特許 6327097 駆動力伝達装置の制御装置、制御方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6327097

(24)【登録日】2018年4月27日

(45)【発行日】2018年5月23日

(54)【発明の名称】駆動力伝達装置の制御装置、制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   F16D 48/02 20060101AFI20180514BHJP

   F16H 33/02 20060101ALI20180514BHJP

【ＦＩ】

   F16D48/02 640A

   F16H33/02 B

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-206266(P2014-206266)

(22)【出願日】2014年10月7日

(65)【公開番号】特開2016-75352(P2016-75352A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2017年6月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮部 友博

(72)【発明者】

【氏名】土屋 英滋

【審査官】 尾形 元

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−１２３７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第２８３９８２４（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／０９３０５５（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ ４８／０２

Ｆ１６Ｈ ３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項6】

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。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−１８２７８５号公報

【特許文献2】特開２００７−２８５５３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【発明の効果】

【0012】

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。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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。

【図11】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。

【図12】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。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜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。

【0015】

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。

【0016】

＜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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

＜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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

＜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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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）。

【0049】

＜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。

【0050】

【数1】

【0051】

【数2】

【0052】

ここで、Ｗ_ｏｕｔは出力シャフト１４の角速度、ｔは時刻、Ａ_１は第１フェーズにおける弾性部材１８の振幅、α_１は初期位相を表している。また、ωは振動子２０の慣性Ｉ_ｍ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。

【0053】

【数3】

【0054】

第１フェーズの始点ｔ_０及び終点ｔ_１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。

【0055】

【数4】

【0056】

【数5】

【0057】

ここで、Ｗ_ｉｎ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_１、初期位相α-_１、及び時刻ｔ_１は、以下の数式（６）から数式（８）のように表される。

【0058】

【数6】

【0059】

【数7】

【0060】

【数8】

【0061】

次に、第２フェーズ（ｔ_１〜ｔ_２）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。

【0062】

【数9】

【0063】

【数10】

【0064】

第３フェーズ（ｔ_２〜ｔ_３）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。

【0065】

【数11】

【0066】

【数12】

【0067】

ここで、Ａ_２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_２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_３及び終点ｔ_４において、下記数式（１３）及び数式（１４）が成り立つ。

【0068】

【数13】

【0069】

【数14】

【0070】

上記数式から、第３フェーズにおける振動子２０の振幅Ａ_２、初期位相α_２、及び時刻ｔ_３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。

【0071】

【数15】

【0072】

【数16】

【0073】

【数17】

【0074】

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。

【0075】

【数18】

【0076】

【数19】

【0077】

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_４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。

【0078】

【数20】

【0079】

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Ｔ_{ｓｐ＃Ａｖｅ１}、Ｔ_{ｓｐ＃Ａｖｅ２}、Ｔ_{ｓｐ＃Ａｖｅ３}、Ｔ_{ｓｐ＃Ａｖｅ４}で示すと、下記数式（２１）〜数式（２４）が求められる。

【0080】

【数21】

【0081】

【数22】

【0082】

【数23】

【0083】

【数24】

【0084】

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。

【0085】

【数25】

【0086】

＜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_１、解放タイミングである時刻ｔ_２、ブレーキ部材２４の係合タイミングである時刻ｔ_３、解放タイミングである時刻ｔ_４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_１〜ｔ_４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。

【0087】

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_０において、振幅Ａ_１、初期位相α_１、及びクラッチ部材２２の係合タイミングである時刻ｔ_１を求める（Ｓ１０）。

【0088】

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Ｗ_ｏｕｔ、速度センサ２１Ｂから送られた振動子２０の位置ｘ（ｔ_０）、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_１を求める。振幅Ａ_１が求められると、数式（７）から初期位相α_１-が求められる。さらに振幅Ａ_１及び初期位相α_１が求められると、数式（８）より時刻ｔ_１が求められる。

【0089】

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_２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Ｔ_{ｓｐ＃Ａｖｅ２}、時刻ｔ_１、振幅Ａ_１、初期位相α_１、入力シャフト１２の角速度Ｗ_ｉｎ及び出力シャフト１４の角速度Ｗ_ｏｕｔを代入することで、時刻ｔ_２を求める。

【0090】

次に制御部１９は、数式（１５）〜数式（１７）を用いて、振幅Ａ_２、初期位相α_２、及びブレーキ部材２４の係合タイミングである時刻ｔ_３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_２が求められる。振幅Ａ_２が求められると、数式（１６）から初期位相α_２が求められる。初期位相α_２が求められると、数式（１７）から時刻ｔ_３が求められる。

【0091】

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_４を求める（Ｓ１６）。

【0092】

その後制御部１９は、クラッチ部材２２の係合タイミングｔ_１及び解放タイミングｔ_２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_３及び解放タイミングｔ_４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）。

【0093】

時刻ｔ_４に至ると、制御部１９は時刻ｔ_４＝ｔ_０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Ｗ_ｉｎ、振動子２０の位置及び出力シャフト１４の角速度Ｗ_ｏｕｔ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。

【0094】

＜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_０から時刻ｔ_１の間に、平均伝達トルクの要求値Ｔ_{ｓｐ＃Ａｖｅ＊}を満たす、時刻ｔ_１〜ｔ_４、振幅Ａ_１，Ａ_２、初期位相α_１，α_２を求めている。時刻ｔ_０から時刻ｔ_１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。

【0095】

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。

【0096】

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_２、初期位相α_２、時刻ｔ_０、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４を用いて、周期Ａにおける振幅Ａ_１、初期位相α-_１、時刻ｔ_１、ｔ_２を求める。さらにその後、求められた振幅Ａ_１、初期位相α-_１、時刻ｔ_１、ｔ_２を用いて残りの振幅Ａ_２、初期位相α-_２、時刻ｔ_３、ｔ_４を求める。

【0097】

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_０において、振幅Ａ_１、初期位相α_１、及びクラッチ部材２２の係合タイミングである時刻ｔ_１を求める（Ｓ３０）。

【0098】

具体的には、周期Ｂにおける時刻ｔ_４（＝周期Ａ，Ｃにおける時刻ｔ_０）及び出力シャフト１４の角速度Ｗ_ｏｕｔと数式（６）から、振幅Ａ_１が求められる。さらに振幅Ａ_１及び出力シャフト１４の角速度Ｗ_ｏｕｔと数式（７）から、初期位相α_１が求められる。続いて入力シャフト１２の角速度Ｗ_ｉｎ、出力シャフト１４の角速度Ｗ_ｏｕｔ、初期位相α_１、振幅Ａ_１、及び周期Ｂにおける時刻ｔ_４（＝周期Ａ，Ｃにおける時刻ｔ_０）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_１が求められる。

【0099】

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_２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。

【0100】

【数26】

【0101】

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。

【0102】

時刻ｔ_２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_２、初期位相α_２、及びブレーキ部材２４の係合タイミングである時刻ｔ_３を求める（Ｓ３４）。

【0103】

具体的には、時刻ｔ_２と数式（１５）から、振幅Ａ_２が求められる。振幅Ａ_２が求められると、数式（１６）から、初期位相α_２が求められる。振幅Ａ_２及び初期位相α_２が求められると、数式（１７）から時刻ｔ_３が求められる。

【0104】

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_４を求める（Ｓ３６）。

【0105】

【数27】

【0106】

その後制御部１９は、クラッチ部材２２の係合タイミングｔ_１及び解放タイミングｔ_２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_３及び解放タイミングｔ_４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）。

【0107】

時刻ｔ_４に至ると、制御部１９は時刻ｔ_４＝ｔ_０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Ｗ_ｉｎ、振動子２０の位置及び出力シャフト１４の角速度Ｗ_ｏｕｔ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。

【0108】

＜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。

【0109】

本制御を行うに当たり、予め制御部１９では、時刻ｔ_２≒ｔ_３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Ｗ_ｏｕｔ＜＜ωＡ_２として、（ω（ｔ_３−ｔ_０）＋α_２）≒０とする。さらに、数式（１５）について、（Ｗ_ｏｕｔ−Ｗ_ｉｎ）＜＜ω、ｃｏｓ（ω（ｔ_１−ｔ_０）＋α_１）≒１として、振幅Ａ_２≒Ａ_１＋（ｔ_２−ｔ-_１）（Ｗ_ｉｎ−Ｗ_ｏｕｔ）とする。

【0110】

上記の簡略化により、平均伝達トルクＴ_{ｓｐ＃Ａｖｅ}の要求値を満たす時刻ｔ_２は、下記数式（３４）〜数式（３７）により求めることができる。

【0111】

【数28】

【0112】

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_０において、数式（６）から数式（８）を用いて、振幅Ａ_１、初期位相α_１、及びクラッチ部材２２の係合タイミングである時刻ｔ_１を求める（Ｓ５０）。

【0113】

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_２を求める（Ｓ５２）。さらに制御部１９は、時刻ｔ_２と数式（１５）〜数式（１７）から、振幅Ａ_２、初期位相α_２、及びブレーキ部材２４の係合タイミングである時刻ｔ_３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_４を求める（Ｓ５６）。

【0114】

その後制御部１９は、クラッチ部材２２の係合タイミングｔ_１及び解放タイミングｔ_２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_３及び解放タイミングｔ_４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）。

【0115】

時刻ｔ_４に至ると、制御部１９は時刻ｔ_４＝ｔ_０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Ｗ_ｉｎ、振動子２０の位置及び出力シャフト１４の角速度Ｗ_ｏｕｔ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。

【0116】

＜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。

【0117】

【数29】

【0118】

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。

【0119】

【数30】

【0120】

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Ｗ_ｏｕｔ＜＜ωＡ_２として、（ω（ｔ_３−ｔ_０）＋α_２）≒０とする。さらに、数式（１５）について、（Ｗ_ｏｕｔ−Ｗ_ｉｎ）＜＜ω、ｃｏｓ（ω（ｔ_１−ｔ_０）＋α_１）≒１として、振幅Ａ_２≒Ａ_１＋（ｔ_２−ｔ-_１）（Ｗ_ｉｎ−Ｗ_ｏｕｔ）とする。

【0121】

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_２が求められる。

【0122】

【数31】

【0123】

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_０において、数式（６）から数式（８）を用いて、振幅Ａ_１、初期位相α_１、及びクラッチ部材２２の係合タイミングである時刻ｔ_１を求める（Ｓ７０）。

【0124】

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_２を求める（Ｓ７２）。さらに制御部１９は、時刻ｔ_２と数式（１５）〜数式（１７）から、振幅Ａ_２、初期位相α_２、及びブレーキ部材２４の係合タイミングである時刻ｔ_３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_４を求める（Ｓ７６）。

【0125】

その後制御部１９は、クラッチ部材２２の係合タイミングｔ_１及び解放タイミングｔ_２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_３及び解放タイミングｔ_４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）。

【0126】

時刻ｔ_４に至ると、制御部１９は時刻ｔ_４＝ｔ_０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Ｗ_ｉｎ、振動子２０の位置及び出力シャフト１４の角速度Ｗ_ｏｕｔ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。

【符号の説明】

【0127】

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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】