JP3327964B2 - 自動車の差動制限装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の差動制御装置
に関し、より詳細には、前輪、後輪及び前後輪用車軸間
にそれぞれ差動装置を備えた自動車の差動制御に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】４輪駆動車は、旋回時における前後及び
左右輪の軌跡差を補償すべく、前後輪の車軸間に配設さ
れるセンタデファレンシャル、前輪間に配設されるフロ
ントデファレンシャル、更に、後輪間に配設されるリヤ
デファレンシャルをそれぞれ備えている。これらのデフ
ァレンシャルの働きによって、所謂タイトコーナーブレ
ーキング現象等を排除することが可能となる。しかしな
がら、これらのデファレンシャルを備えた自動車では、
発進・加速時に４輪の内のいずれかの車輪が空転すると
他の車輪に駆動力が十分伝わらず、安定した発進・加速
が困難となってしまい、操縦安定性、制動性、加速性が
低下してしまうという問題があった。

【０００３】このような問題に鑑み、特開昭６２−１６
６１１４号公報には、運転状態に応じて油圧によりロッ
ク状態及びアンロック状態の作動状態が夫々設定される
フロントデファレンシャル、リヤデファレンシャル及び
センタデファレンシャルの作動状態が設定される差動制
限装置を備えた４輪駆動車が開示されている。この差動
制限装置は、各車輪の車輪速度信号と操舵角信号とを制
御回路に入力し、これらの値に基づいて悪路判定、直進
判定、加速判定及び制動判定を行い、各種の走行状態に
対応して、フロントデファレンシャル、リヤデファレン
シャル及びセンタデファレンシャルの作動を制御し、こ
れによって、操縦安定性、制動性、加速性などの向上を
図っている。

【０００４】また、この種の差動制限装置において、前
後輪の回転数差に基づいて差動制限装置の伝達トルク容
量を制御するように構成されたものが提案されている
（特開昭６２─１６６１１３号公報）。この差動制限装
置は、前後輪の回転数差が比較的小さいとき、伝達トル
ク容量を低減するように構成され、これによって、運転
状態に応じた適当な差動を与え又は差動制限を行う。

【０００５】また、自動車の発進状態を検出し、自動車
の発進時にセンタデファレンシャルを自動的にロック状
態にするように構成されたデフロック制御装置が提案さ
れている（特開昭６３─２５１３２７公報）。このデフ
ロック装置は、発進時における運転者の手動デフロック
操作を不要にし、発進時の確実なデフロック動作を確保
しようとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな差動制限装置では、デファレンシャルをロックする
際に、複数のデファレンシャルを実質的に同期にロック
してしまうことから、駆動トルクが急激に変動し、所謂
トルクショックを生じさせることがある。また、全ての
デファレンシャルの差動制限装置が、実質的に同じ条件
下で略同時にロック又はロック解除を行うので、或る運
転状態では、全ての差動制限装置が一斉にハンチングを
生じさせることが考えられる。更には、差動制限装置
は、各デファレンシャルの差動を規制する電磁式又は油
圧作動式の多板クラッチを一般に備えているが、かかる
クラッチに電磁式のものを用いた場合、各デファレンシ
ャルにおけるクラッチの同時作動は、差動制限装置の制
御系統に急激な電気負荷を課す恐れがある。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、デファレンシャルのロ
ック動作に伴う走行時のトルクショックを抑制すること
ができる自動車の差動制限装置を提供することにある。
本発明は又、殊に自動車の発進又は加速時に、車輪のス
リップを効果的に防止でき、したがって走破性の良い自
動車の差動制限装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、所定条件下で複数のデファレンシャル全て
の差動を制限する制御系を備えた自動車の差動制限装置
において、上記複数のデファレンシャルは、車軸間に設
けられた第１デファレンシャルと、後輪間に設けられた
第２デファレンシャルと、前輪間に設けられた第３デフ
ァレンシャルとからなり、前記第１デファレンシャルに
付設され、該第１デファレンシャルの差動を制限する第
１差動制限手段と、前記第２デファレンシャルに付設さ
れ、該第２デファレンシャルの差動を制限する第２差動
制限手段と、前記第３デファレンシャルに付設され、該
第３デファレンシャルの差動を制限する第３差動制限手
段と、車輪がスリップすることなく回転する最大駆動ト
ルクである各車輪の限界トルク値を、車輪の接地荷重、
車輪が接地する路面の摩擦係数、車輪の半径から算出す
る限界トルク算出手段と、該各車輪の限界トルク値から
前輪間の限界トルク値の差、後輪間の限界トルク値の差
及び車軸間の限界トルク値の差を算出する限界トルク値
算出手段と、該限界トルク値の差が大きい順に差動制限
手段を作動させる作動順位決定手段と、該限界トルク値
の差に応じて前記各差動制限手段の差動トルクを決定す
る差動トルク決定手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】前記車輪の接地荷重は、車両の前方向加速
度に基づいて補正する ようになっている。 また、前記
車輪の接地荷重は、車両の旋回状態に基づいて補正する
こともできる。

【００１０】さらに、車輪の半径の変化を考慮すること
により、より精密な制御が可能となる。また、旋回状態
応じて、車輪の荷重が変化するので、前記限界トルク値
の代わりに各車輪の旋回状態に基づいて差動制限手段を
作動させることよって、スリップを減少させることがで
きる。また別の態様では、差動制限手段は、デファレン
シャルを完全にロックするか解除するかの選択的制御を
行う代わりに、デファレンシャルのトルク伝達を連続的
に変化させるように差動トルクそのものの値に着目しこ
れを制御するようにしても良い。

【００１１】たとえば、差動制限手段を電磁クラッチで
構成し、この電磁クラッチに供給する電流を連続的に制
御することにより、連続的に差動トルクを制御すること
ができる。

【００１２】

【作用】本発明によれば、各デファレンシャルの差動
は、各車輪の限界駆動トルクに基づいて設定される。車
輪の限界駆動トルクは以下の式で求めることができる。 Ｔ＝Ｗ×μ×Ｒ ここで、Ｔ：車輪の限界駆動トルク、 Ｗ：車輪の接地荷重、 μ：車輪が接地する路面摩擦係数、 Ｒ、車輪の半径。 車輪の限界駆動トルクは、車輪がスリップをしないで回
転できる最大駆動トルクとして把握することができる。
したがって、この限界駆動トルクを最大かつ駆動トルク
差を最小にするように制御することにより効率的な走行
を確保することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は、本発明の一実施例の自動車の制御
装置の全体構成を示す全体構成図である。先ず、図１に
示された自動車の動力伝達系を説明する。自動車はエン
ジン１０を備え、エンジン１０にはトランスミッション
１１が接続される。トランスミッション１１の出力側
に、センタデファレンシャル１２が配置される。センタ
デファレンシャル１２には、エンジン１０からの出力を
前輪側に伝達するフロントプロペラシャフト１３及び後
輪側に伝達するリヤプロペラシャフト１４がそれぞれ接
続されている。このフロントプロペラシャフト１３に
は、フロントアクスル１５を介して前輪１６が接続され
ている。またリヤプロペラシャフト１４には、リヤアク
スル１７を介して後輪１８が接続されている。フロント
アクスル１５にはフロントデファレンシャル１９（以
下、フロントデフという。）が、リヤアクスル１５には
リヤデファレンシャル２０（以下、リヤデフという。）
がそれぞれ設けられている。

【００１４】本例の自動車は、アンチスキッドブレーキ
装置を備えておりこの装置を制御するためのブレーキ装
置用コントロールユニット２１（以下、ＡＢＳ用コント
ロールユニットという。）を備える。さらに本例の自動
車は、トランスミッション１１及びエンジンを制御する
パワートレインコントロールユニット２２を備える。

【００１５】これらのコントロールユニット２１、２２
には、各種の走行状態を表す信号が入力される。まず、
各前輪１６及び各後輪１８には、各車輪の車輪速を検出
する車輪速センサがそれぞれ取り付けられており、車輪
速センサからの信号は、ＡＢＳ用コントロールユニット
２１に入力される。ブレーキの操作状態を検出するブレ
ーキスイッチ２３が設けられておりこのブレーキスイッ
チ２３からの信号を検出する。エンジンの吸気系にはス
ロットル開度を検出するスロットルセンサが設けられて
いる。

【００１６】コントロールユニット２２には、スロット
ルセンサからのスロットル開度、横加速度センサ３１か
らの走行中の車両の横加速度、エンジン回転数センサか
らのエンジン回転数、またステアリングホイール２４の
回転すなわち操舵角を検出する操舵角センサ等からの信
号が入力される。コントロールユニット２２は、エンジ
ン１０に対しスロットル開度信号を出力してスロットル
開度を調整するとともに、燃料噴射信号を出力して、燃
料噴射弁の制御を行う。さらに、イグニッション信号を
出力して点火時期を制御するようになっている。また、
トランスミッション１１にシフト信号を出力して変速制
御を行う。パワートレインコントロールユニット２２
は、ＡＢＳ用コントロールユニット２１に接続されてお
り、これを介して、車輪速信号、各車輪についての推定
μ（推定路面摩擦係数）を入力する。また、コントロー
ルユニット２２はＡＢＳ用コントロールユニット２１に
対し非常時等の必要な場合にはフェイル信号を出力して
デフロックを解除する。

【００１７】コントロールユニット２１及び２２は、そ
れぞれ入出力セクション２５、２６、ＣＰＵ２７、２８
及びメモリ２９、３０を備えている。上記の入出力信号
は、すべて入出力セクションを介して送られる。差動制
御においてはコントロールユニット２２は、各入力され
た値に基づいてセンタデフ１２へセンタデフ電流、フロ
ントデフ１９へフロントデフ電流、リヤデフ２０へリヤ
デフ電流をそれぞれ供給し、これらの電流値に基づいて
センタデフ１２、フロントデフ１９及びリヤデフ２０が
アンロック状態、中間ロック状態及び完全ロック状態が
与えられる。中間ロック状態において差動トルクが電流
量に応じて連続的に変化するようになっている。

【００１８】図２は、センタデフに設けられた電磁多板
クラッチを示す断面図である。センタデフ１２、フロン
トデフ１９及びリヤデフ２０には、それぞれ電磁多板ク
ラッチ５０が設けられ、この電磁多板クラッチ５０によ
り各センタデフ１２、フロントデフ１９及びリヤデフ２
０がアンロック状態から完全ロック状態まで連続的に差
動状態が連続的に変化する。この電磁多板クラッチ５０
は、フロントプロペラシャフト１３とリヤプロペラシャ
フト１４との差動を制限できるものであれば、どのよう
な形式のものでもよい。その一例を図２に示す。図２に
おいて、電磁多板クラッチ５０は複数枚のインナディス
クとアウタディスクとよりなるクラッチ板５１及びこの
クラッチ板５１へ押圧力を生じさせるアクチュエータ５
２から構成されている。また５３は軸受、５４は一方の
プロペラシャフトに伝動連結する伝動部材、５５は他方
のプロペラシャフトに伝動連結する伝動部材である。ア
クチュエータ５２は、ソレノイド５６に電流が流れる時
に発生する磁力によってアーマチュア５７がクラッチ板
５１を押圧するように構成されている。この電磁多板ク
ラッチ５０においては、ソレノイド５６に流れる電流と
クラッチ板５１を摩擦係合させる押圧力すなわち電磁多
板クラッチ５０で発生するトルクとが比例関係にあるの
で、センタデフ１２、フロントデフ１９及びリヤデフ２
１の差動回転数を電流の増減により連続的に変化させる
ことができる。

【００１９】図３は、本発明に係る差動装置の制御のフ
ロチャートを示す。コントロールユニット２２は上記の
各種入力信号に基づいて車輪にかかる車両の重量配分を
各車輪１６、１８の接地荷重Ｗとして算出する。この場
合、図３に示すように車輪の接地荷重Ｗは、車両に作用
する前方への加速度に基づいて補正する。すなわち、車
両が加速状態にある場合には、慣性力により前輪よりも
後輪への車両荷重分配が大きくなる。また、減速状態で
は、逆に前輪の接地荷重が大きくなる。したがって、車
両の前方向加速度に関しては、前後輪は、図４に示すよ
うに対象的な特性となる。さらに、車両が旋回状態にあ
る場合には、車両の荷重分配が変化するので、このよう
な状況でも各車輪の接地荷重Ｗの値を補正するようにな
っている。図５に示すように車輪を操舵すると旋回外輪
の方に旋回内輪よりも大きな荷重がかかる。したがっ
て、この補正係数は車輪が右に旋回する場合には、左輪
に対する補正量を増大させ、左旋回の場合には、右輪の
補正量を大きくしている。また、コントロールユニット
２２は各車輪の径Ｒを算出する（ステップＳ１）。さら
に、各車輪の接地路面のμすなわち路面摩擦係数を得
る。実施例では、この路面摩擦係数μは、ＡＢＳ用コン
トロールユニット４１において算出され、コントロール
ユニット２２に入力されるものである。つぎに、コント
ロールユニット２２は、各車輪について限界駆動トルク
Ｔｉ＝Ｗｉ・μｉ・Ｒｉを算出する（ステップＳ２）。
この限界駆動トルクは各車輪が実質的にスリップするこ
となく回転するときの最大駆動力を意味する。つぎに、
コントロールユニット２２は前後輪間Ｃ、前輪間Ｆ、及
び後輪間Ｒの限界駆動トルク差を算出する（ステップＳ
３）。この場合前後輪間においては左右前輪合計左右後
輪合計トルク値で比較しギア比ＦＧＲを考慮する。

【００２０】つぎに、前後輪間限界駆動トルク差Ｃ、後
輪間限界駆動トルク差Ｒ、及び前輪間限界駆動トルク差
Ｆの値を比較しその大きさに応じて大きい順に差動順位
を決定し（ステップＳ４）その大きさに応じて図６に示
すようなチャートに基づいて電磁クラッチに供給する電
流値を設定する（ステップＳ５）。そして、これによっ
て決定した電流がそれぞれディフアレンシャルに対応す
る電磁クラッチに供給されるように制御する（ステップ
Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８）。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各車輪の限界駆動トルクに基づいて差動を制御するよう
にしたので、各車輪のスリップを最小限度に抑えること
ができる。この結果、自動車の走破性を向上することが
できる。また、３つのデファレンシャルを個別に制御す
ることとして、デファレンシャルが同時にロック動作を
行うのを妨げることができるため、、デファレンシャル
のロック動作に伴う走行時のトルクショックを抑制でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の差動制限装置を適用した自動車の制御
装置の全体構成を示す全体構成図である。

【図２】センタデフに設けられた電磁多板クラッチを示
す断面図である。

【図３】各デファレンシャルの差動制御のルーチンを示
すフローチャートである。

【図４】接地荷重の前方向加速度に基づく補正値の特性
図である。

【図５】接地荷重の旋回加速度に基づく補正値の特性図
である。

【図６】デファレンシャルの差動トルクを制御する電磁
クラッチへの供給電流と限界駆動トルク差との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

20 センタデファレンシャル（センタデフ） 21 フロントデファレンシャル（リアデフ） 22 リアデファレンシャル（リアデフ） 43 デファレンシャル用コントロールユニット 50 電磁多板クラッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志谷 有司 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−309825（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−4632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−292529（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−155135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−9341（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−166114（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 17/28 - 17/36 B60K 23/04 F16H 48/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定条件下で複数のデファレンシャル全
   ての差動を制限する制御系を備えた自動車の差動制限装
   置において、 上記複数のデファレンシャルは、車軸間に設けられた第
   １デファレンシャルと、後輪間に設けられた第２デファ
   レンシャルと、前輪間に設けられた第３デファレンシャ
   ルとからなり、 前記第１デファレンシャルに付設され、該第１デファレ
   ンシャルの差動を制限する第１差動制限手段と、 前記第２デファレンシャルに付設され、該第２デファレ
   ンシャルの差動を制限する第２差動制限手段と、 前記第３デファレンシャルに付設され、該第３デファレ
   ンシャルの差動を制限する第３差動制限手段と、車輪がスリップすることなく回転する最大駆動トルクで
   ある 各車輪の限界トルク値を、車輪の接地荷重、車輪が
   接地する路面の摩擦係数、車輪の半径から算出する限界
   トルク算出手段と、該各車輪の限界トルク値から 前輪間の限界トルク値の
   差、後輪間の限界トルク値の差及び車軸間の限界トルク
   値の差を算出する限界トルク値算出手段と、 該限界トルク値の差 が大きい順に差動制限手段を作動さ
   せる作動順位決定手段と、 該限界トルク値の差に応じて前記各差動制限手段の差動
   トルクを決定する差動トルク決定手段と、 を備えたことを特徴とする差動制限装置。
2. 【請求項２】 請求項１において前記車輪の接地荷重
   は、車両の前方向加速度に基づいて補正することを特徴
   とする自動車の差動制限装置。
3. 【請求項３】 請求項１において前記車輪の接地荷重
   は、車両の旋回状態に基づいて補正することを特徴とす
   る自動車の差動制限装置。