JP2009506266A - 自動車のためのダイヤフラムスプリングクラッチの作動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、空気式、油圧式、または、電子式のアクチュエータ（２４）によって自動車のダイヤフラムスプリングクラッチ（２０）を作動するための装置に関している。当該装置は、アクチュエータ（２４）の上流側に取り付けられたレギュレータを備えており、その出力制御変数がアクチュエータ（２４）を起動させるようになっている。当該レギュレータは、ダイヤフラムスプリングに典型的な解放過程における解放力の大きな非線形性、を補償するために用いられる。前記レギュレータの特性曲線の経過は、対応して適用されるアクチュエータ（２４）の制御によって（ダイヤフラムスプリングの）解放力の非線形な経過が少なくともほぼ補償され、解放力が解放過程の全体において略一定である、というように設計されている。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念部分に対応する、自動車のためのダイヤフラムスプリングクラッチの作動装置に関している。

ダイヤフラムスプリングクラッチは、しばしば、自動車の自動変速機と組み合わさって、発進クラッチとして利用されている。そこでは、ダイヤフラムスプリングが、その押圧力を提供すべく利用され、圧力プレートと摩擦ライニングが設けられたクラッチディスクとが互いに摩擦係合にもたらされている。クラッチを解放するためには、圧力プレートが、それに付随のクラッチディスクから持ち上げられなければらない。従って、圧力プレートに荷重をかけているダイヤフラムスプリングが、そこから適用されている押圧力に対抗して、調整されなければならない。実際上は、アクチュエータによって移動されるクラッチ解放要素が、好適なレバーアームを介して、ダイヤフラムスプリングに作用する。これにより、解放要素から調達するべき解放力は、多分、ダイヤフラムスプリングから適用される押圧力よりも小さい。

アクチュエータは、前置されるレギュレータによって作動される。当該レギュレータは、アクチュエータのために制御量を供給する。シングルディスク−ドライクラッチ及びマルチディスク−ドライクラッチ並びに引っ張られて押されるクラッチとの相違については、ここでは取り上げない。なぜなら、これら全てのクラッチタイプにおいて、作動原理は同一であり、以下に説明する欠点を同様に伴うからである。自動車技術においては空気式または油圧式のアクチュエータが主に利用されているが、アクチュエータとしては、基本的に、空気式、油圧式、または、電子式の駆動装置が考慮に入れられる。

自動車クラッチとの組み合わせにおけるダイヤフラムスプリングの基本的な欠点は、その激しく非線形性な解放力特性、すなわち、解放過程に亘る解放力の経過である。この解放力特性は、大変に急勾配な経過が平坦な経過と入れ替わることによって特徴付けられている。急勾配な経過では、所定の解放過程において大変に大きく解放力が変わる。平坦な経過では、広範は解放過程に亘って、本質的に力の変動が生じない。

解放力は、この解放力特性に対応して、解放過程に依存して非線形である。この非線形な解放力は、行程調整量（行程増幅）（Streckenverstaerkung）が解放過程ないし解放要素及びアクチュエータの解放位置に依存して変わる、ということを導く。用語「行程調整量（行程増幅）」によって、制御行程（Regelstrecke）の、アクチュエータの所定の制御量についての応答が表されている。制御行程は、例えば、ダイヤフラムスプリング、解放力ベアリング、解放力フォーク及びアクチュエータを含んでいる。制御行程の、所定の制御量についての応答は、従って、位置（状態）に依存して可変である。

これらの事実が、例えばレギュレータ設計において、考慮されない時、（適正量より）小さな行程調整量（行程増幅）のために、大変に緩慢な制御応答となってしまう、あるいは、（適正量より）大きな行程調整量（行程増幅）のために、レギュレータが制御に振動をもたらしてしまう。

このような背景の下で、本発明は、解放過程の全体に亘って行程調整量（行程増幅）が少なくともほぼ同一で、ある値をとり、それによって制御特性が緩慢になることも振動することもないような、自動車のダイヤフラムスプリングクラッチを作動させるための装置を提供することを課題としている。

この課題の解決は、主たる請求項の特徴部分によって達成される。本発明の有利な実施の形態ないし更なる実施の形態が、下位の請求項から理解できる。

本発明は、行程調整量（行程増幅）、すなわち、制御行程の制御量に対する応答は、一方では、解放過程の所定のポイントでそれぞれの解放力に依存するが、しかし他方では、当該ポイントで作用するアクチュエータの制御量にも依存するため、制御力の対応する修正によって行程調整量（行程増幅）を前述の課題の観点で影響させる、乃至、合目的的に継続させることが可能であるにちがいない、という認識に基づいている。

そして、本発明は、空気式、油圧式、または、電子式のアクチュエータによって自動車のダイヤフラムスプリングクラッチを作動するための装置から由来する。ここで、当該装置は、アクチュエータに前置されたレギュレータを備えており、当該レギュレータの出力制御量が、前記アクチュエータを駆動させるようになっている。

前記課題を解決するために、以下のような特徴を有するレギュレータが適用されること、が提案される。すなわち、レギュレータの特性曲線の経過（入力設定値についての出力制御量）は、ダイヤフラムスプリングに特有の非線形の解放力の経過（解放過程に亘る解放力）が、行程調整量（行程増幅）が少なくともほぼ同一であって制御特性が緩慢になることも振動することもない、というように補償される、というように設計される。

所望の特性曲線の経過を有するようにレギュレータを設計することは、技術的に可能である。従って、この態様には、ダイヤフラムスプリングの解放力特性とレギュレータの好適な特性線との重畳によって、解放力特性の非線形の経過を補償して、行程調整量（行程増幅）に所望の特性を与える、という可能性がある。

さらに前述のように、ダイヤフラムスプリングクラッチを作動させるための装置は、一般には、空気式または油圧式のアクチュエータが装備されており、当該アクチュエータは、制御される入力側の弁装置と制御される出力側の弁装置とを介して作動されるようになっている。このような装置において、本発明の好適な実施の形態によれば、レギュレータは、クラッチの解放位置にそれぞれ依存して、アクチュエータの弁装置に対して、所定の特性曲線に対応して制御量を出力する、というように設計される。

レギュレータの制御量とレギュレータによって作動されるアクチュエータの制御量（調整量）とは、従って、解放過程の各ポイントにおいて、結果的に得られる行程調整量（行程増幅）が全体の解放過程に亘って少なくともほぼ同一であって所望の値を有する、という状態にある（という状態が得られるような値である）。

制御される入力側の弁装置と制御される出力側の弁装置とを介して作動される空気式または油圧式のアクチュエータを有する装置において、流体流量のための可能な限り大きい領域を得るために、２以上の並列配置された独立制御可能な弁を有する弁装置を用いることは、既に知られている。そのような弁は、流体流量を高めるために、段階的に活性化される（動作状態とされる）。切換ポイントにおける流体流量の急激な変化とこれに伴う制御装置の制御量の急激な変化を回避するために、本発明の更なる実施の形態によれば、弁装置の個々の弁の動作状態への切換（Zuschalten）及び非動作状態への切換（Wegschalten）の際に、それぞれの（他の）活性（動作状態）の弁すなわちその流量が、対応して設計されたレギュレータの特性線によって、結果的に得られる行程調整量（行程増幅）が切換ポイントにおいて変わらない、というように制御される。

本発明の好適な実施の形態によれば、各弁装置は、より大きな絞り断面を有する第１弁と、より小さな絞り断面を有する第２弁と、を有しており、レギュレータの所定の制御量の上方では、両方の弁が活性であり、当該制御量の下方では、第２弁だけが活性である。弁制御が切換の際に変更されなければならない値というのは、物理的な弁のパラメータ（絞り直径等）から計算され得る。（レギュレータの所定の制御量の下方の）より小さい制御量の場合、より小さい絞り直径の弁のみが作動されることによって、レギュレータの調和（Reglerabstimmung）に悪影響を与えることなく、本質的に正確な位置決めが可能とされる。

本発明の好適な実施の形態によれば、弁装置の弁は、それぞれ、制御可能なパルス周波数を有する２−ポジション弁である。弁の流量は、従って、弁の通流断面を変更することではなくて、単位時間あたりの開閉サイクルの数によって、制御される。このような弁は、構造的に簡単な構成と制御技術的に簡単な操作とによって、高い機能安定性及び機能正確性を有する。

結果として得られるシステムの行程調整量（行程増幅）（Streckenverstaerkung）は、入力側の弁装置の供給圧力を変えることによっても影響され得る。そのような場合、本発明の更なる実施の形態によれば、レギュレータの特性曲線の経過は、クラッチの解放過程（解放プロセス）に亘って変化する入力側の弁装置の供給圧力が、同様に行程調整量（行程増幅）（Streckenverstaerkung）を同一に維持するように補償される、というように設計される。レギュレータの制御量もまた、当該供給圧力に依存して修正される。

ダイヤフラムスプリングの非線形性を補償するための特性線は、本発明の更なる実施の形態によれば、レギュレータのパラメータに直接的に作用して、クラッチの解放過程に亘って行程調整量（行程増幅）が同一に維持されるように、当該レギュレータのパラメータを変更する。

本発明は、実施の形態に基づいて、更に説明される。このために、図面の説明が添付される。

図１は、従来の、締結された状態の、自動車のためのダイヤフラムスプリングクラッチである。

図２は、解放された状態の、図１のダイヤフラムスプリングクラッチである。

図３は、図１及び図２のダイヤフラムスプリングクラッチの、解放力特性線の図（グラフ））である。

図４は、空圧式のアクチュエータを用いた、ダイヤフラムスプリングクラッチを作動するための装置の、概略構成図である。

図１は、従来の構造を有するダイヤフラムスプリングクラッチ２の縦断面図である。ダイヤフラムスプリングクラッチ２は、クランクシャフト３に結合されたフライホイール４を含んでいる。フライホイール４は、かご状の結合部材６を介して、ダイヤフラムスプリング８を支持している。ダイヤフラムスプリング８は、略環状に形成されている。ダイヤフラムスプリング８は、その外周において、結合部材６と結合されている。当該外周から径方向に内方（のある箇所）で、圧力リング１０がダイヤフラムスプリング８に固定されている。圧力リング１０は、図１に示されたクラッチの係合位置では、クラッチディスク１２に当接していて、これをフライホイール４に押圧していて、フライホイール４に結合された圧力リング１０とクラッチディスク１２との間に摩擦係合を形成している。クラッチディスク１２は、変速機入力軸１４と固く結合されており、図１に示されたクラッチ２の係合位置では、変速機入力軸１４はクランクシャフト３と回転結合している。

ダイヤフラムスプリング８は、中央開口１６を有している。当該開口を、不図示のアクチュエータと結合された解放要素１８が貫通して延びている。解放要素１８は、図２に基づいて以下に説明されるように、クラッチを解放するために作用する。

図２は、解放状態のダイヤフラムスプリングクラッチ２を示している。解放要素１８は、解放過程（解放プロセス）ａの際に、右側に移動されて、ダイヤフラムスプリング８及びこれに結合された圧力リング１０をピックアップ状態に維持する。これにより、圧力リング１０とクラッチディスク１２との間の摩擦係合がもはや存在しなくなり、すなわち、クラッチ２が解放される。

解放要素１８を図１に示された位置から図２に示された位置にまで移動させるために、不図示のアクチュエータから、解放力Ｆが適用される。

図３は、解放過程ａに亘っての解放力Ｆの経過を示している。それは、左から右に向かって、クラッチ２の係合の際の解放要素１８の移動（量）に対応している。ポイントＰ１は、図１に示された状態、すなわち、係合状態に対応している。ここでは、解放要素１８は、ダイヤフラムスプリング８に全く力を伝達しない。一方、経過曲線ｋのポイントＰ２は、図２の状態に対応している。ここでは、解放要素１８は、ダイヤフラムスプリング８に強い解放力を提供している。

経過曲線ｋは、明らかに顕著に非線形である。このことは、ダイヤフラムスプリングにとっては典型的なことである。好適な補償が無ければ、この経過曲線ｋは、結果として、詳細に前述されたように、行程調整量（行程増幅）（Streckenverstaerkung）、すなわち制御行程の同一の制御量に対する応答、が解放経過に亘って変化する、ということを伴う。

ここで、解放過程に亘って同一の行程調整量（行程増幅）（Streckenverstaerkung）となるような補償が、アクチュエータに前置されたレギュレータによって行われる。

図４は、ダイヤフラムスプリング２２を有するダイヤフラムスプリングクラッチ２０を概略的に示している。ダイヤフラムスプリングクラッチ２０は、図１及び図２を参照して説明されたのと同様に、空気圧式のアクチュエータ２４によって作動され得る。空圧式のアクチュエータ２４は、制御可能な入力側弁装置２６と、制御可能な出力側弁装置２８と、によって駆動される。

入力側弁装置２６は、二つの２−ポジション弁３０、３２を有している。それらの開閉周波数は、制御可能である。弁３０は、より小さい絞り断面を有しており、弁３２は、より大きい絞り断面を有している。

同様に、出力側弁装置２８は、二つの２−ポジション弁３４、３６を有している。弁３４は、より小さい絞り断面を有しており、弁３６は、より大きい絞り断面を有している。

入力側弁装置２６は、圧縮空気源３８に接続されており、圧縮空気源３８は、空圧式のアクチュエータ２４の制御のために必要な供給空気を、所定の供給圧力で供給する。

前述されたように、ダイヤフラムスプリングクラッチ２０の解放のために、アクチュエータ２４が、ダイヤフラムスプリング２２の力に対抗して、制御される。すなわち、アクチュエータ２４のシリンダが、入力側弁装置２６によって、圧縮空気を供給される。レギュレータの制御量が所定値よりも大きい時、両方の弁３０、３２が作動される。レギュレータの制御量が所定値よりも小さくなれば、より小さい絞り断面を有する弁３０だけが作動される。

この段階で、行程調整量（行程増幅）が急激に変わらないためには、弁制御量、この場合には弁３０の弁周波数は、撤回される弁３２の流量に対応して、修正される。これにより、流量は、それまで両方の弁で得られていた流量が連続的に継続される。弁制御が切換の際に変更されなければならない値というのは、物理的な弁のパラメータ（絞り直径等）から計算され得る。

より小さい制御量（所定のしきい値より下方の制御量）の場合、より小さい絞り直径の弁のみが作動されることによって、レギュレータの調和（Reglerabstimmung）に悪影響を与えることなく、本質的に（かなり）正確な位置決めが可能とされる。

ダイヤフラムスプリングクラッチ２０の締結のためには、アクチュエータ２４のシリンダに存在する圧力空気が、出口側弁装置２８を介して、同様の態様で制御されながら排出される。

従来の、締結された状態の、自動車のためのダイヤフラムスプリングクラッチである。 解放された状態の、図１のダイヤフラムスプリングクラッチである。 図１及び図２のダイヤフラムスプリングクラッチの、解放力特性線の図（グラフ））である。 空圧式のアクチュエータを用いた、ダイヤフラムスプリングクラッチを作動するための装置の、概略構成図である。

Claims (7)

1. 空気式、油圧式、または、電子式のアクチュエータによって自動車のダイヤフラムスプリングクラッチ（２）を作動するための装置であって、
   アクチュエータに前置されたレギュレータを備えており、
   当該レギュレータの出力制御量が、前記アクチュエータを駆動させるようになっており、
   前記レギュレータの特性曲線の経過（入力設定値についての出力制御量）は、ダイヤフラムスプリング（８）に特有の非線形の解放力（Ｆ）の経過（Ｋ）（解放過程に亘る解放力）が、対応して適用されるアクチュエータの制御を介して、少なくともほぼ補償される、というように設計されている
   ことを特徴とする装置。
2. 空気式、油圧式、または、電子式のアクチュエータは、空気式または油圧式のアクチュエータであり、制御される入力側の弁装置と制御される出力側の弁装置とを介して作動されるようになっており、
   前記レギュレータは、クラッチ（２）の解放位置にそれぞれ依存して、アクチュエータ（２４）の弁装置（２６、２８）に対して、所定の特性曲線に対応して制御量を出力する、というように設計されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記弁装置は、それぞれ、２以上の並列配置された独立制御可能な弁を有しており、
   弁装置（２６；２８）の個々の弁（３０、３２；３４，３６）の動作状態への切換及び非動作状態への切換の際に、それぞれの活性（動作状態）の弁は、そこから得られる行程調整量（行程増幅）（Streckenverstaerkung）を切換ポイント（Umschaltpunkt）で変えない、というように制御される
   ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 各弁装置（２６；２８）は、より大きな絞り断面を有する第１弁（３２；３６）と、より小さな絞り断面を有する第２弁（３０；３４）と、を有しており、
   レギュレータの所定の制御量の上方では、両方の弁（３０、３２；３４，３６）が活性であり、当該制御量の下方では、第２弁（３０；３４）だけが活性である
   ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 弁（３０、３２；３４，３６）は、それぞれ、開閉周波数を制御可能な２−ポジション弁である
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の装置。
6. 前記レギュレータの特性曲線の経過は、クラッチ（２０）の解放経過に亘って変化する入力側の弁装置（２６）の供給圧力が、行程調整量（行程増幅）（Streckenverstaerkung）を同一に維持するように補償される、というように設計されている
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 前記レギュレータの特性曲線は、レギュレータパラメータに直接的に作用する
   ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の装置。

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