JP6543049B2

JP6543049B2 - 自動車

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Publication number: JP6543049B2
Application number: JP2015041411A
Authority: JP
Inventors: 真中元
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: JP2016159806A

Description

本発明は、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えることが可能な自動車に関する。

自動車では、前後輪駆動する４ＷＤ（４輪駆動）走行と、前輪と後輪のいずれか一方を駆動する２ＷＤ（２輪駆動）走行とのいずれの駆動状態も可能とするものがあり、その走行状態に応じ、４ＷＤ走行と２ＷＤ走行とを切り換えることができる（パートタイム４ＷＤ等）。このとき、例えば、自動車が常時４ＷＤ走行し、車両の急旋回走行時には、４ＷＤ走行から２ＷＤ走行に切り換わる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、２ＷＤ走行している間にスリップが発生すると４ＷＤ走行に切り換わり、加速または定常走行域を脱すると２ＷＤ走行に戻される技術も開示されている（例えば、特許文献２）。また、４ＷＤ走行している間に、速度変化が小さく、かつ、左右輪の速度差が小さいと２ＷＤ走行に切り換わり、速度変化が小さく、かつ、左右輪の速度差が大きくなると４ＷＤ走行に戻される技術も開示されている（特許文献３）。

また、４ＷＤ走行と２ＷＤ走行との切り換えを、電子制御カップリングを用いて実現している場合、４ＷＤ走行している間、常に電子制御カップリングで駆動電力が消費されることとなる。そこで、４ＷＤ走行している間、電子制御カップリングに時分割（デューティー）で駆動電力を供給することで消費電力を軽減する技術が開示されている（例えば、特許文献４）。また、ＥＶスイッチがオン状態のとき、ＥＶスイッチがオフ状態の場合と比べて４ＷＤ駆動で動作する領域が縮小するように設定される技術も開示されている（例えば、特許文献５）。

特公平５−３７８５４号公報特公昭６２−８３３４号公報特許第３５８２３７５号公報特開２００２−２２５５８３号公報特許第４２２５３１４号公報

上述したような２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えて走行する自動車において、２ＷＤ走行している間に大きな駆動力をかけると、２ＷＤ走行に関わる駆動輪にのみ負荷がかかり、駆動系の部品（例えば、デファレンシャルギアやドライブシャフト）の破損が生じるおそれがある。そこで、常時４ＷＤ走行を行うことで、駆動力を分散し、駆動系の部品の破損を防止することが考えられる。

しかし、上述したように、４ＷＤ走行している間は常に電子制御カップリングで駆動電力が消費されることとなり、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車においては、バッテリの消費により、走行に利用可能な電力が減少し、走行距離に影響を及ぼすこととなる。

本発明は、このような課題に鑑み、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することが可能な自動車を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の自動車は、駆動源から出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか一方に伝達するトランスミッションと、トランスミッションから出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリングと、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する条件判定部と、要駆動力条件を満たさないと判定されると２ＷＤ走行を行い、要駆動力条件を満たすと判定されると４ＷＤ走行を行う駆動切換部と、４ＷＤ走行が行われている間、電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部と、を備え、要駆動力条件は、シフトレンジが走行レンジに位置し、アクセルペダルの踏み込み量が車速に応じて変動する第２踏み込み閾値以上であり、車速が所定の第２速度閾値以上であることを特徴とする。
駆動切換部は、要駆動力条件を満たして４ＷＤ走行を行った後、要駆動力条件を満たさなくなり、かつ、車速の変化が、所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されれば、２ＷＤ走行を行うとしてもよい。

要駆動力条件は、シフトレンジが走行レンジに位置し、ブレーキペダルの踏み込み量が所定の第１踏み込み閾値未満であり、車速が所定の第１速度閾値未満であるとしてもよい。

第２速度閾値は、第１速度閾値よりも大きい値であるとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の自動車は、駆動源から出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか一方に伝達するトランスミッションと、トランスミッションから出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリングと、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する条件判定部と、要駆動力条件を満たすと判定されると４ＷＤ走行を行う駆動切換部と、４ＷＤ走行が行われている間、電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部と、を備え、駆動切換部は、要駆動力条件を満たして４ＷＤ走行を行った後、車速の変化が、所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されれば、２ＷＤ走行を行うことを特徴とする。

本発明によれば、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することが可能となる。

自動車の構成を示す図である。制御部による走行処理を説明するためのフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、自動車１００の構成を示す図である。自動車１００は、前後輪駆動する４ＷＤ（４輪駆動）走行と、前輪のみを駆動する２ＷＤ（２輪駆動）走行とのいずれの駆動状態も可能とし、エンジン１１０、燃料タンク１１２、クラッチ１１４、トランスミッション１１６、エレクトロニックコントロールユニット（以下、単にＥＣＵと言う）１１８、モータ１２０、インバータ１２２、バッテリ１２４、プロペラシャフト１２６、フロントデファレンシャルギア１２８、フロントドライブシャフト１３０、前輪１３２、電子制御カップリング１３４、リアデファレンシャルギア１３６、リアドライブシャフト１３８、後輪１４０、制御部１４２、シフトポジションセンサ１４４、ブレーキペダルセンサ１４６、車速センサ１４８、アクセルペダルセンサ１５０を含んで構成される。

本実施形態では、自動車１００として、特に、電気エネルギーを外部の商用のコンセントから直接充電可能であり、かつ、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えて走行可能なプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）について説明する。ただし、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えて走行可能な自動車であれば、駆動源が、エンジンおよびモータの一方または双方のいずれであってもよく、電気自動車（ＥＶ）、エンジン車、非プラグインハイブリッド車（ハイブリッド車）等、様々な車種を採用することができる。ここでは、本実施形態の特徴に関係する構成について詳細に説明し、本実施形態の特徴と無関係の構成については説明を省略する。

エンジン１１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンで構成され、燃料タンク１１２から供給される燃料（ガソリン、ディーゼル等）を燃焼させることで駆動力を得て、得られた駆動力を、クラッチ１１４を介してトランスミッション１１６に伝達する。また、エンジン１１０は、ＥＣＵ１１８と接続され、ＥＣＵ１１８の制御指令に基づいて駆動力が調整される。

モータ１２０は、エンジン１１０と同軸に配され、インバータ１２２を介してバッテリ１２４から供給される電力により駆動力を得て、得られた駆動力をトランスミッション１１６に伝達する。また、モータ１２０は、電力の供給を受けていないタイミングで、発電機としても機能し、発電された電力は、インバータ１２２を介してバッテリ１２４に蓄積される。また、インバータ１２２は、ＥＣＵ１１８と接続され、ＥＣＵ１１８の制御指令に基づいて供給電力（モータ１２０の駆動力）が調整される。

エンジン１１０やモータ１２０といった駆動源から出力された駆動力は、トランスミッション１１６により、トルク、回転数、回転方向が調整されてプロペラシャフト１２６に伝達され、さらにフロントデファレンシャルギア１２８、フロントドライブシャフト１３０を介して前輪１３２に伝達される。また、４ＷＤ走行時には、トランスミッション１１６から出力された駆動力が、電子制御カップリング１３４、リアデファレンシャルギア１３６、および、リアドライブシャフト１３８を介して後輪１４０にも伝達される。ここでは、前輪１３２は、トランスミッション１１６から直接駆動力を得て、後輪１４０は、電子制御カップリング１３４を介して駆動力を得ているが、後輪１４０に、トランスミッション１１６から直接駆動力を伝達し、前輪１３２に、電子制御カップリング１３４を介して駆動力を伝達するとしてもよい。

制御部１４２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、自動車１００全体を統括制御する。また、本実施形態において、制御部１４２は、条件判定部１６０、駆動切換部１６２、カップリング制御部１６４、走行モード切換部１６６としても機能する。制御部１４２には、トランスミッション１１６のシフトレンジが、前進レンジ（Ｄレンジ）、後進レンジ（Ｒレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）、パーキングレンジ（Ｐレンジ）のいずれに位置しているかを検出するシフトポジションセンサ１４４、不図示のブレーキペダルの踏み込み量（油圧）を検出するブレーキペダルセンサ１４６、自動車１００の速度を検出する車速センサ１４８、不図示のアクセルペダルの踏み込み量（油圧）を検出するアクセルペダルセンサ１５０等の各センサが接続され、制御部１４２は、各センサの検出信号を取り込む。また、制御部１４２は、ＥＣＵ１１８を介して、エンジン１１０やモータ１２０の駆動力を制御する。

（制御部１４２の動作）
自動車１００においては、上述したように２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えて走行するように設定することができる。ただし、２ＷＤ走行している間に、大きな駆動力をかけると（要求すると）、２ＷＤ走行に関わる駆動輪にのみ負荷がかかり、駆動系の部品の破損が生じるおそれがある。これに対し、駆動力を分散するために常時４ＷＤ走行を行うとすると、その走行の間は常に電子制御カップリング１３４で駆動電力が消費され、バッテリ１２４の消費により、走行に利用可能な電力が減少して、走行距離に影響を及ぼす。そこで、本実施形態では、事後的に駆動力が必要とされる状況か否か予め判定し、その判定結果に応じて、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを効率的に切り換えることで、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することを目的としている。

条件判定部１６０は、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる（または、必要となる可能性が高い）要駆動力条件を満たすか否か判定する。かかる構成により、事後的に高い駆動力が必要となる状況であることを予め把握し、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを効率的に切り換えることが可能となる。

ここで、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる状況としては、例えば、自動車１００の発進時や、自動車１００の走行中の急加速時が考えられる。

自動車１００の発進時であることを判定するには、要駆動力条件として、シフトレンジが走行レンジに位置し、ブレーキペダルの踏み込み量が所定の第１踏み込み閾値未満であり、車速が所定の第１速度閾値未満であること、の全てが満たされればよい。したがって、条件判定部１６０は、シフトポジションセンサ１４４が、シフトレンジが前進レンジまたは後進レンジのいずれか（走行レンジ）に位置していることを検出し、ブレーキペダルセンサ１４６が、ブレーキペダルの踏み込み量が所定の第１踏み込み量未満（ブレーキペダルの解除に相当）であることを検出し、かつ、車速センサ１４８が、自動車の速度が所定の第１速度閾値（例えば、５ｋｍ／ｈ）未満であることを検出した場合に、要駆動力条件を満たしていると判定する。

また、自動車１００の走行中の急加速時であることを判定するには、要駆動力条件として、シフトレンジが走行レンジに位置し、アクセルペダルの踏み込み量が車速に応じて変動する第２踏み込み閾値以上であり、車速が所定の第２速度閾値以上であること、の全てが満たされればよい。したがって、条件判定部１６０は、シフトポジションセンサ１４４が、シフトレンジが前進レンジまたは後進レンジのいずれか（走行レンジ）に位置していることを検出し、アクセルペダルセンサ１５０が、アクセルペダルの踏み込み量が第２踏み込み量以上であることを検出し、かつ、車速センサ１４８が、自動車の速度が所定の第２速度閾値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上であることを検出した場合に、要駆動力条件を満たしていると判定する。ここで、第２踏み込み閾値は、車速に対してマップまたは計算式により一義的に導出され、例えば、高速になるほどその値が大きくなるとしてもよい。こうすることで、高い車速（例えば、５０ｋｍ／ｈ以上）で一定走行している際に、意図せず要駆動力条件を満たすと判定される（４ＷＤ走行に切り換わる）のを回避することができる。

このように、自動車１００の発進時や、自動車１００の走行中の急加速時を的確に判定することで、事後的に高い駆動力が必要となるタイミングを適切に把握することが可能となる。

駆動切換部１６２は、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えることができ、条件判定部１６０が要駆動力条件を満たすと判定すると、その時点で２ＷＤ走行および４ＷＤ走行のいずれを行っているかに拘わらず、４ＷＤ走行を行う。また、駆動切換部１６２は、要駆動力条件を満たして４ＷＤ走行を行った後、車速センサ１４８が検出した自動車１００の速度の変化が、所定の時間閾値の間（例えば、５秒）、所定の速度範囲（例えば、±５ｋｍ／ｈ）内に維持されれば、すなわち、車速が安定すると、２ＷＤ走行に戻す（ヒステリシス特性）。なお、駆動切換部１６２は、運転者の操作により、結果的に、高い駆動力（所定の駆動閾値以上の駆動力）が要求された場合にも４ＷＤ走行を行うとしてもよい。

カップリング制御部１６４は、４ＷＤ走行が行われている間、電子制御カップリング１３４の駆動ソレノイドを駆動し、走行状態に応じ、前輪１３２と後輪１４０のデューティーを調整して後輪１４０への最適な駆動力伝達を行う。

ここでは、条件判定部１６０が要駆動力条件を満たすと判定した場合、例えば、自動車１００の発進時や、自動車１００の走行中の急加速時、すなわち、事後的に高い駆動力が必要となる状況において、４ＷＤ走行に切り換えることで、その後に発進や急加速によって実際に生じ得る高い駆動力を分散することができるため、駆動系の部品の破損を回避する（部品保護）ことが可能となる。また、要駆動力条件を満たしていない間、もしくは、要駆動力条件を満たした後に、車速の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されるようになった場合、２ＷＤ走行を行うことで、電子制御カップリング１３４を駆動しないで済むので、その分、消費電力を削減することが可能となる。

また、ここでは、実際に駆動力が要求される状況になってからはじめて４ＷＤ走行に切り換えるのではなく、そのような状況になることを予め推測し、事前に４ＷＤ走行に切り換えているので、駆動状態切換の応答性を向上し、要求された高い駆動力を効果的に分散することが可能となる。

（走行処理）
図２は、制御部１４２による走行処理を説明するためのフローチャートである。まず、条件判定部１６０は、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する（Ｓ２００）。具体的には、自動車１００の発進時、または、自動車１００の走行中の急加速時であるか判定される。

そして、条件判定部１６０が、要駆動力条件が満たされていると判定すると（Ｓ２００におけるＹＥＳ）、以下の処理が実行される。

すなわち、駆動切換部１６２は、現在の駆動状態が４ＷＤ走行であるか否か判定し（Ｓ２０２）、４ＷＤ走行でなければ（Ｓ２０２におけるＮＯ）、４ＷＤ走行に切り換える（Ｓ２０４）。このときカップリング制御部１６４は、電子制御カップリング１３４を駆動し、走行状態に応じて後輪１４０への最適な駆動力伝達を行う。また、現在の駆動状態が４ＷＤ走行であれば（Ｓ２０２におけるＹＥＳ）、その４ＷＤ走行を維持する。

また、条件判定部１６０が、要駆動力条件が満たされていないと判定すると（Ｓ２００におけるＮＯ）、自動車１００の速度の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されたか否かを判定し（Ｓ２０６）、速度の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されていなければ（Ｓ２０６におけるＮＯ）、現在の駆動状態（２ＷＤ走行または４ＷＤ走行）を維持し、速度の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されていれば（Ｓ２０６におけるＹＥＳ）、以下の処理が実行される。

すなわち、駆動切換部１６２は、現在の駆動状態が２ＷＤ走行であるか否か判定し（Ｓ２０８）、２ＷＤ走行でなければ（Ｓ２０８におけるＮＯ）、２ＷＤ走行に切り換える（Ｓ２１０）。このときカップリング制御部１６４は、電子制御カップリング１３４の駆動を停止する。また、現在の駆動状態が２ＷＤ走行であれば（Ｓ２０８におけるＹＥＳ）、その２ＷＤ走行を維持する。

以上、説明したように、本実施形態の自動車１００では、自動車１００の発進時や、自動車１００の走行中の急加速時等、事後的に高い駆動力が必要となる状況において、４ＷＤ走行に切り換えることで、その後に発進や急加速によって実際に生じ得る高い駆動力を分散することができるため、駆動系の部品の破損を回避する（部品保護）ことができる。また、要駆動力条件を満たしていない間、もしくは、要駆動力条件を満たした後に車速の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持された場合に、２ＷＤ走行を行うことで、電子制御カップリング１３４を駆動しないで済むので、その分、消費電力を削減することが可能となる。要するに、４ＷＤ走行により駆動系の部品の破損を回避しつつ、２ＷＤ走行で消費電力を削減することができる。特にＰＨＥＶでは、モータのみでの航続距離を少しでも長くしたいというニーズがある。本実施形態の自動車１００では、４ＷＤのメリットを享受しつつ、消費電力の低減によりモータ走行の航続距離を伸ばすことができる。また、ここでは、そのような状況になることを予め推測し、事前に４ＷＤ走行に切り換えているので、駆動状態切換の応答性を向上し、要求された高い駆動力を効果的に分散することが可能となる。

また、消費電力の許す範囲で、全体走行における４ＷＤ走行の時間占有比率を高めることができれば、すなわち、所定の閾値を下げることができれば、運転者が要求する駆動力が低いうちから４ＷＤ走行に切り換えることが可能となるので、自動車１００自体の駆動力に対する耐久性を上げなくて済み、製造コストの削減を図ることが可能となる。

また、コンピュータを制御部１４２として機能させるプログラム、および、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、駆動閾値、第１踏み込み閾値、第２踏み込み閾値、第１速度閾値、第２速度閾値、時間閾値、速度範囲として数値を例示している場合があるが、かかる場合に限らず、実験や実走行に応じて任意の値を設定することができる。

なお、本明細書の走行処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えることが可能な自動車に利用できる。

１００自動車
１１６トランスミッション
１３４電子制御カップリング
１６０条件判定部
１６２駆動切換部
１６４カップリング制御部

Claims

駆動源から出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか一方に伝達するトランスミッションと、
前記トランスミッションから出力された駆動力を前記前輪および前記後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリングと、
運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する条件判定部と、
前記要駆動力条件を満たさないと判定されると２ＷＤ走行を行い、前記要駆動力条件を満たすと判定されると４ＷＤ走行を行う駆動切換部と、
前記４ＷＤ走行が行われている間、前記電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部と、
を備え、
前記要駆動力条件は、シフトレンジが走行レンジに位置し、アクセルペダルの踏み込み量が車速に応じて変動する第２踏み込み閾値以上であり、車速が所定の第２速度閾値以上であることを特徴とする自動車。
前記駆動切換部は、前記要駆動力条件を満たして４ＷＤ走行を行った後、前記要駆動力条件を満たさなくなり、かつ、車速の変化が、所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されれば、２ＷＤ走行を行うことを特徴とする請求項１に記載の自動車。
前記要駆動力条件は、シフトレンジが走行レンジに位置し、ブレーキペダルの踏み込み量が所定の第１踏み込み閾値未満であり、車速が所定の第１速度閾値未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車。
前記第２速度閾値は、前記第１速度閾値よりも大きい値であることを特徴とする請求項３に記載の自動車。
駆動源から出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか一方に伝達するトランスミッションと、
前記トランスミッションから出力された駆動力を前記前輪および前記後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリングと、
運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する条件判定部と、
前記要駆動力条件を満たすと判定されると４ＷＤ走行を行う駆動切換部と、
前記４ＷＤ走行が行われている間、前記電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部と、
を備え、
前記駆動切換部は、前記要駆動力条件を満たして４ＷＤ走行を行った後、車速の変化が、所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されれば、２ＷＤ走行を行うことを特徴とする自動車。