JP6389717B2 - Ａｗｄ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン電気ハイブリッド車やピュアＥＶ等の電動車両に設けられるＡＷＤ制御装置に関し、特に減速時のエネルギ回生量確保と車両の安定性とを両立させたものに関する。

例えばエンジン電気ハイブリッド車等の電動車両においては、減速時に車輪からの入力を用いてモータジェネレータを駆動し、発電を行うことによって、制動力を発生させるとともにエネルギ回生を行っている。
前輪及び後輪をともに駆動するＡＷＤ（オールホイールドライブ・全輪駆動）の車両の場合、前輪及び後輪に回生による制動力がそれぞれ発生することになるが、前後輪の駆動力配分比を変更可能なＡＷＤシステムを有する車両の場合、例えば後輪への伝達トルクを調節するトランスファクラッチの締結力制御によって、回生ブレーキの制動力の前後配分を制御することが可能である。

このようなＡＷＤ電動車両に関する従来技術として、例えば特許文献１には、エンジン電気ハイブリッド車において、エンジン及びモータジェネレータの出力を前輪には実質的に直結状態で伝達するとともに、後輪には締結力を調節可能なトランスファクラッチを介して伝達する構成が記載されている。

特開２０１３−１３３０７８号公報

特許文献１に記載されたような前後輪の駆動力配分を変更可能なＡＷＤシステムを有する電動車両において、制動時の回生エネルギ量を多くするためには、トランスファクラッチの締結力を大きくし、後輪側からモータジェネレータへ伝達されるトルクを大きくすることが望ましい。
しかし、この場合、例えば低μ路面や、ドライバ要求制動力が大きい場合には、前輪、後輪がともに回転を停止（ロック）する４輪カスケードロック状態となることが懸念される。
このような４輪カスケードロックが生じると、車両の方向安定性が失われるとともに、各車輪の車輪速度を適切に取得することが困難となり、ブレーキのアンチロック制御や車両の挙動制御などにも影響を及ぼし、車両の安定性確保が困難となる。

一方、トランスファクラッチの締結力を小さくして開放傾向とした場合、４輪カスケードロックの発生は抑制され、ブレーキのアンチロック制御等への悪影響も低減されるが、回生エネルギ量は低下してしまうため、燃費性能や航続距離などに悪影響が発生する。
さらに、後輪サスペンションが制動力発生時（後輪後引き時）に車高が低下するジオメトリを有する場合、制動時の車体後部の沈み込みを誘発することができず、車体のピッチング挙動が大きくなってしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、減速時のエネルギ回生量確保と車両の安定性とを両立させたＡＷＤ制御装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、車両の走行用動力を発生するとともに回生発電が可能なモータジェネレータと、前記モータジェネレータの出力を前輪に伝達する前輪動力伝達機構と、前記モータジェネレータの出力をトランスファクラッチを介して後輪に伝達する後輪動力伝達機構とを備えるＡＷＤシステムを制御するＡＷＤ制御装置であって、前記トランスファクラッチの締結力を制御する締結力制御手段を備え、前記締結力制御手段は、前記モータジェネレータの回生トルクの増加に応じて制動開始後における前記トランスファクラッチの締結力を制動開始直後における初期値から時間の経過に応じて増加させることを特徴とするＡＷＤ制御装置である。
この場合、例えば、締結力がモータジェネレータの回生トルク（回生発電時の入力トルク）と実質的に比例する構成とすることができる。
請求項２に係る発明は、車両の走行用動力を発生するとともに回生発電が可能なモータジェネレータと、前記モータジェネレータの出力を前輪に伝達する前輪動力伝達機構と、前記モータジェネレータの出力をトランスファクラッチを介して後輪に伝達する後輪動力伝達機構とを備えるＡＷＤシステムを制御するＡＷＤ制御装置であって、前記トランスファクラッチの締結力を制御する締結力制御手段を備え、前記締結力制御手段は、制動開始からの経過時間が所定の閾値を経過した場合に、制動開始後における前記トランスファクラッチの締結力を制動開始直後における初期値から時間の経過に応じて増加させることを特徴とするＡＷＤ制御装置である。
請求項３に係る発明は、車両の走行用動力を発生するとともに回生発電が可能なモータジェネレータと、前記モータジェネレータの出力を前輪に伝達する前輪動力伝達機構と、前記モータジェネレータの出力をトランスファクラッチを介して後輪に伝達する後輪動力伝達機構とを備えるＡＷＤシステムを制御するＡＷＤ制御装置であって、前記トランスファクラッチの締結力を制御する締結力制御手段を備え、前記締結力制御手段は、制動開始後における車両の減速度の増加に応じて制動開始後における前記トランスファクラッチの締結力を制動開始直後における初期値から時間の経過に応じて増加させることを特徴とするＡＷＤ制御装置である。
これらの各発明によれば、制動初期にはトランスファクラッチの締結力を小さくして４輪カスケードロックを防止し、車両の方向安定性を確保するとともに、ブレーキのアンチロック制御や車両挙動制御に必要な各車輪速度を適切に取得可能として、車両の安定性を確保することができる。
その後、制動開始からの時間経過に応じてトランスファクラッチの締結力を増加させ、回生エネルギ量を増加させることができる。
さらに、後輪サスペンションが後輪の制動力発生時に車高が低下するジオメトリを有する車両の場合には、後輪制動力の増加により車体後部を低下させて車体のピッチング挙動を抑制し、車両全体が前後同時に沈み込むような車体挙動を発生させ、安定性及び運転しやすさを向上することができる。

請求項４に係る発明は、前記締結力制御手段は、車輪のロック又はその前兆の検出に応じて当該車輪の制動力を低下させるアンチロック制御が開始された場合には、前記締結力の増加を禁止することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のＡＷＤ制御装置である。
これによれば、トランスファクラッチの締結力増加によってアンチロック制御に悪影響を及ぼすことを防止し、車両の安定性をより確実に確保することができる。
例えば、締結力制御手段は、アンチロック制御が開始された場合には、締結力を低下させ、さらに実質的に開放する構成とすることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、減速時のエネルギ回生量確保と車両の安定性とを両立させたＡＷＤ制御装置を提供することができる。

本発明を適用したＡＷＤ制御装置の実施例１を有する車両のパワートレーン構成を模式的に示すブロック図である。

本発明は、減速時のエネルギ回生量確保と車両の安定性とを両立させたＡＷＤ制御装置を提供する課題を、後輪に駆動力を伝達するトランスファクラッチの締結力を、制動初期には小さくして４輪カスケードロックを防止し、その後増加させてエネルギ回生量を増加させることによって解決した。

以下、本発明を適用したＡＷＤ制御装置の実施例１について説明する。
図１は、実施例１のＡＷＤ制御装置を有する車両のパワートレーン構成を模式的に示すブロック図である。
図１に示すように、車両は、エンジン１０、トルクコンバータ２０、エンジンクラッチ３０、前後進切替部４０、バリエータ５０、出力クラッチ６０、フロントディファレンシャル７０、リアディファレンシャル８０、トランスファクラッチ９０、モータジェネレータ１００、エンジン制御ユニット２１０、トランスミッション制御ユニット２２０、モータジェネレータ制御ユニット２３０、挙動制御ユニット２４０等を備えたエンジン電気ハイブリッドＡＷＤ車両である。

エンジン１０は、車両の走行用動力源として用いられる内燃機関である。
エンジン１０として、例えば、４ストロークのガソリンエンジンを用いることができる。
エンジン１０は、その本体及び補器類をエンジン制御ユニット２１０によって制御され、ドライバのアクセル操作等に基づいて設定される要求トルクに応じた出力トルクを発生する。

トルクコンバータ２０は、エンジン１０の出力をエンジンクラッチ３０に伝達する流体継手である。
トルクコンバータ２０は、車両が停止状態からエンジントルクを伝達可能な発進デバイスとしての機能を有する。
また、トルクコンバータ２０は、トランスミッション制御ユニット２２０によって制御され、入力側（インペラ側）と出力側（タービン側）とを直結する図示しないロックアップクラッチを備えている。

エンジンクラッチ３０は、トルクコンバータ２０と前後進切替部４０との間に設けられ、これらの間の動力伝達経路を接続又は切断するものである。
エンジンクラッチ３０は、例えば、車両がモータジェネレータ１００の出力のみによって走行するＥＶ走行モード時等において、トランスミッション制御ユニット２２０からの指令に応じて切断される。

前後進切替部４０は、エンジンクラッチ３０とバリエータ５０との間に設けられ、トルクコンバータ２０とバリエータ５０とを直結する前進モードと、トルクコンバータ２０の回転出力を逆転させてバリエータ５０に伝達する後退モードとを、トランスミッション制御ユニット２２０からの指令に応じて切り換えるものである。
前後進切替部４０は、例えば、プラネタリギヤセット等を有して構成されている。

バリエータ５０は、前後進切替部４０から伝達されるエンジン１０の回転出力、及び、モータジェネレータ１００の回転出力を、無段階に変速する変速機構部である。
バリエータ５０は、例えば、プライマリプーリ５１、セカンダリプーリ５２、チェーン５３等を有するチェーン式無段変速機（ＣＶＴ）である。
プライマリプーリ５１は、車両の駆動時におけるバリエータ５０の入力側（回生発電時においては出力側）に設けられ、エンジン１０及びモータジェネレータ１００の回転出力が入力される。
セカンダリプーリ５２は、車両の駆動時におけるバリエータ５０の出力側（回生発電時においては入力側）に設けられている。
セカンダリプーリ５２は、プライマリプーリ５１と隣接しかつプライマリプーリ５１の回転軸と平行な回転軸回りに回動可能となっている。
チェーン５３は、環状に形成されてプライマリプーリ５１及びセカンダリプーリ５２に巻き掛けられ、これらの間で動力伝達を行うものである。
プライマリプーリ５１及びセカンダリプーリ５２は、それぞれチェーン５３を挟持する一対のシーブを有するとともに、トランスミッション制御ユニット２２０による変速制御に応じて各シーブ間の間隔を変更することによって、有効径を無段階に変更可能となっている。

出力クラッチ６０は、バリエータ５０のセカンダリプーリ５２と、フロントディファレンシャル７０及びトランスファクラッチ９０との間に設けられ、これらの間の動力伝達経路を接続又は切断するものである。
出力クラッチ６０は、車両の走行時には通常接続状態とされるとともに、例えば車両の停車中にエンジン１０の出力によってモータジェネレータ１００を駆動してバッテリの充電を行う場合等に切断される。

フロントディファレンシャル７０は、出力クラッチ６０から伝達される駆動力を、左右の前輪に伝達するものである。
フロントディファレンシャル７０は、最終減速装置、及び、左右前輪の回転速度差を吸収する差動機構を備えている。
出力クラッチ６０とフロントディファレンシャル７０との間は、実質的に直結されている。

リアディファレンシャル８０は、出力クラッチ６０から伝達される駆動力を、左右の後輪に伝達するものである。
リアディファレンシャル８０は、最終減速装置、及び、左右後輪の回転速度差を吸収する差動機構を備えている。

トランスファクラッチ９０は、出力クラッチ６０からリアディファレンシャル８０へ駆動力を伝達する後輪駆動力伝達機構の途中に設けられ、これらの間の動力伝達経路を接続又は切断するものである。
トランスファクラッチ９０は、例えば、接続時の締結力（伝達トルク容量）を無段階に変更可能な油圧式あるいは電磁式の湿式多板クラッチである。
トランスファクラッチ９０の締結力は、トランスミッション制御ユニット２２０によって制御されている。
トランスファクラッチ９０は、締結力を変更することによって、前後輪の駆動トルク配分を調節可能となっている。
また、トランスファクラッチ９０は、車両の旋回時や、ブレーキのアンチロック制御、車両挙動制御などの実行時に、前後輪の回転速度差を許容する必要がある場合には、締結力を低下（開放）させスリップさせることによって回転速度差を吸収する。
トランスファクラッチ９０は、モータジェネレータ１００によるエネルギ回生時には、リアディファレンシャル８０等を介して後輪側から入力されるトルクを、出力クラッチ６０及びバリエータ５０を介してモータジェネレータ１００に伝達する。

モータジェネレータ１００は、車両の駆動力を発生するとともに、減速時に車輪側から伝達されるトルクによって回生発電を行い、エネルギ回生を行う回転電機である。
モータジェネレータ１００は、バリエータ５０のプライマリプーリ５１と同心に設けられている。
プライマリプーリ５１は、モータジェネレータ１００の図示しないロータと回転軸を介して接続されている。
モータジェネレータ１００として、例えば、永久磁石式同期電動機が用いられる。
モータジェネレータ１００は、モータジェネレータ制御ユニット２３０によって駆動時の出力トルクや回生発電時の回生エネルギ量（入力トルク）を制御されている。

エンジン制御ユニット２１０は、エンジン１０及びその補器類を統括的に制御するものである。
トランスミッション制御ユニット２２０は、トルクコンバータ２０のロックアップクラッチ、エンジンクラッチ３０、前後進切替部４０、バリエータ５０、出力クラッチ６０、トランスファクラッチ９０等を統括的に制御するものである。
モータジェネレータ制御ユニット２３０は、モータジェネレータ１００の出力トルクや回生エネルギ量等を制御するものである。
挙動制御ユニット２４０は、車両の図示しない液圧式サービスブレーキを統括的に制御するものである。
これらの各ユニットは、それぞれＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有して構成されている。
また、これらの各ユニットは、例えば車載ＬＡＮシステムの一種であるＣＡＮ通信システム等を介して、相互に通信し、必用な情報の伝達が可能となっている。

挙動制御ユニット２４０は、制動時にホイールロック又はその兆候が検出された車輪のホイルシリンダ液圧を周期的に減圧させ、正常な回転状態に回復させるアンチロック制御を行う。
また、挙動制御ユニット２４０は、アンダーステア状態やオーバーステア状態の車両挙動を検出した場合に、左右輪の制動力差を発生させて挙動を抑制する方向のヨーモーメントを発生させる挙動制御を行う。
さらに、挙動制御ユニット２４０は、ドライバによって操作されるブレーキペダル２４１の操作量（ストローク、踏力等）に基づいて、要求減速度を演算する。
挙動制御ユニット２４０は、この要求減速度に基づいて、液圧式サービスブレーキと回生ブレーキとの制動力分担比を設定し、ハイドロリックコントロールユニット（ＨＣＵ）２４２及びモータジェネレータ制御ユニット２３０にそれぞれ目標制動力に関する指令を出力する。
ＨＣＵ２４２は、ブレーキフルードを加圧する電動ポンプ及び各ホイルシリンダへの供給圧力を個別に制御するソレノイドバルブ等を備え、挙動制御ユニット２４０から指令される目標制動力が得られるよう各ホイルシリンダに液圧を供給する。
一方、モータジェネレータ制御ユニット２３０は、挙動制御ユニット２４０から伝達される回生ブレーキの目標制動力に応じて、モータジェネレータ１００に回生発電を行わせる。
発電によって得られた電力は、図示しないバッテリ等の蓄電手段に充電される。

以上説明した実施例１において、トランスミッション制御ユニット２２０は、制動時におけるトランスファクラッチ９０の締結力（伝達トルク）を、トランスファクラッチ９０を介して後輪側からモータジェネレータ１００に伝達されるトルクが、モータジェネレータ１００への全入力トルクの約２５％となるように制御している。
すなわち、トランスファクラッチ９０の伝達トルクは、モータジェネレータ１００への入力トルクに比例して増加するよう制御される。
これによって、比較的モータジェネレータ１００の入力トルクが小さい制動初期（ブレーキペダル２４１の操作開始直後等）には、トランスファクラッチ９０の締結力が小さく、開放傾向となる。
このため、モータジェネレータ１００の回生トルクに起因して前後輪が同時にロックし、４輪カスケードロック状態となることを防止でき、さらに、挙動制御ユニット２４０におけるアンチロック制御や車両挙動制御に必要な各車輪の回転速度を適切に取得することができる。
その後、ブレーキペダル２４１の操作量増加等に伴う減速度の増加に応じてトランスファクラッチ９０の締結力が増加し、モータジェネレータ１００への入力トルクが増加すると、トランスファクラッチ９０の締結力もこれに応じて増加するため、後輪側からモータジェネレータ１００に入力されるトルクが増加し、回生エネルギ量を増加させることができる。

なお、後輪サスペンションが制動力発生時に車高が低下するジオメトリを有する場合には、トランスファクラッチ９０の締結力を高めて後輪の制動力を増加させることによって、車体後部をより低下させることが可能となり、減速時におけるピッチング挙動を抑制することができる。
このようなジオメトリは、例えば、後輪の前後方向位置を位置決めするトレーリングリンクにおいて、車体に接続される前端部がハブベアリングハウジングに接続される後端部に対して高くなるよう傾斜して配置すること等によって得ることができる。

また、実施例１において、減速時にいずれかの車輪のロック又はロックの兆候が検出され、挙動制御ユニット２４０によるアンチロック制御が介入した場合、アンダーステア挙動やオーバーステア挙動が検出され、挙動制御ユニット２４０による車両挙動制御が介入した場合には、トランスミッション制御ユニット２２０は、トランスファクラッチ９０の締結力を低下させて開放状態へ推移させる。
このとき、挙動制御ユニット２４０は、液圧式ブレーキと回生ブレーキとの制動力分担比を、液圧式ブレーキの分担比が増加するように変更する。
これによって、トランスファクラッチ９０の締結力も低下し、アンチロック制御や車両挙動制御を適切に行うことが可能となる。
なお、トランスファクラッチ９０の開放時には、音、振動に配慮して、締結状態から開放状態まで所定の時間をかけて締結力を除変させる勾配制限制御を実行する。
また、トランスミッション制御ユニット２２０は、例えば操舵系の舵角増加に応じて、前後輪の回転速度差を吸収してブレーキング現象の発生を防止するため、トランスファクラッチ９０の締結力を低下させる制御を行う。

以上説明したように、実施例１によれば、減速時のエネルギ回生量確保と車両の安定性とを両立させたＡＷＤ制御装置を提供することができる。

次に、本発明を適用したＡＷＤ制御装置の実施例２について説明する。
以下説明する各実施例において、従前の実施例と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
実施例２のＡＷＤ制御装置におけるトランスミッション制御ユニット２２０は、実施例１においてトランスファクラッチ９０の締結力をモータジェネレータ１００の入力トルクに比例するよう制御することに代えて、以下説明する制御を行っている。
トランスミッション制御ユニット２２０は、減速時における制動開始後の経過時間をカウントするタイマ手段を備える。
トランスミッション制御ユニット２２０は、制動開始後の経過時間が所定の閾値未満である制動初期状態においては、トランスファクラッチ９０の締結力を、予め設定された初期値に設定する。
この初期値は、４輪カスケードロックが発生することがなく、各車輪の回転速度を適切に取得可能なことを考慮して、通常走行時に対して小さく（開放傾向に）設定される。
トランスミッション制御ユニット２２０は、制動開始後の経過時間が閾値以上となった場合には、トランスファクラッチ９０の締結力を、初期値よりも大きくかつ予め設定された通常値に増加させる。
この通常値は、例えば回生制動トルクによる後輪ロックが生じない程度（万一ロックが生じた場合であっても前輪ロックが先に生じる程度）に初期値よりも大きく設定される。
以上説明した実施例２においても、上述した実施例１の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。

次に、本発明を適用したＡＷＤ制御装置の実施例３について説明する。
実施例３のＡＷＤ制御装置におけるトランスミッション制御ユニット２２０は、実施例１においてトランスファクラッチ９０の締結力をモータジェネレータ１００の入力トルクに比例するよう制御することに代えて、以下説明する制御を行っている。
トランスミッション制御ユニット２２０は、減速時における車両の減速度（車両前後方向の加速度）を検出する減速度センサを備える。
トランスミッション制御ユニット２２０は、減速度が所定の閾値未満である制動初期状態においては、トランスファクラッチ９０の締結力を、予め設定された初期値に設定する。
この初期値は、４輪カスケードロックが発生することがなく、各車輪の回転速度を適切に取得可能なことを考慮して、通常走行時に対して小さく（開放傾向に）設定される。
トランスミッション制御ユニット２２０は、減速度が閾値以上となった場合には、トランスファクラッチ９０の締結力を、初期値よりも大きくかつ予め設定された通常値に増加させる。
この通常値は、例えば回生制動トルクによる後輪ロックが生じない程度に初期値よりも大きく設定される。
以上説明した実施例３においても、上述した実施例１の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
車両、ＡＷＤシステムを含むパワートレーン、ＡＷＤ制御装置の構成は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施例の車両はガソリンエンジンを搭載したエンジン電気パラレルハイブリッド車両であるが、例えばディーゼルエンジン等の他種のエンジンを有する構成としてもよい。
また、モータジェネレータのみによって車両の駆動を行うピュアＥＶ、レンジエクステンダー付ＥＶ、シリーズハイブリッド車両、燃料電池車両などとしてもよい。

１０ エンジン ２０ トルクコンバータ
３０ エンジンクラッチ ４０ 前後進切替部
５０ バリエータ ５１ プライマリプーリ
５２ セカンダリプーリ ５３ チェーン
６０ 出力クラッチ ７０ フロントディファレンシャル
８０ リアディファレンシャル ９０ トランスファクラッチ
１００ モータジェネレータ ２１０ エンジン制御ユニット
２２０ トランスミッション制御ユニット
２３０ モータジェネレータ制御ユニット ２４０ 挙動制御ユニット
２４１ ブレーキペダル ２４２ ＨＣＵ

Claims (4)

1. 車両の走行用動力を発生するとともに回生発電が可能なモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータの出力を前輪に伝達する前輪動力伝達機構と、
   前記モータジェネレータの出力をトランスファクラッチを介して後輪に伝達する後輪動力伝達機構と
   を備えるＡＷＤシステムを制御するＡＷＤ制御装置であって、
   前記トランスファクラッチの締結力を制御する締結力制御手段を備え、
   前記締結力制御手段は、前記モータジェネレータの回生トルクの増加に応じて制動開始後における前記トランスファクラッチの締結力を制動開始直後における初期値から時間の経過に応じて増加させること
   を特徴とするＡＷＤ制御装置。
2. 車両の走行用動力を発生するとともに回生発電が可能なモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータの出力を前輪に伝達する前輪動力伝達機構と、
   前記モータジェネレータの出力をトランスファクラッチを介して後輪に伝達する後輪動力伝達機構と
   を備えるＡＷＤシステムを制御するＡＷＤ制御装置であって、
   前記トランスファクラッチの締結力を制御する締結力制御手段を備え、
   前記締結力制御手段は、制動開始からの経過時間が所定の閾値を経過した場合に、制動開始後における前記トランスファクラッチの締結力を制動開始直後における初期値から時間の経過に応じて増加させること
   を特徴とするＡＷＤ制御装置。
3. 車両の走行用動力を発生するとともに回生発電が可能なモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータの出力を前輪に伝達する前輪動力伝達機構と、
   前記モータジェネレータの出力をトランスファクラッチを介して後輪に伝達する後輪動力伝達機構と
   を備えるＡＷＤシステムを制御するＡＷＤ制御装置であって、
   前記トランスファクラッチの締結力を制御する締結力制御手段を備え、
   前記締結力制御手段は、制動開始後における車両の減速度の増加に応じて制動開始後における前記トランスファクラッチの締結力を制動開始直後における初期値から時間の経過に応じて増加させること
   を特徴とするＡＷＤ制御装置。
4. 前記締結力制御手段は、車輪のロック又はその前兆の検出に応じて当該車輪の制動力を低下させるアンチロック制御が開始された場合には、前記締結力の増加を禁止すること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のＡＷＤ制御装置。
   

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