JP2011031830A - 四輪駆動車両のトルク配分制御装置 - Google Patents

四輪駆動車両のトルク配分制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 四輪駆動車両が発進を行う際に、副駆動輪に過剰な実駆動トルクが発生して耐久性が低下するのを、車両の発進性能を損なわずに防止する。
【解決手段】 LSD制御部56が算出した副駆動輪配分トルクが所定値以上であり、左右のトルク配分クラッチの差回転が共に所定値以上であり、かつ車体速センサ52aが検出した車体速が所定値以下のときに、エンジンからリヤディファレンシャルギヤ16の左右のトルク配分クラッチを介して左右の副駆動輪に伝達される副駆動輪配分トルクの上限値をクラッチトルク制限部60が制限するので、車両の発進時に主駆動輪がスリップしたときに、副駆動輪に過大な実駆動トルクが発生して耐久性が低下するのを防止することができる。その際に、エンジンの出力トルクを低減する必要がないため、車両の発進性能の低下を最小限に抑えることができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、駆動源が出力する駆動トルクが直接伝達される左右の主駆動輪と、前記駆動トルクが左右のトルク配分クラッチを介して伝達される左右の副駆動輪とを備え、車両の走行状態に応じて前記左右のトルク配分クラッチが前記左右の副駆動輪に伝達する副駆動輪配分トルクを制御する四輪駆動車両のトルク配分制御装置に関する。
エンジンが出力する駆動力をクラッチを介してトランスミッションに伝達し、トランスミッションが出力する駆動力をディファレンシャルギヤ等の動力伝達系を介して駆動輪に伝達するものにおいて、運転者の急加速要求があったときにエンジン回転数あるいはエンジン出力トルクを制限することで、前記ディファレンシャルギヤ等の損傷を防止するものが、下記特許文献1により公知である。
特許第3603569号公報
ところで、四輪駆動車両が発進するときに主駆動輪である前輪がスリップし、副駆動輪である後輪との間に差回転が発生すると、リヤディファレンシャルギヤの駆動力配分クラッチを締結して駆動トルクを後輪に配分することで、前輪に配分される駆動トルクを低減してスリップを抑制し、かつ後輪にトラクションを発生させて車両の発進を可能にするものにおいて、前記トルク配分クラッチの締結により後輪に発生する実駆動トルクが過大になると、リヤディファレンシャルギヤの負荷が増大して耐久性が低下する可能性がある。
このような場合に、前記特許文献1に記載された発明のように、エンジン回転数あるいはエンジン出力トルクを制限すれば、後輪に配分される駆動トルクを減少させてリヤディファレンシャルギヤを保護することができるが、このようにすると、前輪および後輪のトータルのトラクションが減少してしまい、車両の発進性能が低下する問題がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、四輪駆動車両が発進する際に、副駆動輪に過剰な実駆動トルクが発生して耐久性が低下するのを、車両の発進性能を損なわずに防止することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、駆動源が出力する駆動トルクが直接伝達される左右の主駆動輪と、前記駆動トルクが左右のトルク配分クラッチを介して伝達される左右の副駆動輪とを備え、車両の走行状態に応じて前記左右のトルク配分クラッチが前記左右の副駆動輪に伝達する副駆動輪配分トルクを制御する四輪駆動車両のトルク配分制御装置において、車体速を検出する車体速検出手段と、前記主駆動輪および前記副駆動輪の車輪速を検出する車輪速検出手段と、前記車輪速検出手段の出力に基づいて算出した前記主駆動輪および前記副駆動輪間の差回転に応じて前記副駆動輪配分トルクを算出する副駆動輪配分トルク算出手段と、前記副駆動輪配分トルク算出手段が算出した前記副駆動輪配分トルクが所定値上であり、左トルク配分クラッチの差回転および右トルク配分クラッチの差回転が共に所定値以上であり、かつ前記車体速検出手段が検出した車体速が所定値以下のときに、前記副駆動輪配分トルクの上限値を制限するトルク制限手段とを備えることを特徴とする四輪駆動車両のトルク配分制御装置が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、路面の傾斜角度を検出する路面傾斜角度検出手段を備え、前記トルク制限手段は、前記路面傾斜角度検出手段が検出した路面の傾斜角度が所定値以下であるときに、前記副駆動輪配分トルクの上限値を制限することを特徴とする四輪駆動車両のトルク配分制御装置が提案される。
尚、実施の形態のエンジンEは本発明の駆動源に対応し、実施の形態のESC電子制御ユニットUcは本発明の車輪速検出手段に対応し、実施の形態の前輪Wfは本発明の主駆動輪に対応し、実施の形態の後輪Wrは本発明の副駆動輪に対応し、実施の形態の車体速センサ52aは本発明の車体速検出手段に対応し、実施の形態のLSD制御部56は本発明の副駆動輪配分トルク算出手段に対応し、実施の形態の登坂制御部58は本発明の路面傾斜角度検出手段に対応し、実施の形態のクラッチトルク制限部60は本発明のトルク制限手段に対応する。
請求項1の構成によれば、副駆動輪配分トルク算出手段が算出した副駆動輪配分トルクが所定値上であり、左トルク配分クラッチの差回転および右トルク配分クラッチの差回転が共に所定値以上であり、車体速検出手段が検出した車体速が所定値以下のときに、駆動源から左右のトルク配分クラッチを介して左右の副駆動輪に伝達される副駆動輪配分トルクの上限値をトルク制限手段が制限するので、車両の発進時に主駆動輪がスリップしたときに、副駆動輪に過大な実駆動トルクが発生して耐久性が低下するのを防止することができ、その際に駆動源の出力トルクを低減する必要がないため、車両の発進性能の低下を最小限に抑えることができる。
特に、左トルク配分クラッチの差回転および右トルク配分クラッチの差回転が共に所定値以上である場合に限り、トルク制限手段が副駆動輪配分トルクの上限値を制限するので、左右の副駆動輪が異なる摩擦係数の路面に乗って一方の副駆動輪だけがスリップし、左右一方のトルク配分クラッチの差回転だけが所定値以上になる場合には、副駆動輪配分トルクを維持して走破性を確保することができる。
また請求項2の構成によれば、請求項1の構成に加えて、路面傾斜角度検出手段が検出した路面の傾斜角度が所定値以下である場合に限り、トルク制限手段が副駆動輪配分トルクの上限値を制限するので、登坂性能の低下を回避することができる。
四輪駆動車両の駆動力伝達系を示す図。 増速装置およびリヤディファレンシャルギヤの拡大図。 4WD−ECUの構成を示すブロック図。 クラッチトルク制限制御のロジックの説明図。 クラッチトルク制限制御のフローチャート。
以下、図1〜図5に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1に示すように、本発明が適用される四輪駆動車両は、主駆動輪としての左右の前輪Wf,Wfと、副駆動輪としての左右の後輪Wr,Wrとを備えており、左右の前輪Wf,Wfは車両の走行時には基本的に常時駆動され、左右の後輪Wr,Wrは車両の運転状態に応じて適宜駆動される。
車体前部に横置きに搭載されたエンジンEにオートマチックトランスミッションTが接続されており、オートマチックトランスミッションTはフロントディファレンシャルギヤ11および左右のフロントドライブシャフト12,12を介して左右の前輪Wf,Wfに接続される。フロントディファレンシャルギヤ11は、トランスファー(不図示)と、フロントプロペラシャフト13と、増速装置14と、リヤプロペラシャフト15と、リヤディファレンシャルギヤ16と、左右のリヤドライブシャフト17,17とを介して左右の後輪Wr,Wrに接続される。
図2に示すように、増速装置14は、遊星歯車機構21と、増速クラッチ22と、直結クラッチ23とを備える。
遊星歯車機構21は、フロントプロペラシャフト13の後端に固設された入力側サンギヤ24と、リヤプロペラシャフト15の前端に固設された出力側サンギヤ25と、キャリヤ26と、キャリヤ26に支持された複数の2連ピニオン27…とを備える。各2連ピニオン27は入力側ピニオン27aと出力側ピニオン27bとを一体に備えるもので、出力側ピニオン27bの歯数は入力側ピニオン27aの歯数よりも大きく設定され、これに伴って出力側サンギヤ25の歯数は入力側サンギヤ24の歯数よりも小さく設定される。
油圧式多板型の増速クラッチ22は、ハウジング28に固定されたクラッチアウター29と、その内側に位置するクラッチインナー30とを複数の摩擦係合要素31…を介して対峙させたもので、油圧の供給により複数の摩擦係合要素31…が係合すると、クラッチインナー30がクラッチアウター29に締結されてハウジング28に回転不能に拘束される。
油圧式多板型の直結クラッチ23は、増速クラッチ22のクラッチインナー30および遊星歯車機構21のキャリヤ26と一体のクラッチアウター32と、フロントプロペラシャフト13と一体のクラッチインナー33と、クラッチアウター32およびクラッチインナー33間に配置された複数の摩擦係合要素34…と、クラッチアウター32およびクラッチインナー33間に配置された一方向クラッチ35とを備える。一方向クラッチ35は、クラッチインナー33の回転数がクラッチアウター32の回転数を上回ると、スリップして駆動力の伝達が遮断される。油圧の供給により複数の摩擦係合要素34…が係合すると、クラッチアウター32がクラッチインナー33に締結されてフロントプロペラシャフト13が遊星歯車機構21のキャリヤ26と一体化される。
従って、増速クラッチ22が締結して直結クラッチ23が締結解除すると、遊星歯車機構21のキャリヤ26がハウジング28に回転不能に拘束されるため、入力側サンギヤ24、出力側サンギヤ25および2連ピニオン27の歯数により定まる増速比(例えば、1.05)で、フロントプロペラシャフト13の回転数が増速されてリヤプロペラシャフト15に出力される。
逆に、増速クラッチ22が締結解除して直結クラッチ23が締結すると、遊星歯車機構21の入力側サンギヤ24とキャリヤ26とが一体化されてロック状態になるため、フロントプロペラシャフト13の回転はそのままリヤプロペラシャフト15に出力される。
リヤディファレンシャルギヤ16は、車体中心面を挟んで実質的に左右鏡面対称な構造を備えているため、その代表として車体中心面の左側部分の構造を説明する。
左右のリヤドライブシャフト17,17の対向端部間に同軸に配置された入力軸36の中間部に固設された従動ベベルギヤ37が、リヤプロペラシャフト15の後端に固設された駆動ベベルギヤ38に噛合する。入力軸36と左側のリヤドライブシャフト17との間に、遊星歯車機構39および電磁式多板型のトルク配分クラッチ40が配置される。
遊星歯車機構39は、リングギヤ41と、キャリヤ42と、サンギヤ43と、キャリヤ42に支持されてリングギヤ41およびサンギヤ43に同時に噛合する複数のピニオン44…とを備えており、リングギヤ41は入力軸36の左端に結合され、キャリヤ42は左側のリヤドライブシャフト17の右端に結合される。
トルク配分クラッチ40は、ハウジング45に固定されたクラッチアウター46と、遊星歯車機構39のサンギヤ43に結合されたクラッチインナー47と、クラッチアウター46およびクラッチインナー47間に配置された複数の摩擦係合要素48…と、摩擦係合要素48…を相互に係合させてクラッチアウター46およびクラッチインナー47を一体に結合する電磁アクチュエータ49(図1参照)とを備える。
電磁アクチュエータ49がOFFした状態ではトルク配分クラッチ40が締結解除してサンギヤ43が自由に回転できるため、入力軸36の駆動力は左側のリヤドライブシャフト17に伝達されることはない。一方、電磁アクチュエータ49がONしてトルク配分クラッチ40が締結した状態では、サンギヤ43がハウジング45に回転不能に拘束されるため、入力軸36の駆動力は左側のリヤドライブシャフト17に伝達される。
このとき、電磁アクチュエータ49に供給する電流を変化させてトルク配分クラッチ40のスリップ量を変化させることで、入力軸36から左側のリヤドライブシャフト17に伝達されるトルクを連続的に変化させることができる。
従って、リヤディファレンシャルギヤ16の左右のトルク配分クラッチ40,40の締結力を変化させることで、前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wr間で配分されるトルクの比率を任意に制御するとともに、左右の後輪Wr,Wr間で配分されるトルクの比率を任意に制御することができる。
次に、図3に基づいて、増速装置14およびリヤディファレンシャルギヤ16の作動を制御する4WD電子制御ユニットUaの構成を説明する。
4WD電子制御ユニットUaの入力部51には、エンジンEおよびオートマチックトランスミッションTの作動を制御するFI/AT電子制御ユニットUbと、車両挙動安定化システムの作動を制御するESC電子制御ユニットUcとがCANを介して接続されるとともに、例えばオートマチックトランスミッションTのギヤの回転数から車体速を検出する車体速センサ52aと、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサ52bとが接続される。
FI/AT電子制御ユニットUbから入力部51に入力される信号には、エンジン回転数、吸気負圧、オートマチックトランスミッションTのメインシャフトおよびカウンタシャフトの回転数、オートマチックトランスミッションTのシフトポジション等が含まれる。またESC電子制御ユニットUcから入力部51に入力される信号には、前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrの車輪速、車両の横加速度、車両の前後加速度等が含まれる。
推定駆動トルク算出部53は、入力部51から入力されたエンジン回転数、吸気負圧(または吸気流量)、メインシャフトおよびカウンタシャフトの回転数から推定されるギヤ比、トルクコンバータの速度比、各ギヤ段における効率等に基づいて、トランスミッションTが出力する推定駆動トルクを算出する。尚、メインシャフトおよびカウンタシャフトの回転数からギヤ比を推定する代わりに、シフトポジションセンサで検出したシフトポジションのギヤ比を用いても良い。
操安制御部54は、推定駆動トルク算出部53が算出した推定駆動トルクと、入力部51から入力された横加速度、操舵角および車輪速とに基づいて、左右の後輪Wr,Wrに配分する操安制御トルクを算出する。例えば、車両のスリップ角が所定値以上の場合には、車両挙動が不安定な状態にあると判定し、リヤディファレンシャルギヤ16を制御して左右の後輪Wr,Wrに配分されるトルクを低減するとともに、左右後輪Wr,Wrのうちの旋回外輪に配分されるトルクを低減することで、車両挙動の安定を図る。
増速制御部55は、車体速が中速で横加速度が大きい場合に、増速装置14の増速クラッチ22を締結してフロントプロペラシャフト13の回転数に対してリヤプロペラシャフト15の回転数を増速するとともに、リヤディファレンシャルギヤ16で左右の後輪Wr,Wrのうちの旋回外輪にトルクを配分することで、車両のアンダーステアを回避しながら旋回性能を向上させる。また車体速が低速あるいは高速で横加速度が小さい場合には、増速装置14の直結クラッチ23を締結してフロントプロペラシャフト13の回転数に対するリヤプロペラシャフト15の回転数の増速を中止した状態で、リヤディファレンシャルギヤ16で左右の後輪Wr,Wrのうちの旋回外輪にトルクを配分することで、安定した旋回性能を確保する。
また増速が実行されると車両挙動を乱す虞があるとして、操安制御部54が増速禁止要求を出力した場合には、増速装置14の作動が禁止される。
LSD制御部56は、左右の前輪Wf,Wfの車輪速と、左右の後輪Wr,Wrの車輪速とを比較し、車両の発進時に前輪Wf,Wfが踏む路面の摩擦係数が後輪Wr,Wrが踏む路面の摩擦係数よりも小さいために前輪Wf,Wfがスリップしたような場合に、前後輪間の差回転に応じて後輪Wr,Wrに配分するLSDトルクを算出する。リヤディファレンシャルギヤ16により後輪Wr,WrにLSDトルクが配分されると、その分だけ前輪Wf,Wfのスリップが解消して車両のスムーズな発進が可能になる。
登坂制御部58は、前後加速度センサで検出した実前後加速度と、車体速を微分して得た推定前後加速度とを比較することで、車両の登坂角(路面の登り坂の傾斜角)を算出し、登り坂における車両の発進時の登坂力を高めるべく、登坂角に応じてリヤディファレンシャルギヤ16により後輪Wr,Wrに配分する登坂発進トルクを算出する。
トルク加算部57は、操安制御部54で算出した操安制御トルクと、LSD制御部56で算出したLSDトルクと、登坂制御部58で算出した登坂発進トルクとを加算する。
クラッチトルク制限部60は、車両の登坂発進時にリヤディファレンシャルギヤ16に過大な負荷が作用して耐久性を低下させるのを防止すべく、リヤディファレンシャルギヤ16が後輪Wr,Wrに伝達する目標トルクを上限値により制限したクラッチトルク指令値を出力する。その制御の詳細は、図4に基づいて後から詳述する。
電流制御部61は、クラッチトルク制限部60で算出したクラッチトルク指令値を、リヤディファレンシャルギヤ16のトルク配分クラッチ40,40の電磁アクチュエータ49,49に供給する電流値(PWM値)に変換する。
しかして、駆動回路部62は、増速制御部55が出力する増速指令に基づいて増速装置14の作動を制御するとともに、電流制御部61が出力する電流値に基づいてリヤディファレンシャルギヤ16の作動を制御する。
次に、図4に基づいて、車両の登坂発進時に登坂制御部58およびクラッチトルク制限部60で実行されるリヤディファレンシャルギヤ16のトルク制御のロジックを説明する。
車両が登坂発進するとき、路面の傾斜により車体重量が前輪Wf,Wf側から後輪Wr,Wr側に移動し、かつ重力の路面方向の成分が車両を後進させようとするため、主駆動輪である前輪Wf,Wfがスリップし易くなる。このとき、前輪Wf,Wfが踏む路面の摩擦係数が後輪Wr,Wrが踏む路面の摩擦係数よりも小さいとき(いわゆる、前後スプリットμ路)には、上記傾向が一層顕著なものとなる。
このような状態で前輪Wf,Wfがスリップして前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wr間に差回転が発生すると、前後LSD制御によりリヤディファレンシャルギヤ16の左右のトルク配分クラッチ40,40が締結して駆動トルクを後輪Wr,Wrに配分することで、前輪Wf,Wfのスリップを抑制し、かつ後輪Wr,Wrにトラクションを発生させて車両の発進を可能にすることができる。
しかしながら、リヤディファレンシャルギヤ16の左右のトルク配分クラッチ40,40に急激な差回転が発生している状態で、後輪Wr,Wrに配分される目標配分トルクが増大すると、左右のトルク配分クラッチ40,40が締結して実際に後輪Wr,Wrに伝達される実駆動トルクが過大となり、リヤディファレンシャルギヤ16の負荷が増大して耐久性を低下させる可能性があるため、所定の条件が成立した場合には左右の後輪Wr,Wrに配分する目標配分トルクの上限値を抑制することで、リヤディファレンシャルギヤ16の保護を図る制御が行われる。
図4に示すように、上記所定の条件は、
(1) 左右の後輪Wr,Wrに伝達すべき目標配分トルクの合計値が所定値(実施の形態では300kgfm)以上であること
(2) 左右のトルク配分クラッチ40,40のクラッチアウター46およびクラッチインナー47間の差回転が共に所定値(実施の形態では300rpm)以上であること
(3) 車体速が所定値(実施の形態では5km/h)以下であること
(4) 重力加速度Gに換算した登坂角が所定値(実施の形態では0.2G)以下であることの四つであり、これら四つの条件が全て成立した場合に、後輪Wr,Wrに配分可能な駆動トルクの上限値を通常時に比べて低減する制御が行われる。
上記(2) の条件を設けた理由は、前輪Wf,Wfが踏む路面の摩擦係数と後輪Wr,Wrが踏む路面の摩擦係数とが異なっており(いわゆる、前後スプリットμ路)、リヤディファレンシャルギヤ16の左右のトルク配分クラッチ40,40のクラッチアウター46およびクラッチインナー47間の差回転が共に所定値以上のときに駆動トルクの抑制を行うことで、過大な実駆動トルクが発生してリヤディファレンシャルギヤ16に過負荷を与えるのを防止するためである。
上記(3) の条件を設けた理由は、本来、本制御が車両が低車速である発進時を対象としているためである。
上記(4) の条件を設けた理由は、登坂角が前記所定値を超えた状態で後輪Wr,Wrに配分する駆動トルクの制限を行ってしまうと、急勾配の登り坂を登坂できなくなって登坂性能が低下する可能性があるからである。
尚、上記(4) の条件は必須ではなく、上記(1) ,(2) ,(3) の条件だけが成立したときに後輪Wr,Wrに配分する駆動トルクの抑制を行っても良い。
図5のフローチャートは上記作用を纏めたもので、ステップS1で左右の後輪Wr,Wrの目標配分トルクが300kgfm以上であり、ステップS2で左右のトルク配分クラッチ40,40の差回転が共に300rpm以上であり、ステップS3で車体速が5km/h以下であり、ステップS4で路面の登坂角が0.2G以下であるときに、ステップS5で前記目標配分トルクの上限値を制限し、前記ステップS1〜ステップS4の条件の何れかが不成立のときに、ステップS6で前記目標配分トルクの上限値を制限しないので、前後スプリットμ路における車両の走破性や、登坂路における登坂性を低下させることなく、後輪Wr,Wrに過大な実駆動トルクが配分されてリヤディファレンシャルギヤ16の耐久性が低下するのを防止することができる。しかもエンジンEの出力トルクを低減する必要がないため、車両の発進性能の低下を最小限に抑えることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の駆動源は実施の形態のエンジンEに限定されず、モータ・ジェネレータあるいはエンジンEおよびモータ・ジェネレータの組合せであっても良い。
また車体速検出手段52aは、前輪Wf,Wfおよび後輪Wr,Wrの車輪速から車体速を推定するものであっても良い。
また実施の形態の四輪駆動車両は増速装置14を備えているが、増速装置14は必ずしも必要ではなく、省略することが可能である。
また実施の形態の四輪駆動車両はオートマチックトランスミッションTを備えているが、マニュアルトランスミッションや無段変速機(CVT)を備えるものであっても良い。
E エンジン(駆動源)
Uc ESC電子制御ユニット(車輪速検出手段)
Wf 前輪(主駆動輪)
Wr 後輪(副駆動輪)
40 トルク配分クラッチ
52a 車体速センサ(車体速検出手段)
56 LSD制御部(副駆動輪配分トルク算出手段)
58 登坂制御部(路面傾斜角度検出手段)
60 クラッチトルク制限部(トルク制限手段)

Claims (2)

  1. 駆動源(E)が出力する駆動トルクが直接伝達される左右の主駆動輪(Wf)と、前記駆動トルクが左右のトルク配分クラッチ(40)を介して伝達される左右の副駆動輪(Wr)とを備え、車両の走行状態に応じて前記左右のトルク配分クラッチ(40)が前記左右の副駆動輪(Wr)に伝達する副駆動輪配分トルクを制御する四輪駆動車両のトルク配分制御装置において、
    車体速を検出する車体速検出手段(52a)と、
    前記主駆動輪(Wf)および前記副駆動輪(Wr)の車輪速を検出する車輪速検出手段(Uc)と、
    前記車輪速検出手段(Uc)の出力に基づいて算出した前記主駆動輪(Wf)および前記副駆動輪(Wr)間の差回転に応じて前記副駆動輪配分トルクを算出する副駆動輪配分トルク算出手段(56)と、
    前記副駆動輪配分トルク算出手段(56)が算出した前記副駆動輪配分トルクが所定値上であり、左トルク配分クラッチ(40)の差回転および右トルク配分クラッチ(40)の差回転が共に所定値以上であり、かつ前記車体速検出手段(52a)が検出した車体速が所定値以下のときに、前記副駆動輪配分トルクの上限値を制限するトルク制限手段(60)とを備えることを特徴とする四輪駆動車両のトルク配分制御装置。
  2. 路面の傾斜角度を検出する路面傾斜角度検出手段(58)を備え、前記トルク制限手段(60)は、前記路面傾斜角度検出手段(58)が検出した路面の傾斜角度が所定値以下であるときに、前記副駆動輪配分トルクの上限値を制限することを特徴とする、請求項1に記載の四輪駆動車両のトルク配分制御装置。
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