JP4209075B2 - 車両用差動制限装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の前後輪間や左右輪間の差動を制限する車両用差動制限装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年広く実用化されているフルタイム４輪駆動車では、車両の旋回時に発生する前後輪間の回転差をセンタデフにより許容して、所謂タイトコーナブレーキング現象を防止している。この種のセンタデフには油圧多板クラッチからなる差動制限装置が備えられる場合があり、油圧多板クラッチによりセンタデフに拘束トルクを作用させて差動状態を制限し、これにより前後輪のトルク配分を調整して走行特性（例えば、回頭性や走行安定性等）を任意に変更可能としている。
【０００３】
車両の運転状態に応じた最適な走行特性を達成させるべく、拘束トルクは種々のパラメータに基づいて設定される。例えば、自動変速機付き車両用の差動制限装置として、加速が開始されて車両の駆動力が急増したときには、トラクション性能を確保して車両の安定化を図るべきとの観点の基に、アクセル開度の増加に伴って拘束トルクを増加設定することによりスリップを抑制するようにしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した差動制限装置は、手動変速機付き車両にも適用可能であるが、この場合には以下に述べる問題が発生する。即ち、周知のように自動変速機のシフトアップはアクセルオン状態で行われるが、手動変速機ではシフトアップ毎に運転者によりアクセルがオフ操作される。よって、その度にアクセル開度に基づいて拘束トルクが減少側に制御されることになり、何れかの車輪の瞬間的なスリップにより車両の挙動が急激に変化し、その結果、車両の走行状態が不安定になるという不具合がある。
【０００５】
本発明の目的は、手動変速機のシフトアップに伴うアクセルのオフ操作に影響されることなく拘束トルクを制御し、もって、良好な走行安定性を実現することができる車両用差動制限装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、エンジンからの駆動力を手動変速機を介して入力し、この駆動力を各駆動輪に差動を許容して分配する差動手段と、差動手段に拘束トルクを作用させて差動を制限可能な差動制限手段と、アクセル開度相関値の増加に応じて差動制限手段の拘束トルクを増加側に制御する制御手段とを有し、フィルタにより制御手段の応答性を、拘束トルクの増加側に対して減少側を低く設定した。
【０００７】
従って、例えば加速時には、スリップ防止による車両の安定化を目的として、アクセル開度相関値（例えばアクセル開度自体、或いはアクセル開度に応じて調整されるエンジンのスロットル開度等）の増加に伴って差動制限手段の拘束トルクが増加側に制御される。このときの拘束トルクは、加速開始に遅れることなく高い応答性をもって迅速に増加し、スリップ防止が確実になされる。そして、手動変速機でのシフトアップに伴ってアクセルがオフ操作されると、アクセル開度相関値の減少に伴って拘束トルクは減少側に制御されるが、このときには低い応答性により拘束トルクが緩慢に減少するため、結果としてシフトアップ時のごく短いアクセルオフ期間中には実質的に拘束トルクがほとんど減少せず、瞬間的なスリップが防止されて車両の急激な挙動変化が抑制される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をセンタディファレンシャル（以下、センタデフという）の差動を制限する差動制限装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の車両用作動制限装置を示す全体構成図、図２はセンタデフ及びフロントデフの詳細を示す部分拡大図である。これらの図に示すように、差動手段としてのセンタデフ１はフロントディファレンシャル（以下、フロントデフという）２と共に車両の前輪３Ｆの車軸上に配設され、エンジン４の回転が手動式の変速機５を介してセンタデフ１の外周のリングギア６に入力されるようになっている。センタデフ１はピニオンギア７に一対のサイドギア８ａ，８ｂを噛合させた一般的な構成であり、エンジン４によりリングギア６が回転駆動されると一体でピニオンギア７が回転し、左右のサイドギア８ａ，８ｂに回転差を許容しながら５０：５０の比率でトルクが配分される。
【０００９】
センタデフ１の一方のサイドギア８ａはフロントデフ２のアウタケーシング９に連結され、アウタケーシング９の外周に設けられたリングギア１０がピニオンギア１１及びプロペラシャフト１２を介してリアディファレンシャル（以下、リアデフという）１３に接続されている。一方のサイドギア８ａと共にアウタケーシング９が回転すると、その回転はリングギア１０、ピニオンギア１１、プロペラシャフト１２を経てリアデフ１３に伝達され、ドライブシャフト１４を介して左右の後輪３Ｒが回転駆動されると共に、リアデフ１３に内蔵された図示しない差動機構により左右の回転差が許容される。
【００１０】
センタデフ１の他方のサイドギア８ｂは、前記アウタケーシング９に内装されたインナケーシング１５に接続され、このインナケーシング１５内に支持された一対のプラネタリギア１６は、左右のドライブシャフト１７の内端に形成されたサンギア１８にそれぞれ噛合している。他方のサイドギア８ｂと共にインナケーシング１５が回転すると、その回転はプラネタリギア１６、サンギア１８を経てドライブシャフト１７に伝達されて左右の前輪３Ｆが回転駆動されると共に、プラネタリギア１６の自転に伴って左右の回転差が許容される。
【００１１】
フロントデフ２のアウタケーシング９とインナケーシング１５との間には，差動制限手段としての油圧多板クラッチ１９が設けられ、この油圧多板クラッチ１９の係合状態に応じて拘束トルクが発生して、両ケーシング９，１５の相対回転が規制される。油圧多板クラッチ１９の完全開放時（拘束トルク０）には、両ケーシング９，１５が回転規制されることなくフリー状態に保持されて、上記のように５０：５０の比率で前輪３Ｆ側と後輪３Ｒ側へのトルク配分が行われ、一方、油圧多板クラッチ１９の完全係合時（拘束トルク最大）には、両ケーシング９，１５が回転規制されてロック状態に保持され、このときには前後輪３Ｆ，３Ｒの接地荷重に応じた比率でトルク配分が行われる。そして、このような拘束トルクの調整に応じて、後述のように車両の走行特性が変化する。油圧多板クラッチ１９は油圧ユニット２０から作動油の供給を受けて作動し、その作動油の供給状態がソレノイドバルブ２１で制御されることにより油圧多板クラッチ１９の係合状態が調整されて、任意の拘束トルクが実現される。
【００１２】
一方、車両の室内には、制御手段としての４ＷＤ用ＥＣＵ（電子制御ユニット）３１が図示しないエンジン・変速機用ＥＣＵやＡＢＳ用ＥＣＵ等と共に設置されており、この４ＷＤ用ＥＣＵ３１は他のＥＣＵと同様に、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。４ＷＤ用ＥＣＵ３１の入力側には、エンジン４のスロットル開度ＴＰＳを検出するスロットルセンサ３６、及び、運転者が高μ路面（例えば、舗装路）、中μ路面（例えば、未舗装路）、低μ路面（例えば、凍結路）の３種の路面状況を選択するためのモード切換スイッチ３８が接続されている。又、４ＷＤ用ＥＣＵ３１の出力側には、前記ソレノイドバルブ２１が接続されている。
【００１３】
次に、以上のように構成された車両用差動制限装置のＥＣＵ３１が実行するセンタデフ１の差動制限制御、特に差動制限制御に適用する拘束トルクの設定手順を説明する。
図３はＥＣＵが実行する拘束トルクの設定手順を系統的に示したブロック図である。図に示すように、この拘束トルク設定手順は、車両の運転状態に応じて異なるパラメータからそれぞれ拘束トルクを算出する前後差回転拘束トルク設定部４１、前後Ｇ比例拘束トルク設定部４２、加速対応拘束トルク設定部４３、及び減速対応拘束トルク設定部４４と、それらの各設定部４１〜４４で設定された拘束トルクＴv，Ｔx，Ｔa，Ｔbから最終的な拘束トルクＴfinalを設定する最終拘束トルク設定部４５とから構成されている。
【００１４】
各拘束トルク設定部４１〜４４による拘束トルクＴv，Ｔx，Ｔa，Ｔbの設定は、それぞれ以下の趣旨に基づくものである。前後差回転拘束トルク設定部４１は、旋回時に運転者の意志に沿った車両の挙動を実現することを目的とし、前後輪の回転差に基づいて前後差回転拘束トルクＴvを算出している。前後Ｇ比例拘束トルク設定部４２は、低μ路面等において前後輪の回転差に基づく前後差回転拘束トルクＴvに生じるハンチングの防止を目的とし、前後差回転拘束トルクＴvの代替として車両の前後加速度Ｇxに基づいて前後Ｇ拘束トルクＴxを算出している。加速対応拘束トルク設定部４３は、停車状態からの急発進時等のように伝達トルクが急増することが予測される場合に、後輪３Ｒの初期スリップを防止することを目的とし、車両の加速状態に基づいて加速対応拘束トルクＴaを算出している。減速対応拘束トルク設定部４４は、急減速時において車両姿勢の安定性を確保することを目的とし、車両の減速状態に基づいて減速対応拘束トルクＴbを算出している。
【００１５】
以上の各拘束トルクＴv，Ｔx，Ｔa，Ｔbが最終拘束トルク設定部４５に入力され、最終拘束トルク設定部４５の最大値選択部１０１では、前後差回転拘束トルクＴvと前後Ｇ比例拘束トルクＴxとの大きい側が選択される。４輪スリップに伴い前後差回転拘束トルクＴvに制御ハンチングが発生した場合には、前後Ｇ比例拘束トルクＴxが適宜選択されることになり、結果として最大値選択部１０１の出力値が安定化されてハンチングの影響が抑制される。
【００１６】
選択された拘束トルクＴv，Ｔxは、加算処理部１０２において加速対応拘束トルクＴa及び減速対応拘束トルクＴbと加算されて、最終拘束トルクＴfinalとされる。この最終拘束トルクＴfinalはリミッタ１０３に入力されて、センタデフ１の油圧多板クラッチ１９で実現可能な最大拘束トルクに制限され、その後に加算処理部１０４に入力される。又、加算処理部１０４にはハイパスフィルタ１０５を通過した最終拘束トルクＴfinalも入力され、双方が加算された後に再びリミッタ１０６により最大拘束トルクに制限され、最終拘束トルクＴfinalとして出力される。ハイパスフィルタ１０５では、最終拘束トルクＴfinalの急変時にサージ的な上乗せを行うことにより、この最終拘束トルクＴfinalに基づいてソレノイドバルブ２１が駆動制御される際の応答遅れを低減している。
【００１７】
このようにして設定された最終拘束トルクＴfinalに基づいて、センタデフ１の実際の拘束トルクが制御される。即ち、最終拘束トルクＴfinalに対応するデューティ率が図示しないマップから設定され、そのデューティ率に基づいてソレノイドバルブ２１が作動して、油圧ユニット２０から油圧多板クラッチ１９に供給される作動油を制御し、その結果、油圧多板クラッチ１９の係合状態が調整されて、拘束トルクが上記最終拘束トルクＴfinalに制御される。
【００１８】
一方、図４は加速対応拘束トルク設定部の拘束トルクの詳細な設定手順を示すブロック図であり、以下、この図に従って加速対応拘束トルク設定部４３の設定処理を説明する。
加速対応拘束トルク設定部４３の拘束トルク算出部８１には、スロットルセンサ３６にて検出されたスロットル開度ＴＰＳ、モード切換スイッチ３８の操作状況、及び推定車体速算出部５４にて算出された推定車体速ＶBが入力される。推定車体速ＶBとは所定時間ｔ後の車体速ＶBを表し、例えば、２番目に小さい車輪速を現在の車体速と見なし（最小値は故障中の可能性があるため除外）、その値を前後加速度Ｇx（以降の車体速の変化を意味する）で補正することにより算出される。拘束トルク算出部８１では、予め設定された３種のマップから路面状況に対応するマップが選択され、そのマップに基づいてスロットル開度ＴＰＳ及び推定車体速ＶBから加速対応拘束トルクＴaが算出される。この加速対応拘束トルクＴaがフィルタ８２を経て上記した最終拘束トルクＴfinal設定部に出力されて、最終拘束トルクＴfinalの算出に適用される。
【００１９】
図示はしないが、例えば加速対応拘束トルクＴaは、スロットル開度ＴＰＳの増加に伴って増加設定され、且つ、推定車体速ＶBの増加に伴って減少設定される。この特性により、停車状態からスロットル開度ＴＰＳを大として急発進する場合等には、加速対応拘束トルクＴaが増加設定されることになり、初期スリップが抑制されて車両の安定化が図られる。
【００２０】
尚、各マップは、同一のスロットル開度ＴＰＳ及び推定車体速ＶBにおいて、低μ路面のマップほど大きな加速対応拘束トルクＴaが算出されるように特性設定されており、その結果、高μ路面では回頭性を重視し、低μ路面では走行安定性を重視した加速対応拘束トルクＴaの設定がなされる。
そして、前記フィルタ９７の特性は増加側が８Ｈｚに、減少側が０．５Ｈｚに設定されて、減少側の応答性が増加側の応答性に比較して大幅に低められている。このため、加速時のアクセルオン操作によりスロットル開度ＴＰＳが増加して、フィルタ８２に入力される加速対応拘束トルクＴaが増加側に変化したときには、フィルタ８２は高い応答性をもって迅速に出力を増加させることから、加速開始に遅れることなくセンタデフ１の拘束トルクが増加されることになる。一方、その後のシフトアップに伴うアクセルオフ操作でスロットル開度ＴＰＳが減少したときには、入力される加速対応拘束トルクＴaが減少しても、フィルタ８２の応答性が低いことから出力は緩慢にしか減少せず、結果としてシフトアップ時のごく短いアクセルオフ期間中には実際の拘束トルクはほとんど減少しない。
【００２１】
つまり、アクセルオン操作時には速やかにセンタデフ１の拘束トルクを増加させて、直ちにスリップ防止作用により良好な走行安定性が実現される。そして、シフトアップに伴ってアクセルがオフ操作されたときには、拘束トルクがほとんど減少しないことから車輪３Ｆ，３Ｒの瞬間的なスリップが未然に防止され、スリップによる車両の急激な挙動変化が抑制される。その結果、本実施形態の車両用差動制限装置によれば、シフトアップに伴うアクセルのオフ操作に影響されることなく拘束トルクを制御し、もって、良好な走行安定性を実現することができる。
【００２２】
尚、言うまでもないが、加速対応拘束トルクＴaをどの程度緩やかに減少させるかは、油圧ユニット２０の応答性や車両の基本的な走行特性等によって異なることから、前記フィルタ８２の特性は、これらの諸条件を考慮した上で任意に変更可能である。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、前輪及び後輪間の差動を許容するセンタデフ用の差動制限装置として具体化したが、例えば左右輪間の差動を許容するフロントデフやリアデフ用の差動制限装置に具体化してもよい。
【００２３】
又、上記実施形態では、前後差回転拘束トルクＴv、前後Ｇ比例拘束トルクＴx、加速対応拘束トルクＴa、減速対応拘束トルクＴbをそれぞれ算出して最終的な拘束トルクＴfinalを設定したが、何れかの拘束トルクを省略したり、別のパラメータから算出された拘束トルクを追加したりしてもよい。
更に、上記実施形態では、拘束トルク算出部８１の出力側にフィルタ８２を設け、加速対応拘束トルクＴaの増減状態をフィルタ８２により変更することで、シフトアップ時の加速対応拘束トルクＴaの減少を緩やかにしたが、例えば図４に二点鎖線で示すように、フィルタ８２の位置をスロットルセンサ３６の出力側に変更して、スロットル開度ＴＰＳの増減状態をフィルタ８２により変更してもよい。この場合のフィルタ８２の特性は、上記した場合と同様に、増加側の応答性より減少側の応答性を低めるように設定する。これにより、シフトアップ時に伴うアクセルオフ操作時には、スロットル開度ＴＰＳの減少がフィルタ８２により緩やかにされるため、拘束トルクの減少が抑制されてスリップによる車両の挙動変化を防止可能となる。
【００２５】
又、上記実施形態では、スロットル開度ＴＰＳと推定車体速ＶBに基づいて加速対応拘束トルクＴaを算出したが、例えばスロットル開度ＴＰＳに代えてアクセル開度を適用してもよいし、推定車体速ＶBを省略したり、逆に他のパラメータを加えたりしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の車両用差動制限装置によれば、手動変速機のシフトアップに伴うアクセルのオフ操作に影響されることなく拘束トルクを制御し、もって、良好な走行安定性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の車両用作動制限装置を示す全体構成図である。
【図２】センタデフ及びフロントデフの詳細を示す部分拡大図である。
【図３】ＥＣＵが実行する拘束トルクの設定手順を系統的に示したブロック図である。
【図４】加速対応拘束トルク設定部の拘束トルクの詳細な設定手順を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ センタデフ（差動手段）
３Ｆ 前輪（駆動輪）
３Ｒ 後輪（駆動輪）
４ エンジン
１９ 油圧多板クラッチ（差動制限手段）
３１ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (1)

1. エンジンからの駆動力を手動変速機を介して入力し、該駆動力を各駆動輪に差動を許容して分配する差動手段と、
   上記差動手段に拘束トルクを作用させて差動を制限可能な差動制限手段と、
   アクセル開度相関値の増加に応じて上記差動制限手段の拘束トルクを増加側に制御する制御手段とを有し、
   フィルタにより上記制御手段の応答性を、拘束トルクの増加側に対して減少側を低く設定したことを特徴とする車両用差動制限装置。

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