WO2024024541A1 - 噛み合いクラッチ係合制御システム - Google Patents

噛み合いクラッチ係合制御システム Download PDF

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WO2024024541A1
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phase difference
signal
envelope
dog clutch
engaging member
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優介 木村
修平 大江
大吾 荒木田
孝範 犬塚
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株式会社デンソー
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/08—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially
    • F16D11/10—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/02—Control by fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/06—Control by electric or electronic means, e.g. of fluid pressure

Definitions

  • the present disclosure relates to a dog clutch engagement control system.
  • a dog clutch engagement control system that detects the timing at which a first engagement member and a second engagement member that rotate at different rotational speeds can be engaged.
  • the first engaging member and the second engaging member are provided on the radial outer side of the dog clutch at an axial position spanning the respective gear teeth, and the area of both gear teeth within the detection range is A configuration of a phase difference sensor that detects a rotational phase difference is disclosed.
  • the node of the beat wave output by the phase difference sensor corresponds to the timing at which the dog clutch can engage.
  • Patent Document 2 discloses a technique of performing Hilbert transformation on a phase difference sensor signal input to an arithmetic device to calculate an envelope.
  • the arithmetic device in Patent Document 2 A/D converts a phase difference sensor signal input as an analog signal, and calculates an engagement possible timing by numerical calculation using a digital value.
  • the dog clutch has a large number of teeth or the dog clutch has a high rotational speed, the frequency of the phase difference sensor signal becomes high, which may exceed the response speed of the arithmetic device.
  • An object of the present disclosure is to provide a dog clutch engagement control system in which a calculation device can appropriately calculate the engagement timing even if the frequency of the phase difference sensor signal is high.
  • the dog clutch engagement control system of the present disclosure includes a dog clutch, a phase difference detection device, and a calculation device.
  • the dog clutch has a first gear tooth row formed in the circumferential direction, a first engagement member that rotates around an axis, and a second gear tooth row that can mesh with the first gear tooth row is formed in the circumferential direction, It has a second engaging member that rotates coaxially and in the same direction as the first engaging member. The relative movement of the first engagement member and the second engagement member in the axial direction switches between the engaged state and the released state of the first engagement member and the second engagement member.
  • the phase difference detection device includes a phase difference sensor and an envelope extraction circuit.
  • the phase difference sensor outputs a phase difference sensor signal in which the rotational phase difference between the first engagement member and the second engagement member appears as the amplitude of a beat wave.
  • the envelope extraction circuit extracts the waveform envelope of the phase difference sensor signal and outputs an envelope signal that is an analog signal.
  • the calculation device converts the envelope signal input from the phase difference detection device from analog to digital, and performs numerical calculations using the digital values to determine when the amplitude of the envelope is less than or equal to the determination threshold, when the dog clutch can be engaged. Calculate as timing.
  • the arithmetic device since the low-frequency envelope signal extracted by the envelope extraction circuit is input to the arithmetic device, the arithmetic device recognizes the envelope waveform with a small number of sample points and performs the correlation based on the amplitude of the envelope. It is possible to calculate the timing. Therefore, when the number of teeth of the dog clutch is large or the rotational speed of the dog clutch is high, even if the frequency of the phase difference sensor signal is high, the calculation device can appropriately calculate the engagement timing.
  • FIG. 1 is a diagram of a first configuration example of a vehicle to which a dog clutch engagement control system is applied
  • FIG. 2 is a diagram of a second configuration example of a vehicle to which the dog clutch engagement control system is applied
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the dog clutch engagement control system according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the detection range of the phase difference sensor
  • FIG. 5 is a diagram of the waveform and envelope of the phase difference sensor signal
  • FIG. 6A is a diagram of a diode detection circuit which is an example of an envelope extraction circuit
  • FIG. 1 is a diagram of a first configuration example of a vehicle to which a dog clutch engagement control system is applied
  • FIG. 2 is a diagram of a second configuration example of a vehicle to which the dog clutch engagement control system is applied
  • FIG. 3 is a configuration diagram of the dog clutch engagement control system according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the detection range of the phase difference sensor
  • FIG. 5 is a
  • FIG. 6B is a diagram of a transistor detection circuit which is another embodiment of the envelope extraction circuit
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a dog clutch engagement control system according to a second embodiment
  • FIG. 8 is a configuration diagram of a dog clutch engagement control system according to a third embodiment
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a dog clutch engagement control system according to a fourth embodiment.
  • a dog clutch engagement control system will be described based on the drawings. Substantially the same configurations in the plurality of embodiments are given the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the following first to fourth embodiments are collectively referred to as "this embodiment".
  • the dog clutch engagement control system of the present embodiment controls the timing at which a first engaging member and a second engaging member that rotate at different rotational speeds can be engaged in a dog clutch provided in a power train system of a vehicle. It is a detection system.
  • FIGS. 1 and 2 A configuration example of a vehicle 90 to which the dog clutch engagement control system is applied will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • This vehicle 90 is an electric vehicle that uses the main engine motor 6 as a power source. Electric vehicles include electric vehicles and hybrid vehicles.
  • the main motor 6 is composed of an MG (motor generator), and the rotational speed ⁇ M of the main motor 6 is detected by a rotation sensor 56. A resolver is typically used as the rotation sensor 56.
  • FIGS. 1 and 2 show an example of the configuration of a vehicle 90 that is a front-wheel drive vehicle.
  • the left and right front wheels are drive wheels 91 connected to a drive shaft 95, and the left and right rear wheels are driven wheels 92 connected to a non-drive shaft 96.
  • the left and right drive wheels 91 are provided with wheel speed sensors 59 that detect the wheel rotation speed ⁇ T.
  • the clutch is engaged during straight running, and the wheel rotational speed ⁇ T of the left and right drive wheels 91 is set to be equal.
  • a dog clutch 10 is provided between the main engine motor 6 and the reduction gear 7.
  • a dog clutch 10 is provided between the speed reducer 7 and the differential gear 94.
  • the dog clutch 10 includes a first engagement member 11, a second engagement member 12, and a linear actuator 15.
  • the first engagement member 11 has a first gear tooth row 13 formed in the circumferential direction, and rotates about its axis.
  • the second engaging member 12 has a second gear tooth row 14 formed in the circumferential direction that can mesh with the first gear tooth row 13, and rotates coaxially and in the same direction as the first engaging member 11.
  • the number of teeth of the first gear tooth row 13 and the second gear tooth row 14 is, for example, 60 (pitch angle of adjacent teeth is 6°).
  • the linear actuator 15 causes the first engagement member 11 and the second engagement member 12 to move relative to each other in the axial direction.
  • the linear actuator 15 may be provided not only on the first engagement member 11 side but also on the second engagement member 12 side.
  • the first gear tooth row 13 and the second gear tooth row 14 become engaged.
  • the first engagement member 11 and the second engagement member 12 move in a direction away from each other, they enter a released state in which the engagement is released. That is, the relative movement of the first engaging member 11 and the second engaging member 12 in the axial direction switches between the engaged state and the released state of the first engaging member 11 and the second engaging member 12.
  • the first engaging member 11 is directly coupled to the motor shaft 81 of the main engine motor 6.
  • the second engagement member 12 is coupled to a post-clutch motor shaft 82 that is input to the reducer 7 .
  • the speed reducer 7 reduces the rotation of the post-clutch motor shaft 82 and rotates the differential gear input shaft 84 .
  • the first engagement member 11 is coupled to the output shaft 83 after deceleration by the speed reducer 7. That is, the first engaging member 11 is coupled to the motor shaft 81 of the main motor 6 via the reducer 7.
  • the second engagement member 12 is coupled to a differential gear input shaft 84.
  • the dog clutch engagement control system 100 includes a dog clutch 10, a phase difference detection device 20, and a calculation device 30.
  • the phase difference detection device 20 detects the difference between the first engagement member 11 and the second engagement member 12. The rotational phase difference with the mating member 12 is detected.
  • the calculation device 30 calculates the timing at which the dog clutch 10 can be engaged.
  • the “timing at which dog clutch 10 can be engaged” will be appropriately referred to as “engagement timing.”
  • the calculation device 30 drives the linear actuator 15 to engage the dog clutch 10 based on the calculated engagement timing.
  • the arithmetic device 30 may predict future engagement timing using the technique disclosed in Patent Document 2, taking into account the engagement delay time.
  • the detailed configurations of the phase difference detection device 20 and the arithmetic device 30 will be described later for each embodiment.
  • the dashed arrows from rotation sensor 56 and wheel speed sensor 59 in FIGS. 1 and 2 indicate optional configurations used in certain embodiments.
  • the configuration in which the motor rotation speed ⁇ M is input from the rotation speed sensor 56 to the phase difference detection device 20 via the signal processing circuit 35 is employed in the first embodiment.
  • the configuration in which the wheel rotation speed ⁇ T is input from the wheel speed sensor 59 to the phase difference detection device 20 is employed in the second embodiment.
  • the arithmetic device of Patent Document 2 A/D converts the phase difference sensor signal input as an analog signal, and calculates the engagement possible timing by numerical calculation using digital values.
  • the dog clutch has a large number of teeth or the clutch rotational speed is high, the frequency of the phase difference sensor signal becomes high, which may exceed the response speed of the arithmetic device. Therefore, in this embodiment, a system configuration is adopted in which the arithmetic device 30 can respond appropriately even when the frequency of the phase difference sensor signal is high.
  • the code of the phase difference detection device is assigned the code of the embodiment to the third digit following "20".
  • the first engagement member 11 of the dog clutch 10 is coupled to the motor shaft 81, and the second engagement member 12 is coupled to the post-clutch motor shaft 82, in accordance with vehicle configuration example 1 in FIG.
  • a speed reducer 7 may be provided between the main engine motor 6 and the dog clutch 10 in accordance with vehicle configuration example 2 in FIG. In that case, the rotation speed of the first engagement member 11 is calculated by multiplying the motor rotation speed ⁇ M by the reduction ratio of the reduction gear 7.
  • the phase difference detection device 201 includes a phase difference sensor 21, an oscillation circuit 22, a mixing circuit 23, and an envelope extraction circuit 24.
  • Arithmetic device 30 includes an A/D conversion circuit 31 and an engagement timing calculation circuit 32.
  • the phase difference sensor 21, envelope extraction circuit 24, and arithmetic unit 30 of the phase difference detection device 201 will be explained first, and then the oscillation circuit 22 and the mixing circuit 23 will be explained.
  • the phase difference sensor 21 is similar to those disclosed in Patent Documents 1 and 2, and is composed of, for example, a Hall element and a magnet.
  • the phase difference sensor 21 has an axial position spanning the first gear tooth row 13 and the second gear tooth row 14 as a detection range SA, and faces the clutch axis Z from the outside in the radial direction so as not to interfere with the dog clutch 10.
  • the phase difference sensor 21 detects the total area of the first gear tooth row 13 and the second gear tooth row 14 that pass within the detection range SA as the gear rotates.
  • the area of one gear tooth within the detection range SA is maximum and the area of the other gear tooth is 0, and the total area is an intermediate value between the maximum value and the minimum value.
  • the phase difference sensor signal When the first engaging member 11 and the second engaging member 12 are rotating at different rotational speeds, the phase difference sensor signal has a frequency of "clutch rotational speed x number of teeth" as shown in FIG. It becomes a rolling wave. For example, when the number of teeth is 60 at 6000 rpm (100 Hz), the phase difference sensor signal has a high frequency of 6000 Hz. Furthermore, the rotational phase difference between the first engaging member 11 and the second engaging member 12 appears as the amplitude of the beat wave.
  • the phase difference sensor signal is converted by the mixing circuit 23 into a converted signal with a lower frequency.
  • the term "phase difference sensor signal” includes not only the signal directly output by the phase difference sensor 21 but also the signal after conversion by the mixing circuit 23.
  • the envelope extraction circuit 24 extracts the envelope of the phase difference sensor signal waveform after conversion by the mixing circuit 23, and outputs the envelope signal, which is an analog signal, to the arithmetic unit 30.
  • the frequency of the envelope depends on the difference in rotational speed between the first engagement member 11 and the second engagement member 12. The smaller the difference in rotation speed, the lower the frequency of the envelope.
  • the envelope extraction circuit 24 can be configured by a detection circuit used in radios and the like.
  • the diode detection circuit shown in FIG. 6A includes a diode D, a capacitor C, and a resistor R.
  • the transistor detection circuit shown in FIG. 6B includes a transistor Tr, capacitors C1 and C2, and resistors R1, R2, and R3.
  • the A/D conversion circuit 31 of the arithmetic device 30 performs analog-to-digital conversion of the envelope signal input from the envelope extraction circuit 24 of the phase difference detection device 201. At this time, the number of data points sampled by the A/D conversion circuit 31 is sufficient so that the waveform of the envelope signal can be recognized.
  • the engagement timing calculation circuit 32 calculates the engagement timing at which the dog clutch can be engaged by numerical calculation using digital values. As shown in FIG. 5, the period during which the amplitude of the envelope signal is equal to or less than the determination threshold is calculated as the engagement timing.
  • the arithmetic unit samples the phase difference sensor signal as it is, performs Hilbert transform on the digital value of the phase difference sensor signal, and calculates the envelope. I needed to take more.
  • the frequency of the phase difference sensor signal becomes extremely high, the number of samples becomes enormous, and there is a risk that the response speed will exceed the processing capacity of the arithmetic unit.
  • the low-frequency envelope signal extracted by the envelope extraction circuit 24 is input to the arithmetic unit 30, so the arithmetic unit 30 recognizes the envelope waveform with a small number of samples and The engagement timing can be calculated based on the amplitude of . Therefore, when the number of teeth of the dog clutch 10 is large or the rotation speed of the dog clutch 10 is high, the calculation device 30 can appropriately calculate the engagement timing even if the frequency of the phase difference sensor signal is high.
  • the corresponding frequency range of the detection circuit is determined by the element constants of the circuit.
  • the clutch rotation speed varies over a wide range of approximately 0 to 10,000 rpm, so there is a concern that the frequency range of the phase difference sensor signal may exceed the frequency range corresponding to the envelope extraction circuit 24. be. Therefore, the phase difference detection device 201 of the first embodiment employs a superheterodyne configuration including the oscillation circuit 22 and the mixing circuit 23, and makes the frequency of the signal input from the mixing circuit 23 to the envelope extraction circuit 24 constant.
  • the mixing circuit 23 is provided between the phase difference sensor 21 and the envelope extraction circuit 24.
  • the oscillation circuit 22 receives a phase difference sensor signal of frequency fp from the phase difference sensor 21 and also receives a specific frequency signal from the oscillation circuit 22 .
  • the specific frequency signal is a signal of a specific frequency fo that corresponds to the rotational speed of the first engaging member 11 or the second engaging member 12.
  • the specific frequency fo is different from the frequency fp of the phase difference sensor signal (fp ⁇ fo).
  • the oscillation circuit 22 receives a clutch rotation signal correlated to the rotation speed of the first engagement member 11 or the second engagement member 12, and oscillates, that is, generates a specific frequency signal based on the clutch rotation signal. Note that before the dog clutch 10 is engaged, the rotation speed of the first engagement member 11 and the rotation speed of the second engagement member 12 are approximately close to each other, so if either one of the rotation speeds is used, good.
  • the motor rotation speed ⁇ M detected by the rotation sensor 56 of the main engine motor 6 is used as the clutch rotation signal.
  • the rotation sensor 56 is composed of a resolver
  • the resolver signal is processed by the signal processing circuit 35 and input to the oscillation circuit 22.
  • the arithmetic device 30 also functions as the signal processing circuit 35
  • the resolver signal may be input to the oscillation circuit 22 via the arithmetic device 30.
  • information on the motor rotation speed ⁇ M may be notified from the signal processing circuit 35 to the arithmetic device 30.
  • the oscillation circuit 22 generates a specific frequency signal based on the motor rotation speed ⁇ M as a clutch rotation signal.
  • the oscillation circuit 22 generates a specific frequency signal of a specific frequency fo corresponding to the frequency of the clutch rotation signal
  • the mixing circuit 23 mixes the phase difference sensor signal and the specific frequency signal to generate a difference.
  • the converted signal of frequency fd is output to the envelope extraction circuit 24.
  • a second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the second embodiment is applied to a vehicle 90 in which rotation of the second engagement member 12 is transmitted to drive wheels 91.
  • the oscillation circuit 22 of the phase difference detection device 202 generates a specific frequency signal as a clutch rotation signal based on the wheel rotation speed ⁇ T detected by the wheel speed sensor 59.
  • vehicle configuration example 1 shown in FIG. The value obtained becomes the clutch rotation signal.
  • the second embodiment also provides the same effects as the first embodiment.
  • phase difference detection device 203 of the third embodiment a phase difference sensor signal outputted by the phase difference sensor 21 is input to the oscillation circuit 22 as the clutch rotation signal, instead of a signal from an external sensor.
  • the oscillation circuit 22 generates a specific frequency signal using the phase difference sensor signal.
  • the mixing circuit 23 outputs the converted signal having the difference frequency fd to the envelope extraction circuit 24.
  • the function of generating a specific frequency signal by the oscillation circuit 22 can be completed within the input phase difference detection device 203. . Therefore, the configuration based on signal input from an external sensor is simplified. Furthermore, the risk of system abnormality due to external sensor failure or communication abnormality is avoided.
  • phase difference detection device 204 of the fourth embodiment includes only a phase difference sensor 21 and an envelope extraction circuit 24, and does not include an oscillation circuit 22 and a mixing circuit 23.
  • the configuration of the phase difference detection device 204 can be simplified. Note that the effect of inputting the low-frequency envelope signal extracted by the envelope extraction circuit 24 to the arithmetic device 30 is the same in the fourth embodiment as in the first to third embodiments.
  • the dog clutch engagement control system of the present disclosure is applicable not only to dog clutches installed in power train systems of electric vehicles, but also to rotary shafts used in various applications such as power trains of engine vehicles and power transmission mechanisms of general machinery. Applicable to dog clutches installed in In particular, when the dog clutch has a large number of teeth or when the clutch rotates at a high rotation speed, the effects of the present disclosure are significantly exhibited.
  • the vehicle 90 may be a four-wheel drive vehicle in which both the front wheels and the rear wheels are drive wheels. Furthermore, when applied to a power train of an engine vehicle, an engine crank rotation speed sensor signal is used instead of the resolver signal of the first embodiment as a "clutch rotation signal correlated to the rotation speed of the first engagement member 11.” may be input to the oscillation circuit 22.
  • the specific configuration of the envelope extraction circuit 24 is not limited to the detection circuit illustrated in FIGS. 6A and 6B.
  • a filter circuit or an amplifier circuit may be added to each part of the circuits in FIGS. 6A and 6B to improve accuracy.
  • the computing device and methods described in this disclosure are implemented by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. may be done.
  • the computing devices and techniques described in this disclosure may be implemented by a dedicated computer provided by a processor configured with one or more dedicated hardware logic circuits.
  • the arithmetic device and method described in the present disclosure may be implemented using a combination of a processor and memory programmed to perform one or more functions and a processor configured by one or more hardware logic circuits. It may be implemented by one or more dedicated computers configured.
  • the computer program may also be stored as instructions executed by a computer on a computer-readable non-transitory tangible storage medium.

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Abstract

噛み合いクラッチ（１０）は、第１ギヤ歯列（１３）が周方向に形成された第１係合部材（１１）と、第２ギヤ歯列（１４）が周方向に形成された第２係合部材（１２）との軸方向相対移動により、係合状態及び解放状態が切り替わる。位相差検出装置（２０）の位相差センサ（２１）は、第１係合部材（１１）と第２係合部材（１２）との回転位相差がうなり波の振幅として現れる位相差センサ信号を出力する。包絡線抽出回路（２２）は、位相差センサ信号の波形の包絡線を抽出し、アナログ信号である包絡線信号を出力する。演算装置（３０）は、位相差検出装置（２０）から入力された包絡線信号をアナログデジタル変換し、デジタル値を用いた数値演算により、包絡線の振幅が判定閾値以下となるタイミングを、噛み合いクラッチが係合可能なタイミングとして算出する。

Description

噛み合いクラッチ係合制御システム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２２年７月２７日に出願された日本出願番号２０２２－１１９３４５号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、噛み合いクラッチ係合制御システムに関する。
　従来、異なる回転数で回転する第１係合部材と第２係合部材とが係合可能なタイミングを検出する噛み合いクラッチ係合制御システムが知られている。例えば特許文献１には、第１係合部材及び第２係合部材の各ギヤ歯に跨った軸方向位置において噛み合いクラッチの径方向外側に設けられ、検出範囲内の両ギヤ歯の面積により、回転位相差を検出する位相差センサの構成が開示されている。位相差センサが出力するうなり波の節部が、噛み合いクラッチが係合可能なタイミングに相当する。また特許文献２には、演算装置に入力された位相差センサ信号をヒルベルト変換して包絡線を算出する技術が開示されている。
特開２０２１－０２５６５８号公報 特開２０２１－０２５５６１号公報
　特許文献２の演算装置は、アナログ信号で入力された位相差センサ信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル値を用いた数値演算により係合可能タイミングを算出する。噛み合いクラッチの歯数が多い場合や噛み合いクラッチの回転数が高い場合、位相差センサ信号の周波数が高くなり、演算装置の応答速度を超えるおそれがある。
　本開示の目的は、位相差センサ信号の周波数が高くても、演算装置が係合タイミングを適切に算出可能な噛み合いクラッチ係合制御システムを提供することにある。
　本開示の噛み合いクラッチ係合制御システムは、噛み合いクラッチと、位相差検出装置と、演算装置と、を備える。
　噛み合いクラッチは、第１ギヤ歯列が周方向に形成され、軸中心に回転する第１係合部材、及び、第１ギヤ歯列と噛み合い可能な第２ギヤ歯列が周方向に形成され、第１係合部材と同軸かつ同方向に回転する第２係合部材を有する。第１係合部材と第２係合部材との軸方向相対移動により、第１係合部材と第２係合部材との係合状態及び解放状態が切り替わる。
　位相差検出装置は、位相差センサ及び包絡線抽出回路を含む。位相差センサは、第１係合部材と第２係合部材との回転位相差がうなり波の振幅として現れる位相差センサ信号を出力する。包絡線抽出回路は、位相差センサ信号の波形包絡線を抽出し、アナログ信号である包絡線信号を出力する。
　演算装置は、位相差検出装置から入力された包絡線信号をアナログデジタル変換し、デジタル値を用いた数値演算により、包絡線の振幅が判定閾値以下となるタイミングを、噛み合いクラッチが係合可能なタイミングとして算出する。
　本開示では、包絡線抽出回路で抽出された低周波の包絡線信号が演算装置に入力されるため、演算装置は、少ないサンプル点数で包絡線波形を認識し、包絡線の振幅に基づいて係合タイミングを算出可能である。よって、噛み合いクラッチの歯数が多い場合や噛み合いクラッチの回転数が高い場合、位相差センサ信号の周波数が高くても、演算装置は係合タイミングを適切に算出することができる。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、噛み合いクラッチ係合制御システムが適用される車両の構成例１の図であり、 図２は、噛み合いクラッチ係合制御システムが適用される車両の構成例２の図であり、 図３は、第１実施形態による噛み合いクラッチ係合制御システムの構成図であり、 図４は、位相差センサの検出範囲を示す模式図であり、 図５は、位相差センサ信号の波形及び包絡線の図であり、 図６Ａは、包絡線抽出回路の一実施例であるダイオード検波回路の図であり、 図６Ｂは、包絡線抽出回路の他の実施例であるトランジスタ検波回路の図であり、 図７は、第２実施形態による噛み合いクラッチ係合制御システムの構成図であり、 図８は、第３実施形態による噛み合いクラッチ係合制御システムの構成図であり、 図９は、第４実施形態による噛み合いクラッチ係合制御システムの構成図である。
　複数の実施形態による噛み合いクラッチ係合制御システムを図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下の第１～第４実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の噛み合いクラッチ係合制御システムは、車両のパワートレイン系に設けられた噛み合いクラッチにおいて、異なる回転数で回転する第１係合部材と第２係合部材とが係合可能なタイミングを検出するシステムである。
　［車両、噛み合いクラッチ係合制御システム］
　図１、図２を参照し、噛み合いクラッチ係合制御システムが適用される車両９０の構成例を説明する。この車両９０は、主機モータ６を動力源とする電動車両である。電動車両には電気自動車及びハイブリッド自動車を含む。主機モータ６はＭＧ（モータジェネレータ）で構成されており、主機モータ６の回転数ωＭは回転センサ５６により検出される。回転センサ５６として典型的にはレゾルバが使用される。
　図１、図２にはＦＦ車である車両９０の構成例を示す。左右の前輪は駆動軸９５に連結された駆動輪９１であり、左右の後輪は非駆動軸９６に連結された従動輪９２である。以下、従動輪９２に関する言及は省略する。左右の駆動輪９１には、車輪回転数ωＴを検出する車輪速センサ５９が設けられている。本実施形態では原則として直進走行時におけるクラッチ係合を想定し、左右の駆動輪９１の車輪回転数ωＴは等しいものとする。
　主機モータ６のモータ軸８１の回転は減速機７で減速され、デファレンシャルギヤ９４及び駆動軸９５を介して駆動輪９１に伝達される。図１の車両構成例１では主機モータ６と減速機７との間に噛み合いクラッチ１０が設けられている。図２の車両構成例２では減速機７とデファレンシャルギヤ９４との間に噛み合いクラッチ１０が設けられている。
　噛み合いクラッチ１０は、第１係合部材１１、第２係合部材１２及び直動アクチュエータ１５を有する。第１係合部材１１は、第１ギヤ歯列１３が周方向に形成され、軸中心に回転する。第２係合部材１２は、第１ギヤ歯列１３と噛み合い可能な第２ギヤ歯列１４が周方向に形成され、第１係合部材１１と同軸かつ同方向に回転する。第１ギヤ歯列１３及び第２ギヤ歯列１４の歯数は例えば６０（隣接する歯のピッチ角度６°）となる。
　直動アクチュエータ１５は、第１係合部材１１と第２係合部材１２とを軸方向に相対移動させる。直動アクチュエータ１５は、第１係合部材１１側に限らず、第２係合部材１２側に設けられてもよい。第１係合部材１１と第２係合部材１２とが互いに近接する方向に移動すると、第１ギヤ歯列１３と第２ギヤ歯列１４とが噛み合う係合状態となる。第１係合部材１１と第２係合部材１２とが互いに離間する方向に移動すると、噛み合いが解除される解放状態となる。つまり、第１係合部材１１と第２係合部材１２との軸方向相対移動により、第１係合部材１１と第２係合部材１２との係合状態及び解放状態が切り替わる。
　図１の車両構成例１では、第１係合部材１１が主機モータ６のモータ軸８１に直接結合されている。第２係合部材１２は、減速機７に入力されるクラッチ後モータ軸８２に結合されている。減速機７は、クラッチ後モータ軸８２の回転を減速してデファレンシャルギヤ入力軸８４を回転させる。
　図２の車両構成例２では、第１係合部材１１が減速機７による減速後の出力軸８３に結合されている。つまり、第１係合部材１１が主機モータ６のモータ軸８１に減速機７を介して結合されている。第２係合部材１２は、デファレンシャルギヤ入力軸８４に結合されている。
　噛み合いクラッチ係合制御システム１００は、噛み合いクラッチ１０、位相差検出装置２０及び演算装置３０を備える。噛み合いクラッチ１０の解放状態で第１係合部材１１と第２係合部材１２とが互いに異なる回転数で回転しているとき、位相差検出装置２０は、第１係合部材１１と第２係合部材１２との回転位相差を検出する。
　演算装置３０は、位相差検出装置２０が出力した信号に基づき、噛み合いクラッチ１０が係合可能なタイミングを算出する。以下、「噛み合いクラッチ１０が係合可能なタイミング」を適宜「係合タイミング」と記す。演算装置３０は、算出された係合タイミングに基づき、直動アクチュエータ１５を駆動して噛み合いクラッチ１０を係合させる。なお、特許文献２に開示された技術により噛み合いの作動遅れ時間を考慮し、演算装置３０は将来の係合タイミングを予測してもよい。
　位相差検出装置２０及び演算装置３０の詳細な構成については実施形態毎に後述する。図１、図２において回転センサ５６及び車輪速センサ５９からの破線矢印は、ある実施形態で使用されるオプション構成を示している。回転数センサ５６から信号処理回路３５を経由してモータ回転数ωＭが位相差検出装置２０に入力される構成は、第１実施形態で採用される。車輪速センサ５９から車輪回転数ωＴが位相差検出装置２０に入力される構成は、第２実施形態で採用される。
　ところで、特許文献２の演算装置は、アナログ信号で入力された位相差センサ信号をＡ／Ｄ変換し、デジタル値を用いた数値演算により係合可能タイミングを算出する。噛み合いクラッチの歯数が多い場合やクラッチの回転数が高い場合、位相差センサ信号の周波数が高くなり、演算装置の応答速度を超えるおそれがある。そこで本実施形態では、位相差センサ信号の周波数が高い場合でも演算装置３０が適切に応答可能となるようなシステム構成を採用する。
　続いて図３～図９を参照し、第１～第４実施形態の噛み合いクラッチ係合制御システムの構成について順に説明する。各実施形態において位相差検出装置の符号は、「２０」に続く３桁目に実施形態の符号を付す。特に断らない限り、図１の車両構成例１に準じ、噛み合いクラッチ１０の第１係合部材１１はモータ軸８１に結合され、第２係合部材１２はクラッチ後モータ軸８２に結合された構成を前提として説明する。ただし、各実施形態において図２の車両構成例２に準じ、主機モータ６と噛み合いクラッチ１０との間に減速機７が設けられてもよい。その場合、第１係合部材１１の回転数はモータ回転数ωＭに減速機７の減速比を乗じて算出される。
　（第１実施形態）
　図３～図６Ｂを参照し、第１実施形態について説明する。図３において噛み合いクラッチ１０及び主機モータ６の構成は、図１、図２を参照して上述した通りである。位相差検出装置２０１は、位相差センサ２１、発振回路２２、混合回路２３及び包絡線抽出回路２４を含む。演算装置３０は、Ａ／Ｄ変換回路３１及び係合タイミング算出回路３２を含む。説明の都合上、先に位相差検出装置２０１の位相差センサ２１、包絡線抽出回路２４及び演算装置３０について説明した後、発振回路２２及び混合回路２３について説明する。
　位相差センサ２１は特許文献１、２に開示されたものと同様であり、例えばホール素子と磁石とにより構成される。位相差センサ２１は、第１ギヤ歯列１３と第２ギヤ歯列１４とに跨がった軸方向位置を検出範囲ＳＡとし、噛み合いクラッチ１０と干渉しない径方向外側からクラッチ軸線Ｚを向くように配置される。図４に示すように、位相差センサ２１は、回転に伴って検出範囲ＳＡ内を通過する第１ギヤ歯列１３及び第２ギヤ歯列１４の合計面積を検出する。噛み合い可能な回転位相では、検出範囲ＳＡ内の一方のギヤ歯の面積が最大で他方のギヤ歯の面積が０となり、合計面積は最大値と最小値との中間値となる。
　第１係合部材１１と第２係合部材１２とが互いに異なる回転数で回転しているとき、図５に示すように、位相差センサ信号は、「クラッチ回転数×歯数」の周波数を有するうなり波となる。例えば６０００ｒｐｍ（１００Ｈｚ）で歯数が６０のとき、位相差センサ信号は６０００Ｈｚの高周波となる。また、第１係合部材１１と第２係合部材１２との回転位相差がうなり波の振幅として現れる。位相差センサ信号は、混合回路２３で周波数が低下した変換後信号に変換される。位相差センサ２１が直接出力した信号だけでなく、混合回路２３の変換後信号を含めて「位相差センサ信号」と表す。
　包絡線抽出回路２４は、混合回路２３による変換後の位相差センサ信号波形の包絡線を抽出し、アナログ信号である包絡線信号を演算装置３０に出力する。包絡線の周波数は第１係合部材１１と第２係合部材１２との回転数の差に依存する。回転数の差が小さいほど包絡線の周波数は低くなる。
　具体的に包絡線抽出回路２４は、ラジオ等に用いられる検波回路により構成することができる。例えば、図６Ａに示すダイオード検波回路は、ダイオードＤ、コンデンサＣ及び抵抗Ｒを含んで構成される。また、図６Ｂに示すトランジスタ検波回路は、トランジスタＴｒ、コンデンサＣ１、Ｃ２及び抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を含んで構成される。
　演算装置３０のＡ／Ｄ変換回路３１は、位相差検出装置２０１の包絡線抽出回路２４から入力された包絡線信号をアナログデジタル変換する。このとき、Ａ／Ｄ変換回路３１がサンプルするデータ点数は、包絡線信号の波形を認識可能な点数で十分である。係合タイミング算出回路３２は、デジタル値を用いた数値演算により、噛み合いクラッチが係合可能な係合タイミングを算出する。図５に示すように、包絡線信号の振幅が判定閾値以下となる期間が係合タイミングとして算出される。
　特許文献２の従来技術では演算装置が位相差センサ信号をそのままサンプルし、位相差センサ信号のデジタル値をヒルベルト変換して包絡線を算出するため、位相差センサ信号の周波数が高いほどサンプル点数を多く取る必要があった。位相差センサ信号の周波数が非常に高くなるとサンプル数が膨大となり、演算装置の処理能力による応答速度を超えるおそれがあった。
　それに対し本実施形態では、包絡線抽出回路２４で抽出された低周波の包絡線信号が演算装置３０に入力されるため、演算装置３０は、少ないサンプル点数で包絡線波形を認識し、包絡線の振幅に基づいて係合タイミングを算出可能である。よって、噛み合いクラッチ１０の歯数が多い場合や噛み合いクラッチ１０の回転数が高い場合、位相差センサ信号の周波数が高くても、演算装置３０は係合タイミングを適切に算出することができる。
　ここで、上述のような検波回路で構成される包絡線抽出回路２４では回路の素子定数等によって検波回路の対応周波数範囲が決まる。一方、車両の構成や使用環境によっては、クラッチ回転数は０～１００００ｒｐｍ程度の広い範囲で変化するため、位相差センサ信号の周波数範囲が包絡線抽出回路２４の対応周波数範囲を超えてしまう懸念がある。そこで第１実施形態の位相差検出装置２０１は、発振回路２２及び混合回路２３によるスーパーヘテロダインの構成を採用し、混合回路２３から包絡線抽出回路２４に入力される信号の周波数を一定とする。
　混合回路２３は、位相差センサ２１と包絡線抽出回路２４との間に設けられる。発振回路２２には、位相差センサ２１から周波数ｆｐの位相差センサ信号が入力されると共に、発振回路２２から特定周波数信号が入力される。特定周波数信号は、第１係合部材１１又は第２係合部材１２の回転数に応じた特定周波数ｆｏの信号である。特定周波数ｆｏは、位相差センサ信号の周波数ｆｐと異なる（ｆｐ≠ｆｏ）。混合回路２３は、位相差センサ信号と特定周波数信号とを混合し、二つの信号の差分周波数ｆｄ（＝｜ｆｐ－ｆｏ｜）を有する変換後信号を包絡線抽出回路２４に出力する。
　発振回路２２は、第１係合部材１１又は第２係合部材１２の回転数に相関するクラッチ回転信号が入力され、当該クラッチ回転信号に基づいて特定周波数信号を発振、すなわち生成する。なお、噛み合いクラッチ１０の係合前には、第１係合部材１１の回転数と第２係合部材１２の回転数とはほぼ近い値となるため、いずれか一方の回転数が用いられればよい。
　混合回路２３から包絡線抽出回路２４に出力される差分周波数ｆｄを一定とするため、発振回路２２は、クラッチ回転数に応じて、「ｆｏ＝ｆｐ±ｆｄ」となるように特定周波数ｆｏを決定し、特定周波数信号を生成する。すると、混合回路２３が位相差センサ信号と特定周波数信号とを混合したとき、一定の差分周波数ｆｄを有する変換後信号が包絡線抽出回路２４に入力されることとなる。
　第１実施形態では、クラッチ回転信号として、主機モータ６の回転センサ５６が検出したモータ回転数ωＭが用いられる。例えば回転センサ５６がレゾルバで構成される場合、レゾルバ信号は信号処理回路３５で処理されて発振回路２２に入力される。演算装置３０が信号処理回路３５の機能を兼ねる場合、レゾルバ信号は演算装置３０を経由して発振回路２２に入力されてもよい。また、図３に破線矢印で示すように、信号処理回路３５から演算装置３０にモータ回転数ωＭの情報が通知されてもよい。発振回路２２は、クラッチ回転信号としてのモータ回転数ωＭに基づいて特定周波数信号を生成する。
　このように第１実施形態では、発振回路２２がクラッチ回転信号の周波数に応じた特定周波数ｆｏの特定周波数信号を生成し、混合回路２３が位相差センサ信号と特定周波数信号とを混合して差分周波数ｆｄの変換後信号を包絡線抽出回路２４に出力する。差分周波数ｆｄが常に包絡線抽出回路２４の対応周波数範囲に収まるように特定周波数ｆｏが決定されることで、包絡線抽出回路２４において適切に包絡線が抽出される。加速時や減速時等にクラッチ回転数が広範囲に変動する車両に適用される噛み合いクラッチ係合制御システムでは、特に有効である。
　（第２実施形態）
　図７を参照し、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第２係合部材１２の回転が駆動輪９１に伝達される車両９０に適用される。位相差検出装置２０２の発振回路２２は、クラッチ回転信号として、車輪速センサ５９が検出した車輪回転数ωＴに基づいて特定周波数信号を生成する。図１の車両構成例１においてデファレンシャルギヤ入力軸８４の回転はデファレンシャルギヤ９４を介して左右の駆動輪９１に等速に伝達されるとすると、車輪回転数ωＴを減速機７の減速比で除した値がクラッチ回転信号となる。第２実施形態でも第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
　（第３実施形態）
　図８を参照し、第３実施形態について説明する。第３実施形態の位相差検出装置２０３では、クラッチ回転信号として、外部センサからの信号でなく、位相差センサ２１が出力した位相差センサ信号が発振回路２２に入力される。発振回路２２は、位相差センサ信号を用いて特定周波数信号を生成する。
　つまり発振回路２２は、位相差センサ信号の周波数ｆｐに対し差分周波数ｆｄを加減算した特定周波数ｆｏ（＝ｆｐ±ｆｄ）の特定周波数信号を生成する。混合回路２３は、差分周波数ｆｄを有する変換後信号を包絡線抽出回路２４に出力する。第３実施形態では、第１、第２実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、発振回路２２による特定周波数信号の生成機能を入力位相差検出装置２０３の内部で完結させることができる。したがって、外部センサからの信号入力による構成が簡素化する。また、外部センサの故障や通信異常の要因によるシステム異常のリスクが回避される。
　（第４実施形態）
　図９を参照し、第４実施形態について説明する。第１～第３実施形態に対し第４実施形態の位相差検出装置２０４は、位相差センサ２１及び包絡線抽出回路２４のみで構成されており、発振回路２２及び混合回路２３を含まない。
　車両の構成や使用環境により、位相差センサ信号の周波数変動が比較的小さく、包絡線抽出回路２４の対応周波数範囲に問題なく収まる場合、混合回路２３での周波数変換は不要となる。したがって、第４実施形態により位相差検出装置２０４の構成を簡素にすることができる。なお、包絡線抽出回路２４で抽出された低周波の包絡線信号が演算装置３０に入力されることの作用効果は、第４実施形態でも第１～第３実施形態と同様である。
　（その他の実施形態）
　（ａ）本開示の噛み合いクラッチ係合制御システムは、電動車両のパワートレイン系に設けられた噛み合いクラッチに限らず、エンジン車両のパワートレインや一般機械の動力伝達機構等、様々な用途の回転軸に設けられた噛み合いクラッチに適用可能である。特に噛み合いクラッチの歯数が多い場合やクラッチが高回転で回転する場合、本開示の作用効果が顕著に発揮される。
　（ｂ）車両９０は、図１、図２に例示するＦＦ車の他、前輪及び後輪が共に駆動輪である四輪駆動車でもよい。また、エンジン車両のパワートレインに適用される場合、「第１係合部材１１の回転数に相関するクラッチ回転信号」として、第１実施形態のレゾルバ信号に代えて、エンジンのクランク回転数センサ信号が発振回路２２に入力されてもよい。
　（ｃ）包絡線抽出回路２４の具体的な構成は、図６Ａ、図６Ｂに例示した検波回路に限らない。例えば図６Ａ、図６Ｂの回路の各部にフィルタ回路や増幅回路を追加し、精度を高める構成としてもよい。
　以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
　本開示に記載の演算装置及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の演算装置及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の演算装置及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (5)

  1. 　第１ギヤ歯列（１３）が周方向に形成され、軸中心に回転する第１係合部材（１１）、及び、前記第１ギヤ歯列と噛み合い可能な第２ギヤ歯列（１４）が周方向に形成され、前記第１係合部材と同軸かつ同方向に回転する第２係合部材（１２）を有し、前記第１係合部材と前記第２係合部材との軸方向相対移動により、前記第１係合部材と前記第２係合部材との係合状態及び解放状態が切り替わる噛み合いクラッチ（１０）と、
    　前記第１係合部材と前記第２係合部材との回転位相差がうなり波の振幅として現れる位相差センサ信号を出力する位相差センサ（２１）、及び、前記位相差センサ信号の波形の包絡線を抽出し、アナログ信号である包絡線信号を出力する包絡線抽出回路（２４）を含む位相差検出装置（２０）と、
    　前記位相差検出装置から入力された前記包絡線信号をアナログデジタル変換し、デジタル値を用いた数値演算により、前記包絡線の振幅が判定閾値以下となるタイミングを、前記噛み合いクラッチが係合可能なタイミングとして算出する演算装置（３０）と、
    　を備える噛み合いクラッチ係合制御システム。
  2. 　前記位相差検出装置（２０１、２０２、２０３）は、
    　前記第１係合部材又は前記第２係合部材の回転数に相関するクラッチ回転信号が入力され、当該クラッチ回転信号に基づいて、前記第１係合部材又は前記第２係合部材の回転数に応じた特定周波数（ｆｏ）の信号である特定周波数信号を生成する発振回路（２２）と、
    　前記位相差センサ信号及び前記特定周波数信号が入力され、前記位相差センサ信号の周波数（ｆｐ）と前記特定周波数との差分周波数（ｆｄ）を有する変換後信号を前記包絡線抽出回路に出力する混合回路（２３）と、
    　をさらに含む請求項１に記載の噛み合いクラッチ係合制御システム。
  3. 　主機モータ（６）を動力源とし、前記第１係合部材が前記主機モータのモータ軸（８１）に直接、又は、減速機（７）を介して結合された電動車両（９０）に適用され、
    　前記発振回路は、前記主機モータの回転センサ（５６）が検出したモータ回転数（ωＭ）に基づいて前記特定周波数信号を生成する請求項２に記載の噛み合いクラッチ係合制御システム。
  4. 　前記第２係合部材の回転が駆動輪（９１）に伝達される車両（９０）に適用され、
    　前記発振回路は、車輪速センサ（５９）が検出した車輪回転数（ωＴ）に基づいて前記特定周波数信号を生成する請求項２に記載の噛み合いクラッチ係合制御システム。
  5. 　前記発振回路は、前記位相差センサ信号を用いて前記特定周波数信号を生成する請求項２に記載の噛み合いクラッチ係合制御システム。
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