JP3965368B2 - ハイブリッド電気自動車の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気モーターと内燃機関（internal combustion engine: ICE）を持つハイブリッド電気自動車の制御方法に関する。より具体的には、本発明は、エンジンが変速機の切替え故にデファレンシャルからトルク的に遮断されているときに、モーターがデファレンシャルを介してドライブ・アクスルへ直接に補助トルクを供給する、変速機後方型パラレル・ハイブリッド電気自動車を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車業界の主要な目標は、環境への影響を最小に抑えながら、加速、制動、操作性そして快適性を含む性能に対する顧客の期待に合致若しくはそれを超える、個人移動用の安全な車両の開発である。
【０００３】
自動車は、多くの複雑な非線形システムが集積したもので、そのうちの一つがパワートレイン・システムである。車両パワートレインは、移動用動力源の提供を主要な目的として、非線形動的集積システムとして結合された、電気的、機械的、化学的及び熱力学的機器の複合物である。通常の車両のパワートレインは、内燃機関（ICE）、変速機、デファレンシャル及びアクスル・システムを駆動輪と共に含む動力伝達装置からなる。電気自動車（electric vehicle: EV）のパワートレインは、電気モーター、歯車機構、デファレンシャル及びアクスル・システムを駆動輪と共に含む動力伝達装置からなる。また、パワーステアリング、パワーブレーキそして空調装置など、パワープラントに結合される付属機器及び周辺機器も含まれる。
【０００４】
電気自動車のパワートレイン・システムを通常のパワートレイン構成部品に組合わせたものが、ハイブリッド電気自動車（hybrid electric vehicle: HEV）である。パラレル・ハイブリッド電気自動車（parallel hybrid electric vehicle: PHEV）は、駆動輪へ同時に推進力を供給することが出来る電気モーターのパワートレイン・システムと通常のパワートレイン・システムとからなる。PHEVは、通常の火花点火式又は自己着火式ICEパワープラントとオルタネーターの組合せを、変速機／デファレンシャルそしてデファレンシャルの後に取り付けられる交流誘導推進モーターと組合わせて用いて構成することが出来る。
【０００５】
HEVは、EVに設けられたバッテリーの限界であることから、航続距離と性能を向上させるものである。通常のEVパワートレインと共にICE／オルタネーターの組合せの様な補助パワープラントを含むことは、車両性能全般と燃料経済性の向上を可能とし、一方で、通常のICEパワートレインよりも排出物の影響を和らげる。
【０００６】
自動変速機を持つ最も一般的なICE駆動車両は、遊星歯車式変速機を持つ。遊星歯車式変速機において、殆どの歯車は共通軸回りに回転する。変速機の前端にあるのは、トルク・コンバーターである。トルク・コンバーターは、滑らかな変速を行なう流体タービン・トルク伝達部を構成する。しかしながら、通常の自動変速機のトルク・コンバーターは、その動力伝達経路に起因する損失を招く。
【０００７】
殆どの手動変速機は、副軸式変速機である。副軸式変速機は、それ自体とエンジンとの間に乾式クラッチを持つ。副軸上で選択的に把持される歯車が、所望の変速比となる様に手動で選択されて、出力軸と締結される。
【０００８】
約半世紀前の自動変速機を実現するための初期の取組みにおいて、ドライバーの入力に代わり電気モーターが変速機を切替えるという副軸式変速機を用いる努力がなされた。そのような変速機は、自動化マニュアル変速機と呼ばれるのが一般的である。
【０００９】
HEVは、２つのパワープラントの金銭的コストを必要とするという点で、内燃機関又は電気モーター駆動の車両に対して、本来コスト的に不利である。そのような車両を一般購買層がより受入れ易くするために、燃料経済性における最大限の効率が得られるということが大いに望まれる。
【００１０】
従って、多くのHEV構成は、自動化マニュアル変速機を持つ。エンジン又はエンジンとモーターとの組合せが車両を駆動しているとき、HEVの自動化マニュアル変速機の変速の間は、駆動輪へのトルクは、中断又は減少させられる。このトルクの中断は、運転性に大きく影響し、車両の知覚品質を低下させる。運転性への影響は、エンジン・クラッチの締結及び解放により駆動輪からトルクが無くなる又は減少するときに起こる加速度の変化に関係している。トルクの大きさと周波数の両方の変化をドライバーが感じる可能性があり、それで、運転性に影響する。
【００１１】
それで、車両ドライバーが感じることが出来ない様に、変速機の変速段の変更中に、モーターがトルクを加えるのを可能とすることが望ましい。HEVに関するこの様な問題は、特許文献１乃至５の対象となっている。
【００１２】
上記特許文献のいくつかは、変速中にエンジン・クラッチが解放されているとき、電気モーターが変速機へのトルクを提供することが出来るHEVを示しているが、これらの特許は、モーターが、変速機を介して車両のドライブ・アクスルへトルクを提供することを必要とする。従って、モーターは、トルクをドライブ・アクスルへ提供するだけでなく、変速機の一部にもトルクを提供している。モーターがドライブ・アクスルへ直接結合されるか、又はそれ自身のクラッチによりドライブ・アクスルへ結合され、モーターからドライブ・アクスルへのトルクの損失が最小であるのが、好ましい。
【００１３】
モーターからドライブ・アクスルへのトルク損失を最小化することは、モーターが小型になり、車両へのトルク出力性能特性を向上でき有利である。トルク出力の向上は、車両加速度を高める。
【００１４】
【特許文献１】
米国特許第４５３３０１１号明細書
【００１５】
【特許文献２】
米国特許第５３３７８４８号明細書
【００１６】
【特許文献３】
米国特許第５６６９８４２号明細書
【００１７】
【特許文献４】
米国特許第５７５５３０２号明細書
【００１８】
【特許文献５】
米国特許第６０１９６９８号明細書
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、変速機の変速中の振動と反作用を最小化する様に動作させつつ、燃料経済性を最大化する様に、乾式クラッチを持つ自動化マニュアル変速機が用いられる変速機後方型PHEV構成とその制御方法を提供するものである。
【００２０】
本発明はまた、異なる同期手法と制御手法を持つ自動化マニュアル変速機の選択に対して、迅速に改良することが出来る、上述のPHEVとそれの動作方法を提供する。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両の動力伝達装置は、（回生又はモータリング・モードにおいて）ICEのトルクと電気モーターのトルクを受入れ、トルクをデファレンシャルとハーフシャフトを介して車輪へ供給する。モーターのトルクは、トランスアクスルとデファレンシャルを介してハーフシャフトへ供給される。モーター・トルクは、デファレンシャルにおいて、エンジン・トルクと合わせられる。エンジンは、エンジン・クラッチ、変速機及び最終減速部（そして場合によりプロペラシャフト）を介してデファレンシャルへ直接結合される。
【００２２】
動力伝達装置は、エンジン・クラッチとデファレンシャルとの間に位置する自動化マニュアル副軸式変速機を含む。制御器が、モーターに命令して、変速機の変速中に駆動輪へのトルクを提供させ、運転性を向上させる。
【００２３】
制御システムは、エンジン・クラッチの解放及び締結において作動するデジタル・フィルターを備える。クラッチの完全締結状態からタッチポイント（touch point）状態までの解放、タッチポイント状態から完全解放状態までの解放、完全解放状態からタッチポイント状態までの締結そしてタッチポイント状態から完全締結状態までの締結について、異なるフィルターと制御ロジックが用いられる。選択された変速段とエンジン・クラッチの締結及び解放に応じて、異なるフィルターと制御ロジックが用いられる。低い変速段では、動力伝達装置を介してより大きなトルクが伝達され、良好な運転感覚を維持するために、より長いフィルター時間定数が用いられる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、より連続的で滑らかな態様でモーターからドライブ・アクスルへトルクを伝達することにより、変速機後方式HEVに、自動化マニュアル変速機によりもたらされる燃料経済性の向上を与えることが出来る。
【００２５】
本発明のこれらの利点などは、添付の図面及び以下の詳細な説明から、当業者により明らかとなろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１の変速機後方型PHEV構成を参照すると、パワートレインの動力伝達装置197が、内燃機関200とモーター202とにより駆動される。パワートレイン動力伝達装置197に含まれるのが、副軸式自動化マニュアル変速機212である。変速機212は、エンジン210とデファレンシャル206との間にある（プロペラシャフトがある場合も考えられるが、図示されていない）。モーター202は、車両を駆動するために、駆動輪204に動力を伝えることが出来る。
【００２７】
モーター202は、発電機でもあり、車両を減速するための電気回生制動（負のトルク）により駆動輪204を制動することが出来る。モーター202は、モーター・クラッチ225、デファレンシャル206及び（４輪駆動車用）4x4トランスファー・ケース211を介して駆動輪204に接続される。モーター202により与えられるトルクは、変速機212を介して駆動輪204へ伝達されることはない。エンジン200のトルク経路は、マニュアル変速機を持つ通常の車両のものと類似又は同一である。エンジン200は、エンジン・クラッチ210及び変速機212を介してデファレンシャル206へ接続される。
【００２８】
PHEV調整制御器214は、モーター202の正と負のトルクに対応するモータリング命令と回生命令をモーター制御器215へ、スロットル弁命令をエンジン制御器217へ与える。これらの命令は、バッテリーの充電状態（state of charge: SOC）、トルクに対するモーター速度の限界、モーター202のトルク電流、モーター202のフィールド電流、変速機212の変速段、アクセル・ペダル220の位置、エンジン・クラッチ210の状態、モーター・クラッチ224の状態、エンジン200の速度、駆動輪204における平均動力、切替状態（shift status）、エンジン200の推定トルク、モーター202の推定利用可能トルク、ブレーキ圧力及びエンジン200の推定利用可能トルクに基くものとし得る。
【００２９】
加えて、上記制御器214は、制動又はハイブリッド作動中、エンジン200とモーター・クラッチ210, 224の制御命令を発する。制御器214はまた、モーター202に付随する回生制動システム（不図示）と、摩擦制動システム（不図示）へ、制動命令を発する。
【００３０】
動力伝達装置197は、エンジン200のみモード、モーター202のみモード又は、二推進装置モード（ハイブリッド・モード）で作動する様にされ得る。ハイブリッド・モードの作動は、モーター202のみの作動、エンジン200のみの作動、変速中のモーター202のトルクの付加、パワー・ブースト中のモーター202のアシスト及び回生制動からなる。モーター202は、動力伝達装置197へのトルクの中断が無くなる様に、変速中にトルクを提供することが出来る。動力伝達装置197は制動中、バッテリー213へのエネルギーの回収のために、負のトルクをモーター202へ提供することになる。バッテリー213のSOCが低いときには、SOCを高めるために、エンジン200にオルタネーター（モーター202又は不図示の別のオルタネーター／発電機）の負荷をかけることが出来る。
【００３１】
車両の動力伝達装置197は、トルク・センサー216を備える場合がある。トルク・センサー216は、ハーフシャフト208におけるトルクを検出し、演算によりエンジン200又はモーター202のトルクを判定することが出来る単一若しくは複数のトルク・センサーとすることが出来、または、適切に配置された複数のセンサーの組合せとしても良い。制御器214はまた、バッテリー213のSOCに大きく依存する利用可能な最大モーター・トルクを推定するのに用いられるモーター速度センサーに接続される。センサー218の機能は、上記速度センサーにより与えられるのが一般的である。
【００３２】
ドライバーのトルクを求める運転命令を受けるために、アクセル・ペダル位置センサー222に関連して作動するアクセル・ペダル220がある。アクセル・ペダル位置センサー222はまた、制御器214と通信する。モーター202はまた、それ自身とデファレンシャル206との間にクラッチ225を備え、それは、本発明の目的で、本質的に締結又は解放位置にあるとみなすことが出来る。車両はまた、制御器214と通信するブレーキペダル224を備えている。
【００３３】
車両は、運転性、排出量及び燃料経済性の最適化のために、モーター202のみモードで発進する。車両駆動輪204における平均動力が、エンジン200の作動が有益であるレベルに到達すると、モーター202はもはや単独で動作させられることはない。
【００３４】
エンジン200又はエンジン200とモーター202の組合せが車両に動力を供給するとき、自動変速マニュアル変速機の変速の間、駆動輪204へのトルクは中断又は減少する。このトルクの中断は、運転性に大きく影響し、車両の知覚品質を低下させる可能性がある。運転性への影響は、エンジン・クラッチ210の締結及び解放により駆動輪からトルクが無くなる又は減少するときに起こる加速度の変化に関係している。トルクの大きさと周波数の両方の変化をドライバーが感じる可能性があり、それで、運転性に影響する。本発明のモーター202は、パワートレインの動力伝達装置197へのトルクの中断が無くなる様に、変速中にトルクを供給する。
【００３５】
また、エンジン200は、変速中に始動することが出来、そして一旦エンジン200が始動すると、エンジン・クラッチ210を締結することが出来る。エンジン・クラッチ210が締結途中の間、モーター202のトルクは、車両乗員に継ぎ目の無い態様で減じられている。
【００３６】
エンジン・クラッチ210は、シフトアップ又はシフトダウンが要求されるとき、制動が命令されるとき、エンジン200の速度がアイドルを下回るとき、又はエンジン・クラッチ210の締結命令が存在せず、かつエンジン・クラッチ210が締結していないとき、解放を命令されることになる。自動化副軸式変速機212の制御において、エンジン200の速度が十分であるとき、制動が命令されていないとき、シフトダウン又はシフトアップの要求が存在していないとき、変速機212がいずれかの変速段にあるとき、及びエンジン・クラッチ210の解放命令が存在していないとき、エンジン・クラッチ210の締結が命令されることになる。
なお、電気回生制動のときに、エンジン・クラッチ210は解放されることになる。
【００３７】
エンジン・クラッチ210は、トルクを変速機212へ伝達するために、摩擦を用いる。クラッチ板210A,210Bの摩擦が、ガタツキを防止するために完全締結する前に、プレート210A,210Bが摺動するのを可能とする。エンジン・クラッチ210の摺動のための条件は、エンジン速度、車速そしてハーフシャフト208の共振である。エンジン200の速度が車速よりも大幅に高いとき、エンジン・クラッチ210の摩擦がエンジン200に加わるのを可能とするのに摺動が必要であり、それにより、滑らかな締結が起こり得る様に、エンジン200の速度を車速まで低減する。エンジン200の速度がエンジン・クラッチ210の速度よりも大幅に低いとき、エンジン・クラッチ210の摺動が、スロットルを用いてエンジン200の速度が上昇するのを可能としながら、エンジン200を非常に小さな負荷に晒して、エンジン200の停止を回避する。
【００３８】
締結中において、ハーフシャフトの振動と共にクラッチのシャダー（clutch shudder）を起こす本質的に負の減衰が、ドライバーが感知し得る大きさで、存在し得る。
【００３９】
前述の様に、変速機212は自動化副軸式変速機212である。変速機212の変速制御は、本発明の一部ではなく、動力伝達装置197の設計者により決定される。本発明は、変速が行なわれる際に、クラッチ・シャダーが最小になる様にトルクをデファレンシャル206へ加えることにより、変速機212の「フィーリング」を向上させる。
【００４０】
モーター202は、動力伝達装置197へ直接トルクを加え、そして、クラッチ板210Bを介した動力伝達の必要がなくなる。変速作動中において、変速機212の各種歯車は、種々の締結解放状態にあることになり、それ故、モーター202からデファレンシャル206へのトルクは、副軸式変速機212の歯車の全てに伝達されるわけではない。
【００４１】
加えて図１５を参照すると、本発明の装置と方法は、変速機212が変速しているとき、モーター202によりトルクを供給するだけでなく、ステップ関数ではなくフィルター処理又は時間遅れ処理された態様でトルクを供給する。殆どの場合において、時間遅れは、一次のそれになる。レベル258が、変速中のモーター・トルクの初期レベルである。殆どの場合におけるレベル258はゼロになるが、一定の場合においては、より高い値になることになる。
【００４２】
変速機212の初期の作動変化中、クラッチ210は完全に締結されることになる。従って、トルクは、内燃機関200からエンジン・クラッチ210を介しそして変速機212を通してデファレンシャル206へ伝達されることになる。予め定められた条件の下で変速機制御器230は、変速機212の変速段の変化についての信号を発することになる。変速作動はまた、クラッチ210が、クラッチ板210A,210Bの間に摺動がない完全締結位置から、クラッチ板210A,210B間に実質的に完全な摺動があるが未だクラッチ板210A,210Bの間に接触があるタッチポイント締結位置まで動くことを必要とする。タッチポイント締結状態は、クラッチ状態１として後述する。
【００４３】
前述のクラッチ・シャダーを防止し、変速機212の変速の滑らかさに寄与するために、モーター202が動力伝達装置197へトルクを供給することはない。完全締結位置から接触点締結まで、モーター202によるトルクが、レベル250まで増大する様に加えられることになる（図１５(ｂ)）。クラッチ・シャダーを防止するために、モーター・トルク補助のレベル258からレベル250への増大は、時間定数T1の下でライン260に沿うものとなる。
【００４４】
タッチポイント締結状態から、クラッチ板210A, 210Bは更に、クラッチ状態（clutch state）ゼロとして以下記載されるクラッチ板が完全に解放している状態まで開く。ライン262に沿って時間定数T2の下でレベル250からレベル252へ増大する様に、トルクがモーター202により加えられることになる。
【００４５】
副軸式変速機212は、完全解放のクラッチ状態から変速を有効にするために、必要とされる物理動作の全て若しくはその殆どを実行したことになる。そこで、変速機制御器230は、クラッチ板210A, 210Bに、互いに近付く移動をする様に信号を発することになる。
【００４６】
クラッチ板210A, 210Bの動作は、相対的なものであり、クラッチ210の構成によっては、クラッチ板210A, 210Bの一つが軸方向に固定されていても良いことが、当業者には明らかであろう。
【００４７】
完全解放位置からタッチポイント締結状態まで、モーターは、レベル252からレベル254まで減少する様に、動力伝達装置197へのトルクを補助することになる。再び、実質的にステップ関数形の入力を避けるために、減少中のモーター202によるトルクの補助は、以下に第３時間定数T3と呼ぶ時間定数263の下でなされることになる。
【００４８】
図１５(ａ)において、クラッチ状態２（clutch state 2）として記されるタッチポイント締結点から、クラッチ状態４として記される完全締結のクラッチ状態まで、ライン268に沿って記された時間定数T4の下でトルク・レベル254からトルク・レベル256まで減少する様に、モーター202からトルクが動力伝達装置197へ加えられることになる。殆どの場合において、レベル256は、レベル258と等しくなる。
【００４９】
上記説明から判る様に、時間定数は、クラッチ状態に関連して変化する。しかしながら、一定の用途においては、クラッチ210を解放する状態は、クラッチ状態を作り出す時間定数T1とT2が等しくなる様に、一定にするのが望ましい場合もあり得る。
【００５０】
同様に、一定の用途について、時間定数T3とT4を等しくすることが出来る。車両の動力伝達装置197の特性に応じて、クラッチ板210A, 210Bの間で伝達されるトルクが小さい高い変速比については、時間定数が大きくなる（クラッチの締結を速くする）のが一般的である。
【００５１】
本発明の更なる観点において、動力伝達装置197の回転特性、好ましくは、ハーフシャフト208の一つに直接関連するものが監視される。振動の二乗平均を求める各種解析技術の一つが、振動の変化を監視するのに用いられることになる。
【００５２】
計測された振動特性が過剰なレベルに到達するとき、ロジック及び制御器214を介したフィードバック・システム及び／又はモーター制御器215が、時間定数を調整することになる。クラッチ板210A, 210Bにおけるクラッチ磨耗は、時間定数、特に時間定数T4を減少させ得る。また、多くの場合におけるガタツキ（jerkiness）も、振動を加減するために時間定数T1を減少させることになる。
【００５３】
前述の様に、このPHEV構成において、車両の初期の発進は、モーター202のみによる。エンジン200は、エンジン・クラッチ210が完全解放されているときに、第１から第２変速段への変速中に係合する様に始動させられる。エンジン200からのトルクの補助は、クラッチ状態ゼロからクラッチ状態４まででのみ起こることになる。従って、１速の変速においては、モーター202が既にクラッチ状態１とゼロの間トルクを供給しているので、時間定数T3とT4のみが問題となる。
【００５４】
本明細書の残りの部分は、本発明を適用する際に用いられるロジックと回路の詳細について、更に詳細に述べる。
図２及び３は、本発明のブロック図であり、それのデジタル版である（図４及び５はアナログ版である）。図２及び３は、オートコード（Cコード）を生成するのに用いられ、そのコードが試作車両を用いて実行された。図３は、デジタル・ローパス・フィルターの作動を説明するもので、後述される。図７乃至９は、変速中のトルク補助のシミュレーション結果を示し、図１０乃至１２は、本発明のトルク補助が無い状態での同じシミュレーション結果を示す。図１３及び１４は、試作車両で動作するアルゴリズムにおけるトルク補助の車両のシミュレーションと車両データを示す。
【００５５】
制御システムへの入力は、クラッチ状態（Clutch state、0 =クラッチ解放状態、1 =締結）、クラッチ・エンジン命令値（Clutch eng cmd、0 =エンジン・クラッチ解放命令、1 = 締結）、アクセル・ブレーキ・ペダル命令値（Compression braking cmd、0 =ブレーキ・ペダル又はアクセル・ペダル又は両方が踏み込まれている、1 =ペダルが踏み込まれていない）、モーター補助フラグｅ（Motor assist with shift flag e、0 =変速前にモーターがエンジンを補助していない、1 =変速前にモーターがエンジンを補助している）、エンジン動作フラグｂ（engine on and shift b、0 =変速前にエンジンが単独で動作していない、1 =変速前にエンジンが単独で動作している）、車輪204でのモーター・トルク命令値（motor torque cmd at wheels、車輪に反映されるモーターのトルクと速度の曲線の範囲内で変化する値）、モーター動作フラグａ（motor only flag a、0 =モーターが単独で動作していない、1 =モーターが単独で動作していない）そして変速段（actual gear、1-5, N, R）である。
【００５６】
この動的制御とロジックの出力は、車輪に反映されるモーターのトルクのフィルター処理された命令値（filtered motor torque cmd）（図３において符号7が付される）である。
【００５７】
ドライバーがアクセル又はブレーキ・ペダル220,224を踏むことによりトルクを命令しておらず、エンジン・クラッチ210が解放されているとき、フィルター処理前モーター・トルク命令値（pre motor torque cmd）はゼロである。ペダルが踏み込まれていないとき、ドライバーがトルクを期待していないので、トルク命令はゼロである。その他の場合、エンジン・クラッチ210が解放しており車両が変速しているとき、モーター・アシストの有無に関わらず、補助トルク値（fill in torque value）が要求される。そうでなければ、フィルター処理前モーター・トルク値は、本発明の一部ではない車輪204でのモーター・トルク命令値制御により計算される。
【００５８】
上記フィルター処理前モーター・トルク命令値は、可変時間定数、デジタル又はアナログ・ローパス・フィルターを用いて、フィルター処理される。エンジン・クラッチ210が締結されるとき、フィルターの時間定数は、エンジン・クラッチ210が解放されるときとは、異なる。車両が高変速段にあり、それ程大きなトルクが動力伝達装置197を通じて伝達されていないとき、低変速段用とは異なるフィルター値が用いられる。これらの時間定数は、車両の形式及び車両の変速比による車両の運動特性に応じて、変更される。
【００５９】
本発明のアナログ版において、ローパス・フィルターのラプラス変換は、数１の形態である。
【００６０】
【数１】

【００６１】
ここで、Y(s)は、３速から4速へ又は４速から５速への移行時のモーター・トルク（motor torque 345）又は１速から２速への移行時のモーター・トルク（motor torque 12）のラプラス変換であり、U(s)はフィルター処理前モーター・トルク命令値又はフィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値（pre motor torque cmd gear 12）のラプラス変換であり、そしてαは後述の種々の条件によりアルゴリズムにより変更される時間定数である。
【００６２】
本発明のデジタル版において、数２の一次ローパス・フィルターが全ての場合において用いられる。しかしながら、時間定数は後述の条件により変更される。
【００６３】
【数２】

【００６４】
ここで、u(k)は、時点kにおけるフィルター処理前モーター・トルク命令値p又はフィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値（実際の変速段に応じて変化する）の元の値であり、y(k)は、時点kにおけるモーター・トルク345又はモーター・トルク12であり、それらは実際にモーター202に送られる値である。時間定数αは、各種条件に応じてゼロと1との間で種々の値をとることが出来る。αの増大は、応答の迅速化をもたらす。
［フィルター処理前モーター・トルク命令値の選択ロジック］
図２及び３を参照すると、以下は本発明のデジタルの実施例の説明である。これより、特に明記が無い限り、デジタル版に言及することになる。
【００６５】
フィルター処理前モーター・トルク命令値は、後述の様に、各種論理信号の状態に基づき判定される。この値は更に、最終的な正のモーター・トルク命令であるフィルター処理されたモーター・トルク命令値になる前に、デジタル・ローパス・フィルター他のロジックにより処理される。
【００６６】
ドライバーがアクセル・ペダルもブレーキ・ペダルも踏み込んでおらず（(compression braking cmd = 1)、トルクを命令しておらず、かつ、クラッチが解放されている（clutch state = 0）とき、いかなる補助トルクも命令されない（pre motor torque cmd = 0）。
【００６７】
他に、モーター補助フラグｅが1、またはエンジン動作フラグｂが1であり、かつ、クラッチ210が解放されている（クラッチ状態= 0）とき、フィルター処理前モーター・トルク命令値は補助トルク値となり、そうでなければ、フィルター処理前モーター・トルク命令値は、車輪でのモーター・トルク命令値になる。
［ローパス・フィルター定数の選択ロジック］
本発明は、現在の変速段に基づきローパス・フィルター定数を選択する２つの異なる方法を用いる。述べられる特定の変速段は、本制御が実施された試作車両のものを指しているが、車両が違えば変速段は異なるものになり得る。３速、４速又は５速においてフィルター処理前モーター・トルク命令値はローパス345によりフィルター処理され、モータートルク345を形成する。１速又は２速において、フィルター処理前モーター・トルク命令値は、補助トルク値と後述の他の条件により調整され、フィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値を形成する。それが続いて、ローパス12を通してモータートルク12を形成する。最終的に、１速又は２速において、モータートルク12は論理スイッチを通されて、フィルター処理されたモーター・トルク命令値になる。３速、４速又は５速において、モータートルク345が論理スイッチを通されて、フィルター処理されたモーター・トルク命令値になる。
【００６８】
エンジン・クラッチ210は、表１に示される様に、クラッチ状態（clutch state）及びクラッチ開放命令値（clutch_eng_cmd）によって規定される、変速状態（shift state）と呼ばれる４つの状態の一つとなる。
【００６９】
【表１】

【００７０】
３速、４速又は５速について、フィルター処理前モーター・トルク命令値をフィルター処理するためにローパス345により用いられる時間定数は、表２に与えられ、スーパーブロック時間定数（time_constant）345に実現される。
【００７１】
【表２】

【００７２】
１速又は２速について、フィルター処理前モーター・トルク命令値をフィルター処理するためにローパス12により用いられる時間定数は、表３に与えられ、スーパーブロック時間定数12に実現される。
【００７３】
【表３】

【００７４】
［フィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値の計算］
本発明のPHEV構成において、モーター202は、車両を１速で発進させるのに用いられる。一定の条件が満たされるとき、エンジン200が車両を推進するために用いられることになり、モーター202は停止させられる。この時点で、エンジン・クラッチ210は締結されており、エンジン200を変速機212へ接続している。モーター202による発進からエンジン200のみの作動への移行は、トルクの中断を最小にするために、１速から２速への変速中に実行される。モーター202が完全に停止する前に、補助トルク値がモーター202により加えられる。補助トルク値の大きさは、モーター202と動力伝達装置197の特性に依存する。理想的には、補助トルク値は、望ましくない動力伝達装置197の振動を生じることなしに、出来るだけ大きくすべきである。
【００７５】
本発明を実現するために用いられる電気信号の例を、以下に説明する。１速から２速への変速中、一定の要素は単純化されている。車両はモーターを利用して発進するので、内燃機関からのトルクは、１速から２速への変速後にエンジン・クラッチ210が締結されるまで、パワートレインへ流れない。従って、モーター202からの補助トルクは本質的に、エンジン・クラッチ210の完全解放位置から完全締結位置まで、生じることになる。
【００７６】
以下の説明において、時間定数は、T3とT4とを同一にすることにより、更に単純化される。２速から３速そして３速から４速への以下に説明される説明においては、トルク・レベル258から250そして250から252への補助モーター・トルク値（motor torque fill in value）も、レベル252から254そして254から256への補助モーター・トルク値と共に要求されることになる。
【００７７】
図１９(ａ)及び(ｂ)は、本発明による１速から２速、２速から３速そして３速から４速への変速についての図である。１速から２速への変速時、時間定数T3とT4が利用されることになる。符号602（図１９(ｄ)）で記された減少していくモーター202からの補助トルクが、時間定数T3の下で、動力伝達装置197へ供給されることになる。
【００７８】
３速から４速への変速について、クラッチ210は当初608（図１９(ｃ)）において、解放していることになる。モーター202からの増大するトルクが、時間定数T1（図１９(ｄ)の610）の下で、パワートレインのデファレンシャル206へ供給されることになる。
【００７９】
クラッチ210が完全解放されているとき、クラッチ圧（Mu_Pressure）614（図１９(ｃ)）は0に等しい。モーター202からのトルクは、αが25である時間定数T3の下で、デファレンシャル206に継続して供給されることになる（図１９(ｄ)の618）。トルクは、時間定数T4の下で無くなる様に、継続して供給される（図１９(ｄ)の622）。624におけるT4は、αが35であるレベルにある。
【００８０】
制御器214用フィードバック・システムは、図１９(ｅ)の630におけるハーフシャフト208（ドライブ・アクスル）のトルクの過剰な変動により、制御器214がT4を小さくするためにラインT4をラインT4 ADJ（図１９(ｂ)）へ移動させる信号を発する様に設けられている。その結果として、クラッチ板210A, 210Bは、より低速で締結することになる。
【００８１】
１速から２速への変速に際し、T3及びT4は等しい。しかしながら、２速から３速への変速については、T4が実質的にT3よりも大きい。高速段ではトルクの移動が小さいので、クラッチ締結のための期間を短くするために、時間定数を大きくすることが出来る、つまりαを増大することが出来る。
【００８２】
本件明細書の以下の部分は、本発明を実施するために電子回路により詳細に言及している。
【００８３】
補助トルク値が加えられる期間は、いくつかの要素により決定される。車両が発進するとき、モーター動作フラグａは１（high）である。RS フリップフロップ（図２及び図１８のRSフリップフロップ16）へのリセット・ラインはハイであり（図８(ｅ)のリセット）、タイマーは作動しない（timer on = 0とする）。これにより、フィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値（図７(ｃ)）はフィルター処理前モータートルク命令値（図７(ｂ)）に等しく設定される。
【００８４】
車両が変速すべき速度に近付くと、制御器214は、モーター動作フラグａからエンジン動作フラグｂへと状態を変更する。エンジン・クラッチ210は未だ解放しており、クラッチ状態を0とし（図９(ｈ)）そしてモーター補助フラグｅ又はエンジン動作フラグｂ（以下ext 1と呼ぶ）を図７(ａ)の406においてハイ（high）にする。フィルター処理前モーター・トルク命令値（図７(ｂ)）は補助トルク値に設定される。図７(ｂ)でフィルター処理前モーター・トルク命令値が車輪204でのモーター・トルク命令値から補助トルク値へ落ちるとき、図２のRSフリップフロップ（RS flip_flop）16もセットするスタート・タイマー（図８(ｆ)のstart timer）がハイ（high）になる。モーター動作フラグａがロー（low）になる故に、リセット（Reset）がローになる（図８(ｅ)の420）。タイマーオン（Timer on）がハイになり（図８(ｆ)の422）、そして所定の期間ハイの状態が継続される。
【００８５】
ローパス・タイマー（lowpass timer）スーパーブロック15（図２及び図１７）の動作を述べる。所定のタイム・スパンを計測するタイマーとして、ローパス・フィルターが用いられる。RS フリップ・フロップ・スーパーブロック16からのタイマーオン信号（図１８）が、既知の固定時間定数で、単一ゲインのデジタルローパス・フィルター・スーパーブロック15（図２）に入力される。時間定数αが決まると、フィルター処理された値がある値、例えば0.9に到達するのに要する時間が決まる（図６）。このため、フィルターの時間定数と閾値を調整することにより、いかなる所望の時間も計測することが出来る。
【００８６】
図６（α = 0.10）に示すように、約0.24秒で0.9の閾値に到達する。この0.24秒というのが、トルク補助が必要とされる期間である。フィルター処理された値が閾値より大きくなり、タイマーが満了すると、RS フリップ・フロップ16がリセットされ、タイマーが不作動にされる（図８(ｅ)の440）。変速が完了し、通常制御による車輪204におけるモーター・トルク命令値が用いられる。
【００８７】
スタート・タイマーがハイのとき、フィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値が補助トルク値に設定され、ローパス・フィルターが満了する（図２の26におけるTimer Expired）までその値に保持される。タイマーが満了するとき、RSフリップフロップのリセットがハイになり、タイマーオンをローにし、タイマーをオフにする。図７(ａ)のシミュレーションにおいて、上記ext 1はタイマーが満了した後でもハイであり、フィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値を補助トルク値に保持する。
【００８８】
エンジン・クラッチ210が締結し始めるとき、エンジン動作フラグｂがローになり、モーター補助フラグｅは既にロー（ext 1 =0）である（図２）。このためフィルター処理前モーター・トルク命令値が、車輪204でのモーター・トルク命令値に設定される（示されたシミュレーションではゼロになる）。モーター・トルクの減少故に、スタート・タイマーが再びハイに切換わる（図８(ｆ)の430）。リセット（図８(ｅ)の440）はまだローであり、それでタイマーオン（図２の出力6）がハイに切換わる。ローパスタイマー（図２のスーパーブロック15）が時間切れになるまで、タイマーオンはハイに保持される。ローパス・タイマーが時間切れになると、リセットがハイに切換わり（図８(ｅ)の450）、タイマーオンをローにする（図８(ｆ)の460）。
【００８９】
タイマーオンがハイのとき、フィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値は補助トルク値となっている。タイマーオンがローになるとき、フィルター処理前モーター・トルク・ギア12命令値は車輪204でのモーター・トルク命令値（この例ではゼロ）になる。変速は完了した。約0 Nm`におけるハーフシャフト・トルクの曲線に、補助トルク値が示される。補助トルク値が無いと、ハーフシャフト・トルクは、図１２(ｉ)の470に示される様に、-200 Nmまで降下する。
【００９０】
シミュレーションにおける第２のタイマーオンがローになる時点で、変速の解放期間は完了している。図９(ｇ)においてフィルター・トルク値と記されたグラフは、この時点で降下している補助トルク値を示している。この降下は、クラッチ210が締結し始める間に起こる。図９(ｉ)におけるこの降下中のハーフシャフト208のトルクを見ると、トルクがハーフシャフト208に加えられているのを見ることが出来る。クラッチ状態が1に到達するとき、エンジン・クラッチ210におけるタッチポイントが得られる。
【００９１】
２速から３速への変速は、１速から２速への変速と同様である。違いは、変速前にモーター202が車輪204に推進力を供給していないということである。この場合、モーター202は補助トルクのみを供給する。この補助モーター・トルクは１回のみ生じ、それで、スタート・タイマー、リセット及びタイマーオンが１回ハイになる。ドライバーが感じるトルクであるハーフシャフト・トルクを図９(ｉ)に示している。
【００９２】
補助トルクの無いハーフシャフト・トルクを図１２(ｉ)に示している。補助トルクにより、ハーフシャフト・トルクは、瞬間的に0 Nm、平均で100 Nmまで降下するのみである。補助トルクの無いハーフシャフト・トルク（図１２(ｉ)の470）は、200 Nmまで、平均で約0 Nmまで降下する。より大きなトルク容量を持つモーター202を選択することで、補助トルクの大きさを高めることが出来る。
【００９３】
図１３及び図１４は、車両で動作するアルゴリズムにおける補助トルクを示す。図１３(ａ)乃至１４(ｉ)の変速は、図７乃至図９のシミュレーションについての変速よりも、いくらか遅延して起こる。図１３(ａ)に示す様に車両が加速するとき、図１３(ｂ)に示されるエンジン200のスロットル角度が、90度から10度へ変化するのを見ることが出来る。これら２つの図がシミュレートされる。スロットル角度が10度のとき、自動化マニュアル変速機212が変速する（図１３(ｄ)）。車速の図（図１３(ａ)）は、またモーター202による補助トルク故に、車両が変速中に加速していないことを示す。
【００９４】
図１４(ｆ)、(ｈ)及び(ｉ)は、本発明の車両の出力を示す。図１４(ｆ)の比較から、実際のハーフシャフト・トルクが、図１３(ｅ)でのシミュレーションにほぼ近接していることが、判る。モーター202の計測電流値により規定されるモーター・トルクが、図１４(ｇ)に示されるモーター202のトルク出力のシミュレーション結果との関係を示している。図１４(ｉ)におけるエンジン・トルクの計測値もまた、比較目的で与えられる。
【００９５】
本発明の特徴は、異なる変速機についてのハードウェアが同一の車両におけるものであるかに関わらず、本質的に同じである。必要となる変更は、主に（モーター・トルクが十分であると予測する）時間定数に対してである。
【００９６】
本発明を種々の実施形態で説明してきたものの、請求項により規定されるとおりの本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、種々の改良がなされ得ることが、当業者には明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による変速機後方型PHEV動力伝達装置の概略図である。
【図２】変速中の図１に示されたモーターからデファレンシャルへのトルク補助の制御のデジタル・ロジック図の一部である。
【図３】図２の残部である。
【図４】本発明のアナログ版を示す図２と同様の図である。
【図５】図４の残部である。
【図６】図１に示されるモーターにより与えられるフィルター処理されたトルク入力のグラフである。
【図７】図２及び図３に示されたロジック図で実行される各種の量の図である。
【図８】図２及び図３に示されたロジック図で実行される各種の量の図である。
【図９】図２及び図３に示されたロジック図で実行される各種の量の図である。
【図１０】図７乃至図９における各種の量について、トルク補助が無い状態での図である。
【図１１】図７乃至図９における各種の量について、トルク補助が無い状態での図である。
【図１２】図７乃至図９における各種の量について、トルク補助が無い状態での図である。
【図１３】本発明を用いる車両の(ａ)車速、(ｂ)スロットル角度、(ｃ)エンジン速度、(ｄ)変速段、(ｅ)ハーフシャフト・トルクのシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】本発明を用いる車両の(ｆ)ハーフシャフト・トルク、(ｇ)モーター電流のシミュレーション結果、(ｈ)実際に計測されたモーター電流、(ｉ)エンジン・トルクを示す図である。
【図１５】エンジン・クラッチの切替状態に関連する時間定数の変化を示すグラフである。
【図１６】図３のスーパーブロック97の拡大図である。
【図１７】図２のスーパーブロック15の拡大図である。
【図１８】図２のスーパーブロック16の拡大図である。
【図１９】本発明を用いる車両の(ａ)変速状態、(ｂ)図１に示されたモーターによるトルク入力をフィルター処理する際に利用される時間定数、(ｃ)エンジン・クラッチの締結圧、(ｄ)モーターのトルク値、(ｅ)ハーフシャフトのトルクを示す図である。
【図２０】図３のスーパーブロック90の拡大図である。
【図２１】図２のスーパーブロック93の拡大図である。
【図２２】図２のスーパーブロック95の拡大図である。
【図２３】図４のアナログ・スーパーブロック90の拡大図である。
【図２４】図４のアナログ・スーパーブロック97の拡大図である。
【図２５】図４のアナログ・スーパーブロック15の拡大図である。
【図２６】図５のアナログ・スーパーブロック98の拡大図である。
【符号の説明】
200 内燃機関
202 電気モーター
208 ドライブ・アクスル
210 クラッチ
212 副軸式自動変速機
221 デファレンシャル

Claims (7)

1. 有段自動変速機にクラッチを介して接続された内燃機関と、
   上記クラッチ及び上記有段自動変速機を介して上記内燃機関と接続されたデファレンシャルと、
   上記デファレンシャルを介して駆動軸にトルク接続された電気モーターとを備えたハイブリッド電気自動車を制御する方法であって、
   上記有段自動変速機の変速段を変更する工程と、
   上記変速段を変更する際に、上記クラッチを解放して、上記内燃機関を上記有段自動変速機からトルク的に遮断する工程と、
   上記変速段の変更によって上記内燃機関が上記有段自動変速機から解放されている間、上記電気モーターから上記ディファレンシャルに供給されるトルクを変速開始前に比べて増加させるべく、上記クラッチの解放動作中に上記ディファレンシャルに供給されるモータートルクを増大させる一方、変速終了後の上記クラッチの締結動作中に上記ディファレンシャルに供給されるモータートルクを減少させる工程とを備え、
   上記クラッチの解放動作中あるいは締結動作中において、上記モータートルクは、時間定数でフィルター処理された態様で上記デファレンシャルに供給され、
   上記クラッチによって伝達されるトルクが比較的小さい高い変速段に対する上記時間定数は、低い変速段の場合に比べて大きな値に設定されている、ハイブリッド電気自動車の制御方法。
2. 上記時間定数が、上記クラッチの締結又は解放により異なる、請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御方法。
3. 上記時間定数が、上記クラッチが完全締結状態からタッチポイント状態まで解放する時期と、上記タッチポイント状態から完全解放状態まで解放する時期とで異なる、請求項１または２に記載のハイブリッド電気自動車の制御方法。
4. 上記時間定数が、上記クラッチが、完全解放状態からタッチポイント状態まで締結する時期と、上記タッチポイント状態から完全解放状態まで解放する時期とで異なる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド電気自動車の制御方法。
5. 上記時間定数が、上記ドライブ・アクスルの回転の振動変化に基き変更される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のハイブリッド電気自動車の制御方法。
6. 上記デファレンシャルに対して、
   クラッチ完全締結状態からタッチポイント解放状態まで上記トルクが第１時間定数の下で加えられ、
   上記クラッチのタッチポイント解放状態から上記クラッチが完全に解放されるまで第２時間定数の下で上記トルクが加えられ、
   上記クラッチの完全解放状態からタッチポイント締結状態まで第３時間定数の下で上記トルクが加えられ、
   上記クラッチのタッチポイント締結状態から第４時間定数の下で上記トルクが加えられ、
   高速段における上記第２時間定数が、低速段の場合に比べて大きな値に設定されている、請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御方法。
7. 上記デファレンシャルに対して、
   クラッチ完全締結状態からタッチポイント解放状態まで上記トルクが第１時間定数の下で加えられ、
   上記クラッチのタッチポイント解放状態から上記クラッチが完全に解放されるまで第２時間定数の下で上記トルクが加えられ、
   上記クラッチの完全解放状態からタッチポイント締結状態まで第３時間定数の下で上記トルクが加えられ、
   上記クラッチのタッチポイント締結状態から第４時間定数の下で上記トルクが加えられ、
   第２変速段から第３変速段への変更における上記第２時間定数が、第１変速段から第２変速段への変更の場合に比べて大きな値に設定されている、請求項１に記載のハイブリッド電気自動車の制御方法。

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