JP2007210399A - 車両のモータ駆動回転伝達制御装置 - Google Patents

車両のモータ駆動回転伝達制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 モータ停止時のクラッチの確実な切断が行える車両のモータ駆動回転伝達制御装置を提供する。
【解決手段】 モータ５１と車輪５６間に介在させるクラッチ６０として、モータ側および車輪側の回転部材４，１間の係合空間に係合子９を介在させた形式のものを用いる。このクラッチ６０は、係合子９を保持する保持器を拘束状態と開放状態とに切り換える保持器拘束機構２１を有し、拘束状態とすることにより正逆両方向の回転伝達が可能となり、開放状態とすることで両回転部材１，４間の回転が自在となる。上記保持器拘束機構２１を、モータ駆動中は拘束状態とし、モータ停止指令を受けることで、保持器拘束機構２１を開放状態とした後、モータ側回転部材４が車輪側回転部材１以上の回転速度となるようにモータ５１を加速してから、モータ５１を停止させるモータ・クラッチ連携制御手段６２を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、モータ駆動の車両や、モータとエンジンとを併用する４輪駆動車等において、モータと車輪との間にクラッチを介在させた車両のモータ駆動回転伝達制御装置に関する。
近年、前輪をエンジンで駆動し、後輪を電動のモータで駆動するハイブリッドカー形式の４輪駆動車の開発が盛んに行われている。このようなモータ駆動車においては、通常、車輪からの逆入力によるモータの過回転を防止してモータを保護したり、モータの異常に起因する走行中の事故を防ぐために、モータと車輪間の回転伝達系にクラッチを介在させている。
上記クラッチとしては、噛み合いクラッチや摩擦クラッチが一般的である。しかし、噛み合いクラッチでは、クラッチの連結時に駆動側の回転数を従動側と厳密に同期させる必要があり、制御が難しい。摩擦クラッチの場合は、クラッチ入切時の速度合わせ上の問題はないが、クラッチを切った状態でも、駆動側部材と従動側部材とがクラッチ内の粘性流体の存在等により、完全には切り離されず、車輪からの逆入力の一部がモータまで伝達される場合がある。
このような課題を解消するものとして、例えば図７に示すように、車輪側回転部材となる外方部材１とモータ側回転部材となる内方部材４の間に、楔状の係合空間Ｓをカム面６によって形成し、この係合空間Ｓにローラからなる係合子９を組み込んだ２方向クラッチ形式のローラクラッチを用いたものが提案されている。このローラクラッチは、係合子９を保持する保持器（同図には図示せず）を外方部材１に対して電磁石で拘束することにより接続状態となり、電磁石をオフして保持器を開放することで、切り状態となる。
しかし、上記ローラクラッチでは、モータを停止して電磁石のオフにより保持器開放状態としたにも係わらず、係合空間Ｓに係合子９が噛み込んだ接続状態でロックされたままとなることがある。
例えば、エンジンおよびモータによる４輪駆動の走行状態では、図７（Ａ）のように、係合子９は正噛み込み状態、つまり係合空間Ｓにおける内方部材回転方向の後方部分に噛み込む状態となっている。この状態で、坂道に進入し、車速がある程度以上に速くなった場合や、アクセルをオフした場合は、図７（Ｂ）に示すように、車輪側回転部材である外方部材１の回転速度が内方部材４の回転速度よりも速くなる。このように外方部材１の方が速くなると、係合子９は、同図のように逆噛み込み状態、つまり係合空間Ｓにおける内方部材回転方向の前方部分に噛み込む状態となる。
このような逆噛み込み状態でモータを停止し、電磁石のオフにより保持器を開放したことしても、ローラクラッチは係合子９の噛み込みを深める力が作用することになって、接続状態にロックされ、クラッチ切り状態とはならない。このため、車輪からの逆入力によるモータの過回転が生じることがある。
このようなローラクラッチ形式のクラッチにおいて、クラッチを確実に切断できる制御方法として、図８に流れ図で示す手順を採るものが提案されている（例えば、特許文献１）。この制御では、車輪をモータ駆動する間は、クラッチの保持器を拘束状態としてクラッチを接続状態としておき（Ｒ１）、モータの停止指令（Ｒ２）があると、モータを加速してクラッチのモータ側回転部材の速度が車輪側回転部材の速度よりも大となった後（Ｒ３，Ｒ４）、保持器を開放し（Ｒ５）、モータを停止（Ｒ６）するものである。
この制御手順を採ると、モータ側回転部材である内方部材４の回転速度Ｎｉ（図７）を車輪側回転部材である外方部材１の回転速度Ｎｏよりも大とすることで（Ｒ３，Ｒ４）、係合子９は同図（Ａ）のような正噛み込み状態、つまり係合空間Ｓにおける内方部材回転方向の後方部分に噛み込む状態となる。そのため、保持器の開放（Ｒ５）、およびモータ停止（Ｒ６）を行うと、図７（Ｃ）のように係合子９は係合空間Ｓ内の中立位置に移動し、ローラクラッチがオフとなる。
特開２００５−１２４２８４号公報
しかし、図８に示した制御手順では、モータ側速度が大となってから、保持器の開放を行うため、確実なクラッチ切断を行うにつき、いま一つ不十分であった。
この発明の目的は、モータと車輪間に介在させるクラッチとして、モータ側および車輪側の回転部材間の係合空間に係合子を介在させた形式のクラッチを用いるものにおいて、モータ停止時のクラッチの確実な切断が行える車両のモータ駆動回転伝達制御装置を提供することである。
この発明の車両のモータ駆動回転伝達制御装置は、モータから車輪へ動力を伝達する回転伝達系にクラッチが介在し、このクラッチが、互いに回転自在に内外に嵌合したモータ側の回転部材および車輪側の回転部材と、両回転部材のいずれか一方に設けられた円筒面と、他方の回転部材の周方向複数箇所に設けられて上記円筒面との間に係合空間を形成するカム面と、各係合空間に介在した係合子と、各係合子の周方向の位置を規制する保持器と、この保持器を上記円筒面が形成された回転部材に対して拘束状態と非拘束の開放状態とに切り換える保持器拘束機構とを有し、この保持器拘束機構で保持器が拘束状態とされることにより、上記係合子が上記係合空間に噛み込み状態となって両回転部材の間の正逆両方向の回転伝達が可能となるものである。
この前提構成の車両のモータ駆動回転伝達制御装置において、モータ駆動中は上記保持器拘束機構を保持器拘束状態とし、上記モータの停止の指令を受けることで、上記保持器拘束機構を保持器開放状態とし、この後、モータ側の回転部材が車輪側の回転部材以上の回転速度となるようにモータを加速してから、モータを停止させるモータ・クラッチ連携制御手段を設けたことを特徴とする。
この構成によると、モータ・クラッチ連携制御手段は、モータの停止の指令を受けたときに、実際にモータを停止させるまでの前処理として、保持器拘束機構により保持器を開放状態とし、この後、モータ側の回転部材が車輪側の回転部材以上の回転速度となるようにモータを加速してから、モータを停止させる。このように、モータ側の回転部材が車輪側の回転部材以上の回転速度となるようにモータを加速してから、モータを停止させるので、クラッチの係合子が係合空間内で逆噛み込み状態にあっても、正噛み込み状態に戻ってから、モータが停止されることになる。そのため、クラッチの確実な切断が行える。この場合に、先に保持器を開放してからモータを加速させるので、より一層確実に、クラッチの切断が行える。これにより、クラッチが接続状態でロックされたままとなることが回避され、車輪からモータへの逆入力を確実に遮断することができる。
また、モータと車輪間に介在させるクラッチとして、モータ側および車輪側の回転部材間の係合空間に係合子を介在させた形式のものを用いたため、この形式のクラッチの利点、つまり噛み合いクラッチに比べて接続時の動作が円滑に行え、また摩擦クラッチのように切断時に不完全接続状態となって一部のトルクが伝達されるということがなく、確実なトルクの遮断が行えるという利点が得られる。
この発明において、上記モータ・クラッチ連携制御手段は、上記モータから車輪へ動力を伝達するモータ駆動系、およびエンジンから他の車輪へ動力を伝達するエンジン駆動系を備えた車両において、エンジンおよびモータの駆動中に上記モータの停止の指令を受けることで、上記保持器開放状態から、上記モータの加速およびモータ停止までの一連の制御を行うものとしても良い。
この発明の車両のモータ駆動回転伝達制御装置は、モータ駆動のみの車両に適用しても良いが、上記のようなモータとエンジンとの両方を用いるハイブリッド形式の４輪駆動車等の場合に、上記一連の制御を行うモータ・クラッチ連携制御手段を用いることによるクラッチの確実な切断の効果がより効果的に発揮される。
この発明の車両のモータ駆動回転伝達制御装置は、モータと車輪間に介在させるクラッチに対して、モータ駆動中は保持器拘束機構を保持器拘束状態とし、モータの停止の指令を受けることで、上記保持器拘束機構を保持器開放状態とし、この後、モータ側の回転部材が車輪側の回転部材以上の回転速度となるようにモータを加速してから、モータを停止させるモータ・クラッチ連携制御手段を設けたものであるため、モータ側および車輪側の回転部材間の係合空間に係合子を介在させた形式のクラッチを用いながら、モータ停止時のクラッチの確実な切断を行うことができる。
この発明の一実施形態を図１ないし図７と共に説明する。図１は、この実施形態の制御装置を適用した車両の駆動系の概要を示す。この車両は、電動式のモータ５１を駆動源とする後輪用のモータ駆動系５０と、エンジン４１を駆動源とする前輪用のエンジン駆動系４０とを備えたハイブリッドカーである。エンジン駆動系４０は、エンジン４１のトルクを、変速機４２、ドライブシャフト４３、およびハブ軸受ユニット４４を介して左右の前輪４５に伝達する。
後輪用のモータ駆動系５０は、モータ１の駆動トルクを、減速機５２、動力分配機構５３、ドライブシャフト５４、およびハブ軸受ユニット５５を介して左右の後輪である車輪５６に伝達するものである。このモータ１から車輪５６に動力を伝達する回転伝達系５７に、クラッチ６０が介在させている。
クラッチ６０は、電磁ローラクラッチ形式のものであって、電磁石２２のオンオフで保持器の拘束，非拘束の切換を行う保持器拘束機構２１を有している。
モータ駆動系５０のモータ５１およびクラッチ６０は、コンピュータ等からなる４輪駆動制御装置６１により制御される。この４輪駆動制御装置６１の一部として、モータ５１とクラッチ６０とを連携して制御するモータ・クラッチ連携制御手段６２が設けられている。４輪駆動制御装置６１は、例えば、車両の電気制御ユニット（ＥＣＵ）（図示せず）に設けられている。
クラッチ６０につき、図３〜図７と共に説明する。このクラッチ６０は、電磁式ローラクラッチであり、車輪側回転部材となる外方部材１の内側に入力軸３が軸受１０を介して回転自在に組み込まれている。入力軸３の外周には、モータ側回転部材となる内方部材４が、セレーション５を介して一体に回転するように嵌合している。
外方部材１は、内周に円筒面２が形成されている。内方部材４の外周には外方部材１の円筒面２との間で係合空間Ｓを形成するカム面６が周方向の複数箇所に設けられている。各係合空間Ｓは、周方向の両端に向けて間隔が次第に小さくなる楔形の空間とされる。
外方部材１と内方部材４との間にはリング状の保持器７が組込まれている。保持器７にはカム面６と対向する位置にポケット８が形成され、そのポケット８にローラからなる係合子９が収納されている。係合子９は、内方部材４と保持器７とが相対的に回転したときに、図６（Ｂ）に示すように、円筒面２およびカム面６に係合し、入力軸３と一体に回転する内方部材４の回転を外方部材１に伝達する。
保持器７と内方部材４との間には、図４，図５に示すように、保持器７を中立位置に保持するスイッチばね１３が組込まれている。スイッチばね１３は、円弧状部１３ａの両端に外方向に向く係合片１３ｂを形成している。このスイッチばね１３は、内方部材４の一端面に形成されたばね収納凹部１４内に組込まれ、そのばね収納凹部１４の周壁に形成された切欠部１５および保持器７の一端部に形成された切欠部１６に一対の係合片１３ｂが挿入されて、各切欠部１５、１６の周方向両端を係合片１３ｂで周方向に押圧している。保持器７の中立位置とは、係合子９が図６（Ａ）に示すように、円筒面２およびカム面６に対して非係合となる位置をいう。
図３おいて、外方部材１と内方部材４との間には、電磁石２２のオンオフによって、保持器７を外方部材１に対して拘束状態と非拘束の開放状態とに切り換える保持器拘束機構２１が設けられている。
保持器拘束機構２１は、外方部材１の一端部内に組み込まれた電磁石２２と、内方部材４の小径軸部４ａにスライド自在に嵌合したアーマチュア１８とで構成される。アーマチュア１８は、保持器７に対して回り止め板１７を介して回り止めされている。
このクラッチ６０の動作を説明する。いま、入力軸３が回転する状態において、電磁石２２に通電してアーマチュア１８を吸着保持すると、保持器７が回り止めされるため、入力軸３と一体に回転する内方部材４が保持器７に対して相対回転する。このとき、図６（Ｂ）に示すように、係合子９が円筒面２およびカム面６に係合し、この状態で内方部材４が外方部材１に対して図中時計方向に相対回転しようとするとき内方部材４の回転が係合子９を介して外方部材１に伝達される。
内方部材４と保持器７が相対回転するとき、内方部材４に形成された切欠部１５と保持器７に設けられた切欠部１６の位置が周方向にずれ、その位置ずれによってスイッチばね１３が弾性変形する。このため、電磁石２２のコイルに対する通電を遮断すると、スイッチばね１３の復元弾性によって保持器７が中立位置に戻され、係合子９は円筒面２およびカム面６に対する係合が解除されて、内方部材４は外方部材１に対してフリー回転する。
図１，図２と共に制御系を説明する。４輪駆動制御装置６１は、エンジン駆動系４０とモータ駆動系５０との併用および単独駆動の切換えに関する制御を行う手段であり、車速センサ（図示せず）やエンジン４１，モータ５１の回転速度センサ等の各種のセンサ入力ａ、および運転者の操作手段からの入力等により、設定条件に従って制御出力を行う。例えば、４輪駆動制御装置６１は、車両の停止状態から発進するときは、エンジン４１およびモータ５１の両方を駆動する４輪駆動状態とし、発進後に所定の条件が整うと、モータ５１を停止させる指令を生成する。４輪駆動制御装置６１は、車両のエンジン駆動系４０を含む全体の制御を行うコンピュータ式の電気制御ユニット（ＥＣＵ）（図示せず）の一部として設けられている。この４輪駆動制御装置６１に、モータ・クラッチ連携制御手段６２が設けられている。
モータ・クラッチ連携制御手段６２は、モータ５１の駆動を停止するときに、モータ５１、およびクラッチ６０の保持器拘束機構２１における電磁石２２のオンオフを、図２の流れ図で示すように制御する手段である。
モータ・クラッチ連携制御手段６２は、車両の４輪駆動状態などのモータ５１の駆動中は、クラッチ６０の保持器拘束機構２１の電磁石２２をオン状態に維持して、保持器拘束状態とする（図２のステップＳ１）。
この状態で、モータ駆動系制御装置６１により、４輪駆動から２輪駆動への切換等のためにモータ５１を停止させる指令がモータ・クラッチ連携制御手段６２に与えられると（Ｓ２）、モータ・クラッチ連携制御手段６２は、保持器拘束機構２１の電磁石２２をオフとして、保持器拘束機構２１を保持器開放状態とする（Ｓ３）。この後、モータ５１を加速し（Ｓ４）、モータ側回転部材である内方部材４の回転速度が車輪側回転部材である外方部材１の回転速度以上になってから（Ｓ５）、モータ５１を停止させる（Ｓ６）。これにより、車両は、エンジン駆動系４０の駆動のみによる２輪駆動状態となる。
図２の制御によるクラッチ６０の状態を、図７と共に説明する。ステップＳ１のモータ駆動状態（４輪駆動状態）では、図７（Ａ）の状態にある。すなわち、保持器７（図６）は車輪側回転部材である外方部材１に対して位置が拘束されていて、係合子９は正噛み込み状態、つまり係合空間Ｓにおける内方部材回転方向の後方部分に噛み込む状態となっている。この状態では、内方部材４が外方部材１に対して図中時計方向に相対回転しようとするとき係合子９の噛み込みにより、モータ側回転部材である内方部材４の回転が車輪側回転部材である外方部材１に伝えられ、内方部材４の回転速度Ｎｉと外方部材１の回転速度Ｎｏが等しくなっている（矢印の長さで回転速度の大小を示す）。
この状態で、例えば急な坂道に進入し、車速がある程度以上に速くなった場合や、アクセルをオフした場合は、図７（Ｂ）に示すように、車輪側回転部材である外方部材１の回転速度が内方部材４の回転速度よりも速くなる。このように外方部材１の方が速くなると、係合子９は、同図のように逆噛み込み状態、つまり係合空間Ｓにおける内方部材回転方向の前方部分に噛み込む状態となる。
この逆噛み込み状態では、課題の欄で前述したように、単に保持器７を開放しても、係合子９の噛み込みが解消されず、クラッチ６０が接続状態のままでロックされることがある。
坂道に進入した場合であっても、車速がある程度低く、アクセルをオンした状態では、図７（Ａ）の正噛み込み状態が維持される。
この実施形態では、上記のように、モータ停止の前に、保持器７を開放し（Ｓ３）、モータ側回転部材である内方部材４が車輪側回転部材である外方部材１以上の回転速度となるようにモータ５１を加速する（Ｓ４，Ｓ５）。そのため、クラッチ６０が図７（Ｂ）のように逆噛み込み状態となっていても、図７（Ａ）の正噛み込み状態に戻る。モータ加速前に、クラッチ６０が図７（Ａ）の正噛み込み状態である場合は、その正噛み込み状態が維持される。
このように、常に正噛み込み状態としてモータ５１を停止させるため、モータ５１の停止により、図７（Ｃ）のように係合子９の噛み込みが解消されて、係合子９は係合空間Ｓにおける中立位置となり、車輪側回転部材である外方部材１は、モータ側回転部材である内方部材４に対して自由に回転可能となる。
このモータ駆動回転伝達制御装置は、このように、モータ側回転部材である内方部材４が車輪側回転部材である外方部材１以上の回転速度となるようにモータ５１を加速してから、モータ５１を停止させるため、クラッチ６０は常に正噛み込み状態でモータ停止されることになる。そのため、クラッチ６０が接続状態にロックされることが回避されて、確実なクラッチの接続解除を行うことができる。
この場合に、保持器７を開放状態としてから、モータ５１の加速を行うため、モータ５１の加速を行ってから保持器７を開放状態とするよりも、より一層確実にクラッチ６０の接続解除が行える。そのため、モータ停止時にクラッチ６０が接続状態にロックされることで、車輪からの逆入力によりモータ５１が過回転することを、より一層確実に防止することができる。
なお、上記実施形態では、クラッチ６０は、内方部材４をモータ側回転部材としたが、内方部材４を車輪側回転部材としても良い。
また、上記実施形態は、エンジン４１とモータ５１とを併用するハイブリッド形式の車両の場合につき説明したが、この発明は、一つのモータ５１だけで駆動する車両や、このモータ５１によるモータ駆動系５０と、他のモータ（図示せず）で別の車輪４５を駆動するモータ駆動車両においても適用することができる。
この発明の一実施形態に係るモータ駆動回転伝達制御装置を搭載した車両の駆動系の概要説明図である。 同モータ駆動回転伝達制御装置におけるモータ・クラッチ連携制御手段の動作の流れ図である。 同モータ駆動回転伝達制御装置におけるクラッチの縦断面図である。 図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 同クラッチの部分斜視図である。 （Ａ）は図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図、（Ｂ）は同部分の係合状態を示す断面図である。 同クラッチの動作説明図である。 従来例の制御動作の流れ図である。
符号の説明
１…外方部材（車輪側の回転部材）
２…円筒面
３…入力軸
４…内方部材（モータ側の回転部材）
６…カム面
７…保持器
８…ポケット
９…係合子
１３…スイッチばね
１７…回り止め板
１８…アーマチュア
２１…保持器拘束機構
２２…電磁石
４０…エンジン駆動系
４１…エンジン
５０…モータ駆動系
５１…モータ
５６…車輪
５７…回転伝達系
６０…クラッチ
６１…４輪駆動制御装置
６２…モータ・クラッチ連携制御手段
Ｓ…係合空間

Claims (2)

  1. モータから車輪へ動力を伝達する回転伝達系にクラッチが介在し、このクラッチが、互いに回転自在に内外に嵌合したモータ側の回転部材および車輪側の回転部材と、両回転部材のいずれか一方に設けられた円筒面と、他方の回転部材の周方向複数箇所に設けられて上記円筒面との間に係合空間を形成するカム面と、各係合空間に介在した係合子と、各係合子の周方向の位置を規制する保持器と、この保持器を上記円筒面が形成された回転部材に対して拘束状態と非拘束の開放状態とに切り換える保持器拘束機構とを有し、この保持器拘束機構で保持器が拘束状態とされることにより、上記係合子が上記係合空間に噛み込み状態となって両回転部材の間の正逆両方向の回転伝達が可能となるものである車両のモータ駆動回転伝達制御装置において、
    モータ駆動中は上記保持器拘束機構を保持器拘束状態とし、上記モータの停止の指令を受けることで、上記保持器拘束機構を保持器開放状態とし、この後、モータ側の回転部材が車輪側の回転部材以上の回転速度となるようにモータを加速してから、モータを停止させるモータ・クラッチ連携制御手段を設けたことを特徴とする車両のモータ駆動回転伝達制御装置。
  2. 請求項１において、上記モータ・クラッチ連携制御手段は、上記モータから車輪へ動力を伝達するモータ駆動系、およびエンジンから他の車輪へ動力を伝達するエンジン駆動系を備えた車両において、エンジンおよびモータの駆動中に上記モータの停止の指令を受けることで、上記保持器開放状態から、上記モータの加速およびモータ停止までの一連の制御を行うものとした車両のモータ駆動回転伝達制御装置。
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