JP3829840B2 - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータと車輪との間にクラッチを介挿した車両の駆動力制御装置に関するものである。

従来、前輪をエンジンで駆動し、後輪を電動モータで駆動可能とし、モータから後輪までのトルク伝達経路にクラッチが介装されている車両の駆動力制御装置としては、例えば特許文献１に記載されるものがある。
そして、一般に、クラッチは、モータの駆動停止に合わせて接続状態から切断状態に制御される。
特開平１１−２４３６０８号公報

しかし、モータを停止すると共にクラッチの制御状態を切断状態にしたにも関わらず、クラッチが締結状態でロックしたままの場合には、急勾配の下り坂を走行中などの走行状態によって車輪の速度が上昇することでモータの回転数が過回転領域に達するおそれがある。このようなことは特に、大きな減速比の減速機が介装されている場合に起きやすい。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、クラッチを切断に制御し且つモータ駆動を停止したときに確実にクラッチを切断状態にできる車両の駆動力制御装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、モータと、そのモータで駆動される車輪と、モータから車輪への動力伝達経路に介装されるクラッチとを備え、
上記クラッチは、モータ側の回転軸に連結する第１の回転部材と、車輪側の回転軸に連結する第２の回転部材と、その第１及び第２の回転部材の間に形成された係合空間に介挿される係合子と、その係合子の周方向の位置を規制する保持器と、第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の固定を行うことでクラッチの接続を制御すると共に第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の解放を行うことでクラッチの切断を制御するクラッチ操作部と、
上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態で第１及び第２の回転部材の他方と保持器との間の位相が変わることによって、上記係合子が第１及び第２の回転部材の間に噛み込んで第１及び第２の回転部材間でトルク伝達可能となる機構のクラッチと、を備え、
モータの駆動中は上記保持器を固定状態に制御し、上記モータの駆動を停止する条件を満足したと判定すると上記保持器を解放状態に制御する車両の駆動力制御装置において、
上記保持器が解放状態にあるときの上記クラッチでの伝達トルクをゼロとするのに必要なモータトルクを、クラッチ解消トルクと定義したときに、上記クラッチ解消トルクは、上記車輪の加速度から求められ、
上記モータの駆動を停止する条件を満足したと判定すると、上記保持器が解放状態となった後であってモータの駆動停止前に、上記クラッチ解消トルクを挟んだトルクの範囲である所定トルク増減範囲を越えるトルクまで、上記モータのトルクを増加した後に減少させる若しくは減少させた後に増加させる停止前処理手段を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、モータと車輪との間に介在するクラッチとして上述のようなメカニカルな接続・切断機構を備えたクラッチを採用することで、安価なクラッチを提供できると共にクラッチ制御のオフ時（保持器の固定から解放への移行）にモータからのトルク伝達トルクが大きな状態であっても実際のクラッチ切断時のショック発生を小さくすることができる。
また、上記機構を持ったクラッチを採用しても、本発明にあっては、モータの駆動を停止したときに、確実にモータと車輪との間のトルク伝達を遮断可能となる。

次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る車両のシステム構成を説明する図である。
この図１に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、内燃機関であるエンジン２（主駆動源）によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。
すなわち、エンジン２の出力トルクＴｅが、トランスミッション３０及びディファレンスギア３１を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達されるようになっている。
上記トランスミッション３０には、現在の変速のレンジを検出するシフト位置検出手段３２が設けられ、該シフト位置検出手段３２は、検出したシフト位置信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。

上記エンジン２の吸気管路１４（例えばインテークマニホールド）には、メインスロットルバルブ１５とサブスロットルバルブ１６が介装されている。メインスロットルバルブ１５は、アクセル開度指示装置（加速指示操作部）であるアクセルペダル１７の踏み込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。このメインスロットルバルブ１５は、アクセルペダル１７の踏み込み量に機械的に連動するか、あるいは当該アクセルペダル１７の踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ４０の踏み込み量検出値に応じて、エンジンコントローラ１８が電気的に調整制御することで、そのスロットル開度が調整される。上記アクセルセンサ４０の踏み込み量検出値は、４ＷＤコントローラ８にも出力される。

また、サブスロットルバルブ１６は、ステップモータ１９をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。上記ステップモータ１９の回転角は、モータコントローラ２０からの駆動信号によって調整制御される。なお、サブスロットルバルブ１６にはスロットルセンサが設けられており、このスロットルセンサで検出されるスロットル開度検出値に基づいて、上記ステップモータ１９のステップ数はフィードバック制御される。ここで、上記サブスロットルバルブ１６のスロットル開度をメインスロットルバルブ１５の開度以下等に調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作とは独立して、エンジン２の出力トルクを制御することができる。

また、エンジン２の回転数を検出するエンジン回転数検出センサ２１を備え、エンジン回転数検出センサ２１は、検出した信号をエンジンコントローラ１８及び４ＷＤコントローラ８に出力する。
また、符号３４は制動指示操作部を構成するブレーキペダルであって、そのブレーキペダル３４のストローク量がブレーキストロークセンサ３５によって検出される。該ブレーキストロークセンサ３５は、検出したブレーキストローク量を制動コントローラ３６及び４ＷＤコントローラ８に出力する。

制動コントローラ３６は、入力したブレーキストローク量に応じて、各車輪１Ｌ、２Ｒ、３Ｌ、３Ｒに装備したディスクブレーキなどの制動装置３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲを通じて、車両に作用する制動力を制御する。
また、上記エンジン２の回転トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、上記発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｈで回転する。

上記発電機７は、図２に示すように、出力電圧Ｖを調整するための電圧調整器２２（レギュレータ）を備え、４ＷＤコントローラ８によって発電機制御指令値ｃ１（デューティ比）が制御されることで、界磁電流Ｉｆｈを通じて発電する電圧Ｖが制御される。すなわち、電圧調整器２２は、４ＷＤコントローラ８から発電機制御指令ｃ１を入力し、その発電機制御指令ｃ１に応じた値に発電機７の界磁電流Ｉｆｈを調整すると共に、発電機７の出力電圧Ｖを検出しつつ４ＷＤコントローラ８に出力可能となっている。なお、発電機７の回転数Ｎｈは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。

その発電機７が発電した電力は、電線９を介してモータ４に供給可能となっている。その電線９の途中にはジャンクションボックス１０が設けられている。上記モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。符号１３はデフを表す。
また、上記ジャンクションボックス１０内には電流センサ２３が設けられ、該電流センサ２３は、発電機７からモータ４に供給される電力の電流値Ｉａを検出し、当該検出した電機子電流信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。また、電線９を流れる電圧値（モータ４の電圧）が４ＷＤコントローラ８で検出される。符号２４は、リレーであり、４ＷＤコントローラ８から指令によってモータ４に供給される電圧（電流）の遮断及び接続が制御される。

また、モータ４は、４ＷＤコントローラ８からの指令によって界磁電流Ｉｆｍが制御され、その界磁電流Ｉｆｍの調整によって駆動トルクが目標モータトルクに調整される。なお、符号２５はモータ４の温度を測定するサーミスタである。さらに、上記モータ４の駆動軸の回転数Ｎｍを検出するモータ用回転数センサ２６を備え、該モータ用回転数センサ２６は、検出したモータ４の回転数信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。

また、本実施形態のクラッチ１２は、次に示すようなメカニカルな機構で接続・切断が行われるクラッチであって、４ＷＤコントローラ８からのクラッチ制御指令に応じて電磁クラッチ部１０６が接続状態又は切断状態となって、クラッチ１２の接続・切断の制御が行われるものである。
次に、そのクラッチ１２の機構・構成について図３及び模式図である図４を参照して説明する。

第１の回転部材である外輪部材１０１と第２の回転部材である内輪部材１００とが同軸に配置され、その内輪部材１００の外径面と外輪部材１０１の内径面との間の空間に係合子であるローラ１０２が周方向に沿って複数介挿されている。外輪部材１０１の内径面は円筒面となっているが、内輪部材１００の外径面には、周方向に沿って所定間隔毎にカム面１００ａが形成されている。該カム面１００ａは、例えば平坦面となることで、径方向で対向する外輪部材１０１の内径面との間に、それぞれ係合空間１０３を形成し、その係合空間１０３の円周方向両側が、両側に行くほど狭くなる楔空間１０３ａとなっている。なお、係合空間１０３は円周方向両側に楔空間１０３ａ（内輪部材１００と外輪部材１０２との対向距離がローラ１０２よりも小さくなる空間）が形成されれば、上記カム面１００ａは凹面形状などの他の輪郭形状の面となっていても良い。また、隣り合うカム面１００ａ同士は連続している必要はなく、所定間隔だけ開くようにして形成されていても良い。そして、上記各係合空間１０３内に上記ローラ１０２がそれぞれ配置されると共に、上記複数のローラ１０２は、上記内輪部材１００と外輪部材１０１との間に介在された保持器１０４の各ポケットに収容されている。すなわち、保持器１０４によって各ローラ１０２間の間隔が一定に規制されつまり周方向の位置が規制されている。保持器１０４は、スイッチバネ１０５を介して内輪部材１００に連結している。該スイッチバネ１０５は、保持器１０４に対して円周方向に向かうバネ力を発揮可能となっていて、保持器１０４のポケットに収容されている各ローラ１０２の位置が対応する係合空間１０３の略中央位置に配置される中立位置に向けて、保持器１０４を付与支持している。

さらに、上記クラッチ１２には、クラッチ操作部を構成する電磁クラッチ部１０６を備え、通電をオン（クラッチ制御電流オン）にすることで、上記保持器１０４を外輪部材１０１に接続状態（外輪部材１０１に対し保持器１０４を固定）とし、通電をオフ（クラッチ制御電流オフ）にすることで上記保持器１０４と外輪部材１０１とを非接続状態（外輪部材１０１に対し保持器１０４を解放）とする。符号１０７はアーマチュアを、符号１０８はローラ１０２を、符号１０９は電磁コイルをそれぞれ示している。

そして、上記外輪部材１０１がモータ４の駆動軸側に接続され、内輪部材１００が車輪側の回転軸に接続されている。
上記機構のクラッチ１２にあっては、上記保持器１０４が解放状態の場合には、ローラ１０２がスイッチバネ１０５の作用で係合空間１０３の中立位置に保持されることから、内輪部材１００と外輪部材１０１との間でローラ１０２を介したトルクの伝達は行われず、内輪部材１００と外輪部材１０１とは独立して回転可能な状態となっている。

一方、保持器１０４を固定状態とした場合には、内輪部材１００と外輪部材１０１との間の相対的な回転差によって内輪部材１００と保持器１０４との間に位相差が発生すると、上記スイッチバネ１０５の弾性力に抗してローラ１０２が左右の楔空間１０３ａの一方へ移動しその一方の楔空間１０３ａに噛み込む、つまり、内輪部材１００と外輪部材１０１との間にローラ１０２が噛み込むことで、内輪部材１００と外輪部材１０１との間でトルクの伝達が可能となる。なお、トルク伝達方向は、ローラ１０２が左右どちらの楔空間１０３ａに噛み込むかで異なる。

すなわち、上記構成のクラッチ１２にあっては、電磁クラッチ部１０６への通電のオン・オフ（クラッチ制御電流のオン・オフ）によって、クラッチ１２の接続・切断を制御する。
また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力する。

また、符号４１は、２輪駆動モードと４輪駆動モードのいずれかを指示する駆動モードスイッチであって、指示された駆動モード情報を４ＷＤコントローラ８に出力する。ここで、この駆動モードスイッチ４１は、運転者が直接指示することで選択される場合に限定されない。他の４輪駆動条件に応じて、２輪駆動モードと４輪駆動モードのいずれかが選択されるようになっていても良い。例えば、前輪１Ｌ、１Ｒに所定以上の加速スリップが生じたり、発進の際の所定時間だけ、自動的に４輪駆動モードとなるように設定されていても良い。

４ＷＤコントローラ８は、図５に示すように、４ＷＤコントローラ本体８Ａ、目標モータトルク算出部８Ｂ、停止前トルク算出部８Ｃ、発電機制御部８Ｄ、リレー制御部８Ｅ、モータ制御部８Ｆ、及びクラッチ制御部８Ｇを備える。
上記発電機制御部８Ｄは、電圧調整器２２を通じて、発電機７の発電電圧Ｖをモニターしながら、当該発電機７の発電機指令値ｃ１を出力して界磁電流Ｉｆｈを調整する。
リレー制御部８Ｅは、発電機７からモータ４への電力供給の遮断・接続を制御する。
モータ制御部８Ｆは、モータ４の界磁電流Ｉｆｍを調整することで、当該モータ４のトルクを所要の値に調整する。

クラッチ制御部８Ｇは、上記クラッチ１２の電磁クラッチ部１０６への通電のオン・オフによってクラッチ１２の状態を制御し、４輪駆動状態と判定している間は電磁クラッチ部１０６を通電状態とする。
また、４ＷＤコントローラ本体８Ａは、所定のサンプリング時間毎に、図６に示すような処理を行う。
まず、ステップＳ１０において、駆動モードスイッチ４１に基づき、４輪駆動モード状態か否かを判定し、４輪駆動モードの場合にはステップＳ２０に移行する。一方、２輪駆動モード若しくは２輪駆動モードへの移行の場合にはステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ２０では、シフト位置検出信号３１からの信号に基づいて、変速が駆動レンジ（Ｄ・Ｒ・１・２）つまり、パーキングやニュートラル以外のレンジか否かを判定し、駆動レンジつまりエンジンから前輪にトルク伝達される状態若しくは次回の発進時に４輪駆動モードで発進すると判定した場合には、ステップＳ３０に移行し、そうでない場合には、２輪駆動に移行すべく、ステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ３０では、モータ回転数が仕様的に許容される回転数以内か否かを判定し、許容回転数の範囲で有ればステップＳ４０に移行し、許容限界を越えるおそれがある場合にはステップＳ１２０に移行する。
ステップＳ４０では、クラッチ制御部８Ｇに対してクラッチ・オン指令を出力し、続けて、ステップＳ５０にて、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧに４輪駆動状態を示す「１」を代入してステップＳ６０に移行する。

ステップＳ６０では、モータ用回転数センサ２１が検出したモータ４の回転数Ｎｍに応じた目標モータ界磁電流Ｉｆｍを算出し、当該目標モータ界磁電流Ｉｆｍをモータ制御部８Ｃに出力した後、ステップＳ７０に移行する。
ここで、上記モータ４の回転数Ｎｍに対する目標モータ界磁電流Ｉｆｍは、回転数Ｎｍが所定回転数以下の場合には一定の所定電流値とし、モータ４が所定の回転数以上になった場合には、公知の弱め界磁制御方式でモータ４の界磁電流Ｉｆｍを小さくする。すなわち、モータ４が高速回転になるとモータ誘起電圧Ｅの上昇によりモータトルクが低下することから、上述のように、モータ４の回転数Ｎｍが所定値以上になったらモータ４の界磁電流Ｉｆｍを小さくして誘起電圧Ｅを低下させることでモータ４に流れる電流を増加させて所要モータトルクを得るようにする。この結果、モータ４が高速回転になってもモータ誘起電圧Ｅの上昇を抑えてモータトルクの低下を抑制するため、所要のモータトルクを得ることができる。また、モータ界磁電流Ｉｆｍを所定の回転数未満と所定の回転数以上との２段階で制御することで、連続的な界磁電流制御に比べ制御の電子回路を安価にできる。なお、所要のモータトルクに対しモータ４の回転数Ｎｍに応じて界磁電流Ｉｆｍを調整することでモータトルクを連続的に補正するモータトルク補正手段を備えても良い。すなわち、２段階切替えに対し、モータ回転数Ｎｍに応じてモータ４の界磁電流Ｉｆｍを調整すると良い。この結果、モータ４が高速回転になってもモータ４の誘起電圧Ｅの上昇を抑えモータトルクの低下を抑制するため、所要のモータトルクを得ることができる。また、なめらかなモータトルク特性にできるため、２段階制御に比べ車両は安定して走行できるし、常にモータ駆動効率が良い状態にすることができる。

次に、ステップＳ７０では、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧが「２」か否かを判定し、「２」つまりモータ停止前処理中であればステップＳ９０に移行し、「１」つまり４輪駆動状態であればステップＳ８０に移行する。
ステップＳ８０では、目標モータトルク算出部８Ｂを起動し、モータ４の目標モータトルクＴｍを求めた後にステップＳ１００に移行する。
ここで、目標モータトルク算出部８Ｂは、車速やアクセル開度などの諸条件に基づき目標モータトルクＴｍを算出する。また、車両が停止状態（車輪速がゼロ若しくは略ゼロの状態）の場合には、目標モータトルクＴｍを、次回の発進に備えて、後輪３Ｌ、３Ｒを駆動するだけのトルクはないが、モータ４から後輪３Ｌ、３Ｒまでに存在するガタ分を詰めることができるだけのモータトルクに設定する。
また、ステップＳ９０では、後述の停止前トルク算出部８Ｃを起動した後にステップＳ１００に移行する。

次に、ステップＳ１００では、上記目標モータトルクＴｍ及び目標モータ界磁電流Ｉｆｍを変数として、マップなどに基づき、対応する目標電機子電流Ｉａを求め、ステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、上記目標電機子電流Ｉａに基づき、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１を演算し出力した後に、復帰する。
一方、２輪駆動状態、若しくは４輪駆動状態から２輪駆動状態への移行と判定されてステップＳ１２０に移行すると、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧが「０」か否かを判定し「０」である場合には、２輪駆動状態であるのでモータ駆動制御を行うこと無く、処理を終了する。一方、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧが「０」以外の場合にはステップＳ１３０に移行する。ここで、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧの初期値は「０」に設定されている。

ステップＳ１３０では、クラッチ・オフ指令をクラッチ制御部８Ｇに出力して、クラッチ１２の制御状態を切断状態に変更してステップＳ１４０に移行する。
ステップＳ１４０では、実際にクラッチが切断されたか否かを判定し切断されたと判定した場合にはステップＳ１６０に移行し、切断されていないと判定した場合にはステップＳ１５０に移行する。
クラッチが切断されたか否かは、本実施形態ではクラッチ位置におけるモータ側回転軸の回転数と後輪側回転軸の回転数との回転数差が所定値以上、例えば１００ｒｐｍ以上の場合に、切断されたと判定する。
ステップＳ１５０では、クラッチ状態フラグＣＬＳＦＬＧにモータ駆動停止前処理中を示す「２」を設定してステップＳ６０に移行し、ステップＳ９０での停止前トルク算出を実施する。

一方、ステップＳ１４０でクラッチ１２が実際に切断されたと判定されてステップＳ１６０に移行すると、クラッチ状態フラグを２輪駆動状態を示す「０」に設定し、続いてステップＳ１７０にてカウンタＴＣをゼロに初期化した後にステップＳ１８０に移行する。
ステップＳ１８０では、モータ界磁電流をオフにするなどのモータをオフにする処理を実施した後、発電機制御指令値であるｃ１をゼロに設定した後に、復帰する。

次に、停止前トルク算出部８Ｃの処理を、図７に基づき説明する。
先ずステップＳ２００にて、クラッチにおけるローラ１０２の噛み合い状態を検出し、その検出に基づきステップＳ２１０にて噛み合い方向が特定されていればステップＳ２２０に移行し正転であればステップＳ２６０に逆転であればステップＳ２３０に移行する。また、噛み合い方向が不定であればステップＳ２９０に移行する。

ここで、上記噛み合い状態の判定について説明する。
クラッチ伝達トルクＴＣは次の式で求めることができる。
ＴＣ＝ｒ×Ｔｍａ −Ｉｃ×α／Ｒ ・・・（１）
なお、
ｒ：減速機の減速比
Ｔｍａ：実際のモータトルク（車両前進側を正とする）
Ｉｃ：クラッチのモータ側慣性モーメントの和、実測または計算により求め た定数
α：クラッチの加速度（車両前進側を正とする）、つまり後輪の加速度
である。

また、上記実際のモータトルクＴｍａは目標モータトルクＴｍでも良いが、下記式によって演算して求めても良い。
Ｔｍａ＝Ｋａ×Φ×Ｉｆｍ×Ｉａ
ここで、
Ｋａ：モータの諸元から決まる定数
Φ：磁束（モータの諸元から決まる定数）
である。

以上から、クラッチ伝達トルクＴＣは、理論的には、現在のモータトルクＴｍａ及び後輪の加速度αが求められれば、理論的には、ローラ１０２の噛み合い方向は特定可能である。
しかし、クラッチ１２よりもモータ側のフリクション分（実測により求めることが可能な値）による誤差や、Ｉｃの固定差によるバラツキがあるほか、モータトルク及び後輪の車輪速などに対する検出誤差があることから、図８のような、現在のモータトルクＴｍａ及び後輪の加速度αからローラ１０２の噛み合い方向を特定できない、つまり不定の範囲がある。

ここで、上記Ｔｆ、Ｉｃに固定差等によるバラツキや、上記検出誤差はそれぞれ設計的に求められる。したがって、上記（１）式から求まる理論的にクラッチ伝達トルクＴＣがゼロとなる、後輪の加速度αに対するモータトルクＴｍａを挟んで、所定増減トルク分Ｋだけ増減した下記（２）式の範囲を、噛み合い不定領域としている。なお、トルク増分量とトルク減少量とは必ずしも同一量でなくても良い。
Ｉｃ×α／Ｒ−Ｋ＜減速比×モータトルク＜Ｉｃ×α／Ｒ ＋Ｋ・・・（２）

また、分かりやすくするために、処理ステップＳ２１０とＳ２２０とを別ステップとして説明しているが、図８に示すマップによって、不定、正転噛み込み、逆転噛み込みは一度に判別できる。
そして、逆転噛み込みと判定された場合にはステップＳ２３０に移行して、車輪加速度αが下限加速度（−ＡＷ）未満か否かを判定し、下限加速度未満と判定した場合にはステップＳ２４０に移行し目標モータトルクをゼロとして処理を終了する。一方、下限加速度以上の場合にはステップＳ２５０に移行する。

ここで、上記下限加速度は、図９に示すように、上記噛み込み状態が不定の範囲におけるモータトルクがゼロとなるときの前記車輪の加速度αの下限値であり、上記（２）式によれば、−ＡＷ＝−（Ｋ／Ｉｃ）となる。
また、ステップＳ２５０では、下記式に基づき現在の車輪の加速度αに応じた確実に正転噛み込みとするのに必要な目標モータトルクを算出して、処理を終了する。
Ｔｍ＝Ｉｃ×α／Ｒ＋Ｋ１ ・・・（３）
ここでＫ１≧Ｋとする。

また、正転噛み込みと判定された場合にはステップＳ２６０に移行して、車輪加速度αが上限加速度（ＡＷ）以上か否かを判定し、上限加速度以上と判定した場合にはステップＳ２７０に移行し目標モータトルクをゼロとして処理を終了する。一方、上限加速度未満の場合にはステップＳ２８０に移行する。
ここで、上記上限加速度は、図９に示すように、上記噛み込み状態が不定の範囲におけるモータトルクがゼロとなるときの前記車輪の加速度αの上限値であり、上記（２）式によれば、ＡＷ＝（Ｋ／Ｉｃ）となる。

また、ステップＳ２８０では、下記式に基づき現在の車輪の加速度αに応じた確実に逆噛み込みとするのに必要な目標モータトルクを算出して、処理を終了する。
Ｔｍ＝Ｉｃ×α／Ｒ−Ｋ２ ・・・（４）
ここでＫ２≧Ｋとする。
一方、噛み込み方向不定と判定された場合にはステップＳ２９０に移行し、正転時間ＴＣが所定時間未満、例えば５００ｍｓ未満か否かを判定し、５００ｍｓ未満と判定した場合にはステップＳ３００に移行し、５００ｍｓ以上と判定した場合にはステップＳ３４０に移行する。

ステップＳ３００では、車輪加速度αが下限加速度（−ＡＷ）未満か否かを判定し、下限加速度未満と判定した場合にはステップＳ３１０に移行し目標モータトルクをゼロとしてステップＳ３２０に移行する。一方、下限加速度以上の場合にはステップＳ３３０に移行する。
ステップＳ３３０では、上記（３）式に基づき現在の車輪の加速度αに応じた確実に正転噛み込みとするのに必要な目標モータトルクを算出して、ステップＳ３２０に移行する。
ステップＳ３２０では、正転時間を所定時間例えば１０ｍｓだけ大きくして処理を終了する。
一方、ステップＳ３４０では、車輪加速度αが上限加速度（ＡＷ）以上か否かを判定し、上限加速度以上と判定した場合にはステップＳ３５０に移行し目標モータトルクをゼロとして処理を終了する。一方、上限加速度未満の場合にはステップＳ３６０に移行する。

ステップＳ３６０では、上記（４）式に基づき現在の車輪の加速度αに応じた確実に逆噛み込みとするのに必要な目標モータトルクを算出して、処理を終了する。
なお、エンジンコントローラ１８では、アクセル開度や車速などに基づき制御量（スロットル開度など）を演算してエンジンを目標出力トルクに制御する。また、車両が停止状態であっても、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１がゼロより大きければ、発電機７を作動させるだけの出力トルクを出せるだけの制御量を演算してエンジン２を稼働させる。

次に、上記構成の装置における作用などについて説明する。
運転者による４輪駆動モードの選択や、予め決められた４輪駆動条件に合致と自動判定されると、車速やアクセル開度、前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップ量などに応じたモータトルクでモータ４が駆動されることで、４輪駆動状態となって車両の加速性が向上する。
また、この４輪駆動状態から、駆動モードスイッチ４１が２輪駆動モードに切り替わると、２輪駆動状態への移行処理として、クラッチ１２が切断状態に制御されると共にモータ４の停止処理が行われる。

ここで、本実施形態で採用する上記クラッチ１２の作動について説明すると、電磁クラッチ部１０６が通電状態となると、保持器１０４を介して各ローラ１０２の円周方向位置が外輪に拘束（固定）された状態となる。この状態でモータ４からの駆動トルクが外輪部材１０１に伝達されると、外輪部材１０１及びローラ１０２と内輪部材１００との間に位相差が発生し、相対的に係合空間１０３の中央部に位置していた各ローラ１０２がそれぞれ左側の楔空間１０３ａに噛み込むことで、図１０に示すように、当該ローラ１０２を介して外輪部材１０１から内輪部材１００へトルクが伝達可能な状態となり、この結果、モータ４のトルクによって従駆動輪である後輪３Ｌ、３Ｒが駆動される。

また、このモータ４からのトルク伝達状態で、電磁クラッチ部１０６の通電を停止すると、つまりクラッチ制御電流をオフ状態にして保持器１０４を解放すると、通常は、モータ４からのトルク伝達トルクが徐徐に小さくなり、スイッチバネ１０５のばね力が勝った時点でローラ１０２が係合空間１０３の中央部位置に復帰して、実際にクラッチ１２が切断状態となる。

したがって、上述のような機構のクラッチ１２を採用すると、通常走行中にモータトルクが大きい状態でクラッチ１２をオフに制御（電磁クラッチ部１０６の通電を停止）してもクラッチ１２の実際の切断はモータトルクの小さい状態のときに（クラッチ位置におけるモータ４側の加速度αと車輪側の加速度αとが同じ値に近づいたとき）常に実施される結果、実際のクラッチ１２の切断時に発生するショックを抑えることができ、しかもクラッチ１２のオフ制御が容易となる。また、上記クラッチ１２は安価である。

一方、電磁クラッチ部１０６が通電状態、つまりクラッチ制御オンでの走行中において、例えば急勾配の下り坂を走行中などの走行状態を想定した場合には、後輪３Ｌ、３Ｒの車輪速が大きくなって、外輪部材１０１よりも内輪部材１００の加速が大きくなると、つまり、車輪側からのトルクがモータ４側からのトルクを上回る状態になると、上記外輪部材１０１及びローラ１０２と内輪部材１００との間にあった上記位相差が解消し、さらに反対方向の位相差が発生する結果、上記ローラ１０２の噛み込みが外れ、続けて図１１のように、反対側に位置する右側の楔空間１０３ａに対してローラ１０２が噛み込む。つまり、いわゆる逆噛み込み状態となって、後輪側からモータ４側に向けてのトルク伝達状態となる。この状態で、電磁クラッチ部１０６の通電を中止して保持器１０４を解放した場合には、通常は、モータ４のトルクを大きくしないと（若しくは車輪からのトルクが小さくならないと）、上記逆噛み込み状態が解消することない。

また、上述の正転噛み込み状態であっても後輪（従動輪）の加速度状態によっては単にモータを停止するだけではローラ１０２の噛み込み状態が解消されない場合もある。逆に、逆噛み込み状態であっても、後輪（従動輪）の加速度状態によっては、単にモータ４を停止するだけでローラ１０２の噛み込み状態が解消する場合もある。
さらに、上述のように、フリクションや検出誤差などの存在によって、ローラ１０２の噛み込み方向を確実に特定することが困難な場合もある。

本実施形態では、このような点を考慮して、モータ停止直前のクラッチ状態に基づき、モータ停止前処理を実施して確実にクラッチが切断できる状態としてからモータを停止する。
すなわち、４輪駆動状態から２輪駆動状態に移行してモータを停止する際に、クラッチの伝達トルクが確実にモータから後輪側に伝達するトルク状態（図９Ａ部分）、つまりローラ１０２が確実に正転噛み込み状態と判定した場合には、確実に正転噛み込みを解消可能なトルクを出力してからモータを停止する。

このとき、後輪の加速度αが上限加速度（ＡＷ）以上の場合には、噛み込み解消のための領域Ａのトルクを演算することなく、単にモータトルクをゼロ（図９Ｘ１部分で、Ｂ領域での絶対値が最小トルク値）に設定することで簡易に噛み込みの解消を図っている。一方、後輪の加速度αが上限加速度未満の場合には、単にモータトルクをゼロとするだけでは噛み込みを解消できないため、確実に正転噛み込みを解消可能なトルク領域Ｂの最小トルク（図９Ｘ２部分）を演算して噛み込みを解消している。なお、最小トルクでなくても領域Ｂのトルクとなっていればよい。

同様に、４輪駆動状態から２輪駆動状態に移行してモータを停止する際に、クラッチの伝達トルクが確実に後輪側からモータ側に伝達するトルク状態（図９Ｂ部分）、つまりローラ１０２が確実に逆噛み込み状態と判定した場合には、確実に逆噛み込みを解消可能なトルクを出力してからモータを停止する。
このときも、後輪の加速度αが下限加速度（−ＡＷ）未満の場合には、噛み込み解消のための領域Ｂのトルクを演算することなく、モータトルク単にゼロ（図９Ｙ１部分で、Ａ領域での絶対値が最小トルク値）に設定することで簡易に噛み込みの解消を図っている。一方、後輪の加速度αが下限加速度以上の場合には、単にモータトルクをゼロとするだけでは噛み込みを解消できないため、確実に正転噛み込みを解消可能なトルク領域の最小トルク（図９Ｙ２部分）を演算して噛み込みを解消している。なお、最小トルクでなくても領域Ａのトルクとなっていればよい。

また、４輪駆動状態から２輪駆動状態に移行してモータを停止する際に、噛み込みが不定な場合（図９Ｃ部分）には、最初に確実に正転噛み込みを解消可能なトルクに増大した後に、確実に逆噛み込みを解消可能なトルクに減少してからモータ駆動を停止することで、確実にクラッチを切断可能な状態としてモータを停止している。
なお、噛み込みが不定の場合にあ、モータトルクを増大してから減少する代わりに、モータトルクを減少してから増大しても良い。また、後輪の加速度が下限加速度未満の場合には、減少してからトルクをゼロとすることが好ましい。

さらに、本実施形態では、上述のようなモータ停止前処理の途中であっても、クラッチが確実に切断されたと判定（ステップＳ１４０）された場合には、当該モータ停止前処理を中止して無駄な処理を行わないようにしている。
ここで、４輪駆動モード状態で車両が停止した後に当該車両停止時に２輪駆動状態に移行する場合には、車両停止直前でローラ１０２がモータ駆動回転方向とは逆方向に噛み込んでいたとしても、車両停止によって後輪からのトルクが無くなることから、モータトルクによってローラ１０２の噛み込み方向がモータ４の駆動回転方向に変更される。したがって、上述のような判定をすることなく、モータ停止時におけるモータ４の駆動回転方向で噛み込み方向を特定してクラッチの噛み込みを解消すればよい。

また、上記実施形態では、発電機７の発電した電圧でモータ４を駆動して４輪駆動を実施する構成の場合で説明しているが、これに限定されない。モータ４ヘ電力供給できるバッテリを備える駆動システムに採用しても良い。この場合には、バッテリから電力を供給するようにすればよいし、さらにはバッテリからの供給と共に発電機７からの電力供給も併行して行うようにしてもよい。

または、上記実施形態では、主駆動源として内燃機関を例示しているが、主駆動源をモータ等から構成しても良い。また、上記実施形態では、４輪自動車を例に説明しているが、モータを駆動源とする２輪車に適用しても構わない。
また、上記クラッチ１２の説明では、内輪部材１００と外輪部材１０１との径方向で対向する部分に係合空間１０３が形成されるとしているが、これに限定されず、軸方向などに係合空間１０３が形成するような構造であっても良い。また、カム面１００ａを外輪部材１０１側に設けて、内輪部材１００と保持器１０４とをクラッチ作動部で固定・解放するようにしても良い。また、クラッチ操作部として、電磁クラッチ以外のクラッチ機構を採用しても良い。

次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第１実施形態と同様な装置などについては同一の符号を付して説明する。
本第２実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、停止前トルク算出部８Ｃの処理が異なる。他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
本第２実施形態の停止前トルク算出部８Ｃは、図１２に示すように、第１実施形態の停止前トルク算出部８Ｃ（図７）におけるステップＳ２３０，Ｓ２６０，Ｓ３００、Ｓ３４０における下限加速度未満か、若しくは上限加速度より大きいか否かの判定を行うこと無く、正転噛み込みであればステップＳ２８０に、逆転噛み込みであればステップＳ２５０に移行し、同様に、噛み込み不定の場合であっても、正転噛み込みを確実に解消出来るトルク及び逆転噛み込みを確実に解消できるトルクの最小値（図１３中、Ｘ３及びＹ３の部分のトルク）をそれぞれ演算して、現在の後輪の加速度αにおけるクラッチ伝達トルクがゼロとなるモータトルクを挟んだモータトルクに増減を図っている。

本第２実施形態の場合においても、上記第１実施形態と同様に、モータ停止時に確実にクラッチを切断状態とすることが可能となる。
その他の構成や作用・効果は、上記第１実施形態と同様である。
なお、例えば、ローラの噛み込み方向が確定している場合に、上記第１実施形態のモータ停止前処理を採用するようにしても良い。逆に、第１実施形態のモータ停止前トルク算出部８Ｃにおいて、ローラの噛み込み方向が確定している場合に、上記第２実施形態のモータ停止前処理を採用するようにしても良い。

本発明に基づく実施形態に係る概略装置構成図である。 本発明に基づく実施形態に係るシステム構成図である。 本実施形態に係るクラッチの構造を示す断面図である。 本実施形態に係るクラッチの機構を示す模式図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る４ＷＤコントローラを示すブロック図である。 本実施形態に係る４ＷＤコントローラ本体の処理を示す図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る停止前トルク算出部の処理を示す図である。 噛み合い不定の領域を示す図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る停止前トルク算出部で求めるモータトルクを説明する図である。 モータから車輪にトルク伝達がある状態を示す図である。 車輪からモータにトルク伝達がある状態を示す図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る停止前トルク算出部の処理を示す図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る停止前トルク算出部で求めるモータトルクを説明する図である。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ 前輪
２ エンジン
３Ｌ、３Ｒ 後輪
４ モータ
６ ベルト
７ 発電機
８ ４ＷＤコントローラ
８Ａ ４ＷＤコントローラ本体
８Ｂ 目標モータトルク算出部
８Ｃ 停止前トルク算出部
８Ｄ 発電機制御部
８Ｅ リレー制御部
８Ｆ モータ制御部
８Ｇ クラッチ制御部
９ 電線
１０ ジャンクションボックス
１１ 減速機
１２ クラッチ
１４ 吸気管路
１５ メインスロットルバルブ
１６ サブスロットルバルブ
１８ エンジンコントローラ
１９ ステップモータ
２０ モータコントローラ
２１ エンジン回転数センサ
２２ 電圧調整器
２３ 電流センサ
２６ モータ用回転数センサ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ
車輪速センサ
３０ トランスミッション
３１ ディファレンシャル・ギヤ
３２ シフト位置検出手段
３４ ブレーキペダル
３５ ブレーキストロークセンサ
３６ 制動コントローラ
３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲ
制動装置
４０ アクセルセンサ
４１ 駆動モードスイッチ
１００ 内輪部材
１０１ 外輪部材
１０２ ローラ（係合子）
１０３ 係合空間
１０３ａ 楔空間
１０４ 保持器
１０５ スイッチバネ
１０６ 電磁クラッチ部
Ｉｆｈ 発電機の界磁電流
Ｖ 発電機の電圧
Ｎｈ 発電機の回転数
Ｉａ 目標電機子電流
Ｉｆｍ 目標モータ界磁電流
Ｅ モータの誘起電圧
Ｎｍ モータの回転数（回転速度）
Ｔｈ 目標発電機負荷トルク
Ｔｍ モータの現在の目標トルク
Ｔｅ エンジンの出力トルク
α 後輪の加速度
−ＡＷ 下限加速度
ＡＷ 上限加速度

Claims (10)

1. モータと、そのモータで駆動される車輪と、モータから車輪への動力伝達経路に介装されるクラッチとを備え、
   上記クラッチは、モータ側の回転軸に連結する第１の回転部材と、車輪側の回転軸に連結する第２の回転部材と、その第１及び第２の回転部材の間に形成された係合空間に介挿される係合子と、その係合子の周方向の位置を規制する保持器と、第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の固定を行うことでクラッチの接続を制御すると共に第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の解放を行うことでクラッチの切断を制御するクラッチ操作部と、
   上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態で第１及び第２の回転部材の他方と保持器との間の位相が変わることによって、上記係合子が第１及び第２の回転部材の間に噛み込んで第１及び第２の回転部材間でトルク伝達可能となる機構のクラッチと、を備え、
   モータの駆動中は上記保持器を固定状態に制御し、上記モータの駆動を停止する条件を満足したと判定すると上記保持器を解放状態に制御する車両の駆動力制御装置において、
   上記保持器が解放状態にあるときの上記クラッチでの伝達トルクをゼロとするのに必要なモータトルクを、クラッチ解消トルクと定義したときに、上記クラッチ解消トルクは、上記車輪の加速度から求められ、
   上記モータの駆動を停止する条件を満足したと判定すると、上記保持器が解放状態となった後であってモータの駆動停止前に、上記クラッチ解消トルクを挟んだトルクの範囲である所定トルク増減範囲を越えるトルクまで、上記モータのトルクを増加した後に減少させる若しくは減少させた後に増加させる停止前処理手段を備えることを特徴とする車両の駆動力制御装置。
2. モータと、そのモータで駆動される車輪と、モータから車輪への動力伝達経路に介装されるクラッチとを備えて、４輪駆動モードではモータで駆動される車輪を駆動状態とし、２輪駆動モードではモータで駆動される車輪を非駆動状態とし、
   上記クラッチは、モータ側の回転軸に連結する第１の回転部材と、車輪側の回転軸に連結する第２の回転部材と、その第１及び第２の回転部材の間に形成された係合空間に介挿される係合子と、その係合子の周方向の位置を規制する保持器と、第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の固定を行うことでクラッチの接続を制御すると共に第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の解放を行うことでクラッチの切断を制御するクラッチ操作部と、
   上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態で第１及び第２の回転部材の他方と保持器との間の位相が変わることによって、上記係合子が第１及び第２の回転部材の間に噛み込んで第１及び第２の回転部材間でトルク伝達可能となる機構のクラッチと、を備え、
   ４輪駆動モード中は上記保持器を固定状態に制御し、４輪駆動モードから２輪駆動モードに移行すると判定すると上記保持器を解放状態に制御する車両の駆動力制御装置において、
   上記保持器が解放状態にあるときの上記クラッチでの伝達トルクをゼロとするのに必要なモータトルクを、クラッチ解消トルクと定義したときに、上記クラッチ解消トルクは、上記車輪の加速度から求められ、
   ４輪駆動モードから２輪駆動モードに移行すると判定すると、上記保持器が解放状態となった後であってモータの駆動停止前に、上記クラッチ解消トルクを挟んだトルクの範囲である所定トルク増減範囲を越えるトルクまで、上記モータのトルクを増加した後に減少させる若しくは減少させた後に増加させる停止前処理手段を備え、
   上記所定トルク増減範囲は、当該クラッチ解消トルクを中心として所定トルク分だけ増加及び減少させた値を上限値及び下限値とした範囲であることを特徴とする車両の駆動力制御装置。
3. モータと、そのモータで駆動される車輪と、モータから車輪への動力伝達経路に介装されるクラッチとを備え、
   上記クラッチは、モータ側の回転軸に連結する第１の回転部材と、車輪側の回転軸に連結する第２の回転部材と、その第１及び第２の回転部材の間に形成された係合空間に介挿される係合子と、その係合子の周方向の位置を規制する保持器と、第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の固定を行うことでクラッチの接続を制御すると共に第１及び第２の回転部材の一方に対する上記保持器の解放を行うことでクラッチの切断を制御するクラッチ操作部と、
   上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態で第１及び第２の回転部材の他方と保持器との間の位相が変わることによって、上記係合子が第１及び第２の回転部材の間に噛み込んで第１及び第２の回転部材間でトルク伝達可能となる機構のクラッチと、を備え、
   モータの駆動中は上記保持器を固定状態に制御し、上記モータの駆動を停止する条件を満足したと判定すると上記保持器を解放状態に制御する車両の駆動力制御装置において、
   上記保持器が解放状態にあるときの上記クラッチでの伝達トルクをゼロとするのに必要なモータトルクを、クラッチ解消トルクと定義したときに、上記クラッチ解消トルクは、上記車輪の加速度から求められ、
   上記モータの駆動を停止する条件を満足したと判定すると、上記保持器が解放状態となった後であってモータの駆動停止前に、上記クラッチ解消トルクを挟んだトルクの範囲である所定トルク増減範囲を越えるトルクまで、上記モータのトルクを増加した後に減少させる若しくは減少させた後に増加させる停止前処理手段と、上記係合子の噛み込みの状態の不定の有無を判定する噛み込み判定手段とを備え、
   上記停止前処理手段は、上記噛み込み判定手段が噛み込み状態が不定と判定した場合に、上記クラッチ解消トルクを挟んだトルクの範囲である所定トルク増減範囲を越えるトルクまで、上記モータのトルクを増加した後に減少させる若しくは減少させた後に増加させることを実施することを特徴とする車両の駆動力制御装置。
4. 上記所定トルク増減範囲は、上記クラッチ解消トルクを中心として所定トルク分だけ増加及び減少させた値を上限値及び下限値とした範囲であることを特徴とする請求項３に記載した車両の駆動力制御装置。
5. 上記所定トルク増減範囲におけるモータトルクがゼロとなるときの前記車輪の加速度の上限値を、上限加速度と定義したときに、
   上記停止前処理手段は、上記噛み込み判定手段が噛み込み状態が不定と判定した状態で正転時間が所定時間を超えた場合において、車輪の加速度が上記上限加速度よりも大きいと判定した場合にはモータトルクをゼロに下げることを特徴とする請求項３または請求項４に記載した車両の駆動力制御装置。
6. 上記所定トルク増減範囲におけるモータトルクがゼロとなるときの上記車輪の加速度の下限値を、下限加速度と定義したときに、
   上記停止前処理手段は、上記噛み込み判定手段が噛み込み状態が不定と判定した状態で正転時間が所定時間を超えない場合において、車輪の加速度が上記下限加速度よりも小さいと判定した場合にはモータトルクをゼロにすることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
7. 上記第１の回転部材と第２の回転部材との回転数差に基づきクラッチが実際に切断状態となったか否かを判定する接続状態判定手段を備え、
   上記停止前処理手段は、接続状態判定手段の判定に基づきクラッチが切断状態となったらモータトルクの上記増加した後に減少させる若しくは減少させた後に増加する処理を中止することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
8. 噛み込み判定手段により噛み込み状態が特定される場合には、上記停止前処理手段の処理を行う代わりに、その噛み込み方向を逆にするようなモータトルクを出力することを特徴とする請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
9. 上記所定トルク増減範囲におけるモータトルクがゼロとなるときの前記車輪の加速度の上限値を、上限加速度と定義し、上記所定トルク増減範囲におけるモータトルクがゼロとなるときの上記車輪の加速度の下限値を、下限加速度と定義したときに、
   噛み込み判定手段により噛み込み状態が特定される場合であって、車輪の加速度が上記上限加速度より大きいか上記下限加速度より小さいと判定した場合には、上記停止前処理手段の処理を行う代わりに、モータトルクをゼロとすることを特徴する請求項３〜請求項７のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
10. 主駆動輪を駆動する主駆動源を備えると共に、上記モータで駆動される車輪を従駆動輪とすることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。

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