JP2753601B2 - 車両用磁粉式電磁クラッチの制御装置 - Google Patents

車両用磁粉式電磁クラッチの制御装置

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JP2753601B2
JP2753601B2 JP58059065A JP5906583A JP2753601B2 JP 2753601 B2 JP2753601 B2 JP 2753601B2 JP 58059065 A JP58059065 A JP 58059065A JP 5906583 A JP5906583 A JP 5906583A JP 2753601 B2 JP2753601 B2 JP 2753601B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は車両用電磁クラッチの制御装置に関し、特
に、車両発進時等における電磁クラッチの円滑な係合を
維持しつつ燃料消費率を改善する技術に関するものであ
る。 従来技術 車両のエンジンに作動的に連結された駆動側回転体
と、車両の車輪に作動的に連結された従動側回転体と、
前記駆動側回転体の回転力を励磁電流の大きさに応じて
前記従動側回転体に伝達するための励磁コイルとを備え
た車両用電磁クラッチが知られている。このような電磁
クラッチが車両に用いられた場合には、車両発進時等に
おいて励磁コイルに供給される励磁電流をエンジンの回
転速度の上昇に伴って所定の増加率で増加させることに
より電磁クラッチの係合を円滑とし、その後エンジンの
回転速度が所定の値に到達するとその励磁電流を定常電
流として電磁クラッチの係合を完了させることが行われ
ている。たとえば、特開昭57−22400号公報に記載され
た車両用電磁クラッチの制御装置がそれである。 発明が解決すべき課題 しかしながら、エンジンの回転速度の上昇に対する励
磁電流の増加率は一律に定められるのが一般的であり、
またその増加率は急発進や坂路発進においても円滑に電
磁クラッチが係合して好適な運転性が得られるように比
較的低く定められるため、車両発進時においては必ずし
も好ましい燃料消費率が得られなかった。 本発明は以上の事情を背景として為されたものであ
り、その目的とするところは、車両発進時における車両
の運転性を維持しつつ燃料消費率が改善される車両用電
磁クラッチの制御装置を提供することにある。 課題を解決するための手段 斯かる目的を達成するための本発明の要旨とするとこ
ろは、車両のエンジンに作動的に連結された駆動側回転
体と、車両の車輪に作動的に連結された従動側回転体
と、その駆動側回転体と従動側回転体との間に形成され
る空隙内に収容された磁粉と、その磁粉をその空隙内で
磁気力により結合させる励磁コイルとを備え、その駆動
側回転体の回転力を励磁コイルに供給される励磁電流の
大きさに応じて従動側回転体に伝達する車両用磁粉式電
磁クラッチの制御装置であって、(a)前記エンジンに
要求される負荷を検出するエンジン要求負荷検出手段
と、(b)前記励磁コイルに供給される励磁電流の増加
率を、前記エンジンに要求される負荷が小さいときには
高くし、大きいときには低くする増加率変更手段と、
(c)前記磁粉式電磁クラッチの係合過程では、その増
加率変更手段によって変更された増加率に従い、前記エ
ンジンの回転速度上昇に伴って前記励磁コイルに供給さ
れる励磁電流を増加させる励磁電流制御手段とを含むこ
とにある。 作用および発明の効果 この様にすれば、第1図のクレーム対応図に示される
ように、エンジンに要求される負荷がエンジン要求負荷
検出手段によって検出されるとともに、増加率変更手段
によってエンジンに要求される負荷の減少に伴ってエン
ジンの回転速度上昇に対する励磁電流の増加率が大きく
変更され、励磁電流制御手段によって、変更後の増加率
にて励磁電流がエンジンの回転速度上昇に伴って増加さ
せられる。それ故、車両発進時等の電磁クラッチの係合
過程において、エンジンに要求される負荷が大きくアク
セル操作量が大きい場合には、小さな増加率でエンジン
の回転速度上昇に伴って励磁電流が増加させられるの
で、電磁クラッチの係合が急加速や坂路発進等において
も滑らかに行われて好ましい運転性(加速性)が得られ
る一方、エンジンに要求される負荷が小さくアクセル操
作量が小さい場合には、励磁電流が大きな増加率でエン
ジンの回転速度上昇に伴って増加させられるので、電磁
クラッチの係合が速やかに行われて電磁クラッチのすべ
りに起因する燃料消費率の低下が可及的に防止されるの
である。この様なエンジンに要求される負荷が小さい場
合は、エンジン回転速度の増加率が小さく車両が低加速
状態であるので、比較的早期に電磁クラッチが係合させ
られても運転性が本来的に損なわれない領域なのであ
る。 実施例 以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に
説明する。 第2図において、車両のエンジン10の回転力は磁粉式
電磁クラッチ12、ベルト式無段変速機14、及び差動歯車
装置16を介して車両の駆動輪18、20に伝達されるように
なっている。磁粉式電磁クラッチ12は、エンジン10に連
結された駆動側回転体22と、ベルト式無段変速機14の入
力側可変プーリ24に連結された従動側回転体26と、駆動
側回転体22及び従動側回転体26の間に形成される空隙内
に収容された図示しない磁粉と、駆動側回転体22に一体
的に設けられ、磁粉を磁気力により上記空隙内に固く充
填させる励磁コイル28とを備えており、第3図に示され
るような、励磁コイル28に供給される励磁電流の大きさ
に応じて駆動側回転体22から従動側回転体26に伝達され
る伝達トルクが増加する特性を備えている。 ベルト式無段変速機14は、入力側回転軸30を介して従
動側回転体26に連結された前記入力側(有効径)可変プ
ーリ24と、その入力側可変プーリ24とともに対を成し、
出力側回転軸32を介して差動歯車装置16に連結された出
力側(有効径)可変プーリ34と、それ等入力側可変プー
リ24及び出力側可変プーリ34の間に掛け渡された伝動ベ
ルト36とを備えている。入力側可変プーリ24及び出力側
可変プーリ34は、それぞれ入力側回転軸30及び出力側回
転軸32に固定の固定回転体38及び40と、それ等固定回転
体38及び40に対向して溝幅が可変のV溝を形成し、入力
側回転軸30及び出力側回転軸32の軸方向に移動可能な状
態でそれ等入力側回転軸30及び出力側回転軸32とともに
回転する可動回転体42及び44とを備えている。それ等可
動回転体42及び44は図示しない液圧アクチュエータによ
って駆動されるようになっており、ベルト式無段変速機
14に備えられた図示しない油圧制御回路によってそれ等
液圧アクチュエータが作動させられるようになってい
る。その油圧制御回路にはエンジン10の回転速度Ne及び
後述のスロットル弁46の開度θに応じて高くなるライン
油圧を発生する油圧発生装置が設けられており、ベルト
式無段変速機14の許容入力トルク(伝達トルク)Tin
下の範囲の回転力をすべりなく伝達するためにエンジン
10の回転速度Ne及びスロットル弁46の開度θに応じて必
要且つ充分なライン油圧が発生させられるようになって
いる。 エンジン10の点火装置48、及びエンジン10の吸気配管
に設けられたスロットル弁46にはエンジン10の回転速度
Ne及びエンジン10に要求される負荷量を検出するため
に、点火信号センサ50及びスロットル位置センサ52が設
けられており、点火信号SI及びスロットル開度信号STが
I/F回路54及びA/Dコンバータ56に供給されるようになっ
ている。点火信号センサ50は例えばエンジン10が4気筒
である場合には1回転につき2個のパルスを発生するも
のであり、I/F回路54では点火信号SIの周期teを表すコ
ード信号に変換してI/Oポート58に供給する。スロット
ル開度信号STは一般に電圧信号であり、これがA/Dコン
バータ56においてデジタル値に変換されてI/Oポート58
に供給される。すなわち、スロットル弁46の開度θを表
す信号が入力されるのである。 一方、ベルト式無段変速機14には入力側可変プーリ24
の回転数を検出するための回転センサ60が設けられてい
る。回転センサ60は、固定回転体38の外周部に1箇所固
設された図示しない突起の通過を検出して入力側可変プ
ーリ24の回転に対応した周期のパルス信号である回転信
号SRをI/F回路54に供給し、I/F回路54は回転信号SRの周
期に対応したコード信号をI/Oポート58に供給する。そ
の回転信号SRは磁粉式電磁クラッチ12の従動側回転体26
の回転速度に対応するものである。 I/Oポート58にはデータバスラインを介してよく知ら
れたCPU62,ROM64,RAM66が接続されている。記憶手段と
してのROM64には後述の第4図のフローチャートに示さ
れるようなプログラムや、そのプログラムの実行に必要
な後述の第5図及び第6図に示されるデータマップが予
め記憶されており、CPU62はROM64に記憶されたプログラ
ムに従ってRAM66の一時記憶機能を利用しつつデータ処
理を実行し、磁粉式電磁クラッチ12に供給すべき励磁電
流を決定するとともに、その励磁電流を表す制御信号SC
をI/Oポート58からD/Aコンバータ68に供給する。D/Aコ
ンバータ68は制御信号SCをそれに対応した電圧信号SVに
変換してV/I(電圧/電流)コンバータ70に供給する。V
/Iコンバータ70はD/Aコンバータ68から供給された電圧
信号SVに対応した励磁電流を励磁コイル28に供給する。
上記V/Iコンバータ70は、例えば第7図に示されるよう
に構成される。すなわち、電圧信号SVは信号レベル変換
回路72によって低レベルに変換された後、差動増幅器74
のプラス入力端子に供給される。差動増幅器74のマイナ
ス入力端子には励磁コイル28に直列に接続された励磁電
流検出用の低い値の抵抗器76の端子電圧、換言すれば実
際の励磁電流に対応した信号が供給されており、差動増
幅器74はそれ等入力端子の信号差が零となるようにドラ
イバ用トランジスタ78にベース電流を供給する。ドライ
バ用トランジスタ78はプラス電源と励磁コイル28との間
に接続されており、差動増幅器74の出力信号に従って励
磁電流を励磁コイル28に供給する。すなわち、差動増幅
器74は電流フィードバック制御を行うものであり、励磁
コイル28の温度変化に起因する巻線抵抗の変化に関わら
ず、第8図に示されるように、電圧信号SVに正確に対応
した励磁電流が励磁コイル28に供給されるようになって
いる。 以下、本実施例の作動を第4図のフローチャートに従
って説明する。 先ずステップS1のイニシャライズルーチンが実行さ
れ、後述のフラグFdの内容が0とされるとともにI/Oポ
ート58に供給されている点火信号SIの周期te、回転信号
SRの周期ti、スロットル開度信号STが表すスロットル弁
46の開度θに対応した電圧信号vθがRAM66に読み込ま
れる。そして、ステップS2が実行され、それ等周期te
ti、および電圧vθに基づいてエンジン10の回転速度N
e、磁粉式電磁クラッチ12の従動側回転体26の回転速度N
i、及びスロットル弁46の開度θ(%)が予め記憶され
た次式(1)、(2)、(3)に従って算出される。す
なわち本実施例では、ステップS2は、エンジン10に要求
される負荷を検出するエンジン要求負荷検出手段を形成
しているのである。 Ne(r.p.m)=60sec/2te ・・・(1) Ni(r.p.m)=60sec/ti ・・・・(2) θ(%)=〔vθ−vmin)/(vmax−vmin)〕×100 ・・・(3) 但し、vminはスロットル弁46全閉時(アイドル時)の信
号STの電圧、vmaxはスロットル弁46全開時(エンジン10
の全負荷時)の信号STの電圧である。 次にステップS3が実行され、既に求められたエンジン
10の回転速度Ne及びスロットル弁46の開度θに基づいて
エンジン10の出力トルク|Te|及び係合初期における磁粉
式電磁クラッチ12の伝達トルクTcが予めROM64にそれぞ
れ記憶されたデータマップから算出される。すなわち、
まずROM64には第5図に示される伝達トルクTc、スロッ
トル弁46の開度θ、及びエンジン10の回転速度Neを変数
とする三次元直交座標内に位置する増加率の異なる3本
の曲線が記憶されており、その曲線を表すデータから直
線補間によって伝達トルクTcが算出される。例えば、θ
軸とTc軸はそれぞれ単位長さ毎にデータが記憶されてい
ることから、実際の開度θに対応するθ軸上の座標値Y
θが、θ軸の単位長さθyで割ることにより決定され、
Tc軸に直交するn座標(n=0から始まる整数)面にあ
るデータの中でYθに最も近いデータを抽出し、座標Y
θに対応したエンジン回転速度Ne*(n)を求める。次
に、そのNe*(n)と実際のエンジン回転速度Neを比較
し、Ne>Ne*(n)であるときはTc軸の座標面を次のn
+1座標面に切り換え、同様にNe*(n+1)を求め
る。Ne<Ne*(n+1)であるときはNe*(n)<Ne<Ne
*(n+1)であるから、Ne*(n)時の伝達トルクTc
(n)とNe*(n+1)の時の伝達トルクTc(n+1)
より、次式(4)を演算することによって第5図P点の
伝達トルクTcが直線補間によって求められる。 但し、Ne*(n)=(b−a)×ΔYθ+a Ne*(n+1)=(d−c)×ΔYθ+cである。 また、ROM64には第6図に示されるスロットル開度θ
軸、エンジン回転速度Ne軸、出力トルク|Te|軸の三次元
空間内における、実験的に求められたθ、Ne、及び|Te|
の関係を示す格子状の曲面データマップが記憶されてお
り、そこから第6図Q点の出力トルク|Te|が算出され
る。例えば、実際のスロットル開度θ及びエンジン回転
速度Neの座標Yθ及びXnをそれぞれ単位長さθy及びNe
xで割ることによって算出し、その座標点(Yθ、Xn)
に最も近い格子点のデータ(最大4個)を抽出し、各座
標の少数点以下の値ΔYθ、ΔXnから出力トルク|Te|を
次式(5)に従って直線補間する。 |Te|=(f−e)×ΔYθ+e ・・・・(5) 但し、e=(b−a)×ΔXn+a f=(d−c)×ΔXn+cである。 次にステップS4が実行され、フラグFdの内容が1であ
るかどうか、すなわち磁粉式電磁クラッチ12の係合過程
における制御か完全係合後の適正励磁制御かのいずれで
あるかが判断される。フラグFdの内容が0であると係合
過程における制御のためのフローに入るが、その前にス
テップS5が実行され制御を係合過程における制御とする
か完全係合後の適正励磁制御とするかの判断が為され
る。すなわち、エンジン回転速度Neと磁粉式電磁クラッ
チ12の従動側回転体26の回転速度Niとの差の絶対値が予
め定められたコンピュータの計算誤差範囲に相当する小
さな値Naより小さいか否かが判断され、小さいときはク
ラッチ12が係合したと判断されるのでフラグFdを1とす
るステップS6を経て完全係合後の適正励磁制御のための
ステップS7が実行されるが、そうでないときは係合中ま
たは完全係合前と判断されて車両の発進状態等における
クラッチ係合制御のためのステップS8が実行される。す
なわち、ステップS3において求められた伝達トルクTcに
一定の常数K′を乗算することによって制御値(制御電
圧)vを算出し、その制御値vを表す制御信号SCをI/O
ポート58からD/Aコンバータ68に供給させ、磁粉式電磁
クラッチ12の実際の伝達トルクが算出された伝達トルク
Tcとなるような励磁電流がV/Iコンバータ70から励磁コ
イル28に供給される。上記常数K′は制御値vを表す制
御信号SCが出力されることによって伝達トルクTcが得ら
れるようにするために設定された常数である。 以上のサイクルが高速にて繰り返し実行され、エンジ
ン10の回転速度Ne或いはスロットル弁46の開度θに応じ
てクラッチ係合過程の伝達トルクTcが逐次算出され、実
際の伝達トルクがそのTcに一致するように制御値vを表
す制御信号SCが出力されるので、磁粉式電磁クラッチ12
における係合がエンジン10の要求負荷状態に応じて好適
に為され、高い運転性(加速性)が維持されるととも
に、係合過程における燃料消費率が大幅に改善されるの
である。すなわち、エンジン10に要求される負荷状態が
大きい場合にはスロットル弁46の開度θ(操作量)が大
きいので、エンジン10の回転速度Neに対する励磁電流の
増加率が小さくされ、第9図のAに示されるように増加
させられる。このため、磁粉式電磁クラッチ12において
積極的に係合過程のすべりが行われ、急加速や坂路発進
においても極めて良い運転性(加速性)が得られるので
ある。一方、エンジン10に要求される負荷、換言すれば
スロットル弁46の開度θが小さくなると、回転速度Neに
対する伝達トルクTcの増加率が第9図のBに示されるよ
うに大きくされ、磁粉式電磁クラッチ12においてクラッ
チの係合が速やかに行われる。エンジン10の要求負荷が
小さい場合には、エンジン10の回転速度Neと従動側回転
体26の回転速度Niとの差が小さく、速やかにクラッチ12
の係合が行われても何ら運転性が損なわれない反面、ク
ラッチ12の係合が迅速に行われることによってすべりに
起因する動力損失が解消され、燃料消費率が大幅に改善
されるのである。従って、本実施例では、スロットル弁
46の開度θに従って伝達トルクTcを計算する前記ステッ
プS3は、エンジン10の回転速度Neに対する伝達トルクTc
の上昇率、換言すれば励磁電流の増加率をエンジン10に
要求される負荷の減少に伴って大きく変更する増加率変
更手段を形成しているのである。また、ステップS8は変
更後の増加率に従って励磁電流を供給する励磁電流制御
手段を形成している。 前記ステップS4においてフラグFdが1である場合、換
言すれば完全係合後の適正励磁制御を必要とする場合に
は、適正励磁制御フロー域に入るが、その前にステップ
S9が実行され、制御を係合過程における制御に移すか否
かが判断される。すなわち、ステップS3において算出さ
れた伝達トルクTcがエンジン出力トルク|Te|よりも大き
いか否かが判断され、大きくない場合には磁粉式電磁ク
ラッチ12においてすべりが生じている状態であるので、
フラグFdの内容を0とするステップS10を介して前述の
係合制御のためのステップS8が実行されるが、大きい場
合にはすべりが生じていない状態であるので、完全係合
後の適正励磁制御のためのステップS7が実行される。ス
テップS7においては、エンジン出力トルク|Te|に常数K
を乗算した制御値vを演算し、その制御値vを表す制御
信号SCをI/Oポート58からD/Aコンバータ68に供給させ
る。そして、その制御値v、換言すればエンジン出力ト
ルク|Te|に常数(余裕値)Kを乗算した値の伝達トルク
Tcが得られるように、V/Iコンバータ70から励磁電流が
励磁コイル28に供給される。その常数Kは磁粉式電磁ク
ラッチ12の伝達トルクをエンジン出力トルク|Te|よりも
若干大きく且つエンジン10の出力トルク異常値よりも充
分小さくするために定められた値(1.0以上)である。 従って、磁粉式電磁クラッチ12の伝達トルクTcが、ス
テップS3において決定されたエンジン出力トルク|Te|よ
りも常時若干大きく且つエンジン10の出力トルク異常値
よりも充分小さい値、すなわちベルト式無段変速機14の
許容伝達トルクTinを下回る値となるように励磁電流が
制御されるので、急ブレーキ時等のようにエンジン10の
出力トルクが通常の値を超えて衝撃的に大きくなるよう
な場合であっても、ベルト式無段変速機14よりも磁粉式
電磁クラッチ12においてすべりが生じるため、ベルト式
無段変速機14のすべりが好適に解消されて保護されるの
である。しかも、従来、ベルト式無段変速機14において
は、すべりを防止するため入力側可変プーリ24および出
力側可変プーリ34を駆動する液圧アクチュエータに供給
されるライン油圧は高く設定される必要があり、そのた
め動力損失が大きくなっていたが、本実施例によれば、
そのライン油圧の設定値を通常のエンジン出力トルク|T
e|及び磁粉式電磁クラッチ12の伝達トルクTcよりも常時
所定量高い値ですべりなく伝達が行われるように設定で
きるので、動力損失が可及的に小さくされ、燃料消費率
が好適に改善されるのである。すなわち、第10図に示さ
れるように、データマップに記憶されているエンジン出
力トルク|Te|をCとし、実際のエンジン10の出力トルク
をDとすると、前記ステップS7の完全係合後の適正励磁
制御による磁粉式電磁クラッチ12の伝達トルクTcはE線
に示されるようにCを若干上回るように制御されるので
あり、ベルト式無段変速機14におけるライン油圧は、E
線に示されるトルクの伝達が充分に行われるように決定
されるのである。このため、従来、エンジン10の異常な
トルクのピークFにおいてもすべりを防止するため、第
10図のG線に示されるトルクでもすべりなく伝達が行わ
れるようにライン油圧が決められていたのに対し、ライ
ン油圧で決まるベルト式無段変速機14の伝達トルクTcの
余裕トルクMが従来の余裕トルクM′よりも大幅に小さ
くされ得て動力損失が可及的に防止されるのである。 本発明者の実験によれば、ステップS8のクラッチ係合
制御によってLA4モード走行で5%(約4マイル/ガロ
ン)、ステップS7の適正励磁制御によって2〜3%の燃
料消費率が改善された。 以上、本発明の一実施例を示す図面に基づいて説明し
たが、本発明はその他の態様においても適用される。 例えば、前記ステップS3における出力トルク|Te|及び
伝達トルクTcの計算は予め記憶されたデータマップの直
線補間によって算出されるが、円弧補間等の種々の手法
が適用され得るものであり、またスロットル開度θ及び
エンジン回転速度Neを変数とする関数式が予め記憶され
ており、その関数式を変数に応じてそれぞれ演算するこ
とによって算出されても良いのである。 また、前述の実施例においてエンジン10に要求される
負荷がスロットル弁46の開度θによって表されている
が、アクセルペダルの操作量、エンジン10の吸気管負
圧、エンジン10の回転速度上昇率、加速度センサによっ
て検出される車両の加速度等のエンジン要求負荷を表す
量が用いられても良いのである。 また、前述の実施例のステップS7及びS8においてTc及
び|Te|に常数K′及びKが乗算されているが、予めROM6
4に記憶されたデータマップのデータがそれ等常数K′
及びKを乗算した値とされていても良いのである。ま
た、ステップS7において常数Kを乗算する代わりに加算
することによって制御値vを算出しても良いのである。 また、前述の実施例において磁粉式電磁クラッチ12は
エンジン10とベルト式無段変速機14との間に直接介挿さ
れているが、間接的に介挿されていても良いことは勿論
である。 なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であ
り、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変
更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明のクレーム対応図である。第2図は本発
明の一実施例が適用される車両の駆動装置及び回路の構
成を説明する図である。第3図は第2図の磁粉式電磁ク
ラッチの特性を示す図である。第4図は第2図の実施例
の作動を説明するフローチャートである。第5図及び第
6図は第2図のROMに予め記憶されたデータマップの構
成を示す図である。第7図及び第8図は第2図のV/Iコ
ンバータの回路図及び特性図である。第9図及び第10図
は第2図の実施例の作動を説明する図である。 10:エンジン、12:磁粉式電磁クラッチ 22:駆動側回転体、26:従動側回転体 28:励磁コイル ステップS2:エンジン要求負荷検出手段 ステップS3:増加率変更手段 ステップS8:励磁電流制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−33230(JP,A) 特開 昭57−22400(JP,A) 特開 昭57−192666(JP,A) 特開 昭57−160723(JP,A) 特開 昭57−160724(JP,A) 特開 昭57−160731(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.車両のエンジンに作動的に連結された駆動側回転体
    と、該車両の車輪に作動的に連結された従動側回転体
    と、該駆動側回転体と従動側回転体との間に形成される
    空隙内に収容された磁粉と、該磁粉を該空隙内で磁気力
    により結合させる励磁コイルとを備え、該駆動側回転体
    の回転力を該励磁コイルに供給される励磁電流の大きさ
    に応じて該従動側回転体に伝達する車両用磁粉式電磁ク
    ラッチの制御装置であって、 前記エンジンに要求される負荷を検出するエンジン要求
    負荷検出手段と、 前記励磁コイルに供給される励磁電流の増加率を、前記
    エンジンに要求される負荷が小さいときには高くし、大
    きいときには低くする増加率変更手段と、 前記磁粉式電磁クラッチの係合過程では、該増加率変更
    手段によって変更された増加率に従い、前記エンジンの
    回転速度上昇に伴って前記励磁コイルに供給される励磁
    電流を増加させる励磁電流制御手段と を含むことを特徴とする車両用磁粉式電磁クラッチの制
    御装置。
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