JP4449714B2 - 車両のパワートレーン - Google Patents

Description

本発明は、車両のパワートレーンに関し、特に、エンジンと変速機との間にクラッチが設けられた車両のパワートレーンに関する。

従来より、エンジンと変速機との間にクラッチ（摩擦係合要素）を設け、エンジンから変速機への駆動力の伝達をクラッチにより制御する車両が市販されている。このような車両において、クラッチを急係合して、エンジンからの駆動力が急に変速機などのトルク伝達系に入力されると、トルク伝達系にはエンジンの出力トルクよりも大きい過渡トルクが作用する。この過渡トルクに耐え得るようにトルク伝達系を設計しなければならないが、過渡トルクが大きいほど強度が必要となるため、過渡トルクを抑制する必要がある。

特開２００４−７６８９７号公報（特許文献１）は、クラッチの急係合によりトルク伝達系に作用するピークトルクを抑制するクラッチの制御装置を開示する。特許文献１に記載のクラッチの制御装置は、クラッチ継合力を変更するアクチュエータと、クラッチペダルの踏込み量を検出する踏込み量センサと、踏込み量センサから入力された検出信号に基づいてアクチュエータの駆動制御を行う制御回路とを含む。制御回路は、クラッチ前後の回転速度差が所定の判定値以上であり、且つ、クラッチペダルの踏み離し速度が所定の判定値以上である場合に、クラッチの係合力の増加の割合を低減したり、クラッチの係合力を一時的に低減することで、クラッチの継合動作中の過渡トルクを抑制するアクチュエータの駆動制御を実行する。

この公報に記載のクラッチの制御装置によると、運転者によりクラッチペダルが操作されると、その踏込み量が踏込み量センサにより検出され、その検出信号が制御回路に送信される。そうした検出信号が制御回路に入力されると、その検出信号に基づいたアクチュエータの駆動制御がなされてクラッチの継合力が制御される。ここで、クラッチ前後の回転速度差が所定の判定値以上であり、かつクラッチペダルの踏み離し速度が所定の判定値以上である場合に、クラッチの継合動作中の過渡トルクを抑制するようなアクチュエータの駆動制御が実行される。これにより、過大な過渡トルクの発生が懸念される状況では、その抑制に係る制御を確実に実行することができる。その一方で、クラッチ前後の回転速度差があまり大きくなく、クラッチが急継合されても過渡トルクがさほど増大しないようなときには、運転者の意図通りのクラッチ操作が許容されるようになる。したがって、運転者に与える違和感を可能な限り抑えながらも、クラッチの急継合による車両トルク伝達系のピークトルクの増大を好適に抑制することができる。
特開２００４−７６８９７号公報

しかしながら、特開２００４−７６８９７号公報に記載のクラッチの制御装置においては、クラッチの係合力の増加の割合を低減したり、クラッチの係合力を一時的に低減することで、クラッチの継合動作中の過渡トルクを抑制している。そのため、クラッチの係合完了までにかかる時間が必要以上に長くなるおそれがあるという問題点があった。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、過渡トルクを抑制しつつ、摩擦係合要素を速やかに係合することができる車両のパワートレーンを提供することである。

第１の発明に係る車両のパワートレーンは、駆動源と、駆動源からの駆動力を駆動輪に伝達する伝達装置と、駆動源および伝達装置の間に設けられ、係合することにより、駆動源からの駆動力を伝達装置に伝達する摩擦係合要素と、摩擦係合要素の係合時に伝達装置に発生する過渡トルクの周波数および過渡トルクが発生してから最大値になるまでの時間の積が自然数になるように係合させるように摩擦係合要素を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、過渡トルクの周波数および過渡トルクが発生してから最大値になるまでの時間（過渡トルクの立ち上がり時間）の積が自然数になるように、摩擦係合要素が係合される。このとき、伝達装置にトルクＦ₀が入力されたとすると、伝達装置を含む伝達系の応答（伝達系に作用する過渡トルク）の最大値ＴＩは、ＴＩ＝（Ｆ₀／ｋ）×（１＋（２（１−ＣＯＳ（ω_n×ΔＴ）））^1/2／（ω_n×ΔＴ））で表される。ここで、ω_nは系の固有角振動数である。ΔＴは過渡トルクの立ち上がり時間（過渡トルクが立ち上がってから最大値となるまでの時間）である。ｋは系の捩りばね定数である。ここで、伝達系で発生する過渡トルクの周波数をｆとおくと、過渡トルクの周波数は、伝達系の捩り共振周波数と同じであることから、ω_n＝２×π×ｆとなる。そのため、過渡トルクの最大値ＴＩは、ＴＩ＝（Ｆ₀／ｋ）×（１＋（２（１−ＣＯＳ（２×π×ｆ×ΔＴ）））^1/2／（ω_n×ΔＴ））となる。さらに、過渡トルクの周波数ｆと立ち上がり時間ΔＴとの積が自然数であることから、過渡トルクの最大値ＴＩは、ＴＩ＝（Ｆ₀／ｋ）×（１＋（２（１−１））^1/2／（ω_n×ΔＴ））＝Ｆ₀／ｋとなる。この場合、過渡トルクの最大値ＴＩは、最小の値となる。これにより、過渡トルクを抑制することができる。また、たとえば、ｆ×ΔＴ＝１となるように立ち上がり時間ΔＴを設定すれば、立ち上がり時間ΔＴを短くすることができる。そのため、過渡トルクを抑制しつつ、摩擦係合要素を速やかに係合することができる。その結果、過渡トルクを抑制しつつ、摩擦係合要素を速やかに係合することができる車両のパワートレーンを提供することができる。

第２の発明に係る車両のパワートレーンにおいては、第１の発明の構成に加え、制御手段は、摩擦係合要素の係合時に伝達装置に発生する過渡トルクの周波数および過渡トルクが発生してから最大値になるまでの時間の積が１になるように、摩擦係合要素を係合させるように制御するための手段を含む。

第２の発明によると、過渡トルクの最大値ＴＩが最小の値となるような立ち上がり時間ΔＴを短くすることができる。これにより、過渡トルクを抑制しつつ、摩擦係合要素を速やかに係合することができる。

第３の発明に係る車両のパワートレーンにおいては、第１または２の発明の構成に加え、摩擦係合要素は、配管内の作動油の油圧により作動する。制御手段は、配管に設けられたオリフィスを用いて摩擦係合要素を制御する。

第３の発明によると、配管に設けられたオリフィスにより作動油の油圧を調整して、過渡トルクを抑制することができる。

第４の発明に係る車両のパワートレーンにおいては、第１または２の発明の構成に加え、摩擦係合要素は、アクチュエータにより作動される。制御手段は、アクチュエータを制御するコンピュータを用いて摩擦係合要素を制御する。

第４の発明によると、コンピュータによりアクチュエータを制御することで、過渡トルクを抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るパワートレーンについて説明する。このパワートレーンは、エンジン１００と、クラッチ２００と、変速機３００とを含む。エンジン１００のトルクは、クラッチ２００を介して変速機３００に伝達される。変速機３００に伝達されたトルクは、ドライブシャフト（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）に伝達される。

クラッチ２００は、運転者がクラッチペダル４００を踏むことにより解放され、運転者がクラッチペダル４００から足を離すと係合される。運転者がクラッチペダル４００を踏むと、マスターシリンダ４０２で圧力が発生する。マスターシリンダ４０２で発生した圧力は、配管４０４によりクラッチレリーズシリンダに導かれる。配管４０４にはオリフィス４０６が設けられる。マスターシリンダ４０２で発生した圧力がオリフィス４０６により調整されて、クラッチレリーズシリンダに導かれる。クラッチ２００については、後で詳述する。

変速機３００は、運転者がシフトレバー５００を操作することにより変速が行なわれる手動変速機である。なお、運転者のシフト操作に基づいて、変速機３００の変速をアクチュエータにより行なうようにしてもよい。

図２を参照して、クラッチ２００についてさらに説明する。クラッチ２００は、乾式単板式の摩擦クラッチである。図２に示すように、クラッチ２００は、クラッチ出力軸２０２と、クラッチ出力軸２０２に配設されたクラッチディスク２０４と、クラッチハウジング２０６と、クラッチハウジング２０６に配設されたプレッシャプレート２０８と、ダイヤフラムスプリング２１０と、クラッチレリーズシリンダ２１２と、レリーズフォーク２１４と、レリーズスリーブ２１６とを含む。

ダイヤフラムスプリング２１０が、プレッシャプレート２０８を図２において右方向に付勢することにより、クラッチディスク２０４が、エンジン１００のクランクシャフト６００に取り付けられたフライホイール６０２に押付けられ、クラッチ２００が係合される。

クラッチレリーズシリンダ２１２が、レリーズフォーク２１４を介して図２において右方向へ、レリーズスリーブ２１６を移動させることにより、ダイヤフラムスプリング２１０の内端部が図２において右方向へ移動する。ダイヤフラムスプリング２１０の内端部が図２において右方向へ移動すると、プレッシャプレート２０８が図２において左方向に移動し、クラッチディスク２０４とフライホイール６０２とが離れてクラッチが解放される。

クラッチレリーズシリンダ２１２は、オリフィス４０６を介してマスターシリンダ４０２から油圧が供給されることにより作動する。クラッチレリーズシリンダ２１２に油圧が供給されると、クラッチレリーズシリンダ２１２のピストンが図２において左方向に移動し、レリーズスリーブ２１６が図２において右方向へ移動してクラッチが解放される。

クラッチ２００を係合してエンジン１００から変速機３００にトルクを伝達する際、変速機３００を含む車両の伝達系（車輪を含まない）には、図３に示すように、エンジン１００のトルクよりも大きな過渡トルク（入力されたトルクに対する伝達系の応答）が、車両毎に定まる固有の捩じり共振周波数ｆで発生する。

この過渡トルクにおいて、図４に示すように、過渡トルクが立ち上がってからピーク値（最大値）になるまでの時間を立ち上がり時間ΔＴという。本実施の形態において、立ち上がり時間ΔＴは、共振周波数ｆと立ち上がり時間との積（ｆ×ΔＴ）が「１」になるような値に設定されている。なお、共振周波数ｆと立ち上がり時間との積（ｆ×ΔＴ）が「１」以外の自然数となるように、立ち上がり時間ΔＴを設定してもよい。

共振周波数ｆと立ち上がり時間との積（ｆ×ΔＴ）が自然数になるように、クラッチ２００の係合速度が決定される。決定された係合速度および図５に示すようなクラッチ２００の係合速度とオリフィス４０６との関係に基づいて、オリフィス４０６の径が決定される。

以上のような構造に基づく本実施の形態に係るパワートレーンの動作について説明する。

変速機３００に入力されるトルクをＦ₀とすると、変速機３００を含む伝達系の過渡トルクの最大値ＴＩは、ＴＩ＝（Ｆ₀／ｋ）×（１＋（２（１−ＣＯＳ（ω_n×ΔＴ）））^1/2／（ω_n×ΔＴ））で表される。ここで、ω_nは系の固有角振動数である。ｋは系のばね定数である。

ここで、系の捩り共振周波数（固有振動数）と過渡トルクの周波数とが同じであるため、ω_n＝２×π×ｆとなる。そのため、過渡トルクの最大値ＴＩは、ＴＩ＝（Ｆ₀／ｋ）×（１＋（２（１−ＣＯＳ（２×π×ｆ×ΔＴ）））^1/2／（ω_n×ΔＴ））となる。さらに、捩り共振周波数ｆと立ち上がり時間ΔＴとの積が１であることから、過渡トルクの最大値ＴＩは、ＴＩ＝（Ｆ₀／ｋ）×（１＋（２（１−１））^1/2／（ω_n×ΔＴ））＝Ｆ₀／ｋとなって、過渡トルクの最大値ＴＩは、最小の値をとる。

これにより、図６において実線で示すように、捩り共振周波数ｆと立ち上がり時間ΔＴとの積が自然数でない場合の過渡トルク（破線）に比べて、過渡トルクの最大値が抑制される。このとき、捩り共振周波数ｆと立ち上がり時間ΔＴとの積が「１」であるため、最短の立ち上がり時間ΔＴで過渡トルクを抑制することができる。

以上のように、本実施の形態に係るパワートレーンのクラッチは、伝達系に発生する過渡トルクの捩り共振周波数ｆと立ち上がり時間ΔＴとの積が「１」となるように係合される。これにより、過渡トルクを抑制しつつ、クラッチを速やかに係合することができる。

＜第２の実施の形態＞
図７および図８を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。前述の第１の実施の形態において、クラッチはマスターシリンダから供給される油圧により作動されるが、本実施の形態において、クラッチはアクチュエータにより作動される。その他の構造については、前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図７に示すように、変速機３００には、油圧アクチュエータ７００が設けられる。油圧アクチュエータ７００は、クラッチ２００の係合および解放を制御する。なお、油圧アクチュエータ７００の代わりに電動アクチュエータを用いても構わない。

油圧アクチュエータ７００はＥＣＵ８００により制御される。ＥＣＵ８００には、アクセルペダル９００の開度を表す信号、ブレーキペダル９０２の踏力を表す信号およびシフトレバー５００のポジションを表す信号が入力される。なお、クラッチペダルを設け、クラッチペダルの踏込み量を表す信号をＥＣＵ８００に入力して、クラッチ・バイ・ワイヤを構成してもよい。

ＥＣＵ８００は、入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、油圧アクチュエータ７００などの機器を制御する。なお、変速機の変速を行なう油圧アクチュエータまたは電動アクチュエータを設け、これらのアクチュエータをＥＣＵ８００により制御して自動で変速を行なうようにしたり、運転者のシフト操作に基づいて変速を行なうようにしたりしてもよい。

図８を参照して、油圧アクチュエータ７００についてさらに説明する。油圧アクチュエータ７００は、クラッチソレノイドバルブ７００を含む。クラッチソレノイドバルブ７００には、リザーバ７０２から油圧ポンプ７０４により汲み上げられた作動油の油圧が供給される。クラッチソレノイドバルブ７００は、ＥＣＵ８００からの制御信号に基づいて、クラッチレリーズシリンダ２１２に対する油圧の供給および排出を切換える。クラッチレリーズシリンダ２１２は、クラッチソレノイドバルブ７００を介して供給されることにより作動する。

本実施の形態において、クラッチソレノイドバルブ７００は、クラッチ２００を係合する際、すなわちクラッチレリーズシリンダ２１２に油圧を供給する際、伝達系の捩り共振周波数ｆすなわち過渡トルクの周波数ｆと過渡トルクの立ち上がり時間ΔＴとの積が「１」になるように制御される。このように構成しても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係るパワートレーンを示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係るパワートレーンのクラッチを示す図である。 変速機を含む伝達系に発生する過渡トルクを示す図（その１）である。 変速機を含む伝達系に発生する過渡トルクを示す図（その２）である。 クラッチの係合速度とオリフィスの径との関係を示す図である。 変速機を含む伝達系に発生する過渡トルクを示す図（その３）である。 本発明の第２の実施の形態に係るパワートレーンを示す概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係るパワートレーンのクラッチを示す図である。

符号の説明

１００ エンジン、２００ クラッチ、２０２ クラッチ出力軸、２０４ クラッチディスク、２０６ クラッチハウジング、２０８ プレッシャプレート、２１０ ダイヤフラムスプリング、２１２ クラッチレリーズシリンダ、２１４ レリーズフォーク、２１６ レリーズスリーブ、３００ 変速機、４００ クラッチペダル、４０２ マスターシリンダ、４０４ 配管、４０６ オリフィス、５００ シフトレバー、６００ クランクシャフト、６０２ フライホイール、７００ クラッチソレノイドバルブ、７００ 油圧アクチュエータ、７０２ リザーバ、７０４ 油圧ポンプ、９００ アクセルペダル、９０２ ブレーキペダル。

Claims (2)

1. 駆動源と、
   前記駆動源からの駆動力を駆動輪に伝達する伝達装置と、
   前記駆動源および前記伝達装置の間に設けられ、係合することにより、前記駆動源からの駆動力を前記伝達装置に伝達する摩擦係合要素と、
   前記摩擦係合要素の係合時に前記伝達装置に発生する過渡トルクが発生してから最大値になるまでの時間が、所定の自然数を、前記伝達装置を搭載する車両によって定まる固有の共振周波数で除算した値になるように係合させるように前記摩擦係合要素を制御するための制御手段とを含み、
   前記摩擦係合要素は、配管内の作動油の油圧により作動し、
   前記制御手段は、前記配管に設けられたオリフィスを用いて前記摩擦係合要素を制御する、車両のパワートレーン。
2. 前記制御手段は、前記過渡トルクが発生してから最大値になるまでの時間が、１を、前記固有の共振周波数で除算した値になるように、前記摩擦係合要素を係合させるように制御するための手段を含む、請求項１に記載の車両のパワートレーン。

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