CN107891744B - 驱动力传递装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驱动力传递装置的控制装置，搭载于四轮驱动车(1)，四轮驱动车(1)具有始终被传递发动机(11)的驱动力的主驱动轮及经由驱动力传递装置(2)而被传递驱动力的辅助驱动轮，驱动力传递装置的控制装置包括：驱动力控制器(112)，根据四轮驱动车(1)的行驶状态及路面状态来运算表示经由驱动力传递装置(2)应向辅助驱动轮传递的驱动力的指令转矩，并基于该指令转矩来控制驱动力传递装置(2)；及路面状态判定器(111)，在车速为规定值以上且主驱动轮的滑移率小于规定值的非滑移状态的持续时间成为规定时间以上时，判定为路面状态是高μ状态。

Description

驱动力传递装置的控制装置
技术领域
本发明涉及搭载于四轮驱动车的驱动力传递装置的控制装置。
背景技术
以往，在具有始终被传递驱动源的驱动力的左右一对主驱动轮、及能够根据行驶状态被调节地传递有驱动源的驱动力的左右一对辅助驱动轮的四轮驱动车中，搭载有向辅助驱动轮传递驱动力的驱动力传递装置及对该驱动力传递装置进行控制的控制装置。这样的控制装置具备判定路面是低μ状态(低摩擦系数状态)还是高μ状态(高摩擦系数状态)的功能，并基于其判定结果来控制驱动力传递装置。例如，参照日本特开2004-338685号公报。
日本特开2004-338685号公报记载的控制装置(驱动力分配控制装置)基于车轮的滑移率和加速操作量来运算与路面的摩擦系数相关的低μ信息量，在低μ信息量超过加法判定阈值时，将低μ信息量与计数值相加，在低μ信息量为加法判定阈值以下时，从计数值减去常数。并且，在计数值超过低μ路判定阈值时，判定为低μ状态。
在日本特开2004-338685号公报记载的控制装置中，基于车轮的滑移率和加速操作量来运算与路面的摩擦系数相关的低μ信息量，因此例如在平坦的路面上以恒定的速度直行的常规行驶时那样加速操作量小的情况下，有时未必能准确地判定路面状态。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种驱动力传递装置的控制装置，即使四轮驱动车为常规行驶状态其也能够适当地判定路面状态。
本发明的一方式的驱动力传递装置的控制装置搭载于四轮驱动车，所述四轮驱动车具有左右一对主驱动轮及左右一对辅助驱动轮，所述左右一对主驱动轮始终被传递驱动源的驱动力，所述驱动源的驱动力以能够经由驱动力传递装置调节的方式向左右一对辅助驱动轮传递，其中，所述驱动力传递装置的控制装置包括：
驱动力控制器，根据所述四轮驱动车的行驶状态及路面状态来运算指令转矩，并基于所述指令转矩来控制所述驱动力传递装置，所述指令转矩表示经由所述驱动力传递装置应向所述左右一对辅助驱动轮传递的驱动力；及
路面状态判定器，在非滑移状态的持续时间成为规定时间以上时，判定为所述路面状态是高μ状态，所述非滑移状态是车速为规定值以上且所述左右一对主驱动轮的滑移率都小于规定值的状态。
根据上述方式的驱动力传递装置的控制装置，即使四轮驱动车为常规行驶状态也能够适当地判定路面状态。
附图说明
前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，其中，相同的标号表示相同的部件。
图1是表示搭载有本发明的实施方式的驱动力传递装置的四轮驱动车的概略的构成例的概略构成图。
图2是表示驱动力传递装置的构成例的剖视图。
图3是表示控制装置的功能结构的功能框图。
图4是表示控制装置执行的处理的步骤的一例的流程图。
具体实施方式
关于本发明的实施方式，参照图1至图4进行说明。
图1是表示搭载有本发明的实施方式的驱动力传递装置的四轮驱动车的概略的构成例的概略构成图。
如图1所示，四轮驱动车1具备车身100、产生行驶用的转矩的作为驱动源的发动机11、对发动机11的输出进行变速的变速器12、方向盘180、始终被传递由变速器12变速后的发动机11的驱动力的作为主驱动轮的左右前轮181、182、根据四轮驱动车1的行驶状态等而被传递发动机11的驱动力的作为辅助驱动轮的左右后轮191、192。该四轮驱动车1能够切换向左右前轮181、182及左右后轮191、192传递发动机11的驱动力的四轮驱动状态与仅向左右前轮181、182传递驱动力的二轮驱动状态。而且，左右前轮181、182也是通过方向盘180的转向操作而被转向的转向轮。
另外，在四轮驱动车1搭载有前差速器13、传动轴14、后差速器15、左右的前轮侧的驱动轴161、162、左右的后轮侧的驱动轴171、172、配置于传动轴14与后差速器15之间的驱动力传递装置2、对驱动力传递装置2进行控制的控制装置10。控制装置10也作为判定四轮驱动车1行驶的路面的状态是高μ状态还是低μ状态的路面状态判定器发挥功能。
发动机11的驱动力经由变速器12、前差速器13及左右的前轮侧的驱动轴161、162向左右前轮181、182传递。前差速器13具有与左右的前轮侧的驱动轴161、162分别不能相对旋转地连结的一对侧齿轮131、131、使齿轮轴正交地与一对侧齿轮131、131啮合的一对龆轮132、132、支承一对龆轮132、132的龆轮轴133、收容这些构件的前差速器壳体134。
在前差速器壳体134固定有齿圈135，该齿圈135与在传动轴14的车辆前方侧的端部设置的龆轮141啮合。传动轴14的车辆后方侧的端部与驱动力传递装置2的外壳20连结。驱动力传递装置2具有与外壳20能够相对旋转地配置的内轴23，与从控制装置10供给的励磁电流对应的驱动力经由与内轴23不能相对旋转地连结的龆轮轴150向后差速器15传递。关于驱动力传递装置2的详情，在后文叙述。
后差速器15具有与左右的后轮侧的驱动轴171、172分别不能相对旋转地连结的一对侧齿轮151、151、使齿轮轴正交地与一对侧齿轮151、151啮合的一对龆轮152、152、支承一对龆轮152、152的龆轮轴153、收容这些构件的后差速器壳体154、固定于后差速器壳体154而与龆轮轴150啮合的齿圈155。
控制装置10基于分别检测左右前轮181、182及左右后轮191、192的转速的转速传感器71～74、用于检测加速踏板110的踏入量的加速踏板传感器75、以及用于检测方向盘180的旋转角(转向角)的转向角传感器76的输出信号，能够检测四轮驱动车1的行驶状态。转速传感器71～74是例如固定在与车轮一体旋转的轮毂单元的毂轮上的检测环形脉冲产生器的磁极的磁传感器，控制装置10基于转速传感器71～74的输出信号而对于在规定时间内产生的磁极的变化的次数进行计数，由此能够检测各车轮的转速。并且，控制装置10根据四轮驱动车1的行驶状态及后述的路面状态来控制驱动力传递装置2。
更具体而言，控制装置10以例如左右前轮181、182的平均转速与左右后轮191、192的平均转速之差越大，而且加速踏板110的踏入量越大，则将越大的驱动力向左右后轮191、192传递的方式控制驱动力传递装置2。而且，控制装置10在路面状态为低μ状态的情况下，为了提高行驶稳定性，以变为相比高μ状态的情况下提高了向左右后轮191、192分配的驱动力的比例的四轮驱动倾向的方式控制驱动力传递装置2。
驱动力传递装置2从传动轴14向后差速器15侧传递与从控制装置10供给的励磁电流对应的驱动力。控制装置10例如通过PWM控制而使励磁电流增减，由此能够调节经由驱动力传递装置2向左右后轮191、192传递的驱动力。
图2是表示驱动力传递装置2的构成例的剖视图。在图2中，比旋转轴线O靠上侧示出驱动力传递装置2的工作状态(转矩传递状态)，比旋转轴线O靠下侧示出驱动力传递装置2的非工作状态(转矩非传递状态)。以下，将与旋转轴线O平行的方向称为轴向。
驱动力传递装置2具有：由前外壳21及后外壳22构成的作为外侧旋转构件的外壳20；在与外壳20相同的轴上被支承为能够相对旋转的作为内侧旋转构件的筒状的内轴23；在外壳20与内轴23之间传递驱动力的主离合器3；产生按压主离合器3的按压力的凸轮机构4；接受前外壳21的旋转力而使凸轮机构4工作的电磁离合器机构5。在外壳20的内部空间封入有图示省略的润滑油。凸轮机构4是向主离合器3施加按压力的按压机构的一方式。
前外壳21是一体地具有圆筒状的筒部21a和底部21b的有底圆筒状。在筒部21a的开口端部的内表面形成有内螺纹部21c。而且，前外壳21由铝等非磁性金属材料构成，在底部21b经由例如十字接头而连结有传动轴14(参照图1)。
前外壳21在筒部21a的内周面具有沿轴向延伸的多个外周花键突起211。外周花键突起211朝向外壳20及内轴23的旋转轴线O(图1所示)而向径向内侧突出。
后外壳22包括：由铁等磁性材料构成的第一环状构件221；通过焊接等而一体地结合于第一环状构件221的内周侧的由奥氏体系不锈钢等非磁性材料构成的第二环状构件222；及通过焊接等而一体地结合于第二环状构件222的内周侧的由铁等磁性材料构成的第三环状构件223。在第一环状构件221与第三环状构件223之间形成有收容电磁线圈53的环状的收容空间22a。而且，在第一环状构件221的外周面形成有与前外壳21的内螺纹部21c螺合的外螺纹部221a。
内轴23由滚珠轴承61及滚针轴承62支承于外壳20的内周侧。内轴23在外周面具有沿轴向延伸的多个内周花键突起231。而且，在内轴23的一端部的内表面形成有与龆轮轴150(参照图1)的一端部不能相对旋转地嵌合的花键嵌合部232。
主离合器3是具有沿轴向交替地配置的多个主外离合器片31及多个主内离合器片32的摩擦离合器。主外离合器片31与主内离合器片32的摩擦滑动由封入于外壳20与内轴23之间的图示省略的润滑油来润滑，能抑制磨损、烧结。
主外离合器片31在外周端部具有与前外壳21的外周花键突起211卡合的多个卡合突起311。主外离合器片31通过卡合突起311与外周花键突起211卡合而与前外壳21的相对旋转受到限制，且相对于前外壳21能够沿轴向移动。
主内离合器片32在外周端部具有多个卡合突起321，这多个卡合突起321具有周向的松动地与内轴23的内周花键突起231卡合。而且，在主内离合器片32的比主外离合器片31靠内侧形成有使润滑油流通的多个油孔322。主内离合器片32通过卡合突起321与内周花键突起231卡合而与内轴23的相对旋转受到限制，且相对于内轴23能够沿轴向移动。
凸轮机构4具有：经由电磁离合器机构5而接受外壳20的旋转力的先导凸轮41；将主离合器3沿轴向按压的作为按压构件的主凸轮42；配置在先导凸轮41与主凸轮42之间的多个球状的凸轮球43。
主凸轮42一体地具有：与主离合器3的一端的主内离合器片32接触而按压主离合器3的环板状的按压部421；相比按压部421而设置在主凸轮42的内周侧的凸轮部422。在按压部421的内周端部形成的花键卡合部421a与内轴23的内周花键突起231卡合，而主凸轮42与内轴23的相对旋转受到限制。而且，主凸轮42由配置在其与形成于内轴23的台阶面23a之间的蝶形弹簧44以从主离合器3沿轴向分离的方式被施力。
先导凸轮41在外周端部具有从电磁离合器机构5接受相对于主凸轮42进行相对旋转的旋转力的花键卡合部411。在先导凸轮41与后外壳22的第三环状构件223之间配置有推力滚针轴承45。
在先导凸轮41与主凸轮42的凸轮部422相对的相对面上形成有轴向的深度沿周向变化的多个凸轮槽41a、422a。凸轮球43配置在先导凸轮41的凸轮槽41a与主凸轮42的凸轮槽422a之间。并且，凸轮机构4通过先导凸轮41相对于主凸轮42进行相对旋转而产生按压主离合器3的轴向的按压力。主离合器3从凸轮机构4接受按压力而主外离合器片31与主内离合器片32进行摩擦接触，通过其摩擦力来传递驱动力。
电磁离合器机构5具有电枢50、多个先导外离合器片51、多个先导内离合器片52、电磁线圈53。
电磁线圈53保持于由磁性材料构成的环状的磁轭530，收容于后外壳22的收容空间22a。磁轭530通过滚珠轴承63而支承于后外壳22的第三环状构件223，其外周面与第一环状构件221的内周面相对。而且，磁轭530的内周面与第三环状构件223的外周面相对。经由电线531从控制装置10向电磁线圈53供给励磁电流。
多个先导外离合器片51及多个先导内离合器片52在电枢50与后外壳22之间沿轴向交替配置。在先导外离合器片51及先导内离合器片52的径向的中央部形成有用于防止由于电磁线圈53的通电而产生的磁通的短路的多个圆弧状的狭缝。
先导外离合器片51在外周端部具有与前外壳21的外周花键突起211卡合的多个卡合突起511。先导内离合器片52在内周端部具有与先导凸轮41的花键卡合部411卡合的多个卡合突起521。
电枢50是由铁等磁性材料构成的环状的构件，在外周部形成有与前外壳21的外周花键突起211卡合的多个卡合突起501。由此，电枢50相对于前外壳21能够沿轴向移动，且相对于前外壳21的相对旋转受到限制。
如上所述构成的驱动力传递装置2利用通过向电磁线圈53供给励磁电流而产生的磁力将电枢50向后外壳22侧拉近，先导外离合器片51与先导内离合器片52进行摩擦接触。由此，外壳20的旋转力向先导凸轮41传递，先导凸轮41相对于主凸轮42进行相对旋转，凸轮球43在凸轮槽41a、422a上滚动。通过该凸轮球43的滚动，在主凸轮42产生按压主离合器3的凸轮推力，在多个主外离合器片31与多个主内离合器片32之间产生摩擦力。并且，通过该摩擦力，在外壳20与内轴23之间传递转矩。由主离合器3传递的转矩根据向电磁线圈53供给的励磁电流而增减。
控制装置10具有作为运算处理装置的CPU101、由ROM或RAM等半导体存储元件构成的存储部102。CPU101执行存储于存储部102的程序。
图3是表示控制装置10的功能结构的功能框图。CPU101通过执行存储于存储部102的程序而作为路面状态判定器111及驱动力控制器112发挥功能。路面状态判定器111判定路面状态是干燥路等高μ状态还是压雪路或冻结路等低μ状态。驱动力控制器112根据四轮驱动车1的行驶状态及四轮驱动车1行驶的路面的状态，来运算经由驱动力传递装置2应向左右后轮191、192传递的指令转矩，基于该指令转矩来控制驱动力传递装置2。具体而言，向驱动力传递装置2的电磁线圈53供给与指令转矩对应的励磁电流。
在本实施方式中，路面状态判定器111在外部气温为规定温度以上时或轮胎反力为规定值以上时，或者车速为规定的阈值以上且左右前轮181、182的滑移率都小于规定的阈值的非滑移状态的持续时间成为规定时间以上时，判定为路面状态为高μ状态。以下，参照图4，详细说明路面状态判定器111执行的处理。
图4是表示控制装置10的CPU101作为路面状态判定器111而执行的主要的处理的执行步骤的一例的流程图。CPU101作为路面状态判定器111，每隔规定的控制周期(例如5ms)而反复进行该流程图所示的处理。
在1个控制周期中，路面状态判定器111首先关于左右前轮181、182分别运算滑移率(步骤S1)。在本实施方式中，如下述式(1)所示，基于车身速度ν、左前轮181的车轮速ω1、根据转向角
Figure BDA0001423819160000093
而确定的转弯校正项Φ来运算左前轮181的滑移率δ1。而且，如下述式(2)所示，基于车身速度ν、右前轮182的车轮速ω2、转弯校正项Φ来运算右前轮182的滑移率δ2。
Figure BDA0001423819160000091
Figure BDA0001423819160000092
在此，车身速度ν是在左右前轮181、182及左右后轮191、192各车轮未发生滑移时的车身100的移动速度，例如能够基于左右前轮181、182及左右后轮191、192中的转速最慢的车轮的转速求出。车轮速ω1是基于各车轮未发生滑移时的左前轮181的转速及车轮径而求出的车速。而且，转弯校正项Φ用于校正由转弯引起的前后及左右的车轮的转速差产生的影响。
例如在转向角
Figure BDA0001423819160000103
为0的状态(转弯校正项Φ＝0)下，四轮驱动车1仍停止(车身速度ν＝0)，左前轮181进行空转(车轮速ω1>0)时，左前轮181的滑移率δ1成为1，在左前轮181未滑移时，左前轮181的滑移率δ1成为0。关于右前轮182的滑移率δ2也同样。
接下来，路面状态判定器111运算μ运算值(步骤S2)。在此，μ运算值是与发动机11的输出轴(曲轴)的旋转由变速器12变速而输出的转矩(总驱动力)中的向左右前轮181、182分配的驱动力成比例的值，是在四轮驱动车1的车速为大致恒定的直行状态且左右前轮181、182及左右后轮191、192未发生滑移的状态(将该状态称为“常规行驶状态”)时推定为路面摩擦系数至少比该值大的运算值。在本实施方式中，通过下述式(3)所示的运算式来运算μ运算值。
Figure BDA0001423819160000101
其中，
Figure BDA0001423819160000102
在此，式(3)的分子是从总驱动力减去经由驱动力传递装置2向左右后轮191、192分配的驱动力的值，因此相当于向作为主驱动轮的左右前轮181、182分配的驱动力。而且，“前轮轴载荷”是作用于左右前轮181、182的轴载荷，“轮胎半径”是左右前轮181、182的轮胎的半径。而且，“传动轴齿轮比”是与传动轴14一体旋转的龆轮141和齿圈135之间的齿轮比。
接下来，路面状态判定器111判定是否通过步骤S1运算的滑移率(滑移率δ1及滑移率δ2)都小于阈值且车速超过阈值(步骤S3)。在滑移率小于阈值且车速超过阈值时(步骤S3：是)，路面状态判定器111将计时器值T加上规定值ΔT(步骤S4)。该规定值ΔT是与前述的控制周期(例如5ms)对应的值。另一方面，在滑移率为阈值以上(滑移率δ1及滑移率δ2中的任一个为阈值以上)时或者车速为阈值以下时(步骤S3：否)，路面状态判定器111将计时器值T设为0(步骤S5)。
接下来，路面状态判定器111判定外部气温是否为规定的阈值以上(步骤S6)。外部气温的信息例如经由Controller Area Network(CAN)等车内通信网而能够取得外部气温计或发动机吸气温度计的测定结果。而且，步骤S6的阈值是路面会发生冻结的温度(例如0℃)。
在步骤S6的判定中外部气温小于阈值时(步骤S6：否)，路面状态判定器111判定轮胎反力是否为规定的阈值以上(步骤S8)。轮胎反力是从路面向左右前轮181、182的轮胎施加的外力，例如通过设置在使左右前轮181、182转向的转向装置上的轮胎反力传感器能够检测。轮胎反力在常规行驶时或由于路面的冻结等而路面摩擦系数极低时，成为接近于0的值。步骤S8的阈值设定为在压雪路或冻结路等中不会发生的轮胎反力的值。
路面状态判定器111在轮胎反力小于规定的阈值时(步骤S8：否)，判定计时器值T是否小于规定的阈值(步骤S9)。该阈值为例如60秒。
在外部气温为规定的阈值以上时(步骤S6：是)，或者轮胎反力为规定的阈值以上时(步骤S8：是)，或者计时器值T为规定的阈值以上时(步骤S9：否)，路面状态判定器111判定为路面状态为高μ状态(步骤S7)，结束处理。即，路面状态判定器111即使在外部气温小于规定的阈值(步骤S6：否)且轮胎反力小于规定的阈值(步骤S8：否)的情况下，在车速为规定值以上且左右前轮181、182的滑移率都小于规定值的非滑移状态的持续时间成为规定时间以上时，也判定为路面状态为高μ状态。
另外，在计时器值T小于规定的阈值时(步骤S9：是)，路面状态判定器111判断是否将通过步骤S2运算的μ运算值反映到后述的步骤S12的判定处理使用的μ判定值中(步骤S10)。在本实施方式中，在四轮驱动车1为常规行驶状态时，判断为将μ运算值反映到μ判定值中。四轮驱动车1为常规行驶状态的情况能够基于转速传感器71～74或转向角传感器76的检测结果而检测。在步骤S10中，在判断为将μ运算值反映到μ判定值中时(步骤S10：是)，路面状态判定器111将通过步骤S2运算的μ运算值代入到μ判定值中(步骤S11)。
接下来，路面状态判定器111判定μ判定值是否为规定的阈值以上(步骤S12)。如果该判定的结果是μ判定值为阈值以上(步骤S12：是)，则路面状态判定器111判定为路面状态为高μ状态(步骤S7)，如果μ判定值小于阈值(步骤S12：否)，则路面状态判定器111判定为路面状态为低μ状态(步骤S13)。需要说明的是，在判断为不将μ运算值反映到μ判定值中时(步骤S10：否)，不将μ运算值代入μ判定值，因此基于上次的控制周期以前的μ判定值来执行步骤S12的判定处理。
根据以上说明的本发明的实施方式，在车速为规定值(步骤S3的车速的阈值)以上且左右前轮181、182的滑移率都小于规定值(步骤S3的滑移率的阈值)的非滑移状态的持续时间成为了规定时间(步骤S9的阈值)以上时，判定为路面状态为高μ状态。即，即使四轮驱动车1为常规行驶状态，由于非滑移状态持续规定时间以上而能够判定为路面状态为高μ状态，因此即使为常规行驶状态也能够适当地判定路面状态。
此外，路面状态判定器111在外部气温为规定温度以上时或者左右前轮181、182的轮胎反力为规定值以上时，无论非滑移状态的持续时间如何，都判定为路面状态为高μ状态，因此在外部气温为规定温度以上时或轮胎反力为规定值以上时，能够快速地判定路面状态。
另外，本发明在不脱离其主旨的范围内能够适当变形实施。例如，在上述的实施方式中，说明了将通过路面状态判定器111判定的路面状态的结果使用于基于驱动力控制器112的驱动力传递装置2的控制的情况，但是并不局限于此，可以将通过路面状态判定器111判定的路面状态的结果向对于驱动力传递装置2以外的车载装置(例如，变速器12)进行控制的控制装置输出。而且，四轮驱动车1的驱动力传递系统的结构并不局限于图1例示的结构，只要是通过驱动力传递装置能够调节向辅助驱动轮传递的驱动力即可，可以在各种结构的四轮驱动车中适用本发明。

Claims (2)

1.一种驱动力传递装置的控制装置，搭载于四轮驱动车，所述四轮驱动车具有左右一对主驱动轮及左右一对辅助驱动轮，所述左右一对主驱动轮始终被传递驱动源的驱动力，所述驱动源的驱动力以能够经由驱动力传递装置调节的方式向左右一对辅助驱动轮传递，其中，所述驱动力传递装置的控制装置包括：
驱动力控制器，根据所述四轮驱动车的行驶状态及路面状态来运算指令转矩，并基于所述指令转矩来控制所述驱动力传递装置，所述指令转矩表示经由所述驱动力传递装置应向所述左右一对辅助驱动轮传递的驱动力；及
路面状态判定器，在非滑移状态的持续时间成为规定时间以上时，判定为所述路面状态是高摩擦系数状态，所述非滑移状态是车速为规定值以上且所述左右一对主驱动轮的滑移率都小于规定值的状态。
2.根据权利要求1所述的驱动力传递装置的控制装置，其中，
所述路面状态判定器在外部空气温度为规定温度以上的情况下或左右一对转向轮的轮胎接地反力为规定值以上的情况下，无论非滑移状态的持续时间如何，都判定为所述路面状态是高摩擦系数状态。
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