JP2019006173A - 補助駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】噛み合いクラッチを介して電動モータの駆動力を補助駆動輪に伝達しながらも、噛み合い時における振動や音を低減することが可能な四輪駆動車の補助駆動装置を提供する。【解決手段】補助駆動装置2は、電動モータ3を有する駆動部20と、第1の噛み合い部材51及び第2の噛み合い部材52を有する噛み合いクラッチ5と、第2の噛み合い部材52を移動させるアクチュエータ6と、電動モータ3及びアクチュエータ6を制御する制御部10とを備える。アクチュエータ6は、第2の噛み合い部材52を、第1の噛み合い部材51と噛み合わない離間位置と、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とが当接し得る当接位置と、これらが噛み合う噛合位置との間で移動させる。制御部10は、第2の噛み合い部材52が当接位置から噛合位置の間にあるときに電動モータ3に供給する電流を、電動モータ3の回転速度を維持するために必要な電流よりも小さくする。【選択図】図6

Description

本発明は、車両用の補助駆動装置に関する。
従来の四輪駆動車には、主駆動輪がトランスミッションによって変速されたエンジンの駆動力によって駆動され、補助駆動輪が電動モータを有する補助駆動装置によって駆動されるものがある(例えば、特許文献1参照)。
このような四輪駆動車は、補助駆動装置における電動モータの駆動力伝達経路にクラッチが設けられており、車速の中低速域において大きな駆動力が必要なときはクラッチが締結状態となって主駆動輪及び補助駆動輪が共に駆動される四輪駆動状態となる。一方、高速域である場合、あるいは中低速域であっても大きな駆動力が必要でないときは、電動モータが停止すると共にクラッチが解放された二輪駆動状態となる。このようにクラッチが解放されることにより、二輪駆動状態において電動モータが補助駆動輪の回転力によって回されることにより発生する動力ロスや、高速域において電動モータのロータが高速で回されることにより発生する遠心力による電動モータの破損等が抑止されている。
特許文献1に記載の電動モータ用動力伝達装置では、このクラッチが複数のクラッチプレートを軸方向に配列してなる多板クラッチによって構成され、多板クラッチが電磁クラッチを介して伝達される回転力を受けて作動するボールカム機構のカムスラスト力によって押圧される。
特開2003−80962号公報
上記のように構成された四輪駆動車では、例えば二輪駆動状態での走行時に主駆動輪がスリップした際に、速やかに補助駆動装置を作動させて補助駆動輪を駆動する必要がある。しかし、特許文献1に記載のものでは、電磁クラッチが締結されてボールカム機構が作動し、カムスラスト力によって多板クラッチが押圧されてクラッチプレート間に摩擦力が発生するまでに時間がかかり、四輪駆動状態への切り替えが必要になってから補助駆動輪が駆動されるまでの作動遅れ時間が長くなっていた。
そこで、本発明者らは、噛み合い歯の噛み合わせによって駆動力を伝達する噛み合いクラッチを電動モータの駆動力伝達経路に設けることを考えたが、噛み合い歯が噛み合ったときに大きな振動あるいは音が発生し、運転者あるいは同乗者に不快感を与えてしまうおそれがあった。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、噛み合いクラッチを介して電動モータの駆動力を補助駆動輪に伝達しながらも、噛み合い時における振動や音を低減することが可能な四輪駆動車の補助駆動装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するため、四輪駆動車の主駆動輪及び補助駆動輪のうち前記補助駆動輪を駆動する補助駆動装置であって、供給される電流に応じた駆動力を発生する電動モータを有する駆動部と、第1の噛み合い歯を有する第1の噛み合い部材、及び第2の噛み合い歯を有する第2の噛み合い部材を有し、前記電動モータと前記補助駆動輪との間のトルク伝達を断続可能な噛み合いクラッチと、前記第1の噛み合い部材に対して前記第2の噛み合い部材を軸方向に移動させることにより前記第1の噛み合い歯と前記第2の噛み合い歯とを噛み合わせるアクチュエータと、前記電動モータ及び前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、前記アクチュエータは、前記第2の噛み合い部材を、前記第1の噛み合い歯と前記第2の噛み合い歯とが所定の距離を隔てて軸方向に並ぶ離間位置と、前記第1の噛み合い歯の先端部と前記第2の噛み合い歯の先端部とが当接し得る当接位置と、前記第1の噛み合い歯と前記第2の噛み合い歯とが噛み合う噛合位置との間で移動させ、前記制御部は、前記アクチュエータを制御して前記第2の噛み合い部材を前記離間位置から前記当接位置を経て前記噛合位置に移動させる際、前記第2の噛み合い部材が前記当接位置から前記噛合位置の間にあるときに前記電動モータに供給する電流を、前記電動モータの回転速度を維持するために必要な電流よりも小さくする、補助駆動装置を提供する。
本発明に係る四輪駆動車の補助駆動装置によれば、噛み合いクラッチを介して電動モータの駆動力を補助駆動輪に伝達しながらも、噛み合い時における振動や音を低減することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る補助駆動装置が搭載された四輪駆動車の構成例を示す概略図である。 駆動力伝達装置の構成例を示す断面図である。 駆動力伝達装置の要部を示す図2の部分拡大図である。 (a)〜(c)は、第1の噛み合い歯及び第2の噛み合い歯を噛み合いクラッチの周方向に沿って模式的に示す説明図である。 制御部が実行する処理の具体例を示すフローチャートである。 (a)〜(d)は、補助駆動装置の動作例を示すタイムチャートである。
[実施の形態]
本発明の実施の形態について、図1乃至図6を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
図1は、本発明の実施の形態に係る補助駆動装置が搭載された四輪駆動車の構成例を示す概略図である。図2は、駆動力伝達装置の構成例を示す断面図である。図3は、駆動力伝達装置の要部を示す図2の部分拡大図である。
この四輪駆動車1は、左右前輪11L,11Rが主駆動源としてのエンジン12によって駆動され、左右後輪16L,16Rが電動モータ3を有する補助駆動装置2によって駆動される。本実施の形態では、左右前輪11L,11Rが主駆動輪であり、左右後輪16L,16Rが補助駆動輪である。以下の説明において、「左」及び「右」とは、四輪駆動車1の車幅方向の左右をいう。
エンジン12の駆動力は、トランスミッション13で変速され、フロントディファレンシャル14のデフケース141に伝達される。フロントディファレンシャル14は、デフケース141と、デフケース141に両端部が支持されたピニオンシャフト142と、ピニオンシャフト142に軸支された一対のピニオンギヤ143,143と、一対のピニオンギヤ143,143にそれぞれギヤ軸を直交させて噛合する一対のサイドギヤ144L,144Rとを有している。
一対のサイドギヤ144L,144Rのうち、左側のサイドギヤ144Lには左前輪11Lに駆動力を伝達するドライブシャフト15Lが相対回転不能に連結され、右側のサイドギヤ144Rには右前輪11Rに駆動力を伝達するドライブシャフト15Rが相対回転不能に連結されている。
補助駆動装置2は、図2に示すように、電動モータ3及び減速機構4からなる駆動部20と、第1及び第2の噛み合い部材51,52を有する噛み合いクラッチ5と、第1の噛み合い部材51に対して第2の噛み合い部材52を軸方向に移動させるアクチュエータ6と、第2の噛み合い部材52及びアクチュエータ6を収容するハウジング7と、ハウジング7に回転可能に支持された連結軸8と、連結軸8に外周に配置されたコイルばねからなるリターンスプリング9と、電動モータ3及びアクチュエータ6を制御する制御部10(図1参照)とを有している。
電動モータ3及び減速機構4は、リヤディファレンシャル17と共にデフキャリヤ19に収容されている。デフキャリヤ19内には、図略の潤滑油が封入されている。デフキャリヤ19におけるリヤディファレンシャル17の収容空間とハウジング7内の空間とは、デフキャリヤ19に形成された連通孔190によって連通している。噛み合いクラッチ5及びアクチュエータ6は、連通孔190を流通する潤滑油によって潤滑される。
ハウジング7は、ボルト70によってデフキャリヤ19に固定された外筒部71と、連結軸8を挿通させる内筒部72と、外筒部71と内筒部72との間の壁部73とを一体に有している。ハウジング7には、アクチュエータ6が収容されている。
リヤディファレンシャル17は、デフケース171と、デフケース171に両端部が支持されたピニオンシャフト172と、ピニオンシャフト172に軸支された一対のピニオンギヤ173,173と、一対のピニオンギヤ173,173にそれぞれギヤ軸を直交させて噛合する一対のサイドギヤ174L,174Rとを有している。一対のサイドギヤ174L,174Rのうち、左側のサイドギヤ174Lには左後輪16Lに駆動力を伝達するドライブシャフト18Lが相対回転不能に連結され、右側のサイドギヤ174Rには第1の噛み合い部材51が相対回転不能に連結されている。
電動モータ3は、固定子を内部に有するモータケース31がデフキャリヤ19に固定され、ロータ軸32がモータケース31から突出している。ロータ軸32の回転軸は、四輪駆動車1の車幅方向に沿っている。電動モータ3は、例えばDCブラシレスモータであり、制御部10から供給される電流に応じた駆動力を発生する。また、電動モータ3は、ロータ軸32の回転速度を検出する速度センサを有しており、制御部10はその検出結果を取得可能である。制御部10はまた、例えば四輪駆動車1に搭載されたバッテリー等の直流電源をスイッチングして電動モータ3に出力するスイッチング素子を有しており、PWM(Pulse Width Modulation)制御によって電動モータ3に供給する電流を増減させる。
減速機構4は、電動モータ3のロータ軸32に固定されたピニオンギヤ41と、ピニオンギヤ41から電動モータ3の駆動力を受けて回転する減速ギヤ42と、デフケース171に固定されたリングギヤ43とを有している。減速ギヤ42は、ピニオンギヤ41と噛み合う大径ギヤ部421と、リングギヤ43と噛み合う小径ギヤ部422と、大径ギヤ部421と小径ギヤ部422との間の軸部423と、軸方向両端部に設けられたボス部424,425とを一体に有している。減速ギヤ42は、ボス部424が玉軸受211に軸支されると共にボス部425が玉軸受212によって軸支されている。玉軸受211,212は、デフキャリヤ19に保持されている。
大径ギヤ部421のピッチ円直径はピニオンギヤ41のピッチ円直径よりも大きく、小径ギヤ部422のピッチ円直径は大径ギヤ部421のピッチ円直径よりも小さい。また、リングギヤ43のピッチ円直径は小径ギヤ部422のピッチ円直径よりも大きい。これにより、電動モータ3の出力軸であるロータ軸32の回転が、減速機構4によって減速されてデフケース171に伝達される。デフケース171には、径方向外方に突出したフランジ部170が設けられ、リングギヤ43が複数のボルト22によってフランジ部170に固定されている。デフケース171は、デフキャリヤ19に保持された玉軸受213,214によって回転可能に支持されている。
第1の噛み合い部材51は、図3に示すように、円柱状の軸部511と、軸部511の一端部に連続して設けられた円筒部512と、円筒部512から径方向外方に突出して設けられた円環板状の鍔部513と、鍔部513の外径側の端部に設けられた複数の第1の噛み合い歯514とを有している。軸部511の他端部は、サイドギヤ174Rに相対回転不能に連結されている。第1の噛み合い歯514は、鍔部513における第2の噛み合い部材52との対向面から軸方向に突出している。
円筒部512は、その外径が軸部511の外径よりも大きく、軸部511から径方向外方に突出している。円筒部512の軸方向端面512aとデフキャリヤ19の受け面19aとの間には、スラストころ軸受23が配置されている。第1の噛み合い部材51は、デフキャリヤ19に対するリヤディファレンシャル17側への移動がスラストころ軸受23によって規制されている。また、円筒部512の外周面512bとデフキャリヤ19の受け面19bとの間には、円筒ころ軸受24が配置されている。
連結軸8は、第1の噛み合い部材51と回転軸線Oが共通であり、第1の噛み合い部材51の軸方向に並置されている。連結軸8は、第2の噛み合い部材52に挿通された軸部81と、ハウジング7の外部に配置されたフランジ部82とを一体に有している。連結軸8の軸部81の一端部における外周面81aと第1の噛み合い部材51の円筒部512の内周面512cとの間には玉軸受25が配置されている。連結軸8の軸部81の他端部における外周面81bとハウジング7の内筒部72の受け面72aとの間には玉軸受26が配置されている。
ハウジング7に対する連結軸8の軸方向移動は玉軸受26によって規制され、デフキャリヤ19に対する第1の噛み合い部材51のリヤディファレンシャル17とは反対側への移動は玉軸受25によって規制されている。また、ハウジング7の内筒部72の開口端部には、連結軸8との間にシール部材27が配置されている。連結軸8のフランジ部82には、右後輪16Rに駆動力を伝達するドライブシャフト18R(図1参照)が相対回転不能に連結される。
玉軸受25と玉軸受26との間における連結軸8の軸部81の外周面には、軸方向に延在する複数のスプライン突起811が形成されている。また、複数のスプライン突起811よりも第1の噛み合い部材51側における軸部81の外周面には、リターンスプリング9の一端部が当接する止め輪91が嵌着されている。
第2の噛み合い部材52は、内周面に複数のスプライン突起521を有する円筒部522と、円筒部522の一端部から径方向外方に突出して設けられた円環板状の鍔部523と、鍔部523の外径側の端部に設けられた複数の第2の噛み合い歯524とを有している。第2の噛み合い歯524は、鍔部523における第1の噛み合い部材51との対向面から軸方向に突出している。第2の噛み合い部材52は、複数のスプライン突起521が連結軸8のスプライン突起811と周方向に係合し、連結軸8に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能である。
また、第2の噛み合い部材52の円筒部522には、リターンスプリング9を収容する収容部520が形成されている。収容部520は、円筒部522の内周面のうちスプライン突起521が設けられていない部分に形成され、第1の噛み合い部材51側に開口している。リターンスプリング9の他端部は、収容部520における当接面520aに当接している。リターンスプリング9は、止め輪91と第2の噛み合い部材52の当接面520aとの間で軸方向に圧縮されており、第2の噛み合い部材52を第1の噛み合い部材51から離間する方向に付勢している。
第1の噛み合い部材51の第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い部材52の第2の噛み合い歯524とが噛み合うと、第1の噛み合い部材51と第2の噛み合い部材52とが相対回転不能に係合し、第1の噛み合い部材51とドライブシャフト18Rとが第2の噛み合い部材52及び連結軸8を介して相対回転不能に連結される。これにより、右側のサイドギヤ174Rから右後輪16Rに駆動力が伝達される。また、左後輪16Lには、左側のサイドギヤ174Lから駆動力が伝達される。すなわち、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とが噛み合った噛み合い状態では、減速機構4で減速された電動モータ3の駆動力がリヤディファレンシャル17によって左右後輪16L,16Rに差動を許容して配分される四輪駆動状態となる。
一方、電動モータ3が駆動力を発生しない二輪駆動状態では、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合いが解除される。この二輪駆動状態で四輪駆動車1がエンジン12の駆動力によって走行する際には、左側のドライブシャフト18Lが左後輪16Lと同じ方向に同じ速度で回転し、右側のドライブシャフト18R、連結軸8、及び第2の噛み合い部材52が右後輪16Rと同じ方向に同じ速度で回転するが、第1の噛み合い部材51は第2の噛み合い部材52と逆方向に回転し、デフケース171は回転しない。この際、左右のサイドギヤ174L,174Rが互いに逆方向に回転するので、一対のピニオンギヤ173,173が空転する。
このように、噛み合いクラッチ5は、電動モータ3と左右後輪16L,16Rとの間のトルク伝達を断続可能である。噛み合いクラッチ5が解放された二輪駆動状態では、電動モータ3が左右後輪16L,16Rの回転によって回されないので、電動モータ3や減速機構4の回転による動力ロスが抑制される。
また、この二輪駆動状態での走行時において、例えば左右前輪11L,11Rの何れか又は両方がスリップして四輪駆動状態に移行することが必要となった際には、制御部10がアクチュエータ6を制御して第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とを噛み合わせ、噛み合いクラッチ5を締結状態とすると共に、電動モータ3に電流を供給して駆動力を発生させる。
アクチュエータ6は、制御部10から供給される励磁電流によって磁力を発生する電磁コイル61と、電磁コイル61を保持する環状のヨーク62と、ヨーク62と軸方向に並置されたアーマチャ63とを有している。電磁コイル61は、モールド樹脂60にモールドされてヨーク62の収容部620に収容されている。ヨーク62は断面U字状であり、収容部620が軸方向に開口している。アーマチャ63は、軸方向一側の側面63aがヨーク62における収容部620の開口端面620aに対向している。また、ヨーク62にはハウジング7への固定のためのフランジ部621が設けられ、このフランジ部621のボルト挿通孔621aに挿通されたボルト28によってヨーク62がハウジング7に固定されている。
アーマチャ63は、その中心部に連結軸8の軸部81を挿通させる円環板状であり、外周面には軸方向に延びる複数のスプライン突起631が設けられている。ハウジング7には、アーマチャ63のスプライン突起631と周方向に係合する複数のスプライン突起74が設けられている。この構成により、アーマチャ63は、ハウジング7に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能である。また、アーマチャ63の内径側の端部と第2の噛み合い部材52の円筒部522における鍔部523とは反対側の端部との間には、スラストころ軸受29が配置されている。
電磁コイル61に励磁電流が供給されない非通電時には、第2の噛み合い部材52及びスラストころ軸受29を介して受けるリターンスプリング9の付勢力により、アーマチャ63がハウジング7の壁部73側に押し付けられる。このとき、アーマチャ63は、軸方向他側の側面63bがハウジング7の壁部73に設けられた当接部731に当接する。以下、このアーマチャ63の位置を初期位置とする。
一方、制御部10から電磁コイル61に励磁電流が供給されると、その磁力によってアーマチャ63がヨーク62側に移動する。このアーマチャ63の移動に伴い、第2の噛み合い部材52がリターンスプリング9を圧縮しながら第1の噛み合い部材51側に移動し、第2の噛み合い歯524が第1の噛み合い歯514に噛み合う。これにより、噛み合いクラッチ5が締結状態となる。
図4(a)〜(c)は、第1の噛み合い部材51の複数の第1の噛み合い歯514、及び第2の噛み合い部材52の複数の第2の噛み合い歯524を、噛み合いクラッチ5の周方向に沿って模式的に示す説明図である。図4(a)は、第2の噛み合い部材52が、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とが所定の距離を隔てて軸方向に並ぶ離間位置にある状態を示している。このとき、アーマチャ63は初期位置にある。図4(b)は、第2の噛み合い部材52が、第1の噛み合い歯514の先端部514aと第2の噛み合い歯524の先端部524aとが当接し得る当接位置にある状態を示している。図4(c)は、第2の噛み合い部材52が、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とが噛み合う噛合位置にある状態を示している。アクチュエータ6は、第2の噛み合い部材52を、図4(a)に示す離間位置と、図4(b)に示す当接位置と、図4(c)に示す噛合位置との間で軸方向に移動させる。
この第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合わせは、第1の噛み合い部材51と第2の噛み合い部材52との回転が同期した状態で行われることが望ましい。第1の噛み合い部材51と第2の噛み合い部材52との間に大きな回転速度差がある状態では、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とを噛み合わせようとしても、第2の噛み合い部材52が当接位置にある状態のまま噛み合せが成立しないおそれがあり、仮に噛み合わされたとしても大きなショック(振動や音)が発生して運転者や同乗者に不快感を与えてしまうためである。
本実施の形態では、このようなショックを抑制しながら速やかに噛み合いクラッチ5を締結させるため、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とを噛み合わせる際、制御部10が電動モータ3を回転させて第1の噛み合い部材51の回転速度を第2の噛み合い部材52の回転速度に近づけると共に、制御部10がアクチュエータ6を制御して第2の噛み合い部材52を離間位置から当接位置を経て噛合位置に移動させる際、第2の噛み合い部材52が当接位置にあるときに電動モータ3に供給する電流を、電動モータ3の回転速度を維持するために必要な電流よりも小さくする。
より具体的には、電動モータ3が停止した四輪駆動車1の走行中に第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とを噛み合わせる際、左右後輪16L,16Rの回転速度に対応する速度で電動モータ3を回転させて第1の噛み合い部材51と第2の噛み合い部材52とを回転同期させる同期制御を行うと共に、アクチュエータ6を制御して第2の噛み合い部材52を離間位置から当接位置に移動させる際、回転同期が成立したと判定されてから所定時間経過するまでは同期制御を継続し、所定時間が経過した後に電動モータ3に供給する電流を低減する。また、制御部10は、少なくとも第2の噛み合い部材52が当接位置にあるとき、電動モータ3に供給する電流を減速機構4でのロストルクに対応する電流に低減する。本実施の形態では、第2の噛み合い部材52が当接位置から噛合位置の間にあるときに電動モータ3に供給する電流を、減速機構4でのロストルクに対応する電流とする。
以下、制御部10が実行する処理、及び補助駆動装置2の動作について、図5及び図6を参照してより詳細に説明する。
図5は、制御部10が実行する処理の具体例を示すフローチャートである。制御部10は、不揮発性メモリに記憶されたプログラムを演算処理装置が実行することにより、図5に示すフローチャートの処理を行う。図5は、四輪駆動車1の走行中に二輪駆動状態から四輪駆動状態への切り替えを行う際に制御部10が実行する処理の一例を示している。
制御部10は、電動モータ3が停止した二輪駆動状態から四輪駆動状態への切り替えを行う際、車輪速センサによって検出された左右後輪16L,16Rの回転速度に基づいて、電動モータ3の目標回転速度を算出する(ステップS1)。この目標回転速度は、減速機構4における減速比を考慮して、第1の噛み合い部材51の回転速度と第2の噛み合い部材52の回転速度とが一致するときの電動モータ3の回転速度である。
次に、制御部10は、後述するステップS11の処理でオン状態とされるクラッチ作動指令がオフ状態であるか否かを判定する(ステップS2)。この判定でクラッチ作動指令がオフ状態である場合(S2:Yes)、制御部10は、速度センサによって検出された電動モータ3の実際の回転速度(実回転速度)とステップS1で算出された目標回転速度との回転速度偏差に応じて、電動モータ3が発生すべきトルク(駆動力)の指令値であるトルク指令値を算出する(ステップS3)。このステップS3の処理では、回転速度偏差が大きいほどトルク指令値が大きな値となる。
次に、制御部10は、ステップS3で算出されたトルク指令値が所定のトルク制限値を超えるか否かを判定する(ステップS4)。この判定でトルク指令値がトルク制限値を超える場合(S4:Yes)、制御部10は、トルク指令値をトルク制限値とする(ステップS5)。このステップS4及びS5の処理は、電動モータ3の加速時における振動や騒音が運転者や同乗者に感知されないよう、トルク指令値を制限して電動モータ3の急加速を緩和するための処理である。なお、ステップS4及びS5の処理を省略してもよい。
次に、制御部10は、ステップS3で算出されたトルク指令値あるいはステップS5の処理でトルク制限値とされたトルク指令値に応じて電動モータ3に電流を供給する(ステップS6)。
次に、制御部10は、速度センサによって検出された電動モータ3の実回転速度と目標回転速度との回転速度偏差が所定の閾値以下であるか否かを判定する(ステップS7)。この閾値は、電動モータ3の実回転速度と目標回転速度との差が小さく、噛み合いクラッチ5における第1の噛み合い部材51と第2の噛み合い部材52との回転同期が成立したとみなせる程度の値である。
次に、制御部10は、回転速度偏差が閾値以下である場合(S7:Yes)、噛み合いクラッチ5が回転同期しているとみなせる状態の継続時間を測定するためのカウンタであるカウンタAに1を加算(インクリメント)する(ステップS8)。一方、制御部10は、回転速度偏差が閾値以下でない場合(S7:No)には、カウンタAをリセットしてゼロとする(ステップS9)。
次に、制御部10は、カウンタAが所定値であるか否かを判定し(ステップS10)、カウンタAが所定値であれば(S10:Yes)、クラッチ作動指令をオン状態とし(ステップS11)、電磁コイル61への励磁電流の供給を開始する(ステップS12)。これによりアクチュエータ6が作動して、電磁コイル61に発生する磁力によってアーマチャ63がヨーク62側に引き寄せられる。
次に、制御部10は、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合いが完了したか否かを判定する(ステップS13)。この判定は、例えばアーマチャ63又は第2の噛み合い部材52の位置を検出可能な近接スイッチ等のセンサの検出値に基づいて行ってもよく、あるいはステップS11の処理でクラッチ作動指令をオン状態とした後の経過時間に基づいて行ってもよい。第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合いが完了していない場合(S13:No)、制御部10は、ステップS1以降の処理を再度繰り返して実行する。この繰り返し処理は、所定の制御周期(例えば5ms)ごとに行われる。一方、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合いが完了していれば(S13:Yes)、四輪駆動状態への移行が完了したと判断し、図5に示すフローチャートの処理を終了する。
また、制御部10は、ステップS2の判定でクラッチ作動指令がオン状態である場合(S2:No)、クラッチ作動指令がオン状態となってからの経過時間を測定するためのカウンタであるカウンタBに1を加算(インクリメント)する(ステップS14)。なお、カウンタBは、二輪駆動状態から四輪駆動状態への切り替え制御の開始時に予めリセットされているものとする。
次に、制御部10は、カウンタBが所定値以上であるか否かを判定する(ステップS15)。このステップS15における所定値は、アクチュエータ6が作動後、第2の噛み合い部材52が離間位置から当接位置に到達するために要する時間よりも短い時間でステップS15の判定結果が是(Yes)となる値である。
カウンタBが所定値以上である場合(S15:Yes)、制御部10は、トルク指令値を電動モータ3の実回転速度にかかわらずゼロ値とする(ステップS16)。このゼロ値は、ロータ軸32の回転に伴って減速機構4で発生するロストルクに対応するトルク値である。ここでロストルクとは、減速機構4の各ギヤの噛み合いによる動力損失、及び玉軸受211,212で発生する軸受損失に相当するトルクである。トルク指令値をゼロ値とすることにより、駆動部20からリヤディファレンシャル17に出力される駆動力が実質的にゼロとなる。
次に、制御部10は、ステップS16でゼロ値とされたトルク指令値に応じた電流を電動モータ3に供給する(ステップS17)。このステップS17の処理により電動モータ3に供給される電流は、電動モータ3の回転速度を維持するために必要な電流よりも小さく、電動モータ3のロータ軸32が減速状態となる。その後、制御部10は、ステップS13の判定処理を実行し、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合いが完了していなければ、ステップS1以降の処理を再度実行する。
一方、制御部10は、カウンタBが所定値未満である場合(S15:No)、回転速度偏差に応じて電動モータ3のトルク指令値を算出し(ステップS18)。このステップS18の処理では、回転速度偏差が大きいほどトルク指令値が大きな値となる。そして、トルク指令値がトルク制限値を超えていればトルク指令値をトルク制限値とし(ステップS19,S20)、トルク指令値に応じて電動モータ3に電流を供給する(ステップS21)。その後、制御部10は、ステップS13の判定処理を実行する。ステップS19,S20におけるトルク制限値は、ステップS4,S5におけるトルク制限値と同じである。
このステップS18〜S21の処理は、前述のステップS3〜S6の処理と同様であり、その処理内容は、左右後輪16L,16Rの回転速度に対応する速度で電動モータ3を回転させて第1の噛み合い部材51と第2の噛み合い部材52とを回転同期させる同期制御である。すなわち、本実施の形態では、アクチュエータ6を制御して第2の噛み合い部材52を離間位置から当接位置に移動させる際、第2の噛み合い部材52の移動開始から所定時間経過するまでは同期制御を継続し、所定時間が経過した後に電動モータ3に供給する電流を低減する。
図6(a)〜(d)は、制御部が図5に示すフローチャートの処理を実行する際の補助駆動装置2の動作例を示すタイムチャートである。図6(a)の縦軸は電動モータ3のロータ軸32の回転速度(モータ速度)を示し、図6(b)の縦軸は電動モータ3の指令トルクを示している。図6(c)の縦軸はアーマチャ63の電磁コイルに供給される励磁電流(コイル電流)を示している。図6(d)の縦軸は、第2の噛み合い部材52の位置を示している。なお、図6(a)〜(d)の横軸に示す時間軸は共通である。
これらのタイムチャートにおいて、時刻tはクラッチ接続制御が開始される時刻を示している。時刻t以降、指令トルクが立ち上がり、ロータ軸32の回転速度が徐々に増加する。図6(a)の縦軸に示すTRは目標回転速度を示し、図6(b)の縦軸に示すTLはステップS4,S5におけるトルク制限値を示す。時刻tは、電動モータ3の実回転速度と目標回転速度との回転速度偏差が所定の閾値以下となり、カウンタAの加算が開始される時刻である。
時刻tは、カウンタAが所定値となり、電磁コイル61への励磁電流の供給が開始される時刻である。時刻tから時刻tまでの時間幅tは、電動モータ3の回転速度が安定していることを判定するための安定判定時間である。
時刻tは、カウンタBが所定値となり、トルク指令値がゼロ値となる時刻である。時刻tから時刻tまでの時間幅tは、クラッチ作動指令がオン状態となってから同期制御を継続する継続時間である。時刻t以降は、トルク指令値がゼロ値とされ、電動モータ3の回転速度が徐々に減速する。このように、本実施の形態では、時刻tにおいて回転速度偏差が所定の閾値以下となり、噛み合いクラッチ5における回転同期が成立したと判定されてから時間幅T及びTに相当する所定時間が経過するまでは同期制御を継続し、この所定時間が経過した後に電動モータ3に供給する電流をゼロ値に低減する。
図6(d)の縦軸に示すPは第2の噛み合い部材52の離間位置を示し、Pは当接位置を、Pは噛合位置をそれぞれ示す。第2の噛み合い部材52は、電磁コイル61への励磁電流の供給が開始される時刻t以前は離間位置にあり、電磁コイル61に励磁電流が供給されると、当接位置に向かって移動を開始する。そして、時刻tにおいて電動モータ3のトルク指令値がゼロ値となった後の時刻tに当接位置に到達し、その後トルク指令値がゼロ値である状態のまま時刻tにおいて噛合位置に到達する。
さらにその後、時刻tにおいて第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合わせが完了したことが検知されると、それ以降は四輪駆動車1の走行状態に応じて、トルク指令値が左右後輪16L,16Rに伝達すべき駆動力に応じた値となる。これにより、四輪駆動車1が四輪駆動状態となる。時刻tから時刻tまでの時間は、例えば0.2〜0.3秒である。
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した本実施の形態によれば、第2の噛み合い部材52を離間位置から当接位置に移動させる際、第2の噛み合い部材52が当接位置にあるときに電動モータ3に供給する電流を電動モータ3の回転速度を維持するために必要な電流よりも小さくするので、電動モータ3や減速機構4及びリヤディファレンシャル17の各構成部材の回転速度が第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とが噛み合いに追従して変化しやすく、この噛み合わせ時に発生するショックが抑制される。
つまり、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524とが噛み合うと、第1の噛み合い部材51の回転速度と第2の噛み合い部材52の回転速度が完全に一致するので、第1の噛み合い部材51やこれに連結されたサイドギヤ174Rの回転速度が一時的に急変する場合があるが、このときに電動モータ3が大きな駆動力を発生していると、リヤディファレンシャル17や減速機構4の構成部材に衝撃的な捩れ力が作用し、その弾発力によって歯打ち音が発生したり振動が発生するおそれがある。本実施の形態では、第2の噛み合い部材52が当接位置に到達したとき、電動モータ3に供給される電流が低減されているので、このような異音や振動が抑制される。
また、第2の噛み合い部材52が当接位置に移動したとき、第1の噛み合い部材51の回転速度と第2の噛み合い部材52の回転速度とが一致しており、その状態が継続すると、図4(b)に示すように第1の噛み合い歯514の先端部514aと第2の噛み合い歯524の先端部524aとが当接した状態のまま噛み合わせが行われないおそれがあるが、本実施の形態では、第2の噛み合い部材52が当接位置に移動したときに電動モータ3が減速状態にあるので、第1の噛み合い部材51の回転速度と第2の噛み合い部材52の回転速度とが完全に一致した状態が継続することがなく、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合わせを速やかに行うことができる。
また、本実施の形態では、第2の噛み合い部材52を離間位置から当接位置に移動させる際、回転同期が成立したと判定されてから所定時間経過するまでは同期制御を継続し、この所定時間が経過した後に電動モータ3に供給する電流を低減するので、例えばクラッチ作動指令をオン状態にするのと同時に電動モータ3に供給する電流を低減する場合に比較して、第2の噛み合い部材52が当接位置に移動したときの第1の噛み合い部材51と第2の噛み合い部材52との回転速度差を小さくすることができ、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合わせを円滑に行うことができる。
またさらに、本実施の形態では、第2の噛み合い部材52が当接位置にあるときに電動モータ3に供給する電流を減速機構4でのロストルクに対応する電流とするので、異音や振動を抑制する効果がより確実に得られる。なお、第2の噛み合い部材52が当接位置にあるときに電動モータ3への電流供給を遮断してもよい。ただし、第2の噛み合い部材52が当接位置にあるときに減速機構4でのロストルクに対応する電流電動モータ3に供給した方が、噛み合い前における第1の噛み合い部材51の回転速度の変化が緩やかとなり、第1の噛み合い歯514と第2の噛み合い歯524との噛み合わせをより円滑に行うことができる。
(付記)
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、同期制御の実行時におけるステップS5,S6,S19,S20のトルク制限値が予め定められた所定値である場合について説明したが、これに限らず、トルク制限値をその時の電動モータ3の実回転速度に応じて変化させてもよい。この場合、電動モータ3の実回転速度が高いほどトルク制限値を大きくすることが望ましい。また、同期制御の開始時からの経過時間に応じてトルク制限値を変化させてもよい。この場合、同期制御の開始時からの経過時間が長いほどトルク制限値を大きくすることが望ましい。
また、四輪駆動車1の構成は適宜変更することが可能であり、例えば主駆動輪である左右前輪11L,11Rを駆動する主駆動源をIPMモータ(埋込磁石型同期モータ)等の高出力電動モータ、あるいは高出力電動モータと内燃機関であるエンジンの組み合わせによって構成してもよい。
1…四輪駆動車
10…制御部
11L,11R…左右前輪(主駆動輪)
16L,16R…左右後輪(補助駆動輪)
2…補助駆動装置
20…駆動部
3…電動モータ
4…減速機構
5…噛み合いクラッチ
51…第1の噛み合い部材
514…第1の噛み合い歯
52…第2の噛み合い部材
524…第2の噛み合い歯
6…アクチュエータ

Claims (3)

  1. 四輪駆動車の主駆動輪及び補助駆動輪のうち前記補助駆動輪を駆動する補助駆動装置であって、
    供給される電流に応じた駆動力を発生する電動モータを有する駆動部と、
    第1の噛み合い歯を有する第1の噛み合い部材、及び第2の噛み合い歯を有する第2の噛み合い部材を有し、前記電動モータと前記補助駆動輪との間のトルク伝達を断続可能な噛み合いクラッチと、
    前記第1の噛み合い部材に対して前記第2の噛み合い部材を軸方向に移動させることにより前記第1の噛み合い歯と前記第2の噛み合い歯とを噛み合わせるアクチュエータと、
    前記電動モータ及び前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、
    前記アクチュエータは、前記第2の噛み合い部材を、前記第1の噛み合い歯と前記第2の噛み合い歯とが所定の距離を隔てて軸方向に並ぶ離間位置と、前記第1の噛み合い歯の先端部と前記第2の噛み合い歯の先端部とが当接し得る当接位置と、前記第1の噛み合い歯と前記第2の噛み合い歯とが噛み合う噛合位置との間で移動させ、
    前記制御部は、前記アクチュエータを制御して前記第2の噛み合い部材を前記離間位置から前記当接位置を経て前記噛合位置に移動させる際、前記第2の噛み合い部材が前記当接位置から前記噛合位置の間にあるときに前記電動モータに供給する電流を、前記電動モータの回転速度を維持するために必要な電流よりも小さくする、
    補助駆動装置。
  2. 前記制御部は、前記電動モータが停止した前記四輪駆動車の走行中に前記第1の噛み合い歯と前記第2の噛み合い歯とを噛み合わせる際、前記補助駆動輪の回転速度に対応する速度で前記電動モータを回転させて前記第1の噛み合い部材と前記第2の噛み合い部材とを回転同期させる同期制御を行うと共に、前記アクチュエータを制御して前記第2の噛み合い部材を前記離間位置から前記当接位置に移動させる際、前記回転同期が成立したと判定されてから所定時間経過するまでは前記同期制御を継続し、前記所定時間が経過した後に前記電動モータに供給する電流を低減する、
    請求項1に記載の補助駆動装置。
  3. 前記駆動部は、前記電動モータと、前記電動モータのロータ軸の回転を減速する減速機構とを有し、
    前記制御部は、前記第2の噛み合い部材が前記当接位置にあるときに前記電動モータに供給する電流を、前記減速機構でのロストルクに対応する電流とする、
    請求項1又は2に記載の補助駆動装置。
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