JP2014062554A - 噛合式係合装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】係合に要する時間を低減することができる噛合式係合装置の制御装置を提供する。
【解決手段】一組の噛合歯に対して係合方向の押付荷重を作用させる駆動装置を備え、
押付荷重による一組の噛合歯の相対移動距離が、移動開始前における一組の噛合歯の互いに対向する先端面間の係合方向の距離となる（Ｓ６０−Ｙ）と、押付荷重を一時的に低減する（Ｓ７０）。一組の噛合歯が係合方向において所定距離オーバーラップする（Ｓ８０−Ｙ）と、押付荷重を増大させる（Ｓ９０）ようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、噛合式係合装置の制御装置に関する。

従来、噛合式係合装置が公知である。例えば、特許文献１には、スリーブを遊転ギアに締結させる際に、スリーブの締結位置への移動を指令してから、スリーブが締結したと判断できる所定位置範囲に移動するまでの間において、スリーブがシンクロナイザ近傍で固着している場合にスリーブへの押付け荷重を増加させるとともに、スリーブが遊転ギア近傍で固着している場合にスリーブを一旦中立位置に戻してスリーブを遊転ギアに再締結させる自動変速機の制御装置および制御方法の技術が開示されている。

特開２００８−２３２２００号公報

噛合式係合装置の係合に要する時間を低減することについて、なお改良の余地がある。例えば、一組の噛合歯が軸方向において互いに対向する先端面をそれぞれ有する場合に、先端面同士の固着を抑制し、係合に要する時間を低減できることが好ましい。

本発明の目的は、係合に要する時間を低減することができる噛合式係合装置の制御装置を提供することである。

本発明の噛合式係合装置の制御装置は、一組の噛合歯に対して係合方向の押付荷重を作用させる駆動装置を備え、前記押付荷重による前記一組の噛合歯の相対移動距離が、移動開始前における前記一組の噛合歯の互いに対向する先端面間の前記係合方向の距離となると、前記押付荷重を一時的に低減することを特徴とする。

上記噛合式係合装置の制御装置において、前記押付荷重を一時的に低減した後、前記一組の噛合歯が前記係合方向において所定距離オーバーラップすると、前記押付荷重を増大させることが好ましい。

上記噛合式係合装置の制御装置において、前記一組の噛合歯の一方を回転駆動しながら前記駆動装置によって前記一組の噛合歯に対して前記押付荷重を作用させることが好ましい。

本発明に係る噛合式係合装置の制御装置は、押付荷重による一組の噛合歯の相対移動距離が、移動開始前における一組の噛合歯の互いに対向する先端面間の係合方向の距離となると、押付荷重を一時的に低減する。本発明に係る噛合式係合装置の制御装置によれば、先端面同士が当接したままとなることを抑制し、係合に要する時間を低減することができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態の係合制御に係るフローチャートである。 図２は、第１実施形態に係る車両のスケルトン図である。 図３は、第１実施形態に係るクラッチの要部を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る係合制御の概要を示す図である。 図５は、第１実施形態の係合制御に係る推力の推移を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る第二規定ストロークの説明図である。 図７は、第２実施形態の係合制御に係るフローチャートである。 図８は、第３実施形態に係るクラッチの概略構成図である。 図９は、第３実施形態の係合制御に係るフローチャートである。 図１０は、各実施形態の変形例にかかるピースを示す斜視図である。 図１１は、各実施形態の変形例に係るスリーブを示す斜視図である。

以下に、本発明の実施形態に係る噛合式係合装置の制御装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［第１実施形態］
図１から図６を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、噛合式係合装置の制御装置に関する。図１は、本発明の第１実施形態の係合制御に係るフローチャート、図２は、第１実施形態に係る車両のスケルトン図、図３は、第１実施形態に係るクラッチの要部を示す図、図４は、第１実施形態に係る係合制御の概要を示す図、図５は、第１実施形態の係合制御に係る推力の推移を示す図、図６は、第１実施形態に係る第二規定ストロークの説明図である。

矩形歯、台形歯等の噛合歯を有する噛合式係合機構の係合過渡時に、歯先頂面（例えば、図３に示す歯先面４５ａ，４６ａ）同士が当接したままロックする可能性がある。本実施形態に係る噛合式係合装置の制御装置１−１は、クラッチ４０を係合させるときに、歯先面４５ａ，４６ａが当接する位置（図４（ｂ）参照）までスリーブ４３が移動すると、アクチュエータの推力を一時的に低減する。これにより、頂面ロックを抑制し、クラッチ４０を完全に係合するために要する時間を低減することができる。

図２に示すように、車両１００は、エンジン１、第一回転機ＭＧ１、第二回転機ＭＧ２を有するハイブリッド車両である。車両１００は、外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド（ＰＨＶ）車両であってもよい。本実施形態に係る噛合式係合装置の制御装置１−１は、ＥＣＵ５０、アクチュエータ４４および第一回転機ＭＧ１を含んで構成されている。

エンジン１は、燃料の燃焼エネルギーを出力軸１ａの回転運動に変換して出力する。出力軸１ａは、遊星歯車機構１０のキャリア１４に接続されている。遊星歯車機構１０は、エンジン１の動力を第一回転機ＭＧ１側と出力側とに分配する動力分配機構としての機能を有している。本実施形態の遊星歯車機構１０は、シングルピニオン式であり、サンギヤ１１、ピニオンギヤ１２、リングギヤ１３およびキャリア１４を有する。

リングギヤ１３は、サンギヤ１１と同軸上であってかつサンギヤ１１の径方向外側に配置されている。ピニオンギヤ１２は、サンギヤ１１とリングギヤ１３との間に配置されており、サンギヤ１１およびリングギヤ１３とそれぞれ噛み合っている。ピニオンギヤ１２は、キャリア１４によって回転自在に支持されている。キャリア１４は、出力軸１ａと連結されており、出力軸１ａと一体回転する。従って、ピニオンギヤ１２は、出力軸１ａと共に出力軸１ａの中心軸線周りに回転（公転）可能であり、かつキャリア１４によって支持されてピニオンギヤ１２の中心軸線周りに回転（自転）可能である。

サンギヤ１１には、第一回転機ＭＧ１の回転軸３１が接続されている。回転軸３１は、出力軸１ａと同軸上であって、かつサンギヤ１１に対してエンジン１側と反対側に配置されている。回転軸３１は、第一回転機ＭＧ１のロータと連結されており、第一回転機ＭＧ１の出力トルク（以下、単に「ＭＧ１トルク」）をサンギヤ１１に伝達する。また、回転軸３１は、サンギヤ１１から入力されるトルクを第一回転機ＭＧ１のロータに伝達する。

回転軸３１におけるサンギヤ１１側と反対側の端部には、クラッチ４０が配置されている。クラッチ４０は、回転軸３１の回転を規制する規制装置としての機能を有している。クラッチ４０は、噛合式の係合装置であり、車体側円筒部材４１、ピース４２、スリーブ４３およびアクチュエータ４４を含んで構成されている。

車体側円筒部材４１は、円筒形状の部材であり、車体側に回転不能に固定されている。本実施形態では、クラッチ４０は、図示しないカバーにより覆われている。車体側円筒部材４１は、このカバーに固定されている。カバーは、遮音カバーおよび保温カバーとしての機能を有している。カバーは、アクチュエータ４４のモータの作動音を遮断し、車室内への作動音の侵入を抑制することができる。また、カバーによって、アクチュエータ４４内の作動油の温度低下が抑制されることで、低温始動時のアクチュエータ４４の動作がスムーズなものとなる。

ピース４２は、回転軸３１におけるサンギヤ１１側と反対側の端部に接続されている。スリーブ４３は、車体側円筒部材４１によって、軸方向に移動自在に支持されている。車体側円筒部材４１とスリーブ４３とは、例えば、スプライン嵌合しており、軸方向に相対移動可能、かつ周方向に相対回転不能である。車体側円筒部材４１の外周面には、軸方向に延在する外歯が形成されている。スリーブ４３の内周面には、軸方向に延在する内歯が形成されている。車体側円筒部材４１の外歯と、スリーブ４３の内歯とが互いに噛み合っている。スリーブ４３は、ピース４２に対してエンジン１側と反対側に位置しており、軸方向においてピース４２を挟んでエンジン１と対向している。

アクチュエータ４４は、一組の噛合歯（図３参照。後述する第一ドグ歯４５、第二ドグ歯４６）に対して係合方向の押付荷重を作用させる駆動装置である。本実施形態のアクチュエータ４４は、一組の噛合歯の一方である第二ドグ歯４６（スリーブ４３）に対して押付荷重を作用させる。本明細書において、係合方向とは、軸方向において、ピース４２とスリーブ４３とを互いに接近させる方向を示す。本実施形態では、スリーブ４３が軸方向に移動してピース４２と係合する。従って、本実施形態の係合方向は、軸方向においてスリーブ４３からピース４２に向かう方向、言い換えるとスリーブ４３をエンジン１に向けて軸方向に移動させる方向である。

スリーブ４３は、リターンスプリング等の付勢部材によって、係合方向と反対方向の付勢力を受けている。アクチュエータ４４は、この付勢力に抗してスリーブ４３に対して係合方向に移動させる押付荷重を作用させる。アクチュエータ４４は、スリーブ４３に対する押付荷重を制御可能なものである。アクチュエータ４４は、ソレノイド等、減速機を有せず、等価質量が軽いものが好ましい。

クラッチ４０は、アクチュエータ４４が発生させる押付荷重によってスリーブ４３を係合方向に移動させて、スリーブ４３とピース４２とを係合させることができる。スリーブ４３とピース４２とが係合すると、両者は相対回転不能に連結される。これにより、車体側円筒部材４１と、ピース４２とは、スリーブ４３を介して相対回転不能に連結されることとなる。従って、係合状態のクラッチ４０は、回転軸３１の回転を規制し、第一回転機ＭＧ１の回転を規制する。アクチュエータ４４による押付荷重の発生を停止すると、付勢部材の付勢力によって、スリーブ４３は係合方向と反対方向（以下、「開放方向」とも記載する。）に移動する。これにより、スリーブ４３とピース４２との係合が解除され、クラッチ４０は開放状態となる。スリーブ４３とピース４２との係合が解除された後、スリーブ４３は、付勢部材の付勢力により所定の停止位置まで開放方向に移動する。クラッチ４０は、スリーブ４３を所定の停止位置で停止させるストッパ等を有している。

遊星歯車機構１０のリングギヤ１３には、カウンタドライブギヤ１５が接続されている。カウンタドライブギヤ１５は、カウンタドリブンギヤ１６と噛み合っている。カウンタドリブンギヤ１６は、カウンタシャフト１７を介してドライブピニオンギヤ１８と接続されている。ドライブピニオンギヤ１８は、デフ装置１９のデフリングギヤ１９ａと噛み合っている。デフ装置１９は、左右の駆動軸２０を介して図示しない左右の駆動輪とそれぞれ接続されている。

カウンタドリブンギヤ１６には、リダクションギヤ３３が噛み合っている。リダクションギヤ３３は、第二回転機ＭＧ２の回転軸３２に接続されており、第二回転機ＭＧ２のロータと一体回転する。第二回転機ＭＧ２の出力トルクは、リダクションギヤ３３からカウンタドリブンギヤ１６に伝達される。すなわち、エンジン１側からカウンタドライブギヤ１５を介して伝達されるトルクと、第二回転機ＭＧ２からリダクションギヤ３３を介して伝達されるトルクとは、カウンタドリブンギヤ１６において合成されてドライブピニオンギヤ１８から出力される。リダクションギヤ３３は、カウンタドリブンギヤ１６よりも小径であり、第二回転機ＭＧ２の回転を減速してカウンタドリブンギヤ１６に出力する。

第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）としての機能と、発電機としての機能とを備えている。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、インバータを介してバッテリと接続されている。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２は、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。回転機ＭＧ１，ＭＧ２によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。第一回転機ＭＧ１および第二回転機ＭＧ２としては、例えば、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。

ＥＣＵ５０は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ５０は、エンジン１、第一回転機ＭＧ１、第二回転機ＭＧ２およびクラッチ４０のアクチュエータ４４と電気的に接続されており、エンジン１、第一回転機ＭＧ１、第二回転機ＭＧ２およびアクチュエータ４４を制御することができる。ＥＣＵ５０には、クラッチ４０のストロークＳを検出するストロークセンサが接続されている。ストロークセンサの検出結果を示す信号は、ＥＣＵ５０に入力される。また、ＥＣＵ５０には、第一回転機ＭＧ１の回転数（以下、「ＭＧ１回転数」と称する。）を検出するＭＧ１回転数センサの検出結果を示す信号、および第二回転機ＭＧ２の回転数（以下、「ＭＧ２回転数」と称する。）を検出するＭＧ２回転数センサの検出結果を示す信号が入力される。

車両１００では、ハイブリッド（ＨＶ）走行あるいはＥＶ走行を選択的に実行可能である。ＨＶ走行とは、エンジン１を動力源として車両１００を走行させる走行モードである。ＨＶ走行では、エンジン１に加えて、更に第二回転機ＭＧ２を動力源としてもよい。ＥＶ走行は、第二回転機ＭＧ２を動力源として走行する走行モードである。ＥＶ走行では、エンジン１を停止して走行することが可能である。

本実施形態の車両１００では、クラッチ４０によって回転軸３１の回転を規制して走行することが可能である。クラッチ４０は、例えば、ＨＶ走行において係合されて回転軸３１の回転を規制する。回転軸３１の回転が規制されると、サンギヤ１１はエンジントルクに対する反力受けとして機能し、エンジントルクをリングギヤ１３から出力させることができる。従って、第一回転機ＭＧ１によって反力トルクを発生させる場合と異なり、電気パスを介さずに機械的な伝達によりエンジントルクを駆動軸２０に出力することが可能である。

図３には、開放状態のクラッチ４０が示されている。ピース４２は、ピース本体４２ａと、第一ドグ歯４５とを有している。ピース本体４２ａは、第一回転機ＭＧ１の回転軸３１に接続されている。スリーブ４３は、スリーブ本体４３ａと、第二ドグ歯４６とを有する。スリーブ本体４３ａは、車体側円筒部材４１によって、軸方向に移動自在かつ相対回転不能に支持されている。

第一ドグ歯４５は、ピース本体４２ａの端面４２ｂに設けられており、端面４２ｂからスリーブ４３に向けて突出している。第二ドグ歯４６は、スリーブ本体４３ａの端面４３ｂに設けられており、端面４３ｂからピース４２に向けて突出している。ピース本体４２ａの端面４２ｂと、スリーブ本体４３ａの端面４３ｂとは係合方向において互いに対向している。端面４２ｂは、ピース本体４２ａにおけるスリーブ４３側の端面である。また、端面４３ｂは、スリーブ本体４３ａにおけるピース４２側の端面である。

第一ドグ歯４５は、ピース本体４２ａに複数設けられている。第一ドグ歯４５は、ピース本体４２ａの回転軸線を中心として周方向に所定の間隔で配置されている。第二ドグ歯４６は、スリーブ本体４３ａに複数設けられている。第二ドグ歯４６は、スリーブ本体４３ａの回転軸線を中心として周方向に所定の間隔で配置されている。クラッチ４０は、第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６とが噛み合うことにより係合状態となり、回転軸３１の回転を規制する。本実施形態では、第一ドグ歯４５および第二ドグ歯４６がそれぞれ噛合歯である。また、複数の第一ドグ歯４５と、複数の第二ドグ歯４６とによって一組の噛合歯が構成されている。

本実施形態の噛合式係合装置の制御装置１−１は、クラッチ４０を係合するときに、第一回転機ＭＧ１によってピース４２を回転させる。つまり、クラッチ４０を係合させるときには、ピース４２とスリーブ４３との間には一定以上の相対トルクが働いている。第一回転機ＭＧ１は、ピース４２の回転数を自由に変更可能なモータである。ＥＣＵ５０は、第一回転機ＭＧ１によってピース４２および第一ドグ歯４５を回転駆動しながら、アクチュエータ４４によって押付荷重Ｆをスリーブ４３に作用させる。クラッチ４０を係合するときのピース４２の回転方向（以下、単に「係合時回転方向」とも記載する。）は、例えば、正回転方向である。ここで、正回転方向は、エンジン１が運転状態であるときのキャリア１４の回転方向、すなわち車両１００が前進するときのリングギヤ１３の回転方向と同方向とすることができる。

第一ドグ歯４５は、歯先面４５ａと、チャンファ面４５ｂと、面取り面４５ｃとを有する。歯先面４５ａは、第一ドグ歯４５における軸方向の先端面である。歯先面４５ａは、係合方向と直交する面である。チャンファ面４５ｂおよび面取り面４５ｃは、それぞれ第一ドグ歯４５の肩部に形成された傾斜面である。チャンファ面４５ｂは、第一ドグ歯４５における係合時回転方向の後方側の肩部に形成された後方傾斜面である。チャンファ面４５ｂは、係合時回転方向の後方側へ向かうに従いスリーブ４３から離間する方向の傾斜を有している。

面取り面４５ｃは、第一ドグ歯４５における係合時回転方向の前方側の肩部に形成された前方傾斜面である。面取り面４５ｃは、係合時回転方向の前方側へ向かうに従いスリーブ４３から離間する方向の傾斜を有している。軸方向と直交する面に対するチャンファ面４５ｂの傾斜角度θ１は、軸方向と直交する面に対する面取り面４５ｃの傾斜角度θ２よりも小さい。また、チャンファ面４５ｂの係合時回転方向の幅は、面取り面４５ｃの係合時回転方向の幅よりも大きい。チャンファ面４５ｂの係合時回転方向の後方端４５ｄは、面取り面４５ｃの係合時回転方向の前方端４５ｅよりも端面４２ｂ寄りに位置している。

第二ドグ歯４６は、歯先面４６ａと、チャンファ面４６ｂと、面取り面４６ｃとを有する。歯先面４６ａは、第二ドグ歯４６における軸方向の先端面である。歯先面４６ａは、係合方向と直交する面である。つまり、本実施形態では、第一ドグ歯４５の歯先面４５ａと、第二ドグ歯４６の歯先面４６ａとは、係合方向において互いに対向する先端面である。チャンファ面４６ｂおよび面取り面４６ｃは、それぞれ第二ドグ歯４６の肩部に形成された傾斜面である。チャンファ面４６ｂは、第二ドグ歯４６における係合時回転方向の前方側の肩部に形成された前方傾斜面である。チャンファ面４６ｂは、係合時回転方向の前方側へ向かうに従いピース４２から離間する方向の傾斜を有している。

面取り面４６ｃは、第二ドグ歯４６における係合時回転方向の後方側の肩部に形成された後方傾斜面である。面取り面４６ｃは、係合時回転方向の後方側へ向かうに従いピース４２から離間する方向の傾斜を有している。軸方向と直交する面に対するチャンファ面４６ｂの傾斜角度θ３は、軸方向と直交する面に対する面取り面４６ｃの傾斜角度θ４よりも小さい。また、チャンファ面４６ｂの係合時回転方向の幅は、面取り面４６ｃの係合時回転方向の幅よりも大きい。チャンファ面４６ｂの係合時回転方向の前方端４６ｄは、面取り面４６ｃの係合時回転方向の後方端４６ｅよりも端面４３ｂ寄りに位置している。

符号Ｐ０で示す位置は、開放状態におけるスリーブ４３の端面４３ｂの係合方向の位置である。図３には、所定の停止位置（初期位置）にあるスリーブ４３が示されている。すなわち、図３に示すスリーブ４３の位置は、付勢部材の付勢力によって、スリーブ４３が最も開放方向まで移動したときの位置である。アクチュエータ４４の押付荷重Ｆが作用すると、スリーブ４３は、図３に示す所定の停止位置から係合方向に移動する。本明細書では、所定の停止位置からのスリーブ４３の係合方向の移動量をストロークＳと称する。ストロークＳは、アクチュエータ４４の押付荷重Ｆによる第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６との係合方向の相対移動距離である。

ここで、図４を参照して、本実施形態の噛合式係合装置の制御装置１−１による係合制御について説明する。係合制御では、図４（ｂ）に示すように、クラッチ４０のストロークＳが第一規定ストロークＳ１となると、押付荷重Ｆが一時的に低減される。これにより、歯先面４５ａと歯先面４６ａとが当接したままとなることが抑制される。本明細書では、クラッチ４０を係合させるときに歯先面４５ａと歯先面４６ａとが当接したままとなる状態を「頂面ロック」と称する。頂面ロックが生じると、歯先面４５ａと歯先面４６ａとが相対回転しなくなり、動作不可となる可能性や、歯先面４５ａと歯先面４６ａとの相対回転速度が低下し、係合完了までの所要時間が増加する可能性がある。

本実施形態に係る係合制御では、ストロークＳが第一規定ストロークＳ１となると、押付荷重Ｆが低減される。第一規定ストロークＳ１の大きさは、図３に示すように、スリーブ４３が所定の停止位置にあるときの第一ドグ歯４５の歯先面４５ａと第二ドグ歯４６の歯先面４６ａとの係合方向の距離に等しい。つまり、第一規定ストロークＳ１は、アクチュエータ４４の推力による移動開始前における第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６の互いに対向する先端面（歯先面４５ａ，４６ａ）間の係合方向の距離である。言い換えると、第一規定ストロークＳ１は、歯先面４５ａと歯先面４６ａとの係合方向の距離が０となるストロークＳである。

第一規定ストロークＳ１において押付荷重Ｆが低減されることにより、歯先面４５ａと歯先面４６ａとが当接したとしても、歯先面４５ａ，４６ａの間に発生する摩擦力が小さくなる。これにより、ピース４２とスリーブ４３とはスムーズに相対回転し、歯先面４５ａ，４６ａの当接が解消されて第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６とが噛み合うことができる。従って、本実施形態の係合制御によれば、頂面ロックの発生を未然に抑制することが可能となる。

また、本実施形態の係合制御では、第一規定ストロークＳ１で押付荷重Ｆが一時的に低減された後、第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６が係合方向において所定距離オーバーラップすると、押付荷重Ｆが増大する。第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６とが係合方向においてオーバーラップしているということは、少なくとも頂面ロックの状態ではなく噛み合った状態である。この状態から押付荷重Ｆを増大させることで、第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６とをより確実に噛み合わせることが可能となる。また、クラッチ４０を完全係合するまでの時間を短縮することができる。

本実施形態では、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２となると押付荷重Ｆが増大される。第二規定ストロークＳ２の大きさは、図６に示すように、第一ドグ歯４５の面取り面４５ｃの前方端４５ｅと、所定の停止位置（初期位置）にある第二ドグ歯４６の面取り面４６ｃの後方端４６ｅとの係合方向の距離に等しい。ストロークＳが第二規定ストロークＳ２となったときには、図４（ｃ）に示すように、面取り面４５ｃの前方端４５ｅと、面取り面４６ｃの後方端４６ｅとが係合方向の同じ位置にある。つまり、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２以上であるということは、面取り面４５ｃと面取り面４６ｃとが当接可能なストロークＳの範囲を超えて第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６とが噛み合っていることを示す。面取り面４５ｃと面取り面４６ｃとが当接した状態で押付荷重Ｆを増大させてしまうと、完全係合するまでの時間を短縮できない可能性がある。

しかしながら、本実施形態の係合制御では、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２となると押付荷重Ｆが増加される。従って、面取り面４５ｃと面取り面４６ｃとが当接した状態で押付荷重Ｆを増大させてしまうことが抑制され、速やかにスリーブ４３を最大ストロークの位置まで移動させてクラッチ４０の係合を完了させることができる。本実施形態において押付荷重Ｆを増大させるときの第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６とのオーバーラップ量（所定距離Ｌ）は、図４（ｃ）に示すように、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２であるときの歯先面４５ａと歯先面４６ａとの係合方向の距離、すなわち、歯先面４５ａと前方端４５ｅとの係合方向の距離に、歯先面４６ａと後方端４６ｅとの係合方向の距離を加えた距離である。

図１を参照して、本実施形態に係る噛合式係合装置の制御装置１−１による係合制御の動作を説明する。図１に示す制御フローは、回転軸３１の回転をロックして走行する走行状態への移行判定がなされたときに実行される。

まず、ステップＳ１０では、ＥＣＵ５０により、回転軸３１のロック指令がなされる。ステップＳ１０が実行されると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、ＥＣＵ５０により、ＭＧ１回転数の同期制御がなされる。ＥＣＵ５０は、クラッチ４０を係合するために、スリーブ４３とピース４２との回転数を同期させるようにＭＧ１回転数を制御する。ＥＣＵ５０は、例えば、ＭＧ１回転数を０とし、あるいはＭＧ１回転数の絶対値を所定回転数以下とするように、第一回転機ＭＧ１を制御する。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、ピース４２を係合時回転方向に所定の回転数で回転させるように、第一回転機ＭＧ１の目標回転数を定める。ＥＣＵ５０は、定めた目標回転数を実現するように、第一回転機ＭＧ１を制御する。ステップＳ２０が実行されると、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、ＥＣＵ５０は、ＭＧ１同期判定を行う。ＥＣＵ５０は、ＭＧ１回転数がステップＳ２０で定めた目標回転数であるかを判定する。ＭＧ１回転数が目標回転数である場合（ステップＳ３０−Ｙ）には同期判定がなされてステップＳ４０に進み、そうでない場合（ステップＳ３０−Ｎ）にはステップＳ３０の判定が繰り返される。

ステップＳ４０では、ＥＣＵ５０により、クラッチ４０の係合指令がなされる。ステップＳ４０が実行されると、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、ＥＣＵ５０により、アクチュエータ４４がＯＮとされる。ＥＣＵ５０は、予め定められた第一の推力（押付荷重）Ｆ１（図５参照）までアクチュエータ４４の推力を増加させる。ステップＳ５０が実行されると、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、ＥＣＵ５０により、ストロークＳが第一規定ストロークＳ１であるか否かが判定される。その判定の結果、ストロークＳが第一規定ストロークＳ１であると判定された場合（ステップＳ６０−Ｙ）にはステップＳ７０に進み、そうでない場合（ステップＳ６０−Ｎ）にはステップＳ６０の判定が繰り返される。

ステップＳ７０では、ＥＣＵ５０により、アクチュエータ４４の推力が低減される。ＥＣＵ５０は、予め定められた第二の推力Ｆ２（図５参照）までアクチュエータ４４の推力を低減する。第二の推力Ｆ２は、頂面ロックを抑制できる値である。第二の推力Ｆ２は、例えば、第一ドグ歯４５の歯先面４５ａと第二ドグ歯４６の歯先面４６ａとが当接したとしてもスリーブ４３とピース４２とが相対回転できる押付荷重Ｆである。第二の推力Ｆ２は、アクチュエータ４４の推力が第一の推力Ｆ１であるときよりも、ピース４２とスリーブ４３との相対回転数を増加させることができるものであってもよい。

第二の推力Ｆ２は、例えば、歯先面４５ａと歯先面４６ａとの摩擦係数と、歯先面４５ａと歯先面４６ａとの係合方向の距離と、スリーブ４３とピース４２との相対回転数とに基づいて定められる。アクチュエータ４４の推力が第二の推力Ｆ２に低減されることで、歯先面４５ａと歯先面４６ａとが当接したとしても、歯先面４５ａと歯先面４６ａとに滑りが生じ、頂面ロックが抑制される。ステップＳ７０が実行されると、ステップＳ８０に進む。

ステップＳ８０では、ＥＣＵ５０により、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２であるか否かが判定される。その判定の結果、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２であると判定された場合（ステップＳ８０−Ｙ）にはステップＳ９０に進み、そうでない場合（ステップＳ８０−Ｎ）にはステップＳ８０の判定が繰り返される。

ステップＳ９０では、ＥＣＵ５０により、アクチュエータ４４の推力が復帰される。ＥＣＵ５０は、アクチュエータ４４の推力を増大させる。ＥＣＵ５０は、例えば、第一規定ストロークＳ１において推力を低減させる前の推力、すなわち第一の推力Ｆ１までアクチュエータ４４の推力を増加させる。ステップＳ９０が実行されると、ステップＳ１００に進む。

ステップＳ１００では、ＥＣＵ５０により、クラッチ４０の係合が完了したか否かが判定される。ＥＣＵ５０は、ストロークＳが予め定められた係合完了ストロークＳ３となると、クラッチ４０の係合が完了したと判定する。ステップＳ１００の判定の結果、クラッチ４０の係合が完了したと判定された場合（ステップＳ１００−Ｙ）にはステップＳ１１０に進み、そうでない場合（ステップＳ１００−Ｎ）にはステップＳ１００の判定が繰り返される。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ５０により、ＭＧ１トルクが０とされる。ステップＳ１１０が実行されると、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、ＥＣＵ５０により、アクチュエータ４４の推力が低減される。ＥＣＵ５０は、クラッチ４０の係合を維持できる推力として予め定められた推力まで、アクチュエータ４４の推力を低減する。ステップＳ１２０が実行されると、本制御フローは終了する。

なお、第一ドグ歯４５の形状および第二ドグ歯４６の形状は、本実施形態で例示したものには限定されない。第一ドグ歯４５は、歯先面４５ａを有するものであればよく、第二ドグ歯４６は、歯先面４６ａを有するものであればよい。

［第１実施形態の第１変形例］
第１実施形態の第１変形例について説明する。上記第１実施形態では、検出されたストロークＳが第一規定ストロークＳ１である場合にアクチュエータ４４の推力が低減された。本変形例では、ストロークＳに代えて、アクチュエータ４４をＯＮとしてからの時間に基づいてアクチュエータ４４の推力が低減される。

アクチュエータ４４をＯＮとしてからの経過時間に対してアクチュエータ４４の推力を同じように推移させた場合、スリーブ４３の速度は同じ様に推移し、ストロークＳも同じ様に推移する。従って、アクチュエータ４４をＯＮとしてからの経過時間に基づいてストロークＳを推定することが可能である。本変形例では、ＥＣＵ５０は、アクチュエータ４４をＯＮとしてからの経過時間に基づいて推定ストロークＳが第一規定ストロークＳ１となると、アクチュエータ４４の推力を低減する。なお、ＥＣＵ５０は、ストロークＳを推定することに代えて、アクチュエータ４４をＯＮとしてからの経過時間が予め定められた第一の経過時間となるとアクチュエータ４４の推力を低減するようにしてもよい。

また、ＥＣＵ５０は、アクチュエータ４４をＯＮとしてからの経過時間に基づいて、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２となったことを推定することができる。第一規定ストロークＳ１でアクチュエータ４４の推力が低減されることで、第一ドグ歯４５の歯先面４５ａと第二ドグ歯４６の歯先面４６ａとに滑りが生じ、スリーブ４３とピース４２とが相対回転する。従って、ストロークＳが第一規定ストロークＳ１となったときに歯先面４５ａと歯先面４６ａとが当接したとしても、一定以上の時間が経過すれば、当接状態が解消され、ストロークＳが少なくとも第二規定ストロークＳ２に達していると推定することができる。

ＥＣＵ５０は、アクチュエータ４４をＯＮとしてからの経過時間に基づいて、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２となったと判定すると、アクチュエータ４４の推力を増加させる。なお、ＥＣＵ５０は、ストロークＳを推定することに代えて、アクチュエータ４４をＯＮとしてからの経過時間が予め定められた第一の経過時間となるとアクチュエータ４４の推力を増加させるようにしてもよい。

ＥＣＵ５０は、ストロークＳに代えて、ＭＧ１回転数に基づいてクラッチ４０の係合が完了したか否かを判定することができる。ＥＣＵ５０は、クラッチ４０の係合が完了したか否かを判定する場合に、ＭＧ１トルクを振ってみて第一回転機ＭＧ１が回転するか否かに基づいて係合判定を行う。ＭＧ１トルクを正方向と負方向とに交互に変化させた場合に、第一回転機ＭＧ１が回転しなければ、クラッチ４０の係合が完了したと判定することができる。一方で、ＭＧ１トルクを正方向と負方向とに交互に変化させた場合に、第一回転機ＭＧ１が回転する場合、クラッチ４０の係合が完了していないと判定することができる。

［第１実施形態の第２変形例］
第１実施形態の第２変形例について説明する。上記第１実施形態の係合制御で、ストロークＳが第一規定ストロークＳ１となってアクチュエータ４４の推力を一時的に低減するときに、更に、ＭＧ１トルクを一時的に増減させるようにしてもよい。例えば、ピース４２の係合時回転方向の回転速度を増加させるように、ＭＧ１トルクの指令値を変化させるようにしてもよい。ストロークＳが第一規定ストロークＳ１よりも増加したときや、ストロークＳが第二規定ストロークＳ２となったときに、ＭＧ１トルクを元の値に戻すようにしてもよい。

［第２実施形態］
図７を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図７は、第２実施形態の係合制御に係るフローチャートである。本実施形態の係合制御において、上記第１実施形態の係合制御と異なる点は、第一規定ストロークＳ１に所定時間以上停滞している場合にアクチュエータ４４の推力を低減する点である。

図７を参照して、本実施形態の係合制御について説明する。図７に示す制御フローは、回転軸３１の回転をロックして走行する走行状態への移行判定がなされたときに実行される。

ステップＳ２１０からステップＳ２５０までは、上記第１実施形態に係る係合制御（図１）のステップＳ１０からステップＳ５０までと同様とすることができる。ＥＣＵ５０は、ステップＳ２１０で回転軸３１のロック指令を行い、ステップＳ２２０でＭＧ１回転数の同期制御を行い、ＭＧ１同期判定がなされる（ステップＳ２３０−Ｙ）とステップＳ２４０で係合指令を行い、ステップＳ２５０でアクチュエータ４４の推力を第一の推力Ｆ１とする。

次に、ステップＳ２６０では、ＥＣＵ５０により、クラッチ４０の係合が完了したか否かが判定される。ＥＣＵ５０は、例えば、ストロークＳが係合完了ストロークＳ３である場合に肯定判定を行う。ステップＳ２６０の判定の結果、クラッチ４０の係合が完了したと判定された場合（ステップＳ２６０−Ｙ）にはステップＳ２９０に進み、そうでない場合（ステップＳ２６０−Ｎ）にはステップＳ２７０に進む。

ステップＳ２７０では、ＥＣＵ５０により、頂面ロックが発生しているか否かが判定される。ＥＣＵ５０は、例えば、ストロークＳが第一規定ストロークＳ１である状態が所定時間以上継続している場合に、ステップＳ２７０で肯定判定を行う。所定時間は、例えば、予め定められた目標係合時間とされてもよい。目標係合時間は、アクチュエータ４４をＯＮとしてからクラッチ４０の係合が完了するまでの目標時間である。ステップＳ２７０の結果、頂面ロックが発生していると判定された場合（ステップＳ２７０−Ｙ）にはステップＳ２８０に進み、そうでない場合（ステップＳ２７０−Ｎ）にはステップＳ２６０の判定が繰り返される。

ステップＳ２８０では、ＥＣＵ５０により、アクチュエータ４４の推力が低減される。ＥＣＵ５０は、例えば、アクチュエータ４４の推力を第二の推力Ｆ２に低減する。ステップＳ２８０が実行されると、ステップＳ２６０に移行する。

ステップＳ２９０およびステップＳ３００は、上記第１実施形態の係合制御（図１）のステップＳ１１０およびステップＳ１２０とそれぞれ同様とすることができる。ＥＣＵ５０は、ステップＳ２９０でＭＧ１トルクを０とし、ステップＳ３００でアクチュエータ４４の推力を低減する。ステップＳ３００が実行されると、本制御フローは終了する。

本実施形態に係る係合制御によれば、第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６とがうまく噛み合ったときには、アクチュエータ４４の推力を低減することなくクラッチ４０の係合を完了させることができる。

［第３実施形態］
図８および図９を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態については、上記の各実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図８は、第３実施形態に係るクラッチの概略構成図、図９は、第３実施形態の係合制御に係るフローチャートである。本実施形態に係るクラッチ４０は、ピース４２がバネ４２ｄを有しており、ピース本体４２ａが軸方向に移動可能である。本実施形態に係る係合制御では、頂面ロックを回避する場合に、アクチュエータ４４の推力を低減することに代えて、ストロークＳが低減される。

図８に示すように、ピース４２は、ピース本体４２ａ、連結部４２ｃ、バネ４２ｄおよび第一ドグ歯４５を有する。連結部４２ｃは、回転軸３１に固定されている。連結部４２ｃは、回転軸３１に対して相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能である。バネ４２ｄは、連結部４２ｃとピース本体４２ａとを接続している。ピース本体４２ａは、回転軸３１に対して相対回転不能かつ軸方向に相対移動自在である。バネ４２ｄは、ピース本体４２ａを軸方向のスリーブ４３側へ向けて押圧する付勢力Ｆｋを発生させる。

ピース４２は、バネ４２ｄが所定以上に伸張することを規制する図示しないストッパを有している。ストッパは、第一ドグ歯４５の歯先面４５ａを図８に示す歯先位置Ｔで停止させる。クラッチ４０は、歯先面４５ａが歯先位置Ｔにある状態からのピース本体４２ａのストローク（以下、「ピースストローク」と称する。）を検出する図示しない第二のストロークセンサを有している。ピースストロークは、歯先面４５ａが歯先位置Ｔにあるときのピース本体４２ａの位置（所定位置）からのピース本体４２ａの係合方向の移動量である。第二のストロークセンサの検出結果を示す信号は、ＥＣＵ５０に出力される。

本実施形態のクラッチ４０は、ストッパ４７を有する。ストッパ４７は、スリーブ４３の最大ストロークを規定するものである。スリーブ４３は、ストッパ４７と係合する係合部４３ｃを有している。ストッパ４７および係合部４３ｃは、第一ドグ歯４５と第二ドグ歯４６とが正常に噛み合った場合にクラッチ４０の係合が完了するストローク、すなわち係合完了ストロークＳ３でスリーブ４３を停止させることができる。なお、上記第１実施形態のクラッチ４０と同様に、スリーブ４３は回転が規制されている。

図８には、スリーブ４３のストロークＳが係合完了ストロークＳ３となった状態が示されている。第二ドグ歯４６の歯先面４６ａが第一ドグ歯４５の歯先面４５ａに当接し、ピース本体４２ａを係合方向に押し込んでいる。このため、歯先面４５ａは、歯先位置Ｔよりも係合方向に位置しており、バネ４２ｄは押し縮められている。このように、本実施形態のクラッチ４０では、頂面ロックが生じるとバネ４２ｄが押し縮められる。このため、歯先面４５ａ，４６ａ間に発生する垂直抗力は、アクチュエータ４４の推力ではなく、バネ４２ｄのバネ力によって決まる。言い換えると、垂直抗力は、スリーブ４３のストロークＳによって決まる。

本実施形態の係合制御では、頂面ロックが発生したと判定された場合に、ストロークＳが若干下げられる。これにより、実質的な推力が低減し、歯先面４５ａ，４６ａ間の垂直抗力が低減することで、頂面ロックの解消が図られる。

図９を参照して、本実施形態の係合制御について説明する。図９に示す制御フローは、回転軸３１の回転をロックして走行する走行状態への移行判定がなされたときに実行される。

ステップＳ４１０からステップＳ４５０までは、上記第１実施形態に係る係合制御（図１）のステップＳ１０からステップＳ５０までと同様とすることができる。ＥＣＵ５０は、ステップＳ４１０で回転軸３１のロック指令を行い、ステップＳ４２０でＭＧ１回転数の同期制御を行い、ＭＧ１同期判定がなされる（ステップＳ４３０−Ｙ）とステップＳ４４０で係合指令を行い、ステップＳ４５０でアクチュエータ４４の推力を第一の推力Ｆ１とする。

次に、ステップＳ４６０では、ＥＣＵ５０により、クラッチ４０の係合が完了したか否かが判定される。ＥＣＵ５０は、例えば、ストロークＳが係合完了ストロークＳ３であり、かつピースストロークが０である場合にステップＳ４６０で肯定判定を行う。ステップＳ４６０の判定の結果、クラッチ４０の係合が完了したと判定された場合（ステップＳ４６０−Ｙ）にはステップＳ４９０に進み、そうでない場合（ステップＳ４６０−Ｎ）にはステップＳ４７０に進む。

ステップＳ４７０では、ＥＣＵ５０により、頂面ロックが発生しているか否かが判定される。ＥＣＵ５０は、例えば、ストロークＳが係合完了ストロークＳ３であり、かつピースストロークが０でない状態が所定時間以上継続している場合に、ステップＳ４７０で肯定判定を行う。所定時間は、例えば、上記第２実施形態の係合制御のステップＳ２７０の所定時間と同様とすることができる。ステップＳ４７０の判定の結果、頂面ロックが発生していると判定された場合（ステップＳ４７０−Ｙ）にはステップＳ４８０に進み、そうでない場合（ステップＳ４７０−Ｎ）にはステップＳ４６０の判定が繰り返される。

ステップＳ４８０では、ＥＣＵ５０により、スリーブ位置が後退させられる。ＥＣＵ５０は、アクチュエータ４４の推力を低減させ、バネ４２ｄのバネ力およびスリーブ４３の付勢部材の付勢力によって、スリーブ４３のストロークＳを低減させる。ステップＳ４８０におけるストロークＳの目標値は、頂面ロックを抑制できる値である。目標ストロークは、例えば、歯先面４５ａと歯先面４６ａとの摩擦係数と、歯先面４５ａと歯先面４６ａとの係合方向の距離と、スリーブ４３とピース４２との相対回転数とに基づいて定められる。

なお、ステップＳ４８０でスリーブ位置を後退させるときに、クラッチ４０の係合が完了するまで、徐々にスリーブ４３のストロークＳを低減するようにしてもよい。言い換えると、クラッチ４０の係合が完了するまで、スリーブ４３の目標ストロークを徐々に低減していくようにしてもよい。ステップＳ４８０が実行されると、ステップＳ４９０に進む。

ステップＳ４９０およびステップＳ５００は、上記第１実施形態の係合制御（図１）のステップＳ１１０およびステップＳ１２０とそれぞれ同様とすることができる。ＥＣＵ５０は、ステップＳ４９０でＭＧ１トルクを０とし、ステップＳ５００でアクチュエータ４４の推力を低減する。ステップＳ５００が実行されると、本制御フローは終了する。

［各実施形態の変形例］
上記第１実施形態乃至第３実施形態の変形例について説明する。図１０は、各実施形態の変形例にかかるピースを示す斜視図、図１１は、各実施形態の変形例に係るスリーブを示す斜視図である。本変形例に係るクラッチ４０は、内歯と外歯とが噛み合うものである。

図１０に示すように、ピース１４２は、円筒形状のピース本体１４２ａを有する。第一ドグ歯１４５は、ピース本体１４２ａの外周面に形成されており、径方向の外側に向けて突出している外歯である。第一ドグ歯１４５は、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されている。第一ドグ歯１４５における軸方向の先端部には、先端面１４５ａが形成されている。先端面１４５ａは、第一ドグ歯１４５における係合方向と反対方向の先端に形成されている。先端面１４５ａは、軸方向と直交する面である。第一ドグ歯１４５は、上記第１実施形態の第一ドグ歯４５のチャンファ面４５ｂと同様のチャンファ面や、面取り面４５ｃと同様の面取り面を有していてもよい。

図１１に示すように、スリーブ１４３は、円筒形状のスリーブ本体１４３ａを有する。第二ドグ歯１４６は、スリーブ本体１４３ａの内周面に形成されており、径方向の内側に向けて突出している内歯である。第二ドグ歯１４６は、周方向に所定の間隔をあけて複数配置されている。第二ドグ歯１４６における軸方向の先端部には、先端面１４６ａが形成されている。先端面１４６ａは、第二ドグ歯１４６における係合方向の先端に形成されている。先端面１４６ａは、軸方向と直交する面である。第二ドグ歯１４６は、上記第１実施形態の第二ドグ歯４６のチャンファ面４６ｂと同様のチャンファ面や、面取り面４６ｃと同様の面取り面を有していてもよい。

第一ドグ歯１４５の歯筋の向き、および第二ドグ歯１４６の歯筋の向きは、いずれも軸方向である。ピース１４２とスリーブ１４３とは、同軸上に、かつクラッチ４０の開放状態において先端面１４５ａと先端面１４６ａとが軸方向において互いに対向するように配置される。図示しないアクチュエータが発生させる推力によってスリーブ１４３が係合方向に移動し、第一ドグ歯１４５と第二ドグ歯１４６とが噛み合う。こうしたクラッチ４０においても、クラッチ４０を係合させるときに先端面１４５ａと先端面１４６ａとが当接したままとなる頂面ロックが発生する可能性がある。

これに対して、上記第１実施形態乃至第３実施形態の係合制御によって、クラッチ４０の係合に要する時間を低減することが可能である。なお、本変形例では第一ドグ歯１４５が外歯で第二ドグ歯１４６が内歯であったが、これとは逆に第一ドグ歯１４５が内歯、第二ドグ歯１４６が外歯であってもよい。

上記の各実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１−１ 噛合式係合装置の制御装置
４０ クラッチ
４２ ピース
４３ スリーブ
４４ アクチュエータ（駆動装置）
４５ 第一ドグ歯
４５ａ 歯先面
４５ｂ チャンファ面
４５ｃ 面取り面
４６ 第二ドグ歯
４６ａ 歯先面
４６ｂ チャンファ面
４６ｃ 面取り面
ＭＧ１ 第一回転機
Ｆ 押付荷重
Ｆ１ 第一の推力
Ｆ２ 第二の推力
Ｓ ストローク
Ｓ１ 第一規定ストローク
Ｓ２ 第二規定ストローク
Ｓ３ 係合完了ストローク

Claims (3)

1. 一組の噛合歯に対して係合方向の押付荷重を作用させる駆動装置を備え、
   前記押付荷重による前記一組の噛合歯の相対移動距離が、移動開始前における前記一組の噛合歯の互いに対向する先端面間の前記係合方向の距離となると、前記押付荷重を一時的に低減する
   ことを特徴とする噛合式係合装置の制御装置。
2. 前記押付荷重を一時的に低減した後、前記一組の噛合歯が前記係合方向において所定距離オーバーラップすると、前記押付荷重を増大させる
   請求項１に記載の噛合式係合装置の制御装置。
3. 前記一組の噛合歯の一方を回転駆動しながら前記駆動装置によって前記一組の噛合歯に対して前記押付荷重を作用させる
   請求項１または２に記載の噛合式係合装置の制御装置。

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