JP3593991B2 - 四輪駆動装置 - Google Patents
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の四輪駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の四輪駆動装置では、内燃機関により駆動される駆動輪側の駆動軸から、トランスファーと呼ばれる歯車を利用した動力伝達装置、プロペラシャフト、差動制御装置、ファイナルドライブを介して、もう一方の駆動軸へ動力を伝達する機械式のものがある。
【0003】
また、例えば前輪を内燃エンジンで駆動し、後輪を車載の大容量バッテリで電動機を作動させることにより駆動するよう構成されたものもある。
【0004】
また、実開平4−76527号のものは、車軸のうち片方をエンジンにより駆動し、もう片方をモータにより駆動し、モータによる駆動を切換スイッチにより選択できるようにしたものである。
【0005】
また、特開平7−231508号のものは、内燃機関、内燃機関により駆動される発電機、発電機の発生する電気エネルギで駆動される電動機、駆動制御手段を有し、前後輪を内燃機関、モータで分担して四輪駆動装置を構成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような四輪駆動装置が備えられる車両は、予め四輪駆動用車両として設計されており、四輪駆動のために必要な装置が常に装着された状態になっているため、四輪駆動が必要となる走行条件が希にしか無くても、四輪駆動装置のためのコストを車両所有者は負担しなくてはならなかった。
【0007】
また、四輪駆動の制御が複雑であり、四輪駆動のための装置が車両から取り外せるようにもなっていなかった。
【0008】
また、四輪駆動装置は重量が重く、摩擦損失も増加するので、四輪駆動が必要とされない場合、二輪駆動で走行しても、期待した燃料消費率は得にくいという問題があった。
【0009】
この発明は、このような四輪駆動装置の問題点を解決することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、第一の車輪駆動軸および第二の車輪駆動軸と、走行中常時回転して、前記第一の車輪駆動軸を回転駆動する第一の動力源と、前記第二の車輪駆動軸を四輪駆動選択時に回転駆動する第二の動力源と、前記第一の動力源の出力軸トルクを制御する第一動力源制御手段と、前記第二の動力源の出力軸トルクを制御する第二動力源制御手段と、前記第一動力源制御手段と第二動力源制御手段との間で情報を通信する通信手段と、を有する四輪駆動装置において、前記第一動力源制御手段は、通常制御時の第一の動力源の出力軸トルクまたは第一の車輪駆動軸の駆動トルクに対する減少量を算出する減少量算出手段を備えると共に、四輪駆動選択時には通信手段を通じてその減少量を第二動力源制御手段へ送信し、前記第二動力源制御手段は、受信した減少量に関連して第二の動力源の出力軸トルクを制御するべく第二の車輪駆動軸目標駆動トルクを決定する。
【0011】
第2の発明は、第一の車輪駆動軸および第二の車輪駆動軸と、前記第一の車輪駆動軸を回転駆動する原動機と、前記第二の車輪駆動軸を回転駆動する電動機と、前記原動機の出力軸トルクをドライバのアクセル操作とは独立して制御可能な原動機制御手段と、前記電動機を作動させるための蓄電装置と、前記電動機の出力軸トルクを制御する電動機制御手段と、原動機制御手段と電動機制御手段との間で情報を通信する通信手段と、を有する四輪駆動装置において、前記電動機と、蓄電装置と、電動機制御手段とを一体に、車両に対して脱着可能とする第二の車輪駆動軸駆動ユニットを構成し、前記原動機制御手段は、通常制御時の原動機の出力軸トルクまたは第一の車輪駆動軸の駆動トルクに対する減少量を算出する減少量算出手段を備えると共に、第二の車輪駆動軸駆動ユニットを装着している四輪駆動走行時には通信手段を通じてその減少量を電動機制御手段へ送信し、前記電動機制御手段は、受信した減少量に関連して電動機の出力軸トルクを制御するべく第二の車輪駆動軸目標駆動トルクを決定する。
【0013】
第3の発明は、第2の発明において、前記第一の車輪駆動軸の車輪のスリップ検知手段を備え、前記原動機制御手段は、第一の車輪駆動軸の車輪のスリップ量が大きい程、第一の車輪駆動軸の駆動トルクを小さくするトラクション制御を行い、前記減少量算出手段は、そのトラクション制御によるトルクの減少分に基づき前記減少量を算出する。
【0014】
第4の発明は、第2の発明において、通常時用の第1の走行モードと、第1の走行モードよりも駆動力を減じる第2の走行モードを選択可能な走行モード選択手段を備え、前記減少量算出手段は、第2の走行モード選択時には第1の走行モード選択時との駆動力の差に基づき前記減少量を算出する。
【0015】
【発明の効果】
第1の発明によれば、四輪駆動か否かに関わらず、第一動力源制御手段は、常に共通の制御を行えば良く、制御を簡素化できる。したがって、四輪駆動のための装置を車両に対して容易に脱着可能に構成できる。
【0016】
第2の発明によれば、第二の車輪駆動軸駆動ユニットを装着しない場合には、第一の車輪駆動軸のみを駆動する二輪駆動車とすることができ、装着した場合には、第一の車輪駆動軸および第二の車輪駆動軸の両方を駆動する四輪駆動車とすることができる。また、ユニットによって二輪駆動車として使用する場合と、四輪駆動車として使用する場合の構造の変更が容易になる。即ち、四輪駆動化をオプション化、後付け化、更にはリース・レンタル等のビジネスとすることが可能であり、ユーザーの負担を軽減できる。また、二輪駆動車として使用する場合に第二の車輪駆動軸駆動ユニットを外すことで、重量低減、摩擦損失低減等により四輪駆動不要時の燃費の向上を図れる。
【0017】
また、原動機制御手段の制御を簡素化できる。また、四輪駆動化できるというポテンシャルを準備するだけのためにベースシステムの装置にコストがかかったり、制御手段のメモリーを過剰に占有する等の弊害が少ないシステムとすることができる。
【0018】
第3の発明によれば、2輪駆動車における駆動スリップ減少のための制御ロジックを活かして、四輪駆動時の制御を行うことができる。
【0019】
第4の発明によれば、2輪駆動車における走行モードに応じた駆動力制御の制御ロジックを活かして、四輪駆動時の制御を行うことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
図1、図2は第1の実施の形態のシステム構成を表し、図1は「第二の車輪駆動軸駆動ユニット13」を装着している状態を、図2は「第二の車輪駆動軸駆動ユニット13」を装着していない状態を示している。
【0022】
1は車両の第一の車輪駆動軸(前輪)、2は第二の車輪駆動軸(後輪)、3は第一の車輪駆動軸1を駆動する内燃エンジン、4は内燃エンジン3の駆動トルクを減速または増速して第一の車輪駆動軸1に伝達するオートマチックトランスミッションである。
【0023】
また、5は内燃エンジン3の作動状態を制御するエンジン制御ユニット、6は運転者の加減速意図を電気信号に変換するアクセルペダルセンサユニット、7は電子制御スロットル、8は車輪、9および10はそれぞれ第一、第二の車輪駆動軸1,2の回転速度を検出する回転速度センサ、11はエンジン制御ユニット5とモータ制御ユニット16(後述する)を接続する車両内制御通信線、12は第二の車輪駆動軸2に直交するモータ14(後述する)の回転を車輪駆動軸回転に変換し、トルクを伝達するためのデファレンシャルギアである。
【0024】
内燃エンジン3はガソリンエンジンでも良いし、ディーゼルエンジンでも良い。ディーゼルエンジンの場合は、トルク制御を燃料噴射量だけで行ない吸入空気量制御が必要無いものがあり、その場合電子制御スロットル7は不要である。オートマチックトランスミッション4は有段オートマチックトランスミッションでも良いし、変速比を無段階に制御できる無段オートマチックトランスミッションでも良い。
【0025】
第二の車輪駆動軸駆動ユニット13は、モータ14、バッテリ15、第二の車輪駆動軸駆動ユニット13のためのモータ制御ユニット16、インバータ17、制御通信線11をモータ制御ユニット16に接続するコネクタ18等の構成部品、およびこれらを一体に組み付けるユニットハウジング13Aからなる。
【0026】
図3は、デファレンシャルギア12と、第二の車輪駆動軸駆動ユニット13のモータ14の出力軸との接続の例を説明するためのものである。
【0027】
図中、19はディファレンシャルギア12を内部に含むギアボックス、20はギアボックス19の上部に設けられ、中央にモータ14の出力軸を通す穴が開けられたフランジ、22はショックアブソーバ、23はサスペンションメンバ、24はドラムブレーキのバックプレート、25はホイールハブを示す。
【0028】
フランジ20はトランク(図示しない)の床面に開けた穴と通じるように形成される。卜ランクにボルト等を介して第二の車輪駆動軸駆動ユニット13が脱着可能に取り付けられ、フランジ20にボルト等を介してモータ14が脱着可能に締結され、この状態で、モータ14の回転軸がフランジ20中央の穴を通してディファレンシャルギァ12の回転軸と結合され、モータ14の回転トルクをディファレンシャルギア12の回転トルクヘと伝達可能にしている。
【0029】
図4はエンジン制御ユニット5および第二の車輪駆動軸駆動ユニット13のためのモータ制御ユニット16の制御ブロック図である。
【0030】
26はアクセルペダルセンサユニット6からのアクセル開度信号(APO)の入力部、27は回転速度センサ9等の信号による車速信号(VSP)の入力部、28はノーマルモードとスノーモードを運転者が選択するモードスイッチ(図示しない)からのモードスイッチ信号(MODE)の入力部、29は回転速度センサ9からの第一の車輪駆動軸1の回転信号(前輪回転信号FRREV)の入力部、30は回転速度センサ10からの第二の車輪駆動軸2の回転信号(後輪回転信号RRREV)の入力部、31は図外の変速制御装置からのオートマチックトランスミッション4の変速比信号の入力部、32は同じくオートマチックトランスミッション4のトルクコンバータ(図示しない)の出力トルク÷入力トルク(出力軸回転数÷入力軸回転数)を表わすトルコントルク比信号の入力部を示す。
【0031】
33はアクセル開度信号、車速信号を基に車両のノーマルモード時の目標駆動力Aを求めるノーマルモード目標駆動力演算ブロック、34はアクセル開度信号、車速信号を基に車両のスノーモード時の目標駆動力Bを求めるスノーモード目標駆動力演算ブロックであり、同一車速、同一アクセル開度ではスノーモード目標駆動力Bをノーマルモード目標駆動力Aよりも小さく設定している。
【0032】
35は前輪回転信号および後輪回転信号より車輪8のスリップ状態を検知し、車輪8のスリップを抑制するための目標駆動力Dを求めるスリップ時目標駆動力演算ブロック、38は33の演算の結果算出されるノーマルモード目標駆動力Aと34の演算の結果算出されるスノーモード目標駆動力Bを、モードスイッチ信号を基に切り替えるモード切換ブロック、41は38の出力(モード切換後駆動力C)と35の出力(スリップ時目標駆動力D)のうち小さい方を選択し、最終目標駆動力Eを決定する最終目標駆動力演算ブロック、43はノーマルモード目標駆動力Aと最終目標駆動力Eの差である減少駆動力Fを演算する減少駆動力演算ブロック、44は最終目標駆動力E、変速比、トルコントルク比を基に最適なエンジントルクと、最終目標駆動力Eに従った最適な変速比を選択し、エンジントルク制御のための信号Gを電子制御スロットル7ヘ、変速比制御のための信号Hをオートマチックトランスミッション4へ出力する第一の車輪駆動軸駆動力制御ブロックである。
【0033】
48は制御通信線11を介してエンジン制御ユニット5から受信した減少駆動力Fを基に目標モータトルクIを演算する目標モータトルク演算ブロック、50は目標モータトルクIを実現するためにモータ14ヘの電流制御を行なうモータ制御ブロックである。
【0034】
なお、スリップ時目標駆動力演算ブロック35の演算内容は、周知のトラクションコントロールシステム(スリップ率が大きいほど駆動力を減少するもの)と同様である。
【0035】
図5はエンジン制御ユニット5の制御フローの一例を示したものである。本フロー図は、エンジン制御ユニット5の中の第一の車輪駆動軸駆動力制御ブロック44を除いた部分の演算順序を表わしている。
【0036】
#1では、アクセル開度信号APO、車速信号VSP、モードスイッチ信号MODE、前輪回転信号FRREV、後輪回転信号RRREVを入力している。
【0037】
#2では、アクセル開度信号APO、車速信号VSPを基に、図4中に示すようなノーマルモード目標駆動力マップ、スノーモード目標駆動力マップをそれぞれ検索し、ノーマルモード時目標駆動力A、スノーモード時目標駆動力Bをそれぞれ演算する。
【0038】
#3では、前輪回転信号FRREV、後輪回転信号RRREVを基に、スリップ時目標駆動力Dを演算する。
【0039】
#4では、MODEが1、すなわちスノーモードである場合には#5に進み、それ以外、すなわちノーマルモードである場合には#6に進むように分岐する。
【0040】
#5では[切換後目標駆動力C]=[スノーモード時目標駆動力B]であると計算し、#6では[切換後目標駆動力C]=[ノーマルモード時目標駆動力A]であると計算する。
【0041】
#7では、#5または#6で計算された切換後目標駆動力Cがスリップ時目標駆動力Dよりも大きい場合と、以下である場合に分岐させ、大きい場合は#8、以下の場合は#9にそれぞれ進む。
【0042】
#8では[最終目標駆動力E]=[スリップ時目標駆動力D]、#9では[最終目標駆動力E]=[切換後目標駆動力C]とする。
【0043】
#10では、#2で計算したノーマルモード時目標駆動力Aから、#8または#9で計算された最終目標駆動力Eを差し引いた差分を減少駆動力Fとして計算する。
【0044】
#11では、#8または#9で計算された最終目標駆動力Eを第一の車輪駆動軸駆動力制御ブロック44に出力する。
【0045】
#12では、#10で計算された減少駆動力Fを制御通信線11に出力する。
【0046】
以上で本制御フローを終了する。
【0047】
このような構成により、運転者がノーマルモードを選択しており、車輪8がスリップしていないときは、最終目標駆動力Eはノーマルモード目標駆動力Aと等しい。したがって、ノーマルモード目標駆動力Aのエンジントルク制御(通常制御)によって走行する一方、減少駆動力Fはゼロとなり、モータ14への出力はゼロとなる。
【0048】
運転者がノーマルモードを選択しており、車輪8がスリップすると、スリップ時目標駆動力Dがノーマル目標駆動力Aを下回るため、最終目標駆動力Eはノーマルモード目標駆動力Aよりも小さくなる。したがって、その差分エンジントルクを下げる一方、減少駆動力Fはその差分だけ発生して、モータ14への出力はプラスとなり、その減少駆動力Fに基づきモータ14を駆動する。
【0049】
運転者がスノーモードを選択しており、車輪8がスリップしていない状態では、最終目標駆動力Eはスノーモード目標駆動力Bと等しい。スノーモード目標駆動力Bはノーマルモード目標駆動力Aよりも小さく設定されるので、最終目標駆動力Eはノーマルモード目標駆動力Aより小さくなり、したがって、スノーモード目標駆動力Bのエンジントルク制御によって走行する一方、減少駆動力Fはその差分だけ発生して、モータ14への出力はプラスとなり、その減少駆動力Fに基づきモータ14を駆動する。
【0050】
運転者がスノーモードを選択しており、車輪8がスリップしていると、スリップ時目標駆動力Dはスノーモード目標駆動力Bよりも小さい値となる場合があり、その場合はエンジントルクを更に下げる一方、減少駆動力Fは更に大きくなり、モータ14への出力は更にプラスとなり、その減少駆動力Fに基づきモータ14を駆動する。
【0051】
このように、ノーマル、スノーの各走行モード時ならびにスリップ時のエンジントルク制御を行うと共に、スノーモード時ならびにスリップ時に、通常制御時(ノーマルモード時のスリップのないとき)の駆動力に対する減少駆動力に基づき、モータ14を駆動して四輪駆動を行う。
【0052】
即ち、四輪駆動か否かに関わらず、エンジン制御ユニット5は、ノーマル、スノーの各走行モード時ならびにスリップ時のエンジントルク制御を行い、通常制御時(ノーマルモード時のスリップのないとき)の駆動力に対する減少駆動力に基づき、モータ制御ユニット16がモータ14を駆動して四輪駆動を行うのである。
【0053】
そのため、エンジン制御ユニット5は、四輪駆動、二輪駆動に対して常に共通の制御を行えば良く、制御を簡素化できる。
【0054】
したがって、モータ14、バッテリ15、モータ制御ユニット16等からなる第二の車輪駆動軸駆動ユニット13を、車両に対して脱着可能にして、第二の車輪駆動軸駆動ユニット13を装着しない場合には、第一の車輪駆動軸1のみを駆動する二輪駆動車とすることができ、装着した場合には、第一の車輪駆動軸1および第二の車輪駆動軸2の両方を駆動する四輪駆動車とすることができる。
【0055】
また、スリップ時の制御(トラクション制御)ならびにスノーモードの制御によって、スリップを回避できると共に、雪路を安定走行できる。
【0056】
即ち、エンジン制御ユニット5における制御は、四輪駆動だけではなく、二輪駆動のための制御としてもその効果を発揮できる。
【0057】
半面、2輪駆動車における駆動スリップ減少のための制御ロジックならびに2輪駆動車における走行モードに応じた駆動力制御の制御ロジック(例えば、スノーモードでは、ノーマルモードよりもアクセルに対する駆動力を減少させる、等の制御ロジック)を活かして、四輪駆動時の制御を行うことができる。
【0058】
そのため、「四輪駆動化できる」というポテンシャルを準備するだけのためにベースシステムの装置にコストがかかったり、制御ユニットのメモリーを過剰に占有する等の弊害が少ないシステムとすることができる。
【0059】
また、モータ14、バッテリ15、モータ制御ユニット16等を第二の車輪駆動軸駆動ユニット13にして一体に車両に対して脱着可能としたので、二輪駆動車として使用する場合と、四輪駆動車として使用する場合の構造の変更が容易になる。
【0060】
即ち、四輪駆動化をオプション化、後付け化、更にはリース・レンタル等のビジネスとすることが可能である。そのため、従来のように「めったに四輪駆動機能が必要となることは無いが、いざという時のために四輪駆動機能は欲しい」ユーザーに四輪駆動化の全コストを課するのではなく、必要な時にだけ、ユーザーに対してメリット享受の度合いに応じたコスト負担とすることができる。
【0061】
一方、二輪駆動車として使用する場合に第二の車輪駆動軸駆動ユニット13を外すことで、重量低減、摩擦損失低減等により四輪駆動不要時の燃費の向上を図れる。
【0062】
図6、図7は本発明の第2の実施の形態を示す。これは、第一の車輪駆動軸1の実際の駆動トルクKを推定して減少駆動力Fを求めるようにしたものである。機械的な構造は第1の実施の形態と同じである。
【0063】
図6はエンジン制御ユニット5および第二の車輪駆動軸駆動ユニット13のためのモータ制御ユニット16の制御ブロック図である。
【0064】
図中、52はエンジン回転数センサ(図示しない)からのエンジン回転信号の入力部、53は電子制御スロットル7の実際のスロットル開度を検出するスロットル開度(図示しない)からの実スロットル開度信号の入力部、54は変速比、トルコントルク比、エンジン回転信号、実スロットル開度より実駆動トルクを推定する実駆動トルク推定部である。
【0065】
実駆動トルク推定部54では、例えばエンジン回転数、スロットル開度に対するエンジントルクの関係をマップとして記憶しており、エンジン回転信号、実スロットル開度を入力すると、マップ補間計算によりエンジントルクを推定する。そして、エンジントルクにトルコントルク比、変速比、および固定値として記憶している最終ギア比をかけ、車輪8の半径で割ることにより、車輪8外周の摩擦反力として得られる車両の駆動トルクの総和を推定する。これを実駆動トルク推定値Kとして減少駆動力演算ブロック43に出力する。減少駆動力演算ブロック43では、ノーマルモード時目標駆動力Aより前記実駆動力推定値(実駆動トルク推定値Kに基づく)を引くことにより、減少駆動力Fを求める。
【0066】
なお、その他の構成については、第1の実施の形態と同一である。
【0067】
図7はエンジン制御ユニット5の制御フローの一例を示したものである。本フロー図は、エンジン制御ユニット5の中のノーマルモード目標駆動力演算ブロック33、実駆動トルク推定部54、減少駆動力演算ブロック43部分の演算順序を表わしている。
【0068】
#1では、アクセル開度信号APO、車速信号VSP、モードスイッチ信号MODEを入力している。
【0069】
#2では、アクセル開度信号APO、車速信号VSPを基に、図6中に示すようなノーマルモード目標駆動力マップを検索し、ノーマルモード時目標駆動力Aを演算する。
【0070】
#3では、変速比、トルコントルク比、エンジン回転信号、実スロットル開度を検出し、入力している。
【0071】
#4では、#3で入力した変速比、トルコントルク比、エンジン回転信号、実スロットル開度を基に、実駆動トルク推定部54が実駆動トルクKを推定する。
【0072】
#5では、#2で計算したノーマルモード時目標駆動力Aから、#4で計算された実駆動力推定値(実駆動トルク推定値Kに基づく)を差し引いた差分を減少駆動力Fとして計算する。
【0073】
#6では、#5で計算された減少駆動力Fを制御通信線11に出力する。以上で本制御フローを終了する。
【0074】
このように第一の車輪駆動軸1の実際の駆動力トルクを推定して減少駆動力Fを求めれば、一層精度良く、モータ14を制御でき、四輪駆動を行える。
【0075】
なお、各実施の形態では、ノーマルモード目標駆動力、スノーモード目標駆動力、スリップ時目標駆動力を求めているが、それぞれ駆動トルクを求め、これを用いるようにして良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態を示す第二の車輪駆動軸駆動ユニットの装着状態のシステム構成図である。
【図2】第二の車輪駆動軸駆動ユニットの非装着状態のシステム構成図である。
【図3】第二の車輪駆動軸駆動ユニットの組付の説明図である。
【図4】制御ブロック図である。
【図5】制御フローチャートである。
【図6】第2の実施の形態の制御ブロック図である。
【図7】制御フローチャートである。
【符号の説明】
1 第一の車輪駆動軸
2 第二の車輪駆動軸
3 エンジン
4 オートマチックトランスミッション
5 エンジン制御ユニット
6 アクセルペダルセンサユニット
7 電子制御スロットル
8 車輪
9,10 回転速度センサ
11 車両内制御通信線
13 第二の車輪駆動軸駆動ユニット
14 モータ
15 バッテリ
16 モータ制御ユニット
33 ノーマルモード目標駆動力演算ブロック
34 スノーモード目標駆動力演算ブロック
35 スリップ時目標駆動力演算ブロック
43 減少駆動力演算ブロック
44 第一の車輪駆動軸駆動力制御ブロック
48 目標モータトルク演算ブロック
54 実駆動トルク推定部
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の四輪駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の四輪駆動装置では、内燃機関により駆動される駆動輪側の駆動軸から、トランスファーと呼ばれる歯車を利用した動力伝達装置、プロペラシャフト、差動制御装置、ファイナルドライブを介して、もう一方の駆動軸へ動力を伝達する機械式のものがある。
【0003】
また、例えば前輪を内燃エンジンで駆動し、後輪を車載の大容量バッテリで電動機を作動させることにより駆動するよう構成されたものもある。
【0004】
また、実開平4−76527号のものは、車軸のうち片方をエンジンにより駆動し、もう片方をモータにより駆動し、モータによる駆動を切換スイッチにより選択できるようにしたものである。
【0005】
また、特開平7−231508号のものは、内燃機関、内燃機関により駆動される発電機、発電機の発生する電気エネルギで駆動される電動機、駆動制御手段を有し、前後輪を内燃機関、モータで分担して四輪駆動装置を構成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような四輪駆動装置が備えられる車両は、予め四輪駆動用車両として設計されており、四輪駆動のために必要な装置が常に装着された状態になっているため、四輪駆動が必要となる走行条件が希にしか無くても、四輪駆動装置のためのコストを車両所有者は負担しなくてはならなかった。
【0007】
また、四輪駆動の制御が複雑であり、四輪駆動のための装置が車両から取り外せるようにもなっていなかった。
【0008】
また、四輪駆動装置は重量が重く、摩擦損失も増加するので、四輪駆動が必要とされない場合、二輪駆動で走行しても、期待した燃料消費率は得にくいという問題があった。
【0009】
この発明は、このような四輪駆動装置の問題点を解決することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、第一の車輪駆動軸および第二の車輪駆動軸と、走行中常時回転して、前記第一の車輪駆動軸を回転駆動する第一の動力源と、前記第二の車輪駆動軸を四輪駆動選択時に回転駆動する第二の動力源と、前記第一の動力源の出力軸トルクを制御する第一動力源制御手段と、前記第二の動力源の出力軸トルクを制御する第二動力源制御手段と、前記第一動力源制御手段と第二動力源制御手段との間で情報を通信する通信手段と、を有する四輪駆動装置において、前記第一動力源制御手段は、通常制御時の第一の動力源の出力軸トルクまたは第一の車輪駆動軸の駆動トルクに対する減少量を算出する減少量算出手段を備えると共に、四輪駆動選択時には通信手段を通じてその減少量を第二動力源制御手段へ送信し、前記第二動力源制御手段は、受信した減少量に関連して第二の動力源の出力軸トルクを制御するべく第二の車輪駆動軸目標駆動トルクを決定する。
【0011】
第2の発明は、第一の車輪駆動軸および第二の車輪駆動軸と、前記第一の車輪駆動軸を回転駆動する原動機と、前記第二の車輪駆動軸を回転駆動する電動機と、前記原動機の出力軸トルクをドライバのアクセル操作とは独立して制御可能な原動機制御手段と、前記電動機を作動させるための蓄電装置と、前記電動機の出力軸トルクを制御する電動機制御手段と、原動機制御手段と電動機制御手段との間で情報を通信する通信手段と、を有する四輪駆動装置において、前記電動機と、蓄電装置と、電動機制御手段とを一体に、車両に対して脱着可能とする第二の車輪駆動軸駆動ユニットを構成し、前記原動機制御手段は、通常制御時の原動機の出力軸トルクまたは第一の車輪駆動軸の駆動トルクに対する減少量を算出する減少量算出手段を備えると共に、第二の車輪駆動軸駆動ユニットを装着している四輪駆動走行時には通信手段を通じてその減少量を電動機制御手段へ送信し、前記電動機制御手段は、受信した減少量に関連して電動機の出力軸トルクを制御するべく第二の車輪駆動軸目標駆動トルクを決定する。
【0013】
第3の発明は、第2の発明において、前記第一の車輪駆動軸の車輪のスリップ検知手段を備え、前記原動機制御手段は、第一の車輪駆動軸の車輪のスリップ量が大きい程、第一の車輪駆動軸の駆動トルクを小さくするトラクション制御を行い、前記減少量算出手段は、そのトラクション制御によるトルクの減少分に基づき前記減少量を算出する。
【0014】
第4の発明は、第2の発明において、通常時用の第1の走行モードと、第1の走行モードよりも駆動力を減じる第2の走行モードを選択可能な走行モード選択手段を備え、前記減少量算出手段は、第2の走行モード選択時には第1の走行モード選択時との駆動力の差に基づき前記減少量を算出する。
【0015】
【発明の効果】
第1の発明によれば、四輪駆動か否かに関わらず、第一動力源制御手段は、常に共通の制御を行えば良く、制御を簡素化できる。したがって、四輪駆動のための装置を車両に対して容易に脱着可能に構成できる。
【0016】
第2の発明によれば、第二の車輪駆動軸駆動ユニットを装着しない場合には、第一の車輪駆動軸のみを駆動する二輪駆動車とすることができ、装着した場合には、第一の車輪駆動軸および第二の車輪駆動軸の両方を駆動する四輪駆動車とすることができる。また、ユニットによって二輪駆動車として使用する場合と、四輪駆動車として使用する場合の構造の変更が容易になる。即ち、四輪駆動化をオプション化、後付け化、更にはリース・レンタル等のビジネスとすることが可能であり、ユーザーの負担を軽減できる。また、二輪駆動車として使用する場合に第二の車輪駆動軸駆動ユニットを外すことで、重量低減、摩擦損失低減等により四輪駆動不要時の燃費の向上を図れる。
【0017】
また、原動機制御手段の制御を簡素化できる。また、四輪駆動化できるというポテンシャルを準備するだけのためにベースシステムの装置にコストがかかったり、制御手段のメモリーを過剰に占有する等の弊害が少ないシステムとすることができる。
【0018】
第3の発明によれば、2輪駆動車における駆動スリップ減少のための制御ロジックを活かして、四輪駆動時の制御を行うことができる。
【0019】
第4の発明によれば、2輪駆動車における走行モードに応じた駆動力制御の制御ロジックを活かして、四輪駆動時の制御を行うことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
図1、図2は第1の実施の形態のシステム構成を表し、図1は「第二の車輪駆動軸駆動ユニット13」を装着している状態を、図2は「第二の車輪駆動軸駆動ユニット13」を装着していない状態を示している。
【0022】
1は車両の第一の車輪駆動軸(前輪)、2は第二の車輪駆動軸(後輪)、3は第一の車輪駆動軸1を駆動する内燃エンジン、4は内燃エンジン3の駆動トルクを減速または増速して第一の車輪駆動軸1に伝達するオートマチックトランスミッションである。
【0023】
また、5は内燃エンジン3の作動状態を制御するエンジン制御ユニット、6は運転者の加減速意図を電気信号に変換するアクセルペダルセンサユニット、7は電子制御スロットル、8は車輪、9および10はそれぞれ第一、第二の車輪駆動軸1,2の回転速度を検出する回転速度センサ、11はエンジン制御ユニット5とモータ制御ユニット16(後述する)を接続する車両内制御通信線、12は第二の車輪駆動軸2に直交するモータ14(後述する)の回転を車輪駆動軸回転に変換し、トルクを伝達するためのデファレンシャルギアである。
【0024】
内燃エンジン3はガソリンエンジンでも良いし、ディーゼルエンジンでも良い。ディーゼルエンジンの場合は、トルク制御を燃料噴射量だけで行ない吸入空気量制御が必要無いものがあり、その場合電子制御スロットル7は不要である。オートマチックトランスミッション4は有段オートマチックトランスミッションでも良いし、変速比を無段階に制御できる無段オートマチックトランスミッションでも良い。
【0025】
第二の車輪駆動軸駆動ユニット13は、モータ14、バッテリ15、第二の車輪駆動軸駆動ユニット13のためのモータ制御ユニット16、インバータ17、制御通信線11をモータ制御ユニット16に接続するコネクタ18等の構成部品、およびこれらを一体に組み付けるユニットハウジング13Aからなる。
【0026】
図3は、デファレンシャルギア12と、第二の車輪駆動軸駆動ユニット13のモータ14の出力軸との接続の例を説明するためのものである。
【0027】
図中、19はディファレンシャルギア12を内部に含むギアボックス、20はギアボックス19の上部に設けられ、中央にモータ14の出力軸を通す穴が開けられたフランジ、22はショックアブソーバ、23はサスペンションメンバ、24はドラムブレーキのバックプレート、25はホイールハブを示す。
【0028】
フランジ20はトランク(図示しない)の床面に開けた穴と通じるように形成される。卜ランクにボルト等を介して第二の車輪駆動軸駆動ユニット13が脱着可能に取り付けられ、フランジ20にボルト等を介してモータ14が脱着可能に締結され、この状態で、モータ14の回転軸がフランジ20中央の穴を通してディファレンシャルギァ12の回転軸と結合され、モータ14の回転トルクをディファレンシャルギア12の回転トルクヘと伝達可能にしている。
【0029】
図4はエンジン制御ユニット5および第二の車輪駆動軸駆動ユニット13のためのモータ制御ユニット16の制御ブロック図である。
【0030】
26はアクセルペダルセンサユニット6からのアクセル開度信号(APO)の入力部、27は回転速度センサ9等の信号による車速信号(VSP)の入力部、28はノーマルモードとスノーモードを運転者が選択するモードスイッチ(図示しない)からのモードスイッチ信号(MODE)の入力部、29は回転速度センサ9からの第一の車輪駆動軸1の回転信号(前輪回転信号FRREV)の入力部、30は回転速度センサ10からの第二の車輪駆動軸2の回転信号(後輪回転信号RRREV)の入力部、31は図外の変速制御装置からのオートマチックトランスミッション4の変速比信号の入力部、32は同じくオートマチックトランスミッション4のトルクコンバータ(図示しない)の出力トルク÷入力トルク(出力軸回転数÷入力軸回転数)を表わすトルコントルク比信号の入力部を示す。
【0031】
33はアクセル開度信号、車速信号を基に車両のノーマルモード時の目標駆動力Aを求めるノーマルモード目標駆動力演算ブロック、34はアクセル開度信号、車速信号を基に車両のスノーモード時の目標駆動力Bを求めるスノーモード目標駆動力演算ブロックであり、同一車速、同一アクセル開度ではスノーモード目標駆動力Bをノーマルモード目標駆動力Aよりも小さく設定している。
【0032】
35は前輪回転信号および後輪回転信号より車輪8のスリップ状態を検知し、車輪8のスリップを抑制するための目標駆動力Dを求めるスリップ時目標駆動力演算ブロック、38は33の演算の結果算出されるノーマルモード目標駆動力Aと34の演算の結果算出されるスノーモード目標駆動力Bを、モードスイッチ信号を基に切り替えるモード切換ブロック、41は38の出力(モード切換後駆動力C)と35の出力(スリップ時目標駆動力D)のうち小さい方を選択し、最終目標駆動力Eを決定する最終目標駆動力演算ブロック、43はノーマルモード目標駆動力Aと最終目標駆動力Eの差である減少駆動力Fを演算する減少駆動力演算ブロック、44は最終目標駆動力E、変速比、トルコントルク比を基に最適なエンジントルクと、最終目標駆動力Eに従った最適な変速比を選択し、エンジントルク制御のための信号Gを電子制御スロットル7ヘ、変速比制御のための信号Hをオートマチックトランスミッション4へ出力する第一の車輪駆動軸駆動力制御ブロックである。
【0033】
48は制御通信線11を介してエンジン制御ユニット5から受信した減少駆動力Fを基に目標モータトルクIを演算する目標モータトルク演算ブロック、50は目標モータトルクIを実現するためにモータ14ヘの電流制御を行なうモータ制御ブロックである。
【0034】
なお、スリップ時目標駆動力演算ブロック35の演算内容は、周知のトラクションコントロールシステム(スリップ率が大きいほど駆動力を減少するもの)と同様である。
【0035】
図5はエンジン制御ユニット5の制御フローの一例を示したものである。本フロー図は、エンジン制御ユニット5の中の第一の車輪駆動軸駆動力制御ブロック44を除いた部分の演算順序を表わしている。
【0036】
#1では、アクセル開度信号APO、車速信号VSP、モードスイッチ信号MODE、前輪回転信号FRREV、後輪回転信号RRREVを入力している。
【0037】
#2では、アクセル開度信号APO、車速信号VSPを基に、図4中に示すようなノーマルモード目標駆動力マップ、スノーモード目標駆動力マップをそれぞれ検索し、ノーマルモード時目標駆動力A、スノーモード時目標駆動力Bをそれぞれ演算する。
【0038】
#3では、前輪回転信号FRREV、後輪回転信号RRREVを基に、スリップ時目標駆動力Dを演算する。
【0039】
#4では、MODEが1、すなわちスノーモードである場合には#5に進み、それ以外、すなわちノーマルモードである場合には#6に進むように分岐する。
【0040】
#5では[切換後目標駆動力C]=[スノーモード時目標駆動力B]であると計算し、#6では[切換後目標駆動力C]=[ノーマルモード時目標駆動力A]であると計算する。
【0041】
#7では、#5または#6で計算された切換後目標駆動力Cがスリップ時目標駆動力Dよりも大きい場合と、以下である場合に分岐させ、大きい場合は#8、以下の場合は#9にそれぞれ進む。
【0042】
#8では[最終目標駆動力E]=[スリップ時目標駆動力D]、#9では[最終目標駆動力E]=[切換後目標駆動力C]とする。
【0043】
#10では、#2で計算したノーマルモード時目標駆動力Aから、#8または#9で計算された最終目標駆動力Eを差し引いた差分を減少駆動力Fとして計算する。
【0044】
#11では、#8または#9で計算された最終目標駆動力Eを第一の車輪駆動軸駆動力制御ブロック44に出力する。
【0045】
#12では、#10で計算された減少駆動力Fを制御通信線11に出力する。
【0046】
以上で本制御フローを終了する。
【0047】
このような構成により、運転者がノーマルモードを選択しており、車輪8がスリップしていないときは、最終目標駆動力Eはノーマルモード目標駆動力Aと等しい。したがって、ノーマルモード目標駆動力Aのエンジントルク制御(通常制御)によって走行する一方、減少駆動力Fはゼロとなり、モータ14への出力はゼロとなる。
【0048】
運転者がノーマルモードを選択しており、車輪8がスリップすると、スリップ時目標駆動力Dがノーマル目標駆動力Aを下回るため、最終目標駆動力Eはノーマルモード目標駆動力Aよりも小さくなる。したがって、その差分エンジントルクを下げる一方、減少駆動力Fはその差分だけ発生して、モータ14への出力はプラスとなり、その減少駆動力Fに基づきモータ14を駆動する。
【0049】
運転者がスノーモードを選択しており、車輪8がスリップしていない状態では、最終目標駆動力Eはスノーモード目標駆動力Bと等しい。スノーモード目標駆動力Bはノーマルモード目標駆動力Aよりも小さく設定されるので、最終目標駆動力Eはノーマルモード目標駆動力Aより小さくなり、したがって、スノーモード目標駆動力Bのエンジントルク制御によって走行する一方、減少駆動力Fはその差分だけ発生して、モータ14への出力はプラスとなり、その減少駆動力Fに基づきモータ14を駆動する。
【0050】
運転者がスノーモードを選択しており、車輪8がスリップしていると、スリップ時目標駆動力Dはスノーモード目標駆動力Bよりも小さい値となる場合があり、その場合はエンジントルクを更に下げる一方、減少駆動力Fは更に大きくなり、モータ14への出力は更にプラスとなり、その減少駆動力Fに基づきモータ14を駆動する。
【0051】
このように、ノーマル、スノーの各走行モード時ならびにスリップ時のエンジントルク制御を行うと共に、スノーモード時ならびにスリップ時に、通常制御時(ノーマルモード時のスリップのないとき)の駆動力に対する減少駆動力に基づき、モータ14を駆動して四輪駆動を行う。
【0052】
即ち、四輪駆動か否かに関わらず、エンジン制御ユニット5は、ノーマル、スノーの各走行モード時ならびにスリップ時のエンジントルク制御を行い、通常制御時(ノーマルモード時のスリップのないとき)の駆動力に対する減少駆動力に基づき、モータ制御ユニット16がモータ14を駆動して四輪駆動を行うのである。
【0053】
そのため、エンジン制御ユニット5は、四輪駆動、二輪駆動に対して常に共通の制御を行えば良く、制御を簡素化できる。
【0054】
したがって、モータ14、バッテリ15、モータ制御ユニット16等からなる第二の車輪駆動軸駆動ユニット13を、車両に対して脱着可能にして、第二の車輪駆動軸駆動ユニット13を装着しない場合には、第一の車輪駆動軸1のみを駆動する二輪駆動車とすることができ、装着した場合には、第一の車輪駆動軸1および第二の車輪駆動軸2の両方を駆動する四輪駆動車とすることができる。
【0055】
また、スリップ時の制御(トラクション制御)ならびにスノーモードの制御によって、スリップを回避できると共に、雪路を安定走行できる。
【0056】
即ち、エンジン制御ユニット5における制御は、四輪駆動だけではなく、二輪駆動のための制御としてもその効果を発揮できる。
【0057】
半面、2輪駆動車における駆動スリップ減少のための制御ロジックならびに2輪駆動車における走行モードに応じた駆動力制御の制御ロジック(例えば、スノーモードでは、ノーマルモードよりもアクセルに対する駆動力を減少させる、等の制御ロジック)を活かして、四輪駆動時の制御を行うことができる。
【0058】
そのため、「四輪駆動化できる」というポテンシャルを準備するだけのためにベースシステムの装置にコストがかかったり、制御ユニットのメモリーを過剰に占有する等の弊害が少ないシステムとすることができる。
【0059】
また、モータ14、バッテリ15、モータ制御ユニット16等を第二の車輪駆動軸駆動ユニット13にして一体に車両に対して脱着可能としたので、二輪駆動車として使用する場合と、四輪駆動車として使用する場合の構造の変更が容易になる。
【0060】
即ち、四輪駆動化をオプション化、後付け化、更にはリース・レンタル等のビジネスとすることが可能である。そのため、従来のように「めったに四輪駆動機能が必要となることは無いが、いざという時のために四輪駆動機能は欲しい」ユーザーに四輪駆動化の全コストを課するのではなく、必要な時にだけ、ユーザーに対してメリット享受の度合いに応じたコスト負担とすることができる。
【0061】
一方、二輪駆動車として使用する場合に第二の車輪駆動軸駆動ユニット13を外すことで、重量低減、摩擦損失低減等により四輪駆動不要時の燃費の向上を図れる。
【0062】
図6、図7は本発明の第2の実施の形態を示す。これは、第一の車輪駆動軸1の実際の駆動トルクKを推定して減少駆動力Fを求めるようにしたものである。機械的な構造は第1の実施の形態と同じである。
【0063】
図6はエンジン制御ユニット5および第二の車輪駆動軸駆動ユニット13のためのモータ制御ユニット16の制御ブロック図である。
【0064】
図中、52はエンジン回転数センサ(図示しない)からのエンジン回転信号の入力部、53は電子制御スロットル7の実際のスロットル開度を検出するスロットル開度(図示しない)からの実スロットル開度信号の入力部、54は変速比、トルコントルク比、エンジン回転信号、実スロットル開度より実駆動トルクを推定する実駆動トルク推定部である。
【0065】
実駆動トルク推定部54では、例えばエンジン回転数、スロットル開度に対するエンジントルクの関係をマップとして記憶しており、エンジン回転信号、実スロットル開度を入力すると、マップ補間計算によりエンジントルクを推定する。そして、エンジントルクにトルコントルク比、変速比、および固定値として記憶している最終ギア比をかけ、車輪8の半径で割ることにより、車輪8外周の摩擦反力として得られる車両の駆動トルクの総和を推定する。これを実駆動トルク推定値Kとして減少駆動力演算ブロック43に出力する。減少駆動力演算ブロック43では、ノーマルモード時目標駆動力Aより前記実駆動力推定値(実駆動トルク推定値Kに基づく)を引くことにより、減少駆動力Fを求める。
【0066】
なお、その他の構成については、第1の実施の形態と同一である。
【0067】
図7はエンジン制御ユニット5の制御フローの一例を示したものである。本フロー図は、エンジン制御ユニット5の中のノーマルモード目標駆動力演算ブロック33、実駆動トルク推定部54、減少駆動力演算ブロック43部分の演算順序を表わしている。
【0068】
#1では、アクセル開度信号APO、車速信号VSP、モードスイッチ信号MODEを入力している。
【0069】
#2では、アクセル開度信号APO、車速信号VSPを基に、図6中に示すようなノーマルモード目標駆動力マップを検索し、ノーマルモード時目標駆動力Aを演算する。
【0070】
#3では、変速比、トルコントルク比、エンジン回転信号、実スロットル開度を検出し、入力している。
【0071】
#4では、#3で入力した変速比、トルコントルク比、エンジン回転信号、実スロットル開度を基に、実駆動トルク推定部54が実駆動トルクKを推定する。
【0072】
#5では、#2で計算したノーマルモード時目標駆動力Aから、#4で計算された実駆動力推定値(実駆動トルク推定値Kに基づく)を差し引いた差分を減少駆動力Fとして計算する。
【0073】
#6では、#5で計算された減少駆動力Fを制御通信線11に出力する。以上で本制御フローを終了する。
【0074】
このように第一の車輪駆動軸1の実際の駆動力トルクを推定して減少駆動力Fを求めれば、一層精度良く、モータ14を制御でき、四輪駆動を行える。
【0075】
なお、各実施の形態では、ノーマルモード目標駆動力、スノーモード目標駆動力、スリップ時目標駆動力を求めているが、それぞれ駆動トルクを求め、これを用いるようにして良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態を示す第二の車輪駆動軸駆動ユニットの装着状態のシステム構成図である。
【図2】第二の車輪駆動軸駆動ユニットの非装着状態のシステム構成図である。
【図3】第二の車輪駆動軸駆動ユニットの組付の説明図である。
【図4】制御ブロック図である。
【図5】制御フローチャートである。
【図6】第2の実施の形態の制御ブロック図である。
【図7】制御フローチャートである。
【符号の説明】
1 第一の車輪駆動軸
2 第二の車輪駆動軸
3 エンジン
4 オートマチックトランスミッション
5 エンジン制御ユニット
6 アクセルペダルセンサユニット
7 電子制御スロットル
8 車輪
9,10 回転速度センサ
11 車両内制御通信線
13 第二の車輪駆動軸駆動ユニット
14 モータ
15 バッテリ
16 モータ制御ユニット
33 ノーマルモード目標駆動力演算ブロック
34 スノーモード目標駆動力演算ブロック
35 スリップ時目標駆動力演算ブロック
43 減少駆動力演算ブロック
44 第一の車輪駆動軸駆動力制御ブロック
48 目標モータトルク演算ブロック
54 実駆動トルク推定部
Claims (4)
- 第一の車輪駆動軸および第二の車輪駆動軸と、
走行中常時回転して、前記第一の車輪駆動軸を回転駆動する第一の動力源と、
前記第二の車輪駆動軸を四輪駆動選択時に回転駆動する第二の動力源と、
前記第一の動力源の出力軸トルクを制御する第一動力源制御手段と、
前記第二の動力源の出力軸トルクを制御する第二動力源制御手段と、
前記第一動力源制御手段と第二動力源制御手段との間で情報を通信する通信手段と、を有する四輪駆動装置において、
前記第一動力源制御手段は、通常制御時の第一の動力源の出力軸トルクまたは第一の車輪駆動軸の駆動トルクに対する減少量を算出する減少量算出手段を備えると共に、四輪駆動選択時には通信手段を通じてその減少量を第二動力源制御手段へ送信し、
前記第二動力源制御手段は、受信した減少量に関連して第二の動力源の出力軸トルクを制御するべく第二の車輪駆動軸目標駆動トルクを決定することを特徴とする四輪駆動装置。 - 第一の車輪駆動軸および第二の車輪駆動軸と、
前記第一の車輪駆動軸を回転駆動する原動機と、
前記第二の車輪駆動軸を回転駆動する電動機と、
前記原動機の出力軸トルクをドライバのアクセル操作とは独立して制御可能な原動機制御手段と、
前記電動機を作動させるための蓄電装置と、
前記電動機の出力軸トルクを制御する電動機制御手段と、
原動機制御手段と電動機制御手段との間で情報を通信する通信手段と、を有する四輪駆動装置において、
前記電動機と、蓄電装置と、電動機制御手段とを一体に、車両に対して脱着可能とする第二の車輪駆動軸駆動ユニットを構成し、
前記原動機制御手段は、通常制御時の原動機の出力軸トルクまたは第一の車輪駆動軸の駆動トルクに対する減少量を算出する減少量算出手段を備えると共に、第二の車輪駆動軸駆動ユニットを装着している四輪駆動走行時には通信手段を通じてその減少量を電動機制御手段へ送信し、
前記電動機制御手段は、受信した減少量に関連して電動機の出力軸トルクを制御するべく第二の車輪駆動軸目標駆動トルクを決定することを特徴とする四輪駆動装置。 - 前記第一の車輪駆動軸の車輪のスリップ検知手段を備え、
前記原動機制御手段は、第一の車輪駆動軸の車輪のスリップ量が大きい程、第一の車輪駆動軸の駆動トルクを小さくするトラクション制御を行い、
前記減少量算出手段は、そのトラクション制御によるトルクの減少分に基づき前記減少量を算出することを特徴とする請求項2に記載の四輪駆動装置。 - 通常時用の第1の走行モードと、第1の走行モードよりも駆動力を減じる第2の走行モードを選択可能な走行モード選択手段を備え、
前記減少量算出手段は、第2の走行モード選択時には第1の走行モード選択時との駆動力の差に基づき前記減少量を算出することを特徴とする請求項2に記載の四輪駆動装置。
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