JP2021025561A - 噛み合いクラッチ - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、第1実施形態の噛み合いクラッチ1は、クラッチ軸線Aが延びる方向(以下、軸方向と略す)に駆動側の第1クラッチ部材11と従動側の第2クラッチ部材12とを備えている。第1クラッチ部材11は、モータ等の動力装置2により駆動軸3を介して回転される。第2クラッチ部材12は、第1クラッチ部材11と噛み合った状態で、従動軸4を介して動力装置2の動力を被駆動部材(図示略)に伝達する。
図6、図7に示す第2実施形態では、制御装置7が面積検出信号の波形を2値化する処理を行っている。すなわち、検出装置6の出力にある閾値を設定し、閾値を上回る期間と閾値を下回る期間とに出力波形を区別する。噛み合い可能なタイミングの近くでは出力波形の振幅が小さくなるため、閾値を下回る期間が発生する。一方、噛み合い可能なタイミング以外でも、出力の振幅によっては閾値を下回る期間が発生するため、両者を区別するために、閾値を上回る判別値1と閾値を下回る判別値0とに出力波形を2値化する。そして、所定長さ以上の判別値0の期間(P1,P2,P3)が噛み合い可能なタイミングであると判断し、その期間の開始から終了までの中間点を噛み合いタイミング(T1,T2,T3)として求め、記憶領域に記憶する。
図8に示す第3実施形態では、検出装置6の出力ピーク値の積算結果に従って、制御装置7が過去の噛み合いタイミングを求めている。すなわち、検出装置が出力した面積検出信号のピークの絶対値を積算するか、あるいは、出力包絡線の絶対値を積算し、その積算値を時間軸に沿ってプロットして、図示するような曲線を得る。この曲線の傾きが0となる位相、つまり積算値の時間変化の1階微分値が0となる時点を噛み合いタイミング(T1,T2,T3)として求め、曲線の傾きが最大となる位相、つまり積算値の時間変化の2階微分値が0となる時点を前述した逆位相タイミング(Tx1,Tx2,Tx3)として求める。
図9に示す第4実施形態では、制御装置7が面積検出信号の振幅が減少する速度から次に振幅が0となる位相を将来の噛み合いタイミングとして予測している。ここで、振幅の減少速度は包絡線の傾きと同じである。ただし、この方法は、1回先の将来しか予測できないため、クラッチ作動遅れ時間が現在時刻から予測タイミングまでの時間よりも大きい場合に適用できない。そこで、回転数差が変化しない条件では、振幅増加速度が振幅減少速度と等しくなるため、振幅減少区間より以前の振幅増加区間の速度から次回の噛み合いタイミングを予測することが可能である。
図10に示す第5実施形態では、制御装置7が面積検出信号の波形をヒルベルト変換することで、数値的に噛み合いタイミングを求めている。ヒルベルト変換では、検出装置6の出力をg(t)、ヒルベルト変換後をh(t)とすると、出力の包絡線f(t)は、
f(t)=±√(h(t)2+g(t)2)
より表わされる。したがって、包絡線が閾値を下回る時点、図10に示す例では、包絡線の算出値が出力中央値となる時点を噛み合いタイミング(T)として求めることができる。
図12に示す第6実施形態では、制御装置7がFFT回路41を備え、面積検出信号を高速フーリエ変換することで、噛み合いタイミングを数値的に求めている。高速フーリエ変換によれば、2つのクラッチ部材11,12の回転位相を別々に取得できるため、制御装置7は噛み合いタイミングや逆位相タイミング、その他任意のタイミングを容易に求めることが可能で、多くの過去データに基づいた予測値に従ってアクチュエータ5を多様に制御することができる。
第2クラッチ部材12による信号:X2=P×cos(ω2×t+θ2)
検出装置6の出力:
Y=X1+X2
=P×cos(ω1×t+θ1)+P×cos(ω2×t+θ2)
=2×P×cos(((ω1+ω2)t+(θ1+θ2))/2)×
cos(((ω2−ω1)t+(θ2−θ1))/2)
(ω3t+θ3)/2=(N+1/2)π
これをtについて解くことで、N回先の噛み合いタイミングtを、
t=((π−θ3)+2Nπ)/ω3
より予測することができる。
上記各実施形態では、将来の噛み合いタイミングの予測手順について説明したが、クラッチ部材11,12の回転数に乱れが生じた場合、予測した噛み合いタイミングと実際の噛み合いタイミングとの間にタイムラグが発生する。例えば、車両用の噛み合いクラッチにおいて、第1クラッチ部材11がモータに連結され、第2クラッチ部材12が車軸に連結されている場合、図13(a)に示すように、車軸上のタイヤWが路面上の段差Sに乗り上げると、図13(b)に示すように、モータ側の回転数に対して車軸側の回転数が瞬間的に遅れることがある。そして、この遅れが、予測値を求めてからアクチュエータを動作させるまでの間に発生すると、噛み合いミスとなる。
7・・・制御装置、11・・・第1クラッチ部材、12・・・第2クラッチ部材、
13・・・第1係合歯、14・・・第2係合歯、
Cv・・・補正値、T・・・噛み合いタイミング、
Tp・・・過去の噛み合いタイミング、Tf・・・将来の噛み合いタイミング。
Claims (13)
- 複数の第1係合歯(13)が周方向に配列された第1クラッチ部材(11)と、
前記第1係合歯に解放可能に噛み合う複数の第2係合歯(14)が周方向に配列された第2クラッチ部材(12)と、
前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材をクラッチ軸線方向に相対移動して、前記第1係合歯および前記第2係合歯を噛み合わせるアクチュエータ(5)と、
前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材の回転位相差を検出する検出装置(6)と、
検出された回転位相差に基づいて前記アクチュエータに動作指令を出力する制御装置(7)と、を備え、
前記制御装置は、検出された回転位相差から前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材の噛み合いタイミングを求め、過去の噛み合いタイミングに基づいて少なくとも1つの将来の噛み合いタイミングを予測し、将来の噛み合いタイミングと現在時刻との差がクラッチ作動遅れ時間に達したときに、前記アクチュエータに動作指令を出力するように構成されている、噛み合いクラッチ。 - 前記制御装置は、将来の噛み合いタイミングの予測値に、前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材の回転数差に応じた補正値を加える処理を行う請求項1に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記検出装置は、所定面積の検出範囲(16)を備え、前記検出範囲内に含まれた前記第1係合歯および前記第2係合歯の面積に応じた信号によって前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材の回転位相差を検出する請求項1または2に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記検出装置の出力が閾値を下回る期間の中間点を前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材の噛み合いタイミングとして記憶する請求項3に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記検出装置の出力が閾値を上回る少なくとも1つの期間の中間点を前記第1係合歯および前記第2係合歯が正対する逆位相タイミングとして記憶し、複数の過去の噛み合いタイミングと少なくとも1つの過去の逆位相タイミングとに基づいて将来の噛み合いタイミングを予測する請求項4に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記検出装置の出力を積算し、積算値の時間変化の1階微分値が0となる時点を前記第1係合歯および前記第2係合歯の噛み合いタイミングとして記憶するとともに、積算値の時間変化の2階微分値が0となる時点を前記第1係合歯および前記第2係合歯が正対する逆位相タイミングとして記憶し、複数の過去の噛み合いタイミングと少なくとも1つの過去の逆位相タイミングとに基づいて将来の噛み合いタイミングを予測する請求項1または2に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記検出装置が出力した信号の振幅減少速度が0となる時点を将来の噛み合いタイミングとして予測する請求項3に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記検出装置が出力した信号の振幅増加速度からその後の振幅減少速度を推定し、前記振幅減少速度が0となる時点を将来の噛み合いタイミングとして予測する請求項3に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記検出装置の出力をヒルベルト変換した信号より出力の包絡線を求め、前記包絡線が閾値を下回る時点を前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材の噛み合いタイミングとして記憶する請求項3に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記検出装置の出力をヒルベルト変換した信号より出力の包絡線を求め、前記包絡線を再度ヒルベルト変換して位相を求め、噛み合いタイミングとなる位相を0とし、その他の位相点を将来の噛み合いタイミングの予測に用いる請求項3に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記検出装置の出力を高速フーリエ変換し、前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材の回転位相を求め、両者の回転位相差に基づいて前記第1クラッチ部材および前記第2クラッチ部材の噛み合いタイミングを記憶する、請求項3に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、前記第1クラッチ部材または前記第2クラッチ部材の何れか一方の回転数が外乱によって他方のクラッチ部材の回転数よりも低下するときに、予測した噛み合いタイミングよりも外乱による遅れ時間だけ先行するタイミングで前記アクチュエータに動作指令を出力する請求項1〜11の何れか一項に記載の噛み合いクラッチ。
- 前記制御装置は、将来の噛み合いタイミングを予測する複数の予測部を有し、前記予測部を切り替えて使用する、請求項1に記載の噛み合いクラッチ。
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WO2024024541A1 (ja) * | 2022-07-27 | 2024-02-01 | 株式会社デンソー | 噛み合いクラッチ係合制御システム |
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