噛合クラッチ装置
【課題】短時間で係合することができ、かつ、円滑に係合することができる噛合クラッチ装置を提供することにある。
【解決手段】回転体と連れ回り、前記回転体の回転力を伝達する第１部材と、回転体の回転軸の延長線上に設けられ、第１部材と噛合可能な第２部材と、第１部材と第２部材とを回転軸方向に相対的に移動させ、第１部材と第２部材との係合動作と非係合動作とを行う駆動手段と、回転体の回転数同期制御を行う同期制御手段と、第１部材と第２部材との位相差を検出する位相検出手段と、同期制御手段での制御と、位相検出手段で検出した位相差とに基づいて、駆動手段の動作を制御する制御手段とを有することで上記課題を解決する。
【解決手段】回転体と連れ回り、前記回転体の回転力を伝達する第１部材と、回転体の回転軸の延長線上に設けられ、第１部材と噛合可能な第２部材と、第１部材と第２部材とを回転軸方向に相対的に移動させ、第１部材と第２部材との係合動作と非係合動作とを行う駆動手段と、回転体の回転数同期制御を行う同期制御手段と、第１部材と第２部材との位相差を検出する位相検出手段と、同期制御手段での制御と、位相検出手段で検出した位相差とに基づいて、駆動手段の動作を制御する制御手段とを有することで上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転要素と回転要素または、回転要素と固定要素とを係合させる噛合クラッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車は、動力源として、内燃機関に加えて、原動機、モータジェネレータを備えた車両である。ハイブリッド車には、内燃機関の駆動力の過不足分を原動機、モータジェネレータ等で補い、動力源の回転数を連続的に変速させる無段変速モードと、内燃機関からの動力のみで駆動させる固定段モードとを切り替える切換機構を有する車両がある。このような切換機構としては、原動機、モータジェネレータが連結されている軸を回転しないように固定するクラッチ装置がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電動機と、該電動機のトルクによって回転され、かつ、電動機の軸線を中心として円周方向に形成された第１の係合部材と、円周方向に配置された第２の係合部材と、第１の係合部材と第２の係合部材とを係合・解放させるアクチュエータとを有する駆動装置において、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とを係合させる場合は、前記第１の係合部材を前記電動機で回転することにより、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との前記円周方向における位相を調整する位相調整手段を有する駆動装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、エンジンと、エンジンの機械出力により駆動される発電機と、発電機の発電出力により充電される電池と、電池の放電出力により駆動されるモータと、発電機とモータの間の機械的連結を開閉する連結開閉手段と、を有するシリーズパラレル複合電気自動車において、連結開閉手段により発電機とモータの間の機械的連結を開き、上記シリーズパラレル複合電気自動車をシリーズハイブリッド車として走行させる手段と、連結開閉手段により発電機とモータの間の機械的連結を閉じ、発電機及びモータの少なくとも一方を加減速に使用しながら、上記シリーズパラレル複合電気自動車をパラレルハイブリッド車として走行させる手段と、発電機のトルクを制御することにより、連結開閉手段を閉じる際に発電機の回転数とモータの回転数を実質的に一致させる手段と、を備えることを特徴とする制御装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、前進と後進との切換にクラッチ装置を用いる装置として、前進変速段を確立するための前進用ドグクラッチと、後進変速段を確立するための後進用ドグクラッチとを含む前後進切換機構を備えた車両用動力伝達装置において、前進用ドグクラッチは、駆動側ドグおよび従動側ドグの回転を同期させて該両ドグを噛合させるシンクロメッシュ機構を備えるとともに、後進用ドグクラッチは、駆動側ドグおよび従動側ドグの回転の非同期時における噛合を抑制するチャンファーを該両ドグに備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３８１３６号公報
【特許文献２】特開平８−９８３２２号公報
【特許文献３】特開平１１−８２５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に記載の駆動装置のように、モータの駆動力を伝達する回転軸をクラッチにより固定することで、固定段走行時に、モータで反力を発生させる必要がなくなるため、エネルギの利用効率を高くすることができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている装置では、位相同期制御を行うため、加減速、タイヤからのトルク入力による影響で目標範囲に収束するまでに時間がかかり、その間は係合させることが困難である。また、回転軸の回転数に加え、回転軸の位相も制御する必要がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の装置では、回転数を一致しているのみであるので、係合時に、クラッチの歯先同士が衝突したり、一方の歯先が他方の歯先に乗り上げたりすることにより、係合時にショックや、歯先磨耗を発生させる可能性がある。また、クラッチの噛合わされる部材を軸方向に移動させる力が弱い場合は、クラッチの歯先同士が接触して、クラッチを係合できない可能性もある。
【００１０】
また、特許文献３に記載の装置は、シンクロメッシュ機構により、係合する２つの部材の回転数を同期させることで係合可能としているが、回転体との間で摩擦を発生させるため、ショックが発生する可能性があり、また、抵抗となるため、エネルギ損失が発生するという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、短時間で係合することができ、かつ、円滑に係合することができる噛合クラッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転体と連れ回り、前記回転体の回転力を伝達する第１部材と、前記回転体の回転軸の延長線上に設けられ、前記第１部材と噛合可能な第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを前記回転軸方向に相対的に移動させ、前記第１部材と前記第２部材との係合動作と非係合動作とを行う駆動手段と、前記回転体の回転数同期制御を行う同期制御手段と、前記第１部材と前記第２部材との位相差を検出する位相検出手段と、前記同期制御手段での制御と、前記位相検出手段で検出した位相差とに基づいて、前記駆動手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記第２部材は、回転しない部材に連結されていることが好ましい。また、前記制御手段は、前記位相差と前記第１部材と前記第２部材との回転数の差とが所定の関係にある場合に、前記駆動手段により前記第１部材と前記第２部材とを相対的に移動させ、前記第１部材と前記第２部材との係合動作を行うことが好ましい。
【００１４】
また、前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可されている回転数と、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可される所定の位相情報とを関連付けて記憶していることが好ましい。
【００１５】
また、前記制御手段は、回転数と位相情報と係合動作が行われる領域が示されているマップを記憶し、前記マップに基づいて、係合動作を制御することが好ましい。
【００１６】
また、前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可されている回転数に対しては前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可される所定の位相情報が予め定められており、前記所定の位相情報からは、回転方向における前記第１部材の接触する部分と前記第２部材の接触する部分とのバックラッシュの範囲が除かれていることが好ましい。
【００１７】
また、前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作の際に、回転方向において、一方の部材が他方の部材に乗り上げる側の領域は、非線形境界によって規定されることが好ましい。
【００１８】
また、非線形境界は、回転数に対応したイナーシャ変化によって定められることを特徴とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる噛合クラッチ装置は、短時間で円滑にクラッチを係合することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施例に係る噛合クラッチ装置を有する車両を示す模式図である。
【図２−１】図２−１は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。
【図２−２】図２−２は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。
【図３】図３は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの動作を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例を示す模式図である。
【図５】図５は、クラッチが係合状態の場合の共線図である。
【図６】図６は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例を示す模式図である。
【図７】図７は、本実施例に係るクラッチの係合の手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、制御部に記憶されている二次元マップの一例を示すグラフである。
【図９】図９は、クラッチの一部の概略構成を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の説明により本発明が限定されるものではない。また、下記の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【実施例】
【００２２】
本実施例に係る噛合クラッチ装置を有する駆動装置は、動力を発生する内燃機関と、回生機能及び力行機能を有する第１電動機と、回生機能及び力行機能を有する第２電動機と、前記第１電動機の出力軸に直接又は間接的に取り付けられて、前記内燃機関の反力を伝達するための第１部材及び前記第１部材と噛み合い又は解放する第２部材を含んで構成される噛合クラッチ装置（以下単に「クラッチ」ともいう。）と、を有する。そして、本実施例に係るクラッチは、クラッチを噛み合わせる際に、第１部材と第２部材との相対回転数を同期させ、第１部材と第２部材との相対位置関係が所定の領域内にあるか判定し、その判定結果に基づいて、第１部材と第２部材との係合動作を制御する。以下において、内燃機関や電動機、あるいは軸の回転数とは、内燃機関や電動機の出力軸の単位時間あたりにおける回転数であり、回転角速度と同じ意味である。
【００２３】
図１は、本実施例に係る噛合クラッチ装置を有する駆動装置を搭載する車両を示す模式図である。図２−１、図２−２は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。図３は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの動作を示す模式図である。駆動装置３は、内燃機関２２と、第１電動機２１と、動力分割機構３０と、第２電動機２３とを備えるハイブリッド式の駆動装置であり、車両１に搭載されてこれを走行させる。車両１は、図１に示すように、左前輪２ＦＦ、右前輪２ＦＲ、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲを備えており、左前輪２ＦＦ、右前輪２ＦＲが操舵輪、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲが駆動輪となる。
【００２４】
内燃機関２２と、内燃機関２２の出力軸であるクランクシャフト２２Ｓにダンパ２８を介して接続された動力分割機構３０と、動力分割機構３０に接続された第１電動機２１と、動力分割機構３０に接続された第２電動機２３と、車両１を制御するメインＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、内燃機関２２を制御する機関ＥＣＵ１６と、第１電動機２１及び第２電動機２３を制御する電動機ＥＣＵ（ＭＧＥＣＵ）１５とを備える。
【００２５】
内燃機関２２は、ガソリン又は軽油等の炭化水素系の燃料により動力を発生する熱機関であり、内燃機関２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される機関ＥＣＵ１６により燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御を受ける。機関ＥＣＵ１６は、メインＥＣＵ１０と通信しており、メインＥＣＵ１０からの制御信号により内燃機関２２を運転制御するとともに、必要に応じて内燃機関２２の運転状態に関する情報をメインＥＣＵ１０に出力する。
【００２６】
第１電動機２１及び第２電動機２３は、電力供給機能及び蓄電機能の両方を備える電力源（本実施例ではバッテリ２０）からインバータ１８を介して供給される電力によって動力を発生する機能（力行機能）、及び機械エネルギを電気エネルギに変換する機能（回生機能）を兼ね備える。これによって、第１電動機２１及び第２電動機２３は、動力発生手段として機能するとともに、発電機としても機能する。本実施例において、第１電動機２１及び第２電動機２３は、交流同期電動機が用いられるが、第１電動機２１及び第２電動機２３に使用できる電動機はこれに限定されるものではない。
【００２７】
第１電動機２１及び第２電動機２３は、電動機ＥＣＵ１５により制御される。電動機ＥＣＵ１５は、メインＥＣＵ１０と通信しており、メインＥＣＵ１０からの制御信号により第１電動機２１及び第２電動機２３の力行及び回生を制御するとともに、必要に応じて第１電動機２１及び第２電動機２３の運転状態に関する情報をメインＥＣＵ１０に出力する。
【００２８】
動力分割機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛み合うとともにリングギヤ３２に噛み合う複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３が自転かつサンギヤ３１の周りを公転できるように複数のピニオンギヤ３３を保持するキャリア３４とを備える。このように、動力分割機構３０は、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素とする遊星歯車装置である。
【００２９】
動力分割機構３０は、キャリア３４に内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓが、サンギヤ３１に第１電動機２１の入出力軸２１Ｓが、リングギヤ３２に連結シャフト２５Ｉがそれぞれ接続されている。第２電動機２３の入出力軸２３Ｓは、減速装置２９に接続される。減速装置２９は、第２電動機２３の回転数を減速させて出力するとともに、内燃機関２２の出力を第２電動機２３の出力と合成する機能を有する。
【００３０】
動力分割機構３０は、第１電動機２１が発電機として機能するときには、キャリア３４から入力される内燃機関２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側とに、そのギヤ比に応じて分配する。これによって、内燃機関２２の動力は、動力分割機構３０で分割され、一部で第１電動機２１から発電させ、残りは動力分割機構３０へ入力されて連結シャフト２５Ｉから出力される。第１電動機２１で生み出された電力は、第２電動機２３を駆動したり、蓄電装置であるバッテリ２０に充電されたりする。蓄電装置としては、充放電可能な二次電池であるバッテリ２０や、キャパシタ等を用いることができる。
【００３１】
第１電動機２１が生み出した電力やバッテリ２０から供給される電力によって第２電動機２３が動力を発生するとき、すなわち第２電動機２３が力行するときには、第２電動機２３が動力を発生する。第２電動機２３が発生する動力は、減速装置２９からプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。また、第２電動機２３が発電機として機能するときには、連結シャフト２５Ｉから減速装置２９を介して第２電動機２３へ動力が入力され、これによって第２電動機２３が電力を発生する。
【００３２】
第１電動機２１は、例えば、内燃機関２２を始動させるときに、バッテリ２０から電力の供給を受けて動力を発生する（力行）。この場合、第１電動機２１の発生した動力は、動力分割機構３０のサンギヤ３１からキャリア３４を介して内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓに伝達される。これによって、内燃機関２２が始動する。
【００３３】
内燃機関２２の動力及び第２電動機２３の動力は、減速装置２９で合成されてからプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。なお、内燃機関２２のみが動力を発生している場合には、この動力が直接プロペラシャフト２５Ｐへ出力され、第２電動機２３が単独で動力を発生している場合には、この動力が減速装置２９を介してプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。プロペラシャフト２５Ｐは、減速装置２９とデファレンシャルギヤ２６とを連結しており、両者の間で動力を伝達する。
【００３４】
プロペラシャフト２５Ｐが内燃機関２２や第２電動機２３の動力をデファレンシャルギヤ２６へ入力すると、車両１の駆動軸２７Ｌ、２７Ｒに取り付けられる左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲを駆動する。これによって、車両１が走行する。また、第２電動機２３が回生する場合、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲから駆動軸２７Ｌ、２７Ｒ、デファレンシャルギヤ２６、プロペラシャフト２５Ｐ及び減速装置２９を介して第２電動機２３が駆動される。
【００３５】
第１電動機２１、第２電動機２３は、コンバータ１７及びインバータ１８を介してバッテリ２０と電力をやり取りする。バッテリ２０は、第１電動機２１と第２電動機２３とのいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、第１電動機２１、第２電動機２３により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ２０は充放電されない。
【００３６】
第１電動機２１、第２電動機２３は、いずれも電動機ＥＣＵ１５により駆動制御されている。電動機ＥＣＵ１５には、第１電動機２１、第２電動機２３を駆動制御するために必要な信号、例えば第１電動機２１、第２電動機２３の回転子の回転位置を検出する第１回転位置検出センサ４３、第２回転位置検出センサ４４からの信号や、電流センサにより検出される第１電動機２１、第２電動機２３に印加される相電流等が入力されている。電動機ＥＣＵ１５からは、インバータ１８へのスイッチング制御信号が出力されている。ここで、第１回転位置検出センサ４３及び第２回転位置検出センサ４４には、例えば、レゾルバが用いられる。
【００３７】
本実施例において、車両１に搭載される駆動装置３は、クラッチ２４を備える。図１、図２−１、図２−２に示すように、クラッチ２４は、第１部材である噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いピース２４Ｒと噛み合い（係合）又は解放する第２部材である噛み合いスリーブ２４Ｓとで構成される噛み合いクラッチである。本実施例において、噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに取り付けられ、噛み合いスリーブ２４Ｓは、駆動装置３の静止系（例えば、第１電動機２１、第２電動機２３、クラッチ２４、動力分割機構３０を格納する筐体３Ｓ）に取り付けられる。すなわち、噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓとともに回転するが、噛み合いスリーブ２４Ｓは回転しない。
【００３８】
図２−１に示すように、噛み合いスリーブ２４Ｓは、環状の部材であり、内周部に複数の噛み合い内歯が形成されており、外周部に複数の外歯２４ＳＴＢが形成される。図１に示す筐体３Ｓの内側には、噛み合いスリーブ２４Ｓの外周部に形成される複数の外歯２４ＳＴＢと噛み合う溝が形成されている。筐体３Ｓの内側に形成される溝に噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢを噛み合わせることで、噛み合いスリーブ２４Ｓの回転が止められるとともに、噛み合いスリーブ２４Ｓは、噛み合いスリーブ２４Ｓの中心軸Ｚｓと平行な方向、すなわち、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心（図２−２のＺｒ）と平行な方向に移動できる。
【００３９】
噛み合いピース２４Ｒは、クラッチ２４が係合されたときには、内燃機関２２の反力、すなわち、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力を、噛み合いピース２４Ｒと噛み合う対象である噛み合いスリーブ２４Ｓへ伝達するための部材である。噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに取り付けられる円板状の部材であり、外周部に複数の噛み合い外歯が形成される。噛み合いスリーブ２４Ｓの内周部に形成される噛み合い内歯と、噛み合いピース２４Ｒの外周部に形成される噛み合い外歯とが互いに噛み合って、クラッチ２４が係合する。図１、図３に示すように、噛み合いクラッチ２４を構成する噛み合いスリーブ２４Ｓは、アクチュエータ５によって噛み合いピース２４Ｒの回転軸、すなわち、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心Ｚｒと平行な方向に移動されて、噛み合いピース２４Ｒと噛み合い、又は解放（噛み合いが解除）される。アクチュエータ５は、例えば、ソレノイドが用いられる。
【００４０】
クラッチ２４が噛み合わされると、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力は、噛み合いピース２４Ｒから噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯、噛み合いスリーブ２４Ｓ、噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢ、筐体３Ｓの順に伝達される。このように、内燃機関２２の前記反力は、クラッチ２４を介して筐体３Ｓで受けられる。このように、本実施例では、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供できる。これにより、原動機で反力を発生させることなく、内燃機関の反力を受けることができるため、原動機での消費電力を小さくすることができる。
【００４１】
なお、噛み合いクラッチはこのような構成以外であってもよい。例えば、筐体３Ｓ側に、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心（図２−２のＺｒ）と平行な方向に移動できるキーを設け、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに前記キーと噛み合うキー溝が形成された部材を取り付けて、クラッチ２４を構成してもよい。そして、クラッチ２４を噛み合わせる際には、前記キーを前記キー溝に嵌合させる。
【００４２】
図２−１、図２−２に示すＸ軸、Ｙ軸は、いずれも共通する軸であり、Ｘ軸とＹ軸との交点（原点）が、噛み合いスリーブ２４Ｓの中心軸Ｚｓ及び噛み合いピース２４Ｒの回転軸（すなわち第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心Ｚｒ）となる。このため、噛み合いスリーブ２４Ｓにおける座標と、噛み合いピース２４Ｒにおける座標とは共通する。クラッチ２４を噛み合わせる際には、回転する噛み合いピース２４Ｒの所定の噛み合い位置が、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの所定の噛み合い位置にきたときにアクチュエータ５を駆動して噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒに噛み合わせる。
【００４３】
本実施例では、Ｙ軸上にある噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１（図２−１参照）を噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い位置とし、噛み合いピース２４Ｒの隣接する噛み合い外歯２４ＲＴ１、２４ＲＴ２との間を噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置とする。したがって、噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置が、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１の位置にきたときにアクチュエータ５が駆動されて、噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒに噛み合わされる。
【００４４】
回転している噛み合いピース２４Ｒが噛み合い可能であるかは、第１回転位置検出センサ４３の検出結果に基づいて判定することができる。なお、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い位置は、噛み合いスリーブ２４ＳのＹ軸上にある噛み合い内歯２４ＳＴＡ１なので、この位置は予め特定でき、かつ、回転数は０となる。したがって、第１回転位置検出センサ４３によって検出された噛み合いピース２４Ｒの位置に基づいて、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとの相対回転数及び相対位相（回転方向における相対位置）を算出することができる。
【００４５】
ここで、例えば、高速走行かつ低負荷で車両１が走行しているときや、第１電動機２１が発生するトルクの制限により、第１電動機２１が受けることができる内燃機関２２の反力が制限されるとき等にクラッチ２４が噛み合わされる。クラッチ２４に摩擦式のクラッチを用いたり、シンクロナイザリングを用いるクラッチを用いたりすることもできるが、このような方式のクラッチは、摩擦により引きずりを発生させる。駆動装置３が備えるクラッチ２４は噛み合い式であり、機械的な構造、より具体的には摩擦により噛み合わせ対象同士の回転の同期をとる回転同期装置が存在しないため、摩擦を発生させる要素がない。このため、クラッチ２４を係合する、あるいは解放するときの引きずりによる損失が極めて小さい。これによって、内燃機関２２の燃料消費を抑制できる。また、摩擦式のクラッチと比較して、係合に要するエネルギを低減できる。さらに、回転同期装置が存在しないので、クラッチ２４を小型化できる。
【００４６】
図４は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例である。この駆動装置３ａは、上述した駆動装置３と略同様であるが、動力分割機構を２個の遊星歯車装置３０ａ、３０ｂで構成される点が異なる。動力分割機構３０Ａは、シングルピニオン式の第１遊星歯車装置３０ａと、シングルピニオン式の第２遊星歯車装置３０ｂとで構成される。なお、第１遊星歯車装置３０ａと第２遊星歯車装置３０ｂとは、それぞれ、上述した動力分割機構３０を構成する遊星歯車装置と同様の構成である。
【００４７】
第１遊星歯車装置３０ａのキャリア３４ａには、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓが接続される。また、第１遊星歯車装置３０ａのキャリア３４ａは、第２遊星歯車装置３０ｂのリングギヤ３２ｂに接続される。また、第１遊星歯車装置３０ａのサンギヤ３１ａには第１電動機２１の入出力軸２１Ｓが接続される。第１遊星歯車装置３０ａのリングギヤ３２ａは、第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂに接続される。第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂは、連結シャフト２５Ｉと接続される。連結シャフト２５Ｉは、一端がプロペラシャフト２５Ｐと接続されている。プロペラシャフト２５Ｐは、減速装置２９の出力部と接続されているので、第２電動機２３の入出力軸２３Ｓは、減速装置２９を介して第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂと接続される。
【００４８】
駆動装置３ａが備えるクラッチ２４は、上述した駆動装置３が備えるクラッチと同様の構成であるが、噛み合いピース２４Ｒは動力分割機構３０Ａを構成する第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂに取り付けられる。すなわち、噛み合いピース２４Ｒは、動力分割機構３０Ａを介して第１電動機２１の入出力軸２１Ｓと接続されている。この駆動装置３ａにおいても、噛み合いピース２４Ｒは、内燃機関２２の反力を、噛み合いピース２４Ｒと噛み合う対象である噛み合いスリーブ２４Ｓへ伝達するための部材である。
【００４９】
なお、噛み合いピース２４Ｒの回転速度（回転数）や位置は、噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａで検出される。したがって、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとを係合させるか否かは、噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａの検出結果に基づいて、判定することができる。
【００５０】
駆動装置３ａにおいて、図４に示すように、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力は、第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂから噛み合いピース２４Ｒ、噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯、噛み合いスリーブ２４Ｓ、噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢ、筐体３Ｓの順に伝達される。このように、内燃機関２２の前記反力は、クラッチ２４を介して筐体３Ｓで受けられる。
【００５１】
ここで、クラッチ２４を係合状態にした場合における各部の回転数の関係について説明する。図５は、ドグクラッチがロック状態、つまり、係合状態の場合の共線図である。なお、図５の縦軸は回転数を示している。また、図５のＳ、Ｃ、Ｒは、それぞれ第１遊星歯車装置３０ａのサンギヤ３１ａ、キャリア３４ａ、リングギヤ３２ａを示し、符号Ｓ’、Ｃ’、Ｒ’は、それぞれ第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂ、キャリア３４ｂ、リングギヤ３２ｂを示している。図５に示したようにクラッチ２４が係合状態のときは第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂが回転不可に固定され、いわゆるロックされるので、その部分を中心に内燃機関２２、第１電動機２１、第２電動機２３、連結シャフト２５Ｉの回転数が変化する。
【００５２】
このように、本実施例では、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供できる。つまり、第２電動機２３によりトルクを発生させなくとも、内燃機関２２からの出力を効率よく連結シャフト２５Ｉに伝達することができる。なお、駆動装置３ａでは、クラッチ２４を噛み合わせても、第１電動機２１の回転は拘束されない。
【００５３】
駆動装置３ａが備えるクラッチ２４は噛み合い式であるため、摩擦を発生させる要素がない。このため、クラッチ２４を係合する、あるいは解放するときの引きずりによる損失が極めて小さい。これによって、内燃機関２２の燃料消費を抑制できる。また、摩擦式のクラッチと比較して、係合に要するエネルギを低減できる。さらに、回転同期装置が存在しないので、クラッチ２４を小型化できる。
【００５４】
図６は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例である。この駆動装置３ｂは、上述した駆動装置３と略同様であるが、動力分割機構を２個の遊星歯車装置３０ｃ、３０ｄで構成され、内燃機関及び電動機と、出力軸とがカウンタギヤを介して接続される点が異なる。動力分割機構３０Ｂは、シングルピニオン式の第１遊星歯車装置３０ｃと、シングルピニオン式の第２遊星歯車装置３０ｄとで構成される。第１遊星歯車装置３０ｃと第２遊星歯車装置３０ｄは、上述した動力分割機構３０を構成する遊星歯車装置と同様の構成である。
【００５５】
第１遊星歯車装置３０ｃのキャリア３４ｃには、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓが接続され、キャリア３４ｃは、ピニオンギヤ３３ｃに接続されている。第１遊星歯車装置３０ｃのリングギヤ３２ｃは、第２遊星歯車装置３０ｄのリングギヤ３２ｄに接続される。また、第１遊星歯車装置３０ｃのサンギヤ３１ｃには第１電動機２１の入出力軸２１Ｓが接続される。第２遊星歯車装置３０ｄのキャリア３４ｄは、ケースに固定されている。また、第２遊星歯車装置３０ｄのピニオンギヤ３３ｄは、キャリア３４ｄに接続されている。また、第２遊星歯車装置３０ｄのリングギヤ３２ｄは、上述したように第１遊星歯車装置３０ｃのリングギヤ３２ｃに接続され、さらに、カウンタギヤ３５に接続される。第２遊星歯車装置３０ｄのサンギヤ３１ｄは、第２電動機２３の入出力軸２３Ｓと接続される。
【００５６】
カウンタギヤ３５は、駆動装置３ｂを介して伝達される駆動力を減速装置２９に伝達させる伝達機構である。カウンタギヤ３５は、一方が第２遊星歯車装置と連結され、他方が減速装置２９と連結されている。
【００５７】
駆動装置３ｂが備えるクラッチ２４は、上述した駆動装置３が備えるクラッチと同様の構成であり、噛み合いピース２４Ｒは動力分割機構３０Ｂを構成する第１遊星歯車装置３０ｃのサンギヤ３１ｃに取り付けられる。すなわち、噛み合いピース２４Ｒは、動力分割機構３０Ｂとともに第１電動機２１の入出力軸２１Ｓと接続されている。この駆動装置３ｂにおいても、噛み合いピース２４Ｒは、内燃機関２２の反力を、噛み合いピース２４Ｒと噛み合う対象である噛み合いスリーブ２４Ｓへ伝達するための部材である。
【００５８】
噛み合いピース２４Ｒの回転速度や位置は、第１回転位置検出センサ４３で検出される。したがって、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとを係合させるか否かの判定は、第１回転位置検出センサ４３の検出結果に基づいて判定することができる。
【００５９】
駆動装置３ｂにおいて、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力は、第１遊星歯車装置３０ｃのピニオンギヤ３３ｃからサンギヤ３１ｃ、噛み合いピース２４Ｒ、噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯、噛み合いスリーブ２４Ｓ、噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢ、筐体３Ｓの順に伝達される。このように、内燃機関２２の前記反力は、クラッチ２４を介して筐体３Ｓで受けられる。このように、本実施例では、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供できる。
【００６０】
駆動装置３ｂが備えるクラッチ２４は噛み合い式であるため、摩擦を発生させる要素がない。このため、クラッチ２４を係合する、あるいは解放するときの引きずりによる損失が極めて小さい。これによって、内燃機関２２の燃料消費を抑制できる。また、摩擦式のクラッチと比較して、係合に要するエネルギを低減できる。さらに、回転同期装置が存在しないので、クラッチ２４を小型化できる。
【００６１】
図１に示すメインＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心とするマイクロプロセッサとして構成される処理部１０Ｐを備えて構成されており、処理部１０Ｐの他に、本実施例に係る駆動装置の制御を実現するための処理プログラムや情報を一時的に格納する記憶部１０Ｍと、入出力ポート及び通信ポートとを備える。なお、記憶部１０Ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される。本実施例において、処理部１０Ｐは、処理部１０Ｐの機能を実現するためのプログラムを、処理部１０Ｐを構成するメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであるが、処理部１０Ｐは専用のハードウェアにより実現されるものであってもよい。
【００６２】
メインＥＣＵ１０には、アクセルペダル４０Ｐの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ４０からのアクセル開度、車両１の速度（車速）を検出する車速センサ４１からの車速、第１回転位置検出センサ４３や第２回転位置検出センサ４４からの信号等が入力ポートを介して入力される。また、メインＥＣＵ１０には、アクチュエータ５が接続されている。メインＥＣＵ１０は、前述したように、機関ＥＣＵ１６や電動機ＥＣＵ１５と通信ポートを介して接続されており、機関ＥＣＵ１６や電動機ＥＣＵ１５と各種制御信号や情報をやり取りする。
【００６３】
メインＥＣＵ１０の処理部１０Ｐは、駆動制御部１１と、クラッチ制御部１２とを含んでいる。駆動制御部１１は、アクセル開度や車速に基づき、内燃機関２２、第１電動機２１、第２電動機２３を制御する。クラッチ制御部１２は、アクチュエータ５を動作させることにより、クラッチ２４の噛み合い及び解放を制御する。メインＥＣＵ１０は、本実施例に係る駆動装置の制御装置として機能し、クラッチ制御部１２が駆動装置の制御装置としての機能を実現する。
【００６４】
メインＥＣＵ１０は、運転者によるアクセルペダル４０Ｐの踏み込み量に対応するアクセル開度ＰＡＰと車速Ｖｃとに基づいて、駆動軸としてのプロペラシャフト２５Ｐに出力すべき要求トルクを計算する。そして、メインＥＣＵ１０は、この要求トルクがプロペラシャフト２５Ｐに出力されるように、内燃機関２２と第１電動機２１と第２電動機２３とを制御する。
【００６５】
本実施例で用いる噛み合い式のクラッチ２４は、回転同期機能が存在しないため、クラッチ２４単体では、噛み合いの動作に大きな力を要したり、噛み合い時には車両１にショックが発生したりする。また、噛み合い式のクラッチ２４は、噛み合い位置が限定されるので、適切な噛み合い位置を外れて噛み合わされると摩擦やショックが発生する。これを回避するため、本実施例ではメインＥＣＵ１０のクラッチ制御部１２を用いてクラッチ２４の係合を制御する。これにより、噛み合い式のクラッチ２４を用いた場合に、噛み合い位置で確実に噛み合い対象同士を噛み合わせることにより、噛み合い動作における摩擦やショックを低減し、また、噛み合い動作に要する力を低減できる。次に、クラッチ制御部１２を詳細に説明する。
【００６６】
以下、図７を用いてクラッチ制御部１２による制御動作について説明する。ここで、図７は、本実施例に係るクラッチの係合の手順を示すフローチャートである。まず、クラッチ制御部１２は、ステップＳ１２として、走行状態がオーバードライブ（Ｏ／Ｄ）ロック走行領域に含まれるかを判定する。ここで、オーバードライブロック走行領域とは、高速走行かつ低負荷で車両１が走行している走行状態であると判定することができる走行条件の領域である。なお、本実施例では、オーバードライブロック走行領域の場合として説明するが、第１電動機２１が発生するトルクの制限により、第１電動機２１が受けることができる内燃機関２２の反力が制限される走行状態の場合も同様にクラッチを係合させるようにしてもよい。
【００６７】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ１２でオーバードライブロック走行領域ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ１２に進む。つまり、クラッチ制御部１２は、走行条件が、オーバードライブロック走行領域ではない間は、ステップＳ１２の判定を繰り返す。
【００６８】
また、クラッチ制御部１２は、ステップＳ１２でオーバードライブロック走行領域である（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ１４として、回転数同期制御を行う。ここで、回転数同期制御とは、クラッチ２４を構成する噛み合いピース２４Ｒの回転数と、噛み合いスリーブ２４Ｓの回転数とを同期させる制御である。本実施例では、噛み合いスリーブ２４Ｓが回転しない状態で支持されているので、噛み合いピース２４Ｒの回転数を０に近づけるように、エンジンの回転数、第２電動機の回転数、出力軸の回転数等の条件を制御する。
【００６９】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ１４で回転数同期制御を行ったら、ステップＳ１６として、係合部回転数が閾値より小さいかを判定する。なお、クラッチ制御部１２は、ステップＳ１４での処理を一定時間行ったら、ステップＳ１６に進むようにすればよい。ここで、係合部とは、クラッチ２４の係合される部分であり、具体的には、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓである。また、係合部回転数とは、係合する２つの部分の相対的な回転数の差である。つまり、本実施例では、噛み合いスリーブ２４Ｓは回転しないので、噛み合いピース２４Ｒの回転数が、係合部回転数となる。また、閾値は、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとを係合させる場合に、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとに生じる衝撃が一定以下、つまり許容できる範囲の衝撃となる回転数の差である。また、係合部回転数は、第１回転位置検出センサ４３または噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａの検出結果から算出することができる。
【００７０】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ１６で係合部回転数が閾値以上である（Ｎｏ）、つまり、閾値≦係合部回転数であると判定したら、ステップＳ１４に進み、再び、回転数同期制御を行う。つまり、クラッチ制御部１２は、係合部回転数が閾値よりも小さくなるまで、ステップＳ１４での回転数同期制御と、ステップＳ１６での判定とを行う。
【００７１】
また、クラッチ制御部１２は、ステップＳ１６で係合部回転数が閾値よりも小さい（Ｙｅｓ）、つまり、係合部回転数＜閾値であると判定したら、ステップＳ１８として、係合目標位相との位相差を算出する。係合目標位相とは、噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓと相対位置の基準となる位置関係である。つまり、クラッチ制御部１２は、噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓとの相対位置が、基準位置に対して、何度ずれているかを算出する。なお、この基準位置は、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとの全周の中の任意の１箇所としてもよいが、複数個所としてもよい。例えば、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとの各歯に対して、それぞれ基準位置を設定するようにしてもよい。この場合は、対向する位置の歯によって、基準位置を決定し、その基準位置との角度を算出すればよい。
【００７２】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ１８で係合目標位相との位相差を検出したら、ステップＳ２０として、係合部の相対的な位相が相対位相領域内であるかを判定する。ここで、相対位相領域とは、噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓとが係合可能であると判定される位相の範囲であり、噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓとの相対位相差および噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓとの相対回転数との関係で規定されている。具体的には、図８に示すグラフの斜線部分の領域が相対位相領域となる。なお、図８は、制御部に記憶されている二次元マップの一例を示すグラフであり、縦軸が相対回転数（回転速度）ω、横軸が相対位相差θとなっている。また、図９は、クラッチの一部の概略構成を拡大して示す説明図である。図９は、図８に示すグラフの一点鎖線の相対位相差θ１である場合の噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯２４ＲＴ１、２４ＲＴ２と、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１との関係を示している。相対位相差θが一点鎖線の角度である時、噛み合い内歯２４ＳＴＡ１は、回転方向において、噛み合い外歯２４ＲＴ１と噛み合い外歯２４ＲＴ２との中間点にある。
【００７３】
図８に示すグラフでは、ストローク時間内に変化する位相反映境界線に基づいて算出したバックラッシュによる衝突位置のバラツキと、イナーシャ変化による乗り上げ防止非線形境界線と、相対的な回転数差とに基づいて、相対位相領域を設定している。
【００７４】
ここで、ストローク時間内に変化する位相反映境界線αは、係合部の係合動作時、アクチュエータ５により噛み合いスリーブ２４Ｓを移動させる間に、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとが相対的に移動する移動量を加味した線である。二次元マップでは、位相反映境界線αを基準として係合時に歯先が衝突する位置関係となる位相を算出し、さらに、バックラッシュによる衝突位置のバラツキを加味して、係合時に、歯先が接触しない位相領域を算出する。歯先が接触しない位相領域は、具体的には、図８中、直線αを挟むようにして引かれている直線β１と直線β２とで囲まれた領域を除いた領域、つまり、θが増加する方向において、直線β２と直線β１とで囲まれる領域である。
【００７５】
さらに、イナーシャ変化による乗り上げ防止非線形境界線γは、イナーシャ変化により一方の歯先が他方の歯先に乗り上げるおそれのある位相を非線形計算で算出した境界線である。ここで、イナーシャ変化により一方の歯先が他方の歯先に乗り上げるとは、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとを係合する際に、一方の歯先が、他方の歯先と歯先との間に入った後、他方の歯先を乗り越え、１つ隣の歯先と歯先との間に入って係合されることである。
【００７６】
クラッチ制御部１２は、このようにして算出した、バックラッシュによる衝突位置のバラツキを加味して、係合時に、歯先が接触しない位相領域で、イナーシャ変化により一方の歯先が他方の歯先に乗り上げない位相範囲、かつ、相対的な回転数差が一定速度差以下の範囲を相対位相領域として設定している。ここで、図８において、相対的な回転数差が一定速度差以下の範囲とは、回転数差ωが、ｗ２≦ω≦ｗ１の範囲であり、図８中、β２とβ１とγとｗ１とｗ２とで囲まれた斜線領域を相対位相領域として設定している。
【００７７】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ２０で係合部の位相が相対位相領域内ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ１８に進み、再び、係合目標位相との位相差を算出する。つまり、クラッチ制御部１２は、係合部の位相が相対位相領域内ではない間は、ステップＳ１８とステップＳ２０とを繰り返す。
【００７８】
また、クラッチ制御部１２は、ステップＳ２０で、係合部の位相が相対位相領域内にある（Ｙｅｓ）と判定したらステップＳ２２として、アクチュエータをＯＮにする。具体的には、アクチュエータ５を駆動し、噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒ側に移動させる。クラッチ制御部１２は、ステップＳ２２でアクチュエータをＯＮにしたら、ステップＳ２４として、クラッチの係合が終了したかを判定する。なお、クラッチ制御部１２がステップＳ２２からステップＳ２４に進むタイミングは特に限定されず、例えば、ステップＳ２２の動作を開始してから一定時間後にステップＳ２４に進むようにすればよい。
【００７９】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ２４でクラッチ係合処理が終了していない（Ｎｏ）、つまり、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとが噛み合っていないと判定したら、ステップＳ２６として、クラッチフェール制御を行い、その後、処理を終了する。ここで、クラッチフェール制御とは、アクチュエータ５により噛み合いスリーブ２４Ｓを移動させても、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとが噛み合わなかった場合に行う制御であり、例えば、クラッチを係合不能とし、クラッチＯＦＦの状態で走行を続ける制御である。また、クラッチ制御部１２は、ステップＳ２４でクラッチ係合処理が終了している（Ｙｅｓ）、つまり、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとが係合し、噛み合っていると判定したら、処理を終了する。
【００８０】
このように、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとの回転数の同期を取り、両者の回転数の差を一定以下として、かつ、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとの相対位相差が図８に示すような所定領域内であると判定した場合に、アクチュエータ５により噛み合いスリーブ２４Ｓを移動させ、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとを係合することで、噛み合いピース２４Ｒの歯先と噛み合いスリーブ２４Ｓの歯先とが接触する可能性を低減することができる。また、歯先同士が接触した場合も、歯先に生じる衝撃を小さくすることができる。
【００８１】
また、クラッチ制御部１２は、噛み合いピース２４Ｒの位相と噛み合いスリーブ２４Ｓの位相との関係を計算して、所定の位相の関係になった場合に係合させる制御を行わず、噛み合いピース２４Ｒの回転数のみを制御して、クラッチの係合動作を行うことができるため、短時間で係合を行うことができ、かつ、制御を簡単にすることができる。また、回転数と位相とが一定領域となる場合に係合動作を開始することで、回転数と位相との両方を、目標回転数、目標位相にして、係合を行う場合よりも短時間かつ簡単な制御で、係合を行うことができる。
【００８２】
また、図８に示すように、バックラッシュのばらつきを考慮して噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとの係合動作を開始するか否かを判定することで、係合時に噛み合いスリーブ２４Ｓの歯先と、噛み合いピース２４Ｒの歯先とが接触することを抑制することができる。また、歯先同士が接触した場合も歯先に生じる衝撃を小さくすることができる。これにより、クラッチの係合を短時間で、かつ、円滑に行うことが可能となる。
【００８３】
さらに、イナーシャ変化による乗り上げが発生する相対位相を非線形計算により境界線を算出し、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとの相対位相が、境界線で囲まれている領域内にある場合に係合させるようにすることで、係合時に、一方の部材（スリーブまたはピース）の歯先を他方の部材（ピースまたはスリーブ）の歯先が乗り越えてしまうことが発生することを抑制することができる。これにより、歯先に生じる衝撃を小さくすることができ、短時間で円滑に係合することが可能となる。
【００８４】
ここで、上記実施例では、位相情報に基づいてアクチュエータを駆動するか否か（つまり、係合させるか否か）を図８に示す２次元マップに基づいて判定したが、本発明はこれに限定されず、回転数を制御し、かつ、検出した位相情報に基づいて係合させるかを判定すればよい。
【００８５】
また、上記実施例では、より適切に歯先への衝撃や、係合時のショックを低減できるため、イナーシャ変化による乗り上げ、バックラッシュのばらつき、回転数差を加味して所定領域を設定したが、所定領域の設定方法は特に限定されない。例えば、効果は低下するがイナーシャ変化による乗り上げ防止の範囲を線形で算出してもよい。
【００８６】
また、上記実施例では、より高い精度で噛み合いピースの位置と回転数を検出するため、回転位置検出センサとして、レゾルバを用いたが、これに限定されない。例えば、ホール素子を用いてもよい。このようにホール素子を用いる場合は、ホール素子による信号の検出タイミングと回転数の積算値とを用いて計算を行うことで、噛み合いピースと噛み合いスリーブとの相対位置を算出することができる。
【００８７】
また、上記実施例では、クラッチの係合部となる噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒのうち、噛み合いスリーブ２４Ｓを固定し、噛み合いピース２４Ｒを回転させる構成とし、噛合クラッチ装置にブレーキ装置としての機能をもたせたが、これに限定されない。例えば、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピースとの両方を回転させるようにしてもよい。つまり、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピースの両方をそれぞれ回転体に連結させるようにしてもよい。この場合は、相対的な回転数を同期させればよいため、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピースの両方が一定回転数で回転していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本発明に係る噛合クラッチ装置は、自動車等の駆動装置に用いる場合に有用であり、特に、噛み合い対象同士の回転を同期させる回転同期装置を有さない駆動装置に用いることに適している。
【符号の説明】
【００８９】
１ 車両
３、３ａ、３ｂ 駆動装置
３Ｓ 筐体
５ アクチュエータ
１０ メインＥＣＵ
１０Ｍ 記憶部
１０Ｐ 処理部
１１ 駆動制御部
１２ クラッチ制御部
１５ 電動機ＥＣＵ
１６ 機関ＥＣＵ
１７ コンバータ
１８ インバータ
２０ バッテリ
２１ 第１電動機
２１Ｓ 入出力軸
２２ 内燃機関
２２Ｓ クランクシャフト
２３ 第２電動機
２３Ｓ 入出力軸
２４ クラッチ
２４Ｒ 噛み合いピース
２４Ｓ 噛み合いスリーブ
２４ＲＴ１、２４ＲＴ２ 噛み合い外歯
２４ＳＴＡ１ 噛み合い内歯
２５Ｉ 連結シャフト
２５Ｐ プロペラシャフト
２６ デファレンシャルギヤ
２７Ｌ、２７Ｒ 駆動軸
２９ 減速装置
３０、３０Ａ、３０Ｂ 動力分割機構
３０ａ、３０ｃ 第１遊星歯車装置
３０ｂ、３０ｄ 第２遊星歯車装置
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ サンギヤ
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ リングギヤ
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ ピニオンギヤ
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ キャリア
３５ カウンタギヤ
４０ アクセルポジションセンサ
４１ 車速センサ
４３ 第１回転位置検出センサ
４３ａ 噛み合いピース回転位置検出センサ
４４ 第２回転位置検出センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転要素と回転要素または、回転要素と固定要素とを係合させる噛合クラッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車は、動力源として、内燃機関に加えて、原動機、モータジェネレータを備えた車両である。ハイブリッド車には、内燃機関の駆動力の過不足分を原動機、モータジェネレータ等で補い、動力源の回転数を連続的に変速させる無段変速モードと、内燃機関からの動力のみで駆動させる固定段モードとを切り替える切換機構を有する車両がある。このような切換機構としては、原動機、モータジェネレータが連結されている軸を回転しないように固定するクラッチ装置がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電動機と、該電動機のトルクによって回転され、かつ、電動機の軸線を中心として円周方向に形成された第１の係合部材と、円周方向に配置された第２の係合部材と、第１の係合部材と第２の係合部材とを係合・解放させるアクチュエータとを有する駆動装置において、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とを係合させる場合は、前記第１の係合部材を前記電動機で回転することにより、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材との前記円周方向における位相を調整する位相調整手段を有する駆動装置が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、エンジンと、エンジンの機械出力により駆動される発電機と、発電機の発電出力により充電される電池と、電池の放電出力により駆動されるモータと、発電機とモータの間の機械的連結を開閉する連結開閉手段と、を有するシリーズパラレル複合電気自動車において、連結開閉手段により発電機とモータの間の機械的連結を開き、上記シリーズパラレル複合電気自動車をシリーズハイブリッド車として走行させる手段と、連結開閉手段により発電機とモータの間の機械的連結を閉じ、発電機及びモータの少なくとも一方を加減速に使用しながら、上記シリーズパラレル複合電気自動車をパラレルハイブリッド車として走行させる手段と、発電機のトルクを制御することにより、連結開閉手段を閉じる際に発電機の回転数とモータの回転数を実質的に一致させる手段と、を備えることを特徴とする制御装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、前進と後進との切換にクラッチ装置を用いる装置として、前進変速段を確立するための前進用ドグクラッチと、後進変速段を確立するための後進用ドグクラッチとを含む前後進切換機構を備えた車両用動力伝達装置において、前進用ドグクラッチは、駆動側ドグおよび従動側ドグの回転を同期させて該両ドグを噛合させるシンクロメッシュ機構を備えるとともに、後進用ドグクラッチは、駆動側ドグおよび従動側ドグの回転の非同期時における噛合を抑制するチャンファーを該両ドグに備えたことを特徴とする車両用動力伝達装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３８１３６号公報
【特許文献２】特開平８−９８３２２号公報
【特許文献３】特開平１１−８２５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に記載の駆動装置のように、モータの駆動力を伝達する回転軸をクラッチにより固定することで、固定段走行時に、モータで反力を発生させる必要がなくなるため、エネルギの利用効率を高くすることができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている装置では、位相同期制御を行うため、加減速、タイヤからのトルク入力による影響で目標範囲に収束するまでに時間がかかり、その間は係合させることが困難である。また、回転軸の回転数に加え、回転軸の位相も制御する必要がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の装置では、回転数を一致しているのみであるので、係合時に、クラッチの歯先同士が衝突したり、一方の歯先が他方の歯先に乗り上げたりすることにより、係合時にショックや、歯先磨耗を発生させる可能性がある。また、クラッチの噛合わされる部材を軸方向に移動させる力が弱い場合は、クラッチの歯先同士が接触して、クラッチを係合できない可能性もある。
【００１０】
また、特許文献３に記載の装置は、シンクロメッシュ機構により、係合する２つの部材の回転数を同期させることで係合可能としているが、回転体との間で摩擦を発生させるため、ショックが発生する可能性があり、また、抵抗となるため、エネルギ損失が発生するという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、短時間で係合することができ、かつ、円滑に係合することができる噛合クラッチ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転体と連れ回り、前記回転体の回転力を伝達する第１部材と、前記回転体の回転軸の延長線上に設けられ、前記第１部材と噛合可能な第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを前記回転軸方向に相対的に移動させ、前記第１部材と前記第２部材との係合動作と非係合動作とを行う駆動手段と、前記回転体の回転数同期制御を行う同期制御手段と、前記第１部材と前記第２部材との位相差を検出する位相検出手段と、前記同期制御手段での制御と、前記位相検出手段で検出した位相差とに基づいて、前記駆動手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記第２部材は、回転しない部材に連結されていることが好ましい。また、前記制御手段は、前記位相差と前記第１部材と前記第２部材との回転数の差とが所定の関係にある場合に、前記駆動手段により前記第１部材と前記第２部材とを相対的に移動させ、前記第１部材と前記第２部材との係合動作を行うことが好ましい。
【００１４】
また、前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可されている回転数と、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可される所定の位相情報とを関連付けて記憶していることが好ましい。
【００１５】
また、前記制御手段は、回転数と位相情報と係合動作が行われる領域が示されているマップを記憶し、前記マップに基づいて、係合動作を制御することが好ましい。
【００１６】
また、前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可されている回転数に対しては前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可される所定の位相情報が予め定められており、前記所定の位相情報からは、回転方向における前記第１部材の接触する部分と前記第２部材の接触する部分とのバックラッシュの範囲が除かれていることが好ましい。
【００１７】
また、前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作の際に、回転方向において、一方の部材が他方の部材に乗り上げる側の領域は、非線形境界によって規定されることが好ましい。
【００１８】
また、非線形境界は、回転数に対応したイナーシャ変化によって定められることを特徴とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる噛合クラッチ装置は、短時間で円滑にクラッチを係合することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施例に係る噛合クラッチ装置を有する車両を示す模式図である。
【図２−１】図２−１は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。
【図２−２】図２−２は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。
【図３】図３は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの動作を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例を示す模式図である。
【図５】図５は、クラッチが係合状態の場合の共線図である。
【図６】図６は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例を示す模式図である。
【図７】図７は、本実施例に係るクラッチの係合の手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、制御部に記憶されている二次元マップの一例を示すグラフである。
【図９】図９は、クラッチの一部の概略構成を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の説明により本発明が限定されるものではない。また、下記の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【実施例】
【００２２】
本実施例に係る噛合クラッチ装置を有する駆動装置は、動力を発生する内燃機関と、回生機能及び力行機能を有する第１電動機と、回生機能及び力行機能を有する第２電動機と、前記第１電動機の出力軸に直接又は間接的に取り付けられて、前記内燃機関の反力を伝達するための第１部材及び前記第１部材と噛み合い又は解放する第２部材を含んで構成される噛合クラッチ装置（以下単に「クラッチ」ともいう。）と、を有する。そして、本実施例に係るクラッチは、クラッチを噛み合わせる際に、第１部材と第２部材との相対回転数を同期させ、第１部材と第２部材との相対位置関係が所定の領域内にあるか判定し、その判定結果に基づいて、第１部材と第２部材との係合動作を制御する。以下において、内燃機関や電動機、あるいは軸の回転数とは、内燃機関や電動機の出力軸の単位時間あたりにおける回転数であり、回転角速度と同じ意味である。
【００２３】
図１は、本実施例に係る噛合クラッチ装置を有する駆動装置を搭載する車両を示す模式図である。図２−１、図２−２は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。図３は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの動作を示す模式図である。駆動装置３は、内燃機関２２と、第１電動機２１と、動力分割機構３０と、第２電動機２３とを備えるハイブリッド式の駆動装置であり、車両１に搭載されてこれを走行させる。車両１は、図１に示すように、左前輪２ＦＦ、右前輪２ＦＲ、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲを備えており、左前輪２ＦＦ、右前輪２ＦＲが操舵輪、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲが駆動輪となる。
【００２４】
内燃機関２２と、内燃機関２２の出力軸であるクランクシャフト２２Ｓにダンパ２８を介して接続された動力分割機構３０と、動力分割機構３０に接続された第１電動機２１と、動力分割機構３０に接続された第２電動機２３と、車両１を制御するメインＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、内燃機関２２を制御する機関ＥＣＵ１６と、第１電動機２１及び第２電動機２３を制御する電動機ＥＣＵ（ＭＧＥＣＵ）１５とを備える。
【００２５】
内燃機関２２は、ガソリン又は軽油等の炭化水素系の燃料により動力を発生する熱機関であり、内燃機関２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される機関ＥＣＵ１６により燃料噴射制御や点火制御、吸入空気量調節制御などの運転制御を受ける。機関ＥＣＵ１６は、メインＥＣＵ１０と通信しており、メインＥＣＵ１０からの制御信号により内燃機関２２を運転制御するとともに、必要に応じて内燃機関２２の運転状態に関する情報をメインＥＣＵ１０に出力する。
【００２６】
第１電動機２１及び第２電動機２３は、電力供給機能及び蓄電機能の両方を備える電力源（本実施例ではバッテリ２０）からインバータ１８を介して供給される電力によって動力を発生する機能（力行機能）、及び機械エネルギを電気エネルギに変換する機能（回生機能）を兼ね備える。これによって、第１電動機２１及び第２電動機２３は、動力発生手段として機能するとともに、発電機としても機能する。本実施例において、第１電動機２１及び第２電動機２３は、交流同期電動機が用いられるが、第１電動機２１及び第２電動機２３に使用できる電動機はこれに限定されるものではない。
【００２７】
第１電動機２１及び第２電動機２３は、電動機ＥＣＵ１５により制御される。電動機ＥＣＵ１５は、メインＥＣＵ１０と通信しており、メインＥＣＵ１０からの制御信号により第１電動機２１及び第２電動機２３の力行及び回生を制御するとともに、必要に応じて第１電動機２１及び第２電動機２３の運転状態に関する情報をメインＥＣＵ１０に出力する。
【００２８】
動力分割機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛み合うとともにリングギヤ３２に噛み合う複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３が自転かつサンギヤ３１の周りを公転できるように複数のピニオンギヤ３３を保持するキャリア３４とを備える。このように、動力分割機構３０は、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素とする遊星歯車装置である。
【００２９】
動力分割機構３０は、キャリア３４に内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓが、サンギヤ３１に第１電動機２１の入出力軸２１Ｓが、リングギヤ３２に連結シャフト２５Ｉがそれぞれ接続されている。第２電動機２３の入出力軸２３Ｓは、減速装置２９に接続される。減速装置２９は、第２電動機２３の回転数を減速させて出力するとともに、内燃機関２２の出力を第２電動機２３の出力と合成する機能を有する。
【００３０】
動力分割機構３０は、第１電動機２１が発電機として機能するときには、キャリア３４から入力される内燃機関２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側とに、そのギヤ比に応じて分配する。これによって、内燃機関２２の動力は、動力分割機構３０で分割され、一部で第１電動機２１から発電させ、残りは動力分割機構３０へ入力されて連結シャフト２５Ｉから出力される。第１電動機２１で生み出された電力は、第２電動機２３を駆動したり、蓄電装置であるバッテリ２０に充電されたりする。蓄電装置としては、充放電可能な二次電池であるバッテリ２０や、キャパシタ等を用いることができる。
【００３１】
第１電動機２１が生み出した電力やバッテリ２０から供給される電力によって第２電動機２３が動力を発生するとき、すなわち第２電動機２３が力行するときには、第２電動機２３が動力を発生する。第２電動機２３が発生する動力は、減速装置２９からプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。また、第２電動機２３が発電機として機能するときには、連結シャフト２５Ｉから減速装置２９を介して第２電動機２３へ動力が入力され、これによって第２電動機２３が電力を発生する。
【００３２】
第１電動機２１は、例えば、内燃機関２２を始動させるときに、バッテリ２０から電力の供給を受けて動力を発生する（力行）。この場合、第１電動機２１の発生した動力は、動力分割機構３０のサンギヤ３１からキャリア３４を介して内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓに伝達される。これによって、内燃機関２２が始動する。
【００３３】
内燃機関２２の動力及び第２電動機２３の動力は、減速装置２９で合成されてからプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。なお、内燃機関２２のみが動力を発生している場合には、この動力が直接プロペラシャフト２５Ｐへ出力され、第２電動機２３が単独で動力を発生している場合には、この動力が減速装置２９を介してプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。プロペラシャフト２５Ｐは、減速装置２９とデファレンシャルギヤ２６とを連結しており、両者の間で動力を伝達する。
【００３４】
プロペラシャフト２５Ｐが内燃機関２２や第２電動機２３の動力をデファレンシャルギヤ２６へ入力すると、車両１の駆動軸２７Ｌ、２７Ｒに取り付けられる左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲを駆動する。これによって、車両１が走行する。また、第２電動機２３が回生する場合、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲから駆動軸２７Ｌ、２７Ｒ、デファレンシャルギヤ２６、プロペラシャフト２５Ｐ及び減速装置２９を介して第２電動機２３が駆動される。
【００３５】
第１電動機２１、第２電動機２３は、コンバータ１７及びインバータ１８を介してバッテリ２０と電力をやり取りする。バッテリ２０は、第１電動機２１と第２電動機２３とのいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、第１電動機２１、第２電動機２３により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ２０は充放電されない。
【００３６】
第１電動機２１、第２電動機２３は、いずれも電動機ＥＣＵ１５により駆動制御されている。電動機ＥＣＵ１５には、第１電動機２１、第２電動機２３を駆動制御するために必要な信号、例えば第１電動機２１、第２電動機２３の回転子の回転位置を検出する第１回転位置検出センサ４３、第２回転位置検出センサ４４からの信号や、電流センサにより検出される第１電動機２１、第２電動機２３に印加される相電流等が入力されている。電動機ＥＣＵ１５からは、インバータ１８へのスイッチング制御信号が出力されている。ここで、第１回転位置検出センサ４３及び第２回転位置検出センサ４４には、例えば、レゾルバが用いられる。
【００３７】
本実施例において、車両１に搭載される駆動装置３は、クラッチ２４を備える。図１、図２−１、図２−２に示すように、クラッチ２４は、第１部材である噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いピース２４Ｒと噛み合い（係合）又は解放する第２部材である噛み合いスリーブ２４Ｓとで構成される噛み合いクラッチである。本実施例において、噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに取り付けられ、噛み合いスリーブ２４Ｓは、駆動装置３の静止系（例えば、第１電動機２１、第２電動機２３、クラッチ２４、動力分割機構３０を格納する筐体３Ｓ）に取り付けられる。すなわち、噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓとともに回転するが、噛み合いスリーブ２４Ｓは回転しない。
【００３８】
図２−１に示すように、噛み合いスリーブ２４Ｓは、環状の部材であり、内周部に複数の噛み合い内歯が形成されており、外周部に複数の外歯２４ＳＴＢが形成される。図１に示す筐体３Ｓの内側には、噛み合いスリーブ２４Ｓの外周部に形成される複数の外歯２４ＳＴＢと噛み合う溝が形成されている。筐体３Ｓの内側に形成される溝に噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢを噛み合わせることで、噛み合いスリーブ２４Ｓの回転が止められるとともに、噛み合いスリーブ２４Ｓは、噛み合いスリーブ２４Ｓの中心軸Ｚｓと平行な方向、すなわち、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心（図２−２のＺｒ）と平行な方向に移動できる。
【００３９】
噛み合いピース２４Ｒは、クラッチ２４が係合されたときには、内燃機関２２の反力、すなわち、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力を、噛み合いピース２４Ｒと噛み合う対象である噛み合いスリーブ２４Ｓへ伝達するための部材である。噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに取り付けられる円板状の部材であり、外周部に複数の噛み合い外歯が形成される。噛み合いスリーブ２４Ｓの内周部に形成される噛み合い内歯と、噛み合いピース２４Ｒの外周部に形成される噛み合い外歯とが互いに噛み合って、クラッチ２４が係合する。図１、図３に示すように、噛み合いクラッチ２４を構成する噛み合いスリーブ２４Ｓは、アクチュエータ５によって噛み合いピース２４Ｒの回転軸、すなわち、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心Ｚｒと平行な方向に移動されて、噛み合いピース２４Ｒと噛み合い、又は解放（噛み合いが解除）される。アクチュエータ５は、例えば、ソレノイドが用いられる。
【００４０】
クラッチ２４が噛み合わされると、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力は、噛み合いピース２４Ｒから噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯、噛み合いスリーブ２４Ｓ、噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢ、筐体３Ｓの順に伝達される。このように、内燃機関２２の前記反力は、クラッチ２４を介して筐体３Ｓで受けられる。このように、本実施例では、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供できる。これにより、原動機で反力を発生させることなく、内燃機関の反力を受けることができるため、原動機での消費電力を小さくすることができる。
【００４１】
なお、噛み合いクラッチはこのような構成以外であってもよい。例えば、筐体３Ｓ側に、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心（図２−２のＺｒ）と平行な方向に移動できるキーを設け、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに前記キーと噛み合うキー溝が形成された部材を取り付けて、クラッチ２４を構成してもよい。そして、クラッチ２４を噛み合わせる際には、前記キーを前記キー溝に嵌合させる。
【００４２】
図２−１、図２−２に示すＸ軸、Ｙ軸は、いずれも共通する軸であり、Ｘ軸とＹ軸との交点（原点）が、噛み合いスリーブ２４Ｓの中心軸Ｚｓ及び噛み合いピース２４Ｒの回転軸（すなわち第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心Ｚｒ）となる。このため、噛み合いスリーブ２４Ｓにおける座標と、噛み合いピース２４Ｒにおける座標とは共通する。クラッチ２４を噛み合わせる際には、回転する噛み合いピース２４Ｒの所定の噛み合い位置が、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの所定の噛み合い位置にきたときにアクチュエータ５を駆動して噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒに噛み合わせる。
【００４３】
本実施例では、Ｙ軸上にある噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１（図２−１参照）を噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い位置とし、噛み合いピース２４Ｒの隣接する噛み合い外歯２４ＲＴ１、２４ＲＴ２との間を噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置とする。したがって、噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置が、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１の位置にきたときにアクチュエータ５が駆動されて、噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒに噛み合わされる。
【００４４】
回転している噛み合いピース２４Ｒが噛み合い可能であるかは、第１回転位置検出センサ４３の検出結果に基づいて判定することができる。なお、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い位置は、噛み合いスリーブ２４ＳのＹ軸上にある噛み合い内歯２４ＳＴＡ１なので、この位置は予め特定でき、かつ、回転数は０となる。したがって、第１回転位置検出センサ４３によって検出された噛み合いピース２４Ｒの位置に基づいて、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとの相対回転数及び相対位相（回転方向における相対位置）を算出することができる。
【００４５】
ここで、例えば、高速走行かつ低負荷で車両１が走行しているときや、第１電動機２１が発生するトルクの制限により、第１電動機２１が受けることができる内燃機関２２の反力が制限されるとき等にクラッチ２４が噛み合わされる。クラッチ２４に摩擦式のクラッチを用いたり、シンクロナイザリングを用いるクラッチを用いたりすることもできるが、このような方式のクラッチは、摩擦により引きずりを発生させる。駆動装置３が備えるクラッチ２４は噛み合い式であり、機械的な構造、より具体的には摩擦により噛み合わせ対象同士の回転の同期をとる回転同期装置が存在しないため、摩擦を発生させる要素がない。このため、クラッチ２４を係合する、あるいは解放するときの引きずりによる損失が極めて小さい。これによって、内燃機関２２の燃料消費を抑制できる。また、摩擦式のクラッチと比較して、係合に要するエネルギを低減できる。さらに、回転同期装置が存在しないので、クラッチ２４を小型化できる。
【００４６】
図４は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例である。この駆動装置３ａは、上述した駆動装置３と略同様であるが、動力分割機構を２個の遊星歯車装置３０ａ、３０ｂで構成される点が異なる。動力分割機構３０Ａは、シングルピニオン式の第１遊星歯車装置３０ａと、シングルピニオン式の第２遊星歯車装置３０ｂとで構成される。なお、第１遊星歯車装置３０ａと第２遊星歯車装置３０ｂとは、それぞれ、上述した動力分割機構３０を構成する遊星歯車装置と同様の構成である。
【００４７】
第１遊星歯車装置３０ａのキャリア３４ａには、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓが接続される。また、第１遊星歯車装置３０ａのキャリア３４ａは、第２遊星歯車装置３０ｂのリングギヤ３２ｂに接続される。また、第１遊星歯車装置３０ａのサンギヤ３１ａには第１電動機２１の入出力軸２１Ｓが接続される。第１遊星歯車装置３０ａのリングギヤ３２ａは、第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂに接続される。第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂは、連結シャフト２５Ｉと接続される。連結シャフト２５Ｉは、一端がプロペラシャフト２５Ｐと接続されている。プロペラシャフト２５Ｐは、減速装置２９の出力部と接続されているので、第２電動機２３の入出力軸２３Ｓは、減速装置２９を介して第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂと接続される。
【００４８】
駆動装置３ａが備えるクラッチ２４は、上述した駆動装置３が備えるクラッチと同様の構成であるが、噛み合いピース２４Ｒは動力分割機構３０Ａを構成する第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂに取り付けられる。すなわち、噛み合いピース２４Ｒは、動力分割機構３０Ａを介して第１電動機２１の入出力軸２１Ｓと接続されている。この駆動装置３ａにおいても、噛み合いピース２４Ｒは、内燃機関２２の反力を、噛み合いピース２４Ｒと噛み合う対象である噛み合いスリーブ２４Ｓへ伝達するための部材である。
【００４９】
なお、噛み合いピース２４Ｒの回転速度（回転数）や位置は、噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａで検出される。したがって、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとを係合させるか否かは、噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａの検出結果に基づいて、判定することができる。
【００５０】
駆動装置３ａにおいて、図４に示すように、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力は、第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂから噛み合いピース２４Ｒ、噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯、噛み合いスリーブ２４Ｓ、噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢ、筐体３Ｓの順に伝達される。このように、内燃機関２２の前記反力は、クラッチ２４を介して筐体３Ｓで受けられる。
【００５１】
ここで、クラッチ２４を係合状態にした場合における各部の回転数の関係について説明する。図５は、ドグクラッチがロック状態、つまり、係合状態の場合の共線図である。なお、図５の縦軸は回転数を示している。また、図５のＳ、Ｃ、Ｒは、それぞれ第１遊星歯車装置３０ａのサンギヤ３１ａ、キャリア３４ａ、リングギヤ３２ａを示し、符号Ｓ’、Ｃ’、Ｒ’は、それぞれ第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂ、キャリア３４ｂ、リングギヤ３２ｂを示している。図５に示したようにクラッチ２４が係合状態のときは第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂが回転不可に固定され、いわゆるロックされるので、その部分を中心に内燃機関２２、第１電動機２１、第２電動機２３、連結シャフト２５Ｉの回転数が変化する。
【００５２】
このように、本実施例では、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供できる。つまり、第２電動機２３によりトルクを発生させなくとも、内燃機関２２からの出力を効率よく連結シャフト２５Ｉに伝達することができる。なお、駆動装置３ａでは、クラッチ２４を噛み合わせても、第１電動機２１の回転は拘束されない。
【００５３】
駆動装置３ａが備えるクラッチ２４は噛み合い式であるため、摩擦を発生させる要素がない。このため、クラッチ２４を係合する、あるいは解放するときの引きずりによる損失が極めて小さい。これによって、内燃機関２２の燃料消費を抑制できる。また、摩擦式のクラッチと比較して、係合に要するエネルギを低減できる。さらに、回転同期装置が存在しないので、クラッチ２４を小型化できる。
【００５４】
図６は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例である。この駆動装置３ｂは、上述した駆動装置３と略同様であるが、動力分割機構を２個の遊星歯車装置３０ｃ、３０ｄで構成され、内燃機関及び電動機と、出力軸とがカウンタギヤを介して接続される点が異なる。動力分割機構３０Ｂは、シングルピニオン式の第１遊星歯車装置３０ｃと、シングルピニオン式の第２遊星歯車装置３０ｄとで構成される。第１遊星歯車装置３０ｃと第２遊星歯車装置３０ｄは、上述した動力分割機構３０を構成する遊星歯車装置と同様の構成である。
【００５５】
第１遊星歯車装置３０ｃのキャリア３４ｃには、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓが接続され、キャリア３４ｃは、ピニオンギヤ３３ｃに接続されている。第１遊星歯車装置３０ｃのリングギヤ３２ｃは、第２遊星歯車装置３０ｄのリングギヤ３２ｄに接続される。また、第１遊星歯車装置３０ｃのサンギヤ３１ｃには第１電動機２１の入出力軸２１Ｓが接続される。第２遊星歯車装置３０ｄのキャリア３４ｄは、ケースに固定されている。また、第２遊星歯車装置３０ｄのピニオンギヤ３３ｄは、キャリア３４ｄに接続されている。また、第２遊星歯車装置３０ｄのリングギヤ３２ｄは、上述したように第１遊星歯車装置３０ｃのリングギヤ３２ｃに接続され、さらに、カウンタギヤ３５に接続される。第２遊星歯車装置３０ｄのサンギヤ３１ｄは、第２電動機２３の入出力軸２３Ｓと接続される。
【００５６】
カウンタギヤ３５は、駆動装置３ｂを介して伝達される駆動力を減速装置２９に伝達させる伝達機構である。カウンタギヤ３５は、一方が第２遊星歯車装置と連結され、他方が減速装置２９と連結されている。
【００５７】
駆動装置３ｂが備えるクラッチ２４は、上述した駆動装置３が備えるクラッチと同様の構成であり、噛み合いピース２４Ｒは動力分割機構３０Ｂを構成する第１遊星歯車装置３０ｃのサンギヤ３１ｃに取り付けられる。すなわち、噛み合いピース２４Ｒは、動力分割機構３０Ｂとともに第１電動機２１の入出力軸２１Ｓと接続されている。この駆動装置３ｂにおいても、噛み合いピース２４Ｒは、内燃機関２２の反力を、噛み合いピース２４Ｒと噛み合う対象である噛み合いスリーブ２４Ｓへ伝達するための部材である。
【００５８】
噛み合いピース２４Ｒの回転速度や位置は、第１回転位置検出センサ４３で検出される。したがって、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとを係合させるか否かの判定は、第１回転位置検出センサ４３の検出結果に基づいて判定することができる。
【００５９】
駆動装置３ｂにおいて、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力は、第１遊星歯車装置３０ｃのピニオンギヤ３３ｃからサンギヤ３１ｃ、噛み合いピース２４Ｒ、噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯、噛み合いスリーブ２４Ｓ、噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢ、筐体３Ｓの順に伝達される。このように、内燃機関２２の前記反力は、クラッチ２４を介して筐体３Ｓで受けられる。このように、本実施例では、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供できる。
【００６０】
駆動装置３ｂが備えるクラッチ２４は噛み合い式であるため、摩擦を発生させる要素がない。このため、クラッチ２４を係合する、あるいは解放するときの引きずりによる損失が極めて小さい。これによって、内燃機関２２の燃料消費を抑制できる。また、摩擦式のクラッチと比較して、係合に要するエネルギを低減できる。さらに、回転同期装置が存在しないので、クラッチ２４を小型化できる。
【００６１】
図１に示すメインＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心とするマイクロプロセッサとして構成される処理部１０Ｐを備えて構成されており、処理部１０Ｐの他に、本実施例に係る駆動装置の制御を実現するための処理プログラムや情報を一時的に格納する記憶部１０Ｍと、入出力ポート及び通信ポートとを備える。なお、記憶部１０Ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される。本実施例において、処理部１０Ｐは、処理部１０Ｐの機能を実現するためのプログラムを、処理部１０Ｐを構成するメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであるが、処理部１０Ｐは専用のハードウェアにより実現されるものであってもよい。
【００６２】
メインＥＣＵ１０には、アクセルペダル４０Ｐの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ４０からのアクセル開度、車両１の速度（車速）を検出する車速センサ４１からの車速、第１回転位置検出センサ４３や第２回転位置検出センサ４４からの信号等が入力ポートを介して入力される。また、メインＥＣＵ１０には、アクチュエータ５が接続されている。メインＥＣＵ１０は、前述したように、機関ＥＣＵ１６や電動機ＥＣＵ１５と通信ポートを介して接続されており、機関ＥＣＵ１６や電動機ＥＣＵ１５と各種制御信号や情報をやり取りする。
【００６３】
メインＥＣＵ１０の処理部１０Ｐは、駆動制御部１１と、クラッチ制御部１２とを含んでいる。駆動制御部１１は、アクセル開度や車速に基づき、内燃機関２２、第１電動機２１、第２電動機２３を制御する。クラッチ制御部１２は、アクチュエータ５を動作させることにより、クラッチ２４の噛み合い及び解放を制御する。メインＥＣＵ１０は、本実施例に係る駆動装置の制御装置として機能し、クラッチ制御部１２が駆動装置の制御装置としての機能を実現する。
【００６４】
メインＥＣＵ１０は、運転者によるアクセルペダル４０Ｐの踏み込み量に対応するアクセル開度ＰＡＰと車速Ｖｃとに基づいて、駆動軸としてのプロペラシャフト２５Ｐに出力すべき要求トルクを計算する。そして、メインＥＣＵ１０は、この要求トルクがプロペラシャフト２５Ｐに出力されるように、内燃機関２２と第１電動機２１と第２電動機２３とを制御する。
【００６５】
本実施例で用いる噛み合い式のクラッチ２４は、回転同期機能が存在しないため、クラッチ２４単体では、噛み合いの動作に大きな力を要したり、噛み合い時には車両１にショックが発生したりする。また、噛み合い式のクラッチ２４は、噛み合い位置が限定されるので、適切な噛み合い位置を外れて噛み合わされると摩擦やショックが発生する。これを回避するため、本実施例ではメインＥＣＵ１０のクラッチ制御部１２を用いてクラッチ２４の係合を制御する。これにより、噛み合い式のクラッチ２４を用いた場合に、噛み合い位置で確実に噛み合い対象同士を噛み合わせることにより、噛み合い動作における摩擦やショックを低減し、また、噛み合い動作に要する力を低減できる。次に、クラッチ制御部１２を詳細に説明する。
【００６６】
以下、図７を用いてクラッチ制御部１２による制御動作について説明する。ここで、図７は、本実施例に係るクラッチの係合の手順を示すフローチャートである。まず、クラッチ制御部１２は、ステップＳ１２として、走行状態がオーバードライブ（Ｏ／Ｄ）ロック走行領域に含まれるかを判定する。ここで、オーバードライブロック走行領域とは、高速走行かつ低負荷で車両１が走行している走行状態であると判定することができる走行条件の領域である。なお、本実施例では、オーバードライブロック走行領域の場合として説明するが、第１電動機２１が発生するトルクの制限により、第１電動機２１が受けることができる内燃機関２２の反力が制限される走行状態の場合も同様にクラッチを係合させるようにしてもよい。
【００６７】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ１２でオーバードライブロック走行領域ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ１２に進む。つまり、クラッチ制御部１２は、走行条件が、オーバードライブロック走行領域ではない間は、ステップＳ１２の判定を繰り返す。
【００６８】
また、クラッチ制御部１２は、ステップＳ１２でオーバードライブロック走行領域である（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ１４として、回転数同期制御を行う。ここで、回転数同期制御とは、クラッチ２４を構成する噛み合いピース２４Ｒの回転数と、噛み合いスリーブ２４Ｓの回転数とを同期させる制御である。本実施例では、噛み合いスリーブ２４Ｓが回転しない状態で支持されているので、噛み合いピース２４Ｒの回転数を０に近づけるように、エンジンの回転数、第２電動機の回転数、出力軸の回転数等の条件を制御する。
【００６９】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ１４で回転数同期制御を行ったら、ステップＳ１６として、係合部回転数が閾値より小さいかを判定する。なお、クラッチ制御部１２は、ステップＳ１４での処理を一定時間行ったら、ステップＳ１６に進むようにすればよい。ここで、係合部とは、クラッチ２４の係合される部分であり、具体的には、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓである。また、係合部回転数とは、係合する２つの部分の相対的な回転数の差である。つまり、本実施例では、噛み合いスリーブ２４Ｓは回転しないので、噛み合いピース２４Ｒの回転数が、係合部回転数となる。また、閾値は、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとを係合させる場合に、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとに生じる衝撃が一定以下、つまり許容できる範囲の衝撃となる回転数の差である。また、係合部回転数は、第１回転位置検出センサ４３または噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａの検出結果から算出することができる。
【００７０】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ１６で係合部回転数が閾値以上である（Ｎｏ）、つまり、閾値≦係合部回転数であると判定したら、ステップＳ１４に進み、再び、回転数同期制御を行う。つまり、クラッチ制御部１２は、係合部回転数が閾値よりも小さくなるまで、ステップＳ１４での回転数同期制御と、ステップＳ１６での判定とを行う。
【００７１】
また、クラッチ制御部１２は、ステップＳ１６で係合部回転数が閾値よりも小さい（Ｙｅｓ）、つまり、係合部回転数＜閾値であると判定したら、ステップＳ１８として、係合目標位相との位相差を算出する。係合目標位相とは、噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓと相対位置の基準となる位置関係である。つまり、クラッチ制御部１２は、噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓとの相対位置が、基準位置に対して、何度ずれているかを算出する。なお、この基準位置は、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとの全周の中の任意の１箇所としてもよいが、複数個所としてもよい。例えば、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとの各歯に対して、それぞれ基準位置を設定するようにしてもよい。この場合は、対向する位置の歯によって、基準位置を決定し、その基準位置との角度を算出すればよい。
【００７２】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ１８で係合目標位相との位相差を検出したら、ステップＳ２０として、係合部の相対的な位相が相対位相領域内であるかを判定する。ここで、相対位相領域とは、噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓとが係合可能であると判定される位相の範囲であり、噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓとの相対位相差および噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いスリーブ２４Ｓとの相対回転数との関係で規定されている。具体的には、図８に示すグラフの斜線部分の領域が相対位相領域となる。なお、図８は、制御部に記憶されている二次元マップの一例を示すグラフであり、縦軸が相対回転数（回転速度）ω、横軸が相対位相差θとなっている。また、図９は、クラッチの一部の概略構成を拡大して示す説明図である。図９は、図８に示すグラフの一点鎖線の相対位相差θ１である場合の噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯２４ＲＴ１、２４ＲＴ２と、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１との関係を示している。相対位相差θが一点鎖線の角度である時、噛み合い内歯２４ＳＴＡ１は、回転方向において、噛み合い外歯２４ＲＴ１と噛み合い外歯２４ＲＴ２との中間点にある。
【００７３】
図８に示すグラフでは、ストローク時間内に変化する位相反映境界線に基づいて算出したバックラッシュによる衝突位置のバラツキと、イナーシャ変化による乗り上げ防止非線形境界線と、相対的な回転数差とに基づいて、相対位相領域を設定している。
【００７４】
ここで、ストローク時間内に変化する位相反映境界線αは、係合部の係合動作時、アクチュエータ５により噛み合いスリーブ２４Ｓを移動させる間に、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとが相対的に移動する移動量を加味した線である。二次元マップでは、位相反映境界線αを基準として係合時に歯先が衝突する位置関係となる位相を算出し、さらに、バックラッシュによる衝突位置のバラツキを加味して、係合時に、歯先が接触しない位相領域を算出する。歯先が接触しない位相領域は、具体的には、図８中、直線αを挟むようにして引かれている直線β１と直線β２とで囲まれた領域を除いた領域、つまり、θが増加する方向において、直線β２と直線β１とで囲まれる領域である。
【００７５】
さらに、イナーシャ変化による乗り上げ防止非線形境界線γは、イナーシャ変化により一方の歯先が他方の歯先に乗り上げるおそれのある位相を非線形計算で算出した境界線である。ここで、イナーシャ変化により一方の歯先が他方の歯先に乗り上げるとは、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとを係合する際に、一方の歯先が、他方の歯先と歯先との間に入った後、他方の歯先を乗り越え、１つ隣の歯先と歯先との間に入って係合されることである。
【００７６】
クラッチ制御部１２は、このようにして算出した、バックラッシュによる衝突位置のバラツキを加味して、係合時に、歯先が接触しない位相領域で、イナーシャ変化により一方の歯先が他方の歯先に乗り上げない位相範囲、かつ、相対的な回転数差が一定速度差以下の範囲を相対位相領域として設定している。ここで、図８において、相対的な回転数差が一定速度差以下の範囲とは、回転数差ωが、ｗ２≦ω≦ｗ１の範囲であり、図８中、β２とβ１とγとｗ１とｗ２とで囲まれた斜線領域を相対位相領域として設定している。
【００７７】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ２０で係合部の位相が相対位相領域内ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ１８に進み、再び、係合目標位相との位相差を算出する。つまり、クラッチ制御部１２は、係合部の位相が相対位相領域内ではない間は、ステップＳ１８とステップＳ２０とを繰り返す。
【００７８】
また、クラッチ制御部１２は、ステップＳ２０で、係合部の位相が相対位相領域内にある（Ｙｅｓ）と判定したらステップＳ２２として、アクチュエータをＯＮにする。具体的には、アクチュエータ５を駆動し、噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒ側に移動させる。クラッチ制御部１２は、ステップＳ２２でアクチュエータをＯＮにしたら、ステップＳ２４として、クラッチの係合が終了したかを判定する。なお、クラッチ制御部１２がステップＳ２２からステップＳ２４に進むタイミングは特に限定されず、例えば、ステップＳ２２の動作を開始してから一定時間後にステップＳ２４に進むようにすればよい。
【００７９】
クラッチ制御部１２は、ステップＳ２４でクラッチ係合処理が終了していない（Ｎｏ）、つまり、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとが噛み合っていないと判定したら、ステップＳ２６として、クラッチフェール制御を行い、その後、処理を終了する。ここで、クラッチフェール制御とは、アクチュエータ５により噛み合いスリーブ２４Ｓを移動させても、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとが噛み合わなかった場合に行う制御であり、例えば、クラッチを係合不能とし、クラッチＯＦＦの状態で走行を続ける制御である。また、クラッチ制御部１２は、ステップＳ２４でクラッチ係合処理が終了している（Ｙｅｓ）、つまり、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとが係合し、噛み合っていると判定したら、処理を終了する。
【００８０】
このように、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとの回転数の同期を取り、両者の回転数の差を一定以下として、かつ、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとの相対位相差が図８に示すような所定領域内であると判定した場合に、アクチュエータ５により噛み合いスリーブ２４Ｓを移動させ、噛み合いピース２４Ｒと噛み合いスリーブ２４Ｓとを係合することで、噛み合いピース２４Ｒの歯先と噛み合いスリーブ２４Ｓの歯先とが接触する可能性を低減することができる。また、歯先同士が接触した場合も、歯先に生じる衝撃を小さくすることができる。
【００８１】
また、クラッチ制御部１２は、噛み合いピース２４Ｒの位相と噛み合いスリーブ２４Ｓの位相との関係を計算して、所定の位相の関係になった場合に係合させる制御を行わず、噛み合いピース２４Ｒの回転数のみを制御して、クラッチの係合動作を行うことができるため、短時間で係合を行うことができ、かつ、制御を簡単にすることができる。また、回転数と位相とが一定領域となる場合に係合動作を開始することで、回転数と位相との両方を、目標回転数、目標位相にして、係合を行う場合よりも短時間かつ簡単な制御で、係合を行うことができる。
【００８２】
また、図８に示すように、バックラッシュのばらつきを考慮して噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとの係合動作を開始するか否かを判定することで、係合時に噛み合いスリーブ２４Ｓの歯先と、噛み合いピース２４Ｒの歯先とが接触することを抑制することができる。また、歯先同士が接触した場合も歯先に生じる衝撃を小さくすることができる。これにより、クラッチの係合を短時間で、かつ、円滑に行うことが可能となる。
【００８３】
さらに、イナーシャ変化による乗り上げが発生する相対位相を非線形計算により境界線を算出し、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒとの相対位相が、境界線で囲まれている領域内にある場合に係合させるようにすることで、係合時に、一方の部材（スリーブまたはピース）の歯先を他方の部材（ピースまたはスリーブ）の歯先が乗り越えてしまうことが発生することを抑制することができる。これにより、歯先に生じる衝撃を小さくすることができ、短時間で円滑に係合することが可能となる。
【００８４】
ここで、上記実施例では、位相情報に基づいてアクチュエータを駆動するか否か（つまり、係合させるか否か）を図８に示す２次元マップに基づいて判定したが、本発明はこれに限定されず、回転数を制御し、かつ、検出した位相情報に基づいて係合させるかを判定すればよい。
【００８５】
また、上記実施例では、より適切に歯先への衝撃や、係合時のショックを低減できるため、イナーシャ変化による乗り上げ、バックラッシュのばらつき、回転数差を加味して所定領域を設定したが、所定領域の設定方法は特に限定されない。例えば、効果は低下するがイナーシャ変化による乗り上げ防止の範囲を線形で算出してもよい。
【００８６】
また、上記実施例では、より高い精度で噛み合いピースの位置と回転数を検出するため、回転位置検出センサとして、レゾルバを用いたが、これに限定されない。例えば、ホール素子を用いてもよい。このようにホール素子を用いる場合は、ホール素子による信号の検出タイミングと回転数の積算値とを用いて計算を行うことで、噛み合いピースと噛み合いスリーブとの相対位置を算出することができる。
【００８７】
また、上記実施例では、クラッチの係合部となる噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピース２４Ｒのうち、噛み合いスリーブ２４Ｓを固定し、噛み合いピース２４Ｒを回転させる構成とし、噛合クラッチ装置にブレーキ装置としての機能をもたせたが、これに限定されない。例えば、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピースとの両方を回転させるようにしてもよい。つまり、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピースの両方をそれぞれ回転体に連結させるようにしてもよい。この場合は、相対的な回転数を同期させればよいため、噛み合いスリーブ２４Ｓと噛み合いピースの両方が一定回転数で回転していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本発明に係る噛合クラッチ装置は、自動車等の駆動装置に用いる場合に有用であり、特に、噛み合い対象同士の回転を同期させる回転同期装置を有さない駆動装置に用いることに適している。
【符号の説明】
【００８９】
１ 車両
３、３ａ、３ｂ 駆動装置
３Ｓ 筐体
５ アクチュエータ
１０ メインＥＣＵ
１０Ｍ 記憶部
１０Ｐ 処理部
１１ 駆動制御部
１２ クラッチ制御部
１５ 電動機ＥＣＵ
１６ 機関ＥＣＵ
１７ コンバータ
１８ インバータ
２０ バッテリ
２１ 第１電動機
２１Ｓ 入出力軸
２２ 内燃機関
２２Ｓ クランクシャフト
２３ 第２電動機
２３Ｓ 入出力軸
２４ クラッチ
２４Ｒ 噛み合いピース
２４Ｓ 噛み合いスリーブ
２４ＲＴ１、２４ＲＴ２ 噛み合い外歯
２４ＳＴＡ１ 噛み合い内歯
２５Ｉ 連結シャフト
２５Ｐ プロペラシャフト
２６ デファレンシャルギヤ
２７Ｌ、２７Ｒ 駆動軸
２９ 減速装置
３０、３０Ａ、３０Ｂ 動力分割機構
３０ａ、３０ｃ 第１遊星歯車装置
３０ｂ、３０ｄ 第２遊星歯車装置
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ サンギヤ
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ リングギヤ
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ ピニオンギヤ
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ キャリア
３５ カウンタギヤ
４０ アクセルポジションセンサ
４１ 車速センサ
４３ 第１回転位置検出センサ
４３ａ 噛み合いピース回転位置検出センサ
４４ 第２回転位置検出センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と連れ回り、前記回転体の回転力を伝達する第１部材と、
前記回転体の回転軸の延長線上に設けられ、前記第１部材と噛合可能な第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを前記回転軸方向に相対的に移動させ、前記第１部材と前記第２部材との係合動作と非係合動作とを行う駆動手段と、
前記回転体の回転数同期制御を行う同期制御手段と、
前記第１部材と前記第２部材との位相差を検出する位相検出手段と、
前記同期制御手段での制御と、前記位相検出手段で検出した位相差とに基づいて、前記駆動手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする噛合クラッチ装置。
【請求項２】
前記第２部材は、回転しない部材に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記位相差と前記第１部材と前記第２部材との回転数の差とが所定の関係にある場合に、前記駆動手段により前記第１部材と前記第２部材とを相対的に移動させ、前記第１部材と前記第２部材との係合動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可されている回転数と、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可される所定の位相情報とを関連付けて記憶していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項５】
前記制御手段は、回転数と位相情報と係合動作が行われる領域とが示されているマップを記憶し、前記マップに基づいて、係合動作を制御することを特徴とする請求項４に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可されている回転数に対しては前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可される所定の位相情報が予め定められており、前記所定の位相情報からは、回転方向における前記第１部材の接触する部分と前記第２部材の接触する部分とのバックラッシュの範囲が除かれていることを特徴とする請求項４または５に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作の際に、回転方向において、一方の部材が他方の部材に乗り上げる側の領域は、非線形境界によって規定されることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項８】
非線形境界は、回転数に対応したイナーシャ変化によって定められることを特徴とする請求項７に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項１】
回転体と連れ回り、前記回転体の回転力を伝達する第１部材と、
前記回転体の回転軸の延長線上に設けられ、前記第１部材と噛合可能な第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを前記回転軸方向に相対的に移動させ、前記第１部材と前記第２部材との係合動作と非係合動作とを行う駆動手段と、
前記回転体の回転数同期制御を行う同期制御手段と、
前記第１部材と前記第２部材との位相差を検出する位相検出手段と、
前記同期制御手段での制御と、前記位相検出手段で検出した位相差とに基づいて、前記駆動手段の動作を制御する制御手段とを有することを特徴とする噛合クラッチ装置。
【請求項２】
前記第２部材は、回転しない部材に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記位相差と前記第１部材と前記第２部材との回転数の差とが所定の関係にある場合に、前記駆動手段により前記第１部材と前記第２部材とを相対的に移動させ、前記第１部材と前記第２部材との係合動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可されている回転数と、前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可される所定の位相情報とを関連付けて記憶していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項５】
前記制御手段は、回転数と位相情報と係合動作が行われる領域とが示されているマップを記憶し、前記マップに基づいて、係合動作を制御することを特徴とする請求項４に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可されている回転数に対しては前記第１部材と前記第２部材との係合動作が許可される所定の位相情報が予め定められており、前記所定の位相情報からは、回転方向における前記第１部材の接触する部分と前記第２部材の接触する部分とのバックラッシュの範囲が除かれていることを特徴とする請求項４または５に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第１部材と前記第２部材との係合動作の際に、回転方向において、一方の部材が他方の部材に乗り上げる側の領域は、非線形境界によって規定されることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の噛合クラッチ装置。
【請求項８】
非線形境界は、回転数に対応したイナーシャ変化によって定められることを特徴とする請求項７に記載の噛合クラッチ装置。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２−１】
【図２−２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２７６１２１（Ｐ２０１０−２７６１２１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２９５４９（Ｐ２００９−１２９５４９）
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【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２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【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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