JP7243448B2 - 駆動力配分制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、四輪駆動車に搭載される駆動力配分制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、二輪駆動状態と四輪駆動状態との切換えが行われる四輪駆動車が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような四輪駆動車の中には、二輪駆動状態において駆動源の駆動力が伝達される主駆動輪にスリップが発生したときに、四輪駆動状態に自動で切り換えられるものがある。このような四輪駆動車には、駆動源の駆動力を補助駆動輪に伝達するための駆動軸と、該駆動軸と該補助駆動輪とを締結したり非締結にしたりするクラッチとが設けられている。そして、主駆動輪にスリップが発生したときに、クラッチにより駆動軸と補助駆動輪とを即座に締結するようにしている。

特開２０１６－１７９７３４号公報

しかしながら、主駆動輪にスリップが発生したときに、クラッチにより駆動軸と補助駆動輪とを即座に締結すると、補助駆動輪に伝達される駆動力が急激にかつ大幅に上昇するために、四輪駆動車にショックが生じ、四輪駆動車の乗員に不快感を与えてしまうという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、四輪駆動車の主駆動輪にスリップが発生したときに、四輪駆動車にショックが生じるのを抑制しながら、そのスリップを速やかに解消可能な駆動力配分制御装置を提供しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、二輪駆動状態と四輪駆動状態との切換えが自動で行われる四輪駆動車に搭載される駆動力配分制御装置を対象として、上記二輪駆動状態及び上記四輪駆動状態のいずれにおいても、駆動源の駆動力が伝達される左右一対の主駆動輪と、上記四輪駆動状態のみにおいて上記駆動力が伝達される左右一対の補助駆動輪と、上記駆動力を上記補助駆動輪に伝達するための駆動軸と、上記駆動軸と上記補助駆動輪との締結及び非締結により、上記二輪駆動状態と上記四輪駆動状態との切換えを行うとともに、上記駆動軸と上記補助駆動輪との締結時における締結力の変更により、上記主駆動輪及び上記補助駆動輪への駆動力の配分を変更するカップリング機構と、上記カップリング機構の作動を制御するカップリング機構制御手段と、上記四輪駆動車の車速を検出する車速検出手段と、上記四輪駆動車のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、上記主駆動輪のスリップを検出するスリップ検出手段と、を備え、上記カップリング機構制御手段は、上記駆動軸と上記補助駆動輪とが非締結でありかつ上記車速検出手段により検出された車速が第１所定車速以下であるときにおいて、上記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度の上昇速度が所定値以上になったときには、上記駆動軸と上記補助駆動輪とを締結しかつ上記締結力を第１締結力に設定するとともに、上記締結力を上記第１締結力に設定した後において、該設定から所定時間が経過する前に、又は、上記車速検出手段により検出された車速が、上記第１所定車速よりも大きい第２所定車速以上になる前に、上記スリップ検出手段による少なくとも一方の上記主駆動輪のスリップが検出されたときには、上記締結力を上記第１締結力から第２締結力に変更するように構成されており、上記締結力が上記第１締結力から上記第２締結力に変更された少なくとも直後における該第２締結力は、上記第１締結力よりも大きい値である、という構成とした。

上記の構成により、駆動軸と補助駆動輪とが非締結であり（二輪駆動状態であり）かつ車速が第１所定車速以下（０に近い値）であるときにおいて、アクセル開度の上昇速度が所定値以上になったとき、つまり、四輪駆動車の乗員の急激なアクセル操作により主駆動輪にスリップが発生し易い状況にあるときには、予め締結力が第１締結力とされ、その状態で主駆動輪にスリップが発生したときには、締結力が第１締結力から第２締結力に変更される。この結果、締結力が第１締結力を経て段階的に上昇されるので、補助駆動輪に伝達される駆動力が急激にかつ大幅に上昇することがなくなり、車両にショックが生じるのが抑制される。また、主駆動輪にスリップが発生したときには、締結力を、第１締結力から、そのスリップを解消可能な第２締結力に変更するので、０から第２締結力に変更する場合よりも締結力を素早く変更することができ、スリップを速やかに解消することができる。

上記駆動力配分制御装置において、上記カップリング機構制御手段は、上記締結力を上記第１締結力に設定した後において、上記スリップ検出手段により両方の上記主駆動輪のスリップが検出されずに、該設定から上記所定時間が経過したとき、又は、上記スリップ検出手段により両方の上記主駆動輪のスリップが検出されずに、上記車速検出手段により検出された車速が上記第２所定車速以上になったときには、上記締結力を上記第１締結力から０に低下させるように構成されている、ことが好ましい。

このことにより、両方の主駆動輪のスリップが検出されずに、第１締結力の設定から所定時間が経過したとき、又は、車速が第２所定車速以上になったときには、スリップが生じない状況になったと判断することができるので、締結力を０に低下させても問題はなく、締結力を０にする（二輪駆動状態にする）ことによって駆動源の駆動力の損失を低減させて、燃費を向上させることができる。

上記駆動力配分制御装置において、上記カップリング機構制御手段は、上記第２締結力を、上記スリップ検出手段により検出された上記スリップのスリップ量に応じた値にするように構成されている、ことが好ましい。

このことで、第２締結力を、無駄に大きな値にすることなく、主駆動輪に発生したスリップを解消可能な適切な値にすることができる。

以上説明したように、本発明の駆動力配分制御装置によると、四輪駆動車の主駆動輪にスリップが発生したときに、四輪駆動車にショックが生じるのを抑制しながら、そのスリップを速やかに解消することができる。

本発明の実施形態に係る駆動力配分制御装置が搭載された四輪駆動車の全体の概略構成を示す図である。 駆動力配分制御装置の制御系の構成を示すブロック図である。 電磁カップリング機構によるプロペラシャフトと後輪との締結力を第１締結力に設定した後に少なくとも一方の前輪のスリップが検出された場合における、該締結力、アクセル開度、アクセル開度の上昇速度、車速、及び前輪のスリップ量の変化を示すタイムチャートである。 上記締結力を第１締結力に設定した後において両方の前輪のスリップが検出さない場合における、該締結力、アクセル開度、アクセル開度の上昇速度、車速、及び前輪のスリップ量の変化を示すタイムチャートである。 コントロールユニットによる電磁カップリング機構の制御の処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る駆動力配分制御装置が搭載された四輪駆動車１の全体の概略構成を示す。この四輪駆動車１（以下、車両１という）は、該車両１の乗員による操作によらずに、二輪駆動状態と四輪駆動状態との切換えが自動で行われるように構成されている。

車両１は、ＦＦ車をベースにしたものであって、車両１の前部に設けられたエンジンルーム内に、駆動源としてのエンジン２が配設されている。

車両１が二輪駆動状態にあるときには、エンジン２の駆動力（駆動トルク）が左右の前輪１１に伝達される。一方、車両１が四輪駆動状態にあるときには、エンジン２の駆動力が左右の前輪１１及び左右の後輪１２に伝達される。このことから、前輪１１は、二輪駆動状態及び四輪駆動状態のいずれにおいても、エンジン２の駆動力が伝達される主駆動輪とされ、後輪１２は、四輪駆動状態のみにおいてエンジン２の駆動力が伝達される補助駆動輪とされる。尚、本実施形態では、前輪１１は、操舵輪でもある。

エンジン２の駆動力は、トランスミッション３及びフロントデファレンシャル機構４を介して、車幅方向に延びる左右一対のフロントドライブシャフト５に伝達されて、該フロントドライブシャフト５から左右の前輪１１に伝達される。トランスミッション３及びフロントデファレンシャル機構４は、互いにユニット化されている。

また、エンジン２の駆動力は、フロントデファレンシャル機構４から、トランスファーに相当するＰＴＯ６（パワーテイクオフ（Power Take Off））にも伝達されて、該ＰＴＯ６から、上記駆動力を左右の後輪１２に伝達するためのプロペラシャフト７（駆動軸）に伝達される。

プロペラシャフト７は、車両１の前後方向において前輪１１と後輪１２との間に位置して、前後方向に延びている。プロペラシャフト７の前端部は、ＰＴＯ６に連結され、プロペラシャフト７の後端部は、後述の電磁カップリング機構８に連結されている。

プロペラシャフト７と左右の後輪１２との間（詳細には、プロペラシャフト７とリヤデファレンシャル機構９との間）には、電磁カップリング機構８が設けられている。この電磁カップリング機構８は、詳細な構成は省略するが、電磁力によって作動するアクチュエータと、該アクチュエータの作動によって互いに押圧される複数の摩擦板とを有しており、該複数の摩擦板が互いに押圧されることで、プロペラシャフト７と後輪１２（リヤデファレンシャル機構９）との締結を行う。尚、アクチュエータは、電磁力によって作動するものには限られない。

電磁カップリング機構８は、電磁力の発生及び停止によって、アクチュエータによる摩擦板の押圧及び押圧解除により、プロペラシャフト７と後輪１２（リヤデファレンシャル機構９）との締結及び非締結を行う。つまり、電磁カップリング機構８は、プロペラシャフト７と後輪１２との締結及び非締結によって、二輪駆動状態と四輪駆動状態との切換えを行う。車両１が四輪駆動状態にあるときには、プロペラシャフト７に伝達された上記駆動力は、電磁カップリング機構８、リヤデファレンシャル機構９、及び左右一対のリヤドライブシャフト１０を介して後輪１２に伝達されることになる。

また、電磁カップリング機構８は、発生させる電磁力（摩擦板の押圧力）の大きさによって、プロペラシャフト７と後輪１２との締結時における締結力を変更することができるように構成されていて、この締結力の変更により、前輪１１及び後輪１２への駆動力の配分を変更する。

図２に示すように、車両１には、電磁カップリング機構８の作動を制御するコントロールユニット２１（カップリング機構制御手段）が設けられている。本実施形態では、コントロールユニット２１は、エンジン２の作動も制御するが、エンジン２の作動の制御は、別のコントロールユニットにより行うようにしてもよい。

コントロールユニット２１は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラ（プロセッサ）である。コントロールユニット２１は、ＣＰＵ２１ａ、メモリ２１ｂ、入出力バス２１ｃ等を備えている。ＣＰＵ２１ａは、コンピュータプログラム（ＯＳ等の基本制御プログラム、及び、ＯＳ上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）を実行する中央演算処理装置である。メモリ２１ｂは、ＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されている。ＲＯＭには、種々のコンピュータプログラム（エンジン及び電磁カップリング機構の作動を制御するための制御プログラム）やデータ等が格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵ２１ａが一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられるメモリである。入出力バス２１ｃは、コントロールユニット２１に対して電気信号の入出力をするものである。

コントロールユニット２１には、車両１の車速を検出する車速センサ３１（車速検出手段）からの信号と、２つの前輪１１及び２つの後輪１２それぞれの車輪速を検出する４つの車輪速センサ３２（図２では、１つのみ記載）からの信号と、車両１の乗員によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３３（アクセル開度検出手段）からの信号と、上記乗員によるブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダル踏込量センサ３４からの信号と、が入力される。また、コントロールユニット２１には、その他に、エンジン２の制御に必要な各種センサからの信号が入力される。

コントロールユニット２１は、メモリの上記ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムに従って、入力された信号をＣＰＵ２１ａで処理して、エンジン２及び電磁カップリング機構８の作動を制御する。

以下、コントロールユニット２１による電磁カップリング機構の作動制御について詳細に説明する。

コントロールユニット２１は、基本的には、プロペラシャフト７と後輪１２とを非締結にする（車両１を二輪駆動状態にする）。一方、コントロールユニット２１は、プロペラシャフト７と後輪１２とが非締結でありかつ車速センサ３１により検出された車速が第１所定車速以下であるときにおいて、アクセル開度センサ３３により検出されたアクセル開度の上昇速度が所定値以上になったときには、プロペラシャフト７と後輪１２とを締結しかつ上記締結力を第１締結力に設定する（図３及び図４の時刻ｔ１参照）。

上記第１所定車速は、０に近い値であって、例えば、トランスミッション３のクリープ力により走行するときの速度の最大値とされる。このように二輪駆動状態で車速が第１所定車速以下であるときに（図３及び図４では車速を０にしている）、車両１の乗員の急激なアクセル操作によりアクセル開度の上昇速度が所定値以上になったときには、前輪１１にスリップが発生し易くなる。そこで、実際にスリップが発生する前に、予め締結力を第１締結力に設定しておく。本実施形態では、第１締結力は、一定値である。

そして、コントロールユニット２１は、上記締結力を上記第１締結力に設定した後において、該設定から所定時間が経過する前に、又は、車速センサ３１により検出された車速が、上記第１所定車速よりも大きい第２所定車速以上になる前に、少なくとも一方の前輪１１のスリップが検出されたときには、上記締結力を上記第１締結力から第２締結力に変更する（図３の時刻ｔ２参照）。

各前輪１１のスリップは、車輪速センサ３２による各前輪１１の車輪速と車速センサ３１による車速とから求まるスリップ量から検出することができる。したがって、車速センサ３１及び車輪速センサ３２は、前輪１１（主駆動輪）のスリップを検出するスリップ検出手段を構成することになる。

第１締結力から第２締結力に変更された少なくとも直後における該第２締結力は、第１締結力よりも大きい値である（図３参照）。すなわち、第１締結力でプロペラシャフト７と後輪１２とを締結した状態で、前輪のスリップが生じたので、そのスリップを解消するためには、上記締結力を第１締結力から第２締結力へ上昇させる必要がある。

本実施形態では、コントロールユニット２１は、上記第２締結力を、上記スリップのスリップ量に応じた値（上記スリップを解消可能な値）にする。左右の前輪１１の両方にスリップが発生しているときには、第２締結力は、大きい方のスリップ量に応じた値にすることが好ましい。このように第２締結力がスリップ量に応じた値とされることで、第２締結力を、無駄に大きな値にすることなく、前輪１１に発生したスリップを解消可能な適切な値にすることができる。第２締結力は、上記変更の略直後に最大となり、その最大値は、スリップ量の最大値に対応した値である。

一方、コントロールユニット２１は、上記締結力を上記第１締結力に設定した後において、左右両方の前輪１１のスリップが検出されずに、該設定から上記所定時間が経過したとき、又は、左右両方の前輪１１のスリップが検出されずに、車速センサ３１により検出された車速が上記第２所定車速以上になったときには、上記締結力を上記第１締結力から０に低下させる（図４の時刻ｔ３参照）。すなわち、左右両方の前輪１１のスリップが検出されずに、第１締結力の設定から上記所定時間が経過したとき、又は、左右両方の前輪１１のスリップが検出されずに、車速が第２所定車速以上になったときには、スリップが生じない状況になったと判断することができるので、上記締結力を０にしても（二輪駆動状態にしても）問題はなく、上記締結力を出来る限り早期に低下させてエンジン２の駆動力の損失を低減させる。尚、上記締結力を第１締結力から０に低下させる際には、図４に示すように、徐々に低下させて、乗員に違和感を感じさせないようにする。

本実施形態では、第２締結力は、前輪１１のスリップのスリップ量に応じた値とされるので、第１締結力から第２締結力への変更直後は、第１締結力よりも大きいが、スリップ量が次第に小さくなるに連れて第２締結力も小さくなる（図３参照）。やがて、第２締結力は第１締結力と同じ値になる。第２締結力が第１締結力と同じ値になるタイミングが、第１締結力の設定から上記所定時間が経過する前、又は、車速センサ３１により検出された車速が上記第２所定車速以上になる前である場合には、上記タイミング以降は、第２締結力が第１締結力と同じ値にされる。この状態で、第１締結力の設定から上記所定時間が経過したとき、又は、車速センサ３１により検出された車速が上記第２所定車速以上になったときに、上記第１締結力の設定後に前輪１１のスリップが検出されなかったときと同様に、第２締結力が第１締結力と同じ値から０に低下される。

一方、第２締結力が第１締結力と同じ値になるタイミングが、第１締結力の設定から上記所定時間が経過した後、又は、車速センサ３１により検出された車速が上記第２所定車速以上になった後である場合には、図３に示すように、第２締結力がそのままスリップ量に応じて小さくされ、スリップ量が０になれば、第２締結力も０とされる（二輪駆動状態とされる）。

尚、第２締結力は、第１締結力と同様に、一定値としてもよい。この場合、第１締結力の設定から上記所定時間が経過したとき、又は、車速センサ３１により検出された車速が上記第２所定車速以上になったときに、第２締結力を該一定値から徐々に０にまで低下させればよい。

ここで、コントロールユニット２１による電磁カップリング機構８の制御の処理動作について、図５のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ１で、各種センサからの信号を読み込み、次のステップＳ２で、前提条件が成立するか否かを判定する。この前提条件は、プロペラシャフト７と後輪１２とが非締結である（車両１が二輪駆動状態である）という条件である。この条件に加えて、例えば、車両１が走行する走行路が、その路面の摩擦係数が、予め設定された基準値以下である低μ路であるという条件や、ブレーキペダル踏込量センサ３４によるブレーキペダルの踏み込み量が、予め設定された設定量以下であるという条件等を、上記前提条件としてもよい。

ステップＳ２の判定がＮＯであるときには、リターンする一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、車速センサ３１により検出された車速が第１所定車速以下であるか否かを判定する。このステップＳ３の判定がＮＯであるときには、リターンする一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、アクセル開度センサ３３により検出されたアクセル開度の上昇速度が所定値以上であるか否かを判定する。このステップＳ４の判定がＮＯであるときには、リターンする一方、ステップＳ４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ５に進んで、電磁カップリング機構８によるプロペラシャフト７と後輪１２との締結力を、第１締結力に設定する。

次のステップＳ６では、少なくとも一方の前輪１１にスリップが発生したか否かを判定し、このステップＳ６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ７に進む一方、ステップＳ６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ９に進む。

ステップＳ７では、第１締結力の設定から所定時間が経過したか、又は、車速センサ３１により検出された車速が第２所定車速以上になったか否かを判定する。

ステップＳ７の判定がＮＯであるときには、ステップＳ６に戻る一方、ステップＳ７の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ８に進んで、締結力を第１締結力から０に低下させ、しかる後にリターンする。

ステップＳ６の判定がＹＥＳであるときに進むステップＳ９では、締結力を第２締結力に変更し、しかる後にリターンする。この第２締結力は、上記のように、第１締結力から第２締結力への変更直後では、第１締結力よりも大きく、前輪１１のスリップ量が小さくなるに連れて小さくなる。尚、図５のフローチャートでは省略するが、第２締結力の低下の仕方は、第２締結力が第１締結力と同じ値になるタイミングによって異なる。

したがって、本実施形態では、車両１の乗員の急激なアクセル操作により前輪１１にスリップが発生し易い状況にあるときには、予め締結力が第１締結力とされ、締結力が第１締結力とされた状態で前輪１１にスリップが発生したときには、締結力が第１締結力から第２締結力に変更される。この結果、締結力が第１締結力を経て段階的に上昇されるので、後輪１２に伝達される駆動力が急激にかつ大幅に上昇することがなくなり、車両１にショックが生じるのが抑制される。また、前輪１１にスリップが発生したときには、締結力を、第１締結力から、そのスリップを解消可能な第２締結力に変更するので、０から第２締結力に変更する場合よりも締結力を素早く変更することができ、スリップを速やかに解消することができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、二輪駆動状態と四輪駆動状態との切換えが自動で行われる四輪駆動車に搭載される駆動力配分制御装置に有用である。

１ 四輪駆動車
２ エンジン（駆動源）
７ プロペラシャフト（駆動軸）
８ 電磁カップリング機構（カップリング機構）
１１ 前輪（主駆動輪）
１２ 後輪（補助駆動輪）
２１ コントロールユニット（カップリング機構制御手段）
３１ 車速センサ（車速検出手段）（スリップ検出手段）
３２ 車輪速センサ（スリップ検出手段）
３３ アクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）

Claims (3)

1. 二輪駆動状態と四輪駆動状態との切換えが自動で行われる四輪駆動車に搭載される駆動力配分制御装置であって、
   上記二輪駆動状態及び上記四輪駆動状態のいずれにおいても、駆動源の駆動力が伝達される左右一対の主駆動輪と、
   上記四輪駆動状態のみにおいて上記駆動力が伝達される左右一対の補助駆動輪と、
   上記駆動力を上記補助駆動輪に伝達するための駆動軸と、
   上記駆動軸と上記補助駆動輪との締結及び非締結により、上記二輪駆動状態と上記四輪駆動状態との切換えを行うとともに、上記駆動軸と上記補助駆動輪との締結時における締結力の変更により、上記主駆動輪及び上記補助駆動輪への駆動力の配分を変更するカップリング機構と、
   上記カップリング機構の作動を制御するカップリング機構制御手段と、
   上記四輪駆動車の車速を検出する車速検出手段と、
   上記四輪駆動車のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   上記主駆動輪のスリップを検出するスリップ検出手段と、
   を備え、
   上記カップリング機構制御手段は、
   上記駆動軸と上記補助駆動輪とが非締結でありかつ上記車速検出手段により検出された車速が第１所定車速以下であるときにおいて、上記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度の上昇速度が所定値以上になったときには、上記駆動軸と上記補助駆動輪とを締結しかつ上記締結力を第１締結力に設定するとともに、
   上記締結力を上記第１締結力に設定した後において、該設定から所定時間が経過する前に、又は、上記車速検出手段により検出された車速が、上記第１所定車速よりも大きい第２所定車速以上になる前に、上記スリップ検出手段による少なくとも一方の上記主駆動輪のスリップが検出されたときには、上記締結力を上記第１締結力から第２締結力に変更する
   ように構成されており、
   上記締結力が上記第１締結力から上記第２締結力に変更された少なくとも直後における該第２締結力は、上記第１締結力よりも大きい値であることを特徴とする駆動力配分制御装置。
2. 請求項１記載の駆動力配分制御装置において、
   上記カップリング機構制御手段は、上記締結力を上記第１締結力に設定した後において、上記スリップ検出手段により両方の上記主駆動輪のスリップが検出されずに、該設定から上記所定時間が経過したとき、又は、上記スリップ検出手段により両方の上記主駆動輪のスリップが検出されずに、上記車速検出手段により検出された車速が上記第２所定車速以上になったときには、上記締結力を上記第１締結力から０に低下させるように構成されていることを特徴とする駆動力配分制御装置。
3. 請求項１又は２記載の駆動力配分制御装置において、
   上記カップリング機構制御手段は、上記第２締結力を、上記スリップ検出手段により検出された上記スリップのスリップ量に応じた値にするように構成されていることを特徴とする駆動力配分制御装置。

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