JP5001566B2

JP5001566B2 - 電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP5001566B2
Application number: JP2006080741A
Authority: JP
Inventors: 誠緒方
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: DE102007012045B4; JP2007255566A; DE102007012045A1; CN100520124C; CN101042190A; US20070225113A1; US7617896B2

Description

本発明は電気自動車の制御装置に関し、特に切換機構によりニュートラル状態から発進用変速段選択状態に切り換え可能な変速機を介し、電動機の駆動力を車両の駆動輪に伝達可能な電気自動車の制御装置に関する。

電動機の駆動力を車両の駆動輪に伝達するようにした電気自動車が知られている。近年ではより実用性を向上するため、更にエンジンを電動機と組み合わせて車両に搭載し、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とをそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能としたハイブリッド電気自動車が開発され実用化されている。
このようなハイブリッド電気自動車を含む電気自動車においては、スムーズな発進や車両の運転性能向上のため、変速機を介して電動機の駆動力が駆動輪に伝達されるようになっている。

変速機として自動変速機を使用する場合、特にトラックなどの車両においては高負荷に耐えることができるようにするため、シンクロ機構で同期を行いながら変速段の切り換えを行う、いわゆる手動式変速機と同様の変速歯車機構に電気式や油圧式のアクチュエータを組み合わせたタイプの自動変速機が用いられる。
このような自動変速機を適用した電気自動車が特許文献１に示されている。特許文献１の電気自動車においては、車両の発進時にニュートラル状態から発進用変速段への切り換えが行われたときに、発進用変速段の変速ギヤ用に設けられたシンクロ機構のシンクロスリーブのスプラインギヤと上記変速ギヤのクラッチギヤとが結合することにより、発進用変速段への切り換えが行われる。

ところが、車両発進時には車両が停止状態にあって、電動機が連結された変速機の入力側回転軸と、駆動輪に連結された変速機の出力側回転軸とが共に停止状態にあるため、電動機の回転軸の停止位置によってはスプラインギヤのスプラインとクラッチギヤのドグ歯とが突き当たってしまうことがある。変速機の回転軸には電動機のロータが連結されているこため、このような場合にはスプラインがドグ歯を押しのけて入り込むことができず、発進用変速段に切り換えることができない。

特許文献１の電気自動車では、このような問題を解決するため、運転者が発進用変速段を選択する操作をしたにもかかわらず、ニュートラル状態から発進用変速段選択状態に切り換わらない場合には、電動機を瞬間的に駆動するようにして、スプラインギヤのスプラインとクラッチギヤのドグ歯との突き当たりを解除するようにしている。
特開平６−２４５３２９号公報

しかしながら、特許文献１の電気自動車では、電動機を回転の順方向のみに瞬間的に駆動するようにしているため、駆動の後しばらくの間は電動機が回転を継続し、この間はスプラインギヤのスプラインがクラッチギヤのドグ歯に対して相対回転するため、依然としてスプラインがクラッチギヤ内に嵌入しにくい状況となる。
また、特許文献１の電気自動車では、運転者がクラッチを遮断した後、再び接続した場合にのみ電動機を駆動するようにしているので、運転者がクラッチを遮断したままにしている場合や、運転者がクラッチを操作する必要のない電気自動車の場合にはニュートラル状態から発進用変速段選択状態に切り換わらないという問題を解決することができない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ニュートラル状態から発進用変速段選択状態への切り換えを、より一層確実かつ迅速に行うことが可能な電気自動車の制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の電気自動車の制御装置は、切換機構によりニュートラル状態から発進用変速段に切り換え可能な変速機を介し、電動機の駆動力を車両の駆動輪に伝達可能な電気自動車の制御装置において、上記変速機の変速段を検出する変速段検出手段と、上記ニュートラル状態から上記発進用変速段への切り換え要求があったときに、上記切換機構を制御して上記ニュートラル状態から上記発進用変速段への切り換えを行い、上記変速段検出手段の検出結果に基づき、所定の第１規定時間内に上記発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、上記電動機を制御して上記電動機の順回転方向と逆回転方向とに交互に所定の微小トルクを発生させ、該微小トルクを上記変速機の入力軸に伝達させることにより上記発進用変速段の変速ギヤを回転方向に振動させる位置ずらし制御を行う制御手段とを備え、上記制御手段は、上記位置ずらし制御を開始してから所定の第２規定時間内に上記発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、発進用変速段とは異なる変速段に一旦切り換えた後に、再び上記発進用変速段への切り換えを行うよう上記切換機構を制御することを特徴とする（請求項１）。

このように構成された電気自動車の制御装置によれば、ニュートラル状態から発進用変速段への切り換え要求があったときに、制御手段が切換機構を制御してニュートラル状態から発進用変速段への切り換えが行われる。そして、変速機の変速段を検出する変速段検出手段の検出結果に基づき、所定の第１規定時間内に発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、電動機の順回転方向と逆回転方向とに交互に所定の微小トルクを発生するよう制御手段が電動機を制御し、この微小トルクを変速機の入力軸に伝達させることにより発進用変速段の変速ギヤを回転方向に振動させる位置ずらし制御を行う。

そして、このような電気自動車の制御装置において、上記位置ずらし制御を開始してから所定の第２規定時間内に発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、発進用変速段とは異なる変速段に一旦切り換えた後に、再び発進用変速段への切り換えを行うよう制御手段によって切換機構が制御される。

また具体的には、上記電気自動車の制御装置において、上記切換機構は、非対称のチャンファ面を有するシンクロ機構を備えることを特徴とする（請求項２）。
更に具体的には、上記電気自動車の制御装置において、上記電動機は、永久磁石式電動機であることを特徴とする（請求項３）。

本発明の電気自動車の制御装置によれば、ニュートラル状態から発進用変速段への切り換え要求があったときに、第１規定時間内に発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、電動機の順回転方向と逆回転方向とに交互に所定の微小トルクを発生させ、この微小トルクを変速機の入力軸に伝達させることにより発進用変速段の変速ギヤを回転方向に振動させるようにしたので、シンクロ機構のスプラインギヤのスプラインとクラッチギヤのドグ歯とが突き当たるなどして発進変速段への切り換えができないときに、発進変速段への切り換えが可能な状態にシンクロ機構と発進用変速段の変速ギヤとの相対位置をずらして、速やかに発進変速段への切換を完了することが可能となる。

特に、位置ずらし制御では電動機を回転させるのではなく、上述のようにして電動機の回転軸を回転方向に振動させることにより発進用変速段の変速ギヤを回転方向に振動させるようにしたので、電動機の回転が生じた状態で発進用変速段への切り換えが行われるようなことがなくなり、迅速且つスムーズに発進用変速段への切り換えを行うことが可能となる。

また、このような位置ずらし制御を開始してから所定の第２規定時間内に発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、発進用変速段とは異なる変速段に一旦切り換えることにより、シンクロ機構と発進用変速段との相対位置がずれるので、再び発進用変速段への切り換えを行ったときに発進用変速段への切り換えを完了することが可能となる。

更に、請求項２の電気自動車の制御装置のように、切換機構が非対称のチャンファ面を有するシンクロ機構を備えた場合には、電動機の停止位置によってスプラインギヤのスプラインとクラッチギヤのドグ歯とが突き当たる可能性が高くなり、電動機が逆方向に回転しているような場合にはクラッチギヤ内にスプラインが嵌入しにくくなるが、位置ずらし制御を行うことによってドグ歯内にスプラインが嵌入しやすくなるため本発明は特に有効である。

また、請求項３の電気自動車の制御装置のように電動機が永久磁石式である場合には、永久磁石によって電動機の停止位置が規制され、停止した電動機の回転軸が外力によって動かしにくくなるため、スプラインギヤのスプラインがクラッチギヤのドグ歯を押しのけてドグ歯内に嵌入しにくくなるが、位置ずらし制御を行うことによってドグ歯内にスプラインが嵌入しやすくなるため、このような永久磁石式電動機を用いた電気自動車においても本発明は特に有効である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態であるハイブリッド電気自動車１の制御装置の要部構成図である。ディーゼルエンジン（以下エンジンという）２の出力軸であるクランク軸にはクラッチ４の入力軸が連結されており、クラッチ４の出力軸は永久磁石式同期電動機（以下電動機という）６の回転軸を介して自動変速機（以下変速機という）８の入力軸が連結されている。また、変速機８の出力軸はプロペラシャフト１０、差動装置１２及び駆動軸１４を介して左右の駆動輪１６に接続されている。

従って、クラッチ４が接続されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸とが連結されると共に変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となり、クラッチ４が切断されているときには、エンジン２の出力軸と電動機６の回転軸との連結が解除され、電動機６の回転軸のみが変速機８を介して駆動輪１６と機械的に接続可能となる。
電動機６は、バッテリ１８に蓄えられた直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて供給されることによりモータとして作動し、その駆動トルクが変速機８によって適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。また、車両減速時には、電動機６が発電機として作動し、駆動輪１６の回転による運動エネルギが変速機８を介し電動機６に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動トルクを発生する。そして、この交流電力はインバータ２０によって直流電力に変換された後、バッテリ１８に充電され、駆動輪１６の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。

一方、エンジン２の駆動トルクは、クラッチ４が接続されているときに電動機６の回転軸を経由して変速機８に伝達され、適切な速度に変速された後に駆動輪１６に伝達されるようになっている。従って、エンジン２の駆動トルクが駆動輪１６に伝達されているときに電動機６がモータとして作動する場合には、エンジン２の駆動トルクと電動機６の駆動トルクとがそれぞれ変速機８を介して駆動輪１６に伝達されることになる。即ち、車両の駆動のために駆動輪１６に伝達されるべき駆動トルクの一部がエンジン２から供給されると共に、残部が電動機６から供給される。

また、バッテリ１８の充電率（以下ＳＯＣという）が低下してバッテリ１８を充電する必要があるときには、電動機６が発電機として作動すると共に、エンジン２の駆動力の一部を用いて電動機６を駆動することにより発電が行われ、発電された交流電力をインバータ２０によって直流電力に変換した後にバッテリ１８に充電するようにしている。
車両ＥＣＵ２２（制御手段）は、車速センサ３４によって検出された車両の走行速度などの車両の運転状態、エンジン２の運転状態、回転数センサ３６によって検出された電動機６の回転数、及びエンジンＥＣＵ２４、インバータＥＣＵ２６並びにバッテリＥＣＵ２８からの情報などに応じて、クラッチ４の接続・切断制御及び変速機８の変速段切換制御を行うと共に、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン２や電動機６を適切に運転するための統合制御を行う。

エンジンＥＣＵ２４は、車両ＥＣＵ２２からの情報に基づきエンジン２の始動・停止のための制御を行うほか、エンジン２のアイドル運転制御や排ガス浄化装置（図示せず）の再生制御など、エンジン２自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ＥＣＵ２２によって設定されたエンジン２に必要とされるトルクをエンジン２が発生するよう、エンジン２の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。

一方、インバータＥＣＵ２６は、電動機６やインバータ２０の温度などの状態を監視して車両ＥＣＵ２２にその情報を送るほか、車両ＥＣＵ２２によって設定された電動機６が発生すべきトルクに基づきインバータ２０を制御することにより、電動機６をモータ作動または発電機作動させて運転制御する。
また、バッテリＥＣＵ２８は、バッテリ１８の温度や、バッテリ１８の電圧、インバータ２０とバッテリ１８との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１８のＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ２２に送っている。

そして車両ＥＣＵ２２は、これらエンジンＥＣＵ２４、インバータＥＣＵ２６及びバッテリＥＣＵ２８との間で相互に情報をやりとりしながら、エンジン２及び電動機６を適切に制御するようエンジンＥＣＵ２４及びインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、クラッチ４及び変速機８を適宜制御する。
車両ＥＣＵ２２はこのような制御を行う際、アクセルペダル３０の踏込量を検出するアクセル開度センサ３２や、車速センサ３４及び回転数センサ３６の検出結果に基づき、車両の走行に必要な要求トルクを演算する。そして、各ＥＣＵからの情報に基づき、そのときの車両の運転状態やエンジン２及び電動機６の運転状態に応じて、この要求トルクをエンジン２及び電動機６に配分し、エンジンＥＣＵ２４やインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、必要に応じて変速機８やクラッチ４を制御する。

このとき、電動機６のみにトルクを配分してエンジン２にはトルクを配分しない場合には、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を切断すると共に、インバータＥＣＵ２６に対して電動機６の出力トルクを要求トルクとするように指示する。
エンジンＥＣＵ２４はエンジン２をアイドル運転する一方、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が指示したトルクに応じてインバータ２０を制御し、バッテリ１８の直流電力がインバータ２０によって交流電力に変換されて電動機６に供給される。電動機６は交流電力が供給されることによってモータ作動して要求トルクを出力し、電動機６の出力トルクは変速機８を介して駆動輪１６に伝達される。

また、エンジン２及び電動機６の両方にトルクを配分する場合には、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を接続し、エンジンＥＣＵ２４に対してエンジン２に配分された出力トルクを指示すると共に、インバータＥＣＵ２６に対して電動機６に配分された出力トルクを指示する。
エンジンＥＣＵ２４は車両ＥＣＵ２２が指示したトルクをエンジン２が出力するようエンジン２を制御すると共に、インバータＥＣＵ２６は、車両ＥＣＵ２２が指示したトルクに応じてインバータ２０を制御することにより、エンジン２の出力トルクと電動機６のトルクとの合計が要求トルクとなり、変速機８を介して駆動輪１６に伝達される。

一方、エンジン２のみにトルクを配分して電動機６にはトルクを配分しない場合は、車両ＥＣＵ２２がクラッチ４を接続状態とし、エンジンＥＣＵ２４に対してエンジン２の出力トルクを要求トルクとするよう指示すると共に、インバータＥＣＵ２６に対して電動機６の出力トルクを零とするように指示する。
エンジンＥＣＵ２４は車両ＥＣＵ２２が指示した要求トルクをエンジン２が出力するようエンジン２を制御すると共に、インバータＥＣＵ２６は、電動機６がモータ及び発電機のいずれとしても動作しないようインバータ２０を制御することにより、エンジン２から出力された要求トルクが変速機８を介して駆動輪１６に伝達される。

図２には変速機８の概略構成図を示しており、変速機８は電動機６の回転軸に連結された入力軸３８と、カウンタ軸４０と、プロペラシャフト１０に連結された出力軸４２とを備えている。
入力軸３８とカウンタ軸４０との間には、入力軸３８からカウンタ軸４０に回転を伝達する１対の入力ギヤ４４が設けられ、カウンタ軸４０と出力軸４２との間には、変速段毎のギヤ比で常時噛み合う複数対の変速ギヤ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄが配設されている。これら変速ギヤ４６ａ乃至４６ｄの出力軸４２側の各歯車は出力軸４２に対して相対回転可能となっており、カウンタ軸４０側の各歯車はカウンタ軸４０に対して固定されている。また、変速ギヤ４６ａは１速、変速ギヤ４６ｂは２速、変速ギヤ４６ｃは３速、変速ギヤ４６ｄは４速にそれぞれ対応しており、通常の発進時は２速が発進用変速段として選択されるようになっている。

出力軸４２側には出力軸４２と各変速ギヤとの間の回転速度を同期させるためのシンクロ機構４８ａ及び４８ｂが設けられており、変速ギヤ４６ａ及び４６ｂに対してはシンクロ機構４８ａが用いられ、変速ギヤ４６ｃ及び４６ｄに対してはシンクロ機構４８ｂが用いられる。なお、シンクロ機構４８ａ及び４８ｂ自体は公知の構成であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

また、変速機８には車両ＥＣＵ２２からの制御信号に応じてこれらシンクロ機構４８ａ或いは４８ｂを作動させて変速段の切り換えを行う変速アクチュエータ５０が設けられている。従って、シンクロ機構４８ａ及び４８ｂ並びに変速アクチュエータ５０が本発明の切換機構を構成する。
更に、変速機８には、変速機８がニュートラル状態にあることを含め、変速機８で現在どの変速段が使用されているかを検出して車両ＥＣＵ２２に出力する変速位置センサ（変速段検出手段）５２が設けられている。

このように構成されたハイブリッド電気自動車１において、車両を発進させて走行する際には、車両ＥＣＵ２２を中心として以下のような制御が行われる。
まず、車両が停車状態にあってエンジン２が停止しており、変速機８の変速段を操作するためのチェンジレバー５４がニュートラル位置にあるときに、運転者がスタータスイッチ（図示せず）によってエンジン２の始動操作を行うと、車両ＥＣＵ２２は変速位置センサ５２の検出出力に基づき変速機８がニュートラル位置となって電動機６と駆動輪１６との機械的な接続が遮断されていることを確認すると共に、図示しないクラッチ位置センサの検出出力に基づきクラッチ４が接続されていることを確認した後、インバータＥＣＵ２６に対してエンジン２の始動に必要な電動機６の出力トルクを指示すると共に、エンジンＥＣＵ２４にエンジン２を運転するよう指示する。

インバータＥＣＵ２６は車両ＥＣＵ２２からの指示に基づき、電動機６をモータ作動させてトルクを発生させ、エンジン２をクランキングし、エンジンＥＣＵ２４がエンジン２への燃料の供給を開始することによりエンジン２が始動してアイドル運転を行う。
このようにしてエンジン２を始動した後、運転者がチェンジレバー５４をドライブ位置などの走行位置に操作すると、車両ＥＣＵ２２は変速機８を制御してニュートラル状態から発進用変速段に切り換える発進用変速段切換制御を行う。

この発進用変速段切換制御は、図３のフローチャートに従って行われ、運転者がチェンジレバー５４をドライブ位置などの走行位置に操作したときに制御が開始される。
制御が開始されると、まずステップＳ１でクラッチ４を切断する。クラッチ４は電動機６によるエンジン２の始動の際に接続状態にあり、エンジン２のアイドル運転に伴って電動機６もエンジン２と共に回転している。変速機８をニュートラル状態から発進用変速段に切り換える際には、シンクロ機構４８ａの負荷を軽減するため、変速機８の入力軸３８及びカウンタ軸４０の回転を止めるようにしており、ここではそのためにクラッチ４を切断する。

クラッチ４の切断によりエンジン２から電動機６への駆動力の伝達は遮断されるが、電動機６は慣性により回転を継続するため、次のステップＳ２では電動機６に回生制動力を発生させることにより電動機６を強制的に停止させるようインバータＥＣＵ２６に指示する。インバータＥＣＵ２６は、この指示を受けて電動機６に回生制動力を発生させ、電動機６の回転軸を強制停止させる。この結果、変速機８の入力軸３８及び出力軸４２が共に停止状態となり、後に行われるシンクロ機構４８ａによる発進変速段への切り換えを容易にしている。

次のステップＳ３では、車両ＥＣＵ２２が現在ニュートラル状態にある変速機８の変速アクチュエータ５０に対し、発進用変速段である２速の変速段に切り換えるよう制御信号を送る。
図４に示すように、シンクロ機構４８ａのスプラインギヤ５６には鋭角のチャンファ面５６ｂと鈍角のチャンファ面５６ｃとが形成されたスプライン５６ａが設けられており、変速ギヤ４６ｂ側のクラッチギヤ５８には、鋭角のチャンファ面５８ｂと鈍角のチャンファ面５８ｃとが形成されたドグ歯５８ａが設けられている。

このような非対称のチャンファ面を有することにより、スプラインギヤ５６がクラッチギヤ５８より速く回転する場合、即ちスプラインギヤ５６がクラッチギヤ５８に対して相対的に図４の下方に回転する場合にスプライン５６ａがドグ歯５８ａ間に嵌入しやすくなるようにしている。
変速アクチュエータ５０は、車両ＥＣＵ２２からの制御信号を受けて、このシンクロ機構４８ａを作動させ、スプラインギヤ５６のスプライン５６ａをクラッチギヤ５８のドグ歯５８ｂの間に嵌入するため、スプライン５６ａを図４中の矢印の方向、即ち変速ギヤ４６ｂ側に移動する。

ステップＳ４では、変速位置センサ５２の検出結果から、ステップＳ３の処理によって変速機８の変速段がニュートラル状態から発進用変速段の２速に切り換わったか否かを判定しており、第１規定時間ｔ１（例えば数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ）以内に２速への切り換えが完了した場合には、これで今回の発進用変速段切換制御を終了する。
一方、第１規定時間ｔ１が経過してもニュートラル状態から発進用変速段の２速への切り換えが完了しない場合には、ステップＳ５に進んで位置ずらし制御を行う。

即ち、車両ＥＣＵ２２はステップＳ４の判定結果を受け、電動機６が図５に示すように回転の順方向と逆方向とに交互に所定の微小トルク（例えば１０分の数Ｎ・ｍ）を所定周期（例えば１００ｍｓ〜２００ｍｓ）で発生するようインバータＥＣＵ２６に指示する。
この指示を受け、インバータＥＣＵ２６が電動機６を制御することにより、電動機６から回転の順方向と逆方向とに交互に所定の微小トルクが所定周期で出力される。

こうして電動機６から出力された微小トルクは、電動機６の回転軸に連結された変速機８の入力軸３８に伝達され、入力軸３８が回転方向に所定周期で振動する。この振動はカウンタ軸４０を介して変速ギヤ４６ｂにも伝達され、出力軸４２側の変速ギヤ４６ｂの歯車が振動することによって、スプラインギヤ５６のスプライン５６ａとクラッチギヤ５８のドグ歯５８ａとの相対位置が変化するため、スプライン５６ａとドグ歯５８ａとが突き当たった状態が解除されてクラッチギヤ５８内にスプライン５６ａが嵌入し、発進用変速段への切り換えが完了する。

なお、位置ずらし制御で電動機６に発生させる微小トルクの大きさ及び周期は、運転者が不快に感じることのない程度に設定されている。
ステップＳ６では、変速位置センサ５２の検出結果から、ステップＳ５の位置ずらし制御によって変速機８の変速段がニュートラル状態から発進用変速段の２速に切り換わったか否かを判定しており、第２規定時間ｔ２（例えば２秒）以内に２速への切り換えが完了した場合には、ステップＳ７に進んで位置ずらし制御を終了した後、今回の発進用変速段切換制御を終了する。

一方、位置ずらし制御によってもスプライン５６ａとドグ歯５８ａとが突き当たった状態が解除されず、第２規定時間ｔ２が経過してもニュートラル状態から発進用変速段の２速への切り換えが完了しない場合にはステップＳ８に進み、位置ずらし制御に代えてリトライ制御を行う。
即ち、このリトライ制御では、車両ＥＣＵ２２がステップＳ６の判定結果を受け、発進用変速段である２速への変速段の切り換えを一旦中止し、発進用変速段以外の変速段として例えば３速の変速段への切り換えを行う。

スプラインギヤ５６とクラッチギヤ５８との相対位置関係は各変速段で必ずしも同一とはならないため、発進用変速段への切り換えが行えないような場合であっても、発進用変速段以外の変速段への切り換えを行うことができる。そして、このように発進用変速段以外の変速段に一旦切り換えた場合には、発進用変速段以外の変速段においてスプラインギヤ５６のスプライン５６ａがクラッチギヤ５８のドグ歯５８ａを押しのけて嵌入することによりカウンタ軸４０がわずかに回転し、発進用変速段におけるスプラインギヤ５６とクラッチギヤ５８との相対位置関係も変化する。その結果、発進用変速段においてもスプラインギヤ５６のスプライン５６ａをクラッチギヤ５８に嵌入させることが可能となる。

ステップＳ９では、変速位置センサ５２の検出結果から、ステップＳ８のリトライ制御によって変速機８の変速段がニュートラル状態から発進用変速段の２速に切り換わったか否かを判定しており、第２規定時間ｔ２以内に２速への切り換えが完了した場合には、これで今回の発進用変速段切換制御を終了する。
一方、第２規定時間ｔ２が経過してもニュートラル状態から発進用変速段の２速への切り換えが完了しない場合には、シンクロ機構４８ａや変速アクチュエータ５０などの故障により発進用変速段への切り換えを行うことができない可能性があるため、ステップＳ１０に進んで図示しないインストルメントパネル上に配設された警告灯６０を点灯させ、ニュートラル状態から発進用変速段への切り換えを行うことができない旨を警報表示する。

このようにして発進用変速段切換制御を行うことにより、第１規定時間内にニュートラル状態から発進用変速段である２速への切り換えが完了されない場合には、電動機６の順回転方向と逆回転方向とに交互に微小トルクを発生させ、この微小トルクを変速機８の入力軸３８に伝達させることにより発進用変速段の変速ギヤ４６ｂを回転方向に振動させるようにしたので、シンクロ機構４８ａのスプラインギヤ５６のスプライン５６ａとクラッチギヤ５８のドグ歯５８ａとが突き当たるなどして発進変速段への切り換えができないときに、発進変速段への切り換えが可能な状態にシンクロ機構４８ａ側のスプラインギヤ５６と変速ギヤ４６ｂ側のクラッチギヤ５８との相対位置をずらして、速やかに発進変速段への切換を完了することが可能となる。

特に、位置ずらし制御では電動機６を回転させるのではなく、上述のようにして電動機６の回転軸を回転方向に振動させるようにしたので、電動機６の回転が生じた状態で発進用変速段への切り換えが行われるようなことがなくなり、迅速且つスムーズに発進用変速段への切り換えを行うことが可能となる。
また、上述のような位置ずらし制御を行っても、所定の第２規定時間内に発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、発進用変速段とは異なる変速段に一旦切り換えることにより、シンクロ機構４８ａ側のスプラインギヤ５６と発進用変速段の変速ギヤ４６ｂ側のクラッチギヤ５８との相対位置がずれるので、再び発進用変速段への切り換えを行ったときに発進用変速段への切り換えを完了することが可能となる。

更に本実施形態では、スプラインギヤ５６のスプライン５６ａとクラッチギヤ５８のドグ歯５８ａとが、図４に示すようにそれぞれ非対称のチャンファ面を有することにより、スプラインギヤ５６がクラッチギヤ５８に対して相対的に図４の上方に回転する場合にスプライン５６ａがドグ歯５８ａ間に嵌入しやすくなるようにしている。
このようなスプライン５６ａとドグ歯５８ａとを備えた場合には、鈍角のチャンファ面５６ｃ及び５８ｃが対向する状態で電動機６が停止している場合、スプライン５６ａとドグ歯５８ａとが突き当たってスプライン５６ａがドグ歯５８ａ間に嵌入しなくなる可能性が高くなる。また、電動機６が発進用変速段切換制御のステップＳ２における強制停止の際に完全に停止せず、逆方向に回転しているような場合には、ドグ歯５８ａ間にスプライン５６ａが嵌入しにくくなる。

しかしながら、このような場合においても上述したように位置ずらし制御を行うことによってドグ歯５８ａ間にスプライン５６ａが嵌入しやすくなるため本発明は特に有効である。
また、本実施形態では電動機６が永久磁石式同期電動機であり、永久磁石によって電動機６の回転軸の停止位置が規制され、停止した電動機６の回転軸が外力によって動かしにくくなるため、スプラインギヤ５６のスプライン５６ａがクラッチギヤ５８のドグ歯５８ａを押しのけてドグ歯５８ａ間に嵌入しにくくなる。

しかしながら、このような電動機６を使用した場合であっても、上述したように位置ずらし制御を行うことによってドグ歯５８ａ間にスプライン５６ａが嵌入しやすくなるため本発明は特に有効である。
このようにして発進用変速段切換制御により発進用変速段である２速への切り換えが完了し、運転者がアクセルペダル３０を踏み込むと、車両ＥＣＵ２２はアクセル開度センサ３２によって検出されたアクセルペダル３０の踏込量に応じ、車両を発進させ走行させるために変速機８に伝達すべき要求トルクを設定する。そして、前述したように、各ＥＣＵからの情報に基づき、そのときの車両の運転状態やエンジン２及び電動機６の運転状態に応じて、この要求トルクをエンジン２及び電動機６に配分し、エンジンＥＣＵ２４やインバータＥＣＵ２６に指示すると共に、必要に応じて変速機８やクラッチ４を制御する。

以上で本発明の一実施形態に係る電気自動車の制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、ハイブリッド電気自動車に本発明を適用したが、電動機のみを駆動源とする電気自動車であっても同様の発進用変速段切換制御を適用して、同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態における位置ずらし制御で示した微小トルクの大きさ及び周期は一例であってこれに限られるものではなく、車両や電動機６或いは変速機８などの仕様に応じて適宜変更可能である。
更に、上記実施形態では、発進用変速段として前進の２速に切り換える場合について発進用変速段切換制御を行ったが、運転者がシフトレバー５４を後退位置に操作した場合にも、後退用変速段を発進用変速段として同様の発進用変速段切換制御を行うことが可能である。

また、上記実施形態では、発進用変速段切換制御の中のリトライ制御において、発進用変速段である２速以外の変速段として３速に切り換えるようにしたが、発進用変速段以外の変速段はこれに限られるものではなく、発進用変速段以外の変速段であれば良い。
更に、上記実施形態では、スプラインギヤ５６のスプライン５６ａ及びクラッチギヤ５８のドグ歯５８ａが非対称のチャンファ面を有するものであったが、対称のチャンファ面を有するものであっても良い。

また、上記実施形態における発進用変速段切換制御で示した第１規定時間及び第２規定時間は一例であってこれに限られるものではなく、適宜変更が可能であって、第１規定時間と第２規定時間とを同じ時間としても良いし、位置ずらし制御の後のステップＳ６における第２規定時間と、リトライ制御の後のステップＳ９における第２規定時間とを異なる時間としても良い。

更に、上記実施形態において、電動機６を永久磁石式同期電動機としたが電動機の形式はこれに限られるものではない。
また、上記実施形態では、変速機８を１乃至４速の４段の変速段を有する変速機とすると共に発進用変速段を２速としたが、変速段の数並びに発進用変速段はこれに限られるものではなく、適宜変更が可能である。

更に、上記実施形態では、変速機８において変速ギヤ４６ａ乃至４６ｄの出力軸４２側の各歯車を出力軸４２に対して相対回転可能とし、カウンタ軸４０側の各歯車はカウンタ軸４０に対して固定するようにしたが、相対回転可能な歯車及び固定の歯車の配置はこれに限られるものではなく、変速機８の仕様に応じて適宜変更したものであっても同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る電気自動車の制御装置の全体構成図である。図１の電気自動車に使用される変速機の概略構成図である。図１の制御装置で実行される発進用変速段切換制御のフローチャートである。図２の変速機におけるスプラインギヤのスプラインとクラッチギヤのドグ歯を示す図である。図３の発進用変速段切換制御における位置ずらし制御で電動機が発生するトルクを示す図である。

符号の説明

１ハイブリッド電気自動車（電気自動車）
６電動機
８自動変速機
１６駆動輪
２２車両ＥＣＵ（制御手段）
４８ａ，４８ｂシンクロ機構（切換機構）
５０変速アクチュエータ（切換機構）
５２変速位置センサ（変速段検出手段）
５６ｂ鋭角のチャンファ面
５６ｃ鈍角のチャンファ面
５８ｂ鋭角のチャンファ面
５８ｃ鈍角のチャンファ面

Claims

切換機構によりニュートラル状態から発進用変速段に切り換え可能な変速機を介し、電動機の駆動力を車両の駆動輪に伝達可能な電気自動車の制御装置において、
上記変速機の変速段を検出する変速段検出手段と、
上記ニュートラル状態から上記発進用変速段への切り換え要求があったときに、上記切換機構を制御して上記ニュートラル状態から上記発進用変速段への切り換えを行い、上記変速段検出手段の検出結果に基づき、所定の第１規定時間内に上記発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、上記電動機を制御して上記電動機の順回転方向と逆回転方向とに交互に所定の微小トルクを発生させ、該微小トルクを上記変速機の入力軸に伝達させることにより上記発進用変速段の変速ギヤを回転方向に振動させる位置ずらし制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記位置ずらし制御を開始してから所定の第２規定時間内に上記発進用変速段への切り換えが完了されない場合には、発進用変速段とは異なる変速段に一旦切り換えた後に、再び上記発進用変速段への切り換えを行うよう上記切換機構を制御することを特徴とする電気自動車の制御装置。
上記切換機構は、非対称のチャンファ面を有するシンクロ機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
上記電動機は、永久磁石式電動機であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車の制御装置。