JP4924002B2 - 駆動力分配装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動力分配装置に関するものである。

従来、主駆動輪と補助駆動輪との間の駆動力分配を変更可能な駆動力分配装置がある。そして、こうした駆動力分配装置の多くは、駆動伝達系の途中に設けられたトルクカップリングにより、入力側から出力側に伝達するトルクを変更させることにより、主駆動輪と補助駆動輪との間の駆動力分配を制御するようになっている。

ところで、走行抵抗が高い場合、特に牽引走行時では、トルクカップリングにおいて摩擦クラッチの回転速度差が大きくなり、摩擦クラッチでの摩擦によりトルクカップリングが過熱し易くなるため、その過熱抑制が１つの重要な課題となっている。そこで、例えば特許文献１に記載の駆動力分配装置では、車輪加速度と駆動トルクとの関係から車両の走行抵抗を推定し、該走行抵抗が大きい場合には、トルクカップリングの摩擦係合力を大とする。これにより、摩擦クラッチの回転速度差を小さくして同摩擦クラッチでの発熱を低減し、トルクカップリングの過熱を抑制する。
特開２００４−３１４７６２号公報

ところが、上記従来の構成では牽引走行時に、トルクカップリングの摩擦係合力が大とされることにより、トランスファやディファレンシャルに加わる負荷が大きくなる。そのため、トランスファやディファレンシャルにおけるギヤの噛み合い摩擦が大きくなり、駆動伝達系が過熱してしまうといった問題があった。更に、高μ路を牽引走行する場合には、車輪から伝わる路面反力が大きくなるため、駆動伝達系に加わる負荷がさらに大きくなりその問題が深刻化していた。また更に、旋回時には前後輪の旋回半径の違いに基づく回転数の違いにより、摩擦クラッチの摩擦係合力が大きい状態で差動（滑り）が発生するので、摩擦クラッチの発熱量が極めて大きくなるおそれがある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、駆動源のトルクが常時伝達される主駆動輪と車両走行状態に応じてトルク伝達が遮断される補助駆動輪とを備えた４輪駆動車両の牽引走行時における、補助駆動輪に駆動力を伝達する駆動伝達系の過熱を抑制することができる駆動力分配装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、駆動源のトルクが常時伝達される主駆動輪と車両走行状態に応じてトルク伝達が遮断される補助駆動輪とを備えた４輪駆動車両の前記駆動源と前記補助駆動輪の間に設けられ、前記駆動源から前記補助駆動輪に伝達する伝達トルクを変更させることにより前記主駆動輪と前記補助駆動輪との間の駆動力分配を変更可能なトルクカップリングと、前記４輪駆動車両が牽引走行中であるか否かを判定する牽引判定手段と、前記牽引判定手段により前記４輪駆動車両が前記牽引走行中であると判定された場合には、前記伝達トルクを低減すべく前記トルクカップリングの作動を制御する制御手段と、を備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、走行抵抗が高くなる牽引走行時に、トルクカップリングの伝達トルクを低減、又は零とする制御をすることで、トランスファやディファレンシャルに加わる負荷が小さくなり、牽引走行時における補助駆動輪に駆動力を伝達する駆動系伝達系の過熱が抑制される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動力分配装置において、前記４輪駆動車両がスリップするスリップ状態であるか否かを判定するスリップ判定手段を備え、前記制御手段は、前記牽引判定手段により前記４輪駆動車両が牽引走行中であると判定され、且つ前記スリップ判定手段により前記スリップ状態でないと判定された場合には、前記伝達トルクを低減すべく前記トルクカップリングの作動を制御することを要旨とする。

牽引走行する路面が高μ路である場合、つまり、スリップ状態になり難い場合には、車輪から伝わる路面反力が大きくなるため、トランスファやディファレンシャル等の駆動伝達系に加わる負荷が大きくなり、その過熱が顕著になる。従って、上記構成のように、牽引走行時に４輪駆動車両がスリップ状態ではない場合にトルクカップリングの伝達トルクを低減、又は零とする制御をすることで、トランスファ及びディファレンシャルの負荷が小さくなり、その過熱が抑制される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の駆動力分配装置において、前記牽引判定手段は、前記トルクカップリングに入力される駆動力と前記４輪駆動車両の加速度に基づいて前記４輪駆動車両が牽引走行中であるか否かを判定することを要旨とする。

上記構成によれば、トルクカップリングに入力される駆動力及び加速度に基づいて牽引判定を行うことができる。トルクカップリングに入力される駆動力及び加速度は、例えばトラクションコントロールのように一般的な４輪駆動車両の制御に必要な情報であるため、牽引判定するに際して、牽引判定に必要な情報を取得するための特別な構成を４輪駆動車両に付加せずに済む。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載の駆動力分配装置において、前記制御手段は、前記主駆動輪と前記補助駆動輪との差動回転およびスロットル開度に基づいてトルクカップリングの伝達トルクを演算するものであり、前記牽引判定手段により前記４輪駆動車両が前記牽引走行中であると判定された場合には、前記差動回転およびスロットル開度に基づいて演算された伝達トルクよりも低いトルクが前記補助駆動輪に伝達されるように前記トルクカップリングの作動を制御することを要旨とする。

上記構成によれば、トルクカップリングの伝達トルクを低減、又は零とする制御をすることで、トランスファやディファレンシャルに加わる負荷が小さくなり、牽引走行時における補助駆動輪に駆動力を伝達する駆動系伝達系の過熱が確実に抑制される。

本発明によれば、駆動源のトルクが常時伝達される主駆動輪と車両走行状態に応じてトルク伝達が遮断される補助駆動輪とを備えた４輪駆動車両の牽引駆動時における、補助駆動輪に駆動力を伝達する駆動伝達系の過熱を抑制することが可能な駆動力分配装置を提供することができる。

以下、本発明を４輪駆動車両の駆動力分配装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、４輪駆動車両としての車両１は、前輪駆動車をベースとする４輪駆動車であり、車両１の前部（図１において左側）にはエンジン２が搭載され、そのエンジン２に組み付けられたトランスアクスル３には、一対のフロントアクスル４が連結されている。また、トランスアクスル３には、上記各フロントアクスル４とともにプロペラシャフト５が連結されており、該プロペラシャフト５は、ピニオンシャフト（ドライブピニオンシャフト）６と連結されている。そして、ピニオンシャフト６は、リヤディファレンシャル７を介して一対のリヤアクスル８と連結されている。従って、エンジン２の駆動力は、トランスアクスル３からフロントアクスル４を介して前輪９ｆに伝達される。そして、トランスアクスル３からプロペラシャフト５、ピニオンシャフト６、リヤディファレンシャル７及び各リヤアクスル８を介して後輪９ｒに伝達されるようになっている。

また、車両１は、主駆動輪である前輪９ｆと補助駆動輪である後輪９ｒとの間の駆動力分配を変更可能なトルクカップリング１０と、その作動を制御する制御手段，牽引判定手段及びスリップ判定手段としてのＥＣＵ１１とにより構成される駆動力分配装置１２を備えている。

詳述すると、トルクカップリング１０は、プロペラシャフト５とピニオンシャフト６との間に介在されている。また、リヤディファレンシャル７は、トルクカップリング１０と補助駆動輪である後輪９ｒとの間に介在され、トランスファとしてのトランスアクスル３（のトランスファ部分）は、駆動源であるエンジン２とトルクカップリング１０との間に設けられている。そして、トルクカップリング１０は、ピニオンシャフト６、及びリヤディファレンシャル７とともに、ディファレンシャルキャリヤ１３内に収容されている。

トルクカップリング１０は、電磁コイルに供給される電流量に応じて、プロペラシャフト５側及びピニオンシャフト６側のそれぞれに設けられた各クラッチプレート間の摩擦係合力が変化する電磁クラッチ１４を備えており、その摩擦係合力に基づくトルクを入力側のプロペラシャフト５から出力側のピニオンシャフト６へと伝達する。そして、ＥＣＵ１１は、電磁クラッチ１４に対する電流供給を通じてトルクカップリング１０の作動、即ちその伝達トルクを制御し、これにより主駆動輪である前輪９ｆと補助駆動輪である後輪９ｒとの間の駆動力分配を制御する。

さらに詳述すると、ＥＣＵ１１には、車輪速センサ１５ｆ，１５ｒが接続されており、ＥＣＵ１１は、車輪速センサ１５ｆ，１５ｒの出力される前車輪速Ｗｆ，後車輪速Ｗｒに基づき、前輪９ｆと後輪９ｒとの間の差動回転すなわち車輪速差ΔＮ、及び、車速Ｖを検出する。また、ＥＣＵ１１には、図示しない上位ＥＣＵから、運転者が操作するアクセルペダルの踏込み量に応じたスロットル開度θが入力される。さらに、ＥＣＵ１１には、図示しない上位ＥＣＵから、エンジン２が出力するエンジントルクＴＲ及びトランスアクスル３の変速比を示すシフト位置信号ＳＰが入力される。ＥＣＵ１１は、これら車速Ｖ，車輪速差ΔＮ，エンジントルクＴＲ，シフト位置信号ＳＰ，スロットル開度θなどの車両走行状態に基づいて上記駆動力分配を決定し、その伝達トルクが該決定された駆動力分配に対応する値となるようにトルクカップリング１０の作動を制御する。尚、ＥＣＵ１１には、車輪速差ΔＮ及びスロットル開度θと補助駆動輪への伝達トルクの関係式が記憶されており、補助駆動輪への伝達トルクが演算により求められる。具体的には、この関係式は、車輪速差ΔＮが大きいほど、スロットル開度θが大きいほど、伝達トルクが高くなるように定義されている。

（過熱抑制制御）
次に、駆動力分配装置１２における過熱抑制制御について説明する。
駆動力分配装置１２は、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７等の駆動伝達系の過熱抑制機能を有しており、その過熱を抑えるべくトルクカップリング１０の作動を制御する。

詳述すると、車両１が所定時間以上継続して高μ路を牽引走行するような場合には、駆動力分配装置１２は、その伝達トルクを低減するべくトルクカップリング１０の作動を制御することで、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７の負荷を軽減させる。即ち、重量物を牽引する牽引走行時には、車両本来の重量よりも大きな重量の物を駆動することになるので、トルクカップリングの摩擦係合力を大とした場合にはエンジン２から大きな駆動力が後輪９ｒに伝達されることにより、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７の負荷が大きくなる。そのため、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７のギヤの噛み合い摩擦が大きくなり、後輪９ｒの駆動伝達系が過熱し易くなる。さらに、路面が高μ路である場合には、前輪９ｆ及び後輪９ｒに伝達された駆動力の反作用（路面反力）が大きくなるため、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７の負荷がより大きくなる。そのため、ギヤの噛み合い摩擦が大きくなり、駆動伝達系がさらに過熱し易くなる。そこで、駆動力分配装置１２は、トルクカップリング１０の伝達トルクを低減（例えば、車輪速差ΔＮ及びスロットル開度θに基づいて演算された伝達トルクの１／２〜１／３程度の結合力）、又は零とする牽引制御をすることにより、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７に加わる負荷が軽減され、ギヤの噛み合い摩擦が小さくなり、その過熱を抑制できる。尚、この結果、前輪９ｆの駆動伝達系が発熱しやすくなるが、前輪９ｆの駆動伝達系はもとより二輪駆動状態での急加速や連続負荷にも耐えうる容量を有しているので問題はない。

以下、過熱抑制制御の処理手順について詳述する。先ず、図２のフローチャートに示すように、ＥＣＵ１１は、車両１の牽引判定を行う（ステップ１０１）。
車両１の牽引判定は、図３のフローチャートに示すように、先ず、エンジントルクＴＲ及びシフト位置信号ＳＰに基づいて車両１の駆動力ＤＰを演算し（ステップ２０１）、演算された駆動力ＤＰが予め定められた所定駆動力ＤＰｔｈを超えるか否かを判定する（ステップ２０２）。駆動力ＤＰが所定駆動力ＤＰｔｈを超えると判定した場合（ＤＰ＞ＤＰｔｈ、ステップ２０２：ＹＥＳ）、車速Ｖに基づいて加速度ｇを演算し（ステップ２０３）、演算された加速度ｇが予め定められた所定加速度ｇｔｈを超えるか否か判定する（ステップ２０４）。そして、加速度ｇが所定加速度ｇｔｈを超えると判定した場合（ｇ＞ｇｔｈ、ステップ２０４：ＹＥＳ）に、ＥＣＵ１１は非牽引走行中であると判定する（ステップ２０５）。また、演算された駆動力ＤＰが所定駆動力ＤＰｔｈ以下であると判定した場合（ＤＰ≦ＤＰｔｈ、ステップ２０２：ＮＯ）、及び演算された加速度ｇが所定加速度ｇｔｈ以下であると判定した場合（ｇ≦ｇｔｈ、ステップ２０４：ＮＯ）に、ＥＣＵ１１は牽引走行中であると判定する（ステップ２０６）。このように、駆動力ＤＰ及び加速度ｇを演算するために用いた、エンジントルクＴＲ，シフト位置信号ＳＰ及び車速Ｖは、例えばトラクションコントロールのように一般的な車両の制御に必要な情報であるため、牽引判定を行うに際して、牽引判定に必要な情報を取得するための特別な構成を車両１に付加せずに済む。

上記のようにステップ１０１で行った牽引判定の結果に基づき、ＥＣＵ１１は、車両１が牽引走行中であるか否かを判定する（ステップ１０２）。車両１が牽引走行中であると判定した場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）、車両１のスリップ状態判定を行う（ステップ１０３）。車両１がスリップ状態であるか否かは、例えば車輪速差ΔＮもしくは車輪速Ｗｆ，Ｗｒの時間あたりの変化量や、車輪速差ΔＮが予め定められた所定車輪速差ΔＮｔｈを超えるか否かにより判定する。ステップ１０３で行ったスリップ状態判定の結果に基づき、ＥＣＵ１１は、車両１がスリップ状態であるか否かを判定する（ステップ１０４）。車両１がスリップ状態でないと判断した場合（ステップ１０４：ＮＯ）、カウンタｎが予め定められた所定カウンタｎｔｈを超えるか否かを判定する。そして、カウンタｎが所定カウンタｎｔｈ以下である場合（ｎ＜ｎｔｈ、ステップ１０５：ＹＥＳ）、カウンタｎをインクリメントし（ｎ＝ｎ＋１、ステップ１０６）、通常の制御を続行する（ステップ１０７）。

上記ステップ１０１〜ステップ１０７の処理を繰り返した後、カウンタｎが所定カウンタｎｔｈを超えた場合（ｎ＞ｎｔｈ、ステップ１０５：ＹＥＳ）、駆動力分配装置１２は、トルクカップリング１０の伝達トルクを低減すべく牽引制御へ移行する（ステップ１０８）。即ち、伝達トルクを低減することで、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７に加わる負荷が大きくなる牽引走行時にその過熱を抑制することができる。

尚、駆動力分配装置１２が牽引制御へ移行する前に、車両１が牽引走行中でないと判定した場合（ステップ１０２：ＮＯ）、及び車両１がスリップ状態であると判断した場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）には、カウンタｎをリセットする（ｎ＝０、ステップ１０９）。このように、ステップ１０９にてカウンタｎがリセットされるため、車両１が所定時間以上継続してスリップ状態にならずに牽引走行するような場合に、牽引制御へと移行するようになる。また、駆動力分配装置１２が牽引制御を行った後に、再び通常制御へ移行するためには、所定期間内にスリップ状態であった回数が、一定数以上であった場合に牽引制御から通常制御へ移行する。

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ＥＣＵ１１は、駆動力ＤＰ及び加速度ｇに基づいて車両１の牽引判定を行い（ステップ１０１）、牽引走行中である場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）には、車輪速差ΔＮに基づいて車両１のスリップ状態判定を行う（ステップ１０３）。そして、車両１がスリップ状態でない場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）には、カウンタｎが所定カウンタｎｔｈを超えるか否かを判定し、カウンタｎが所定カウンタｎｔｈを超える場合（ステップ１０５：ＹＥＳ）には、駆動力分配装置１２は、トルクカップリング１０の伝達トルクを低減、又は零とする牽引制御に移行する（ステップ１０８）。そのため、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７に加わる負荷が軽減され、ギヤの噛み合い摩擦が小さくなり、その過熱を抑制できる。

（２）駆動力ＤＰ及び加速度ｇを演算するために用いた、エンジントルクＴＲ，シフト位置信号ＳＰ及び車速Ｖは、例えばトラクションコントロールのように一般的な車両の制御に必要な情報であるため、牽引判定を行うに際して、牽引判定に必要な情報を取得するための特別な構成を車両１に付加せずに済む。

尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・本実施形態では、所定時間以上継続して、車両１がスリップ状態にならず牽引走行した場合に、ＥＣＵ１１は牽引制御を行ったが、車両１がスリップ状態であると判定されても、所定時間以上継続して、車両１が牽引走行していると判定された場合に、牽引制御を行ってもよい。

・本実施形態において、トランスアクスル３やリヤディファレンシャル７の回転数と、トルクカップリング１０の伝達トルクに基づいてこれら駆動伝達系の油温を推定し、該油温が所定温度以上になった場合に、ＥＣＵ１１が牽引制御を行うようにしてもよい。このようにすることで、より高精度に駆動伝達系の過熱を抑制することができる。

・本実施形態では、駆動力ＤＰ及び加速度ｇに基づいて車両１の牽引判定を行ったが、これに限らず、牽引走行中であることを示す牽引信号を入力して牽引判定を行ってもよい。例えば、被牽引物の後端部に設けられたブレーキランプを点灯させるための配線を接続したことを示す信号によって牽引判定を行ってもよい。

・本実施形態では、車輪速差ΔＮが所定車輪速差ΔＮｔｈを超えるか否かによって、車両１のスリップ状態判定を行ったが、これに限らず、車両１に加速度センサを設け、該加速度センサによって検出される加速度と、車輪速センサ１５ｆ，１５ｒに基づいて演算される加速度ｇとを比較してスリップ状態の判定をしてもよい。

・本実施形態では、本発明を、前輪９ｆを主駆動輪とする車両１の駆動力分配装置１２に具体化したが、後輪９ｒを主駆動輪とする車両の駆動力分配装置に具体化してもよい。

駆動力分配装置を備えた車両の概略構成図。 過熱抑制制御の処理手順を示すフローチャート。 牽引判定の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…車両、２…エンジン、３…トランスアクスル、５…プロペラシャフト、６…ピニオンシャフト、７…リヤディファレンシャル、９ｆ…前輪、９ｒ…後輪、１０…トルクカップリング、１１…ＥＣＵ、１２…駆動力配分装置、１４…電磁クラッチ、１５ｆ，１５ｒ…車輪速センサ、ＤＰ…駆動力、ｇ…加速度、θ…スロットル開度。

Claims (4)

1. 駆動源のトルクが常時伝達される主駆動輪と車両走行状態に応じてトルク伝達が遮断される補助駆動輪とを備えた４輪駆動車両の前記駆動源と前記補助駆動輪の間に設けられ、前記駆動源から前記補助駆動輪に伝達する伝達トルクを変更させることにより前記主駆動輪と前記補助駆動輪との間の駆動力分配を変更可能なトルクカップリングと、
   前記４輪駆動車両が牽引走行中であるか否かを判定する牽引判定手段と、
   前記牽引判定手段により前記４輪駆動車両が前記牽引走行中であると判定された場合には、前記伝達トルクを低減すべく前記トルクカップリングの作動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする駆動力分配装置。
2. 請求項１に記載の駆動力分配装置において、
   前記４輪駆動車両がスリップするスリップ状態であるか否かを判定するスリップ判定手段を備え、
   前記制御手段は、前記牽引判定手段により前記４輪駆動車両が牽引走行中であると判定され、且つ前記スリップ判定手段により前記スリップ状態でないと判定された場合には、前記伝達トルクを低減すべく前記トルクカップリングの作動を制御する、
   ことを特徴とする駆動力分配装置。
3. 請求項１又は２に記載の駆動力分配装置において、
   前記牽引判定手段は、前記トルクカップリングに入力される駆動力と前記４輪駆動車両の加速度に基づいて前記４輪駆動車両が牽引走行中であるか否かを判定する、
   ことを特徴とする駆動力分配装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の駆動力分配装置において、
   前記制御手段は、前記主駆動輪と前記補助駆動輪との差動回転およびスロットル開度に基づいてトルクカップリングの伝達トルクを演算するものであり、前記牽引判定手段により前記４輪駆動車両が前記牽引走行中であると判定された場合には、前記差動回転およびスロットル開度に基づいて演算された伝達トルクよりも低いトルクが前記補助駆動輪に伝達されるように前記トルクカップリングの作動を制御する、
   ことを特徴とする駆動力分配装置。

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