JP2000511493A - クラッチシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、自動車の駆動列内に配置されたサーボクラッチの制御システムに関する。前記駆動列内には更にまた、出力を調整可能な車両エンジンと、ギヤ入れ可能な少なくとも１つのギヤ段を備えた変速機が配置されている。前記サーボクラッチにおけるクラッチ開閉は、制御ユニットによって制御される調整部材のシフト・イン及びシフト・アウトによって行われる。前記車両エンジンの出力は、車両エンジンの運転パラメータによって調整される。設定可能な運転条件が与えられている場合は前記調整部材の任意の作動制御が行われる。本発明の要旨は、設定可能な運転条件が与えられている場合、車両エンジンの出力が実質的に一定であるように、前記車両エンジンの運転パラメータが調整される点にある。本発明は、車両エンジンの運転条件が特定されかつエンジン出力が一定に維持されている場合にはクラッチモーメントを比較的簡単に決定できるという認識を基礎にしている。

Description

【発明の詳細な説明】 クラッチシステム 背景技術 本発明は、請求項１に発明の上位概念として規定した通り、自動車の駆動列内 に配置されたサーボクラッチの制御システムに関する。 前記形式のオートマティック・クラッチ又はサーボクラッチは、例えば“Kraf tfahrtechnisches Taschenbuch”（1991年版、P.538〜539）に基づいて公知であ る。サーボクラッチは、電子制御機器と相俟って自動式始動動作を与え、或いは サーボ作動式シフトギア・トランスミッションと相俟って全自動変速機を提供す る。このようなサーボクラッチの場合、クラッチの開閉は一般にサーボ駆動装置 によって作動される。その場合該サーボ駆動装置の作動制御は所望のクラッチモ ーメントを実現しなければならない。しかしこの実現のためには、サーボモータ の調整と、クラッチによって伝達されるべきクラッチモーメントとの間の関係が 既知でなければならない。要するに電子式クラッチマネージメントを装備してい るような車両では、連結位置と、クラッチの伝達可能なモーメントとの間の関係 を描く全特性曲線が常時適合されねばならない。これは、例えばドイツ連邦共和 国特許出願第１９５４０９ ２１．３号明細書に記載されているように、過度に強いモーメントに至るまでの 平均的なモーメント範囲では、標準走行運転中にクラッチ入力回転数とクラッチ 出力回転数との間に測定可能な回転数差が生じるまでクラッチを緩慢に開くこと によって、うまく処理される。回転数差の発生時にエンジンから通報されるエン ジン出力モーメントが、クラッチのこの位置に該当した伝達可能なクラッチモー メントに他ならない。 このような方法によってクラッチ特性曲線は広い範囲で良好に適合される。し かしながらこの方法の適用が困難になるのは、著しく小さなモーメントの場合で ある。低いモーメントの場合、クラッチ特性曲線は著しくフラットであり、かつ エンジンのモーメント表示が全く不正確である。クラッチがモーメントを伝達し 始める点（圧力点とも呼ばれる）は、始動にとっても、またクラッチが部分的に 閉じた場合にスタートすることになる変速機の切換え動作にとっても極めて重要 である。ギアの同期化を支援するためにクラッチを一緒に使用しようとする場合 には、低いモーメント範囲におけるクラッチ特性曲線を正確に知ることは極めて 有用である。 クラッチの適合化のために、車両が静止状態にあって変速機のギヤを入れる場 合、モーメント又はエンジン回転数が変化するまでクラッチを幾分閉じることは 、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０１１８５０号 明細書に基づいて公知である。更にまた車両の静止状態で変速機ギヤを入れない 場合に、エンジン回転数に所定の変化が生じるまでクラッチを幾分閉じることも 提案されている。 本発明の課題は、サーボクラッチ系を正確かつ簡単に適合させることである。 前記課題は、請求項１の特徴部に記載した構成手段によって解決される。 発明の利点 すでに述べたように本発明は、自動車の駆動列内に配置されたサーボクラッチ の制御システムに関する。前記駆動列内には更にまた、出力を調整可能な車両エ ンジンと、ギヤ入れ可能な少なくとも１つのギヤ段を備えた変速機が配置されて いる。前記サーボクラッチにおけるクラッチ開閉は、制御ユニットによって制御 される調整部材（サーボモータ）のシフト・イン動作及びシフト・アウト動作に よって行われる。前記車両エンジンの出力は、車両エンジンの運転パラメータに よって調整される。設定可能な運転条件が与えられている場合は前記調整部材の 任意の作動制御が行われる。このような形式のサーボクラッチの制御システムに おける本発明の要旨とするところは、設定可能な運転条件が与えられている場合 、車両エンジンの出力が実質的に一定であるように、前記車両エンジンの運転パ ラメータが調整される点にある。 以下の実施例において更に詳細に説明するように本発明は、車両エンジンの運 転条件が特定されかつエンジン出力が一定に維持されている場合にはクラッチモ ーメントを比較的簡単に決定できるという認識を基礎にしている。本発明の処置 方式を用いれば、モーメント下部範囲におけるクラッチモーメントを大きな精度 で決定することが可能である。従って前記のモーメント下部範囲において、クラ ッチ特性曲線のための優れた適合値が与えられており、該適合値は、オートマテ ィック・クラッチの全ての仕事のために利用され、電子的なクラッチ・マネージ メントの快適性を改善する。 本発明の有利な構成では、車両の車両速度が実質的に零になる状態（静止状態 ）が運転条件として設定される。 更にまた車両エンジンとして特に内燃機関を設けることが可能である。この場 合、内燃機関の運転パラメータとして絞り弁開口角度（α_DK）、点火角度位置（ α_z）、車両エンジンに供給される燃料量（ｔ_i）及び／又は空気／燃料の混合気 組成の制御（λ値制御）が調整される。この場合特に、設定可能な運転条件が与 えられている場合には、車両エンジンの運転パラメータが実質的に一定に保たれ る。これによって車両機関の出力を一定にするための重要な前提条件が満たされ る。 また特に、設定可能な運転条件が与えられている場合、設定されたギヤ段が入 れられる（要するにニュートラル位置ではない）。 設定可能な運転条件が与えられている場合、制御ユニットによって制御される 調整部材（サーボモータ）が、設定可能な仕方でサーボクラッチをシフトし又は 閉じるように負荷される。この場合特に、シフトが設定速度で連続的に行なわれ るか又は設定可能な値で中断されるようにした。 特に有利な実施形態では、サーボクラッチのシフト中及び／又はシフト後に車 両エンジンの瞬間的な回転数が検出され、かつ検出した回転数に関連して、前記 サーボクラッチによって瞬間的に伝達されるクラッチモーメントが決定される。 付属機器（例えばステアリング系、エア・コンディショナー及び／又は発電機 ）による障害的な損失出力を除くために、サーボクラッチのシフト中に前記付属 機器は、該付属機器を車両エンジンから特定のモーメントによって駆動するよう に作動制御される。この場合特に、少なくとも個別的な付属機器は遮断されるよ うになっている。 本発明によって特定されたクラッチモーメントは、サーボクラッチの適合動作 のために使用される。 本発明によれば（ａ）車両のドライバの発進意思が検知される場合、（ｂ）車 両が移動する場合及び／又 は（ｃ）車両エンジンの回転数が設定可能な限界値を下回る場合には、調整部材 の任意の作動制御は中断されるようになっている。 更にまた、設定可能な運転条件が与えられている場合、車両ブレーキ及び／又 は変速機の機械的なロック機構が作動される。 その他の有利な構成は、請求の範囲のその他の従属請求項に記載した手段によ って得られる。 図面 図１は本発明のサーボクラッチ系の概略的な構成図である。 実施例 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。 図１に示した車両エンジン１０の出力軸は、サーボクラッチ１１のフライホイ ール１１０１と結合されている。前記サーボクラッチ１１は出力側で変速機１２ に達している。エンジンはエンジンモーメントＭ_Mとエンジン出力Ｐ_Mを有してい る。制御ユニット１３にはエンジン回転数ｎ_MとエンジンモーメントＭ_Mが供給さ れる。前記制御ユニット１３には殊に、行程センサ１１０６によって検出された 実際のシフト・イン行程Ｓが供給される。更に制御ユニット１３には、センサ１ １０７によって検出されたクラッチの出力回転数ｎ_abを供給することも可能であ る。前記の諸入力信号に関連して制御ユニット１３は、クラッチ調整のた めの信号Ｓｔによってサーボモータ１１０５を作動制御する。 その場合エンジンモーメントＭ_Mはエンジン制御ユニット１０１から制御ユニ ット１３に供給することができるが、このエンジン制御ユニットからのエンジン モーメントＭ_Mの供給は本発明にとって重要なことではない。本発明にとって重 要な点は、制御ユニット１３が、エンジン出力を一定に保たせるための命令信号 Ｐ_M,cをエンジン制御ユニット１０１に供給できることである。 回転数センサ１０２はエンジン回転数ｎ_Mを供給するが、該信号は概ね、エン ジンモーメントと同様に、エンジン制御ユニット１０１内にインプットされてお り、かつ該エンジン制御ユニットから制御ユニット１３に供給することができる 。 クラッチ自体は、公知のように、フライホイール１１０１、クラッチディスク １１１０、加圧プレート１１１１、ばねエレメント（皿ばね）１１０２及びシフ ター支承板１１１２を装備している。スライディング動作中にクラッチから伝達 されるトルク、つまりクラッチモーメントＭ_kupは殊に皿ばね１１０２の予荷重 によって与えられている。皿ばね１１０２の予荷重は、やはりクラッチロッドの シフト・イン行程Ｓに関連しており、前記クラッチロッドは本実施例ではラック １１０４として構成されている。該ラック１１０４ はサーボモータ１１０５の出力軸によって作動される。クラッチの標準動作時に は運動距離つまりシフト・イン行程Ｓは制御回路を介して目標値Ｓ_sollに関連し て作動制御される。従って該目標値Ｓ_sollを介してクラッチモーメントを制御す ることが可能である。 図１ではシフト・イン行程Ｓがサーボクラッチの調整量として図示されている が、勿論またサーボモータ１１０５の回転角度或いは皿ばねに加えられる力を調 整量として使用することも可能である。クラッチと調整器との間に油圧回路が介 在している場合には、調整量として油圧系の圧力を使用することが可能である。 従って極く一般的には前記シフト・イン行程Ｓは、スライディング状態における クラッチモーメントの調整量に他ならない。格別単純なシステムではサーボモー タとして、例えばステップモータを使用することが可能である。その場合、ステ ップモータが負荷されるパルス数が該ステップモータの相対的な回転角度の１尺 度となる。このようにして行程センサつまり行程ポテンシオメータ１１０６によ るシフト・イン行程実際値Ｓ_istのコスト高な検出を省くことが可能である。行 程ポテンシオメータ１１０６が省かれる場合には、各シフト動作（クラッチの閉 鎖）毎に、カリブレートのためにラック１１０４を、所定の機械的なストッパに 当接するまで後退させねばならないのは勿論のこと である。 本発明にとって重要な点は、シフト・イン行程Ｓと、クラッチによって伝達す べきクラッチモーメントとの間の関係（特性曲線）を瞬間的な状況に適合させる ことである。先ずオットー機関について本発明を以下に説明する。 以下に説明する処置方式の場合、車両エンジン１０では命令信号つまり信号Ｐ_M,c によって一定のエンジン出力Ｐ_Mが調整され、かつ負荷状況が一定に保持され る。この方式では、クラッチ特性曲線（伝達されたクラッチモーメントに対する シフト・イン行程Ｓ）の小さな点、それでも幾分大きな点が見られる。 車両が静止している場合、つまり車両縦方向速度が実質的に零に等しい場合、 本発明の適合が実施される。車両縦方向速度は、車輪回転数センサによって検出 することができる。この場合変速機は概ねニュートラル位置にある。車両エンジ ンの無負荷回転数は、その場合大抵はエンジン制御ユニット１０１によって所定 値（無負荷回転数）に制御される。第１ステップにおいて（クラッチが開いてい る場合）１つのギヤ段（ニュートラルギヤ段ではない）が入れられる。その場合 エンジン制御ユニット１０１では命令信号Ｐ_M,cによって短時間、無負荷回転数 制御が「凍結」され、つまりアイドリング制御器によって最終的に要求されたモ ーメントが変りなく維持される。これは特に、やや 高い無負荷回転数の場合に行なわれる。これによって絞り弁は固定値に調整され 、点火時期調整装置に対する干渉は行われず（一定の点火角度位置α_z）かつ噴 射装置に対する干渉も行われない（一定の噴射量ｔ_i）。 これと同時にまた、車両エンジン１０の瞬間的な負荷状況は、いかなる変化も 生ぜしめないように配慮される。このために、車両エンジン１０によって駆動さ れる副次的装置（例えばステアリング系、エア・コンディショナー及び／又は発 電機）が考慮されねばならない。 特にエア・コン用コンプレッサが短時間遮断され、かつ可能ならば発電機の入 力が一定に保たれる。直接影響を受けない当今のダイナモの場合は、励磁電圧を 例えば短時間遮断することが可能である。その場合車両は蓄電池から短時間給電 される。 場合によって存在するステアリング角度センサは、ステアリング角度の変化を 検出し、ひいてはエンジン負荷状況の変化を検出する場合、本発明による適合を 中断することができよう。例えば油圧系内の圧力変動の検出のような、ステアリ ング補助ポンプによる負荷変動の検出のための別の手段も考えられる。この手段 がステアリング補助ポンプを監視するために使用されない場合は、負荷変動を検 出するために間接法が使用されねばならない。このような方法は例えば、測定を クラッチの動作と相関関係にならないようにすることによって、或いは新たな適 合値を、先に検知された値とは著しく異なるようにすることによって、得ること ができる。 これらの一定の負荷条件下で、車両エンジン１０において定常的なエンジン回 転数ｎ_Mが調整され、該定常的なエンジン回転数では、燃焼行程によって発生し た（その他の損失を考慮しない）エンジンモーメント、いわゆる図示エンジンモ ーメントＭ_M,indは、車両エンジン１０における損失モーメントＭ_verlと摩擦モ ーメントＭ_reibとの和に等しい。 更に空気／燃料混合気組成λ（λ＝空気過剰率）が一定に保たれねばならない 。このために一般には適当なλ制御装置が設けられている。 ところで小さな開口横断面を有する固定的に保持された絞り弁の場合（λ＝コ ンスタントの場合）オットー機関が、所定の定常回転数ｎ_M1の場合には一定のエ ンジン出力Ｐ_Mを放出するという事実が活用される。いまギヤ段を入れる際にク ラッチを閉じることによって小さなモーメントが車両エンジンから取り出される と、エンジン回転数ｎ_Mは所定値だけ低下する。出力は一定であるので、車両エ ンジン１０の図示エンジンモーメントＭ_M,indは上昇する。前述のモーメント平 衡に相当する新たな定常回転数ｎ_M2が生じる。この新たな定常回転数ｎ_M2に属す る（例えば特性 曲線／特性フィールドとして記憶された）損失モーメントを考慮して、クラッチ で取り出されたクラッチモーメントＭ_kupが決定され、かつ、瞬間的に調整され たシフト・イン行程Ｓと関係づけられる。クラッチモーメントもしくはシフト・ イン行程Ｓのバリエーションによって、クラッチ特性曲線（伝達可能なクラッチ モーメントを関数とするクラッチ行程）の大きな範囲が測定される。 前記方式の基礎を成しているのが下記の勘案と等式である。すなわち： １．絞り弁の開口角度α_DKが小さい場合、絞り弁の開口横断面を通ってオーバー クリティカルな流れが生じる。絞り弁のギャップに沿った流動速度は、要するに 音速のオーダー範囲にある。絞り弁の固定的な開口横断面を通流するこのような オーバークリティカルな流れの場合、空気質量流は一定であり、かつ吸気管内の 負圧の小さな変動には無関係かつエンジン回転数に無関係である。空気／燃料混 合気の組成λが一定（特にλ＝１）の場合、一定の空気質量流は一定のエンジン 出力Ｐ_Mを意味している。 ２．定常エンジン回転数に達した場合、次のモーメント平衡式が成り立つ。すな わち： Ｍ_M,ind＝Ｍ_reib＋Ｍ_verl＋Ｍ_kup 但し式中、Ｍ_M,indはすでに説明した図示エンジンモーメント、Ｍ_reibはエンジ ン摩擦損失、Ｍ_verlはその他のモーメント損失、Ｍ_kupは検索されたクラッチモ ーメントである。 ３．摩擦モーメントＭ_reib及び（例えば油ポンプ及び／又は水ポンプに起因した ）損失モーメントＭ_verlはそれぞれエンジン回転数ｎ_M及びエンジン温度の１関 数でありかつ特性フィールド内に優れた精度でもってインプットすることができ る。 本発明によるクラッチの閉鎖は連続的に設定された速度で行われ、その場合の 速度は、評価すべき相応のエンジン回転数が準定常的に生じるように設定されて いなければならない。しかし又、クラッチの作動制御はステップ・バイ・ステッ プ式に行うこともでき、その場合各ステップ毎に、定常的に生じるエンジン回転 数が、クラッチモーメントを決定するために評価される。 ディーゼルエンジンの場合は一定のエンジン出力は、単位時間当りに噴射すべ き一定の燃料量によって得られる。 車両を移動させること無しに、より高いクラッチモーメントに達するまで適合 を可能にするために、本発明によるクラッチ閉鎖中に車両ブレーキ及び／又は変 速機の（場合によっては配備されている）機械的なロック機構を作動させるよう にすることも可能である。 本発明の適合動作は次の場合には即座に中断される。すなわち： ａ）車両のドライバの発進意思（ドライバの走行ペダル踏み込み）が検知される 場合、 ｂ）車両が移動する場合（車輪回転数センサによる検知）、或いは ｃ）車両エンジンの回転数ｎ_Mが、設定可能な限界値を下回る場合（エンスト防 止）。 本発明の処置方式を用いれば、モーメント下部範囲におけるクラッチモーメン トＭ_kupを大きな精度で決定することが可能である。従って前記モーメント下部 範囲において、クラッチ特性曲線のための優れた適合値が与えられており、該適 合値は、オートマティック・クラッチの全ての仕事のために利用され、電子的な クラッチ・マネージメントの快適性を改善する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 自動車の駆動列内に配置されたサーボクラッチ（１１）を制御するために 、前記駆動列が、出力（Ｐ_M）を調整可能な車両エンジン（１０）と、ギヤ入れ 可能な少なくとも１つのギヤ段を備えた変速機（１２）とを有しており、前記サ ーボクラッチにおけるクラッチ開閉が、制御ユニット（１３）によって制御され る調整部材（１１０５）のシフト・イン及びシフト・アウト（Ｓ）によって行わ れ、前記車両エンジンの出力（Ｐ_M）が車両エンジンの運転パラメータ（ｔ_i，α_z ，α_DK）によって調整され、かつ、設定可能な運転条件が与えられている場合 は前記調整部材（１１０５）の任意の作動制御が行われる形式のサーボクラッチ の制御システムにおいて、 設定可能な運転条件が与えられている場合、車両エンジンの出力（Ｐ_M）が実 質的に一定であるように、前記車両エンジンの運転パラメータが調整されること を特徴とする、サーボクラッチの制御システム。 2. 車両の車両速度が実質的に零になる状態（静止状態）が運転条件として設 定される、請求項１記載の制御システム。 3. 車両エンジンとして内燃機関が設けられており、運転パラメータとして絞 り弁開口角度（α_DK）、点火角度位置（α_z）、車両エンジンに供給される燃 料量（ｔ_i）及び／又は空気／燃料の混合気組成の制御（λ値制御）が調整され 、特に設定可能な運転条件が与えられている場合には、車両エンジンの運転パラ メータが実質的に一定に保たれる、請求項１記載の制御システム。 4. 設定可能な運転条件が与えられている場合、設定されたギヤ段が入れられ る、請求項１記載の制御システム。 5. 設定可能な運転条件が与えられている場合、制御ユニット（１３）によっ て制御される調整部材（１１０５）が、設定可能な仕方でサーボクラッチをシフ トし又は閉じるように負荷され、しかも特にシフト（Ｓ）が設定速度で連続的に 行われるか又は設定可能な値で中断されるようにした、請求項１記載の制御シス テム。 6. サーボクラッチのシフト中及び／又はシフト後に車両エンジンの瞬間的な 回転数（ｎ_M）が検出され、かつ検出した回転数（ｎ_M）に関連して、前記サーボ クラッチによって瞬間的に伝達されるクラッチモーメント（Ｍ_kup）が決定され る、請求項１記載の制御システム。 7. 車両エンジンが、ステアリング系、エア・コンディショナー及び／又は発 電機のような付属機器を駆動し、かつサーボクラッチのシフト中に前記付属機器 は、該付属機器を車両エンジンから特定のモーメント によって駆動するように作動制御され、特に少なくとも個別的な付属機器は遮断 されるようになっている、請求項５記載の制御システム。 8. 特定のクラッチモーメント（Ｍ_kup）が、サーボクラッチの適合動作のた めに使用される、請求項６記載の制御システム。 9. 車両のドライバの発進意思が検知される場合、車両が移動する場合及び／ 又は車両エンジンの回転数（ｎ_M）が設定可能な限界値を下回る場合に、調整部 材（１１０５）の任意の作動制御が中断される、請求項１記載の制御システム。 10. 設定可能な運転条件が与えられている場合、車両ブレーキ及び／又は変 速機の機械的なロック機構が作動される、請求項１記載の制御システム。