JPH0886322A - 自動クラッチ制御装置及びクラッチ連結信号の発生方法 - Google Patents

自動クラッチ制御装置及びクラッチ連結信号の発生方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部ループの変動に対する感度を低下させ、
制御を向上させる摩擦クラッチの自動クラッチ作動を与
える自動クラッチ制御装置を提供すること。 【構成】 クラッチ連結に対する振動応答を減少させる
ための自動クラッチ制御装置であり、エンジン速度セン
サ及び変速機入力速度センサから入力を受け、クラッチ
アクチュエータを切り離しから完全連結へ間で制御する
クラッチ連結信号を発生して、変速機入力速度が基準速
度に漸近するようにして摩擦クラッチを連結させ、ホィ
ールのトルク入力に対する振動応答を最小限に抑える。
本制御装置は、ＰＩＤレギュレータ65、前置フィルタ6
8、及び補償器70を含み、上記センサ及びアクチュエー
タに連結されたコントローラ60を備えて、ＰＩＤ機能と
微分エンジン速度機能とを有し、車両の積載量の変化
や、車両間でのエンジン、クラッチ及び駆動系統振動応
答の様々な組み合わせ間での応答のばらつきに応じてク
ラッチ連結の適応調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動クラッチ制御装
置、特に閉ループ自動クラッチ制御装置及び自動車の発
進に対する振動応答を減少させる方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車の駆動系統の制御、特に大
型トラックの駆動系統の制御の自動化を進めることに対
する興味が増大してきている。乗用車及び軽トラックに
自動変速機を用いることは公知である。そのような車両
の一般的な自動変速機は、エンジン軸と駆動ホィールと
の間の最終駆動比を選択するために流体トルクコンバー
タ及び油圧作動式歯車を用いている。この歯車選択は、
エンジン速度、車両速度等に基づいて行われる。このよ
うな自動変速機は、エンジンから駆動軸への動力の伝達
効率を低下させ、それに伴って手動変速機の熟練した操
作に較べて燃料経済性及び動力が極端に低下することが
知られている。車両の作動効率が低下することから、そ
のような油圧自動変速機は大型自動車トラックではあま
り広範に使用されていない。
【０００３】油圧自動変速機を用いた時に効率損失が生
じる理由の１つは、流体トルクコンバータに生じる損失
である。一般的な流体トルクコンバータは、すべてのモ
ードで滑りを生じ、従ってトルク及び動力の損失が発生
する。一定のエンジン速度以上では変速機の入力軸及び
出力軸間を直結するロックアップトルクコンバータを提
供することが公知である。この技術は、連結時に十分な
トルク伝達効率を与えるが、低速では効率の利得がまっ
たくない。
【０００４】自動作動式摩擦クラッチに代えることによ
って、油圧トルクコンバータに伴う非効率をなくすこと
が提案されている。この代案では、油圧トルクコンバー
タを用いた時には見られなかった別の問題が生じる。自
動車の機械式駆動系統は一般的に、変速機と車両のトラ
クションホィールとの間の駆動系統にかなりのねじりコ
ンプライアンスを示す。
【０００５】このねじりコンプライアンスは、変速機と
ディファレンシャルとの間の駆動軸、またはディファレ
ンシャルと従動ホィールとの間の車軸に見られるであろ
う。独立的な設計基準によって、この駆動系統が相当な
ねじりコンプライアンスを示すことが促進されるか、避
けられない場合が多い。大きなねじりコンプライアンス
が自動車の駆動系統に存在することによって、クラッチ
連結に対する振動応答が発生する。これらの振動応答
は、車両の駆動系統の部品及び他の部品にさらなる大き
な摩耗を生じる可能性がある。また、これらの振動応答
によって、客室の不快な振動が発生する可能性がある。
【０００６】クラッチ連結に対する駆動系統の振動応答
は、主に変速機の入力速度、すなわちクラッチの速度が
エンジン速度に接近する仕方によって決まる。これらの
速度が滑らかに、例えば減衰指数関数によって接近する
場合、クラッチロックアップにまったく過渡トルクが加
わらない。これらの速度が急激に接近する場合、過渡ト
ルクが駆動系統に伝達されるため、車両駆動系統に振動
応答が発生する。
【０００７】1991年10月７日に出願された「自動クラッ
チ用の閉ループ発進及び徐行制御」と題する米国特許出
願番号第772,204 号が、滑らかな連結を行うようにクラ
ッチ作動を制御することによってクラッチ連結中の駆動
系統のコンプライアンスによるねじり振動を最小限に抑
えるか、なくすことを開示している。ここに挙げる以下
の特許出願は、制御にもっとロバスト性を与える改良で
ある。
【０００８】本発明者の「ロバストアルゴリズムを備え
た自動クラッチ用の閉ループ発進及び徐行制御」と題す
る先行の米国特許出願で、現在の米国特許第5,275,267
号は、同じ問題に取り組んでおり、システム過渡応答を
整形するために前置フィルタを設けて、個々の車両また
は車種に合わせて細かく特定化する必要性を軽減してい
る。
【０００９】1993年12月14日に出願された「ロバスト自
動クラッチ制御のための方法及び装置」と題する米国特
許出願番号第08/165,957号は同じシステムに基づいてお
り、一定の状態で強引なクラッチ連結によってエンジン
過負荷が加えられ、それによってエンジン速度が低下
し、さらにはエンジンの停止を避けるためにクラッチダ
ンピングを生じる可能性をなくすことによってロバスト
性をさらに向上させている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記明細書に開示され
ているシステムには、滑り積分器が、実際には２つの積
分器が直列に設けられているが、これには内部ループ変
動に対して過敏になる可能性があり、状況によっては制
御が困難になる。
【００１１】このため、内部ループの変動に対する感度
を低下させ、制御を向上させる摩擦クラッチの自動クラ
ッチ作動を提供することが好都合であろう。本発明の目
的はは、部分的にはその従来作動に基づき、さらにロバ
スト性を向上させた自動クラッチ制御装置及びクラッチ
連結信号の発生方法を提供することである。
【００１２】
【発明の開示】上記目的を達成するために、本発明は、
動力源と、摩擦クラッチと、トルク入力に対して振動応
答を示すねじりコンプライアンスを有する摩擦クラッチ
に連結された少なくとも１つの慣性負荷トラクションホ
ィールとを含む組み合わせ体において使用される自動ク
ラッチ制御装置を提供する。
【００１３】この自動クラッチ制御装置は、変速機シフ
トコントローラと共に使用されるのが好ましい。この自
動クラッチ制御装置は、車両の発進時、及びそれに続く
変速機シフト中のクラッチ連結を滑らかにして、クラッ
チ連結に対する振動応答を最小限に抑えることができ
る。この自動クラッチ制御装置は大型トラックで有益で
ある。
【００１４】自動クラッチ制御装置は、エンジン速度セ
ンサ及び変速機入力速度センサから入力を受け取る。変
速機入力速度センサは、変速機の入力部での回転速度を
感知し、その入力部は摩擦クラッチの出力部である。自
動クラッチ制御装置は、クラッチアクチュエータを完全
切り離し位置と完全連結位置との間で制御するクラッチ
連結信号を発生する。このクラッチ連結信号は、変速機
入力速度が基準速度に漸近するようにして摩擦クラッチ
を連結させる。これによって、慣性負荷トラクションホ
ィールのトルク入力に対する振動応答を最小限に抑える
ことができる。
【００１５】車両の通常始動に対応する発進モードまた
は変速機のシフト後では、クラッチ連結信号が変速機入
力速度をエンジン速度に漸近させる。
【００１６】自動クラッチ制御装置は、初期部分的連結
後の所定時間以内に完全なクラッチ連結が確実に得られ
るようにするためにＰＩＤレギュレータを設けている。
変速機入力速度基準信号と変速機入力速度との間にいか
なる速度差があっても、最終的にはクラッチを完全連結
させる。レギュレータは、エンジン速度と変速機入力速
度との差に基づいて比例及び積分制御を行う一方、微分
項もその差から、または入力速度だけから算出される。
ＰＩＤレギュレータは、内部ループ変動に対してあまり
敏感ではなく、ある変速機を様々な形式の大型トラック
に用いながら、良好な制御特性を保持することができる
ようにするロバスト制御特性を与える。
【００１７】クラッチ作動コントローラは、個々の車両
または車種に対して詳細に特定化する必要性を軽減する
構造を有している。ＰＩＤレギュレータ出力は、システ
ムの過渡応答を整形することができる前置フィルタで演
算される。代数加算器が、変速機入力速度信号を前置フ
ィルタ処理信号から引くことによって制御誤差を発生す
る。この誤差信号は、周波数の関数として十分な利得を
有する周波数補償器へ送られて、車両パラメータの変動
に対するシステム閉ループ感度を低下させることがで
き、それによって制御にロバスト性を追加することがで
きる。補償器は、クラッチ連結に対する振動応答を最小
限に抑えることができるようにクラッチ連結を制御する
ためのクラッチ連結信号を発生する。
【００１８】自動クラッチ制御装置は、デジタルマイク
ロコントローラによって実行される離散形差分方程式で
実現されるのが好ましい。マイクロコントローラには、
低周波数での利得を増加させることによってシステム誤
差を減少させ、慣性負荷トラクションホィールの伝達関
数のほぼ逆の伝達関数を有している補償器が設けられて
いる。この補償器の伝達関数には、駆動系統の予想振動
応答の領域を包含するノッチフィルタが含まれる。車両
積載量及び駆動系統特徴の変化に伴って振動応答周波数
が変化するため、このノッチフィルタの周波数帯域は一
定範囲の周波数を包含できるように十分に広くなければ
ならない。補償器ではまた、ループ利得を増加させて車
両特性のばらつきに対する感度を低下させるため、駆動
系統応答が最小である周波数範囲での応答を高めること
が好ましい。
【００１９】クラッチ作動コントローラは、変速機の各
歯車比に対応した離散形差分方程式用の係数組を記憶し
ていることが好ましい。クラッチ作動コントローラは、
選択された歯車比に対応した係数組を検索する。これら
の検索された係数組は、クラッチ制御用の他の点では同
一の離散形差分方程式に用いられる。
【００２０】本発明の上記及び他の目的及び特徴を、添
付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００２１】
【実施例】図１は、本発明の自動クラッチ制御装置を含
む自動車の駆動系統の概略図である。自動車には、動力
源としてエンジン10が設けられている。本発明を用いる
のに最も適した形式の大型トラックの場合、エンジン10
をディーゼル内燃機関にすることができる。
【００２２】一般的に足作動式ペダルであるスロットル
11が、スロットルフィルタ12を介してエンジン10の作動
を制御する。スロットルフィルタ12は、スロットル11に
よる段階的スロットル増加を受け取った時にスロットル
レベルまで傾斜したスロットル信号を送ることによっ
て、エンジン10へ送られるスロットル信号をろ過する。
エンジン10は、エンジン軸15にトルクを発生する。エン
ジン速度センサ13が、エンジン軸15の回転速度を検出す
る。エンジン速度センサ13による実際の回転速度検出場
所は、エンジンのフライホィールにすることができる。
エンジン速度センサ13は、磁気センサによって歯の回転
が検出される多数歯付きホィールであることが好まし
い。
【００２３】摩擦クラッチ20には、完全または部分連結
することができる固定プレート21及び可動プレート23が
設けられている。固定プレート21は、エンジンのフライ
ホィールにすることができる。摩擦クラッチ20は、固定
プレート21及び可動プレート23間の連結度に応じて、ト
ルクをエンジン軸15から入力軸25へ伝達する。図１には
一対の固定及び可動プレートが図示されているだけであ
るが、クラッチ20には多数対のそのようなプレートを設
けることができることは当業者には理解されるであろ
う。
【００２４】一般的なトルク対クラッチ位置の関数が図
２に示されている。クラッチトルク／位置曲線80は、最
初に初期接触点81より前の連結範囲でゼロである。クラ
ッチ連結の増加に伴って、クラッチトルクが単調に上昇
する。図２に示されている実施例では、クラッチトルク
は最初はゆっくり上昇するが、その後は急激に上昇し
て、点82での完全連結時に最大クラッチトルクに達す
る。一般的なクラッチ構造では、完全連結時の最大クラ
ッチトルクが最大エンジントルクの約1.5 倍であること
が求められる。これによって、クラッチ20はエンジン10
によって発生した最大トルクを滑りを伴わないで伝達す
ることができる。
【００２５】クラッチ20を切り離し状態から部分連結を
介して完全連結まで制御するため、クラッチアクチュエ
ータ27が可動プレート23に連結されている。クラッチア
クチュエータ27は、電気式、油圧式または空気圧式アク
チュエータにすることができ、また位置または圧力制御
形にすることができる。クラッチアクチュエータ27は、
クラッチ作動コントローラ（コントローラ）60からのク
ラッチ連結信号に従ってクラッチ連結度を制御する。
【００２６】変速機入力速度センサ31が、入力軸25の回
転速度を感知し、それが変速機30への入力となる。変速
機30は、変速機シフトコントローラ33の制御を受けなが
ら駆動軸35に選択可能な駆動比を与える。駆動軸35はデ
ィファレンシャル40に連結されている。変速機出力速度
センサ37が駆動軸35の回転速度を感知する。変速機入力
速度センサ31及び変速機出力速度センサ37は、エンジン
速度センサ13と同じ構造であることが好ましく、速度と
共に向きを知らせる。自動車が大型トラックである本発
明の好適な実施例では、ディファレンシャル40は、それ
ぞれのホィール51〜54に連結されている４本の車軸41〜
44を駆動する。
【００２７】変速機シフトコントローラ33は、スロット
ル11、エンジン速度センサ13、変速機入力速度センサ31
及び変速機出力速度センサ37から入力信号を受け取る。
変速機シフトコントローラ33は、変速機30の制御を行う
歯車選択信号と、クラッチ作動コントローラ60へ送られ
るクラッチ連結／切り離し信号とを発生する。好ましく
は、変速機シフトコントローラ33は、変速機30によって
与えられた最終歯車比をスロットル設定、エンジン速
度、変速機入力速度及び変速機出力速度に応じて変化さ
せる。
【００２８】変速機シフトコントローラ33は、摩擦クラ
ッチ20を連結すべきか切り離すべきかに応じて、それぞ
れ連結及び切り離し信号をクラッチ作動コントローラ60
へ送る。変速機シフトコントローラはまた、歯車信号を
クラッチ作動コントローラ60へ送る。この歯車信号によ
って、選択歯車に応じた係数組を検索することができ
る。変速機シフトコントローラ33は本発明の一部を構成
していないので、これ以上の説明は行わない。
【００２９】クラッチ作動コントローラ60は、可動プレ
ート23の位置を制御するためにクラッチ連結信号をクラ
ッチアクチュエータ27へ送る。これは、クラッチ20によ
って伝達されるトルク量を図２のクラッチトルク／位置
曲線80に従って制御する。クラッチ作動コントローラ60
は、変速機シフトコントローラ33の制御下で作動する。
クラッチ作動コントローラ60は、変速機シフトコントロ
ーラ33から連結信号を受け取った時、切り離し位置から
少なくとも部分的連結または完全連結位置への可動プレ
ート23の移動を制御する。
【００３０】好適な実施例では、クラッチ連結信号が所
望クラッチ位置を表示するものとする。クラッチアクチ
ュエータ27は、好ましくはこの所望位置への可動プレー
ト23の移動を制御する閉ループ制御システムを含んでい
る。また、クラッチ連結信号が所望のクラッチ圧力を表
して、クラッチアクチュエータ27がこの所望圧力に閉ル
ープ制御を加えることも実現可能である。車両によって
は、クラッチアクチュエータ27を開ループ方式で作動さ
せることも実現可能である。クラッチアクチュエータ27
の正確な詳細は本発明にとって決定的なものではないた
め、これ以上は説明しない。
【００３１】クラッチ作動コントローラ60は、変速機シ
フトコントローラ33から切り離し信号を受け取った時、
クラッチ20のランプアウト切り離しを行うための所定の
開ループクラッチ切り離し信号を発生するのが好まし
い。クラッチ20のこの所定の開ループ切り離しに対して
は、不都合な振動応答が予想されない。
【００３２】図３は、発進の場合の、すなわち適当な速
度で走行するために停止状態から始動する場合のエンジ
ン速度90及び変速機入力軸速度100 を示している。最初
はエンジン速度90がアイドル速度である。
【００３３】その後、エンジン速度90は図３の時間枠内
で単調に上昇する。エンジン速度90は、上昇するか、同
一速度に維持される。理想的には、エンジン速度90は、
エンジン10から発生したトルクが車両を加速するために
必要なトルクに一致するまで、上昇する。高負荷では、
このエンジン速度がアイドル速度と最高エンジン速度と
の間の中間範囲内にあるかもしれない。この一定のエン
ジン速度は、クラッチトルク及び駆動系統トルクを一致
させて、エンジン出力トルクと車両負荷トルクとを釣り
合わせるために必要なエンジントルクに対応している。
【００３４】このトルクレベルが理想クラッチトルクで
あり、これより高いクラッチトルクではエンジン10が停
止し、低いクラッチトルクではエンジン速度が上昇しす
ぎる。最終的に、車両は、クラッチ20を完全連結できる
速度まで加速する。その後、エンジントルクと負荷トル
クとの釣り合いは、スロットルの設定による運転者の制
御下におかれ、クラッチ作動コントローラ60が完全クラ
ッチ連結を命令し続ける。
【００３５】車両が停止し、クラッチ20が完全に切り離
された時、変速機入力速度100 は最初にゼロである。こ
れは、車両を始動する場合である。しかし、以下にさら
に説明するように、この同じ技術を用いて、移動中の歯
車のシフト時のクラッチ連結を円滑にすることもでき
る。この場合、変速機入力速度は最初に車両速度に対応
した値にすることができる。クラッチ20が部分的に連結
した時、変速機入力速度100 が上昇して、漸近的にエン
ジン速度90に接近する。
【００３６】点101 では、変速機入力速度100 は、車両
の駆動系統のねじりコンプライアンスを引き起こすこと
なくクラッチ20を完全連結することができる程度までエ
ンジン速度90に十分に接近している。この時点で、クラ
ッチ20が完全に連結する。その後、次に高い最終歯車比
が変速機コントローラ33によって選択された時にクラッ
チ20が切り離されるまで、変速機入力速度100 はエンジ
ン速度90と共に進む。本装置は、車両が停止しておら
ず、初期変速機入力速度がゼロでない場合にも作動する
ことが好ましい。
【００３７】図４は、クラッチ作動コントローラ60の制
御機能を概略的に示している。また図１に示されている
ように、クラッチ作動コントローラ60はスロットル11か
らスロットル信号を、エンジン速度センサ13からエンジ
ン速度信号を、変速機入力速度センサ31から変速機入力
速度信号を受け取る。
【００３８】図４に示されているクラッチ作動コントロ
ーラ60は、摩擦クラッチ20を作動させるためにクラッチ
アクチュエータ27へ送られるクラッチ連結信号を発生す
る。図４には示されていないが、クラッチ作動の度合い
とスロットル設定、エンジン速度及び車両特性とによっ
て、変速機入力速度センサ31で感知されてクラッチ作動
コントローラ60へ送られる変速機入力速度が決定され
る。従って、図４に概略的に示されている制御は、閉ル
ープシステムである。
【００３９】図４に示されている制御機能は、図３に示
す接触点81と完全連結との間のクラッチ位置に対してだ
け必要である。接触点81に対応するものより小さいクラ
ッチ連結では、クラッチ20が完全に切り離されているた
め、トルク伝達の可能性がない。クラッチ作動コントロ
ーラ60は、接触点81に対応したクラッチ位置を検出する
何らかの方法を設けていることが好ましい。この決定技
術は公知である。
【００４０】例えば、変速機30をニュートラルに入れ、
変速機入力速度センサ31が初めて回転を検出するまで、
クラッチ20を連結側へ進ませることによって、接触点81
のクラッチ位置を決定することができる。変速機シフト
コントローラ33から連結信号を受け取ると、クラッチ作
動コントローラ60は好ましくは迅速にクラッチ20を接触
点66に対応した点へ前進させる。これは、接触点81にク
ラッチ連結制御のゼロ点を設定する。その後のクラッチ
連結は、図４に示されている制御機能によって制御され
る。
【００４１】クラッチ作動コントローラ60は、マイクロ
コントローラ回路によって実現することが好ましい。エ
ンジン速度、変速機入力速度及びスロットル設定に対応
した入力はデジタル形式でなければならない。これらの
入力信号は、好ましくはマイクロコントローラの作動速
度と同じで、所望の制御を行うことができる十分な速度
でサンプリングされる。
【００４２】前述したように、エンジン速度、変速機入
力速度及び変速機出力速度は、好ましくは歯の回転を磁
気センサで検出する多数歯付きホィールによって検出さ
れる。所定期間中に磁気センサによって検出されたパル
ス列を計数する。それぞれのカウント値は測定速度に正
比例している。適正に制御するため、車両が後退する場
合には変速機入力速度信号の符号がマイナスでなければ
ならない。入力軸25の回転方向を検出する何らかの方法
が必要である。そのような方向の感知は公知であり、こ
れ以上は詳細に説明しない。
【００４３】スロットル設定は、電位差計等のアナログ
センサによって検出されるのが好ましい。このアナログ
スロットル信号は、マイクロコントローラで使用できる
ように、アナログ／デジタル変換器によってデジタル化
される。マイクロコントローラは、図４に示されている
プロセスを公知のようにして離散形差分方程式によって
実行する。
【００４４】従って、図４に示されている制御プロセス
は、独立したハードウェアではなく、本発明を具現する
マイクロプロセッサのプログラムの仕方を示していると
見なされる。十分な能力を持ち、適正にプログラムされ
た場合、同じマイクロコントローラがクラッチ作動コン
トローラ60及び変速機シフトコントローラ33の両方の機
能を果たすことができる。インテル社の80C196型のマイ
クロコントローラがこのように機能できる十分な計算能
力を備えていると考えられる。
【００４５】エンジン速度は制御の基準信号である。す
なわち、エンジン速度が所望の変速機入力速度である。
クラッチ作動コントローラ60は、図５にわかりやすく示
されているようなＰＩＤ（比例・積分・微分）レギュレ
ータ65を備えている。変速機入力速度センサ31からの変
速機入力速度を代数加算器64でエンジン速度から引くこ
とによって、誤差信号を発生する。
【００４６】ＰＩＤレギュレータ65は、加算器64の出力
部に連結されて利得を設定する増幅器84を設けており、
積分器86が増幅誤差信号を積分し、その信号は代数加算
器67へ送られる。誤差信号は増幅器88によっても増幅さ
れて、比例項が加算器67へ送られる。加算器67へ送られ
る微分項は、増幅器94と変速機入力速度信号を演算する
微分器96とによって発生する。比例、積分及び微分信号
は加算器で加算される。そのようなレギュレータは制御
方法論では公知であり、様々な形式にすることができ
る。例えば、比例項及び積分項と同様に、微分項を誤差
信号から引き出してもよい。
【００４７】代数加算器67は入力を前置フィルタ68へ送
る。前置フィルタ68からの出力信号は代数加算器69へ送
られる。代数加算器69はまた、変速機入力速度センサ31
から測定された変速機入力速度信号も受け取る。代数加
算機69は、前置フィルタ68からの前置フィルタ処理信号
と変速機入力速度との差を計算する。この差は補償器70
へ送られる。補償器70には、トルク入力に対する車両の
ねじり振動応答のほぼ逆のモデルが設けられている。補
償器70は、車両の駆動系統の伝達関数の変動によるクラ
ッチ作動コントローラ60の閉ループ応答の変動を減少で
きるように選択された利得対周波数の関数を含み、特に
低周波数で利得を増加させることによって、システムの
ロバスト性を向上させている。
【００４８】補償器70の伝達関数の決定について以下に
詳細に説明する。補償器が内部ループの不確実性の小さ
い予測を可能にするため、ＰＩＤレギュレータ65が入力
速度をエンジン速度に漸近的に接近させて、システムが
制御可能になる。前置フィルタが補償器と協働して、Ｐ
ＩＤレギュレータによる制御を行うための十分に減衰し
た２次伝達関数を発生する。前置フィルタ68の特性及び
それの決定方法について以下に詳細に説明する。本説明
では前置フィルタ及び補償器が別々に扱われているが、
それらは直列の構成要素であるので、それらを同一ユニ
ットに組み込むことができる、すなわち両関数を１つの
伝達関数または対応の離散形差分方程式または方程式組
として表現することができる。
【００４９】エンジン速度微分信号によってクラッチ連
結信号内にフィードフォワード信号が発生する。微分補
償器または加速度補償器73が、エンジン速度の変化率に
応じた微分信号を発生するが、小さいエンジン減速によ
る急激な減少を防止するためにろ過される。このエンジ
ン速度微分信号及び積分器74から発生したその積分が代
数加算器71へ送られる。代数加算器71は、補償器70の出
力と、加速度補償器73からのエンジン速度微分信号と、
積分器74からの積分信号とを合計して、クラッチ連結信
号を発生する。クラッチアクチュエータ27はこのクラッ
チ連結信号を用いて、クラッチ連結の度合いを制御す
る。
【００５０】フィードフォワード信号は、エンジン速度
が加速中である時のクラッチ作動コントローラ60の応答
を向上させることができる。エンジン速度加速状態で
は、フィードフォワード信号によって、エンジン加速度
の割合に比例した迅速なクラッチ20連結が行われる。駆
動系統トルクが安定する前は、スロットル全開状態でエ
ンジン速度が急激に上昇する可能性がある。これは、こ
のフィードフォワード応答を伴わないクラッチ作動コン
トローラ60の応答速度が、ピークエンジンの応答速度に
較べて低いからである。
【００５１】このフィードフォワード応答を備えていれ
ば、急激なエンジン加速によってそうでない場合よりも
迅速なクラッチ連結が得られる。さらなるクラッチ連結
は、エンジンからのトルクをさらに必要とすることによ
って、エンジン速度の上昇を抑制しようとする。エンジ
ン速度が一定値に達すると、微分項がゼロまで減少し、
積分器74が、エンジン速度を抑制するために必要なクラ
ッチ連結を保持する。次に、制御機能の他の部分が、変
速機入力速度を基準速度に漸近的に収束させるように機
能する。
【００５２】前置フィルタ68及び補償器70が、クラッチ
作動コントローラ60内の微分及び相補機能を実行する。
前置フィルタ68及び補償器70の伝達関数は以下のように
して決定される。補償器70の伝達関数は、駆動系統パラ
メータ変動に対する閉ループ伝達関数の感度を低下させ
るように選択される。これは、周波数の関数として十分
なループ利得を与えることによって達成される。駆動系
統の伝達関数Ｇ（ω）に対する閉ループ伝達関数Ｈ
（ω）の感度
【００５３】
【式１】 は、
【００５４】
【式２】 で表される。但し、Ｃ（ω）は補償器70の伝達関数であ
る。この関係を調べれば、補償器利得を増大させること
によって感度
【００５５】
【式３】 をゼロまでの任意の値に減少させることができることが
わかる。安定性及び雑音の問題のため、最大補償器利得
には実際的な制限がある。このため、補償器70の伝達関
数Ｃ（ω）は、閉ループ伝達関数の変動を設計基準とし
て受け入れ可能なレベルセットに制限できるように、す
べての周波数ωで十分に高く選択される。低周波数での
利得を強調することによって、ロバスト性をさらに向上
させることができる。
【００５６】補償器70は、ねじり振動応答のほぼ逆のモ
デルを含む。本発明を適用できる一般的な重量形トラッ
クでは、駆動系統のねじりコンプライアンスのため、駆
動系統の伝達関数は２〜５Ｈｚの範囲の一対の軽減衰極
を備えている。正確な値は、車両パラメータ値によって
決まる。補償器70の逆応答によって、これらの極の領域
にノッチフィルタが形成される。ノッチの周波数帯は、
予想車両周波数応答の範囲を包含できる十分な広さであ
る。一般的な重量形トラックはまた、１〜２Ｈｚの周波
数範囲に一対の複素ゼロを含む。これらの複素ゼロは、
システムループ利得を減少させる傾向があり、従ってシ
ステムがこの周波数範囲内の車両特徴の変動にさらに敏
感になる。補償器70は、この周波数範囲内に一対の単純
ゼロを設けることによって、ループ利得を増加させ、車
両特徴の変動に対する感度を低下させることができるよ
うにするのが好ましい。これによって、閉ループシステ
ムの全応答の固有値が大きく減衰されて、振動の少ない
システムを提供する。
【００５７】前置フィルタ68を用いることによって、所
望の閉ループ過渡応答を確実に達成できる。前置フィル
タ68を伴わない閉ループシステムの伝達関数Ｈ（ω）は
次の通りである。
【００５８】Ｈ（ω）＝Ｃ（ω）Ｇ（ω）／（１＋Ｃ
（ω）Ｇ（ω）） 但しＣ（ω）は補償器70の伝達関数であり、Ｇ（ω）は
駆動系統の伝達関数である。補償器70の上記構造は、駆
動系統応答Ｇ（ω）の変動に対する感度の低下だけを考
慮に入れている。これでは一般的に、閉ループ応答Ｈ
（ω）の時間応答が不適当になる。前置フィルタ及び補
償器の設計目標は、予測可能な応答特性を作り出すこと
によって、ＰＩＤコントローラがクラッチ20の作動で変
速機入力速度をエンジン速度に漸近的に収束させること
ができるようにすることである。前置フィルタ68を伴っ
た伝達関数Ｈ（ω）は次の通りである。
【００５９】Ｈ（ω）＝Ｆ（ω）Ｃ（ω）Ｇ（ω）／
（１＋Ｃ（ω）Ｇ（ω）） 但し、Ｆ（ω）は前置フィルタ68の伝達関数である。前
置フィルタ68は、ＰＩＤコントローラの設計率に対応し
た通過帯域を備えた低域フィルタである。
【００６０】前置フィルタ68及び補償器70の応答特性の
上記の決定は、ホロビッツ(Horowitz)の定量的フィード
バック理論に一致している。この理論は、1982年11月の
ＩＥＥ会報第129 巻、PT.d第６号に記載されているＩ．
Ｍ．ホロビッツの「定量的フィードバック理論」で実証
されている。前置フィルタ68及び補償器70の応答をこの
ように選択することによって、ロバスト性がある、すな
わち広範囲で変化する車両状態に適切に応答することが
できるシステムが得られる。
【００６１】上記のように、図４の要素はマイクロコン
トローラ内の離散形差分方程式によって実行されること
が好ましい。そのような方程式は上記特許出願に明記さ
れている。しかし、補償器及び前置フィルタの特徴は、
以下の方程式から十分に理解され、当業者であれば離散
形差分方程式を容易に引き出すことができる。補償器の
伝達関数は：
【００６２】
【式４】 である。
【００６３】同様に、前置フィルタの伝達関数は：
【００６４】
【式５】 である。
【００６５】本発明は、変速機のシフトに後続するクラ
ッチの再連結に用いても好都合である。この場合、前置
フィルタ68及び補償器70のための上記伝達関数を含め
て、図４に示されているものと同じ制御プロセスを用い
ることができる。差分方程式として表された時、変速機
シフトの制御プロセスは、方程式の用いられる係数の選
択の点で発進モードとは異なっている。変速機シフトコ
ントローラ33からの歯車信号に応じて、特定組のこれら
の係数が係数メモリ75から検索される。選択された係数
組には、積分器74の積分係数、及び微分器73の係数も含
むことができる。他の点では、本発明は上記の通りに作
動する。
【００６６】本発明の好適な実施例は制限的なものでは
なく、発明の排他的特徴は請求項によって定義される。
【００６７】
【発明の効果】本発明の自動クラッチ制御装置は、クラ
ッチアクチュエータを完全切り離し位置と完全連結位置
との間で制御するクラッチ連結信号を発生し、このクラ
ッチ連結信号は、クラッチ連結に対する振動応答のほぼ
逆のモデルを用いて測定された変速機入力速度をエンジ
ン速度に漸近的に接近させるようにして、摩擦クラッチ
を部分的に連結させ、これによって、慣性負荷トラクシ
ョンホィールのトルク入力に対する振動応答を最小限に
抑えることができる。
【００６８】本発明の制御プロセスは、車両応答の変動
に対してロバスト性があり、１つの車両における積載量
の変化や、車両間でのエンジン、クラッチ及び駆動系統
振動応答の様々な組み合わせ間での応答のばらつきに対
処してクラッチ連結を適応調整することができる。ま
た、このシステムのロバスト性によって、トラックの種
類または積み荷範囲に合わせて個別に調整することなく
広範囲の重量形トラックに適用できる変速機の大量生産
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクラッチ作動コントローラを含む車両
駆動系統の概略図である。
【図２】クラッチ連結とクラッチトルクとの間の一般的
な関係を示している。
【図３】自動車の発進のための経時的なエンジン速度及
び変速機入力速度の理想応答を示している。
【図４】本発明による自動クラッチ制御装置の機能のブ
ロック図である。
【図５】図４のコントローラに使用されるＰＩＤレギュ
レータの概略図である。
【符号の説明】
10 エンジン 11 スロットル 13 エンジン速度センサ 20 摩擦クラッチ 25 変速機入力軸 27 クラッチアクチュエータ 31 変速機入力速度センサ 60 クラッチ作動コントローラ 65 ＰＩＤレギュレータ 68 前置フィルタ 69 第１代数加算器 70 補償器

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スロットル(11)によって制御される動力
    源(10)と、動力源(10)に連結された入力軸(15)及び出力
    軸(25)を備えた摩擦クラッチ(20)と、トルク入力に対し
    て振動応答を示すねじりコンプライアンスを有する摩擦
    クラッチ(20)の出力軸(25)に連結された少なくとも１つ
    の慣性負荷トラクションホィール(51、52、53、54) とを含
    む組み合わせ体における自動クラッチ制御装置であっ
    て、 動力源(10)に連結されて、動力源(10)の回転速度に応じ
    たエンジン速度信号を発生するエンジン速度センサ(13)
    と、 摩擦クラッチ(20)の出力軸(25)に連結されて、摩擦クラ
    ッチ(20)の出力軸(25)の回転速度に応じた変速機入力速
    度信号を発生する変速機入力速度センサ(31)と、 摩擦クラッチ(20)に連結されて、クラッチ連結信号に従
    って摩擦クラッチ(20)の切り離し位置から完全連結位置
    への連結を制御するクラッチアクチュエータと、 前記エンジン速度センサ(13)、前記変速機入力速度セン
    サ(31)及び前記クラッチアクチュエータ(27)に連結され
    たコントローラ(60)とを有しており、 このコントローラ(60)は、 エンジン速度センサ(13)及び入力速度センサ(31)に連結
    されて、調整出力を発生するＰＩＤレギュレータ(65)
    と、 前記ＰＩＤレギュレータ(65)に連結されて、ろ過された
    ＰＩＤ信号を発生する前置フィルタ(68)と、 前記変速機入力速度センサ(31)及び前記前置フィルタ(6
    8)に連結されて、前記ろ過されたＰＩＤ信号と前記変速
    機入力速度信号との差に応じた第１代数和信号を発生す
    る第１代数加算器(69)と、 この第１代数加算器(69)に連結されて、閉ループ感度を
    低下させ、また前記クラッチ連結信号を発生して前記ク
    ラッチアクチュエータ(27)へ送ることによって、前記変
    速機入力速度が前記エンジン速度に漸近するようにして
    摩擦クラッチ(20)を連結させる補償器(70)とを含んでい
    ることを特徴とする自動クラッチ制御装置。
  2. 【請求項２】 前記エンジン速度センサ(13)、前記変速
    機入力速度センサ(31)及び前記クラッチアクチュエータ
    (27)に連結されたコントローラは、 エンジン速度信号と入力速度信号との差を決定する手段
    を含み、 ＰＩＤレギュレータ(65)が前記差を演算して調整出力を
    発生することを特徴とする請求項１の自動クラッチ制御
    装置。
  3. 【請求項３】 前記エンジン速度センサ(13)、前記変速
    機入力速度センサ(31)及び前記クラッチアクチュエータ
    (27)に連結されたコントローラ(60)は、 エンジン速度信号と入力速度信号との差を決定する手段
    を含み、 ＰＩＤレギュレータ(65)が、前記差を入力として調整出
    力の成分を発生する積分器(86)を含んでいることを特徴
    とする請求項１の自動クラッチ制御装置。
  4. 【請求項４】 さらに、エンジン速度信号と入力速度信
    号との差を決定する第２代数加算器(64)を有し、 ＰＩＤレギュレータ(65)には、前記第２代数加算器(64)
    に連結されて、基準速度信号と入力速度信号との差に応
    じて調整出力の積分項を発生する積分器(86)が設けられ
    ており、 さらに、エンジン速度信号に応じてリード信号を発生す
    る微分補償器(73)と、 リード信号に応じて第２積分器信号を発生する第２積分
    器(74)と、 補償器(70)の出力、リード信号及び第２積分器信号を加
    算してクラッチ連結信号を発生する手段とを有している
    ことを特徴とする請求項１の自動クラッチ制御装置。
  5. 【請求項５】 スロットル(11)によって制御されるエン
    ジン(10)と、入力軸(25)を備えた変速機(30)と、変速機
    (30)によって駆動されるトラクションホィール(51、52、5
    3、54) と、エンジン(10)との間に連結された摩擦クラッ
    チ(20)と、トルク入力に対して振動応答を示すねじりコ
    ンプライアンスを有する変速機入力軸(25)と、スロット
    ル位置、エンジン速度及び入力軸速度用のセンサ、及び
    摩擦クラッチ(20)に連結されて、クラッチ連結信号に従
    って摩擦クラッチ(20)の切り離し位置から完全連結位置
    への連結を制御するクラッチアクチュエータ(27)を有す
    る自動クラッチ制御装置とを含む組み合わせ体におい
    て、 エンジン速度及び入力軸速度を決定し、 エンジン速度及び入力軸速度から比例・積分・微分（Ｐ
    ＩＤ）値を発生し、 ＰＩＤ値をろ過し、 ろ過されたＰＩＤ値から入力軸速度を引いて誤差を発生
    し、 トラクションホィールのトルク入力に対する応答による
    変動に対して低い感度に維持することによって補償出力
    値を発生するように誤差を補償して、前記クラッチ連結
    信号を発生する、各ステップを有しており、 これによって前記変速機入力速度信号が前記エンジン速
    度信号に漸近するようにして摩擦クラッチ(20)を連結す
    るようにしたことを特徴とするクラッチ連結信号の発生
    方法。
  6. 【請求項６】 さらに、エンジン速度から入力軸速度信
    号を引くことによって誤差値を発生するステップを有
    し、そして、 ＰＩＤ値を発生するステップは、誤差値からＰＩＤ値を
    発生するステップを含んでいることを特徴とする請求項
    ５に記載のクラッチ連結信号の発生方法。
  7. 【請求項７】 さらに、エンジン速度から入力軸速度信
    号を引くことによって誤差値を発生するステップを有
    し、そして、 ＰＩＤ値を発生するステップは、誤差値から積分項及び
    比例項を発生するステップを含んでいることを特徴とす
    る請求項５に記載のクラッチ連結信号の発生方法。
  8. 【請求項８】 さらに、エンジン速度から入力軸速度信
    号を引くことによって誤差値を発生するステップを有
    し、そして、 ＰＩＤ値を発生するステップは、 誤差値から積分項及び比例項を発生し、 入力軸速度及びエンジン速度の少なくとも一方から微分
    項を発生し、 さらに、積分項、比例項及び微分項を合計する、各ステ
    ップを含んでいることを特徴とする請求項５に記載のク
    ラッチ連結信号の発生方法。
  9. 【請求項９】 さらに、エンジン速度を微分してフィー
    ドフォワード信号を発生し、 フィードフォワード信号を積分し、 クラッチ連結信号を発生するために、フィードフォワー
    ド信号、積分フィードフォワード信号及び補償出力値を
    結合する、各ステップとを有することを特徴とする請求
    項５に記載のクラッチ連結信号の発生方法。
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