車両用動力伝達システムの制御方法及び装置
【課題】第１及び第２中間軸と連結する第１クラッチ又は第２クラッチ、または複数の変速用クラッチのいずれかを開放する場合、モータトルクをエンジントルクに見合った値に制御して、素早く確実にクラッチを開放できる制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】スリーブ３２がスプライン３１上を摺動することで操作される変速用のクラッチについて、クラッチ噛合い部位置検出部３４からの信号を微分器３５に通すことで、開放すべきクラッチの噛合い部の位置変化率を求め、この位置変化率からバランス信号発生部３６でトルクバランス状態を判定し、バランス信号立下り検出部３７で該トルクバランス状態信号の立ち下がりを検出して、モータトルクの変化率極性を反転させる。これにより常にトルクバランス状態を保つので、例えエンジントルクの推定計算精度が低い場合でも、確実にクラッチを開放することができる。
【解決手段】スリーブ３２がスプライン３１上を摺動することで操作される変速用のクラッチについて、クラッチ噛合い部位置検出部３４からの信号を微分器３５に通すことで、開放すべきクラッチの噛合い部の位置変化率を求め、この位置変化率からバランス信号発生部３６でトルクバランス状態を判定し、バランス信号立下り検出部３７で該トルクバランス状態信号の立ち下がりを検出して、モータトルクの変化率極性を反転させる。これにより常にトルクバランス状態を保つので、例えエンジントルクの推定計算精度が低い場合でも、確実にクラッチを開放することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関と電動機とを備えたハイブリッド車両のような車両に用いる変速機の変速制御に係り、特に電動機の回転出力を有段ギア変速機により変速させる車両用変速機の制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気動車の駆動システムとして、ディーゼルエンジンのような内燃機関の出力を、トルクコンバータ付の変速機に入力し、該変速機の出力をドライブシャフトにより車輪に伝達するシステムが周知である（例えば、特許文献３，４参照）。このような駆動システムに用いられる変速機は、変速ギア段を切り替えるために湿式多板クラッチを備えており、クラッチを滑らせることで変速時の回転数変化を吸収しながら、変速ギア段間においてギアからギアへエンジンの駆動力を移し変えるものである。湿式多板クラッチは、摩擦クラッチの一種であるので、変速時には回転数変化を吸収する際にすべりに基づく摩擦により発熱し、クラッチ開放時においてもクラッチ板の連れ回りによる損失がある。また、摩擦クラッチは温度による特性変化や、磨耗による経年変化の影響を受けやすいので、クラッチの制御にはこれらを補正するために学習補正等の複雑な制御を必要としている。
【０００３】
このような問題を解決するため、二つの中間軸を持つとともにこれらを接続する差動装置及び発電電動機を設けたブリッジ型変速機を用い、両中間軸に電動機から互いに逆向きのトルクを印加することで変速動作を行うと共に、加速アシスト・回生制動などのハイブリッド制御機能を有するアクティブシフト変速機が開発されている（特許文献１，２参照）。この変速機においては、摩擦クラッチの代わりに噛み合いクラッチが用いられており、変速時の回転数変化や駆動力の移し替えは電動機の制御により行われるので、摩擦発熱の無い高効率変速を行うことができるとともに、摩擦クラッチの磨耗に伴う経年変化や温度変化の影響を受けることを無くすることができる。
【０００４】
また、ディーゼル動車や軌道モータカーの動力伝達装置として、ディーゼルエンジンのような動力源からの動力が変速クラッチとトルクコンバータを介して歯車変速機に伝達されるものが用いられている（特許文献３、４参照）。トルクコンバータは、エンジンからの出力でインペラが回転し、エネルギーを得て高速で流動する油でタービンを回転させる無段変速機の一種であり、タービン回転数が小さいときに出力トルクが大きく、タービン回転数が大きくなるほど出力トルクが小さい、という鉄道車両の運転状況に適した特性を示す。トルクコンバータの出力側には、油圧クラッチと多段式の歯車変速機構とを組み合わせた変速機が接続されており、油圧クラッチの切換操作によって歯車変速段を選択することにより、車両の走行速度等の走行状況に併せた変速動作が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７６８７５号公報
【特許文献２】ＷＯ０１／６６９７１
【特許文献３】特開平０３−３６３号公報
【特許文献４】特開２００６−３２１３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アクティブシフト変速機は、噛合いクラッチで構成されているため、噛合いクラッチの開放を行うとき、電動機により噛合いクラッチに掛かるトルクをゼロに保つ必要がある。このときエンジントルクに見合った電動機トルクを発生させるのであるが、そのエンジントルクを算出するのに燃料噴射量から推定計算していた。エンジンのトルクを検出するトルクセンサは、従来、実用的なものが開発されていない。計測器用のトルクセンサを用いることが考えられるが、計測器用のものは耐久性に欠けるところがあり、また高価であってコスト高を招く。
【０００７】
そこで、エンジン出力及び電動機により変速動作を行う有段ギア変速機を備えた車両用動力伝達システムにおいて、噛合いクラッチに掛かるトルクをゼロ付近に保ち、速やかに噛み合いクラッチを開放する制御方式を確立する点で解決すべき課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、低い精度でエンジントルクを計算したとしても、制御方式を工夫して確実に噛み合いクラッチを開放することにより、高価なトルクセンサを用いることなく安価で信頼性の高いシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し、目的を達成するため、この発明による車両用動力伝達システムの制御方法は、エンジン、該エンジンの出力が入力軸に入力される変速機、該変速機に接続された発電電動機、及び前記変速機の出力軸により駆動される車輪を備えており、前記変速機は、前記変速機の前記入力軸と並列に設けられた第１中間軸及び第２中間軸、前記入力軸に噛み合って設けられた入力ギア列、前記入力ギア列と前記第１中間軸とを選択的に連結する第１クラッチ、前記入力ギア列と前記第２中間軸とを選択的に連結する第２クラッチ、前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられた複数組の変速ギア段、前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記複数組の変速ギア段とを選択的に連結する複数の変速用クラッチ、及び前記第１中間軸及び前記第２中間軸に接続されると共に前記両中間軸の回転数の差に応じた回転数で回転する回転部を備えた差動装置、を有しており、前記発電電動機は、前記変速機の前記回転部に接続されていることから成る車両用動力伝達システムにおいて、前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、複数の前記変速用クラッチのいずれかを開放する場合、該開放クラッチの噛合い部の移動距離変化率に基づいて前記発電電動機のトルクの変化率の極性を制御することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明による車両用動力伝達システムの制御装置は、エンジン、該エンジンの出力が入力軸に入力される変速機、該変速機に接続された発電電動機、及び前記変速機の出力軸により駆動される車輪を備えており、前記変速機は、前記変速機の前記入力軸と並列に設けられた第１中間軸及び第２中間軸、前記入力軸に噛み合って設けられた入力ギア列、前記入力ギア列と前記第１中間軸とを選択的に連結する第１クラッチ、前記入力ギア列と前記第２中間軸とを選択的に連結する第２クラッチ、前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられた複数組の変速ギア段、前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記複数組の変速ギア段とを選択的に連結する複数の変速用クラッチ、及び前記第１中間軸及び前記第２中間軸に接続されると共に前記両中間軸の回転数の差に応じた回転数で回転する回転部を備えた差動装置、を有しており、前記発電電動機は、前記変速機の前記回転部に接続されていることから成る、車両用動力伝達システムにおいて、前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、複数の前記変速用クラッチのいずれかを開放する場合、当該する開放クラッチの噛合い部の位置を検出する位置検出部、該位置検出部の出力を微分する微分器、及び該微分器出力を所定の値と比較して前記噛合い部の位置変化率の大きさに応じて出力するバランス信号発生部、を備え、前記開放クラッチに掛かるトルクをゼロ付近に保って前記開放クラッチの抜きを容易にするため、前記バランス信号発生部の出力に基づいて前記発電電動機のトルクを制御することを特徴としている。
【００１１】
この発明による車両用動力伝達システムの制御によれば、前記発電電動機のトルクを、燃料噴射量から推定計算したエンジンのトルクに見合った値に向けて変化させ、その結果噛合いクラッチに掛かるトルクがゼロ付近になると、開放クラッチの位置が急速に移動する。その位置変化率が所定の値以上のときはバランストルク状態であると見做し、位置変化率が所定の値以下のときはバランストルクが崩れたと見做し、バランストルク状態から崩れたときには前記発電電動機のトルクの変化率を反転させて、再びバランストルク状態に戻すことで開放クラッチの位置変化を継続的に維持する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による車両用動力伝達システムの制御方法及び装置によれば、変速操作をするときに開放される開放クラッチの噛合い部の移動距離変化率に基づいて前記発電電動機のトルク変化率の正負極性を制御しているので、開放クラッチの噛合い部の実際の移動に対応して発電電動機のトルク増減の向きを制御して、噛合い部におけるバランストルク状態が維持されることになって、クラッチが確実に抜けるようになり、変速動作が速く乗り心地が向上する。またクラッチ動作の不良による運行の乱れがなくなり、交通機関としての信頼性を損なうことがなくなるので産業上極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の制御に用いるアクティブシフト変速機の構成を示すスケルトン図及び制御システム図。
【図２】本発明の制御に用いるアクティブシフト変速機のクラッチの構成を示すスケルトン図及びそのスプライン構造説明図。
【図３】本発明の第１実施例における１速から２速への変速過程のトルク伝達経路、及び電動機トルクとクラッチ伝達トルクとの関係を示す説明図。
【図４】本発明の制御に用いるアクティブシフト変速機のクラッチのスプライン部の詳細を示す説明図。
【図５】本発明の制御に用いるアクティブシフト変速機のトルクフェーズにおけるクラッチ抜きの失敗例を示す動作波形説明図。
【図６】本発明の第１実施例におけるトルクフェーズにおけるクラッチ抜き制御を示す動作波形説明図。
【図７】本発明の第１実施例におけるトルクフェーズ制御のアルゴリズムを示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、この発明による車両用動力伝達システムの制御の実施例を説明する。
【実施例】
【００１５】
本発明による車両用動力伝達システムの制御についての第１の実施例を図１〜図９を参照して説明する。まず、本車両用動力伝達システムに用いる変速機の構成を図１により説明する。図１は、本変速機を二つの中間軸を持つアクティブシフト変速機とするときの、当該アクティブシフト変速機の構成を模式的に示したスケルトン図である。エンジン１の出力軸は変速機２の入力軸３に接続されている。入力軸３には前進用ギア列４と後進用ギア列５が並列に配置されており、入力軸３が回転駆動されている状態では、両ギア列４，５は常に駆動されている。前進用ギア列４は、入力軸３に固着された入力ギア６、該入力ギア６と噛み合う第１ギア７及び第２ギア８を備えている。後進用ギア列５は、入力軸３に固定嵌合された入力ギア９、該入力ギア９にそれぞれ噛み合う同じ仕様の反転ギア１０，１１、該反転ギア１０，１１にそれぞれ噛み合う第３ギア１２及び第４ギア１３を備えている。
【００１６】
入力軸３に並行に、第１中間軸１４と第２中間軸１５とが配置されている。第１ギア７と第３ギア１２とは第１中間軸１４に相対回転可能に嵌合しており、第２ギア８と第４ギア１３とは第２中間軸１５に相対回転可能に嵌合している。第１中間軸１４と第２中間軸１５とには、前進用ギア列４と後進用ギア列５との間において、それぞれ、選択的に係合可能な第１クラッチ１６と第２クラッチ１７とが配設されている。第１クラッチ１６及び第２クラッチ１７は、それぞれの軸に設けられたスプライン上をシフトするスリーブの爪が前記第１ギア７〜第４ギア１３に設けられた爪に噛み合うことで、係合／開放するものである。したがって、第１中間軸１４には第１クラッチ１６の選択的なシフトによって係合した側の第１ギア７又は１２から前進回転又は後進回転が与えられ、第２中間軸１５には第２クラッチ１７の選択的なシフトによって係合した側の第２ギア８又は１３から前進回転又は後進回転が与えられる。これらのクラッチスリーブは、クラッチアクチュエータ（ＡＣＴ１〜ＡＣＴ２）とリンク機構で結ばれ、係合する方向に推力を与えられる。
【００１７】
第１中間軸１４と第２中間軸１５と並行に、出力軸１８が配置されている。第１中間軸１４と出力軸１８との間には第１変速ギア段１９と第３変速ギア段２１が配置されており、第２中間軸１５と出力軸１８との間には第２変速ギア段２０と第４変速ギア段２２が配置されている。各変速ギア段１９〜２２においては、予め定められた変速比で出力軸１８に回転出力を生じさせるために、相異なるギア径（歯数）が定められている。また、各変速ギア段１９〜２２において、中間軸１４、１５上に配置されているギアは中間軸１４，１５に対して相対回転自在であるが、出力軸１８に配置されているギアは出力軸１８に固定嵌合されている。
【００１８】
第１中間軸１４において、第１変速ギア段１９と第３変速ギア段２１との間には選択的に係合可能な第３クラッチ２３が配設されている。また、第２中間軸１５において、第２変速ギア段２０と第４変速ギア段２２との間には選択的に係合可能な第４クラッチ２４が配設されている。第３クラッチ２３及び第４クラッチ２４は、それぞれの軸に設けられたスプライン上をシフトするスリーブの爪が第１〜第４変速ギアに設けられた爪に噛み合うことで、係合／開放する。これらのクラッチスリーブは、クラッチアクチュエータ（ＡＣＴ３〜ＡＣＴ４）とリンク機構で結ばれ、係合する方向に推力を与えられる。
【００１９】
上記の前後進用ギア列４，５及び変速ギア段１９〜２２の構成によって、第１クラッチ１６を前進用ギア列４側にシフトした状態で、第３クラッチ２３を第１変速ギア段１９側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第１中間軸１４及び第１変速ギア段１９を介して出力軸１８に前進第１変速段で出力され、第３クラッチ２３を第３変速ギア段２１側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第１中間軸１４及び第３変速ギア段２１を介して出力軸１８に前進第３変速段で出力される。このとき、第２クラッチ１７は中立位置に置かれる。また、第２クラッチ１７を前進用ギア列８側にシフトした状態で、第４クラッチ２４を第２変速ギア段２０側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第２中間軸１５及び第２変速ギア段２０を介して出力軸１８に前進第２変速段で出力され、第４クラッチ２４を第４変速ギア段２２側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第２中間軸１５及び第４変速ギア段２２を介して出力軸１８に前進第４変速段で出力される。このとき、第１クラッチ１６は中立位置に置かれる。
【００２０】
第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７を後進用ギア列５に係合した場合は、それぞれ後進方向に各変速段で出力される。このように、第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７を前進用ギア列４側或いは後進用ギア列５側との係合を切り換えることで、車両には、前進・後進のいずれの進行方向にも同じ段数の変速段を与えることができる。
なお、本実施例では後進用ギア列５を入力軸３に設けたが、前後進切替を出力軸１８の後で行うことも当然可能であり、その場合は入力軸３に設けられるのは前進用ギア列４のみであるが、前進用ギア列４と呼ぶ代わりに入力ギア列４と呼ぶものとする。
【００２１】
第２中間軸１５の端部には差動装置２５が配設されており、差動装置２５のリングギア２６と噛み合う取り出しギア２７の取り出し軸２８は発電電動機２９に接続されている。第１中間軸１４と差動装置２５との間には接続ギア列３０が配設され、差動装置２５のリングギア２６の回転数（リングギア回転数）が、第１中間軸１４の回転数と第２中間軸１５の回転数の差の２分の１となるように接続されている。
【００２２】
このような構造の変速機に対して、変速制御装置が設けられており、クラッチアクチュエータ（ＡＣＴ１〜ＡＣＴ４）への動作指令を発生すると共に、発電電動機２９及びエンジンに対してそれぞれトルク指令を発生する。
【００２３】
図１の変速機における噛合いクラッチの構造を図２に示す。第１クラッチ１６及び第２クラッチ１７、第３クラッチ２３及び第４クラッチ２４はいずれも同じ構造であるので、第１クラッチ１６を例に説明する。図２（ａ）は第１クラッチ１６のスケルトンを示し、図２（ｂ）はその断面を示す。
【００２４】
第１中間軸１４に設けられた中心スプライン３１の周りに、スリーブ３２が摺動自在に嵌合されている。スリーブ３２の外周には噛合い爪が設けられ、ギア７の端部３３に対向して設けられた爪に摺動自在に噛み合っている。クラッチアクチュエータＡＣＴ１によりスリーブ３２を摺動させ、ギア７の端部３３の内側に潜り込ませると、内外周のスプラインが噛み合って結合する。
【００２５】
図２における噛合い爪３３はスプライン構造であるが、スリーブ３２の端面にブロック爪を設けたいわゆる爪クラッチとしてもよい。なお、第１クラッチ１６においては、スリーブ３２は、第３ギア１２の端部３３に対向して設けられた爪に対しても、第１ギア７の場合と同様に、摺動自在に噛み合っている。
【００２６】
変速動作の一例として、１→２アップシフトのプロセスを図３を参照して説明する。１速走行中は、第１クラッチ１６が第１ギア７と嵌合し、第３クラッチ２３が第１変速ギア段１９と嵌合しているので、エンジンの動力が図３（ａ）の点線矢印で示す経路で伝達されている。
１→２アップシフトするためには、予め第２クラッチ１７を第２ギア８と嵌合させておく。１→２変速すべき車速に達したとき、発電電動機２９の発生トルクを増加させると、破線矢印で示すようにエンジンから第２クラッチ１７を伝達するトルクＴｃ２が、差動装置２５を介して第１中間軸１５に伝達され、その分第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１が減少する。エンジントルクを第１クラッチ１６から第２クラッチ１７に遷移させるので、これをトルクフェーズと言う。第２クラッチ１７を伝達するトルクＴｃ２がエンジンの発生トルクと等しくなるまで発電電動機２９の発生トルクを増加させると、図３（ｂ）に示すように第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がゼロに近い値ΔＴ＋より小さくなり、第１クラッチ１６を開放することができる。
しかしながら、発電電動機２９の発生トルクを増加させ過ぎると、第１クラッチ１６を
伝達するトルクＴｃ１が図３（ｂ）に細い破線で示すように負の方向にΔＴ−より大きくなり、再び第１クラッチ１６が抜けなくなる。したがって第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１をΔＴ＋からΔＴ−の間に保つことが重要である。
【００２７】
スプライン噛合いのさらに詳しい説明を図４に基づいて行う。スプラインは適度な隙間がないと摺動できない。例えば、図４においては、スリーブ３２と第１ギア７の端部３３とのスプライン間には２００μｍの隙間を設けてある。変速プロセスにおいて、発電電動機２９の発生トルクを増加させ、第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がΔＴ＋より小さくなると、図４（ｂ）に示すようにスリーブ３２のスプラインと第１ギア７の端部３３のスプラインの接触が緩み、速やかに摺動して噛合いが開放される。しかし、発電電動機２９の発生トルクが大き過ぎたり小さ過ぎたりした場合、図４（ａ）又は（ｃ）のように両方のスプラインが強い圧力で接触してトルクが伝達された状態になる。このトルクがΔＴ＋より大きい、あるいは負の方向にΔＴ−より大きいとスプラインを開放することはできない。クラッチアクチュエータＡＣＴ１の推力が大きければ多少の残留トルクならば噛合いは開放されるが、スプラインの側面を無理に擦ることになり好ましくない。
【００２８】
第１クラッチ１６を開放した後、発電電動機２９の発生トルクを保ったまま回転数を増加させる。これはいわゆるイナーシャフェーズと言われるものである。第２中間軸１５の回転が第２ギア２０の回転と同期すると、第４クラッチ２４を２速に係合することができる。その後発電電動機２９のトルクをゼロにすると、エンジン１の出力は第２クラッチ１７から直接第２変速ギア段２０を通して出力軸１８に出力されて２速走行状態になる。
【００２９】
２→３変速及び３→４変速においても同様にして、第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７に伝達するトルクをΔＴ＋からΔＴ−の間に保つように発電電動機２９のトルクを調整して、噛合いクラッチのスプラインの接触を緩めて、速やかに摺動させて変速させる。
【００３０】
このようにスムーズに変速させるためには、第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７に伝達するトルクが、エンジンの発生トルクと等しくなるまで発電電動機２９の発生トルクを調整する必要があるが、エンジンの発生トルクを検出するセンサは、安価で実用的なものが無いのが実情である。このため、エンジンの燃料噴射量から発生トルクを計算して、これを目標値として発電電動機２９の発生トルクを調整することが行われていたが、この方法は計算誤差が大きく、第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７に伝達するトルクをΔＴ＋からΔＴ−の間に保つように発電電動機２９のトルクを調整することが困難であり、噛合いクラッチのスプラインを速やかに摺動できないことがあった。
【００３１】
そこで、本発明による車両用動力伝達システムの制御では、変速機の変速制御において、計算誤差が大きくても噛合いクラッチのスプラインを速やかに摺動させることを可能にする制御アルゴリズムを提供する。
図５は、実際の変速機でクラッチが抜けなかった場合のオシログラムの例である。電動機トルクを上げて、第２クラッチ１７に伝達するトルクＴｃ２をエンジンの発生トルクと等しくするバランストルクに達すると、スリーブが抜け始めて噛合い位置から開放位置に向かって急激に移動するのが判る。電動機トルクをバランストルクに保っていればスリーブは抜けるが、この例の場合は電動機トルクが下がったので、スプラインの接触が固くなってスリーブ位置がほとんど変化しなくなってしまい、エラー検出で強制開放された。
【００３２】
エンジンの燃料噴射量から計算したエンジン発生トルクと第２クラッチ１７に伝達するトルクを等しくなるように、即ち第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がほぼゼロ（ΔＴ＋からΔＴ−の間）になるように、電動機トルクを調整すれば、スリーブ位置が急激に移動することが、このオシログラムから解る。この状態を保つように電動機トルクを追従制御すれば、スプラインの接触が緩く保たれて、速やかに摺動させることができる。
【００３３】
この方法を応用してトルクフェーズ制御を行う本実施例の動作を、図６の波形を用いて説明する。時刻ｔ１から第１クラッチアクチュエータＡＣＴ１を励磁して、クラッチに抜き推力を与えながら電動機トルクＴｍを増加させると、第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１が減少し、時刻ｔ２で第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がΔＴ＋以下になり、第１クラッチ１６が抜け始めて第１クラッチ位置信号Ｌ１が急速に低下する。この第１クラッチ位置信号の変化率絶対値が所定の値より大きくなる時刻ｔ２’でトルクバランス状態信号Ｂｔを発生させる。
【００３４】
電動機トルクＴｍを増加させ続けると第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１は負の方向に転じて、時刻ｔ３にはΔＴ−に達する。そうすると図４（ｃ）に示したように、スプラインが反対方向に押し付けられるので抜けにくくなり、第１クラッチ位置信号の変化率絶対値が所定の値より小さくなる時刻ｔ３’においてトルクバランス状態信号Ｂｔがゼロになる。そこでこのトルクバランス状態信号Ｂｔの立下りを検出して、電動機のトルク変化率指令信号Ｐｔを反転させると、電動機トルクＴｍが減少に転じる。そうすると第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１は増加し始め、時刻ｔ４にはΔＴ−より大きくなり、再びスプラインは図４（ｂ）の状態になるので、第１クラッチ１６が抜け始めて第１クラッチ位置信号Ｌ１が急速に低下する。したがって第１クラッチ位置信号Ｌ１の変化率絶対値が所定の値より大きくなる時刻ｔ４’でトルクバランス信号Ｂｔが再度立ち上がる。
【００３５】
その後、時刻ｔ５になると第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がΔＴ＋より大きくなるので、スプラインが再度図４（ａ）の状態になって、クラッチが抜けにくくなり、第１クラッチ位置信号Ｌ１の変化率絶対値が所定の値より小さくなる時刻ｔ５’において、トルクバランス状態信号Ｂｔが再びゼロになる。このトルクバランス状態信号Ｂｔの立下りを検出して、電動機のトルク変化率指令信号Ｐｔを反転させ、電動機トルクＴｍを増加に転じると、時刻ｔ６で第１クラッチを伝達するトルクＴｃ１がΔＴ＋以下になって、第１クラッチ１６がまた抜け始める。時刻ｔ７で第１クラッチ位置信号Ｌ１がゼロになると、第１クラッチ１６が開放されたと判断し、トルクフェーズを終了して次のイナーシャフェーズ制御に移ることができる。
【００３６】
このようなトルクフェーズ制御を実現するアルゴリズムの一例を図７のブロック図に示す。第１中間軸１４に設けたスプライン３１に摺動自在に嵌合されたスリーブ３２は、第一クラッチアクチュエータＡＣＴ１により軸方向に移動させられる。このスリーブ３２の位置を検出するポテンショメータ３４が設けられ、その出力である第１クラッチ位置信号Ｌ１が微分器３５に入力される。微分器３５の出力は第１クラッチ位置信号Ｌ１の変化率を表すので、微分器３５の出力を比較器３６で負の設定値−ｃと比較することで、第１クラッチ位置が急速に減少していることを検出でき、これは電動機トルクＴｍがエンジントルクとバランスして、第１クラッチ伝達トルクＴｃ１がゼロ付近にあることを意味する。したがって比較器３６の出力をトルクバランス状態信号Ｂｔとする。
【００３７】
トルクバランス状態信号Ｂｔの立下りを検出する立下り検出器３７の出力は、第１クラッチ伝達トルクＴｃ１がゼロ付近（ΔＴ−〜ΔＴ＋の範囲）から外れたことを意味するので、このままではトルクバランス状態を保つことができない。そこで立下り検出器３７の出力によりトルク変化率指令信号Ｐｔの極性を反転させ、電動機トルクＴｍの変化の向きを反転させる必要がある。そのため立下り検出器３７の出力をトルク変化率指令信号発生器３８に入力し、その出力であるトルク変化率指令信号Ｐｔを電動機トルク指令器３９に入力して電動機トルクＴｍを発生させる。これをインバータ４０に与えると、電動機２９のトルクＴｍを調整して再び第１クラッチ伝達トルクＴｃ１をゼロ付近に戻して、トルクバランス状態を保つことが出来る。
【００３８】
このように本実施例の方法によれば、クラッチの動きを直接見ながら制御するので、たとえエンジントルクの推定計算が狂ったとしても、クラッチトルクをゼロ付近に保って速やかにクラッチを抜くことが出来る。したがって変速動作が速くなって乗り心地が向上するとともに、クラッチが抜けないことによる無駄な停車や列車遅延が生じることなく、交通機関としての信頼性を損なうことがなくなるので産業上極めて有益である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は軌条車両に適用する場合について説明したが、同様のアクティブシフト変速機を用いるハイブリッドシステムの場合も含めて、軌条車両に限定されるものではなく、自動車あるいは産業用車両に適用するときにも同様に実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１：エンジン ２：変速機
３：入力軸 ４：前進用ギア列
５：後進用ギア列
１４：第１中間軸 １５：第２中間軸
１６：第１クラッチ １７：第２クラッチ
１８：出力軸
１９〜２２：変速ギア段 ２３〜２４：変速用クラッチ
２５：差動装置 ２９：発電電動機
３４：クラッチ噛合い部位置検出部 ３５：微分器
３６：バランス信号発生部 ３７：バランス信号立下り検出部
３８：トルク変化率指令信号発生部 ３９：電動機トルク指令部
４０：インバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関と電動機とを備えたハイブリッド車両のような車両に用いる変速機の変速制御に係り、特に電動機の回転出力を有段ギア変速機により変速させる車両用変速機の制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気動車の駆動システムとして、ディーゼルエンジンのような内燃機関の出力を、トルクコンバータ付の変速機に入力し、該変速機の出力をドライブシャフトにより車輪に伝達するシステムが周知である（例えば、特許文献３，４参照）。このような駆動システムに用いられる変速機は、変速ギア段を切り替えるために湿式多板クラッチを備えており、クラッチを滑らせることで変速時の回転数変化を吸収しながら、変速ギア段間においてギアからギアへエンジンの駆動力を移し変えるものである。湿式多板クラッチは、摩擦クラッチの一種であるので、変速時には回転数変化を吸収する際にすべりに基づく摩擦により発熱し、クラッチ開放時においてもクラッチ板の連れ回りによる損失がある。また、摩擦クラッチは温度による特性変化や、磨耗による経年変化の影響を受けやすいので、クラッチの制御にはこれらを補正するために学習補正等の複雑な制御を必要としている。
【０００３】
このような問題を解決するため、二つの中間軸を持つとともにこれらを接続する差動装置及び発電電動機を設けたブリッジ型変速機を用い、両中間軸に電動機から互いに逆向きのトルクを印加することで変速動作を行うと共に、加速アシスト・回生制動などのハイブリッド制御機能を有するアクティブシフト変速機が開発されている（特許文献１，２参照）。この変速機においては、摩擦クラッチの代わりに噛み合いクラッチが用いられており、変速時の回転数変化や駆動力の移し替えは電動機の制御により行われるので、摩擦発熱の無い高効率変速を行うことができるとともに、摩擦クラッチの磨耗に伴う経年変化や温度変化の影響を受けることを無くすることができる。
【０００４】
また、ディーゼル動車や軌道モータカーの動力伝達装置として、ディーゼルエンジンのような動力源からの動力が変速クラッチとトルクコンバータを介して歯車変速機に伝達されるものが用いられている（特許文献３、４参照）。トルクコンバータは、エンジンからの出力でインペラが回転し、エネルギーを得て高速で流動する油でタービンを回転させる無段変速機の一種であり、タービン回転数が小さいときに出力トルクが大きく、タービン回転数が大きくなるほど出力トルクが小さい、という鉄道車両の運転状況に適した特性を示す。トルクコンバータの出力側には、油圧クラッチと多段式の歯車変速機構とを組み合わせた変速機が接続されており、油圧クラッチの切換操作によって歯車変速段を選択することにより、車両の走行速度等の走行状況に併せた変速動作が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−７６８７５号公報
【特許文献２】ＷＯ０１／６６９７１
【特許文献３】特開平０３−３６３号公報
【特許文献４】特開２００６−３２１３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アクティブシフト変速機は、噛合いクラッチで構成されているため、噛合いクラッチの開放を行うとき、電動機により噛合いクラッチに掛かるトルクをゼロに保つ必要がある。このときエンジントルクに見合った電動機トルクを発生させるのであるが、そのエンジントルクを算出するのに燃料噴射量から推定計算していた。エンジンのトルクを検出するトルクセンサは、従来、実用的なものが開発されていない。計測器用のトルクセンサを用いることが考えられるが、計測器用のものは耐久性に欠けるところがあり、また高価であってコスト高を招く。
【０００７】
そこで、エンジン出力及び電動機により変速動作を行う有段ギア変速機を備えた車両用動力伝達システムにおいて、噛合いクラッチに掛かるトルクをゼロ付近に保ち、速やかに噛み合いクラッチを開放する制御方式を確立する点で解決すべき課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、低い精度でエンジントルクを計算したとしても、制御方式を工夫して確実に噛み合いクラッチを開放することにより、高価なトルクセンサを用いることなく安価で信頼性の高いシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し、目的を達成するため、この発明による車両用動力伝達システムの制御方法は、エンジン、該エンジンの出力が入力軸に入力される変速機、該変速機に接続された発電電動機、及び前記変速機の出力軸により駆動される車輪を備えており、前記変速機は、前記変速機の前記入力軸と並列に設けられた第１中間軸及び第２中間軸、前記入力軸に噛み合って設けられた入力ギア列、前記入力ギア列と前記第１中間軸とを選択的に連結する第１クラッチ、前記入力ギア列と前記第２中間軸とを選択的に連結する第２クラッチ、前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられた複数組の変速ギア段、前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記複数組の変速ギア段とを選択的に連結する複数の変速用クラッチ、及び前記第１中間軸及び前記第２中間軸に接続されると共に前記両中間軸の回転数の差に応じた回転数で回転する回転部を備えた差動装置、を有しており、前記発電電動機は、前記変速機の前記回転部に接続されていることから成る車両用動力伝達システムにおいて、前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、複数の前記変速用クラッチのいずれかを開放する場合、該開放クラッチの噛合い部の移動距離変化率に基づいて前記発電電動機のトルクの変化率の極性を制御することを特徴としている。
【００１０】
また、この発明による車両用動力伝達システムの制御装置は、エンジン、該エンジンの出力が入力軸に入力される変速機、該変速機に接続された発電電動機、及び前記変速機の出力軸により駆動される車輪を備えており、前記変速機は、前記変速機の前記入力軸と並列に設けられた第１中間軸及び第２中間軸、前記入力軸に噛み合って設けられた入力ギア列、前記入力ギア列と前記第１中間軸とを選択的に連結する第１クラッチ、前記入力ギア列と前記第２中間軸とを選択的に連結する第２クラッチ、前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられた複数組の変速ギア段、前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記複数組の変速ギア段とを選択的に連結する複数の変速用クラッチ、及び前記第１中間軸及び前記第２中間軸に接続されると共に前記両中間軸の回転数の差に応じた回転数で回転する回転部を備えた差動装置、を有しており、前記発電電動機は、前記変速機の前記回転部に接続されていることから成る、車両用動力伝達システムにおいて、前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、複数の前記変速用クラッチのいずれかを開放する場合、当該する開放クラッチの噛合い部の位置を検出する位置検出部、該位置検出部の出力を微分する微分器、及び該微分器出力を所定の値と比較して前記噛合い部の位置変化率の大きさに応じて出力するバランス信号発生部、を備え、前記開放クラッチに掛かるトルクをゼロ付近に保って前記開放クラッチの抜きを容易にするため、前記バランス信号発生部の出力に基づいて前記発電電動機のトルクを制御することを特徴としている。
【００１１】
この発明による車両用動力伝達システムの制御によれば、前記発電電動機のトルクを、燃料噴射量から推定計算したエンジンのトルクに見合った値に向けて変化させ、その結果噛合いクラッチに掛かるトルクがゼロ付近になると、開放クラッチの位置が急速に移動する。その位置変化率が所定の値以上のときはバランストルク状態であると見做し、位置変化率が所定の値以下のときはバランストルクが崩れたと見做し、バランストルク状態から崩れたときには前記発電電動機のトルクの変化率を反転させて、再びバランストルク状態に戻すことで開放クラッチの位置変化を継続的に維持する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による車両用動力伝達システムの制御方法及び装置によれば、変速操作をするときに開放される開放クラッチの噛合い部の移動距離変化率に基づいて前記発電電動機のトルク変化率の正負極性を制御しているので、開放クラッチの噛合い部の実際の移動に対応して発電電動機のトルク増減の向きを制御して、噛合い部におけるバランストルク状態が維持されることになって、クラッチが確実に抜けるようになり、変速動作が速く乗り心地が向上する。またクラッチ動作の不良による運行の乱れがなくなり、交通機関としての信頼性を損なうことがなくなるので産業上極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の制御に用いるアクティブシフト変速機の構成を示すスケルトン図及び制御システム図。
【図２】本発明の制御に用いるアクティブシフト変速機のクラッチの構成を示すスケルトン図及びそのスプライン構造説明図。
【図３】本発明の第１実施例における１速から２速への変速過程のトルク伝達経路、及び電動機トルクとクラッチ伝達トルクとの関係を示す説明図。
【図４】本発明の制御に用いるアクティブシフト変速機のクラッチのスプライン部の詳細を示す説明図。
【図５】本発明の制御に用いるアクティブシフト変速機のトルクフェーズにおけるクラッチ抜きの失敗例を示す動作波形説明図。
【図６】本発明の第１実施例におけるトルクフェーズにおけるクラッチ抜き制御を示す動作波形説明図。
【図７】本発明の第１実施例におけるトルクフェーズ制御のアルゴリズムを示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、この発明による車両用動力伝達システムの制御の実施例を説明する。
【実施例】
【００１５】
本発明による車両用動力伝達システムの制御についての第１の実施例を図１〜図９を参照して説明する。まず、本車両用動力伝達システムに用いる変速機の構成を図１により説明する。図１は、本変速機を二つの中間軸を持つアクティブシフト変速機とするときの、当該アクティブシフト変速機の構成を模式的に示したスケルトン図である。エンジン１の出力軸は変速機２の入力軸３に接続されている。入力軸３には前進用ギア列４と後進用ギア列５が並列に配置されており、入力軸３が回転駆動されている状態では、両ギア列４，５は常に駆動されている。前進用ギア列４は、入力軸３に固着された入力ギア６、該入力ギア６と噛み合う第１ギア７及び第２ギア８を備えている。後進用ギア列５は、入力軸３に固定嵌合された入力ギア９、該入力ギア９にそれぞれ噛み合う同じ仕様の反転ギア１０，１１、該反転ギア１０，１１にそれぞれ噛み合う第３ギア１２及び第４ギア１３を備えている。
【００１６】
入力軸３に並行に、第１中間軸１４と第２中間軸１５とが配置されている。第１ギア７と第３ギア１２とは第１中間軸１４に相対回転可能に嵌合しており、第２ギア８と第４ギア１３とは第２中間軸１５に相対回転可能に嵌合している。第１中間軸１４と第２中間軸１５とには、前進用ギア列４と後進用ギア列５との間において、それぞれ、選択的に係合可能な第１クラッチ１６と第２クラッチ１７とが配設されている。第１クラッチ１６及び第２クラッチ１７は、それぞれの軸に設けられたスプライン上をシフトするスリーブの爪が前記第１ギア７〜第４ギア１３に設けられた爪に噛み合うことで、係合／開放するものである。したがって、第１中間軸１４には第１クラッチ１６の選択的なシフトによって係合した側の第１ギア７又は１２から前進回転又は後進回転が与えられ、第２中間軸１５には第２クラッチ１７の選択的なシフトによって係合した側の第２ギア８又は１３から前進回転又は後進回転が与えられる。これらのクラッチスリーブは、クラッチアクチュエータ（ＡＣＴ１〜ＡＣＴ２）とリンク機構で結ばれ、係合する方向に推力を与えられる。
【００１７】
第１中間軸１４と第２中間軸１５と並行に、出力軸１８が配置されている。第１中間軸１４と出力軸１８との間には第１変速ギア段１９と第３変速ギア段２１が配置されており、第２中間軸１５と出力軸１８との間には第２変速ギア段２０と第４変速ギア段２２が配置されている。各変速ギア段１９〜２２においては、予め定められた変速比で出力軸１８に回転出力を生じさせるために、相異なるギア径（歯数）が定められている。また、各変速ギア段１９〜２２において、中間軸１４、１５上に配置されているギアは中間軸１４，１５に対して相対回転自在であるが、出力軸１８に配置されているギアは出力軸１８に固定嵌合されている。
【００１８】
第１中間軸１４において、第１変速ギア段１９と第３変速ギア段２１との間には選択的に係合可能な第３クラッチ２３が配設されている。また、第２中間軸１５において、第２変速ギア段２０と第４変速ギア段２２との間には選択的に係合可能な第４クラッチ２４が配設されている。第３クラッチ２３及び第４クラッチ２４は、それぞれの軸に設けられたスプライン上をシフトするスリーブの爪が第１〜第４変速ギアに設けられた爪に噛み合うことで、係合／開放する。これらのクラッチスリーブは、クラッチアクチュエータ（ＡＣＴ３〜ＡＣＴ４）とリンク機構で結ばれ、係合する方向に推力を与えられる。
【００１９】
上記の前後進用ギア列４，５及び変速ギア段１９〜２２の構成によって、第１クラッチ１６を前進用ギア列４側にシフトした状態で、第３クラッチ２３を第１変速ギア段１９側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第１中間軸１４及び第１変速ギア段１９を介して出力軸１８に前進第１変速段で出力され、第３クラッチ２３を第３変速ギア段２１側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第１中間軸１４及び第３変速ギア段２１を介して出力軸１８に前進第３変速段で出力される。このとき、第２クラッチ１７は中立位置に置かれる。また、第２クラッチ１７を前進用ギア列８側にシフトした状態で、第４クラッチ２４を第２変速ギア段２０側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第２中間軸１５及び第２変速ギア段２０を介して出力軸１８に前進第２変速段で出力され、第４クラッチ２４を第４変速ギア段２２側にシフトしたときには、入力軸３の回転は第２中間軸１５及び第４変速ギア段２２を介して出力軸１８に前進第４変速段で出力される。このとき、第１クラッチ１６は中立位置に置かれる。
【００２０】
第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７を後進用ギア列５に係合した場合は、それぞれ後進方向に各変速段で出力される。このように、第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７を前進用ギア列４側或いは後進用ギア列５側との係合を切り換えることで、車両には、前進・後進のいずれの進行方向にも同じ段数の変速段を与えることができる。
なお、本実施例では後進用ギア列５を入力軸３に設けたが、前後進切替を出力軸１８の後で行うことも当然可能であり、その場合は入力軸３に設けられるのは前進用ギア列４のみであるが、前進用ギア列４と呼ぶ代わりに入力ギア列４と呼ぶものとする。
【００２１】
第２中間軸１５の端部には差動装置２５が配設されており、差動装置２５のリングギア２６と噛み合う取り出しギア２７の取り出し軸２８は発電電動機２９に接続されている。第１中間軸１４と差動装置２５との間には接続ギア列３０が配設され、差動装置２５のリングギア２６の回転数（リングギア回転数）が、第１中間軸１４の回転数と第２中間軸１５の回転数の差の２分の１となるように接続されている。
【００２２】
このような構造の変速機に対して、変速制御装置が設けられており、クラッチアクチュエータ（ＡＣＴ１〜ＡＣＴ４）への動作指令を発生すると共に、発電電動機２９及びエンジンに対してそれぞれトルク指令を発生する。
【００２３】
図１の変速機における噛合いクラッチの構造を図２に示す。第１クラッチ１６及び第２クラッチ１７、第３クラッチ２３及び第４クラッチ２４はいずれも同じ構造であるので、第１クラッチ１６を例に説明する。図２（ａ）は第１クラッチ１６のスケルトンを示し、図２（ｂ）はその断面を示す。
【００２４】
第１中間軸１４に設けられた中心スプライン３１の周りに、スリーブ３２が摺動自在に嵌合されている。スリーブ３２の外周には噛合い爪が設けられ、ギア７の端部３３に対向して設けられた爪に摺動自在に噛み合っている。クラッチアクチュエータＡＣＴ１によりスリーブ３２を摺動させ、ギア７の端部３３の内側に潜り込ませると、内外周のスプラインが噛み合って結合する。
【００２５】
図２における噛合い爪３３はスプライン構造であるが、スリーブ３２の端面にブロック爪を設けたいわゆる爪クラッチとしてもよい。なお、第１クラッチ１６においては、スリーブ３２は、第３ギア１２の端部３３に対向して設けられた爪に対しても、第１ギア７の場合と同様に、摺動自在に噛み合っている。
【００２６】
変速動作の一例として、１→２アップシフトのプロセスを図３を参照して説明する。１速走行中は、第１クラッチ１６が第１ギア７と嵌合し、第３クラッチ２３が第１変速ギア段１９と嵌合しているので、エンジンの動力が図３（ａ）の点線矢印で示す経路で伝達されている。
１→２アップシフトするためには、予め第２クラッチ１７を第２ギア８と嵌合させておく。１→２変速すべき車速に達したとき、発電電動機２９の発生トルクを増加させると、破線矢印で示すようにエンジンから第２クラッチ１７を伝達するトルクＴｃ２が、差動装置２５を介して第１中間軸１５に伝達され、その分第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１が減少する。エンジントルクを第１クラッチ１６から第２クラッチ１７に遷移させるので、これをトルクフェーズと言う。第２クラッチ１７を伝達するトルクＴｃ２がエンジンの発生トルクと等しくなるまで発電電動機２９の発生トルクを増加させると、図３（ｂ）に示すように第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がゼロに近い値ΔＴ＋より小さくなり、第１クラッチ１６を開放することができる。
しかしながら、発電電動機２９の発生トルクを増加させ過ぎると、第１クラッチ１６を
伝達するトルクＴｃ１が図３（ｂ）に細い破線で示すように負の方向にΔＴ−より大きくなり、再び第１クラッチ１６が抜けなくなる。したがって第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１をΔＴ＋からΔＴ−の間に保つことが重要である。
【００２７】
スプライン噛合いのさらに詳しい説明を図４に基づいて行う。スプラインは適度な隙間がないと摺動できない。例えば、図４においては、スリーブ３２と第１ギア７の端部３３とのスプライン間には２００μｍの隙間を設けてある。変速プロセスにおいて、発電電動機２９の発生トルクを増加させ、第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がΔＴ＋より小さくなると、図４（ｂ）に示すようにスリーブ３２のスプラインと第１ギア７の端部３３のスプラインの接触が緩み、速やかに摺動して噛合いが開放される。しかし、発電電動機２９の発生トルクが大き過ぎたり小さ過ぎたりした場合、図４（ａ）又は（ｃ）のように両方のスプラインが強い圧力で接触してトルクが伝達された状態になる。このトルクがΔＴ＋より大きい、あるいは負の方向にΔＴ−より大きいとスプラインを開放することはできない。クラッチアクチュエータＡＣＴ１の推力が大きければ多少の残留トルクならば噛合いは開放されるが、スプラインの側面を無理に擦ることになり好ましくない。
【００２８】
第１クラッチ１６を開放した後、発電電動機２９の発生トルクを保ったまま回転数を増加させる。これはいわゆるイナーシャフェーズと言われるものである。第２中間軸１５の回転が第２ギア２０の回転と同期すると、第４クラッチ２４を２速に係合することができる。その後発電電動機２９のトルクをゼロにすると、エンジン１の出力は第２クラッチ１７から直接第２変速ギア段２０を通して出力軸１８に出力されて２速走行状態になる。
【００２９】
２→３変速及び３→４変速においても同様にして、第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７に伝達するトルクをΔＴ＋からΔＴ−の間に保つように発電電動機２９のトルクを調整して、噛合いクラッチのスプラインの接触を緩めて、速やかに摺動させて変速させる。
【００３０】
このようにスムーズに変速させるためには、第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７に伝達するトルクが、エンジンの発生トルクと等しくなるまで発電電動機２９の発生トルクを調整する必要があるが、エンジンの発生トルクを検出するセンサは、安価で実用的なものが無いのが実情である。このため、エンジンの燃料噴射量から発生トルクを計算して、これを目標値として発電電動機２９の発生トルクを調整することが行われていたが、この方法は計算誤差が大きく、第１クラッチ１６又は第２クラッチ１７に伝達するトルクをΔＴ＋からΔＴ−の間に保つように発電電動機２９のトルクを調整することが困難であり、噛合いクラッチのスプラインを速やかに摺動できないことがあった。
【００３１】
そこで、本発明による車両用動力伝達システムの制御では、変速機の変速制御において、計算誤差が大きくても噛合いクラッチのスプラインを速やかに摺動させることを可能にする制御アルゴリズムを提供する。
図５は、実際の変速機でクラッチが抜けなかった場合のオシログラムの例である。電動機トルクを上げて、第２クラッチ１７に伝達するトルクＴｃ２をエンジンの発生トルクと等しくするバランストルクに達すると、スリーブが抜け始めて噛合い位置から開放位置に向かって急激に移動するのが判る。電動機トルクをバランストルクに保っていればスリーブは抜けるが、この例の場合は電動機トルクが下がったので、スプラインの接触が固くなってスリーブ位置がほとんど変化しなくなってしまい、エラー検出で強制開放された。
【００３２】
エンジンの燃料噴射量から計算したエンジン発生トルクと第２クラッチ１７に伝達するトルクを等しくなるように、即ち第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がほぼゼロ（ΔＴ＋からΔＴ−の間）になるように、電動機トルクを調整すれば、スリーブ位置が急激に移動することが、このオシログラムから解る。この状態を保つように電動機トルクを追従制御すれば、スプラインの接触が緩く保たれて、速やかに摺動させることができる。
【００３３】
この方法を応用してトルクフェーズ制御を行う本実施例の動作を、図６の波形を用いて説明する。時刻ｔ１から第１クラッチアクチュエータＡＣＴ１を励磁して、クラッチに抜き推力を与えながら電動機トルクＴｍを増加させると、第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１が減少し、時刻ｔ２で第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がΔＴ＋以下になり、第１クラッチ１６が抜け始めて第１クラッチ位置信号Ｌ１が急速に低下する。この第１クラッチ位置信号の変化率絶対値が所定の値より大きくなる時刻ｔ２’でトルクバランス状態信号Ｂｔを発生させる。
【００３４】
電動機トルクＴｍを増加させ続けると第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１は負の方向に転じて、時刻ｔ３にはΔＴ−に達する。そうすると図４（ｃ）に示したように、スプラインが反対方向に押し付けられるので抜けにくくなり、第１クラッチ位置信号の変化率絶対値が所定の値より小さくなる時刻ｔ３’においてトルクバランス状態信号Ｂｔがゼロになる。そこでこのトルクバランス状態信号Ｂｔの立下りを検出して、電動機のトルク変化率指令信号Ｐｔを反転させると、電動機トルクＴｍが減少に転じる。そうすると第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１は増加し始め、時刻ｔ４にはΔＴ−より大きくなり、再びスプラインは図４（ｂ）の状態になるので、第１クラッチ１６が抜け始めて第１クラッチ位置信号Ｌ１が急速に低下する。したがって第１クラッチ位置信号Ｌ１の変化率絶対値が所定の値より大きくなる時刻ｔ４’でトルクバランス信号Ｂｔが再度立ち上がる。
【００３５】
その後、時刻ｔ５になると第１クラッチ１６を伝達するトルクＴｃ１がΔＴ＋より大きくなるので、スプラインが再度図４（ａ）の状態になって、クラッチが抜けにくくなり、第１クラッチ位置信号Ｌ１の変化率絶対値が所定の値より小さくなる時刻ｔ５’において、トルクバランス状態信号Ｂｔが再びゼロになる。このトルクバランス状態信号Ｂｔの立下りを検出して、電動機のトルク変化率指令信号Ｐｔを反転させ、電動機トルクＴｍを増加に転じると、時刻ｔ６で第１クラッチを伝達するトルクＴｃ１がΔＴ＋以下になって、第１クラッチ１６がまた抜け始める。時刻ｔ７で第１クラッチ位置信号Ｌ１がゼロになると、第１クラッチ１６が開放されたと判断し、トルクフェーズを終了して次のイナーシャフェーズ制御に移ることができる。
【００３６】
このようなトルクフェーズ制御を実現するアルゴリズムの一例を図７のブロック図に示す。第１中間軸１４に設けたスプライン３１に摺動自在に嵌合されたスリーブ３２は、第一クラッチアクチュエータＡＣＴ１により軸方向に移動させられる。このスリーブ３２の位置を検出するポテンショメータ３４が設けられ、その出力である第１クラッチ位置信号Ｌ１が微分器３５に入力される。微分器３５の出力は第１クラッチ位置信号Ｌ１の変化率を表すので、微分器３５の出力を比較器３６で負の設定値−ｃと比較することで、第１クラッチ位置が急速に減少していることを検出でき、これは電動機トルクＴｍがエンジントルクとバランスして、第１クラッチ伝達トルクＴｃ１がゼロ付近にあることを意味する。したがって比較器３６の出力をトルクバランス状態信号Ｂｔとする。
【００３７】
トルクバランス状態信号Ｂｔの立下りを検出する立下り検出器３７の出力は、第１クラッチ伝達トルクＴｃ１がゼロ付近（ΔＴ−〜ΔＴ＋の範囲）から外れたことを意味するので、このままではトルクバランス状態を保つことができない。そこで立下り検出器３７の出力によりトルク変化率指令信号Ｐｔの極性を反転させ、電動機トルクＴｍの変化の向きを反転させる必要がある。そのため立下り検出器３７の出力をトルク変化率指令信号発生器３８に入力し、その出力であるトルク変化率指令信号Ｐｔを電動機トルク指令器３９に入力して電動機トルクＴｍを発生させる。これをインバータ４０に与えると、電動機２９のトルクＴｍを調整して再び第１クラッチ伝達トルクＴｃ１をゼロ付近に戻して、トルクバランス状態を保つことが出来る。
【００３８】
このように本実施例の方法によれば、クラッチの動きを直接見ながら制御するので、たとえエンジントルクの推定計算が狂ったとしても、クラッチトルクをゼロ付近に保って速やかにクラッチを抜くことが出来る。したがって変速動作が速くなって乗り心地が向上するとともに、クラッチが抜けないことによる無駄な停車や列車遅延が生じることなく、交通機関としての信頼性を損なうことがなくなるので産業上極めて有益である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は軌条車両に適用する場合について説明したが、同様のアクティブシフト変速機を用いるハイブリッドシステムの場合も含めて、軌条車両に限定されるものではなく、自動車あるいは産業用車両に適用するときにも同様に実施することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１：エンジン ２：変速機
３：入力軸 ４：前進用ギア列
５：後進用ギア列
１４：第１中間軸 １５：第２中間軸
１６：第１クラッチ １７：第２クラッチ
１８：出力軸
１９〜２２：変速ギア段 ２３〜２４：変速用クラッチ
２５：差動装置 ２９：発電電動機
３４：クラッチ噛合い部位置検出部 ３５：微分器
３６：バランス信号発生部 ３７：バランス信号立下り検出部
３８：トルク変化率指令信号発生部 ３９：電動機トルク指令部
４０：インバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン、該エンジンの出力が入力軸に入力される変速機、該変速機に接続された発電電動機、及び前記変速機の出力軸により駆動される車輪を備えており、
前記変速機は、
前記変速機の前記入力軸と並列に設けられた第１中間軸及び第２中間軸、
前記入力軸に噛み合って設けられた入力ギア列、
前記入力ギア列と前記第１中間軸とを選択的に連結する第１クラッチ、
前記入力ギア列と前記第２中間軸とを選択的に連結する第２クラッチ、
前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられた複数組の変速ギア段、
前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記複数組の変速ギア段とを選択的に連結する複数の変速用クラッチ、及び
前記第１中間軸及び前記第２中間軸に接続されると共に前記両中間軸の回転数の差に応じた回転数で回転する回転部を備えた差動装置、を有しており、
前記発電電動機は、前記変速機の前記回転部に接続されていることから成る、
車両用動力伝達システムにおいて、
前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、複数の前記変速用クラッチのいずれかを開放する場合、該開放クラッチの噛合い部の移動距離変化率に基づいて前記発電電動機のトルク変化率の正負極性を制御すること、
を特徴とする車両用動力伝達システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の車両用動力伝達システムの制御方法において、
前記噛合い部の移動距離変化率の絶対値が設定値より小さくなったことを検出することに応じて立下り信号が出力され、
前記立下り信号が検出されることに応じて、前記発電電動機に与えるトルク指令の変化率極性を反転させること、
を特徴とする車両用動力伝達システムの制御方法。
【請求項３】
エンジン、該エンジンの出力が入力軸に入力される変速機、該変速機に接続された発電電動機、及び前記変速機の出力軸により駆動される車輪を備えており、
前記変速機は、
前記変速機の前記入力軸と並列に設けられた第１中間軸及び第２中間軸、
前記入力軸に噛み合って設けられた入力ギア列、
前記入力ギア列と前記第１中間軸とを選択的に連結する第１クラッチ、
前記入力ギア列と前記第２中間軸とを選択的に連結する第２クラッチ、
前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられた複数組の変速ギア段、
前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記複数組の変速ギア段とを選択的に連結する複数の変速用クラッチ、及び
前記第１中間軸及び前記第２中間軸に接続されると共に前記両中間軸の回転数の差に応じた回転数で回転する回転部を備えた差動装置、を有しており、
前記発電電動機は、前記変速機の前記回転部に接続されていることから成る、
車両用動力伝達システムにおいて、
前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、複数の前記変速用クラッチのいずれかを開放する場合、当該する開放クラッチの噛合い部の位置を検出する位置検出部、該位置検出部の出力を微分する微分器、及び該微分器出力を所定の値と比較して前記噛合い部の位置変化率の大きさに応じて出力するバランス信号発生部、を備え、
前記開放クラッチに掛かるトルクをゼロ付近に保って前記開放クラッチの抜きを容易にするため、前記バランス信号発生部の出力に基づいて前記発電電動機のトルクを制御すること、を特徴とする車両用動力伝達システムの制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の車両用動力伝達システムの制御装置において、
前記バランス信号発生部の出力に基づいて前記発電電動機に与えるトルク指令の変化率極性を決めるトルク変化率指令信号発生部、該トルク変化率指令信号発生部の出力に基づき前記発電電動機のトルク指令を発生する電動機トルク指令部、及び該電動機トルク指令部の出力に応じて前記発電電動機の電流を制御するインバータ、を備えること、
を特徴とする車両用動力伝達システムの制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の車両用動力伝達システムの制御装置において、
前記バランス信号発生部は、前記噛合い部の位置変化率の絶対値が設定値より小さくなったことを検出することに応じて立下がる信号を出力し、
前記トルク変化率指令信号発生部は、前記バランス信号発生部が出力した立下り信号を検出することに応じて、前記発電電動機に与えるトルク指令の変化率極性を反転させること、
を特徴とする車両用動力伝達システムの制御装置。
【請求項１】
エンジン、該エンジンの出力が入力軸に入力される変速機、該変速機に接続された発電電動機、及び前記変速機の出力軸により駆動される車輪を備えており、
前記変速機は、
前記変速機の前記入力軸と並列に設けられた第１中間軸及び第２中間軸、
前記入力軸に噛み合って設けられた入力ギア列、
前記入力ギア列と前記第１中間軸とを選択的に連結する第１クラッチ、
前記入力ギア列と前記第２中間軸とを選択的に連結する第２クラッチ、
前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられた複数組の変速ギア段、
前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記複数組の変速ギア段とを選択的に連結する複数の変速用クラッチ、及び
前記第１中間軸及び前記第２中間軸に接続されると共に前記両中間軸の回転数の差に応じた回転数で回転する回転部を備えた差動装置、を有しており、
前記発電電動機は、前記変速機の前記回転部に接続されていることから成る、
車両用動力伝達システムにおいて、
前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、複数の前記変速用クラッチのいずれかを開放する場合、該開放クラッチの噛合い部の移動距離変化率に基づいて前記発電電動機のトルク変化率の正負極性を制御すること、
を特徴とする車両用動力伝達システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の車両用動力伝達システムの制御方法において、
前記噛合い部の移動距離変化率の絶対値が設定値より小さくなったことを検出することに応じて立下り信号が出力され、
前記立下り信号が検出されることに応じて、前記発電電動機に与えるトルク指令の変化率極性を反転させること、
を特徴とする車両用動力伝達システムの制御方法。
【請求項３】
エンジン、該エンジンの出力が入力軸に入力される変速機、該変速機に接続された発電電動機、及び前記変速機の出力軸により駆動される車輪を備えており、
前記変速機は、
前記変速機の前記入力軸と並列に設けられた第１中間軸及び第２中間軸、
前記入力軸に噛み合って設けられた入力ギア列、
前記入力ギア列と前記第１中間軸とを選択的に連結する第１クラッチ、
前記入力ギア列と前記第２中間軸とを選択的に連結する第２クラッチ、
前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記出力軸との間に噛み合って設けられた複数組の変速ギア段、
前記第１中間軸又は前記第２中間軸と前記複数組の変速ギア段とを選択的に連結する複数の変速用クラッチ、及び
前記第１中間軸及び前記第２中間軸に接続されると共に前記両中間軸の回転数の差に応じた回転数で回転する回転部を備えた差動装置、を有しており、
前記発電電動機は、前記変速機の前記回転部に接続されていることから成る、
車両用動力伝達システムにおいて、
前記第１クラッチ、前記第２クラッチ、複数の前記変速用クラッチのいずれかを開放する場合、当該する開放クラッチの噛合い部の位置を検出する位置検出部、該位置検出部の出力を微分する微分器、及び該微分器出力を所定の値と比較して前記噛合い部の位置変化率の大きさに応じて出力するバランス信号発生部、を備え、
前記開放クラッチに掛かるトルクをゼロ付近に保って前記開放クラッチの抜きを容易にするため、前記バランス信号発生部の出力に基づいて前記発電電動機のトルクを制御すること、を特徴とする車両用動力伝達システムの制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の車両用動力伝達システムの制御装置において、
前記バランス信号発生部の出力に基づいて前記発電電動機に与えるトルク指令の変化率極性を決めるトルク変化率指令信号発生部、該トルク変化率指令信号発生部の出力に基づき前記発電電動機のトルク指令を発生する電動機トルク指令部、及び該電動機トルク指令部の出力に応じて前記発電電動機の電流を制御するインバータ、を備えること、
を特徴とする車両用動力伝達システムの制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の車両用動力伝達システムの制御装置において、
前記バランス信号発生部は、前記噛合い部の位置変化率の絶対値が設定値より小さくなったことを検出することに応じて立下がる信号を出力し、
前記トルク変化率指令信号発生部は、前記バランス信号発生部が出力した立下り信号を検出することに応じて、前記発電電動機に与えるトルク指令の変化率極性を反転させること、
を特徴とする車両用動力伝達システムの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７６５３９（Ｐ２０１２−７６５３９Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１９５７（Ｐ２０１０−２２１９５７）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（３０３０２５６６３）株式会社日立ニコトランスミッション (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（３０３０２５６６３）株式会社日立ニコトランスミッション (25)
【Ｆターム（参考）】
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