JP6241592B2 - 車両用駆動力配分制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用駆動力配分制御装置に係り、特に四輪駆動車の主副駆動輪におけるエンジンの駆動力の配分を制御する車両用駆動力配分制御装置に関する。

車両には、駆動源であるエンジンからの駆動力（トルク）を車両の走行状態に応じて各駆動輪へ配分する駆動力配分制御装置を搭載しているものがある。
四輪駆動車（４ＷＤ車）の駆動力配分制御装置においては、主駆動輪（前輪）に対して従駆動輪（後輪）の駆動力を制御する４ＷＤ機構を採用する車両が、他の４ＷＤ機構を採用する車両よりも需要が高まっている。これは、４ＷＤ機構への過大なトルクの入力に対して、電子制御式のカップリングがトルクリミッタの役割をすることで、４ＷＤ機構の軽量化が可能となり、これにより、燃費が他の４ＷＤ機構を採用する車両と比較して良いという理由からである。
このような駆動力配分制御装置としては、以下の先行技術文献がある。

特開平５−１７８１１４号公報

特許文献１に係る差動調整式前後輪駆動力配分制御装置は、車輪速情報と車体速情報とに基づいて車輪がスリップ状態であると判定された場合に、車輪速値と車体速値との差に応じて差動制限量を制御、つまり、前輪（主駆動輪）と後輪（副駆動輪）との間の差動状態を調整して前後輪の駆動力配分を制御するものである。

ところが、主駆動輪に対して従駆動輪の駆動力を制御する４ＷＤ機構を採用する車両においては、電子制御式のカップリングに過大なトルクが入力された場合に、カップリング内の多板クラッチが差動することで伝達トルクが抑制されるが、このとき、多板クラッチは、発熱して焼損するおそれがある。このため、通常、このような状態を検出してフェールセーフ機能により多板クラッチの結合力を弱めて２ＷＤ状態とすることで、４ＷＤ機構の損傷を回避する制御が組み込まれている場合が多い。
しかしながら、フェールセーフ機能が作動すると、本来の４ＷＤ機能が失われてしまうため、頻繁な介入は商品性の低下を招く要因となることから、改善が望まれていた。

そこで、この発明は、電子制御式のカップリングを搭載する四輪駆動車において、主駆動輪が空転した際に、エンジントルクとカップリングトルクとに制限をかけることで、カップリングトルクをゼロ（２ＷＤ状態）とせずに、カップリングの発熱を抑制する車両用駆動力配分制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、四輪駆動車の主副駆動輪におけるエンジンの駆動力の配分を制御する車両用駆動力配分制御装置であって、前記エンジンからの駆動力の伝達量を可変するカップリングと、前記エンジンの駆動力が主に伝達される主駆動輪と、前記カップリングを介して前記エンジンからの駆動力が伝達される副駆動輪と、前記エンジンのエンジントルクを制御するエンジン制御手段と、前記主駆動輪と前記副駆動輪との回転速度差を検出する回転速度差検出手段と、前記回転速度差検出手段により検出された回転速度差に応じて前記カップリングが伝達する伝達量を制御するカップリング制御手段とを備えた車両用駆動力配分制御装置において、前記回転速度差検出手段により検出された回転速度差が設定値以上である場合に、前記エンジン制御手段によりエンジントルク量が低減される第一低減制御を実行し、その後、前記第一低減制御が第１の設定時間以上継続して実行されたと判定した場合には、前記カップリング制御手段により前記カップリングが伝達する伝達量が低減される第二低減制御を実行し、そして、前記第二低減制御が前記第１の設定時間よりも大きい第２の設定時間以上継続して実行されたと判定した場合には、前記第二低減制御を終了することを特徴とする。

この発明は、電子制御式のカップリングを搭載する四輪駆動車において、主駆動輪が空転した際に、エンジントルクとカップリングトルクに制限をかけることで、カップリングトルクをゼロ（２ＷＤ状態）とせずに、カップリングの発熱を抑制することができる。

図１は駆動力配分制御装置を搭載した車両の概略構成図である。（実施例） 図２は駆動力配分制御装置の制御ブロック図である。（実施例） 図３はエンジントルクリダクション開始、終了制御のフローチャートである。（実施例） 図４はエンジントルクリダクション開始、終了制御のタイムチャートである。（実施例） 図５は四輪駆動（４ＷＤ）要求エンジントルク瞬時値算出制御のフローチャートである。（実施例） 図６は四輪駆動（４ＷＤ）要求エンジントルク瞬時値算出制御のタイムチャートである。（実施例） 図７（Ａ）は四輪駆動（４ＷＤ）要求エンジントルク瞬時値算出制御における増加方向でのなまし係数の決定方法の説明図である。図７（Ｂ）は四輪駆動（４ＷＤ）要求エンジントルク瞬時値算出制御における減少方向でのなまし係数の決定方法の説明図である。（実施例） 図８はエンジントルクリダクション中のカップリング指令トルク制御のフローチャートである。（実施例） 図９はエンジントルクリダクション中のカップリング指令トルク制御のタイムチャートである。（実施例）

この発明は、電子制御式のカップリングを搭載する四輪駆動車において、主駆動輪が空転した際に、エンジントルクとカップリングトルクとに制限をかけることで、カップリングトルクをゼロ（２ＷＤ状態）とせずに、カップリングの発熱を抑制する目的を、主駆動輪と副駆動輪との回転速度差が設定値以上である場合に、エンジントルク量が低減される第一低減制御を実行し、そして、この第一低減制御が設定時間以上継続して実行されたと判定した場合には、カップリングが伝達する伝達量が低減される第二低減制御を実行して実現するものである。

図１〜図９は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、四輪駆動車（４ＷＤ車：以下「車両」という）１には、駆動源としてのエンジン２と、このエンジン２に連結した変速機３とが搭載されている。
変速機３には、エンジン２の駆動力の配分を制御する駆動力配分制御装置４の一部を構成するトランスファ５が連結している。
このトランスファ５には、左側主駆動輪（左側前輪）６Ｌと右側主駆動輪（右側前輪）６Ｒとを取り付けた主駆動軸（前側車軸）７が接続している。左側主駆動輪６Ｌ及び右側主駆動輪６Ｒには、エンジン２の駆動力が主に伝達されるものである。
また、トランスファ５には、プロペラシャフト８の一端が接続している。このプロペラシャフト８の他端は、カップリング９を介して差動機１０が連結している。カップリング９は、電子制御式のカップリングであって、いわゆるトルク配分用クラッチであり、エンジン２からの駆動力の伝達量を可変するものである。
差動機１０には、左側副駆動輪（左側後輪）１１Ｌと右側副駆動輪（右側後輪）１１Ｒとを取り付けた副駆動軸（後側車軸）１２が接続している。左側副駆動輪１１Ｌ及び右側副駆動輪１１Ｒには、カップリング９を介してエンジン２からの駆動力が伝達される。

車両１は、走行状態等から左側副駆動輪（左側後輪）１１Ｌと右側副駆動輪（右側後輪）１１Ｒとへ配分する駆動力を決定する４ＷＤ機構を採用した構成である。
このため、車両１には、駆動力配分制御装置４を構成するように、エンジン制御手段（ＥＣＭ）１３と、回転速度差検出手段（ＡＢＳ）１４と、カップリング制御手段（４ＷＤ）１５と、変速機制御手段（ＡＴ）１６とを備える。
エンジン制御手段１３は、エンジン２と、カップリング制御手段１５と、エンジン２を介したアクセル開度センサ１７と、エンジン２を介したストップランプスイッチ１８とに接続する。このエンジン制御手段１３は、エンジン２のエンジントルクを制御するものであって、図２に示すように、入力側で、アクセル開度情報、エンジン回転速度情報、ストップランプスイッチ情報、実エンジントルク、運転者要求トルクを得るとともに、出力側では、駆動モード情報と、４ＷＤ要求エンジントルクとを得る。
回転速度差検出手段１４は、カップリング制御手段１５と、左側主駆動輪６Ｌの回転速度を検出する左側主駆動輪速度検出センサ１９Ｌと、右側主駆動輪６Ｒの回転速度を検出する右側主駆動輪速度検出センサ１９Ｒと、左側副駆動輪１１Ｌの回転速度を検出する左側副駆動輪速度検出センサ２０Ｌと、右側副駆動輪１１Ｒの回転速度を検出する右側副駆動輪速度検出センサ２０Ｒとが接続している。この回転速度差検出手段１４は、主駆動輪６Ｌ、６Ｒと副駆動輪１１Ｌ、１１Ｒとの回転速度差（ΔＮ）を検出するものであって、図２に示すように、各車輪速度情報、制御実行中情報を得る。
カップリング制御手段１５は、図２に示すように、エンジン制御手段１３と、回転速度差検出手段１４と、カップリング９と、コンビネーションメータ２１と、駆動選択スイッチ２２と、変速機３に接続した変速機制御手段１６とが接続している。また、このカップリング制御手段１５は、４ＷＤ制御部２３と、駆動系保護制御部２４と、ＣＡＮ通信機能部２５と、フェイルセーフ制御部２６と、セルフダイアグノーシス機能部２７とを備える。このカップリング制御手段１５は、回転速度差検出手段１４により検出された回転速度差に応じてカップリング９が伝達する伝達量を制御する。
コンビネーションメータ２１は、４ＷＤオート（ＡＵＴＯ）表示灯点灯要求と、４ＷＤロック（ＬＯＣＫ）表示灯点灯要求とをする。
駆動選択スイッチ２２は、４ＷＤスイッチ２８と、ロック（ＬＯＣＫ）スイッチ２９とを備える。

この実施例に係る駆動力配分制御装置４は、回転速度差検出手段１４により検出された主駆動輪６Ｌ、６Ｒと副駆動輪１１Ｌ、１１Ｒとの回転速度差（カップリング９の前後回転差：ΔＮ）が設定値以上である場合に、エンジン制御手段１３によりエンジントルク量が低減される第一低減制御を実行し、そして、この第一低減制御が設定時間以上継続して実行されたと判定した場合には、カップリング制御手段１５によりカップリング９が伝達する伝達量が低減される第二低減制御を実行する。
また、駆動力配分制御装置４は、前記第一低減制御の実行中において、回転速度差検出手段１４により検出された主駆動輪６Ｌ、６Ｒと副駆動輪１１Ｌ、１１Ｒとの回転速度差（ΔＮ）が設定値以下、又はエンジン制御手段１３により検出されたエンジン回転数が所定値以下である状態が所定時間継続した場合に、前記第一低減制御の終了にかけて、規制されているエンジントルクを運転者が要求するエンジントルクヘと徐々に回復させる。

次いで、この実施例に係る駆動力配分制御について説明する。
図３には、エンジントルクリダクション開始、終了制御のフローチャートを示す。
図３に示すように、プログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、エンジントルクリダクション制御開始条件を満たしているか否かを判断する（ステップＡ０２）。これは、４ＷＤ機構の損傷を回避しなければいけない状況のみでエンジントルクリダクションが作動し、それ以外の状況ではエンジントルクリダクションが作動し、運転者の意図しないエンジントルクリダクションが発生することを防止するためである。ここで、上記のエンジントルクリダクション制御開始条件は、カップリング指令トルクが規定値以上で、且つ主駆動輪６Ｌ、６Ｒの回転速度が規定値以上で、且つ副駆動輪１１Ｌ、１１Ｒの回転速度が規定値以下の状態が規定時間続いた場合とする。
このステップＡ０２がＹＥＳの場合には、エンジントルクリダクション制御を開始する（ステップＡ０３）。つまり、このステップＡ０３では、第一低減制御を実行する。
そして、エンジントルクリダクション制御終了条件（図４のＡ参照）を満たしているか否かを判断する（ステップＡ０４）。これは、４ＷＤ機構の損傷を回避しなければいけない状況のみでエンジントルクリダクションの作動が継続し、それ以外の状況ではエンジントルクリダクションを終了させるためである。ここで、上記のエンジントルクリダクション制御終了条件は、４ＷＤ要求エンジントルクが運転者要求エンジントルク以上の状態が設定時間継続して続いた場合、又はカップリング指令トルクが規定値以下の状態が設定時間続いた場合、又はエンジントルクリダクションの開始から設定時間経過した場合とする。
このステップＡ０４がＹＥＳの場合には、エンジントルクリダクション制御を終了する（ステップＡ０５）（図４のＣ参照）。
一方、前記ステップＡ０４がＮＯの場合には、運転者要求エンジントルクへの４ＷＤ要求エンジントルク戻し開始条件（図４のＢ参照）を満たしたか否かを判断する（ステップＡ０６）。これは、カップリング９の前後回転差（ここでは、主駆動輪６Ｌ、６Ｒと副駆動輪１１Ｌ、１１Ｒとの回転速度差（ΔＮ）と一致する）、又はエンジン回転数から４ＷＤ機構の損傷を回避しなければいけない状況であるかどうかを判定するためである。ここで、上記の運転者要求エンジントルクへの４ＷＤ要求エンジントルク戻し開始条件とは、カップリング９の前後回転差（ΔＮ）が規定値以下又はエンジン回転数が規定値以下の状態が規定時間以上続いた場合とする。
このステップＡ０６がＮＯの場合には、前記ステップＡ０４に戻す。
このステップＡ０６がＹＥＳの場合には、運転者要求エンジントルクへの４ＷＤ要求エンジントルク戻しを開始する（ステップＡ０７）。つまり、このステップＡ０７では、第一低減制御の終了にかけて、規制されているエンジントルクを運転者が要求するエンジントルクヘと徐々に回復させるように、前記ステップＡ０４に戻す。
前記ステップＡ０５の処理後、又は前記ステップＡ０２がＮＯの場合には、プログラムをエンドとする（ステップＡ０８）。

図５には、４ＷＤ要求エンジントルク瞬時値算出制御のフローチャートを示す。
図５に示すように、プログラムがスタートすると（ステップＢ０１）、エンジントルクリダクション制御開始から設定時間以内か否かを判断する（ステップＢ０２）。これは、エンジントルクリダクション開始直後では主駆動輪６Ｌ、６Ｒの回転速度が増加方向に推移している場合が多く、これを減少方向に反転させる必要があり、瞬間的に大きなエンジントルクダウンが必要なためである。
このステップＢ０２がＹＥＳの場合には、エンジントルクを軸とするトルク算出テーブルから４ＷＤ要求エンジントルク瞬時値を算出する（ステップＢ０３）（図６のＡ参照）。
このステップＢ０３がＮＯの場合には、運転者要求エンジントルクヘの４ＷＤ要求エンジントルク戻し中であるか否かを判断する（ステップＢ０４）。
このステップＢ０４がＹＥＳの場合には、運転者要求トルクを４ＷＤ要求エンジントルク瞬時値とする（ステップＢ０５）（図６のＣ参照）。
このステップＢ０５がＮＯの場合には、エンジントルクとカップリング９の前後回転差（ΔＮ）とを軸にするトルク算出マップから４ＷＤ要求エンジントルク瞬時値を算出する（ステップＢ０６）（図６のＢ参照）。つまり、このステップＢ０６においては、カップリング９の前後回転差（ΔＮ）を抑制しつつも、エンジンストールしない値を、エンジントルクと前後回転差（ΔＮ）とから算出する。
前記ステップＢ０３の処理後、前記ステップＢ０５の処理後、又は前記ステップＢ０６の処理後は、プログラムをリターンする（ステップＢ０７）。
なお、上記の４ＷＤ要求エンジントルク瞬時値に対してなましを付加し、４ＷＤ要求エンジントルクを算出する。これは、急激なエンジントルクの変化を抑制し、車両１に大きな挙動変化を発生させないことを目的としている。上記のなましは、４ＷＤ要求エンジントルクの前回値から今回値への変化の最大量を規定する。
具体的には、図７（Ａ）、（Ｂ）に、なまし係数の決定方法を示す。
先ず、４ＷＤ要求エンジントルクの前回値と４ＷＤ要求エンジントルク瞬間値との比較から、増加方向であるのか、あるいは減少方向であるのかを判断する。そして、４ＷＤ要求エンジントルク瞬時値からなまし係数を決定する。このように、増加中（図７（Ａ）参照）又は減少中（図７（Ｂ）参照）であるかと、４ＷＤ要求エンジントルク瞬間値とから、なまし係数を設定することにより、急激なエンジントルクの変化を抑制し、車両１に大きな挙動変化を発生させず、かつ可能な限り速く目標値に到達させることが可能となる。

図８には、エンジントルクリダクション中のカップリング指令トルク制御のフローチャートを示す。
図８に示すように、プログラムがスタートすると（ステップＣ０１）、先ず、エンジントルクリダクション開始から設定時間Ａ経過しているか否かを判断する（ステップＣ０２）。この設定時間Ａは、エンジントルクリダクションによりカップリング９の前後回転差（ΔＮ）が抑制され、カップリング最大指令トルクを制限しても４ＷＤ機構の性能を大きく低下させない十分な時間とし、カップリング最大指令トルクの制限によりカップリング９の発熱を抑制することを目的としている。
このステップＣ０２がＹＥＳの場合には、カップリング最大指令トルクの制限を開始する（ステップＣ０３）（図９のＡ参照）。つまり、このステップＣ０３では、第二低減制御が実行される。
そして、エンジントルクリダクション開始から設定時間Ａよりも大きい設定時間Ｂを経過しているか否かを判断する（ステップＣ０４）。この設定時間Ｂは、運転者が現状の車両状態で操作を継続しても車両状態が変化することがないと判断できる十分な時間とし、２ＷＤモードヘの切替により、カップリング９の前後回転差（ΔＮ）を大きく発生させて運転者にスリップ状態を感じさせることで、運転者に現状とは別の操作を行うように促すこと、また、カップリング９の発熱による４ＷＤ機構の損傷を回避することを目的としている。
このステップＣ０４がＹＥＳの場合には、２ＷＤモードヘの切替を行い、また、カップリング最大指令トルク制限を終了する（ステップＣ０５）（図９のＢ参照）。ここで、２ＷＤモードとは、カップリング指令トルクが０［Ｎｍ］で固定されている状態を示す。
このステップＣ０５の処理後、前記ステップＣ０２がＮＯの場合、又は前記ステップＣ０４がＮＯの場合には、２ＷＤモードヘ切替中で、かつ４ＷＤモードヘの復帰条件を満たしているか否かを判断する（ステップＣ０６）。この４ＷＤモードヘの復帰条件は、カップリング９の前の回転速度が規定値以下で、かつカップリング９の後の回転速度が規定値以下であるか、あるいは、カップリング９の前の回転速度が規定値以上で、かつカップリング９の後の回転速度が規定値以上である場合とし、これらの情報よりカップリング９の差動が収まり、４ＷＤモードに復帰可能な状態か判定する。
このステップＣ０６がＹＥＳの場合には、４ＷＤモードに復帰する（ステップＣ０７）（図９のＣ参照）。ここで、４ＷＤモードとは、カップリング指令トルクが０［Ｎｍ］で固定されておらず、駆動力配分制御により最適なカップリングトルクが指令されている状態を示す。
このステップＣ０７の処理後、又は前記ステップＣ０６がＮＯの場合には、プログラムをリターンする（ステップＣ０８）。

一般的に、車両の走行状態等から副駆動輪（後輪）へ配分する駆動力を決定する４ＷＤ機構を採用する車両において、雪路や泥濘路等での発進時、また、サイドブレーキを戻し忘れた状態や寒冷地での副駆動輪（後輪）の固着状態での発進時に、主駆動輪（前輪）が大きく空転し、このため、副駆動輪（後輪）にトルクを伝達する機構である電子制御式のカップリングに大きな差動が生じることで、カップリングが発熱し、４ＷＤ機構が損傷する場合がある。また、４ＷＤ機構の損傷を回避するために、フェールセーフ制御が働き、２ＷＤ状態となり、４ＷＤ機能が失われてしまう場合がある。
このため、実施例では、上記のような主駆動輪６Ｌ、６Ｒが大きく空転してしまう状況において、過大なトルクが入力された場合に、エンジン２のエンジントルクを最適に制御すると同時に、電子制御式のカップリング９のカップリングトルクを最適に制御することで、カップリング９の発熱を抑制し、これにより、４ＷＤ機構の損傷を回避し、また、フェールセーフ制御の作動頻度を抑え、４ＷＤ機能の維持を実現させることを可能とする。

この発明の実施例によれば、回転速度差検出手段１４により検出された主駆動輪６Ｌ、６Ｒと副駆動輪１１Ｌ、１１Ｒとの回転速度差（ΔＮ）が設定値以上である場合に、エンジン制御手段１３によりエンジントルク量が低減される第一低減制御を実行し、その後、この第一低減制御が第１の設定時間Ａ以上継続して実行されたと判定した場合には、カップリング制御手段１５によりカップリング９が伝達する伝達量が低減される第二低減制御を実行し、第二低減制御が第１の設定時間Ａよりも大きい第２の設定時間Ｂ以上継続して実行されたと判定した場合には、第二低減制御を終了する。
これにより、主駆動輪６Ｌ、６Ｒの空転を検出した際に、エンジン制御手段１３とカップリング制御手段１５との協調制御により、４ＷＤ状態を維持したまま、カップリング９の発熱を抑制することができる。
また、前記第一低減制御の実行中において、回転速度差検出手段１４により検出された回転速度差（ΔＮ）が設定値以下又はエンジン制御手段１３により検出されたエンジン回転数が所定値以下である状態が所定時間継続した場合に、第一低減制御の終了にかけて、規制されているエンジントルクを運転者が要求するエンジントルクヘと徐々に回復させる。
これにより、エンジントルク制限終了時には規制されているエンジントルクを運転者が要求するエンジントルクヘと回復させるため、早期に運転者が要求する走行状態にすることができる。また、規制中のエンジントルクを第一低減制御の終了にかけて徐々に変化させて行き、第一低減制御終了時の車両１の挙動変化を抑制することができる。

この発明に係る車両用駆動力配分制御装置を、４輪駆動車のみならず、２輪用や３輪用等の他の各種車両に適用可能である。

１ 車両
２ エンジン
３ 変速機
４ 駆動力配分制御装置
５ トランスファ
６Ｌ 左側主駆動輪
６Ｒ 右側主駆動輪
９ カップリング
１０ 差動機
１１Ｌ 左側副駆動輪
１１Ｒ 右側副駆動輪
１３ エンジン制御手段（ＥＣＵ）
１４ 回転速度差検出手段（ＡＢＳ）
１５ カップリング制御手段（４ＷＤ）
１６ 変速機制御手段（ＡＴ）
１９Ｌ 左側主駆動輪速度検出センサ
１９Ｒ 右側主駆動輪速度検出センサ
２０Ｌ 左側副駆動輪速度検出センサ
２０Ｒ 右側副駆動輪速度検出センサ

Claims (2)

1. 四輪駆動車の主副駆動輪におけるエンジンの駆動力の配分を制御する車両用駆動力配分制御装置であって、
   前記エンジンからの駆動力の伝達量を可変するカップリングと、
   前記エンジンの駆動力が主に伝達される主駆動輪と、
   前記カップリングを介して前記エンジンからの駆動力が伝達される副駆動輪と、
   前記エンジンのエンジントルクを制御するエンジン制御手段と、
   前記主駆動輪と前記副駆動輪との回転速度差を検出する回転速度差検出手段と、
   前記回転速度差検出手段により検出された回転速度差に応じて前記カップリングが伝達する伝達量を制御するカップリング制御手段とを備えた車両用駆動力配分制御装置において、
   前記回転速度差検出手段により検出された回転速度差が設定値以上である場合に、
   前記エンジン制御手段によりエンジントルク量が低減される第一低減制御を実行し、
   その後、前記第一低減制御が第１の設定時間以上継続して実行されたと判定した場合には、前記カップリング制御手段により前記カップリングが伝達する伝達量が低減される第二低減制御を実行し、
   そして、前記第二低減制御が前記第１の設定時間よりも大きい第２の設定時間以上継続して実行されたと判定した場合には、前記第二低減制御を終了することを特徴とする車両用駆動力配分制御装置。
2. 前記第一低減制御の実行中において、前記回転速度差検出手段により検出された回転速度差が設定値以下又は前記エンジン制御手段により検出されたエンジン回転数が所定値以下である状態が所定時間継続した場合に、前記第一低減制御の終了にかけて、規制されているエンジントルクを運転者が要求するエンジントルクヘと徐々に回復させることを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動力配分制御装置。

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