JP4848914B2 - トルク伝達機構の制御装置、制御方法、その制御方法を実現するプログラムおよびプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明はトルク伝達機構の制御技術に関し、特に、第１の回転軸と第２の回転軸とを同期させる同期部材を備えたトルク伝達機構の制御技術に関する。

従来より、２輪駆動モードと４輪駆動モードとを切替可能なトランスファを搭載した車両が知られている。このような車両においては、４輪駆動モードにおいて、さらに高速走行モードと低速走行モードとを切替可能なものもある。ところで、駆動モードを切替えると、異なる回転数であったシャフトが同じ回転数にされる。すなわち、駆動モードを切替える際には、異なる回転数のシャフトを同じ回転数にするためのトルクが必要になる。駆動モードを切替える際に必要なトルクは、たとえばトランスファに連結された変速機におけるフリクショントルクにより変化する。そこで、変速機のフリクショントルクに応じたトルクを出力するようにトランスファのアクチュエータを制御する技術が提案されている。

特開２００４−３２２７０２号公報（特許文献１）は、自動変速機と車輪との間の位置に配置され、高変速比によるハイモード位置と低変速比によるローモード位置との切り替えが可能なハイギヤ−ローギヤ切替機構を有するトランスファと、運転者の操作による駆動モード切替時であって、自動変速機がニュートラルレンジ位置であるという条件を含む所定の切替条件を満足するとき、駆動モード位置の切替作動指令をシフトアクチュエータに対し出力する駆動モード切替制御部と、を備えたトランスファの駆動モード切替制御装置を開示する。この駆動モード切替制御装置は、自動変速機をニュートラルレンジ位置にしたときのフリクショントルクを推定するフリクショントルク推定部を含む。駆動モード切替制御部は、ハイモード位置とローモード位置との間の切り替え時、シフトアクチュエータに対して指令する切替作動トルクを、推定されるフリクショントルクに応じた可変トルクにより設定する。

この公報に記載の駆動モード切替制御装置によれば、ハイモード位置とローモード位置との間の切り替え時、シフトアクチュエータに対して指令する切替作動トルクを、推定されるフリクショントルクに応じた可変トルクにより設定するようにしたため、自動変速機のフリクショントルクの大きさにかかわらず、確実な切替作動の確保と、シフトアクチュエータでの消費エネルギ低減による燃費の向上と、の両立を図ることができる。
特開２００４−３２２７０２号公報

ところで、特開２００４−３２２７０２号公報に記載の駆動モード切替制御装置のように、フリクショントルクに応じたトルクを出力するようにアクチュエータを制御する場合、フリクショントルクが大きいほど大きなトルクを出力するようにアクチュエータが制御される。この場合、たとえばトランスファのリアアウトプットシャフトとフロントアウトプットシャフトとを摩擦力で同期させるシンクロナイザに作用する圧力が大きくなる。よって、シンクロナイザなどの磨耗を早め得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磨耗が早まることを抑制することができるトルク伝達機構の制御装置、制御方法、その制御方法を実現するプログラムおよびプログラムを記録した記録媒体を提供することである。

第１の発明に係るトルク伝達機構の制御装置は、第１の車輪にトルクを伝達する第１の回転軸と、第２の車輪にトルクを伝達する第２回転軸と、第１の回転軸および第２の回転軸を連結した状態および第１の回転軸と第２の回転軸とを遮断した状態のいずれか一方の状態になるようにアクチュエータにより移動される移動部材と、移動部材が第１回転軸および第２の回転軸を連結する前に移動部材と当接することにより、第１の回転軸および第２の回転軸を同期させる同期部材とを備えるトルク伝達機構の制御装置である。この制御装置は、第２の回転軸に作用するトルクに関する値を検出するための手段と、同期部材により第１の回転軸と第２の回転軸との同期が完了した後にアクチュエータの出力を大きくすることにより、第２の回転軸に作用するトルクが大きい場合は小さい場合に比べてアクチュエータの出力を大きくするように制御するための制御手段とを含む。第３の発明に係るトルク伝達の制御方法は、第１の発明にかかるトルク伝達機構の制御装置と同様の構成を有する。

第１または第３の発明によると、トルク伝達機構の第２の回転軸に作用するトルクに関する値が検出される。たとえば、吸気温、外気温、油温など、潤滑油によってトルク伝達機構の第２の回転軸に作用するトルクに関する値が検出される。同期部材により第１の回転軸と第２の回転軸との同期が完了した後にアクチュエータの出力を大きくすることにより、第２の回転軸に作用するトルクが大きい場合は小さい場合に比べてアクチュエータの出力が大きくされる。これにより、第１の回転軸と第２の回転軸との同期が完了する前は、第２の回転軸に作用するトルクに関わらずアクチュエータの出力を同程度にし、同期が完了した後においてのみ、第２の回転軸に作用するトルクが大きい場合は小さい場合に比べてアクチュエータの出力を大きくすることができる。そのため、同期部材が第１の回転軸の回転数と第２の回転軸の回転数とを同期させる際に同期部材に作用する圧力が大きくなることを抑制することができる。その結果、同期部材の磨耗が早まることを抑制することができるトルク伝達機構の制御装置または制御方法を提供することができる。

第２の発明に係るトルク伝達機構の制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、トルクに関する値は温度である。制御手段は、検出された温度がしきい値より低い場合は高い場合に比べてアクチュエータの出力を大きくするように制御して、第２の回転軸に作用するトルクが大きい場合は小さい場合に比べてアクチュエータの出力を大きくするように制御するための手段を含む。第４の発明に係るトルク伝達の制御方法は、第２の発明にかかるトルク伝達機構の制御装置と同様の構成を有する。

第２または第４の発明によると、低温時には、潤滑油の粘度が高くなり、第２の回転軸に作用するトルクが大きくなるため、検出された温度がしきい値より低い場合は高い場合に比べてアクチュエータの出力が大きくされる。これにより、第１の回転軸と第２の回転軸とを確実に連結することができる。

第５の発明に係るプログラムは、第３または４の発明に係るトルク伝達機構の制御方法をコンピュータで実現するプログラムであって、第６の発明に係る記録媒体は、第３または４の発明に係るトルク伝達機構の制御方法をコンピュータで実現するプログラムを記録した媒体である。

第５または第６の発明によると、コンピュータ（汎用でも専用でもよい）を用いて、第３または４の発明に係るトルク伝達機構の制御方法を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る制御装置を搭載した車両について説明する。この車両は、前輪１０，１２と、後輪１４，１６と、エンジン２０と、トランスミッション３０と、トランスファ４０とを含む。本実施の形態に係るトルク伝達機構の制御装置は、たとえばＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００のＲＯＭ（Read Only Memory）２０２に記録されたプログラムを実行することにより実現される。

トランスファ４０は、ベースとなる駆動方式（図１では後輪駆動）の動力伝達系から、本来は駆動輪ではなかった車輪（図１では前輪側）へ伝達するトルクを取出す部分である。車両は、さらに、アクチュエータ５０と、フロントプロペラシャフト６０と、フロントデフ７０と、フロントドライブシャフト８０，８２とを含む。

車両は、さらに、リアプロペラシャフト９０と、リアデフ１００と、リアドライブシャフト１１０，１１２とを含む。

アクチュエータ５０は、たとえば電動モータであり、モータの回転に応じてシフトフォークが移動し、シフトフォークに挟まれたスリーブが移動することにより二輪駆動状態と四輪駆動状態との切替が行なわれる。

二輪駆動状態ではトランスファ４０はトランスミッション３０からのトルクをリアプロペラシャフト９０のみに伝達し、フロントプロペラシャフト６０には伝達しない。

一方、四輪駆動状態では、トランスファ４０はトランスミッション３０から伝達されるトルクをリアプロペラシャフト９０とフロントプロペラシャフト６０の両方に伝達する。

本実施の形態におけるフロントデフ７０には、ＡＤＤ（Automatic Disconnecting Differential）機構７２が設けられる。ＡＤＤ機構７２は、二輪駆動状態においてフロントデフ７０をフリーにし、四輪駆動状態においてフロントデフ７０をロックする。

フロントデフ７０がフリーであると、フロントプロペラシャフト６０からフロントドライブシャフト８０，８２へのトルクの伝達が遮断される。この状態では、車両の走行中においてフロントプロペラシャフト６０が停止し得る。

フロントデフ７０がロックされると、左右輪に回転数差が生じた場合には回転数差を吸収するとともに、左右輪の回転数が同じである場合にはフロントプロペラシャフト６０からフロントドライブシャフト８０，８２へトルクが伝達される。この状態では、車両の走行中においてフロントプロペラシャフト６０が回転する。

車両は、さらに、エンジン２０に吸入される空気の温度（以下、吸気温とも記載する）を検出する吸気温センサ３００と、車両の外部の気温（以下、外気温とも記載する）を検出する外気温センサ３０２と、二輪駆動状態と四輪駆動状態の切替指示を入力する２ＷＤ／４ＷＤ切替スイッチ３０４と、各種センサからの検出値と各種スイッチの設定に応じてアクチュエータ５０を制御するＥＣＵ２００とを含む。なお、吸気温および外気温が、前述の第１の発明および第３の発明におけるトルクに関する値に対応する。

図２を参照して、トランスファ４０についてさらに説明する。トランスファ４０は、リアプロペラシャフト９０に連結されるリアアウトプットシャフト４２と、フロントプロペラシャフト６０に連結されるフロントアウトプットシャフト４４とを含む。

なお、リアアウトプットシャフト４２が、前述の第１の発明および第２の発明における第１の回転軸に対応する。フロントアウトプットシャフト４４が、前述の第１の発明および第２の発明における第２の回転軸に対応する。

リアアウトプットシャフト４２は、常時トランスミッション３０からトルクが伝達される。一方、フロントアウトプットシャフト４４には、四輪駆動状態である場合にのみトルクが伝達される。

トランスファ４０は、さらに、リアアウトプットシャフト４２に連結されるスリーブ１２０と、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４とを摩擦力により同期させるシンクロナイザ１２２と、チェーンを介してフロントアウトプットシャフト４４に連結されるギヤピース１２４とを含む。なお、フロントアウトプットシャフト４４にスリーブ１２０を連結させ、リアアウトプットシャフト４２にギヤピース１２４を連結させるようにしてもよい。

スリーブ１２０は、シフトフォーク５２を介してアクチュエータ５０により移動される。図３に示すように、スリーブ１２０とギヤピース１２４とが離間した状態である場合、車両は二輪駆動状態になる。

図４に示すように、シンクロナイザ１２２のチャンファに当接するまでスリーブ１２０を移動させると、シンクロナイザ１２２に圧力が加えられる。これによりシンクロナイザ１２２に摩擦力が作用し、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４とが同期される。

リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期が完了した後、スリーブ１２０とギヤピース１２４と係合するために、図５に示すように、スリーブ１２０をさらに移動させると、スリーブ１２０によりシンクロナイザ１２２が押し分けられる（シンクロナイザ１２２が回転移動される）。

このとき、フロントアウトプットシャフト４４、すなわちフロントプロペラシャフト６０が回転することにより、シンクロナイザ１２２が押し分けられる。図６に示すように、スリーブ１２０とギヤピース１２４と完全に係合した状態になると、二輪駆動状態から四輪駆動状態への切替が完了する。

ところで、上述したように、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期が完了した後、スリーブ１２０とギヤピース１２４と係合するためにスリーブ１２０を移動させてスリーブ１２０によりシンクロナイザ１２２が押し分ける工程においては、フロントプロペラシャフト６０が回転される。

そのため、スリーブ１２０によりシンクロナイザ１２２を押し分ける工程においては、フロントプロペラシャフト６０などに作用するフリクショントルクよりも大きなトルクをシンクロナイザ１２２に作用させる必要がある。

フロントプロペラシャフト６０などに作用するフリクショントルクはフロントデフ７０の潤滑油の温度（油温）により変化する。図７に示すように油温が低いほどフリクショントルクが大きくなる。したがって、油温が低いほど、アクチュエータ５０の電流値、すなわちアクチュエータ５０の出力をより大きくする必要がある。

ところで、二輪駆動状態から四輪駆動状態への切替時において常時アクチュエータ５０の電流値を高くすると、シンクロナイザ１２２に作用する圧力が大きくなり、シンクロナイザ１２２の磨耗が早まる。

そこで、本実施の形態においては、図８に示すように、時間Ｔ（１）においてリアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期が完了するまでは、アクチュエータ５０の電流値を常温時と低温時とで同じにする。

低温時は、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期の完了後の時間Ｔ（２）に常温時よりも電流値を高くする。すなわち、スリーブ１２０によりシンクロナイザ１２２を押し分ける工程においてのみ、常温時の電流値よりも低温時の電流値が高くなるように制御される。一方、常温時は、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期の完了後において電流値が高くならないように制御される。

図９を参照して、ＥＣＵ２００についてさらに説明する。なお、以下に説明するＥＣＵ２００の機能は、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアにより実現されてもよい。

ＥＣＵ２００は、吸気温検出部２１０と、外気温検出部２２０と、切替判定部２３０と、温度判定部２４０と、制御部２５０とを含む。

吸気温検出部２１０は、吸気温センサ３００から送信された信号に基づいて、吸気温を検出する。外気温検出部２２０は、吸気温センサ３００から送信された信号に基づいて、外気温を検出する。

切替判定部２３０は、２ＷＤ／４ＷＤ切替スイッチ３０４から送信された信号に基づいて、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替えるか四輪駆動状態から二輪駆動状態に切替えるかを判定する。

温度判定部２４０は、吸気温および外気温に基づいて、フロントデフ７０の油温が常温であるか低温であるかを判定する。たとえば吸気温および外気温のうちの少なくともいずれか一方がしきい値より低いと、フロントデフ７０の油温が低温であると判定される。なお、フロントデフ７０の油温が常温であるか低温であるかを判定する方法はこれに限らず、その他、フロントデフ７０の油温を直接検出するようにしてもよい。

制御部２５０は、アクチュエータ５０の電流値、すなわち出力を制御する。制御部２５０は、前述したように、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期の完了後にアクチュエータ５０の電流値を高くすることにより、スリーブ１２０によりシンクロナイザ１２２を押し分ける工程において、低温時は常温時に比べてアクチュエータ５０の電流値が高くなるように制御する。

図１０を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは予め定められた周期で繰返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ２００は、２ＷＤ／４ＷＤ切替スイッチ３０４から送信された信号に基づいて、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替えるか否かを判定する。二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替えると判定すると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ２００は、吸気温センサ３００から送信された信号に基づいて、吸気温を検出するとともに、吸気温センサ３００から送信された信号に基づいて、外気温を検出する。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ２００は、吸気温および外気温に基づいて、フロントデフ７０の油温が低温であるか否かを判定する。フロントデフ７０の油温が低温であると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０８に移される。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ２００は、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期の完了後に電流値を高くするようにアクチュエータ５０の電流値を制御して、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替える。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ２００は、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期の完了後に電流値が高くならないようにアクチュエータ５０の電流値を制御して、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替える。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。

車両の走行中、運転者が２ＷＤ／４ＷＤ切替スイッチ３０４を操作することにより、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替えると判定されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、吸気温センサ３００から送信された信号に基づいて吸気温が検出されるとともに、吸気温センサ３００から送信された信号に基づいて、外気温が検出される（Ｓ１０２）。

これらの吸気温および外気温に基づいて、フロントデフ７０の油温が低温であるか否かが判定される（Ｓ１０４）。フロントデフ７０の油温が低温であると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、図１１に示すように、時間Ｔ（３）において二輪駆動状態から四輪駆動状態への切替が開始されて、時間Ｔ（４）においてリアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期が完了した後、時間Ｔ（５）に電流値を高くするようにアクチュエータ５０の電流値が制御されて、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替えられる（Ｓ１０６）。

これにより、フロントプロペラシャフト６０に作用するフリクショントルクが大きい場合であっても、確実にシンクロナイザ１２２を押し分けて、スリーブ１２０とギヤピース１２４とを係合することができる。その後、時間Ｔ（６）において二輪駆動状態から四輪駆動状態への切替が完了する。

一方、フロントデフ７０の油温が低温でないと（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、すなわち常温であると、リアアウトプットシャフト４２とフロントアウトプットシャフト４４との同期の完了後に電流値が高くならないようにアクチュエータ５０の電流値を制御して、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替えられる（Ｓ１０８）。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵによれば、フロントデフの油温が低温であると、リアアウトプットシャフトとフロントアウトプットシャフトとの同期の完了後に電流値を高くするようにアクチュエータの電流値が制御されて、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切替えられる。これにより、リアアウトプットシャフトとフロントアウトプットシャフトとの同期が完了する前は、油温、すなわちフロントプロペラシャフトに作用するトルクに関わらずアクチュエータの出力を同程度にし、同期が完了した後においてのみ、フロントプロペラシャフトに作用するフリクショントルクが大きい場合は小さい場合に比べてアクチュエータの出力を大きくすることができる。そのため、シンクロナイザがリアアウトプットシャフトとフロントアウトプットシャフトとを同期させる際にシンクロナイザに作用する圧力が大きくなることを抑制することができる。その結果、シンクロナイザの磨耗が早まることを抑制することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両の構成を示すブロック図である。 トランスファを示す図である。 二輪駆動状態におけるスリーブ、シンクロナイザ、ギヤピースを示す図である。 リアアウトプットシャフトおよびフロントアウトプットシャフトが同期した状態におけるスリーブ、シンクロナイザ、ギヤピースを示す図である。 スリーブによりシンクロナイザを押し分ける状態におけるスリーブ、シンクロナイザ、ギヤピースを示す図である。 スリーブとギヤピースとが係合した状態におけるスリーブ、シンクロナイザ、ギヤピースを示す図である。 フロントプロペラシャフトに作用するフリクショントルクを示す図である。 アクチュエータの電流値を示す図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 ＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示したフローチャートである。 アクチュエータの電流値およびアクチュエータのシフトストロークを示す図である。

符号の説明

１０，１２ 前輪、１４，１６ 後輪、２０ エンジン、３０ トランスミッション、４０ トランスファ、４２ リアアウトプットシャフト、４４ フロントアウトプットシャフト、５０ アクチュエータ、５２ シフトフォーク、６０ フロントプロペラシャフト、７０ フロントデフ、７２ ＡＤＤ機構、８０，８２ フロントドライブシャフト、９０ リアプロペラシャフト、１００ リアデフ、１１０，１１２ リアドライブシャフト、１２０ スリーブ、１２２ シンクロナイザ、１２４ ギヤピース、２００ ＥＣＵ、２１０ 吸気温検出部、２２０ 外気温検出部、２３０ 切替判定部、２４０ 温度判定部、２５０ 制御部、３００ 吸気温センサ、３０２ 外気温センサ、３０４ 切替スイッチ。

Claims (6)

1. 第１の車輪にトルクを伝達する第１の回転軸と、第２の車輪にトルクを伝達する第２回転軸と、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸を連結した状態および前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを遮断した状態のいずれか一方の状態になるようにアクチュエータにより移動される移動部材と、前記移動部材が前記第１回転軸および前記第２の回転軸を連結する前に前記移動部材と当接することにより、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸を同期させる同期部材とを備えるトルク伝達機構の制御装置であって、
   前記第２の回転軸に作用するトルクに関する値を検出するための手段と、
   前記同期部材により前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との同期が完了した後に前記アクチュエータの出力を大きくすることにより、前記同期部材により前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との同期が完了した後において、前記第２の回転軸に作用するトルクが大きい場合は小さい場合に比べて前記アクチュエータの出力を大きくするように制御するための制御手段とを含む、トルク伝達機構の制御装置。
2. 前記トルクに関する値は温度であって、
   前記制御手段は、検出された温度がしきい値より低い場合は高い場合に比べて前記アクチュエータの出力を大きくするように制御して、前記第２の回転軸に作用するトルクが大きい場合は小さい場合に比べて前記アクチュエータの出力を大きくするように制御するための手段を含む、請求項１に記載のトルク伝達機構の制御装置。
3. 第１の車輪にトルクを伝達する第１の回転軸と、第２の車輪にトルクを伝達する第２回転軸と、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸を連結した状態および前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とを遮断した状態のいずれか一方の状態になるようにアクチュエータにより移動される移動部材と、前記移動部材が前記第１回転軸および前記第２の回転軸を連結する前に前記移動部材と当接することにより、前記第１の回転軸および前記第２の回転軸を同期させる同期部材とを備えるトルク伝達機構の制御装置であって、
   前記第２の回転軸に作用するトルクに関する値を検出するステップと、
   前記同期部材により前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との同期が完了した後に前記アクチュエータの出力を大きくすることにより、前記同期部材により前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との同期が完了した後において、前記第２の回転軸に作用するトルクが大きい場合は小さい場合に比べて前記アクチュエータの出力を大きくするように制御するステップとを含む、トルク伝達機構の制御方法。
4. 前記トルクに関する値は温度であって、
   前記アクチュエータの出力を大きくするように制御するステップは、検出された温度がしきい値より低い場合は高い場合に比べて前記アクチュエータの出力を大きくするように制御して、前記第２の回転軸に作用するトルクが大きい場合は小さい場合に比べて前記アクチュエータの出力を大きくするように制御するステップを含む、請求項３に記載のトルク伝達機構の制御方法。
5. 請求項３または４に記載のトルク伝達機構の制御方法をコンピュータに実現させるプログラム。
6. 請求項３または４に記載のトルク伝達機構の制御方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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