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【発明の名称】 パラレルハイブリッド車両
【発明者】 【氏名】藤川 雅人
【要約】 【課題】手動変速装置を搭載した車両をハイブリッド化し、高効率な走行を可能とし、同時にエンジンの出力を断続するクラッチ或いはその操作を不要とする。

【解決手段】トルク合成機構である差動装置３内の直結クラッチ３６を締結したまま、エンジン１、モータ／発電機２、手動変速機４の入力軸を直結した状態で手動変速操作に対応する。ギヤを抜くときには、エンジントルクＴE と同じ大きさで逆向きのモータ／発電機トルクＴM/G を発生させる。ギヤを入れるときには、モータ／発電機トルクＴM/G 及びエンジントルクＴE を制御して、変速装置入力軸回転数を車速、目標変速比に応じた回転数にシンクロさせる。変速レバー並びにその周囲にスイッチを設け、変速の意思、ギヤ抜け、要求ギヤ段、ギヤ入りを検出する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンと、発電機及び電動機の両機能を備えた電動発電機と、手動変速装置と、少なくとも前記電動発電機の運転状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、手動変速操作時に、前記エンジン及び電動発電機及び手動変速装置の入力軸を直結した状態で、前記電動発電機の運転状態を制御することを特徴とするパラレルハイブリッド車両。
【請求項２】 前記エンジンの出力及び電動発電機の出力トルクを合成して出力するトルク合成機構を備え、このトルク合成機構は、遊星歯車機構と、当該遊星歯車機構の少なくとも二つの要素を締結する直結クラッチとを備え、前記制御手段は、前記手動変速操作時に、前記直結クラッチを締結した状態で、前記電動発電機の運転状態を制御することを特徴とする請求項１に記載のパラレルハイブリッド車両。
【請求項３】 運転者の前記手動変速操作の意思を検出する変速操作意思検出手段を備え、前記制御手段は、前記エンジンのトルクを算出するエンジントルク算出手段と、前記変速操作意思検出手段で運転者の手動変速操作意思が検出されたときに、前記エンジントルク算出手段で算出されたエンジンのトルクに対し、当該エンジンに直結されている前記手動変速装置の入力軸のトルクが相殺されるように、前記電動発電機のトルクを制御する電動発電機トルク制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のパラレルハイブリッド車両。
【請求項４】 前記変速操作意思検出手段は、変速レバーへの入力を検出するセンサ又はスイッチで構成されることを特徴とする請求項３に記載のパラレルハイブリッド車両。
【請求項５】 運転者の前記手動変速操作によってギヤが抜けたことを検出するギヤ抜け検出手段と、当該手動変速操作によって運転者が次に要求しているギヤ段を検出する要求ギヤ段検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記手動変速装置の入力軸の回転数を検出する変速装置入力軸回転数検出手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンのトルクを算出するエンジントルク算出手段と、前記ギヤ抜け検出手段でギヤ抜けが検出されたときに、前記要求ギヤ段検出手段で検出された要求ギヤ段に応じた目標変速比及び前記車速検出手段で検出された車速及び前記変速装置入力軸回転数検出手段で検出された手動変速装置入力軸回転数及び前記エンジントルク算出手段で算出されたエンジントルクに基づいて、前記手動変速機の入力軸の回転数が、前記要求ギヤ段と車速とに応じた回転数になるように、前記電動発電機のトルクを制御する電動発電機トルク制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のパラレルハイブリッド車両。
【請求項６】 前記制御手段は、前記ギヤ抜け検出手段でギヤ抜けが検出されたときに、前記要求ギヤ段検出手段で検出された要求ギヤ段に応じた目標変速比及び前記車速検出手段で検出された車速及び前記変速装置入力軸回転数検出手段で検出された手動変速装置入力軸回転数に基づいて、前記エンジンのトルクを制御するエンジントルク制御手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載のパラレルハイブリッド車両。
【請求項７】 前記ギヤ抜け検出手段は、変速レバーの位置を検出するセンサ又はスイッチで構成されることを特徴とする請求項５又は６に記載のパラレルハイブリッド車両。
【請求項８】 前記要求ギヤ段検出手段は、変速レバーの位置を検出するセンサ又はスイッチと、変速レバーへの入力を検出するセンサ又はスイッチとで構成されることを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載のパラレルハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンと、発電機を兼ねる電動機とを備えたパラレルハイブリッド車両に関し、特に変速装置が手動変速装置であるパラレルハイブリッド車両に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のパラレルハイブリッド車両としては、例えば特開平１０−３０４５１３号公報に記載されるものがある。この従来例に記載されるものは、エンジンの出力トルクと、電動発電機の出力トルクとを、遊星歯車機構からなるトルク合成機構によって合成し、それを変速装置を介して駆動輪に伝達する。このパラレルハイブリッド車両では、例えば発進加速は、低回転で出力トルクが大きい電動発電機を電動機として用いて行い、その後、前述のように電動発電機の出力トルクとエンジンの出力トルクとを合成して用い、更に高速領域になると、電動発電機をオフとし、エンジンの出力トルクだけで走行する。このようなパラレルハイブリッド車両では、電動発電機の回転数がエンジンの回転数に到達したら、両者、より具体的には両者に連結されている遊星歯車機構の各要素を直結クラッチで直結し、出力トルク制御の応答性を高めるようにしている。また、車両減速時には、路面反力トルクで電動発電機を回転させ、当該電動発電機を発電機として機能させることで電力を蓄える、所謂回生作動させるように構成されている。即ち、パラレルハイブリッド車両では、電動発電機の運転状態、即ち回転数や出力トルクを制御することにより、より効率のよい走行、例えば高い加速力や低燃費を達成することを目的としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来のパラレルハイブリッド車両は、原則的に変速装置が自動変速装置である。しかしながら、車種によっては、未だ変速装置の自動化がさほど要求されていないものもあり、そうした車両では、当然ながら手動変速装置が用いられるため、パラレルハイブリッド化が困難である。即ち、手動変速装置では、運転者がどのタイミングで手動変速操作を行うか分からない、運転者が次にどの変速段を選択する（要求する）か分からない、などの問題があり、少なくともこれらが明確にならないと、少なくとも電動発電機の運転状態、即ち回転数やトルクの制御ができず、パラレルハイブリッド化する目的を失う。また、手動変速装置を搭載する車両では、一般的に、動力源と手動変速装置との間に、両者を断続するためのクラッチを介装しており、一般的に手動変速操作時には、このクラッチを断続しているが、このクラッチの操作が面倒であるという問題もある。また、慣性トルクの大きいエンジンと手動変速装置との間に介装するクラッチは大きな容量が必要であり、容積も大きく、レイアウト上の制約も多い。
【０００４】本発明は、前記諸問題を解決すべく開発されたものであり、エンジンに並設された電動発電機を制御することにより、少なくともエンジンと手動変速装置との間を断続するためのクラッチ或いはその手動変速操作時の断続操作を不要とし、同時に手動変速装置を搭載する車両をパラレルハイブリッド化して、高効率な走行を可能とするパラレルハイブリッド車両を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係るパラレルハイブリッド車両は、エンジンと、発電機及び電動機の両機能を備えた電動発電機と、手動変速装置と、少なくとも前記電動発電機の運転状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、手動変速操作時に、前記エンジン及び電動発電機及び手動変速装置の入力軸を直結した状態で、前記電動発電機の運転状態を制御することを特徴とするものである。
【０００６】また、本発明のうち請求項２に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項１の発明において、前記エンジンの出力及び電動発電機の出力トルクを合成して出力するトルク合成機構を備え、このトルク合成機構は、遊星歯車機構と、当該遊星歯車機構の少なくとも二つの要素を締結する直結クラッチとを備え、前記制御手段は、前記手動変速操作時に、前記直結クラッチを締結した状態で、前記電動発電機の運転状態を制御することを特徴とするものである。
【０００７】また、本発明のうち請求項３に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項１又は２の発明において、運転者の前記手動変速操作の意思を検出する変速操作意思検出手段を備え、前記制御手段は、前記エンジンのトルクを算出するエンジントルク算出手段と、前記変速操作意思検出手段で運転者の手動変速操作意思が検出されたときに、前記エンジントルク算出手段で算出されたエンジンのトルクに対し、当該エンジンに直結されている前記手動変速装置の入力軸のトルクが相殺されるように、前記電動発電機のトルクを制御する電動発電機トルク制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】また、本発明のうち請求項４に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項３の発明において、前記変速操作意思検出手段は、変速レバーへの入力を検出するセンサ又はスイッチで構成されることを特徴とするものである。また、本発明のうち請求項５に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項１乃至４の発明において、運転者の前記手動変速操作によってギヤが抜けたことを検出するギヤ抜け検出手段と、当該手動変速操作によって運転者が次に要求しているギヤ段を検出する要求ギヤ段検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記手動変速装置の入力軸の回転数を検出する変速装置入力軸回転数検出手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンのトルクを算出するエンジントルク算出手段と、前記ギヤ抜け検出手段でギヤ抜けが検出されたときに、前記要求ギヤ段検出手段で検出された要求ギヤ段に応じた目標変速比及び前記車速検出手段で検出された車速及び前記変速装置入力軸回転数検出手段で検出された手動変速装置入力軸回転数及び前記エンジントルク算出手段で算出されたエンジントルクに基づいて、前記手動変速機の入力軸の回転数が、前記要求ギヤ段と車速とに応じた回転数になるように、前記電動発電機のトルクを制御する電動発電機トルク制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】また、本発明のうち請求項６に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項５の発明において、前記制御手段は、前記ギヤ抜け検出手段でギヤ抜けが検出されたときに、前記要求ギヤ段検出手段で検出された要求ギヤ段に応じた目標変速比及び前記車速検出手段で検出された車速及び前記変速装置入力軸回転数検出手段で検出された手動変速装置入力軸回転数に基づいて、前記エンジンのトルクを制御するエンジントルク制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】また、本発明のうち請求項７に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項５又は６の発明において、前記ギヤ抜け検出手段は、変速レバーの位置を検出するセンサ又はスイッチで構成されることを特徴とするものである。また、本発明のうち請求項８に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項５乃至７の発明において、前記要求ギヤ段検出手段は、変速レバーの位置を検出するセンサ又はスイッチと、変速レバーへの入力を検出するセンサ又はスイッチとで構成されることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明のパラレルハイブリッド車両駆動装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であり、エンジン１及び発電機及び電動機として作用する電気的回転駆動源としての３相誘導モータ／発電機で構成される交流式のモータ／発電機（電動発電機）２の出力側が、夫々、トルク合成機構である差動装置３の入力側に連結され、この差動装置３の出力側がトルクコンバータ等の発進装置を搭載していない手動変速装置４の入力側に接続され、変速装置４の出力側が図示しない終減速装置等を介して駆動輪５に連結されている。ちなみに、本実施形態では、後述するようにエンジンの出力を切断するためのクラッチが必要ないので、ダミーのクラッチペダルを設ける場合を除いて、運転席にはアクセルペダルとブレーキペダルしか配置されていない。
【００１２】ここで、エンジン１はエンジン用コントローラＥＣによって制御され、モータ／発電機２は、ステータとロータとを有し、充電可能なバッテリやコンデンサで構成される蓄電装置６に接続されたモータ／発電機駆動回路７によって駆動制御される。モータ／発電機駆動回路７は、蓄電装置６に接続されたチョッパ７ａと、このチョッパ７ａとモータ／発電機２との間に接続された例えば６つのサイリスタを有し直流を３相交流に変換するインバータ７ｂとで構成され、チョッパ７ａに後述するモータ／発電機用コントローラ１２からのデューティ制御信号ＤＳが入力されることにより、このデューティ制御信号ＤＳに応じたデューティ比のチョッパ信号をインバータ７ｂに出力する。このインバータ７ｂは、図示しないモータ／発電機２のロータの回転位置を検出する位置センサの回転位置検出信号に基づいて、モータ／発電機２の正回転時には電動機として作用させ、逆回転時には発電機として作用させるように、その回転に同期した周波数で駆動する３相交流を形成するように、例えば前記各サイリスタのゲート制御信号を形成する。ちなみに、モータ／発電機２はエンジン１同様、車両を駆動するためにも用いられるので、車両を駆動する側への回転方向を正回転とし、その逆方向への回転方向を逆回転と定義する。
【００１３】また、差動装置３は、図２に示すように、トルク合成機構として遊星歯車機構２１を備えて構成されている。この遊星歯車機構２１は、エンジン１とモータ／発電機２との間で差動機能を発現しながらトルク合成機構をなすものである。そして、サンギヤＳと、その外周側に等角間隔で噛合する複数のピニオンＰと、各ピニオンＰを連結するピニオンキャリアＣと、ピニオンＰの外側に噛合するリングギヤＲとを備え、この遊星歯車機構２１のリングギヤＲがエンジン１（図ではＥＮＧ）に連結され、同じく遊星歯車機構２１のサンギヤＳがモータ／発電機２のロータに連結され、同じく遊星歯車機構２１のピニオンキャリアＣが手動変速装置４（図ではＴ／Ｍ）の入力軸２２に連結されている。
【００１４】また、前記遊星歯車機構２１のサンギヤＳ、即ちモータ／発電機２とキャリアＣ、即ち手動変速装置３との間には、両者を締結することでモータ／発電機２とエンジン１とを直結する直結クラッチ３６が介装されている。なお、前記直結クラッチ３６の締結解放は、当該直結クラッチ３６への作動流体圧を制御する圧力制御弁のソレノイド３６ａへの制御信号によって制御されており、当該ソレノイド３６ａへの直結クラッチ制御信号ＣＳが高レベルにあるとき、直結クラッチ３６が締結され、当が直結クラッチ制御信号ＣＳが低レベルにあるとき、直結クラッチ３６が解放される。また、前記直結クラッチ制御信号ＣＳは、前記低レベルと高レベルとの間で無段階に調整可能であり（実質的にはディジタル化される）、直結クラッチ３６の締結状態は、半締結の状態で、種々の締結力を発現することができる。また、前記遊星歯車機構２１のピニオンキャリヤＣ、即ち変速装置４の入力側とケース１４との間には、当該ピニオンキャリヤＣ、及び変速装置４の回転方向を正回転にのみ規制し、逆回転では締結して、当該逆回転を許容しないワンウエイクラッチＯＷＣが介装されている。
【００１５】また、本実施形態では、エンジン１内での爆発振動を抑制するために、本実施形態では、エンジン１の出力側にダンパー１７を介装している。さらに、前記手動変速装置４は、この実施形態では、５つの前進用ギヤ段と、１つの後退用ギヤ段とを有する。なお、この手動変速装置４は、後述するように運転席近傍に設けられた変速レバーを手動操作することにより、ギヤを入れたり（ギヤ段を選択する）、ギヤを抜いたり（ギヤ段の選択を外す、又はギヤ段を選択しない）して手動変速操作する。
【００１６】また、エンジン１及びモータ／発電機２には、その出力軸の回転数を検出するエンジン回転数センサ８及びモータ／発電機回転数センサ９が設けられており、これら回転数センサ８及び９の回転数検出値ＮE 及びＮM/G は、前記モータ／発電機２及び直結クラッチ３６を制御するモータ／発電機用コントローラ１２に供給される。また、後述する変速レバー位置検出スイッチ１０の検出信号並びに変速レバー入力方向検出スイッチ１５の検出信号も、このモータ／発電機用コントローラ１２に供給される。
【００１７】また、このモータ／発電機用コントローラ１２は、前記エンジン用コントローラＥＣとも相互通信を行い、例えばエンジン１の運転状態、即ちスロットル開度ＴＶＯや吸入空気量、空燃比、点火時期、冷却水温などの情報を、エンジン信号ＥＳとして入力するように構成されている。また、このエンジン用コントローラＥＣは、前記モータ／発電機用コントローラ１２からエンジントルクの要求があった場合には、その要求に応じてエンジントルクを制御するように構成されている。なお、前記モータ／発電機回転数センサ９では、モータ／発電機２の正回転、逆回転も検出することができる。
【００１８】前記変速レバー位置検出スイッチ１０は、例えば図３に示すように、選択可能なギヤ段として、図示左側上段に１速段、左側下段に２速段、中側上段に３速段、中側下段に４速段、右側上段に５速段、右側下段に後退段が配置してあるとき、上段の１速段位置、３速段位置、５速段位置をロッドで連結し、そのロッドに取付けられた上段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０Ａと、下段の２速段位置、４速段位置、後退段位置をロッドで連結し、そのロッドに取付けられた下段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０Ｂと、左側中段部、つまりニュートラル位置の左方に設けられた左側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０Ｌと、中側中段部、つまりニュートラル位置の中央に設けられた中側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０Ｃと、右側中段部、つまりニュートラル位置の右方に設けられた右側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０Ｒとで構成される。
【００１９】つまり、例えば１速段から２速段に手動シフトアップ操作する場合には、まずＯＮ状態にある上段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＡがＯＦＦとなり、次いで左側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＬがＯＦＦから一時的にＯＮになって更にＯＦＦとなり、次に下段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＢがＯＮとなる。また、例えば４速段から５速段に手動シフトアップ操作する場合には、まずＯＮ状態にある下段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＢがＯＦＦとなり、次いで中側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＣがＯＦＦから一時的にＯＮになって更にＯＦＦとなり、次いで右側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＲがＯＦＦから一時的にＯＮになって更にＯＦＦとなり、次に上段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＡがＯＮとなる。また、例えば４速段から３速段に手動シフトダウン操作する場合には、まずまずＯＮ状態にある下段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＢがＯＦＦとなり、次いで中側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＣがＯＦＦから一時的にＯＮになって更にＯＦＦとなり、次に上段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＡがＯＮとなる。
【００２０】これに対して、前記変速レバー入力方向検出スイッチ１５は、図４に示すように、変速レバーの握り部３０の内部に、当該握り部３０を運転者が握り、変速レバーを前記図３のギヤ段に向けて操作したとき、それと同じ方向に縦横に配設された４つのスイッチ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｌ、１５Ｒからなる。このうち、上方変速レバー入力方向検出スイッチ１５Ａは、変速レバーを図示上方（図３にも同様に対応）に操作しようとするときにＯＮとなり、同様に下方変速レバー入力方向検出スイッチ１５Ｂは変速レバーを図示下方に操作しようとするときにＯＮとなり、左方変速レバー入力方向検出スイッチ１５Ｌは変速レバーを図示左方に操作しようとするときにＯＮとなり、右方変速レバー入力方向検出スイッチ１５Ｒは変速レバーを図示右方に操作しようとするときにＯＮとなる。
【００２１】従って、例えば前記１速段から２速段に手動シフトアップ操作するとき、まず前記上段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＡがＯＮの状態で、前記下方変速レバー入力方向検出スイッチ１５ＢがＯＮになれば、運転者はこれから１速段をギヤ抜きしようとしている、つまり変速しようとしていると判定でき、更に前記左側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＬがＯＦＦから一時的にＯＮになった後、前記下方変速レバー入力方向検出スイッチ１５ＢがＯＮであれば、運転者はこれから２速段を選択（要求）しようとしていると判定できる。また、例えば前記４速段から５速段に手動シフトアップ操作するとき、まず前記下段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＢがＯＮの状態で、前記上方変速レバー入力方向検出スイッチ１５ＢがＯＮになれば、運転者はこれから４速段をギヤ抜きしようとしている、つまり変速しようとしていると判定でき、更に前記右側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＲがＯＦＦから一時的にＯＮになった後、前記上方変速レバー入力方向検出スイッチ１５ＡがＯＮであれば、運転者はこれから５速段を選択（要求）しようとしていると判定できる。また、例えば前記４速段から３速段に手動シフトダウン操作するとき、まず前記下段完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＢがＯＮの状態で、前記上方変速レバー入力方向検出スイッチ１５ＢがＯＮになれば、運転者はこれから４速段をギヤ抜きしようとしている、つまり変速しようとしていると判定でき、更に前記中側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＣがＯＦＦから一時的にＯＮになった後、前記上方変速レバー入力方向検出スイッチ１５ＡがＯＮであれば、運転者はこれから３速段を選択（要求）しようとしていると判定できる。なお、運転者が選択（要求）使用としているギヤ段の判定（検出）方法は、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、前記４速段から５速段に手動シフトアップ操作するとき、前記中側不完全変速位置変速レバー位置検出スイッチ１０ＣがＯＦＦから一時的にＯＮになった後、前記左方変速レバー入力方向検出スイッチ１５ＲがＯＮであれば、運転者はこれから５速段を選択（要求）しようとしていると判定できる。
【００２２】前記モータ／発電機用コントローラ１２は、少なくとも入力側インタフェース回路１２ａ、演算処理装置１２ｂ、記憶装置１２ｃ及び出力側インタフェース回路１２ｄを有するマイクロコンピュータ１２ｅで構成されている。入力側インタフェース回路１２ａには、エンジン回転数センサ８のエンジン回転数検出値ＮE 、モータ／発電機回転数センサ９のモータ／発電機回転数検出値ＮM/G 、変速レバー位置検出スイッチ１０の変速レバー位置検出信号ＲＳ、変速レバー入力方向検出スイッチ１５の変速レバー入力方向検出信号ＤＳ、及びエンジン用コントローラＥＣのエンジン信号ＥＳが入力されている。
【００２３】演算処理装置１２ｂは、例えばキースイッチ（図示せず）がオン状態となって所定の電源が投入されることにより作動状態となり、先ず初期化を行って、モータ／発電機２への駆動デューティ制御信号ＭＳ及び発電デューティ制御信号ＧＳをオフ状態とすると共に、直結クラッチ３６へのクラッチ制御信号ＣＳもオフ状態とし、その後、発進加速時や減速時にエンジン回転数検出値ＮE 、モータ／発電機回転数検出値ＮM/G 、変速レバー位置検出信号ＲＳ及び変速レバー入力方向検出信号ＤＳ等に基づいてモータ／発電機２及び直結クラッチ３６を制御する。
【００２４】記憶装置１２ｃは、演算処理装置１２ｂの演算処理に必要な処理プログラムを予め記憶していると共に、演算処理装置１２ｂの演算過程で必要な各種データを記憶する。出力側インタフェース回路１２ｄは、演算処理装置１２ｂの演算結果である駆動デューティ制御信号ＭＳ及び発電デューティ制御信号ＧＳと直結クラッチ制御信号ＣＳとをモータ／発電機駆動回路７及びソレノイド３６ａに供給する。ちなみに、前記モータ／発電機２では、逆起電圧を利用することにより、車両に制動力を付与することも可能である。このモータ／発電機２の制動トルク増加制御は、モータ／発電機２が発電機として作用しているときにはモータ／発電機駆動回路７のチョッパ７ａに供給するデューティ制御信号ＤＳのデューティ比を大きくして発生する逆起電圧を増加させることにより制動トルクを増加させる。また、モータ／発電機２が電動機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を小さくして駆動トルクを減少させることにより制動トルクを増加させる。また、モータ／発電機２の制動トルク減少制御は、上記とは逆に、モータ／発電機２が発電機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を小さくして発生する逆起電力を減少させることにより制動トルクを減少させ、モータ／発電機２が電動機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を大きくして駆動トルクを増加させることにより制動トルクを減少させる。
【００２５】次に、前記モータ／発電機用コントローラ１２内で行われる数ある演算処理のうちから、前記手動変速装置４の手動変速操作時に行われる演算処理について、図５のフローチャートを伴って説明する。この演算処理は、前記モータ／発電機用コントローラ１２内の演算処理装置１２ｂで、所定制御時間ΔＴ毎のタイマ割込によって行われる。また、このフローチャートでは特に通信のステップを設けていないが、必要な情報やプログラムは随時入力インターフェース１２ａを介して外部や記憶装置１２ｃから読込まれ、演算処理中の情報は随時記憶装置１２ｃに記憶される。
【００２６】この演算処理では、まずステップＳ１で、ギヤ抜け完了フラグＦ2 が“０”のリセット状態であるか否かを判定し、当該ギヤ抜け完了フラグＦ2 がリセット状態である場合にはステップＳ２に移行し、そうでない場合にはステップＳ３に移行する。前記ステップＳ２では、変速操作意思フラグＦ1 が“０”のリセット状態であるか否かを判定し、当該変速操作意思フラグＦ1 がリセット状態である場合にはステップＳ４に移行し、そうでない場合にはステップＳ５に移行する。
【００２７】前記ステップＳ４では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、例えば前記何れかの方向の変速レバー入力方向検出スイッチ１５がＯＮ状態であるか否かなどを用いて、運転者が変速操作しようとしているか否かを判定し、運転者が変速操作しようとしているときにはステップＳ６に移行し、そうでない場合にはステップＳ７に移行する。この変速操作意思の検出は、前述したように何れかの完全変速位置の変速レバー位置検出スイッチ１０がＯＮの状態で、何れかの方向の変速レバー入力方向検出スイッチ１５がＯＮである、つまり何れかのギヤ段が選択されている状態で、運転者が変速レバーの握り部に手をかけていることで検出される。なお、変速操作意思の検出手段としては、これ以外にも、後述するように本実施形態ではエンジンの出力を断続するためのクラッチが必要ないので、例えばダミーのクラッチペダルを設け、運転者が当該クラッチペダルを踏み込んだら、変速操作の意思があると判定するようにしてもよい。
【００２８】前記ステップＳ６では、前記変速操作意思フラグＦ1 を“１”にセットしてからステップＳ８に移行する。一方、前記ステップＳ７では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、エンジントルクＴE 、モータ／発電機トルクＴM/G を通常制御してからメインプログラムに復帰する。このトルク通常制御とは、例えば前述のように、運転者によるアクセル開度から要求する駆動トルクを求め、その駆動トルクを、車速に応じて、エンジンとモータ／発電機とにどのように配分すべきかを求め、夫々のトルクが得られるように制御すると共に、それらの出力トルクの組合せの割合を、前記差動装置３の直結クラッチ３６の締結力で制御して、所望する駆動トルクが得られるようにする。
【００２９】また、前記ステップＳ５では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記直結クラッチ３６を締結状態に維持（ホールド）する、つまり前記直結クラッチ制御信号ＣＳを高レベルに維持してから前記ステップＳ８に移行する。前記ステップＳ８では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、推定エンジントルクＴE を算出してからステップＳ９に移行する。具体的には、例えば周知のエンジン回転数ＮE を変数とし、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとする二次元マップによって凡そのエンジントルクを推定し、更にエンジンへの吸入空気量、空燃比、点火時期、或いは冷却水温などを用いて、それを補正することで、そのときのエンジントルクＴE を推定することができる。
【００３０】前記ステップＳ９では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、変速装置入力軸トルクを“０”にする、つまりモータ／発電機２の出力トルクＴM/G を、前記推定エンジントルクＴE と同じ大きさで且つ逆向きにする（＝ーＴE）に制御してからステップＳ１０に移行する。前記ステップＳ１０では、前記ギヤ抜け完了フラグＦ2 が“０”のリセット状態であるか否かを判定し、当該ギヤ抜け完了フラグＦ2 がリセット状態である場合にはステップＳ１１に移行し、そうでない場合にはステップＳ１２に移行する。
【００３１】前記ステップＳ１１では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、例えば前記完全変速位置の変速レバー位置検出スイッチ１０がすべてＯＦＦ状態であることなどを用いて、ギヤ抜けが完了したか否かを判定し、ギヤ抜けが完了している場合にはステップＳ１３に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。具体的には、前記二つの完全変速位置の変速レバー位置検出スイッチ１０が何れもＯＦＦ状態であることは、運転者が変速レバーを操作して、ギヤを抜いてしまったことに他ならないから、それを用いてギヤ抜けの完了を判定すればよい。
【００３２】前記ステップＳ１３では、前記ギヤ抜け完了フラグＦ2 を“１”にセットしてから前記ステップＳ１２に移行する。また、前記ステップＳ３では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記ステップＳ５と同様に、前記直結クラッチ３６を締結状態に維持（ホールド）する、つまり前記直結クラッチ制御信号ＣＳを高レベルに維持してから前記ステップＳ１２に移行する。
【００３３】前記ステップＳ１２では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、例えば前記不完全変速位置の変速レバー位置検出スイッチ１０及び変速レバー入力方向検出スイッチ１５の検出信号を用いて、運転者の次の要求ギヤ段を検出してからステップＳ１４に移行する。要求ギヤ段の検出方法は前述の通りである。
【００３４】前記ステップＳ１４では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、図６に示す手法を用いて、変速装置入力回転数を、要求ギヤ段、車速に応じた回転数にシンクロ（同期）させてからステップＳ１５に移行する。この処理の詳細は後段に詳述するが、必要なのは回転数の同期であるものの、重要なのはモータ／発電機２並びにエンジン１の出力トルクの制御である。即ち、所謂ギヤを入れるためには、前記手動変速装置４の入力軸回転数を、車速及び次の要求ギヤ段に応じた回転数に同期又は略同期させる必要があるが、それはエンジン１の出力トルク並びに特にモータ／発電機２の出力トルクを制御することによって成立するのである。
【００３５】前記ステップＳ１５では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、例えば前記完全変速位置及び不完全変速位置の変速レバー位置検出スイッチ１０の検出信号から、ギヤ入りが完了したか否かを判定し、ギヤ入りが完了している場合にはステップＳ１６に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
【００３６】前記ステップＳ１６では、前記変速操作意思フラグＦ1 及びギヤ抜け完了フラグＦ2 を共に“０”にリセットしてからステップＳ１７に移行する。前記ステップＳ１７では、前記ステップ７と同様に、エンジントルクＴE 、モータ／発電機トルクＴM/G を通常制御に戻してからメインプログラムに復帰する。
【００３７】次に、前記ステップＳ１４で行われる個別の演算処理について、図６を用いて説明する。図６は、演算処理の内容をブロック化したものである。この演算処理では、前記要求ギヤ段から次の目標変速比が得られるから、この目標変速比を用い、それを車速に乗じ、更に二次減速比（最終減速比）を乗じたものを、タイヤ転がり動半径で除して変速装置入力軸目標回転数が得られる。本実施形態では、手動変速操作中、常時、前記直結クラッチ３６を締結して、エンジン１、モータ／発電機２、手動変速装置４の入力軸を直結状態に維持しているので、実際の変速装置入力軸実回転数はエンジン回転数ＮE 又はモータ／発電機回転数ＮM/G と同じであり、これを前記変速装置入力軸目標回転数から減じて変速装置入力軸回転数差を得る。
【００３８】この変速装置入力軸回転数差に対し、ＰＩＤ制御、即ち比例・積分・微分制御の各ゲインを乗じて、変速装置入力軸目標トルクを得る。この変速装置入力軸目標トルクから、前記推定エンジントルクを減じたものが目標モータ／発電機トルクになるから、この目標モータ／発電機トルクを指令値として出力する。一方、前記変速装置入力軸回転数差に対し、個別のＰＩＤ制御の各ゲインを乗じて、目標エンジントルクを得ることも可能であるので、エンジントルクを制御可能である場合には、それを指令値として出力する。
【００３９】前記図５及び図６の演算処理によれば、前記直結クラッチ３６が締結されており、前記変速操作意思フラグＦ1 もギヤ抜け完了フラグＦ2 もリセットされている状態で、運転者が変速レバーに手をかけると、ステップＳ１からステップＳ２、ステップＳ４を経てステップＳ６に移行し、ここで変速操作意思フラグＦ1 をセットする。従って、これ以後は、ステップＳ２からステップＳ５に移行し、常時、直結クラッチ３６を締結状態に維持する。また、前記変速操作意思は、運転者が変速レバーに手をかけ、握り部に何らかの入力を及ぼした時点で、前記変速レバー入力方向検出スイッチ１５によって迅速且つ正確に検出される。
【００４０】一方、前記ステップＳ８で推定エンジントルクＴE を算出した後、ステップＳ９では変速装置入力軸トルクを“０”とする、つまりモータ／発電機トルクＴM/G を逆向きのエンジントルク（−ＴE ）とすることにより、例えば手動変速装置内で噛合するギヤ段を結合するためのギヤスプラインとスリーブスプラインとの歯面圧が低減され、当該スリーブが移動可能となるので、運転者はギヤを抜くことが可能となる。但し、この時点で、俄に変速装置入力軸トルクが“０”になっているわけではないので、運転者はギヤを抜くことはできず、また前記ギヤ抜け完了フラグＦ2 もリセットされたままであるから、ステップＳ１０からステップＳ１１を経てメインプログラムに復帰する。
【００４１】前記フローを繰り返すうちに、モータ／発電機トルクＴM/G が逆向きのエンジントルク（−ＴE ）となり、変速装置入力軸トルクが“０”となるので、その時点で運転者はギヤを抜くことが可能となる。実際のギヤ抜けは、前記完全変速位置の変速レバー位置検出スイッチ１０で迅速且つ正確に検出することができる。このようにしてギヤ抜け完了が検出されたら、ステップＳ１１からステップＳ１３に移行し、ここでギヤ抜け完了フラグＦ2 をセットする。従って、これ以後は前記ステップＳ１からステップＳ３を経てステップＳ１２に移行するフローになり、これ以後も直結クラッチ３６は締結状態に維持される。
【００４２】前記ステップＳ１２では、例えば前述のように、ＯＮとなる不完全変速位置の変速レバー位置検出スイッチ１０及びその後のＯＮ状態の変速レバー入力方向検出スイッチ１５から、迅速且つ正確に要求ギヤ段を検出する。次いで、ステップＳ１４で、前記図６の演算処理に従ってモータ／発電機トルクＴM/G 及びエンジントルクＴE を制御することにより、変速装置入力軸回転数のシンクロ制御を行う。前述のように、車速、目標変速比に応じた回転数に手動変速装置４の入力軸回転数に同期又は略同期すれば、例えば運転者が要求するギヤ段のギヤとスリーブとを同じ又は略同じ回転速度とし、当該スリーブスプラインをギヤスプラインに噛合可能とすることで、運転者はギヤを入れることが可能となる。但し、この時点で、俄に変速装置入力軸回転数が、要求ギヤ段及び車速に応じた回転数に同期又は略同期するわけではないので、運転者はギヤを入れることができず、ステップＳ１５からメインプログラムに復帰するフローが繰り返される。
【００４３】なお、前記図６に示すエンジントルクＴE の制御については、例えば運転者が手動変速操作に適するアクセル操作、つまりアクセルペダルの踏込みを緩める、或いはアクセルペダルから足離しするなどすればよいが、例えばアクセルペダルを踏込んだまま、手動変速操作を行おうとするような場合、エンジン１の回転数が増加し、それと共にエンジントルクＴE が増大すると、図６の演算処理では、目標モータ／発電機トルクが負の方向に大きくなりすぎてしまう。モータ／発電機２に十分な容量があれば、その大きな目標モータ／発電機トルクを発生させることも可能であるが、そのようなモータ／発電機２は容積も大きく、コストも高い。モータ／発電機２の容積やコストを低減しようとするならば、逆にエンジントルクを制御する必要があるので、本実施形態では、アップシフトの場合に、所定値以上に大きくならないようにエンジントルクを制御している。また、このようにエンジントルクを制御することで、効率を向上することができると共に、運転者がギヤを入れることができるようになるタイミングを早めることが可能となる。
【００４４】一方、前記フローを繰り返すうちに、変速装置入力軸回転数が、要求ギヤ段及び車速に応じた回転数に同期又は略同期し、運転者がギヤ入りを完了すると、前記完全変速位置或いは不完全変速位置の変速レバー位置検出スイッチ１０の検出信号から、当該ギヤ入りが迅速且つ正確に検出される。そして、図５の演算処理では、ステップＳ１５からステップＳ１６に移行して、変速操作意思フラグＦ1並びにギヤ抜け完了フラグＦ2 を共にリセットし、次いでステップＳ１７でエンジントルクＴE 、モータ／発電機トルクＴM/G を通常制御に戻して、一連の手動変速操作時の制御を完了する。
【００４５】この実施形態による手動シフトアップ時の変速装置出力トルク、変速装置出力軸回転数（車速に比例）、変速装置入力軸回転数の経時変化を図７に示す。図中の時刻ｔ01、前記モータ／発電機トルクＴM/G が逆向きのエンジントルク（−ＴE ）となり、ギヤが抜けた時刻であるから、実際にはこれ以前に手動変速操作が開始されている。このようにギヤが抜けてから次のギヤが入るまでは、すべての動力源と変速装置出力軸とは切断されているから、変速装置出力軸トルクは零になり、その回転数、即ち車速も略一定（厳密には走行抵抗によって僅かに減速する）。
【００４６】一方、時刻ｔ01でギヤが抜けた後、運転者が次に要求しているギヤ段が検出されると、当該要求ギヤ段に応じた目標変速比及び車速に応じた変速装置入力軸目標回転数が設定される。そして、前述のようにモータ／発電機トルクＴM/G 及び本実施形態ではエンジントルクＴE も合わせて制御することにより、変速装置入力軸回転数を当該目標回転数に同期又は略同期させる。その結果、時刻ｔ02でギヤが入り、その後は、運転者の意思に応じた、即ちアクセルペダルの踏込み量に応じた駆動トルクで車両を加速する。
【００４７】このように、本実施形態では、モータ／発電機２の運転状態、例えば回転数やトルクを制御することにより、エンジン１、モータ／発電機２、手動変速装置４の入力軸と直結した状態で手動変速操作に対応することができ、エンジンの出力を切断するクラッチを不要としたり、或いはその断続操作を不要とすることでクラッチの耐久性を向上したりするができると共に、手動変速装置を搭載した車両をパラレルハイブリッド化して、高効率な走行を可能とすることができる。
【００４８】また、トルク合成機構である差動装置３内の直結クラッチ３６、つまり遊星歯車機構締結用直結クラッチを締結することで、エンジン１、モータ／発電機２、手動変速装置４の入力軸を直結することができるので、手動変速装置の入力軸に、エンジン回転始動用のクラッチを介装する必要がなく、その分だけレイアウトの自由度が高まる。例えば、図８には、トルク合成機構である差動装置がないパラレルハイブリッド車両の概略構成を示しており、図８ａはエンジンの出力を切断するためのクラッチがないもの、図８ｂはエンジンの出力を切断するためのクラッチがあるものを示している。この種のパラレルハイブリッド車両は、前述のようにエンジンの回転を停止した状態で、モータ／発電機の出力トルクだけで車両を発進し、車速がある程度になったら、当該モータ／発電機の回転トルクでエンジンの回転を始動し、その後、エンジンとモータ／発電機の合成トルク、或いはエンジンの出力トルクのみで車両を走行させるような制御を行うことで、走行効率を高め、高い加速力、低燃費、排ガスのクリーン化を図っている。すると、トルク合成機構内に、遊星歯車機構の要素締結用クラッチ、本実施形態の直結クラッチ３６がない場合、どうしても手動変速装置の入力軸に、それを動力源と断続するためのクラッチが必要になる。その点、本実施形態では、前記差動装置３内の直結クラッチ３６で、それを代用することにより、手動変速装置４の入力軸にクラッチを設ける必要がないのである。
【００４９】ちなみに、本実施形態の演算処理では、エンジン、モータ／発電機、手動変速装置の入力軸を直結状態に維持したまま、手動変速操作に対応できるので、前記図８のようなタイプのパラレルハイブリッド車両にも、同様に展開することが可能である。また、トルク合成機構である差動装置３内の直結クラッチ３６を締結したまま、手動変速操作に対応できる、つまり手動変速操作後に直結クラッチを再締結する必要がないので、その再締結後に駆動力が変動するということもない。例えば、手動変速操作時に、前記差動装置３内の直結クラッチ３６を解放し、ギヤが入ってから直結クラッチ３６を再締結するようにすることも可能である。この場合には、前述のように変速装置入力軸回転数をシンクロさせるのにモータ／発電機トルクしか利用できないので、例えば遊星歯車機構のギヤ比（サンギヤ／リングギヤ）がαであるとき、エンジントルクＴE に対し、モータ／発電機トルクＴM/G はそのギヤ比α倍が必要となる。そして、変速装置入力軸回転数をシンクロさせ、ギヤが入ってから、差動装置内のクラッチを再締結すると、変速装置入力軸には、エンジントルクＴE とそのギヤ比α倍されたモータ／発電機トルクＴM/Gとが入力されることになるので、変速装置出力軸に伝達される駆動力が変動する恐れがある。勿論、この変動は、エンジントルクＴE を制御することにより、抑制防止することができるが、変速という短時間にエンジントルクＴE を大幅に変更するのは困難であるし、またモータ／発電機に要求されるトルクも大きくなり、サイズも大きくなりがちである。エンジン、モータ／発電機、手動変速装置の入力軸を直結したまま、手動変速操作に対応できることは、これらの問題を未然に防ぐことにもなるのである。
【００５０】以上において、変速レバー位置検出スイッチ１０及び変速レバー入力方向検出スイッチ１５及び図５の演算処理のステップＳ４が本発明の変速操作意思検出手段を構成し、以下同様に、変速レバー位置検出スイッチ１０及び図５の演算処理のステップＳ１１がギヤ抜け検出手段を構成し、変速レバー位置検出スイッチ１０及び変速レバー入力方向検出スイッチ１５及び図５の演算処理のステップＳ１２が要求ギヤ段検出手段を構成している。
【００５１】なお、前記各実施形態では、コントローラにマイクロコンピュータを用いた場合について説明したが、これに代えて各種の演算回路を使用することも可能である。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求項１に係るパラレルハイブリッド車両によれば、例えばギヤを抜くときには、エンジンのトルクと同じ大きさで逆向きのトルクを発生するとか、ギヤを入れるときには、手動変速装置の入力軸回転数を、要求するギヤ段に応じた回転数にするといったように、電動発電機の運転状態を制御することにより、エンジン及び電動発電機及び手動変速装置の入力軸を直結した状態で手動変速操作に対応することができ、手動変速操作時にエンジンと手動変速装置との間に介装したクラッチの断続操作を不要としてクラッチの耐久性を向上させたり、或いはクラッチそのものを不要としたりすることができ、同時に手動変速装置を搭載した車両をパラレルハイブリッド化して、高効率な走行を可能とすることができる。
【００５３】また、本発明のうち請求項２に係るパラレルハイブリッド車両によれば、手動変速操作時に、トルク合成機構の遊星歯車機構締結用直結クラッチを締結することで、エンジン及び電動発電機及び手動変速装置の入力軸を直結する構成としたため、手動変速装置の入力軸に、エンジン回転始動用のクラッチを介装する必要がなく、その分だけレイアウトの自由度が高まる。また、前記直結クラッチを手動変速操作時に再締結する必要がないので、その再締結後に駆動力が変動するということもない。
【００５４】また、本発明のうち請求項３に係るパラレルハイブリッド車両によれば、運転者の手動変速操作意思が検出されたときに、算出されたエンジンのトルクに対し、当該エンジンに直結されている手動変速装置の入力軸のトルクが相殺されるように、電動発電機のトルクを制御する構成としたため、例えば手動変速装置内のギヤスプラインとスリーブスプラインとの歯面圧を低減し、当該スリーブを移動可能とすることができ、運転者はギヤを容易に抜くことができる。
【００５５】また、本発明のうち請求項４に係るパラレルハイブリッド車両によれば、変速レバーへの入力を検出するセンサ又はスイッチで変速操作意思を検出する構成としたため、迅速且つ正確に変速操作意思を検出することが可能となる。また、本発明のうち請求項５に係るパラレルハイブリッド車両によれば、ギヤ抜けが検出されたときに、目標変速比及び車速及び手動変速装置入力軸回転数及びエンジントルクに基づいて、手動変速機の入力軸の回転数が、要求ギヤ段と車速とに応じた回転数になるように、電動発電機のトルクを制御する構成としたため、例えば運転者が要求するギヤとスリーブとを同じ又は略同じ回転速度とし、当該スリーブスプラインをギヤスプラインに噛合可能とすることができ、運転者はギヤを容易に入れることができる。
【００５６】また、本発明のうち請求項６に係るパラレルハイブリッド車両によれば、ギヤ抜けが検出されたときに、目標変速比及び車速及び手動変速装置入力軸回転数に基づいて、エンジンのトルクを制御する構成としたため、例えば運転の不要なアクセル操作に伴って発生するエンジントルク相当のトルクを電動発電機で発生する必要がなくなり、その分だけ効率を向上することができると共に、運転者がギヤを入れることができるようになるタイミングを早めることが可能となる。
【００５７】また、本発明のうち請求項７に係るパラレルハイブリッド車両によれば、変速レバーの位置を検出するセンサ又はスイッチでギヤ抜けを検出する構成としたため、ギヤが抜けたことを迅速且つ正確に検出することができる。また、本発明のうち請求項８に係るパラレルハイブリッド車両によれば、変速レバーの位置を検出するセンサ又はスイッチと、変速レバーへの入力を検出するセンサ又はスイッチとで、運転者の要求するギヤ段を検出する構成としたため、要求ギヤ段を迅速且つ正確に検出することができる。
【出願人】 【識別番号】０００２３１３５０
【氏名又は名称】ジヤトコ・トランステクノロジー株式会社
【出願日】 平成１２年６月５日（２０００．６．５）
【代理人】 【識別番号】１０００６６９８０
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也 （外２名）
【公開番号】 特開２００１−３５２６０５（Ｐ２００１−３５２６０５Ａ）
【公開日】 平成１３年１２月２１日（２００１．１２．２１）
【出願番号】 特願２０００−１６７９３４（Ｐ２０００−１６７９３４）