JP2004518084A - 遠心クラッチを利用した変速システム - Google Patents

Abstract

エンジン（１８）を機械式変速機（１２）の入力軸（２８）にこれを駆動するように接続する、遠心力によって動作するマスター摩擦クラッチ（２０）を含む乗物用変速システム（１０）。乗物の発進状態の間、閉ループエンジン速度（ＥＳ）制御を使用してクラッチの接続を制御する。

Description

【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０００年１２月１３日出願の米国仮特許出願第６０／２５５３５８号の一部継続出願である。
本出願は、いずれも本発明の譲受人であるイートン・コーポレーション（ＥＡＴＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）に譲受され、いずれも本出願と同じ日に出願された「ＣＯＮＴＲＯＬ ＦＯＲ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＡＬ ＣＬＵＴＣＨ（遠心クラッチを利用した変速システムの制御）」と題された米国特許出願第０９／（００−ｒＴＲＮ−３４８）号および「ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＡＬ ＣＬＵＴＣＨ（遠心クラッチ）」と題された米国特許出願第０９／（００−ｒＴＲＮ−４０３）号と関連している。
【０００２】
発明の属する技術分野
本発明は、遠心式マスタークラッチと、これを利用した乗物変速システムに関するものである。特に、本発明は、エンジンと、多段変速機と、遠心力によって動作し、エンジンを変速機にこれを駆動するよう連結するマスター摩擦クラッチと、乗物の発進状態の間、エンジンへの燃料供給を、スロットル位置および、エンジン速度、変速機の入力軸速度、変速機の出力軸速度、エンジントルク、および接続されているギヤ比のうちの少なくとも１つなどの他の検知されたシステム動作状態の関数として制御するコントローラとを有する乗物用自動変速システムに関する。
【０００３】
より詳細には、本発明の好適な実施態様は、エンジン速度のみによって制御される遠心式マスター摩擦クラッチと、乗物の発進状態（すなわち、停止からスタートまで）の間エンジンへの燃料供給を閉ループで制御して目標エンジン速度および／またはエンジントルクを得るためのコントローラとを用いた乗物用機械式変速システムに関する。
従来技術の説明
乗物の運転者、すなわち操作者が乗物のマスタークラッチを動作する必要のない機械式自動変速システム（いわゆる、「２ペダルシステム」）、クラッチ操作部、およびクラッチ操作部のためのアクチュエータが、米国特許第４，０８１，０６５号、第４，３６１，０６０号、第４，９３６，４２８号、第５，４３９，４２８号、第５，６３４，８６７号、第５，６３０，７７３号、第５，９６０，９１６号、および第５，９４７，８４７号を参照すると分かるように従来技術において公知であり、これらの開示内容は引用によってここに含まれている。これらのシステムは、このようなシステムを準備し、組み立て、保守する費用を増大させる、別体のクラッチアクチュエータ、センサ、および／または電力および／または流体（すなわち圧縮および／または油圧式）のその接続器を必要とするため、全く申し分のないというわけではない。
【０００４】
遠心力によって動作する摩擦クラッチは従来技術において公知であり、通常電気モータや内燃機関である原動機によって駆動される駆動入力部材と、この駆動部材と一緒に回転することができ、駆動部材の回転時に遠心力の作用により半径方向外向きに動いて、駆動入力部材を被駆動出力部材に摩擦力によって接続させる錘とを一般に含んでいる。遠心力によって動作するクラッチの例は米国特許第３，５８０，３７２号、第３，６９６，９０１号、第５，４３７，３５６号、第３，８１０，５３３号、第４，８１９，７７９号、第５，４４１，１３７号、第５，７３０，２６９号、および米国特許第４，６１０，３４３号を参照することによって見ることができ、これらの開示内容は引用によってここに含まれている。
【０００５】
現在接続されている変速比からニュートラルに、それから目的の変速比に動的にシフトすることが望ましいと判断すると、乗物のマスター摩擦クラッチを接続させたまま、自動燃料制御を開始して接続解除された両ジョークラッチに伝わるトルクを小さくする完全自動型あるいは半自動型の機械式変速システムが、米国特許第４，８５０，２３６号、第５，８２０，１０４号、第５，５８２，５５８号、第５，７３５，７７１号、第５，７７５，６３９号、第６，０１５，３６６号、および米国特許第６，１２６，５７０号を参照するとわかるように、従来技術において公知であり、これらの開示内容は引用によってここに含まれている。これらのシステムは駆動系トルクを持続的にゼロにするためにエンジンに燃料を供給しようとするシステムと、トルクの反転を強制的に行うシステム（米国特許第４，８５０，２３６号参照）を含んでいる。これらのシステムはニュートラル状態を検知すると、マスタークラッチが接続した状態を保ちながら、エンジンを指定速度で回転させて、目標の変速比を得る同期状態にする。
【０００６】
遠心クラッチを利用した乗物駆動系システム、特に重量車の駆動系システムは、エンジンが目標エンジン速度および／またはエンジントルクに基づいて閉ループで制御されるのではなく、スロットル装置の位置によって一般に制御されるので満足のいくものではなく、したがって、乗物の滑らかな発進および低速動作のための満足のいく制御が得られなかった。遠心式マスタークラッチを利用する従来技術の乗物駆動系システムは、損傷および／またはオーバヒートに対する保護が施されたクラッチを備えておらず、および／または、マスタークラッチを接続させた状態で動的にシフトできるように選択されたエンジン速度でロックアップしたり解除したりするように構成されていなかった。
発明の要旨
本発明によれば、遠心式マスター摩擦クラッチと、重量車の発進動作および低速度動作に対する許容できる性能をもたらす閉ループ制御を用い、かつマスタークラッチを接続させた状態で動的なシフト可能にするように構成された乗物用自動変速システムを備えることによって、従来技術の欠点が減り、または最小となる。閉ループ制御によって損傷および／またはオーバヒートに対する保護を行なうことが好ましい。
【０００７】
上記の事柄は、アップシフトが要求される速度よりも小さいエンジン速度で最初にロックアップし、（ｉ）ダウンシフトが要求される最大速度と、（ｉｉ）アップシフト完了後の予測される最小許容エンジン速度とを上回るエンジン速度ではロックアップ状態から元に戻らない遠心クラッチ構造を備え、かつ発進中のエンジンへの燃料供給を制御して、エンジン速度および／またはエンジントルクが、スロットル装置の位置、エンジン速度、エンジントルク、変速機の入力軸速度、変速機の出力軸速度、変速機の接続されている変速比、そしてクラッチのすべりのうちの２つまたは３つ以上を示す検知された入力信号値の関数として求められた目標値に等しくなるか、またはこれを超えるようにすることによって達成される。
【０００８】
遠心式マスタークラッチは、外部のクラッチアクチュエータまたはセンサを必要とせず、また、機械的リンク機構、電力および／または流体力への接続も必要としない。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、新規でかつ改良された、遠心力によって動作する乗物用マスター摩擦クラッチとこれを利用した機械式自動変速システムとを提供することである。
【００１０】
本発明の上記および他の目的と利点は、以下の好適な実施形態の説明を添付された図面と関連して読むことによって明らかになるであろう。
好適な実施形態の説明
本発明の、遠心力によって動作するマスター摩擦クラッチと本発明の制御装置とを使用する、乗物用の少なくとも部分的に自動化された変速システム１０が図１に概略的に示されている。システム１０は、例として米国特許第４，３６１，０６０号に示されるように完全に自動化されていてもよいし、または一例として米国特許第４，６４８，２９０号および第５，４０９，４３２号に示されるように部分的に自動化されていてもよいし、または一例として米国特許第４，８５０，２３６号、第５，５８２，５５８号、第５，７３５，７７１号、および第６，０１５，３６６号に例として示されるようにコントローラの助けを借りる手動式であってもよい。
【００１１】
システム１０において、スプリッタ型の補助変速部１６と直列に連結された主変速部１４を有する歯車変速機１２が、本発明による遠心式マスタークラッチ２０によって、公知のガソリンまたはディーゼルエンジンなどの内燃機関１８に駆動されるように連結されている。変速機１２は、例として、従来技術において公知のタイプのものであってもよいし、本出願の譲受人であるイートンコーポレーション（ＥＡＴＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）によって登録商標「スーパー―１０（Ｓｕｐｅｒ−１０）」および「ライトニング（Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ）」として販売されているものであってもよい。歯車変速機１２は、米国特許第４，７５４，６６５号、第６，０１５，３６６号、第５，３７０，０１３号、第５，９７４，９０６号、および第５，９７４，３５４号を参照することによってさらに詳細に分かる。これらの開示内容は引用によってここに含まれている。
【００１２】
エンジン１８は遠心式マスタークラッチ２０の駆動部材６０が取り付けられたクランクシャフト２２を有し、駆動部材６０は、変速機の入力軸２８に取り付けられた被駆動部材６２と摩擦力によって接続し、および被駆動部材６２から切断される。駆動軸３１またはトランスファーケースを貫通して、乗物の駆動車輪を駆動するように接続される変速機出力軸３０が補助変速部１６から延びている。
【００１３】
マスター摩擦クラッチに関連して使用される「接続」および「切断」という用語は、十分な大きさのトルクを伝達するフラッチの容量または該容量の欠除をそれぞれ指している。少なくとも最小クランプ力がない場合、摩擦面同志がランダムに接触しているだけでは接続とみなされない。
【００１４】
図１から分かるように、遠心クラッチ２０は外部のクラッチアクチュエータを必要とせず、エンジンの回転速度（ＥＳ）の関数として動作する。遠心クラッチ２０は、動作用のリンク機構との接続部、コマンド信号入力、パワーエレクトロニクス、および／または圧縮空気および／または油圧管をも必要としない。本発明の最も経済的な適用は乾式クラッチと組み合わせることであるが、本発明は湿式クラッチ技術に適用することも可能である。
【００１５】
変速システム１０は、エンジンの回転速度（ＥＳ）、入力軸回転速度（ＩＳ）、および出力軸回転速度（ＯＳ）を検知して、検知した速度を示す信号を出力する回転速度センサ３２、３４、および３６をさらに含んでいる。センサ３７は、アクセルペダル位置、すなわち必要トルクを示す信号ＴＨＬを出力する。この信号は通常、燃料用スロットルのスロットル位置の百分比（０％〜１００％）である。エンジン１８はＳＡＥ Ｊ−１９２２、ＳＡＥＪ−１９３９、またはＩＳＯ １１８９８等といった工業標準プロトコルにしたがって動作する電子データリンク（ＤＬ）で通信する電子コントローラ３８を含み、電子的に制御される。
【００１６】
例として米国特許第５，４８１，１７０号、第５，２８１，９０２号、第４，８９９，６０９号および第４，８２１，５９０号に示されているタイプのものであってもよい、変速機の主部および／または補助部の自動シフトまたはシフト・バイ・ワイヤによるシフトを行うためのＸ−Ｙシフトアクチュエータを設けてもよい。あるいは、シフトノブ４４を有する手動動作のシフトレバー４２を設けてもよい。シフトノブ４４は、前述の米国特許第５，９５７，００１号に記載されているタイプのものであってもよい。周知の通り、シフトレバー４２は、さまざまな変速比を選択的に接続および切断するための公知のシフトパターンで手動動作される。シフトノブ４４は、乗物の運転者が自動エンジン燃料制御装置にトルクロックを解除し、かつ変速機のニュートラルにシフトできるように要求するためのスイッチ４４Ａを動かすという目的を含んでいてもよい。シフトセレクタ４６は、乗物の運転者が運転モードを選択できるようにし、動作モードを示す信号ＧＲ_Ｔを出力する。
【００１７】
システム１０は、入力信号５４を入力し、所定の論理規則にしたがって該信号を処理して、出力コマンド信号５６をエンジンコントローラ３８、シフトアクチュエータ４０等のシステムテクアクチュエータに出力する、開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第４，５９５，９８６号、第４，３６１，０６５号、および第５，３３５，５６６号に記載されているタイプの、好ましくは、マイクロプロセッサを用いた制御ユニット５０を含む。
【００１８】
周知の通り、乗物用機械式変速機、特に重量車の、ジョークラッチを切断するには、接続されているジョークラッチのトルクロックを解除する必要がある。マスター摩擦クラッチ２０を開くことが好ましくない場合、エンジンへ燃料を供給して駆動系のトルクをゼロにすること、および／または、トルクを逆に作用させて駆動系のトルクを確実にゼロクロスすることによって、トルクロックを解除できる。
【００１９】
現在接続されている変速比をニュートラルにしてから目的の変速比にシフトすることが望ましいと判断すると、乗物のマスター摩擦クラッチを接続させた状態に維持しながら、自動燃料制御を開始して両ジョークラッチ間で伝達されるトルクを小さくしてクラッチを切断する完全自動型または半自動型の機械式変速システムが、前述の米国特許第４，８５０，２３６号、第５，５８２，５５８号、第５，７３５，７７１号、第５，７７５，６３９号、第６，０１５，３６６号、および第６，１２６，５７０号を参照すると分かるように、従来技術において公知である。マスタークラッチを接続させたままで行われるシフト動作は、このようなシフトがシフト動作の質を高く、および／または駆動系の磨耗を減少させ傾向があるので、多くの状況で好ましい。これらのシステムとして、エンジンに燃料を供給して駆動系のトルクゼロを達成してこれを維持しようとするシステム（開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第４，５９３，５８０号参照）と、エンジンに燃料を供給して１つまたは２つ以上のトルク逆転を起させるシステム（米国特許第４，８５０，２３６号参照）がある。変速機がニュートラルの状態にあることを検知すると、クラッチは接続された状態に維持され、エンジン速度は目的のギヤ比で接続させるためのほぼ同期した速度に指令される（ＥＳ＝ＯＳ×ＧＲγ）。
【００２０】
所望の出力、すなわちフライホイールトルクを得るようにエンジントルクを制御することは、公知であり、開示内容が引用によってここに含まれる米国特許第５，６２０，３９２号を参照することによってわかる。本願明細書で使用されるエンジントルクは、通常、出力、すなわちフライホイールトルクを算出ないしは推定することができるエンジントルク、通常グロスエンジントルクを示す値を指す。グロスエンジントルクのフライホイールトルクに対する関係は、開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第５，５０９，８６７号および第５，４９０，０６３号に記載されている。
【００２１】
１つまたは２つ以上のエンジントルクまたはトルク限界値は、ＳＡＥ Ｊ−１９２２、ＳＡＥ Ｊ−１９３９またはＩＳＯ １１８９８準拠のデータリンクなどの工業標準データリンクＤＬに基いて指令されてもよいし、このような工業標準データリンクＤＬから読み出されてもよい。
【００２２】
例として、ＳＡＥ Ｊ−１９３９または同様のプロトコルに準拠したデータリンクによって、システムコントローラ５０は、（ｉ）運転者のスロットル設定に基づいて、（ｉｉ）指令されたエンジン速度、すなわち目標エンジン速度（ＥＳ＝ＥＳ_Ｔ）を達成するように、（ｉｉｉ）指令されたエンジントルク（ＥＴ＝ＥＴ_Ｔ）、または目標のエンジントルクを達成するように、（ｉｖ）エンジン速度とエンジントルクを限界値よりも低く（ＥＳ＜ＥＳ_ＭＡＸかつＥＴ＜ＥＴ_ＭＡＸ）維持するようになどの、いくつかのモードのうちのいずれかでエンジンに燃料を供給するように命じるコマンドを出力することができる。エンジン速度（ＥＳ）およびエンジントルク（ＥＴ）等といった多くの入力／情報信号もデータリンクによって伝達される。
【００２３】
遠心クラッチ２０の構造を以下に詳細に説明する。クラッチ２０は、エンジンのクランクシャフト２２と共に回転するように固定された入力部、すなわち駆動部６０（通常、エンジンのフライホイールに位置する）と、変速機の入力軸２８上に回転するように固定された出力部、すなわち被駆動部６２を含んでいる。周知の通り、入力部材６０の回転によって、クラッチ２０は通常はエンジンのフライホイールであるエンジンの出力部などを変速機の入力軸２８に係合させられ、これを駆動するように連結させられる。クラッチ２０のクランプ力、したがって、クラッチ２０のトルク伝達容量はエンジン１８の回転速度（ＥＳ）とクラッチ入力部材６０の関数である。クラッチ２０は、エンジンのアイドル速度よりもわずかに大きいエンジン速度で初期接続に達し、最初のアップシフトが必要となるエンジン速度よりも低いエンジン速度で完全に接続すべきである。常時接続状態にある通常のばね式マスター摩擦クラッチと異なり、クラッチ２０はより低いエンジン速度で切断される。
【００２４】
マスタークラッチを接続させた状態で、乗物を適切に発進させて動的にシフトできるようにするには、クラッチ２０は、完全に接続されたら、（ｉ）ダウンシフト動作が開始される最大予測速度、および（ｉｉ）アップシフト後の最小予測エンジン速度よりも大きいエンジン速度のときに、完全に接続された状態を維持しなくてはならない。初期接続とは、開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第４，６４６，８９１号および第６，０２２，２９５号を参照すると分かるように、クラッチの両擦面の間で最初にトルクが伝達される接触のことである。シフト完了時の予測エンジン速度が最小基準値を超えた場合にのみ、単一のアップシフトまたはスキップアップシフトを開始するロジックは、開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第６，１１３，５１６号および第６，１４９，５４５号を参照すれば理解できるであろう。
【００２５】
図２は、好適な実施形態のクラッチ２０の、さまざまなエンジン速度におけるクランプ力、つまりトルク伝達容量を示すグラフである。
【００２６】
本例では、システム１０は重量トラックの駆動系であり、エンジン１８は、アイドル速度が約６００ＲＰＭ〜７００ＲＰＭ（点６４）であり、最高制限速度が約１８００ＲＰＭ〜２０００ＲＰＭである電子制御式のディーゼルエンジンである。この好適な実施形態では、クラッチ２０はアイドル速度をわずかに上回る約８００ＲＰＭ（点６６（ＥＳ_ＩＥ））で初期接続へと動き、エンジン速度の増大に伴って増加するクランプ荷重（直線７０）を有する。クラッチは、約１４００ＲＰＭ（点７２）において、上限の最大クランプ力４０００ポンドまたはそれ未満でほぼ完全に接続する。過酷な条件下（すなわち、予測トルク荷重よりもはるかに大きいときにすべりがほぼゼロ）でクラッチをロックアップするように選択された最大クランプ荷重になると、エンジン速度が約８５０ＲＰＭ（点７８）よりも小さくなるまで、クラッチ２０はロックされたままになる（直線７４および７６）。この解除点において、クラッチ２０はエンジン速度の低下とともに急速に切断して（直線８０）、エンジンがストールするのを防止する。
【００２７】
８５０ＲＰＭは、（ｉ）ダウンシフトが指令される最小エンジンン速度より低く、かつ（ｉｉ）単一アップシフトまたはスキップアップシフトが開始されるアップシフト完了時の最小予測エンジン速度より低い（開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第６，１４９，５４５号を参照）。したがって、図２に示す性能特性を有する遠心クラッチ２０は、乗物の調節された滑らかな発進を可能にし、かつ動的にアップシフトおよびダウンシフトするためにクラッチを接続された状態に維持することを確実にするものである。
【００２８】
遠心クラッチ２０の好適な実施形態の構造は、図５、６Ａ、６Ｂ、および７を参照すればわかるであろう。クラッチ２０は、クラッチベルハウジング組立体１００、摩擦ディスク組立体１０２、中間プレッシャプレート１０４、および摩擦ディスク組立体１０６を含んでいる。従来のクラッチから良く知られているように、ベルハウジング組立体１００と中間プレッシャプレート１０４は、一緒に回転するようにエンジンフライホイールが取り付けられ、クラッチの駆動部６０を有し、摩擦ディスク組立体１０２と１０６は通常変速機入力軸２８とスプライン結合され、クラッチの被駆動部６２を有している。
【００２９】
クラッチ２０の部分２０Ａは、既存のデュアルプレートクラッチと構造的、および機能的に実質的に同じであってもよい。ベルハウジング組立体は、ピボットピン１１２においてハウジング組立体に対してピボット運動する４つの調速機おもり１１０を含んでいる。戻しばね１１４が、調速機おもり１１０を半径方向内側に付勢して止め部１１６に当てる（図６Ａ参照）。止め部材１１８が調速機おもり１１０の半径方向外側への動きを制限する（図６Ｂ参照）。エンジンとハウジング１００が回転すると、遠心力の作用によって、調速機おもり１１０がばね１１４の付勢力に逆らって図６Ａの位置から図６Ｂの位置まで移動させられる。各調速機おもり１１０は、反作用面と傾斜面との間にマスター摩擦クラッチ２０を接続させる軸方向クランプ力を発生するように作用する１つまたは２つ以上のローラ１２０または機能的に同様の割り込み部材を有している。図７は、ローラー１２０によって作用する動作部材の概略図である。クラッチ２０の部材は、入力軸２８の回転軸１２２を中心として回転するものとして断片的に示されている。
【００３０】
ローラ１２０は、固定された反作用プレート１２５のほぼ平らな面１２４と、軸方向に移動可能な傾斜プレート１２８の傾斜面１２６との間に収容されている。あるいは、面１２４は傾斜していてもよく、および／または割り込み部材はくさび形にすることもできる。他の割り込み形状を使用してもよい。反作用プレート１２５は、磨耗等を吸収するために調節機構１２５Ａによって手動調節可能および／または自動調節であってもよい。傾斜プレートは、予め付勢されたばね部材１３２を介して、軸方向に移動できる主プレッシャプレート１３０に作用し、傾斜プレートが主プレッシャプレート１３０に及ぼす軸方向の力を制限する。主プレッシャプレート１３０はクランプ力ＣＦを、主プレッシャプレート１３０の表面１３０Ａと中間プレッシャプレート１０４の間と、中間プレッシャプレート１０４とエンジンフライホイール１３６の表面１３６Ａの間とに狭まれている摩擦プレートの摩擦パッド１３４に及ぼす。
【００３１】
摩擦プレート１０２と１０６のそれぞれのハブ部１４０と１４２は、入力軸２８にスプライン結合されて入力軸８と一緒に回転するようになっており、一方、プレート１２５，１２８、１３０および１４０は、エンジンフライホイール１３６と一緒に回転する。
【００３２】
静止状態のとき、ローラ１２０のうちの１つは、面１２６の凹部１４６と係合し、左向きの軸方向クランプ力を摩擦パッドに及ぼさない。ローラが半径方向外側に十分に移動して、傾斜面１２６の傾斜部１４８へと移動するのにともなって、増大する軸方向クランプ力が加えられる（図２の直線７０参照）。ローラが面１２６の平らな延長部分１５０まで半径方向外側にさらに移動すると、クランプ力は、予め荷重が加えられたばね１３２によって制限される上限値（図２の直線７４、７６参照）に維持される。ばね１３２が完全に圧縮される前に、調速機おもり１１０が停止部１１８にぶつかる。加えられる最大の力を制限するために、ばねを介して力を与えることは、米国特許第５，９０１，８２３号を参照することによって分かるように、従来技術において公知である。
【００３３】
ローラ１２０を傾斜部１４８から平坦部１５０まで動かすには、戻しばね１１４によるばね力１５４の作用に抗してローラを平坦部分１５０に保持するのに必要な力よりも大きい遠心力１５２を必要とする。これにより、初期の最大クランプ力におけるエンジンＲＰＭ値（図２の点７２）と解除時のエンジンＲＰＭ値（図２の点７８）が異なったものとなる。面１５０および／または傾斜面１４８の勾配部分および／または平坦部１５０にバックテーパおよび／または凹部を追加してもよいし、切断時のエンジン速度（図２のポイント７８）を変更する様に、ばね１１４の相対質量および／またはばね定数を変更してもよい。
【００３４】
周知の通り、発進時変速比（すなわち、入力軸速度の出力軸速度に対する比が比較的大きい）で発生する重量車の発進では、入力軸のトルクは、最大速度で乗物を走らせる場合よりも小さくてすむ（例えば、勾配に応じて６００〜９００ｌｂｓ．）。重量車の一般的なディーゼルエンジンは、最大トルクＲＰＭでの最大トルク出力が約１４００〜２２００ｌｂ．−ｆｔ．である。
【００３５】
マスター摩擦クラッチ２０の一実施形態では、１０００ｌｂ．−ｆｔ．のクランプ力は約６００〜７００ｌｂ．−ｆｔ．のトルク容量を発生し、一方４０００ｌｂｓ．のクランプ力が約３０００ｌｂ．−ｆｔ．のトルク容量を発生し、これは、エンジントルク容量と駆動系容量を十分に上回るものであり、クラッチが上限のクランプ荷重状態（図２の直線７４と７６）にあるときに、大きな安全裕度を提供するものである。
【００３６】
乗物の発進時、すなわち乗物を停止状態からスタートさせるとき、クラッチ２０は、急な坂道または他の高抵抗条件下での発進か否かに応じて、約７５０ＲＰＭと９５０ＲＰＭの間でロックアップする必要がある。乗物の発進モード、すなわち乗物が停止している、または乗物が非常に小さい速度にあるとき、クラッチは完全には接続されず、発進用の変速比（前進１０段の変速機では、リバース、１速、２速、３速または４速）に入っているとき、本発明の制御ロジックが発進モードで作動する。
【００３７】
発進モードでは、遠心式マスタークラッチの切断状態から接続状態への移行はエンジン速度の増加に依存する。エンジン速度の急激な増加は従来の手動クラッチ機構においてクラッチを「ダンピング」または「ポッピング」することに相当するので、エンジン速度を制御するアルゴリズムがないと、システムは不注意な運転者によって接続が頻繁に行なわれたり、乱暴に行われがちとなる。本発明の好適な実施形態では、ＳＡＥ Ｊ１９３９の通信リンクを使用することにより、制御アルゴリズムは「速度およびトルク限界」モードを使用して、接続中のエンジン速度と、エンジン速度の変化率とを制御する。（エンジン速度と入力軸速度の間の差の減少を監視することによって）接続したことが検知されると、アルゴリズムは、完全に接続した点におけるいったん既存のエンジントルクから開始して、要求されたエンジントルク限界まで制御された増加に切り替わる。トルクが運転者の要求をいったん越えると、フルスロットルの制御が運転者に戻される。図８Ａと８Ｂは、本発明の発進制御の好適な実施形態を示すフローチャートである。
【００３８】
遠心クラッチ２０は、適切なエンジンＲＰＭ（例えば、約９００ＲＰＭ）で完全に接続するように設計されている。アルゴリズムは、接続中のエンジン速度を制御する、スロットル位置によって調整されたエンジン速度限界（例えば、７５０ＲＰＭから９５０ＲＰＭ）を使用する。例として図３を参照すると、５０％のスロットル位置のとき、エンジン速度は接続が検知されるまで８５０ＲＰＭに制限される。接続時では、実際のエンジントルク値が得られ、スロットルの「戻り段階」の開始点として使用される。トルク限界を開始トルク点から最終値まで増加させるためにＪ１９３９の「速度およびトルク限界」モードが使用される。トルクは、スロットル位置および／または入っているギヤ比によって変化することがある割合で増大する。この増大率は、駆動系の振動を最小にし、かつ駆動系の固有周波数を避けるように選択されることが好ましい。
【００３９】
クラッチの回転速度の増加にともなって遠心クラッチのクラッチ力（トルク）が増加するので、アルゴリズムはアクセルペダル設定を用いて、駆動系の所望のトルクに変わる所望のエンジン速度限界を維持する。図３は、アクセルペダルの位置に対する目標エンジン速度のグラフを示している。例として、スロットルを０％変位から５０％変位まで移動させると、エンジンは、回転速度をアイドル状態（約６００〜６５０ＲＰＭ）からクラッチの初期接続点である７５０ＲＰＭまで速やかに増加させ、それからゆるやかな調節によって８５０ＲＰＭまで増加させるように指令を受ける。試験によって、約５００ＲＰＭ／秒の急な変化率と、約２００ＲＰＭ／秒の調節された変化率によって満足な結果が得られることがわかった。運転者がスロットル全開（１００％）にすると、例えば、初期接続エンジン速度まで７５０ＲＰＭ／秒、次いで目標速度まで２５０ＲＰＭ／秒というように複数の変化特性を組み合わせたものを使用してもよい。
【００４０】
ここでエンジン速度は、特定のエンジン速度を指令することによって直接指令してもよいし、エンジン速度限界を指令することによって、またはエンジントルクやエンジントルク限界値などの関係するパラメータを指令することによって間接的に指令してもよい。
【００４１】
スロットル位置を小さくする場合は、エンジン速度をより小さい目標値と速やかに等しくなるように指令する。エンジンに発進目標値エンジン速度（５０％スロットルで８５０ＲＰＭなど）まで燃料が供給され、この値に維持されると、クラッチのすべり（ＥＳ−ＩＳ）が検知するためにエンジン速度（ＥＳ）を変速機入力軸速度（ＩＳ）と比較される。クラッチがすべりなしに接続したこと（ＥＳ−ＩＳ＜ＲＰＭ、ＲＥＦは約±５０ＲＰＭに等しい）が検知されると、エンジンはトルク値をアクセルペダルの位置に対応する値をまで増大させるように指令され、その後、燃料供給の制御は運転者に戻される。変化率は、小さい発進用変速比（１速または２速）よりも大きい発進用変速比（３速または４速）においてより速い率になるように、使用されている発進用変速比の関数として調整される。燃料の制御を運転者に戻すロジックであるスロットル復帰ロジックは、開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第４，４９３，２２８号および第４，７９２，９０１号を参照すれば理解できるであろう。
【００４２】
エンジン速度目標値（ＥＳ_Ｔ）は、スロットル位置の線形関数である必要はなく、例えば発進用変速比（図３の直線８２参照）など、検知されたシステムパラメータに応じて変更してもよい。この関係は、検知されたクラッチ磨耗、性能の劣化等に応じて変更してもよい。
【００４３】
本発明のエンジン制御は、開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第５，７９７，１１０号、第６，０５２，６３８号、および第６，０８０，０８２号に示されているタイプのエンジンおよび／または駆動系のトルク制限を受けてもよい。
【００４４】
この制御は、トルクをかけられたクラッチが絶えず滑ること（すなわち、運転者がクラッチを滑らせることによって坂道で停止位置を維持しようとする場合）から生じることがあるオーバヒートからの保護を含んでいることが好ましい。これは、例えば、乗物の加速度が基準値よりも小さい否か（（ｄｏｓ／ｄｔ）＜ＲＥＦ？）を検知する、あるいは検知された乗物の動作状態からクラッチの温度を検知または推定するなどの、いくつかの方法で検知することができる（開示内容が引用によってここに含まれている米国特許第４，５７６，２６３号を参照されたい）。
【００４５】
クラッチのオーバヒートという潜在的な問題を検知すると、制御ロジックは、エンジンＲＰＭを増大または低下させることにより応答し得る。エンジンＲＰＭが増大すると、クラッチが接続し、運転者に乗物の位置を維持する異なった方法を使用させる。エンジン速度が低下すると、運転者はスロットル位置を増し、その結果エンジン速度が増大し、クラッチのロックアップが生じることになる。坂道で停止位置を維持するためにクラッチの滑りが使用される可能性を減らすために、システムにヒルホルド装置（ｈｉｌｌ ｈｏｌｄ ｄｅｖｉｃｅ）１６０を組み込むことができる。ヒルホルド装置はＥＣＵ５０によって制御され、クラッチが切断されて乗物速度がゼロを示したときに用いられる。スロットルが働いて、発生したトルクが所定のレベルに達した時点でヒルホールディングは解除される。このようなヒルホルド装置は、例として、別体のブレーキまたは減速装置であってもよいし、乗物の基礎ブレーキを利用してもよい。
【００４６】
他の実施形態では、急速解除機構２００を備えていてもよい。この機構は、急斜面（１５％または２０％を越える）でアップシフトが要求される状況において望ましい。重荷重等といった他の過酷な動作条件によって切断装置２００の使用が必要となる場合がある。急速解除機構２００は、ＥＣＵ５０からの指令によって動作し、噛合いクラッチ、すなわち摩擦クラッチ装置を含んでいてもよい。
【００４７】
したがって、新規で改良された変速システムと、そのための遠心式マスター摩擦クラッチが提供されることが理解できるであろう。
【００４８】
以上、本発明をある程度詳しく説明したが、好適な実施形態の説明は例として記載されたものにすぎず、請求の範囲に記載された本発明の要旨および範囲から逸脱せずに形態および細部に対して数多くの変形を施すことが可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠心クラッチとエンジン燃料制御装置を使用する、乗物の駆動系を示す概略図である。
【図２】さまざまなエンジン速度における本発明の遠心クラッチのクランプ力特性をグラフの形で示した概略図である。
【図３】本発明のシステムにおける乗物発進時のさまざまなスロットル位置に対する目標エンジン速度をグラフの形で示した概略図である。
【図４】本発明のクラッチのカバーと遠心機構の部分断面概平面図である。
【図５】図４の遠心クラッチと一緒に使用される、ローラ、傾斜面、クランプ力制限用のばね機構を示す部分断面図である。
【図６】調速機おもりの位置を示す部分断面図であり、図６Ａは完全に半径方向内側のクラッチ切断位置にある調速機おもりの位置を示し、図６Ｂは、完全に半径方向外側のクラッチ完全接続位置にある調速機おもり位置を示す。
【図７】本発明の概略部分断面図である。
【図８】本発明の発進論理を示すフローチャートの形の概略図である。

Claims (20)

1. エンジン出力部材（１３６）を備えた内燃機関（１８）と、少なくとも１つの動作モードを有し、エンジン速度（ＥＳ）とエンジントルク（ＥＴ）の少なくとも一方を制御するためにエンジンへの燃料供給を制御するエンジンコントローラ（３８）と、入力軸（２８）を有する多段変速歯車変速機（１４）と、前記エンジン出力部材を前記入力軸にこれを駆動するように連結するマスター摩擦クラッチ（２０）と、エンジンへの燃料供給の割合を手動動作で要求する、手動で動作するスロットル（３７）と、（ｉ）エンジン速度（ＥＳ）、（ｉｉ）スロットル位置（ＴＨＬ）、（ｉｉｉ）接続されている変速比（ＧＲ）、（ｉｖ）入力軸速度（ＩＳ）、（ｖ）乗物速度（ＯＳ）、および（ｖｉ）エンジントルク（ＥＴ）のうちの２つまたは３以上を示す信号を含む入力信号（５４）を受信し、前記信号を論理規則に従って処理して、少なくとも前記エンジンコントローラを含むシステムアクチュエータに出力コマンド信号（５６）を出力するシステムコントローラとを備えた乗物用自動変速システム（１０）において、
   前記マスター摩擦クラッチ（２０）は遠心力によって動作するクラッチであり、
   前記システムコントローラが、（ｉ）エンジン速度と（ｉｉ）エンジントルクのうちの少なくとも一方を、（ｉ）スロットル位置、（ｉｉ）エンジン速度、（ｉｉｉ）エンジントルク、および（ｉｖ）入力軸速度のうちの２つまたは３つ以上の求められた値の関数として制御するコマンド信号を、少なくとも１つの動作モードにおいて前記エンジンコントローラに出力することを特徴とする乗物用自動変速システム。
2. 前記エンジンコントローラと前記システムコントローラが電子データリンク（ＤＬ）によって通信する、請求項１に記載の自動変速システム。
3. 前記変速機は噛合いクラッチによって選択的に接続および切断される少なくとも２つのギヤ比を含む、請求項１に記載の自動変速システム。
4. 前記変速機は噛合いクラッチによって選択的に接続および切断される少なくとも２つのギヤ比を含む、請求項２に記載の自動変速システム。
5. 前記システムコントローラは乗物の発進状態を検知する論理規則を含み、前記動作モードは乗物発進動作モードである、請求項１に記載の自動変速システム。
6. 前記変速機は１つまたは２つ以上の発進用変速比を有し、前記乗物の発進状態は、前記変速機が発進用変速比で接続され、乗物速度が基準値よりも小さく（ＯＳ＜ＲＥＦ）、前記マスター摩擦クラッチが接続されていない場合に検知される、請求項５に記載の自動変速システム。
7. 前記システムコントローラは乗物の発進状態を検知する論理規則を含み、前記動作モードは乗物発進動作モードである、請求項２に記載の自動変速システム。
8. 前記変速機は１つまたは２つ以上の発進用変速比を有し、前記乗物の発進状態は、前記変速機が発進用変速比で接続され、乗物速度が基準値よりも小さく（ＯＳ＜ＲＥＦ）、前記マスター摩擦クラッチが接続されていない場合に検知される、請求項７に記載の自動変速システム。
9. 前記システムコントローラが前記変速機のシフトを生じさせるコマンド信号をシフトアクチュエータに送信し、前記コントローラは、目標変速比へのアップシフトの完了時の推定エンジン速度（ＥＳ＝ＯＳ×ＧＲ_Ｔ）が最小基準値を越えた（ＥＳ＞ＥＳ_ＭＩＮ）場合にのみアップシフトを生じさせ、前記クラッチは、前記エンジン出力部材と共に回転可能な駆動部材（６０）と前記入力軸と共に回転可能な被駆動部材（６２）を有し、前記クラッチは、前記駆動部材の回転速度に応じた接続度を有し、前記クラッチはエンジンアイドル速度で切断され、前記クラッチは、前記エンジンアイドル速度よりも大きい（ＥＳ_ＩＥ＞ＥＳ_ＩＤＬＥ）初期接続エンジン速度（ＥＳ_ＩＥ）で初期接続状態となり、前記クラッチは少なくともロックアップエンジン速度（ＥＳ_{ＬＯＣＫＵＰ}）で最大接続状態（７４／７６）を達成し、前記ロックアップエンジン速度は前記初期接続エンジン速度よりも大きく（ＥＳ_{ＬＯＣＫＵＰ}＞ＥＳ_ＩＥ）、前記クラッチは、前記ロックアップエンジン速度よりも小さく、かつアップシフト後に予測される前記予測最小エンジン速度（ＥＳ_ＭＩＮ）よりも小さい切断エンジン速度（ＥＳ_{ＬＯＣＫＵＰ}＞ ＥＳ_{ＤＩＳＥＮＧＡＧＥ} かつ ＥＳ_ＭＩＮ＞ ＥＳ_{ＤＩＳＥＮＧＡＧＥ}）で前記最大接続状態を維持する、請求項７に記載の自動変速システム。
10. 前記システムコントローラが、最小ダウンシフト値（ＥＳ_{ＤＳＭＩＮ}）以上のエンジン速度で、変速機をダウンシフトさせるコマンドを出力し、前記ロックアップエンジン速度は前記最小ダウンシフト値よりも大きい（ＥＳ_ＭＩＮ＞ ＥＳ_{ＤＳＭＩＮ}）、請求項９に記載の自動変速システム。
11. エンジン出力部材を有する、電子的に制御される内燃機関と、少なくとも１つの動作モードを有し、エンジン速度とエンジントルクの少なくとも一方を制御するためにエンジンへの燃料供給を制御エンジンコントローラと、入力軸を有する多段変速歯車変速機と、前記エンジン出力部材を前記入力軸にこれを駆動するように連結するマスター摩擦クラッチと、エンジンへの燃料供給の割合を手動で要求する、手動で作動するスロットルと、（ｉ）エンジン速度、（ｉｉ）スロットル位置、（ｉｉｉ）接続されている変速比、（ｉｖ）入力軸速度、（ｖ）乗物速度、および（ｖｉ）エンジントルクのうちの２つまたは３つ以上を示す信号を含む入力信号を受信し、前記信号を論理規則に従って処理して、少なくとも前記エンジンコントローラを含むシステムアクチュエータにコマンド出力信号を出力するシステムコントローラとを備えた乗物用自動変速システムにおいて、
    前記マスター摩擦クラッチは遠心力によって動作するクラッチであり、
    前記システムコントローラは、検知されたエンジン速度の関数としてエンジン速度を制御するコマンド信号が前記エンジンコントローラに出力される少なくとも１つの動作モードを有することを特徴とする乗物用自動変速システム。
12. 前記システムコントローラは乗物の発進状態を検知する論理規則を含み、前記動作モードは乗物発進動作モードである、請求項１１に記載の自動変速システム。
13. 前記変速機は１つまたは２つ以上の発進用変速比を有し、前記乗物発進状態は、前記変速機が発進変速比で接続され、乗物速度が基準値よりも低く、前記マスター摩擦クラッチが接続されていない場合に検知される、請求項１２に記載の自動変速システム。
14. 前記コマンド信号が前記エンジンコントローラへ電子データリンクによって出力される、請求項１１に記載の自動変速システム。
15. 前記コマンド信号が前記エンジンコントローラへ電子データリンクによって出力される、請求項１１に記載の自動変速システム。
16. 前記システムコントローラが、前記変速機をシフトさせるコマンド信号をシフトアクチュエータに出力し、前記コントローラは、目標変速比へのアップシフトの完了時の推定エンジン速度（ＥＳ＝ＯＳ×ＧＲ_Ｔ）が最小基準値を越えた（ＥＳ＞ＥＳ_ＭＩＮ）場合にのみアップシフトを生じさせ、前記クラッチは、前記エンジン出力部材と共に回転可能な駆動部材と前記入力軸と共に回転可能な被駆動部材を有し、前記クラッチは、前記駆動部材の回転速度に応じた接続度を有し、前記クラッチはエンジンアイドル速度で切断され、前記クラッチは、前記エンジンアイドル速度よりも大きい（ＥＳ_ＩＥ＞ＥＳ_ＩＤＬＥ）初期接続エンジン速度（ＥＳ_ＩＥ）で初期接続状態となり、前記クラッチは少なくともロックアップエンジン速度（ＥＳ_{ＬＯＣＫＵＰ}）で最大接続状態（７４／７６）を達成し、前記ロックアップエンジン速度は前記初期接続エンジン速度よりも大きく（ＥＳ_{ＬＯＣＫＵＰ}＞ＥＳ_ＩＥ）、前記クラッチは、前記ロックアップエンジン速度よりも小さく、かつアップシフト後に予測される前記予測最小エンジン速度（ＥＳ_ＭＩＮ）よりも小さい（ＥＳ_{ＬＯＣＫＵＰ}＞ ＥＳ_{ＤＩＳＥＮＧＡＧＥ} かつ ＥＳ_ＭＩＮ＞ ＥＳ_{ＤＩＳＥＮＧＡＧＥ}）切断エンジン速度（ＥＳ_{ＤＩＳＥＮＧＡＧＥ}）で前記最大接続状態を維持する、請求項１１に記載の自動変速システム。
17. 前記システムコントローラが、最小ダウンシフト値（ＥＳ_{ＤＳＭＩＮ}）以上のエンジン速度のとき、変速機をダウンシフトさせるコマンドを出力し、前記ロックアップエンジン速度が前記最小ダウンシフト値よりも大きい（ＥＳ_ＭＩＮ＞ ＥＳ_{ＤＳＭＩＮ}）、請求項１６に記載の自動変速システム。
18. 前記システムが、前記コマンド信号（５６）によって制御され、前記エンジン出力部材（１３６）を前記入力軸（２８）から迅速、かつこれを駆動しないように切断する切断装置（２００）を含み、前記コントローラが、急斜面の登坂中にアップシフトの要件を検知すると有効となり、エンジン速度と無関係に、前記切断装置に前記エンジン出力部材を前記入力軸から駆動しないように切断させる論理規則を含む、請求項１に記載の自動変速システム。
19. 前記切断装置が噛合いクラッチを含む、請求項１８に記載の自動変速システム。
20. 前記切断装置が摩擦クラッチを含む、請求項１８に記載の自動変速システム。

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