JP5434899B2 - 車両用減速機の振動試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用減速機の振動試験装置に関するものであり、特に、電気自動車の電気モータからの回転を減速して駆動輪に伝達する駆動経路に設けられる減速機から発生する振動の振動試験装置に関するものである。

車両の実車走行状態を再現して車両機器に生じる振動を計測して、振動評価をする振動試験装置が知られている。
例えば、特開平１１−３５２０２２号公報（特許文献１）には、車両に搭載する制動装置を適切に試験することができる車両用振動試験装置について示されている。

この特許文献１は、一般道路等の走行路を、車両を実際に走行させたときの実走行トルクデータを用いて、例えば、減速時のホイールトルクデータや踏力を得て、ブレーキ振動仮想評価装置の高応答ダイナモ、及びペダルアクチュエータを作動させる。このときの振動をボデー感受性として振動センサで計測し、ブレーキ振動とボデー感受性との間の関係を求め、ブレーキを評価するものである。
このように、実走行データから求めたデータを用いて、ブレーキ振動を生じさせ、それによる車両における振動（ステアリング振動、ペダル振動、車体振動）を計測している。

一方、近年普及している電気自動車においては、電気モータからの回転を減速して駆動輪に伝達するために、歯車伝達機構からなる減速装置が設けられている。
電気自動車はエンジン搭載車両に比べて大きな振動騒音の発生源がないため車室内の振動騒音レベルが低く、電気モータからの回転を減速して駆動輪に伝達する歯車伝達機構からなる減速装置から発する振動騒音が、乗員に対する振動騒音の大きな要因の一つとなっている。

特開平１１−３５２０２２号公報

前記したように電気自動車においては、歯車伝達機構からなる減速装置が設けられ、その減速装置から発せられる振動騒音が問題となっており、その振動騒音を評価する手法として、減速装置に走行中と同等レベルの負荷トルクを与えて減速装置を回転させることによって行っていた。
しかし、この方法であると、減速装置に与える負荷を実走行同等のトルクを与える必要があるため高負荷モータを用いなければならず、設備が大型化してしまい、自動車生産ライン内に試験装置として設置することが困難であった。また、設備が大型化してしまうことで、設備設置費用も高くなる問題もあった。

また、特許文献１に開示されている制動装置の車両用振動試験装置についても、実走行データから求めたデータを用いて、ブレーキ振動を生じさせ、それによる車両における振動を計測していることから、試験装置が大型化するため、生産ライン内に設置して生産される製品の品質保証のための試験装置としては適さない。

そこで、本発明は、これら問題に鑑みて、設備の大型化を抑えて、自動車生産ライン内に設置可能な車両用減速機の振動試験装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、車両の駆動力伝達経路に設けられる減速機の振動試験装置において、歯車噛み合いによる減速機構および左右の駆動輪へ回転力を分配する差動機構を備えて構成される減速機を試験対象品とし、該試験対象品の減速機を着脱可能に支持する支持台と、前記減速機の入力部に連結されて減速機に回転力を付与する回転力付与手段と、前記減速機に備えられる前記差動機構の一方の出力部に連結されて回転力を出力する出力軸と、該出力軸に設けられて差動機構をロック状態にして前記出力軸が連結された一方側のみから出力せしめる差動機構ロック手段と、前記出力軸に連結されて回転出力に制動力を付与して減速機に負荷を付与する負荷付与手段と、前記減速機に取り付けられた振動計測手段からの信号に基づいて振動評価を行う振動評価手段と、を備えたことを特徴とする。

かかる発明によれば、減速機に備えられる差動機構の一方の出力部に出力軸を連結して、該出力軸に差動機構ロック手段を設けて、出力軸を差動機ケースとともに回転させるようにして、出力軸が連結された一方側のみから出力せしめるようにしたので、本来差動機構の構造上２本必要である出力軸を本発明では、１本の出力軸によって減速機の出力を構成することによって、差動機構を有する減速機の振動試験装置を簡素化できる。

走行状態の負荷を付与する負荷付与手段が、出力軸が１本であるため、本来２本の出力軸に対してそれぞれ設ける必要があった負荷付与手段も簡素化でき、振動試験装置が全体として簡単化されて、設置スペースも広く必要としないため自動車生産ライン内における品質確認設備として設置可能になる。

また、本発明において好ましくは、前記差動機構は前記出力部を構成する一対のサイドギヤと、該サイドギヤと噛み合う一対のピニオンギヤを有し、前記差動機構ロック手段は前記一対のピニオンギヤをデフケースに対して回転自在に支持するピニオンシャフトを前記一方の出力部から挿入された出力軸の先端部によって掴むように構成し、前記出力軸が差動機ケースとともに回転するとよい。

このように、差動機構ロック手段は、一対のピニオンギヤを回転自在に支持するピニオンシャフトを前記一方の出力部から挿入された出力軸の先端部によって掴むように構成するため、出力軸を差動機ケースとともに回転せしめることができ、出力軸の一本化を達成できる。

また、本発明において好ましくは、前記負荷付与手段は、パウダーブレーキによって構成されるとよい。
このパウダーブレーキとは、ドライブメンバとドリブンメンバとを同心円筒状に配置して、両方が自由に回転できるように支持して、その隙間にパウダ（磁性鉄粉）を封入し、それに磁束を流すようにコイルを配置して、コイルを励磁することでパウダが鎖状に連結し、パウダ間の連結力とパウダ動作面間の摩擦力によって、ブレーキ力が発生するものである。

パウダーブレーキは磁力のよって生じる摩擦力を利用するため、ディスクブレーキのようなディスクの摩擦力による構造とは相違し、ディスクブレーキのようなディスクの摩耗によって部品効果を必要とすることはなく、半永久的にブレーキ力を得ることができるため、生産ラインの試験設備のような部品交換等のメンテナンス作業を必要としない負荷付与手段として適した構造である。

また、本発明において好ましくは、前記負荷付与手段によって付与される負荷が、通常走行レベルの負荷量より小さい負荷量を基に試験を行った振動結果によって振動評価を行うとよい。
実車の通常走行レベルの負荷トルクでの振動値と通常車走行レベルより小さい負荷トルクでの振動値との間の相関関係を予め確認しておき、通常走行レベルの負荷トルクより小さい負荷トルクに基づいて試験を行い、その振動結果を前記予め求めた相関関係によって、評価することができるため、試験装置の負荷付与手段を小型化でき、振動試験装置の簡単化を達成でき、設置スペースも広く必要としないため自動車生産ライン内における品質確認設備として設置可能になる。

本発明によれば、減速機に備えられる差動機構の一方の出力部にのみ出力軸を連結して回転を出力するとともに、該出力軸に差動機構ロック手段を設けて、出力軸を差動機ケースとともに回転させて、本来差動機構の構造上２本の出力軸が必要であるが本発明では、１本の出力軸によって減速機の出力を構成することによって、振動試験装置の簡素化ができる。

さらに、走行状態の負荷を付与する負荷付与手段が、出力軸が１本であるため、本来２本の出力軸に対してそれぞれ設ける必要があった負荷付与手段も簡素化でき、振動試験装置が簡単化されて、設置スペースも広く必要としないため自動車生産ライン内における品質確認設備として設置可能になる。
従って、設備の大型化を抑えて、自動車生産ライン内に設置可能な車両用減速機の振動試験装置を得ることができる。

本発明の実施形態の全体概要図であり、側面図を示す。 全体概要図であり、平面図である。 図２を詳細に示した一部断面説明図である。 図３のＸ視方向の一部断面説明図である。 試験手順を説明したフローチャートである。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

図１は、本発明の車両用減速機の振動試験装置の実施形態を示した概要側面図である。
振動試験装置１は、電気自動車の駆動モータから車輪への動力伝達経路に設けられて、歯車の組み合わせによる所定の減速比によって回転数を減速させる減速機構部（減速機構）３（図３参照）と、左右の駆動車輪へ駆動力を配分する差動機構部（差動機構）５（図３参照）とが組み込まれた減速機７を試験対象品にしたものであり、電気自動車の生産ラインの中に設置され、品質試験を行う試験装置として設けられている例を説明する。

振動試験装置１の概略構成は、図１、２に示すように、基盤９の上部に支持台１１が設置され、基盤９には、回転力を発生させるＡＣサーボモータ１３が取り付けられ、その回転が、ＡＣサーボモータ１３に取り付けられたプーリ１５とＶベルト１７を介して、支持台１１に取り付けられたスピンドル(回転力付与手段)１９のプーリ２１に伝達されて、該スピンドル１９を回転するようになっている。

図３に示すように、支持台１１には、試験対象の減速機７が着脱自在に、クランプ２３および固定ボルト（不図示）によって固定される。減速機７が支持台１１に固定される際に、スピンドル１９のプーリ２１とは反対側の先端部は、減速機７の入力軸２５に連結されて減速機に回転力を付与するようになっている。また、減速機７の出力部には、出力軸２７が連結され、その出力軸２７は、試験の際に減速機７に所定の負荷を付与する負荷付与手段としてのパウダーブレーキ２９に連結している。

スピンドル１９と、試験対象の減速機７と、負荷付与手段のパウダーブレーキ２９の周囲の詳細説明図を図３に示す。
図３において、スピンドル１９を支持する支持台１１は、基盤９の上面にボルト３１によって固定されており、支持台１１の垂直に立設した端面部分には、減速機７を固定して支持する面板３３が形成されている。
この面板３３の中央部分には開口部が形成され、その開口部分にスピンドル１９の端部に設けられた端部フランジ３５が形成されている。端部フランジ３５と減速機７の入力軸２５との間には、回転伝達治具３７が装着される。この回転伝達治具３７を交換可能にすることによって、入力軸２５の位置や径が異なる他機種の減速機に対応できるようになっている。

面板３３には、減速機７を面板３３に固定するクランプ２３が設けられている。本実施形態においては、減速機７の外周に３箇所のクランプ位置が設定されている。
クランプ２３は、図３に示すように鎖線の位置から実線の位置にクランプレバー３９を回転することによって、クランプ金具４１がクランプ軸方向に押圧力を付与して、減速機７のフランジ部４３を面板３３の方向に押し付けるようになっている。

また、支持台１１の側板４５にはスタッドボルト４７が固定され、該スタッドボルト４７の先端部には、負荷付与手段としてのパウダーブレーキ２９が取り付けられている。
パウダーブレーキ２９は、既に説明したように、パウダ（磁性鉄粉）を容器内に封入し、それに磁束を流すようにコイルを配置して、コイルを励磁することでパウダの連結による摩擦力が発生して容器内に設けられた回転部材にブレーキ力が発生するものである。図３のように、パウダ封入の容器内に回転軸４９を設けて、回転軸４９の先端部分にプーリ５１を設置して、Ｖベルト５３を介して、制動力が他側のプーリ５５に伝達されるようになっている。

パウダーブレーキ２９は磁力のよって生じる摩擦力を利用するため、ディスクブレーキのようなディスクの摩擦力による構造とは相違し、ディスクブレーキのようなディスクの摩耗によって部品効果を必要とすることはなく、半永久的にブレーキ力を得ることができるため、生産ラインの試験設備のような部品交換等のメンテナンス作業を必要としない負荷付与手段として適している。

また、他側のプーリ５５には連結軸５７が接続されて、その連結軸５７の先端部分には出力軸２７がボルト５９、５９で着脱可能に接続されている。連結軸５７は、連結軸保持部材６１に軸受６３を介して回転自在に保持され、連結軸保持部材６１は、支持台１１の上面に取り付けられた支持板６５にボルト６７によって固定されるとともに、該支持板６５は、前記スタッドボルト４７によっても固定されている。

さらに出力軸２７には、差動機構ロック手段を構成する係合部６９が形成されている。
この係合部６９は、図４に示すように、出力軸２７の先端部がほぼ半円弧状に切り欠かかれた形状をし、この切り欠き部分で、差動機構部５を構成するピニオンシャフト７１を掴むように構成し、ピニオンシャフト７１の軸線方向と直角方向の軸線を中心とする回転を阻止するようになっている。

係合部６９によるピニオンシャフト７１の掴む作用によって、出力軸２７は差動機ケース（デフケース）７３とともに回転して差動機構の作用がロック状態になるため、この係合部６９によって差動機構ロック手段を構成している。
また、前記出力軸２７は、ボルト５９によって連結軸５７に対して交換可能にすることによって、ピニオンシャフト７１の径が異なる他機種の減速機に対応できる。

ここで、差動機構部５の構造について概要を説明する。図３に示すように、差動機構部５は、減速機構部３の歯車と噛み合うリングギヤ７５と共に一体回転するデフケース７３と、デフケース７３に両端部が固定されて取り付けられたピニオンシャフト７１と、ピニオンシャフト７１に回転自在に支持され、一定間隔離間して対向する一対のピニオンギヤ７７と、ピニオンギヤ７７に噛合し、一定間隔離間して対向する一対のサイドギヤ７９とを備えて構成されており、リングギヤ７５に減速機構部３から入力される動力を、ピニオンギヤ７７を介して左右のサイドギヤ７９から差動出力するようになっている。

従って、ピニオンシャフト７１の軸線方向と直角方向の軸線を中心とする回転を、出力軸２７の先端部分に形成された係合部６９によって阻止することで、差動出力をロック状態にして出力軸２７をデフケース７３とともに回転せしめるようにしている。

以上の構成によって、減速機７に備えられる差動機構部５の一方の出力部にのみ出力軸２７を連結して回転を出力するとともに、該出力軸２７の先端にピニオンシャフト７１に係合して差動機能をロックする係合部６９を設けた簡単な構造によって、出力を片側だけから取り出すことができるようになる。
その結果、差動機構の構造上、本来２本の出力軸が必要である試験措置に比べて、１本でよいため、振動試験装置の簡素化ができ、設置スペースも広く必要としないため自動車生産ライン内における品質確認設備として、ライン内に設置可能になる。

さらに、本振動試験装置１は、前記減速機７に取り付けられた振動計測手段である加速度センサ８１、８３からの信号、入力回転数センサ８５からの信号がそれぞれ振動評価手段８９に入力されている。

また、加速度センサ８１は上下方向振動を検出し、加速度センサ８３は左右方向振動を検出できるように、減速機７の異なる面にそれぞれ設置されている。また、加速度センサ８１、８３の設置は、減速機７の外面に取り付けられるブラケット等の取り付け用のボルト穴や、プラグ用のボルト穴に測定用ダミーボルトを取り付けて該ボルト頭部に設置している。

パウダーブレーキ２９によって作用させる負荷は、実車走行レベルの負荷量より小さい負荷量を設定するようになっている。例えば、通常走行に近い駆動車輪からの負荷をかける場合としては、約３００Ｎｍの出力軸トルクをかけていたが、本発明においては約１／１００程度の３Ｎｍを付与して試験を行っている。

振動評価手段８９においては、加速度センサ８１、８３、入力回転数センサ８５からの信号を用いて、予め、実車の通常走行レベルの負荷トルクでの振動値と、通常車走行レベルより小さい負荷トルクでの振動値との間の相関関係を確認しておき、通常走行レベルの負荷トルクより小さい負荷トルクによる振動結果を前記予め求めた相関関係を利用して評価する。

このように、予め確認しておいた相関関係の振動特性を基に、通常走行時における負荷トルクよりも小さい負荷とるによって試験を実施することができるため、試験装置の負荷付与手段の小型化ができる。

そして、負荷の小容量化によって強度的にも減速機７に備えられる差動機構部５の一方の出力部にのみ出力軸２７を連結して出力できるとともに、該出力軸２７の先端にピニオンシャフト７１に係合して差動機能をロックする係合部６９を設けて簡単な構造によって、出力を片側だけから取り出すことが可能になるため、負荷付与手段の小型化と、差動機構部５の一方からの出力の取り出し構造とが組み合わさって、一層、試験装置の小型化が図れて、自動車生産ライン内に設置可能になる。

次に、図５のフローチャートを参照として、試験手順について説明する。
まず、ステップＳ１で、振動試験装置１の前に、減速機７が搬送されてきたら、減速機７の入力軸２５に回転伝達治具３７を取り付ける。

ステップＳ２では、減速機７を吊り金具を用いて吊り上げて、振動試験装置１の面板３３に、位置合わせを行って、クランプ２３および固定用ボルトで固定する。

ステップＳ３では、測定用ダミーボルトを取り付ける。ブラケット取り付け用のボルト穴や、プラグ用のボルト穴に測定用ダミーボルトを仮締め付けして、該ボルト頭部に加速度センサ８１、８３を取り付ける。

ステップＳ４では、減速機７にオイル供給用およびオイル吸引用のノズルを取り付ける。これは、減速機７に回転力を付与するとともに負荷を与えて回転させるため、減速機７のケーシング内部に潤滑用のオイルの供給および排出を行うためのノズルを取り付ける。

次に、ステップＳ５で、減速機７の表面に刻印または貼付されたバーコードをバーコードリーダ（不図示）で読取り、生産管理用の品質確認データとしてメモリー内に記憶する。

次に、ステップＳ６で、試験対象品の減速機７の取り付け作業が完了した作業完了ボタンを押して、自動運転の開始スイッチをＯＮにして、試験装置の自動運転を開始する。
自動運転が開始すると、基盤９に設けられたＡＣサーボモータ１３からの回転が、Ｖベルト１７によってスピンドル１９に伝達されて、スピンドル１９の出力が回転伝達治具３７を介して、減速機７の入力軸２５に伝達する。そして、減速機７の減速機構部３および差動機構部５を通って、出力軸２７、連結軸５７を通ってパウダーブレーキ２９に伝達される。一方、パウダーブレーキ２９によって、ブレーキ負荷がかけられて通常走行時より小さい条件での試験が実施される。
自動運転における運転パターンは、正回転運転と逆回転運転とを交互に実施し、それぞれの回転方向での振動が評価されるようになっている。

次に、ステップＳ７で、加速度センサ８１、８３からの信号の取得、そして、ステップＳ８で、入力回転数センサ８５からの回転数信号の取得を行う。そして、ステップＳ９で、これらセンサからの信号を用いて、減速機７における振動レベルの評価を行う。

具体的な評価は、予め、実車の通常走行レベルの負荷トルクでの振動値と、通常車走行レベルより小さい負荷トルクでの振動値との間の相関関係を確認しておき、通常走行レベルの負荷トルクより小さい負荷トルクによる振動結果を前記予め求めた相関関係を利用して評価する。

なお、高トルク時と低トルク時とでは、歯の撓みの傾向が異なるため、振動値の相関関係が低く低トルク時のデータを用いて実車走行レベルの振動評価をし難いが、歯車に高精度歯車を採用することで、高トルク時と低トルク時とにおける歯の撓み傾向が均一化となり、振動値に相関関係が生じる傾向があるため、歯車に高精度歯車を採用することによって、低トルクでの振動評価がより信頼性ある結果として得られる。
この高精度歯車の例としては、本実施形態の場合には、ギヤ精度旧ＪＩＳ０級（ゼロ級、最高精度レベル）のギヤを用いる。なお、新規格の精度等級によればＮ４級である。

そして、ステップと１０で、自動運転が完了後に各センサを取り外し、さらに、オイル供給・吸引ノズルを取外し、クランプ２３および固定ボルトを取り外して、減速機７を支持台１１から取り外して振動試験を終了し、次の工程へ搬送する。

以上の本実施形態によれば、設備の大型化を抑えて簡単な設備および手法によって、車両用の減速機７の振動試験を行うことができる。特に、減速機７としての振動騒音に対して高い品質が要求される電自動車の減速機のように高精度歯車が使用される減速機７において、簡単に設備と手法によって振動試験を実施することが可能となる。

本発明によれば、設備の大型化を抑えて、車両用減速機の振動試験を行うことができるので、自動車生産ライン内に設置可能な振動試験装置に適している。

１ 振動試験装置
３ 減速機構部（減速機構）
５ 差動機構部（差動機構）
７ 減速機
９ 基盤
１１ 支持台
１３ ＡＣサーボモータ
１５、２１ ５１、５５ プーリ
１７、５３ Ｖベルト
１９ スピンドル（回転力付与手段）
２７ 出力軸
２９ パウダーブレーキ（負荷付与手段）
５７ 連結軸
６９ 係合部（差動機構ロック手段）
７１ ピニオンシャフト
７３ デフケース
７７ ピニオンギヤ
７９ サイドギヤ
８１、８３ 加速度センサ（振動計測手段）
８５ 入力回転数センサ
８９ 振動評価手段

Claims (4)

1. 車両の駆動力伝達経路に設けられる減速機の振動試験装置において、
   歯車噛み合いによる減速機構および左右の駆動輪へ回転力を分配する差動機構を備えて構成される減速機を試験対象品とし、該試験対象品の減速機を着脱可能に支持する支持台と、
   前記減速機の入力部に連結されて減速機に回転力を付与する回転力付与手段と、
   前記減速機に備えられる前記差動機構の一方の出力部に連結されて回転力を出力する出力軸と、
   該出力軸に設けられて差動機構をロック状態にして前記出力軸が連結された一方側のみから出力せしめる差動機構ロック手段と、
   前記出力軸に連結されて回転出力に制動力を付与して減速機に負荷を付与する負荷付与手段と、
   前記減速機に取り付けられた振動計測手段からの信号に基づいて振動評価を行う振動評価手段と、
   を備えたことを特徴とする車両用減速機の振動試験装置。
2. 前記差動機構は前記出力部を構成する一対のサイドギヤと、該サイドギヤと噛み合う一対のピニオンギヤを有し、前記差動機構ロック手段は前記一対のピニオンギヤをデフケースに対して回転自在に支持するピニオンシャフトを前記一方の出力部から挿入された出力軸の先端部によって掴むように構成し、前記出力軸が差動機ケースとともに回転することを特徴とする請求項１記載の車両用減速機の振動試験装置。
3. 前記負荷付与手段は、パウダーブレーキによって構成されることを特徴とする請求項１記載の車両用減速機の振動試験装置。
4. 前記負荷付与手段によって付与される負荷が、実車走行レベルの負荷量より小さい負荷量を基に試験を行った振動結果によって振動評価を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用減速機の振動試験装置。

Images