JP2016053382A - 噛合式係合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に与える違和感を抑制しつつ係合装置を解放する。
【解決手段】噛合式係合装置（１００）は、複数の歯部を有し、電動機（ＭＧ１）の出力トルクにより回転可能な第１係合要素（３１）と、該第１係合要素と係合した係合状態において、上記複数の歯部と夫々噛合する複数の歯部を有する第２係合要素（３２）と、第１係合要素及び第２係合要素の解放状態と係合状態とを相互に切り替え可能なアクチュエータ（３３）とを備える。当該噛合式係合装置は、第１係合要素及び第２係合要素を離間させるために、電動機の出力トルクの増減により第１係合要素の揺動を行う揺さ振り制御を実行する。当該噛合式係合装置は、特に、第１係合要素及び第２係合要素が解放状態に切り替えられた後に、車両に要求される加速度に応じて、揺さ振り制御に係る電動機の出力トルクの増減周期を変更するように電動機を制御する制御手段（２２）を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば車両の変速機等に用いられる噛合式係合装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば係合装置を構成する一対の噛み合い部材を、係合状態から解放状態に切り替える際に、一対の噛み合い部材の一方が揺動されるように電動機のトルクの増加及び減少を行う揺さ振り制御を実行する装置が提案されている（特許文献１参照）。

或いは、係合装置であるドグクラッチを係合状態から解放状態に切り替える際に、エンジンの運転条件に応じたモータ・ジェネレータのトルクをドグクラッチに作用させる装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００９−０２９３９４号公報 特開２００９−２８６３５６号公報

ここで、係合装置の係合中には該係合装置の回転軸方向にトルクがかかっている。このため、該係合装置を解放する際には、該トルクを緩和又は打ち消して、噛み合い部材を離れやすくすることが求められる。

上記特許文献２に記載の技術では、エンジンの運転条件に応じて、モータ・ジェネレータのトルクを調整して、係合装置の回転軸方向にかかるトルクを小さくしている。しかしながら、時々刻々と変化するエンジントルクを直接測定する手段がない場合、エンジントルクを推定する必要があるが、該エンジントルクを高精度で推定することは困難である。

上記特許文献１に記載の技術では、推定されたエンジントルクに対応するモータ・ジェネレータのトルクを所定の振り幅で増減させることにより、エンジントルクの推定に係る誤差を吸収している。しかしながら、モータ・ジェネレータのトルクの増減レートによっては、車両の運転者が違和感を覚える可能性があるという技術的問題点がある。具体的には例えば、トルクの増減レートが比較的小さい場合、係合装置が解放されるまでに比較的時間がかかり、運転者が加速のもたつき感を覚える可能性がある。他方、トルクの増減レートが比較的大きい場合、揺さ振り制御に起因するショックや音が比較的大きくなる可能性がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、運転者に与える違和感を抑制しつつ、係合装置を係合状態から解放状態へ適切に切り替えることができる噛合式係合装置を提供することを課題とする。

本発明の噛合式係合装置は、上記課題を解決するために、複数の歯部を有し、電動機の出力トルクにより回転可能な第１係合要素と、前記第１係合要素と係合した係合状態において、前記複数の歯部と夫々噛合する複数の歯部を有する第２係合要素と、前記第１係合要素及び前記第２係合要素が係合しない解放状態と前記係合状態とを相互に切り替え可能なアクチュエータとを備え、前記第１係合要素及び前記第２係合要素を離間させるために、前記電動機の出力トルクの増減により前記第１係合要素の揺動を行う揺さ振り制御を実行する噛合式係合装置であって、前記第１係合要素及び前記第２係合要素が前記解放状態に切り替えられた後に、当該噛合式係合装置が搭載される車両に要求される加速度に応じて、前記揺さ振り制御に係る前記電動機の出力トルクの増減周期を変更するように前記電動機を制御する制御手段を備える。

本発明の噛合式係合装置によれば、第１係合要素及び第２係合要素各々は、複数の歯部を有しており、該複数の歯部が互いに噛み合うことにより第１係合要素及び第２係合要素が係合される。アクチュエータは、第１係合要素及び第２係合要素の一方の係合要素を、その回転軸に沿う方向に動かすことにより、係合状態と解放状態とを相互に切り替える。

ここで、当該噛合式係合装置では、当該噛合式係合装置を搭載するエンジンの動作領域に応じて、第１係合要素及び第２係合要素の係合状態と解放状態とが切り替えられる。

係合状態では、エンジンの出力トルクに起因して、第１係合要素及び第２係合要素にその回転軸回りの力が加わっている。このため、第１係合要素及び第２係合要素各々に設けられた複数の歯部に面圧が生じ、第１係合要素と第２係合要素とを離間させることが困難になる。

そこで、推定されたエンジントルクに基づいて、第１係合要素及び第２係合要素の回転軸回りの力を打ち消すようなトルクを電動機から出力させることにより、第１係合要素と第２係合要素との離間を容易にすることが図られる。

しかしながら、エンジントルクを高精度に推定することは困難であるので、当該噛合式係合装置では、第１係合要素と第２係合要素とを離間させるために（即ち、係合状態から解放状態へ切り替えるために）、電動機の出力トルクの増減により第１係合要素の回転揺動を行う揺さ振り制御が実行される。この結果、推定されたエンジントルクが実際のエンジントルクと多少異なっていたとしても、比較的容易に第１係合要素と第２係合要素とを離間させることができる。

尚、「電動機」は、モータ・ジェネレータ（電動発電機）により実現される電動機であってもよい。即ち、電動機として機能し得る限りにおいて、例えばハイブリッド車両等に用いられるモータ・ジェネレータを意味してかまわない。

ところで、揺さ振り制御における電動機の出力トルクの増減レートを、例えばショック等が生じないような比較的小さい増減レートとすると、例えば車両の運転者がアクセルペダルを踏み込んでいる場合に、第１係合要素と第２係合要素とが離間するまでに比較的時間がかかり、該運転者が加速のもたつき感を覚える可能性がある。

そこで、本発明では特に、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御手段により、第１係合要素及び第２係合要素が解放状態に切り替えられた後に、当該噛合式係合装置が搭載される車両に要求される加速度に応じて、揺さ振り制御に係る電動機の出力トルクの増減周期が変更される。

従って、例えば車両の運転者がアクセルペダルを踏み込んでいる場合には、制御手段により、電動機の出力トルクの増減周期が比較的短くされ（つまり、増減レートが比較的大きくされ）、第１係合要素と第２係合要素とが比較的短時間で離間される。このため、運転者が加速のもたつき感を覚えるおそれが抑制される。

他方、例えば運転者がアクセルペダルから足を離している場合には、制御手段により、電動機の出力トルクの増減周期が比較的長くされるため（つまり、増減レートが比較的小さくされるため）、揺さ振り制御に起因するショックや音の発生を抑制することができる。

「解放状態に切り替えられた後に、車両に要求される加速度」とは、運転者の運転操作（例えば、アクセルペダルの踏み込み、ブレーキペダルの踏み込み等）に応じて求められる要求加速度のうち、エンジンの動作点が、該運転操作に起因して第１係合要素及び第２係合要素を係合状態から解放状態へ切り替える必要がある動作点へ遷移する場合の要求加速度を意味する。

以上の結果、本発明の噛合式係合装置によれば、運転者に与える違和感を抑制しつつ、第１係合要素及び第２係合要素を係合状態から解放状態へ適切に切り替えることができる。

本発明の噛合式係合装置の一態様では、前記制御手段は、前記要求される加速度を示す指標としての前記車両に係るアクセル開度が所定値以上である場合、前記アクセル開度が前記所定値未満である場合よりも前記増減周期が短くなるように前記電動機を制御する。

この態様によれば、比較的容易にして、電動機の出力トルクの増減周期を決定することができ、実用上非常に有利である。

ここで、「所定値」は、電動機の出力トルクの増減周期を短くするか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は何らかの物理量若しくはパラメータに応じた可変値として定められている。このような「所定値」は、例えば、アクセル開度と、該アクセル開度から推定される運転者の加速要求との関係を求め、運転者が、ドライバビリティ（例えば、揺さ振り制御に起因してショックや音がほとんど生じないこと）よりも加速のよさを求めているだろうと考えられるアクセル開度として設定すればよい。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係る噛合式係合装置が搭載された車両の要部を示す構成図である。 実施形態に係るドグクラッチを示す概略構成図である。 実施形態に係る揺さ振り制御を示すフローチャートである。 揺さ振り制御に係るタイムチャートの一例である。

本発明の噛合式係合装置に係る実施形態を、図面を参照して説明する。以下の実施例では、噛合式係合装置の一例としてドグクラッチを有する装置を挙げる。

（車両の構成）
実施形態に係る噛合式係合装置１００が搭載された車両の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る噛合式係合装置が搭載された車両の要部を示す構成図である。

図１において、実施形態に係る車両は、エンジン１１、第１モータ・ジェネレータＭＧ１及び第２モータ・ジェネレータＭＧ２を備えている。エンジン１１、第１モータ・ジェネレータＭＧ１及び第２モータ・ジェネレータＭＧ２は、動力分配機構１４を介して相互に連結されている。

動力分配機構１４は、相互に差動回転可能な回転要素としてのサンギアＳ、リングギアＲ及びキャリアＣＡを有するシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。キャリアＣＡには、入力軸１２を介してエンジン１１が連結されている。サンギアＳには、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転軸１３が連結されており、サンギアＳと回転軸１３とが一体回転する。リングギアＲには、出力軸１６及び変速部１５を介して、第２モータ・ジェネレータＭＧ２の回転軸が連結されている。

ここで特に、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転軸１３のケース（図示せず）への固定と解放とを切り替えるドグクラッチ３０が設けられている。ドグクラッチ３０が係合状態となることにより回転軸１３が固定される（即ち、サンギアＳが固定される）と、動力分配機構１４のギア比が固定され、エンジン１１の回転を減速する固定変速比モードとなる。他方、ドグクラッチ３０が解放状態なることにより、動力分配機構１４のギア比が無段階に変速される無段変速比モードとなる。

ドグクラッチ３０は、図２に示すように、本発明に係る「第１係合要素」の一例としてのハブ３１と、本発明に係る「第２係合要素」の一例としてのブレーキ部材３２と、を備えて構成されている。ハブ３１にはその外周全てにわたって複数の歯部が設けられている。同様に、ブレーキ部材３２には、ハブ３１に設けられた複数の歯部と夫々噛合するように配置された複数の歯部が設けられている。

ドグクラッチ３０は、ハブ３１とブレーキ部材３２とが係合する係合位置と、ハブ３１とブレーキ部材３２とが離間する解放位置との間で、図２に矢印Ａ、Ｂで示した軸方向にブレーキ部材３２を駆動するアクチュエータ３３を更に備えている。ハブ３１とブレーキ部材３２とが係合すると、上述の如く、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転軸１３が固定されるので、ハブ３１とブレーキ部材３２とが係合されることを、以降、適宜「ＭＧ１ロック」と称する。

ドグクラッチ３０のアクチュエータ３３は、ＭＧＥＣＵ（Ｍｏｔｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２２により制御される。ＭＧＥＣＵ２２は、例えばメモリ、プロセッサ等を含んだコンピュータとして構成されている。ＭＧＥＣＵ２２は、車両に要求される駆動力やバッテリ（図示せず）の充電状態等に基づいて、第１モータ・ジェネレータＭＧ１及び第２モータ・ジェネレータＭＧ２を夫々制御する。

エンジン１１は、ＥＣＵ２１により制御される。ＥＣＵ２１は、図１に示すように、ＭＧＥＣＵ２２と情報を共有可能なように互いに接続されている。

（ドグクラッチの制御）
上述の如く構成された車両において、ＭＧＥＣＵ２２は、運転者から車両に要求された出力や、該車両の走行状態等に応じて、ドグクラッチ３０を係合状態及び解放状態のいずれの状態にて動作させるかを判定し、ドグクラッチ３０の状態の切り替えが必要な場合は、ドグクラッチ３０が採るべき状態に切り替わるように、アクチュエータ３３を制御する。

具体的には、ＭＧＥＣＵ２２は、ドグクラッチ３０を解放状態から係合状態へ切り替える条件が成立した場合、ドグクラッチ３０のハブ３１とブレーキ部材との位相が一致するように、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数及びトルクを制御すると共に、ハブ３１とブレーキ部材３２とが噛み合うようにアクチュエータ３３を制御する。

他方、ＭＧＥＣＵ２２は、ドグクラッチ３０を係合状態から解放状態へ切り替える条件が成立した場合、ドグクラッチ３０のハブ３１とブレーキ部材３２との間に作用するトルクがほぼゼロとなるように、第１モータ・ジェネレータＭＧ１のトルクを制御すると共に、ハブ３１とブレーキ部材３２とが離間するようにアクチュエータ３３を制御する。

尚、ドグクラッチ３０の係合及び解放は、例えばエンジン１１の動作領域に応じて決定される。具体的には例えば、エンジン１１の軽負荷〜中負荷の領域では、ＭＧ１ロックとしたほうがエンジン１１の燃費がよいので、ドグクラッチ３０が係合状態とされる。他方、エンジン１１の高負荷領域、或いは車両の減速時には、ＭＧ１ロックを解除したほうがエンジン１１の燃費がよいので、ドグクラッチ３０が解放状態とされる。

本実施形態では特に、ドグクラッチ３０を係合状態から解放状態へ切り替える際に、ＭＧＥＣＵ２２により、第１モータ・ジェネレータＭＧ１から出力されるトルクが増加及び減少を繰り返すように該第１モータ・ジェネレータＭＧ１が制御され、ハブ３１を揺動する揺さ振り制御が実行される。

次に、揺さ振り制御について、図３のフローチャート及び図４を参照して、説明を加える。

ＭＧＥＣＵ２２は、アクセル開度センサ２３（図１参照）の出力信号に基づいて、運転者が車両に要求する要求トルク値を、公知の算出方法により、逐次算出する。ＭＧＥＣＵ２２は、算出された要求トルク値が、ＭＧ１ロックを維持可能なトルク範囲の閾値を超えているか否かを判定して、ドグクラッチ３０を係合状態から解放状態へ切り替える条件が成立したか否かを判定する。

尚、ドグクラッチ３０を係合状態から解放状態へ切り替える条件が成立したと判定された場合の要求トルク値が、本発明に係る「前記第１係合要素及び前記第２係合要素が前記解放状態に切り替えられた後に、当該噛合式係合装置が搭載される車両に要求される加速度」の一例である。

図３において、ドグクラッチ３０を係合状態から解放状態へ切り替える条件が成立したと判定された場合、ＭＧＥＣＵ２２は、アクセル開度センサ２３の出力信号に基づいて、アクセル開度が大きいか否か（例えば、アクセル開度が９０％以上であるか否か）を判定する（ステップＳ１０１）。

アクセル開度が大きいと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、運転者の加速要求が強いと考えられるので、ＭＧＥＣＵ２２は、例えば図４（Ｂ）に示すように、揺さ振り制御に係る第１モータ・ジェネレータＭＧ１の出力トルクの増減周期を比較的短くする、即ち、増減レートを比較的大きくする（ステップＳ１０５）。この結果、例えば図４における時刻ｔ２に、ドグクラッチ３０が解放状態となる。

尚、第１モータ・ジェネレータＭＧ１の出力トルクの増減の範囲（図４における“推定誤差範囲”に相当）は、推定されたエンジントルクを中心として、例えば、±２％等である。

上記ステップＳ１０１の処理において、アクセル開度が大きくないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ＭＧＥＣＵ２２は、アクセル開度センサ２３の出力信号に基づいて、アクセルオフであるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

アクセルオフであると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＭＧＥＣＵ２２は、例えば図４（Ｃ）に示すように、揺さ振り制御に係る第１モータ・ジェネレータＭＧ１の出力トルクの増減周期を比較的長くする、即ち、増減レートを比較的小さくする（ステップＳ１０４）。この結果、例えば図４における時刻ｔ３に、ドグクラッチ３０が解放状態となる。

このように構成すれば、揺さ振り制御に起因するショックや音の発生を十分に抑制することができると共に、少ない揺さ振り回数で確実にドグクラッチ３０を解放状態にすることができる。

上記ステップＳ１０２の処理において、アクセルオフではないと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、揺さ振り制御に起因するショックや音の発生を抑制しつつ、ドグクラッチ３０がある程度早く解放状態となるように、ＭＧＥＣＵ２２は、例えば図４（Ａ）に示すように、揺さ振り制御に係る第１モータ・ジェネレータＭＧ１の出力トルクの増減周期を設定する（ステップＳ１０３）。この結果、例えば図４における時刻ｔ１に、ドグクラッチ３０が解放状態となる。

本実施形態に係る「ＭＧＥＣＵ２２」は、本発明に係る「制御手段」の一例である。つまり、本実施形態では、第１モータ・ジェネレータＭＧ１、第２モータ・ジェネレータＭＧ２等の制御用のＭＧＥＣＵ２２の機能の一部を、噛合式係合装置１００の一部として用いている。本実施形態に係る「第１モータ・ジェネレータＭＧ１」は、本発明に係る「電動機」の一例である。

尚、ＭＧＥＣＵ２２が、揺さ振り制御に係る第１モータ・ジェネレータＭＧ１の出力トルクの増減周期（又は増減レート）を、アクセル開度に応じて連続的に変更するように構成してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う噛合式係合装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１１…エンジン、１４…動力分配機構、１５…変速機、２１…ＥＣＵ、２２…ＭＧＥＣＵ、２３…アクセル開度センサ、３０…ドグクラッチ、３１…ハブ、３２…ブレーキ部材、３３…アクチュエータ、ＭＧ１…第１モータ・ジェネレータ、ＭＧ２…第２モータ・ジェネレータ

Claims (2)

1. 複数の歯部を有し、電動機の出力トルクにより回転可能な第１係合要素と、前記第１係合要素と係合した係合状態において、前記複数の歯部と夫々噛合する複数の歯部を有する第２係合要素と、前記第１係合要素及び前記第２係合要素が係合しない解放状態と前記係合状態とを相互に切り替え可能なアクチュエータとを備え、前記第１係合要素及び前記第２係合要素を離間させるために、前記電動機の出力トルクの増減により前記第１係合要素の揺動を行う揺さ振り制御を実行する噛合式係合装置であって、
   前記第１係合要素及び前記第２係合要素が前記解放状態に切り替えられた後に、当該噛合式係合装置が搭載される車両に要求される加速度に応じて、前記揺さ振り制御に係る前記電動機の出力トルクの増減周期を変更するように前記電動機を制御する制御手段を備える
   ことを特徴とする噛合式係合装置。
2. 前記制御手段は、前記要求される加速度を示す指標としての前記車両に係るアクセル開度が所定値以上である場合、前記アクセル開度が前記所定値未満である場合よりも前記増減周期が短くなるように前記電動機を制御することを特徴とする請求項１に記載の噛合式係合装置。

Images