JP2008534881A - クラッチの係合を制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

作業機械のクラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）の係合を制御するための方法は、作業機械のクラッチ相対速度を決定するステップと、クラッチ相対速度に少なくとも部分的に基づき、クラッチに加えられる作動圧力を選択的に調整するステップとを含む。

Description

本発明の開示は、一般に、作業機械のクラッチの作動を制御するための方法、より詳しくは、作業機械のクラッチの流体作動を制御するための方法に関する。

作業機械は、作業機械のパワートレイン内の入出力機構を連結するためにクラッチを利用する。簡単なクラッチは、互いに係合及び解放してトルクを伝達する２つの摩擦プレートを有する。一方のプレート、入力プレートは回転し、また第２のプレート、出力プレートと選択的に係合して、第２のプレートに連結されたドライブトレイン構成要素にトルクを伝達することができる。２つのプレートの間の速い係合は、作業機械のドライブトレインを通して伝達されるトルクの突然のスパイクによって引き起こされる粗い「ジャーク」をもたらす可能性がある。この「ジャーク」は、ドライブトレインの構成要素の寿命を縮める。さらに、作業機械のオペレータは、この「ジャーク」が不快であること、及び作業機械の正確な操作が困難であることを認めるであろう。

多くの作業機械では、高圧エンジンオイル又は変速機オイルなどの加圧流体の流れにより、クラッチの係合が制御される。電子制御ユニットは、クラッチの可動構成要素への加圧流体の流れを調整することによって、流体作動のクラッチの動作を制御する。電子制御システムによって、電子制御ユニットは、１つ以上の電磁操作弁に連結される。電子制御ユニットは、選択的にソレノイド弁を作動することによって加圧流体の流れを調整する。流体作動を利用することにより、電子制御ユニットは、クラッチの可動構成要素に対する圧力を徐々に形成することができる。このゆっくりとした圧力形成は、クラッチのより滑らかな係合を可能にする。

最初に、クラッチ内の２つのプレートが異なる速度で回転する。例えば、最初に作業機械を始動させた後、入力プレートは、エンジンの速度で回転してもよく、出力プレートは静止していてもよい。典型的には、ソレノイド作動弁を制御することにより、「ジャーク」が最小にされるように、出力プレートは第１のクラッチと徐々に係合させられる。これを行うために、クラッチ内のプレートの係合面は摩擦材料を含んでもよい。出力プレートが入力プレートにより近くなるにつれ、より大きな圧力が入力プレート内に形成される。プレートが共により近くなるにつれ、より多くのトルクが伝達され、出力プレートの速度増加を引き起こす。最終的に、十分な摩擦材料が接触し、入力プレートと同一の速度で出力プレートの回転が引き起こされる。これは「ロックアップ（ｌｏｃｋ−ｕｐ）」摩擦点と称される。この説明は、２つのクラッチプレートの間の摩擦係数とクラッチ相対速度との間の関係を示しており、摩擦係数が増加するにつれ、クラッチ相対速度は減少する。「ロックアップ」において、摩擦係数は最大値にある。

（特許文献１）は、クラッチの２つのプレートが互いに係合して、係合の粗さを低減するように、流体作動クラッチの圧力の形成に必要な時間量を較正するための方法を開示している。この時間は、典型的に、製造業者によって決定され、作業機械の電子制御ユニット内に予めプログラミングされる。しかしながら、この方法の１つの問題は、クラッチ「ジャーク」がなお生じることである。この理由は、「ジャーク」が、クラッチに加えられる圧力量と関係するからである。「ロックアップ」においてクラッチに加えられる圧力が大きくなると、「ロックアップ」において生じる「ジャーク」はそれだけ大きくなる。さらに、この提案された解決方法は、継続使用を経た構成要素の摩耗によって引き起こされるタイミングの変化及び性能を考慮しない。

米国特許第５，７３７，９７９号明細書

本発明の開示の方法及び装置は、上述した問題の１つ以上を解決する。

典型的な一実施形態によれば、作業機械のクラッチの係合を制御するための方法が開示される。本方法は、作業機械のクラッチ相対速度を決定するステップと、クラッチ相対速度に少なくとも部分的に基づき、クラッチに加えられる作動圧力を選択的に調整するステップとを含む。

本発明の他の典型的な実施形態によれば、作業機械のクラッチの係合を制御するための方法は、作業機械の変速比を決定するステップを含む。さらに、本方法は、変速機相対速度に少なくとも部分的に基づき、クラッチに加えられる作動圧力を選択的に調整するステップを含む。

本発明のさらに他の典型的な実施形態によれば、作業機械のクラッチの係合を制御するための方法は、主要なクラッチ係合のために第１の組の作動圧力をクラッチに加えるステップを含む。本方法はまた、第１の組の後、第２の組の作動圧力をクラッチに加えるステップを含み、第２の組のクラッチ作動圧力は、第１の組の最大クラッチ作動圧力未満である。

本発明の他の典型的な実施形態によれば、変速機の少なくとも１つのクラッチの係合を制御するためのシステムが開示される。本システムは、少なくとも１つのクラッチの相対速度を決定して、このクラッチ相対速度に少なくとも部分的に基づき、少なくとも１つのクラッチに加えられる作動圧力を選択的に調整することによって、少なくとも１つのクラッチの係合を制御するように構成された少なくとも１つの電子制御ユニットを含む。

次に、添付図に示した本開示の典型的な実施形態を詳細に参照する。可能な限り、同一又は同様の部分を指すために、同一の参照番号が図面全体にわたって使用される。

自動変速機を利用する作業機械のパワートレイン部分１０が、図１に概略的に示されている。パワートレイン部分１０は、エンジン１２、トルクコンバータ１４、変速機１６、電子制御ユニット１８と、ドライブトレイン２０とを含むことが可能である。駆動シャフト２２は、エンジン１２をトルクコンバータ１４に連結することが可能である。入力シャフト２４は、トルクコンバータ１４を変速機１６に連結することが可能である。出力シャフト２６は、変速機１６をドライブトレイン２０に連結することが可能である。パワートレイン部分１０はまた、高圧流体を作業機械内の構成要素に供給するためのポンプ２８を含んでもよい。ポンプ２８は、リザーバ３０から流体を受け取る。パワートレイン部分１０はまた、ポンプ２８の出力圧力を制御するために、ポンプ２８の下流のリリーフ弁２９を含んでもよい。しかし、本明細書に開示した方法は、多くの異なる種類の作業機械で使用し得ることを理解すべきである。例えば、ここに開示した方法は、重作業トラック、モータグレーダ、及びバケットローダに利用してもよい。

電子制御ユニット１８は、作業機械１０のオペレータが望む少なくとも移動方向及び／又はギヤ比を表すオペレータセレクタセンサシステム３２からの入力を受信することが可能である。オペレータセレクタセンサシステム３２は、ギヤシフト位置センサ及びアクセル位置センサ（図示せず）を含んでもよいが、それらに限定されない。電子制御ユニット１８はまた、エンジン速度センサ３４、第１の速度センサ３６、第２の速度センサ３８、流体リザーバ温度センサ３５、速度クラッチ４４と速度クラッチ４６（図２）との間に配置された第１の中間速度センサ６０、及び速度クラッチ４６と速度クラッチ４８（図２）との間に配置された第２の中間速度センサ６２を含む、作業機械１０の所望の又は実際の運転パラメータを示す他の種々のセンサから入力を受信してもよい。これらのセンサは、関連技術で公知の共通の電気タイプでもよい。代わりのタイプのセンサの使用を利用できること、及びセンサの代わりの配置が可能であることを理解すべきである。

変速機１６の１つの可能な例が図２に示されている。本発明の開示に使用するために、他の自動変速機の構成が可能であることを理解すべきである。変速機１６は、５つの流体作動クラッチ４０、４２、４４、４６、４８を含むことが可能である。クラッチ４０は前進方向クラッチであり、クラッチ４２は後進方向クラッチである。上述のように、クラッチ４４、４６、４８は様々な速度クラッチである。この構成を使用する変速機１６を作動するためには、前進方向クラッチ４０又は後進方向クラッチ４２の係合が必要である。クラッチ４０、４２、４４、４６、４８は、作業機械に共通に見られるタイプでもよく、当分野で周知のような１つの入力プレート及び１つの出力プレート又は他の構造を含むことが可能である。速度クラッチ４４、４６又は４８は、以下により詳細に説明するように様々なギヤ比を形成するために、選択的に係合及び解放されることが可能である。

５つのソレノイド作動のクラッチ制御弁（以下に「ソレノイド制御弁」と称される）５０、５２、５４、５６、５８は、対応するクラッチ４０、４２、４４、４６、４８を選択的に係合及び解放するために設けることが可能である。それぞれのソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８は、ポンプ２８から高圧流体を受け取るように流体連結してもよい。ソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８は、電子制御ユニット１８に連結してもよい。電子制御ユニットは、ソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８の作動を制御する。本発明の開示に使用するために、代わりの流体構造が可能であることを理解すべきである。圧電駆動される制御弁などの他のタイプのクラッチ制御弁を本発明に使用することが可能であることも理解すべきである。

電子制御ユニット１８は、必要な計算を実行するため、様々なセンサから入力を受信するため、またソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８の作動を制御するためのマイクロプロセッサ（図示せず）を含んでもよい。代わりに、１つを超えるマイクロプロセッサを使用できるであろう。代わりのタイプのセンサの使用が考えられること、及びセンサの代わりの配置も考えられることを理解すべきである。上述の様々な入力に基づき、マイクロプロセッサは、様々なギヤ比を制御しかつ選択する。本開示の主題である方法について、図３〜図５に関連して以下により詳細に説明する。

電子制御ユニット１８は、変速機１６の１つ以上のギヤの係合を制御することによって、変速機１６の作動を制御する。特定のギヤに係合するために、電子制御ユニット１８は、クラッチ４０、４２、４４、４６、４８を選択的に係合及び解放する。例えば、後進ギヤを選択するために、電子制御ユニット１８は、後進方向クラッチ４２及び速度クラッチ４４を選択的に係合し、また前進方向クラッチ４０及び速度クラッチ４６と４８を選択的に解放する。電子制御ユニット１８は、所望の変速機出力に対応する特定のギヤ組み合わせを達成するために、必要に応じてクラッチ４０、４２、４４、４６、４８を選択的にかつ同時に係合及び解放できる。適切なギヤを選択するための他の可能な方法を、変速機１６に利用し得ることを理解すべきである。

特定のクラッチ、例えば前進方向クラッチ４０を係合するために、電子制御ユニット１８は、対応するソレノイド制御弁、この場合ソレノイド制御弁５０に信号を送る。信号に基づき、ソレノイド制御弁５０は、クラッチ４０への加圧流体の適用を制御する。電子制御ユニット１８からソレノイド制御弁５０へのそれぞれの異なる信号は、クラッチ４０に加えられるべき異なる流体圧力を示し得る。十分な流体圧力がクラッチ４０に加えられると、入力プレート及び出力プレートは「ロックアップ」し、完全なトルクをクラッチ４０の入力側からクラッチ４０の出力側に伝達することができる。この場合、「ロックアップ」は、クラッチ入力シャフトの回転速度を意味し、選択されたギヤを考慮するとクラッチ出力シャフトの回転速度に等しい。電子制御ユニット１８は、ソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８を選択的に開閉して、同様の方法で任意のクラッチ４０、４２、４４、４６、４８に圧力を加えることができることを理解すべきである。

クラッチ４０、４２、４４、４６、４８の係合及び解放の制御に加え、電子制御ユニット１８は、変速機の入力速度を変速機の出力速度と比較することによって、変速比又は変速低減（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を連続的に計算することができる。例えば、電子制御ユニット１８は、第１の速度センサ３６から感知された変速機入力速度と、第２の速度センサ３８から感知された変速機出力速度とを使用して、変速比を計算できる。それぞれの可能なギヤ組み合わせは、対応する変速比値を有する。例えば、後進方向クラッチ４２及び速度クラッチ４４が係合された場合、変速比値は、電子制御ユニット１８によって、これらの特定のクラッチ係合に対応すると識別することができる。このことを達成するために、電子制御ユニット１８は、それぞれの可能なギヤ係合の変速比値を含む変速比プロフィールを含んでもよい。典型的な変速比プロフィール２０２が、変速比対時間を示している図３Ｂに示されている。電子制御ユニット１８がソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８を開閉して、１つのギヤ組み合わせから他のギヤ組み合わせに変化すると、変速比は、２つの値（２０５、２０６）の間を移行する。この移行は、図３Ｂの２１８として識別され、係合されるクラッチが「ロックアップ」するまで行われる。この点で、変速比は、特定の変速比値２０６に対応する一定又は定常状態に達する。

これに加えて、又は代わりに、電子制御ユニット１８は、クラッチ入力速度をクラッチ出力速度と比較することによって、クラッチ相対速度を連続的に計算してもよい。ここで、クラッチ相対速度は、試験対象の特定のクラッチに応じて、例えば、第１の速度センサ３６、第１の中間速度センサ６０、又は第２の中間速度センサ６２からのクラッチ入力速度と、例えば、第１の中間速度センサ６０、第２の中間速度センサ６２、又は第２の速度センサ３８からのクラッチ出力速度とを比較することによって決定することが可能である。例えば、クラッチ４４のクラッチ相対速度を決定するために、第１の速度センサ３６は、クラッチ入力速度を感知し、第１の中間速度センサ６０はクラッチ出力速度を感知するであろう。代わりに、電子制御ユニット１８は、当分野で知られている他の方法でクラッチ相対速度を計算してもよい。

図３Ａと図３Ｂに加えて、電子制御ユニット１８は、以下により詳細に説明するように圧力プロフィール２０４（図３Ｃ）を含んでもよい。圧力プロフィール２０４は圧力対時間を示している。

上述のように、電子制御ユニット１８は、クラッチに加えられる流体圧力、したがって、クラッチの作動特性を制御する。典型的なクラッチ相対速度プロフィール２００が、クラッチ相対速度対時間を示している図３Ａに示されている。クラッチ４０の係合を参照すると、電子制御ユニット１８は、適切なセンサを使用して、クラッチ相対速度及び／又は変速比を決定する。圧力がクラッチ４０に加えられる前、クラッチ相対速度は、図３Ａの１０２に示したようにゼロから遠いであろう。このことは、入力速度、クラッチの第１のプレートの速度が、出力速度、クラッチの第２のプレートの速度よりもはるかに高いことを意味する。変速比は、図３Ｂの２０６に示したような特定のギヤ比に対応する一定値であろう。クラッチ４０を係合するために、電子制御ユニット１８は、ソレノイド制御弁５０に信号を送る。電子制御ユニット１８からの信号に応答して、ソレノイド制御弁５０は、クラッチ４０に流れる加圧流体量を増すように作動される。クラッチ４０に加えられる圧力の増加は、図３Ｃの２０８に示されている。他の圧力プロフィールを本発明の開示に利用してもよい。例えば、圧力は、図３Ｃの２１０に示したような異なる速度で増加し得る。２つのクラッチプレートが互いに係合するにつれ、クラッチの相対速度及び変速比は、２つのプレートの間の摩擦が増加するときに過渡的状態（２２０、２１８）に入る。クラッチの２つのプレートの間の摩擦の増加により、図３Ａ〜図３Ｃの１０４に示したような「ロックアップ」をもたらす可能性があり、この場合、クラッチ相対速度はゼロであり、変速比は特定のギヤ比に対応して一定になる。

本発明の開示によれば、電子制御ユニット１８は、「ロックアップ」の前に図３Ａ〜図３Ｃの点１０６に示した所定の点で、クラッチに加えられる圧力量を低減し始めることが可能である。点１０６と「ロックアップ」点１０４との間で計算されたそれぞれの計算されたクラッチ相対速度及び／又は変速比に関し、電子制御ユニット１８は、クラッチに加えられる圧力量を低減し続ける。所定の点１０６と「ロックアップ」点１０４との間の領域は、所定の範囲１０８として知られる。点１０６は、特定のクラッチ又は変速機及び使用する摩擦材料の試験を通して、製造業者が決定してもよい。適切な圧力量を決定するために、電子制御ユニット１８は、クラッチ相対速度及び／又は変速比を連続して計算し、次に、電子制御ユニット１８内に記憶された図３ｃの圧力基準プロフィール２０４を使用して、所望のクラッチ圧力量を決定する。例えば、電子制御ユニット１８が図３Ａの点２１２に示したようなクラッチ相対速度を計算する場合、電子制御ユニットは、図３Ｃから対応するクラッチ作動圧力、本例では、点２１４に対応するクラッチ作動圧力を決定することができる。代わりに、電子制御ユニット１８が図３Ｂの点２１６に示した変速比値を計算する場合、電子制御ユニット１８は、図３Ｃの点２１４に示した対応するクラッチ作動圧力を確認することができる。

クラッチ相対速度がゼロに近づくときにクラッチに加えられる圧力を低減することによって、電子制御ユニット１８は、「ロックアップ」で生じる「ジャーク」量を下げることができる。さらに、本発明の開示は、クラッチプレートの摩擦材料が継続使用によって摩耗するときに、この「ジャーク」を低減し続けるが、この理由は、減圧量が、摩擦材料の損失と共に変化する測定された入出力速度に基づくからである。

図４のフローチャートは、作業機械のクラッチの作動を制御するための典型的な方法を示している。最初に、電子制御ユニット１８は一定圧力をクラッチに加える（ステップ３００）。これを行うために、電子制御ユニット１８は、対応するクラッチに流れる加圧流体量を制御することによって、ソレノイド制御弁がクラッチ４０、４２、４４、４６、４８の１つ以上に圧力を加えるように、ソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８の１つ以上に信号を送る。次に、電子制御ユニット１８は、クラッチ相対速度及び／又は変速機相対速度を計算する。少なくともクラッチ相対速度又は変速機相対速度に基づき、電子制御ユニット１８は、記憶データを参照することによってギヤチェンジが行われるべきかどうかを決定する（ステップ３０２）。電子制御ユニット１８がギヤチェンジが行われるべきでないと決定した場合、電子制御ユニット１８はステップ３００に戻り、一定圧力を維持する。

電子制御ユニット１８がギヤチェンジが行われるべきであると決定した場合、電子制御ユニット１８は、ソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８の１つ以上に信号を送る。応答して、ソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８は、その対応するクラッチ４０、４２、４４、４６、４８に流れる加圧流体量を増加させる（ステップ３０４および図３Ｃの２０８）。次に、電子制御ユニット１８は、新しいクラッチ相対速度及び／又は変速機相対速度を計算する（ステップ３０６）。次に、電子制御ユニットは、クラッチ相対速度の新しい値及び／又は新しい変速比値が所定の範囲１０８内にあるかどうかを決定する（ステップ３０８）。クラッチ相対速度及び／又は変速比が所定の範囲１０８内にない場合、電子制御ユニット１８はステップ３０２に戻り、ギヤチェンジが行われるべきかどうかを決定する。クラッチ相対速度及び／又は変速比が所定の範囲１０８内にある場合、次に、電子制御ユニット１８は、図３Ｃからの圧力プロフィール２０４を使用して、この特定のクラッチ相対速度及び／又は変速比に適切な圧力を決定する（ステップ３１０）。それぞれの計算されたクラッチ相対速度及び／又は変速機相対速度に関し、電子制御ユニット１８は、図３Ｃの圧力プロフィール２０４から対応するクラッチ作動圧力を確認する。次に、電子制御ユニット１８はクラッチ圧力を調整する（ステップ３１２）。本例では、電子制御ユニット１８は、ソレノイド制御弁５０、５２、５４、５６、５８の１つ以上を調整して、対応するクラッチ４０、４２、４４、４６、４８に加えられる圧力は調整できるであろう。最後に、電子制御ユニット１８はステップ３０６に戻り、新しいクラッチ相対速度及び／又は変速機相対速度を決定する。上述のように、電子制御ユニット１８は、一度に１つのクラッチについて、あるいは同時に多数のクラッチについて、ここに開示した方法を使用することができる。

本明細書に説明した開示の説明と実施を考慮することにより、本開示の他の実施形態が当業者には明白であろう。説明及び実施例は模範的なものに過ぎないと考えられ、本開示の真の範囲及び精神は、次の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることが意図される。

本発明の開示に使用するための作業機械のパワートレイン部分の概略図である。 図１の作業機械の変速機の概略図である。 （Ａ）は、本発明の開示によるクラッチ相対速度と時間との関係を示したチャートであり、（Ｂ）は、本発明の開示による変速比と時間との関係を示したチャートであり、（Ｃ）は、本発明の開示による圧力と時間との関係を示したチャートである。 本発明の開示による作業機械のクラッチの作動を制御するための典型的な方法を示したフローチャートである。

Claims (10)

1. 作業機械の作業機械のクラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）の係合を制御するための方法であって、
   作業機械のクラッチ相対速度を決定するステップと、
   クラッチ相対速度に少なくとも部分的に基づき、クラッチに加えられる作動圧力を選択的に調整するステップと、
   を含む方法。
2. クラッチ相対速度を決定するステップが、クラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）の入力速度を測定し、クラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）の出力速度を測定して、クラッチ出力速度をクラッチ入力速度と比較するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. クラッチ作動圧力を選択的に調整するステップが、クラッチ相対速度の関数としてクラッチ作動圧力を決定して、決定されたクラッチ作動圧力に基づきクラッチ制御弁（５０、５２、５４、５６、５８）に対する信号を調整するステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. クラッチが流体作動クラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）であり、クラッチ制御弁がソレノイド作動制御弁（５０、５２、５４、５６、５８）である、請求項３に記載の方法。
5. クラッチ作動圧力を選択的に調整するステップが、複数の信号をソレノイド作動制御弁（５０、５２、５４、５６、５８）に選択的に印加して、クラッチ作動圧力を変更するステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. クラッチ入力速度を測定するステップが、制御ユニット（１８）で、作業機械と関連付けられた少なくとも１つの速度センサ（３６）から信号を受信するステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. 変速機（１６）の少なくとも１つのクラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）の係合を制御するためのシステムであって、
   変速機（１６）の相対速度を決定し、また
   変速機相対速度に少なくとも部分的に基づき、少なくとも１つのクラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）に加えられる作動圧力を選択的に調整することによって、
   少なくとも１つのクラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）の係合を制御するように構成された少なくとも１つの電子制御ユニット（１８）を備えるシステム。
8. 少なくとも１つの電子制御ユニット（１８）が、少なくとも１つの速度センサ（３６）からの信号と、少なくとも１つの速度センサ（３８）からの信号とを受信するように構成される、請求項７に記載のシステム。
9. システムが、少なくとも１つの電子制御ユニット（１８）からの信号に応答する少なくとも１つのクラッチ制御弁（５０、５２、５４、５６、５８）をさらに含む、請求項８に記載のシステム。
10. 少なくとも１つのクラッチが流体作動クラッチ（４０、４２、４４、４６、４８）であり、少なくとも１つのクラッチ制御弁がソレノイド作動制御弁（５０、５２、５４、５６、５８）である、請求項９に記載のシステム。

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