JP2015036562A - ドグクラッチ機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品交換の必要性を適切に判断できるドグクラッチ機構の制御装置を提供する。【解決手段】ドグクラッチ機構１０の制御装置としてのＥＣＵ２０は、アクチュエータ１４によりドグクラッチ機構１０の解放状態と係合状態とを切り替える。ＥＣＵ２０は、アクチュエータ１４のショートフェール発生時には（ステップＳ０２）、ドグクラッチ機構１０に高負荷係合が発生する状況か否かの判定を行い（ステップＳ０３）、判定の結果、高負荷係合が発生する状況である場合に（ステップＳ０４）、部品交換の必要性を報知する（ステップＳ０５）。【選択図】図２

Description

本発明は、ドグクラッチ機構の制御装置に関する。

上記の技術分野に関連する従来技術として、例えば特許文献１には、電磁アクチュエータが有する電磁コイルで発生した吸引力によってドグクラッチ機構を解放状態から係合状態にする構成が開示されている。

特開２０１０−００７７３６号公報

特許文献１に記載されるような従来のドグクラッチ機構において、アクチュエータが短絡（ショート）フェールした際には、意図しないハードな係合（高負荷係合）が発生する可能性があり、発生した係合によってはドグクラッチ機構の耐久性が低下する虞がある。これにより、ドグクラッチ機構の機能を保証できなくなるため、従来、ショートフェール発生時には必ずドグクラッチ機構の交換が必要であった。しかしながら、ショートフェール発生時でも、ハードな係合が発生しない場合にはドグクラッチの耐久性が低下することはないので、この場合、不要な部品交換を行うこととなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品交換の必要性を適切に判断できるドグクラッチ機構の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るドグクラッチ機構の制御装置は、アクチュエータにより解放状態と係合状態とを切り替えるドグクラッチ機構の制御装置において、前記アクチュエータのフェール時には前記ドグクラッチ機構に高負荷係合が発生する状況かい否かの判定を行い、前記判定の結果、前記高負荷係合が発生する状況である場合に、部品交換の必要性を報知することを特徴とする。

本発明に係るドグクラッチ機構の制御装置は、フェール時に高負荷係合の発生有無の判定結果に基づいて部品交換の要否を判断できるので、部品交換の必要性を適切に判断できるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係るドグクラッチ機構の主要部分を示す縦断面図である。 図２は、本実施形態のドグクラッチ機構における高負荷係合判定処理を示すフローチャートである。 図３は、ドグクラッチ機構の他の構成の一例を示す縦断面図である。

以下に、本発明に係るドグクラッチ機構の制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

［実施形態］
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るドグクラッチ機構１０の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るドグクラッチ機構の主要部分を示す縦断面図である。

ドグクラッチ機構１０は、動力の送り側から受け側への動力伝達経路を断接するものであり、例えば、ハイブリッド車両において、エンジンやモータなどの駆動源からの動力を出力軸に伝達する動力伝達装置に組み込まれる。ドグクラッチ機構１０は、例えば動力伝達装置から出力軸に伝達する動力を制御するために、動力伝達装置の回転要素間の動力伝達を断接するクラッチ装置や、動力伝達装置の回転要素の一部の回転を規制するブレーキ装置として使用される。

図１に示すドグクラッチ機構１０は、適用の一例として、動力伝達装置内の第一回転機ＭＧ１から出力された駆動力を出力軸へ伝達するための回転軸３０の回転を規制することができるよう構成されるものである。ドグクラッチ機構１０は、図１に示すように、第一回転機ＭＧ１、ピース１１、スリーブ１２、ハブ１３、アクチュエータ１４、及びＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）２０を備えて構成される。

ピース１１及びスリーブ１２は、回転軸３０の周囲に配置されている。回転軸３０は、例えば動力伝達装置の構成要素を内包するハウジングなどの支持部材３１に支持されている。なお、回転軸３０は、図１の左右方向に延在しており、以下の説明では特に断りのない限り、図１の左右方向を回転軸３０の「軸方向」、上下方向を回転軸３０の「径方向」と表現する。また、回転軸３０まわりの方向を「周方向」と表現する。

ピース１１は、第一回転機ＭＧ１の回転軸３０の周囲に配置されている。ピース１１は、第一回転機ＭＧ１の回転軸３０の一端部３０ａにスプライン嵌合されており、第一回転機ＭＧ１の回転軸３０と連動して一体回転するよう構成されている。

スリーブ１２は、ピース１１より径方向外側に配置されている。スリーブ１２は、ハウジング等に固設されたハブ１３にスプライン嵌合されている。つまり、スリーブ１２は、ハブ１３との連結によって、軸方向に移動可能に構成されており、径方向の移動及び回転軸３０まわりの回転が規制されている。

ピース１１とスリーブ１２は、スリーブ１２の軸方向の移動によって、スリーブ１２の内周面とピース１１の外周面とを係合／解放することができる。ピース１１の外周面には、径方向外側に向けて回転軸３０まわりの周方向に沿ってドグ歯１１ａが配設されている。スリーブ１２の内周面には、径方向内側に向けて、回転軸３０まわりの周方向に沿ってドグ歯１２ａが配設される。ドグ歯１１ａ，１２ａの歯筋が延在する方向は軸方向である。これらのドグ歯１１ａ，１２ａは、噛み合いドグクラッチになっており、両者が噛み合うことにより、ピース１１とスリーブ１２とを係合させることができる。スリーブ１２をピース１１とスプライン嵌合することにより、回転軸３０及び第一回転機ＭＧ１の回転を規制することができる。図１の例では、スリーブ１２がピース１１に接近する方向（図１では右方向。以下「係合方向」とも表記する）に移動すると、ピース１１とスリーブ１２とを係合させることができ、スリーブ１２がピース１１から離間する方向（図１では左方向。以下「解放方向」とも表記する）に移動すると、スリーブ１２をピース１１から解放させることができる。

ハブ１３は、ピース１１及びスリーブ１２と同様に回転軸３０の周囲に配置されている。ハブ１３は、スリーブ１２の径方向内側に配置され、その外周面上にてスリーブ１２をスプライン嵌合している。つまり、スリーブ１２は、ハブ１３との嵌合によってハブ１３に対して相対的に周方向の移動が規制されると共に、軸方向へ移動可能に設置されている。また、ハブ１３は、軸方向の解放方向側（図１では左側）にてピース１１と隣接して配置されている。すなわちスリーブ１２は、ハブ１３の外周面上に沿って軸方向に移動自在とされ、ハブ１３から軸方向の係合方向に突出することでピース１１と係合することができ、また、ピース１１上から軸方向の解放方向側に移動してハブ１３の外周面上に戻ることでピース１１との係合状態から解放することができる。ハブ１３は、ハウジング等の固定部材に固設されており、径方向、軸方向、及び周方向の移動が規制されている。

互いに対向するピース１１の解放方向の端面１１ｂと、ハブ１３の係合方向の端面１３ａとの間には、スラスト軸受１６ａが設置されている。同様に、互いに対向するピース１１の係合方向の端面１１ｃと支持部材３１との間にもスラスト軸受１６ｂが設置されている。これらのスラスト軸受１６ａ，１６ｂにより、ピース１１は軸方向両側から挟持されるので、ハブ１３及び支持部材３１に対するピース１１の回転を円滑に行なうことができる。つまりピース１１は、回転軸３０との嵌合と、２つのスラスト軸受１６ａ，１６ｂによる軸方向両側からの挟持とによって、軸方向及び径方向の移動と、回転軸３０に対する相対回転を規制されている。

アクチュエータ１４は、ＥＣＵ２０からの制御指令に応じて、軸方向に駆動力を発生させ、スリーブ１２を軸方向に移動させる動力源である。アクチュエータ１４は、例えばソレノイドタイプの電磁アクチュエータである。

スリーブ１２は、アクチュエータ１４により軸方向に推力が与えられることで、軸方向のピース１１へ接近する方向（係合方向）またはピース１１から離間する方向（解放方向）に移動することができる。スリーブ１２が係合方向に移動し、スリーブ１２のドグ歯１２ａがピース１１のドグ歯１１ａと噛み合うことで、スリーブ１２とピース１１が係合する。また、スリーブ１２が解放方向に移動し、スリーブ１２のドグ歯１２ａがピース１１のドグ歯１１ａから離れることで、スリーブ１２とピース１１との係合状態が解放される。

ドグクラッチ機構１０は、アクチュエータ１４から与えられる駆動力によってスリーブ１２を軸方向に移動させることで、係合状態と解放状態とを切替可能である。係合状態では、スリーブ１２のドグ歯１２ａと、ピース１１のドグ歯１１ａとが相対回転不能に接続される。したがって、ドグクラッチ機構１０が係合状態にあると、回転軸３０から、ピース１１、スリーブ１２、ハブ１３を介して動力伝達経路が接続された状態となる。一方、ドグクラッチ機構１０が解放状態にあると、回転軸３０の回転が許容される。

また、ドグクラッチ機構１０は、変位センサ１７ａと位相センサ１８を備える。変位センサ１７ａは、軸方向の解放方向側（図１の左側）からスリーブ１２と対向して設置され、スリーブ１２との間の距離、すなわちスリーブ１２のストローク量の変位を検出する。位相センサ１８は、例えば回転軸３０上に設置され、回転軸３０及びこれと連動するピース１１の回転数の変化を検出する。変位センサ１７ａ及び位相センサ１８は、ＥＣＵ２０に電気的に接続され、それぞれスリーブ１２のストローク量及びピース１１の回転数に関する情報をＥＣＵ２０に出力する。

ＥＣＵ２０は、車両内の各種センサ類の情報に基づいて、車両の各部の制御を行なう制御装置である。特に本実施形態のＥＣＵ２０は、ドグクラッチ機構１０のアクチュエータ１４に接続されており、アクチュエータ１４の推力を制御して、スリーブ１２の軸方向位置を調整することで、スリーブ１２とピース１１の係合動作及び解放動作を行なう。また、ＥＣＵ２０は、変位センサ１７ａ及び位相センサ１８により検出されたスリーブ１２のストローク量及びピース１１の回転数の変位に基づいて、ピース１１とスリーブ１２との係合の度合いを判定することができる。

ＥＣＵ２０は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びインターフェースなどを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。ＥＣＵ２０の各機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで車両内の各種装置を動作させると共に、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行なうことで実現される。

なお、本実施形態では、第一回転機ＭＧ１、アクチュエータ１４、及びＥＣＵ２０が、ドグクラッチ機構１０のピース１１とスリーブ１２との係合動作及び解放動作を制御する制御装置として機能する。

また、ドグクラッチ機構１０の各構成要素はＡＳＳＹ（アセンブリ）化されている。つまり、ドグクラッチ機構１０は、各構成要素が組み合わされた一体的なユニットとして構成されている。この構成により、ドグクラッチ機構１０の動力伝達装置への組付作業や交換作業を簡易に行うことができ、設置容易性を向上できる。以下では、ドグクラッチ機構１０のユニットを「ユニットＡｓｓｙ」とも表記する。

次に、図２を参照して、本実施形態に係るドグクラッチ機構１０の動作について説明する。図２は、本実施形態のドグクラッチ機構における高負荷係合判定処理を示すフローチャートである。

従来の電気式アクチュエータを用いるノーマリーオープンのドグクラッチ機構（すなわち本実施形態のドグクラッチ機構１０と同様の構成）では、アクチュエータに短絡（ショート）フェールが発生した場合、高差回転や高推力からの予期せぬハードな（衝撃の大きい、過度な強さの、高負荷な）係合が発生する可能性があり、ドグ歯の機能を保証できなくなるため、必ずドグクラッチ機構のユニットＡｓｓｙの交換が必要であった。しかし、ショートフェール発生時でも、ハードな係合が発生しない場合にはドグクラッチの耐久性が低下することはないので、この場合、不要なユニットＡｓｓｙの交換を行うこととなっていた。これに対して、本実施形態では、図２に示すフローチャートに基づき、アクチュエータ１４がショートフェールした際には、ドグクラッチ機構１０の耐久性を低下させる意図しないハードな係合（高負荷係合）が発生しているか否かを判定する。そして、ハード係合の発生有無に応じて、ドグクラッチ機構１０のユニットＡｓｓｙの交換要否を判定する。

以下、この処理について図２のフローチャートに沿って説明する。図２に示すフローチャートの処理は、ＥＣＵ２０により、ドグクラッチ機構１０の通常の係合／解放制御の実施中に、例えば所定周期ごとに実施される。

ステップＳ０１では、アクチュエータ１４の駆動用電流の異常が発生しているかが判定される。電流に異常が発生している場合にはステップＳ０２に進み、そうでない場合には本制御フローを終了する。

ステップＳ０２では、アクチュエータ１４の駆動用電流の異常が発生している状態であるので、アクチュエータ１４にショートフェールが発生しているものと判定する。ステップＳ０２の処理の後はステップＳ０３に進む。

ステップＳ０３では、（１）ピース１１の回転数変化に異常が発生しているか否か、または、（２）スリーブ１２のストローク量変位に異常が発生しているか否かが判定される。上記（１）の判定は、例えば、位相センサ１８の回転数変化が、［第一回転機ＭＧ１のロータの最大トルク］／［第一回転機ＭＧ１のイナーシャ］より大きい場合に、ピース１１の回転数変化に異常が発生していると判定することができる。また、上記（２）の判定は、例えば、変位センサ１７ａのストローク変位量が、ピース１１のドグ歯１１ａの歯先とスリーブ１２のドグ歯１２ａの歯先との間隙（図１に「歯先間隙」として示す）より大きい場合に、スリーブ１２のストローク変位に異常が発生していると判定することができる。上記（１）の判定の結果、ピース１１の回転数変化に異常が発生していると判定した場合、または、上記（２）の判定の結果、スリーブ１２のストローク変位に異常が発生していると判定した場合、ステップＳ０４に進み、そうでない場合にはステップＳ０６に進む。なお、ステップＳ０３の処理は、（１）,（２）の判定のいずれか一方のみを行ってもよい。

ステップＳ０４では、ステップＳ０３の判定の結果、ピース１１の回転数変化、またはスリーブ１２のストローク変位に異常が発生しているので、ピース１１とスリーブ１２との間でハードな係合が発生するものと判定する。ステップＳ０４の処理の後はステップＳ０５に進む。

ステップＳ０５では、ハードな係合が発生する状況であり、ドグクラッチ機構１０のユニットＡｓｓｙを交換する必要があるので、ディーラーへの入庫、修理（ユニットＡｓｓｙ交換要）を促す旨の情報が、車両のユーザまたは修理者に報知され、本制御フローを終了する。

一方、ステップＳ０６では、ショートフェールが発生したものの、ハードな係合が発生する状況ではなく、ドグクラッチ機構１０のユニットＡｓｓｙの交換は不要であるので、ディーラーへの入庫、修理（ユニットＡｓｓｙ交換不要）を促す旨の情報が、車両のユーザまたは修理者に報知され、本制御フローを終了する。

本実施形態に係るドグクラッチ機構１０の効果について説明する。ドグクラッチ機構１０の制御装置としてのＥＣＵ２０は、アクチュエータ１４によりドグクラッチ機構１０の解放状態と係合状態とを切り替える。ＥＣＵ２０は、図２のフローチャートに示すように、アクチュエータ１４のショートフェール発生時には（ステップＳ０２）、ドグクラッチ機構１０に高負荷係合が発生する状況か否かの判定を行い（ステップＳ０３）、判定の結果、高負荷係合が発生する状況である場合に（ステップＳ０４）、部品交換の必要性を報知する（ステップＳ０５）。

アクチュエータ１４のショートフェール発生時には、ドグクラッチ機構１０が意図しないハードな係合（高負荷係合）をする場合があるが、本実施形態では、その場合にドグクラッチ機構１０の耐久性の低下の虞がある高負荷係合が発生する状況か否かを判定し、高負荷係合が発生する状況のみで部品（ユニットＡｓｓｙ）交換の必要性を報知する。このように、ショートフェール発生時に高負荷係合の発生有無の判定結果に基づいて部品交換の要否を判断できるので、ショートフェール発生後の部品交換の必要性を適切に判断することができる。アクチュエータ１４のショートフェール発生時に、状況に応じてユニットＡｓｓｙを交換しなくても良い機会を作ることができるため、修理費を低減できる。

［変形例］
なお、ドグクラッチ機構１０の構成は、例えば図３に示すように、上記実施形態以外の他の構成としてもよい。図３は、ドグクラッチ機構の他の構成の一例を示す縦断面図である。なお、図３では、図１と同一の構成要素であるアクチュエータ１４及びＥＣＵ２０の図示を省略している。

図３に示すドグクラッチ機構１０ａでは、ピース１１は、例えば環状の部材であり、軸方向に沿って連通孔１１ｄが形成されている。ピース１１の連通孔１１ｄは、支持部材３１を中心として第一回転機ＭＧ１と反対側（図３の左側）の回転軸３０の一端部３０ａに嵌合されている。これにより、ピース１１は、径方向の移動が規制されている。

ピース１１の連通孔１１ｄと回転軸３０の一端部３０ａとの嵌め合いは、例えば隙間嵌めであり、このときピース１１は回転軸３０の滑り軸受としても機能する。または、ピース１１の連通孔１１ｄと回転軸３０の一端部３０ａとの間に転がり軸受を設ける構成としてもよい。このようなピース１１と回転軸３０との接続により、ピース１１は回転軸３０に対して相対回転可能に設置される。

なお、ピース１１の連通孔１１ｄと回転軸３０の一端部３０ａとの嵌め合いを締まり嵌めとしてもよい。この場合、ピース１１は、通常時は回転軸３０と一体回転し、例えばスリーブ１２との係合時などに大きなトルクを受けたときに回転軸３０に対して相対回転する。

図３に示すように、ピース１１との嵌合部分がある回転軸３０の一端部３０ａの径は、支持部材３１により支持されている支持部分３０ｂの径より小さい。つまり回転軸３０の一端部３０ａの周面と、支持部分３０ｂの周面との間には、径方向に沿って端面３０ｃが延在している。ピース１１の係合方向側（第一回転機ＭＧ１側）の端面１１ｃは、この回転軸３０の端面３０ｃと対向して配置されており、これらの端面１１ｃ，３０ｃの間には、環状の皿バネ１９が端面１１ｃ，３０ｃとそれぞれ連結して設置されている。皿バネ１９は、ピース１１と回転軸３０との間で動力伝達を行なうことができる。すなわち、ピース１１は、皿バネ１９を介して回転軸３０からトルクを受け、回転軸３０の回転に応じて回転することができる。

皿バネ１９は、回転方向のバネ構造を有する。これにより、ピース１１と回転軸３０との間の急激なトルク変動を吸収することが可能となり、ピース１１から回転軸３０への過大トルク入力を抑制できる。すなわち、皿バネ１９は、所謂トルクリミッタとして機能する。また、皿バネ１９は、軸方向のバネ構造も有する。これにより、ピース１１とスリーブ１２との係合時の軸方向のショックを吸収でき、衝突音を低減できる。なお、皿バネ１９は、軸方向に複数枚を連結配置してもよいし、１枚のみを配置してもよい。

また、ドグクラッチ機構１０ａは、変位センサ１７ａとは別に変位センサ１７ｂを備える。変位センサ１７ｂは、軸方向の係合方向側（図３の右側）からピース１１と対向して設置され、ピース１１との間の距離の変位を検出する。変位センサ１７ｂは、例えば支持部材３１に埋設して設置される。変位センサ１７ａ及び変位センサ１７ｂは、ＥＣＵ２０に電気的に接続され、それぞれスリーブ１２及びピース１１との距離の変位に関する情報をＥＣＵ２０に出力する。

本変形例のドグクラッチ機構１０ａも、上記実施形態のドグクラッチ機構１０と同様に、図２のフローチャートにしたがって、アクチュエータ１４のフェール時にドグクラッチ機構１０ａの高負荷係合判定を行うことができる。但し、図３のフローチャートのステップＳ０３において、上記（２）の判定（スリーブ１２のストローク変位に異常が発生しているか否か）は、（ａ）変位センサ１７ａと変位センサ１７ｂの相対ストローク変位量が、ピース１１のドグ歯１１ａの歯先とスリーブ１２のドグ歯１２ａの歯先との間隙（図３に「歯先間隙」として示す）より大きい場合、または（ｂ）変位センサ１７ｂのストローク変位量が、ピース１１のドグ歯１１ａの歯先とスリーブ１２のドグ歯１２ａの歯先との間隙より大きい場合に、スリーブ１２のストローク変位に異常が発生していると判定する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０，１０ａ ドグクラッチ機構
１１ ピース
１１ａ ピースのドグ歯
１２ スリーブ
１２ａ スリーブのドグ歯
１４ アクチュエータ
２０ ＥＣＵ（制御装置）
ＭＧ１ 第一回転機

Claims (1)

1. アクチュエータにより解放状態と係合状態とを切り替えるドグクラッチ機構の制御装置において、前記アクチュエータのフェール時には前記ドグクラッチ機構に高負荷係合が発生する状況か否かの判定を行い、前記判定の結果、前記高負荷係合が発生する状況である場合に、部品交換の必要性を報知することを特徴とするドグクラッチ機構の制御装置。

Images