JP7259217B2 - ４輪駆動車の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、４輪駆動車に搭載され、前輪の駆動力と後輪の駆動力との比である前後輪駆動力比を調節可能な駆動系を制御する４輪駆動車の制御装置に関する。
従来、エンジン等の駆動源の駆動力を前輪及び後輪に配分する４輪駆動車には、２輪駆動モードでの走行中にスリップや横滑りが発生したとき、駆動モードを２輪駆動モードから４輪駆動モードに切り替えるものがある。特許文献１に記載の４輪駆動車は、２輪駆動モードでは駆動源の駆動力を後輪のみに伝達し、４輪駆動モードではトランスファ内のクラッチを締結して前輪及び後輪に駆動力を配分するように駆動系が構成されている。
一方、近年では、例えば特許文献２に示されているように、車載カメラによって走行方向前方を監視し、衝突の可能性がある対象物を認識したとき、運転者に緊急回避操作を促す警報を発する警報装置を備えた車両が普及しつつある。
特開２００８－６２９２９号公報 特開２００６－１５４９６７号公報
上記のような警報装置が搭載された車両において警報が発せられてとき、運転者はブレーキあるいはハンドル操作によって対象物との衝突を回避しようとする。ハンドル操作によって衝突を回避する場合には、車両の回頭性、すなわち操舵方向にすみやかに車両が向きを変える性能が高いことが望ましい。しかし、４輪駆動状態で走行する４輪駆動車は、直進安定性が高い一方で回頭性は比較的低く、転舵による衝突回避には向かない傾向があった。
そこで、本発明は、前輪の駆動力と後輪の駆動力との比である前後輪駆動力比を調節可能な駆動系を有する４輪駆動車において、前輪を転舵して回避対象との衝突を回避する緊急回避時の回頭性を高めることが可能な４輪駆動車の制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するため、前輪の駆動力と後輪の駆動力との比である前後輪駆動力比を調節可能な駆動系を有する４輪駆動車に搭載され、前記駆動系を制御する４輪駆動車の制御装置であって、進行方向前方の回避対象との衝突を回避する緊急回避が必要であることが検知されたとき、前記回避対象との衝突を回避するために好適であると判定された前記前輪の転舵方向と運転者による操舵部材の操舵方向とが同じであることを条件として前記前後輪駆動力比を転舵輪である前記前輪の駆動力が小さくなるように調節し、前記回避対象との衝突を回避するために好適であると判定された前記前輪の転舵方向と運転者による操舵部材の操舵方向とが同じでない場合には、前記前輪の駆動力を小さくする調節を行わない、４輪駆動車の制御装置を提供する。
本発明に係る４輪駆動車の制御装置によれば、前輪を転舵して回避対象との衝突を回避する緊急回避時の回頭性を高めることが可能となる。
本発明の実施の形態に係る制御装置が搭載された４輪駆動車の構成例を示す概略構成図である。 走行中に左前方から歩行者が車道に出てきた状況を示す状況図である。 前輪の摩擦円を示す説明図であり、（ａ）は４輪駆動モードにおいて前輪に駆動力が伝達されているときの状態を示し、（ｂ）は前輪に伝達される駆動力を小さくしたときの状態を示している。 回避対象との衝突回避に関して制御装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。 制御装置が実行する処理の他の一例を示すフローチャートである。
［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施の形態に係る制御装置が搭載された４輪駆動車の構成例を示す概略構成図である。この４輪駆動車１は、左右の前輪１１，１２及び左右の後輪１３，１４を駆動する駆動系２と、操舵部材としてのステアリングホイール３０の操舵操作によって左右の前輪１１，１２を転舵させるステアリング装置３と、左右の車載カメラ４１，４２によって撮像された画像に基づいて衝突を回避すべき回避対象を検知する衝突回避警報装置４と、駆動系２を制御する制御装置５とを有している。回避対象は、例えば歩行者や走行中もしくは停車中の他車両、あるいは落下物や工事用安全柵などである。
駆動系２は、駆動源としてのエンジン２１と、エンジン２１の駆動力を変速して出力するトランスミッション２２と、トランスミッション２２から出力された駆動力を前輪側及び後輪側に配分するトランスファ２３と、前輪側のプロペラシャフト２４及び後輪側のプロペラシャフト２５と、前輪側のディファレンシャル装置２６及び後輪側のディファレンシャル装置２７と、左右前輪側のドライブシャフト２６１，２６２と、左右後輪側のドライブシャフト２７１，２７２とを有している。
トランスファ２３は、トランスミッション２２の出力回転軸２２１に取り付けられた駆動プーリ２３１と、駆動プーリ２３１に掛け回された無端ベルト２３２と、無端ベルト２３２を介して駆動プーリ２３１から駆動力を受ける従動プーリ２３３と、従動プーリ２３３と前輪側のプロペラシャフト２４との間に配置されたクラッチ装置２３４とを有している。
クラッチ装置２３４は、従動プーリ２３３と一体に回転するクラッチハウジング２３５と、前輪側のプロペラシャフト２４と一体に回転するインナシャフト２３６と、クラッチハウジング２３５とインナシャフト２３６との間に配置された複数のクラッチプレートからなる多板クラッチ２３７と、多板クラッチ２３７を押圧するアクチュエータ２３８とを有している。
多板クラッチ２３７は、クラッチハウジング２３５に対して軸方向移動可能かつ相対回転不能に係合した複数のアウタクラッチプレート２３７ａと、インナシャフト２３６に対して軸方向移動可能かつ相対回転不能に係合した複数のインナクラッチプレート２３７ｂとを交互に配置してなり、アクチュエータ２３８の押圧力によってアウタクラッチプレート２３７ａとインナクラッチプレート２３７ｂとが相互に押し付けられて摩擦係合する。
アクチュエータ２３８は、制御装置５から供給される電流に応じた押圧力で多板クラッチ２３７を押圧する。多板クラッチ２３７は、アクチュエータ２３８の押圧力が大きいほど駆動力の伝達容量が大きくなる。すなわち、クラッチ装置２３４は、制御装置５によって制御され、駆動力の伝達容量が可変である。なお、アクチュエータ２３８の構成として具体的には、例えば電動モータの回転力をカム機構によって軸方向のカム推力に変換するものでもよく、電磁石の磁力によって作動する電磁クラッチの伝達トルクによりカム機構のカム推力を発生させるものであってもよい。また、電動モータによって駆動される油圧ポンプの油圧によって多板クラッチ２３７を押圧するものでもよい。
後輪１３，１４には、エンジン２１の駆動力が、トランスミッション２２、後輪側のプロペラシャフト２５、後輪側のディファレンシャル装置２７、及び左右後輪側のドライブシャフト２７１，２７２を介して常時伝達される。前輪１１，１２には、エンジン２１の駆動力が、トランスミッション２２、駆動プーリ２３１、無端ベルト２３２、従動プーリ２３３、クラッチ装置２３４、前輪側のプロペラシャフト２４、前輪側のディファレンシャル装置２６、及び左右前輪のドライブシャフト２６１，２６２を介して伝達される。前輪１１，１２に伝達される駆動力は、クラッチ装置２３４によって断続可能である。
ステアリング装置３は、ステアリングホイール３０の操舵操作によって回転するステアリングシャフト３１と、ステアリングシャフト３１と噛み合って車幅方向に進退移動するラックシャフト３２と、ラックシャフト３２の両端部に揺動可能に連結された左右のタイロッド３３，３４とを有している。ステアリングホイール３０が操舵操作されるとラックシャフト３２が車幅方向に移動し、左右のタイロッド３３，３４を介して転舵輪である左右の前輪１１，１２が転舵される。ステアリングホイール３０の操舵角は、操舵角センサ６１によって検出される。
衝突回避警報装置４は、左右の車載カメラ４１，４２によって進行方向前方に衝突の可能性がある監視対象物を発見したとき、当該監視対象物と自車両（４輪駆動車１）との距離や相対的な移動方向ならびに接近速度などを考慮して、当該監視対象物との衝突を回避する緊急回避が必要か否かを判定する。そして、緊急回避が必要であると判定されたとき、当該監視対象物を、自車両との衝突を回避すべき回避対象として認識（検知）し、警報音によって運転者に警報を発する。また、衝突回避警報装置４は、車載カメラ４１，４２によって撮像された画像に基づいて、ガードレール等の他の障害物と自車両との相対的な位置や距離を測定し、回避対象との衝突を回避するために進行方向に対して左右何れの方向に前輪１１，１２を転舵すべきかを判定する。
制御装置５は、衝突回避警報装置４との通信が可能であり、衝突回避警報装置４が回避対象を検知したことを示す情報、及び当該回避対象との衝突を回避するために左右何れの方向に前輪１１，１２を転舵すべきかの判定結果の情報を取得可能である。また、制御装置５は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の車内通信網により、操舵角センサ６１の検出結果、左右の前輪１１，１２及び左右の後輪１３，１４の各車輪速を検出する車輪速センサ６２の検出結果、アクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度信号を検出するアクセル開度センサ６３の検出結果、及び運転者が操作する駆動モード切り替えスイッチ６４の操作状態の情報を取得可能である。
運転者は、駆動モード切り替えスイッチ６４により、２輪駆動モード、４輪駆動モード、及びロックモードの何れかを選択可能である。２輪駆動モードは、多板クラッチ２３７を解放してエンジン２１の駆動力を後輪１３，１４のみに伝達するモードである。ロックモードは、多板クラッチ２３７をアウタクラッチプレート２３７ａとインナクラッチプレート２３７ｂとの滑りが発生しない程度に強く締結し、前後輪の差動を生じさせないモードである。４輪駆動モードは、４輪駆動車１の走行状態に応じて、例えばアクセル開度が大きいほど、また前輪１１，１２の平均回転速度と後輪１３，１４の平均回転速度との差である差動回転速度が大きいほど、クラッチ装置２３４の駆動力の伝達容量を高め、前輪１１，１２に大きな駆動力を配分するモードである。
駆動系２は、制御装置５によって制御され、前輪１１，１２の駆動力と後輪１３，１４の駆動力との比である前後輪駆動力比を調節可能である。本実施の形態では、制御装置５がクラッチ装置２３４を制御して前後輪駆動力比を調節する。より具体的には、クラッチ装置２３４のアクチュエータ２３８に供給する電流を大きくすることにより前輪１１，１２への駆動力配分割合が高くなり、ロックモードでは前後輪駆動力配分比が５（前輪）：５（後輪）となる。また、アクチュエータ２３８に電流を供給しない場合には、前後輪駆動力配分比が０（前輪）：１０（後輪）となる。４輪駆動モードでは、制御装置５が走行状態に応じてクラッチ装置２３４を制御し、前後輪駆動力配分比が５：５から０：１０の間で変化する。
図２は、自車両（４輪駆動車１）の走行中に左前方から歩行者Ｗが車道に出てきた状況を示す状況図である。衝突回避警報装置４は、車載カメラ４１，４２によって回避対象としての歩行者Ｗを検知し、運転者に警報を発する。図２では、衝突回避警報装置４が歩行者Ｗを回避対象として検知したときの自車両の位置をＡで示している。
このような状況下では、自車両の左側には障害物であるガードレール７があるので、歩行者Ｗの手前で安全に停止することができないと判断される場合には、右側に転舵して歩行者Ｗとの衝突を回避することが望ましい。したがって、衝突回避警報装置４は、回避対象を検知したことを示す信号を出力すると共に、歩行者Ｗとの衝突を回避するために右側への転舵が好適であることを示す信号を出力する。
運転者は、目視あるいは警報によって歩行者Ｗの存在を認識し、ステアリングホイール３０を操舵する。図２では、ステアリングホイール３０が右に操舵されて右方向に旋回中の自車両の位置をＢで示している。一方、制御装置５は、衝突回避警報装置４が出力した信号によって回避対象が検知されたことを認識する。そして、衝突回避警報装置４によって好適と判定された転舵方向（ここでは右方向）と運転者によるステアリングホイール３０の操舵方向とが同じであることを条件として、前後輪駆動力比を前輪１１，１２の駆動力の割合が小さくなるように調節する。
４輪駆動車１は、前輪１１，１２の駆動力が小さくなることにより、回頭性が高まり、回避対象を回避しやすくなる。次に、この原理について図３を参照して説明する。
図３は、前輪１１，１２の摩擦円を示す説明図であり、（ａ）は４輪駆動モードにおいて前輪１１，１２に駆動力が伝達されているときの状態を示し、（ｂ）は前輪１１，１２に伝達される駆動力を小さくしたときの状態を示している。図３（ａ）及び（ｂ）に示す摩擦円の大きさは、タイヤと路面との摩擦係数に垂直荷重を乗じて得られるタイヤと路面との摩擦力の最大値を示している。また、図３（ａ）及び（ｂ）の横軸はタイヤの横力を示し、縦軸はタイヤの前後力を示している。
周知のように、前後力Ｆｙと横力Ｆｘとの合力Ｆは、摩擦円の半径を超えることはできない。したがって、前輪１１，１２に伝達される駆動力を小さくすることによって、図３（ｂ）に示すように、得られる横力の最大値が大きくなる。なお、図３（ｂ）では、図３（ａ）に対し、前輪１１，１２に伝達される駆動力を半分にしたときの状態を示しているが、多板クラッチ２３７を解放して前輪１１，１２への駆動力伝達を遮断すれば、さらに横力の最大値を大きくすることができる。そして、横力が大きくなることにより、４輪駆動車１の回頭性が高まり、回避対象（歩行者Ｗ）との衝突を回避しやすくなる。
一方、後輪１３，１４では、前輪１１，１２の駆動力が小さくなった分の駆動力が新たに加わり、前後力の増大によってタイヤのグリップ力が限界値に近づく。そして、回避対象を回避するための旋回時の遠心力によってタイヤのグリップ力が限界を超えるとオーバーステアが発生し、さらに４輪駆動車１の向きが大きく変わる。したがって、このオーバーステアによっても、回避対象との衝突を回避しやすくなる。
図４は、回避対象との衝突回避に関して制御装置５が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。制御装置５は、このフローチャートに示す処理を所定の時間間隔で繰り返し実行する。
このフローチャートに示す処理において、制御装置５は、駆動モード切り替えスイッチ６４により選択された駆動モードが４輪駆動モードであるか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定において駆動モードが４輪駆動モードである場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、制御装置５は、衝突回避警報装置４から出力された信号に基づき、衝突回避警報装置４が回避対象を検知した否か、すなわち緊急回避が必要か否かを判定する（ステップＳ２）。
この判定において衝突回避警報装置４が回避対象を検知していた場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、制御装置５は、衝突回避警報装置４によって好適と判定された転舵方向と運転者によるステアリングホイール３０の操舵方向とが一致しているか否かを判定する（ステップＳ３）。この判定において両者が一致している場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、制御装置５は、クラッチ装置２３４を制御して前輪１１，１２に伝達される駆動力を小さくする。すなわち、前記前後輪駆動力比を前輪１１，１２の駆動力が小さくなるように調節する（ステップＳ４）。このステップＳ４では、前輪１１，１２に伝達される駆動力をゼロとしてもよい。
制御装置５は、例えば衝突回避警報装置４が出力する信号によって回避対象との衝突が回避されたことを確認するまで、ステップＳ４における前輪１１，１２に伝達される駆動力を小さくする処理を継続する。一方、ステップＳ１からＳ３の何れかの判定結果が否（Ｎｏ）の場合、制御装置５はステップＳ４の処理を実行しない。
以上の一連の処理により、回避対象との衝突を回避する緊急回避が必要であることが検知されたとき、前述の原理によって４輪駆動車１の回頭性が高まり、回避対象を回避しやすくなる。なお、ステップＳ１の判定では、ロックモードが選択されている場合にも判定結果をＹｅｓと判定してもよい。
図５は、制御装置５が実行する処理の他の一例を示すフローチャートである。図４のフローチャートに示した処理手順の例では、緊急回避が必要であることが検知されたとき、衝突回避警報装置４によって好適と判定された転舵方向と運転者によるステアリングホイール３０の操舵方向とが同じであることを条件として、前後輪駆動力比を前輪１１，１２の駆動力の割合が小さくなるように調節する場合について説明したが、図５に示すフローチャートでは、図４のフローチャートのステップＳ３が省略され、ステップＳ２において緊急回避が必要であることが検知されたとき、直ちにステップＳ４の処理において前後輪駆動力比を前輪１１，１２の駆動力の割合が小さくなるように調節する。
これにより、例えば運転者がステアリングホイール３０の操舵操作を始める前であってもステップＳ４の処理を実行することができ、より速やかに前輪１１，１２の駆動力を小さくして回頭性を高めることができる。なお、この場合には、衝突回避警報装置４が緊急回避に際して左右何れの方向に前輪１１，１２を転舵すべきかを判定しなくともよい。
（実施の形態の作用及び効果）
以上説明した実施の形態によれば、前輪１１，１２を転舵して回避対象との衝突を回避する緊急回避時の回頭性を高めることが可能となる。そして、回避対象との衝突を回避しやすくなり、安全性が向上する。
（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、駆動源（エンジン２１）の駆動力を前後輪に配分するように駆動系２を構成した場合について説明したが、これに限らず、例えば左右前輪を駆動する前輪用の駆動源と左右後輪を駆動する後輪用の駆動源とを有して駆動系が構成されていてもよい。この場合、緊急回避が必要であることが検知されたとき、前制御装置が輪用の駆動源の駆動力を低減することによって前後輪駆動力比を調節する。
またさらに、左前輪、右前輪、左後輪、及び右後輪のそれぞれに例えば電動式のモータ（インホイールモータ）を取り付けた４輪駆動車に本発明を適用することも可能である。この場合には、緊急回避が必要であることが検知されたとき、制御装置が左前輪及び右前輪のモータの出力を低減することによって前後輪駆動力比を調節する。
１…４輪駆動車 １１，１２…前輪（転舵輪）
１３，１４…後輪 ２…駆動系
２１…エンジン（駆動源） ２３４…クラッチ装置
４…衝突回避警報装置 ５…制御装置
Ｗ…歩行者（回避対象）

Claims (2)

  1. 前輪の駆動力と後輪の駆動力との比である前後輪駆動力比を調節可能な駆動系を有する４輪駆動車に搭載され、前記駆動系を制御する４輪駆動車の制御装置であって、
    進行方向前方の回避対象との衝突を回避する緊急回避が必要であることが検知されたとき、前記回避対象との衝突を回避するために好適であると判定された前記前輪の転舵方向と運転者による操舵部材の操舵方向とが同じであることを条件として前記前後輪駆動力比を転舵輪である前記前輪の駆動力が小さくなるように調節し、前記回避対象との衝突を回避するために好適であると判定された前記前輪の転舵方向と運転者による操舵部材の操舵方向とが同じでない場合には、前記前輪の駆動力を小さくする調節を行わない、
    ４輪駆動車の制御装置。
  2. 前記駆動系は、駆動源の駆動力を伝達容量可変なクラッチ装置を介して前記前輪に伝達するように構成され、
    前記緊急回避が必要であることが検知されたとき、前記クラッチ装置を制御して前記前輪に伝達される駆動力を低減する、
    請求項１に記載の４輪駆動車の制御装置。
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