JP5035185B2 - 電磁クラッチの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は電磁クラッチの制御装置に関する。

従来から外部駆動源と車両空調装置用コンプレッサとを着脱する電磁クラッチの制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−９９４１号公報

しかしながら、前述した従来の電磁クラッチの制御装置は、コンプレッサの吐出圧力に基づいて、電磁クラッチへの通電量を制御していた。コンプレッサの吐出圧力は、コンプレッサトルクが変化した後に変動する物理量である。そのため、コンプレッサトルクの変化に対して電磁クラッチの制御が遅れ、電磁クラッチを締結するための通電量が不足するという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、電磁クラッチの通電量不足を抑制することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、発動機（１）で発生した動力を、通電量に応じた伝達トルクで可変容量コンプレッサ（３１）に伝達する電磁クラッチ（３７）の制御装置であって、前記可変容量コンプレッサ（３１）の目標容量を算出する目標容量算出手段（Ｓ１）と、前記可変容量コンプレッサ（３１）の容量を前記目標容量に変更したときの推定コンプレッサトルクを算出する推定コンプレッサトルク算出手段（Ｓ２）と、前記可変容量コンプレッサ（３１）の容量を前記目標容量に変更する前に、前記電磁クラッチ（３７）の通電量を前記推定コンプレッサトルクに基づいて算出した目標通電量に変更する第１動力伝達手段（Ｓ４、Ｓ５）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コンプレッサの容量を目標容量に変更する前に、電磁クラッチの通電量を推定コンプレッサトルクに基づいて算出した目標通電量に変更するので、電磁クラッチの締結するための通電量が不足することがない。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による電磁クラッチの制御装置を備える車両のシステム概略図である。

図１に示すように、本実施形態による車両は、エンジン１と、電源装置２と、空調装置３と、コントローラ４と、を備える。

エンジン１は、車両の駆動力を発生する。エンジン１のクランクシャフト１１の一端部には、クランクシャフト１１と一体に回転するクランクプーリ１２が取り付けられる。

電源装置２は、オルタネータ２１と、バッテリ２２と、を備える。

オルタネータ２１は、エンジン１の動力によって駆動されて、車両に必要な電力を発電する。オルタネータ２１は、回転軸２５の一端部に設けられたオルタネータプーリ２３を介して、ベルト５１でエンジン１のクランクプーリ１２と機械的に連結される。回転軸２５とオルタネータプーリ２３との間には、電磁クラッチ２４が介装される。電磁クラッチ２４を締結（オン）すると、オルタネータ２１の回転軸２５がエンジン１のクランクシャフト１１に同期して回転する。これにより、オルタネータ２１は発電する。一方で、電磁クラッチ２４の締結を解除（オフ）すると、オルタネータ２１の回転軸がエンジン１のクランクシャフト１１に対して空回りし、オルタネータ２１による発電は行われない。

電磁クラッチ２４は、コントローラ４からの出力信号によってオン−オフ駆動（デューティ制御）される。運転状態に応じて通電量（デューティ比）を変化させることで、オルタネータ２１を駆動させたときにエンジン１にかかる負荷トルクを連続的に変化させることができる。

バッテリ２２は、オルタネータ２１で発電された電力を充電する。

空調装置３は、コンプレッサ３１と、コンデンサ３２と、エバポレータ３３とを備え、これらにより冷媒ガスを循環させる冷凍サイクルを形成し、空調ダクト３４の内部に配置されたエバポレータ３３によって空気を冷却する。

コンプレッサ３１は冷媒ガスを吸入圧縮し、高温・高圧になった冷媒ガスをコンデンサ３２に送り込む。コンプレッサ３１は、冷媒ガスの吐出量が変更可能な斜板形の可変容量コンプレッサである。コンプレッサ３１には、斜板制御用電磁弁３１ａが設けられている。斜板制御用電磁弁３１ａの通電量を制御することで内部の斜板角度が変化し、コンプレッサ容量（冷媒ガスの吐出量）が変化する。コンプレッサ３１は、回転軸３５の一端部に設けられたコンプレッサプーリ３６を介して、ベルト５１でエンジン１のクランクプーリ１２と機械的に連結される。回転軸３５とコンプレッサプーリ３６との間には、電磁クラッチ３７が介装される。

電磁クラッチ３７は、コントローラ４からの出力信号によってオン−オフ駆動（デューティ制御）される。電磁クラッチ３７を締結すると、コンプレッサ３１の回転軸３５がエンジン１のクランクシャフト１１に同期して回転する。電磁クラッチ３７の伝達トルクは、電磁クラッチ３７への通電量を制御することで調整される。電磁クラッチ３７の伝達トルクは、通電量を大きくするほど大きくなる。

コンデンサ３２は、コンプレッサ３１から送り込まれてきた高温・高圧の冷媒ガスを冷却して液化する。コンデンサ３２は、ラジエータ（図示せず）の前面に配置され、外気で冷却される。

空調ダクト３４は、一方の開口端３４ａの側に外気又は内気を導入する空気取入口を備え、他方の開口端３４ｂの側に車室内に連通する吹き出し口を備える。空調ダクト３４の内部にブロワファン３８と、エバポレータ３３とが配設される。

ブロワファン３８は、モータによって駆動されて空気取入口から吸入した空気をエバポレータ３３の周囲に吹き付ける。

エバポレータ３３は、コンデンサ３２で液化されて低温・低圧になった液冷媒を蒸発させることによって、ブロワファン３８によって吹き付けられたエバポレータ３３の周囲を通過する空気から熱を奪い、冷たい空気にする。

コントローラ４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ４には、コンプレッサの吐出圧力（冷媒ガス出口側の圧力）を検出する圧力センサ４１などの種々のセンサ類からの信号が入力される。

ここで、エンジン１の駆動力をコンプレッサ３１へ伝える電磁クラッチ３７の伝達トルクの大きさは、コンプレッサ３１の駆動トルク（以下「コンプレッサトルク」という）以上の値とされ、エンジン１の駆動力が確実にコンプレッサ３１に伝達されるようにする必要がある。コンプレッサトルクが電磁クラッチ３７の伝達トルクを上回ると、電磁クラッチ３７が滑ってしまうからである。

可変容量コンプレッサの場合には、コンプレッサトルクはコンプレッサ容量に応じて変化する。そのため、電磁クラッチ３７の必要伝達トルクもコンプレッサ容量に応じて変化する。電磁クラッチ３７の滑りを抑制するためには、以下の２つの方法が考えられる。

一つは、電磁クラッチ３７の通電量を一定とし、電磁クラッチ３７の伝達トルクが常に最大コンプレッサトルク（コンプレッサ容量を最大にしたときのコンプレッサトルク）よりも大きくなるようにする方法である。しかしながら、この方法では、コンプレッサトルクが小さいとき、すなわちコンプレッサ容量が小さいときにおける電磁クラッチ３７への通電量が過剰になってしまう。そのため、消費電力が増加し、オルタネータ２１による発電量が多くなるので、燃費が悪くなるという問題があった。

もう一つは、コンプレッサトルクに応じて電磁クラッチ３７の伝達トルクを変化させる方法である。この方法によれば、消費電力を低減させることができる。しかしながら、コンプレッサトルクは、コンプレッサ３１の吐出圧力に基づいてコントローラによって算出されており、吐出圧力はコンプレッサトルクが変化した後で変動する物理量である。そのため、吐出圧力から算出したコンプレッサトルクに基づいて電磁クラッチ３７の通電量（伝達トルク）を制御すると、電磁クラッチ３７の制御が遅れて伝達トルクよりもコンプレッサトルクが大きくなるおそれがある。したがって、電磁クラッチ３７の滑りを抑制しきれないという問題があった。

そこで、本実施形態では、コンプレッサ容量を増大させる前に、予め電磁クラッチ３７の通電量を増加させる。これにより、消費電力を低減しつつ、電磁クラッチ３７の滑りを抑制する。以下、この電磁クラッチ３７の制御について説明する。

図２は、本実施形態による電磁クラッチ３７の制御について説明するフローチャートである。コントローラ４は、本ルーチンをエンジンの運転中であってエアコンスイッチがＯＮにされているときに、所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。

ステップＳ１において、コントローラ４は、コンプレッサ３１の目標コンプレッサ容量を算出する。

ステップＳ２において、コントローラ４は、コンプレッサ容量を目標コンプレッサ容量にしたときのコンプレッサトルクの推定値（以下「推定コンプレッサトルク」という）を算出する。

ステップＳ３において、コントローラ４は、推定コンプレッサトルクにて電磁クラッチ３７の締結を維持するために必要な目標通電量（目標伝達トルク）を算出する。目標伝達トルクは、推定コンプレッサトルク以上の値とされる。

ステップＳ４において、コントローラ４は、電磁クラッチ３７の通電量を目標通電量へと変更する。

ステップＳ５において、コントローラ４は、電磁クラッチ３７の通電量が目標通電量に達した後、コンプレッサ容量を目標コンプレッサ容量へと変更する。

図３は、電磁クラッチ３７の制御動作を示すタイムチャートである。以下の説明では、図２のフローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。

時刻ｔ１で、車両が減速状態となり（図３（Ａ））、回生制御が実施されて目標コンプレッサ容量が変化すると、コントローラ４はその目標コンプレッサ容量に基づいて推定コンプレッサトルクを算出する（Ｓ１，Ｓ２）。そして、推定コンプレッサトルクに基づいて電磁クラッチ３７の目標通電量を算出し、電磁クラッチ３７の通電量を目標通電量へと変更する（図３（Ｃ）；Ｓ３，Ｓ４）。

時刻ｔ２で、電磁クラッチ３７の通電量が目標通電量に達すると（図３（Ｃ））、コントローラ４は、斜板制御用電磁弁３１ａの通電量を増加させて、コンプレッサ３１のコンプレッサ容量を目標コンプレッサ容量へと変更する（図３（Ｂ）；Ｓ５）。

以上説明した本実施形態によれば、電磁クラッチ３７の伝達トルクを増加させてから、コンプレッサ３１のコンプレッサ容量を増加させることとした。これにより、電磁クラッチ３７の伝達トルクがコンプレッサトルクを下回るのを抑制でき、電磁クラッチ３７が滑るのを抑制できる。

また、電磁クラッチ３７の伝達トルクがコンプレッサトルクを下回るのを防止するために、予め電磁クラッチ３７の伝達トルクを常に高トルクに維持する場合と比較して、電磁クラッチ３７への通電量を低減することができる。

これにより、オルタネータ２１による発電量が低減するので、燃費を向上させることができる。オルタネータ２１の駆動時間が減少することで、燃料カット運転時における減速加速度も低減する。よって、燃料カット運転の時間が長くなり、燃費を向上させることができる。燃料カット運転とは、各気筒への燃料噴射を停止する運転のことをいい、エンジン１の運転状態が減速時などの所定の運転状態になったときに実施される。

また、アイドルストップ車両に本制御を適用した場合には、電磁クラッチ３７の通電量が低減することで、アイドルストップ時におけるバッテリ２２の電力消費量が低減するので、バッテリ残容量に基づく再始動要求の発生が遅くなる。よって、アイドルストップ時間を長くすることができ、燃費を向上させることができる。

なお、アイドルストップ車両とは、例えば信号待ちによって車両が停止したときなどに、所定のエンジン停止条件が成立していればエンジン１を自動停止させ、その後、所定のエンジン再始動条件が成立すればエンジン１を再始動させる車両である。

エンジン停止条件としては、アクセルペダルの踏み込み量が所定量より小さいこと、ブレーキペダルが踏み込まれていること、車速が所定値よりも小さいことなどがある。エンジン再始動条件としては、アクセルペダルの踏み込み量が所定量より大きいこと、ブレーキペダルが踏み込まれていないことなどがある。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図４を参照して説明する。本実施形態は、電磁クラッチ３７が滑るおそれのないときは、従来通り吐出圧力に基づいて電磁クラッチの通電量を制御する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。

斜板制御用電磁弁３１ａへの通電量の単位時間当たりの変化量が低いときや、エンジン回転速度が低いときは、コンプレッサ内部の斜板の応答性が低くなる。そのため、単位時間当たりのコンプレッサトルクの変化量（コンプレッサトルクの変化速度）も小さくなる。したがって、コンプレッサの吐出圧力から推定したコンプレッサトルクに基づいて電磁クラッチ３７の伝達トルクを変化させても、電磁クラッチ３７が滑るおそれがない。

そこで本実施形態では、まずコンプレッサ容量を変化させた後に電磁クラッチ３７の通電量を変化させると、その間に電磁クラッチ３７が滑るおそれがあるか否かを判定する。

以下、本実施形態による電磁クラッチ３７の制御について説明する。

図４は、本実施形態による電磁クラッチ３７の制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１からステップＳ５までの処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２１において、コントローラ４は、コンプレッサ容量を目標コンプレッサ容量にしたときの単位時間当たりの斜板制御用電磁弁３１ａの通電量の変化量の推定値（以下「推定変化量」という）を算出する。

ステップＳ２２において、コントローラ４は、コンプレッサ容量を変更した後に電磁クラッチ３７の通電量を変更すると、電磁クラッチ３７が滑るおそれのある運転状態か否かを判定する。具体的には、図５のテーブルを参照し、エンジン回転速度に基づいて算出した閾値と、推定変化量と、を比較して判定する。閾値はエンジン回転速度が高いときほど小さい値となる。コントローラ４は、推定変化量が閾値より大きければ電磁クラッチ３７が滑るおそれがあるとしてステップＳ２に処理を移行する。一方、推定変化量が閾値よりも小さければ電磁クラッチ３７が滑るおそれがないとしてステップＳ２２に処理を移行する。

ステップＳ２３において、コントローラ４は、コンプレッサ容量を目標コンプレッサ容量へと変更する。

ステップＳ２４において、コントローラ４は、コンプレッサの吐出圧力から電磁クラッチ３７の目標通電量を算出する。

ステップＳ２５において、コントローラ４は、電磁クラッチ３７の通電量を目標通電量へと変更する。

図６は、本実施形態による電磁クラッチ３７の制御の動作を示すタイムチャートである。以下の説明では、図４のフローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。

時刻ｔ１で、車両が減速状態となり（図６（Ａ））、回生制御が実施されて目標コンプレッサ容量が変化すると、現在のコンプレッサ容量から目標コンプレッサ容量に変更したときの斜板制御用電磁弁３１ａの通電量の推定変化量を算出する（Ｓ２１）。そして、推定変化量を、現在のエンジン回転速度に基づいて算出した閾値と比較する（Ｓ２２）。

ここでは、推定変化量がエンジン回転速度に基づいて算出した閾値よりも小さい場合を想定しているので、コントローラ４は、斜板制御用電磁弁３１ａの通電量を増大してコンプレッサ容量を目標コンプレッサ容量へ変更する（図６（Ｂ）；Ｓ２２でＮｏ，Ｓ２３）。さらにコンプレッサ３１の吐出圧力に基づいて電磁クラッチ３７の目標通電量を算出し、電磁クラッチ３７の通電量を目標通電量へと変更する（図６（Ｃ）（Ｄ）；Ｓ２４，Ｓ２５）。

推定変化量が閾値よりも低いときは、コンプレッサ内部の斜板の応答性が低く、コンプレッサ容量がゆっくりと変化していく。そのため、吐出圧力から推定したコンプレッサトルクと、実コンプレッサトルクと、の間にほとんどズレがない。したがって、このような場合には、コンプレッサの吐出圧力から推定したコンプレッサトルクに基づいて電磁クラッチ３７の伝達トルクを変化させても、電磁クラッチ３７が滑るおそれがない。逆に、電磁クラッチ３７への通電量を増大させてから、コンプレッサ容量を増大させることとすると、コンプレッサ容量を増大させるタイミングが遅くなり、効率良く回生を実施できなくなる。

このように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、電磁クラッチ３７が滑るおそれのないときは、電磁クラッチ３７の通電量の増加を待たずにコンプレッサ容量を増大するので、効率良く回生できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

電磁クラッチの制御装置を備える車両のシステム概略図である。 第１実施形態による電磁クラッチ制御について説明するフローチャートである。 第１実施形態による電磁クラッチ制御の動作を示すタイムチャートである。 第２実施形態による電磁クラッチ制御について説明するフローチャートである。 推定変化量と比較する閾値を算出するテーブルである。 第２実施形態による電磁クラッチ制御の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン（発動機）
３１ コンプレッサ（可変容量コンプレッサ）
３１ａ 圧力センサ（吐出圧力検出手段）
３７ 電磁クラッチ
Ｓ１ 目標容量算出手段
Ｓ２ 推定コンプレッサトルク算出手段
Ｓ２１ トルク変化量算出手段
Ｓ４，Ｓ５ 第１動力伝達手段
Ｓ２３〜Ｓ２５ 第２動力伝達手段

Claims (4)

1. 発動機で発生した動力を、通電量に応じた伝達トルクで可変容量コンプレッサに伝達する電磁クラッチの制御装置であって、
   前記可変容量コンプレッサの目標容量を算出する目標容量算出手段と、
   前記可変容量コンプレッサの容量を前記目標容量に変更したときの推定コンプレッサトルクを算出する推定コンプレッサトルク算出手段と、
   前記可変容量コンプレッサの容量を前記目標容量に変更する前に、前記電磁クラッチの通電量を前記推定コンプレッサトルクに基づいて算出した目標通電量に変更する第１動力伝達手段と、
   を備えることを特徴とする電磁クラッチの制御装置。
2. 前記可変容量コンプレッサの吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、
   前記可変容量コンプレッサの容量を前記目標容量に変更したときのコンプレッサトルクのトルク変化量を算出するトルク変化量算出手段と、
   前記トルク変化量が所定のトルク変化量より小さいときは、前記電磁クラッチの通電量を、前記可変容量コンプレッサの容量を目標容量に変更した後の前記吐出圧力に応じて算出した目標通電量に変更する第２動力伝達手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチの制御装置。
3. 前記所定のトルク変化量は、エンジン回転速度が高いときほど小さい
   ことを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチの制御装置。
4. 前記目標通電量算出手段は、前記電磁クラッチの伝達トルクが前記推定コンプレッサトルク以上となる目標通電量を算出する
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の電磁クラッチの制御装置。

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