DE102018114626A1

DE102018114626A1 - Hilfsantriebsgerät

Info

Publication number: DE102018114626A1
Application number: DE102018114626.4A
Authority: DE
Inventors: Ryohei Shigeta; Hiroshi Sumasu
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2018-12-27
Also published as: JP2019006173A; US20180370356A1; CN109094365B; CN109094365A; US10518639B2

Abstract

Ein Hilfsantriebsgerät 2 hat: eine Antriebseinheit 20, die einen Elektromotor 3 aufweist; eine kämmende Kupplung 5, die ein erstes kämmendes Element 51 und ein zweites kämmendes Element 52 aufweist; ein Stellgerät 6, dass das zweite kämmende Element 52 bewegt; und eine Steuereinheit 10, die den Elektromotor 3 und das Stellgerät 6 steuert. Das Stellgerät 6 bewegt das zweite kämmende Element 52 zwischen einer getrennten Position, in der das zweite kämmende Element 52 nicht mit dem ersten kämmenden Element 51 in Kämmeingriff ist, einer Anlageposition, in der erste kämmende Zähne 514 und zweite kämmende Zähne 524 möglicherweise gegeneinander in Anlage sind, und einer kämmenden Position, in der die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander in Kämmeingriff sind. Die Steuereinheit 10 sorgt dafür, dass ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom, wenn das zweite kämmende Element 52 zwischen der Anlageposition und der kämmenden Position angeordnet ist, kleiner als ein Strom ist, der erforderlich ist, um die Drehzahl des Elektromotors 3 beizubehalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hilfsantriebsgerät für ein Fahrzeug.
Beschreibung des Stands der Technik
In einigen Fahrzeugen mit Vierradantrieb gemäß dem Stand der Technik werden Hauptantriebsräder durch eine Antriebskraft einer Maschine angetrieben, deren Drehzahl durch eine Übertragung variiert wird, und Hilfsantriebsräder werden durch ein Hilfsantriebsgerät angetrieben, das einen Elektromotor aufweist. Sh. z.B. japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 2003-80962 ( JP 2003-80962 A ).
In derartigen Fahrzeugen mit Vierradantrieb ist eine Kupplung in einem Antriebskraftübertragungspfad für einen Elektromotor in dem Hilfsantriebsgerät bereitgestellt, und ein Vierradantriebszustand, in dem sowohl die Hauptantriebsräder wie auch die Hilfsantriebsräder mit der Kupplung eingerückt angetrieben sind, ist hergestellt, wenn eine große Antriebskraft erforderlich ist, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit sich in dem niedrigen bis mittleren Geschwindigkeitsbereich befindet. In dem Fall, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit sich in dem hohen Geschwindigkeitsbereich befindet, oder aber eine große Antriebskraft sogar dann nicht erforderlich ist, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit sich in dem niedrigen bis mittleren Geschwindigkeitsbereich befindet, ist andererseits ein Zweiradantriebszustand hergestellt, in dem der Elektromotor angehalten ist, und die Kupplung ausgerückt ist. Mit der auf diese Weise ausgerückten Kupplung werden ein Leistungsverlust, der verursacht wird, wenn der Elektromotor durch eine Drehkraft der Hilfsantriebsräder in dem Zweiradantriebszustand gedreht wird, eine Beschädigung des Elektromotors aufgrund einer Zentrifugalkraft, die erzeugt wird, wenn ein Rotor des Elektromotors mit einer hohen Drehzahl in dem oberen Geschwindigkeitsbereich gedreht wird, usw. unterdrückt.
In dem Leistungsübertragungsgerät für einen Elektromotor, das in der JP 2003-80962 A beschrieben ist, ist die Kupplung aus einer Mehrscheibenkupplung bestimmt, in der eine Mehrzahl Kupplungsscheiben in der axialen Richtung angeordnet sind, und die Mehrscheibenkupplung wird durch eine Nockenschubkraft eines Kugelnockenmechanismus gedrückt, der aufgrund eines Empfangs einer Drehkraft tätig ist, die von einer elektromagnetischen Kupplung übertragen wird.
In dem Fahrzeug mit Vierradantrieb, das konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben wurde, ist es z.B. notwendig, wenn die Hauptantriebsräder während des Fahrens in den Zweiradantrieb rutschen, dass das Hilfsantriebsgerät sofort betätigt werden sollte, um die Hilfsantriebsräder anzutreiben. In dem in der JP 2003-80962 A beschriebenen Gerät benötigt es jedoch einige Zeit, bevor die elektromagnetische Kupplung eingerückt ist, um den Kugelnockenmechanismus zu betätigen, und eine Reibungskraft zwischen den Kupplungsscheiben erzeugt wird, indem die Mehrscheibenkupplung durch die Nockenschubkraft gedrückt wird. Dies verlängert eine Betätigungsverzögerungszeit, nämlich von dem Zeitpunkt, zu dem das Umschalten in dem Vierradantriebszustand erforderlich ist, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Hilfsantriebsräder angetrieben werden.
Somit haben die Erfinder über das Bereitstellen einer kämmenden Kupplung nachgedacht, die eine Antriebskraft durch ein Kämmen zwischen kämmenden Zähnen in dem Antriebskraftübertragungspfad für den Elektromotor bereitstellt. So können bemerkenswerte Schwingungen oder ein Geräusch erzeugt werden, wenn die kämmenden Zähne miteinander in Kämmeingriff geraten, und ein Gefühl eines Unbehagens kann einem Fahrer oder einem Insassen vermittelt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der folgenden Erfindung, ein Hilfsantriebsgerät für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb bereitzustellen, das eine Antriebskraft eines Elektromotors zu Hilfsantriebsrädern über eine kämmende Kupplung überträgt, und Schwingungen und ein Geräusch zu der Zeit des Kämmens reduziert.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Hilfsantriebsgerät bereit, das Hilfsantriebsräder eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb mit Hauptantriebsrädern und den Hilfsantriebsrädern antreibt.
Das Hilfsantriebsgerät hat:

Eine Antriebseinheit, die einen Elektromotor aufweist, der eine Antriebskraft erzeugt, die zu einem zugeführten Strom passt;
eine kämmende Kupplung, die ein erstes kämmendes Element mit ersten kämmenden Zähnen und ein zweites kämmendes Element mit zweiten kämmenden Zähnen hat, und die eine Momentübertragung zwischen dem Elektromotor und den Hilfsantriebsrädern ermöglicht und blockiert;
ein Stellgerät, das verursacht, dass die ersten kämmenden Zähne und die zweiten kämmenden Zähne miteinander durch Bewegen des zweiten kämmenden Elements in einer axialen Richtung mit Bezug auf das erste kämmende Element in Kämmeingriff geraten; und
eine Steuereinheit, die den Elektromotor und das Stellgerät steuert.

Das Stellglied bewegt das zweite kämmende Element zwischen einer getrennten Position, in der der erste kämmende Zahn und der zweite kämmende Zahn Seite an Seite in der axialen Richtung mit einem vorbestimmten Abstand voneinander entfernt angeordnet sind, einer Anlageposition, in der distale Endabschnitte des ersten kämmenden Zahns und distale Endabschnitte des zweiten kämmenden Zahns möglicherweise gegeneinander in Anlage sind, und einer kämmenden Position, in der die ersten kämmenden Zähne und die zweiten kämmenden Zähne miteinander in Kämmeingriff sind. Die Steuereinheit macht einen zu dem Elektromotor zugeführten Strom, wenn das zweite Kämmelement zwischen der Anlageposition und der kämmenden Position angeordnet ist, kleiner als einen Strom, der erforderlich ist, um eine Drehzahl des Elektromotors beizubehalten, wenn die Steuereinheit das Stellgerät so steuert, dass es das zweite kämmende Element von der getrennten Position zu der Kämmposition über die Anlageposition bewegt.
Mit dem Hilfsantriebsgerät gemäß dem voranstehend beschriebenen Gesichtspunkt, ist es möglich, Schwingungen und ein Geräusch zu der Zeit des Kämmens zu reduzieren, während eine Antriebskraft eines Elektromotors über eine kämmende Kupplung zu Hilfsantriebsrädern übertragen wird.
Figurenliste
Die voranstehend beschriebenen und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der vorliegenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen deutlich werden, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und in denen:

1 eine schematische Ansicht ist, die ein Beispiel der Konfiguration eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb darstellt, an dem ein Hilfsantriebsgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist;
2 eine Schnittansicht ist, die ein Beispiel der Konfiguration eines Antriebskraftübertragungsgeräts darstellt;
3 eine teilweise vergrößerte Ansicht der 2 ist, die einen wesentlichen Abschnitt des Antriebskraftübertragungsgeräts darstellt;
4A bis 4C schematisch erste kämmende Zähne und zweite kämmende Zähne darstellen, die entlang der Umfangsrichtung einer kämmenden Kupplung bedacht werden;
5 ein Flussdiagramm, das ein bestimmtes Beispiel einer Verarbeitung darstellt, die durch eine Steuereinheit ausgeführt wird;
6A bis 6D jeweils ein Zeitdiagramm sind, die ein Beispiel einer Betätigung des Hilfsantriebsgeräts darstellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Konfiguration eines Fahrzeugs mit Vierradantrieb darstellt, an dem ein Hilfsantriebsgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist. Die 2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Konfiguration eines Antriebskraftübertragungsgeräts darstellt. Die 3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der 2, die einen wesentlichen Abschnitt des Antriebskraftübertragungsgeräts darstellt.
In einem Fahrzeug 1 mit Vierradantrieb werden rechte und linke Vorderräder 11R und 11L durch eine Maschine 12 angetrieben, die als eine Hauptantriebsquelle dient, und rechte und linke Hinterräder 16R und 16L werden durch ein Hilfsantriebsgerät 2 angetrieben, das einen Elektromotor 3 aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform dienen die rechten und linken Vorderräder 11R und 11L als Hauptantriebsräder, und die rechten und linken Hinterräder 16R und 16L dienen als Hilfsantriebsräder. In der folgenden Beschreibung bezeichnen die Begriffe „rechts“ und „links“ die „rechten“ bzw. „linken“ Seiten des Fahrzeugs 1 mit Vierradantrieb in der Richtung des Fahrzeugs der Breite nach.
Die Antriebskraft der Maschine 12 wird in ihrer Drehzahl durch eine Übertragung 13 variiert, und zu einem Differentialgehäuse 141 eines vorderen Differentials 14 übertragen. Das vordere Differential 14 weist auf: das Differentialgehäuse 141; eine Ritzelwelle 142, deren beide Endabschnitte durch das Differentialgehäuse 141 gelagert sind; ein Paar Ritzel 143, die durch die Ritzelwelle 142 drehbar gelagert sind; und ein Paar Seitenräder 144R und 144L, die mit den Ritzeln 143 derart in Kämmeingriff sind, dass Zahnradachsen der Seitenräder 144R und 144L jeweils rechtwinklig zu den Ritzeln 143 liegen.
Eine Antriebswelle 15R, die eine Antriebskraft zu dem rechten Vorderrad 11R überträgt, ist mit dem rechten Seitenrad 144R des Paars Seitenräder 144R und 144L so gekoppelt, dass sie nicht relativ drehbar ist, und eine Antriebswelle 15L, die eine Antriebskraft zu dem linken Vorderrad 11L überträgt, ist mit dem linken Seitenrad 144L so gekoppelt, dass sie nicht relativ drehbar ist.
Wie in der 2 dargestellt ist, weist das Hilfsantriebsgerät 2 auf: eine Antriebseinheit 20, die aus dem Elektromotor 3 und einem Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 zusammengesetzt ist; eine kämmende Kupplung 5, die erste und zweite kämmende Elemente 51 und 52 aufweist; ein Stellgerät 6, das das zweite kämmende Element 52 mit Bezug auf das erste kämmende Element 51 in der axialen Richtung bewegt; ein Gehäuse 7, das das zweite Element 52 über das Stellgerät 6 aufnimmt; eine Kupplungswelle 8, die drehbar durch das Gehäuse 7 gelagert ist; eine Rückführfeder 9, die aus einer Spiralfeder bestimmt ist, die an dem äußeren Rand der Kupplungswelle 8 vorgesehen ist; und eine Steuereinheit 10 (sh. 1), die den Elektromotor 3 und das Stellgerät 6 steuert.
Der Elektromotor 3 und der Drehzahlübersetzungsmechanismus 4 sind zusammen mit einem rückwärtigen Differential 17 in einem Differentialträger 19 aufgenommen. Schmieröl (nicht dargestellt) ist in dem Differentialträger 19 abgedichtet. Ein Gehäuseraum für das rückwärtige Differential 17 in dem Differentialträger 19 und dem Raum innerhalb des Gehäuses 7 sind miteinander durch eine Verbindungsbohrung 190 in Verbindung, die in dem Differentialträger 19 ausgebildet ist. Die kämmende Kupplung 5 und das Stellglied 6 werden durch das Schmieröl geschmiert, das durch die Verbindungsbohrung 190 strömt.
Das Gehäuse 7 weist auf: einen äußeren rohrförmigen Abschnitt 71, der mit einer Schraube 70 an dem Differentialträger 19 befestigt ist; einen inneren rohrförmigen Abschnitt 72, durch den die Kupplungswelle 8 eingefügt ist; und einen Wandabschnitt 73, der zwischen dem äußeren rohrförmigen Abschnitt 71 und dem inneren rohrförmigen Abschnitt 72 bereitgestellt ist. Der äußere rohrförmige Abschnitt 71, der innere rohrförmige Abschnitt 72 und der Wandabschnitt 73 sind miteinander einstückig ausgeführt. Das Stellglied 6 ist in dem Gehäuse 7 aufgenommen.
Das rückwärtige Differential 17 weist auf: ein Differentialgehäuse 171; eine Ritzelwelle 172, deren beide Endabschnitte durch das Differentialgehäuse 171 gelagert sind; ein Paar Ritzel 173, die durch die Ritzelwelle 172 drehbar gelagert sind; und ein Paar Seitenräder 174R und 174L, die mit den Ritzeln derart in Kämmeingriff sind, dass deren Zahnradachsen der Seitenräder 174R und 174L jeweils rechtwinklig zu den Ritzeln 173 liegen. Eine Antriebswelle 18L, die eine Antriebskraft von dem linken Hinterrad 16L überträgt, ist mit dem linken Seitenrad 174L des Paars der Seitenräder 174R und 174L so gekoppelt, dass sie nicht relativ drehbar ist, und das erste kämmende Element 51 ist mit dem rechten Seitenrad 174R so gekoppelt, dass es nicht relativ drehbar ist.
Der Elektromotor 3 weist auf: ein Motorgehäuse 31, das darin einen Stator aufweist, und das an dem Differentialträger 19 befestigt ist; und eine Rotorwelle 32, die von dem Motorgehäuse 31 vorragt. Eine Drehachse der Rotorwelle 32 erstreckt sich entlang der Richtung des Fahrzeugs 1 mit Vierradantrieb der Breite nach. Der Elektromotor 3 ist z.B. ein bürstenloser Gleichstrommotor, und erzeugt eine Antriebskraft, die zu einem von der Steuereinheit 10 zugeführten Strom passt. Der Elektromotor 3 weist einen Drehzahlsensor auf, der die Drehzahl der Rotorwelle 32 erfasst. Die Steuereinheit 10 kann das Erfassungsergebnis des Drehzahlsensors erlangen. Die Steuereinheit 10 weist ein Umschaltelement auf, das durch Umschalten einer Gleichstromleistungsquelle wie z.B. einer an dem Fahrzeug 1 mit Vierradantrieb montierten Batterie eine Gleichstromleistung zu dem Elektromotor 3 abgibt, und einen zu dem Elektromotor 3 zugeführtem Strom durch eine Impulsbreitenmodulation- (PWM-) Steuerung erhöht und verringert.
Der Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 weist auf: ein Ritzel 41, das an der Rotorwelle 32 des Elektromotors 3 befestigt ist; ein Drehzahluntersetzungsrad 42, das aufgrund des Empfanges einer Antriebskraft von dem Elektromotor 3 von dem Ritzel 41 gedreht wird; und ein Hohlrad 43, das an dem Differentialgehäuse 171 befestigt ist. Das Drehzahluntersetzungsrad 42 weist auf: einen Zahnradabschnitt 421 großen Durchmessers, der mit dem Ritzel 41 in Kämmeingriff ist; einen Zahnradabschnitt kleinen Durchmessers, der mit dem Hohlrad 43 in Kämmeingriff ist; einen Wellenabschnitt 423, der zwischen dem Zahnradabschnitt 421 großen Durchmessers und dem Zahnradabschnitt 122 kleinen Durchmessers bereitgestellt ist; und Nabenabschnitte 424 und 425, die in der axialen Richtung an beiden Endabschnitten bereitgestellt sind. Der Zahnradabschnitt 421 großen Durchmessers, der Zahnradabschnitts 422 kleinen Durchmessers, der Wellenabschnitt 423 und die Nabenabschnitte 424 und 425 sind miteinander einstückig ausgebildet. In dem Drehzahluntersetzungsrad 42 ist der Nabenabschnitt 424 durch ein Kugellager 211 drehbar gelagert, und der Nabenabschnitt 425 ist durch ein Kugellager 212 drehbar gelagert. Die Kugellager 211 und 212 werden durch den Differentialträger 19 gehalten.
Der Teilkreisdurchmesser des Zahnradabschnitts 421 großen Durchmessers ist größer als der Teilkreisdurchmesser des Ritzels 41. Der Teilkreisdurchmesser des Zahnradabschnitts 422 kleinen Durchmessers ist kleiner als der Teilkreisdurchmesser des Zahnradabschnitts 421 großen Durchmessers. Der Teilkreisdurchmesser des Hohlrads 43 ist größer als der Teilkreisdurchmesser des Zahnradabschnitts 422 kleinen Durchmessers. Folglich wird die Drehung der Rotorwelle 32, die als die Abtriebswelle des Elektromotors 3 dient, mit der durch den Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 reduzierten Drehzahl zu dem Differentialgehäuse 171 übertragen. Das Differentialgehäuse 171 ist mit einem Flanschabschnitt 170 bereitgestellt, der radial nach außen vorragt. Das Hohlrad 43 ist an dem Flanschabschnitt durch eine Mehrzahl Schrauben 22 befestigt. Das Differentialgehäuse 171 ist drehbar durch Kugellager 213 und 214 gelagert, die durch den Differentialträger 19 gehalten sind.
Wie in der 3 dargestellt ist, weist das erste kämmende Element 51 auf: einen Wellenabschnitt 511 in Form einer kreisförmigen Säule; einen zylindrischen Abschnitt 512, der kontinuierlich mit einem Endabschnitt des Wellenabschnitts 511 bereitgestellt ist; einen Rippenabschnitt 513 in Form einer Ringscheibe, der so bereitgestellt ist, dass er radial von dem zylindrischen Abschnitt 512 nach außen ragt; und eine Mehrzahl erster kämmender Zähne 514, die an radial äußeren Endabschnitten des Rippenabschnitts 513 bereitgestellt sind. Der andere Endabschnitt des Säulenabschnitts 511 ist gekoppelt, um nicht relativ zu dem Seitenrad 174R drehbar zu sein. Die ersten kämmenden Zähne ragen in der axialen Richtung von einer oberen Fläche des Rippenabschnitts 513 vor, der zu dem zweiten kämmenden Element 52 gerichtet ist.
Der zylindrische Abschnitt 512 weist einen Außendurchmesser auf, der größer als der Außendurchmesser des Wellenabschnitts 511 ist, und ragt radial von dem Wellenabschnitt 511 nach außen vor. Ein Axialwälzlager 21 ist zwischen einer axialen Endoberfläche 512a des zylindrischen Abschnitts 512 und einer Empfangsoberfläche 19a des Differentialträgers 19 vorgesehen. Eine Bewegung des ersten kämmenden Elements 51 zu dem rückwärtigen Differential 17 mit Bezug auf den Differentialträger 19 ist durch das Axialwälzlager 23 beschränkt. Ein Zylinderrollenlager 24 ist zwischen einer äußeren Randoberfläche 512b des zylindrischen Abschnitts 512 und einer Empfangsoberfläche 19b des Differentialträgers 19 vorgesehen.
Die Kopplungswelle 8 und das erste kämmende Element 51 weisen eine gemeinsame Drehachse O auf. Die Kupplungswelle 8 ist Seite an Seite mit dem ersten kämmenden Element 51 in der axialen Richtung vorgesehen. Die Kopplungswelle 8 weist auf: einen Wellenabschnitt 81, der durch das zweite kämmende Element 52 eingefügt ist; und einen Flanschabschnitt 82, der außerhalb des Gehäuses 7 vorgesehen ist. Der Wellenabschnitt 81 und der Flanschabschnitt 82 sind miteinander einstückig ausgebildet. Ein Kugellager 25 ist zwischen einer äußeren Randoberfläche 81a von einem Endabschnitt des Wellenabschnitts 81 der Kopplungswelle 8 und einer inneren Randoberfläche 512c des zylindrischen Abschnitts 512 des ersten kämmenden Elements 51 vorgesehen. Ein Kugellager 26 ist zwischen einer äußeren Randoberfläche 81b des anderen Endabschnitts des Wellenabschnitts 81 der Kopplungswelle 8 und einer Empfangsoberfläche 72a des inneren rohrförmigen Abschnitts 72 des Gehäuses 7 vorgesehen.
Eine axiale Bewegung der Kupplungswelle 8 mit Bezug auf das Gehäuse 7 wird durch das Kugellager 26 beschränkt. Eine Bewegung des ersten kämmenden Elements 51 mit Bezug auf den Differentialträger 19 weg von dem rückwärtigen Differential 17 wird durch das Kugellager 25 beschränkt. Ein Dichtelement 27 ist zwischen einem Öffnungsendabschnitt des inneren rohrförmigen Abschnitts 72 des Gehäuses 7 und der Kopplungswelle 8 vorgesehen. Eine Antriebswelle 18R (sh. 1), die eine Antriebskraft dem rechten Hinterrad 16R überträgt, ist mit dem Flanschabschnitt 82 der Kopplungswelle 8 so gekoppelt, dass sie nicht relativ drehbar ist.
Eine Mehrzahl Keilwellenvorsprünge 811, die sich in der axialen Richtung erstrecken, sind auf einem Abschnitt der äußeren Randoberfläche des Wellenabschnitts 81 der Kopplungswelle 8 zwischen dem Kugellager 25 und dem Kugellager 26 ausgebildet. Ein Haltering 91, gegen den ein Endabschnitt der Rückführfeder 9 in Anlage ist, ist mit einem Abschnitt der äußeren Randoberfläche des Wellenabschnitts 81 auf der Seite des ersten kämmenden Elements 51 mit Bezug auf die Mehrzahl der Keilwellenvorsprünge 811 gepasst.
Das zweite kämmende Element 52 weist auf: einen zylindrischen Abschnitt 522, der eine Mehrzahl Keilwellenvorsprünge 521 auf der inneren Randoberfläche davon aufweist; einen Rippenabschnitt 523 in einer Ringscheibenform, die so bereitgestellt ist, dass sie von einem Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 522 radial nach außen vorragt; und eine Mehrzahl zweite kämmende Zähne 524, die an einem radial äußeren Endabschnitt des Rippenabschnitts 523 bereitgestellt sind. Die zweiten kämmenden Zähne 524 ragen in der axialen Richtung von einer Oberfläche des Rippenabschnitts 523 vor, die zu dem ersten kämmenden Element 51 gerichtet ist. Die Keilwellenvorsprünge 521 des zweiten kämmenden Elements 52 sind mit den Keilwellenvorsprüngen 811 der Kupplungswelle 8 in der Umfangsrichtung in Eingriff. Das zweite kämmende Element 52 ist in der axialen Richtung mit Bezug auf die Kupplungswelle 8 beweglich und relativ dazu nicht drehbar.
Ein Gehäuseabschnitt 520, der die Rückführfeder 9 aufnimmt, ist in dem zylindrischen Abschnitt 522 des zweiten kämmenden Elements 52 ausgebildet. Der Gehäuseabschnitt 520 ist in einem Abschnitt der inneren Randoberfläche des zylindrischen Abschnitts 522 ausgebildet, auf dem die Keilwellenvorsprünge 531 nicht bereitgestellt sind, und öffnet auf die Seite des ersten kämmenden Elements 51 hin. Der andere Endabschnitt der Rückführfeder 9 ist gegen eine Anlageoberfläche 520a des Gehäuseabschnitts 520 in Anlange. Die Rückführfeder 9 ist in der axialen Richtung zwischen dem Haltering 91 und der Anlageoberfläche 520a des zweiten kämmenden Elements 52 zusammengedrückt, und drängt das zweite kämmende Element 52 in die Richtung von dem ersten kämmenden Element 51 weg.
Wenn die ersten kämmenden Zähne 514 des ersten kämmenden Elements 51 und die zweiten kämmenden Zähne 524 des zweiten kämmenden Elements 52 miteinander in Kämmeingriff sind, sind das erste kämmende Element 51 und das zweite kämmende Element 52 so in Eingriff, dass sie nicht relativ zueinander drehbar sind, und das erste kämmende Element 51 und die Antriebswelle 18R sind über das zweite kämmende Element 52 und die Kopplungswelle 8 so gekoppelt, dass sie nicht relativ drehbar sind. Folglich wird eine Antriebskraft von dem rechten Seitenrad 174R zu dem rechten Hinterrad 16R übertragen. Zusätzlich wird eine Antriebskraft von dem linken Seitenrad 174L zu dem linken Hinterrad 16L übertragen. In einem kämmenden Zustand, in dem die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander in Kämmeingriff sind, ist nämlich ein Vierradantriebszustand hergestellt. In dem Zustand wird eine Antriebskraft des Elektromotors 3, deren Drehzahl durch den Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 reduziert wurde, durch das rückwärtige Differential 17 zu den rechten und linken Hinterrädern 16R und 16L verteilt, während eine Differentialbewegung ermöglicht ist.
In einem Zweiradantriebszustand, in dem der Elektromotor 3 eine Antriebskraft nicht erzeugt, ist andererseits der Kämmeingriff zwischen den ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 gelöst. Wenn das Fahrzeug 1 mit Vierradantrieb unter Verwendung der Antriebskraft der Maschine 12 in dem Zweiradantriebszustand fährt, wird die linke Antriebswelle 18L mit der gleichen Drehzahl in die gleiche Richtung wie das linke Hinterrad 16L gedreht, und die rechte Antriebswelle 18R, die Kopplungswelle 8 und das zweite kämmende Element 52 werden mit der gleichen Drehzahl und in die gleiche Richtung wie das rechte Hinterrad 16R gedreht. Jedoch wird das erste kämmende Element 51 in die Richtung entgegengesetzt zu der des zweiten kämmenden Elements 52 gedreht, und das Differentialgehäuse 171 wird nicht gedreht. In diesem Fall werden die rechten und linken Seitenräder 174R und 174L in zueinander entgegengesetzte Richtungen gedreht, und somit laufen die Ritzel 173 im Leerlauf.
Auf diese Weise ermöglicht die kämmende Kupplung 5 eine Momentübertragung zwischen dem Elektromotor 3 und den rechten und linken Hinterrädern 16R und 16L bzw. blockiert diese. In dem Zweiradantriebszustand, in dem die kämmende Kupplung 5 ausgerückt ist, wird der Elektromotor 3 nicht durch eine Drehung der rechten und linken Hinterräder 16R und 16L gedreht, und somit ist ein Leistungsverlust aufgrund der Drehung des Elektromotors 3 und des Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 unterdrückt.
Wenn eines oder beide der rechten und linken Vorderräder 11R und 11L rutschen, z.B. während der Fahrt in dem Zweiradantriebszustand, und es notwendig ist, zu dem Vierradantriebszustand überzugehen, stört indes die Steuereinheit 10 das Stellglied 6, um die kämmende Kupplung 5 mit den miteinander kämmenden ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 in Kämmeingriff in Eingriff zu bringen, um durch Zuführen eines Stroms zu dem Elektromotor 3 zu verursachen, dass der Elektromotor 3 eine Antriebskraft erzeugt.
Das Stellglied 6 weist auf: eine elektromagnetische Spule 61, die unter Verwendung eines von der Steuereinheit 10 hinzugeführten Erregungsstroms eine magnetische Kraft erzeugt; ein ringförmiges Joch 62, das die elektromagnetische Spule 61 hält; und einen Anker 63, der Seite an Seite in der axialen Richtung mit dem Joch 62 vorgesehen ist. Die elektromagnetische Spule 61 ist in einem Gehäuseabschnitt 620 des Jochs 62 in einem geformten Harz 60 eingebettet aufgenommen. Das Joch 62 weist im Querschnitt U-Formen auf, und der Gehäuseabschnitt 620 öffnet sich in der axialen Richtung. Eine Seitenoberfläche 63a des Ankers 63 an einer Seite in der axialen Richtung ist zu einer Öffnungsendoberfläche 620a des Gehäuseabschnitts 620 des Jochs 62 gerichtet. Das Joch 62 ist mit einem Flanschabschnitt 621 zur Befestigung an einem Gehäuse 7 bereitgestellt. Das Joch 62 ist an dem Gehäuse 7 durch Schrauben 28 befestigt, die durch Schraubeneinfügebohrungen 621a des Flanschabschnitts 621 eingefügt sind.
Der Anker 63 weist eine Ringscheibenform auf, die es ermöglicht, dass der Wellenabschnitt 81 der Kopplungswelle 8 durch den Mittelabschnitt des Ankers 63 eingefügt wird. Eine Mehrzahl Keilwellenvorsprünge 631, die sich in der axialen Richtung erstrecken, sind auf der äußeren Randoberfläche des Ankers 63 bereitgestellt. Das Gehäuse 7 ist mit einer Mehrzahl Keilwellenvorsprünge 74 bereitgestellt, die mit den Keilwellenvorsprüngen 631 des Ankers 63 in der Umfangsrichtung in Eingriff zu bringen sind. Mit dieser Konfiguration ist der Anker 63 in der axialen Richtung mit Bezug zu und nicht relativ drehbar zu dem Gehäuse 7 beweglich. Ein Axialrollenlager 29 ist zwischen einem Endabschnitt des Ankers 63 an der radial innenliegenden Seite und einem Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 522 des kämmenden Elements 522 an der gegenüberliegenden Seite von dem Rippenabschnitt 523 vorgesehen.
Wenn die elektromagnetische Spule 61 ohne zugeführten Erregungsstrom nicht mit Energie beaufschlagt ist, wird der Anker 63 durch die drängende Kraft der Rückführfeder 9 zu dem Wandabschnitt 73 des Gehäuses 7 gedrückt, die über das zweite kämmende Element 52 und das Axialrollenlager 29 empfangen wird. Zu dieser Zeit gerät eine Seitenoberfläche 63b des Ankers 63 auf der anderen Seite in der axialen Richtung gegen einen Anlageabschnitt 731 in Anlage, der auf dem Wandabschnitt 73 des Gehäuses 7 bereitgestellt ist. Im Folgenden wird diese Position des Ankers 63 als eine Initialposition bezeichnet.
Wenn ein Erregungsstrom von der Steuereinheit 10 zu der elektromagnetischen Spule 61 zugeführt wird, wird andererseits der Anker 63 durch die Magnetkraft der elektromagnetischen Spule 61 zu dem Joch 62 bewegt. Zusammen mit dieser Bewegung des Ankers 63 wird das zweite kämmende Element 52 zu dem ersten kämmenden Element 51 bewegt, während die Rückführfeder neu zusammengedrückt wird, und die zweiten kämmenden Zähne 524 werden mit den ersten kämmenden Zähnen 514 in Kämmeingriff gebracht. Folglich ist die kämmende Kupplung 5 eingerückt.
Die 4A bis 4C zeigen schematisch entlang der Umfangsrichtung der kämmenden Kupplung 5 betrachtet die Mehrzahl der ersten kämmenden Zähne 514 des ersten kämmenden Elements 51 und die Mehrzahl der zweiten kämmenden Zähne 524 des zweiten kämmenden Elements 52. Die 4A zeigt einen Zustand, in dem das zweite kämmende Element 52 an einer getrennten Position angeordnet ist, an der die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 in der axialen Richtung um einen vorbestimmten Abstand voneinander entfernt Seite an Seite angeordnet sind. Zu dieser Zeit ist der Anker 63 in der Initialposition angeordnet. Die 4B zeigt einen Zustand, in dem das zweite kämmende Element 52 in einer Anlageposition angeordnet ist, in der distale Endabschnitte 514a der ersten kämmenden Zähne 514 und distale Endabschnitte 524a der zweiten kämmenden Zähne 524 möglicherweise gegeneinander in Anlage sind. Die 4C zeigt einen Zustand, in dem das zweite kämmende Element 52 an einer kämmenden Position angeordnet ist, in der die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander in Kämmeingriff sind. Das Stellglied 6 bewegt das zweite kämmende Element 52 in der axialen Richtung unter der getrennten Position, die in der 4A dargestellt ist, der Anlageposition, die in der 4B dargestellt ist, und der kämmenden Position, die in der 4C dargestellt ist.
Es ist erwünscht, dass die ersten kämmenden Zähne 514 und zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander mit den miteinander synchronisierten Drehung des ersten kämmenden Elements 51 und Drehung des zweiten kämmenden Elements 52 in Kämmeingriff gebracht werden sollten. Dies ist deswegen der Fall, da, wenn ein großer Unterschied der Drehzahl zwischen dem ersten kämmenden Element 51 und dem zweiten kämmenden Element 52 vorliegt, ein Kämmeingriff mit dem zweiten kämmenden Element 52 nicht erlangt werden kann, das sogar in der Analageposition verbleibt, falls versucht wird, die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander in Kämmeingriff zu bringen, und falls die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander in Kämmeingriff gebracht werden, kann sogar ein großer Stoß (Schwingung oder Geräusch) verursacht werden, um einen Fahrer oder einen Insassen ein Gefühl eines Unbehagens zu vermitteln.
Um in der vorliegenden Ausführungsform die kämmende Kupplung 5 direkt in Eingriff zu bringen und ebenfalls einen solchen Stoß zu unterdrücken, dreht die Steuereinheit 10 den Elektromotor 3, um die Drehzahl des ersten kämmenden Elements 51 näher an die Drehzahl des zweiten kämmenden Elements 52 zu bringen, wenn die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander in Kämmeingriff zu bringen sind, und es wird dafür gesorgt, dass ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom, wenn die zweiten kämmenden Zähne 52 sich in der Anlageposition befinden, kleiner gemacht wird als ein Strom, der erforderlich ist, um die Drehzahl des Elektromotors 3 beizubehalten, wenn die Steuereinheit 10 das Stellglied so steuert, dass das zweite kämmende Element von der getrennten Position über die Anlageposition zu der kämmenden Position bewegt wird.
Noch genauer führt die Steuereinheit 10 eine Synchronsteuerung durch, in der das erste kämmende Element 51 und das zweite kämmende Element 52 einer Drehsynchronisation ausgesetzt sind, indem der Elektromotor 3 mit einer Drehzahl entsprechend der Drehzahl der rechten und linken Hinterräder 16R und 16L gedreht wird, wenn die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 während einer Fahrt des Fahrzeugs 1 mit Vierradantrieb mit angehaltenem Elektromotor 3 miteinander in Kämmeingriff zu bringen sind. Die Steuereinheit 10 führt ebenfalls die Synchronsteuerung durch, bis eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, seit es bestimmt wurde, dass die Drehsynchronisation erlangt ist, und reduziert einen zu dem Elektromotor 3 zugehörigen Strom, nachdem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, wenn das Stellglied 6 so gesteuert ist, dass es das zweite kämmende Element 52 von der getrennten Position zu der Anlageposition bewegt. Die Steuereinheit 10 reduziert zumindest einen Strom, der zu dem Elektromotor 3 zugeführt wird, zu einem Strom entsprechend einem Momentverlust in dem Drehzahlübersetzungsmechanismus 4, wenn das zweite kämmende Element 52 sich in der Anlageposition befindet. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom aus einem Strom entsprechend einem Momentverlust in dem Drehzahlübersetzungsmechanismus 4 eingestellt, wenn das zweite kämmende Element 52 zwischen der Anlageposition und der kämmenden Position angeordnet ist.
Eine durch die Steuereinheit 10 ausgeführte Verarbeitung und ein Betrieb des Hilfsantriebsgeräts 2 wird in größerem Detail im Folgenden mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
Die 5 ist ein Flussdiagramm, das ein bestimmtes Beispiel einer Verarbeitung darstellt, die durch die Steuereinheit 10 ausgeführt wird. Die Steuereinheit 10 führt eine Verarbeitung des in der 5 dargestellten Flussdiagramms durch ein Berechnungsverarbeitungsgerät durch, das ein Programm ausführt, das in einem nicht volatilen Speicher gespeichert ist. Die 5 stellt ein Beispiel einer Verarbeitung dar, die durch die Steuereinheit 10 ausgeführt wird, wenn ein Umschalten von dem Zweiradantriebszustand zu dem Vierradantriebszustand während der Fahrt des Fahrzeugs 1 mit Vierradantrieb vorgenommen wird.
Die Steuereinheit 10 berechnet ausgehend von der Drehzahl der rechten und linken Hinterräder 16R und 16L eine Solldrehzahl für einen Elektromotor 3, die durch einen Raddrehzahlsensor erfasst wird, wenn ein Umschalten von dem Zweiradantriebszustand, in dem der Elektromotor 3 angehalten ist, zu dem Vierradantriebszustand vorgenommen wird (Schritt S1). Diese Solldrehzahl ist die Drehzahl des Elektromotors 3 zu der Zeit, zu der die Drehzahl des ersten kämmenden Elements 51 und die Drehzahl des zweiten kämmenden Elements 52 miteinander unter Berücksichtigung des Drehzahluntersetzungsverhältnisses des Drehzahlübersetzungsmechanismus 4 zusammenfallen.
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 10, ob eine Kupplungsbetriebsanweisung, die in einem Zustand in der Verarbeitung in dem Schritt S11 gegeben wird, der später zu behandeln sein wird, sich in einem Aus-Zustand befindet oder nicht (Schritt S2). In dem Fall, in dem die Kupplungsbetriebsanweisung sich in diesem und in dem Aus-Zustand befindet (S2: ja), berechnet die Steuereinheit 10 einen Momentanweisungswert, der ein Anweisungswert für ein Moment (Antriebskraft) ist, das durch den Elektromotor 3 zu erzeugen ist, gemäß einer Drehzahlabweichung zwischen der tatsächlichen durch einen Drehzahlsensor erfassten Drehzahl des Elektromotors 3, und der in dem Schritt S1 berechneten Solldrehzahl (Schritt S3). In der Verarbeitung in dem Schritt S3 weist der Momentanweisungswert einen größeren Wert auf, wenn die Drehzahlabweichung größer ist.
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 10, ob der Momentanweisungswert, der in dem Schritt S3 berechnet wurde, größer als ein vorbestimmter Momentgrenzwert ist (Schritt S4). In dem Fall, in dem der Momentanweisungswert größer als der Momentgrenzwert in dieser Bestimmung ist (S4: ja), stellt die Steuereinheit 10 den Momentanweisungswert auf den Momentgrenzwert ein (Schritt S5). Die Verarbeitung in den Schritten S4 und S5 wird in der Reihenfolge durchgeführt, um eine plötzliche Beschleunigung des Elektromotors 3 durch Begrenzen des Momentanweisungswerts so abzumindern, dass eine während der Beschleunigung des Elektromotors 3 verursachte Schwingung oder ein verursachtes Geräusch durch den Fahrer oder den Insassen nicht gefühlt wird. Die Verarbeitung in den Schritten S4 und S5 kann ausgelassen werden.
Als nächstes führt die Steuereinheit 10 einen Strom zu dem Elektromotor 3 gemäß dem Momentanweisungswert zu, der in dem Schritt S3 berechnet wurde, oder dem Momentanweisungswert, der auf den Momentgrenzwert in der Verarbeitung in dem Schritt S5 eingestellt wurde (Schritt S6).
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 10, ob die Drehzahlabweichung zwischen der tatsächlichen Drehzahl des Elektromotors 3, die durch den Drehzahlsensor erfasst wird, und der Solldrehzahl gleich wie oder kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist oder nicht (Schritt S7). Diese Schwelle ist ein solcher Wert, der es ermöglicht, zu berücksichtigen, dass eine Drehsynchronisation zwischen dem ersten kämmenden Element 51 und dem zweiten kämmenden Element 52 in der kämmenden Kupplung 5 erlangt ist, da der Unterschied zwischen der tatsächlichen Drehzahl des Elektromotors 3 und der Solldrehzahl so klein ist.
Als nächstes zählt die Steuereinheit in dem Fall, in dem die Drehzahlabweichung gleich wie oder kleiner als die Schwelle ist (S7: ja) Eins zu (Inkremente) einem Zähler A hinzu, der die Zeit der Fortführung eines Zustands misst, der es ermöglicht, zu berücksichtigen, dass die Drehsynchronisation der kämmenden Kupplung 5 erlangt wurde (Schritt S8). In dem Fall, in dem die Drehzahlabweichung nicht gleich wie oder kleiner als die Schwelle ist (S7: nein), stellt andererseits die Steuereinheit 10 den Zähler A auf Null zurück (Schritt S9).
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 10, ob der Zähler A einen vorbestimmten Wert anzeigt oder nicht (Schritt S10). Falls der Zähler A den vorbestimmten Wert anzeigt (S10: ja), wird die Kupplungsbetätigungsanweisung in einen Ein-Zustand gebracht (Schritt S11), und die Zufuhr eines Erregungsstroms zu der elektromagnetischen Spule 61 wird begonnen (Schritt S12). Folglich wird das Stellglied 6 so betätigt, dass der Anker 63 durch eine durch die elektromagnetische Spule 61 erzeugte Magnetkraft zu dem Joch 62 angezogen wird.
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 10, ob das Kämmen zwischen den ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 vollständig ist oder nicht (Schritt S13). Diese Bestimmung kann auf Basis eines Erfassungswerts eines Sensors wie z.B. eines Annäherungsschalters vorgenommen werden, der z.B. die Position des Ankers 63 oder des zweiten kämmenden Elements 52 erfassen kann, oder kann ausgehend von einer verstrichenen Zeit seit dem Zeitpunkt, nachdem die Kupplungsbetätigungsanweisung in der Verarbeitung in dem Schritt S11 in den Ein-Zustand gebracht wurde, vorgenommen werden. In dem Fall, in dem das Kämmen zwischen den ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 nicht vollständig ist (S13: nein), führt die Steuereinheit 10 die Verarbeitung in dem Schritt S1 und den darauffolgenden Schritten wieder durch. Die Verarbeitung wird wiederholt zu vorbestimmten Steuerabständen (z.B. fünf Millisekunden) durchgeführt. In dem Fall, in dem das Kämmen zwischen den ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 vollständig ist (S13: ja) wird andererseits bestimmt, dass ein Übergang zu dem Vierradantriebszustand vollständig ist, und die Verarbeitung des in der 5 dargestellten Flussdiagramms wird beendet.
In dem Fall, in dem die Kupplungsbetätigungsanweisung sich in dem Bestimmungsschritt in S2 in dem Ein-Zustand befindet (S2: nein), zählt indes die Steuereinheit 10 Eins zu (Inkremente) einem Zähler B hinzu, der die Zeit misst, die verstrichen ist, seit die Kupplungsbetätigungsanweisung in den Ein-Zustand gebracht wurde (Schritt S14). Der Zähler B wurde im Voraus zurückgesetzt, wenn die Steuerung zum Umschalten von dem Zweiradantriebszustand zu dem Vierradantriebszustand begonnen wird.
Als nächstes bestimmt die Steuereinheit 10, ob der Zähler B einen vorbestimmten Wert oder mehr anzeigt oder nicht (Schritt S15). Der vorbestimmte Wert in dem Schritt S15 ist ein derartiger Wert, der das Ergebnis der Bestimmung der in Schritt S15 war (ja) in einer Zeit macht, die kürzer als eine Zeit ist, die erforderlich ist, damit das zweite kämmende Element 52 die Anlageposition von der getrennten Position nach der Betätigung des Stellglieds 6 erreicht.
In dem Fall, in dem der Zähler B einen Wert anzeigt, der gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist (S15: ja), stellt die Steuereinheit 10 den Momentanweisungswert unabhängig von der tatsächlichen Drehzahl des Elektromotors 3 auf einen Wert von Null (Schritt S16). Der Wert von Null ist ein Momentwert entsprechend dem Momentverlust an dem Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 zusammen mit der Drehung der Rotorwelle 32. Der Begriff „Momentverlust“ betrifft ein Moment entsprechend einem Leistungsverlust aufgrund des Kämmens zwischen Zahnrädern des Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 und einem Lagerverlust, der durch die Kugellager 211 und 212 verursacht wird. Eine Antriebskraftabgabe von der Antriebseinheit 20 zu dem rückwärtigen Differential 17 wird durch das Einstellen des Momentanweisungswerts auf einen Wert Null im Wesentlichen auf Null gebracht.
Als nächstes versorgt die Steuereinheit 10 den Elektromotor 3 mit einem Strom, der zu dem Momentanweisungswert passt, der in dem Schritt S16 auf einen Wert von Null eingestellt wurde (Schritt S17). Der Strom, der als Ergebnis der Verarbeitung in dem Schritt S17 zu dem Elektromotor 3 zugeführt wurde, ist kleiner, als ein Strom, der erforderlich ist, um die Drehzahl des Elektromotors 3 beizubehalten, und die Rotorwelle 32 des Elektromotors 3 wird verzögert. Danach führt die Steuereinheit 10 die Bestimmungsverarbeitung in dem Schritt S13 aus. Falls der Kämmeingriff zwischen den ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 nicht vollständig ist, führt die Steuereinheit 10 die Verarbeitung in dem Schritt S1 und den darauffolgenden Schritten wieder aus.
In dem Fall, in dem der Zähler B einen Wert anzeigt, der kleiner als der vorbestimmte Wert ist (S15: nein), berechnet andererseits die Steuereinheit 10 einen Momentanweisungswert für den Elektromotor 3 gemäß der Drehzahlabweichung (Schritt S18). In der Verarbeitung in dem Schritt S18 weist der Momentanweisungswert einen größeren Wert auf, wenn die Drehzahlabweichung größer ist. Falls der Momentanweisungswert größer als der Momentgrenzwert ist, wird der Momentanweisungswert auf den Momentgrenzwert eingestellt (Schritte S19 und S20), und ein Strom wird gemäß dem Momentanweisungswert zu dem Elektromotor 3 zugeführt (Schritt S21). Danach führt die Steuereinheit 10 die Bestimmungsverarbeitung im Schritt S13 aus. Der Momentgrenzwert, der in den Schritten S19 und S20 verwendet wird, ist der gleiche wie der Momentanweisungswert, der in den Schritten S4 und S5 verwendet wird.
Die Verarbeitung in den Schritten S18 und S21 ist die gleiche Verarbeitung wie in den Schritten S3 bis S6, die voranstehend behandelt wurden, und der Inhalt der Verarbeitung ist die Synchronsteuerung, in der das erste kämmende Element und das zweite kämmende Element durch Drehen des Elektromotors 3 mit einer Drehzahl entsprechend der Drehzahl der rechten und linken Hinterräder 16R und 16L einer Drehsynchronisation ausgesetzt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird nämlich die Synchronsteuerung fortgeführt, die seit einer vorbestimmten Zeit verstrichen ist, seit die Bewegung des zweiten kämmenden Elements begonnen wurde, und ein dem Elektromotor 3 zugeführter Strom wird reduziert, nachdem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, wenn das Stellglied 6 so gesteuert ist, dass das zweite kämmende Element von der getrennten Position zu der Anlageposition bewegt wird.
Die 6A bis 6D sind jeweils ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Betätigung des Hilfsantriebsgeräts 2 zu der Zeit darstellt, zu der die Steuereinheit die Verarbeitung des Flussdiagramms ausführt, das in der 5 dargestellt ist. Die vertikale Achse der 6A zeigt die Drehzahl (Motordrehzahl) der Rotorwelle 32 des Elektromotors 3 an. Die vertikale Achse der 6B zeigt die Momentanweisung für den Elektromotor 3 an. Die vertikale Achse der 6C zeigt einen Erregungsstrom (Spulenstrom) an, der zu der elektromagnetischen Spule des Ankers 63 zugeführt wurde. Die vertikale Achse der 6D zeigt die Position des zweiten kämmenden Elements 52 an. Die horizontalen Achsen der 6A bis 6D zeigen eine gemeinsame Zeit an.
In diesen Zeitdiagrammen bezeichnet die Zeit t₁ die Zeit, zu der die Kupplungseinrücksteuerung begonnen wird. Nachdem die Momentanweisung zu der Zeit t₁ ansteigt, wird die Drehzahl der Rotorwelle 32 allmählich erhöht. TR, das auf der vertikalen Achse der 6A angezeigt ist, bezeichnet die Solldrehzahl. TL, das auf der vertikalen Achse der 6B angezeigt ist, zeigt den Momentgrenzwert an, der in den Schritten S4 und S5 verwendet wird. Die Zeit t₂ ist die Zeit, zu der die Drehzahlabweichung zwischen der tatsächlichen Drehzahl des Elektromotors 3 und der Solldrehzahl gleich wie oder kleiner als eine vorbestimmte Schwelle wird, und der Zähler A das Aufwärtszählen beginnt.
Die Zeit t₃ ist die Zeit, zu der der Zähler A auf einen vorbestimmten Wert aufwärts zählt, und die Zufuhr eines Erregungsstroms zu der elektromagnetischen Spule 61 begonnen wird. Eine Zeitdauer t_a von der Zeit t₂ zu der Zeit t₃ ist eine Stabilitätsbestimmungszeit, um zu bestimmen, dass die Drehzahl des Elektromotors 3 stabil ist.
Die Zeit t₄ ist die Zeit, zu der der Zähler B auf einen vorbestimmten Wert hinaufzählt, und der Momentanweisungswert auf einen Wert von null eingestellt wird. Eine Zeitdauer t_b von der Zeit t₃ zu der Zeit t₄ ist eine Zeitdauer während der die Synchronsteuerung fortgeführt wird, seit die Kupplungsbetätigungsanweisung in den Ein-Zustand gebracht wurde. Nachdem der Momentanweisungswert zu einer Zeit t₄ auf einen Wert von Null eingestellt wurde, wird die Drehzahl des Elektromotors 3 allmählich reduziert. Auf diese Weise wird in der vorliegenden Ausführungsform die Synchronsteuerung fortgeführt, bis eine vorbestimmte Zeit entsprechend der Zeitdauern t_a und t_b verstrichen ist, seit die Drehzahlabweisung gleich wie oder kleiner als eine vorbestimmte Schwelle geworden ist, und es wird bestimmt, dass die Drehsynchronisation in der kämmenden Kupplung 5 zu der Zeit t₂ erlangt ist, und ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom wird durch einen Wert von Null reduziert, nachdem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
P₁ , P₂ und P₃ , die auf der vertikalen Achse der 6D angezeigt sind, zeigen die Trennposition, die Anlageposition bzw. Kämmposition des zweiten kämmenden Elements 52 an. Das zweite kämmende Element 52 ist an der Trennposition zu und vor der Zeit t₃ angeordnet, zu der die Zufuhr eines Erregungsstroms zu der elektromagnetischen Spule 61 begonnen wird. Wenn ein Erregungsstrom zu der elektromagnetischen Spule 61 zugeführt wird, beginnt das zweite kämmende Element 52 die Bewegung zu der Anlageposition. Das zweite kämmende Element 52 erlangt die Anlageposition zu der Zeit t₅ , nachdem der Momentanweisungswert für den Elektromotor 3 zu der Zeit t₄ einen Wert von Null erreicht hat. Danach erreicht das kämmende Element 52 die kämmende Position zu der Zeit t₆ , und dabei verbleibt der Momentanweisungswert bei einem Wert von Null.
Nachdem es erfasst wurde, dass das Kämmen zwischen den ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 zu der Zeit t₇ vollständig ist, wird der Momentanweisungswert auf einen Wert eingestellt, der zu einer Antriebskraft passt, die gemäß dem Fahrzustand des Fahrzeugs 1 mit Vierradantrieb zu den rechten und linken Hinterrädern 16R und 16L übertragen wird. Folglich wird das Fahrzeug 1 mit Vierradantrieb in den Vierradantriebszustand gebracht. Die Zeiten der Zeit t₂ zu der Zeit t₇ beträgt z.B. 0,2 bis 0,3 Sekunden.
In der voranstehend beschriebenen, vorliegenden Ausführungsform ist, wenn das zweite kämmende Element von der getrennten Position zu der Anlageposition bewegt wird, ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom, wenn das zweite kämmende Element 52 an der Anlageposition angeordnet ist, kleiner als ein Strom gemacht, der erforderlich ist, um die Drehzahl des Elektromotors 3 beizubehalten. Somit werden die Drehzahl des Elektromotors 3 und der bestimmenden Elemente des Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 und des rückwärtigen Differentials 17 einfach variiert, um dem Kämmeingriff zwischen den ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 zu folgen, was einen Stoß unterdrückt, der verursacht wird, wenn ein derartiger Kämmeingriff hergestellt wird.
Wenn nämlich die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander in Kämmeingriff gebracht werden, fallen die Drehzahl des ersten kämmenden Elements 51 und die Drehzahl des zweiten kämmenden Elements 52 vollständig miteinander zusammen. Somit können die Drehzahlen des ersten kämmenden Elements 51 und des Seitenrads 174R, das damit gekoppelt ist, vorrübergehend plötzlich variiert werden. Falls der Elektromotor 3 zu dieser Zeit eine große Antriebskraft erzeugt, kann eine impulsive Torsionskraft auf die bestimmenden Elemente des rückwärtigen Differentials 17 und des Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 wirken, und ein Zahnklopfgeräusch oder eine Schwingung können durch die elastische Kraft von derartigen bestimmenden Elementen erzeugt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom reduziert, wenn das zweite kämmende Element 52 die Anlageposition erreicht hat, was ein derartiges abnormales Geräusch und Schwingungen unterdrückt.
Wenn das zweite kämmende Element 52 zu der Anlageposition bewegt wird, fallen die Drehzahl des ersten kämmenden Elements 51 und die Drehzahl des zweiten kämmenden Elements 52 miteinander zusammen. Falls ein derartiger Zustand sich fortsetzt, können die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 mit den gegeneinander in Anlage befindlichen distalen Endabschnitten 514a der ersten kämmenden Zähne 514 und distalen Endabschnitten 524a der zweiten kämmenden Zähne 524, wie in der 4B dargestellt ist, nicht in Kämmeingriff gebracht werden. Jedoch wurde in der vorliegenden Ausführungsform der Elektromotor 3 verzögert, wenn das zweite kämmende Element 52 zu der Anlageposition bewegt wird. Somit wird ein Zustand, in dem die Drehzahl des ersten kämmenden Elements 51 und die Drehzahl des zweiten kämmenden Elements 52 vollständig miteinander zusammenfallen, nicht fortgeführt, und die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 können sofort miteinander in Kämmeingriff gebracht werden.
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform das zweite kämmende Element 52 von der getrennten Position zu der Anlageposition bewegt wird, wird die Synchronsteuerung fortgeführt, bis eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, seit es bestimmt wurde, dass die Drehsynchronisation erlangt wurde, und ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom wird reduziert, nachdem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Somit kann der Unterschied der Drehzahl zwischen dem ersten kämmenden Element 51 und dem zweiten kämmenden Element 52 zu der Zeit, zu der das zweite kämmende Element in die Anlageposition bewegt wird, im Vergleich zu einem Fall klein gemacht werden, in dem ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom z.B. zu der gleichen Zeit produziert wird, zu der die Kupplungsbetätigungsanweisung in den Ein-Zustand gebracht wird. Entsprechend können die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 gleichmäßig miteinander in Kämmeingriff gebracht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Strom, der zu dem Elektromotor 3 zugeführt wird, wenn das zweite kämmenden Element 52 sich in der Anlageposition befindet, auf einen Strom entsprechend dem Momentverlust in dem Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 eingestellt. Somit kann die Wirkung der Unterdrückung eines abnormalen Geräuschs und einer Schwingung zuverlässiger erhalten werden. Die Zufuhr eines Stroms zu dem Elektromotor 3 kann unterbrochen werden, wenn das zweite kämmende Element 52 sich in der Anlageposition befindet. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass Variationen der Drehzahl des ersten kämmenden Elements 51, bevor das Kämmen hergestellt ist, sanfter gemacht werden, indem der Elektromotor 3 mit einem Strom entsprechend dem Momentverlust in dem Drehzahluntersetzungsmechanismus 4 versorgt wird, wenn das zweite kämmende Element 52 sich in der Anlageposition befindet, was es ermöglicht, dass ein Kämmeingriff zwischen den ersten kämmenden Zähnen 514 und den zweiten kämmenden Zähnen 524 gleichmäßiger hergestellt wird.
Die vorliegende Erfindung kann modifiziert werden, wie es geeignet ist, ohne von dem Bereich und dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Z.B. ist in der voranstehend beschriebenen Ausführungsform der Momentgrenzwert, der in den Schritten S5, S6, S19 und S20 während der Ausführung der Synchronsteuerung verwendet wird, ein im Voraus bestimmter Wert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt, und der Momentgrenzwert kann gemäß der tatsächlichen Drehzahl des Elektromotors 3 zu der Zeit variiert werden. In diesem Fall ist es erwünscht, dass der Momentgrenzwert größer wird, wenn die tatsächliche Drehzahl des Elektromotors 3 höher ist. Der Momentgrenzwert kann gemäß der verstrichenen Zeit seit dem Beginn der Synchronsteuerung variiert werden. In diesem Fall ist es erwünscht, dass der Momentgrenzwert größer ist, wenn die seit dem Beginn der Synchronsteuerung verstrichene Zeit länger ist.
Die Konfiguration des Fahrzeugs 1 mit Vierradantrieb kann geändert werden, wie geeignet ist. Z.B. kann die Hauptantriebsquelle, die die rechten und linken Vorderräder 11R und 11L antreibt, die als die Hauptantriebsräder dienen, aus einem Hochleistungselektromotor wie z.B. einem Synchronmotor mit innerem Permanentmagneten (IPM) bestimmt sein, oder aus einer Kombination des Hochleistungselektromotors und einer Maschine, die z.B. eine Brennkraftmaschine ist.
Ein Hilfsantriebsgerät 2 hat: eine Antriebseinheit 20, die einen Elektromotor 3 aufweist; eine kämmende Kupplung 5, die ein erstes kämmendes Element 51 und ein zweites kämmendes Element 52 aufweist; ein Stellgerät 6, dass das zweite kämmende Element 52 bewegt; und eine Steuereinheit 10, die den Elektromotor 3 und das Stellgerät 6 steuert. Das Stellgerät 6 bewegt das zweite kämmende Element 52 zwischen einer getrennten Position, in der das zweite kämmende Element 52 nicht mit dem ersten kämmenden Element 51 in Kämmeingriff ist, einer Anlageposition, in der erste kämmende Zähne 514 und zweite kämmende Zähne 524 möglicherweise gegeneinander in Anlage sind, und einer kämmenden Position, in der die ersten kämmenden Zähne 514 und die zweiten kämmenden Zähne 524 miteinander in Kämmeingriff sind. Die Steuereinheit 10 sorgt dafür, dass ein zu dem Elektromotor 3 zugeführter Strom, wenn das zweite kämmende Element 52 zwischen der Anlageposition und der kämmenden Position angeordnet ist, kleiner als ein Strom ist, der erforderlich ist, um die Drehzahl des Elektromotors 3 beizubehalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 200380962 [0002]
JP 2003080962 A [0002, 0004, 0005]

Claims

Hilfsantriebsgerät, das die Hilfsantriebsräder eines Hauptantriebsräder und die Hilfsantriebsräder habenden Fahrzeugs mit Vierradantrieb antreibt, wobei das Gerät umfasst: eine Antriebseinheit, die einen Elektromotor aufweist, der eine Antriebskraft erzeugt, die zu einem zugeführten Strom passt; eine kämmende Kupplung, die ein erstes kämmendes Element mit ersten kämmenden Zähnen und ein zweites kämmendes Element mit zweiten kämmenden Zähnen aufweist, und die eine Momentübertragung zwischen dem Elektromotor und den Hilfsantriebsrädern ermöglicht und blockiert; ein Stellglied, das verursacht, dass die ersten kämmenden Zähne und die zweiten kämmenden Zähne miteinander in Kämmeingriff sind, indem das zweite kämmende Element mit Bezug auf das erste kämmende Element in eine axiale Richtung bewegt wird; einer Steuereinheit, die den Elektromotor und das Stellglied steuert, wobei: das Stellglied das zweite kämmende Element zwischen einer getrennten Position, in der die ersten kämmenden Zähne und die zweiten kämmenden Zähne in der axialen Richtung mit einem vorbestimmten Abstand voneinander entfernt Seite an Seite angeordnet sind, einer Anlageposition, in der distale Endabschnitte der ersten kämmenden Zähne und distale Endabschnitte der zweiten kämmenden Zähne möglicherweise gegeneinander in Anlage sind, und einer kämmenden Position, in der die ersten kämmenden Zähne und die zweiten kämmenden Zähne miteinander in Kämmeingriff sind, bewegt; und die Steuereinheit einen zu dem Elektromotor zugeführten Strom, wenn das zweite kämmende Element zwischen der Anlageposition und der kämmenden Position angeordnet ist, kleiner als einen Strom macht, der erforderlich ist, um die Drehzahl des Elektromotors beizubehalten, wenn die Steuereinheit das Stellglied so steuert, dass das zweite kämmenden Element von der getrennten Position über die Anlageposition zu der kämmenden Position bewegt wird.
Hilfsantriebsgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit eine Synchronsteuerung durchführt, in der das erste kämmende Element und das zweite kämmende Element einer Drehsynchronisation ausgesetzt sind, indem der Elektromotor mit einer Drehzahl entsprechend einer Drehzahl der Hilfsantriebsräder rotiert, wenn die ersten kämmenden Zähne und die zweiten kämmenden Zähne miteinander während der Fahrt des Fahrzeugs mit Vierradantrieb mit angehaltenem Elektromotor in Kämmeingriff zu bringen sind, und die Synchronsteuerung fortsetzt, bis eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, seit es bestimmt wurde, dass die Drehsynchronisation erlangt wurde, und einen zu dem Elektromotor zugeführten Strom reduziert, nachdem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, wenn das Stellglied so gesteuert wird, dass es das zweite kämmende Element von der getrennten Position zu der Anlageposition bewegt.
Hilfsantriebsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Antriebseinheit den Elektromotor und einen Drehzahluntersetzungsmechanismus aufweist, der eine Drehzahl einer Rotorwelle des Elektromotors reduziert; die Steuereinheit einen zu dem Elektromotor zugeführten Strom, wenn das zweite kämmende Element, das in der Anlageposition angeordnet ist, auf einen Strom entsprechend einem Momentverlust in dem Drehzahluntersetzungsmechanismus einstellt.