JP2019177739A - Control device of four-wheel drive car - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、前輪と後輪とに配分する駆動トルクを制御する四輪駆動車の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a four-wheel drive vehicle that controls drive torque distributed to front wheels and rear wheels.
従来から、補助駆動輪(典型的には後輪)に配分する駆動トルクを制御する種々の技術が提案されている。例えば、特許文献1には、横加速度、エンジントルク及び旋回半径に基づいて、車輪において生じるタイヤロスエネルギーと機械的なメカロスエネルギーとのロスエネルギーの総和が最小になるように、前輪に配分する駆動トルクと後輪に配分する駆動トルクとの前後トルク配分比を決定する技術が開示されている。同様の技術が特許文献2にも開示されている。
Conventionally, various techniques for controlling drive torque distributed to auxiliary drive wheels (typically rear wheels) have been proposed. For example,
ところで、本発明の発明者らは、上述したタイヤロスエネルギーとメカロスエネルギーとのロスエネルギーの総和が最小になるような前後トルク配分比が、エンジントルク(エンジンの駆動力/駆動トルク)の大きさに応じて種々に変化することを見出した。つまり、前後トルク配分比とロスエネルギーとの関係がエンジントルクの大きさに応じて変わるため、ロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比がエンジントルクに応じて変化するのである。上記した特許文献1及び2に記載された技術のいずれも、エンジントルクに応じて変化するロスエネルギーを考慮に入れて前後トルク配分比を決定してはいない。
By the way, the inventors of the present invention have the magnitude of the engine torque (engine driving force / drive torque) such that the total loss energy of the tire loss energy and the mechanical loss energy described above is minimized. It has been found that it varies in various ways. That is, since the relationship between the front-rear torque distribution ratio and the loss energy changes according to the magnitude of the engine torque, the front-rear torque distribution ratio at which the total loss energy is minimized changes according to the engine torque. None of the techniques described in
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、エンジントルクに応じてロスエネルギーの総和が最少になるように前後トルク配分比を適切に制御することができる四輪駆動車の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and can appropriately control the front-rear torque distribution ratio so that the total loss energy is minimized according to the engine torque. An object is to provide a control device for a wheel drive vehicle.
上記の目的を達成するために、本発明は、前輪と後輪とに配分する駆動トルクを制御する四輪駆動車の制御装置であって、エンジンが出力するエンジントルクを取得する取得手段と、前輪及び後輪において生じるタイヤロスエネルギーの和と、後輪の駆動に伴って生じる機械的なメカロスエネルギーと、のロスエネルギーの総和に基づき、エンジントルクに対応する駆動トルクにおいて前輪に配分する駆動トルクと後輪に配分する駆動トルクとの比率を示す前後トルク配分比を決定するトルク配分比決定手段と、トルク配分比決定手段により決定された前後トルク配分比に従って、エンジントルクに対応する駆動トルクを前輪と後輪とに配分するための制御を行うトルク配分制御手段と、を有し、トルク配分比決定手段は、エンジントルクの大きさに応じて変化するロスエネルギーの総和に基づき、取得手段により取得された現在のエンジントルクに応じたロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を決定する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、エンジントルクの大きさに応じて変化するロスエネルギーの総和を考慮に入れて、現在のエンジントルクに応じたロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を決定する。これにより、エンジントルクに応じてロスエネルギーの総和が最少になるように、前後トルク配分比を適切に制御することができる。
In order to achieve the above object, the present invention is a control device for a four-wheel drive vehicle that controls a drive torque distributed to a front wheel and a rear wheel, and obtains an engine torque output by an engine; Drive torque distributed to the front wheels at the drive torque corresponding to the engine torque based on the sum of the loss energy of the tire loss energy generated at the front wheels and the rear wheels and the mechanical energy loss energy generated by driving the rear wheels And a torque distribution ratio determining means for determining a front / rear torque distribution ratio indicating a ratio of the drive torque distributed to the rear wheels, and a drive torque corresponding to the engine torque according to the front / rear torque distribution ratio determined by the torque distribution ratio determining means. Torque distribution control means for performing control for distribution to the front wheels and the rear wheels, and the torque distribution ratio determination means Based on the sum of the loss energy that varies according to of come, the sum of the loss energy determines the longitudinal torque distribution ratio becomes minimum in accordance with the current engine torque obtained by the obtaining means, characterized in that.
According to the present invention configured as described above, the front-rear torque distribution that minimizes the total loss energy according to the current engine torque, taking into account the total loss energy that varies according to the magnitude of the engine torque. Determine the ratio. Thereby, the front-rear torque distribution ratio can be appropriately controlled so that the total loss energy is minimized according to the engine torque.
本発明において、好ましくは、四輪駆動車は、エンジントルクの一部をカップリングを介して後輪に伝達し、このカップリングの締結トルクを変化させることにより、エンジントルクのうちで後輪に伝達する駆動トルクを可変に構成され、トルク配分比決定手段は、メカロスエネルギーとして、エンジントルクに応じて1次関数的に変化する、カップリングにおいて生じるカップリングロスエネルギーを用いて、前後トルク配分比を決定する。
このように構成された本発明によれば、エンジントルクに応じて1次関数的に変化するカップリングロスエネルギーをメカロスエネルギーとして用いることで、そのようなカップリングロスエネルギーを含むロスエネルギーの総和が最少になる前後トルク配分比を適切に決定することができる。
In the present invention, preferably, the four-wheel drive vehicle transmits a part of the engine torque to the rear wheel via the coupling, and changes the coupling torque of the coupling to the rear wheel of the engine torque. The driving torque to be transmitted is variably configured, and the torque distribution ratio determining means uses the coupling loss energy generated in the coupling, which changes in a linear function according to the engine torque, as the mechanical loss energy, and the front-rear torque distribution ratio. To decide.
According to the present invention configured as described above, the coupling loss energy that changes in a linear function according to the engine torque is used as the mechanical loss energy, so that the total loss energy including such coupling loss energy can be obtained. The front-rear torque distribution ratio that is minimized can be appropriately determined.
本発明において、好ましくは、トルク配分制御手段は、トルク配分比決定手段により決定された前後トルク配分比に応じたカップリングの締結トルクを求めて、この締結トルクをカップリングに適用する制御を行うのがよい。 In the present invention, preferably, the torque distribution control means obtains a coupling fastening torque according to the front-rear torque distribution ratio determined by the torque distribution ratio determination means, and performs control to apply the fastening torque to the coupling. It is good.
本発明において、好ましくは、四輪駆動車は、トランスミッションからのエンジントルクをプロペラシャフトに伝達するパワーテイクオフを有し、トルク配分比決定手段は、メカロスエネルギーとして、エンジントルクに応じて2次関数的に変化する、少なくともパワーテイクオフに含まれるギヤユニットにおいて生じるギヤユニットロスエネルギーを用いて、前後トルク配分比を決定する。
このように構成された本発明によれば、エンジントルクに応じて2次関数的に変化するギヤユニットロスエネルギーをメカロスエネルギーとして用いることで、そのようなギヤユニットロスエネルギーを含むロスエネルギーの総和が最少になる前後トルク配分比を適切に決定することができる。
In the present invention, preferably, the four-wheel drive vehicle has a power take-off for transmitting engine torque from the transmission to the propeller shaft, and the torque distribution ratio determining means is a quadratic function according to the engine torque as mechanical loss energy. The front-rear torque distribution ratio is determined using at least the gear unit loss energy generated in the gear unit included in the power take-off.
According to the present invention configured as described above, by using the gear unit loss energy that changes in a quadratic function according to the engine torque as the mechanical loss energy, the sum of the loss energy including such gear unit loss energy can be obtained. The front-rear torque distribution ratio that is minimized can be appropriately determined.
本発明において、好ましくは、トルク配分比決定手段は、エンジントルクに応じて2次関数的に変化するタイヤロスエネルギーの和に基づき、前後トルク配分比を決定する。
このように構成された本発明によれば、エンジントルクに応じて2次関数的に変化するタイヤロスエネルギーを用いることで、そのようなタイヤロスエネルギーを含むロスエネルギーの総和が最少になる前後トルク配分比を適切に決定することができる。
In the present invention, preferably, the torque distribution ratio determining means determines the front-rear torque distribution ratio based on a sum of tire loss energy that changes in a quadratic function according to the engine torque.
According to the present invention thus configured, the front-rear torque that minimizes the sum of the loss energy including such tire loss energy by using the tire loss energy that changes in a quadratic function according to the engine torque. The distribution ratio can be determined appropriately.
本発明において、好ましくは、トルク配分比決定手段は、少なくともエンジントルクと前輪及び後輪の車輪速度とに基づき定められたロスエネルギーの総和を表す演算式を用いて、現在のエンジントルクと前輪及び後輪の現在の車輪速度とに基づき、ロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を決定する。
このように構成された本発明によれば、ロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を精度良く決定することができる。
In the present invention, preferably, the torque distribution ratio determining means uses a calculation expression representing a total sum of loss energies determined based on at least the engine torque and the wheel speeds of the front wheels and the rear wheels, to calculate the current engine torque and the front wheels and Based on the current wheel speed of the rear wheel, the front-rear torque distribution ratio that minimizes the total loss energy is determined.
According to the present invention configured as described above, it is possible to accurately determine the front-rear torque distribution ratio at which the total loss energy is minimized.
本発明の四輪駆動車の制御装置によれば、エンジントルクに応じてロスエネルギーの総和が最少になるように前後トルク配分比を適切に制御することができる。 According to the control device for a four-wheel drive vehicle of the present invention, the front-rear torque distribution ratio can be appropriately controlled so that the total loss energy is minimized according to the engine torque.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による四輪駆動車の制御装置を説明する。 Hereinafter, a control apparatus for a four-wheel drive vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[装置構成]
まず、図1を参照して、本発明の実施形態による四輪駆動車の制御装置が適用された車両の全体構成について説明する。図1は、本発明の実施形態による四輪駆動車の制御装置が適用された車両を概略的に示した全体構成図である。
[Device configuration]
First, an overall configuration of a vehicle to which a control device for a four-wheel drive vehicle according to an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing a vehicle to which a control device for a four-wheel drive vehicle according to an embodiment of the present invention is applied.
図1に示すように、車両1は、主に、エンジン2と、トランスミッション3と、PTO(パワーテイクオフ(Power Take Off))5と、フロントドライブシャフト7R、7Lと、左右一対の前輪9(右前輪9R及び左前輪9L)と、左右一対の後輪10(右後輪10R及び左後輪10L)と、プロペラシャフト12と、電磁カップリング13と、リヤデファレンシャルギヤ15と、リヤドライブシャフト17R、17Lと、コントローラ20と、アクセル開度センサ31と、前輪速度センサ32R、32Lと、後輪速度センサ33R、33Lと、を有する。
As shown in FIG. 1, the
車両1は、フロントエンジン・フロントドライブ方式(FF方式)をベースとした四輪駆動車である。具体的には、車両1は、フルタイム式の四輪駆動を実施するのではなく、二輪駆動状態(前輪9のみを駆動する状態)と、四輪駆動状態(前輪9及び後輪10の両方を駆動する状態)とを適宜切り替え可能に構成されている。また、車両1は、図示しないステアリングの操作に応じて、前輪9を操舵するように構成されている。なお。本発明は、図1に示すような四輪駆動車の駆動形式への適用に限定はされず、四輪駆動車の種々の駆動形式(例えばフロントエンジン・リアドライブ方式(FR方式)など)に対して適用可能である。
The
エンジン2は、燃料と空気との混合気を燃焼させて、車両1の推進力としての駆動トルク(エンジントルク)を発生し、この駆動トルクをトランスミッション3に伝達する。トランスミッション3は、複数の段階にギヤ比を変化させることが可能な変速機であり、エンジン2からの駆動トルクを設定されたギヤ比にて伝達する。この場合、トランスミッション3は、エンジン2からの駆動トルクを、フロントドライブシャフト7R、7Lを介して前輪9に伝達すると共に、トランスファーに相当するPTO5に伝達する。PTO5は、トランスミッション3からの駆動トルクをプロペラシャフト12に伝達し、プロペラシャフト12は、PTO5からの駆動トルクを電磁カップリング13に伝達する。そして、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12からの駆動トルクをリヤデファレンシャルギヤ15に伝達し、リヤデファレンシャルギヤ15は、電磁カップリング13から伝達された駆動トルクを、リヤドライブシャフト17R、17Lを介して右後輪10Rと左後輪10Lとに配分する。
The
詳しくは、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12とリヤデファレンシャルギヤ15に接続されたシャフトとを連結するカップリングであり、図示しない電磁コイルやカム機構やクラッチなどを有している。電磁カップリング13は、コントローラ20による制御の元で、内部の電磁コイルに供給される電流に応じて、当該電磁カップリング13における締結トルクを可変に構成されている。このように締結トルクを変えることで、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12からの駆動トルクのうち、リヤデファレンシャルギヤ15に伝達する駆動トルク(つまり後輪10に伝達する駆動トルク)の最大値である最大伝達トルクを変えられるようになっている。この場合、電磁カップリング13は、コントローラ20の制御により最大伝達トルクが設定され、この最大伝達トルクに応じた駆動トルクをリヤデファレンシャルギヤ15に伝達するよう機能する。
Specifically, the
具体的には、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12から伝達された、最大伝達トルク以下の駆動トルクについては、この駆動トルクをそのままリヤデファレンシャルギヤ15に伝達する。他方で、電磁カップリング13は、プロペラシャフト12から伝達された、最大伝達トルクを超える駆動トルクについては、伝達された駆動トルクの全てをリヤデファレンシャルギヤ15に伝達せず、最大伝達トルクに対応する駆動トルクのみをリヤデファレンシャルギヤ15に伝達する。なお、電磁カップリング13には、例えば特開2013−32060号公報に記載されたような構成を適用することができる。
Specifically, the
他方で、アクセル開度センサ31は、ドライバによるアクセルペダル(不図示)の操作量に対応するアクセル開度を検出する。前輪速度センサ32Rは、右前輪9Rの車輪速度を検出し、前輪速度センサ32Lは、左前輪9Lの車輪速度を検出する。後輪速度センサ33Rは、右後輪10Rの車輪速度を検出し、後輪速度センサ33Lは、左後輪10Lの車輪速度を検出する。これらのアクセル開度センサ31、前輪速度センサ32R、32L及び後輪速度センサ33R、33Lは、それぞれ、検出したアクセル開度、前輪速度(右前輪9R及び左前輪9Lの車輪速度)、及び後輪速度(右後輪10R及び左後輪10Lの車輪速度)に対応する検出信号をコントローラ20に出力する。
On the other hand, the
次に、図2は、本発明の実施形態によるコントローラ20の機能構成図を示す。図2に示すように、コントローラ20は、機能的には、取得部21と、トルク配分比決定部22と、トルク配分制御部23と、を有する。
Next, FIG. 2 shows a functional block diagram of the
コントローラ20の取得部21は、エンジン2が出力するエンジントルクを取得する。コントローラ20は、車両1の運転状態(典型的にはアクセル開度センサ31が検出したアクセル開度。その他には車速やトランスミッション3のギヤ段等。)に基づき、車両1から発生させるべき目標加速度を設定し、この目標加速度を実現するためのエンジン2の目標エンジントルクを設定してエンジン2を制御する。1つの例では、取得部21は、そのように設定されたエンジントルクを取得する。なお、このように取得部21がエンジントルクを取得するのに限定はされず、所定のセンサを用いてエンジントルクを求めてもよい。
The
コントローラ20のトルク配分比決定部22は、エンジン2が出力したエンジントルクに対応する駆動トルクにおいて、前輪9に配分する駆動トルクと後輪10に配分する駆動トルクとの比率を示す前後トルク配分比を決定する。特に、トルク配分比決定部22は、取得部21が取得したエンジントルクや、前輪速度センサ32R、32L及び後輪速度センサ33R、33Lのそれぞれが検出した車輪速度などに基づき、前輪9及び後輪10において生じるタイヤロスエネルギーの和と、後輪10の駆動に伴って生じる機械的なメカロスエネルギーとのロスエネルギーの総和に応じて、前後トルク配分比を決定する。
The torque distribution
コントローラ20のトルク配分制御部23は、トルク配分比決定部22が決定した前後トルク配分比に従って、駆動トルクを前輪9と後輪10とに配分するための制御を行う。具体的には、トルク配分制御部23は、前後トルク配分比に基づいて電磁カップリング13に対して設定すべき最大伝達駆動トルクを求め、この最大伝達駆動トルクを電磁カップリング13に対して設定する制御を行って、所望の駆動トルクが後輪10に対して伝達されるようにする。より詳しくは、トルク配分制御部23は、電磁カップリング13に適用すべき締結トルクを求め、この締結トルクを電磁カップリング13に適用する制御を行う。この場合、トルク配分制御部23は、電磁カップリング13に流す電流量を算出する。
The torque distribution control unit 23 of the
このように、コントローラ20は、本発明における「四輪駆動車の制御装置」に相当する。なお、コントローラ20は、1つ以上のプロセッサ(CPU)、当該プロセッサ上で解釈実行される各種のプログラム(OSなどの基本制御プログラムや、OS上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのROMやRAMの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。例えば、コントローラ20は、ECU(Electronic Control Unit)によって構成される。
Thus, the
[制御方法]
次に、本実施形態においてコントローラ20が行う制御方法について具体的に説明する。
[Control method]
Next, the control method performed by the
上述したように、コントローラ20は、前輪9及び後輪10において生じるタイヤロスエネルギーの和と、後輪10の駆動に伴って生じる機械的なメカロスエネルギーとのロスエネルギーの総和に応じて、前後トルク配分比を決定し、この前後トルク配分比に従って駆動トルクを前輪9と後輪10とに配分するための制御を行う。特に、本実施形態では、コントローラ20は、エンジントルクの大きさに応じたロスエネルギーの総和に基づき、現在のエンジントルクに応じたロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を決定する。こうするのは、タイヤロスエネルギーとメカロスエネルギーとのロスエネルギーの総和が最小になるような前後トルク配分比が、エンジントルクの大きさに応じて種々に変化するからである。つまり、前後トルク配分比とロスエネルギーとの関係がエンジントルクの大きさに応じて変わるため、ロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比がエンジントルクに応じて変化するからである。
As described above, the
ここで、図3乃至図5を参照して、本実施形態に係る制御方法の基本概念について具体的に説明する。 Here, with reference to FIG. 3 thru | or FIG. 5, the basic concept of the control method which concerns on this embodiment is demonstrated concretely.
図3は、エンジントルクと各種ロスエネルギーとの関係についての説明図である。図3(a)は、エンジントルクとギヤユニットロスエネルギーとの関係を示し、図3(b)は、エンジントルクとカップリングロスエネルギーとの関係を示し、図3(c)は、エンジントルクとタイヤロスエネルギーとの関係を示している。図3(a)〜(c)は、それぞれ、或る前後トルク配分比でのロスエネルギーの一例を示している。つまり、前後トルク配分比を固定させてエンジントルクを変化させたときのロスエネルギーの一例を示している。 FIG. 3 is an explanatory diagram regarding the relationship between engine torque and various types of loss energy. FIG. 3 (a) shows the relationship between engine torque and gear unit loss energy, FIG. 3 (b) shows the relationship between engine torque and coupling loss energy, and FIG. The relationship with tire loss energy is shown. FIGS. 3A to 3C show examples of loss energy at a certain longitudinal torque distribution ratio. That is, an example of loss energy when the engine torque is changed while fixing the front-rear torque distribution ratio is shown.
図3(a)のギヤユニットロスエネルギーは、PTO5などのギヤユニットにおいて生じるロスエネルギーであり、図3(b)のカップリングロスエネルギーは、電磁カップリング13において生じるロスエネルギーであり、本実施形態では、少なくともギヤユニットロスエネルギーとカップリングロスエネルギーとの和をメカロスエネルギーとして用いる。ギヤユニットロスエネルギーは、主にPTO5において生じるロスに相当し、PTO5においてギヤの歯面が滑るときのロスや、PTO5内でのオイル攪拌に伴ったロスを含む。また、カップリングロスエネルギーは、典型的には電磁カップリング13が滑っているときに生じるロスエネルギーである。その他のメカロスエネルギーとしては、リヤデフアレンシャルに起因するものがあり、これはPTO5のロスと同傾向を有する。なお、メカロスエネルギーは、厳密には、後輪10の駆動に関する機械的なロスエネルギーだけでなく、前輪9の駆動に関する機械的なロスエネルギーも含む。他方で、図3(c)のタイヤロスエネルギーは、前輪9において生じるタイヤロスエネルギーと後輪10において生じるタイヤロスエネルギーとの和である。
The gear unit loss energy in FIG. 3A is a loss energy generated in a gear unit such as PTO5, and the coupling loss energy in FIG. 3B is a loss energy generated in the
図3(a)に示すように、ギヤユニットロスエネルギーはエンジントルクに応じて程度は小さいものの2次関数的に変化する傾向にあり、図3(b)に示すように、カップリングロスエネルギーはエンジントルクに応じて1次関数的に変化する傾向にあり、図3(c)に示すように、タイヤロスエネルギーはエンジントルクに応じて2次関数的に変化する傾向にある。このように、ギヤユニットロスエネルギー、カップリングロスエネルギー及びタイヤロスエネルギーは、エンジントルクに応じて、それぞれで別々に変化するのである。なお、ここでいう「2次関数的に変化」とは、完全なる2次関数に従った変化だけでなく、実際には2次関数に従った変化ではないが、全体的に見て2次関数のように変化することも含むものとする。「1次関数的に変化」も同様である。 As shown in FIG. 3A, the gear unit loss energy tends to change in a quadratic function depending on the engine torque. However, as shown in FIG. 3B, the coupling loss energy is There is a tendency to change in a linear function according to the engine torque, and as shown in FIG. 3C, the tire loss energy tends to change in a quadratic function according to the engine torque. As described above, the gear unit loss energy, the coupling loss energy, and the tire loss energy change separately according to the engine torque. Note that “change in a quadratic function” here is not only a change in accordance with a complete quadratic function, but is not actually a change in accordance with a quadratic function. It also includes changing like a function. The same applies to “change in a linear function”.
次に、図4を参照して、エンジントルクの大きさに応じたロスエネルギーの総和の変化について説明する。図4(a)は、エンジントルクが比較的大きい場合における前後トルク配分比とロスエネルギーとの関係の一例を示し、図4(b)は、エンジントルクが比較的小さい場合における前後トルク配分比とロスエネルギーとの関係の一例を示している。図4(a)、(b)は、4輪が一様な路面にある状態における、それぞれ、エンジントルクを固定させて前後トルク配分比を変化させたときのロスエネルギーを示している。 Next, with reference to FIG. 4, the change of the total loss energy according to the magnitude of the engine torque will be described. FIG. 4A shows an example of the relationship between the front-rear torque distribution ratio and the loss energy when the engine torque is relatively large, and FIG. 4B shows the front-rear torque distribution ratio when the engine torque is relatively small. An example of the relationship with loss energy is shown. FIGS. 4A and 4B show the loss energy when the engine torque is fixed and the front-rear torque distribution ratio is changed in a state where the four wheels are on a uniform road surface.
具体的には、図4(a)、(b)において、グラフG11、G21は、前輪9において生じるタイヤロスエネルギーを示し、グラフG12、G22は、後輪10において生じるタイヤロスエネルギーを示し、グラフG13、G23は、メカロスエネルギー(主にギヤユニットロスエネルギーとカップリングロスエネルギーとの和)を示し、グラフG14、G24は、これら前輪9のタイヤロスエネルギーと後輪10のタイヤロスエネルギーとメカロスエネルギーとの総和を示している。 Specifically, in FIGS. 4 (a) and 4 (b), graphs G11 and G21 indicate tire loss energy generated at the front wheels 9, and graphs G12 and G22 indicate tire loss energy generated at the rear wheels 10, respectively. G13 and G23 indicate mechanical loss energy (mainly the sum of gear unit loss energy and coupling loss energy), and graphs G14 and G24 indicate tire loss energy of the front wheel 9, tire loss energy and mechanical loss energy of the rear wheel 10, respectively. And the sum.
図4(a)のグラフG14より、エンジントルクが比較的大きい場合には、前後トルク配分比R1においてロスエネルギーの総和が最小になる。これに対して、図4(b)のグラフG24より、エンジントルクが比較的小さい場合には、この前後トルク配分比R1とは異なる前後トルク配分比R2においてロスエネルギーの総和が最小になる。したがって、エンジントルクの大きさに応じてロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比が変化するのである。これは、前後トルク配分比に対する前輪9のタイヤロスエネルギーと後輪10のタイヤロスエネルギーとメカロスエネルギーとのそれぞれの関係が、エンジントルクの大きさに応じて別々に変化するからである。その要因は、図3(a)〜(c)を参照して説明したように、ギヤユニットロスエネルギー、カップリングロスエネルギー及びタイヤロスエネルギーのそれぞれがエンジントルクに応じて別々に変化するからである。 From the graph G14 in FIG. 4A, when the engine torque is relatively large, the total loss energy is minimized in the front-rear torque distribution ratio R1. On the other hand, from the graph G24 in FIG. 4B, when the engine torque is relatively small, the sum of the loss energy is minimized at the front / rear torque distribution ratio R2 different from the front / rear torque distribution ratio R1. Therefore, the front-rear torque distribution ratio that minimizes the total loss energy changes according to the magnitude of the engine torque. This is because the relationship between the tire loss energy of the front wheels 9, the tire loss energy of the rear wheels 10, and the mechanical loss energy with respect to the front-rear torque distribution ratio changes separately according to the magnitude of the engine torque. The reason is that, as described with reference to FIGS. 3A to 3C, the gear unit loss energy, the coupling loss energy, and the tire loss energy change separately according to the engine torque. .
図5を追加的に参照して、エンジントルクの大きさに応じたロスエネルギーの総和の変化について更に説明する。図5は、エンジントルクに応じた前後トルク配分比とロスエネルギーとの関係の変化を3次元的に示している。図5において、グラフG14は、図4(a)と同様の、エンジントルクが比較的大きい場合における前輪9のタイヤロスエネルギーと後輪10のタイヤロスエネルギーとメカロスエネルギーとの総和を示しており、グラフG24は、図4(b)と同様の、エンジントルクが比較的小さい場合における前輪9のタイヤロスエネルギーと後輪10のタイヤロスエネルギーとメカロスエネルギーとの総和を示している。また、前後トルク配分比R1、R2も、図4(a)、(b)に示したものと同様である。図5中の矢印A1に示すように、エンジントルクの大きさに応じてロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比が変化することが容易に理解できる。 With reference additionally to FIG. 5, the change of the sum total of the loss energy according to the magnitude | size of an engine torque is further demonstrated. FIG. 5 three-dimensionally shows a change in the relationship between the front-rear torque distribution ratio and the loss energy according to the engine torque. In FIG. 5, the graph G14 shows the sum of the tire loss energy of the front wheels 9, the tire loss energy of the rear wheels 10 and the mechanical loss energy when the engine torque is relatively large, similar to FIG. The graph G24 shows the sum of the tire loss energy of the front wheels 9, the tire loss energy of the rear wheels 10, and the mechanical loss energy when the engine torque is relatively small, as in FIG. 4B. The front-rear torque distribution ratios R1 and R2 are also the same as those shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). As shown by the arrow A1 in FIG. 5, it can be easily understood that the front-rear torque distribution ratio at which the total sum of the loss energy is minimized changes according to the magnitude of the engine torque.
以上述べたことから、本実施形態では、コントローラ20は、エンジントルクの大きさに応じて変化するロスエネルギーの総和を考慮に入れて、現在のエンジントルクに応じたロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を決定する。特に、コントローラ20は、少なくともエンジントルクと前輪9及び後輪10の車輪速度とに基づき定められたロスエネルギーの総和を表す演算式を用いて、現在のエンジントルクと前輪9及び後輪10の現在の車輪速度とに基づき、ロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を決定する。以下では、前後トルク配分比を決定するための演算式について具体的に説明する。
As described above, in the present embodiment, the
まず、本明細書で使用する主な記号を、以下のように定義する。
Ffl、Ffr、Frl、Frr:左前輪駆動トルク、右前輪駆動トルク、左後輪駆動トルク、右後輪駆動トルク
F:駆動トルク(エンジントルク)
Vfl、Vfr、Vrl、Vrr:左前輪速度、右前輪速度、左後輪速度、右後輪速度
Vf、Vr:前輪速度、後輪速度
VV:車体速度
x:前後トルク配分比
Ltire:タイヤロスエネルギーの総和
LU:ギヤユニットロスエネルギー
LC:カップリングロスエネルギー
LUC:メカロスエネルギー
Ltotal:ロスエネルギーの総和
First, main symbols used in this specification are defined as follows.
F fl , F fr , F rl , F rr : Left front wheel drive torque, right front wheel drive torque, left rear wheel drive torque, right rear wheel drive torque F: Drive torque (engine torque)
V fl , V fr , V rl , V rr : Left front wheel speed, right front wheel speed, left rear wheel speed, right rear wheel speed V f , V r : front wheel speed, rear wheel speed V V : vehicle body speed x: longitudinal torque distribution ratio L tire: the sum of the tire loss energy L U: gear unit loss energy L C: coupling loss energy L UC: mechanical loss energy L total: total loss energy
一般的に、所定の領域では、車輪において駆動トルクとスリップ率との関係がドライビングスティフネスに応じた一次関数の関係となる。そのため、各輪が発生する駆動トルクFwは、検出した各輪のスリップ率とドライビングスティフネスとの積で求めることができる。 In general, in a predetermined region, the relationship between the driving torque and the slip ratio in the wheel is a linear function according to the driving stiffness. Therefore, the drive torque Fw generated by each wheel can be obtained by the product of the detected slip ratio of each wheel and the driving stiffness.
各輪の駆動トルクは、エンジントルクFと前後トルク配分比x(エンジントルクの後輪への配分の割合であって1以下の変数)を含む数式で表すことができる。この場合、後輪分はxを用いて表された式に応じた駆動トルクが付与され、前輪分は(1−x)を用いて表された式に応じた駆動トルクが付与されることになる。 The driving torque of each wheel can be expressed by a mathematical formula including the engine torque F and the front / rear torque distribution ratio x (the ratio of distribution of the engine torque to the rear wheels, which is a variable of 1 or less). In this case, the driving torque corresponding to the expression expressed using x is applied to the rear wheels, and the driving torque corresponding to the expression expressed using (1-x) is applied to the front wheels. Become.
ここで、各輪がそれぞれ発生している駆動トルクと各輪のスリップ率の積が、タイヤロスエネルギーである。各輪のスリップ率は、車体速度と各輪の車輪速度の差で推定するため、タイヤロスエネルギーは、各輪について、駆動力と車体速度と車輪速度の差を乗じた値の、4輪分の和で表される。各輪駆動力には、上述のとおり前後トルク配分比xが含まれているため、タイヤロスエネルギーは、整理すると次式で表される。
Ltire=F2{(Pf+Pr)x2−2Pfx+Pf} 式(1)
Here, the product of the driving torque generated by each wheel and the slip ratio of each wheel is tire loss energy. Since the slip ratio of each wheel is estimated by the difference between the vehicle speed and the wheel speed of each wheel, the tire loss energy is a value obtained by multiplying the difference between the driving force, the vehicle speed, and the wheel speed for each wheel by four wheels. It is expressed as the sum of Since each wheel driving force includes the front-rear torque distribution ratio x as described above, the tire loss energy is expressed by the following equation when arranged.
L tire = F 2 {(P f + P r ) x 2 −2P f x + P f } Equation (1)
式(1)において、「Pf」、「Pr」は、タイヤロスエネルギーが、エンジン駆動力の二乗と前後トルク配分比xの二乗を代表的な変数として表されるよう式を整理した過程で生じた各係数を、前輪側と後輪側に分けてまとめたものである。特に、「Pf」は、前輪速度Vfl、Vfrや前輪のドライビングスティフネスによって表され、「Pr」は、後輪速度Vrl、Vrrや後輪のドライビングスティフネスによって表される。 In Expression (1), “P f ” and “P r ” are processes in which the tire loss energy is expressed so that the square of the engine driving force and the square of the front / rear torque distribution ratio x are represented as representative variables. Each coefficient generated in is divided into a front wheel side and a rear wheel side. In particular, “P f ” is represented by front wheel speeds V fl and V fr and front wheel driving stiffness, and “P r ” is represented by rear wheel speeds V rl and V rr and rear wheel driving stiffness.
次に、ギヤユニットロスエネルギーLUは、前後トルク配分比xを用いて、式(2)により表される。式(2)中の「a」、「b」、「c」は、それぞれ、ギヤユニットにおいて決まる係数である。式(2)に示すように、ギヤユニットロスエネルギーLUは、前後トルク配分比xの2次関数として表される。
LU=ax2+bx+c 式(2)
Next, the gear unit loss energy L U is expressed by Expression (2) using the front-rear torque distribution ratio x. “A”, “b”, and “c” in Equation (2) are coefficients determined in the gear unit. As shown in Expression (2), the gear unit loss energy L U is expressed as a quadratic function of the front-rear torque distribution ratio x.
L U = ax 2 + bx + c Formula (2)
また、カップリングロスエネルギーLCは、前後輪の回転数差と当該カップリングが後輪に伝達する駆動トルクに依存するところ、駆動トルク(エンジントルク)Fの1次関数として表されると共に、前後トルク配分比xの1次関数として表される。
LC=(DVf−EVr)×αFx 式(3)
Further, the coupling loss energy L C is expressed as a linear function of the driving torque (engine torque) F, depending on the rotational speed difference between the front and rear wheels and the driving torque transmitted by the coupling to the rear wheels. It is expressed as a linear function of the front-rear torque distribution ratio x.
L C = (DV f −EV r ) × αFx Equation (3)
式(3)において、D、E、αは、エンジン駆動力Fと前後トルク配分比xが代表的な変数として表されるよう式を整理した過程で生じた各係数を前輪側と後輪側に分けてまとめたものである。 In Equation (3), D, E, and α are the coefficients generated in the process of organizing the equations so that the engine driving force F and the front-rear torque distribution ratio x are represented as representative variables. It is divided and divided.
式(2)と式(3)とを統合すると、メカロスエネルギーLUCは、式(4)のように表される。
LUC=LU+LC
=Ax2+Bx+C 式(4)
When the formula (2) and the formula (3) are integrated, the mechanical loss energy L UC is expressed as the formula (4).
L UC = L U + L C
= Ax 2 + Bx + C Formula (4)
式(4)中の「A」、「B」、「C」は、前後トルク配分比xが代表的な変数として表されるよう式を整理した過程で生じた各係数をまとめたものである。 “A”, “B”, and “C” in Expression (4) are obtained by summarizing coefficients generated in the process of organizing the expression so that the front-rear torque distribution ratio x is represented as a representative variable. .
次に、ロスエネルギーの総和Ltotalは、タイヤロスエネルギーの総和LtireとメカロスエネルギーLUCとから、式(5)のように表される。式(5)に示すように、ロスエネルギーの総和Ltotalは、前後トルク配分比xの2次関数として表されると共に、駆動トルク(エンジントルク)Fの2次関数として表される。
Ltotal=Ltire+LUC
=F2{(Pf+Pr)x2−2Pfx+Pf}
+Ax2+Bx+C
={A+(Pf+Pr)F2}x2
+(B−2PfF2)x+C+PfF2 式(5)
Next, the total loss energy L total is expressed by the equation (5) from the total tire loss energy L tire and the mechanical loss energy L UC . As shown in Expression (5), the total loss energy L total is expressed as a quadratic function of the front-rear torque distribution ratio x and is expressed as a quadratic function of the drive torque (engine torque) F.
L total = L tire + L UC
= F 2 {(P f + P r) x 2 -2P f x + P f}
+ Ax 2 + Bx + C
= {A + (P f + P r) F 2} x 2
+ (B-2P f F 2 ) x + C +
ここで、式(5)をxで微分した式「d/dx(Ltotal)」に関して、「d/dx(Ltotal)=0」が成立するときの前後トルク配分比xにおいて、ロスエネルギーの総和Ltotalが最小となる。このロスエネルギーの総和Ltotalが最小となる前後トルク配分比xminは、式(6)で表される。
xmin=(2PfF2−B)/2{A+(Pf+Pr)F2} 式(6)
Here, regarding the expression “d / dx (L total )” obtained by differentiating the expression (5) by x, the loss energy of the front-rear torque distribution ratio x when “d / dx (L total ) = 0” is satisfied. The total L total is minimized. The front-rear torque distribution ratio x min that minimizes the total loss energy L total is expressed by equation (6).
x min = (2P f F 2 -B) / 2 {A + (P f + P r) F 2} Equation (6)
式(6)によれば、駆動トルク(エンジントルク)Fと、「Pf」、「Pr」と、「A」、「B」とにより、ロスエネルギーの総和Ltotalが最小となるときの前後トルク配分比xminを求めることができる。この場合、「Pf」、「Pr」は車輪速度から求まり、「B」は車輪速度及び駆動トルク(エンジントルク)から求まる。よって、式(6)の前後トルク配分比xminは、駆動トルク(エンジントルク)Fと車輪速度Vfl、Vfr、Vrl、Vrrとから求めることができる。 According to the equation (6), the total loss energy L total is minimized by the driving torque (engine torque) F, “P f ”, “P r ”, “A”, “B”. The front-rear torque distribution ratio x min can be obtained. In this case, "P f", "P r" is obtained in decreasing wheel speed, "B" obtained from the wheel speed and the driving torque (engine torque). Therefore, the front-rear torque distribution ratio x min in equation (6) can be obtained from the drive torque (engine torque) F and the wheel speeds V fl , V fr , V rl , V rr .
したがって、上述したコントローラ20(トルク配分比決定部22)は、式(6)の演算式(式(5)でも良い)を所定の内部メモリなどに記憶させておき、取得部21が取得した現在のエンジントルクFと、前輪速度センサ32R、32L及び後輪速度センサ33R、33Lのそれぞれが検出した現在の車輪速度Vfl、Vfr、Vrl、Vrrとを式(6)に代入することで、適用すべき前後トルク配分比xminを求める。
Therefore, the controller 20 (torque distribution ratio determination unit 22) described above stores the arithmetic expression (6) (may be the expression (5)) in a predetermined internal memory or the like, and the
[作用効果]
次に、本発明の実施形態による四輪駆動車の制御装置の作用効果を述べる。
[Function and effect]
Next, operational effects of the control device for a four-wheel drive vehicle according to the embodiment of the present invention will be described.
本実施形態によれば、コントローラ20は、エンジントルクの大きさに応じて変化するロスエネルギーの総和を考慮に入れて、現在のエンジントルクに応じたロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を決定する。これにより、エンジントルクに応じてロスエネルギーの総和が最少になるように前後トルク配分比を適切に制御することができる。
According to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、コントローラ20は、エンジントルクに応じて1次関数的に変化するカップリングロスエネルギーをメカロスエネルギーとして用いることで、そのようなカップリングロスエネルギーを含むロスエネルギーの総和が最少になる前後トルク配分比を適切に決定することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、コントローラ20は、エンジントルクに応じて2次関数的に変化するギヤユニットロスエネルギーをメカロスエネルギーとして用いることで、そのようなギヤユニットロスエネルギーを含むロスエネルギーの総和が最少になる前後トルク配分比を適切に決定することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、コントローラ20は、エンジントルクに応じて2次関数的に変化するタイヤロスエネルギーを用いることで、そのようなタイヤロスエネルギーを含むロスエネルギーの総和が最少になる前後トルク配分比を適切に決定することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、コントローラ20は、エンジントルク及び前輪9及び後輪10の車輪速度などに基づき定められたロスエネルギーの総和を表す演算式を用いて、現在のエンジントルク及び前輪9及び後輪10の現在の車輪速度とに基づき、ロスエネルギーの総和が最小になる前後トルク配分比を精度良く決定することができる。
Further, according to the present embodiment, the
1 車両
2 エンジン
3 トランスミッション
5 PTO(パワーテイクオフ)
9 前輪
10 後輪
12 プロペラシャフト
13 電磁カップリング
15 リヤデファレンシャルギヤ
20 コントローラ
31 アクセル開度センサ
32R、32L 前輪速度センサ
33R、33L 後輪速度センサ
1
9 Front wheel 10
Claims (6)
エンジンが出力するエンジントルクを取得する取得手段と、
前輪及び後輪において生じるタイヤロスエネルギーの和と、後輪の駆動に伴って生じる機械的なメカロスエネルギーと、のロスエネルギーの総和に基づき、前記エンジントルクに対応する駆動トルクにおいて前輪に配分する駆動トルクと後輪に配分する駆動トルクとの比率を示す前後トルク配分比を決定するトルク配分比決定手段と、
前記トルク配分比決定手段により決定された前記前後トルク配分比に従って、前記エンジントルクに対応する駆動トルクを前輪と後輪とに配分するための制御を行うトルク配分制御手段と、
を有し、
前記トルク配分比決定手段は、前記エンジントルクの大きさに応じて変化する前記ロスエネルギーの総和に基づき、前記取得手段により取得された現在のエンジントルクに応じた前記ロスエネルギーの総和が最小になる前記前後トルク配分比を決定する、ことを特徴とする四輪駆動車の制御装置。 A control device for a four-wheel drive vehicle that controls drive torque distributed to front wheels and rear wheels,
Obtaining means for obtaining engine torque output by the engine;
Drive distributed to the front wheels at the drive torque corresponding to the engine torque based on the sum of the loss energy of the tire loss energy generated at the front wheels and the rear wheels and the mechanical energy loss energy generated by driving the rear wheels Torque distribution ratio determining means for determining a front-rear torque distribution ratio indicating a ratio of torque and driving torque distributed to the rear wheels;
Torque distribution control means for performing control for distributing drive torque corresponding to the engine torque to front wheels and rear wheels in accordance with the front-rear torque distribution ratio determined by the torque distribution ratio determination means;
Have
The torque distribution ratio determining means minimizes the total loss energy according to the current engine torque acquired by the acquisition means based on the total loss energy that changes according to the magnitude of the engine torque. A control device for a four-wheel drive vehicle, wherein the front-rear torque distribution ratio is determined.
前記トルク配分比決定手段は、前記メカロスエネルギーとして、前記エンジントルクに応じて1次関数的に変化する、前記カップリングにおいて生じるカップリングロスエネルギーを用いて、前記前後トルク配分比を決定する、請求項1に記載の四輪駆動車の制御装置。 The four-wheel drive vehicle transmits a part of the engine torque to the rear wheel via a coupling, and changes the coupling torque of the coupling to change the driving torque transmitted to the rear wheel out of the engine torque. The variable is configured,
The torque distribution ratio determining means determines the front-rear torque distribution ratio using a coupling loss energy generated in the coupling, which varies in a linear function according to the engine torque, as the mechanical loss energy. Item 4. A control device for a four-wheel drive vehicle according to Item 1.
前記トルク配分比決定手段は、前記メカロスエネルギーとして、前記エンジントルクに応じて2次関数的に変化する、少なくとも前記パワーテイクオフに含まれるギヤユニットにおいて生じるギヤユニットロスエネルギーを用いて、前記前後トルク配分比を決定する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の四輪駆動車の制御装置。 The four-wheel drive vehicle has a power take-off that transmits engine torque from a transmission to a propeller shaft.
The torque distribution ratio determining means uses, as the mechanical loss energy, the front-rear torque distribution using at least gear unit loss energy generated in a gear unit included in the power take-off, which changes in a quadratic function according to the engine torque. The control device for a four-wheel drive vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio is determined.
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