JP4570350B2

JP4570350B2 - クラッチ制御装置

Info

Publication number: JP4570350B2
Application number: JP2003378534A
Authority: JP
Inventors: 穂高山崎
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: JP2005140271A

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、とくに乾式のクラッチを備えた車両のクラッチ制御に利用する。本発明は、車両の発進時や加速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、トラックおよびバスなど大型自動車に利用するために開発された装置であるが、その他の車両にも広く利用することができる。

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広く利用されている。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推奨されている。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円滑な操作が可能であるとともに、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、発進時から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、それが許容されるように設計することができる。

下記［特許文献１］（出願人、いすゞ）には、制御装置に複数の制御マップを設定して、発進時における自動クラッチの制御を円滑化する発明が記載されている。
特公平２−４３０４８号公報

湿式クラッチは構造が複雑であり高価である。それに保守の工数も大きくなる。したがって、走行距離あたりのコストが厳しく論じられる貨物車両には、湿式クラッチはなかなか採用されない。また乾式クラッチを利用する場合にも、上記［特許文献１］に記載された技術や、同様なサーボ制御を行う改良された技術についても、現在のところ多数の車両に採用されるような状態ではない。

クラッチストローク（またはクラッチの結合度）をサーボ系により自動制御すると、制御が実行されるクリティカルなところで制御が不安定になりやすいことが知られている。これを例示すると、クラッチがいわゆる半クラッチの状態に制御されているとき、アクセルペダルが踏み込まれ、エンジンの回転速度が上昇すると、クラッチ制御装置の制御によりクラッチの結合度が大きくなる。これによりエンジンの負荷が大きくなり、エンジンの回転速度が低下する。そうするとクラッチ制御装置の自動制御系が作用して、逆にクラッチの結合度が小さくなるように制御される。クラッチの結合度が小さくなると、エンジンの負荷が小さくなってエンジン回転速度が上昇し、これによりクラッチの結合度がまた大きくなるように制御される。すなわちこのような因果関係により、不安定な状態が継続することになって、制御が一方向に円滑に実行されなくなる状況が発生する。

このような状況が発生すると、クラッチペダルが装備された車両では、運転者がクラッチペダルを踏み込むことにより自動的な制御をオーバーライドし、この不安定な制御状態から離脱させることができる。すなわちあらゆる状況下で、アクセルペダルのみにより、クラッチおよびエンジン回転をともに円滑に制御するクラッチ制御装置を実現するにはなお課題がある。

本発明はこのような背景に行われたものであって、アクセルペダルの操作により、エンジンおよびクラッチを同時に円滑に制御することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、車両の発進時、微速走行時、あるいは後退走行時にも、クラッチペダルの操作を必要とすることなく、円滑なクラッチ制御およびエンジン回転速度の制御が可能なクラッチ制御装置を提供することを目的とする。本発明は、比較的安価な乾式の機械式クラッチを利用して、クラッチペダルの操作を必要とすることなく、円滑なクラッチ制御を実現するための装置を提供することを目的とする。

本発明は、クラッチが滑っている状態では、入力するアクセルペダル操作量（α）に対応して、クラッチストローク（Ｓ）の制御を制御マップにより実行するフィードフォワード制御手段と、クラッチ回転角速度を参照しながら目標とする加速度でクラッチストロークを保持するフィードバック制御手段とを併用する構成を最大の特徴とする。これにより指示の不安定な状態に陥ることを回避することができる。

すなわち、車両の発進時や低速走行時などに、クラッチが完全に解放された状態から滑る状態に移行したときに、クラッチストロークの制御をフィードフォワード制御にする。これは、アクセルペダル操作量に対するクラッチストロークを表す制御マップを参照して実行する。この制御マップは、アクセルペダル操作量に対応してクラッチストロークを出力するマップであるが、これを経過時間の関数として表す三次元関数のマップとする。

一方エンジンに対する燃料供給は、上記マップ制御が実行されている間は、その時点でのアクセルペダル操作量に対応して目標回転角速度を設定し、エンジン回転角速度がその目標回転角速度に近づくように制御を実行する。この状態はクラッチの動力入力軸と動力出力軸の回転速度が一致するまで継続する。そしてこの両回転速度が一致したときに、この制御を終了し、クラッチストロークを完全接続状態に制御する。アクセルペダル操作量に対応するエンジンの目標回転角速度は制御マップを利用して演算するように構成することができる。

すなわち本発明は、アクセルペダル操作量（Ａ）、エンジン回転速度（Ｎｅ）、クラッチ回転速度（Ｎｃ）、車速（ｖ）、およびクラッチストローク（Ｓ）を含む情報を入力情報とし、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、入力するアクセルペダル操作量（Ａ）に対応して出力情報となるクラッチストローク（Ｓ）が経過時間（ｔ）の関数（ｆ(ｔ)）として設定された第一のマップを保持し、車速（ｖ）が所定値以下であり入力するアクセルペダル操作量（Ａ）が設定値（Ａ1）を越え、クラッチが滑る状態に移行したときにクラッチストローク（Ｓ）を前記第一のマップにしたがって制御するフィードフォワード制御手段と、車両の加速度（ｄＶ／ｄｔ）が入力するアクセルペダル操作量（Ａ）に対応するその時点の目標加速度（α）に達したときクラッチストローク（Ｓ）をその時点の当該クラッチストロークの値に保持し、前記目標加速度を維持するようにエンジンに対する燃料供給制御を行うフィードバック制御手段とを備えたことを特徴とする。

入力するアクセルペダル操作量（Ａ）に対応してその時点の目標加速度（α）があらかじめ設定された第二のマップを保持する構成とすることができる。前記エンジン回転速度（Ｎｅ）が前記クラッチ回転速度（Ｎｃ）と等しくなったときにクラッチを接続状態に制御するように構成することができる。前記目標加速度は、車両の前後方向の加速度、駆動輪の回転角加速度、変速機出力軸の回転角加速度、変速機入力軸の回転角加速度のいずれかにより定義される。

本発明のクラッチ制御装置は、車両の加速中にクラッチが滑っている状態では、クラッチの接合度合いに対応してエンジンの回転速度が低下することがあっても、運転者が操作するアクセルペダルの操作量に応じて定める目標エンジン回転角速度にエンジン回転速度は制御されるとともに、クラッチストロークは、フィードフォワード制御による接方向への移動と、加速度フィードバックによる保持を繰り返し、断方向へは移動しないから、制御が無用な振動を繰り返す状態を回避することができる。これにより、車両の発進時、微速走行時、あるいは後退走行時にも、クラッチペダルの操作を必要とすることなく、円滑なクラッチ制御およびエンジン回転速度の制御が可能なクラッチ制御装置を提供することができる。本発明を実施した車両では、運転席のクラッチペダルを廃止することができる。

（実施例１）
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が発生する。この変速制御回路１１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装置の制御論理は、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が発生する出力電気信号により実行される。

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（Ａ）、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。

この変速制御回路１１には、制御マップとして図２に例示する第一のマップが設定されている。このマップは分かりやすいようにグラフとして図示するが、実用的な変速制御回路１１に実装されている内容は数値データあるいは関数式である。この第一のマップは、横軸に時間の経過（ｔ）をとり、縦軸に出力情報となるクラッチストローク（Ｓ）をとり、入力するアクセルペダル操作量（Ａ）に対応して、時間の関数である多数の曲線
Ｓ=ｆ(ｔ)
が描かれている三次元のマップである。図２では図面が煩雑になるので、多数の曲線は三本の実線と三本の破線によりこれを代表的に表示する。

さらにこの変速制御回路１１には、制御マップとして図３に例示する第二のマップが設定されている。この第二のマップは、横軸が入力情報として与えられるアクセルペダル操作量（Ａ）であり、縦軸が出力情報となる目標加速度（α）である。この第二のマップもここではグラフとして説明するが、変速制御回路１１に実装されているマップは数値データあるいは関数式である。すなわち本発明は、主に車両が半クラッチ状態で加速されるときに利用されるものであり、このときの運転者の操作入力であるアクセルペダルの操作量（Ａ）に、図３に示す第二のマップを一義的に対応させて目標加速度とするものである。

つぎにこのような装置の動作を説明する。図４は横軸に時間の経過を共通にとり、縦軸に、本発明装置の制御出力であるクラッチストローク（Ｓ）を表示するとともに、対応して、エンジンおよびクラッチの出力軸回転速度（Ｎｅ,Ｎｃ）、および車両加速度を並列的に表示する。

いま運転者が、車両の停車状態から走行開始の動作をはじめたものとする。すなわち運転者は、変速レバーをドライブ位置に設定したとする。変速制御回路１１はこれを自律的に検出して、変速機３を前進２段に設定する。さらに運転者は、パーキングブレーキを外し、アクセルペダルを緩やかに踏み込んだものとする。図４を参照して、横軸の時刻ｔ₁でアクセルペダル操作量が、図３に示すＡ₁になったものとする。これによりクラッチストローク（Ｓ）の制御が開始されて、クラッチ断の状態からクラッチが滑る状態に移行する。ここで、本発明の制御装置はクラッチストローク（Ｓ）について、図２および図３に示すマップによるフィードフォワードおよび目標加速度によるフィードバック制御を実施する。

クラッチが滑る状態になると、エンジン出力トルクがクラッチ出力側に伝達され、図４に示すようにクラッチ出力軸の回転速度（Ｎｃ）がしだいに上昇する。このときエンジン回転速度（Ｎｅ）は、アクセル開度によって定める回転角速度となるよう、エンジン制御回路により自動制御される。このとき運転者の操作により入力するアクセルペダル操作量（Ａ）に対応して、図２に示す曲線の一つが選択されて、この曲線（Ｓ=ｆ(ｔ)）にしたがって、時間の経過に対応してクラッチストローク（Ｓ）が接方向に制御される。

この状態で時間が経過し、図４の時刻ｔ₂で車両加速度がアクセルペダル操作量（Ａ）に対応して図３に示す目標加速度の値に達したものとする。そうすると、図４に示すようにクラッチストローク（Ｓ）はその値を維持して、さらなるクラッチ・ストローク（Ｓ）の変更を行わないように制御される。同時にエンジン制御回路１２は、アクセル開度によって定める目標回転角速度がその値を維持するように、エンジンに対して燃料を供給する。

さらに時間が経過して、図４に示す時刻ｔ₃で、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、つまりクラッチの滑りがなくなった状態で、クラッチストローク（Ｓ）をさらに「接」の方向に制御する。そしてこの時刻ｔ₃で、本発明によるフィードフォワード制御およびフィードバック制御を終了して、クラッチストロークを完接位置に復帰させる。このような制御を行うことにより、クラッチが滑る状態で、エンジン出力およびクラッチストロークの制御が相互に関連して、円滑な制御が不可能になる事態を回避することができる。

図５に本発明実施例装置の要部フローチャートを示す。これは上記動作説明から理解することができるので、ここでは説明の繰り返しを避ける。

（実施例２）
上記実施例１では、第一のマップおよび第二のマップはそれぞれ一種類であるように説明したが、この二つのマップはそれぞれ複数用意しておき、これをそのほかのパラメタにしたがって選択的に利用するように構成することができる。とくに変速機ギヤの組み合わせ（後退ギヤを含む）に対応して複数のマップを用意しておき、これをそのときに設定されるギヤの組み合わせにしたがって選択的に利用するように構成することができる。

上記実施例では、とりあえず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、そ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。本発明実施例装置に設定される第一のマップを説明する図。本発明実施例装置に設定される第二のマップを説明する図。本発明実施例装置の動作を説明するタイムチャート。本発明実施例装置の動作を説明するフローチャート。

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
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

アクセルペダル操作量（Ａ）、エンジン回転速度（Ｎｅ）、クラッチ回転速度（Ｎｃ）、車速（ｖ）、およびクラッチストローク（Ｓ）を含む情報を入力情報とし、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、
入力するアクセルペダル操作量（Ａ）に対応して出力情報となるクラッチストローク（Ｓ）が経過時間（ｔ）の関数（ｆ(ｔ)）として設定された第一のマップを保持し、車速（ｖ）が所定値以下であり入力するアクセルペダル操作量（Ａ）が設定値（Ａ1）を越え、クラッチが滑る状態に移行したときにクラッチストローク（Ｓ）を前記第一のマップにしたがって制御するフィードフォワード制御手段と、
車両の加速度（ｄＶ／ｄｔ）が入力するアクセルペダル操作量（Ａ）に対応するその時点の目標加速度（α）に達したときクラッチストローク（Ｓ）をその時点の当該クラッチストロークの値に保持し、前記目標加速度を維持するようにエンジンに対する燃料供給制御を行うフィードバック制御手段と
を備えたことを特徴とするクラッチ制御装置。
入力するアクセルペダル操作量（Ａ）に対応してその時点の目標加速度（α）があらかじめ設定された第二のマップを保持する請求項１記載のクラッチ制御装置。
前記エンジン回転速度（Ｎｅ）が前記クラッチ回転速度（Ｎｃ）と等しくなったときにクラッチを接続状態に制御する手段とを備えた請求項１記載のクラッチ制御装置。
前記目標加速度は、車両の前後方向の加速度、駆動輪の回転角加速度、変速機出力軸の回転角加速度、変速機入力軸の回転角加速度のいずれかにより定義される請求項１記載のクラッチ制御装置。