(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルによって制御される動力源と、動力源に連結された入力軸及び出力軸を備えた摩擦クラッチと、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の出力軸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において、
スロットルに連結されて、スロットル位置に応じたスロットル信号を発生するスロットルセンサと、
動力源に連結されて、動力源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と、
摩擦クラッチの出力軸に連結されて、摩擦クラッチの出力軸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と、
摩擦クラッチに連結されて、クラッチ連結信号に従って摩擦クラッチを切り離しから完全連結への動作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、前記変速機入力速度センサ及び前記クラッチアクチュエータに連結されるコントローラとを備え、
このコントローラは、前記エンジン速度センサに連結されて、ろ過エンジン速度信号を発生するプレフィルタと、
前記変速機入力速度センサ及び前記プレフィルタに連結されて、(a) 前記ろ過エンジン速度信号と、(b) 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代数加算器と、
前記第１代数加算器に連結されて、低周波ループ利得を増加させ、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を連結させる遅れ補償器と、
エンジンが減速中、またはスロットル位置が高くかつエンジン速度信号が低い時に、凍結信号を発生し、この凍結信号に応じて前記プレフィルタおよび前記遅れ補償器の作動を凍結させる凍結論理手段とを含み、
さらに、前記エンジン速度信号と前記変速機入力信号との差に応じて積分器信号を発生する滑り積分器と、
前記積分器信号及び前記エンジン速度信号を合計してプレフィルタへ入力するための手段と、
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積分器と、
遅れ補償器の出力、リード信号及び第２積分器信号を合計して、クラッチ連結信号を発生する手段とを備えていることを特徴とする自動クラッチコントローラ。
【請求項２】
前記エンジン速度センサ、前記変速機入力速度センサ及び前記クラッチアクチュエータに連結されたコントローラが、
凍結信号に応じて前記遅れ補償器の作動を中断させ、それによってエンジンの減速中は前記遅れ補償器の出力が一定になってクラッチの連結が中断される手段を備えていることを特徴とする請求項１の自動クラッチコントローラ。
【請求項３】
さらに、凍結信号に応じてプレフィルタの作動を中断させ、それによって凍結信号の持続時間中はプレフィルタの出力を一定の状態に保つ手段が設けられていることを特徴とする請求項２の自動クラッチコントローラ。
【請求項４】
さらに、凍結信号に応じてプレフィルタの作動を中断させ、それによって凍結信号の持続時間中はプレフィルタの出力を一定の状態に保つ手段と、
凍結信号に応じて滑り積分器の作動を中断させ、それによって凍結信号の持続時間中は前記滑り積分器の出力を一定の状態に保つ手段とを備えていることを特徴とする請求項２の自動クラッチコントローラ。
【請求項５】
前記エンジン速度センサ、前記変速機入力速度センサ及び前記クラッチアクチュエータに連結されたコントローラが、
凍結信号に応じてプレフィルタ及び滑り補償器の作動を中断させ、それによって凍結信号の持続時間中は前記滑り補償器の出力が一定になってクラッチの連結が中断される手段とを備えていることを特徴とする請求項１の自動クラッチコントローラ。
【請求項６】
前記エンジン速度センサ、前記変速機入力速度センサ及び前記クラッチアクチュエータに連結されたコントローラが、
凍結信号に応じて滑り積分器、プレフィルタ及び遅れ補償器の作動を中断させ、それによって凍結信号の持続時間中は、遅れ補償器の出力が一定になってクラッチ連結がリード信号及び第２積分器信号によって制御されるようにする手段とを備えていることを特徴とする請求項１の自動クラッチコントローラ。
【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始動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は知られている。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まっていない。
【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させ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、連結時には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。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ことがある。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。
【０００５】
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様子によって決まる。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て、車両駆動系統に振動応答が発生する。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番号第772,778 号（対応する米国特許第5,275,267号明細書）が、その駆動系統の振動応答に対する解決策を説明している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
自動クラッチ制御に見られる別の潜在的な問題は、ある状態において、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、さらにはクラッチのダンピング作用によりエンジンを失速させる可能性がある。
【０００７】
このため、クラッチ連結に対する振動応答を減少させ、また同時にエンジン過負荷を避け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。そのような自動クラッチ作動を提供する問題点は、大型トラックでは相当に増大する。特に、大型トラックは、トラック間及び同じトラックでも応答のばらつきの範囲が広い。特定の大型車両の総重量は、未積載時から満載時までには８：１の範囲で変化する。駆動系統コンプライアンスは、異なったトラック間では約２：１の範囲で変動する。さらに、クラッチ摩擦特性は、同じクラッチでもクラッチ連結度の関数として、また個々のクラッチ間でも変化する。
【０００８】
したがって、本発明は、上記先行出願に基づいてロバスト性をさらに付加して広範囲で変化する車両状態に適切に応答し、自動車の作動状態に対する大幅な調整を必要としない自動クラッチコントローラ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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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において使用される自動クラッチコントローラを開示する。自動クラッチコントローラは、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。この自動クラッチコントローラは、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。この自動クラッチコントローラは大型トラックで有益である。
【００１０】
自動クラッチコントローラは、エンジン速度センサに連結されて、ろ過エンジン速度信号を発生するプレフィルタと、変速機入力速度センサ及びプレフィルタに連結されて、(a) ろ過エンジン速度信号と、(b) 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代数加算器と、第１代数加算器に連結されて、低周波ループ利得を増加させ、またクラッチ連結信号を発生してクラッチアクチュエータへ送ることによって、変速機入力速度がエンジン速度に漸近するようにして摩擦クラッチを連結させる遅れ補償器と、エンジンが減速中、またはスロットル位置が高くかつエンジン速度信号が低い時に、凍結信号を発生し、この凍結信号に応じてプレフィルタおよび遅れ補償器の作動を凍結させる凍結論理手段とを含み、さらに、エンジン速度信号と変速機入力信号との差に応じて積分器信号を発生する滑り積分器と、積分器信号及びエンジン速度信号を合計してプレフィルタへ入力するための手段と、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積分器と、遅れ補償器の出力、リード信号及び第２積分器信号を合計して、クラッチ連結信号を発生する手段とを備えていることを特徴としている。
従って、この自動クラッチコントローラは、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。自動クラッチコントローラは、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。
【００１１】
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。
【００１２】
自動クラッチコントローラは、個々の車両または車種に対して別個に特定化する必要性を軽減する構造を有している。エンジン速度がプレフィルタへ送られる。プレフィルタは、システムの過渡応答を整形することができる。代数加算器が、変速機入力速度信号をプレフィルタで処理された変速機入力速度基準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遅れ補償器へ送られて、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、また低周波数での利得を増加させること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。
【００１３】
自動クラッチコントローラは、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は、遅れ補償器及び主補償器を実現する。遅れ補償器は、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る。主補償器は、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。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。
【００１４】
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。補償器はまた、ループ利得を増加させ、車両特徴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。
【００１５】
クラッチ作動コントローラは、変速機の各歯車比に対して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が、選択された歯車比に対応した係数組を呼び出す。これらの呼び出された係数組は、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。
【００１６】
コントローラは、最初の部分連結から所定時間内に完全なクラッチ連結が得られるように、積分誤差機能を含むことが好ましい。変速機入力速度基準信号と変速機入力速度との間の長期間の差は、最終的にクラッチを完全連結させる。
【００１７】
エンジン速度を引き下げるようなクラッチ連結比を避けるため、エンジンの過負荷を表す状態では、積分機能、プレフィルタ機能及び補償器機能が凍結される、すなわち中断される。凍結論理手段モジュールが、２つのそのような過負荷状態、すなわち、(1) エンジンの減速、及び(2) エンジン速度が所定の速度閾値より低く、スロットル位置がスロットル閾値より高いことを識別する。これらの状態のいずれかが存在する間、積分器、プレフィルタ及び補償器が凍結されるため、過負荷状態が解消するまで、それらの出力は変化しない。その状態の解消後、それらの機能は使用可能になり、クラッチの前進が再開される。
【００１８】
自動クラッチコントローラにはさらに、エンジン速度センサに連結された微分補償器が設けられている。エンジン速度信号の変化率に対応したエンジン速度微分信号が、クラッチアクチュエータへ送られる信号に加えられる。この微分信号は、エンジン速度が加速中である時にクラッチ作動を急激に前進させる。この場合のクラッチの急激な前進によって、エンジン速度の暴走が防止される。ろ過作用によって、エンジンの減速時の微分信号の急激な低下が防止される。微分補償器に連結された積分器が、エンジン速度がもはや加速されていない時にエンジン速度を抑制するために必要なクラッチ作動レベルを保つ。
【００１９】
【実施例】
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。図１は、本発明の自動クラッチコントローラを含む自動車の駆動系統の概略図である。
【００２０】
自動車には、動力源としてエンジン10が設けられている。本発明が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。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ランプ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。
【００２１】
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。
【００２２】
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よって実現できる。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もできることは当業者には理解されるであろう。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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へ入力される。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い。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４本の車軸41〜44を駆動し、これらにはそれぞれのホィール51〜54が連結されている。
【００２６】
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。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。
【００２７】
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に制御されながら作動する。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。
【００２８】
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す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。
【００２９】
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の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。
【００３０】
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。最初に、エンジン速度90はアイドル速度である。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の加速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。
【００３１】
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。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って運転者が制御し、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。
【００３２】
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、車両を始動させる場合である。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。
【００３３】
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。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。
【００３４】
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。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が、スロットル設定、エンジン速度及び車両特性と共に、変速機入力速度センサ31によって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を決定する。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。
【００３５】
図４に示されている制御機能は、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に対応するもの以下のクラッチ連結では、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。
【００３６】
この決定技術は公知である。例えば、変速機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。
【００３７】
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。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。適正な制御では、車両の後退中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。
【００３８】
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。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によって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。
【００３９】
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は積分機能を備えている。変速機入力速度センサ31からの変速機入力速度が、代数加算器64でエンジン速度から減じられる。滑り積分器65が、所望の変速機入力速度と測定された変速機入力速度との差である、すなわちクラッチ滑りであるこの誤差信号を積分する。積分された差信号が代数加算器67へ送られ、そこでエンジン速度と積分器65からの積分誤差とが加算される。
【００４０】
代数加算器67は入力をプレフィルタ68へ送る。プレフィルタ68は、自動クラッチコントローラ60の閉ループ過渡応答の整形に用いられる。過渡応答のこの整形には、入力速度をエンジン速度に漸近させるという目標がある。プレフィルタ68の特性及びその決定方法を以下に詳細に説明する。
【００４１】
プレフィルタ68からのプレフィルタ信号は代数加算器69へ送られる。代数加算器69は、変速機入力速度センサ31からの測定変速機入力速度信号も受け取る。代数加算機69は、プレフィルタ68からのプレフィルタ処理信号と変速機入力速度との差を計算する。この差は遅れ補償器70へ送られる。遅れ補償器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、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。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。
【００４２】
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。エンジン速度信号が低域フィルタ72によって適当にろ過されることによって、微分信号内の雑音が減少する。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。
【００４３】
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が、エンジン加速度の割合に比例してクラッチ20を迅速に連結させる。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。
【００４４】
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、ピークエンジン応答速度に較べて低いからである。このフィードフォワード応答を伴っていれば、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。
【００４５】
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、エンジン速度の増加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ことができる。
【００４６】
プレフィルタ68及び補償器70が、クラッチ作動コントローラ60内の微分機能及び補足的機能を実行する。プレフィルタ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。
【００４７】
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Ｓは、
Ｓ＝１／（１＋Ｃ（ω）Ｇ（ω））        (2)
で表される。但し、Ｃ（ω）は補償器70の伝達関数である。
【００４８】
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Ｓをゼロまでの任意の値に減少させることができる。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られる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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。この周波数帯は、周波数が車両応答の周波数範囲を包含する二対のゼロを用いて達成される。このように、補償器70は、車両応答のこれらの極の周波数範囲内に複数の複素ゼロを設けることによって、振動応答を減衰することができる。
【００５１】
一般的な重量形トラックにはまた、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複素極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。このため、閉ループシステムの全応答は大きく減衰された固有値を備えて、振動の少ないシステムを提供する。
【００５２】
プレフィルタ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。プレフィルタ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。
【００５３】
Ｈ（ω）＝Ｃ（ω）Ｇ（ω）／（１＋Ｃ（ω）Ｇ（ω））  (3)
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。
【００５４】
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。設計目標は、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である。プレフィルタ68を伴った伝達関数Ｈ（ω）は次の通りである。
【００５５】
Ｈ（ω）＝Ｆ（ω）Ｃ（ω）Ｇ（ω）／（１＋Ｃ（ω）Ｇ（ω））  (4)
但し、Ｆ（ω）はプレフィルタ68の伝達関数である。プレフィルタ68は、設計漸近収束率に対応した通過帯域を備えた低域フィルタである。
【００５６】
プレフィルタ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対応している。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。プレフィルタ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。
【００５７】
上記のように、図４の要素はマイクロコントローラ内で離散形差分方程式によって実行されることが好ましい。好適な実施例では、プレフィルタ68のｉ番目の出力の値Ｐi が式：
Ｐi ＝ｋp1Ｉi-1 ＋ｋp2Ｉi ＋ｋp3Ｐi-1 ＋ｋp4Ｐi-2       (5)
で与えられる。但し、Ｉi はプレフィルタ入力の現在値、Ｉiー1 はプレフィルタ入力の１つ前の値、Ｐiー1 はプレフィルタ出力の１つ前の値、Ｐiー2 はプレフィルタ出力の２つ前の値であり、またｋpnは係数であって、ｋp1＝0.00015 、ｋp2＝0.00015 、ｋp3＝1.9677、ｋp4＝-0.9860 である。
【００５８】
補償器70の離散形差分方程式は、３段階で実行されるのが好ましい。これによって、このプロセスの16ビット整数デジタル実行に対して補償器係数を十分に小さい有効数字にすることができる。第１中間変数のｉ番目の値Ｆ１i が式：
Ｆ１i ＝ｋc1Ｃi ＋ｋc2Ｃi-1 ＋ｋc3Ｃi-2 ＋ｋc4Ｆ１i-1 ＋ｋc5Ｆ１i-2   (6)
で与えられる。但し、Ｃi は補償器入力の現在値、Ｃiー1 は補償器入力の１つ前の値、Ｃiー2 は補償器入力の２つ前の値であり、またＦ１i-1 は第１中間変数の１つ前の値、Ｆ１iー2 は第１中間変数の２つ前の値であり、ｋCnは係数であって、ｋc1＝0.667 、ｋc2＝-1.16 、ｋc3＝0.5532、ｋc4＝1.482 、ｋc5＝-0.5435 ある。連続補償器入力値Ｃi は、プレフィルタ出力と変速機入力速度との連続差から計算される。
【００５９】
第２中間変数のｉ番目の値Ｆ２i が式：
0003728565.tif 000002
で与えられる。但し、Ｆ１i は第１中間変数の現在値、Ｆ１iー1 は第１中間変数の１つ前の値、Ｆ１iー2 は第１中間変数の２つ前の値であり、またＦ２i-1 は第２中間変数の１つ前の値、Ｆ２iー2 は第２中間変数の２つ前の値であり、ｋCnは係数であって、ｋc6＝0.2098、ｋc7＝-0.39 、ｋc8＝0.189 、ｋc9＝1.8432、ｋc10 ＝-0.8518 である。
【００６０】
最後になるが、補償器出力のｉ番目の値Ｏi が式：
0003728565.tif 000003
で与えられる。但し、Ｆ２i は第２中間変数の現在値、Ｆ２iー1 は第２中間変数の１つ前の値、Ｆ２iー2 は第２中間変数の２つ前の値であり、またＯi-1 は補償器出力の１つ前の値、Ｏiー2 は補償器出力の２つ前の値であり、ｋCnは係数であって、ｋc11 ＝0.25、ｋc12 ＝-0.4925 、ｋc13 ＝0.2426、ｋc14 ＝1.991 、ｋc15 ＝-0.991である。
【００６１】
滑り積分器65、プレフィルタ68及び補償器70は、主制御ループの主機能を構成しているが、エンジンの過負荷を表す凍結信号の発生時に作動が中断される。凍結信号を発生するためには、論理モジュール78がスロットル位置、エンジン速度、及び微分器77によってエンジン速度から算出されるエンジン加速度の入力を受け取る。
【００６２】
(1) エンジン加速度がゼロより小さい時、または(2) エンジン速度が最高速度の35％より低いのに対して、スロットル位置が全開の少なくとも60％である時、論理アルゴリズムが凍結信号を発生する。両状態ともエンジンの過負荷を表しており、エンジンの減速は、エンジントルクが増加中のクラッチトルクと歩調を合わせることができないことを表しており、比較的高いトルク要求に対してエンジン速度が比較的低い（アイドル速度のすぐ上）ことも、エンジンが満足に応答していないことを表す。
【００６３】
制御機能が凍結すなわち中断されている時、クラッチ連結信号の少なくとも補償器70から発生する部分はさらなるクラッチ連結を必要とせず、微分器73から発生する部分は、エンジンの加速なしでは増加しない。
【００６４】
図５は、凍結機能がないが、エンジンの減速時に滑り積分器65が第２歯車の全負荷でのクラッチ連結の試行に対して割り込み禁止になる場合のエンジン速度、クラッチ位置及び補償器出力のグラフである。最初にエンジン速度はゆっくり上昇するが、クラッチが前進すると、補償器出力の増加によって、エンジン速度が（約1.2 秒で）低下し始めて、クラッチが（３秒で）急降下するまで、減少し続けてから、低エンジン速度で始動する図示しない失速防止機構による作用でエンジン速度が急上昇する。
【００６５】
図６は、図５の場合と同じ作動状態であるが、凍結機能が活動している状態でのグラフである。このグラフは、エンジン速度、入力速度、及び滑り積分器65、プレフィルタ68、補償器70、加速度補償器73及び積分器74の各出力を示している。エンジンが0.3 〜0.4 秒で減速すると、凍結アルゴリズムが滑り積分器機能を中断して、加速が再開されるまで積分器出力を一定に保持することは明らかである。次に、出力は過渡値を伴わないでその前の値（凍結前）から増加し続ける。再び1.1 〜1.5 秒で、エンジン速度のグラフからは減速が視覚的に感知されなくても、エンジンの減速が凍結アルゴリズムによって４回以上検出されて、滑り積分器、プレフィルタ及び補償器の機能が凍結され、各出力に短いプラトーが生じる。
【００６６】
その結果、（図４の場合とは異なって）補償器出力がゆっくり増加するため、ほぼ一定のエンジン速度を保持できる十分にゆっくりしたクラッチ連結が行われる。そして、1.5 秒後にスロットル位置（図示せず）が全開の60％を超え、またゆっくり上昇するエンジン速度は最高速度の35％より低い値に維持されるので、３つの主要機能を一定に保持するため、凍結が再び開始されて、残りのクラッチ制御期間中継続される。１秒後、いくらかの微小振動は発生するが、最初のゆっくり増加するクラッチ前進の影響を受けて、入力速度が上昇する。3.3 秒で、入力速度がエンジン速度とほぼ同じになり、図示しない別の制御装置によってクラッチのロックアップが発生して、クラッチ制御期間が終了する。
【００６７】
まず、0.5 秒以前では、加速補償器73がエンジン加速度に迅速に応答してクラッチを前進させ、エンジン速度がゆっくり変化する0.5 秒以降では、加速補償器のろ過出力がゆっくり減少することに注意されたい。その時、積分器74の出力がその減少を相殺できるまで増加し、このように加速度補償器及び積分器が協働してクラッチ連結信号に対して一定の貢献度を維持する。
【００６８】
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、プレフィルタ68及び補償器70のための上記離散形差分方程式を含めて、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。変速機シフトの制御プロセスは、係数ｋp1〜ｋp4及びｋc1〜ｋc15 の選択の点で上記説明とは異なっている。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ｋn が係数メモリ75から呼び出される。選択された係数組には、積分器65及び74の積分係数、及びフィルタ72及び微分器73の係数も含むことができる。他の点では、本発明は上記通りに作動する。
【００６９】
以上説明したように、本発明の自動クラッチコントローラは、エンジン速度センサ及び変速機入力速度から入力を受け取って、クラッチアクチュエータを切り離しから完全連結へ制御移動させるクラッチ作動信号を発生して、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させるようにして、摩擦クラッチを少なくとも部分的に連結させるのでクラッチ連結に対する振動応答を減少させることができる。
【００７０】
また、好ましくは、自動クラッチコントローラには、共に車両の積載量に応じてクラッチ連結を適応調節する滑り積分機能と微分エンジン速度機能とが含まれる。自動クラッチコントローラには、個々の車両または車種に対して詳細に特定化する必要をなくすためにプレフィルタ及び補償器が設けられている。
【００７１】
補償器の遅れ補償機能が、低周波利得を増大させることによってシステムに頑丈さを与えている。エンジンの減速中、またはスロットル位置が高く、エンジン速度が低い時に、凍結機能が滑り積分器、プレフィルタ及び補償器の作動を中断して、エンジンの過負荷を防止するためにクラッチの前進を減速または停止させる。
【００７２】
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各請求項によって限定される。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の自動クラッチコントローラは、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、クラッチの連結に対する振動応答を最小限に抑えることができる。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、ここに説明されている自動クラッチコントローラは、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の応答のばらつきに対処することができる。このため、本発明の自動クラッチコントローラは、特定の車両用に特定化する必要がなくなり、様々な車両に合わせた製造をさらに容易にすることができる。
【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す特性曲線図である。
【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す特性曲線図である。
【図４】本発明による自動クラッチコントローラの機能のブロック図である。
【図５】凍結機能はないが、エンジンの減速時には滑り積分器が割り込み禁止になるエンジン速度、クラッチ位置及び補償器出力のグラフである。
【図６】図５の場合と同じ作動状態であるが、凍結機能が生きている状態でのグラフである。
【符号の説明】
11  スロットル
13  エンジン速度センサ
20  摩擦クラッチ
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
68  プレフィルタ
69  第１代数加算器
70  遅れ補償器
【図１】
0003728565.tif 000004
【図２】
0003728565.tif 000005
【図３】
0003728565.tif 000006
【図４】
0003728565.tif 000007
【図５】
0003728565.tif 000008
【図６】
0003728565.tif 000009