JPH06107019A - ４輪駆動車の伝達駆動輪へのトルク伝達量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型、軽量、コンパクトなトランスファ装置
等の機器の追加で４輪駆動化を実現する。 【構成】 ４輪駆動車の伝達駆動輪（前輪駆動ベースな
らば後輪、後輪駆動ベースなれば前輪）へのトルク伝達
量を制御するにあたって、トルク伝達量を制御する摩擦
係合手段の摩擦係数を検出し、該摩擦係数を考慮した上
で、トルク伝達量が所定値以下に常に維持されるように
油圧制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、４輪駆動車の伝達駆動
輪へのトルク伝達量を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、４輪駆動車の伝達駆動輪（前輪駆
動ベースの車両の場合後輪、後輪駆動ベースの車両の場
合前輪）へのトルク伝達量を制御する技術が提案されて
いる。

【０００３】一般に、この種の４輪駆動車においては、
前後輪の回転速度差が大きくなったときにスリップが発
生していると判断して伝達駆動輪へのトルク伝達量を増
大するような制御がなされる。

【０００４】一方、例えば特公平０４−１７８０６号公
報において、機関に直結した車輪（前輪駆動ベースの場
合前輪、後輪駆動ベースの場合後輪）と伝達駆動輪との
スリップ比が、適正な目標スリップ比となるように、伝
達駆動輪への伝達トルクを制御する技術も提案されてい
る。

【０００５】この技術によれば、エンジンの発生する動
力を路面とタイヤ間で最も大きな動力が伝達される範囲
で使用可能なため、無駄なく車両の駆動力として活用す
ることができるようになり、それだけ効率的に大きな動
力を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにしてエンジンの発生する動力を無駄なく活用するよ
うにした場合、例えばエンジン側から非常に大きな駆動
力が伝達されてきたときに、従来ならば該機関と直結さ
れた車輪（前輪駆動ベースならば前輪）がある程度スリ
ップし、トランスファにその大きな駆動力がそのまま掛
かってくることはなかったが、前述したような、制御に
よって前輪が後輪に対し適性な目標スリップ率を越えた
場合に後輪に対するトルク伝達量を増大させるようにし
た車両においては、トランスファにより直接的に大きな
駆動力が掛かってくることになる。

【０００７】従って、このような制御を採用した車両に
おいては、必然的にエンジンの発生し得る最大負荷に相
当するような負荷が所定回数掛かったとしても、なお耐
久性上問題が発生しないような大型の（負荷容量の高
い）トランスファを用意しなければならず、その分重量
が増大し（燃費が悪化し）、占有容積が増大し（有効車
室内空間が減少し）、又コストも増大するという問題が
あった。

【０００８】しかしながら、その一方で、耐久性（広い
意味での安全性）を確実に維持すると共に、より軽量
で、よりコンパクトで、且つより安価な４輪駆動システ
ムを求める社会的ニーズは非常に強いものがある。

【０００９】本発明は、このようなニーズに鑑みて成さ
れたものであって、より軽量、よりコンパクト、且つよ
り安価なトランスファ装置等を用いながら、優れた耐久
性を確実に維持することのできる４輪駆動車の伝達駆動
輪へのトルク伝達量制御装置を提供することをその目的
としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１にその要
旨を示すように、４輪駆動車の伝達駆動輪へのトルク伝
達量制御装置において、前記トルク伝達量を調整する摩
擦係合手段と、該摩擦係合手段の摩擦係数を検出する手
段と、該摩擦係数を考慮した上で、前記摩擦係合手段の
トルク伝達量が常に所定値以下に維持されるように制御
する手段とを備えたことにより、上記課題を解決したも
のである。

【００１１】

【作用】本発明においては、まず伝達駆動輪へのトルク
伝達量を調整する摩擦係合手段の摩擦係数を検出し、こ
の摩擦係数を考慮した上で、該摩擦係合手段のトルク伝
達量が常に所定値以下に維持されるように制御するよう
にしている。

【００１２】本発明において、摩擦係合手段の摩擦係数
を考慮するようにしたのは、一般にこの種の摩擦係合手
段は油圧によってそのトルク伝達量が調整されるが、同
一の油圧をかけた場合であっても、摩擦係数が異なると
確保されるトルク伝達量が異なり、しかもこの摩擦係数
が車両の走行状態に応じてかなり大きく変化するためで
ある。

【００１３】具体的には、後述の実施例でも明らかなよ
うに、この摩擦係数は例えば摩擦板の相対回転数、即ち
前後輪の回転速度差に応じて大きく変化する。従って、
この摩擦係数をリアルタイムで監視し、該摩擦係数を考
慮した上で摩擦係合手段の油圧を制御することがトルク
伝達量を常に所定値以下に維持するためには必要となっ
てくるものである。

【００１４】本発明において、前記「所定値」は、例え
ば雪路等の低μ路で伝達駆動輪のタイヤと路面間に発生
可能なトルク伝達量に設定する。この値はエンジンの発
生し得る最大トルクと比較するとかなり小さめの値であ
る。この結果、伝達駆動輪にはこの小さめの値の「所定
値」以上のトルクは絶対に伝わらないようになるため、
トランスファ装置や伝達駆動輪側へのプロペラシャフ
ト、あるいは伝達駆動輪側のデファレンシャル装置等の
小型化が実現でき、これにより有効車室内空間の拡大や
高い地上高の確保が実現できるようになる。又、これら
の機器を軽量化できることに伴ない、燃費をそれだけ向
上させることもできる。更には、当然に低コスト化も実
現できる。又、この所定値が小さいため高速走行等で前
後輪のタイヤ径差による動力循環トルクが小さいため、
走行抵抗が減って燃費が向上すると共に、タイヤの摩耗
や発熱も低減できる。

【００１５】又、従来のいわゆるパートタイム型の４輪
駆動システムのように、リジッドに４輪を結合するので
はないため、後述する実施例で示すように、センタデァ
レンシャル装置を有しなくてもほとんどの走行ケースで
タイトコーナーブレーキング現象を回避できる。

【００１６】それにもかかわらず、本発明は、例えば粘
性カップリングを用いて伝達駆動輪側に駆動力を伝達す
る４輪駆動車等と比較すると、むしろ優れた面を有して
いる。即ち、粘性カップリングを用いて伝達駆動輪に駆
動力を伝達するタイプの４輪駆動車にあっては、前後輪
にスリップが現に生じた場合に初めて動力伝達が行われ
るため、低μ路では更に路面μが低下し全体としての総
駆動力は少なくならざるを得ない。しかしながら、本発
明にあっては、オイルポンプ等で発生した油圧によりス
リップする以前から確実に「所定のトルク伝達量」で伝
達駆動輪側にエンジン駆動力が分配可能なため、最大路
面μを利用可能で結果として生じるスリップを最小限に
抑えることができ、そのため特に雪路等の低μ路での発
進、加速、登坂の際に優位性を見出すことができるもの
である。

【００１７】このように、本発明によれば、４輪駆動車
としての利点を十分に享受すると共に不都合はほとんど
発生させることなくトランスファやプロペラシャフト、
デファレンシャル、ドライブシャフト等の各種アッセン
ブリの軽量化、小型化、低コスト化を実現できるように
なるものである。

【００１８】しかも、本発明は基本的には、前後出力軸
の回転数を検出するセンサ以外特別センサ等を付加する
必要もなく、低コストで実現でき、又、制御も簡単であ
る。又、自動変速機を搭載した車両でも、あるいはマニ
ュアル変速機を搭載した車両でも油圧源さえあれば容易
に適用することができるという利点もある。

【００１９】

【実施例】以下図面に基づいて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００２０】図２に本発明が適用された４輪駆動車のト
ルク伝達量制御装置の概略を示す。

【００２１】又、図３にはトランスファクラッチ付近の
動力伝達系がスケルトンで示されており、図８には、そ
の実断面が示されている。

【００２２】各図において、符号１０がエンジン、２０
が自動変速機、３０がフロントデファレンシャル装置、
４０がトランスファ装置、５０がトランスファクラッ
チ、６０がリヤデファレンシャル装置、７０（７０Ｌ、
７０Ｒ）が前輪、８０（８０Ｌ、８０Ｒ）が後輪、９０
が各種センサ群、そして１００がトランスファコントロ
ールコンピュータをそれぞれ示している。

【００２３】前記エンジン１０は、車両の最前部に横置
きで搭載されている。

【００２４】前記自動変速機２０は、公知のトルクコン
バータ２１及び変速装置２２を備え、エンジン１０の出
力を変速した上で出力ギヤ２３に伝達する。

【００２５】前記フロントデファレンシャル装置３０
は、図３に示されるように、前記出力ギヤ２３と噛合す
る入力ギヤ３１を一体に備えたデファレンシャルケース
３２と、このデファレンシャルケース３２から突出され
たピニオン軸３３によってそれぞれ回転可能に支持さ
れ、且つ互いに対向して配置された２つの差動ピニオン
３４、３５と、この２つの差動ピニオン３４、３５にそ
れぞれ同時噛合した左前輪用サイドギヤ３６及び右前輪
用サイドギヤ３７とを有している。

【００２６】前記トランスファ装置４０は、フロントデ
ファレンシャル装置３０のデファレンシャルケース３２
と一体的に構成されたハイポイドギヤ４１と、これと噛
合するハイポイドピニオン４２とからなり、自動変速機
２０の出力ギヤ２３からフロントデファレンシャル装置
３０の入力ギヤ３１側に伝達されてきた動力の一部を、
方向を９０°変換した上でトランスファクラッチ５０に
伝達する。

【００２７】前記トランスファクラッチ５０は、トラン
スファ装置４０のハイポイドピニオン４２と、後輪用プ
ロペラシャフト５１側とを動力伝達可能に接続するもの
で、これ自体は公知の油圧サーボ式の湿式多板クラッチ
で構成されている。即ち、このトランスファクラッチ５
０は、トランスファコントロールコンピュータ１００か
らの指令によって駆動されるソレノイドバルブ５２によ
り油圧サーボ室５３内に供給される油圧が制御され、こ
の油圧によってピストン５４が所定の圧力で多板クラッ
チ５５を押圧し、この押圧力によって所定のトルク伝達
量が確保されるようになっている。

【００２８】図２に戻って前記リヤデファレンシャル装
置６０は、前記フロントデファレンシャル装置３０と同
様に差動装置を構成する。又、前輪７０、及び後輪８０
については、従来の構成の通りである。

【００２９】前記各種センサ群９０としては、より高度
できめ細かな制御を行うためこの実施例では自動変速機
２０の現在の変速段を検出する変速段センサ９１、自動
変速機２０の出力ギヤ２３（あるいは変速装置２２の出
力部分）の回転速度を検出する車速センサ兼前輪回転数
センサ９２、ステアリングの回転角度を検出する操舵角
センサ９３、トランスファクラッチ５０の下流側に取り
付けられ、該トランスファクラッチ５０の後輪側の回転
速度を検出する後輪側回転数センサ９５等が備えられて
いる。但しこの実施例に直接必要なセンサは前輪側回転
数センサ９２及び後輪側回転数センサ９５のみである。

【００３０】前記トランスファコントロールコンピュー
タ１００は、これらの各種センサ群９０からの信号を受
け、該トランスファコントロールコンピュータ１００内
で後述するような制御フローに基づいてこれらの信号を
処理し、前記ソレノイドバルブ５２を駆動することによ
ってトランスファクラッチ５０のトルク伝達量を制御す
る。

【００３１】次に、この動力伝達系の作用を簡単に説明
する。

【００３２】エンジン１０によって発生された動力は、
自動変速機２０によって所定の変速操作がなされた後、
出力ギヤ２３に伝達される。そして、この出力ギヤ２３
に伝達された動力により、入力ギヤ３１を介してフロン
トデファレンシャル装置３０のデファレンシャルケース
３２が回転させられる。このデファレンシャルケース３
２の回転は、２つの差動ピニオン３４、３５を介して左
右の前輪用サイドギヤ３６、３７に伝達され、これと連
結された前輪７０Ｌ、７０Ｒが駆動される。この駆動経
路は、基本的に従来のフロントエンジン、フロントドラ
イブの２輪駆動構成と同一である。

【００３３】一方、デファレンシャルケース３２は、ト
ランスファ装置４０のハイポイドギヤ４１と接続されて
いる。又、このハイポイドギヤ４１は、ハイポイドピニ
オン４２と噛合すると共に、その回転がトランスファク
ラッチ５０を介してリヤデファレンシャル装置６０に伝
達され、更に後輪８０Ｌ、８０Ｒへと伝達されるように
なっている。従って、トランスファクラッチ５０のトル
ク伝達量を、トランスファコントロールコンピュータ１
００からの指令によりソレノイドバルブ５２を介して制
御することにより、後輪８０Ｌ、８０Ｒ側へのトルク伝
達量を任意に制御することができる。

【００３４】以上の説明から明らかなように、この実施
例に係る車両は前輪駆動ベースの４輪駆動車であり、後
輪が「伝達駆動輪」に相当している。なお、トランスフ
ァ装置４０はこの実施例ではトランスファクラッチ５０
の上流側においてあるが、下流側にもってきたときと同
様の作用が得られる。

【００３５】即ち、トランスファ装置４０は、これがト
ランスファクラッチ５０の下流側にあっても上流側にあ
ってもトランスファクラッチ５０によって後輪側に伝達
されるトルクに応じた負荷のみを受けるため、該トラン
スファクラッチ５０によるトメク伝達量を抑えることに
より、トランスファ装置４０を含めたこれ以降の後輪駆
動系の小型化、軽量化、低コスト化が実現できるもので
ある。

【００３６】なお、伝達駆動輪へのトルク伝達量が直接
的に制御されるため、センタデファレンシャル装置は省
略されている。

【００３７】図４にトランスファ装置４０におけるハイ
ポイドピニオンのＳ−Ｎ線図（Stress−Number of cycl
es線図）を示す。このＳ−Ｎ線図は、ハイポイドピニオ
ン４２にどの程度の歯元曲げ応力σが掛かったときに何
回位の繰り返し荷重に耐え得るかを示したものである。
このＳ−Ｎ線図によれば、例えば、ハイポイドピニオン
４２にＸ１の歯元曲げ応力σが掛けられるときには、当
該ハイポイドピニオン４２は１０⁵ 回数の繰り返し荷重
にしか耐えられないが、歯元曲げ応力σがＸ２であった
場合には１０⁶ 回の繰り返し荷重に耐えられることが分
かる。

【００３８】同様にして、このＳ−Ｎ線図から、もし、
ハイポイドピニオン４２に掛かる歯元曲げ応力σが例え
ばσＡ以下に設定されたならば、このハイポイドピニオ
ン４２は少なくとも３×１０⁵ 回の繰り返し荷重に耐え
られることが分かる。又、もし、このハイポイドピニオ
ン４２に掛かる歯元曲げ応力σがσＢ以下に設定された
ならば、ほぼ無限回の繰り返し荷重に耐えられることが
分かる。

【００３９】この事実から、例えば歯元曲げ応力がσＡ
以上絶対に生じないような走行条件の下でならばハイポ
イドピニオン４２に掛かる歯元曲げ応力σをσＡに設定
することができ、又、ハイポイドピニオン４２に掛かる
歯元曲げ応力σをσＢに設定できれば、（僅かにσＢに
対応する小型のトランスファ装置４０等を備えるだけ
で）無限回の繰り返し荷重が保証されるようになること
が分かる。

【００４０】ところで、前述したように、トランスファ
クラッチ５０のトルク伝達量は、該トランスファクラッ
チ５０の油圧サーボ室５３内に供給するクラッチ油圧Ｐ
c に依存して決定されるが、このクラッチ油圧Ｐc で実
際に発生されるトルク伝達量Ｔc は、厳密にはトランス
ファクラッチ５０の多板クラッチプレート５５及びディ
スク５６の摩擦係数μに依存して変化する。従って、こ
の摩擦係数μによる変化を補正することによって、本発
明で意図する「トルク伝達量を所定値以下に維持する制
御」の実現が担保されることになる。

【００４１】多板クラッチプレート５５及びディスク５
６間の摩擦係数μは、両者の相対速度ΔＮに依存して変
化する。その様子を図６に示す。

【００４２】このことは、摩擦係数μを相対回転速度Δ
Ｎの関数として把握すること（関接検出）ができること
を意味するため、これに基づいて図７に示すようなＴc
＝ＴcAを実現し得るΔＮ−Ｐc マップを作ることができ
る。ＴcAは例えば雪路等の低μ路で円滑な発進ができる
値、即ち前記歯元曲げ応力σＡに対応して設定される。

【００４３】このΔＮ−Ｐc マップを用いてトルク伝達
量を制御するために実際にトランスファコントロールコ
ンピュータ１００内で実行される制御フローの例を図５
に示す。

【００４４】まずステップ３０２で、トランスファクラ
ッチ５０の上流側、及び下流側の回転速度Ｎf 、Ｎr が
それぞれ検出される。この回転速度Ｎf 、Ｎr は、もし
前後輪のスリップが全くないときにはそれぞれ前輪の回
転速度、後輪の回転速度に一致するが、例えば前輪がス
リップしているような場合には、必ずしも一致しない場
合がある。しかしながら、この実施例では、そのような
場合でも、相対回転速度ΔＮを検出するためのセンサ９
２、９５をトランスファクラッチ５０の直近の上流側、
下流側に配置してあるため、該トランスファクラッチ５
０の相対回転速度ΔＮを正確に知ることができる。

【００４５】ステップ３０４においては、この上流側、
下流側の回転速度Ｎf 、Ｎr の差、即ちトランスファク
ラッチ５０の相対回転速度ΔＮが求められる。

【００４６】ステップ３０６では、この相対回転速度Δ
Ｎがほぼ零であるか否かが判定される。ほぼ零であった
ときは、前述の図７のマップをあたるまでもなく、直接
ステップ３１２に進んでＰc ＝Ｐcoが確定される。

【００４７】一方、ステップ３０６でトランスファクラ
ッチ５０の相対回転速度ΔＮが零ではないと判断された
ときには、そのままではトルク伝達量Ｔc が強くなり過
ぎる恐れがあるため、ステップ３０８に進んで摩擦係数
μとΔＮの特性に基づいた図７に示すような、（トルク
伝達量Ｔc ＝ＴcAを維持するための）Ｐc −ΔＮのマッ
プから、Ｐc(ΔＮ) が確定される。このＰc(ΔＮ) はＰ
c(μ) とも表現できるものである。

【００４８】その後、ステップ３１０で、このようにし
て求められたＰc に基づいてソレノイドバルブ５２を駆
動するための電流が出力され、これに基づいてソレノイ
ド５２が制御される。

【００４９】なお、これまでの説明で明らかなように、
従来、一般に４輪駆動車の制御の場合は、前後輪の回転
速度差ΔＮfr（ほぼΔＮに同じ）が大きくなるに従っ
て、（該ΔＮfrを早期に小さくすべく）クラッチ圧Ｐc
を大きくする制御がなされてきたが、この制御は、この
実施例での制御とは趣旨が異なる。制御の傾向もΔＮfr
が大きくなるに従ってクラッチ圧Ｐc を低め、確保され
るトルク伝達量Ｔc がＴcA以上にならないようにすると
いうものであり、逆の傾向である。

【００５０】但し、トランスファクラッチ５０のディス
ク５６とプレート５５の摩擦係数係数特性、あるいは使
用されるオイルの性質によっては、摩擦係数μとΔＮの
関係は必ずしも上記実施例で示した傾向とはならない場
合もある。しかしながらこの場合でも、あくまで、「摩
擦係数の変化にも拘らずトルク伝達量が所定値を超えな
い」という観点で油圧制御が実施される。

【００５１】このような制御を実行することにより、ト
ランスファ装置４０を含む後輪駆動系には、トルク伝達
量ＴcAに対応した負荷以上の負荷がかかることがなくな
るため、その疲労強度が飛躍的に向上し、該後輪駆動系
をより小型化することができるようになる。又、重量の
軽減化、コスト低減化も図ることができるようになる。

【００５２】しかも、前記制御フローからも明らかなよ
うに、例えば目標スリップ率を算出するための多数のセ
ンサ類や演算用コンピュータ等の複雑な制御系も必要で
なく、低コストで高い信頼性を確保することができる。

【００５３】なお、上記実施例においては、トランスフ
ァクラッチ５０の摩擦係数を考慮した上で該トランスフ
ァクラッチ５０でのトルク伝達量がＴcA以上にならない
ように制御していたが、この範囲内で、より走行状態に
見合った伝達量の変更をするのは自由である。

【００５４】例えば、自動変速機の変速段を検出し、変
速段が高速段であるときには、タイヤ径差等に起因する
動力循環トルクの増大を防止するために、トルク伝達量
をＴcAより更に低いＴcBとなるように制御したり、ある
いは、ステアリングの操舵角φを検出し、その操舵角φ
が所定値以上のときは、タイトコーナーブレーキング現
象を避けるためにトルク伝達量ＴcAより低めに設定する
等の制御が考えられる。

【００５５】又、上記実施例装置によれば、いわゆる粘
性カップリングを用いて伝達駆動輪側に動力を伝達する
駆動系と比較して、次のような有利な点を有する。即
ち、粘性カップリングを用いた４輪駆動系の場合は、直
接駆動輪がある程度スリップしてからこのスリップによ
って伝達駆動輪に動力が伝達されるようになるが、この
実施例装置では、基本的にトルク伝達量ＴcAに相当する
駆動力が初めから伝達駆動輪に分配可能なため、それだ
け確実な４輪駆動作用を得ることができるものである。

【００５６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、摩
擦係数を考慮して伝達駆動輪へのトルク伝達量を常に所
定値以下となるように維持するようにしたため、４輪駆
動車としての有用な作用をあまり減殺することなく、し
かも必要以上にトランスファ装置〜伝達駆動輪にトルク
が掛からないようにできるため、疲労強度の点で設計が
非常に容易となり、トランスファ装置やデファレンシャ
ル装置等の各種アッセンブリの小型化に伴う有効車室容
積の拡大や、地上高の拡大を図ることができると共に、
重量軽減による燃費の向上、あるいはコストの低減を実
現することができるようになるという優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の要旨を示すブロック図

【図２】本発明が適用された４輪駆動車のトルク伝達量
制御装置の概略を示すブロック図

【図３】図２の実施例装置におけるトランスファクラッ
チ付近の動力伝達系を拡大して示すスケルトン図

【図４】ハイポイドピニオンの歯元曲げ応力と、この歯
元曲げ応力が掛けられたときの耐久性上許容し得る繰り
返し回数を示すグラフ

【図５】トランスファコントロールコンピュータ内で実
行される制御フローを示す流れ図

【図６】摩擦係数μと前後輪の回転速度差ΔＮとの関係
を示すグラフ

【図７】トルク伝達量一定が維持されるときの回転速度
差ΔＮとクラッチ圧Ｐc(ΔＮ)との関係を示すグラフ

【図８】図２に示された４輪駆動車のトランスファ付近
を示す実断面図

【符号の説明】

１０…エンジン ２０…自動変速機 ３０…フロントデファレンシャル装置 ４０…トランスファ装置 ４１…ハイポイドギヤ ４２…ハイポイドピニオン ５０…トランスファクラッチ ５２…ソレノイドバルブ ６０…リヤデファレンシャル装置 ７０Ｌ、７０Ｒ…前輪 ８０Ｌ、８０Ｒ…後輪 ９０…センサ群 ９１…変速段センサ ９２…車速センサ ９３…ステアリング操舵角センサ ９４…前輪側回転数センサ ９５…後輪側回転数センサ １００…トランスファコントロールコンピュータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】４輪駆動車の伝達駆動輪へのトルク伝達量
   制御装置において、 前記トルク伝達量を調整する摩擦係合手段と、 該摩擦係合手段の摩擦係数を検出する手段と、 該摩擦係数を考慮した上で、前記摩擦係合手段のトルク
   伝達量が常に所定値以下に維持されるように制御する手
   段と、 を備えたことを特徴とする４輪駆動車の伝達駆動輪への
   トルク伝達量制御装置。