JP5310241B2 - 四輪駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、四輪駆動制御装置に関する。

従来、クラッチを介して電動モータで駆動される車輪がロールバックした時でも、クラッチの再締結を大きなショックがないように行い得る駆動制御装置が提案されている。この駆動制御装置では、運転者が指令する走行方向と、車輪の回転に応じて発生する電動モータの起電力とを比較して、指令する走行方向に対して車両が逆方向に移動しているか（すなわちロールバックしているか）を判断する。そして、駆動制御装置は、逆方向に移動している場合、電動モータが車両の走行方向側に回転した後にクラッチを締結させる。これにより、車両が逆方向に移動している最中にクラッチが締結されることなく、再締結時に大きなショックがないようにすることができる（特許文献１参照）。

特開２００５−７３４９９号公報

また、本件特許出願人は、クラッチ締結指令を出力し、電動機の回転数が目標回転数の±１５０ｒｐｍ以内の状態で５０ｍｓ継続した場合にクラッチが締結されたと判断し、四輪駆動トルク指令を出力する四輪駆動制御装置を開発している。

しかし、この四輪駆動制御装置では、実際にクラッチが締結されたにも拘わらず、電動機の回転数の振動などにより、クラッチの締結を判断するにあたり大きな判断遅れが生じる可能性があった。また、場合によっては、未だクラッチが締結されていないにも拘わらず、クラッチが締結したと判断してしまう可能性がある。特に、後者の場合、クラッチ締結指令から実際のクラッチ締結までの空走期間において四輪駆動トルク指令が出力されてしまい、クラッチ締結時に大きなショックが発生したり、トルク伝達の遅れや振動が発生してしまったりすることがあった。

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、クラッチ締結の判断にあたり、精度を向上することが可能な四輪駆動制御装置を提供することにある。

本発明の四輪駆動制御装置は、車両の主駆動輪を駆動する内燃機関と、前記内燃機関からの駆動力を動力源として発電する発電機と、前記発電機の発電電力が供給されることにより、副駆動輪の駆動力を発生する電動機と、を備え、前記電動機と前記副駆動輪間に設けられたクラッチを締結して二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行させると共に、前記クラッチを開放して四輪駆動状態から二輪駆動状態に移行させる四輪駆動制御装置であって、
前記副駆動輪の回転数を検出する副駆動輪回転数検出手段と、前記電動機の回転数を検出する電動機回転数検出手段と、ユーザから二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行させる指示があった場合、前記副駆動輪回転数検出手段により検出された前記副駆動輪の回転数から求められる目標回転数が前記電動機回転数検出手段により検出された前記電動機の回転数よりも高いときに、前記電動機の回転数を前記目標回転数に追従させる制御を実行し、実行後、前記電動機回転数検出手段により検出された前記電動機の回転数が、前記目標回転数以上となった場合に、前記クラッチを締結するクラッチ締結指令を出力すると共に、演算により求められるクラッチ反力が所定値以上となった場合、並びに、前記電動機の回転数が前記目標回転数以上となってから所定時間経過したと判断された場合に、クラッチ締結と判断する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、クラッチが締結した場合にクラッチ反力が高まることを利用して、クラッチ反力が所定値以上となった場合にクラッチ締結と判断するため、実際にクラッチが締結されたにも拘わらず、電動機の回転数の振動などにより、クラッチの締結を判断するにあたり大きな判断遅れが生じたり、未だクラッチが締結されていないにも拘わらず、クラッチが締結したと判断してしまったりする頻度を少なくすることができる。従って、クラッチ締結の判断にあたり、精度を向上することができる。

本発明の実施形態に係る四輪駆動制御装置を備えた四輪駆動車両の概略構成図である。 発電機の界磁電流駆動回路の構造を示す図である。 クラッチの締結前後におけるクラッチ反力を示す図である。 本実施形態に係る四輪駆動制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る四輪駆動制御装置を備えた四輪駆動車両の概略構成図である。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。図１に示すように、本実施形態に係る四輪駆動車両において、左右前輪１Ｌ、１Ｒは、内燃機関であるエンジン２によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒは、電動機であるモータ４によって駆動可能な従駆動輪である。

エンジン２の出力トルクＴｅは、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が設けられている。シフト位置検出手段３２は、検出したシフト位置信号を四輪駆動（以下、４ＷＤとも記す）コントローラ８に出力する。なお、４ＷＤコントローラ８は制御手段の一例に該当する。

また、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。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。

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。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。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、エンジン２には、吸気管路１４（例えばインテークマニホールド）が接続されている。この吸気管路には、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であるアクセルペダル１７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ものである。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。また、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ものである。ステップモータ１９の回転角は、モータコントローラ２０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、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、四輪駆動車両は、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。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３６及び４ＷＤコントローラ８に出力する。

制動コントローラ３６は、入力したブレーキストローク量に応じて、各車輪１Ｌ、１Ｒ、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、発電機７は、出力電圧Ｖを調整するための電圧調整器（レギュレータ）を備え、４ＷＤコントローラ８によって界磁電流Ｉｆｈが調整されることで、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。

電圧調整器は、４ＷＤコントローラ８から発電機制御指令ｃ１（界磁電流値）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を検出して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。

また、上記ジャンクションボックス１０内には電流センサが設けられ、電流センサは、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。

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、四輪駆動車両は、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（電動機回転数検出手段の一例）を備え、モータ用回転数センサは、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、上記クラッチ１２は、油圧クラッチや電磁クラッチであって、４ＷＤコントローラ８からのクラッチ制御指令に応じて締結状態又は解放状態となる。このクラッチ１２の締結により、四輪駆動制御装置は、四輪駆動車両を二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行させる。また、クラッチ１２を解放することにより、四輪駆動車両を四輪駆動状態から二
輪駆動状態に移行させる。

また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ（車速センサ２７ＲＬ，２７ＲＲは副駆動輪回転数検出手段の一例に該当）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。

図２は、発電機７の界磁電流駆動回路の構造を示す図である。この回路は、図２（ａ）に示すように、界磁電流電源として車両の１４Ｖバッテリ７ａのような定電圧電源と発電機自身の出力電圧とを選択する構成を適用し、界磁電流電源のプラス側を界磁コイル７ｂに繋げて、トランジスタ７ｃをスイッチングするように構成されている。

この場合、発電機出力がバッテリ電圧Ｖｂを下回っている状態では、他励領域となってバッテリ電圧Ｖｂが界磁コイル７ｂの電源となり、発電機出力が増加して出力電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂ以上となると、自励領域となって発電機の出力電圧Ｖｇが選ばれて界磁コイル７ｂの電源となる。即ち、界磁電流値を発電機の電源電圧により増大することができるので、大幅な発電機出力の増加が可能である。

なお、界磁電流駆動回路は、図２（ｂ）に示すように界磁電流電源として車両の１４Ｖバッテリ７ａのみ（他励領域のみ）を適用するようにしてもよい。

このような構成において、４ＷＤコントローラ８は、ユーザから二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行させる指示（例えばスイッチ操作）があった場合、車速センサ２７ＲＬ，２７ＲＲにより検出された副駆動輪の回転数から求められる目標回転数がモータ用回転数センサにより検出されたモータ４の回転数よりも高いか否かを判断する。なお、目標回転数は、車速センサ２７ＲＬ，２７ＲＲにより検出された副駆動輪の回転数をモータ軸変換することにより求められる。

そして、高いと判断した場合、４ＷＤコントローラ８は、モータ４の回転数を目標回転数に追従させるように上昇させる制御を実行する。その後、４ＷＤコントローラ８は、モータ回転数センサ２６により検出されたモータ４の回転数が、目標回転数以上となった場合に、クラッチ１２を締結するクラッチ締結指令を出力する。

次いで、４ＷＤコントローラ８は、クラッチ反力を算出する。この際、４ＷＤコントローラは、モータ４のロータ慣性とクラッチ慣性とをモータ軸換算したものの和、モータ４の回転角速度、及びモータトルクを含む演算式に基づいてクラッチ反力を算出する。

具体的に４ＷＤコントローラ８は、クラッチ反力Ｔｃｌｔを、Ｔｃｌｔ＝Ｊω−Ｔｍなる演算式から求める。ここで、Ｊは、モータ４のロータ慣性とクラッチ慣性とをモータ軸換算したものの和であり、ωはモータ４の回転角速度であり、Ｔｍはモータトルクである。なお、上記演算式は、Ｊω＝Ｔｍ＋Ｔｃｌｔなる運動方程式から導かれている。

４ＷＤコントローラ８は、上記の演算式からクラッチ反力を求める。そして、４ＷＤコントローラ８は、クラッチ反力が所定値以上となった場合に、クラッチ１２の締結が完了したと判断する。次に、４ＷＤコントローラ８は、四輪駆動トルク指令を出力する。

上記のように、クラッチ反力に基づいてクラッチ締結の完了を判断すると、従来のように電動機の回転数が目標回転数の±１５０ｒｐｍ以内の状態で５０ｍｓ継続した場合にクラッチ締結と判断するよりも、クラッチ１２の締結を判断するにあたり大きな判断遅れが
生じ難くなると共に、未だクラッチ１２が締結されていないにも拘わらず、クラッチ１２が締結したと判断してしまうことを防止できる。

図３は、クラッチ１２の締結前後におけるクラッチ反力を示す図である。まず、時刻０においてユーザから二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行させる指示があったとする。ここで、時刻０では、目標回転数に対し、モータ用回転数センサ２６により検出されたモータ４の回転数が低くなっている。このため、４ＷＤコントローラ８は、回転数制御トルク指令の値を上昇させ、モータ４の回転数を上昇させる制御を実行する。

そして、時刻Ｔ１においてモータ４の回転数が目標回転数に達したとする。このとき、４ＷＤコントローラ８は、クラッチ１２の締結指令を出力する。これにより、クラッチ１２は締結するが、クラッチ１２が締結されるまでのガタ空走区間というものが存在する。この区間においてクラッチ１２は完全に締結していない状態となる。

その後、時刻Ｔ２においてクラッチ１２のガタが詰まる（すなわちクラッチ１２が完全に締結する）。なお、モータ４の回転数は時刻Ｔ１〜Ｔ２のガタ空走区間においても上昇し、目標回転数を超えたオーバーシュート状態となっている。そして、時刻Ｔ２においてクラッチガタが詰まると、モータ４の回転エネルギはドライブシャフト弾性エネルギに変換されることとなる。これにより、モータ回転数は低下して目標回転数に近づくこととなる。

さらに、時刻Ｔ２においてクラッチガタが詰まることにより、クラッチ反力が上昇することとなる。クラッチ反力は、上記した関係式の通りであり、クラッチ１２が完全に締結してクラッチガタが詰まったことにより強くなっていく。すなわち、クラッチ反力の上昇はクラッチ１２の完全な締結を意味しており、クラッチ反力に基づいてクラッチ１２の締結を判断することで、クラッチ１２の締結を判断するにあたり大きな判断遅れが生じ難くなると共に、未だクラッチ１２が締結されていないにも拘わらず、クラッチ１２が締結したと判断してしまうことを防止できる。

また、クラッチ１２の締結後に四輪駆動トルク指令を出力することで、空走区間において四輪駆動トルク指令が出力されてしまい、クラッチ締結時に大きなショックが発生したり、トルク伝達の遅れや振動が発生してしまったりすることを防止できる。

図４は、本実施形態に係る四輪駆動制御装置の動作を示すフローチャートである。図４に示すように、４ＷＤコントローラ８は、ユーザから二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行させる指示があったか否かを判断する（Ｓ１）。四輪駆動状態に移行させる指示がなかったと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、四輪駆動状態に移行させる指示があったと判断されるまで、この処理を繰り返す。

四輪駆動状態に移行させる指示があったと判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、４ＷＤコントローラ８は、モータ回転数センサ２６により検出されたモータ４の回転数が、目標回転数以上であるか否かを判断する（Ｓ２）。モータ４の回転数が目標回転数以上でないと判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、４ＷＤコントローラ８はモータ４の回転数を上昇させる回転数制御を行う（Ｓ３）。その後、処理はステップＳ２に移行する。

一方、モータ４の回転数が目標回転数以上であると判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、４ＷＤコントローラ８はクラッチ１２の締結指令を出力する（Ｓ４）。そして、４ＷＤコントローラ８は、タイマをスタートさせる（Ｓ５）。

次いで、４ＷＤコントローラ８はクラッチ反力を演算する（Ｓ６）。このクラッチ反力
は上記した演算式により求められる。そして、４ＷＤコントローラ８はステップＳ６において演算したクラッチ反力が所定値以上であるか否かを判断する（Ｓ７）。所定値以上であると判断した場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、４ＷＤコントローラ８は、クラッチ１２の締結完了と判断し、処理はステップＳ９に移行する。

所定値以上でないと判断した場合（Ｓ７：ＮＯ）、４ＷＤコントローラ８は、タイムアウトか否かを判断する（Ｓ８）。タイムアウトでないと判断した場合（Ｓ８：ＮＯ）、処理はステップＳ６に移行する。一方、タイムアウトであると判断した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、４ＷＤコントローラ８はクラッチ１２の締結完了と判断し、処理はステップＳ９に移行する。このように、本実施形態ではステップＳ４においてクラッチ１２の締結指令を出力してから、所定時間（締結指令出力から締結完了までの充分な時間）経過したか否かを判断し、所定時間経過している場合には、クラッチ反力の演算が失敗であり、既にクラッチ１２の締結が完了していると判断して、処理をステップＳ９に進めることとなる。これにより、クラッチ締結を判断するにあたり、既に締結完了にも関わらず大幅に遅れて締結と判断してしまう事態や、永久的に締結を判断できなくなってしまう事態を防止することができる。

ステップＳ９において４ＷＤコントローラ８は、四輪駆動トルク指令を出力する（Ｓ９）。そして、図４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制御装置によれば、クラッチ１２が締結した場合にクラッチ反力が高まることを利用して、クラッチ反力が所定値以上となった場合にクラッチ締結と判断するため、実際にクラッチ１２が締結されたにも拘わらず、モータ４の回転数の振動などにより、クラッチ１２の締結を判断するにあたり大きな判断遅れが生じたり、未だクラッチ１２が締結されていないにも拘わらず、クラッチ１２が締結したと判断してしまったりする頻度を少なくすることができる。従って、クラッチ締結の判断にあたり、精度を向上することができる。

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。

２…エンジン（内燃機関）
４…モータ（電動機）
７…発電機
８…４ＷＤコントローラ（制御手段）
１２…クラッチ
２７ＲＬ、２７ＲＲ…車輪速センサ（副駆動輪回転数検出手段）

Claims (3)

1. 車両の主駆動輪を駆動する内燃機関と、
   前記内燃機関からの駆動力を動力源として発電する発電機と、
   前記発電機の発電電力が供給されることにより、副駆動輪の駆動力を発生する電動機と、を備え、前記電動機と前記副駆動輪間に設けられたクラッチを締結して二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行させると共に、前記クラッチを開放して四輪駆動状態から二輪駆動状態に移行させる四輪駆動制御装置であって、
   前記副駆動輪の回転数を検出する副駆動輪回転数検出手段と、
   前記電動機の回転数を検出する電動機回転数検出手段と、
   ユーザから二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行させる指示があった場合、前記副駆動輪回転数検出手段により検出された前記副駆動輪の回転数から求められる目標回転数が前記電動機回転数検出手段により検出された前記電動機の回転数よりも高いときに、前記電動機の回転数を前記目標回転数に追従させる制御を実行し、実行後、前記電動機回転数検出手段により検出された前記電動機の回転数が、前記目標回転数以上となった場合に、前記クラッチを締結するクラッチ締結指令を出力すると共に、演算により求められるクラッチ反力が所定値以上となった場合、並びに、前記電動機の回転数が前記目標回転数以上となってから所定時間経過したと判断された場合に、クラッチ締結と判断する制御手段と、
   を備えることを特徴とする四輪駆動制御装置。
2. 前記制御手段は、前記電動機のロータ慣性とクラッチ慣性とを電動機軸換算したものの和、電動機回転角速度、及び電動機トルクを含む演算式に基づいてクラッチ反力を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の四輪駆動制御装置。
3. 前記制御手段は、クラッチ締結と判断した場合、四輪駆動トルク指令を出力する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の四輪駆動制御装置。

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