JP5772703B2 - 車両動力装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の動力装置の制御装置に関する。

原動機として内燃機関と電動機を有する動力ユニット、この動力ユニットに変速機を組み合わせた動力装置、およびこの動力装置を備えた車両が知られている。下記特許文献１には、一つの内燃機関と二つの電動機を組み合わせた動力ユニットと、この動力ユニットの出力を駆動輪へと送出する多段の変速機を備えた動力装置と、この動力装置により駆動される車両が記載されている（段落００４５，００４６、図１３，１４参照）。

さらに、下記特許文献１には、車両がジャンプを懸架装置のストロークに基づき判定し、ジャンプしたと判定されたときに、動力ユニットの出力トルクを制限して、電動機や動力ユニットに備えられた歯車機構等が過回転とならないようにする技術が記載されている（例えば、段落０００６，０００７参照）。

特開２００８−２０１３１５号公報

車両のジャンプを懸架装置のストロークに基づき判定する場合、車輪が路面の窪みにはまった状態もジャンプと判定される場合がある。ジャンプしていないのに出力トルクが制限されると、運転者は、アクセルペダルの操作量に比べて出力トルクが小さくなるため、違和感を覚える。

また、車両がジャンプしたあと着地する際、駆動輪から動力装置にトルクが入力され、この入力トルクにより車両にショックが生じる場合がある。この駆動輪からの入力トルクは、変速機において低速の変速段が選択されている場合ほど大きくなり、車両のショックが顕著となる。

本発明は、ジャンプからの着地による車両のショックを軽減し、一方で車輪が路面の窪みにはまったときには大きな駆動力を得られるようにすることを目的とする。

本発明に関連する車両動力装置は、車両を駆動する原動機として内燃機関と電動機を有する動力ユニットと、動力ユニットの出力を速度変換して駆動輪へ送出する有段の変速機とを備える。本発明に係る車両動力装置の制御装置は、上記の動力装置を制御するものであり、駆動輪が地面から離れた状態である非接地状態を判定する非接地判定部と、駆動輪の非接地が判定された場合に、動力ユニットの出力トルクを予め定められた上限値以下に制限する出力トルク制限部とを有する。この上限値は、変速機の変速段に対応して少なくとも二つの上限値がある。個々の上限値は、低車速域では高く、高車速域では低く制御される。これら低車速域と高車速域の境界の車速域は、第１の変速段以下の低速変速段に対応する上限値のものが、第１の変速段より高い高速変速段に対応する上限値のものより低い車速域に存在する。

車両がジャンプするのは、比較的高い車速であると考えられるので、低車速域では、出力トルクを高くし、駆動力の不足を運転者に感じさせないようにする。また、低速変速段が選択されたときは、高い出力トルクと低い出力トルクの境界の速度域を、高速変速段が選択されたときよりも低い車速に設定することで、車両のショックへの影響が大きい低速変速段選択時のショックの低減を図る。

出力トルクの前記上限値は、第２の変速段以下の低速変速段に対応する上限値が、第２の変速段より高い高速変速段に対応する上限値よりも低い値とすることができる。前述のように、低速変速段が選択されたときの方が車両のショックへの影響が大きいので、このときの出力トルクをより抑制することにより、車両のショックの抑制ができる。また、上記のように、高速変速段が選択されているとき高い出力トルクとすることで、高速変速段においては小さくなる駆動輪トルクを補うことができる。

また、動力ユニットにおいて、内燃機関と原動機の間にクラッチを設けることできる。車両動力装置の制御装置は、駆動輪の非接地状態が判定された場合に、変速機の、第３の変速段以下の低速変速段が選択されていると、クラッチを切断して電動機のみが駆動輪に接続されるよう制御する、クラッチ制御部を有するようにできる。

車両のショックへの影響が大きい低速変速段において、クラッチを切断し、内燃機関が駆動輪と接続されない状態となることによって、着地時のショックが低減される。一方、駆動輪トルクが小さくなる高速変速段においては、クラッチを接続し、内燃機関の出力トルクを利用できるようにする。

前記変速機は、複数段の変速段を有し、かつ動力ユニットの出力を前輪と後輪に分配するためのトランスファとすることができる。前記第１の変速段をトランスファの低速変速段とすることができる。また、これに加えて前記第３の変速段もトランスファの低速変速段とすることができる。

前記第１〜第３の変速段は、全てが同じ変速段であってもよく、二つのみ同じであってもよく、全てが異なっていてもよい。

本実施形態に関連する４輪駆動車の概略構成図である。 制限された出力トルクを示す図である。 本実施形態の制御に関連するフローチャートである。 ４輪駆動車両の別の構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、内燃機関を縦置きにした４輪駆動の車両１０の動力装置、動力伝達装置および懸架装置の概略構成を示す平面図である。図中上方が、車両１０の前方である。車両１０は、車両を駆動する原動機として内燃機関１２と電動機１４を組み合わせた動力ユニット１６を有する。動力ユニット１６は、内燃機関１２と電動機１４を接続、切断するクラッチ１８を含む。具体的には、クラッチ１８は、内燃機関１２の出力軸であるクランクシャフトと、電動機１４の出力軸であるモータシャフトを接続、切断する。クラッチ１８は、例えば乾式単板のものを採用できるが、これに限らず湿式のものでも多板のものでも採用できる。

電動機１４の出力軸には多段変速機２０が接続されている。多段変速機２０は、入力を、あらかじめ定められた複数の変速比のうち選択された変速比で速度変換して出力する装置である。例えば４つの変速比で速度変換できるように歯車機構が構成されており、いずれか一つの変速比が選択される。変速比の選択は、運転者が直接選択するようにしてもよいし、また運転者の加減速の要求および車両の走行状況から自動的に選択されるようにしてもよい。この変速比を達成する歯車の組み合わせを変速段と記す。変速比は、入力軸速度／出力軸速度で定義される。また、ある変速比を達成するための変速機の構成または状態を変速段と記す。変速段に関して低速とは変速比が大きいこと、高速とは変速比が小さいことをいう。

多段変速機２０の出力軸には、動力ユニット１６の出力を前輪と後輪に分配するトランスファ２２が配置されている。トランスファには副変速機を備えたものがあり、この実施形態のトランスファ２２は２段の副変速機を備えたものである。この副変速機と対比するために、以下において多段変速機２０を主変速機２０と記す場合がある。この実施形態のトランスファ２２は、４輪駆動と２輪駆動（例えば後輪のみ駆動）を切り換えるパートタイム方式のものである。上記の２段の変速段との組み合わせで、高速段においては４輪駆動と２輪駆動が選択可能であり、低速段では４輪駆動のみとなる。低速段でも２輪駆動を選択できるようにしてもよい。また、このトランスファ２２は、４輪駆動時に前後を直結する形式のものであるが、センター差動装置を有する形式のものであってもよい。センター差動装置は、一般的に、前輪、後輪のいずれかが空転した場合であっても、空転していない側に動力を送ることができる。

上記の動力ユニット１６、多段変速機２０およびトランスファ２２の全体を動力装置と記す。動力装置は、駆動エネルギを発生する動力ユニットと、動力ユニットの回転速度を変換して車両の駆動に必要なトルクを得る変速機を組み合わせた装置である。車両１０においては、変速機として、主変速機２０とトランスファ２２内の副変速機を備えている。

トランスファ２２からは、リアプロペラシャフト２４がリア差動装置２６に延び、またフロントプロペラシャフト２８がフロント差動装置３０に延びる。リア差動装置２６からは、リアドライブシャフト３２が左右の後輪３４に延び、フロント差動装置３０からはフロントドライブシャフト３６が左右の前輪３８に延びる。

後輪３４、前輪３８はそれぞれリア懸架装置４０、フロント懸架装置４２により懸架される。懸架装置４０，４２のそれぞれには、そのストロークを検出するストロークセンサ４４が設けられる。個々のストロークセンサ４４は、懸架装置のストローク、すなわち車輪の、車体に対する上下方向の位置を個別に検出し、それぞれ検出値に応じた信号を制御装置４６に出力する。

制御装置４６は、アクセルペダル操作、ブレーキペダル操作等から運転者の要求を判断し、また、車両の走行状態（車速、旋回速度、車輪のスリップ、空転、路面勾配など）を各種センサにより把握して、これらに応じて動力装置の制御を行う。また、制御装置４６は、ストロークセンサ４４の出力信号に基づき駆動輪の非接地状態を判定する。具体的には、ストロークが所定値以上となったら、その駆動輪は、地面から離れ、非接地状態となったと判断する。したがって、制御装置４６は、駆動輪の非接地状態を判定する非接地判定部として機能する。駆動輪の非接地状態の判定は、懸架装置のストローク以外の他のパラメータを用いて判定することも可能である。例えば、懸架装置の適切な場所に、車輪に加わる荷重を検出するセンサを設け、この荷重が所定値より小さくなることをもって駆動輪の非接地状態を判定してもよい。

車両がジャンプすると、駆動輪が非接地状態となる。ジャンプ中、駆動輪は空転状態となるので、負荷が減り動力ユニットは加速する。駆動輪もこれに合わせて加速される。その後、車両が着地し、駆動輪が接地状態となるとき、駆動輪には、地面から回転を止める向きにトルクが入力される。駆動輪に動力ユニットが接続されていると、動力ユニットが大きな慣性モーメントを有しているため、これを止めようとする駆動輪からの入力の反力を車体が受け、ショックが発生する。このようなショックを抑制するために、制御装置４６は、車両がジャンプした場合には、ジャンプしていないときの通常の動力ユニット１６の出力トルクに比して小さい出力トルクになるよう出力トルクの制限を行う。これにより、駆動輪が空転しても、出力トルクが小さいために、動力ユニットの加速が抑制される。このように、制御装置４６は、駆動輪の非接地状態が判定された場合に、動力ユニットの出力トルクを制限する出力トルク制限部として機能する。

図２に、動力ユニット１６の出力トルク特性を示す。横軸が車速であり、縦軸が動力ユニット１６の出力トルク、つまり多段変速機２０に入力されるトルクである。符号Ｎで示す曲線が、通常状態、つまり車輪が接地している状態のときの出力特性である。符号Ａ，Ｂは駆動輪が非接地状態となった場合の出力トルクの上限値であり、通常時の出力トルクＮに比して制限されている。符号Ａは、トランスファ２２の低速変速段が選択されたときの出力トルクを示し、符号Ｂは、トランスファ２２の高速変速段が選択されたときの出力トルクを示す。

出力トルクの上限値Ａ，Ｂは、車速が低速側では大きく、高速側では小さくなるように設定されている。車両のジャンプは、比較的車速が高いときに生じやすく、低速走行時には勢いが小さいために生じにくい。一方、駆動輪が非接地状態になるのは、車輪が路面の窪み、凹部にはまったときにも想定される。このような状態になるのは、車両の勢いがない、低速走行時の場合が多い。そこで、低速走行時には通常制御時に比べ出力トルクを制限するが、高速走行時に比して出力トルクが相対的に大きくなるように制御する。図示されるように、上限値Ａにおいては、低速時においてほぼ一定の大きい出力トルクが、車速が高くなると、範囲ａにて急に減少し、高速時には小さくなり、ほぼ一定となる。出力トルクＢにおいても、同様の特性であり、車速の増加に対して、範囲ｂにて急に減少する。

車両の着地時のショックは、そのとき選択されている変速段によって大きさが異なる。駆動輪を基準とした動力ユニット１６の慣性モーメントは、主変速機２０およびトランスファ２２内の副変速機の総合の変速比を、現実の慣性モーメントに乗じて、換算されたものである。したがって、換算された慣性モーメントは、変速比が大きくなるほど、つまり低速変速段であるほど大きくなる。このため、着地時の駆動輪からの入力が同じであっても、車両のショックは、そのときの変速段が低速側であるほど大きくなる。これを考慮し、この実施形態では、低速変速段が選択されたときの出力トルクの上限値Ａの方が、高速変速段が選択されたときの上限値Ｂのより全車速域にわたって小さい値となっている。低速変速段において出力トルクをより小さくすることにより、駆動輪が非接地状態となったときに、動力ユニット１６などの加速が抑制され、着地時のショックが大きくなることが防止される。

また、運転者が低速変速段を選択している場合は、路面の凹凸がより大きい不整地を走行していると考えられる。よって、車両がジャンプする可能性が高く、より低い車速でも出力トルクが制限されることが望ましい。このために、この実施形態では、出力トルクが急峻に変化する範囲ａ，ｂは、低速変速段が選択されたときの範囲ａが、高速変速段が選択されたときの範囲ｂより低い車速とされている。

また、低速変速段が選択されている場合に、動力ユニット１６の慣性モーメントを小さくするためにクラッチ１８を切断することができる。これにより、内燃機関１２が駆動輪から切り離され、その分、駆動輪に接続される動力ユニット１６の慣性モーメントが小さくなる。また、低速変速段が選択されて変速比が大きいため、電動機１４の出力トルクだけでも車両を駆動するに足る駆動力を得ることができる。一方、高速変速段が選択されている場合は、変速比が小さいため、車両の駆動力が不足する可能性があり、クラッチ１８を接続して内燃機関１２の出力トルクを利用できるようにしている。高速変速段においては、着地時のショックが小さいため、動力ユニット１６の慣性モーメントを小さくすることよりも、車両を駆動可能とすることを優先する。クラッチ１８の制御は制御装置４６が行い、よって制御装置４６はクラッチ制御部として機能する。

図３は、車両のジャンプに応じた出力トルクの制御に係るフローチャートである。懸架装置のストロークが所定値以上となると（Ｓ１００）、車両がジャンプしていることを示すフラグＦが設定される。現在のフラグＦの設定／未設定が判断され（Ｓ１０２）、未設定であれば、フラグＦの設定（Ｆ＝１）がなされる（Ｓ１０４）。フラグＦが設定されていれば（Ｆ＝１）、ステップＳ１０４を飛ばして次のステップに移行する。また、ステップＳ１００でストロークが所定値未満であっても、着地後所定時間が経過していなければ（Ｓ１０６）、また着地の影響を受けている状態であると判断してフラグＦ＝１を維持する。着地後所定時間が経過していれば（Ｓ１０６）、フラグＦを解除する（Ｓ１０８）。着地時点は、フラグＦ＝１の状態で、ストロークが所定値未満となった時点とすることができる。この時点から所定の時間の間は、車両が着地の影響を受けている状態であり、このときはジャンプ中の制御を継続することが望ましい。

前述のように、懸架装置のストロークをもって車両のジャンプを判定する場合、車輪が路面の窪みにはまった場合にも、車両がジャンプしているとの判定がなされる。このような偽判定が含まれることを考慮して、車両のジャンプが判定されたときの出力トルクが定められている。

車両のジャンプが判定されると、トランスファ２２の副変速機の選択されている変速段が低速変速段であるかが判断される（Ｓ１１０）。低速変速段であると、クラッチ１８を開放し（Ｓ１１２）、動力ユニット１６の出力トルクを図２の上限値Ａ以下となるように制限する（Ｓ１１４）。クラッチ１８が切られているので、実際には、動力ユニット１６の出力トルクは電動機１４の出力トルクである。一方、選択されている変速段が低速変速段ではないと判断されると（Ｓ１１０）、図２の上限値Ｂ以下となるようにトルクを制限する（Ｓ１１６）。

パートタイム方式であれ、フルタイム式であれ、４輪駆動の場合においては、一つの駆動輪が空転しても、他の駆動輪に出力トルクが分配されるので、車両を駆動することができる。したがって、一部の駆動輪の非接地状態が検出され、出力トルクが制限されても、車速が低い時に比較的高いトルクを出力するようにすれば、駆動力が得られ、運転者の違和感を軽減することができる。

上述の実施形態では、トランスファ２２に備えられた副変速機の変速段に応じて、出力トルク、クラッチの制御を行ったが、副変速機を備えていないトランスファを搭載する車両においては、主変速機の変速段に応じて、同様の制御を行うようにできる。例えば、主変速機の１速と２速を低速変速段とみて、これらの変速段が選択されたとき、クラッチ１８の開放、および高速変速段に対し、より制限された出力トルクに基づく制御を実行する。低速変速段については、上記第１速と第２速と限らず、第１速のみ、第３速以下など、任意に定めることができる。副変速機を備えた場合であっても、上記のように主変速機の変速段に応じて制御を行ってもよい。

主変速機と副変速機を備える場合、両者の総合の変速比を考慮して、低速変速段の判定を行ってもよい。つまり、主変速機のある変速段と、副変速比のある変速段を組み合わせたときの総合変速比以下の変速段の組み合わせを低速変速段とみて、上述の制御を行ってもよい。

また、クラッチの開放と、出力トルクの低い上限値Ａの選択は、異なる変速段に対応して判断してもよい。つまり、例えば、クラッチの開放は主変速機の第１速の場合に実行し、低い出力トルクＡによる制御は主変速機の第２速以下の場合に実行するようにしてもよい。

また、クラッチ１８を開放しなくてもショックが十分小さい車両、クラッチ１８を備えていない車両の場合、上述の出力トルクの制限のみ実行するようにもできる。

図４は、動力ユニットを横置きした４輪駆動の車両５０の概略構成を示す図である。車両１０と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、制御系に係る構成については、図示を省略するが、車両１０と同様の構成を有する。横置き方式の場合、変速機と差動装置が一体化されたトランスアクスル５２が採用されるのが一般的である。トランスアクスル５２に内蔵される差動装置が、フロント差動装置３０となる。動力ユニットの出力トルクは、トランスアクスル５２内で分割されトランスファ５４にてリア差動装置２６へと送り出される。横置き方式の場合、トランスファ５４に副変速機を備えていないものが多いが、この場合には、前述したように主変速機の変速段に基づき、制御を行うようにすることができる。

２輪駆動車の場合は、副変速機を備えていない４輪駆動車の場合と同様に、主変速機の変速段に基づき低速変速段の判定を行う。スリップ制限付きの差動装置を備える２輪駆動車両に適用するのが好適である。

１０ 車両、１２ 内燃機関、１４ 電動機、１６ 動力ユニット、１８ クラッチ、
２０ 多段変速機（主変速機）、２２ トランスファ、４４ ストロークセンサ、４６ 制御装置（非接地判定部、出力トルク制限部、クラッチ制御部）。

Claims (5)

1. 車両を駆動する原動機として内燃機関と電動機を有する動力ユニットと、
   動力ユニットの出力を速度変換して駆動輪へ送出する有段の変速機と、
   を備える動力装置を制御する車両動力装置の制御装置であって、
   駆動輪の非接地状態を判定する非接地判定部と、
   駆動輪の非接地状態が判定された場合に、動力ユニットの出力トルクを予め定められたトルク上限値以下に制限する出力トルク制限部と、
   を有し、
   トルク上限値は、変速機の変速段に対応して少なくとも二つのトルク上限値があり、
   個々のトルク上限値は、低車速域では高く、高車速域では低く制御され、
   トルク上限値の低車速域と高車速域の境界の車速域は、第１の変速段以下の低速変速段に対応するトルク上限値のものが、第１の変速段より高い高速変速段に対応するトルク上限値のものより低い車速域にある、
   車両動力装置の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両動力装置の制御装置であって、
   トルク上限値は、第２の変速段以下の低速変速段に対応するトルク上限値が、第２の変速段より高い高速変速段に対応するトルク上限値よりも低い値である、
   車両動力装置の制御装置。
3. 請求項１に記載の車両動力装置の制御装置であって、
   動力ユニットは、内燃機関と電動機の間に設けられたクラッチを有し、
   駆動輪の非接地状態が判定された場合に、変速機の、第３の変速段以下の低速変速段が選択されていると、クラッチを切断して電動機のみが駆動輪に接続されるよう制御する、クラッチ制御部を有する、
   車両動力装置の制御装置。
4. 請求項１に記載の車両動力装置の制御装置であって、
   変速機は、動力ユニットの出力を前輪と後輪に分配し、かつ２段の変速段を有するトランスファであり、
   第１の変速段はトランスファの低速変速段である、
   車両動力装置の制御装置。
5. 請求項３に記載の車両動力装置の制御装置であって、
   変速機は、複数段の変速段を有し、かつ動力ユニットの出力を前輪と後輪に分配するためのトランスファであり、
   第１の変速段と第３の変速段はトランスファの低速変速段である、
   車両動力装置の制御装置。

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