JP2019178740A - 車両用パワーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】燃費悪化を招くことなく変速時間を短縮することで運動性能を向上させ、且つ全体としてコンパクトな、変速機構部を具備する車両用パワーユニットを提供すること。【解決手段】車両用パワーユニット(1)は、電動機(10)と、入力軸(X1)と、入力軸から動力が伝達される中間軸(X2)と、駆動軸(X3a,X3b)と、２以上のギヤ対(100,200)、ギヤ対に対して係脱自在に移動する切替部(300)、及びワンウェイクラッチ(400)を含む変速機構部(20)と、動力がワンウェイクラッチを経由して伝達される場合には、切替部をニュートラル位置に配置させ、動力がワンウェイクラッチを回避して伝達される場合には、切替部をギヤ対と係合する位置に配置させるよう指示する主制御、又は切替部をギヤ対と係合する位置に強制的に配置させるよう指示する補助制御、を選択する制御部(30)と、を具備する。【選択図】 図１

Description

本明細書に開示された技術は、電動機の動力を駆動輪に伝達する、変速機構部を具備する車両用パワーユニットに関する。

従来から、主駆動輪をエンジンによって駆動し、従駆動輪を電動機によって駆動する電動四輪駆動車（電動４ＷＤ）や電気自動車（ＥＶ）といった、電動機を駆動源とする車両が知られている。これらの車両においては、一般に、駆動源となる電動機の動力を増力して駆動輪側に伝達するための減速機構部や差動機構部を含む動力伝達装置（トランスアクスル）が搭載されている。

特許文献１には、モータを含むモータユニットとトランスアクスルから構成される一般的な車両用パワーユニットが開示されている。より具体的には、駆動源としてのモータと、モータの出力軸と同軸上にあって、モータの動力が入力される入力軸と、一対の減速ギヤ対と、当該減速ギヤ対を介して、入力軸からモータの動力が増力されて伝達される出力軸と、出力軸から入力される動力を差動制御して駆動軸を通して駆動輪に動力を伝達する差動機構部と、から構成される車両用パワーユニットが開示されている。

また、特許文献２には、駆動源としてのモータと駆動輪との間の動力伝達経路上に、変速手段を設けた小型電動車が開示されている。

特開２０１６−２２７９９号公報 特開平７−６３２５３号公報

近年においては、電動機を駆動源とする車両においても、その運動性能や動力性能の向上が求められている。特許文献１に開示されるような、減速機構部を備える一般的な動力伝達装置が搭載される車両において、運動性能や動力性能等を向上させるには電動機の体格を大きくせざるを得ず、搭載上の課題がある。そこで、特許文献２に開示されるように、変速手段をモータと駆動輪との間に設けることは有効であるものの、特許文献２に開示される技術は、高トルク時（所定以上の傾斜状態）に強制的に低速ギヤ（ローギヤ）に切り替えているため、変速に時間がかかってしまい、運動性能（ドライバビリティ）に課題がある。

そこで、様々な実施形態により、燃費悪化を招くことなく変速時間を短縮することで運動性能を向上させ、且つ全体としてコンパクトな、変速機構部を具備する車両用パワーユニットを提供する。

一態様に係る車両用パワーユニットは、電動機と、前記電動機の動力が入力される入力軸と、前記入力軸から前記動力が伝達される中間軸と、前記中間軸に対して平行に配置され、差動機構部を経由して前記中間軸から前記動力が伝達され、駆動輪に前記動力を伝達する駆動軸と、前記入力軸から前記駆動軸までの動力伝達経路上に配置され、２以上のギヤ対、前記ギヤ対に対して係脱自在に移動する切替部、及びワンウェイクラッチを含む変速機構部と、前記動力が前記ワンウェイクラッチを経由して伝達される場合には、前記切替部をニュートラル位置に配置させ、前記動力が前記ワンウェイクラッチを回避して伝達される場合には、前記切替部を車両要求ギヤに対応する前記ギヤ対と係合する位置に配置させるよう前記切替部に対して指示する主制御、又は前記動力が前記ワンウェイクラッチを経由して伝達されるか否かに係らず、前記切替部を前記車両要求ギヤに対応する前記ギヤ対と係合する位置に強制的に配置させるよう前記切替部に対して指示する補助制御、を選択する制御部と、を具備するものである。

この構成によれば、前記変速機構部を設けることにより、前記電動機の体格を大きくすることなく車両の動力性能を向上させることができ、且つ全体としてコンパクトな前記車両用パワーユニットを提供することができる。また、前記変速機構部は前記ワンウェイクラッチを含むため、前記車両用パワーユニットにおける動力伝達経路としては、前記ギヤ対のいずれかを介する一般的な経路に加えて、前記ワンウェイクラッチを介するバイパス経路の２つの経路を形成することができる。これにより、前記ワンウェイクラッチを介して前記動力が伝達されている状態で変速する場合、シフト抜き又はシフト入り等の通常の動作を省略することができるため、変速時間を短縮することが可能となる。この結果、前記車両用パワーユニットにおける運動性能を向上させることができる。

さらに、前記制御部は、前記主制御と補助制御とを適切に選択することで、変速時間を短縮させつつ、不要な電力消費に基づく燃費悪化を防止することも可能となる。

また、一態様に係る前記車両用パワーユニットにおいて、前記ギヤ対は、１速ギヤ対及び２速ギヤ対を有し、前記ワンウェイクラッチは前記１速ギヤ対側に設けられることが好ましい。

前記車両用パワーユニットの搭載性を考慮すれば、この構成のように、前記変速機構部における前記ギヤ対の数は２つとすることが好ましい。例えば、５速、６速といった前記ギヤ対の数にしてしまうと、前記変速機構部の体格が必要以上に大きくなってしまうため好ましくない。また、前記ワンウェイクラッチは前記１速ギヤ対側に設けられるため、前記ギヤ対を介して前記動力が伝達されている場合において、前記ワンウェイクラッチを介しても前記動力が伝達される事態を回避して（前述の２つの経路による二重噛合いを回避して）、前記動力の伝達効率を補償することができる。

また、一態様に係る前記車両用パワーユニットにおいて、前記ギヤ対は、ドグ部を有し、前記切替部は、前記制御部からの指示を検知して作動するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部が作動することによって、前記ドグ部に係脱自在に移動するスリーブ部と、を有する構成としてもよい。

この構成とすることによって、前記制御部の指示に基づいて、前記切替部を確実に作動させることができる。

また、一態様に係る前記車両用パワーユニットにおいて、前記制御部は、前記アクチュエータ部の温度が所定温度以上になった場合に前記補助制御を選択することが好ましい。

この構成によれば、前記制御部が必要以上に主制御を実行すると、前記制御部において強制的に前記補助制御が選択されるように構成されるので、必要以上に電力消費されることなく、結果として燃費悪化を防止することが可能となる。

また、一態様に係る前記車両用パワーユニットにおいて、前記制御部は、前記車両要求ギヤが前記１速ギヤであって且つ車両の車速が所定速度以下の場合に、前記補助制御を選択することが好ましい。

この構成によれば、前記制御部において、所定速度以下の場合には前記補助制御が選択されるように構成されるので、ステップＳＴ１０１（図６におけるＳＴ１０１）以降に進む。

また、一態様に係る前記車両用パワーユニットにおいて、前記制御部が選択する前記主制御は、前記車両要求ギヤが１速ギヤ且つ力行状態の場合に、前記切替部を前記ニュートラル位置に配置させ、前記車両要求ギヤが前記１速ギヤであって且つ回生状態の場合、前記車両要求ギヤが２速ギヤの場合、又は前記車両要求ギヤがリバースギヤの場合に、前記切替部を前記車両要求ギヤに対応する前記ギヤ対と係合する位置に配置させることが好ましい。

この構成とすることによって、前記ギヤ対を介する一般的な経路と、前記ワンウェイクラッチを介するバイパス経路の２つの経路を効率的に使い分けることができる（前述の２つの経路による二重噛合いを回避することができる）。より具体的には、前記ワンウェイクラッチを介する前述のバイパス経路によって前記動力が伝達される場合には、前記ギヤ対を介する経路によって前記動力が伝達されないように前記切替部を配置させることで、前記動力の伝達効率を補償することができる。

様々な実施形態によれば、燃費悪化を招くことなく変速時間を短縮することで運動性能を向上させ、且つ全体としてコンパクトな、変速機構部を具備する車両用パワーユニットを提供することができる。

一実施形態に係る車両用パワーユニットの基本的な構成を示す概略図である。 一実施形態に係る車両用パワーユニットにおいて、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ力行状態の場合における動力伝達経路を示す概略図である。 一実施形態に係る車両用パワーユニットにおいて、車両要求ギヤが２速ギヤの場合における動力伝達経路を示す概略図である。 一実施形態に係る車両用パワーユニットにおいて、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ回生状態の場合、又は車両要求ギヤがリバースギヤの場合における動力伝達経路を示す概略図である。 変速時における一般的な変速シーケンスの概略ブロック図である。 力行状態でのアップ変速時における一実施形態に係る変速機構部の変速シーケンスの概略ブロック図である。 力行状態でのダウン変速時における一実施形態に係る変速機構部の変速シーケンスの概略ブロック図である。 アップ変速時における一実施形態に係る変速機構部の変速シーケンスと変速タイムチャートを示す図である。 アップ変速時における従来の変速シーケンスと変速タイムチャートを示す図である。 ダウン変速時における一実施形態に係る変速機構部の変速シーケンスと変速タイムチャートを示す図である。 ダウン変速時における従来の変速シーケンスと変速タイムチャートを示す図である。 制御部における主制御及び補助制御に関する制御プロセスフロー図である。

以下、添付図面を参照して本発明の様々な実施形態を説明する。なお、図面において共通した構成要件には同一の参照符号が付されている。また、或る図面に表現された構成要素が、説明の便宜上、別の図面においては省略されていることがある点に留意されたい。さらにまた、添付した図面が必ずしも正確な縮尺で記載されている訳ではないということに注意されたい。

１．車両用パワーユニット１の構成
一実施形態に係る車両用パワーユニット１の全体構成の概要について、図１を参照しつつ説明する。図１は、一実施形態に係る車両用パワーユニット１の基本的な構成を示す概略図である。

一実施形態に係る車両用パワーユニット１は、駆動源としての電動機兼発電機１０（以下、「ＭＧ１０」と称す。）と、主に変速機構部２０と、差動機構部５０を含むトランスアクスル２から構成される。ＭＧ１０は、ステータ１１とロータ１３から構成される一般的な車両用電動機（モータ）を用いることができる。ＭＧ１０におけるロータ１３が、ステータ１１に対向して回転することにより発生する動力は、車両用パワーユニット１におけるトランスアクスル２の動力入力部であって、ロータ１３と一体的に回転する入力軸Ｘ１へと伝達される。入力軸Ｘ１に入力された動力は、最終的には、差動機構部５０により差動制御されて、駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂを介して駆動輪（図示せず）に伝達される。

トランスアクスル２は、図１に示すように、前述の入力軸Ｘ１と、入力軸Ｘ１に対して平行に配置され、入力軸Ｘ１から動力が伝達される中間軸Ｘ２と、中間軸Ｘ２に対して平行に配置され、差動機構部５０を経由して、中間軸Ｘ２から動力が伝達され、駆動輪（図示せず）に動力を伝達する駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂと、入力軸Ｘ１及び中間軸Ｘ２に対して（入力軸Ｘ１及び中間軸Ｘ２上に）配置される変速機構部２０と、変速機構部２０における切替部３００に対して指示する制御部３０と、中間軸Ｘ２上に配置されるファイナルドライブギヤ４０と、駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂ上に配置され、ファイナルドライブギヤ４０に係合するファイナルドリブンギヤ４１を含み駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂに接続する差動機構部５０と、を主に含む。以下、これらの各構成要素の詳細を説明する。

１−１．入力軸Ｘ１
図１に示すように、入力軸Ｘ１は、ＭＧ１０のロータ１３と一体的に回転可能に設けられており、ロータ１３がステータ１１の回りを回転することで発生する動力が伝達される。また、詳細を後述する変速機構部２０における低速用の１速ギヤ対１００における１速ドライブギヤ１００ａ、及び高速用の２速ギヤ対２００における２速ドライブギヤ２００ａは、入力軸Ｘ１と一体的に回転可能に設けられているため、ＭＧ１０から入力軸Ｘ１に入力された動力は、１速ドライブギヤ１００ａ及び２速ドライブギヤ２００ａのいずれにも伝達可能に構成されている（後述する通り、変速機構部２０によって、１速ドライブギヤ１００ａ及び２速ドライブギヤ２００ａのいずれか一方にのみ動力が伝達され、他方は単に空転するだけとなる）。なお、入力軸Ｘ１の両端は、例えばハウジング（図示せず）に固定されるベアリング（図示せず）によって軸支される。

１−２．中間軸Ｘ２
図１に示すように、中間軸Ｘ２は、入力軸Ｘ１に対して平行に配置される。また、詳細を後述する変速機構部２０における切替部３００及び当該切替部３００に常時係合するハブ部５００が、中間軸Ｘ２と一体的に回転可能に設けられている。さらに、１速ギヤ対１００における１速ドリブンギヤ１００ｂ、及び２速ギヤ対２００における２速ドリブンギヤ２００ｂが、中間軸Ｘ２上であって、中間軸Ｘ２に対して相対回転可能に設けられている。したがって、後述するように、切替部３００が１速ドリブンギヤ１００ｂ及び２速ドリブンギヤ２００ｂのいずれか一方（１速ギヤ対１００及び２速ギヤ対２００のいずれか一方）と係合する位置に配置されると、入力軸Ｘ１に入力された動力が中間軸Ｘ２へと伝達されることとなる。より詳細には、例えば、切替部３００が２速ドリブンギヤ２００ｂと係合（２速ギヤ対２００と係合）している場合、入力軸Ｘ１に入力された動力は、２速ギヤ対２００の２速ドライブギヤ２００ａ、２速ドリブンギヤ２００ｂ、切替部３００、及びハブ部５００を介して中間軸Ｘ２へと伝達される。また、中間軸Ｘ２上には、中間軸Ｘ２と一体的に回転するファイナルドライブギヤ４０が設けられている。なお、中間軸Ｘ２の両端は、入力軸Ｘ１と同様、例えばハウジング（図示せず）に固定されるベアリング（図示せず）によって軸支される。

１−３．駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂ
図１に示すように、駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂは、中間軸Ｘ２に対して平行に配置される。また、駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂの端部には、各々駆動輪（図示せず）が設けられており、ＭＧ１０にて発生した動力を、最終的に駆動輪へと伝達している。駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂは、後述する差動機構部５０に接続されている。前述したファイナルドライブギヤ４０と常時係合するファイナルドリブンギヤ４１を介して、中間軸Ｘ２から差動機構部５０へと動力が伝達されると、当該動力は、差動機構部５０によって、運転状況（直進や右左折等）に応じて差動制御されて、駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂへと伝達されて最終的に駆動輪へと伝達される。なお、駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂも、ベアリングによって軸支される。

１−４．変速機構部２０
図１に示すように、変速機構部２０は、入力軸Ｘ１から駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂまでの動力伝達経路上に配置される。より具体的には、変速機構部２０は、１速ギヤ対１００、２速ギヤ対２００、切替部３００、及びワンウェイクラッチ４００から構成される。このうち、１速ギヤ対１００における１速ドライブギヤ１００ａ、及び２速ギヤ対２００における２速ドライブギヤ２００ａは、入力軸Ｘ１と一体的に回転可能に設けられ、１速ギヤ対１００における１速ドリブンギヤ１００ｂ、及び２速ギヤ対２００における２速ドリブンギヤ２００ｂは、中間軸Ｘ２上であって中間軸Ｘ２に対して相対回転可能に設けられる。他方、切替部３００はハブ部５００と常時係合して中間軸Ｘ２と一体的に回転可能に設けられる。ワンウェイクラッチ４００は、中間軸Ｘ２上に設けられ、中間軸Ｘ２と１速ギヤ対１００における１速ドリブンギヤ１００ｂに挟持されるように配置される。

１−４−１．ギヤ対（１速ギヤ対１００及び２速ギヤ対２００）
変速機構部２０においては、図１に示すように、１速ギヤ対１００及び２速ギヤ対２００の２つのギヤ対が設けられているが、３速ギヤをさらに加えて３つのギヤ対を設けてもよい。但し、５速ギヤや６速ギヤ等の多段変速に対応すべくギヤ対が多くなると（例えば５つ以上のギヤ対）、変速機構部２０の体格が大きくなってしまうため好ましくない。なお、１速ギヤ対１００及び２速ギヤ対２００の各々の変速比は、適宜設定すればよく特に制限されない。また、図１においては、１速ギヤ対１００の紙面上左側に２速ギヤ対２００を設けているが、１速ギヤ対１００の紙面上右側に２速ギヤ対２００を配置してもよい。

なお、図１に示すように、１速ドリブンギヤ１００ｂ及び２速ドリブンギヤ２００ｂには、各々第１ドグ部１０５及び第２ドグ部２０５が設けられている。これにより、制御部３０の指示に基づいて切替部３００が中間軸Ｘ２上を軸方向に移動することで、切替部３００は１速ドリブンギヤ１００ｂ又は２速ドリブンギヤ２００ｂに係合することが可能となる。

１−４−２．切替部３００
切替部３００は、前述した通り、ハブ部５００と常時係合して中間軸Ｘ２と一体的に回転可能に設けられる。より具体的には、例えば、切替部３００はスリーブ部（図示せず）と、アクチュエータ部（図示せず）を有することができ、制御部３０からの指令をアクチュエータ部が検知して、当該指令に基づいてスリーブ部を作動させる構成が採用されうる。アクチュエータ部は、例えば、一般的なソレノイド式のものを使用することができる。なお、かかるスリーブ部は、中間軸Ｘ２上で軸方向において、第１ドグ部１０５及び第２ドグ部２０５に係脱自在に移動できるよう構成されている。制御部３０の指令をアクチュエータ部が検知すると、当該指令に基づいて、スリーブ部を、第１ドグ部１０５に係合する位置、第２ドグ部２０５に係合する位置、及び第１ドグ部１０５並びに第２ドグ部２０５のいずれにも係合しないニュートラル位置、のいずれかの位置へと移動させる。

以上より、スリーブ部が例えば第１ドグ部１０５に係合（１速ギヤ対１００に係合）する位置に配置される場合においては、入力軸Ｘ１に入力された動力は、１速ギヤ対１００の１速ドライブギヤ１００ａ、１速ドリブンギヤ１００ｂ、切替部３００（スリーブ部）、及びハブ部５００を介して中間軸Ｘ２へと伝達される。

１−４−３．ワンウェイクラッチ４００
ワンウェイクラッチ４００は、前述した通り、中間軸Ｘ２上に設けられ、軸方向と直行する方向において、中間軸Ｘ２と１速ギヤ対１００における１速ドリブンギヤ１００ｂに挟持されるように配置される。ワンウェイクラッチ４００は、一方向にだけ動力を伝達し逆方向には空転するものである限りにおいて、公知の構造のものを使用することができる。つまり、図１に示すワンウェイクラッチ４００は、インプット側である１速ドリブンギヤ１００ｂとアウトプット側である中間軸Ｘ２との回転数差に応じて、１速ドリブンギヤ１００ｂから中間軸Ｘ２への動力の伝達又は非伝達を制御する。例えば、１速ドリブンギヤ１００ｂの回転数が、中間軸Ｘ２の回転数以上（回転数同一の場合含む）の場合には、１速ドリブンギヤ１００ｂから中間軸Ｘ２へと動力を伝達する。逆に、１速ドリブンギヤ１００ｂの回転数が、中間軸Ｘ２の回転数未満の場合には、ワンウェイクラッチ４００は空転し、１速ドリブンギヤ１００ｂから中間軸Ｘ２へ動力を伝達することはない。

このような特性上、ワンウェイクラッチ４００は、１速ギヤ対１００側（図１に示すように１速ドリブンギヤ１００ｂ側、又は、後述する通り、１速ドライブギヤ１００ａ側）に設けられることが好ましい。仮に、ワンウェイクラッチ４００を、２速ギヤ対２００側（例えば、２速ドリブンギヤ２００ｂ側）に設けると、ワンウェイクラッチ４００が実質的に常時動力伝達する状態となってしまうため、二重噛合いが生じる可能性が高くなるため好ましくない。

１−５．制御部３０
制御部３０は、別途設けられる回転数センサ（例えば、レゾルバ）や位置センサ（ストロークセンサ）を用いて得られる各種情報を、ＣＡＮ通信等を通して受信して、切替部３００におけるアクチュエータ部に対して、切替部３００（スリーブ部）を車両の状況に応じて適切な位置に配置させるべく指示するものである。なお、制御部３０における主制御及び補助制御の詳細については後述する。

１−６．差動機構部５０
図１に示すように、ファイナルドライブギヤ４０と係合するファイナルドリブンギヤ４１に動力が伝達されると、当該動力は、差動機構部５０内のディファレンシャルギヤ（図示せず）に伝達され、かかるディファレンシャルギヤにおいて、運転状況（直進や右左折等）に応じて差動制御（例えば、左右輪の回転差を制御）される。そして、ディファレンシャルギヤには駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂが接続されており、前述の差動制御に基づいて、駆動軸Ｘ３ａ及びＸ３ｂに動力が配分され、最終的に各駆動輪（図示せず）へと配分された動力が伝達される。

以上、変速機構部２０の各構成要素の詳細について説明したが、変速機構部２０における各構成要素の配置は、一実施形態に限定されず、様々な形態を採用することができる。例えば、入力軸Ｘ１を中空状の形状として、内部に駆動軸Ｘ３ａ又はＸ３ｂを挿通させる形態を採用してもよい。また、切替部３００及びワンウェイクラッチ４００は、前述した中間軸Ｘ２上ではなく、入力軸Ｘ１上に設けて、切替部３００のスリーブ部が入力軸Ｘ１の軸方向に移動可能に配置してもよい。この場合において、前述の第１ドグ部１０５は、１速ドライブギヤ１００ａに、前述の第２ドグ部２０５は２速ドライブギヤ２００ａに各々設けられることとなる。

２．車両用パワーユニット１における変速機構部２０の動作
次に、前記構成を有する車両用パワーユニット１における変速機構部２０の動作について、図２Ａ乃至図５（ｂ）を参照して説明する。図２Ａは、一実施形態に係る車両用パワーユニット１において、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ力行状態の場合における動力伝達経路を示す概略図である。図２Ｂは、一実施形態に係る車両用パワーユニット１において、車両要求ギヤが２速ギヤの場合における動力伝達経路を示す概略図である。図２Ｃは、一実施形態に係る車両用パワーユニット１において、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ回生状態の場合、又は車両要求ギヤがリバースギヤの場合における動力伝達経路を示す概略図である。図３（ａ）は、変速時における従来の変速シーケンスの概略ブロック図である。図３（ｂ）は、力行状態でのアップ変速時における一実施形態に係る変速機構部２０の変速シーケンスの概略ブロック図である。図３（ｃ）は、力行状態でのダウン変速時における一実施形態に係る変速機構部２０の変速シーケンスの概略ブロック図である。図４（ａ）は、アップ変速時における一実施形態に係る変速機構部２０の変速シーケンスと変速タイムチャートを示す図である。図４（ｂ）は、アップ変速時における従来の変速シーケンスと変速タイムチャートを示す図である。図５（ａ）は、ダウン変速時における一実施形態に係る変速機構部の変速シーケンスと変速タイムチャートを示す図である。図５（ｂ）は、ダウン変速時における従来の変速シーケンスと変速タイムチャートを示す図である。

一実施形態における変速機構部２０においては、前述した通り、ワンウェイクラッチ４００が設けられているため、基本原理として、少なくともワンウェイクラッチ４００を経由して入力軸Ｘ１から中間軸Ｘ２へと動力が伝達され最終的に駆動輪へ伝達される場合においては、二重噛合い防止の観点から、切替部３００におけるスリーブ部をニュートラルの位置に配置させるよう、アクチュエータ部に対して制御部３０が指示する。逆に、ワンウェイクラッチ４００が空転して動力伝達していない場合（ワンウェイクラッチ４００を回避して動力が伝達される場合）においては、切替部３００におけるスリーブ部を、車両が要求する車両要求ギヤ（１速ギヤ、２速ギヤ、又はリバースギヤ）に対応するギヤ対と係合する位置に配置させるよう、アクチュエータ部に対して制御部３０が指示する。なお、車両要求ギヤがニュートラルの場合には、切替部３００におけるスリーブ部をニュートラル位置に配置させるよう、アクチュエータ部に対して制御部３０が指示することは言うまでもない。

以上の基本原理に基づいて、種々の走行状況に応じた変速機構部２０の動作の詳細について、以下説明する。

まず、図２Ａに示すように、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ力行状態の場合においては、１速ドリブンギヤ１００ｂと中間軸Ｘ２とは同回転数となるため、入力軸Ｘ１に入力された動力は、ワンウェイクラッチ４００を経由して中間軸Ｘ２へと伝達される。この場合、切替部３００のスリーブ部は、前述の基本原理に基づき、１速ドリブンギヤ１００ｂに係合せず（２速ドリブンギヤ２００ｂにも係合せず）、ニュートラル位置に配置される。つまり、車両要求ギヤと実際の切替部３００のスリーブ部のポジションを異ならせても、車両としては車両要求ギヤに対応することができる。このように、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ力行状態の場合において、切替部３００のスリーブ部をニュートラル位置に配置させておくことにより、後述する通り、力行状態のままアップ変速がなされる場合に、切替部３００のスリーブ部の移動時間を短縮（いわゆる、シフト抜きの時間を省略）させることができるため、変速時間を短縮することが可能となり、車両の運動性能（ドライバビリティ）が向上する。

なお、車両要求ギヤとは、例えば、運転席におけるギヤポジション、又は１速ギヤ対１００及び２速ギヤ対２００の変速比や車両の走行状態に応じて自動で変速制御される車両において、当該車両が要求するギヤ（例えば、トランスミッションＥＣＵが指令するギヤ）のことを意味する。

次に、図２Ｂに示すように、車両要求ギヤが２速ギヤの場合においては、切替部３００のスリーブ部は、２速ドリブンギヤ２００ｂに係合する位置に配置され、入力軸Ｘ１に入力された動力は、２速ギヤ対２００を経由して中間軸Ｘ２へと伝達される。この場合、１速ドリブンギヤ１００ｂの回転数は中間軸Ｘ２の回転数よりも小さくなるため、ワンウェイクラッチ４００は空転し、二重噛合いすることもない。

次に、図２Ｃに示すように、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ回生状態の場合、又は車両要求ギヤがリバースギヤの場合においては、１速ドリブンギヤ１００ｂの回転数は中間軸Ｘ２の回転数よりも小さくなるため、ワンウェイクラッチ４００は空転する。したがって、切替部３００のスリーブ部は、１速ドリブンギヤ１００ｂに係合する位置に配置される。つまり、車両要求ギヤが１速ギヤの場合においては、力行状態と回生状態とで切り替わる度に、切替部３００のスリーブ部もニュートラル位置と１速ドリブンギヤ１００ｂに係合する位置を往復移動することとなる（図２Ａの状態と図２Ｃの状態とを往復移動することとなる）。なお、かかる往復運動が過剰に発生する場合の問題点を解消する補助制御の詳細については後述する。

次に、アップ変速及びダウン変速する場合における、変速機構部２０の変速シーケンス
について説明する。

図３（ａ）に示すように、ＭＧ１０を有する車両用パワーユニット（ワンウェイクラッチは具備されない）における変速時の一般的な変速シーケンスは、主に、ＭＧ１０で発生する動力伝達を減衰させる第１ステップと（ＭＧトルク抜き）、最終的に動力を非伝達とする第２ステップと（ゼロトルク制御）、変速前のギヤ対に係合しているスリーブ部をニュートラル位置へと移動させる第３ステップと（シフト抜き）、アウトプット軸の回転数と変速後のギヤ対の回転数を同期させる第４ステップと（回転数同期制御）、ニュートラル位置のスリーブ部を変速後のギヤ対に係合する位置へと移動させる第５ステップと（シフト入り）、ＭＧ１０で発生する動力のアウトプット軸への伝達を復帰させる第６ステップと（ＭＧトルク復帰）、から構成される。なお、各ステップは、従来から一般的に実施されるステップであるため、その詳細な説明は省略する。

他方、図３（ｂ）に示すように、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ力行状態の場合において、車両要求ギヤを１速ギヤから２速ギヤへとアップ変速の指示がなされた場合、一実施形態に係る変速機構部２０の変速シーケンスは、図３（ａ）に示した一般的な変速シーケンスと比較すると、第２ステップ（ゼロトルク制御）及び第３ステップ（シフト抜き）が含まれないため、その分変速時間を短縮することが可能となり、車両の運動性能（ドライバビリティ）が向上する。これは、車両要求ギヤが１速ギヤ且つ力行状態の場合においては、前述した通り、ワンウェイクラッチ４００を介して動力が伝達可能であることに起因して、切替部３００のスリーブ部を予めニュートラル位置に配置させているため、もともとゼロトルク制御及びシフト抜きの必要なく、制御部３０の指令に基づき、かかるスリーブ部を２速ギヤ対２００（２速ドリブンギヤ２００ｂ）に係合する位置へと移動させることができる。

さらに、図３（ｂ）に示すアップ変速時の変速シーケンスの詳細を、変速タイムチャートを付記した図４（ａ）と、ＭＧ１０を有する車両用パワーユニットにおける一般的な変速シーケンスを示す図４（ｂ）とを比較参照しつつ説明する。

図４（ａ）に示すように、車両要求ギヤが１速ギヤで定常走行（ＭＧトルクが０Ｎｍ以上の力行状態）の場合、１速ドリブンギヤ１００ｂとアウトプット軸（一実施態様においては中間軸Ｘ２）とは同回転数となるため、入力軸Ｘ１に入力された動力は、ワンウェイクラッチ４００を経由して（ワンウェイクラッチ４００が中間軸Ｘ２に係合する）中間軸Ｘ２へと伝達される。この場合、切替部３００のスリーブ部は、ニュートラル位置に配置される。他方、一般的な変速シーケンスにおいては、車両要求ギヤが１速ギヤの場合、切替部３００のスリーブ部は、当然ながら、１速ドリブンギヤ１００ｂに係合する位置に配置される。

次に、車両要求ギヤを１速ギヤから２速ギヤへとアップ変速の指示がなされると、図４（ｂ）と比較すると、図４（ａ）においては、ゼロトルク制御及びシフト抜きを経ることなく、２速ドリブンギヤ２００ｂを中間軸Ｘ２の回転数に同期（回転数同期制御）した時点（図４（ａ）におけるｔ３時点）で、切替部３００のスリーブ部を２速ドリブンギヤ２００ｂに係合する位置へと移動させることができる。そして、スリーブ部の移動が完了したタイミングでＭＧトルクを復帰させることでアップ変速が完了する。なお、図４（ａ）に示すように、ワンウェイクラッチ４００は、車両要求ギヤが１速ギヤで定常走行するｔ１時点から、回転数同期制御の開始点（ｔ２時点）までの間、中間軸Ｘ２に係合する。なお、ｔ２時点以降においては、１速ドリブンギヤ１００ｂの回転数は中間軸Ｘ２の回転数よりも小さくなるため、ワンウェイクラッチ４００は動力伝達することなく常時空転することとなる。

続いて、同様にダウン変速時の場合について説明する。図３（ｃ）に示すように、力行状態において車両要求ギヤが２速ギヤから１速ギヤへとダウン変速の指示がなされた場合、一実施形態に係る変速機構部２０の変速シーケンスは、図３（ａ）に示した一般的な変速シーケンスと比較すると、第４ステップ（回転数同期制御）及び第５ステップ（シフト入り）が含まれないため、その分変速時間を短縮することが可能となり、車両の運動性能（ドライバビリティ）が向上する。これは、力行状態において２速ギヤから１速ギヤにダウン変速する場合、ＭＧトルク復帰のステップ（前述の第６ステップ）と実質的に同時に、１速ドリブンギヤ１００ｂ及びワンウェイクラッチ４００を経由してアウトプット軸へと動力が伝達可能となるため、切替部３００のスリーブ部を１速ギヤ対１００（１速ドリブンギヤ１００ｂ）に係合させる必要がない（係合しない）ことに起因する。したがって、このダウン変速時の場合、切替部３００のスリーブ部は、制御部の指令に基づき、２速ギヤ対２００（２速ドリブンギヤ２００ｂ）に係合する位置から、ニュートラル位置へと移動することとなる。

さらに、図３（ｃ）に示すダウン変速時の変速シーケンスの詳細を、変速タイムチャートを付記した図５（ａ）と、ＭＧ１０を有する車両用パワーユニットにおける一般的な変速シーケンスを示す図５（ｂ）とを比較参照しつつ説明する。

図５（ａ）に示すように、車両要求ギヤが２速ギヤで定常走行（ＭＧトルクが０Ｎｍ以上の力行状態）の場合、１速ドリブンギヤ１００ｂの回転数は中間軸Ｘ２の回転数よりも小さくなるため、ワンウェイクラッチ４００は空転し、入力軸Ｘ１に入力された動力は、２速ギヤ対２００を経由して中間軸Ｘ２へと伝達される。この場合、切替部３００のスリーブ部は、２速ドリブンギヤ２００ｂに係合する位置に配置される。一般的な変速シーケンスにおいても、同様に、車両要求ギヤが２速ギヤの場合、切替部３００のスリーブ部は当然ながら、２速ドリブンギヤ２００ｂに係合する位置に配置される。

次に、車両要求ギヤを２速ギヤから１速ギヤへとダウン変速の指示がなされると、図５（ｂ）と比較すると、図５（ａ）においては、回転数同期制御及びシフト入りを経ることなく、ＭＧトルク復帰するだけでダウン変速を完了させることができる。つまり、切替部３００のスリーブ部を、２速ドリブンギヤ２００ｂに係合する位置からニュートラル位置へと移動させておけば、ＭＧトルク復帰させるだけで、１速ドリブンギヤ１００ｂの回転数と中間軸Ｘ２の回転数が同一となる時点（図５（ａ）におけるｔ４時点）で、ワンウェイクラッチ４００が中間軸Ｘ２に係合することで、ワンウェイクラッチ４００を経由して動力伝達が可能となる。ｔ４時点以降、力行状態が続く限りにおいて、ワンウェイクラッチ４００は中間軸Ｘ２に常時係合することとなる。

３．制御部３０における主制御及び補助制御
次に、制御部３０における主制御及び補助制御の詳細について、図６を参照しつつ説明する。なお、図６は、制御部３０における主制御及び補助制御に関する制御プロセスフロー図である。

制御部３０は、前述した通り、ＭＧ１０の回転数を検出する回転数センサ（例えば、レゾルバ）、切替部３００（スリーブ又はアクチュエータ部）の位置を検出する位置センサ（例えば、ストロークセンサ）、車両要求ギヤを検出する各種センサ（例えば、ギヤポジションセンサ）、アクセルペダル及びブレーキペダルの開度を検出するペダルセンサ、等から様々な情報をＣＡＮ通信等を通して受信することで、車両の各種運転情報や走行情報を把握する。その上で、制御部３０は、図６に示す主制御及び補助制御に係る制御プロセスを経て、スリーブ部がどの位置に配置されるべきか、について指示を出す。

図６に示すように、制御部３０は、まずステップＳＴ１００（図６におけるＳＴ１００）にて、車両要求ギヤと切替部３００（スリーブ部）が係合する位置とが一致しているかを確認する。ここで、前述したアップ変速時（車両要求ギヤが２速ギヤであるのに対し、スリーブ部は１速ギヤ対１００に係合する位置、又は前述の通りニュートラル位置にある場合）、又はダウン変速時（車両要求ギヤが１速であるのに対し、スリーブ部は２速ギヤ対２００に係合する位置にある場合）においては、両者が一致しないため、制御部３０はステップＳＴ１０１（図６におけるＳＴ１０１）以降に進む。

ステップＳＴ１０１においては、まずアップ変速かダウン変速かを確認する。例えば、車両要求ギヤが２速ギヤであれば、スリーブ部は１速ギヤ対１００に係合する位置又はニュートラル位置に配置されることとなる。したがって、制御部３０は、アップ変速と判定した上で、ステップＳＴ１０２（図６におけるＳＴ１０２）にて、スリーブ部を２速ギヤ対２００に係合する位置へと配置（移動）させるべく指示する。この際、スリーブ部がニュートラル位置から２速ギヤ対２００に係合する位置へと移動する場合は、前述した通り、変速時間を短縮することが可能となる。

逆に、例えば、車両要求ギヤが１速ギヤであれば、スリーブ部は２速ギヤ対２００に係合する位置に配置されることとなる。したがって、制御部３０は、ダウン変速と判定した上で、ステップＳＴ１０３（図６におけるＳＴ１０３）にて回生状態であるか否かをさらに判定する。回生状態とは、本明細書においては、アクセルペダルが踏まれていない状態又はブレーキペダルが踏まれた状態のことをいい、アクセルペダルが踏まれた状態であれば力行状態と判定する（但し、いわゆるクリープ時においては、アクセルペダルが踏まれていない状態を力行状態と判定してもよい）。また、ＭＧ１０が正方向に動力を出力している状態を力行状態、ＭＧ１０が逆方向に動力を出力している状態を回生状態、と判定するような構成としてもよい。

このステップＳＴ１０３にて、回生状態と判定されると、制御部３０は、ステップＳＴ１０４（図６におけるＳＴ１０４）にて、スリーブ部を１速ギヤ対１００に係合する位置へと配置（移動）させるべく指示する。他方、回生状態ではなく力行状態と判定されると、制御部３０は、ステップＳＴ１０５（図６におけるＳＴ１０５）にて、スリーブ部をニュートラル位置へと配置（移動）させるべく指示する。このように、力行状態の場合においては、スリーブ部を１速ギヤ対１００に係合する位置まで移動させる必要がないため、前述した通り、変速時間を短縮することが可能となる。

次に、ステップＳＴ１００において、両者が一致する場合（例えば、車両要求ギヤが２速ギヤであって、スリーブ部が２速ギヤ対２００に係合する位置に配置される場合）、制御部３０はステップＳＴ１１０（図６におけるＳＴ１１０）以降に進む。まず、スリーブ部が２速ギヤ対２００に係合する位置に配置される場合は、制御部３０による制御プロセスは終了する。

他方、スリーブ部が２速ギヤ対２００に係合しない位置、つまり１速ギヤ対１００に係合する位置に配置される場合、制御部３０はステップＳＴ１１１（図６におけるＳＴ１１１）以降に進む。ステップＳＴ１１１においては、回生状態であるか否かを判定する。ステップＳＴ１１１の前提としては車両要求ギヤが１速ギヤであるので、前述した通り、回生状態と判定されると、ステップ１１２（図６におけるＳＴ１１２）において、スリーブ部は１速ギヤ対１００に係合する位置にそのまま配置される。逆に、回生状態でなく力行状態と判定されると、ステップＳＴ１１３（図６におけるＳＴ１１３）にてスリーブ部が１速ギヤ対と係合する位置に配置されるかについて再確認した上で、ステップＳＴ１１４（図６におけるＳＴ１１４）における所定条件を満たせば、ステップＳＴ１１５にて、スリーブ部をニュートラル位置へと配置（移動）させる。この場合、車両要求ギヤが１速ギヤで且つ力行状態であるので、前述した通り、ＭＧ１０にて発生する動力は、ワンウェイクラッチ４００を経由して駆動輪へと伝達される。

ここで、ステップＳＴ１１４における所定条件とは、例えば、アクチュエータ部の温度が予め設定される所定温度（Ｔ１）以下であるかどうか、又は車両の車速が予め設定される所定速度（Ｐ１）以上であるかどうか、を判定する。なお、ステップＳＴ１１４において、アクチュエータ部の温度と車速の条件をアンド条件（ＡＮＤ条件）として判定してもよい。アクチュエータ部の温度の計測においては、アクチュエータ部に温度センサを配置させてもよいし、単位時間あたりにアクチュエータ部に流れる電流値を積算してアクチュエータ部の温度を推定する推定手段を設けてもよい。

例えば、渋滞時等により、車両要求ギヤが１速ギヤの場合において力行状態と回生状態が繰り返されると、スリーブ部はニュートラル位置と１速ギヤ対１００に係合する位置との間を過剰に往復することとなり、必要以上に電力消費され、結果として燃費悪化を招きかねない。また、アクチュエータ部がソレノイド式やＤＣモータ式の場合、アクチュエータ部が高温になる問題も生じうる。そこで、ステップＳＴ１１４の判定ステップを加えることで、このような問題の発生を防止することが可能となる。つまり、ステップＳＴ１１４において、アクチュエータ部の温度が所定温度（Ｔ１）以上の場合、又は車両の車速が所定速度（Ｐ１）以下の場合には、仮に力行状態であっても、スリーブ部を１速ギヤ対１００と係合する位置に配置させておき、スリーブ部のニュートラル位置への移動を規制する（動力がワンウェイクラッチ４００を経由して伝達されるか否かに係らず、スリーブ部を車両要求ギヤに対応するギヤ対と係合する位置に強制的に配置させる）。これにより、ワンウェイクラッチ４００によって動力を伝達するバイパス経路を効率的に利用することで（アップ変速時又はダウン変速時に利用することで）、変速時間の短縮に基づく運動性能の向上を図りつつ、燃費悪化を防止することができる。このステップＳＴ１１４が補助制御に相当し、それ以外の制御プロセスが主制御に相当する。

以上、前述の通り、様々な実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、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、置換、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数等は適宜変更して実施することができる。

１ 車両用パワーユニット
２ トランスアクスル
１０ 電動機（ＭＧ）
２０ 変速機構部
３０ 制御部
４０ ファイナルドライブギヤ
５０ 差動機構部
１００ １速ギヤ対
１００ａ １速ドライブギヤ
１００ｂ １速ドリブンギヤ
１０５ 第１ドグ部
２００ ２速ギヤ対
２００ａ ２速ドライブギヤ
２００ｂ ２速ドリブンギヤ
２０５ 第２ドグ部
３００ 切替部
４００ ワンウェイクラッチ
５００ ハブ部
Ｘ１ 入力軸
Ｘ２ 中間軸
Ｘ３ａ、Ｘ３ｂ 駆動軸

Claims (6)

1. 電動機と、
   前記電動機の動力が入力される入力軸と、
   前記入力軸から前記動力が伝達される中間軸と、
   前記中間軸に対して平行に配置され、差動機構部を経由して前記中間軸から前記動力が伝達され、駆動輪に前記動力を伝達する駆動軸と、
   前記入力軸から前記駆動軸までの動力伝達経路上に配置され、２以上のギヤ対、前記ギヤ対に対して係脱自在に移動する切替部、及びワンウェイクラッチを含む変速機構部と、
   前記動力が前記ワンウェイクラッチを経由して伝達される場合には、前記切替部をニュートラル位置に配置させ、前記動力が前記ワンウェイクラッチを回避して伝達される場合には、前記切替部を車両要求ギヤに対応する前記ギヤ対と係合する位置に配置させるよう前記切替部に対して指示する主制御、又は前記動力が前記ワンウェイクラッチを経由して伝達されるか否かに係らず、前記切替部を前記車両要求ギヤに対応する前記ギヤ対と係合する位置に強制的に配置させるよう前記切替部に対して指示する補助制御、を選択する制御部と、
   を具備する車両用パワーユニット。
2. 前記ギヤ対は、１速ギヤ対及び２速ギヤ対を有し、前記ワンウェイクラッチは前記１速ギヤ対側に設けられる、請求項１に記載の車両用パワーユニット、
3. 前記ギヤ対は、ドグ部を有し、
   前記切替部は、前記制御部からの指示を検知して作動するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部が作動することによって、前記ドグ部に係脱自在に移動するスリーブ部と、を有する、請求項１又は２に記載の車両用パワーユニット。
4. 前記制御部は、前記アクチュエータ部の温度が所定温度以上になった場合に前記補助制御を選択する、請求項３に記載の車両用パワーユニット。
5. 前記制御部は、前記車両要求ギヤが前記１速ギヤであって且つ車両の車速が所定速度以下の場合に、前記補助制御を選択する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両用パワーユニット。
6. 前記制御部が選択する前記主制御は、
   前記車両要求ギヤが１速ギヤ且つ力行状態の場合に、前記切替部を前記ニュートラル位置に配置させ、
   前記車両要求ギヤが前記１速ギヤであって且つ回生状態の場合、前記車両要求ギヤが２速ギヤの場合、又は前記車両要求ギヤがリバースギヤの場合に、前記切替部を前記車両要求ギヤに対応する前記ギヤ対と係合する位置に配置させる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車両用パワーユニット。

Images