JP2014051132A - 車両用駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コスト及び重量の増大を抑制しながら、遮断状態から連結状態への切り替えに要する時間を短縮することが可能な車両用駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置１は、電動モータ１１と、電動モータ１１のトルクを伝達する駆動力伝達装置１２と、これらを制御する制御装置１０とを備え、駆動力伝達装置１２は、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とを相対回転不能に連結して電動モータ１１のトルクを後輪１０４Ｌ，１０４Ｒに伝達する連結状態と、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との連結が遮断された遮断状態とを切り替え可能な連結機構５を有し、制御装置１０は、第１中間シャフト４４の回転速度を第２中間シャフト４５の回転速度よりも高めた後に電動モータ１１のトルクを低減し、このトルクを低減した状態で連結機構５を制御して駆動力伝達装置１２を遮断状態から連結状態に切り替える。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータのトルクによって車輪を駆動する車両用駆動装置に関する。
従来、前輪及び後輪の一方の主駆動輪を内燃機関（エンジン）で駆動し、他方の従駆動輪を電動モータで駆動するように構成された四輪駆動車が知られている。この種の四輪駆動車に搭載された車両駆動装置には、例えば特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載の車両駆動装置は、電動機（モータ）と、電動機の出力を減速する減速機と、減速機で減速された電動機の出力を左右の車輪に配分する差動装置と、差動装置の出力部材としての一対のサイドギヤのうち一方のサイドギヤと車輪（左後輪）との間の連結（接続）及び遮断を行う断接手段とを備えている。
断接手段は、サイドギヤ側の第１スプラインギヤと、車輪側の第２スプラインギヤと、車軸方向に移動可能なシンクロスリーブとを備え、シンクロスリーブが第１スプラインギヤ及び第２スプラインギヤに共に噛み合う場合にサイドギヤと車輪とがトルク伝達可能に連結され、この噛み合いが解除されると、サイドギヤと車輪との連結が遮断されるように構成されている。また、断接機構は、第１スプラインギヤと第２スプラインギヤとの回転を同期させるためのトリプルコーン式のシンクロメッシュ機構（アウタリング、シンクロコーン、及びインナリングからなる３層の摩擦伝達部材）を備えている。
特開２００８−１８５０７８号公報
しかし、特許文献１に記載の車両駆動装置では、シンクロメッシュ機構、及びこのシンクロメッシュ機構を作動させるための構成（油圧回路）が複雑となり、コスト及び重量を増大させる要因となっていた。また、第１スプラインギヤと第２スプラインギヤとの回転速度差が大きい場合には、摩擦伝達部材の摩擦力によって両スプラインギヤを同期させるために要する時間が長くなり、遮断状態から連結状態への切り替えのレスポンスが低下してしまう場合があった。
そこで、本発明は、コスト及び重量の増大を抑制しながら、遮断状態から連結状態への切り替えに要する時間を短縮することが可能な車両用駆動装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、（１）〜（３）の車両用駆動装置を提供する。
（１）車両の駆動力としてのトルクを発生するモータと、前記モータのトルクを車輪に伝達する駆動力伝達装置と、前記モータ及び前記駆動力伝達装置を制御する制御装置とを備え、前記駆動力伝達装置は、前記モータ側の第１回転部材と前記車輪側の第２回転部材とを相対回転不能に連結して前記モータのトルクを前記車輪に伝達する連結状態と、前記第１回転部材と前記第２回転部材との連結が遮断された遮断状態とを切り替え可能な連結機構を有し、前記制御装置は、前記モータの回転を停止した前記車両の走行中に前記駆動力伝達装置を前記遮断状態から前記連結状態に切り替えるとき、前記モータにトルクを発生させて前記第１回転部材の回転速度を前記第２回転部材の回転速度よりも高めた後に前記モータのトルクを低減し、前記モータのトルクを低減した状態で前記連結機構を制御して前記駆動力伝達装置を前記遮断状態から前記連結状態に切り替える車両用駆動装置。
（２）上記（１）に記載の車両用駆動装置において、前記連結機構は、前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうち一方に設けられた凹部と他方に設けられた凸部との噛み合いにより、前記第１回転部材と前記第２回転部材とを連結する噛み合いクラッチであり、前記制御装置は、前記連結機構の制御による前記遮断状態から前記連結状態への切り替えが不成立であったとき、再度、前記第１回転部材の回転速度を前記第２回転部材の回転速度よりも高めた後に前記モータのトルクを低減し、前記モータのトルクを低減した状態で前記連結機構を制御して前記駆動力伝達装置を前記遮断状態から前記連結状態に切り替える。
（３）上記（１）又は（２）に記載の車両用駆動装置において、前記駆動力伝達装置は、前記車両の左車輪及び右車輪にこれら両車輪の差動を許容して前記モータのトルクを伝達する差動歯車機構を備え、前記第１回転部材は、前記差動歯車機構の一対の出力部材のうち一方の出力部材に連結され、前記第２回転部材は、前記左車輪及び前記右車輪のうち、前記一方の出力部材を介して前記モータのトルクが伝達される車輪に連結されている。
本発明に係る車両用駆動装置によれば、コスト及び重量の増大を抑制しながら、遮断状態から連結状態への切り替えに要する時間を短縮することが可能となる。
本実施の形態に係る駆動装置が搭載された四輪駆動車の概略を示す。 駆動装置の電動モータ及び駆動力伝達装置の構成例を示す断面図である。 軸線方向から見た減速機構の構成を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、連結機構の動作状態を示す模式図である。 制御装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行時における駆動装置の動作の一例を示すタイムチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行時における駆動装置の動作の他の一例を示すタイムチャートである。
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る車両用駆動装置につき、図１乃至図７を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る駆動装置１（車両用駆動装置）が搭載された四輪駆動車の概略を示す。図１に示すように、四輪駆動車１００には、エンジン１０２を駆動源とする前輪側の動力系、及び電動モータを駆動源とする後輪側の動力系が車体１０１に搭載されている。前輪側の動力系は、エンジン１０２と、エンジン１０２の駆動力を変速及び配分して出力するトランスアクスル１０３と、トランスアクスル１０３の出力を左前輪１０４Ｌ及び右前輪１０４Ｒに伝達する一対のフロントアクスルシャフト１０５Ｌ，１０５Ｒとを備えている。
駆動装置１は、四輪駆動車１００における後輪側の動力系に配置され、かつ四輪駆動車１００の車体１０１に支持されている。駆動装置１の出力は、一対のリヤアクスルシャフト１０６Ｌ，１０６Ｒを介して左後輪１０７Ｌ及び右後輪１０７Ｒに出力される。駆動装置１は、四輪駆動車１００の駆動力としてのトルクを発生する電動モータ１１と、電動モータ１１のトルクを一対のリヤアクスルシャフト１０６Ｌ，１０６Ｒを介して左右の後輪１０７Ｌ，１０７Ｒに伝達する駆動力伝達装置１２と、電動モータ１１及び駆動力伝達装置１２を制御する制御装置１０とを備えている。
制御装置１０は、記憶素子に記憶されたプログラムに従って処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）や、電動モータ１１及び駆動力伝達装置１２に内蔵された電動モータ５０（後述）にモータ電流を出力する出力回路等を有している。また、制御装置１０には、左右前輪１０４Ｌ，１０４Ｒ及び左右後輪１０７Ｌ，１０７Ｒの回転速度を検出するための回転速センサ１０ａ〜１０ｄが接続されている。制御装置１０は、これらの回転速センサ１０ａ〜１０ｄによって各車輪の回転速度を検出可能である。
（駆動装置１の全体構成）
図２は、駆動装置１の電動モータ１１及び駆動力伝達装置１２の構成例を示す断面図である。
駆動力伝達装置１２は、車体１０１に固定された中空のハウジング２と、電動モータ１１の出力を減速する減速機構３と、減速機構３で減速された電動モータ１１のトルクを一対のリヤアクスルシャフト１０６Ｌ，１０６Ｒに差動を許容して配分するリヤディファレンシャル４と、リヤディファレンシャル４の一対の出力部材のうち一方の出力部材とリヤアクスルシャフト１０６Ｒとの連結を遮断することが可能な連結機構５とを有している。本実施の形態では、電動モータ１１がハウジング２に収容されている。
（ハウジング２の構成）
ハウジング２は、減速機構３を構成する筒状の自転力付与部材３０（後述）の他、リヤディファレンシャル４を収容する第１のハウジングエレメント２０、電動モータ１１を収容する第２のハウジングエレメント２１、第２のハウジングエレメント２１側に開口する第３のハウジングエレメント２２、及び第３のハウジングエレメント２２と第２のハウジングエレメント２１との間に介在する第４のハウジングエレメント２３を有し、これら第１乃至第４のハウジングエレメント２０〜２３が電動モータ１１の回転軸線Ｏ１に沿って配置されている。以下、回転軸線Ｏ１に平行な方向を「軸線方向」という。
第１のハウジングエレメント２０は、ハウジング２における軸線方向一方側（図２では左側）に配置され、第２のハウジングエレメント２１側に大径の開口部を有し、その反対側に小径の開口部を有する段状の円筒部材によって形成されている。第１のハウジングエレメント２０の小径の開口部は、リヤアクスルシャフト１０６Ｌを挿通させるシャフト挿通孔２０ａとして形成されている。シャフト挿通孔２０ａの内側には、シャフト挿通孔２０ａの内周面とリヤアクスルシャフト１０６Ｌの外周面との間を封止するシール部材２４が配置されている。
第２のハウジングエレメント２１は、軸線方向両側に開口する筒部２１０と、筒部２１０の片側開口部（第１のハウジングエレメント２０側の開口部）に形成され、筒部２１０の内面から内方に突出する内フランジ２１１とを一体に有している。
第３のハウジングエレメント２２は、ハウジング２における軸線方向他方側（図２では右側）に配置され、第２のハウジングエレメント２１側に開口する円筒部２２０と、円筒部２２０の一端部に設けられた底部２２１とを一体に有している。底部２２１には、リヤアクスルシャフト１０６Ｒを挿通させるシャフト挿通孔２２ａが形成されている。シャフト挿通孔２２ａの内側開口周縁には、底部２２１から電動モータ１１側に突出する軸受取付用の円筒部２２２が底部２２１と一体に設けられている。シャフト挿通孔２２ａの内側には、シャフト挿通孔２２ａの内周面とリヤアクスルシャフト１０６Ｒの外周面との間を封止するシール部材２５が配置されている。
第４のハウジングエレメント２３は、第２のハウジングエレメント２１と第３のハウジングエレメント２２との間に挟まれて、取付ボルト２３０によって固定されている。第４のハウジングエレメント２３は、所定の厚みを有する環状の板部材からなる。第４のハウジングエレメント２３には、後述する連結機構５の駆動源としての電動モータ５０を取り付けるための取付孔２３ａが形成されている。取付孔２３ａは、第４のハウジングエレメント２３をその厚さ方向に貫通している。また、第４のハウジングエレメント２３の電動モータ１１側の側面には、固定部材２３１を介して電動モータ１１の回転角度を検出するレゾルバ１１８のステータ１１８ａが取り付けられている。
（電動モータ１１の構成）
電動モータ１１は、ステータ１１０，ロータ１１１及びモータ軸１１２を有している。また、電動モータ１１は、ステータ１１０が制御装置１０に接続され、制御装置１０からモータ電流の供給を受けてロータ１１１を回転させる磁界を発生させる。ロータ１１１の内周側には、第２のハウジングエレメント２１の内フランジ２１１の中心部を軸線方向に貫通するモータ軸１１２が固定されている。ステータ１１０は、第２のハウジングエレメント２１の内フランジ２１１にボルト１１３によって固定されている。
モータ軸１１２は、その中心部に後述する第１中間シャフト４４を挿通させる挿通孔１１２ａが軸線方向に沿って形成された筒状であり、軸線方向の一端部がリヤディファレンシャル４のデフケース４０との間に配置された軸受１１４によって支持され、軸線方向の他端部が第４のハウジングエレメント２３との間に配置された軸受１１５によって支持されている。また、モータ軸１１２は、その軸線方向の中央部が、第２のハウジングエレメント２１の内フランジ２１１に、軸受１１６及びスリーブ１１７を介して回転可能に支持されている。
モータ軸１１２の一端部には、回転軸線Ｏ１に偏心量δ１をもって平行に偏心する軸線Ｏ２をもつ平面円形状の偏心部１１２ｂ、及び回転軸線Ｏ１に偏心量δ２（δ１＝δ２＝δ）をもって平行に偏心する軸線Ｏ´２をもつ平面円形状の偏心部１１２ｃが一体に設けられている。そして、一方の偏心部１１２ｂと他方の偏心部１１２ｃとは、回転軸線Ｏ１の回りに等間隔（１８０°）をもって並列する位置に配置されている。
モータ軸１１２の他端部には、スリーブ１１９を介してレゾルバ１１８のロータ１１８ｂが取り付けられている。レゾルバ１１８は、ステータ１１８ａに対するロータ１１８ｂの回転角度に応じた信号を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、この信号に基づいて、電動モータ１１の回転速度（ステータ１１０に対するロータ１１１の回転速度）を検出可能である。
（減速機構３の構成）
図３は軸線方向から見た減速機構３の構成を示す説明図である。
本実施の形態では、減速機構３が、少歯数差インボリュート減速機構として構成されている。減速機構３は、自転力付与部材３０と、一対の入力部材３１，３２と、複数の軸状の出力部材３３とを有し、リヤディファレンシャル４と電動モータ１１との間に介在して配置されている。
一方の入力部材３１は、軸線Ｏ２を中心軸線とする中心孔３１ａを有する外歯歯車からなり、その中心孔３１ａの内周囲で偏心部１１２ｂの外周面に軸受３４を介して回転可能に支持されている。そして、一方の入力部材３１は、電動モータ１１のトルクをモータ軸１１２の偏心部１１２ｂ及び軸受３４を介して受け、偏心量δをもつ矢印ｍ１，ｍ２方向の円運動（回転軸線Ｏ１回りの公転運動）を行う。
一方の入力部材３１には、軸線Ｏ２回りに等間隔をもって並列する複数（本実施の形態では６個）のピン挿通孔（貫通孔）３１ｂが設けられている。ピン挿通孔３１ｂには、出力部材３３が挿通されている。出力部材３３の外周には針状ころ軸受３６が配置されている。ピン挿通孔３１ｂの孔径は、針状ころ軸受３６の外径寸法よりも大きい寸法に設定されている。
一方の入力部材３１の外周面には、軸線Ｏ２を中心軸線とするピッチ円のインボリュート歯形をもつ外歯３１ｃが設けられている。外歯３１ｃの歯数Ｚ１は例えばＺ１＝１９５に設定されている。
他方の入力部材３２は、軸線Ｏ´２を中心軸線とする中心孔３２ａを有し、一方の入力部材３１と対称形状の外歯歯車からなる。他方の入力部材３２は、一方の入力部材３１の電動モータ１１側に配置され、かつ中心孔３２ａの内周囲で偏心部１１２ｃの外周面に軸受３５を介して回転可能に支持されている。そして、他方の入力部材３２は、電動モータ１１からモータ回転力を受けて偏心量δをもつ矢印ｍ１，ｍ２方向の円運動（回転軸線Ｏ１回りの公転運動）を行う。
他方の入力部材３２には、軸線Ｏ´２回りに等間隔をもって並列する複数のピン挿通孔３２ｂが設けられ、このピン挿通孔３２ｂに出力部材３３が挿通され、出力部材３３の外周に針状ころ軸受３７が配置されている。また、他方の入力部材３２の外周面には、軸線Ｏ´２を中心軸線とするピッチ円のインボリュート歯形をもつ外歯３２ｃが設けられている。外歯３２ｃの歯数Ｚ２は、一方の入力部材３１における外歯３１ｃの歯数Ｚ１と同数である。
自転力付与部材３０は、回転軸線Ｏ１を中心軸線とする内歯歯車からなり、第１のハウジングエレメント２０と第２のハウジングエレメント２１との間に介在して配置され、ボルト３００によって固定されている。そして、自転力付与部材３０は、一対の入力部材３１，３２に噛合し、電動モータ１１のモータ回転力を受けて公転する一方の入力部材３１に矢印ｎ１，ｎ２方向の自転力を、また他方の入力部材３２に矢印ｌ１，ｌ２方向の自転力をそれぞれ付与する。
自転力付与部材３０の内周面には、一方の入力部材３１の外歯３１ｃ及び他方の入力部材３２の外歯３２ｃに噛合する内歯３０ｃが設けられている。内歯３０ｃの歯数Ｚ３は例えばＺ３＝２０８に設定されている。減速機構３の減速比αはα＝Ｚ１／（Ｚ３−Ｚ１）から算出される。
複数の出力部材３３は、回転軸線Ｏ１の回りに等間隔をもって配置され、かつ一方の入力部材３１のピン挿通孔３１ｂ及び他方の入力部材３２のピン挿通孔３２ｂを挿通し、一端がデフケース４０の第１フランジ４０１に、他端が第２フランジ４０２に、それぞれナット３３１によって固定されている。そして、複数の出力部材３３は、自転力付与部材３０によって付与された自転力を一対の入力部材３１，３２から受けてデフケース４０にその回転力として出力する。
（リヤディファレンシャル４の構成）
リヤディファレンシャル４は、デフケース４０と、デフケース４０に固定されたピニオンギヤシャフト４１と、ピニオンギヤシャフト４１に回転可能に支持された一対のピニオンギヤ４２と、一対のピニオンギヤ４２に噛合する一対の出力部材としてのサイドギヤ４３とを有するベベルギヤ式の差動歯車機構からなる。リヤディファレンシャル４は、この構成により、減速機構３で減速された電動モータ１１のトルクを左右の後輪１０７Ｌ，１０７Ｒに差動を許容して伝達する。
デフケース４０は、第１のハウジングエレメント２０との間に配置された軸受２０１、及び自転力付与部材３０との間に配置された軸受３０１によって、ハウジング２に回転可能に支持されている。デフケース４０には、軸線方向の一端に円板状の第１フランジ４０１が一体に設けられている。また、第１フランジ４０１に対向して円板状の第２フランジ４０２が配置され、第１フランジ４０１と第２フランジ４０２が減速機構３の出力部材３３によって相対回転不能及び軸方向移動不能に連結されている。
一対のサイドギヤ４３のうち、左後輪１０７Ｌ側のサイドギヤ４３には、左後輪１０７Ｌ側のリヤアクスルシャフト１０６Ｌが相対回転不能に連結される。また、一対のサイドギヤ４３のうち、右後輪１０７Ｒ側のサイドギヤ４３には、第１中間シャフト４４が相対回転不能に連結される。
（連結機構５の構成）
連結機構５は、電動モータ５０と、電動モータ５０の駆動力によって軸線方向に沿って進退移動する円筒状のスリーブ５１と、電動モータ５０の駆動力を軸線方向の移動力に変換してスリーブ５１に伝達する歯車伝達機構５２とを有している。電動モータ５０は、制御装置１０（図１に示す）によって制御され、制御装置１０から供給される電流の向きによって回転方向が変化する。連結機構５は、スリーブ５１の進退移動により、第１中間シャフト４４と、第１中間シャフト４４と同軸上で相対回転可能な第２中間シャフト４５とを連結可能である。
第１中間シャフト４４は、一端部がリヤディファレンシャル４の右後輪１０７Ｒ側のサイドギヤ４３に連結され、他端部が第４のハウジングエレメント２３との間に配置された軸受２３２によって支持されている。第１中間シャフト４４の軸線方向の中央部は、モータ軸１１２の挿通孔１１２ａに収容されている。
第２中間シャフト４５は、回転軸線Ｏ１に沿って第１中間シャフト４４よりもシャフト挿通孔２２ａ側に配置され、第３のハウジングエレメント２２の円筒部２２２の内面に嵌合された２つの軸受２２３，２２４によって支持されている。軸受２２３と軸受２２４とは、環状のスペーサ２２５を介して軸線方向に並列し、抜け止め部材２２６によって抜け止めされている。抜け止め部材２２６は、ボルト２２７によって円筒部２２２の端面に固定されている。
電動モータ５０のモータ軸５０１には、円筒状のねじ歯車からなる第１歯車５２１が嵌着され、この第１歯車５２１が、直方体状のラックからなる第２歯車５２２に噛合している。第２歯車５２２は、円環状の移動力伝達部材５２３の側面に固定されている。また、移動力伝達部材５２３には、その側面に直交して軸線方向に沿って延びる複数の柱状のガイド部材５２４が固定されている。複数のガイド部材５２４の先端部は、第４のハウジングエレメント２３の複数箇所に形成されたガイド孔２３ｂに移動可能に収容されている。移動力伝達部材５２３の内周側の端部は、スリーブ５１の外周面に形成された環状溝５１ａに嵌合している。
第１歯車５２１、第２歯車５２２、移動力伝達部材５２３、及び複数のガイド部材５２４は、歯車伝達機構５２を構成する。歯車伝達機構５２は、第１歯車５２１と第２歯車５２２との噛み合いによって、モータ軸５０１の回転力を、移動力伝達部材５２３を軸線方向に移動させる移動力に変換する。この移動力を受けた移動力伝達部材５２３は、ガイド部材５２４のガイド孔２３ｂ内における移動によって軸線方向に案内され、スリーブ５１を軸線方向に沿って進退移動させる。
スリーブ５１には、その内周面に複数のスプライン歯５１０が形成されている。また、第１中間シャフト４４の第２中間シャフト４５側の端部における外周面には、複数のスプライン歯４４０が形成されている。またさらに、第２中間シャフト４５の第１中間シャフト４４側の端部における外周面には、複数のスプライン歯４５０が形成されている。
スリーブ５１は、複数のスプライン歯５１０が第１中間シャフト４４の複数のスプライン歯４４０と噛み合い、第２中間シャフト４５の複数のスプライン歯４５０とは噛み合わない第１位置（図２に二点鎖線で示す）と、複数のスプライン歯５１０が複数のスプライン歯４４０及び複数のスプライン歯４５０に共に噛み合う第２位置（図２に実線で示す）との間で進退移動する。連結機構５は、電動モータ５０が例えば正回転したときにスリーブ５１が第１位置から第２位置に移動し、電動モータ５０が逆回転したときにスリーブ５１が第２位置から第１位置に移動するように構成されている。
スリーブ５１が第２位置にあるとき、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とが相対回転不能に連結される。また、スリーブ５１が第１位置にあるとき、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との連結が遮断される。すなわち、連結機構５は、第１中間シャフト４４（電動モータ１１側の第１回転部材）と第２中間シャフト４５（車輪側の第２回転部材）とを相対回転不能に連結して電動モータ１１のトルクを車輪（右後輪１０７Ｒ）に伝達する連結状態と、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との連結が遮断された遮断状態とを切り替え可能である。
図４は、スリーブ５１のスプライン歯５１０と、第１中間シャフト４４のスプライン歯４４０及び第２中間シャフト４５のスプライン歯４５０との噛み合いの状態を示す模式図であり、（ａ）はスリーブ５１が第１位置にある状態を、（ｂ）はスリーブ５１が第１位置から第２位置に向かって所定量移動した状態を、（ｃ）はスリーブ５１が第２位置にある状態を、それぞれ示す。
図４（ａ）に示すように、スリーブ５１が第１位置にあるとき、凸部としてのスプライン歯５１０は、第１中間シャフト４４の複数のスプライン歯４４０の間に形成された複数の凹部４４０ｂに噛み合う。このとき、スプライン歯５１０は、第２中間シャフト４５の複数のスプライン歯４５０の間に形成された複数の凹部４５０ｂには噛み合わず、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とは相対回転可能である。
また、図４（ｃ）に示すように、スリーブ５１が第２位置にあるとき、スプライン歯５１０は、軸線方向の一端部が第１中間シャフト４４の複数のスプライン歯４４０の間に形成された凹部４４０ｂに噛み合い、軸線方向の他端部が第２中間シャフト４５の複数のスプライン歯４５０の間に形成された凹部４５０ｂに噛み合う。この状態では、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とが相対回転不能であり、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との間でスリーブ５１を介したトルク伝達が行われる。つまり、連結機構５は、スリーブ５１のスプライン歯５１０と第２中間シャフト４５の凹部４５０ｂとの噛み合いにより第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とを連結する噛み合いクラッチとして構成されている。
ところで、スリーブ５１が第１位置から第２位置に向かって移動する際、図４（ｂ）に示すように、スプライン歯５１０の軸線方向端面５１０ａと、スプライン歯４５０の軸線方向端面４５０ａとが当接する場合がある。この場合、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との相対回転速度が大きいと、スリーブ５１が第２位置に向かって押し付けられても、スリーブ５１のスプライン歯５１０が第２中間シャフト４５の複数の凹部４５０ｂに噛み合わず、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との連結がなされない。つまり、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行が行えないこととなる。
例えば特許文献１に記載されたもののように、シンクロ機構を設ければ、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との回転を同期させ、スリーブ５１による連結が可能となるが、本実施の形態では、このようなシンクロ機構を設けることなく、次に説明する制御装置１０による電動モータ１１及び駆動力伝達装置１２における連結機構５の制御によって、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との連結を可能としている。
（制御装置１０による制御）
制御装置１０は、電動モータ１１の回転を停止した四輪駆動車１００の二輪駆動の走行中に駆動力伝達装置１２を遮断状態から連結状態に切り替えるとき、電動モータ１１にトルクを発生させて第１中間シャフト４４の回転速度を第２中間シャフト４５の回転速度よりも高めた後に電動モータ１１のトルクを低減し、この電動モータ１１のトルクを低減した状態で連結機構５を制御して、遮断状態から連結状態に切り替える。
以下、この制御装置１０の制御内容について、図５乃至図７を参照して、より詳細に説明する。図５は、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行に関して制御装置１０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
制御装置１０は、四輪駆動状態に移行すべきか否かを判断する（ステップＳ１）。この判断は、例えば左右前輪１０４Ｌ，１０４Ｒの平均回転速度と左右後輪１０７Ｌ，１０７Ｒの平均回転速度との差が所定値以上であるか否かに基づいて行ってもよく、運転者のアクセルペダル操作量や車速、あるいは操舵角に基づいて行ってもよい。
ステップＳ１で四輪駆動状態に移行すべきと判断した場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、電動モータ１１にモータ電流を供給し、減速機構３及びリヤディファレンシャル４を介して第１中間シャフト４４を回転駆動し（ステップＳ２）、第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度以上となったか否かを判定する（ステップＳ３）。
なお、第１中間シャフト４４の回転速度は、レゾルバ１１８によって検出した電動モータ１１の回転速度に基づいて、減速機構３の減速比α等を考慮して算出することができる。また、第２中間シャフト４５の回転速度は、右後輪１０７Ｒの回転速度に基づいて検出することができる。
ステップＳ３の判定で、第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度以上でなければ（Ｓ３：Ｎｏ）、電動モータ１１へのモータ電流の供給を継続する。一方、第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度以上であれば（Ｓ３：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、電動モータ１１へ供給するモータ電流を低減する（ステップＳ４）。
なお、ここで「モータ電流を低減する」とは、第１中間シャフト４４の回転速度が維持される電流量よりも小さな電流量にモータ電流を設定することを意味し、モータ電流をゼロとすることも含む趣旨である。また、制御装置１０は、第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度よりも所定値以上高い場合にステップＳ３の判定条件を満たす（Ｓ３：Ｙｅｓ）と判断するようにしてもよい。
次に、制御装置１０は、連結機構５の電動モータ５０にモータ電流を供給し（ステップＳ５）、歯車伝達機構５２によってスリーブ５１を第１位置から第２位置に向かって移動させる。なお、ステップＳ５の処理は、ステップＳ４の処理と同時に行ってもよく、ステップＳ５の処理をステップＳ４の処理よりも先に行ってもよい。
次に、制御装置１０は、連結機構５の電動モータ５０にモータ電流を供給した後、所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ６）、所定時間が経過していれば（Ｓ６：Ｙｅｓ）、電動モータ５０へのモータ電流の供給を停止し（ステップＳ７）、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との連結が行われたか、すなわち遮断状態から連結状態への切り替えが成立したか否かを判定する（ステップＳ８）。
なお、ステップＳ６における「所定時間」は、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との連結が正常に行われなかった場合に、第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度を下回る時間よりも長い時間に設定される。また、遮断状態から連結状態への切り替えが成立したか否かは、例えば第１中間シャフト４４の回転速度と第２中間シャフト４５の回転速度との差が所定の誤差範囲内であるか否かによって判定することができる。
制御装置１０は、ステップＳ８で連結状態への切り替えが成立したと判定した場合（Ｓ８：Ｙｅｓ）、図５に示すフローチャートの処理を終了する。一方、ステップＳ８で連結状態への切り替えが不成立と判定した場合（Ｓ８：Ｎｏ）、ステップＳ２以降の処理を再度実行する。すなわち、制御装置１０は、連結機構５の制御による遮断状態から連結状態への切り替えが不成立であったとき、再度、第１中間シャフト４４の回転速度を第２中間シャフト４５の回転速度よりも高めた後に電動モータ１１のトルクを低減し、この電動モータ１１のトルクを低減した状態で連結機構５を制御して、遮断状態から連結状態に切り替える。
図６は、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行時において、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との遮断状態から連結状態への切り替えが初回で成立した場合のタイムチャートであり、（ａ）は第１中間シャフト４４及び第２中間シャフト４５の回転速度の変化を、（ｂ）は電動モータ５０のモータ電流の変化を、それぞれ示す。図６（ａ）及び（ｂ）において、横軸は時刻を示している。なお、以下の説明では、各時刻における制御装置１０の処理内容を、図５に示すフローチャートの各ステップ番号をかっこ書きにより付記して示す。
図６に示す例では、時刻ｔ１以前は四輪駆動車１００が二輪駆動状態であり、第２中間シャフト４５が右後輪１０７Ｒに連結されたリヤアクスルシャフト１０６Ｒと共に正回転方向（前進方向）に車速に応じた速度で回転している。第１中間シャフト４４は、左後輪１０７Ｌに連結されたリヤアクスルシャフト１０６Ｌの回転がリヤディファレンシャル４のピニオンギヤ４２とサイドギヤ４３との噛み合いによって反転し、逆回転方向に第２中間シャフト４５と同じ速度で回転している。
制御装置１０は、時刻ｔ１において四輪駆動状態に移行すべきと判断すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて電動モータ１１のトルクによって第１中間シャフト４４を回転駆動する（ステップＳ２）。これにより、第１中間シャフト４４の回転方向が逆転して正回転方向となり、さらに増速される。図６に示す例では、制御装置１０が、第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度以上（ステップＳ３：Ｙｅｓ）となったことを時刻ｔ２において検出している。
制御装置１０は、第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度以上となったことを検出すると、電動モータ１１に供給するモータ電流を低減すると共に（ステップＳ４）、連結機構５の電動モータ５０にモータ電流を供給する（ステップＳ５）。すると、第１中間シャフト４４の回転速度が各部の摩擦抵抗等によって低下し、第１中間シャフト４４の回転が第２中間シャフト４５の回転と同期した時点で、すなわち第１中間シャフト４４の回転速度と第２中間シャフト４５の回転速度とが略同一となった時点で、スリーブ５１が第２位置に移動し、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とが連結される。これにより、電動モータ１１に供給するモータ電流を低減したままの状態でも、図６（ａ）に示すように、第１中間シャフト４４の回転速度と第２中間シャフト４５の回転速度とが同じとなる。
制御装置１０は、時刻ｔ３において連結状態への切り替えが成立したことを検出すると（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、図５に示すフローチャートの処理を終了する。この連結状態において、制御装置１０が電動モータ１１にモータ電流を供給すると、電動モータ１１のトルクが減速機構３及びリヤディファレンシャル４からリヤアクスルシャフト１０６Ｌ，１０６Ｒを介して左右後輪１０７Ｌ，１０７Ｒに伝達される四輪駆動状態となる。
図７は、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行時において、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との遮断状態から連結状態への切り替えが、初回では不成立となり、２回目で成立した場合のタイムチャートであり、（ａ）は第１中間シャフト４４及び第２中間シャフト４５の回転速度の変化を、（ｂ）は電動モータ５０のモータ電流の変化を、それぞれ示す。
なお、連結状態への切り替えの不成立が発生する要因としては、例えば切り替え中における第２中間シャフト４５の回転速度の変化や、電動モータ５０にモータ電流を供給してからスリーブ５１のスプライン歯５１０の端面５１０ａとスプライン歯４５０の端面４５０ａとが当接するまでの時間的な遅れ等が挙げられる。連結状態への切り替えの不成立が発生すると、スリーブ５１が図４（ｂ）に示す位置のまま、第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度を下回ることとなる。
図７に示すタイムチャートにおいて、時刻ｔ２までの制御装置１０の動作は上記と同様である。制御装置１０は、時刻ｔ３において連結状態への切り替えが不成立であったことを検出すると、再度、電動モータ１１のトルクによって第１中間シャフト４４を回転駆動し（ステップＳ２）、第１中間シャフト４４の回転を増速させる。また、制御装置１０は、時刻ｔ４において第１中間シャフト４４の回転速度が第２中間シャフト４５の回転速度以上（Ｓ３：Ｙｅｓ）となったことを検出すると、電動モータ１１に供給するモータ電流を低減し（ステップＳ４）、連結機構５の電動モータ５０にモータ電流を供給する（ステップＳ５）。
その後、第１中間シャフト４４の回転が第２中間シャフト４５の回転と同期して第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とがスリーブ５１によって連結されると、制御装置１０は連結状態への切り替えが成立したことを時刻ｔ５で検出し（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、図５に示すフローチャートの処理を終了する。
なお、四輪駆動状態から二輪駆動状態への切り替えは、連結機構５の電動モータ５０に逆向きのモータ電流を供給し、スリーブ５１を第２位置から第１位置へ移動させることにより行うことができる。
［実施の形態の効果］
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
（１）摩擦によって回転を同期させるシンクロ機構を設けることなく、第１中間シャフト４４の回転と第２中間シャフト４５の回転とを同期させることができるので、連結機構５の構成を簡素化することが可能となる。また、この回転の同期に要する時間を短縮することができ、二輪駆動状態から四輪駆動状態への切り替えを短時間で行うことが可能となる。
（２）スリーブ５１の第１位置から第２位置への移動、すなわち遮断状態から連結状態への切り替えは、電動モータ１１のトルクを低減した状態で行われるので、この切り替え時における衝撃、すなわちスリーブ５１のスプライン歯５１０が第２中間シャフト４５の凹部４５０ｂに噛み合ったときに発生する衝撃が小さくなる。つまり、例えば第１中間シャフト４４の増速中にスプライン歯５１０が凹部４５０ｂに噛み合う場合には、電動モータ１１のロータ１１１から第１中間シャフト４４に至る各回転部材のイナーシャ及び電動モータ１１のトルクによって第２中間シャフト４５が急激に加速され、衝撃が発生するが、本実施の形態では、電動モータ１１のトルクを低減して第１中間シャフト４４の回転速度が緩やかに低下する状態で第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とが連結されるので、この衝撃が緩和される。
（３）駆動力伝達装置１２は、リヤディファレンシャル４のサイドギヤ４３に連結された第１中間シャフト４４と、リヤアクスルシャフト１０６Ｒに連結される第２中間シャフト４５との間の連結を遮断することにより、四輪駆動車１００の二輪駆動の走行時において電動モータ１１のロータ１１１を非回転状態とするので、例えばリヤディファレンシャル４におけるデフケース４０のフランジ４０１とデフケース４０の本体部（ピニオンギヤ４２やサイドギヤ４３を収容する部分）との間の連結を遮断する場合に比較して、連結機構５を小型に形成することができる。
以上、本発明の駆動装置１を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の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で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
（１）上記実施の形態では、連結機構５の駆動源として電動モータ５０を用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば油圧によって連結機構５のスリーブ５１を移動させてもよい。
（２）上記実施の形態では、二輪駆動状態において第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５との間の連結を遮断するように駆動力伝達装置１２を構成した場合について説明したが、これに限らず、例えばリヤディファレンシャル４におけるデフケース４０のフランジ４０１とデフケース４０の本体部との間の連結を遮断するように駆動力伝達装置１２を構成してもよい。
（３）上記実施の形態では、減速機構３が、少歯数差インボリュート減速機構として構成された場合について説明したが、これに限らず、例えば遊星歯車機構を用いて減速機構３を構成してもよい。
（４）上記実施の形態では、電動モータ１１の回転軸線Ｏ１と第１中間シャフト４４及び第２中間シャフト４５の回転軸線と一致し、第１中間シャフト４４がモータ軸１１２の内部を貫通するように駆動力伝達装置１２を構成した場合について説明したが、これに限らず、例えば電動モータ１１がハウジング２の外部に配置され、スプロケットやギヤ機構によってそのトルクが減速機構３に入力されるように構成してもよい。
（５）上記実施の形態では、スリーブ５１のスプライン歯５１０が第１中間シャフト４４の凹部４４０ａに常に噛み合い、連結状態においてスリーブ５１のスプライン歯５１０が第２中間シャフト４５の凹部４５０ａにも噛み合うように構成したが、これとは逆に、スリーブ５１のスプライン歯５１０が第２中間シャフト４５の凹部４５０ａに常に噛み合い、連結状態においてスリーブ５１のスプライン歯５１０が第１中間シャフト４４の凹部４４０ａにも噛み合うように連結機構５を構成してもよい。また、第１中間シャフト４４及び第２中間シャフト４５のそれぞれの対向端面にスプライン歯を有するフランジを形成し、これらを噛み合わせることで第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とを連結してもよい。この場合、第１中間シャフト４４と第２中間シャフト４５とを互いに離間するように軸線方向に相対移動させることにより、これらの連結を遮断することができる。
１…駆動装置、２…ハウジング、３…減速機構、４…リヤディファレンシャル、５…連結機構、１０…制御装置、１０ａ〜１０ｄ…回転速センサ、１１…電動モータ、１２…駆動力伝達装置、２０〜２３…第１〜第４のハウジングエレメント、２０ａ，２２ａ…シャフト挿通孔、２３ａ…取付孔、２３ｂ…ガイド孔、２４，２５…シール部材、３０…自転力付与部材、３０ｃ…内歯、３１，３２…入力部材、３１ａ，３２ａ…中心孔、３１ｂ，３２ｂ…ピン挿通孔、３１ｃ，３２ｃ…外歯、３３…出力部材、３４〜３７…軸受、４０…デフケース、４１…ピニオンギヤシャフト、４２…ピニオンギヤ、４３…サイドギヤ、４４…第１中間シャフト、４５…第２中間シャフト、５０…電動モータ、５１…スリーブ、５１ａ…環状溝、５２…歯車伝達機構、１００…四輪駆動車、１０１…車体、１０２…エンジン、１０３…トランスアクスル、１０４Ｌ…左前輪、１０４Ｒ…右前輪、１０５Ｒ，１０５Ｌ…フロントアクスルシャフト、１０６Ｌ，１０６Ｒ…リヤアクスルシャフト、１０７Ｌ…左後輪、１０７Ｒ…右後輪、１１０…ステータ、１１１…ロータ、１１２…モータ軸、１１２ａ…挿通孔、１１２ｂ，１１２ｃ…偏心部、１１３…ボルト、１１４〜１１６…軸受、１１７…スリーブ、１１８…レゾルバ、１１８ａ…ステータ、１１８ｂ…ロータ、１１９…スリーブ、２０１…軸受、２１０…筒部、２１１…内フランジ、２２０…円筒部、２２１…底部、２２２…円筒部、２２３，２２４…軸受、２２５…スペーサ、２２６…抜け止め部材、２２７…ボルト、２３０…取付ボルト、２３１…固定部材、２３２…軸受、３００…ボルト、３０１…軸受、３３１…ナット、４０１…第１フランジ、４０２…第２フランジ、４４０…スプライン歯、４４０ｂ…凹部、４５０…スプライン歯、４５０ａ…端面、４５０ｂ…凹部、５０１…モータ軸、５１０…スプライン歯、５１０ａ…端面、５２１…第１歯車、５２２…第２歯車、５２３…移動力伝達部材、５２４…ガイド部材、Ｏ１…回転軸線、Ｏ２…軸線

Claims (3)

  1. 車両の駆動力としてのトルクを発生するモータと、
    前記モータのトルクを車輪に伝達する駆動力伝達装置と、
    前記モータ及び前記駆動力伝達装置を制御する制御装置とを備え、
    前記駆動力伝達装置は、前記モータ側の第１回転部材と前記車輪側の第２回転部材とを相対回転不能に連結して前記モータのトルクを前記車輪に伝達する連結状態と、前記第１回転部材と前記第２回転部材との連結が遮断された遮断状態とを切り替え可能な連結機構を有し、
    前記制御装置は、前記モータの回転を停止した前記車両の走行中に前記駆動力伝達装置を前記遮断状態から前記連結状態に切り替えるとき、前記モータにトルクを発生させて前記第１回転部材の回転速度を前記第２回転部材の回転速度よりも高めた後に前記モータのトルクを低減し、前記モータのトルクを低減した状態で前記連結機構を制御して前記駆動力伝達装置を前記遮断状態から前記連結状態に切り替える
    車両用駆動装置。
  2. 前記連結機構は、前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうち一方に設けられた凹部と他方に設けられた凸部との噛み合いにより、前記第１回転部材と前記第２回転部材とを連結する噛み合いクラッチであり、
    前記制御装置は、前記連結機構の制御による前記遮断状態から前記連結状態への切り替えが不成立であったとき、再度、前記第１回転部材の回転速度を前記第２回転部材の回転速度よりも高めた後に前記モータのトルクを低減し、前記モータのトルクを低減した状態で前記連結機構を制御して前記駆動力伝達装置を前記遮断状態から前記連結状態に切り替える、
    請求項１に記載の車両用駆動装置。
  3. 前記駆動力伝達装置は、前記車両の左車輪及び右車輪にこれら両車輪の差動を許容して前記モータのトルクを伝達する差動歯車機構を備え、
    前記第１回転部材は、前記差動歯車機構の一対の出力部材のうち一方の出力部材に連結され、
    前記第２回転部材は、前記左車輪及び前記右車輪のうち、前記一方の出力部材を介して前記モータのトルクが伝達される車輪に連結されている、
    請求項１又は２に記載の車両用駆動装置。
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