JP5268218B2 - クラッチを作動させるための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と車両の少なくとも１つの駆動輪との間のクラッチを作動させる方法及び装置に関するものであり、押圧力または接触圧によってクラッチを踏み込むことによって、内燃機関と駆動輪との間でトルクが伝達される。

クラッチがスリップしつつ作動すると、クラッチライニングの既知の摩擦係数に基づいて、伝達されるクラッチトルクの推定が行われる。このトルク情報は、トランスミッションの入力トルクを求めるために参照されるべきものである。トランスミッションの入力トルクの正確な把握は、とりわけ無段自動変速機（ＣＶＴ）の場合に重要な意味を持っており、それによって、巻掛式トランスミッションのベルト張力調整の際の安全圧力を下げ、トランスミッションの効率を上げることができる。

本発明の課題は、クラッチの作動を改善することである。

上記課題は、請求項１によるまたは請求項４による、内燃機関と車両の少なくとも１つの駆動輪との間のクラッチを作動させるための方法または装置によって解決される。この場合、内燃機関と車両の少なくとも１つの駆動輪との間のクラッチを作動させるために、押圧力または接触圧でクラッチを踏み込むことによって、内燃機関と駆動輪との間でトルクが伝達され、その際、押圧力または接触圧は、内燃機関と駆動輪との間でのトルク伝達の際のクラッチ内でのクラッチスリップ量と目標クラッチスリップ量とに依存して閉ループ制御され、押圧力または接触圧をクラッチを介して伝達されたトルクに依存して計算する逆クラッチモデルを用いて押圧力または接触圧が閉ループ制御される。

本発明の有利な実施形態では、押圧力または接触圧は、クラッチスリップ量と目標クラッチスリップ量との差分に依存して調整される。

本発明の別の有利な実施形態では、押圧力または接触圧はスリップ量調整部を用いて調整される。

本発明のさらに別の有利な実施形態では、押圧力または接触圧は、クラッチを介して伝達されたトルクに依存して押圧力または接触圧を計算する逆クラッチモデルを用いて調整される。

押圧力または接触圧でクラッチを踏み込むことによって、内燃機関と駆動輪との間でトルクが伝達される形式の、内燃機関と車両の少なくとも１つの駆動輪との間のクラッチを作動させるための本発明による装置は、内燃機関と駆動輪との間でのトルク伝達の際に、クラッチ内でのクラッチスリップ量と目標クラッチスリップ量とに依存して、押圧力または接触圧を調整するためのスリップ量調整部を有している。

本発明の有利な実施形態では、スリップ量調整部は、クラッチを介して伝達されたトルクに依存して押圧力または接触圧を計算する逆クラッチモデルを有している。

本発明の別の有利な実施形態では、スリップ量調整部は、クラッチスリップ量と目標クラッチスリップ量との差分トルクを計算するレギュレータを有している。

本発明の別の有利な実施形態では、逆クラッチモデルの入力量は差分トルクに依存している。

本発明の別の有利な実施形態では、差分トルクと、内燃機関によって発生されたエンジントルクとの和が、逆クラッチモデルの入力量である。

本発明の別の有利な実施形態では、クラッチの摩擦係数が逆クラッチモデルのパラメータである。

本発明の別の有利な実施形態では、クラッチの摩擦係数を補正する補正部が設けられている。

他の詳細及び利点は、以下の実施例の説明から明らかとなる。個々の図は次の通りである。

図１は、自動車のドライブユニットを示し、
図２は、クラッチ制御部を示し、
図３は、スリップ量調整部を示し、
図４は、フローチャートを示し、
図５は、摩擦係数−スリップ量−特性曲線を示し、
図６は、フローチャートを示し、
図７は、図４によるフローチャートの解説であり、
図８は、図６によるフローチャートの解説であり、
図９は、クラッチ制御の有利な実施例を示し、
図１０は、スリップ量調整部の択一的実施例を示し、
図１１は、経時的にプロットされたスリップ量を示し、
図１２は、経時的にプロットされたスリップ量を示し、
図１３は、クラッチを示している。

図１には、自動車のドライブユニットが示されている。図中では、参照番号１によって内燃機関が示されており、内燃機関はシャフト４を介して自動変速機２と結合されている。自動変速機２は、特に有利には、巻掛式無段変速機として形成されている。自動変速機２は、クラッチインプットシャフト５、クラッチ３、クラッチアウトプットシャフト６、ディファレンシャル７を介して、自動車を駆動するための駆動輪８，９と結合されている。クラッチを接触圧ｐで踏み込むことによって、クラッチ３を介して伝達されたトルクは調節可能である。クラッチ３を介して伝達されたトルクを調節するために、クラッチ制御部１２が設けられており、このクラッチ制御部１２が、目標接触圧ｐ^＊を設定することでクラッチ３内の接触圧を調節する。この接触圧は、クラッチを踏み込む際の押圧力と同義である。

クラッチ制御部１２への入力量は、回転数センサ１０を用いて測定されるクラッチインプットシャフト５の回転数ｎ_Ｅ、回転数センサ１１を用いて測定されるクラッチアウトプットシャフト６の回転数ｎ_Ａ、自動変速機２の変速比ｉ、及びクラッチ３のクラッチスリップ量の目標値Δｎ^＊（目標クラッチスリップ量）であり、オプションとして、内燃機関１のトルクＴ_Ｍと、内燃機関１のトルクＴ_Ｍに関する情報の不正確さに関する情報ΔＴ_Ｍがある。クラッチスリップ量Δｎは、
Δｎ＝ｎ_Ｅ−ｎ_Ａ
で定義される。内燃機関１のトルクＴ_Ｍ、ならびに内燃機関１のトルクＴ_Ｍに関する情報の不正確さに関する情報ΔＴ_Ｍは、例えば、図示されていないエンジン制御部によって供給される。

図２にはクラッチ制御部１２が示されている。クラッチ制御部１２は、差分形成部２０、スリップ量調整部２１及び補正部２２を有している。スリップ量調整部２１は図３で、補正部は図４で詳細に説明されている。差分形成部は、スリップ量調整部２１への入力量であるクラッチスリップ量Δｎを求める。スリップ量調整部２１の別の入力量は、目標クラッチスリップ量Δｎ^＊、内燃機関１のトルクＴ_Ｍ、自動変速機２の変速比ｉ、及び摩擦係数μである。摩擦係数μは、補正部２２を用いて形成される。補正部２２への入力量は、目標クラッチスリップ量Δｎ^＊、自動変速機２の変換比ｉ、内燃機関１のトルクＴ_Ｍ、内燃機関１のトルクＴ_Ｍに関する情報の不正確さに関する情報ΔＴ_Ｍ、及びスリップ量調整部２２１によって形成される差分トルクＴ_Ｒである。摩擦係数μの他には、補正されたエンジントルクＴ_ＭＫが補正部２２の他の基準量である。スリップ量調整部２１はさらに目標接触圧ｐ^＊を形成する。

図３には、スリップ量調整部２１の内部構造が示されている。スリップ量調整部２１は、クラッチスリップ量Δｎをフィルタリングするフィルタ３１を有している。加算器３６を用いて、目標クラッチスリップ量Δｎ^＊と、フィルタ３１によってフィルタリングされたクラッチスリップ量Δｎとの差分が形成される。この差分は、否定素子３２によって否定され、有利な実施例ではＰＩＤレギュレータとして実施されているレギュレータ３３への入力量となる。レギュレータ３３の出力量は差分トルクＴ_Ｒである。

エンジントルクＴ_Ｍはフィルタ３４によってフィルタリングされる。このようにしてフィルタリングされたエンジントルクＴ_Ｍは、乗算器７０によって自動変速機２の変速比ｉと乗積され、加算器３７によって差分トルクＴ_Ｒと加算される。差分トルクＴ_Ｒと、フィルタリングされ自動変速機２の変速比ｉと乗積されたエンジントルクとの和が、クラッチ３によって伝達されるべきクラッチトルクＴ_Ｋであり、摩擦係数μとともに逆クラッチモデル３５への入力値である。例示的な実施形態では、逆クラッチモデル３５において次の数式が成り立つ。

ここで、Ａはクラッチ３のピストン面積であり、ｒはクラッチ３の有効摩擦半径であり、Ｚ_Ｒはクラッチ３の摩擦面の数であり、Ｆ_０はクラッチ３によるトルク伝達に必要な最小の動力である。

図４では、フローチャートによって補正部２２の実行が示されている。図中では、参照番号４０によってプロセスの開始が、参照番号４９によってプロセスの終了が示されている。ステップ４１では、エンジントルクに関する情報Ｔ_Ｍ、エンジントルクＴ_Ｍに関する情報の不正確さに関する情報ΔＴ_Ｍ、差分トルクＴ_Ｒ、目標クラッチスリップ量Δｎ^＊及び接触圧ｐが読み込まれる。

次のステップ４２では、目標クラッチスリップ量Δｎ^＊と接触圧ｐとから摩擦係数μが形成される。これは、有利な実施形態では、接触圧ｐに依存する摩擦係数−スリップ量−特性曲線を用いて行われる。このような特性曲線が図５に図示されており、参照番号５０で表されている。

ステップ４２に続いて質問４３が行われ、
ΔＴ_Ｍ≦Ｔ_１
であるかどうかが質問される。ここで、Ｔ_１は（第１の）許容値である。

ΔＴ_Ｍ≦Ｔ_１
である場合、ステップ４４が実行され、クラッチの新たな摩擦係数μが

に従って形成され、補正されたエンジントルクＴ_ＭＫが
Ｔ_ＭＫ＝Ｔ_Ｍ
に従って形成される。

ステップ４４に続くステップ４５では、摩擦係数μの新たな値と目標クラッチスリップ量Δｎ^＊が、変更された摩擦係数−スリップ量−特性曲線上の値対を形成するようように、接触圧に依存する摩擦係数−スリップ量−特性曲線を変更する。ステップ４５は図５によって詳細に示される。図中では、μ_１が、ステップ４５の実行前に有効であった接触圧に対する摩擦係数μの値を表し、μ_２が、ステップ４５の実行後に有効となる接触圧に対する摩擦係数μの値を表している。摩擦係数μ_１は、特性曲線５０を用いて、目標クラッチスリップ量Δｎ^＊に依存して形成される（ステップ４２参照）。ステップ４５では、値μ_２と目標クラッチスリップ量Δｎ^＊が、摩擦係数−クラッチスリップ量−特性曲線５１上の値対となるような摩擦係数−クラッチスリップ量−特性曲線５１が生じるように、摩擦係数−クラッチスリップ量−特性曲線５０を変更する。

ΔＴ_Ｍ≦Ｔ_１
が満たされない場合は、ステップ４４の代わりにステップ４８が実行され、補正されたエンジントルクＴ_ＭＫは、内燃機関１によって発生されたエンジントルクＴ_Ｍと、自動変速機２の変速比ｉによって除された差分トルクＴ_Ｒとの和に設定される。すなわち、
Ｔ_Ｍ＝Ｔ_Ｍ＋Ｔ_Ｒ／ｉ
ステップ４６またはステップ４８に続く質問４７では、それまでのプロセスを反復するかどうかが質問される。反復する場合は、ステップ４１が実行される。反復しない場合は、プロセスは終了する。

図６には、図４のフローチャートの変形が示されている。この変形フローチャートでは、ステップ４３の後には、ステップ４８ではなく、質問６０が続く。質問６０によって、
ΔＴ_Ｍ＞Ｔ_２
が満たされているかどうかが質問される。ここで、Ｔ_２は第２の許容値である。この条件が満たされている場合は、ステップ４８が実行される。逆にこの条件が満たされていない場合は、ステップ４６が実行される。

図７及び図８には、図４及び図６によるフローチャートの間の相違が詳細に示されている。横軸には内燃機関１のエンジントルクＴ_Ｍに関する情報の不正確さに関する情報ΔＴ_Ｍがとられている。図７及び図８の縦軸は、いずれのステップが実行されるかを示している。ここで、値−１はステップ４４及び４５の実行を表し、値１はステップ４８の実行を表し、値０はステップ４４及び４５もステップ４８も実行されないことを表している。図４の質問４３は２値スイッチに相応する。図６の質問４３と６０の組合せは３点スイッチに相応する。もちろん、これら２つの簡単なスイッチタイプの代わりに、例えばファジーテクノロジーによって実行し得る流動的遷移のような複雑な切換プロセスも考えられる。

図９には、図１のクラッチ制御部１２の代わりとして使用可能なクラッチ制御部７９の有利な実施例が示されている。図９のクラッチ制御部７９は、スリップ量調整部８０と、特に自動変速機２のようなドライブユニットをトルクの衝撃から保護するための保護装置８１とを有している。保護装置８１の出力量は衝撃トルクＴ_Ｓである。衝撃トルクＴ_Ｓは、有利な実施形態では、

に従って計算される。ここで、
Ｊ_１は、内燃機関が配置されているクラッチ３の側面上のドライブユニットの第１コンポーネントの慣性モーメントであり、
Δｎ_ｍａｘは、許容可能な最大クラッチスリップ量であり、
Ｔ_Ｃは、一定のトルクであり、
Δｔは、トルク衝撃からスリップ量の増大までの時間である。

いわゆるトルク衝撃の発生、特にドライブユニット内の駆動輪８及び９に起因するトルク衝撃の発生の際に、自動変速機２が損傷を受ける可能性がある。この場合、特に重要なのは、例えばＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）の変速機の保護である。トルク衝撃によるこのような巻掛式トランスミッションの短時間の空転だけで、巻掛式トランスミッションに損傷が残ってしまうことになりかねない。この種のトルク衝撃は、例えば、小さな摩擦係数を有する路面状態から大きな摩擦係数を有する路面状態への移行の際に生じる。例えば、氷で覆われた路面から乾いた路面への移行、またはレールの踏み越しがその例である。

スリップ持続時間Δｔが短い場合は、衝撃トルクＴ_Ｓを一定トルクＴ_Ｃに等しく設定することができる。

有利な実施形態では、衝撃トルクＴ_Ｓがトランスミッション制御部に伝わり、その結果、例えば巻掛式トランスミッション内の接触圧が相応に高められるように意図されている。巻掛式トランスミッション内で要求される接触圧は衝撃トルクＴ_Ｓに依存している。

図１０には、スリップ量調整部８０が詳細に示されている。スリップ量調整部８０は最小値形成部８２によってスリップ量調整部２１とは区別される。最小値形成部８２は、差分トルクＴ_Ｒと衝撃トルクＴ_Ｓを比較し、小さな方のトルクを出力値として出す。

図１１には、図９によるクラッチ制御部７９を使用した場合の相応のスリップ量Δｎが時間ｔに亘って示されている。図中では、時点ｔ_１によって、許容される最大スリップ量Δｎ_ｍａｘに達する時点が表らわされ、ｔ_２によって、トルク衝撃によって条件付けられたスリップ量が減衰する時点が表されている。時点ｔ_２とｔ_１の間の時間間隔がスリップ時間Δｔである。図１１には、目標クラッチスリップ量Δｎ^＊がゼロに等しい場合の、クラッチスリップ量Δｎの経過が示されている。この場合、クラッチスリップ量Δｎは時点ｔ_２において目標クラッチスリップ量Δｎ^＊に等しい。

クラッチ３を熱負荷から保護するために、スリップ時間Δｔは、有利にはクラッチ３内の熱負荷に依存して調節される。そのために、クラッチ３の温度が、熱力学的モデルを用いて推定される。推定されたクラッチ３の温度が臨界温度を上回ると、目標クラッチスリップ量Δｎ^＊はゼロに低減される。さらに、有利な実施形態では、いわゆる予備接触圧が上昇される。これは、値Ｆ_０を上げることによって行うことができる。択一的には、いわゆる予備トルクも上げてよい。これは、例えば値Ｔ_Ｃを上げることによって為される。

図１３には、クラッチ３の例示的な実施形態が示されている。図中では、参照番号８３が油圧油用の潤滑油給油管を、参照番号８４が外側支持体を、参照番号８５が内側支持体を、参照番号８６が外側ディスクを、参照番号８７が内側ディスクを、参照番号８８がリターンスプリングを、参照番号９３がシリンダを、参照番号９４がピストンを、参照番号９５がプレッシャプレートを、参照番号９６が圧力媒体供給管を表している。クラッチインプットシャフト５と結合された外側支持体８４には、有利な実施形態ではクラッチライニングなしのスチールディスクである外側ディスク８６が配置されている。クラッチアウトプットシャフト６と結合された内側ディスク８５は、クラッチライニングでコーティングされた内側ディスクを支持している。所定の圧力レベルの油圧油を圧力媒体供給管９６を介してシリンダ９３内に入れる際に、ピストン９４はリターンスプリング８８の力に反してプレッシャプレート９５の方向に動き、内側及び外側ディスク８７と８６とから成るディスクパケットを圧縮する。ディスクパケットの冷却のために、潤滑油給油管８３を介して、内側及び外側ディスク８７と８６に油圧油が供給される。

自動車のドライブユニットを示す。 クラッチ制御部を示す。 スリップ量調整部を示す。 フローチャートを示す。 摩擦係数−スリップ量−特性曲線を示す。 フローチャートを示す。 図４によるフローチャートの解説である。 図６によるフローチャートの解説である。 クラッチ制御の有利な実施例を示す。 スリップ量調整部の択一的実施例を示す。 経時的にプロットされたスリップ量を示す。 経時的にプロットされたスリップ量を示す。 クラッチを示す。

１ エンジン
２ トランスミッション
３ クラッチ
４ シャフト
５ クラッチインプットシャフト
６ クラッチアウトプットシャフト
７ ディファレンシャル
８，９ 駆動輪
１０．１１ 回転数センサ
１２，７９ クラッチ制御部
２０ 差分形成部
２１，８０ スリップ量調整部
２２ 補正部
３１，３４ フィルタ
３２ 否定素子
３３ レギュレータ
３５ 逆クラッチモデル
３６，３７ 加算器
４０ プロセスの開始
４１，４２，４４，４５，４６，４８ ステップ
４３，４７，６０ 質問
４９ プロセスの終了
５０，５１ 摩擦係数−スリップ量−特性曲線
７０ 乗算器
８１ 保護装置
８２ 最小値形成部
８３ 潤滑油給油管
８４ 外側支持体
８５ 内側支持体
８６ 外側ディスク
８７ 内側ディスク
８８ リターンスプリング
９１ エンジントルク目標値設定部
９３ シリンダ
９４ ピストン
９５ プレッシャプレート
９６ 圧力媒体供給管
ｎ_Ｅ クラッチインプットシャフトの回転数
ｎ_Ａ クラッチアウトプットシャフトの回転数
Ｔ_Ｍ エンジントルクに関する情報
ΔＴ_Ｍ エンジントルクに関する情報の不正確さ
Ｔ_Ｒ 差分トルク（レギュレータ出力）
Ｔ_Ｋ クラッチトルク
Ｔ_１ 第１の許容値
Ｔ_２ 第２の許容値
Δｎ クラッチスリップ量
Δｎ^＊ 目標クラッチスリップ量
ｉ トランスミッションの変速比
ｐ 接触圧
ｐ^＊ 目標接触圧
μ，μ_１，μ_２ 摩擦係数
Ｊ_１ 内燃機関が配置されているクラッチの側面上のドライブユニットの慣性モーメント
Δｎ_ｍａｘ 許容可能な最大のクラッチスリップ量
Ｔ_Ｃ 一定のトルク
Δｔ トルク衝撃からスリップ量の増大までの時間間隔
Ａ_Ｒ クラッチのスチールディスクの摩擦面
Ｚ_Ｒ クラッチの摩擦面の数
Ｔ_ＭＫ 補正されたエンジントルク
Ｆ_０ クラッチによるトルク伝達に必要な最小の動力
Ｔ_Ｓ 衝撃トルク
ｔ_１ 時点
ｔ_２ 時点
ｒ クラッチの有効摩擦半径

Claims (6)

1. 内燃機関（１）と車両の少なくとも１つの駆動輪（８，９）との間のクラッチ（３）を作動させるための方法であって、
   前記クラッチ（３）を押圧力または接触圧（ｐ）で踏み込むことによって、前記内燃機関（１）と前記駆動輪（８，９）との間でトルクが伝達され、
   前記内燃機関（１）と駆動輪（８，９）との間でのトルク伝達の際に、前記クラッチ（３）内でのクラッチスリップ量と目標クラッチスリップ量とに依存して押圧力または接触圧（ｐ）が閉ループ制御されるようにした方法において、
   押圧力または接触圧（ｐ）をクラッチ（３）を介して伝達されるトルクに依存して計算する逆クラッチモデルを用いて押圧力または接触圧（ｐ）を閉ループ制御し、
   その際に、前記押圧力または接触圧（ｐ）は、前記逆クラッチモデルの入力量用に前記クラッチスリップ量と前記目標クラッチスリップ量とに依存して計算される差分トルクに依存して閉ループ制御される、
   ことを特徴とするクラッチを作動させるための方法。
   
2. 押圧力または接触圧（ｐ）をスリップ量調整部（２１，８０）を用いて閉ループ制御する、請求項１記載の方法。
   
3. 内燃機関（１）と車両の少なくとも１つの駆動輪（８，９）との間のクラッチ（３）を作動させるための装置であって、
   前記クラッチ（３）を押圧力または接触圧（ｐ）で踏み込むことによって、前記内燃機関（１）と前記駆動輪（８，９）との間でトルクが伝達され、
   前記内燃機関（１）と駆動輪（８，９）との間でのトルク伝達の際に、前記クラッチ（３）内でのクラッチスリップ量と目標クラッチスリップ量とに依存して押圧力または接触圧（ｐ）を閉ループ制御するためのスリップ量調整部（２１，８０）が設けられている装置において、
   前記スリップ量調整部（２１，８０）は、押圧力または接触圧（ｐ）をクラッチ（３）を介して伝達されるトルクに依存して計算する逆クラッチモデルを有しており、
   前記スリップ量調整部（２１，８０）はさらに、前記クラッチスリップ量と目標クラッチスリップ量とに依存して差分トルクを計算するためのレギュレータを有しており、
   前記逆クラッチモデルの入力量は前記差分トルクに依存する、
   ことを特徴とするクラッチを作動させるための装置。
   
4. 差分トルクと内燃機関（１）により発生されたエンジントルクとの和が前記逆クラッチモデルの入力量である、請求項３記載の装置。
   
5. クラッチ（３）の摩擦係数が前記逆クラッチモデルのパラメータである、請求項３または４記載の装置。
   
6. 前記クラッチ（３）の摩擦係数を補正する補正部を有する、請求項５記載の装置。

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