JP7171144B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行のための駆動トルクを主駆動輪と副駆動輪とに配分するトルク配分システムを搭載した車両に用いられる制御装置に関する。

従来、四輪自動車などの車両の４ＷＤ（four-wheel-drive：四輪駆動）システムとして、アクティブトルクスプリット４ＷＤシステムが広く知られている。アクティブトルクスプリット４ＷＤシステムの一例では、通常時は、車両の走行のための駆動トルクが主駆動輪（たとえば、左右の前輪）に伝達される。車両の走行中にタイヤスリップが生じると、路面摩擦係数が推定されて、その推定された路面摩擦係数などからタイヤスリップが発生しないように、電子制御カップリングにより駆動トルクが主駆動輪と副駆動輪とに能動的に配分される。

図５は、従来のアクティブトルクスプリット４ＷＤシステムにおけるトルク配分について説明するための図である。

従来のアクティブトルクスプリット４ＷＤシステムでは、たとえば、車両に設けられているアクセルペダルの操作量であるアクセル開度が一定の状態で、主駆動輪のタイヤ回転数および副駆動輪のタイヤ回転数の一方よりも他方が一定以上大きくなると、主駆動輪または副駆動輪にタイヤスリップが生じていると判定される（時刻Ｔ５１）。

タイヤスリップが生じていると判定された場合、主駆動輪および副駆動輪の各駆動トルクなどから路面摩擦係数が推定され、その推定された路面摩擦係数（推定路面μ）から主駆動輪および副駆動輪に配分するトルクが決定される。そして、電子制御カップリングの係合状態が制御されて、その決定されたトルクが主駆動輪および副駆動輪に伝達される。その結果、主駆動輪が受け持つトルクがタイヤスリップを生じないトルクに低下して、主駆動輪のタイヤがグリップを取り戻し（時刻Ｔ５２）、主駆動輪での低下分のトルクを副駆動輪が受け持つことにより、アクセル開度に応じた加速度で車両が加速する。

特開平１１－２３０８６７号公報

ところが、従来の制御では、実際には路面摩擦係数が高いにもかかわらず、主駆動輪または副駆動輪が路面の凹凸やスピードブレーカなどの段差を乗り越えたときに、その乗り越えた主駆動輪または副駆動輪のタイヤ回転数が揺れることにより、タイヤスリップが生じたと誤判定されて、路面摩擦係数が低く推定され、副駆動輪が不要に駆動されるという問題がある。副駆動輪の不要な駆動は、走行燃費の悪化を招く。

この問題に対して、タイヤスリップの判定の閾値を上げることやタイヤ回転数の検出値をなますことが考えられるが、これらの対策では、タイヤスリップが実際に生じたときに、タイヤスリップの判定が遅くなるうえ、トルクの配分が適切に行えなくなるという背反を生じる。

本発明の目的は、副駆動輪の不要な駆動を抑制できる、車両用制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用制御装置は、走行のための駆動トルクを主駆動輪と副駆動輪とに配分するトルク配分システムを搭載した車両に用いられる制御装置であって、主駆動輪または副駆動輪のタイヤスリップを検出する検出手段と、検出手段によりタイヤスリップが検出されたことに応じて、路面摩擦係数を推定する推定手段と、検出手段によりタイヤスリップが検出され続けている時間を計測する計時手段と、駆動トルクの配分の決定に使用される路面摩擦係数を記憶する記憶手段とを含み、推定手段により路面摩擦係数が推定されたことに応じて、その推定された路面摩擦係数を記憶手段に新たに記憶させ、計時手段により計測された時間が一定未満である場合には、記憶手段に記憶される路面摩擦係数を新たに記憶させた路面摩擦係数から検出手段によるタイヤスリップの検出前に記憶されていた路面摩擦係数に戻す。

この構成によれば、主駆動輪または副駆動輪のタイヤスリップが検出された場合、路面摩擦係数が推定され、路面摩擦係数が推定されたことに応じて、その推定された路面摩擦係数が記憶手段に新たに記憶される。そして、その路面摩擦係数を使用して、駆動トルクの主駆動輪と副駆動輪とへの配分が新たに決定される。これにより、主駆動輪または副駆動輪のタイヤがグリップを取り戻すことができる。

また、主駆動輪または副駆動輪のタイヤスリップが検出されると、タイヤスリップが検出され続けている時間が計測される。タイヤスリップが検出されなくなった時点で、それまでに計測された時間が一定以上である場合、記憶手段に新たに記憶された路面摩擦係数が維持され、計測された時間が一定に満たない場合には、記憶手段に記憶される路面摩擦係数が新たに記憶された路面摩擦係数からタイヤスリップの検出前に記憶されていた路面摩擦係数に戻される。

これにより、主駆動輪または副駆動輪のタイヤスリップの継続時間が短い場合には、記憶手段に記憶される路面摩擦係数がタイヤスリップの検出前の路面摩擦係数に戻されるので、駆動トルクの主駆動輪と副駆動輪とへの配分もタイヤスリップの検出前の配分に戻される。そのため、主駆動輪が路面の凹凸やスピードブレーカなどの段差を乗り越えた場合などに、副駆動輪が不要に駆動され続けることを抑制できる。

一方、主駆動輪または副駆動輪のタイヤスリップが一定時間を超えて継続している場合には、駆動トルクの主駆動輪と副駆動輪とへの配分が新たに決定された配分が維持される。よって、車両が４ＷＤ状態での安定した走行を続けることができる。

本発明によれば、副駆動輪の不要な駆動を抑制することができ、副駆動輪の不要な駆動による走行燃費の低下を抑制することができながら、必要なときには、副駆動輪を良好に駆動して、車両を４ＷＤ状態で安定して走行させることができる。

本発明の一実施形態に係るＥＣＵが搭載された車両の平面図である。 ＥＣＵの機能的な構成を示すブロック図である。 アクセル開度、タイヤ回転数、スリップ判定結果、スリップ継続時間計測値および推定路面μの時間変化の例を示す図である。 アクセル開度、タイヤ回転数、スリップ判定結果、スリップ継続時間計測値および推定路面μの時間変化の他の例を示す図である。 従来のアクティブトルクスプリット４ＷＤシステムにおけるトルク配分について説明するための図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜アクティブトルクスプリット４ＷＤシステム＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵ３１が搭載された車両１の平面図である。

車両１は、アクティブトルクスプリット４ＷＤシステムを採用している。車両１には、エンジン２、トランスミッション３、フロントデファレンシャルギヤ４、トランスファ５、プロペラシャフト６およびリヤデファレンシャルギヤ７が含まれる。

エンジン２は、車両１の前後方向に対してクランクシャフトが横向きになるように、つまりクランクシャフトが車幅方向に延びるように、車両１の前部に横置きで搭載（マウント）されている。

トランスミッション３は、たとえば、ラビニヨ型の遊星歯車機構を備える有段式の自動変速機（ＡＴ：Automatic Transmission）であってもよいし、ベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）であってもよい。

フロントデファレンシャルギヤ４のデフケース１１には、リングギヤ１２が固定されている。リングギヤ１２には、エンジン２の回転がトランスミッション３で変速されて入力される。リングギヤ１２に入力される回転により、デフケース１１がリングギヤ１２と一体に回転する。そして、デフケース１１の回転がピニオンギヤ１３を介して各サイドギヤ１４の回転に変換されて、各サイドギヤと一体に左右のフロントドライブシャフト１５Ｌ，１５Ｒが回転し、フロントドライブシャフト１５Ｌ，１５Ｒの回転がそれぞれ主駆動輪である前輪１６Ｌ，１６Ｒに伝達される。

トランスファ５は、たとえば、フロントデファレンシャルギヤ４のデフケース１１と一体に回転する第１かさ歯車１７と、この第１かさ歯車１７と噛合する第２かさ歯車１８とを含む。第２かさ歯車１８の中心には、車両１の前後方向に延びるプロペラシャフト６の前端が接続されている。

プロペラシャフト６は、フロント側部分６Ｆとリヤ側部分６Ｒとに分割して構成されており、フロント側部分６Ｆとリヤ側部分６Ｒとの間には、電子制御カップリング２１が介装されている。電子制御カップリング２１には、入力側クラッチプレートと出力側クラッチプレートを交互に複数配置した多板摩擦クラッチを有する公知のものが採用されている。

プロペラシャフト６の後端は、リヤデファレンシャルギヤ７のドライブピニオンシャフトに連結されている。プロペラシャフト６からリヤデファレンシャルギヤ７に伝達されるトルクにより、リヤドライブシャフト２２Ｌ，２２Ｒが回転し、リヤドライブシャフト２２Ｌ，２２Ｒの回転がそれぞれ副駆動輪である後輪２３Ｌ，２３Ｒに伝達される。

また、車両１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）３１が備えられている。

前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒのそれぞれに対応して、各タイヤの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するタイヤ回転センサ３２が設けられている。ＥＣＵ３１には、各タイヤ回転センサ３２が接続されている。また、ＥＣＵ３１には、プロペラシャフト６のフロント側部分６Ｆの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するフロント回転センサ３３Ｆと、プロペラシャフト６のリヤ側部分６Ｒの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するリヤ回転センサ３３Ｒとが接続されている。

ＥＣＵ３１には、その他にも、制御に必要な各種センサが接続されている。各種センサには、たとえば、エンジン２の回転（クランクシャフトの回転）に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転センサ３４、車両１に設けられたアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ３５などが含まれる。

ＥＣＵ３１は、各タイヤ回転センサ３２の検出信号から前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒの各タイヤ回転数を求める。ＥＣＵ３１は、フロント回転センサ３３Ｆの検出信号からプロペラシャフト６のフロント側部分６Ｆの回転数を求め、リヤ回転センサ３３Ｒの検出信号からプロペラシャフト６のリヤ側部分６Ｒの回転数を求める。また、ＥＣＵ３１は、エンジン回転センサ３４の検出信号からエンジン２の回転数であるエンジン回転数を求め、アクセルセンサ３５の検出信号からアクセル開度を求める。アクセル開度は、アクセルペダルの操作量であり、たとえば、アクセルペダルが最大まで踏み込まれたときを１００％とする百分率である。ＥＣＵ３１は、各種センサから入力される検出信号から求めた数値などに基づいて、電子制御カップリング２１を制御する。

なお、図１には、１つのＥＣＵ３１のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、ＥＣＵ３１と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ３１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

また、ＥＣＵ３１には、ＥＣＵ３１による制御に必要な各種センサの一部のみが示されている。

＜機能処理部＞
図２は、ＥＣＵ３１の機能的な構成を示すブロック図である。

ＥＣＵ３１は、スリップ検出（判定）部３１１、路面摩擦係数推定部３１２、スリップ継続時間計測部３１３、路面摩擦係数記憶部３１４、トルク配分決定部３１５およびカップリング制御部３１６を実質的に備えている。これらの機能部は、プログラム処理によってソフトウエア的に実現されてもよいし、論理回路などのハードウェアにより実現されてもよいし、それらの組合せにより実現されてもよい。

図３は、アクセル開度、タイヤ回転数、スリップ判定結果、スリップ継続時間計測値および推定路面μの時間変化の例を示す図である。図４は、アクセル開度、タイヤ回転数、スリップ判定結果、スリップ継続時間計測値および推定路面μの時間変化の他の例を示す図である。

スリップ検出部３１１、路面摩擦係数推定部３１２、スリップ継続時間計測部３１３、路面摩擦係数記憶部３１４、トルク配分決定部３１５およびカップリング制御部３１６は、一定の周期で以下に説明する動作を繰り返す。

スリップ検出部３１１は、主駆動輪である前輪１６Ｌ，１６Ｒのタイヤスリップを検出する。具体的には、スリップ検出部３１１は、左前輪１６Ｌの回転数と左後輪２３Ｌの回転数とを比較し、それらの差回転（回転数の差）が第１閾値以上である場合、左前輪１６Ｌにタイヤスリップが生じていると判定し、差回転が第２閾値未満である場合、左前輪１６Ｌのタイヤスリップが生じていないと判定する。また、スリップ検出部３１１は、右前輪１６Ｒの回転数と右後輪２３Ｒの回転数とを比較し、それらの差回転が第１閾値以上である場合、右前輪１６Ｒにタイヤスリップが生じていると判定し、差回転が第２閾値未満である場合、右前輪１６Ｒのタイヤスリップが生じていないと判定する。

なお、第１閾値と第２閾値とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。左前輪１６Ｌの回転数と左右の後輪２３Ｒ，２３Ｌの回転数の平均値との比較により、左前輪１６Ｌにタイヤスリップが生じているか否かが判定されてもよい。同様に、右前輪１６Ｒの回転数と左右の後輪２３Ｒ，２３Ｌの回転数の平均値との比較により、右前輪１６Ｒにタイヤスリップが生じているか否かが判定されてもよい。

スリップ検出部３１１は、左前輪１６Ｌまたは右前輪１６Ｒの少なくとも一方のタイヤスリップを検出すると、ＥＣＵ３１の内蔵メモリに設けられるスリップ判定フラグに「１」をセットする（時刻Ｔ１）。一方、スリップ検出部３１１は、左前輪１６Ｌおよび右前輪１６Ｒの両方のタイヤスリップを検出しなくなると、言い換えれば、左前輪１６Ｌおよび右前輪１６Ｒの両方にタイヤスリップが生じていないと判定すると、スリップ判定フラグを「０」にリセットする（図３の時刻Ｔ２。図４の時刻Ｔ３）。

路面摩擦係数推定部３１２は、公知の手法により、前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒの各回転数から路面摩擦係数（路面μ）を推定する。

スリップ継続時間計測部３１３は、発振器からのクロックパルスの出力に応答してカウントアップするインクリメントカウンタで構成される。スリップ継続時間計測部３１３は、スリップ判定フラグに「１」がセットされたことを契機にカウント動作を開始し（時刻Ｔ１）、スリップ判定フラグに「０」がセットされたことを契機にカウント動作を停止する（図３の時刻Ｔ２、図４の時刻Ｔ３）。したがって、スリップ継続時間計測部３１３のカウント値は、スリップ検出部３１１によりタイヤスリップが検出され続けている時間に相当する。

路面摩擦係数記憶部３１４は、路面摩擦係数推定部３１２によって路面μが推定されると、その推定された路面μ（推定路面μ）を記憶する。その後、路面摩擦係数記憶部３１４は、スリップ判定フラグの状態を監視し、スリップ判定フラグが「０」にリセットされたことに応じて、スリップ継続時間計測部３１３のカウント値が所定の継続閾値以上であるか否かを判定する。そして、路面摩擦係数記憶部３１４は、カウント値が継続閾値以上であると判定した場合、新たな推定路面μの記憶をその後も維持する。一方、路面摩擦係数記憶部３１４は、カウント値が継続閾値未満であると判定した場合、新たな推定路面μからスリップ判定フラグに「１」がセットされる前の推定路面μに記憶を戻す。

トルク配分決定部３１５は、路面摩擦係数記憶部３１４に記憶されている推定路面μを使用して、駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分を決定する。すなわち、トルク配分決定部３１５は、推定路面μから前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒがタイヤスリップを生じずに受け持つことができるトルクを求める。そして、そのトルクを前輪１６Ｌ，１６Ｒに配分されるトルクに決定し、車両１の走行のための駆動トルクから前輪１６Ｌ，１６Ｒに配分されるトルクを差し引き、その差し引いた残余のトルクを後輪２３Ｌ，２３Ｒに配分されるトルクに決定する。

カップリング制御部３１６は、トルク配分決定部３１５によって決定された配分に従って、駆動トルクが前輪１６Ｌ，１６Ｒと後輪２３Ｌ，２３Ｒとに配分されるように、電子制御カップリング２１の係合状態を制御する。

＜作用効果＞
以上のように、前輪１６Ｌ，１６Ｒのタイヤスリップが検出された場合、路面摩擦係数が推定され、路面摩擦係数が推定されたことに応じて、その推定された路面摩擦係数（推定路面μ）が路面摩擦係数記憶部３１４に新たに記憶される。トルク配分決定部３１５では、その路面摩擦係数記憶部３１４に記憶された路面摩擦係数を使用して、駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が新たに決定される。これにより、前輪１６Ｌ，１６Ｒのタイヤがグリップを取り戻すことができる。

また、前輪１６Ｌ，１６Ｒのタイヤスリップが検出されると、タイヤスリップが検出され続けている時間が計測される。タイヤスリップが検出されなくなった時点で、それまでに計測された時間が一定以上である場合、路面摩擦係数記憶部３１４に記憶された推定路面μがそのまま維持され、計測された時間が一定に満たない場合には、路面摩擦係数記憶部３１４に記憶される推定路面μが新たに記憶された推定路面μからタイヤスリップの検出前に記憶されていた推定路面μに戻される。

これにより、前輪１６Ｌ，１６Ｒのタイヤスリップの継続時間が短い場合には、路面摩擦係数記憶部３１４に記憶される推定路面μがタイヤスリップの検出前の推定路面μに戻されるので、駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒと後輪２３Ｌ，２３Ｒとへの配分もタイヤスリップの検出前の配分に戻される。そのため、前輪１６Ｌ，１６Ｒが路面の凹凸やスピードブレーカなどの段差を乗り越えた場合などに、後輪２３Ｌ，２３Ｒが不要に駆動され続けることを抑制できる。

一方、前輪１６Ｌ，１６Ｒのタイヤスリップが一定時間を超えて継続している場合には、駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒと後輪２３Ｌ，２３Ｒとへの配分が新たに決定された配分に維持される。よって、車両１が４ＷＤ状態での安定した走行を続けることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、主駆動輪である前輪１６Ｌ，１６Ｒのタイヤスリップを検出する場合を例に挙げたが、副駆動輪である後輪２３Ｌ，２３Ｒのタイヤスリップについても同様の手法により検出されて、そのタイヤスリップが検出されたことに応じて、路面摩擦係数が推定されてもよい。

動力の非分配時に動力が伝達される主駆動輪が前輪１６Ｌ，１６Ｒである構成を取り上げたが、本発明に係る車両用制御装置は、動力の非分配時に動力が伝達される主駆動輪が後輪２３Ｌ，２３Ｒである構成の車両に用いることもできる。

また、トランスミッション３は、動力分割式無段変速機であってもよい。動力分割式無段変速機は、たとえば、変速比の変更により動力を無段階に変速するベルト式の無段変速機構を備え、インプット軸とアウトプット軸との間で動力を２つの経路に分岐して伝達可能な変速機である。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
１６Ｌ，１６Ｒ：前輪
２３Ｌ，２３Ｒ：後輪
３１：ＥＣＵ
３１１：スリップ検出部（検出手段）
３１２：路面摩擦係数推定部（推定手段）
３１３：スリップ継続時間計測部（計時手段）
３１４：路面摩擦係数記憶部（記憶手段）

Claims (1)

1. 走行のための駆動トルクを主駆動輪と副駆動輪とに配分するトルク配分システムを搭載した車両に用いられる制御装置であって、
   前記主駆動輪または前記副駆動輪のタイヤスリップを検出する検出手段と、
   前記検出手段によりタイヤスリップが検出されたことに応じて、路面摩擦係数を推定する推定手段と、
   前記検出手段によりタイヤスリップが検出され続けている時間を計測する計時手段と、
   駆動トルクの配分の決定に使用される路面摩擦係数を記憶する記憶手段とを含み、
   前記推定手段により路面摩擦係数が推定されたことに応じて、その推定された路面摩擦係数を前記記憶手段に新たに記憶させ、
   前記計時手段により計測された時間が一定未満である場合には、前記記憶手段に記憶される路面摩擦係数を新たに記憶させた路面摩擦係数から前記検出手段によるタイヤスリップの検出前に記憶されていた路面摩擦係数に戻す、車両用制御装置。

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