ハイブリッド車両の制御装置
【課題】変速時に変速機がニュートラル状態になったか否か迅速に判定することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】シンクロ機構が設けられたマニュアル式の変速機１０を備え、変速機１０の入力軸１１にエンジンクラッチ３０を介して内燃機関２が、ＭＧクラッチ３１を介してＭＧ３がそれぞれ接続されたハイブリッド車両に適用される制御装置において、ＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態のときにエンジンクラッチ３０が解放状態に切り替えられた場合に、入力軸１１にトルクが印加されるようにＭＧ３を制御し、トルクが印加されているときの入力軸１１の回転数に基づいて変速機１０がニュートラル状態に切り替わったか否か判定し、変速機１０がニュートラル状態に切り替わったと判定した場合にＭＧクラッチ３１を電動機解放状態に切り替える。
【解決手段】シンクロ機構が設けられたマニュアル式の変速機１０を備え、変速機１０の入力軸１１にエンジンクラッチ３０を介して内燃機関２が、ＭＧクラッチ３１を介してＭＧ３がそれぞれ接続されたハイブリッド車両に適用される制御装置において、ＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態のときにエンジンクラッチ３０が解放状態に切り替えられた場合に、入力軸１１にトルクが印加されるようにＭＧ３を制御し、トルクが印加されているときの入力軸１１の回転数に基づいて変速機１０がニュートラル状態に切り替わったか否か判定し、変速機１０がニュートラル状態に切り替わったと判定した場合にＭＧクラッチ３１を電動機解放状態に切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニュアル式の変速機と、その変速機の入力軸にクラッチを介して接続された電動機とを備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行用動力源として内燃機関及び電動機が搭載されたハイブリッド車両が知られている。また、マニュアル式の変速機が搭載され、内燃機関及び電動機の回転を変速機で変速して駆動輪に伝達するハイブリッド車両も知られている。このような変速機が搭載されたハイブリッド車両に適用される変速制御装置として、運転者が変速機の変速操作をしたときに変速機の入力軸の回転数と変速機の出力軸の回転数とを電動機で同期させ、これにより変速機に設けられているシンクロ機構の負荷を軽減する装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３５１５２号公報
【特許文献２】特開２００８−０７４１９７号公報
【特許文献３】特開２００７−２６１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
変速機に設けられているシンクロ機構の負荷を軽減する方法としては、電動機と変速機との間にクラッチを設け、変速時にはこのクラッチを解放する方法が考えられる。しかしながら、変速機の入力軸と出力軸とが動力伝達可能な状態のときにこのクラッチを解放すると入力軸の慣性が急に変化するため、車速等に影響を与える可能性がある。そのため、このクラッチを解放するタイミングとしては、変速機が入力軸と出力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態になったときが適切と考えられる。この場合、クラッチを解放する前に変速機がニュートラル状態になったか否か判定する必要がある。判定方法としては車速と入力軸の回転数とを比較して判定する方法が考えられるが、この判定方法では判定に時間がかかる。
【０００５】
そこで、本発明は、変速時に変速機がニュートラル状態になったか否か迅速に判定することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、互いに大きさが異なる変速比が設定された複数のギア段を有し、シフトレバーの操作にてギア段が切り替えられるマニュアル式の変速機と、前記変速機の入力軸と第１クラッチ手段を介して接続された内燃機関と、前記入力軸と第２クラッチ手段を介して接続された電動機と、前記変速機の出力軸と動力伝達可能に接続された駆動輪と、を備え、前記第１クラッチ手段は、クラッチペダルにて操作されることにより前記内燃機関と前記入力軸との間の動力伝達を許容する係合状態とその動力伝達を阻止する解放状態とに切り替えられ、前記変速機には、ギア段の切替時に切替後に使用されるギアとそのギアが設けられた軸とを摩擦力を利用して同期させるシンクロ機構が設けられているハイブリッド車両に適用される制御装置において、前記第２クラッチ手段が前記電動機と前記入力軸とを動力伝達可能に接続する入力軸係合状態のときに前記第１クラッチ手段が前記係合状態から前記解放状態に切り替えられた場合に、前記入力軸に前記電動機からトルクが印加されるように前記電動機を制御するトルク印加手段と、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数に基づいて前記変速機が前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態に切り替わったか否か判定するニュートラル判定手段と、前記ニュートラル判定手段により前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定された場合に前記第２クラッチを前記入力軸から前記電動機が切り離される電動機解放状態に切り替える制御手段と、を備えた（請求項１）。
【０００７】
入力軸と出力軸とが動力伝達可能に接続されている場合、電動機から入力軸にトルクを印加しても入力軸の回転数は殆ど変化しない。一方、変速機がニュートラル状態になった場合には入力軸にトルクを印加すれば入力軸の回転数は大きく変化する。このように変速機がニュートラル状態か否かでトルク印加時の入力軸の回転数の変化は異なる。本発明の制御装置によれば、運転者が変速操作を行った場合に電動機から入力軸にトルクを印加するので、そのトルク印加時の入力軸の回転数の変化で変速機がニュートラル状態か否か判定できる。また、入力軸にトルクを印加して入力軸の回転数を積極的に変化させるので、変速機がニュートラル状態か否か迅速に判定できる。また、これにより電動機が入力軸と接続されたまま変速機が変速後のギア段に切り替えられることを防止できる。そのため、変速機のシンクロ機構の負荷を軽減できる。
【０００８】
本発明の制御装置の一形態において、前記ニュートラル判定手段は、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数が予め設定した所定の回転数範囲外になった場合に前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定してもよい（請求項２）。上述したように入力軸と出力軸とが動力伝達可能に接続されている場合には入力軸にトルクを印加しても入力軸の回転数が殆ど変化しない。そのため、トルクを印加しているときの入力軸の回転数が所定の回転数範囲外になったか否かに基づいて変速機がニュートラル状態に切り替わったか否か判定できる。
【０００９】
この形態においては、前記第１クラッチ手段が前記解放状態に切り替えられる直前の前記変速機のギア段に基づいて前記入力軸の回転数を推定する入力軸回転数推定手段をさらに備え、前記回転数範囲は、前記入力軸回転数推定手段により推定された回転数に基づいて設定されてもよい（請求項３）。変速時に変速機がニュートラル状態になるまでは入力軸と出力軸とが変速前のギア段を介して動力伝達可能に接続されている。そのため、入力軸はその変速前のギア段の変速比に応じた回転数で回転する。従って、入力軸にトルクを印加したときの入力軸の回転数がこの変速前のギア段の変速比に応じた回転数に対して大きく変化した場合に、変速機がニュートラル状態になったと判定できる。この形態では、変速前のギア段に基づいて入力軸の回転数を推定し、その推定した回転数に基づいて回転数範囲を設定するので、回転数範囲を適切に設定できる。
【００１０】
本発明の制御装置の一形態において、前記ニュートラル判定手段は、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数の時間微分値が所定の判定値以上の場合に前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定してもよい（請求項４）。上述したように入力軸と出力軸とが動力伝達可能に接続されている場合には入力軸にトルクを印加しても入力軸の回転数が殆ど変化しない。すなわち、このような場合には単位時間当たりの入力軸の回転数の変化量、すなわち入力軸の回転数の時間微分値が小さい。一方、変速機がニュートラル状態に切り替わった場合にはトルクを印加すると入力軸の回転数が大きく変化する。この場合、入力軸の回転数の時間微分値が大きくなる。従って、入力軸の回転数の時間微分値に基づいて変速機がニュートラル状態になったか否か判定できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、変速時に入力軸にトルクを印加して入力軸の回転数を積極的に変化させるので、変速機がニュートラル状態か否か迅速に判定できる。これにより電動機が入力軸と接続されたまま変速機が変速後のギア段に切り替えられることを防止できるので、変速機のシンクロ機構の負荷を軽減できる
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両を模式的に示す図。
【図２】変速機のシフトレバーのシフトパターンを示す図。
【図３】制御装置が実行するＭＧ接続制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】変速機が５速から４速に変速されたときのＭＧクラッチの状態、ＭＧのトルク、及び実入力軸回転数のそれぞれの時間変化の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両を模式的に示している。この車両１は、走行用動力源として内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）２及び電動機としてのモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと略称することがある。）３を備えている。すなわち、この車両１はハイブリッド車両として構成されている。エンジン２は、４つの気筒を有する周知の火花点火式内燃機関である。エンジン２には、エンジン２を始動するためのスタータ２ａが設けられている。ＭＧ３は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のものである。ＭＧ３は、バッテリ４と電気的に接続されている。車両１には１速〜５速のギア段を有する変速機１０が搭載され、エンジン２及びＭＧ３は変速機１０と接続されている。また、変速機１０には、車両１の駆動輪５に動力を出力するための出力部６も接続されている。出力部６は、出力ギア７と、駆動輪５に連結されたデファレンシャル機構８とを備えている。出力ギア７は、変速機１０の出力軸１２に一体回転するように取り付けられている。また、出力ギア７は、デファレンシャル機構８のケースに設けられたリングギア８ａと噛み合っている。デファレンシャル機構８は、伝達された動力を左右の駆動輪５に分配する周知のものである。
【００１４】
変速機１０は、入力軸１１と、出力軸１２とを備えている。入力軸１１と出力軸１２との間には、第１〜第５変速ギア対Ｇ１〜Ｇ５及び後進ギア群ＧＲが設けられている。第１変速ギア対Ｇ１は互いに噛み合う第１ドライブギア１３及び第１ドリブンギア１４にて構成され、第２変速ギア対Ｇ２は互いに噛み合う第２ドライブギア１５及び第２ドリブンギア１６にて構成されている。第３変速ギア対Ｇ３は互いに噛み合う第３ドライブギア１７及び第３ドリブンギア１８にて構成され、第４変速ギア対Ｇ４は互いに噛み合う第４ドライブギア１９及び第４ドリブンギア２０にて構成されている。第５変速ギア対Ｇ５は互いに噛み合う第５ドライブギア２１及び第５ドリブンギア２２にて構成されている。第１〜第５変速ギア対Ｇ１〜Ｇ５は、ドライブギアとドリブンギアとが常時噛み合うように設けられている。各変速ギア対Ｇ１〜Ｇ５には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、第１変速ギア対Ｇ１、第２変速ギア対Ｇ２、第３変速ギア対Ｇ３、第４変速ギア対Ｇ４、第５変速ギア対Ｇ５の順に小さくなるように設定されている。後進ギア群ＧＲは、後進ドライブギア２３、中間ギア２４、及び後進ドリブンギア２５にて構成されている。
【００１５】
第１〜第５ドライブギア１３、１５、１７、１９、２１は、入力軸１１に対して相対回転可能なように入力軸１１に支持されている。後進ドライブギア２３は、入力軸１１と一体に回転するように入力軸１１に固定されている。この図に示したようにこれらのギアは、後進ドライブギア２３、第１ドライブギア１３、第２ドライブギア１５、第３ドライブギア１７、第４ドライブギア１９、第５ドライブギア２１の順番で軸線方向に並ぶように配置されている。第１〜第５ドリブンギア１４、１６、１８、２０、２２及び後進ドリブンギア２５は、出力軸１２と一体に回転するように出力軸１２に固定されている。
【００１６】
入力軸１１には第１〜第４スリーブ２６〜２９が設けられている。第１〜第３スリーブ２６〜２８は、入力軸１１と一体に回転し、かつ軸線方向に移動可能なように入力軸１１に支持されている。第４スリーブ２９は、入力軸１１に対して相対回転可能かつ軸線方向に移動可能なように入力軸１１に支持されている。第１スリーブ２６及び第４スリーブ２９は、第１ドライブギア１３と後進ドライブギア２３との間に設けられている。第２スリーブ２７は、第２ドライブギア１５と第３ドライブギア１７との間に設けられている。第３スリーブ２８は、第４ドライブギア１９と第５ドライブギア２１との間に設けられている。
【００１７】
第１スリーブ２６は、入力軸１１と第１ドライブギア１３とが一体に回転するように第１ドライブギア１３と噛み合う１速位置と、その噛み合いが解除される解放位置とに切り替え可能に設けられている。第２スリーブ２７は、入力軸１１と第２ドライブギア１５とが一体に回転するように第２ドライブギア１５と噛み合う２速位置と、入力軸１１と第３ドライブギア１７とが一体に回転するように第３ドライブギア１７と噛み合う３速位置と、第２ドライブギア１５及び第３ドライブギア１７のいずれとも噛み合わない解放位置とに切り替え可能に設けられている。第３スリーブ２８は、入力軸１１と第４ドライブギア１９とが一体に回転するように第４ドライブギア１９と噛み合う４速位置と、入力軸１１と第５ドライブギア２１とが一体に回転するように第５ドライブギア２１と噛み合う５速位置と、第４ドライブギア１９及び第５ドライブギア２１のいずれとも噛み合わない解放位置とに切り替え可能に設けられている。なお、図示は省略したが入力軸１１には、第１〜第３スリーブ２６〜２８と第１〜第５ドライブギア１３、１５、１７、１９、２１とを噛み合わせる際にこれらの回転を同期させる複数のシンクロ機構が設けられている。これらシンクロ機構には、摩擦係合により回転を同期させるシンクロ機構、例えば周知のキー式シンクロメッシュ機構を用いればよい。そのため、シンクロ機構の詳細な説明は省略する。
【００１８】
第４スリーブ２９は、中間ギア２４を回転可能に支持している。中間ギア２４は、第４スリーブ２９とともに軸線方向に移動する。第４スリーブ２９は、中間ギア２４が後進ドライブギア２３及び後進ドリブンギア２５のそれぞれと噛み合うリバース位置と、中間ギア２４と各ギア２３、２５との噛み合いが解除される解放位置とに切り替え可能に設けられている。
【００１９】
この図に示すように入力軸１１には、第１クラッチ手段としてのエンジンクラッチ３０を介してエンジン２が接続されている。エンジンクラッチ３０は、エンジン２と入力軸１１との間で動力が伝達される係合状態と、その動力伝達が遮断される解放状態とに切り替え可能な周知のものである。エンジンクラッチ３０はクラッチペダル９にて操作される。エンジンクラッチ３０は、クラッチペダル９が踏まれた場合に解放状態に切り替わり、その踏み込みが解除されると係合状態に切り替わる。
【００２０】
ＭＧ３のロータ軸３ａには、第２クラッチ手段としてのＭＧクラッチ３１と、中間部材３２とが設けられている。中間部材３２は、ロータ軸３ａに相対回転可能に支持されている。中間部材３２と出力軸１２との間には、常時噛み合い式のギア対３３が設けられている。ギア対３３は、出力軸１２に固定された第１ギア３４と、中間部材３２に固定されて第１ギア３４と噛み合う第２ギア３５とを備えている。ＭＧクラッチ３１は、ロータ軸３ａと入力軸１１とが一体に回転するようにこれらを係合する入力軸係合状態と、ロータ軸３ａと中間部材３２とが一体に回転するようにこれらを係合する出力軸係合状態と、ロータ軸３ａが入力軸１１及び出力軸１２のいずれとも係合しない電動機解放状態とに切り替え可能に構成されている。ＭＧクラッチ３１としては、例えばロータ軸３ａに一体回転するスリーブを設け、そのスリーブの位置を切り替えて係合先を切り替える周知のクラッチを使用すればよい。
【００２１】
変速機１０の各スリーブ２６〜２９は、運転者が操作するシフトレバー３６と接続されている。図２は、シフトレバー３６のシフトパターン３７を示している。シフトパターン３７は、この図の左右方向に延びるセレクト経路３８と、そのセレクト経路３８から図の上下方向に延びる７つのシフト経路３９とを備えている。シフトレバー３６は、これらセレクト経路３８及び各シフト経路３９を移動可能に設けられている。この図に示すように７つのシフト経路３９には、１速〜５速、後進Ｒ、及びＥＶ走行ＥＶが設定されている。なお、１速〜５速については周知のシフトパターンと同様に数字のみを示す。セレクト経路３８には、ニュートラルＮが設定されている。
【００２２】
このシフトパターン３７において、シフトレバー３６が１速に操作された場合、第１スリーブ２６が１速位置に、第２〜第４スリーブ２７〜２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が２速に操作された場合、第２スリーブ２７が２速位置に、第１、第３、第４スリーブ２６、２８、２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が３速に操作された場合、第２スリーブ２７が３速位置に、第１、第３、第４スリーブ２６、２８、２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が４速に操作された場合、第３スリーブ２８が４速位置に、第１、第２、第４スリーブ２６、２７、２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が５速に操作された場合、第３スリーブ２８が５速位置に、第１、第２、第４スリーブ２６、２７、２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が後進Ｒに操作された場合、第４スリーブ２９がリバース位置に、第１〜第３スリーブ２６〜２８がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６がＥＶ走行ＥＶ又はニュートラルＮに操作された場合、第１〜第４スリーブ２６〜２９が解放位置に切り替わる。この場合、入力軸１１と出力軸１２との間の動力伝達が遮断される。以降、この状態をニュートラル状態と称する。このようにシフトレバー３６と各スリーブ２６〜２９とは連動するように接続されている。そのため、変速機１０は運転者がシフトレバー３６を操作して変速を行う、いわゆるマニュアル式の変速機として構成されている。
【００２３】
この車両１では、エンジン２、ＭＧ３、及びＭＧクラッチ３１の動作を制御することにより複数の走行モードが実現される。複数の走行モードとしては、エンジン２の動力で走行する内燃機関走行モード、エンジン２及びＭＧ３の両方の動力で走行するＨＶ走行モード、ＭＧ３の動力のみで走行するＥＶ走行モードが設定されている。内燃機関走行モード及びＨＶ走行モードは、シフトレバー３６が１速〜５速又は後進Ｒに操作された場合に実行される。なお、内燃機関走行モードとＨＶ走行モードの切り替えは、車両１に要求される速度やトルク等に応じて適宜に行われる。ＥＶ走行モードは、シフトレバー３６がＥＶ走行ＥＶの位置に操作された場合に実行される。
【００２４】
内燃機関走行モードでは、エンジン２が運転状態に切り替えられ、ＭＧクラッチ３１が電動機解放状態に切り替えられる。そして、変速機１０が運転者によって１速〜５速又は後進Ｒに適宜に切り替えられる。ＨＶ走行モードでは、内燃機関走行モードの状態からＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態又は出力軸係合状態に切り替えられる。そして、ＭＧ３を電動機として機能させる。ＥＶ走行モードでは、シフトレバー３６がＥＶ走行ＥＶに操作されるため上述したように第１〜第４スリーブ２６〜２９が解放位置に切り替えられる。また、エンジン２を停止させる。ＭＧクラッチ３１は出力軸係合状態に切り替えられ、ＭＧ３を電動機として機能させる。
【００２５】
エンジン２、ＭＧ３、及びＭＧクラッチ３１の動作は、制御装置５０にて制御される。制御装置５０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。制御装置５０は、車両１を適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。制御装置５０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン２、ＭＧ３等の制御対象に対する制御を行っている。制御装置５０には、車両１に係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。例えば、クラッチペダル９が踏み込まれているときに信号を出力するクラッチペダルセンサ５１、車両１の速度に対応した信号を出力する車速センサ５２、及び入力軸１１の回転数に対応した信号を出力する入力軸回転数センサ５３等が接続されている。この他にも制御装置５０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。
【００２６】
変速機１０のギア段の切替時に入力軸１１にＭＧ３が接続されていると、入力軸１１の慣性質量が大きくなるためシンクロ機構の負荷が増加する。そこで、制御装置５０は、運転者によって変速機１０のギア段が切り替えられているときに入力軸１１からＭＧ３が切り離されるようにＭＧクラッチ３１を制御する。図３は、制御装置５０がＭＧクラッチ３１をこのように制御するために実行するＭＧ接続制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンは、制御装置５０が実行する他のルーチンと並行に実行される。
【００２７】
この制御ルーチンにおいて制御装置５０は、まずステップＳ１１で車両１の走行状態を取得する。走行状態としては、例えば車両１の速度（車速）、入力軸１１の回転数、及び現在選択されているギア段等が取得される。次のステップＳ１２において制御装置５０はＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態か否か判定する。ＭＧクラッチ３１が出力軸係合状態又は電動機解放状態と判定した場合には、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
一方、ＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態と判定した場合にはステップＳ１３に進み、制御装置５０はエンジンクラッチ３０が解放状態か否か判定する。この判定はクラッチペダルセンサ５１の出力信号に基づいて行えばよい。エンジンクラッチ３０が係合状態と判定した場合には、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２９】
一方、エンジンクラッチ３０が解放状態と判定した場合にはステップＳ１４に進み、制御装置５０は推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅを算出する。この処理では、変速前のギア段に対応する変速ギア対にて入力軸１１と出力軸１２とが動力伝達可能に接続されていると仮定し、この状態で出力軸１２にて入力軸１１が回転駆動された場合の入力軸１１の回転数を推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅとして算出する。上述したように出力軸１２と駆動輪５とは動力伝達可能に接続されているため、出力軸１２の回転数は車速と相関している。そのため、推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅは車速及びギア段の変速比に基づいて算出される。
【００３０】
続くステップＳ１５において制御装置５０は、ＭＧ３から入力軸１１に微小トルクを印加する微小トルク印加制御を実行する。なお、微小トルクとしては、例えば運転者が入力軸１１から変速前のギア段のドライブギアを切り離すシフト操作、いわゆるギア抜けシフト操作をする際に運転者が違和感を感じない程度のトルクが設定される。また、この微小トルクの回転方向には、入力軸１１がエンジン２にて回転駆動される際の回転方向が設定される。
【００３１】
次のステップＳ１６において制御装置５０は、変速機１０がニュートラル状態になったか否か判定する。入力軸１１と変速前のギア段のドライブギアとが動力伝達可能に接続されている場合は、入力軸１１が出力軸１２によって回転駆動される。そのため、入力軸１１に微小トルクを印加しても実際の入力軸１１の回転数（以降、実入力軸回転数と称する。）Ｎｉｎは推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅに対して殆ど変化しない。一方、変速機１０がニュートラル状態になっている場合には入力軸１１と出力軸１２との間の動力伝達が遮断されているので、実入力軸回転数Ｎｉｎは推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅに対して大きく変化する。そのため、例えば実入力軸回転数Ｎｉｎが推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅ−Ｃ１を下限値とし、推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅ＋Ｃ１を上限値とした回転数範囲から所定の判定時間Ｔ１以上の間外れた場合に変速機１０がニュートラル状態になったと判定できる。すなわち、以下に示す式（１）が判定時間Ｔ１の間満たされなかった場合にニュートラル状態になったと判定すればよい。
【００３２】
Ｎｉｎ＿ｅ−Ｃ１≦Ｎｉｎ≦Ｎｉｅ＿ｅ＋Ｃ１ ・・・（１）
【００３３】
なお、判定閾値Ｃ１は、例えば入力軸１１に印加する微小トルクの大きさ等に応じて適宜に設定すればよい。また、判定時間Ｔ１は、実入力軸回転数Ｎｉｎが瞬間的にこの回転数範囲外になったときにニュートラル状態になったと誤判定しないように適宜に設定すればよい。
【００３４】
変速機１０がニュートラル状態ではないと判定した場合にはステップＳ１５に戻り、制御装置５０は変速機１０がニュートラル状態になるまでステップＳ１５、Ｓ１６を繰り返し実行する。一方、変速機１０がニュートラル状態と判定した場合にはステップＳ１７に進み、制御装置５０はＭＧ３から入力軸１１への微小トルクの印加を停止する。次のステップＳ１８において制御装置５０は、ＭＧクラッチ３１を電動機解放状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３５】
図４は、車両１において変速機１０が５速から４速に変速されたときのＭＧクラッチ３１の状態、ＭＧ３のトルク、及び実入力軸回転数Ｎｉｎのそれぞれの時間変化の一例を示している。また、この図には、エンジンクラッチ３０の状態、変速機１０の状態、及びＭＧ３の回転数Ｎｍｇのそれぞれの時間変化の一例も示した。なお、この図中のＮｉｎ＿４ｔｈは変速機１０が４速のときの入力軸１１の回転数を示し、Ｎｉｎ＿５ｔｈは変速機１０が５速のときの入力軸１１の回転数を示している。そして、この図では５速から４速に変速されるので、推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅには、Ｎｉｎ＿５ｔｈが設定される。
【００３６】
この図では時刻ｔ１においてエンジンクラッチ３０が解放状態に切り替えられている。その後、時刻ｔ２において図３のステップＳ１５が実行され、入力軸１１に微小トルクが印加されている。しかしながら、この時刻ｔ２ではまだ変速機１０が５速の状態にあるため、実入力軸回転数Ｎｉｎは推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿５ｔｈに対して殆ど変化しない。その後、時刻ｔ３において変速機１０がニュートラル状態になると実入力軸回転数Ｎｉｎが推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿５ｔｈに対して大きく変化する。そのため、図３のステップＳ１６が肯定判定され、時刻ｔ４において入力軸１１への微小トルクの印加が停止される。続いて時刻ｔ５では、ＭＧクラッチ３１が電動機解放状態に切り替えられる。そして、ＭＧ３が停止される。なお、この図において時刻ｔ５まではＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態であるため、ＭＧ３の回転数Ｎｍｇは実入力軸回転数Ｎｉｎと同じ値となる。その後、時刻ｔ６において変速機１０が４速に切り替えられ、時刻ｔ７においてクラッチペダル９の踏み込みが解除されてエンジンクラッチ３０が解放状態から係合状態に切り替わり始める。
【００３７】
以上説明したように本発明によれば、運転者が変速機１０の変速操作を行ったときに入力軸１１に微小トルクを印加し、入力軸１１の回転数を積極的に変化させるので、変速機１０がニュートラル状態になったか否か迅速に判定することができる。また、これによりＭＧクラッチ３１を迅速に電動機解放状態に切り替えることができる。そのため、ＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態のまま変速機１０が変速後のギア段に切り替えられることを防止できる。そのため、変速機１０のシンクロ機構の負荷を軽減できる。
【００３８】
なお、図３のステップＳ１２〜Ｓ１５を実行することにより制御装置５０が本発明のトルク印加手段として機能し、図３のステップＳ１６を実行することにより制御装置５０が本発明のニュートラル判定手段として機能する。また、図３のステップＳ１８を実行することにより制御装置５０が本発明の制御手段として機能し、図３のステップＳ１４を実行することにより制御装置５０が本発明の入力軸回転数推定手段として機能する。
【００３９】
なお、図３のステップＳ１６で変速機１０がニュートラル状態か否か判定する方法は、上述した判定方法に限定されない。例えば、判定に使用する回転数範囲を設定する方法は、推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅを用いた方法に限定されない。車速及びギア段と判定に使用する回転数範囲との関係を予め実験や数値計算等で求めて制御装置５０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、そのマップを参照して回転数範囲を設定してもよい。
【００４０】
また、図４に示したように入力軸１１と変速前のギア段のドライブギアとが動力伝達可能に接続されている場合は入力軸１１に微小トルクを印加しても実入力軸回転数Ｎｉｎは殆ど変化しない。これに対して変速機１０がニュートラル状態の場合には微小トルクを印加すると実入力軸回転数Ｎｉｎが大きく変化する。そのため、単位時間当たりの実入力軸回転数Ｎｉｎの変化量、すなわち実入力軸回転数Ｎｉｎの時間微分値に基づいて変速機１０がニュートラル状態か否か判定することもできる。具体的には、入力軸１１に微小トルクを印加しているときの実入力軸回転数Ｎｉｎの時間微分値が所定の判定時間Ｔ２以上の間予め設定した判定閾値Ｃ２以上になった場合に変速機１０がニュートラル状態になったと判定できる。なお、判定閾値Ｃ２は、例えば微小トルクの大きさに基づいて適宜に設定すればよい。また、判定時間Ｔ２は誤判定が生じないように適宜に設定すればよい。このように実入力軸回転数Ｎｉｎの時間微分値に基づいて判定する場合には推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅを使用しないので、図３のステップＳ１４を省略してもよい。
【００４１】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される変速機は最高段が５速の変速機に限定されない。本発明は例えば４速又は６速等の５速以外のギア段が最高段の変速機に適用してもよい。また、本発明が適用される変速機は、複数のスリーブが全て入力軸に設けられた変速機に限定されない。例えば、複数のスリーブの一部が入力軸に設けられ、残りのスリーブが出力軸に設けられた変速機、及び複数のスリーブが全て出力軸に設けられた変速機に本発明を適用してもよい。
【００４２】
本発明が適用される変速機のシンクロ機構は、キー式シンクロメッシュ機構に限定されない。本発明に設けられる変速機には、変速時に摩擦力を利用して回転軸とギアとの同期を行う種々のシンクロ機構を設けてよい。
【符号の説明】
【００４３】
１ 車両
２ 内燃機関
３ モータ・ジェネレータ（電動機）
５ 駆動輪
９ クラッチペダル
１０ 変速機
１１ 入力軸
３０ エンジンクラッチ（第１クラッチ手段）
３１ ＭＧクラッチ（第２クラッチ手段）
３６ シフトレバー
５０ 制御装置（トルク印加手段、ニュートラル判定手段、制御手段、入力軸回転数推定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニュアル式の変速機と、その変速機の入力軸にクラッチを介して接続された電動機とを備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行用動力源として内燃機関及び電動機が搭載されたハイブリッド車両が知られている。また、マニュアル式の変速機が搭載され、内燃機関及び電動機の回転を変速機で変速して駆動輪に伝達するハイブリッド車両も知られている。このような変速機が搭載されたハイブリッド車両に適用される変速制御装置として、運転者が変速機の変速操作をしたときに変速機の入力軸の回転数と変速機の出力軸の回転数とを電動機で同期させ、これにより変速機に設けられているシンクロ機構の負荷を軽減する装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３５１５２号公報
【特許文献２】特開２００８−０７４１９７号公報
【特許文献３】特開２００７−２６１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
変速機に設けられているシンクロ機構の負荷を軽減する方法としては、電動機と変速機との間にクラッチを設け、変速時にはこのクラッチを解放する方法が考えられる。しかしながら、変速機の入力軸と出力軸とが動力伝達可能な状態のときにこのクラッチを解放すると入力軸の慣性が急に変化するため、車速等に影響を与える可能性がある。そのため、このクラッチを解放するタイミングとしては、変速機が入力軸と出力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態になったときが適切と考えられる。この場合、クラッチを解放する前に変速機がニュートラル状態になったか否か判定する必要がある。判定方法としては車速と入力軸の回転数とを比較して判定する方法が考えられるが、この判定方法では判定に時間がかかる。
【０００５】
そこで、本発明は、変速時に変速機がニュートラル状態になったか否か迅速に判定することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、互いに大きさが異なる変速比が設定された複数のギア段を有し、シフトレバーの操作にてギア段が切り替えられるマニュアル式の変速機と、前記変速機の入力軸と第１クラッチ手段を介して接続された内燃機関と、前記入力軸と第２クラッチ手段を介して接続された電動機と、前記変速機の出力軸と動力伝達可能に接続された駆動輪と、を備え、前記第１クラッチ手段は、クラッチペダルにて操作されることにより前記内燃機関と前記入力軸との間の動力伝達を許容する係合状態とその動力伝達を阻止する解放状態とに切り替えられ、前記変速機には、ギア段の切替時に切替後に使用されるギアとそのギアが設けられた軸とを摩擦力を利用して同期させるシンクロ機構が設けられているハイブリッド車両に適用される制御装置において、前記第２クラッチ手段が前記電動機と前記入力軸とを動力伝達可能に接続する入力軸係合状態のときに前記第１クラッチ手段が前記係合状態から前記解放状態に切り替えられた場合に、前記入力軸に前記電動機からトルクが印加されるように前記電動機を制御するトルク印加手段と、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数に基づいて前記変速機が前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態に切り替わったか否か判定するニュートラル判定手段と、前記ニュートラル判定手段により前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定された場合に前記第２クラッチを前記入力軸から前記電動機が切り離される電動機解放状態に切り替える制御手段と、を備えた（請求項１）。
【０００７】
入力軸と出力軸とが動力伝達可能に接続されている場合、電動機から入力軸にトルクを印加しても入力軸の回転数は殆ど変化しない。一方、変速機がニュートラル状態になった場合には入力軸にトルクを印加すれば入力軸の回転数は大きく変化する。このように変速機がニュートラル状態か否かでトルク印加時の入力軸の回転数の変化は異なる。本発明の制御装置によれば、運転者が変速操作を行った場合に電動機から入力軸にトルクを印加するので、そのトルク印加時の入力軸の回転数の変化で変速機がニュートラル状態か否か判定できる。また、入力軸にトルクを印加して入力軸の回転数を積極的に変化させるので、変速機がニュートラル状態か否か迅速に判定できる。また、これにより電動機が入力軸と接続されたまま変速機が変速後のギア段に切り替えられることを防止できる。そのため、変速機のシンクロ機構の負荷を軽減できる。
【０００８】
本発明の制御装置の一形態において、前記ニュートラル判定手段は、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数が予め設定した所定の回転数範囲外になった場合に前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定してもよい（請求項２）。上述したように入力軸と出力軸とが動力伝達可能に接続されている場合には入力軸にトルクを印加しても入力軸の回転数が殆ど変化しない。そのため、トルクを印加しているときの入力軸の回転数が所定の回転数範囲外になったか否かに基づいて変速機がニュートラル状態に切り替わったか否か判定できる。
【０００９】
この形態においては、前記第１クラッチ手段が前記解放状態に切り替えられる直前の前記変速機のギア段に基づいて前記入力軸の回転数を推定する入力軸回転数推定手段をさらに備え、前記回転数範囲は、前記入力軸回転数推定手段により推定された回転数に基づいて設定されてもよい（請求項３）。変速時に変速機がニュートラル状態になるまでは入力軸と出力軸とが変速前のギア段を介して動力伝達可能に接続されている。そのため、入力軸はその変速前のギア段の変速比に応じた回転数で回転する。従って、入力軸にトルクを印加したときの入力軸の回転数がこの変速前のギア段の変速比に応じた回転数に対して大きく変化した場合に、変速機がニュートラル状態になったと判定できる。この形態では、変速前のギア段に基づいて入力軸の回転数を推定し、その推定した回転数に基づいて回転数範囲を設定するので、回転数範囲を適切に設定できる。
【００１０】
本発明の制御装置の一形態において、前記ニュートラル判定手段は、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数の時間微分値が所定の判定値以上の場合に前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定してもよい（請求項４）。上述したように入力軸と出力軸とが動力伝達可能に接続されている場合には入力軸にトルクを印加しても入力軸の回転数が殆ど変化しない。すなわち、このような場合には単位時間当たりの入力軸の回転数の変化量、すなわち入力軸の回転数の時間微分値が小さい。一方、変速機がニュートラル状態に切り替わった場合にはトルクを印加すると入力軸の回転数が大きく変化する。この場合、入力軸の回転数の時間微分値が大きくなる。従って、入力軸の回転数の時間微分値に基づいて変速機がニュートラル状態になったか否か判定できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、変速時に入力軸にトルクを印加して入力軸の回転数を積極的に変化させるので、変速機がニュートラル状態か否か迅速に判定できる。これにより電動機が入力軸と接続されたまま変速機が変速後のギア段に切り替えられることを防止できるので、変速機のシンクロ機構の負荷を軽減できる
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両を模式的に示す図。
【図２】変速機のシフトレバーのシフトパターンを示す図。
【図３】制御装置が実行するＭＧ接続制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】変速機が５速から４速に変速されたときのＭＧクラッチの状態、ＭＧのトルク、及び実入力軸回転数のそれぞれの時間変化の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両を模式的に示している。この車両１は、走行用動力源として内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）２及び電動機としてのモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと略称することがある。）３を備えている。すなわち、この車両１はハイブリッド車両として構成されている。エンジン２は、４つの気筒を有する周知の火花点火式内燃機関である。エンジン２には、エンジン２を始動するためのスタータ２ａが設けられている。ＭＧ３は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のものである。ＭＧ３は、バッテリ４と電気的に接続されている。車両１には１速〜５速のギア段を有する変速機１０が搭載され、エンジン２及びＭＧ３は変速機１０と接続されている。また、変速機１０には、車両１の駆動輪５に動力を出力するための出力部６も接続されている。出力部６は、出力ギア７と、駆動輪５に連結されたデファレンシャル機構８とを備えている。出力ギア７は、変速機１０の出力軸１２に一体回転するように取り付けられている。また、出力ギア７は、デファレンシャル機構８のケースに設けられたリングギア８ａと噛み合っている。デファレンシャル機構８は、伝達された動力を左右の駆動輪５に分配する周知のものである。
【００１４】
変速機１０は、入力軸１１と、出力軸１２とを備えている。入力軸１１と出力軸１２との間には、第１〜第５変速ギア対Ｇ１〜Ｇ５及び後進ギア群ＧＲが設けられている。第１変速ギア対Ｇ１は互いに噛み合う第１ドライブギア１３及び第１ドリブンギア１４にて構成され、第２変速ギア対Ｇ２は互いに噛み合う第２ドライブギア１５及び第２ドリブンギア１６にて構成されている。第３変速ギア対Ｇ３は互いに噛み合う第３ドライブギア１７及び第３ドリブンギア１８にて構成され、第４変速ギア対Ｇ４は互いに噛み合う第４ドライブギア１９及び第４ドリブンギア２０にて構成されている。第５変速ギア対Ｇ５は互いに噛み合う第５ドライブギア２１及び第５ドリブンギア２２にて構成されている。第１〜第５変速ギア対Ｇ１〜Ｇ５は、ドライブギアとドリブンギアとが常時噛み合うように設けられている。各変速ギア対Ｇ１〜Ｇ５には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、第１変速ギア対Ｇ１、第２変速ギア対Ｇ２、第３変速ギア対Ｇ３、第４変速ギア対Ｇ４、第５変速ギア対Ｇ５の順に小さくなるように設定されている。後進ギア群ＧＲは、後進ドライブギア２３、中間ギア２４、及び後進ドリブンギア２５にて構成されている。
【００１５】
第１〜第５ドライブギア１３、１５、１７、１９、２１は、入力軸１１に対して相対回転可能なように入力軸１１に支持されている。後進ドライブギア２３は、入力軸１１と一体に回転するように入力軸１１に固定されている。この図に示したようにこれらのギアは、後進ドライブギア２３、第１ドライブギア１３、第２ドライブギア１５、第３ドライブギア１７、第４ドライブギア１９、第５ドライブギア２１の順番で軸線方向に並ぶように配置されている。第１〜第５ドリブンギア１４、１６、１８、２０、２２及び後進ドリブンギア２５は、出力軸１２と一体に回転するように出力軸１２に固定されている。
【００１６】
入力軸１１には第１〜第４スリーブ２６〜２９が設けられている。第１〜第３スリーブ２６〜２８は、入力軸１１と一体に回転し、かつ軸線方向に移動可能なように入力軸１１に支持されている。第４スリーブ２９は、入力軸１１に対して相対回転可能かつ軸線方向に移動可能なように入力軸１１に支持されている。第１スリーブ２６及び第４スリーブ２９は、第１ドライブギア１３と後進ドライブギア２３との間に設けられている。第２スリーブ２７は、第２ドライブギア１５と第３ドライブギア１７との間に設けられている。第３スリーブ２８は、第４ドライブギア１９と第５ドライブギア２１との間に設けられている。
【００１７】
第１スリーブ２６は、入力軸１１と第１ドライブギア１３とが一体に回転するように第１ドライブギア１３と噛み合う１速位置と、その噛み合いが解除される解放位置とに切り替え可能に設けられている。第２スリーブ２７は、入力軸１１と第２ドライブギア１５とが一体に回転するように第２ドライブギア１５と噛み合う２速位置と、入力軸１１と第３ドライブギア１７とが一体に回転するように第３ドライブギア１７と噛み合う３速位置と、第２ドライブギア１５及び第３ドライブギア１７のいずれとも噛み合わない解放位置とに切り替え可能に設けられている。第３スリーブ２８は、入力軸１１と第４ドライブギア１９とが一体に回転するように第４ドライブギア１９と噛み合う４速位置と、入力軸１１と第５ドライブギア２１とが一体に回転するように第５ドライブギア２１と噛み合う５速位置と、第４ドライブギア１９及び第５ドライブギア２１のいずれとも噛み合わない解放位置とに切り替え可能に設けられている。なお、図示は省略したが入力軸１１には、第１〜第３スリーブ２６〜２８と第１〜第５ドライブギア１３、１５、１７、１９、２１とを噛み合わせる際にこれらの回転を同期させる複数のシンクロ機構が設けられている。これらシンクロ機構には、摩擦係合により回転を同期させるシンクロ機構、例えば周知のキー式シンクロメッシュ機構を用いればよい。そのため、シンクロ機構の詳細な説明は省略する。
【００１８】
第４スリーブ２９は、中間ギア２４を回転可能に支持している。中間ギア２４は、第４スリーブ２９とともに軸線方向に移動する。第４スリーブ２９は、中間ギア２４が後進ドライブギア２３及び後進ドリブンギア２５のそれぞれと噛み合うリバース位置と、中間ギア２４と各ギア２３、２５との噛み合いが解除される解放位置とに切り替え可能に設けられている。
【００１９】
この図に示すように入力軸１１には、第１クラッチ手段としてのエンジンクラッチ３０を介してエンジン２が接続されている。エンジンクラッチ３０は、エンジン２と入力軸１１との間で動力が伝達される係合状態と、その動力伝達が遮断される解放状態とに切り替え可能な周知のものである。エンジンクラッチ３０はクラッチペダル９にて操作される。エンジンクラッチ３０は、クラッチペダル９が踏まれた場合に解放状態に切り替わり、その踏み込みが解除されると係合状態に切り替わる。
【００２０】
ＭＧ３のロータ軸３ａには、第２クラッチ手段としてのＭＧクラッチ３１と、中間部材３２とが設けられている。中間部材３２は、ロータ軸３ａに相対回転可能に支持されている。中間部材３２と出力軸１２との間には、常時噛み合い式のギア対３３が設けられている。ギア対３３は、出力軸１２に固定された第１ギア３４と、中間部材３２に固定されて第１ギア３４と噛み合う第２ギア３５とを備えている。ＭＧクラッチ３１は、ロータ軸３ａと入力軸１１とが一体に回転するようにこれらを係合する入力軸係合状態と、ロータ軸３ａと中間部材３２とが一体に回転するようにこれらを係合する出力軸係合状態と、ロータ軸３ａが入力軸１１及び出力軸１２のいずれとも係合しない電動機解放状態とに切り替え可能に構成されている。ＭＧクラッチ３１としては、例えばロータ軸３ａに一体回転するスリーブを設け、そのスリーブの位置を切り替えて係合先を切り替える周知のクラッチを使用すればよい。
【００２１】
変速機１０の各スリーブ２６〜２９は、運転者が操作するシフトレバー３６と接続されている。図２は、シフトレバー３６のシフトパターン３７を示している。シフトパターン３７は、この図の左右方向に延びるセレクト経路３８と、そのセレクト経路３８から図の上下方向に延びる７つのシフト経路３９とを備えている。シフトレバー３６は、これらセレクト経路３８及び各シフト経路３９を移動可能に設けられている。この図に示すように７つのシフト経路３９には、１速〜５速、後進Ｒ、及びＥＶ走行ＥＶが設定されている。なお、１速〜５速については周知のシフトパターンと同様に数字のみを示す。セレクト経路３８には、ニュートラルＮが設定されている。
【００２２】
このシフトパターン３７において、シフトレバー３６が１速に操作された場合、第１スリーブ２６が１速位置に、第２〜第４スリーブ２７〜２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が２速に操作された場合、第２スリーブ２７が２速位置に、第１、第３、第４スリーブ２６、２８、２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が３速に操作された場合、第２スリーブ２７が３速位置に、第１、第３、第４スリーブ２６、２８、２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が４速に操作された場合、第３スリーブ２８が４速位置に、第１、第２、第４スリーブ２６、２７、２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が５速に操作された場合、第３スリーブ２８が５速位置に、第１、第２、第４スリーブ２６、２７、２９がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６が後進Ｒに操作された場合、第４スリーブ２９がリバース位置に、第１〜第３スリーブ２６〜２８がそれぞれ解放位置に切り替わる。シフトレバー３６がＥＶ走行ＥＶ又はニュートラルＮに操作された場合、第１〜第４スリーブ２６〜２９が解放位置に切り替わる。この場合、入力軸１１と出力軸１２との間の動力伝達が遮断される。以降、この状態をニュートラル状態と称する。このようにシフトレバー３６と各スリーブ２６〜２９とは連動するように接続されている。そのため、変速機１０は運転者がシフトレバー３６を操作して変速を行う、いわゆるマニュアル式の変速機として構成されている。
【００２３】
この車両１では、エンジン２、ＭＧ３、及びＭＧクラッチ３１の動作を制御することにより複数の走行モードが実現される。複数の走行モードとしては、エンジン２の動力で走行する内燃機関走行モード、エンジン２及びＭＧ３の両方の動力で走行するＨＶ走行モード、ＭＧ３の動力のみで走行するＥＶ走行モードが設定されている。内燃機関走行モード及びＨＶ走行モードは、シフトレバー３６が１速〜５速又は後進Ｒに操作された場合に実行される。なお、内燃機関走行モードとＨＶ走行モードの切り替えは、車両１に要求される速度やトルク等に応じて適宜に行われる。ＥＶ走行モードは、シフトレバー３６がＥＶ走行ＥＶの位置に操作された場合に実行される。
【００２４】
内燃機関走行モードでは、エンジン２が運転状態に切り替えられ、ＭＧクラッチ３１が電動機解放状態に切り替えられる。そして、変速機１０が運転者によって１速〜５速又は後進Ｒに適宜に切り替えられる。ＨＶ走行モードでは、内燃機関走行モードの状態からＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態又は出力軸係合状態に切り替えられる。そして、ＭＧ３を電動機として機能させる。ＥＶ走行モードでは、シフトレバー３６がＥＶ走行ＥＶに操作されるため上述したように第１〜第４スリーブ２６〜２９が解放位置に切り替えられる。また、エンジン２を停止させる。ＭＧクラッチ３１は出力軸係合状態に切り替えられ、ＭＧ３を電動機として機能させる。
【００２５】
エンジン２、ＭＧ３、及びＭＧクラッチ３１の動作は、制御装置５０にて制御される。制御装置５０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。制御装置５０は、車両１を適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。制御装置５０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン２、ＭＧ３等の制御対象に対する制御を行っている。制御装置５０には、車両１に係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。例えば、クラッチペダル９が踏み込まれているときに信号を出力するクラッチペダルセンサ５１、車両１の速度に対応した信号を出力する車速センサ５２、及び入力軸１１の回転数に対応した信号を出力する入力軸回転数センサ５３等が接続されている。この他にも制御装置５０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。
【００２６】
変速機１０のギア段の切替時に入力軸１１にＭＧ３が接続されていると、入力軸１１の慣性質量が大きくなるためシンクロ機構の負荷が増加する。そこで、制御装置５０は、運転者によって変速機１０のギア段が切り替えられているときに入力軸１１からＭＧ３が切り離されるようにＭＧクラッチ３１を制御する。図３は、制御装置５０がＭＧクラッチ３１をこのように制御するために実行するＭＧ接続制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンは、制御装置５０が実行する他のルーチンと並行に実行される。
【００２７】
この制御ルーチンにおいて制御装置５０は、まずステップＳ１１で車両１の走行状態を取得する。走行状態としては、例えば車両１の速度（車速）、入力軸１１の回転数、及び現在選択されているギア段等が取得される。次のステップＳ１２において制御装置５０はＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態か否か判定する。ＭＧクラッチ３１が出力軸係合状態又は電動機解放状態と判定した場合には、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
一方、ＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態と判定した場合にはステップＳ１３に進み、制御装置５０はエンジンクラッチ３０が解放状態か否か判定する。この判定はクラッチペダルセンサ５１の出力信号に基づいて行えばよい。エンジンクラッチ３０が係合状態と判定した場合には、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２９】
一方、エンジンクラッチ３０が解放状態と判定した場合にはステップＳ１４に進み、制御装置５０は推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅを算出する。この処理では、変速前のギア段に対応する変速ギア対にて入力軸１１と出力軸１２とが動力伝達可能に接続されていると仮定し、この状態で出力軸１２にて入力軸１１が回転駆動された場合の入力軸１１の回転数を推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅとして算出する。上述したように出力軸１２と駆動輪５とは動力伝達可能に接続されているため、出力軸１２の回転数は車速と相関している。そのため、推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅは車速及びギア段の変速比に基づいて算出される。
【００３０】
続くステップＳ１５において制御装置５０は、ＭＧ３から入力軸１１に微小トルクを印加する微小トルク印加制御を実行する。なお、微小トルクとしては、例えば運転者が入力軸１１から変速前のギア段のドライブギアを切り離すシフト操作、いわゆるギア抜けシフト操作をする際に運転者が違和感を感じない程度のトルクが設定される。また、この微小トルクの回転方向には、入力軸１１がエンジン２にて回転駆動される際の回転方向が設定される。
【００３１】
次のステップＳ１６において制御装置５０は、変速機１０がニュートラル状態になったか否か判定する。入力軸１１と変速前のギア段のドライブギアとが動力伝達可能に接続されている場合は、入力軸１１が出力軸１２によって回転駆動される。そのため、入力軸１１に微小トルクを印加しても実際の入力軸１１の回転数（以降、実入力軸回転数と称する。）Ｎｉｎは推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅに対して殆ど変化しない。一方、変速機１０がニュートラル状態になっている場合には入力軸１１と出力軸１２との間の動力伝達が遮断されているので、実入力軸回転数Ｎｉｎは推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅに対して大きく変化する。そのため、例えば実入力軸回転数Ｎｉｎが推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅ−Ｃ１を下限値とし、推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅ＋Ｃ１を上限値とした回転数範囲から所定の判定時間Ｔ１以上の間外れた場合に変速機１０がニュートラル状態になったと判定できる。すなわち、以下に示す式（１）が判定時間Ｔ１の間満たされなかった場合にニュートラル状態になったと判定すればよい。
【００３２】
Ｎｉｎ＿ｅ−Ｃ１≦Ｎｉｎ≦Ｎｉｅ＿ｅ＋Ｃ１ ・・・（１）
【００３３】
なお、判定閾値Ｃ１は、例えば入力軸１１に印加する微小トルクの大きさ等に応じて適宜に設定すればよい。また、判定時間Ｔ１は、実入力軸回転数Ｎｉｎが瞬間的にこの回転数範囲外になったときにニュートラル状態になったと誤判定しないように適宜に設定すればよい。
【００３４】
変速機１０がニュートラル状態ではないと判定した場合にはステップＳ１５に戻り、制御装置５０は変速機１０がニュートラル状態になるまでステップＳ１５、Ｓ１６を繰り返し実行する。一方、変速機１０がニュートラル状態と判定した場合にはステップＳ１７に進み、制御装置５０はＭＧ３から入力軸１１への微小トルクの印加を停止する。次のステップＳ１８において制御装置５０は、ＭＧクラッチ３１を電動機解放状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３５】
図４は、車両１において変速機１０が５速から４速に変速されたときのＭＧクラッチ３１の状態、ＭＧ３のトルク、及び実入力軸回転数Ｎｉｎのそれぞれの時間変化の一例を示している。また、この図には、エンジンクラッチ３０の状態、変速機１０の状態、及びＭＧ３の回転数Ｎｍｇのそれぞれの時間変化の一例も示した。なお、この図中のＮｉｎ＿４ｔｈは変速機１０が４速のときの入力軸１１の回転数を示し、Ｎｉｎ＿５ｔｈは変速機１０が５速のときの入力軸１１の回転数を示している。そして、この図では５速から４速に変速されるので、推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅには、Ｎｉｎ＿５ｔｈが設定される。
【００３６】
この図では時刻ｔ１においてエンジンクラッチ３０が解放状態に切り替えられている。その後、時刻ｔ２において図３のステップＳ１５が実行され、入力軸１１に微小トルクが印加されている。しかしながら、この時刻ｔ２ではまだ変速機１０が５速の状態にあるため、実入力軸回転数Ｎｉｎは推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿５ｔｈに対して殆ど変化しない。その後、時刻ｔ３において変速機１０がニュートラル状態になると実入力軸回転数Ｎｉｎが推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿５ｔｈに対して大きく変化する。そのため、図３のステップＳ１６が肯定判定され、時刻ｔ４において入力軸１１への微小トルクの印加が停止される。続いて時刻ｔ５では、ＭＧクラッチ３１が電動機解放状態に切り替えられる。そして、ＭＧ３が停止される。なお、この図において時刻ｔ５まではＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態であるため、ＭＧ３の回転数Ｎｍｇは実入力軸回転数Ｎｉｎと同じ値となる。その後、時刻ｔ６において変速機１０が４速に切り替えられ、時刻ｔ７においてクラッチペダル９の踏み込みが解除されてエンジンクラッチ３０が解放状態から係合状態に切り替わり始める。
【００３７】
以上説明したように本発明によれば、運転者が変速機１０の変速操作を行ったときに入力軸１１に微小トルクを印加し、入力軸１１の回転数を積極的に変化させるので、変速機１０がニュートラル状態になったか否か迅速に判定することができる。また、これによりＭＧクラッチ３１を迅速に電動機解放状態に切り替えることができる。そのため、ＭＧクラッチ３１が入力軸係合状態のまま変速機１０が変速後のギア段に切り替えられることを防止できる。そのため、変速機１０のシンクロ機構の負荷を軽減できる。
【００３８】
なお、図３のステップＳ１２〜Ｓ１５を実行することにより制御装置５０が本発明のトルク印加手段として機能し、図３のステップＳ１６を実行することにより制御装置５０が本発明のニュートラル判定手段として機能する。また、図３のステップＳ１８を実行することにより制御装置５０が本発明の制御手段として機能し、図３のステップＳ１４を実行することにより制御装置５０が本発明の入力軸回転数推定手段として機能する。
【００３９】
なお、図３のステップＳ１６で変速機１０がニュートラル状態か否か判定する方法は、上述した判定方法に限定されない。例えば、判定に使用する回転数範囲を設定する方法は、推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅを用いた方法に限定されない。車速及びギア段と判定に使用する回転数範囲との関係を予め実験や数値計算等で求めて制御装置５０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、そのマップを参照して回転数範囲を設定してもよい。
【００４０】
また、図４に示したように入力軸１１と変速前のギア段のドライブギアとが動力伝達可能に接続されている場合は入力軸１１に微小トルクを印加しても実入力軸回転数Ｎｉｎは殆ど変化しない。これに対して変速機１０がニュートラル状態の場合には微小トルクを印加すると実入力軸回転数Ｎｉｎが大きく変化する。そのため、単位時間当たりの実入力軸回転数Ｎｉｎの変化量、すなわち実入力軸回転数Ｎｉｎの時間微分値に基づいて変速機１０がニュートラル状態か否か判定することもできる。具体的には、入力軸１１に微小トルクを印加しているときの実入力軸回転数Ｎｉｎの時間微分値が所定の判定時間Ｔ２以上の間予め設定した判定閾値Ｃ２以上になった場合に変速機１０がニュートラル状態になったと判定できる。なお、判定閾値Ｃ２は、例えば微小トルクの大きさに基づいて適宜に設定すればよい。また、判定時間Ｔ２は誤判定が生じないように適宜に設定すればよい。このように実入力軸回転数Ｎｉｎの時間微分値に基づいて判定する場合には推定入力軸回転数Ｎｉｎ＿ｅを使用しないので、図３のステップＳ１４を省略してもよい。
【００４１】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される変速機は最高段が５速の変速機に限定されない。本発明は例えば４速又は６速等の５速以外のギア段が最高段の変速機に適用してもよい。また、本発明が適用される変速機は、複数のスリーブが全て入力軸に設けられた変速機に限定されない。例えば、複数のスリーブの一部が入力軸に設けられ、残りのスリーブが出力軸に設けられた変速機、及び複数のスリーブが全て出力軸に設けられた変速機に本発明を適用してもよい。
【００４２】
本発明が適用される変速機のシンクロ機構は、キー式シンクロメッシュ機構に限定されない。本発明に設けられる変速機には、変速時に摩擦力を利用して回転軸とギアとの同期を行う種々のシンクロ機構を設けてよい。
【符号の説明】
【００４３】
１ 車両
２ 内燃機関
３ モータ・ジェネレータ（電動機）
５ 駆動輪
９ クラッチペダル
１０ 変速機
１１ 入力軸
３０ エンジンクラッチ（第１クラッチ手段）
３１ ＭＧクラッチ（第２クラッチ手段）
３６ シフトレバー
５０ 制御装置（トルク印加手段、ニュートラル判定手段、制御手段、入力軸回転数推定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに大きさが異なる変速比が設定された複数のギア段を有し、シフトレバーの操作にてギア段が切り替えられるマニュアル式の変速機と、前記変速機の入力軸と第１クラッチ手段を介して接続された内燃機関と、前記入力軸と第２クラッチ手段を介して接続された電動機と、前記変速機の出力軸と動力伝達可能に接続された駆動輪と、を備え、
前記第１クラッチ手段は、クラッチペダルにて操作されることにより前記内燃機関と前記入力軸との間の動力伝達を許容する係合状態とその動力伝達を阻止する解放状態とに切り替えられ、
前記変速機には、ギア段の切替時に切替後に使用されるギアとそのギアが設けられた軸とを摩擦力を利用して同期させるシンクロ機構が設けられているハイブリッド車両に適用される制御装置において、
前記第２クラッチ手段が前記電動機と前記入力軸とを動力伝達可能に接続する入力軸係合状態のときに前記第１クラッチ手段が前記係合状態から前記解放状態に切り替えられた場合に、前記入力軸に前記電動機からトルクが印加されるように前記電動機を制御するトルク印加手段と、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数に基づいて前記変速機が前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態に切り替わったか否か判定するニュートラル判定手段と、前記ニュートラル判定手段により前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定された場合に前記第２クラッチを前記入力軸から前記電動機が切り離される電動機解放状態に切り替える制御手段と、を備えた制御装置。
【請求項２】
前記ニュートラル判定手段は、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数が予め設定した所定の回転数範囲外になった場合に前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記第１クラッチ手段が前記解放状態に切り替えられる直前の前記変速機のギア段に基づいて前記入力軸の回転数を推定する入力軸回転数推定手段をさらに備え、
前記回転数範囲は、前記入力軸回転数推定手段により推定された回転数に基づいて設定される請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記ニュートラル判定手段は、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数の時間微分値が所定の判定値以上の場合に前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項１】
互いに大きさが異なる変速比が設定された複数のギア段を有し、シフトレバーの操作にてギア段が切り替えられるマニュアル式の変速機と、前記変速機の入力軸と第１クラッチ手段を介して接続された内燃機関と、前記入力軸と第２クラッチ手段を介して接続された電動機と、前記変速機の出力軸と動力伝達可能に接続された駆動輪と、を備え、
前記第１クラッチ手段は、クラッチペダルにて操作されることにより前記内燃機関と前記入力軸との間の動力伝達を許容する係合状態とその動力伝達を阻止する解放状態とに切り替えられ、
前記変速機には、ギア段の切替時に切替後に使用されるギアとそのギアが設けられた軸とを摩擦力を利用して同期させるシンクロ機構が設けられているハイブリッド車両に適用される制御装置において、
前記第２クラッチ手段が前記電動機と前記入力軸とを動力伝達可能に接続する入力軸係合状態のときに前記第１クラッチ手段が前記係合状態から前記解放状態に切り替えられた場合に、前記入力軸に前記電動機からトルクが印加されるように前記電動機を制御するトルク印加手段と、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数に基づいて前記変速機が前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態に切り替わったか否か判定するニュートラル判定手段と、前記ニュートラル判定手段により前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定された場合に前記第２クラッチを前記入力軸から前記電動機が切り離される電動機解放状態に切り替える制御手段と、を備えた制御装置。
【請求項２】
前記ニュートラル判定手段は、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数が予め設定した所定の回転数範囲外になった場合に前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定する請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記第１クラッチ手段が前記解放状態に切り替えられる直前の前記変速機のギア段に基づいて前記入力軸の回転数を推定する入力軸回転数推定手段をさらに備え、
前記回転数範囲は、前記入力軸回転数推定手段により推定された回転数に基づいて設定される請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記ニュートラル判定手段は、前記トルク印加手段によりトルクが印加されているときの前記入力軸の回転数の時間微分値が所定の判定値以上の場合に前記変速機が前記ニュートラル状態に切り替わったと判定する請求項１に記載の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−８６５４２（Ｐ２０１３−８６５４２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５９５６（Ｐ２０１１−２２５９５６）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５９２０５８３１５）アイシン・エーアイ株式会社 (490)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５９２０５８３１５）アイシン・エーアイ株式会社 (490)
【Ｆターム（参考）】
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