JP6927170B2 - クラッチ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、クラッチ制御装置に関する。

従来、例えばハイブリッド車において、駆動用モータと、エンジンまたは駆動輪との間には、締結状態と開放状態とを切り替え可能であるクラッチが設けられる。例えば特許文献１では、エンジンと駆動モータとの間、および、駆動用モータと変速機との間に、油圧クラッチが設けられている。

特開２０１８−３９３１７号公報

特許文献１では、油圧によりクラッチ締結力を得ているため、その推力を発生させるために油圧ロスを生じる。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧ロスを低減可能であるクラッチ制御装置を提供することにある。

本発明のクラッチ制御装置は、電動クラッチ装置（２０）の締結状態を制御する。電動クラッチ装置は、第１締結部材（２１）と、第２締結部材（２２）と、クラッチアクチュエータ（３０）と、を備える。第１締結部材は、第１噛み合い部（２１５）を有し、第１軸（２０１）と一体に回転する。第２締結部材は、第１噛み合い部とかみ合い可能である第２噛み合い部（２２５）を有し、第２軸（２０２）と一体に回転する。電動クラッチ装置は、クラッチアクチュエータの駆動に応じて伸縮する押付部材（２３）により第１締結部材を駆動する。

クラッチ制御装置は、第１軸指令演算部（６１）と、駆動制御部（６５）と、を備える。第１軸指令演算部は、第１軸の回転数に係る第１軸回転数指令値を演算する。駆動制御部は、クラッチアクチュエータの駆動を制御する。

電動クラッチ装置を締結させるとき、第１軸指令演算部は、第１軸回転数指令値を、第２軸の回転数よりも小さい値とし、第１軸の回転数が回転数指令値と一致した後、第１軸回転数指令値を第２軸の回転数に漸近させていく。

電動クラッチ装置の締結に油圧を用いていないので、油圧によりクラッチ推力を得る場合と比較し、油圧ロスを低減することができる。また、噛み合い式である電動クラッチ装置を、適切に締結させることができる。

一実施形態による車両駆動システムの概略構成図である。 一実施形態による電動クラッチ装置を示す概略構成図である。 一実施形態による第１締結部材および第２締結部材を示す斜視図である。 一実施形態による第１締結部材および第２締結部材を示す側面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 一実施形態によるクラッチ締結処理を説明するフローチャートである。 一実施形態による指令補正処理を説明するフローチャートである。 一実施形態によるクラッチ締結処理を説明するタイムチャートである。 一実施形態によるクラッチ締結処理を説明するタイムチャートである。

（一実施形態）
以下、本発明によるクラッチ制御装置を図面に基づいて説明する。一実施形態によるクラッチ制御装置を図１〜図９に示す。図１に示すように、クラッチ制御装置としての制御装置５０は、車両駆動システム１に適用される。車両駆動システム１は、エンジン１１、主機モータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、変速機１５、電動クラッチ装置２０、および、制御装置５０等を備え、車両９０に搭載される。本実施形態の車両９０は、エンジン１１および主機モータ１２を駆動源とする、所謂ハイブリッド車両である。

駆動対象である駆動輪９５は、車軸９３と接続されている。車軸９３は、エンジン１１および主機モータ１２の駆動力が出力される駆動軸９１とギア９２を介して接続される。これにより、エンジン１１および主機モータ１２の駆動力は、駆動軸９１、ギア９２および車軸９３等を経由して駆動輪９５に伝達され、駆動輪９５を回転駆動させる。エンジン１１は、複数の気筒を有する内燃機関である。

主機モータ１２は、バッテリ１３からの電力で駆動されることによりトルクを発生する電動機としての機能、および、エンジン１１による駆動あるいは車両９０の制動時に駆動されて発電する発電機としての機能を有する、所謂「モータジェネレータ」である。図中等適宜、主機モータ１２を「ＭＧ」と記載する。本実施形態の主機モータ１２は、永久磁石式同期型の３相交流回転機である。主機モータ１２の出力軸２００は、ギア１１５を介してエンジン１１の出力軸１１０と接続される。

バッテリ１３は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の充放電可能な二次電池により構成される直流電源である。バッテリ１３に替えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置を直流電源として用いてもよい。

インバータ１４は、主機モータ１２とバッテリ１３との間に設けられる。インバータ１４は、バッテリ１３の直流電力を交流に変換し、主機モータ１２に供給する。また、主機モータ１２にて発電された交流電力を直流に変換し、バッテリ１３に供給する。

変速機１５は、ギア１１５と駆動軸９１との間に設けられ、エンジン１１およびＭＧ１２である駆動源の回転を変速して、駆動軸９１側に伝達する。変速機１５は、例えば油圧式の無段変速機（ＣＶＴ）であるが、多段式のものを用いてもよい。変速機１５には、クラッチ１６が内蔵されている。

電動クラッチ装置２０は、主機モータ１２の出力軸２００に設けられる。本実施形態では、電動クラッチ装置２０の主機モータ１２側の回転軸を第１軸２０１、ギア１１５側の回転軸を第２軸２０２とする。電動クラッチ装置２０は、例えば車速が所定速度（例えば８０［ｋｍ／ｈ］）以下のときに締結され、主機モータ１２、または、主機モータ１２およびエンジン１１の駆動力で走行する。電動クラッチ装置２０は、車速が所定速度より大きいときに開放され、エンジン１１の駆動力で走行する。

図２に示すように、電動クラッチ装置２０は、締結部材２１、２２、および、クラッチアクチュエータであるモータ３０等を備える。第１締結部材２１は第１軸２０１と一体に回転し、第２締結部材２２は第２軸２０２と一体に回転する。本実施形態では、第１軸２０１の回転数である第１軸回転数Ｎ１は主機モータ１２の回転数であり、第２軸２０２の回転数である第２軸回転数Ｎ２はエンジン１１の回転数をギア１１５のギア比で換算した値である。第１軸回転数Ｎ１についても、ギア比等で換算した値としてもよい。

図３、図４および図５に示すように、第１締結部材２１には、第２締結部材２２と対向する側の面に第１噛み合い部２１５が形成される。第２締結部材２２には、第１締結部材２１と対向する側の面に第２噛み合い部２２５が形成される。本実施形態の電動クラッチ装置２０は、噛み合い部２１５、２２５が嵌まり合うことで締結されるドグクラッチである。第１噛み合い部２１５と第２噛み合い部２２５とが嵌まり合うと、第１軸２０１と第２軸２０２とが一体となって回転する。

図２に示すように、押付部材２３は、モータ３０が正方向に回転することで繰り出され、第１締結部材２１を第２締結部材２２側へ駆動する。また、モータ３０を逆方向に回転することで、第１締結部材２１は、第２締結部材２２から離れる側に駆動される。

モータ３０は、永久磁石式のＤＣブラシレスモータであり、エンコーダ３１が内蔵されている。エンコーダ３１は、例えば磁気式のロータリーエンコーダであって、ロータと一体に回転する磁石と、磁気検出用のホールＩＣ等により構成される。エンコーダ３１は、ロータの回転に同期して、所定角度ごとにＡ相およびＢ相のパルス信号であるエンコーダ信号をクラッチ制御部６０に出力する。

ストロークセンサ３３は、第１締結部材２１のストローク量Ｓｔを検出する。ストローク量Ｓｔは、エンコーダカウント値θｅｎから換算可能であるので、ストロークセンサ３３は省略してもよい。第１回転センサ３６は第１軸２０１の回転角θｉｎを検出し、第２回転角センサ３７は第２軸２０２の回転角θｏｕｔを検出する。トルクセンサ３８は、電動クラッチ装置２０の締結トルクＴＣＬを検出する。

図１に示すように、制御装置５０は、上位制御部５１、エンジン制御部５２、ＭＧ制御部５３、充電制御部５４、トランスミッション制御部５５、および、クラッチ制御部６０を備える。図中、トランスミッション制御部を「Ｔ／Ｍ制御部」と記載した。制御部５１〜５５およびクラッチ制御部６０は、いずれもマイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。各制御部におけるそれぞれの処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。制御部５１〜５５およびクラッチ制御部６０は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等を経由して、通信可能に設けられる。

上位制御部５１は、車両駆動システム１全体の制御を司るものであって、燃費が最適となる駆動モードを設定する。駆動モードには、主機モータ１２の駆動力にて走行するＭＧ走行モード、エンジン１１および主機モータ１２の駆動力にて走行するハイブリッドモード、エンジン１１の駆動力にて走行するエンジン走行モード、および、エンジン１１の駆動力により主機モータ１２を駆動して発電しバッテリ１３を充電する充電モードが含まれる。

上位制御部５１は、設定された駆動モード等に応じた制御要求を、それぞれ、エンジン制御部５２、ＭＧ制御部５３、充電制御部５４、トランスミッション制御部５５およびクラッチ制御部６０に出力する。また、上位制御部５１は、クラッチ締結指令ＸＣＬをクラッチ制御部６０に出力する。

エンジン制御部５２は、エンジン１１の駆動を制御する。ＭＧ制御部５３は、主機モータ１２の駆動を制御する。充電制御部５４は、バッテリ１３のＳＯＣが所定範囲内となるように、バッテリ１３の充電量を制御する。トランスミッション制御部５５は、変速機１５にかかる油圧等を制御する。なお、ＭＧ制御部５３および充電制御部５４は、実際にはインバータ１４またはエンジン１１の駆動等を制御するが、煩雑になることを避けるため、一部の制御線を省略した。

クラッチ制御部６０は、上位制御部５１から取得されるクラッチ締結指令ＸＣＬに応じ、モータ３０の駆動を制御することで、電動クラッチ装置２０の締結状態を制御する。図２に示すように、クラッチ制御部６０は、第１軸指令演算部６１、駆動制御部６５、および、電動クラッチ装置２０の異常を判定する異常判定部６８等を有する。

第１軸指令演算部６１は、電動クラッチ装置２０を締結させるときの第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを演算し、ＭＧ制御部５３に出力する。駆動制御部６５は、エンコーダカウント値θｅｎが目標カウント値θｃｍｄとなるように、モータ３０の駆動を制御する。エンコーダカウント値θｅｎは、エンコーダ３１から出力されるＡ相およびＢ相のパルス信号に基づいて演算される。エンコーダカウント値θｅｎは、モータ３０の実際の機械角および電気角に応じた値であって、本実施形態では、エンコーダカウント値θｅｎを「モータ角度」とする。

エンコーダカウント値θｅｎは、第１締結部材２１の初期位置からの駆動量と換算可能な値である。本実施形態では、第１締結部材２１が初期位置のときのエンコーダカウント値θｅｎをθ０、締結部材２１、２２が当接するときのエンコーダカウント値θｅｎをθｃ、噛み合い部２１５、２２５が完全に噛み合っているときのエンコーダカウント値θｅｎをθｋａｍとする。すなわち、エンコーダカウント値θｅｎがθｃより小さいとき、締結部材２１、２２は離間しており、エンコーダカウント値θｅｎがθｋａｍのとき、締結部材２１、２２は完全に締結されている。以下適宜、エンコーダカウント値θｅｎを、第１締結部材２１の位置として説明する。

本実施形態の電動クラッチ装置２０は、ドグクラッチであるので、第１締結部材２１を第２締結部材２２側へ押し付ける押付力が作用している状態にて、噛み合い部２１５、２２５を噛み合い可能な位相とすることで締結させることができる。また、押付力が作用していても、噛み合い部２１５、２２５が噛み合い不能な位相である場合、第１締結部材２１は弾かれてしまう。

本実施形態のクラッチ締結処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、電動クラッチ装置２０を締結させるときに所定の周期で実行される。演算周期Ｔは、後述する指令補正処理の制御周期よりも長く、例えば０．５［ｓ］とする。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップも同様である。ここでは、クラッチ制御部６０にて行われる処理として説明するが、少なくとも一部の処理が制御装置５０を構成する他の制御部にて行われるようにしてもよい。指令補正処理も同様である。

Ｓ１０１では、クラッチ制御部６０は、クラッチ締結指令ＸＣＬがオフからオンに切り替わったか否かを判断する。クラッチ締結指令ＸＣＬのオン状態が継続されている場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、Ｓ１０３へ移行する。クラッチ締結指令ＸＣＬがオフからオンに切り替わった場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ｓ１０２へ移行する。

Ｓ１０２では、第１軸指令演算部６１は、第１軸回転数Ｎ１の指令値である第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを演算する（式（１）参照）。第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄは、現在の第２軸回転数Ｎ２より、所定値α小さい値とする。第２軸回転数Ｎ２は、第２回転角センサ３７の検出値等に基づく値である。第２軸回転数Ｎ２は、エンジン制御部５２から取得してもよい。所定値αは、噛み合い部２１５、２２５が噛み合い可能な程度に第１軸回転数Ｎ１と第２軸回転数Ｎ２とが比較的近く、かつ、第１軸２０１と第２軸２０２との回転速度差により噛み合い部２１５、２２５の位相がずれていく程度の任意の値に設定される。設定された第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄは、ＭＧ制御部５３に送信される。ＭＧ制御部５３は、第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄとなるように、主機モータ１２の駆動を制御する。

Ｎ１ｃｍｄ＝Ｎ２−α ・・・（１）

Ｓ１０３では、クラッチ制御部６３は、第１軸回転数Ｎ１が、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致したか否かを判断する。本実施形態では、第１軸回転数Ｎ１が、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを含む所定範囲内となった場合、第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致したと判定する。第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致していないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０２にて設定された第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄでの主機モータの制御を継続する。第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致したと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。なお、クラッチ締結制御時において、第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄに一致した後は、第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄに追従し、第１軸回転数Ｎ１と第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄとが一致した状態が継続されるものとして説明する。

Ｓ１０４では、クラッチ制御部６０は、電動クラッチ装置２０の締結が完了したか否かを判断する。ここでは、エンコーダカウント値θｅｎが完全噛み合い位置θｋａｍとなったとき、締結完了と判定する。電動クラッチ装置２０の締結が完了したと判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１１３へ移行し、締結完了フラグＸＣＬｅｎｄをセットし、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴをリセットする。以下適宜、フラグがセットされている状態を「１」、セットされていない状態を「０」とする。締結完了フラグＸＣＬｅｎｄは、クラッチ締結指令ＸＣＬがオフになったときにリセットされる。電動クラッチ装置２０の締結が完了していないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１０５へ移行する。

Ｓ１０５では、クラッチ制御部６０は、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが０か否かを判断する。繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが０であると判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６の処理を行わず、Ｓ１０７へ移行する。繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが０ではないと判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、Ｓ１０６へ移行し、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを漸増させる（式（２）参照）。式中のβはαより小さい任意の所定値である。また、式中の（ｈ−１）は前回値、（ｈ）は今回値であることを意味する。これにより、第１軸回転数Ｎ１が第２軸回転数Ｎ２に漸近する。なお、Ｓ１０５の処理を省略し、第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致した直後から、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを漸増させるようにしてもよい。また、本実施形態では、クラッチ制御処理の演算周期毎に第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄをステップ的に漸近させているが、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄは、第２軸回転数Ｎ２にどのように漸近させてもよい。

Ｎ１ｃｍｄ（ｈ）＝Ｎ１ｃｍｄ（ｈ−１）＋β ・・・（２）

Ｓ１０７では、クラッチ制御部６０は、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが異常判定閾値ＴＨより大きいか否かを判断する。異常判定閾値ＴＨは、任意の値（例えば５）に設定される。繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが異常判定閾値ＴＨより大きいと判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ１１２へ移行し、電動クラッチ装置２０が締結不能である異常が生じていると判定する。また、電動クラッチ装置２０に異常が生じている旨の情報を上位制御部５１へ通知し、フェイルセーフ制御に移行する。繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが異常判定閾値ＴＨ以下であると判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、Ｓ１０８へ移行する。

Ｓ１０８では、クラッチ制御部６０は、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが偶数か否かを判断する。ここでは、ＣＴ＝０の場合も偶数とみなす。カウント値ＣＴが偶数であると判断された場合（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、Ｓ１０９へ移行する。カウント値ＣＴが奇数であると判断された場合（Ｓ１０８：ＮＯ）、Ｓ１１０へ移行する。

Ｓ１０９では、クラッチ制御部６０は、トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐをセットし、トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎをリセットする。Ｓ１１０では、クラッチ制御部６０は、トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐをリセットし、トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎをセットする。なお、Ｓ１０９とＳ１１０の処理を入れ替え、カウント値ＣＴが奇数のときにトルクアップ、偶数のときにトルクダウンするようにしてもよい。Ｓ１１１では、クラッチ制御部６０は、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴをインクリメントする。

本実施形態の指令補正処理を図７のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、電動クラッチ装置２０を締結させるときに所定の周期で実行される。演算周期は、図６のクラッチ締結処理の演算周期よりも短く、例えば８［ｍｓ］とする。

Ｓ２０１では、クラッチ制御部６０は、クラッチ締結指令ＸＣＬがオンか否かを判断する。クラッチ締結指令ＸＣＬがオフであると判断された場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、指令補正処理は行わない。すなわち、電動クラッチ装置２０を締結状態から開放状態に切り替える場合は、指令補正処理を行うことなく、モータ３０を逆回転させ、第１締結部材２１を初期位置まで戻せばよい。クラッチ締結指令ＸＣＬがオンであると判断された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行する。

Ｓ２０２では、クラッチ制御部６０は、締結完了フラグＸＣＬｅｎｄがセットされているか否かを判断する。締結完了フラグＸＣＬｅｎｄがセットされていると判断された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、以下の処理を行わず、本ルーチンを終了する。締結完了フラグがセットされていないと判断された場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、Ｓ２０３へ移行する。

Ｓ２０３では、クラッチ制御部６０は、図６中のＳ１０３と同様、第１軸２０１の回転数である第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致したか否かを判断する。第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致したと判断された場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、Ｓ２０５へ移行する。第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致していないと判断された場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、Ｓ２０４へ移行する。

Ｓ２０４では、クラッチ制御部６０は、エンコーダカウント値θｅｎが締結手前位置θａとなるように、モータ３０の駆動を制御する。エンコーダカウント値θｅｎが締結手前位置θａである場合、その状態を保持する。締結手前位置θａは、第１締結部材２１と第２締結部材２２とが当接するときのエンコーダカウント値である当接位置θｃよりも所定値γ手前とする（式（３）参照）。所定値γは、締結部材２１、２２が比較的近接し、かつ、公差等を含め、締結部材２１、２２が当接しない値に設定される。

θａ＝θｃ−γ ・・・（３）

Ｓ２０３にて肯定判断されて移行するＳ２０５では、クラッチ制御部６０は、目標カウント値θｃｍｄが当接位置θｃ以上か否かを判断する。目標カウント値θｃｍｄが当接位置θｃ未満であると判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ２１０へ移行し、目標カウント値θｃｍｄを当接位置θｃとする。目標カウント値θｃｍｄが当接位置θｃ以上であると判断された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２０６へ移行する。

Ｓ２０６では、クラッチ制御部６０は、トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐがセットされているか否かを判断する。トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐがセットされていないと判断された場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０７へ移行する。トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐがセットされていると判断された場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０８へ移行する。

Ｓ２０７では、クラッチ制御部６０は、トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎがセットされているか否かを判断する。トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎがセットされていないと判断された場合（Ｓ２０７：ＮＯ）、Ｓ２１０へ移行し、目標カウント値θｃｍｄを当接位置θｃとする。トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎがセットされていると判断された場合（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、Ｓ２０９へ移行する。

トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐがセットされている場合に移行するＳ２０８では、締結トルク指令が大きくなるように、目標カウント値θｃｍｄを漸増させる（式（４）参照）。トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎがセットされている場合に移行するＳ２０９では、締結トルク指令が小さくなるように、目標カウント値θｃｍｄを漸減させる（式（５）参照）。式中の（ｉ−１）は前回値、（ｉ）は今回値であることを意味する。また、式中のｄは、目標カウント値θｃｍｄを漸増あるいは漸減させるための値であって、演算周期等に応じ、漸増により完全噛み合い位置θｋａｍを超えず、漸減により当接位置θｃを下回らないように設定される。なお、式（４）にて前回値に加算する値と、式（５）にて前回値から減算する値とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

θｃｍｄ（ｉ）＝θｃｍｄ（ｉ−１）＋ｄ ・・・（４）
θｃｍｄ（ｉ）＝θｃｍｄ（ｉ−１）−ｄ ・・・（５）

本実施形態のクラッチ締結処理を図８のタイムチャートに基づいて説明する。図８では、共通時間軸を横軸とし、上段からクラッチ締結指令ＸＣＬ、第１軸２０１および第２軸２０２の回転数、モータ３０のモータ角度、締結トルク指令、トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐ、トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎ、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴ、ならびに、締結完了フラグを示す。

第１軸２０１の回転に係る値について、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを実線、第１軸回転数Ｎ１を破線で示した。また、第２軸回転数Ｎ２を一点鎖線で示した。モータ３０のモータ角度は、エンコーダ３１のカウント値に応じた値であって、目標カウント値θｃｍｄを実線、エンコーダカウント値θｅｎを破線で示した。なお、タイムスケールは、説明のため適宜変更しており、実際のタイムスケールとは必ずしも一致しない。図９も同様である。

時刻ｔ１１にて、上位制御部５１からのクラッチ締結指令ＸＣＬがオフからオンに切り替わると、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを式（１）にて設定し、主機モータ１２を駆動する。また、第１締結部材２１が第２締結部材２２と当接する手前の所定位置となるように、モータ３０を駆動する。エンコーダカウント値θｅｎが締結手前位置θａになると、第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄとなる時刻ｔ１２までの間、当該位置を維持する。第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄとなる前に、予め第１締結部材２１を第２締結部材２２に近づけておくことで、応答性を向上可能である。

時刻ｔ１２にて、第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄとなると、モータ３０の目標カウント値θｃｍｄを当接位置θｃとし、第１締結部材２１を第２締結部材２２と当接する位置まで移動させる。このとき、噛み合い部２１５、２２５の位相が、噛み合い可能な位相からずれていると、第１締結部材２１は、第２締結部材２２と嵌まり合うことができず、弾かれる。また、第１軸回転数Ｎ１は、第２軸回転数Ｎ２と異なっているので、噛み合い部２１５、２２５の位相がずれていく。

時刻ｔ１２後、最初のクラッチ締結処理が行われる時刻ｔ１３では、電動クラッチ装置２０の締結が完了していないので、トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐをセットし、目標カウント値θｃｍｄを漸増させることで、第１締結部材２１を第２締結部材２２に押し付ける側に駆動する。図８では、時刻ｔ１２より後の時刻ｔ１３から目標カウント値θｃｍｄを漸増させているが、時刻ｔ１２から漸増させるようにしてもよい。

時刻ｔ１４にて、噛み合い部２１５、２２５が噛み合っていない状態にて図６のクラッチ締結処理の次の周期の演算が行われると、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを漸増させる。また、トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐがリセットされ、トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎがセットされるので、目標カウント値θｃｍｄが漸減され、第１締結部材２１が第２締結部材２２から離れる方向に駆動される。

時刻ｔ１５にて、噛み合い部２１５、２２５が噛み合っていない状態にてクラッチ締結処理の次の周期の演算が行われると、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを漸増させる。また、トルクアップ要求フラグＸＣＬｕｐがセットされ、トルクダウン要求フラグＸＣＬｄｏｗｎがリセットされるので、目標カウント値θｃｍｄが漸増され、第１締結部材２１が第２締結部材２２に再び近づく方向に駆動される。このように、噛み合い部２１５、２２５が噛み合わない場合、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが異常判定閾値ＴＨを超えるまでの間、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを大きくしていくことで、第１軸回転数Ｎ１を第２軸回転数Ｎ２に漸近させる。また、第１締結部材２１を第２締結部材２２側へ押し付ける期間と、第２締結部材２２から離す期間とを周期的に繰り返す。

時刻ｔ１６にて、噛み合い部２１５、２２５が噛み合い可能な位相になり、第１噛み合い部２１５が第２噛み合い部２２５に嵌まり合うと、エンコーダカウント値θｅｎは、目標カウント値θｃｍｄと一致した状態にて、完全噛み合い位置θｋａｍまで増加する。

時刻ｔ１７にて、エンコーダカウント値θｅｎが完全噛み合い位置θｋａｍに到達すると、噛み合い部２１５、２２５が完全に噛み合うので、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴをリセットし、完全締結フラグＸＣＬｅｎｄをセットする。また、時刻ｔ１８にて、第１軸回転数Ｎ１と第２軸回転数Ｎ２とが一致し、第１軸２０１と第２軸２０２とが一体となって回転する。完全締結後は、モータ３０をオフにしても、締結状態が維持される。

図９は、上段から、上段からクラッチ締結指令ＸＣＬ、第１軸２０１および第２軸２０２の回転数、モータ３０のモータ角度、締結トルク指令、ならびに、締結完了フラグを示す。クラッチ締結指令ＸＣＬ、第１軸２０１および第２軸２０２の回転数、ならびに、締結完了フラグは、図８と同様である。図９に示すように、第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致した時刻ｔ１２以降、締結トルク指令を周期的に変動させず、目標カウント値θｃｍｄを完全噛み合い位置θｋａｍとしてもよい。

本実施形態の電動クラッチ装置２０は、噛み合い式であるので、締結時、噛み合い部２１５、２２５の位相を合わせないと締結させることができず、第１締結部材２１が弾かれてしまう。そのため、電動クラッチ装置２０を締結させるためには、噛み合い部２１５、２２５を噛み合い可能な位相となるようにする位相制御、および、適切なクラッチ押付力制御が要求される。

そこで本実施形態では、第１軸２０１の回転数Ｎ１と第２軸２０２の回転数Ｎ２とに偏差を持たせ、噛み合い部２１５、２２５が噛み合わなかった場合には、締結部材２１、２２の押付力を増減させつつ、回転数Ｎ１、Ｎ２の偏差が小さくなるように微調整することで、電動噛み合いクラッチである電動クラッチ装置２０を、高応答かつスムーズに締結させることができる。

以上説明したように、本実施形態の制御装置５０は、電動クラッチ装置２０の締結状態を制御する。電動クラッチ装置２０は、第１締結部材２１と、第２締結部材２２と、モータ３０と、を備える。第１締結部材２１は、第１噛み合い部２１５を有し、第１軸２０１と一体に回転する。第２締結部材２２は、第１噛み合い部２１５と噛み合い可能である第２噛み合い部２２５を有し、第２軸２０２と一体に回転する。電動クラッチ装置２０は、モータ３０の駆動に応じて伸縮する押付部材２３により第１締結部材２１を駆動する。

制御装置５０は、第１軸指令演算部６１と、駆動制御部６５と、を備える。第１軸指令演算部６１は、第１軸２０１の回転数Ｎ１に係る第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを演算する。駆動制御部６５は、モータ３０の駆動を制御する。

電動クラッチ装置２０を締結させるとき、第１軸指令演算部６１は、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを、第２軸２０２の回転数Ｎ２よりも小さい値とし、第１軸２０１の回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致した後、第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄを第２軸２０２の回転数Ｎ２に漸近させていく。これにより、噛み合い式である電動クラッチ２０を、適切に締結させることができる。

本実施形態では、電動クラッチ装置２０の締結に油圧を用いていないので、油圧によりクラッチ推力を得る場合と比較し、油圧ロスを低減、あるいは、０にすることができる。また、電動式とすることで、油圧式の苦手な極低温領域においても制御可能であるので、燃費向上可能な温度域を拡大可能であって、燃費向上に貢献可能である。さらにまた、電動クラッチ装置２０を噛み合い式であるドグクラッチとすることで、摩擦式のものと比較し、押付力を約１／１０程度にすることができるので、クラッチアクチュエータであるモータ３０を小型化可能である。

電動クラッチ装置２０を締結させるとき、駆動制御部６５は、第１軸２０１の回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致した後、第１締結部材２１と第２締結部材２２との押付力が周期的に増減するように、モータ３０を制御する。本実施形態では、目標カウント値θｃｍｄを周期的に増減することで、押付力を周期的に増減させている。これにより、噛み合い部２１５、２２５を適切に噛み合わせることができる。

制御装置５０は、異常判定部６８を備える。異常判定部６８は、押付力の増減の繰り返し回数が異常判定回数より大きくなっても、第１噛み合い部２１５と第２噛み合い部２２５とが噛み合わなかった場合、電動クラッチ装置２０に異常が生じていると判定する。これにより、電動クラッチ装置２０の異常を適切に判定することができる。本実施形態では、繰り返しカウンタのカウント値ＣＴが「繰り返し回数」、異常判定閾値ＴＨが「異常判定回数」に対応する。

駆動制御部６５は、電動クラッチ装置２０を締結させるクラッチ締結指令ＸＣＬがオンとなったとき、第１締結部材２１を、第１締結部材２１と第２締結部材２２とが当接する当接位置θｃよりも手前である締結手前位置θａまで駆動し、第１軸２０１の回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致するまでの間、第１締結部材２１を締結手前位置θａにて保持する。第１軸回転数Ｎ１が第１軸回転数指令値Ｎ１ｃｍｄと一致する前に、予め第１締結部材２１を第２締結部材２２に近づけておくことで、応答性を向上可能である。

（他の実施形態）
上記実施形態では、クラッチ制御部が第１軸指令演算部および駆動制御部を有している。他の実施形態では、例えば第１軸指令演算部がＭＧ制御部に設けられる、といった具合に、上記実施形態の各制御は、制御装置を構成するいずれの制御部が行ってもよい。また、制御装置の構成が上記実施形態と異なっていてもよい。

上記実施形態では、クラッチアクチュエータはＤＣブラシレスモータである。他の実施形態では、ＤＣブラシレスモータ以外のものを用いてもよい。また、クラッチアクチュエータは、ストローク量を制御可能なアクチュエータであればどのようなものであってもよく、例えばソレノイド等であってもよい。

上記実施形態では、エンコーダはモータに内蔵されている。他の実施形態では、エンコーダはモータに内蔵されていなくてもよい。また、モータの回転を検出するモータ回転角センサは、エンコーダに限らず、レゾルバ等、どのようなものを用いてもよい。

上記実施形態では、主機モータ側に第１締結部材が設けられ、エンジン側に第２締結部材が設けられる。他の実施形態では、エンジンまたは駆動軸側に第１締結部材を設け、ＭＧ側に第２締結部材を設けるようにしてもよい。上記実施形態では、電動クラッチ装置は、エンジンと主機モータとの間に設けられる。他の実施形態では、主機モータと駆動軸との間に設けられるクラッチを、上記実施形態の電動クラッチ装置としてもよい。

また、電動クラッチ装置が適用されるハイブリッドシステムの構成は、上記実施形態と異なっていてもよい。また、電動クラッチ装置を、ハイブリッドシステム以外の車載装置に適用してもよいし、車載以外の装置に適用してもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

２０・・・電動クラッチ装置
２１・・・第１締結部材 ２１５・・・第１噛み合い部
２２・・・第２締結部材 ２２５・・・第２噛み合い部
２３・・・押付部材
５０・・・制御装置（クラッチ制御装置）
６０・・・クラッチ制御部
６１・・・第１軸指令演算部
６５・・・駆動制御部
２０１・・・第１軸 ２０２・・・第２軸

Claims (4)

1. 第１噛み合い部（２１５）を有し、第１軸（２０１）と一体に回転する第１締結部材（２１）と、前記第１噛み合い部と噛み合い可能である第２噛み合い部（２２５）を有し、第２軸（２０２）と一体に回転する第２締結部材（２２）と、クラッチアクチュエータ（３０）と、を備え、前記クラッチアクチュエータの駆動に応じて伸縮する押付部材（２３）により前記第１締結部材を駆動する電動クラッチ装置（２０）の締結状態を制御するクラッチ制御装置であって、
   前記第１軸の回転数に係る第１軸回転数指令値を演算する第１軸指令演算部（６１）と、
   前記クラッチアクチュエータの駆動を制御する駆動制御部（６５）と、
   を備え、
   前記電動クラッチ装置を締結させるとき、
   前記第１軸指令演算部は、前記第１軸回転数指令値を、前記第２軸の回転数よりも小さい値とし、前記第１軸の回転数が前記第１軸回転数指令値と一致した後、前記第１軸回転数指令値を前記第２軸の回転数に漸近させていくクラッチ制御装置。
2. 前記電動クラッチ装置を締結させるとき、
   前記駆動制御部は、前記第１軸の回転数が前記第１軸回転数指令値と一致した後、前記第１締結部材と前記第２締結部材との押付力が周期的に増減するように、前記クラッチアクチュエータを制御する請求項１に記載のクラッチ制御装置。
3. 前記押付力の増減の繰り返し回数が異常判定回数より大きくなっても前記第１噛み合い部と前記第２噛み合い部とが噛み合わなかった場合、前記電動クラッチ装置に異常が生じていると判定する異常判定部（６８）をさらに備える請求項２に記載のクラッチ制御装置。
4. 前記駆動制御部は、前記電動クラッチ装置を締結させるクラッチ締結指令がオンとなったとき、前記第１締結部材を、前記第１締結部材と前記第２締結部材とが当接する当接位置よりも手前である締結手前位置まで駆動し、前記第１軸の回転数が前記第１軸回転数指令値と一致するまでの間、前記第１締結部材を前記締結手前位置にて保持する請求項１〜３のいずれか一項に記載のクラッチ制御装置。

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