以下、本発明の実施の形態(以下、単に「実施形態」と記す)を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。まず、本実施形態に係る車両と動力伝達装置の構成の概略について、図1を用いて説明する。図1は、実施形態に係る車両及び動力伝達装置の構成を示す模式図である。
車両1には、駆動輪9を駆動するための原動機として内燃機関5が設けられている。内燃機関5は、燃料のエネルギを機械的エネルギに変換して出力する熱機関であり、本実施形態においては、シリンダ内をピストンが往復運動するピストン往復動機関である。内燃機関5は、機関出力軸6から機械的動力を出力する。機関出力軸6は、動力伝達装置10の入力軸11と結合されている。なお、以下の説明において、内燃機関5が機関出力軸6から出力する機械的動力を「機関出力」と記す。内燃機関5は、所定の停止条件が成立した場合には作動を停止し、且つ所定の始動条件が成立した場合には始動するよう制御装置100により制御される。
車両1には、内燃機関5が機関出力軸6から出力した機械的動力を、入力軸11で受けて、駆動輪9に向けて伝達する動力伝達装置10が設けられている。本実施形態において、動力伝達装置10は、内燃機関5からの機械的動力を、作動流体を介してトルクを増大可能なトルクコンバータ20と、トルクコンバータ20からの機械的動力を回転方向を切替えて伝達可能な前後進切替機構30と、内燃機関5と駆動輪9との間における動力伝達を遮断可能な常閉クラッチ80と、内燃機関5からの機械的動力を回転速度を変化させて駆動輪9に向けて伝達可能な変速機構85とを有している。以下にこれらの詳細について、図1及び図2を用いて説明する。図2は、実施形態に係る動力伝達装置の構成を説明する模式図である。
図1及び図2に示すように、トルクコンバータ20は、ポンプインペラ22とタービンランナ24とステータ25とを有し、ポンプインペラ22からの機械的動力を、作動流体を介してトルクを増大させてタービンランナ24に伝達可能な流体伝動装置である。トルクコンバータ20は、ポンプインペラ22で受けた機械的動力を、作動流体(例えば、ATF:自動変速機用フルード)を介してタービンランナ24に伝達する。ポンプインペラ22からタービンランナ24に流れた作動流体は、ステータ25により流動方向を変えられて、再びポンプインペラ22に流入する。トルクコンバータ20は、ポンプインペラ22からタービンランナ24に伝達されるトルクを増大させることが可能に構成されている。
ポンプインペラ22は、トルクコンバータ20のうち入力側を構成する部材、すなわち動力伝達装置10の入力軸11に結合されており、入力軸11は、ポンプインペラ22と一体に回転する。一方、タービンランナ24は、前後進切替機構30の入力軸31に結合されている。ステータ25は、ワンウェイクラッチ27に結合されており、当該ワンウェイクラッチ27は、動力伝達装置10を構成する部材のうち静止している部材(以下、静止部材と記す)に係合可能に構成されている。なお、静止部材には、動力伝達装置10の外装をなすハウジング等がある。
本実施形態において、トルクコンバータ20は、ポンプインペラ22とタービンランナ24とを連結させることが可能なクラッチであるロックアップクラッチ28を有している。ロックアップクラッチ28が連結状態にある場合、ポンプインペラ22とタービンランナ24は、一体に回転し、内燃機関5からの機関出力は、そのままタービンランナ24から前後進切替機構30に伝達される。
なお、本明細書において、クラッチ(例えば、ロックアップクラッチ28、前進クラッチ40、常閉クラッチ80)を作動させず、駆動側の回転部材と被駆動側の回転部材との間における動力伝達が遮断された状態を「解放状態」と記す。一方、クラッチを作動させて、駆動側の回転部材と被駆動側の回転部材が同一の回転速度で一体に回転する状態を「連結状態」と記す。また、駆動側の回転部材と被駆動側の回転部材が係合して、これら回転部材の間においてトルクの伝達がある状態を「係合状態」と記す。つまり「係合状態」には、上述した「連結状態」が含まれる。
また、本明細書において、ブレーキ(例えば、後進ブレーキ60)を作動させて運動体の回転を止めて静止させた状態を「停止状態」と記す。一方、当該ブレーキを作動させておらず、静止部材に対して運動部材が自由に回転する状態を「非作動状態」と記す。また、運動部材と静止部材が接して運動体の回転が制動される状態を「制動状態」と記す。つまり「制動状態」には、上述した「停止状態」が含まれる。
また、本明細書において、クラッチ(例えば、前進クラッチ40、常閉クラッチ80)が解放状態から係合状態(連結状態を含む)になるまでの動作、すなわち隣り合うクラッチディスク(摩擦材)を係合させる動作を「係合動作」と記す。これに対して、クラッチが係合状態(連結状態を含む)から解放状態になるまでの動作、すなわち隣り合うクラッチディスク(摩擦材)の係合を解く動作を「解放動作」と記す。
また、本明細書において、ブレーキ(例えば、後進ブレーキ60)が非作動状態から制動状態(停止状態を含む)になるまでの動作を「制動動作」と記す。これに対して、ブレーキが制動状態(停止状態を含む)から非作動状態になるまでの動作を「非作動動作」と記す。
前後進切替機構30は、ダブルピニオン式(デュアルプラネタリー式)の遊星歯車33を有している。遊星歯車33は、入力軸31に結合されたサンギア34と、当該サンギア34と噛み合う内側プラネタリピニオン35と、内側プラネタリピニオン35と噛み合う外側プラネタリピニオン36と、内側プラネタリピニオン35と外側プラネタリピニオン36を回転可能に支持するプラネタリキャリア38と、外側プラネタリピニオン36と噛み合うリングギア39とを有している。プラネタリキャリア38は、後述する常閉クラッチ80の入力軸81に結合されている。
また、前後進切替機構30は、遊星歯車33のうちサンギア34とプラネタリキャリア38を連結可能なクラッチである「前進クラッチ」40と、遊星歯車33のリングギア39の回転を制動可能なブレーキである「後進ブレーキ」50とを有している。
前進クラッチ40は、多板式のクラッチとして構成されており、回転中心軸Cの軸方向に摩擦材3と摩擦材4が、複数、交互に配列されている。なお、摩擦材3と摩擦材4は、本実施形態においては、回転中心軸Cを中心として円環状をなしているクラッチ板(clutch plate)である。前進クラッチ40は、摩擦材3と摩擦材4との間に生じる摩擦力により、駆動側の回転部材と被駆動側の回転部材が係合して係合状態となる、いわゆる「摩擦クラッチ」である。前進クラッチ40においては、サンギア34とプラネタリキャリア38のうち、一方が駆動側の回転部材となり、他方が被駆動側の回転部材となる。つまり、前進クラッチ40が連結状態に操作されると、サンギア34とプラネタリキャリア38は、連結されて一体に回転する。前進クラッチ40は、解放状態に操作されると、サンギア34とプラネタリキャリア38との間における機械的動力の伝達が遮断されて、サンギア34とプラネタリキャリア38は、それぞれ別個に回転することができる。
一方、後進ブレーキ60は、多板式のブレーキとして構成されており、回転中心軸Cの軸方向に摩擦材7と摩擦材8が複数、交互に配列されている。なお、摩擦材7と摩擦材8は、本実施形態においては、回転中心軸Cを軸心として円環状をなしているブレーキ板(brake plate)である。後進ブレーキ60は、摩擦材7と摩擦材8との間に生じる摩擦力により、運動体であるリングギア39と静止部材(例えば、動力伝達装置10のハウジング)が係合して、運動体の回転が制動される制動状態となる、いわゆる「摩擦ブレーキ」である。後進ブレーキ60は、停止状態に操作されると、リングギア39が静止部材に固定される。停止状態において、サンギア34を回転させると、プラネタリキャリア38は、サンギア34と逆向きに回転する。後進ブレーキは、非作動状態に操作されると、リングギア39は、サンギア34及びプラネタリキャリア38と一体に回転することが可能となる。
ここで、本実施形態に係る前進クラッチ40及び後進ブレーキ60の構造について、図3を用いて説明する。図3は、本実施形態に係る前進クラッチ40及び後進ブレーキ60の構造の一例を示す断面図である。なお、図3において、前進クラッチ40及び後進ブレーキ60の断面のうち、発明の要旨に係る一部を示している。
なお、以下の説明において、回転中心軸Cの軸方向のうち、摩擦材3と摩擦材4とを係合させる向き(軸方向内側)を「軸方向係合側」と記して、図に矢印E1,E2で示す。また、回転中心軸Cの軸方向のうち軸方向係合側とは逆向き、すなわち摩擦材3と摩擦材4とを係合させない向き(軸方向外側)を「軸方向解放側」と記して、図に矢印D1,D2で示す。なお、「軸方向係合側」と「軸方向解放側」は、摩擦材を基準として向きを定義している。そこで、前進クラッチ40のクラッチ側油圧ピストン部材50にとって「軸方向係合側」を図に矢印E1で示し「軸方向解放側」を図に矢印D1で示す。同様に、後進ブレーキ60のブレーキ側油圧ピストン部材50Bにとって「軸方向係合側」を図に矢印E2で示し「軸方向解放側」を図に矢印D2で示す。
図3に示すように、前進クラッチ40は、回転中心軸C(図に一点鎖線で示す)を軸心として回転する摩擦材3と、当該摩擦材3と同一の回転中心軸Cを軸心として回転し、摩擦材3が係合する相手の摩擦材4とを有している。前進クラッチ40は、摩擦材3と摩擦材4との間に摩擦力が生じることにより、サンギア34とプラネタリキャリア38とを係合して、これら回転部材の間において機械的動力の伝達がなされる、すなわち「係合状態」となる。
前進クラッチ40は、回転中心軸Cを軸心とする略円筒状をなしている部分(以下、周壁部と記す)41の径方向外側に摩擦材3が配置されるシリンダ状の部材(以下、クラッチハブと記す)43と、クラッチハブ43と同一の回転中心軸Cを軸心とする略円筒状をなしている部分(以下、外周壁部と記す)42の径方向内側に摩擦材4が配置されるシリンダ状の部材(以下、クラッチドラムと記す)44とを有している。クラッチドラム44は、入力軸31及びサンギア34に結合されており、クラッチハブ43は、プラネタリキャリア38に結合されている。
クラッチドラム44の外周壁部42の外径は、クラッチハブ43の周壁部41に比べて大きく構成されている。クラッチドラム44の外周壁部42の径方向内側には、回転中心軸Cを軸心とする円環状をなしており、回転中心軸Cの軸方向に厚みを有する板状の摩擦材4が、複数配置されている。クラッチドラム44の外周壁部42の径方向内側の面には、「歯すじ」が回転中心軸Cの軸方向に延びるスプライン46が形成されている。摩擦材4は、クラッチドラム44のスプライン46と回転中心軸Cの周方向に係合しており、且つ、外周壁部42に対して回転中心軸Cの軸方向に所定の距離だけ滑動可能に構成されている。
クラッチハブ43の周壁部41の外径は、クラッチドラム44の外周壁部42に比べて小さく構成されている。クラッチハブ43の周壁部41の径方向外側には、回転中心軸Cを中心とする円環状をなし、回転中心軸Cの軸方向に厚みを有する板状の摩擦材3が、複数配置されている。クラッチハブ43の周壁部41の径方向外側には、歯すじが回転中心軸Cの軸方向に延びるスプライン45が形成されている。摩擦材3は、当該スプライン45と回転中心軸Cの周方向に係合しており、且つ、周壁部41に対して回転中心軸Cの軸方向に所定の距離だけ滑動可能に構成されている。
前進クラッチ40において、クラッチハブ43に係合する摩擦材3と、クラッチドラム44に係合する摩擦材4は、回転中心軸Cの軸方向において交互に配置されている。摩擦材3と、その係合相手である摩擦材4が係合することにより、その係合面には、摩擦力が生じる。これにより、入力軸31に結合されたサンギア34と、入力軸81に結合されたプラネタリキャリア38が係合する。
また、クラッチドラム44は、外周壁部42のうち軸方向解放側D1の縁から、回転中心軸Cに向けて、径方向内側に延びている部分(以下、径方向部と記す)47を有している。径方向部47は、回転中心軸Cの中心に穴が空いた略円板状をなしている。径方向部47のうち回転中心軸Cの径方向内側の縁からは、外周壁部42に対して回転中心軸Cの径方向内側において回転中心軸Cを軸心とする略円筒状をなしている部分(以下、内周壁部と記す)48が延びている。外周壁部42と径方向部47と内周壁部48は、一体に成形されて、クラッチドラム44を構成している。
前進クラッチ40は、上述した摩擦材4と摩擦材3とを係合させるための機構として、油圧を受けて回転中心軸Cの軸方向係合側E1に移動することにより、摩擦材4を回転中心軸Cの軸方向係合側Eに押す部材(以下、クラッチ側油圧ピストン部材と記す)50を有している。クラッチ側油圧ピストン部材50は、回転中心軸Cを軸心とする略円環状をなしている。また、前進クラッチ40は、摩擦材3と摩擦材4が係合しない向き、すなわち軸方向解放側D1に、クラッチ側油圧ピストン部材50を付勢する付勢部材(以下、リターンスプリングと記す)51と、リターンスプリング51をクラッチドラム44の内周壁部48に保持する部材(以下、スプリングリテーナと記す)52とを有している。
回転中心軸Cの軸方向においてクラッチドラム44の径方向部47とクラッチ側油圧ピストン部材50との間には、作動媒体であるオイルが供給されて、クラッチ側油圧ピストン部材50に油圧を作用させるための空間(以下、油圧室と記す)55が形成されている。クラッチ側油圧ピストン部材50のうち回転中心軸Cの径方向外側の端とクラッチドラム44の外周壁部42との間には、油圧室55にあるオイルを密閉するための部材(以下、外周壁側シール部材と記す)53が設けられている。加えて、クラッチ側油圧ピストン部材50のうち回転中心軸Cの径方向内側の端とクラッチドラム44の内周壁部48との間にも、油圧室55にオイルを密閉するための部材(以下、内周壁側シール部材と記す)54が設けられている。
クラッチドラム44の内周壁部48には、当該油圧室55にオイル(すなわち油圧)を供給するための貫通孔56が形成されている。当該貫通孔56を介して後述するオイルポンプからオイルが供給されることで、油圧室55に油圧が生じる。クラッチ側油圧ピストン部材50は、油圧室55の油圧が所定の値より高い場合、当該油圧を受け、リターンスプリング51の付勢力に抗して回転中心軸Cの軸方向係合側E1に移動することが可能に構成されている。
クラッチ側油圧ピストン部材50は、回転中心軸Cの軸方向係合側E1に移動することにより、複数の摩擦材のうち対向する摩擦材4を押す。これにより、クラッチ側油圧ピストン部材50は、摩擦材3と摩擦材4とを係合させて、摩擦材4と摩擦材3との間において回転中心軸Cの周方向に摩擦力を生じさせる。このようにして、クラッチ側油圧ピストン部材50は、クラッチドラム44とクラッチハブ43とを係合させる、つまり前進クラッチ40を係合状態にすることができる。前進クラッチ40は、係合状態に操作されることにより、クラッチドラム44に結合されたサンギア34と、クラッチハブ43に結合されたプラネタリキャリア38とを連結させることができる。
一方、油圧室55の油圧が所定の値より低い場合、クラッチ側油圧ピストン部材50は、リターンスプリング51の付勢力により、回転中心軸Cの軸方向解放側D1に移動する。すると、摩擦材4と摩擦材3との回転速度差により、摩擦材4と摩擦材3との間に隙間が生じて、摩擦材4と摩擦材3との間に摩擦力が生じなくなる。このようにして、前進クラッチ40は、解放状態に操作されることにより、クラッチドラム44とクラッチハブ43との間において機械的動力の伝達を遮断することができる。
前進クラッチ40の油圧室55には、油圧供給装置110により油圧が供給される。油圧供給装置110は、図1に示すように、機関出力軸からの機械的動力を受けて作動可能なオイルポンプPを含んでいる。本実施形態において、オイルポンプPは、内燃機関5の機関出力軸6からの機械的動力を、トルクコンバータ20のポンプインペラ22を介して受けて作動し、油圧を発生させる。油圧供給装置110は、オイルポンプPが発生させた油圧を、前進クラッチ40、後進ブレーキ60、及び常閉クラッチ80に供給する。油圧供給装置110が前進クラッチ40に供給される油圧を制御することにより、前進クラッチ40の係合状態と解放動作とを切替える動作(以下、「係合/解放動作」と記す)を操作可能に構成されている。油圧供給装置110による、前進クラッチ40の係合/解放動作の操作は、制御装置100により制御される。
図3に示すように、後進ブレーキ60は、回転中心軸C(図に一点鎖線で示す)を軸心として回転する摩擦材7と、静止部材に回転軸の周方向に係合しており、摩擦材7が係合する相手の摩擦材8とを有している。後進ブレーキ60は、摩擦材7と摩擦材8との間に摩擦力が生じることにより、リングギア39と静止部材が係合して、リングギア39の回転が制動される、すなわち「制動状態」となる。
後進ブレーキ60は、回転中心軸Cを軸心とする略円筒状をなしている壁体(以下、周壁と記す)61の径方向外側に摩擦材7が配置されるリングギア39と、同一の回転中心軸Cを軸心とする略円筒状の壁体(以下、外周壁と記す)62の径方向内側に摩擦材8が配置される静止部材64とを有している。なお、静止部材64は、動力伝達装置10の外装をなすハウジング等により構成されている。
静止部材64の外周壁62の外径は、リングギア39の周壁61に比べて大きく構成されている。静止部材64の外周壁62の径方向内側には、回転中心軸Cを軸心とする円環状をなしており、回転中心軸Cの軸方向に厚みを有する板状の摩擦材8が、複数配置されている。静止部材64の外周壁62の径方向内側の面には、「歯すじ」が回転中心軸Cの軸方向に延びるスプライン66が形成されている。摩擦材8は、静止部材64のスプライン66と回転中心軸Cの周方向に係合しており、且つ、回転中心軸Cの軸方向に所定の距離だけ滑動可能に構成されている。
リングギア39の周壁61の外径は、静止部材64の外周壁62に比べて小さく構成されている。リングギア39の周壁61の径方向外側には、回転中心軸Cを中心とする円環状をなし、回転中心軸Cの軸方向に厚みを有する板状の摩擦材7が、複数配置されている。リングギア39の周壁61の径方向外側には、「歯すじ」が回転中心軸Cの軸方向に延びるスプライン65が形成されている。摩擦材7は、当該スプライン65と回転中心軸Cの周方向に係合しており、且つ、回転中心軸Cの軸方向に所定の距離だけ滑動可能に構成されている。
後進ブレーキ60において、リングギア39に係合する摩擦材7と、静止部材64に係合する摩擦材8は、回転中心軸Cの軸方向において交互に配置されている。摩擦材7と、その係合相手である摩擦材8が係合することにより、その係合面には、摩擦力が生じる。これにより、リングギア39と静止部材64が係合する。
また、静止部材64は、外周壁62のうち軸方向解放側D1の縁から、回転中心軸Cに向けて、径方向内側に延びている壁体(以下、径方向壁と記す)67を有している。径方向壁67のうち回転中心軸Cの径方向内側の縁からは、外周壁62に対して回転中心軸Cの径方向内側において回転中心軸Cを軸心とする略円筒状をなしている壁体(以下、内周壁と記す)68が延びている。外周壁62と径方向壁67と内周壁68は、一体に成形されて、静止部材64を構成している。
後進ブレーキ60は、上述した摩擦材8と摩擦材7とを係合させるための機構として、油圧を受けて回転中心軸Cの軸方向係合側E2に移動することにより、摩擦材4を回転中心軸Cの軸方向係合側E2に押す部材(以下、ブレーキ側油圧ピストン部材と記す)50Bを有している。ブレーキ側油圧ピストン部材50Bは、回転中心軸Cを軸心とする略円環状をなしている。また、後進ブレーキ60は、摩擦材7と摩擦材8が係合しない向き、すなわち軸方向解放側D2に、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bを付勢する付勢部材(以下、リターンスプリングと記す)51Bと、リターンスプリング51Bを静止部材64の内周壁68に保持する部材(以下、スプリングリテーナと記す)52Bとを有している。
回転中心軸Cの軸方向において静止部材64の径方向壁67とブレーキ側油圧ピストン部材50Bとの間には、作動媒体であるオイルが供給されて、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bに油圧を作用させるための空間(以下、油圧室と記す)55Bが形成されている。ブレーキ側油圧ピストン部材50Bのうち回転中心軸Cの径方向外側の端と静止部材64の外周壁62との間には、油圧室55Bにあるオイルを密閉するための部材(以下、外周壁側シール部材と記す)53Bが設けられている。加えて、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bのうち回転中心軸Cの径方向内側の端と静止部材64の内周壁68との間にも、油圧室55Bにオイルを密閉するための部材(以下、内周壁側シール部材と記す)54Bが設けられている。
静止部材64の内周壁68には、当該油圧室55Bにオイル(すなわち油圧)を供給するための貫通孔56Bが形成されている。当該貫通孔56Bを介して後述するオイルポンプからオイルが供給されることで、油圧室55Bに油圧が生じる。ブレーキ側油圧ピストン部材50Bは、油圧室55Bの油圧が所定の値より高い場合、当該油圧を受け、リターンスプリング51Bの付勢力に抗して回転中心軸Cの軸方向係合側E2に移動することが可能に構成されている。
ブレーキ側油圧ピストン部材50Bは、回転中心軸Cの軸方向係合側E2に移動することにより、複数の摩擦材のうち対向する摩擦材8を押す。これにより、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bは、摩擦材7と摩擦材8とを係合させて、摩擦材8と摩擦材7との間において回転中心軸Cの周方向に摩擦力を生じさせる。このようにして、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bは、静止部材64とリングギア39とを係合させる、つまり後進ブレーキ60を制動状態にすることができる。後進ブレーキ60は、停止状態に操作されることにより、静止部材64に対してリングギア39の回転を止めることができる。
一方、油圧室55Bの油圧が所定の値より低い場合、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bは、リターンスプリング51Bの付勢力により、回転中心軸Cの軸方向解放側D2に移動する。すると、摩擦材8と摩擦材7との回転速度差により、摩擦材8と摩擦材7との間に隙間が生じて、摩擦材8と摩擦材7との間に摩擦力が生じなくなる。このようにして、後進ブレーキ60は、非作動状態に操作されることにより、静止部材64とリングギア39との間において機械的動力の伝達を遮断することができる。
後進ブレーキ60の油圧室55Bには、油圧供給装置110により油圧が供給される。油圧供給装置110は、内燃機関5の機関出力軸6から機械的動力の一部を受けて作動し、油圧を発生させる。油圧供給装置110は、後進ブレーキ60に供給される油圧を制御することにより、後進ブレーキ60の制動状態と解放動作とを切替える動作(以下、「係合/解放動作」と記す)を操作可能に構成されている。油圧供給装置110による、後進ブレーキ60の係合/解放動作の操作は、制御装置100により制御される。
以上のように構成された前後進切替機構30において、前進クラッチ40は、摩擦材3と摩擦材4とを係合させるための機構として、摩擦材3及び摩擦材4を挟んでクラッチ側油圧ピストン部材50と対向して設けられており、機械的な力を受けて回転中心軸Cの軸方向を前進クラッチ40側(以下、単に「軸方向クラッチ側」と記し、その向きを図に矢印Aで示す)に移動することにより、摩擦材4を回転中心軸Cの軸方向クラッチ側Aに押す部材(以下、クラッチ側機械的押し部材と記す)70を備えている。クラッチ側機械的押し部材70は、回転中心軸Cを軸心とする略円環状をなすスリーブ状の部材として構成されている。
一方、後進ブレーキ60は、摩擦材7と摩擦材8とを係合させるための機構として、摩擦材7及び摩擦材8を挟んでブレーキ側油圧ピストン部材50Bと対向して設けられており、機械的な力を受けて回転中心軸Cの軸方向を後進ブレーキ60側(以下、単に「軸方向ブレーキ側」と記し、その向きを図に矢印Bで示す)に移動することにより、摩擦材8を回転中心軸Cの軸方向ブレーキ側Bに押す部材(以下、ブレーキ側機械的押し部材と記す)72を備えている。ブレーキ側機械的押し部材72は、回転中心軸Cを軸心とする略円環状をなすスリーブ状の部材として構成されている。
また、前後進切替機構30には、クラッチ側機械的押し部材70及びブレーキ側機械的押し部材72に機械的な力を与えることにより、クラッチ側機械的押し部材70及びブレーキ側機械的押し部材72の回転中心軸Cの軸方向の移動を操作する部材(以下、単に「操作部材」と記し、図に二点鎖線で示す)74が設けられている。操作部材74は、後述するアクチュエータ120により駆動される。操作部材74は、回転中心軸Cの軸方向において、前進クラッチ40と後進ブレーキ60の間に設けられている。クラッチ側機械的押し部材70とブレーキ側機械的押し部材72は、操作部材74を介して連結されている。すなわち、クラッチ側機械的押し部材70と、ブレーキ側機械的押し部材72は、操作部材74からの機械的な力を受けて、一体となって回転中心軸Cの軸方向に移動可能に構成されている。
操作部材74が回転中心軸Cの軸方向クラッチ側Aに駆動されることにより、クラッチ側機械的押し部材70及びブレーキ側機械的押し部材72は、操作部材74からの機械的な力を受けて、回転中心軸Cの軸方向クラッチ側Aに移動する。これにより、クラッチ側機械的押し部材70は、対向する摩擦材4を押して摩擦材4と摩擦材3とを係合させることにより、摩擦材3と摩擦材4との間に回転中心軸Cの周方向に作用する摩擦力を生じさせる。このようにして、クラッチ側機械的押し部材70は、クラッチドラム44とクラッチハブ43とを係合させて、前進クラッチ40を係合状態にすることができる。
一方、操作部材74が回転中心軸Cの軸方向ブレーキ側Bに駆動されることにより、クラッチ側機械的押し部材70及びブレーキ側機械的押し部材72は、操作部材74からの機械的な力を受けて、回転中心軸Cの軸方向ブレーキ側Bに移動する。これにより、ブレーキ側機械的押し部材72は、対向する摩擦材8を押して摩擦材8と摩擦材7とを係合させることにより、摩擦材7と摩擦材8との間に回転中心軸Cの周方向に作用する摩擦力を生じさせる。このようにして、ブレーキ側機械的押し部材72は、リングギア39を静止部材64に係合させて、後進ブレーキ60を(停止状態を含む)制動状態にすることができる。
操作部材74は、アクチュエータ120により駆動される。アクチュエータ120は、操作部材74の駆動を制御することにより、クラッチ側機械的押し部材70による前進クラッチ40の係合状態と解放状態とを切替える動作(以下、「係合/解放動作」と記す)と、ブレーキ側機械的押し部材72による後進ブレーキ60の非作動状態と制動状態を切替える動作(以下、「制動/非作動動作」と記す)とを操作可能に構成されている。
本実施形態において、クラッチ側機械的押し部材70と、ブレーキ側機械的押し部材72は、操作部材74を介して連結されているので、アクチュエータ120が操作部材74を軸方向クラッチ側Aに移動させることにより、クラッチ側機械的押し部材70により摩擦材4が押されて前進クラッチ40が係合状態にすると共に、後進ブレーキ60を解放状態にすることが可能である。一方、アクチュエータ120が操作部材74を軸方向ブレーキ側Bに移動させることにより、ブレーキ側機械的押し部材72により摩擦材8が押されて後進ブレーキ60を制動状態にすると共に、前進クラッチ40を解放状態にすることが可能である。アクチュエータ120による操作部材74(すなわちクラッチ側機械的押し部材70及びブレーキ側機械的押し部材72)の駆動は、制御装置100により制御される。
このように構成された前進クラッチ40においては、油圧室55の油圧を制御して、クラッチ側油圧ピストン部材50を軸方向係合側E1に移動させることにより係合動作を行うことが可能となっている。加えて、前進クラッチ40においては、クラッチ側油圧ピストン部材50を軸方向係合側E1に移動させなくとも、操作部材74の操作を制御して、クラッチ側機械的押し部材70を軸方向クラッチ側Aに移動させることにより、係合動作を行うことが可能となっている。
なお、以下の説明において、クラッチ側油圧ピストン部材50により係合動作を行わせる、すなわちクラッチ側油圧ピストン部材50を回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をクラッチ側機械的押し部材70との間に挟み込むことにより、前進クラッチ40を係合状態(連結状態を含む)にすることを「油圧係合」と記す。これに対して、クラッチ側機械的押し部材70により係合動作を行わせる、すなわちクラッチ側機械的押し部材70を回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をクラッチ側油圧ピストン部材50との間に挟み込むことにより、前進クラッチ40を係合状態(連結状態を含む)にすることを「機械係合」と記す。
同様に、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bにより制動動作を行わせて後進ブレーキ60を制動状態(停止状態を含む)にすることを「油圧制動」と記す。これに対して、ブレーキ側機械的押し部材72により制動動作を行わせることにより、後進ブレーキ60を制動状態(停止状態を含む)にすることを「機械制動」と記す。
以上のように構成された前後進切替機構30は、図1及び図2に示すように、前進クラッチ40が係合状態(連結状態含む)に操作されると共に後進ブレーキ60が解放状態に操作されることにより、サンギア34とプラネタリキャリア38とリングギア39が一体に回転する。これにより、前後進切替機構30は、入力軸31で受けた機関出力を、回転方向及び回転速度を変化させることなく、常閉クラッチ80の入力軸81に伝達することが可能となっている。このような前後進切替機構30の作動状態を、以下に「前進作動状態」と記す。
一方、前進クラッチ40が解放状態に操作されると共に後進ブレーキ60が停止状態に操作されることにより、プラネタリキャリア38は、サンギア34の回転方向とは逆向きに回転する。これにより、前後進切替機構30は、入力軸31で受けた機関出力を、回転方向を逆向きに変化させて、常閉クラッチ80の入力軸81に伝達することが可能となっている。このような前後進切替機構30の作動状態を、以下に「後進作動状態」と記す。
また、前進クラッチ40が解放状態に操作されると共に後進ブレーキ60が解放状態に操作されることにより、サンギア34と、プラネタリキャリア38との間における機械的動力の伝達が遮断される。これにより、前後進切替機構30は、入力軸31で受けた機関出力を、常閉クラッチ80の入力軸81に伝達することがなくなる。このような前後進切替機構30の作動状態を、以下に「ニュートラル作動状態」と記す。
すなわち、前後進切替機構30において、前進クラッチ40は、前後進切替機構30が前進作動状態となるよう、係合状態に操作されるクラッチであり、且つ、前後進切替機構30が後進作動状態又はニュートラル作動状態となるよう、解放状態に操作されるクラッチである。一方、後進ブレーキ60は、前後進切替機構30が後進作動状態となるよう、制動状態に操作されるブレーキであり、且つ、前後進切替機構30が前進作動状態又はニュートラル作動状態となるよう、非作動状態に操作されるブレーキである。
前後進切替機構30は、前進クラッチ40の連結状態/解放状態と後進ブレーキ60の停止状態/非作動状態が制御されることにより、内燃機関5の機関出力軸6からの機械的動力(機関出力)を、回転速度及び回転方向を変化させることなく常閉クラッチ80に伝達する前進作動状態と、機関出力を回転方向を逆向きに変化させて常閉クラッチ80に伝達する後進作動状態と、機関出力を、常閉クラッチ80に伝達しないニュートラル作動状態とを切替え可能に構成されている。前進クラッチ40の連結状態/解放状態と、後進ブレーキ60の停止状態/非作動状態は、制御装置100により協調して制御される。
次に、常閉クラッチ80の詳細について図2を用いて説明する。常閉クラッチ80は、その係合状態と解放状態とを切替える動作(係合/解放動作)を操作する力(操作力)が作用していないときに係合状態となるよう構成されたクラッチ、いわゆるノーマルクローズ(normally closed)式のクラッチとして構成されている。
常閉クラッチ80は、多板式の摩擦クラッチとして構成されており、回転中心軸の軸方向に摩擦材82が複数配列されている。常閉クラッチ80は、摩擦材82に生じる摩擦力により、駆動側の回転部材と被駆動側の回転部材が係合して係合状態となる摩擦クラッチである。常閉クラッチ80においては、その入力軸81と、変速機構85の入力軸86のうち、一方が駆動側の回転部材となり、他方が被駆動側の回転部材となる。つまり、常閉クラッチ80が連結状態に操作されると、その入力軸81と変速機構85の入力軸86が連結されて一体に回転する。常閉クラッチ80は、解放状態に操作されると、その入力軸81と変速機構85の入力軸86との間における機械的動力の伝達が遮断される。すなわち、常閉クラッチ80は、解放状態に操作されることにより、機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断可能に構成されている。
常閉クラッチ80は、油圧を受けて作動し、回転中心軸の軸方向係合側に移動することにより、摩擦材82を押すことが可能な部材(以下、油圧ピストン部材と記す)83と、隣り合う摩擦材82を係合させる向き、すなわち軸方向係合側に油圧ピストン部材83を付勢する付勢部材(以下、単に「スプリング」と記す)84とを有している。常閉クラッチ80は、油圧供給装置110から油圧の供給を受ける。
スプリング84は、常閉クラッチ80が係合状態となる向きに、油圧ピストン部材83を付勢している。油圧ピストン部材83は、スプリング84により油圧ピストン部材83に作用する力(以下、付勢力と記す)を受けて、軸方向係合側に移動して摩擦材82を押す。スプリング84の付勢力は、内燃機関5が非作動状態にあるため油圧供給装置110が作動しておらず、油圧供給装置110から常閉クラッチ80に油圧が供給されていない状態において、常閉クラッチ80において「滑り」が生じつつも、入力軸81から変速機構85の入力軸86に機械的動力を伝達可能に設定されている。
なお、常閉クラッチ80の「滑り」とは、常閉クラッチ80の入力軸81と変速機構85の入力軸86との間に回転速度差が生じて、入力軸81からの機械的動力の一部が、摩擦材82において熱として放散されて、残りの機械的動力が変速機構85の入力軸86に伝達されるような状態を意味している。
常閉クラッチ80は、油圧供給装置110から油圧の供給を受けることにより、係合/解放動作を行うことが可能となっている。一方、油圧供給装置110から油圧の供給を受けていない場合、常閉クラッチ80は、係合/解放動作を行うことができなくなっている。しかし、常閉クラッチ80は、油圧供給装置110から油圧の供給を受けておらず、その係合/解放動作を操作する操作力が作用していない場合であっても、スプリング84による付勢力が油圧ピストン部材83に作用することにより、係合状態となるように構成されている。これにより、後述する内燃機関5を始動した直後の車両1の発進に備えている。常閉クラッチ80のうち出力側、すなわち駆動輪9側には、変速機構85の入力軸86が結合されている。
変速機構85は、変速比を連続的に変化させることが可能な連続可変変速機(いわゆるCVT)として構成されている。変速機構85は、常閉クラッチ80からの機械的動力を受ける入力軸86と、入力軸86と同軸に設けられ、当該入力軸86と同期回転する入力側プーリ87と、入力軸86に対して所定の間隔をあけて平行に設けられ、減速機構90に機械的動力を出力する出力軸88と、出力軸88と同軸に設けられ、当該出力軸88と同期回転する出力側プーリ89と、入力側プーリ87及び出力側プーリ89に巻き掛けられて、入力軸86からの機械的動力を出力軸88に伝達する動力伝達部材(図に破線Gで示す)とを有している。なお、動力伝達部材Gには、金属製のベルトやチェーン等を用いることができる。
変速機構85は、図示しない油圧アクチュエータにより駆動されて、入力側プーリ87のプーリ幅を変化させることで、当該入力側プーリ87に巻き掛けられた動力伝達部材Gがなす「巻き掛け径」を変化させることが可能に構成されている。同様に、変速機構85は、出力側プーリ89のプーリ幅を変化させることで、当該出力側プーリ89に巻き掛けられた動力伝達部材Gがなす「巻き掛け径」を変化させることが可能に構成されている。このような変速機構85は、制御装置100により制御されて、入力側プーリ87のプーリ幅と、出力側プーリ89のプーリ幅を変化させることで、それぞれのプーリ87,89において、動力伝達部材Gの巻き掛け径を変化させる。出力側プーリ89における動力伝達部材Gの巻き掛け径Roと入力側プーリ87における動力伝達部材Gの巻き掛け径Riとの比率(Ro/Ri)が、入力軸86の回転速度Niと出力軸88の回転速度Noの比率である変速比(Ni/No)となる。変速機構85は、入力側プーリ87と出力側プーリ89のうち少なくとも一方のプーリ幅を連続的に変化させることにより、変速比(Ni/No)を連続的に変化させることが可能となっている。
変速機構85が入力軸86で受けた機械的動力は、図1に示すように、入力側プーリ87と出力側プーリ89との間で、回転速度を変化させて(すなわちトルクを変化させて)減速機構90に伝達される。変速機構85から減速機構90に伝達された機械的動力は、差動装置95により左右の駆動軸99に分配されて駆動輪9に伝達される。駆動輪9と車両1が走行する路面との間には、車両1を駆動する駆動力[N]が生じる。このようにして、変速機構85は、常閉クラッチ80からの機械的動力を、回転速度を変化させて駆動輪9に向けて伝達する。変速機構85の出力軸88及び入力軸86は、駆動輪9に連動して回転する。
以上のように構成された動力伝達装置10は、原動機としての内燃機関5と結合されて車両1に搭載される。車両1は、内燃機関5における燃料消費を抑制するため、アイドリング状態で作動している内燃機関5を、所定の条件が成立した場合に自動的にその作動を停止させる機能(以下、アイドリングストップ機能と記す)を備えている。車両1には、アイドリングストップ機能を実現するために、内燃機関5及び動力伝達装置10を協調して制御する制御手段として、車両1用の電子制御装置(単に「制御装置」と記す)100が設けられている。
また、車両1には、運転者により操作可能なシフトレバー(図示せず)が設けられており、運転者は、所望の走行レンジを選択することが可能となっている。走行レンジには、車両1の前進走行を可能にするドライブレンジ(以下、Dレンジと記し、図4に「D」で示す)と、原動機(内燃機関5)の機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断するニュートラルレンジ(以下、Nレンジと記し、図4に「N」で示す)と、車両1の後進走行を可能にするリバースレンジ(以下、Rレンジと記す)が含まれている。加えて、走行レンジには、駐車(パーキング)時等、車両1が停止している間(以下、単に「車両停止中」と記す)に選択され、動力伝達装置10において駆動輪9と連動して回転する歯車(図示せず)を機械的にロックして、駆動輪9を回転しない状態にするパーキングレンジ(以下、Pレンジと記す)が含まれている。
制御装置100は、演算処理装置としてCPU、主記憶装置としてのRAM、補助記憶装置としてのROM等(図示せず)を有している。上述した各種の制御対象を制御する制御処理を示したプログラム、及び当該制御処理プログラムにおいて予め設定されている定数(以下、制御定数と記す)は、制御装置100のROMに予め記憶されている。なお、上述の制御処理においてRAMに設定される変数を「制御変数」と記す。
また、制御装置100は、図2に示すように、駆動輪9の回転速度を検出可能な車輪速センサ102から、駆動輪9の回転速度に係る信号を受けており、車両1の走行速度(以下、車速と記す)を制御変数として推定している。また、制御装置100は、アクセルペダルの操作位置を検出するアクセルペダルセンサ104から、アクセルペダルの操作位置に係る信号を受けており、アクセルペダルの操作量(以下、アクセル操作量と記す)を制御変数として推定している。また、制御装置100は、ブレーキペダルの操作を検出するブレーキペダルセンサ106から、ブレーキペダルの操作の有無に係る信号を受けており、ブレーキペダルの操作の有無を、制御変数(制御フラグ)として検出している。
また、制御装置100は、運転者により選択された走行レンジを検出するシフトポジションセンサ108から、当該走行レンジに係る信号を受けており、運転者により選択された走行レンジを制御変数(制御フラグ)として検出している。
制御装置100は、車速、アクセル操作量、ブレーキペダルの操作の有無、運転者により選択された走行レンジ等を制御変数として取得し、所定の停止条件が成立した場合には、アイドリングストップ機能により、内燃機関5が作動を停止するよう制御する。なお、アイドリングストップ機能により、内燃機関5の作動を停止させている状態を、以下に「非作動状態」と記す。これに対して、内燃機関5が作動している状態を、単に「作動状態」と記す。停止条件には、例えば、車速がゼロであり、且つブレーキペダルが操作されている(踏み込まれている)という条件がある。また、制御装置100は、車両1が走行している間(以下、単に「車両走行中」と記す)であっても、アクセルペダルが操作されていない、且つブレーキペダルが操作されている等の条件により、上述の停止条件が成立した場合には、内燃機関5が作動を停止するよう制御し、内燃機関5を非作動状態にする。
一方、制御装置100は、アイドリングストップ機能により内燃機関5が非作動状態となった場合において、車速、アクセル操作量、ブレーキペダルの操作の有無、走行レンジ等を制御変数として取得し、所定の始動条件が成立した場合には、非作動状態にある内燃機関5が始動するように制御して、内燃機関5を作動状態にする。始動条件には、例えば、ブレーキペダルが操作されておらず、且つアクセルペダルが操作されている(アクセルペダルが踏み込まれた)という条件がある。このような場合、制御装置100は、内燃機関5を始動して、機関出力軸6から再び機械的動力を出力する。
ところで、上述のような車両1においては、車両1が停止する前の車両走行中、例えば、減速走行中において、アイドリングストップ機能により、内燃機関5が作動を停止するよう制御して、内燃機関5を非作動状態にすることがある。このような場合、車速に比例して回転する駆動輪9と、内燃機関5の機関出力軸6との間における動力伝達を遮断することにより、駆動輪9に機関出力軸6が連動して回転する(連れ回る)ことを防ぐことができる。
このとき、常閉クラッチ80を解放状態にすることにより駆動輪9と機関出力軸6との間における動力伝達を遮断することにより、機関出力軸6の連れ回りを防止することも可能である。しかし、常閉クラッチ80は、その係合/解放動作を操作する力(操作力)が作用していないときに係合状態となるよう構成されているため、常閉クラッチ80の解放状態を維持するためには、当該常閉クラッチ80を解放状態に操作する操作力を作用させ続ける必要がある。上述した実施形態の場合、常閉クラッチ80に対して油圧供給装置110により油圧を供給し続けることにより、解放状態に操作する操作力を作用させ続ける必要が生じる。内燃機関5を非作動状態にした状態で、常閉クラッチ80に油圧を供給し続けるためには、油圧供給装置110として、内燃機関5の非作動状態においても作動可能なオイルポンプ、例えば、電動オイルポンプ等が必要となってしまう。
動力伝達装置10を構成するクラッチやブレーキ等に油圧を供給する油圧供給装置110に、電動オイルポンプを用いると、比較的コストが高いという問題がある。一方、内燃機関5からの機械的動力を受けて作動するオイルポンプを用いる場合には、内燃機関5の非作動状態において動力伝達装置10を構成するクラッチやブレーキに供給するための油圧を発生させることができず、クラッチやブレーキ等において油圧を一定に保つための機能や機構が必要となる。
そこで、動力伝達装置10においては、常閉クラッチ80の係合状態(連結状態)を維持したまま、前後進切替機構30を、上述した「ニュートラル作動状態」にすることにより、車両走行中に機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断する。車両走行中において前後進切替機構30のニュートラル作動状態を実現するため、本実施形態においては、係合状態にある前進クラッチ40を解放状態に制御する。なお、このとき後進ブレーキ60は、解放状態に制御されている。
前後進切替機構30をニュートラル作動状態にすると共に内燃機関5を非作動状態にして車両1が減速走行する場合において、運転者が車両1の加速を意図してアクセルペダル等を操作した場合、内燃機関5を始動させ、その直後に、機関出力軸6から出力された機械的出力を駆動輪9に伝達するため、前進クラッチ40を再び係合状態にする必要がある。このとき、前進クラッチ40においては、上述したクラッチ側油圧ピストン部材50により油圧係合を行うことにより、係合動作に伴って前進クラッチ40に振動が生じることや、駆動輪9に回転変動が生じることを抑制することができる。
ところで、上述のような前後進切替機構30を備えた動力伝達装置10においては、車両停止中(いわゆる停車中)において、前進クラッチ40の解放状態と後進ブレーキ60の非作動状態を維持する必要がある。加えて、車両停止中であって且つ内燃機関5が非作動状態にあるときに、内燃機関5を始動させて、即座に車両1を発進させたいという要望もある。内燃機関5が非作動状態にある場合、上述した油圧供給装置110は作動しておらず、前進クラッチ40には、係合動作を行うために必要な油圧が供給されていない。このため、内燃機関5を始動させても、その始動直後に、油圧係合により、前進クラッチ40を係合状態にする係合動作を行うことが困難であった。
一方、車両停止中において前進クラッチ40に油圧を供給するために、内燃機関5を始動させて油圧供給装置110を作動させることは、内燃機関5における燃料消費が増大してしまうため、好ましくない。また、当該油圧供給装置110とは別に、電動オイルポンプを設けて、当該ポンプから前進クラッチ40に油圧を供給する構造にすると、動力伝達装置10が複雑になり且つ比較的コストが高くなるという問題が生じる。
そこで、本実施形態の動力伝達装置10においては、前後進切替機構30の前進クラッチ40は、油圧を受けて回転中心軸Cの軸方向係合側E1に移動して、摩擦材を押すクラッチ側油圧ピストン部材50と、摩擦材を挟んでクラッチ側ピストン部材と対向して設けられ、機械的な力を受けて回転中心軸Cの軸方向クラッチ側Aに移動して摩擦材を押すクラッチ側機械的押し部材72とを有している。前進クラッチ40は、クラッチ側油圧ピストン部材50により係合動作を行わせて前進クラッチ40を係合状態にする「油圧係合」と、クラッチ側機械的押し部材70により係合動作を行わせて前進クラッチ40を係合状態にする「機械係合」とを、車両1及び内燃機関5の作動状態に応じて使い分けることにより、車両走行中のアイドリングストップと、車両停止中に内燃機関5を始動させた直後の車両発進を実現しており、以下に、車両1の制御装置100が実行する動力伝達装置10の制御について図2〜図4を用いて説明する。図4は、車両用制御装置が実行する動力伝達装置の制御を説明する図である。
図4に(a)で示すように、内燃機関5が作動状態にある場合において、走行レンジが、NレンジからDレンジに操作された場合、制御装置100は、解放状態にある前進クラッチ40を、油圧係合により連結状態にする。すなわち、制御装置100は、クラッチ側油圧ピストン部材50が軸方向係合側E1に移動するよう、油圧供給装置110を制御する。なお、このとき前進クラッチ40の機械係合は行われておらず、常閉クラッチ80は、連結状態となっている。動力伝達装置10は、機関出力軸6からの機械的動力を、前後進切替機構30において回転速度及び回転方向を変えることなく、駆動輪9に向けて伝達する。
その後、走行レンジがDレンジであるときに、制御装置100は、前進クラッチ40の連結状態を維持したまま、油圧係合から機械係合に移行させる。具体的には、制御装置100は、クラッチ側機械的押し部材70に摩擦材4を押させると共に、クラッチ側油圧ピストン部材50が受ける油圧室55の油圧を低下させて、油圧室55のオイルが貫通孔56から排出されるように制御する。すなわち、制御装置100は、クラッチ側機械的押し部材70とクラッチ側油圧ピストン部材50が摩擦材3,4を挟み込んだまま、すなわち前進クラッチ40の連結状態を維持したまま、軸方向クラッチ側A(すなわち軸方向解放側D1)に移動するよう制御する。クラッチ側油圧ピストン部材50がクラッチドラム44の径方向部47に当接した時点など、クラッチ側油圧ピストン部材50が、最大限、軸方向解放側D1に移動した時点において、油圧係合から機械係合への移行は完了する。このように、油圧係合から機械係合に移行させることで、前進クラッチ40の連結状態を維持するために、油圧供給装置110から前進クラッチ40にオイルを供給することや、クラッチ側油圧ピストン部材50が受ける油圧室55の油圧を、一定に保つ必要がなくなる。前進クラッチ40の連結状態をこのまま維持するには、機械係合に移行した後、操作部材74の位置を固定するだけで良い。これにより、油圧供給装置110において前進クラッチ40に供給する油圧を発生させる必要がなくなる。
そして、内燃機関5が作動状態にある場合において、走行レンジが、DレンジからNレンジに操作された場合、制御装置100は、機械係合により連結状態にある前進クラッチ40を、解放状態にする。制御装置100は、前進クラッチ40と後進ブレーキ60が双方共に解放状態となるよう操作部材74の位置を制御することにより、前後進切替機構30をニュートラル作動状態している。これにより、動力伝達装置10は、走行レンジがNレンジである場合、常閉クラッチ80が連結状態であっても、前後進切替機構30において機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断することができる。
図4に(b)で示すように、車両走行中(例えば、減速中)であり、且つアイドリングストップ機能により内燃機関5の作動を停止させる場合において、走行レンジがDレンジである場合、制御装置100は、機械係合により連結状態にある前進クラッチ40を、解放状態にする。すなわち、制御装置100は、前進クラッチ40と後進ブレーキ60が双方共に解放状態となるよう操作部材74の位置を制御することにより、前後進切替機構30をニュートラル作動状態にしている。これにより、動力伝達装置10は、走行レンジがDレンジであっても、アイドリングストップ機能により内燃機関5を非作動状態にする際には、機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を予め遮断して、機関出力軸6が駆動輪9に連れ回ることを防止することができる。なお、その後において、走行レンジがDレンジからNレンジに操作された場合も、制御装置100は、前後進切替機構30のニュートラル作動状態をそのまま維持する。
図4に(c)で示すように、車両走行中(例えば、減速中)であり、且つアイドリングストップ機能により内燃機関5が非作動状態となっている場合において、走行レンジがDレンジ又はNレンジである場合、制御装置100は、前進クラッチ40を解放状態にして、前後進切替機構30をニュートラル作動状態にする。これにより、動力伝達装置10は、常閉クラッチ80が連結状態であっても、機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断して、機関出力軸6が駆動輪9に連れ回ることを防止することができる。
図4に(d)で示すように、車両走行中(例えば、減速中)において作動を停止している内燃機関5を、アイドリングストップ機能により始動させる場合において、走行レンジがDレンジである場合、制御装置100は、解放状態にある前進クラッチ40を、油圧係合により連結状態にする。制御装置100は、内燃機関5を始動させた直後、クラッチ側油圧ピストン部材50が軸方向係合側E1に移動するよう油圧供給装置110を制御して、機関出力軸6からの機械的動力を駆動輪9に伝達させる。このように、車両走行中においては、油圧係合により前進クラッチ40を係合状態にすることで、前進クラッチ40の係合動作に伴って、前進クラッチ40に振動が生じることや、駆動輪9に回転変動が生じることを抑制することができる。なお、車両走行中において作動を停止している内燃機関5を、アイドリングストップ機能により始動させる場合において、走行レンジがNレンジからDレンジに操作された場合も、同様に、制御装置100は、解放状態にある前進クラッチ40を、油圧係合により連結状態に制御する。
また、図4に(e)で示すように、車両停止中(停車中)において、アイドリングストップ機能により内燃機関5の作動を停止させる場合において、走行レンジがDレンジである場合、制御装置100は、解放状態にある前進クラッチ40を、機械係合により連結状態にする。具体的には、制御装置100は、クラッチ側機械的押し部材70が摩擦材4を押すように操作部材74を軸方向クラッチ側Aの位置を制御する。なお、このとき、油圧室55には、油圧が作用しておらず、クラッチ側油圧ピストン部材50は、軸方向解放側D1に位置している。クラッチ側機械的押し部材70は、軸方向クラッチ側Aに移動して、クラッチ側油圧ピストン部材50との間に摩擦材3,4を挟み込む。このようにして、解放状態にある前進クラッチ40を、機械係合により連結状態にすることにより、前後進切替機構30を前進作動状態にしている。前進クラッチ40の連結状態を維持するために、油圧供給装置110から前進クラッチ40に油圧を供給することや、油圧室55の油圧を一定に保つ必要がなくなる。前進クラッチ40の連結状態をこのまま維持するには、操作部材74の位置を固定するだけで良い。
このように、アイドリングストップ機能により車両停止中において内燃機関5の作動を停止させる場合、常閉クラッチ80は連結状態であるため、動力伝達装置10は、機関出力軸6からの機械的動力を、駆動輪9に伝達させることが可能となっている。なお、その後において、走行レンジがDレンジからNレンジに操作された場合も同様に、制御装置100は、前後進切替機構30を前進作動状態にしている。このように、内燃機関5の機関出力軸6からの機械的動力を駆動輪9に伝達可能な状態にすることにより、内燃機関5の始動後における車両1の発進に備える。なお、このような、車両停止中においてアイドリングストップ機能により内燃機関5の作動を停止させる場合は、運転者によりブレーキペダルが操作されている(踏み込まれている)場合であるので、機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断する必要はない。
また、図4に(f)で示すように、車両停止中(停車中)であり、且つアイドリングストップ機能により内燃機関5を始動させる場合において、走行レンジがDレンジである場合には、制御装置100は、上述した車両停止中に内燃機関5の作動を停止させる場合と同様に、前進クラッチ40の連結状態にすると共に常閉クラッチ80を連結状態にして、機関出力軸6と駆動輪9とを係合させることにより、内燃機関5の始動直後における車両1の発進に備える。
一方、走行レンジがNレンジである場合には、制御装置100は、機械係合により連結状態にある前進クラッチ40を、解放状態にする。制御装置100は、前進クラッチ40と後進ブレーキ60が双方共に解放状態となるよう操作部材74の位置を制御することにより、前後進切替機構30をニュートラル作動状態にしている。このように、車両停止中においてアイドリングストップ機能により内燃機関5の始動要求があったときに走行レンジがNレンジである場合、前後進切替機構30において機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断する。これにより、駆動輪9が回転しない状態においても、機関出力軸6の回転駆動(クランキング)することが可能となり、車両停止中において内燃機関5を始動させることができる。
その後、アイドリングストップ機能により内燃機関5を始動させた場合において、走行レンジがNレンジからDレンジに操作された場合、制御装置100は、前進クラッチ40を連結状態にすると共に常閉クラッチ80を連結状態にして、機関出力軸6と駆動輪9とを係合させることにより、内燃機関5の始動直後における車両1の発進に備える。
なお、図4に(g)で示すように、アイドリングストップ機能によらず、運転者が内燃機関5の作動を停止させることにより内燃機関5が非作動状態となった場合において、走行レンジがNレンジ又はDレンジである場合、制御装置100は、前進クラッチ40を解放状態にすることにより、前後進切替機構30をニュートラル作動状態にする。これにより、動力伝達装置10は、常閉クラッチ80が連結状態であっても、機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断する。
なお、図4には示さないものの、車両走行中において、走行レンジがRレンジである場合、制御装置100は、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bを回転中心軸の軸方向に移動させることにより、解放状態にある後進ブレーキ60を係合状態にする。ブレーキ側油圧ピストン部材50Bを回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をブレーキ側機械的押し部材72との間に挟み込むことにより、動力伝達装置に振動が生じることや駆動輪に回転変動を生じることを抑制しつつ、後進ブレーキ60を制動状態(停止状態を含む)にすることができる。
以上に説明したように、本実施形態の動力伝達装置10は、内燃機関5が機関出力軸6から出力した機械的動力を、駆動輪9に向けて伝達する動力伝達装置10である。動力伝達装置10は、機関出力軸6からの機械的動力を、回転速度及び回転方向を変化させることなく駆動輪9に向けて伝達する「前進作動状態」と、機関出力軸6からの機械的動力を、回転方向を逆向きに変化させて駆動輪9に向けて伝達する「後進作動状態」と、機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断する「ニュートラル作動状態」とを切替え可能な前後進切替機構30を備えている。
前後進切替機構30は、ダブルピニオン式の遊星歯車33を有している。前後進切替機構30は、回転中心軸Cを軸心として回転する摩擦材(クラッチ板)3,4に摩擦力が生じることにより係合状態となる摩擦クラッチであり、且つ遊星歯車33のサンギア34とプラネタリキャリア38とを連結可能なクラッチである前進クラッチ40を含んでいる。前進クラッチ40は、前後進切替機構30が前進作動状態となるよう、係合状態に操作される摩擦クラッチである。また、前進クラッチ40は、前後進切替機構30が後進作動状態又はニュートラル作動状態となるよう、解放状態に操作される摩擦クラッチである。
前進クラッチ40は、油圧を受けて回転中心軸の軸方向に移動して摩擦材を押すクラッチ側油圧ピストン部材50と、摩擦材を挟んでクラッチ側油圧ピストン部材50と対向して設けられ、機械的な力を受けて回転中心軸Cの軸方向に移動して摩擦材を押すクラッチ側機械的押し部材70とを備えている。車両停止中において内燃機関5の作動を停止させる場合等には、クラッチ側機械的押し部材70を回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をクラッチ側油圧ピストン部材50との間に挟み込む「機械係合」を行うことにより、前進クラッチ40を係合状態にして前後進切替機構30を前進作動状態にする。
これにより、内燃機関5の非作動状態において前進クラッチ40に油圧を供給する必要がなくなる。一方、内燃機関5が作動状態にある場合には、クラッチ側油圧ピストン部材50を回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をクラッチ側機械的押し部材70との間に挟み込む「油圧係合」を行うことにより、前進クラッチ40を係合状態にして前後進切替機構30を前進作動状態にする。これにより、内燃機関5が作動状態にある場合には、前進クラッチ40を係合状態にして前後進切替機構30を前進作動状態にするときに、動力伝達装置に振動が生じることや駆動輪に回転変動が生じることを抑制することができる。
また、本実施形態の車両1は、内燃機関5が機関出力軸6から出力した機械的動力を、動力伝達装置10を介して駆動輪9に伝達するものであり、所定の停止条件が成立した場合に内燃機関5が作動を停止するよう制御し、且つ所定の始動条件が成立した場合に内燃機関5が始動するよう制御する制御装置100を備えている。動力伝達装置10は、機関出力軸6からの機械的動力を、回転速度及び回転方向を変化させることなく駆動輪9に向けて伝達する前進作動状態と、機関出力軸6からの機械的動力を、回転方向を逆向きに変化させて駆動輪9に向けて伝達する後進作動状態と、機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断するニュートラル作動状態とを切替え可能な前後進切替機構30と、機関出力軸6と駆動輪9との間における動力伝達を遮断可能であり、係合状態と解放状態とを切替える動作を操作する力が作用していないときに係合状態となるよう構成されている摩擦クラッチである常閉クラッチ80とを備えている。前後進切替機構30は、当該前後進切替機構30が前進作動状態になるよう、係合状態に操作される摩擦クラッチである前進クラッチ40を含んでいる。また、動力伝達装置10は、機関出力軸6からの機械的動力を受けて作動可能なオイルポンプPを含から、前進クラッチ40及び常閉クラッチ80に油圧を供給可能な油圧供給装置110を、さらに備えている。前進クラッチ40は、油圧を受けて回転中心軸の軸方向に移動して摩擦材を押すクラッチ側油圧ピストン部材50と、摩擦材を挟んでクラッチ側油圧ピストン部材50と対向して設けられ、機械的な力を受けて回転中心軸の軸方向に移動して摩擦材を押すクラッチ側機械的押し部材70とを備えている。制御装置100は、車両走行中において、走行レンジがドライブレンジである場合、クラッチ側油圧ピストン部材50を回転中心軸の軸方向に移動させることにより、解放状態にある前進クラッチ40を係合状態にするものとした。
車両1の停止中において内燃機関5の作動を停止させる場合等には、制御装置100がクラッチ側機械的押し部材70を回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をクラッチ側油圧ピストン部材50との間に挟み込む「機械係合」を行わせることにより、前後進切替機構30を前進作動状態にする。これにより、内燃機関5の非作動状態において、オイルポンプPが作動していなくとも油圧供給装置110から前進クラッチ40に油圧を供給する必要がなくなる。一方、内燃機関5が作動状態にある場合には、制御装置100がクラッチ側油圧ピストン部材50を回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をクラッチ側機械的押し部材70との間に挟み込む「油圧係合」を行わせるにより、前後進切替機構30を前進作動状態にする。これにより、内燃機関5が作動状態において、前後進切替機構30を前進作動状態にするときに、動力伝達装置10に振動が生じることや駆動輪に回転変動が生じることを抑制して、車両1を発進させることができる。
また、本実施形態の車両1の動力伝達装置10において、前後進切替機構30は、回転中心軸を軸心として回転する摩擦材に摩擦力が生じることにより制動状態となる摩擦ブレーキであり、且つ遊星歯車33のリングギア39の回転を制動可能なブレーキである後進ブレーキ60を含んでいる。後進ブレーキ60は、前後進切替機構30が後進作動状態となるよう、制動状態に操作される摩擦ブレーキである。また、前後進切替機構30が前進作動状態又は後進作動状態となるよう、非作動状態に操作される摩擦ブレーキである。後進ブレーキ60は、油圧を受けて回転中心軸の軸方向に移動して摩擦材を押すブレーキ側油圧ピストン部材50Bと、摩擦材を挟んでブレーキ側油圧ピストン部材50Bと対向して設けられ、機械的な力を受けて回転中心軸の軸方向に移動して摩擦材を押すブレーキ側機械的押し部材72とを備えている。制御装置100は、車両走行中において、走行レンジがリバースレンジである場合、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bを回転中心軸の軸方向に移動させることにより、解放状態にある後進ブレーキ60を係合状態にするものとした。
これにより、ブレーキ側機械的押し部材72を回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をブレーキ側油圧ピストン部材50Bとの間に挟み込むことにより、後進ブレーキ60を制動状態(停止状態を含む)にすることができる。一方、車両走行中において、走行レンジがリバースレンジである場合、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bを回転中心軸の軸方向に移動させて、摩擦材をブレーキ側機械的押し部材72との間に挟み込むことにより、動力伝達装置に振動が生じることや駆動輪に回転変動を生じることを抑制して、後進ブレーキ60を停止状態にすることができる。
また、本実施形態の車両1の動力伝達装置10において、クラッチ側機械的押し部材70及びブレーキ側機械的押し部材72の回転中心軸の軸方向の移動を操作する操作部材74を備えるものとした。クラッチ側機械的押し部材70とブレーキ側機械的押し部材72とを、一つの操作部材74により操作することができ、当該操作により、上述した前後進切替機構30の前進作動状態と後進作動状態との切替えを実現することができる。
また、本実施形態の車両1の動力伝達装置10において、操作部材74は、回転中心軸の軸方向において、前進クラッチ40と後進ブレーキ60との間に設けられており、クラッチ側機械的押し部材70と、ブレーキ側機械的押し部材72は、当該操作部材74を介して連結されているものとした。操作部材74によりクラッチ側機械的押し部材70とブレーキ側機械的押し部材72を、回転中心軸の軸方向クラッチ側(図3に矢印Aで示す)に移動させることで、前進クラッチ40の係合状態と後進ブレーキ60の非作動状態とを実現することが可能となる。一方、操作部材74によりクラッチ側機械的押し部材70とブレーキ側機械的押し部材72を、回転中心軸の軸方向ブレーキ側(図3に矢印Bで示す)に移動させることで、前進クラッチ40の解放状態と後進ブレーキ60の制動状態とを実現することが可能となる。
また、本実施形態の車両1の動力伝達装置10において、前後進切替機構30は、ダブルピニオン式の遊星歯車33を有しており、前進クラッチ40は、当該遊星歯車33のサンギア34とプラネタリキャリア38とを連結可能なクラッチであり、後進ブレーキ60は、当該遊星歯車33のリングギア39の回転を制動可能なブレーキであるものとした。ダブルピニオン式(デュアルプラネタリ式)の遊星歯車を利用することにより、簡素な構成で、上述した「前進作動状態」、「後進作動状態」、及び「ニュートラル作動状態」とを切替え可能な、前後進切替機構を実現することができる。
また、本実施形態の車両1において、制御装置100は、内燃機関5が作動状態にある場合において、走行レンジがNレンジからDレンジに操作された場合、クラッチ側油圧ピストン部材50を回転中心軸の軸方向に移動させることにより、解放状態にある前進クラッチ40を連結状態にし、その後、走行レンジがDレンジであるときに、前進クラッチ40の連結状態を維持したまま、クラッチ側機械的押し部材70に摩擦材4を押させると共に、クラッチ側油圧ピストン部材50が受ける油圧室55の油圧を低下させて、油圧室55のオイルが貫通孔56から排出されるよう制御する。クラッチ側機械的押し部材70とクラッチ側油圧ピストン部材50は、摩擦材3,4を挟み込んだまま、すなわち前進クラッチ40の連結状態を維持したまま、軸方向クラッチ側A(すなわち軸方向解放側D1)に移動する。このようにして、上述した「油圧係合」から「機械係合」に移行させることで、連結状態を維持するために前進クラッチ40にオイルを供給することや、クラッチ側油圧ピストン部材50が受ける油圧を、一定に保つ必要をなくすことができる。なお、前進クラッチ40の連結状態をこのまま維持するには、機械係合に移行した後、操作部材74の位置を固定するだけで良い。これにより、前進クラッチ40に供給する油圧を発生させる必要がなくなる。
なお、上述した実施形態の前進クラッチ40において、クラッチ側油圧ピストン部材50とクラッチ側機械的押し部材70が挟み込む摩擦材3,4は、回転中心軸Cを中心として円環状をなしているクラッチ板であるものとしたが、本発明に係る前進クラッチの摩擦材は、これに限定されるものではない。前進クラッチの摩擦材は、隣り合う摩擦材と係合することにより、回転中心軸の周方向に摩擦力が生じるものであれば、本発明に適用することができる。
また、上述した実施形態の後進ブレーキ60において、ブレーキ側油圧ピストン部材50Bとブレーキ側機械的押し部材72が挟み込む摩擦材7,8は、回転中心軸Cを軸心として円環状をなしているブレーキ板であるものとしたが、本発明に係る後進ブレーキの摩擦材は、これに限定されるものではない。後進ブレーキの摩擦材は、隣り合う摩擦材と係合することにより、回転中心軸の周方向に摩擦力が生じるものであれば、本発明に適用することができる。
また、上述した実施形態において、クラッチ側機械的押し部材70及びブレーキ側機械的押し部材72に機械的な力を与えて操作する操作部材74は、アクチュエータ120により駆動されるものとしたが、本発明に係る操作部材を駆動する態様は、これに限定されるものではない。例えば、操作部材は、人間の力により駆動されるものとしても良い。