JP3330170B2

JP3330170B2 - 車両の差動制限装置

Info

Publication number: JP3330170B2
Application number: JP01221693A
Authority: JP
Inventors: 有司志谷
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH06219176A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のデファレンシャ
ルの差動制限装置に関し、より詳細には、デファレンシ
ャルの差動制限力を変化させることができる車両の差動
制限装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】４輪駆動車は、旋回時における前後及び
左右輪の軌跡差を補償すべく、前後輪の車軸間に配設さ
れるセンタデファレンシャル、前輪間に配設されるフロ
ントデファレンシャル、更に、後輪間に配設されるリヤ
デファレンシャルをそれぞれ備えている。これらのデフ
ァレンシャルの働きによって、所謂タイトコーナーブレ
ーキング現象等を排除することが可能となる。しかしな
がら、これらのデファレンシャルを備えた車両では、発
進・加速時に４輪の内のいずれかの車輪が空転すると他
の車輪に駆動力が十分伝わらず、安定した発進・加速が
困難となってしまい、操縦安定性、制動性、加速性が低
下してしまうという問題があった。

【０００３】上記問題点に鑑み、特開昭62-74719号公報
には、車速と車輪速との関係から、車輪のスリップ状態
を検出し、スリップを検知したときに、デファレンシャ
ルをロック状態にし、走行性能の著しい低下を防ぐ４輪
駆動車の制御装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、車両の走破性
を向上させるという観点からは、スプリット低μ等で、
デファレンシャルに差動が生じ駆動力が効率的に伝わら
ないときには、上記公報で開示されている制御装置のよ
う、タイヤのスリップ検出時にデファレンシャルをロッ
ク状態にすることが効果的である（図15）。

【０００５】しかしながら、極低μのような路面状況で
あれば、このような制御装置のようにデファレンシャル
を瞬時にロックしたり、デファレンシャルの差動制限を
大きな力で行うと、かえって車両の安定走行が乱される
という問題がある。即ち、一輪にスリップが発生してい
る状況において、デファレンシャルを瞬時にロックさせ
る、つまり、デファレンシャルの差動制限力（締結力）
を高めると、デファレンシャルロック時のショック、差
動を制限したことによる他輪の同時スリップ等が発生
し、車両のバランスが崩れ、車両の安定した走行が困難
になるという問題が起こる。従って、車両の安定性重視
の観点からは、デファレンシャルの差動制限はできるだ
け小さな力で行うことが好ましい（図16）。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みて構成され
たもので、スリップ量が増加するに従って、車両の走行
安定性を重視したデファレンシャルの差動制御に移行す
る車両の差動制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる技術的課題を達成
すべく、本発明は、左右前輪間に配置されたフロントデ
ファレンシャルと、左右後輪間に配置されたリアデファ
レンシャルと、前後輪間に配置されたセンタデファレン
シャルとのそれぞれに対する差動制限力を、各デファレ
ンシャルの差動回転数に応じて変化させる車両の差動制
限装置であって、デファレンシャルの差動回転数が高ま
るにつれて制限力を高めるようにした第１の制御特性
と、該第１の制御特性より勾配が小さい第２の制御特性
の少なくとも２つの制御特性を備え、前記各デファレン
シャルにおいて、差動回転数に応じて前記２つの制御特
性に所定の重み付けを行い、前記各デファレンシャルの
差動制限力を変化させ、前記車両の実車速と車輪速の最
大値との差が所定値以下のときは、第１の制御特性に大
きな重み付けをした差動制限を行って、前記車両の実車
速と車輪速の最大値との差が所定値より大きいときは、
第２の制御特性に大きな重み付けをした差動制限を行
い、前記センタデファレンシャルの差動を、前記リアデ
ファレンシャルの差動より先に制限することを特徴とす
る車両の差動制限装置を提供する。

【０００８】このような構成を備えた本発明によれば、
実車速と車輪速との差が大きくなったときには、デファ
レンシャルの差動制限が小さな力で行われるので、全車
輪がスリップを起こすことが回避される。また、差動回
転数が増大したときには、車両の走行安定性を重視した
デファレンシャルの差動制御に移行するため、車両の急
激な挙動を防止することができる。さらに、センタデフ
ァレンシャルの差動制限を、リアデファレンシャルの差
動制限より先に行うので、まず、センタデファレンシャ
ルの差動制限により車輪のスリップを効果的に打ち消し
て車体の安定性が確保される。

【０００９】本発明の好ましい態様によれば、路面と車
輪との間の摩擦係数を判定する判定手段を設け、該判定
手段が極めて低い摩擦係数を判定したとき、前記差動制
限制御を行う。

【００１０】このような構成によれば、極めてスリップ
が起こりやすい状況でのみ、本発明の差動制御が行われ
ることになる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は、本発明の一実施例の車両の制御装
置の概略構成図である。先ず、図１に示された車両の動
力伝達系を説明する。車両はエンジン１０を備え、エン
ジン１０にはトランスミッション１１が接続される。ト
ランスミッション１１の出力側に、センタデファレンシ
ャル１２が配置される。センタデファレンシャル１２に
は、エンジン１０からの出力を前輪側に伝達するフロン
トプロペラシャフト１３及び後輪側に伝達するリヤプロ
ペラシャフト１４がそれぞれ接続されている。このフロ
ントプロペラシャフト１３には、フロントアクスル１５
を介して前輪１６が接続されている。またリヤプロペラ
シャフト１４には、リヤアクスル１７を介して後輪１８
が接続されている。フロントアクスル１５にはフロント
デファレンシャル１９（以下、フロントデフという。）
が、リヤアクスル１５にはリヤデファレンシャル２０
（以下、リヤデフという。）がそれぞれ設けられてい
る。

【００１４】本実施例の車両は、各デファレンシャル１
２，１９，２０等を制御するコントロールユニット２２
を備える。このコントロールユニット２２には、各種の
走行状態を表す信号が入力される。各前輪１６及び各後
輪１８には、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサが
それぞれ取り付けられており、車輪速センサからの信号
が、コントロールユニット２２に入力される。コントロ
ールユニット２２には、車速センサ２３からの車速信
号、スロットルセンサからのスロットル開度、エンジン
回転数センサからのエンジン回転数等の信号が入力され
る。コントロールユニット２２は、エンジン１０に対し
スロットル開度信号を出力してスロットル開度を調整す
るとともに、燃料噴射信号を出力して、燃料噴射弁の制
御を行う。さらに、イグニッション信号を出力して点火
時期を制御するようになっている。また、トランスミッ
ション１１にシフト信号を出力して変速制御を行う。

【００１５】コントロールユニット２２は、入出力セク
ション２５、ＣＰＵ２７及びメモリ２９を備えている。
上記の入出力信号は、すべて入出力セクション２５を介
して送られる。差動制御は、コントロールユニット２２
が、各入力された値に基づいてセンタデフ１２へセンタ
デフ電流、フロントデフ１９へフロントデフ電流、リヤ
デフ２０へリヤデフ電流をそれぞれ供給し、これらの電
流値に基づいてセンタデフ１２、フロントデフ１９及び
リヤデフ２０がアンロック状態、中間ロック状態及び完
全ロック状態になることによっておこなわれる。中間ロ
ック状態においては、差動トルクが電流量に応じて連続
的に変化するようになっている。

【００１６】図２は、センタデフに設けられた電磁多板
クラッチを示す断面図である。センタデフ１２、フロン
トデフ１９及びリヤデフ２０には、それぞれ電磁多板ク
ラッチ５０が設けられ、この電磁多板クラッチ５０によ
り各センタデフ１２、フロントデフ１９及びリヤデフ２
０がアンロック状態から完全ロック状態まで連続的に差
動状態が連続的に変化する。この電磁多板クラッチ５０
は、フロントプロペラシャフト１３とリヤプロペラシャ
フト１４との差動を制限できるものであれば、どのよう
な形式のものでもよい。その一例を図２に示す。図２に
おいて、電磁多板クラッチ５０は複数枚のインナディス
クとアウタディスクとよりなるクラッチ板５１及びこの
クラッチ板５１へ押圧力を生じさせるアクチュエータ５
２から構成されている。また５３は軸受、５４は一方の
プロペラシャフトに伝動連結する伝動部材、５５は他方
のプロペラシャフトに伝動連結する伝動部材である。ア
クチュエータ５２は、ソレノイド５６に電流が流れる時
に発生する磁力によってアーマチュア５７がクラッチ板
５１を押圧するように構成されている。この電磁多板ク
ラッチ５０においては、ソレノイド５６に流れる電流と
クラッチ板５１を摩擦係合させる押圧力すなわち電磁多
板クラッチ５０で発生するトルクとが比例関係にあるの
で、センタデフ１２、フロントデフ１９及びリヤデフ２
１の差動回転数を電流の増減により連続的に変化させる
ことができる。

【００１７】次に、本発明のデファレンシャルの制御に
ついて説明する。図３は、本発明の１実施例のデファレ
ンシャル１２、１９及び２０の差動制御のフロチャート
を示す。図３に示すフロチャートは、デファレンシャル
１２、１９及び２０の差動制御のメインルーチンの内容
を示す。コントロールユニット２２は、先ず、車輪速セ
ンサからの信号に基づいて、各車輪の車輪速（左前輪車
輪速NFL 、右前輪車輪速NFR 、左後輪車輪速NRL 及び右
後輪車輪速NRR を演算する（Ｓ１）。つぎに、これらの
車輪速に基づいて各デフ１９、１２及び２０の差動回転
ΔNF、ΔNC及びΔNRを演算する（Ｓ２）。次いで、コン
トロールユニット２２に各車輪速及び車速センサ２３か
らの車速信号等に基づいて求められる路面のμ値が所定
値以下か否かを判定する。（Ｓ３）。μ値が所定値より
大きい時には、各デファレンシャルの差動制御力及び制
御電流に関する通常の（従来通りの）演算がおこなわれ
る（Ｓ４）。一方、μ値が所定値以下の時には、コント
ロールユニット２２は、各デフ１９、１２及び２０のロ
ック力すなわち差動制限力FF、FC及びFRを図４のフロチ
ャートに示すルーチンによって算出する（Ｓ５）。各デ
フの差動制限力FF、FC及びFRが求まると各デフ１９、１
２及び２０の電磁多板クラッチ５０を動作させるソレノ
イド５６に通電する制御電流量IF、IC及びIRが演算され
る（Ｓ６）。

【００１８】この場合、各制御電流量IF、IC及びIRは、
差動制限力FF、FC及びFRの関数IF＝f(FF) 、IC＝f(FC)
及びIR＝f(FR) である。従って、所定の関数を与えてお
くことにより差動制限力FF、FC及びFRから電流値を求め
ることができる。また、図５に示すような特性を各デフ
について予め設定してメモリ２９に記憶しておき、この
特性にしたがって電流値を求めるようにしてもよい。

【００１９】そして、コントロールユニット２２は、求
めた電流値を各デフのソレノイド５６に通電することに
より所望の差動制限力FF、FC及びFRを得る（Ｓ７）。つ
ぎに図４を参照して図３における（Ｓ５）の内容である
差動制限力FF、FC及びFRを算出する手順について説明す
る。この手順は、各デフ１２、１９及び２０について共
通であるので、センタデフ１２の差動制限力FFの算出に
ついて説明し、他のデフ１９及び２０についての説明は
省略する。

【００２０】まず、コントロールユニット２２は、走破
性の重み付け関数Kc1(ΔNC) と安定性の重み付け関数Kc
2(ΔNC) に基づいて走破性及び安定性の重み付け量KC1
＝kc1(ΔNC) 及びKC2 ＝kc2(ΔNC) を算出する（Ｔ
１）。走破性及び安定性の重み付け量Kc1(ΔNC) 及びKc
2(ΔNC) は、0.0 から1.0 の間で変化する（図６）。走
破性重み付け関数kc1(ΔNC) は差動回転数ΔNCが所定値
以上に増大すると、ほぼ０から１になる。また、走行安
定性重み付け関数kc2(ΔNC) は、逆に差動回転数ΔNCが
所定値以下のときは１で所定値を越えるとほぼ０とな
る。

【００２１】次にコントロールユニット２２は、図８の
フローチャートに従って、スリップ量ΔＶの算出を行う
（Ｔ２）。次いで、このスリップ量ΔＶに基づく差動制
限力FCの補正係数HC1 、HC2 を決定する（Ｔ３）。これ
らの補正量HC1 、HC2 は走破性に関するスリップ量補正
関数hc1(ΔＶ) 、安定性に関するスリップ量補正関数hc
2 ( ΔＶ) に基づいて決定される（図７）。すなわち、
HC1 ＝hc1(ΔＶ) 、HC2 ＝hc2(ΔＶ) である。

【００２２】このスリップ量補正関数hc1(ΔＶ) 及びhc
2 ( ΔＶ) は本実施例では、図７に示すような特性で与
えられている。すなわち、スリップ量ΔＶが増大すると
き、走破性を重視するスリップ量補正関数hc1(ΔＶ) は
１から徐々に減少し、逆に走行安定性を重視するスリッ
プ量補正関数hc2 ( ΔＶ) は、１から徐々に増加する。

【００２３】つぎに、コントロールユニットは、このス
リップ量補正係数HC1 、HC2 を考慮して重み付け量KC1
及びKC2 を更新する（Ｔ４）。次いで、差動制限力FCを
FC＝｛KC1 ×fc1(ΔNC) ＋KC2 ×fc2(ΔNC) ｝/(KC1＋K
C2)により計算する（Ｔ５）。ここで、最終的な差動制
限力FCは、センタデフ１２の差動回転ΔNCの関数として
与えられ、走破性に関する制御関数fc1(ΔNC)（図９）
と安定性に関する制御関数fc2(ΔNC) （図10）に上記の
手順で求めた重みKC1 及びKC2 に従った重み付けを行っ
て求められたものとなる。

【００２４】ここで走破性を重視した差動制限力の制御
関数は、図９に示すような特性を有する。すなわち、差
動回転数が小さい領域において差動回転ΔNCが増大する
とき、差動制限力FCが比較的急激に増大し、その後差動
回転ΔNCが増大しても差動制限力FCの増大はそれほど大
きくならない。また走行安定性を重視する差動制限力の
制御関数は図１０に示すような特性を有する。差動回転
ΔNCが比較的小さい領域では、差動回転ΔNCと差動制限
力FCとはほぼ比例関係にあるが、差動回転ΔNCが増大し
ても差動制限力FCはそれほど増大しない。比較的差動回
転ΔNCの大きい範囲では、差動回転ΔNCの増大とともに
差動制限力FCの増加幅は大きくなる。

【００２５】次に、図８を参照して、スリップ量ΔＶを
算出する手順について説明する。まず、コントロールユ
ニット２２は、実際の車速ＶＲを算出する（Ｐ１）。こ
の算出方法は、従来から知られている、車速センサ２３
からの信号を使用したり、車輪速変化に理論ガードを設
けて実車速を推定したりする手法が採られる。次いで、
４つの車輪の回転速度の最大値Ｖｃを求め（Ｐ３）、こ
の最大値Ｖｃと実車速ＶＲの差をスリップ量ΔＶとす
る。

【００２６】フロントデフ１９、リアデフ２０について
も同様にして、差動制限力FF、FRが算出され差動制限力
の制御が行われるが、これらのデフ１９及び２０につい
ての差動制限力FF及びFRの基本的な算出手順は、上記の
センタデフの場合と異なるところがないのでその説明は
省略する。但し、その過程で考慮する重み付け関数kf1
(ΔNF) 、kf2(ΔNF) 及びkr1(ΔNR) 、kr2(ΔNR) 、ス
リップ量補正関数hf1(ΔＶ) 及びhf2 ( ΔＶ) 、hr1(Δ
Ｖ) 及びhr2 ( ΔＶ) の特性はそれぞれ異なるものを用
いる。

【００２７】たとえば、フロントデフ１９の重み付け関
数kf1(ΔNF) 、kf2(ΔNF) には図11に示すような特性、
またリヤデフ２０の重み付け関数kr1(ΔNR) 、kr2(ΔN
R) には図12に示すような特性が与えられる。各デフ１
９、１２及び２０についての特性を比較するとフロント
デフ１２は、リヤデフ２０及びセンタデフ１９に比して
安定性の重み付け量が差動回転ΔN が大きくなるまで高
く保たれ、安定性重視の傾向になっている。差動回転Δ
N 増大するとき、センタデフ１２、リヤデフ２０及びフ
ロントデフ１９の順で安定性重視の重み付けから走破性
重視の重み付けに移行する。従って、フロントデフ１９
が最も差動回転ΔN の大きい範囲まで走行安定性重視の
重み付けが維持される。その結果、また、スリップ量補
正関数hc1(ΔＶ) 及びhc2 ( ΔＶ) については、フロン
トデフ１９及びリヤデフ２０対して、それぞれ、図13、
図14に示すような特性が与えられる。この特性を図７に
示すセンタデフ１２のものと比較すると、差動回転ΔN
が増大するときセンタデフ１２のスリップ量補正係数の
変化が最も緩やかで、フロントデフ１９のスリップ量補
正係数の変化が最も顕著である。リヤデフ２０の特性
は、フロントデフ１９とセンタデフ２０との中間の変化
特性を有する。

【００２８】すなわち、フロントデフ１９のスリップ量
補正関数hc1(ΔＶ) 及びhc2 ( ΔＶ) の特性はスリップ
量ΔＶが比較的小さい領域において、安定性重視の傾向
と走破性重視の傾向とを明瞭に区別した補正を行う。リ
ヤデフ２０では、フロントデフ１９ほどではないが比較
的低いΔＶの段階で安定性重視及び走破性重視の補正の
区別をはっきりさせるようになっている。

【００２９】具体的には、上記実施例では、スリップ量
に応じてセタデフ２０、リアデフ２０、フロントデフ１
９の順でロックしていく制御がおこなわれる。センタデ
フ２０の差動を先に制限し、車輪のスリップを効果的に
打ち消し、車体の安定性を優先的に確保している。つい
で、操縦性に対する影響が比較的少ないリアデフ２０の
差動を制限する。従って、フロントデフ１９の差動を先
に制限する場合に比して、操縦性に優れた味つけとな
る。

【００３０】又、上記の様な制御が、路面のμ値が極め
て低い状態、即ち、スリップが起こりやすい状況、での
み行われるようにしてもよい。又、上記のようなデファ
レンシャルの差動制限を行う際に、エンジン、ＡＴのト
ルクゲインを小さくすることで、安定性をさらに向上さ
せることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
実車速と車輪速との差が大きくなった際でも、差動制限
力が必要以上に大きくなって、全輪がスリップを起こす
ことを防止できる。更に、差動回転数が増大した時に、
車両の走行安定性を重視した制御に移行するため、急激
な車両の挙動を防止することが出来る。

【００３２】又、本発明による制御を路面μ値が極めて
低い値でのみ行われるようにすると、極めてスリップし
易い状態でのみ、車両の走行安定性を重視した車両の差
動制限が行われることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の差動制限装置を適用した車両の制御装
置の全体構成を示す全体構成図である。

【図２】センタデフに設けられた電磁多板クラッチを示
す断面図である。

【図３】デファレンシャルの差動制御のメインルーチン
を示すフローチャートである。

【図４】差動制限力を算出するルーチンのフロチャート
である。

【図５】差動制限力とソレノイドへの制御電流との関係
を示すグラフである。

【図６】センタデフの差動回転量と差動制限力の重み付
け量との関係を示すグラフである。

【図７】センタデフのスリップ量とスリップ量に基づく
差動制限力の補正係数との関係を示すグラフである。

【図８】スリップ量を算出するルーチンのフローチャー
トである。

【図９】センタデフの差動回転と走破性を重視した差動
制限力との関係を示すグラフである。

【図１０】センタデフの差動回転と走行安定性を重視し
た差動制限力との関係を示すグラフである。

【図１１】フロントデフの差動回転量と差動制限力の重
み付け量との関係を示すグラフである。

【図１２】リヤデフの差動回転量と差動制限力の重み付
け量との関係を示すグラフである。

【図１３】フロントデフのスリップ量とスリップ量に基
づく差動制限力の補正係数との関係を示すグラフであ
る。

【図１４】リヤデフのスリップ量とスリップ量に基づく
差動制限力の補正係数との関係を示すグラフである。

【図１５】走破性を重視した差動制限を示すグラフ。

【図１６】走行安定性を重視した差動制限を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１２センタデファレンシャル（センタデフ）１９フロントデファレンシャル（リアデフ）２０リアデファレンシャル（リアデフ）２２コントロールユニット５０電磁多板クラッチ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】左右前輪間に配置されたフロントデファ
レンシャルと、左右後輪間に配置されたリアデファレン
シャルと、前後輪間に配置されたセンタデファレンシャ
ルとのそれぞれに対する差動制限力を、各デファレンシ
ャルの差動回転数に応じて変化させる車両の差動制限装
置であって、デファレンシャルの差動回転数が高まるにつれて制限力
を高めるようにした第１の制御特性と、該第１の制御特
性より勾配が小さい第２の制御特性の少なくとも２つの
制御特性を備え、前記各デファレンシャルにおいて、差動回転数に応じて
前記２つの制御特性に所定の重み付けを行って、前記各
デファレンシャルの差動制限力を変化させ、前記車両の実車速と車輪速の最大値との差が所定値以下
のときは、第１の制御特性に大きな重み付けをした差動
制限を行い、前記車両の実車速と車輪速の最大値との差
が所定値より大きいときは、第２の制御特性に大きな重
み付けをした差動制限を行い、前記センタデファレンシャルの差動を、前記リアデファ
レンシャルの差動より先に制限する、ことを特徴とする車両の差動制限装置。
【請求項２】路面と車輪との間の摩擦係数を判定する
判定手段を設け、該判定手段が極めて低い摩擦係数を判定したとき、前記
差動制限制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の車両の差動制限装置。