JP5195522B2 - 四輪駆動車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、四輪駆動車両の駆動力制御装置に関する。

従来、主駆動輪を内燃機関（例えばエンジン）によって駆動し、従駆動輪を電動機（モータ）で駆動可能とした四輪駆動車両の駆動力制御装置が知られている。また、エンジンで発電機を駆動し、発電機によって生じた電力をモータに供給するようにしたバッテリレス四輪駆動車両の駆動力制御装置が知られている。（特許文献１参照）。

特開２００４−１０４８４５号公報

しかし、従来の四輪駆動車両の駆動力制御装置において、自動車がプロペラシャフトを有する機械式の４ＷＤ（4 wheel drive）である場合、車両停止時にトランスミッション
のギア比を最Ｌｏｗまで変速できない場合がある。例えば、ベルト式ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）車両でＡＢＳ（Antilock Brake System）作動のまま停止し
た場合や、砂地に突入して停止した場合には、トランスミッションのギア比を最Ｌｏｗまで変速できない。そして、このような場合、ギア比を最Ｌｏｗまで変速できていないことから、駆動力が小さくなり、発進性が低下してしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、発進性の向上を図ることが可能な四輪駆動車両の駆動力制御装置を提供することにある。

本発明の四輪駆動車両の駆動力制御装置は、主駆動輪を内燃機関で駆動すると共に、従駆動輪を電動機で駆動可能とし、前記内燃機関で発電機を駆動して、発電された電力を前記電動機に供給するようにした四輪駆動車両の駆動力制御装置であって、前記内燃機関での発生トルクをトランスミッションを介して主駆動輪で出力した場合の第１駆動力と、前記内燃機関での発生トルクにより発電機で発電を行い、発電された電力によりモータを駆動させたときの発生トルクを従駆動輪で出力した場合の第２駆動力とのうち、どちらの駆動力が大きくなるかを判断する判断手段と、前記判断手段による判断結果に基づいて駆動力調整を行う駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関での発生トルクをトランスミッションを介して主駆動輪で出力した場合の第１駆動力と、内燃機関での発生トルクにより発電機で発電を行い、発電された電力によりモータを駆動させたときの発生トルクを従駆動輪で出力した場合の第２駆動力とのうち、どちらの駆動力が大きくなるかを判断し、判断結果に基づいて駆動力調整を行う。このため、主駆動輪と従駆動輪との駆動力の最適化を行うことが可能となり、発進性の向上を図ることができる。

本実施形態の四輪駆動車両の駆動力制御装置を含む四輪駆動車両を示すブロック図である。 図１に示した４ＷＤコントローラの内部構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る四輪駆動車両の駆動制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の四輪駆動車両の駆動力制御装置を含む四輪駆動車両を示すブロック図である。図１に示す四輪駆動車両は、主駆動輪１Ｌ、１Ｒを内燃機関であるエンジン２で駆動すると共に、従駆動輪３Ｌ、３Ｒを電動機であるモータ４で駆動可能とし、エンジン２で発電機７を駆動して、発電された電力をモータ４に供給するようにしたものである。このような四輪駆動車両の駆動制御装置は、概略的に、エンジン２、モータ４、無端ベルト６、発電機７、四輪駆動コントローラ８、電線９、減速機１１、クラッチ１２、トランスミッション３０、及びディファレンスギア３１を備えている。

エンジン２は、その出力トルクＴｅを、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に伝達し、主駆動輪１Ｌ、１Ｒを駆動するものである。また、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が設けられ、該シフト位置検出手段は、検出したシフト位置信号を四輪駆動コントローラ８（以下４ＷＤコントローラ８という）に出力する。

無端ベルト６は、エンジン２の回転トルクＴｅの一部を発電機７に伝達するものである。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で回転し、４ＷＤコントローラ８によって調整される界磁電流Ｉｆｈに応じて、エンジン２に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた電圧を発電するものである。

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。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。

上記エンジン２の吸気管路（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とサブスロットルバルブが介装されている。メインスロットルバルブは、アクセル開度指示装置であるアクセルペダルの踏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は、アクセルペダルの踏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の踏込み量検出値に応じて、エンジンコントローラ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の踏込み量検出値は、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は、ステップモータ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の回転角は、モータコントローラ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のスロットル開度をメインスロットルバルブ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、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Ｔｍが調整される。さらに、４ＷＤコ
ントローラ８は、シフトレバーの状態を検出するシフト信号、二輪駆動と四輪駆動とを切り替え可能な４ＷＤスイッチ（ＳＷ）からの信号、及び、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの車輪速を検出する車輪速センサからの信号を入力する構成となっている。

図２は、図１に示した４ＷＤコントローラ８の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、４ＷＤコントローラ８は、判断部（判断手段）８ａと、駆動力制御部（駆動力制御手段）８ｂと、路面摩擦推定部（路面摩擦推定手段）８ｃと、荷重推定部（荷重推定手段）８ｄと、空転判断部（空転判断手段）８ｅとを備えている。

判断部８ａは、エンジン２での発生トルクＴｅをトランスミッション３０を介して主駆動輪１Ｌ、１Ｒで出力した場合の第１駆動力と、エンジン２での発生トルクＴｅにより発電機７で発電を行い、発電された電力によりモータ４を駆動させたときの発生トルクを従駆動輪３Ｌ、３Ｒで出力した場合の第２駆動力とのうち、どちらの駆動力が大きくなるかを判断するものである。駆動力制御部８ｂは、判断部８ａによる判断結果に基づいて駆動力調整を行うものである。

また、路面摩擦推定部８ｃは、路面摩擦係数を推定するものである。この路面摩擦推定部８ｃは、例えば自車両の速度やブレーキ状態などから路面摩擦係数を推定する。また、路面摩擦推定部８ｃは、単に天気や気温の情報により路面が凍っているか、濡れているか、乾いているかなどを推定して、路面摩擦係数を推定してもよいし、自車両が走行する道路が舗装道路であるか砂利道であるかなどの情報をナビゲーション装置等から取得して、路面摩擦係数を推定してもよい。

荷重推定部８ｄは、主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの荷重を推定するものである。この荷重推定部８ｄは、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒに設けられた荷重センサからの信号に基づいて主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの荷重を推定してもよいし、車体重量を予め記憶し、車体重量と自車両の傾きなどから、主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの荷重を推定してもよい。

空転判断部８ｅは、主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの空転を判断するものである。この空転判断部８ｅは、例えばアクセルの踏み込み量を示す信号と、車輪速センサからの車輪速の信号とから、主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの空転を判断する。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る四輪駆動車両の駆動制御装置の動作について説明する。図３は、本実施形態に係る四輪駆動車両の駆動制御装置の動作を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず空転判断部８ｅは、スタック（主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒが空転する状態）しているか否かを判断する（Ｓ１）。ここで、空転判断部８ｅは、アクセル開度ＡＰＯ＜α（第１所定値）、前輪車輪速Ｖｗｆ＞β（第２所定値）、且つ、後輪車輪速Ｖｗｒ＞β（第２所定値）であるか否かを判断する。そして、上記のいずれか１つでも満たさない場合、空転判断部８ｅは、スタックしていないと判断する（Ｓ１：ＮＯ）。その後、図３に示す処理は終了する。すなわち、図３に示す処理を実行することなく、通常の駆動力制御の処理を実行することとなる。

一方、上記の全てを満たし、スタックしていると判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、判断部８ａは、第２駆動力が第１駆動力よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２）。この際、判断部８ａは、以下のようにして第２駆動力が第１駆動力よりも大きいか否かを判断する。

まず、後輪駆動力をＦｒとした場合、Ｆｒ×Ｒａ＝Ｔｍ×Ｇｄｅｆ＝Ｎｅ×Ｒｐ×ＲＯＨ×Ｇｄｅｆ／Ｎｍ×Ｔｇｐの式が成立する。また、前輪駆動力をＦｆとした場合、Ｆｆ×Ｒａ＝Ｔｒｔｏ×Ｇｔｍ×Ｇｆｇ×Ｒｐ×Ｔｇｐの式が成立する。なお、Ｒａはタイヤ動半径であり、Ｔｍはモータトルクであり、Ｇｄｅｆは後部減速機ギア比であり、Ｎｅはエンジン回転数であり、Ｒｐはジェネレータプーリ比である。また、ＲＯＨは総合効率であり、Ｎｍはモータ回転数であり、Ｔｒｔｏはトルクコンバータトルク比であり、Ｇｔｍはトランスミッションギア比であり、Ｇｆｇはファイナルギア比である。

ここで、第２駆動力が第１駆動力よりも大きい場合とは、Ｆｒ＞Ｆｆとなる場合である。このため、上記の２式から、Ｎｅ×ＲＯＨ×Ｇｄｅｆ／Ｎｍ＞Ｔｒｔｏ×Ｇｔｍ×Ｇｆｇが成立する場合、第２駆動力が第１駆動力よりも大きくなるといえる。そして、第２駆動力が第１駆動力よりも大きくなる場合は、発電機７で発電し、モータ４により駆動力を得た方が効率がよいといえる。

そして、第２駆動力が第１駆動力よりも大きいと判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、すなわち従駆動輪３Ｌ、３Ｒの駆動力を大きくした方が全体の駆動力が高まると判断できる場合、駆動力制御部８ｂは、モータ４のトルクＴｍをＴｍ＋ΔＴｍ１とする。これにより、従駆動輪３Ｌ、３Ｒの駆動力を高めることとなる。さらに、駆動力制御部８ｂは、モータ４のトルクＴｍの増加分に合わせてエンジン２のトルクを減少させる。そして、処理はステップＳ５に移行する。なお、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判断される場合とは、トランスミッション３０のギア比Ｇｔｍが小さい場合、発電機７とモータ４との効率（総合効率）ＲＯＨが大きい場合、後部減速機ギア比Ｇｄｅｆが大きい場合などである。

第２駆動力が第１駆動力よりも大きくないと判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、すなわち主駆動輪１Ｌ、１Ｒの駆動力を大きくした方が全体の駆動力が高まると判断できる場合、駆動力制御部８ｂは、モータ４のトルクＴｍをＴｍ−ΔＴｍ２とする。これにより、従駆動輪３Ｌ、３Ｒの駆動力を低めることとなる。さらに、駆動力制御部８ｂは、モータ４のトルクＴｍの減少分に合わせてエンジン２のトルクを増加させる。そして、処理はステップＳ５に移行する。なお、ステップＳ２で「ＮＯ」と判断される場合とは、トランスミッション３０のギア比Ｇｔｍが大きい場合、発電機７とモータ４との効率（総合効率）ＲＯＨが小さい場合、後部減速機ギア比Ｇｄｅｆが小さい場合などである。

なお、ステップＳ２においては、第２駆動力が第１駆動力よりも大きいか否かを判断しているが、逆に第１駆動力が第２駆動力よりも大きいか否かを判断してもよい。そして、第１駆動力が第２駆動力よりも大きいと判断できる場合にステップＳ３の処理を実行し、第１駆動力が第２駆動力よりも大きくないと判断できる場合にステップＳ４の処理を実行するようにしてもよい。さらに、ステップＳ３及びステップＳ４の処理では、モータ４のトルクを調整しているが、エンジン２のトルクを調整するようにしてもよい。

ステップＳ５において駆動力制御部８ｂは、主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの駆動力が路面伝達限界を超えないように駆動力を制限する（Ｓ５）。この処理において、駆動力制御部８ｂは、路面摩擦推定部８ｃにより推定された路面摩擦係数の情報と、荷重推定部８ｄによって推定された主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの荷重に基づいて、路面伝達限界を求める。そして、駆動力制御部８ｂは、ステップＳ３及びステップ４で調整したトルクから、路面伝達限界を超えるか否かを判断し、超える場合には駆動力を制限することとなる。

次いで、空転判断部８ｅは、従駆動輪３Ｌ、３Ｒが空転しているか否かを判断する（Ｓ６）。すなわち、空転判断部８ｅは、ステップＳ３からステップＳ５の処理においてトルクを調整したものの、未だスタック状態が解消しているか否かを判断することとなる。そ
して、従駆動輪３Ｌ、３Ｒが空転していると判断した場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、駆動力制御部８ｂは、モータトルクＴｍを従駆動輪３Ｌ、３Ｒが空転しないトルクＴＭ＿ｚとする（Ｓ７）。その後、処理はステップＳ９に移行する。なお、ステップＳ７の処理において駆動力制御部８ｂは、主駆動輪１Ｌ、１Ｒのトルクについても調整することとなる。

他方、従駆動輪３Ｌ、３Ｒが空転していないと判断した場合（Ｓ６：ＮＯ）、駆動力制御部８ｂは、モータトルクＴｍをそのままとし（Ｓ８）、処理はステップＳ９に移行する。なお、ステップＳ６においては、従駆動輪３Ｌ、３Ｒが空転しているか否かを判断しているが、これに限らず、主駆動輪１Ｌ、１Ｒが空転しているか否かを判断するようにしてもよいし、ステップＳ６の処理に加えて主駆動輪１Ｌ、１Ｒが空転しているか否かを判断するようにしてもよい。そして、主駆動輪１Ｌ、１Ｒが空転しているか否かを判断した後に、ステップＳ７及びステップＳ８の処理と同様にトルクを調整することとなる。

ステップＳ９において駆動力制御部８ｂは、エンスト調整処理を実行する（Ｓ９）。この処理において駆動力制御部８ｂは、エンジン２が停止しないように駆動力調整を行う。この場合、駆動力制御部８ｂは、エンストリミッタトルクＴｅｎｇＬと、ベルト保護正弦Ｔｂｅｌｔの値に基づいて、駆動力調整を行うこととなる。その後、図３に示す処理は終了する。

このようにして、本実施形態に係る四輪駆動車両の駆動制御装置によれば、エンジン２での発生トルクをトランスミッション３０を介して主駆動輪１Ｌ、１Ｒで出力した場合の第１駆動力と、エンジン２での発生トルクにより発電機７で発電を行い、発電された電力によりモータ４を駆動させたときの発生トルクを従駆動輪３Ｌ、３Ｒで出力した場合の第２駆動力とのうち、どちらの駆動力が大きくなるかを判断し、判断結果に基づいて駆動力調整を行う。このため、主駆動輪１Ｌ、１Ｒと従駆動輪３Ｌ、３Ｒとの駆動力の最適化を行うことが可能となり、発進性の向上を図ることができる。

また、路面摩擦係数と、推定された主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの荷重とに基づいて、主駆動輪１Ｌ、１Ｒと従駆動輪３Ｌ、３Ｒとの駆動力が路面伝達限界を超えないように制限するため、駆動輪の空転による駆動力の減少等を回避することができる。

また、主駆動輪１Ｌ、１Ｒ及び従駆動輪３Ｌ、３Ｒの少なくとも一方が空転している場合、空転している駆動輪について駆動力を減少させるため、例え空転が発生したとしても、駆動力を抑えて空転を防止し、発進性を向上させることができる。

また、エンジン２が停止しないように駆動力調整を行うため、所謂エンストが防止されることとなり、発進性を向上させることができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

１Ｌ、１Ｒ…主駆動輪
２…エンジン（内燃機関）
３Ｌ、３Ｒ…従駆動輪
４…モータ（電動機）
６…無端ベルト
７…発電機
８…四輪駆動コントローラ
８ａ…判断部（判断手段）
８ｂ…駆動力制御部（駆動力制御手段）
８ｃ…路面摩擦推定部（路面摩擦推定手段）
８ｄ…荷重推定部（荷重推定手段）
８ｅ…空転判断部（空転判断手段）
９…電線
１１…減速機
１２…クラッチ
３０…トランスミッション
３１…ディファレンスギア

Claims (4)

1. 主駆動輪を内燃機関で駆動すると共に、従駆動輪を電動機で駆動可能とし、前記内燃機関で発電機を駆動して、発電された電力を前記電動機に供給するようにした四輪駆動車両の駆動力制御装置であって、
   前記内燃機関での発生トルクをトランスミッションを介して主駆動輪で出力した場合の第１駆動力と、前記内燃機関での発生トルクにより発電機で発電を行い、発電された電力によりモータを駆動させたときの発生トルクを従駆動輪で出力した場合の第２駆動力とのうち、どちらの駆動力が大きくなるかを判断する判断手段と、
   前記判断手段による判断結果に基づいて駆動力調整を行う駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とする四輪駆動車両の駆動力制御装置。
2. 路面摩擦係数を推定する路面摩擦推定手段と、
   主駆動輪及び従駆動輪の荷重を推定する荷重推定手段と、をさらに備え、
   前記駆動制御手段は、前記路面摩擦推定手段により推定された路面摩擦係数と、前記荷重推定手段により推定された荷重とに基づいて、主駆動輪と従駆動輪との駆動力が路面伝達限界を超えないように制限する
   ことを特徴とする請求項１に記載の四輪駆動車両の駆動力制御装置。
3. 主駆動輪及び従駆動輪の空転を判断する空転判断手段をさらに備え、
   前記駆動制御手段は、前記主駆動輪及び従駆動輪の少なくとも一方が空転している場合、空転している駆動輪について駆動力を減少させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の四輪駆動車両の駆動力制御装置。
4. 前記駆動制御手段は、内燃機関が停止しないように駆動力調整を行う
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の四輪駆動車両の駆動力制御装置。

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