JP2009517271A - 車両の動力学特性を調整する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御することで車両の駆動上の動力学特性を調整する方法が開示される。この方法はトルク配分を、異なる車軸の間における名目上の速度差を入力値として制御する。実施形態によれば、ツインクラッチ装置の出力軸との間での速度差を用いてツインクラッチ装置の制御を実行する。

Description

本発明は、一般的に車両の動力学特性の分野に関する。本発明は、特に車両の駆動上の動力学特性を調整する技術に係り、さらには車両の少なくとも2本の車軸間で車両エンジンからのトルク配分を制御することによって、車両の駆動上の動力学特性を調整するための方法に関する。

車両用のトルク分配装置は、駆動車両の歯車装置の出力部と車軸の間に配置される装置であり、例えば四輪駆動車両用のハードウェアとして知られている。このハードウェアによれば、歯車装置の出力と車軸の両方の間の総トルク容量が、歯車装置から出力される最大トルクよりも確実に常時大きくなることを保証している。これと同時に、前部と後部の車軸間のトルクは、1個のクラッチが固定状態を維持している間に、自由に変えることができるかまたは所謂同期状態に維持される。例外としては、ツインクラッチ装置においてそのクラッチ解放のための機構がギヤシフトの際に使用される場合が挙げられる。

例えば国際公開第2005/035294号パンフレットは、このようなハードウェアを開示している。より具体的には、車両の駆動機構トレインを制御して調整するための駆動機構トレインとその方法について国際公開第2005/035294号パンフレットは開示している。ギアボックスは、車両のエンジンと2本の車両の車軸の間に介在される。制御されたクラッチと調整されたクラッチの夫々は、ギアボックスと車両の車軸の間に設けられ、アクチュエータシステムにより調整されたクラッチの伝達率を調整可能にしている。このようにして駆動トルクは、2つのクラッチのトルク伝達率に依存して車両の車軸の間で配付される。これらのクラッチの伝達率は、一方のクラッチが一般的に同期状態となっており、もう片方のクラッチがスリップモードで操作されることで、車軸の間の駆動トルクを配付するアクチュエータシステムによって調整することができる。しかし上記の開示によれば、トルクを配付するために車軸の間で使用される機械的装置のみについて記載している。当業者は車軸の間のトルク配分が、車両の駆動上の動力学特性に影響を及ぼすことを理解している。このトルク配分が車両の駆動上の動力学特性の有利な特性を提供するようにいかなる効率的な方法で制御されるべきであるかについては開示されていない。

したがって、国際公開第2005/035294号パンフレットで開示されるように、例えば車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分の制御を監視することによって、トルク配分を制御し車両の駆動上の動力学特性を調整する必要がある。

国際公開第2005/07311号パンフレットは、車両の第1と第2の車軸の間の接続状態を決定するトルク伝達クラッチの伝達率のトルク配分比の制御を行う方法について開示している。車両の速度と車両の少なくとも1つの作動パラメータが予定された条件に関してモニターされ、それは車両の運転者による加速プロセスの結果、増加した車両速度となることで代表される。この加速プロセスが認識されると、クラッチは結合された加速接続状態に置かれる。車両のエンジンを駆動して供給されるエンジントルク及びアクセルペダルの位置の少なくとも一方から得られる情報は、車両の加速プロセスを認識するために使用される代表的な作動パラメータである。しかしながら、国際公開第2005/07311号パンフレットに開示された内容によれば縦方向の加速度のみを考慮に入れており、このため例えばコーナリングまたは減速条件は全く考慮されていないことから、車両の動力学特性上の見解からは非常に限定的である。

また米国特許第4966249号は、四輪駆動車用のアクティブトルク分散制御を開示している。車両はこれに加わる縦方向の加速度と、横方向の加速度を2つの加速度センサの手段によって検出する。これらの2つのセンサによって測定される縦方向と横方向の加速度に基づいて車両が動作しているモードが認識され、後輪と前輪に伝達されるべきトルクの分配比率と差動装置のトルク配分比とが、予定された操縦スケジュールに対応して変えられる。しかしながらこの開示によるシステムは、前述した構成と同様に加速度センサを必要とするので、これらの追加は不利となり、しかも車両の動力特性に使用されるだけなので高価かつ不都合となる。さらにまた、米国特許第4966249号は、駆動機構のトルク配分を実行するために車両操縦の動特性が制限される単一のクラッチ装置を使用している。

したがって車両の少なくとも2本の車軸の間において車両のエンジンからのトルク配分を制御することによって、車両の駆動上の動力学特性を調整するための改良された方法は有利になり、特に増加された柔軟性と費用対効果を考慮する場合には特に有利となるであろう。
国際公開第2005/035294号パンフレット 国際公開第2005/07311号パンフレット 米国特許第4966249号

従って本発明は、上記の従来の一つ以上の欠陥またはこれらの組み合わせによる問題点を緩和ないし軽減あるいは排除できる方法を望ましくは提供するために、添付の特許請求の範囲に記載されるように、一つのコンピュータ読み込み可能な媒体、システムを備え、車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御することによって、車両の駆動上の動力学特性を調整することができる。

また、本発明は車両の動力特性上の見地からトルク配分制御の総合的な操縦を可能にできる。

本発明の一実施形態によると、車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御することによって、駆動上の動力学特性を調整するための方法が提供され、この方法によれば異なった車軸の間で名目上の速度差があるとこれを入力値として、トルク配分を制御する。

また、本発明の別の実施形態によると、車両の駆動上の動力学特性を調整するためのシステムが提供される。このシステムは、車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御するように適合される。このシステムによれば、異なった車軸の間に名目上の速度差があると、これを入力値として前述のトルク配分を制御するための方法を含む。

本発明のさらに別の実施形態によれば、コンピュータで読み込み可能な媒体を備え、コンピュータで処理する手段により駆動上の動力学特性を調整するためのコンピュータプログラムが提供される。このコンピュータプログラムは、コンピュータプログラムを有したコンピュータで処理のための手段により駆動上の動力学特性を調整するために、車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御するための具体化されたコンピュータ読み込み可能な媒体においてコードセグメントを含む。このコンピュータプログラムは、異なった車軸の間で名目上の速度差がある状態になると、これを入力値としてトルク配分を制御するためのコードセグメントを含む。

また、本発明のさらなる実施形態によると車両の駆動上の動力学特性を調整するための入力信号が提供される。信号は, 車両の少なくとも2個の車軸の間で車両のエンジンからトルク配分を制御するために適合させられるシステムの車両の駆動上の動力学特性を調整するための入力信号である。この信号は信号が車両の駆動上の動力学特性を調整するのに使用される入力値である異なった車軸の間の名目上の速度差から得られるトルク配分を制御するための情報を含む。

本発明によれば、車両の駆動上の動力学特性を調整する有利な方法を供給する点において、従来技術よりも利点がある。より正確には、本発明のいくつかの実施形態において車両のトラクション上での問題点を解決できる。

以下の説明において本発明を2車軸の四輪駆動車について述べるが、これに制限されず 他の多くの車両に適用可能であり、例えばトラック車両を含むことは言うまでもない。さらには、2本の車軸以上を有する車両にも適用可能である。

図2は、本発明が実行可能な模範的な駆動機構トレインのスケルトン図である。本図において、2本の車軸の四輪駆動車が図示されている。この車両は前部左車輪1、前部右車輪2、後部左車輪3および後部右車輪4を有する。エンジン100からのトルクは歯車装置110に伝達され、さらにこの歯車装置110の出力軸と前後の車軸の間に配置されたトルクディストリビュータに伝えられる。駆動機構トレインは、さらに歯車装置と前車軸の間の第1のクラッチ120と歯車装置と後車軸の間に配置された第2のクラッチ130を含む。このハードウェアは、歯車装置からの出力と車軸の両方の間の総トルク容量が歯車装置から出力される最大トルクよりも確実に常時大きくなるように構成される。同時に前部車軸と後部車軸の間のトルクは、常時1個のクラッチが結合された状態を維持している間自由に変えられるかまたは同期状態にされる。例外としては、ツインクラッチクラッチ装置が使用され、ギヤシフト時にクラッチ解放メカニズムが使用される場合がある。さらに駆動機構トレインは、前部差動装置125と後部差動装置135を含む。以下で説明する図1は、既に説明済みの構成または部品については同様の符号を附した駆動機構トレインを有しており車両の速度ベクトルの概要図を適宜図示している。

国際公開第2005/035294号パンフレットで開示されるツインカップリングのトルク分配システムまたは図2で示される構成によれば、条件次第で前後の車軸に対して自由にトルク配分を変えることができることになる。しかしながら車両の走行状態によって速度差が大き過ぎると時間がかかり実際のノイズ、振動および不快感(NVH)の問題が発生することから車両の状態は必ずしもツインクラッチカップリングの1つの状態から別の状態までの変遷を許容するわけではない。ここで、ツインクラッチカップリング手段はこの文脈では前部か後部の2本の車軸をカップリングの1つをロックすることによって同時に歯車装置出力軸に接続されもう片方のカップリングによるトルク伝達がクラッチを滑らせることによって制御されることを意味する。車両の動特性上の見解からは、前部と後部の車軸に対してトルクを双方に配付することができるようにしなければならない。例えば低速度できついカーブを走行中は、システムは主として前車軸を駆動しなければならなく、後車軸に移されるトルクは後部クラッチによる制御のトルク容量によってクラッチは滑るように伝達される。一方、所定速度を超えた高速コーナリング走行では、後車軸は自由に配付されたトルクにより主に駆動されなければならない。

本発明者は、車両の動力特性は前部と後部の差動装置における名目上の異なった速度において、高速コーナーリング走行では後部の車軸回転が前部よりも高くなり、低速度コーナリング走行時にはこれとは逆の傾向であることに着目した。

よって本発明の実施例において、アンチロックブレーキ装置（ABS)のような既存のシステムからの信号で作動する他の電子制御ユニット(ECU)、電子姿勢制御プログラム（ESP)およびエンジンマネジメントであって、特にツインクラッチ装置の車両において最も適切な制御モードを決定することができる。

本発明の1つの実施形態によると両方の差動装置の間の名目上の速度差は、参照モデルと共にツインクラッチ装置の電子制御ユニット、アンチロックブレーキ装置/電子姿勢制御プログラムの各ユニットとエンジンマネジメントから信号を使用することによって得ることができる。ツインクラッチ装置の電子制御ユニットは場合によっては物理的にツインクラッチ装置の上に設けられ、また速度差に基づく処理プログラムは上記のアンチロックブレーキ装置/電子姿勢制御プログラムを利用して実行させることができる。

名目上の速度差は、ツインクラッチ装置または上記のようなトルク配分装置の制御状態を決定するためのベース信号として使用される。2つのベース制御状態である主要前輪駆動状態(FWD)および主要後輪駆動状態(RWD)が区別される。主要前輪駆動状態は、歯車装置出力と前部差動装置の同期状態を意味する。また、主要後輪駆動状態は、歯車装置出力と後部差動装置の同期状態を意味する。もちろん、ノイズ、振動および不快状態の問題とならないように遷移が行われるであろう。実際の速度差は小さくなるであろう。

図1を参照して車軸の間の自由な回転の名目上の速度差は以下に定義される。

他の変数は以下の用語体系を参照のこと。

上記の公式(1)において縦方向と横方向とヨーイングの各速度は既存のセンサから速度信号を得ることによって測定された信号または推測値であると仮定される。よって、本発明の目的達成のための車両動特性に使用されるべき専用の加速度センサは一切必要なくなる。また、信号の品質と精度は本発明の範囲を超えている。車軸速度差ΔVは、機械的に異なったファイナル・ギヤ比を含むツインクラッチ装置における角速度差に置き換えられるかもしれない。1つの実施形態によると、前部車軸と後部車軸の最終的な駆動機構の機械的な歯数比の差によって変更される可能性があり、制御状態を決定するツインクラッチ装置のシャフトの間の速度差のサインである。図示されている特定の実施形態ではこの速度差の使用例について詳細で説明される。

正確には本発明の模範的な実施形態は以下の通りである。

1.測定信号と関連した参照モデルは、前部と後部の差動装置間の名目上の速度差を計算するために使用される。

2.参照モデルと測定信号の結果により、全ての駆動輪に対して常時駆動トルクを伝達する制御状態を決定する。同期状態にないクラッチ上の滑りが積極的である限り駆動トルクは確実に保証される。すなわち入力シャフト(ギアボックスからの)は、出力シャフト(車軸の差動装置に対する)より速く回転する。

3.制御状態の選択によって、速度包絡線の低範囲におけるタイトコーナにおける後輪駆動(RWD)ベースの「ハングオン接地（hang-on)」走行時における(トラクション、牽引)操縦低下の問題を避けることができ、オフロード走行時の能力低下を避けることができる。タイトコーナでは、前車軸は後車軸よりも大きいカーブ半径を有する結果、後車軸よりも速く動かなければならない。名目上の最も速い車軸は本実施形態の歯車装置が出力されている状態で同時な状態で動くものとする。

4.制御状態の選択によって、速度包絡線(50〜120km/h)の中間速度でFWDベースの「ハングオン接地」走行車両がコーナリングするときのアクセルオンにおけるアンダステアを避けることができる。よって、所定の速度以上では前車軸の旋回半径より大きい旋回半径で後車軸が旋回する。したがってこれらの高速度では、後部車軸は同期して駆動され、前部車輪の一方に過剰な滑りが発生しないように全駆動トルクが伝達される。この動作は、ツインカップリングの状態を制御する入力パラメータとして上述された名目上の速度差を使用することによって確実になる。

本発明になる車両の駆動上の動力学特性を調整するための上述された方法とシステムはその使用形態は様々であり、4つの車輪を有する四輪駆動車とトラックなどが代表的である。

本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及びこれらの組合せを含むあらゆる適当な形態で実行可能である。しかしながら望ましくは本発明は、1つ以上のデータ処理装置及びデジタル信号処理の少なくともいずれかが実行されるコンピュータソフトウェアとして実行されると良い。また望ましくは本発明は1つ以上のデータ処理装置及びデジタル信号処理の少なくともいずれかを実行するコンピュータソフトウェアとして実行されると良い。また実際には、多くのユニットまたは単一ユニットあるいは他の機能単位の一部として実行されるであろう。このような構成として本発明は単一ユニットで実行されるかまたは異なったユニットとプロセッサの間において物理的に機能上拡張されるであろう。

尚、上記の特定の実施形態に基づき本発明を記述したが、これに限定されない。むしろ本発明は、請求の範囲で特定される構成を含むものであり、上記の特定の構成はほんの一例に過ぎない。

請求の範囲において、「具備する、含む」という文言は他の構成要素または工程の存在を排除しない。さらに、請求の範囲において、各構成要素を個別に列記したが、工程は例えば 単一ユニットかプロセッサによって実行されるであろう。加えて個々の特徴が異なった各請求項に含まれるかもしれないがこれらは有利に結合されるかもしれない。そして異なる請求項の組合せも実行可能である。さらに単一の参照数字は複数の構成を示すこともある。また一つ、第1の、第2のは多数の構成を示すこともある。

用語体系
a 前部車軸から歯までの距離
b 後部車軸から歯までの距離
ｌ車輪間隔（ホイールベース）
r ヨー速度
r インデックス:周辺
s インデックス:滑り
t 車輪幅
u 長手方向速度
v 横方向速度
x インデックス：縦方向
y インデックス:横方向
F 前部
R 後部
P 車両の速度(カーブセンター)
V 速度ベクトル
W ホイール座標系
α 滑り角度
β 車両滑り角度
δ 操舵角度

本発明の特徴及び利点については、付随の図面を参照して記載した以下の実施形態の説明から明らかになるであろう。
ISO座標系におけるタイヤ接点の速度ベクトルの概要図である。 本発明を実施するための模範的な駆動機構トレインの模式図である。

Claims (14)

1. 車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御することで前記車両の駆動上の動力学特性を調整する方法であって、
   前記トルク配分を、異なる前記車軸の間における名目上の速度差を入力値として制御する方法。
2. 前記車両は、2本の車軸を有し、前記車軸の夫々は反対側に2個のハブを備え、かつ間に差動装置を備え、前記名目上の速度差は、前部と後部の前記差動装置の間の速度差である請求項１に記載の方法。
3. 前記車軸の前記差動装置の間の前記名目上の速度差を、前記車両のアンチロックブレーキ装置（ABS)/電子姿勢制御プログラム（ESP)ユニット及びトルクを配付するツインクラッチの電子制御ユニット(ECU)の参照モデルによりエンジンマネジメントを行う信号を使用することで演算する請求項１または２に記載の方法。
4. 前記演算と前記制御とを前記ツインクラッチの電子制御ユニットにおいて実行する請求項３に記載の方法。
5. 前記演算と前記制御とを前記車両に既に既存の電子制御ユニットにおいて実行する請求項４に記載の方法。
6. 前記名目上の速度差を前記車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御する制御状態を決定するためのベース信号として使用される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前部車軸と後部車軸を有する車両であって、前記制御状態は2つのベース制御状態を備え、主要前輪駆動(FWD)の制御はエンジンからの歯車装置出力と前記前部車軸の前部差動装置の同期状態と、主要後輪駆動状態(RWD)の制御は前記エンジンからの歯車装置出力と前記後部車軸の後部差動装置の同期状態を含む請求項６に記載の方法。
8. 前記車両の参照モデルを使用し測定信号と関連して、前部と後部の前記差動装置の間の前記名目上の速度差を演算し、前記トルク配分を制御する前記制御状態を決定するように、前記参照モデル及び前記測定の結果に基づき、全ての駆動車輪に常時駆動トルクを伝達する決定をする請求項７に記載の方法。
9. 前記車両の歯車装置の出力と共に同期状態で駆動し、前記名目上の最も速い車軸を固定してトラクション制御による不具合を防止する請求項７または８に記載の方法。
10. 前記名目上の速度差は、四輪駆動車の4つの車輪の間での名目上の自由な回転差であり、
    から求まる請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記速度差を演算するための前記入力パラメータは、車両に既存の複数の測定部品から入力されるかまたは予測の技法から入力される請求項１０に記載の方法。
12. 車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御することで前記車両の駆動上の動力学特性を調整するシステムであって、
    前記トルク配分を、異なる前記車軸の間における名目上の速度差を入力値として制御する手段を備えるシステム。
13. 車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御することで前記車両の駆動上の動力学特性を調整するコンピュータプログラムであってコンピュータで読み込み可能な媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、前記トルク配分を、異なる前記車軸の間における名目上の速度差を入力値として制御し、
    前記コンピュータプログラムは入力値として異なる車軸の間での名目上の速度差により前記トルク配分の制御を行うコンピュータで読み込み可能な媒体。
14. 車両の少なくとも2本の車軸の間で車両のエンジンからのトルク配分を制御することで前記車両の駆動上の動力学特性を調整するシステムにおける入力信号であって、
    前記入力信号は、異なる前記車軸の間における名目上の速度差から前記トルク配分の制御を行うための情報を備え、前記入力信号は前記車両の駆動上の動力学特性を調整するために使用されるシステムにおける入力信号。