JP2013116697A

JP2013116697A - 四輪駆動車両

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Publication number: JP2013116697A
Application number: JP2011265730A
Authority: JP
Inventors: Ryota Horie; 亮太堀江
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: JP5776524B2

Abstract

【課題】同期機構が設けられていないクラッチによって主駆動輪側切断機構および従駆動輪側切断機構をそれぞれ構成しても、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを走行中に円滑に切り換えることができる四輪駆動車両を提供する。
【解決手段】プロペラシャフト１７と前輪１５Ｌ、１５Ｒとを接続または切断する主駆動側クラッチ５３と、プロペラシャフト１７と後輪２０Ｌ、２０Ｒとを接続または切断する従駆動側クラッチ６５と、プロペラシャフト１７を回転させるようにプロペラシャフト１７に設けられたモータ７０とを備えた四輪駆動車両において、プロペラシャフト１７によって伝達される動力を調整するようにプロペラシャフト１７に設けられた電子制御カップリング１８を備え、モータ７０を電子制御カップリング１８より前輪１５Ｌ、１５Ｒ側に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、四輪駆動車両に関する。

近時、四輪駆動車両としては、主駆動輪および従駆動輪とそれぞれ切断可能なプロペラシャフトを有するものが知られている。このような四輪駆動車両として、プロペラシャフトにモータを設けることにより、走行中に二輪駆動モードから四輪駆動モードに切り換えるときに、プロペラシャフトの回転をモータによって調整するものがある。

例えば、ドライブラインをエンジンに結合するための第１クラッチと、プロペラシャフトから従駆動輪への駆動を接断すべく動作可能な第２クラッチを有する補助ドライブラインと、補助ドライブラインに結合されたモータとを備え、二輪駆動モードにおいてプロペラシャフトをエンジンと従駆動輪の両方から切り離し、走行中に二輪駆動モードから四輪駆動モードへ切り換えるとき、プロペラシャフトの回転が所定速度に上昇するようにモータを駆動し、補助ドライブラインがエンジンおよび従駆動輪へ結合するように第１および第２クラッチを作動させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このように、特許文献１に開示されたものは、走行中に二輪駆動モードから四輪駆動モードに切り換えるときに、プロペラシャフトの回転が所定速度に上昇するようにモータを駆動することによって、各クラッチが円滑に連結するようにしていた。

特開２００７−２２３５８８号公報

このような従来の四輪駆動車両においては、走行中に、二輪駆動モードと四輪駆動モードとの切り換えを行うときに、第１クラッチにおける主駆動輪側とプロペラシャフト側との回転、および、第２クラッチにおける従駆動輪側とプロペラシャフト側との回転をそれぞれ同期させることができないため、同期機構を有するクラッチによって第１および第２クラッチをそれぞれ構成する必要があった。

しかしながら、従来の四輪駆動車両は、同期機構が設けられていないクラッチ、例えば、ドグ歯やスプライン等が結合する安価なクラッチによって第１および第２クラッチをそれぞれ構成することについて、何ら考慮されていなかった。

したがって、従来の四輪駆動車両は、同期機構が設けられていないクラッチによって第１および第２クラッチをそれぞれ構成することにより、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを走行中に円滑に切り換えることができなくなってしまうといった課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、プロペラシャフトと主駆動輪とを接続または切断する主駆動輪側切断機構、および、プロペラシャフトと従駆動輪とを接続または切断する従駆動輪側切断機構を、同期機構が設けられていないクラッチによってそれぞれ構成しても、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを走行中に円滑に切り換えることができる四輪駆動車両を提供することを目的とする。

本発明の四輪駆動車両は、上記目的を達成するため、（１）プロペラシャフトと主駆動輪とを接続する接続状態および前記プロペラシャフトと前記主駆動輪とを切断する切断状態のいずれか一方の状態に切り換えられる主駆動輪側切断機構と、前記プロペラシャフトと従駆動輪とを接続する接続状態および前記プロペラシャフトと主駆動輪とを切断する切断状態のいずれか一方の状態に切り換えられる従駆動輪側切断機構と、前記プロペラシャフトを回転させるように前記プロペラシャフトに設けられた回転電機と、を備えた四輪駆動車両において、前記プロペラシャフトによって伝達される動力を調整するように前記プロペラシャフトに設けられた電子制御カップリングを備え、前記回転電機は、前記電子制御カップリングより前記主駆動輪側に設けられている。

この構成により、本発明の四輪駆動車両は、主駆動輪側切断機構が切断状態にあり、電子制御カップリングが動力を遮断する状態にあり、従駆動輪側切断機構が切断状態にある状態で、主駆動輪側切断機構におけるプロペラシャフト側の回転が主駆動輪側の回転に同期するように回転電機を作動させ、主駆動輪側切断機構におけるプロペラシャフト側の回転が主駆動輪側の回転に同期したことを条件として、主駆動輪側切断機構を接続状態にし、従駆動輪側切断機構におけるプロペラシャフト側の回転が従駆動輪側の回転に同期するように電子制御カップリングを作動させ、従駆動輪側切断機構におけるプロペラシャフト側の回転が従駆動輪側の回転に同期したことを条件として、従駆動輪側切断機構を接続状態にすることができる。

このように、本発明の四輪駆動車両は、主駆動輪側切断機構における前記主駆動輪側の回転と前記プロペラシャフト側との回転、および、従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転と前記従駆動輪側の回転とをそれぞれ同期させることができるため、同期機構が設けられていないクラッチによって主駆動輪側切断機構および従駆動輪側切断機構をそれぞれ構成しても、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを走行中に円滑に切り換えることができる。

また、上記（１）に記載の四輪駆動車両において、（２）少なくとも前記主駆動輪側切断機構と、前記従駆動輪側切断機構と、前記電子制御カップリングと、前記回転電機とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記切断状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を遮断する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記切断状態にある状態で、前記主駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記主駆動輪側の回転に同期するように前記回転電機を制御し、前記主駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記主駆動輪側の回転に同期したことを条件として、前記主駆動輪側切断機構を前記接続状態になるように制御し、前記従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記従駆動輪側の回転に同期するように前記電子制御カップリングを制御し、前記従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記従駆動輪側の回転に同期したことを条件として、前記従駆動輪側切断機構を前記接続状態になるように制御するようにしてもよい。

この構成により、本発明の四輪駆動車両は、主駆動輪側切断機構における前記主駆動輪側の回転と前記プロペラシャフト側との回転、および、従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転と前記従駆動輪側の回転とをそれぞれ同期させることができるため、同期機構が設けられていないクラッチによって主駆動輪側切断機構および従駆動輪側切断機構をそれぞれ構成しても、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを走行中に円滑に切り換えることができる。

また、上記（２）に記載の四輪駆動車両において、（３）前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記接続状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を伝達する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記接続状態にある状態で、前記動力を遮断する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記主駆動輪側切断機構を前記切断状態になるように制御すると共に、前記従駆動輪側切断機構を前記切断状態になるように制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御するようにしてもよい。

この構成により、本発明の四輪駆動車両は、プロペラシャフトによって伝達されている動力を遮断するように電子制御カップリングを制御することにより、主駆動輪側切断機構および従駆動輪側切断機構にかかるトルクを低減させるため、同期機構が設けられていないクラッチによって主駆動輪側切断機構および従駆動輪側切断機構をそれぞれ構成しても、四輪駆動モードから二輪駆動モードに走行中に円滑に切り換えることができる。

また、本発明の四輪駆動車両は、主駆動輪側切断機構および電子制御カップリングから伝達されていた動力が遮断されたことによってプロペラシャフトが空転するため、プロペラシャフトの空転による回転力から電力を回生することができる。

また、上記（１）に記載の四輪駆動車両において、（４）前記制御部は、少なくとも前記主駆動輪側切断機構と、前記回転電機とを制御する制御部を備え、前記主駆動輪側切断機構が前記切断状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を遮断する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記切断状態にある状態で、前記主駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記主駆動輪側の回転に同期するように前記回転電機を制御し、前記主駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記主駆動輪側の回転に同期したことを条件として、前記主駆動輪側切断機構を前記接続状態になるように制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御するようにしてもよい。

この構成により、本発明の四輪駆動車両は、二輪駆動モードで走行しているときに、主駆動輪側切断機構を切断状態から接続状態に円滑に切り換えつつ、主駆動輪側からプロペラシャフトに伝達される動力から電力を回生することができる。

また、上記（１）に記載の四輪駆動車両において、（５）少なくとも前記従駆動輪側切断機構と、前記電子制御カップリングと、前記回転電機とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記切断状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を遮断する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記切断状態にある状態で、前記動力を伝達する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記従駆動輪側の回転に同期するように前記回転電機を制御し、前記従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記従駆動輪側の回転に同期したことを条件として、前記従駆動輪側切断機構を前記接続状態になるように制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御するようにしてもよい。

この構成により、本発明の四輪駆動車両は、二輪駆動モードで走行しているときに、従駆動輪側切断機構を切断状態から接続状態に円滑に切り換えつつ、従駆動輪側からプロペラシャフトに伝達された動力から電力を回生することができる。

また、上記（１）に記載の四輪駆動車両において、（６）少なくとも前記従駆動輪側切断機構と、前記電子制御カップリングと、前記回転電機とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記接続状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を伝達する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記接続状態にある状態で、前記動力を遮断する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記従駆動輪側切断機構を前記切断状態になるように制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御するようにしてもよい。

この構成により、本発明の四輪駆動車両は、四輪駆動モードで走行しているときに、従駆動輪側切断機構を接続状態から切断状態に円滑に切り換えつつ、主駆動輪側からプロペラシャフトに伝達された動力から電力を回生することができる。

また、上記（１）に記載の四輪駆動車両において、（７）少なくとも前記主駆動輪側切断機構と、前記電子制御カップリングと、前記回転電機とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記接続状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を伝達する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記接続状態にある状態で、前記動力を遮断する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記主駆動輪側切断機構を前記切断状態になるように制御し、前記動力を伝達する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御するようにしてもよい。

この構成により、本発明の四輪駆動車両は、四輪駆動モードで走行しているときに、主駆動輪側切断機構を接続状態から切断状態に円滑に切り換えつつ、従駆動輪側からプロペラシャフトに伝達された動力から電力を回生することができる。

本発明によれば、プロペラシャフトと主駆動輪とを接続または切断する主駆動輪側切断機構、および、プロペラシャフトと従駆動輪とを接続または切断する従駆動輪側切断機構を、同期機構が設けられていないクラッチによってそれぞれ構成しても、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを走行中に円滑に切り換えることができる四輪駆動車両を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る四輪駆動車両の構成を示すブロック図である。図１に示す四輪駆動車両を構成するＥＣＵの入出力部分を示すブロック図である。本発明の実施の形態に係る四輪駆動車両を構成するＥＣＵの四輪駆動モード切り換え動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る四輪駆動車両を構成するＥＣＵの二輪駆動モード切り換え動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る四輪駆動車両を構成するＥＣＵの第１の電力回生動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る四輪駆動車両を構成するＥＣＵの第２の電力回生動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る四輪駆動車両を構成するＥＣＵの第３の電力回生動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る四輪駆動車両を構成するＥＣＵの第４の電力回生動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施の形態における車両は、フロントエンジン・フロントドライブ形式の所謂、ＦＦ形式の四輪駆動車両１によって構成される。四輪駆動車両１は、駆動力を発生する内燃機関としてのエンジン１０と、変速機１１およびフロントディファレンシャル装置（以下、単に「フロントデフ」という）１２を含んで構成されるトランスアクスル１３と、トランスファ装置１４と、左右の前輪１５Ｌ、１５Ｒと、左右のドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒと、プロペラシャフト１７と、電子制御カップリング１８と、リヤディファレンシャル装置（以下、単に「リヤデフ」という）１９と、左右の後輪２０Ｌ、２０Ｒと、左右のドライブシャフト２１Ｌ、２１Ｒと、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２３とを備えている。

なお、本実施の形態おいて、エンジン１０は、ガソリンを燃料とする直列４気筒のエンジンによって構成されているものとして説明するが、本発明においては、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型１２気筒エンジンまたは水平対向６気筒エンジン等の種々の型式のエンジンによって構成されていてもよい。

また、エンジン１０に用いられる燃料は、ガソリンに代えて、軽油等の炭化水素系の燃料であってもよく、エタノール等のアルコールとガソリンとを混合したアルコール燃料であってもよい。

変速機１１は、エンジン１０とフロントデフ１２との間に設けられており、エンジン１０の回転を変速してフロントデフ１２に出力するようになっている。変速機１１は、トルクコンバータ３０と、複数の前進用変速段および後進段を形成するギヤユニット３１と、出力軸３２とを備えている。

出力軸３２の一端には、出力ギヤ３３が一体回転可能に取り付けられている。なお、本実施の形態において、変速機１１は、自動変速機として説明するが、本発明においては、無段変速機等によって構成されてもよい。

フロントデフ１２は、デフケース４０を備えており、デフケース４０は、図示しない軸受を介してトランスアクスル１３のハウジング１３ａに回転自在に支持されている。デフケース４０の外周部には、出力ギヤ３３と噛み合うリングギヤ４１が設けられており、デフケース４０内には、互いに向かい合うように一対のデフピニオンギヤ４２が取り付けられている。

一対のデフピニオンギヤ４２は、デフケース４０と共に公転可能であり、かつデフケース４０に対して自転可能である。一対のデフピニオンギヤ４２には、一対のサイドギヤ４３が噛み合っている。一対のサイドギヤ４３は、ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒを介して前輪１５Ｌ、１５Ｒにそれぞれ連結されている。なお、本実施の形態において、前輪１５Ｌ、１５Ｒは、本発明における主駆動輪を構成する。

このように、フロントデフ１２は、ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒに接続されており、エンジン１０から変速機１１を介して出力された駆動力を前輪１５Ｌ、１５Ｒに分配して伝達することにより、エンジン１０の駆動力の回転速度差を許容するようになっている。

また、ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒには、前輪１５Ｌ、１５Ｒがそれぞれ連結されており、前輪１５Ｌ、１５Ｒは、ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒを中心に回転するようになっている。

トランスファ装置１４は、フロントデフ１２の回転軸方向に位置するように設けられている。なお、フロントデフ１２の回転軸方向は、デフケース４０およびドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒの回転軸方向と同一方向である。

デフケース４０の端部には、トランスファ装置１４内に突出した円筒状のボス４０ａが形成されている。トランスファ装置１４は、ベベルギヤ５０と、ベベルギヤ軸５１と、主駆動側クラッチ５３と、アクチュエータ５４と、出力ピニオン５５とを備えている。

ベベルギヤ５０は、ベベルギヤ軸５１の外周部に固定されている。ベベルギヤ軸５１は、主駆動側クラッチ５３によってボス４０ａと接続および切断されるようになっている。すなわち、主駆動側クラッチ５３は、ベベルギヤ軸５１とボス４０ａとを接続する接続状態と、ベベルギヤ軸５１とボス４０ａとを切断する切断状態とのいずれか一方の状態に切り換えられる。

したがって、主駆動側クラッチ５３が接続状態にある場合には、前輪１５Ｌ、１５Ｒとプロペラシャフト１７とが接続される。一方、主駆動側クラッチ５３が切断状態にある場合には、前輪１５Ｌ、１５Ｒとプロペラシャフト１７とが切断される。

アクチュエータ５４は、ＥＣＵ２３から駆動信号が入力されている状態で、主駆動側クラッチ５３を接続状態にし、ＥＣＵ２３から駆動信号が入力されていない状態で、主駆動側クラッチ５３を切断状態にするようになっている。

このように、本実施の形態における主駆動側クラッチ５３およびアクチュエータ５４は、本発明における主駆動輪側切断機構を構成する。また、本実施の形態において、主駆動側クラッチ５３は、同期機構が設けられていないクラッチ、例えば、ドグ歯やスプライン等が結合する安価なクラッチによって構成されている。

プロペラシャフト１７は、トランスファ装置１４と電子制御カップリング１８との間に設けられており、プロペラシャフト１７の先端部は、トランスファ装置１４の出力ピニオン５５に接続されている。

プロペラシャフト１７には、トランスファ装置１４と電子制御カップリング１８との間に、電力と回転力とを相互に変換するモータ７０が設けられている。モータ７０は、回転磁界を形成するステータ７１と、ステータ７１の内部に配置され複数の永久磁石が埋め込まれたロータ７２と、を備えており、ステータ７１は、ステータコアおよびステータコアに巻き掛けられた三相コイルを備えている。

ロータ７２は、プロペラシャフト１７に結合されており、ステータ７１のステータコアは、例えば、電磁鋼板の薄板を積層して形成され、四輪駆動車両１に固定された本体ケース７３の内周部に固定されている。

このように構成されたモータ７０において、ステータ７１の三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータ７１によって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータ７２に埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータ７２が回転駆動される。このように、モータ７０は、電力を回転力に変換する電動機として機能するようになっている。

また、ロータ７２に埋め込まれた永久磁石が回転すると、回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータ７１の三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。このように、モータ７０は、回転力を電力に変換する電力回生器として機能するようになっている。

モータ７０は、インバータ７５を介して、バッテリ７６と接続されており、バッテリ７６は、四輪駆動車両１の各部に電力を供給するようになっている。インバータ７５は、ＥＣＵ２３からの制御信号に基づいて、バッテリ７６から供給された電力でモータ７０を駆動させたり、プロペラシャフト１７の回転力からモータ７０によって回生された電力をバッテリ７６に充電させたりするようになっている。このように、本実施の形態において、モータ７０は、本発明における回転電機を構成する。

プロペラシャフト１７の後端部には電子制御カップリング１８が設けられており、電子制御カップリング１８は、先端部でプロペラシャフト１７に連結され、後端部でリヤデフ１９に連結されている。

電子制御カップリング１８は、ＥＣＵ２３から出力される制御電流に応じて作動することにより、エンジン１０から発生されたトルクを前輪１５Ｌ、１５Ｒ側および後輪２０Ｌ、２０Ｒ側で１００：０から５０：５０までの範囲で無段階に配分するようになっている。

なお、本実施の形態において、特に、電子制御カップリング１８がエンジン１０から発生されたトルクを前輪１５Ｌ、１５Ｒ側および後輪２０Ｌ、２０Ｒ側で１００：０に配分している状態、すなわち、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側のみに配分している状態を「切断状態」といい、エンジン１０から発生されたトルクを前輪１５Ｌ、１５Ｒ側だけでなく後輪２０Ｌ、２０Ｒ側にも配分している状態を「接続状態」という。

リヤデフ１９は、デフケース６０を備えており、デフケース６０の外周には電子制御カップリング１８のドライブピニオンギヤ１８ａと噛み合うリングギヤ６１が設けられている。

デフケース６０内には、互いに向かい合うように一対のデフピニオンギヤ６２が取り付けられている。一対のデフピニオンギヤ６２は、デフケース６０と共に公転自在で、かつデフケース６０に対して自転自在となっている。

一対のデフピニオンギヤ６２には、一対のサイドギヤ６３が噛み合わされており、一対のサイドギヤ６３は、ドライブシャフト２１Ｌ、２１Ｒを介して後輪２０Ｌ、２０Ｒにそれぞれ連結されている。なお、本実施の形態において、後輪２０Ｌ、２０Ｒは、本発明における従駆動輪を構成する。

ドライブシャフト２１Ｌには、従駆動側クラッチ６５が設けられ、従駆動側クラッチ６５には、アクチュエータ６６が設けられている。従駆動側クラッチ６５は、後輪２０Ｌとリヤデフ１９とを接続する接続状態と、後輪２０Ｌとリヤデフ１９とを切断する切断状態とのいずれか一方の状態に切り換えられる。

すなわち、従駆動側クラッチ６５が接続状態にある場合には、後輪２０Ｌ、２０Ｒとプロペラシャフト１７とが接続される。一方、従駆動側クラッチ６５が切断状態にある場合には、後輪２０Ｌ、２０Ｒとプロペラシャフト１７とが切断される。

アクチュエータ５４は、ＥＣＵ２３から駆動信号が入力されている状態で、従駆動側クラッチ６５を接続状態にし、ＥＣＵ２３から駆動信号が入力されていない状態で、従駆動側クラッチ６５を切断状態にするようになっている。

このように、本実施の形態における従駆動側クラッチ６５およびアクチュエータ６６は、本発明における従駆動輪側切断機構を構成する。また、本実施の形態において、従駆動側クラッチ６５は、同期機構が設けられていないクラッチ、例えば、ドグ歯やスプライン等が結合する安価なクラッチによって構成されている。

ＥＣＵ２３は、図示を省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、フラッシュメモリと、入出力ポートとを備えたマイクロプロセッサによって構成されている。

ＥＣＵ２３のＲＯＭには、当該マイクロプロセッサをＥＣＵ２３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＥＣＵ２３のＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該マイクロプロセッサは、ＥＣＵ２３として機能する。なお、本実施の形態において、ＥＣＵ２３は、本発明における制御部を構成する。

四輪駆動車両１の室内には、四輪駆動車両１を二輪駆動モードと四輪駆動モードとの間で切り換えるための駆動切換スイッチ８０が設けられている。駆動切換スイッチ８０は、ＥＣＵ２３に接続されており、二輪駆動モードまたは四輪駆動モードに応じた信号をＥＣＵ２３に出力するようになっている。

四輪駆動車両１は、主駆動側クラッチ５３、電子制御カップリング１８および従駆動側クラッチ６５がそれぞれ接続状態となることで、四輪駆動モードとなり、主駆動側クラッチ５３、電子制御カップリング１８および従駆動側クラッチ６５がそれぞれ切断状態となることで、二輪駆動モードとなる。

図２に示すように、本実施の形態において、ＥＣＵ２３の入力側には、駆動切換スイッチ８０に加えて、モータ７０の回転角を検出するモータ回転角センサ１００、各ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒの回転角をそれぞれ検出する主駆動軸回転角センサ１０１Ｒ、１０１Ｌ、電子制御カップリング１８の出力側（ドライブピニオンギヤ１８ａ側）の回転角を検出するカップリング出力角センサ１０２、ドライブシャフト２１Ｌ、２１Ｒの回転角を検出する従駆動軸回転角センサ１０３Ｌ、１０３Ｒ、および、四輪駆動車両１の前後方向の加速度を検出する加速度センサ１０４等のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ２３の出力側には、電子制御カップリング１８、アクチュエータ５４、６６、および、インバータ７５等が接続されている。

本実施の形態において、ＥＣＵ２３は、駆動切換スイッチ８０、モータ回転角センサ１００、主駆動軸回転角センサ１０１Ｒ、１０１Ｌ、カップリング出力角センサ１０２および従駆動軸回転角センサ１０３Ｌから入力された信号に基づいて、電子制御カップリング１８、アクチュエータ５４、６６およびインバータ７５を制御するようになっている。

例えば、ＥＣＵ２３は、四輪駆動車両１を二輪駆動モードから四輪駆動モードに切り換える場合には、主駆動側クラッチ５３におけるプロペラシャフト１７側の回転が前輪１５Ｌ、１５Ｒ側の回転に同期するようにモータ７０を制御し、主駆動側クラッチ５３におけるプロペラシャフト１７側の回転が前輪１５Ｌ、１５Ｒ側の回転に同期したことを条件として、主駆動側クラッチ５３が接続状態になるようにアクチュエータ５４を制御し、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側の回転が後輪２０Ｌ側の回転に同期するように電子制御カップリング１８を制御し、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側の回転が後輪２０Ｌ側の回転に同期したことを条件として、従駆動側クラッチ６５が接続状態になるようにアクチュエータ６６を制御するようになっている。

ここで、ＥＣＵ２３は、モータ回転角センサ１００によって検出されたモータ７０の回転角から得られるプロペラシャフト１７の回転速度と、主駆動軸回転角センサ１０１Ｌ、１０１Ｒによって検出された各ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒの回転角から得られるドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒの回転速度との比が予め定められた比Ｒｆになったことを条件として、主駆動側クラッチ５３におけるプロペラシャフト１７側の回転が前輪１５Ｌ、１５Ｒ側の回転に同期したと判断するようになっている。

なお、主駆動軸回転角センサ１０１Ｌ、１０１Ｒによって検出された各ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒの回転角から得られる各ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒの回転速度が異なる場合には、ＥＣＵ２３は、ドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒの回転速度の平均値を算出し、算出した平均値をドライブシャフト１６Ｌ、１６Ｒの回転速度とするようになっている。また、本実施の形態における比Ｒｆは、ベベルギヤ５０と出力ピニオン５５とのギヤ比に相当する。

また、ＥＣＵ２３は、カップリング出力角センサ１０２によって検出された電子制御カップリング１８の出力側の回転角から得られる電子制御カップリング１８の出力側の回転速度と、従駆動軸回転角センサ１０３Ｌによって検出されたドライブシャフト２１Ｌの回転角から得られるドライブシャフト１６Ｌの回転速度との比が予め定められた比Ｒｒになったことを条件として、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側の回転が後輪２０Ｌ側の回転に同期したと判断するようになっている。

なお、従駆動軸回転角センサ１０３Ｌ、１０３Ｒによって検出された各ドライブシャフト２１Ｌ、２１Ｒの回転角から得られる各ドライブシャフト２１Ｌ、２１Ｒの回転速度が異なる場合には、ＥＣＵ２３は、電子制御カップリング１８の出力側の回転速度に比Ｒｒを乗算し、乗算結果からドライブシャフト２１Ｒの回転速度を減じた値がドライブシャフト２１Ｌの回転速度と等しいか否かによって、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側の回転が後輪２０Ｌ側の回転に同期したか否かを判断するようになっている。また、本実施の形態における比Ｒｒは、ドライブピニオンギヤ１８ａとリングギヤ６１とのギヤ比に相当する。

また、ＥＣＵ２３は、四輪駆動車両１を四輪駆動モードから二輪駆動モードに切り換える場合には、電子制御カップリング１８を切断状態になるように制御し、主駆動側クラッチ５３が切断状態になるようにアクチュエータ５４を制御すると共に、従駆動側クラッチ６５が切断状態になるようにアクチュエータ６６を制御し、プロペラシャフト１７の回転力からモータ７０によって電力を回生するようにインバータ７５を制御するようになっている。

以上のように構成された四輪駆動車両１を構成するＥＣＵ２３による四輪駆動モード切り換え動作について図３を参照して説明する。なお、以下に説明する四輪駆動モード切り換え動作は、四輪駆動車両１が二輪駆動モードにあるときに、駆動切換スイッチ８０から四輪駆動モードに応じた信号がＥＣＵ２３に入力されたことを条件として実行される。

まず、ＥＣＵ２３は、主駆動側クラッチ５３におけるプロペラシャフト１７側の回転が前輪１５Ｌ、１５Ｒ側の回転に同期するようにインバータ７５を制御してモータ７０を駆動させる（ステップＳ１）。ここで、ＥＣＵ２３は、主駆動側クラッチ５３におけるプロペラシャフト１７側と前輪１５Ｌ、１５Ｒ側との回転、すなわち、主駆動側クラッチ５３の両端の回転が同期したことを条件として（ステップＳ２）、アクチュエータ５４を制御して主駆動側クラッチ５３を接続状態にする（ステップＳ３）。

次いで、ＥＣＵ２３は、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側の回転が後輪２０Ｌ側の回転に同期するように電子制御カップリング１８を作動させる（ステップＳ４）。ここで、ＥＣＵ２３は、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側と後輪２０Ｌ側との回転、すなわち、従駆動側クラッチ６５の両端の回転が同期したことを条件として（ステップＳ５）、アクチュエータ６６を制御して従駆動側クラッチ６５を接続状態にし（ステップＳ６）、四輪駆動モード切り換え動作を終了する。

このように、ＥＣＵ２３は、四輪駆動車両１を二輪駆動モードから四輪駆動モードに切り換えるときに、主駆動側クラッチ５３の両端の回転、および、従駆動側クラッチ６５の両端の回転をそれぞれ同期させるため、主駆動側クラッチ５３および従駆動側クラッチ６５を円滑に接続状態にすることができる。

次に、ＥＣＵ２３による二輪駆動モード切り換え動作について図４を参照して説明する。なお、以下に説明する二輪駆動モード切り換え動作は、四輪駆動車両１が四輪駆動モードにあるときに、駆動切換スイッチ８０から二輪駆動モードに応じた信号がＥＣＵ２３に入力されたことを条件として実行される。

まず、ＥＣＵ２３は、電子制御カップリング１８を切断状態にする（ステップＳ１１）。次いで、ＥＣＵ２３は、アクチュエータ５４を制御して主駆動側クラッチ５３を切断状態にすると共に（ステップＳ１２）、アクチュエータ６６を制御して従駆動側クラッチ６５を切断状態にする（ステップＳ１３）。

次いで、ＥＣＵ２３は、主駆動側クラッチ５３および電子制御カップリング１８との間で伝達される動力が遮断されたことによって空転しているプロペラシャフト１７の回転力からモータ７０によって電力を回生するようインバータ７５を制御し（ステップＳ１４）、二輪駆動モード切り換え動作を終了する。

このように、ＥＣＵ２３は、電子制御カップリング１８を切断状態にすることにより、主駆動側クラッチ５３および従駆動側クラッチ６５にかかるトルクを低減させるため、主駆動側クラッチ５３および従駆動側クラッチ６５を円滑に切断状態にすることができる。

また、ＥＣＵ２３は、主駆動側クラッチ５３および電子制御カップリング１８との間で伝達される動力が遮断されたことによって空転しているプロペラシャフト１７の回転力からモータ７０によって電力を回生することができる。

上述したように構成された本実施の形態に係る四輪駆動車両１は、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを走行中に円滑に切り換えることができる他に、バッテリ７６の残容量が不足したときに、モータ７０によって電力を回生することができる。

このようなＥＣＵ２３による電力回生動作について図５乃至図８を参照して説明する。まず、四輪駆動車両１が二輪駆動モードにあるときに、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側からの回転力から電力を回生する電力回生動作について説明する。

図５において、まず、ＥＣＵ２３は、主駆動側クラッチ５３におけるプロペラシャフト１７側の回転が前輪１５Ｌ、１５Ｒ側の回転に同期するようにインバータ７５を制御してモータ７０を駆動させる（ステップＳ２１）。

次いで、ＥＣＵ２３は、主駆動側クラッチ５３におけるプロペラシャフト１７側と前輪１５Ｌ、１５Ｒ側との回転、すなわち、主駆動側クラッチ５３の両端の回転が同期したことを条件として（ステップＳ２２）、アクチュエータ５４を制御して主駆動側クラッチ５３を接続状態にする（ステップＳ２３）。次いで、ＥＣＵ２３は、プロペラシャフト１７の回転力からモータ７０によって電力を回生するようインバータ７５を制御し（ステップＳ２４）、電力回生動作を終了する。

このように、ＥＣＵ２３は、四輪駆動車両１が二輪駆動モードで走行しているときに、主駆動側クラッチ５３を切断状態から接続状態に円滑に切り換えつつ、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側からプロペラシャフト１７に伝達された動力から電力を回生することができる。

次に、四輪駆動車両１が二輪駆動モードにあるときに、後輪２０Ｌ、２０Ｒ側からの回転力から電力を回生する電力回生動作について説明する。

図６において、まず、ＥＣＵ２３は、電子制御カップリング１８を接続状態にする（ステップＳ３１）。次いで、ＥＣＵ２３は、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側の回転が後輪２０Ｌ側の回転に同期するようにインバータ７５を制御してモータ７０を駆動させる（ステップＳ３２）。

ここで、ＥＣＵ２３は、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側と後輪２０Ｌ側との回転、すなわち、従駆動側クラッチ６５の両端の回転が同期したことを条件として（ステップＳ３３）、アクチュエータ６６を制御して従駆動側クラッチ６５を接続状態にする（ステップＳ３４）。次いで、ＥＣＵ２３は、プロペラシャフト１７の回転力からモータ７０によって電力を回生するようインバータ７５を制御し（ステップＳ３５）、電力回生動作を終了する。

このように、ＥＣＵ２３は、四輪駆動車両１が二輪駆動モードで走行しているときに、従駆動側クラッチ６５を切断状態から接続状態に円滑に切り換えつつ、後輪２０Ｌ、２０Ｒ側からプロペラシャフト１７に伝達された動力から電力を回生することができる。

上述したように、四輪駆動車両１が二輪駆動モードにあるときに、ＥＣＵ２３は、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側および後輪２０Ｌ、２０Ｒ側のいずれか一方からの回転力から電力を回生することができる。

ここで、ＥＣＵ２３は、接地荷重が大きい駆動輪側からの回転力から電力を回生するようにすることが好ましい。具体的には、ＥＣＵ２３は、加速度センサ１０４の検出値が予め定められた閾値ＴＨｇより大きい場合には、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側からの回転力から電力を回生し、加速度センサ１０４の検出値が閾値ＴＨｇより小さい場合には、後輪２０Ｌ、２０Ｒ側からの回転力から電力を回生する。

次に、四輪駆動車両１が四輪駆動モードにあるときに、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側からの回転力から電力を回生する電力回生動作について説明する。

図７において、まず、ＥＣＵ２３は、電子制御カップリング１８を切断状態にし（ステップＳ４１）、アクチュエータ６６を制御して従駆動側クラッチ６５を切断状態にする（ステップＳ４２）。次いで、ＥＣＵ２３は、プロペラシャフト１７の回転力からモータ７０によって電力を回生するようインバータ７５を制御し（ステップＳ４３）、電力回生動作を終了する。

このように、ＥＣＵ２３は、四輪駆動車両１が四輪駆動モードで走行しているときに、従駆動側クラッチ６５を接続状態から切断状態に円滑に切り換えつつ、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側からプロペラシャフト１７に伝達された動力から電力を回生することができる。

次に、四輪駆動車両１が四輪駆動モードにあるときに、後輪２０Ｌ、２０Ｒ側からの回転力から電力を回生する電力回生動作について説明する。

図８において、まず、ＥＣＵ２３は、電子制御カップリング１８を切断状態にし（ステップＳ５１）、アクチュエータ５４を制御して主駆動側クラッチ５３を切断状態にする（ステップＳ５２）。

次いで、ＥＣＵ２３は電子制御カップリング１８を接続状態にし（ステップＳ５３）、プロペラシャフト１７の回転力からモータ７０によって電力を回生するようインバータ７５を制御し（ステップＳ５４）、電力回生動作を終了する。

このように、ＥＣＵ２３は、四輪駆動車両１が四輪駆動モードで走行しているときに、主駆動側クラッチ５３を接続状態から切断状態に円滑に切り換えつつ、後輪２０Ｌ、２０Ｒ側からプロペラシャフト１７に伝達された動力から電力を回生することができる。

上述したように、四輪駆動車両１が四輪駆動モードにあるときに、ＥＣＵ２３は、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側および後輪２０Ｌ、２０Ｒ側のいずれか一方からの回転力から電力を回生することができる。

ここで、ＥＣＵ２３は、接地荷重が大きい駆動輪側からの回転力から電力を回生するようにすることが好ましい。具体的には、ＥＣＵ２３は、加速度センサ１０４の検出値が閾値ＴＨｇより大きい場合には、前輪１５Ｌ、１５Ｒ側からの回転力から電力を回生し、加速度センサ１０４の検出値が閾値ＴＨｇより小さい場合には、後輪２０Ｌ、２０Ｒ側からの回転力から電力を回生する。

以上のように、本実施の形態に係る四輪駆動車両１は、主駆動側クラッチ５３におけるプロペラシャフト１７側と前輪１５Ｌ、１５Ｒ側との回転、および、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側と後輪２０Ｌ側との回転をそれぞれ同期させるため、同期機構が設けられていないクラッチによって主駆動側クラッチ５３および従駆動側クラッチ６５をそれぞれ構成しても、二輪駆動モードから四輪駆動モードに走行中に円滑に切り換えることができる。

また、四輪駆動車両１は、電子制御カップリング１８を切断状態にすることにより、主駆動側クラッチ５３および従駆動側クラッチ６５にかかるトルクを低減させることにより、主駆動側クラッチ５３および従駆動側クラッチ６５を円滑に切断状態にすることができるため、四輪駆動モードから二輪駆動モードに走行中に円滑に切り換えることができる。

なお、本実施の形態において、ＥＣＵ２３は、駆動切換スイッチ８０から出力された信号に応じて四輪駆動車両１を二輪駆動モードと四輪駆動モードとの間で切り換えるものとして説明したが、本発明において、各センサの検出結果から得られる四輪駆動車両１の走行状態に応じて四輪駆動車両１を二輪駆動モードと四輪駆動モードとの間で切り換えるようにしてもよい。

また、本実施の形態において、従駆動側クラッチ６５は、ドライブシャフト２１Ｌに設けられたものとして説明したが、本発明において、従駆動側クラッチ６５は、ドライブシャフト２１Ｒに設けてもよい。

この場合、ＥＣＵ２３は、四輪駆動モード切り換え動作および電力回生動作において、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側と後輪２０Ｌ側の回転を同期させるのに代えて、従駆動側クラッチ６５におけるプロペラシャフト１７側と後輪２０Ｒ側の回転を同期させるように構成される。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上に説明したように、本発明に係る四輪駆動車両は、主プロペラシャフトと主駆動輪とを接続または切断する主駆動輪側切断機構、および、プロペラシャフトと従駆動輪とを接続または切断する従駆動輪側切断機構を、同期機構が設けられていないクラッチによってそれぞれ構成しても、二輪駆動モードと四輪駆動モードとを走行中に円滑に切り換えることができるという効果を有し、主駆動輪および従駆動輪とそれぞれ切断可能なプロペラシャフトを有する四輪駆動車両に有用である。

１四輪駆動車両
１５Ｌ、１５Ｒ前輪（主駆動輪）
１７プロペラシャフト
１８電子制御カップリング
２０Ｌ、２０Ｒ後輪（従駆動輪）
２３ＥＣＵ（制御部）
５３主駆動側クラッチ（主駆動輪側切断機構）
５４アクチュエータ（主駆動輪側切断機構）
６５従駆動側クラッチ（従駆動輪側切断機構）
６６アクチュエータ（従駆動輪側切断機構）
７０モータ（回転電機）

Claims

プロペラシャフトと主駆動輪とを接続する接続状態および前記プロペラシャフトと前記主駆動輪とを切断する切断状態のいずれか一方の状態に切り換えられる主駆動輪側切断機構と、
前記プロペラシャフトと従駆動輪とを接続する接続状態および前記プロペラシャフトと主駆動輪とを切断する切断状態のいずれか一方の状態に切り換えられる従駆動輪側切断機構と、
前記プロペラシャフトを回転させるように前記プロペラシャフトに設けられた回転電機と、を備えた四輪駆動車両において、
前記プロペラシャフトによって伝達される動力を調整するように前記プロペラシャフトに設けられた電子制御カップリングを備え、
前記回転電機は、前記電子制御カップリングより前記主駆動輪側に設けられていることを特徴とする四輪駆動車両。
少なくとも前記主駆動輪側切断機構と、前記従駆動輪側切断機構と、前記電子制御カップリングと、前記回転電機とを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記切断状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を遮断する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記切断状態にある状態で、前記主駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記主駆動輪側の回転に同期するように前記回転電機を制御し、前記主駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記主駆動輪側の回転に同期したことを条件として、前記主駆動輪側切断機構を前記接続状態になるように制御し、前記従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記従駆動輪側の回転に同期するように前記電子制御カップリングを制御し、前記従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記従駆動輪側の回転に同期したことを条件として、前記従駆動輪側切断機構を前記接続状態になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の四輪駆動車両。
前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記接続状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を伝達する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記接続状態にある状態で、前記動力を遮断する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記主駆動輪側切断機構を前記切断状態になるように制御すると共に、前記従駆動輪側切断機構を前記切断状態になるように制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御することを特徴とする請求項２に記載の四輪駆動車両。
少なくとも前記主駆動輪側切断機構と、前記回転電機とを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記切断状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を遮断する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記切断状態にある状態で、前記主駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記主駆動輪側の回転に同期するように前記回転電機を制御し、前記主駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記主駆動輪側の回転に同期したことを条件として、前記主駆動輪側切断機構を前記接続状態になるように制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御することを特徴とする請求項１に記載の四輪駆動車両。
少なくとも前記従駆動輪側切断機構と、前記電子制御カップリングと、前記回転電機とを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記切断状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を遮断する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記切断状態にある状態で、前記従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記従駆動輪側の回転に同期するように前記電子制御カップリングを制御し、前記従駆動輪側切断機構における前記プロペラシャフト側の回転が前記従駆動輪側の回転に同期したことを条件として、前記従駆動輪側切断機構を前記接続状態になるように制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御することを特徴とする請求項１に記載の四輪駆動車両。
少なくとも前記従駆動輪側切断機構と、前記電子制御カップリングと、前記回転電機とを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記接続状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を伝達する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記接続状態にある状態で、前記動力を遮断する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記従駆動輪側切断機構を前記切断状態になるように制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御することを特徴とする請求項１に記載の四輪駆動車両。
少なくとも前記主駆動輪側切断機構と、前記電子制御カップリングと、前記回転電機とを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記主駆動輪側切断機構が前記接続状態にあり、前記電子制御カップリングが前記動力を伝達する状態にあり、前記従駆動輪側切断機構が前記接続状態にある状態で、前記動力を遮断する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記主駆動輪側切断機構を前記切断状態になるように制御し、前記動力を伝達する状態になるように前記電子制御カップリングを制御し、前記プロペラシャフトの回転力から電力を回生するように前記回転電機を制御することを特徴とする請求項１に記載の四輪駆動車両。