JP4294465B2

JP4294465B2 - 動力伝達装置の制御装置

Info

Publication number: JP4294465B2
Application number: JP2003433378A
Authority: JP
Inventors: 学池谷; 武彦伯井; 勝也楠田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005188688A

Description

本発明は、入力軸から出力軸へ動力（トルク）を伝達する動力伝達装置（トルク伝達装置）の制御装置に関する。

図１に示すように、モータ等のトルク発生機構２と、減速機構４と、トルク−スラスト変換機構６から構成されるアクチュエータ８により、摩擦係合装置（クラッチ）１０の入力軸トルクに対する出力軸トルクの大きさを制御する機構が、例えば特公平８−１９９７１号公報に開示されている。

このようなアクチュエータ８を用いて、クラッチ１０の入力軸トルクに対する出力軸トルクの大きさは、クラッチ１０の荷重（クラッチ推力）を変化させることにより制御可能である。

クラッチの荷重を調整するのに荷重センサを用いることが考えられるが、荷重センサは精度と耐久性に問題があり、更に荷重センサを設けた場合にはコストアップになるという問題がある。

クラッチの荷重は、アクチュエータの効率を考慮すればモータ出力トルクで代用可能であり、モータ出力トルクとモータ電流値は比例関係にあるため、従来はモータ電流値を用いてクラッチの出力軸トルクを制御していた。

即ち、モータ電流とモータ出力トルクは定常的には相関が高いため、目標とするクラッチを締結する推力をうるためのモータ出力トルクを算出し、そのモータ出力トルクをうるために必要な電流値を求めこれを指令値としてモータを駆動する。

モータがクラッチ締結のための駆動源として用いられる場合、目標のクラッチ推力が得られるまではモータは回転するが、目標推力に達するとモータの回転は停止する。

つまり、定常状態ではモータはほとんど回転せずトルクを発生していることになる。この定常状態においては、モータトルクとモータ電流は比例関係にあり、これに基づいて指令電流値が決定される。
特公平８−１９９７１号公報特開２００２−２３５８３０号公報

このようにモータに印加する電流を制御してクラッチの出力軸トルクの制御を行う場合、減速機構４及びトルク−スラスト変換機構６の摺動フリクションが大きいと、電流値とクラッチ推力の関係に図２に示すように大きなヒステリシス１２が生じる。

図２は、ゼロ点からある目標推力値まで推力を発生させ、再びゼロ点まで戻した際の実際のモータ電流値と推力の関係を示している。この大きなヒステリシスを発生させる主な原因は、減速機構４のギヤの摺動フリクションとトルク−スラスト変換機構６の摺動フリクションと考えられる。

摺動フリクションが大きいと、電流を増加方向から減少方向へ切り替えても、フリクションを超える電流変化が得られるまで推力が下がらないため、図２に示すように大きなヒステリシスを生じることになる。その結果、モータ電流を用いてクラッチの出力軸トルク制御をした場合、制御精度が大きく低下してしまう。

よって、本発明の目的は、出力軸トルクを精度良く制御可能な動力伝達装置の制御装置を提供することである。

本発明によると、入力軸と出力軸の間に設けられたクラッチと、モータと、該モータで発生したトルクをスラスト力に変換して前記クラッチを係合するトルク−スラスト変換機構とを備えた動力伝達装置の制御装置であって、前記モータの回転角を検出する回転角検出手段と、前記モータを作動させて前記クラッチが係合を開始するまでのモータの回転角度を算出し、該回転角度を基準角度とする基準角度算出手段と、目標出力軸トルクを前記基準角度に基づいた目標回転角度に変換するトルク−回転角度変換手段と、実モータ角度と前記基準角度との間の第１偏差を算出する第１偏差算出手段と、前記目標回転角度と前記第１偏差との間の第２偏差を算出する第２偏差算出手段と、前記第１偏差及び第２偏差に基づいて、モータ角度を前記基準角度をゼロ点とするゼロ点基準モータ角度に追従させるための電圧指令値又は電流指令値を算出する指令値算出手段とを具備し、前記モータ出力軸に係合された駆動ギヤと、前記駆動ギヤに噛み合う中間ギヤと、前記中間ギヤに結合されたベースギヤと、前記中間ギヤに係合され前記ベースギヤよりも大径のサブギヤとを含み、前記トルク−スラスト変換機構は、前記ベースギヤに噛み合うように前記出力軸に回転可能に取り付けられたベースカムギヤと、前記サブギヤに噛み合うように前記出力軸に回転可能に取り付けられた前記ベースカムギヤよりも小径に形成されたサブカムギヤと、前記ベースカムギヤとサブカムギヤのそれぞれの対向面に円周方向に形成された複数個の窪みにそれぞれ収容された複数のボールとを含むことを特徴とする動力伝達装置の制御装置が提供される。

クラッチストロークに代用可能なモータの回転角情報とクラッチ荷重の間には高い相関関係が存在する。そこで、本発明では、モータの回転角度を検出し、回転角度に応じて制御を行うことで、フリクションの影響を低減することができ、出力軸トルクを精度良く制御可能となる。

本発明によると、モータの回転角情報を用いてクラッチ締結力を制御しているため、減速機構及び／又はトルク−スラスト変換機構の摺動フリクションの影響を低減することができ、出力軸トルクを精度良く制御することが可能となる。

図３を参照すると、本発明の動力伝達装置の制御装置が適用されるのに適したフロントエンジン・フロントドライブ（ＦＦ）車ベースの４輪駆動車両の動力伝達系の概略図が示されている。
車両前方に配置されたエンジン１４の動力がトランスミッション１６及びフロントデファレンシャル装置１８を介してフロント車軸２０，２２に伝達され、前輪，２４，２６が駆動される。

また、エンジン１４の動力はトランスミッション１６，フロントデファレンシャル装置１８及びトランスファギヤ機構２８を介してプロペラシャフト（入力シャフト）３０にも伝達される。

プロペラシャフト３０の動力は、摩擦係合装置であるクラッチ３２の係合の程度に応じて出力シャフト３４に伝達される。出力シャフト３４の動力は、駆動ギヤ４２，ハイポイドギヤ４４及びリヤデファレンシャル装置４６を介してリヤ車軸４８，５０に伝達され、後輪５２，５４が駆動される。

クラッチ３２の係合の程度又は締結力は、トルク発生機構としてのモータ３６，減速機構３８及びトルク−スラスト変換機構４０から構成されるアクチュエータにより制御される。

次に、図４の縦断面図を参照して、本発明の制御装置を適用するのに適した動力伝達装置の詳細構造について説明する。ケーシング５８内には図示しないプロペラシャフト（入力シャフト）３０に固定されるコンパニオンフランジ６０と出力シャフト３４が回転自在に取り付けられている。

クラッチ３２はコンパニオンフランジ６０に固定的に取り付けられたクラッチガイド６２と、出力シャフト３４にスプライン結合されたクラッチハブ６６を含んでいる。クラッチガイドを６２の内周部には複数のクラッチプレート６４が回転不能且つ軸方向移動可能に取り付けられている。

更に、クラッチプレート６４と交互に配置されるようにクラッチハブ６６の外周に回転不能且つ軸方向移動可能に複数のクラッチディスク６８が取り付けられている。７０はピストン（圧力プレート）であり、ピストン７０とクラッチハブ６６の間にはリターンスプリング７２が介装されている。

モータ３６の出力軸７４には駆動ギヤ７６が結合されている。モータ３６の回転角は回転角センサ７８で検出される。減速機構３８はシャフト８０に回転可能に取り付けられ、駆動ギヤ７６に噛み合う中間ギヤ８２と、中間ギヤ８２にスプライン結合されたベースギヤ８４と、中間ギヤ８２にスプライン結合されベースギヤ８４より大径のサブギヤ８６を含んでいる。

トルク−スラスト変換機構４０はボールカブアセンブリから構成され、ベースギヤ８４に噛合するように出力シャフト３４に回転可能に取り付けられたベースカムギヤ８８と、サブギヤ８６に噛合するように出力シャフト３４に回転可能に取り付けられたサブカムギヤ９０を含んでいる。

ベースカムギヤ８８とサブカムギヤ９０のそれぞれの対向面には円周方向に等間隔離間された複数個の窪みが形成されており、これらの窪み中にボール９２がそれぞれ収容されている。

ケーシング５８に取り付けられた圧力プレート９４と、ベースカムギヤ８８との間にスラストニードル９６が介装され、サブカムギヤ９０とピストン７０の間にスラストニードル９８が介装されている。圧力プレート９４によりベースカムギヤ８８の右方向への動きが規制される。

而して、モータ３６を回転すると、駆動ギヤ７６，中間ギヤ８２，ベースギヤ８４及びサブギヤ８６を介してベースカムギヤ８８及びサブカムギヤ９０がそれぞれ回転される。

ベースギヤ８４はサブギヤ８６よりも小径に形成され、ベースカムギヤ８８はサブカムギヤ９０よりも大径に形成されているため、サブカムギヤ９０はベースカムギヤ８８よりも早く回転される。

この差回に応じて、ボール９２が窪み中に完全に収容された状態から部分的に収容された状態になるため、スラスト力が発生しサブカムギヤ９０が図４で左方向に移動される。

これにより、ピストン７０が駆動されてクラッチプレート６４とクラッチディスク６８が互いに圧接され、クラッチ３２が係合（締結）される。クラッチ３２の係合の程度はサブカムギヤ９０の移動量、即ちモータ３６の回転角度により制御される。

以下、クラッチ３２の係合の程度、即ち締結力を制御する本発明の制御装置について詳細に説明する。図５は本発明に係る動力伝達装置の制御装置の原理ブロック図を示している。

動力伝達装置の制御装置は、モータ３６の回転角を検出する回転角検出手段７８と、モータ３６を作動させてクラッチ３２が係合を開始するまでの回転角度を算出し、この回転角度を基準角度とする基準角度算出手段１００を含んでいる。

トルク−回転角度変換手段１０２は目標出力軸トルクを基準角度（ゼロ点）に基づいた目標回転角度に変換するものであり、例えばエレクトロニック・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）に予め記憶されているテーブルデータにより提供される。

第１偏差算出手段１０４は、実モータ角度と基準角度との間の第１偏差を算出する。モータ角速度算出手段１０６は、実モータ回転角度を時間微分することによりモータ角速度を算出する。第２偏差算出手段１０８は、目標回転角度と第１偏差との間の第２偏差を算出する。

指令値算出手段１１０は、第１偏差、モータ角速度及び第２偏差に基づいて、モータ角度を基準角度をゼロ点とするゼロ点基準モータ角度に追従させるための電圧指令値又は電流指令値を算出する。

指令値算出手段１１０で算出した電圧指令値又は電流指令値に基づいてモータ３６を駆動することにより、モータ３６とクラッチ３２との間に介装されている減速機構３８及びトルク−スラスト変換機構４０の摺動フリクションの影響を低減することができ、クラッチ３２の出力軸トルクを精度よく制御することができる。

次に、図６のフローチャートを参照して本発明の実施形態に係る動力伝達装置の制御装置の処理を詳細に説明する。

まず、ステップ１０でモータ３６の基準角度を算出する。即ち、クラッチ３２のクラッチプレート６４とクラッチディスク６８が接触を開始する位置までモータ３６を回転させ、その位置をモータ基準角度（ゼロ点）に設定する。

図７はモータ回転角度とモータ電流値との関係を示している。モータ３６を回転させると、クラッチ３２のクラッチプレート６４とクラッチディスク６８が接触を開始するＰ点まではモータ電流値は概略一定であり、ほとんど無負荷状態である。

Ｐ点を超えてモータを更に回転させると、モータ電流値は直線的に増加し、負荷も増加する。よって、電流値変化点Ｐをクラッチ３２が係合を開始した点として基準角度（ゼロ点）θ_０とする。

次いで、ステップ１１へ進んで目標出力軸トルクを図８に示すような変換テーブルを用いて、ゼロ点基準目標モータ角度に変換する。この変換テーブルは、ゼロ点を基準に作成されたテーブルである。

ステップ１２では、ゼロ点基準モータ角度を算出する。即ち、現在のモータ回転角度とモータ基準角度θ_０との差（第１偏差）を算出する。これを図９に示したピストン位置とモータ回転角度との関係を参照して更に説明する。

図９においては、Ａはピストン７０が最も戻った位置であり、モータ回転角０度に対応する。Ｂはピストン７０がゼロ点位置にある場合であり、モータ回転角θ_０に対応する。Ｃは現在のピストン位置であり、モータ回転角θ_２に対応する。Ｄは目標ピストン位置であり、モータ回転角θ_１に対応する。よって、ステップ１２では、ゼロ点基準モータ角度θ_３＝θ_２−θ_０を算出する。

次いで、ステップ１３へ進んでモータ角度からモータ角速度を算出する。即ち、実モータ角度を時間微分することによりモータ角速度を算出する。ステップ１４では、ゼロ点基準目標モータ角度とゼロ点基準モータ角度の差（第２偏差）を算出する。即ち、図９において、Δθ＝θ_１−θ_３を算出する。

次いで、ステップ１５へ進んで、ゼロ点基準モータ角度θ_３（第１偏差）、モータ角速度及び第２偏差Δθに基づいて、モータ角度をゼロ点基準モータ角度に追従させるための電圧指令値を算出する。

この電圧指令値をＰＷＭデューティ変換して、ＰＷＭ信号を作成し、このＰＷＭ信号をモータドライバに供給してモータ３６を駆動する。尚、ステップ１５で第１偏差、モータ角速度及び第２偏差に基づいて、モータ角度をゼロ点基準モータ角度に追従させるための電流指令値を算出するようにしてもよい。

以上説明した制御フローは、図１０に示すような制御ブロック図で示される。この制御ブロック図は積分型最適サーボ系設計手法を用いて構成した制御ブロック図であり、係数Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_３は評価関数により一意的に決定される。

図１１は本発明によるモータ回転角度とクラッチ推力の関係を示している。図１１から明らかなように、位置制御に基づいた本発明によると、図２に示した従来の電流制御による大きなヒステリシス１２に比較して、そのヒステリシス１２´を非常に小さく抑制することができる。

このようにモータ３６の回転角度に応じて制御を行うことにより、フリクションの影響を低減することができ、クラッチ３２の出力軸トルクを精度良く制御することができる。

尚、以上の説明はモータ角度に基づき制御した場合であるが、クラッチ３２のストローク又は減速機構３８の回転部の回転角等により制御するように構成してもよい。

クラッチをモータ、減速機構及びトルク−スラスト変換機構からなるアクチュエータにより締結する装置のブロック図である。従来の電流制御に基づいたモータの電流値とクラッチ推力との関係を示す図である。本発明の制御装置を適用するのに適した車両の動力伝達系を概略的に示す図である。本発明の制御装置を適用するのに適した動力伝達装置の縦断面図である。本発明制御装置の原理ブロック図である。本発明実施形態の処理を示すフローチャートである。モータ回転角度とモータ電流値との関係を示す図である。目標出力軸トルクとゼロ点基準目標モータ角度との関係を示すテーブルである。ピストン位置とモータ回転角度との関係を示す図である。本発明を積分型最適サーボ系設計手法を用いて構成したブロック図である。本発明によるモータ回転角度とクラッチ推力との関係を示す図である。

符号の説明

３０プロペラシャフト（入力シャフト）
３２クラッチ
３４出力シャフト
３６モータ
３８減速機構
４０トルク−スラスト変換機構
７０ピストン
７８回転角センサ
８８ベースカムギヤ
９０サブカムギヤ
９２ボール

Claims

入力軸と出力軸の間に設けられたクラッチと、モータと、該モータで発生したトルクをスラスト力に変換して前記クラッチを係合するトルク−スラスト変換機構とを備えた動力伝達装置の制御装置であって、
前記モータの回転角を検出する回転角検出手段と、
前記モータを作動させて前記クラッチが係合を開始するまでのモータの回転角度を算出し、該回転角度を基準角度とする基準角度算出手段と、
目標出力軸トルクを前記基準角度に基づいた目標回転角度に変換するトルク−回転角度変換手段と、
実モータ角度と前記基準角度との間の第１偏差を算出する第１偏差算出手段と、
前記目標回転角度と前記第１偏差との間の第２偏差を算出する第２偏差算出手段と、
前記第１偏差及び第２偏差に基づいて、モータ角度を前記基準角度をゼロ点とするゼロ点基準モータ角度に追従させるための電圧指令値又は電流指令値を算出する指令値算出手段とを具備し、
前記モータ出力軸に係合された駆動ギヤと、前記駆動ギヤに噛み合う中間ギヤと、前記中間ギヤに結合されたベースギヤと、前記中間ギヤに係合され前記ベースギヤよりも大径のサブギヤとを含み、
前記トルク−スラスト変換機構は、前前記ベースギヤに噛み合うように前記出力軸に回転可能に取り付けられたベースカムギヤと、前記サブギヤに噛み合うように前記出力軸に回転可能に取り付けられた前記ベースカムギヤよりも小径に形成されたサブカムギヤと、前記ベースカムギヤとサブカムギヤのそれぞれの対向面に円周方向に形成された複数個の窪みにそれぞれ収容された複数のボールとを含むことを特徴とする動力伝達装置の制御装置。