JP2005351349A

JP2005351349A - 車両用発進クラッチの制御装置

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Publication number: JP2005351349A
Application number: JP2004171962A
Authority: JP
Inventors: Ayaichi Otaki; 綾一大滝; Kenji Nishino; 健司西野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP4483420B2

Abstract

【課題】湿式多板クラッチで構成される発進クラッチの冷却性を向上してクラッチ係合面の摩耗、劣化を抑制する。
【解決手段】発進クラッチを締結して発進するときにクラッチ係合面の滑りによる発熱でクラッチ温度が上昇するが、クラッチ完全締結後にアクセル開放しブレーキ操作する減速運転時にクラッチを開放操作することにより、潤滑油をクラッチ係合面に行き渡らせて効率よく放熱冷却し、クラッチ温度を許容温度以下に低減する。
【選択図】図８

Description

本発明は、車両用発進クラッチの制御装置に関し、特に、湿式クラッチの冷却技術に関する。

特許文献１には、自動変速機用の湿式クラッチにおいて、クラッチ係合時の発熱に対し、新たな潤滑油路を設けて供給油量を増大することにより、冷却効果を高めるようにしたものが開示されている。
特開２００１−１６５１９６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、潤滑油量を増大することにより、冷却能力は向上するが、油量の増大によりフリクションが増大して燃費、動力性能が低下することがあった。また、発熱部であるクラッチ係合面が閉じているので、冷却効率が悪く、クラッチ内に熱がこもる現象が発生する。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、湿式のクラッチにおいて、燃費、動力性能の低下を来たすことなく、冷却性能を向上させることができる発進クラッチの制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、エンジンと駆動輪との間に設けられた湿式の車両用発進クラッチを、減速運転時に開放操作する構成とした。

本発明に係る車両用発進クラッチの制御装置によると、減速運転時に開放操作されるため、係合面が開かれた状態で潤滑油が供給されるので、冷却能力を十分に高めて、クラッチ係合面の摩耗、劣化を効果的に抑制することができ、潤滑油量を増大させることないので、燃費や動力性能の低下を伴うこともない。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示す車両の構成を示す概略図である。この図に示すように、車両には、エンジン１と、このエンジン１に発進クラッチ（湿式多板クラッチ等）２を介して接続される無段変速機３とが搭載されている。エンジン１の出力軸であるクランクシャフト１０１は、発進クラッチ２の入力側に結合されており、無段変速機３の入力軸３０１は、発進クラッチ２の出力側に結合されている。無段変速機３の出力軸３０２は、プロペラシャフト４、ファイナルギヤ５及びディファレンシャルギヤ６を介して車輪駆動軸７及び駆動輪８に結合されている。

発進クラッチ２は、入力軸２１と出力軸２２とを接断する内側クラッチ板２３と、入力軸２１と出力軸２２との間に介装される遊星ギア機構２４の中間ギア２４ａの支軸と、クラッチケース（固定体）２５とを接断する外側クラッチ板２６とを備え、これら内側クラッチ板２３及び外側クラッチ板２６は、それぞれ油圧シリンダのピストンによって駆動されて係合状態（締結力）が制御され、エンジン１からの駆動力が所定のトルクで無段変速機３に伝達されるようになっている。そして、車両前進時は、内側クラッチ板２３を開放状態から締結力を増大させていくことで前進駆動力が増大され、後進時は、外側クラッチ板２６を開放状態から締結力を増大させていくことで後進駆動力が増大される。また、入力側に備えたトーショナルダンパ２７により、捩れ振動が抑制される。

無段変速機３は、その入力軸３０１側に設けられ、有効径が可変のプライマリプーリ３０３と、出力軸３０２側有効径が可変のセカンダリプーリ３０４と、これらのプーリ３０３、３０４の有効径を変更させる油圧シリンダ３０５、３０６と、これらのプーリ３０３、３０４に巻回される伝達ベルト３０７と、を含んで構成され、（無段変速機３の）油圧シリンダ３０５、３０６の油圧が制御されることによって、プーリ比を変化させて変速比を無段階に制御可能となっている。

エンジン１の動作は、エンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１０によって制御され、発進クラッチ２及び無段変速機３の動作（すなわち、発進クラッチ２の係合状態、無段変速機３の変速比）は、トランスミッションコントロールユニット（以下、「ＴＣＵ」という）２０によって制御される。なお、ＥＵＣ１０とＴＣＵ２０とは接続されており、互いに所定信号のやり取りが可能になっている。そして、ＥＣＵ１０は、これらの入力信号に基づいて、エンジン１の運転状態に応じたエンジン制御（エンジントルク制御等）を行い、ＴＣＵ２０は、これらの入力信号に基づいて、発進クラッチ２の油圧シリンダ、無段変速機３の油圧シリンダ３０５、３０６の油圧を制御してクラッチ制御、変速制御を行う。

また、前記ＴＣＵ２０は、本発明に係る発進クラッチ２の冷却制御を実行する。この発進クラッチ２の冷却制御に関わる各種センサからの検出信号として、前記ＥＣＵ１０には、アクセル開度ＡＰＯ（図示しないアクセルペダルの操作量）を検出するアクセル開度センサ３１、エンジン回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転センサ３２からの検出信号が入力され、これらの信号は、ＥＣＵ１０からＴＣＵ２０に出力される。

同じく前記ＴＣＵ２０には、無段変速機３の入力軸３０１の回転速度（プライマリプーリ３０３の回転速度）Ｎｔを検出するプライマリ回転センサ４１、ブレーキ操作の有無を検出するブレーキ操作検出センサ４２、発進クラッチ２に供給される潤滑油の温度を検出する油温センサ４３、発進クラッチ２のクラッチ係合面の温度を検出するクラッチ温度センサ４４からの検出信号が入力される。

以下、本実施形態において、ＴＣＵ２０によって実行される発進クラッチ２の冷却制御を図２〜図８に基づいて説明する。

図２、３は、発進クラッチ２のクラッチ冷却制御を示すフローチャートである。

Ｓ１では、エンジン回転速度が所定以上であるか否かを判定し、所定以上の場合には、Ｓ２へ進む。エンジン回転速度が所定未満の場合は、発進クラッチ２がまだ開放されたままの低速状態であり、クラッチの発熱を生じないので、本フローを終了する。なお、エンジン回転速度による判定に代えて、クラッチ締結要求（要求トルク発生）の有無による判定としてもよい。

Ｓ２では、発進クラッチ２の入力軸２１の回転速度（エンジン回転速度Ｎｅ）と出力軸２２の回転速度（プライマリプーリ３０３の回転速度Ｎｔ）との速度比（Ｎｔ／Ｎｅ）が１か否かを判定する。クラッチの速度比が１でない、つまり、発進時のクラッチ締結途中でクラッチ係合面に滑りを生じていると判定されたときは、Ｓ３へ進んで、該滑りによる発熱量を算出する。

図４は、上記クラッチ係合面の滑りによる単位時間当たりの発熱量を算出するブロック図を示す。まず、発進クラッチトルクＴｓｔが、次式のようにエンジン回転速度Ｎｅの二乗に、クラッチのトルク容量τを乗じて算出される。

Ｔｓｔ＝Ｎｅ²×τ
ここで、クラッチのトルク容量τは、図示のように前記クラッチの速度比（Ｎｔ／Ｎｅ）に基づいて、予め作成された特性マップからの検索などにより求められる。

次いで、クラッチ発熱量Ｈｇが、次式のように前記発進クラッチトルクＴｓｔに、クラッチ入力軸と出力軸との回転速度差（エンジン回転速度Ｎｅ−プライマリプーリ回転速度Ｎｔ）、つまり、滑り回転速度ΔＮを乗じて算出される。

Ｈｇ＝Ｔｓｔ×ΔＮ
上記のようにしてＳ３で算出した発熱量を、次式のようにＳ４で積算することにより、クラッチの滑りによる総発熱量ΣＨｇを算出する。

ΣＨｇ＝ΣＨｇ_-1＋Ｈｇ；ΣＨｇ_-1は、総発熱量の前回値
かかる発進時のクラッチの締結が完了すると、Ｓ２の判定でクラッチの速度比（Ｎｔ／Ｎｅ）が１となり、Ｓ５へ進む。

Ｓ５では、前記クラッチ総発熱量ΣＨｇが所定値以上となったか否かを判定する。

総発熱量ΣＨｇが所定値未満と判定されたときは、Ｓ６へ進み、クラッチ完全締結時における単位時間当たりのクラッチ放熱量Ｈｓｃを算出する。

図５は、上記クラッチ完全締結時の単位時間当たりの放熱量を算出するブロック図を示す。図示のように、発進クラッチ２のクラッチ係合面の温度ｔｃと、発進クラッチ２に供給される潤滑油温度ｔｏとの温度差（＝ｔｃ−ｔｏ）に基づいて、予め作成された特性マップからの検索などにより求められる。

Ｓ７では、前記クラッチの総発熱量の前回値ΣＨｇ_-1から、前記放熱量Ｈｓｃを減算して総発熱量ΣＨｇを更新する。

このようにして、現在のクラッチ総発熱量ΣＨｇを算出しながら、Ｓ５の判定で総発熱量ΣＨｇが所定値以上と判定されたとき、クラッチを冷却する要求が発生したと判断し、Ｓ８以降へ進んで所定の減速運転時にクラッチ冷却を行う。

Ｓ８では、ブレーキ操作を行っているか以下かを判定し、Ｓ９ではアクセル操作を行っているか否かを判定する。

ブレーキ操作を行っていないとき、またはアクセル操作を行っているときには、クラッチ冷却を行う条件ではないので、Ｓ１０へ進み、クラッチ開放操作中か否かを判定し、後述するクラッチ開放操作（クラッチ冷却）前は、クラッチが完全締結状態であるので、Ｓ６へ戻って完全締結時の放熱量を減算して総発熱量ΣＨｇを更新する。

そして、Ｓ５での判定で総発熱量が所定値以上のクラッチ冷却要求が維持されている状態で、ブレーキ操作が行われ、かつ、アクセルが開放されている所定の減速運転時に、Ｓ１１以降へ進んで、クラッチ開放による冷却制御を実行する。ここで、ブレーキ操作を条件とするのは、単にアクセルを開放するエンジンブレーキ作用のみでの減速運転時にクラッチを開放してエンジン駆動力の駆動輪への伝達を遮断するとエンジンブレーキ作用が失われることによる減速性低下の影響が大きく、減速フィーリングに違和感を生じるからである。これに対し、ブレーキ操作している減速運転時であれば、ブレーキ操作によって減速しているので、クラッチを開放しても減速性の影響が小さい。

Ｓ１１では、クラッチ開放処理時に作動するクラッチ開放処理タイマ作動中か否かを判定する。初めは、タイマ作動前なのでＳ１２へ進み、まず、クラッチの必要放熱量Ｈｎｓを、次式のように現在のクラッチ総発熱量ΣＨｇから許容限界である発熱量上限値Ｈｓｌを減算して算出する。

Ｈｎｓ＝ΣＨｇ−Ｈｓｌ
Ｓ１３では、前記クラッチの必要放熱量Ｈｎｓと、現在（クラッチ開放処理開始時）のクラッチ係合面の温度ｔｃと潤滑油温度ｔｏとの温度差（＝ｔｃ−ｔｏ）とに基づいて、クラッチ開放必要時間ＴＭｏｎを予め作成された特性マップからの検索などにより求める。図６は、クラッチ開放必要時間ＴＭｏｎを算出するブロック図を示す。

Ｓ１４で、クラッチ開放処理タイマを作動し、Ｓ１５で発進クラッチ２のクラッチ開放処理を開始する。なお、本実施形態における減速運転中のクラッチ開放処理は、前進用の内側クラッチ板２３及び後進用の外側クラッチ板２６のうち、少なくとも内側クラッチ板２３を開放する処理であり、後述するその後のクラッチ締結処理は、内側クラッチ板２３を締結する処理である。

上記クラッチ開放処理開始後は、Ｓ１１でタイマ作動中と判定され、Ｓ１２〜Ｓ１４をジャンプしてＳ１５へ進む。

Ｓ１６では、クラッチ開放処理タイマの値が０になったか、つまり、クラッチ開放処理開始後に前記クラッチ開放必要時間ＴＭｏｎが経過したか否かを判定する。

Ｓ１６でタイマの値が０になってクラッチ冷却のためのクラッチ開放処理が終了したと判定されたときは、Ｓ１７へ進んで該タイマの作動を停止した後、Ｓ１８へ進んでクラッチ締結処理を行う。

Ｓ１９では、前記クラッチ開放処理中のクラッチの総放熱量ΣＨｓｏを算出する。

図７は、上記クラッチの総放熱量ΣＨｓｏを算出するブロック図を示す。

図示のように、前記クラッチ開放処理開始時のクラッチ係合面の温度ｔｃと潤滑油温度ｔｏとの温度差（＝ｔｃ−ｔｏ）と、実際のクラッチ開放時間ＴＭｏとに基づいて、クラッチ開放処理中のクラッチの総放熱量ΣＨｓｏが、予め作成された特性マップからの検索などにより求められる。

Ｓ２０では、次式のようにクラッチ総発熱量の前回値ΣＨｇ_-1から、前記クラッチ開放処理中のクラッチの総放熱量ΣＨｓｏを減算することにより、総発熱量ΣＨｇを更新する。

ΣＨｇ＝ΣＨｇ_-1−ΣＨｓｏ
また、クラッチ開放処理中に、ブレーキ操作を解除し、またはアクセル操作を行ったときは、Ｓ１０に進んでクラッチ開放操作中と判定されて、Ｓ１７以降へ進み、同様にクラッチ締結処理とクラッチの総放熱量ΣＨｓｏの算出が行われる。この場合、総放熱量ΣＨｓｏは、必要放熱量Ｈｎｓより不足し、クラッチ締結時の総発熱量ΣＨｇが発熱量上限値Ｈｓｌ以下に減少しないこともあるが、次回以降の減速運転時で再度クラッチ開放による放熱が行われることで、発熱量上限値Ｈｓｌ以下に減少させることができる。

図８は、上記本発明に係るクラッチ冷却制御の作用を示すタイムチャートである。

図示のように、発進クラッチ２を締結しつつ車両を発進する際に、クラッチ係合面の滑りによりクラッチ温度（総発熱量）が急速に上昇する（図示Ａ）。

クラッチ速度比＝１となる完全締結後は、潤滑油による放熱により温度低下するが、該完全締結時の放熱量は小さいので温度低下は緩やかであり、そのままでは許容温度（発熱量上限値）を上回る状態が長時間維持される（図示Ｂ）。

しかし、本発明では、アクセルを開放しブレーキを操作する通常の減速運転を行うと、クラッチ開放処理が行われ、開かれたクラッチ係合面に潤滑油が行き渡って十分な方熱冷却が行われるので、短時間で急速に温度を許容温度（発熱量上限値）以下に低下させることができる（図示Ｃ）。

所定時間クラッチを開放した後、クラッチを締結する。その際に、クラッチ係合面の滑り作用によって温度上昇するが、発進時に比較して走行後の滑り速度は小さいので温度上昇は小さく、予め温度上昇分を見込んで必要放熱量、クラッチ開放必要時間を設定しておくことにより、完全締結後のクラッチ温度を許容温度（発熱量上限値）以下に維持することができる(図示Ｄ)。

また、減速運転時にクラッチ開放を行って冷却している途中で、減速運転が解除された場合でも、上述したように、その後の減速運転時でクラッチ開放による冷却を繰り返すことにより、許容温度（発熱量上限値）以下に低下させることができる。

以上のように、減速運転時にクラッチ開放処理を行うことにより、冷却能力を十分に高めてクラッチ係合面の摩耗、劣化を効果的に抑制することができる。また、潤滑油量を増大させることないので、燃費や動力性能の低下を伴うこともない。

また、クラッチ開放による冷却を、ブレーキ操作する減速運転に限定して行い、単にアクセル開放するだけでは、クラッチ開放しないようにしたので、エンジンブレーキ解除による減速性変化の違和感を伴うこともなく、良好な減速フィーリングを維持できる。

本発明の一実施形態を示す車両の概略構成図である。発進クラッチの冷却制御を示すフローチャート１である。同じく発進クラッチの冷却制御を示すフローチャート２である。同上冷却制御における単位時間当たりのクラッチ発熱量を算出するブロック図である。同上冷却制御におけるクラッチ完全締結時の単位時間当たりの放熱量を算出するブロック図である。同上冷却制御における減速運転時のクラッチ開放必要時間を算出するブロック図である。同上冷却制御におけるクラッチ開放中の総放熱量を算出するブロック図である。同上冷却制御時の変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…エンジン、２…発進クラッチ、３…無段変速機、１０１…クランクシャフト、３０１…プライマリプーリ、３０２…セカンダリプーリ、１０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、２０…トランスミッションコントロールユニット（ＴＣＵ）、２１…発進クラッチ入力軸、２２…発進クラッチ出力軸、２３…内側クラッチ板、２６…外側クラッチ板、３１…アクセルセンサ、３２…エンジン回転センサ、４１…プライマリ回転センサ、４２…ブレーキ操作検出センサ、４３…油温センサ、４４…クラッチセンサ

Claims

エンジンと駆動輪との間に設けられた湿式の発進クラッチを、減速運転時に開放操作することを特徴とする。
クラッチの発熱状態に基づいて、前記減速運転時のクラッチ開放操作の実行を判断することを特徴とする請求項１に記載の発進クラッチの制御装置。
クラッチの総発熱量を算出し、該総発熱量が所定値を超えたときに前記減速運転時のクラッチ開放操作を実行することを特徴とする請求項２に記載の発進クラッチの制御装置。
前記クラッチの総発熱量は、クラッチ締結途中の発熱量とクラッチ完全締結時の放熱量との収支で算出されることを特徴とする請求項３に記載の発進クラッチの制御装置。
前記クラッチ締結途中の発熱量は、クラッチの入力側及び出力側の回転速度と、クラッチ容量係数とに基づいて算出することを特徴とする請求項４に記載の発進クラッチの制御装置。
前記クラッチ完全締結時の放熱量は、クラッチに供給される潤滑油の温度とクラッチ摩擦面温度との温度差に基づいて算出することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の発進クラッチの制御装置。
前記クラッチ開放操作を実行する減速運転時は、ブレーキ操作による減速運転時であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の発進クラッチの制御装置。
前記減速運転中のクラッチ開放必要時間を、クラッチ開放処理開始時におけるクラッチ発熱状態に基づいて算出することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の発進クラッチの制御装置。
前記減速運転中のクラッチ開放必要時間を、クラッチ開放処理開始時における総発熱量から発熱量上限値を減算した必要放熱量と、クラッチに供給される潤滑油の温度とクラッチ摩擦面温度との温度差と、に基づいて算出することを特徴とする請求項８に記載の発進クラッチの制御装置。
前記クラッチ開放終了時に、クラッチ開放時間と、クラッチ開放処理開始時におけるクラッチに供給される潤滑油の温度とクラッチ摩擦面温度との温度差と、に基づいて、クラッチ開放中の総放熱量を算出し、クラッチ開放操作前の総発熱量から前記総放熱量を減算してクラッチ開放終了時の総発熱量を算出することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の発進クラッチの制御装置。