JP2006029460A - 車両用左右輪間駆動力制御装置 - Google Patents

車両用左右輪間駆動力制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は、車両用左右輪間駆動力制御装置に関し、オーバステア状態及びアンダステア状態を効率的に抑制できるようにする。
【解決手段】 左後輪と右後輪とに伝達される駆動力配分を調整可能な駆動力調整手段15と、左後輪14Lと右後輪14Rとの車輪速差が目標車輪速差となるように駆動力調整手段15の作動を制御する第1制御手段18aと、車両1のヨー運動量が目標ヨー運動量となるよう駆動力調整手段15の作動を制御する第2制御手段18bとをそなえ、車両1がアンダステア状態のときは第2制御手段18bの寄与度を第1制御手段18aに対して相対的に大きくして出力するとともに、車両がオーバステア状態のときは第1制御手段18aの寄与度を第2制御手段18bに対して相対的に大きく出力する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、車両の左右輪の駆動力配分状態を制御する、車両用左右輪間駆動力制御装置に関するものである。
従来より、車両の左右輪の駆動力配分状態を変更できるようにした技術が知られている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。このような技術では、左右の駆動輪の間にディファレンシャルギアとともに駆動力配分機構を設け、この駆動力配分機構の作動を制御することで駆動力配分状態が制御される。
また、このような駆動力配分機構の代表的な制御ロジックとしては、以下の2つのフィードバック制御が知られている。
1.左右車輪速差フィードバック制御
ハンドル角と車速とに応じた目標左右車輪速差を設定し、実際の左右輪の車輪速差が目標車輪速差に一致するように駆動力配分機構の作動を制御する。車両の旋回特性(アンダステアやオーバステア)を精度良く制御することはできないが、加速時の片輪(特に内輪側)の空転を抑制でき、トラクション性能の向上を図ることができる。
2.ヨーレイトフィードバック制御
ハンドル角と車速とに応じた目標ヨーレイトを設定し、この目標ヨーレイトに実際のヨーレイトが追従するように駆動力配分機構の作動を制御する。このような制御によれば、特に旋回限界領域や加速時の旋回特性の向上を図ることができる。
ところで、上述したような制御ロジックを単に組み合わせて駆動力配分機構に適用すると以下のような制御が実行される。
例えば車両が加速旋回中、旋回特性がアンダステアであって、且つ内輪の空転が発生した場合、左右車輪速差フィードバック制御では外輪側にトルクが移動するように制御信号が出力され、一方、ヨーレイトフィードバック制御においても外輪側にトルクが移動するように制御信号が出力される。
したがって、この場合は、左右車輪速差フィードバック制御とヨーレイトフィードバック制御とで互いの制御の方向性が一致して、トラクション性能の向上と操縦安定性の向上とをともに図ることができる。
特開2002−114049号公報 特許第3114457号公報
しかしながら、上述の左右車輪速差フィードバック制御とヨーレイトフィードバック制御とを単に組み合わせると、車両の走行状態によっては互いに逆方向の制御信号(又は制御量)を出力して、互いの制御を相殺してしまい、駆動力配分制御の効果が得られない場合がある。
例えば、加速旋回中の旋回特性がオーバステアであって、且つ内輪に空転が発生した場合には、左右車輪速差フィードバック制御では外輪側にトルクが移動するように制御信号が出力され、また、ヨーレイトフィードバック制御では内輪側にトルクが移動するように制御信号が出力される。
したがって、この場合には結果的に互いの制御信号が打ち消しあうこととなり、駆動力配分制御の効果が得られないという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、互いの制御の干渉を抑制して、オーバステア状態及びアンダステア状態を効率的に抑制できるようにした、車両用左右輪間駆動力制御装置を提供することを目的とする。
このため、本発明の車両用左右輪間駆動力制御装置は、左後輪に伝達される駆動力と右後輪に伝達される駆動力との配分を調整可能に設けられた駆動力調整手段と、上記左後輪と上記右後輪との車輪速差が車両の走行状態に応じた目標車輪速差となるように上記駆動力調整手段の作動を制御する第1制御手段と、上記車両に発生するヨー運動量が上記車両の走行状態に応じた目標ヨー運動量となるよう上記駆動力調整手段の作動を制御する第2制御手段と、上記車両がアンダステア状態と判定されるときは上記第2制御手段の寄与度を上記第1制御手段に対して相対的に大きくして出力するとともに、車両がオーバステア状態と判定されるときは上記第1制御手段の寄与度を上記第2制御手段に対して相対的に大きくして出力する制御量調整手段とを備えたことを特徴としている。
また、上記制御量調整手段は、アンダステア状態を示す指数の増加に伴い上記第1制御手段の制御ゲインを低下させる、或いはオーバステア状態を示す指数の増加に伴い上記第2制御手段の制御ゲインを低下させることを特徴としている。
また、上記制御量調整手段は、アンダステア状態を示す指数が所定値を超えると上記第1制御手段の制御ゲインを一定値に低下させる、或いはオーバーステア状態を示す指数が所定値を超えると上記第2制御手段の制御ゲインを一定値に低下させることを特徴としている。
本発明の車両用左右輪間駆動力制御装置によれば、左後輪と右後輪との車輪速差が目標車輪速差となるような制御と、車両のヨー運動量が目標ヨー運動量となるような制御との干渉を抑制して、オーバステア状態及びアンダステア状態を効率的に抑制することができるという利点がある。
つまり、車両がアンダステア状態と判定されるときは第2制御手段の寄与度を第1制御手段の寄与度に対して相対的に大きくするため、車両のヨー運動量を目標ヨー運動量とする制御が優先される。これにより、左右輪車輪速差を目標車輪速差とする第1制御による制限が少なくなり、外輪側の後輪への駆動力配分をより大きくすることができ、外輪側への駆動力配分の増大と外輪のスリップが許容されることによる後輪の横力低下との相乗効果で効率よく回頭性を向上させることができ、きわめて効果的にアンダーステアを抑制することができる。
また、車両がオーバステア状態と判定されるときは、第1制御手段の寄与度を第2制御手段に対して相対的に大きくするため、左右輪間車輪速差を目標車輪速差とする制御が優先される。これにより、スリップを抑制しながら安定したトラクション性能を確保できるしスリップ抑制に伴う横力向上によりオーバステア状態を抑制できる。
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる車両用左右輪間駆動力制御装置について説明すると、図1は本発明が適用される車両の構成を示す模式図、図2は本発明の要部構成を示す模式図、図3及び図4はその制御ゲインの特性を示すマップである。
図1において、符号1は本発明が適用される車両であって、2はエンジン、3はトランスミッションである。エンジン2の駆動力はトランスミッション3を介してセンタディファレンシャル(以下、センタデフ)5に伝達され、このセンタデフ5から前輪8と後輪14とに駆動力が配分されて伝達されるようになっている。
すなわち、センタデフ5に入力された駆動力のうち、一方はフロントディファレンシャル(以下、フロントデフという)6へ出力されて、車軸7L,7Rを介して前側の左右輪8L,8Rに伝達されるようになっており、また、残りの一方はベベルギア機構9,プロペラシャフト10,ベベルギヤ機構11,リヤディファレンシャル(以下、リアデフという)12及び車軸13L,13Rを介して後側の左右輪14R,14Lに伝達されるようになっている。
ところで、この車両1のセンタデフ5には前輪8と後輪14との駆動力配分を制御可能な前後輪駆動力配分機構19が付設されており、また、リアデフ12には、左後輪14Lと右後輪14Rとに伝達される駆動力配分を調整可能な左右輪駆動力配分機構(駆動力調整手段)15が設けられている。
また、図示するように、車両1には上記左右輪駆動力配分機構15及び前後輪駆動力配分機構19に対して油圧を供給する駆動系油圧ユニット17と、この駆動系油圧ユニット17を制御することにより左右輪駆動力配分機構15及び前後輪駆動力配分機構19の作動状態を制御する駆動力配分制御手段(ECU)18とがそなえられている。
ここで、前後輪駆動力配分機構19は、湿式油圧多板クラッチ機構を備えて構成され、油圧多板クラッチ機構の係合度合いを変更することにより前輪8と後輪14との間の差動状態を制限して、エンジン2から出力されたトルクを前後輪8,14に対して可変に配分できるように構成されている。また、ECU18により駆動系油圧ユニット17から湿式油圧多板クラッチ機構への油圧の供給状態を制御することによりクラッチ機構の係合状態が制御されるようになっている。
また、左右輪駆動力配分機構15は、変速機構15Aと伝達容量可変制御式のトルク伝達機構15Bとから構成されており、このうち変速機構15Aは、左右輪のうちの一方の車輪(ここでは左輪14L)の回転速度を増速させたり減速させたりしてトルク伝達機構15Bに出力するように構成されている。
また、トルク伝達機構15Bは、伝達トルク容量を調整可能な2つの湿式油圧多板クラッチ機構を備えており、このクラッチ機構は増速側クラッチ151と減速側クラッチ152とから構成されている。これらの各クラッチ151,152は、駆動系油圧ユニット17から供給される油圧に応じて係合状態が制御されるように構成されており、車両の走行状況等に応じてこれらのクラッチのいずれか一方を選択的に係合させることにより左右輪14L,14Rの間で駆動力配分(トルク配分)を適宜変更して、一方の車輪の駆動トルクを増大または減少させることができるようになっている。
なお、上述した駆動系油圧ユニット17には、いずれも図示はしないが、作動油を所定圧まで加圧するポンプ、加圧された作動油を貯留するアキュムレータ、ポンプで加圧された油圧を監視する圧力センサ等が設けられている。また、やはり図示はしないが、アキュムレータよりも下流側の作動油供給系路上には制御信号のオンオフにより開閉状態が切り替わる電磁弁と、この電磁制御弁で調整された油圧の供給先を増速側クラッチ151と減速側クラッチ152との間で切り替える方向切換弁などがそなえられて構成されている。
次に、図2を用いて本装置の要部について説明すると、このECU18には、いずれも図示しないCPU,ROM,RAM,インタフェイス等がそなえられている。また、図2に示すように、ECU18には、車両1の走行速度を検出する車速センサ31、車両のヨーレイト(ヨー運動量)を検出するヨーレイトセンサ32、車両のハンドル角(操舵角)を検出するハンドル角センサ33、後輪14の左右輪の車輪速をそれぞれ検出する車輪速センサ34等が接続されている。また、これらのセンサ以外にも、図示はしないがエンジン回転数センサ,前後Gセンサ,横Gセンサ,スロットルポジションセンサなどのセンサ類が接続されている。
そして、ECU18では、これらの各種センサによって検出された情報に基づいて、車両1の走行状態に応じて駆動系油圧ユニット17に対する制御信号を設定するようになっている。
また、図示するように、このECU18内には、左右車輪速差フィードバック制御部(第1制御手段)18aとヨーレイトフィードバック制御部(第2制御手段)18bと旋回状態判定部(旋回状態判定手段)18cとゲインコントローラ(制御量調整手段)18dとが設けられている。
このうち、左右車輪速差フィードバック制御部18aは、車速センサ31で得られた車速とハンドル角センサ33で得られたハンドル角とに基づいて車両1の走行状態に応じた左右の車輪速差の目標値(目標車輪速差)を算出するとともに、実際の左右車輪速差(実車輪速差)が目標車輪速差となるように左右輪駆動力配分機構15の作動を制御する手段であって、実車輪速差が目標車輪速差と一致するように、左右輪駆動力配分機構15に対する基本制御量(第1基本制御量)を出力するようになっている。
ここで、左右車輪速差フィードバック制御部18aにおける目標車輪速差DVTの算出手法について簡単に説明すると、車速センサ31で得られた車速をV、ハンドル角センサ33で得られたハンドル角をδ、車両1のホイールベースをL、車両1のトレッドをt、車両1のスタビリティファクタをA、ステアリングギア比をGrとすると、目標車輪速差DVTは下式(1)により算出される。
DVT=V・δ・t/〔(1+A・V2)・L・Gr〕 ・・・(1)
また、ヨーレイトフィードバック制御部18bは、車速センサ31で得られた車速と、ハンドル角センサ33で得られたハンドル角とに基づいて車両1の走行状態に応じたヨーレイト(車両1に発生するヨー運動量)の目標値(目標ヨーレイト)を算出するとともに、実ヨーレイトが車両1の走行状態に応じた目標ヨーレイトとなるように左右輪駆動力配分機構15の作動を制御する手段であって、目標ヨーレイトが実ヨーレイトと一致するように、左右輪駆動力配分機構15に対する基本制御量(第2基本制御量)を出力するようになっている。
ここで、ヨーレイトフィードバック制御部18bにおける目標ヨーレイトγTの算出手法について簡単に説明すると、車速センサ31で得られた車速をV、ハンドル角センサ33で得られたハンドル角をδ、車両1のホイールベースをL、車両のスタビリティファクタをAとすると、下式(2)により算出される。
γT=δ・V/〔L・(1−A・V2)〕 ・・・(2)
次に、旋回状態判定部18cについて説明すると、この旋回状態判定部18cは、車速センサ31で得られた車速と、ヨーレイトセンサ32で得られる実ヨーレイト(車両1に発生するヨー運動量)と、ハンドル角センサ33で得られたハンドル角とに基づいて車両1の旋回状態がアンダステア状態であるのか、又はオーバステア状態であるのかを判定するものであって、この旋回状態判定部18cでは、車両1の旋回状態をアンダステア又はオーバステアを示す指数(以下、判定指数という)として出力するようになっている。
また、この旋回状態判定部18cでは例えば以下のようにして判定指数を算出するようになっている。
まず、下式(3)より目標ヨーレイトγTと実ヨーレイトγRとの偏差γerrを算出する。
γerr=γT−γR ・・・(3)
そして、右方向の横加速度Ayを+、右回りのヨーレイトを+とすると、以下のようにして判定指数CUS/OSを設定する。
Ay≧0のとき(横Gが右方向、車両は左旋回のためヨーレイトはマイナス方向)
US/OS=γerr ・・・(4)
Ay<0のとき(横Gが左方向、車両は右旋回のためヨーレイトはプラス方向)
US/OS=−γerr ・・・(5)
このような式(4)及び式(5)で設定される判定指数CUS/OSは、車両の旋回状態を定量的に表しており、判定指数CUS/OSが大きいほどオーバステア傾向が強く、判定指数CUS/OSが小さいほど(負に大きいほど)アンダステア傾向が強いということができる。なお、CUS/OS=0の場合は、いわゆるニュートラルステアである。
そして、このようにして設定された判定指数CUS/OSがゲインコントローラ18dに出力される。
次に、ゲインコントローラ18dについて説明すると、このゲインコントローラ18dは、上記旋回状態判定部18cにおいて、車両1がアンダステア状態(CUS/OS<0)であると判定されたときは、上記判定指数CUS/OSの値に応じてヨーレイトフィードバック制御部18bの寄与度を左右車輪速差フィードバック制御部18aに対して相対的に大きくして左右輪駆動力配分機構15に出力するとともに、車両1がオーバステア状態(CUS/OS>0)と判定されたときは、上記判定指数CUS/OSの値に応じて左右車輪速差フィードバック制御部18aの寄与度をヨーレイトフィードバック制御部18bに対して相対的に大きくして左右輪駆動力配分機構15に出力するものである。
以下、詳しく説明すると、このゲインコントローラ18dは図示するように第1ゲインコントローラ18eと第2ゲインコントローラ18fとから構成されている。このうち第1ゲインコントローラ18eは左右車輪速差フィードバック制御部18aで設定された第1基本制御量に対するゲインk1を設定するものであって、第2ゲインコントローラ18fはヨーレイトフィードバック制御部18bで設定された第2基本制御量に対するゲインk2を設定するものである。
また、これらのゲインコントローラ18e,18fには、それぞれ図3及び図4に示すような制御ゲイン設定マップが記憶されており、これらの制御ゲイン設定マップを用いて上記判定指数CUS/OSをパラメータとして制御ゲインk1,k2が設定されるようになっている。
このうち制御ゲインk1は、図3に示すように、判定指数CUS/OSの所定の範囲内においては判定指数CUS/OSがオーバステア側に大きくなるほど大きく設定され、判定指数CUS/OSがアンダステア側に大きくなるほど小さく設定されるような特性として記憶されている。また、図示するように、判定指数CUS/OSが所定範囲を超えると、オーバステア側では所定の上限値(最大値、例えば1)にクリップされるとともに、アンダステア側では所定の下限値(最小値、例えば0.1)にクリップされるようになっている。
また、図4に示すように、制御ゲインk2は、制御ゲインk1と逆の特性に設定されている。すなわち、制御ゲインk2は、判定指数CUS/OSの所定の範囲内においては判定指数CUS/OSがオーバステア側に大きくなるほど小さく設定され、判定指数CUS/OSがアンダステア側に大きくなるほど大きく設定されるような特性として記憶されている。また、判定指数CUS/OSが所定範囲を超えると、オーバステア側では所定の下限値(最小値、例えば0.1)にクリップされるとともに、アンダステア側では所定の上限値(最大値、例えば1)にクリップされるようになっている。なお、本実施形態においては、これらのゲインの和(k1+k2)は常に一定の値(例えば1.1)となるように、各ゲインの特性が設置されている。
そして、このようにゲインコントローラ18e,18fでそれぞれゲインk1,k2が設定されると、第1基本制御量にゲインk1を乗じた値と、第2基本制御量にゲインk2を乗じた値とが加算されて、最終的な制御量が算出されるようになっている。また、この制御量に応じて左右輪に伝達される駆動力配分が調整されるようになっている。
本発明の一実施形態に係る車両用左右輪間駆動力制御装置は、上述のように構成されているので、以下のようにして左右輪駆動力配分機構15に対する制御信号(制御量)が設定される。
まず、左右車輪速差フィードバック制御部18aにおいてハンドル角と車速とに基づいて目標車輪速差が算出されるとともに、実車輪速差が目標車輪速差と一致するように左右駆動力配分機構15に対する制御量(第1基本制御量)が設定される。
また、ヨーレイトフィードバック制御部18bでは車速,ヨーレイト及びハンドル角に基づいて目標ヨーレイトが算出されるとともに、実ヨーレイトが目標ヨーレイトと一致するように左右輪駆動力配分機構15に対する制御量(第2基本制御量)が設定される。
また、旋回状態判定部18cでは、やはり車速,ヨーレイト及びハンドル角に基づいて判定指数CUS/OSが算出され、この判定指数CUS/OSに基づき車両の旋回状態が判定される。
また、ゲインコントローラ18e,18fでは判定指数CUS/OSに基づいて左右車輪速差フィードバック制御部18a及びヨーレイトフィードバック制御部18bで設定された制御信号に対するゲインk1,k2が設定される。
そして、第1基本制御量とゲインk1との積と、第2基本制御量とk2の積が加算されて、この値が最終的な制御信号(制御量)として左右輪駆動力配分機構15に出力され、左右輪に対する駆動力配分が実行される。
そして、上述のようにして左右輪駆動力配分機構15の制御量を算出することにより、ヨーレイトフィードバック制御と左右車輪速差制御との干渉を抑制して、これらの2つの制御を両立させることができ、互いの作用を打ち消しあうような事態を回避することができる。
つまり、車両1がアンダステア状態(CUS/OS<0)のときは、ゲインk1が小さく設定され、且つゲインk2が大きく設定されるので、全体の制御量に対する寄与度としては、相対的に左右車輪速差フィードバック制御部18aで設定された制御量よりもヨーレイトフィードバック制御部18bで設定された制御量の方が大きくなり、結果的にヨーレイトフィードバック制御が強く働き、左右車輪速差フィードバック制御が弱く働くことになる。
この場合、ヨーレイトフィードバック制御により旋回内輪から外輪に駆動力が移動し旋回促進方向のヨーモーメントが発生する。このとき、左右車輪速差フィードバック制御のゲインk1は低下している(車輪速による制限が緩和されている)ので、駆動力移動によって外輪のスリップが発生し易くなるが、このような外輪のスリップは後輪の横力余裕を低下させ、アンダステアを抑制する方向に作用する。したがって、スリップを抑制する左右車輪速差フィードバック制御を弱めることによりアンダステア抑制効果を強めることができる。
このように、車両1がアンダステア状態と判定された場合には、ヨーレイトフィードバック制御が優先され、左右輪車輪速差フィードバック制御の影響が低下するので、外輪側の後輪への駆動力配分をより大きくすることができ、外輪側への駆動力配分の増大と、外輪のスリップが許容されることによる後輪の横力低下との相乗効果で効率よく回頭性を向上させることができ、きわめて効果的にアンダーステアを抑制することができる。
また、車両1がオーバステア状態(CUS/OS>0)のときは、上述とは逆に、ゲインk1が大きく設定され、且つゲインk2が小さく設定されるので、全体の制御量に対する寄与度としては、相対的にヨーレイトフィードバック制御部18bで設定された制御量よりも左右車輪速差フィードバック制御部18aで設定された制御量の方が大きくなり、結果的に左右車輪速差フィードバック制御が強く働き、ヨーレイトフィードバック制御が弱く働くことになる。
ここで、オーバステア時には、旋回中のヨーレイトフィードバック制御により外輪から内輪に駆動力が移動するため、もともと接地加重の小さい内輪はこの駆動力移動により容易にスリップすることが考えられる。このような車輪スリップは後輪の横力を低下させ、オーバステア抑制効果も低減してしまうことになり、またトラクション性能も低下する。しかしながら、本装置ではオーバステア時にはヨーレイトフィードバック制御を弱め、左右車輪速差フィードバック制御を強めるような制御が実行されるため、外輪から内輪への駆動力が移動が抑制され、このような問題を解決することができる。
このように、車両1がオーバステア状態と判定されたときは、左右輪車輪速差フィードバック制御が優先され、ヨーレイトフィードバック制御の影響が低下するので、スリップを抑制しながら安定したトラクション性能を確保でき、スリップ抑制にともなう横力向上によりオーバステア状態を抑制することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えばゲイン設定マップは図3及び図4に示すようなものに限定されず、車両の諸元やステア特性に応じて変更可能である。また、本実施形態ではゲインk1とk2との和が一定値となるように設定されているが、このような特性に限定されるものではない。
本発明の一実施形態にかかる車両用左右輪間駆動力制御装置が適用される車両を示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかる車両用左右輪間駆動力制御装置の要部構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかる車両用左右輪間駆動力制御装置の制御ゲインの特性を示すマップである。 本発明の一実施形態にかかる車両用左右輪間駆動力制御装置の制御ゲインの特性を示すマップである。
符号の説明
1 車両
14L 左後輪
14R 右後輪
15 左右輪駆動力配分機構(駆動力調整手段)
18 ECU(コントローラ)
18a 左右車輪速差フィードバック制御部(第1制御手段)
18b ヨーレイトフィードバック制御部(第2制御手段)
18c 旋回状態判定部
18d ゲインコントローラ(制御量調整手段)

Claims (3)

  1. 車両の左後輪に伝達される駆動力と右後輪に伝達される駆動力との配分を調整可能に設けられた駆動力調整手段と、
    上記左後輪と上記右後輪との車輪速差が上記車両の走行状態に応じた目標車輪速差となるように上記駆動力調整手段の作動を制御する第1制御手段と、
    上記車両に発生するヨー運動量が上記車両の走行状態に応じた目標ヨー運動量となるよう上記駆動力調整手段の作動を制御する第2制御手段と、
    上記車両がアンダーステア状態と判定されるときは上記第2制御手段の寄与度を上記第1制御手段に対して相対的に大きくして出力するとともに、車両がオーバステア状態と判定されるときは上記第1制御手段の寄与度を上記第2制御手段に対して相対的に大きくして出力する制御量調整手段とを備えた
    ことを特徴とする、車両用左右輪間駆動力制御装置。
  2. 上記制御量調整手段は、アンダーステア状態を示す指数の増加に伴い上記第1制御手段の制御ゲインを低下させる、或いはオーバステア状態を示す指数の増加に伴い上記第2制御手段の制御ゲインを低下させる
    ことを特徴とする、請求項1記載の車両用左右輪間駆動力制御装置。
  3. 上記制御量調整手段は、アンダーステア状態を示す指数が所定値を超えると上記第1制御手段の制御ゲインを一定値に低下させる、或いはオーバーステア状態を示す指数が所定値を超えると上記第2制御手段の制御ゲインを一定値に低下させる
    ことを特徴とする、請求項1記載の車両用左右輪間駆動力制御装置。
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