JP7301458B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクティブトルクスプリット４ＷＤを採用した車両用の制御装置に関する。

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。そして、路面摩擦係数などからタイヤスリップの発生が予測される場合には、タイヤスリップが発生しないように、駆動トルクが電子制御カップリングにより主駆動輪と副駆動輪とに能動的に配分される。

特開２００３－１８２３９３号公報

駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定するため、駆動トルクが算出される。駆動トルクの算出に用いられるパラメータには、エンジン回転数、スロットル開度および変速機での変速比などが含まれる。これらのパラメータは、各種のセンサによって検出される。そのため、センサの故障などが発生し、センサの検出信号が異常である場合、駆動トルクが算出できないため、駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定することができない。

本発明の目的は、駆動トルクなどが算出不能な異常時にも、車両の走行状況に応じて駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定できる、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装置を搭載した車両に用いられる制御装置であって、駆動トルクの配分に必要なパラメータを検出するパラメータ検出手段と、パラメータ検出手段により検出されるパラメータを用いて駆動トルクを算出する駆動トルク算出手段と、主駆動輪が接する路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、主駆動輪および副駆動輪のそれぞれに伝達される回転の差回転を検出する差回転検出手段と、パラメータ検出手段が正常である場合、駆動トルク算出手段により算出される駆動トルクおよび摩擦係数推定手段により推定される摩擦係数に基づいて、駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定する通常時配分決定手段と、パラメータ検出手段が異常である場合、差回転検出手段により検出される差回転に応じて、駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定する異常時配分決定手段とを含む。

この構成によれば、駆動トルクの配分に必要なパラメータが正常に検出される正常時には、その検出されるパラメータを用いて駆動トルクが算出される。また、主駆動輪が接する路面の摩擦係数が推定される。そして、その算出された駆動トルクおよび推定された摩擦係数に基づいて、駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分が決定される。

一方、駆動トルクの配分に必要なパラメータの検出が異常である異常時には、駆動トルクを正常に算出できないため、駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定することができない。そこで、主駆動輪と副駆動輪との差回転に応じて、駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分が決定される。これにより、駆動トルクが算出不能な異常時にも、車両の走行状況に応じて駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定することができる。

摩擦係数推定手段は、パラメータ検出手段により検出されるパラメータのうちの少なくとも１つを用いて摩擦係数を推定してもよい。

摩擦係数の推定に用いられるパラメータの検出が異常である異常時には、摩擦係数を正常に算出できないため、駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定することができない。この場合に、主駆動輪と副駆動輪との差回転に応じて、駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分が決定されることにより、摩擦係数が推定不能な異常時にも、車両の走行状況に応じて駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定することができる。

本発明によれば、駆動トルクが算出不能な異常時にも、車両の走行状況に応じて駆動トルクの主駆動輪および副駆動輪への配分を決定することができ、４ＷＤ状態での車両の走行を継続することができる。

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。 トルク配分決定処理の流れを示すフローチャートである。 プロペラシャフトのフロント側部分およびリヤ側部分の差回転と後輪に配分されるトルクとの関係を示す図である。

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。

ＥＣＵ３１には、前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒの各車輪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車輪速センサ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、エンジン２の電子スロットルバルブの開度（スロットル開度）に応じた検出信号を出力するスロットル開度センサ３５などが含まれる。

ＥＣＵ３１は、各車輪速センサ３２の検出信号から前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒの各車輪速を求める。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、スロットル開度センサ３５の検出信号からスロットル開度を求める。そして、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。

＜トルク配分決定処理＞
図２は、トルク配分決定処理の流れを示すフローチャートである。

ＥＣＵ３１は、車両１の走行のための駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分を決定するため、図２に示されるトルク配分決定処理を実行する。

トルク配分決定処理では、駆動トルクの配分に必要なパラメータを検出する各種センサが正常であるか否かが判断される（ステップＳ１）。駆動トルクの算出に必要なパラメータには、エンジン回転数、スロットル開度およびトランスミッション３の変速比などが含まれ、これらは、駆動トルクの配分に必要なパラメータに含まれる。

駆動トルクの算出に必要なパラメータを検出する各種センサが正常である場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒの各車輪が接する路面の摩擦係数（路面μ）に基づいて、駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が決定される（ステップＳ２）。

配分の決定のために、駆動トルクが算出される。駆動トルクの算出では、エンジントルクが求められる。エンジントルクは、たとえば、エンジン回転数およびスロットル開度とエンジントルクとの関係を示すエンジントルク特性線から求めることができる。また、トランスミッション３の変速比が求められる。たとえば、トランスミッション３がベルト式の無段変速機である場合、プライマリプーリおよびセカンダリプーリの各回転数を回転センサの検出信号から求めて、その求めた各回転数を用いた演算により、変速比を求めることができる。そして、エンジントルクおよび変速比などを用いた演算により、エンジン２からトランスミッション３を介してフロントデファレンシャルギヤ４に入力される駆動トルクが算出される。

また、前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒの各車輪速、ならびに各車輪のタイヤ軸重から、前輪１６Ｌ，１６Ｒが接する路面の摩擦係数が推定される。その後、前輪１６Ｌ，１６Ｒが接する路面の摩擦係数から、前輪１６Ｌ，１６Ｒ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が求められる。そして、そのトルクが前輪１６Ｌ，１６Ｒに配分されるトルクに決定され、駆動トルクから前輪１６Ｌ，１６Ｒに配分されるトルクが差し引かれ、その残余のトルクが後輪２３Ｌ，２３Ｒに配分されるトルクに決定される。なお、タイヤ軸重は、車両１に搭載された前後Ｇセンサにより検出される前後方向の加速度および横Ｇセンサにより検出される横方向の加速度などから推定することができる。

駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が決定されると、これに基づいて、電子制御カップリング２１の係合状態が制御される。

なお、後輪２３Ｌ，２３Ｒが接する路面の摩擦係数が求められ、その摩擦係数から後輪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の上限が求められて、後輪２３Ｌ，２３Ｒに配分されるトルクが上限を超える場合には、エンジントルクが制限されてもよい。

一方、駆動トルクの算出に必要なパラメータを検出する各種センサの少なくとも１つが異常である場合（ステップＳ１のＮＯ）、駆動トルクを正常に算出できないので、プロペラシャフト６のフロント側部分６Ｆとリヤ側部分６Ｒとの差回転ΔＮから、駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が決定される（ステップＳ２）。

図３は、プロペラシャフト６のフロント側部分６Ｆおよびリヤ側部分６Ｒの差回転ΔＮと駆動トルクの後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分との関係を示す図である。

前輪１６Ｌ，１６Ｒが接する路面の摩擦係数が低いために、前輪１６Ｌ，１６Ｒのタイヤスリップが発生すると、プロペラシャフト６のフロント側部分６Ｆとリヤ側部分６Ｒとの差回転ΔＮが大きくなる。そこで、その差回転ΔＮが大きいほど駆動トルクの後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が大きくなるように、差回転ΔＮと駆動トルクの後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分との関係を定めたマップが作成されて、そのマップがＥＣＵ３１のメモリに格納されている。

駆動トルクの算出に必要なパラメータを検出する各種センサの少なくとも１つが異常である場合、プロペラシャフト６のフロント側部分６Ｆの回転数およびリヤ側部分６Ｒの回転数から、それらの差回転ΔＮが求められ、ＥＣＵ３１のメモリに格納されているマップに従って、差回転ΔＮに応じた後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が決定される。そして、その配分に基づいて、電子制御カップリング２１の係合状態が制御される。

＜作用効果＞
以上のように、駆動トルクの算出に必要なパラメータが正常に検出される正常時には、その検出されるパラメータを用いて駆動トルクが算出される。また、主駆動輪である前輪１６Ｌ，１６Ｒが接する路面の摩擦係数が推定される。そして、その算出された駆動トルクおよび推定された摩擦係数に基づいて、駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび副駆動輪である後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が決定される。

一方、駆動トルクの算出に必要なパラメータの検出が異常である異常時には、駆動トルクを正常に算出できないため、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ことができない。そこで、前輪１６Ｌ，１６Ｒと後輪２３Ｌ，２３Ｒとの差回転に応じて、駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が決定される。これにより、駆動トルクが算出不能な異常時にも、車両の走行状況に応じ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ことができる。

よって、駆動トルクが算出不能な異常時にも、車両１の走行状況に応じ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ことができ、４ＷＤ状態での車両の走行を継続することができる。

＜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、前後Ｇセンサにより検出される前後方向の加速度および横Ｇセンサにより検出される横方向の加速度は、駆動トルクの算出に必要なパラメータではないが、前述の実施形態では、路面の摩擦係数の算出に用いられている。そして、路面の摩擦係数は、駆動トルクの配分に用いられる。したがって、前後Ｇセンサにより検出される前後方向の加速度および横Ｇセンサにより検出される横方向の加速度も駆動トルクの配分に必要なパラメータとして、前後Ｇセンサまたは横Ｇセンサが異常である場合にも、プロペラシャフト６のフロント側部分６Ｆとリヤ側部分６Ｒとの差回転ΔＮから駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が決定されてもよい。

ただし、前後Ｇセンサが異常である場合に、車両の速度の微分値から前後方向の加速度が算出されて、その算出された加速度が路面の摩擦係数の推定に用いられる場合、前後Ｇセンサが異常であっても、プロペラシャフト６のフロント側部分６Ｆとリヤ側部分６Ｒとの差回転ΔＮから駆動トルクの前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒへの配分が決定されなくてもよい。

前述の実施形態では、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（主駆動輪）
２３Ｌ，２３Ｒ：後輪（副駆動輪）
２１：電子制御カップリング（トルク配分装置）
３１：ＥＣＵ（制御装置、パラメータ検出手段、駆動トルク算出手段、摩擦係数推定手段、差回転検出手段、通常時配分決定手段、異常時配分決定手段）

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装置を搭載した車両に用いられる制御装置であって、
   前記駆動トルクの算出に必要なパラメータをそれぞれ検出する複数のパラメータ検出手段と、
   前記複数のパラメータ検出手段により検出される前記パラメータを用いて前記駆動トルクを算出する駆動トルク算出手段と、
   前記主駆動輪が接する路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、
   前記主駆動輪および前記副駆動輪のそれぞれに伝達される回転の差回転を検出する差回転検出手段と、
   前記複数のパラメータ検出手段のすべてが正常である場合、前記駆動トルク算出手段により算出される前記駆動トルクおよび前記摩擦係数推定手段により推定される前記摩擦係数に基づいて、前記駆動トルクの前記主駆動輪および前記副駆動輪への配分を決定する通常時配分決定手段と、
   前記複数のパラメータ検出手段の少なくとも１つが異常である場合、前記駆動トルク算出手段により算出される前記駆動トルクを用いずに、前記差回転検出手段により検出される差回転に応じて、前記駆動トルクの前記主駆動輪および前記副駆動輪への配分を決定する異常時配分決定手段とを含む、車両用制御装置。

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