JP2006528569A - 少なくとも一時的に四輪稼動される自動車用の制御装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも一時的に四輪稼動される自動車用の制御装置であって、制御ユニットを備え、この制御ユニットを用い、駆動ユニットの駆動モーメントが、持続的に駆動ユニットと接続されている第一の駆動輪に対し及び要求に応じて伝達クラッチを介して駆動ユニットと接続可能である第二の駆動輪に対し、アクチュエータ装置を用いて伝達クラッチにおいて調節すべきである目標・クラッチモーメントを制御ユニットが検出することにより、稼動条件に依存して可変に配分可能である、前記制御装置において、１つの稼動条件が車両速度である。制御ユニットは、目標・クラッチモーメントの検出時に少なくとも１つの定義された高速範囲が考慮されこの高速範囲に割り当てられている速度範囲に関連したクラッチモーメントが最大許容制限モーメントとして設定されるように構成されている。

Description

本発明は、特許請求項１の前提部に記載した、少なくとも一時的に四輪稼動される自動車（原動機付き車両；モータビークル）用の制御装置に関する。

この種の制御装置は例えば特許文献１に記載されている。それによると、前後方向ロックとして摩擦クラッチ（伝達クラッチ）を適切に制御することにより、前軸（フロントアクスル）の車輪と後軸（リヤアクスル）の車輪との間のトルク配分比を変更させるトルク配分装置が知られている。トルク配分比を固定することにより車両の走行特性が多大に影響され得る。その際、特許文献１の対象は特にカーブ走行時の走行動性に従事している。ここで一時的に四輪稼動される自動車とは、伝達クラッチを介して連結可能な後輪駆動部（リヤホイールドライブ）を備えた基本的に前輪駆動される自動車、又は、伝達クラッチを介して連結可能な前輪駆動部（フロントホイールドライブ）を備えた基本的に後輪駆動される自動車、又は、前軸と後軸との間のトルク配分を変更する調整可能な伝達クラッチを備えたフルタイム全輪駆動車両であり得る。

以下、これに関して一般化し、持続的に駆動ユニットと接続されている車輪を第一の駆動輪と称し、伝達クラッチを介して要求に応じて駆動ユニットと接続可能な車輪を第二の駆動輪と称するものとする。

更にこの種の周知の制御装置は、多くの場合、第一の駆動軸（第一のドライブアクスル）の回転数と第二の駆動軸（第二のドライブアクスル）の回転数との間の回転数差に依存した伝達クラッチの制御を有している（例えば特許文献２）。

ＤＥ１００５４０２３Ａ１ ＤＥ３４２７７２５Ｃ２

本発明の課題は、構成部品保護を顧慮し、冒頭に掲げた形式の制御装置を改善することである。

前記の課題は、独立特許請求項に記載した構成により解決される。有利な構成は従属特許請求項の対象である。

本発明は、特に走行動的な理由から、基本的に、車両速度が上昇すると共に目標・クラッチモーメントが減少されるべきであるということに基づいている。しかし、本発明の基礎を成す考察は、走行動性及び運転者要望の純然たる顧慮を越えるものである：機械的な各構成において、構成部品の寸法（サイジング）に関し、一方におけるコスト並びに重量の削減と他方における強度（剛性）との間で妥協が成されなくてはならない。本発明の対象では、特に駆動軸におけるディファレンシャル並びに駆動シャフトが保護すべき構成部品として該当している。

高速時、走行動的な観点から、歪み（変形）の防止が重要な位置を占める。それにより、高速時には全駆動モーメントが基本的に第一の駆動輪に伝達されなくてはならない、つまり目標・クラッチモーメントがゼロでなくてはならない。しかし摩擦技術的な観点から、そのような制御は、構成部品の寸法の減少により、温度負荷の増加を導くことになる。この問題点は、本発明に従う制御装置の、定義された高速範囲に関連する部分により解決される。

特に発進時において速度が極めて低い場合、走行動的な観点から、トラクションの最大化が重要な位置を占める。最大のトラクションは、車両の軸荷重配分に応じ、駆動モーメントを配分することによって達成される。この際、必然的に、いずれにせよ自動的に最善の構成部品保護を結果として伴うほぼ均等の配分が有利である。それにより、本発明に従い、定義されていて速度に関連した発進範囲内では制限のないトラクションの最適化が行われる。

通常範囲内の速度の場合（特に部分負荷）、構成部品強度にとって最適の駆動モーメントの配分が特に有利であり、その理由は、通常範囲内で最も多くの走行時間が費やされるためである。つまり、本発明に従い、継続的に構成部品保護を保証する駆動モーメントの配分が努められる（長時間負荷時の時間強度）。この際、駆動モーメントの配分は、ほぼ、最も不利に寸法決定されている構成部品に適合されなくてはならない。また通常範囲内でも歪みを最小化する配分は価値のあるものである。このことは、第一の駆動シャフトあるいは駆動軸に対する全駆動モーメントの配分を意味する。しかし第一の駆動軸の構成部品（特にそのディファレンシャル）が長期に渡るそのような稼動のために設計されていない場合、長期に渡り破壊を伴わずに保持すべき駆動モーメントの関与部分に応じた駆動モーメントの配分が優先されなくてはならない。

基本的に、各々の速度範囲に割り当てられていて速度範囲に関連したクラッチモーメントは、モーメント経過と同様に一定値を含んでいる。

図面には本発明の実施形態が描かれている。

図１には、要求に応じて伝達クラッチ１を介して連結可能な前輪駆動部を備えた基本的に後輪駆動される自動車（原動機付き車両；モータビークル）の形式の一時的に四輪稼動される車両が描かれている。伝達クラッチ１は制御ユニット８を介して調節可能である。制御ユニット８は、その外部に備えられた即ち例えば伝達クラッチ１に直接的に装着された補助制御装置１０を含み得て、補助制御装置１０は、例えば、設定された目標・クラッチモーメントを、伝達クラッチ１の位置調整ユニット（ここでは非図示）をコントロールするための電流に変換する。

図１による車両では、伝達クラッチ１が開いていると駆動ユニット９の全トルク（駆動モーメント）が後軸３（第一の駆動軸）の車輪６及び７に伝達される。駆動ユニット９は、好ましくは内燃機関９.１と変速機９.２と少なくとも１つの駆動制御装置（ここでは詳細に描かれていない）とから構成される。この駆動制御装置は例えば周知の自動車データバスＣＡＮを介して制御ユニット８と交信する。図１において後輪６及び７は第一の駆動輪であり、その理由はそれらが持続的に駆動ユニット９と接続されているためである。伝達クラッチ１においてクラッチモーメントが増加すると駆動ユニット９は前軸２（第二の駆動軸）の車輪４及び５も駆動する。従って前輪４及び５は第二の駆動輪である。

制御ユニット８は、他の入力信号に加え、特に全車輪４、５、６、７の車輪回転数ｎ_VL、ｎ_VR、ｎ_HL、ｎ_HR（VL;前輪左側、VR;前輪右側、HL;後輪左側、HR;後輪右側）を検知する。これらの車輪回転数ｎ_VL、ｎ_VR、ｎ_HL、ｎ_HRから、制御ユニット８内にある他の情報と関連し、全車輪４、５、６、７の車輪速度ｖ_VL、ｖ_VR、ｖ_HL、ｖ_HR並びに車両速度ｖが検出される。しかし車両速度は固有の入力信号としてもセンサにより直接的に又は別の制御装置を介して間接的に検知され得る。更に制御ユニット８は、例えば、アクセルペダル位置ＦＰ、機関回転数ｎ_Mot（Mot;機関）、機関モーメント（＝内燃機関トルク）又は駆動モーメントＭ_Ant（＝変速機出力側のカルダンシャフトトルク、Ant;駆動）、ステアリング角度ＬＷ、ヨーレート或いはヨー角速度ｒを検知又は検出する。

駆動ユニット９の駆動モーメントを配分するために、駆動ユニット９或いは第一の駆動輪６及び７と第二の駆動輪４及び５との間に配設されている伝達クラッチ１に対し、調節すべきクラッチモーメントＭ_{K_soll}（K;クラッチ、soll;目標）が設定される。好ましくは、制御ユニット８は目標・クラッチモーメントＭ_{K_soll}を補助制御装置１０へと出力する。補助制御装置１０は、目標・クラッチモーメントＭ_{K_soll}を、ここで特には描かれていないアクチュエータ装置をコントロールするための電流に変換する。

図２には制御ユニット８の他の詳細が示されている。

前制御ユニット１内には、例えば、アクセルペダル位置ＦＰ、機関回転数ｎ_Mot、機関モーメント（＝内燃機関トルク）又は駆動モーメントＭ_Ant（＝変速機出力側のカルダンシャフトトルク）、ステアリング角度ＬＷ、及び車両速度ｖに依存し、前制御関与部分Ｍ_{K_vor}（vor;前）が検出される。

構成部品保護ユニット２内では、車両速度ｖに依存し、速度範囲に関連したクラッチモーメントＭ_{K_v}が検出される。この際、好ましくは３つの速度範囲Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３（図３も参照）が定義される：発進範囲Ｂ１（例えば０＜ｖ＜２０ｋｍ／ｈ）、通常範囲Ｂ２（例えば２０＜ｖ＜１８０ｋｍ／ｈ）、高速範囲Ｂ３（例えばｖ＞１８０ｋｍ／ｈ）である。これらの３つの速度範囲は、必ずしも直接的に互いに隣接する必要はなく、補助的に移行範囲も定義され得る（ここでは非図示）。

基本的に発進範囲Ｂ１内では、通常範囲Ｂ２におけるよりも高い、速度範囲に関連したクラッチモーメントＭ_{K_v}が設定される。通常範囲Ｂ２内では基本的に、高速範囲Ｂ３におけるよりも高い、速度範囲に関連したクラッチモーメントＭ_{K_v}が設定される。この際、速度範囲に関連したクラッチモーメントＭ_{K_v}は、各々の速度範囲Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３において、最大許容制限モーメント（Ｍ_{K_v_B1}、Ｍ_{K_v_B2}、Ｍ_{K_v_B3}）として設定され得る。制限モーメントという概念のもとでは制限モーメント経過としても理解され得る。

特に有利な実施例が図３に描かれている。図３において、横座標上では時間ｔが表され、縦座標上では、第二の駆動輪或いは第二の駆動軸における駆動モーメントのモーメント関与部分Ｍ_ＶＡ（ＶＡ；前軸）が％で表されていて、このモーメント関与部分は、速度範囲に関連したクラッチモーメントＭ_{K_v}が目標・クラッチモーメントＭ_{K_soll}として実際に調節される場合に得られるものである。このことは他の条件に依存し得る。

図３では、発進範囲Ｂ１のある場合、ほぼ５０％のモーメント関与部分Ｍ_ＶＡを達成するために一定の制限モーメントＭ_{K_v_B1}が設定される（１：１の軸荷重配分を有する車両においてトラクションの最適化された駆動モーメントの配分）。通常範囲Ｂ２のある場合、ほぼ３８％のモーメント関与部分Ｍ_ＶＡを達成するために一定の制限モーメントＭ_{K_v_B2}が設定される（例えば第一の駆動軸におけるディファレンシャルが持続的に６２％の駆動モーメントのためだけに寸法決定（サイジング）されている車両において構成部品強度にとって最適の駆動モーメントの配分）。高速範囲Ｂ３のある場合、交互に３８％のモーメント関与部分Ｍ_ＶＡ（構成部品強度にとって最適の駆動モーメントの配分）と０％のモーメント関与部分Ｍ_ＶＡ（歪みを最小化する駆動モーメントの配分）が得られるように伝達クラッチ１が周期的に連結及び非連結とされる。そのために設定されている「制限モーメント」Ｍ_{K_v_B3}は、対応する制限モーメント経過のことである。それにより、通常範囲Ｂ２のための制限モーメントの下側で仮想の平均・制限モーメントも得られる。伝達クラッチ１の周期的な連結及び非連結は、好ましくはＰＷＭ信号により行なわれ得て、この際、デューティ比（ｔ１／ｔ２）は、保護すべき構成部品の寸法に依存して定めることができる。これにより、オン期間ｔ１に渡った構成部品・寸法・適応が可能である。速度範囲に関連したクラッチモーメントの交互の増加及び減少は、例えば、定義された時間の間、及び場合により、定義された外温閾値を超過した場合だけでも設定され得る。

図２において、前制御関与部分Ｍ_{K_vor}と、速度範囲に関連したクラッチモーメントＭ_{K_v}は、整合ユニット３へと出力される。整合ユニット３内では、構成部品保護のために、好ましくは両方のモーメント値から最小選択が行われる。次処理ユニット４内では、例えば、走行動的な調整器関与部分及びアクチュエータの負荷を考慮し、整合ユニット４内で検出されたモーメント値の修正が行われる。次処理ユニット４の出力信号は、実際に調節すべき目標・クラッチモーメントＭ_{K_soll}である。速度範囲に関連したクラッチモーメントＭ_{K_v}であり得るが必ずしもそうである必要はない最終的に決定された目標・クラッチモーメントＭ_{K_soll}は、好ましくは補助制御装置１０へと出力される（図１参照）。

伝達クラッチを介して連結可能な前輪駆動部を備えた基本的に後輪駆動される自動車を例にした、制御ユニットを介して調節可能な伝達クラッチを備えた一時的に四輪稼動される車両の概要を示す図である。 制御ユニットの一部分を示す図である。 速度範囲に関連したクラッチモーメントの設定のための一例を示す図である。

符号の説明

１ 伝達クラッチ
２ 前軸
３ 後軸
４ 車輪（前輪）
５ 車輪（前輪）
６ 車輪（後輪）
７ 車輪（後輪）
８ 制御ユニット
９ 駆動ユニット
９．１ 内燃機関
９．２ 変速機
１０ 補助制御装置
１（図２） 前制御ユニット
２（図２） 構成部品保護ユニット
３（図２） 整合ユニット
４（図２） 次処理ユニット

Claims (7)

1. 少なくとも一時的に四輪稼動される自動車用の制御装置であって、制御ユニットを備え、この制御ユニットを用い、駆動ユニットの駆動モーメントが、持続的に駆動ユニットと接続されている第一の駆動輪に対し及び要求に応じて伝達クラッチを介して駆動ユニットと接続可能である第二の駆動輪に対し、アクチュエータ装置を用いて伝達クラッチにおいて調節すべきである目標・クラッチモーメントを制御ユニットが検出することにより、稼動条件に依存して可変に配分可能である、前記制御装置において、
   １つの稼動条件が車両速度（ｖ）であること、及び、制御ユニット（８；８、１０）が、目標・クラッチモーメント（Ｍ_{K_soll}）の検出時に少なくとも１つの定義された高速範囲（Ｂ３）が考慮されこの高速範囲（Ｂ３）に割り当てられている速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B3}）が最大許容制限モーメントとして設定されるように構成されていることを特徴とする制御装置。
2. 速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B3}）が、定義された高速範囲（Ｂ３）のある場合、交互にクラッチモーメントの増加と減少が設定されるクラッチモーメント経過のことであることを特徴とする、特許請求項１に記載の制御装置。
3. 速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B3}）が、交互に、少なくともほぼゼロと、構成部品強度にとって最適の値にセットされることを特徴とする、特許請求項２に記載の制御装置。
4. 定義されていて速度に関連した発進範囲（Ｂ１）と、定義されていて速度に関連した通常範囲（Ｂ２）と、定義された高速範囲（Ｂ３）とが区別され、それにより、発進範囲（Ｂ１）に割り当てられていて速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B1}）、通常範囲（Ｂ２）に割り当てられていて速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B2}）、高速範囲（Ｂ３）に割り当てられていて速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B3}）が設定されることを特徴とする、特許請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 少なくとも一時的に四輪稼動される自動車用の制御装置であって、制御ユニットを備え、この制御ユニットを用い、駆動ユニットの駆動モーメントが、持続的に駆動ユニットと接続されている第一の駆動輪に対し及び要求に応じて伝達クラッチを介して駆動ユニットと接続可能である第二の駆動輪に対し、アクチュエータ装置を用いて伝達クラッチにおいて調節すべきである目標・クラッチモーメントを制御ユニットが検出することにより、稼動条件に依存して可変に配分可能である、特に特許請求項４に記載の制御装置において、
   定義されていて速度に関連した発進範囲（Ｂ１）のある場合、速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B1}）が、このクラッチモーメントの調節時に目標・クラッチモーメント（Ｍ_{K_soll}）としてトラクションにとって最適の駆動モーメントの配分が達成されるように設定されることを特徴とする制御装置。
6. 少なくとも一時的に四輪稼動される自動車用の制御装置であって、制御ユニットを備え、この制御ユニットを用い、駆動ユニットの駆動モーメントが、持続的に駆動ユニットと接続されている第一の駆動輪に対し及び要求に応じて伝達クラッチを介して駆動ユニットと接続可能である第二の駆動輪に対し、アクチュエータ装置を用いて伝達クラッチにおいて調節すべきである目標・クラッチモーメントを制御ユニットが検出することにより、稼動条件に依存して可変に配分可能である、特に特許請求項４又は５に記載の制御装置において、
   定義されていて速度に関連した通常範囲（Ｂ２）のある場合、速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B2}）が、このクラッチモーメントの調節時に目標・クラッチモーメント（Ｍ_{K_soll}）として構成部品強度にとって最適の駆動モーメントの配分が達成されるように設定されることを特徴とする制御装置。
7. 少なくとも一時的に四輪稼動される自動車用の制御装置であって、制御ユニットを備え、この制御ユニットを用い、駆動ユニットの駆動モーメントが、持続的に駆動ユニットと接続されている第一の駆動輪に対し及び要求に応じて伝達クラッチを介して駆動ユニットと接続可能である第二の駆動輪に対し、アクチュエータ装置を用いて伝達クラッチにおいて調節すべきである目標・クラッチモーメントを制御ユニットが検出することにより、稼動条件に依存して可変に配分可能である、特に特許請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御装置において、
   定義された高速範囲（Ｂ３）のある場合、速度範囲に関連したクラッチモーメント（Ｍ_{K_v}＝Ｍ_{K_v_B3}）が、このクラッチモーメントの調節時に目標・クラッチモーメント（Ｍ_{K_soll}）として構成部品強度にとって最適の且つ同時に歪みを最小化する駆動モーメントの配分が達成されるように設定されることを特徴とする制御装置。

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