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WO2018124218A1 - 動力伝達制御装置 - Google Patents

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WO2018124218A1
WO2018124218A1 PCT/JP2017/047049 JP2017047049W WO2018124218A1 WO 2018124218 A1 WO2018124218 A1 WO 2018124218A1 JP 2017047049 W JP2017047049 W JP 2017047049W WO 2018124218 A1 WO2018124218 A1 WO 2018124218A1
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WO
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differential rotation
rotation
frequency
actuator
predetermined
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Application number
PCT/JP2017/047049
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀人 万田
充俊 神谷
Original Assignee
アイシン・エーアイ株式会社
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Publication date
Application filed by アイシン・エーアイ株式会社 filed Critical アイシン・エーアイ株式会社
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Priority to US16/471,597 priority patent/US10823284B2/en
Priority to DE112017005796.5T priority patent/DE112017005796B4/de
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Definitions

  • the present invention relates to a power transmission control device mounted on a vehicle.
  • a first rotation shaft, a power source provided so as to be able to adjust the rotation speed of the first rotation shaft, a second rotation shaft that rotates in conjunction with an axle, and a rotation speed of the first rotation shaft are detected.
  • An engagement member provided so as to be movable in the axial direction with respect to the one shaft, and provided to be rotatable relative to the one shaft, either the first rotation shaft or the second rotation shaft.
  • Patent Document 1 performs control to reduce the speed of the movement immediately before the impact.
  • the power transmission control device shown is known.
  • Patent Document 2 As another example of reducing the impact sound, a power transmission control device shown in Patent Document 2 in which an elastic member that deforms when a load received by the engagement member is transmitted is provided in the actuator is also known. ing.
  • the power transmission control device disclosed in Patent Document 2 includes a differential rotation between the engaging member and the engaged member, and a natural frequency generated in conjunction with the actuator and the engaging member. Therefore, there is a case where the engagement between the engaging member and the engaged member is prevented, and the engagement between the engaging member and the engaged member may not be completed.
  • the engaging member is slid by an actuator having an elastic member that is deformed when a load received by the engaging member is transmitted, and the engaging member and the engaged member are reliably engaged. It is an object of the present invention to provide a power transmission control device capable of performing the above.
  • a first rotating shaft a power source provided so as to be able to adjust the rotational speed of the first rotating shaft, a second rotating shaft that rotates in conjunction with an axle, and the first rotation
  • a first rotational speed detection unit that detects the rotational speed of the shaft
  • a second rotational speed detection unit that detects the rotational speed of the second rotational shaft, and one of the first rotational shaft and the second rotational shaft.
  • An engaging member that rotates integrally with the shaft and is movable in the axial direction with respect to the one shaft; and is provided so as to be relatively rotatable with respect to the one shaft, the first rotating shaft or the second shaft
  • An engaged member that rotates in conjunction with any one of the rotation shafts, an actuator that operates to move the engagement member in the axial direction, and a control unit, wherein the control unit includes the first The number of rotations of the first rotation shaft detected by the one rotation number detection unit and the second number of rotations detection unit are detected.
  • a differential rotation calculation process for calculating a differential rotation between the engagement member and the engaged member based on the rotation speed of the second rotation shaft, and the differential rotation by adjusting the rotation speed of the power source.
  • a differential rotation control process that matches the predetermined differential rotation, and after the differential rotation matches the predetermined differential rotation by the differential rotation control process, the engagement between the engaging member and the engaged member is established.
  • an engagement control process for operating the actuator, and the actuator includes an elastic member that is deformed when a load received by the engagement member is transmitted.
  • the power source is rotated so that the differential rotation matches the predetermined differential rotation set based on a natural frequency generated by the elastic member between the actuator and the engagement member. number And adjusting.
  • the engaging member and the engaged member are configured to be engaged with each other by spline coupling, and the control unit sets the spline teeth of the spline coupling to an absolute value of the differential rotation when executing the differential rotation control process.
  • a frequency calculation process for calculating a spline frequency which is a value multiplied by a number is executed, and a value obtained by dividing the spline frequency calculated by the frequency calculation process by the natural frequency does not become zero.
  • the predetermined differential rotation may be set.
  • the control unit is configured to be capable of executing a rotational acceleration calculation process for calculating a rotational acceleration of the second rotational axis, which is a change amount per unit time, from the rotational speed of the second rotational axis, and executing the differential rotational control process
  • a rotational acceleration calculation process for calculating a rotational acceleration of the second rotational axis, which is a change amount per unit time, from the rotational speed of the second rotational axis, and executing the differential rotational control process
  • the rotational acceleration of the second rotation axis calculated by the rotational acceleration calculation process is a positive value
  • a value obtained by dividing the spline frequency calculated by the frequency calculation process by the natural frequency is 0 and a positive value.
  • the predetermined differential rotation is set to be larger than a predetermined integer which is one of the integers and less than or equal to a value obtained by adding 0.5 to the predetermined integer, and is calculated by the rotational acceleration calculation process.
  • a value obtained by dividing the spline frequency calculated by the frequency calculation process by the natural frequency is 0 or a positive integer.
  • the actuator includes a motor that drives the actuator, and includes a current monitoring unit that monitors a current flowing through the motor, and a storage unit, and the control unit is configured to perform the engagement control process when the engagement member is executed.
  • a periodic vibration having a predetermined amplitude occurs in the current monitored by the current monitoring unit during the operation of the actuator so that the engaged member engages with the engaged member, the frequency of the current Is detected and stored in the storage unit, and when the differential rotation control process is executed, the predetermined difference is determined based on the frequency of the current stored by the vibration storage process. The rotation may be corrected.
  • the predetermined differential rotation is caused by the elastic member to match the differential rotation between the engaging member and the engaged member with the predetermined differential rotation. Since it is set based on the natural frequency generated in conjunction with the actuator and the engaging member, it is easy to prevent the phenomenon that prevents the engagement between the engaging member and the engaging member from occurring. Thus, it is possible to reliably engage the both.
  • FIG. 1 It is a power transmission block diagram of the power transmission control apparatus to which this invention is applied.
  • A is an enlarged view of a low-speed input gear and a sleeve in a state where an uplock is generated
  • B is an enlarged view of a low-speed input gear and a sleeve that are spline-coupled.
  • It is a conceptual diagram which shows notionally the principal part structure of an actuator.
  • FIG. 1 is a power transmission configuration diagram of a power transmission control device to which the present invention is applied
  • FIG. 2 (A) is an enlarged view of a low-speed input gear and a sleeve in a state where an up-lock occurs
  • FIG. 4 is an enlarged view of a spline-coupled low speed input gear and sleeve.
  • the power transmission control device 1 is mounted on a vehicle such as a private car and controls power transmission to a pair of left and right wheels 2 and 3 of the vehicle.
  • the power transmission control device 1 outputs power to the first rotating shaft 4, the second rotating shaft 8 that rotates in conjunction with the axles 6, 7, and the first rotating shaft 4.
  • the engine 11 provided so as to be able to adjust the rotational speed of the motor
  • the motor generator 12 provided so as to be able to adjust the rotational speed of the first rotary shaft 4, the first rotary shaft 4 and the second rotary shaft 8.
  • a switching mechanism 14 for switching connection / disconnection of power transmission.
  • the engine 11 and the first generator 12 are examples of power sources.
  • the motor generator 12 can adjust the rotational speed with higher accuracy than the engine 11.
  • the switching mechanism 14 includes a hub 17 mounted to rotate integrally with the first rotating shaft 4, a pair of input gears 18 and 21 mounted on the first rotating shaft 4 in an idle state, and the first A pair of output gears 23 and 24 mounted to rotate integrally with the two rotating shafts 8 and a sleeve mounted to rotate integrally with the outer periphery of the hub 17 and slidable in the axial direction of the first rotating shaft 4 26.
  • One of the pair of input gears 18 and 21 is a small-diameter low-speed input gear 18, and the other is a large-diameter high-speed input gear 21.
  • the hub 17 is disposed between the pair of input gears 18 and 21.
  • One of the pair of output gears 23, 24 is a large-diameter low-speed output gear 23 that always meshes with the low-speed input gear 18, and the other is a small-diameter high-speed output gear 24 that always meshes with the high-speed input gear 21.
  • the pieces 19 and 22 projecting toward the hub 17 are integrally formed on the input gears 18 and 21, respectively.
  • the hub 17 is disposed so as to be sandwiched between the pair of pieces 19 and 22 and is adjacent to both.
  • the outer periphery of the hub 17 and the inner periphery of the sleeve 26 are each formed with spline teeth 26a at equal intervals so as to be engaged by spline connection.
  • Spline teeth 19a are also formed on the outer periphery of each piece 19 and 22 at equal intervals so as to be engaged with the inner periphery of the sleeve 26 in a splined manner.
  • 2 shows the state of the low speed input gear 18 and the sleeve 26, the state of the high speed input gear 21 and the sleeve 26 is the same.
  • This state is a low speed state in which the power of the first rotating shaft 4 is transmitted to the second rotating shaft 8 at a low speed.
  • the switching mechanism 14 also performs shift switching in the connected state together with the connection / disconnection switching.
  • the two pieces 19 and 22 and the sleeve 26 constitute dog clutches 27 and 28 for connecting and disconnecting power by spline coupling / uncoupling.
  • the sleeve 26 is a kind of engaging member that is slidable in the axial direction, and the pieces 19 and 22 are a kind of engaged members.
  • the engagement start position to be in a state is set.
  • the hub 17 and the sleeve 26 are always spline-coupled, but the sleeve 26 and the pieces 19 and 22 are not always spline-coupled.
  • the state to be switched is switched from one to the other and from the other to the other. Therefore, in order to smoothly spline the pieces 19 and 22 and the sleeve 17 with the sliding of the sleeve 26, the tips of the spline teeth 19a and 26a facing each other are pointed in a wedge shape.
  • the chamfers 19a1 and 26a1 are formed.
  • control is performed so that the differential rotation ⁇ N is a value sufficiently smaller than the rotational speed N1 and the rotational speed N2 and is equal to a predetermined differential rotation that is a value set in advance with a value larger than 0.
  • control is executed by the control unit 29 shown in FIG.
  • the sliding operation of the sleeve 26 is performed by an actuator 31 shown in FIG.
  • the power of the second rotating shaft 8 is transmitted to the differential mechanism 34 via the drive gear 32 and the driven gear 33.
  • the differential mechanism 34 distributes the power from the second rotating shaft 8 to the left and right axles 6 and 7.
  • the left and right wheels 2 and 3 may be rear wheels of the vehicle or front wheels.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram conceptually showing a main part configuration of the actuator.
  • the actuator 31 includes a shift shaft 36, an electric motor 37 that rotationally drives the shift shaft 36 around its axis, and an inner lever 38 that is attached to the shift shaft 36 and swings integrally with the shift shaft 36. And a shift fork (not shown) that is interlocked with the swinging operation of the inner lever 38 and the sliding operation of the sleeve 26.
  • a configuration in which the shift shaft 36 is rotated around its axis by the driving force of the motor 37 will be described.
  • a gear 39 provided on the output shaft 37a of the motor 37 a gear 41 that is always meshed with the gear 39, a gear 43 that is mounted on the rotating shaft 42 of the gear 41, and a gear 43 that is always meshed and shifted.
  • a driving force of the electric motor 37 is converted into an operating force for sliding the sleeve 26 by a gear 44 mounted so as to rotate integrally with the shaft 36.
  • a damper mechanism 46 is provided between the motor 37 and the sleeve 26.
  • the damper mechanism 46 is a kind of an elastic member that is elastically deformed when a load such as an impact received by the sleeve 26 is transmitted, whereby shock noise is reduced or reduced.
  • the rotating shaft 42 is constituted by two divided pieces 42a and 42b.
  • the gear 41 is attached to one divided piece 42a, and the gear 43 is attached to the other divided piece 42b.
  • the two split pieces 42a and 42b rotate integrally by the elastic force of the damper mechanism 46.
  • the spline frequency F1 which is the reciprocal of the generation period T1 is calculated from the following equation.
  • N1 is the value of the rotation speed N1
  • N2 is the value of the rotation speed N2
  • the number of teeth is the number of spline teeth 19a and 26a formed on the pieces 19 and 22 and the sleeve 26, respectively.
  • the spline frequency F1 is a value indicating how many times spline coupling is possible in one second during rotation.
  • the natural frequency F2 which is the reciprocal of the natural vibration period T2, is calculated from the following equation.
  • M is the weight of the vibrating object
  • k is the spring constant of the damper mechanism 46.
  • the up-lock occurs continuously and periodically.
  • the predetermined differential rotation is set so as to prevent such a situation. In other words, the predetermined differential rotation is set so that the value after the decimal point of the value obtained by dividing the spline frequency F1 by the natural frequency F2 does not become zero.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control unit.
  • the control unit 29 is constituted by a single microcomputer or a plurality of microcomputers interconnected by CAN or the like.
  • one of a plurality of microcomputers constituting the control unit 29 may be an ECU that is a dedicated microcomputer that controls the engine 2.
  • the control unit 29 includes a storage unit 29a configured by a ROM or the like, and a first rotation sensor that is a kind of a first rotation number detection unit that detects the rotation number of the first rotation shaft 4 on the input side. 47, a second rotation sensor 48 that is a second rotation speed detection unit that detects the rotation number of the second rotation number 4, a position sensor 49 that is a position detection unit that detects the slide position of the sleeve 26, and A current monitoring unit 51 that monitors and detects the current flowing through the motor 37 is connected.
  • the position sensor 49 is configured by a potentiometer or the like disposed on the upstream side of the damper mechanism 46 in the middle of the transmission path of the driving force from the motor 37 to the sleeve 26. Specifically, a potentiometer that detects the rotation angle of the divided piece 42a corresponds to this.
  • the engine 11, the motor generator 12, and the motor 37 are connected to the output side of the control unit 29.
  • the control unit 29 receives a shift command resulting from a change in driving state or a driver's operation while both are traveling, and the switching mechanism 14 switches from a low speed state to a high speed state or a high speed state. When it is determined that the condition for switching from the low speed state to the low speed condition is satisfied, a cutting process for switching the cutting of the dog clutches 27 and 28 to be cut is performed.
  • the control unit 29 first performs the first rotation shaft 4 and the second rotation shaft by the first rotation sensor 47 and the second rotation sensor 48. 8 is obtained, and a differential rotation calculation process 29b for calculating the differential rotation ⁇ N related to the dog clutches 27 and 28 to be connected is executed from these rotation numbers.
  • the control unit 29 controls the rotation speed N1 or the rotation speed N2 by the engine 11 or the motor generator 12 so that the differential rotation ⁇ N calculated by the differential rotation calculation process 29b matches the predetermined differential rotation.
  • the differential rotation control process 29c is executed.
  • a frequency calculation process 29e for calculating the spline frequency is also executed to set the predetermined differential rotation.
  • control unit 29 uses the second rotation sensor 48 to calculate the rotation acceleration of the second rotation shaft 8 which is the amount of change per unit time of the rotation speed of the second rotation shaft 8. Execute. The rotational acceleration calculated in this way is used for setting the predetermined differential rotation. Details will be described later.
  • the control unit 29 sets the sleeve 26 and the pieces 19 and 22 so that the connection switching of the dog clutches 27 and 28 to be connected is performed on condition that the differential rotation ⁇ N coincides with the predetermined differential rotation.
  • Engagement control processing 29d that engages by spline coupling is executed.
  • the engagement control process 29d may be started after the differential rotation ⁇ completely coincides with the predetermined differential rotation, but immediately before the differential rotation ⁇ coincides with the predetermined differential rotation, The control process 29d may be started to shorten the time.
  • the differential rotation is performed by the engine 2 or the electric motor 4 so that the spline frequency F1 becomes a value obtained by multiplying the natural frequency F2 by a value L within an acceleration range which is a predetermined range.
  • ⁇ N is controlled.
  • the acceleration time range is larger than a natural number multiple (n) and is equal to or smaller than a value (n + 0.5) obtained by adding 0.5 to the natural number.
  • a value L obtained by dividing the spline frequency F1 by the natural frequency F2 is larger than a natural number (n) and is not more than a value obtained by adding 0.5 to the natural number (n + 0.5). . This makes it possible to perform a shift operation that matches the feeling during acceleration.
  • the control unit 29 determines that the vehicle is decelerating when it is confirmed that the rotational acceleration of the second rotation shaft 8 acquired by the rotational acceleration calculation process 29f is a negative value. While the vehicle is decelerating, the sleeve 26 tries to apply a force directed to the pieces 19 and 22 in a direction opposite to the rotation direction thereof, so that a gap (not shown) between the spline teeth 19a and 26a is formed. It is desirable to form on the opposite side of the rotation direction. Therefore, when the control unit 29 executes the differential rotation control process 29c while determining that the vehicle is decelerating, the relationship between the spline frequency F1 and the natural frequency F2 is expressed by the following equation. The predetermined differential rotation is set so as to satisfy.
  • the differential rotation is performed by the engine 2 or the electric motor 4 so that the spline frequency F1 becomes a value obtained by multiplying the natural frequency F2 by a value L within a predetermined deceleration range which is a predetermined range.
  • ⁇ N is controlled.
  • the deceleration range is a range that is larger than a value obtained by adding 0.5 to a natural number (n + 0.5) and smaller than a value obtained by adding 1 to the natural number (n + 1.0).
  • a value L obtained by dividing the spline frequency F1 by the natural frequency F2 is larger than a value obtained by adding 0.5 to a natural number (n + 0.5) and a value obtained by adding 1 to this natural number (n + 1) .0). This makes it possible to perform a shift operation that matches the feeling during deceleration.
  • the up-lock may occur during connection switching of the dog clutches 27 and 28.
  • vibration is generated by the damper mechanism 46 and the motor 37 generates electricity, and the current flowing through the motor 37 has a predetermined amplitude and periodically vibrates with time.
  • the control unit 29 detects the occurrence of the periodic vibration and acquires the frequency at that time by monitoring by the current monitoring unit 51, and stores the frequency in the storage unit 29a. Run 29g. Incidentally, this frequency storage process 29g is also executed during the execution of the engagement control process 29d. Then, during the execution of the differential rotation control process 29c, the control unit 29 corrects the value of the predetermined rotation difference based on the frequency stored in the storage unit 29a by the frequency storage process 29g, and Prevent locks from occurring.
  • the example in which the actuator 31 performs switching from one of the high speed state and the low speed state to the other and the other from the other has been described.
  • the switching may be performed manually by the driver.
  • manual operation detection means (not shown) is provided on the input side of the control unit 29, and the above-described series of processing is performed when this manual operation is detected.
  • first rotating shaft 4 is provided with the hub 17 that supports the input gears 18 and 21 in an idle state and rotates together, and the pieces 19 and 22 are integrated with the input gears 18 and 21.
  • the output gears 23 and 24 are provided so as to rotate integrally with the second rotating shaft 8 has been described, it may be reversed.
  • the second rotating shaft 8 supports the output gears 23 and 24 in an idle state and is provided with the hub that rotates integrally, and the pieces are integrally formed on the output gears 23 and 24, respectively.
  • a sleeve may be attached to the outer periphery of the hub, and the input gears 18 and 21 may be provided on the first rotating shaft 4 so as to rotate integrally.
  • Second rotating shaft 11
  • Engine power source
  • Motor generator power source
  • 19 pieces members to be engaged
  • 22 pieces members to be engaged
  • 26 Sleeve (engagement member)
  • Control Unit 31
  • Actuator 37
  • 1st rotation sensor (1st rotation speed detection part)
  • 2nd rotation sensor (2nd rotation speed detection part)
  • Current monitor 51

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Abstract

係合部材が受けた荷重が伝達されることにより変形する弾性部材を有するアクチュエータによって前記係合部材をスライド操作し、前記係合部材及び被係合部材の係合を確実に行うことが可能な動力伝達制御装置を提供する。 アクチュエータ31は弾性部材42を有し、制御部29は、検出した第1回転軸4及び前記第2回転軸8の回転数に基づいて、係合部材26と被係合部材19,22との差回転を算出し、動力源11,12の回転数を調整することで差回転を所定差回転に一致させ、差回転が所定差回転と一致した後、前記係合を確立するにあたり、前記所定差回転が、前記差回転を前記弾性部材42により前記アクチュエータ31と前記係合部材26との間で連動して発生する固有振動数に基づいて設定する。

Description

動力伝達制御装置
 本発明は、車両に搭載される動力伝達制御装置に関する。
 第1回転軸と、前記第1回転軸の回転数を調整できるように設けられた動力源と、車軸と連動して回転する第2回転軸と、前記第1回転軸の回転数を検出する第1回転数検出部と、前記第2回転軸の回転数を検出する第2回転数検出部と、前記第1回転軸又は前記第2回転軸の何れか一方の軸と一体回転し、かつ、前記一方の軸に対して軸方向に移動可能に設けられた係合部材と、前記一方の軸に相対回転可能に設けられ、前記第1回転軸又は前記第2回転軸の何れか他方の軸と連動して回転する被係合部材と、前記係合部材を軸方向に移動させるように作動するアクチュエータとを備えた動力伝達制御装置が従来公知である。
 さらに、前記係合部材が軸方向に移動して前記被係合部材に衝突した際に発生する衝撃を低減させるため、衝撃の直前において、前記移動の速度を低下させる制御を行う特許文献1に示す動力伝達制御装置が公知になっている。
 また、衝撃音を低減させる他の例として、前記係合部材が受けた荷重が伝達されることにより変形する弾性部材を、前記アクチュエータに設けた特許文献2に示す動力伝達制御装置も公知になっている。
特開2005-226687号公報 特表2003-529024号公報
 しかし、前記特許文献2の動力伝達制御装置は、前記係合部材と前記被係合部材との差回転と、前記アクチュエータと前記係合部材との間で連動して発生する固有振動数との関係で、前記係合部材と前記被係合部材との係合が妨げられる現象が発生し、前記係合部材と前記被係合部材との係合が完了しない場合がある。
 本発明は、係合部材が受けた荷重が伝達されることにより変形する弾性部材を有するアクチュエータによって前記係合部材をスライド操作し、前記係合部材及び被係合部材の係合を確実に行うことが可能な動力伝達制御装置を提供することを課題とする。
 上記課題を解決するため、第1回転軸と、前記第1回転軸の回転数を調整できるように設けられた動力源と、車軸と連動して回転する第2回転軸と、前記第1回転軸の回転数を検出する第1回転数検出部と、前記第2回転軸の回転数を検出する第2回転数検出部と、前記第1回転軸又は前記第2回転軸の何れか一方の軸と一体回転し、かつ、前記一方の軸に対して軸方向に移動可能に設けられた係合部材と、前記一方の軸に相対回転可能に設けられ、前記第1回転軸又は前記第2回転軸の何れか他方の軸と連動して回転する被係合部材と、前記係合部材を軸方向に移動させるように作動するアクチュエータと、制御部とを備え、前記制御部は、前記第1回転数検出部が検出した前記第1回転軸の回転数、および、前記第2回転数検出部が検出した前記第2回転軸の回転数に基づいて、前記係合部材および前記被係合部材との差回転を算出する差回転算出処理と、前記動力源の回転数を調整することで前記差回転を所定差回転に一致させる差回転制御処理と、前記差回転制御処理によって前記差回転が前記所定差回転と一致した後、前記係合部材と前記被係合部材との係合を確立するように前記アクチュエータを作動させる係合制御処理とを実行可能に構成され、前記アクチュエータは、前記係合部材が受けた荷重が伝達されることにより変形する弾性部材を有し、前記差回転制御処理の実行時、前記差回転を前記弾性部材により前記アクチュエータと前記係合部材との間で連動して発生する固有振動数に基づいて設定される前記所定差回転に一致させるように前記動力源の回転数を調整することを特徴とする。
 前記係合部材及び前記被係合部材は互いにスプライン結合によって係合するように構成され、前記制御部は、前記差回転制御処理の実行時、前記差回転の絶対値に前記スプライン結合のスプライン歯数を乗算した値であるスプライン周波数を算出する周波数算出処理を実行するとともに、前記周波数算出処理によって算出されたスプライン周波数を前記固有振動数で除算した値の小数点以下の値が0にならないように前記所定差回転を設定するものとしてもよい。
 前記制御部は、前記第2回転軸の回転数から単位時間当たりの変化量である第2回転軸の回転加速度を算出する回転加速度算出処理を実行可能に構成され、前記差回転制御処理の実行時、前記回転加速度算出処理によって算出された前記第2回転軸の回転加速度が正の値の場合、前記周波数算出処理によって算出された前記スプライン周波数を前記固有振動数で除算した値が0及び正の整数のうちの1つである所定の整数より大きく、かつ、前記所定の整数に0.5を加算した値以下になるように前記所定差回転を設定し、前記回転加速度算出処理によって算出された前記第2回転軸の回転加速度が負の値の場合、前記周波数算出処理によって算出された前記スプライン周波数を前記固有振動数で除算した値が0及び正の整数のうちの前記所定の整数に0.5を加算した値以上で、かつ、前記所定の整数に1.0を加算した値より小さくなるように前記所定差回転を設定するものとしてもよい。
 前記アクチュエータは、当該アクチュエータを駆動するモータを有し、前記モータに流れる電流を監視する電流監視部と、記憶部とを備え、前記制御部は、前記係合制御処理の実行時に前記係合部材と前記被係合部材とが係合するように前記アクチュエータを作動させる間において、前記電流監視部によって監視される前記電流に所定の振幅を持つ周期的振動が発生した場合、前記電流の振動数を検出して前記記憶部に記憶する振動数記憶処理を実行可能に構成され、前記差回転制御処理の実行時、前記振動記憶処理によって記憶された前記電流の振動数に基づいて、前記所定差回転の補正を行うものとしてもよい。
 係合部材および被係合部材との係合させる目的で、前記係合部材と前記被係合部材との差回転を所定差回転に一致させるにあたり、前記所定差回転が、前記弾性部材により前記アクチュエータと前記係合部材との間で連動して発生する固有振動数に基づいて設定されるため、前記係合部材と前記係合部材との係合を妨げる現象が発生することを容易に防止して両者の係合を確実に行うことが可能になる。
本発明を適用した動力伝達制御装置の動力伝動構成図である。 (A)はアップロックが発生している状態の低速入力ギヤ及びスリーブの拡大図であり、(B)はスプライン結合した低速入力ギヤ及びスリーブの拡大図である。 アクチュエータの要部構成を概念的に示す概念図である。 制御部の構成を示すブロック図である。
 図1は、本発明を適用した動力伝達制御装置の動力伝動構成図であり、図2(A)はアップロックが発生している状態の低速入力ギヤ及びスリーブの拡大図であり、(B)はスプライン結合した低速入力ギヤ及びスリーブの拡大図である。動力伝達制御装置1は、自家用車等の車両に搭載され、前記車両の左右一対の車輪2,3へ動力伝達を制御する。
 前記動力伝達制御装置1は、第1回転軸4と、車軸6,7と連動して回転する第2回転軸8と、前記第1回転軸4に動力を出力して前記第1回転軸4の回転数を調整できるように設けられたエンジン11と、前記第1回転軸4の回転数を調整できるように設けられたモータジェネレータ12と、前記第1回転軸4と前記第2回転軸8との間で動力伝達の断接切替を行う切替機構14とを備えている。
 前記エンジン11及び前記第1ジェネレータ12は動力源の一例である。前記モータジェネレータ12は回転数の調整を、前記エンジン11よりも高精度に行うことができる。
 前記切替機構14は、前記第1回転軸4に一体回転するように装着されたハブ17と、前記第1回転軸4に遊転状態で装着された一対の入力ギヤ18,21と、前記第2回転軸8に一体回転するように装着された一対の出力ギヤ23,24と、前記ハブ17の外周に一体回転するように装着され且つ前記第1回転軸4の軸方向にスライド可能なスリーブ26とを備えている。
 前記一対の入力ギヤ18,21の一方は小径の低速入力ギヤ18になり、他方は大径の高速入力ギヤ21になる。前記ハブ17は、この一対の入力ギヤ18,21の間に配置されている。前記一対の出力ギヤ23,24の一方は低速入力ギヤ18と常時噛合う大径の低速出力ギヤ23になり、他方は高速入力ギヤ21と常時噛合う小径の高速出力ギヤ24になる。
 各入力ギヤ18,21には、前記ハブ17に向かって突出するピース19,22がそれぞれ一体的に形成されている。言換えると、ハブ17は一対のピース19,22に挟まれるように配置され、両者と隣接している。
 前記ハブ17の外周と、前記スリーブ26の内周とは、スプライン結合して係合するように、スプライン歯26aが等間隔毎にそれぞれ形成されている。各ピース19,22の外周にも、スリーブ26の内周とスプライン結合して係脱可能に係合するように、スプライン歯19aが相互且つ等間隔に形成されている。ちなみに、図2は、低速入力ギヤ18及びスリーブ26の状態を示しているが、高速入力ギヤ21及びスリーブ26の状態も同様になる。
 前記スリーブ26が前記低速入力ギヤ18に向かってスライド移動した場合、この低速入力ギヤ18のピース19の外周と、前記スリーブ26の内周とがスプライン結合され、前記ピース19を含む低速入力ギヤ18が前記ハブ17及びスリーブ26と共に一体回転する。この状態は、前記第1回転軸4の動力が第2回転軸8に低速伝動される低速状態になる。
 前記スリーブ26が前記高速入力ギヤ21に向かってスライド移動した場合、この高速入力ギヤ21のピース22の外周と、前記スリーブ26の内周とがスプライン結合され、前記ピース22を含む高速入力ギヤ21が前記ハブ17及びスリーブ26と共に一体回転する。この状態は、前記第1回転軸4の動力が第2回転軸8に高速伝動される高速状態になる。
 前記スリーブ26が隣接する一対のピース19,22の中間に位置する係合解除位置にスライド移動した場合、前記スリーブ26は、前記一対のピース19,22の何れにもスプライン結合せず、前記第1回転軸4の動力が第2回転軸8には伝動されない係合解除状態になる。
 すなわち、前記切替機構14は、前記断接切替と共に、接続状態においては変速切替も行う。また、前記構成によって、2つの前記ピース19,22及びスリーブ26は、スプライン結合・結合解除によって動力を断接するドグクラッチ27,28を構成している。言換えると、前記スリーブ26は軸方向にスライド可能な係合部材の一種であり、前記ピース19,22は被係合部材の一種である。
 前記スリーブ26のスライド範囲内の両端寄りには、それぞれ、このスリーブ26が前記入力ギヤ18,21のピース19,22と完全にスプライン結合される係合完了位置がそれぞれ設定されている。前記スリーブ26を、前記スライド範囲において、係合完了位置よりもさらに端寄りにスライドした場合、図示しないストッパと当接して押付けられる押付け完了状態になる。
 前記スリーブ26のスライド範囲内における係合完了位置と係合解除位置との間には、前記スリーブ26及び前記ピース19,22のスプライン歯19a,26a同士が接触し且つ動力は伝動されない係合開始状態になる係合開始位置が設定されている。
 ちなみに、前記ハブ17と前記スリーブ26とは常にスプライン結合しているが、前記スリーブ26と前記ピース19,22とは、常時スプライン結合はされておらず、スプライン結合が解除された状態及びスプライン結合させる状態の一方から他方及び他方から一方への切替が行われる。このため、スリーブ26のスライドに伴って前記ピース19,22と前記スリーブ17とがスムーズにスプライン結合されるように、両者のスプライン歯19a,26aの向い合う先端部同士には、それぞれ楔状に尖ったチャンファ19a1,26a1が形成されている。
 このチャンファ19a1,26a1の作用を利用して、一方のスプライン歯19a1が他方のスプライン歯19a1,19a1の間に形成された歯溝に正確に位置していない場合でも、両者を噛合わせることが可能になる。
 ただし、前記ピース19,22及びスリーブ26の位相が完全に一致してチャンファ19a1の周方向位置が一致して回転位相が同一な状態のまま、前記スリーブ26をギヤ入れ位置にスライドさせようとすると、図2(A)に示すように、前記チャンファ19a1,26a1の先端同士が当接して両者の係合が妨げられる現象であるアップロックが発生する。
 このアップロックの発生を防止し、図2(B)に示すように、前記係合をスムーズに実行するためには、チャンファ19a1,26a1の押し分け作用が発生するように、前記ピース19,22及びスリーブ26の回転位相を完全に一致させていない状態で、このスリーブ26を係合完了位置にスライドさせる必要がある。
 また、前記ピース19,22の回転数N1と、スリーブ26の回転数N2との回転数差である差回転ΔNが大きい場合、前記ピース19,22及び前記スリーブ26の回転位相関係がそもそも安定的しないため、前記ピース19,22と前記スリーブ26との係合をスムーズに行うことが困難になる。一方、前記差回転ΔNを0とすると、前記ピース19,22及びスリーブ26の回転位相が完全に一致していた場合、前記アップロックが発生する。
 すなわち、前記差回転ΔNが前記回転数N1及び前記回転数N2よりも十分に小さい値であって且つ0よりも大きい値で予め設定された値である所定差回転に一致するよう制御する。このような制御は、図4に示す制御部29によって実行される。また、前記スリーブ26のスライド操作は、図3に示すアクチュエータ31によって行う。
 前記第2回転軸8の動力は、ドライブギヤ32及びドリブンギヤ33を介して、差動機構34に伝動される。前記差動機構34は、前記第2回転軸8からの動力を、左右の前記車軸6,7に分配する。ちなみに、左右の車輪2,3は、車両の後輪であってもよいし、前輪であってもよい。
 図3は、アクチュエータの要部構成を概念的に示す概念図である。前記アクチュエータ31は、シフトシャフト36と、前記シフトシャフト36を軸回りに回動駆動する電動式のモータ37と、前記シフトシャフト36に装着され且つ前記シフトシャフト36と一体で揺動するインナーレバー38と、前記インナーレバー38の揺動作動と前記スリーブ26のスライド作動に連動させる図示しないシフトフォークとを備えている。
 すなわち、前記アクチュエータ31では、シフトシャフト36の軸回り回動が、スリーブ26をスライド操作する動作に変換される。
 前記モータ37の駆動力によって、前記シフトシャフト36を、軸回り回動作動する構成を説明する。前記モータ37の出力軸37aに設けられたギヤ39と、前記ギヤ39と常時噛合うギヤ41と、前記ギヤ41の回転軸42に装着されたギヤ43と、前記ギヤ43と常時噛合い且つシフトシャフト36に一体回転するように装着されたギヤ44とによって、前記電動モータ37の駆動力が前記スリーブ26をスライド操作する操作力に変換される。
 前記モータ37と前記スリーブ26との間にはダンパー機構46が設けられている。前記ダンパー機構46は、前記スリーブ26が受けた衝撃等の荷重が伝達されることにより弾性変形する弾性部材の一種であり、これによって衝撃音の緩衝や低減等が図られる。
 具体的には、前記回転軸42が、2つの分割片42a,42bによって構成されている。一方の分割片42aには前記ギヤ41が装着され、他方の分割片42bには前記ギヤ43が装着されている。通常は、ダンパー機構46の有する弾性力によって、2つの前記分割片42a,42bは一体的に回転する。
 そして、前記分割片42bに対して所定以上の衝撃が回転力として作用した場合、前記弾性力に抗して、前記分割片42bが前記分割片42aに対して相対回転し、その衝撃が吸収される。
 ところで、前記ダンパー機構46の弾性力によってもたらされる前記スリーブ26のスライド方向の固有振動周期T2が、前記アップロックが発生する発生周期T1と同期した場合、前記アップロックが連続的且つ周期的に発生し、前記シフト操作が迅速に完了しない状態になる。
 前記発生周期T1の逆数であるスプライン周波数F1は以下の式から算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 N1は前記回転数N1の値であり、N2は前記回転数N2の値であり、歯数は前記ピース19,22及びスリーブ26にそれぞれ形成されたスプライン歯19a,26aの数である。ちなみに、前記スプライン周波数F1は、回転中で1秒間に何回スプライン結合可能になるかを示す値である。
 前記固有振動周期T2の逆数である固有振動数F2は以下の式から算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 mは振動する物体の重量であり、kは前記ダンパー機構46のばね定数である。
 そして、前記スプライン周波数F1が前記固有振動数F2の自然数倍の値になっていると、前記アップロックが連続的且つ周期的に発生する。このような事態が防止されるように、前記所定差回転が設定される。言換えると、前記スプライン周波数F1を前記固有振動数F2で除算した値の小数点以下の値が0にならないように、前記所定差回転が設定される。
 図4は、制御部の構成を示すブロック図である。前記制御部29は、1つのマイコンによって構成されるか、或いはCAN等によって相互接続された複数のマイコンによって構成される。ちなみに、前記制御部29を構成する複数のマイコンのうちの1つが前記エンジン2を制御する専用のマイコンであるECUであってもよい。
 前記制御部29はROM等によって構成される記憶部29aを有し、その入力側には、前記第1回転軸4の回転数を検出する第1回転数検出部の一種である第1回転センサ47と、前記第2回転数4の回転数を検出する第2回転数検出部である第2回転センサ48と、前記スリーブ26のスライド位置を検出する位置検出部である位置センサ49と、前記モータ37に流れる電流を監視して検出する電流監視部51とが接続されている。
 前記位置センサ49は、前記モータ37から前記スリーブ26への駆動力の伝達経路の途中における前記ダンパー機構46よりも上流側に配置されたポテンショメータなどによって構成される。具体的には、前記分割片42aの回転角度を検出するポテンショメータなどがこれに該当する。
 前記制御部29の出力側には、前記エンジン11及びモータジェネレータ12と、前記モータ37とが接続されている。
 前記制御部29は、両者の走行中、走行状態の変化または運転者の操作に起因したシフト指令を図示しない受信部によって受信し、前記切替機構14の低速状態から高速状態への切替または高速状態から低速状態への切替の条件を満たしたと判断した場合、切断対象の前記ドグクラッチ27,28の切断切替を行う切断処理を行う。
 続いて、制御部29は、接続対象の前記ドグクラッチ27,28の接続切替を行う目的で、まず、第1回転センサ47及び第2回転センサ48によって前記第1回転軸4及び前記第2回転軸8の回転数を取得し、これらの回転数から前記接続対象の前記ドグクラッチ27,28に関する前記差回転ΔNを算出する差回転算出処理29bを実行する。
 前記制御部29は、前記差回転算出処理29bによって算出される差回転ΔNが前記所定差回転に一致するように、前記エンジン11又は前記モータジェネレータ12によって前記回転数N1又は前記回転数N2を制御する差回転制御処理29cを実行する。ちなみに、この差回転制御処理29cの実行時、前記スプライン周波数を算出する周波数算出処理29eを併せて実行し、前記所定差回転の設定を行う。
 一方、前記制御部29は、第2回転センサ48を用いて、第2回転軸8の回転数の単位時間当たりの変化量である第2回転軸8の回転加速度を算出する回転加速度算出処理29fを実行する。このようにして算出された前記回転加速度は、前記所定差回転の設定に利用される。詳細は後述する。
 前記制御部29は、前記差回転ΔNが前記所定差回転に一致したことを条件として、前記接続対象の前記ドグクラッチ27,28の接続切替が行われるように前記スリーブ26と前記ピース19,22とをスプライン結合させて係合する係合制御処理29dを実行する。なお、前記差回転Δが前記所定差回転に完全に一致した後に、前記係合制御処理29dを開始してもよいが、前記差回転Δが前記所定差回転に一致する直前に、前記係合制御処理29dを開始し、時間短縮を図ってもよい。
 前記回転加速度の利用手段について説明すると、前記制御部29は、回転加速度算出処理29fによって取得される前記第2回転軸8の前記回転加速度が正の値であることを確認した場合、車両が加速していると判断する。車両の加速中は、前記スリーブ26が、前記ピース19,22に対して、自身の回転方向を向いた力を作用させようとするため、スプライン歯19a,26a同士の図示しない隙間が前記回転方向側に形成されることが望ましい。このため、前記制御部29は、車両が加速していると判断している最中に、前記差回転制御処理29cを実行する場合、前記スプライン周波数F1及び固有振動数F2の関係が以下の式を満たすように前記所定差回転が設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 すなわち、前記スプライン周波数F1が、前記固有振動数F2に、予め定めた所定範囲である加速時範囲内の値Lを乗算した値になるように、前記エンジン2又は電動モータ4によって、前記差回転ΔNを制御する。前記加速時範囲は自然数倍(n)よりも大きく且つこの自然数に0.5を加算した値(n+0.5)以下の範囲となる。言い換えれば、前記スプライン周波数F1を前記固有振動数F2で除算した値Lが、自然数倍(n)よりも大きく且つこの自然数に0.5を加算した値(n+0.5)以下の範囲となる。これによって、加速時のフィーリングに合ったシフト操作を行うことが可能になる。
 一方、前記制御部29は、回転加速度算出処理29fによって取得される前記第2回転軸8の前記回転加速度が負の値であることを確認した場合、車両が減速していると判断する。車両の減速中は、前記スリーブ26が、前記ピース19,22に対して、自身の回転方向と反対方向を向いた力を作用させようとするため、スプライン歯19a,26a同士の図示しない隙間が前記回転方向の反対側に形成されることが望ましい。このため、前記制御部29は、車両が減速している判断している最中に、前記差回転制御処理29cを実行する場合、前記スプライン周波数F1及び固有振動数F2の関係が以下の式を満たすように前記所定差回転が設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 すなわち、前記スプライン周波数F1が、前記固有振動数F2に、予め定めた所定範囲である減速時範囲内の値Lを乗算した値になるように、前記エンジン2又は電動モータ4によって、前記差回転ΔNを制御する。前記減速時範囲は自然数倍に0.5を加算した値(n+0.5)よりも大きく且つこの自然数に1を加算した値(n+1.0)よりも小さくなる範囲となる。言い換えれば、前記スプライン周波数F1を前記固有振動数F2で除算した値Lが、自然数倍に0.5を加算した値(n+0.5)よりも大きく且つこの自然数に1を加算した値(n+1.0)よりも小さくなる範囲となる。これによって、減速時のフィーリングに合ったシフト操作を行うことが可能になる。
 ところで、このような制御を行った場合でも、前記ドグクラッチ27、28の接続切替の最中において、前記アップロックが発生する場合がある。この場合、前記ダンパー機構46による振動が発生して前記モータ37が発電作動し、前記モータ37に流れる電流が所定の振幅を有して時間経過とともに周期的に振動する。
 前記制御部29は、この周期的振動の発生の検出と、その際の振動数の取得を、前記電流監視部51による監視によって行い、前記振動数を前記記憶部29aに記憶する振動数記憶処理29gを実行する。ちなみに、この振動数記憶処理29gは、前記係合制御処理29dの実行中に、併せて実行する。そして、前記制御部29は、差回転制御処理29cの実行中、前記振動数記憶処理29gによって前記記憶部29aに記憶された振動数に基づいて、前記所定回転差の値を補正し、前記アップロックの発生を防止する。
 なお、上述の例では、前記アクチュエータ31によって、前記高速状態及び前記低速状態の一方から他方及び他方から一方の切替を行う例について説明したが、運転者の手動操作で前記切替を行う場合も本発明が適用可能である。この場合には、制御部29の入力側に図示しない手動操作検出手段を設け、この手動操作を検出した場合に上述の一連の処理を行う。
 また、前記第1回転軸4に、前記入力ギヤ18,21を遊転状態で支持するとともに、一体回転する前記ハブ17を設け、前記入力ギヤ18,21に前記ピース19,22を一体的に成形し、前記ハブ17の外周にスリーブ26を装着し、前記第2回転軸8に、一体回転するように前記出力ギア23,24を設ける例について説明したが、これを逆にしてもよい。
 すなわち、前記第2回転軸8に、前記出力ギヤ23,24を遊転状態で支持するとともに、一体回転する前記ハブを設け、前記出力ギヤ23,24にそれぞれ前記ピースを一体的に成形し、前記ハブの外周にスリーブを装着し、前記第1回転軸4に、一体回転するように前記入力ギア18,21を設けてもよい。
  4 第1回転軸
  8 第2回転軸
  11 エンジン(動力源)
  12 モータジェネレータ(動力源)
  19 ピース(被係合部材)
  22 ピース(被係合部材)
  26 スリーブ(係合部材)
  29 制御部
  31 アクチュエータ
  37 モータ
  42 ダンパー機構(弾性部材)
  47 第1回転センサ(第1回転数検出部)
  48 第2回転センサ(第2回転数検出部)
  51 電流監視部

Claims (4)

  1.  第1回転軸と、
     前記第1回転軸の回転数を調整できるように設けられた動力源と、
     車軸と連動して回転する第2回転軸と、
     前記第1回転軸の回転数を検出する第1回転数検出部と、
     前記第2回転軸の回転数を検出する第2回転数検出部と、
     前記第1回転軸又は前記第2回転軸の何れか一方の軸と一体回転し、かつ、前記一方の軸に対して軸方向に移動可能に設けられた係合部材と、
     前記一方の軸に相対回転可能に設けられ、前記第1回転軸又は前記第2回転軸の何れか他方の軸と連動して回転する被係合部材と、
     前記係合部材を軸方向に移動させるように作動するアクチュエータと、
     制御部とを備え、
     前記制御部は、
     前記第1回転数検出部が検出した前記第1回転軸の回転数、および、前記第2回転数検出部が検出した前記第2回転軸の回転数に基づいて、前記係合部材および前記被係合部材との差回転を算出する差回転算出処理と、
     前記動力源の回転数を調整することで前記差回転を所定差回転に一致させる差回転制御処理と、
     前記差回転制御処理によって前記差回転が前記所定差回転と一致した後、前記係合部材と前記被係合部材との係合を確立するように前記アクチュエータを作動させる係合制御処理とを実行可能に構成され、
     前記アクチュエータは、前記係合部材が受けた荷重が伝達されることにより変形する弾性部材を有し、
     前記差回転制御処理の実行時、前記差回転を前記弾性部材により前記アクチュエータと前記係合部材との間で連動して発生する固有振動数に基づいて設定される前記所定差回転に一致させるように前記動力源の回転数を調整する
     動力伝達制御装置。
  2.  前記係合部材及び前記被係合部材は互いにスプライン結合によって係合するように構成され、
     前記制御部は、
     前記差回転制御処理の実行時、
     前記差回転の絶対値に前記スプライン結合のスプライン歯数を乗算した値であるスプライン周波数を算出する周波数算出処理を実行するとともに、
     前記周波数算出処理によって算出されたスプライン周波数を前記固有振動数で除算した値の小数点以下の値が0にならないように前記所定差回転を設定する
     請求項1に記載の動力伝達制御装置。
  3.  前記制御部は、
     前記第2回転軸の回転数から単位時間当たりの変化量である第2回転軸の回転加速度を算出する回転加速度算出処理を実行可能に構成され、
     前記差回転制御処理の実行時、
     前記回転加速度算出処理によって算出された前記第2回転軸の回転加速度が正の値の場合、前記周波数算出処理によって算出された前記スプライン周波数を前記固有振動数で除算した値が0及び正の整数のうちの1つである所定の整数より大きく、かつ、前記所定の整数に0.5を加算した値以下になるように前記所定差回転を設定し、
     前記回転加速度算出処理によって算出された前記第2回転軸の回転加速度が負の値の場合、前記周波数算出処理によって算出された前記スプライン周波数を前記固有振動数で除算した値が0及び正の整数のうちの前記所定の整数に0.5を加算した値以上で、かつ、前記所定の整数に1.0を加算した値より小さくなるように前記所定差回転を設定する
     請求項2に記載の動力伝達制御装置。
  4.  前記アクチュエータは、当該アクチュエータを駆動するモータを有し、
     前記モータに流れる電流を監視する電流監視部と、
     記憶部とを備え、
     前記制御部は、
     前記係合制御処理の実行時に前記係合部材と前記被係合部材とが係合するように前記アクチュエータを作動させる間において、前記電流監視部によって監視される前記電流に所定の振幅を持つ周期的振動が発生した場合、前記電流の振動数を検出して前記記憶部に記憶する振動数記憶処理を実行可能に構成され、
     前記差回転制御処理の実行時、前記振動記憶処理によって記憶された前記電流の振動数に基づいて、前記所定差回転の補正を行う
     請求項1から請求項3のいずれかに記載の動力伝達制御装置。
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