JP4200790B2 - クラッチ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動的にクラッチの断接を行なうクラッチ制御装置に関し、特に、機械式自動変速機に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
バスやトラック等の大型車では、駆動トルクの伝達量が大きいため、手動変速機と同様の構造の機械式変速機に、クラッチを自動的に断接可能なクラッチ装置等を組み合わせることで、機械式自動変速機（以下、ＡＭＴと略す）として用いている。このような構成により、変速のタイミングに合わせて、自動的にクラッチを断接制御し、自動的に変速を行うことができる。
【０００３】
上記クラッチ装置では、変速時のみならず、発進及び停止時にも自動的にクラッチの断接を行なうように制御されており、例えば、発進時には、アクセルペダルを踏込み、アクセルオン状態とすることで、自動的にクラッチを接続するように制御されており、停止時には、アクセルペダルの踏込みが無くなり、アクセルオフ状態となり、更に、エンジン回転数が所定回転数より小さくなることで、自動的にクラッチを切断するように制御されている。
【０００４】
上記動作を行なうクラッチ装置として、クラッチ係合時のショックを低減するため、エンジン出力検出手段の検出値に応じて、クラッチ駆動手段によるクラッチの操作速度を設定し、エンジン出力の増加量が予め設定された許容値より大きい場合、クラッチ操作速度の増加を一時的に制限する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
上記動作を行なうクラッチ装置では、発進等の微動時において、アクセルをオフ（全閉）しない範囲で増減させた場合、その増減に合わせて滑らかにクラッチのストロークを制御することができる。ところが、発進時の半クラッチ中にアクセルをオフした場合の制御については特に考慮されてなく、通常、エンジン回転数がアイドル回転数になると、クラッチをすぐに完断するため、クラッチ切断にともなうクラッチ断ショックが発生してしまう（後述の図５（ａ）の▲１▼、▲２▼参照）。又、登坂路等でアクセルを一旦オフにし、その後すぐアクセルを踏んだ場合、クラッチは一旦完断し、その後再度半クラッチの状態となるため、クラッチのストロークが大きく変動し、滑らかな動作では無くなってしまう（後述の図５（ａ）の▲１▼参照）。なお、このクラッチ断ショックは、クラッチ接続状態において駆動系に負荷されたねじりトルクが、クラッチが急速に切断状態となることで一気に開放されて発生するものである。
【０００６】
そこで、上記クラッチ断ショックを防止するために、クラッチを断接駆動する流体圧アクチュエータに対して、クラッチ分断時の半クラッチ領域におけるクラッチ断速度をクラッチストロークに応じて変更するように、流体圧の給排制御を行なう技術がある（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−３２５４２２号公報（第３−６頁、第１−７図）
【特許文献２】
特開２００２−２１８８０号公報（第３−６頁、第１−４図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に示した従来のクラッチ装置では、クラッチの断接のためにオイル等の流体を制御弁等により流路を変更することで、流体の供給速度を変えて、クラッチストロークの移動速度を変えていた。しかし、この方法では、流体の供給速度、つまり、クラッチストロークの移動速度の自由度に限度があり、構造も複雑になるといった問題があった。又、車種に応じた最適な流体の供給速度を得るために、車種に応じて制御弁等を変更する必要が有り、汎用性が低かった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、比較的簡単な構成で、車両の状況に応じたクラッチ断速度を得ることできるクラッチ制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係るクラッチ制御装置は、車両のエンジンと変速機との間のクラッチを断接させるクラッチ断接手段と、クラッチ断接手段を駆動する流体の給排を行なう流体給排手段と、クラッチの位置を検出するクラッチ位置検出手段と、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度検出手段とを有する。又、流体給排手段は、モータと、モータの回転運動を往復運動に変換する往復運動手段と、往復運動手段に係合されたピストンと、ピストンの往復運動により流体の給排を行なうシリンダとを有する。往復運動手段は、例えば、モータにより駆動されるウォームギヤと、ウォームギヤに係合されたホイールギヤにより構成され、ホイールギヤの端部に係合されたピストンが往復運動を行なう。流体給排手段とクラッチ断接手段とを制御して自動的にクラッチを断接するクラッチ制御手段は、クラッチ位置検出手段により検出されたクラッチの位置が半クラッチの位置であり、かつ、アクセル開度検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込み量がある場合には、クラッチ位置検出手段により検出された該クラッチの位置に基づいてＰＩＤ制御し、流体給排手段によりクラッチ断接手段への流体の供給量を制御して、クラッチを所定速度で移動させて、クラッチを接続状態とし、クラッチ位置検出手段により検出されたクラッチの位置が半クラッチの位置であり、かつ、アクセル開度検出手段により検出されたアクセルペダルの踏込み量がない場合、クラッチの接続位置側に設定された第１目標位置からクラッチの切断位置側に設定された第２目標位置までを、流体給排手段によりクラッチ断接手段への流体の供給量を制御して、クラッチを前述の所定速度よりも低速で移動させて、クラッチを切断状態とする。第１目標位置及び第２目標位置としては、例えば、半クラッチの完了位置、半クラッチの開始位置を各々設定して、半クラッチの領域で上記制御を行なう。
【００１２】
上記課題を解決する本発明に係るクラッチ制御装置は、第１目標位置、第２目標位置及び所定速度は、モータを制御することにより可変とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るクラッチ制御装置が用いられるエンジン、クラッチ装置及び変速機の概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明に係るクラッチ制御装置は、エンジン１からの出力軸を変速機２に接続するクラッチ装置３を制御している。
【００１５】
エンジン１自体の構成は、本発明に直接係るものではないため、関係する部分を簡単に説明するが、一般的に用いられているエンジンでよい。エンジン１に設けられた出力制御機器４（例えば、燃料噴射機器等）を制御することにより、エンジン１の出力が制御されており、エンジン１の出力軸には、その回転数を検出するエンジン回転数センサ５が設けられている。出力制御機器４やエンジン回転数センサ５等はエンジンＥＣＵ６に接続されており、他のセンサからの入力信号や他のＥＣＵからの制御情報に基づいて、エンジン１の出力が制御されている。
【００１６】
変速機２自体の構成も、本発明に直接係るものではないため、関係する部分を簡単に説明する。変速機２は、後退段の他に複数の前進段の変速段を有する自動変速式の変速機である。変速機２の上部には、変速機内部の変速段を選択するためのギヤシフトユニット（以下、ＧＳＵと略す。）７が設けられており、ＧＳＵ７は、その内部に有する複数の電磁弁、パワーシリンダ（共に図示せず）等により作動されており、エアタンク８からエア通路９を経由して供給される高圧作動エアにより駆動されている。
【００１７】
具体的には、電磁弁の動作状況に応じて供給された高圧作動エアによりパワーシリンダが作動され、パワーシリンダに係合され、変速段のギヤを選択する変速機２内部のシフトフォーク（図示せず）が作動されて変速が行われている。ＧＳＵ７近傍あるいはＧＳＵ７内には変速段を検出するギヤ位置センサ１０が設けられており、ギヤ位置センサ１０からの信号を変速機ＥＣＵ１１が判断して、ＧＳＵ７へ制御信号を出力している。
【００１８】
又、変速機２の入力軸の回転数を検出するクラッチ回転数センサ１２と、変速機２の出力軸の回転数により車速を検出する車速センサ１３も設けられ、変速機ＥＣＵ１１へ入力されており、変速時にはこれらの回転数が同期するように、変速機ＥＣＵ１１により制御されている。又、変速機ＥＣＵ１１には、アクセルペダル１４ａに設けられ、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度検出手段であるアクセル開度センサ１４ｂや、変速機２の変速を制御するチェンジレバー１５ａに設けられた変速段選択スイッチ１５ｂも接続され、これらの入力信号を変速機ＥＣＵ１１が総合的に判断して変速動作を行なっている。
【００１９】
クラッチ装置３は、エンジン１の出力軸に接続されたフライホイール１６にクラッチ板１７をスプリング１８により圧接させて接続状態とする一方、油圧を作用させてスプリング１８を反転させることによりフライホイール１６からクラッチ板１７を離間させて切断状態とすることで、エンジンと変速機との断接を行なう通常の機械摩擦式クラッチであり、その断接動作を自動的に実施できるものである。具体的には、クラッチ板１７に、クラッチ断接手段となるＤＰＣ（ダイレクトパワーシリンダ）１９が接続され、更に、このＤＰＣ１９には、作動流体となるオイルの供給／排出を行なう流体給排手段である流体給排機器２１がオイル通路２３を介して接続され、オイルの給排によりＤＰＣ１９内部のピストンが駆動されている。
【００２０】
ＤＰＣ１９へのオイルの供給／排出を行なうことで、ＤＰＣ１９を作動させ、クラッチ板１７を移動させて、クラッチの断接が自動的に実施される。図示していないクラッチストロークセンサ（クラッチ板１７の位置を検出するクラッチ位置検出手段）は、流体給排機器２１に設けられており、クラッチストロークセンサからの検出信号を変速機ＥＣＵ１１に入力し、流体給排機器２１からのオイルの供給量を制御することで、クラッチの断接の２つの状態だけではなく、手動式の変速機における半クラッチのような状態とすることも可能である。具体的には、目標移動位置を設定し、クラッチの実際の位置をフィードバックして、ＰＩＤ制御により流体給排機器２１へ制御信号を出力することで、クラッチの移動位置の制御を行なっている。上記制御を行なうことにより、エンジン１の出力を変速機２に伝達する際に、違和感なく円滑に変速することができる。なお、流体給排機器２１については、図２において、更に詳細に説明する。
【００２１】
このような制御を行なう変速機ＥＣＵ１１及びエンジンＥＣＵ６は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、メモリ（制御プログラムやデータを有するＲＯＭと、演算作業領域となるＲＡＭとを有する。）及び入出力信号の処理回路となるインタフェイスとで構成されているものである。変速機ＥＣＵ１１において、種々の入力信号のうち、本発明に係る主な入力信号としては、クラッチ回転数センサ１２、アクセル開度センサ１４ｂ、クラッチストロークセンサ等が有り、種々の出力信号のうち、本発明に係る主な出力信号としては、流体給排機器２１等への制御信号がある。上記センサ等から入力された情報に基づき、制御プログラムにより適切な制御信号が出力されて、本発明に係るクラッチ制御が実施される。
【００２２】
図２は、図１の流体給排機器２１の概略を示す構成図である。
【００２３】
図２に示すように、流体給排機器２１は、変速機ＥＣＵ１１からの制御信号により駆動される２つのモータ２４と、モータ２４により回転駆動されるウォームギヤ２５と、ウォームギヤ２５に係合された扇上のホイールギヤ２６と、ホイールギヤの回転軸２６ａを中心に、ウォームギヤ２５との反対側の端部に係合されたピストン２７ａを有するオイルシリンダ２７とを有している。ウォームギヤ２５及びホイールギヤ２６は、モータ２４の回転運動を往復運動に変換する往復運動手段を構成しており、ピストン２７ａを往復運動させている。なお、図示していないが、作動流体となるオイルはシリンダに設けられたリザーバタンクに溜められている。又、ピストンの動作位置を検出するセンサも備えられている。
【００２４】
自動的にクラッチを切断するときには、モータ２４を回転させ、ウォームギヤ２５、ホイールギヤ２６を駆動し、ピストン２７ａを図２中の左側方向に作動させることで油圧が発生し、ＤＰＣ１９へオイルを供給する。そして、ＤＰＣ１９のピストンが、スプリング１８を介して押圧されることにより、クラッチ板１７がフライホイール１６から離間する方向に移動して、クラッチ装置３は接続状態から切断状態に変化する。
【００２５】
一方、自動的にクラッチを接続するときには、モータ２４を逆回転させ、ウォームギヤ２５、ホイールギヤ２６を駆動し、ピストン２７ａを図２中の右側方向に作動させることで、ＤＰＣ１９のオイルを引き込む。そして、スプリング１８によりクラッチ板１７がフライホイール１６の方向に移動して、クラッチ装置３は切断状態から接続状態に変化する。この時、クラッチ板１７はスプリング１８によってフライホイール１６に圧接され、クラッチ装置３が接続状態に保持されることとなる。クラッチ装置３は、変速機２が自動変速される際に、自動的に断接されるように制御されており、本発明に係るクラッチ制御においても、所定の条件下で自動的に断接されるように制御されている。
【００２６】
上記構造の流体給排機器２１を用いることで、発進時の半クラッチ中に、アクセルをオフにした場合でも、クラッチをゆっくり切断して、クラッチが滑らかに断動作を行い、クラッチ断ショックを防止することとなり、更に、その後、アクセルオンした場合でも、滑らかにクラッチ接を開始し、滑らかなクラッチ動作とすることができる。
【００２７】
更に、モータ２４を適宜に制御することで、クラッチのストローク位置及びその移動速度を可変にでき、制御の自由度が広がり、動作状況に即した制御を行なうことができる。つまり、ハードウェアを変えることなく、ソフトウェアの変更より、異なる車種への変更を行なうことができ、汎用性が広がる。
【００２８】
本発明に係るクラッチ制御装置のクラッチ制御手段は、ＤＰＣ１９や流体給排機器２１等を制御することで、自動的にクラッチを断接しており、更に、本発明では、半クラッチ中にアクセルオフした場合に、クラッチを適切に動作させる制御を行なっている。この制御の一例を、以下に示す図３、図４を用いて説明する。
【００２９】
図３は、本発明に係る実施形態の一例を示すクラッチ制御手段のタイムチャートである。
【００３０】
図３は、本発明に係るクラッチ制御手段のタイムチャートをわかりやすくするために、クラッチの接続状態からクラッチの切断状態への単純な動作におけるクラッチの目標ストロークと実ストロークを示したものである。図３に示すように、クラッチ断ショックとクラッチの滑らかな動作を実現するために、クラッチ接続位置からクラッチ接続位置側の第１目標位置（Ｌ１）までと、クラッチ切断位置側の第２目標位置（Ｌ２）からクラッチ切断位置（Ｌｅ）までは、第１目標位置、第２目標位置を各々移動目標値として設定して、ＰＩＤ制御によりクラッチをできるだけ速く移動させるとともに、第１目標位置（Ｌ１）から第２目標位置（Ｌ２）までは、所定距離ΔＬ（＝Ｌ２−Ｌ１）を所定時間Δｔでゆっくりクラッチを移動させている。第１目標位置、第２目標位置としては、各々半クラッチ終了点、半クラッチ開始点が用いられる。このように、所定距離ΔＬの領域、つまり、半クラッチの領域において、クラッチをゆっくり所定速度で移動させることで、例えば、半クラッチ中にアクセルオフを行なった場合（例えば、図３中のＡ地点）でも、即座にクラッチを切断することがない。なお、第１目標位置、第２目標位置は、運転状況（例えば、坂道等）に応じて適宜に変更してもよい。
【００３１】
図４は、本発明に係る実施形態の一例を示すクラッチ制御手段のフローチャートであり、半クラッチ中にアクセルオフした場合のクラッチ制御手段である。
【００３２】
ステップＳ１、Ｓ２では、接続状態のクラッチのストローク位置から半クラッチのストローク位置方向へクラッチを移動させるため、半クラッチ開始点となるストローク位置Ｌ２から所定距離ΔＬ離れた位置Ｌ１（＝Ｌ２−ΔＬ）を、移動の第１目標位置として設定し、ＰＩＤ制御にてクラッチを移動させ、クラッチの実ストロークが第１目標位置Ｌ１に到達するまでその制御状態を維持する。この第１目標位置Ｌ１は、例えば、半クラッチ状態から接続状態となるクラッチストロークの位置（半クラッチ終了点）とする。
【００３３】
ステップＳ３からＳ５では、第１目標位置Ｌ１を通過後、第２目標位置となる半クラッチ開始点Ｌ２まで、所定時間Δｔで所定距離ΔＬを移動させる。つまり、目標位置をΔＬ／Δｔずつ増加させながら、第２目標位置Ｌ２までＰＩＤ制御にてクラッチを移動させ、クラッチの実ストロークが第２目標位置Ｌ２に到達するまでその制御状態を維持する。この半クラッチ中にアクセルオン状態となれば、この制御を中止して、クラッチを接続状態とする。なお、ここでの所定距離ΔＬは、半クラッチ状態であるクラッチのストローク幅に該当するものであるが、車両の運転状況に応じて変更してもよい。例えば、早めにこの制御を始める場合には、第１目標位置Ｌ１をクラッチの接続状態側へ移動して、実際の半クラッチのストローク幅より大きくしてもよい。又、所定時間Δｔは、この制御を行なう最大の時間であり、設定時間が小さすぎると従来と同じ制御になってしまい、大きすぎるとエンジン回転数のみが上昇してしまう吹き上がり状態を発生しやすくなるため、車両の運転状況に応じて適切な時間を設定する。
【００３４】
ステップＳ６、Ｓ７では、第２目標位置Ｌ２を通過後、クラッチが切断状態となる最終目標位置Ｌｅを設定し、最終目標位置ＬｅまでＰＩＤ制御にてクラッチを移動させて、クラッチの切断が完了する。
【００３５】
図５は、従来のクラッチ制御と本発明に係るクラッチ制御の比較図である。
【００３６】
従来のクラッチ制御では、半クラッチ中にアクセルオフすることにより、エンジン回転がアイドル回転数になり、クラッチが即座に切断される（図５（ａ）の▲１▼参照）。その結果、クラッチ断ショックが発生することとなる（図５（ａ）の▲２▼参照）。又、アクセルオフ後、すぐにアクセルを踏んだ場合、一旦クラッチが切断した後再度半クラッチを開始するため、クラッチストロークの変動が大きく、滑らかでなくなる。
【００３７】
しかし、本発明に係るクラッチ制御では、半クラッチ中にアクセルオフしても緩やかにクラッチを切断する（図５（ｂ）の▲３▼参照）ため、クラッチ断ショックを防止できる（図５（ｂ）の▲４▼参照）とともに、アクセルオフ後、すぐにアクセル踏んだ場合でも、その時にクラッチのストローク位置から再度クラッチを接続させる位置へ移動するため、クラッチストロークの変動が少なく滑らかとなる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、発進半クラッチ中にアクセルをオフにした場合でも、すぐにクラッチストロークが完断せず、ゆっくり切断するので、発進半クラッチ中のアクセルオフ／オン動作に対して、クラッチストロークの動きが滑らかになる。又、クラッチ断時のショックが無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクラッチ制御装置が用いられるエンジン、クラッチ装置及び変速機の概略構成図である。
【図２】図１の流体給排機器の概略を示す構成図である。
【図３】本発明に係る実施形態の一例を示すクラッチ制御手段のタイムチャートである。
【図４】本発明に係る実施形態の一例を示すクラッチ制御手段のフローチャートである。
【図５】従来のクラッチ制御と本発明に係るクラッチ制御の比較図である。
【符号の説明】
２１ 流体給排機器
２４ モータ
２５ ウォームギヤ
２６ ホイールギヤ
２６ａ 回転軸
２７ オイルシリンダ
２７ａ ピストン

Claims (2)

1. 車両のエンジンと変速機との間のクラッチを断接させるクラッチ断接手段と、前記クラッチ断接手段を駆動する流体の給排を行なう流体給排手段と、前記クラッチの位置を検出するクラッチ位置検出手段と、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度検出手段とを有し、前記流体給排手段と前記クラッチ断接手段とを制御して自動的に前記クラッチを断接するクラッチ制御手段を備えたクラッチ制御装置において、
   前記流体給排手段は、モータと、前記モータの回転運動を往復運動に変換する往復運動手段と、前記往復運動手段に係合されたピストンと、前記ピストンの往復運動により前記流体の給排を行なうシリンダとを有するものであり、
   前記クラッチ制御手段は、
   前記クラッチ位置検出手段により検出された前記クラッチの位置が半クラッチの位置であり、かつ、前記アクセル開度検出手段により検出された前記アクセルペダルの踏込み量がある場合には、前記クラッチ位置検出手段により検出された該クラッチの位置に基づいてＰＩＤ制御し、前記流体給排手段により前記クラッチ断接手段への前記流体の供給量を制御して、前記クラッチを所定速度で移動させて、前記クラッチを接続状態とし、
   前記クラッチ位置検出手段により検出された前記クラッチの位置が半クラッチの位置であり、かつ、前記アクセル開度検出手段により検出された前記アクセルペダルの踏込み量がない場合、前記クラッチの接続位置側に設定された第１目標位置から前記クラッチの切断位置側に設定された第２目標位置までを、前記流体給排手段により前記クラッチ断接手段への前記流体の供給量を制御して、前記クラッチを前記所定速度よりも低速で移動させて、前記クラッチを切断状態とすることを特徴とするクラッチ制御装置。
2. 請求項１に記載のクラッチ制御装置において、
   前記第１目標位置、前記第２目標位置及び前記所定速度は、前記モータを制御することにより可変とすることを特徴とするクラッチ制御装置。

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