JP2007038797A - 駆動力配分装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成にて精度良く発熱箇所の温度を検出し該発熱箇所の過熱を効果的に抑制することのできる駆動力配分装置を提供すること。
【解決手段】 ＥＣＵ１２は、各発熱箇所における回転数（差回転数）及びトルクカップリング１１の伝達トルクに加え、外気温センサ２１により検出される外気温Ｔmpに基づいて、駆動伝達系における各発熱箇所、トランスアクスル３、リヤディファレンシャル８及びトルクカップリング１１の温度を推定する。そして、その推定された各発熱箇所の温度が、該各発熱箇所毎に予め設定された各所定温度を超える場合には、その過熱を抑えるべくトルクカップリング１１の作動を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動力配分装置に関するものである。

従来、主駆動輪と補駆動輪との間の駆動力配分を変更可能な駆動力配分装置がある。そして、こうした駆動力配分装置の多くは、駆動伝達系の途中に設けられたトルクカップリングにより、入力側から出力側に伝達するトルクを変化させることにより、主駆動輪と補駆動輪との間の駆動力配分を制御するようになっている。

ところで、車両の駆動伝達系には、上記のようなトルクカップリングに用いられる摩擦クラッチに加え、トランスファやディファレンシャルのように、ギヤの噛み合い摩擦により発熱の生ずる箇所がある。このため、従来より、こうした発熱箇所の過熱抑制が一つの重要な課題となっている。

例えば、特許文献１に記載の駆動力配分装置では、駆動伝達系の各発熱箇所の温度を検出し、その検出された各発熱箇所の温度が、該各発熱箇所毎に設定された所定温度を超える場合には、その所定温度を超える温度が検出された発熱箇所の過熱を抑制すべくトルクカップリングの作動を制御する。即ち、トルクカップリングにおいては、摩擦クラッチの摩擦により発熱が生じ、トランスファやディファレンシャルにおいては、補駆動輪への駆動力配分率が大となるほど、その噛み合い摩擦により生ずる発熱もまた大となる。従って、トルクカップリングについては、その伝達トルクを最大化（全結合状態）又は最小化（フリー状態）とし摩擦熱の発生を抑えることにより、またトランスファ及びディファレンシャルについては、トルクカップリングの伝達トルクを低減することでその負荷を軽減することにより過熱を抑制することができる。そして、特許文献２には、回転数（差回転数）、伝達トルク、及び供給される作動油の油温に基づいてその温度を推定する方法が開示されている。
特開２００３−１３６９９０号公報 特開平７−１２１５５号公報

しかしながら、発熱箇所に温度センサを設けることで部品コスト及び組付け・配線コストが上昇してしまう。また、油温を用いて推定するとしても全ての車両が各発熱部の油温を検出可能な油温センサを備えているとは限らない。このため、より簡素な構成にて精度良く各発熱箇所の温度を検出可能とする構成が求められており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた、
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡素な構成にて精度良く発熱箇所の温度を推定し該発熱箇所の過熱を効果的に抑制することのできる駆動力配分装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両の駆動伝達系の途中に設けられ入力側から出力側に伝達する伝達トルクを変化させることにより主駆動輪と補駆動輪との間の駆動力配分を変更可能なトルクカップリングと、該トルクカップリングの作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記駆動伝達系における少なくとも一の発熱箇所の温度を推定し、該推定された発熱箇所の温度が、所定温度を超える場合には、該発熱箇所の過熱を抑制すべく前記トルクカップリングの作動を制御する駆動力配分装置であって、前記制御手段は、前記発熱箇所における回転数及び前記伝達トルクに加え、及び外気温を考慮して前記発熱箇所の温度を推定すること、を要旨とする。

上記構成によれば、発熱箇所に温度センサや油温センサを設けることなく、簡素な構成にて該発熱箇所の温度を推定することができ、また回転数及び伝達トルクのみから推定した場合よりも、高い精度を確保することができる。従って、より的確に発熱箇所の過熱抑制制御を行うことができ、その結果、発熱箇所の過熱を効果的に抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、前記発熱箇所は、前記トルクカップリングと前記補駆動輪との間に介在されるディファレンシャル、又は駆動源と前記トルクカップリング及び主駆動輪との間に設けられたトランスファの少なくとも何れかを含み、前記制御手段は、前記所定温度を超える温度が推定された場合には、前記伝達トルクを低減すべく前記トルクカップリングの作動を制御すること、を要旨とする。

即ち、トランスファ及びディファレンシャルの発熱は、補駆動輪側により多くの駆動力を配分する場合に顕著となる。従って、上記構成のようにトルクカップリングの伝達トルクを低減し、トランスファ及びディファレンシャルの負荷を軽減することで、その過熱を抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、前記発熱箇所は、前記トルクカップリングを含み、前記制御手段は、前記所定温度を超える温度が推定された場合には、入力側と出力側と間の差回転数又は前記伝達トルクを低減すべく前記トルクカップリングの作動を制御すること、を要旨とする。

即ち、トルクカップリングの発熱は、多くの場合、同トルクカップリングを構成する電磁クラッチの摩擦係合に起因するものであり、その摩擦熱は、その差回転数及び伝達トルクの積に比例する。従って、上記構成のように、その差回転数又は伝達トルクを小さくし、差回転数及び伝達トルクの積が小さくなるように制御することで、同トルクカップリングの過熱を効果的に抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、前記トルクカップリングについて前記所定温度を超える温度が推定された場合には、前記伝達トルクを最大化すべく前記トルクカップリングの作動を制御すること、を要旨とする。

即ち、伝達トルクを最大化することでトルクカップリングは全結合状態となり、これによりその差回転数は略ゼロとなる。従って、上記構成とすることで、その摩擦熱の発生を抑えて、同トルクカップリングの過熱を効果的に抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、前記制御手段は、前記トルクカップリングについて前記所定温度を超える温度が推定され、且つトルクカップリング以外の発熱箇所の何れかについて前記所定温度を超える温度が推定された場合には、前記伝達トルクを最小化すべく前記トルクカップリングの作動を制御すること、を要旨とする。

即ち、伝達トルクを最大化し補駆動輪側への駆動力配分を最大化した場合、トルクカップリング以外の発熱箇所（トランスファやディファレンシャル）に大きな負荷がかかるため、該トルクカップリング以外の発熱箇所の過熱が問題となる。この点、上記構成のように、トルクカップリングの伝達トルクを最小化（ゼロ、フリー状態）し、補駆動輪側への駆動力配分を略ゼロとすることで、同トルクカップリングにおける摩擦熱の発生を抑えつつ、それ以外の発熱箇所の負荷を最小化することができる。その結果、これら発熱箇所の過熱を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、簡素な構成にて精度良く発熱箇所の温度を推定し該発熱箇所の過熱を効果的に抑制することの可能な駆動力配分装置を提供することができる。

以下、本発明を四輪駆動車の駆動力配分装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両１は、前輪駆動車をベースとする四輪駆動車であり、エンジン２に組み付けられたトランスアクスル３には、一対のフロントアクスル４が連結されている。また、トランスアクスル３には、上記各フロントアクスル４とともにプロペラシャフト５が連結されており、該プロペラシャフト５は、ピニオンシャフト（ドライブピニオンシャフト）７と連結されている。そして、ピニオンシャフト７は、ディファレンシャルとしてのリヤディファレンシャル８を介して一対のリヤアクスル９と連結されている。即ち、エンジン２の駆動力は、トランスアクスル３からフロントアクスル４を介して前輪１０ｆに伝達される。そして、トランスアクスル３からプロペラシャフト５、ピニオンシャフト７、リヤディファレンシャル８及び各リヤアクスル９を介して後輪１０ｒに伝達されるようになっている。

また、本実施形態の車両１は、上記のように構成された駆動伝達系の途中に設けられ入力側から出力側に伝達する伝達トルクを変化させることにより、主駆動輪である前輪１０ｆと補駆動輪である後輪１０ｒとの間の駆動力配分を変更可能なトルクカップリング１１と、その作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１２とを備えている。そして、本実施形態では、これらトルクカップリング１１及びＥＣＵ１２により駆動力配分装置１３が構成されている。

詳述すると、本実施形態では、トルクカップリング１１は、プロペラシャフト５とピニオンシャフト７との間に介在されている。即ち、本実施形態では、ディファレンシャルとしてのリヤディファレンシャル８は、トルクカップリング１１と補駆動輪である後輪１０ｒとの間に介在され、トランスファとしてのトランスアクスル３（のトランスファ部分）は、駆動源であるエンジン２とトルクカップリング１１との間に設けられている。そして、本実施形態では、トルクカップリング１１は、ピニオンシャフト７、及びリヤディファレンシャル８とともに、ディファレンシャルキャリヤ１４内に収容されている。

本実施形態のトルクカップリング１１は、電磁コイルに供給される電流量に応じて、プロペラシャフト５側及びピニオンシャフト７側のそれぞれに設けられた各クラッチプレート間の摩擦係合力が変化する電磁クラッチ１５を備えており、その摩擦係合力に基づくトルクを入力側のプロペラシャフト５から出力側のピニオンシャフト７へと伝達する。そして、ＥＣＵ１２は、電磁クラッチ１５に対する電流供給を通じてトルクカップリング１１の作動、即ちその伝達トルクを制御し、これにより主駆動輪である前輪１０ｆと補駆動輪である後輪１０ｒとの間の駆動力配分を制御する。

さらに詳述すると、本実施形態では、ＥＣＵ１２には、スロットル開度センサ１６及び車輪速センサ１７ｆ，１７ｒが接続されており、ＥＣＵ１２は、これら各センサの出力信号に基づき、スロットル開度Ｒa、車速Ｖ、及び前輪１０ｆと後輪１０ｒとの間の車輪速差Ｗthを検出する。そして、ＥＣＵ１２は、これら車速Ｖ及びスロットル開度Ｒa、並びに車輪速差Ｗthに基づいて上記駆動力配分を決定し、その伝達トルクが該決定された駆動力配分に対応する値となるようにトルクカップリング１１の作動を制御する。

（過熱抑制制御）
次に、本実施形態の駆動力配分装置における過熱抑制制御について説明する。
本実施形態の駆動力配分装置１３は、駆動伝達系における各発熱箇所、即ちトランスアクスル３、リヤディファレンシャル８及びトルクカップリング１１の過熱抑制機能を有している。そして、これら各発熱箇所の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcが、該各発熱箇所毎に予め設定された各所定温度Ｔ１〜Ｔ３を超える場合には、その過熱を抑えるべくトルクカップリング１１の作動を制御する。

詳述すると、本実施形態では、ＥＣＵ１２には、上記車輪速センサ１７ｆ，１７ｒ等とともに外気温センサ２１が接続されている。そして、ＥＣＵ１２は、各発熱箇所における回転数（差回転数）及びトルクカップリング１１の伝達トルクに加え、外気温センサ２１により検出される外気温Ｔmpに基づいて、上記各発熱箇所の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcを推定する。尚、外気温センサ２１は、例えば車室内の空調制御のために外気導入口付近に設けられた温度センサや、エンジンの吸気管に設けられた吸気温センサである。

具体的には、図２のフローチャートに示すように、ＥＣＵ１２は、先ず、所定のサンプリング周期毎に、以下の（１）式に基づいて上記各発熱部の理論温度Ｈを演算する（ステップ１０１）。

Ｈ（ｎ）＝Ｋ１×Σ（Ｋ２×伝達トルク×回転数−Ｋ３×Ｈ（ｎ−１））・・・（１）
尚、上記（１）式において、Ｈ（ｎ−１）は前回演算値、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は定数であり、各発熱箇所の理論温度Ｈ（Ｈtf，Ｈdf，Ｈtc）は、このＫ１，Ｋ２，Ｋ３を該各発熱箇所に応じた値として演算することにより求められる。そして、「回転数」は、車輪速センサ１７ｆ，１７ｒにより検出される前車輪速Ｖf、後車輪速Ｖrに基づいて求められる。即ち、駆動源であるエンジン２と主駆動輪である前輪１０ｆ（及びトルクカップリング１１）との間に設けられたトランスアクスル３の回転数は、前車輪速Ｖfにより求められ、トルクカップリング１１と補駆動輪である後輪１０ｒとの間に設けられたリヤディファレンシャル８の回転数は、後車輪速Ｖrにより求められる。そして、トルクカップリング１１の回転数（差回転数）は、前車輪速Ｖfと後車輪速Ｖrとの差分により求められる。

次に、ＥＣＵ１２は、検出された外気温Ｔmpに基づいて、上記理論温度Ｈを補正する補正値αを演算する（ステップ１０２）。本実施形態では、ＥＣＵ１２は、外気温Ｔmpと補正値αとが関連付けられたマップ２２を有しており（図３参照）、同マップ２２において、補正値αは外気温Ｔmpが高いほど大きくなるように設定されている。そして、ＥＣＵ１２は、検出された外気温Ｔmpをこのマップ２２に参照することにより、同外気温Ｔmpに対応した補正値αを演算する。

そして、ＥＣＵ１２は、上記（１）式により演算された理論温度Ｈを外気温Ｔmpに基づいて求められた補正値αで補正することにより（Ｔx＝Ｈx＋α、ｘ＝tf，df，tc）、各発熱箇所の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcを推定する（ステップ１０３）。

つまり、本実施形態では、ＥＣＵ１２は、回転数及び伝達トルクに基づき演算される各発熱箇所の発熱エネルギーを積算することで該各発熱箇所に蓄積する熱エネルギー、即ち理論温度Ｈを求める。そして、その外気温Ｔmpによる影響（冷却効果）を補正することにより、各発熱箇所の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcを推定するのである。

次に、過熱抑制制御の処理手順について詳述する。
図４のフローチャートに示すように、ＥＣＵ１２は、各発熱箇所の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcを推定すると（ステップ２０１、図２参照）、先ず、推定されたトルクカップリング１１の温度Ｔtcが該トルクカップリング１１について予め設定された所定温度Ｔ０を超えるか否かを判定する（ステップ２０２）。そして、トランスアクスル３の温度Ｔtf又はリヤディファレンシャル８の温度Ｔdfの何れかがそれぞれに対応して設定された所定温度Ｔ１，Ｔ２を超えるか否かを判定する（ステップ２０３，２０４）。

そして、トルクカップリング１１の温度Ｔtcが所定温度Ｔ０以下であると判定し（Ｔtc≦Ｔ０、ステップ２０２：ＮＯ）、且つトランスアクスル３の温度Ｔtf又はリヤディファレンシャル８の温度Ｔdfの何れかが対応する各所定温度Ｔ１，Ｔ２を超えると判定した場合（Ｔtf＞Ｔ１又はＴdf＞Ｔ２、ステップ２０３：ＹＥＳ）には、その伝達トルクを低減すべくトルクカップリング１１の作動を制御する（ステップ２０５、過熱抑制制御Ａ）。

即ち、トランスアクスル３及びリヤディファレンシャル８の発熱は、補駆動輪である後輪１０ｒ側により多くの駆動力を配分する場合に顕著となる。従って、トルクカップリング１１の伝達トルクを低減し、トランスアクスル３及びリヤディファレンシャル８の負荷を軽減することで、その過熱を抑制することができる。尚、本実施形態では、この過熱抑制制御Ａは、伝達トルクの決定、即ち前輪１０ｆと後輪１０ｒとの間の駆動力配分を決定する際に用いるマップを、通常時のものよりもその伝達トルクを低く設定した過熱抑制制御用のものに切り替えることにより行われる。

一方、上記ステップ２０２において、トルクカップリング１１の温度Ｔtcが所定温度Ｔ０を超えると判定した場合（Ｔtc＞Ｔ０、ステップ２０２：ＹＥＳ）には、ＥＣＵ１２は、入力側のプロペラシャフト５と出力側のピニオンシャフト７と間の差回転数又は伝達トルクが小さくなるようにトルクカップリング１１の作動を制御する。

即ち、トルクカップリング１１の発熱は、その電磁クラッチの摩擦係合に起因するものであり、その摩擦熱は、その差回転数及び伝達トルクの積に比例する。従って、その差回転数及び伝達トルクの積が低減されるように、差回転数又は伝達トルクを小さくすることで、同トルクカップリング１１の過熱を抑制することができる。

具体的には、ＥＣＵ１２は、ステップ２０４においてトランスアクスル３の温度Ｔtf又はリヤディファレンシャル８の温度Ｔdfの何れかが対応する各所定温度Ｔ１，Ｔ２を超えるものではないと判定した場合（Ｔtf≦Ｔ１且つＴdf≦Ｔ２、ステップ２０４：ＮＯ）には、その伝達トルクを最大化すべくトルクカップリング１１の作動を制御する（ステップ２０６、過熱抑制制御Ｂ）。そして、トランスアクスル３の温度Ｔtf又はリヤディファレンシャル８の温度Ｔdfの何れかが対応する各所定温度Ｔ１，Ｔ２を超えると判定した場合（Ｔtf＞Ｔ１又はＴdf＞Ｔ２、ステップ２０４：ＹＥＳ）には、その伝達トルクを最小化すべくトルクカップリング１１の作動を制御する（ステップ２０７、過熱抑制制御Ｃ）。

即ち、伝達トルクを最大化することでトルクカップリング１１は全結合状態となり、これによりその差回転数は略ゼロとなる。従って、その摩擦熱の発生を抑えて、同トルクカップリング１１の過熱を効果的に抑制することができる。

一方、このように伝達トルクを最大化、即ち補駆動輪である後輪１０ｒ側への駆動力配分を最大化することで、トランスアクスル３及びリヤディファレンシャル８に大きな負荷がかかるため、トランスアクスル３及びリヤディファレンシャル８の過熱が問題となる。そこで、本実施形態では、トルクカップリング１１に加え、トランスアクスル３及びリヤディファレンシャル８の過熱が問題となった場合には、トルクカップリング１１の伝達トルクを最小化する。即ち、後輪１０ｒ側への駆動力配分を略ゼロとし電磁クラッチの摩擦係合を解除（フリー状態）とすることで、摩擦熱の発生を抑えることができるとともに、トランスアクスル３及びリヤディファレンシャル８の負荷を最小化することができる。その結果、これら各発熱箇所の過熱を効果的に抑制することができる。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
ＥＣＵ１２は、各発熱箇所における回転数（差回転数）及びトルクカップリング１１の伝達トルクに加え、外気温センサ２１により検出される外気温Ｔmpに基づいて、駆動伝達系における各発熱箇所、トランスアクスル３、リヤディファレンシャル８及びトルクカップリング１１の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcを推定する。そして、その推定された各発熱箇所の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcが、該各発熱箇所毎に予め設定された各所定温度Ｔ１〜Ｔ３を超える場合には、その過熱を抑えるべくトルクカップリング１１の作動を制御する。

このような構成とすれば、各発熱箇所に温度センサや油温センサを設けることなく、簡素な構成にて該各発熱箇所の温度を推定することができ、また回転数及び伝達トルクのみから推定した場合よりも、高い精度を確保することができる。従って、より的確に各発熱箇所の過熱抑制制御を行うことができ、その結果、各発熱箇所の過熱を効果的に抑制することができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、本発明を、前輪１０ｆを主駆動輪とする車両１の駆動力配分装置１３に具体化したが、後輪１０ｒを主駆動輪とする車両の駆動力配分装置に具体化してもよい。また、センタディファレンシャル装置にＥＣＵを組み合わせた四輪駆動装置や前後及び／又は左右輪のトルク配分装置に具体化してもよい。

・本実施形態では、先ず、各発熱箇所における回転数（差回転数）及びトルクカップリング１１の伝達トルクに基づく（１）式により該各発熱箇所の理論温度Ｈを求め、続いて外気温Ｔmpに基づいてその補正値αを求める。そして、理論温度Ｈを補正値αで補正することにより各発熱箇所の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcを求めることとした。しかし、これに限らず、検出される外気温Ｔmpを予めパラメータとして組み込んだ計算式を用いて、各発熱箇所の温度Ｔtf，Ｔdf，Ｔtcを推定する構成としてもよい。

・本実施形態では、駆動伝達系における各発熱箇所を、トランスアクスル３、リヤディファレンシャル８及びトルクカップリング１１としたが、これに限らず、これらのうちの少なくとも何れか一つを過熱抑制制御の対象の発熱箇所とするものに具体化してもよい。

駆動力配分装置を備えた車両の概略構成図。 各発熱箇所の温度推定の処理手順を示すフローチャート。 外気温と補正値とが関連付けられたマップの概略構成図。 過熱抑制制御の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…車両、２…エンジン、３…トランスアクスル、５…プロペラシャフト、７…ピニオンシャフト、８…リヤディファレンシャル、１０ｆ…前輪、１０ｒ…後輪、１１…トルクカップリング、１２…ＥＣＵ、１３…駆動力配分装置、１５…電磁クラッチ、１７ｆ，１７ｒ…車輪速センサ、２１…外気温センサ、Ｔtf，Ｔdf，Ｔtc…温度、Ｔ１〜Ｔ３…所定温度、Ｔmp…外気温、Ｈ…理論温度、α…補正値、Ｖf…前車輪速、Ｖr…後車輪速。

Claims (5)

1. 車両の駆動伝達系の途中に設けられ入力側から出力側に伝達する伝達トルクを変化させることにより主駆動輪と補駆動輪との間の駆動力配分を変更可能なトルクカップリングと、該トルクカップリングの作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記駆動伝達系における少なくとも一の発熱箇所の温度を推定し、該推定された発熱箇所の温度が、所定温度を超える場合には、該発熱箇所の過熱を抑制すべく前記トルクカップリングの作動を制御する駆動力配分装置であって、
   前記制御手段は、前記発熱箇所における回転数及び前記伝達トルクに加え、及び外気温を考慮して前記発熱箇所の温度を推定すること、を特徴とする駆動力配分装置。
2. 請求項１に記載の駆動力配分装置において、
   前記発熱箇所は、前記トルクカップリングと前記補駆動輪との間に介在されるディファレンシャル、又は駆動源と前記トルクカップリング及び主駆動輪との間に設けられたトランスファの少なくとも何れかを含み、
   前記制御手段は、前記所定温度を超える温度が推定された場合には、前記伝達トルクを低減すべく前記トルクカップリングの作動を制御すること、
   を特徴とする駆動力配分装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の駆動力配分装置において、
   前記発熱箇所は、前記トルクカップリングを含み、
   前記制御手段は、前記所定温度を超える温度が推定された場合には、入力側と出力側と間の差回転数又は前記伝達トルクを低減すべく前記トルクカップリングの作動を制御すること、を特徴とする駆動力配分装置。
4. 請求項３に記載の駆動力配分装置において、
   前記制御手段は、前記トルクカップリングについて前記所定温度を超える温度が推定された場合には、前記伝達トルクを最大化すべく前記トルクカップリングの作動を制御すること、を特徴とする駆動力配分装置。
5. 請求項４に記載の駆動力配分装置において、
   前記制御手段は、前記トルクカップリングについて前記所定温度を超える温度が推定され、且つトルクカップリング以外の発熱箇所の何れかについて前記所定温度を超える温度が推定された場合には、前記伝達トルクを最小化すべく前記トルクカップリングの作動を制御すること、を特徴とする駆動力配分装置。

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