JP2006342732A - クラッチ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械式クラッチを装備した車両で、発進時あるいは低速走行時にも、運転者が操作するアクセル・ペダルにより、円滑なクラッチ制御および速度調節を実行できるようにする。とくに運転者の性質またはくせ（癖）により生じることが明らかになったクラッチ・ディスクの発熱を低減させる。
【解決手段】アクセル・ペダルの操作量に対して目標エンジン回転速度を演算により設定し、実際のエンジン回転速度をその目標エンジン回転速度にゆるやかに接近させるように制御する。エンジンの実トルクによる回転速度制限を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、クラッチ・ペダルの操作を必要としないオートマチック車の改良に関する。本発明は、機械式クラッチを備えた車両の自動クラッチ制御に利用する。本発明は、車両の発進時にもクラッチ・ペダルを利用することなく、アクセル・ペダルの操作により、エンジン回転速度およびクラッチ・ストロークをともに制御する装置の改良に関する。本発明は、本願出願人の先願である特願２００４−０８２７６９号（本願出願時において未公開、以下単に「先願」という）に記載された発明（先願発明）のさらなる改良に関する。

バス、トラックなどの大型車両にも、自動クラッチ制御装置を装備して、変速操作のつどクラッチ・ペダルを踏む必要がないように設計された装置が広く普及した。本願出願人が製造販売する大型車両では、運転席にクラッチ・ペダルを備えているが、走行中の変速操作には、そのつどクラッチ・ペダルを操作する必要がなく、クラッチの切断、変速ギヤの切換え、およびクラッチの接続からなる一連の行程を自動的に実行する装置が利用されている。このような車両も、停車状態から発進するとき、後退走行するとき、あるいは貨物の積み下ろし場などで微速走行する場合などには、クラッチ・ペダルを利用することにより、自動的なクラッチ制御をオーバーライドして運転操作を行うことができるように構成されている。これは、車両の発進時あるいは微速走行時には、クラッチ操作を併用する方が、いろいろな場面で円滑な操作が可能になるとともに、職業的な運転者は、微妙なクラッチ操作を行うことをそれほど不都合に思わないこともその理由の一つである。

大型バスの一部には、湿式クラッチを装備して、発進時にもクラッチ・ペダルの操作を行う必要のない車両も製造されている。湿式クラッチは、一般にクラッチが滑る状態が相応に長く継続することがあっても、クラッチ・ディスクを冷却することによりそれが許容されるように設計することができる。

構成が単純であり安価な乾式のクラッチ・ディスクを装備して、運転者が行うアクセル・ペダルの操作にしたがうクラッチの接続制御を実行するには、何らかの形でアクセル・ペダルの操作量にクラッチ・ストロークを対応させなければならない。ところがアクセル・ペダルが踏み込まれると、エンジン回転速度はアクセル・ペダルの操作量に対応する燃料供給量にしたがって大きくなる。アクセル・ペダルを緩やかに踏み込むように操作しても、その操作量に応じてエンジン回転速度が上昇してしまい、その後の円滑なクラッチ接続操作ができないことになる。

（先願発明の目的）
上記先願発明は、これを改良するものであって、アクセル・ペダルの操作量に対応してクラッチ・ストロークを制御するとともに、クラッチが滑る状態に制御されているときに、エンジン回転速度を適正に制御する装置を提供することを目的とするものである。とくにクラッチが滑る状態にあるときに発生しやすい、持続的な機械振動を回避することができる自動クラッチ制御装置を提供することを目的とする。さらに先願発明は、クラッチ・ペダルの操作を伴うことなく、アクセル・ペダルの操作により、クラッチの円滑な接続を制御することができるクラッチ制御装置を提供することを目的とする。さらに先願発明は、構造が簡単であり、安価であり、かつ信頼性の高い乾式のディスク・クラッチを利用して、クラッチ・ペダルの操作を伴うことなく、円滑なクラッチ制御を実行することができる装置を提供することを目的とするものである。

なお、クラッチ・ディスクを装備した車両で、車両の発進時にもクラッチ・ペダルを操作することなく、演算制御によりクラッチ・ストロークを制御する装置については下記に示すいくつかの技術が知られている。
特開２００３−１６１１８０号公報（出願人、日産ディーゼル） 特開平１１−１７３３４８号公報（出願人、ユニシアジエックス） 特公平４−３６８９１号公報（出願人、いすゞ）

（先願発明の出願後に発見された問題点）
本願出願人は先願発明について多数の試験を行った。その結果から少数ではあるが、クラッチが発熱する場合があることが観測された。これをさらに詳しく調べると、その主要な原因が
（１）試験を担当した運転者の氏名により大きく異なること、
（２）クラッチ・ディスクの荷重特性にバラツキがあること、
の２つあることがわかった。

上記原因（１）については、クラッチが発熱する車両を運転した運転者は、クラッチがすべっている状態にあるときに必要以上に、アクセル・ペダルを踏み込む傾向があることがわかった。これは運転者を指導することによっても解決することができるが、車両を商品として広く提供する立場にある本願出願人としては、装置に技術的な対策を施すことが必要であるとの考え方に至った。

また上記原因（２）については、クラッチが完全に断になるクラッチ・ストローク、およびクラッチが完全に接になるクラッチ・ストロークについては、クラッチ・ディスクの厚みを均一に製造することにより、そのストロークがばらつくことがないように製品を管理することはできる。しかし、半クラッチ領域で、クラッチ・ストロークに対するクラッチ・ディスクの押し付け荷重特性には、ある程度のばらつきを許容することが必要であるとの考えに至った。

（本願発明の目的）
本発明は上記記載の先願発明の目的に加えて、先願発明のさらなる試験の過程で発見された上述の欠点を改良するものであって、特にクラッチ・ディスクの発熱を小さく抑制することを目的とする。すなわち本発明は、クラッチ・ディスクが滑っている状態にあるときに、かりに必要以上にアクセル・ペダルが踏み込まれても、必要以上にエンジン回転速度が上がることがなく、クラッチ・ディスクの発熱を低く抑えることができる装置を提供することを目的とする。

（先願発明および本願発明に共通な構成）
本発明は、アクセル・ペダルの操作量に対応して、エンジン回転速度およびクラッチ・ストロークをともに制御する装置であって、アクセル・ペダルが踏み込まれたときに、エンジン回転速度の上昇を適度に遅らせるように制御することを最大の特徴とする。すなわち上記従来例装置のように、クラッチを接合させエンジンに対する負荷を大きくすることによりエンジン回転を抑圧するのではなく、クラッチの接合の度合いに応じて、エンジンに対する燃料供給量を増大させる制御を適度に遅延させて、エンジン回転速度が急激に上昇しないように制御するものである。本発明は、クラッチが滑る状態にあるときに、かりにアクセル・ペダルが大きく踏み込まれる操作が行われても、負荷に応じて適度に回転速度を上昇させるように燃料供給量を制御することを特徴とする。

すなわち、その時点のエンジン回転速度（Ｎｅ）に対してアクセル・ペダルの操作量（ｘ）から、目標エンジン回転速度（Ｎｅ₀）を演算により設定し、その目標エンジン回転速度（Ｎｅ₀）に向けて緩やかにエンジン回転を上昇させるようにエンジンに供給する燃料噴射量を制御する（以上の構成は先願発明と共通である）。

（本願発明の特徴）
これに加えて、
（１）運転者の「くせ（癖）」によりアクセル・ペダルを必要以上に踏み込むことがある場合に対応して、
（２）クラッチ・ディスクの荷重特性のばらつきに対応して、
エンジンの実トルクによる回転速度制御を行うところに先願発明との違いがある。これはエンジンが発生するトルク特性はエンジンの回転速度が上昇すると、ある値（回転速度ω₀）でピークになり、それを越えてエンジン回転速度をさらに（αだけ）上昇させても、エンジンが発生するトルクは上昇せず、逆にトルクが低下することになる性質がある。この性質を利用して、クラッチが滑る状態で運転者がアクセル・ペダルを踏み込んでも、この値（ω₀＋α）よりエンジン回転速度が上昇しないように制御するところにある。先願発明にこの制御条件を追加することにより、運転者の氏名によりクラッチが発熱するという現象は解消した。

すなわち本発明は、アクセル・ペダル操作量、エンジン回転速度、クラッチ回転速度、およびクラッチ・ストロークを含む情報を入力情報とし、この入力情報を利用して演算したクラッチの操作量を出力情報とするクラッチ制御装置において、前記アクセル・ペダル操作量に対する目標エンジン回転速度を演算する第一の演算手段と、この目標エンジン回転速度を必要なトルクを発生することができる範囲で（そのエンジンの特性に対応して）小さく修正する第二の演算手段とを備えたことを特徴とする。

さらに本発明は、前記第二の演算手段として、修正用テーブルを参照する手段を含む構成とすることができるし、修正用近似式を利用する手段を含む構成とすることもできる。

さらに本発明は、エンジン回転速度を［前記第二の演算手段により修正された］目標エンジン回転速度に接近させる変化量を設定する第三の演算手段と、その時点のエンジン回転速度および前記変化量に対応してエンジン燃料噴射量を演算する第四の演算手段とを備えた構成とすることができる。

本発明により、
（１）運転者の週間またはくせ（癖）により，クラッチが滑る状態でアクセル・ペダルを必要以上に強く踏み込むようなことがあっても、
（２）クラッチ・ディスクの荷重特性にばらつきがあっても、
エンジンは実トルクによる回転速度制御か実行されて、クラッチ・ディスクが不用意に発熱するような現象を回避することができる。さらに、本発明は先願発明と同様に、アクセル・ペダルの操作にしたがってクラッチ・ストロークおよびエンジン回転速度が同時に制御されるとともに、エンジン回転速度の上昇がクラッチ・ストロークの変化に対して適度に遅れることになるから、エンジン回転速度の上昇を車両負荷により抑制する現象の発生が少なくなる。これにより円滑なクラッチの接合制御が可能になる。また、これにより動力伝達系が自己共振周波数で振動する現象を回避することができる。

図面を参照して本発明実施例装置についてさらに詳しく説明する。図１は本発明実施例装置のブロック構成図である。これは大型車両であってディーゼル機関を搭載した貨物用車両に本発明を実施したものである。エンジン１の動力出力軸にクラッチ２が連結され、このクラッチ２の出力軸に変速機３が連結され、この変速機３の出力軸は車軸に回転動力を伝達するためのプロペラ軸５である。

上記クラッチ２は乾式の機械式クラッチにより構成される。このクラッチ２の機械的な開閉制御はクラッチ・ブースタ６により行われる。クラッチ・ブースタ６へはその駆動エネルギとして空気圧が送られていて、この空気圧の開閉操作は、クラッチ・アクチュエータ８から供給される油圧により実行される。このクラッチ・アクチュエータ８は電気信号により制御される。

上記変速機３は前進７段後退１段のギヤ組み合わせにより構成された、よく知られた装置であり、その変速機３のギヤ切換えは変速制御装置４により機械的に制御される。変速制御装置４にはその切換え制御のための動力源として、車両の空気圧が供給されている。変速制御装置４の内部には、この空気圧により作動する複数の空気圧シリンダ（図示せず）が設けられ、この空気圧シリンダへの空気圧を供給するための開閉弁は電気信号により制御される。

上記変速制御装置４およびクラッチ・アクチュエータ８に供給される電気信号は、変速制御回路１１の一部として設定されたクラッチ制御回路１０が発生する。この変速制御回路１１、およびクラッチ制御回路１０はプログラム制御回路を含む論理回路である。本発明のクラッチ制御回路１０の制御論理は、このプログラム制御回路にソフトウエアとして実装されるとともに、この変速制御回路１１の作動に連動して演算実行される。

エンジン１に燃料を供給する燃料ポンプ１３は、エンジン制御回路１２により制御される。このエンジン制御回路１２もプログラム制御回路である。このエンジン制御回路１２および上記変速制御回路１１は、通信バス１４により連結されて、相互に情報を共有するように構成されている。この構成もよく知られた構成である。

変速制御回路１１には入力インターフエイス（Ｉ／Ｏ）を介して、アクセル・ペダル９の操作量（ｘ）、エンジン１に設けられた回転センサからのエンジン回転速度（Ｎｅ）、クラッチ２の出力軸に設けられた回転センサからのクラッチ回転速度（Ｎｃ）、プロペラ軸５に設けられた回転センサからの車速（ｖ）、およびクラッチ・ストローク・センサ７からのクラッチ・ストローク（Ｓ）を電気信号として取込み、これらを入力情報とする。そして変速制御回路１１は、本発明に係る制御出力情報として、クラッチの操作量（目標値Ｓ₀または変更値±ΔＳｃ）を送出する。

ここで本発明の特徴とするところは、アクセル・ペダルの操作量（ｘ）をはじめ、その時点における必要な動作パラメタを取込んでからの制御手順にある。はじめにその制御手順の概要を図２に示すフローチャートにより説明する。

ここでアクセル・ペダルの操作量（ｘ）は、運転者が操作するアクセル・ペダルに連動して発生する電気信号である。ここでは最大踏み込み量に対する百分比（％）で理解する。エンジン回転速度（Ｎｅ）はエンジン１の回転軸に設けられた回転センサからの電気信号である。クラッチ回転速度（Ｎｃ）はクラッチ２の出力軸の回転速度である。クラッチ・ストローク（Ｓ）は、クラッチ・ストローク・センサ７がクラッチの機械的な変位を電気信号として検出する値である。

動作パラメタの取込みにつづいて、第一の演算手段により目標エンジン回転速度（Ｎｅ₀）を求める。すなわち
Ｎｅ₀＝ｆ(ｘ)
により目標エンジン回転速度（Ｎｅ₀）を演算する。図３にこの関数ｆ（ｘ）を例示する。アクセル・ペダルの操作量（ｘ）に対して目標エンジン回転速度は、アクセル・ペダルの操作量の小さい領域および大きい領域で平坦であり、アクセル・ペダルの操作量の中程度の領域で所定の勾配をもつように設定される。

ここで本発明の特徴である実トルクによる回転速度の制限（「制限」であって「制御」ではない）を実行する。これは運転者のアクセル・ペダルによる加速要求があっても、負荷が小さいときには、目標エンジン回転速度を制限するための論理処理である。具体的には目標エンジン回転速度を必要トルクを発生できる最小回転速度に選ぶように制限する。この論理処理は制御マップを制御回路に保持しておき、制御時にこの制御マップを参照するようにして実現した。

図４はこの制御マップの一例である。横軸は必要トルクであり、運転者のアクセル踏込み量に対応する。縦軸は目標エンジン回転速度である。すなわち運転者のアクセル・ペダル操作により入力される必要トルクは、８００Ｎｍまでは操作入力に比例させるが、この必要トルクを越えてアクセル・ペダルが踏み込まれても、目標エンジン回転速度は必要トルクに相当する１４００ｒ／ｍに保持するように制御される。

上記論理処理の他は先願で説明した制御と同等である。すなわち上記のように目標エンジン回転速度が定まると、その目標エンジン回転速度に向けてエンジン回転速度を第三の演算手段により設定された時間経過に対する勾配（ｄＮｅ／ｄｔ）で変化させるように制御する。この実施例では、この勾配は一定値を採る。この時間勾配の値を例示すると、５００ｒｐｍ／ｓｅｃ前後である。すなわち毎秒５００ｒｐｍの割合でエンジン回転を上昇させるように燃料噴射量を制御することになる。

この燃料噴射量は第四の演算手段により演算する。すなわち目標エンジン回転速度（Ｎｅ₀）と現時点のエンジン回転速度（Ｎｅ）との差分Δを演算し、この差分Δが零に近づくように、しかも毎秒５００ｒｐｍの割合でエンジン回転を上昇させるようにＰＩＤ制御による燃料噴射制御を実行する。このパラメタ（毎秒５００ｒｐｍ）はＰＩＤ制御系の時定数として設定される。

このような制御により、滑る状態にあるクラッチを介してエンジンの回転動力が車両駆動動力として伝達され、車両が発進加速される。そしてクラッチ出力軸の回転速度Ｎｃがエンジン回転速度Ｎｅに等しくなり、クラッチの滑る状態がなくなるまで、上記制御が繰り返し実行される。

上記実施例では、本発明が実施される大型貨物車両について説明したが、これは車種を限定するものではなく、本発明の利用可能性はきわめて広範囲である。

本発明実施例装置のブロック構成図。 本発明実施例装置の動作フローチャート。 第一の演算手段に利用する関数例を説明する図。 第二の演算手段に利用する関数例を説明する図。

符号の説明

１ エンジン
２ クラッチ
３ 変速機
４ 変速制御装置
５ プロペラ軸
６ クラッチ・ブースタ
７ クラッチ・ストローク・センサ
８ クラッチ・アクチュエータ
９ アクセル・ペダル
１０ クラッチ制御回路
１１ 変速制御回路
１２ エンジン制御回路
１３ 燃料ポンプ
１４ 通信バス

Claims (4)

1. アクセル・ペダル操作量、エンジン回転速度、クラッチ回転速度、およびクラッチ・ストロークを含む情報を入力情報とし、この入力情報を利用して演算したクラッチの操作量を出力情報とするクラッチ制御装置において、
   前記アクセル・ペダル操作量に対する目標エンジン回転速度を演算する第一の演算手段と、この目標エンジン回転速度を必要なトルクを発生することができる範囲で小さく制限する第二の演算手段とを備えたことを特徴とするクラッチ制御装置。
2. 前記第二の演算手段は、修正用テーブルを参照する手段を含む請求項１記載のクラッチ制御装置。
3. 前記第二の演算手段は、修正用近似式を利用する手段を含む請求項１記載のクラッチ制御装置。
4. エンジン回転速度を前記第二の演算手段により修正された目標エンジン回転速度に接近させる変化量を設定する第三の演算手段と、その時点のエンジン回転速度および前記変化量に対応してエンジン燃料噴射量を演算する第四の演算手段とを備えた請求項１記載のクラッチ制御装置。

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