JP2024077060A - トランスミッションのフェール復帰制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドグクラッチからなる全てのクラッチ２１，２２，２３が意図せずにニュートラル位置となったフェール状態から円滑に復帰できるようにする。【解決手段】フェール状態を検出したら、車両が停止しブレーキＯＮであることを条件として、最初に第３クラッチ２３を締結制御する。待ち機構のスプリング力によって中間軸１６が内燃機関８に連結され、内燃機関８のフリクションにより中間軸１６が拘束される。この状態で第１クラッチ２１を締結制御し、第２モータジェネレータ７を位相合わせのために往復回転させる。これにより、第１クラッチ２１が締結完了したら、第３クラッチ２３を開放し、次に、第２クラッチ２２を締結制御するとともに、第２モータジェネレータ７による位相合わせを行う。【選択図】図１

Description

この発明は、複数のドグクラッチを備えたトランスミッションにおいて、意図せずに全てのドグクラッチがニュートラル位置となったフェール状態から復帰させるための制御に関する。

特許文献１には、駆動輪とエンジンとの間に設けられたドグクラッチの断・接によってシリーズモードとパラレルモードとの切換を行うハイブリッド車両において、ドグクラッチの入力側と出力側の回転速度が等しく、かつ各々の位相がバックラッシュを考慮して近接したときに、ドグクラッチの締結を行う技術が開示されている。

特開２０１６－１２４３３６号公報

特許文献１では、ドグクラッチの出力側が駆動輪に連結され、入力側がジェネレータに連結されているので、仮に意図せずにドグクラッチがニュートラル位置となっても、出力側が駆動輪によって拘束された状態で入力側の角度をジェネレータによって変化させることで、いわゆる位相合わせが可能である。

しかしながら、例えば、互いに平行な入力軸と中間軸と出力軸とを備え、中間軸に浮遊ギアとともにギアセレクタが配置された複数のドグクラッチの断・接によって入力側と出力軸との間の動力伝達の切換を行うようにしたトランスミッションにおいては、意図せずに全てのドグクラッチがニュートラル位置となってしまった場合に、このフェール状態からの復帰が困難となる。つまり、全てのドグクラッチがニュートラル位置つまり開放状態となると、中間軸が自由回転し得ることとなり、例えば入力軸をモータで回転させて中間軸との間に介在するドグクラッチの位相合わせを行おうとしても、中間軸が浮遊ギアとともに回転（いわゆる供回り）してしまい、位相合わせを行うことができない。従って、たまたまドグクラッチの位相が合っていたような場合を除くと、フェール状態からの円滑な復帰は困難である。

この発明に係るトランスミッションのフェール復帰制御方法は、
第１駆動源に接続される第１入力軸と、
第２駆動源に接続される第２入力軸と、
駆動輪に接続される出力軸と、
これらの入力軸および出力軸に平行に配置される中間軸と、
待ち機構を具備したギアセレクタが上記中間軸にそれぞれ支持されたドグクラッチからなる第１クラッチ、第２クラッチおよび第３クラッチと、
を備え、
上記第１クラッチは上記第２入力軸と上記中間軸との間の断・接を行い、上記第２クラッチは上記中間軸と上記出力軸との間の断・接を行い、上記第３クラッチは上記第１入力軸と上記中間軸との間の断・接を行うトランスミッションにおいて、
全てのクラッチがニュートラル位置にあるフェール状態からの復帰時に、
上記第３クラッチおよび上記第２クラッチの一方を締結制御して上記中間軸の回転を抑制し、
この状態で上記第１クラッチを締結制御するとともに上記第２駆動源により位相合わせを行って当該第１クラッチを締結させる。

例えば第３クラッチを締結制御すると、一般的な待ち機構を具備した第３クラッチのギアセレクタが動作し、いわゆる入り待ち状態となる。待ち機構は、ギアセレクタを軸方向に付勢するスプリングを有し、位相が合致したときにスプリング力でもってギアセレクタが締結位置まで移動するようにしたものであるため、位相がずれている入り待ち状態においては、待ち機構によってある程度のフリクションが生じる。そのため、伝達可能なトルクは小さいものの、第３クラッチを介して中間軸が第１駆動源に連結された状態となる。例えば第１駆動源が停止している場合は、中間軸が静止状態に拘束される。従って、第２駆動源により第２入力軸を回転させることで、第１クラッチの位相合わせひいては第１クラッチの締結が可能となる。なお、第３クラッチを締結制御したときに、第３クラッチの位相が合っていれば、そのまま締結が完了する。この場合も同様の作用となる。

第３クラッチに代えて最初に第２クラッチを締結制御した場合は、やはり一般的な待ち機構を具備した第２クラッチのギアセレクタが動作し、いわゆる入り待ち状態となる。そのため、待ち機構で生じるフリクションによって、第２クラッチを介して中間軸が出力軸ひいては駆動輪に連結される。そのため、第２駆動源により第２入力軸を回転させることで、第１クラッチの位相合わせひいては第１クラッチの締結が可能となる。なお、最初に第２クラッチを締結制御したときに、第２クラッチの位相が合っていれば、そのまま締結が完了する。この場合も同様の作用となる。

第１クラッチの締結が完了すれば、中間軸が第２入力軸ひいては第２駆動源に連結されるので、一般的な手法で第２クラッチや第３クラッチの締結・開放が可能である。

この発明によれば、ドグクラッチからなる第１，第２，第３クラッチを備えたトランスミッションにおいて、意図せずに全てのクラッチがニュートラル位置となってしまったフェール状態から、円滑に復帰することができる。

この発明に係るハイブリッド車両のパワートレインの構成を示す説明図。 フェール復帰制御の処理の流れを示すフローチャート。 フェール復帰制御の一例を示すタイムチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明が適用されるハイブリッド車両のパワートレインの一構成例を示した説明図である。この実施例は、後輪１をモータ駆動する形式の四輪駆動車に本発明を適用したものであり、前輪２側の駆動源として２つの駆動源を備えている。そして、後輪１のみで走行するか、前輪２のみで走行するか、四輪で走行するか、が選択可能となっている。

すなわち、このハイブリッド車両は、後輪１を駆動するリア駆動ユニット３と、前輪２を駆動するフロント駆動ユニット４と、を備えており、これら２つの駆動ユニット３，４は、機構的には個々に独立している。

リア駆動ユニット３は、第１モータジェネレータ６と、ギア列１０と、を含んだ比較的単純な構成からなり、変速機構は具備していない。一つの例では、第１モータジェネレータ６は、後輪１に常に連動している。あるいは、適当な動力遮断機構を具備していてもよい。第１モータジェネレータ６は、主にモータとして動作し、つまり、走行用となるモータジェネレータである。

フロント駆動ユニット４は、第１駆動源と第２駆動源とを備えており、第１駆動源は、内燃機関８とこの内燃機関８に常時連動する第３モータジェネレータ９とを含む。第２駆動源は、第２モータジェネレータ７からなる。第３モータジェネレータ９は主に発電機として動作するモータジェネレータである。第２モータジェネレータ７は主にモータとして動作し、つまり走行用となるモータジェネレータである。

第１駆動源の出力軸である第３モータジェネレータ９の回転軸は、トランスミッション１１の第１入力軸１２に直結されている。第２駆動源である第２モータジェネレータ７の回転軸は、トランスミッション１１の第２入力軸１３に直結されている。

トランスミッション１１は、前輪２に接続される出力軸１５と、この出力軸１５および第１，第２入力軸１２，１３に対して平行に配置された中間軸１６と、を有している。第１入力軸１２は、ギア列１８および当該ギア列１８の中に介在する第３クラッチ２３を介して、選択的に中間軸１６にトルクを伝達可能なように構成されている。第２入力軸１３は、ギア列１９および当該ギア列１９の中に介在する第１クラッチ２１を介して、選択的に中間軸１６にトルクを伝達可能なように構成されている。第３クラッチ２３および第１クラッチ２１は、いずれも、浮遊ギアを選択的に拘束するギアセレクタが中間軸１６に支持されたドグクラッチであり、ギアセレクタを動かすためのアクチュエータと、スプリングを用いた待ち機構と、を具備している。

図示例では、ギア列１８はギア比の異なるハイ側とロー側の２つのギアの組み合わせを含んでおり、従って、第３クラッチ２３は、ハイ、ロー、ニュートラル（つまり開放）、の３位置を有する。なお、ハイとローの選択は本発明の要部ではないので、以下では、いずれか一方と締結されることを単に「締結」という。第２入力軸１３に対するギア列１９は、単一のギア比であり、第１クラッチ２１は、締結、ニュートラル（開放）、の２位置のみを有する。

待ち機構は、アクチュエータによって締結制御がなされた後、ギアセレクタを軸方向に付勢するスプリングを有し、位相が合致したときにスプリング力でもってギアセレクタが締結位置まで移動するようにした一般的な構成である。従って、位相がずれている状態で締結制御がなされたときは、ギアセレクタが中間的な位置まで移動した入り待ち状態となり、その後、位相が合致した段階でスプリング力でもってギアセレクタが動き、締結完了となる。

また、中間軸１６は、ギア列２０および当該ギア列２０の中に介在する第２クラッチ２２を介して、選択的に出力軸１５にトルクを伝達可能なように構成されている。第２クラッチ２２は、第３クラッチ２３や第１クラッチ２１と同様に、浮遊ギアを選択的に拘束するギアセレクタが中間軸１６に支持されたドグクラッチであり、ギアセレクタを動かすためのアクチュエータと、スプリングを用いた待ち機構と、を具備している。

図示例では、ギア列２０はギア比の異なるハイ側とロー側の２つのギアの組み合わせを含んでおり、従って、第２クラッチ２２は、ハイ、ロー、ニュートラル（つまり開放）、の３位置を有する。なお、ハイとローの選択は本発明の要部ではないので、以下では、いずれか一方と締結されることを単に「締結」という。

第１，第２，第３モータジェネレータ６，７，９は、それぞれ、図示しないインバータ装置を介してバッテリに接続される。実施例のハイブリッド車両においては、運転者の要求等に応じてパワートレイン全体の制御を行うパワートレインコントローラ３１を備えており、このパワートレインコントローラ３１がモータコントローラ３２を介して各モータジェネレータ６，７，９の制御を行う。さらに、パワートレインコントローラ３１は、エンジンコントローラ３３を介して内燃機関８を制御し、変速機コントローラ３４を介してトランスミッション１１における各クラッチ２１，２２，２３を制御する。

このようなパワートレインの構成により、車両は、複数の走行モードでの走行が可能である。例えば、ＩＣＥモードでは、内燃機関８の出力が第３クラッチ２３および第２クラッチ２２を介して前輪２に伝達されて走行が行われ、必要に応じて後輪１が第１モータジェネレータ６によって駆動される。シリーズモードでは、第３クラッチ２３がニュートラル位置となり、内燃機関８が第３モータジェネレータ９を駆動して発電を行い、発電した電力を用いて第２モータジェネレータ７および第１モータジェネレータ６による走行が行われる。パラレルモードでは、第１，第２，第３クラッチ２１，２２，２３が締結状態となり、第１駆動源（内燃機関８および第３モータジェネレータ９）と第２駆動源（第２モータジェネレータ７）の双方を用いて前輪２が駆動されると同時に、第１モータジェネレータ６によって後輪１が駆動されて、四輪駆動となる。さらに後輪走行モードでは、第３クラッチ２３および第１クラッチ２１がニュートラル位置となり、第１モータジェネレータ６による後輪１のみでの走行が可能である。

上記のようなパワートレインを構成するトランスミッション１１にあっては、基本的に、全てのクラッチ２１，２２，２３が同時にニュートラル位置となることはない。１つの例では、車両のメインスイッチがＯＦＦとなっている状態においては、第１クラッチ２１が締結状態にあり、かつ第２クラッチ２２がロー・ハイの中のデフォルト設定されている側に締結されている。また、上述した後輪走行モードにおいては、第３クラッチ２３および第１クラッチ２１がニュートラル位置にあるが、第２クラッチ２２は上記のデフォルト設定された締結位置にある。これは、仮に、全てのクラッチ２１，２２，２３がニュートラル位置にあると、中間軸１６の回転位置が不定となり、ドグクラッチからなる各クラッチ２１，２２，２３を、位相合わせをした上で締結させることが困難となるためである。

そのため、何らかの外力や衝撃等によって、意図せずに全クラッチ２１，２２，２３がニュートラル位置となってしまった場合は、この状態をフェール状態であると検出し、所定のフェール復帰制御を実行する。

図２は、変速機コントローラ３４によって実行される一実施例のフェール復帰制御の処理の流れを示すフローチャートである。まずステップ１では、全クラッチ２１，２２，２３がニュートラル位置となったときにセットされるフェールフラグが１であるかどうかを判定する。フェールフラグが１であれば、ステップ２において，車速が０つまり車両が停止しているかどうかを判定し、さらに、ステップ３において、ブレーキスイッチがＯＮであるかどうかを判定する。すなわち、一実施例のフェール復帰動作は、車両が停止しており、かつ、運転者がブレーキペダルを踏み込んでいることを条件として許可される。これは、仮に低車速で走行している状態でクラッチ締結に伴って車両が急に停止してしまったり、あるいは、ブレーキペダルを踏んでいない状態で僅かなトルクにより車両が動いてしまったりすることを回避するためである。

ステップ２，３の条件を満たすときは、ステップ４へ進み、最初に第３クラッチ２３のアクチュエータを締結制御する。ハイ側およびロー側のいずれでもよい。次のステップ５で、第３クラッチ２３がニュートラル位置を脱したか否か判定する。第３クラッチ２３のギアセレクタが締結位置まで動いた状態（たまたま位相が合っていた場合に生じる）、および、位相がずれていてギアセレクタが入り待ち状態にあるとき、のいずれでも、ステップ５の判定はＹＥＳとなる。

第３クラッチ２３が締結位置もしくは入り待ち状態となったら、ステップ５からステップ６へ進み、第１クラッチ２１のアクチュエータを締結制御する。そして、ステップ７において、第１クラッチ２１が締結位置となったかどうか判定する。第１クラッチ２１の位相がずれていて締結位置とならないときはステップ８へ進み、第２モータジェネレータ７を用いて第１クラッチ２１の位相合わせを行う。例えば、第２入力軸１３を適当な回転角度だけ往復動作させる。

ステップ４，５の処理により第３クラッチ２３が締結位置もしくは入り待ち状態となると、中間軸１６が第３クラッチ２３を介して第１駆動源（内燃機関８および第３モータジェネレータ９）に連結される。入り待ち状態であっても、待ち機構のスプリング力でもって、ある程度のトルクを伝達可能なように連結される。そのため第１駆動源のフリクション（特に静止している内燃機関８のフリクション）によって中間軸１６が回転方向に拘束される。このように中間軸１６が固定された状態で第２モータジェネレータ７により第１クラッチ２１の位相合わせが行われるので、いずれ位相が合致した段階で第１クラッチ２１が締結位置に至る。

第１クラッチ２１の締結が完了したら、ステップ７からステップ９へ進み、第３クラッチ２３を一時的にニュートラル位置に戻す。つまりアクチュエータを開放制御する。そして、第３クラッチ２３が実際にニュートラル位置になったことをステップ１０で判定したら、ステップ１１へ進み、第２クラッチ２２のアクチュエータを締結制御する。ここでは、ロー・ハイの中で上述した所定のデフォルト設定の側へ制御する。そして、ステップ１２において、第２クラッチ２２がデフォルト側の締結位置となったかどうか判定する。第２クラッチ２２の位相がずれていて締結位置とならないときはステップ１３へ進み、第２モータジェネレータ７を用いて第２クラッチ２２の位相合わせを行う。例えば、第２入力軸１３を適当な回転角度だけ往復動作させる。これにより、位相が合致したときに第２クラッチ２２が締結位置となる。以上で、一連のフェール復帰制御が終了し、フェールフラグが０となる。

ステップ９，１０のように第３クラッチ２３をニュートラル位置に戻すのは、第２モータジェネレータ７を用いた第２クラッチ２２の位相合わせの際に、中間軸１６を第１駆動源（内燃機関８および第３モータジェネレータ９）から切り離しておき、小さなトルクで中間軸１６を介した位相合わせを可能とするためである。なお、このとき、出力軸１５は前輪２を介して非回転に拘束されている。

第３クラッチ２３は、上記のフェール復帰制御の終了後、上述した走行モードに応じて適宜に締結・開放される。第２クラッチ２２についても、第１クラッチ２１の締結完了後は、走行モードに応じて適宜に締結・開放することが可能である。

図３は、フェール復帰制御の一例を示すタイムチャートである。上から順に、（ａ）車速、（ｂ）ブレーキスイッチ、（ｃ）フェールフラグ、（ｄ）第１クラッチ２１、（ｅ）第２クラッチ２２、（ｆ）第３クラッチ２３、（ｇ）第２モータジェネレータ７、の状態を示している。なお、（ｄ）第１クラッチ２１、（ｅ）第２クラッチ２２、（ｆ）第３クラッチ２３、の欄においては、点線が指示位置を示し、実線が実位置を示す。各クラッチが締結制御されたときに位相が合っていて締結が完了すると実位置が指示位置に一致する。位相が合っておらず入り待ち状態にあるときは、実位置は指示位置に達せずに中間位置となる。

（ａ）～（ｃ）欄の初期状態に示すように、車速が０、ブレーキスイッチがＯＮ、フェールフラグが１、であることによりフェール復帰制御が実質的に開始し、（ｆ）欄に示すように、最初に第３クラッチ２３が締結制御される。この例では、ハイ側に締結制御されているが、ロー側であってもよい。第３クラッチ２３が締結状態もしくは入り待ち状態となることで、前述したように中間軸１６が第１駆動源に連結され、中間軸１６が回転方向に拘束される。なお、図示例では、第３クラッチ２３が締結状態となっているが、破線で示す入り待ち状態であってもよい。

次に、（ｄ）欄に示すように第１クラッチ２１が締結制御され、ギアセレクタが入り待ち状態となる。そして、（ｇ）欄に示すように第２モータジェネレータ７が往復回転することで位相合わせが行われ、第１クラッチ２１が締結完了に至る。

第１クラッチ２１の締結が完了したら、（ｆ）欄に示すように第３クラッチ２３は開放される。第３クラッチ２３がニュートラル位置に達した後、（ｅ）欄に示すように第２クラッチ２２が締結制御され、ギアセレクタが入り待ち状態となる。そして、（ｇ）欄に示すように第２モータジェネレータ７が往復回転することで位相合わせが行われ、第２クラッチ２２が締結完了に至る。この段階でフェールフラグが０となる。なお、図３の例では、第２クラッチ２２はハイがデフォルト側の設定であり、ハイ側に締結制御されている。

このように、上記実施例によれば、全てのクラッチ２１，２２，２３が意図せずにニュートラル位置となってしまった場合に、内燃機関８のフリクションを利用して中間軸１６の回転を抑制することで、第１クラッチ２１を円滑に締結することができ、フェール状態からの復帰が可能となる。

なお、車両が走行中（例えばリア駆動ユニット３による走行）であっても、第２クラッチ２２が開放状態にあれば、上記と同様に、第３クラッチ２３を介して停止中の内燃機関８のフリクションにより中間軸１６を拘束することで、第１クラッチ２１の位相合わせおよび締結が可能である。

次に、第２実施例のフェール復帰制御について簡単に説明する。第２実施例では、最初に、第３クラッチ２３に代えて第２クラッチ２２を締結制御する。第２クラッチ２２が締結ないし入り待ち状態となることで、中間軸１６が出力軸１５に連結され、ひいては前輪２に連結される。車両が停止していれば、前述の実施例と同様に、中間軸１６が回転方向に拘束されるので、この状態で第１クラッチ２１を締結制御し、かつ第２モータジェネレータ７を往復回転させて位相合わせを行うことで、第１クラッチ２１の円滑な締結が可能である。第１クラッチ２１の締結後は、第３クラッチ２３は、走行モードに応じて、適宜に締結・開放することが可能である。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、本発明は、四輪駆動車に限られない。また、例えば、第１駆動源として、モータジェネレータを含まずに内燃機関のみであってもよい。第２駆動源は、位相合わせを行い得るものであれば、どのようなものであってもよい。

１…後輪
２…前輪
３…リア駆動ユニット
４…フロント駆動ユニット
６…第１モータジェネレータ
７…第２モータジェネレータ
８…内燃機関
９…第３モータジェネレータ
１１…トランスミッション
１２…第１入力軸
１３…第２入力軸
１５…出力軸
１６…中間軸
２１…第１クラッチ
２２…第２クラッチ
２３…第３クラッチ
３４…変速機コントローラ

Claims (6)

1. 第１駆動源に接続される第１入力軸と、
   第２駆動源に接続される第２入力軸と、
   駆動輪に接続される出力軸と、
   これらの入力軸および出力軸に平行に配置される中間軸と、
   待ち機構を具備したギアセレクタが上記中間軸にそれぞれ支持されたドグクラッチからなる第１クラッチ、第２クラッチおよび第３クラッチと、
   を備え、
   上記第１クラッチは上記第２入力軸と上記中間軸との間の断・接を行い、上記第２クラッチは上記中間軸と上記出力軸との間の断・接を行い、上記第３クラッチは上記第１入力軸と上記中間軸との間の断・接を行うトランスミッションにおいて、
   全てのクラッチがニュートラル位置にあるフェール状態からの復帰時に、
   上記第３クラッチおよび上記第２クラッチの一方を締結制御して上記中間軸の回転を抑制し、
   この状態で上記第１クラッチを締結制御するとともに上記第２駆動源により位相合わせを行って当該第１クラッチを締結させる、
   トランスミッションのフェール復帰制御方法。
2. 上記第１クラッチの締結完了後に、上記第３クラッチおよび上記第２クラッチの他方を締結制御する、
   請求項１に記載のトランスミッションのフェール復帰制御方法。
3. 先に上記第３クラッチを締結制御していた場合、上記第１クラッチの締結完了後に、上記第３クラッチを開放制御し、この開放状態で、上記第２クラッチを締結制御するとともに上記第２駆動源により位相合わせを行って当該第２クラッチを締結させる、
   請求項１に記載のトランスミッションのフェール復帰制御方法。
4. 車両停止状態でかつブレーキＯＮであることを条件として上記の復帰動作を許可する、
   請求項１に記載のトランスミッションのフェール復帰制御方法。
5. 上記第１駆動源は内燃機関とモータジェネレータとを含み、上記第２駆動源はモータジェネレータからなる、
   請求項１に記載のトランスミッションのフェール復帰制御方法。
6. 第１駆動源に接続される第１入力軸と、
   第２駆動源に接続される第２入力軸と、
   駆動輪に接続される出力軸と、
   これらの入力軸および出力軸に平行に配置される中間軸と、
   待ち機構を具備したギアセレクタが上記中間軸にそれぞれ支持されたドグクラッチからなる第１クラッチ、第２クラッチおよび第３クラッチと、
   コントローラと、
   を備え、
   上記第１クラッチは上記第２入力軸と上記中間軸との間の断・接を行い、上記第２クラッチは上記中間軸と上記出力軸との間の断・接を行い、上記第３クラッチは上記第１入力軸と上記中間軸との間の断・接を行う、トランスミッションにおいて、
   上記コントローラは、
   全てのクラッチがニュートラル位置にあるフェール状態からの復帰時に、
   第３クラッチおよび第２クラッチの一方を締結制御して上記中間軸の回転を抑制し、
   この状態で上記第１クラッチを締結制御するとともに上記第２駆動源により位相合わせを行って当該第１クラッチを締結させる、
   トランスミッションの制御装置。

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