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JP3004283B2 - 4輪駆動車の不等トルク配分制御装置 - Google Patents

4輪駆動車の不等トルク配分制御装置

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Publication number
JP3004283B2
JP3004283B2 JP1222365A JP22236589A JP3004283B2 JP 3004283 B2 JP3004283 B2 JP 3004283B2 JP 1222365 A JP1222365 A JP 1222365A JP 22236589 A JP22236589 A JP 22236589A JP 3004283 B2 JP3004283 B2 JP 3004283B2
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JP
Japan
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slip ratio
torque distribution
rear wheel
torque
wheel
Prior art date
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JP1222365A
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一成 手塚
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Subaru Corp
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Fuji Jukogyo KK
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Publication date
Application filed by Fuji Jukogyo KK filed Critical Fuji Jukogyo KK
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Priority to US07/556,734 priority patent/US5070961A/en
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    • B60K23/08Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for changing number of driven wheels, for switching from driving one axle to driving two or more axles
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    • B60W2540/18Steering angle

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement And Driving Of Transmission Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、センターディファレンシャル装置付でトル
クスプリット制御される4輪駆動車において、前後輪の
トルク配分を走行条件に応じてアクティブに不等配分す
る不等トルク配分制御に関し、詳しくは、後輪スリップ
率の算出値と目標値とによる制御に関する。
〔従来の技術〕
一般にフルタイム式の4輪駆動車として、センターデ
ィファレンシャル装置を備え、このセンターディファレ
ンシャル装置に差動制限用油圧クラッチを付設し、この
差動制限トルクを電子制御して前後輪のトルク配分を可
変にすることで、4輪駆動車の直進安定性,加速性の他
に、更に動力運転性能の向上を図ることが提案されてい
る。ここで、トルク配分を可変に制御するためには、セ
ンターディファレンシャル装置において予め前後輪の基
準トルクを不等配分にする必要があり、この場合に前輪
重視と後輪重視との2つの方式が考えられる。従って、
前輪重視ではフロントエンジン・フロントドライブ(F
F)傾向になり、直進安定性はよいがドリフトアウト傾
向となり、極限状態における旋回性能は必ずしもよくな
い。逆に後輪重視ではフロントエンジン・リヤドライブ
(FR)傾向になって、高μ路での回頭感,旋回性能およ
び操縦性はよいがスピンが生じ易く、特に低μ路では直
進安定性に欠ける。一方、4輪駆動車においての最大の
不都合は4輪の同時スリップであり、この場合は操縦不
能になることから常に回避する必要がある。この4輪の
同時スリップ防止に関し、後輪重視のトルク配分にセッ
ティングし、むしろ常に後輪を先にスリップさせて4輪
スリップを防ぎ、安全性を確保することが望まれる。
また、4輪駆動車の直進安定性は駆動力が4輪に分散
するため、4つの各車輪では駆動力が少ない分だけ横力
に余裕が生じ、これに伴い安定性が向上するのである。
従って、上述の後輪重視のトルク配分で安定性を確保す
るには、後輪の横力を高く保持する必要がある。
ところで、駆動力と横力は車輪のグリップ力の範囲で
相反する要素であり、これは路面,タイヤの摩擦係数に
伴うスリップ率により大きく変化する。特に、所定のス
リップ率(10〜20%)以上の領域では、駆動力と共に横
力が著しく低下して安定性を損うため、後輪のスリップ
率がこの所定のスリップ率を越えないように制御する。
また、所定のスリップ率以下では、横力の低下に応じて
前輪側にトルク配分制御すれば、後輪スリップを防止し
て駆動力が確保されるのであり、こうして後輪側スリッ
プ率に基づいてトルク配分制御することが望まれる。
そこで従来、上記4輪駆動車のトルク配分制御に関し
ては、例えば特開昭62−55228号公報,特開昭62−26153
9号公報,特開昭63−8026号公報の先行技術がある。こ
こで、センターディファレンシャル装置にシンプルプラ
ネタリギヤを用いて基準トルク配分を不等配分化する。
また、前後輪の回転数差,またはそれを車速と舵角とで
補正した所定値との関係で差動制限装置のトルク容量を
制御することが示されている。
更に、車輪スリップ率を用いたトルク配分に関し、例
えば特開昭63−170129号公報の先行技術があり、駆動輪
のスリップ率が高い路面駆動力を得る目標スリップ率に
一致するようにトルク配分することが示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上記先行技術のものにあっては、シングル
プラネタリギヤ式のセンターディファレンシャル装置で
あるため、トルク配分比がサンギヤとリングギヤとの径
の比により決定され、この形状に限界があることから、
充分後輪に片寄った不等トルク配分に定めることは難し
い。このため、トルク配分制御域も狭い。
また、基本的には前後輪の回転数差によりトルク配分
を制御する方法であるから、センターディファレンシャ
ル装置のディファレンシャルロック的制御になる。従っ
て、路面に対する車輪のスリップ状態は判断されず、ス
リップ状態に対応して安定性,操縦性を適正化するよう
なアクティブなトルク配分制御ができない。更に、低摩
擦路(低μ路)において前後輪スリップ状態で走行する
ような場合で、回転数差が小さい条件では制御できない
等の問題がある。
更に、第4の先行技術のものは、駆動輪のスリップ率
をμ−s特性で10〜20%の駆動力最大の目標スリップ率
に制御するため、走破性のみ重視した特性になり、安定
性等は欠けていて一般車両として好ましくない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、充分に後輪偏重のトルク配分の車両
の後輪スリップ率により、スリップ状態に応じてトルク
配分制御して適切に走破性,安定性等を発揮し、更に走
行状態に応じた目標スリップ率も加味して直進安定性,
操縦性等を向上することが可能な4輪駆動車の不等トル
ク配分制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の4輪駆動車の不等
トルク配分制御装置は、基準トルク配分を後輪偏重の不
等トルク配分に定めるセンターディファレンシャル装置
を備え、上記センターディファレンシャル装置に対し、
後輪から前輪にトルク移動してトルク配分制御する差動
制限装置をバイパスして設けたセンターディファレンシ
ャル装置付き4輪駆動車において、上記センターディフ
ァレンシャル装置を、前輪より先に後輪がスリップする
ように上記基準トルク配分を後輪偏重に設定したギヤ列
で構成するとともに、後輪の実スリップ率を算出する後
輪スリップ率算出手段と、車両の旋回状態に応じて目標
後輪スリップ率を設定する目標スリップ率設定手段と、
上記実スリップ率と上記目標スリップ率の偏差の大きさ
に応じて上記差動制限装置における差動制限トルクを可
変に設定する差動制限トルク設定手段と、上記差動制限
トルクに応じて上記差動制限装置を駆動する駆動手段と
を備えたことを特徴としている。
〔作用〕
上記構成に基づき、車両走行時には、動力はセンター
ディファレンシャル装置により後輪偏重のトルク配分に
分配される。そして後輪スリップ率が算出され、高摩擦
路(高μ路)でそのスリップ率が小さい場合はセンター
ディファレンシャル装置がフリーで、その基準トルク配
分で前後輪に動力伝達し、FR車的特性も発揮される。ま
た、低μ路では常に先に後輪がスリップして、算出され
た後輪スリップ率と各走行状態に応じた目標スリップ率
との偏差により差動制限トルクを定めてトルク配分制御
されることで、スリップ回避による安定性と各走行状態
に適した回頭感,旋回性,直進安定性等も合わせて発揮
される。
〔実 施 例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図において、センターディファレンシャル付4輪
駆動車の駆動系の概要について述べると、符号1はエン
ジン、2はクラッチ、3は変速機であり、変速機出力軸
4がセンターディファレンシャル装置20に入力する。セ
ンターディファレンシャル装置20から前方にフロントド
ライブ軸5が、後方にリヤドライブ軸6が出力し、フロ
ントドライブ軸5は、フロントディファレンシャル装置
7,車軸8を介して左右の前輪9に連結し、リヤドライブ
軸6は、プロペラ軸10,リヤディファレンシャル装置11,
車軸12を介して左右の後輪13に連結して、伝動構成され
る。
センターディファレンシャル装置20は、複合プラネタ
リギヤ式であり、出力軸4に連結する第1のサンギヤ21
と、リヤドライブ軸6に連結する第2のサンギヤ22とを
有し、同軸的に連結したピニオン群23の第1,第2のピニ
オンギヤ23a,23bが、第1,第2のサンギヤ21,22に噛合
う。そしてピニオン群23を軸支するキャリヤ24が出力軸
4に回転自在に支持されたリダクションドライブギヤ25
に結合し、リダクションドライブギヤ25がフロントドラ
イブ軸5のリダクションドリブンギヤ26に噛合って成
る。
こうして変速機出力軸4の動力が、第1のサンギヤ21
に入力してピニオン群23を遊星回転させ、これに伴いキ
ャリヤ24からリダクションドライブギヤ25,リダクショ
ンドリブンギヤ26,フロントドライブ軸5等を介して前
輪側と、第2のサンギヤ22からプロペラ軸10等を介して
後輪側に、所定の基準トルク配分で分割して伝達する。
また旋回時の前後輪の回転数差を、ピニオン群23の遊星
回転により吸収するようになっている。
ここで、センターディファレンシャル装置20によるト
ルク配分について詳記すると、複合プラネタリギヤ式で
あり、第1のサンギヤ21と第1のピニオンギヤ23aが、
第2のサンギヤ22と第2のピニオンギヤ23bが、それぞ
れ噛合っている。従って、前輪側トルクTFと後輪側ト
ルクTRは、入力トルクTiに対しこれら4つのギヤの噛
合いピッチ円半径で自由に設定されることになり、この
ため基準トルク配分を、例えば TF:TR≒34:66 のように充分に後輪偏重に設定することが可能になる。
また、上記センターディファレンシャル装置20には差
動制限用油圧クラッチ27が付設され、この油圧クラッチ
27は、例えばセンターディファレンシャル装置20の直後
方でドラム27aをキャリヤ24に、ハブ27bをリヤドライブ
軸6に結合して同軸上に配置される。そして油圧クラッ
チ27に差動制限トルクTcが生じると、差動制限トルクTc
に応じて後輪側から前輪側にバイパスしてトルク移動
し、前後輪トルク配分を、上述の後輪偏重から直結のデ
ィファレンシャルロック状態にまで可変に制御する。
ここで、フロントエンジンの搭載により車両の静的重
量配分は、例えば WF:WR≒62:38 のようになっており、直結時には、この重量配分WF:WR
に応じたトルク配分となる。従って、差動制限トルクTc
により前後輪トルク配分は、後輪偏重の基準トルク配分
から直結時のトルク配分の範囲で制御されることにな
る。
次いで、油圧クラッチ27の油圧制御系について述べ
る。
符号30はオイルポンプであり、変速機3が自動変速機
の場合はその自動変速用のものであり、レギュレータ弁
31で調圧されたライン圧油路32が、クラッチ制御弁33,
油路34を介して油圧クラッチ27に連通する。また、ライ
ン圧油路32は、パイロット弁35,オリフィス36を有する
油路37によりデューティソレノイド弁38に連通し、デュ
ーティソレノイド弁38によるデューティ圧が油路39を介
してクラッチ制御弁33の制御側に作用するようになって
いる。こうして、デューティソレノイド弁38のデューテ
ィ圧によりクラッチ制御弁33を動作することで、油圧ク
ラッチ27のクラッチ圧と共に差動制限トルクTcが可変に
制御される。
更に、電子制御系について述べるが、先ず基本的制御
方法について述べる。
本発明の制御方法は、後輪偏重で常に先にスリップす
る後輪のスリップ率が目標スリップ率となるようにトル
ク配分をフィードバック制御するものであり、スリップ
率Sは、対地車速V,タイヤ半径r,後輪角速度ωRを用い
て、以下のように表わされる。
S=(r・ωR−V)/(r・ωR) ここで、約3:7の不等トルク配分で後輪スリップ率S
がS<Saの略線型領域内で制御される場合は、前輪のス
リップ率Sは常に小さくて車速と近似的に同一とするこ
とができる。即ち、前輪角速度ωF、タイヤ半径rとす
ると、 V≒r・ωF になる。従って、上述のスリップ率Sは以下のように表
わせる。
S=(r・ωR−r・ωF)/(r・ωR) =(ωR−ωF)/ωR 一方、目標スリップ率は舵角,車速,あるいは横加速
度等を考慮して定めることで、適正化し得る。
このことから、電子制御系において前輪回転数センサ
40,後輪回転数センサ41,舵角センサ42,横加速度センサ4
3を有する。前輪回転数センサ40,後輪回転数センサ41に
よる前輪角速度ωF,後輪角速度ωRは制御ユニット50の
後輪スリップ率算出手段51に入力し、後輪スリップ率S
を前輪角速度ωF,後輪角速度ωRを用いて上述の式によ
り算出する。また前輪角速度ωF,後輪角速度ωRは車速
算出手段52に入力し、両者の平均値により車速Vを算出
するのであり、この車速Vと舵角センサ42,横加速度セ
ンサ43の舵角ψ,横加速度Gが目標スリップ率設定手段
53に入力する。
目標スリップ率設定手段53は、高速安定性,旋回時の
回頭性および旋回性能を向上するように目標スリップ率
Sdを定めて、上述の実スリップ率Sを補正するものであ
る。そこで車速V,舵角ψに対し、目標スリップ率Sdが第
2図(a)のようになり、低速大転舵では目標スリップ
率Sdが大きく回頭感の向上を重視し、高速小転舵では目
標スリップ率Sdが小さく設定され高速安定性を向上させ
る。また他の設定方法として横加速度Gの発生状態か
ら、横加速度Gに対し、目標スリップ率Sdが第2図
(b)に示すようになり、横加速度Gの増大に応じて目
標スリップ率Sdが山形の特性に設定される。これによ
り、横加速度Gが小さい旋回初期は目標スリップ率Sdが
小さくて前輪寄りトルク配分により安定性を有し、実際
に旋回開始して横加速度Gが大きくなると、目標スリッ
プ率Sdの増大で後輪寄りトルク配分に移行して回頭性が
生じる。そして旋回後半で横加速度Gが更に増大する
と、再び目標スリップ率Sdの減少で前輪寄りトルク配分
に戻り、安定性と共に限界横加速度も増すことになり、
こうして安定かつ操縦性のよい状態で旋回することが可
能になる。
そして後輪スリップ率S,目標スリップ率Sdは偏差算出
手段54に入力して、偏差ΔSをΔS=S−Sdにより算出
する。偏差ΔSは差動制限トルク設定手段55に入力し、
差動制限トルクTcを定める。ここで差動制限トルクTc
は、偏差ΔSに対しΔSb<ΔS<ΔSaの制御域で第2図
(c)に示すように、増大関数で設定されており、この
マップを検索して差動制限トルクTcを設定する。この差
動制限トルクTcは制御量設定手段56に入力して、差動制
限トルクTcに応じたデューティ比Dに変換され、このデ
ューティ信号が駆動手段57を介してデューティソレノイ
ド弁38に出力するようになっている。
次いで、かかる構成の不等トルク配分制御装置の作用
を、第3図のフローチャートと第4図の特性図を用いて
述べる。
先ず、車両走行時にエンジン1の動力がクラッチ2を
介して変速機3に入力し、変速動力がセンターディファ
レンシャル装置20の第1のサンギヤ21に入力する。ここ
で、センターディファレンシャル装置20の各歯車諸元に
より基準トルク配分が、TF:TR=34:66に設定されてい
ることで、変速動力がこのトルク配分でキャリヤ24と第
2のサンギヤ22とに分配して出力される。
一方、このとき前輪回転数センサ40,後輪回転数セン
サ41で前輪角速度ωF,後輪角速度ωRが検出され、これ
が制御ユニット50の後輪スリップ率算出手段51に入力
し、車速に近似的な前輪角速度ωFを用いて後輪スリッ
プ率Sが算出される。
他方、目標スリップ率設定手段53で車速Vと舵角ψと
により目標スリップ率Sdがマップ検索されている。ここ
で目標スリップ率Sdは、横加速度Gに応じて設定しても
よい。次に偏差算出手段54で、後輪スリップ率Sと目標
スリップ率Sdとの偏差ΔSが求められる。
そこで、高μ路の走行条件でΔS≦Sbのほとんどスリ
ップしない場合は、差動制限トルク設定手段55でTc=0
に設定され、これに応じたデューティ比Dの大きい信号
がデューティソレノイド弁38に入力する。このため、油
圧制御系においてデューティソレノイド弁38による略零
のデューティ圧がクラッチ制御弁33に入力してドレン側
に切換えることで、油圧クラッチ27はTc=0の解放状態
になる。
そこで、センターディファレンシャル装置20のトルク
配分に基づき、34%のトルクが、キャリヤ24からリダク
ションドライブギヤ25,リダクションドリブンギヤ26,フ
ロントドライブ軸5以降の前輪9に伝達し、66%のトル
クが、リヤドライブ軸6以降の後輪13に伝達し、第4図
に示されるように、点P1のような後輪偏重の4輪駆動走
行となる。そしてこのトルク配分ではFR車的になって、
回頭感が良好に発揮される。
また、センターディファレンシャル装置20はフリーの
ため、旋回時には、前後輪の回転数差に応じてピニオン
群23が遊星回転してその回転数差を完全に吸収するので
あり、こうして自由に旋回することが可能になる。
次いで、低μ路の走行条件では、常に先に後輪13がス
リップして、算出された後輪スリップ率Sと目標スリッ
プ率Sdとの偏差ΔSが例えばΔSb<ΔS<ΔSaの制御域
内のΔS2で後輪13による安定性が失われるようになる
と、ΔS2に応じた差動制限トルクTc2が設定されて、油
圧クラッチ27に差動制限トルクTc2が生じる。そこで、
センターディファレンシャル装置20の差動は、制限され
た差動制限トルクTc2に応じて後輪13から前輪9に後輪
スリップ回避分のトルクが移動し、トルク配分は第4図
に示されるように、点P2のようにTF:TR=TF2:TR
なる。こうして後輪13は、必要最小限のトルクが減じて
スリップを回避し、横力の増大で安定性も増すようにな
り、全体的駆動力は一定に保持される。
一方、ΔS≧ΔSaの場合で極度に不安定になると、油
圧クラッチ27の差動制限トルクTcは最大になる。このた
め、センターディファレンシャル装置20はディファレン
シャルロックされて直結式4輪駆動走行になり、この場
合のトルク配分は第4図に示されるように、点P3のよう
にWF:WRになって、走破性,脱出性等が最大限発揮され
るのである。
以上、本発明の実施例について述べたが、これに限定
されない。
〔発明の効果〕
以上述べてきたように、本発明によれば、 センターディファレンシャル装置付で充分な後輪偏重
の不等トルク配分制御であるから、4輪駆動車の安定し
た操縦安定性の他に、FR車的な回頭感,旋回性能も発揮
し得る。
さらに、後輪偏重のトルク配分であることで常に先に
スリップする後輪のスリップ率を算出し、このスリップ
率と走行状態に応じた目標スリップ率との偏差で差動制
限トルクを設定してトルク配分制御するので、スリップ
回避による安定性と各種走行状態に応じて性能を共に生
じ得る。
さらにまた、目標スリップ率は車速と舵角,あるいは
横加速度で与えられて後輪スリップ率を補正するので、
高速安定性,旋回時の回頭感,旋回性能が更に向上す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の4輪駆動車の不等トルク配分制御装置
の実施例を示す構成図、 第2図(a),(b)は車速,舵角,横加速度に対する
目標スリップ率のマップを示す図,(c)はスリップ率
偏差に対する差動制限トルクの特性図、 第3図は不等トルク配分制御の作用のフローチャート
図、 第4図は不等トルク配分制御状態を示す特性図である。 3……変速機、9……前輪、13……後輪、20……センタ
ーディファレンシャル装置、27……差動制限用油圧クラ
ッチ、33……クラッチ制御弁、38……デューティソレノ
イド弁、50……制御ユニット、51……後輪スリップ率算
出手段、53……目標スリップ率設定手段、54……偏差算
出手段、55……差動制限トルク設定手段

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準トルク配分を後輪偏重の不等トルク配
    分に定めるセンターディファレンシャル装置を備え、上
    記センターディファレンシャル装置に対し、後輪から前
    輪にトルク移動してトルク配分制御する差動制限装置を
    バイパスして設けたセンターディファレンシャル装置付
    き4輪駆動車において、 上記センターディファレンシャル装置を、前輪より先に
    後輪がスリップするように上記基準トルク配分を後輪偏
    重に設定したギヤ列で構成するとともに、 後輪の実スリップ率を算出する後輪スリップ率算出手段
    と、車両の旋回状態に応じて目標後輪スリップ率を設定
    する目標スリップ率設定手段と、上記実スリップ率と上
    記目標スリップ率の偏差の大きさに応じて上記差動制限
    装置における差動制限トルクを可変に設定する差動制限
    トルク設定手段と、上記差動制限トルクに応じて上記差
    動制限装置を駆動する駆動手段とを備えたことを特徴と
    する4輪駆動車の不等トルク配分制御装置。
  2. 【請求項2】上記目標スリップ率設定手段は、車速と舵
    角とにより車両の旋回状態を特定することを特徴とする
    請求項1記載の4輪駆動車の不等トルク配分制御装置。
  3. 【請求項3】上記目標スリップ率設定手段は、上記車速
    に対して減少関数で、上記舵角に対して増大関数で目標
    後輪スリップ率を設定することを特徴とする請求項2記
    載の4輪駆動車の不等トルク配分制御装置。
  4. 【請求項4】上記目標スリップ率設定手段は、横加速度
    により車両の旋回状態を特定することを特徴とする請求
    項1記載の4輪駆動車の不等トルク配分制御装置。
  5. 【請求項5】上記目標スリップ率設定手段は、上記横加
    速度に対して上に凸の関数で目標後輪スリップ率を設定
    することを特徴とする請求項4記載の4輪駆動車の不等
    トルク配分制御装置。
JP1222365A 1989-08-28 1989-08-28 4輪駆動車の不等トルク配分制御装置 Expired - Lifetime JP3004283B2 (ja)

Priority Applications (4)

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