JP2007016887A - 自動クラッチ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者が操作するアクセル開度およびその時点のエンジンの作動状態から、その時点のクラッチ・ストロークの最適値を適応的に演算することができる自動クラッチ制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】運転者が操作するアクセル開度から目標クラッチ伝達トルクを演算する。一方エンジンの発生トルクから実クラッチ伝達トルクを演算し、上記目標クラッチ伝達トルクとの差分をＰＩＤ演算により補正量として求める。そしてこの補正量を目標クラッチ伝達トルクから差し引く（あるいは加える）ことにより目標クラッチ伝達トルクを補正する。この補正された目標クラッチ伝達トルクにより一義的に目標クラッチ・ストロークを設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械的なクラッチ装置を含む回転動力伝達系の制御に関する。本発明はクラッチ・ペダルを設けることなく、クラッチの接合状態を自動的に制御する回転動力伝達系に利用する。本発明は自動クラッチ制御装置の新しい制御論理に関する。本発明は、自動車の動力伝達系に利用するために開発された装置であるが、自動車以外にも利用することができる。

従来から自動車に利用されている自動クラッチ制御装置の制御論理に関する代表的な特許文献を下記に示す。これらの多くは、クラッチの特性テーブルを設け、その特性テーブルを参照して、できるだけ有効にクラッチ・ストロークの制御を行うものである。

この特性テーブルを個々の装置について学習により作るものが知られている。これは簡便であり合理的な手法である。しかしこの特性は経年変化により内容が変わる。そして、この経年変化に追従するように、この特性テーブルは学習により変更するように構成されたものも知られている。
特開２００４−２４５４２０（ゼネラル・モーターズ） 特開２００４−０６０７２８（アイシン） 特開２００１−０５７７０６（マツダ） 特開２０００−３３９００４（豊田中央・トヨタ） 特開平０９−２１００９２（イートン） 特開平０９−０２５９５４（スズキ） 特開平０９−０２５９５１（スズキ） 特開平０８−０８６３２２（イートン） 特開平０７−１９７９５５（イートン） 特開平０５−１９６０６２（イートン）

上記クラッチの特性テーブルの内容（または係数値）はクラッチの温度によっても変化する。クラッチの温度に追従してクラッチ伝達トルクが変化する。一般に、クラッチの温度が低いとクラッチ伝達トルクは小さくなるし、温度が高いとクラッチ伝達トルクは大きくなることが知られている。しかしクラッチそのものの熱容量はきわめて小さく、何らかの原因によりクラッチが滑る状態が継続すると、クラッチの温度は摩擦熱により急激に上昇する。すなわちクラッチの温度はきわめて短いサイクルで広い温度範囲にわたり変わり得る。したがって、なんらかの方法によりクラッチ温度を推定もしくは観測し、その温度変化に追従して学習を繰り返し、クラッチ伝達トルクを補正するような構成は、車両用クラッチ装置として合理的ではない。

本願発明者は、自動クラッチ制御系のなかでクラッチの温度変化その他、周期の短いクラッチの特性変化に対応するには、その原因あるいは要素を分析して追従させるように試みることは合理的でないと考えるにいたった。運転者が操作するアクセル・ペダルの踏込み量をその時点のエンジンの状態にしたがって補正して、目標クラッチ伝達トルクをリアルタイムにかつ適応的に演算する手法を試みることにした。

すなわち本発明は、クラッチ・ペダルを設けない、あるいはクラッチ・ペダルを設けてあっても、運転者がそのクラッチ・ペダルを操作しなくとも、クラッチの滑り状態を円滑に変更しながら制御することができる自動クラッチ制御装置を提供することを目的とする。さらに詳しくは、本発明は、運転者が操作するアクセル開度およびその時点のエンジンの作動状態から、その時点のクラッチ・ストロークの最適値を適応的に演算することができる自動クラッチ制御装置を提供することを目的とする。とくにその自動クラッチ制御装置の制御系およびその制御論理を提供することを目的とする。

本発明は、アクセル開度から目標クラッチ伝達トルクを演算する手段（１）と、エンジンに供給される燃料流量およびエンジン回転速度からエンジンの発生トルクを演算する手段（２）と、前記演算されたエンジンの発生トルクからエンジンにおける損失分を差引き実クラッチ伝達トルクを演算する手段（３）と、前記目標クラッチ伝達トルクと前記実クラッチ伝達トルクとの差分から補正量を演算する手段（４）と、前記目標クラッチ伝達トルクに前記補正量を加算して補正後目標クラッチ伝達トルクを演算する手段（５）と、この補正後目標クラッチ伝達トルクを目標クラッチ・ストロークに変換する変換マップ（６）とを備えたことを特徴とする。

上記各要素のうち、目標クラッチ伝達トルクを演算する手段（１）は、アクセル開度情報を入力情報とする単純な読み出し専用マップにより構成することができる。上記エンジンの発生トルクを演算する手段（２）は、エンジンの回転速度および燃料流量を入力とする変換テーブルにより構成することができる。上記実クラッチ伝達トルクを演算する手段（３）は前記エンジンの発生トルクを演算する手段（２）の出力からエンジン損失トルク（７）およびエンジン回転慣性角加速トルクを差し引く演算回路により構成することができる。前記補正量を演算する手段（４）は、目標クラッチ伝達トルクと実クラッチ伝達トルクとの差分について、ＰＩＤ演算を実行する手段により構成することができる。

さらに前記エンジンにおける損失分は、エンジンの内部損失により失うトルク（７）と、エンジン回転慣性角加速トルク（８）との和とする単純な構成で近似することができる。さらに上記エンジン回転慣性角加速トルク（８）は、エンジン慣性モーメントと角加速度の積として演算することができる。

上記構成により、本発明の装置によるクラッチ伝達トルク制御は、既知のトルク量であるエンジン・トルクを利用して目標クラッチ伝達トルクをフィードバック補正することになり、実クラッチ伝達トルクを目標伝達トルクに継続的に追従制御させることができる。これにより、運転者が操作するアクセル開度およびその時点のエンジンの作動状態から、その時点のクラッチ・ストロークの最適値を適応的に設定することができる自動クラッチ制御装置が得られる。

図１は本発明実施例装置の制御論理を説明する論理図である。関数変換マップ１はアクセル開度（％）を入力すると、目標クラッチ伝達トルクを一元的に演算するマップである。図２にこの関数を二次元的に例示する。すなわち横軸は運転者がペダルにより操作するアクセル開度であり、あらかじめ記憶設定された関数にしたがって、縦軸に目標クラッチ伝達トルクが演算結果として得られる。

本発明では、この目標クラッチ伝達トルクをそのまま利用することなく、エンジンの状態にしたがって補正する。すなわち、その時点のエンジンに供給される燃料流量およびエンジンの回転速度から、あらかじめ現用装置に即して設定されたテーブル２を利用して、エンジンの発生トルクを演算する。このテーブル２は実際にその同型のエンジンを試験した結果から作成される数表である。

エンジンの発生トルクはこのまま利用することも考えられるが、実際には演算回路３により、エンジンの内部損失により失われるエンジン損失トルク７、およびエンジン回転慣性角加速トルク８を差し引くことにより、さらに精度を高くすることができる。このエンジン損失トルク７は、エンジン回転速度に対応してマップとして保存しておく構成とすることがよい。上記エンジン回転慣性角加速トルク８は、物理的に
（エンジン慣性モーメント）×（角加速度）
である。しかし装置によってはそれほど厳密を期す必要がなく、一定の定数を設定しておきこれを利用する、あるいは上記と同様にエンジン回転速度に対応してマップとして保存しておくことができる。

この演算回路３の出力は、実クラッチ伝達トルクに相応する。これを減算回路９により、上記関数変換マップ１の出力である目標クラッチ伝達トルクから差し引く。かりに関数変換マップ１の出力である目標クラッチ伝達トルクが、演算回路３の出力として求められる実クラッチ伝達トルクと等しいなら、この減算回路９の出力値は０になる。

この減算回路９の出力に生じる差分は、補正量演算回路４により演算される。この実施例では補正量演算回路４はいわゆるＰＩＤ回路（比例、積分、微分回路）により構成された。比例回路の定数Ｋｐ、積分回路の定数Ｋｉ、および微分回路の定数Ｋｄはそれぞれ設計により設定される。これは一般の追従制御回路の設計と同様であり、詳しい説明は省略する。

そしてこの補正量演算回路４の出力に得られる、目標クラッチ伝達トルク補正量は、加算回路５により目標クラッチ伝達トルクと加算される。この例では「加算回路５」と表示したが、補正量演算回路４の出力位相、さらに詳しくは補正量演算回路４の構成要素である三つの比例増幅回路Ｋｐ，Ｋｉ，Ｋｄの出力位相にしたがって、「減算回路３」と表示しなければならない。

この加算回路５の出力はテーブル６により、目標クラッチ・ストロークとして変換され出力される。テーブル６は図３に例示するように、横軸に表示する補正後目標クラッチ伝達トルクを入力して、縦軸に表示される目標クラッチ・ストロークを出力する変換マップ回路である。この構成により実クラッチ伝達トルクを目標伝達トルクに追従制御させることができる。

図４に本発明実施例装置の制御論理について、シミュレーションを行った結果を示す。これは車両の発進時の制御として最も重要なアクセルおよびクラッチの制御について、一つの設計例をグラフ表示したものである。車両が停車状態にあるとき、パーキング・ブレーキをオフにして、ギヤをドライブ位置に設定し、アクセルを緩やかに踏み込む発進制御に関する部分が表示されている。図４（１）〜（６）の横軸は共通の時間軸であり、発進時のはじめの５秒間に関する制御である。それぞれの縦軸には、
（１）アクセル開度（単位、％）・・・運転者によるアクセル操作量。この例では基準時から０．７秒経過点でブレーキをオフ状態に制御し、１．０秒から１．５秒までの間にアクセル開度を直線的に変更して、１．５秒経過以降はアクセル開度５０％を保持するように操作したことを示す。
（２）エンジン発生トルク、エンジン損失トルク、エンジン回転慣性角加速トルク（それぞれ単位、×１０００Ｎ・ｍ／ｎ）を表示する。
（３）目標クラッチ伝達トルク、実クラッチ伝達トルク、その両者の偏差（クラッチの接合時に零になる）（それぞれ単位、×１０００Ｎ・ｍ／ｎ）
（４）目標クラッチ伝達トルク補正量、補正後の目標クラッチ伝達トルク（いずれもクラッチの接合時まで）（それぞれ単位、×１０００Ｎ・ｍ／ｎ）
（５）クラッチ・ストローク（単位、％）
（６）エンジン角速度、クラッチ角速度（それぞれ単位、×１００ｒ／ｍ、ラジアン/メートル）を示す。
ここで運転者が操作する要素は図４（１）に示す「ブレーキ・オフ」および「アクセル開度」のみであり、その他の表示はこの系の反応である。

すなわち図４（１）に示すように、運転者は車両のブレーキを経過時間０．７秒の時点で開放し、右足をアクセル・ペダルに踏み代え、経過時間１秒からアクセル・ペダルを踏込み、経過時間１．５秒の時点でアクセル開度５０％として、以降その状態を維持するように操作した。さらに、この例では車両は登り坂の斜面に停止されていて、図４（６）に示すように、ブレーキ・オフの時点から、約１秒間ほどクラッチの回転角速度が負の値を示し、車両がずり下がった過酷な状態を想定している。クラッチ・ストロークは図４（５）に示すように、経過時間１秒の時点で５０％になるように設定し、以降緩やかにクラッチを接合状態に向けてゆるやかに制御する。

ブレーキが開放され、アクセル・ペダルが踏み込まれることによりエンジンが反応して、図４（２）に示すようにエンジン・トルクが発生する。同時にクラッチに伝達トルクが発生する。図４（３）に演算された目標クラッチ伝達トルクと実クラッチ伝達トルクおよびその間の偏差を示す。すなわち図１により説明したように、本発明の論理では、エンジン発生トルクについて、エンジン損失トルクおよびエンジン回転慣性角加速トルクを減算補正してクラッチ伝達トルクが得られる。これは図１および図３で説明したように制御されて、目標クラッチ・ストロークは図４（５）に示すようになる。クラッチは経過時間４．５秒の時点で滑りがなくなり、クラッチ・ストロークは接合状態になる。

図４（３）に示すように、この実施例シミュレーション演算により、目標クラッチ伝達トルクと実クラッチ伝達トルクの偏差は、この例のように過酷な条件下でも時間の経過とともに零に収束してゆくことがわかる。

本発明は、自動車用クラッチ制御のほか、各種動力機械のクラッチ制御に広く利用することができる。

本発明実施例装置の論理構成図。 本発明実施例装置の関数変換マップの具体例。 本発明実施例装置の関数変換マップの具体例。 本発明実施例装置の動作シミュレーション例。

符号の説明

１ 関数変換マップ
２ テーブル
３ 演算回路
４ 補正量演算回路
５ 加算回路
６ テーブル
７ エンジン損失トルク
８ エンジン回転慣性角加速トルク
９ 減算回路

Claims (4)

1. アクセル開度から目標クラッチ伝達トルクを演算する手段（１）と、
   エンジンに供給される燃料流量およびエンジン回転速度からエンジンの発生トルクを演算する手段（２）と、
   前記演算されたエンジンの発生トルクからエンジンにおける損失分を差引き実クラッチ伝達トルクを演算する手段（３）と、
   前記目標クラッチ伝達トルクと前記実クラッチ伝達トルクとの差分から補正量を演算する手段（４）と、
   前記目標クラッチ伝達トルクに前記補正量を加算して補正後目標クラッチ伝達トルクを演算する手段（５）と、
   この補正後目標クラッチ伝達トルクを目標クラッチ・ストロークに変換する変換マップ（６）と
   を備えたことを特徴とする自動クラッチ制御装置。
2. 前記補正量を演算する手段（４）はＰＩＤ演算を実行する手段を含む請求項１記載の自動クラッチ制御装置。
3. 前記エンジンにおける損失分は、エンジンの内部損失により失うトルク（７）と、エンジン回転慣性角加速トルク（８）との和とする請求項１記載の自動クラッチ制御装置。
4. エンジン回転慣性角加速トルク（８）は、エンジン慣性モーメントと角加速度の積として演算される請求項１記載の自動クラッチ制御装置。

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