JPS61206830A - 車両用電磁クラッチの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、車両用磁粉式電磁クラッチの制御方法に関し
、特に電磁クラッチの保合過程におけるトルクを調節す
る制御技術に関するものである。

従来技術・ 車両のエンジンから駆動輪に至る動力伝達径路に介挿さ
れるクラッチの一種に磁粉式電磁クラッチがある。斯る
磁粉式電磁クラッチはその励磁コイルに供給される励磁
電流に対応した大きさの伝達トルクが得られるため、マ
イクロコンピュータ等の制御手段を用いることによって
流体クラッチと同様の滑らかな保合が熟練を要すること
なく自動的に得られ、しかも走行中の滑りがないため、
摩擦クラッチを用いた場合と同等の燃費が得られる、こ
のような磁粉式電磁クラッチの半クラツチ制御に際して
は、保合を円滑にして車両発進時の運転性を高め、しか
も係合時の入力側回転速度を抑制して燃料消費効率を高
めるために、たとえば次式（１１，（２１に示すような
種々の制御式が考え出されている。

Ｔｃ１＝Ｋ（θ、　　Ｎ”　）（Ｎ　ｅ　−Ｎ１ｄｌ）
　・・・（１１但し、Ｔｃｌは伝達トルク、Ｋはフィー
ドバックゲイン、θはスロットル弁開度、Ｎ”は目標ミ
ート回転速度、Ｎｅはエンジン回転速度、Ｎ　ｉｄｌは
アイドル回転速度である。

Ｔｃｌ　＝　Ｔｅ（θ＋　Ｎ　ｅ）　＋ｋ　＋　（Ｎ　
ｅ　　Ｎ　”　）＋ｋＪ（Ｎｅ　　Ｎ”）ｄｔ　・・・
１２）但し、Ｔｅはエンジンの出力トルク、ｋｌは比例
制御定数、ｋ２は積分制御定数である。

上記制御式（１）を用いれば、特願昭５９−１３３４９
１号に詳しく記載されているように、所定の範囲内では
任意のスロットル弁開度に対して所望のミート回転速度
が得られる。換言すれば、スロットル弁開度に拘わらず
、電磁クラッチは一定の目標ミート回転速度Ｎ１１が維
持されるように半クラツチ作動する。制御式（２）には
過渡応答性を向上させるためにエンジン出力トルクの瞬
時値Ｔｅに対応した項が設けられる他にミート回転速度
のフィードバック制御項として第２．第３項が設けられ
ており、目標ミート回転速度と実際のエンジン回転速度
Ｎｅとが近似するようにフィードバック制御される。す
なわち、この場合においてもスロットル弁開度に拘わら
ず所定の目標ミート回転速度Ｎ８が半クラツチ制御にお
いて得られるのである。

したがって、前記制御式（１１，（２１等を用いればス
ロ、）ル弁開度に拘わらず好適な半クラツチ制御が得ら
れる。

発明が解決すべき問題点 しかしながら、斯る従来の制御方法においては、目標ミ
ート回転速度を運転性および燃料消費効率の両者が適当
に得られる一定値に設定すれば、理想的な半クラツチ制
御が得られるものの、未だ改良の余地が残されていたの
である。すなわち、スロットル弁開度に拘わらず一定の
ミート回転速度が得られるため、運転性を重視する運転
者にとっては発進加速性が充分でなく、また経済性を重
視する運転者にとっては燃料消費効率が充分でない場合
があり、運転者の意志を反映した運転性が必ずしも得ら
れない不都合があった。

問題点を解決するための手段 本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり
、その要旨とするところは、磁粉式電磁クラッチを備え
た車両の発進時にエンジンの回転速度が目標ミート回転
速度となるように励磁電流を制御するに際し、その目標
ミート回転速度を予め求められた関係から車両の要求出
力とその要求出力の変化速度との少なくとも一方に基づ
いて決定することにある。

作用および発明の効果 このようにすれば、目標ミート回転速度が運転者の意志
を表わす車両の要求出力とその要求出力の変化速度との
少くとも一方に基づいて決定されるので、目標ミート回
転速度は運転者の意志が反映した値に決定される。それ
故、磁粉式電磁クラッチの半クラツチ制御においては、
運転者の意志に応答した好適な運転性あるいは燃料消費
効率が得られるのである。

上記目標ミート回転速度は、経済走行、パワー走行等の
車両の走行性を選択する走行性選択スイッチに応答して
補正される。このようにすれば、車両発進時においても
走行性選択スイッチによって選択された走行性が得られ
るように磁粉式電磁クラッチが制御される。

また、前記目標ミート回転速度はエンジン出力低下に応
じて増量補正される。たとえば、冷間時のエンジンにお
いては同じ回転速度でも出力トルクが小さいので、この
ような増量補正により暖気状態における場合と同様の運
転性が得られる。

また、前記目標ミート回転速度は好適には車両の走行抵
抗の変化に応じて補正される。車両の走行抵抗は路面の
傾斜による勾配抵抗、車両重量等による加速抵抗、路面
摩擦係数等によるころがり抵抗、ハンドル切り角等によ
って変化し、エンジン出力が一定であってもそのような
走行抵抗の変化に応じて運転性が変化するので、このよ
うな補正により走行抵抗の変化が存在しても平地発進時
や、空車発進時、舗装路面発進時等と同様に好適な運転
性が得られるのである。

ここで、ミート回転速度とは、磁粉式電磁クラッチの半
クラツチ制御において、その磁粉式電磁クラッチの入力
側回転速度が略一定値で持続する現象があり、そのよう
な一定値をミート回転速度というのである。そして、磁
粉式電磁クラッチの入力端がエンジンと直結されている
と仮定すると、エンジンのクランクシャフトの運動方程
式は次式（３）の如く表される。この（３）式において
、磁粉弐電Ｉ肉ｅ　＝Ｔｅ　−Ｔｃｌ　　　　　　・・
・−・（３）但し、Ｉはフライホイールを含むクランク
シャフトの慣性モーメント、Ｑｅはエンジンの回転加速
度、Ｔｅはエンジンの出力トルク、Ｔｅｌは磁粉式電磁
クラッチの伝達トルクである。

磁クラッチの保合時にはエンジン回転速度Ｎｅが一定と
なり、Ｍｅに０となるので、Ｔｅ　−Ｔｅｌとなり、そ
のときのスロットル弁開度およびミート回転速度で決ま
るエンジントルクが伝達されることになる。それ故、半
クラツチ状態においてミート回転速度を制御することは
伝達トルクＴｅｌを制御することに他ならない。

実施例 以下、本発明の一適用例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図において、エンジン１０のクランク軸１２と図示
しないトランスミッションの入力軸１４との間に磁粉式
電磁クラッチ１６が設けられている。その磁粉式電磁ク
ラッチ１６は、第２図に示すように、クランク軸１２０
軸端に固定されたフライホイール１８を入力側に備え、
そのフライホイール１８は円環状のヨーク２０を備えて
いる。

ヨーク２０の中心部には円環状の励磁コイル２２が埋設
されており、その励磁コイル２２にはヨーク２０ととも
に回転するスリップリング２４を介して図示しない給電
ブラシから励磁電流が供給されるようになっている。ヨ
ーク２０の内側にはロータ２６がベアリング２８を介し
て第一ラビリンス部材３０により回転可能に支持されて
いる。この第一ラビリンス部材３０はヨーク２０の一方
の端面に固定されており、それにはヨーク２０の内周面
とロータ２６の外周面との間に形成されたギャップに磁
気力によって充填されるべき磁粉をシールするための環
状突起３２が固定されている。

この環状突起３２とヨーク２０の他方の端面に設けられ
た第二ラビリンス部材３４とによって略密閉された環状
空間が形成され、磁粉の洩れが防止されている。この磁
粉は、励磁コイル２２に流される励磁電流に従って磁界
が形成されるとヨーク２０の内周面とロータ２６の外周
面との間のギヤツブ内に充填され、第３図に示す特性に
従ってクランク軸１２のトルクを入力軸１４に伝達する
。

この入力軸１４はその軸端においてハブ３６とスプライ
ン嵌合されており、そのハブ３６は保合ショックを吸収
するためのダンパ３８を介してロータ２６と連結されて
いる。なお、入力軸１４に伝達された駆動力は無段変速
機または有段変速機にて構成されるトランスミッション
、差動装置等を経て車両の駆動輪に伝達されるようにな
っている。

第１図に戻って、エンジン１０の吸気配管に設けられた
スロットル弁には、そのスロットル弁の開度θを検出す
るスロットルセンサ４２が設けられている。そのスロッ
トルセンサ４２は運転者が要求する要求出力検出手段を
構成するものであり、運転者の意志の反映であるスロッ
トル弁開度θを表わすスロットル信号Ｓθがコントロー
ラ４４内のＡ／Ｄ変換器４６に供給される。また、エン
ジン１０に付帯して設けられたイグナイタ４８からは、
エンジン１０に対する点火パルスに対応した点火信号Ｓ
ｌがコントローラ４４内のＩ／Ｆ回路５０に供給される
。１／Ｆ回路５０は点火信号ＳＩ４エンジン回転速度Ｎ
ｅを算出するための点火周期Ｔｉ、に変換する。コント
ローラ４４はＥＣＵと称される所謂マイクロコンピュー
タにて構成され、ＣＰＵ５２．ＲＯＭ５４．ＲＡＭ５６
を備えている。ＣＰＵ５２はＲＡＭ５６の一時記憶機能
を利用しつつＲＯＭ５４に予め記憶されたプログラムに
従って信号処理を実行し、Ｄ／Ａ変換器５８を介して制
御電圧Ｖｃｌを増幅器６ｏに供給する。

増幅器６０は制御電圧Ｖｃｌに対応した電圧を励磁コイ
ル２２に印加し、励磁コイル２２に励磁電流Ｉｃｌが流
される。この励磁電流Ｉｃｌは励磁コイル２２の巻線抵
抗が略一定であるので制御電圧Ｖｃｌに対応した値であ
る。しかし、この増幅器６ｏに替えて制御電圧Ｖｃｌに
対応した励磁電流１ｃｌを励磁コイル２２のインピーダ
ンスの変化に拘わらず電流フィードバックによって流す
定電流回路を設けても良い。

そして、コントローラ４４のデータバスラインには目標
ミート回転速度設定器６２が接続されている。その目標
ミート回転速度設定器６２には、走行性選択スイッチ６
４、エンジン温度センサ６６、ハンドル切り角センサ６
８、路面勾配センサ７０、車両重量センサ７２、路面摩
擦センサ７４からの出力信号が供給されるようになって
いる。

走行性選択スイッチ６４は、経済走行、通常走行、パワ
ー走行等の走行性が図示しない操作体の操作により切り
換えられるものであり、選択された走行性を表わす信号
を出力する。エンジン温度センサ６６はエンジン１ｏの
温度、たとえばその冷却水温度を検出するものであり、
その温度を表わす信号を出力する。ハンドル切り角セン
サ６８は車両のハンドルの切り角を検出するものであり
、ハンドル切り角を表わす信号を出力する。路面勾配セ
ンサ７０は車両が位置している路面の勾配を検出するも
のであり、その勾配を表わす信号を出方する。車両重量
センサ７２は、たとえば車両のサスペンションに設けら
れて車両の積載重量を検出するものであり、その重量を
表わす信号を出力する。路面摩擦センサ７４は舗装路、
砂利路、雪道路、雨天路等の路面の摩擦係数を検出し、
その摩擦係数を表わす信号を出力する。前記目標ミート
回転速度設定器６２は所謂ｃｐｕにて構成されており、
前記ＲＯＭ５４に予め記憶されたプログラムに従って供
給された信号を処理し、目標ミート回転速度Ｎ”を決定
する。

以下、本実施例の作動を説明する。

まず、第４図のステップＳ１が実行され、エンジン１０
のアイドル回転速度Ｎ　ｉｄｌが所定のアルゴリズムの
実行により学習されて記憶される。次に、ステップＳ２
が実行され、アクセル操作が為されているか否か、換言
すれば図示しないステップにより既に読み込まれたスロ
ットル弁開度θが予め定められた一定の小さな値よりも
大きいか否かがスロットル信号Ｓθに基づいて判断され
る。

アクセル操作が為されていないと判断されたときにはス
テップＳ３が実行されて、制御すべき伝達トルクＴｅｌ
を零に設定する。しかし、アクセル操作が為されいると
判断された場合には、ステップＳ４が実行されて目標ミ
ート回転速度Ｎ”が読み込まれる。この目標ミート回転
速度Ｎ１１は目標ミート回転速度設定器６２において逐
次決定されている。

目標ミート回転速度設定器６２においては、たとえば第
５図に示す目標ミート回転速度決定ルーチンが繰り返し
実行される。すなわち、ステップＳＷＩにおいて、スロ
ットル弁開度θがスロットル信号Ｓθに基づいて読み込
まれるとともに、ステップＳＷ２においてフラグの内容
が「１」であるか否かが判断される。このフラグＦは車
両の一回の発進操作において、スロットル弁開度の変化
速度δが算出されたことを表わすものであり、図示しな
いステップにより一回の発進操作終了毎にリセットされ
る。通常、発進操作直後にはスロットル弁開度変化速度
δが算出されておらずフラグＦの内容が「０」であるの
で、ステップＳＷ３およびＳＷ４が実行される。ステッ
プＳＷ３においては、カウンタ■の内容に「１」が加算
されるとともにステップＳＷ４においてはそのカウンタ
Ｉの内容が予め定められた一定の値αに到達したが否か
が判断される。このαはたとえば１００ｍ□。

程度に相当するものであり、車両の一回の発進操作にお
いてスロットル弁開度変化速度δを算出するための時間
スパンに相当する。発進操作直後においては、カウンタ
■の内容がαに到達しないのでステップＳＷ５が実行さ
れて制御すべき伝達トルクＴｅｌが「０」に設定される
。しかし、カウンタ■の内容がαに到達した場合にはス
テップＳＷ６が実行されて、そのときのスロットル弁開
度θとそのときまでの経過時間（αに相当する時間スパ
ン約１００ｆｆ１．、ｅ）からスロットル弁開度変化速
度すが算出され、かつ記憶されるとともにフラグＦがｒ
ｌＪに設定される。

続くステップＳＷ７においては、現在のスロットル弁開
度θとステップＳＷ６において求めたスロットル弁開度
変化速度δから目標ミート回転速度Ｎ８が予め求められ
た関係から決定される。第６図はステップＳＷ７におい
て用いられる予め求められた関係の例を示しており、デ
ータマツプの形態で予めＲＯＭ５４に記憶されている。

データマツプのデータ間においては直線補間等の手段を
用いて適宜目標ミート回転速度Ｎ１１が求められる。

なお、第６図に示す関係は予め関数式の形態にてＲＯＭ
５４に記憶され、その関数式を用いて目標ミート回転速
度Ｎ”が算出されても良い。

ステップＳＷ８に゛おいては各補正値がそれぞれ決定さ
れる。走行性に対応した補正値ΔＮ１．は例えば第７図
に示す予め定められた関係から走行性選択スイッチ６４
の切換状態に従って決定される。これにより、パワー走
行に切り換えられたときには補正値ΔＮ３．が大きくさ
れるので発進加速性が大幅に改善される一方、走行性選
択スイッチ６４がエコノミ走行に切り換えられたときに
は補正値ΔＮ　”ｓが小さくされて、経済性の高い発進
走行が得られる。エンジン水温に相当する補正値ΔＮ”
ｔはたとえば第８図に示す予め定められた関係から求め
られる。これにより充分な出力が得られない・冷間時は
ど補正値ΔＮ”、が高められて発進時の運転性が暖気時
と同様に維持される。

ハンドル切り角に対応した補正値ΔＮ”ｈは第９図に示
す予め定められた関係から求められる。これにより、ハ
ンドル切り角が大きくなるに伴って走行抵抗が大きくな
るほど補正値ΔＮ”ｉ、が大きくされ、たとえばハンド
ルを一杯に切って発進するときでも、エンジンｌＯが停
止することを防止できる。路面勾配に対応した補正値Δ
Ｎ”ｒは第１０図に示す関係に基づいて路面勾配（ｊａ
ｎ　θ）が正の方向へ大きくなるほど正の方向に大きく
され、逆に負の方向に大きくなるほど大きな負の値とさ
れる。これにより路面勾配に起因する走行抵抗の変化に
よっても平坦路と同様の必要かつ充分なエンジン出力が
得られ、路面勾配に拘わらず好適な運転性が確保される
。車両重量に対応する補正値ΔＮ′ｏは第１１図に示す
関係に基づいて車両重量が大きくなるほど大きくされる
。これにより車両重量が大きくなって発進加速性の低下
が予測される場合はど補正値ΔＮ３８が大きくされて、
発進時の運転性が空車時と同様に確保される。さらに、
路面摩擦抵抗に対応する補正値ΔＮＩＩＩＪは例えば第
１２図に示す予め定められた関係から求められる。第１
２図の関係においては、路面摩擦係数、が小さくなるほ
ど補正値ΔＮ１１ｓが負の値とされるので、雪道、砂利
道、雨天等により濡れた路面等の摩擦係数が小さい路面
では、伝達トルクが極力小さくされて、車両発進時のス
リップが防止される。このとき、路面摩擦係数、が小さ
いほど目標ミート回転速度Ｎ８が小さくされるが、この
下限値はアイドル回転速度Ｎ１ｄｌで規制される。

ステップＳＷ９においては次式（４）に従って総補正値
Δに′″が決定される。

ΔＫＩ′＝（ΔＮ８．＋ΔＮ”ｔ　＋ΔＮｍ。

＋ΔＮ１ｒ＋ΔＮ’、＋ΔＮ”ｓ）＋δ・・・・・・・
・（４） 但し、δはエンジン１０の出力トルクＴ　ｅ　−。

目標ミート回転速度Ｎ３、スロットル弁開度θ、所望の
伝達トルクＴｅｌまたは定数等の関数であり、負ないし
正の値である。

そして、ステップ５ＷＩＯが実行されて前回のサイクル
において決定された目標ミート回転速度Ｎ”に今回のサ
イクルのステップＳＷ９において決定された総補正値Δ
Ｎ１が加えられることにより、目標ミート回転速度Ｎ１
が更新される。そして、以上のステップＳＷＩ、ＳＷ２
．ＳＷ７乃至５ＷＩＯの繰返しにより目標ミート回転速
度Ｎ”が逐次決定されるのである。

第４図に戻って、ステップＳ５においては既に読み込ま
れたスロットル弁開度θとステップＳ４において読み込
まれた目標ミート回転速度Ｎ”とから予め求められた関
係に基づいてゲインＫが算出される。その関係は、たと
えば第１３図に示すものであり、データマツプあるいは
関数の形態で予めＲＯＭ５４に記憶されている。そして
、ステップＳ６が実行されて、実際のエンジン回転速度
Ｎｅが読み込まれるとともにステ、プＳ７において制御
すべき伝達トルクＴｅｌの値が制御式に基づいて決定さ
れる。この制御式は、たとえば前記（１）式に示すもの
である。次いで、ステップＳ８が実行されて前記第３図
に示す関係からステップＳ７において求められた伝達ト
ルクＴｅｌを得るための制御電圧Ｖｃｌが決定され、ス
テップＳ９においてその制御電圧Ｖｃｌが出力される。

そして、以上のステップが繰り返し実行されることによ
り、磁粉式電磁クラッチ１６の伝達トルクが逐次制御さ
れる。

このように、本実施例によれば、磁粉式電磁クラッチ１
６の保合制御に際して、目標ミート回転速度Ｎ１が得ら
れるように励磁コイル２２への励磁電流が制御されるの
で、熟練を要することなく車両発進時の運転性および経
済性が高められるのである。しかも、目標ミート回転速
度Ｎｌ′がスロットル弁開度θおよびその変化速度δに
基づいて逐次決定されるので、運転者の意志を反映した
発進特性が得られる。たとえば、スロットル弁開度θお
よびその変化速度δが大きい場合には、目標ミート回転
速度Ｎ“がそれに伴って大きくされるので、好適な発進
加速性が得られる一方、スロットル弁開度・θおよびそ
の変化速度δが比較的小さい場合には目標ミート回転速
度Ｎ８が比較的小さくされて、発進時の経済性が高めら
れるのである。

以上、本発明の一適用例について説明したが、本発明は
その他の形態においても適用されるのである。

たとえば、前述の実施例において伝達トルクＴｄを求め
る制御式は前記（２）式に示すものであっても良く、こ
のような場合には、第４図のステップＳ４乃至Ｓ７に替
えて第１４図のＳＳ４乃至ＳＳ７が好適に用いられる。

すなわち、ステップＳ８４においては、実際のエンジン
回転速度Ｎｅが読み込みこまれるとともに、ステップＳ
３５において実際のエンジントルクＴｅが予め求められ
た関係からスロットル弁開度θおよびエンジン回転速度
Ｎｅに基づいて算出される。そして、ステップＳＳ６に
おいて目標ミート回転速度設定器６２にて決定された目
標ミート回転速度Ｎｌ′が読み込まれ、ステップＳＳ７
において前記（２）式に示す制御式から実際のエンジン
回転速度Ｎｅおよび目標・ミート回転速度Ｎ”に基づい
て制御すべき伝達トルクＴｅｌが算出されるのである。

また、前述の実施例においては、目標ミート回転速度Ｎ
＊は第６図に示す関係から求めた基本値に総補正値Δに
８を加えることにより決定されていたが、そのような補
正が行われなくても一応の効果が得られるものであり、
また総補正値ΔＮ７は走行性選択スイッチ６４の操作位
置に対応した補正値ΔＮ１１、エンジン水温に対応した
補正値ΔＮＩＩｔ、ハンドル切り角に対応した補正値Δ
Ｎ１ｈ、路面勾配に対応した補正値ΔＮ”ｒ、車両重量
に対応した補正値ΔＮ”８、路面摩擦係数に対応した補
正値ΔＮ”、の何れか一つ以上から重みづけ等の手段を
用いて決定されても良いのである。

また、前述の実施例において、目標ミート回転速度Ｎ８
を決定するに際して、スロットル弁開度θおよびその変
化速度−から求められているが、何れか一方の量に基づ
いて決定されても運転者の意志が反映されることになる
ので、一応の効果が得られるのであり、また、スロット
ル弁開度に替えてアクセル操作量等の運転者の要求出力
を表わす量が用いられても良いのである。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一適用例であり
、本発明はその精神を逸脱しない範囲において種々変更
が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される装置の一例を示すブロック
線図である。第２図は第１図の磁粉式電磁クラッチを詳
しく示す断面図である。第３図は第２図の電磁クラッチ
の伝達特性を示す図である。 第４図および第５図は第１図の装置の作動を説明するフ
ローチャートである。第６図は第５図のフローチャート
において目標ミート回転速度を求める際に用いられる関
係の一例を示す図である。第７図乃至第１２図は第５図
のフローチャートにおいて各補正値を求める際に用いら
れる関係をそれぞれ示す図である。第１３図は第４図の
フローチャートにおいてゲインＫを求める際に用いられ
る関係を示す図である。第１４図は本発明が適用される
他の例の作動を説明するフローチャートの要部である。 １０：エンジン　　１６：磁粉式電磁クラッチ出願人　
　トヨタ自動車株式会社 第２図 Ｒ 第３図 第４図 第１３図 第１４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　磁粉式電磁クラッチを備えた車両の発進時に、
   入力側回転速度が目標ミート回転速度となるように該磁
   粉式電磁クラッチに供給する励磁電流を制御するに際し
   、前記目標ミート回転速度を、予め求められた関係から
   前記車両の要求出力と該要求出力の変化速度との少くと
   も一方に基づいて決定することを特徴とする車両用磁粉
   式電磁クラッチの制御方法。
2. （２）　前記目標ミート回転速度は経済走行、パワー走
   行等の車両の走行性を選択する走行性選択スイッチの操
   作に応答して補正されるものである特許請求の範囲第１
   項に記載の車両用磁粉式電磁クラッチの制御方法。
3. （３）　前記目標ミート回転速度は前記車両のエンジン
   の出力低下に応じて補正されるものである特許請求の範
   囲第１項に記載の車両用磁粉式電磁クラッチの制御方法
   。
4. （４）　前記目標ミート回転速度は前記車両の走行抵抗
   の変化に応じて補正されるものである特許請求の範囲第
   １項に記載の車両用磁粉式電磁クラッチの制御方法。