JP2009535592A - エンジントルクを動的に限定してクラッチ過熱保護を提供するための制御方法 - Google Patents

Abstract

全輪駆動車両の車軸連結クラッチを制御するための方法が提供される。連結クラッチ動作特性が所定の入口値にあることを確認するための判断が行われる。この判断により、連結クラッチ動作特性が所定の入口値にあると結論付けられる場合、エンジン制御器に信号が送信され、エンジントルク出力が修正される。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２００６年５月３日に出願された米国仮特許出願第６０／７９７，１５９号明細書の利益を主張する。

本発明は、全輪駆動車の連結クラッチに伝達されるエンジントルクの量を制御する方法と、このような制御式連結クラッチが提供された車両とに関する。全輪駆動車は、一次車軸と二次車軸とにねじり結合されたエンジンを有する。一次車軸は、前車軸であっても後ろ車軸であってもよい。多くの高性能車両において、一次車軸は通常、後ろ車軸である。通常、エンジンと一次車軸または後ろ車軸との間の主要ドライブシャフト上に、連結クラッチが配置される。この連結クラッチから前車軸へ、二次ドライブシャフトがトルクを送信する。連結クラッチから前車軸に加えられるトルクの量を制御するために制御器が使用される。前車軸および後ろ車軸上の車輪のセンサが、制御器にデータを送信し、種々の車両動作条件を規定する。その際、制御器は、後ろ車軸と前車軸とに加えられるエンジントルクの量を決定する。正常運転の場合、二次車軸へのトルクは燃費向上のため最小限に抑えられる。悪天候条件では、二次車軸へのトルクはトラクション向上のため大いに増加される。エンジンから車軸へ送信されるトルクの総量は、車両の運転者により操作されるスロットルによって制御される。連結クラッチは、連結クラッチのクラッチ板間の圧力を修正することにより、エンジンから後輪へ送信されるトルクの量を変化させる。従って、連結クラッチ内には常に少量の滑りが存在する。一次車軸の車輪は通常、二次車軸の車輪より１％〜５％高速に回転する。既に言及したように、連結クラッチには、車両動作条件にかかわらず、常に少量の滑りがある。連結クラッチ内のこの滑りにより、主として連結クラッチ内で使用される潤滑流体によって連結クラッチの板から放出される熱が蓄積する。特定の動作条件では、過剰なクラッチ滑りまたは過剰な熱の蓄積により、連結クラッチが過剰に摩耗し、あるいは、永久的に損傷することがある。従って、連結クラッチを、好ましくない特定の動作条件から保護することが望ましい。

連結クラッチを通して送信されるトルクを低下させ、余分な滑り状態または過熱状態からクラッチを保護することが望ましい。連結クラッチの駆動板および被動板の圧力を修正することは、十分な解決策ではない。というのも、エンジントルクが一定の場合、クラッチ板間の圧力が低減すると、通常、クラッチ滑りが増加し、これに伴って不要な熱の発生が増加するからである。本願と同一譲受人に譲渡された同時係属中の２００７年３月２８日付け米国特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０７／０７６３号明細書に最も良く説明されているように、車両が旋回する場合のような特定の状況では、アンダステア状態またはオーバステア状態を防止するために、二次車軸に伝わるトルクの比率または総量を低減することは望ましくない。ストレスの多い条件下で、二次車軸へ送信されるトルクの割合を修正するか、あるいは二次車軸へ送信されるトルクの量を一定量に保たなければ、連結クラッチが動作できない連結クラッチの動作方法を提供することが望ましい。

上述の要望を満たすために、本発明を提示する。本発明は、一実施形態において、全輪駆動車の車軸連結クラッチを制御するための方法に関する。連結クラッチ動作特性が所定の入口値にあることを確認するための判断が行われる。この判断により、連結クラッチ動作特性が所定の入口値にあると結論付けられる場合、エンジン制御器に信号が送信され、エンジントルク出力が修正される。エンジントルク出力は、連結クラッチ動作特性が所定の出口値になるまで、連続的に修正される。クラッチ動作特性が所定の出口値に達すると、続いてエンジントルク修正が終了する。時限によりエンジントルク修正を終了することもできる。本発明の方法は、連結クラッチが好ましくない状態で動作しないように連結クラッチを制御すると同時に、エンジントルク出力の修正が車両操作者に認識されない短い時間で、エンジントルク出力を修正する。

好適な実施形態の以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用、または使用を限定することを意図するものでは決してない。

図１を参照すると、連結クラッチ過熱保護を有する全輪駆動（ＡＷＤ）車両１０が提供される。車両１０は、コンピュータ制御エンジン１２を有し、このコンピュータ制御エンジンは、一次後ろ車軸１６と、操舵される二次前車軸１４とにねじり結合されている。しかし、当然のことながら、一次車軸を前車軸１４としてもよく、二次車軸を後ろ車軸１６としてもよい。以下で説明する目的で、後ろ車軸１６は一次車軸とし、前車軸１４は二次車軸とする。

車輪１８は、前車軸１４および後ろ車軸１６の両端に結合されている。通常、エンジン１２と後ろ車軸１６との間のドライブシャフト２２上に、連結クラッチ２０が配置されている。この連結クラッチ２０の被動クラッチ板から前車軸１４へ、シャフト２１がトルクを送信する。その際、連結クラッチ２０を通して前車軸１４に加えられるトルクの量を制御するために制御器２４が使用される。さらに、車両動作条件を判定するために、車両１０上にセンサ２６が配置される。センサ２６からのデータが、制御器２４へ伝送される。制御器２４は、前車軸１４と後ろ車軸１６とに加えるべきエンジントルクの量を決定する。一般に、エンジン１２から車軸１４、１６へ伝達されるトルクの総量は、車両１０の運転者により操作されるスロットル２７によって制御される。したがって、スロットル２７の位置と、別の言い方ではスロットル２７のラックとして知られているスロットル２７の位置の変化率とに応じて、エンジン１２から車軸１４、１６へ伝達されるトルクの量が変化する。

様々な道路条件および運転条件により、連結クラッチ過熱状態が発生することがある。一例において、車両１０は、一時停止標識で停止する。後ろ車軸１６の下にある舗装道路は、氷または雪に覆われた一画であることから表面摩擦係数が低い。前車軸１４は、摩擦係数のはるかに高い、舗装道路の乾燥した一画にある。次に、運転者は、車両１０に急加速を命じる。正常な車両動作中の連結クラッチの被動板および駆動板は、約０〜９，０００ＲＰＭで回転し得る。氷上での後輪の滑りに起因して、ドライブシャフトは、連結クラッチ２０の駆動板上で、低抵抗下に、通常どおりの高ＲＰＭ率で回転しがちになり、車両の速度を考慮すると、正常なＲＰＭ率を超えて駆動板を加速させることになる。被動板のクラッチ回転速度に対する駆動板のクラッチ回転速度が、制御器２４により決定される。連結クラッチ２０の２つの板の回転速度の差は一般に、クラッチ滑りと呼ばれる。実際のクラッチ滑りが、容認できる動作限界を超えているかどうかを判断する計算が行われる。容認できるクラッチ滑り、あるいは許容できるクラッチ滑りとはどのようなものであるかを判断するために、制御器２４はルックアップテーブルを参照することができ、ルックアップテーブルは、車両速度および車両横加速度に依存した関数により、クラッチ滑りを決定する。あるいは、制御器２４は、上述の２つの変数に依存した関数に基づいて、許容されるクラッチ滑りを計算することができる。次に、許容されるクラッチ滑りが実際のクラッチ滑りと比較され、滑り誤差が決定される。クラッチ滑り誤差が１０００ＲＰＭ（入口値）を超えていれば、クラッチ滑りの入口基準に既に達している。クラッチ滑り誤差が１０００ＲＰＭを超えていると判断されると、エンジントルクを通常５％の範囲内で低減することによりエンジントルク出力を修正する信号が、エンジン制御器に与えられる。トルク低減は、非常に短い時間でほぼ２０％に達し得る。正確な必要量を決定するために、通常、ＰＩＤ制御器を使用して、クラッチ誤差滑りと第１利得係数とを乗算し、次に、クラッチ滑り誤差の積分と第２利得係数とを乗算し、その後、クラッチ滑り誤差の導関数と第３利得係数とをさらに乗算し、所望のエンジントルクの修正を決定する。エンジントルクを低減する実際の方法は、前述のエンジン制御器により達成される。エンジン制御器は、点火時期またはスロットルの制御、あるいはその他の適した方法により、エンジントルク出力を修正することができる。エンジントルク修正の時間は通常５秒未満であり、車両操作者には知覚されない。制御器２４は、クラッチ滑り誤差を、約５ミリ秒の間隔で連続的に決定する。通常、クラッチ滑り誤差が５０ＲＰＭ（クラッチ滑り誤差の出口値）以下になると、制御器２４からエンジン制御器へ信号が送信され、エンジントルク修正が終了することになる。入口値と出口値とが異なることは珍しいことではなく、一般には出口値のほうが低い。

クラッチ滑り誤差は、連結クラッチを保護する際に利用できる一連の連結クラッチ動作特性の１つに過ぎない。クラッチを保護するのに利用できる別の特性として、連結クラッチ温度の特性がある。連結クラッチ温度については、駆動または被動クラッチ板自体の温度から、あるいは、通常はクラッチを冷却するのに利用される潤滑流体の温度である被動クラッチ板の温度の代用物から、入口値を決定することができる。温度特性を利用する際、通常の入口温度は１３０℃である。通常の出口温度は１１０℃である。

別のクラッチ動作特性として、滑りにより生じるクラッチ板によって生成される機械力の特性、またはそれによって発生する熱エネルギーの特性がある。生成される機械力とは、基本的に、実際の滑りと、連結クラッチ板が相互に係合する法線力と、摩擦係数と、クラッチの半径とを乗じたものに等しい。１０キロワットの仕事率はしばしば適切な入口値であり、５キロワットの仕事率はしばしば、出口値として活用される。通常、生成される機械力または温度に起因してエンジントルクが低減すると、エンジン修正の周期は通常５秒も続かずに時間切れとなるが、これらの場合であっても、修正は、車両操作者に知覚されないようにして行われる。さらに、本発明は、過度のクラッチ滑り、連結クラッチによる過度の機械的エネルギー、あるいは過度の温度を決定するという言及した３つの方法全てを制御器２４が利用する場合に、利用することができる。いずれの特性が入口値に達しても、特性条件はエンジントルクに修正をもたらすことになる。

本発明の適用のさらなる範囲は、以下に提供する詳細な説明から明らかとなろう。当然のことながら、詳細な説明および特定の例示は、本発明の好適な実施形態を示すものではあるが、あくまでも例示する目的を意図しており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

本発明の装置および方法を利用する全輪駆動車の略図である。

Claims (20)

1. 全輪駆動車両上で車軸連結クラッチを制御する方法であって、
   連結クラッチ動作特性が所定の入口値にあるかどうかを判断するステップと、
   前記クラッチ動作特性が所定の出口値になるまでエンジントルク出力を修正するステップであって、前記エンジントルク出力はもはや修正されない、ステップと
   を含む方法。
2. 前記連結クラッチ動作値が、クラッチ滑り、クラッチ温度、および、生成されるクラッチ機械力の群のうちの少なくとも１つから採用される、請求項１に記載の方法。
3. 前記連結クラッチ動作値がクラッチ温度であり、前記クラッチ温度が、クラッチ潤滑剤温度により決定される、請求項２に記載の方法。
4. 前記エンジントルク修正を時間切れとすることができる、請求項１に記載の方法。
5. 前記連結クラッチ動作値が、クラッチ滑り、クラッチ温度、および、生成されるクラッチ機械力を含み、任意の連結クラッチ動作値が所定の入口値であるかどうかを判断し、前記連結クラッチ動作値が所定の出口値になるまでエンジントルク出力を修正するか、あるいは、前記エンジントルク修正が時間切れとなり、前記エンジントルク出力がもはや修正されなくなる、請求項２に記載の方法。
6. エンジントルクの前記修正が、車両操作者に知覚されない短い時間である、請求項１に記載の方法。
7. 前記連結クラッチ動作特性の入口値が、前記出口値と異なる、請求項１に記載の方法。
8. 前記連結クラッチ動作特性の入口値が可変である、請求項１に記載の方法。
9. 前記入口値が、前記車両の横加速度に依存する、請求項８に記載の方法。
10. 全輪駆動車両の車軸連結クラッチを制御するための方法であって、
    前記クラッチのクラッチ滑りを決定するステップと、
    クラッチ滑りが、所定の入口条件値にあるかどうかを判断するステップと、
    前記クラッチ滑りが所定の出口値になるまでエンジントルク出力を修正するステップであって、前記エンジン出力がもはや修正されない、ステップと、
    を含む方法。
11. エンジントルクの前記修正が、車両操作者に知覚されない短い時間である、請求項１０に記載の方法。
12. クラッチ滑りの前記入口条件値が、クラッチ滑りの前記出口条件値と異なる、請求項１０に記載の方法。
13. クラッチ滑りの前記入口条件値が、クラッチ滑りの前記出口条件値よりも大きい、請求項１２に記載の方法。
14. 前記エンジントルク修正を時間切れとすることができる、請求項１０に記載の方法。
15. クラッチ滑りの前記入口条件値が、前記車両の横加速度に依存して可変である、請求項５に記載の方法。
16. 全輪駆動車であって、
    エンジン制御器により制御されるエンジンと、
    前記エンジンにより動力が供給される一次車軸と、
    前記エンジンにより動力が供給される二次車軸と、
    前記エンジンから前記二次車軸へ動力を選択的に送信するための連結クラッチと、
    前記連結クラッチ用の制御器であって、連結クラッチ動作特性が所定の入口値にあるかどうかを判断する制御器と
    を含み、
    前記クラッチ動作特性が入口値にあると前記連結クラッチ制御器が判断する際、前記連結クラッチ制御器が前記エンジン制御器に、エンジントルク出力を修正する信号を送信し、前記クラッチ動作特性が所定の出口値にある際、または、前記エンジントルク修正が時間切れである際、前記連結クラッチ制御器が前記エンジン制御器に信号を送信し、エンジントルク出力修正を終了させる、車両。
17. 前記連結クラッチ動作特性がクラッチ滑りである、請求項１６に記載の自走車両。
18. 前記連結クラッチ動作値がクラッチ温度である、請求項１６に記載の車両。
19. 前記連結クラッチ動作値が、生成される機械力である、請求項１６に記載の車両。
20. 前記連結クラッチ制御器が、クラッチ滑り、クラッチ温度、および、生成されるクラッチ機械力を認識しており、前記クラッチ連結特性が所定の入口値のとき、前記クラッチ連結特性のうちの任意の１つに基づいて、前記連結クラッチ制御器が、前記エンジン制御器に信号を送信し、エンジントルクを修正することになる、請求項１６に記載の車両。

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