JP6111652B2 - 電動車両の変速制御装置 - Google Patents
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Description
この電動車両において、前記有段変速機によるダウン変速の開始から終了までの間、モータ回転数を上昇させてもトルク制限を受けないモータトルク値を上限トルクとし、ダウン変速が開始されるとダウン変速の開始からイナーシャフェーズ開始まで前記モータジェネレータのモータトルクを前記上限トルクに維持し、前記モータジェネレータをトルク制御から回転数制御に切り替え、ダウン変速のイナーシャフェーズ中にイナーシャフェーズ終了時のモータ回転数で回転する際に出力可能な最大モータ出力トルクと前記上限トルクとの差による前記モータトルクを用いて変速機入力回転数を上昇させる変速制御手段を設ける。
前記変速制御手段は、ダウン変速開始判断がなされる可能性がある運転状況において、前記モータトルクが、ダウン変速開始判断がなされたと仮定した場合におけるダウン変速中の前記上限トルクを超えた場合、前記モータジェネレータのアクセル操作に対するトルク応答性を低下させるモータトルク応答性制御部を有する。
すなわち、ダウン変速の開始時にモータトルクを上限トルクまで低下させることで、ダウン変速のイナーシャフェーズ中にモータトルクを用いて変速機入力回転数を上昇させてもトルク制限を受けない。そして、実際に変速開始判断される前のタイミングにてモータトルク応答性を予め低下しているため、変速判断前後域における実モータトルクの上昇応答や下降応答が遅れ、トルク増減変化が滑らかで増減幅も小さく抑えられたモータトルク特性となる。
この結果、ダウン変速の開始時にモータトルクが高いとき、モータ回転数の上昇によるトルク制限を受けないようにしながら、モータトルクの短時間増減によるG変動を抑制することができる。
実施例1における電気自動車(電動車両の一例)に搭載された変速制御装置の構成を、「全体システム構成」、「変速制御系の詳細構成」、「モータトルク応答性制御処理構成」に分けて説明する。
図1は、実施例1の変速制御装置が適用された電気自動車の駆動系構成と制御系構成を示す。以下、図1に基づき、全体システム構成を説明する。
図2は、実施例1の変速制御系の詳細構成を示し、図3は、変速制御において用いられる変速マップの一例を示す。以下、図2及び図3に基づき、変速制御系の詳細構成を説明する。
この係合クラッチ8cの噛み合い係合と開放は、カップリングスリーブ8fの位置によって決まり、変速コントローラ21は、スリーブ位置センサ27の値を読み込み、スリーブ位置が噛み合い係合位置又は開放位置になるように電動アクチュエータ41に電流を与える位置サーボコントローラ51(例えば、PID制御による位置サーボ系)を備えている。
そして、カップリングスリーブ8fがクラッチギア8d及びクラッチハブ8eの外周クラッチ歯の双方に噛合した図1に示す噛み合い位置にあるとき、ギア8aを変速機出力軸7に駆動連結する。一方、カップリングスリーブ8fが、図1に示す位置から軸線方向へ変位することでクラッチギア8d及びクラッチハブ8eの外周クラッチ歯の一方と非噛み合い位置にあるとき、ギア8aを変速機出力軸7から切り離す。
この摩擦クラッチ9cの伝達トルク容量は、スライダ9fの位置によって決まり、また、スライダ9fはネジ機構となっており、電動アクチュエータ42の入力が0(ゼロ)のとき、位置を保持する機構となっている。変速コントローラ21は、スライダ位置センサ26の値を読み込み、所望の伝達トルク容量が得られるスライダ位置になるように電動アクチュエータ42に電流を与える位置サーボコントローラ52(例えば、PID制御による位置サーボ系)を備えている。
そして、摩擦クラッチ9cは、変速機入力軸6と一体に回転し、クラッチ摩擦締結のときギア9aを変速機入力軸6に駆動連結し、クラッチ開放のとき、ギア9aと変速機入力軸6の駆動連結を切り離す。
図4は、実施例1の変速コントローラ21にて実行されるモータトルク応答性制御処理の流れを示す。以下、図4に基づき、モータトルク応答性制御処理構成をあらわす各ステップについて説明する(モータトルク応答性制御部)。この処理は、所定の制御周期により繰り返される。
ここで、実施例1の自動変速機3は、ローギア段とハイギア段の2つの変速段を有することで、ハイギア段が選択されていると、次の変速として可能性があるのはローギア段へのダウン変速のみである。このため、ハイギア段の選択判断を、ダウン変速開始判断がなされる可能性がある運転状況の検出に用いている。
ここで、「上限トルクTlimit」とは、自動変速機3によるダウン変速の開始から終了までの間、ダウン変速後の変速機入力回転数までモータ回転数を上昇させてもトルク制限を受けないモータ出力トルクの上限値をいう。この上限トルクTlimitは、ダウン変速がなされたと仮定した場合、イナーシャフェーズ終了時のモータ回転数で回転する際に出力可能な最大モータ出力トルクTmo2と、イナーシャフェーズ開始から終了までに増加させる必要のあるモータ出力トルクTipと、の差により算出される。
Nmo2=Nmo1×Gr1/Gr2+Gv×Timeip×V0
の式により算出される。
そして、図5で示されるようなマップ特性を用い、モータジェネレータMGをモータ回転数Nmo2で回転する際に出力可能な最大モータ出力トルクTmo2が算出される。このとき、マップ特性は、アクセル開度及びモータジェネレータMG、インバータ、バッテリの状態を考慮して与えられる。
そして、最大回転変化速度dNo/dt(max)、モータイナーシャImとすると、イナーシャフェーズを進行させるためにイナーシャフェーズ開始時より増加させる必要のあるモータ出力トルクTipが、
Tip=dNo/dt(max)×Im
の式により算出される。
よって、上限トルクTlimitは、アクセル開度に応じたモータトルクをTmoとすると、
Tlimit=min(Tmo,Tmo2−Tip)
という最小値選択により算出される。
このようにして求まる上限トルクTlimitは、仮に現在ダウン変速を実施した場合におけるモータ出力トルクの上限となる。また、イナーシャフェーズ中のモータ出力トルクの上限は、(Tlimit+Tip)となる。
ここで、上限トルク<要求モータトルクでありステップS5以降へ進むと、アクセル開度に対するモータトルクの応答性(時定数)が、初期時定数τによる応答より遅くなる方向に変更される。つまり、図6において、ハイギア段が選択されているときの運転点が、車速Vaより大きく、かつ、上限トルクTlimitより大きな領域A内に入ったとき、ダウン変速開始判断後に上限トルクTlimitまでモータトルクを下げる必要がある。
また、上限トルク≧要求モータトルクでありエンドへ進むと、アクセル開度に対するモータトルクの応答性(時定数)は、初期時定数τのままで変更されない。
ここで、モータトルクの応答性悪化率α1は、図7に示すように、アクセル踏み込み操作によるアクセル開度の変化率がB以下の領域においてα1=1(通常走行時の応答性と同等)とする。そして、アクセル開度の変化率がBを超えてCまでの領域では、アクセル開度の変化率が早いほどα1を低下させて応答を遅くし、アクセル開度の変化率がCを超える早い領域では、α1を一定値に保って遅い応答を維持する。
また、モータトルクの応答性悪化率α2は、図8に示すように、要求モータトルクと上限トルクTlimitの乖離幅であるトルク差がゼロのときは、α2=1(通常走行時の応答性と同等)とする。そして、トルク差が大きくなると、初期領域でのα2が低下する傾きを大きくし、その後、緩やかな低下勾配にてα2を徐々に低下させる曲線特性により、応答を遅くする。
ここで、変更後のアクセル開度に対するモータトルクの時定数τは、応答性悪化率α1,α2を用いた下記の式、
τ(変更後)=τ(変更前)×α1×α2
により算出される。
なお、ステップS6にて時定数τ(変更後)が算出されると、モータコントローラ28への指令により、アクセル開度に対するモータトルクの応答性が、算出された時定数τを用いた応答性に変更される。
まず、比較例の電気自動車の変速制御装置における「ダウン変速制御作用」を説明し、実施例1の電気自動車の変速制御装置における「モータトルク応答性制御作用」を説明する。
電気自動車の変速制御装置において、踏み込みダウンシフトを行う際、変速開始からイナーシャフェーズ終了までの間、モータ回転数の上昇によるトルク制限を受けないよう、モータトルクの上限トルクを規定する制御を実施するものを比較例とする。
上記のように、踏み込みダウン変速時、モータ出力トルクに上限を設けることで、ドライバーの加速要求に対する応答性が高まるものの、ダウン変速の開始時においてG変動が発生するという課題が残る。以下、ドライバーの踏み込み加速要求に対する応答性を確保しながらも、G変動発生の課題を解決するモータトルク応答性制御作用を、図4及び図10に基づき説明する。
τ(変更後)=τ(変更前)×α1×α2
により算出される。
したがって、踏み込みダウン変速時のように、ダウン変速の開始時にモータトルクが高いとき、モータ回転数の上昇によるトルク制限を受けないようにしながら、モータトルクの短時間増減によるG変動が抑制される。
すなわち、ダウン変速時、係合クラッチ8cが締結要素とされることで、カップリングスリーブ8fを移動させての係合締結を確保するには、係合クラッチ8cの入出力回転を同期させる必要がある。これに対し、モータジェネレータMGのモータトルクを上限トルクに規定することで、モータジェネレータMGによる回転同期制御が応答良く確実に行われ、係合クラッチ8cの係合締結遅れが解消される。
したがって、加速要求のあるアクセル踏み込みダウン変速時、モータジェネレータMGを用いた回転同期制御による応答の良いダウン変速の進行により、加速応答性が確保される。加えて、モータトルク応答性制御の開始条件であるダウン変速開始判断がなされる可能性がある運転状況を、ハイギア段の選択時であるという簡単な判断により行える。
すなわち、上限トルクTlimitが、モータ回転数を上昇させてもトルク制限を受けない必要最小限の値にて算出される。
したがって、上限トルクTlimitを必要最小限の値にて算出することで、ダウン変速開始時における上限トルクTlimitまでのモータトルク低下幅が小さく抑えられる。
すなわち、アクセル踏み込み速度(=アクセル開度の変化率)が速い場合は、ダウン変速線を横切る可能性が高い。つまり、ドライバーの要求駆動力が大きいため、ダウン変速中の上限トルクTlimitを超え、ダウン変速が開始されると上限トルクTlimitまでモータトルクを減少させる可能性が高い。
したがって、アクセル踏み込み速度にあらわれるドライバーの要求駆動力が大きく、ダウン変速が開始される可能性が高いほどトルク応答性をより低下させることで、実際にダウン変速が開始されたときのドライバーの要求駆動力の大きさにかかわらず、変動Gの急変が抑制される。
すなわち、要求モータトルクと上限トルクTlimitのトルク差が大きいほど、比例的に変動Gの発生も大きくなる。
したがって、トルク差が大きいほどトルク応答性をより低下させることで、実際にダウン変速が開始されたときのトルク差の大きさにかかわらず、変動Gの急変が抑制される。
実施例1の電気自動車の変速制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
前記有段変速機(自動変速機3)によるダウン変速の開始から終了までの間、モータ回転数を上昇させてもトルク制限を受けないモータトルク値を上限トルクTlimitとし、ダウン変速が開始されると前記モータ(モータジェネレータMG)のモータトルクを前記上限トルクTlimitに規定し、ダウン変速のイナーシャフェーズ中に前記モータトルクを用いて変速機入力回転数を上昇させる変速制御手段(変速コントローラ21)を設け、
前記変速制御手段(変速コントローラ21)は、ダウン変速開始判断がなされる可能性がある運転状況において、前記モータトルクが、ダウン変速開始判断がなされたと仮定した場合におけるダウン変速中の前記上限トルクTlimitを超えた場合、前記モータ(モータジェネレータMG)のアクセル操作に対するトルク応答性を低下させるモータトルク応答性制御部(図4)を有する。
このため、ダウン変速の開始時にモータトルクが高いとき、モータ回転数の上昇によるトルク制限を受けないようにしながら、モータトルクの短時間増減によるG変動を抑制することができる。
このため、(1)の効果に加え、加速要求のあるアクセル踏み込みダウン変速時、モータ(モータジェネレータMG)を用いた回転同期制御により応答良くダウン変速が進行することで、加速応答性を確保することができる。加えて、モータトルク応答性制御の開始条件であるダウン変速開始判断がなされる可能性がある運転状況を、ハイギア段の選択時であるという簡単な判断により行ことができる。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、上限トルクTlimitを必要最小限の値にて算出することで、ダウン変速開始時における上限トルクTlimitまでのモータトルク低下幅を小さく抑えることができる。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、アクセル踏み込み速度にあらわれるドライバーの要求駆動力が大きく、ダウン変速が開始される可能性が高いほどトルク応答性をより低下させることで、実際にダウン変速が開始されたときのドライバーの要求駆動力の大きさにかかわらず、変動Gの急変を抑制することができる。
このため、(1)〜(4)の効果に加え、トルク差が大きいほどトルク応答性をより低下させることで、実際にダウン変速が開始されたときのトルク差の大きさにかかわらず、変動Gの急変を抑制することができる。
3 自動変速機(有段変速機)
6 変速機入力軸
7 変速機出力軸
8 ロー側変速機構
8a,8b 低速段ギア対
8c 係合クラッチ
9 ハイ側変速機構
9a,9b 高速段ギア対
9c 摩擦クラッチ
11,12 ファイナルドライブギア組
13 ディファレンシャルギア装置
14 駆動車輪
21 変速コントローラ(変速制御手段)
22 車速センサ
23 アクセル開度センサ
24 ブレーキストロークセンサ
25 前後Gセンサ
26 スライダ位置センサ
27 スリーブ位置センサ
28 モータコントローラ
29 ブレーキコントローラ
30 統合コントローラ
Claims (5)
- 駆動系にモータジェネレータと有段変速機とを備えた電動車両において、
前記有段変速機によるダウン変速の開始から終了までの間、モータ回転数を上昇させてもトルク制限を受けないモータトルク値を上限トルクとし、ダウン変速が開始されるとダウン変速の開始からイナーシャフェーズ開始まで前記モータジェネレータのモータトルクを前記上限トルクに維持し、前記モータジェネレータをトルク制御から回転数制御に切り替え、ダウン変速のイナーシャフェーズ中にイナーシャフェーズ終了時のモータ回転数で回転する際に出力可能な最大モータ出力トルクと前記上限トルクとの差による前記モータトルクを用いて変速機入力回転数を上昇させる変速制御手段を設け、
前記変速制御手段は、ダウン変速開始判断がなされる可能性がある運転状況において、前記モータトルクが、ダウン変速開始判断がなされたと仮定した場合におけるダウン変速中の前記上限トルクを超えた場合、前記モータジェネレータのアクセル操作に対するトルク応答性を低下させるモータトルク応答性制御部を有する
ことを特徴とする電動車両の変速制御装置。 - 請求項1に記載された電動車両の変速制御装置において、
前記有段変速機は、ローギア段とハイギア段の2速変速段を持ち、ハイギア段からローギア段へのダウン変速時に係合クラッチを締結要素とする自動変速機である
ことを特徴とする電動車両の変速制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載された電動車両の変速制御装置において、
前記モータトルク応答性制御部は、ダウン変速がなされたと仮定した場合、前記最大モータ出力トルクと、イナーシャフェーズ開始から終了までに増加させる必要のあるモータ出力トルクと、の差により、ダウン変速中の上限トルクを算出する
ことを特徴とする電動車両の変速制御装置。 - 請求項1から請求項3までの何れか一項に記載された電動車両の変速制御装置において、
前記モータトルク応答性制御部は、前記モータトルクがダウン変速中の上限トルクを超えた場合、アクセル踏み込み操作によるアクセル開度の変化率を算出し、前記アクセル開度の変化率が高いほど、前記モータジェネレータのアクセル操作に対するトルク応答性をより低下させる
ことを特徴とする電動車両の変速制御装置。 - 請求項1から請求項4までの何れか一項に記載された電動車両の変速制御装置において、
前記モータトルク応答性制御部は、前記モータトルクがダウン変速中の上限トルクを超えた場合、前記モータトルクと前記上限トルクの乖離幅であるトルク差を算出し、前記トルク差が大きいほど、前記モータジェネレータのアクセル操作に対するトルク応答性をより低下させる
ことを特徴とする電動車両の変速制御装置。
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