JP2536497B2

JP2536497B2 - ４輪駆動型車両用無段変速機の制御装置

Info

Publication number: JP2536497B2
Application number: JP61262519A
Authority: JP
Inventors: 博之木場; 邦夫森沢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1986-11-04
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPS63116933A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は４輪駆動型車両用無段変速機の制御装置に関
するものである。

従来技術エンジンの出力トルクを車両の前輪および後輪へ分割
して伝達する差動歯車装置と、その差動歯車装置の差動
作用を制御するための差動制限クラッチとを備え、前輪
回転速度および後輪回転速度の差が所定値よりも大きく
なると上記差動制限クラッチの伝達トルクを大きくして
前輪回転速度および後輪回転速度の差を小さくする形式
の車両用４輪駆動装置がある。これは所謂フルタイム型
として知られており、例えば実開昭55−72420号公報に
記載されている。そして、このような形式の４輪駆動装
置のエンジンと中央差動歯車装置との間に無段変速機を
介挿した４輪駆動式車両が提案されている。本出願人が
先に出願した特願昭61−233793号に記載された４輪駆動
式車両がそれである。

発明が解決すべき問題点しかしながら、中央差動歯車装置の差動制限が行われ
ていない状態、たとえば差動制限クラッチが非係合とさ
れて差動制限力が小さくされている状態であるときに凍
結路或いは雪路などの路面摩擦抵抗が極めて小さい道路
上を走行させると、接地荷重が小さい車輪によって全車
輪の駆動力が決定されるため、実際の駆動力がそれを超
え易く、これに起因するスリップが生じて車両の走破性
や操縦安定性が著しく低下する場合があった。

問題点を解決するための手段本発明は以上の事情を背景として試されたものであ
り、その要旨とするところは、エンジンの出力トルクを
車両の前輪および後輪へ分配して伝達する中央差動歯車
装置と、該中央差動歯車装置の差動作用を抑制するため
の差動制限クラッチと、前記エンジンと中央差動歯車装
置との間に設けられた無段変速機とを備えた形式の４輪
駆動型車両において、前記無段変速機の変速比を制御す
るための制御装置であって、（ａ）予め求められた複数
種類の関係を記憶する記憶手段と、（ｂ）前記差動制限
クラッチの差動制限力が小さくなるほど前記変速比が小
さくなるように、その差動制限クラッチの差動制限状態
に関連して前記複数種類の関係の一つを選択する選択手
段と、（ｃ）その選択手段により選択された関係から少
なくともアクセル操作量および車速に基づいて目標変速
比または目標エンジン回転速度を決定し、その目標変速
比または目標エンジン回転速度と前記無段変速機の実際
の変速比または実際のエンジン回転速度とを一致させる
ように無段変速機の変速比を調節する変速比制御手段と
を、含むことにある。

作用および発明の効果このようにすれば、選択手段により、前記差動制御ク
ラッチの差動制限力が小さくなるほど前記変速比が小さ
くなるように、その差動制限クラッチの差動制限状態に
関連して前記記憶手段において記憶された複数種類の関
係の一つが選択され、変速比制御手段において、その選
択された関係から少なくとも前記アクセル操作量および
車速に基づいて目標変速比または目標エンジン回転速度
が決定され、その目標変速比または目標エンジン回転速
度と前記無段変速機の実際の変速比または実際のエンジ
ン回転速度とを一致させるように該無段変速機の変速比
が調節される。したがって、差動制限クラッチの差動制
限力が小さくなるほど前記変速比が小さくされるので、
路面摩擦抵抗が極めて低い路上を車両が走行する場合に
は各車輪に伝達される駆動トルクが小さくされる。それ
故、路面摩擦抵抗が極めて低い路上を走行する場合で
も、車輪の駆動トルクが接地荷重の小さい車輪によって
決定される全車輪の駆動力を超え難くなり、車輪のスリ
ップ起因する車両の走破性や操縦安定性の低下が改善さ
れるのである。

前記選択手段は、好適には、前記車両が路面摩擦抵抗
が極めて小さい道路を走行することを条件として、前記
差動制限クラッチの差動制限状態に関連して前記複数種
類の関係の一つを選択するように構成される。このよう
にすれば、差動制限クラッチが非差動制限状態であって
も、常時は比較的大きい車輪の駆動力が得られて運転性
が維持される一方、路面摩擦抵抗が極めて小さい道路を
走行する場合に前記目標値が小さくされて車輪のスリッ
プが改善される利点がある。

ここで、無段変速機の変速比とは、その入力軸回転速
度をN_inとし出力軸回転速度をN_outとすると、N_in/N_out
である。

実施例以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図において、エンジン10の動力は流体継手12、ベ
ルト式無段変速機（以下、CVTという）14、副変速機1
6、中央差動歯車装置18へ伝達されるとともに、この中
央差動歯車装置18により２系統に分配された動力の一方
は減速歯車対20および22、前輪用差動歯車装置24を介し
てその出力軸である一対の車軸に固定された左右の前輪
26へ伝達され、中央差動歯車装置18により分配された動
力の他方は傘歯車対28および30、平歯車対32および34、
プロペラシャフト36、後輪用差動歯車装置38を介して左
右の後輪40へ伝達されるようになっている。

流体継手12は、エンジン10のクランク軸42と接続され
ているポンプ44と、CVT14の入力軸46に固定されポンプ4
4からのオイルにより回転させられるタービン48と、ダ
ンパ50を介して入力軸46に固定されたロックアップクラ
ッチ52とを備えている。ロックアップクラッチ52は、た
とえば車速あるいはエンジン回転速度またはタービン48
の回転速度が所定値以上になると作動させられて、クラ
ンク軸42と入力軸46とを直結状態にするものである。

CVT14は、入力軸46および出力軸54にそれぞれ設けら
れた可変プーリ56および58と、それら可変プーリ56およ
び58に巻き掛けられた伝導ベルト60とを備えている。可
変プーリ56および58は、入力軸46および出力軸54にそれ
ぞれ固定された固定回転体62および64と、入力軸46およ
び出力軸54にそれぞれ軸方向の移動可能かつ軸回りの相
対回転不能に設けられた可動回転体66および68とから成
り、可動回転体66および68が油圧シリンダ70および72に
よって移動させられることによりＶ溝幅すなわち伝導ベ
ルト60の掛り径（有効径）が変更されて、CVT14の変速
比γ（＝入力軸46の回転速度N_in/出力軸54の回転速度N
_out）が変更されるようになっている。油圧シリンダ70
内への作動油の流入、或いはその油圧シリンダ70内から
の作動油の流出によりCVT14の変速比γが変化させられ
るとともに、その作動油の流入速度或いは流出速度が調
節されるこにより変速比γの変化速度が変化させられ
る。また、油圧シリンダ72には、専ら伝導ベルト60のす
べりが生じない範囲で最小の挟圧力が得られるように、
実際のスロットル弁開度および変速比γに応じて調圧さ
れた油圧が作用させられる。上記油圧シリンダ70に対す
る作動油の供給或いは油圧シリンダ70からの作動油の排
出は、後述の変速制御弁73によって制御される。なお、
オイルポンプ74は後述の油圧制御装置の油圧源を構成す
るものであって、入力軸46を縦通する図示しない連結軸
を介してクランク軸42と連結されてエンジン10により常
時回転駆動される。

副変速機16は、CVT14の後段に直列に連結されかつ車
両の走行条件にしたがって高速ギヤ段および低速ギヤ段
に自動的に切り換えられる自動変速機であって、CVT14
の出力軸54と同軸的に設けられたラビニョオ型複合遊星
歯車装置を備えている。この遊星歯車装置は、一対の第
１サンギア76および第２サンギヤ78と、第１サンギア76
に噛み合う第１遊星ギア80と、この第１遊星ギア80およ
び第２サンギア78と噛み合う第２遊星ギア82と、第１遊
星ギア80と噛み合うリングギア84と、第１遊星ギア80お
よび第２遊星ギア82を回転可能に支持するキャリア86と
を備えている。第２サンギア78は前記出力軸54と一体的
に連結された軸88と固定され、キャリア86が固定された
副変速機出力軸89には出力ギア90が固定されている。高
速段用クラッチ92は多板形式のクラッチであって軸88と
第１サンギア76との間の係合を制御し、低速段用ブレー
キ94はバンド形式のブレーキであって第１サンギア76の
ハウジングに対する係合を制御し、後進用ブレーキ96は
リングギア84のハウジングに対する係合を制御する。し
たがって、低速段では低速段用ブレーキ94が作動させら
れて第１サンギア76が固定されるため、低速ギア段が成
立させられて減速比（１＋ρ1/ρ２）にて動力が伝達さ
れるが、高速段においては高速段用クラッチ92の作動に
より遊星歯車装置全体が一体となって回転し、これによ
り高速ギア段が成立させられて減速比１にて動力が伝達
される。また、後進用ブレーキ96の作動によりリングギ
ア84がハウジングに固定されると、後進ギア段が成立さ
せられて変速比（１−1/ρ２）の逆回転にて動力が伝達
される。上記ρ１およびρ２は次式（１）および（２）
から定義されるギア比である。

ρ１＝Z_S1/Z_r ・・・（１） ρ２＝Z_S2/Z_r ・・・（２）但し、Z_S1は第１サンギア76の歯数、Z_S2は、第２サン
ギア78の歯数、Z_rはリングギア84の歯数である。

上記低速段用ブレーキ94、高速段用クラッチ92、およ
び後進用ブレーキ96は、後述のシフト制御弁98によって
選択的に作動させられる。

中央差動歯車装置18は、前記出力ギア90からの動力が
伝達されるキャリア100と、このキャリア100により回転
可能に支持されたピニオン102と、前輪側出力軸104およ
び後輪側出力軸106に固定され且つ上記ピニオン102と噛
み合う前輪側サイドギア108および後輪側サイドギア110
とを備え、前記出力ギア90からキャリア100へ伝達され
たトルクを前輪側出力軸104および後輪側出力軸106へ等
分に分配する。したがって、この中央差動歯車装置18の
均等分配作用により、前輪26および後輪40には同様の駆
動力が伝達されるが、各車輪にはその荷重に応じた限界
グリップ力（路面摩擦力）が存在する。

そして、上記中央差動歯車装置18の前輪側出力軸104
および後輪側出力軸106間には、それら前輪側出力軸104
のトルクの一部を後輪側出力軸106へ伝達させて差動作
用を制限する油圧クラッチ112が配設されている。この
油圧クラッチ112は後述の差動制限クラッチ制御弁114に
よって係合制御される。

車両のシフトレバー116にはその操作位置を検出して
その操作位置を表す信号SP出力するシフトレバー位置セ
ンサ118が設けられている。また、エンジン10の吸気配
管には、スロットル弁120の開度を検出してスロットル
弁開度を表わす信号Ｓθを出力するスロットルセンサ12
2が設けられている。また、CVT14の入力軸46および出力
軸54の近傍にはそれらの回転速度を検出してその回転速
度を表わす信号SR1およびSR2を出力する入力軸回転セン
サ124および出力軸回転センサ126が設けられている。ま
た、前輪用差動歯車装置24には前輪26の回転速度を検出
して前輪回転速度を表わす信号SR3を出力する前輪回転
センサ128が設けられており、プロペラシャフト36近傍
には後輪40の回転速度を検出して後輪回転速度を表わす
信号SR4を出力する後輪回転センサ130が設けられてい
る。そして、前輪懸架装置132には前輪26に加えられる
荷重を検出してその荷重を表わす信号SWを出力する操舵
輪荷重センサ134が設けられており、ステアリング装置1
36にはそれに加えられる操舵力を検出してその操舵力を
表わす信号SSを出力する操舵力センサ138が設けられて
いる。上記の各信号SP、Ｓθ、SR1、SR2、SR3、SR4、S
W、SSはそれぞれ制御装置104へ供給されるようになって
いる。

第２図に示すように制御装置140は、CPU142、ROM14
4、RAM146などを含む所謂マイクロコンピュータであっ
て、RAM146の記憶機能を利用しつつ予めROM144に記憶さ
れたプログラムに従って入力信号を処理し、前記変速制
御弁73、シフト制御弁98、差動制限クラッチ制御弁114
を駆動するための駆動信号を出力する。すなわち、制御
装置140では、シフト制限、４輪駆動制御、CVTの変速比
制御が選択的或いは周期的に実行される。シフト制御が
実行された場合には、制御装置140は、予め記憶された
変速線図から実際の車速およびスロットル弁開度に基づ
いて副変速機16のギア段のシフト条件が満足されたか否
かを判断するとともに、シフト条件が満足されるとシフ
ト制御弁98を作動させることにより副変速機16を車両の
走行状態に適したギア段に切り換える。また、４輪駆動
制御が実行された場合には、上記制御装置140は前輪回
転速度および後輪回転速度の差を求めるとともに、その
回転速度差が極めて小さければ油圧クラッチ112を解放
するが、大きくなると油圧クラッチ112の伝達トルクが
大きくなるように差動制限クラッチ制御弁114を作動さ
せる。この油圧クラッチ112の係合状態は手動操作にて
も調節され得る。そして、変速比制御が実行された場合
には、エンジン10が最小燃費率曲線上で作動するように
予め求められた関係からスロットル弁開度および車速に
基づいて目標回転速度或いは目標変速比を決定し、入力
軸46の実際の回転速度或いはCVT14の実際の変速比が目
標回転速度或いは目標変速比と一致するようにCVT14の
変速比を調節する。したがって、上記制御装置140は、
変速比制御装置、シフト制御装置、４輪駆動制御装置な
どとして機能する。

以下、４輪駆動車両の変速比制御作動を第３図のフロ
ーチャートに従って説明する。

第３図は変速比制御の要部を示すものであって、先ず
ステップS0が実行されことにより操舵力Ｓおよび操舵輪
荷重が読む込まれるとともに、ステップS1が実行される
ことにより操舵力Ｓが操舵輪荷重によりＳ′に補正され
る。この補正後の操舵力Ｓ′は路面摩擦係数μの函数で
あるから、実質的に路面摩擦力を表わしている。続くス
テップS2においては、上記ステップS1において補正され
た操舵力Ｓ′が予め設定された判断基準値α以下である
か否かが判断される。この判断基準値αは、たとえば油
圧クラッチ112の解放状態で走行する４輪駆動車両の車
輪にスリップが発生する可能性がある値の最大値が選択
される。ステップS2において操舵力Ｓ′が判断基準値α
よりも大きいと判断された場合にはステップS4が実行さ
れて、予めROM144に記憶された複数種類の関係のうち第
４図のパターンＩに示す関係が選択される。本実施例で
は上記ROM144は複数種類の関係を記憶する記憶手段に相
当する。

しかし、ステップS2において操舵力Ｓ′が判断基準値
α以下と判断された場合にはステップS3が実行されて、
中央差動歯車装置18の差動作用が油圧クラッチ112によ
り阻止されているか否か、すなわち油圧クラッチ112の
係合により前輪側出力軸104と後輪側出力軸106とがロッ
クされているか否かが判断される。油圧クラッチ112に
よりロックされていると判断された場合には前記ステッ
プS4が実行されるが、ロックされていないと判断された
場合にはステップS5が実行されることにより、予めROM1
44に記憶された第４図のパターンIIに示す関係が選択さ
れる。これにより、変速制御における目標回転速度N_in
^＊すなわち目標変速比が、パターンＩに示す関係が選択
される通常の場合に比較して小さい値とされる。第４図
の関係は車速Ｖおよびスロットル弁開度θと目標回転速
度N_in ^＊との間の関係であって、エンジン10を最小燃費
率曲線上で作動させるために予め求められたものであ
る。上記パターンＩおよびパターンIIの関係は、スロッ
トル弁開度θをパラメータとする関係であるからスロッ
トル弁開度θが零の共通ラインから100％のラインに至
る間にそれぞれ存在する図示しない複数本のラインを含
むものであるが、第４図に示されているスロットル弁開
度θが100％であるラインを相互に比較すると明らかな
ように、パターンＩの関係に比較してパターンIIの関係
は目標回転速度N_in ^＊すなわち目標変速比が全体的に小
さい値となるように決定されている。本実施例では、上
記ステップS3、S4、S5が、油圧クラッチ112の差動制限
力が小さくなるほど前記変速比が小さくなるようにパタ
ーンを選択する選択手段に対応するものである。

続くステップS6のCVT変速比制御ルーチンでは、前記
ステップS4またはS5において選択された関係から実際の
車速Ｖおよびスロットル弁開度θに基づいて目標回転速
度N_in ^＊が決定され、その目標回転速度N_in ^＊と実際の入
力軸回転速度N_inとが一致するようにCVT14の変速比γが
調節される。上記ステップS6は本実施例の変速比制御手
段に対応するものである。

上述のように、本実施例によれば、ステップS2におい
て４輪駆動車両の走行中に操舵力Ｓ′が予め定められた
値α以下となったときには、ステップS5において第４図
のパターンIIに示す関係から比較的低い目標回転速度N
_in ^＊が決定され、ステップS6においてその目標回転速度
N_in ^＊と実際のエンジン回転速度N_inとを一致させるよう
にCVT14の変速比が調節される。上記ステップS5にて油
圧クラッチ112の差動制限状態の解除と関連して選択さ
れたパターンIIにより求められた目標回転速度N
_in ^＊は、パターンＩにより求められた目標回転速度N_in
^＊よりも相対的に小さいので、油圧クラッチ112が火係
合とされるような走破性が要求される状態において車輪
の駆動力が小さくされる。このため、各車輪に伝達され
る駆動トルクが小さくされるので、路面摩擦抵抗が極め
て低い路上を走行する場合でも、車輪の駆動トルクが接
地荷重の小さい車輪によって決定される全車輪の駆動力
を超え難くなり、車輪のスリップに起因する車両の走破
性や操縦安定性の低下が大幅に改善されるのである。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明した
が、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述のステップS4およびS5において選択さ
れる関係は、実際の車速Ｖおよびスロットル弁開度θに
基づいて目標変速比を求める関係であっても差支えな
い。この場合のステップS6では、目標変速比と実際の変
速比とを一致させるように変速制御弁73が駆動される。

また、前述の実施例では、エンジン10に対する要求出
力トルクを示すパラメータとしてスロットル弁開度θが
用いられているが、それに替えてアクセル操作量などの
変量が用いられてもよいのである。

また、第４図に示す関係は、副変速機16の高速ギア段
および低速ギア段毎に別個にそれぞれ用意されていても
差支えない。

また、前述の実施例では、操舵力Ｓ′が操舵輪荷重お
よび操舵力Ｓから且つ操舵力Ｓ′が予め定められた値α
と比較されることにより、路面の凍結或いは積雪による
低摩擦係数路が検出されるように構成されているが、低
摩擦係数路を運転者などが手動操作入力するようにして
もよい。また、操舵力Ｓ′の低下の条件を除外し、手動
または自動により油圧クラッチ112の非係合状態とされ
たことに関連してパターンIIが選択されるようにしても
よいのである。

また、前述の実施例では操舵力Ｓ′が予め設定された
値α以下となると一種類の関係（パターンII）が選択さ
れるようになっているが、操舵力Ｓ′の大きさを予め設
定された複数段階の何れに属するかを判断し、その段階
に応じて複数種類の関係を順次選択するようにしてもよ
い。

また、前述の実施例の中央差動歯車装置18はエンジン
10からのトルクを前輪側出力軸104および後輪側出力軸1
06へ等分に分配する形式のものであったが、所定の比率
で分配する形式のものでも差支えない。

また、前述の実施例では路面摩擦係数μの函数である
操舵力Ｓ′にしたがって低摩擦係数路が検出されるよう
になっていたが、路面摩擦係数μの函数である他の物理
量あるいは路面摩擦係数μそのものが用いられても良
い。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であ
り、本発明はその精神を逸脱しない範囲で種々変更が加
えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であって４輪駆動車両の動力
伝達装置を示す骨子図である。第２図は第１図の４輪駆
動車両に設けられる制御装置の構成を示す図である。第
３図は第１図および第２図に示す装置の作動を説明する
フローチャートである。第４図は第３図のフローチャー
トに用いられる関係を示す図である。 10:エンジン 14:ベルト式無段変速機 18:中央差動歯車装置 112:油圧クラッチ（差動制限クラッチ） 140:制御装置（選択手段）（変速比制御手段） 144:ROM（記憶手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１６Ｈ 59:50 Ｆ１６Ｈ 59:50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの出力トルクを車両の前輪および
後輪へ分配して伝達する中央差動歯車装置と、該中央差
動歯車装置の差動作用を制御するための差動制限クラッ
チと、前記エンジンと中央差動歯車装置との間に設けら
れた無段変速機とを備えた形式の４輪駆動型車両におい
て、前記無段変速機の変速比を制御するための制御装置
であって、予め求められた複数種類の関係を記憶する記憶手段と、前記差動制限クラッチの差動制限力が小さくなるほど前
記変速比が小さくなるように、該差動制限クラッチの差
動制限状態に関連して前記複数種類の関係の一つを選択
する選択手段と、該選択手段により選択された関係から少なくともアクセ
ル操作量および車速に基づいて目標変速比または目標エ
ンジン回転速度を決定し、該目標変速比または目標エン
ジン回転速度と前記無段変速機の実際の変速比または実
際のエンジン回転速度とを一致させるように該無段変速
機の変速比を調節する変速比制御手段と、を含むことを特徴とする４輪駆動型車両用無段変速機の
制御装置。
【請求項２】前記選択手段は、前記車両が路面抵抗の極
めて小さい道路を走行することを条件として、前記差動
制限クラッチの差動制限状態に関連して前記複数種類の
関係の一つを選択するものである特許請求の範囲第１項
に記載の４輪駆動型車両用無段変速機の制御装置。