JP2018514447A - 接続が迅速なａｗｄシステムの同期制御のための方法 - Google Patents

Abstract

クラッチ、プロペラシャフト、およびクラッチパックアセンブリ付きのリア駆動ユニットを有する動力伝達装置を提供する段階を含む全輪駆動システムの接続事象の制御方法。リア駆動ユニットクラッチパックは、プロペラシャフト回転速度のモデルを生成する段階と、温度および車両車輪速度を補償するべくモデルのパラメータを適応する段階と、モデルを格納する段階と、以前の全輪駆動システムの接続事象の間に収集された情報を利用してモデルを適応する段階と、モデルおよびマルチループ制御構造を利用してクラッチ駆動要素のための設定点を発展させる段階により作動される。動力伝達装置のクラッチは次に係合される。

Description

全輪駆動可能車両は、１つの車軸のみに接続する駆動系を有する車両より多くの利点を有する。具体的には、全輪駆動可能車両は、１つの車軸のみを使用して駆動される同様の車両より向上したトラクションおよび強化されたドライバビリティを有する。

しかしながら、従来の全輪駆動車両は、全輪駆動機能が有益でない場合でさえ、道路速度で、第２の駆動車軸および駆動系の他の部分の連続回転を必要とすることにより不利である。その結果として、従来の全輪駆動車両は、１つの駆動車軸のみを有する車両と比べた場合、燃料効率が下がり、全体的に、効率が下がる傾向がある。

全輪駆動車両は、二次駆動系の接続解除機能をますます装備しつつある。そのような車両において、制御システムが、全輪駆動機能が必要ないと検知した場合、制御システムは、第２の駆動車軸（および他の関連する駆動系部品）を接続解除し、１つの車軸での駆動モードに駆動系を配置する。第２の駆動車軸が接続解除されると、第２の駆動車軸にトルクの伝達はされない。結果的に、第２の駆動車軸（および他の関連する駆動系部品）に関連する速度依存の損失は、第２の駆動車軸（および他の関連する駆動系部品）をアイドリング状態のままにさせることにより排除される。二次駆動系の接続解除機能はまた、二次車軸により伝えられるトルクの制御を許可してよい。前者は車両の燃料消費の削減に役立ち、後者は非常に柔軟性のあるトルク制御を提供する。

一般的に、ＡＷＤシステムの接続事象の一部として、二次駆動系の非接続プロペラシャフト回転速度測定は、歯車またはトーンホイールのような回転部分の２つの歯の通過の間の時間を測定することにより実行される。既知の方法において、回転部分の２つの歯の間の回転距離は、正確に知られている。既知の方法は、回転部分の歯の２つの続く立ち上がりエッジまたは２つの続く立ち下がりエッジを測定することを含む。既知の位置増加を時間で割ることは、プロペラシャフト回転速度の推定を提供する。代替的に、パルスカウンタが所与のサンプリング周期のパルスの数を説明するために用いられ得る。

しかしながら、この方法は、特に低速のプロペラシャフト回転速度で、すなわち、低パルスカウントで、遅延したおよび不正確な測定をもたらす。車両オペレータが二輪駆動から四輪駆動への移行を感じないように、非接続（二輪駆動）状態から接続された（四輪駆動）状態へ移行するという全輪駆動車両の課題は残る。

本明細書の本開示は、適応可能なモデルおよびプロペラシャフト回転速度の高分解能測定を利用してクラッチを作動するための方法およびシステムを説明する。

本明細書の一部として本明細書に組み込まれる添付の図面は、ここで開示されている主題を示し、記述とともに、開示されている主題の原理を説明し、当業者が開示されている主題を活用できるようにする役割を果たす。

ここで開示されている主題の実施形態に係る、一次車輪および二次車輪のセットを有する自動車の駆動系の一部の概略図である。

ここで開示されている主題の別の実施形態に係る、一次車輪および二次車輪のセットを有する自動車の駆動系の一部の概略図である。

ここで開示されている主題の実施形態に係るクラッチの作動相を示すグラフである。

図３に係る、クラッチの作動相を示すフローチャートである。

図３に係る、第３相の段階を示すフローチャートである。

図３に係る、プロペラシャフトの高分解能の速度測定の方法を示すフローチャートである。

図６に係る、目標車輪の高分解能の回転速度測定を示すグラフである。

図６に係る、シャフトの実際の回転速度と比べたシャフトの測定された回転速度を示すグラフである。

図５に係る、オンラインモデル適応の方法を示すフローチャートである。

図５に係る、クラッチの接続事象の間の変数としてシャフト摩擦を示すグラフである。

ここで開示されている主題の実施形態に係る、クラッチトルクとモータ位置との間の関係を示すグラフである。

図５に係る、オフラインモデル適応の方法を示すフローチャートである。

図５に係る、変更システムを補償するためのクラッチ位置の変化を示すグラフである。

図５に係る、プロペラシャフトのハイレベル制御の方法を示すフローチャートである。

ここで開示されている主題は、明確にそうでないと指定される場合を除き、様々な代替的な適応および段階の順序を想定してよいと理解されるべきである。添付の図面に示され、以下の明細書において説明されている特定のデバイス、アセンブリ、システム、および工程は、本明細書で定義される発明概念の単なる例示的な実施形態であることも、理解されるべきである。従って、開示されている実施形態に関連する特定の寸法、方向、または他の物理的特性は、そうでないことが明示的に述べられていない限り、限定的とみなされるべきではない。また、そうでない場合もあるが、本明細書に記載される様々な実施形態における同様の要素は、本願のこのセクション内における同様の参照番号で一般に称されてよい。

図１は、ここで開示されている主題の一実施形態を示しており、前輪駆動車両１００は、全輪駆動機能を生成する一次車軸１０４および二次車軸１０６を有する駆動系１０２を含む。駆動系１０２は、動力源１０８、トランスミッション１１０、リア駆動ユニット１１２、動力伝達装置１１４（例えば、動力伝達ユニット）、一対の後輪１１６および、一対の前輪１１８を含む。リア駆動ユニット１１２は、一対の後輪１１６およびプロペラシャフト１２０の回転のトルクを制御できる、クラッチパック（図示せず）を含む。プロペラシャフト１２０は、動力伝達ユニット１１４とリア駆動ユニット１１２との間に配置される。動力伝達装置１１４は、プロペラシャフト１２０を接続および接続解除する。

図２に示される別の実施形態において、ここで開示されている主題は、駆動系２０２を有する後輪駆動車両２００とともに利用されてよい。駆動系２０２は、全輪駆動機能を生み出す一次車軸２０４および二次車軸２０６を有する。駆動系２０２はさらに、動力源２０８、トランスミッション２１０、リア駆動ユニット２１２、動力伝達装置２１４（例えば、トランスファーケース）、一対の後輪２１６、一対の前輪２１８およびフロント駆動ユニット２１９を有する。動力伝達装置２１４は、一対の前輪２１８に結合されるハーフシャフトに結合されるプロペラシャフト２２０をスピンアップするために利用される。

本明細書に開示されている本主題は、図１に示される車両のレイアウトに関連してさらに説明される。本主題は、リア駆動ユニット１１２のクラッチおよび／または動力伝達ユニット１１４のクラッチ（図示せず）を作動する方法を提供する。一実施形態において、動力伝達ユニット１１４は噛合い式クラッチを有してよい。図３および図４に示されるように、片方または両方のクラッチの作動は３つの相を有する。第１の相３０１は、図３において数字「１」で示される、プロペラシャフト１２０の高速の回転速度の相を含む。第１の相３０１は、一般的に、クラッチ作動モータ（図示せず）の最大速度で生じ、クラッチプレート間のギャップは、迅速に閉じられる。第１の相３０１の持続時間は、クラッチキスポイントの位置およびクラッチ作動モータの動態による。

第２の相３０２は、図３において数字「２」で示される、プロペラシャフト１２０の低速の回転速度の相を含む。第２の相３０２において、クラッチプレートの作動は、クラッチキスポイントに接近している。第２の相３０２は、プロペラシャフト１２０の回転速度のより優れた制御を可能にする。第２の相３０２のプロペラシャフト１２０の回転速度の選択は、車輪１１６、１１８の速度の作用としてなされ得る。

第３の相３０３は、図３において数字「３」で示される、プロペラシャフト１２０の制御された回転速度の相である。第３の相３０３は、クラッチプレート間のギャップを閉じること、および、プロペラシャフト１２０に適用された回転トルクを、その適用されたトルクがプロペラシャフト１２０の摩擦トルク（静的トルク）よりも大きくなり、プロペラシャフト１２０が回転し始めるまで増加することを伴う。

図５に示されるように、クラッチ作動の第３の相３０３は、２つの部分で説明されてよく、第１は、モデル推定および適応３０６で、第２は、ハイレベル制御３１４である。第１の部分において、２タイプのモデル適応、オンラインモデル適応３１０および／またはオフラインモデル適応３１２が、プロペラシャフト１２０の回転速度を制御するために利用されてよい。

図５および図９に示されるように、オンラインモデル適応３１０は、ＡＷＤの接続事象の間にシステムに入るプロペラシャフト１２０の回転速度情報に基づいて更新する。オンラインモデル適応３１０において、段階３１６は、クラッチトルクとクラッチ作動モータ位置との間の関係に似たモデルを生成することを含む。限られた数のシステムパラメータが、プロペラシャフト１２０に作用する摩擦を含むが、それに限定されないと推定される。図１０は、プロペラシャフト１２０に作用する摩擦の学習の一例を示す。この摩擦は外部に影響されやすく、静摩擦と動摩擦との間の差が生じるので、予め摩擦の値を知ることは難しく、そのことはオンラインモデル適応を見事な解決策にする。

オンラインモデル適応３１０は次に、プロペラシャフト１２０の回転速度の高分解能測定を含む段階３１８を含む。高分解能測定３１８の方法は、第３の相３０３の間に、二次駆動系の接続解除システムのクラッチの作動を決定する、ハイレベル制御３１４へのより頻繁な更新を提供するために利用されてよい。図６から図８に示されるように、プロペラシャフト１２０の回転速度を測定する方法３１８は、歯車（図示せず）のような回転部分上の予め定められた複数の点の通過の間の時間を有するセンサパルス周波数３３０を確認するためにセンサ（図示せず）を利用することを含む。一実施形態において、歯車は、プロペラシャフト１２０に結合されるまたは、デファレンシャルケースに結合されるかさ歯車を有してよい。一実施形態において、トーンホイールは、歯車の代わりに利用されてよい。より具体的には、図７に示されるように、プロペラシャフト１２０の回転速度を測定する方法３１８は、歯車の、第１ギア歯立ち上がりエッジと第１ギア歯立ち下がりエッジの通過の間の時間、および第１ギア歯立ち下がりエッジと第２ギア歯立ち上がりエッジの通過の間の時間を確認することを含む。この段階は、プロペラシャフト１２０の回転速度が低速の場合でさえ、プロペラシャフト１２０の回転速度のより正確な測定を提供する。

立ち上がりおよび立ち下がり（オンおよびオフ）状態の２つのセンサパルス間の周波数３３０は、２つのセンサパルス間のプロペラシャフト１２０の平均回転速度を測定する。しかしながら、図８に示されるように、データ取得処理の間のプロペラシャフト１２０の回転速度の変化は著しく、実際のプロペラシャフト１２０の回転速度は、センサパルス周波数３３０により示される認識されたプロペラシャフト１２０の回転速度よりも常に高速である。

データ取得処理の間のプロペラシャフト１２０の加速度を説明するために、プロペラシャフト１２０の回転速度の測定の方法３１８は、立ち上がりおよび立ち下がり状態の間に得られたプロペラシャフト１２０の位置増加を推定するために、ルーチン３３２を利用することを含む。ルーチン３３２は、既知の速度リファレンスの回転速度を決定することを有する段階３３４と、プロペラシャフト１２０のセンサ信号が立ち上がりおよび立ち下がりとなる点を較正することを有する段階３３６と、プロペラシャフト１２０のセンサ信号が立ち上がりおよび立ち下がりとなる所を算出することを有する段階３３８とを含む。

既知の速度リファレンスは、リア駆動ユニット１１２のクラッチが係合される場合、車両１００の車輪１１６、１１８の速度であってよい。段階３３６において、車輪１１６、１１８の速度は、実際のプロペラシャフト１２０の回転速度を決定するために利用されてよく、プロペラシャフト１２０の立ち上がりおよび立ち下がり位置増加または入力パルスと比べられてよい。背景技術で説明されている従来の回転速度の算出方法はまた、較正段階３３６を実行するべく、プロペラシャフト１２０の回転速度と比べられてよい。段階３４０において、プロペラシャフト１２０の回転速度プロファイルの正確な推定が、次になされてよい。

ルーチン３３２はさらに、プロペラシャフト１２０の回転速度プロファイルの積分を決定する段階３４２を含む。プロペラシャフト１２０の回転速度プロファイルの積分ならびに、センサ立ち上がりおよび立ち下がり状態の回数を利用することで、立ち上がりおよび立ち下がり位置増加は推定されてよい。立ち上がりおよび立ち下がり位置増加の和が予め知られていて、変化しないとき、精度検査が実行されてよい。フィルタは次に、ロバストな手法で、立ち上がりおよび立ち下がり位置増加の値を更新するために利用されてよい。利用されるフィルタは、カルマンフィルタおよび／または（回帰）最小二乗フィルタを含んでよいが、それらに限定されない。

オンラインモデル適応３１０はさらに、プロペラシャフト１２０の回転速度のセンサ情報を、クラッチトルクおよびクラッチ作動モータ位置の関係のモデル３１６と結び付ける段階３２０を含む。段階３２０は、他のパラメータの中でプロペラシャフト１２０の摩擦が決定されることを許可する。オンラインモデル適応３１０の段階３２２は、プロペラシャフト１２０の摩擦パラメータをモデル３１６に入力することを含む。モデル３１６の摩擦パラメータは、例えば、クラッチオフラインの摩擦パラメータを測定することにより、初期化されてよい。クラッチ作動事象（例えば、静摩擦対動摩擦）の間に、プロペラシャフト１２０の摩擦は変化するので、プロペラシャフト１２０の摩擦は、クラッチ作動事象の時間にわたって可変なパラメータである（図１０を参照）。

上記の数式は、クラッチトルクおよびクラッチ作動モータ位置のモデルと実際のプロペラシャフト１２０の回転速度測定との間の関係を示す。上記の数式において、θ_ｉは、測定された／推定された（相対的な）プロペラシャフト１２０の回転位置を表し、数式の右辺はモデル情報の処理を含む。Ｔ_{ｃｌｕｔｃｈ，ｍｏｄｅｌ}は、モデル化されたクラッチトルクを表し、ｐｏｓ_{ｃｌｕｔｃｈ}（ｔ）はプロペラシャフト１２０の既知の位置増加の測定を表し、Ｔ_{ｆｒｉｃｔ}（ｔ）はプロペラシャフト１２０の摩擦を表し、

はモデル化されたプロペラシャフト１２０の回転速度を表す。積分はプロペラシャフト１２０の回転位置のロバスト推定を提供する。カルマンフィルタおよび回帰最小二乗アルゴリズムを含むが、それらに限定されない、いくつかの推定アルゴリズムが、摩擦を推定するために利用されてよい。図１１は、時間的な離散的位置増加の表現を示す。

図５および図１２に示されるように、オフラインモデル適応３１２は、クラッチ作動システムが係合されていない間、例えば、２つ以上の接続の順序の間に生じる。オフラインモデル適応３１２は、リア駆動ユニット１１２のクラッチトルクおよびクラッチ作動モータ位置の関係のモデルを格納することを有する段階３２４を含む。オフラインモデル適応３１２の段階３２６は、クラッチ作動事象の間のデータを収集し（すなわち、データはプロペラシャフト１２０の回転を加速しながら収集される）、十分な算出力が利用可能なときにデータを処理する。オフラインモデル適応３１２の段階３２８は、クラッチトルクとクラッチ作動モータ位置との間の関係を提供するモデル３２４を適応させるべく、完了したクラッチ作動事象からの情報を利用することを含む。

図１３は、クラッチトルクおよびクラッチ作動モータ位置のモデルの数式ならびに、プロペラシャフト１２０の回転速度およびクラッチ位置情報の収集を利用してクラッチトルクのモデルが適応される一例を示す。図１３に見られるように、これは、原曲線の移動（破線：適応１）または、形状の適応（点線：適応２）につながり得る。この方法は、例えば、摩耗のような影響による変更システムに対する補償を可能にする。

クラッチ作動の第３の相３０３の第２の部分は、プロペラシャフト１２０のハイレベル制御３１４を含む。ハイレベル制御３１４の一実施形態が図１４に示される。ハイレベル制御３１４は、オンライン３１０およびオフライン３１２モデル適応のクラッチトルクのモデル３１６、３２４、ならびに、駆動要素（例えば、クラッチ作動モータのトルク／クラッチの係合力、または電気油圧式システムの電流）のための設定点を出力するためのクラッチ作動システムの動的モデル（図示せず）を利用する。

ハイレベル制御３１４は、クラッチ作動システムの動態を表すべく、かつ必要とされるプロペラシャフト回転速度の任意のオーバシュートを最小化するべく、オンライン３１０およびオフライン３１２モデル適応を利用する。プロペラシャフト１２０の加速度は、必要とされる回転速度が実現された場合、ゼロに等しい。モデル予測制御またはマルチループ制御構造は、必要とされるプロペラシャフト回転速度のオーバシュートを最小化するために利用され得る。

マルチループ制御構造の一例が図１４に示される。ハイレベル制御３１４の段階３４６は、プロペラシャフト１２０の回転速度の情報に基づいて、プロペラシャフト１２０のための加速度設定点を生成するフィードバック制御器を利用することを含む。段階３４８は次に、クラッチトルクのモデルのプロペラシャフト１２０の加速度設定点を利用する。ハイレベル制御３１４はさらに、軸位置設定点を生成する段階３５０を含む。段階３５２は、クラッチ作動モータのトルクのための設定点を生成するための軸位置設定点を利用するフィードバック制御器を有する。

マルチループ制御構造の段階３５４はまた、適応フィードフォワードを含む。フィードフォワードは、クラッチ作動システムの動態が、必要とされるプロペラシャフト１２０の回転速度の最小限のオーバシュートの制約を破らないことを保証する。

プロペラシャフト１２０の回転速度のための設定点は、プロペラシャフト１２０の回転速度設定点が動力伝達ユニット１１４の係合のための速度差の基準を満たすように、オンライン中に予め定められるかまたは、算出されるかのいずれかであってよい。プロペラシャフト１２０の回転速度設定点は、オンラインで調整されてよく、それにより、クラッチ作動事象の持続時間と許容のシステムのノイズ、振動およびハーシュネスとの間のトレードオフを可能にするが、それに限定されない。プロペラシャフト１２０の回転速度設定点は、接続解除システムの駆動側の瞬時値に基づき、従って、プロペラシャフト１２０の加速の間、変化する。

目標としたプロペラシャフト１２０の回転速度設定点に達すると、プロペラシャフト１２０の回転速度制御は、実際の回転速度が設定点の付近の一定の境界内のままであること、すなわち、設定点が接続解除システムの駆動側の速度に基づいて更新されたままであるようにする。

ここで開示されている主題の様々な実施形態が上述されているが、例として提示されているものであり、限定するものではないことを理解されたい。開示されている主題が、その趣旨または本質的な特性から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化され得ることは、関連分野の当業者には明らかであろう。上述の実施形態は、従って、あらゆる点で例示的なものとしてみなされるべきであり、限定的なものとしてみなされるべきではない。

Claims (8)

1. 車両全輪駆動システムの接続事象を制御するための方法であって、
   車両駆動系の一部を提供する段階であって、
   クラッチを有する動力伝達装置と、
   プロペラシャフトと、
   クラッチパックアセンブリを含むリア駆動ユニットとを含み、
   前記動力伝達装置は前記プロペラシャフトと選択的に駆動可能に結合され、
   前記リア駆動ユニットは前記プロペラシャフトと選択的に駆動可能に結合される、車両駆動系の一部を提供する段階、および
   前記リア駆動ユニットの前記クラッチパックアセンブリを作動する段階であって、前記作動は、
   前記クラッチパックアセンブリのトルクおよびクラッチパックアセンブリ動力源の位置を利用してプロペラシャフト回転速度のモデルを生成する段階と、
   動的温度および車両車輪速度を補償するべく前記モデルのパラメータを適応する段階と、
   前記モデルを格納する段階と、
   以前に完了した全輪駆動システムの接続事象の間に収集された情報を利用して前記モデルを適応する段階と、
   前記プロペラシャフト回転速度の前記モデルおよびマルチループ制御構造を利用してクラッチ駆動要素の設定点を発展させる段階とを含む、前記クラッチパックアセンブリを作動する段階、および
   前記動力伝達装置のクラッチを係合する段階と
   を備える方法。
2. 車両駆動系の一部を提供する前記段階は、
   動力伝達ユニットを有する動力伝達装置を提供する段階を含む、
   請求項１に記載の車両全輪駆動システムの接続事象を制御するための方法。
3. 動力伝達ユニットを提供する前記段階は、
   噛合い式クラッチを有する動力伝達ユニットクラッチを提供する段階を含む、
   請求項２に記載の車両全輪駆動システムの接続事象を制御するための方法。
4. 車両駆動系の一部を提供する前記段階は、
   トランスファーケースを有する動力伝達装置を提供する段階を含む、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の車両全輪駆動システムの接続事象を制御するための方法。
5. 温度および前記車両車輪速度を補償するべく前記プロペラシャフト回転速度のパラメータの前記モデルを適応する前記段階は、
   プロペラシャフト回転速度測定およびリア駆動ユニットクラッチトルクのモデルを利用してタイムサンプルでプロペラシャフト摩擦を特定する段階と、
   前記プロペラシャフト摩擦を前記プロペラシャフト回転速度の前記モデルに入力する段階と
   を含む、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の車両全輪駆動システムの接続事象を制御するための方法。
6. 前記プロペラシャフト回転速度測定は、
   速度センサと、
   前記プロペラシャフトに結合される歯車であって、前記歯車は、立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを有するギア歯と
   を含む前記車両駆動系の一部を提供する段階と、
   前記ギア歯の第１の立ち上がりエッジ、第１の立ち下がりエッジ、第２の立ち上がりエッジおよび、第２の立ち下がりエッジのそれぞれの通過の間の時間の値を決定するべく、前記速度センサを利用する段階であって、前記立ち上がりエッジおよび前記立ち下がりエッジの通過は、オン状態の位置増加およびオフ状態の位置増加により示される段階と、
   前記オン状態の位置増加および前記オフ状態の位置増加を推定する段階と、
   既知の速度リファレンスを利用して前記プロペラシャフトのオン状態の位置増加およびオフ状態の位置増加を較正する段階と、
   フィルタリングアルゴリズムを利用して前記オン状態の位置増加および前記オフ状態の位置増加の前記値を更新する段階と、
   タイムサンプルに生じた前記立ち上がりエッジおよび前記立ち下がりエッジの和および、前記速度センサの瞬間的状態を利用してタイムサンプルで、前記プロペラシャフトの測定された回転速度を推定する段階と
   データ処理の間に、前記推定された回転速度を調整するべく、２つの続く時間差の間のプロペラシャフト回転速度プロファイルを生成する段階と
   を含む、
   請求項５に記載の車両全輪駆動システムの接続事象を制御するための方法。
7. 前記プロペラシャフト回転速度の前記モデルおよびマルチループ制御構造を利用してクラッチ駆動要素の設定点を発展させる前記段階は、
   前記プロペラシャフトのための加速度設定点を生成する段階と、
   前記プロペラシャフトの前記加速度設定点を前記プロペラシャフト回転速度の前記モデルに入力する段階と、
   前記プロペラシャフトのための軸位置設定点を生成する段階と、
   クラッチ作動モータのためのトルク値を生成する段階と
   を含む、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の車両全輪駆動システムの接続事象を制御するための方法。
8. 以前に完了した全輪駆動システムの接続事象の間に収集された情報を利用して前記モデルを適応する前記段階は、
   前記リア駆動ユニットの前記クラッチパックアセンブリの以前に完了した作動のリア駆動ユニットクラッチ位置情報および前記プロペラシャフト回転速度の情報を収集する段階を有する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の車両全輪駆動システムの接続事象を制御するための方法。

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