JP2021050753A

JP2021050753A - 制御装置

Info

Publication number: JP2021050753A
Application number: JP2019172488A
Authority: JP
Inventors: 由多伊藤; Yuta Ito
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2021-04-01

Abstract

【課題】半クラッチ状態において車両の速度をより精度よく自動制御するための制御装置を提供する。【解決手段】車両１００の目標速度と車両１００の位置とを関連付けて示す速度計画を取得する計画取得部５２１と、車両１００の位置を特定する位置特定部５２２と、特定した車両１００の位置に基づいて、速度計画にしたがって車両１００を走行させるために要するクラッチのトルク容量を決定する決定部５２３と、車両１００のクラッチディスクとフライホイールとの間のすべり速度を特定するすべり速度特定部５２４と、すべり速度に基づいて摩擦係数を特定する摩擦特定部５２５と、摩擦係数に基づいて、クラッチがトルク容量となるために要するフェーシング面圧を算出する算出部５２６と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の速度を制御するための制御装置に関する。

近年、自動運転機能を有する車両において低速走行時に半クラッチ状態で走行することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１９−８４９１６号公報

特許文献１に記載された車両では、半クラッチ状態で走行する場合に車両の速度を精度よく自動制御することができないという問題が生じていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、半クラッチ状態において車両の速度をより精度よく自動制御するための制御装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の制御装置は、車両の目標速度と当該車両の位置とを関連付けて示す速度計画を取得する計画取得部と、前記車両の位置を特定する位置特定部と、特定した前記車両の位置に基づいて、前記速度計画にしたがって前記車両を走行させるために要するクラッチのトルク容量を決定する決定部と、前記車両のクラッチディスクとフライホイールとの間のすべり速度を特定するすべり速度特定部と、前記すべり速度に基づいて摩擦係数を特定する摩擦特定部と、前記摩擦係数に基づいて、前記クラッチが前記トルク容量となるために要するフェーシング面圧を算出する算出部と、を備える。

前記制御装置は、前記フェーシング面圧とレリーズベアリングの位置との関係を示す特性情報を参照して、前記算出部が算出した前記フェーシング面圧に対応する位置までレリーズベアリングを移動させる面圧制御部をさらに備えてもよい。

前記制御装置は、前記摩擦特定部が前記摩擦係数を特定するために用いるすべり速度と摩擦係数との関係を示すテーブルを記憶する記憶部と、トランスミッションの出力トルクを取得するトルク取得部と、前記出力トルク及び前記トランスミッションのギヤ比に基づいて前記クラッチのトルク容量を求め、当該トルク容量に基づいて算出される摩擦係数と前記すべり速度特定部が特定した前記すべり速度との関係に基づいて前記テーブルを更新する更新部と、をさらに備えてもよい。

本発明によれば、半クラッチ状態において車両の速度をより精度よく自動制御するための制御装置を提供することができるという効果を奏する。

実施形態の制御装置を搭載する車両の動作を説明するための図である。クラッチの構成を示す図である。車両の機能的構成を示す図である。摩擦係数とすべり速度との関係を示す図である。クラッチディスクのクラッチフェーシングを示す図である。制御装置がフェーシング面圧を制御する処理手順を示すフローチャートである。

［制御装置の概要］
図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の制御装置５を搭載する車両１００の動作を説明するための図である。図１（ａ）は、車両１００の構成を示す図である。車両１００は、例えば、大型車両である。車両１００は、エンジン１、クラッチ２、トランスミッション（図１中では、ＴＭと表記）３、差動装置４及び制御装置５を備える。

エンジン１は、燃料を燃焼させることにより、駆動力を生成する。クラッチ２は、エンジン１の回転をトランスミッション３に伝達させるか否かを切り替える。クラッチ２は、半クラッチ状態では、エンジン１の回転を部分的にトランスミッション３に伝達させる。

トランスミッション３は、ギヤを利用して、クラッチ２から伝達された回転のトルクを大きく、回転数を小さくしてプロペラシャフトに伝達する。差動装置４は、トランスミッション３からプロペラシャフトを介して伝達された回転により車輪を駆動させる。差動装置４は、車両１００が旋回している状態では、旋回の内側の車輪の回転数を少なく、外側の車輪の回転数を多くするように、車両１００の両側の車輪の回転数をそれぞれ調整する。

制御装置５は、例えば、コンピュータにより車両１００の各部を電子的に制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）により実現される。図１（ｂ）は、制御装置５の動作を説明するための図である。図１（ｂ）は、車両１００に搭載された先進運転支援システム（ADAS: Advanced driver-assistance systems、不図示）が作成した速度計画の一例を示す。速度計画は、車両１００が自動走行するための目標速度と、車両１００の位置とを関連付けて示す。先進運転支援システムの代わりに、自動運転（AD: Autonomous Driving）システムが速度計画を作成してもよい。

図１（ｂ）に示すように、速度計画が示す目標速度は、車両１００の位置によって変化する。制御装置５は、速度計画にしたがって車両１００の速度を制御する。制御装置５は、速度計画が示す目標速度にしたがって車両１００の速度を制御するために要するトランスミッション３の出力トルクを求める。出力トルクは、トランスミッション３が差動装置４へ伝達するプロペラシャフトの回転のトルクである。

制御装置５は、車両１００が比較的低速で走行している場合には、半クラッチ状態において車両１００の速度を制御する。制御装置５は、求めた出力トルクとトランスミッション３のギヤ比とに基づいて、車両１００の速度を制御するために要するクラッチ２のトルク容量Ｔ_Ｃを決定する。

詳細については後述するが、制御装置５は、決定したトルク容量Ｔ_Ｃに対応するフェーシング面圧ｐを算出する。制御装置５は、算出したフェーシング面圧ｐに対応する位置まで、クラッチ２のレリーズベアリングを移動させる。このような構成により、制御装置５は、半クラッチ状態において車両１００の速度をより精度よく自動制御することを可能にする。

［クラッチの構成］
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、クラッチ２の構成を示す図である。図２（ａ）は、クラッチ２がつながっている状態を示し、図２（ｂ）は、半クラッチ状態を示す。クラッチ２は、フライホイール２０１、クラッチカバー２０２、クラッチディスク２０３、メインドライブシャフト２０４、プレッシャープレート２０５、ダイアフラムスプリング２０６及びレリーズベアリング２０７を備える。

フライホイール２０１は、エンジン１のクランク軸と直接的に結合されており、クランク軸と同じ回転数で回転する。クラッチカバー２０２は、フライホイール２０１に取り付けられており、クラッチディスク２０３を収容している。

クラッチディスク２０３は、円板状の部材である。図２（ａ）の例では、クラッチディスク２０３は、フライホイール２０１に押し付けられており、フライホイール２０１との間に生じる摩擦力により、フライホイール２０１とともに回転する。クラッチディスク２０３の回転は、メインドライブシャフト２０４によりトランスミッション３へ伝達される。プレッシャープレート２０５は、弾性部材を含むダイアフラムスプリング２０６の弾性力により、クラッチディスク２０３をフライホイール２０１に押し付ける。

レリーズベアリング２０７は、ダイアフラムスプリング２０６及びプレッシャープレート２０５がクラッチディスク２０３をフライホイール２０１に押し付けるフェーシング面圧ｐを増減させる。図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態からレリーズベアリング２０７がフライホイール２０１の方向へ移動したときのクラッチ２の様子を示す。ダイアフラムスプリング２０６は、クラッチカバー２０２に接触しており、この接触部分を支点とするてことして作用する。ダイアフラムスプリング２０６は、一端がレリーズベアリング２０７に接触しており、他端がプレッシャープレート２０５に結合している。

図２（ｂ）に示すように、レリーズベアリング２０７がフライホイール２０１の方向に移動すると、ダイアフラムスプリング２０６のてこの一端がフライホイール２０１側へ押されるので、てこの他端は、フライホイール２０１から離れる方向へプレッシャープレート２０５を持ち上げる。

このとき、フライホイール２０１とクラッチディスク２０３との間のフェーシング面圧ｐが小さくなるので、クラッチディスク２０３がフライホイール２０１に対してすべりながら回転する半クラッチ状態になる。レリーズベアリング２０７がフライホイール２０１の方向にさらに移動すると、クラッチディスク２０３がフライホイール２０１から離れた状態になるため、フライホイール２０１の回転がクラッチディスク２０３に伝達されなくなる。

［車両１００の機能的構成］
図３は、車両１００の機能的構成を示す図である。車両１００は、制御装置５、ＧＰＳ（Global Positioning System）センサ６、トルクセンサ７及びアクチュエータ８を備える。制御装置５は、記憶部５１及び制御部５２を備える。

ＧＰＳセンサ６は、複数のＧＰＳ衛星からの信号をそれぞれ受信する。トルクセンサ７は、トランスミッション３の出力トルクを測定する。アクチュエータ８は、制御装置５が生成する制御信号に基づいて、メインドライブシャフト２０４に沿ってレリーズベアリング２０７を移動させる。

記憶部５１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶媒体を有する。記憶部５１は、制御部５２を機能させるための各種プログラムや各種データを記憶する。例えば、記憶部５１は、すべり速度と摩擦係数との関係を示すテーブルを記憶している。制御部５２は、記憶部５１に記憶されたプログラムを実行することにより、計画取得部５２１、位置特定部５２２、決定部５２３、すべり速度特定部５２４、摩擦特定部５２５、算出部５２６、面圧制御部５２７、トルク取得部５２８、更新部５２９として機能する。

計画取得部５２１は、車両１００の目標速度と、この車両１００の位置とを関連付けて示す速度計画を先進運転支援システムから取得する。位置特定部５２２は、車両１００の位置を特定する。例えば、位置特定部５２２は、ＧＰＳセンサ６が受信した信号に基づいて、車両１００の位置を特定する。

［トルク容量の決定］
決定部５２３は、位置特定部５２２が特定した車両１００の位置に基づいて、速度計画にしたがって車両１００を走行させるために要するクラッチ２のトルク容量Ｔ_Ｃを決定する。より詳しくは、決定部５２３は、位置特定部５２２が特定した車両１００の位置からその前方数十メートルまでの範囲に対応する速度計画の目標速度をそれぞれ特定する。

決定部５２３は、車両１００の状態を示す状態情報を記憶部５１から読み出す。状態情報は、例えば、車両１００の前面面積、車体重量等である。決定部５２３は、読み出した状態情報を参照して、特定した目標速度で走行するために要するトランスミッション３の出力トルクを求める。決定部５２３は、求めた出力トルクと、ギヤ比とに基づいて、必要なクラッチ２のトルク容量Ｔ_Ｃを決定する。決定部５２３は、決定したトルク容量Ｔ_Ｃを算出部５２６に通知する。

［すべり速度の特定］
すべり速度特定部５２４は、車両１００のクラッチディスク２０３とフライホイール２０１との間のすべり速度を特定する。例えば、すべり速度特定部５２４は、エンジン１のクランク軸の回転数と、メインドライブシャフト２０４の回転数との差を求めることにより、すべり速度を特定する。すべり速度特定部５２４は、クラッチ２が複数のクラッチディスク２０３を備える場合には、メインドライブシャフト２０４と噛み合っているクラッチディスク２０３と、フライホイール２０１との間のすべり速度を特定する。

［摩擦係数の特定］
摩擦特定部５２５は、すべり速度特定部５２４が特定したすべり速度に基づいて、クラッチディスク２０３とフライホイール２０１との間の摩擦係数μを特定する。本明細書の例では、クラッチ２が複数のクラッチディスク２０３を有する場合には、クラッチディスク２０３及びフライホイール２０１の間の摩擦係数μと、異なるクラッチディスク２０３間の摩擦係数μとがいずれも同じであると仮定している。

図４は、摩擦係数μとすべり速度との関係を示す図である。図４に示すように、摩擦係数μは、すべり速度が増加するにつれて大きくなり、すべり速度が所定の値であるときに最大になる。摩擦特定部５２５は、すべり速度と摩擦係数との関係を示すテーブルを記憶部５１から読み出し、このテーブルを参照して、すべり速度特定部５２４が特定したすべり速度に対応する摩擦係数μを特定する。

［フェーシング面圧の算出］
算出部５２６は、特定した摩擦係数μに基づいて、クラッチ２が決定部５２３により決定されたトルク容量Ｔ_Ｃとなるために要するフェーシング面圧ｐを算出する。トルク容量Ｔ_Ｃは、以下の式（１）で表される。

式（１）中、ｎはクラッチディスク枚数である。ｒ_０は、フェーシング外径、ｒ_１は、フェーシング内径である。Ｐはクラッチカバー荷重であり、Ｐ＝πｐ（ｒ_０ ^２−ｒ_１ ^２）（式（２））で表される。式（２）中、ｐはフェーシング面圧である。

図５は、クラッチディスク２０３のクラッチフェーシングを示す図である。図５では、クラッチフェーシングを太線の輪で示す。フェーシング外径ｒ_０及び内径ｒ_１をそれぞれ矢印で示す。式（１）に式（２）を代入して変形すれば、フェーシング面圧ｐを表す式（３）が得られる。

算出部５２６は、式（３）によりフェーシング面圧ｐを算出する。算出部５２６は、算出したフェーシング面圧ｐを面圧制御部５２７に指示する。

［フェーシング面圧の制御］
面圧制御部５２７は、メインドライブシャフト２０４に沿ってレリーズベアリング２０７をアクチュエータ８により移動させる。面圧制御部５２７は、フェーシング面圧ｐとレリーズベアリング２０７の位置との関係を示す特性情報を記憶部５１から読み出す。面圧制御部５２７は、特性情報を参照して、算出部５２６が算出したフェーシング面圧ｐに対応するレリーズベアリング２０７の位置を特定する。面圧制御部５２７は、特定した位置まで、レリーズベアリング２０７を移動させる。

また、面圧制御部５２７は、レリーズベアリング２０７をアクチュエータ８により移動させる例に限定されない。例えば、面圧制御部５２７は、レリーズベアリング２０７を油圧シリンダ（不図示）により移動させてもよい。また、特性情報は、フェーシング面圧とレリーズベアリング２０７の位置との関係を示すテーブルである例に限定されない。例えば、特性情報は、フェーシング面圧とレリーズベアリング２０７との関係を表現する関数を示す情報であってもよい。

トルク取得部５２８は、トルクセンサ７が測定したトランスミッション３の出力トルクを取得する。トルク取得部５２８は、取得した出力トルクを更新部５２９に通知する。

［テーブルの更新］
更新部５２９は、摩擦特定部５２５が摩擦係数を特定するために用いるすべり速度と摩擦係数との関係を示す記憶部５１のテーブルを更新する。より詳しくは、更新部５２９は、トルク取得部５２８が取得したトランスミッション３の出力トルクと、ギヤ比とに基づいて、クラッチ２のトルク容量Ｔ_Ｃを求める。更新部５２９は、求めたトルク容量Ｔ_Ｃに基づいて、摩擦係数μを算出する。式（３）を変形すると、摩擦係数μを表す式（４）が得られる。

例えば、更新部５２９は、求めたトルク容量Ｔ_Ｃを用いて式（４）により摩擦係数μを算出する。更新部５２９は、車両１００の走行中に、算出した摩擦係数μと、すべり速度特定部５２４が特定したすべり速度との関係に基づいて、記憶部５１が記憶しているテーブルを更新する。例えば、更新部５２９は、この関係を示す情報をテーブルに追加し、テーブルに既に含まれている摩擦係数μとすべり速度との別の関係を示す情報をテーブルから消去する。

運転者が繰り返し半クラッチ操作を行った場合には、フライホイール２０１とクラッチディスク２０３との間の摩擦係数が摩耗により小さくなることがある。更新部５２９は、すべり速度と摩擦係数との関係を示すテーブルを更新するので、摩耗による摩擦係数の変化に起因して、半クラッチ状態において速度計画が示す目標速度と、車両１００の速度との誤差が大きくなることを抑制することができる。

また、図示しないエンジン制御部は、速度計画にしたがって、エンジントルクを制御してもよい。エンジン制御部及び面圧制御部５２７は、エンジントルク及びクラッチ２のトルク容量の両方を制御することにより、クラッチ２の接続時の衝撃を緩和しつつ、車両１００の速度を精度よく自動制御することができる。

［フェーシング面圧の制御の処理手順］
図６は、制御装置５がフェーシング面圧ｐを制御する処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、例えば、車両１００の自動走行中に開始する。まず、計画取得部５２１は、先進運転支援システムが作成した速度計画を取得する（Ｓ１０１）。位置特定部５２２は、車両１００の位置を特定する（Ｓ１０２）。すべり速度特定部５２４は、車両１００のクラッチディスク２０３とフライホイール２０１との間のすべり速度を特定する（Ｓ１０３）。

摩擦特定部５２５は、すべり速度特定部５２４が特定したすべり速度に基づいて、クラッチディスク２０３とフライホイール２０１との間の摩擦係数μを特定する（Ｓ１０４）。決定部５２３は、位置特定部５２２が特定した車両１００の位置に基づいて、速度計画にしたがって車両１００を走行させるために要するトランスミッション３の出力トルクを求める（Ｓ１０５）。決定部５２３は、求めた出力トルクと、ギヤ比とに基づいて、必要なクラッチ２のトルク容量Ｔ_Ｃを決定する（Ｓ１０６）。

算出部５２６は、摩擦係数μに基づいて、クラッチ２がトルク容量Ｔ_Ｃになるために要するフェーシング面圧ｐを算出する（Ｓ１０７）。面圧制御部５２７は、算出部５２６が算出したフェーシング面圧ｐに対応するレリーズベアリング２０７の位置を特定する（Ｓ１０８）。面圧制御部５２７は、特定した位置まで、レリーズベアリング２０７をアクチュエータ８により移動させ（Ｓ１０９）、処理を終了する。

［本実施形態の制御装置による効果］
本実施形態によれば、決定部５２３は、速度計画にしたがって車両１００を走行させるために要するトルク容量Ｔ_Ｃを決定し、算出部５２６は、決定部５２３が決定したトルク容量Ｔ_Ｃにクラッチ２がなるためのフェーシング面圧ｐを算出する。したがって、決定部５２３及び算出部５２６は、フェーシング面圧ｐを算出する精度を向上させることにより、半クラッチ状態において車両１００の速度を精度よく自動制御することを可能にする。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１エンジン
２クラッチ
３トランスミッション
４差動装置
５制御装置
６ＧＰＳセンサ
７トルクセンサ
８アクチュエータ
５１記憶部
５２制御部
１００車両
２０１フライホイール
２０２クラッチカバー
２０３クラッチディスク
２０４メインドライブシャフト
２０５プレッシャープレート
２０６ダイアフラムスプリング
２０７レリーズベアリング
５２１計画取得部
５２２位置特定部
５２３決定部
５２４すべり速度特定部
５２５摩擦特定部
５２６算出部
５２７面圧制御部
５２８トルク取得部
５２９更新部

Claims

車両の目標速度と当該車両の位置とを関連付けて示す速度計画を取得する計画取得部と、
前記車両の位置を特定する位置特定部と、
特定した前記車両の位置に基づいて、前記速度計画にしたがって前記車両を走行させるために要するクラッチのトルク容量を決定する決定部と、
前記車両のクラッチディスクとフライホイールとの間のすべり速度を特定するすべり速度特定部と、
前記すべり速度に基づいて摩擦係数を特定する摩擦特定部と、
前記摩擦係数に基づいて、前記クラッチが前記トルク容量となるために要するフェーシング面圧を算出する算出部と、
を備える、
制御装置。
前記フェーシング面圧とレリーズベアリングの位置との関係を示す特性情報を参照して、前記算出部が算出した前記フェーシング面圧に対応する位置までレリーズベアリングを移動させる面圧制御部をさらに備える、
請求項１に記載の制御装置。
前記摩擦特定部が前記摩擦係数を特定するために用いるすべり速度と摩擦係数との関係を示すテーブルを記憶する記憶部と、
トランスミッションの出力トルクを取得するトルク取得部と、
前記出力トルク及び前記トランスミッションのギヤ比に基づいて前記クラッチのトルク容量を求め、当該トルク容量に基づいて算出される摩擦係数と前記すべり速度特定部が特定した前記すべり速度との関係に基づいて前記テーブルを更新する更新部と、をさらに備える、
請求項１又は２に記載の制御装置。