(57)【要約】【課題】クラッチ部の状態によって伝達されるトルクにばらつきが生じることを極力防止して、クラッチの温度保証による保護を考慮した制御を行うことができるクラッチ制御装置を提供する。【解決手段】車輪に伝達されるトルクを制御するクラッチ機構の作動を制御するクラッチ制御装置において、クラッチ温度予測値に基づくクラッチ入力エネルギを抑える制御を、クラッチ締結指令値及びクラッチ作動時の実測値に基づき行う。クラッチ伝達トルクを、クラッチ締結指令値にクラッチ入出力間の差動回転速度により規定されるクラッチ摩擦係数特性を乗算して推定する。クラッチ部温度を、クラッチ部入力エネルギ推定値・クラッチ部近傍温度・クラッチ機構熱容量及び放熱定数を用いることにより予測する。【選択図】図１
2007139129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪に伝達されるトルクを制御するクラッチ機構の作動を制御するクラッチ制御装置において、
クラッチ温度予測値に基づくクラッチ入力エネルギを抑える制御を、クラッチ締結指令値及びクラッチ作動時の実測値に基づき行うことを特徴とするクラッチ制御装置。
【請求項２】
クラッチ伝達トルクを、前記クラッチ締結指令値にクラッチ入出力間の差動回転速度により規定されるクラッチ摩擦係数特性を乗算して推定することを特徴とする請求項１に記載のクラッチ制御装置。
【請求項３】
クラッチ部温度を、クラッチ部入力エネルギ推定値・クラッチ部近傍温度・クラッチ機構熱容量及び放熱定数を用いることにより予測することを特徴とする請求項１または２に記載のクラッチ制御装置。
【請求項４】
クラッチ部雰囲気温度を、クラッチと共に自転するハウジングの表面温度から推定し、前記ハウジングの表面温度は、クラッチ部近傍にレイアウトされる電磁石の抵抗値を把握し、抵抗値の温度依存性から電磁石自体の温度を予測することで推定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のクラッチ制御装置。
【請求項５】
クラッチ部雰囲気温度を、非接触型センサを用いて、クラッチと共に自転するハウジングの表面温度を測温することで把握することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のクラッチ制御装置。
【請求項６】
クラッチ摩擦係数の温度依存性を考慮して、温度推定値によりクラッチ締結力を調整することで、クラッチのトルク伝達温度依存性バラツキ幅を小さくすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のクラッチ制御装置。
【請求項７】
前記クラッチ機構は、前輪と後輪にトルクを配分する４輪駆動車両用のクラッチ機構であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のクラッチ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クラッチ制御装置に関し、特に、４輪駆動車に用いられる電子制御クラッチのクラッチ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型・軽量の４輪駆動システムを採用した車両で砂漠や雪道等の低μ路を走破しようとする場合、クラッチの限界トルクでの駆動伝達を頻繁に行う必要があることから、クラッチの温度保証による保護を考慮した制御が求められることが知られている。
ところで、クラッチの温度を測定しようとしても、クラッチ部は、クラッチハウジングに格納されており、クラッチハウジングと一体で回転するため、例えば、センサによる直接の温度測定は不可能である。
【０００３】
そこで、クラッチへの入力エネルギを、クラッチ部の差動回転速度及び締結力指令値のみにより推定し、制御定数にて一律に規定される初期温度に対する単位時間の上昇温度を、前述のクラッチ入力エネルギ推定値から計算し、また、放熱による単位時間当たりの温度変化を制御定数により一律に規定することで、多板表面温度、即ち、摩擦部分の温度を予測している。
クラッチ温度予測値がある閾値を超えた場合、クラッチ保護を目的として、クラッチ締結力を弱めるか、クラッチ締結力を強めて差動回転を抑制することにより、クラッチ入力エネルギを抑える制御を行う。
【０００４】
このようなクラッチの温度保証による保護を考慮した制御を行うものとして、「４輪駆動車の前後輪トルク配分制御装置」（特許文献１参照）がある。この「４輪駆動車の前後輪トルク配分制御装置」は、前後輪に伝達されるトルク配分を制御する電子制御クラッチを有する４輪駆動車において、クラッチ回転速度差とクラッチ伝達トルクにより電子制御クラッチに加わる入力エネルギを算出する入力エネルギ算出手段と、算出された入力エネルギの大きさに応じ、時間の経過と共に上昇したり下降したりするクラッチ温度の変動を予測し、この温度変動予測に基づいてクラッチ推定温度を算出するクラッチ推定温度算出手段と、算出されたクラッチ推定温度がクラッチ保護判定温度以上になると、クラッチ温度を降下させるクラッチ保護制御を行うクラッチ保護制御手段とを備えている。
【特許文献１】特開２００２−１６６７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、算出の根拠となるものは温度や入出力差等の推定値であるが、推定値はクラッチの状態により変化するものであるため、クラッチ部の状態によって伝達されるトルクにばらつきが生じてしまうことが避けられない。
この発明の目的は、クラッチ部の状態によって伝達されるトルクにばらつきが生じることを極力防止して、クラッチの温度保証による保護を考慮した制御を行うことができるクラッチ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明に係るクラッチ制御装置は、車輪に伝達されるトルクを制御するクラッチ機構の作動を制御するクラッチ制御装置において、クラッチ温度予測値に基づくクラッチ入力エネルギを抑える制御を、クラッチ締結指令値及びクラッチ作動時の実測値に基づき行っている。この際、クラッチ伝達トルクを、前記クラッチ締結指令値にクラッチ入出力間の差動回転速度により規定されるクラッチ摩擦係数特性を乗算して推定し、また、クラッチ部温度を、クラッチ部入力エネルギ推定値・クラッチ部近傍温度・クラッチ機構熱容量及び放熱定数を用いることにより予測する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、車輪に伝達されるトルクを制御するクラッチ機構の作動を制御するクラッチ制御装置において、クラッチ締結指令値及びクラッチ作動時の実測値に基づき、クラッチ温度予測値に基づくクラッチ入力エネルギを抑える制御が行われる。このため、クラッチ部の状態によって伝達されるトルクにばらつきが生じることを極力防止して、クラッチの温度保証による保護を考慮した制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係るクラッチ制御装置の概略構成図である。図１に示すように、クラッチ制御装置１０は、例えば、前後輪に伝達されるトルク配分を制御する電子制御クラッチを有する４輪駆動（４−Ｗｈｅｅｌ  Ｄｒｉｖｅ：４ＷＤ）車に用いられており、第１減算器１１、第２減算器１２、第３減算器１３、第１積算器１４、第２積算器１５、第３積算器１６、第１除算器１７、積分器１８、及びクラッチ摩擦定数設定部１９を有している。
【０００９】
このクラッチ制御装置１０は、クラッチの入力回転速度（入力１）・出力回転速度（入力２）、クラッチの締結力指令値であるクラッチ押し付け力（入力３）、及びセンシング或いは何らかの推定によるクラッチ雰囲気温度（入力４）のそれぞれの入力が可能な場合、クラッチの入力／出力の回転速度差に依存する摩擦定数特性（設定１）・クラッチの熱容量係数（設定２）・クラッチの放熱係数（設定３）を、例えば、台上実験等により把握することで、クラッチの温度予測を実施する。
【００１０】
図２は、図１のクラッチ制御装置により制御される電子制御クラッチの構成を示す断面説明図である。図２に示すように、電子制御クラッチ２０は、４輪駆動車のリアファイナルドライブ（Ｒｅａｒ  Ｆｉｎａｌ  Ｄｒｉｖｅ）に設けられており、４ＷＤコントローラ（図示しない）が電子制御カップリング２１に指令電流Ｉを流すことにより、コントロールクラッチ２２が電磁石２３により締結され、カム機構２４により、コントロールクラッチトルクが増幅されてメインクラッチ２５が締結される。この結果、プロペラシャフト（Ｐ／ＳＦＴ）から伝達されたトルク（Ｔｏｒｑｕｅ  Ｆｌｏｗ）は、電子制御クラッチ２０を介して後輪軸（Ｒ／ＡＸＬＥ）に伝達される。伝達トルクは、入力電流に比例して増加する。
【００１１】
図３は、図１のクラッチ制御装置への各入力と図２の電子制御クラッチの関係を示す概念説明図である。図３に示すように、電子制御クラッチ２０の複数のクラッチ板２０ａは、クラッチハウジング２６に格納されており、クラッチハウジング２６と一体で回転する。クラッチ入力回転速度（入力１）によりクラッチハウジング２６が回転し、電磁石２３の電磁力によりクラッチ押し付け力（入力３）が発生し、クラッチ板２０ａの相互締結によって、クラッチ出力回転速度（入力２）により後輪軸が回転する。なお、電磁石２３は、温度依存性、即ち、温度の上昇に応じて抵抗値が下降する電磁抵抗の温度依存性を有している。
【００１２】
図１に示すクラッチ制御装置１０において、クラッチ入力回転速度ａ（入力１）とクラッチ出力回転速度ｂ（入力２）は第１減算器１１に、クラッチ押し付け力ｃ（入力３）は第１積算器１４に、センシング或いは何らかの推定によるクラッチ雰囲気温度ｄ（入力４）は第３減算器１３と積分器１８に、それぞれ入力する。
【００１３】
第１減算器１１は、クラッチの入力回転速度ａから出力回転速度ｂを減算し、算出結果ｅを、クラッチの入力／出力の回転速度差に依存するクラッチ摩擦定数特性（設定１）を設定するクラッチ摩擦定数設定部２０と第２積算器１５に出力する。クラッチ押し付け力ｃと、クラッチ摩擦定数設定部２０で設定されたクラッチ摩擦定数特性ｆ（設定１）が入力した第１積算器１４は、クラッチ押し付け力ｃとクラッチ摩擦定数特性ｆを積算し、算出結果であるクラッチトルク推定値ｇを、第２積算器１５に出力する。
【００１４】
第１減算器１１の算出結果ｅとクラッチトルク推定値ｇが入力した第２積算器１５は、算出結果ｅとクラッチトルク推定値ｇを積算し、算出結果である単位時間クラッチ入力エネルギｈを、第２減算器１２に出力する。
クラッチ雰囲気温度ｄと、クラッチ雰囲気温度ｄが初期値として入力した積分器１８からの出力、即ち、クラッチ推定温度ｉ（出力１）がフィードバックされた第３減算器１５は、フィードバック値ｉからクラッチ雰囲気温度ｄを減算し、算出結果ｊを第３積算器１６に入力する。クラッチ放熱係数ｋ（設定３）と算出結果ｊが入力した第３積算器１６は、クラッチ放熱係数ｋと算出結果ｊを積算し、算出結果である単位時間クラッチ放出エネルギｌを、第２減算器１２に出力する。
【００１５】
単位時間クラッチ入力エネルギｈと単位時間クラッチ放出エネルギｌが入力した第２減算器１２は、単位時間クラッチ入力エネルギｈから単位時間クラッチ放出エネルギｌを減算し、算出結果ｍを第１除算器１７に出力する。クラッチ熱容量係数ｎ（設定２）と算出結果ｍが入力した第１除算器１７は、算出結果ｍからクラッチ熱容量係数ｎを除算し、算出結果ｏを積分器１８に出力する。クラッチ雰囲気温度ｄと算出結果ｏが入力した積分器１８は、クラッチ雰囲気温度ｄと算出結果ｏについて積分し、算出結果であるクラッチ推定温度ｉを出力する。
【００１６】
一般に、低温時に大きくなるクラッチ摩擦係数特性（設定１）を考慮し、推定されるクラッチ温度に基づき低温時にはクラッチ押し付け力を下げる制御、を実施することで、クラッチ機構のトルク伝達特性の個体バラツキ幅温度依存性を抑えることが可能になる。バラツキ幅を抑えることで、期待されるシステム性能との両立を図りつつ、クラッチを含むクラッチ下流側のシステムへの過大入力を抑え、システムの信頼性向上、即ち、制御性向上を図ることができる。
また、クラッチ温度によりクラッチを保護する必要がある場合には、従来と同様に、推定温度に基づきクラッチを保護する制御機能を作動させることも可能である。
【００１７】
また、センシング或いは何らかの推定によるクラッチ雰囲気温度（入力４）については、以下の方法がある。
第１に、クラッチ近傍に電磁石等電気抵抗を有する機構がレイアウトされている場合、その電気抵抗の温度依存性を台上実験等により把握し、抵抗値をセンシングすることで、電気抵抗を有する機構の自己温度を推定する。電気抵抗を有する機構は、クラッチ近傍にレイアウトされているため、機構の自己温度はクラッチ雰囲気温度相当となる。
第２に、クラッチと共に自転するクラッチハウジングに格納されているクラッチ装置を有するシステムにおいては、非接触型のセンサを用いてクラッチと共に自転するクラッチハウジングの表面温度を測定する、即ち、直接センシングすることにより、クラッチ推定温度の精度向上を図ることができる。
【００１８】
このように、車輪に伝達されるトルクを制御する一般的なクラッチ機構において、クラッチ温度予測値に基づくクラッチ入力エネルギを抑える制御を、クラッチ締結指令値及びクラッチ作動時の実測値に基づき行う。
つまり、クラッチ伝達トルクの推定を、クラッチ締結指令値に、クラッチ入出力間の差動回転速度により規定されるクラッチ摩擦係数特性を乗ずることで行う。これにより、クラッチの伝達トルクを、クラッチ部入出力回転速度をセンシングすることのみで精度良く推定することが可能になる。更に、伝達トルクを精度良く推定可能になるため、精度良いクラッチ部への入力エネルギ予測が可能になる。
【００１９】
また、一般的なクラッチ機構において、クラッチ部温度を、クラッチ部入力エネルギ推定値・クラッチ部近傍温度・クラッチ機構熱容量（実測により把握）及び放熱定数を用いることにより予測する。これにより、従来の手法に対して、精度良いクラッチ部温度の予測が可能となる。
【００２０】
また、クラッチ近傍に電磁石がレイアウトされ、且つ、電磁石の抵抗値がリアルタイムに把握される装置において、クラッチ部雰囲気温度を、クラッチと共に自転するハウジングの表面温度から推定する。ハウジングの表面温度は、クラッチ部近傍にレイアウトされる電磁石抵抗値を把握し、抵抗値の温度依存性から磁石自体の温度を予測することで推定する。これにより、温度センサを付加することなく電磁石抵抗値を把握することのみで、クラッチ部の初期相当温度の把握及びクラッチ部放熱量の把握が可能になる。
【００２１】
また、クラッチがクラッチと共に自転するハウジングに格納される装置において、クラッチ部雰囲気温度を、非接触型センサを用いて、クラッチと共に自転するハウジングの表面温度を測温することで把握する。これにより、精度良いクラッチ部の初期相当温度の把握及びクラッチ部放熱量の把握が可能になる。
【００２２】
また、一般的なクラッチ機構において、クラッチ摩擦係数の温度依存性を考慮して、温度推定値によりクラッチ締結力を調整することで、クラッチのトルク伝達温度依存性バラツキ幅を小さくする。これにより、クラッチトルク伝達特性の個体バラツキを抑えることで、制御性の向上が可能になる。また、一般に、低温時に大きくなるクラッチ摩擦係数特性を考慮し、低温時のクラッチ締結力を抑制する制御を実施することで、期待されるシステム性能との両立を図りつつ、クラッチを含むクラッチ下流のシステムへの過大入力を抑え、システムの信頼性向上を図ることができる。
【００２３】
このように、この発明によれば、車輪に伝達されるトルクを制御するクラッチ機構の作動を制御するクラッチ制御装置において、クラッチ締結指令値及びクラッチ作動時の実測値に基づき、クラッチ温度予測値に基づくクラッチ入力エネルギを抑える制御が行われるので、クラッチ部の状態によって伝達されるトルクにばらつきが生じることを極力防止して、クラッチの温度保証による保護を考慮した制御を行うことができる。
クラッチ温度予測値に基づくクラッチ入力エネルギを抑える制御が行われる際、クラッチ伝達トルクが、クラッチ締結指令値にクラッチ入出力間の差動回転速度により規定されるクラッチ摩擦係数特性を乗算して推定され、また、クラッチ部温度が、クラッチ部入力エネルギ推定値・クラッチ部近傍温度・クラッチ機構熱容量及び放熱定数を用いることにより予測される。
上記実施の形態では、前輪と後輪にトルクを配分する４輪駆動車両用のクラッチ機構について説明したが、本発明は、これに限らず、モータの駆動トルクを前輪か後輪に伝達するクラッチ機構にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施の形態に係るクラッチ制御装置の概略構成図である。
【図２】図１のクラッチ制御装置により制御される電子制御クラッチの構成を示す断面説明図である。
【図３】図１のクラッチ制御装置への各入力と図２の電子制御クラッチの関係を示す概念説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  クラッチ制御装置
１１  第１減算器
１２  第２減算器
１３  第３減算器
１４  第１積算器
１５  第２積算器
１６  第３積算器
１７  第１除算器
１８  積分器
１９  クラッチ摩擦定数設定部
２０  電子制御クラッチ
２０ａ  クラッチ板
２１  電子制御カップリング
２２  コントロールクラッチ
２３  電磁石
２４  カム機構
２５  メインクラッチ
２６  クラッチハウジング
Ｉ  指令電流
ａ  クラッチ入力回転速度
ｂ  クラッチ出力回転速度
ｃ  クラッチ押し付け力
ｄ  クラッチ雰囲気温度
ｅ  算出結果
ｆ  クラッチ摩擦定数特性
ｇ  クラッチトルク推定値
ｈ  単位時間クラッチ入力エネルギ
ｉ  クラッチ推定温度
ｊ  算出結果
ｋ  クラッチ放熱係数
ｌ  単位時間クラッチ放出エネルギ
ｍ  算出結果
ｎ  クラッチ熱容量係数
ｏ  算出結果
【図１】
2007139129.tif 000003
【図２】
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【図３】
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