JP6720654B2 - クラッチの耐久性判定システム、車両及びクラッチの耐久性判定方法 - Google Patents

クラッチの耐久性判定システム、車両及びクラッチの耐久性判定方法 Download PDF

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Description

本発明は、クラッチの耐久性判定システム、車両及びクラッチの耐久性判定方法に関する。
近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）が注目されている（例えば、特許文献１を参照）。
このＨＥＶ等の車両に搭載される各装置の間に、装置間の動力伝達の有無を切り替えるクラッチを配設する場合がある。
特開２００２−２３８１０５号公報
ところで、上記のクラッチは、その使用頻度に応じて徐々に劣化していき、この劣化状態を放置するとクラッチの破損に至る虞がある。したがって、劣化の著しいクラッチを早期に交換するために、クラッチの劣化状況を適宜把握しておく必要がある。
本発明の目的は、クラッチの破損を未然に防止して、車両の路上での緊急停止等を防止できるクラッチの耐久性判定システム、車両及びクラッチの耐久性判定方法に関する。
上記の目的を達成するための本発明のクラッチの耐久性判定システムは、クラッチと、該クラッチの入出力軸の回転数差を算出する回転数差算出装置と、制御装置と、を備えて構成されるクラッチの耐久性判定システムにおいて、前記制御装置が、前記クラッチの接続回数と、前記クラッチの入出力軸の回転数差に基づいて評価関数を設定し、前記評価関数より得られる関数値である評価値をＦ、前記クラッチの接続回数をＣ、前記クラッチの入力軸の回転数をＮａ、前記クラッチの出力軸の回転数をＮｂ、前記クラッチの面圧をＰｃ、前記クラッチの温度係数をＡｔとして、前記回転数差算出装置の算出値であるＮａ−Ｎｂを基に前記評価値Ｆを
Figure 0006720654
上記の（１）式で算出して、この算出された評価値Ｆが予め設定した設定閾値以上となったときに、前記クラッチの耐久性が劣化したと判定するように構成される。
また、上記の目的を達成するための本発明のクラッチの耐久性判定方法は、クラッチの入出力軸の回転数差に基づいて、前記クラッチの耐久性を判定するクラッチの耐久性判定方法において、前記クラッチの接続回数と、前記クラッチの入出力軸の回転数差に基づいて評価関数を設定し、前記評価関数より得られる関数値である評価値をＦ、前記クラッチの接続回数をＣ、前記クラッチの入力軸の回転数をＮａ、前記クラッチの出力軸の回転数をＮｂ、前記クラッチの面圧をＰｃ、前記クラッチの温度係数をＡｔとして、前記クラッチの実際の入出力軸の回転数差を基に前記評価値Ｆを
Figure 0006720654
上記の（１）式で算出して、この算出された評価値Ｆが予め設定した設定閾値以上となったときに、前記クラッチの耐久性が劣化したと判定することを特徴とする方法である。
本発明のクラッチの耐久性判定システム及びクラッチの耐久性判定方法によれば、クラッチの摩耗を考慮した評価関数または制御マップより算出される評価値によりクラッチの耐久性を判定するので、クラッチの破損を未然に防止して、車両の路上での緊急停止等を防止できる。
本発明の実施形態からなるクラッチの耐久性判定システムを備えたハイブリッド車両の構成図である。 本発明の実施形態からなるクラッチの耐久性判定方法を説明する制御フロー図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるクラッチの耐久性判定システム１を備えたハイブリッド車両を示す。
なお、このハイブリッド車両は、後述するクラッチの耐久性判定システム１が奏する効果と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態では、ハイブリッド車両を例示しているが、本発明は、車両内にクラッチが配設されている限り、エンジンのみを車両の走行用の動力源とする車両や、モータージェネレーターのみを車両の走行用の動力源とする電気自動車両等にも適用できる。
このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）は、普通乗用車又はバスやトラックなどの大型自動車であり、エンジン１０、モータージェネレーター２１及びトランスミッション３０と、運転状態に応じて車両を複合的に制御するハイブリッドシステム２０とを主に備えている。
エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このエンジン１０には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。クランクシャフト１３の一端は、エンジンクラッチ１４を介してモータージェネレーター２１の回転軸２２の一端に接続されている。
モータージェネレーター２１には、発電運転が可能な永久磁石式の交流同期モーターが用いられている。このモータージェネレーター２１の回転軸２２の他端は、トルクコンバータ１７、モータークラッチ１５を通じて、トランスミッション３０のインプットシャフト３１に接続されている。
トランスミッション３０には、ＨＥＶの運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて決定された目標変速段へ自動的に変速するＡＭＴ又はＡＴが用いられている。なお、トランスミッション３０は、ＡＭＴのような自動変速式に限るものではなく、ドライバーが手動で変速するマニュアル式であってもよい。
トランスミッション３０で変速された回転動力は、アウトプットシャフト３２に接続されたプロペラシャフト３３を通じてデファレンシャル３４に伝達され、後輪である一対の駆動輪３５にそれぞれ駆動力として分配される。
ハイブリッドシステム２０は、モータージェネレーター２１と、そのモータージェネレーター２１に電気的に接続するインバーター２３、高電圧バッテリー２４、ＤＣ／ＤＣコンバーター２５及び低電圧バッテリー２６とを有している。
高電圧バッテリー２４としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー２６には鉛バッテリーが用いられる。
ＤＣ／ＤＣコンバーター２５は、高電圧バッテリー２４と低電圧バッテリー２６との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー２６は、各種の車両電装品２７に電力を供給する。
このハイブリッドシステム２０における種々のパラメーター、例えば、電流値、電圧値やＳＯＣなどは、ＢＭＳ（バッテリーマネジメントシステム）２８により検出される。
これらのエンジン１０及びモータージェネレーター２１を有するハイブリッドシステム２０は、制御装置７０を備え、この制御装置７０により、ハイブリッドシステム２０は制御される。具体的には、ＨＥＶの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム２０は高電圧バッテリー２４から電力を供給されたモータージェネレーター２１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター２１による回生発電を行い、プロペラシャフト３３等に発生する余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー２４を充電する。また、このＨＥＶは、エンジンクラッチ１４を断状態、かつ、モータークラッチ１５を接状態にすることで、モータージェネレーター２１のみを車両の走行用の動力源とする、いわゆるモーター単独走行が可能となる。
本発明のクラッチの耐久性判定システムは、エンジンクラッチ１４と、このエンジンクラッチ１４の入出力軸の回転数差ΔＮｅを算出する回転数差算出装置７１（制御装置７０に内蔵される）と、制御装置７０と、を備えて構成されるシステムである。なお、本実施形態では、クラッチの耐久性判定システムの対象となるクラッチを、エンジンクラッチ１４としているが、トランスミッションクラッチ１５でもよい。
そして、制御装置７０が、エンジンクラッチ１４の接続回数Ｃと、エンジンクラッチ１４の入出力軸（入力軸：エンジン側の回転軸２２ａ、出力軸：モータージェネレーター側の回転軸２２ｂ）の回転数差ΔＮｅに基づいて評価関数または制御マップを設定し、回転数差算出装置７１の算出値を基にこの設定した評価関数または制御マップより算出される評価値Ｆが実験等により予め設定した設定閾値Ｆ１以上となったときに、エンジンクラッチ１４の耐久性が劣化したと判定する。
また、この判定で、エンジンクラッチ１４の耐久性が劣化したと判定する場合には、車両の運転席等に備えた警告灯（図示しない）を点灯または点滅させる等して、警報を発生させるようにすると、運転者がこの警報を基に即時にエンジンクラッチ１４の交換手配を修理業者等に行うことができるので、より好ましい。
なお、エンジンクラッチ１４の入出力軸の回転数差ΔＮｅは、回転数差算出装置７１が、入力軸２２ａの回転数Ｎａより出力軸２２ｂの回転数Ｎｂを減算することで算出される。入力軸２２ａの回転数Ｎａは、エンジン回転数検出センサ（図示しない）により検出されるエンジン１０の回転数Ｎｃと同じ値として算出する。出力軸２２ｂの回転数Ｎｂは、モータージェネレーター２１の回転数検出センサ（図示しない）により検出されるモータージェネレーター２１の回転数Ｎｍと同じ値として算出する。回転数差算出装置７１による算出値は制御装置７０に送信される。
また、上記の評価関数より得られる関数値である評価値Ｆを、エンジンクラッチ１４の接続回数をＣ、エンジンクラッチの面圧をＰｃ、エンジンクラッチ１４の温度係数をＡｔとして、
Figure 0006720654
上記の（１）式（評価関数）で算出するようにすると、エンジンクラッチ１４の摩耗が相対的に摩擦を伴って移動した距離に比例することを考慮して評価値Ｆを算出するので、評価値Ｆの算出精度を向上させることができる。その結果、エンジンクラッチ１４の耐久性の判定精度を向上させることができる。
なお、エンジンクラッチ１４の面圧Ｐｃは、エンジンクラッチ１４の内部に圧力センサ（図示しない）を備えて、この圧力センサ等により検出される。また、エンジンクラッチ１４の温度係数Ａｔは、実験等により最適な値に設定される。
また、エンジン１０の入出力軸の回転数差ΔＮｅ（＝｜Ｎｃ−Ｎｍ｜）と温度係数Ａｔのそれぞれを軸とした制御マップを作成し、評価関数で評価値Ｆを得る代わりに、この制御マップで、制御時に得られた（ΔＮｅ、Ａｔ）から評価値Ｆを得てもよい。この場合、評価関数を演算する必要がなくなり、実際の（ΔＮｅ、Ａｔ）の値に対応する評価値Ｆをこの制御マップで簡単に算出できるので、制御装置７０の負担を低減させることができる。
また、上記の評価関数または制御マップを用いたエンジンクラッチ１４の耐久性の判定は、エンジンクラッチ１４が断状態から接状態に切り替わる（接続される）度に行うのが望ましいが、エンジンクラッチ１４の接続回数Ｃが一定回数（例えば１０回）増加する度に行ってもよい。
次に、このようなクラッチの耐久性判定方法を、制御装置７０の機能として図２に基づいて制御フロー図の形で以下に説明する。なお、制御装置７０は、信号線（一点鎖線で示す）を通じて、図示しないエンジン制御装置と通じてエンジンクラッチ１４と接続しているが、その他の装置（例えば、トランスミッションクラッチ１５）や各種センサ（例えば、エンジン回転数検出センサ）とも、図示しないが、それぞれの制御装置と接続している。
図２の制御フローについて説明する。図２の制御フローは、エンジン１０の運転状態に基づいてエンジンクラッチ１４を接続する（接状態とする）ときに、上記の制御フローより呼ばれてスタートする制御フローである。図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、評価関数または制御マップの評価値Ｆを算出する。この評価値Ｆの算出方法を上述した方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０にて、ステップＳ１０で算出した評価関数または制御マップの評価値Ｆが設定閾値Ｆ１以上であるか否かを判定する。評価値Ｆが設定閾値Ｆ１未満である（Ｆ＜Ｆ１）場合（ＮＯ）には、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
一方、ステップＳ２０にて、評価値Ｆが設定閾値Ｆ１以上である（Ｆ≧Ｆ１）場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ３０に進み、ステップＳ３０にて、警報を発生させて、運転者にエンジンクラッチ１４の耐久性の劣化を通知する。この警報の発生手段については、上述した方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。ステップＳ３０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
以上のように、上記のクラッチの耐久性判定システムを基にした、本発明のクラッチの耐久性判定方法は、エンジンクラッチ１４の入出力軸の回転数差ΔＮｅに基づいて、エンジンクラッチ１４の耐久性を判定するクラッチの耐久性判定方法において、エンジンクラッチ１４の接続回数Ｃと、エンジンクラッチ１４の入出力軸の回転数差ΔＮｅに基づいて評価関数または制御マップを設定し、エンジンクラッチ１４の実際の入出力軸の回転数差を基にこの設定した評価関数または制御マップより算出される評価値Ｆが実験等により予め設定した設定閾値Ｆ１以上となったときに、エンジンクラッチ１４の耐久性が劣化したと判定することを特徴とする方法となる。
本発明のクラッチの耐久性判定システム、車両及びクラッチの耐久性判定方法によれば、エンジンクラッチ１４の摩耗を考慮した評価関数または制御マップより算出される評価値によりエンジンクラッチ１４の耐久性を判定するので、エンジンクラッチ１４の破損を未然に防止して、車両の路上での緊急停止等を防止できる。
１ クラッチの耐久性判定システム
１０ エンジン
１１ エンジン本体
１４ エンジンクラッチ
２０ ハイブリッドシステム
２１ モータージェネレーター
２２ａ エンジンクラッチの入力軸
２２ｂ エンジンクラッチの出力軸
７０ 制御装置
７１ 回転数差算出装置
Ｆ 評価関数または制御マップより算出される評価値
Ｆ１ 設定閾値
Ｃ エンジンクラッチの接続回数
Ｎａ エンジンクラッチの入力軸の回転数
Ｎｂ エンジンクラッチの出力軸の回転数
Ｐｃ エンジンクラッチの面圧
Ａｔ エンジンクラッチの温度係数

Claims (4)

  1. クラッチと、該クラッチの入出力軸の回転数差を算出する回転数差算出装置と、制御装置と、を備えて構成されるクラッチの耐久性判定システムにおいて、
    前記制御装置が、
    前記クラッチの接続回数と、前記クラッチの入出力軸の回転数差に基づいて評価関数を設定し、
    前記評価関数より得られる関数値である評価値をＦ、前記クラッチの接続回数をＣ、前記クラッチの入力軸の回転数をＮａ、前記クラッチの出力軸の回転数をＮｂ、前記クラッチの面圧をＰｃ、前記クラッチの温度係数をＡｔとして、前記回転数差算出装置の算出値であるＮａ−Ｎｂを基に前記評価値Ｆを
    Figure 0006720654
    上記の（１）式で算出して、
    この算出された評価値Ｆが予め設定した設定閾値以上となったときに、前記クラッチの耐久性が劣化したと判定するように構成されるクラッチの耐久性判定システム。
  2. 前記評価値が前記設定閾値以上となったときに、警報を発生させるように構成される請求項１に記載のクラッチの耐久性判定システム。
  3. 請求項１または２に記載のクラッチの耐久性判定システムを備えて構成される車両。
  4. クラッチの入出力軸の回転数差に基づいて、前記クラッチの耐久性を判定するクラッチの耐久性判定方法において、
    前記クラッチの接続回数と、前記クラッチの入出力軸の回転数差に基づいて評価関数を設定し、
    前記評価関数より得られる関数値である評価値をＦ、前記クラッチの接続回数をＣ、前記クラッチの入力軸の回転数をＮａ、前記クラッチの出力軸の回転数をＮｂ、前記クラッチの面圧をＰｃ、前記クラッチの温度係数をＡｔとして、前記クラッチの実際の入出力軸の回転数差を基に前記評価値Ｆを
    Figure 0006720654
    上記の（１）式で算出して、
    この算出された評価値Ｆが予め設定した設定閾値以上となったときに、前記クラッチの耐久性が劣化したと判定することを特徴とするクラッチの耐久性判定方法。
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