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Oに沿って配置されている。以下、回転軸線O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Oに偏心量δをもって平行に偏心する軸線Oをもつ平面円形状の偏心部112b、及び回転軸線Oに偏心量δ(δ=δ=δ)をもって平行に偏心する軸線O´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O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O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m,m方向の円運動(回転軸線O回りの公転運動)を行う。
一方の入力部材31には、軸線O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O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Zは例えばZ=195に設定されている。
他方の入力部材32は、軸線O´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m,m方向の円運動(回転軸線O回りの公転運動)を行う。
他方の入力部材32には、軸線O´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´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Zは、一方の入力部材31における外歯31cの歯数Zと同数である。
自転力付与部材30は、回転軸線O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n,n方向の自転力を、また他方の入力部材32に矢印l,l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Zは例えばZ=208に設定されている。減速機構3の減速比αはα=Z/(Z−Z)から算出される。
複数の出力部材33は、回転軸線O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O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t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t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tから時刻t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t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t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t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t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t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t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O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、O…回転軸線、O…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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