JP2005321357A - ベルトのスリップ検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数の少ない簡単な構造でベルトのスリップを確実に検知する。
【解決手段】 スタータモータに設けた駆動プーリからエンジンのクランクシャフトに設けたクランクプーリにベルトで駆動力を伝達する際に、ステップＳ１でモータ回転数センサによりスタータモータのモータ回転数を検知し、ステップＳ２でバンドパスフィルタによりモータ回転数信号をフィルタリングする。ステップＳ３でスリップに起因する特定周波数の振動成分が検知されなければ、ベルトがスリップしていないと判断してステップＳ４でスタータモータのトルクを維持するとともに、特定周波数の振動成分が検知されれば、ベルトがスリップしていると判断してステップＳ５でスリップを収束させるべくスタータモータのトルクを低減する。このように、スタータモータの回転数だけを検知し、エンジンの回転数を検知する必要がないために、部品点数を削減することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、モータに設けた駆動プーリと被駆動機器に設けた従動プーリとに巻き掛けたベルトのスリップを検知するためのベルトのスリップ検知装置に関する。

エンジンのクランクシャフトの回転をベルトを介してコンプレッサの駆動軸に伝達する際に、クランクシャフトの回転数およびコンプレッサの駆動軸の回転数を検知し、両回転数の差あるいは比が所定の判定基準値を越えた場合にベルトがスリップしたことを判定するとともに、クランクシャフトの角加速度に応じて前記判定基準値を変更するものが、下記特許文献１により公知である。
実公平５−５４９９号公報

ところで、上記従来のものは、エンジンのクランクシャフトの回転数を検知する回転数検知手段と、コンプレッサの駆動軸の回転数を検知する回転数検知手段とが必要になるため、部品点数が増加してコストアップの要因となる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、部品点数の少ない簡単な構造でベルトのスリップを確実に検知することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、モータに設けた駆動プーリと被駆動機器に設けた従動プーリとに巻き掛けたベルトのスリップを検知するためのベルトのスリップ検知装置において、モータの回転数を検知するモータ回転数センサと、モータ回転数センサが出力するモータ回転数信号の波形をフィルタリングするフィルタと、フィルタが出力する波形に応じてベルトのスリップを判定するスリップ判定手段とを備えたことを特徴とするベルトのスリップ検知装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、モータに設けた駆動プーリと被駆動機器に設けた従動プーリとに巻き掛けたベルトのスリップを検知するためのベルトのスリップ検知装置において、駆動プーリあるいは従動プーリとベルトとの接触部から発生する接触音を検知する接触音センサと、接触音センサが出力する接触音信号の波形をフィルタリングするフィルタと、フィルタが出力する波形に応じてベルトのスリップを判定するスリップ判定手段とを備えたことを特徴とするベルトのスリップ検知装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記フィルタはバンドパスフィルタであることを特徴とするベルトのスリップ検知装置が提案される。

尚、実施例のスタータモータ１５は本発明のモータに対応し、実施例のスタータモータプーリ２５は本発明の駆動プーリに対応し、実施例のクランクプーリ１９は本発明の従動プーリに対応し、実施例のバンドパスフィルタ３９は本発明のフィルタに対応し、実施例のエンジンＥは本発明の被駆動機器に対応し、実施例の電子制御ユニットＵは本発明のスリップ判定手段に対応する。

請求項１の構成によれば、モータに設けた駆動プーリから被駆動機器に設けた従動プーリにベルトで駆動力を伝達する際に、モータ回転数センサが検知したモータ回転数信号をフィルタでフィルタリングした信号の波形に基づいて判定手段がベルトのスリップを判定するので、被駆動機器の負荷が過大になってプーリとベルトとがスリップしたことを確実に検知することができる。しかもモータの回転数だけを検知し、被駆動機器の回転数を検知する必要がないために、部品点数を削減することができる。

請求項２の構成によれば、モータに設けた駆動プーリから被駆動機器に設けた従動プーリにベルトで駆動力を伝達する際に、接触音センサが検知したプーリおよびベルト間の接触音信号をフィルタでフィルタリングした信号の波形に基づいて判定手段がベルトのスリップを判定するので、被駆動機器の負荷が過大になってプーリとベルトとがスリップしたことを確実に検知することができる。しかもモータや被駆動機器の回転数を検知する必要がなく、プーリおよびベルト間の接触音を検知するだけで良いため、部品点数を削減することができる。

請求項３の構成によれば、フィルタをバンドパスフィルタで構成したので、ベルトのスリップに起因する特定周波数の信号を抽出してスリップの検知精度を更に高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の第１実施例を示すもので、図１は自動車のエンジンの正面図、図２はクランキング中のモータ回転数の変化を示すグラフ、図３はクランキング中のモータ回転数の変化の成分を説明する図、図４はスリップ発生時のモータ回転数の振動成分を示すグラフ、図５はスリップ検知によるモータトルク制御ルーチンのフローチャートである。

図１に示すように、自動車のエンジンＥはエンジンブロック１１の側面に取り付けた補機ブラケット１２を備えており、補機ブラケット１２に空調用コンプレッサ１３、ウオータポンプ１４およびスタータモータ１５が支持される。またエンジンブロック１１の側面に取り付けたテンショナブラケット１６にオートテンショナ１７が支持される。エンジンＥのクランクシャフト１８に設けたクランクプーリ１９と、空調用コンプレッサ１３の回転軸２０に設けた空調用コンプレッサプーリ２１と、ウオータポンプ１４の回転軸２２に設けたウオータポンププーリ２３と、スタータモータ１５の回転軸２４に設けたスタータモータプーリ２５と、エンジンブロック１１に設けたアイドラプーリ２６と、オートテンショナ１７に設けたテンショナプーリ２７とにベルト２８が巻き掛けられる。クランクプーリ１９、空調用コンプレッサプーリ２１、ウオータポンププーリ２３、スタータモータプーリ２５、アイドラプーリ２６およびテンショナプーリ２７の回転方向は矢印で示される。

オートテンショナ１７は伸縮自在なテンショナ本体２９を備えており、その上端が支点ピン３０を介してテンショナブラケット１６に枢支される。テンショナブラケット１６には支点ピン３１を介して揺動アーム３２の中間部が枢支されており、揺動アーム３２の一端が支点ピン３３を介してテンショナ本体２９の下端に枢支され、揺動アーム３２の他端に回転軸３４を介して前記テンショナプーリ２７が枢支される。

エンジンＥを始動するイグニッションスイッチ３５と、スタータモータ１５のモータ回転数を検知するモータ回転数センサ３６Ａとが電子制御ユニットＵに接続されており、モータ回転数センサ３６Ａと電子制御ユニットＵとの間に、特定帯域の周波数だけを通過させるバンドパスフィルタ３９が配置される。電子制御ユニットＵはモータコントローラ３７およびインバータ３８を介してスタータモータ１５の作動を制御する。

ドライバーがエンジンＥを始動すべくイグニッションスイッチ３５をオンすると、電子制御ユニットＵからの指令でスタータモータ１５が作動し、スタータモータプーリ２５、ベルト２８およびクランクプーリ１９を介してクランクシャフト１８をクランキングする。このクランキングによってエンジンＥの各シリンダのピストンが交互に往復動してポンピングを行うことで、クランクシャフト１８の回転負荷が周期的に変化する。その結果、スタータモータ１５に加わる負荷が周期的に変動するため、図２に実線で示すように、スタータモータ１５の回転数は変動しながら増加する。このスタータモータ１５の回転数の成分は、時間の経過に伴って単調に増加する成分（図３（Ａ）参照）と、クランクシャフト１８の回転によるポンピング作用で周期的に変動する成分（図３（Ｂ）参照）とを合成したものとなる。

そして、スタータモータプーリ２５およびベルト２８間の摩擦力、あるいはクランクプーリ１９およびベルト２８間の摩擦力がクランキングの負荷に耐えられなくなると、図２に鎖線で示すように、クランクプーリ１９あるいはスタータモータプーリ２５とベルト２８との間に過大なスリップが発生する。

ところで、負荷によって大きな張力が作用したベルト２８をスタータモータ１５で駆動しようとすると、プーリおよびベルト２８間に作用する摩擦力がベルト２８の張力に耐えきれなくなったときにスリップが発生し、スタータモータ１５の回転数は瞬間的に増加する。このスリップによってベルト２８の張力が低下するとプーリとベルト２８とが再び密着し、ベルト２８の張力でプーリが制動されてスタータモータ１５の回転数は瞬間的に減少する。この繰り返しにより、図４に示すように、スリップの発生中におけるスタータモータ１５の回転数は極めて短い時間間隔で振動的に増減する。このスリップに起因するモータ回転数の振動周期は、クランクシャフト１８の回転負荷の変動に起因する振動周期に比べて、遥かに短く（つまり周波数が高く）なる。

次に、上記構成を備えた本発明の第１実施例の作用を、図５のフローチャートを参照して説明する。

イグニッションスイッチ３５をオンするとスタータモータ１５が回転を開始し、スタータモータプーリ２５、ベルト２８およびクランクプーリ１９を介してクランクシャフト１８をクランキングする。このとき、ステップＳ１でモータ回転数センサ３６Ａによりスタータモータ１５のモータ回転数を読み込み、ステップＳ２でモータ回転数センサ３６Ａの出力をバンドパスフィルタ３９でフィルタリングする。バンドパスフィルタ３９の特性は、ベルト２８のスリップにより発生するモータ回転数の変動成分を通過させ、その他の周波数成分（例えば、クランクシャフト１８の回転負荷に起因するモータ回転数の変動成分）を通過させないように設定されている。

ステップＳ３でバンドパスフィルタ３９を通過するモータ回転数の変動成分が存在しなければ、電子制御ユニットＵはベルト２８がスリップしていないと判断し、ステップＳ４でスタータモータ１５の出力トルクをそのままに維持する。一方、前記ステップＳ３でバンドパスフィルタ３９を通過するモータ回転数の変動成分が存在すれば、電子制御ユニットＵはベルト２８がスリップしていると判断し、ステップＳ５でスタータモータ１５の出力トルクを低減することでベルト２８のスリップを収束させる。

このように、モータ回転数センサ３６Ａが検知したモータ回転数信号をバンドパスフィルタ３９でフィルタリングした信号の波形を電子制御ユニットＵに入力し、電子制御ユニットＵでベルト２８のスリップを判定するので、エンジンＥのクランキング負荷が過大になってベルト２８がスリップしたことを確実に検知することができる。特に、バンドパスフィルタ３９を用いたことにより、ベルト２８のスリップに起因する特定周波数の信号を抽出してスリップの検知精度を更に高めることができる。しかもスタータモータ１５の回転数だけを検知し、エンジンＥの回転数を検知する必要がないために、部品点数を削減することができる。

次に、本発明の第２実施例を説明する。

第１実施例ではモータ回転数センサ３６Ａで検知したスタータモータ１５の回転数の変動に基づいてベルト２８のスリップを検知しているが、第２実施例ではスタータモータプーリ２５とベルト２８との接触音を検知する接触音センサ３６Ｂ（図１参照）の出力に基づいてベルト２８のスリップを検知するようになっている。

即ち、スタータモータプーリ２５とベルト２８との間にスリップが発生していないとき、接触音センサ３６Ｂで検知される接触音の周波数は低くなるが、ベルト２８がスリップするとかん高い特定周波数の接触音となる。従って、接触音センサ３６Ｂの出力を前記スリップ時の特定周波数の信号を通過させるバンドパスフィルタ３９でフィルタリングし、その信号を電子制御ユニットＵに入力してベルト２８とがスリップしたことを確実に検知することができる。しかもスタータモータ１５やエンジンＥの回転数を検知する必要がなく、スタータモータプーリ２５およびベルト２８間の接触音を検知するだけで良いため、部品点数を削減することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では被駆動機器としてエンジンＥを例示したが、本発明はエンジンＥ以外の任意の被駆動機器を駆動するベルトのスリップ検知に適用することができる。

また第２実施例では接触音センサ３６Ｂがスタータモータプーリ２５（駆動プーリ）とベルト２８との接触音を検知しているが、クランクプーリ１９（従動プーリ）とベルト２８との接触音を検知しても良い。

自動車のエンジンの正面図 クランキング中のモータ回転数の変化を示すグラフ クランキング中のモータ回転数の変化の成分を説明する図 スリップ発生時のモータ回転数の振動成分を示すグラフ スリップ検知によるモータトルク制御ルーチンのフローチャート

符号の説明

１５ スタータモータ（モータ）
１９ クランクプーリ（従動プーリ）
２５ スタータモータプーリ（駆動プーリ）
２８ ベルト
３６Ａ モータ回転数センサ
３６Ｂ 接触音センサ
３９ バンドパスフィルタ（フィルタ）
Ｅ エンジン（被駆動機器）
Ｕ 電子制御ユニット（スリップ判定手段）

Claims (3)

1. モータ（１５）に設けた駆動プーリ（２５）と被駆動機器（Ｅ）に設けた従動プーリ（１９）とに巻き掛けたベルト（２８）のスリップを検知するためのベルトのスリップ検知装置において、
   モータ（１５）の回転数を検知するモータ回転数センサ（３６Ａ）と、
   モータ回転数センサ（３６Ａ）が出力するモータ回転数信号の波形をフィルタリングするフィルタ（３９）と、
   フィルタ（３９）が出力する波形に応じてベルト（２８）のスリップを判定するスリップ判定手段（Ｕ）と、
   を備えたことを特徴とするベルトのスリップ検知装置。
2. モータ（１５）に設けた駆動プーリ（２５）と被駆動機器（Ｅ）に設けた従動プーリ（１９）とに巻き掛けたベルト（２８）のスリップを検知するためのベルトのスリップ検知装置において、
   駆動プーリ（２５）あるいは従動プーリ（１９）とベルト（２８）との接触部から発生する接触音を検知する接触音センサ（３６Ｂ）と、
   接触音センサ（３６Ｂ）が出力する接触音信号の波形をフィルタリングするフィルタ（３９）と、
   フィルタ（３９）が出力する波形に応じてベルト（２８）のスリップを判定するスリップ判定手段（Ｕ）と、
   を備えたことを特徴とするベルトのスリップ検知装置。
3. 前記フィルタ（３９）はバンドパスフィルタであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のベルトのスリップ検知装置。

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