JPWO2015129691A1 - 4輪駆動車のクラッチ制御装置 - Google Patents
4輪駆動車のクラッチ制御装置Info
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Abstract
Description
この4輪駆動車では、2輪駆動モードから4輪駆動モードへの切り替え時には、摩擦クラッチを締結し、噛み合いクラッチの駆動源側と後輪側とを同期させた後、噛み合いクラッチを締結する。また、4輪駆動モードから2輪駆動モードへの切り替え時には、摩擦クラッチを解放した後、噛み合いクラッチを解放する。
また、逆に、常に、同期速度を締結時にショックが生じないように遅くした場合、制御応答性が悪化し、特に、車両挙動を安定させたい加速時における制御応答遅れが問題となる。
駆動源と副駆動輪との間に介在されたクラッチとして、前記副駆動輪への駆動力伝達系のうち、デファレンシャルを挟んだ駆動分岐側の伝達系路と副駆動輪側の伝達系路にそれぞれ分けて配置される噛み合いクラッチと摩擦クラッチとを備え、
噛み合いクラッチ及び摩擦クラッチの締結及び解放を制御するクラッチコントロールユニットに、両クラッチを解放したディスコネクト2輪駆動モードから、両クラッチを締結させた4輪駆動モードへの移行時において、車両減速時は非減速時と比較して、噛み合いクラッチの同期速度を低下させる同期速度制御部を設けたことを特徴とする4輪駆動車のクラッチ制御装置とした。
一方、クラッチコントロールユニットは、非減速時に噛み合いクラッチを締結する場合、減速時と比較して噛み合いクラッチの同期速度を高く制御する。これにより、加速時などの非減速時の噛み合いクラッチの締結タイミングが、減速時と比較して早くなり、制御応答性を高め、車両挙動の安定性向上を図ることが可能となる。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1の構成を説明する。
実施の形態1における前輪駆動ベースの4輪駆動車(4輪駆動車の一例)のクラッチ制御装置の構成を、「4輪駆動車の駆動系構成」、「4輪駆動車の制御系構成」、「駆動モード切替構成」、「クラッチ制御構成」に分けて説明する。
図1は、実施の形態1のクラッチ制御装置が適用された前輪駆動ベースの4輪駆動車の駆動系構成を示す。以下、図1に基づき、4輪駆動車の駆動系構成を説明する。
また、図2に示すドグクラッチ8の入力側噛み合い部材8aは、フロントデファレンシャル3のデフケース3aに連結され、ドグクラッチ8の出力側噛み合い部材8bは、ベベルギア9に連結されている。
そして、電制カップリング16の入力側クラッチプレートは、リアデファレンシャル15の左サイドギアに連結され、出力側クラッチプレートは、左後輪ドライブシャフト17に連結されている。
図2は、実施の形態1のクラッチ制御装置が適用された前輪駆動ベースの4輪駆動車の制御系構成を示す。以下、図2に基づき、4輪駆動車の制御系構成を説明する。
「2WDモード」が選択されると、ドグクラッチ8と電制カップリング16を解放した前輪駆動の2WD状態が維持される。
「ロックモード」が選択されると、ドグクラッチ8と電制カップリング16を締結した完全4WD状態が維持される。
図3は、「オートモード」が選択されたときのクラッチ制御で用いられる車速VSPとアクセル開度ACCに応じた駆動モード切替マップを示し、図4は、駆動モード(ディスコネクト2輪駆動モード・スタンバイ2輪駆動モード・コネクト4輪駆動モード)の切り替え遷移を示す。以下、図3および図4に基づき、駆動モード切り替え構成を説明する。
図5は、4WDコントロールユニット34にて実行されるクラッチ制御処理のうち、ドグクラッチ8を締結させる際の処理の流れを示している。すなわち、図3の駆動モードマップにおいて、車両状態がディスコネクト2輪駆動モードに制御する差回転制御領域(Disconnect)から、駆動力配分領域(Connect)に遷移した場合および差回転制御領域(Stand-by)に遷移した場合のクラッチ制御処理である。なお、このクラッチ制御処理は、10ms〜30ms程度の所定の周期で繰り返される。
ステップS1では、ドグクラッチ8に対し締結要求があるか否か判定し、この締結要求がある場合はステップS2に進み、締結要求が無い場合は1回の処理を終了する。なお、このドグクラッチ8に対する締結要求は、コネクト4輪駆動モードとスタンバイ2輪駆動モードとのいずれかへのモード遷移要求がある場合に成される。
続くステップS3では、ドグクラッチ8の入出力側噛み合い部材8a,8bの差回転ΔNの演算を行った後、ステップS4に進む。
ステップS6では、ドグクラッチ8の締結が完了したか否か判定する。そして、締結完了の場合はステップS7に進み、締結未完了の場合はステップS5に戻る。なお、ステップS6の締結完了判定は、ドグクラッチストロークセンサ53の検出に基づいて、可動部材の設定量を超えるストロークを検出した場合に締結完了と判定する。
次に、ステップS2において電制カップリングの締結指令出力を行う場合の締結速度制御に基づく、ドグクラッチ8の同期速度の制御について説明する。
すなわち、本実施の形態1では、図2に示すように4WDコントロールユニット34は、同期速度制御部100を備えている。そして、この同期速度制御部100は、ドグクラッチ8の締結に伴い入力側噛み合い部材8aと出力側噛み合い部材8bとを同期回転させる際に、同期開始から同期終了となるまでの速度(シンクロレイト)を制御する。また、この同期速度(シンクロレイト)は、減速時以外の加速時および一定速走行時は、予め設定された通常速度(通常シンクロレイト)とする。一方、車両減速時は、同期速度(シンクロレイト)を、通常速度よりも低速に制御し、かつ、その際、減速度に応じ、減速度が大きいほど低速に制御する。
まず、ステップS21では、車両が減速状態であるか否か判定し、減速状態、すなわち車速VSPが低下している場合はステップS22に進み、非減速状態(加速状態あるいは一定速状態)の場合は、ステップS24に進む。
一方、ステップS23では、ドグクラッチ8の同期に要する時間であるシンクロレイトを、通常シンクロレイトよりも低速(低シンクロレイト)に設定する。さらに、ステップS23では、シンクロレイトを設定するのにあたり、車両状態が領域区分線Aを矢印C1方向に横切った際の減速度に応じ、減速度の絶対値が大きいほど、シンクロレイトを低下(低速に設定)する。
シンクロレイトは、ドグクラッチ8を同期させるのに要する時間に相当し、シンクロレイトが高いほど、短時間に同期させ、シンクロレイトが低いほど、同期に要する時間を長く設定する。
次に、実施の形態1の作用を、図7、図8のタイムチャートに基づいて説明する。
まず、実施の形態1の作用の説明に先立ち、本実施の形態との比較例の作用について説明する。
そして、差回転ΔNが、同期判定閾値α以下となると、ドグクラッチ8の締結が行なわれる(ステップS2→S3→S4→S5)。
このとき、ドグクラッチ8では、差回転ΔNの変化が相対的に大きく、すなわち、図7に示すように差回転ΔNの低下勾配が急であり、この状態でドグクラッチ8を締結すると、噛み合い時のショックが相対的に大きくなる。したがって、ドグクラッチ8の締結時に、図示のような加減速G変化が生じる。加えて、このとき、運転者は図外のアクセルペダルから足を離して操作を行っていない状態であるため、図外のアクセルペダルの踏み込みを行ってエンジン回転数が上昇する加速時と比較して、運転者はショックを感じやすい。
すなわち、t10の時点では、運転者は図外のアクセルペダルを踏み込んで車両を加速させている。そして、t11の時点以降、図外のアクセルペダルから足を離し、車両はエンジンブレーキが作用する惰性走行状態となっている。
そして、差回転ΔNが、同期判定閾値α以下となると、ドグクラッチ8の締結が行なわれる(ステップS2→S3→S4→S5)。
なお、この場合、図示のように、駆動モードの切り替え判定がなされたt12の時点から、ドグクラッチ8が締結されて実際に駆動モードがコネクト4輪駆動モードに切り替えられるt13までの時間は、図7の比較例よりも長くなる。
しかしながら、そもそも、低速域でコネクト4輪駆動モードとしているのは、発進時の加速安定性を得るためであり、減速時にコネクト4輪駆動モードに切り替える主たる目的は、次の発進時に備えるための駆動モードの切り替えである。
よって、シンクロレイトを下げることにより、ドグクラッチ8の締結タイミング、すなわち、駆動モードの切り替えタイミングが遅れても、制御上は問題ない。
このため、減速時よりも高い制御応答性で、駆動モードの切り替えを行うことができ、早期に、加速走行安定性を高めることができる。また、加速時には、運転者は、図外のアクセルペダルを踏み込む操作を行っており、また、エンジン回転も上昇して車両に加速Gが発生した状態であるため、運転者は、減速時と比較して、締結ショックを感じにくい。
以下に、実施の形態1の4輪駆動車のクラッチ制御装置の効果を作用と共に列挙する。
1)実施の形態1の4輪駆動車のクラッチ制御装置は、
左右前輪6,7と左右後輪19,20のうち、一方を駆動源としてのエンジン1に接続される主駆動輪とし、他方を前記エンジン1にクラッチを介して接続される副駆動輪とし、
前記クラッチとして、前記副駆動輪としての左右後輪19,20への駆動力伝達系のうち、リアデファレンシャル15を挟んだ駆動分岐側の伝達系路と副駆動輪側の伝達系路にそれぞれ分けて配置される噛み合いクラッチとしてのドグクラッチ8と摩擦クラッチとしての電制カップリング16とを備え、
前記ドグクラッチ8は、クラッチ解放により前記左右後輪19,20への駆動力伝達系を、前記左右前輪6,7への駆動力伝達系から切り離し、前記電制カップリング16は、クラッチ締結容量に応じて前記エンジン1からの駆動力の一部を前記左右後輪19,20へ配分する4輪駆動車において、
車両状態検出装置としての各センサ・スイッチ類35,36,38〜47、50〜55が検出する車両状態に応じて、前記ドグクラッチ8の締結/解放制御と前記電制カップリング16の締結/解放制御とを行い、両者8,16を解放したディスコネクト2輪駆動モードと両者8,16を締結したコネクト4輪駆動モードとに切替可能なクラッチコントロールユニットとしての4WDコントロールユニット34を設け、
前記4WDコントロールユニット34に、前記ディスコネクト2輪駆動モードから前記コネクト4輪駆動モードへの移行時において、車両減速時は非減速時と比較して、前記ドグクラッチ8の同期速度を低下させる同期速度制御部100を設けたことを特徴とする。
このように、本実施の形態1では、ディスコネクト2輪駆動モードからコネクト4輪駆動モードに切り替えるのにあたり、車両減速時には、非減速時と比較して、ドグクラッチ8の同期速度(シンクロレート)を低下させる。
したがって、車両減速時には、同期速度の低下を行わない場合と比較して、ドグクラッチ8の入力側噛み合い部材8aと出力側噛み合い部材8bとの差回転ΔNの変化を抑えることができ、これにより、締結の際のショックの発生を抑えることができる。よって、ドグクラッチ8の締結時の車両挙動への悪影響や車両の音・振動を低減させることができる。また、減速時以外は、同期速度の低減を行わないことにより、加速時などにおける駆動モード切替制御応答性を確保することができる。
前記4WDコントロールユニット34は、前記ディスコネクト2輪駆動モードから前記コネクト4輪駆動モードへの移行時の前記ドグクラッチ8の同期は、前記電制カップリング16の締結により行い、
前記同期速度制御部100は、前記同期速度の低下は、前記電制カップリング16の締結速度の低下により実行することを特徴とする。
本実施の形態1では、ドグクラッチ8の締結時には、電制カップリング16を締結させて、副駆動輪である左右後輪19,20の回転を、ドグクラッチ8の出力側噛み合い部材8bに伝達させることにより、ドグクラッチ8の同期を行う。
したがって、電制カップリング16の締結速度を、非減速時の締結速度よりも低下させることにより、ドグクラッチ8の同期速度を低下させることができる。このため、ドグクラッチ8にシンクロ速度を調節する機構やアクチュエータを設けてシンクロ速度を低減させるものと比較して、低コストで実行可能である。
前記同期速度制御部100は、アクセル開度ACCが零での減速時に前記同期速度を低下させることを特徴とする。
車両減速時に同期速度を低下する際の条件に、アクセル開度ACC=0を加えたため、登坂時など、アクセルペダルを踏んだ状態で減速が生じた場合には、同期速度を低下させる制御は行なわない。
これにより、登坂時などアクセルペダルを踏み込んだ状態では、ディスコネクト2輪駆動モードからコネクト4輪駆動モードへの切り替えを高応答性で行なって、走行安定性を確保することができる。
前記同期速度制御部100は、前記同期速度の低下時には、車両減速度が大きいほど、前記同期速度を低下させることを特徴とする。
車両減速度が大きい場合、車両減速度が小さい場合よりも、回転速度変化が大きいため、ドグクラッチ8の締結時にショックが大きくなりやすい。そこで、車両減速度が大きいほど、同期速度を低下させることにより、ドグクラッチ8の同期時の差回転ΔNの変化を抑えることにより、締結時のショックをいっそう抑制することができる。これにより、ドグクラッチ8の締結時の車両挙動への悪影響や、車両の音・振動の発生を低減させることが可能となった。
前記4WDコントロールユニット34は、前記アクセル開度ACCと車速VSPとに応じて前記ディスコネクト2輪駆動モードと前記コネクト4輪駆動モードとが設定された図3に示すモード切替マップに基づいて、前記ディスコネクト2輪駆動モードと前記コネクト4輪駆動モードとの切替を行い、かつ、前記ディスコネクト2輪駆動モードよりも低車速領域に前記コネクト4輪駆動モードへの制御領域を設定したことを特徴とする。
したがって、ディスコネクト2輪駆動モードからの車両減速時には、コネクト4輪駆動モードに切り替えられ、この際に、ドグクラッチ8の締結が実行される。このドグクラッチ8の締結時に、同期速度を低下させることにより、上記の締結時のショックを低減する効果を得ることができる。
噛み合いクラッチとしてのドグクラッチ8は、副駆動輪としての左右後輪19,20への駆動分岐位置に設けたトランスファ機構としてのベベルギア9、出力ピニオン10より上流位置に配置し、
摩擦クラッチとしての電制カップリング16は、トランスファ機構としてのベベルギア9、出力ピニオン10からプロペラシャフト12およびリアデファレンシャル15を経由した副駆動輪としての左後輪19への左後輪ドライブシャフト17の位置に配置したことを特徴とする。
このため、前輪駆動ベースの4輪駆動車において、ディスコネクト2輪駆動モードが選択されているとき、フリクション損失やオイル攪拌損失などが有効に抑えられ、燃費向上を達成することができる。
実施の形態2のクラッチ制御装置は、後輪駆動ベースの4輪駆動車に適用し、デファレンシャルを挟んだ噛み合いクラッチと摩擦クラッチの配置関係を、実施の形態1とは逆の配置関係にした例である。
すなわち、電制カップリング70とドグクラッチ80を共に解放する2輪駆動モード(=ディスコネクト2輪駆動モード)を選択することが可能な駆動系構成としている。この電制カップリング70とドグクラッチ80を解放することにより、電制カップリング70より下流側の駆動系回転(フロントプロペラシャフト74等の回転)が停止することで、フリクション損失やオイル攪拌損失などが抑えられ、燃費向上が達成される。
実施の形態1では、副駆動輪である左右後輪19,20への駆動力伝達系のうち、リアデファレンシャル15を挟んだ駆動分岐側の伝達系路にドグクラッチ8を配置し、副駆動輪側の伝達系路に電制カップリング16にそれぞれ分けて配置した構成としている。
このため、解放状態のドグクラッチ8に対する締結要求があるとき、電制カップリング16の締結制御を行うと、リアデファレンシャル15の左側サイドギアが左後輪19の回転数により拘束される。
しかし、左右前輪6,7がスリップ状態のときは、時間の経過と共に減少していたドグクラッチ8の差回転ΔNが、ある差回転になると限界になり、その後、ドグクラッチ8の差回転ΔNは増加へ移行し、時間の経過と共にドグクラッチ8の差回転ΔNが拡大する。
このため、解放状態のドグクラッチ80に対する締結要求があるとき、電制カップリング70の締結制御を行うと、フロントデファレンシャル75のデフケースがリアプロペラシャフト63の回転数により拘束される。
この結果、左右後輪67,68が非スリップ状態のときは、ドグクラッチ80の差回転ΔNがΔN=0になる。
しかし、左右後輪67,68がスリップ状態のときは、時間の経過と共に減少していたドグクラッチ80の差回転ΔNが、ΔN=0(ゼロ)を跨いで逆転してしまい、その後、ドグクラッチ80の差回転ΔNは逆転した状態で拡大してゆくことになる。なお、他の作用は、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
実施の形態2の4輪駆動車のクラッチ制御装置にあっては、下記の効果を得ることができる。
2-1) 実施の形態2の4輪駆動車のクラッチ制御装置は、
摩擦クラッチとしての電制カップリング70は、副駆動輪としての左右前輪78,79への駆動分岐位置に設けたトランスファ機構(入力側スプロケット71、出力側スプロケット72、チェーン73)よりも上流位置に配置し、
噛み合いクラッチとしてのドグクラッチ80は、トランスファ機構からプロペラシャフトおよびフロントデファレンシャル75を経由した副駆動輪としての左前輪78への左前輪ドライブシャフト76の位置に配置した。
このため、上記1)〜5)の効果に加え、後輪駆動ベースの4輪駆動車において、ディスコネクト2輪駆動モードが選択されているとき、フリクション損失やオイル攪拌損失などが有効に抑えられ、燃費向上を達成することができる。
また、実施の形態1では、2輪駆動モードを、ディスコネクト2輪駆動モードと、スタンバイ2輪駆動モードとに分けたが、2輪駆動モードは、図9に示すように、ディスコネクト2輪駆動モードのみとして、より燃費性を確保するようにしてもよい。
また、実施の形態では、車両減速時に同期速度を低下させるのにあたり、減速度に応じて同期速度を可変設定する例を示したが、これに限定されるものではなく、非減速時よりも同期速度を低くするのであれば、一定値を用いるようにしてもよい。
また、減速度に応じて可変設定する場合にあっても、実施の形態で示したように、領域区分線を横切った際の減速度に基づいて設定する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、所定の制御周期ごとに減速度を読み込んで、その読み込んだ減速度に応じ、同期速度を刻々と変化させるようにしてもよい。
また、摩擦クラッチとしては、実施の形態で示した多板摩擦クラッチ以外にも、単板のものなど、他の周知の摩擦クラッチを用いることができる。
Claims (7)
- 左右前輪と左右後輪のうち、一方を駆動源に接続される主駆動輪とし、他方を前記駆動源にクラッチを介して接続される副駆動輪とし、
前記クラッチとして、前記副駆動輪への駆動力伝達系のうち、デファレンシャルを挟んだ駆動分岐側の伝達系路と副駆動輪側の伝達系路にそれぞれ分けて配置される噛み合いクラッチと摩擦クラッチとを備え、
前記噛み合いクラッチは、クラッチ解放により前記副駆動輪への駆動力伝達系を、前記主駆動輪への駆動力伝達系から切り離し、前記摩擦クラッチは、クラッチ締結容量に応じて前記駆動源からの駆動力の一部を前記副駆動輪へ配分する4輪駆動車において、
車両状態検出装置が検出する車両状態に応じて、前記噛み合いクラッチの締結/解放制御と前記摩擦クラッチの締結/解放制御とを行い、両クラッチを解放したディスコネクト2輪駆動モードと両クラッチを締結した4輪駆動モードとに切替可能なクラッチコントロールユニットを設け、
前記クラッチコントロールユニットに、前記ディスコネクト2輪駆動モードから前記4輪駆動モードへの移行時において、車両減速時は非減速時と比較して、前記噛み合いクラッチの同期速度を低下させる同期速度制御部を設けたことを特徴とする4輪駆動車のクラッチ制御装置。 - 請求項1に記載の4輪駆動車のクラッチ制御装置において、
前記クラッチコントロールユニットは、前記ディスコネクト2輪駆動モードから前記4輪駆動モードへの移行時の前記噛み合いクラッチの同期は、前記摩擦クラッチの締結により行い、
前記同期速度制御部は、前記同期速度の低下は、前記摩擦クラッチの締結速度の低下により実行することを特徴とする4輪駆動車のクラッチ制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の4輪駆動車のクラッチ制御装置において、
前記同期速度制御部は、アクセル開度が零での減速時に前記同期速度を低下させることを特徴とする4輪駆動車のクラッチ制御装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の4輪駆動車のクラッチ制御装置において、
前記同期速度制御部は、前記同期速度の低下時には、車両減速度が大きいほど、前記同期速度を低下させることを特徴とする4輪駆動車のクラッチ制御装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の4輪駆動車のクラッチ制御装置において、
前記クラッチコントロールユニットは、前記アクセル開度と車速とに応じて前記ディスコネクト2輪駆動モードと前記4輪駆動モードとが設定されたモード切替マップに基づいて、前記ディスコネクト2輪駆動モードと前記4輪駆動モードとの切替を行い、かつ、前記ディスコネクト2輪駆動モードよりも低車速領域に前記4輪駆動モードへの制御領域を設定したことを特徴とする4輪駆動車のクラッチ制御装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された4輪駆動車のクラッチ制御装置において、
前記噛み合いクラッチは、前記副駆動輪への駆動分岐位置に設けたトランスファ機構より上流位置に配置し、
前記摩擦クラッチは、前記トランスファ機構からプロペラシャフトおよびデファレンシャルを経由した前記副駆動輪へのドライブシャフトの位置に配置したことを特徴とする4輪駆動車のクラッチ制御装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された4輪駆動車のクラッチ制御装置において、
前記摩擦クラッチは、前記副駆動輪への駆動分岐位置に設けたトランスファ機構より上流位置に配置し、
前記噛み合いクラッチは、前記トランスファ機構からプロペラシャフトおよびデファレンシャルを経由した前記副駆動輪へのドライブシャフトの位置に配置したことを特徴とする4輪駆動車のクラッチ制御装置。
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