JP5927626B2 - クラッチタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のエンジンとモータージェネレータとの間に設けられたクラッチの係合時のトルクショックや回転数変動を抑制することが可能なクラッチタイミング制御装置に関する。

例えば、ハイブリッド車では車両の動力源としてエンジンとモータとを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしている（例えば、特開平１１−２８５１０７号公報参照（特許文献１））。このハイブリッド車では、エンジンとモータジェネレータとの間にクラッチを設け、エンジンとモータとの両駆動源を選択的に連結することで車両を走行させている。

このようなエンジンとモータジェネレータの間にクラッチを配置する車両において、クラッチの係合をスムーズにする方法が採用されており、例えば、変速比と速度の所定領域は変速モードを無段変速から固定変速モードに切り替えることで安定したクラッチの係合を図っている。（特開２００９−２９８１７４号）。

しかしながら、従来のクラッチの係合方法ではクラッチ係合時にエンジンとモータの回転数差がある程度発生し、それによりクラッチ接続時のトルクショックや回転数変動が発生するという問題があった。

特開平１１−２８５１０７号公報 特開２００９−２９８１７４号公報

本発明は、以上の事情に鑑みて創作されたものであり、車両のエンジンとモータージェネレータとの間に設けられたクラッチについて、クラッチ係合時のトルクショックや回転数変動を容易に抑制し得るクラッチタイミング制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のクラッチタイミング制御装置では、
エンジンとモータジェネレータの間にクラッチを配置する車両において、エンジンの回転数がエンジンの正弦波に近似する場合に、モータの回転数がエンジンの回転数より高い場合は、前記正弦波のエンジンの回転数の極大点からディレイ時間を引いた時点をクラッチ係合のタイミングとし、モータの回転数がエンジンの回転数より低い場合は、前記正弦波のエンジンの回転数の極小点からディレイ時間を引いた時点をクラッチ係合のタイミングとするように制御しており、前記ディレイ時間は、モータ回転数がクラッチＯＮ指令からエンジン回転数に同期するまでにかかる時間である。

本発明のクラッチタイミング制御装置によれば、例えば、クラッチ結合時（係合時）にモータの回転数がエンジンの回転数より大きい場合は、結合指令より後のエンジンの回転数脈動の下死点から降下する傾斜にモータの回転数の降下を同期させるようにタイミング制御することができる。逆にモータの回転数がエンジンの回転数より小さい場合は、結合指令より後のエンジンの回転数脈動の上死点から上昇する傾斜にモータの回転数の上昇を同期させるようにタイミング制御することができる。したがって、エンジンとモータとの回転数差を少なくし、同位相で接続が可能となる。その結果、本クラッチタイミング制御装置では、クラッチ係合時のトルクショックや回転数変動を特別な装置を用いることなく抑制することができる。

本発明のクラッチタイミング制御装置によれば、車両のエンジンとモータージェネレータとの間に設けられたクラッチについて、クラッチ結合時（係合時）におけるトルクショックや回転数変動を抑制することができる。

本発明のクラッチタイミング制御装置で動作制御の対象となるクラッチ及びその周辺装置を示した概略図である。 モータの回転数をエンジンの回転数脈動に合わせる様子を示したタイミングチャートである。（ａ）はモータ回転数＞エンジン回転数の場合、（ｂ）はモータ回転数＜エンジン回転数の場合、を示している。 図３（ａ）は、図２においてモータ回転数（ａ）とエンジンの回転数とが同期する部分を拡大したものであり、ディレイ時間Ａを示している。また、図３（ｂ）はバッテリ電圧（図示せず）とディレイ時間Ａとの関係を示すグラフ図である。 モータ回転数＞エンジン回転数の場合における本クラッチタイミング制御装置の制御構成全体のタイミングチャートである。 本クラッチタイミング制御装置における制御構成を示すフローチャートである。

続いて、本発明の一実施形態に係るクラッチタイミング制御装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、クラッチタイミング制御装置での制御対象となるクラッチ及びその周辺装置についての概略を説明する。

図１は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジン）１と、バッテリによって駆動されるモータジェネレータ２の少なくとも２つの駆動源を有する車両におけるＣＶＴ等の変速機５の駆動を示す概略図である。なお、モータジェネレータ２は、走行駆動源であるモータとしての機能と発電機及びスタータとしての機能とを有するように構成されるものである。

コンプレッサ５や空調装置３を制御するためには、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）７が設けられる。このコントロールユニット７には、エンジン１、モータジェネレータ２や空調装置３から、マルチプレクサ（ＭＰＸ）９及びアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｃ）８等を介して各種信号が入力される。入力された信号は、コントロールユニット７内において実行されるプログラムに従って処理され、所定の制御信号として出力され、空調装置３や電磁クラッチ４等を制御する。
ここではクラッチ４の一つとして電磁クラッチ４を例にとって説明する（本発明で制御対象とするクラッチは電磁クラッチ以外も含む）。

空調装置３のコンプレッサ５は、いわゆるエンジン及び専用のモータの２つの駆動源を有するコンプレッサである。電磁クラッチ４は、エンジン１とモータジェネレータ２との間の連結遮断を行う。電磁クラッチ４は、対向する摩擦プレート４ａ、４ｂを有し、コントロールユニット７の指令によりバッテリ（図示せず）と接続するとコイル（図示せず）で励磁される。励磁されると摩擦プレート４ａ、４ｂ同士が吸着してエンジン１の回転を回転軸６に伝達する。回転軸６に伝達されたエンジン１の回転はプーリ１２からプーリ１３に伝達し、コンプレッサ５を駆動させる。なお、プーリ１２とプーリ１４とはベルト１４で連結されている。

また、電磁クラッチ４は励磁になると図１の矢印及び点線４ｂ’に示すように摩擦プレート４ｂが回転軸６上をスライドし摩擦プレート４ａ、４ｂを互いに解放する。電磁クラッチ４が解放されるとエンジン１の回転の伝達は電磁クラッチ４で遮断され、モータジェネレータ２のモータ駆動によりその回転がプーリ１２、１３、ベルト１４を介してコンプレッサ５を作動させる。高回転域では、モータの逆起電力によるインバータの破壊または損失の増加を抑制するためにクラッチを遮断する。

ここでエンジン１の稼働と電磁クラッチ４の作動との関係について説明する。エンジン１の始動時は、電磁クラッチは、摩擦プレート４ａ、ｂを係合している状態であり、モータジェネレータ２でエンジン１を始動させる。エンジン１の始動後、モータジェネレータ又はコンプレッサ作動不要時は、電磁クラッチをＣ／Ｕの指令により摩擦プレート４ａ、ｂを解放させ、モータジェネレータ２を引きずらないようにする。また、モータジェネレータ又はコンプレッサ作動必要時は、電磁クラッチ４をＣ／Ｕの指令により摩擦プレート４ａ、ｂを係合させる。なお、アイドルストップ中にモータジェネレータ又はコンプレッサ作動必要時は、電磁クラッチ４を断切（励磁）し摩擦プレート４ａ、ｂを解放させる。

通常、電磁クラッチ４を接続（ＯＮ）してエンジン１の回転をモータ２の回転として伝達する際には、両者の接続直前の回転数にある程度の差か生じているためトルクショックや回転数変動が発生する。

本クラッチタイミング制御装置では、この回転数変動やトルクショックを回避すべくクラッチ接続時にエンジン１又はモータ２の回転数脈動を合わせてクラッチを接続する方法を採用している。

図２はモータの回転数をエンジンの回転数脈動に合わせる様子を示したタイミングチャートである。縦軸は回転数を示しており、横軸は時間軸である。エンジン回転数の横軸について０°，９０°，２７０°という数字を反復して記入しているが、これは回転数脈動を正弦波に近似した場合の位相を示している。また、モータ回転数について（ａ）、（ｂ）の２種類示しているが、これは（ａ）モータ回転数＞エンジン回転数の場合、（ｂ）モータ回転数＜エンジン回転数の場合、を示しており、それぞれの場合においてモータ回転数をエンジン回転数脈動に合わせる様子を示している。

図２（a）に示すようにモータ回転数がエンジン回転数より高い位置から同期させる場合には、エンジンの下死点ＢＤＣ（予測）からクラッチＯＮのディレイ時間Ａ分を引いた点を係合点ｔａ(結合点ｔａ)、すなわちクラッチＯＮのタイミングとする。
また、図２（ｂ）に示すようにモータ回転数がエンジン回転数より低い位置からの同期は、エンジンの上死点ＴＤＣ（予測）からクラッチＯＮのディレイ時間Ｂ分を引いた点を係合点ｔｂ(結合点ｔｂ)とする。

また、モータ回転数がエンジン回転数より高い場合の回転数の脈動の同期は、図２（ａ）からも明らかなとおり（前述）、回転数脈動を正弦波に近似し、角度９０〜１８０°の位相（好ましくは９０度（図２（ａ）））でクラッチを接続する。モータの回転数が高い場合はエンジン回転数の下死点からの下傾斜に合わせるとスムーズに同期するからである。また、図２（ｂ）に示すようにモータ回転数がエンジン回転数より低い位置からの同期は、角度２７０〜３６０°の位相（好ましくは２７０度（図２（ｂ）））でクラッチを接続する。モータの回転数が低い場合はエンジン回転数の上死点からの上傾斜に合わせるとスムーズに同期するからである。

ここでディレイ時間Ａ、Ｂについて説明する。
ディレイ時間は、図２に示すようにモータ回転数がクラッチＯＮ指令（後述のクラッチ結合要求）からエンジン回転数に同期するまでの時間である。図３（ａ）は、図２においてモータ回転数（ａ）とエンジンの回転数とが同期する部分を拡大したものであり、ディレイ時間Ａを示している。ディレイ時間Ａは、角度遅延時間Ａ１と、結合遅延時間Ａ２との合算である。まず、角度遅延時間Ａ１は、上述するようにモータ回転数（ａ）をエンジン回転数脈動の角度９０°の位相で合わせるまでにクラッチ結合指令（クラッチ結合実行信号）を遅延する時間である。また、クラッチ結合指令が出された後、クラッチ自体は機械的に結合するものであるため物理的な結合動作に時間を要する。この機械的な時間の遅れを結合遅延時間がディレイ時間Ａ２である。

また、本実施形態ではクラッチとして電磁クラッチ４を使用する場合で例示してきたが、電磁クラッチの場合は、バッテリ電圧（電源電圧）が応答性に影響する。図３（ｂ）ではバッテリ電圧（図示せず）とディレイ時間Ａとの関係を示したグラフ図である。ここでは自動車で汎用される定格１２Ｖバッテリの場合を例示している。このバッテリは定格では１２Ｖではあるが使用状況や環境条件により実際の出力電圧は１０〜１４Ｖ程度の範囲（許容範囲）で変化している。本グラフ図からバッテリ電圧とディレイ時間とは、バッテリ電圧が小さくなるほどディレイ時間が長くなることが理解されよう。

図４では、図２〜図３で説明したモータ回転数（ａ）とエンジン回転数脈動との同期と、ディレイ時間Ａとの関係を同時系列に並べたタイミングチャートである。
したがって、図４に表されているものは図２〜図３で上述したとおりであるので、ここでは簡述する。まず、時間ｔaで電磁クラッチ４が結合を要求するための指令であるクラッチ結合信号要求信号が発信される。その後、モータ回転数は低下し、エンジン回転数は正弦波の９０°に向かって脈動する。次に、モータ回転数が角度９０°〜１８０°（好ましくは９０°）でエンジン回転数脈動に同期するように時間Ａ１分遅延し、時間ｔｂで電磁クラッチ４の結合の実行を指令するクラッチ結合実行信号が発信される。このとき、モータ回転数はエンジン回転数の下死点ＢＤＣに向かって降下する。そして、電磁クラッチの機械的な動作時間Ａ２分遅延し、時間ｔｃで電磁クラッチ４の結合動作が完了する。

図５は、図２〜図４のタイミングチャートで示した本クラッチタイミング制御装置の制御フローを示している。まず、電磁クラッチ４にクラッチ結合要求信号を発信すると（ＳＴＥＰ１０）、モータ２とエンジン１それぞれの回転数が計測される（ＳＴＥＰ１２）。自動車は元来エンジン１やモータ２の回転計測を行っており、ここでの回転計測も同じ計測器を使用する。次に、モータ回転数とエンジン回転数のいずれが大きいかを判定する（ＳＴＥＰ１４）。モータ回転数が大きい場合には図２の（ａ）モータ回転数や図３（ａ）で示したように、結合するエンジン回転数脈動の位相角度を９０°に設定する（ＳＴＥＰ１６）。また、モータ回転数が小さい場合には図２の（ｂ）モータ回転数で示したように、結合するエンジン回転数脈動の位相角度を２７０°に設定する（ＳＴＥＰ１７）。

結合角度が９０°又は２７０°に設定されると、現在のエンジン脈動の角度の計測を開始し、時間カウンターを０に設定する（ＳＴＥＰ１８）。次に、遅延時間（ディレイ時間）を算出し（ＳＴＥＰ２０）、算出時間をカウンターに反映させる（ＳＴＥＰ２２）。このときの遅延時間は、結合角度までの時間（角度遅延時間）と電磁クラッチ４の機械的な結合時間（結合遅延時間）との合計で算出される。そして、カウンターの遅延時間が消費されるとクラッチ結合信号ＯＮとなる（ＳＴＥＰ２４）。

以上、本発明のクラッチタイミング制御装置についての実施形態およびその概念について説明してきたが本発明はこれに限定されるものではなく特許請求の範囲および明細書等に記載の精神や教示を逸脱しない範囲で、さらなる他の変形例、改良例が得られることは当業者は理解できるであろう。例えば、上記本クラッチタイミング制御装置の実施形態では、電磁クラッチの結合制御を一例に説明してきたが、本クラッチタイミング制御装置で結合対象とするクラッチは電磁クラッチに限らず油圧クラッチ等であっても良い。また、エンジンの回転数の変動周期は回転数に依存するので、正弦波の周波数をエンジン回転数で補正しても良い。

１ エンジン
２ モータジェネレータ
３ 空調設備
４ 電磁クラッチ
５ コンプレッサ

Claims (1)

1. エンジンとモータジェネレータの間にクラッチを配置する車両において、
   エンジンの回転数がエンジンの正弦波に近似する場合に、モータの回転数がエンジンの回転数より高い場合は、前記正弦波のエンジンの回転数の極大点からディレイ時間を引いた時点をクラッチ係合のタイミングとし、モータの回転数がエンジンの回転数より低い場合は、前記正弦波のエンジンの回転数の極小点からディレイ時間を引いた時点をクラッチ係合のタイミングとするように制御し、
   前記ディレイ時間は、モータ回転数がクラッチＯＮ指令からエンジン回転数に同期するまでにかかる時間である、クラッチタイミング制御装置。