JP2013023141A - 車両のクラッチ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチ接続時の振動を抑制する。
【解決手段】エンジンと前輪との間の動力伝達路にエンジン/デフ切離クラッチを備えた車両のクラッチ制御装置であって、車両の走行中にエンジン/デフ切離クラッチを断状態から接状態にするときに、エンジン/デフ切離クラッチと前輪との間の動力伝達路において駆動力の変化時に発生する振動の周期Ｔ1と、エンジン/デフ切離クラッチの接続開始から同期完了するまでの時間Ｔ2とが一致するように、エンジン/デフ切離クラッチの作動を制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両の走行中でのクラッチの接続時における制御技術に関する。

近年、低燃費を図るため、ハイブリッド車が開発されている。ハイブリッド車は、エンジン及び電気モータを備え、エンジンによって発電機を駆動し、発電した電力をバッテリに蓄電するとともに、必要に応じてバッテリから電力を供給して電気モータを回転駆動し、車両を走行可能としている。ハイブリッド車は各種方式が開発されているが、エンジンにより駆動される駆動軸を電気モータによっても駆動可能とすることで、電気モータによる単独走行とエンジン及び電気モータを同時に併用して駆動する併用走行とを切り換えて走行可能なハイブリッド車が近年増加している。

このようにエンジン及び電気モータによる併用走行が可能なハイブリッド車では、例えばクラッチを介してエンジンの駆動力を走行輪に伝達可能な構造となっている。そして、電気モータによる単独走行時に、加速要求またはバッテリの充電量低下により併用走行に切り換える際には、エンジンを自動的に始動させるとともに、クラッチを自動的に接続する制御が行なわれる。更に、電気モータによる単独走行時からエンジンを始動させた場合に、エンジンの始動ショックを低減させるように、エンジンの運転状態に応じて電気モータの出力トルクを制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００８−４４５２１号公報

上記特許文献１では、車両の走行輪とエンジンとの間にスタータを兼ねた電気モータを配置しており、エンジンと電気モータとの間に設けたクラッチを接続した状態で、電気モータによりエンジンを始動させるような構成となっている。
しかしながら、車両走行中に走行駆動用の電気モータとは別のスタータモータによりエンジンを駆動させてから、エンジンと走行輪との間に設けたクラッチを接続させることで併用走行に切換える構成の車両もあり、このような車両では、クラッチの接続時に動力伝達路、例えばドライブシャフトの捩れにより振動が発生し、車両の走行快適性を損ねる虞がある。

また、電気モータを動力伝達路から切り離してエンジンのみの駆動力で走行可能なハイブリッド車や、電気モータを有しない車両においても、エンジンと走行輪との間に設けたクラッチの接続時における振動を低減させることが要求されている。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、車両走行中にエンジン等の駆動源から走行輪に駆動力を伝達すべくクラッチを接続する際に、当該クラッチの制御によってクラッチ接続完了直後の振動を抑制可能な車両のクラッチ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の車両のクラッチ制御装置は、駆動源から走行輪に伝達される動力を断接するクラッチを備えた車両のクラッチ制御装置であって、駆動源で発生する回転をクラッチへ伝達する第１回転伝達軸と、第１回転伝達軸を介してクラッチに伝達された回転を走行輪へ伝達する第２回転伝達軸と、クラッチの断接作動を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、クラッチを断状態から接状態にする場合に、クラッチに押し付けトルクを発生させてから第１回転伝達軸と第２回転伝達軸との回転速度が等しくなるまでの同期完了時間を、第２回転伝達軸に生じる振動の一周期の自然数倍となるように設定することを特徴とする。

また、請求項２の車両のクラッチ制御装置は、請求項１において、制御手段は、クラッチを押し付ける押し付けトルク目標値を決定するトルク目標値決定手段を有し、トルク目標値決定手段は、クラッチの押し付け開始時の押し付けトルク目標値に基づいてクラッチの同期完了時の押し付けトルク目標値を決定して、同期完了時間を設定することを特徴とする。

また、請求項３の車両のクラッチ制御装置は、請求項２において、トルク目標値決定手段は、クラッチが押し付け開始されてから同期完了するまでの間、押し付けトルク目標値を一定の減少率で減少させることを特徴とする。
また、請求項４の車両のクラッチ制御装置は、請求項１乃至３のいずれか１項において、車両は、駆動源がエンジンであって、第１回転伝達軸にジェネレータが接続されると共に第２回転伝達軸に電気モータが接続されるハイブリッド車であることを特徴とする。

本発明の請求項１の車両のクラッチ制御装置によれば、クラッチ接続開始時に第１回転伝達軸からクラッチを介して第２回転伝達軸に入力される回転力によって生じる第２回転伝達軸の振動の振幅をクラッチ同期完了時のクラッチの押し付けトルクの立ち下がりによって生じる振動の振幅で打ち消し合うことで、クラッチの同期後に第２回転伝達軸に発生する振動を低減させることができる。

本発明の請求項２の車両のクラッチ制御装置によれば、クラッチの接続開始時に設定する押し付けトルク目標値に基づいてクラッチ同期完了時のクラッチ押し付けトルク目標値を決定することでクラッチの接続開始からクラッチの同期完了までの時間を任意に設定する事が可能となる。
これにより、クラッチの接続開始からクラッチの同期完了までの時間を、第２回転伝達軸に発生する振動の周期と容易に一致させることができ、クラッチ同期完了直後の振動の抑制を図ることが可能となる。

本発明の請求項３の車両のクラッチ制御装置によれば、一定の減少率でクラッチの押し付けトルク目標値を減少させるので更に容易にクラッチの接続開始からクラッチの同期完了までの時間を、第２回転伝達軸に発生する振動の周期と容易に一致させることができる。
本発明の請求項４の車両のクラッチ制御装置によれば、エンジンでジェネレータを駆動して発電した電力を用いて電気モータを駆動する車両走行状態から、クラッチを接続してエンジンから走行輪へ動力を伝達する際に、振動を抑制することが可能となり、ハイブリッド車の走行快適性を向上させることができる。

本発明に係る車両の駆動系の概略構成図である。 本実施形態の車両の駆動系の物理モデルを示す説明図である。 本発明のクラッチ制御を実施しない場合での、クラッチ接続時におけるクラッチ押し付け力、クラッチ前後の角速度、及び車両前後方向加速度の推移の一例を示すグラフである。 本実施形態での目標クラッチトルク容量の設定要領を示す説明図である。 本実施形態でのクラッチ接続時におけるクラッチ前後の角速度、車輪角速度及びデフ軸角速度、クラッチ伝達トルクの推移の一例を示すグラフである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の車両のクラッチ制御装置を採用したハイブリッド車の駆動系の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車（以下、単に車両１という）は、走行駆動源としてエンジン２及び電気モータ３を備えている。エンジン２及び電気モータ３は変速機４、フロントデフ５、及びフロントドライブシャフト６を介して前輪(走行輪)７に動力を伝達可能に構成されている。

減速機４は、第１の入力軸１１を有している。第１の入力軸１１には、ダンパー１２を介してエンジン２の出力軸２ａが接続されている。また、減速機４には、第１の入力軸１１とフロントデフ５との間に、エンジン/デフ切離クラッチ(本発明のクラッチに該当する)１３が内蔵されている。ここで、エンジン２から第１の入力軸１１を介してクラッチ１３までを第１回転伝達軸とする。

更に、減速機４には第２の入力軸１４が備えられている。第２の入力軸１４には電気モータ３が接続されており、電気モータ３から第２の入力軸１４及び変速ギヤを介してフロントデフ５に動力を伝達可能となっている。ここで、クラッチ１３からフロントデフ５及びフロントドライブシャフト６を介して前輪(走行輪)７までの経路を第２回転伝達軸とする。

また、減速機４には、ジェネレータ２０が固定されている。ジェネレータ２０は、第１の入力軸１１から動力を入力して駆動可能となっている。
即ち、電気モータ３は、フロントデフ５を介してフロントドライブシャフト６と常に接続されている。つまり、電気モータ３は、第２回転伝達軸と接続されている。また、エンジン２及びジェネレータ２０はエンジン/デフ切離クラッチ１３により、フロントデフ５を介してフロントドライブシャフト６に接続及び切断を切り換え可能となっている。

エンジン/デフ切離クラッチ１３は、コントロールユニット２５（制御手段）によりクラッチストロークが制御され、目標クラッチトルク容量を連続的に制御可能な構成となっている。
図２は、本実施形態の車両１の駆動系の物理モデルを示す説明図である。
図２に示すように、本実施形態の車両１の駆動系では、エンジン/デフ切離クラッチ１３の上流側にエンジントルクＴ_Ｅ及びジェネレータ２０のトルクＴ_Ｇが作用する。また、エンジン/デフ切離クラッチ１３の下流側には、走行速度に応じて前輪７に付加される走行抵抗（ブレーキトルク）Ｔ_Ｖ及び電気モータ３のトルクＴ_Ｍが作用する。

そして、本実施形態の車両の駆動系では、以下の式（１）〜（３）の運動方程式が成立する。式（１）は第１の入力軸１１の等価慣性モーメントＩ_Ａ、式（２）はフロントデフ５の出力軸であるデフ軸の等価慣性モーメントＩ_Ｄ、式（３）は車両全体の等価慣性モーメントＩ_Ｖに関する運動方程式である。但し、下記式では、トルクリミッタ１２の作用、及びエンジン２のフライホイールの慣性は簡略化のため無視している。

また、ｉ_ＢＡはジェネレータ２０と第１の入力軸１１との間の減速比、Ｔ_ＣＬはエンジン/デフ切離クラッチ１３のクラッチ伝達トルク、ｉ_ＡＣは第１の入力軸１１とエンジン/デフ切離クラッチ１３との間の減速比、Ｃ_Ａは第１の入力軸１１での摩擦係数、ｉ_ＣＤはデフ軸とエンジン/デフ切離クラッチ１３との間の減速比、ｉ_ＦＥｉ_ＥＤは電気モータ３とデフ軸との間の減速比、Ｔ_ＤＳはフロントドライブシャフト６の駆動トルク、Ｃ_Ｄはデフ軸での摩擦係数である。

図３は、上記構成の車両において、本発明のクラッチ制御を実施しない場合での、エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続時におけるクラッチ押し付け力、クラッチ前後の角速度、及び車両前後方向加速度の推移の一例を示すグラフである。
上記のような構成の駆動系を有する車両では、図３に示すように、車両走行状態でありエンジン/デフ切離クラッチ１３の下流側（フロントデフ５側）の速度が比較的低く安定し、かつエンジン２が作動している状態で、エンジン/デフ切離クラッチ１３を押し付け作動すると、これに伴いエンジン/デフ切離クラッチ１３の下流側の速度より高い速度である上流側（エンジン２側）の速度が低下する。そして、エンジン/デフ切離クラッチ１３が同期完了することで、エンジン/デフ切離クラッチ１３の上流側と下流側との速度差が０となるが、クラッチ接続によるショックにより同期完了後でも車両の前後方向加速度に振動が生じる。

本実施形態では、コントロールユニット２５において、上記のように、車両走行状態からエンジン/デフ切離クラッチ１３を接続する際に、エンジン/デフ切離クラッチ１３が後述する適切な時間で同期完了するようにクラッチストローク、即ち目標クラッチトルク容量（クラッチの押し付けトルク目標値）を制御する。
図４は、本実施形態での目標クラッチトルク容量（クラッチの押し付けトルク目標値）の設定要領を示す説明図である。図４では、車両走行状態からエンジン/デフ切離クラッチ１３を接続するときのフロントデフ５のデフ軸角速度の推移の一例を示すとともに、目標クラッチトルク容量と実際のクラッチ伝達トルクの推移を示している。

図４に示すように、エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続を開始するとデフ軸角速度が上昇し、その後、所定の周期Ｔ1で振動する。このデフ軸角速度の振動の周期Ｔ1は、駆動系の各要素により定められる固有値である。
そして、本実施形態では、コントロールユニット２５は、図４に示すように、エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続開始から同期完了するまでの時間Ｔ2を上記デフ軸角速度の振動の周期Ｔ1と一致させるように制御する。

エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続開始から同期完了するまでの時間Ｔ2は、クラッチ接続開始時における目標クラッチトルク容量の初期設定値Ｔａと、クラッチ接続開始後の単位時間時間当たりの目標クラッチトルク容量の減少量（図４中でのクラッチ接続開始後の目標クラッチトルク容量の傾き）との少なくとも一方を変化させることで設定される。

目標クラッチトルク容量の初期設定値Ｔａを０より大きく取ることで、実際のクラッチ伝達トルクも上昇する。但し、エンジン/デフ切離クラッチ１３の動作遅れ等により実際のクラッチ伝達トルクは緩やかに上昇するものの、目標クラッチトルク容量の初期設定値Ｔａを大きく設定すれば、これに応じて実際のクラッチ伝達トルクも大きく上昇する。そして、クラッチ接続開始からのクラッチ伝達トルクの積分値の増加に応じて、エンジン/デフ切離クラッチ１３の前後の角速度差が低減してゆき、その差が０になったところで同期が完了する。図４に示すように、エンジン/デフ切離クラッチ１３が同期完了すると、目標クラッチトルク容量が如何なる値に設定されていても、実際のクラッチ伝達トルクは、瞬時に０に立ち下がる。

エンジン/デフ切離クラッチ１３の目標クラッチトルク容量の初期設定値Ｔａを大きく設定すれば、エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続開始から同期完了するまでの時間Ｔ2が減少する。また、クラッチ接続開始後の単位時間時間当たりの目標クラッチトルク容量の減少量を小さくしても、エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続開始から同期完了するまでの時間Ｔ2が減少する。

以上のように、エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続開始から同期完了するまでの時間Ｔ2をフロントデフ５のデフ軸角速度の振動の周期Ｔ1と一致させると、周期的に振動するデフ軸角速度の同期完了後の振幅の立ち上がりを、同期完了時に立ち下がるクラッチ伝達トルクによって生じる振動の振幅によって打ち消し合い、同期完了後のデフ軸角速度の周期的な振動が抑制される。

ここで、周期的に振動するデフ軸角速度の同期完了後の振動の振幅の立ち上がりはエンジン/デフ切離クラッチ１３の目標クラッチトルク容量の初期設定値Ｔａに依存し、同期完了時に立ち下がるクラッチ伝達トルクによって生じる振動の振幅はクラッチ同期完了時のエンジン/デフ切離クラッチ１３の目標クラッチトルク容量に依存する。従って、目標クラッチトルク容量の初期設定値Ｔａに基づいて、クラッチ同期完了時のエンジン/デフ切離クラッチ１３の目標クラッチトルク容量を決定する必要がある。

図５は、本実施形態での、クラッチ接続時におけるクラッチ前後の角速度、デフ軸及び前輪７の角速度、及びクラッチ伝達トルクの推移の一例を示すグラフである。
本実施形態では、図５に示すように、エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続開始から同期完了するまでは、フロントドライブシャフト６の捩れにより前輪７の角速度とデフ軸角速度とで速度差が生じるが、上記のようにエンジン/デフ切離クラッチ１３の接続開始から同期完了するまでの時間Ｔ2をデフ軸角速度の振動の周期Ｔ1と一致させるように制御することで、同期完了後にエンジン/デフ切離クラッチ１３の伝達トルク、エンジン/デフ切離クラッチ１３の下流側の角速度、及びデフ軸角速度の周期的な振動が抑制される。また、これに伴い、同期完了後の前輪７の角速度の振動も抑制され、車両１の走行快適性を向上させることができる。

そして、本実施形態では、エンジン/デフ切離クラッチ１３自体の制御でクラッチ接続時の振動を抑制することが可能となるので、振動抑制用の機器を新たに設ける必要がなく、部品コストの増加を抑えることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定するものではない。例えば、エンジン/デフ切離クラッチ１３の接続開始から同期完了するまでの時間Ｔ2を、デフ軸角速度の振動の周期Ｔ1の自然数倍に合わせるように制御しても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、クラッチを制御して動力源を切換える車両であれば、上記実施形態以外の構成の
ハイブリッド車や、ハイブリッド車以外の各種駆動系の構成の車両でも本願発明を広く適用することが可能である。

１ 車両（ハイブリッド車）
２ エンジン
７ 走行輪
１３ エンジン/デフ切離クラッチ
２５ コントロールユニット

Claims (4)

1. 駆動源から走行輪に伝達される動力を断接するクラッチを備えた車両のクラッチ制御装置であって、
   前記駆動源で発生する回転を前記クラッチへ伝達する第１回転伝達軸と、
   前記第１回転伝達軸を介して前記クラッチに伝達された回転を前記走行輪へ伝達する第２回転伝達軸と、
   前記クラッチの断接作動を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記クラッチを断状態から接状態にする場合に、
   前記クラッチに押し付けトルクを発生させてから前記第１回転伝達軸と前記第２回転伝達軸との回転速度が等しくなるまでの同期完了時間を、前記第２回転伝達軸に生じる振動の一周期の自然数倍となるように設定することを特徴とする車両のクラッチ制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記クラッチを押し付ける押し付けトルク目標値を決定するトルク目標値決定手段を有し、
   前記トルク目標値決定手段は、
   前記クラッチの押し付け開始時の押し付けトルク目標値に基づいて前記クラッチの同期完了時の押し付けトルク目標値を決定して、前記同期完了時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の車両のクラッチ制御装置。
3. 前記トルク目標値決定手段は、
   前記クラッチが押し付け開始されてから同期完了するまでの間、前記押し付けトルク目標値を一定の減少率で減少させることを特徴とする請求項２に記載の車両のクラッチ制御装置。
4. 前記車両は、
   前記駆動源がエンジンであって、前記第１回転伝達軸にジェネレータが接続されると共に前記第２回転伝達軸に電気モータが接続されるハイブリッド車であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両のクラッチ制御装置。

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