JP2551420B2 - クラツチ制御装置 - Google Patents

クラツチ制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、クラッチ装置の被駆動部材とエンジンの
駆動部材との間の係合を制御するクラッチ制御装置（シ
ステム）、特に、エンジンが実際の速度から所望の速度
に変わろうとする時間内で、駆動部材と被駆動部材との
間の係合率（クラッチを係合させる速度）を自動的に達
成するクラッチ制御装置に関する。
（従来の技術） クラッチ装置は、特に負荷状態において車両を移動さ
せるために、予め決められた速度範囲において選定され
た変速ギア比をもたらすために、車両変速装置をエンジ
ンのクラッチシャフトに係合させるために多年にわたっ
て利用されている。
しかし、特に高負荷トラックにおける課題の一つは、
クラッチを係合させる速度、すなわち急激に行なわれる
か、あるいは円滑に行なわれるかを調整することであ
り、この前者の場合は、クラッチプレートおよび変速装
置および駆動系の他の部品に対する衝撃、過度の損傷お
よび摩耗が生じることから望ましくない。
この点から、衝撃負荷、損傷および摩耗を最少にする
ようにクラッチプレートがエンジンの駆動部材であるク
ランクシャフトの回転速度に合わせて係合するための速
度を制御することに、従来かなりの注目がなされてき
た。
従来、係合率を制御するために利用されている方法の
一つは、制御信号により実際に係合を行なわせるアクチ
ュエータ（特徴として、線型アクチュエータ）を制御す
ることであり、この制御信号は、実際のエンジン速度が
アクセルペダルを押して運転者が望む所望のエンジン速
度に接近するにつれて、クラッチを係合させる速度を漸
進的に減少して、クラッチプレートがエンジンのクラン
クシャフトの駆動プレート方向に移動する時、その移動
速度を漸進的に減少させるようになっている。
エンジン速度とスロットル位置との相互関係にしたが
って係合率（クラッチを係合させる速度）を制御すると
共に、エンジン速度の変化率の所定の所望変化率からの
変動を検出する装置を包含する、初期の流体式変速制御
装置の例が、米国特許第3,004,447号明細書に開示され
ており、その開示内容はここに参考のために包含されて
いる。
クラッチの係合率を制御するために、入力速度の加速
度に加えて、クラッチ出力速度と入力速度との差を利用
する電子クラッチ制御の例が米国特許第3,752,284号明
細書に開示されており、その開示内容はここに参考のた
めに包含されている。
ここに参考のためにその開示内容が包含されている米
国特許第4,081,065号明細書には、アクチュエータによ
り受信される下式によるエラー信号「Ｅ」にしたがっ
て、係合率を制御するようにした電気制御型動力クラッ
チが開示されている： ここで Ｎ＝実際のエンジン速度 Ａ＝所望エンジン速度 Ｋ＝加重ファクター、 所望エンジン速度はスロットルペダル位置により変化
されるようになっており、そこで運転者が最大始動トル
クの必要を表わすフルスロットルを適用する場合は、所
望エンジン速度はエンジンのピークトルク付近にセット
される。軽いスロットル位置は低速の運転速度を表示し
ており、したがって所望エンジン速度は低速にセットさ
れる。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、この制御はクラッチ係合を修正するための所
望エンジン速度の時間変化率を包含していないから欠陥
を有している。
エンジン速度信号と２つの基準信号とを、クラッチの
係合を制御するために利用する電気式クラッチ制御装置
の例は、米国特許第4,413,714号および同第4,432,445号
明細書に開示されており、その開示内容は共に参考のた
めにここに包含されている。
しかしこれまで述べたものすべては、実際のエンジン
速度と所望エンジン速度との差に対応するエラー信号を
単独で利用するか、あるいはエンジンまたはクラッチプ
レートの加速度に関連する加速度、および／または、２
種あるいはそれ以上の追加基準信号と組合せて利用し
て、クラッチ制御装置を提供するようになっており、後
者の場合は必要な情報を提供するための追加センサーの
コストおよび費用が必要になり、これは一般的にセンサ
ーに関連する非線型または他の特性問題により不正確に
なる可能性が高くなる。
適切な車両始動は、多数のファクター値とその時間変
化率に依存するものである。これらのファクターが所望
エンジン速度を修正し、かつ所望エンジン速度および実
際のエンジン速度間の差の変化率を包含することにより
その時間変化率の影響を包含することにより、簡単で改
良されたクラッチ係合制御が達成される。
したがって、この発明の目的は、クラッチ装置の被駆
動部材およびエンジンの駆動部材間の円滑な自動係合を
もたらして、衝撃および摩耗を最少にするクラッチ制御
装置を提供することである。
この発明の別の目的は、クラッチ装置の被駆動部材お
よびエンジンの駆動部材間の係合率を制御して、衝撃お
よび摩耗を最少にすることができるクラッチ制御装置を
提供することである。
この発明のさらに別の目的は、所望および実際のエン
ジン速度間の差およびこの差の時間変化率に関連する関
数信号により係合率を制御することにより、衝撃および
摩耗を最少にするようにクラッチ装置の被駆動部材とエ
ンジンの駆動部材との係合率を制御できるクラッチ制御
装置、およびそれを利用するクラッチ装置を提供するこ
とである。
（問題点を解決するための手段） 上記目的達成のため、この発明のクラッチ制御装置
は、調整可能なスロットルを備えたエンジンの駆動部材
と、クラッチ装置の被駆動部材との間の係合速度を制御
するクラッチ制御装置であって、 実際のエンジン速度に対応する第１信号を発信する第
１センサ部材と、 所望エンジン速度に対応する第２信号を発信する第２
センサ部材と、 前記第1,第２信号を受信して、アクチュエータに関数
信号を出力するとともに、この関数信号の受信によりク
ラッチの係合を実行するための制御手段とを備え、 前記関数信号が、 Ｆ＝（Ａ−Ｄ）＋ｄ（Ａ−Ｄ）/dt ただし、 Ｄ＝所望のエンジン速度 Ａ＝実際のエンジン速度 ｄ（Ａ−Ｄ）/dt ＝所望および実際のエンジン速度差の時間変化率 の式で表されることを特徴としている。
（作用） この構成により、実際のエンジン速度と所望エンジン
速度との差の他に、その差による時間変化率をパラメー
タとして使用することにより、実際のエンジン速度Ａ
が、運転者の望む所望エンジン速度Ｄに近づくにつれ
て、その差による変化率の大きさが急速にゼロに近づ
く。このため、クラッチが係合する速度を急速に下げる
ことができ、クラッチプレート相互の回転速度をほほ一
致させて係合するので、衝撃および摩耗を抑えて円滑な
クラッチ係合をおこなうことができる。また、所望エン
ジン速度付近における実際のエンジン速度の行き過ぎお
よび振動が少なくなり、車両速度の変化をスムーズに行
なうことができる。
（実施例） 第１図はこの発明の制御装置（システム）の概括的ブ
ロック図であり、この制御装置はクラッチ装置（４）の
被駆動部材が、エンジン（図示しない）の駆動部材、た
とえばクランクシャフトに係合する変速を制御するよう
にアクチュエータ（２）を制御するようになっている。
アクチュエータ（２）は通常、モータにより受信される
電気信号の性質により決定されて、アクチュエータの線
型移動を制御するモータ、通常はD.C.モータを包含する
線型アクチュエータである。
一般にこの発明の制御装置は、第１の実際のエンジン
速度センサー部材（６）、たとえば磁気ピックアップ装
置を包含しており、このセンサー部材（６）は適切な電
気回路により、実際のエンジン速度に対応する第１出力
信号を発信するようになっている。
この発明の制御装置はさらに、第２の所望エンジン速
度センサー部材（８）を包含しており、このセンサー部
材（８）は所望エンジン速度を調整する制御手段、たと
えば調整自在なアクセルペダルに連結されている。セン
サー部材（８）は所望エンジン速度に対応する第２出力
信号「Ｄ」を発信する。この信号は通常、ペダルに連結
された可変電位差計により発信される。
信号（Ａ）および（Ｄ）は比較器（10）に受信され、
そこで差信号（Ａ−Ｄ）が発信され、これが総和器（1
6）および微分器（14）の両方へ送られる。微分器（1
4）は、入力信号（Ａ−Ｄ）の受信に応答して出力信号
ｄ（Ａ−Ｄ）/dtを発信するのに適する任意の装置とす
ることができる。
一般に、信号（Ａ−Ｄ）は「エラー信号」と呼ばれ、
ｄ（Ａ−Ｄ）/dtはエラー信号の時間に関する変化を表
わしている。
この発明の制御装置は所望により、信号（Ａ）および
（Ｄ）、およびこれら両信号間の差の大きさを制御する
ため、総体的に「Ｋ」とされる一つまたは複数の加重フ
ァクターを包含すると共に、このファクターは下式で表
現され、かつ第２図に示されている： Ｆ＝K3（K1A−K2D）＋K4d（K1A−K2D）/dt ここで加重ファクターK1〜K4の一つまたは複数の１に
することができる。加重ファクターは、たとえば第３図
に示されるように、スイッチングサイリスタ（25）と組
合わされた抵抗R4のような可変抵抗により提供される。
加重ファクターを包含することにより、信号（Ａ）およ
び（Ｄ）の一方または両方および／またはその差の大き
さを調整することができ、これはそのウェートを調整す
ることにより、関数信号の微分部分に有利に利用され
る。もちろん、ファクターK1〜K4の任意のものを１とな
るように調整することができ、あるいは所望により関数
信号に適切または追加加重ファクターが包含される場合
は、完全に省略することができる。
そして、この発明のクラッチ制御装置は、第１および
第２信号の最小のものの大きさ、および／またはその差
を、少なくともその差が時間に関して微分処理される時
に制御する少なくとも一つの加重ファクターを提供する
装置を包含している。
第２図において、信号K3（K1A−K2D）およびK4d（K1A
−K2D）/dtは総和器（16）により受信され、そこで２つ
の信号が総和されて、出力関数信号が発信され、この信
号はアクチュエータ（２）に受信されて、関数信号によ
り指令される方法でクラッチ装置（４）の係合率が制御
される。
概念的には、エンジンのスロットル位置が変更される
時、初期条件は信号（Ａ−Ｄ）により表現され、その場
合（Ａ）は有限時間において（Ｄ）に接近し、したがっ
て値（Ａ−Ｄ）および値ｄ（Ａ−Ｄ）/dtは共に、信号
（Ａ）および（Ｄ）が最終的に一致するにつれて零にな
る。したがって、関数信号が有限時間において零に接近
すると、制御装置は実際には、減衰装置として作用し、
クラッチが係合する速度を急速に下げるように機能す
る。
この発明の制御装置の利点の一つは、これがエラー信
号（Ａ−Ｄ）と、その時間に関する微分値のみにより作
動されることで、ここに説明するようにエラー信号のみ
によりその作動を限定することにより、高精度の制御が
達成される。
この発明の制御装置の別の利点は、エラー信号の時間
変化率、すなわちｄ（Ａ−Ｄ）/dtにより作動させるこ
とにより、クラッチの係合率が、所望のエンジン速度
（Ｄ）を修正する条件の時間変化率に対応することであ
る。
所望エンジン速度は、クラッチおよび駆動系の他の部
品の望ましくない衝撃、過渡の損傷および摩耗を除去す
るためにクラッチ係合率を変化させる所定公式または関
係にしたがって、種々の条件に応答するマイクロプロセ
ッサ制御により修正される。
円滑始動のためには、バックラッシュが車両の駆動系
から除去されるまではクラッチの係合率は低くなければ
ならない。この点は、クラッチの被駆動部材が回転し、
車両の移動が表示されるまで、所望エンジン速度を実際
のエンジン速度付近に維持することにより達成される。
クラッチトルクおよびクラッチ係合トルク率は高速装置
のギア比で乗算処理され、かつ低いギア比においては大
きいトルク乗数とされており、また円滑な始動のために
は低いクラッチ係合率が望ましく、その点は低ギア比に
おいて低い所望エンジン速度において達成される。クラ
ッチのスリップまたはエンジンの駆動部材とクラッチの
被駆動部材との間の差が減少することにより、車両が始
動されて加速されていることが表示され、所望エンジン
速度およびクラッチ係合率は、迅速な係合とクラッチの
加熱を低くすることにより増大される。
クラッチトルクの表示量により乗算されると共に、時
間に関して総和または積分された、実際のエンジン速度
およびクラッチの被駆動部材の速度間のクラッチスリッ
プ速度差は、車両始動時にクラッチに発生する総熱量を
表示している。クラッチに対する熱損傷および過度の摩
耗を防止するには、クラッチプレートに発生する熱が過
度になる前にクラッチの係合率が増大するように、所望
エンジン速度を増大させるのが常であった。クラッチト
ルクの表示量は簡単に、スロットルペダル位置またはエ
ンジンの燃料制御位置とすることができ、あるいはエン
ジンのスロットル位置および速度からエンジンを加速す
るのに必要なトルクを減算したものから、マイクロプロ
セッサにより計算できる。他のクラッチトルク表示もこ
の発明の範囲内で可能である。
この発明の制御装置の別の利点は、クラッチ係合率が
エラー信号（Ａ−Ｄ）の時間変化率に応答するものであ
るから、所望エンジン速度付近における実際のエンジン
速度の行過ぎおよび振動が少なく、車両速度の変化がそ
れにより円滑に行なわれることである。
この発明の制御装置は流体式または電気式に、あるい
はこれら両方を組合せたものにすることができるが、こ
の発明の制御装置に適する電気回路装置の好ましい実施
態様が第３図に示されている。
第３図において、抵抗R1〜R8およびコンデンサーC1〜
C3は、所望の出力関数信号の大きさおよび特性を提供す
るように、通常の電気信号回路技術において良く知られ
る装置により選定される。
実際のエンジン速度および所望エンジン速度間の相対
的な大きさを制御するための、一つまたは複数の加重フ
ァクターを包含するのに加えて、この発明のクラッチ制
御装置は、第２信号を所定方法により修正する装置を包
含するいくつかの実施態様を包含している。すなわち、
この所定の方法としては次のような修正が用いられる。
第１には、クラッチの被駆動部材の速度に関連して第２
信号を修正すること、第２には、クラッチの被駆動部材
に連結された変速機に係合したギア比に関連して第２信
号を修正すること、第３には、実際のエンジン速度とク
ラッチの被駆動部材の速度との差に関連して第２信号を
修正すること、第４には、クラッチに発生した熱量に関
連して第２信号を修正すること、第５には、実際のエン
ジン速度とクラッチの被駆動部材の速度との差にクラッ
チのトルク値を乗算したものを時間積分したものに関連
して修正することである。
第３図において、エンジン速度センサー（18）、たと
えば磁気ピックアップおよび適切な電気回路により、増
幅器（20）へ電圧信号が送られ、そこで実際のエンジン
速度の負状態に対応する負出力電圧信号「−Ａ」が送出
される。
スロットル位置センサー部材（22）、たとえばアクセ
ルペダルにより操作される可変抵抗器または電位差計に
より、ペダル位置による所望エンジン速度に対応する電
圧信号「Ｄ」が発信される。電圧信号「−Ａ」および
「Ｄ」が増幅器（24）の総和入力端子に受信されて、電
圧出力信号（Ａ−Ｄ）が発信され、これが総和ジャンク
ション（28）および可変抵抗器または電位差計R4および
スイッチングサイリスタ（25）へ送信されて、電圧信号
Ｋ（Ａ−Ｄ）が発信され、これ微分増幅器（26）に受信
されて、Kd（Ａ−Ｄ）/dtに対応する出力電圧信号が発
信され、さらに総和器（28）へ送信されて、そこで２つ
の信号が総和されて、出力関数信号（Ａ−Ｄ）＋Kd（Ａ
−Ｄ）/dtが発信され、次いでアクチュエータ（30）に
受信されて、この関数信号電圧により指令される方法に
よりクラッチ装置（32）の係合が制御されることにな
る。
電気式の形態において、この発明のクラッチ制御装置
はD.C.信号制御方式にし、それをアクチュエータに作動
的に連結された適切なD.C.モータへ送信するようにする
ことが好ましい。
図示しないが、この発明のクラッチ制御装置は、所望
の関数信号の形状、大きさおよび特性をもたらす電気方
式の場合は、フィルタ、シェーパおよび他の要素を包含
している。
（発明の効果） 以上から明らかなように、この発明によれば、エンジ
ン速度の実際値と目標値との差が零に近付くほどクラッ
チの係合率を漸進的に低下させるようにしたから、クラ
ッチ装置の被駆動部材及びエンジンの駆動部材間の円滑
な自動係合がもたらされて当該両部材の衝撃及び摩耗を
低下させることができ、そして、この制御がエラー信号
とその微分値、つまりエラー信号のみを基に行なわれ、
他のセンサ等が不要であることとなり、したがって、高
精度の制御が達成される。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の制御装置の一実施態様のブロック
図、第２図は一つまたは複数の加重ファクターを包含す
る第１図の実施態様のブロック図、第３図はこの発明の
制御装置を提供するのに適する電気回路の一実施態様の
ブロック図である。 ２……アクチュエータ ４……クラッチ装置 ６……第１センサ部材、８……第２センサ部材 Ａ……第１信号、Ｄ……第２信号 Ｆ……関数信号 Ｋ……加重ファクター
フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭58−20812（ＪＰ，Ｂ２) 制御工学ハンドブック編集委員会編 「制御工学ハンドブック」、昭和39年７ 月20日、株式会社朝倉書店発行、初版、 108−115頁

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】調整可能なスロットルを備えたエンジンの
    駆動部材と、クラッチ装置（４）の被駆動部材との間の
    係合速度を制御するクラッチ制御装置であって、 実際のエンジン速度に対応するＡ信号を発信する第１セ
    ンサ部材（６）と、 所望エンジン速度に対応するＤ信号を発信する第２セン
    サ部材（８）と、 さらに、 前記Ａ信号とＤ信号を受信して（Ａ−Ｄ）信号を出力す
    る比較器（10）、（Ａ−Ｄ）信号を入力してその時間変
    化率を出力する微分器（14）、および前記比較器からの
    （Ａ−Ｄ）信号とその時間変化率を加算し、その関数信
    号（Ｆ）を出力する総和器（16）とを備え、 前記関数信号が、 Ｆ＝（Ａ−Ｄ）＋ｄ（Ａ−Ｄ）/dt ただし、 Ａ＝実際のエンジン速度 Ｄ＝所望のエンジン速度 ｄ（Ａ−Ｄ）/dt ＝所望および実際のエンジン速度差の時間変化率 の式で表され、前記関数信号（Ｆ）をクラッチ（４）を
    作動させるアクチュエータ（２）に出力して、前記実際
    のエンジン速度と所望エンジン速度との差、及びこの差
    の時間変化率に基づいて、クラッチの係合を制御する制
    御手段と、 を含んでいることを特徴とするクラッチ制御装置。
  2. 【請求項２】制御手段は、Ａ信号とＤ信号の少なくとも
    一方の大きさを制御するため、少なくとも一つの加重フ
    ァクター（K1,K2）を与える手段を含んでいることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】制御手段は、Ａ信号とＤ信号間の差および
    この差の時間微分値のそれぞれの大きさの少なくとも一
    方を制御するため、加重ファクター（K3,K4）を与える
    ための手段を含んでいることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項または第２項に記載の装置。
  4. 【請求項４】第２センサ部材（８）が所望のエンジン速
    度を手動調整するスロットル制御手段に接続されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】制御手段は、Ｄ信号を修正する手段を含ん
    でいることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
    ３項のいずれかに記載の装置。
  6. 【請求項６】クラッチの被駆動部材の速度に関連してＤ
    信号を修正することを特徴とする特許請求の範囲第５項
    に記載の装置。
  7. 【請求項７】クラッチの被駆動部材に連結された変速機
    に係合したギア比に関連してＤ信号を修正することを特
    徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。
  8. 【請求項８】実際のエンジン速度とクラッチの被駆動部
    材の速度との差に関連してＤ信号を修正することを特徴
    とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。
  9. 【請求項９】クラッチに発生した熱量に関連してＤ信号
    を修正することを特徴とする特許請求の範囲第５項に記
    載の装置。
  10. 【請求項１０】実際のエンジン速度とクラッチの被駆動
    部材の速度との差にクラッチのトルク値を乗算したもの
    を時間積分したものに関連して修正することを特徴とす
    る特許請求の範囲第５項に記載の装置。
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