JP2022014736A - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】副変速機のギア段の切替中に自動変速機のニュートラルレンジが解除された場合の係合する回転要素の歯打ちによる異音や損傷を抑える。【解決手段】ハイギア位置及びローギア位置の一方から他方へとクラッチスリーブを移動しての副変速機２０のギア段の切替を、自動変速機１３がニュートラルレンジの状態にあり、かつ車両Ｃが停車中であることを条件に実施するとともに、ローギア位置を含むトルク制限実施範囲にクラッチスリーブが移動開始時に位置している場合にエンジン１０のトルク制限を実施するトルク制限制御と、副変速機２０のギア段の切替中に自動変速機１３のニュートラルレンジが解除されたときにクラッチスリーブがトルク制限実施範囲に位置している場合に副変速機２０のギア段を切替開始前のギア段に戻す戻し制御と、を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動源が発生した動力を車輪に伝達する車両用動力伝達装置に関する。

特許文献１に見られるように、車両における駆動源から車輪への動力伝達経路における主変速機よりも車輪側に副変速機が設けられた車両用動力伝達装置が知られている。副変速機は、第１回転要素、第２回転要素、及び移動回転要素の３つの回転要素を有しており、移動回転要素の移動に応じて同移動回転要素が第１回転要素と係合した状態と、同移動回転要素が第２回転要素と係合した状態と、を切替えることで、ギア段を切替えるように構成されている。

こうした副変速機を備える特許文献１の車両用動力伝達装置では、車両が停車中、かつ主変速機が駆動源と副変速機との動力伝達を切断する中立の状態にあって、副変速機には駆動源側からも、車輪側からも殆どトルクが入力されない状態にあることを条件に、副変速機のギア段切替を許可している。

特開２０１８－４７８７７号公報

ところで、副変速機のギア段切替の途中で主変速機のニュートラルレンジの状態が解除されることがある。そうした場合、駆動源からトルクが入力された状態で第１／第２回転要素と移動回転要素との係合が行われるため、歯打ちにより、異音が発生したり、回転要素が損傷したりする虞がある。

上記課題を解決する車両用動力伝達装置は、車両に搭載された駆動源と、駆動源が発生した動力を車輪に伝達する動力伝達経路に設置された主変速機と、動力伝達経路における主変速機よりも車輪に近い側に設置された副変速機であって、第１回転要素、第２回転要素、及び第１回転要素と係合して第１ギア段を形成する第１位置と前記第２回転要素と係合して第２ギア段を形成する第２位置とを移動可能な移動回転要素との３つの回転要素を有する副変速機と、主変速機がニュートラルレンジを形成した状態にあり、かつ前記車両が停車中であることを条件に、移動回転要素を第１位置及び第２位置の一方から他方に移動させて副変速機のギア段を切替える制御ユニットと、を備えている。ここで、第１位置と第２位置との間の移動回転要素の移動範囲の一部であって、第１位置を含む部分をトルク制限実施範囲とする。上記車両用動力伝達装置における制御ユニットは、移動回転要素の移動開始時に、トルク制限実施範囲に同移動回転要素が位置している場合には、そうでない場合よりも駆動源が発生するトルクを小さくするトルク制限制御と、上記ギア段の切替中に主変速機がニュートラルレンジを形成した状態が解除されたときに、移動回転要素がトルク制限実施範囲に位置している場合には、移動回転要素の移動を一旦停止した後、逆方向への同移動回転要素の移動を開始して、切替開始前のギア段に副変速機のギア段を戻す戻し制御と、を実行する。

上記車両用動力伝達装置では、第１位置から第２位置へと移動回転要素を移動することで第１ギア段から第２ギア段への副変速機のギア段の切替が、第２位置から第１位置へと移動回転要素を移動することで第２ギア段から第１ギア段への副変速機のギア段の切替が、それぞれ行われる。上記車両用動力伝達装置における制御ユニットは、こうしたギア段の切替を、主変速機がニュートラルレンジを形成した状態にあり、かつ車両が停車中であることを条件に実施することで、外部から副変速機に殆どトルクが入力されていない状態で、ギア段切替を完了するための第１回転要素又は第２回転要素と移動回転要素との係合が行われるようにしている。

なお、上記トルク制限実施範囲は、第１位置と第２位置との間の移動回転要素の移動範囲の一部であり、かつ第１位置を含む部分である。すなわち、トルク制限実施範囲には第２位置は含まれない。よって、第１ギア段から第２ギア段への切替に際しては、移動回転要素が移動開始時に第１位置に位置しているため、トルク制限制御による駆動源のトルク制限が実施される。これに対して、第２ギア段から第１ギア段への切替に際しては、移動回転要素が移動開始時に第２位置に位置しているため、トルク制限制御による駆動源のトルク制限は実施されないことになる。

一方、上記車両用動力伝達装置における制御ユニットは、ギア段の切替中に、主変速機がニュートラルレンジを形成した状態が解除されたときに、移動回転要素がトルク制限実施範囲に位置している場合に戻し制御を実行して、副変速機のギア段を切替開始前のギア段に戻している。上記のように第１ギア段から第２ギア段への切替に際してはトルク制限制御による駆動源のトルク制限が実施されている。そのため、移動回転要素がトルク制限実施範囲に位置しているときにニュートラルレンジが解除された場合に、そのままギア段の切替を継続しても、戻し制御を行っても、最終的なギア段の形成に係る第１回転要素又は第２回転要素と移動回転要素との係合は、駆動源のトルクが制限された状態で行われる。ただし、第１ギア段、第２ギア段へのそれぞれのギア段の切替のうち、第２ギア段への切替だけが駆動源のトルク制限を必要とするものとなっている。よって、いずれの場合も駆動源のトルクが制限されるとはいえ、戻し制御を行って副変速機のギア段を第１ギア段とする方が、そのまま第２ギア段への切替を継続するよりも、係合時の歯打ちによる異音や回転要素の損傷は生じにくい。一方、第２ギア段から第１ギア段への切替に際してはトルク制限制御による駆動源のトルク制限は行われていない。この場合には、移動回転要素がトルク制限実施範囲に位置した状態で戻し制御を開始した場合に限り、駆動源のトルク制限が実施されることになる。このように、第１ギア段、第２ギア段のいずれのギア段の切替においても、切替中にニュートラルレンジが解除されたときに移動回転要素がトルク制限実施範囲に位置していれば、そのままギア段の切替を継続するよりも、戻し制御を行った方が、回転要素の係合時の歯打ちによる異音や損傷が生じにくくなる。したがって、上記車両用動力伝達装置によれば、副変速機のギア段の切替中に主変速機のニュートラルレンジが解除された場合の係合する回転要素の歯打ちによる異音や損傷を適切に抑えられる。

車両用動力伝達装置の一実施形態の構成を模式的に示す図。 同実施形態の車両用動力伝達装置が備える副変速機のローギア段を形成しているときの状態を模式的に示す図。 同副変速機のハイギア段を形成しているときの状態を模式的に示す図。 同実施形態の車両用動力伝達装置の制御系の構成を模式的に示すブロック図。 （ａ）～（ｃ）副変速機のクラッチスリーブの移動位置と第１～第３リミットスイッチの状態との関係を示す図。 上記実施形態の車両用動力伝達装置が備えるトランスファ制御ユニットが実行するトルク制限要求ルーチンのフローチャート。 同トランスファ制御ユニットが実行するギア段切替制御ルーチンのフローチャート。 同トランスファ制御ユニットが実行する戻し制御ルーチンのフローチャート。

以下、車両用動力伝達装置の一実施形態を、図１～図８を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、車両Ｃには、エンジン１０が駆動源として搭載されている。車両Ｃは、左右の前輪１１、及び左右の後輪１２の４つの車輪を備えている。

エンジン１０から各車輪への動力伝達経路には、主変速機としての自動変速機１３が設けられている。また、同動力伝達経路における自動変速機１３よりも車輪側の部分には、トランスファ１４が設置されている。トランスファ１４は、フロント・プロペラシャフト１５と、左右の前輪１１の差動回転を許容するための差動機であるフロント・ディファレンシャル１６と、を介して左右の前輪１１に連結されている。また、トランスファ１４は、リア・プロペラシャフト１７と、左右の後輪１２の差動回転を許容するための差動機であるリア・ディファレンシャル１８を介して左右の後輪１２に連結されている。

トランスファ１４には、２段階にギア段を切替可能な副変速機２０と、フロント・プロペラシャフト１５とリア・プロペラシャフト１７との差動回転を許容するための差動機であるセンタ・ディファレンシャル１９と、が設けられている。なお、本実施形態では、車両Ｃの走行状況に応じて差動制限力を発生して前輪１１、後輪１２のトルク配分を変更可能なトルク感応型の差動機がセンタ・ディファレンシャル１９として採用されている。

次に、図２及び図３を参照して、副変速機２０の構成を説明する。副変速機２０には、遊星ギア機構２１が設けられている。遊星ギア機構２１のサンギア２２は、自動変速機１３の出力軸に連結されるトランスファ入力軸２３に一体に設けられている。また、遊星ギア機構２１のリングギア２４は、トランスファ１４のケース２５に非回転に固定されている。さらに、遊星ギア機構２１のプラネタリキャリア２６には、サンギア２２とリングギア２４との双方に噛み合わされて、サンギア２２の周りを公転する複数のピニオンギア２７が設けられている。

また、副変速機２０には、略円管形状をなしたクラッチスリーブ２８が設けられている。クラッチスリーブ２８における図中左側の端部の外周には、センタ・ディファレンシャル１９のケース１９Ａの外周に形成されたスプライン１９Ｂと噛み合うスプライン２８Ａが形成されている。そして、トランスファ１４のケース２５の内部においてクラッチスリーブ２８は、スプライン１９Ｂ、２８Ａの噛み合いを維持した状態で、トランスファ入力軸２３の軸方向に摺動可能に設置されている。なお、センタ・ディファレンシャル１９は、ケース１９Ａの回転を、フロント・プロペラシャフト１５、及びリア・プロペラシャフト１７に伝達可能に構成されている。

さらに、クラッチスリーブ２８における図中左側の端部の内周及び外周にはそれぞれスプライン２８Ｂ、２８Ｃが形成されている。内周側のスプライン２８Ｂは、クラッチスリーブ２８が図２に示される位置に位置するときに遊星ギア機構２１のサンギア２２に設けられたスプライン２２Ａと噛み合う。また、外周側のスプライン２８Ｃは、クラッチスリーブ２８が図３に示される位置に位置するときに遊星ギア機構２１のプラネタリキャリア２６に設けられたスプライン２６Ａと噛み合う。そして、クラッチスリーブ２８は、スプライン２２Ａ、２８Ｂが噛み合うことでサンギア２２と係合して一体となって回転する状態となり、スプライン２６Ａ、２８Ｃが噛み合うことでプラネタリキャリア２６と係合して一体となって回転する状態となる。

以下の説明では、プラネタリキャリア２６と係合した状態となるクラッチスリーブ２８の位置をローギア位置と記載する。また、サンギア２２と係合した状態となるクラッチスリーブ２８の位置をハイギア位置と記載する。クラッチスリーブ２８がローギア位置に位置しているときには、トランスファ入力軸２３の回転が、サンギア２２、ピニオンギア２７、プラネタリキャリア２６、及びクラッチスリーブ２８を順に通ってセンタ・ディファレンシャル１９に伝えられる。このときのセンタ・ディファレンシャル１９には、トランスファ入力軸２３の回転が、サンギア２２、ピニオンギア２７、及びプラネタリキャリア２６を経ることで減速された状態で伝達される。一方、クラッチスリーブ２８がハイギア位置に位置しているときには、トランスファ入力軸２３の回転が、サンギア２２、クラッチスリーブ２８を順に通ってセンタ・ディファレンシャル１９に伝えられる。このときのセンタ・ディファレンシャル１９には、トランスファ入力軸２３の回転は変速されずにそのままセンタ・ディファレンシャル１９に伝達される。このように、副変速機２０では、ローギア位置とハイギア位置とにクラッチスリーブ２８を移動することで、ギア段が切替えられる。以下の説明では、クラッチスリーブ２８がローギア位置に位置するときの副変速機２０のギア段をローギア段と記載し、クラッチスリーブ２８がハイギア位置に位置するときの副変速機２０のギア段をハイギア段と記載する。

副変速機２０には、電動式のアクチュエータ２９が設置されている。アクチュエータ２９は、フォークシャフト３０を介してクラッチスリーブ２８に連結されている。そして、このアクチュエータ２９により、ローギア位置とハイギア位置との間のクラッチスリーブ２８の移動が行われる。なお、以下の説明では、アクチュエータ２９によるクラッチスリーブ２８の移動方向のうち、ローギア位置からハイギア位置に向う側をハイ側の移動方向と記載し、ローギア位置からハイギア位置に向う側をロー側の移動方向と記載する。ちなみに、アクチュエータ２９は通電に応じてクラッチスリーブ２８の移動を開始し、通電の停止に応じて同移動を停止する。また、クラッチスリーブ２８の移動の方向は、アクチュエータ２９の通電の方向により切り替わる。

図４に、副変速機２０の制御系の構成を示す。副変速機２０におけるアクチュエータ２９の駆動制御は、トランスファ制御ユニット５０により行われる。トランスファ制御ユニット５０には、車速Ｖを検出する車速センサ５１、シフトレバーの操作位置ＳＦＴを検出するシフトレバーセンサ５２、副変速機２０のギア段の切替操作用のスイッチであるギア段切替スイッチ５３が接続されている。なお、自動変速機１３のシフトレンジは、シフトレバーの操作位置ＳＦＴに応じて切替えられるため、操作位置ＳＦＴは、自動変速機１３のシフトレンジを示してもいる。また、トランスファ制御ユニット５０は、車内通信回線５４を介してエンジン１０を制御するエンジン制御ユニット５５と接続されている。また、アクチュエータ２９には、同アクチュエータ２９によるフォークシャフト３０の駆動位置に応じてオン状態・オフ状態がそれぞれ切り替わる第１リミットスイッチＨＬ１、第２リミットスイッチＨＬ２、第３リミットスイッチＨＬ３が内蔵されている。トランスファ制御ユニット５０は、これらスイッチの状態から、副変速機２０におけるクラッチスリーブ２８の移動位置を確認している。

図５（ａ）～（ｃ）に、クラッチスリーブ２８の移動位置と各スイッチ（ＨＬ１、ＨＬ２、ＨＬ３）の状態との関係を示す。なお、本実施形態では、クラッチスリーブ２８は、図中の位置Ｃ１よりもロー側のクラッチスリーブ２８の移動位置の範囲を、クラッチスリーブ２８がプラネタリキャリア２６と確実に係合した状態となるローギア位置の範囲としている。また、図中の位置Ｃ４よりもハイ側のクラッチスリーブ２８の移動位置の範囲を、クラッチスリーブ２８がサンギア２２と確実に係合した状態となるハイギア位置の範囲としている。さらに、図中における位置Ｃ２から位置Ｃ３までのクラッチスリーブ２８の移動位置の範囲をサンギア２２及びプラネタリキャリア２６の双方が確実にクラッチスリーブ２８との係合が解除された状態となる中立位置の範囲としている。

同図に示すように、第１リミットスイッチＨＬ１は、位置Ｃ３よりもハイ側にクラッチスリーブ２８が位置するときにはオンの状態となり、同位置Ｃ３よりもロー側にクラッチスリーブ２８が位置するときにはオフの状態となる。第２リミットスイッチＨＬ２は、位置Ｃ２よりもロー側にクラッチスリーブ２８が位置するときにはオンの状態となり、同位置Ｃ２よりもハイ側にクラッチスリーブ２８が位置するときにはオフの状態となる。さらに、第３リミットスイッチＨＬ３は、位置Ｃ１と位置Ｃ４との間にクラッチスリーブ２８が位置するときにはオンの状態となり、位置Ｃ１よりもロー側、又は位置Ｃ４よりもハイ側にクラッチスリーブ２８が位置するときにはオフの状態となる。トランスファ制御ユニット５０は、第１リミットスイッチＨＬ１がオン、かつ第３リミットスイッチＨＬ３がオフの状態にあることをもって、クラッチスリーブ２８がハイギア位置にあることを確認している。また、トランスファ制御ユニット５０は、第２リミットスイッチＨＬ２がオン、かつ第３リミットスイッチＨＬ３がオフの状態にあることをもって、クラッチスリーブ２８がローギア位置にあることを確認している。

なお、トランスファ制御ユニット５０は、上述のギア段切替スイッチ５３の操作を通じて運転者が選択したギア段が副変速機２０の現在のギア段と一致していない場合、アクチュエータ２９を駆動して副変速機２０のギア段を切替えている。ローギア段からハイギア段への切替は、第１リミットスイッチＨＬ１がオン、かつ第３リミットスイッチＨＬ３がオフの状態となるまで、クラッチスリーブ２８がハイ側に移動する方向にアクチュエータ２９を駆動することで行われる。また、ハイギア段からローギア段への切替は、第２リミットスイッチＨＬ２がオン、かつ第３リミットスイッチＨＬ３がオフの状態となるまで、クラッチスリーブ２８がロー側に移動する方向にアクチュエータ２９を駆動することで行われる。

こうしたギア段の切替中に、係合する回転要素の一方、又は双方が回転していると、スプラインの噛み合いに際して歯打ちが発生して、ギア段の切替不要やスプラインの損傷が発生する虞がある。そのため、トランスファ制御ユニット５０は、シフトレバーセンサ５２が示すシフトレバーの操作位置ＳＦＴがニュートラルレンジの位置にあり、かつ車速センサ５１が示す車速Ｖが０であって車両Ｃが停車中であることを条件にギア段の切替を許可している。すなわち、シフトレバーの操作位置ＳＦＴがニュートラルレンジであるときの自動変速機１３はエンジン１０からトランスファ１４への動力伝達を切断した中立の状態となり、停車中は前輪１１及び後輪１２が回転していない。そのため、上記条件が満たされる場合には、エンジン１０側、車輪（前輪１１、後輪１２）側のいずれの側からも、トランスファ１４に殆どトルクが入力されない状態となる。

ただし、自動変速機１３を通じてエンジン１０からトランスファ１４に伝達されるトルクは、自動変速機１３が中立の状態となっていても完全にゼロとはならない。こうした中立状態の自動変速機１３を通じてトランスファ１４に伝達されるトルク、いわゆる漏れトルクは、エンジン１０のトルクが大きいほど大きくなる。また、漏れトルクは、自動変速機１３の作動油の温度が低く、その粘度が高いほど、大きくなる。そして、漏れトルクが一定の限度を超えると、上記条件が満たされていても、係合時のスプラインの歯打ちにより、スプラインが損傷する虞がある。

一方、本実施形態の動力伝達装置の副変速機２０では、プラネタリキャリア２６及びクラッチスリーブ２８の材質は同じであるが、サンギア２２の材質はそれらとは異なる材質となっている。そして、異なった材質の部材同士が衝突した場合には、柔らかい方の部材が傷つき易いため、異種の材質からなるクラッチスリーブ２８及びサンギア２２が係合するハイギア段への切替時には、同種の材質からなるクラッチスリーブ２８及びプラネタリキャリア２６が係合するローギア段への切替時よりも、許容可能な漏れトルクの上限が低くなる。ちなみに、ローギア段への切替における許容可能な漏れトルクの上限値は、想定される漏れトルクの最大値よりも大きく、ハイギア段への切替における許容可能な漏れトルクの上限値は、同最大値よりも小さい。そのため、トランスファ制御ユニット５０は、ローギア段からハイギア段への切替を行っている間、エンジン制御ユニット５５に対してエンジントルクの制限を要求するトルク制限要求制御を実施している。

図６に、こうしたトルク制限要求制御のためにトランスファ制御ユニット５０が実行するトルク制限要求ルーチンのフローチャートを示す。トランスファ制御ユニット５０は、エンジン１０の始動に応じて本ルーチンの処理を開始する。

本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、アクチュエータ２９の通電の開始時であるか否かが判定される。すなわち、ハイ側又はロー側へのクラッチスリーブ２８の移動開始時であるか否かが判定される。そして、アクチュエータ２９の通電の開始時でない場合（Ｓ１００：ＮＯ）にはステップＳ１００での判定が繰り返される。

アクチュエータ２９の通電の開始時には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０において、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態にあるか否かが判定される。このときの第２リミットスイッチＨＬ２がオフの状態にあれば（Ｓ１１０：ＮＯ）、ステップＳ１００に処理が戻される。すなわち、本処理では、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態でアクチュエータ２９の通電が開始されるまで待機している。

一方、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態である場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）にはステップＳ１２０に処理が進められ、そのステップＳ１２０において、エンジン制御ユニット５５に対するトルク制限要求の出力が開始される。トルク制限要求の出力は、アクチュエータ２９の通電が停止されるまで継続される。そして、同通電が停止されると（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０においてトルク制限要求の出力が停止される。その後は、再びアクチュエータ２９の通電が開始されるまで、ステップＳ１００での判定が繰り返される。

なお、エンジン制御ユニット５５は、トランスファ制御ユニット５０からトルク制限要求が入力されているときには、同要求が入力されていない場合よりもエンジントルクを小さくするトルク制限処理を実施する。具体的には、トルク制限処理を実施していないときのエンジン制御ユニット５５は、エンジントルクの目標値である目標トルクの値として、アクセルペダルの踏込み量などから決定されるドライバ要求トルクを設定する。これに対して、トルク制限処理を実施しているときのエンジン制御ユニット５５は、既定の制限トルクとドライバ要求トルクのうち、より小さい方の値を目標トルクの値として設定する。このように、本実施形態では、トランスファ制御ユニット５０のトルク制限要求制御と、そのトルク制限要求制御によるトルク制限要求の出力を受けてのエンジン制御ユニット５５のエンジントルクの制御と、を通じて、車両Ｃの駆動源であるエンジン１０が発生するトルクを小さくするトルク制限制御が実現されている。

なお、ローギア段からハイギア段への切替開始時のクラッチスリーブ２８は、ローギア位置に位置しており、このときの第２リミットスイッチＨＬ２はオンの状態となっている。これに対して、ハイギア段からローギア段への切替開始時のクラッチスリーブ２８は、ハイギア位置に位置しており、このときの第２リミットスイッチＨＬ２はオフの状態となっている。よって、ギア段切替のためのアクチュエータ２９の通電開始時に第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態となっていれば、ローギア段からハイギア段への切替であると判断できる。このように本実施形態では、ギア段の切替方向やクラッチスリーブ２８の位置を確認することなく、アクチュエータ２９の通電状態、及び第２リミットスイッチＨＬ２の状態だけを見てトルク制限要求処理を行っている。

続いて、図７及び図８を参照して、副変速機２０のギア段切替制御に係るトランスファ制御ユニット５０の処理の詳細を説明する。図７は、ギア段切替制御のためにトランスファ制御ユニット５０が実行するギア段切替制御ルーチンのフローチャートを示す。トランスファ制御ユニット５０は、エンジン１０の始動に応じて本ルーチンの処理を開始する。

本ルーチンが開始されると、まずステップＳ２００において、ギア段切替スイッチ５３の操作を通じて運転者が選択した副変速機２０のギア段である要求ギア段が、第１～第３リミットスイッチＨＬ１～ＨＬ３の状態から確認される副変速機２０の現在のギア段である実ギア段と不一致であるか否かが判定される。ここで、要求ギア段と実ギア段とが一致している場合（Ｓ２００：ＮＯ）には、ステップＳ２００の判定が繰り返される。

要求ギア段と実ギア段が一致していない場合（Ｓ２００：ＹＥＳ）には、ステップＳ２１０において、シフトレバーの操作位置がニュートラル（Ｎ）レンジであり、かつ車両Ｃが停車中であるか否かが、すなわちギア段の切替開始の条件が満たされているか否かが判定される。同条件が満たされていない場合（Ｓ２１０：ＮＯ）にはステップＳ２００に処理が戻される。すなわち、要求ギア段と実ギア段が一致していない場合にも、上記条件が満たされるまではギア段切替を開始しないようにしている。

上記条件が満たされると（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ステップＳ２２０において、要求ギア段がハイギア段であるか否かが判定される。要求ギア段がローギア段である場合（Ｓ２２０：ＹＥＳ）には、ステップＳ２３０において既定の時間Ｔ１が戻し判定時間ＴＡの値として設定された後、ステップＳ２５０に処理が進められる。一方、要求ギア段がハイギア段である場合（Ｓ２２０：ＮＯ）には、ステップＳ２４０において、時間Ｔ１よりも長い既定の時間Ｔ２が戻し判定時間ＴＡの値として設定された後、ステップＳ２５０に処理が進められる。なお、時間Ｔ１には、クラッチスリーブ２８がハイギア位置に位置した状態からロー側へのアクチュエータ２９の通電を開始した場合に、サンギア２２との係合が完全に解除される位置へのクラッチスリーブ２８の到達に要する時間の想定値よりも若干長い時間が値として設定されている。一方、時間Ｔ２には、クラッチスリーブ２８がローギア位置に位置した状態からハイ側へのアクチュエータ２９の通電を開始した場合に、上述の位置Ｃ２へのクラッチスリーブ２８の到達に要する時間の想定値よりも若干小さい値が設定されている。

こうした戻し判定時間ＴＡの設定後にステップＳ２５０に処理が進められると、そのステップＳ２５０において、切替方向へのアクチュエータ２９の通電が開始される。ここでの切替方向とは、クラッチスリーブ２８の移動方向が要求ギア段を実現する位置に向う方向となるアクチュエータ２９の通電方向を示している。すなわち、要求ギア段がハイギア段の場合にはクラッチスリーブ２８がハイ側に移動する通電方向が切替方向となり、要求ギア段がローギア段の場合にはクラッチスリーブ２８がロー側に移動する通電方向が切替方向となる。なお、以下の説明では、切替方向とは逆向きのアクチュエータ２９の通電方向を戻し方向と記載する。

その後、ステップＳ２６０において、要求ギア段への副変速機２０のギア段の切替が完了したか否かが判定される。ギア段の切替が完了した場合（Ｓ２６０：ＹＥＳ）には、ステップＳ２７０においてアクチュエータ２９の通電が停止された後、ステップＳ２００に処理が戻される。

一方、ギア段切替が完了していない場合（Ｓ２６０：ＮＯ）には、ステップＳ２８０においてニュートラルレンジが解除されたか否かが、すなわち、ドライブレンジやリバースレンジなどのニュートラルレンジ以外の位置にシフトレバーが操作されたか否かが判定される。そして、ニュートラルレンジが解除されていなければ（ＮＯ）、ステップＳ２６０に処理が戻され、解除されていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２９０に処理が進められる。

ステップＳ２９０に処理が進められると、そのステップＳ２９０において、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態にあるか否かが判定される。このときの第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態にある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ４００に処理が進められ、そのステップＳ４００において、副変速機２０のギア段を切替開始前のギア段に戻すための戻し制御が実行され、同戻し制御の完了後にステップＳ２００に処理が戻される。

一方、第２リミットスイッチＨＬ２がオフの状態にある場合（Ｓ２９０：ＮＯ）にはステップＳ３００に処理が進められ、そのステップＳ３００において、切替方向へのアクチュエータ２９の通電開始からの経過時間Ｔが、ステップＳ２３０又はステップＳ２４０で設定された戻し判定時間ＴＡ以内であるか否かが判定される。そして、経過時間Ｔが戻し判定時間ＴＡ以内の場合（Ｓ３００：ＹＥＳ）には、ステップＳ４００に処理が進められて戻し制御が実行される。これに対して、経過時間Ｔが戻し判定時間ＴＡを超過している場合（Ｓ３００：ＮＯ）にはステップＳ２６０に処理が戻される。なお、この場合には、ギア段の切替が完了するまで、切替方向のアクチュエータ２９の通電が継続される。

図８に、戻し制御のためにトランスファ制御ユニット５０が実行する戻し制御ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンの処理は、図７のギア段切替制御ルーチンにおいてステップＳ４００に処理が進められた場合に実行される。本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ４１０において、それまで行われていた切替方向へのアクチュエータ２９の通電が停止される。そして、続くステップＳ４２０において、戻し方向へのアクチュエータ２９の通電が開始される。これにより、副変速機２０のギア段を切替開始前のギア段に戻す方向へのクラッチスリーブ２８の移動が開始される。戻し方向へのアクチュエータ２９の通電は、切替開始前のギア段を形成する位置へのクラッチスリーブ２８の移動が完了するまで継続される。そして、同移動が完了すると（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、ステップＳ４４０においてアクチュエータ２９の通電が停止された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態では、ギア段切替スイッチ５３の操作により、運転者が副変速機２０のギア段として現在のギア段と異なるギア段を選択した場合、シフトレバーの操作位置ＳＦＴがニュートラルレンジにあり、かつ車両Ｃが停車中であることを条件に、運転者が選択したギア段への副変速機２０のギア段の切替が開始される。これにより、自動変速機１３側からも、車輪側からも、トランスファ１４に殆どトルクが入力されていない状態でギア段の切替を行うようにしている。なお、シフトレバーの操作位置がパーキングレンジにあるときには、自動変速機１３の出力軸の回転がロックされる。そのため、このときには、副変速機２０の遊星ギア機構２１のサンギア２２やプラネタリキャリア２６の回転もロックされてしまい、クラッチスリーブ２８がサンギア２２やプラネタリキャリア２６に係合する際のスプラインの噛み合いが困難となることから、パーキングレンジでもギア段の切替は行わないようにしている。

また、本実施形態におけるトランスファ制御ユニット５０は、アクチュエータ２９の通電開始時に、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態にある場合には、エンジン制御ユニット５５にエンジントルクの制限を要求している。これにより、ハイギア段からローギア段へのギア段切替に比べて、許容可能な漏れトルクの上限値が小さいローギア段からハイギア段へのギア段切替時にも、円滑なギア段の切替を可能としている。

なお、ギア段の切替開始後、切替が完了する前にシフトレバーの操作位置ＳＦＴがニュートラルレンジ以外のレンジに切替えられると、自動変速機１３を通じてエンジン１０のトルクがトランスファ１４に入力されるため、サンギア２２やプラネタリキャリア２６へのクラッチスリーブ２８の係合に際してスプラインの歯打ちが発生し易くなる。本実施形態では、ニュートラルレンジの解除時に、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの場合、又は切替方向へのアクチュエータ２９の通電開始後の経過時間Ｔが戻し判定時間ＴＡ以内の場合に、副変速機２０のギア段を切替開始前のギア段に戻す戻し制御を実行している。一方、それ以外の場合には、ニュートラルレンジが解除されても、運転者が選択したギア段への切替を続行している。なお、戻し制御は、切替方向のアクチュエータ２９の通電を停止した後、戻り方向へのアクチュエータ２９の通電を開始することで行われる。

まず、ローギア段からハイギア段へのギア段切替の途中でニュートラルレンジが解除された場合を考える。このときのギア段の切替は、トルク制限要求制御によりエンジントルクが制限された状態で行われる。

こうしたハイギア段への切替中の第２リミットスイッチＨＬ２がオフの状態でニュートラルレンジが解除されたのであれば、ギア段切替を継続してもエンジントルクの制限はそのまま継続されることになる。一方、トルク制限要求制御では、アクチュエータ２９の通電開始時に第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態にあることを条件にトルク制限要求を出力している。そのため、この場合に戻し制御を実施すれば、エンジントルクが制限されていない状態でクラッチスリーブ２８がプラネタリキャリア２６に係合される。サンギア２２との係合に比べ、プラネタリキャリア２６との係合はスプラインの歯打ちに対する耐性が高いとはいえ、ニュートラルレンジが解除され、エンジントルクが制限されていない状態では、係合時に許容可能な上限を超えるトルクがトランスファ１４に入力される可能性がある。よって、この場合には、戻し制御を行うよりも、ギア段切替をそのまま継続した方が有利となる。

一方、ハイギア段への切替中の第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態でニュートラルレンジが解除された場合、ギア段切替をそのまま継続しても、戻し制御を行っても、サンギア２２又はプラネタリキャリア２６へのクラッチスリーブ２８の係合は、エンジントルクが制限された状態で行われることになる。よって、この場合には、サンギア２２との係合を避けて、歯打ちに対する耐性がより高いプラネタリキャリア２６との係合が行われるように、戻し制御を行った方が有利となる。

なお、本実施形態では、切替方向へのアクチュエータ２９の通電開始からニュートラルレンジが解除されるまでの経過時間Ｔが戻し判定時間ＴＡ以内の場合にも、戻し制御を実施している。ローギア段からハイギア段へのギア段切替時、すなわち要求ギア段がハイギア段の場合、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態からオフの状態に切り替わる位置Ｃ２へのクラッチスリーブ２８の到達に要する時間の想定値よりも若干小さい値が設定されている。よって、経過時間Ｔが時間Ｔ１以内のときには、第２リミットスイッチＨＬ２はオンの状態にある。したがって、経過時間Ｔが時間Ｔ１以内の状態でニュートラルレンジが解除された場合にも、ギア段切替をそのまま継続するよりも、ギア段切替を中止して戻し制御を行う方が有利となる。

次に、ハイギア段からローギア段へのギア段切替の途中でニュートラルレンジが解除された場合を考える。このときのギア段の切替は、トルク制限要求制御によるエンジントルクの制限がなされていない状態で行われる。

こうしたローギア段への切替中の第２リミットスイッチＨＬ２がオフの状態でニュートラルレンジが解除された場合、ギア段切替をそのまま継続しても、戻し制御を行っても、エンジントルクが制限されていない状態でクラッチスリーブ２８が係合されることになる。よって、この場合には、サンギア２２との係合を避けて、歯打ちに対する耐性がより高いプラネタリキャリア２６との係合が行われるように、ギア段切替をそのまま継続した方が有利となる。

なお、ギア段切替の開始直後のサンギア２２及びプラネタリキャリア２６の係合が完全に解除されていない状態でニュートラルレンジが解除された場合、自動変速機１３から入力されたトルクにより、上記スプラインの噛み合いの解除に時間を要する場合がある。一方、ニュートラルレンジの解除は、車両Ｃの走行開始を目的として行われている可能性があり、そうした場合、時間が経過するほど、アクセルペダルが踏み込まれて、トランスファ１４に大きいトルクが入力される可能性が高くなる。よって、ローギア段への切替の開始直後にニュートラルレンジが解除され、サンギア２２及びプラネタリキャリア２６の係合の解除に時間を要する可能性がある場合には、第２リミットスイッチＨＬ２がオフの状態であっても戻し制御を行うことが望ましい。その点、本実施形態では、ローギア段への切替時には、サンギア２２との係合が完全に解除される位置へのクラッチスリーブ２８の到達に要する時間の想定値よりも若干長い時間Ｔ１が戻し判定時間ＴＡの値として設定されている。そして、ローギア段への切替の開始からの経過時間Ｔが戻し判定時間ＴＡ以内の場合にも戻し制御を行っている。そのため、ローギア段への切替の開始直後にニュートラルレンジが解除され、サンギア２２及びプラネタリキャリア２６の係合の解除に時間を要する可能性がある場合には、戻し制御が行われることになる。

一方、ローギア段への切替中の第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態でニュートラルレンジが解除された場合には、ギア段切替をそのまま継続すると、エンジントルクの制限がなされないまま、プラネタリキャリア２６にクラッチスリーブ２８が係合されることになる。これに対して、この場合に戻し制御を行うと、トルク制限要求制御によりエンジントルクが制限された状態で、サンギア２２にクラッチスリーブ２８が係合されることになる。なお、上記のように、サンギア２２との係合に比べてプラネタリキャリア２６との係合ではスプラインの歯打ちに対する耐性が高くなっている。しかしながら、エンジントルクが制限されていなければ、アクセルペダルの踏み込みに応じて大きいトルクがトランスファ１４に入力される可能性があるため、ギア段切替をそのまま継続するよりも、戻し制御を行った方が有利となる。

このように、ハイギア段への切替、ローギア段の切替のいずれの場合にも、ニュートラルレンジが解除されたときに第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態となっていれば、ギア段切替をそのまま継続するよりも戻し制御を行った方が望ましい結果が得られる。そのため、本実施形態では、ギア段切替中にニュートラルレンジが解除されたときに第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態であれば戻し制御を行うようにしている。

なお、こうした本実施形態では、プラネタリキャリア２６が副変速機２０の第１回転要素に、サンギア２２が副変速機２０の第２回転要素に、クラッチスリーブ２８が副変速機２０の移動回転要素に、それぞれ対応している。また、本実施形態では、トランスファ制御ユニット５０及びエンジン制御ユニット５５が、副変速機２０のギア段の切替、トルク制限制御、及び戻し制御を実行する制御ユニットに対応している。さらに、本実施形態では、ローギア段が第１ギア段に、ハイギア段が第２ギア段に、ローギア位置が第１位置に、ハイギア位置が第２位置に、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態となるクラッチスリーブ２８の移動位置の範囲がトルク制限実施範囲に、それぞれ対応している。

以上の本実施形態の車両用動力伝達装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、ギア段切替中にニュートラルレンジが解除された場合、第２リミットスイッチＨＬ２がオンの状態にあれば、戻し制御を行うようにしている。そのため、ギア段切替中にニュートラルレンジが解除された場合の歯打ちによるスプラインの損傷を適切に抑えられる。

（２）本実施形態では、ローギア段への切替開始直後にニュートラルレンジが解除され、サンギア２２とクラッチスリーブ２８との係合の解除に遅れが生じる可能性がある場合には、第２リミットスイッチＨＬ２がオフの状態でも戻し制御を行っている。そのため、ニュートラルレンジの解除から時間が経ち、トランスファ１４に大きいトルクが入力される可能性がある状態で、クラッチスリーブ２８の係合が行われることが避けられる。

（３）トルク制限要求の出力の要否を、アクチュエータ２９の通電状態、及び第２リミットスイッチＨＬ２の状態だけで判断している。そのため、トルク制限要求制御を簡易な制御ロジックで実現できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、ローギア段への切替時とハイギア段への切替時とで戻し判定時間ＴＡに異なる時間を設定していたが、同じ時間を設定するようにしてもよい。

・上記実施形態では、ローギア段への切替時、ハイギア段への切替時のいずれの場合にも、切替方向への通電開始からの経過時間に基づく戻し制御の要否判定を行っていたが、いずれか一方のギア段への切替時にのみ行うようにしてもよい。また、いずれのギア段の切替時にも、上記経過時間に基づく戻し制御の要否判定は行わず、ニュートラルレンジ解除時の第２リミットスイッチＨＬ２の状態だけで同要否判定を行うようにしてもよい。

・サンギア２２との係合時よりもプラネタリキャリア２６との係合時の方が歯打ちに対する耐性が低い場合、アクチュエータ２９の通電開始時に第１リミットスイッチＨＬ１がオンの状態であることを条件に、トルク制限要求を出力するようにトルク制限要求制御を行うようにするとよい。そうした場合には、ギア段切替中にニュートラルレンジが解除されたときに第１リミットスイッチＨＬ１がオンの状態にあることをもって戻し制御を行うことになる。

・上記実施形態では、第１～第３リミットスイッチＨＬ１～ＨＬ３の状態に応じてクラッチスリーブ２８の位置を確認していたが、他の方法でクラッチスリーブ２８の位置を確認するようにしてもよい。

・上記実施形態の車両用動力伝達装置は、モータなどのエンジン以外の駆動源を搭載する車両にも同様に適用することができる。

Ｃ…車両
１０…エンジン（駆動源）
１１…前輪（車輪）
１２…後輪（車輪）
１３…自動変速機（主変速機）
１４…トランスファ
２０…副変速機
２１…遊星ギア機構
２２…サンギア（第２回転要素）
２６…プラネタリキャリア（第１回転要素）
２８…クラッチスリーブ（移動回転要素）
２９…アクチュエータ
５０…トランスファ制御ユニット（制御ユニット）
５１…車速センサ
５２…シフトレバーセンサ
５５…エンジン制御ユニット（制御ユニット）
ＨＬ２…第２リミットスイッチ

Claims (1)

1. 車両に搭載された駆動源と、
   前記駆動源が発生した動力を車輪に伝達する動力伝達経路に設置された主変速機と、
   前記動力伝達経路における前記主変速機よりも前記車輪に近い側に設置された副変速機であって、第１回転要素、第２回転要素、及び前記第１回転要素と係合して第１ギア段を形成する第１位置と前記第２回転要素と係合して第２ギア段を形成する第２位置とを移動可能な移動回転要素の３つの回転要素を有する副変速機と、
   前記主変速機がニュートラルレンジを形成した状態にあり、かつ前記車両が停車中であることを条件に、前記移動回転要素を前記第１位置及び前記第２位置の一方から他方に移動させて前記副変速機のギア段を切替える制御ユニットと、
   を備える車両用動力伝達装置であって、
   前記第１位置と前記第２位置との間の前記移動回転要素の移動範囲の一部であって、前記第１位置を含む部分をトルク制限実施範囲としたとき、前記制御ユニットは、前記移動回転要素の移動開始時に、前記トルク制限実施範囲に同移動回転要素が位置している場合には、そうでない場合よりも同駆動源が発生するトルクを小さくするトルク制限制御と、前記ギア段の切替中に前記主変速機が前記ニュートラルレンジを形成した状態が解除されたときに、前記移動回転要素が前記トルク制限実施範囲に位置している場合には、前記移動回転要素の移動を一旦停止した後、逆方向への同移動回転要素の移動を開始して、切替開始前のギア段に前記副変速機のギア段を戻す戻し制御と、を実行する
   車両用動力伝達装置。

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