JP6327097B2 - Control device, control method and program for driving force transmission device - Google Patents

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Description

本発明は、入力軸の駆動力を間欠的に出力軸に伝達する駆動力伝達装置を制御する制御装置、制御方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to a control device, a control method, and a program for controlling a driving force transmission device that intermittently transmits a driving force of an input shaft to an output shaft.

従来から、入力軸の駆動を、角速度やトルクを変化させて出力軸に伝達させる駆動力伝達装置が用いられている。例えば特許文献1では、入力軸と出力軸との間に設けられた、遊星ギア機構と摩擦クラッチ部材を備えた変速装置が開示されている。また、特許文献2では、入力軸及び出力軸の双方に固定ディスク及び軸方向に摺動可能なディスクを備え、両ディスクにベルト状の駆動媒体を掛け渡した無段変速機が開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a driving force transmission device that transmits driving of an input shaft to an output shaft by changing angular velocity or torque has been used. For example, Patent Document 1 discloses a transmission provided with a planetary gear mechanism and a friction clutch member provided between an input shaft and an output shaft. Patent Document 2 discloses a continuously variable transmission that includes a fixed disk and an axially slidable disk on both the input shaft and the output shaft, and a belt-like drive medium is stretched over both the disks. .

特開2001−182785号公報JP 2001-182785 A 特開2007−285530号公報JP 2007-285530 A

ところで、従来の駆動力伝達装置においては、駆動側(入力側)と被駆動側(出力側)との速度が異なる(非同期の)状態で摩擦係合により双方を結合させて動力伝達を行っている。摩擦係合によって速度を同期させる過程ですべりによる損失や摩擦熱が発生し、伝達効率の低下につながる。そこで、本発明は、駆動側と被駆動側を同期させた状態での動力伝達が可能な、駆動力伝達装置の制御装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。   By the way, in a conventional driving force transmission device, power transmission is performed by coupling both of them by friction engagement in a state where the driving side (input side) and the driven side (output side) are different (asynchronous). Yes. In the process of synchronizing the speed by friction engagement, slip loss and frictional heat are generated, leading to a decrease in transmission efficiency. Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device, a control method, and a program for a driving force transmission device capable of transmitting power in a state where the driving side and the driven side are synchronized.

本発明は、駆動力伝達装置の制御装置に関するものである。駆動力伝達装置は、駆動源により回転駆動させられる入力シャフトと、前記入力シャフトと同軸上に設けられた出力シャフトと、一端が前記出力シャフトに連結されその軸周方向に配置された弾性部材と、前記弾性部材の他端に連結され、当該弾性部材の伸縮に伴って前記出力シャフトの軸周方向に往復運動させられる振動子と、前記振動子と前記入力シャフトの角速度が等しいときに両者を係合させるクラッチ部材と、前記振動子と前記出力シャフトの角速度が等しいときに前記振動子を固定部に係合させるブレーキ部材と、を備える。制御装置は、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを制御することで前記出力シャフトから得られる出力トルクを制御する制御部を備える。   The present invention relates to a control device for a driving force transmission device. The driving force transmission device includes an input shaft that is rotationally driven by a drive source, an output shaft that is provided coaxially with the input shaft, and an elastic member that is connected to the output shaft at one end and disposed in the axial circumferential direction. A vibrator connected to the other end of the elastic member and reciprocated in the axial circumferential direction of the output shaft as the elastic member expands and contracts, and when the angular velocity of the vibrator and the input shaft is equal. A clutch member to be engaged; and a brake member for engaging the vibrator with a fixed portion when the vibrator and the output shaft have the same angular velocity. The control device includes a control unit that controls output torque obtained from the output shaft by controlling engagement and disengagement timings of the clutch member and the brake member.

また、上記発明において、前記振動子の動作は、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材のいずれからも解放され単振動する第1フェーズ、前記クラッチ部材により前記入力シャフトに係合される第2フェーズ、前記第2フェーズ後に前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材のいずれからも解放され単振動する第3フェーズ、及び、前記ブレーキ部材により前記固定部に係合される第4フェーズを含み、前記制御部は、前記第1から第4フェーズのモデル式に基づいて、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを求めることが好適である。   Further, in the above invention, the operation of the vibrator includes a first phase that is released from both the clutch member and the brake member and performs simple vibration, a second phase that is engaged with the input shaft by the clutch member, Including a third phase that is released from both the clutch member and the brake member after the second phase and is simply oscillated, and a fourth phase that is engaged with the fixed portion by the brake member, It is preferable to obtain the engagement and disengagement timings of the clutch member and the brake member based on the model equations of the first to fourth phases.

また、上記発明において、前記制御部は、前周期の前記第3及び第4フェーズの、前記振動子の位相、前記クラッチ部材の解放タイミング、前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを前記モデル式に代入することで、現周期の前記クラッチ部材の係合タイミングを求めることが好適である。   Further, in the above invention, the control unit uses the model formula for the phase of the vibrator, the release timing of the clutch member, the engagement and release timing of the brake member in the third and fourth phases of the previous period. By substituting, it is preferable to obtain the engagement timing of the clutch member in the current cycle.

また、上記発明において、前記制御部は、前記第3フェーズを省略する近似を行うとともに、前記第1、第2、及び第4フェーズのモデル式をもとに、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを求めることが好適である。   Further, in the above invention, the control unit performs approximation that omits the third phase, and based on the model expressions of the first, second, and fourth phases, the clutch member and the brake member It is preferable to determine the engagement and release timing.

また、上記発明において、前記制御部は、前記第1及び第3フェーズの時間の合計を、ばね・マス系の周期に等しくさせる近似を行うとともに、前記第1から第4フェーズのモデル式をもとに、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを求めることが好適である。   Further, in the above invention, the control unit performs approximation to make the sum of the times of the first and third phases equal to the period of the spring / mass system, and also has the model equations of the first to fourth phases. In addition, it is preferable to obtain the engagement and disengagement timings of the clutch member and the brake member.

また、本発明はプログラムに関するものである。当該プログラムは、コンピュータを、上記発明の前記制御部として機能させる。   The present invention also relates to a program. The program causes a computer to function as the control unit of the invention.

また、本発明は駆動力伝達装置の制御方法に関するものである。当該駆動力伝達装置は、駆動源により回転駆動させられる入力シャフトと、前記入力シャフトと同軸上に設けられた出力シャフトと、一端が前記出力シャフトに連結されその軸周方向に配置された弾性部材と、前記弾性部材の他端に連結され、当該弾性部材の伸縮に伴って前記出力シャフトの軸周方向に往復運動させられる振動子と、前記振動子と前記入力シャフトの角速度が等しいときに両者を係合させるクラッチ部材と、前記振動子と前記出力シャフトの角速度が等しいときに前記振動子を固定部に係合させるブレーキ部材と、を備える。この駆動力伝達装置に対して、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを制御することで前記出力シャフトから得られる出力トルクを制御する。   The present invention also relates to a method for controlling a driving force transmission device. The driving force transmission device includes an input shaft that is rotationally driven by a driving source, an output shaft that is provided coaxially with the input shaft, and an elastic member that is connected to the output shaft at one end and is disposed in the circumferential direction thereof. A vibrator connected to the other end of the elastic member and reciprocated in the axial circumferential direction of the output shaft as the elastic member expands and contracts, and when the angular velocity of the vibrator and the input shaft are equal. And a brake member for engaging the vibrator with a fixed portion when the vibrator and the output shaft have the same angular velocity. By controlling the engagement and disengagement timings of the clutch member and the brake member for the driving force transmission device, the output torque obtained from the output shaft is controlled.

本発明によれば、駆動側と被駆動側を同期させた状態での動力伝達が可能な、駆動力伝達装置の制御装置、制御方法及びプログラムを提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a control device, a control method, and a program for a driving force transmission device capable of transmitting power in a state where the driving side and the driven side are synchronized.

本実施形態に係る駆動力伝達装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the driving force transmission apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の具体的な構成を例示する斜視断面図である。It is a perspective sectional view which illustrates the concrete composition of the driving force transmission device concerning this embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the driving force transmission apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the driving force transmission apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the driving force transmission apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の1周期分の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement for 1 period of the driving force transmission apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の1周期分の動作をトルク変動とともに説明する図である。It is a figure explaining operation | movement for 1 period of the driving force transmission apparatus which concerns on this embodiment with a torque fluctuation. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の制御(1)のフローチャートである。It is a flowchart of control (1) of the driving force transmission device according to the present embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の制御(2)を説明する図である。It is a figure explaining control (2) of the driving force transmission device concerning this embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の制御(2)のフローチャートである。It is a flowchart of control (2) of the driving force transmission device according to the present embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の制御(3)のフローチャートである。It is a flowchart of control (3) of the driving force transmission device according to the present embodiment. 本実施形態に係る駆動力伝達装置の制御(4)のフローチャートである。It is a flowchart of control (4) of the driving force transmission device according to the present embodiment.

<全体構成>
図1に、本実施形態に係る駆動力伝達装置10の模式図を示す。駆動力伝達装置10は、入力シャフト12、出力シャフト14、伝達部材16、制御部19、及び速度センサ21A,21B,21Cを備える。駆動力伝達装置10は、例えば、車両の内燃機関等の駆動源から、駆動輪に駆動力を伝達する際の変速手段として用いられる。
<Overall configuration>
In FIG. 1, the schematic diagram of the driving force transmission apparatus 10 which concerns on this embodiment is shown. The driving force transmission device 10 includes an input shaft 12, an output shaft 14, a transmission member 16, a control unit 19, and speed sensors 21A, 21B, and 21C. The driving force transmission device 10 is used as a transmission means for transmitting driving force from a driving source such as an internal combustion engine of a vehicle to driving wheels, for example.

入力シャフト12による駆動力は、伝達部材16のクラッチ部材22を介して伝達部材16の弾性部材18に伝達される。このとき、入力シャフト12の運動エネルギが弾性部材18の弾性エネルギに変換される。クラッチ部材22の解放後、伝達部材16のブレーキ部材24によって伝達部材16の振動子20がケーシング等の固定部17に係合される。このとき、弾性部材18の伸縮に応じて出力シャフト14が押し回される。このようにして弾性部材18の弾性エネルギが出力シャフト14の運動エネルギとして伝達される。   The driving force by the input shaft 12 is transmitted to the elastic member 18 of the transmission member 16 via the clutch member 22 of the transmission member 16. At this time, the kinetic energy of the input shaft 12 is converted into the elastic energy of the elastic member 18. After the clutch member 22 is released, the brake member 24 of the transmission member 16 causes the vibrator 20 of the transmission member 16 to engage with the fixed portion 17 such as a casing. At this time, the output shaft 14 is pushed around according to the expansion and contraction of the elastic member 18. In this way, elastic energy of the elastic member 18 is transmitted as kinetic energy of the output shaft 14.

<各構成の詳細>
入力シャフト12は、図示しない駆動源により回転駆動させられる。出力シャフト14は、入力シャフト12と離間するようにして設けられるとともに、当該入力シャフト12と同軸上に設けられる。出力シャフト14は、例えば図1に示すように中空形状であって、その内部に入力シャフト12が配置されるものであってもよいし、後述する図2のように、入力シャフト12と同軸上に並んで配置されるものであってもよい。
<Details of each configuration>
The input shaft 12 is driven to rotate by a drive source (not shown). The output shaft 14 is provided so as to be separated from the input shaft 12 and is provided coaxially with the input shaft 12. The output shaft 14 may have a hollow shape as shown in FIG. 1, for example, and the input shaft 12 may be disposed inside the output shaft 14 or may be coaxial with the input shaft 12 as shown in FIG. It may be arranged side by side.

伝達部材16は、入力シャフト12の駆動力を、弾性部材18を介して出力シャフト14に伝達する。なお、図1では、伝達部材16が出力シャフト14上に2つ設けられているが、この形態に限らない。例えば伝達部材16は一つであってもよい。また、径方向のバランスを取るために(カウンタウェイトとして)、軸対象に複数の伝達部材16を設けてもよい。伝達部材16は、弾性部材18、振動子20、クラッチ部材22及びブレーキ部材24を備える。   The transmission member 16 transmits the driving force of the input shaft 12 to the output shaft 14 via the elastic member 18. In addition, in FIG. 1, although the two transmission members 16 are provided on the output shaft 14, it is not restricted to this form. For example, the number of transmission members 16 may be one. Further, in order to balance in the radial direction (as a counterweight), a plurality of transmission members 16 may be provided on the axial object. The transmission member 16 includes an elastic member 18, a vibrator 20, a clutch member 22, and a brake member 24.

弾性部材18は、出力シャフト14に一端が連結されるとともに、他端に振動子20が連結される。弾性部材18は、出力シャフト14の軸心から外れた位置に、軸周回りに配置される。例えば、出力シャフト14の軸方向端面に、円環状のスロット(リングスロット)を形成するとともに、このスロット内に弾性部材18を配置する。スロットがガイドとなって、弾性部材18は出力シャフト14の軸周に沿って伸縮(弾性振動)させられる。弾性部材18は、例えばコイルばねから構成されてよい。   The elastic member 18 has one end connected to the output shaft 14 and the vibrator 20 connected to the other end. The elastic member 18 is arranged around the shaft circumference at a position deviated from the axis of the output shaft 14. For example, an annular slot (ring slot) is formed on the axial end surface of the output shaft 14, and the elastic member 18 is disposed in the slot. The slot serves as a guide, and the elastic member 18 is expanded and contracted (elastically vibrated) along the circumference of the output shaft 14. The elastic member 18 may be composed of a coil spring, for example.

弾性部材18の振動周期は、駆動源の最大回転周期よりも短くなるように形成されていることが好適である。例えば、駆動源を内燃機関として、その最大回転数(最大許容回転数)が6000rpm(=100Hz)であった場合、100Hzより高い固有振動数を備える弾性部材18を備えることが好適である。このようにすることで、後述するように、入力シャフト12の一回転中に、複数回に亘って、出力シャフト14に駆動力を伝達することが可能となる。   The vibration period of the elastic member 18 is preferably formed so as to be shorter than the maximum rotation period of the drive source. For example, when the drive source is an internal combustion engine and the maximum rotation speed (maximum allowable rotation speed) is 6000 rpm (= 100 Hz), it is preferable to include the elastic member 18 having a natural frequency higher than 100 Hz. In this way, as will be described later, it is possible to transmit the driving force to the output shaft 14 a plurality of times during one rotation of the input shaft 12.

振動子20は、弾性部材18に連結されており、弾性部材18の伸縮に伴って出力シャフト14の軸周方向に沿って往復運動させられる。振動子20は、例えば金属等の剛性材料からなり、弾性部材18とともにスロットに沿って往復移動するような錘から構成されてもよいし、後述する図2のように、出力シャフト14と同軸上に配置されるとともに、弾性部材18の伸縮に伴って軸周りに回動する伝達シャフトであってもよい。   The vibrator 20 is connected to the elastic member 18 and is reciprocated along the axial circumferential direction of the output shaft 14 as the elastic member 18 expands and contracts. The vibrator 20 may be made of, for example, a rigid material such as a metal, and may be formed of a weight that reciprocates along the slot together with the elastic member 18, and is coaxial with the output shaft 14 as shown in FIG. And a transmission shaft that rotates around the axis as the elastic member 18 expands and contracts.

クラッチ部材22は、振動子20と入力シャフト12とを係合させる係合手段である。後述するように、クラッチ部材22は、振動子20と入力シャフト12の角速度が等しいときに両者を係合可能となっている。   The clutch member 22 is an engaging means that engages the vibrator 20 and the input shaft 12. As will be described later, the clutch member 22 can engage the vibrator 20 and the input shaft 12 when the angular velocities are equal.

クラッチ部材22は、振動子20と入力シャフト12との係合/解放を高速に行えるものから構成される。例えば、弾性部材18(振動子20)の振動数よりも短いサイクルで係合/解放を行えるものであることが好適である。また、制御部19の制御信号に応じて速やかに係合/解放を行えるものであることが好適である。このことから、クラッチ部材22は、例えば、係合/解放の動作を電磁石への電力の断続をもって行う、電磁クラッチであってよい。   The clutch member 22 is composed of a member that can engage / release the vibrator 20 and the input shaft 12 at high speed. For example, it is preferable that the engagement / release can be performed in a cycle shorter than the frequency of the elastic member 18 (vibrator 20). In addition, it is preferable that engagement / release can be quickly performed in accordance with a control signal from the control unit 19. From this, the clutch member 22 may be an electromagnetic clutch that performs engagement / release operation with intermittent power to the electromagnet, for example.

ブレーキ部材24は、振動子20をケーシングなどの固定部17(非回転部材)に係合させる。後述するように、ブレーキ部材24は、振動子20と出力シャフト14の角速度が等しいときに、振動子20を固定部17に係合可能となっている。   The brake member 24 engages the vibrator 20 with a fixed portion 17 (non-rotating member) such as a casing. As will be described later, the brake member 24 is capable of engaging the vibrator 20 with the fixed portion 17 when the angular velocity of the vibrator 20 and the output shaft 14 are equal.

クラッチ部材22と同様に、ブレーキ部材24も、振動子20の固定/解放を高速に行えるものから構成されることが好適である。加えて、制御部19の制御信号に応じて速やかに係合/解放を行えるものであることが好適である。このことから、ブレーキ部材24は、例えば、固定/解放の動作を、電磁石への電力の断続をもって行う、電磁ブレーキから構成される。   Similar to the clutch member 22, the brake member 24 is preferably composed of a member that can fasten / release the vibrator 20 at high speed. In addition, it is preferable that engagement / release can be quickly performed in accordance with a control signal from the control unit 19. From this, the brake member 24 is comprised from the electromagnetic brake which performs the operation | movement of fixation / release with the interruption of the electric power to an electromagnet, for example.

速度センサ21Aは、入力シャフト12の角速度(回転速度)を測定する。速度センサ21Bは、振動子20の角速度を測定する。速度センサ21Cは、出力シャフト14の角速度を測定する。これらの速度センサ21A〜21Cは、それぞれの測定値を制御部19に送信する。   The speed sensor 21 </ b> A measures the angular speed (rotational speed) of the input shaft 12. The speed sensor 21B measures the angular speed of the vibrator 20. The speed sensor 21 </ b> C measures the angular speed of the output shaft 14. These speed sensors 21 </ b> A to 21 </ b> C transmit respective measured values to the control unit 19.

制御部19は、入力シャフト12、振動子20、及び出力シャフト14の角速度に応じて、クラッチ部材22及びブレーキ部材24の動作を制御する。制御部19は、CPU等の演算回路やハードディスク等の記憶手段を備えたコンピュータであってよく、当該コンピュータは、後述するクラッチ部材22及びブレーキ部材24の係合/解放タイミングを制御する制御プログラムが記憶されたコンピュータや、組み込みコンピュータであってよい。動作制御プログラムの実行により、コンピュータは、駆動伝達装置の制御部19として機能する。また、制御部19は、速度センサ21Aから入力シャフト12の角速度が入力され、速度センサ21Bから振動子20の角速度が入力され、また速度センサ21Cから出力シャフト14の角速度が入力される入力インターフェイスを備える。   The control unit 19 controls the operations of the clutch member 22 and the brake member 24 according to the angular velocities of the input shaft 12, the vibrator 20, and the output shaft 14. The control unit 19 may be a computer that includes an arithmetic circuit such as a CPU and storage means such as a hard disk, and the computer has a control program for controlling the engagement / release timing of a clutch member 22 and a brake member 24 described later. It may be a stored computer or an embedded computer. By executing the operation control program, the computer functions as the control unit 19 of the drive transmission device. Further, the control unit 19 has an input interface through which the angular velocity of the input shaft 12 is input from the speed sensor 21A, the angular velocity of the vibrator 20 is input from the speed sensor 21B, and the angular velocity of the output shaft 14 is input from the speed sensor 21C. Prepare.

制御部19は、係合及び解放信号を出力することにより、クラッチ部材22及びブレーキ部材24の係合及び解放を制御する。例えば、電磁クラッチ及び電磁ブレーキの電磁石の導通及び遮断を係合信号及び解放信号によって制御する。   The control unit 19 controls the engagement and release of the clutch member 22 and the brake member 24 by outputting an engagement and release signal. For example, conduction and disconnection of the electromagnets of the electromagnetic clutch and the electromagnetic brake are controlled by the engagement signal and the release signal.

<駆動力伝達装置の具体的な構成例>
図2に、駆動力伝達装置10の具体的な構成を例示する。入力シャフト12、伝達シャフト26、及び出力シャフト14が同軸上に並んで配置されている。入力シャフト12及び伝達シャフト26は、軸受28を介してベース30に回転可能に支持されている。
<Specific configuration example of driving force transmission device>
FIG. 2 illustrates a specific configuration of the driving force transmission device 10. The input shaft 12, the transmission shaft 26, and the output shaft 14 are arranged side by side on the same axis. The input shaft 12 and the transmission shaft 26 are rotatably supported by the base 30 via bearings 28.

入力シャフト12には、径方向に張り出すようにして、フランジ32が形成されている。このフランジ32を挟むようにして、クラッチ部材22が設けられる。クラッチ部材22は、可動部22Aと励磁部22Bを備える。   A flange 32 is formed on the input shaft 12 so as to project in the radial direction. The clutch member 22 is provided so as to sandwich the flange 32. The clutch member 22 includes a movable part 22A and an excitation part 22B.

励磁部22Bは、図示しない電源から励磁電流が送られ、これにより磁束を生じさせる。励磁部22Bは、円環状の部材であって、入力シャフト12や伝達シャフト26とは離間するようにして、ベース30に固定される。   The excitation unit 22B receives an excitation current from a power source (not shown), thereby generating a magnetic flux. The exciting portion 22B is an annular member, and is fixed to the base 30 so as to be separated from the input shaft 12 and the transmission shaft 26.

可動部22Aは、金属等の磁性材料から構成された円環状の部材であって、励磁部22Bから生じた磁束に応じて移動可能となっている。可動部22Aは、軸方向に当該可動部22Aに螺入する締結部34を介して、伝達シャフト26に連結されている。締結部34の軸部36の長さは、伝達シャフト26の入力側フランジ38の軸方向厚さよりも長く形成されている。このような構造を備えることで、可動部22Aは、伝達シャフト26に対して軸周方向には固定され、また、軸方向には移動可能となっている。励磁部22Bに磁束が生じると、可動部22Aが軸方向に引き寄せられて、入力シャフト12のフランジ32と係合する。   The movable portion 22A is an annular member made of a magnetic material such as metal, and is movable according to the magnetic flux generated from the exciting portion 22B. The movable portion 22A is coupled to the transmission shaft 26 via a fastening portion 34 that is screwed into the movable portion 22A in the axial direction. The length of the shaft portion 36 of the fastening portion 34 is formed longer than the axial thickness of the input side flange 38 of the transmission shaft 26. With such a structure, the movable portion 22A is fixed in the axial circumferential direction with respect to the transmission shaft 26 and is movable in the axial direction. When a magnetic flux is generated in the exciting portion 22B, the movable portion 22A is attracted in the axial direction and engaged with the flange 32 of the input shaft 12.

伝達シャフト26は、入力側フランジ38、中間フランジ40、及び出力側フランジ42を備える。これらのフランジは、入力シャフト12から出力シャフト14に向かって、軸方向に沿ってそれぞれ伝達シャフト26に形成されている。入力側フランジ38に設けられたクラッチ部材22の可動部22Aが入力シャフト12と係合すると、伝達シャフト26は入力シャフト12と同期回転する。   The transmission shaft 26 includes an input side flange 38, an intermediate flange 40, and an output side flange 42. These flanges are respectively formed on the transmission shaft 26 along the axial direction from the input shaft 12 toward the output shaft 14. When the movable portion 22 </ b> A of the clutch member 22 provided on the input side flange 38 is engaged with the input shaft 12, the transmission shaft 26 rotates in synchronization with the input shaft 12.

出力側フランジ42には、弾性部材18が連結されている。弾性部材18は、出力シャフト14の軸周りに設けられた円環状のスロット44に配置されており、スロット44の延設方向に沿った一端が出力側フランジ42と連結され、他端が出力シャフト14に連結されている。伝達シャフト26が入力シャフト12と係合されているとき、伝達シャフト26は弾性部材18を縮めるように付勢する。   The elastic member 18 is connected to the output flange 42. The elastic member 18 is disposed in an annular slot 44 provided around the axis of the output shaft 14, one end along the extending direction of the slot 44 is connected to the output flange 42, and the other end is output shaft. 14. When the transmission shaft 26 is engaged with the input shaft 12, the transmission shaft 26 urges the elastic member 18 to contract.

中間フランジ40には、ブレーキ部材24が設けられる。ブレーキ部材24は、クラッチ部材22と同様に、中間フランジ40を挟むようにして、可動部24A及び励磁部24Bを備える。可動部24Aは、ベース30に対して軸方向にのみ移動可能となっている。励磁部24Bに磁束が生じると、可動部24Aが軸方向に引き寄せられて、伝達シャフト26と係合する。これにより、伝達シャフト26の回転が止められる。   A brake member 24 is provided on the intermediate flange 40. Similarly to the clutch member 22, the brake member 24 includes a movable portion 24A and an exciting portion 24B so as to sandwich the intermediate flange 40. The movable portion 24 </ b> A is movable only in the axial direction with respect to the base 30. When a magnetic flux is generated in the exciting portion 24B, the movable portion 24A is attracted in the axial direction and engaged with the transmission shaft 26. Thereby, the rotation of the transmission shaft 26 is stopped.

入力シャフト12から出力シャフト14への駆動力の伝達は、以下のようにして行われる。まず、クラッチ部材22によって入力シャフト12と伝達シャフト26を係合させることで、両者が同期回転する。この同期回転によって、伝達シャフト26に連結された弾性部材18が縮められる。さらにクラッチ部材22を解放してブレーキ部材24により伝達シャフト26を固定することで、弾性部材18は出力シャフト14に弾性エネルギを伝達する。その結果、入力シャフト12から出力シャフト14に駆動力が伝達される。   Transmission of driving force from the input shaft 12 to the output shaft 14 is performed as follows. First, when the input shaft 12 and the transmission shaft 26 are engaged by the clutch member 22, both of them rotate synchronously. By this synchronous rotation, the elastic member 18 connected to the transmission shaft 26 is contracted. Further, the elastic member 18 transmits elastic energy to the output shaft 14 by releasing the clutch member 22 and fixing the transmission shaft 26 by the brake member 24. As a result, driving force is transmitted from the input shaft 12 to the output shaft 14.

<駆動力伝達装置の動作の詳細>
次に、図3〜図5を用いて、駆動力伝達装置10による駆動力の伝達について説明する。なお、以下では、入力シャフト12の回転速度は、出力シャフト14の回転速度よりも速いものとする。図3に示すように、弾性部材18は予め軸周回りに付勢されており、その弾性により、出力シャフト14の軸周方向に沿って伸縮させられる。これに伴って振動子20も出力シャフト14の軸周方向に沿って往復移動させられる。
<Details of operation of driving force transmission device>
Next, transmission of driving force by the driving force transmission device 10 will be described with reference to FIGS. In the following, it is assumed that the rotational speed of the input shaft 12 is faster than the rotational speed of the output shaft 14. As shown in FIG. 3, the elastic member 18 is biased around the axis in advance, and is elastically expanded and contracted along the axial direction of the output shaft 14. Accordingly, the vibrator 20 is also reciprocated along the axial direction of the output shaft 14.

なお、駆動力の伝達時に、弾性部材18を振動状態とするために、伝達前の段階(待機段階)で、弾性部材18を付勢状態にしておくことが好適である。例えば、後述する図5の破線で示すように、弾性部材18を縮めた状態で、振動子20及び出力シャフト14を固定させておく。   In order to place the elastic member 18 in a vibrating state when the driving force is transmitted, it is preferable that the elastic member 18 is in an urging state at a stage before transmission (standby stage). For example, as shown by a broken line in FIG. 5 described later, the vibrator 20 and the output shaft 14 are fixed in a state where the elastic member 18 is contracted.

図4に示すように、クラッチ部材22は、振動子20の往復運動の周期と同期して、入力シャフト12と振動子20とを係合させる。すなわち、弾性部材18の振動周期と同期して、入力シャフト12の駆動力を出力シャフト14に伝達する。   As shown in FIG. 4, the clutch member 22 engages the input shaft 12 and the vibrator 20 in synchronization with the cycle of the reciprocating motion of the vibrator 20. That is, the driving force of the input shaft 12 is transmitted to the output shaft 14 in synchronization with the vibration cycle of the elastic member 18.

弾性部材18の振動周期と同期させて駆動力の伝達を行うことで、入力シャフト12の回転周期に依存しない駆動力の伝達を行うことができる。さらに、振動周期が駆動源の最大回転周期よりも短い弾性部材18を用いることで、入力シャフト12の1回転中に複数回に亘り、駆動力の伝達を行うことが可能となる。加えて、駆動力の伝達は間欠的に行われるが、この間欠的な伝達が高速(高周波数)で行われることで、例えばPWM制御のような、滑らかな駆動力の伝達が可能となる。   By transmitting the driving force in synchronization with the vibration cycle of the elastic member 18, it is possible to transmit the driving force independent of the rotation cycle of the input shaft 12. Furthermore, by using the elastic member 18 whose vibration cycle is shorter than the maximum rotation cycle of the drive source, it becomes possible to transmit the drive force multiple times during one rotation of the input shaft 12. In addition, transmission of driving force is intermittently performed, but smooth transmission of driving force, such as PWM control, can be performed by performing this intermittent transmission at high speed (high frequency).

また、上記係合は、振動子20の角速度と入力シャフト12の角速度が等しいときに行われる。振動子20の角速度は、弾性部材18の弾性エネルギに応じて変化し、振動子20が振動する一周期のうち、角速度の極値を除いて2回、入力シャフト12と振動子20の角速度が等しくなる。この2回のうちのいずれかのタイミングで、クラッチ部材22は入力シャフト12と振動子20とを係合させる。角速度の等しいときに係合を行うことで、すべりによる損失の発生を防止できる。   Further, the engagement is performed when the angular velocity of the vibrator 20 and the angular velocity of the input shaft 12 are equal. The angular velocity of the vibrator 20 changes according to the elastic energy of the elastic member 18, and the angular velocity of the input shaft 12 and the vibrator 20 is twice in one cycle in which the vibrator 20 vibrates except for the extreme value of the angular velocity. Will be equal. The clutch member 22 engages the input shaft 12 and the vibrator 20 at any one of the two times. By performing engagement when the angular velocities are equal, it is possible to prevent loss due to slipping.

クラッチ部材22によって入力シャフト12と振動子20とが係合されると、図4上段から下段に示すように、入力シャフト12と出力シャフト14の速度差(入力シャフト角速度>出力シャフト角速度)に応じて、弾性部材18が縮められて、当該弾性部材18の弾性エネルギが蓄積される。すなわち、入力シャフト12の運動エネルギが、弾性部材18の弾性エネルギに変換される。   When the input shaft 12 and the vibrator 20 are engaged with each other by the clutch member 22, as shown from the upper stage to the lower stage in FIG. 4, the speed difference between the input shaft 12 and the output shaft 14 (input shaft angular speed> output shaft angular speed) is determined. Thus, the elastic member 18 is contracted and the elastic energy of the elastic member 18 is accumulated. That is, the kinetic energy of the input shaft 12 is converted into the elastic energy of the elastic member 18.

さらに図5に示すように、クラッチ部材22を解放するとともに、ブレーキ部材24によって振動子20を固定する。このとき、弾性部材18は、蓄積した弾性エネルギを出力シャフト14に伝達する。言い換えると、振動子20の固定に伴い、縮められた弾性部材18は、自然長に伸張するために、出力シャフト14を回転させる(押し回す)。以上のようにして、入力シャフト12から出力シャフト14に駆動力が伝達される。   Further, as shown in FIG. 5, the clutch member 22 is released and the vibrator 20 is fixed by the brake member 24. At this time, the elastic member 18 transmits the accumulated elastic energy to the output shaft 14. In other words, as the vibrator 20 is fixed, the contracted elastic member 18 rotates (pushes) the output shaft 14 so as to expand to the natural length. As described above, the driving force is transmitted from the input shaft 12 to the output shaft 14.

また、クラッチ部材22と同様に、ブレーキ部材24による係合は、振動子20の角速度と出力シャフト14の角速度が等しいときに行われる。角速度の等しいときに係合を行うことで、すべりによる損失の発生を防止できる。   Similarly to the clutch member 22, the engagement by the brake member 24 is performed when the angular velocity of the vibrator 20 and the angular velocity of the output shaft 14 are equal. By performing engagement when the angular velocities are equal, it is possible to prevent loss due to slipping.

弾性部材18を介した、入力シャフト12から出力シャフト14への駆動力の伝達は、以下のように数値で表すことができる。例えば、入力シャフト12の角速度と出力シャフト14の角速度との比が5:3である場合、クラッチ部材22の係合中の差動分である2/5の入力エネルギは、弾性エネルギとして弾性部材18に保存され、残りの3/5のエネルギが出力シャフト14に伝達される。   Transmission of the driving force from the input shaft 12 to the output shaft 14 via the elastic member 18 can be expressed numerically as follows. For example, when the ratio of the angular velocity of the input shaft 12 to the angular velocity of the output shaft 14 is 5: 3, the input energy of 2/5, which is a differential component during engagement of the clutch member 22, is elastic member. 18 and the remaining 3/5 of the energy is transmitted to the output shaft 14.

図6には、上述した駆動伝達に伴う、入力シャフト12、振動子20、及び出力シャフト14の速度変化が例示されている。また、図7には、図6のタイムチャートに加えて、これと同期した、弾性部材18の変位、クラッチ部材22の係合によるトルク(LU1トルク)、ブレーキ部材24の係合によるトルク(LU2トルク)、及び弾性部材18によるばね伝達トルクのタイムチャートが示されている。   FIG. 6 illustrates speed changes of the input shaft 12, the vibrator 20, and the output shaft 14 due to the drive transmission described above. In addition to the time chart of FIG. 6, FIG. 7 shows, in synchronization with this, the displacement of the elastic member 18, the torque due to the engagement of the clutch member 22 (LU1 torque), the torque due to the engagement of the brake member 24 (LU2 Torque) and a time chart of spring transmission torque by the elastic member 18 are shown.

図6,7の第1フェーズ(phase1)で示すように、振動子20はクラッチ部材22及びブレーキ部材24から解放され、出力シャフト14の軸周方向に沿って往復運動(単振動)する。このとき、振動子20の最大角速度は、入力シャフト12の角速度よりも高くなる。   6 and 7, the vibrator 20 is released from the clutch member 22 and the brake member 24 and reciprocates (single vibration) along the axial direction of the output shaft 14. At this time, the maximum angular velocity of the vibrator 20 is higher than the angular velocity of the input shaft 12.

図6,7の第2フェーズ(phase2)で示すように、振動子20の角速度と入力シャフト12の角速度が等しいときに、クラッチ部材22によって入力シャフト12と振動子20が係合される。係合中は振動子20と入力シャフト12とが等速度となる。   As shown in the second phase (phase 2) in FIGS. 6 and 7, when the angular velocity of the vibrator 20 and the angular velocity of the input shaft 12 are equal, the input shaft 12 and the vibrator 20 are engaged by the clutch member 22. During the engagement, the vibrator 20 and the input shaft 12 are at the same speed.

図6,7の第3フェーズ(phase3)で示すように、弾性部材18に弾性エネルギを蓄積させた(縮めた)のち、クラッチ部材22による係合を解放する。クラッチ部材22及びブレーキ部材24に解放され単振動する第3フェーズにて振動子20の角速度が出力シャフト14と等しくなったときに、ブレーキ部材24によって振動子20が固定部17に係合され、図6,7の第4フェーズ(phase4)で示すように、振動子20の角速度は0となる。弾性部材18の弾性エネルギが出力シャフト14に伝達された後に、ブレーキ部材24が解放され振動子20は再び往復運動する(第1フェーズ)。   As shown in the third phase (phase 3) of FIGS. 6 and 7, after the elastic energy is accumulated (shrinked) in the elastic member 18, the engagement by the clutch member 22 is released. When the angular velocity of the vibrator 20 becomes equal to that of the output shaft 14 in the third phase that is released by the clutch member 22 and the brake member 24 and performs simple vibration, the vibrator 20 is engaged with the fixed portion 17 by the brake member 24, As shown in the fourth phase (phase 4) in FIGS. 6 and 7, the angular velocity of the vibrator 20 becomes zero. After the elastic energy of the elastic member 18 is transmitted to the output shaft 14, the brake member 24 is released and the vibrator 20 reciprocates again (first phase).

<駆動力伝達装置の動作を表すモデル式>
制御部19の記憶部には、上述の第1から第4フェーズのモデル式が記憶されている。このモデル式では、駆動力伝達装置の動作時の摩擦による損失を無視して、振動子20及び弾性部材18の運動をばね・マス系の運動と捉える。まず第1フェーズについて、振動子20の変位x(t)及び振動子20の角速度W(t)は、下記数式(1)及び数式(2)のように表すことができる。
<Model expression representing the operation of the driving force transmission device>
The storage unit of the control unit 19 stores the above-described first to fourth model equations. In this model formula, the loss due to friction during the operation of the driving force transmission device is ignored, and the motion of the vibrator 20 and the elastic member 18 is regarded as the motion of the spring / mass system. First, regarding the first phase, the displacement x (t) of the vibrator 20 and the angular velocity W (t) of the vibrator 20 can be expressed as the following mathematical formulas (1) and (2).

Figure 0006327097
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ここで、Woutは出力シャフト14の角速度、tは時刻、Aは第1フェーズにおける弾性部材18の振幅、αは初期位相を表している。また、ωは振動子20の慣性Iと弾性部材18の捩り剛性kを用いた下記数式(3)で求められる固有角振動数である。 Here, W out the angular velocity of the output shaft 14, t is time, A 1 is the amplitude of the elastic member 18 in the first phase, alpha 1 denotes the initial phase. Further, omega is the natural angular frequency obtained by the following equation (3) using the torsional stiffness k of inertia I m and the elastic member 18 of the vibrator 20.

Figure 0006327097
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第1フェーズの始点t及び終点tにおける振動子20の角速度の条件として、数式(2)を用いて、下記数式(4)及び数式(5)が導き出される。 As a condition of the angular velocity of the vibrator 20 at the start point t 0 and the end point t 1 of the first phase, the following formulas (4) and (5) are derived using the formula (2).

Figure 0006327097
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ここで、Winは入力シャフト12の角速度を表している。上記の式から、振幅A、初期位相α-、及び時刻tは、以下の数式(6)から数式(8)のように表される。 Here, W in represents the angular velocity of the input shaft 12. From the above equation, the amplitude A 1 , the initial phase α- 1 , and the time t 1 are expressed as the following equations (6) to (8).

Figure 0006327097
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次に、第2フェーズ(t〜t)では、クラッチ部材22による係合のため、入力シャフト12と振動子20は同期しながら回転する。このことから、下記数式(9)及び数式(10)が導かれる。 Next, in the second phase (t 1 to t 2 ), the input shaft 12 and the vibrator 20 rotate in synchronization because of the engagement by the clutch member 22. From this, the following formula (9) and formula (10) are derived.

Figure 0006327097
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第3フェーズ(t〜t)では、振動子20はクラッチ部材22及びブレーキ部材24から解放されるため、第1フェーズと同様に単振動する。このことから、下記数式(11)及び数式(12)が導かれる。 In the third phase (t 2 to t 3 ), the vibrator 20 is released from the clutch member 22 and the brake member 24, and thus vibrates in the same manner as in the first phase. From this, the following formulas (11) and (12) are derived.

Figure 0006327097
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Figure 0006327097
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ここで、Aは第3フェーズにおける振動子20(及び弾性部材18)の振幅、αは第3フェーズにおける初期位相を表している。第3フェーズの始点t及び終点tにおいて、下記数式(13)及び数式(14)が成り立つ。 Here, A 2 represents the amplitude of the vibrator 20 (and the elastic member 18) in the third phase, and α 2 represents the initial phase in the third phase. At the start point t 3 and the end point t 4 of the third phase, the following formulas (13) and (14) hold.

Figure 0006327097
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上記数式から、第3フェーズにおける振動子20の振幅A、初期位相α、及び時刻tは、以下の数式(15)、数式(16)及び数式(17)から求めることができる。 From the above equation, the amplitude A 2 , the initial phase α 2 , and the time t 3 of the vibrator 20 in the third phase can be obtained from the following equations (15), (16), and (17).

Figure 0006327097
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第4フェーズでは、ブレーキ部材24により振動子20が固定されることから、下記数式(18)及び数式(19)が導かれる。   In the fourth phase, since the vibrator 20 is fixed by the brake member 24, the following formula (18) and formula (19) are derived.

Figure 0006327097
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Figure 0006327097
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さらに、ばね・マス系単振動の1周期分の運動を終え、時刻tにおいて最初のばね捩り角に戻るとすると、下記数式(20)が得られる。 Furthermore, after one cycle of movement of the spring-mass system simple harmonic motion, when the return to the first spring torsion angle at time t 4, the following equation (20) is obtained.

Figure 0006327097
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次に、第1フェーズから第4フェーズに至るまでの弾性部材18の伝達トルクを示す数式について説明する。伝達トルクは、各フェーズの振動子20の変位を時間積分したものに弾性部材18のばね剛性kを掛けることで求められる。第1フェーズから第4フェーズに至るまでの各フェーズの平均伝達トルクをそれぞれTsp#Ave1、Tsp#Ave2、Tsp#Ave3、Tsp#Ave4で示すと、下記数式(21)〜数式(24)が求められる。 Next, a mathematical expression indicating the transmission torque of the elastic member 18 from the first phase to the fourth phase will be described. The transmission torque is obtained by multiplying the displacement of the vibrator 20 of each phase by time and the spring stiffness k of the elastic member 18. The first average transmission torque of each phase from phase up to the fourth phase respectively T sp # Ave1, T sp # Ave2, T sp # Ave3, if indicated by T sp # Ave4, following equation (21) to Equation ( 24) is required.

Figure 0006327097
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数式(21)から数式(24)の各フェーズの平均伝達トルクから、ばね・マス系の1周期間の平均伝達トルクは下記数式(25)のように表される。   From the average transmission torque of each phase of Equation (21) to Equation (24), the average transmission torque during one cycle of the spring / mass system is expressed as the following Equation (25).

Figure 0006327097
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<駆動力伝達装置の制御(1)>
制御部19は、上記数式をもとにして、出力シャフト14から所望のトルクを取り出すための制御を行う。具体的には、制御部19は、クラッチ部材22及びブレーキ部材24の係合/解放タイミングを制御することで、出力シャフト14から得られる出力トルクを制御する。すなわち、制御部19は、クラッチ部材22の係合タイミングである時刻t、解放タイミングである時刻t、ブレーキ部材24の係合タイミングである時刻t、解放タイミングである時刻tを求め、これに応じたクラッチ部材22及びブレーキ部材24の係合/解放制御を行うことで、出力トルク制御を行う。時刻t〜tの導出は、第1から第4フェーズまでの平均伝達トルクの要求値を第1〜第4フェーズのモデル式に代入することによって求めることができる。
<Control of driving force transmission device (1)>
The control unit 19 performs control for extracting a desired torque from the output shaft 14 based on the above formula. Specifically, the control unit 19 controls the output torque obtained from the output shaft 14 by controlling the engagement / release timing of the clutch member 22 and the brake member 24. That is, the control unit 19 obtains the time t 1 that is the engagement timing of the clutch member 22, the time t 2 that is the release timing, the time t 3 that is the engagement timing of the brake member 24, and the time t 4 that is the release timing. The output torque control is performed by performing the engagement / release control of the clutch member 22 and the brake member 24 according to this. The derivation of the times t 1 to t 4 can be obtained by substituting the required value of the average transmission torque from the first to fourth phases into the model formulas of the first to fourth phases.

図8には、当該制御におけるフローチャートが例示されている。制御部19は、時刻tにおいて、振幅A、初期位相α、及びクラッチ部材22の係合タイミングである時刻tを求める(S10)。 FIG. 8 illustrates a flowchart in the control. The controller 19 obtains the amplitude A 1 , the initial phase α 1 , and the time t 1 that is the engagement timing of the clutch member 22 at time t 0 (S10).

具体的には、速度センサ21Cから送られた出力シャフト14の角速度Wout、速度センサ21Bから送られた振動子20の位置x(t)、及び数式(3)により予め求められた固有角振動数ωを数式(6)に代入することで、振幅Aを求める。振幅Aが求められると、数式(7)から初期位相α1-が求められる。さらに振幅A及び初期位相αが求められると、数式(8)より時刻tが求められる。 Specifically, the angular velocity W out of the output shaft 14 sent from the speed sensor 21C, the position x (t 0 ) of the vibrator 20 sent from the speed sensor 21B, and the natural angle obtained in advance by the equation (3). By substituting the frequency ω into the equation (6), the amplitude A 1 is obtained. When the amplitude A 1 is obtained, the initial phase α 1− is obtained from Equation (7). Further, when the amplitude A 1 and the initial phase α 1 are obtained, the time t 1 is obtained from Equation (8).

次に制御部19は、数式(22)を用いてクラッチ部材22の解放タイミングである時刻tを求める(S12)。具体的には、数式(22)に第2フェーズの平均伝達トルクの要求値Tsp#Ave2、時刻t、振幅A、初期位相α、入力シャフト12の角速度Win及び出力シャフト14の角速度Woutを代入することで、時刻tを求める。 Next, the control unit 19 calculates the time t 2 is the release timing of clutch member 22 by using equation (22) (S12). Specifically, equation (22) required value of the average transmission torque of the second phase T to the sp # Ave2, time t 1, the amplitude A 1, the initial phase alpha 1, the angular velocity W in and output shaft 14 of the input shaft 12 By substituting the angular velocity W out , the time t 2 is obtained.

次に制御部19は、数式(15)〜数式(17)を用いて、振幅A、初期位相α、及びブレーキ部材24の係合タイミングである時刻tを求める(S14)。数式(15)について、右辺の各パラメータは求められているので、これを解くことで振幅Aが求められる。振幅Aが求められると、数式(16)から初期位相αが求められる。初期位相αが求められると、数式(17)から時刻tが求められる。 Next, the control unit 19, using equation (15) to Equation (17) determines the amplitude A 2, the initial phase alpha 2, and time t 3 is the engagement timing of the brake member 24 (S14). For equation (15), since the parameters on the right side has been required, the amplitude A 2 is determined by solving this. When the amplitude A 2 is obtained, the initial phase α 2 is obtained from Equation (16). When the initial phase α 2 is obtained, time t 3 is obtained from Expression (17).

さらに制御部19は、数式(20)を用いて、ブレーキ部材24の解放タイミングである時刻tを求める(S16)。 Further, the control unit 19, using equation (20), determining the time t 4 is the release timing of the brake member 24 (S16).

その後制御部19は、クラッチ部材22の係合タイミングt及び解放タイミングtに基づいてクラッチ部材22に対して係合信号及び開放信号を出力する。また、ブレーキ部材24の係合タイミングt及び解放タイミングtに基づいてブレーキ部材24に対して係合信号及び解放信号を出力する(S18)。 Thereafter, the control unit 19 outputs an engagement signal and a release signal to the clutch member 22 based on the engagement timing t 1 and the release timing t 2 of the clutch member 22. Also it outputs an engagement signal and release signal to the brake member 24 based on the engagement timing t 3 and release timing t 4 of the brake member 24 (S18).

時刻tに至ると、制御部19は時刻t=tとして(S20)、速度センサ21A,21B,21Cから、入力シャフト12の角速度Win、振動子20の位置及び出力シャフト14の角速度Woutを受信して、上述の数式にこれらの値を代入する。以下前周期と同様にして、クラッチ部材22の係合/解放タイミング及びブレーキ部材24の係合/解放タイミングを求める。 When reaching the time t 4, the control unit 19 as the time t 4 = t 0 (S20) , speed sensors 21A, 21B, from 21C, the angular speed W in the input shaft 12, the angular velocity of the position and the output shaft 14 of the vibrator 20 W out is received and these values are substituted into the above equation. Thereafter, the engagement / release timing of the clutch member 22 and the engagement / release timing of the brake member 24 are obtained in the same manner as in the previous cycle.

<駆動力伝達装置の制御(2)>
上述した制御プロセスにおいては、時刻tから時刻tの間に、平均伝達トルクの要求値Tsp#Ave*を満たす、時刻t〜t、振幅A,A、初期位相α,αを求めている。時刻tから時刻tまでが短期間である場合、これらの算出が間に合わなくなるおそれがある。そこで、一部のパラメータの導出に際して、前周期のパラメータを用いるようにして、演算負荷を軽減させるようにしてもよい。
<Control of driving force transmission device (2)>
In the control process described above, between the time t 0 of time t 1, satisfying the average required value T sp # Ave transmission torque *, time t 1 ~t 4, the amplitude A 1, A 2, the initial phase alpha 1 , Α 2 . When the period from time t 0 to time t 1 is a short period, these calculations may not be in time. Therefore, when deriving some parameters, the calculation load may be reduced by using the parameters of the previous period.

図9には、上記制御のタイムチャートが例示されている。ここでは、第1フェーズから第4フェーズまでの周期B(前周期)、さらにそれに続く周期A(現周期)と、周期Bの第3フェーズから周期Aの第2フェーズまでに跨る周期Cが示されている。   FIG. 9 illustrates a time chart of the above control. Here, the period B (previous period) from the first phase to the fourth phase, the subsequent period A (current period), and the period C extending from the third phase of the period B to the second phase of the period A are shown. Has been.

制御部19は、周期Bの第3フェーズ及び第4フェーズの振幅A、初期位相α、時刻t、t、t、tを用いて、周期Aにおける振幅A、初期位相α-、時刻t、tを求める。さらにその後、求められた振幅A、初期位相α-、時刻t、tを用いて残りの振幅A、初期位相α-、時刻t、tを求める。 The control unit 19 uses the amplitude A 2 and the initial phase α 2 of the third phase and the fourth phase of the cycle B and the times t 0 , t 2 , t 3 , and t 4, and the amplitude A 1 and the initial phase in the cycle A α- 1 and times t 1 and t 2 are obtained. Thereafter, the remaining amplitude A 2 , initial phase α− 2 , time t 3 and t 4 are determined using the determined amplitude A 1 , initial phase α− 1 , time t 1 , t 2 .

図10には、上記制御におけるフローチャートが例示されている。制御部19は、周期Aにおける時刻tにおいて、振幅A、初期位相α、及びクラッチ部材22の係合タイミングである時刻tを求める(S30)。 FIG. 10 illustrates a flowchart in the above control. The controller 19 obtains the amplitude A 1 , the initial phase α 1 , and the time t 1 that is the engagement timing of the clutch member 22 at the time t 0 in the period A (S30).

具体的には、周期Bにおける時刻t(=周期A,Cにおける時刻t)及び出力シャフト14の角速度Woutと数式(6)から、振幅Aが求められる。さらに振幅A及び出力シャフト14の角速度Woutと数式(7)から、初期位相αが求められる。続いて入力シャフト12の角速度Win、出力シャフト14の角速度Wout、初期位相α、振幅A、及び周期Bにおける時刻t(=周期A,Cにおける時刻t)と数式(8)から、クラッチ部材22の係合タイミングである時刻tが求められる。 Specifically, the amplitude A 1 is obtained from the time t 4 in the period B (= time t 0 in the periods A and C), the angular velocity W out of the output shaft 14 and the formula (6). Furthermore, the initial phase α 1 is obtained from the amplitude A 1, the angular velocity W out of the output shaft 14, and Equation (7). Subsequently, the angular velocity W in of the input shaft 12, the angular velocity W out of the output shaft 14, the initial phase α 1 , the amplitude A 1 , the time t 4 in the period B (= time t 0 in the periods A and C), and the formula (8) from the time t 1 is determined in an engaged timing of the clutch member 22.

続いて、制御部19は、クラッチ部材22の解放タイミングである時刻tを求める(S32)。ここでは、数式(22)及び数式(25)から導き出された下記数式(26)〜(29)を用いる。 Subsequently, the control unit 19 calculates the time t 2 is the release timing of the clutch member 22 (S32). Here, the following mathematical formulas (26) to (29) derived from the mathematical formula (22) and the mathematical formula (25) are used.

Figure 0006327097
Figure 0006327097

上記数式(26)〜(29)において、各パラメータのサフィックスBは周期Bの値を示している。   In the above formulas (26) to (29), the suffix B of each parameter indicates the value of the period B.

時刻tが求められた後は、周期Cから周期Aに視点を切り替えて、制御部19は、周期Aの第3フェーズ及び第4フェーズに関するパラメータである、振幅A、初期位相α、及びブレーキ部材24の係合タイミングである時刻tを求める(S34)。 After the time t 2 is obtained, the viewpoint is switched from the cycle C to the cycle A, and the control unit 19 sets the amplitude A 2 , the initial phase α 2 , which are parameters related to the third phase and the fourth phase of the cycle A, and determining the time t 3 is engagement timing of the brake member 24 (S34).

具体的には、時刻tと数式(15)から、振幅Aが求められる。振幅Aが求められると、数式(16)から、初期位相αが求められる。振幅A及び初期位相αが求められると、数式(17)から時刻tが求められる。 Specifically, the amplitude A 2 is obtained from the time t 2 and the formula (15). When the amplitude A 2 is obtained, the initial phase α 2 is obtained from Equation (16). When the amplitude A 2 and the initial phase α 2 are obtained, the time t 3 is obtained from Equation (17).

さらに制御部19は、数式(24)及び数式(25)から導き出された下記数式(30)〜数式(33)を解くことで、ブレーキ部材24の解放タイミングである時刻tを求める(S36)。 Further, the control unit 19, by solving the equations (24) and Equation following equation derived from (25) (30) - equation (33), determining the time t 4 is the release timing of the brake member 24 (S36) .

Figure 0006327097
Figure 0006327097

その後制御部19は、クラッチ部材22の係合タイミングt及び解放タイミングtに基づいてクラッチ部材22に対して係合信号及び開放信号を出力する。また、ブレーキ部材24の係合タイミングt及び解放タイミングtに基づいてブレーキ部材24に対して係合信号及び解放信号を出力する(S38)。 Thereafter, the control unit 19 outputs an engagement signal and a release signal to the clutch member 22 based on the engagement timing t 1 and the release timing t 2 of the clutch member 22. Also outputs an engagement signal and release signal to the brake member 24 based on the engagement timing t 3 and release timing t 4 of the brake member 24 (S38).

時刻tに至ると、制御部19は時刻t=tとして(S40)、速度センサ21A,21B,21Cから、入力シャフト12の角速度Win、振動子20の位置及び出力シャフト14の角速度Woutを受信して、上述の数式にこれらの値を代入する。以下前周期と同様にして、クラッチ部材22の係合/解放タイミング及びブレーキ部材24の係合/解放タイミングを求める。 When reaching the time t 4, the control unit 19 as the time t 4 = t 0 (S40) , speed sensors 21A, 21B, from 21C, the angular speed W in the input shaft 12, the angular velocity of the position and the output shaft 14 of the vibrator 20 W out is received and these values are substituted into the above equation. Thereafter, the engagement / release timing of the clutch member 22 and the engagement / release timing of the brake member 24 are obtained in the same manner as in the previous cycle.

<駆動力伝達装置の制御(3)>
本制御では、演算負荷を軽減させるために、第3フェーズを省略(無視)する近似を行った上で、第1、第2、及び第4フェーズのモデル式をもとに、クラッチ部材22の係合/解放タイミング及びブレーキ部材24の係合/解放タイミングを求める。図7や図9に示されるように、全周期に占める第3フェーズの割合は他のフェーズと比較して短い。このため、第3フェーズを省略しても実際の制御には影響が少ないとの仮定のもと、本制御を行う。
<Control of driving force transmission device (3)>
In this control, in order to reduce the calculation load, an approximation that omits (ignores) the third phase is performed, and then, based on the model expressions of the first, second, and fourth phases, The engagement / release timing and the engagement / release timing of the brake member 24 are obtained. As shown in FIG. 7 and FIG. 9, the ratio of the third phase in the entire period is short compared to the other phases. For this reason, this control is performed under the assumption that even if the third phase is omitted, there is little influence on the actual control.

本制御を行うに当たり、予め制御部19では、時刻t≒tとする処理を行う。また、1周期の平均伝達トルクを求める際に第3フェーズのトルク分を無視する。加えて、数式(18)について、出力シャフトの角速度Wout<<ωAとして、(ω(t−t)+α)≒0とする。さらに、数式(15)について、(Wout−Win)<<ω、cos(ω(t−t)+α)≒1として、振幅A≒A+(t−t-)(Win−Wout)とする。 In performing this control, the control unit 19 performs a process of setting time t 2 ≈t 3 in advance. Further, when the average transmission torque for one cycle is obtained, the third phase torque is ignored. In addition, in Expression (18), (ω (t 3 −t 0 ) + α 2 ) ≈0 where the angular velocity W out << ωA 2 of the output shaft. Further, with respect to Equation (15), assuming that (W out −W in ) << ω, cos (ω (t 1 −t 0 ) + α 1 ) ≈1, amplitude A 2 ≈A 1 + (t 2 −t− 1) ) (W in −W out ).

上記の簡略化により、平均伝達トルクTsp#Aveの要求値を満たす時刻tは、下記数式(34)〜数式(37)により求めることができる。 The simplification of the time t 2 satisfying the required value of the average transmission torque T sp # Ave can be obtained by the following equation (34) - equation (37).

Figure 0006327097
Figure 0006327097

図11には、本制御におけるフローチャートが例示されている。制御部19は、周期Aにおける時刻tにおいて、数式(6)から数式(8)を用いて、振幅A、初期位相α、及びクラッチ部材22の係合タイミングである時刻tを求める(S50)。 FIG. 11 illustrates a flowchart in this control. The control unit 19 obtains the amplitude A 1 , the initial phase α 1 , and the time t 1 that is the engagement timing of the clutch member 22 by using the equations (6) to (8) at the time t 0 in the period A. (S50).

続いて、制御部19は、数式(34)〜数式(37)を解いて、クラッチ部材22の解放タイミングである時刻tを求める(S52)。さらに制御部19は、時刻tと数式(15)〜数式(17)から、振幅A、初期位相α、及びブレーキ部材24の係合タイミングである時刻tを求める(S54)。加えて制御部19は、数式(20)を用いて、ブレーキ部材24の解放タイミングである時刻tを求める(S56)。 Subsequently, the control unit 19, by solving the equations (34) - equation (37), determining the time t 2 is the release timing of the clutch member 22 (S52). Further, the control unit 19 obtains the amplitude A 2 , the initial phase α 2 , and the time t 3 that is the engagement timing of the brake member 24 from the time t 2 and the mathematical expressions (15) to (17) (S 54). In addition the control unit 19 uses the formula (20), determining the time t 4 is the release timing of the brake member 24 (S56).

その後制御部19は、クラッチ部材22の係合タイミングt及び解放タイミングtに基づいてクラッチ部材22に対して係合信号及び開放信号を出力する。また、ブレーキ部材24の係合タイミングt及び解放タイミングtに基づいてブレーキ部材24に対して係合信号及び解放信号を出力する(S58)。 Thereafter, the control unit 19 outputs an engagement signal and a release signal to the clutch member 22 based on the engagement timing t 1 and the release timing t 2 of the clutch member 22. Also it outputs an engagement signal and release signal to the brake member 24 based on the engagement timing t 3 and release timing t 4 of the brake member 24 (S58).

時刻tに至ると、制御部19は時刻t=tとして(S60)、速度センサ21A,21B,21Cから、入力シャフト12の角速度Win、振動子20の位置及び出力シャフト14の角速度Woutを受信して、上述の数式にこれらの値を代入する。以下前周期と同様にして、クラッチ部材22の係合/解放タイミング及びブレーキ部材24の係合/解放タイミングを求める。 When reaching the time t 4, the control unit 19 as the time t 4 = t 0 (S60) , speed sensors 21A, 21B, from 21C, the angular speed W in the input shaft 12, the angular velocity of the position and the output shaft 14 of the vibrator 20 W out is received and these values are substituted into the above equation. Thereafter, the engagement / release timing of the clutch member 22 and the engagement / release timing of the brake member 24 are obtained in the same manner as in the previous cycle.

<駆動力伝達装置の制御(4)>
本制御では、上記とは異なる近似、簡略化により、演算負荷の軽減を図る。まず、数式(16)、数式(17)、及び数式(23)から、下記数式(38)が得られる。
<Control of driving force transmission device (4)>
In this control, calculation load is reduced by approximation and simplification different from the above. First, the following equation (38) is obtained from the equations (16), (17), and (23).

Figure 0006327097
Figure 0006327097

また、第1フェーズ及び第3フェーズの時間の合計は、ばね・マス系の周期にほぼ等しいとみなすことができることから、下記数式(39)が得られる。   Further, since the sum of the times of the first phase and the third phase can be regarded as substantially equal to the period of the spring / mass system, the following mathematical formula (39) is obtained.

Figure 0006327097
Figure 0006327097

また、上述した制御(3)と同様にして、数式(18)について、出力シャフトの角速度Wout<<ωAとして、(ω(t−t)+α)≒0とする。さらに、数式(15)について、(Wout−Win)<<ω、cos(ω(t−t)+α)≒1として、振幅A≒A+(t−t-)(Win−Wout)とする。 Similarly to the control (3) described above, regarding the formula (18), the angular velocity W out << ωA 2 of the output shaft is set to (ω (t 3 −t 0 ) + α 2 ) ≈0. Further, with respect to Equation (15), assuming that (W out −W in ) << ω, cos (ω (t 1 −t 0 ) + α 1 ) ≈1, amplitude A 2 ≈A 1 + (t 2 −t− 1) ) (W in −W out ).

これらの数式及び数式(20)、数式(22)、数式(24)、数式(25)より、下記数式(40)〜数式(43)が導き出される。この数式を解くことで、クラッチ部材22の解放タイミングである時刻tが求められる。 From these formulas and formulas (20), (22), (24), and (25), the following formulas (40) to (43) are derived. By solving this equation, the time t 2 is obtained a release timing of the clutch member 22.

Figure 0006327097
Figure 0006327097

図12には、本制御におけるフローチャートが例示されている。制御部19は、周期Aにおける時刻tにおいて、数式(6)から数式(8)を用いて、振幅A、初期位相α、及びクラッチ部材22の係合タイミングである時刻tを求める(S70)。 FIG. 12 illustrates a flowchart in this control. The control unit 19 obtains the amplitude A 1 , the initial phase α 1 , and the time t 1 that is the engagement timing of the clutch member 22 by using the equations (6) to (8) at the time t 0 in the period A. (S70).

続いて、制御部19は、数式(40)〜数式(43)を解いて、クラッチ部材22の解放タイミングである時刻tを求める(S72)。さらに制御部19は、時刻tと数式(15)〜数式(17)から、振幅A、初期位相α、及びブレーキ部材24の係合タイミングである時刻tを求める(S74)。加えて制御部19は、数式(20)を用いて、ブレーキ部材24の解放タイミングである時刻tを求める(S76)。 Subsequently, the control unit 19, by solving the equations (40) - equation (43), determining the time t 2 is the release timing of the clutch member 22 (S72). Further, the control unit 19 obtains the amplitude A 2 , the initial phase α 2 , and the time t 3 that is the engagement timing of the brake member 24 from the time t 2 and the mathematical expressions (15) to (17) (S 74). In addition the control unit 19 uses the formula (20), determining the time t 4 is the release timing of the brake member 24 (S76).

その後制御部19は、クラッチ部材22の係合タイミングt及び解放タイミングtに基づいてクラッチ部材22に対して係合信号及び開放信号を出力する。また、ブレーキ部材24の係合タイミングt及び解放タイミングtに基づいてブレーキ部材24に対して係合信号及び解放信号を出力する(S78)。 Thereafter, the control unit 19 outputs an engagement signal and a release signal to the clutch member 22 based on the engagement timing t 1 and the release timing t 2 of the clutch member 22. Also outputs an engagement signal and release signal to the brake member 24 based on the engagement timing t 3 and release timing t 4 of the brake member 24 (S78).

時刻tに至ると、制御部19は時刻t=tとして(S80)、速度センサ21A,21B,21Cから、入力シャフト12の角速度Win、振動子20の位置及び出力シャフト14の角速度Woutを受信して、上述の数式にこれらの値を代入する。以下前周期と同様にして、クラッチ部材22の係合/解放タイミング及びブレーキ部材24の係合/解放タイミングを求める。 When reaching the time t 4, the control unit 19 as the time t 4 = t 0 (S80) , speed sensors 21A, 21B, from 21C, the angular speed W in the input shaft 12, the angular velocity of the position and the output shaft 14 of the vibrator 20 W out is received and these values are substituted into the above equation. Thereafter, the engagement / release timing of the clutch member 22 and the engagement / release timing of the brake member 24 are obtained in the same manner as in the previous cycle.

10 駆動力伝達装置、12 入力シャフト、14 出力シャフト、16 伝達部材、17 固定部、18 弾性部材、19 制御部、20 振動子、21A,21B,21C 速度センサ、22 クラッチ部材、24 ブレーキ部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Driving force transmission device, 12 Input shaft, 14 Output shaft, 16 Transmission member, 17 Fixed part, 18 Elastic member, 19 Control part, 20 Vibrator, 21A, 21B, 21C Speed sensor, 22 Clutch member, 24 Brake member.

Claims (7)

駆動源により回転駆動させられる入力シャフトと、
前記入力シャフトと同軸上に設けられた出力シャフトと、
一端が前記出力シャフトに連結されその軸周方向に配置された弾性部材と、
前記弾性部材の他端に連結され、当該弾性部材の伸縮に伴って前記出力シャフトの軸周方向に往復運動させられる振動子と、
前記振動子と前記入力シャフトの角速度が等しいときに両者を係合させるクラッチ部材と、
前記振動子と前記出力シャフトの角速度が等しいときに前記振動子を固定部に係合させるブレーキ部材と、
を備えた駆動力伝達装置の制御装置であって、
前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを制御することで前記出力シャフトから得られる出力トルクを制御する制御部を備えることを特徴とする、駆動力伝達装置の制御装置。
An input shaft that is driven to rotate by a drive source;
An output shaft provided coaxially with the input shaft;
An elastic member having one end connected to the output shaft and disposed in the axial circumferential direction;
A vibrator connected to the other end of the elastic member and reciprocated in the axial direction of the output shaft as the elastic member expands and contracts;
A clutch member for engaging the vibrator and the input shaft when the angular velocities are equal;
A brake member that engages the vibrator with a fixed portion when the angular velocity of the vibrator and the output shaft is equal;
A control device for a driving force transmission device comprising:
A control device for a driving force transmission device, comprising: a control unit that controls output torque obtained from the output shaft by controlling engagement and disengagement timings of the clutch member and the brake member.
請求項1に記載の駆動力伝達装置の制御装置であって、
前記振動子の動作は、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材のいずれからも解放され単振動する第1フェーズ、前記クラッチ部材により前記入力シャフトに係合される第2フェーズ、前記第2フェーズ後に前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材のいずれからも解放され単振動する第3フェーズ、及び、前記ブレーキ部材により前記固定部に係合される第4フェーズを含み、
前記制御部は、前記第1から第4フェーズのモデル式に基づいて、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを求めることを特徴とする、駆動力伝達装置の制御装置。
A control device for a driving force transmission device according to claim 1,
The vibrator operates in a first phase that is released from both the clutch member and the brake member and performs simple vibration, a second phase engaged with the input shaft by the clutch member, and the clutch after the second phase. A third phase that is released from both the member and the brake member and vibrates and a fourth phase that is engaged with the fixed portion by the brake member;
The control unit for a driving force transmission device, wherein the control unit obtains engagement and disengagement timings of the clutch member and the brake member based on the model equations of the first to fourth phases.
請求項2に記載の駆動力伝達装置の制御装置であって、
前記制御部は、前周期の前記第3及び第4フェーズの、前記振動子の位相、前記クラッチ部材の解放タイミング、前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを前記モデル式に代入することで、現周期の前記クラッチ部材の係合タイミングを求めることを特徴とする、駆動力伝達装置の制御装置。
A control device for a driving force transmission device according to claim 2,
The control unit substitutes the phase of the vibrator, the release timing of the clutch member, the engagement and release timing of the brake member of the third and fourth phases of the previous period into the model formula. A control device for a driving force transmission device, characterized in that an engagement timing of the clutch member in a cycle is obtained.
請求項2に記載の駆動力伝達装置の制御装置であって、
前記制御部は、前記第3フェーズを省略する近似を行うとともに、前記第1、第2、及び第4フェーズのモデル式をもとに、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを求めることを特徴とする、駆動力伝達装置の制御装置。
A control device for a driving force transmission device according to claim 2,
The control unit performs approximation that omits the third phase, and determines the engagement and disengagement timings of the clutch member and the brake member based on the model expressions of the first, second, and fourth phases. A control device for a driving force transmission device.
請求項2に記載の駆動力伝達装置の制御装置であって、
前記制御部は、前記第1及び第3フェーズの時間の合計を、ばね・マス系の周期に等しくさせる近似を行うとともに、前記第1から第4フェーズのモデル式をもとに、前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを求めることを特徴とする、駆動力伝達装置の制御装置。
A control device for a driving force transmission device according to claim 2,
The controller performs an approximation to make the sum of the times of the first and third phases equal to the period of the spring / mass system, and based on the model equations of the first to fourth phases, the clutch member And a control device for the driving force transmission device, wherein the timing for engaging and releasing the brake member is obtained.
コンピュータを、請求項1から5のいずれか1つに記載の前記制御部として機能させることを特徴とするプログラム。   A program causing a computer to function as the control unit according to any one of claims 1 to 5. 駆動源により回転駆動させられる入力シャフトと、
前記入力シャフトと同軸上に設けられた出力シャフトと、
一端が前記出力シャフトに連結されその軸周方向に配置された弾性部材と、
前記弾性部材の他端に連結され、当該弾性部材の伸縮に伴って前記出力シャフトの軸周方向に往復運動させられる振動子と、
前記振動子と前記入力シャフトの角速度が等しいときに両者を係合させるクラッチ部材と、
前記振動子と前記出力シャフトの角速度が等しいときに前記振動子を固定部に係合させるブレーキ部材と、
を備えた駆動力伝達装置の制御方法であって、
前記クラッチ部材及び前記ブレーキ部材の係合及び解放タイミングを制御することで前記出力シャフトから得られる出力トルクを制御することを特徴とする、駆動力伝達装置の制御方法。
An input shaft that is driven to rotate by a drive source;
An output shaft provided coaxially with the input shaft;
An elastic member having one end connected to the output shaft and disposed in the axial circumferential direction;
A vibrator connected to the other end of the elastic member and reciprocated in the axial direction of the output shaft as the elastic member expands and contracts;
A clutch member for engaging the vibrator and the input shaft when the angular velocities are equal;
A brake member that engages the vibrator with a fixed portion when the angular velocity of the vibrator and the output shaft is equal;
A control method for a driving force transmission device comprising:
A control method for a driving force transmission device, wherein an output torque obtained from the output shaft is controlled by controlling engagement and disengagement timings of the clutch member and the brake member.
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