定されたトルク閾値（＞０Nm）まで徐々に除荷する。また、電動モータ３のトルクが設定された閾値（＞０Nm）を下回る場合は、電動モータ３のトルクを除荷しない。これらの場合、現変速段の摩擦板３５Ａと外輪２３の当接を解除した時点で現変速段のローラクラッチ１６Ａの係合は解除されず、電動モータ３をシンクロさせる過程（第３ステップ) で、現変速段のローラクラッチ１６Ａを解除することになる。

シフトダウンの変速切換動作において、変速機５の変速切換アクチュエータ４７により、シフトフォーク４５を動かして、現変速段の摩擦板３５Ｂと外輪２３間の当接を解除させる過程で、電動モータ３のトルクが変速ＥＣＵ６１に事前に設定されたトルク閾値（＞０Nm）を上回る場合は、電動モータ３のトルクをトルク制御により０Nmまで徐々に除荷する。電動モータ３のトルク値が０Nmの場合は、電動モータ３のトルクを除荷する必要はなく、現変速段の摩擦板３５Ｂと外輪２３の当接を解除した時点で現変速段のローラクラッチ１６Ｂの係合は解除される。

第３ステップ：目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３と内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数を同期させ（シンクロ動作）、電動モータ３の回転数を回転数制御により加速もしくは減速させる。

前述の提案例の技術では、回転数制御により、目標変速段のローラクラッチを係合させるため、変速ＥＣＵは目標変速段の外輪の回転数が目標変速段の摩擦板の回転数より高く設定している。それにより、摩擦板と外輪を当接させると、目標変速段の外輪と摩擦板の間で滑り、異音が生じる。
この実施形態では、その解決方法として、滑り異音を低減させるため、変速ＥＣＵ６１目標変速段の外輪２３の回転数を目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂの回転数と同じに設定して、電動モータ３を駆動せる。

また、前述の提案例の技術では、回転数制御により、電動モータをシンクロさせる過程において、シンクロ動作開始および終了の急激な回転数変動時に、減速機の歯車のバックラッシュに起因する異音が生じやすかった。
この実施形態では、その解決方法として、電動モータの回転数制御を、３段階に分けてシンクロさせる。

シフトアップの変速切換動作では、回転数制御により、電動モータ３の回転数を減少させて、目標変速段の目標回転数に近づけていく。目標変速段の目標回転数まで到達する間、電動モータ３のｑ軸電流（トルク成分）の方向は負である。
段階１：シンクロ時のトルク値を閾値Ａまで徐々にあげる。
段階２：閾値Ａに到達直後に、シンクロのトルク値を閾値Ｂ（閾値Ｂ＞閾値Ａ）にあげる。
段階３：電動モータ３の回転数が目標変速段の目標回転数に接近したら、シンクロのトルク値を閾値Ｃ（閾値Ｃ＜閾値Ｂ）に下げ、閾値Ｃに保持したままでシンクロ動作を完了させる。

シフトダウンの変速切換動作では、回転数制御により、電動モータ３の回転数を増加させて、目標変速段の目標回転数に近づけていく。目標変速段の目標回転数まで到達する間、電動モータのｑ軸電流（トルク成分）の方向は正である。
段階１：シンクロ時のトルク値を閾値Ａ’まで徐々にあげる。
段階２：閾値Ａ’に到達直後、シンクロのトルク値を閾値Ｂ’（閾値Ｂ’＞閾値Ａ’）にあげる。
段階３：電動モータ３の回転数が目標変速段の目標回転数に接近したら、シンクロのトルク値を閾値Ｃ’（閾値Ｃ’＜閾値Ｂ’）に下げ、閾値Ｃ’に保持したままでシンクロ動作を完了させる。

第４ステップ：変速切換アクチュエータ４７によりシフトフォーク４５を動作させ、目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪を当接させる。

第５ステップ：２段階に分けた回転数制御を行い、電動モータ３を回転数制御しながらローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂを係合させる。
２段階に分けた回転数制御により、電動モータ３を駆動する。第１段階は、大きな差回転数と制限電流を設定し、第２段階は小さな差回転数と制限電流を設定する。それによって、ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合時間を短縮しながらショックトルクと異音を生じないクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合が可能となる。

シフトアップの変速切換動作では、次のように行う。
段階１：回転数制御を行う時間、制限電流と目標回転数（閾値ａ）を変速ＥＣＵ６１内に設定する。目標回転数を閾値ａとして、電動モータ３を設定された時間内で回転数制御により制御する。
段階２：回転数制御を行う制限電流、目標回転数（閾値ｂ）を変速ＥＣＵ６１内に設定する。閾値ｂを目標回転数として、電動モータを目標変速段のローラクラッチ１６Ｂが係合するまで回転数制御により制御し続ける。

シフトダウンの変速切換動作では、次のように行う。
段階１：回転数制御を行う時間、制限電流と目標回転数（閾値ａ’）を変速ＥＣＵ６１内に設定する。目標回転数を閾値ａ’として、電動モータ３を設定された時間内で回転数制御にて制御する。
段階２：回転数制御を行う制限電流、目標回転数（閾値ｂ’）を変速ＥＣＵ６１内に設定する。閾値ｂ’を目標回転数として、電動モータ３を目標変速段のローラクラッチ１６Ａが係合するまで電動モータ３を回転数制御により制御し続ける。

第６ステップ：電動モータ３の制御を回転数制御からトルク制御に切り換えて、電動モータ３のトルク値をｎ回補間制御により与える。
前述の提案例の技術では、目標変速段のローラクラッチを係合させた後、トルク制御にて、トルク補間制御を行う。補間制御を1 回補間しか行ってないため、1 回補間制御終了時、現時点のアクセル信号をリアルタイムで導入することによって、1 回補間制御直後のトルク値と現時点のアクセル信号から導入したトルク値の差が大きくなると、減速機の歯車のバックラッシュに起因する異音とシャフト等の捩れショックが生じやすい。
この実施形態では、その解決方法として、目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂを係合させた後、トルク制御にて、トルク補間制御を行う。補間制御はｎ回補間であるため、補間値がアクセル開度の信号を常に追跡することできる。補間値はアクセル開度の信号との誤差を縮めていく追跡過程の中、誤差がある閾値以内に成ったら、追跡動作を完了させ、ｎ回補間制御も完了させる。減速機５の歯車のバックラッシュに起因する異音とシャフト等の捩れショックが生じ難い。

図１５は、電動モータ３と、インバータトルク制御、インバータ回転数制御のブロック図を示す。このインバータ制御回路７２は、トルク制御と回転数制御とに切り換えて制御可能としてあり、トルク制御と回転数制御とも、フィードバック制御で、かつベクトル制御である。変速時はトルク制御と回転数制御とを行い、変速時以外のときはトルク制御を行う。

アクセル信号と電動モータ回転数に応じて、最大トルク制御テーブルから、相応なトルク指令値を算出する。算出されたトルク指令値に基づき、電動モータの相電流(Ia)と電流位相角( β) の指令値を生成する。 Ia とβの値に基づき、d 軸電流( 界磁成分)O＿Idとq 軸電流( トルク成分)O＿Iqに分けて電流のベクトル制御およびフィードバック制御を行う。

同図のインバータ制御回路７２の構成を、トルク制御方法の概要と共に説明する。
制御回路７２は、アクセル信号（トルク指令）と電動モータ回転数を取得して、電流指令部１０１で電流指令値を作成する。電流指令部１０１には、トルク制御時は、アクセル信号から変速ＥＣＵ６１のトルク指令部１１０で生成されたトルク指令が入力される。なお、図１５における変速ＥＣＵ６１のトルク指令部１１０および速度指令部１０６は、変速ＥＣＵ６１の構成要素のうち、トルク指令および速度指令を出力する手段を総称して示している。

電流指令部１０１は、このトルク指令と、レゾルバ６６で検出された電動モータ回転数とから、定められた規則に従って電流指令値を作り出す。具体的には、アクセル信号（トルク指令）と電動モータ回転数に応じて、変速ＥＣＵ６１またはインバータ制御回路７２に設けられた最大トルク制御テーブル（図示せず）を参照し、相応なトルク指令値を算出する。算出されたトルク指令値に基づき、電動モータ３の相電流（Ｉａ）と電流位相角（β）の指令値を生成する。これら相電流Ｉａと電流位相角βの指令値に基づき、ｄ軸電流（界磁成分）Ｏ＿Ｉｄと、ｑ軸電流（トルク成分）Ｏ＿Ｉｑに分けて電流のベクトル制御およびフィードバック制御を行う。
O_Id = Ia * sinβ
O_Iq = Ia * csoβ

電流ＰＩ制御部１０２は、電流指令部１０１から出力されたｄ軸電流Ｏ＿Ｉｄ、ｑ軸電流Ｏ＿Ｉｑの値と、モータ電流および回転子角度から３相・２相変換部１０４で計算された２相電流Ｉｄ，Ｉｑとから、ＰＩ制御による電圧値による制御量Ｖｄ，Ｖｑを算出する。前記３相・２相変換部１０４では、電流センサ１０５で検出される電動モータのｕ相電流（Ｉｕ）とｗ相電流（Ｉｗ）の検出値から、次式、Ｉｖ＝- （Ｉｕ＋Ｉｗ）、で求められるｖ相電流（Ｉｖ）を算出し、Ｉｕ，Ｉｖ，１ｗの３相電流からＩｄ，Ｉｑ の２相電流に変換する。この変換に使われる電動モータ３の回転子角度は、レゾルバ６６から取得する。

２相・３相変換部１０３は、入力された２相の制御量Ｖｄ，Ｖｑに基づき、３相のＰＷＭデューティＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。変換に使われるモータ回転子の回転角は、次のパルスの発生位置(角度)での値となるように、予測計算部１１１の計算で、Θ＋ΔΘ（ΔΘ＝Θ- ＯＩｄ＿Θ）式から求められる予測値を使用している。
ここで、Θ：現サンプリング時間での回転子の回転角度(電気角)
ＯＩｄ＿Θ：前サンプリング時間での回転子の回転角度(電気角)
である。

電力変換部６２ａは、ＰＷＭデューティＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従ってインバータ７１（IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) ）をＰＷＭ制御し、電動モータ３を駆動する。

同図のインバータ制御回路７２による回転数制御を説明する。
速度指令部１０６は、インバータ制御回路７２に対して速度指令を与える手段であり、変速ＥＣＵ６１に設けられている。速度指令部１０６は、変速時の車速と選択された目標変速段の変速比に基づき、電動モータ３の目標回転数を算出する。算出した目標回転数は、速度指令としてインバータ装置６２のインバータ制御回路７２に指示される。

また、電動モータ３の回転子角度をレゾルバ６６から取得し、実際の電動モータ３の回転数を速度計算部１０８で算出する。速度指令部１０６の速度指令と、速度計算部１０８で算出した実際の電動モータ回転数の差分を比較部１０９で求め、その差分に対つき、制御部１０７でＰＩＤ制御（比例積分微分制御）、あるいはＰＩ制御（比例積分制御）を行い、制御量をトルク指令として、電流指令部１０１に入力する。回転数制御時、この速度計算部１０８の速度指令に基づくトルク指令が、トルク指令部１１０からのトルク指令に代えて電流指令部１０１に入力される。
回転数制御では、電動モータ３の目標回転数は１msec間隔で計算され、変速中に車速が急に変化しても、変速の目標回転数は車速の変化を追及できる特徴をもつ。それによって、変速ショックを低減することができる。

なお、図１５において、インバータ制御回路７２は、速度制御部７３と、トルク制御部７４とに分けて説明している。
トルク制御部７４は、インバータ制御回路７２のうち、トルク制御により電動モータ３の制御の機能を果たす部分であり、図１５の電流指令部１０１、電流ＰＩ制御部１０２、２相・３相変化部１０３、３相・２相変化部１０４、速度計算部１０８、および予測部１１１を含む。
速度制御部７３は、インバータ制御回路７２のうち、速度制御により電動モータ３の制御の機能を果たす部分であって、比較部１０９と、制御部１０７とを有し、トルク制御部７４の電流制御部１０１へトルク指令を与え、その後の制御をトルク制御部７４で行わせる。

次に、電気自動車の変速制御装置につき、図１６のブロック図を参照して説明する。制御対象となる電気自動車は、上記実施形態の変速制御方法を適用する図１〜図７と共に前述した電気自動車である。
この電気自動車の変速制御装置は、上記実施形態の変速制御方法を実施する装置であって、上記変速ＥＣＵ６１に、次の変速指令生成手段８１、現変速段クラッチ解除手段８２、シンクロ制御手段８３、目標変速段当接制御手段８４、目標変速段クラッチ解除手段８５、回転数・トルク制御切換手段８６、および電源起動・停車時制御手段８７を備えることを特徴とする。なお、変速ＥＣＵ６１は、自動変速時以外の電動モータ３の制御はトルク制御として、トルク指令をインバータ制御装置７２へ出力し、変速時にトルク制御と回転数制御を切換る。

変速指令生成手段８１は、図１４の第１ステップ（Ｓ１）の制御を行う手段であり、アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する。この変速指令は変速ＥＣＵ６１等が出す。

現変速段クラッチ解除手段８２は、図１４の第２ステップ（Ｓ２）の制御を行う手段であり、前記変速指令に応答して前記変速切換アクチュエータ４７によりシフト部材４５を動作させ、現変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３，２３の当接を解除し、トルク制御により電動モータ３のトルクを除荷して現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除する。
現変速段クラッチ解除手段８２は、現変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの係合を解除するときに、前記シフト部材４５の動きにより、現変速段の摩擦板３５ａ，３５Ｂと外輪２３，２３間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータ３のトルクを徐々に除荷しても良い。これにより、歯車のバックラッシュに起因して生じる異音の発生を防ぐことができる。

シンクロ制御手段８３は、図１４の第３ステップ（Ｓ３）の制御を行う手段であり、電動モータ３を回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂの外輪２３，２３と内輪１８Ａ，１８Ｂの回転数が同期するようにシンクロさせる。

目標変速段当接制御手段８４は、図１４の第４ステップ（Ｓ４）の制御を行う手段であり、目標変速段の摩擦板３５Ａ，３５Ｂと外輪２３，２３を当接させる。

目標変速段クラッチ解除手段８５は、図１４の第５ステップ（Ｓ５）の制御を行う手段であり、電動モータ３を回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチ１６Ａ，１７Ｂを係合させる。

回転数・トルク制御切換手段８６は、図１４の第６ステップ（Ｓ６）の制御を行う手段であり、電動モータ３の制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータ３のトルクを入力する。

上記変速指令生成手段８１、現変速段クラッチ解除手段８２、シンクロ制御手段８３、目標変速段当接制御手段８４、目標変速段クラッチ解除手段８５、回転数・トルク制御切換手段８６、および電源起動・停車時制御手段８７は、より具体的には、図１４と共に前述した第１〜第６の各ステップの処理を行う機能を持つ。

電源起動・停車時制御手段８７は、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材４５の位置の信号に基づき、変速ＥＣＵ６１等に設定されたトルク閾値までトルク制御にて徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチ１６Ａ，１６Ｂを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させることにより、発進、後退時のローラ係合ショックトルクと異音の発生を抑制する手段である。電源起動・停車時制御手段８７は、より具体的には図８の流れ図と共に説明した機能を備える。

インバータ装置６２は、図１５と共に説明した構成のものである。インバータ装置６２は、電動モータ３を制御するが、トルク指令によってベクトル制御およびフィードバック制御によるトルク制御を行うトルク制御部７４と、速度指令によってベクトル制御およびフィードバック制御による回転数制御を行う速度制御部７５とを有する。前記シンクロ制御手段８３および前記目標変速段クラッチ解除手段８５による回転数制御は、前記シンクロ制御手段８３および目標変速段クラッチ解除手段８５から前記インバータ装置６２の前記速度制御部に回転数の指令を与え、前記速度制御部に回転数制御を行わせるようにしている。

この構成の変速制御装置によると、上記実施形態の変速制御方法につき前述したと同様に、変速時の歯車間のバックラッシュに起因する異音の発生を防止し、且つ短時間で変速を可能とできる。この変速制御装置は、前述のように、より具体的には図５〜図１５共に前述した処理を行う機能を持つものであり、これらの図と共に前述した各作用，効果が得られる。

図３，４のモータ駆動装置の詳細を、図１７〜図２２と共に説明する。
図３において、モータ軸４は、入力軸７と同軸上に直列に配置されており、ハウジング１１に固定された電動モータ３のステータ１２で回転駆動される。入力軸７は、ハウジング１１内に組込まれた対向一対の軸受１３により回転可能に支持され、入力軸７の軸端はスプライン嵌合によってモータ軸４に接続されている。出力軸８は、ハウジング１１内に組込まれた対向一対の軸受１４により回転可能に支持されている。

１速入力ギヤ９Ａと２速入力ギヤ９Ｂは軸方向に間隔をおいて配置され、入力軸７を中心として入力軸７と一体に回転するように入力軸７に固定されている。１速出力ギヤ１０Ａと２速出力ギヤ１０Ｂも軸方向に間隔をおいて配置されている。

図４に示すように、１速出力ギヤ１０Ａは、出力軸８を貫通させる環状に形成され、軸受１５を介して出力軸８で支持されており、出力軸８を中心として出力軸８に対して回転可能となっている。同様に、２速出力ギヤ１０Ｂも、軸受１５を介して出力軸８で回転可能に支持されている。

１速入力ギヤ９Ａと１速出力ギヤ１０Ａは互いに噛合しており、その噛合によって１速入力ギヤ９Ａと１速出力ギヤ１０Ａの間で回転が伝達するようになっている。２速入力ギヤ９Ｂと２速出力ギヤ１０Ｂも噛合しており、その噛合によって２速入力ギヤ９Ｂと２速出力ギヤ１０Ｂの間で回転が伝達するようになっている。２速入力ギヤ９Ｂと２速出力ギヤ１０Ｂの減速比は、１速入力ギヤ９Ａと１速出力ギヤ１０Ａの減速比よりも小さい。

１速出力ギヤ１０Ａと出力軸８の間には、１速出力ギヤ１０Ａと出力軸８の間でトルクの伝達と遮断の切換えを行なう１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａが組込まれている。また、２速出力ギヤ１０Ｂと出力軸８の間には、２速出力ギヤ１０Ｂと出力軸８の間でトルクの伝達と遮断の切換えを行なう２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂが組込まれている。

１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａと２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂは、左右対称の同一構成なので、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂを以下に説明し、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａについては、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂに対応する部分に同一の符号または末尾のアルファベットＢをＡに置き換えた符号を付して説明を省略する。

図１７〜図１９に示すように、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂは、２速出力ギヤ１０Ｂの内周に設けられた円筒面１７と、出力軸８の外周に回り止めした環状の２速カム部材１８Ｂに形成されたカム面１９と、カム面１９と円筒面１７の間に組み込まれたローラ２０と、ローラ２０を保持する２速保持器２１Ｂと、２速スイッチばね２２Ｂとからなる。カム面１９は、円筒面１７との間で周方向中央から周方向両端に向かって次第に狭くなる楔状空間Ｓを形成するような面であり、例えば、図１８に示すように円筒面１７と対向する平坦面である。

図４、図２２に示すように、２速保持器２１Ｂは、ローラ２０を収容する複数のポケット２１ａが周方向に間隔をおいて形成された円筒部２４と、円筒部２４の一端から径方向内方に延び出す内向きフランジ部２５とを有する。内向きフランジ部２５の径方向内端は、２速カム部材１８Ｂの外周で周方向にスライド可能に支持され、この周方向のスライドによって、２速保持器２１Ｂは、カム面１９と円筒面１７の間にローラ２０を係合させる係合位置とローラ２０の係合を解除する中立位置との間で出力軸８に対して相対回転可能となっている。また、２速保持器２１Ｂの内向きフランジ部２５は軸方向両側への移動が規制され、これにより２速保持器２１Ｂが軸方向に非可動とされている。

図１８に示すように、各カム面１９は、回転中心を含む仮想平面に対して対称に形成され、これにより、各カム面１９と円筒面１７の間に配置されたローラ２０は、正転方向と逆転方向の両方向で係合可能となっている。すなわち、電動モータ３が発生するトルクにより車両を前進させるときは、２速保持器２１Ｂを出力軸８に対して正転方向に相対回転させることにより、２速保持器２１Ｂに保持されたローラ２０を、カム面１９と円筒面１７の間の正転方向側の空間狭まり部分に係合させ、そのローラ２０を介して２速出力ギヤ９Ｂと出力軸８の間で正転方向のトルクを伝達することが可能となっており、一方、電動モータ３が発生するトルクにより車両を後退させるときは、２速保持器２１Ｂを出力軸８に対して逆転方向に相対回転させることにより、２速保持器２１Ｂに保持されたローラ２０を、カム面１９と円筒面１７の間の逆転方向側の空間狭まり部分に係合させ、そのローラ２０を介して２速出力ギヤ９Ｂと出力軸８の間で逆転方向のトルクを伝達することが可能となっている。

図１９、図２２に示すように、２速スイッチばね２２Ｂは、鋼線をＣ形に巻いたＣ形環状部２６と、Ｃ形環状部２６の両端からそれぞれ径方向外方に延出する一対の延出部２７，２７とからなる。Ｃ形環状部２６は、２速カム部材１８Ｂの軸方向端面に形成された円形のスイッチばね収容凹部２８に嵌め込まれ、一対の延出部２７，２７は、２速カム部材１８Ｂの軸方向端面に形成された径方向溝２９に挿入されている。

径方向溝２９は、スイッチばね収容凹部２８の内周縁から径方向外方に延びて２速カム部材１８Ｂの外周に至るように形成されている。２速スイッチばね２２Ｂの延出部２７は、径方向溝２９の径方向外端から突出しており、その延出部２７の径方向溝２９からの突出部分が、２速保持器２１Ｂの円筒部２４の軸方向端部に形成された切欠き３０に挿入されている。径方向溝２９と切欠き３０は同じ幅に形成されている。

延出部２７，２７は、径方向溝２９の周方向で対向する内面と、切欠き３０の周方向で対向する内面にそれぞれ接触しており、その接触面に作用する周方向の力によって２速保持器２１Ｂを中立位置に弾性保持している。

すなわち、２速保持器２１Ｂを出力軸８に対して相対回転させて、図１９に示す中立位置から周方向に移動させると、径方向溝２９の位置と切欠き３０の位置が周方向にずれるので、一対の延出部２７，２７の間隔が狭まる方向にＣ形環状部２６が弾性変形し、その弾性復元力によって２速スイッチばね２２Ｂの一対の延出部２７，２７が径方向溝２９の内面と切欠き３０の内面を押圧し、その押圧によって２速保持器２１Ｂを中立位置に戻す方向の力が作用するようになっている。

図４に示すように、１速カム部材１８Ａと２速カム部材１８Ｂの出力軸８に対する回り止めは、スプライン嵌合によって行なわれている。１速カム部材１８Ａのカム面１９と２速カム部材１８Ｂのカム面１９は同数かつ同位相となっている。また、１速カム部材１８Ａと２速カム部材１８Ｂは、出力軸８の外周に嵌合した一対の止め輪３１によって軸方向に非可動となっている。１速カム部材１８Ａと２速カム部材１８Ｂの間には間座３２が組み込まれている。

１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａと２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂは、変速アクチュエータ３３により選択的に係合することができるようになっている。

図１７に示すように、変速アクチュエータ３３は、１速出力ギヤ１０Ａと２速出力ギヤ１０Ｂの間に軸方向に移動可能に設けられたシフトリング３４と、１速出力ギヤ１０Ａとシフトリング３４の間に組み込まれた１速摩擦板３５Ａと、２速出力ギヤ１０Ｂとシフトリング３４の間に組み込まれた２速摩擦板３５Ｂとを有する。

ここで、１速摩擦板３５Ａと２速摩擦板３５Ｂは、左右対称の同一構成なので、２速摩擦板３５Ｂを以下に説明し、１速摩擦板３５Ａについては、２速摩擦板３５Ｂに対応する部分に同一の符号または末尾のアルファベットＢをＡに置き換えた符号を付して説明を省略する。

２速摩擦板３５Ｂには、２速保持器２１Ｂの切欠き３０に係合する突片３６が設けられ、この突片３６と切欠き３０の係合によって、２速摩擦板３５Ｂが２速保持器２１Ｂに回り止めされている。２速保持器２１Ｂの切欠き３０は、２速摩擦板３５Ｂの突片３６を軸方向にスライド可能に収容しており、このスライドによって、２速摩擦板３５Ｂは、２速保持器２１Ｂに回り止めされた状態のまま、２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触する位置と離反する位置との間で、２速保持器２１Ｂに対して軸方向に移動可能となっている。

２速摩擦板３５Ｂの突片３６の先端に凹部３７が形成されて、間座３２の外周には、凹部３７に係合する凸部３８が形成されている。そして、凹部３７と凸部３８は、２速摩擦板３５Ｂが２速出力ギヤ１０Ｂの側面から離反した位置にある状態では、凹部３７と凸部３８が係合することで、２速摩擦板３５Ｂを間座３２を介して出力軸８に回り止めし、このとき、２速摩擦板３５Ｂに回り止めされた２速保持器２１Ｂが中立位置に保持されるようになっている。また、２速摩擦板３５Ｂが２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触する位置にある状態では、凹部３７と凸部３８の係合が解除することで、２速摩擦板３５Ｂの回り止めが解除されるようになっている。

２速摩擦板３５Ｂと２速カム部材１８Ｂの間には、軸方向に圧縮された状態で２速離反ばね３９Ｂが組み込まれており、この２速離反ばね３９Ｂの弾性復元力によって２速摩擦板３５Ｂが２速出力ギヤ１０Ｂの側面から離反する方向に付勢されている。

２速離反ばね３９Ｂは、間座３２の外周に沿って巻回されたコイルスプリングであり、その一端が２速ワッシャ３９Ｂを介して２速カム部材１８Ｂの軸方向端面で支持されている。２速ワッシャ３９Ｂは、２速カム部材１８Ｂの軸方向端面の径方向溝２９を覆うように環状に形成されている。

シフトリング３４は、１速摩擦板３５Ａを押圧して１速出力ギヤ１０Ａの側面に接触させる１速シフト位置ＳＰ１ｆと、２速摩擦板３５Ｂを押圧して２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触させる２速シフト位置ＳＰ２ｆとの間で軸方向に移動可能に支持されている。また、シフトリング３４を１速シフト位置ＳＰ１ｆと２速シフト位置ＳＰ２ｆの間で軸方向に移動させるシフト機構４１が設けられている。シフト機構４１は、前述のように変速比切換機構４０の一部を構成する。

図２０、図２１に示すように、シフト機構４１は、シフトリング３４を転がり軸受４２を介して回転可能に支持するシフトスリーブ４３と、そのシフトスリーブ４３の外周に設けられた環状溝４４に係合する二股状のシフトフォーク４５と、シフトフォーク４５が固定されたシフトロッド４６と、シフトモータである変速切換アクチュエータ４７と、変速切換アクチュエータ４７の回転をシフトロッド４６の直線運動に変換する運動変換機構４８（送りねじ機構等）とからなる。

図２１に示すように、シフトロッド４６は、出力軸８に対して間隔をおいて平行に配置され、ハウジング１１内に組み込まれた一対の滑り軸受４９で軸方向にスライド可能に支持されている。シフトリング３４とシフトスリーブ４３の間に組み込まれた転がり軸受４２は、シフトリング３４とシフトスリーブ４３のいずれに対しても軸方向に非可動となるように組み付けられている。

このシフト機構４１は、変速切換アクチュエータ４７の回転が運動変換機構４８により直線運動に変換されてシフトフォーク４５に伝達し、そのシフトフォーク４５の直線運動が転がり軸受４２を介してシフトリング３４に伝達することにより、シフトリング３４を軸方向に移動させる。

図１７に示すように、シフトフォーク４５と環状溝４４の間の両側の軸方向隙間には、軸方向に圧縮可能な予圧ばね５０が組み込まれている。これにより、シフトリング３４で１速摩擦板３５Ａを押圧して１速出力ギヤ１０Ａの側面に接触させるときに、シフトスリーブ４３に対するシフトフォーク４５の軸方向の相対位置を調節することによって予圧ばね５０のばね力を調節し、１速摩擦板３５Ａと１速出力ギヤ１０Ａの接触面間の摩擦力を調整することが可能となっている。また、シフトリング３４で２速摩擦板３５Ｂを押圧して２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触させるときも、２速摩擦板３５Ｂと２速出力ギヤ１０Ｂの接触面間の摩擦力を調整することが可能となっている。

図３に示すように、出力軸８には、出力軸８の回転をディファレンシャル６に伝達するディファレンシャル駆動ギヤ５１が固定されている。

ディファレンシャル６は、一対の軸受５２で回転可能に支持されたデフケース５３と、デフケース５３の回転中心と同軸にデフケース５３に固定され、ディファレンシャル駆動ギヤ５１に噛合するリングギヤ５４と、デフケース５３の回転中心と直角な方向にデフケース５３に固定されたピニオン軸５５と、ピニオン軸５５に回転可能に支持された一対のピニオン５６と、その一対のピニオン５６に噛合する左右一対のサイドギヤ５７とからなる。左側のサイドギヤ５７には、左側の車輪に接続されたアクスル５８の軸端部が接続され、右側のサイドギヤ５７には、右側の車輪に接続されたアクスル５８の軸端部が接続されている。出力軸８が回転するとき、出力軸８の回転はディファレンシャル駆動ギヤ５１を介してデフケース５３に伝達され、そのデフケース５３の回転がピニオン５６とサイドギヤ５７を介して左右の車輪に分配される。

以下に、車両用モータ駆動装置Ａの動作例を説明する。
まず、図１７に示すように、１速摩擦板３５Ａが１速出力ギヤ１０Ａの側面から離反し、かつ、２速摩擦板３５Ｂも２速出力ギヤ１０Ｂの側面から離反した状態では、１速保持器２１Ａは１速スイッチばね２２Ａの弾性力により中立位置に保持され、２速保持器２１Ｂも２速スイッチばね２２Ｂの弾性力により中立位置に保持されるので、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａはローラ２０の係合が解除された状態となり、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂもローラ２０の係合が解除された状態となる。

この状態では、図３に示す電動モータ３の駆動により入力軸７が回転しても、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａと２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂによって回転の伝達が遮断されるので、１速出力ギヤ１０Ａおよび２速出力ギヤ１０Ｂは空転し、入力軸７の回転は出力軸８に伝達されない。

次に、シフト機構４１を作動させて、図１７に示すシフトリング３４を１速出力ギヤ１０Ａに向けて移動させると、１速摩擦板３５Ａが１速出力ギヤ１０Ａの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって１速摩擦板３５Ａが出力軸８に対して相対回転し、この１速摩擦板３５Ａに回り止めされた１速保持器２１Ａが１速スイッチばね２２Ａの弾性力に抗して中立位置から係合位置に移動するので、１速保持器２１Ａに保持されたローラ２０が、円筒面１７とカム面１９の間の楔状空間Ｓの狭まり部分に押し込まれて係合した状態となる。

この状態では、１速出力ギヤ１０Ａの回転は、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを介して出力軸８に伝達され、出力軸８の回転が、ディファレンシャル６を介してアクスル５８に伝達される。その結果、図１に示す電気自動車ＥＶにおいては、駆動輪としての前輪１が回転駆動され、図２に示すハイブリッド車ＨＶにおいては補助駆動輪としての後輪２が回転駆動される。

次に、シフト機構４１の作動により、シフトリング３４を１速シフト位置から２速シフト位置に向かって軸方向移動させると、１速摩擦板３５Ａと１速出力ギヤ１０Ａの接触面間の摩擦力が小さくなるので、１速スイッチばね２２Ａの弾性力により１速保持器２１Ａが係合位置から中立位置に移動し、この１速保持器２１Ａの移動によって１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａの係合が解除される。

シフトリング３４が２速シフト位置に到達すると、２速摩擦板３５Ｂがシフトリング３４で押圧されて２速出力ギヤ１０Ｂの側面に接触し、その接触面間の摩擦力によって２速摩擦板３５Ｂが出力軸８に対して相対回転し、２速摩擦板３５Ｂに回り止めされた２速保持器２１Ｂが２速スイッチばね２２Ｂの弾性力に抗して中立位置から係合位置に移動するので、２速保持器２１Ｂに保持されたローラ２０が、円筒面１７とカム面１９の間の楔状空間Ｓの狭まり部分に押し込まれて係合した状態となる。

この状態では、２速出力ギヤ１０Ｂの回転は、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂを介して出力軸８に伝達され、出力軸８の回転がディファレンシャル６を介してアクスル５８に伝達される。

同様に、シフトリング３４を２速シフト位置から１速シフト位置に軸方向移動させることにより、２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂの係合を解除して、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを係合させることができる。

ところで、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを係合解除するときに、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを介してトルクが伝達していると、そのトルクがローラ２０を円筒面１７とカム面１９の間の楔状空間Ｓの狭まり部分に押し込むように作用し、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａの係合解除が妨げられる。そのため、シフト機構４１の作動により、シフトリング３４が１速シフト位置ＳＰ１ｆから２速シフト位置ＳＰ２ｆに向かって軸方向移動を開始したときに、１速摩擦板３５Ａが、１速出力ギヤ１０Ａの側面から既に離反しているにもかかわらず、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａの係合が解除されない可能性がある。

このため、１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａを確実に係合解除するためには、シフト機構４１の作動により、１速摩擦板３５Ａを１速出力ギヤ１０Ａの側面から離反させるだけでなく、電動モータ３の出力を制御して、入力軸７と出力軸８の間で伝達するトルクを変化させる必要がある。２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂを係合解除するときも同様である。

そこで、上記制御システムでは、図１５に示す変速制御装置により、電動モータ３と変速切換アクチュエータ４７を制御し、この制御により１速の２ウェイローラクラッチ１６Ａまたは２速の２ウェイローラクラッチ１６Ｂの係合を解除するときの動作の信頼性を確保している。

１…前輪
２…後輪
３…電動モータ
４…モータ軸
５…変速機
６…ディファレンシャル
７…入力軸
８…出力軸
９Ａ，９Ｂ入力ギヤ
１０Ａ，１０Ｂ…出力ギヤ
１６Ａ，１６Ｂ…ローラクラッチ
１７…円筒面
１９…カム面
２０…ローラ
１８Ａ，１８Ｂ…内輪
２１Ａ，２１Ｂ…保持器
２２Ａ，２２Ｂ…スイッチばね
２３…外輪
３４…シフトリング
３５Ａ，３５Ｂ…摩擦板
３９Ａ，３９Ｂ…離反ばね
４０…変速比切換機構
４１…シフト機構
４７…変速切換アクチュエータ
４５…シフトフォーク（シフト部材）
７３…速度制御部
７４…トルク制御部
６０…統合ＥＣＵ
６１…変速ＥＣＵ
６２…インバータ装置
７１…インバータ
７２…インバー制御回路
４１…シフト機構
８１…変速指令生成手段
８２…現変速段接クラッチ除制御手段
８３…シンクロ制御手段
８４…目標変速段当接制御手段
８５…目標変速段クラッチ解除手段
８６…回転数・トルク制御切換手段
８７…電源軌道・停車時制御手段
Ａ…車両用モータ駆動装置
ＥＶ…電気自動車
ＨＶ…ハイブリッド自動車
ＬＡ，ＬＢ…ギヤ列

Claims (23)

1. 互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のローラクラッチと、これら各ローラクラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、
   前記各ローラクラッチは、内輪のカム面と外輪間に設けられた各楔状空間にローラが介在し、各ローラが楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となり、保持器により各ローラを楔状空間の広がり部分に位置させることで切断状態となる構成であり、
   前記変速比切換機構は、保持器に連結されて回転する摩擦板の外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータによるシフト部材の進退によって切り換える機構である、
   電気自動車における変速制御方法において、
   アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する第１ステップと、
   前記変速指令に応答して前記変速切換アクチュエータによりシフト部材を動作させ、現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除し、トルク制御により電動モータのトルクを除荷して現変速段のローラクラッチの係合を解除する第２ステップと、
   電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせる第３ステップと、
   目標変速段の摩擦板と外輪を当接させる第４ステップと、
   電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させる第５ステップと、
   電動モータの制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータのトルクを入力する第６ステップとを含む、
   電気自動車の自動変速制御方法。
2. 請求項１において、前記第２ステップにおける、現変速段のローラクラッチの係合を解除するときに、シフト部材の動きにより、現変速段の摩擦板と外輪間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータのトルクを徐々に除荷する電気自動車の自動変速制御方法。
3. 請求項２において、前記第２ステップにおける、シフト部材の動きにより、現変速段の摩擦板と外輪間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータのトルクを徐々に除荷する過程において、シフトアップ時は、変速切換えアクチュエータによりシフト部材を動かして現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除する過程で、電動モータのトルク値が設定されたトルク閾値ＡNmを上回る場合、電動モータのトルクをトルク制御により前記トルク閾値ＡNmまで緩やかに除荷する電気自動車の自動変速制御方法。
4. 請求項２において、前記第２ステップにおける、シフト部材の動きにより、現変速段の摩擦板と外輪間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータのトルクを徐々に除荷する過程において、シフトダウン時は、変速切換えアクチュエータによりシフト部材を動かし、現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除する過程で、電動モータのトルク値が設定されたトルク閾値ＢNmを上回る場合、電動モータのトルクをトルク制御により前記トルク閾値ＢNmまで緩やかに除荷する電気自動車の自動変速制御方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記第３ステップである、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるステップにおいて、シンクロ開始および終了時に、電動モータの回転数の変化が定められた値よりも急激である場合、シンクロ動作を数段階に分けて電動モータの急激な回転数の変化を抑える電気自動車の自動変速制御方法。
6. 請求項５において、前記第３ステップにおける、シンクロ動作を数段階に分けて電動モータの急激な回転数の変化を抑える過程において、シフトアップ時は、次の段階１〜３を経て、電動モータの回転数を減少させながら、目標変速段の目標回転数に近づける電気自動車の自動変速制御方法。
   段階１：シンクロ時のトルク値を閾値Ａまで徐々に上げる。
   段階２：前記閾値Ａに到達直後、シンクロのトルク値を閾値Ｂ（閾値Ｂ＞閾値Ａ）に上げる。
   段階３：電動モータの回転数が目標変速段の目標回転数に接近したら、シンクロのトルク値を閾値Ｃ（閾値Ｃ＜閾値Ｂ）に下げ、閾値Ｃを保持のままでシンクロ動作を完了させる。
7. 請求項５において、前記第３ステップにおける、シンクロ動作を数段階に分けて電動モータの急激な回転数の変化を抑える過程において、シフトダウン時は、次の段階１〜３を経て、電動モータの回転数を増加させながら、目標変速段の目標回転数に近づける電気自動車の自動変速制御方法。
   段階１：シンクロ時のトルク値を閾値Ａ’まで徐々にあげる。
   段階２：閾値Ａ’に到達直後、シンクロのトルク値を一気に閾値Ｂ’（閾値Ｂ’＞閾値Ａ’) にあげる。
   段階３：電動モータの回転数が目標変速段の目標回転数に接近したら、シンクロのトルク値を閾値Ｃ’（閾値Ｃ’＜閾値Ｂ’) に下げ、閾値Ｃ’を保持のままでシンクロ動作を完了させる。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記第４ステップである、目標変速段の摩擦板と外輪を当接させるステップで、目標変速段のローラクラッチ係合時に、目標変速段の外輪の回転数が目標変速段の摩擦板の回転数より高い場合、目標変速段の外輪と摩擦板の間での滑り異音を低減させるため、目標変速段の外輪の回転数を目標変速段の摩擦板の回転数を等しい状態で、当接させる電気自動車の自動変速制御方法。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記第５ステップである、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させるステップで、目標変速段の摩擦板と外輪の当接完了後、回転数制御を数段階に分けて行う電気自動車の自動変速制御方法。
10. 請求項９において、前記第５ステップで、回転数制御を数段階にわけて行うことにおいて、１段階は、一定時間内は電動モータの回転数を閾値ａまで上げ、２段階は、電動モータの回転数を閾値ｂまで下げ、目標変速段のローラクラッチが係合するまで閾値ｂで電動モータを回転数制御により制御し続ける電気自動車の自動変速制御方法。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記第６ステップである、電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させるステップで、トルク制御へ切換時に、目標変速段のローラクラッチ係合後、回転数制御終了時の入力トルクと、実際のアクセル開度信号による入力トルクを補間制御する電気自動車の自動変速制御方法。
12. 請求項１１において、前記第６ステップにおける、目標変速段のローラクラッチ係合後、回転数制御終了時の入力トルクと、実際のアクセル開度信号による入力トルクを補間制御することにおいて、トルクの補間は１回だけでなくｎ回行い（ｎ＞１）、アクセル開度信号との差を縮めていく過程で差がある閾値以内に収まると、補間制御も完了させる電気自動車の自動変速制御方法。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材の位置の信号に基づき、トルク閾値までトルク制御にて徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させる電気自動車の自動変速制御方法。
14. 請求項１３において、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材の位置の信号に基づき、トルク閾値までトルク制御にて徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させることにおいて、前記シフト部材の位置がドライブレンジの場合、設定されたトルク閾値まで、トルク制御により徐々にトルク値を増加させ、ローラクラッチを駆動側楔空間に係合させる電気自動車の自動変速制御方法。
15. 請求項１５において、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材の位置の信号に基づき、トルク閾値までトルク制御にて徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させることにおいて、前記シフト部材の位置がリバースレンジの場合、設定されたトルク閾値まで、トルク制御にて徐々にトルク値を増加させ、ローラクラッチを非駆動側楔空間に係合させる電気自動車の自動変速制御方法。
16. 請求項１ないし請求項１５のいずれか１項において、ドライブレンジで走行時、アクセル開度信号がトルク閾値を下回る場合、トルク閾値で電動モータを駆動することで、常にローラを駆動側楔空間に係合させる電気自動車の自動変速制御方法。
17. 請求項１ないし請求項１６のいずれか１項において、リバースレンジで走行時、アクセル開度信号がトルク閾値を下回る場合、トルク閾値で電動モータを駆動することで、常にローラを非駆動側楔空間に係合させることにより、ショックトルクと異音の発生を抑える電気自動車の自動変速制御方法。
18. 請求項１ないし請求項１７のいずれか１項において、車両の前輪もしくは後輪の一方、もしくは両方を、前記電気モータで駆動する電気自動車に適用する電気自動車の自動変速制御方法。
19. 請求項１ないし請求項１７のいずれか１項において、エンジンにより車両の前輪もしくは後輪の一方を駆動し、前記電動モータにより他の車輪を駆動する電気自動車に適用する電気自動車の自動変速制御方法。
20. 制御対象となる電気自動車が、互いに変速比が異なる複数の変速段のギヤ列と、走行用の電動モータの出力軸であるモータ軸に連結された入力軸と前記各変速段のギヤ列との間にそれぞれ介在し断続の切換が可能な各変速段の２ウェイ型のローラクラッチと、これら各ローラクラッチの断続の切換を行う変速比切換機構とを有する変速機を備え、
    前記各ローラクラッチは、内輪と外輪間に設けられた各楔状空間にローラが介在し、保持器により各ローラを楔状空間の広がり部分に保持させることで切断状態となり、各ローラが楔状空間の狭まり部分に係合することで接続状態となる構成であり、
    前記変速比切換機構は、保持器に連結されて回転する摩擦板の外輪への接触と離間とを変速切換アクチュエータによるシフト部材の進退によって切り換える機構である、
    電気自動車における変速制御装置であって、
    アクセル開度信号、車速の検出値、および車両の加減速度から、定められた規則に従って目標変速段への変速指令を生成する変速指令生成手段と、
    前記変速指令に応答して前記変速切換アクチュエータによりシフト部材を動作させ、現変速段の摩擦板と外輪の当接を解除し、トルク制御により電動モータのトルクを除荷して現変速段のローラクラッチの係合を解除する現変速段クラッチ解除手段と、
    電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチの外輪と内輪の回転数が同期するようにシンクロさせるシンクロ制御手段と、
    目標変速段の摩擦板と外輪を当接させる目標変速段当接制御手段と、
    電動モータを回転数制御することにより目標変速段のローラクラッチを係合させる目標変速段クラッチ解除手段と、
    電動モータの制御を回転数制御からトルク制御に切換えて電動モータのトルクを入力する回転数・トルク制御切換手段、
    とを含むことを特徴とする電気自動車の変速制御装置。
21. 請求項２０において、前記現変速段クラッチ解除手段は、現変速段のローラクラッチの係合を解除するときに、前記シフト部材の動きにより、現変速段の摩擦板と外輪間の当接解除を開始すると同時に、トルク制御により電動モータのトルクを徐々に除荷する電気自動車の自動変速制御装置。
22. 請求項２０または請求項２１において、車両の電源起動時および停車時のシフト操作につき、シフト部材の位置の信号に基づき、トルク閾値までトルク制御にて徐々にトルクを入力して前記ローラクラッチを駆動側、または非駆動側楔空間に係合させる電源起動・停車時制御手段を設けた電気自動車の自動変速制御装置。
23. 請求項２０ないし請求項２２のいずれか１項において、前記電動モータを制御するインバータ装置が、トルク指令によってベクトル制御およびフィードバック制御によるトルク制御を行うトルク制御部と、速度指令によってベクトル制御およびフィードバック制御による回転数制御を行う速度制御部とを有し、前記シンクロ制御手段および前記目標変速段クラッチ解除手段による回転数制御は、前記シンクロ制御手段および目標変速段クラッチ解除手段から前記インバータ装置の前記速度制御部に回転数の指令を与え、前記速度制御部に回転数制御を行わせる電気自動車の変速制御装置。
    

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