JP2005143243A - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータと車輪との間に介装されたクラッチの寿命低下を抑えることが可能な車両の駆動力制御装置を提供する。
【解決手段】モータ４と、そのモータ４で駆動される後輪３Ｌ、３Ｒと、モータ４から後輪３Ｌ、３Ｒへの動力伝達経路に介装されるクラッチ１２とを備えた車両の駆動力制御装置である。後輪に急激な減速が掛かってクラッチ伝達トルクが限界トルクを越えるおそれあると判定するとモータのトルクを制限して、クラッチ伝達トルクが限界トルクを越えないようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータと車輪との間にクラッチを介挿した車両の駆動力制御装置に関するものである。

従来、前輪をエンジンで駆動し、後輪を電動モータで駆動可能とし、モータから後輪までのトルク伝達経路にクラッチが介装されている車両の駆動力制御装置としては、例えば特許文献１に記載されるものがある。そして、４輪駆動時には、クラッチが接続状態に制御されると共にモータが所定の駆動トルクに制御される。
特開平１１−２４３６０８号公報

ところで、クラッチが接続され且つモータで後輪を駆動している４輪駆動時に、急ブレーキなどで上記後輪が急減速すると、モータからクラッチに伝達されるトルクと後輪からクラッチに伝達されるトルクとが逆向きのトルクとなり、モータ側の慣性によってクラッチに過大なトルクが負荷されるおそれがある。過大なトルクがクラッチに負荷されることは、クラッチの寿命低下に繋がるおそれがある。特に、摩擦クラッチに比べ、ドグクラッチやワンウエイクラッチ等のメカニカルなクラッチの場合に寿命低下に繋がる。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、モータと車輪との間に介装されたクラッチの寿命低下を抑えることが可能な車両の駆動力制御装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、モータと、そのモータで駆動される車輪と、モータから車輪への動力伝達経路に介装されるクラッチとを備え、モータ駆動中はクラッチを接続状態に制御する車両の駆動力制御装置であって、クラッチの伝達トルクが当該クラッチの仕様に基づく限界トルクに近づいたことを検知若しくは推定するクラッチトルク状態判定手段と、クラッチトルク状態判定手段の検知若しくは推定に基づきクラッチの伝達トルクが限界トルクに近づいたと判定したら上記モータの駆動トルクを制限するモータトルク制限手段と、を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、クラッチに負荷されるトルクが過大となる際にモータの駆動トルクが小さく又は負となるように制限されるので、クラッチ伝達トルクが抑制される。これによって、クラッチに過大なトルクが負荷されることを防止したり、過大なトルクの負荷時間を短くすることが出来る結果、クラッチの寿命低下を抑えることができる。

次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る車両のシステム構成を説明する図である。
この図１に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、内燃機関であるエンジン２（主駆動源）によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。
すなわち、エンジン２の出力トルクＴｅが、トランスミッション３０及びディファレンスギア３１を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達されるようになっている。
上記トランスミッション３０には、現在の変速のレンジを検出するシフト位置検出手段３２が設けられ、該シフト位置検出手段３２は、検出したシフト位置信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。

上記エンジン２の吸気管路１４（例えばインテークマニホールド）には、メインスロットルバルブ１５とサブスロットルバルブ１６が介装されている。メインスロットルバルブ１５は、アクセル開度指示装置（加速指示操作部）であるアクセルペダル１７の踏み込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。このメインスロットルバルブ１５は、アクセルペダル１７の踏み込み量に機械的に連動するか、あるいは当該アクセルペダル１７の踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ４０の踏み込み量検出値に応じて、エンジンコントローラ１８が電気的に調整制御することで、そのスロットル開度が調整される。上記アクセルセンサ４０の踏み込み量検出値は、４ＷＤコントローラ８にも出力される。

また、サブスロットルバルブ１６は、ステップモータ１９をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。上記ステップモータ１９の回転角は、モータコントローラ２０からの駆動信号によって調整制御される。なお、サブスロットルバルブ１６にはスロットルセンサが設けられており、このスロットルセンサで検出されるスロットル開度検出値に基づいて、上記ステップモータ１９のステップ数はフィードバック制御される。ここで、上記サブスロットルバルブ１６のスロットル開度をメインスロットルバルブ１５の開度以下等に調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作とは独立して、エンジン２の出力トルクを制御することができる。

また、エンジン２の回転数を検出するエンジン回転数検出センサ２１を備え、エンジン回転数検出センサ２１は、検出した信号をエンジンコントローラ１８及び４ＷＤコントローラ８に出力する。
また、符号３４は制動指示操作部を構成するブレーキペダルであって、そのブレーキペダル３４のストローク量がブレーキストロークセンサ３５によって検出される。該ブレーキストロークセンサ３５は、検出したブレーキストローク量を制動コントローラ３６及び４ＷＤコントローラ８に出力する。

制動コントローラ３６は、入力したブレーキストローク量に応じて、各車輪１Ｌ、２Ｒ、３Ｌ、３Ｒに装備したディスクブレーキなどの制動装置３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲを通じて、車両に作用する制動力を制御する。また、制動コントローラ３６は、後述のＡＢＳ装置からの信号を入力したときは、入力したブレーキストローク量に拘わらず制動力を制御する。

符号４２は、アンチスキットブレーキ制御を演算するＡＢＳ装置であって指令値を上記制動コントローラに３６に出力する。このＡＢＳ装置は、自動制動制御装置の一例であり、自動制動制御装置としては、この他、ＶＤＣ装置やＴＣＳ装置などを例示できる。
また、上記エンジン２の回転トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、上記発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｈで回転する。

上記発電機７は、図２に示すように、出力電圧Ｖを調整するための電圧調整器２２（レギュレータ）を備え、４ＷＤコントローラ８によって発電機制御指令値ｃ１（デューティ比）が制御されることで、界磁電流Ｉｆｈを通じて発電する電圧Ｖが制御される。すなわち、電圧調整器２２は、４ＷＤコントローラ８から発電機制御指令ｃ１を入力し、その発電機制御指令ｃ１に応じた値に発電機７の界磁電流Ｉｆｈを調整すると共に、発電機７の出力電圧Ｖを検出しつつ４ＷＤコントローラ８に出力可能となっている。なお、発電機７の回転数Ｎｈは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。

その発電機７が発電した電力は、電線９を介してモータ４に供給可能となっている。その電線９の途中にはジャンクションボックス１０が設けられている。上記モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。符号１３はデフを表す。
また、上記ジャンクションボックス１０内には電流センサ２３が設けられ、該電流センサ２３は、発電機７からモータ４に供給される電力の電流値Ｉａを検出し、当該検出した電機子電流信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。また、電線９を流れる電圧値（モータ４の電圧）が４ＷＤコントローラ８で検出される。符号２４は、リレーであり、４ＷＤコントローラ８から指令によってモータ４に供給される電圧（電流）の遮断及び接続が制御される。

また、モータ４は、４ＷＤコントローラ８からの指令によって界磁電流Ｉｆｍが制御され、その界磁電流Ｉｆｍの調整によって駆動トルクが目標モータトルクに調整される。なお、符号２５はモータ４の温度を測定するサーミスタである。さらに、上記モータ４の駆動軸の回転数Ｎｍを検出するモータ用回転数センサ２６を備え、該モータ用回転数センサ２６は、検出したモータ４の回転数信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。

また、本実施形態のクラッチ１２は、次に示すようなメカニカルな機構で接続・切断が行われるクラッチであって、４ＷＤコントローラ８からのクラッチ制御指令に応じて電磁クラッチ部１０６が接続状態又は切断状態となって、クラッチ１２の接続・切断の制御が行われるものである。
次に、そのクラッチ１２の機構・構成について図３及び模式図である図４を参照して説明する。

第１の回転部材である外輪部材１０１と第２の回転部材である内輪部材１００とが同軸に配置され、その内輪部材１００の外径面と外輪部材１０１の内径面との間の空間に係合子であるローラ１０２が周方向に沿って複数介挿されている。外輪部材１０１の内径面は円筒面となっているが、内輪部材１００の外径面には、周方向に沿って所定間隔毎にカム面１００ａが形成されている。該カム面１００ａは、例えば平坦面となることで、径方向で対向する外輪部材１０１の内径面との間に、それぞれ係合空間１０３を形成し、その係合空間１０３の円周方向両側が、両側に行くほど狭くなる楔空間１０３ａとなっている。なお、係合空間１０３は円周方向両側に楔空間１０３ａ（内輪部材１００と外輪部材１０２との対向距離がローラ１０２よりも小さくなる空間）が形成されれば、上記カム面１００ａは凹面形状などの他の輪郭形状の面となっていても良い。また、隣り合うカム面１００ａ同士は連続している必要はなく、所定間隔だけ開くようにして形成されていても良い。そして、上記各係合空間１０３内に上記ローラ１０２がそれぞれ配置されると共に、上記複数のローラ１０２は、上記内輪部材１００と外輪部材１０１との間に介在された保持器１０４の各ポケットに収容されている。すなわち、保持器１０４によって各ローラ１０２間の間隔が一定に規制されつまり周方向の位置が規制されている。保持器１０４は、スイッチバネ１０５を介して内輪部材１００に連結している。該スイッチバネ１０５は、保持器１０４に対して円周方向に向かうバネ力を発揮可能となっていて、保持器１０４のポケットに収容されている各ローラ１０２の位置が対応する係合空間１０３の略中央位置に配置される中立位置に向けて、保持器１０４を付与支持している。

さらに、上記クラッチ１２には、クラッチ操作部を構成する電磁クラッチ部１０６を備え、通電をオン（クラッチ制御電流オン）にすることで、上記保持器１０４を外輪部材１０１に接続状態（外輪部材１０１に対し保持器１０４を固定）とし、通電をオフ（クラッチ制御電流オフ）にすることで上記保持器１０４と外輪部材１０１とを非接続状態（外輪部材１０１に対し保持器１０４を解放）とする。符号１０７はアーマチュアを、符号１０８はローラ１０２を、符号１０９は電磁コイルをそれぞれ示している。

そして、上記外輪部材１０１がモータ４の駆動軸側に接続され、内輪部材１００が車輪側の回転軸に接続されている。
上記機構のクラッチ１２にあっては、上記保持器１０４が解放状態の場合には、ローラ１０２がスイッチバネ１０５の作用で係合空間１０３の中立位置に保持されることから、内輪部材１００と外輪部材１０１との間でローラ１０２を介したトルクの伝達は行われず、内輪部材１００と外輪部材１０１とは独立して回転可能な状態となっている。

一方、保持器１０４を固定状態とした場合には、内輪部材１００と外輪部材１０１との間の相対的な回転差によって内輪部材１００と保持器１０４との間に位相差が発生すると、上記スイッチバネ１０５の弾性力に抗してローラ１０２が左右の楔空間１０３ａの一方へ移動しその一方の楔空間１０３ａに噛み込む、つまり、内輪部材１００と外輪部材１０１との間にローラ１０２が噛み込むことで、内輪部材１００と外輪部材１０１との間でトルクの伝達が可能となる。なお、トルク伝達方向は、ローラ１０２が左右どちらの楔空間１０３ａに噛み込むかで異なる。

すなわち、上記構成のクラッチ１２にあっては、電磁クラッチ部１０６への通電のオン・オフ（クラッチ制御電流のオン・オフ）によって、クラッチ１２の接続・切断を制御する。
また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力する。

また、符号４１は、２輪駆動モードと４輪駆動モードのいずれかを指示する駆動モードスイッチであって、指示された駆動モード情報を４ＷＤコントローラ８に出力する。ここで、この駆動モードスイッチ４１は、運転者が直接指示することで選択される場合に限定されない。他の４輪駆動条件に応じて、２輪駆動モードと４輪駆動モードのいずれかが選択されるようになっていても良い。例えば、前輪１Ｌ、１Ｒに所定以上の加速スリップが生じたり、発進の際の所定時間だけ、自動的に４輪駆動モードとなるように設定されていても良い。

４ＷＤコントローラ８は、図５に示すように、４ＷＤコントローラ本体８Ａ、目標モータトルク算出部８Ｂ、モータトルク制限部８Ｃ、発電機制御部８Ｄ、リレー制御部８Ｅ、モータ制御部８Ｆ、及びクラッチ制御部８Ｇを備える。なお、図５には、後述の実施形態で使用される処理部であるクラッチ保護チェック部８Ｈも併記してある。
上記発電機制御部８Ｄは、電圧調整器２２を通じて、発電機７の発電電圧Ｖをモニターしながら、当該発電機７の発電機指令値ｃ１を出力して界磁電流Ｉｆｈを調整する。

リレー制御部８Ｅは、発電機７からモータ４への電力供給の遮断・接続を制御する。
モータ制御部８Ｆは、モータ４の界磁電流Ｉｆｍを調整することで、当該モータ４のトルクを所要の値に調整する。
クラッチ制御部８Ｇは、上記クラッチ１２の電磁クラッチ部１０６への通電のオン・オフによってクラッチ１２の状態を制御し、４輪駆動状態と判定している間は電磁クラッチ部１０６を通電状態とする。

また、４ＷＤコントローラ本体８Ａは、所定のサンプリング時間毎に、図６に示すような処理を行う。
まず、ステップＳ１０において、駆動モードスイッチ４１に基づき、４輪駆動モード状態か否かを判定し、４輪駆動モードの場合にはステップＳ２０に移行する。一方、２輪駆動モード若しくは２輪駆動モードへの移行の場合にはステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ２０では、シフト位置検出信号３１からの信号に基づいて、変速が駆動レンジ（Ｄ・Ｒ・１・２）つまり、パーキングやニュートラル以外のレンジか否かを判定し、駆動レンジつまりエンジン２から前輪１Ｌ、１Ｒにトルク伝達される状態若しくは次回の発進時に４輪駆動モードで発進すると判定した場合には、ステップＳ３０に移行し、そうでない場合には、２輪駆動に移行すべく、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ３０では、モータ回転数が仕様的に許容される回転数以内か否かを判定し、許容回転数の範囲で有ればステップＳ４０に移行し、許容限界を越えるおそれがある場合にはステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ４０では、モータトルク制限部８Ｃを起動して、続けてステップＳ５０にて、モータトルクの制限つまり抑制が行われたか否かを判定し、抑制が行われた場合にはステップＳ７０に移行し、抑制が行われない通常処理と判定すればステップＳ６０に移行する。

ステップＳ６０では、目標モータトルク算出部８Ｂを起動し、モータ４の目標モータトルクＴｍを求めた後にステップＳ７０に移行する。
ここで、目標モータトルク算出部８Ｂは、車速やアクセル開度などの諸条件に基づき目標モータトルクＴｍを算出する。また、車両が停止状態（車輪速がゼロ若しくは略ゼロの状態）の場合には、目標モータトルクＴｍを、次回の発進に備えて、後輪３Ｌ、３Ｒを駆動するだけのトルクはないが、モータ４から後輪３Ｌ、３Ｒまでに存在するガタ分を詰めることができるだけのモータトルクに設定する。また、車両走行中にクラッチオンする場合は、クラッチ入力側の回転数（モータ回転数／減速比）がクラッチ出力側の回転数（後左右輪の平均回転数）に近づくようにモータトルクを設定する。

ステップＳ７０では、モータ用回転数センサ２１が検出したモータ４の回転数Ｎｍに応じた目標モータ界磁電流Ｉｆｍを算出し、当該目標モータ界磁電流Ｉｆｍをモータ制御部８Ｃに出力した後、ステップＳ７５に移行する。
ステップＳ７５では、上記目標モータトルクＴｍ及び目標モータ界磁電流Ｉｆｍを変数として、マップなどに基づき、対応する目標電機子電流Ｉａを求め、ステップＳ８０に移行する。ステップＳ８０では、上記目標電機子電流Ｉａに基づき、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１を演算し出力した後に、ステップＳ８５に移行する。

ステップＳ８５では、クラッチ差回転、すなわちクラッチ入力側（モータ駆動側）回転数とクラッチ出力側（後輪側）回転数との差が所定値未満か否かを判定し、所定値未満ならステップＳ９０へ移行し、所定値以上なら復帰する。ここでの所定値はクラッチオン時に車両加速度が変化して運転者にショックが感じられないような値であって、実験や計算などによって求める。

ステップＳ９０では、クラッチ制御部８Ｇに対してクラッチ・オン指令を出力し、続けて、ステップＳ９５にて、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧに４輪駆動状態を示す「１」を代入して復帰する。
一方、２輪駆動状態、若しくは４輪駆動状態から２輪駆動状態への移行と判定されてステップＳ１２０に移行すると、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧが「０」か否かを判定し「０」である場合には、すでに２輪駆動状態であるのでモータ駆動制御を行うこと無く、処理を終了する。一方、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧが「０」以外の場合にはステップＳ１３０に移行する。ここで、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧの初期値は「０」に設定されている。

ステップＳ１３０では、クラッチ・オフ指令をクラッチ制御部８Ｇに出力して、クラッチ１２の制御状態を切断状態に変更してステップＳ１６０に移行する。ステップＳ１６０に移行すると、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧを２輪駆動状態を示す「０」に設定し田後にステップＳ１８０に移行する。
ステップＳ１８０では、モータ界磁電流をオフにするなどのモータをオフにする処理を実施した後、ステップＳ１９０にて発電機制御指令値であるｃ１をゼロに設定した後に、復帰する。

次に、モータトルク制限部８Ｃの処理を、図７に基づき説明する。
先ずステップＳ３００にて、現在のモータトルクＴｍａを算出してステップＳ３１０に移行する。
モータトルクＴｍａは、目標モータトルクＴｍを使用しても良いが、モータ電気子電流等の応答遅れを考慮して、本実施形態では、次の式によって実際のモータトルクを演算してＴｍａとしている。
Ｔｍａ＝Ｋａ×Φ×Ｉｆｍ×Ｉａ
ここで、
Ｋａ：モータの諸元で求まる定数
Φ ：磁束であり、モータの諸元で決まる定数
である。

モータ電機子電流Ｉａは、前回値を使用し且つ発電機７からモータ４へ流れる方向を正とする。また、モータ界磁電流Ｉｆｍは、前回値を使用し且つ電機子電流Ｉａが正のときにモータ４が車両前進方向のトルクを出力する方向を正としている。
ステップＳ３１０では、クラッチ加速度、つまり後輪３Ｌ、３Ｒの加速度αを求めてステップＳ３２０に移行する。なお、加速度αは、単位時間（例えばサンプリング時間）当たりの後輪３Ｌ、３Ｒの車輪速差から求めれば良い。

ここで、クラッチ伝達トルクＴＣは、次の式で表される。
ＴＣ＝ｒ×Ｔｍａ −ｓｉｇｎ（ＶＷｒ）×Ｔｆ −Ｉｃ×α／Ｒ・・・（１）
ｒ：減速機の減速比
ｓｉｇｎ（ＶＷｒ）：ｓｉｇｎ（）は符号関数で、
ＶＷｒが正の値なら「＋１」，ＶＷｒがゼロなら「０」，ＶＷｒが負の値なら「−１」を返す。
Ｔｆ：クラッチからモータ側のフリクションで、実測により求めることができる定数
Ｉｃ：クラッチのモータ側の慣性モーメント、実測や計算により求められる定数
Ｒ：後輪のタイヤ半径

したがって、ＶＷｒ＞０、つまり車両が前進している場合には、
ＴＣ＝ｒ×Ｔｍａ −Ｔｆ −Ｉｃ×α／Ｒ ・・・（２）
ＶＷｒ＜０、つまり車両が後退している場合には、
ＴＣ＝ｒ×Ｔｍａ ＋Ｔｆ −Ｉｃ×α／Ｒ ・・・（３）
と表される。

このため、以下の処理では、車両が前進しているか否かによってステップＳ３３０〜Ｓ３８０の処理と、ステップＳ４００〜４５０の処理に分かれる。なお、車輪停止状態は、簡便のために車両後退時としている。
すなわち、ステップＳ３２０にて、車両が前進中か否かを判定し、前進中と判定した場合にはステップＳ３３０に移行し、そうでないと判定した場合にはステップＳ４００に移行する。

ステップＳ３３０では、上記（２）式に基づき現在のクラッチ伝達トルクＴＣを算出してステップＳ３４０に移行する。
ステップＳ３４０では、クラッチ伝達トルクＴＣが許容下限トルクＴＣｄｒｇより小さいか否かを判定し、小さいと判定した場合にはステップＳ３５０に移行し、小さくない場合にはステップＳ３６０に移行する。

上記許容下限トルクＴＣｄｒｇは、モータトルクの制御遅れによるアンダーシュートでクラッチ伝達トルクＴＣがマイナス値とならないと想定される値である。
ステップＳ３５０では、下記式に基づき、クラッチ伝達トルクＴＣが上記許容下限トルクＴＣｄｒｇとなるモータトルクに目標モータトルクＴｍを設定して、ステップＳ３８０に移行する。なお、クラッチ伝達トルクＴＣが上記許容下限トルクＴＣｄｒｇ以上となればよいので、下記式で求まる値よりも大きなモータトルク値となるように演算しても良い。
Ｔｍ＝（ＴＣｄｇｒ＋Ｔｆ＋Ｉｃ×α／Ｒ）／ｒ

ステップＳ３８０では、モータトルク制限フラグＴｍＦＬＧに「１」を代入して処理を終了する。
一方、ステップＳ３６０では、クラッチ伝達トルクＴＣが許容上限トルクＴＣｄｍｇより大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合にはステップＳ３７０に移行し、大きくないと判定した場合にはステップＳ３９０に移行する。
上記許容上限トルクＴＣｄｍｇは、クラッチ１２の仕様等から決まる、クラッチ伝達トルクＴＣの限界トルクに対しモータトルクの制御マージン分だけ余裕のある（小さい）値であり、モータトルクの制御遅れによるオーバーシュートで上記限界トルクを確実に越えない値である。

ステップＳ３７０では、下記式に基づき、クラッチ伝達トルクＴＣが許容上限トルクＴＣｄｍｇとなるモータトルクに目標モータトルクＴｍを設定してステップＳ３８０に移行する。クラッチ伝達トルクＴＣが上記許容下限トルクＴＣｄｍｇ以下となればよいので、下記式で求まる値よりも小さなモータトルク値となるように演算しても良い。
Ｔｍ＝（ＴＣｄｍｇ＋Ｔｆ＋Ｉｃ×α／Ｒ）／ｒ

また、ステップＳ３９０では、モータトルク制限フラグＴｍＦＬＧに「０」を代入して処理を終了する。
一方、ステップＳ３２０にて車両が後退走行と判定されてステップＳ４００に移行すると、上記（３）式に基づき現在のクラッチ伝達トルクＴＣを算出してステップＳ４１０に移行する。
ステップＳ４１０では、クラッチ伝達トルクＴＣがマイナス側の許容下限トルク−ＴＣｄｒｇより大きいか（絶対値では小さいか）否かを判定し、大きいと判定した場合にはステップＳ４２０に移行し、大きくない場合にはステップＳ４３０に移行する。

ステップＳ４２０では、下記式に基づき、クラッチ伝達トルクＴＣが上記マイナス側の許容下限トルクＴＣｄｒｇとなるモータトルクに目標モータトルクＴｍを設定して、ステップＳ４５０に移行する。なお、クラッチ伝達トルクＴＣが上記許容下限トルクＴＣｄｒｇ以下となればよいので、下記式で求まる値よりも小さなモータトルク値となるように演算しても良い。
Ｔｍ＝（−ＴＣｄｇｒ−Ｔｆ＋Ｉｃ×α／Ｒ）／ｒ
ステップＳ４５０では、モータトルク制限フラグＴｍＦＬＧに「１」を代入して処理を終了する。

一方、ステップＳ４３０では、クラッチ伝達トルクＴＣがマイナス側の許容上限トルク−ＴＣｄｍｇより小さいか否かを判定し、小さいと判定した場合にはステップＳ４４０に移行し、小さくないと判定した場合にはステップＳ３９０に移行する。
ステップＳ４４０では、下記式に基づき、クラッチ伝達トルクＴＣがマイナス側の許容上限トルク−ＴＣｄｍｇとなるモータトルクに目標モータトルクＴｍを設定してステップＳ４５０に移行する。クラッチ伝達トルクＴＣが上記許容下限トルクＴＣｄｍｇ以上となればよいので、下記式で求まる値よりも大きなモータトルク値となるように演算しても良い。
Ｔｍ＝（−ＴＣｄｍｇ−Ｔｆ＋Ｉｃ×α／Ｒ）／ｒ

また、ステップＳ３９０では、モータトルク制限フラグＴｍＦＬＧに「０」を代入して処理を終了する。
ここで、上記ステップＳ３４０及びＳ４１０がクラッチトルク状態判定手段を構成し、ステップＳ３５０及びＳ４２０がモータトルク抑制手段を構成する。
なお、エンジンコントローラ１８では、アクセル開度や車速などに基づき制御量（スロットル開度など）を演算してエンジンを目標出力トルクに制御する。また、車両が停止状態であっても、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１がゼロより大きければ、発電機７を作動させるだけの出力トルクを出せるだけの制御量を演算してエンジン２を稼働させる。

次に、上記構成の装置における作用などについて説明する。
運転者による４輪駆動モードの選択や、予め決められた４輪駆動条件に合致と自動判定されると、車速やアクセル開度、前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップ量などに応じたモータトルクでモータ４が駆動されることで、４輪駆動状態となって車両の加速性が向上する。
また、この４輪駆動状態から、駆動モードスイッチ４１が２輪駆動モードに切り替わると、２輪駆動状態への移行処理として、クラッチ１２が切断状態に制御されると共にモータ４の停止処理が行われる。

ここで、本実施形態で採用する上記クラッチ１２の作動について説明すると、電磁クラッチ部１０６が通電状態となると、保持器１０４を介して各ローラ１０２の円周方向位置が外輪に拘束（固定）された状態となる。この状態でモータ４からの駆動トルクが外輪部材１０１に伝達されると、外輪部材１０１及びローラ１０２と内輪部材１００との間に位相差が発生し、相対的に係合空間１０３の中央部に位置していた各ローラ１０２がそれぞれ左側の楔空間１０３ａに噛み込むことで、図８に示すように、当該ローラ１０２を介して外輪部材１０１から内輪部材１００へトルクが伝達可能な状態となり、この結果、モータ４のトルクによって従駆動輪である後輪３Ｌ、３Ｒが駆動される。

また、このモータ４からのトルク伝達状態で、電磁クラッチ部１０６の通電を停止すると、つまりクラッチ制御電流をオフ状態にして保持器１０４を解放すると、通常は、モータ４からのトルク伝達トルクが徐徐に小さくなり、スイッチバネ１０５のばね力が勝った時点でローラ１０２が係合空間１０３の中央部位置に復帰して、実際にクラッチ１２が切断状態となる。

したがって、上述のような機構のクラッチ１２を採用すると、通常走行中にモータトルクが大きい状態でクラッチ１２をオフに制御（電磁クラッチ部１０６の通電を停止）してもクラッチ１２の実際の切断はモータトルクの小さい状態のときに（クラッチ位置におけるモータ４側の加速度αと車輪側の加速度αとが同じ値に近づいたとき）常に実施される結果、実際のクラッチ１２の切断時に発生するショックを抑えることができ、しかもクラッチ１２のオフ制御が容易となる。また、上記クラッチ１２は安価である。

ここで、４輪駆動状態、つまりクラッチ１２を接続状態としてモータ４で後輪を駆動している状態で走行中に、急ブレーキ等によって後輪に急制動が掛かると、上述の（１）〜（３）式から分かるように、クラッチ１２に作用するクラッチ伝達トルクＴＣがモータ側からのトルクと後輪側からのトルクの合成となって、クラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクに近づくつまりクラッチ寿命に対する影響が大きな過大トルクとなるおそれがある。これに対し、本実施形態では、クラッチ伝達トルクＴＣが過大トルクとなる前の上限許容トルクＴＣｄｍｇを越えると、クラッチ伝達トルクＴＣが上限許容トルクＴＣｄｍｇにまで抑えることができるモータトルクに目標モータトルクＴｍを制限することで、クラッチ伝達トルクＴＣが限界トルク以上となることを防止し、もってクラッチ１２の寿命低下を抑えている。

なお、制動によって後輪からクラッチ１２に伝達するトルク分だけで上記許容トルクＴＣｄｍｇを越えている場合には、上記目標モータトルクＴｍはマイナス値に制限される。このように目標モータトルクＴｍがマイナス値となることで、後輪に掛かる制動力をその分、大きく設定することができる。
一方、電磁クラッチ部１０６が通電状態、つまりクラッチ制御オンでの走行中において、例えば急勾配の下り坂を走行中などの走行状態を想定した場合には、後輪３Ｌ、３Ｒの車輪速が大きくなって、外輪部材１０１よりも内輪部材１００の加速が大きくなると、つまり、車輪側からのトルクがモータ４側からのトルクを上回る状態になると、上記外輪部材１０１及びローラ１０２と内輪部材１００との間にあった上記位相差が解消し、さらに反対方向の位相差が発生する結果、上記ローラ１０２の噛み込みが外れ、続けて図９のように、反対側に位置する右側の楔空間１０３ａに対してローラ１０２が噛み込む。つまり、いわゆる逆噛み込み状態となって、後輪側からモータ４側に向けてのトルク伝達状態となる。この状態で、電磁クラッチ部１０６の通電を中止して保持器１０４を解放した場合には、通常は、モータ４のトルクを大きくしないと（若しくは車輪からのトルクが小さくならないと）、上記逆噛み込み状態が解消することない。

これに対し、本実施形態ではクラッチ伝達トルクＴＣが引きずり方向のトルク（前進走行中であれば負の値）となるおそれあるほどクラッチ伝達トルクＴＣが小さくなるとつまり下限許容トルクＴＣｄｒｇよりも小さくなると、ステップＳ３２０，Ｓ３３０（後退時はステップＳ４１０，Ｓ４２０）にてクラッチ伝達トルクＴＣの絶対値を下限許容トルクＴＣｄｒｇ以上に制限することで、上記逆噛み込みとなることを防止している。

なお、上述の説明は車両が前進走行していることを想定して行っているが、車両後退時であっても同様の作用・効果を奏する。
ここで、上記実施形態では、クラッチ伝達トルクＴＣが上限許容トルクを越えて限界トルクに近づくと、クラッチ伝達トルクＴＣが上限許容トルクとなるようにモータトルクに制限を掛けているが、モータトルクに制限を掛ける代わりに、モータ４をオフ、若しくは例えば摩擦クラッチのように伝達トルクＴＣが掛かっている状態でもクラッチオフ可能なクラッチを用い且つクラッチ１２を切断状態に制御することで、クラッチ１２に掛かるクラッチ伝達トルクＴＣが限界トルク以上の過大なトルクとなることを防止しても良い。

また、上記実施形態では後輪の加速度αから後輪からクラッチ１２に伝達されるトルクを求めてクラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクに近づいたか否かを判定しているが、これに限定されない。制動の操作量、つまりブレーキペダルの踏み込み量や、マスタシリンダ圧から後輪の減速度を予測することで後輪側からクラッチ１２に伝達されるトルクを演算しても良い。この場合にはフィードフォワードでクラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクに近づいたか否かを判定可能となる。また、実際の後輪の加速度αからの演算と制動操作量による推定値との両方からクラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクに近づく否かを判定しても良い。または、ＡＢＳ装置などの自動制動装置が作動している場合には、無条件にクラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクに近づいたと判定して、モータトルクを半減させるなどの制限を掛けたり、モータをオフとしたりしても良い。

また、上記実施形態では、発電機７の発電した電圧でモータ４を駆動して４輪駆動を実施する構成の場合で説明しているが、これに限定されない。モータ４ヘ電力供給できるバッテリを備える駆動システムに採用しても良い。この場合には、バッテリから電力を供給するようにすればよいし、さらにはバッテリからの供給と共に発電機７からの電力供給も併行して行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、主駆動源として内燃機関を例示しているが、主駆動源をモータ等から構成しても良い。また、上記実施形態では、４輪自動車を例に説明しているが、モータを駆動源とする２輪車に適用しても構わない。
また、上記クラッチ１２の説明では、内輪部材１００と外輪部材１０１との径方向で対向する部分に係合空間１０３が形成されるとしているが、これに限定されず、軸方向などに係合空間１０３が形成するような構造であっても良い。また、カム面１００ａを外輪部材１０１側に設けて、内輪部材１００と保持器１０４とをクラッチ作動部で固定・解放するようにしても良い。また、クラッチ操作部として、電磁クラッチ以外のクラッチ機構を採用しても良い。

また、上記クラッチ１２は、上述のようなクラッチに限定されず、ドグクラッチや摩擦クラッチであってもよい。上述のようなメカニカルクラッチは摩擦クラッチに比べて伝達トルク容量が大きくコストが易いが、過大トルクを掛かった場合には、摩擦クラッチによりもトルク寿命低下が大きい。
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第１実施形態と同様な装置などについては同一の符号を付して説明する。

本第２実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、４ＷＤコントローラ本体８Ａの処理の一部が異なり、モータトルク制限部８Ｂの代わりにクラッチ保護チェック部８Ｈの処理を組み込んだ点が異なる。
すなわち、本実施形態の４ＷＤコントローラ本体では、図１０に示すように、ステップＳ３０とＳ６０の間にステップＳ３３及びステップＳ３４の処理を挿入し、図６におけるステップＳ４０及びＳ５０の処理を削除したものである。その他の構成や処理は上記第１実施形態と同様である。

すなわち、通常のモータトルク制御（ステップＳ６０〜ステップＳ８０）の処理を行う前に、ステップＳ３３にて、クラッチ保護チェック部８Ｈを起動して、クラッチ伝達トルクＴＣの状態を推定した後にステップＳ３４に移行し、ＣＰ＝１つまりクラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクを越えるおそれあると判定した場合にはステップＳ１２０に移行して、２輪駆動状態に移行してモータ４をオフとし、ＣＰが０つまりクラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクを越えるおそれがないと判定した場合にはステップＳ６０に移行して、通常の４輪駆動処理を行う。

次に、上記クラッチ保護チェック部８Ｈの処理を図１１及び図１２を参照して説明する。
本実施形態では、図１２に示すように、従動輪車輪速とモータトルクとを変数として、予めクラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクを越える可能性のある領域（図１２中斜線部分）を実験や計算から求めておく。
そして、図１１におけるステップＳ６００にて、従駆動輪（後輪）の車輪速ＶＲを検出し、続いてステップＳ６１０にてモータトルクＴｍａを求めて、ステップＳ６２０に移行する。モータトルクＴｍａは、上述のように実際のモータトルクを演算しても良いし、目標モータトルクＴｍを使用しても良い。

ステップＳ６３０で制動操作が行われたか否かを判定し、制動操作が行われたと判定した場合にはステップＳ６４０に移行し、制動操作が行われていない場合にはステップＳ６５０に移行してクラッチ保護領域フラグＣＰに「０」を代入して処理を終了する。
制動操作は、ブレーキペダルの操作量で判定すればよい。また、パーキングブレーキが操作された場合にもブレーキ操作が行われたと判定する。
ステップＳ６４０では、図１２のようなマップなどに基づき、現在のモータトルクと従動輪車輪速との関係が、保護領域（斜線部分）か否かを判定し、保護領域と判定した場合にはＣＰに１を非保護領域と判定した場合にはＣＰに０を代入して、処理を終了する。

ここで、ステップＳ６３０及びＳ６４０がクラッチトルク状態判定手段を構成し、ステップＳ３４がモータトルク制限手段を構成する。
次に、本実施形態の作用効果などについて説明する。
通常、後輪に大きな急減速が掛かるのは後輪に制動が掛かるときであるので、本実施形態では、制動操作が有った場合に、予め求めたモータトルクと従動輪の車輪速との関係から、クラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクを越える可能性があると判定するとクラッチを切断状態してクラッチの保護を図っている。

その他の構成や作用効果は上記第１実施形態と同様である。
ここで、上記実施形態では、クラッチ伝達トルクＴＣが限界トルクを越える可能性があると判定するとクラッチを切断状態とすると共にモータを切断状態に制御しているが、クラッチを切断状態に制御するだけでモータをオフ（２輪駆動状態への移行）にしなくても良い。すなわち４ＷＤコントローラ本体（図１０）のステップＳ３４においてＣＰ＝１と判定されたら、クラッチ・オフ指令を出力して処理を終了するようにしても良い。
また、上記実施形態では、運転者による制動操作を検知したら上述の処理を行うようにしているが、ＡＢＳ装置などの自動制動装置が作動したら、クラッチ保護チェック部８Ｈ（図１１）におけるステップＳ６３０にてステップＳ６４０に移行するようにしても良い。

本発明に基づく実施形態に係る概略装置構成図である。 本発明に基づく実施形態に係るシステム構成図である。 本実施形態に係るクラッチの構造を示す断面図である。 本実施形態に係るクラッチの機構を示す模式図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る４ＷＤコントローラを示すブロック図である。 本実施形態に係る４ＷＤコントローラ本体の処理を示す図である。 本発明に基づく第１実施形態に係るモータトルク制限部の処理を示す図である。 モータから車輪にトルク伝達がある状態を示す図である。 車輪からモータにトルク伝達がある状態を示す図である。 本実施形態に係る４ＷＤコントローラ本体の処理を示す図である。 本発明に基づく第２実施形態に係るクラッチ保護チェック部の処理を示す図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る保護領域の例を示す図である。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ 前輪
２ エンジン
３Ｌ、３Ｒ 後輪
４ モータ
６ ベルト
７ 発電機
８ ４ＷＤコントローラ
８Ａ ４ＷＤコントローラ本体
８Ｂ 目標モータトルク算出部
８Ｃ 停止前トルク算出部
８Ｄ 発電機制御部
８Ｅ リレー制御部
８Ｆ モータ制御部
８Ｇ クラッチ制御部
８Ｈ クラッチ保護チェック部
９ 電線
１０ ジャンクションボックス
１１ 減速機
１２ クラッチ
１４ 吸気管路
１５ メインスロットルバルブ
１６ サブスロットルバルブ
１８ エンジンコントローラ
１９ ステップモータ
２０ モータコントローラ
２１ エンジン回転数センサ
２２ 電圧調整器
２３ 電流センサ
２６ モータ用回転数センサ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ
車輪速センサ
３０ トランスミッション
３１ ディファレンシャル・ギヤ
３２ シフト位置検出手段
３４ ブレーキペダル
３５ ブレーキストロークセンサ
３６ 制動コントローラ
３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲ
制動装置
４０ アクセルセンサ
４１ 駆動モードスイッチ
４２ ＡＢＳ装置（自動減速装置）
１００ 内輪部材
１０１ 外輪部材
１０２ ローラ（係合子）
１０３ 係合空間
１０３ａ 楔空間
１０４ 保持器
１０５ スイッチバネ
１０６ 電磁クラッチ部
Ｉｆｈ 発電機の界磁電流
Ｖ 発電機の電圧
Ｎｈ 発電機の回転数
Ｉａ 目標電機子電流
Ｉｆｍ 目標モータ界磁電流
Ｅ モータの誘起電圧
Ｎｍ モータの回転数（回転速度）
Ｔｈ 目標発電機負荷トルク
Ｔｍ モータの現在の目標トルク
Ｔｍａ 現在のモータトルク
Ｔｅ エンジンの出力トルク
α 後輪の加速度
ＴＣ クラッチ伝達トルク
ＴＣｄｍｇ 上限許容トルク
ＴＣｄｒｇ 下限許容トルク

Claims (9)

1. モータと、そのモータで駆動される車輪と、モータから車輪への動力伝達経路に介装されるクラッチとを備え、モータ駆動中は上記クラッチを接続状態に制御する車両の駆動力制御装置であって、
   上記クラッチの伝達トルクが、当該クラッチの仕様に基づく限界トルクに近づいたことを検知若しくは推定するクラッチトルク状態判定手段と、
   そのクラッチトルク状態判定手段の検知若しくは推定に基づきクラッチの伝達トルクが上記限界トルクに近づいたと判定したら上記モータの駆動トルクを制限するモータトルク制限手段と、を備えることを特徴とする車両の駆動力制御装置。
2. 上記モータトルク制限手段は、車輪からクラッチに伝達されるトルクが上記限界トルクに近づくことで、クラッチ伝達トルクが限界トルクに近づくと判定したら、上記モータの駆動トルクを逆回転方向のトルクとすることを特徴とする請求項１に記載した車両の駆動力制御装置。
3. 上記モータトルク制限手段は、クラッチの伝達トルクが上記限界トルクに近づいたと判定したら、上記モータの駆動トルクの制限と共に、若しくは当該モータの駆動トルクを制限する代わりに、クラッチを切断状態にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した車両の駆動力制御装置。
4. 上記クラッチトルク状態判定手段は、上記車輪の減速度とモータトルクとからクラッチの伝達トルクを求めて、クラッチ伝達トルクが限界トルクに近づいたことを検知若しくは推定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
5. 上記車輪を制動する制動装置を備え、上記クラッチトルク状態判定手段は、その制動装置に対する制動指令に基づき上記車輪の減速度を推定することを特徴とする請求項４に記載した車両の駆動力制御装置。
6. 上記車輪を制動する制動装置を備え、
   上記クラッチトルク状態判定手段は、上記制動装置に対し制動指令が出力され、且つモータトルクに対する上記車輪の速度が、クラッチ伝達トルクが上記限界トルクに近づく可能性のある速度であると判定すると、クラッチの伝達トルクが上記限界トルクに近づいたと推定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
7. 主駆動輪を駆動する主駆動源を備えると共に、上記モータで駆動される車輪を従駆動輪とすることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
8. 運転者の加速指示とは関係なく車両の走行状態に応じた制動力を車両に掛ける自動制動装置を備える車両の駆動力制御装置において、
   上記クラッチトルク状態判定手段は、上記自動制動装置が作動していることを検知すると、クラッチの伝達トルクが当該クラッチの仕様に基づく限界トルクに近づいたと推定することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
9. 上記クラッチは、モータ側の回転軸に連結する第１の回転部材と、車輪側の回転軸に連結する第２の回転部材と、その第１及び第２の回転部材の間に形成された係合空間に介挿される係合子と、その係合子の周方向の位置を規制する保持器と、第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の固定・解放を行うことでクラッチの接続・切断を制御するクラッチ操作部と、を備え、上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態で第１及び第２の回転部材の他方と保持器との間の位相が変わることによって、上記係合子が第１及び第２の回転部材の間に噛み込んで第１及び第２の回転部材間でトルク伝達可能となる機構のクラッチであることを特徴とする請求項１、請求項２、及び請求項４〜請求項８のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。

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