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ｔ１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ｔ１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ｔ２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ｔ３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ｔ２から時刻ｔ３までの時間幅ｔａ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ｔ４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ｔ３から時刻ｔ４までの時間幅ｔｂ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ｔ４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ｔ２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Ｔａ及びＴｂ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Ｐ１は第２の噛み合い部材５２の離間位置を示し、Ｐ２は当接位置を、Ｐ３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ｔ３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ｔ４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ｔ５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ｔ６において噛合位置に到達する。
さらにその後、時刻ｔ７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ｔ２から時刻ｔ７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。
JP2017121375A 2017-06-21 2017-06-21 補助駆動装置 Pending JP2019006173A (ja)

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