JP3629950B2 - クラッチディスク装置及びその捻り振動特性決定方法 - Google Patents
クラッチディスク装置及びその捻り振動特性決定方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンアイドリング時のトルク変動を起振源とした捻り振動によって発生するアイドル騒音（ガラ音）の低減を目的としたクラッチディスク装置及びその捻り振動特性決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、エンジンアイドリング時のトルク変動を起振源として発生した捻り振動は、クラッチディスク装置を介して変速機側に伝達され、アイドル騒音、所謂ガラ音と呼ばれる特有の騒音原因となっている。この捻り振動の伝達を極力抑制するためにクラッチディスクには、ダンパスプリングと摩擦材とを組み合わせて図６に示す捻り特性を持たせた減衰対策が施されている。即ち、プラス側の初段設定作動角θ１とマイナス側の初段設定作動角θ１’で形成される所定領域内（以下、この領域を初段領域という）では比較的低いばね定数を発揮し、初段領域外（以下、この領域を二段領域という）ではより高いばね定数を発揮するように捻り特性を設定している。そして、例えばアイドル状態での駐車時等のように、特にガラ音が問題となる状況では、中立点Ｃに対し振幅θＮＬを有する捻り振動を初段領域内の低いばね定数でもって減衰させ、走行時には二段領域内の高いばね定数でエンジントルクを伝達するように配慮されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したアイドル状態での駐車時等において変速機はニュートラル位置にあるため、初段領域は、エンジンから変速機側へのトルク伝達が全くないものとして設定されている。しかしながら、実際には変速機内のオイルがカウンタシャフト等で撹拌されることでトルク伝達がなされているため、捻り振動の中立点Ｃは回転抵抗の相当量だけプラス側の点Ｃ’に移動することになる。従来のクラッチディスク装置では、この中立点Ｃの移動現象を何ら想定しておらず、特にエンジン始動直後で変速機油温が未だ低いときには、回転抵抗が大きいことから中立点の移動量も大きくて、捻り振動の振幅θＮＬ全体が初段領域内に収まらずにばね定数の高い二段領域側に及んでしまう。その結果、捻り振動が十分に減衰されずにガラ音を発生させてしまうという問題があった。
【０００４】
その対策として、低油温時においても捻り振動の振幅θＮＬ全体が初段領域内に抑制されるように、初段領域を十分に拡大（広角化）することも考えられるが、この初段領域を含めて、初段ばね定数、ヒステリシス等の各諸元は相互にバランスして成り立っているため、単に広角化したのではダンパスプリングの大型化、ひいてはクラッチディスク装置全体の大型化を招いてしまう。
【０００５】
本発明の目的は、各諸元を適切に設定することにより、大型化を防止した上で、油温の変動に関係なく捻り振動を効率良く低減してガラ音を抑制することができるクラッチディスク装置及びその捻り振動特性決定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のクラッチディスク装置は、クラッチハブの強度に基づく初段設定作動角θMAX、所定低油温時の変速機の回転抵抗Ｔ0、クラッチディスク捻り特性の初段ヒステリシスＨ、所定低油温時の回転抵抗Ｔ 0 に対応するクラッチの初段ばね定数ｋ、エンジンアイドリング時の爆発１次成分の振動周波数ｆ、クラッチハブの慣性モーメントＩH、及びドライブピニオンの慣性モーメントＩDPの関係が、
２／θMAX（Ｔ0−Ｈ／２）＜ｋ＜２π2ｆ2（ＩH＋ＩDP）
を満足し、かつ、油温に応じた中立点移動量θT、回転抵抗Ｔ0が０のときの作動角θNL、プラス側及びマイナス側の初段設定作動角θ1,θ1’の関係が、
θ1≧θNL＋θT
|θ1’|≧θNL−θT
を満足するものである。従って、油温の変動に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制できるように初段設定作動角θ1,θ1’が設定されると共に、その初段設定作動角θ1,θ1’を実現可能な最小限の慣性モーメントＩH,ＩDPが設定される。
【０００７】
又、請求項２の発明のクラッチディスク装置の捻り振動特性決定方法は、クラッチハブの強度に基づく初段設定作動角θMAX、所定低油温時の変速機の回転抵抗Ｔ0、クラッチディスク捻り特性の初段ヒステリシスＨ、所定低油温時の回転抵抗Ｔ 0 に対応するクラッチの初段ばね定数ｋ、エンジンアイドリング時の爆発１次成分の振動周波数ｆ、クラッチハブの慣性モーメントＩH、及びドライブピニオンの慣性モーメントＩDPの関係が、
２／θMAX（Ｔ0−Ｈ／２）＜ｋ＜２π2ｆ2（ＩH＋ＩDP）
を満足するように慣性モーメントＩH,ＩDPを設定し、油温に応じた中立点移動量θT、回転抵抗Ｔ0が０のときの作動角θNL、プラス側及びマイナス側の初段設定作動角θ1,θ1’の関係が、
θ1≧θNL＋θT
|θ1’|≧θNL−θT
を満足するように上記初段設定作動角θ1,θ1’を設定するものである。つまり、それぞれの要求を満たすように初段設定作動角θ1,θ1’及び慣性モーメントＩH,ＩDP等の各諸元が条件式により相互に関連づけられているため、油温の変動に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制できるように初段設定作動角θ1,θ1’が設定されると共に、その初段設定作動角θ1,θ1’を実現可能な最小限の慣性モーメントＩH,ＩDPが設定される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したクラッチディスク装置の捻り振動特性決定方法の一実施例を説明する。
【０００９】
クラッチディスク装置は、図１の模式図に示すように、クーロン摩擦を有する１質量１自由度線形ばね系のモデル、即ち、エンジンのフライホイール１側に対しクラッチディスクのダンパスプリング２及び摩擦材３を介して慣性モーメントＩ（Ｉ＝クラッチハブ４の慣性モーメントＩＨ＋変速機のドライブピニオン５の慣性モーメントＩＤＰ）を支持するモデルとして表現できる。図では、フライホイール１側からの変位入力をＸＯ、ダンパスプリング２のばね定数をｋ、ヒステリシスＨで表した摩擦材３の効力を±Ｈ／２、ドライブピニオン５側への変位出力をＸＡ、クラッチディスクで生ずる相対変位をＸＲ（ＸＲ＝ＸＡ−ＸＯ）としている。
【００１０】
クラッチディスク装置の各諸元の設定手順は、図２のフローチャートに従って行う。まず、ステップＳ１で、次式（１）に従ってエンジンのアイドル回転速度ＮＯから、トルク変動に起因する爆発１次成分振動周波数ｆ（つまり、ガラ音の原因となる捻り振動の主要周波数）を求める。尚、ｎはエンジンの気筒数である。
ｆ＝ＮＯ／６０×ｎ／２……………………（１）
ステップＳ２で図３のマップより、低温時（例えば、１５℃）において変速機のドライブピニオン５に作用する回転抵抗ＴＯＬを求める。回転抵抗ＴＯＬの主原因は、変速機内でのカウンタシャフトによるオイルの撹拌にある。図３のマップは、この撹拌抵抗を基礎としてカウンタシャフトとドライブピニオン５とのギア比等を考慮した上で設定されている。
【００１１】
ステップＳ３で変速機の寸法等から概略のクラッチハブ４の慣性モーメントＩＨ及びドライブピニオン５の慣性モーメントＩＤＰを求める。ステップＳ４でクラッチハブ４の強度から、最大に設定可能なクラッチディスクの初段設定作動角θＭＡＸを求める。つまり、エンジン側から変速機側への捻り振動を抑制する点では、初段設定作動角θＭＡＸを広く設定するのが望ましいが、結果としてダンパスプリング２の大型化、ひいてはクラッチハブ４の強度低下を招くことになるため、このクラッチハブ４の強度面から初段設定作動角θＭＡＸの設定が制限されるのである。
【００１２】
次いで、ステップＳ５で次式（２）に従って、ステップＳ２の回転抵抗ＴＯＬ及びステップＳ４の初段設定作動角θＭＡＸから初段ばね定数ｋを求める。
【００１３】
ｋ＝２ＴＯＬ／θＭＡＸ……………………（２）
回転抵抗として低温時の値ＴＯＬを用いているのは、低温時でも捻り振動の振幅が初段作動角θ内に収まる初段ばね定数ｋの設定を意図しているためである。
【００１４】
ここで、（２）式を導き出す手順を説明する。まず、図１に示すように、クラッチディスクに回転抵抗による捻りモーメントが作用したときに、クラッチディスクの中立点が初段領域内に止まるための条件を、初段ばね定数ｋ、初段作動角θ、ヒステリシスＨ、回転抵抗ＴＯ（ここでは低温時と限定しないためＴＯとする）の関係で表すと、
ｋθ＋Ｈ／２＞ＴＯ……………………（３）
となる。又、クラッチディスクに作用する慣性モーメントＩは、前記のように、
Ｉ＝ＩＨ＋ＩＤＰ……………………（４）
である。又、固有振動数ｆＯは、
ｆＯ＝（１／２π）√（ｋ／Ｉ）……………………（５）
エンジン側から変速機側にクラッチディスクを介して伝達される捻り振動の絶対伝達率ＸＡ／ＸＯが１．０以下となるための条件、換言すれば、クラッチディスクが減衰作用を奏する条件は、上記（１）式にて求めた振動周波数ｆと（５）式にて求めた固有振動数ｆＯとの比を起振振動数比ｐと定義すると、
ｐ＝ｆ／ｆＯ＞√２……………………（６）
で表すことができる。尚、この（６）式の成立の根拠は、社団法人自動車技術会学術講演会前刷集９６３３９９１中の図８に基づく説明を参照されたい。
【００１５】
そして、（４）式、（５）式及び（６）式から、
ｋ／（ＩＨ＋ＩＤＰ）＜２π２ｆ２……………………（７）
を導き出すことができる。更に、この（７）式と（３）式から、初段ばね定数ｋの条件は、
１／θ（Ｔ０−Ｈ／２）＜ｋ＜２π２ｆ２（ＩＨ＋ＩＤＰ）……………（８）
θ＝θＭＡＸ／２……………（８’）
と表すことができ，この（８）式の左辺において、クラッチディスクのヒステリシスＨ＝０と仮定して（８’）式を仮定すると、上記した（２）式を得ることができる。つまり、クラッチディスクの捻り振動に対する減衰作用の大きさは、初段作動角θとヒステリシスＨとで囲まれる領域（図４にハッチングで示す領域）の面積で表すことができ、初段作動角θの最大値を導き出すためにヒステリシスＨ＝０としているのである。
【００１６】
（８）式は、上記のように初段ばね定数ｋの条件を表しているが、この（８）式を慣性モーメントＩＨ＋ＩＤＰ（＝Ｉ），ＩＨ，ＩＤＰを導き出すための各条件式（９），（１０），（１１）に変形することができる。従って、初段ばね定数ｋ及び各慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰは、これらの（８）式から（１１）式のいずれかを満足する関係となるように設定すればよい。以降は、（８）式を用いて初段ばね定数ｋと各慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰを求めるものとして説明を続ける。
【００１７】
ＩＨ＋ＩＤＰ＞（Ｔ０−Ｈ／２）／（２π２ｆ２）θ……………（９）
ＩＨ＞（Ｔ０−Ｈ／２）／（２π２ｆ２）θ−ＩＤＰ……………（１０）
ＩＤＰ＞（Ｔ０−Ｈ／２）／（２π２ｆ２）θ−ＩＨ……………（１１）
再び図２のフローチャートに従って説明を続けると、ステップＳ６で、ステップＳ５で求めた初段ばね定数ｋが、上記した（８）式の条件を満足しているか否かを判定する。（８）式を満足せずにＮＯ（否定）と判定した場合、つまり、設定した初段ばね定数ｋに対してクラッチハブ４及びドライブピニオン５の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰが小さ過ぎる場合には、ステップＳ７で慣性モーメントＩＨにΔＩＨを加算し、慣性モーメントＩＤＰにΔＩＤＰを加算した後、再びステップＳ３乃至ステップＳ５の処理を繰り返す。
【００１８】
尚、以上の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰの増大補正は、具体的には慣性モーメントＩＨについてはクラッチハブ４の外径や幅の拡大により、慣性モーメントＩＤＰについてはドライブピニオン５の歯車径や歯幅の拡大によって実施する。
【００１９】
ステップＳ７の処理を実行する毎に仮設定した慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰが増大することから、次第に（８）式の右辺の条件を満足し易くなる。そして、ステップＳ６でＹＥＳ（肯定）と判定した場合、ステップＳ８に移行する。
【００２０】
ステップＳ８では、図３のマップより求めた低温時の回転抵抗ＴＯＬ及び高温時の回転抵抗ＴＯＨ（例えば、９０℃）から、次式（１２），（１３）に従って、それぞれの回転抵抗ＴＯＬ，ＴＯＨに釣り合うためのクラッチディスクの中立点移動量θＬ，θＨ、換言すれば、回転抵抗ＴＯＬ，ＴＯＨが作用した場合に生ずるであろう中立点移動量θＬ，θＨを求める。回転抵抗はＴＯＬ＞ＴＯＨであることから中立点移動量はθＬ＞θＨ、つまり低温時ほど移動量が大となる。
【００２１】
θＬ＝ＴＯＬ／ｋ……………………（１２）
θＨ＝ＴＯＨ／ｋ……………………（１３）
同時にステップＳ８では、次式（１４）に従って、回転抵抗がないと仮定した場合の相対伝達率ＸＲ／ＸＯを求めると共に、（１５）式に従って相対変位ＸＲを作動角θＮＬとして設定する。つまり、このときの作動角θＮＬは、変速機内の回転抵抗を考慮しない理想的な作動角を意味する。
【００２２】
ＸＲ／ＸＯ＝√［｛ｐ４−（４η／π）２｝／（ｐ２−１）２］……………（１４）
θＮＬ＝ＸＲ……………………（１５）
尚、（１４）式中のηは、クラッチディスクの摩擦材３が奏するクローン摩擦の減衰パラメータであり、その詳細は、上記した学術講演会前刷集中の説明を参照されたい。次いで、ステップＳ９で次式（１６），（１７）に従って、回転抵抗を考慮した上で捻り振動の振幅をクラッチディスクの初段領域内に収めるためのプラス側の初段設定作動角θ１及びマイナス側の初段設定作動角θ１’を求める。
【００２３】
θ１≧θＮＬ＋θＬ……………………（１６）
｜θ１’｜≧θＮＬ−θＨ……………………（１７）
（１６）式及び（１７）式中の各パラメータは、図４に示す関係になる。以下、この関係を図に基づいて説明すると、回転抵抗が全くない場合の中立点Ｃに対して、高油温時の中立点ＣＨは中立点移動量θＨ分だけプラス側（図の右側）に、低油温時の中立点ＣＬはより大きい中立点移動量θＬ分だけプラス側に移動する。そして、移動後の中立点ＣＨ，ＣＬを中心とした所定の振幅（相対変位ＸＲ＝作動角θＮＬ）をもって、捻り振動がエンジン側から変速機側に伝達される。油温に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制するには、図から明らかなように、プラス側については、低油温時の中立点ＣＬを考慮したθＮＬ＋θＬ以上に初段設定作動角θ１を設定する必要があり、マイナス側については、高油温時の中立点ＣＨを考慮したθＮＬ−θＨ以下に初段設定作動角θ１’（実際にはマイナスの値であるため絶対値で表す）を設定する必要があるのである。
【００２４】
次いで、ステップＳ１０で、ステップＳ９で求めた初段設定作動角θ１，θ１’と、前記ステップＳ４で求めた初段設定作動角θＭＡＸとの関係が、次式を満足しているか否かを判定する。
【００２５】
θ１＋｜θ１’｜≦θＭＡＸ……………………（１８）
前記のように初段設定作動角θＭＡＸは、クラッチハブ４の強度に基づいて設定可能な最大値として設定されたものであるため、（１８）式の条件を満足しない場合には、初段設定作動角θ１，θ１’が実現不可能な値であることを意味する。この場合にはステップＳ１１で初段ばね定数ｋにΔｋを加算した後、再びステップＳ６、ステップＳ８乃至ステップＳ１０の処理を繰り返す。
【００２６】
ステップＳ１１の処理を実行する毎に仮設定した初段ばね定数ｋが増大すると、（５）式の固有振動数ｆＯが増大、（６）式の起振振動数比ｐが減少、（１４）式の相対伝達率ＸＲ／ＸＯが減少、（１５）式の相対変位ＸＲと共に作動角θＮＬが減少するため、結果として初段設定作動角θ１，｜θ１’｜が減少して、次第に（１８）式の条件を満足し易くなる。そして、ステップＳ１０でＹＥＳ（肯定）と判定すると、このクラッチディスク装置の各諸元の設定操作を終了する。
【００２７】
ここで、ステップＳ１１で初段ばね定数ｋを増大方向に補正する度に、ステップＳ６で初段ばね定数ｋが（８）式を満足するか否かを判定している。よって、仮に初段ばね定数ｋの増大によりステップＳ６で（８）式を満足しなくなった場合には、ステップＳ７で慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰが増大補正されて、最終的には、ステップＳ６及びステップＳ１０の双方の条件を満足する設定がなされる。
【００２８】
換言すれば、この設定手順では、油温の変動による中立点Ｃ，ＣＨ，ＣＬの移動を考慮に入れた上で初段設定作動角θ１，θ１’、初段ばね定数ｋ、及び慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰの各諸元を、それぞれの要求を満たすように各条件式により相互に関連づけながら設定している。その結果、油温の変動に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制可能な初段設定作動角θ１，θ１’、その初段設定作動角θ１，θ１’に対応する最小限の初段ばね定数ｋ、及びその初段設定作動角θ１，θ１’と初段ばね定数ｋとを実現することができる最小限の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰ（具体的には、最小限のクラッチハブの外径や幅、ドライブピニオンの歯車径や歯幅等）が得られる。
【００２９】
従って、本実施例の捻り振動特性決定方法によって設定されたクラッチディスク装置によれば、特に問題となる低油温時でも、捻り振動の振幅全体が初段領域内に確実に抑制され、かつ、その初段領域内では低い初段ばね定数ｋでもって捻り振動の減衰が行われることから、捻り振動を効率良く低減してガラ音を抑制することができる。しかも、以上の要求を満たした上で、慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰを不必要に増大させることなく最小限に設定することから、クラッチディスク装置全体が大型化する弊害を未然に防止することができる。
【００３０】
図５では従来例と本実施例のガラ音の発生状況を比較しており、本実施例の捻り振動特性決定方法を用いた場合には、特に低油温時のガラ音レベルが大幅に低減されていることがわかる。
【００３１】
以上で実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、ステップＳ１乃至ステップＳ７の処理でクラッチハブ及びドライブピニオンの慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰと初段ばね定数ｋとを設定し、ステップＳ８乃至ステップＳ１１の処理で、プラス側及びマイナス側の初段設定作動角θ１，θ１’を設定すると共に、初段ばね定数ｋを補正したが、必ずしもこの順序に従う必要はなく、逆の手順でもよい。
【００３２】
又、上記実施例では、ステップＳ１１で初段ばね定数ｋを増大方向に補正する度に、ステップＳ６で初段ばね定数ｋが（８）式を満足するか否かを判定している。これは前記したように、初段設定作動角θ１，θ１’、初段ばね定数ｋ、及び慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰの各諸元を相互に関連づけながら最適値に設定するためであるが、必ずしもこの手順に従う必要はなく、ステップＳ６を実行することなくステップＳ１１からステップＳ８に移行してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明のクラッチディスク装置によれば、油温に関係なく常に捻り振動の振幅が初段領域内に抑制されるため、捻り振動を効率良く低減してガラ音を抑制することができ、しかも、その初段設定作動角θ１，θ１’を実現可能な最小限の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰが設定されるため、クラッチディスク装置全体の大型化を未然に防止することができる。
【００３４】
又、請求項２の発明のクラッチディスク装置の捻り振動特性決定方法によれば、それぞれの要求を満たすように初段設定作動角θ１，θ１’及び慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰ等の各諸元を条件式により相互に関連づけた上で、油温に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制できるように初段設定作動角θ１，θ１’を設定すると共に、その初段設定作動角θ１，θ１’を実現可能な最小限の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰを設定するため、捻り振動を効率良く低減してガラ音を抑制することができ、しかも、クラッチディスク装置全体の大型化を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のクラッチディスク装置の模式図である。
【図２】クラッチディスク装置の各諸元の設定手順を示すフローチャートである。
【図３】変速機の油温と回転抵抗との関係を示す説明図である。
【図４】実施例のクラッチディスク装置の捻り特性を示す説明図である。
【図５】従来例と本実施例のガラ音の発生状況を示す説明図である。
【図６】従来例のクラッチディスク装置の捻り特性を示す説明図である。
【符号の説明】
４ クラッチハブ
５ ドライブピニオン
θＭＡＸ 初段設定作動角
Ｔ０ 回転抵抗
Ｈ ヒステリシス
ｋ 初段ばね定数
ｆ 爆発１次成分の振動周波数
ＩＨ クラッチハブ慣性モーメント
ＩＤＰ ドライブピニオン慣性モーメント
θＴ 中立点移動量
θＮＬ 作動角
θ１ プラス側初段設定作動角
θ１’ マイナス側初段設定作動角
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンアイドリング時のトルク変動を起振源とした捻り振動によって発生するアイドル騒音（ガラ音）の低減を目的としたクラッチディスク装置及びその捻り振動特性決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、エンジンアイドリング時のトルク変動を起振源として発生した捻り振動は、クラッチディスク装置を介して変速機側に伝達され、アイドル騒音、所謂ガラ音と呼ばれる特有の騒音原因となっている。この捻り振動の伝達を極力抑制するためにクラッチディスクには、ダンパスプリングと摩擦材とを組み合わせて図６に示す捻り特性を持たせた減衰対策が施されている。即ち、プラス側の初段設定作動角θ１とマイナス側の初段設定作動角θ１’で形成される所定領域内（以下、この領域を初段領域という）では比較的低いばね定数を発揮し、初段領域外（以下、この領域を二段領域という）ではより高いばね定数を発揮するように捻り特性を設定している。そして、例えばアイドル状態での駐車時等のように、特にガラ音が問題となる状況では、中立点Ｃに対し振幅θＮＬを有する捻り振動を初段領域内の低いばね定数でもって減衰させ、走行時には二段領域内の高いばね定数でエンジントルクを伝達するように配慮されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したアイドル状態での駐車時等において変速機はニュートラル位置にあるため、初段領域は、エンジンから変速機側へのトルク伝達が全くないものとして設定されている。しかしながら、実際には変速機内のオイルがカウンタシャフト等で撹拌されることでトルク伝達がなされているため、捻り振動の中立点Ｃは回転抵抗の相当量だけプラス側の点Ｃ’に移動することになる。従来のクラッチディスク装置では、この中立点Ｃの移動現象を何ら想定しておらず、特にエンジン始動直後で変速機油温が未だ低いときには、回転抵抗が大きいことから中立点の移動量も大きくて、捻り振動の振幅θＮＬ全体が初段領域内に収まらずにばね定数の高い二段領域側に及んでしまう。その結果、捻り振動が十分に減衰されずにガラ音を発生させてしまうという問題があった。
【０００４】
その対策として、低油温時においても捻り振動の振幅θＮＬ全体が初段領域内に抑制されるように、初段領域を十分に拡大（広角化）することも考えられるが、この初段領域を含めて、初段ばね定数、ヒステリシス等の各諸元は相互にバランスして成り立っているため、単に広角化したのではダンパスプリングの大型化、ひいてはクラッチディスク装置全体の大型化を招いてしまう。
【０００５】
本発明の目的は、各諸元を適切に設定することにより、大型化を防止した上で、油温の変動に関係なく捻り振動を効率良く低減してガラ音を抑制することができるクラッチディスク装置及びその捻り振動特性決定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のクラッチディスク装置は、クラッチハブの強度に基づく初段設定作動角θMAX、所定低油温時の変速機の回転抵抗Ｔ0、クラッチディスク捻り特性の初段ヒステリシスＨ、所定低油温時の回転抵抗Ｔ 0 に対応するクラッチの初段ばね定数ｋ、エンジンアイドリング時の爆発１次成分の振動周波数ｆ、クラッチハブの慣性モーメントＩH、及びドライブピニオンの慣性モーメントＩDPの関係が、
２／θMAX（Ｔ0−Ｈ／２）＜ｋ＜２π2ｆ2（ＩH＋ＩDP）
を満足し、かつ、油温に応じた中立点移動量θT、回転抵抗Ｔ0が０のときの作動角θNL、プラス側及びマイナス側の初段設定作動角θ1,θ1’の関係が、
θ1≧θNL＋θT
|θ1’|≧θNL−θT
を満足するものである。従って、油温の変動に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制できるように初段設定作動角θ1,θ1’が設定されると共に、その初段設定作動角θ1,θ1’を実現可能な最小限の慣性モーメントＩH,ＩDPが設定される。
【０００７】
又、請求項２の発明のクラッチディスク装置の捻り振動特性決定方法は、クラッチハブの強度に基づく初段設定作動角θMAX、所定低油温時の変速機の回転抵抗Ｔ0、クラッチディスク捻り特性の初段ヒステリシスＨ、所定低油温時の回転抵抗Ｔ 0 に対応するクラッチの初段ばね定数ｋ、エンジンアイドリング時の爆発１次成分の振動周波数ｆ、クラッチハブの慣性モーメントＩH、及びドライブピニオンの慣性モーメントＩDPの関係が、
２／θMAX（Ｔ0−Ｈ／２）＜ｋ＜２π2ｆ2（ＩH＋ＩDP）
を満足するように慣性モーメントＩH,ＩDPを設定し、油温に応じた中立点移動量θT、回転抵抗Ｔ0が０のときの作動角θNL、プラス側及びマイナス側の初段設定作動角θ1,θ1’の関係が、
θ1≧θNL＋θT
|θ1’|≧θNL−θT
を満足するように上記初段設定作動角θ1,θ1’を設定するものである。つまり、それぞれの要求を満たすように初段設定作動角θ1,θ1’及び慣性モーメントＩH,ＩDP等の各諸元が条件式により相互に関連づけられているため、油温の変動に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制できるように初段設定作動角θ1,θ1’が設定されると共に、その初段設定作動角θ1,θ1’を実現可能な最小限の慣性モーメントＩH,ＩDPが設定される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したクラッチディスク装置の捻り振動特性決定方法の一実施例を説明する。
【０００９】
クラッチディスク装置は、図１の模式図に示すように、クーロン摩擦を有する１質量１自由度線形ばね系のモデル、即ち、エンジンのフライホイール１側に対しクラッチディスクのダンパスプリング２及び摩擦材３を介して慣性モーメントＩ（Ｉ＝クラッチハブ４の慣性モーメントＩＨ＋変速機のドライブピニオン５の慣性モーメントＩＤＰ）を支持するモデルとして表現できる。図では、フライホイール１側からの変位入力をＸＯ、ダンパスプリング２のばね定数をｋ、ヒステリシスＨで表した摩擦材３の効力を±Ｈ／２、ドライブピニオン５側への変位出力をＸＡ、クラッチディスクで生ずる相対変位をＸＲ（ＸＲ＝ＸＡ−ＸＯ）としている。
【００１０】
クラッチディスク装置の各諸元の設定手順は、図２のフローチャートに従って行う。まず、ステップＳ１で、次式（１）に従ってエンジンのアイドル回転速度ＮＯから、トルク変動に起因する爆発１次成分振動周波数ｆ（つまり、ガラ音の原因となる捻り振動の主要周波数）を求める。尚、ｎはエンジンの気筒数である。
ｆ＝ＮＯ／６０×ｎ／２……………………（１）
ステップＳ２で図３のマップより、低温時（例えば、１５℃）において変速機のドライブピニオン５に作用する回転抵抗ＴＯＬを求める。回転抵抗ＴＯＬの主原因は、変速機内でのカウンタシャフトによるオイルの撹拌にある。図３のマップは、この撹拌抵抗を基礎としてカウンタシャフトとドライブピニオン５とのギア比等を考慮した上で設定されている。
【００１１】
ステップＳ３で変速機の寸法等から概略のクラッチハブ４の慣性モーメントＩＨ及びドライブピニオン５の慣性モーメントＩＤＰを求める。ステップＳ４でクラッチハブ４の強度から、最大に設定可能なクラッチディスクの初段設定作動角θＭＡＸを求める。つまり、エンジン側から変速機側への捻り振動を抑制する点では、初段設定作動角θＭＡＸを広く設定するのが望ましいが、結果としてダンパスプリング２の大型化、ひいてはクラッチハブ４の強度低下を招くことになるため、このクラッチハブ４の強度面から初段設定作動角θＭＡＸの設定が制限されるのである。
【００１２】
次いで、ステップＳ５で次式（２）に従って、ステップＳ２の回転抵抗ＴＯＬ及びステップＳ４の初段設定作動角θＭＡＸから初段ばね定数ｋを求める。
【００１３】
ｋ＝２ＴＯＬ／θＭＡＸ……………………（２）
回転抵抗として低温時の値ＴＯＬを用いているのは、低温時でも捻り振動の振幅が初段作動角θ内に収まる初段ばね定数ｋの設定を意図しているためである。
【００１４】
ここで、（２）式を導き出す手順を説明する。まず、図１に示すように、クラッチディスクに回転抵抗による捻りモーメントが作用したときに、クラッチディスクの中立点が初段領域内に止まるための条件を、初段ばね定数ｋ、初段作動角θ、ヒステリシスＨ、回転抵抗ＴＯ（ここでは低温時と限定しないためＴＯとする）の関係で表すと、
ｋθ＋Ｈ／２＞ＴＯ……………………（３）
となる。又、クラッチディスクに作用する慣性モーメントＩは、前記のように、
Ｉ＝ＩＨ＋ＩＤＰ……………………（４）
である。又、固有振動数ｆＯは、
ｆＯ＝（１／２π）√（ｋ／Ｉ）……………………（５）
エンジン側から変速機側にクラッチディスクを介して伝達される捻り振動の絶対伝達率ＸＡ／ＸＯが１．０以下となるための条件、換言すれば、クラッチディスクが減衰作用を奏する条件は、上記（１）式にて求めた振動周波数ｆと（５）式にて求めた固有振動数ｆＯとの比を起振振動数比ｐと定義すると、
ｐ＝ｆ／ｆＯ＞√２……………………（６）
で表すことができる。尚、この（６）式の成立の根拠は、社団法人自動車技術会学術講演会前刷集９６３３９９１中の図８に基づく説明を参照されたい。
【００１５】
そして、（４）式、（５）式及び（６）式から、
ｋ／（ＩＨ＋ＩＤＰ）＜２π２ｆ２……………………（７）
を導き出すことができる。更に、この（７）式と（３）式から、初段ばね定数ｋの条件は、
１／θ（Ｔ０−Ｈ／２）＜ｋ＜２π２ｆ２（ＩＨ＋ＩＤＰ）……………（８）
θ＝θＭＡＸ／２……………（８’）
と表すことができ，この（８）式の左辺において、クラッチディスクのヒステリシスＨ＝０と仮定して（８’）式を仮定すると、上記した（２）式を得ることができる。つまり、クラッチディスクの捻り振動に対する減衰作用の大きさは、初段作動角θとヒステリシスＨとで囲まれる領域（図４にハッチングで示す領域）の面積で表すことができ、初段作動角θの最大値を導き出すためにヒステリシスＨ＝０としているのである。
【００１６】
（８）式は、上記のように初段ばね定数ｋの条件を表しているが、この（８）式を慣性モーメントＩＨ＋ＩＤＰ（＝Ｉ），ＩＨ，ＩＤＰを導き出すための各条件式（９），（１０），（１１）に変形することができる。従って、初段ばね定数ｋ及び各慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰは、これらの（８）式から（１１）式のいずれかを満足する関係となるように設定すればよい。以降は、（８）式を用いて初段ばね定数ｋと各慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰを求めるものとして説明を続ける。
【００１７】
ＩＨ＋ＩＤＰ＞（Ｔ０−Ｈ／２）／（２π２ｆ２）θ……………（９）
ＩＨ＞（Ｔ０−Ｈ／２）／（２π２ｆ２）θ−ＩＤＰ……………（１０）
ＩＤＰ＞（Ｔ０−Ｈ／２）／（２π２ｆ２）θ−ＩＨ……………（１１）
再び図２のフローチャートに従って説明を続けると、ステップＳ６で、ステップＳ５で求めた初段ばね定数ｋが、上記した（８）式の条件を満足しているか否かを判定する。（８）式を満足せずにＮＯ（否定）と判定した場合、つまり、設定した初段ばね定数ｋに対してクラッチハブ４及びドライブピニオン５の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰが小さ過ぎる場合には、ステップＳ７で慣性モーメントＩＨにΔＩＨを加算し、慣性モーメントＩＤＰにΔＩＤＰを加算した後、再びステップＳ３乃至ステップＳ５の処理を繰り返す。
【００１８】
尚、以上の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰの増大補正は、具体的には慣性モーメントＩＨについてはクラッチハブ４の外径や幅の拡大により、慣性モーメントＩＤＰについてはドライブピニオン５の歯車径や歯幅の拡大によって実施する。
【００１９】
ステップＳ７の処理を実行する毎に仮設定した慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰが増大することから、次第に（８）式の右辺の条件を満足し易くなる。そして、ステップＳ６でＹＥＳ（肯定）と判定した場合、ステップＳ８に移行する。
【００２０】
ステップＳ８では、図３のマップより求めた低温時の回転抵抗ＴＯＬ及び高温時の回転抵抗ＴＯＨ（例えば、９０℃）から、次式（１２），（１３）に従って、それぞれの回転抵抗ＴＯＬ，ＴＯＨに釣り合うためのクラッチディスクの中立点移動量θＬ，θＨ、換言すれば、回転抵抗ＴＯＬ，ＴＯＨが作用した場合に生ずるであろう中立点移動量θＬ，θＨを求める。回転抵抗はＴＯＬ＞ＴＯＨであることから中立点移動量はθＬ＞θＨ、つまり低温時ほど移動量が大となる。
【００２１】
θＬ＝ＴＯＬ／ｋ……………………（１２）
θＨ＝ＴＯＨ／ｋ……………………（１３）
同時にステップＳ８では、次式（１４）に従って、回転抵抗がないと仮定した場合の相対伝達率ＸＲ／ＸＯを求めると共に、（１５）式に従って相対変位ＸＲを作動角θＮＬとして設定する。つまり、このときの作動角θＮＬは、変速機内の回転抵抗を考慮しない理想的な作動角を意味する。
【００２２】
ＸＲ／ＸＯ＝√［｛ｐ４−（４η／π）２｝／（ｐ２−１）２］……………（１４）
θＮＬ＝ＸＲ……………………（１５）
尚、（１４）式中のηは、クラッチディスクの摩擦材３が奏するクローン摩擦の減衰パラメータであり、その詳細は、上記した学術講演会前刷集中の説明を参照されたい。次いで、ステップＳ９で次式（１６），（１７）に従って、回転抵抗を考慮した上で捻り振動の振幅をクラッチディスクの初段領域内に収めるためのプラス側の初段設定作動角θ１及びマイナス側の初段設定作動角θ１’を求める。
【００２３】
θ１≧θＮＬ＋θＬ……………………（１６）
｜θ１’｜≧θＮＬ−θＨ……………………（１７）
（１６）式及び（１７）式中の各パラメータは、図４に示す関係になる。以下、この関係を図に基づいて説明すると、回転抵抗が全くない場合の中立点Ｃに対して、高油温時の中立点ＣＨは中立点移動量θＨ分だけプラス側（図の右側）に、低油温時の中立点ＣＬはより大きい中立点移動量θＬ分だけプラス側に移動する。そして、移動後の中立点ＣＨ，ＣＬを中心とした所定の振幅（相対変位ＸＲ＝作動角θＮＬ）をもって、捻り振動がエンジン側から変速機側に伝達される。油温に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制するには、図から明らかなように、プラス側については、低油温時の中立点ＣＬを考慮したθＮＬ＋θＬ以上に初段設定作動角θ１を設定する必要があり、マイナス側については、高油温時の中立点ＣＨを考慮したθＮＬ−θＨ以下に初段設定作動角θ１’（実際にはマイナスの値であるため絶対値で表す）を設定する必要があるのである。
【００２４】
次いで、ステップＳ１０で、ステップＳ９で求めた初段設定作動角θ１，θ１’と、前記ステップＳ４で求めた初段設定作動角θＭＡＸとの関係が、次式を満足しているか否かを判定する。
【００２５】
θ１＋｜θ１’｜≦θＭＡＸ……………………（１８）
前記のように初段設定作動角θＭＡＸは、クラッチハブ４の強度に基づいて設定可能な最大値として設定されたものであるため、（１８）式の条件を満足しない場合には、初段設定作動角θ１，θ１’が実現不可能な値であることを意味する。この場合にはステップＳ１１で初段ばね定数ｋにΔｋを加算した後、再びステップＳ６、ステップＳ８乃至ステップＳ１０の処理を繰り返す。
【００２６】
ステップＳ１１の処理を実行する毎に仮設定した初段ばね定数ｋが増大すると、（５）式の固有振動数ｆＯが増大、（６）式の起振振動数比ｐが減少、（１４）式の相対伝達率ＸＲ／ＸＯが減少、（１５）式の相対変位ＸＲと共に作動角θＮＬが減少するため、結果として初段設定作動角θ１，｜θ１’｜が減少して、次第に（１８）式の条件を満足し易くなる。そして、ステップＳ１０でＹＥＳ（肯定）と判定すると、このクラッチディスク装置の各諸元の設定操作を終了する。
【００２７】
ここで、ステップＳ１１で初段ばね定数ｋを増大方向に補正する度に、ステップＳ６で初段ばね定数ｋが（８）式を満足するか否かを判定している。よって、仮に初段ばね定数ｋの増大によりステップＳ６で（８）式を満足しなくなった場合には、ステップＳ７で慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰが増大補正されて、最終的には、ステップＳ６及びステップＳ１０の双方の条件を満足する設定がなされる。
【００２８】
換言すれば、この設定手順では、油温の変動による中立点Ｃ，ＣＨ，ＣＬの移動を考慮に入れた上で初段設定作動角θ１，θ１’、初段ばね定数ｋ、及び慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰの各諸元を、それぞれの要求を満たすように各条件式により相互に関連づけながら設定している。その結果、油温の変動に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制可能な初段設定作動角θ１，θ１’、その初段設定作動角θ１，θ１’に対応する最小限の初段ばね定数ｋ、及びその初段設定作動角θ１，θ１’と初段ばね定数ｋとを実現することができる最小限の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰ（具体的には、最小限のクラッチハブの外径や幅、ドライブピニオンの歯車径や歯幅等）が得られる。
【００２９】
従って、本実施例の捻り振動特性決定方法によって設定されたクラッチディスク装置によれば、特に問題となる低油温時でも、捻り振動の振幅全体が初段領域内に確実に抑制され、かつ、その初段領域内では低い初段ばね定数ｋでもって捻り振動の減衰が行われることから、捻り振動を効率良く低減してガラ音を抑制することができる。しかも、以上の要求を満たした上で、慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰを不必要に増大させることなく最小限に設定することから、クラッチディスク装置全体が大型化する弊害を未然に防止することができる。
【００３０】
図５では従来例と本実施例のガラ音の発生状況を比較しており、本実施例の捻り振動特性決定方法を用いた場合には、特に低油温時のガラ音レベルが大幅に低減されていることがわかる。
【００３１】
以上で実施例の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施例では、ステップＳ１乃至ステップＳ７の処理でクラッチハブ及びドライブピニオンの慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰと初段ばね定数ｋとを設定し、ステップＳ８乃至ステップＳ１１の処理で、プラス側及びマイナス側の初段設定作動角θ１，θ１’を設定すると共に、初段ばね定数ｋを補正したが、必ずしもこの順序に従う必要はなく、逆の手順でもよい。
【００３２】
又、上記実施例では、ステップＳ１１で初段ばね定数ｋを増大方向に補正する度に、ステップＳ６で初段ばね定数ｋが（８）式を満足するか否かを判定している。これは前記したように、初段設定作動角θ１，θ１’、初段ばね定数ｋ、及び慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰの各諸元を相互に関連づけながら最適値に設定するためであるが、必ずしもこの手順に従う必要はなく、ステップＳ６を実行することなくステップＳ１１からステップＳ８に移行してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明のクラッチディスク装置によれば、油温に関係なく常に捻り振動の振幅が初段領域内に抑制されるため、捻り振動を効率良く低減してガラ音を抑制することができ、しかも、その初段設定作動角θ１，θ１’を実現可能な最小限の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰが設定されるため、クラッチディスク装置全体の大型化を未然に防止することができる。
【００３４】
又、請求項２の発明のクラッチディスク装置の捻り振動特性決定方法によれば、それぞれの要求を満たすように初段設定作動角θ１，θ１’及び慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰ等の各諸元を条件式により相互に関連づけた上で、油温に関係なく常に捻り振動の振幅を初段領域内に抑制できるように初段設定作動角θ１，θ１’を設定すると共に、その初段設定作動角θ１，θ１’を実現可能な最小限の慣性モーメントＩＨ，ＩＤＰを設定するため、捻り振動を効率良く低減してガラ音を抑制することができ、しかも、クラッチディスク装置全体の大型化を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のクラッチディスク装置の模式図である。
【図２】クラッチディスク装置の各諸元の設定手順を示すフローチャートである。
【図３】変速機の油温と回転抵抗との関係を示す説明図である。
【図４】実施例のクラッチディスク装置の捻り特性を示す説明図である。
【図５】従来例と本実施例のガラ音の発生状況を示す説明図である。
【図６】従来例のクラッチディスク装置の捻り特性を示す説明図である。
【符号の説明】
４ クラッチハブ
５ ドライブピニオン
θＭＡＸ 初段設定作動角
Ｔ０ 回転抵抗
Ｈ ヒステリシス
ｋ 初段ばね定数
ｆ 爆発１次成分の振動周波数
ＩＨ クラッチハブ慣性モーメント
ＩＤＰ ドライブピニオン慣性モーメント
θＴ 中立点移動量
θＮＬ 作動角
θ１ プラス側初段設定作動角
θ１’ マイナス側初段設定作動角
Claims (2)
- クラッチハブの強度から算出したクラッチの初段設定作動角θMAX、所定低油温時の変速機の回転抵抗Ｔ0、上記クラッチの初段ヒステリシスＨ、上記所定低油温時の回転抵抗Ｔ 0 に対応するクラッチの初段ばね定数ｋ、エンジンアイドリング時のトルク変動による爆発１次成分の振動周波数ｆ、上記クラッチハブの慣性モーメントＩH、及びドライブピニオンの慣性モーメントＩDPの関係が、
２／θMAX（Ｔ0−Ｈ／２）＜ｋ＜２π2ｆ2（ＩH＋ＩDP）
を満足するように設定され、
上記回転抵抗Ｔ0と上記初段ばね定数ｋとに基づいて設定される中立点移動量θT、上記回転抵抗Ｔ0を０と仮定したときの作動角θNL、プラス側の初段設定作動角θ1、及びマイナス側の初段設定作動角θ1’の関係が、
θ1≧θNL＋θT
|θ1’|≧θNL−θT
を満足するように設定されたことを特徴とするクラッチディスク装置。 - クラッチハブの強度から算出したクラッチの初段設定作動角θMAX、所定低油温時の変速機の回転抵抗Ｔ0、上記クラッチの初段ヒステリシスＨ、上記所定低油温時の回転抵抗Ｔ 0 に対応するクラッチの初段ばね定数ｋ、エンジンアイドリング時のトルク変動による爆発１次成分の振動周波数ｆ、上記クラッチハブの慣性モーメントＩH、及びドライブピニオンの慣性モーメントＩDPの関係が、
２／θMAX（Ｔ0−Ｈ／２）＜ｋ＜２π2ｆ2（ＩH＋ＩDP）
を満足するようにクラッチハブの慣性モーメントＩH及びドライブピニオンの慣性モーメントＩDPを設定し、
上記回転抵抗Ｔ0と上記初段ばね定数ｋとに基づいて設定される中立点移動量θT、上記回転抵抗Ｔ0を０と仮定したときの作動角θNL、プラス側の初段設定作動角θ1、及びマイナス側の初段設定作動角θ1’の関係が、
θ1≧θNL＋θT
|θ1’|≧θNL−θT
を満足するように上記初段設定作動角θ1,θ1’を設定することを特徴とするクラッチディスク装置の捻り振動特性決定方法。
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