JP4553388B2 - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明はハイブリッド電気自動車の制御装置に関し、特に変速機から取り出した動力を作業装置に伝達可能なＰＴＯ装置を備えたハイブリッド電気自動車の制御装置に関する。
従来より、コンクリートポンプ車両やタンクローリ車両などのように作業装置を搭載した車両においては、作業装置の作動のために変速機から動力を取り出して作業装置に伝達するようにしたＰＴＯ装置を搭載することが知られている。
また、エンジンのほかに電動機を車両に搭載し、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とをそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能とした、いわゆるパラレル型ハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなパラレル型ハイブリッド電気自動車においてＰＴＯ装置を搭載することにより変速機から動力を取り出すようにしたものが、特許文献１によって提案されている。
特許文献１のハイブリッド電気自動車においては、エンジンの駆動力が主クラッチ及び変速機を介して駆動輪に伝達可能であると共に、変速機内のカウンタ軸及びリバースアイドル軸を介してＰＴＯ軸に伝達可能となっており、ＰＴＯ軸に伝達されたエンジンの駆動力は、ＰＴＯクラッチを介して作業装置に伝達されるようになっている。また、電動機の回転軸はリバースアイドル軸に連結されており、電動機の駆動力を駆動輪や作業装置に伝達することも可能となっている。
このようなＰＴＯ装置を搭載したハイブリッド電気自動車では、エンジンが運転中であって主クラッチが閉じているときには、エンジンの回転が変速機のカウンタ軸に伝達されることによりＰＴＯ軸が回転している。そして、このような状態において作業装置を非作動とする場合には、ＰＴＯクラッチを切断することによりエンジンの駆動力が作業装置に伝達されず、作業装置を作動させる場合には、ＰＴＯクラッチを接続することによりエンジンの駆動力が作業装置に伝達されるようにしている。
特開平１１−１４６５０２号公報
ところが、上述のようにＰＴＯクラッチを接続して作業装置を非作動状態から作動状態に切り換える際、作業装置は停止状態にあってＰＴＯクラッチの出力側は停止しているのが一般的であり、このような状態でＰＴＯクラッチを接続すると、ＰＴＯクラッチの入力側と出力側との回転数差が大きく、ＰＴＯクラッチの接続時に不快な振動やショックを生じる可能性がある。
また、このような振動やショックを防止するため、ＰＴＯクラッチの接続前に主クラッチを切断することが考えられるが、特許文献１のハイブリッド電気自動車のように、変速機の回転軸には電動機が連結されているため、主クラッチを切断してもＰＴＯクラッチの入力側の回転はすぐには停止しない。このため、主クラッチを切断してからすぐにＰＴＯクラッチを接続した場合には、依然として振動やショックが発生する可能性があり、ＰＴＯクラッチの入力回転数が低下するのを待ってＰＴＯクラッチを接続する場合には、作業装置が必要となったときに直ちに使用できないという不具合がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、不快な振動やショックを生じることなくＰＴＯ装置による動力の取り出しを迅速に開始できるようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置は、エンジン及び電動機から変速機を介してそれぞれ車両の駆動輪に駆動力を伝達可能であって、上記変速機から取り出した動力を作業装置に伝達可能なＰＴＯ装置を備えたハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記電動機は、上記エンジンの出力軸と上記変速機の入力軸との間に介装されており、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置は更に、上記エンジンの出力軸と上記電動機の回転軸との間に介装されて、上記エンジンから上記変速機に伝達される駆動力を遮断可能な主クラッチと、上記ＰＴＯ装置に設けられ、上記変速機から上記作業装置に伝達される動力を遮断可能なＰＴＯクラッチと、上記エンジンの運転中に上記ＰＴＯ装置を介した上記作業装置への動力の伝達を開始する際には、上記ＰＴＯクラッチを接続する前に上記主クラッチを切断し、上記ＰＴＯクラッチの出力側回転数に対応した目標回転数となるように上記電動機を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、エンジン及び電動機からそれぞれ変速機を介して駆動輪に駆動力を伝達することにより、車両を走行させることが可能である。
また、エンジンの運転中にＰＴＯ装置を介した作業装置への動力の伝達を開始する際には、制御手段がＰＴＯクラッチを接続する前に主クラッチを切断し、ＰＴＯクラッチの出力側回転数に対応した目標回転数となるように電動機を制御する。
具体的には、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記電動機の回転数を検出する電動機回転数検出手段を更に備え、上記制御手段は、上記電動機回転数検出手段によって検出された上記電動機の回転数と上記目標回転数との差が所定回転数以下になったときに上記ＰＴＯクラッチを接続することを特徴とする（請求項２）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、制御手段が電動機を制御することにより電動機の回転数と目標回転数との差が減少して所定回転数以下になったときにＰＴＯクラッチを接続する。
また、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記ＰＴＯ装置は上記車両が停車中に使用され、上記変速機はシンクロ機構を有する変速段切換機構を備え、上記制御手段は、上記電動機回転数検出手段によって検出された上記電動機の回転数と上記目標回転数との差が所定の第１規定時間内に上記所定回転数以下にならない場合、上記変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換え、上記所定変速段への切り換え完了後に再びニュートラル状態としてから上記ＰＴＯクラッチを接続することを特徴とする（請求項３）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両が停車しエンジンが運転中であるときにＰＴＯ装置を介した作業装置への動力の伝達を開始する際、電動機の回転数と目標回転数との差が所定回転数以下になるように電動機を制御しても、第１規定時間内に電動機の回転数と目標回転数との差が所定回転数以下にならない場合、変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換えることにより変速段切換機構のシンクロ機構によってＰＴＯクラッチの入力側回転数が低下し、上記所定変速段への切り換えが完了後に再びニュートラル状態としてからＰＴＯクラッチを接続する。
また、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記電動機が作動困難な所定状態にあることを検出する異常検出手段を更に備え、上記ＰＴＯ装置は上記車両が停車中に使用され、上記変速機はシンクロ機構を有する変速段切換機構を備え、上記制御手段は、上記エンジンの運転中に上記ＰＴＯ装置を介した上記作業装置への動力の伝達を開始する際に、上記異常検出手段によって上記電動機が上記所定状態にあることを検出した場合には、上記ＰＴＯクラッチを接続する前に上記主クラッチを切断し、上記変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換え、上記所定変速段への切り換え完了後に再びニュートラル状態としてから上記ＰＴＯクラッチを接続することを特徴とする（請求項４）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両が停車しエンジンが運転中であるときにＰＴＯ装置を介した作業装置への動力の伝達を開始する際、電動機が作動困難な所定状態にある場合には、制御手段がＰＴＯクラッチを接続する前に主クラッチを切断し、変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換えることにより変速段切換機構のシンクロ機構によってＰＴＯクラッチの入力側回転数が低下し、上記所定変速段への切り換えが完了後に再びニュートラル状態としてからＰＴＯクラッチを接続する。
また、これらとは別の具体的態様として、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記ＰＴＯ装置は、上記車両が停車中に使用され、上記変速機の出力軸と一体回転する所定変速段用の歯車に噛合するＰＴＯ歯車を介して上記変速機から動力を取り出すように構成され、上記変速機はシンクロ機構を有する変速段切換機構を備え、上記制御装置は、上記エンジンの運転中に上記ＰＴＯ装置を介した上記作業装置への動力の伝達を開始する際には、上記ＰＴＯクラッチを接続する前に上記主クラッチを切断し、上記変速機をニュートラル状態から上記所定変速段に切り換えると共に上記電動機を制御し、上記所定変速段への切り換え完了後に、上記ＰＴＯクラッチを接続することを特徴とする（請求項５）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両が停車中であるときに、変速機の出力軸と一体回転する所定変速段用の歯車に噛合するＰＴＯ歯車を介して変速機から動力が取り出され、この動力がＰＴＯクラッチを介して作業装置に伝達される。
また、車両が停車しエンジンが運転中のときにＰＴＯ装置を介した作業装置への動力の伝達を開始する際には、ＰＴＯクラッチを接続する前に主クラッチを切断し、変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換える。このとき変速機の入力軸は電動機の慣性により回転を継続しており、所定変速段への切り換えに伴いＰＴＯクラッチの入力側にもこの回転が伝達される。しかしながら、制御手段によりＰＴＯクラッチの入力側と出力側との回転数差が生じないように電動機が制御されることにより、ＰＴＯクラッチの入力側はほとんど回転することなく所定変速段への切り換えが完了し、ＰＴＯクラッチの入力側は出力側と同様に停止状態となる。そして上記所定変速段への切り換え完了後にＰＴＯクラッチが接続される。
また、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記制御手段は、上記所定変速段への切り換えを行っても、所定の第２規定時間内に上記所定変速段への切り換えが完了されない場合には、上記電動機を制御して上記電動機の順回転方向と逆回転方向とに交互に所定の微小トルクを発生させ、該微小トルクを上記変速機の入力軸に伝達させることにより上記所定変速段の変速ギヤを回転方向に振動させる位置ずらし制御を行うことを特徴とする（請求項６）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、所定変速段への切り換えを行っても、所定の第２規定時間内に所定変速段への切り換えが完了されない場合には、制御手段は電動機を制御して電動機の順回転方向と逆回転方向とに交互に所定の微小トルクを発生させ、該微小トルクを変速機の入力軸に伝達させることにより所定変速段の変速ギヤを回転方向に振動させる位置ずらし制御を行う。
更に、上記ハイブリッド電気自動車の制御装置において、上記制御手段は、上記位置ずらし制御を開始してから所定の第３規定時間内に上記所定変速段への切り換えが完了されない場合には、上記所定変速段とは異なる変速段に一旦切り換えた後に、再び上記所定変速段への切り換えを行うことを特徴とする（請求項７）。
このように構成されたハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、上記位置ずらし制御を開始してから所定の第３規定時間内に所定変速段への切り換えが完了されない場合には、制御手段は所定変速段とは異なる変速段に一旦切り換えた後に、再び所定変速段への切り換えを行う。
本発明のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、エンジンの運転中にＰＴＯ装置を介した作業装置への動力の伝達を開始する際には、制御手段がＰＴＯクラッチを接続する前に主クラッチを切断し、ＰＴＯクラッチの出力側回転数に対応した目標回転数となるように電動機を制御することにより、ＰＴＯクラッチの入力側回転数を出力側回転数に近づけることが可能となる。この結果、ＰＴＯクラッチを接続する際の不快な振動やショックの発生を防止することができる。更に、ＰＴＯクラッチの入力側回転数が自然に低下するのを待たず、電動機の制御によりＰＴＯクラッチの入力側回転数を速やかに出力側回転数に近づけることができるので、ＰＴＯ装置を迅速に使用開始することができる。
また、請求項２のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、制御手段が電動機を制御することにより電動機の回転数と目標回転数との差が減少して所定回転数以下になったときにＰＴＯクラッチを接続するようにしたので、ＰＴＯクラッチを接続する際の不快な振動やショックの発生を確実に防止することができる。
更に、請求項３のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両が停車しエンジンが運転中であるときにＰＴＯ装置を介した作業装置への動力の伝達を開始する際、電動機の回転数と目標回転数との差が所定回転数以下になるように電動機を制御しても、第１規定時間内に電動機の回転数と目標回転数との差が所定回転数以下にならない場合、変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換えることにより変速段切換機構のシンクロ機構によってＰＴＯクラッチの入力側回転数が低下する。作業装置は一般的に停止した状態にありＰＴＯクラッチの出力側は回転を停止しているが、上記所定変速段への切り換えが完了すると、ＰＴＯクラッチの入力側も回転を停止した状態となる。従って、この後に再び変速機をニュートラル状態としてからＰＴＯクラッチを接続することにより、電動機が作動困難な所定状態にある場合であっても、振動やショックを生じることなくＰＴＯクラッチを接続することが可能となる。
更にまた、請求項４のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両が停車しエンジンが運転中のときに変速機からＰＴＯ装置を介した作業装置への動力の伝達を開始する際、電動機が作動困難な所定状態にある場合には、制御手段がＰＴＯクラッチを接続する前に主クラッチを切断し、変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換えることにより変速段切換機構のシンクロ機構によってＰＴＯクラッチの入力側回転数が低下する。作業装置は一般的に停止した状態にあってＰＴＯクラッチの出力側は回転を停止しているが、上記所定変速段への切り換えが完了すると、ＰＴＯクラッチの入力側も回転を停止した状態となる。従って、この後に再び変速機をニュートラル状態としてからＰＴＯクラッチを接続することにより、電動機が作動困難な所定状態にある場合であっても、振動やショックを生じることなくＰＴＯクラッチを接続することが可能となる。
また、請求項５のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両が停車しエンジンが運転中のときにＰＴＯ装置を介した作業装置への動力の伝達を開始する際には、ＰＴＯクラッチを接続する前に主クラッチを切断し、変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換える。このとき変速機の入力軸は電動機の慣性により回転を継続しており、所定変速段への切り換えに伴いＰＴＯクラッチの入力側にもこの回転駆動力が伝達される。
このとき、電動機は制御手段によってＰＴＯクラッチの出力側回転数に対応した目標回転数に制御されるが、作業装置は一般的に停止した状態にあってＰＴＯクラッチの出力側は回転を停止しているので、ＰＴＯクラッチの出力側回転数に対応した目標回転数は０ｒｐｍとなる。
従って、このような電動機の制御により、変速機の出力軸への回転駆動力の伝達が抑制されながら所定変速段への切り換えが行われるので、所定変速段への切換時におけるシンクロ機構の負荷を軽減することができる。そして、所定変速段への切り換え完了後はＰＴＯクラッチの入力側が出力側と同様に停止状態となるので、振動やショックを生じることなくＰＴＯクラッチを接続することができる。
更に、請求項６のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、所定の第２規定時間内に所定変速段への切り換えが完了されない場合には、電動機の順回転方向と逆回転方向とに交互に所定の微小トルクを電動機に発生させ、該微小トルクを変速機の入力軸に伝達させることにより所定変速段の変速ギヤを回転方向に振動させる位置ずらし制御を行うようにしたので、変速段の切換機構が噛み合うなどの機械的要因により所定変速段への切り換えができないときに、この機械的要因を解除して速やかに所定変速段への切り換えを完了することが可能となる。
また、請求項７のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、上記位置ずらし制御を開始してから所定の第３規定時間内に所定変速段への切り換えが完了されない場合には、制御手段は所定変速段とは異なる変速段に一旦切り換えた後に、再び所定変速段への切り換えを行うことにより、切換機構と所定変速段の変速ギヤとの相対的位置関係が変化し、所定変速段への切り換えが可能となる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態であるハイブリッド電気自動車１の制御装置の要部構成図である。ディーゼルエンジン（以下エンジンという）２の出力軸であるクランク軸にはクラッチ（主クラッチ）４の入力軸が連結されており、クラッチ４の出力軸は永久磁石式同期電動機（以下電動機という）６の回転軸を介して自動変速機（以下変速機という）８の入力軸が連結されている。また、変速機８の出力軸はプロペラシャフト１０、差動装置１２及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６に接続されている。
従って、クラッチ４が接続されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸とが連結されると共に変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となり、クラッチ４が切断されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸との連結が解除され、電動機６の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となる。
また、クラッチ４は内部に装着された図示しないクラッチアクチュエータによりクラッチストロークを制御することができるようになっている。
電動機６は、バッテリ１８に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることによりモータとして作動し、その駆動トルクが変速機８によって適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。また、車両減速時には、電動機６が発電機として作動し、駆動輪１６の回転による運動エネルギが変速機８を介し電動機６に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動トルクを発生する。そして、この交流電力はインバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電され、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。
一方、エンジン２の駆動トルクは、クラッチ４が接続されているときに電動機６の回転軸を経由して変速機８に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。従って、エンジン２の駆動トルクが駆動輪１６に伝達されているときに電動機６がモータとして作動する場合には、エンジン２の駆動トルクと電動機６の駆動トルクとがそれぞれ変速機８を介して駆動輪１６に伝達されることになる。即ち、車両の駆動のために駆動輪１６に伝達されるべき駆動トルクの一部がエンジン２から供給されると共に、残部が電動機６から供給される。
また、バッテリ１８の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１８を充電する必要があるときには、電動機６が発電機として作動すると共に、エンジン２の駆動力の一部を用いて電動機６を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１８に充電するようにしている。
車両ＥＣＵ２２（制御手段）は、車速センサ３４によって検出された車両の走行速度などの車両の運転状態、エンジン２の運転状態、電動機回転数センサ（電動機回転数検出手段）３６によって検出された電動機６の回転数、及びエンジンＥＣＵ２４、インバータＥＣＵ２６並びにバッテリＥＣＵ２８からの情報などに応じて、クラッチ４の接続・切断制御及び変速機８の変速段切換制御を行うと共に、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン２や電動機６を適切に運転するための統合制御を行う。
エンジンＥＣＵ２４は、車両ＥＣＵ２２からの情報に基づきエンジン２の始動・停止のための制御を行うほか、エンジン２のアイドル運転制御や排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン２自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２２によって設定されたエンジン２に必要とされるトルクをエンジン２が発生するよう、エンジン２の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。
一方、インバータＥＣＵ２６は、電動機６やインバータ２０の温度などの状態を監視して車両ＥＣＵ２２にその情報を送るほか、車両ＥＣＵ２２によって設定された電動機６が発生すべきトルクに基づきインバータ２０を制御することにより、電動機６をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。
また、バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１８の温度や、バッテリ１８の電圧、インバータ２０とバッテリ１８との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１８のＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ２２に送っている。
そして車両ＥＣＵ２２は、これらエンジンＥＣＵ２４、インバータＥＣＵ２６及びバッテリＥＣＵ２８との間で相互に情報をやりとりしながら、エンジン２及び電動機６を適切に制御するようエンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、クラッチ４及び変速機８を適宜制御する。
車両ＥＣＵ２２はこのような制御を行う際、アクセルペダル３０の踏込量を検出するアクセル開度センサ３２や、車速センサ３４及び電動機回転数センサ３６の検出結果に基づき、車両の走行に必要な要求トルクを演算する。そして、各ＥＣＵからの情報に基づき、そのときの車両の運転状態やエンジン２及び電動機６の運転状態に応じて、この要求トルクをエンジン２及び電動機６に配分し、エンジンＥＣＵ２４やインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、必要に応じて変速機８やクラッチ４を制御する。
このとき、電動機６のみにトルクを配分してエンジン２にはトルクを配分しない場合には、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を切断すると共に、インバータＥＣＵ２６に対して電動機６の出力トルクを要求トルクとするように指示する。
エンジンＥＣＵ２４はエンジン２をアイドル運転する一方、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が指示したトルクに応じてインバータ２０を制御し、バッテリ１８の直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて電動機６に供給される。電動機６は交流電力が供給されることによってモータ作動して要求トルクを出力し、電動機６の出力トルクは変速機８を介して駆動輪１６に伝達される。
また、エンジン２及び電動機６の両方にトルクを配分する場合には、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を接続し、エンジンＥＣＵ２４に対してエンジン２に配分された出力トルクを指示すると共に、インバータＥＣＵ２６に対して電動機６に配分された出力トルクを指示する。
エンジンＥＣＵ２４は車両ＥＣＵ２２が指示したトルクをエンジン２が出力するようエンジン２を制御すると共に、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が指示したトルクに応じてインバータ２０を制御することにより、エンジン２の出力トルクと電動機６のトルクとの合計が要求トルクとなり、変速機８を介して駆動輪１６に伝達される。
一方、エンジン２のみにトルクを配分して電動機６にはトルクを配分しない場合は、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を接続状態とし、エンジンＥＣＵ２４に対してエンジン２の出力トルクを要求トルクとするよう指示すると共に、インバータＥＣＵ２６に対して電動機６の出力トルクを零とするように指示する。
エンジンＥＣＵ２４は車両ＥＣＵ２２が指示した要求トルクをエンジン２が出力するようエンジン２を制御すると共に、インバータＥＣＵ２６は、電動機６がモータ及び発電機のいずれとしても動作しないようインバータ２０を制御することにより、エンジン２から出力された要求トルクが変速機８を介して駆動輪１６に伝達される。
ところで、ハイブリッド電気自動車１には例えばポンプなどのような作業装置３８が搭載されており、変速機８からＰＴＯ装置４０によって動力が取り出され、その取り出された動力が作業装置３８に伝達されることによって、作業装置３８が作動するようになっている。
図２は、このようなＰＴＯ装置４０と変速機８の概略構成図であり、図２に示すように変速機８は電動機６の回転軸に連結された入力軸４２と、カウンタ軸４４と、プロペラシャフト１０に連結された出力軸４６とを備えている。
入力軸４２とカウンタ軸４４との間には、入力軸４２からカウンタ軸４４に回転を伝達する１対の入力ギヤ４８が設けられ、カウンタ軸４４と出力軸４６との間には、変速段毎のギヤ比で常時噛み合う複数対の変速ギヤ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが配設されている。そして、変速ギヤ５０ａ及び５０ｂについては、出力軸４６側の歯車が出力軸４６に対してそれぞれ相対回転可能であると共に、カウンタ軸４４側の歯車がカウンタ軸４４に対してそれぞれ固定されている。
一方、変速ギヤ５０ｃ及び５０ｄについては、カウンタ軸４４側の歯車がカウンタ軸４４に対してそれぞれ相対回転可能であると共に、出力軸４６側の歯車が出力軸４６に対してそれぞれ固定されている。
また、変速ギヤ５０ａは１速、変速ギヤ５０ｂは２速、変速ギヤ５０ｃは３速、変速ギヤ５０ｄは４速にそれぞれ対応している。
出力軸４６側には、出力軸４６と変速ギヤ５０ａ又は変速ギヤ５０ｂとの間の回転速度を同期させて変速段の切り換えを行うためのシンクロ機構５２ａが設けられており、カウンタ軸４４側には、変速ギヤ５０ｃと変速ギヤ５０ｄとの間に、カウンタ軸４４と変速ギヤ５０ｃ又は変速ギヤ５０ｄとの間の回転速度を同期させて変速段の切り換えを行うためのシンクロ機構５２ｂが設けられている。なお、シンクロ機構５２ａ及び５２ｂ自体は公知の構成であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
また、変速機８には車両ＥＣＵ２２からの制御信号に応じてこれらシンクロ機構５２ａ或いは５２ｂを作動させ、変速段の切り換えを行う変速アクチュエータ５４が設けられている。従って、シンクロ機構５２ａ及び５２ｂ並びに変速アクチュエータ５４が本発明の変速段切換機構を構成する。
更に、変速機８には、変速機８がニュートラル状態にあることを含め、変速機８で現在どの変速段が使用されているかを検出して車両ＥＣＵ２２に出力する変速位置センサ５６が設けられている。
ＰＴＯ装置４０は、車両ＥＣＵ２２からの制御信号によって断接状態が制御される電磁式のＰＴＯクラッチ５８と、ＰＴＯクラッチ５８の入力側に連結されたＰＴＯ入力軸６０と、ＰＴＯクラッチ５８の出力側に連結されて動力を作業装置３８に伝達するＰＴＯ出力軸６２とを備えている。
カウンタ軸４４とＰＴＯ入力軸６０との間には、常時噛合して変速機８の動力を取り出すためのＰＴＯギヤ６４が設けられ、カウンタ軸４４側のＰＴＯギヤ６４の歯車はカウンタ軸４４に固定され、ＰＴＯ入力軸６０側のＰＴＯギヤ６４の歯車はＰＴＯ入力軸６０に固定されている。
また、ＰＴＯ装置４０には、ＰＴＯクラッチ５８の出力側回転数であるＰＴＯ出力軸６２の回転数を検出するＰＴＯ回転センサ６６が設けられ、ＰＴＯ回転センサ６６の検出信号は車両ＥＣＵ２２に送られるようになっている。
このように構成されたハイブリッド電気自動車１においてＰＴＯ装置４０は、車速センサ３４の検出結果に基づき車両が停車中であることが検出されると共に、図示しないパーキングブレーキが作動中であるという作動許可条件が満たされたときに作動が許可されるようになっている。そして、このような作動許可条件が満たされると、車両ＥＣＵ２２によって図３及び４のフローチャートによるＰＴＯ作動制御が開始される。
ＰＴＯ作動制御が開始されると、まずステップＳ１で図示しないインストルメントパネル上に配設されたＰＴＯスイッチ６８がオンになったか否かを判定する。このＰＴＯスイッチ６８は、作業装置３８を作動させたい場合に、エンジンＥＣＵ２４によるエンジン２の制御モードを走行用モードからＰＴＯ作業モードに切り換えると共に、ＰＴＯ装置４０を介して作業装置３８への動力の伝達を開始する処理を進めるために操作されるものである。従って、上記作動許可条件が満たされていてもＰＴＯスイッチ６８がオフ状態にある場合には、ステップＳ１の処理が繰り返されて待機状態となる。
ＰＴＯスイッチ６８がオン状態になると、処理はステップＳ２に進んでクラッチ４を切断指示するが、クラッチ４は完全に接続された状態（完接状態）から完全に切断された状態（完断状態）に直ちに移行するわけではなく、短時間ではあるがクラッチストロークの増大に伴い完接状態から半クラッチ状態を経て完断状態へと移行していく。図５にはこのときの様子がタイムチャートによって示されており、時間ｔ１においてＰＴＯスイッチ６８がオンになると、クラッチ４は完接状態から完断状態に向けてクラッチストロークＣＳが増大していく。
なお、このクラッチ４の切断制御は図示しない別の制御ルーチンによって実行され、処理がステップＳ３以降に進んだ後も、クラッチ４が完断状態となるまで継続されるようになっている。
次に処理がステップＳ３に進むと、クラッチ４に設けられてこのクラッチストロークＣＳを検出するクラッチセンサ７０の検出出力を受け、クラッチストロークＣＳが所定の第１ストロークＣ１に達したか否かを判定する。この第１ストロークＣ１は、クラッチ４を接続方向に制御したときに半クラッチ状態となり始めるクラッチストローク、即ちこれ以上クラッチストロークＣＳが増大するとクラッチ４の入力側と出力側とが接触しない状態となるストロークであって、ステップＳ３ではクラッチストロークＣＳが増大して第１ストロークＣ１に達したことにより、今後はクラッチ４の出力側にエンジン２の駆動力が伝達されなくなることを判定している。
クラッチストロークＣＳが第１ストロークＣ１に達していない場合には、ステップＳ３の処理が繰り返されステップＳ３で待機状態となるが、この間もステップＳ２によるクラッチ４の切断制御はクラッチ４が完断状態となるまで継続しており、クラッチストロークＣＳが増大して第１ストロークＣ１に達すると処理はステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、電動機６が作動可能な状態にあるか否かを判定する。即ち、電動機６自体やバッテリ１８、インバータ２０、インバータＥＣＵ２６、或いはバッテリＥＣＵ２８などに何らかの故障が発生したり、電動機６やバッテリ１８或いはインバータ２０の温度が許容温度範囲外にあるなどの要因により、電動機６を作動困難な状態にあるか否かを判定する（異常検出手段）。
ステップＳ４で電動機６が作動可能な状態にあると判定した場合にはステップＳ５に進んで電動機６を制御する。このとき、電動機６はＰＴＯ回転数センサ６６によって検出されたＰＴＯクラッチ５８の出力側回転数に対応した目標回転数Ｎｔとなるように制御が行われるが、通常は作業装置３８は作動停止状態にあってＰＴＯクラッチ５８の出力側回転数は０ｒｐｍとなっており、目標回転数Ｎｔも０ｒｐｍとされる。
従って、車両ＥＣＵ２２はインバータＥＣＵ２６に対して電動機６の回転数を目標回転数Ｎｔである０ｒｐｍとするよう指示する。
変速機８の入力軸４２は、ステップＳ２でクラッチ４の切断制御が開始され、クラッチストロークＣＳが第１ストロークＣ１より大きくなることにより、エンジン２からの駆動力の伝達が遮断されるものの、電動機６の慣性などによって依然として回転状態にある。そこで、ステップＳ５ではこのような回転をなくすために電動機６の制御が行われ、インバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示を受けて、電動機６の回転数を０ｒｐｍとするために電動機６を発電機作動させ回生制動を行う。
このときの電動機６の回転数Ｎｍの変化を図５に示しており、電動機６の回転軸、即ち変速機８の入力軸４２は、時間ｔ１でのクラッチ４の切断開始後もエンジン２のアイドル回転数から徐々に低下しながら回転を継続している。そして、時間ｔ２でクラッチストロークＣＳが第１ストロークＣ１に達し、クラッチ４が半クラッチ状態から脱してエンジン２の駆動力が伝達されなくなると、ステップＳ５による電動機６の制御が開始され、回生制動力によって電動機６の回転数Ｎｍが目標回転数Ｎｔに向かって低下していく。
なお、何らかの理由により作業装置３８が回転を継続している場合には、ＰＴＯ回転数センサ６６によって検出されたＰＴＯクラッチ５８の出力側回転数を、ＰＴＯギヤ６４の変速比と入力ギヤ４８の変速比とを用いて電動機６の回転数に換算したものが目標回転数Ｎｔとなる。そして、ステップＳ５において電動機６の回転数が目標回転数Ｎｔとなるように電動機６が制御される。
次に処理がステップＳ６に進むと、電動機回転数センサ３６によって検出された電動機６の回転数Ｎｍと目標回転数Ｎｔとの差の絶対値が、所定時間（第１規定時間）ｔ１（例えば２秒）以内に所定回転数偏差ΔＮ以下となったか否かを判定する。
この回転数偏差ΔＮは、ＰＴＯクラッチ５８を接続しても入力側回転数と出力側回転数との違いによって車両の乗員や作業者が不快な振動やショックを感じることのない回転数偏差として予め実験等によって求められるものであって、本実施形態では例えば３０ｒｐｍとしている。
なお、前述したように何らかの理由によって作業装置３８が回転を継続している場合には、目標回転数Ｎｔが０ｒｐｍとはならず、電動機６の回転数Ｎｍの方が目標回転数Ｎｔより小さい場合もあり得るため、ステップＳ６では電動機６の回転数Ｎｍと目標回転数Ｎｔとの差の絶対値を回転数偏差ΔＮと比較している。
電動機６の回転数Ｎｍと目標回転数Ｎｔとの差の絶対値が、所定時間ｔ１以内に回転数偏差ΔＮ以下となった場合には、上述のようにＰＴＯクラッチ５８を接続しても不快な振動やショックを発生することがないため、これ以上の電動機６による回生制動は不要としてステップＳ７で電動機６の制御を終了した後、ステップＳ８に進んでＰＴＯクラッチ５８を接続する。
即ち図５のタイムチャートでは、時間ｔ２で開始されたステップＳ５での電動機６の回生制動によって電動機６の回転数Ｎｍが減少していき、電動機６の回転数Ｎｍが回転数偏差ΔＮと等しくなる時間ｔ３で、ＰＴＯクラッチ５８が接続されると共に電動機６の回生制動が終了する。なお、電動機６の回転数Ｎｍは、電動機６自体による駆動力の発生及び外部からの動力の伝達がないため引き続き減少していく。
ここまでの処理により、ＰＴＯクラッチ５８が接続されて変速機８からの動力を作業装置３８に伝達することが可能な状態となったが、この時点ではクラッチ４が完断状態にあり、運転中のエンジン２の駆動力が変速機８に伝達されない状態であるため、処理は更にステップＳ１２に進んで、作業装置３８側に配設された作業スイッチ７２がオン状態にあるか否かを判定する。
この作業スイッチ７２は、作業装置３８及びその周辺の状況を作業者が確認した上で作業装置３８を作動させることができるようにするために作業装置３８の近傍に配設されており、作業者が作業装置３８を実際に作動させる場合にオフ状態からオン状態に切り換え操作されるようになっている。
この作業スイッチ７２がオン状態とされず、ステップＳ１２で作業スイッチ７２がオン状態にないと判定した場合には、ステップＳ１２の判定処理が繰り返され、ステップＳ１２で待機状態となる。
そして、作業スイッチ７２がオン状態となると処理はステップＳ１３に進んで、インストルメントパネル上に配設されたインジケータランプ７４を点滅させ、作業装置３８への駆動力の伝達を開始するための処理を実行中であることを表示する。なお、このインジケータランプ７４は、インストルメントパネル上だけではなく、作業装置３８近傍に同様のものを設けるようにしても良い。また、インジケータランプ７４による表示以外に音声等による報知を併用するようにしても良い。
この作業スイッチ７２のオフ状態からオン状態への切り換えは、図５のタイムチャートでは時間ｔ４に行われ、この作業スイッチ７２のオン状態への切り換え操作に伴い、時間ｔ４からインジケータランプ７４が点滅する。
処理がステップＳ１３からステップＳ１４に進むと、車両ＥＣＵ２２はクラッチ４のクラッチストロークＣＳが前述のクラッチ開始点に対応した第１ストロークＣ１となるようにクラッチ４を接続方向に制御し、次のステップＳ１５に進む。
このときも、クラッチ４のクラッチストロークＣＳは完断状態から直ちに第１ストロークＣ１となるわけではなく、短時間ではあるが完断状態から第１ストロークＣ１となるまでには、図５のタイムチャートに示すように時間を要する。
なお、このクラッチ４の接続制御も図示しない別の制御ルーチンによって実行され、処理がステップＳ１５以降に進んだ後も、クラッチストロークＣＳが第１クラッチストロークＣ１となるまで継続されるようになっている。
ステップＳ１５では、クラッチセンサ７０によって検出されたクラッチ４のクラッチストロークＣＳが第１ストロークＣ１よりΔＣだけ切断側、即ちＣ１＋ΔＣ以下となったか否かを判定する。
このステップＳ１５の処理は、クラッチ４が切断状態から半クラッチ状態へと移行したことを判定して次の処理へ進むために実行されるものであるが、実際に半クラッチ状態となってから次の処理に移行したのでは制御に遅れが生じるため、ΔＣだけ手前の時点で次の処理に移行するようにしているのである。
クラッチ４のクラッチストロークＣＳがＣ１＋ΔＣより大きいときにはステップＳ１５の処理が繰り返され、ステップＳ１５で待機状態となる。そして、引き続き継続されているクラッチ４の接続制御によって、クラッチストロークＣＳがＣ１＋ΔＣに達すると、処理はステップＳ１６に進んで、クラッチ４の接続制御を緩接続制御に切り換える。このクラッチ４の緩接続制御では、車両ＥＣＵ２２が半クラッチ状態のクラッチ４を、ステップＳ１４で行われる接続制御よりも遅い所定の接続速度で接続するように制御し、図５のタイムチャートに示すように時間ｔ５でクラッチストロークＣＳがＣ１＋ΔＣに達した時点からクラッチストロークＣＳが徐々に減少していく。
クラッチ４の入力側に連結されたエンジン２はアイドル運転を行っており、クラッチ４が半クラッチ状態から徐々に接続していくことにより、エンジン２の駆動力が徐々にクラッチ４の出力側に伝達され、振動やショックを生じることなくクラッチ４を接続することができる。
なお、このクラッチ４の緩接続制御も図示しない別の制御ルーチンによって実行され、処理が次のステップＳ１７以降に進んだ後も継続されるようになっている。
処理がステップＳ１７に進むと、クラッチセンサ７０によって検出されたクラッチ４のクラッチストロークＣＳが第２ストロークＣ２以下となったか否かを判定する。この第２クラッチストロークＣ２は、クラッチ４が半クラッチ状態から更に接続された状態、即ちほぼ完接状態に移行するクラッチストロークである。クラッチストロークＣＳが第２ストロークＣ２より大きい場合にはステップＳ１７の判定が繰り返され、ステップＳ１７で待機状態となる。
そして、引き続き行われているクラッチ４の緩接続制御により、クラッチストロークＣＳが第２ストロークＣ２以下となると、クラッチ４の緩接続制御を通常の接続制御に切り換え、クラッチ４を完接状態とする。そして、次のステップＳ１９に進んでインジケータランプ７４を点滅状態から点灯状態へと切り換え、ＰＴＯ装置４０を介してエンジン２の動力が作業装置３８に伝達され、作業装置３８が作動していることを表示し、ＰＴＯ作動制御を終了する。
即ち、図５のタイムチャートでは、クラッチ４の緩接続制御が行われることにより、クラッチストロークＣＳが徐々に減少し、時間ｔ６でクラッチストロークＣＳが第２ストロークＣ２に達すると、クラッチ４の緩接続制御が通常の接続制御に切り換えられてクラッチ４が完接状態とされると共に、インジケータ７４が点滅状態から点灯状態へと切り換わる。
以上のようにしてＰＴＯ作動制御を行うことにより、エンジン２の運転中にＰＴＯクラッチ５８を接続してＰＴＯ装置４０を介した作業装置３８への動力の伝達を開始する際には、一旦クラッチ４を切断した後、ＰＴＯクラッチ５８の出力側回転数に対応した目標回転数Ｎｔとなるように電動機６を制御することにより、ＰＴＯクラッチ５８の入力側回転数と出力側回転数との差を減少させ、ＰＴＯクラッチ５８を接続する際の不快な振動やショックの発生を防止することができる。
また、ＰＴＯクラッチ５８の入力側回転数が自然に低下するのを待たず、電動機６の制御によりＰＴＯクラッチ５８の入力側回転数を速やかに出力側回転数に近づけることができるので、ＰＴＯ装置４０を迅速に使用開始することができる。
更に、作業装置３８が何らかの理由により停止しておらず、回転している場合であっても、ＰＴＯ回転数センサ６６によって検出されたＰＴＯクラッチ５８の出力側回転数をＰＴＯギヤ６４の変速比と入力ギヤ４８の変速比とを用いて電動機６の回転数に換算して求めた目標回転数Ｎｔを用いて同様に制御が行われるので、ＰＴＯクラッチ５８を接続する際の不快な振動やショックを防止することができる。
ところで、上述のＰＴＯ作動制御のステップＳ４で、電動機６自体やバッテリ１８、インバータ２０、インバータＥＣＵ２６、或いはバッテリＥＣＵ２８などに何らかの故障が発生したり、電動機６やバッテリ１８或いはインバータ２０の温度が許容温度範囲外にあるなどの要因により、電動機６が作動困難な状態にあると判定した場合には、処理がステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、車両ＥＣＵ２２が変速機８の変速アクチュエータ５４を制御し、ニュートラル状態から最も低速段である１速の変速段への切り換えを行う。即ち、変速アクチュエータ５４がシンクロ機構５２ａを用いて１速の変速段である変速ギヤ５０ａの出力軸４６側の歯車と出力軸４６とを回転同期させる。
このときカウンタ軸４４は前述のように電動機６の慣性などによって回転を継続しているが、変速機８の出力軸４６は車両が停車しているため回転していない。従って、シンクロ機構５２ａによる出力軸４６と変速ギヤ５０ａとの同期作用によって変速ギヤ５０ａの回転、即ちカウンタ軸４４の回転は抑制され、１速の変速段への切り換えが完了した時点でカウンタ軸４４の回転は停止する。一方、作業装置３８は通常は停止した状態にあることから、ＰＴＯクラッチ５８の入力側及び出力側が共に停止した状態となる。
そこで、ステップＳ１０における１速の変速段への切り換えが完了した後、次のステップＳ１１で変速アクチュエータ５４を制御して１速の変速段に切り換えた状態からニュートラル状態へと戻した後、ステップＳ８でＰＴＯクラッチ５８を接続してＰＴＯ作動制御を終了する。ＰＴＯクラッチ５８の入力側及び出力側は共に停止した状態にあるため、ＰＴＯクラッチ５８を接続する際に振動やショックが生じることはない。
このように、電動機６が何らかの理由により作動困難な状態にあっても、変速機８をニュートラル状態から１速の変速段に切り換えた後、再びニュートラル状態としてからＰＴＯクラッチ５８を接続することにより、振動やショックを生じることなく確実にＰＴＯクラッチ５８を接続することが可能となる。
また、ＰＴＯ作動制御のステップＳ６で、電動機６の回転数Ｎｍと目標回転数Ｎｔとの差の絶対値が、所定時間ｔ１以内に所定回転数偏差ΔＮ以下とならなかった場合にも、何らかの理由により電動機６による必要な回生制動力や駆動力が得られないものとして、ステップＳ９で電動機６の制御を中止した後、ステップＳ１０及びＳ１１で上述のようにして変速機８をニュートラル状態から最も低速段である１速の変速段に切り換えた後、再びニュートラル状態としてから、ステップＳ８でＰＴＯクラッチ５８を接続してＰＴＯ作動制御を終了する。
このように、何らかの理由により電動機６の制御によって電動機６の回転数Ｎｍと目標回転数Ｎｔとの差の絶対値を所定時間ｔ１以内に所定回転数偏差ΔＮ以下とすることができない状態にあっても、変速機８をニュートラル状態から１速の変速段に切り換えた後、再びニュートラル状態としてからＰＴＯクラッチ５８を接続することにより、振動やショックを生じることなく確実かつ迅速にＰＴＯクラッチ５８を接続することが可能となる。
以上で本発明の一実施形態に係るハイブリッド電気自動車の制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ＰＴＯ装置３８として変速機８のカウンタ軸４４からＰＴＯギヤ６４を介して動力の取り出しを行うようにしたものを用いたが、ＰＴＯ装置はこれに限られるものではない。
そこで、上記実施形態の変形例として、変速機８の出力軸４６から動力の取り出しを行うようにしたＰＴＯ装置１４０を用いるハイブリッド電気自動車１の制御装置について以下に説明する。
なお、ハイブリッド電気自動車１の制御装置の全体構成は、ＰＴＯ装置１４０を除いて上記実施形態と同様であり、同一の部材には同一の符号を用い、上記実施形態と重複する部分の説明は省略し、上記実施形態と相違する部分を中心に説明する。
図６は、このようなＰＴＯ装置１４０と変速機８の概略構成図であり、変速機８は一部の構成部材について配置が上記実施形態とは相違するものの、各構成部材の機能及び構成は上記実施形態と同じである。
図６に示すように、ＰＴＯ装置１４０は、車両ＥＣＵ２２からの制御信号によって断接状態が制御される電磁式のＰＴＯクラッチ１５８と、ＰＴＯクラッチ１５８の入力側に連結されたＰＴＯ入力軸１６０と、ＰＴＯクラッチ１５８の出力側に連結されて動力を作業装置３８に伝達するＰＴＯ出力軸１６２とを備えている。
４速の変速段に対応した変速ギヤ５０ｄの出力軸４６側の歯車には、変速機８の動力を取り出すためのＰＴＯギヤ歯車１６４が常時噛合しており、ＰＴＯギヤ歯車１６４はＰＴＯ入力軸１６０に固定されている。
また、ＰＴＯ装置１４０には、ＰＴＯクラッチ１５８の出力側回転数であるＰＴＯ出力軸１６２の回転数を検出するＰＴＯ回転センサ１６６が設けられ、ＰＴＯ回転センサ１６６の検出信号は車両ＥＣＵ２２に送られるようになっている。
このように構成されたＰＴＯ装置１４０の作動許可条件は上記実施形態と同様であり、作動許可条件が満たされたときにＰＴＯ装置１４０の作動が許可され、車両ＥＣＵ２２によってＰＴＯ作動制御が開始される。このＰＴＯ作動制御は、上記実施形態で用いた図３のフローチャートの部分が上記実施形態と相違しており、この相違部分を図７のフローチャートで示す。
ＰＴＯ作動制御が開始されると、まずステップＳ２１でインストルメントパネル上に配設されたＰＴＯスイッチ６８がオン状態になったか否かを判定する。前述したように、このＰＴＯスイッチ６８は、作業装置３８を作動させたい場合にエンジンＥＣＵ２４によるエンジン２の制御モードを走行用モードからＰＴＯ作業モードに切り換えると共に、ＰＴＯ装置４０を介して作業装置３０への動力の伝達を開始する処理を進めるために操作されるものであって、ＰＴＯ装置１４０の作動許可条件が満たされていてもＰＴＯスイッチ６８がオフ状態にある場合には、ステップＳ２１の処理が繰り返され待機状態となる。
ＰＴＯスイッチ６８がオンになると、処理はステップＳ２２に進んでクラッチ４を切断するが、クラッチ４は完接状態から完断状態に直ちに移行するわけではなく、短時間ではあるがクラッチストロークの増大に伴い完接状態から半クラッチ状態を経て完断状態へと移行していく。
なお、このクラッチ４の切断制御は図示しない別の制御ルーチンによって実行され、処理がステップＳ２３以降に進んだ後も、クラッチ４が完断状態となるまで継続されるようになっている。
次に処理がステップＳ２３に進むと、クラッチセンサ７０によって検出されたクラッチ４のクラッチストロークＣＳが所定の第１ストロークＣ１に達したか否かを判定する。この第１ストロークＣ１は上記実施形態で用いたものと同じものであって、ステップＳ２３ではクラッチストロークＣＳが増大して第１ストロークＣ１に達したことにより、今後はクラッチ４の出力側にはエンジン２の駆動力が伝達されなくなることを判定している。
クラッチストロークＣＳが第１ストロークＣ１に達していない場合には、ステップＳ２３の処理が繰り返されステップＳ２３で待機状態となるが、この間もステップＳ２２によるクラッチ４の切断制御はクラッチ４が完断状態となるまで継続しており、クラッチストロークＣＳが増大して第１ストロークＣ１に達すると処理はステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、車両ＥＣＵ２２が変速機８の変速アクチュエータ５４を制御し、ニュートラル状態から４速の変速段への切り換えを行うと共に、電動機６を制御する。なお、ステップＳ２４の制御はそれぞれ図示しない別の制御ルーチンによって実行され、次のステップＳ２５に進んだときにも継続されるようになっている。
ステップＳ２４の制御のうち変速アクチュエータ５４に対する制御により、変速アクチュエータ５４がシンクロ機構５２ｂを用いて４速の変速段である変速ギヤ５０ｄのカウンタ軸４４側の歯車とカウンタ軸４４とを回転同期させる。
このときカウンタ軸４４は電動機６の慣性などによりクラッチ４の切断後も回転を継続しているが、変速機８の出力軸４６は車両が停車しているため回転していない。従って、シンクロ機構５２ｂによるカウンタ軸４４と変速ギヤ５０ｄとの同期作用によって変速ギヤ５０ｄの回転、即ちカウンタ軸４４の回転は抑制される。
一方、ステップＳ２４において電動機６は、ＰＴＯ回転数センサ１６６によって検出されたＰＴＯクラッチ１５８の出力側回転数に対応した目標回転数Ｎｔとなるように制御されるが、通常は作業装置３８は作動停止状態にあってＰＴＯクラッチ５８の出力側回転数は０ｒｐｍとなっており、目標回転数Ｎｔも０ｒｐｍとされる。
従って、車両ＥＣＵ２２はインバータＥＣＵ２６に対して電動機６の回転数を目標回転数Ｎｔである０ｒｐｍとするよう指示し、インバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示を受けて、電動機６の回転数を０ｒｐｍとするために電動機６を発電機作動させ、回生制動を行う。
このようにして、４速への変速段の切り換えによるカウンタ軸４４の回転の抑制と、電動機６の回生制動が行われることにより、４速の変速段への切り換えが完了した時点でカウンタ軸４４の回転は停止する。この結果、ＰＴＯクラッチ５８の入力側及び出力側が共に停止した状態となる。
ステップＳ２５では、変速位置センサ５６から送られる検出出力に基づき、４速の変速段への切り換えが所定の第２規定時間ｔ２（例えば２秒）以内に完了したか否かを判定する。そして、第２規定時間ｔ２以内に４速の変速段への切り換えが完了していれば、上述したようにＰＴＯクラッチ５８の入力側及び出力側が共に停止していることから、振動やショックを生じることなくＰＴＯクラッチ１５８を接続できるので、ステップＳ２６に進んでＰＴＯクラッチ１５８を接続する。
ステップＳ２６でＰＴＯクラッチ１５８を接続した後の処理は上記実施形態と同じく、図４のステップＳ１２乃至Ｓ１９によって実行される。ステップＳ１２乃至Ｓ１９の処理についての説明は前述の通りであってここでは省略するが、ＰＴＯクラッチ１５８の接続後、ステップＳ１２乃至Ｓ１９の処理によってクラッチ４が接続されると、エンジン２の駆動力が変速機８の入力軸４２からカウンタ軸４４に伝達される。図７のステップＳ２４の処理により変速機８は４速の変速段に切り換えられているので、カウンタ軸４４に伝達された駆動力は４速の変速段に対応した変速ギヤ５０ｄに噛合するＰＴＯギヤ歯車１６４を介してＰＴＯ入力軸１６０に伝達され、更にＰＴＯクラッチ１５８を介して作業装置３８に伝達される。
なお、このとき変速機８の出力軸４６からプロペラシャフト１０への動力の伝達は図示しない遮断機構により遮断されている。
このようにしてＰＴＯ作動制御を行うことにより、本変形例においてエンジン２の運転中にＰＴＯクラッチ１５８を接続してＰＴＯ装置１４０を介した作業装置３８への動力の伝達を開始する際には、一旦クラッチ４を切断した後、ＰＴＯギヤ歯車１６４が噛合する変速ギヤ５０ｄに対応した４速の変速段への切り換えを行う際に、ＰＴＯクラッチ１５８の出力側回転数に対応した目標回転数Ｎｔ（＝０ｒｐｍ）に電動機６が制御されることにより、変速機６のカウンタ軸４４の回転が抑制されるので、４速の変速段への切り換えを行う際のシンクロ機構５２ｂの負荷を軽減することができる。そして、４速の変速段への切り換え完了後はＰＴＯクラッチ１５８の入力側が出力側と同様に停止状態となるので、振動やショックを生じることなくＰＴＯクラッチ１５８を接続することができる。
一方、ステップＳ２５で４速の変速段への切り換えが第２規定時間ｔ２以内に完了していないと判定した場合には、ステップＳ２７に進んで位置ずらし制御を行う。
即ち、４速の変速段への切り換えが第２規定時間ｔ２以内に完了しないのは、例えばシンクロ機構５２ｂのスプラインギヤ（図示せず）と変速ギヤ５０ｄ側のクラッチギヤ（図示せず）とが突き当たったり噛み合ったりして正常に嵌合できないことが原因と考えられる。そこで、車両ＥＣＵ２２はステップＳ２５の判定結果を受け、電動機６が、図８に示すように回転の順方向と逆方向とに交互に所定の微小トルク（例えば１０分の数Ｎ・ｍ）を所定周期（例えば１００ｍｓ〜２００ｍｓ程度）で発生するようインバータＥＣＵ２６に指示する。
この指示を受け、インバータＥＣＵ２６が電動機６を制御することにより、電動機６から回転の順方向と逆方向とに交互に所定の微小トルクが所定周期で出力される。
こうして電動機６から出力された微小トルクは、電動機６の回転軸に連結された変速機８の入力軸４２に伝達され、入力軸４２が回転方向に所定周期で振動する。この振動はカウンタ軸４４を介して変速ギヤ５０ｄにも伝達され、変速ギヤ５０ｄが振動することによって、シンクロ機構５２ｂと変速ギヤ５０ｄとの相対位置が変化するため、例えばスプラインギヤとクラッチギヤとの嵌合ができないというような、変速段の切り換えができない状態が解除されて４速の変速段への切り換えが行われる。
なお、この位置ずらし制御で電動機６に発生させる微小トルクの大きさ及び周期は、車両の乗員が不快に感じることのない程度に設定されている。
次のステップＳ２８では、変速位置センサ５６の検出結果から、ステップＳ２７の位置ずらし制御によって変速機８の変速段がニュートラル状態から４速の変速段に切り換わったか否かを判定しており、所定の第３規定時間ｔ３（例えば２秒）以内に４速の変速段への切り換えが完了した場合には位置ずらし制御を終了した後、ステップＳ２６に進んでＰＴＯクラッチ１５８を接続する。
一方、位置ずらし制御を行って第３規定時間ｔ３が経過してもニュートラル状態から４速の変速段への切り換えが完了しない場合にはステップＳ２９に進み、位置ずらし制御に代えてリトライ制御を行う。
即ち、このリトライ制御では、車両ＥＣＵ２２がステップＳ２８の判定結果を受け、４速の変速段への切り換えを一旦中止し、４速の変速段以外の変速段として例えば３速の変速段への切り換えを行う。
シンクロ機構５２ａ或いは５２ｂと各変速ギヤとの相対位置関係は必ずしも同一とはならないため、４速の変速段への切り換えが行えないような場合であっても、４速以外の変速段への切り換えを行うことができる。そして、このように４速以外の変速段に一旦切り換えた場合には、４速以外の変速段においてシンクロ機構５２ａ或いは５２ｂのスプラインギヤがクラッチギヤを押しのけて嵌合することにより、４速の変速段におけるシンクロ機構５２ｂと変速ギヤ５０ｄとの相対位置関係も変化する。その結果、４速の変速段においてもスプラインギヤをクラッチギヤと嵌合させることが可能となる。
ステップＳ３０では、変速位置センサ５６の検出結果から、ステップＳ２９のリトライ制御によって変速機８の変速段がニュートラル状態から４速の変速段に切り換わったか否かを判定しており、第３規定時間ｔ３以内に４速の変速段への切り換えが完了した場合には、ステップＳ２６に進んでＰＴＯクラッチ１５８を接続する。
一方、第３規定時間ｔ３が経過してもニュートラル状態から４速の変速段への切り換えが完了しない場合には、シンクロ機構５２ｂや変速アクチュエータ５４などの故障により切り換えを行うことができない可能性があるため、ステップＳ３１に進んでインストルメントパネル上に配設された警告灯７６を点灯させ、ニュートラル状態から４速の変速段への切り換えができず、ＰＴＯ装置１４０を使用することができない旨を警報表示する。
なお、警告灯７６は作業装置３８の近傍にも設けても良いし、警告灯７６以外に音声等による警報を併用するようにしても良い。
このように、第２規定時間ｔ２内にニュートラル状態から４速の変速段への切り換えが完了されない場合には、電動機６の順回転方向と逆回転方向とに交互に微小トルクを発生させ、この微小トルクを変速機８の入力軸４２に伝達させることにより４速の変速段の変速ギヤ５０ｄを回転方向に振動させるようにしたので、例えばシンクロ機構５２ｂのスプラインギヤと変速ギヤ５０ｄ側のクラッチギヤとが突き当たるなどして４速の変速段への切り換えができない状態を解除して、速やかに４速の変速段への切り換えを完了し、ＰＴＯクラッチ１５８の接続を行うことが可能となる。
また、上述のような位置ずらし制御を行っても、第３規定時間ｔ３内に４速の変速段への切り換えが完了されない場合には、４速とは異なる変速段に一旦切り換えることによって、シンクロ機構５２ｂと４速の変速段の変速ギヤ５０ｄとの相対位置がずれるので、再び４速の変速段への切り換えを行ったときに４速の変速段への切り換えを完了し、ＰＴＯクラッチ１５８の接続を行うことが可能となる。
以上のように、変速機８の出力軸４２側から動力を取り出して作業装置３８に伝達するようにしたＰＴＯ装置１４０をハイブリッド電気自動車１に用いる場合でも、不快な振動やショックを生じることなくＰＴＯクラッチ１５８を接続して作業装置３８への動力の伝達を開始することができる。
なお、上記実施形態及びその変形例では、変速機８の前進変速段が４段であったが、変速段の数はこれに限られるものではなく、任意に変更可能である。
また、上記実施形態では、電動機６が作動困難である場合や、電動機６の制御によって電動機６の回転数Ｎｍと目標回転数Ｎｔとの差の絶対値が所定時間ｔ１以内に回転数偏差ΔＮ以下にならない場合には、変速機８のニュートラル状態から１速の変速段に切り換えるようにしたが、切り換える変速段は１速以外であっても良い。
更に、上記変形例では、変速機８の動力を４速の変速段に対応した変速ギヤ５０ｄから取り出すようにしたが、４速以外の変速ギヤから取り出すようにしても良い。この場合には、ＰＴＯ作動制御のステップＳ２４でニュートラル状態から切り換える変速段が、動力を取り出す変速ギヤの変速段となる。
また、上記実施形態及び変形例では、エンジン２の駆動力をＰＴＯ装置４０又は１４０を介して作業装置３８に伝達可能となった後、エンジン２の駆動力で作業装置３８を作動させるようにしたが、電動機６の駆動力を併用するようにしても良い。
この場合、電動機６の出力トルクを調整することにより、エンジン２を比較的高効率の運転領域で運転することにより燃費を改善したり、排ガス特性の良好な運転領域で運転して排ガス性能を向上させたりすることができる。
また、バッテリ１８のＳＯＣに応じ、ＳＯＣが比較的高い場合には電動機６の出力トルクの割合を増大させてＳＯＣの更なる上昇を抑制したり、ＳＯＣが比較的低い場合には、電動機６を発電機作動させてエンジン２の駆動力を作業装置３８に伝達しながらバッテリ１８の充電を行ったりすることも可能である。
また、上記実施形態や変形例では、ＰＴＯ作動制御において電動機６を制御する際の目標回転数Ｎｔを、ＰＴＯ回転センサ６６，１６６が検出したＰＴＯクラッチ５８，１５８の出力側回転数であるＰＴＯ出力軸６２，１６２の回転数に基づいて設定するようにしたが、前述したように作業装置３８が停止している場合にはＰＴＯ出力軸６２，１６２の回転数が０ｒｐｍとなるため、目標回転数Ｎｔも０ｒｐｍとなる。従って、作業装置３８が停止している場合に限ってＰＴＯ装置４０，１４０による動力の取り出しを可能とする場合には、ＰＴＯ回転センサ６６，１６６を設けず、ＰＴＯクラッチ５８，１５８の出力側回転数に対応した目標回転数Ｎｔを常に０ｒｐｍとするようにしても良い。
更に、上記実施形態及び変形例では、エンジン２をディーゼルエンジンとしたが、エンジンの形式はこれに限られるものではなく、種々知られているものを適宜用いることが可能である。
また、上記実施形態及び変形例では、電動機６を永久磁石式同期電動機としたが電動機の形式はこれに限られるものではない。
本発明の一実施形態であるハイブリッド電気自動車の制御装置の全体構成図である。 図１のハイブリッド電気自動車における変速機及びＰＴＯ装置の概略構成図である。 図１の制御装置によるＰＴＯ作動制御の一部を示すフローチャートである。 図１の制御装置によるＰＴＯ作動制御の残部を示すフローチャートである。 図１の制御装置によるＰＴＯ作動制御の際の各部の動作を示すタイムチャートである。 図１の実施形態の変形例であるハイブリッド電気自動車における変速機及びＰＴＯ装置の概略構成図である。 変形例におけるＰＴＯ作動制御の一部を示すフローチャートである。 図７のフローチャートにおける位置ずらし制御で電動機が発生するトルクを示す図である。
符号の説明
１ ハイブリッド電気自動車
２ エンジン
４ クラッチ（主クラッチ）
６ 電動機
８ 自動変速機
１６ 駆動輪
２２ 車両ＥＣＵ（制御手段、異常検出手段）
３６ 電動機回転数センサ（電動機回転数検出手段）
３８ 作業装置
４０，１４０ ＰＴＯ装置
５２ａ，５２ｂ シンクロ機構（切換機構）
５４ 変速アクチュエータ（切換機構）
５８，１５８ ＰＴＯクラッチ

Claims (7)

  1. エンジン及び電動機から変速機を介してそれぞれ車両の駆動輪に駆動力を伝達可能であって、上記変速機から取り出した動力を作業装置に伝達可能なＰＴＯ装置を備えたハイブリッド電気自動車の制御装置において、
    上記電動機は、上記エンジンの出力軸と上記変速機の入力軸との間に介装されており、
    上記ハイブリッド電気自動車の制御装置は更に、
    上記エンジンの出力軸と上記電動機の回転軸との間に介装されて、上記エンジンから上記変速機に伝達される駆動力を遮断可能な主クラッチと、
    上記ＰＴＯ装置に設けられ、上記変速機から上記作業装置に伝達される動力を遮断可能なＰＴＯクラッチと、
    上記エンジンの運転中に上記ＰＴＯ装置を介した上記作業装置への動力の伝達を開始する際には、上記ＰＴＯクラッチを接続する前に上記主クラッチを切断し、上記ＰＴＯクラッチの出力側回転数に対応した目標回転数となるように上記電動機を制御する制御手段
    とを備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。
  2. 上記電動機の回転数を検出する電動機回転数検出手段を更に備え、
    上記制御手段は、上記電動機回転数検出手段によって検出された上記電動機の回転数と上記目標回転数との差が所定回転数以下になったときに上記ＰＴＯクラッチを接続することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
  3. 上記ＰＴＯ装置は上記車両が停車中に使用され、
    上記変速機はシンクロ機構を有する変速段切換機構を備え、
    上記制御手段は、上記電動機回転数検出手段によって検出された上記電動機の回転数と上記目標回転数との差が所定の第１規定時間内に上記所定回転数以下にならない場合、上記変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換え、上記所定変速段への切り換え完了後に再びニュートラル状態としてから上記ＰＴＯクラッチを接続することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
  4. 上記電動機が作動困難な所定状態にあることを検出する異常検出手段を更に備え、
    上記ＰＴＯ装置は上記車両が停車中に使用され、
    上記変速機はシンクロ機構を有する変速段切換機構を備え、
    上記制御手段は、上記エンジンの運転中に上記ＰＴＯ装置を介した上記作業装置への動力の伝達を開始する際に、上記異常検出手段によって上記電動機が上記所定状態にあることを検出した場合には、上記ＰＴＯクラッチを接続する前に上記主クラッチを切断し、上記変速機をニュートラル状態から所定変速段に切り換え、上記所定変速段への切り換え完了後に再びニュートラル状態としてから上記ＰＴＯクラッチを接続することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
  5. 上記ＰＴＯ装置は、上記車両が停車中に使用され、上記変速機の出力軸と一体回転する所定変速段用の歯車に噛合するＰＴＯ歯車を介して上記変速機から動力を取り出すように構成され、
    上記変速機はシンクロ機構を有する変速段切換機構を備え、
    上記制御装置は、上記エンジンの運転中に上記ＰＴＯ装置を介した上記作業装置への動力の伝達を開始する際には、上記ＰＴＯクラッチを接続する前に上記主クラッチを切断し、上記変速機をニュートラル状態から上記所定変速段に切り換えると共に上記電動機を制御し、上記所定変速段への切り換え完了後に、上記ＰＴＯクラッチを接続することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
  6. 上記制御手段は、上記所定変速段への切り換えを行っても、所定の第２規定時間内に上記所定変速段への切り換えが完了されない場合には、上記電動機を制御して上記電動機の順回転方向と逆回転方向とに交互に所定の微小トルクを発生させ、該微小トルクを上記変速機の入力軸に伝達させることにより上記所定変速段の変速ギヤを回転方向に振動させる位置ずらし制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
  7. 上記制御手段は、上記位置ずらし制御を開始してから所定の第３規定時間内に上記所定変速段への切り換えが完了されない場合には、上記所定変速段とは異なる変速段に一旦切り換えた後に、再び上記所定変速段への切り換えを行うことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
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