JP2007177538A - クラッチの滑り検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で、被駆動体が停止した状態でのクラッチに滑りを検出する。
【解決手段】モータ７とスライドドア１との間に設けられた噛み合いクラッチ９におけるスライドドア１側の従動側回転体１２の回転を検出する回転センサ１３を設け、制御装置８に、回転センサ１３により出力されるパルス信号Ｐに基づいてスライドドアの実速度（移動）を算出する速度算出部１４ａと、実速度が所定値以上になった回数が規定値以上になったらクラッチが滑っているとする滑り検出部１４ｂとを設け、従動側回転体が弾かれる場合の瞬間的な高い速度を検出し得るしきい値として所定値を設定して、実速度と所定値とを比較することによりクラッチの滑りを検出する。第２の部材側の回転センサのみでクラッチの滑りを検出することができるため、装置が簡略化され、コストを低廉化し得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータと被駆動体との間にクラッチを設けた構造におけるクラッチの滑り検出装置に関するものである。

従来、モータと、そのモータにより駆動される被駆動体とを選択的に断続するべく両者間にクラッチを設けたトルク伝達装置が種々の機械などに用いられており、例えば自動車のスライドドアの自動開閉装置がある（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１００３４５号公報

一方、クラッチとしては摩擦クラッチや噛み合いクラッチがあり、クラッチ接続時の確実かつ大きなトルク伝達を要求される装置には噛み合いクラッチが望まれる。その噛み合いクラッチにあっては、図５（ａ）に示されるように、クラッチを構成する第１の部材１１及び第２の部材１２の互いに対向する面にそれぞれ山形断面の歯１１ａ・１２ａを周方向に並べたものがある。このように噛み合わせる歯１１ａ・１２ａを山形断面形状とすることにより、両部材１１・１２同士の噛み合いを円滑に行わせることができる。

図示例では、第１の部材１１が駆動源に接続され、第２の部材１２が被駆動体に接続された電磁クラッチであるとする。その第１の部材１１の回転方向が矢印Ａの向きであるとすると、互いに噛み合った状態では第１の部材１１と一体的に第２の部材１２も矢印Ａの向きに回転する。

しかしながら、例えば被駆動体が変位端に達して第２の部材１２の回転が停止した状態でも第１の部材１１が回転し続けた場合に、両部材１１・１２の歯１１ａ・１２ａ同士が斜面を乗り越える力が両部材１１・１２同士を当接させる力よりも大きい場合には図５（ｂ）の矢印Ｂに示されるように相手の歯を乗り越えてしまう。その場合に、駆動源側に回転センサを設けているものにあっては、第１の部材１１が回転し続けるため被駆動体の停止を検出することができないため、駆動源として例えば電動モータを用いた場合には無駄な電流が流れて消費電力が多くなってしまうという問題がある。

被駆動体側である第２の部材１２に回転センサを設けることにより被駆動体の変位を直接的に検出することができる。しかしながら、上記歯を乗り越える動きの場合には第２の部材１２が第１の部材１１の回転により弾かれるようになり、第２の部材１２と被駆動体との間に弾性要素が介在する場合には弾かれる度に変位してしまう。そのため、第２の部材１２すなわち被駆動体が変位していると誤判定してしまうという問題がある。例えば両部材１１・１２に回転センサを設けることにより上記問題を解決できるが、装置のコストが高騰化するという問題がある。

このような課題を解決して、安価な構成で、被駆動体が停止した状態でクラッチに滑りが生じたことを確実に検出するために、本発明に於いては、モータと当該モータにより駆動される被駆動体との間に設けられ、かつ前記モータに接続される第１の部材と前記被駆動体に接続される第２の部材とを有するクラッチのトルク伝達時における滑りを検出するためのクラッチの滑り検出装置であって、前記第２の部材の回転に応じてパルス波を出力するパルス発生手段と、前記パルス波のパルス幅または周期に基づいて前記被駆動体の移動速度を算出する速度算出手段と、前記移動速度が所定値以上になったことが検出された場合には前記クラッチが滑っていると判断する滑り検出手段とを有するもの、あるいは、前記移動速度の所定時間内の変化が所定幅以上になったことが検出された場合には前記クラッチが滑っていると判断する滑り検出手段とを有するものとした。

特に、前記パルス波を積算して前記被駆動体の位置を算出する位置算出手段を有し、前記滑り検出手段による前記判断が、前記被駆動体の位置が所定の領域にある場合に行われると良い。前記クラッチが噛み合いクラッチであると良く、また、前記被駆動体が車両用開閉体であると良い。また、前記クラッチが電磁クラッチであると良い。

このように本発明によれば、被駆動体側である第２の部材に回転に応じてパルス波を出力するパルス発生手段を設けると共にそのパルス幅または周期に基づいて実速度（移動速度）を算出し、第２の部材が弾かれる場合の瞬間的な高い速度を検出し得るしきい値として所定値を設定して、実速度と所定値とを比較することによりクラッチの滑りを検出することができる。あるいは、弾かれている場合にはパルス波の間隔が通常動作時よりも狭くなるため、パルス波の変化が大きくなる。これにより、移動速度の所定時間内の変化が所定幅以上になったことをもって滑りを検出することができる。第２の部材側の回転センサのみでクラッチの滑りを検出することができるため、装置が簡略化され、コストを低廉化し得る。

特に、被駆動体が所定の領域に位置する場合に滑りの判断を行うようにすることにより、例えば被駆動体の移動範囲における停止位置近傍に限定することができ、それにより無駄な検出制御を行わなくてすみ、制御を簡略化し得る。また、噛み合いクラッチにあっては、被駆動体が停止して駆動側の第１の部材が回転し続ける場合に第２の部材が弾かれた場合にパルス波形に対する影響が大きく現れ易く、噛み合いクラッチへ適用すると好適である。また、車両用開閉体の駆動装置に適用することにより、自動車にあっては限られた電力であるバッテリを電源としていることから、本装置によりモータ及びクラッチへの無駄な消費電力を抑制し得るため、省電力化に寄与し得る。また、電磁クラッチを用いた装置に適用することにより、滑りが生じないようにするために大きな吸引力を発生し得る大型の電磁クラッチを用いる必要がなくなり、必要最小限の吸引力を発生し得るコンパクトな電磁クラッチを用い、かつ滑り対策も簡単に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用されたスライドドアの開閉駆動装置の概略を示す全体図である。被駆動体としてのスライドドア１は、図示されない車両の後席への乗降用として車両前後方向にスライド可能に設けられており、その上下端の一部を図示されないドアサッシに設けられているレールによりガイドかつ支持されている。

車両ボディには車両前後方向に延在するようにガイドレール２が設けられており、ガイドレール２の両端部近傍にそれぞれ配設された両プーリ４間に環状になるようにワイヤ５が巻き掛けられている。ワイヤ５は、一対のワイヤとしての開側ワイヤ５ａと閉側ワイヤ５ｂとからなり、各プーリ４にそれぞれ１８０度転回するように巻回され、各一端部がスライドドア１に一体的に設けられたローラ転動式スライダ３に結合されている。スライドドア１に対して、開側ワイヤ５ａは開側に延出し、閉側ワイヤ５ｂは閉側に延出している。

開側ワイヤ５ａと閉側ワイヤ５ｂの各他端部は駆動ユニット６のケーシング内に設けられた駆動ドラム６ａに互いに反対向きに巻回され、同じく駆動ユニット６のケーシング内に設けられた電動モータ７に、クラッチとしての例えば電磁クラッチ９を介して駆動ドラム６ａが結合されるようになっている。制御装置８によりモータ７が駆動制御され、クラッチ９の接続状態でモータ７の正逆転に応じて駆動ドラム６ａが正逆転し、ワイヤ５がその延在方向に往復動する。それにより、スライダ３がガイドレール２にガイドされつつ車両前後（図における左右）方向に往復動して、スライドドア１が自動的にスライド開閉し得る。

スライドドア１は、その全閉位置および全開位置でそれぞれ保持可能にされている。図示例のスライドドア１にあっては、全閉位置では図示されないロック手段（ラッチ機構など）により固定されることにより、全開位置では例えば図１のガイドレール２にスライダ３のローラが突状ストッパ２ａを乗り越えることによりそれぞれの位置で保持されるようになっている。なお、全開位置にあっては、スライドドア１が閉方向に自然に滑って行くような傾斜地に停車した場合でも、モータ７の駆動力により突状ストッパ２ａを乗り越えるまでスライダ３を移動させることにより、スライダ３のローラがストッパ２ａに係止されてスライドドア１が全開位置に保持される。

また、クラッチ９は、従来例で図示したものと同様に互いに噛み合う山形の歯を周方向に並べた第１の部材としての駆動側回転体１１及び第２の部材としての従動側回転体１２を有し、両者の噛み合いは電磁力により、離反は戻しばねのばね力による通常の電磁クラッチであって良い。そのスライドドア１に連結された側となる従動側回転体１２の回転を検出するためのパルス発生手段としての回転センサ１３が設けられている。

回転センサ１３は、例えば従動側回転体１２にＮ・Ｓ極を周方向に交互に並べた環状の着磁体を固着し、その磁極の変化を検出する構造であって良い。それにより、例えば図２に示されるように２相のパルス波を出力することができるため、回転方向も検出可能である。なお、パルス発生手段としては上記回転センサ１３に限定されず、例えば同心の２つの円周上に所定の位相差となるように複数の反射テープをそれぞれ貼着し、それぞれの反射光を検出する光学センサであっても良い。いずれにしても従動側回転体１２の回転に伴って所定のパルス波となるパルス信号Ｐを出力するものであれば良く、正逆回転方向を制御するものでなければ１相のみであって良い。

上記回転センサ１３からのパルス信号Ｐは制御装置８に入力し、制御装置８からはモータ７に正逆転駆動信号Ｄが出力される。制御装置８内には、各制御を行うためにＣＰＵを用いて構成された主制御回路１４が設けられており、主制御回路１４内には、上記パルス信号Ｐに基づいてスライドドア１の移動速度（開閉方向の速度）を算出する速度算出部手段としての速度算出部１４ａと、パルス信号Ｐに基づいてクラッチ１１の滑りを検出する滑り検出手段としての滑り検出部１４ｂと、パルス信号Ｐを積算してスライドドア１の位置を算出する位置算出部１４ｃとが設けられている。主制御回路１４では上記算出されたスライド速度を予め設定された目標速度に合わせるためのデューティ制御を行う。なお、これらはプログラム処理されるものであって良い。

また、制御装置８には、上記デューティに応じてモータ７に電流を流すモータ駆動回路１５と、クラッチ９に接続及び切断の各制御信号を出力するためのクラッチ駆動回路１６とが設けられている。なお、制御装置８にはスイッチユニット１７が電気的に接続されており、スイッチユニット１７の開・閉の各スイッチを例えば操作している間だけ各信号が主制御回路１４に入力し、主制御回路１４では開閉信号に応じてモータ７を正逆転駆動するデューティ制御信号をモータ駆動回路１４ｃに出力する。

このようにして構成された開閉駆動装置におけるクラッチの滑り検出要領について以下に示す。図３にスライドドア１を全閉位置から全開位置に向けて駆動し、かつ全開位置でクラッチ９を滑らせた場合のパルス信号Ｐに基づく各波形の代表例を示す。なお、図の横軸は時間であるが、縦軸は各波形に対応したものであり、波形毎に種類が異なる。

図の破線は予め設定されているスライドドア１の全開操作時の目標速度であり、実線はその目標速度に合わせるように駆動制御した場合の実速度である。この実速度は、上記したようにパルス信号Ｐに基づき速度算出部１４ａで算出された値である。二点鎖線はスライドドア１の変位量（全閉位置を０とする）である。この変位量は、全閉位置でリセットし、開方向への移動に伴って発生するパルス信号Ｐのカウント数（積算値）で表すことができる。また、点線はパルス信号Ｐのパルス幅（図２のＢ）であり、具体的には連続する数パルス分の平均値とすると良い。または、パルス信号Ｐの周期（図２のＴ）とすることもできる。

スイッチユニット１７からの開信号の入力により、目標速度（破線）に応じてモータ７に駆動信号が出力されて、図３の実線に示されるようにスライドドア１の移動速度がほぼ目標速度に追従して推移する。それに伴って、図の二点鎖線に示されるようにスライドドア１の位置（ドア位置）が全開位置近傍に至る。また、本図示例では、全開位置手前の所定位置から全開位置に至る領域を滑り検出領域として設定する。

次に、サブルーチンとして設定された図４のフローを参照して制御要領について示す。図４のフローの実行にあっては、その開始は例えばスイッチユニット１７の開信号入力とし、その後は所定のタイミングで繰り返し実行するものであって良い。

まずステップＳＴ１では、上記したように位置算出部１４ｃで算出された位置情報からスライドドア１が上記滑り検出領域に達したか否かを判別する。ステップＳＴ１で滑り検出領域に達していると判断された場合にはステップＳＴ２に進み、達していないと判断された場合には今回のルーチンを終了する。ステップＳＴ２では実速度Ｖが所定値Ｖｄ以上であるか否かを判別し、実速度Ｖが所定値Ｖｄ以上であると判断された場合にはステップＳＴ３に進み、所定値Ｖｄに達していないと判断された場合には今回のルーチンを終了する。

ステップＳＴ３ではカウントＣの値に１を加算する。このカウントＣは、実速度Ｖが所定値をＶｄを越えたと判断された回数となり、初期状態で０にリセットされるものとする。次のステップＳＴ４ではカウントＣが規定値Ｃｄ以上になったか否かを判別し、規定値Ｃｄ以上であると判断された場合にはステップＳＴ５に進み、規定値Ｃｄに達していないと判断された場合には今回のルーチンを終了する。ステップＳＴ５では、ステップＳＴ４からステップＳＴ５に進んできた場合にはクラッチ９に滑りが生じたと判断して停止処理を行う。停止処理としてはモータ７の駆動停止を行い、またカウンタＣのリセットを行い、本ルーチンを終了する。

これにより、噛み合いクラッチを用いた装置においてクラッチの一方の部材（第２の部材としての従動側回転体１２）に回転センサ１３を設けるだけで、クラッチの滑りを検出することができるため、最少構成により安価なクラッチの滑り検出装置を実現し得る。なお、上記図示例では噛み合いクラッチについて示したが、本装置は摩擦クラッチにも適用し得る。摩擦クラッチにおいても、被駆動体側が停止した場合に駆動側が回転し続けると弾かれる現象が起こり得るため、有効である。

なお、速度Ｖの判断となる所定値Ｖｄの設定は、図３に示されるように目標速度の最高値よりも高くし、かつ噛み合いクラッチにおいて弾かれた場合に算出される実速度Ｖのピーク値を検出し得る値とする。具体的には製品と同じ装置を用いた実験データに基づいた値にすると良い。また、規定値Ｃｄの設定は、ノイズなどによる場合のカウントも考慮して２以上とするが、不必要に大きな数を設定することなく、上記と同様に実験データに基づいて滑りが生じた場合の無駄な消費電力の発生をできるだけ抑える値にすると良い。

上記例では実速度Ｖが所定値Ｖｄ以上になった回数で滑りを判断したが、図３に示されるように、滑りが生じている状態では実速度Ｖの変化が大きくなる。その変化幅Ｗが所定値Ｗｄ以上になったか否かを上記ステップＳＴ２で判別するようにしても良い。変化幅Ｗの算出にあっては、所定時間内の上限値と下限値との差とすることができる。なお、実速度Ｖの算出基準となるパルス幅（図２のＢ）も同様に変化する（図３の点線）ことから、上記と同様にしてそのパルス幅Ｂが所定値Ｂｄ以下になったか否かを判別するようにしても良い。

また、図４のステップＳＴ１では滑り領域として全開位置手前の所定位置から全開位置に至る領域としたが、例えばガイドレール２に異物が挟まりスライドドア１が半開状態でも停止することが考えられるため、スライド範囲の全領域で図４のフローを実行するためにステップＳＴ１を省略するか、任意の広い領域を設定するようにしても良い。

また、図示例では自動車のスライドドア用駆動装置に適用した例を示したが、スライドドアに限定されず、他の種々の開閉体を対象とする駆動装置に適用することができるばかりでなく、工作機械その他のクラッチを介在させた種々の駆動装置に適用することができる。

本発明が適用されたスライドドアの開閉駆動装置の概略を示す全体図である。 回転センサのパルス波形を示す図である。 全開動作時の目標速度・実速度・ドア位置・パルス幅の変化をそれぞれ示す図である。 本発明に基づく制御を示すフロー図である。 （ａ）は噛み合いクラッチの歯の形状を示す図であり、（ｂ）は弾かれた状態を示す（ａ）に対応する図である。

符号の説明

１ スライドドア
８ 制御装置
７ モータ
９ クラッチ
１１ 駆動側回転体
１２ 従動側回転体
１４ａ 速度算出部、１４ｂ 滑り検出部、１４ｃ 位置算出部

Claims (6)

1. モータと当該モータにより駆動される被駆動体との間に設けられ、かつ前記モータに接続される第１の部材と前記被駆動体に接続される第２の部材とを有するクラッチのトルク伝達時における滑りを検出するためのクラッチの滑り検出装置であって、
   前記第２の部材の回転に応じてパルス波を出力するパルス発生手段と、前記パルス波のパルス幅または周期に基づいて前記被駆動体の移動速度を算出する速度算出手段と、前記移動速度が所定値以上になったことが検出された場合には前記クラッチが滑っていると判断する滑り検出手段とを有することを特徴とするクラッチの滑り検出装置。
2. モータと当該モータにより駆動される被駆動体との間に設けられ、かつ前記モータに接続される第１の部材と前記被駆動体に接続される第２の部材とを有するクラッチのトルク伝達時における滑りを検出するためのクラッチの滑り検出装置であって、
   前記第２の部材の回転に応じてパルス波を出力するパルス発生手段と、前記パルス波のパルス幅または周期に基づいて前記被駆動体の移動速度を算出する速度算出手段と、前記移動速度の所定時間内の変化が所定幅以上になったことが検出された場合には前記クラッチが滑っていると判断する滑り検出手段とを有することを特徴とするクラッチの滑り検出装置。
3. 前記パルス波を積算して前記被駆動体の位置を算出する位置算出手段を有し、
   前記滑り検出手段による前記判断が、前記被駆動体の位置が所定の領域にある場合に行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクラッチの滑り検出装置。
4. 前記クラッチが噛み合いクラッチであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のクラッチの滑り検出装置。
5. 前記被駆動体が車両用開閉体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のクラッチの滑り検出装置。
6. 前記クラッチは電磁クラッチであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のクラッチの滑り検出装置。

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