CN101992770B - 四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置，在四轮驱动车辆起步时，防止副驱动轮发生过度的实际驱动扭矩而使耐久性下降，不会有损车辆的起步性能。当LSD控制部(56)计算出的副驱动轮分配扭矩是预定值以上、左右的扭矩分配离合器的旋转差都是预定值以上、且车体速度传感器(52a)检测出的车体速度是预定值以下时，由于从发动机经由后差速齿轮(16)的左右的扭矩分配离合器传递到左右的副驱动轮的副驱动轮分配扭矩的上限值由离合器扭矩限制部(60)限制，因而在车辆起步时主驱动轮打滑时，可防止副驱动轮产生过大的实际驱动扭矩而使耐久性下降。此时，由于无需减少发动机的输出扭矩，因而可将车辆的起步性能的下降抑制到最小限度。

Description

四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置
技术领域
本发明涉及四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置，该四轮驱动车辆具有：被直接传递由驱动源输出的驱动扭矩的左右的主驱动轮，以及经由左右的扭矩分配离合器被传递所述驱动扭矩的左右的副驱动轮，根据车辆行驶状态控制由所述左右的扭矩分配离合器传递到所述左右的副驱动轮的副驱动轮分配扭矩。
背景技术
通过下述专利文献1公知一种四轮驱动车辆：将发动机输出的驱动力经由离合器传递到变速器，将变速器输出的驱动力经由差速齿轮等的动力传递系传递到驱动轮，通过在有驾驶员的紧急加速请求时限制发动机转速或发动机输出扭矩，防止所述差速齿轮等的损伤。
【专利文献1】日本特许第3603569号公报
但是，在四轮驱动车辆起步时作为主驱动轮的前轮打滑、且在与作为副驱动轮的后轮之间产生旋转差的情况下，通过连接后差速齿轮的驱动力分配离合器来将驱动扭矩分配给后轮，能减少分配给前轮的驱动扭矩来抑制打滑，而且能使后轮产生牵引力来进行车辆起步，其中，当通过所述扭矩分配离合器的连接而使后轮产生的实际驱动扭矩过大时，存在后差速齿轮的负载增大而使耐久性下降的可能性。
在这样的情况下，如所述专利文献1记载的发明那样，只要限制发动机转速或者发动机输出扭矩，就能减少分配给后轮的驱动扭矩来保护后差速齿轮，然而这样的话，前轮和后轮的总牵引力减少，存在车辆的起步性能下降的问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的是在四轮驱动车辆起步时，防止副驱动轮发生过度的实际驱动扭矩而使耐久性下降，不会有损车辆的起步性能。
为了达到上述目的，根据发明1所述的发明，提出一种四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置，该四轮驱动车辆具有：被直接传递由驱动源输出的驱动扭矩的左右的主驱动轮，以及经由左右的扭矩分配离合器被传递所述驱动扭矩的左右的副驱动轮，根据车辆行驶状态控制由所述左右的扭矩分配离合器传递到所述左右的副驱动轮的副驱动轮分配扭矩，其特征在于，所述四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置具有：车体速度检测单元，其检测车体速度；车轮速度检测单元，其检测所述主驱动轮和所述副驱动轮的车轮速度；副驱动轮分配扭矩计算单元，其根据基于所述车轮速度检测单元的输出而计算出的所述主驱动轮与所述副驱动轮之间的旋转差，计算所述副驱动轮分配扭矩；以及扭矩限制单元，当所述副驱动轮分配扭矩计算单元计算出的所述副驱动轮分配扭矩是预定值以上、左扭矩分配离合器的旋转差和右扭矩分配离合器的旋转差都是预定值以上、且所述车体速度检测单元检测出的车体速度是预定值以下时，所述扭矩限制单元限制所述副驱动轮分配扭矩的上限值。
并且根据发明2所述的发明，提出一种四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置，其特征在于，不仅具有发明1的结构，而且所述四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置具有检测路面的倾斜角度的路面倾斜角度检测单元，当所述路面倾斜角度检测单元检测出的路面的倾斜角度是预定值以下时，所述扭矩限制单元限制所述副驱动轮分配扭矩的上限值。
另外，实施方式的发动机E对应于本发明的驱动源，实施方式的ESC电子控制单元Uc对应于本发明的车轮速度检测单元，实施方式的前轮Wf对应于本发明的主驱动轮，实施方式的后轮Wr对应于本发明的副驱动轮，实施方式的车体速度传感器52a对应于本发明的车体速度检测单元，实施方式的LSD控制部56对应于本发明的副驱动轮分配扭矩计算单元，实施方式的爬坡控制部58对应于本发明的路面倾斜角度检测单元，实施方式的离合器扭矩限制部60对应于本发明的扭矩限制单元。
根据发明1的结构，当副驱动轮分配扭矩计算单元计算出的副驱动轮分配扭矩是预定值以上、左扭矩分配离合器的旋转差和右扭矩分配离合器的旋转差都是预定值以上、且车体速度检测单元检测出的车体速度是预定值以下时，从驱动源经由左右的扭矩分配离合器传递到左右的副驱动轮的副驱动轮分配扭矩的上限值由扭矩限制单元限制，因而在车辆起步时主驱动轮打滑时，可防止副驱动轮产生过大的实际驱动扭矩而使耐久性下降，此时由于无需减少驱动源的输出扭矩，因而可将车辆的起步性能的下降抑制到最小限度。
特别是，只要在左扭矩分配离合器的旋转差和右扭矩分配离合器的旋转差都是预定值以上的情况下，扭矩限制单元就限制副驱动轮分配扭矩的上限值，因而在左右的副驱动轮行驶在摩擦系数不同的路面上而仅一个副驱动轮打滑、而且仅左右一方的扭矩分配离合器的旋转差为预定值以上的情况下，可维持副驱动轮分配扭矩来确保越野性。
并且根据发明2的结构，不仅具有发明1的结构，而且只要在路面倾斜角度检测单元检测出的路面的倾斜角度是预定值以下的情况下，扭矩限制单元就限制副驱动轮分配扭矩的上限值，因而可避免爬坡性能的下降。
附图说明
图1是示出四轮驱动车辆的驱动力传递系的图。
图2是增速装置和后差速齿轮的放大图。
图3是示出4WD-ECU的结构的框图。
图4是离合器扭矩限制控制逻辑的说明图。
图5是离合器扭矩限制控制的流程图。
标号说明
E：发动机(驱动源)；Uc：ESC电子控制单元(车轮速度检测单元)；Wf：前轮(主驱动轮)；Wr：后轮(副驱动轮)；40：扭矩分配离合器；52a：车体速度传感器(车体速度检测单元)；56：LSD控制部(副驱动轮分配扭矩计算单元)；58：爬坡控制部(路面倾斜角度检测单元)；60：离合器扭矩限制部(扭矩限制单元)。
具体实施方式
以下，根据图1～图5说明本发明的实施方式。
如图1所示，应用本发明的四轮驱动车辆具有：作为主驱动轮的左右的前轮Wf、Wf，以及作为副驱动轮的左右的后轮Wr、Wr，左右的前轮Wf、Wf在车辆行驶时基本上被始终驱动，左右的后轮Wr、Wr根据车辆运转状态被适当驱动。
横向搭载在车体前部的发动机E连接有自动变速器T，自动变速器T经由前差速齿轮11和左右的前驱动轴12、12与左右的前轮Wf、Wf连接。前差速齿轮11经由分动器(未图示)、前传动轴13、增速装置14、后传动轴15、后差速齿轮16以及左右的后驱动轴17、17与左右的后轮Wr、Wr连接。
如图2所示，增速装置14具有行星齿轮机构21、增速离合器22以及直接离合器23。
行星齿轮机构21具有：固设在前传动轴13后端的输入侧太阳齿轮24；固设在后传动轴15前端的输出侧太阳齿轮25；行星架26；以及由行星架26支撑的多个双联小齿轮27…。各双联小齿轮27一体具有输入侧小齿轮27a和输出侧小齿轮27b，输出侧小齿轮27b的齿数被设定成大于输入侧小齿轮27a的齿数，伴随于此，输出侧太阳齿轮25的齿数被设定成小于输入侧太阳齿轮24的齿数。
液压式多板型增速离合器22使固定在外壳28上的离合器外部29和位于其内侧的离合器内部30经由多个摩擦接合要素31…对置，当通过液压供给而使多个摩擦接合要素31…接合时，离合器内部30与离合器外部29连接并由外壳28约束成不能旋转。
液压式多板型直接离合器23具有：与增速离合器22的离合器内部30和行星齿轮机构21的行星架26一体的离合器外部32；与前传动轴13一体的离合器内部33；配置在离合器外部32和离合器内部33之间的多个摩擦接合要素34…；以及配置在离合器外部32和离合器内部33之间的单向离合器35。当离合器内部33的转速超过离合器外部32的转速时，单向离合器35打滑，驱动力的传递被遮断。当通过液压供给而使多个摩擦接合要素34…接合时，离合器外部32与离合器内部33连接，前传动轴13与行星齿轮机构21的行星架26一体化。
因此，当增速离合器22连接且直接离合器23解除连接时，行星齿轮机构21的行星架26由外壳28约束成不能旋转，因而前传动轴13的转速以根据输入侧太阳齿轮24、输出侧太阳齿轮25和双联小齿轮27的齿数决定的增速比(例如1.05)增速并被输出到后传动轴15。
反之，当增速离合器22解除连接且直接离合器23连接时，行星齿轮机构21的输入侧太阳齿轮24和行星架26一体化而处于锁定状态，因而前传动轴13的旋转在该状态下被输出到后传动轴15。
由于后差速齿轮16具有夹着车体中心面而实质上左右镜面对称的结构，因而说明作为其代表的车体中心面的左侧部分的结构。
固设在输入轴36的中间部的从动锥齿轮37与固设在后传动轴15后端的驱动锥齿轮38啮合，输入轴36同轴配置在左右的后驱动轴17、17的对置端部之间。在输入轴36和左侧的后驱动轴17之间配置有行星齿轮机构39和电磁式多板型扭矩分配离合器40。
行星齿轮机构39具有：齿圈41；行星架42；太阳齿轮43；以及由行星架42支撑且与齿圈41和太阳齿轮43同时啮合的多个小齿轮44…，齿圈41与输入轴36的左端连接，行星架42与左侧的后驱动轴17的右端连接。
扭矩分配离合器40具有：离合器外部46，其固定在外壳45上；离合器内部47，其与行星齿轮机构39的太阳齿轮43连接；多个摩擦接合要素48…，其配置在离合器外部46和离合器内部47之间；以及电磁致动器49(参照图1)，其使摩擦接合要素48…相互接合而使离合器外部46和离合器内部47一体连接。
由于在电磁致动器49断开的状态下，扭矩分配离合器40解除连接且太阳齿轮43可自由旋转，因而输入轴36的驱动力不会被传递到左侧的后驱动轴17。另一方面，在电磁致动器49接通且扭矩分配离合器40连接的状态下，太阳齿轮43由外壳45约束成不能旋转，因而输入轴36的驱动力被传递到左侧的后驱动轴17。
此时，通过使提供给电磁致动器49的电流变化来使扭矩分配离合器40的打滑量变化，可使从输入轴36传递到左侧的后驱动轴17的扭矩连续变化。
因此，通过使后差速齿轮16的左右的扭矩分配离合器40、40的连接力变化，可任意控制在前轮Wf、Wf和后轮Wr、Wr之间分配的扭矩的比率，并可任意控制在左右的后轮Wr、Wr之间分配的扭矩的比率。
下面，根据图3，说明控制增速装置14和后差速齿轮16的动作的4WD电子控制单元Ua的结构。
控制发动机E和自动变速器T的动作的FI/AT电子控制单元Ub和控制车辆举动稳定系统的动作的ESC电子控制单元Uc经由CAN与4WD电子控制单元Ua的输入部51连接，并且车体速度传感器52a和转向角传感器52b与4WD电子控制单元Ua的输入部51连接，车体速度传感器52a例如根据自动变速器T的齿轮转速检测车体速度，转向角传感器52b检测转向轮的转向角。
从FI/AT电子控制单元Ub输入到输入部51的信号包含有发动机转速、进气负压、自动变速器T的主轴和中间轴的转速、自动变速器T的档位等。并且，从ESC电子控制单元Uc输入到输入部51的信号包含有前轮Wf、Wf和后轮Wr、Wr的车轮速度、车辆的横向加速度、车辆的前后加速度等。
估计驱动扭矩计算部53根据从输入部51输入的发动机转速、进气负压(或者进气流量)、按照主轴和中间轴的转速估计出的传动比、变矩器的速度比、各档位中的效率等，计算变速器T输出的估计驱动扭矩。另外，可以取代按照主轴和中间轴的转速估计传动比，而使用由档位传感器检测出的档位的传动比。
可操作性/稳定性控制部54根据由估计驱动扭矩计算部53计算出的估计驱动扭矩、以及从输入部51输入的横向加速度、转向角和车轮速度，计算分配给左右的后轮Wr、Wr的可操作性/稳定性控制扭矩。例如，在车辆的偏行角是预定值以上的情况下，判定为车辆举动处于不稳定状态，控制后差速齿轮16来减少分配给左右的后轮Wr、Wr的扭矩，并减少分配给左右后轮Wr、Wr中的转向外轮的扭矩，从而实现车辆举动的稳定。
在车体速度是中速且横向加速度大的情况下，增速控制部55连接增速装置14的增速离合器22来相对于前传动轴13的转速增加后传动轴15的转速，并使用后差速齿轮16将扭矩分配给左右的后轮Wr、Wr中的转向外轮，从而在避免车辆的不足转向的同时提高转向性能。并且在车体速度是低速或高速且横向加速度小的情况下，在连接增速装置14的直接离合器23来中止相对于前传动轴13的转速的后传动轴15的转速的增速的状态下，利用后差速齿轮16将扭矩分配给左右的后轮Wr、Wr中的转向外轮，从而确保稳定的转向性能。
并且，当执行了增速时，很有可能弄乱车辆举动，在可操作性/稳定性控制部54输出了增速禁止请求的情况下，禁止增速装置14的动作。
LSD控制部56将左右的前轮Wf、Wf的车辆速度与左右的后轮Wr、Wr的车辆速度进行比较，在由于在车辆起步时前轮Wf、Wf踏压的路面的摩擦系数小于后轮Wr、Wr踏压的路面的摩擦系数而使前轮Wf、Wf打滑的情况下，根据前后轮之间的旋转差计算分配给后轮Wr、Wr的LSD扭矩。当利用后差速齿轮16将LSD扭矩分配给后轮Wr、Wr时，相应地，前轮Wf、Wf的打滑消除，能进行车辆的顺利起步。
爬坡控制部58通过将由前后加速度传感器检测出的实际前后加速度与对车体速度求微分获得的估计前后加速度进行比较，计算车辆的爬坡角(路面的爬坡的倾斜角)，为了提高爬坡中的车辆起步时的爬坡力，根据爬坡角计算利用后差速齿轮16分配给后轮Wr、Wr的爬坡起步扭矩。
扭矩加法部57将由可操作性/稳定性控制部54计算出的可操作性/稳定性控制扭矩、由LSD控制部56计算出的LSD扭矩、以及由爬坡控制部58计算出的爬坡起步扭矩相加。
为了防止在车辆的爬坡起步时过大的负载作用于后差速齿轮16而降低耐久性，离合器扭矩限制部60输出离合器扭矩指令值，该离合器扭矩指令值利用上限值限制由后差速齿轮16传递到后轮Wr、Wr的目标扭矩。该控制详情根据图4在后面详述。
电流控制部61将由离合器扭矩限制部60计算出的离合器扭矩指令值转换成提供给后差速齿轮16的扭矩分配离合器40、40的电磁致动器49、49的电流值(PWM值)。
然后，驱动电路部62根据增速控制部55输出的增速指令控制增速装置14的动作，并根据电流控制部61输出的电流值控制后差速齿轮16的动作。
下面，根据图4，说明在车辆的爬坡起步时由爬坡控制部58和离合器扭矩限制部60执行的后差速齿轮16的扭矩控制逻辑。
当车辆爬坡起步时，由于路面的倾斜而使车体重量从前轮Wf、Wf侧移动到后轮Wr、Wr侧，而且重力的路面方向的分量要使车辆倒车，因而作为主驱动轮的前轮Wf、Wf容易打滑。此时，当前轮Wf、Wf踏压的路面的摩擦系数小于后轮Wr、Wr踏压的路面的摩擦系数时(所谓的前后不同附着率(split)μ路面)，上述倾向进一步显著。
当在这样的状态下前轮Wf、Wf打滑且在前轮Wf、Wf和后轮Wr、Wr之间产生旋转差时，通过前后LSD控制而使后差速齿轮16的左右的扭矩分配离合器40、40连接，并将驱动扭矩分配给后轮Wr、Wr，从而可抑制前轮Wf、Wf的打滑，而且可使后轮Wr、Wr产生牵引力，能实现车辆起步。
然而，在后差速齿轮16的左右的扭矩分配离合器40、40产生急剧的旋转差的状态下，分配给后轮Wr、Wr的目标分配扭矩增大时，左右的扭矩分配离合器40、40连接而使实际传递到后轮Wr、Wr的实际驱动扭矩过大，存在后差速齿轮16的负荷增大而使耐久性下降的可能性，因而在预定条件成立的情况下，通过抑制分配给左右的后轮Wr、Wr的目标分配扭矩的上限值，进行实现后差速齿轮16的保护的控制。
如图4所示，上述预定条件是以下四个：
(1)应传递到左右的后轮Wr、Wr的目标分配扭矩的合计值是预定值(在实施方式中是300kgfm)以上；
(2)左右的扭矩分配离合器40、40的离合器外部46和离合器内部47之间的旋转差都是预定值(在实施方式中是300rpm)以上；
(3)车体速度是预定值(在实施方式中是5km/h)以下；
(4)换算成重力加速度G后的爬坡角是预定值(在实施方式中是0.2G)以下。
在该四个条件全部成立的情况下，进行与通常时相比减少可分配给后轮Wr、Wr的驱动扭矩的上限值的控制。
设定上述(2)的条件的理由是，前轮Wf、Wf踏压的路面的摩擦系数与后轮Wr、Wr踏压的路面的摩擦系数不同(所谓的前后不同附着率μ路面)，当后差速齿轮16的左右的扭矩分配离合器40、40的离合器外部46和离合器内部47之间的旋转差都是预定值以上时，进行驱动扭矩的抑制，从而防止产生过大的实际驱动扭矩而将过负载提供给后差速齿轮16。
设定上述(3)的条件的理由是，本来，本控制以车辆是低车速的起步时为对象。
设定上述(4)的条件的理由是，当在爬坡角超过所述预定值的状态下进行分配给后轮Wr、Wr的驱动扭矩的限制时，存在不能在陡坡的上坡路上爬坡而使爬坡性能下降的可能性。
另外，上述(4)的条件不是必须的，可以当仅上述(1)、(2)、(3)的条件成立时，进行分配给后轮Wr、Wr的驱动扭矩的抑制。
图5的流程图总括了上述作用，当在步骤S1中左右的后轮Wr、Wr的目标分配扭矩是300kgfm以上，在步骤S2中左右的扭矩分配离合器40、40的旋转差都是300rpm以上，在步骤S3中车体速度是5km/h以下，在步骤S4中路面的爬坡角是0.2G以下时，在步骤S5中限制所述目标分配扭矩的上限值，当所述步骤S1～步骤S4的条件均不成立时，由于在步骤S6中不限制所述目标分配扭矩的上限值，因而不会使前后不同附着率μ路面上的车辆的越野性和爬坡路的爬坡性下降，可防止向后轮Wr、Wr分配过大的实际驱动扭矩而使后差速齿轮16的耐久性下降。而且由于无需减少发动机E的输出扭矩，因而可将车辆的起步性能的下降抑制到最小限度。
以上，说明了本发明的实施方式，然而本发明可在不背离其主旨的范围内进行各种设计变更。
例如，本发明的驱动源不限于实施方式的发动机E，可以是电动机和发电机或者发动机E以及电动机和发电机的组合。
并且，车体速度检测单元52a可以根据前轮Wf、Wf和后轮Wr、Wr的车轮速度估计车体速度。
并且，实施方式的四轮驱动车辆具有增速装置14，然而增速装置14不一定需要，能省略。
并且，实施方式的四轮驱动车辆具有自动变速器T，然而也可以具有手动变速器或无级变速器(CVT)。

Claims (2)

1.一种四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置，该四轮驱动车辆具有：与输出驱动扭矩的驱动源（E）连接的变速器（T）；左右的主驱动轮（Wf），它们经由差速齿轮（11）以及左右的驱动轴（12）与所述变速器（T）连接；以及经由左右的扭矩分配离合器（40）被传递所述驱动扭矩的左右的副驱动轮（Wr），根据车辆行驶状态控制由所述左右的扭矩分配离合器（40）传递到所述左右的副驱动轮（Wr）的副驱动轮分配扭矩，其特征在于，
所述四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置具有：
车体速度检测单元（52a），其检测车体速度；
车轮速度检测单元（Uc），其检测所述主驱动轮（Wf）和所述副驱动轮（Wr）的车轮速度；
副驱动轮分配扭矩计算单元（56），其根据基于所述车轮速度检测单元（Uc）的输出而计算出的所述主驱动轮（Wf）与所述副驱动轮（Wr）之间的旋转差，计算所述副驱动轮分配扭矩；以及
扭矩限制单元（60），当所述副驱动轮分配扭矩计算单元（56）计算出的所述副驱动轮分配扭矩是预定值以上、左扭矩分配离合器（40）的旋转差和右扭矩分配离合器（40）的旋转差都是预定值以上、且所述车体速度检测单元（52a）检测出的车体速度是预定值以下时，所述扭矩限制单元（60）限制所述副驱动轮分配扭矩的上限值。
2.根据权利要求1所述的四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置，其特征在于，所述四轮驱动车辆的扭矩分配控制装置具有检测路面的倾斜角度的路面倾斜角度检测单元（58），当所述路面倾斜角度检测单元（58）检测出的路面的倾斜角度是预定值以下时，所述扭矩限制单元（60）限制所述副驱动轮分配扭矩的上限值。
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