WO2017170999A1 - 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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三好 秀和
堅治 森川
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    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a clutch durability determination system, a vehicle, and a clutch durability determination method.
  • HEV hybrid vehicle
  • a hybrid system having an engine and a motor generator that are controlled in combination according to the driving state of the vehicle
  • Patent Document 1 a hybrid vehicle including a hybrid system having an engine and a motor generator that are controlled in combination according to the driving state of the vehicle
  • a clutch may be provided between each device mounted on a vehicle such as HEV for switching the presence or absence of power transmission between the devices.
  • the above-mentioned clutch gradually deteriorates according to the frequency of use, and if this deteriorated state is left as it is, the clutch may be damaged. Therefore, it is necessary to appropriately grasp the deterioration state of the clutch in order to replace the clutch with significant deterioration at an early stage.
  • An object of the present disclosure relates to a clutch durability determination system, a vehicle, and a clutch durability determination method that can prevent a clutch from being damaged and prevent an emergency stop or the like on the road of the vehicle.
  • a clutch durability determination system includes a clutch, a rotational speed difference calculation device that calculates a rotational speed difference between the input and output shafts of the clutch, the number of engagements of the clutch, An evaluation function or a control map is set based on the rotational speed difference between the input and output shafts of the clutch, and an evaluation value calculated from the set evaluation function or control map based on the calculated value of the rotational speed difference calculation device is set in advance.
  • the controller is configured to determine that the durability of the clutch has deteriorated when the set threshold value is exceeded.
  • the clutch durability determination method of the present disclosure for achieving the above object is a clutch durability determination method for determining the durability of the clutch based on the rotational speed difference between the input and output shafts of the clutch.
  • An evaluation function or a control map is set based on the clutch connection count and the clutch input / output shaft speed difference, and the evaluation function or control map is set based on the clutch actual input / output shaft speed difference
  • the method is characterized in that it is determined that the durability of the clutch has deteriorated when the evaluation value calculated from the control map is equal to or greater than a preset threshold value.
  • the clutch durability is determined based on an evaluation value calculated from an evaluation function or a control map in consideration of clutch wear. It is possible to prevent an emergency stop on the road of the vehicle.
  • FIG. 1 shows a hybrid vehicle including a clutch durability determination system 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • This hybrid vehicle can exhibit the same effects as the effects of the clutch durability determination system 1 described later. Further, in the present embodiment, a hybrid vehicle is illustrated, but the present disclosure only includes a vehicle using only an engine as a power source for traveling the vehicle, or a motor generator as long as a clutch is provided in the vehicle. The present invention can also be applied to an electric vehicle or the like that uses a vehicle as a power source for running the vehicle.
  • This hybrid vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) is a normal passenger car or a large vehicle such as a bus or a truck, and is a hybrid that controls the vehicle in combination with the engine 10, the motor generator 21, the transmission 30, and the driving state.
  • System 20 is mainly provided.
  • the crankshaft 13 is rotationally driven by thermal energy generated by the combustion of fuel in a plurality (four in this example) of cylinders 12 formed in the engine body 11.
  • the engine 10 is a diesel engine or a gasoline engine.
  • One end of the crankshaft 13 is connected to one end of the rotating shaft 22 of the motor generator 21 via the engine clutch 14.
  • the motor generator 21 is a permanent magnet AC synchronous motor capable of generating operation.
  • the other end of the rotating shaft 22 of the motor generator 21 is connected to the input shaft 31 of the transmission 30 through the torque converter 17 and the motor clutch 15.
  • the transmission 30 uses an AMT or an AT that automatically shifts to a target gear determined based on the HEV operating state and preset map data.
  • the transmission 30 is not limited to an automatic transmission type such as AMT, and may be a manual type in which a driver manually changes gears.
  • Rotational power changed by the transmission 30 is transmitted to the differential 34 through the propeller shaft 33 connected to the output shaft 32, and is distributed as a driving force to the pair of driving wheels 35 as rear wheels.
  • the hybrid system 20 includes a motor generator 21, an inverter 23 that is electrically connected to the motor generator 21, a high voltage battery 24, a DC / DC converter 25, and a low voltage battery 26.
  • the high voltage battery 24 include a lithium ion battery and a nickel metal hydride battery.
  • the low voltage battery 26 is a lead battery.
  • the DC / DC converter 25 has a function of controlling the charge / discharge direction and the output voltage between the high voltage battery 24 and the low voltage battery 26.
  • the low voltage battery 26 supplies power to various vehicle electrical components 27.
  • BMS battery management system
  • the hybrid system 20 having the engine 10 and the motor generator 21 includes a control device 70, and the hybrid system 20 is controlled by the control device 70. Specifically, at the time of HEV start or acceleration, the hybrid system 20 assists at least a part of the driving force by the motor generator 21 supplied with power from the high voltage battery 24, while at the time of inertia traveling or braking. Performs regenerative power generation by the motor generator 21, converts surplus kinetic energy generated in the propeller shaft 33 and the like into electric power, and charges the high-voltage battery 24. In addition, this HEV can perform so-called motor independent traveling using only the motor generator 21 as a power source for traveling of the vehicle by disengaging the engine clutch 14 and engaging the motor clutch 15.
  • the control device may include a known CPU, a storage device such as a ROM and a RAM, and the storage device stores a program that is executed by the CPU and forms a part of the durability determination system of the present disclosure. It may be. Any one of the functional elements of the control device can be provided in separate hardware.
  • the clutch durability determination system includes an engine clutch 14, a rotation speed difference calculation device 71 (built in the control device 70) that calculates a rotation speed difference ⁇ Ne between the input and output shafts of the engine clutch 14, and a control. And a device 70.
  • the clutch that is the target of the clutch durability determination system is the engine clutch 14, but may be a transmission clutch 15.
  • control device 70 determines the number of engagements C of the engine clutch 14 and the rotational speed difference ⁇ Ne between the input and output shafts of the engine clutch 14 (input shaft: engine-side rotation shaft 22a, output shaft: motor generator-side rotation shaft 22b).
  • An evaluation function or control map is set based on the evaluation value F, and an evaluation value F calculated from the set evaluation function or control map based on the calculated value of the rotational speed difference calculation device 71 is equal to or greater than a preset threshold F1 set by an experiment or the like. It is determined that the durability of the engine clutch 14 has deteriorated.
  • a warning light (not shown) provided in the driver's seat of the vehicle is turned on or blinked to generate an alarm. Then, it is more preferable because the driver can immediately arrange replacement of the engine clutch 14 with a repairer or the like based on this warning.
  • the rotational speed difference ⁇ Ne between the input and output shafts of the engine clutch 14 is calculated by the rotational speed difference calculating device 71 subtracting the rotational speed Nb of the output shaft 22b from the rotational speed Na of the input shaft 22a.
  • the rotational speed Na of the input shaft 22a is calculated as the same value as the rotational speed Nc of the engine 10 detected by an engine rotational speed detection sensor (not shown).
  • the rotational speed Nb of the output shaft 22b is calculated as the same value as the rotational speed Nm of the motor generator 21 detected by a rotational speed detection sensor (not shown) of the motor generator 21.
  • a value calculated by the rotation speed difference calculation device 71 is transmitted to the control device 70.
  • evaluation value F is calculated in consideration of the fact that the wear of the engine clutch 14 is relatively proportional to the distance moved with friction when calculated by the above-described equation (1) (evaluation function).
  • evaluation function evaluation function
  • the surface pressure Pc of the engine clutch 14 includes a pressure sensor (not shown) inside the engine clutch 14 and is detected by the pressure sensor or the like. Further, the temperature coefficient At of the engine clutch 14 is set to an optimum value through experiments or the like.
  • the evaluation value F may be obtained from ( ⁇ Ne, At) obtained at the time of control on the map. In this case, it is not necessary to calculate the evaluation function, and the evaluation value F corresponding to the actual value of ( ⁇ Ne, At) can be easily calculated using this control map, so that the burden on the control device 70 can be reduced.
  • the control device 70 is connected to the engine clutch 14 through a signal line (indicated by a one-dot chain line) through an engine control device (not shown), but other devices (for example, the transmission clutch 15) and various sensors (for example, Although not shown, each engine speed detection sensor is connected to each control device.
  • the control flow in FIG. 2 will be described.
  • the control flow of FIG. 2 is a control flow that is called from the above control flow and starts when the engine clutch 14 is connected (set to the contact state) based on the operating state of the engine 10.
  • an evaluation value F of an evaluation function or a control map is calculated in step S10. Since the calculation method of the evaluation value F is the same as that described above, the description thereof is omitted here.
  • the process proceeds to step S20.
  • step S20 it is determined whether or not the evaluation function F calculated in step S10 or the evaluation value F of the control map is equal to or greater than a set threshold value F1. If the evaluation value F is less than the set threshold value F1 (F ⁇ F1) (NO), the process proceeds to return, and this control flow is terminated.
  • step S30 the process proceeds to step S30, an alarm is generated in step S30, and the engine clutch is Notification of 14 durability deterioration. Since this alarm generation means is the same as that described above, the description thereof is omitted here. After executing the control in step S30, the process proceeds to return, and this control flow ends.
  • the clutch durability determination method of the present disclosure based on the above-described clutch durability determination system is based on the rotational speed difference ⁇ Ne of the input / output shaft of the engine clutch 14.
  • an evaluation function or a control map is set based on the number of engagements C of the engine clutch 14 and the rotational speed difference ⁇ Ne of the input / output shaft of the engine clutch 14, and the actual state of the engine clutch 14 is determined.
  • the durability of the engine clutch 14 is It is a method characterized by determining that it has deteriorated.
  • the durability of the engine clutch 14 is determined based on an evaluation function calculated from an evaluation function or control map in consideration of wear of the engine clutch 14. Therefore, it is possible to prevent the engine clutch 14 from being damaged and prevent an emergency stop or the like on the road of the vehicle.

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Abstract

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、実際の回転数差ΔNe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して、この劣化情報を警報により運転者に通知する。

Description

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
 本開示は、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。
日本国特開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。
 本開示の目的は、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開示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、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または制御マップを設定し、前記回転数差算出装置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制御装置を備え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開示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または制御マップを設定し、前記クラッチ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。
 本開示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。
本開示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。 本開示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、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本開示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、本開示は、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。制御装置は、公知のCPUや、ROM、RAM等の記憶装置等を備えていてもよく、記憶装置にはCPUによって実行され、本開示の耐久性判定システムの一部を構成するプログラムを記憶していてもよい。制御装置の機能要素は、いずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
 本開示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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
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、本開示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。
 本開示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。
 本出願は、2016年4月1日付で出願された日本国特許出願(2016-074121)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本開示によれば、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。
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 (5)

  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、
     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または制御マップを設定し、前記回転数差算出装置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制御装置と
    を備えるクラッチの耐久性判定システム。
  2.  前記制御装置が、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
    上記の(1)式で算出す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.  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または2に記載のクラッチの耐久性判定システム。
  4.  請求項1~3のいずれか一項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。
  5.  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または制御マップを設定し、前記クラッチ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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