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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kupplungssteuerungen, insbesondere Kupplungssteuerungen, die zum Schalten einer Klauenkupplung in einen eingerückten Zustand in der Lage sind.
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2. Einschlägiger Stand der Technik
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In einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs oder dergleichen ist häufig eine Klauenkupplung zum Schalten einer Getriebestufe oder eines Fahrmodus integriert (siehe ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung
JP 2006-038 136 A ). Vom Standpunkt der Unterdrückung eines Leistungsverlustes zum Zeitpunkt des Ausrückens der Kupplung ist es bevorzugt, eine Klauenkupplung zu verwenden, die keinen Synchronisationsmechanismus beinhaltet.
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Wenn jedoch die Klauenkupplung keinen Synchronisationsmechanismus besitzt, ist es notwendig, die Drehzahlen an der Vorderseite und der Rückseite bzw. vor und hinter der Klauenkupplung mit hoher Genauigkeit zu synchronisieren, um die Klauenkupplung sanft bzw. ruckfrei in einen eingerückten Zustand zu schalten.
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Um dies zu bewältigen, werden bei dem in der
JP 2006-038 136 A beschriebenen Antriebsstrang die Drehzahlen an der Vorderseite und der Rückseite der Kupplung unter Verwendung eines Elektromotors synchronisiert.
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Selbst bei einer Synchronisation der Drehzahlen unter Verwendung eines Elektromotors ist es jedoch extrem schwierig, die Drehzahlen an der Vorderseite und der Rückseite der Kupplung vollständig miteinander in Übereinstimmung zu bringen, und somit kommt es abwechselnd zur Wiederholung eines Zustands, in dem die eine Drehzahl die andere Drehzahl übersteigt, sowie eines Zustands, in dem die andere Drehzahl die eine Drehzahl übersteigt.
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Da genauer gesagt die relative Rotationsrichtung an der Vorderseite und der Rückseite der Klauenkupplung ständig geändert wird, tritt beim Schalten einer Klauenkupplung in den einrückten Zustand eine Situation auf, in der eine Längskeil-Verzahnung hin und her bewegt wird und eine wiederholte Bewegung derselben nach innen und nach außen stattfindet. Die wiederholte Bewegung der Längskeil-Verzahnung nach innen und nach außen führt zu einem Anstieg der Zeit, die zum Schalten einer Klauenkupplung erforderlich ist, sowie zu einem Anstieg der Größe einer Betätigungseinrichtung, die eine derartige Klauenkupplung steuert, und daher ist es wünschenswert, eine Klauenkupplung in sanfter Weise in den eingerückten Zustand zu schalten.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Klauenkupplung in sanfter Weise in den eingerückten Zustand zu schalten.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kupplungssteuerung geschaffen, die Folgendes aufweist: eine Klauenkupplung; eine Betätigungseinrichtung; eine Synchronisations-Steuereinheit; sowie eine Eingriffs-Steuereinheit. Die Klauenkupplung besitzt einen ersten Rotor mit einer Eingriffsverzahnung sowie einen koaxial zu dem ersten Rotor angeordneten zweiten Rotor mit einer Eingriffsverzahnung und wird zwischen einem eingerückten Zustand, in dem die Eingriffsverzahnungen miteinander in Eingriff sind, und einem ausgerückten Zustand, in dem der Eingriff zwischen den Eingriffverzahnungen gelöst ist, geschaltet.
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Die Betätigungseinrichtung bewegt einen von dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor in axialer Richtung, um die Klauenkupplung zwischen dem eingerückten Zustand und dem ausgerückten Zustand zu schalten. Die Synchronisations-Steuereinheit steuert einen mit dem zweiten Rotor gekoppelten Elektromotor, um eine Drehzahl des zweiten Rotors derart zusteuern, dass die Drehzahl des zweiten Rotors an eine Drehzahl des ersten Rotors angenähert ist, wenn die Klauenkupplung in den eingerückten Zustand geschaltet wird.
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Die Eingriffs-Steuereinheit steuert die Betätigungseinrichtung zum Bewegen von einem von dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor in Richtung auf den jeweils anderen Rotor, wenn die Klauenkupplung in den eingerückten Zustand geschaltet wird. Die Eingriff-Steuereinheit bewegt den einen von dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor in eine Position, in der die Eingriffsverzahnungen in Axialrichtung miteinander in Eingriff gebracht werden, bevor eine Differenz in den Drehzahlen zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor in einen vorbestimmten Bereich liegt und die Drehzahl des zweiten Rotors die Drehzahl des ersten Rotors erreicht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines in einem Hybridfahrzeug angebrachten Antriebsstrangs sowie eines Teils des Steuersystems desselben;
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2 eine auseinandergezogene Perspektivansicht zur Erläuterung der Struktur einer Kupplung;
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3A bis 3D Ansichten zur Erläuterung eines Eingriffsvorgangs von Längskeil-Verzahnungen;
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4A bis 4D Ansichten zur Erläuterung von Kontaktmustern von abgeschrägten Bereichen;
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5 ein Diagramm, in dem die Anzahl von Umdrehungen N1, die Anzahl von Umdrehungen N2 sowie eine Hülsen-Hubbewegung veranschaulicht sind, wenn die Kupplung eingerückt wird;
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6 ein Diagramm, in dem in einem Vergleichsbeispiel die Anzahl der Umdrehungen N1, die Anzahl der Umdrehungen N2 sowie die Hülsen-Hubbewegung veranschaulicht sind, wenn die Kupplung eingerückt wird; und
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7 ein Diagramm, in dem die Anzahl der Umdrehungen N1, die Anzahl der Umdrehungen N2 sowie die Hülsen-Hubbewegung veranschaulicht sind, wenn die Kupplung eingerückt wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines in einem Hybridfahrzeug angebrachten Antriebsstrangs 10 sowie eines Teils seines Steuersystems. In den Antriebsstrang 10 ist eine Kupplungssteuerung 11 als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung integriert.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Antriebsstrang 10 mit einem Verbrennungsmotor 12, einem ersten Motorgenerator M1 sowie einem zweiten Motorgenerator M2 als Antriebsquellen versehen. Darüber hinaus ist der Antriebstrang 10 mit einer Kupplung CL1, einer Kupplung CL2, einer Kupplung CL3 und einer Kupplung CL4 als Klauenkupplungen versehen. Bei den Kupplungen CL1 bis CL4 handelt es sich jeweils um Mitnehmerkupplungen, d. h. eine Klauenkupplung, die keinen Rotations-Synchronisationsmechanismus, wie z. B. einen Synchronisierring oder dergleichen, aufweist.
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Ein Leistungsteilungsmechanismus 13 zum Teilen der Motorleistung zum Antreiben der Räder sowie für den Motorgenerator M2 ist zwischen dem Verbrennungsmotor 12 und dem Motorgenerator M2 vorgesehen. Der Leistungsteilungsmechanismus 13 besitzt einen mit dem Verbrennungsmotor 12 gekoppelten Träger 14 sowie ein von dem Träger 14 drehbar gelagertes Ritzel 15.
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Das Ritzel 15 weist zwei Verzahnungsbereiche 15a und 15b auf. Ein Sonnenrad 16 und ein Hohlrad 17 stehen mit dem Verzahnungsbereich 15a in Eingriff, und ein Sonnenrad 18 steht mit dem Verzahnungsbereich 15b in Eingriff. Der Motorgenerator M2 ist mit dem Sonnenrad 16 gekoppelt, und eine Kupplungsnabe 19 ist an dem Sonnenrad 18 festgelegt.
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An dem Außenumfangsbereich der Kupplungsnabe 19 ist eine Kupplungshülse 20 in Axialrichtung beweglich vorgesehen. Ein Gabelelement 21 ist an der Kupplungshülse 20 angebracht, und eine Betätigungseinrichtung 22 ist mit dem Gabelelement 21 gekoppelt. Durch Ansteuern der Betätigungseinrichtung 22 zum Bewegen der Kupplungshülse 20 in Richtung eines Pfeils a wird die Kupplungshülse 20 mit einem Kupplungsrad 23 in Eingriff gebracht.
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Damit bilden die Kupplungsnabe 19, die Kupplungshülse 20 und das Kupplungsrad 23 die Kupplung CL1. Durch das Einrücken der Kupplung CL1 können das Sonnenrad 18 und das Hohlrad 17 in Eingriff gebracht werden, und es wird möglich, die unterschiedliche Rotation des Leistungsteilungsmechanismus 13 zu stoppen. Das bedeutet, durch das Einrücken der Kupplung CL1 können der Verbrennungsmotor 12 und der Motorgenerator M2 über den Leistungsteilungsmechanismus 13 direkt miteinander gekoppelt werden.
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Ferner wird durch das Ansteuern der Betätigungseinrichtung 22 zum Bewegen der Kupplungshülse 20 in Richtung eines Pfeils b die Kupplungshülse 20 mit einem Kupplungsrad 24 in Eingriff gebracht. Somit bilden die Kupplungsnabe 19, die Kupplungshülse 20 und das Kupplungsrad 24 die Kupplung CL2. Durch das Einrücken der Kupplung CL2 ist es möglich, das Sonnenrad 18 an einem Gehäuse 25 festzulegen und das Sonnenrad 18 zu stoppen, so dass sich die Rotationsschwankung des Hohlrads 17 steigern lässt, während die Rotationsschwankung des Motorgenerators M2 reduziert wird.
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Das bedeutet, durch das Einrücken der als Bremse wirkenden Kupplung CL2 ist es möglich, die Drehzahl jeweils des Hohlrads 17 sowie einer später noch beschriebenen Antriebsrad-Ausgangswelle 26 zu steigern, während die Drehzahl des Motorgenerators M2 unterdrückt wird, und es somit möglich wird, den Leistungsteilungsmechanismus 13 in einen ”Overdrive”- bzw. Schongang-Zustand zu schalten.
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Ferner ist ein Antriebszahnrad 28 auf einer Hohlwelle 27 festgelegt, die das Hohlrad 17 und das Kupplungsrad 23 miteinander koppelt, und ein mit dem Antriebszahnrad 28 in Eingriff stehendes angetriebenes Zahnrad 29 ist von der Antriebsrad-Ausgangswelle 26 drehbar gelagert. Ein Kupplungsrad 30 ist an dem angetriebenen Zahnrad 29 festgelegt, und eine dem Kupplungsrad 30 benachbarte Kupplungsnabe 31 ist auf der Antriebsrad-Ausgangswelle 26 festgelegt. An dem Außenumfangsbereich der Kupplungsnabe 31 ist eine Kupplungshülse 32 in Axialrichtung beweglich vorgesehen.
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Ein Gabelelement 33 ist an der Kupplungshülse 32 angebracht, und eine Betätigungseinrichtung 34 ist mit dem Gabelelement 33 gekoppelt. Durch das Ansteuern der Betätigungseinrichtung 34 zum Bewegen der Kupplungshülse 32 in Richtung eines Pfeils a wird die Kupplungshülse 32 mit dem Kupplungsrad 30 in Eingriff gebracht. Somit bilden die Kupplungsnabe 31, das Kupplungsrad 30 und die Kupplungshülse 33 die Kupplung CL3.
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Durch das Einrücken der Kupplung CL3 wird es möglich, das Hohlrad 17 und die Antriebsrad-Ausgangswelle 26 miteinander zu koppeln. Das bedeutet, durch das Einrücken der Kupplung CL3 wird es möglich, den Verbrennungsmotor 12 und den Motorgenerator M2 mit der Antriebsrad-Ausgangswelle 26 zu verbinden. Andererseits wird es durch das Ausrücken der Kupplung CL3 möglich, den Verbrennungsmotor 12 und den Motorgenerator M2 von der Antriebsrad-Ausgangswelle 26 zu trennen.
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Ein angetriebenes Zahnrad 40 ist an dem anderen Endbereich der Antriebsrad-Ausgangswelle 26 festgelegt, und ein mit dem angetriebenen Zahnrad 40 in Eingriff stehendes Antriebszahnrad 41 ist auf einer Transmissionswelle 42 festgelegt. Eine Kupplungsnabe 43 ist auf der Transmissionswelle 42 festgelegt, und ein der Kupplungsnabe 43 benachbartes Kupplungsrad 44 ist auf einer Motorausgangswelle 45 des Motorgenerators M1 festgelegt.
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Weiterhin ist an dem Außenumfangsbereich der Kupplungsnabe 43 eine Kupplungshülse 46 in Axialrichtung beweglich vorgesehen. Ein Gabelelement 47 ist an der Kupplungshülse 46 angebracht, und eine Betätigungseinrichtung 48 ist mit dem Gabelelement 47 gekoppelt. Durch das Ansteuern der Betätigungseinrichtung 48 zum Bewegen der Kupplungshülse 46 in Richtung eines Pfeils a wird die Kupplungshülse 46 mit dem Kupplungsrad 44 in Eingriff gebracht.
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Damit bilden die Kupplungsnabe 43, das Kupplungsrad 44 und die Kupplungshülse 46 die Kupplung CL4. Durch das Einrücken der Kupplung CL4 wird es möglich, den Motorgenerator M1 mit der Antriebsrad-Ausgangswelle 26 zu verbinden. Andererseits wird es durch das Ausrücken der Kupplung CL4 möglich, den Motorgenerator M1 von der Antriebsrad-Ausgangswelle 26 zu trennen.
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Zum Ausführen einer Schaltsteuerung der Kupplungen CL1 bis CL4 des Antriebsstrangs 10 ist eine Ansteuerschaltung 50 mit den Betätigungseinrichtungen 22, 34 und 48 verbunden, und eine Hilfseinrichtungsbatterie (nicht gezeigt) ist mit der Ansteuerschaltung 50 über eine Stromleitung verbunden. Ein Inverter 52 ist mit einem Stator 51 des Motorgenerators M1 verbunden, und eine Hochspannungsbatterie (nicht gezeigt) ist mit dem Inverter 52 über eine Stromleitung verbunden.
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Die Kupplungssteuerung 11 besitzt eine Steuereinheit 53, die Steuersignale an den Inverter 52 und die Ansteuerschaltung 50 abgibt. Mit der Steuereinheit 53 sind ein Rotationssensor 54 zum Erfassen der Anzahl von Umdrehungen (Drehzahl) N1 der Transmissionswelle 52, d. h. der Kupplungshülse 46, und ein Rotationssensor 55 zum Erfassen der Anzahl von Umdrehungen (Drehzahl) N2 der Motorausgangswelle 45, d. h. des Kupplungsrads 44, verbunden.
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Wenn die Schaltsteuerung der Kupplung CL4 ausgeführt wird, gibt die Steuereinheit 53 das Steuersignal auf der Basis der Anzahl von Umdrehungen N1 und N2 an der Vorderseite und der Rückseite der Kupplung an den Inverter 52 ab, um die Anzahl der Umdrehungen des Motorgenerators M1 zu steuern, und gibt ferner das Steuersignal an die Ansteuerschaltung 50 ab, um den Betriebszustand der Betätigungseinrichtung zu steuern. Die Steuereinheit 53 besitzt eine CPU, einen ROM und einen RAM.
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Im Folgenden wird ein Steuervorgang beschrieben, wenn die Kupplung CL4 von dem ausgerückten Zustand in den eingerückten Zustand geschaltet wird. In der nachfolgenden Beschreibung wird von den in dem Antriebsstrang 10 vorgesehenen Kupplungen CL1 bis CL4 die Kupplung CL4 als Beispiel verwendet, jedoch können auch die anderen Kupplungen CL1 bis CL3 mittels des nachfolgend beschriebenen Steuervorgangs von dem ausgerückten Zustand in den eingerückten Zustand geschaltet werden.
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2 zeigt eine auseinandergezogene Perspektivansicht unter Darstellung der Konstruktion der Kupplung CL4. Wie in 2 gezeigt, besitzt die Kupplung CL4 die Kupplungshülse (erster Rotor) 46, die an dem Außenumfangsbereich der Kupplungsnabe 43 in Axialrichtung beweglich vorgesehen ist, sowie das Kupplungsrad (zweiter Rotor) 44, das koaxial zu der Kupplungshülse 46 angeordnet ist.
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An der Innenumfangsfläche der Kupplungshülse 46 ist eine Vielzahl von Längskeil-Zähnen 60 gebildet, die in Radialrichtung nach innen vorstehen. Die Längskeil-Zähne 60 verlaufen in Axialrichtung und sind in vorbestimmten Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet. Ferner besitzt jeder der Längskeil-Zähne (Eingriffszähne) 60 einen abgeschrägten Bereich (erster abgeschrägter Bereich) 61, der an seiner Spitze vorgesehen ist, sowie einen invers verjüngten Bereich (erster Eingriffsbereich) 62, der sich von dem abgeschrägten Bereich 61 weg erstreckt.
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Der abgeschrägte Bereich 61 besitzt eine auf der einen Seite in Rotationsrichtung vorgesehene abgeschrägte Fläche 61a sowie eine auf der anderen Seite in Rotationsrichtung vorgesehene abgeschrägte Fläche 61b. In ähnlicher Weise sind an der Außenumfangsfläche des Kupplungsrads 44 eine Vielzahl von Längskeil-Zähnen 70 gebildet, die in Radialrichtung nach außen vorstehen. Die Längskeil-Zähne 70 verlaufen in Axialrichtung und sind in vorbestimmten Intervallen in Umfangsrichtung angeordnet.
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Ferner besitzt jeder der Längskeil-Zähne (Eingriffszähne) 70 einen abgeschrägten Bereich (zweiter abgeschrägter Bereich) 71, der an seiner Spitze vorgesehen ist, sowie einen invers verjüngten Bereich (zweiter Eingriffsbereich) 72, der sich von dem abgeschrägten Bereich 71 weg erstreckt. Der abgeschrägte Bereich 71 besitzt eine abgeschrägte Fläche 71a, die auf der einen Seite in Rotationsrichtung vorgesehen ist, sowie eine abgeschrägte Fläche 71b, die auf der anderen Seite in Rotationsrichtung vorgesehen ist.
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Als nächstes wird ein Eingriffsvorgang der Längskeil-Verzahnung 60 der Kupplungshülse 46 und der Längskeil-Verzahnung 70 des Kupplungsrads 44 beschrieben. Die 3A bis 3D zeigen Ansichten zur Erläuterung des Eingriffsvorgangs der Längskeil-Verzahnungen 60 und 70.
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Wie in 3A gezeigt, ist in einer Position, in der die Hubbewegung der durch die Betätigungseinrichtung 48 bewegten Kupplungshülse 46 (wobei diese im Folgenden als Hülsen-Hubbewegung bezeichnet wird) den Wert Null erreicht, d. h. in einer neutralen Position der Kupplungshülse 46, die Längskeil-Verzahnung 60 der Kupplungshülse 46 von der Längskeil-Verzahnung 70 des Kupplungsrads 44 in der Axialrichtung getrennt.
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Das bedeutet, der Eingriff zwischen der Längskeil-Verzahnung 60 und der Längskeil-Verzahnung 70 ist aufgehoben. Wenn die Hülsen-Hubbewegung anschließend durch das Ansteuern der Betätigungseinrichtung 48 zum Bewegen der Kupplungshülse 46 in Richtung des Pfeils a die Position S1 erreicht, bewegt sich die Kupplungshülse 46 in eine Kontaktposition mit dem abgeschrägten Bereich, wie diese in 3B dargestellt ist.
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Wenn die Hülsen-Hubbewegung die Position S2 erreicht, bewegt sich die Kupplungshülse 46 ferner in eine Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich, wie diese in 3C dargestellt ist. Wenn ferner die Hülsen-Hubbewegung die Position S3 erreicht, bewegt sich die Kupplungshülse 46 in eine in 3D dargestellte Anlageposition.
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Wie in 3B mit unterbrochener Linie dargestellt, handelt es sich bei der Kontaktposition mit dem abgeschrägten Bereich um eine Position, in der die Spitzen der abgeschrägten Bereiche 61 und 71 einander in Axialrichtung überlappen. Durch das Bewegen der Kupplungshülse 46 über die Kontaktposition mit dem abgeschrägten Bereich hinaus ist es möglich, die abgeschrägten Bereiche 61 und 71 miteinander in Kontakt zu bringen, und es wird möglich, die Phasen der Längskeil-Verzahnungen 60 und 70 mechanisch zu synchronisieren.
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Wie ferner in 3C mit unterbrochener Linie dargestellt ist, handelt es sich bei der Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich um eine Position, in der der Grenzflächenbereich zwischen dem abgeschrägten Bereich 61 und dem invers verjüngten Bereich 62 sowie der Grenzflächenbereich zwischen dem abgeschrägten Bereich 71 und dem invers verjüngten Bereich 72 einander in Axialrichtung überlappen.
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Durch das Bewegen der Kupplungshülse 46 über die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich hinaus, ist es möglich, die invers verjüngten Bereiche 62 und 72 miteinander in Eingriff zu bringen, und die Kupplung CL4 wird dadurch in den eingerückten Zustand bzw. Eingriffszustand geschaltet. Ferner handelt es sich bei der Anlageposition um eine Position, in der die Bewegung der Kupplungshülse 46 durch einen Anschlag (nicht gezeigt) unterbunden wird.
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Im Folgenden wird ein Effekt eines Kupplungseinrückvorgangs anhand des Kontaktmusters der abgeschrägten Bereiche 61 und 71 beschrieben. Die 4A bis 4D zeigen Ansichten zur Erläuterung der Kontaktmuster der abgeschrägten Bereiche 61 und 71. In den 4A bis 4D sind die relativen Rotationsrichtungen der Kupplungshülse 46 und des Kupplungsrads 44 jeweils durch umrandete bzw. offene Pfeile dargestellt.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass im Hinblick auf die offenen Pfeile der 4A bis 4D die nach oben gerichteten offenen Pfeile jeweils eine Beschleunigungsrichtung anzeigen, während die nach unten gehenden Pfeile jeweils eine Verzögerungsrichtung anzeigen. Ferner zeigen die Pfeile a jeweils die Bewegungsrichtung der Kupplungshülse 46 an, wenn die Kupplung CL4 in den eingerückten Zustand geschaltet wird.
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Als erstes wird ein Fall beschrieben, in dem die Drehzahl des Kupplungsrads 44 geringer ist als die der Kupplungshülse 46, wie dies in den 4A und 4B dargestellt ist. Wie in 4A gezeigt, führt in einem Fall, in dem die abgeschrägte Fläche 61b der Kupplungshülse 46 und die abgeschrägte Fläche 71b des Kupplungsrads 44 miteinander in Kontakt gebracht werden, wie dies durch einen Pfeil b veranschaulicht ist, die abgeschrägte Fläche 61b eine Gleitbewegung auf der abgeschrägten Fläche 71b aus, so dass sich die Kupplungshülse 46 sanft in Richtung auf das Kupplungsrad 44 bewegt.
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Wie andererseits in 4B veranschaulicht ist, wird in einem Fall, in dem die abgeschrägte Fläche 61a der Kupplungshülse 46 und die abgeschrägte Fläche 71b des Kupplungsrads 44 miteinander in Kontakt gebracht werden, wie dies durch einen Pfeil b veranschaulicht ist, die abgeschrägte Fläche 71b von der abgeschrägten Fläche 61a in Richtung nach innen gedrückt, so dass sich die Kupplungshülse 46 in Richtung auf das Kupplungsrad 44 bewegt und dabei mitgeschleppt wird.
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Das bedeutet, in dem Fall, in dem die Drehzahl des Kupplungsrads 44 geringer ist als die Drehzahl der Kupplungshülse 46, ist es bevorzugt, die abgeschrägten Bereiche 61 und 71 in dem in 4A veranschaulichten Muster miteinander in Kontakt zu bringen.
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Ferner wird ein Fall beschrieben, in dem die Drehzahl des Kupplungsrads 44 höher ist als die Drehzahl der Kupplungshülse 46, wie dies in den 4C und 4D dargestellt ist. Wie in 4C gezeigt ist, führt in dem Fall, in dem die abgeschrägte Fläche 61a der Kupplungshülse 46 und die abgeschrägte Fläche 71b des Kupplungsrads 44 miteinander in Kontakt gebracht werden, wie dies durch einen Pfeil b dargestellt ist, die abgeschrägte Fläche 61a eine Gleitbewegung auf der abgeschrägten Fläche 71b aus, so dass sich die Kupplungshülse 46 sanft in Richtung auf das Kupplungsrad 44 bewegt.
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Wie dagegen in 4D dargestellt ist, wird in einem Fall, in dem die abgeschrägte Fläche 61b der Kupplungshülse 46 und die abgeschrägte Fläche 71a des Kupplungsrads 44 miteinander in Kontakt gebracht werden, wie dies durch einen Pfeil b dargestellt ist, die abgeschrägte Fläche 71a durch die abgeschrägte Fläche 61b nach innen gedrückt, so dass sich die Kupplungshülse 46 in Richtung auf das Kupplungsrad 44 bewegt und dabei mitgenommen wird.
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Das heißt, in dem Fall, in dem die Drehzahl des Kupplungsrads 44 höher ist als die Drehzahl der Kupplungshülse 46, ist es bevorzugt, die abgeschrägten Bereiche 61 und 71 gemäß dem in 4C dargestellten Muster miteinander in Kontakt zu bringen.
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Im Folgenden wird ein Steuervorgang beschrieben, wenn die Kupplung CL4 eingerückt wird. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Anzahl von Umdrehungen N1, der Anzahl von Umdrehungen N2 sowie der Hülsen-Hubbewegung, wenn die Kupplung CL4 eingerückt wird. In 5 ist die Anzahl der Umdrehungen N1 mit einer unterbrochenen Linie dargestellt, die Anzahl der Umdrehungen N2 ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, und die Hülsen-Hubbewegung ist mit einer strichpunktierten Linie dargestellt.
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Wie in 5 gezeigt, ist zum Zeitpunkt des Starts des Steuervorgangs, wenn die Kupplung CL4 im ausgerückten Zustand ist, die Anzahl der Umdrehungen N2 kleiner als die Anzahl der Umdrehungen N1, und somit startet die Steuereinheit 53 eine Rotations-Synchronisationssteuerung, die die Anzahl der Umdrehungen N2 unter Verwendung des Motorgenerators (Elektromotor) M1 erhöht.
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Die Steuereinheit 53, die als Synchronisations-Steuereinheit wirkt, gibt die Anzahl der Umdrehungen N1 als Zielanzahl von Umdrehungen oder Solldrehzahl vor und steuert den Motorgenerator M1 über den Inverter 53 derart, dass die Anzahl von Umdrehungen N2 des Motorgenerators 1 die Anzahl der Umdrehungen N1 erreicht. Wie in 5 durch den Buchstaben X dargestellt ist, berechnet die als Synchronisations-Vorhersageeinheit wirkende Steuereinheit 53 anschließend eine Anstiegsgeschwindigkeit der Anzahl der Umdrehungen N2 (eine Winkelbeschleunigung des Kupplungsrads 44) und berechnet ferner eine Synchronisations-Zeitdauer T1 der Anzahl der Umdrehungen N2 in Bezug auf die Anzahl der Umdrehungen N1.
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Die Synchronisations-Zeitdauer T1 bezeichnet eine Zeitdauer, die erforderlich ist, damit eine Differenz der Drehzahlen zwischen der Anzahl der Umdrehungen N1 und der Anzahl der Umdrehungen M2 in einem vorbestimmten Bereich α liegt. Bei dem vorbestimmten Bereich α handelt es sich um eine Differenz der Drehzahlen, die zulässig ist, wenn die Kupplung CL4 eingerückt wird, sowie um einen Wert, der auf der Basis der Formgebung von jedem der abgeschrägten Bereiche 61 und 71, der Festigkeit der Längskeil-Verzahnung sowie des Drehzahlbereichs vorgegeben ist.
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In dem in 5 veranschaulichten Fall wird als erforderliche Synchronisations-Zeitdauer, damit die Differenz der Drehzahlen zwischen der Anzahl der Umdrehungen N1 und der Anzahl von Umdrehungen N2 in dem vorbestimmten Bereich α liegt, eine Zeitdauer berechnet, die erforderlich ist, damit die Anzahl der Umdrehungen N2 die vorbestimmte Anzahl der Umdrehungen n in dem vorbestimmmten Bereich α erreicht.
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Wenn die Synchronisations-Zeitdauer T1 in dieser Weise berechnet ist, wird eine vorbestimmte Hubbewegungs-Zeitdauer T2 von der Synchronisations-Zeitdauer T1 subtrahiert, und es wird eine Betätigungszeit t der Betätigungseinrichtung 48 vorgegeben. Bei der Hubbewegungs-Zeitdauer T2 handelt es sich um eine Zeidauer, die erforderlich ist, damit die Hülsen-Hubbewegung S2 erreicht, d. h. um eine Zeitdauer, die erforderlich ist, damit die Kupplungshülse 46 die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich erreicht, wobei diese Zeitdauer unter Verwendung eines Tests oder einer Simulation vorgegeben wird. Anschließend gibt die als Eingriffs-Steuereinheit wirkende Steuereinheit 53 das Steuersignal an die Ansteuerschaltung 50 ab, um die Ansteuerschaltung 50 zu veranlassen, den Betrieb der Betätigungseinrichtung 48 an dem Betätigungszeitpunkt t zu beginnen.
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Durch das Beginnen der Bewegung der Kupplungshülse 46 an dem Betätigungszeitpunkt t, wie dies in 5 durch den Buchstaben Y dargestellt ist, wird es somit möglich, die Kupplungshülse 46 in die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich zu bewegen, bevor die Differenz der Drehzahlen zwischen der Kupplungshülse 46 und dem Kupplungsrad 44 in dem vorbestimmten Bereich α liegt und die Anzahl der Umdrehungen N2 des Kupplungsrads 44 die Anzahl der Umdrehungen N1 der Kupplungshülse 46 erreicht.
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Damit ist es möglich, die Kupplungshülse 46 in die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich zu bewegen, bevor die Anzahl der Umdrehungen N2 des Kupplungsrads 44 die Anzahl der Umdrehungen N1 der Kupplungshülse 46 übersteigt, und somit lässt sich die Kupplung CL4 sanft in den eingerückten Zustand schalten. Das bedeutet, durch das Bewegen der Kupplungshülse 46 in die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich, bevor das synchron damit drehende Kupplungsrad 44 die Kupplungshülse 46 hinsichtlich der Drehzahl überschreitet, lässt sich das Kontaktmuster der abgeschrägten Bereiche 61 und 71 auf das Kontaktmuster der 4A oder das Kontaktmuster der 4B begrenzen.
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Selbst wenn es sich bei dem ersten Kontaktmuster der abgeschrägten Bereiche 61 und 71 um das Kontaktmuster der 4B handelt, ist es somit möglich, das Kontaktmuster derselben zu dem nächsten Zeitpunkt in das Kontaktmuster der 4A zu verändern, und es wird möglich, die Kupplung CL4 sanft in den eingerückten Zustand zu schalten.
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Da ferner, wie in 5 gezeigt, die Bewegung der Kupplungshülse 46 begonnen wird, bevor die Differenz der Drehzahlen zwischen der Kupplungshülse 46 und dem Kupplungsrad 44 in den vorbestimmten Bereich α fällt, ist es ferner möglich, eine Schaltzeitdauer beim Schalten der Kupplung CL4 in den eingerückten Zustand zu reduzieren.
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Da sich die Kupplung CL4 sanft in den eingerückten Zustand schalten lässt, kann ferner die Axialkraft der Betätigungseinrichtung 48 reduziert werden, und es wird möglich, die Größe der Betätigungseinrichtung 48 zu reduzieren. Da ein sanftes Schalten der Kupplung CL4 in den eingerückten Zustand möglich ist, kann ferner ein Rotations-Synchronisationmechanismus, wie z. B. der Synchronisierring, von der Kupplung CL4 weggelassen werden, und der Leistungsverlust in dem ausgerückten Zustand der Kupplung CL4 lässt sich signifikant vermindern.
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6 zeigt eine schematische Darstellung, in der als Vergleichsbeispiel die Anzahl der Umdrehungen N1, die Anzahl der Umdrehungen N2 sowie die Hülsen-Hubbewegung dargestellt sind, wenn die Kupplung CL4 eingerückt wird. Wie in dem Vergleichsbeispiel der 6 gezeigt, liegt in einem Fall, in dem die Bewegung der Kupplungshülse 46 begonnen wird, nachdem die Anzahl der Umdrehungen N2 mit der Anzahl der Umdrehungen N1 synchronisiert ist, wie dies durch das Bezugszeichen Z1 veranschaulicht ist, eine Situation vor, in der die Anzahl der Umdrehungen N2 zu dem Zeitpunkt, zu dem die abgeschrägten Bereiche 61 und 71 miteinander in Kontakt treten, unter die Anzahl der Umdrehungen N1 fällt oder über diese ansteigt.
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Das bedeutet, bei dem Kontaktmuster der abgeschrägten Bereiche 61 und 71 kann es sich um ein beliebiges der in den 4A bis 4D veranschaulichten Kontaktmuster handeln, und somit besteht eine Möglichkeit, dass das Kontaktmuster der 4B und das Kontaktmuster der 4D abwechselnd wiederholt werden. Wie durch ein Bezugszeichen Z2 in 6 gezeigt, gelangt die Kupplungshülse 46 somit wiederholt in den Bereich sowie aus dem Bereich in der Nähe der Kontaktposition mit dem abgeschrägten Bereich (die Hülsen-Hubbewegungsstrecke S1), während sie umgeschaltet wird.
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Im Gegensatz dazu kann gemäß der Darstellung in 5 durch das Bewegen der Kupplungshülse 46 in die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich (die Hülsen-Hubbewegungsstrecke S2) bevor die Anzahl der Umdrehungen N2 des Kupplungsrads 44 die Anzahl der Umdrehungen N1 der Kupplungshülse 46 übersteigt, das Kontaktmuster der abgeschrägten Bereiche 61 und 71 auf das in 4A oder 4B dargestellte Kontaktmuster begrenzt werden, so dass es möglich wird, die Kupplung CL4 sanft in den eingerückten Zustand zu schalten.
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Obwohl bei der vorstehenden Beschreibung die Kupplung CL4 in den eingerückten Zustand geschaltet wird, nachdem die Anzahl der Umdrehungen N2 in Annäherung an die Anzahl der Umdrehungen N1 erhöht worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Kupplung CL4 kann auch in den eingerückten Zustand geschaltet werden, nachdem die Anzahl der Umdrehungen N2 in Annäherung an die Anzahl der Umdrehungen N1 reduziert worden ist. 7 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Anzahl der Umdrehungen N1, der Anzahl der Umdrehungen N2 sowie der Hülsen-Hubbewegungsstrecke, wenn die Kupplung CL4 eingerückt wird.
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Wie in 7 gezeigt, wird zum Zeitpunkt des Beginns des Steuervorgangs, wenn sich die Kupplung CL4 in dem ausgerückten Zustand befindet und die Anzahl der Umdrehungen N2 größer ist als die Anzahl der Umdrehungen N1, von der Steuereinheit 53 die Rotations-Synchronisationssteuerung begonnen, die die Anzahl der Umdrehungen N2 unter Verwendung des Motorgenerators M1 vermindert.
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Die Steuereinheit 53 gibt die Anzahl der Umdrehungen N1 als Zielanzahl der Umdrehungen oder Solldrehzahl vor und steuert den Motorgenerator M1 über den Inverter 52 derart, dass die Anzahl der Umdrehungen N2 des Motorgenerators M1 die Anzahl der Umdrehungen N1 erreicht. Wie durch einen Buchstaben X in 7 dargestellt, berechnet die Steuereinheit 53 anschließend eine Reduzierungsgeschwindigkeit der Anzahl der Umdrehungen N2 (die Winkelbeschleunigung des Kupplungsrads 44) und berechnet die Synchronisations-Zeitdauer T1 der Anzahl der Umdrehungen N2 in Bezug auf die Anzahl der Umdrehungen N1.
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Wenn die Synchronisations-Zeitdauer T1 in dieser Weise berechnet ist, wird die vorbestimmte Hubbewegungs-Zeitdauer T2 von der Synchronisation-Zeitdauer T1 subtrahiert, und die Betätigungszeit t der Betätigungseinrichtung 48 wird vorgegeben. Anschließend gibt die Steuereinheit 53 das Steuersignal an die Ansteuerschaltung 50 ab, und die Ansteuerschaltung 50 zum Starten des Betriebs der Betätigungseinrichtung 48 zu dem Betätigungzeitpunkt t zu veranlassen.
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Durch das Starten der Bewegung der Kupplungshülse 46 zu dem Betätigungzeitpunkt t, wie dies durch ein Bezugszeichen Y in 7 gezeigt ist, kann somit die Kupplungshülse 46 in die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich bewegt werden, bevor die Differenz in der Drehzahl zwischen der Kupplungshülse 46 und dem Kupplungsrad 44 in dem vorbestimmten Bereich liegt und die Anzahl der Umdrehungen N2 des Kupplungsrads 44 die Anzahl der Umdrehungen N1 der Kupplungshülse 46 erreicht.
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Damit ist es möglich, die Kupplungshülse 46 in die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich zu bewegen, bevor die Anzahl der Umdrehungen N2 des Kupplungsrads 44 so vermindert wird, dass diese geringer ist als die Anzahl der Umdrehungen N1 der Kupplungshülse 46, so dass es möglich wird, die Kupplung CL4 sanft in den eingerückten Zustand zu schalten. Das bedeutet, durch das Bewegen der Kupplungshülse 46 in die Kontaktposition mit dem invers verjüngten Bereich, bevor die Kupplungshülse 46 das synchron damit drehende Kupplungsrad 44 hinsichtlich der Drehzahl überschreitet, kann das Kontaktmuster der abgeschrägten Bereiche 61 und 71 auf das Kontaktmuster der 4C oder der 4D begrenzt werden.
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Selbst wenn es sich bei dem ersten Kontaktmuster der abgeschrägten Bereiche 61 und 71 um das Kontaktmuster der 4D handelt, ist es somit möglich, das Kontaktmuster derselben zu dem nächsten Zeitpunkt auf das Kontaktmuster der 4C umzustellen, und die Kupplung CL4 lässt sich sanft in den eingerückten Zustand schalten.
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Obwohl bei der vorstehenden Beschreibung die doppelseitigen abgeschrägten Bereiche 61 und 71 mit jeweils zwei abgeschrägten Flächen als in der Längskeil-Verzahnung ausgebildete abgeschrägte Bereiche 61 und 71 vorgesehen sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es kann auch ein einseitiger abgeschrägter Bereich mit einer abgeschrägten Fläche vorgesehen sein.
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In dem Fall, in dem der abgeschrägte Bereich nur eine abgeschrägte Fläche aufweist, wird in Abhängigkeit von der relativen Rotationsrichtung der Kupplungshülse 46 und des Kupplungsrads 44 festgestellt, ob die Kupplung CL4 sanft eingerückt werden kann oder nicht, und somit erfolgt der Schaltvorgang unter Verwendung des in 5 oder 7 veranschaulichten Steuervorgangs.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel begrenzt und kann in verschiedenartiger Weise verändert werden, ohne dass man den Umfang derselben verlässt. In der vorstehenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung zwar bei den Kupplungen CL1 bis CL4 verwendet, die in den Antriebsstrang 10 des Hybridfahrzeugs integriert sind, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und sie kann auch bei einer in eine Antriebsvorrichtung eines Getriebes oder dergleichen integrierte Klauenkupplung angewendet werden.
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Obwohl die in der Zeichnung dargestellten Längskeil-Verzahnungen 60 und 70 die invers verjüngten Bereiche 62 und 72, deren Oberflächen relativ zu der Rotationsrichtung sowie der Axialrichtung geneigt sind, als erste und zweite Eingriffsbereiche aufweisen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können auch gerade Bereiche jeweils mit einer zu der Rotationsrichtung orthogonalen Fläche (einer zu der Axialrichtung parallelen Fläche) in den Längskeil-Verzahnungen 60 und 70 als erste und zweite Eingriffsbereiche gebildet werden.
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Obwohl elektrische Betätigungseinrichtungen 22, 34 und 48 als Betätigungseinrichtungen 22, 34 und 48 zum Schalten der Kupplungen CL1 bis CL4 verwendet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es können auch hydraulische Betätigungseinrichtungen verwendet werden. Obwohl in der vorstehenden Beschreibung eine einzige Steuereinheit 53 die Funktion der Synchronisations-Steuereinheit, der Eingriffs-Steuereinheit sowie der Synchronisations-Vorhersageeinheit übernimmt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Synchronisations-Steuereinheit, die Eingriffs-Steuereinheit sowie die Synchronisations-Vorhersageeinheit auch mit einer Vielzahl separater Steuereinheiten ausgebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsstrang
- 11
- Kupplungssteuerung
- 12
- Verbrennungsmotor
- 13
- Leistungsteilungsmechanismus
- 14
- Träger
- 15
- Ritzel
- 15a
- Verzahnungsbereich
- 15b
- Verzahnungsbereich
- 16
- Sonnenrad
- 17
- Hohlrad
- 18
- Sonnenrad
- 19
- Kupplungsnabe
- 20
- Kupplungshülse
- 21
- Gabelelement
- 22
- Betätigungseinrichtung
- 23
- Kupplungsrad
- 24
- Kupplungsrad
- 25
- Gehäuse
- 26
- Radausgangswelle
- 27
- Hohlwelle
- 28
- Antriebszahnrad
- 29
- angetriebenes Zahnrad
- 30
- Kupplungsrad
- 31
- Kupplungsnabe
- 32
- Kupplungshülse
- 33
- Gabelelement
- 34
- Betätigungseinrichtung
- 40
- angetriebenes Zahnrad
- 41
- Antriebszahnrad
- 42
- Transmissionswelle
- 43
- Kupplungsnabe
- 44
- Kupplungsrad (zweiter Rotor)
- 45
- Motorausgangswelle
- 46
- Kupplungshülse (erster Rotor)
- 47
- Gabelelement
- 48
- Betätigungseinrichtung
- 50
- Ansteuerschaltung
- 51
- Stator
- 52
- Inverter
- 53
- Steuereinheit
- 54
- Rotationssensor
- 55
- Rotationssensor
- 60
- Eingriffszähne
- 61
- abgeschrägter Bereich
- 61a
- abgeschrägte Fläche
- 61b
- abgeschrägte Fläche
- 62
- Eingriffsbereich
- 70
- Eingriffszähne
- 71
- abgeschrägter Bereich
- 71a
- abgeschrägte Fläche
- 71b
- abgeschrägte Fläche
- N1
- Drehzahl des ersten Rotors 46
- N2
- Drehzahl des zweiten Rotors 44
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2006-038136 A [0002, 0004]
