係合機構の制御装置
【課題】係合時に発生し得るショックを適切に抑制することが可能な係合機構の制御装置を提供する。
【解決手段】係合機構は、駆動力源によって回転される第１部材、第１部材に対向する第２部材、第１部材及び第２部材のそれぞれに形成された溝部に保持される動力伝達部材、第２部材を固定可能に構成された第３部材、及び第２部材を第３部材に固定するための駆動力を付与するアクチュエータを有する。第１部材及び第２部材は、セルフロックが実現されるような角度の第１係合面と、セルフリリースが実現されるような角度の第２係合面とを有する。制御手段は、第１部材が第３部材に対して第２係合面の方向に相対回転するように駆動力源を制御することで、第２係合面の側から係合させる。これにより、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができる。
【解決手段】係合機構は、駆動力源によって回転される第１部材、第１部材に対向する第２部材、第１部材及び第２部材のそれぞれに形成された溝部に保持される動力伝達部材、第２部材を固定可能に構成された第３部材、及び第２部材を第３部材に固定するための駆動力を付与するアクチュエータを有する。第１部材及び第２部材は、セルフロックが実現されるような角度の第１係合面と、セルフリリースが実現されるような角度の第２係合面とを有する。制御手段は、第１部材が第３部材に対して第２係合面の方向に相対回転するように駆動力源を制御することで、第２係合面の側から係合させる。これにより、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムクラッチなどの係合機構に対する制御を行う制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トルクカム機構を備えたクラッチが知られている。例えば、特許文献１には、エンジンと変速機との係合／解放を行うためにトルクカム機構を備えた電磁クラッチが記載されている。この技術では、コースト状態においてもカム機構による締結力を得るために、エンジン側からのトルク入力に対して軸力を発生するドライブカム面と、変速機側からのトルク入力に対して軸力を発生するコーストカム面とを設けている。具体的には、カム機構において、コーストカム面のカム角度を、ドライブカム面のカム角度よりも大きく設定している。こうすることで、ドライブ状態からコースト状態へ遷移する際、トルク抜けの区間を短くすることで、トルク伝達状態の応答性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３２８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された技術では、ドライブカム面で係合する場合にショックが発生してしまう場合があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、係合時に発生し得るショックを適切に抑制することが可能な係合機構の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、駆動力源からの駆動力によって回転する第１部材と、前記第１部材に対向した状態で同軸上に配置された第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材のそれぞれの対抗面に回転方向に沿って形成された溝部に保持され、前記第１部材と前記第２部材との間で動力を伝達する動力伝達部材と、前記第２部材における前記第１部材に対向する側とは反対側に対向し、前記第２部材と接触することで前記第２部材を固定可能に構成された第３部材と、前記第２部材をその対向方向に沿ってストロークさせて、前記第２部材を前記第３部材に固定するための駆動力を付与可能なアクチュエータと、を有しており、前記第２部材を前記第３部材により固定することで実現される係合状態と、前記第２部材を前記第３部材から解放することで実現される解放状態とを切り替え可能に構成されると共に、前記第２部材が前記第３部材に固定されることにより前記第１部材と前記第２部材との間に前記回転方向に沿ってガタが形成されるように構成された係合機構に対して制御を行う係合機構の制御装置において、前記第１部材及び前記第２部材の前記溝部には、前記係合状態において前記動力伝達部材が保持される第１係合面及び第２係合面が形成されており、前記第１係合面は、当該第１係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しなくても前記係合状態が維持されるような角度で構成されており、前記第２係合面は、当該第２係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しないと前記係合状態から前記解放状態に移行するような角度で構成されており、前記解放状態から前記係合状態へ切り替える際に、前記第１部材が前記第３部材に対して前記第２係合面の方向に相対回転するように前記駆動力源に対する制御を行うことで、前記第２係合面の側から係合させる制御手段を備える。
【０００７】
上記の係合機構の制御装置は、係合機構に対して制御を行うために好適に利用される。係合機構は、駆動力源によって回転される第１部材と、第１部材に対向した状態で配置された第２部材と、第１部材及び第２部材のそれぞれに形成された溝部に保持される動力伝達部材と、第２部材と接触することで第２部材を固定可能に構成された第３部材と、第２部材をその対向方向に沿ってストロークさせて、第２部材を第３部材に固定するための駆動力を付与可能なアクチュエータとを有する。また、係合機構は、第２部材が第３部材に固定されることにより第１部材と第２部材との間に回転方向に沿ってガタが形成されるように構成されている。なお、駆動力源は、少なくとも回転数が制御可能に構成されている。
【０００８】
第１部材及び第２部材の溝部には、係合状態において動力伝達部材が保持される第１係合面及び第２係合面が形成されている。基本的には、第１係合面及び第２係合面は、係合機構の係合状態において、入力されたトルクを軸方向の力に変化させて伝達するように機能する。具体的には、第１係合面は、当該第１係合面で係合状態となっている場合に、アクチュエータから駆動力を付与しなくても係合状態が維持されるような角度で構成されている。これに対して、第２係合面は、当該第２係合面で係合状態となっている場合に、アクチュエータから駆動力を付与しないと係合状態から解放状態に移行するような角度で構成されている。このように第１部材及び第２部材は、回転方向において片側の係合面（第１係合面）の角度はセルフロックが実現されるような角度に設定されており、当該回転方向において反対側の係合面（第２係合面）の角度はセルフリリースが実現されるような角度に設定されている。
【０００９】
そして、制御手段は、係合機構を解放状態から係合状態へ切り替える際に、第１部材が第３部材に対して第２係合面の方向に相対回転するように、駆動力源の回転数を制御することで、第２係合面の側から係合させる。つまり、制御手段は、第１部材を第３部材に対してセルフリリース側の方向に相対回転させることで、セルフリリース側の第２係合面で係合させた後に、セルフロック側の第１係合面で係合させる。これにより、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができると共にイナーシャトルクを低減することができる。
【００１０】
上記の係合機構の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記第２係合面の側から係合させる際に、前記第２部材と前記第３部材との間の伝達トルク容量に相当する前記駆動力を前記駆動力源から出力させる制御を行う。
【００１１】
この態様では、制御手段は、第２部材と第３部材との間の伝達トルク容量に相当するトルクを、駆動力源から出力させる制御を行う。ここで、「伝達トルク容量」とは、入力側から出力側に対して伝達することができるトルクの最大値を意味する。上記の態様によれば、係合時において係合機構で発生するトルクを駆動力源からのトルクによって相殺させることができる。よって、係合時におけるショックの発生を適切に抑制することができる。
【００１２】
上記の係合機構の制御装置の他の一態様では、前記駆動力源は、回転電機であり、前記第３部材は、車軸の回転によって回転可能に構成され、前記制御手段は、前記係合状態において前記回転電機によって回生させる場合に、前記第２部材と前記第３部材との固定状態が維持されるように前記アクチュエータに対する制御を行いつつ、前記ガタを前記第２係合面の側に詰める制御を行う。
【００１３】
この態様では、駆動力源は回転電機（例えばモータジェネレータ）であり、第３部材は車軸の回転によって回転される。この場合、回転電機は、係合状態にある係合機構を介して車軸からのトルクが入力され、当該トルクによって回生運転を行う。制御手段は、係合機構の係合状態において回転電機によって回生させる場合に、第２部材と第３部材との固定状態が維持されるようにアクチュエータから駆動力を付与させる制御を行いつつ、ガタをセルフリリース側の第２係合面に詰める制御を行う。つまり、制御手段は、アクチュエータから駆動力を付与することで係合状態が維持されるようにしておいて、セルフロック側での係合からセルフリリース側での係合に移行して回転電機によって回生を行う。これにより、係合機構を解放せずに適切に回生を行うことができる。言い換えると、係合機構の係合状態を維持したまま、適切に回生を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
駆動力源からの駆動力によって回転する第１部材と、前記第１部材に対向した状態で同軸上に配置された第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材のそれぞれの対抗面に回転方向に沿って形成された溝部に保持され、前記第１部材と前記第２部材との間で動力を伝達する動力伝達部材と、前記第２部材における前記第１部材に対向する側とは反対側に対向し、前記第２部材と接触することで前記第２部材を固定可能に構成された第３部材と、前記第２部材をその対向方向に沿ってストロークさせて、前記第２部材を前記第３部材に固定するための駆動力を付与可能なアクチュエータと、を有しており、前記第２部材を前記第３部材により固定することで実現される係合状態と、前記第２部材を前記第３部材から解放することで実現される解放状態とを切り替え可能に構成されると共に、前記第２部材が前記第３部材に固定されることにより前記第１部材と前記第２部材との間に前記回転方向に沿ってガタが形成されるように構成された係合機構に対して制御を行う係合機構の制御装置において、前記第１部材及び前記第２部材の前記溝部には、前記係合状態において前記動力伝達部材が保持される第１係合面及び第２係合面が形成されており、前記第１係合面は、当該第１係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しなくても前記係合状態が維持されるような角度で構成されており、前記第２係合面は、当該第２係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しないと前記係合状態から前記解放状態に移行するような角度で構成されており、前記解放状態から前記係合状態へ切り替える際に、前記第１部材が前記第３部材に対して前記第２係合面の方向に相対回転するように前記駆動力源に対する制御を行うことで、前記第２係合面の側から係合させる制御手段を備える。これにより、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができると共にイナーシャトルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る車両の概略構成図を示す。
【図２】係合機構の詳細を示す断面図である。
【図３】第１部材の概略構成図を示す。
【図４】解放状態及び係合状態における第１部材、第２部材、及び第３部材の状態を概略的に示す。
【図５】本実施形態における係合制御を具体的に説明するための図を示す。
【図６】本実施形態における係合制御のフローチャートを示す。
【図７】本実施形態における回生制御を具体的に説明するための図を示す。
【図８】本実施形態における解放・回生制御のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
［装置構成］
図１に本実施形態に係る車両１００の概略構成を示す。車両１００は、主に、エンジン１と、トランスアクスル２と、車軸３、７と、モータジェネレータ５と、係合機構６と、車輪８、９と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０と、を備える。例えば、車両１００は、ハイブリッド車両として構成されている。
【００１８】
エンジン１は、燃料を燃焼することで車両１００の主たる駆動力を発生する駆動力源であり、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどが挙げられる。エンジン１は、ＥＣＵ２０によって制御される。トランスアクスル２は、トランスミッションやデファレンシャルギヤなどを備えて構成されており、エンジン１からの駆動力を車軸３に伝達する。車輪８は、車軸３の回転によって回転する。
【００１９】
モータジェネレータ５は、図示しないバッテリから供給される電力で駆動力を発生すると共に、係合機構６を介して伝達された動力によって発電し、発電した電力を当該バッテリに供給する。つまり、モータジェネレータ５は、車両１００の推進力を出力する駆動力源として機能すると共に、車両１００の制動時などにおいて回生運転を行うことで発電する。例えば、モータジェネレータ５は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。モータジェネレータ５は、ＥＣＵ２０によって、回転数やトルクの制御などが行われる。
【００２０】
係合機構６は、モータジェネレータ５に接続されていると共に、ギヤなどを介して車軸７に接続されている。具体的には、係合機構６は複数の回転要素を有しており、回転要素はモータジェネレータ５によって回転されると共に、当該回転要素と異なる回転要素は車軸７によって回転される。また、係合機構６は、図示しないアクチュエータによって、係合状態と解放状態とが切り替え可能に構成されている。基本的には、係合状態においては、モータジェネレータ５が車軸７に対して連結された状態となり、解放状態においては、モータジェネレータ５が車軸７から切り離された状態となる。係合機構６は、ＥＣＵ２０によって、係合状態と解放状態とを切り替える制御が行われる。例えば、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５の駆動力を車軸７に伝達すべき状況やモータジェネレータ５によって回生すべき状況などにおいて、係合機構６を係合状態にする。なお、係合機構６の詳細については後述する。
【００２１】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成され、車両１００内の各構成要素に対して制御を行う。ＥＣＵ２０は、本発明における「係合機構の制御装置」の一例に相当する。具体的には、ＥＣＵ２０は、本発明における「制御手段」の一例に相当する。
【００２２】
次に、図２乃至図４を参照して、係合機構６について具体的に説明する。図２は、係合機構６の一断面構成を例示する模式断面図である。図２では、係合機構６が解放状態にある場合の図を示している。
【００２３】
係合機構６は、主に、第１部材６１と、第２部材６２と、第３部材６３と、動力伝達部材６４と、アクチュエータ６５と、リターンスプリング６６と、を備える。係合機構６は、いわゆるカム機構（カムクラッチ）として構成されている。
【００２４】
第１部材６１は、略円板状の係合部材であり、モータジェネレータ５の回転によって回転するシャフト７１に連結されている。そのため、第１部材６１は、モータジェネレータ５の回転によって回転される。第２部材６２は、略円板状の係合部材であり、第１部材６１に対向した状態で同軸上に配置されている。また、第２部材６２は、磁性金属材料により構成されている。動力伝達部材６４は、所謂カムボールであり、第１部材６１及び第２部材６２のそれぞれの対抗面に回転方向に沿って形成された溝部としてのＶ字溝６１ａ、６２ａに保持され、第１部材６１と第２部材６２との間で動力を伝達する。
【００２５】
第２部材６２には、第２部材６２を第１部材６１の方向に付勢する（言い換えると第２部材６２を第３部材６３から離れる方向に付勢する）弾性部材としてのリターンスプリング６６が設けられている。そのため、第２部材６２は、通常、リターンスプリング６６の付勢を受けて、所定の隙間を隔てて第３部材６３と対向する非接触位置にある。この場合には、第２部材６２が第１部材６１に接近する方向に押し付けられた状態で、第１部材６１と第２部材６２とが供回りする。このような状態は「係合機構６の解放状態」に相当する。この場合には、モータジェネレータ５が車軸７から切り離された状態となっている。当該状態においては、基本的には、第２部材６２は、第３部材６３の回転に依らずに、第１部材６１によって回転される（つまり第１部材６１と一体回転する）。
【００２６】
第３部材６３は、略円板状の係合部材であり、第２部材６２における第１部材６１に対向する側とは反対側に対向する位置に配置されている。具体的には、第３部材６３は、アクチュエータ６５から離間する位置に配置されていると共に、解放状態において第２部材６２から離間する位置に配置されている。第３部材６３は、弱磁性体材料で構成されている。また、第３部材６３は、車軸７の回転によって回転するシャフト７２に連結されており、車軸７の回転によって回転される。更に、第３部材６３における第２部材６２との対向面には、摩擦機能体である摩擦部６３ａが形成されている。摩擦部６３ａは、当該摩擦部６３ａで接触状態にある物体（具体的には第２部材６２）の相対的な移動がより大きく阻害されるように摩擦係数が設定されている。
【００２７】
アクチュエータ６５は、主に、電磁石６５ａ、及び電磁石６５ａを保持するハウジング６５ｂを有している。アクチュエータ６５は、車両１００の外郭部材と略一体に固定されたケースＣＳに対し固定されている。
【００２８】
電磁石６５ａは、図示しないバッテリからの電力供給を受けた不図示の駆動部から所定の電流（所謂励磁電流であり、以下では適宜「クラッチ電流」と呼ぶ。）が供給された励磁状態において磁力を発生する。励磁状態において電磁石６５ａから発せられる磁力は、磁性金属材料により構成された第２部材６２を吸引する。つまり、電磁石６５ａは、第２部材６２に対し、第２部材６２を電磁石６５ａ側へ吸引する方向へ駆動力たる電磁力を付与する。なお、アクチュエータ６５は、ＥＣＵ２０によって制御される。具体的には、ＥＣＵ２０は、電磁力を制御するべく、クラッチ電流についての制御を行う。
【００２９】
ここで、図２に示すような解放状態において、所定のクラッチ電流を流した場合、電磁石６５ａの電磁力によって、矢印Ａ１に示すように第２部材６２はリターンスプリング６６の付勢力に抗してアクチュエータ６５側に引き寄せられる（つまりストロークする）。この場合、第３部材６３は弱磁性体材料で構成されているため、第３部材６３は電磁石６５ａの電磁力によって軸方向に移動しない、つまり第３部材６３はアクチュエータ６５と非接触状態が維持される。
【００３０】
そして、第２部材６２がストロークしていき第３部材６３の摩擦部６３ａに接触すると、第２部材６２と摩擦部６３ａとの間に働く摩擦力によって第２部材６２が摩擦部６３ａに対して固定される。より詳しくは、第２部材６２から摩擦部６３ａに軸方向に働く力（以下、「押付力」とも呼ぶ。）が生じることで第２部材６２と第３部材６３との間でトルク伝達するようになり、押付力が増大していくとやがて第２部材６２と第３部材６３とが一体回転するようになる。これにより、係合機構６が係合状態に設定されることとなる。この場合、基本的には、モータジェネレータ５が車軸７に対して連結された状態となり、第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３が一体回転することとなる。なお、上記の押付力は、アクチュエータ６５からの電磁力によって変化する、つまりクラッチ電流によって変化する。
【００３１】
図３は、第１部材６１の概略構成図を示す。図３（ａ）は、第１部材６１を軸線方向から観察した図を示しており、図３（ｂ）は、切断線Ｘ１−Ｘ２に沿ったＶ字溝６１ａの断面図を示している。当該断面図は、第１部材６１を半径方向から観察した状態に対応する。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、第１部材６１に設けられたＶ字溝６１ａは、周方向に等間隔に６個並べられている。ここでは図示していないが、第２部材６２に形成された他方のＶ字溝６２ａも同様に周方向に等間隔に６個並べられている。また、図２に示したように、各Ｖ字溝６１ａ、６２ａは、第１部材６１の中心線を含む断面で切断した場合には断面半円形をなしている。
【００３３】
図３（ｂ）に示すように、第１部材６１を半径方向から観察すると、Ｖ字溝６１ａは略Ｖ字状に形成されており、回転方向（図３（ｂ）の左方向及び右方向）に関して深さが徐々に浅くなっている。具体的には、Ｖ字溝６１ａは、係合状態において動力伝達部材６４が保持される２つの第１係合面６１ａａ及び第２係合面６１ａｂが形成されている（係合面は言い換えると「カム面」である。）。第１係合面６１ａａ及び第２係合面６１ａｂは、係合機構６の係合状態において、第１部材６１などに入力されたトルクを軸方向の力に変化させて伝達することができる。そのため、係合機構６は、係合状態において入力されたトルクによって、上記した押付力を増大することができる。
【００３４】
詳しくは、第１係合面６１ａａは角度θ１によって構成され、第２係合面６１ａｂは角度θ２によって構成されており、第１係合面６１ａａと第２係合面６１ａｂとは異なる角度に設定されている（θ１＜θ２）。第１係合面６１ａａは、当該第１係合面６１ａａを用いて係合状態となっている場合に、アクチュエータ６５から電磁力を付与しなくても係合状態が維持されるような角度θ１で構成されている。つまり、第１係合面６１ａａは、第１係合面６１ａａ側で係合している場合にセルフロック（言い換えると自縛係合）が実現されるような角度θ１に設定されている。詳しくは、第１係合面６１ａａを用いた場合、第２部材６２のストロークが完了した状態において、つまり第２部材６２が第３部材６３に接触した状態において、入力されるトルクよりも第２部材６２と第３部材６３との接触面（以下、「摩擦面」とも呼ぶ。）に発生する伝達トルク容量のほうが大きくなることで、セルフロック領域となる。
【００３５】
例えば、第１係合面６１ａａの角度θ１は、以下の式（１）、式（２）に基づいて決定される。
ｎ・μ・（ｒ／ｒｃ）・Ｋ（θ１）＞１ 式（１）
Ｋ（θ１）＝（ｃｏｓθ１＋α）／（ｓｉｎθ１＋β） 式（２）
式（１）及び式（２）において、「ｎ」は摩擦面数を示し、「μ」は摩擦面の摩擦係数を示し、「ｒ」は等価摩擦半径を示し、「ｒｃ」はカム転動半径を示し、「α」及び「β」はカム部摩擦係数項を示している。
【００３６】
これに対して、第２係合面６１ａｂは、当該第２係合面６１ａｂを用いて係合状態となっている場合に、アクチュエータ６５から電磁力を付与しないと係合状態から解放状態に移行するような角度θ２で構成されている。つまり、第２係合面６１ａｂは、第２係合面６１ａｂ側で係合している場合にセルリリースが実現されるような角度θ２に設定されている。
【００３７】
このように第１部材６１は、回転方向に関して片側の係合面（第１係合面６１ａａ）の角度はセルフロックが実現されるような角度に設定されており、回転方向に関して反対側の係合面（第２係合面６１ａｂ）の角度はセルフリリースが実現されるような角度に設定されている。なお、第２部材６２のＶ字溝６２ａにも、上記した第１部材６１のＶ字溝６１ａと同様に第１係合面及び第２係合面が形成されている。
【００３８】
なお、上記した「伝達トルク容量」は、入力側から出力側に対して、伝達することができるトルクの最大値を意味する。この伝達トルク容量を超えるトルクが入力されると、入力側の物体が出力側の物体に対してスリップすることとなる。また、伝達トルク容量は、入力側と出力側との間に軸方向に働く力（押付力）によって変化する。例えば、係合時における第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量は、アクチュエータ６５からの電磁力によって変化させることができる、つまりクラッチ電流によって変化させることができる。
【００３９】
ここで、前進走行時において、モータジェネレータ５によって回転される第１部材６１の回転数が、車軸７によって回転される第３部材６３の回転数よりも相対的に高い場合には、図３（ａ）及び図３（ｂ）中の矢印Ｂ１ａ、Ｂ１ｂで示す方向に、第１部材６１が第３部材６３に対して相対回転する。この場合には、基本的には、第１係合面６１ａａ側で係合が行われることとなる。第１係合面６１ａａ側で係合すると、セルフロック状態となることで、アクチュエータ６５から電磁力を付与しなくても係合状態が維持される。これに対して、前進走行時において、第３部材６３の回転数が第１部材６１の回転数よりも相対的に高い場合には、図３（ａ）及び図３（ｂ）中の矢印Ｂ２ａ、Ｂ２ｂで示す方向に、第１部材６１が第３部材６３に対して相対回転する。この場合には、基本的には、第２係合面６１ａｂ側で係合が行われることとなる。
【００４０】
以下では、矢印Ｂ１ａ、Ｂ１ｂで示すような、第１部材６１が第３部材６３に対して相対回転する方向を「正方向」と定義する。また、このような正方向を適宜「セルフロック側」と呼ぶ。これに対して、矢印Ｂ２ａ、Ｂ２ｂで示すような、第１部材６１が第３部材６３に対して相対回転する方向を「負方向」と定義する。また、このような負方向を適宜「セルフリリース側」と呼ぶ。なお、これらの「正方向」及び「負方向」は第３部材６３に対する第１部材６１の相対回転方向で定義しているため、第１部材６１が実際には当該方向と逆方向に回転している場合も有り得る。更に、以下では、矢印Ｂ１ａ、Ｂ１ｂで示す方向に付与するモータジェネレータ５のトルクを「正トルク」と定義すると共に、矢印Ｂ２ａ、Ｂ２ｂで示す方向に付与するモータジェネレータ５のトルクを「負トルク」と定義する。
【００４１】
図４は、解放状態及び係合状態における第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３の状態を概略的に示している。この場合、図４は、第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３を半径方向から観察した状態を示している。
【００４２】
図４（ａ）は解放状態を示しており、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は係合状態を示している。具体的には、図４（ｂ）は第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合の図を示しており、図４（ｃ）は第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側で係合している場合の図を示している。第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合には押付力Ｃ１が発生し、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側で係合している場合には押付力Ｃ２が発生する。前述したように第１係合面６１ａａ、６２ａａの角度θ１は第２係合面６１ａｂ、６２ａｂの角度θ２よりも小さく設定されているため（θ１＜θ２）、係合機構６に等トルクが入力されている場合には「押付力Ｃ１＞押付力Ｃ２」といった関係が成立する。
【００４３】
つまり、第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合には、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側で係合している場合よりも、入力されたトルクによって押付力を大きく増大することができると言える。そのため、第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合には、入力されたトルクによって発生する押付力が大きいため、アクチュエータ６５から電磁力を付与しなくても係合状態が維持される。より具体的には、第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合には、モータジェネレータ５から正トルクが入力されている限りにおいて、係合状態が維持される。
【００４４】
これに対して、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側で係合している場合には、入力されたトルクによって発生する押付力が比較的小さいため、係合状態を維持するためにはアクチュエータ６５から電磁力を付与する必要がある。しかしながら、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側から係合する場合には、アクチュエータ６５からの電磁力を変化させることにより、第２部材６２と第３部材６３との間の押付力を変化させることで、伝達トルク容量を調整しながら係合することができると言える。つまり、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側から係合する場合には、第１係合面６１ａａ、６２ａａ側から係合する場合に比較して、入力されたトルクによる押付力が小さいので、アクチュエータ６５の電磁力によって押付力を変化させることができる範囲が広いため、伝達トルク容量を適切に調整しながら係合することができると言える。
【００４５】
［制御方法］
次に、本実施形態においてＥＣＵ２０が係合機構６に対して行う制御方法について具体的に説明する。
【００４６】
（係合制御）
まず、本実施形態における係合制御について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、係合機構６を解放状態から係合状態へ切り替える際に、第１部材６１が第３部材６３に対して第２係合面６１ａｂの方向に相対回転するようにモータジェネレータ５を制御することで、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂの側から係合させる。つまり、ＥＣＵ２０は、第１部材６１が第３部材６３に対して負方向に相対回転するようにモータジェネレータ５の回転数を制御することで、セルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂを用いて係合させる。即ち、ＥＣＵ２０は、第１部材６１を第３部材６３に対してセルフリリース側の方向に相対回転させることで、セルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂで係合させた後に、セルフロック側の第１係合面６１ａａ、６２ａａで係合させる。
【００４７】
また、ＥＣＵ２０は、このようにセルフリリース側で係合を行う際に、クラッチ電流を制御することで、つまりアクチュエータ６５からの電磁力を制御することで、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量を制御する（以下、適宜「トルク容量制御」と呼ぶ。）。つまり、ＥＣＵ２０は、伝達トルク容量を調整しながら係合を行う。以上のようにして係合を行うことで、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができると共に、イナーシャトルクを低減することができる。
【００４８】
更に、ＥＣＵ２０は、上記のようなトルク容量制御を行う際に、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量に相当するトルクを、モータジェネレータ５から出力させる制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、伝達トルク容量に相当する負トルクをモータジェネレータ５から出力させる制御を行う。これにより、係合時におけるショックの発生を適切に抑制することができる。
【００４９】
ここで、図５を参照して、本実施形態における係合制御について具体的に説明する。図５は、第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３を半径方向から観察した状態を示している。
【００５０】
まず、ＥＣＵ２０は、係合開始時において（係合機構６は解放状態にあるものとする）、第１部材６１と第３部材６３との回転数を同期させるべく、モータジェネレータ５の回転数についてのＦ／Ｂ制御（以下、「回転数同期Ｆ／Ｂ制御」とも呼ぶ。）を開始する。この場合、ＥＣＵ２０は、セルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂから係合させるべく、第１部材６１が第３部材６３に対して負方向に相対回転するように、モータジェネレータ５の回転数を制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、図５（ａ）に示すように、第１部材６１の回転数Ｎ１１が第３部材６３の回転数Ｎ３１よりも小さくなるように（Ｎ１１＜Ｎ３１）、モータジェネレータ５の回転数を制御する。
【００５１】
この後、ＥＣＵ２０は、第２部材６２を第３部材６３側にストロークさせるべく、アクチュエータ６５から電磁力を付与させる制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、アクチュエータ６５の電磁石６５ａからの電磁力によって、リターンスプリング６６の付勢力に抗して第２部材６２が第３部材６３側に吸引されるように、電磁石６５ａを駆動する駆動部へクラッチ電流を印加する。これにより、図５（ｂ）に示すように、矢印Ｄ２に示すような電磁力によって第２部材６２が吸引されることで、第２部材６２と第３部材６３とが摩擦面で接触する。なお、このように摩擦面で接触した状態では、第１部材６１の回転数Ｎ１２と第３部材６３の回転数Ｎ３２とは異なる回転数であり、つまり回転数同期しておらず、第２部材６２が第３部材６３に対してスリップした状態となっている。
【００５２】
この後、ＥＣＵ２０は、クラッチ電流を制御することで、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量の制御（トルク容量制御）を行う。こうして第２部材６２と第３部材６３との間に生じた伝達トルク容量が、第１部材６１（第２部材６２も含む）と第３部材６３とを回転数同期させる力となる。また、ＥＣＵ２０は、トルク容量制御を行う際に、係合時において係合機構６で生じるトルクをモータジェネレータ５のトルクで相殺するべく、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量に相当するトルクをモータジェネレータ５から出力させる制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、印加しているクラッチ電流に応じて、モータジェネレータ５から負トルクを出力させる制御を行う。このような制御を行うことで、第１部材６１と第２部材６２との間において回転方向に沿って形成されたガタ（動力伝達部材６４の可動範囲に相当する）が詰まると共に、第２部材６２と第３部材６３との間に所定以上の伝達トルク容量が発生する。これにより、図５（ｃ）に示すように、第１部材６１の回転数Ｎ１３と第３部材６３の回転数Ｎ３３とが同期する（Ｎ１３≒Ｎ３３）。
【００５３】
この後、ＥＣＵ２０は、セルフロック側の第１係合面６１ａａ、６２ａａで係合させるべく、モータジェネレータ５のトルクを正方向にスイープアップさせる。具体的には、ＥＣＵ２０は、図５（ｄ）に示すように、モータジェネレータ５から正トルクＴｒ１４を出力させることで、ガタをセルフロック側に詰めて、セルフロック側の第１係合面６１ａａ、６２ａａで係合させる。これと同時に、ＥＣＵ２０は、アクチュエータ６５からの電磁力の付与を終了するべく、クラッチ電流の印加を終了する（破線矢印Ｄ４参照）。
【００５４】
次に、図６を参照して、本実施形態における係合制御のフローチャートについて説明する。当該フローは、係合機構６が解放状態にある際に、モータジェネレータ５を車軸７に連結すべき状況などにおいて実行される。
【００５５】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、第１部材６１と第３部材６３との回転数を同期させるべく、モータジェネレータ５の回転数同期Ｆ／Ｂ制御を実行する。この場合、ＥＣＵ２０は、セルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂから係合させるべく、モータジェネレータ５の目標回転数を相対回転数において負側（つまりセルフリリース側）にオフセットする。つまり、ＥＣＵ２０は、第１部材６１が第３部材６３に対して負方向に相対回転するように、モータジェネレータ５の目標回転数を設定する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。
【００５６】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、第２部材６２と第３部材６３とを摩擦面で接触させるべく、アクチュエータ６５から電磁力が付与されるようにクラッチ電流の印加を開始する。具体的には、ＥＣＵ２０は、アクチュエータ６５の電磁石６５ａからの電磁力によって、リターンスプリング６６の付勢力に抗して第２部材６２が第３部材６３側に吸引されるように、電磁石６５ａを駆動する駆動部へクラッチ電流を印加する。例えば、ＥＣＵ２０は、予め実験や所定の演算式などにより求められた所定のクラッチ電流を印加する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。
【００５７】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、クラッチ電流を制御することで、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量の制御（トルク容量制御）を行う。例えば、ＥＣＵ２０は、伝達トルク容量が徐々に増加するように、クラッチ電流を制御する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、係合時に発生し得るショックをモータジェネレータ５のトルクで相殺するべく、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量に相当するトルクをモータジェネレータ５から出力させる制御（以下、「ショック補正制御」とも呼ぶ。）を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、印加しているクラッチ電流に応じて、モータジェネレータ５から負トルクを出力させる制御を行う。そして、処理はステップＳ１０５に進む。
【００５８】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２０は、第１部材６１と第３部材６３との相対回転数がゼロであるか否かを判定する。つまり、第１部材６１と第３部材６３とが回転同期しているか否かを判定する。相対回転数がゼロである場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０６に進む。これに対して、相対回転数がゼロでない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０３に戻る。この場合には、ＥＣＵ２０は、第１部材６１と第３部材６３との相対回転数がゼロとなるまで、ステップＳ１０３のクラッチ電流制御及びステップＳ１０４のショック補正制御を繰り返し行う。なお、ここでは、第１部材６１と第３部材６３との相対回転数がゼロであることを条件として用いているが、この代わりに、第１部材６１と第３部材６３との相対回転数（絶対値）が所定値未満であることを条件として用いても良い。
【００５９】
ステップＳ１０６では、第１部材６１と第３部材６３とが回転同期しているため、ＥＣＵ２０は、クラッチ電流の印加を終了すると共に、モータジェネレータ５のトルクを正方向にスイープアップさせる制御を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５のトルクを正方向に上昇させることで、セルフロック側の第１係合面６１ａａ、６２ａａで係合させる。そして、処理は終了する。
【００６０】
以上説明した係合制御によれば、セルフリリース側から係合を行うことで、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができると共にイナーシャトルクを低減することができる。また、係合時において、伝達トルク容量に相当するトルクをモータジェネレータ５から出力させる制御を行うことで、係合時におけるショックの発生を適切に抑制することができる。
【００６１】
（解放・回生制御）
次に、本実施形態における解放・回生制御について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、係合機構６の係合状態（詳しくはセルフロック側で係合状態）においてモータジェネレータ５によって回生させる場合に、第２部材６２と第３部材６３との固定状態が維持されるようにアクチュエータ６５に対する制御を行いつつ、ガタをセルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂに詰める制御を行う。つまり、ＥＣＵ２０は、アクチュエータ６５から電磁力を付与することで係合状態が維持されるようにしておいて、セルフロック側での係合からセルフリリース側での係合に移行してモータジェネレータ５によって回生を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５から負トルクを出力させる制御を行うことで回生を行う。このような回生制御によれば、係合機構６を解放せずに適切に回生を行うことができる。言い換えると、係合機構６の係合状態を維持したまま、適切に回生を行うことができる。
【００６２】
一方、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５からの駆動力を用いた走行中において、係合機構６を係合状態（この場合にはセルフロック側で係合している）から解放状態へ切り替える場合、モータジェネレータ５のトルクを徐々に低減する制御を行う。そして、ＥＣＵ２０は、クラッチ電流をゼロに維持しつつ、モータジェネレータ５のトルクをゼロ若しくは所定の負トルクまで低減させる。こうすることで、リターンスプリング６６の付勢力によって第２部材６２が第３部材６３から引き離されることで、係合機構６が係合状態から解放状態へ切り替えられる。このような解放制御によれば、解放時におけるショックの発生を適切に抑制することができる。なお、係合状態から解放状態への切り替えは、例えばモータジェネレータ５の引き摺りによる発熱や損失などが発生する場合に行われる。
【００６３】
ここで、図７を参照して、本実施形態における回生制御について具体的に説明する。図７は、第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３を半径方向から観察した状態を示している。図７に示すように、ＥＣＵ２０は、矢印Ｄ５に示すような電磁力によって第２部材６２を吸引することで第２部材６２と第３部材６３との固定状態を維持しつつ、具体的にはセルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂでの係合状態を維持しつつ、モータジェネレータ５から負トルクＴｒ１５を出力させることで回生を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５による回生に必要なトルク（以下、「回生必要トルク」とも呼ぶ。）以上の伝達トルク容量が発生するように、アクチュエータ６５からの電磁力を制御する、つまりクラッチ電流を制御する。なお、このような回生制御においては、第１部材６１の回転数Ｎ１５と第３部材６３の回転数Ｎ３５とは同期している（Ｎ１５≒Ｎ３５）。
【００６４】
次に、図８を参照して、本実施形態における解放・回生制御のフローチャートについて説明する。当該フローは、係合機構６が係合状態にある際に（例えばモータジェネレータ５のトルクを用いた走行中）、モータジェネレータ５のトルク（正トルク）を車軸７に付与する必要がなくなった状況などで実行される。
【００６５】
まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５のトルクを徐々に低減する制御を行う。そして、処理はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、ＥＣＵ２０は、回生制御へ移行するか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ２０は、運転者によるアクセルペダルやブレーキペダルの操作などに基づいて回生制御へ移行するか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ２０は、アクセルペダルがオフとなった場合に回生制御へ移行すると判定する。
【００６６】
回生制御へ移行する場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５における回生必要トルク以上の伝達トルク容量が発生するように、アクチュエータ６５からの電磁力を制御する、つまりクラッチ電流を制御する。即ち、ＥＣＵ２０は、第２部材６２と第３部材６３との固定状態が維持され、且つ、モータジェネレータ５によって適切に回生が行われるように、クラッチ電流を制御する。この場合、ＥＣＵ２０は、回生時にモータジェネレータ５から出力させる負トルクに応じて、クラッチ電流を制御することで、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量の制御（トルク容量制御）を行う。そして、処理はステップＳ２０４に進む。
【００６７】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５によって回生制御を実行する。この場合、ＥＣＵ２０は、車両１００に付与すべき制動トルクやバッテリの充電状態などに応じて、モータジェネレータ５から負トルクを出力させる。そして、処理は終了する。なお、ここでは、回生必要トルク以上の伝達トルク容量が発生するように制御を行ってから回生制御を実行する例を示したが、回生制御を実行してから回生必要トルク以上の伝達トルク容量が発生するように制御を行っても良い。つまり、ステップＳ２０４の処理を行ってからステップＳ２０３の処理を行うこととしても良い。
【００６８】
一方で、回生制御へ移行しない場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、ＥＣＵ２０は、係合機構６を解放すべく、クラッチ電流をゼロに維持しつつ、モータジェネレータ５のトルクをゼロにする制御、若しくはモータジェネレータ５から所定の負トルクを出力させる制御を行う。こうすることで、リターンスプリング６６の付勢力によって第２部材６２が第３部材６３から引き離されることで、係合機構６が解放する。そして、処理は終了する。
【００６９】
以上説明した解放・回生制御によれば、解放時におけるショックの発生を適切に抑制することができると共に、係合機構６を解放せずに適切に回生を行うことができる。
【００７０】
［変形例］
本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。
【００７１】
例えば、上記では、第１部材を回転させる駆動力源としてモータジェネレータを用いる例を示したが、第１部材を回転させる駆動力源として、モータジェネレータの代わりにエンジンを用いても良い。
【００７２】
また、上記では、第３部材を回転部材によって構成する例を示したが、言い換えると第３部材が車軸によって回転される構成を示したが、第３部材を固定部材（ケースなどに固定され、回転しない部材）によって構成しても良い。つまり、係合機構を係合することで、第１部材の回転を固定（ロック）することとしても良い。
【００７３】
また、上記では、アクチュエータが電磁力を用いて第２部材をストロークする例を示したが、電磁力の代わりに油圧を用いて第２部材をストロークしても良い。更に、上記では動力伝達部材としてカムボールを用いる例を示したが、カムボールの代わりにカムローラを動力伝達部材として用いても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１ エンジン
３、７ 車軸
５ モータジェネレータ
６ 係合機構
２０ ＥＣＵ
６１ 第１部材
６１ａ、６２ａ Ｖ字溝
６１ａａ、６２ａａ 第１係合面
６１ａｂ、６２ａｂ 第２係合面
６２ 第２部材
６３ 第３部材
６４ 動力伝達部材
６５ アクチュエータ
６６ リターンスプリング
１００ 車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムクラッチなどの係合機構に対する制御を行う制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、トルクカム機構を備えたクラッチが知られている。例えば、特許文献１には、エンジンと変速機との係合／解放を行うためにトルクカム機構を備えた電磁クラッチが記載されている。この技術では、コースト状態においてもカム機構による締結力を得るために、エンジン側からのトルク入力に対して軸力を発生するドライブカム面と、変速機側からのトルク入力に対して軸力を発生するコーストカム面とを設けている。具体的には、カム機構において、コーストカム面のカム角度を、ドライブカム面のカム角度よりも大きく設定している。こうすることで、ドライブ状態からコースト状態へ遷移する際、トルク抜けの区間を短くすることで、トルク伝達状態の応答性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３２８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された技術では、ドライブカム面で係合する場合にショックが発生してしまう場合があった。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、係合時に発生し得るショックを適切に抑制することが可能な係合機構の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、駆動力源からの駆動力によって回転する第１部材と、前記第１部材に対向した状態で同軸上に配置された第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材のそれぞれの対抗面に回転方向に沿って形成された溝部に保持され、前記第１部材と前記第２部材との間で動力を伝達する動力伝達部材と、前記第２部材における前記第１部材に対向する側とは反対側に対向し、前記第２部材と接触することで前記第２部材を固定可能に構成された第３部材と、前記第２部材をその対向方向に沿ってストロークさせて、前記第２部材を前記第３部材に固定するための駆動力を付与可能なアクチュエータと、を有しており、前記第２部材を前記第３部材により固定することで実現される係合状態と、前記第２部材を前記第３部材から解放することで実現される解放状態とを切り替え可能に構成されると共に、前記第２部材が前記第３部材に固定されることにより前記第１部材と前記第２部材との間に前記回転方向に沿ってガタが形成されるように構成された係合機構に対して制御を行う係合機構の制御装置において、前記第１部材及び前記第２部材の前記溝部には、前記係合状態において前記動力伝達部材が保持される第１係合面及び第２係合面が形成されており、前記第１係合面は、当該第１係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しなくても前記係合状態が維持されるような角度で構成されており、前記第２係合面は、当該第２係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しないと前記係合状態から前記解放状態に移行するような角度で構成されており、前記解放状態から前記係合状態へ切り替える際に、前記第１部材が前記第３部材に対して前記第２係合面の方向に相対回転するように前記駆動力源に対する制御を行うことで、前記第２係合面の側から係合させる制御手段を備える。
【０００７】
上記の係合機構の制御装置は、係合機構に対して制御を行うために好適に利用される。係合機構は、駆動力源によって回転される第１部材と、第１部材に対向した状態で配置された第２部材と、第１部材及び第２部材のそれぞれに形成された溝部に保持される動力伝達部材と、第２部材と接触することで第２部材を固定可能に構成された第３部材と、第２部材をその対向方向に沿ってストロークさせて、第２部材を第３部材に固定するための駆動力を付与可能なアクチュエータとを有する。また、係合機構は、第２部材が第３部材に固定されることにより第１部材と第２部材との間に回転方向に沿ってガタが形成されるように構成されている。なお、駆動力源は、少なくとも回転数が制御可能に構成されている。
【０００８】
第１部材及び第２部材の溝部には、係合状態において動力伝達部材が保持される第１係合面及び第２係合面が形成されている。基本的には、第１係合面及び第２係合面は、係合機構の係合状態において、入力されたトルクを軸方向の力に変化させて伝達するように機能する。具体的には、第１係合面は、当該第１係合面で係合状態となっている場合に、アクチュエータから駆動力を付与しなくても係合状態が維持されるような角度で構成されている。これに対して、第２係合面は、当該第２係合面で係合状態となっている場合に、アクチュエータから駆動力を付与しないと係合状態から解放状態に移行するような角度で構成されている。このように第１部材及び第２部材は、回転方向において片側の係合面（第１係合面）の角度はセルフロックが実現されるような角度に設定されており、当該回転方向において反対側の係合面（第２係合面）の角度はセルフリリースが実現されるような角度に設定されている。
【０００９】
そして、制御手段は、係合機構を解放状態から係合状態へ切り替える際に、第１部材が第３部材に対して第２係合面の方向に相対回転するように、駆動力源の回転数を制御することで、第２係合面の側から係合させる。つまり、制御手段は、第１部材を第３部材に対してセルフリリース側の方向に相対回転させることで、セルフリリース側の第２係合面で係合させた後に、セルフロック側の第１係合面で係合させる。これにより、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができると共にイナーシャトルクを低減することができる。
【００１０】
上記の係合機構の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記第２係合面の側から係合させる際に、前記第２部材と前記第３部材との間の伝達トルク容量に相当する前記駆動力を前記駆動力源から出力させる制御を行う。
【００１１】
この態様では、制御手段は、第２部材と第３部材との間の伝達トルク容量に相当するトルクを、駆動力源から出力させる制御を行う。ここで、「伝達トルク容量」とは、入力側から出力側に対して伝達することができるトルクの最大値を意味する。上記の態様によれば、係合時において係合機構で発生するトルクを駆動力源からのトルクによって相殺させることができる。よって、係合時におけるショックの発生を適切に抑制することができる。
【００１２】
上記の係合機構の制御装置の他の一態様では、前記駆動力源は、回転電機であり、前記第３部材は、車軸の回転によって回転可能に構成され、前記制御手段は、前記係合状態において前記回転電機によって回生させる場合に、前記第２部材と前記第３部材との固定状態が維持されるように前記アクチュエータに対する制御を行いつつ、前記ガタを前記第２係合面の側に詰める制御を行う。
【００１３】
この態様では、駆動力源は回転電機（例えばモータジェネレータ）であり、第３部材は車軸の回転によって回転される。この場合、回転電機は、係合状態にある係合機構を介して車軸からのトルクが入力され、当該トルクによって回生運転を行う。制御手段は、係合機構の係合状態において回転電機によって回生させる場合に、第２部材と第３部材との固定状態が維持されるようにアクチュエータから駆動力を付与させる制御を行いつつ、ガタをセルフリリース側の第２係合面に詰める制御を行う。つまり、制御手段は、アクチュエータから駆動力を付与することで係合状態が維持されるようにしておいて、セルフロック側での係合からセルフリリース側での係合に移行して回転電機によって回生を行う。これにより、係合機構を解放せずに適切に回生を行うことができる。言い換えると、係合機構の係合状態を維持したまま、適切に回生を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
駆動力源からの駆動力によって回転する第１部材と、前記第１部材に対向した状態で同軸上に配置された第２部材と、前記第１部材及び前記第２部材のそれぞれの対抗面に回転方向に沿って形成された溝部に保持され、前記第１部材と前記第２部材との間で動力を伝達する動力伝達部材と、前記第２部材における前記第１部材に対向する側とは反対側に対向し、前記第２部材と接触することで前記第２部材を固定可能に構成された第３部材と、前記第２部材をその対向方向に沿ってストロークさせて、前記第２部材を前記第３部材に固定するための駆動力を付与可能なアクチュエータと、を有しており、前記第２部材を前記第３部材により固定することで実現される係合状態と、前記第２部材を前記第３部材から解放することで実現される解放状態とを切り替え可能に構成されると共に、前記第２部材が前記第３部材に固定されることにより前記第１部材と前記第２部材との間に前記回転方向に沿ってガタが形成されるように構成された係合機構に対して制御を行う係合機構の制御装置において、前記第１部材及び前記第２部材の前記溝部には、前記係合状態において前記動力伝達部材が保持される第１係合面及び第２係合面が形成されており、前記第１係合面は、当該第１係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しなくても前記係合状態が維持されるような角度で構成されており、前記第２係合面は、当該第２係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しないと前記係合状態から前記解放状態に移行するような角度で構成されており、前記解放状態から前記係合状態へ切り替える際に、前記第１部材が前記第３部材に対して前記第２係合面の方向に相対回転するように前記駆動力源に対する制御を行うことで、前記第２係合面の側から係合させる制御手段を備える。これにより、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができると共にイナーシャトルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る車両の概略構成図を示す。
【図２】係合機構の詳細を示す断面図である。
【図３】第１部材の概略構成図を示す。
【図４】解放状態及び係合状態における第１部材、第２部材、及び第３部材の状態を概略的に示す。
【図５】本実施形態における係合制御を具体的に説明するための図を示す。
【図６】本実施形態における係合制御のフローチャートを示す。
【図７】本実施形態における回生制御を具体的に説明するための図を示す。
【図８】本実施形態における解放・回生制御のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
［装置構成］
図１に本実施形態に係る車両１００の概略構成を示す。車両１００は、主に、エンジン１と、トランスアクスル２と、車軸３、７と、モータジェネレータ５と、係合機構６と、車輪８、９と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０と、を備える。例えば、車両１００は、ハイブリッド車両として構成されている。
【００１８】
エンジン１は、燃料を燃焼することで車両１００の主たる駆動力を発生する駆動力源であり、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなどが挙げられる。エンジン１は、ＥＣＵ２０によって制御される。トランスアクスル２は、トランスミッションやデファレンシャルギヤなどを備えて構成されており、エンジン１からの駆動力を車軸３に伝達する。車輪８は、車軸３の回転によって回転する。
【００１９】
モータジェネレータ５は、図示しないバッテリから供給される電力で駆動力を発生すると共に、係合機構６を介して伝達された動力によって発電し、発電した電力を当該バッテリに供給する。つまり、モータジェネレータ５は、車両１００の推進力を出力する駆動力源として機能すると共に、車両１００の制動時などにおいて回生運転を行うことで発電する。例えば、モータジェネレータ５は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。モータジェネレータ５は、ＥＣＵ２０によって、回転数やトルクの制御などが行われる。
【００２０】
係合機構６は、モータジェネレータ５に接続されていると共に、ギヤなどを介して車軸７に接続されている。具体的には、係合機構６は複数の回転要素を有しており、回転要素はモータジェネレータ５によって回転されると共に、当該回転要素と異なる回転要素は車軸７によって回転される。また、係合機構６は、図示しないアクチュエータによって、係合状態と解放状態とが切り替え可能に構成されている。基本的には、係合状態においては、モータジェネレータ５が車軸７に対して連結された状態となり、解放状態においては、モータジェネレータ５が車軸７から切り離された状態となる。係合機構６は、ＥＣＵ２０によって、係合状態と解放状態とを切り替える制御が行われる。例えば、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５の駆動力を車軸７に伝達すべき状況やモータジェネレータ５によって回生すべき状況などにおいて、係合機構６を係合状態にする。なお、係合機構６の詳細については後述する。
【００２１】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成され、車両１００内の各構成要素に対して制御を行う。ＥＣＵ２０は、本発明における「係合機構の制御装置」の一例に相当する。具体的には、ＥＣＵ２０は、本発明における「制御手段」の一例に相当する。
【００２２】
次に、図２乃至図４を参照して、係合機構６について具体的に説明する。図２は、係合機構６の一断面構成を例示する模式断面図である。図２では、係合機構６が解放状態にある場合の図を示している。
【００２３】
係合機構６は、主に、第１部材６１と、第２部材６２と、第３部材６３と、動力伝達部材６４と、アクチュエータ６５と、リターンスプリング６６と、を備える。係合機構６は、いわゆるカム機構（カムクラッチ）として構成されている。
【００２４】
第１部材６１は、略円板状の係合部材であり、モータジェネレータ５の回転によって回転するシャフト７１に連結されている。そのため、第１部材６１は、モータジェネレータ５の回転によって回転される。第２部材６２は、略円板状の係合部材であり、第１部材６１に対向した状態で同軸上に配置されている。また、第２部材６２は、磁性金属材料により構成されている。動力伝達部材６４は、所謂カムボールであり、第１部材６１及び第２部材６２のそれぞれの対抗面に回転方向に沿って形成された溝部としてのＶ字溝６１ａ、６２ａに保持され、第１部材６１と第２部材６２との間で動力を伝達する。
【００２５】
第２部材６２には、第２部材６２を第１部材６１の方向に付勢する（言い換えると第２部材６２を第３部材６３から離れる方向に付勢する）弾性部材としてのリターンスプリング６６が設けられている。そのため、第２部材６２は、通常、リターンスプリング６６の付勢を受けて、所定の隙間を隔てて第３部材６３と対向する非接触位置にある。この場合には、第２部材６２が第１部材６１に接近する方向に押し付けられた状態で、第１部材６１と第２部材６２とが供回りする。このような状態は「係合機構６の解放状態」に相当する。この場合には、モータジェネレータ５が車軸７から切り離された状態となっている。当該状態においては、基本的には、第２部材６２は、第３部材６３の回転に依らずに、第１部材６１によって回転される（つまり第１部材６１と一体回転する）。
【００２６】
第３部材６３は、略円板状の係合部材であり、第２部材６２における第１部材６１に対向する側とは反対側に対向する位置に配置されている。具体的には、第３部材６３は、アクチュエータ６５から離間する位置に配置されていると共に、解放状態において第２部材６２から離間する位置に配置されている。第３部材６３は、弱磁性体材料で構成されている。また、第３部材６３は、車軸７の回転によって回転するシャフト７２に連結されており、車軸７の回転によって回転される。更に、第３部材６３における第２部材６２との対向面には、摩擦機能体である摩擦部６３ａが形成されている。摩擦部６３ａは、当該摩擦部６３ａで接触状態にある物体（具体的には第２部材６２）の相対的な移動がより大きく阻害されるように摩擦係数が設定されている。
【００２７】
アクチュエータ６５は、主に、電磁石６５ａ、及び電磁石６５ａを保持するハウジング６５ｂを有している。アクチュエータ６５は、車両１００の外郭部材と略一体に固定されたケースＣＳに対し固定されている。
【００２８】
電磁石６５ａは、図示しないバッテリからの電力供給を受けた不図示の駆動部から所定の電流（所謂励磁電流であり、以下では適宜「クラッチ電流」と呼ぶ。）が供給された励磁状態において磁力を発生する。励磁状態において電磁石６５ａから発せられる磁力は、磁性金属材料により構成された第２部材６２を吸引する。つまり、電磁石６５ａは、第２部材６２に対し、第２部材６２を電磁石６５ａ側へ吸引する方向へ駆動力たる電磁力を付与する。なお、アクチュエータ６５は、ＥＣＵ２０によって制御される。具体的には、ＥＣＵ２０は、電磁力を制御するべく、クラッチ電流についての制御を行う。
【００２９】
ここで、図２に示すような解放状態において、所定のクラッチ電流を流した場合、電磁石６５ａの電磁力によって、矢印Ａ１に示すように第２部材６２はリターンスプリング６６の付勢力に抗してアクチュエータ６５側に引き寄せられる（つまりストロークする）。この場合、第３部材６３は弱磁性体材料で構成されているため、第３部材６３は電磁石６５ａの電磁力によって軸方向に移動しない、つまり第３部材６３はアクチュエータ６５と非接触状態が維持される。
【００３０】
そして、第２部材６２がストロークしていき第３部材６３の摩擦部６３ａに接触すると、第２部材６２と摩擦部６３ａとの間に働く摩擦力によって第２部材６２が摩擦部６３ａに対して固定される。より詳しくは、第２部材６２から摩擦部６３ａに軸方向に働く力（以下、「押付力」とも呼ぶ。）が生じることで第２部材６２と第３部材６３との間でトルク伝達するようになり、押付力が増大していくとやがて第２部材６２と第３部材６３とが一体回転するようになる。これにより、係合機構６が係合状態に設定されることとなる。この場合、基本的には、モータジェネレータ５が車軸７に対して連結された状態となり、第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３が一体回転することとなる。なお、上記の押付力は、アクチュエータ６５からの電磁力によって変化する、つまりクラッチ電流によって変化する。
【００３１】
図３は、第１部材６１の概略構成図を示す。図３（ａ）は、第１部材６１を軸線方向から観察した図を示しており、図３（ｂ）は、切断線Ｘ１−Ｘ２に沿ったＶ字溝６１ａの断面図を示している。当該断面図は、第１部材６１を半径方向から観察した状態に対応する。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、第１部材６１に設けられたＶ字溝６１ａは、周方向に等間隔に６個並べられている。ここでは図示していないが、第２部材６２に形成された他方のＶ字溝６２ａも同様に周方向に等間隔に６個並べられている。また、図２に示したように、各Ｖ字溝６１ａ、６２ａは、第１部材６１の中心線を含む断面で切断した場合には断面半円形をなしている。
【００３３】
図３（ｂ）に示すように、第１部材６１を半径方向から観察すると、Ｖ字溝６１ａは略Ｖ字状に形成されており、回転方向（図３（ｂ）の左方向及び右方向）に関して深さが徐々に浅くなっている。具体的には、Ｖ字溝６１ａは、係合状態において動力伝達部材６４が保持される２つの第１係合面６１ａａ及び第２係合面６１ａｂが形成されている（係合面は言い換えると「カム面」である。）。第１係合面６１ａａ及び第２係合面６１ａｂは、係合機構６の係合状態において、第１部材６１などに入力されたトルクを軸方向の力に変化させて伝達することができる。そのため、係合機構６は、係合状態において入力されたトルクによって、上記した押付力を増大することができる。
【００３４】
詳しくは、第１係合面６１ａａは角度θ１によって構成され、第２係合面６１ａｂは角度θ２によって構成されており、第１係合面６１ａａと第２係合面６１ａｂとは異なる角度に設定されている（θ１＜θ２）。第１係合面６１ａａは、当該第１係合面６１ａａを用いて係合状態となっている場合に、アクチュエータ６５から電磁力を付与しなくても係合状態が維持されるような角度θ１で構成されている。つまり、第１係合面６１ａａは、第１係合面６１ａａ側で係合している場合にセルフロック（言い換えると自縛係合）が実現されるような角度θ１に設定されている。詳しくは、第１係合面６１ａａを用いた場合、第２部材６２のストロークが完了した状態において、つまり第２部材６２が第３部材６３に接触した状態において、入力されるトルクよりも第２部材６２と第３部材６３との接触面（以下、「摩擦面」とも呼ぶ。）に発生する伝達トルク容量のほうが大きくなることで、セルフロック領域となる。
【００３５】
例えば、第１係合面６１ａａの角度θ１は、以下の式（１）、式（２）に基づいて決定される。
ｎ・μ・（ｒ／ｒｃ）・Ｋ（θ１）＞１ 式（１）
Ｋ（θ１）＝（ｃｏｓθ１＋α）／（ｓｉｎθ１＋β） 式（２）
式（１）及び式（２）において、「ｎ」は摩擦面数を示し、「μ」は摩擦面の摩擦係数を示し、「ｒ」は等価摩擦半径を示し、「ｒｃ」はカム転動半径を示し、「α」及び「β」はカム部摩擦係数項を示している。
【００３６】
これに対して、第２係合面６１ａｂは、当該第２係合面６１ａｂを用いて係合状態となっている場合に、アクチュエータ６５から電磁力を付与しないと係合状態から解放状態に移行するような角度θ２で構成されている。つまり、第２係合面６１ａｂは、第２係合面６１ａｂ側で係合している場合にセルリリースが実現されるような角度θ２に設定されている。
【００３７】
このように第１部材６１は、回転方向に関して片側の係合面（第１係合面６１ａａ）の角度はセルフロックが実現されるような角度に設定されており、回転方向に関して反対側の係合面（第２係合面６１ａｂ）の角度はセルフリリースが実現されるような角度に設定されている。なお、第２部材６２のＶ字溝６２ａにも、上記した第１部材６１のＶ字溝６１ａと同様に第１係合面及び第２係合面が形成されている。
【００３８】
なお、上記した「伝達トルク容量」は、入力側から出力側に対して、伝達することができるトルクの最大値を意味する。この伝達トルク容量を超えるトルクが入力されると、入力側の物体が出力側の物体に対してスリップすることとなる。また、伝達トルク容量は、入力側と出力側との間に軸方向に働く力（押付力）によって変化する。例えば、係合時における第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量は、アクチュエータ６５からの電磁力によって変化させることができる、つまりクラッチ電流によって変化させることができる。
【００３９】
ここで、前進走行時において、モータジェネレータ５によって回転される第１部材６１の回転数が、車軸７によって回転される第３部材６３の回転数よりも相対的に高い場合には、図３（ａ）及び図３（ｂ）中の矢印Ｂ１ａ、Ｂ１ｂで示す方向に、第１部材６１が第３部材６３に対して相対回転する。この場合には、基本的には、第１係合面６１ａａ側で係合が行われることとなる。第１係合面６１ａａ側で係合すると、セルフロック状態となることで、アクチュエータ６５から電磁力を付与しなくても係合状態が維持される。これに対して、前進走行時において、第３部材６３の回転数が第１部材６１の回転数よりも相対的に高い場合には、図３（ａ）及び図３（ｂ）中の矢印Ｂ２ａ、Ｂ２ｂで示す方向に、第１部材６１が第３部材６３に対して相対回転する。この場合には、基本的には、第２係合面６１ａｂ側で係合が行われることとなる。
【００４０】
以下では、矢印Ｂ１ａ、Ｂ１ｂで示すような、第１部材６１が第３部材６３に対して相対回転する方向を「正方向」と定義する。また、このような正方向を適宜「セルフロック側」と呼ぶ。これに対して、矢印Ｂ２ａ、Ｂ２ｂで示すような、第１部材６１が第３部材６３に対して相対回転する方向を「負方向」と定義する。また、このような負方向を適宜「セルフリリース側」と呼ぶ。なお、これらの「正方向」及び「負方向」は第３部材６３に対する第１部材６１の相対回転方向で定義しているため、第１部材６１が実際には当該方向と逆方向に回転している場合も有り得る。更に、以下では、矢印Ｂ１ａ、Ｂ１ｂで示す方向に付与するモータジェネレータ５のトルクを「正トルク」と定義すると共に、矢印Ｂ２ａ、Ｂ２ｂで示す方向に付与するモータジェネレータ５のトルクを「負トルク」と定義する。
【００４１】
図４は、解放状態及び係合状態における第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３の状態を概略的に示している。この場合、図４は、第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３を半径方向から観察した状態を示している。
【００４２】
図４（ａ）は解放状態を示しており、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は係合状態を示している。具体的には、図４（ｂ）は第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合の図を示しており、図４（ｃ）は第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側で係合している場合の図を示している。第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合には押付力Ｃ１が発生し、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側で係合している場合には押付力Ｃ２が発生する。前述したように第１係合面６１ａａ、６２ａａの角度θ１は第２係合面６１ａｂ、６２ａｂの角度θ２よりも小さく設定されているため（θ１＜θ２）、係合機構６に等トルクが入力されている場合には「押付力Ｃ１＞押付力Ｃ２」といった関係が成立する。
【００４３】
つまり、第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合には、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側で係合している場合よりも、入力されたトルクによって押付力を大きく増大することができると言える。そのため、第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合には、入力されたトルクによって発生する押付力が大きいため、アクチュエータ６５から電磁力を付与しなくても係合状態が維持される。より具体的には、第１係合面６１ａａ、６２ａａ側で係合している場合には、モータジェネレータ５から正トルクが入力されている限りにおいて、係合状態が維持される。
【００４４】
これに対して、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側で係合している場合には、入力されたトルクによって発生する押付力が比較的小さいため、係合状態を維持するためにはアクチュエータ６５から電磁力を付与する必要がある。しかしながら、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側から係合する場合には、アクチュエータ６５からの電磁力を変化させることにより、第２部材６２と第３部材６３との間の押付力を変化させることで、伝達トルク容量を調整しながら係合することができると言える。つまり、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂ側から係合する場合には、第１係合面６１ａａ、６２ａａ側から係合する場合に比較して、入力されたトルクによる押付力が小さいので、アクチュエータ６５の電磁力によって押付力を変化させることができる範囲が広いため、伝達トルク容量を適切に調整しながら係合することができると言える。
【００４５】
［制御方法］
次に、本実施形態においてＥＣＵ２０が係合機構６に対して行う制御方法について具体的に説明する。
【００４６】
（係合制御）
まず、本実施形態における係合制御について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、係合機構６を解放状態から係合状態へ切り替える際に、第１部材６１が第３部材６３に対して第２係合面６１ａｂの方向に相対回転するようにモータジェネレータ５を制御することで、第２係合面６１ａｂ、６２ａｂの側から係合させる。つまり、ＥＣＵ２０は、第１部材６１が第３部材６３に対して負方向に相対回転するようにモータジェネレータ５の回転数を制御することで、セルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂを用いて係合させる。即ち、ＥＣＵ２０は、第１部材６１を第３部材６３に対してセルフリリース側の方向に相対回転させることで、セルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂで係合させた後に、セルフロック側の第１係合面６１ａａ、６２ａａで係合させる。
【００４７】
また、ＥＣＵ２０は、このようにセルフリリース側で係合を行う際に、クラッチ電流を制御することで、つまりアクチュエータ６５からの電磁力を制御することで、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量を制御する（以下、適宜「トルク容量制御」と呼ぶ。）。つまり、ＥＣＵ２０は、伝達トルク容量を調整しながら係合を行う。以上のようにして係合を行うことで、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができると共に、イナーシャトルクを低減することができる。
【００４８】
更に、ＥＣＵ２０は、上記のようなトルク容量制御を行う際に、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量に相当するトルクを、モータジェネレータ５から出力させる制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、伝達トルク容量に相当する負トルクをモータジェネレータ５から出力させる制御を行う。これにより、係合時におけるショックの発生を適切に抑制することができる。
【００４９】
ここで、図５を参照して、本実施形態における係合制御について具体的に説明する。図５は、第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３を半径方向から観察した状態を示している。
【００５０】
まず、ＥＣＵ２０は、係合開始時において（係合機構６は解放状態にあるものとする）、第１部材６１と第３部材６３との回転数を同期させるべく、モータジェネレータ５の回転数についてのＦ／Ｂ制御（以下、「回転数同期Ｆ／Ｂ制御」とも呼ぶ。）を開始する。この場合、ＥＣＵ２０は、セルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂから係合させるべく、第１部材６１が第３部材６３に対して負方向に相対回転するように、モータジェネレータ５の回転数を制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、図５（ａ）に示すように、第１部材６１の回転数Ｎ１１が第３部材６３の回転数Ｎ３１よりも小さくなるように（Ｎ１１＜Ｎ３１）、モータジェネレータ５の回転数を制御する。
【００５１】
この後、ＥＣＵ２０は、第２部材６２を第３部材６３側にストロークさせるべく、アクチュエータ６５から電磁力を付与させる制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、アクチュエータ６５の電磁石６５ａからの電磁力によって、リターンスプリング６６の付勢力に抗して第２部材６２が第３部材６３側に吸引されるように、電磁石６５ａを駆動する駆動部へクラッチ電流を印加する。これにより、図５（ｂ）に示すように、矢印Ｄ２に示すような電磁力によって第２部材６２が吸引されることで、第２部材６２と第３部材６３とが摩擦面で接触する。なお、このように摩擦面で接触した状態では、第１部材６１の回転数Ｎ１２と第３部材６３の回転数Ｎ３２とは異なる回転数であり、つまり回転数同期しておらず、第２部材６２が第３部材６３に対してスリップした状態となっている。
【００５２】
この後、ＥＣＵ２０は、クラッチ電流を制御することで、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量の制御（トルク容量制御）を行う。こうして第２部材６２と第３部材６３との間に生じた伝達トルク容量が、第１部材６１（第２部材６２も含む）と第３部材６３とを回転数同期させる力となる。また、ＥＣＵ２０は、トルク容量制御を行う際に、係合時において係合機構６で生じるトルクをモータジェネレータ５のトルクで相殺するべく、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量に相当するトルクをモータジェネレータ５から出力させる制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、印加しているクラッチ電流に応じて、モータジェネレータ５から負トルクを出力させる制御を行う。このような制御を行うことで、第１部材６１と第２部材６２との間において回転方向に沿って形成されたガタ（動力伝達部材６４の可動範囲に相当する）が詰まると共に、第２部材６２と第３部材６３との間に所定以上の伝達トルク容量が発生する。これにより、図５（ｃ）に示すように、第１部材６１の回転数Ｎ１３と第３部材６３の回転数Ｎ３３とが同期する（Ｎ１３≒Ｎ３３）。
【００５３】
この後、ＥＣＵ２０は、セルフロック側の第１係合面６１ａａ、６２ａａで係合させるべく、モータジェネレータ５のトルクを正方向にスイープアップさせる。具体的には、ＥＣＵ２０は、図５（ｄ）に示すように、モータジェネレータ５から正トルクＴｒ１４を出力させることで、ガタをセルフロック側に詰めて、セルフロック側の第１係合面６１ａａ、６２ａａで係合させる。これと同時に、ＥＣＵ２０は、アクチュエータ６５からの電磁力の付与を終了するべく、クラッチ電流の印加を終了する（破線矢印Ｄ４参照）。
【００５４】
次に、図６を参照して、本実施形態における係合制御のフローチャートについて説明する。当該フローは、係合機構６が解放状態にある際に、モータジェネレータ５を車軸７に連結すべき状況などにおいて実行される。
【００５５】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、第１部材６１と第３部材６３との回転数を同期させるべく、モータジェネレータ５の回転数同期Ｆ／Ｂ制御を実行する。この場合、ＥＣＵ２０は、セルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂから係合させるべく、モータジェネレータ５の目標回転数を相対回転数において負側（つまりセルフリリース側）にオフセットする。つまり、ＥＣＵ２０は、第１部材６１が第３部材６３に対して負方向に相対回転するように、モータジェネレータ５の目標回転数を設定する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。
【００５６】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、第２部材６２と第３部材６３とを摩擦面で接触させるべく、アクチュエータ６５から電磁力が付与されるようにクラッチ電流の印加を開始する。具体的には、ＥＣＵ２０は、アクチュエータ６５の電磁石６５ａからの電磁力によって、リターンスプリング６６の付勢力に抗して第２部材６２が第３部材６３側に吸引されるように、電磁石６５ａを駆動する駆動部へクラッチ電流を印加する。例えば、ＥＣＵ２０は、予め実験や所定の演算式などにより求められた所定のクラッチ電流を印加する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。
【００５７】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、クラッチ電流を制御することで、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量の制御（トルク容量制御）を行う。例えば、ＥＣＵ２０は、伝達トルク容量が徐々に増加するように、クラッチ電流を制御する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、係合時に発生し得るショックをモータジェネレータ５のトルクで相殺するべく、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量に相当するトルクをモータジェネレータ５から出力させる制御（以下、「ショック補正制御」とも呼ぶ。）を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、印加しているクラッチ電流に応じて、モータジェネレータ５から負トルクを出力させる制御を行う。そして、処理はステップＳ１０５に進む。
【００５８】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２０は、第１部材６１と第３部材６３との相対回転数がゼロであるか否かを判定する。つまり、第１部材６１と第３部材６３とが回転同期しているか否かを判定する。相対回転数がゼロである場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０６に進む。これに対して、相対回転数がゼロでない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０３に戻る。この場合には、ＥＣＵ２０は、第１部材６１と第３部材６３との相対回転数がゼロとなるまで、ステップＳ１０３のクラッチ電流制御及びステップＳ１０４のショック補正制御を繰り返し行う。なお、ここでは、第１部材６１と第３部材６３との相対回転数がゼロであることを条件として用いているが、この代わりに、第１部材６１と第３部材６３との相対回転数（絶対値）が所定値未満であることを条件として用いても良い。
【００５９】
ステップＳ１０６では、第１部材６１と第３部材６３とが回転同期しているため、ＥＣＵ２０は、クラッチ電流の印加を終了すると共に、モータジェネレータ５のトルクを正方向にスイープアップさせる制御を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５のトルクを正方向に上昇させることで、セルフロック側の第１係合面６１ａａ、６２ａａで係合させる。そして、処理は終了する。
【００６０】
以上説明した係合制御によれば、セルフリリース側から係合を行うことで、セルフロック側から係合を行う場合と比較して、係合時の急激なトルク上昇を抑制することができると共にイナーシャトルクを低減することができる。また、係合時において、伝達トルク容量に相当するトルクをモータジェネレータ５から出力させる制御を行うことで、係合時におけるショックの発生を適切に抑制することができる。
【００６１】
（解放・回生制御）
次に、本実施形態における解放・回生制御について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、係合機構６の係合状態（詳しくはセルフロック側で係合状態）においてモータジェネレータ５によって回生させる場合に、第２部材６２と第３部材６３との固定状態が維持されるようにアクチュエータ６５に対する制御を行いつつ、ガタをセルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂに詰める制御を行う。つまり、ＥＣＵ２０は、アクチュエータ６５から電磁力を付与することで係合状態が維持されるようにしておいて、セルフロック側での係合からセルフリリース側での係合に移行してモータジェネレータ５によって回生を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５から負トルクを出力させる制御を行うことで回生を行う。このような回生制御によれば、係合機構６を解放せずに適切に回生を行うことができる。言い換えると、係合機構６の係合状態を維持したまま、適切に回生を行うことができる。
【００６２】
一方、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５からの駆動力を用いた走行中において、係合機構６を係合状態（この場合にはセルフロック側で係合している）から解放状態へ切り替える場合、モータジェネレータ５のトルクを徐々に低減する制御を行う。そして、ＥＣＵ２０は、クラッチ電流をゼロに維持しつつ、モータジェネレータ５のトルクをゼロ若しくは所定の負トルクまで低減させる。こうすることで、リターンスプリング６６の付勢力によって第２部材６２が第３部材６３から引き離されることで、係合機構６が係合状態から解放状態へ切り替えられる。このような解放制御によれば、解放時におけるショックの発生を適切に抑制することができる。なお、係合状態から解放状態への切り替えは、例えばモータジェネレータ５の引き摺りによる発熱や損失などが発生する場合に行われる。
【００６３】
ここで、図７を参照して、本実施形態における回生制御について具体的に説明する。図７は、第１部材６１、第２部材６２、及び第３部材６３を半径方向から観察した状態を示している。図７に示すように、ＥＣＵ２０は、矢印Ｄ５に示すような電磁力によって第２部材６２を吸引することで第２部材６２と第３部材６３との固定状態を維持しつつ、具体的にはセルフリリース側の第２係合面６１ａｂ、６２ａｂでの係合状態を維持しつつ、モータジェネレータ５から負トルクＴｒ１５を出力させることで回生を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５による回生に必要なトルク（以下、「回生必要トルク」とも呼ぶ。）以上の伝達トルク容量が発生するように、アクチュエータ６５からの電磁力を制御する、つまりクラッチ電流を制御する。なお、このような回生制御においては、第１部材６１の回転数Ｎ１５と第３部材６３の回転数Ｎ３５とは同期している（Ｎ１５≒Ｎ３５）。
【００６４】
次に、図８を参照して、本実施形態における解放・回生制御のフローチャートについて説明する。当該フローは、係合機構６が係合状態にある際に（例えばモータジェネレータ５のトルクを用いた走行中）、モータジェネレータ５のトルク（正トルク）を車軸７に付与する必要がなくなった状況などで実行される。
【００６５】
まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５のトルクを徐々に低減する制御を行う。そして、処理はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、ＥＣＵ２０は、回生制御へ移行するか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ２０は、運転者によるアクセルペダルやブレーキペダルの操作などに基づいて回生制御へ移行するか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ２０は、アクセルペダルがオフとなった場合に回生制御へ移行すると判定する。
【００６６】
回生制御へ移行する場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５における回生必要トルク以上の伝達トルク容量が発生するように、アクチュエータ６５からの電磁力を制御する、つまりクラッチ電流を制御する。即ち、ＥＣＵ２０は、第２部材６２と第３部材６３との固定状態が維持され、且つ、モータジェネレータ５によって適切に回生が行われるように、クラッチ電流を制御する。この場合、ＥＣＵ２０は、回生時にモータジェネレータ５から出力させる負トルクに応じて、クラッチ電流を制御することで、第２部材６２と第３部材６３との間の伝達トルク容量の制御（トルク容量制御）を行う。そして、処理はステップＳ２０４に進む。
【００６７】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ２０は、モータジェネレータ５によって回生制御を実行する。この場合、ＥＣＵ２０は、車両１００に付与すべき制動トルクやバッテリの充電状態などに応じて、モータジェネレータ５から負トルクを出力させる。そして、処理は終了する。なお、ここでは、回生必要トルク以上の伝達トルク容量が発生するように制御を行ってから回生制御を実行する例を示したが、回生制御を実行してから回生必要トルク以上の伝達トルク容量が発生するように制御を行っても良い。つまり、ステップＳ２０４の処理を行ってからステップＳ２０３の処理を行うこととしても良い。
【００６８】
一方で、回生制御へ移行しない場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、ＥＣＵ２０は、係合機構６を解放すべく、クラッチ電流をゼロに維持しつつ、モータジェネレータ５のトルクをゼロにする制御、若しくはモータジェネレータ５から所定の負トルクを出力させる制御を行う。こうすることで、リターンスプリング６６の付勢力によって第２部材６２が第３部材６３から引き離されることで、係合機構６が解放する。そして、処理は終了する。
【００６９】
以上説明した解放・回生制御によれば、解放時におけるショックの発生を適切に抑制することができると共に、係合機構６を解放せずに適切に回生を行うことができる。
【００７０】
［変形例］
本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。
【００７１】
例えば、上記では、第１部材を回転させる駆動力源としてモータジェネレータを用いる例を示したが、第１部材を回転させる駆動力源として、モータジェネレータの代わりにエンジンを用いても良い。
【００７２】
また、上記では、第３部材を回転部材によって構成する例を示したが、言い換えると第３部材が車軸によって回転される構成を示したが、第３部材を固定部材（ケースなどに固定され、回転しない部材）によって構成しても良い。つまり、係合機構を係合することで、第１部材の回転を固定（ロック）することとしても良い。
【００７３】
また、上記では、アクチュエータが電磁力を用いて第２部材をストロークする例を示したが、電磁力の代わりに油圧を用いて第２部材をストロークしても良い。更に、上記では動力伝達部材としてカムボールを用いる例を示したが、カムボールの代わりにカムローラを動力伝達部材として用いても良い。
【符号の説明】
【００７４】
１ エンジン
３、７ 車軸
５ モータジェネレータ
６ 係合機構
２０ ＥＣＵ
６１ 第１部材
６１ａ、６２ａ Ｖ字溝
６１ａａ、６２ａａ 第１係合面
６１ａｂ、６２ａｂ 第２係合面
６２ 第２部材
６３ 第３部材
６４ 動力伝達部材
６５ アクチュエータ
６６ リターンスプリング
１００ 車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力源からの駆動力によって回転する第１部材と、
前記第１部材に対向した状態で同軸上に配置された第２部材と、
前記第１部材及び前記第２部材のそれぞれの対抗面に回転方向に沿って形成された溝部に保持され、前記第１部材と前記第２部材との間で動力を伝達する動力伝達部材と、
前記第２部材における前記第１部材に対向する側とは反対側に対向し、前記第２部材と接触することで前記第２部材を固定可能に構成された第３部材と、
前記第２部材をその対向方向に沿ってストロークさせて、前記第２部材を前記第３部材に固定するための駆動力を付与可能なアクチュエータと、を有しており、
前記第２部材を前記第３部材により固定することで実現される係合状態と、前記第２部材を前記第３部材から解放することで実現される解放状態とを切り替え可能に構成されると共に、前記第２部材が前記第３部材に固定されることにより前記第１部材と前記第２部材との間に前記回転方向に沿ってガタが形成されるように構成された係合機構に対して制御を行う係合機構の制御装置であって、
前記第１部材及び前記第２部材の前記溝部には、前記係合状態において前記動力伝達部材が保持される第１係合面及び第２係合面が形成されており、
前記第１係合面は、当該第１係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しなくても前記係合状態が維持されるような角度で構成されており、
前記第２係合面は、当該第２係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しないと前記係合状態から前記解放状態に移行するような角度で構成されており、
前記解放状態から前記係合状態へ切り替える際に、前記第１部材が前記第３部材に対して前記第２係合面の方向に相対回転するように前記駆動力源に対する制御を行うことで、前記第２係合面の側から係合させる制御手段を備えることを特徴とする係合機構の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２係合面の側から係合させる際に、前記第２部材と前記第３部材との間の伝達トルク容量に相当する前記駆動力を前記駆動力源から出力させる制御を行う請求項１に記載の係合機構の制御装置。
【請求項３】
前記駆動力源は、回転電機であり、
前記第３部材は、車軸の回転によって回転可能に構成され、
前記制御手段は、前記係合状態において前記回転電機によって回生させる場合に、前記第２部材と前記第３部材との固定状態が維持されるように前記アクチュエータに対する制御を行いつつ、前記ガタを前記第２係合面の側に詰める制御を行う請求項１又は２に記載の係合機構の制御装置。
【請求項１】
駆動力源からの駆動力によって回転する第１部材と、
前記第１部材に対向した状態で同軸上に配置された第２部材と、
前記第１部材及び前記第２部材のそれぞれの対抗面に回転方向に沿って形成された溝部に保持され、前記第１部材と前記第２部材との間で動力を伝達する動力伝達部材と、
前記第２部材における前記第１部材に対向する側とは反対側に対向し、前記第２部材と接触することで前記第２部材を固定可能に構成された第３部材と、
前記第２部材をその対向方向に沿ってストロークさせて、前記第２部材を前記第３部材に固定するための駆動力を付与可能なアクチュエータと、を有しており、
前記第２部材を前記第３部材により固定することで実現される係合状態と、前記第２部材を前記第３部材から解放することで実現される解放状態とを切り替え可能に構成されると共に、前記第２部材が前記第３部材に固定されることにより前記第１部材と前記第２部材との間に前記回転方向に沿ってガタが形成されるように構成された係合機構に対して制御を行う係合機構の制御装置であって、
前記第１部材及び前記第２部材の前記溝部には、前記係合状態において前記動力伝達部材が保持される第１係合面及び第２係合面が形成されており、
前記第１係合面は、当該第１係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しなくても前記係合状態が維持されるような角度で構成されており、
前記第２係合面は、当該第２係合面で前記係合状態となっている場合に、前記アクチュエータから前記駆動力を付与しないと前記係合状態から前記解放状態に移行するような角度で構成されており、
前記解放状態から前記係合状態へ切り替える際に、前記第１部材が前記第３部材に対して前記第２係合面の方向に相対回転するように前記駆動力源に対する制御を行うことで、前記第２係合面の側から係合させる制御手段を備えることを特徴とする係合機構の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２係合面の側から係合させる際に、前記第２部材と前記第３部材との間の伝達トルク容量に相当する前記駆動力を前記駆動力源から出力させる制御を行う請求項１に記載の係合機構の制御装置。
【請求項３】
前記駆動力源は、回転電機であり、
前記第３部材は、車軸の回転によって回転可能に構成され、
前記制御手段は、前記係合状態において前記回転電機によって回生させる場合に、前記第２部材と前記第３部材との固定状態が維持されるように前記アクチュエータに対する制御を行いつつ、前記ガタを前記第２係合面の側に詰める制御を行う請求項１又は２に記載の係合機構の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３１８５３（Ｐ２０１１−２３１８５３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０２５３７（Ｐ２０１０−１０２５３７）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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