JP3901850B2

JP3901850B2 - クラッチ制御装置

Info

Publication number: JP3901850B2
Application number: JP20679398A
Authority: JP
Inventors: 啓一北沢; 冨士男籾山; 清明宮崎; 実鎌田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP2000039036A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車に利用する。本発明は、機械式の自動クラッチを使用する車両に利用する。本発明は、車両の発進時にクラッチ板押圧を自動制御する方法および装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械式クラッチを使用し、車両の発進時にそのクラッチ板押圧をプログラム制御回路により自動制御する装置が知られている。従来技術の一つは、エンジン回転速度とクラッチ板回転速度との差が、あらかじめプログラムされた制御マップにしたがって時間の経過とともに減少するように、制御回路により演算し、その演算出力に基づいて液圧によりクラッチ板位置を制御するものである（特開平４−３３７１５９号公報）。この制御マップをさらに工夫し、回転速度の差の変化率をもとに制御を行い、伝達関数モデルに基づく演算を行うもの（特開平７−３０５７６３号公報）などが知られている。
【０００３】
このような装置を装備した車両では、運転者は発進時、変速時などに、その都度クラッチペダルを踏む必要がなく、クラッチ板の押圧制御は自動的に行われる。運転席にクラッチペダルが設けられている車両でも、そのクラッチペダルは非常用であり、通常の運転では使用する必要がない。運転者はクラッチペダルのわずらわしい操作から解放されてスムーズな運転を行うことができる。
【０００４】
しかし、大型車両など積載量に応じてクラッチの使用条件が大きく変化する車両では、クラッチ制御系に何らかの原因により外乱が発生すると、クラッチの接合制御が円滑でなくなることがある。このときいわゆる「しゃくり」など乗り心地のよくない現象が現れることがある。これまでのクラッチ制御装置では、積荷の変化に伴うクラッチの使用頻度の変化、クラッチ温度の変化、経年変化、その他使用条件の変化を含め、あらゆる場面でこのような乗り心地のよくない現象を皆無にするには至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、クラッチの接合制御が円滑でなくなる場合について、さまざまな角度から詳しく検討した。そして、クラッチ板の摩擦係数が、クラッチの使用に伴い変化する現象に着目した。そして、クラッチ板の摩擦係数は、クラッチ板が滑っている半クラッチの期間にもかなり大きく変動することが観測された。クラッチ板の摩擦係数が何らかの原因により変化すると、それに伴い制御パラメタが変動して制御系が一時的に乱れて、しゃくりなどの現象が発生することが突き止められた。
【０００６】
これを抑圧するために、クラッチ板の摩擦係数の変動を小さくすることも考えられるが、クラッチ板の摩擦係数の変動の原因は複雑であり、簡単に制御することができないこともわかった。
【０００７】
本発明はこのような背景に行われたものであって、クラッチ板の摩擦係数が変化しても、それがクラッチ制御に直接影響を与えることがない制御論理を提供することを目的とする。本発明は、クラッチ板の摩擦係数が変化しても、それを制御系の中で吸収して、クラッチ制御を円滑に行うことができる方法および装置を提供することを目的とする。本発明は、使用条件によりクラッチ板の温度その他が急激に変化し、それに応じてクラッチ板の摩擦係数が変動しても、クラッチ制御を円滑に行うことができる方法および装置を提供することを目的とする。本発明は、アクセルペダルが踏込まれない場合には、ペダル操作による微妙なクラッチ制御を行う必要がなく、運転操作に便利なクラッチ制御を行うことができる制御方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械式自動クラッチを使用する車両に備えられたクラッチの摩擦係数が大きく変化しても、その変化を自動的に吸収してクラッチ制御を円滑に行い、乗心地をよくすることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の第一の特徴は、変速機に発進ギヤが設定され、ブレーキペダルが解放されたことが検出されると、アクセルペダルの操作量にしたがってエンジンに対する燃料供給量を調節しながらクラッチ板押圧を制御するクラッチ制御方法において、クラッチ以降の駆動力伝達系のトルクを検出し、そのトルクが所定値（τ₁）に達した後にはそのトルクが前記所定値（τ₁）を維持するようにクラッチ板押圧を制御することを特徴とする。
【００１０】
前記燃料供給量をアイソクロナス制御により調節することにより、車速が所定値（Ｖ₁）になるまで前記トルクを前記所定値（τ₁）に維持し、車速が所定値（Ｖ₁）を越えたときには時間の経過にしたがってクラッチ板押圧を大きく制御し、さらにブレーキペダルが解放された後のアクセルペダルの操作量が所定値（Ｓ₁）以下であるときには、前記トルクによる制御を禁止し、車速がクリープ速度（Ｖｃ）に維持されるようにクラッチ板押圧を制御することが望ましい。
【００１１】
クラッチ板の摩擦係数が変化しても、それがクラッチ制御に直接影響を与えることがない制御論理は次のとおりである。すなわち、クラッチ以降の駆動系（たとえばプロペラ軸）のトルクτはエンジンの駆動トルクが一定であるときには、クラッチ板の摩擦係数をμ、クラッチ板の押圧力をｆとするとき、
τ ＝ｋμｆ（ｋは比例定数）
なる関係がある。したがって、クラッチが滑っていて車両が発進するまでのクラッチ制御の最も重要な期間にわたり、トルクτが一定になるように制御系をフィードバック制御することにより、かりに摩擦係数μに時間的な変動が生じても、それに応じて押圧力ｆが反比例して制御されるから、全体として安定な制御を行うことができる。
【００１２】
エンジンをアイソクロナス制御することにより、エンジンは（回転速度一定ではなく）駆動トルク一定となるように制御される。したがって、上式はエンジンの回転速度の広範囲にわたり成立する。
【００１３】
クラッチが滑る制御の微妙な期間を過ぎ車両が発進したときには、クラッチ板の押圧を時間の経過とともに大きくして、車両の加速特性を良くする。
【００１４】
また、ブレーキペダルが解放された後に、アクセルペダルの踏込みが行われない場合には、ただちに本発明の特徴とする駆動トルク一定のクラッチ制御に入ることなく、車両をクリープ速度に維持するようにクラッチ制御を行うことが運転操作の上から便利である。
【００１５】
本発明の第二の特徴は、変速機に発進ギヤが設定されかつブレーキペダルが解放されたことを検出する手段と、ブレーキペダルが解放された後にアクセルペダルの操作量にしたがってエンジンに対する燃料供給量を調節するとともにクラッチ板押圧を制御する手段とを備えたクラッチ制御装置において、クラッチ以降の駆動力伝達系のトルクを検出する手段を設け、前記クラッチ板押圧を制御する手段は、検出されるトルクが所定値（τ₁）に達した後に車速が所定値（Ｖ₁）に達するまでそのトルクを前記所定値（τ₁）に維持するようにクラッチ板押圧を制御する手段を含むことを特徴とする。
【００１６】
前記燃料供給量を調節する手段はアイソクロナス制御手段を含み、前記駆動力伝達系のトルクを検出する手段は、回転駆動軸の２箇所でそれぞれ回転を検出する手段と、この２箇所の回転の位相を比較する手段とを含み、前記回転駆動軸はプロペラ軸であることが望ましい。
【００１７】
ブレーキペダルが解放されアクセルペダルが操作されると、アイソクロナス制御モードを設定するとともに、クラッチ以降の駆動力系のトルクを検出する。検出したトルクが所定値（τ₁）を示した後に車速が所定値（Ｖ₁）に達するまで、そのトルク（τ₁）を維持するようにクラッチ板の押圧力を制御する。
【００１８】
すなわち、アクセルペダルが操作されたときに、アイソクロナス制御モードを設定し、内燃機関の回転速度がある値以下の低回転速度領域にあるときは、燃料供給量を急速に増大させあらかじめ定められた目標とする回転速度を維持する。この回転速度の維持により内燃機関のトルクが所定値（τ₁）に達したときに、クラッチ板の押圧力を増加させ半クラッチ状態にする。半クラッチ状態では内燃機関に負荷がかかり回転速度は低下して車速は所定値（Ｖ₁）以下を示すが、アイソクロナス制御が実行されているので、自動的に燃料の供給量が増大され所定トルク（τ₁）が維持される。
【００１９】
車速が所定値（Ｖ₁）に達するまでの半クラッチ状態にあるときは、このようにしてクラッチ板の押圧力を制御し所定のトルク（τ₁）を維持し、車速が所定値（Ｖ₁）に達したときにクラッチ板を完全にミートさせる。
【００２０】
駆動力伝達系のトルク（τ）は、前述したように、クラッチ板の摩擦係数（μ）およびクラッチ板の押圧力（ｆ）により求められる。したがって摩擦係数（μ）に変動があっても、クラッチ板の押圧力（ｆ）を制御することによって所定値（τ₁）を維持することができる。
【００２１】
駆動力伝達系のトルク（τ）は、回転駆動軸であるプロペラ軸の２個所で回転を検出し、この２個所の回転の位相を比較することによって求める。回転を検出する２個所の間隔を大きくすることにより検出精度を高めることができる。
【００２２】
このように、駆動力伝達系のトルクを一定に維持する制御をクラッチ板の押圧力を変えることによって行うことにより、クラッチ板の摩擦係数が温度その他の要因により変化しても制御系の中で吸収することが可能となり、クラッチ制御を円滑に行うことができるとともに、アクセルペダルが踏込まれない場合には、自動的にアイソクロナス制御によるエンジン回転の制御が行われるので、運転者はクラッチペダルおよびアクセルペダルを微妙に操作することなく、運転操作を円滑に行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
【００２４】
【実施例】
次に、本発明実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明実施例の要部の構成を示すブロック図である。
【００２５】
本発明実施例は、制御手段１と、ディファレンシャル・ギヤ２１に連結されたプロペラ軸（回転駆動軸）２２のトルクを検出するトルク検出手段２と、クラッチ２０のクラッチ板に主押圧力を付与する油圧シリンダ３と、クラッチ板に補助的押圧力を付与するステップ・モータ４とが備えられる。
【００２６】
トルク検出手段２は、プロペラ軸２２の２個所でそれぞれの回転を検出する回転検出手段５と、その検出出力を取込み２個所の回転の位相を比較する比較手段６とにより構成される。
【００２７】
図２は本発明実施例における回転検出手段の構成を示す図である。回転検出手段５は、回転板およびピックアップを含む第一の検出手段５ａと第二の検出手段５ｂとにより構成される。
【００２８】
さらに、制御手段１には、比較手段６と、クラッチ２０の制御を行うクラッチ制御手段７と、電子ガバナ２３に制御信号を送出し電子ガバナ２３を制御して燃料噴射装置２４への燃料供給量を調節するアイソクロナス制御手段８と、車両モデルを対象として検出されたトルク（τ）を所定値（τ₁）に維持するようにクラッチ板への押圧力を演算設定するオブザーバ９とが備えられる。
【００２９】
クラッチ制御手段７には、変速機２５に発進ギヤが設定されかつ図外のブレーキペダルが解放されたことを検出する手段と、ブレーキペダルが解放された後に、図外のアクセルペダルの操作量にしたがって、エンジン２６の燃料噴射装置２４に対する燃料供給量を調節するとともにクラッチ板押圧を制御する手段とが備えられる。
【００３０】
このクラッチ板位置を制御する手段には、検出されるトルク（τ）が所定値（τ₁）に達した後に、車速が所定値（Ｖ₁）に達するまで、そのトルクを所定値（τ₁）に維持するようにクラッチ板押圧を制御する手段が含まれる。
【００３１】
クラッチ制御手段７には、クラッチの温度を検出する温度センサ１１、ブレーキ操作を検出するブレーキ・センサ１２、アクセルの操作を検出するアクセル・センサ１３、変速機２５のギヤ位置を検出するギヤ位置センサ１４、エンジン２６の回転速度を検出するエンジン回転センサ１５、および路面勾配を検出する勾配センサ１６の出力が接続される。
【００３２】
ステップ・モータ４および油圧シリンダ３に油圧を供給する油圧源１０はクラッチ制御手段７からの制御信号にしたがって制御動作を実行する。
【００３３】
次に、このように構成された本発明実施例の動作について説明する。図３は本発明実施例におけるクラッチ制御動作の流れを示す図、図４（ａ）は本発明実施例装置の制御によるクラッチ板押圧方向のストロークの変化を示す図、（ｂ）はプロペラ軸トルクの変化を示す図、（ｃ）はエンジン回転速度および車両速度の変化を示す図である。
【００３４】
クラッチ制御手段７は、ギヤ位置センサ１４の出力により変速機２５に発進ギヤが設定されたことを検出し、ブレーキ・センサ１２の出力によりブレーキペダルが解放されたことを検出すると、アクセルペダルの操作量にしたがって電子ガバナ２３を制御して、燃料噴射装置２４からエンジン２６に供給する燃料を調節しながらクラッチ２０のクラッチ板押圧を制御する。
【００３５】
このクラッチ板押圧制御は、クラッチ２０以降の駆動力系のトルク（τ）を検出し、そのトルク（τ）が所定値（τ₁）に達した後には、そのトルク（τ₁）を維持するようにクラッチ板押圧を制御する。すなわち、車速（Ｖ）が所定値（Ｖ₁）になるまでプロペラ軸２２に伝達されるトルク（τ）を所定値（τ₁）に維持し、車速（Ｖ）が所定値（Ｖ₁）を越えたときには時間（ｔ）の経過にしたがってクラッチ板押圧を大きく制御する。
【００３６】
ブレーキペダルが解放された後のアクセルペダルの操作量（Ｓ）が所定値（Ｓ₁）以下になったときには、トルク（τ）による制御を禁止し、車速がクリープ速度（Ｖ_C）に維持されるようにクラッチ板押圧を制御する。
【００３７】
ここで、図４を参照してクラッチ制御動作をさらに詳しく説明する。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、アクセルペダルが操作されると、その操作量にしたがってクラッチ板が押圧され、その押圧ストロークが（Ｌ₁）の位置に達したときに、図４（ｂ）に示すようにプロペラ軸２２に伝達されるトルク（τ）が増加する。押圧ストローク（Ｌ）が（Ｌ₂）になったときに、クラッチ２０は半クラッチ状態となる。このトルク（τ）の増加に応じてエンジン回転速度（Ｎ）は図４（ｃ）に示すように低下する。
【００３９】
クラッチ２０が半クラッチ状態になると、クラッチ板の摩擦によって発熱を伴い摩擦係数（μ）が低下し滑りを生じる。この滑りによりクラッチ板の押圧力（ｆ）が一定のままであれば伝達すべきトルク（τ）は小さくなる。クラッチ制御手段７はこのトルクの変化をトルク検出手段２から取込み、そのトルクが所定値（τ₁）を維持するように制御する。
【００４０】
プロペラ軸２２のトルクτは、エンジン２６の駆動トルクが一定であるときには、クラッチ板の摩擦係数をμ、クラッチ板の押圧力をｆとするとき、
τ ＝ｋμｆ（ｋは比例定数）
の関係がある。
【００４１】
したがって、摩擦係数μが変動したときには、その値に応じてクラッチ板の押圧力ｆを変化させることによってトルクτを一定に維持することができる。このクラッチ板押圧制御は温度センサ１１の出力を取込み、温度変化に応じた押圧力の制御を行うことができる。
【００４２】
プロペラ軸２２のトルクτの検出はトルク検出手段２によって行われる。このトルク検出手段２は前述したように、図２に示す回転検出手段５と図１に示す制御手段１に備えられた比較手段６とにより構成される。
【００４３】
回転検出手段５の第一の検出手段５ａおよび第二の検出手段５ｂがプロペラ軸２２の回転速度を検出する。プロペラ軸２２のトルクが零であるときには、図５（ａ）に示すように第一の検出手段５ａおよび第二の検出手段５ｂにより検出された回転波形には位相差は現れない。プロペラ軸２２にトルクがかかると、そのトルクの大きさに応じてプロペラ軸２２に捩じれが発生し、図５（ｂ）に示すように、第一の検出手段５ａと第二の検出手段５ｂとの検出出力に位相差（Δω）を生じる。
【００４４】
この位相差（Δω）とトルク（τ）とは図６に示すように比例関係にあるので、比較手段６が第一の検出手段５ａおよび第二の検出手段５ｂの検出出力を取込み、プロペラ軸２２の２個所での回転位相を比較しトルクτを演算する。
【００４５】
算出されたトルク値は比較手段６からオブザーバ９に出力され、オブザーバ９は車両モデルを対象にこの出力により所定値（τ₁）のトルクを維持するに必要なクラッチ板の押圧力を演算し、その値をクラッチ制御手段７に送出する。クラッチ制御手段７はこの押圧力をクラッチ操作量として油圧源１０およびステップ・モータ４に出力する。
【００４６】
油圧源１０はその操作量にしたがって油圧シリンダ３に圧油を供給しクラッチ２０のクラッチ板を押圧する。同時に、ステップ・モータ４がその押圧力のΔｆ分の微調節を行いクラッチ板を押圧する。
【００４７】
一方、図４（ｃ）に示すように、クラッチ２０が半クラッチ状態になると、エンジン２６に負荷がかかりその回転速度（Ｎ）が低下する。そこで、クラッチ制御手段７は、クラッチ２０が半クラッチ状態になったときに、アイソクロナス制御手段８を起動して、半クラッチの期間にわたりアイソクロナス制御モードを設定する。
【００４８】
アイソクロナス制御モードが設定されると、図７に示すアイソクロナス制御曲線にしたがってエンジン２６への燃料噴射を行う。通常の制御モードでは細い実線で示す曲線にしたがって燃料供給が行われるが、アイソクロナス制御モードでは、車速がきわめて低速の状態でエンジン回転速度が例えば同図中のｘまで低下したときに、太い実線で示すように燃料の供給量を急速に増大させ、目標回転速度を維持するように制御する。
【００４９】
このようにしてアイソクロナス制御手段８は、半クラッチ状態でエンジン回転速度が所定値以下に低下したときには、電子ガバナ２３を制御して燃料噴射装置２４からエンジン２６への燃料噴射量を増加しエンジン回転速度を増大させる。
【００５０】
このようなクラッチ板の押圧力制御およびアイソクロナス制御が同時に行われることにより、プロペラ軸２２のトルクが所定値（τ₁）に維持され、発進時の「しゃくり」などの現象が防止される。
【００５１】
押圧ストロークがＬ₃に達しクラッチ２０が完全ミート状態になると、プロペラ軸２２とディファレンシャル・ギヤ２１とが直結され、トルク（τ）の上昇にともなって車両速度が増大し走行状態となる。
【００５２】
なお、アイソクロナス制御モードでは、勾配センサ１６の出力を取込み、その出力が示す上り勾配の大きさ、例えば、図８に太線で示すように、３％、６％、１０％、……に応じて設定された特性曲線にしたがって燃料噴射を制御することができる。これは、坂道発進補助装置が装備されている車両では、この制御ソフトウェアを兼用することにより実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、使用条件によりクラッチ板の摩擦係数が変化しても、アイソクロナス制御を行うことにより、その変化を制御系の中で吸収し、クラッチの断接制御を円滑に行い、「しゃくり」などによる乗り心地を悪くする現象をなくすことができる。また、アクセルペダルが踏込まれない場合には、自動的にアイソクロナス制御によるエンジン回転の制御が行われるから、運転者はクラッチペダルおよびアクセルペダルを微妙に操作することなく、運転操作を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の要部の構成を示すブロック図。
【図２】本発明実施例における回転検出手段の構成を示す図。
【図３】本発明実施例におけるクラッチ制御動作の流れを示す図。
【図４】（ａ）は本発明実施例装置の制御によるクラッチ板押圧方向のストロークの変化を示す図、（ｂ）はプロペラ軸トルクの変化を示す図、（ｃ）はエンジン回転速度および車両速度の変化を示す図。
【図５】（ａ）は本発明実施例におけるプロペラ軸のトルクが零のときの回転波形の位相差を示す図、（ｂ）はトルクが発生したときの回転波形の位相差を示す図。
【図６】本発明実施例にかかわるプロペラ軸の回転波形の位相差とトルクとの関係を示す図。
【図７】本発明実施例にかかわるアイソクロナス制御曲線および通常制御曲線を示す図。
【図８】本発明実施例にかかわる車両勾配に対応させたアイソクロナス制御曲線および通常制御曲線を示す図。
【符号の説明】
１制御手段
２トルク検出手段
３油圧シリンダ
４ステップ・モータ
５回転検出手段
５ａ第一の検出手段
５ｂ第二の検出手段
６比較手段
７クラッチ制御手段
８アイソクロナス制御手段
９オブザーバ
１０油圧源
１１温度センサ
１２ブレーキ・センサ
１３アクセル・センサ
１４ギヤ位置センサ
１５エンジン回転センサ
１６勾配センサ
２０クラッチ
２１ディファレンシャル・ギヤ
２２プロペラ軸（回転駆動軸）
２３電子ガバナ
２４燃料噴射装置
２５変速機
２６エンジン

Claims

変速機に発進ギヤが設定され、ブレーキペダルが解放されたことが検出されると、アクセルペダルの操作量にしたがってエンジンに対する燃料供給量を調節しながらクラッチ板押圧を制御するクラッチ制御方法において、
ブレーキペダルが開放され、アクセルペダルが操作されると、アイソクロナス制御モードに設定し、エンジンの回転が低回転速度領域にあるときは燃料供給量を増大させてあらかじめ定められた目標とする回転速度を維持し、クラッチ以降の駆動力伝達系のトルクを検出して、そのトルクが所定値（τ ₁ ）に達した後にはそのトルクが前記所定値（τ ₁ ）を維持するようにクラッチ板押圧を制御し、
車速が所定値（Ｖ ₁ ）を越えたときには時間の経過にしたがってクラッチ板押圧を大きく制御する
ことを特徴とするクラッチ制御方法。
請求項１のクラッチ制御方法において、ブレーキペダルが解放された後のアクセルペダルの操作量が所定値（Ｓ₁ ）以下であるときには、前記トルクによる制御を禁止し、車速がクリープ速度（Ｖ_C）に維持されるようにクラッチ板押圧を制御するクラッチ制御方法。
変速機に発進ギヤが設定されかつブレーキペダルが解放されたことを検出する手段と、ブレーキペダルが解放された後にアクセルペダルの操作量にしたがってエンジンに対する燃料供給量を調節するとともにクラッチ板押圧を制御する手段とを備えたクラッチ制御装置において、
前記燃料供給量を調節する手段はアイソクロナス制御手段を含み、
クラッチ以降の駆動力伝達系のトルクを検出する手段を設け、
前記クラッチ板押圧を制御する手段は、アクセルペダルが操作されたときに、アイソクロナス制御手段により、エンジンの回転速度が低回転速度領域にあるときは燃料供給量を増大させてあらかじめ定められた目標とする回転速度を維持して、前記検出する手段で検出されるトルクが所定値（τ ₁ ）に達した後に車速が所定値（Ｖ ₁ ）に達するまでそのトルクを前記所定値（τ ₁ ）に維持するようにクラッチ板押圧を制御し、車速が所定値（Ｖ ₁ ）を越えたときには時間の経過にしたがってクラッチ板押圧を大きく制御する手段を含む
ことを特徴とするクラッチ制御装置。
前記駆動力伝達系のトルクを検出する手段は、回転駆動軸の２箇所でそれぞれ回転を検出する手段と、この２箇所の回転の位相を比較する手段とを含む請求項３記載のクラッチ制御装置。
前記回転駆動軸はプロペラ軸である請求項３記載のクラッチ制御装置。