JP4322857B2 - クラッチ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車に適用されるクラッチ制御装置に関する。

近年、自動車用の変速機として、マニュアル車と同様の変速装置およびクラッチにそれぞれアクチュエータを付設し、自動変速を行えるようにした機械式の自動変速機が開発され、実用化されている。
機械式の自動変速機は、ギヤの切り替え時以外はクラッチが接続されてエンジンからの動力を伝達することができる構造となっているので、滑りによってロスが生じるトルクコンバータ等を用いた流体式の自動変速機よりも燃費性能が高い傾向にある。

しかし、機械式の自動変速機では、ギヤを切り替える際に一時的にクラッチを切断するため、流体式の自動変速機よりも変速時のトルク変動が大きく、クラッチ接続時に発生する変速ショック（車体の揺り返し）の変速ショック量が大きくなるという問題点があった。
また、ギヤを上位側に切り替えると、変速装置の入力側回転速度は変速前のギヤ比から切り替わった後のギヤ比へと減速される。ギヤの切り替えが終了すると、続いてすぐにクラッチの接続制御が始まり、クラッチ接続制御（半クラッチ）開始時には、ギヤ切り替え前後に相当する、エンジンの回転速度と変速装置の入力回転速度との偏差であるクラッチスリップ量が生じる。そのため、クラッチスリップ量を遅く減少させるようにクラッチ接続制御を行うと、クラッチが早期摩耗するという問題点もあった。

上記の問題点を解決するために、従来のクラッチ制御装置は、エンジン（原動機）と駆動系（変速装置）との間に介装されたクラッチを断接駆動するクラッチアクチュエータと、クラッチアクチュエータの動作を制御する制御手段と、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段（原動機回転速度検出手段）と、クラッチの回転数を検出するクラッチ回転数検出手段（変速機回転速度検出手段）とを備えている。
制御手段は、クラッチ接続量演算手段としてクラッチストロークの目標値を設定する目標値設定手段と、クラッチの実ストロークが目標値設定手段により設定されたクラッチストロークの目標値になるようにクラッチアクチュエータに対する制御信号を設定する制御信号設定手段とを備えている。
目標値設定手段は、クラッチ接続時には、エンジン回転数とクラッチ回転数との差の変化率が所定値となるようにクラッチストローク目標値を設定するとともに、エンジン回転数とクラッチ回転数との差の変化率が所定値になったらクラッチストローク目標値を固定している。
また、目標値設定手段は、クラッチの伝達トルクがエンジン出力トルクと一致するようにクラッチストローク目標値を設定している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２７８８０６号公報

従来のクラッチ制御装置では、エンジン回転数とクラッチ回転数との差の変化率が所定値になるようにクラッチストローク目標値を設定している。
そのため、変速時間短縮のためにクラッチスリップ量を速く減少させるようにクラッチストローク目標値を設定してクラッチ制御を行うと、クラッチが急激に接続され、変速ショックが発生するという問題点があった。
また、クラッチスリップ量を遅く減少させるようにクラッチストローク目標値を設定してクラッチ制御を行うと、クラッチ接続制御時間が長くなり、クラッチの早期磨耗が生じるという問題点もあった。

また、変速ショック量を低減するためにエンジン出力トルクとクラッチの伝達トルクとが一致するようにクラッチストローク目標値を設定している。
そのため、さらにクラッチスリップ量の減少が遅くなり、クラッチが早期磨耗し耐久性能が低下するという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、クラッチ接続時の変速ショック量およびクラッチ接続制御時間を任意に設定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。

この発明に係るクラッチ制御装置は、車両に設けられた原動機と原動機の動力を負荷に応じたトルクおよび回転速度に変換する変速装置との間に設けられ、原動機の動力の伝達を断続するクラッチと、原動機の回転速度を原動機回転速度として検出する原動機回転速度検出手段と、原動機回転速度の変化量を原動機回転速度変化量として演算する原動機回転速度変化量演算手段と、変速装置の入力回転速度を変速装置回転速度として検出する変速装置回転速度検出手段と、変速装置回転速度の変化量を変速装置回転速度変化量として演算する変速装置回転速度変化量演算手段と、原動機回転速度と変速装置回転速度との偏差を回転速度偏差として演算する速度偏差演算手段と、原動機回転速度変化量と変速装置回転速度変化量との偏差を変化量偏差として演算する変化量偏差演算手段と、クラッチの接続量をクラッチ接続量として演算するクラッチ接続量演算手段と、クラッチ接続量に基づいてクラッチを駆動するクラッチアクチュエータとを備え、クラッチ接続量演算手段は、回転速度偏差が大きくなるに従ってクラッチ接続量が大きくなるように、かつ変化量偏差が大きくなるに従ってクラッチ接続量が小さくなるようにクラッチ接続量を演算するものである。

この発明のクラッチ制御装置によれば、回転速度偏差および変化量偏差を用いてクラッチ接続量を演算するので、クラッチスリップ量とクラッチの伝達トルクとを同時に制御することができ、クラッチ接続時の変速ショック量およびクラッチ接続制御時間を任意に設定することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、ギヤを上位側に切り替える場合について説明する。ギヤを下位側に切り替える場合については、ギヤを上位側に切り替える場合と同様であるので説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るクラッチ制御装置を周辺装置とともに示すブロック図である。
図１において、クラッチ制御装置は、車両のエンジン１（原動機）の動力の伝達を断続する摩耗式で乾式単板のクラッチ２と、クラッチ２の接続量をクラッチ接続量として演算するコントロールユニット３と、クラッチ接続量に基づいてクラッチ２を駆動するクラッチアクチュエータ４とを備えている。
なお、クラッチ接続量とは、クラッチ２の締結力のことを指し、クラッチ接続量が大きければクラッチスリップ量は減少され、クラッチ接続量が小さければクラッチスリップ量は増加される。

クラッチ２は、エンジン１とエンジン１の動力を負荷に応じたトルクまたは回転速度に変換する有段型変速装置５（以下「変速装置５」と略称する）との間に設けられている。
また、変速装置５は、内部に設けられたギヤの切り替えが完了した際に、コントロールユニット３に切り替え完了信号を出力する。
また、クラッチアクチュエータ４は、モータの動力を用いて動作する。

コントロールユニット３は、エンジン回転速度検出部６（原動機回転速度検出手段）と、エンジン回転速度変化量演算部７（原動機回転速度変化量演算手段）と、変速装置回転速度検出部８（変速装置回転速度検出手段）と、変速装置回転速度変化量演算部９（変速装置回転速度変化量演算手段）と、速度偏差演算部１０（速度偏差演算手段）と、変化量偏差演算部１１（変化量偏差演算手段）と、クラッチ接続量演算部１２（クラッチ接続量演算手段）とを有している。

エンジン回転速度検出部６は、エンジン１の回転速度をエンジン回転速度Ｎｅ（原動機回転速度）として検出する。エンジン回転速度変化量演算部７は、エンジン回転速度Ｎｅの変化量をエンジン回転速度変化量ｄＮｅ／ｄｔ（原動機回転速度変化量）として演算する。
変速装置回転速度検出部８は、変速装置５の入力回転速度を変速装置回転速度Ｎｉとして検出する。変速装置回転速度変化量演算部９は、変速装置回転速度Ｎｉの変化量を変速装置回転速度変化量ｄＮｉ／ｄｔとして演算する。

また、速度偏差演算部１０は、エンジン回転速度Ｎｅと変速装置回転速度Ｎｉとの回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜を演算する。変化量偏差演算部１１は、エンジン回転速度変化量ｄＮｅ／ｄｔと変速装置回転速度変化量ｄＮｉ／ｄｔとの変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜を演算する。クラッチ接続量演算部１２は、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜を用いてクラッチ２の接続量（クラッチ接続量）を演算してクラッチアクチュエータ４にクラッチ接続量信号を出力する。

クラッチ接続量は、エンジン出力に対してクラッチ２の滑りが生じない最大の伝達トルクを生じさせる接続量を基本クラッチ接続量とし、基本クラッチ接続量に補正量を加算して演算される。
また、補正量は、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜から設定される。

図２は、クラッチ接続量演算部１２に記憶された補正量を設定する補正量座標データを示すグラフである。
図２において、ｘ軸は回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜であり、ｙ軸は変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜である。ｘ軸およびｙ軸は、逆に設定されてもよい。

補正量は、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜に対応して設定される値であり、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜が大きくなるに従って大きくなるように、かつ変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜が大きくなるに従って小さくなるように設定されている。
すなわち、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜が大きく変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜が小さい場合、すなわち図１の右下領域では、補正量が大きくなるように設定されている。また、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜が小さく変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜が大きい場合、すなわち図１の左上領域では、補正量が小さくなるように設定されている。

また、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜に対して、補正量が０に設定される点の集合をクラッチ接続の目標軌跡とする。回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜は、この目標軌跡に沿うように変化される。
ここで、目標軌跡の到達点は、原点に設定されている。

以下に、図３のフローチャートを参照しながら、図１に示したクラッチ制御装置の動作について説明する。この動作は、周期的に繰り返して行われるものである。
まず、外部からコントロールユニット３に入力されるアクセル開度および車速により、変速時期が判断されて変速操作が開始される（ステップＳ２１）。
続いて、コントロールユニット３は、変速装置５から切り替え完了信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ２２）。
ステップＳ２２において、切り替え完了信号を受信していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ギヤの切換を継続して（ステップＳ２３）、再度ステップＳ２１に戻る。

一方、ステップＳ２２において、切り替え完了信号を受信した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントロールユニット３は、クラッチ２の接続が完了したか否かを判定する（ステップＳ２４）。
ステップＳ２４において、クラッチ２の接続が完了した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、図３の処理を終了する。

一方、ステップＳ２４において、クラッチ２の接続が完了していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、速度偏差演算部１０は、エンジン回転速度Ｎｅおよび変速装置回転速度Ｎｉから、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜を演算する。また、変化量偏差演算部１１は、エンジン回転速度変化量演算部７で演算されたエンジン回転速度変化量ｄＮｅ／ｄｔ、および変速装置回転速度変化量演算部９で演算された変速装置回転速度変化量ｄＮｉ／ｄｔから、変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜を演算する（ステップＳ２５）。

次に、クラッチ接続量演算部１２は、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜を用いてクラッチ接続量を演算し（ステップＳ２６）、クラッチアクチュエータ４にクラッチ２接続量を出力して（ステップＳ２７）、再度ステップＳ２４に戻る。

ここで、ステップＳ２６のクラッチ接続量演算部１２が、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜を用いてクラッチ接続量を演算する処理について詳細に説明する。
クラッチ接続量演算部１２は、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜を用いて、図２の補正量座標データから補正量を求める。続いて、クラッチ接続量演算部１２は、この補正量と基本クラッチ接続量とを加算してクラッチ接続量を演算する。

図４は、図１に示したクラッチ制御装置の動作によるエンジン回転速度Ｎｅと変速装置回転速度Ｎｉとの変化を示すタイムチャートである。
まず、ギヤ切り替え完了直後は、図４のＡ部に示すように回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜が大きく、変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜が小さい。そのため、補正量が大きく設定されてクラッチ接続量は大きくされ、図４のＢ部に示すようにクラッチスリップ量は急激に減少する。

続いて、クラッチスリップ量が減少すれば、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜が小さく、変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜が大きくなる。そのため、補正量が小さく設定されてクラッチ接続量は小さくされ、図４のＣ部に示すようにクラッチスリップ量の減少速度は遅くなる。
次に、図４のＤ部に示すように回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜がともに小さくなると、図２に示すように補正量はほぼ０となり、基本クラッチ接続量のみで変速ショックを発生することなくクラッチ２が接続される。

この発明の実施の形態１に係るクラッチ制御装置によれば、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜を用いてクラッチ接続量を演算するので、クラッチスリップ量とクラッチ２の伝達トルクとを同時に制御することができ、クラッチ接続時の変速ショック量およびクラッチ接続制御時間を任意に設定することができる。

また、図２の補正量座標データに従って、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜が大きく、変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜が小さい場合には、補正量が大きくなるように設定され、また、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜が小さく、変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜が大きい場合には、補正量が小さくなるように設定され、互いに相関して０に減少していくようになっている。
そのため、エンジン回転速度Ｎｅが時間とともに曲線状に変化し、変速ショックを発生させることなく、かつ速やかにクラッチ２を接続することができる。

また、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜をｘ軸、変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜をｙ軸とし、双方の軸の値から補正量を求めてクラッチ接続量を演算するので、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜と変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜との相関を保ったままクラッチ接続量を演算することができ、適切なクラッチ２の接続工程を容易に設定することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、クラッチ接続量演算部１２が、補正量を設定する補正量座標データを記憶していると説明したが、補正量座標データは１種類に限られるものではなく、クラッチ接続量演算部１２が、複数種類の補正量座標データを記憶して、運転者からの要求や運転モード等による車両の運転状態に合わせて使用する補正量座標データを切り替えてもよい。

図５は、この発明の実施の形態２に係るクラッチ制御装置の補正量を設定する補正量座標データを示すグラフである。
図５において、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜を速やかに減少させてキビキビ感を出したい場合には、目標軌跡を実施の形態１に示したものから上方にシフトしてキビキビ仕様とし、補正量を全体的に大きく設定する。また、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜を緩やかに減少させてマイルド感を出したい場合には、目標軌跡を実施の形態１に示したものから下方にシフトしてマイルド仕様とし、補正量を全体的に小さく設定する。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

以下、上記構成のクラッチ制御装置の動作について説明する。
クラッチ接続量演算部１２は、車両の運転状態に合わせて補正量座標データを選択し、回転速度偏差｜Ｎｅ−Ｎｉ｜および変化量偏差｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜を用いて、補正量を求める。続いて、クラッチ接続量演算部１２は、この補正量と基本クラッチ接続量とを加算してクラッチ接続量を演算する。

この発明の実施の形態２に係るクラッチ制御装置によれば、クラッチ接続量演算部１２が、複数種類の補正量座標データを記憶しているので、運転者からの要求や運転モード等による車両の運転状態に応じたクラッチ接続量を設定できる。

なお、上記実施の形態１および２では、原動機がエンジン１であるとしたが、モータであっても同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態１および２では、クラッチ２は乾式であるとしたが、湿式であってもよい。また、クラッチ２は単板であるとしたが、多板であってもよい。
これらの場合も、上記実施の形態１および２と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１および２では、クラッチアクチュエータ４を動作させる動力は、モータであると説明したが、油圧Ｓｏｌ（ソレノイド）等他の動力を用いてもよい。
この場合も、上記実施の形態１および２と同様の効果を奏することができる。

この発明の実施の形態１に係るクラッチ制御装置を周辺装置とともに示すブロック図である。 クラッチ接続量演算部に記憶された補正量を設定する補正量座標データを示すグラフである。 図１に示したクラッチ制御装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示したクラッチ制御装置の動作によるエンジン回転速度と変速装置回転速度との変化を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態２に係るクラッチ制御装置の補正量を設定する補正量座標データを示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係るクラッチ制御装置の動作によるエンジン回転速度と変速装置回転速度との変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン、２ クラッチ、３ コントロールユニット、４ クラッチアクチュエータ、５ 有段型変速装置、６ エンジン回転速度検出部（原動機回転速度検出手段）、７ エンジン回転速度変化量演算部（原動機回転速度変化量演算手段）、８ 変速装置回転速度検出部（変速装置回転速度検出手段）、９ 変速装置回転速度変化量演算部（変速装置回転速度変化量演算手段）、１０ 速度偏差演算部（速度偏差演算手段）、１１ 変化量偏差演算部（変化量偏差演算手段）、１２ クラッチ接続量演算部（クラッチ接続量演算手段）、Ｎｅ エンジン回転速度（原動機回転速度）、Ｎｉ 変速装置回転速度、ｄＮｅ／ｄｔ エンジン回転速度変化量（原動機回転速度変化量）、ｄＮｉ／ｄｔ 変速装置回転速度変化量、｜Ｎｅ−Ｎｉ｜ 回転速度偏差、｜ｄＮｅ／ｄｔ−ｄＮｉ／ｄｔ｜ 変化量偏差。

Claims (5)

1. 車両に設けられた原動機と前記原動機の動力を負荷に応じたトルクおよび回転速度に変換する変速装置との間に設けられ、前記原動機の動力の伝達を断続するクラッチと、
   前記原動機の回転速度を原動機回転速度として検出する原動機回転速度検出手段と、
   前記原動機回転速度の変化量を原動機回転速度変化量として演算する原動機回転速度変化量演算手段と、
   前記変速装置の入力回転速度を変速装置回転速度として検出する変速装置回転速度検出手段と、
   前記変速装置回転速度の変化量を変速装置回転速度変化量として演算する変速装置回転速度変化量演算手段と、
   前記原動機回転速度と前記変速装置回転速度との偏差を回転速度偏差として演算する速度偏差演算手段と、
   前記原動機回転速度変化量と前記変速装置回転速度変化量との偏差を変化量偏差として演算する変化量偏差演算手段と、
   前記クラッチの接続量をクラッチ接続量として演算するクラッチ接続量演算手段と、
   前記クラッチ接続量に基づいて前記クラッチを駆動するクラッチアクチュエータと
   を備え、
   前記クラッチ接続量演算手段は、前記回転速度偏差が大きくなるに従って前記クラッチ接続量が大きくなるように、かつ前記変化量偏差が大きくなるに従って前記クラッチ接続量が小さくなるように前記クラッチ接続量を演算すること
   を特徴とするクラッチ制御装置。
2. 前記クラッチ接続量演算手段は、前記回転速度偏差および前記変化量偏差をそれぞれ直交する軸の成分として前記クラッチ接続量を演算することを特徴とする請求項１に記載のクラッチ制御装置。
3. 前記クラッチ接続量演算手段は、前記回転速度偏差および前記変化量偏差が互いに相関して減少するように前記クラッチ接続量を演算することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクラッチ制御装置。
4. 前記クラッチ接続量演算手段は、前記回転速度偏差および前記変化量偏差が同時に０になるように前記クラッチ接続量を演算することを特徴とする請求項３に記載のクラッチ制御装置。
5. 前記クラッチ接続量演算手段は、前記車両の運転状態に応じて前記クラッチ接続量を演算することを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のクラッチ制御装置。

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