JPH03118230A - ４輪駆動車の不等トルク配分制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１．センターディファレンシャル装置付でトル
クスプリット制御される４輪駆動車において、前後輪の
トルク配分を走行条件に応じてアクティブに不等配分す
る不等トルク配分制御装置に関し、詳しくは、後輪スリ
ップ率のフィードバック制御における誤動作防止対策に
関する。

〔従来の技術〕

一般にフルタイム式の４輪駆動車として、センターディ
ファレンシャル装置を備え、このセンターディファレン
シャル装置に差動制限用油圧クラッチを付設し、この差
動制限トルクを電子制御して前後輪のトルク配分を可変
にすることで、４輪駆動車の性能の直進安定性、加速性
の他に、更に動力、運転性能の向上を図ることが提案さ
れている。ここで、トルク配分を可変に制御するために
は、センターディファレンシャル装置において予め前後
輪の基準トルクを不等配分にする必要があり、この場合
に前輪重視と後輪重視との２つの方式が考えられる。従
って、前輪重視ではフロントエンジン・フロントドライ
ブ（Ｆ　Ｆ）傾向になり、直進安定性はよいがドリフト
アウト傾向となり、極限状態における旋回性能は必ずし
も良くない。

逆に後輪重視ではフロントエンジン・リヤドライブ（Ｆ
　Ｒ）傾向になって、操縦性および高μ路での回頭感、
旋回性能はよいがスピンが生じ易く、特に低μ路では直
進安定性に欠ける。一方、４輪駆動車においての最大の
不都合は４輪の同時スリップであり、この場合は操縦不
能になることから常に回避する必要がある。この４輪の
同時スリップ防止に関し、後輪重視のトルク配分にセツ
ティングし、むしろ常に後輪を先にスリップさせて４輪
スリップを防ぎ、操縦安定性を確保することが望まれる
。

また、４輪駆動車の直進安定性は駆動力が４輪に分散す
るため、４つの各車輪では駆動力が少ない分だけ横力に
余裕が生じ、これに伴い安定性が向上するのである。従
って、上述の後輪重視のトルク配分で安定性を確保する
には、後輪の横力を高く保持する必要がある。

ところで、駆動力と横力は車輪のグリップ力の範囲で相
反する要素であり、これは路面、タイヤの摩擦係数に伴
うスリップ率により大きく変化する。特に、所定のスリ
ップ率（１０〜２０％）以上の領域では、駆動力と共に
横力が著しく低下して安定性を損うため、後輪のスリッ
プ率がこの所定のスリップ率を越えないように制御する
。また、所定のスリップ率以下では、横力の低下に応じ
て前輪側にトルク配分制御すれば、後輪スリップを防止
して駆動力が確保されるのであり、こうして後輪側スリ
ップ率に基づいてトルク配分制御することが望まれる。

そこで従来、上記４輪駆動型のトルク配分制御に関して
は、例えば特開昭６２−２６１５３７号公報の先行技術
がある。ここで、センターディファレンシャル装置にシ
ンプルプラネタリギヤを用いて基準トルク配分を不等配
分化する。また、前後輪の回転数差との関係で差動制限
装置のトルク容量を制御するように制御することが示さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のものにあっては、シングルプ
ラネタリギヤ式のセンターディファレンシャル装置であ
るため、トルク配分比がサンギヤとリングギヤとの径の
比により決定され、この形状に限界があることから、充
分後輪に片寄った不等トルク配分に定めることは難しい
。このため、トルク配分制御域も狭い。

また、基本的には前後輪の回転数差によりトルク配分を
制御する方法であるから、センターディファレンシャル
装置のディファレンシャルロック的制御になる。従って
、車輪のスリップ状態は判断されず、スリップ状態に対
応して安定性、操縦性を適正化するようなアクティブな
トルク配分制御ができない。

そこで、車両の安定性等の挙動に対し直接影響を与える
後輪スリップ率の値で前後輪トルク配分を制御すること
が望まれるが、この制御ではその後輪スリップ率の算出
を正確かつ適正に行う必要がある。即ち、後輪スリップ
率の値は対地車速。

後輪の角速度とタイヤ有効径とで算出され、後輪偏重の
トルク配分でスリップし難い前輪速度を対地車速に近似
すると、前輪の角速度、タイヤ有効径も後輪スリップ率
の算出要素になる。従って、前後輪のタイヤ空気圧が相
違したり、テンパタイヤやチェーンの取付は等でタイヤ
有効径が異なったり、センサ信号が大幅に異なるような
場合は、後輪スリップ率の値の精度が大幅に低下して誤
動作する。このため、かかる不適正な異常の有無を常に
監視して、誤動作しないような対策を施す必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その［１
的とするところは、後輪スリップ率による広い制御域で
の不等トルク配分制御において、前後輪のセンサ信号の
異常の有無を判断して、後輪スリップ率の算出値と共に
制御精度を向上することが可能な４輪駆動車の不等トル
ク配分制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の４輪駆動車の不等ト
ルク配分制御装置は、基準トルク配分を後輪偏重の不等
トルク配分に定めるセンターディファレンシャル装置を
備え、上記センターディファレンシャル装置に対し、後
輪から前輪にトルク移動してトルク配分制御する差動制
限装置をバイパスして設けるセンターディファレンシャ
ル装置付４輪駆動車において、前輪および後輪の回転数
を検出する前輪回転数検出手段および後輪回転数検出手
段と、上記前輪および後輪の回転数に基づいて差動制限
トルクを可変に制御する差動制限トルク制御手段と、前
後輪の回転数の異常を判定する異常判定手段とを備え、
前後輪回転数の異常時には、上記差動制限トルク制御手
段におけるトルク配分制御を停止するものである。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、車両走行時にセンターディファレン
シャル装置により充分に後輪偏重の基準トルク配分に分
配され、４輪駆動の性能の他にＦＲ車的な回頭感も発揮
する。また低μ路では、後輪が先にスリップしてそのス
リップ率に応じた差動制限トルクが前輪に移動し、スリ
ップを防止して安定性を発揮する。そしてかかるトルク
配分制御の際に、異常判定手段で前後輪の回転数差等に
よりタイヤ有効径の違い、断線等によるセンサ信号の異
常の有無が常に判断されており、異常の場合は、トルク
配分制御を停止してセンターディファレンシャル装置を
フリーの状態に保持して誤動作を防止するようになる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、センターディファレンシャル付４輪駆
動車の駆動系の概要について述べると、符号Ｉはエンジ
ン、２はクラッチ、３は変速機であり、変速機出力軸４
がセンターディファレンシャル装置２０に人力する。セ
ンターディファレンシャル装置２０から前方にフロント
ドライブ軸５が、後方にリヤドライブ軸Ｂが出力し、フ
ロントドライブ軸５は、フロントディファレンシャル装
置７車軸８を介して左右の前輪９に連結し、リヤドライ
ブ軸６は、プロペラ軸１０．リヤディファレンシャル装
置１１．車軸１２を介して左右の後輪１３に連結して、
伝動構成される。

センターディファレンシャル装置２０は、複合プラネタ
リギヤ式であり、出力軸４の第１のサンギヤ２１と、リ
ヤドライブ軸６の第２のサンギヤ２２とを有し、ビニオ
ン群２３の第１．第２のピニオンギヤ２３ａ　、　２３
ｂが、第１．第２のサンギヤ２１．２２に噛合う。そし
てビニオン群２３を軸支するキャリヤ２４がリダクショ
ンドライブギヤ２５に結合し、リダクションドライブギ
ヤ２５がフロントドライブ軸５のリダクションドリブン
ギヤ２６に噛合って成る。

こうして変速機出力軸４の動力が、第１のサンギヤ２１
に入力してビニオン群２３を遊星回転させ、これに伴い
キャリヤ２４からリグクシランドライブギヤ２５．リダ
クシヨンドリブンギヤ２６．フロントドライブ軸５等を
介して前輪側と、第２のサンギヤ２２からプロペラ軸１
０等を介して後輪側に、所定の基準トルク配分で分割し
て伝達する。また旋回時の前後輪の回転数差を、ビニオ
ン群２３の遊星回転により吸収するようになっている。

ここで、センターディファレンシャル装置２０によるト
ルク配分について詳記すると、複合プラネタリギヤ式で
あり、第１のサンギヤ２１と第１のピニオンギヤ２３ａ
が、第２のサンギヤ２２と第２のピニオンギヤ２３ｂが
、それぞれ噛合っている。従って、前輪側トルクＴＦと
後輪側トルクＴＲは、人力トルクＴｉに対しこれら４つ
のギヤの噛合いピッチ円半径で自由に設定されることに
なり、このため基準トルク配分を、例えば ＴＰ：ＴＲ吋３４　：　６６ のように充分に後輪偏重に設定することが可能になる。

また、上記センターディファレンシャル装置２０には差
動制限装置としての油圧クラッチ２７が付設され、この
油圧クラッチ２７は、例えばセンターディファレンシャ
ル装置２０の直後力でドラム２７ａをキャリヤ２４に、
ハブ２７ｂをリヤドライブ軸６に結合して同軸上に配置
される。そして油圧クラッチ２７に差動制限トルクＴｃ
が生じると、差動制限トルクＴｃに応じて後輪側から前
輪側にバイパスしてトルク移動し、前後輪トルク配分を
、上述の後輪偏重から直結のディファレンシャルロック
状態に及び可変に制御する。

ここで、フロントエンジンの搭載により車両の静的重量
配分は、例えば ＷＰ：ＷＲ崎６２　：　３８ のようになっており、直結時には、この重量配分ＷＰ：
ＷＲに応じてトルク配分される。従って、差動制限トル
クＴｃにより前後輪トルク配分は、後輪偏重の３４　：
　６６の基準トルク配分から前輪偏重の６２　：　３８
の重量配分に及ぶ広い範囲で制御されることになる。

次いで、油圧クラッチ２７の油圧制御系について述べる
。

油圧制御手段は、符号３０がオイルポンプであり、変速
機８が自動変速機の場合はその自動変速用のものであり
、レギュレータ弁３１で調圧されたライン圧油路３２が
、クラッチ制御弁３３．油路３４を介して油圧クラッチ
２７に連通ずる。また、ライン圧油路３２は、パイロッ
ト弁３５．オリフィス３６を有する油路３７によりデユ
ーティソレノイド弁３８に連通し、デユーティソレノイ
ド弁３８によるデユーティ圧が油路３９を介してクラッ
チ制御弁３３の制御側に作用するようになっている。こ
うして、デユーティソレノイド弁３８のデユーティ圧に
よりクラッチ制御弁３３を動作することで、油圧クラッ
チ２７のクラッチ圧と共に差動制限トルクＴｃが可変に
制御される。

更に、電子制御系について述べるが、先ず基本的制御方
法について述べる。

本発明の制御方法は、後輪偏重で常に先にスリップする
後輪のスリップ率に基づいて）・ルク配分をフィードバ
ック制御するものであり、スリップ率Ｓに対する駆動力
Ｔと横力Ｆとの関係は、第２図（ａ）に示すようになっ
ている。即ち、ノンスリップ（Ｓ−０）の状態で最大の
（苦力Ｆは、スリップ率Ｓの増大に応じて徐々に低下し
、また駆動力Ｔは、Ｓ−０の零から増大して所定のスリ
ップ率５ａ（１０〜２０％）以降は低下する特性である
。

従って、Ｓ≦Ｓａの範囲に制御すれば、横力Ｆは高い状
態を保って後輪による安定性を確保し得ることがわかる
。

またスリップ率Ｓは、対地車速Ｖ、タイヤ半径ｒ、後輪
角速度ω村を用いて、以下のように表わされる。

Ｓ　−（ｒ　・ωＲ−Ｖ）ｌｒ　・ωＲここで、約３ニ
アの不等トルク配分で後輪スリップ率ＳがＳ＜Ｓａの路
線型領域内で制御される場合は、前輪のスリップ率Ｓは
常に小さくて車速と近似的に同一とすることができる。

即ち、前輪角速度ω１２．タイヤ半径ｒとすると、Ｖ匍
ｒφωＦ になる。従って、上述のスリップ率Ｓは以下のように表
わせる。

Ｓ−（「・ωＲ−ｒ・ωＦ）ｌｒ・ω１？−（ωＲ−ω
Ｆ）／ωＰ 更に、旋回時のセンターディファレンシャル機能を十分
発揮させるため、不感帯として所定のスリップ率Ｓｂ（
例えば３％）が設定され、これにより制御域りはＳｂ　
＜Ｓ＜Ｓａになる。そこで、この制御域りにおいてスリ
ップ率Ｓを算出し、このスリップ率Ｓに対し差動制限ト
ルクＴｃを増大関数的に制御すれば、後輪偏重から前輪
側にトルク移動して後輪横力Ｆを常に高く保ち得ること
になる。

このことから、電子制御系において前輪回転数センサ４
０．後輪回転数センサ４１を有し、前輪回転数センサ４
０の前輪角速度ωＦ、後輪回転数センサ４１の後輪角速
度ωＰが制御ユニット５０の後輪スリップ率算出手段５
■に入力し、上述の式によりスリップ率Ｓを算出する。

このスリップ率Ｓは、差動制限トルク制御手段５２に人
力し、差動制限トルクＴｃを定める。ここで差動制限ト
ルクＴｃは、スリップ率Ｓに対しＳｂ＜Ｓ＜Ｓａの制御
域で第２図（ｂ）に示すように、増大関数で設定されて
おり、このマツプを検索して差動制限トルクＴｃを設定
する。この差動制限トルクＴｃは制御量設定手段５３に
人力して、差動制限トルクＴｃに応じたデュ−ティ比り
に変換され、このデユーティ信号が駆動手段５４を介し
てデユーティソレノイド弁３８に出力するようになって
いる。

一方、タイヤ有効径の違い等に対する誤動作防止対策と
して、前、後輪角速度ωＦ、ωＲと舵角センサ４２の舵
角φとが入力する車輪回転数異常判定手段５５を有する
。ここで、タイヤ有効径が同一で正常な場合は、仮りに
低μ路で後輪スリップが生じていても直結側に差動制限
されてスリップを回避するように制御されるため、特に
直進走行で回転数差の大きい状態が所定時間以上継続す
ることはあり得ない。そこで車輪回転数異常判定手段５
５は、ψ暢０の直進走行の際に回転数差１ωｐ−ωＲ１
と設定値εとを比較して、１ωＦ−ωＲ〉εの状態が所
定時間γ継続する場合はセンサ信号が不適当なものとし
て異常判定する。そして異常判定結果は、制御量設定手
段５３に入力して例えばデユーティ比りを１００％に定
め、更に駆動手段５６を介し警報ランプ５７を点灯表示
する。

次いで、かかる構成の不等トルク配分制御装置の作用を
、第３図のフローチャートと第４図の特性図を用いて述
べる。

先ず、車両走行時にエンジンＩの動力がクラッチ２を介
して変速ａ！３に入力し、変速動力がセンターディファ
レンシャル装置２０の第１のサンギヤ２１に人力する。

ここで、センターディファレンシャル装置２０の各歯車
諸元により基準トルク配分が、ＴＰ　：　ＴＲ−３４：
　６６に設定されていることで、変速動力がこのトルク
配分でキャリヤ２４と第２のサンギヤ２２とに分配して
出力される。

一方、こ−のとき前輪回転数センサ４０．後輪回転数セ
ンサ４１で前輪角速度ω１？、後輪角速度ωＲが検出さ
れ、これが制御ユニット５０の後輪スリップ率算出手段
５１に入力し、近似的に前輪角速度ωＩＸを用いて後輪
スリップ率Ｓが算出される。そこで、高μ路の走行条件
で５ＳＳｂのほとんどスリップしない場合は、差動制限
トルク制御手段５２でＴｃ−０に設定され、これに応じ
たデユーティ比りの大きい信号がデユーティソレノイド
弁３８に人力する。このため、油圧制御系においてデユ
ーティソレノイド弁３８による略零のデユーティ圧がク
ラッチ制御弁３３に入力してドレン側に切換えることで
、油圧クラッチ２７はＴｃ　−０の解放状態になる。

そこで、センターディファレンシャル装置２ｏのトルク
配分に基づき、３４％のトルクが、キャリヤ２４からリ
ダクションドライブギヤ２５．リダクションドリブンギ
ヤ２６．フロントドライブ軸５以降の前輪９に伝達し、
６６％のトルクが、リヤドライブ軸６以降の後輪１３に
伝達し、第４図の点Ｐ１のような後輪偏重の４輪駆動走
行となる。そしてこのトルク配分ではＦＲ車的になって
、回頭感が良好に発揮される。

また、センターディファレンシャル装置２０はフリーの
ため、旋回時には、前後輪の回転数差に応じてピニオン
１４２３が遊星回転してその回転数差を完全に吸収する
のであり、こうして自由に旋回することが可能になる。

次いで、低μ路の走行条件では、常に先に後輪Ｉ３がス
リップして後輪スリップ率Ｓが算出され、ＳｂくＳくＳ
ａの制御域の後輪スリップ率Ｓ２で後輪Ｉ３による安定
性を減じるようになると、後輪スリップ率Ｓ２に応じた
差動制限トルクＴｃ２が設定されて、油圧クラッチ２７
に差動制限トルクＴａＱが生じる。そこで、センターデ
ィファレンシャル装置２０の差動が制限され、差動制限
トルクＴｅ２に応じて後輪１３から前輪９に後輪スリッ
プ回避分のトルクが移動し、トルク配分は第４図の点Ｐ
２のようにＴＰ　：　ＴＲ−ＴＰ　２　：　ＴＲ２にな
る。こうして後輪１３は、必要最小限のトルクが減じて
スリップを回避し、横力の増大で安定性も増すようにな
り、全体的駆動力は一定に保持される。

一方、Ｓ≧Ｓａの場合で極度に不安定になると、油圧ク
ラッチ２７の差動制限トルクＴｃは最大になる。このた
め、センターディファレンシャル装置２０はディファレ
ンシャルロックされて直結式４輪駆動走行になり、この
場合のトルク配分は第４図の点Ｐ３のように車両重量配
分と等しい前輪偏重になって、走破性、脱出性等が最大
限発揮されるのである。

こうして、充分に後輪（１重から車両重量配分に及ぶ広
い範囲で、後輪スリップ率Ｓからそれを回避する分の差
動制限トルクＴｃが設定され、この差動制限トルクＴｃ
に応じ前輪にトルクが移動して常に不等トルク配分制御
される。これによりトルク移動は必要最小限で、スリッ
プが常に確実に防止され、ＦＲ車的回頭感も充分に発揮
され続ける。また、駆動力最大のスリップ率Ｓａ以上は
直結になって、これ以上スリップすることが確実に防止
されるようになる。

ところで、上記後輪スリップ率Ｓによる不等トルク配分
制御の際に、前、後輪回転数センサ４０゜４１の回転数
信号ωＦ、ωＲが車輪回転数異常判定手段５５に入力し
、舵角ψが零の直進走行の場合に異常の有無が判断され
る。即ち、第３図のフローチャートが実行され、回転数
差１ωＦ−ωＦ　１が設定値ε以下の小さい場合、また
は設定値εより大きくなっても一時的でカウンタ値Ａが
設定値γ以下の場合は、正常と判断する。

一方、前、後輪９．１３のタイヤ有効径が異なったり、
センサ故障等が生じると、回転数差の増大を招いてＩω
Ｆ−ωＦ１＞どの関係になり、ωＦ〉ωＦではカウンタ
値Ａがインクリメントされ、ωＦ〉ωＦではデクリメン
トされ、所定時間継続してＩＡｌ〉γの時点で異常と判
定される。そしてデユーティソレノイド弁３８にはデユ
ーティ比１００％の信号が人力して、油圧クラッチ２７
を解放することで、センターディファレンシャル装置２
０は強制的にフリーの状態に保持されるのであり、こう
して後輪スリップ率によるトルク配分制御は停止し、誤
った後輪スリップ率Ｓの算出およびそれに伴う制御が未
然に防止される。また、この異常は警報ランプ５７の点
灯で表示される。

また、上述の異常時に、カウンタ値Ａの符号を故障診断
情報として記憶あるいは出力することにより異常の原因
を容易に知ることが可能になる。

なお、本発明はりャディファレンシャル装置ｉｔＯ差動
制限制御にも適用して、前後輪トルク配分制御を停止す
る場合は左右後輪のトルク配分制御も停止することで、
−層有効になる。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、センターディ
ファレンシャル装置付で充分な後輪偏重の不等トルク配
分制御であるから、４輪駆動車の直進性、安定性の他に
、ＦＲ車的な口頭感。

旋回性等の性能も発揮し得る。

さらに、駆動力が後輪に片寄ることで常に先にスリップ
する後輪のスリップ率を算出し、このスリップ率に応じ
差動制限トルクを設定してトルク配分制御するので、常
にトルク移動量はスリップ回避に必要最小限のものにな
って、安定性と上述の操縦性を共に向上し得る。

さらにまた、後輪スリップ率によるトルク配分制御にお
いて、そのスリップ率の算出要素の前後輪回転数の異常
の有無が判定されているので、誤動作が防止されて制御
精度が向上する。

また、前後輪の回転数差と継続時間とにより容品かつ正
確にタイヤ有効径の違い、断線等の異常を判断し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の４輪駆動車の不等トルク配分制御装置
の実施例を示す構成図、 第２図（ａ）はスリップ率に対する駆動力、横力の特性
図、（ｂ）は後輪スリップ率に対する差動制限トルクの
特性図、 第３図は不等トルク配分制御の作用のフローチャート図
、 第４図は不等トルク配分制御状態を示す特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基準トルク配分を後輪偏重の不等トルク配分に定めるセ
   ンターディファレンシャル装置を備え、上記センターデ
   ィファレンシャル装置に対し、後輪から前輪にトルク移
   動してトルク配分制御する差動制限装置をバイパスして
   設けるセンターディファレンシャル装置付４輪駆動車に
   おいて、前輪および後輪の回転数を検出する前輪回転数
   検出手段および後輪回転数検出手段と、上記前輪および
   後輪の回転数に基づいて差動制限トルクを可変に制御す
   る差動制限トルク制御手段と、前後輪の回転数の異常を
   判定する異常判定手段とを備え、前後輪回転数の異常時
   には、上記差動制限トルク制御手段におけるトルク配分
   制御を停止することを特徴とする４輪駆動車の不等トル
   ク配分制御装置。