JP4658933B2

JP4658933B2 - 少なくとも一時的に四輪稼動される自動車用の制御装置

Info

Publication number: JP4658933B2
Application number: JP2006520775A
Authority: JP
Inventors: クリスチアンビリッヒ
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2004-07-17
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-07-17
Also published as: JP2006528570A; ES2302004T3; EP1648730B1; US20060122756A1; EP1648730A1; DE502004006596D1; DE10333655B4; ATE389558T1; DE10333655A1; US7188018B2; WO2005009774A1

Description

本発明は、特許請求項１の前提部に記載した、少なくとも一時的に四輪稼動される自動車（原動機付き車両；モータビークル）用の制御装置に関する。

この種の制御装置は例えば特許文献１に記載されている。それによると、前後方向ロックとして摩擦クラッチ（伝達クラッチ）を適切に制御することにより、前軸（フロントアクスル）の車輪と後軸（リヤアクスル）の車輪との間のトルク配分比を変更させるトルク配分装置が知られている。トルク配分比を固定することにより車両の走行特性が多大に影響され得る。その際、特許文献１の対象は特にカーブ走行時の走行動性に従事している。ここで一時的に四輪稼動される自動車とは、伝達クラッチを介して連結可能な後輪駆動部（リヤホイールドライブ）を備えた基本的に前輪駆動される自動車、又は、伝達クラッチ
を介して連結可能な前輪駆動部（フロントホイールドライブ）を備えた基本的に後輪駆動される自動車、又は、前軸と後軸との間のトルク配分を変更する調整可能な伝達クラッチを備えたフルタイム全輪駆動車両であり得る。

以下、これに関して一般化し、持続的に駆動ユニットと接続されている車輪を第一の駆動輪と称し、伝達クラッチを介して要求に応じて駆動ユニットと接続可能な車輪を第二の駆動輪と称するものとする。

更にこの種の周知の制御装置は、多くの場合、第一の駆動軸（第一のドライブアクスル）の回転数と第二の駆動軸（第二のドライブアクスル）の回転数との間の回転数差に依存した伝達クラッチの制御を有している（例えば特許文献２）。

ＤＥ１００５４０２３Ａ１ＤＥ３４２７７２５Ｃ２

本発明の課題は、伝達クラッチの使用可能性及び／又は伝達クラッチを制御するためのアクチュエータ装置の使用可能性に関し、冒頭に掲げた形式の制御装置を改善することである。

前記の課題は、特許請求項１に記載した構成により解決される。有利な他の構成は従属特許請求項の対象である。

本発明は、中でも、伝達クラッチ及び／又はアクチュエータ装置の使用可能性を向上させる目的で、目標・クラッチモーメントの算出時には、部分的に矛盾する要求が得られることになるという認識を基礎としている。これらの異なる要求は、先ずは制御ユニット内部で異なる中間・目標・クラッチモーメントとして反映され、これらの中間・目標・クラッチモーメントは、実際に調節すべき最終的な目標・クラッチモーメントを獲得するために整合されなくてはならない。従って本発明の対象は、特に、走行動的な要求を考慮しないわけではない異なる中間・目標・クラッチモーメントの優先付けストラクチャの形式のモーメント整合である。

図面には本発明の実施形態が描かれている。

図１には、要求に応じて伝達クラッチ１を介して連結可能な前輪駆動部を備えた基本的に後輪駆動される自動車（原動機付き車両；モータビークル）の形式の一時的に四輪稼動される車両が描かれている。伝達クラッチ１は制御ユニット８を介して調節可能である。制御ユニット８は、その外部に備えられた即ち例えば伝達クラッチ１の近傍に又は伝達クラッチ１に直接的に装着された補助制御装置１０を含み得て、補助制御装置１０は、例えば、設定された目標・クラッチモーメントを、伝達クラッチ１の位置調整ユニット（ここでは非図示）をコントロールするための電流に変換する。制御ユニット８は必ずしも２つの部分制御装置に分割される必要はない。

図１による車両では、伝達クラッチ１が開いていると駆動ユニット９の全トルク（駆動モーメント）が後軸３の車輪６及び７に伝達される。駆動ユニット９は、好ましくは内燃機関９.１と変速機９.２と少なくとも１つの駆動制御装置（ここでは詳細に描かれていない）とから構成される。この駆動制御装置は例えば周知の自動車データバスＣＡＮを介して制御ユニット８と交信する。図１において後輪６及び７は第一の駆動輪であり、その理由はそれらが持続的に駆動ユニット９と接続されているためである。伝達クラッチ１におけるクラッチモーメントの増加に伴い駆動ユニット９は前軸２の車輪４及び５も駆動する。従って前輪４及び５は第二の駆動輪である。

制御ユニット８は、他の入力信号に加え、特に、アクセルペダルの位置ＦＰ、ステアリング角度ＬＷ、ヨー角速度ｒ、全車輪４、５、６、７の車輪回転数ｎ_VL、ｎ_VR、ｎ_HL、ｎ_HR（VL;前輪左側、VR;前輪右側、HL;後輪左側、HR;後輪右側）、内燃機関回転数ｎ_M、内燃機関モーメントＭ_M、並びに車両速度ｖを検知又は算出する。

駆動ユニット９の駆動モーメントを配分するために、駆動ユニット９或いは第一の駆動輪６及び７と第二の駆動輪４及び５との間に配設されている伝達クラッチ１に対し、調節すべきクラッチモーメントＭ_Ksoll（K;クラッチ、soll;目標）が設定される。好ましくは、制御ユニット８は目標・クラッチモーメントＭ_Ksollを補助制御装置１０へと出力する。補助制御装置１０は、目標・クラッチモーメントＭ_Ksollを、ここで特には描かれていないアクチュエータ装置をコントロールするための電流に変換する。

制御ユニット８は、アクチュエータ装置或いは伝達クラッチ１の負荷度を、２つの部分制御ユニットに分割されている場合には好ましくは補助制御装置１０により検知し、又は対応する入力信号に依存してそれ自身で算出する。この際、好ましくは、伝達クラッチ１のオイルディスクの長時間・負荷度Ｂ３と、伝達クラッチ１のオイルディスクの短時間・負荷度Ｂ２と、アクチュエータの負荷度Ｂ１とが区別される。アクチュエータは好ましくは電動機（電気モータ）であり、この電動機はオイルディスクの開閉のためにウォーム伝動装置を動かす。負荷度は、特に、摩擦損失、損傷特性曲線、又は温度経過を検知することに基づいて算出される絶対値又は相対値であり得る。

図２に制御ユニット８の他の詳細が示されている。

制御ユニット８内では、調整器ユニットを用い、車輪滑り（ホイールスリップ）と、オーバーステア及びアンダーステアのような走行動的な値とを考慮し、目標・クラッチモーメントＭ_Ksollを決定するための走行動的な調整関与部分Ｍ_{K_Regler}（Regler;調整器）が算出される。（ここで詳細には描かれていない）前制御ユニット内では、特に運転者の要望をうかがわせる算出された入力信号に依存し、基礎前制御関与部分Ｍ_{K_vor}（vor;前）が算出され、好ましくは前制御整合器２１へと出力される。

長時間・保護ブロック２７内では伝達クラッチ１の長時間・負荷度Ｂ３が考慮される。長時間・負荷度Ｂ３が、設定されている閾値よりも大きい場合、長時間・保護ブロック２７により、最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}（lang;長い）が設定される。この際、長時間・負荷度Ｂ３は、例えば算出された所謂摩擦損失による損傷により特徴付けられ得る。また好ましくは、最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}は、外温に比例する値が、設定されている温度閾値よりも大きい場合にだけ設定される。本発明に従うこの構成の基礎には、長時間負荷時には高い外温が伝達クラッチ１の機械的な負荷を追加的に増加させるという認識がある。最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}も好ましくは前制御整合器２１へと出力される。

アクチュエータ・保護ブロック２６により、基本的に、アクチュエータ装置或いは電動機の負荷度Ｂ１の上昇時には、アクチュエータ装置の保持電流を減少するために、アクチュエータに関連した制限モーメントＭ_{K_M_max}（max;最大）が設定可能である。また、定義されている複数の負荷度閾値を上回ることに依存し、アクチュエータに関連した複数の制限モーメントＭ_{K_M_max}を設定することも可能である。アクチュエータに関連した制限モーメントＭ_{K_M_max}も好ましくは前制御整合器２１へと出力される。

前制御整合器２１は、好ましくは、提供されている入力信号から最小選択を行なう。特に、最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}とアクチュエータに関連した制限モーメントＭ_{K_M_max}とが設定されている場合、両方のモーメントのうちより小さい方のモーメントが選択される。しかし、より高い基礎前制御関与部分Ｍ_{K_vor}がある場合には、選択的に、最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}よりも、アクチュエータに関連した制限モーメントＭ_{K_M_max}がより高く優先付けられ得て、その理由は、長時間の影響が短時間の影響よりもむしろ低い割合で優先付け可能であるためである。つまり、最小選択に代わり、選択的に、最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}よりも、アクチュエータに関連した制限モーメントＭ_{K_M_max}をより高く優先付けることも可能である。

前制御整合器２１の出力モーメントＭ_{K_vor_korr}（korr;修正）は、修正された基礎前制御関与部分であり、つまりこの部分では、少なくとも、場合による保持電流の減少に関してアクチュエータの負荷度Ｂ１が考慮され、更に伝達クラッチ１のオイルディスクの長時間・負荷度Ｂ３が考慮されている。

加算器２２内では、走行動的な調整関与部分Ｍ_{K_Regler}と前制御整合器２１の出力モーメントＭ_{K_vor_korr}の合算が行なわれる。加算器２２の出力信号はヒステリシスユニット２３の入力信号であり、このヒステリシスユニット２３により、アクチュエータ或いは電動機の負荷度Ｂ１の上昇に伴いアクチュエータ装置の位置調整頻度を減少するためにヒステリシスバンドが広げられ得る。図示されている具体的な実施例では、そのために、ヒステリシスユニット２３内に異なる３つのヒステリシスバンドが保管されている。比較的幅の狭いヒステリシスバンドＨ１は第１負荷度閾値の到達に至るまで選択され、中間のヒステリシスバンドＨ２は第２負荷度閾値の到達に至るまで選択され、比較的幅の広いヒステリシスバンドＨ３は第２負荷度閾値の超過以降に選択される。つまり全体として、それにより、アクチュエータ装置の負荷度Ｂ１の上昇に伴い目標・クラッチモーメントＭ_Ksollが、アクチュエータ装置の位置調整頻度が減少されるように算出される。

ヒステリシスユニット２３の出力信号は出力ユニット２５の入力信号である。出力ユニット２５内では、ヒステリシスユニット２３の出力信号に基づくモーメントＭ_{K_H}と、伝達クラッチ１の短時間・負荷度Ｂ２の考慮を基礎にする最小限必要なクラッチモーメントＭ_{K_L_kurz}との間で最大選択が行なわれる。最小限必要なクラッチモーメントＭ_{K_L_kurz}は、好ましくは短時間・保護ブロック２４により、短時間・負荷度Ｂ２が、設定されている閾値よりも大きい場合に設定される。

つまり出力ユニット２５内では、実際に調節すべき目標・クラッチモーメントＭKsollが、制御ユニット内部における、異なる中間・目標・クラッチモーメントのモーメント整合の後、最終的に決定され、好ましくは補助制御装置１０へと出力される。

図２に描かれている特に有利な実施例により、以下のように、アクチュエータの負荷度Ｂ１の考慮、伝達クラッチ１の短時間・負荷度Ｂ２の考慮、伝達クラッチ１の長時間・負荷度Ｂ３の考慮に関し、優先付けストラクチャが達成される。

短時間・負荷度Ｂ２の考慮を基礎にする最小限必要なクラッチモーメントＭ_{K_L_kurz}の設定は、長時間・負荷度Ｂ３の考慮を基礎にする最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}の設定に比べ、より高く優先付けられる。

伝達クラッチ１の短時間・負荷度Ｂ２の考慮を基礎にする最小限必要なクラッチモーメントＭ_{K_L_kurz}の設定は、アクチュエータ装置の負荷度Ｂ１の考慮を基礎にするアクチュエータに関連した制限モーメントＭ_{K_M_max}の設定に比べ、より高く優先付けられる。

保持電流を減少するためにアクチュエータ装置の負荷度Ｂ１の考慮を基礎にするアクチュエータに関連した制限モーメントＭ_{K_M_max}の設定は、伝達クラッチ１の長時間・負荷度Ｂ３の考慮を基礎にする最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}の設定に比べ、より高く優先付けられる。選択的に、保持電流を減少するためにアクチュエータ装置の負荷度Ｂ１の考慮を基礎にするアクチュエータに関連した制限モーメントＭ_{K_M_max}の設定時、及び、最大許容クラッチモーメントＭ_{K_L_lang}の設定時、最小選択が成され得る。

しかし、同じ優先付けストラクチャが達成され得る、調整器ブロック及び計算ブロックの別の構成も想定可能である。

全体として、本発明に従い、最も高い優先度で始まる以下の優先付けリストが得られる：
１．滑り（スリップ）を防止するためのできるだけ迅速な閉鎖に関し、伝達クラッチ１
の短時間・負荷度Ｂ２を考慮すること。
２．過熱を保護するための位置調整頻度の減少に関し、アクチュエータの負荷度Ｂ１を
考慮すること。
３．過熱を保護するための保持電流の減少に関し、アクチュエータの負荷度Ｂ１を考慮
すること。
４．損失出力を防止するためのできるだけ迅速な開放に関し、伝達クラッチ１の長時間
・負荷度Ｂ３を考慮すること。
５．上記の３及び４に対して選択的に：保持電流の減少に関してアクチュエータの負荷
度Ｂ１を考慮する場合、及び、伝達クラッチ１の長時間・負荷度Ｂ３を考慮する場合における最小選択。

伝達クラッチを介して連結可能な前輪駆動部を備えた基本的に後輪駆動される自動車を例にした、制御ユニットを介して調節可能な伝達クラッチを備えた一時的に四輪稼動される車両の概要を示す図である。制御ユニットの一部分を示す図である。

１伝達クラッチ
２前軸
３後軸
４車輪（前輪）
５車輪（前輪）
６車輪（後輪）
７車輪（後輪）
８制御ユニット
９駆動ユニット
９．１内燃機関
９．２変速機
１０補助制御装置
２１前制御整合器
２２加算器
２３ヒステリシスユニット
２４短時間・保護ブロック
２５出力ユニット
２６アクチュエータ・保護ブロック
２７長時間・保護ブロック

Claims

少なくとも一時的に四輪稼動される自動車用の制御装置であって、制御ユニットを備え、この制御ユニットを用い、駆動ユニットの駆動モーメントが、持続的に駆動ユニットと接続されている第一の駆動輪に対し及び要求に応じて伝達クラッチを介して駆動ユニットと接続可能である第二の駆動輪に対し、アクチュエータ装置を用いて伝達クラッチにおいて調節すべきである目標・クラッチモーメントを制御ユニットが算出することにより、可変に配分可能である、前記制御装置において、
伝達クラッチ（１）内での滑りの防止に関する伝達クラッチ（１）の短時間・負荷度（Ｂ２）及び損失出力の防止に関する伝達クラッチ（１）の長時間・負荷度（Ｂ３）に基づいて目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）が算出されるように、制御ユニット（８；８、１０）が構成されていること、
目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）の算出時に、上昇する短時間・負荷度（Ｂ２）が目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）を増加させるように作用し、また、上昇する長時間・負荷度（Ｂ３）が目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）を減少させるように作用すること、及び、
目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）の算出時に、上昇する短時間・負荷度（Ｂ２）の目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）を増加させる作用が、上昇する長時間・負荷度（Ｂ３）の目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）を減少させる作用よりも優先されることを特徴とする制御装置。
アクチュエータ装置の過熱の保護に関する負荷度（Ｂ１）に基づいて目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）を算出するように、制御ユニット（８；８、１０）が構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
短時間・負荷度（Ｂ２）が設定されている閾値よりも大きい場合、目標・クラッチモーメント（Ｍ_Ksoll）の算出時に、最小限必要なクラッチモーメント（Ｍ_{K_L_kurz}）が設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御装置。
長時間・負荷度（Ｂ３）が設定されている閾値よりも大きい場合、目標・クラッチモーメント（Ｍ_Ksoll）の算出時に、最大許容クラッチモーメント（Ｍ_{K_L_lang}）が設定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。
外温に比例する値が設定されている温度閾値よりも大きい場合にだけ、最大許容クラッチモーメント（Ｍ_{K_L_lang}）が設定されることを特徴とする、請求項４に記載の制御装置。
目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）の算出時に、短時間・負荷度（Ｂ２）に基づく最小限必要なクラッチモーメント（Ｍ_{K_L_kurz}）の設定が、長時間・負荷度（Ｂ３）に基づく最大許容クラッチモーメント（Ｍ_{K_L_lang}）の設定よりも優先されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御装置。
目標・クラッチモーメント（Ｍ _Ksoll ）の算出時に、上昇するアクチュエータ装置の負荷度（Ｂ１）が、アクチュエータ装置の位置調整頻度を減少させるように作用することを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一項に記載の制御装置。
目標・クラッチモーメント（Ｍ_Ksoll）の出力前にヒステリシスユニット（２３）が設けられていること、及び、負荷度（Ｂ１）の上昇に伴いアクチュエータ装置の位置調整頻度を減少するためにヒステリシスバンドが広げられることを特徴とする、請求項７に記載の制御装置。
アクチュエータ装置の負荷度（Ｂ１）の上昇に伴い目標・クラッチモーメント（Ｍ_Ksoll）が、アクチュエータに関連した制限モーメント（Ｍ_{K_M_max}）の設定によりアクチュエータ装置の保持電流が減少可能であるように算出されることを特徴とする、請求項２〜８のいずれか一項に記載の制御装置。
目標・クラッチモーメント（Ｍ_Ksoll）の算出時に、伝達クラッチ（１）の短時間・負荷度（Ｂ２）に基づく最小限必要なクラッチモーメント（Ｍ_{K_L_kurz}）の設定が、アクチュエータ装置の負荷度（Ｂ１）に基づくアクチュエータに関連した制限モーメント（Ｍ_{K_M_max}）の設定よりも優先されることを特徴とする、請求項２〜９のいずれか一項に記載の制御装置。
目標・クラッチモーメント（Ｍ_Ksoll）の算出時に、アクチュエータ装置の負荷度（Ｂ１）に基づくアクチュエータに関連した制限モーメント（Ｍ_{K_M_max}）の設定が、伝達クラッチ（１）の長時間・負荷度（Ｂ３）に基づく最大許容クラッチモーメント（Ｍ_{K_L_lang}）の設定よりも優先されることを特徴とする、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の制御装置。