JPWO2010150851A1 - 車両用制御装置 - Google Patents

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Abstract

車両の加速時に減速感を与えることなく変速ショックを防止できる車両用制御装置を提供する。高速段への変速要求があると判断される場合に、入力軸の回転数が第1同期回転数以下であるかを判断する高速段回転数判断手段(S9)と、その高速段回転数判断手段により第1同期回転数以下であると判断される場合に第1荷重付与装置を非作動とする荷重解除手段(S10)とを備える。これにより、入力軸の回転数が第1同期回転数より低いときは、第1スプラグは反セルフロック方向に傾動した状態となり動力は伝達されないが、第1同期回転数を超えると、第1スプラグはセルフロック方向に傾動し動力が伝達される。このように、入力軸の回転数と第1同期回転数とが一致することと動力伝達とが同時に行われるため、変速時に回転数変化がないことと等しくなり、変速ショックを防止できる。

Description

本発明は、車両用制御装置に関し、特に、車両の加速時に減速感を与えることなく変速ショックを防止できる車両用制御装置に関するものである。
従来、モータの動力を伝達する動力伝達装置として、例えば、非特許文献1には、2つの多板クラッチを断続させることで、モータからの入力回転を遊星歯車装置により2段に変速するトランスミッションが開示されている。この非特許文献1に開示されるトランスミッションによれば、入力回転を2段に変速できるので、低速から高速までの幅広い車速範囲においてモータを効率の良い回転域で使用することが可能となり、モータの動力を効率良く伝達することができる。
「高級AWD車用ハイブリッドトランスミッションの開発」SAE Paper,No.2007−01−4122,2007年10月発行
しかしながら、非特許文献1に開示されるトランスミッションでは、低速段から高速段に変速するアップシフト時には、多板クラッチを断続させると、モータに連結されている入力側の部材の回転数が急激に変化(低下)する。この変化が急激なため、回転数変化に伴う慣性トルクが大きくなり、変速ショックが発生するという問題点を有していた。また、高速段から低速段に変速するダウンシフト時にも、回転数が急激に変化(増加)して、同様に変速ショックが発生するという問題点を有していた。
また、入力側の部材の回転数を変速後の回転数に合わせることにより変速ショックは緩和されるが、入力側の部材の回転数を増加または低下させると、入力側の部材の回転数の変化が出力軸の回転数の変化となって表れ、車両の走行速度が変化する。その結果、車両の加速時において、入力側の部材の回転数を低下させる際に減速感が生じるという問題点があった。また、車両の減速時には逆に加速感が生じるため、車両の運転者や同乗者に違和感が生じるという問題点があった。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、車両の加速時に減速感を与えることなく変速ショックを防止できる車両用制御装置を提供することを目的としている。
課題を解決するための手段および発明の効果
この目的を達成するために、請求項1記載の車両用制御装置により制御される車両は、減速装置および減速比変更装置を備えている。減速比変更装置は、第1クラッチにより減速装置へ動力が伝達される場合に、減速装置の動作を規制してモータからの入力回転を出力軸に伝達する。第1クラッチの第1荷重付与装置を非作動とすることにより、第1クラッチの付勢部材により第1スプラグがセルフロック方向に傾動され、第1外輪および第1内輪に第1スプラグが係合して動力が伝達されるが、減速装置の動作が規制されることで、代わってモータからの動力が出力軸へ伝達される。この結果、減速装置により減速される低速段から、減速装置の動作が規制される高速段への切り替えを行うことができる。
また、減速比変更装置は、第1クラッチにより入力軸から減速装置への動力の伝達が遮断される場合に、入力軸から伝達される入力回転を減速装置の減速比よりも大きい減速比で減速し出力軸に伝達する。この場合、第1クラッチの第1荷重付与装置を非作動とすることにより、第1クラッチの付勢部材により第1スプラグがセルフロック方向に傾動され、第1外輪および第1内輪に第1スプラグが係合して減速装置へ動力が伝達される。減速装置の減速比は、減速比変更装置の減速比より小さいため、減速比変更装置により減速される低速段から、減速装置により減速される高速段への切り替えを行うことができる。
一方、車両用制御装置は、アップシフト要求判断手段により車両に高速段への変速要求があると判断される場合に、回転数取得手段により取得される入力軸の回転数が第1同期回転数以下であるかを判断する高速段回転数判断手段と、その高速段回転数判断手段により入力軸の回転数が第1同期回転数以下であると判断される場合に、第1荷重付与装置を非作動として第1クラッチの第1スプラグに付与した荷重を解除する荷重解除手段とを備えている。そのためアップシフト時に、高速段回転数判断手段により入力軸の回転数が第1同期回転数以下に低下したと判断される場合に、荷重解除手段により第1荷重付与装置を非作動として第1クラッチの第1スプラグに付与した荷重が解除される。その結果、第1クラッチの付勢部材の付勢力により第1スプラグが傾動し、第1スプラグが第1外輪および第1内輪に係合可能な状態となる。
ここで、入力軸の回転数が低下していく状態では、第1クラッチは第1外輪および第1内輪の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、第1スプラグは第1外輪および第1内輪に係合できない。その結果、請求項1記載の車両用制御装置によれば、モータのイナーシャによる減速力を出力軸に伝達させずに、入力軸の回転数を低下させることができる。これにより、車両の加速時に減速感が生じることを防止できるという効果がある。
また、入力軸の回転数が第1同期回転数より低いときは、第1外輪および第1内輪の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、第1スプラグは第1外輪および第1内輪に係合できない。このため、モータから動力は伝達されない。しかし、入力軸の回転数が第1同期回転数を超えると、第1スプラグはセルフロック方向に傾動し、第1外輪および第1内輪に係合する。これにより動力の伝達が行われる。このように、動力が伝達されない状態から伝達される状態への切り替えが、入力軸の回転数と第1同期回転数とが一致することよってスムーズに行われるため、切り替え時の変速ショックを防止できるという効果がある。また、変速ショックを防止する制御が入力軸の回転数だけに基づいて行われると共に、第1荷重付与装置の作動と非作動とを切り替えるだけで変速できるため、制御を簡素化できるという効果がある。
請求項2記載の車両用制御装置によれば、高速段回転数判断手段により入力軸の回転数が第1同期回転数より所定回転数低い目標回転数以上かつ第1同期回転数以下であると判断される場合に、荷重解除手段により第1荷重付与装置を非作動として第1クラッチの第1スプラグに付与した荷重が解除される。これによりアップシフト時における入力軸の回転数が目標回転数未満になることを防ぐことができる。よって、請求項1記載の効果に加え、動力が伝達される第1同期回転数になるまでの時間を確実に短くすることができ、変速要求から変速完了までの時間を確実に短縮できるという効果がある。
請求項3記載の車両用制御装置によれば、ダウンシフト要求判断手段により車両に低速段への変速要求があると判断される場合に、低速段回転数判断手段により、回転数取得手段により取得される入力軸の回転数が第2同期回転数以下であるか判断される。判断の結果、入力軸の回転数が第2同期回転数以下であると判断される場合に、荷重付与手段により第1荷重付与装置を作動して第1クラッチの第1スプラグに荷重が付与される。これにより、第1クラッチの第1スプラグが反セルフロック方向に傾動し、第1外輪および第1内輪への第1スプラグの係合が強制的に解除され、減速装置への動力の伝達が遮断される。車両の減速比変更装置は第1クラッチに連動して結合および解除される第2クラッチを備えているので、動力の伝達経路が切り替えられる。
ここで、入力軸の回転数が第2同期回転数より低いときは、第2クラッチの第2外輪および第2内輪の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、第2スプラグは第2外輪および第2内輪に係合できない。このため、第2クラッチを介して動力は伝達されない。しかし、入力軸の回転数が第2同期回転数を超えると、第2クラッチの第2スプラグはセルフロック方向に傾動し、第2外輪および第2内輪に係合する。これにより、第2クラッチを介して動力が伝達される。このように、動力が伝達されない状態から伝達される状態への切り替えが、入力軸の回転数と第2同期回転数とが一致することよってスムーズに行われるため、請求項1又は2の効果に加え、切り替え時の変速ショックを防止できるという効果がある。
本発明の実施の形態における車両用制御装置が搭載される車両を模式的に示した模式図である。 本発明の車両用制御装置により制御される第1実施の形態における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 第1クラッチの断面図である。 図3のIV−IV線における第1クラッチの断面図である。 図4のVで示す部分を拡大して示した第1クラッチの部分拡大断面図である。 低速段による走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 高速段による走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 コースト走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 車両用制御装置の電気的構成を示したブロック図である。 変速制御処理を示すフローチャートである。 本発明の車両用制御装置により制御される第2実施の形態における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 低速段による走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 高速段による走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 コースト走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 本発明の車両用制御装置により制御される第3実施の形態における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 低速段による走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 高速段による走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。 コースト走行時の車両における動力伝達装置の内部構造を模式的に示した模式図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施の形態における動力伝達装置130が搭載される車両100を模式的に示した模式図である。なお、図1の矢印F−B,L−Rは、車両100の前後方向、左右方向をそれぞれ示している。
まず、車両100の概略構成について説明する。車両100は、図1に示すように、前輪101(左の前輪101FL及び右の前輪101FR)を駆動するフロントユニット110と、後輪102(左の後輪102BL及び右の後輪102BR)を駆動するリヤユニット120とを備え、前輪101及び後輪102をそれぞれ独立して駆動可能に構成されている。フロントユニット110は、動力源としてのエンジン111及びモータ112と、それらエンジン111及びモータ112の動力を前輪101に伝達する動力伝達装置113とを主に備え、エンジン111及びモータ112の2つの動力を使い分けて前輪101を駆動可能に構成されている。
リヤユニット120は、動力源としてのモータ121と、そのモータ121の動力を後輪102に伝達する動力伝達装置130と、動力伝達装置130を制御する車両用制御装置1とを主に備え、前輪101の駆動トルクに応じてモータ121が制御されることで、前輪101及び後輪102の駆動トルクが車両100の走行状態に応じた適切なトルク配分となるように後輪102を駆動可能に構成されている。また、このリヤユニット120は、モータ121が発電機としての機能を兼ね備えており、モータ121により発電した電力を回生可能に構成されている。なお、車両100は、フロントユニット110を省略して、リヤユニット120のみで構成しても良く、その場合には、リヤユニット120により前輪101を駆動するように構成しても良い。
次いで、図2を参照して、車両用制御装置1により制御される動力伝達装置130の詳細構成について説明する。図2は、動力伝達装置130の内部構造を模式的に示した模式図である。なお、図2では、理解を容易とするために、動力を伝達する機能を担う構成のみを図示している。
動力伝達装置130は、図2に示すように、モータ121の動力が入力される入力軸2と、その入力軸2から動力が伝達される減速装置としての第1減速歯車3と、その第1減速歯車3から動力が伝達される出力軸4と、入力軸2から第1減速歯車3までの動力の伝達経路上に配設される第1クラッチ10と、入力軸2から動力が伝達される減速比変更装置の一部としての第2減速歯車5と、その第2減速歯車5から動力が伝達される伝達軸6と、第2減速歯車5から伝達軸6までの動力の伝達経路上に配設される減速比変更装置の一部としての第2クラッチ20と、入力軸2から第1減速歯車3までの動力の伝達経路上に配設される第3クラッチ30とを主に備えて構成されている。
但し、本実施の形態では、図2に示すように、第1減速歯車3に伝達された動力がデファレンシャル装置7を介して出力軸4に伝達されると共に、出力軸4に伝達された動力が動力伝達装置130の外部に出力され後輪102に伝達されるように構成されている。なお、デファレンシャル装置7は、左右の後輪102BL,102BRの回転差を吸収するための装置であり、その構成は周知(例えば、特許4024897号公報など)であるため、詳細な説明を省略する。
減速装置としての第1減速歯車3は、モータ121からの入力回転を減速する歯車対であり、図2に示すように、入力軸2から伝達された動力により駆動される駆動歯車3aと、その駆動歯車3aにより従動駆動される被動歯車3bとにより構成され、その減速比はDhに設定されている。なお、本実施の形態では、図2に示すように、被動歯車3bとデファレンシャル装置7との間に減速歯車が構成されており、被動歯車3bからデファレンシャル装置7に動力が伝達される際にも、モータ121からの入力回転が所定の減速比で減速されるように構成されている。
第1クラッチ10は、入力軸2と第1減速歯車3との間の動力の伝達および遮断を行うためのものであり、モータ121が正回転する場合に、入力軸2から第1減速歯車3に動力を伝達する一方、第1減速歯車3から入力軸2への動力の伝達を遮断すると共に、入力軸2から第1減速歯車3への動力の伝達を遮断可能に構成されている。ここで、図3及び図4を参照して、第1クラッチ10の詳細構成について説明する。図3は、第1クラッチ10の断面図であり、図4は、図3のIV−IV線における第1クラッチ10の断面図である。
第1クラッチ10は、図3及び図4に示すように、第1内輪11と、その第1内輪11の外周を囲む第1外輪12と、それら第1内輪11と第1外輪12との間に配設される複数の第1スプラグ13と、それら第1スプラグ13を保持する保持器14と、第1荷重付与装置15とを主に備えて構成されている。
第1内輪11は、動力を伝達する機能を担う部材であり、図3及び図4に示すように、断面円形状の外周面11aを備え、軸心O回りに回転可能に構成されている。また、この第1内輪11は、入力軸2(図2参照)と一体に形成されている。第1外輪12は、第1内輪11と共に動力を伝達する機能を担う部材であり、図3及び図4に示すように、第1内輪11の外周面11aに対向する断面円形状の内周面12aを備え、第1内輪11と同様に軸心O回りに回転可能に構成されている。また、この第1外輪12は、第1減速歯車3の駆動歯車3a(図2参照)と一体に形成されている。
第1スプラグ13は、第1内輪11と第1外輪12とを係合する機能を担う部材であり、外周面11a及び内周面12aにそれぞれ接する係合面13a,13b(図5参照)を備え、図4に示すように、外周面11a及び内周面12aの対向間において円周方向に等間隔で複数配設されている。また、この第1スプラグ13は、リボンスプリング16(図5参照)により内周面11a及び外周面12aの円周方向に付勢されている。ここで、図5を参照して、リボンスプリング16について説明する。図5は、図4のVで示す部分を拡大して示した第1クラッチ10の部分拡大断面図である。
リボンスプリング16は、第1スプラグ13に付勢力を付与して外周面11a及び内周面12aに係合面13a,13bが接するように第1スプラグ13に図5の矢印S方向(以下「セルフロック方向」と称す)の回転モーメントを発生させる部材であり、図5に示すように、金属材料に波状の曲げ加工を施して形成され、その弾性を利用して第1スプラグ13に付勢力を付与可能に構成されている。但し、このリボンスプリング16は、コイルばねにより構成しても良い。このリボンスプリング16により第1スプラグ13に付勢力が付与されることで、外周面11a及び内周面12aに係合面13a,13bが接するように第1スプラグ13がセルフロック方向へ傾動する。その結果、図5に示すように、内周面12aと係合面13bとの接点A及び外周面11aと係合面13aとの接点Bに摩擦力が発生すると共に外周面11a及び内周面12aの円周方向における各接点A,Bの位置ずれにより、第1内輪11及び第1外輪12が所定の方向へ回転する場合には、第1内輪11及び第1外輪12にスプラグ13が係合する。
これにより、モータ121が正回転する場合には、第1内輪11が、第1外輪12との相対回転で第1外輪12側から見て、第1スプラグ13に対して図5の矢印Ri方向(以下「ロック方向」と称す)へ回転する。その結果、第1内輪11及び第1外輪12に第1スプラグ13が係合して、入力軸2から第1減速歯車3に動力が伝達される。一方、モータ121が逆回転する場合には、第1内輪11が、第1外輪12との相対回転で第1外輪12側から見て、第1スプラグ13に対して図5の反矢印Ri方向(以下「フリー方向」と称す)へ回転することで、接点Bに作用する摩擦力により第1スプラグ13がリボンスプリング16の付勢力に抗して反セルフロック方向へ傾動する。その結果、第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合が解除され、入力軸2から第1減速歯車3への動力の伝達が遮断される。
また、第1外輪12が、第1内輪11との相対回転で第1内輪11側から見て、第1スプラグ13に対して図5の矢印Ro方向(以下「ロック方向」と称す)へ回転する場合には、第1内輪11及び第1外輪12に第1スプラグ13が係合して、第1減速歯車3から入力軸2に動力が伝達される。一方、第1外輪12が、第1内輪11との相対回転で第1内輪11側から見て、第1スプラグ13に対して図5の反矢印Ro方向(以下「フリー方向」と称す)へ回転する場合には、接点Aに作用する摩擦力により第1スプラグ13がリボンスプリング16の付勢力に抗して反セルフロック方向へ傾動する。その結果、第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合が解除され、第1減速歯車3から入力軸2への動力の伝達が遮断される。
図3及び図4に戻って説明する。保持器14は、第1スプラグ13を外周面11a及び内周面12aの円周方向へ傾動可能に保持する部材であり、図3及び図4に示すように、第1保持部14aと、第1荷重伝達部14bとを備えて構成されている。第1保持部14aは、第1スプラグ13を保持する部位であり、図3及び図4に示すように、軸心O方向に延設され、第1スプラグ13の上端側を保持している。
第1荷重伝達部14bは、第1荷重付与装置15から荷重が伝達される部位であり、図3に示すように、軸心O方向と交差する方向に延設されている。これにより、第1荷重伝達部14bを軸心O方向に延設する場合と比較して、保持器14の軸心O方向の寸法を短縮でき、第1クラッチ10の小型化を図ることができる。また、この第1荷重伝達部14bは、図4に示すように、歯車状に形成され、後述するピニオン15bとの間に構成される歯車機構を介して第1荷重付与装置15から荷重が伝達されるように構成されている。これにより、第1荷重付与装置15から保持器14までの荷重の伝達経路中に生じるエネルギー損失を小さくでき、効率良く保持器14に荷重を伝達することができる。
第1荷重付与装置15は、リボンスプリング16の付勢力に抗して第1スプラグ13に荷重を付与して第1スプラグ13を反セルフロック方向(図5の反矢印S回転方向)へ傾動させるための装置であり、図3及び図4に示すように、アクチュエータ15aと、ピニオン15bとを備えて構成されている。アクチュエータ15aは、第1スプラグ13に付与する荷重を生み出す動力源であり、電動機(交流モータ又は直流モータ)により構成され、電源(図示せず)から供給される電力により駆動可能に構成されている。このように、アクチュエータ15aが電動機により構成されているので、例えば、アクチュエータ15aをシリンダやソレノイド等により構成する場合と比較して、第1荷重付与装置15の構造を簡素化すると共に小型化を図ることができる。また、第1荷重付与装置15の構造が複雑な場合には、第1荷重付与装置15が大型化し、第1クラッチ10の大型化を招くところ、第1荷重付与装置15の構造を簡素化すると共に小型化を図ることができれば、第1クラッチ10の小型化を図ることができる。
ピニオン15bは、アクチュエータ15aの動力を保持器14に伝達するための部材であり、図3に示すように、保持器14の第1荷重伝達部14bと噛み合う歯車状に形成され、第1荷重伝達部14bとの間に歯車機構を構成している。このピニオン15bによりアクチュエータ15aの動力が保持器14に伝達されることで、保持器14を介して第1スプラグ13に荷重が付与される。このように、第1荷重付与装置15は、保持器14を介して第1スプラグ13に荷重を付与するので、複数の第1スプラグ13に一度に荷重を付与することができ、効率良く第1スプラグ13に荷重を付与することができる。
上述したように構成される第1荷重付与装置15によれば、リボンスプリング16の付勢力に抗して第1スプラグ13に荷重を付与することで、第1スプラグ13を反セルフロック方向へ傾動させて、第1内輪11及び第1外輪12へのスプラグ13の係合を強制的に解除することができる。これにより、第1外輪12との相対回転で第1外輪12側から見て、第1内輪11が第1スプラグ13に対してロック方向(図5の矢印Ri方向)へ回転する場合、および、第1内輪11との相対回転で第1内輪11側から見て、第1外輪12が第1スプラグ13に対してロック方向(図5の矢印Ro方向)へ回転する場合でも、第1荷重付与装置15により第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合を強制的に解除することで、入力軸2から第1減速歯車3への動力の伝達および第1減速歯車3から入力軸2への動力の伝達を遮断することができる。
図2に戻って説明する。減速比変更装置としての第2減速歯車5は、モータ121からの入力回転を第1減速歯車3とは異なる減速比で減速する歯車対であり、図2に示すように、入力軸2から伝達された動力により駆動される駆動歯車5aと、その駆動歯車5aにより従動駆動される被動歯車5bとにより構成され、その減速比はDlに設定されている。ここで、第1減速歯車3の減速比Dhは、第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されており(Dh<Dl)、モータ121からの入力回転を第1減速歯車3により減速する場合には、第2減速歯車5により減速する場合よりも小さい減速比で減速するように構成されている。
伝達軸6は、第2減速歯車5に伝達された動力を出力軸4に伝達するものであり、図2に示すように、第1減速歯車3の被動歯車3bと一体に形成され、被動歯車3bからデファレンシャル装置7を介して出力軸4に動力を伝達するように構成されている。
第2クラッチ20は、第2減速歯車5と伝達軸6との間の動力の伝達および遮断を行うための装置であり、モータ121が正回転する場合に、動力を第2減速歯車5から伝達軸6に伝達する一方、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達を遮断すると共に、モータ121が逆回転する場合に、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達を遮断可能に構成されている。なお、この第2クラッチ20は、第1クラッチ10と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。
但し、第1クラッチ10では、第1内輪11が入力軸2と一体に形成されると共に第1外輪12が第1減速歯車3の駆動歯車3aと一体に形成されているのに対し、第2クラッチ20では、第2内輪21が伝達軸6と一体に形成されると共に第2外輪22が第2減速歯車5の被動歯車5bと一体に形成されている。
これにより、第2外輪22が、第2内輪21との相対回転で第2内輪21側から見て、第2スプラグ23に対して図5の矢印Ro方向(以下「ロック方向」と称す)へ回転する場合には、第2内輪21及び第2外輪22に第2スプラグ23が係合して、第2減速歯車5から伝達軸6に動力が伝達される。一方、第2外輪22が、第2内輪21との相対回転で第2内輪21側から見て、第2スプラグ23に対して図5の反矢印Ro方向(以下「フリー方向」と称す)へ回転する場合には、第2内輪21及び第2外輪22への第2プラグ23の係合が解除され、第2減速歯車5から伝達軸6への動力の伝達が遮断される。
また、第2内輪21が、第2外輪22との相対回転で第2外輪22側から見て、第2スプラグ23に対して図5の矢印Ri方向(以下「ロック方向」と称す)へ回転する場合には、第2内輪21及び第2外輪22に第2スプラグ23が係合して、伝達軸6から第2減速歯車5に動力が伝達される。一方、第2内輪21が、第2外輪22との相対回転で第2外輪22側から見て、第2スプラグ23に対して図5の反矢印Ri方向(以下「フリー方向」と称す)へ回転する場合には、第2内輪21及び第2外輪22への第2スプラグ23の係合が解除され、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達が遮断される。
これに対し、第2内輪21との相対回転で第2内輪21側から見て、第2外輪22が第2スプラグ23に対してロック方向へ回転する場合、および、第2外輪22との相対回転で第2外輪22側から見て、第2内輪21が第2スプラグ23に対してロック方向へ回転する場合でも、第2荷重付与装置により第2内輪21及び第2外輪22への第2スプラグ23の係合を強制的に解除することで、第2減速歯車5から伝達軸6への動力の伝達および伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達を遮断することができる。
第3クラッチ30は、入力軸2と第1減速歯車3との間の動力の伝達および遮断を行うためのものであり、出力軸4が正回転するように出力軸4に逆動力(出力軸4から入力軸2へ伝達される動力)が入力される場合に、逆動力を第1減速歯車3から入力軸2に伝達すると共に、モータ121が逆回転する場合に、入力軸2から第1減速歯車3に動力を伝達可能に構成されている。なお、この第3クラッチ30は、第1荷重付与装置15が省略されている以外は第1クラッチ10と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。
よって、第3内輪31が、第3外輪32との相対回転で第3外輪32側から見て、第3スプラグ33に対して図5の矢印Ri方向(以下「ロック方向」と称す)へ回転する場合には、第3内輪31及び第3外輪32に第3スプラグ33が係合して、入力軸2から第1減速歯車3に動力が伝達される。一方、第3内輪31が、第3外輪32との相対回転で第3外輪32側から見て、第3スプラグ33に対して図5の反矢印Ri方向(以下「フリー方向」と称す)へ回転する場合には、第3内輪31及び第3外輪32への第3スプラグ33の係合が解除され、入力軸2から第1減速歯車3への動力の伝達が遮断される。
また、第3外輪32が、第3内輪31との相対回転で第3内輪31側から見て、第3スプラグ33に対して図5の矢印Ro方向(以下「ロック方向」と称す)へ回転する場合には、第3内輪31及び第3外輪32に第3スプラグ33が係合して、第1減速歯車3から入力軸2に動力が伝達される。一方、第3外輪32が、第3内輪31との相対回転で第3内輪31側から見て、第3スプラグ33に対して図5の反矢印Ro方向(以下「フリー方向」と称す)へ回転する場合には、第3内輪31及び第3外輪32への第3スプラグ33の係合が解除され、第1減速歯車3から入力軸2への動力の伝達が遮断される。
次いで、図6から図8を参照して、上述したように構成される動力伝達装置130の作動状態について説明する。図6から図8は、動力伝達装置130の内部構造を模式的に示した模式図である。なお、図6から図8において、(a)は、内部構造の側面視を模式的に示しており、(b)は、内部構造の正面視を模式的に示している。
ここで、図6から図8では、理解を容易とするために、動力の伝達経路を矢印Pで示している。また、図6(b)、図7(b)及び図8(b)では、第1クラッチ10の第1内輪11及び第1外輪12、第2クラッチ20の第2内輪21及び第2外輪22、第3クラッチ30の第3内輪31及び第3外輪32の回転方向を矢印R,Fで示しており、矢印Rは回転方向が第1スプラグ13、第2スプラグ23及び第3スプラグ33に対してロック方向であることを、矢印Fは回転方向が第1スプラグ13、第2スプラグ23及び第3スプラグ33に対してフリー方向であることを、それぞれ表すと共に、矢印R,Fの大きさは回転速度の大きさを表している。
まず、図6及び図7を参照して、車両100の前進時における動力伝達装置130の作動状態について説明する。図6に示すように、車両100の前進時には、モータ121が正回転することで、第1クラッチ10の第1内輪11がロック方向へ回転すると共に第3クラッチ30の第3内輪31がフリー方向へ回転する。
ここで、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させた場合には、第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合が解除されることで、第1内輪11がロック方向へ回転している状態にあっても、入力軸2から第1減速歯車3への動力の伝達が遮断される。一方で、この場合には、モータ121の動力が入力軸2から第2減速歯車5に伝達されることで、第2クラッチ20の第2外輪22がロック方向へ回転する。その結果、第2クラッチ20により第2減速歯車5から伝達軸6に動力が伝達され、第1減速歯車3の被動歯車3bからデファレンシャル装置7を介して出力軸4に動力が伝達される。
また、この場合には、被動歯車3bに伝達された回転が駆動歯車3aに伝達されることで、第1クラッチ10の第1外輪12がフリー方向へ回転する。ここで、第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合および解除は、第1内輪11と第1外輪12との回転速度差で決定されるため、この場合には、第1減速歯車3の減速比Dhが第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されている分、第1クラッチ10では第1内輪11の回転速度が第1外輪12の回転速度よりも速くなり、相対的に第1内輪11がロック方向へ回転している状態と等しくなる。しかしながら、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させて第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合を強制的に解除した状態にあるので、第1減速歯車3から入力軸2への動力の伝達は遮断される。
このように、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させた場合には、モータ121からの入力回転を第2減速歯車5により減速して、第1減速歯車3よりも大きい減速比で減速することができる。この場合、車両100は低速段の走行状態となる。
これに対し、図7に示すように、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした場合には、第1クラッチ10において、第1内輪11(図5参照)及び第1外輪12へ第1スプラグ13が係合可能な状態となる。第1内輪11及び第1外輪12に第1スプラグ13が係合することで、入力軸2から第1減速歯車3に動力が伝達され、デファレンシャル装置7を介して出力軸4に動力が伝達される。
また、この場合には、第1減速歯車3に伝達された回転が被動歯車3bから伝達軸6に伝達されることで、第2クラッチ20の第2内輪21がフリー方向へ回転する。しかしながら、その回転方向はフリー方向であるため、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達は遮断される。
一方で、この場合には、モータ121の動力が入力軸2から第2減速歯車5に伝達されることで、第2クラッチ20の第2外輪22がロック方向へ回転する。しかしながら、第1減速歯車3の減速比Dhは第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されているので(Dh<Dl)、第2クラッチ20の第2外輪22がロック方向へ回転している状態にあっても、第2内輪21の回転速度が第2外輪22の回転速度よりも速くなるため、第2外輪22の回転は、第2内輪21との相対回転で第2内輪21側から見て、反ロック方向となり、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達は遮断される。
即ち、第1減速歯車3の減速比Dhが第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されている分、第2クラッチ20では第2内輪21の回転速度が第2外輪22の回転速度よりも速くなり、相対的に第2内輪21がフリー方向へ回転している状態と等しくなる。よって、第2減速歯車5から伝達軸6への動力の伝達は遮断される。このように、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした場合には、モータ121からの入力回転を第1減速歯車3により減速して、第2減速歯車5よりも小さい減速比で減速することができる。この場合、車両100は高速段の走行状態となる。
ここで、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした場合に、モータ121からの入力回転を第1減速歯車3により減速するためには、第1クラッチ10の第1スプラグ13が第1内輪11及び第1外輪12に係合し、入力軸2から第1クラッチ10及び第1減速歯車3を介して、出力軸4に動力を伝達する必要がある。そこで、第1クラッチ10の第1スプラグ13が第1内輪11及び第1外輪12に係合する条件について、以下検討する。
まず、低速段の走行状態における出力軸4の回転速度を求める。入力軸2の回転速度をαとし、出力軸4の回転速度をαlとすると、第2減速歯車5の減速比Dlより、αl=α/Dlである。また、出力軸4の回転速度αlの場合には、第1減速歯車3の減速比Dhより、第1クラッチ10の第1外輪12の回転速度はDh・αlである。
次に、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした場合に、第1クラッチ10の第1スプラグ13が第1内輪11及び第1外輪12に係合するためには、第1クラッチ10の第1内輪11の回転速度が第1外輪12の回転速度(Dh・αl)より速いことが必要である。変速後の入力軸2の回転速度、即ち第1クラッチ10の第1内輪11の回転速度をα´とすると、α´>Dh・αlとなる必要がある。αl=α/Dlより、これを解くと、α´>Dh/Dl・αとなる。なお、第1クラッチ10の第1内輪11の回転速度(回転数)は入力軸2の回転速度(回転数)と等しい。
即ち、第1クラッチ10の第1内輪11の回転速度α´≦Dh/Dl・αの場合、第1減速歯車3には動力が伝達されない。変速前の入力軸3の回転速度(回転数)と変速前後の減速比との関係で決まる回転数α´=Dh/Dl・αを、シフトアップ変速の場合の「第1同期回転数」と称する。このように、入力軸2から第1クラッチ10を介して出力軸4に動力を伝達するためには、変速後の入力軸2の回転速度(回転数)を第1同期回転数より大きくする必要がある。逆に、変速前の入力軸2の回転速度(回転数)を第1同期回転数以下にすることにより、入力軸2から第1クラッチ10を介して出力軸4への動力の伝達を遮断できる。
このように、シフトアップ変速を行う場合には、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とするだけで、変速が可能となる。また、入力軸2の回転数が第1同期回転数より低いときは、第1外輪12及び第1内輪11の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、モータ121から第1減速歯車3に動力は伝達されない。しかし、入力軸2の回転数を上げて第1同期回転数を超えると、第1クラッチ10における第1スプラグ13はセルフロック方向に傾動し、入力軸2から第1減速歯車3に動力が伝達される状態となる。このように、動力の伝達が行われる変速時には、入力軸2の回転数と第1同期回転数とが一致するため、回転数変化がないことと等しくなる。よって、アップシフト時の変速ショックを防止できる。
また、低速段で走行している状態では、入力軸2の回転数はα=α1・D1であり、第2クラッチ20を介して動力伝達されている(図6参照)。高速段への変速の際に変速ショックを防止するため、入力軸2の回転数をαからα´≦Dh/Dl・αに低下させるが、この間、車両100は惰性走行する。よって、車両100の速度はほとんど低下しない。そのため、出力軸4の回転数はα1を保ち、出力軸4と連動する伝達軸6の回転数も保たれる。一方、入力軸2の回転数が低下すると、第2減速歯車5の駆動歯車5aを介して被動歯車5bの回転数が低下する。それに伴って、被動歯車5bと一体に形成された第2クラッチ20の第2外輪22の回転数が低下する。その結果、第2外輪22が、第2内輪21との相対回転で第2内輪21側から見て、図5の反矢印Ro方向へ回転する。これにより、第2スプラグ23は第2内輪21及び第2外輪22に係合されない。そのため、第2減速歯車5と伝達軸6との間の動力の伝達が遮断される。従って、車両100の走行速度に影響を与えることなく(減速感が生じることなく)、入力軸2の回転数を低下させることができる。
次に、図6及び図7を参照して、シフトダウン変速を行う場合の動力伝達装置130について説明する。シフトダウン変速を行う場合も、シフトアップ変速の場合と同様に、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15(図4参照)の作動および非作動を切り替えることで変速が可能である。図7に示す高速段の状態から、図6に示す低速段の状態へシフトダウン変速を行うときは、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させる。その結果、第1クラッチ10において、第1内輪11(図5参照)及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合が解除されるため、第1減速歯車3の駆動歯車3aは入力軸2を空転し、動力は出力軸4へ伝達されなくなる。
一方で、この場合には、モータ121の動力が入力軸2から第2減速歯車5に伝達されることで、第2クラッチ20の第2外輪22がロック方向へ回転する。ここで、モータ121からの入力回転を第2減速歯車5により減速するためには、第2クラッチ20の第2スプラグ23が第2内輪21及び第2外輪22に係合し、入力軸2から第2減速歯車5、第2クラッチ20及び伝達軸6を介して、出力軸4に動力を伝達する必要がある。そこで、第2クラッチ20の第2スプラグ23が第2内輪21及び第2外輪22に係合する条件について、以下検討する。
まず、高速段の走行状態における伝達軸6の回転速度を求める。入力軸2の回転速度をαとし、伝達軸6の回転速度をαhとすると、第1減速歯車3の減速比Dhより、αh=α/Dhである。ここで、第2クラッチ20の第2スプラグ23が第2内輪21及び第2外輪22に係合するためには、第2クラッチ20の第2外輪22の回転速度が第2内輪21の回転速度より速いことが必要である。第2クラッチ20の第2内輪21の回転速度は伝達軸6の回転速度と同じαhである。変速後の入力軸2の回転速度をα´とすると、変速後の第2クラッチ20の第2外輪22の回転速度はα´/Dlである。第2クラッチ20の第2外輪22の回転速度が第2内輪21の回転速度より速くなるためには、α´/Dl>αhとなる必要がある。αh=α/Dhより、これを解くと、α´>Dl/Dh・αとなる。
即ち、入力軸2の回転速度α´≦Dl/Dh・αの場合、第2減速歯車5を介して出力軸4には動力が伝達されない。変速前の入力軸2の回転速度(回転数)と変速前後の減速比との関係で決まる回転数α´=Dl/Dh・αを、シフトダウン変速の場合の「第2同期回転数」と称する。このように、入力軸2から第2クラッチ20を介して出力軸4に動力を伝達するためには、変速後の入力軸2の回転速度(回転数)を第2同期回転数より大きくする必要がある。逆に、変速前の入力軸2の回転速度(回転数)を第2同期回転数以下にすることにより、入力軸2から第2クラッチ20を介して出力軸4への動力の伝達を遮断できる。
このように、シフトダウン変速を行う場合には、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させるだけで、変速が可能となる。また、入力軸2の回転数が第2同期回転数より低いときは、第2外輪22及び第2内輪21の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、モータ121から第2減速歯車5及び第2クラッチ20を介して出力軸4に動力は伝達されない。しかし、入力軸2の回転数を上げて第2同期回転数を超えると、第2クラッチ20における第2スプラグ23はセルフロック方向に傾動し、入力軸2から第2減速歯車5及び第2クラッチ20に動力が伝達される状態となる。このように、動力の伝達が行われる変速時には、入力軸2の回転数と第2同期回転数とが一致するため、回転数変化がないことと等しくなる。よって、ダウンシフト時の変速ショックを防止できる。
次いで、図8を参照して、車両100のコースト走行時(惰性走行時)における動力伝達装置130の作動状態について説明する。図8に示すように、車両100のコースト走行時には、出力軸4から逆動力が入力されることで、デファレンシャル装置7を介して第1減速歯車3に動力が伝達され、第1クラッチ10の第1外輪12がフリー方向へ回転すると共に第3クラッチ30の第3外輪32がロック方向へ回転する。その結果、第3クラッチ30により第1減速歯車3から入力軸2に動力が伝達される。
一方で、この場合には、第1減速歯車3の被動歯車3bから伝達軸6に回転が伝達されることで、第2クラッチ20の第2内輪21がフリー方向へ回転する。しかしながら、その回転方向はフリー方向であるため、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達が遮断される。
また、この場合には、入力軸2に動力が伝達されることで、第2減速歯車5に回転が伝達され、第2クラッチ20の第2外輪22がロック方向へ回転する。しかしながら、第1減速歯車3の減速比Dhは第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されているので(Dh<Dl)、第2クラッチ20の第2外輪22がロック方向へ回転している状態にあっても、第2減速歯車5から伝達軸6への動力の伝達は遮断される。
即ち、第1減速歯車3の減速比Dhが第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されている分、第2クラッチ20では第2内輪21の回転速度が第2外輪22の回転速度よりも速くなり、相対的に第2内輪21がフリー方向へ回転している状態と等しくなる。よって、第2減速歯車5から伝達軸6への動力の伝達は遮断される。
このように、車両100のコースト走行時には、出力軸4から入力される動力によりモータ121を発電機として機能させて、モータ121により発電した電力を電源に回生することができる。これにより、省エネルギー化を図ることができる。
次いで、図9を参照して、車両用制御装置1の詳細構成について説明する。図9は、車両用制御装置1の電気的構成を示したブロック図である。車両用制御装置1は、図9に示すように、CPU41、ROM42及びRAM43を備え、それらがバスライン44を介して入出力ポート45に接続されている。また、入出力ポート45には、第1荷重付与装置15等の装置が接続されている。
CPU41は、バスライン44により接続された各部を制御する演算装置であり、ROM42は、CPU41により実行される制御プログラム(例えば、図10に図示されるフローチャートのプログラム)や第1減速歯車3及び第2減速歯車5の減速比などの固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性のメモリである。RAM43は、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するためのメモリである。
なお、ROM42は、車両100の走行速度に応じた最適変速段マップ(図示せず)を格納している。最適変速段マップは、例えば、走行速度がV1未満のときの最適変速段は、減速比の大きな低速段、走行速度がV1以上のときの最適変速段は、低速段よりも減速比の小さな高速段のように設定されている。
走行速度検出装置50は、車軸の回転速度に比例したパルスを検出すると共に、その検出結果をCPU41に出力するための装置である。CPU41は、走行速度検出装置41から入力された検出結果から、車両100の走行速度を取得することができる。
荷重付与センサ装置51は、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15の作動または非作動を検出すると共に、その検出結果をCPU41に出力するための装置であり、第1荷重付与装置15の作動(ON)または非作動(OFF)をそれぞれ検出する荷重付与センサ(図示せず)と、荷重付与センサの検出結果を処理してCPU41に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。また、CPU41は、荷重付与センサ装置51から入力された検出結果に基づき、現在の変速段(現状変速段)を判断する。本実施の形態においては、CPU41は、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15が作動している場合は低速段であると判断し、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15が非作動である場合は高速段であると判断する。
アクセルペダルセンサ装置52は、アクセルペダル(図示せず)の操作量を検出すると共に、その検出結果をCPU41に出力するための装置であり、アクセルペダルの踏み込み量を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU41に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。また、CPU41は、アクセルペダルセンサ装置52から入力された検出結果に基づき、アクセル開度の状態を取得する。
入力軸回転数センサ装置53は、入力軸2の回転数を検出すると共に、その検出結果をCPU41に出力するための装置であり、回転数センサ(図示せず)と、その回転数センサの検出結果を処理してCPU41に出力する出力回路(図示せず)とを主に備えている。また、CPU41は、入力軸回転数センサ装置53から入力された入力軸2の回転数の検出結果と第1減速歯車3及び第2減速歯車5の減速比とに基づき、第1同期回転数および第2同期回転数を算出する。
図9に示す他の入出力装置60としては、例えば、車両100の加速度を検出する加速度センサなどが例示される。車両100の加速度の検出結果を考慮して、CPU41は変速要求があるかの判断を行うことも可能である。
次いで、図10を参照して、車両用制御装置1における変速制御処理について説明する。図10は第1実施の形態における変速制御処理を示すフローチャートである。この処理は、車両用制御装置130の電源が投入されている間、CPU41によって繰り返し(例えば、0.2ms間隔で)実行される処理であり、第1荷重付与装置15の作動または非作動を切り替えることで、上述した変速ショックを防止する。
CPU41は変速制御処理に関し、まず、アクセル開度が閉状態かを判断する(S1)。なお、この処理は、上述したように、アクセルペダルセンサ装置52(図9参照)の検出結果を用いて行われる。その結果、アクセル開度が閉状態でない(アクセルペダルが踏み込まれている)と判断される場合には(S1:No)、車両100は加速中であると判断されるため、次にCPU41は、車両100の走行速度を取得する(S2)。なお、この処理は、上述したように、走行速度検出装置50(図9参照)の検出結果を用いて行われる。次いで、S2の処理で取得した車両100の走行速度に応じた最適変速段と現状変速段(現在の変速段)を取得する(S3)。なお、この処理は、上述したように、ROM42に格納された最適変速段マップ(図示せず)と荷重付与センサ装置51(図9参照)の検出結果を用いて行われる。
次に、CPU41は現状変速段が最適変速段より低いかを判断する(S4)。その結果、現状変速段が最適変速段と等しいか現状変速段が最適変速段より高いと判断される場合には(S4:No)、アップシフト要求がないと判断されるため、この変速制御処理を終了する。一方、S4の処理の結果、現状変速段が最適変速段より低いと判断される場合には(S4:Yes)、現状変速段から高速段にシフトアップして最適変速段にするアップシフト要求があると判断されるため、次に、CPU41は入力軸2の回転数を取得する(S5)。なお、この処理は、上述したように、入力軸回転数センサ装置53の検出結果を用いて行われる。次いで、CPU41は高速段の第1同期回転数(Dh/Dl・α)を取得する(S6)。なお、この処理は、上述したように、S5の処理において取得した入力軸2の回転数(α)とROM42に格納された減速比(Dh,Dl)とから算出して取得する。
次に、CPU41は入力軸2の回転数を低下させるため、モータ121の回転数を低下させる(S7)。次いで、CPU41は、入力軸2の低下した回転数を取得する(S8)。次に、CPU41は、第1同期回転数より所定回転数(β)低い目標回転数と入力軸2の回転数とを比較して、入力軸2の回転数が目標回転数以上かつ第1同期回転数以下であるかを判断する(S9)。なお、βは各センサの精度にもよるが、第1同期回転数の10%程度とすることができる。その結果、入力軸2の回転数が目標回転数未満または第1同期回転数より大きいと判断される場合には(S9:No)、回転数が目標回転数以上かつ第1同期回転数以下であると判断されるまで、S8及びS9の処理を繰り返し行う。一方、S9の処理の結果、回転数が目標回転数以上かつ第1同期回転数以下であると判断される場合には(S9:Yes)、変速ショックが生じないと判断されるため、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動として(S10)、シフトアップを行い、この変速制御処理を終了する。
S10の処理により、入力軸2の回転数が第1同期回転数より低い間は、第1外輪12及び第1内輪11の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、入力軸2から第1減速歯車3に動力は伝達されない。運転者がアクセルペダル(図示せず)の踏込量を増やし、入力軸2の回転数が第1同期回転数を超えると、第1クラッチ10の第1スプラグ13はセルフロック方向に傾動し、入力軸2から第1減速歯車3に動力が伝達される状態となる。このように、動力が伝達される変速時には、入力軸2の回転数と第1同期回転数とが一致するため、回転数変化がないことと等しくなる。よって、アップシフト時の変速ショックを防止できる。
また、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とする処理(S10)の前のS8〜S9の処理において、入力軸2の低下した回転数が第1同期回転数より大きいときは、第2クラッチ20では、第2外輪22及び第2内輪21の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、第2クラッチ20に動力は伝達されない。さらに、入力軸2の回転数が第1同期回転数以下に低下して、S10の処理において第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした後も、入力軸2の回転数が第1同期回転数より低い間は、第1外輪12及び第1内輪11の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、動力は伝達されない。一方、車両100は、この間、惰性走行しほとんど減速しない。このため運転者に減速感を与えずに変速できる。さらに、変速ショックを防止する制御が入力軸2の回転数だけに基づいて行われると共に、第1荷重付与装置15の作動と非作動とを切り替えるだけで変速できるため、制御を簡素化できる。
一方、S1の処理の結果、アクセル開度が閉状態である(アクセルペダルが踏み込まれていない)と判断される場合には(S1:Yes)、CPU41はモータ121を停止させる(S11)。アクセルペダルが踏み込まれていない場合は、出力軸4から入力軸2に動力が入力される状態となり、図8に示すように、車両100はコースト走行(惰性走行)の状態となる。この場合には、モータ121を停止させ、出力軸4から入力される動力によりモータ121を発電機として機能させて、モータ121により発電した電力を電源に回生することができる。これにより、省エネルギー化を図ることができる。
次にCPU41は、車両100の走行速度を取得する(S12)。なお、この処理は、上述したように、走行速度検出装置50(図9参照)の検出結果を用いて行われる。次いで、S12の処理で取得した車両100の走行速度に応じた最適変速段と現状変速段(現在の変速段)を取得する(S13)。なお、この処理は、上述したように、ROM42に格納された最適変速段マップ(図示せず)と荷重付与センサ装置51(図9参照)の検出結果を用いて行われる。
次にCPU41は、現状変速段が最適変速段より高いかを判断する(S14)。その結果、現状変速段が最適変速段と等しいか現状変速段が最適変速段より低いと判断される場合には(S14:No)、ダウンシフト要求がないと判断されるため、この変速制御処理を終了する。一方、S14の処理の結果、現状変速段が最適変速段より高いと判断される場合には(S14:Yes)、現状変速段から低速段にシフトダウンして最適変速段にするダウンシフト要求があると判断されるため、次に、CPU41は入力軸2の回転数を取得する(S15)。なお、この処理は、上述したように、入力軸回転数センサ装置53の検出結果を用いて行われる。次いで、CPU41は低速段の第2同期回転数(Dl/Dh・α)を取得する(S16)。なお、この処理は、上述したように、S15の処理において取得した入力軸2の回転数(α)とROM42に格納された減速比(Dh,Dl)とから算出して取得する。
次にCPU41は、第2同期回転数と入力軸2の回転数とを比較して、入力軸2の回転数が第2同期回転数以下であるかを判断する(S17)。その結果、入力軸2の回転数が第2同期回転数より大きいと判断される場合には(S17:No)、シフトダウンを行わずに現状の変速段を維持するため、この変速制御処理を終了する。一方、S17の処理において、入力軸2の回転数が第2同期回転数以下であると判断される場合には(S17:Yes)、変速ショックが生じないと判断されるため、モータ121を駆動させると共に、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動して(S18)、シフトダウンを行い、この変速制御処理を終了する。
S18の処理により、入力軸2の回転数が変速後の第2同期回転数より低ければ、第2外輪22及び第2内輪21の相対回転方向が反セルフロック方向となるため、入力軸2から第2減速歯車5に動力は伝達されない。運転者がアクセルペダルの踏込量を増やし、入力軸3の回転数が変速後の第2同期回転数を超えると、第2クラッチ20における第2スプラグ23はセルフロック方向に傾動し、入力軸2から第2減速歯車5を介して出力軸4に動力が伝達される状態となる。このように、動力の伝達の切り替えが行われる変速時には、入力軸2の回転数と第2同期回転数とが一致するため、回転数変化がないことと等しくなる。よって、ダウンシフト時の変速ショックを防止できる。
次いで、図11を参照して、車両用制御装置1により制御される第2実施の形態における動力伝達装置200ついて説明する。図11は、第2実施の形態における動力伝達装置200の内部構造を模式的に示した模式図である。なお、図11では、理解を容易とするために、動力を伝達する機能を担う構成のみを図示している。以下、第1実施の形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明を省略する。
第2実施の形態における動力伝達装置200は、図11に示すように、入力軸2と、減速装置としての第1減速歯車3と、出力軸4と、第1クラッチ10と、減速比変更装置としての第2減速歯車5と、伝達軸6と、第2減速歯車5から伝達軸6までの動力の伝達経路上に配設される第2クラッチ220及び第4クラッチ240とを主に備えて構成されている。動力伝達装置200は、第1実施の形態において説明した車両100に搭載されるものである。
第2クラッチ220は、第2減速歯車5と伝達軸6との間の動力の伝達および遮断を行うためのものであり、モータ121が正回転する場合に、動力を第2減速歯車5から伝達軸6に伝達する一方、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達を遮断可能に構成されている。なお、この第2クラッチ220は、第1荷重付与装置15が省略されている以外は第1クラッチ10と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。
但し、第1クラッチ10では、第1内輪11が入力軸2と一体に形成されると共に第1外輪12が第1減速歯車3の駆動歯車3aと一体に形成されているのに対し、第2クラッチ220では、第2内輪221が伝達軸6と一体に形成されると共に第2外輪222が第2減速歯車5の被動歯車5bと一体に形成されている。これにより、第2外輪222が、第2内輪221との相対回転で第2内輪221側から見て、第2スプラグ223に対して矢印Ro方向(ロック方向)(図5参照)へ回転する場合には、第2内輪221及び第2外輪222に第2スプラグ223が係合して、第2減速歯車5から伝達軸6に動力が伝達される。一方、第2外輪222が、第2内輪221との相対回転で第2内輪221側から見て、第2スプラグ223に対して反矢印Ro方向(フリー方向)(図5参照)へ回転する場合には、第2内輪221及び第2外輪222への第2スプラグ223の係合が解除され、第2減速歯車5から伝達軸6への動力の伝達が遮断される。
また、第2内輪221が、第2外輪222との相対回転で第2外輪222側から見て、第2スプラグ223に対して矢印Ri方向(ロック方向)(図5参照)へ回転する場合には、第2内輪221及び第2外輪222に第2スプラグ223が係合して、伝達軸6から第2減速歯車5に動力が伝達される。一方、第2内輪221が、第2外輪222との相対回転で第2外輪222側から見て、第2スプラグ223に対して反矢印Ri方向(フリー方向)(図5参照)へ回転する場合には、第2内輪221及び第2外輪222への第2スプラグ223の係合が解除され、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達が遮断される。
第4クラッチ240は、第2減速歯車5と伝達軸6との間の動力の伝達および遮断を行うための装置であり、出力軸4が正回転するように出力軸4に逆動力が入力される場合に、逆動力を伝達軸6から第2減速歯車5に伝達すると共に、モータ121が逆回転する場合に、第2減速歯車5から伝達軸6に動力を伝達可能に構成されている。なお、この第4クラッチ240は、第1クラッチ10と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。
但し、第1クラッチ10では、第1内輪11が入力軸2と一体に形成されると共に第1外輪12が第1減速歯車3の駆動歯車3aと一体に形成されているのに対し、第4クラッチ240では、第4内輪241が伝達軸6と一体に形成されると共に第4外輪242が第2減速歯車5の被動歯車5bと一体に形成されている。
これにより、第4外輪242が、第4内輪241との相対回転で第4内輪241側から見て、第4スプラグ243に対して矢印Ro方向(ロック方向)(図5参照)へ回転する場合には、第4内輪241及び第4外輪242に第4スプラグ243が係合して、第2減速歯車5から伝達軸6に動力が伝達される。一方、第4外輪242が、第4内輪241との相対回転で第4内輪241側から見て、第4スプラグ243に対して反矢印Ro方向(フリー方向)(図5参照)へ回転する場合には、第4内輪241及び第4外輪242への第4スプラグ243の係合が解除され、第2減速歯車5から伝達軸6への動力の伝達が遮断される。
また、第4内輪241が、第4外輪242との相対回転で第4外輪242側から見て、第4スプラグ243に対して矢印Ri方向(ロック方向)(図5参照)へ回転する場合には、第4内輪241及び第4外輪242に第4スプラグ243が係合して、伝達軸6から第2減速歯車5に動力が伝達される。一方、第4内輪241が、第4外輪242との相対回転で第4外輪242側から見て、第4スプラグ243に対して反矢印Ri方向(フリー方向)(図5参照)へ回転する場合には、第4内輪241及び第4外輪242への第4スプラグ243の係合が解除され、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達が遮断される。
これに対し、第4内輪241との相対回転で第4内輪241側から見て、第4外輪242が第4スプラグ243に対してロック方向へ回転する場合、および、第4外輪242との相対回転で第4外輪242側から見て、第4内輪241が第4スプラグ243に対してロック方向へ回転する場合でも、図示しない第4荷重付与装置により、第4内輪241及び第4外輪242への第4スプラグ243の係合を強制的に解除することで、第2減速歯車5から伝達軸6への動力の伝達および伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達を遮断することができる。
次いで、図12から図14を参照して、上述したように構成される動力伝達装置200の作動状態について説明する。図12から図14は、動力伝達装置200の内部構造を模式的に示した模式図である。なお、図12から図14において、(a)は、内部構造の側面視を模式的に示しており、(b)は、内部構造の正面視を模式的に示している。
ここで、図12から図14では、理解を容易とするために、動力の伝達経路を矢印Pで示している。また、図12(b)、図13(b)及び図14(b)では、第1クラッチ10の第1内輪11及び第1外輪12、第2クラッチ220の第2内輪221及び第2外輪222、第4クラッチ240の第4内輪241及び第4外輪242の回転方向を矢印R,Fで示しており、矢印Rは回転方向が第1スプラグ13、第2スプラグ223及び第4スプラグ243に対してロック方向であることを、矢印Fは回転方向が第1スプラグ13、第2スプラグ223及び第4スプラグ243に対してフリー方向であることを、それぞれ表すと共に、矢印R,Fの大きさは回転速度の大きさを表している。
まず、図12及び図13を参照して、車両100の前進時における動力伝達装置200の作動状態について説明する。図12に示すように、車両100の前進時には、モータ121が正回転することで、第1クラッチ10の第1内輪11がロック方向へ回転する。
ここで、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させた場合には、第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合が解除されることで、第1内輪11がロック方向へ回転している状態にあっても、入力軸2から第1減速歯車3への動力の伝達は遮断される。
一方で、この場合には、モータ121の動力が入力軸2から第2減速歯車5に伝達されることで、第2クラッチ220の第2外輪222がロック方向へ回転すると共に第4クラッチ240の第4外輪242がフリー方向へ回転する。その結果、第2クラッチ220により第2減速歯車5から伝達軸6に動力が伝達され、第1減速歯車3の被動歯車3bからデファレンシャル装置7を介して出力軸4に動力が伝達される。
また、この場合には、被動歯車3bに伝達された回転が駆動歯車3aに伝達されることで、第1クラッチ10の第1外輪12がフリー方向へ回転する。ここで、第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合および解除は、第1内輪11と第1外輪12との回転速度差で決定されるため、この場合には、第1減速歯車3の減速比Dhが第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されている分、第1クラッチ10では第1内輪11の回転速度が第1外輪12の回転速度よりも速くなり、相対的に第1内輪11がロック方向へ回転している状態と等しくなる。しかしながら、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させて第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合を強制的に解除した状態にあるので、第1減速歯車3から入力軸2への動力の伝達は遮断される。このように、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させた場合には、モータ121からの入力回転を第2減速歯車5により減速して、第1減速歯車3よりも大きい減速比で減速することができる。
これに対し、図13に示すように、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした場合には、第1内輪11及び第1外輪12に第1スプラグ13が係合することで、入力軸2から第1減速歯車3に動力が伝達され、デファレンシャル装置7を介して出力軸4に動力が伝達される。また、この場合には、第1減速歯車3に伝達された回転が被動歯車3bから伝達軸6に伝達されることで、第2クラッチ220の第2内輪221がフリー方向へ回転すると共に第4クラッチ240の第4内輪241がロック方向へ回転する。この場合には、第1減速歯車3の減速比Dhが第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されている分、第4クラッチ240では第4内輪241の回転速度が第4外輪242の回転速度よりも速くなり、相対的に第4内輪241がロック方向へ回転している状態と等しくなる。よって、第4クラッチ240の第4荷重付与装置を作動させて第4内輪241及び第4外輪242への第4スプラグ243の係合を強制的に解除することで、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達を遮断することができる。
また、第1減速歯車3の減速比Dhが第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されている分、第2クラッチ220では第2内輪221の回転速度が第2外輪222の回転速度よりも速くなり、第2外輪222がロック方向へ回転している状態にあっても、相対的に第2内輪221がフリー方向へ回転している状態と等しくなる。よって、伝達軸6から第2減速歯車5への動力の伝達は遮断される。このように、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした場合には、モータ121からの入力回転を第1減速歯車3により減速して、第2減速歯車5よりも小さい減速比で減速することができる。
次いで、図13を参照して、車両100のコースト走行時(惰性走行時)における動力伝達装置200の作動状態について説明する。図13に示すように、車両100のコースト走行時には、出力軸4から逆動力が入力されることで、デファレンシャル装置7を介して第1減速歯車3に動力が伝達され、第1クラッチ10の第1外輪12がフリー方向へ回転する。一方で、この場合には、第1減速歯車3の被動歯車3bから伝達軸6に動力が伝達されることで、第2クラッチ220の第2内輪221がフリー方向へ回転すると共に第4クラッチ240の第4内輪241がロック方向へ回転する。その結果、第4クラッチ240により伝達軸6から第2減速歯車5に動力が伝達され、第2減速歯車5の駆動歯車5bから入力軸2に動力が伝達される。
また、この場合には、入力軸2に回転が伝達されることで、第1クラッチ10の第1内輪11がロック方向へ回転する。この場合には、第1減速歯車3の減速比Dhが第2減速歯車5の減速比Dlよりも小さく設定されている分、第1クラッチ10では第1内輪11の回転速度が第1外輪12の回転速度よりも速くなり、相対的に第1内輪11がロック方向へ回転している状態と等しくなる。よって、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させて第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合を強制的に解除することで、入力軸2から第1減速歯車3への動力の伝達を遮断することができる。このように、車両100のコースト走行時には、出力軸4から入力される動力によりモータ121を発電機として機能させて、モータ121により発電した電力を電源に回生することができる。これにより、省エネルギー化を図ることができる。
以上説明したように、本実施の形態における動力伝達装置200によれば、第1実施の形態における動力伝達装置130と同様に、モータ121の動力を効率良く後輪102に伝達できると共に小型化を図ることができる。また、モータ121と直列に配置される入力軸2上の構成を少なくすることで、スペース効率の良いレイアウトとして、小型化を図ることができる。
以上のように構成された第2実施の形態における動力伝達装置200も、第1実施の形態における動力伝達装置113と同様に、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15の作動と非作動とを切り替えることで、アップシフトとダウンシフトとを行うことができる。このため、第2実施の形態における動力伝達装置200も、第1実施の形態において説明した車両用制御装置1により制御できる。この車両用制御装置1における変速制御処理は、第1実施の形態において説明した変速制御処理(図10に示すフローチャート参照)と同様なので説明を省略する。車両用制御装置1によれば、第1実施の形態と同様に、アップシフト時およびダウンシフト時における変速ショックを防止できる。
次いで、図15を参照して、車両用制御装置1により制御される第3実施の形態における動力伝達装置300について説明する。図15は、第3実施の形態における動力伝達装置300の内部構造を模式的に示した模式図である。なお、図15では、理解を容易とするために、動力を伝達する機能を担う構成のみを図示している。以下、第1実施の形態と同一の部分については同一の符号を付して、その説明を省略する。
第3実施の形態における動力伝達装置300は、第1実施の形態において説明した車両100に搭載されるものである。また、動力伝達装置300は、図15に示すように、モータ121の動力が入力される入力軸2と、その入力軸2から動力が伝達される減速装置としての遊星歯車装置303と、その遊星歯車装置303から動力が伝達される出力軸4と、第1クラッチ310と、減速比変更装置としての第2クラッチ320と、第3クラッチ330とを主に備えて構成されている。
但し、本実施の形態では、図15に示すように、遊星歯車装置303に伝達された動力がデファレンシャル装置7を介して出力軸4に伝達されると共に、出力軸4に伝達された動力が動力伝達装置300の外部に出力され後輪102に伝達されるように構成されている。
遊星歯車装置3は、モータ121からの入力回転を減速するための歯車列であり、図15に示すように、モータ121からの入力回転が伝達されるサンギヤ303sと、そのサンギヤ303sの外周に噛合される複数のプラネタリギヤ303pと、それら複数のプラネタリギヤ303pに噛合されるリングギヤ303rと、複数のプラネタリギヤ303pを支持するキャリア303cとを備えて構成されている。
また、この遊星歯車装置303は、リングギヤ303rがサンギヤ303sの回転中心回りに回転可能に構成されると共に、キャリア303cがサンギヤ303sの回転中心回りに回転されることでモータ121からの入力回転を出力軸4に伝達可能に構成されている。
第1クラッチ310は、モータ121が正回転する場合に、モータ121からの入力回転を入力軸2からキャリア303cに遮断可能に伝達する一方、キャリア303cから入力軸2への回転の伝達を遮断するように構成されている。なお、第1クラッチ310は、第1実施の形態において説明した第1クラッチ10と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。
但し、第1クラッチ310の第1内輪311は、入力軸2と一体に形成されており、第1クラッチ310の第1外輪312は、キャリア303cと一体に形成されている。また、第1スプラグ313は、第1実施の形態において説明したように、第1内輪311と第1外輪312とを係合する機能を担う部材である。
モータ121が正回転する場合には、第1内輪311が、第1外輪312との相対回転で第1外輪312側から見て、第1スプラグ313に対して矢印Ri方向(ロック方向)(図5参照)へ回転することで、第1内輪311及び第1外輪312に第1スプラグ313が係合して、モータ121からの入力回転が入力軸2からキャリア303cに伝達される。一方、モータ121が逆回転する場合には、第1内輪311が、第1外輪312との相対回転で第1外輪312側から見て、第1スプラグ313に対して反矢印Ri方向(フリー方向)(図5参照)へ回転することで、接点Bに作用する摩擦力により第1スプラグ313がリボンスプリング16の付勢力に抗して反セルフロック方向へ傾動する。その結果、第1内輪311及び第1外輪312への第1スプラグ313の係合が解除され、入力軸2からキャリア303cへの入力回転の伝達が遮断される。
また、第1外輪312が、第1内輪311との相対回転で第1内輪311側から見て、第1スプラグ313に対して矢印Ro方向(ロック方向)(図5参照)へ回転する場合には、第1内輪311及び第1外輪312に第1スプラグ313が係合して、キャリア303cから入力軸2に回転が伝達される。一方、第1外輪312が、第1内輪311との相対回転で第1内輪311側から見て、第1スプラグ313に対して反矢印反Ro方向(フリー方向)(図5参照)へ回転する場合には、接点Aに作用する摩擦力により第1スプラグ313がリボンスプリング16の付勢力に抗して反セルフロック方向へ傾動する。その結果、第1内輪311及び第1外輪312への第1スプラグ313の係合が解除され、キャリア303cから入力軸2への回転の伝達が遮断される。
また、第1クラッチ310は図示しない第1荷重付与装置を備えているので、第1荷重付与装置を作動させ、リボンスプリング16の付勢力に抗して第1スプラグ313に荷重を付与することで、第1スプラグ313を反セルフロック方向へ傾動させて、第1内輪311及び第1外輪312への第1スプラグ313の係合を強制的に解除することができる。
これにより、第1内輪311が、第1外輪312との相対回転で第1外輪312側から見て、第1スプラグ313に対してロック方向(矢印Ri方向)へ回転する場合、および、第1外輪312が、第1内輪311との相対回転で第1内輪311側から見て、第1スプラグ313に対してロック方向(矢印Ro方向)へ回転する場合でも、第1荷重付与装置により第1内輪311及び第1外輪312への第1スプラグ313の係合を強制的に解除することで、入力軸2からキャリア303cへの入力回転の伝達およびキャリア303cから入力軸2への回転の伝達が遮断される。
第2クラッチ320は、リングギヤ303rの回転の規制および解除を行うためのものである。なお、この第2クラッチ320は、第1クラッチ10(第1クラッチ310)と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。
但し、第1クラッチ310では、第1内輪311が入力軸2と一体に形成されると共に第1外輪312がキャリア303cと一体に形成されているのに対し、第2クラッチ320では、第2内輪321がリングギヤ303rと一体に形成されると共に、第2外輪322が動力伝達装置300の外郭をなすケース300aに回転不能に固定されている。
これにより、第2内輪321が、第2外輪322との相対回転で第2外輪322側から見て、第2スプラグ323に対してロック方向(矢印Ri方向)へ回転する場合には、第2内輪321及び第2外輪322に第2スプラグ323が係合して、リングギヤ303rの回転が規制される。一方、第2内輪321が、第2外輪322との相対回転で第2外輪322側から見て、第2スプラグ323に対してフリー方向(反矢印Ri方向)へ回転する場合には、第2内輪321及び第2外輪322への第2スプラグ323の係合が解除され、リングギヤ303rの回転の規制が解除される。
これに対し、第2内輪321が第2スプラグ323に対してロック方向へ回転する場合でも、図示しない第2荷重付与装置により第2内輪321及び第2外輪322への第2スプラグ323の係合を強制的に解除することで、リングギヤ303rの回転の規制が解除される。
第3クラッチ330は、モータ121が逆回転する場合に、モータ121からの入力回転を入力軸2からキャリア303cに伝達するためのものである。なお、この第3クラッチ330は、第1荷重付与装置15が省略されている以外は第1クラッチ10(第1クラッチ310)と同様に構成されているため、詳細な説明を省略する。
但し、第1クラッチ310では、モータ121が正回転する場合に、第1内輪311が第1スプラグ313に対してロック方向(矢印Ri方向)へ回転するが、第3クラッチ330では、モータ121が逆回転する場合に、第3内輪331が第3スプラグ333に対してロック方向(矢印Ri方向)へ回転するように構成されている。
これにより、モータ121が逆回転する場合には、第3内輪331が、第3外輪332との相対回転で第3外輪332側から見て、第3スプラグ333に対してロック方向(矢印Ri方向)へ回転することで、第3内輪331及び第3外輪332に第3スプラグ333が係合して、モータ121からの入力回転が入力軸2からキャリア303cに伝達される。一方、モータ121が正回転する場合には、第3内輪331が、第3外輪332との相対回転で第3外輪332側から見て、第3スプラグ333に対してフリー方向(反矢印Ri方向)へ回転することで、第3内輪331及び第3外輪332への第3スプラグ333の係合が解除され、入力軸2からキャリア303cへの入力回転の伝達が遮断される。
また、第3外輪332が、第3内輪331との相対回転で第3内輪331側から見て、第3スプラグ333に対してロック方向(矢印Ro方向)へ回転する場合には、第3内輪331及び第3外輪332に第3スプラグ333が係合して、キャリア303cから入力軸2に回転が伝達される。一方、第3外輪332が、第3内輪331との相対回転で第3内輪331側から見て、第3スプラグ333に対してフリー方向(反矢印Ro方向)へ回転する場合には、第3内輪331及び第3外輪332への第3スプラグ333の係合が解除され、キャリア303cから入力軸2への回転の伝達が遮断される。
次いで、図16から図18を参照して、上述したように構成される動力伝達装置300の作動状態について説明する。図16から図18は、動力伝達装置300の内部構造を模式的に示した模式図である。なお、図16から図18において、(a)は、内部構造の側面視を模式的に示しており、(b)は、内部構造の正面視を模式的に示している。
ここで、図16から図18では、理解を容易とするために、動力の伝達経路を矢印Pで示している。また、図16(b)、図17(b)及び図18(b)では、第1クラッチ310の第1内輪311及び第2外輪312、第2クラッチ320の第1内輪321及び第2外輪322、第3クラッチ330の第1内輪331及び第2外輪332の回転方向を矢印R,Fで示しており、矢印Rは回転方向が第1スプラグ313、第2スプラグ323及び第3スプラグ333に対してロック方向であることを、矢印Fは回転方向が第1スプラグ313、第2スプラグ323及び第3スプラグ333に対してフリー方向であることを、それぞれ表すと共に、矢印R,Fの大きさは回転速度の大きさを表している。
まず、図16及び図17を参照して、車両100の前進時における動力伝達装置300の作動状態について説明する。図16に示すように、車両100の前進時には、モータ121が正回転することで、第1クラッチ310の内輪311がロック方向へ回転すると共に第3クラッチ330の第3内輪331がフリー方向へ回転する。
ここで、第1クラッチ310の第1荷重付与装置を作動させた場合には、第1内輪311及び第1外輪312への第1スプラグ313の係合が解除されることで、第1内輪311がロック方向へ回転している状態にあっても、入力軸2からキャリア303aへの入力回転の伝達が遮断される。
一方、遊星歯車装置303では、サンギヤ303sが回転することで、サンギヤ303sの回転がプラネタリギヤ303pに伝達されると共にプラネタリギヤ303pを介してリングギヤ303rに伝達される。この場合、リングギヤ303rが回転することで、第2クラッチ320の第2内輪321がロック方向へ回転し、リングギヤ303rの回転が規制される。これにより、サンギヤ303sに伝達された入力回転がプラネタリギヤ303pにより減速されキャリア303cを介して出力軸4に伝達される。
また、この場合には、キャリア303cから第1クラッチ310の第1外輪312にフリー方向への回転が入力されるが、第1クラッチ310では第1内輪311の回転速度が第1外輪312の回転速度よりも速いため、相対的に第1内輪311がロック方向へ回転している状態と等しくなる。よって、第1クラッチ310の第1荷重付与装置を作動させて第1内輪311及び第1外輪312への第1スプラグ313の係合を強制的に解除することで、入力軸2からキャリア303cへの入力回転の伝達は遮断される。これにより、第1クラッチ310の第1荷重付与装置を作動させた場合、サンギヤ303sの歯数をa、リングギヤ303rの歯数をbとすれば、減速比(入力/出力)は1+b/aと表すことができる。
これに対し、図17に示すように、第1クラッチ310の第1荷重付与装置を非作動とした場合には、第1内輪311及び第1外輪312に第1スプラグ313が係合することで、モータ121からの入力回転が入力軸2からキャリア303cに伝達される。
また、遊星歯車装置303では、入力回転が入力軸2からサンギヤ303sに伝達されると共に第1クラッチ310により入力回転が入力軸2からキャリア303cに伝達されるので、サンギヤ303sとキャリア303cとが一体回転する。この場合には、ピニオンギヤ303p及びリングギヤ303rも一体回転する。よって、第2クラッチ320の第2内輪321はフリー方向への回転となり、キャリア303cから出力軸4への入力回転の伝達に影響を与えない。これにより、減速装置としての遊星歯車装置303の動作を規制して、モータ121からの入力回転が減速されることなく、入力軸2から出力軸4に伝達される。
次いで、図18を参照して、車両100のコースト走行時(惰性走行時)における動力伝達装置300の作動状態について説明する。図18に示すように、車両100のコースト走行時には、キャリア303cが回転することで、第1クラッチ310の第1外輪312がフリー方向へ回転すると共に第3クラッチ330の第3外輪332がロック方向へ回転する。よって、第3クラッチ330によりキャリア303cから入力軸2に回転が伝達される。
また、遊星歯車装置303では、第3クラッチ330の第3内輪331とサンギヤ303sとが一体に形成されているので、サンギヤ303sとキャリア303cとが一体回転する。この場合には、ピニオンギヤ303p及びリングギヤ303rも一体回転する。よって、第2クラッチ320の第2内輪321はフリー方向への回転となり、キャリア303cから入力軸2への回転の伝達に影響を与えない。
よって、車両100のコースト走行時には、入力軸2が回転することで、モータ121を発電機として機能させることができる。これにより、モータ121により発電した電力を電源に回生することで、省エネルギー化を図ることができる。
以上説明したように、本実施の形態における動力伝達装置300によれば、第1実施の形態における動力伝達装置130と同様に、モータ121の動力を効率良く後輪102に伝達できると共に小型化を図ることができる。また、動力伝達装置300によれば、第1クラッチ310の第1荷重付与装置の作動および非作動を切り替えることで、複雑な制御を必要とせずに入力回転を変速できる。
以上のように構成された第3実施の形態における動力伝達装置300は、第1実施の形態において説明した車両用制御装置1により制御される。車両用制御装置1における変速制御処理を示すフローチャートは、第1実施の形態における変速制御処理を示すフローチャート(図10参照)と同様なので説明を省略する。車両用制御装置1によれば、第1実施の形態と同様に、アップシフト時およびダウンシフト時における変速ショックを防止できると共に、アップシフト時に減速感が生じることを防止できる。
なお、図10に示すフローチャート(変速制御処理)において、請求項1記載の回転数取得手段としてはS8の処理が、アップシフト要求判断手段としてはS4の処理が、高速段回転数判断手段としてはS9の処理が、荷重解除手段としてはS10の処理がそれぞれ該当する。請求項3記載のダウンシフト要求手段としてはS14の処理が、低速段回転数判断手段としてはS17の処理が、荷重付与手段としてはS18の処理がそれぞれ該当する。
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
上記各実施の形態では、第1荷重付与装置15(アクチュエータ15a)、第2荷重付与装置、第3荷重付与装置及び第4荷重付与手段が電動機(交流電動機または直流電動機)により構成される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の動力源を採用することは当然可能である。他の動力源としては、例えば、直流電動機、油圧モータ、空気圧シリンダ、油圧シリンダ、交流ソレノイド及び直流ソレノイド等が例示される。
ここで、アクチュエータ15aをソレノイドにより構成する場合には、歯車機構などにより第1スプラグ13、第2スプラグ23,223、第3スプラグ33,333、第4スプラグ243に荷重を付与する場合に限られず、例えば、電磁力を利用して第1スプラグ13等に荷重を付与するように構成しても良い。
上記各実施の形態では、図10に示すフローチャート(変速制御処理)におけるS9の処理において、入力軸2の回転数が第1同期回転数より所定回転数(β)低い目標回転数以上かつ第1同期回転数以下であるかを判断したが、必ずしもこれに限られるものではなく、入力軸2の回転数が第1同期回転数以下であるかを判断する場合もある。この場合も、低速段から高速段への切り替え時に、減速感を生じさせることなく変速ショックを防止できる。
上記第1実施の形態では説明を省略したが、車両100の前進時において第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした場合に、第2クラッチ20の第2荷重付与装置を作動させて第2内輪21及び第2外輪22への第2スプラグ23の係合を強制的に解除しても良い。同様に、車両100のコースト走行時に、第1クラッチ10及び第2クラッチ20の第1荷重付与装置15及び第2荷重付与装置を作動させて第1内輪11、第1外輪12、第2内輪21及び第2外輪22への第1スプラグ13及び第2スプラグ23の係合を強制的に解除しても良い。
上記第2実施の形態では説明を省略したが、車両100の前進時において第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を非作動とした場合に、第4クラッチ240の第4荷重付与装置を作動させて第4内輪241及び第4外輪242への第4スプラグ243の係合を強制的に解除しても良い。同様に、車両100のコースト走行時に、第1クラッチ10の第1荷重付与装置15を作動させて第1内輪11及び第1外輪12への第1スプラグ13の係合を強制的に解除しても良い。
上記第3実施の形態では説明を省略したが、車両100の前進時において第1クラッチ310の第1荷重付与装置を非作動とした場合に、第2クラッチ320の第2荷重付与装置を作動させて第2内輪321及び第2外輪322への第2スプラグ323の係合を強制的に解除しても良い。同様に、車両100のコースト走行時に、第1クラッチ310及び第2クラッチ320の第1荷重付与装置および第2荷重付与装置を作動させて、第1内輪311、第1外輪312、第2内輪321及び第2外輪322への第1スプラグ313及び第2スプラグ323の係合を強制的に解除しても良い。
1 車両用制御装置
2 入力軸
3 第1減速歯車(減速装置)
4 出力軸
5 第2減速歯車(減速比変更装置)
10 第1クラッチ
11 第1内輪
11a 外周面
12 第1外輪
12a 内周面
13 第1スプラグ
13a,13b 係合面
14 保持器
15 第1荷重付与装置
16 リボンスプリング(付勢部材)
20,220,320 第2クラッチ(減速比変更装置)
21,221,321 第2内輪
22,222,322 第2外輪
23,223,323 第2スプラグ
100 車両
121 モータ
303 遊星歯車装置(減速装置)
A,B 接点
O 軸心

Claims (3)

  1. モータの動力が入力される入力軸と、
    その入力軸または前記モータから動力が伝達されると共に、伝達された動力による入力回転を減速する減速装置と、
    その減速装置から動力が伝達される出力軸と、
    前記入力軸から前記減速装置までの動力の伝達経路上に配設され、前記モータが正回転する場合に、動力を前記入力軸から前記減速装置に遮断可能に伝達する一方、前記減速装置から前記入力軸への動力の伝達を遮断する第1クラッチと、
    その第1クラッチにより前記入力軸から前記減速装置へ動力が伝達される場合に前記減速装置の動作を規制して前記モータからの入力回転を前記出力軸に伝達する、又は、前記入力軸から動力が伝達されると共に前記第1クラッチにより前記入力軸から前記減速装置への動力の伝達が遮断される場合に前記入力軸から伝達される入力回転を前記減速装置の減速比よりも大きい減速比で減速し前記出力軸に伝達する減速比変更装置とを備え、
    前記第1クラッチは、
    断面円形状の外周面を有し軸心回りに回転可能に構成される第1内輪と、
    その第1内輪の外周面に対向する断面円形状の内周面を有し前記軸心回りに回転可能に構成される第1外輪と、
    その第1外輪の内周面および前記第1内輪の外周面にそれぞれ接する係合面を有し前記第1内輪の外周面および前記第1外輪の内周面の対向間において円周方向に複数配設される第1スプラグと、
    その第1スプラグを前記第1内輪の外周面および前記第1外輪の内周面の円周方向へ傾動可能に保持する保持器と、
    前記第1スプラグに付勢力を付与して前記第1内輪の外周面および前記第1外輪の内周面に前記第1スプラグの係合面が接するようにその第1スプラグを前記円周方向のセルフロック方向へ傾動させる付勢部材と、
    その付勢部材の付勢力に抗して前記保持器を介して前記第1スプラグに荷重を付与して前記セルフロック方向とは逆方向であって前記円周方向の反セルフロック方向へ前記第1スプラグを傾動させる第1荷重付与装置とを備えた車両に用いられる車両用制御装置であって、
    前記入力軸の回転数を取得する回転数取得手段と、
    前記車両に減速比の大きな低速段から高速段への変速要求があるかを判断するアップシフト要求判断手段と、
    そのアップシフト要求判断手段により前記変速要求があると判断される場合に、前記回転数取得手段により取得された入力軸の回転数が、前記第1クラッチの第1内輪の回転数と第1外輪の回転数とが一致する前記入力軸の第1同期回転数以下であるかを判断する高速段回転数判断手段と、
    その高速段回転数判断手段により前記入力軸の回転数が第1同期回転数以下であると判断される場合に、前記第1クラッチの第1荷重付与装置を非作動として、前記第1クラッチの第1スプラグに付与した荷重を解除する荷重解除手段とを備えていることを特徴とする車両用制御装置。
  2. 前記荷重解除手段は、前記高速段回転数判断手段により前記回転数が第1同期回転数より所定回転数低い目標回転数以上かつ前記第1同期回転数以下であると判断される場合に、前記第1荷重付与装置を非作動として、前記第1クラッチの第1スプラグに付与した荷重を解除することを特徴とする請求項1記載の車両用制御装置。
  3. 前記車両に減速比の大きな低速段への変速要求があるかを判断するダウンシフト要求判断手段と、
    そのダウンシフト要求判断手段により前記変速要求があると判断される場合に、前記回転数取得手段により取得された入力軸の回転数が、第2同期回転数以下であるかを判断する低速段回転数判断手段と、
    その低速段回転数判断手段により前記入力軸の回転数が第2同期回転数以下であると判断される場合に、前記第1クラッチの第1荷重付与装置を作動して、前記第1クラッチの第1スプラグに荷重を付与する荷重付与手段とを備え、
    前記車両の前記減速比変更装置は、前記第1クラッチによる入力軸から減速装置への動力の遮断および伝達に連動して結合および解除される第2クラッチを備え、
    前記第2クラッチは、
    断面円形状の外周面を有し軸心回りに回転可能に構成される第2内輪と、
    その第2内輪の外周面に対向する断面円形状の内周面を有し前記軸心回りに回転可能に構成される第2外輪と、
    その第2外輪の内周面および前記第2内輪の外周面にそれぞれ接する係合面を有し前記第2内輪の外周面および前記第2外輪の内周面の対向間において円周方向に複数配設される第2スプラグと、
    その第2スプラグを前記第2内輪の外周面および前記第2外輪の内周面の円周方向へ傾動可能に保持する保持器と、
    前記第2スプラグに付勢力を付与して前記第2内輪の外周面および前記第2外輪の内周面に前記第2スプラグの係合面が接するようにその第2スプラグを前記円周方向のセルフロック方向へ傾動させる付勢部材とを備え、
    前記第2同期回転数は、前記第2クラッチの第2内輪の回転数と第2外輪の回転数とが一致する前記入力軸の回転数であることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用制御装置。
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