JP5685429B2 - 全輪駆動車の駆動力配分制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の走行モードから所望のモードを選択可能な全輪駆動車の駆動力配分制御装置に関する。

従来より、車両に搭載されるパワートレインにおいては、燃費向上を重視した走行やスポーツ性を重視した走行等を実現する複数の走行モードを備え、これらの複数の走行モードの中からドライバが所望するモードを選択可能とする技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、ドライバのアクセル開度に対して出力トルクが略リニアに変化するモードと、出力トルクをセーブしてイージードライブ性と低燃費性との双方を両立させるモードと、エンジンの低回転域から高回転域までレスポンスに優れる出力特性を実現したパワー重視のモードとを備え、センターコンソールに設けられているスイッチを操作することでドライバの好みに応じた運転モードを選択可能とした技術が開示されている。

特許第３８７２５０７号公報

ところで、複数の走行モードから所望のモードを選択可能な車両が前後輪にトランスファクラッチを介して駆動力を配分する全輪駆動車である場合、トランスファクラッチの締結トルクは、入力トルクと車両の走行状態とに基づいて決定され、各走行モード間では特に差がない。このため、走行モードに拘らず、同じような前後駆動力配分で同じような走行状態となる場合があり、ドライバが走行モード毎の特性差を実感的に認知することが困難となって車両の商品性をより向上させる上での支障となっている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、全輪駆動車における複数の走行モード毎の特性差をドライバが容易に認知することを可能とし、車両の商品性をより向上することのできる全輪駆動車の駆動力配分制御装置を提供することを目的としている。

本発明による全輪駆動車の駆動力配分制御装置は、前輪と後輪とにトランスファクラッチを介して駆動力を配分すると共に、アクセル操作に対するパワートレインの駆動力特性が異なる複数の走行モードから所望のモードを選択可能な全輪駆動車の駆動力配分制御装置であって、選択されている現在の走行モードを判定するモード判定部と、上記トランスファクラッチの締結トルクを設定する締結トルク設定部とを備え、上記締結トルク設定部は、上記トランスファクラッチの締結トルクを算出する際のゲインを上記モード判定部で判定した走行モードに応じて設定するゲイン設定部を有することを特徴とする。

本発明によれば、全輪駆動車における複数の走行モード毎の特性差をドライバが容易に認知することが可能となり、車両の商品性をより向上することができる。

車両のパワートレイン系の構成図 走行モード毎の駆動力特性を示すマップの概念図 締結トルクゲイン設定ルーチンのフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
先ず、車両のパワートレイン系について説明する。図１において、符号１は車両前部に配置されるエンジンを示し、本実施の形態においては、エンジン１の駆動力が前輪と後輪とに可変配分される全輪駆動（AWD；all-wheel drive）車に適用される。

具体的には、エンジン１の駆動力は、エンジン１後方の自動変速装置（トルクコンバータ等も含む）２からトランスミッション出力軸２ａを経てトランスファ３に伝達される。更に、トランスファ３に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸４、プロペラシャフト５、ドライブピニオン軸部６を介して後輪終減速装置７に入力される一方、トランスファドライブギヤ８、トランスファドリブンギヤ９、フロントドライブ軸１０を介して前輪終減速装置１１に入力される。

後輪終減速装置７に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸１３ＲＬを経て左後輪１４ＲＬに伝達され、後輪右ドライブ軸１３ＲＲを経て右後輪１４ＲＲに伝達される。また、前輪終減速装置１１に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸１３ＦＬを経て左前輪１４ＦＬに伝達され、前輪右ドライブ軸１３ＦＲを経て右前輪１４ＦＲに伝達される。

ここで、自動変速装置２、トランスファ３、及び前輪終減速装置１１等は、一体的にケース１２内に設けられている。トランスファ３は、ケース１２内の後方に設けられ、本実施の形態においては、トランスファ３として、先に本出願人が提案した特開２００９−１４３２９５号公報に開示の動力分配機構を用いている。

すなわち、トランスファ３は、前輪クラッチ１６ａと後輪クラッチ１６ｂとの２つにクラッチを有するトランスファクラッチ１６と、このトランスファクラッチ１６の締結力を可変するアクチュエータ１７とにより構成されており、これらのクラッチ１６ａ，１６ｂを介してフロントドライブ軸１０とリヤドライブ軸４とに動力が伝達される。

前輪クラッチ１６ａは、トランスミッション出力軸２ａに取り付けられるクラッチハブと、トランスファドライブギヤ８に取り付けられるクラッチドラムとを有するトルク伝達容量可変型クラッチとしての湿式多板クラッチである。この前輪クラッチ１６ａは、前輪クラッチ１６ａと後輪クラッチ１６ｂとの間に設けられたアクチュエータ１７のピストン１７ａによって押圧・締結され、トランスミッション出力軸２ａからトランスファドライブギヤ８を介してフロントドライブ軸１０へ動力を伝達する。

後輪クラッチ１６ｂは、トランスミッション出力軸２ａに取り付けられるクラッチハブと、リヤドライブ軸４に取り付けられるクラッチドラムとを有するトルク伝達容量可変型クラッチとしての湿式多板クラッチである。この後輪クラッチ１６ｂは、押圧部材１９を介してバネ部材１８の付勢力によって締結され、トランスミッション出力軸２ａからトランスファドライブギヤ８を介してリヤドライブ軸４に動力を伝達する。

また、前輪クラッチ１６ａと後輪クラッチ１６ｂとの間に設けられるアクチュエータ１７は、ピストン１７ａと、このピストン１７ａが軸方向に摺動自在に組み付けられるシリンダ１７ｂとによって構成される油圧アクチュエータであり、ピストン１７ａとシリンダ１７ｂとの間に形成される油圧室に油圧が供給されると、ピストン１７ａとシリンダ１７ｂとが相互に離反する相反方向に駆動される。このとき、シリンダ１７ｂは、押圧部材１９を介してバネ部材１８の付勢力に抗して後輪クラッチ１６ｂを開放する方向に駆動し、ピストン１７ａは、前輪クラッチ１６ａを締結する方向に駆動する。

油圧室の圧力が解除されると、シリンダ１７ｂとピストン１７ａとは相互に接近する方向に駆動され、ピストン１７ａは前輪クラッチ１６ａから離れる方向に移動して前輪クラッチ１６ａがスリップ状態を経て開放状態になる。一方、シリンダ１７ｂは後輪クラッチ１６ｂから離れる方向に移動し、バネ部材１８の付勢力により後輪クラッチ１６ｂはスリップ状態を経て締結状態となる。

従って、トランスファクラッチ１６の１つの油圧室により、前輪クラッチ１６ａと後輪クラッチ１６ｂとの両方を同時に連続的に切り換えることができる。すなわち、トランスファクラッチ１６の締結トルクを制御することで、前後輪のトルク配分を、前輪偏重の配分比から後輪偏重の配分比まで可変制御することが可能となっている。

次に、車両のパワートレインを制御する電子制御系について説明する。パワートレインの制御系は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車内ＬＡＮ１００に接続される複数の制御ユニットによって構成され、これらの制御ユニットを介した協調制御によりエンジン１及び自動変速装置２が制御される。複数の制御ユニットは、エンジン１を制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０、自動変速装置２を制御するトランスミッション制御ユニット（ＴＣＵ）６０、車両挙動を制御するビークルダイナミクス制御（VDC;Vehicle Dynamics Control）ユニット７０、複数の駆動力特性モードから所望のモードを選択するドライバの操作入力に対する処理及びマルチファンクションディスプレイ等のメータ類への表示制御を行うメータ制御ユニット８０によって代表される。

ここで、本実施の形態における全輪駆動車は、ドライバが選択可能な走行モードとして、アクセル操作に対するパワートレインの駆動力特性が異なる複数のモードを備えている。複数の走行モードとしては、アクセル開度に対して出力トルクが略リニアに変化するノーマルモードと、エンジントルクをセーブしてイージードライブ性と低燃費性との双方を両立させるセーブモードと、エンジンの低回転域から高回転域までレスポンスに優れる出力特性を実現するパワー重視のスポーツモードとが備えられており、これらのモードの中からドライバが好みに応じて所望するモードを選択すると、選択した走行モードに応じた駆動力特性への制御と、選択した走行モードに応じて前後駆動力配分を変更する制御とが同時に実施される。

走行モードに応じた駆動力特性への制御は、センターコンソール等に設けられている走行モード切換スイッチ８１をドライバが操作すると、この操作入力がモード判定部としての機能を有するメータ制御ユニット８０で判定され、ＥＣＵ５０によるエンジン１の制御及びＴＣＵ６０による自動変速装置２の制御として実行される。尚、このとき、メータ制御ユニット８０は、選択された走行モードの特性情報や燃費情報等に関する表示制御を行う。

ＥＣＵ５０は、各走行モード毎のエンジン出力特性を示すマップとして、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、アクセル開度θａｃｃとエンジン回転数Ｎｅとを格子軸とし、各格子点にエンジン出力指示値（目標トルク）を格納したマップＭｐｅ１，Ｍｐｅ２，Ｍｐｅ３を保有しており、これらの３種類のマップを走行モードに応じて選択する。そして、ＥＣＵ５０は、選択したモードマップと各センサ類からの検出信号等に基いて、エンジンの燃料噴射タイミング及び燃料噴射パルス幅を設定すると共に、電子制御スロットル装置（図示せず）を介してエンジンのスロットル開度を制御する。

図２（ａ）に示すマップＭｐｅ１は、ノーマルモードの場合に選択されるマップであり、アクセル開度θａｃｃが比較的小さい領域で目標トルクがリニアに変化し、スロットル開度が全開付近で最大目標トルクとなるように設定されている。また、図２（ｂ）に示すマップＭｐｅ２は、セーブモードの場合に選択されるマップであり、ノーマルモードのマップＭｐｅ１に比し、目標トルクの上昇が抑えられ、アクセルペダルを全踏してもスロットル全開とせず、相対的にアクセルペダルの踏み込みに対してスロットル開度変化がノーマルモードよりも小さくなる特性に設定されている。

従って、セーブモードでは、ノーマルモードと同じアクセルペダルの踏み込み量であってもスロットル開度が小さく、出力トルクの上昇が抑制される。その結果、セーブモードのマップＭｐｅ２に基づき出力トルクを抑制した走行を行うことで、アクセルペダルを思い切り踏み込む等のアクセルワークを楽しむことができる。さらに、目標トルクの上昇が抑えられているため、イージードライブ性と低燃費性との双方をバランス良く両立させることができ、例えば、３リッタエンジンを搭載する車両であっても、２リッタエンジン相当の十分な出力を確保しながらスムーズな出力特性とし、特に街中等の実用領域における扱いやすさを重視した目標トルクが設定される。

また、図２（ｃ）に示すマップＭｐｅ３は、パワーモードの場合に選択されるマップであり、略全運転領域でアクセル開度の変化に対する目標トルクの変化率が大きく設定されている。従って、例えば、３リッタエンジンを搭載する車両であれば、３リッタエンジンの有するポテンシャルを最大限に発揮できるような目標トルクが設定される。

また、ＴＣＵ６０は、ノーマルモード、セーブモード、スポーツモードのマップＭｐｅ１〜Ｍｐｅ３にそれぞれ適合した変速特性にて自動変速装置２の変速特性を制御するための３種類の変速用マップを保有している。ＴＣＵ６０は、走行モードに応じて変速用マップを選択し、選択した変速用マップと各センサ類からの検出信号等に基いて、自動変速装置２の油圧回路に供給する各油圧の制御を通じて、自動変速装置２のロックアップ制御やシフトアップポイントの変更等を行う。

一方、走行モードに応じて前後駆動力配分を変更する制御は、本実施の形態においては旋回走行時のトランスファクラッチ１６の締結トルクを、走行モードに応じて異なる値に設定する制御として実施される。具体的には、前後輪のトルク配分は、トランスファクラッチ１６に供給する油圧を、複数のソレノイドバルブ等を擁した油圧回路で構成されるトランスファ駆動部６１を介してＴＣＵ６０が制御し、トランスファクラッチ１６の締結トルクを可変することで決定される。従って、ＴＣＵ６０の締結トルク設定部としての機能により締結トルクを演算する際に、ゲイン設定部としての更なる機能により走行モード毎に異なる値のゲインを設定し、旋回走行中の前後駆動力配分を走行モード間で異なる配分とする。

トランスファクラッチ１６の締結トルクＴｃは、以下に示すように、アクセル開度とエンジン回転数とから推定されるエンジントルクに変速比を乗算して得られる入力トルクＴｉや車両挙動から算出されるトルクＴｍに基いて算出されるトルクＴ(Ti,Tm)に、所定のゲインＧを乗算して算出される。車両挙動は、ＶＤＣユニット７０に入力される各センサからの信号、例えば、各車輪１４ＦＬ，１４ＦＲ，１４ＲＬ，１４ＲＲの車輪速を検出する車輪速センサ１５ＦＬ，１５ＦＲ，１５ＲＬ，１５ＲＲ、操舵角を検出する舵角センサ７１、車両の横加速度を検出する横加速度センサ７２、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ７３等からの信号に基いて検出される。
Ｔｃ＝Ｔ(Ti,Tm)×Ｇ

従来、この締結トルクＴｃは、走行モード間では特に差がなく、各走行モードはエンジン回転数と駆動力との関係からは明確な特性差があるものの、走行状態によってはドライバが感じるモード間の特性差が小さくなる可能性がある。このため、本実施の形態においては、旋回走行時に前後駆動力配分を走行モードによって異なる配分として、旋回走行時のステアリング特性に差を明確な差を生じさせ、ドライバが走行モードの差を実感として明確に認知できるようにする。

具体的には、コーナー進入時の走行モードがノーマルモード、セーブモード、スポーツモードの何れであるかを判定し、各走行モード毎に、それぞれ、トランスファクラッチ１６の締結トルクのゲインを異なる値に設定する。このゲインは、セーブモードの場合、後輪への駆動力配分を減少させてステアリング特性をアンダーステア傾向とするゲインＧ１、ノーマルモードの場合、前後輪に略均等に駆動力を配分してニュートラルステアとするゲインＧ２、スポーツモードの場合、後輪への駆動力配分を増大させてオーバーステア傾向とするゲインＧ３に設定され、相対的にＧ１＜Ｇ２＜Ｇ３の関係に設定される。

次に、ＴＣＵ６０におけるトランスファクラッチ１６の締結トルクゲイン設定処理に係るプログラム処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。

図３は、ＴＣＵ６０において実行される締結トルクゲイン設定ルーチンを示し、先ず、最初のステップＳ１において、現在の車両走行状態がコーナー進入時であるか否かを調べる。コーナー進入時でない場合には、本ルーチンを抜け、コーナー進入時である場合、ステップＳ１からステップＳ２へ進んで、舵角、ヨーレート、横加速度、その他の値に基いて、コーナー進入時の前後輪へのトルク配分を決定する。

次に、ステップＳ３でコーナー進入時の走行モードがセーブモード、ノーマルモード、スポーツモードの何れであるかを調べる。その結果、セーブモードである場合には、ステップＳ４でセーブモード用のゲインＧ１を設定し、ノーマルモードである場合には、ステップＳ５でノーマルモード用のゲインＧ２を設定し、スポーツモードである場合には、ステップＳ６でスポーツモード用のゲインＧ３を設定する。そして、ステップＳ７で走行モードに応じたゲインを用いてトランスファクラッチ１６の締結トルクを算出する。

これにより、前後駆動力配分が走行モード毎に異なる配分に切換えられ、セーブモードでは、後輪へのトルク配分を減らしてアンダーステア傾向にすることにより、安定性を確保することができ、ノーマルモードでは、ニュートラルステア傾向として操縦追従性を確保し、スポーツモードでは、後輪へのトルク配分を増大させてオーバーステア傾向にすることにより旋回性能を確保することができる。

このように本実施の形態においては、ドライバが選択した走行モード毎にトランスファクラッチ１６の締結トルクを変更することで、旋回走行時のステアリング特性に差を持たせ、これにより、ドライバが各走行モードの差を明確に認知し易くなり、車両としての商品性を向上することができる。

１ エンジン
２ 自動変速装置
３ センターデファレンシャル装置
１６ トランスファクラッチ
６０ トランスミッション制御ユニット
６１ トランスファ駆動部
８０ メータ制御ユニット

Claims (3)

1. 前輪と後輪とにトランスファクラッチを介して駆動力を配分すると共に、アクセル操作に対するパワートレインの駆動力特性が異なる複数の走行モードから所望のモードを選択可能な全輪駆動車の駆動力配分制御装置であって、
   選択されている現在の走行モードを判定するモード判定部と、
   上記トランスファクラッチの締結トルクを設定する締結トルク設定部とを備え、
   上記締結トルク設定部は、上記トランスファクラッチの締結トルクを算出する際のゲインを上記モード判定部で判定した走行モードに応じて設定するゲイン設定部を有することを特徴とする全輪駆動車の駆動力配分制御装置。
2. 上記ゲイン設定部は、上記ゲインを旋回走行時の走行モードに応じて設定することを特徴とする請求項１記載の全輪駆動車の駆動力配分制御装置。
3. 上記ゲイン設定部は、アクセル操作に対するパワートレインの駆動力がより大きく設定される走行モードほど、後輪へのトルク配分が大きくなるように上記ゲインを設定することを特徴とする請求項１記載の全輪駆動車の駆動力配分制御装置。

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