JP2004176735A - 変速機の制御装置,制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】一定条件における自動クラッチの作動位置と駆動モータの負荷トルクとの予め記憶された関係を用いる制御では、自動クラッチの係合ショックを生じたり或いはエンジンの吹け上がりを生じたりするおそれがあった。
【解決手段】かかる目的を達成するため、位置指令発生手段と第1位置制御手段と第2位置制御手段とモータ状態検出手段とクラッチ状態検出手段と切換手段を備え、前記位置指令発生手段からの指令位置と前記モータ状態検出手段からのモータ状態信号と前記クラッチ状態検出手段のクラッチ状態信号に応じて、前記第1位置制御手段と前記第2位置制御手段を切換えて前記モータを制御するようにしたものである。
【選択図】 図1
【解決手段】かかる目的を達成するため、位置指令発生手段と第1位置制御手段と第2位置制御手段とモータ状態検出手段とクラッチ状態検出手段と切換手段を備え、前記位置指令発生手段からの指令位置と前記モータ状態検出手段からのモータ状態信号と前記クラッチ状態検出手段のクラッチ状態信号に応じて、前記第1位置制御手段と前記第2位置制御手段を切換えて前記モータを制御するようにしたものである。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車,産業車両等の制御装置および制御方法に関する。詳細には、モータのトルクを歯車などのメカ機構でクラッチ移動方向の力に変換してクラッチ板を移動し、クラッチ板の位置を制御する制御装置および制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用自動クラッチの制御装置として特開平5−202954号公報記載のようなものがある。この技術は自動クラッチの作動位置と駆動モータの負荷トルクとの予め記憶された関係を用いて、駆動モータによりクラッチ作動位置を目標位置に追従するようにフィードバック制御し、モータの電流を制御するようにしたものである。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−202954号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記制御方法は、一定条件における自動クラッチの作動位置と駆動モータの負荷トルクとの予め記憶された関係を用いているため、自動クラッチの速度が変わった場合、モータ電流に過不足が生じて自動クラッチの作動位置が目標位置よりも行き過ぎたり或いは目標位置に到達できなかったりする場合があり、これにより、自動クラッチの係合ショックを生じたり或いはエンジンの吹け上がりを生じたりする虞があった。
【0005】
本発明の目的は、操作機構を電気式のアクチュエータで自動操作するようにした自動変速機の制御装置において、様々な運転条件に対してクラッチの係合ショックを生じたりせず或いはエンジンの吹け上がりを生じたりしない自動車および自動変速機の制御装置を提供することにある。また、車両の振動を押さえた乗り心地の良い走行が出来る自動車および自動変速機の制御装置を提供することにある。また、運転者の操作に対して応答性が良い走行が出来る自動車および自動変速機の制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、モータのトルクを歯車などのメカ機構でクラッチ移動方向の力に変換してクラッチ板を移動し、クラッチ板の位置を制御する制御装置において、位置指令発生手段と第1位置制御手段と第2位置制御手段とモータ状態検出手段とクラッチ状態検出手段と切換手段を備え、前記位置指令発生手段からの指令位置と前記モータ状態検出手段からのモータ状態信号と前記クラッチ状態検出手段のクラッチ状態信号に応じて、前記第1位置制御手段と前記第2位置制御手段を切換えて前記モータを制御するようにしたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【0008】
先ず、本発明の第1の実施例を示す。図1は本発明の一実施例のブロック図である。一般的に、位置指令生成手段1,第1位置制御手段2,第2位置制御手段3,切換手段6は制御装置C/U内に存在する機能である。勿論、これと異なる構成を採ることもできる。
【0009】
位置指令生成手段1は自動車の発進,変速,加速などの運転状態を考慮し、クラッチ位置指令を算出する。クラッチ9の実際の位置が、このクラッチ指令位置となるように第1位置制御手段2と第2位置制御手段3でモータ7への指令を算出する。この指令の算出にはモータ状態検出手段4とクラッチ状態検出手段5からの信号を用いる。モータ状態検出手段4とクラッチ状態検出手段5は、モータ7,メカ機構8,クラッチ9からモータ速度,モータ電流,モータ位置,トルク伝達効率,クラッチ速度,クラッチ位置などを検出する。切換手段6では第1位置制御手段2と第2位置制御手段3で算出したモータ指令のどちらをモータに出力するかを決める。この決め方の詳細は後述する。この決定を行うのにモータ状態検出手段4とクラッチ状態検出手段5からの信号を用いる。
【0010】
図2に図1のモータ7,メカ機構8,クラッチ9をエンジンと変速機の間に適用した場合の構成図を示す。900は変速機のフロントケースであり、901はフライホイールである。フライホイール901は図示しないエンジンの出力軸に直結している。902はクラッチ・ディスクであり、903はクラッチ・ディスク902をフライホイール901に押し付けるためのプレッシャー・プレートである。プレッシャー・プレート903はスプリング905によって図中左向きに押されている。この力によってクラッチ・ディスク902とフライホイール901は常時接しており、クラッチ・ディスク902は入力軸904と直結しているので、フライホイール901のトルクが入力軸904に伝達される。伝達は、901−902−904というように行われる。クラッチ・ディスク902の押し付け力を調節することによって図示しないエンジンの出力軸から入力軸904への動力伝達を断続する構成としている。
【0011】
700はモータであり、800はウォームギヤ、801はウォームホイール、802はクラッチ・ロッドである。ウォームギヤ800とウォームホイール801とは、800が主動で801が従動の関係にある。実用上は801が主動となることは無く、所謂セルフロックの関係にある。従って、クラッチ・ロッド802のストロークが正確に制御可能となる。また、907はクラッチ・レリーズ・フォーク、906はクラッチ・レリーズ・ベアリングである。各センサ1001
(例えば図1では4,5)からモータ速度,モータ電流,モータ位置,トルク伝達効率,クラッチ速度,クラッチ位置などを検出し、コントロールユニット1000で、これに応じてモータ700を制御することによりクラッチの押し付け力を制御する動作を実現する。
【0012】
モータ700によってウォームギヤ800にトルクがかかり、ウォームホイール801にトルクが伝わり、クラッチ・ロッド802に図の矢印方向の力が加えられると、クラッチ・レリーズ・フォーク907→クラッチ・レリーズ・ベアリング906の順に図の矢印方向の力が伝達する。すると、支点908によってスプリング905とプレッシャー・プレート903とが接している部分に図の右向き矢印方向に力が発生する。よって、スプリング905がプレッシャー・プレート903を押す力が弱められ、プレッシャー・プレート903がクラッチ・ディスク902に与える弾力を抑え、クラッチ・ディスク902の押し付け力(以下、クラッチ押し付け力という)を制御することができる。また、フライ・ホイール901とクラッチ・ディスク902を切り離すこともできる。切り離したときにはクラッチ押し付け力=0となる。スプリング905は図5のような特性を有しているので、解放させていくときと締結させていくときとで、特性を考慮してモータの制御を行えば、より精度の高い制御が可能となる。このクラッチの動作の方向性を考慮して、後述する図3,図4等のように補正値を切り替えること等を行う。
【0013】
第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御する制御ブロック図の一例を図3に示し、同様にモータを制御するフローチャートの一例を図4に示す。
【0014】
先ず、図3について説明する。自動車の発進,変速,加速などの運転状態を考慮し、クラッチ9の目標位置である指令位置Pcndが算出される。指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。現在位置Pcurは、例えばスプリング905とプレッシャー・プレート903とが接している部分のストロークと考えればよい。この位置偏差dPcを用い、制御器200でPID制御指令値Mpidを求める。この制御器200はPID制御器である。また、第1補正演算手段201と第2補正値演算手段300は現在位置Pcurと位置偏差dPcより、第1補正値Mcors,第2補正値Mcordを求める。第1補正値は静止摩擦係数に関するもの、第2補正値は動摩擦係数に関するものであり、詳細は後述する。補正条件検出手段600では指令位置Pcndと現在位置Pcurより第1補正値Mcorsと第2補正値Mcordの切換えを行い、モータ補正値Mcorとする。そして、PID制御指令値Mpidとモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとし、モータ7へ出力し、メカ機構8を介し、クラッチ9を制御する。
【0015】
次に、図4について説明する。第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御するフローチャートの一例を示す。このプログラムはコントロールユニット1000のマイクロコンピュータで実行される。2[ms]等の一定の間隔でS2000がサブルーチンコールされ、実行される。S2001で指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める点は前述の通りである。この位置偏差dPcを用い、制御器200でPID制御指令値Mpidを求める。
【0016】
S2002で位置偏差dPcが所定偏差cdPc以上か否かを考慮する。所定偏差cdPc=0とおくとすると、クラッチを解放させていくときと締結させていくときとで摩擦トルクに影響が出ることを考慮するとすることができる。ここで第1補正値Mcorsを演算する。
【0017】
次に、S2003でクラッチ速度Vcが所定速度cVc以下か否かを判定する。静止摩擦の影響を考慮するか否かを決定するためである。クラッチ速度Vcはクラッチ位置Pcurの微分により求める。S2003の条件が成立していれば、S2004で第2補正値Mcordを演算し、第1補正値Mcorsに之を乗じてモータ補正値Mcorとする。S2003の条件が成立していない場合は、第1補正値Mcorsを其のままモータ補正値Mcorとする。
【0018】
S2005でPID制御指令値Mpidにモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとする。S2006でモータ指令値Mcndを出力する。
【0019】
図5に第1補正演算手段201の詳細なブロック図を示す。第1補正演算手段201では静止摩擦による摩擦トルクの補正を行う。クラッチのばね反力特性は、ばねの形やそれに付属する機構により変わるが、図2で示した機構では図5aのような特性を示す。このクラッチばね反力は歯車の摩擦に大きく関わっており、図5bのように摩擦トルクの特性も同じような特性を示す。クラッチの移動方向により摩擦トルクはプラス・マイナスが変わる。よってこの摩擦トルクを打ち消すような補正を行わなければいけないので、第1補正演算手段201には図5cに示すような現在位置Pcurとモータ電流のマップをコントロールユニット1000のマイクロコンピュータに記憶しておき、位置偏差dPcから動作方向を求め、現在位置Pcurからモータ電流をマップ検索し、第1補正値Mcorsとして出力する。
【0020】
図6に第2補正演算手段300の詳細なブロック図を示す。第2補正演算手段300では動摩擦による摩擦トルクの補正を行う。摩擦係数はクラッチ速度Vcが遅い時は大きく、クラッチ速度Vcが速い時は小さい。よって、クラッチ速度Vcにより摩擦トルクも変わってくる。これらを考慮してクラッチ速度Vcにより補正係数kcordを求め、図5で説明した第1補正値Mcorsに補正係数kcordを乗じて第2補正値Mcordとする。なお、第2補正演算手段300の一例として、第2補正演算手段300内には、第1補正演算手段201と同じものが配設されている。
【0021】
図7に、図3で示した補正制御を行った場合と行わない場合のタイムチャートを示す。実線が補正制御有り、点線が補正制御無しの場合である。位置A,B,C,Dの順にストロークが大きくなるものとする。
【0022】
時刻t1で位置Bから位置Dへ指令位置Pcndが変わった場合に対して、
PID制御器200のPIDゲインを調整したとすると、(a)では制御有りでも制御無しでも応答性は殆ど変わらず、時刻t2で収束する。これは、適度なストロークの位置制御であれば、応答性は殆ど悪化しないことを示している。更に言えば、応答性が悪化しないようなストロークの位置制御が在り得るということである。
【0023】
しかし、(b)のように位置Aから位置Dへ指令位置Pcndが変わった場合、即ち(a)に比してストロークが大きな制御においては、制御無しでは(a)と同様のゲインでは摩擦トルクに対して初期のモータ指令値Mcndが大きすぎるためオーバーシュートし、時刻t3(>t2)で収束する。また、(c)の位置Cから位置Dへ指令位置Pcndが変わった場合、即ち(a)に比してストロークが小さな制御においては、制御無しでは(a)と同様のゲインでは摩擦トルクに対して初期のモータ指令値Mcndが小さすぎるため最初は動かず、遅れて、その後はオーバーシュートし、時刻t4(>t3)で収束する。
【0024】
一方制御有りでは、(b),(c)何れの場合もクラッチ速度(静止摩擦,動摩擦)を考慮して補正を行うので、常に安定した応答が得られる。
【0025】
以上のような技術を用いることで、クラッチ・ロッド802のストロークを正確に制御することが可能となり、延いてはクラッチ押し付け力を正確に制御することが可能となる。また、摩擦の影響を小さくし、クラッチを素早く指令位置に追従させることが出来る。よって、クラッチ押し付け力が過度・過少となることが防止できるので燃費の点でも有利であり、また、様々な運転条件に対してクラッチの係合ショックを生じ難くし、或いはエンジンの吹け上がりを生じ難くし、車両の振動を押さえた乗り心地の良い走行が出来る。
【0026】
これを図8のような自動変速機を搭載した自動車の制御に用いることを考える。先ず図8,図9を用いて変速機の変速特性を説明し、次に図10を用いて上記技術の適用について説明する。
【0027】
斯様な変速機は、変速中にも駆動軸トルクを0にすることなく変速制御を行うものである(図9下段)。発進クラッチとは別途設けたアシスト機構(例えば、摩擦クラッチやシンクロメッシュ)によって変速中の駆動軸トルクを補填する仕組みである。ここで変速とは、例えば1速から2速というようにギヤが現在走行中に用いているギヤから別のギヤに変わること、1速ギヤを介したトルク伝達経路(第一のトルク伝達経路)から2速ギヤを介したトルク伝達経路へとトルク伝達経路(第二のトルク伝達経路)を変更することをいう。従って変速中とは、例えば、1速通常走行状態において1速のギヤの係合が解放された(≡変速開始)後2速のギヤに締結され(≡変速終了して)2速通常走行状態になるまでの間をいうことになる。斯様な変速機においては、変速中は発進クラッチを制御することなく、専らアシスト機構を制御することによって変速が行われる。
【0028】
このような変速機の一例である図8を用いて、1速運転状態から2速運転状態に変速段を変更(変速)するときのアシスト機構10aの制御について説明する。このアシスト機構10aの制御は、歯車式変速機を制御するために図示しない制御装置からの指示に基づいて各アクチュエータを制御することにより実行する。
【0029】
図8aは、エンジン1aの駆動力で走行している状態で車両を加速しようとした場合の1速運転状態の説明図であり、図の点線矢印はトルクの伝達経路(第一のトルク伝達経路)を示している。一例として、発進クラッチ4aを連結し、ドッグクラッチ(ハブ17a)をギヤ18aと連結した場合を想定する。この状態では、エンジン1aのトルクは、発進クラッチ4a,入力軸8a,ギヤ7a,ギヤ18aを介して出力軸20aに伝達される。このとき、アシスト機構10aは解放状態となっている。
【0030】
変速指令生成手段(図示しない制御装置)により変速指令Ssが出力されると、図8bに示すようにドッグクラッチ(ハブ17a)を解放状態にしてギヤ18aと出力軸20aの連結を解放する。それと同時に前述のモータ7,700等を制御してアシスト機構10aを押付けて連結することにより、エンジン1aのトルクを出力軸3aから発進クラッチ4a,入力軸8a,ギヤ5a,ギヤ9a,アシスト機構10aを介して出力軸20aに伝達するようにする。このようにアシスト機構10aの押付け力によりエンジン1aのトルクを車軸22aに伝達して車両の駆動トルク(駆動軸トルク)にすると、ギヤ5a,ギヤ9aが使用されて変速比が小さくなるために、エンジン1aの負荷が大きくなって回転数が低下し、出力軸20aと入力軸8aの変速比が1速の変速比より2速の変速比(小さくなる方向)に近づいてくる。
【0031】
ここで、入力軸8aと出力軸20aの変速比が2速の変速比になると、図8cに示すように、ドッグクラッチ(ハブ17a)をギヤ11aに連結させてギヤ11aと出力軸20aとを連結する。この連結が完了すると同時にモータ7,700等を制御してアシスト機構10aの押付け力を解放することにより、1速から2速への変速を完了する。この2速運転状態では、エンジン1aのトルクの伝達経路はエンジン1aの出力軸3a,発進クラッチ4a,入力軸8a,ギヤ6a,ギヤ11a,ハブ17a,出力軸20aの順となる。
【0032】
以上のように、変速時には1速状態を解放することにより中立状態となるが、このときアシスト機構10aとギヤ5a,9aによりエンジン1aのトルクを車軸22aに伝達するようにしているために、この変速中のトルク低下を補填することができる。
【0033】
図9に変速中のトルク変化の状態を示す。図9の一番上の図は、アシスト機構10aがない場合のエンジン1aから車輪へ伝達されるトルク(駆動軸トルク)を示している(トルク1)。時刻aにて変速が開始され、即ち,ドッグクラッチ(ハブ17a)を解放状態にしてギヤ18aと出力軸20aの連結を解放して、時刻bにて変速が終了し、即ち、ドッグクラッチ(ハブ17a)をギヤ11aに連結させてギヤ11aと出力軸20aとを連結する。この結果、時刻aから時刻bの間では、トルク伝達が出来ないため、駆動軸トルクの中断が発生している(トルク1)。
【0034】
次に、図9の上から2番目の図は、アシスト機構10aによって伝達されるトルク(トルク2)を示している。アシスト機構10aは、時刻aにて変速が開始されると滑った状態でトルク伝達を開始し、時刻aから時刻bまでトルク伝達を行う。時刻bでは変速が終了するので、アシスト機構10aはトルク伝達を行わないため、アシスト機構10aの伝達トルクも0になる。
【0035】
次の図9の上から3番目に図9の上から1番目と2番目のトルク伝達が実行された場合の最終的な車両の駆動軸トルクを示している(トルク3)。車両の駆動トルク(駆動軸トルク)は、噛合い式クラッチによる伝達トルク(トルク1)とアシスト機構10aによる伝達トルク(トルク2)の和となるので、図9に示すように噛合い式クラッチでは伝達できない変速中のトルクは、アシスト機構10aによって実現され、変速中のトルク中断を無くし滑らかなトルク伝達が実現できる(トルク3)。
【0036】
次に図10を用いて図1乃至図7で説明した技術の適用について説明する。図10aは、変速時の制御状態を示すタイムチャートである。縦軸には以下のような(A)乃至(G)を、横軸には時間をとっている。
(A)は変速指令Ss、
(B)はドッグクラッチ位置に相当するシフトレバー位置Ii、
(C)は入出力軸回転数比Rch、
(D)はスロットル開度θ、
(E)はクラッチ10のトルクTc、
(F)は出力軸20のトルクTout、
(G)は発進クラッチ4のトルクTc_STAである。
【0037】
図10aのd点でドッグクラッチが連結する際(変速終了の際)、制御誤差および機差などの影響により、(C)で示される入出力軸回転数比Rchが2速の変速比R2と合っていない場合には、RchとR2との偏差分に基づくエンジン1aのイナーシャトルクにより(F)の実線で示されるように振動的なトルク変動(軸振動)が発生する。このとき、発進クラッチ4aは連結している状態となっている。エンジン1aのイナーシャをIe、回転数をNe、トルクをTeとすると、入力軸8aに伝達されるトルクTinは以下の式で示される。
【0038】
Tin=Te−Ie・(d/dt)Ne
入出力軸回転数比Rchが2速の変速比R2と合っていない場合には、エンジン1aの回転数Neが急激に変化するので、上記イナーシャトルクIe・(d/dt)Neが増大し、Tinが急激に変化するため、イナーシャトルクによるトルク変動(軸振動)が発生する。或いは、駆動軸トルクにデルタ関数的な衝撃トルクが発生するようなことも考えられる。
【0039】
そこで変速指令生成手段(例えば図示しない制御装置)から出力される変速指令Ssに基づいて、図10aの(G)で示されるように発進クラッチ4aの押付け力を調整し、発進クラッチトルクTc_STAをTc_STA_On(締結)から、Tc_STA_Slip(滑り)まで低下させる。このときの発進クラッチ制御は、駆動力を伝達できるだけの大きな押し付け力が必要であるとともに、駆動軸トルクの振動を逃がすことができるような小さな押し付け力でなければならず、その押し付け力制御は指令値に対して正確で且つクリティカルな応答が求められる(アンダーやオーバーでは不可)。例えば、図10bに示したτs とτp との間が狭く、τp /τs =1.1 であるような場合でも、図1乃至図7で説明した技術を用いることにより、τs とτp との間である破線の位置にクラッチ押し付け力を制御することができる。このように発進クラッチの押し付け力を正確な位置まで(正確な押し付け力まで)緩める制御を行うことで、通常のトルクτs に対しては之を伝達し、大きな軸トルクτp の発生に対しては発進クラッチ4aを滑らせることにより、ドッグクラッチ締結時における、エンジン1aの回転数Neの変化を軽減し、駆動軸トルクの振動や衝撃を逃がすことができる。なお、上記発進クラッチ4aの制御は図の(G)における破線で示されるように、(a)点から開始しても良い。
【0040】
また、一般的に変速時間は短い方が好ましいが、アシスト機構を素早く締結すると駆動軸トルクが振動する虞がある。即ち、図9における時刻aと時刻bとを近づけていくとトルク2はパルス状になり、更に近づければデルタ関数状になる。このときには、アシスト機構が例え摩擦クラッチであったとしても駆動軸トルクに振動や衝撃が発生する。従って、上記と同様に発進クラッチを緩める制御を行えば、変速時間を極めて短くすることができ、延いては変速ショックを感じない程度に、変速時間を短くすることができる。上記のように発進クラッチの素早い位置制御が可能であることから、変速時間を短くすることが可能となり、乗り心地を向上させることが可能となる。
【0041】
次に、本発明の第2の実施例を示す。
【0042】
ここで図3に戻って、第1補正値演算手段201を第3補正値演算手段203に、第2補正値演算手段300を0に置き換えたものを考える。また、図4に戻って、上記図3の修正版に対応するフローチャートの一例を考えると、S2002が「・・・?第3補正値Mcorsd演算モータ補正値Mcor=Mcorsd」となり、S2003とS2004は削除される。
【0043】
先ず、修正した図3について、自動車の発進,変速,加速などの運転状態を考慮し、クラッチ9の目標位置である指令位置Pcndが算出される。指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。この位置偏差dPcを用い、制御器202でPID制御指令値Mpidを求める。この制御器202はPID制御器である。また、第3補正演算手段203は現在位置Pcurと位置偏差dPcより、第3補正値Mcorsdを求める。補正条件検出手段601では指令位置Pcndと現在位置Pcurより第3補正値Mcorsdの切換えを行い、モータ補正値Mcorとする。そして、PID制御指令値Mpidとモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとし、モータ7へ出力し、メカ機構8を介し、クラッチ9を制御する。
【0044】
S2102でクラッチ速度Vcが所定速度cVc以下かつ位置偏差dPcが所定偏差cdPc以上かを判定する。即ち、ストロークが殆ど動いていないか、動いているか判定する。クラッチ速度Vcはクラッチ位置Pcurの微分により求める。S2102の条件が成立していれば、S2103で第3補正値Mcorsd を演算し、モータ補正値Mcorとし、S2104でPID制御指令値Mpidにモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとする。条件が成立していなければS2105でPID制御指令値Mpidをモータ指令値Mcndとする。S2106でモータ指令値Mcndを出力する。
【0045】
次に、修正した図4について説明する。第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御するフローチャートの一例を示す。このプログラムはコントロールユニット1000のマイクロコンピュータで実行される。2[ms]等の一定の間隔でS2100がサブルーチンコールされ、実行される。
【0046】
S2101で指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める点は前述の通りである。この位置偏差dPcを用い、制御器202でPID制御指令値Mpidを求める。
【0047】
S2102で位置偏差dPcが所定偏差cdPc以上か否かを考慮する。所定偏差cdPc=0とおくとすると、クラッチを解放させていくときと締結させていくときとで摩擦トルクに影響が出ることを考慮するとすることができる。ここで第3補正値Mcorsを演算する。
【0048】
本実施例では第一の実施例と比較してS2003とS2004が削除されているので、一見すると静止摩擦,動摩擦の差異を考慮することなくクラッチ押し付け力を制御することとなるが、第3補正値が静止摩擦と動摩擦での摩擦トルクを考慮している。S2105でPID制御指令値Mpidにモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとする。S2006でモータ指令値Mcndを出力する。
【0049】
図6の破線を用いて第3補正演算手段203の詳細なブロック図を示す。なお、第3補正演算手段203の一例として、第3補正演算手段300内には、第1補正演算手段201と同じものが配設されている。第3補正値Mcorsdは、第1補正演算手段201の第1補正値Mcorsに対して補正係数kcord1を乗じることにより得ることとする。この第3補正値は静止摩擦と動摩擦での摩擦トルクの差分である。よって、動摩擦の摩擦トルクに対する制御はPID制御器202で行う。第一の実施例におけるKp,Ki,Kdが固定であるのに対し、本実施例ではKp,Ki,Kdを可変とする。
【0050】
次に、本発明の第3の実施例を示す。
【0051】
図11にPID制御器を切換え、モータを制御する制御ブロック図の一例を示す。自動車の発進,変速,加速などの運転状態を考慮し、クラッチ9の目標位置である指令位置Pcndが算出される。指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。この位置偏差dPcを用い、制御器204で第1PID制御指令値Mpidsを求め、制御器301で第2PID制御指令値Mpiddを求める。この制御器204,301はPID制御器である。補正条件検出手段602では指令位置Pcndと現在位置Pcurより第1PID制御指令値Mpidsと第2PID制御指令値Mpiddの切換えを行い、モータ指令値Mcndとし、モータ7へ出力し、メカ機構8を介し、クラッチ9を制御する。
【0052】
図12にPID制御器を切換え、モータを制御するフローチャートの一例を示す。このプログラムはコントロールユニット1000のマイクロコンピュータで実行される。2[ms]等の一定の間隔でS2200がサブルーチンコールされ、実行される。S2201でクラッチ速度Vcが所定速度cVc以下かつ位置偏差dPcが所定偏差cdPc以上かを判定する。クラッチ速度Vcはクラッチ位置Pcurの微分により求める。S2201の条件が成立していれば、S2202で指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。この位置偏差dPcを用い、制御器204で第1PID制御指令値Mpidsを求める。S2203で第1PID制御指令値Mpidsをモータ指令値Mcndとする。S2201の条件が成立していなければ、S2204で指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。この位置偏差dPcを用い、制御器301で第2PID制御指令値Mpiddを求める。S2205で第2PID制御指令値Mpiddをモータ指令値Mcndとする。S2206でモータ指令値Mcndを出力する。
【0053】
判定条件は前述の実施例と同じようにしても構わない。本実施例においてS2201のようにしているのは、クラッチを解放方向に操作する場合に、図10で説明したような微妙なクラッチ操作を実現するためである。クラッチ速度Vcが所定速度cVc以下であれば静止摩擦の影響が大きく、また位置偏差dPcが所定偏差cdPc以下であれば即ちクラッチを解放する場合であるから前述のようにクラッチを緩める場合の微妙な制御である。トルクアシスト機構を用いるような変速機では、変速の際は通常発進クラッチを締結したままであるので、特に変速終了時に発進クラッチを緩める制御が重要となる。
【0054】
次に、本発明の第4の実施例を示す。
【0055】
図13に第1補正値演算手段と第2補正値演算手段の補正値学習手段を備え、モータを制御する制御ブロック図の一例を示す。補正値学習手段205以外の動作は図3で説明したのと同様である。補正値学習手段205は現在位置Pcurと位置偏差dPcより、第1補正値演算手段201と第2補正値演算手段300のマップを変更する。このようにすることによりクラッチの摩耗による特性変化に対応できる。また、製品出荷時の自動チューニングにも対応できる。
【0056】
図14に第1補正値演算手段と第2補正値演算手段の補正値学習手段を備え、モータを制御するフローチャートの一例を示す。このプログラムはコントロールユニット1000のマイクロコンピュータで実行される。2[ms]等の一定の間隔でS2300がサブルーチンコールされ、実行される。S2301で第1補正値演算手段から第2補正値演算手段へ切り換わって時間cTcがたったか否かを判定する。時間cTcがたっていれば、S2302位置偏差dPcが偏差所定値cdPc1以上か判定する。位置偏差dPcが偏差所定値cdPc1以上ならばS2303で図5,図6、及びそれらの修正版で示したモータ電流のマップを変更する。または図11の制御ゲインを変更しても良い。
【0057】
以上、何れの実施例においても其のようにすることによりクラッチを精度良く、かつ素早く指令位置に追従させることが出来る。よって、操作機構を電気式のアクチュエータで自動操作するようにした自動変速機の制御において、様々な運転条件に対してクラッチの係合ショックを生じたりせず或いはエンジンの吹け上がりを生じたりせず、車両の振動を押さえた乗り心地の良い走行が出来る。また応答性が良く、運転者の意図に応じた走行が出来る。また係合ショックによるアクチュエータやクラッチの劣化を防ぐことが出来る。
【0058】
【発明の効果】
クラッチを精度良く制御することができる。また、クラッチを素早く指令位置に追従させることができる。また、変速の際のショックを生じたりせず或いはエンジンの吹け上がりを生じたりせず、車両の振動を押さえた乗り心地の良い走行ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1で示したモータ7,メカ機構8,クラッチ9をエンジンと変速機の間に適用した場合の構成図である。
【図3】第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御する制御ブロック図の一例である。
【図4】図3で示した第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御するフローチャートの一例である。
【図5】図3で示した第1補正演算手段201の詳細なブロック図である。
【図6】図3で示した第2補正演算手段300の詳細なブロック図である。
【図7】図3で示した補正制御を行った場合と行わない場合のタイムチャートの一例である。
【図8】変速機及び変速の説明図。
【図9】トルクアシスト型変速の駆動軸トルクの説明図。
【図10】発進クラッチの押し付け力を弱めることを説明する図。
【図11】PID制御器を切換え、モータを制御する制御ブロック図の一例である。
【図12】PID制御器を切換え、モータを制御するフローチャートの一例である。
【図13】第1補正値演算手段と第2補正値演算手段の補正値学習手段を備え、モータを制御する制御ブロック図の一例である。
【図14】第1補正値演算手段と第2補正値演算手段の補正値学習手段を備え、モータを制御するフローチャートの一例である。
【符号の説明】
1…位置指令生成手段、2…第1位置制御手段、3…第2位置制御手段、4…モータ状態検出手段、5…クラッチ状態検出手段、6…切換手段、7…モータ、8…メカ機構、9…クラッチ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車,産業車両等の制御装置および制御方法に関する。詳細には、モータのトルクを歯車などのメカ機構でクラッチ移動方向の力に変換してクラッチ板を移動し、クラッチ板の位置を制御する制御装置および制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用自動クラッチの制御装置として特開平5−202954号公報記載のようなものがある。この技術は自動クラッチの作動位置と駆動モータの負荷トルクとの予め記憶された関係を用いて、駆動モータによりクラッチ作動位置を目標位置に追従するようにフィードバック制御し、モータの電流を制御するようにしたものである。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−202954号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記制御方法は、一定条件における自動クラッチの作動位置と駆動モータの負荷トルクとの予め記憶された関係を用いているため、自動クラッチの速度が変わった場合、モータ電流に過不足が生じて自動クラッチの作動位置が目標位置よりも行き過ぎたり或いは目標位置に到達できなかったりする場合があり、これにより、自動クラッチの係合ショックを生じたり或いはエンジンの吹け上がりを生じたりする虞があった。
【0005】
本発明の目的は、操作機構を電気式のアクチュエータで自動操作するようにした自動変速機の制御装置において、様々な運転条件に対してクラッチの係合ショックを生じたりせず或いはエンジンの吹け上がりを生じたりしない自動車および自動変速機の制御装置を提供することにある。また、車両の振動を押さえた乗り心地の良い走行が出来る自動車および自動変速機の制御装置を提供することにある。また、運転者の操作に対して応答性が良い走行が出来る自動車および自動変速機の制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、モータのトルクを歯車などのメカ機構でクラッチ移動方向の力に変換してクラッチ板を移動し、クラッチ板の位置を制御する制御装置において、位置指令発生手段と第1位置制御手段と第2位置制御手段とモータ状態検出手段とクラッチ状態検出手段と切換手段を備え、前記位置指令発生手段からの指令位置と前記モータ状態検出手段からのモータ状態信号と前記クラッチ状態検出手段のクラッチ状態信号に応じて、前記第1位置制御手段と前記第2位置制御手段を切換えて前記モータを制御するようにしたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【0008】
先ず、本発明の第1の実施例を示す。図1は本発明の一実施例のブロック図である。一般的に、位置指令生成手段1,第1位置制御手段2,第2位置制御手段3,切換手段6は制御装置C/U内に存在する機能である。勿論、これと異なる構成を採ることもできる。
【0009】
位置指令生成手段1は自動車の発進,変速,加速などの運転状態を考慮し、クラッチ位置指令を算出する。クラッチ9の実際の位置が、このクラッチ指令位置となるように第1位置制御手段2と第2位置制御手段3でモータ7への指令を算出する。この指令の算出にはモータ状態検出手段4とクラッチ状態検出手段5からの信号を用いる。モータ状態検出手段4とクラッチ状態検出手段5は、モータ7,メカ機構8,クラッチ9からモータ速度,モータ電流,モータ位置,トルク伝達効率,クラッチ速度,クラッチ位置などを検出する。切換手段6では第1位置制御手段2と第2位置制御手段3で算出したモータ指令のどちらをモータに出力するかを決める。この決め方の詳細は後述する。この決定を行うのにモータ状態検出手段4とクラッチ状態検出手段5からの信号を用いる。
【0010】
図2に図1のモータ7,メカ機構8,クラッチ9をエンジンと変速機の間に適用した場合の構成図を示す。900は変速機のフロントケースであり、901はフライホイールである。フライホイール901は図示しないエンジンの出力軸に直結している。902はクラッチ・ディスクであり、903はクラッチ・ディスク902をフライホイール901に押し付けるためのプレッシャー・プレートである。プレッシャー・プレート903はスプリング905によって図中左向きに押されている。この力によってクラッチ・ディスク902とフライホイール901は常時接しており、クラッチ・ディスク902は入力軸904と直結しているので、フライホイール901のトルクが入力軸904に伝達される。伝達は、901−902−904というように行われる。クラッチ・ディスク902の押し付け力を調節することによって図示しないエンジンの出力軸から入力軸904への動力伝達を断続する構成としている。
【0011】
700はモータであり、800はウォームギヤ、801はウォームホイール、802はクラッチ・ロッドである。ウォームギヤ800とウォームホイール801とは、800が主動で801が従動の関係にある。実用上は801が主動となることは無く、所謂セルフロックの関係にある。従って、クラッチ・ロッド802のストロークが正確に制御可能となる。また、907はクラッチ・レリーズ・フォーク、906はクラッチ・レリーズ・ベアリングである。各センサ1001
(例えば図1では4,5)からモータ速度,モータ電流,モータ位置,トルク伝達効率,クラッチ速度,クラッチ位置などを検出し、コントロールユニット1000で、これに応じてモータ700を制御することによりクラッチの押し付け力を制御する動作を実現する。
【0012】
モータ700によってウォームギヤ800にトルクがかかり、ウォームホイール801にトルクが伝わり、クラッチ・ロッド802に図の矢印方向の力が加えられると、クラッチ・レリーズ・フォーク907→クラッチ・レリーズ・ベアリング906の順に図の矢印方向の力が伝達する。すると、支点908によってスプリング905とプレッシャー・プレート903とが接している部分に図の右向き矢印方向に力が発生する。よって、スプリング905がプレッシャー・プレート903を押す力が弱められ、プレッシャー・プレート903がクラッチ・ディスク902に与える弾力を抑え、クラッチ・ディスク902の押し付け力(以下、クラッチ押し付け力という)を制御することができる。また、フライ・ホイール901とクラッチ・ディスク902を切り離すこともできる。切り離したときにはクラッチ押し付け力=0となる。スプリング905は図5のような特性を有しているので、解放させていくときと締結させていくときとで、特性を考慮してモータの制御を行えば、より精度の高い制御が可能となる。このクラッチの動作の方向性を考慮して、後述する図3,図4等のように補正値を切り替えること等を行う。
【0013】
第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御する制御ブロック図の一例を図3に示し、同様にモータを制御するフローチャートの一例を図4に示す。
【0014】
先ず、図3について説明する。自動車の発進,変速,加速などの運転状態を考慮し、クラッチ9の目標位置である指令位置Pcndが算出される。指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。現在位置Pcurは、例えばスプリング905とプレッシャー・プレート903とが接している部分のストロークと考えればよい。この位置偏差dPcを用い、制御器200でPID制御指令値Mpidを求める。この制御器200はPID制御器である。また、第1補正演算手段201と第2補正値演算手段300は現在位置Pcurと位置偏差dPcより、第1補正値Mcors,第2補正値Mcordを求める。第1補正値は静止摩擦係数に関するもの、第2補正値は動摩擦係数に関するものであり、詳細は後述する。補正条件検出手段600では指令位置Pcndと現在位置Pcurより第1補正値Mcorsと第2補正値Mcordの切換えを行い、モータ補正値Mcorとする。そして、PID制御指令値Mpidとモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとし、モータ7へ出力し、メカ機構8を介し、クラッチ9を制御する。
【0015】
次に、図4について説明する。第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御するフローチャートの一例を示す。このプログラムはコントロールユニット1000のマイクロコンピュータで実行される。2[ms]等の一定の間隔でS2000がサブルーチンコールされ、実行される。S2001で指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める点は前述の通りである。この位置偏差dPcを用い、制御器200でPID制御指令値Mpidを求める。
【0016】
S2002で位置偏差dPcが所定偏差cdPc以上か否かを考慮する。所定偏差cdPc=0とおくとすると、クラッチを解放させていくときと締結させていくときとで摩擦トルクに影響が出ることを考慮するとすることができる。ここで第1補正値Mcorsを演算する。
【0017】
次に、S2003でクラッチ速度Vcが所定速度cVc以下か否かを判定する。静止摩擦の影響を考慮するか否かを決定するためである。クラッチ速度Vcはクラッチ位置Pcurの微分により求める。S2003の条件が成立していれば、S2004で第2補正値Mcordを演算し、第1補正値Mcorsに之を乗じてモータ補正値Mcorとする。S2003の条件が成立していない場合は、第1補正値Mcorsを其のままモータ補正値Mcorとする。
【0018】
S2005でPID制御指令値Mpidにモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとする。S2006でモータ指令値Mcndを出力する。
【0019】
図5に第1補正演算手段201の詳細なブロック図を示す。第1補正演算手段201では静止摩擦による摩擦トルクの補正を行う。クラッチのばね反力特性は、ばねの形やそれに付属する機構により変わるが、図2で示した機構では図5aのような特性を示す。このクラッチばね反力は歯車の摩擦に大きく関わっており、図5bのように摩擦トルクの特性も同じような特性を示す。クラッチの移動方向により摩擦トルクはプラス・マイナスが変わる。よってこの摩擦トルクを打ち消すような補正を行わなければいけないので、第1補正演算手段201には図5cに示すような現在位置Pcurとモータ電流のマップをコントロールユニット1000のマイクロコンピュータに記憶しておき、位置偏差dPcから動作方向を求め、現在位置Pcurからモータ電流をマップ検索し、第1補正値Mcorsとして出力する。
【0020】
図6に第2補正演算手段300の詳細なブロック図を示す。第2補正演算手段300では動摩擦による摩擦トルクの補正を行う。摩擦係数はクラッチ速度Vcが遅い時は大きく、クラッチ速度Vcが速い時は小さい。よって、クラッチ速度Vcにより摩擦トルクも変わってくる。これらを考慮してクラッチ速度Vcにより補正係数kcordを求め、図5で説明した第1補正値Mcorsに補正係数kcordを乗じて第2補正値Mcordとする。なお、第2補正演算手段300の一例として、第2補正演算手段300内には、第1補正演算手段201と同じものが配設されている。
【0021】
図7に、図3で示した補正制御を行った場合と行わない場合のタイムチャートを示す。実線が補正制御有り、点線が補正制御無しの場合である。位置A,B,C,Dの順にストロークが大きくなるものとする。
【0022】
時刻t1で位置Bから位置Dへ指令位置Pcndが変わった場合に対して、
PID制御器200のPIDゲインを調整したとすると、(a)では制御有りでも制御無しでも応答性は殆ど変わらず、時刻t2で収束する。これは、適度なストロークの位置制御であれば、応答性は殆ど悪化しないことを示している。更に言えば、応答性が悪化しないようなストロークの位置制御が在り得るということである。
【0023】
しかし、(b)のように位置Aから位置Dへ指令位置Pcndが変わった場合、即ち(a)に比してストロークが大きな制御においては、制御無しでは(a)と同様のゲインでは摩擦トルクに対して初期のモータ指令値Mcndが大きすぎるためオーバーシュートし、時刻t3(>t2)で収束する。また、(c)の位置Cから位置Dへ指令位置Pcndが変わった場合、即ち(a)に比してストロークが小さな制御においては、制御無しでは(a)と同様のゲインでは摩擦トルクに対して初期のモータ指令値Mcndが小さすぎるため最初は動かず、遅れて、その後はオーバーシュートし、時刻t4(>t3)で収束する。
【0024】
一方制御有りでは、(b),(c)何れの場合もクラッチ速度(静止摩擦,動摩擦)を考慮して補正を行うので、常に安定した応答が得られる。
【0025】
以上のような技術を用いることで、クラッチ・ロッド802のストロークを正確に制御することが可能となり、延いてはクラッチ押し付け力を正確に制御することが可能となる。また、摩擦の影響を小さくし、クラッチを素早く指令位置に追従させることが出来る。よって、クラッチ押し付け力が過度・過少となることが防止できるので燃費の点でも有利であり、また、様々な運転条件に対してクラッチの係合ショックを生じ難くし、或いはエンジンの吹け上がりを生じ難くし、車両の振動を押さえた乗り心地の良い走行が出来る。
【0026】
これを図8のような自動変速機を搭載した自動車の制御に用いることを考える。先ず図8,図9を用いて変速機の変速特性を説明し、次に図10を用いて上記技術の適用について説明する。
【0027】
斯様な変速機は、変速中にも駆動軸トルクを0にすることなく変速制御を行うものである(図9下段)。発進クラッチとは別途設けたアシスト機構(例えば、摩擦クラッチやシンクロメッシュ)によって変速中の駆動軸トルクを補填する仕組みである。ここで変速とは、例えば1速から2速というようにギヤが現在走行中に用いているギヤから別のギヤに変わること、1速ギヤを介したトルク伝達経路(第一のトルク伝達経路)から2速ギヤを介したトルク伝達経路へとトルク伝達経路(第二のトルク伝達経路)を変更することをいう。従って変速中とは、例えば、1速通常走行状態において1速のギヤの係合が解放された(≡変速開始)後2速のギヤに締結され(≡変速終了して)2速通常走行状態になるまでの間をいうことになる。斯様な変速機においては、変速中は発進クラッチを制御することなく、専らアシスト機構を制御することによって変速が行われる。
【0028】
このような変速機の一例である図8を用いて、1速運転状態から2速運転状態に変速段を変更(変速)するときのアシスト機構10aの制御について説明する。このアシスト機構10aの制御は、歯車式変速機を制御するために図示しない制御装置からの指示に基づいて各アクチュエータを制御することにより実行する。
【0029】
図8aは、エンジン1aの駆動力で走行している状態で車両を加速しようとした場合の1速運転状態の説明図であり、図の点線矢印はトルクの伝達経路(第一のトルク伝達経路)を示している。一例として、発進クラッチ4aを連結し、ドッグクラッチ(ハブ17a)をギヤ18aと連結した場合を想定する。この状態では、エンジン1aのトルクは、発進クラッチ4a,入力軸8a,ギヤ7a,ギヤ18aを介して出力軸20aに伝達される。このとき、アシスト機構10aは解放状態となっている。
【0030】
変速指令生成手段(図示しない制御装置)により変速指令Ssが出力されると、図8bに示すようにドッグクラッチ(ハブ17a)を解放状態にしてギヤ18aと出力軸20aの連結を解放する。それと同時に前述のモータ7,700等を制御してアシスト機構10aを押付けて連結することにより、エンジン1aのトルクを出力軸3aから発進クラッチ4a,入力軸8a,ギヤ5a,ギヤ9a,アシスト機構10aを介して出力軸20aに伝達するようにする。このようにアシスト機構10aの押付け力によりエンジン1aのトルクを車軸22aに伝達して車両の駆動トルク(駆動軸トルク)にすると、ギヤ5a,ギヤ9aが使用されて変速比が小さくなるために、エンジン1aの負荷が大きくなって回転数が低下し、出力軸20aと入力軸8aの変速比が1速の変速比より2速の変速比(小さくなる方向)に近づいてくる。
【0031】
ここで、入力軸8aと出力軸20aの変速比が2速の変速比になると、図8cに示すように、ドッグクラッチ(ハブ17a)をギヤ11aに連結させてギヤ11aと出力軸20aとを連結する。この連結が完了すると同時にモータ7,700等を制御してアシスト機構10aの押付け力を解放することにより、1速から2速への変速を完了する。この2速運転状態では、エンジン1aのトルクの伝達経路はエンジン1aの出力軸3a,発進クラッチ4a,入力軸8a,ギヤ6a,ギヤ11a,ハブ17a,出力軸20aの順となる。
【0032】
以上のように、変速時には1速状態を解放することにより中立状態となるが、このときアシスト機構10aとギヤ5a,9aによりエンジン1aのトルクを車軸22aに伝達するようにしているために、この変速中のトルク低下を補填することができる。
【0033】
図9に変速中のトルク変化の状態を示す。図9の一番上の図は、アシスト機構10aがない場合のエンジン1aから車輪へ伝達されるトルク(駆動軸トルク)を示している(トルク1)。時刻aにて変速が開始され、即ち,ドッグクラッチ(ハブ17a)を解放状態にしてギヤ18aと出力軸20aの連結を解放して、時刻bにて変速が終了し、即ち、ドッグクラッチ(ハブ17a)をギヤ11aに連結させてギヤ11aと出力軸20aとを連結する。この結果、時刻aから時刻bの間では、トルク伝達が出来ないため、駆動軸トルクの中断が発生している(トルク1)。
【0034】
次に、図9の上から2番目の図は、アシスト機構10aによって伝達されるトルク(トルク2)を示している。アシスト機構10aは、時刻aにて変速が開始されると滑った状態でトルク伝達を開始し、時刻aから時刻bまでトルク伝達を行う。時刻bでは変速が終了するので、アシスト機構10aはトルク伝達を行わないため、アシスト機構10aの伝達トルクも0になる。
【0035】
次の図9の上から3番目に図9の上から1番目と2番目のトルク伝達が実行された場合の最終的な車両の駆動軸トルクを示している(トルク3)。車両の駆動トルク(駆動軸トルク)は、噛合い式クラッチによる伝達トルク(トルク1)とアシスト機構10aによる伝達トルク(トルク2)の和となるので、図9に示すように噛合い式クラッチでは伝達できない変速中のトルクは、アシスト機構10aによって実現され、変速中のトルク中断を無くし滑らかなトルク伝達が実現できる(トルク3)。
【0036】
次に図10を用いて図1乃至図7で説明した技術の適用について説明する。図10aは、変速時の制御状態を示すタイムチャートである。縦軸には以下のような(A)乃至(G)を、横軸には時間をとっている。
(A)は変速指令Ss、
(B)はドッグクラッチ位置に相当するシフトレバー位置Ii、
(C)は入出力軸回転数比Rch、
(D)はスロットル開度θ、
(E)はクラッチ10のトルクTc、
(F)は出力軸20のトルクTout、
(G)は発進クラッチ4のトルクTc_STAである。
【0037】
図10aのd点でドッグクラッチが連結する際(変速終了の際)、制御誤差および機差などの影響により、(C)で示される入出力軸回転数比Rchが2速の変速比R2と合っていない場合には、RchとR2との偏差分に基づくエンジン1aのイナーシャトルクにより(F)の実線で示されるように振動的なトルク変動(軸振動)が発生する。このとき、発進クラッチ4aは連結している状態となっている。エンジン1aのイナーシャをIe、回転数をNe、トルクをTeとすると、入力軸8aに伝達されるトルクTinは以下の式で示される。
【0038】
Tin=Te−Ie・(d/dt)Ne
入出力軸回転数比Rchが2速の変速比R2と合っていない場合には、エンジン1aの回転数Neが急激に変化するので、上記イナーシャトルクIe・(d/dt)Neが増大し、Tinが急激に変化するため、イナーシャトルクによるトルク変動(軸振動)が発生する。或いは、駆動軸トルクにデルタ関数的な衝撃トルクが発生するようなことも考えられる。
【0039】
そこで変速指令生成手段(例えば図示しない制御装置)から出力される変速指令Ssに基づいて、図10aの(G)で示されるように発進クラッチ4aの押付け力を調整し、発進クラッチトルクTc_STAをTc_STA_On(締結)から、Tc_STA_Slip(滑り)まで低下させる。このときの発進クラッチ制御は、駆動力を伝達できるだけの大きな押し付け力が必要であるとともに、駆動軸トルクの振動を逃がすことができるような小さな押し付け力でなければならず、その押し付け力制御は指令値に対して正確で且つクリティカルな応答が求められる(アンダーやオーバーでは不可)。例えば、図10bに示したτs とτp との間が狭く、τp /τs =1.1 であるような場合でも、図1乃至図7で説明した技術を用いることにより、τs とτp との間である破線の位置にクラッチ押し付け力を制御することができる。このように発進クラッチの押し付け力を正確な位置まで(正確な押し付け力まで)緩める制御を行うことで、通常のトルクτs に対しては之を伝達し、大きな軸トルクτp の発生に対しては発進クラッチ4aを滑らせることにより、ドッグクラッチ締結時における、エンジン1aの回転数Neの変化を軽減し、駆動軸トルクの振動や衝撃を逃がすことができる。なお、上記発進クラッチ4aの制御は図の(G)における破線で示されるように、(a)点から開始しても良い。
【0040】
また、一般的に変速時間は短い方が好ましいが、アシスト機構を素早く締結すると駆動軸トルクが振動する虞がある。即ち、図9における時刻aと時刻bとを近づけていくとトルク2はパルス状になり、更に近づければデルタ関数状になる。このときには、アシスト機構が例え摩擦クラッチであったとしても駆動軸トルクに振動や衝撃が発生する。従って、上記と同様に発進クラッチを緩める制御を行えば、変速時間を極めて短くすることができ、延いては変速ショックを感じない程度に、変速時間を短くすることができる。上記のように発進クラッチの素早い位置制御が可能であることから、変速時間を短くすることが可能となり、乗り心地を向上させることが可能となる。
【0041】
次に、本発明の第2の実施例を示す。
【0042】
ここで図3に戻って、第1補正値演算手段201を第3補正値演算手段203に、第2補正値演算手段300を0に置き換えたものを考える。また、図4に戻って、上記図3の修正版に対応するフローチャートの一例を考えると、S2002が「・・・?第3補正値Mcorsd演算モータ補正値Mcor=Mcorsd」となり、S2003とS2004は削除される。
【0043】
先ず、修正した図3について、自動車の発進,変速,加速などの運転状態を考慮し、クラッチ9の目標位置である指令位置Pcndが算出される。指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。この位置偏差dPcを用い、制御器202でPID制御指令値Mpidを求める。この制御器202はPID制御器である。また、第3補正演算手段203は現在位置Pcurと位置偏差dPcより、第3補正値Mcorsdを求める。補正条件検出手段601では指令位置Pcndと現在位置Pcurより第3補正値Mcorsdの切換えを行い、モータ補正値Mcorとする。そして、PID制御指令値Mpidとモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとし、モータ7へ出力し、メカ機構8を介し、クラッチ9を制御する。
【0044】
S2102でクラッチ速度Vcが所定速度cVc以下かつ位置偏差dPcが所定偏差cdPc以上かを判定する。即ち、ストロークが殆ど動いていないか、動いているか判定する。クラッチ速度Vcはクラッチ位置Pcurの微分により求める。S2102の条件が成立していれば、S2103で第3補正値Mcorsd を演算し、モータ補正値Mcorとし、S2104でPID制御指令値Mpidにモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとする。条件が成立していなければS2105でPID制御指令値Mpidをモータ指令値Mcndとする。S2106でモータ指令値Mcndを出力する。
【0045】
次に、修正した図4について説明する。第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御するフローチャートの一例を示す。このプログラムはコントロールユニット1000のマイクロコンピュータで実行される。2[ms]等の一定の間隔でS2100がサブルーチンコールされ、実行される。
【0046】
S2101で指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める点は前述の通りである。この位置偏差dPcを用い、制御器202でPID制御指令値Mpidを求める。
【0047】
S2102で位置偏差dPcが所定偏差cdPc以上か否かを考慮する。所定偏差cdPc=0とおくとすると、クラッチを解放させていくときと締結させていくときとで摩擦トルクに影響が出ることを考慮するとすることができる。ここで第3補正値Mcorsを演算する。
【0048】
本実施例では第一の実施例と比較してS2003とS2004が削除されているので、一見すると静止摩擦,動摩擦の差異を考慮することなくクラッチ押し付け力を制御することとなるが、第3補正値が静止摩擦と動摩擦での摩擦トルクを考慮している。S2105でPID制御指令値Mpidにモータ補正値Mcorを加算し、モータ指令値Mcndとする。S2006でモータ指令値Mcndを出力する。
【0049】
図6の破線を用いて第3補正演算手段203の詳細なブロック図を示す。なお、第3補正演算手段203の一例として、第3補正演算手段300内には、第1補正演算手段201と同じものが配設されている。第3補正値Mcorsdは、第1補正演算手段201の第1補正値Mcorsに対して補正係数kcord1を乗じることにより得ることとする。この第3補正値は静止摩擦と動摩擦での摩擦トルクの差分である。よって、動摩擦の摩擦トルクに対する制御はPID制御器202で行う。第一の実施例におけるKp,Ki,Kdが固定であるのに対し、本実施例ではKp,Ki,Kdを可変とする。
【0050】
次に、本発明の第3の実施例を示す。
【0051】
図11にPID制御器を切換え、モータを制御する制御ブロック図の一例を示す。自動車の発進,変速,加速などの運転状態を考慮し、クラッチ9の目標位置である指令位置Pcndが算出される。指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。この位置偏差dPcを用い、制御器204で第1PID制御指令値Mpidsを求め、制御器301で第2PID制御指令値Mpiddを求める。この制御器204,301はPID制御器である。補正条件検出手段602では指令位置Pcndと現在位置Pcurより第1PID制御指令値Mpidsと第2PID制御指令値Mpiddの切換えを行い、モータ指令値Mcndとし、モータ7へ出力し、メカ機構8を介し、クラッチ9を制御する。
【0052】
図12にPID制御器を切換え、モータを制御するフローチャートの一例を示す。このプログラムはコントロールユニット1000のマイクロコンピュータで実行される。2[ms]等の一定の間隔でS2200がサブルーチンコールされ、実行される。S2201でクラッチ速度Vcが所定速度cVc以下かつ位置偏差dPcが所定偏差cdPc以上かを判定する。クラッチ速度Vcはクラッチ位置Pcurの微分により求める。S2201の条件が成立していれば、S2202で指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。この位置偏差dPcを用い、制御器204で第1PID制御指令値Mpidsを求める。S2203で第1PID制御指令値Mpidsをモータ指令値Mcndとする。S2201の条件が成立していなければ、S2204で指令位置Pcndからクラッチ9の現在位置Pcurを引き、位置偏差dPcを求める。この位置偏差dPcを用い、制御器301で第2PID制御指令値Mpiddを求める。S2205で第2PID制御指令値Mpiddをモータ指令値Mcndとする。S2206でモータ指令値Mcndを出力する。
【0053】
判定条件は前述の実施例と同じようにしても構わない。本実施例においてS2201のようにしているのは、クラッチを解放方向に操作する場合に、図10で説明したような微妙なクラッチ操作を実現するためである。クラッチ速度Vcが所定速度cVc以下であれば静止摩擦の影響が大きく、また位置偏差dPcが所定偏差cdPc以下であれば即ちクラッチを解放する場合であるから前述のようにクラッチを緩める場合の微妙な制御である。トルクアシスト機構を用いるような変速機では、変速の際は通常発進クラッチを締結したままであるので、特に変速終了時に発進クラッチを緩める制御が重要となる。
【0054】
次に、本発明の第4の実施例を示す。
【0055】
図13に第1補正値演算手段と第2補正値演算手段の補正値学習手段を備え、モータを制御する制御ブロック図の一例を示す。補正値学習手段205以外の動作は図3で説明したのと同様である。補正値学習手段205は現在位置Pcurと位置偏差dPcより、第1補正値演算手段201と第2補正値演算手段300のマップを変更する。このようにすることによりクラッチの摩耗による特性変化に対応できる。また、製品出荷時の自動チューニングにも対応できる。
【0056】
図14に第1補正値演算手段と第2補正値演算手段の補正値学習手段を備え、モータを制御するフローチャートの一例を示す。このプログラムはコントロールユニット1000のマイクロコンピュータで実行される。2[ms]等の一定の間隔でS2300がサブルーチンコールされ、実行される。S2301で第1補正値演算手段から第2補正値演算手段へ切り換わって時間cTcがたったか否かを判定する。時間cTcがたっていれば、S2302位置偏差dPcが偏差所定値cdPc1以上か判定する。位置偏差dPcが偏差所定値cdPc1以上ならばS2303で図5,図6、及びそれらの修正版で示したモータ電流のマップを変更する。または図11の制御ゲインを変更しても良い。
【0057】
以上、何れの実施例においても其のようにすることによりクラッチを精度良く、かつ素早く指令位置に追従させることが出来る。よって、操作機構を電気式のアクチュエータで自動操作するようにした自動変速機の制御において、様々な運転条件に対してクラッチの係合ショックを生じたりせず或いはエンジンの吹け上がりを生じたりせず、車両の振動を押さえた乗り心地の良い走行が出来る。また応答性が良く、運転者の意図に応じた走行が出来る。また係合ショックによるアクチュエータやクラッチの劣化を防ぐことが出来る。
【0058】
【発明の効果】
クラッチを精度良く制御することができる。また、クラッチを素早く指令位置に追従させることができる。また、変速の際のショックを生じたりせず或いはエンジンの吹け上がりを生じたりせず、車両の振動を押さえた乗り心地の良い走行ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1で示したモータ7,メカ機構8,クラッチ9をエンジンと変速機の間に適用した場合の構成図である。
【図3】第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御する制御ブロック図の一例である。
【図4】図3で示した第1補正値と第2補正値の加算を切換え、モータを制御するフローチャートの一例である。
【図5】図3で示した第1補正演算手段201の詳細なブロック図である。
【図6】図3で示した第2補正演算手段300の詳細なブロック図である。
【図7】図3で示した補正制御を行った場合と行わない場合のタイムチャートの一例である。
【図8】変速機及び変速の説明図。
【図9】トルクアシスト型変速の駆動軸トルクの説明図。
【図10】発進クラッチの押し付け力を弱めることを説明する図。
【図11】PID制御器を切換え、モータを制御する制御ブロック図の一例である。
【図12】PID制御器を切換え、モータを制御するフローチャートの一例である。
【図13】第1補正値演算手段と第2補正値演算手段の補正値学習手段を備え、モータを制御する制御ブロック図の一例である。
【図14】第1補正値演算手段と第2補正値演算手段の補正値学習手段を備え、モータを制御するフローチャートの一例である。
【符号の説明】
1…位置指令生成手段、2…第1位置制御手段、3…第2位置制御手段、4…モータ状態検出手段、5…クラッチ状態検出手段、6…切換手段、7…モータ、8…メカ機構、9…クラッチ。
Claims (14)
- モータのトルクをメカ機構でクラッチ移動方向の力に変換してクラッチ板を移動し、クラッチ板の位置を制御する変速機の制御装置において、
位置指令発生手段と第1位置制御手段と第2位置制御手段とモータ状態検出手段とクラッチ状態検出手段と切換手段を備え、
前記位置指令発生手段からの指令位置と前記モータ状態検出手段からのモータ状態信号と前記クラッチ状態検出手段のクラッチ状態信号に応じて、前記第1位置制御手段と前記第2位置制御手段を切換えて前記モータを制御することを特徴とする制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記モータ状態検出手段及びクラッチ状態検出手段は前記クラッチの現在位置と移動速度を検出し、前記クラッチの移動速度が所定値以上のとき、
前記第1位置制御手段により前記モータを制御することを特徴とする変速機の制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記モータ状態検出手段及びクラッチ状態検出手段は前記クラッチの現在位置と移動速度を検出し、前記クラッチの移動速度が所定値以上のとき、
前記第2位置制御手段により前記モータを制御することを特徴とする変速機の制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記第2位置制御手段はPID制御器を用いた制御手段であり、前記第1位置制御手段は前記第2位置制御手段の指令値に前記クラッチの現在位置と動作方向に応じた補正値を加減算することを特徴とする変速機の制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記第1位置制御手段及び第2位置制御手段はPID制御器を用いた制御手段であり、前記PID制御器の指令値に前記クラッチの現在位置と動作方向に応じた補正値を加減算することを特徴とする変速機の制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記第1位置制御手段及び第2位置制御手段はPID制御器を用いた制御手段であり、前記クラッチの現在位置と動作方向に応じて前記PID制御器のゲインを変更することを特徴とする変速機の制御装置。 - 請求項4記載の制御装置において、
前記クラッチの現在位置と動作方向に応じた補正値は前記クラッチ位置に対するばね反力に基づいて決定された値とすることを特徴とする変速機の制御装置。 - 請求項4または5記載の制御装置において、
前記クラッチの現在位置と動作方向に応じた補正値を前記クラッチの挙動により学習する学習手段を備えることを特徴とする変速機の制御装置。 - 請求項1記載の制御装置において、
前記クラッチの移動速度が所定値以下かつ、前記位置指令発生手段の指令位置と現在位置の偏差が所定値以上の時、
初期にモータへ流れる電流は前記クラッチ位置に対するばね反力に比例した値とすることを特徴とする変速機の制御装置。 - ギヤと噛み合いクラッチの第一の組合せによって第一の変速段で走行しているときのトルク伝達経路を、ギヤと噛み合いクラッチの第二の組合せによって第二の変速段で走行しているときのトルク伝達経路へと切換える場合において、少なくとも、ギヤと噛み合いクラッチの第一の組合せが解放されてからギヤと噛み合いクラッチの第二の組合せが締結されるまでの間、アシスト機構を用いることによってエンジン側の駆動力を車輪側へ伝達する変速機の制御装置であって、
前記エンジンと前記変速機の入力軸とのトルク伝達を断続する発進クラッチの位置を制御する位置指令発生手段と、前記位置指令発生手段への制御信号を演算する第一位置制御手段と、同第二位置制御手段と、前記発進クラッチを動かすモータのモータ状態検出手段と、前記発進クラッチの状態を検出するクラッチ状態検出手段と、前記第一位置制御手段と前記第二位置制御手段とを切換える切換手段とを備え、
前記位置指令発生手段からの指令位置と前記モータ状態検出手段からのモータ状態信号と前記クラッチ状態検出手段のクラッチ状態信号とに基づいて、前記第一位置制御手段と前記第二位置制御手段を切換えて前記モータを制御することを特徴とする制御装置。 - 請求項10において、
前記アシスト機構は摩擦クラッチであることを特徴とする変速機の制御装置。 - 請求項10において、
前記アシスト機構はシンクロメッシュであることを特徴とする変速機の制御装置。 - モータのトルクを歯車などのメカ機構でクラッチ移動方向の力に変換して、変速中にも駆動軸トルクを生じる変速機の発進クラッチのクラッチ板、又は前記変速機に隣接する発進クラッチのクラッチ板を移動し、前記クラッチ板の位置を制御する方法において、
前記変速機は、ギヤと噛み合いクラッチの第一の組合せによって第一の変速段で走行しているときのトルク伝達経路を、ギヤと噛み合いクラッチの第二の組合せによって第二の変速段で走行しているときのトルク伝達経路へと切換える場合において、少なくとも、ギヤと噛み合いクラッチの第一の組合せが解放されてからギヤと噛み合いクラッチの第二の組合せが締結されるまでの間、アシスト機構を用いることによってエンジン側の駆動力を車輪側へ伝達する変速機であって、
前記第二の組合せに係るギヤと噛み合いクラッチとが締結する前に前記モータを制御することによって、前記発進クラッチの押し付け力を緩めることを特徴とする変速機の制御方法。 - 請求項13において、
前記第二の組合せに係るギヤと噛み合いクラッチとが締結したときには、前記発進クラッチの押し付け力が前記第一の変速段で走行しているときの発進クラッチの押し付け力よりも低下していることを特徴とする変速機の制御方法。
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