JP3975997B2 - 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や減速機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。
この装置は、発進アシストとしてモータを駆動するものであり、上記クラッチとして噛み合いにて接続するドグクラッチが例示されている。そして、クラッチをオフに制御してもドグクラッチが接続状態でロックされていると判定した場合には、ドグクラッチ上に作用するトルクを打ち消す方向に若しくは正逆両方向に向けて、一時的にモータを駆動することで、上記クラッチ制御オフ時における上記クラッチのロック状態を解除することが開示されている。
特開平１１−０９１３８９号公報

クラッチの制御状態をオフ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よって車輪の速度が上昇することでモータ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。
したがって、クラッチ制御状態をオフにした後に車速が上昇してモータの回転が過回転領域に近づいてからクラッチを解除しようとすると、モータが過回転状態となるおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、車両の駆動状態をクラッチ状態に合わせて制御することでクラッチ制御をオフとした後のクラッチの締結ロック状態を回避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、主駆動輪を駆動する主駆動源と、目標モータトルクとなるように制御されて従駆動輪を駆動するモータと、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、運転者の加速指示とは関係無く上記主駆動源の出力を調整可能な主駆動源出力調整手段と、を備えた車両の駆動力制御装置において、
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・解放を行うことでクラッチの接続・切断を制御するクラッチ操作部と、を備え、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とし、
上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態中に、上記目標モータトルクから推定されるモータ側の回転軸の加速度が、検出した従駆動輪側回転軸の加速度未満の加速度状態である若しくは当該加速度状態になると判定すると、上記主駆動源出力調整手段を介して主駆動源の出力を低減するクラッチ状態制御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、クラッチ操作部の状態を固定状態（クラッチ接続制御状態）から解放状態（クラッチ切断制御状態）としたときに、クラッチが接続状態でロックしたままとなることを回避することができる。

次に、本発明の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（モータ）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１０２２０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１０２３６及び４ＷＤコントローラ８に出力する。

制動コントローラ１０２３６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、エンジン２に対する発電負荷トルクＴｈ及び発電する電圧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（デューティ比）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。
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及び図４を参照して説明する。

第２の回転部材である内輪部材１００と第１の回転部材である外輪部材１０１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１０２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１０４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はロータを、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が解放状態では、ローラ１０２がスイッチバネ１０５の作用で係合空間１０３の中央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の固定状態では、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１０４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が楔空間１０３ａへ移動し当該楔空間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、左右のどちらの楔空間１０３ａにローラ１０２が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。
４ＷＤコントローラ８は、図５に示すように、発電機制御部８Ａ、リレー制御部８Ｂ、モータ制御部８Ｃ、クラッチ制御部８Ｄ、余剰トルク演算部８Ｅ、目標トルク制限部８Ｆ、余剰トルク変換部８Ｇ、モータトルク調整部８Ｊ、及びクラッチ解放処理部８Ｈを備える。

上記発電機制御部８Ａ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８Ｂ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８Ｃ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８Ｄ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、所定のサンプリング時間毎に、入力した各信号に基づき、余剰トルク演算部８Ｅ→目標トルク制限部８Ｆ→余剰トルク変換部８Ｇの順に循環して処理が行われる。
次に、余剰トルク演算部８Ｅでは、図６に示すような処理を行う。
すなわち、先ず、ステップＳ１０において、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲからの信号に基づき演算した、前輪１Ｌ、１Ｒ（主駆動輪）の車輪速から後輪３Ｌ、３Ｒ（従駆動輪）の車輪速を減算することで、前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップ量であるスリップ速度ΔＶＦを求め、ステップＳ２０に移行する。

ここで、スリップ速度ΔＶＦの演算は、例えば、次のように行われる。
前輪１Ｌ、１Ｒにおける左右輪速の平均値である平均前輪速ＶＷｆ、及び後輪３Ｌ、３Ｒにおける左右輪速の平均値である平均後輪速ＶＷｒを、それぞれ下記式により算出する。
ＶＷｆ＝（ＶＷｆｌ＋ＶＷｆｒ）／２
ＶＷｒ＝（ＶＷｒｌ＋ＶＷｒｒ）／２
次に、上記平均前輪速ＶＷｆと平均後輪速ＶＷｒとの偏差から、主駆動輪である前輪１Ｌ、１Ｒのスリップ速度（加速スリップ量）ΔＶＦを、下記式により算出する。
ΔＶＦ ＝ ＶＷｆ −ＶＷｒ

ステップＳ２０では、上記求めたスリップ速度ΔＶＦが所定値、例えばゼロより大きいか否かを判定する。スリップ速度ΔＶＦが０以下と判定した場合には、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしていないと推定されるので、ステップＳ３０に移行し、Ｔｈにゼロを代入した後、復帰する。
一方、ステップＳ２０において、スリップ速度ΔＶＦが０より大きいと判定した場合には、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしていると推定されるので、ステップＳ４０に移行する。

ステップＳ４０では、前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップを抑えるために必要な吸収トルクＴΔＶＦを、下記式によって演算してステップＳ５０に移行する。この吸収トルクＴΔＶＦは加速スリップ量に比例した量となる。
ＴΔＶＦ ＝ Ｋ１ × ΔＶＦ
ここで、Ｋ１は、実験などによって求めたゲインである。
ステップＳ５０では、現在の発電機７の負荷トルクＴＧを、下記式に基づき演算したのち、ステップＳ６０に移行する。
Ｖ × Ｉａ
ＴＧ ＝Ｋ２・─────────
Ｋ３ × Ｎｈ
ここで、
Ｖ ：発電機７の電圧
Ｉａ：発電機７の電機子電流
Ｎｈ：発電機７の回転数
Ｋ３：効率
Ｋ２：係数
である。

ステップＳ６０では、下記式に基づき、余剰トルクつまり発電機７で負荷すべき目標の発電負荷トルクＴｈを求め、復帰する。
Ｔｈ ＝ ＴＧ ＋ ＴΔＶＦ
次に、目標トルク制限部８Ｆの処理について、図７に基づいて説明する。
すなわち、まず、ステップＳ１１０で、上記目標発電負荷トルクＴｈが、発電機７の最大負荷容量ＨＱより大きいか否かを判定する。目標発電負荷トルクＴｈが当該発電機７の最大負荷容量ＨＱ以下と判定した場合には、復帰する。一方、目標発電負荷トルクＴｈが発電機７の最大負荷容量ＨＱよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１２０では、目標の発電負荷トルクＴｈにおける最大負荷容量ＨＱを越える超過トルクΔＴｂを下記式によって求め、ステップＳ１３０に移行する。
ΔＴｂ＝ Ｔｈ − ＨＱ
ステップＳ１３０では、エンジン回転数検出センサ２１及びスロットルセンサからの信号等に基づいて、現在のエンジントルクＴｅを演算してステップＳ１４０に移行する。
ステップＳ１４０では、下記式のように、上記エンジントルクＴｅから上記超過トルクΔＴｂを減算したエンジントルク上限値ＴｅＭを演算し、求めたエンジントルク上限値ＴｅＭをエンジンコントローラ１８に出力した後に、ステップＳ１５０に移行する。
ＴｅＭ ＝Ｔｅ −ΔＴｂ
ステップＳ１５０では、目標発電負荷トルクＴｈに最大負荷容量ＨＱを代入した後に、復帰する。

次に、余剰トルク変換部８Ｇの処理について、図８に基づいて説明する。
まず、ステップＳ２００で、Ｔｈが０より大きいか否かを判定する。Ｔｈ＞０と判定されれば、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしているので、ステップＳ２１０に移行する。また、Ｔｈ≦０と判定されれば、前輪１Ｌ、１Ｒは加速スリップしていない状態であるので、２輪駆動状態としてステップＳ２７０に移行する。

ステップＳ２１０では、４輪駆動状態から２輪駆動状態への移行か否かを判定し、２輪への移行と判定した場合にはステップＳ２７０に移行し、そうでない場合には、通常の処理をすべく、ステップＳ２９０にて、クラッチ接続処理部８Ｋを実行し、つまりクラッチ制御部８Ｄを通じて電磁クラッチ部１０６を通電状態として、ステップＳ２２０に移行する。
例えば、モータ回転数が許容限界回転数に近づいたと判定したり、目標モータトルクが減少中で且つ当該目標モータトルクが所定閾値トルクＴ−ＴＭ１（例えば１［Ｎｍ］）以下となった判定した場合に、クラッチ１２を解放すべき２輪駆動状態への移行と判定する。

ここで、モータ４へのトルク指令値である目標モータトルクが減少中か否かは、例えば、下記のように、目標モータトルクについて前回値と単純に比較して判定する。
Ｔｍ（ｎ−１） −Ｔｍ（ｎ−２）＜０
ここで、添え字（ｎ−１）は、１演算周期前の目標モータトルクを示し、添え字（ｎ−２）は、２演算周期前の目標モータトルクを示す。もっとも、ノイズ等の影響を抑えるために、下記のように３周期分以上の目標モータトルクの履歴値に基づいて減少中か否かを判定しても良い（下記式では６周期分の値を使用した例）。また、複数演算周期分だけ連続して目標モータトルク値が減少している場合に、減少中と判定しても良い。
｛Ｔｍ（ｎ−１）＋Ｔｍ（ｎ−２）＋Ｔｍ（ｎ−３）｝
− ｛Ｔｍ（ｎ−４）＋Ｔｍ（ｎ−５）＋Ｔｍ（ｎ−６）｝ ＜ ０

次に、ステップＳ２２０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を入力し、そのモータ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Ｓ２３０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Ｓ２３０では、上記余剰トルク演算部８Ｅが演算した発電負荷トルクＴｈに基づきマップなどから対応する目標モータトルクＴｍ（ｎ）を算出して、ステップＳ２４０に移行する。
ステップＳ２４０では、モータトルク調整部８Ｊの処理を行った後にステップＳ２５０に移行する。
ステップＳ２５０では、上記目標モータトルクＴｍ（ｎ）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Ｓ２６０に移行する。ステップＳ２６０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、クラッチ解放すべき２輪駆動への移行、若しくは２輪駆動状態と判定されてステップＳ２７０に移行すると、クラッチ解放処理部８Ｈを実行した後に、ステップＳ２８０に移行する。

ここで、本実施形態のクラッチ解放処理部８Ｈでは、クラッチ制御部８Ｄを通じて電磁クラッチ部１０６を通電オフ状態として保持器１０４を解放する。
ステップＳ２８０では、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１に「０」を設定した後に、復帰する。また、４輪駆動状態から２輪駆動状態に移行する際における、その他の処理も行う。
次に、モータトルク調整部８Ｊの処理を図９を参照しつつ説明する。モータトルク調整部８Ｊはクラッチ状態制御手段を構成する。
まず、ステップＳ３１０にて、後輪の車輪速センサから後輪３Ｒ、３Ｌの車輪速を入力し、その車輪速について微分演算を行うことで後輪３Ｒ、３Ｌの車輪加速度Ａを演算してステップＳ３２０に移行する。

ステップＳ３２０では、下記式に基づき後輪の車輪加速度Ａに基づくモータ４で後輪３Ｒ、３Ｌを駆動できる最小限のモータトルクＴＡ、つまり車輪を駆動するためのモータ側の最低限のモータトルクＴＡを演算してステップＳ３３０に移行する。なお、本実施例では、モータトルクＴＡに対して余裕代α（＞０）だけ余裕を持たせているが、α＝０としても良い。
ＴＡ ＝ （ＩＭ×Ａ／Ｒ） ＋α
ここで、ＩＭ：モータ４〜クラッチ１２間のイナーシャ
Ｒ：後輪のタイヤ径
である。

ステップＳ３３０では、現在の目標モータトルクＴｍ（ｎ）と上記モータトルクとを比較して、現在の目標モータトルクの方が大きいか等しいければ、何もすることなく復帰する。一方、目標モータトルクＴｍ（ｎ）の方が小さければ、ステップＳ３４０に移行する。
このＳ３３０の処理は、クラッチ位置における、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側の回転軸の加速度以上か否かを判定する処理である。
ステップＳ３４０では、目標モータトルクＴｍ（ｎ）に上記モータトルクＴＡを代入して処理を終了する。
次に、エンジンコントローラ１８の処理について説明する。

エンジンコントローラ１８では、所定のサンプリング時間毎に、入力した各信号に基づいて図１０に示すような処理が行われる。
すなわち、まずステップＳ６１０で、アクセルセンサ４０からの検出信号に基づいて、運転者の要求する目標出力トルクＴｅＮを演算して、ステップＳ６２０に移行する。
ステップＳ６２０では、４ＷＤコントローラ８から制限出力トルクＴｅＭの入力があるか否かを判定する。入力が有ると判定するとステップＳ６３０に移行する。一方、入力が無いと判定した場合にはステップＳ６７０に移行する。

ステップＳ６３０では、制限出力トルクＴｅＭが目標出力トルクＴｅＮよりも小さいか否かを判定する。制限出力トルクＴｅＭの方が小さいと判定した場合には、ステップＳ６４０に移行する。一方、制限出力トルクＴｅＭの方が大きいか目標出力トルクＴｅＮと等しければステップＳ６７０に移行する。
ステップＳ６４０では、目標出力トルクＴｅＮに制限出力トルクＴｅＭを代入することで目標出力トルクＴｅＮを制限して、ステップＳ６７０に移行する。

ステップＳ６７０では、スロットル開度やエンジン回転数などに基づき、現在の出力トルクＴｅを算出してステップＳ６８０に移行する。
ステップＳ６８０では、現在の出力トルクＴｅに対する目標出力トルクＴｅＮのの偏差分ΔＴｅ′を下記式に基づき出力して、ステップＳ６９０に移行する。
ΔＴｅ′ ＝ＴｅＮ − Ｔｅ
ステップＳ６９０では、その偏差分ΔＴｅに応じたスロットル開度θの変化分Δθを演算し、その開度の変化分Δθに対応する開度信号を上記ステップモータ１９に出力して、復帰する。

ここで、Ｓ６２０〜Ｓ６４０が主駆動源出力調整手段を構成する。
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。
路面μが小さいためや運転者によるアクセルペダル１７の踏み込み量が大きいなどによって、エンジン２から前輪１Ｌ、１Ｒに伝達されたトルクが路面反力限界トルクよりも大きくなると、つまり、主駆動輪１Ｌ、１Ｒである前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップすると、電磁クラッチ部１０６が通電状態となることでクラッチ１２が接続されると共に、その加速スリップ量に応じた発電負荷トルクＴｈで発電機７が発電することで、４輪駆動状態に移行する。続いて、前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される駆動トルクが、当該前輪１Ｌ、１Ｒの路面反力限界トルクに近づくように調整されることで、２輪駆動状態に移行する。この結果、主駆動輪である前輪１Ｌ、１Ｒでの加速スリップが抑えられる。

しかも、発電機７で発電した余剰の電力によってモータ４が駆動されて従駆動輪である後輪３Ｌ、３Ｒも駆動されることで、車両の加速性が向上する。
このとき、主駆動輪１Ｌ、１Ｒの路面反力限界トルクを越えた余剰のトルクでモータ４を駆動するため、エネルギー効率が向上し、燃費の向上に繋がる。
ここで、常時、後輪３Ｌ、３Ｒを駆動状態とした場合には、力学的エネルギー→電気的エネルギー→力学的エネルギーと何回かエネルギー変換を行うために、変換効率分のエネルギー損失が発生することで、前輪１Ｌ、１Ｒだけで駆動した場合に比べて車両の加速性が低下する。このため、後輪３Ｌ、３Ｒの駆動は原則として抑えることが望まれる。これに対し、本実施形態では、滑り易い路面等では前輪１Ｌ、１Ｒに全てのエンジン２の出力トルクＴｅを伝達しても全てが駆動力として使用されないことに鑑みて、前輪１Ｌ、１Ｒで有効利用できない駆動力を後輪３Ｌ、３Ｒに出力して加速性を向上させるものである。

また、上述のように加速スリップが発生しクラッチ１２が接続されて４輪駆動状態となっているときに、上記加速スリップが抑えられるにつれて、モータトルクが連続して減少していく。そして、４輪駆動状態から２輪駆動状態に移行と判定すると、電磁クラッチ部１０６による接続が切断されてクラッチ制御上はオフ状態となる。
ここで、本実施形態で採用された上記クラッチ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１１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、モータ４からのトルク伝達トルクが徐徐に小さくなって、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がオフ状態となる。

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、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側の加速度と車輪側の加速度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、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１２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、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く、後輪３Ｌ、３Ｒからのトルクがモータに伝達されてモータ４が後輪３Ｌ、３Ｒに連れ回され、モータ４が過回転するおそれがある。

これに対し、本実施形態では、電磁クラッチ部１０６が通電状態つまりクラッチ制御がオンの状態では、クラッチ１２におけるモータ側の加速度が常に車輪側の加速度よりも大きな状態にモータ４のトルクを制御している結果、クラッチ制御をオフ（電磁クラッチ部１０６への通電を停止）するときに上記のような逆噛み込み状態となっていない。したがって、モータトルクの低下（若しくは車輪側からのトルクの増加）にともなって確実にクラッチ１２をオフ状態とすることができる。

このため、例えば、急な下り坂での走行などによって、モータの回転数が過回転領域に近づいたために、モータ保護の観点からクラッチ制御をオフ（電磁クラッチ部１０６への通電を停止）として保持器１０４を解放すれば、その時点から、モータの回転数が低下して、若しくは後輪の回転が大きくなることで、ローラ１０２が中立位置に復帰してクラッチが切断される結果、モータ４が過回転状態となることを回避できる。なおこのとき、逆噛み込み状態となっていたならば、逆噛み込みが解消せずに後輪３Ｌ、３Ｒの高速回転によってモータ４が連れ回る状態となって、モータ４の回転数が過回転状態となってしまうおそれがある。

ここで、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、上記システムでは、前輪の加速スリップに応じて４輪駆動状態に移行する場合で説明したが、発進時やアクセル開度などに応じて４輪駆動状態に移行するシステムであっても適用可能である。つまり、モータの駆動条件は上記条件に限定されない。

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、クラッチ状態制御手段が異なる。すなわち、上記モータトルク調整部８Ｊの処理、及びエンジンコントローラ１８の一部の処理が上記第１実施形態と異なる。

本第２実施形態のモータトルク調整部８Ｊは、図１３に示すような処理となっている。すなわち、まず、ステップＳ３１０にて、後輪３Ｌ、３Ｒの車輪速センサから後輪３Ｌ、３Ｒの車輪速を入力し、その車輪速について微分演算を行うことで後輪３Ｌ、３Ｒの車輪加速度Ａを演算してステップＳ３２０に移行する。
ステップＳ３２０では、車輪加速度Ａに応じたモータトルクＴＡ、つまり車輪を駆動するためのモータ側の最低モータトルクＴＡを演算してステップＳ３３０に移行する。

ステップＳ３３０では、現在の目標モータトルクＴｍ（ｎ）と上記モータトルクＴＡとを比較して、現在の目標モータトルクの方が大きいか等しいければ、ステップＳ３８０に移行して制限トルクＴｅＫに「０」を代入した後に復帰する。一方、目標モータトルクＴｍ（ｎ）の方が小さければ、ステップＳ３５０に移行する。
このＳ３３０の処理は、クラッチ位置における、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度以上か否かを判定する処理である。

ステップＳ３５０では、モータトルクＴＡと目標モータトルクとの偏差トルク分ΔＴｂ（＝ＴＡ−Ｔｍ（ｎ））を演算し、続けてステップＳ３６０にて、エンジン回転数検出センサ２１及びスロットルセンサからの信号などに基づいて、現在のエンジントルクＴｅを演算してステップＳ３７０に移行する。
ステップＳ３７０では、下記式のように、上記偏差トルク分ΔＴｂに応じたトルクを減算した制限トルクＴｅＫを演算し出力した後に処理を終了する。
ＴｅＫ＝Ｔｅ −Ｋ５・ΔＴｂ
Ｋ５は、実験などから求まるゲインである。
ここで、上記モータトルク調整部８Ｊでは、従駆動輪である後輪３Ｌ、３Ｒの加速度ＡをモータトルクＴＡに換算して、モータトルクでのトルクの差分に基づいて制限トルクＴｅＫを演算しているが、これに限定されない、目標モータトルクＴｍを後輪の加速度に換算して後輪の実加速度との差分を求め、その加速度の差分から上記制限トルクＴｅＫを演算しても良い。

次に、本実施形態におけるエンジンコントローラ１８の処理を図１４を参照して説明する。基本の処理の流れは上記第１実施形態と同様である。但し、ステップＳ６１０とステップＳ６２０との間に、ステップＳ６１２〜ステップＳ６１６の処理が追加されている点が異なる。
すなわち、ステップＳ６１０にて、運転者の要求する目標出力トルクＴｅＮを演算した後に、ステップＳ６１２に移行してＴｅＫがゼロより大きい、つまり制限トルクＴｅＫの入力があるか否かを判定し、制限トルクＴｅＫの入力があると判定した場合にはステップＳ６１４に移行する。一方、制限トルクＴｅＫの入力が無いと判定した場合には、第１実施形態と同様にステップＳ６２０に移行する。

ステップＳ６１４では、制限トルクＴｅＫと目標出力トルクＴｅＮとを比較して、制限トルクＴｅＫの方が小さければステップＳ６１６に移行し、そうで無ければステップＳ６２０に移行する。
ステップＳ６１６では、目標出力トルクＴｅＮに制限トルクＴｅＫを代入して目標出力トルクを低減した後にステップＳ６２０に移行する。

ステップＳ６２０以降の処理は、第１実施形態と同様である。
また、本実施形態では、上記クラッチ解放処理部８Ｈの処理が若干異なる。すなわち、本実施形態のクラッチ解放処理部８Ｈでは、クラッチ位置において上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度以上か否かを判定し、モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度以上であれば、そのままクラッチ操作部の通電を停止してクラッチを切断状態とする。一方、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側の回転軸の加速度未満と判定した場合には、一時的（例えば５００ｍｓの時間だけ）に制限トルクＴｅＫを小さな値（例えばゼロに近い値）としてから、クラッチ操作部の通電を停止する。なお、この一時的（例えば５００ｍｓの時間だけ）に制限トルクＴｅＫを小さな値とする制御を、４輪駆動状態から２輪駆動状態に移行する際に１回だけ無条件に行うようにしても良い。

その他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
本発明によれば、クラッチ制御がオン、つまりクラッチ１２を接続状態に制御している間は、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度以上となるように、エンジントルクの上限値が制御されるので、クラッチ制御をオフにするときにクラッチ１２が逆噛み込み状態となっていることが防止若しくは低減されて、モータの過回転状態を防止することができる。

また、万一、実際にクラッチ制御をオフとする際にクラッチ１２が逆噛み込み状態となっていても、モータの回転をさらに上げることなくエンジンのトルクを一時的に抜くことでクラッチ１２の逆噛み込み状態が解消された状態としてクラッチ制御をオフにすることができる。すなわち、モータが許容限界回転に近づいたので、クラッチ制御をオフとする際に、逆噛み込み解消のためにモータの回転数を大きくする必要がない。

なお、上記説明では、クラッチ制御がオンの間中、エンジンの上限値を制限トルクＴｅＫにする制御と、クラッチ制御をオフにする際に一時的にエンジンのトルクを抜く制御との両方の制御を併用しているが、どちらか一方の制御だけを採用しても良い。また、上記クラッチ制御をオフにする際に一時的にエンジンのトルクを抜く制御を、上記第１実施形態に適用しても構わない。
また、エンジンの上限値を制限トルクＴｅＫにする制御を、上記第１実施形態で採用しても良い。
その他の作用・効果は、上記第１実施形態と同様である。

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。 本発明に基づく実施形態に係る４ＷＤコントローラ１０２を示すブロック図である。 本発明に基づく実施形態に係る余剰トルク演算部の処理を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る目標トルク制御部の処理を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る余剰トルク変換部の処理を示す図である。 本発明の実施形態に係るモータトルク調整部を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係るエンジンコントローラの処理を示す図である。 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。 本発明の第２実施形態に係るモータトルク調整部を説明する図である。 本発明に基づく第２実施形態に係るエンジンコントローラの処理を示す図である。

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 発電機制御部
８Ｂ リレー制御部
８Ｃ モータ制御部
８Ｄ クラッチ制御部
８Ｅ 余剰トルク演算部
８Ｆ 目標トルク制限部
８Ｇ 余剰トルク変換部
８Ｈ クラッチ解放処理部
８Ｊ モータトルク調整部
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１０２
３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲ
制動装置
４０ アクセルセンサ
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（ｎ） モータの現在の目標トルク
Ｔｅ エンジンの出力トルク

Claims (5)

1. 主駆動輪を駆動する主駆動源と、目標モータトルクとなるように制御されて従駆動輪を駆動するモータと、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、運転者の加速指示とは関係無く上記主駆動源の出力を調整可能な主駆動源出力調整手段と、を備えた車両の駆動力制御装置において、
   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・解放を行うことでクラッチの接続・切断を制御するクラッチ操作部と、を備え、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とし、
   上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態中に、上記目標モータトルクから推定されるモータ側の回転軸の加速度が、検出した従駆動輪側回転軸の加速度未満の加速度状態であると判定すると、上記主駆動源出力調整手段を介して主駆動源の出力を低減するクラッチ状態制御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. 上記クラッチ状態制御手段は、上記クラッチ操作部によるクラッチの状態を接続状態から切断状態に変更する際に、クラッチの状態が接続状態であるときに、上記目標モータトルクから推定されるモータ側の回転軸の加速度が、上記検出した従駆動輪側の回転軸の加速度未満の加速度状態であると判定すると、上記主駆動源出力調整手段を介して主駆動源の出力を低減することを特徴とする請求項１に記載した車両の駆動力制御装置。
3. 上記出力調整手段を介して主駆動源の出力を低減する処理は、上記クラッチ操作部によるクラッチの状態を接続状態から切断状態に変更する際に、クラッチの状態が接続状態であるときに上記目標モータトルクから推定されるモータ側の回転軸の加速度が上記検出した従駆動輪側の回転軸の加速度未満と判定された場合にだけ実施することを特徴とする請求項２に記載した車両の駆動力制御装置。
4. モータの回転数が、当該モータに設定されている許容限界回転数に近づくと、上記クラッチ操作部によるクラッチの接続を解除させるモータ保護手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
5. 主駆動源の出力で駆動される発電機を設けて、その発電機の出力を上記モータに供給可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項４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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