JP2005162097A - ４輪駆動車の動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両重量の増加や製造コストの高騰を未然に回避した上で、車両の旋回特性を的確に制御できる４輪駆動車の動力伝達装置を提供する。
【解決手段】 電子制御カップリング８によりリアデフ９側に分配される動力を制御し、リアデフ９に装備したトルク感応型差動制限機構９ｃによる差動制限力を調整する。差動制限力に応じて車両に旋回を促進する方向又は旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させ、これにより車両のアンダーステアやオーバーステアを抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は４輪駆動車の動力伝達装置に関するものである。

近年、電子制御式オンディマンド４輪駆動車が広く実用化されている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１に記載の４輪駆動車はＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車をベースとし、エンジンからの動力を自動変速機を介して前輪に出力すると共に、同エンジンの動力の一部をトランスファクラッチを介して後輪側に分配するように構成されている。後輪への動力伝達量はトランスファクラッチの係合力を制御することで調整され、これにより前後輪の動力配分を変化させて車両の走行状態に応じた適切な車両挙動、例えば操舵初期の回頭性、急加速時のスリップ抑制、減速時の安定性等を実現している。
特開２００２−１２７７７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された動力伝達装置は、前後輪の動力配分のみを調整できるに過ぎないため、車両の旋回特性の制御、即ち車両のアンダーステアやオーバーステアを制御するには限界があった。このため当該制御を目的とした制動力制御装置やトラクション制御装置等を併用する必要が生じ、全体としての装置及び制御が複雑化して、車両重量の増加や製造コストの高騰等の問題を引き起こしていた。

本発明の目的は、車両重量の増加や製造コストの高騰を未然に回避した上で、車両の旋回特性を的確に制御することができる４輪駆動車の動力伝達装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、前後輪の一方に常時動力が伝達される車両の前後輪の他方に動力を伝達する動力伝達機構と、動力伝達機構を制御して前後輪の他方に伝達される動力を調整する動力伝達制御手段と、前後輪の他方の左右輪間に配設され、動力伝達機構から前後輪の他方へ伝達された動力を該左右輪へ分配する差動装置とを備えた４輪駆動車の動力伝達装置において、差動装置が、入力される動力に応じて左右輪間に差動制限力を発生するトルク感応型差動制限機能付差動装置であり、動力伝達制御手段が、車両の運転状態に応じて動力伝達機構から差動装置へ伝達される動力を制御するものである。

従って、前後輪の一方には常時動力が伝達され、前後輪の他方には動力伝達制御手段の制御に応じた動力が動力伝達機構を介して伝達されて差動装置により左右輪へ分配される。動力伝達制御手段による動力の制御は車両の運転状態に応じて行われ、それに伴ってトルク感応型差動制限機能付差動装置に入力される動力が変化すると、動力変化に応じた差動制限力が左右輪間に発生する。

車両の旋回中においては左右輪間に発生する差動制限力に応じて旋回内輪側と旋回外輪側への動力配分が変化し、それに応じて車両には旋回を抑制する方向のヨーモーメントや旋回を促進する方向のヨーモーメントが発生するため、結果として差動装置へ伝達する動力に応じて車両の旋回特性を的確に制御可能となる。
よって、車両の旋回特性の制御を目的とした制動力制御装置やトラクション制御装置等が不要となるため、これらの装置を装備することによる車両重量の増加や製造コストの高騰が未然に防止される。

請求項２の発明は、請求項１において、動力伝達制御手段は、車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段を有し、旋回状態検出手段により検出された旋回状態に応じて動力伝達機構を制御するものである。
従って、車両の旋回状態、例えば現在の車両がアンダーステア状態かオーバーステア状態かに応じて動力伝達制御手段により動力伝達機構が制御されるため、現在の車両の旋回状態に対して適切な方向のヨーモーメントを発生可能となる。

請求項３の発明は、請求項２において、動力伝達制御手段が、車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるときには差動装置へ伝達される動力を減少させ、車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるときには差動装置へ伝達される動力を増大させるものである。

車両の旋回中において前後輪の他方の旋回内輪がグリップしている領域では、差動装置の差動制限力が大きいほど旋回内輪へ分配される動力が増大して車両の旋回を抑制するヨーモーメントが発生する。従って、旋回内輪がグリップしている領域内で差動制限力を制御する場合、車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるには、差動装置へ伝達される動力を減少させて差動制限力を減少させ、一方、車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるには、差動装置へ伝達される動力を増大させて差動制限力を増大させればよい。

請求項４の発明は、請求項２において、動力伝達制御手段は、車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるときには差動装置へ伝達される動力を増大させ、車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるときには差動装置へ伝達される動力を減少させるものである。

車両の旋回中において、通常では前後輪の他方の旋回内輪が同他方の旋回外輪よりも回転速度が小さいため、このときに差動装置へ伝達される動力を増大させて差動制限力を発生させると高速側の旋回外輪から低速側の旋回内輪へと動力伝達が行われ、旋回内輪に作用する駆動力が旋回外輪に作用する駆動力よりも大きくなる。この状態から更に差動装置へ伝達される動力を増大させて差動制限力を増大させると、該旋回内輪は、駆動力の増大に伴いスリップが生じて旋回外輪よりも回転速度が大きくなるため、差動制限力により高速側の旋回内輪から低速側の旋回外輪へと動力が伝達されて、旋回外輪に作用する駆動力が旋回内輪に作用する駆動力よりも大きくなり、該左右輪問の駆動力配分により車両の旋回を促進する方向のヨーモーメントが発生する。このように車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるには、差動装置へ伝達される動力を増大させればよい。一方、車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるには、差動装置へ伝達される動力を減少させて差動制限力の減少に伴い旋回内輪に作用する駆動力を増大させればよい。

請求項５の発明は、請求項２において、動力伝達制御手段が、車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるときには差動装置へ伝達される動力を所定値以上に設定し、車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるときには差動装置へ伝達される動力を所定値未満に設定するものである。

車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるには、差動装置へ伝達される動力を所定値以上に設定すればよく、旋回内輪に作用する駆動力を増大させて旋回内輪をスリップさせて旋回内輪の回転速度を増大させた上で差動制限を行うことにより旋回外輪に作用する駆動力が増大される。一方、車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるには、差動装置へ伝達される動力を所定値未満に設定すればよく、旋回内輪がスリップすることなく差動制限が行われて旋回内輪に作用する駆動力が増大される。

請求項６の発明は、請求項２乃至５において、動力伝達制御手段が、車両の運転状態又は走行状態の少なくとも一方に基づき設定される目標動力伝達量に応じて動力伝達機構を制御するものである。
従って、車両の運転状態又は走行状態の少なくとも一方に基づいて目標動力伝達量が設定されるため、車両の運転状態や走行状態を反映した動力伝達機構の制御が可能となる。

請求項７の発明は、請求項６において、動力伝達制御手段が、車両の実ヨーレートと車両の運転状態に基づき設定される目標ヨーレートとに基づき目標動力伝達量を設定するものである。
従って、実ヨーレートと車両の運転状態から求めた目標ヨーレートとに基づいて目標動力伝達量が設定されるため、車両の運転状態を反映した動力伝達機構の制御が可能となる。

請求項８の発明は、請求項５において、所定値を、車両の旋回時に差動制限力により旋回を促進するヨーモーメントを発生するために必要な差動装置への境界動力伝達量としたものである。
従って、旋回を促進するヨーモーメントを発生するために必要な値として境界動力伝達量が設定されていることから、車両に旋回を促進するヨーモーメントや旋回を抑制するヨーモーメントを確実に発生でき、動力伝達機構を的確に制御可能となる。

請求項９の発明は、請求項８において、動力伝達制御手段が、車両の運転状態又は走行状態の少なくとも一方に応じて目標動力伝達量を設定し、車両の旋回状態、目標動力伝達量、及び境界動力伝達量に応じて動力伝達機構を制御するものである。
従って、車両の旋回状態及び境界動力伝達量に加えて、車両の運転状態又は走行状態の少なくとも一方に基づいて設定された目標動力伝達量に応じて動力伝達機構が制御されるため、車両の運転状態や走行状態を反映した動力伝達機構の制御が可能となる。

請求項１０の発明は、請求項９において、動力伝達制御手段が、車両の旋回状態、目標動力伝達量、境界動力伝達量、及び動力伝達機構により伝達可能な最大動力伝達量に応じて動力伝達機構を制御するものである。
従って、車両の旋回状態、目標動力伝達量、及び境界動力伝達量に加えて、動力伝達機構により伝達可能な最大動力伝達量に応じて動力伝達機構が制御されるため、最大動力伝達量を越えた不適切な動力伝達機構の制御が未然に防止される。

請求項１１の発明は、請求項１乃至１０において、動力伝達機構が、前後輪の一方へ伝達される動力の動力源からの動力を分配して差動装置へ伝達するものである。
従って、動力源からの動力が前後輪の一方に伝達されると共に、その動力源の動力が動力伝達機構により分配されて差動装置へ伝達され、簡素な構成により単一の動力源で前後輪を駆動する動力伝達装置が実現される。

請求項１２の発明は、請求項１１において、動力伝達制御手段が、前後輪の一方の回転速度が前後輪の他方の回転速度よりも小さいとき、又は動力源の出力動力が設定される差動装置への動力伝達量よりも小さいときには、差動装置への動力伝達を禁止するものである。
従って、前後輪の一方の回転速度が前後輪の他方の回転速度よりも小さいときには、動力伝達機構を介して前後輪の他方へ動力を伝達できず、一方、設定される差動装置への動力伝達量よりも動力源の出力動力が小さいときには、動力伝達量に相当する動力を差動装置に伝達することができず、差動装置へ伝達される動力に伴う差動制限が適正に行われずに車両に適切なヨーモーメントを与えることができない。このような状況では差動装置への動力伝達が禁止されるため、これらの不具合を未然に防止可能となる。

請求項１３の発明は、請求項１乃至１０において、動力伝達機構が、前後輪の一方へ伝達される動力の動力源とは異なる第２の動力源からの動力を差動装置へ伝達するものである。
従って、動力源からの動力が前後輪の一方に伝達されると共に、その動力源とは異なる第２の動力源からの動力が差動装置へ伝達され、簡素な構成により異なる動力源で前後輪を駆動する動力伝達装置が実現される。

以上説明したように請求項１の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、車両重量の増加や製造コストの高騰を未然に回避した上で、車両の旋回特性を的確に制御することができる。
請求項２の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項１に加えて、車両の旋回状態に対して適切な方向のヨーモーメントを発生させて、車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。

請求項３の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項２に加えて、前後輪の他方の旋回内輪に作用する駆動力を増減させて車両に適切なヨーモーメントを発生でき、車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。
請求項４及び５の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項２に加えて、前後輪の他方の旋回外輪に作用する駆動力を増減させて車両に適切なヨーモーメントを発生でき、車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。

請求項６，７の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項２乃至５に加えて、目標動力伝達量に基づいて車両の運転状態や走行状態を反映した動力伝達機構の制御を実現でき、車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。
請求項８の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項５に加えて、境界動力伝達量に基づいて車両に適切なヨーモーメントを確実に発生でき、車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。

請求項９の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項８に加えて、目標動力伝達量に基づいて車両の運転状態や走行状態車両の運転状態を反映した動力伝達機構の制御を実現でき、車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。
請求項１０の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項９に加えて、最大動力伝達量を越えた不適切な動力伝達機構の制御を未然に防止でき、車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。

請求項１１の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項１乃至１０に加えて、簡素な構成により単一の動力源で前後輪を駆動する動力伝達装置を実現することができる。
請求項１２の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項１１に加えて、前後輪の他方に動力を伝達不能なときに動力伝達を禁止し、不適切な状況で動力伝達したときの不具合を未然に防止することができる。

請求項１３の発明の４輪駆動車の動力伝達装置によれば、請求項１乃至１０に加えて、簡素な構成により異なる動力源で前後輪を駆動する動力伝達装置を実現することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明をＦＦ車ベースの電子制御式オンディマンド４輪駆動車の動力伝達装置に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態の４輪駆動車の動力伝達装置を示す全体構成図である。横置き配置されたエンジン１（動力源）には自動変速機２が接続され、自動変速機２の出力ギア２ａにはフロントディファレンシャル３（以下、フロントデフという）のリングギア３ａが噛合している。フロントデフ３のサイドギア３ｂはそれぞれドライブシャフト４を介して左右の前輪５ａと接続され、エンジン１からの動力がフロントデフ３を介して前輪５ａに伝達される。フロントデフ３のデフケース３ｃにはパワーテイクオフ・ユニット６（以下、ＰＴＵという）のリングギア６ａが接続され、リングギア６ａにはフロントプロペラシャフト７１の前端に設けられたピニオンギア７ａが噛合している。尚、自動変速機２、フロントデフ３、ＰＴＵ６は共通のケーシング内に組み付けられている。

フロントプロペラシャフト７１の後部とリアプロペラシャフト７２の後部との間には電子制御カップリング８（動力伝達機構）が設けられ、リアプロペラシャフト７２の後端に設けられたピニオンギア７ｂはリアディファレンシャル９（差動装置であり、以下、リアデフという）のリングギア９ａと噛合し、リアデフ９のサイドギア９ｂはそれぞれドライブシャフト１０を介して左右の後輪５ｂと接続されている。

電子制御カップリング８は、内蔵している電磁クラッチ８ａの係合力を調整することによりフロントプロペラシャフト７１とリアプロペラシャフト７２との間で伝達される動力を制御して、リアデフ９に分配される動力を制御し得る。この電子制御カップリング８の作用により、車両の前輪５ａ及び後輪５ｂに対するエンジン１の動力の配分は、例えば１００：０〜５０：５０の間で任意に調整可能となっている。

又、上記リアデフ９としてトルク感応型リミテッドスリップデフ（以下、ＬＳＤという）が装備されている。当該ＬＳＤ９はリアプロペラシャフト７２を介して入力されるトルクに応じて差動制限力を発生させて左右輪間の差動制限を行うトルク感応型差動制限機構９ｃを備えて構成されている。尚、トルク感応型差動制限機構９ｃとしてはヘリカルギア式やカム式等の周知の構成が用いられている。

一方、車両の室内には、４ＷＤ用ＥＣＵ１１（動力伝達制御手段）がエンジン制御用ＥＣＵ、変速制御用ＥＣＵ、ＡＢＳ制御用ＥＣＵ等と共に設置されており、この４ＷＤ用ＥＣＵ１１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ＥＣＵ１１の入力側には、車両の前後加速度Ｇxを検出する前後加速度センサ１２、車両の横加速度Ｇyを検出する横加速度センサ１３、車両のヨーレートＹr（実ヨーレート）を検出するヨーレートセンサ１４（旋回状態検出手段）、車両の各輪の車輪速Ｖfl、Ｖfr、Ｖrl、Ｖrrを検出する車輪速センサ１５ａ〜１５ｄ、操舵角Ｓtを検出する操舵角センサ１６、ブレーキ操作情報Ｂkを検出するブレーキセンサ１７、パーキングブレーキ操作情報Ｐbkを検出するパーキングブレーキセンサ１８等の各種センサ類が接続されると共に、エンジン制御用ＥＣＵ１９、及びＡＢＳ制御用ＥＣＵ２０が接続されている。又、４ＷＤ用ＥＣＵ１１の出力側には、上記電子制御カップリング８の電磁クラッチ８ａ等の各種デバイス類が接続されている。

４ＷＤ用ＥＣＵ１１は上記各種センサからの検出情報に基づいて電子制御カップリング８の電磁クラッチ８ａの係合力を制御する。当該制御は、前後輪５ａ，５ｂの適切な動力分配により操舵初期の回頭性、急加速時のスリップ抑制、減速時の安定性等を実現する電子制御式オンディマンド４輪駆動車の一般的な目的のために実行されると共に、加えて本実施形態では、リアデフ９への入力トルク制御により当該リアデフ９の差動制限力を調整して、車両旋回時のアンダーステアやオーバーステアを抑制するためのも実行される。後者の制御は車両旋回中に要求されるため、例えば操舵角Ｓtや車両のヨーレートＹr等に基づいて旋回中と判定したときに後者の制御に切換え、それ以外では前者の制御に切換える。尚、前者の制御については、例えば先行技術として説明した特開２００２−１２７７７２号公報のものと同様であるため、詳細な説明は省略し、以下、後者の制御について詳述する。

リアデフ９への入力トルクは、図２のブロック図に示す手順に従って後輪出力トルクＴoutとして算出される。当該算出処理には上記各種センサからの検出情報に加えて車両固有の値として車両定数が適用され、この車両定数として、電子制御カップリング８によりリアデフ９側に伝達可能な最大トルクＴmax（最大動力伝達量）、ＬＳＤ特性Lsd（例えば、入力トルクに対する差動制限力の特性等）、車両緒元Sv（例えば、車両重量ＷやホイールベースＬ等）が予め設定されている。

前後加速度センサ１２により検出された前後加速度Ｇx、及び車輪速センサ１５a〜１５dにより検出された各輪の車輪速Ｖfl、Ｖfr、Ｖrl、Ｖrrは車体速演算部３１に入力され、車体速演算部３１はこれらの情報に基づいて車体速Ｖbを算出する。この車体速Ｖb４の演算では、例えば特許第３０６３６２８号明細書に記載された手法が採られる。詳細は説明しないが、当該車体速Ｖbの算出処理では、各輪の車輪速のうち、３番目に速い車輪速、例えば車両の旋回時には後内輪の車輪速に基づいて車体速Ｖbを算出し、何れかの車輪がスリップしている場合には前後加速度Ｇxに基づいて車体速Ｖbを算出している。

車体速演算部３１で算出された車体速Ｖb、及び操舵角センサ１６により検出された操舵角Ｓtは基準ヨーレート演算部３２に入力され、基準ヨーレート演算部３２はこれらの情報に基づいて基準ヨーレートＹrs（目標ヨーレート）を次式(1)に従って算出する。
Ｙrs＝Ｓt×Ｖb／（１＋Ａ×Ｖb²）／Ｌ……(1)
ここに、Ａは車両のスタビリティファクタ、Ｌはホイールベースであり、得られた基準ヨーレートＹrsは現在の車体速Ｖb及び操舵角Ｓtを前提とした理想的なヨーレートを意味する。

基準ヨーレート演算部３２で算出された基準ヨーレートＹrs、及びヨーレートセンサ１４により検出された実ヨーレートＹrは目標トルク設定部３３に入力され、目標トルク設定部３３はこれらの情報に基づいてリアデフ９に入力する目標トルクＴtgt（目標動力伝達量）を算出する。目標トルクＴtgtは車両のヨーモーメントを変化させて実際のヨーレートＹrを基準ヨーレートＹrsに修正するために要するリアデフ９への入力トルクとして算出される。具体的には図中のマップに示すように、基準ヨーレートＹrsと実ヨーレートＹrと差が０付近では不感帯として目標トルクＴtgtが０に設定され、差の絶対値が所定値以上の領域では、差の絶対値の増加に比例して目標トルクＴtgtを増加方向に設定している。

一方、前後加速度センサ１２により検出された前後加速度Ｇx、横加速度センサ１３により検出された横加速度Ｇy、操舵角センサ１６により検出された操舵角Ｓt、ヨーレートセンサ１４により検出されたヨーレートＹr、車体速演算部３１で算出された車体速Ｖbは路面μ推定部３４に入力され、路面μ推定部３４はこれらの情報に基づいて路面摩擦係数Ｍyuを推定する。

路面摩擦係数Ｍyuの推定処理は、例えば実公平６−１８２７６号公報等により周知の手法であるため、詳細は説明しないが、旋回中の車両の横滑りの発生状況が路面摩擦係数と相関することに着目し、車両旋回時の車速や操舵角等から演算式に従って横加速度推定値を算出し、算出した横加速度推定値とセンサ検出値である横加速度実測値との比に基づいて路面の摩擦係数を求めている。例えば、横加速度推定値と横加速度実測値との比がほぼ１の場合には、車両の横滑りが発生せずに路面の摩擦係数が高いと見なし、比が１より小さくて横滑りが発生しているときには、比に応じた路面の摩擦係数であると見なしている。

車両定数としての車両緒元Sv、前後加速度センサ１２により検出された前後加速度Ｇx、及び横加速度センサ１３により検出された横加速度Ｇyは内輪荷重演算部３５に入力され、内輪荷重演算部３５はこれらの情報に基づいて後内輪荷重Ｗriを算出する。後内輪荷重Ｗriは車両の旋回内側の後輪である後内輪に作用する荷重を意味し、以下の手順で算出している。

旋回に伴って車両の前後輪５ａ，５bに作用する荷重は車両静止時から変化しており、まず、前輪５ａと後輪５ｂとの間の荷重移動量である前後荷重移動量ΔＷxを次式(2)に従って求める。
ΔＷx＝Ｗ×Ｇx×ｈg／Ｌ ……(2)
ここに、Ｗは車両重量、ｈgは重心高、Ｌはホイールベースであり、これらは上記車両緒元Ｓvとして予め設定されたものである。

又、左右後輪間の荷重移動量である左右荷重移動量ΔＷyrを次式(3)に従って求める。
ΔＷyr＝Ｗ×Ｇy×｛ｈs/（１＋Ｋf/Ｋr−Ｗ×ｈs/Ｋr）＋Ｌf×ｈr/Ｌ｝／Ｔr …(3)
ここに、Ｔrは後輪トレッド、ｈsは重心高−重心位置のロール高、Ｋfは前輪ロール剛性、Ｋrは後輪ロール剛性、Ｌfは前輪車軸と重心との距離、ｈrは後輪ロールセンタ高であり、これらは上記車両緒元Ｓvとして予め設定されたものである。

次いで、後内輪荷重Ｗriを次式(4)に従って求める。
Ｗri＝（Ｗr×９．８＋ΔＷx）／２−ΔＷyr ……(4)
ここに、Ｗrは後輪の静止分担荷重である。
一方、上記路面μ推定部３４で推定された路面摩擦係数Ｍyu、内輪荷重演算部３５で算出された後内輪荷重Ｗri、車両定数として設定されたＬＳＤ特性Lsdは最小トルク演算部３６に入力され、最小トルク演算部３６はこれらの情報に基づいて最小トルクＴc（所定値、境界動力伝達量）を算出する。上記のようにリアデフ９にはトルク感応型差動制限機構９ｃにより入力トルクに応じた差動制限力が作用し、差動制限力に応じて旋回内輪側である後内輪のスリップにより車両の旋回モーメントが変化するが、当該最小トルクＴcは、後内輪をスリップさせるために要する最小限の入力トルクとして算出される。

即ち、図３は車両旋回中の左右後輪５ｂの駆動力発生状況を示す説明図であり、例えば図に示す右旋回では旋回外側である左後輪５ｂの荷重が増加し、旋回内側である右後輪５ｂの荷重が減少する。ここで、電子制御カップリング８を介してリアデフ９に入力された動力はＬＳＤ特性Ｌsdに従って左右後輪５ｂに分配され、通常のグリップ走行時にはより回転速度が高い旋回外輪からトルク感応型差動制限機構９ｃを介して回転速度が低い旋回内輪へトルク移動されることで、右後輪５ｂ側に高い駆動力が発生している。そして、この状態からリアデフ９への入力トルクを次第に増加させると、ＬＳＤ９の差動制限力が増大して右後輪５ｂの駆動力が次第に増加し、右後輪５ｂの駆動力が右後輪５ｂの荷重と路面摩擦係数Ｍyuとから決定されるグリップ力を上回るため、右後輪５ｂはスリップし始めてグリップを急減させる。このときの境界の入力トルクとして最小トルクＴcが設定されているのである。

従って、リアデフ９に最小トルクＴc以上のトルクを入力すれば、後内輪５ｂをスリップさせて後内輪５ｂの回転速度を後外輪５bの回転速度よりも大きくすることができる。この状態において差動制限を行うと後内輪５ｂから後外輪５ｂへとトルク移動が行われて、車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生可能となる。逆にリアデフ９に最小トルクＴc未満のトルクを入力すれば、後内輪５ｂをグリップさせた状態で差動制限を行うことにより車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生可能となる。

最小トルク演算部３６により算出された最小トルクＴc、基準ヨーレート演算部３２により算出された基準ヨーレートＹrs、目標トルク設定部３３により算出された目標トルクＴtgt、車両定数として設定されたリアデフ９側に伝達可能な最大トルクＴmax、及びヨーレートセンサ１４により検出されたヨーレートＹrは出力トルク設定部３７に入力され、出力トルク設定部３７はこれらの情報に基づいて電子制御カップリング８を介してリアデフ９側に出力する後輪出力トルクＴoutを算出する。

基本的に後輪出力トルクＴoutは目標トルクＴtgtとして設定されるが、上記トルク感応型ＬＳＤ９ｃの特性を利用したヨーモーメントの発生原理に起因して、適切な方向にヨーモーメントを発生不能な場合が存在する。そこで、出力トルク設定部３７の詳細を示す図４のように、最大トルクＴmaxと最小トルクＴcとの大小関係、及び車両の旋回状態（アンダーステア状態かオーバーステア状態か）に応じて後輪出力トルクＴoutの設定を異にしている。尚、このときの車両の旋回状態とはニュートラルステアを基準としたものではなく、基準ヨーレートＹrsに対する実際のヨーレートＹrの変化方向を示す。

以下、図４に基づいて説明すると、最大トルクＴmaxが最小トルクＴc以上（Ｔmax≧Ｔc）の場合には、上記のようにリアデフ９への入力トルクを最小トルクＴc以上として車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させることも、入力トルクを最小トルクＴc未満として旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させることも可能である。

従って、最大トルクＴmaxが最小トルクＴc以上（Ｔmax≧Ｔc）のときに、旋回中の車両がアンダーステア状態（Ｙr＜Ｙrs）であれば、最小トルクＴcから最大トルクＴmaxの範囲内で後輪出力トルクＴoutを設定する。例えば、最小トルクＴc未満の目標トルクＴtgtが算出されているときには後輪出力トルクＴoutとして最小トルクＴcを設定し、最小トルクＴcから最大トルクＴmaxの間の目標トルクＴtgtが算出されているときには後輪出力トルクＴoutとして目標トルクＴtgtを設定し、最大トルクＴmaxを越える目標トルクＴtgtが算出されているときには後輪出力トルクＴoutとして最大トルクＴmaxを設定する。これにより車両には旋回を促進する方向のヨーモーメントが発生してアンダーステアが抑制される。

又、最大トルクＴmaxが最小トルクＴc以上（Ｔmax≧Ｔc）のときに、旋回中の車両がオーバーステア状態（Ｙr＞Ｙrs）であれば、最小トルクＴc未満で後輪出力トルクＴoutを設定する。例えば、最小トルクＴc未満の目標トルクＴtgtが算出されているときには後輪出力トルクＴoutとして目標トルクＴtgtを設定し、最小トルクＴc以上の目標トルクＴtgtが算出されているときには後輪出力トルクＴoutとして最小トルクＴcより小さい値を設定する。これにより車両には旋回を抑制する方向のヨーモーメントが発生してオーバーステアが抑制される。

一方、これに対して最大トルクＴmaxが最小トルクＴc未満（Ｔmax＜Ｔc）の場合には、最小トルクＴc以上の入力トルクを要する旋回を促進するヨーモーメントの発生は不可能となり、旋回を抑制するヨーモーメントのみが発生可能となる。
従って、最大トルクＴmaxが最小トルクＴc未満（Ｔmax＜Ｔc）のときに、旋回中の車両がアンダーステア状態（Ｙr＜Ｙrs）であれば、車両のヨーモーメントを修正不能と見なして後輪出力トルクＴoutを０に制限する。

又、最大トルクＴmaxが最小トルクＴc未満（Ｔmax＜Ｔc）のときに、旋回中の車両がオーバーステア状態（Ｙr＞Ｙrs）であれば、最大トルクＴmax未満で後輪出力トルクＴoutを設定する。例えば、最大トルクＴmax未満の目標トルクＴtgtが算出されているときには後輪出力トルクＴoutとして目標トルクＴtgtを設定し、最大トルクＴmax以上の目標トルクＴtgtが算出されているときには後輪出力トルクＴoutとして最大トルクＴmaxを設定する。即ち、このときの理想的な後輪出力トルクＴoutの設定範囲の上限は最小トルクＴcであるが、達成可能な後輪出力トルクＴoutが最大トルクＴmax以下に制限されているため、最大トルクＴmaxを上限として後輪出力トルクＴoutを設定しているのである。これにより車両のオーバーステアが抑制される。

一方、図２に示すように各輪の車輪速Ｖfl、Ｖfr、Ｖrl、Ｖrrは前後輪速演算部３８に入力され、前後輪速演算部３８ではこれらの情報に基づいて次式(5)，(6)に従って前輪速Ｖf及び後輪速Ｖrを算出する。
Ｖf＝（Ｖfl＋Ｖfr）／２ ……(5)
Ｖr＝（Ｖrl＋Ｖrr）／２ ……(6)

上記出力トルク設定部３７で算出された後輪出力トルクＴout、前後輪速演算部３８で算出された前後輪速Ｖf，Ｖr、エンジン制御用ＥＣＵ１９から入力された現在のエンジントルクＴe、ブレーキセンサ１７により検出されたブレーキ操作情報Ｂk、パーキングブレーキセンサ１８により検出されたパーキングブレーキ操作情報Ｐbk、ＡＢＳ制御用ＥＣＵ２０から入力されたＡＢＳモニタＡbs（ＡＢＳシステムの作動情報）は出力制限部３９に入力され、出力制限部３９では、以下に示す１）〜５）の全ての条件が成立しないときには、入力された後輪出力トルクＴoutをそのまま出力し、何れかの条件が成立するときには、後輪出力トルクＴoutを０に制限した上で出力する。

１）前輪速Ｖfが後輪速Ｖr未満であるとき（Ｖf＜Ｖr）。
２）後輪出力トルクＴoutがエンジントルクＴeを越えるとき（Ｔout＞Ｔe）。
３）ブレーキが操作中であるとき（Ｂk＝オン）。
４）パーキングブレーキが操作中であるとき（Ｐbk＝オン）。
５）ＡＢＳが作動中であるとき（Ａbs＝オン）。

即ち、上記条件１）が成立しているときには、フロントプロペラシャフト７１からリアプロペラシャフト７２への動力伝達が実施できずに、エンジン１の動力を電子制御カップリング８を介して後輪５ｂ側に分配できない。結果としてリアデフ９への入力トルクをコントロールできずに、上記トルク感応型ＬＳＤ９の特性を利用したヨーモーメントの修正を実行不能なことを意味するため、当該制御を中止している。

上記条件２）が成立しているときには、エンジントルクＴeを越える後輪出力トルクＴoutをリアデフ９に入力することは不可能であり、車両の運転状態に応じて適切な差動制限力を発生させることができずに、車両の旋回挙動を悪化させる虞があるため、当該制御を中止している。
上記条件３）のブレーキ、条件４）のパーキングブレーキ、条件５）のＡＢＳは共にリアデフ９へのトルク入力に対して外乱として作用して適切な制御が望めないため、当該制御を中止している。

以上のようにして算出された後輪出力トルクＴoutに基づいて電子制御カップリング８の係合力が制御される。即ち、後輪出力トルクＴout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電磁クラッチ８ａが励磁されて電子制御カップリング８の係合力が制御され、結果としてリアデフ９には後輪出力トルクＴoutに相当するトルクが入力される。この入力トルクの制御に基づき図３に示す特性に従ってトルク感応型差動制限機構９ｃによりリアデフ９に差動制限力が作用し、旋回中の車両がアンダーステア状態にあるときには車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させて、アンダーステアの抑制により旋回性を向上させることができ、旋回中の車両がオーバーステア状態にあるときには車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させて、オーバーステアの抑制により安定性を向上させることができる。

このように本実施形態の４輪駆動車の動力伝達装置は、車両旋回時において一般的な旋回特性の制御を目的とした制動力制御装置やトラクション制御装置と同様の機能を奏することから、これらの装置を省略することができる。そして、当該動力伝達装置の構成は、前輪５ａを駆動するエンジン１の動力の一部を電子制御カップリング８により後輪５ｂ側に分配する通常の電子制御式オンディマンド４輪駆動車と基本的に同じであり、トルク感応型ＬＳＤ９及び図２に相当する４ＷＤ用ＥＣＵ１１の制御を追加しただけの簡素なものであるため、結果として車両重量の増加や製造コストの高騰を未然に回避した上で、車両の旋回特性を的確に制御することができる。

又、出力トルク設定部３７では、実際のヨーレートＹr及び基準ヨーレートＹrsから車両がアンダーステア状態であるかオーバーステア状態であるかを判定し、その判定結果に基づいて後輪出力トルクＴoutを設定しているため、車両の旋回状態に対して常に適切な方向のヨーモーメントを発生でき、ひいては車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。

更に、出力トルク設定部３７では、実際のヨーレートＹr及び車両の運転状態に応じた理想値である基準ヨーレートＹrsから求めた目標トルクＴtgtに基づいて後輪出力トルクＴoutを設定しているため、車両の運転状態を反映した電子制御カップリング８の制御を実現でき、この点も車両の旋回特性の的確な制御に貢献する。

一方、本実施形態では、旋回中の車両の後内輪をスリップ又はグリップさせることにより車両に発生するヨーモーメントを旋回抑制側又は旋回促進側に切換えると共に、出力トルク設定部３７では、旋回中の車両の後内輪をスリップさせるために要する最小トルクＴcを境界として後輪出力トルクＴoutを設定しているため、車両に旋回を促進するヨーモーメントや旋回を抑制するヨーモーメントを確実に発生でき、ひいては車両の旋回特性を一層的確に制御することができる。

ところで、このように後内輪のスリップ領域とグリップ領域との間でリアデフ９の差動制限力を制御するのに代えて、旋回内輪のグリップ領域内で差動制限力を制御することも可能であり、この場合には図３に基づいて説明したようにリアデフ９の差動制限力が大きいほど後内輪へ分配されるトルクが増大して車両の旋回を抑制するヨーモーメントが発生することから、車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるには、リアデフ９への入力トルクを減少させて差動制限力を減少させ、一方、車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるには、リアデフ９への入力トルクを増大させて差動制限力を増大させればよい。このように制御した場合であっても本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

又、上記出力トルク設定部３７では、目標トルクＴtgtや最小トルクＴcに加えてリアデフ９側に伝達可能な最大トルクＴmaxを考慮した上で後輪出力トルクＴoutを設定しているため、最大トルクＴmaxを越えた不適切な後輪出力トルクＴoutの設定、ひいては不適切な電子制御カップリング８の制御を未然に防止できるという効果もある。
加えて、出力制限部３９では、予め設定した条件１）〜５）に基づいてリアデフ９へのトルク入力を禁止し、例えば前後輪５ａ，５ｂの回転差或いはエンジントルクＴeの不足に起因して後輪５ｂ側へ適正な動力を分配することが不能な場合には制御を中止しているため、このような不適切な状況で動力伝達したときの不具合を未然に防止することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明をＦＦ車に後輪駆動用のモータを付加したハイブリッド式４輪駆動車の動力伝達装置に具体化した第２実施形態を説明する。本実施形態の４輪駆動車は第１実施形態と同一構成の箇所が多いため、構成が共通する個所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。

図５は本実施形態の４輪駆動車の動力伝達装置を示す全体構成図である。前輪側はＦＦ車と全く同様の構成となっており、エンジン１からの動力が自動変速機２、フロントデフ３、ドライブシャフト４を介して左右の前輪５ａに伝達される。

一方、後輪５ｂ側を駆動するためのモータ５１（第２の動力源）は車体の後部に設置され、モータ５１の出力軸５１ａには減速機構５２が接続されている。減速機構５２の出力ギア５２ａはトルク感応型差動制限機構９ｃを備えたリアデフ９のリングギア９ａと噛合し、リアデフ９のサイドギア９ｂはそれぞれドライブシャフト１０を介して左右の後輪５ｂと接続されている。このように構成された４輪駆動車では、前輪５ａへの動力がエンジン出力の範囲内で調整可能であり、後輪５ｂへの動力がモータ出力の範囲内で調整可能となっている。

以上のように構成された本実施形態の４輪駆動車の動力伝達装置では、上記第１実施形態と同じく図２に示す手順に従って４ＷＤ用ＥＣＵ１１が後輪出力トルクＴoutを設定し、当該後輪出力トルクＴoutに基づいて電子制御カップリング８の係合力を制御する代わりにモータ５１の出力を制御する。尚、本実施形態では、前輪５ａ側のエンジン１とは関係なくモータ５１によりリアデフ９への入力トルクが制御されることから、第１実施形態で述べた後輪５ｂ側への動力分配に伴う条件１）及び２）の不具合は発生せず、これらの条件に基づく出力制限は適用されない。尚、最大トルクＴmaxはモータ５１により出力可能な最大出力トルクに設定される。

重複する説明はしないが、結果として第１実施形態と同様にリアデフ９への入力トルクを調整することによりリアデフ９の差動制限力が調整されて車両の旋回特性を的確に制御できると共に、ＦＦ車に後輪駆動用のモータ５１及び減速機構５２を追加しただけの簡素な構成であり、且つ、制動力制御装置やトラクション制御装置を省略できるため、車両重量の増加や製造コストの高騰を未然に回避することができる。

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、上記第１実施形態ではＦＦ車ベースの電子制御式オンディマンド４輪駆動車に適用し、第２実施形態ではＦＦ車に後輪駆動用のモータ５１を付加したハイブリッド式４輪駆動車に適用し、それぞれリアデフ９の差動制限力を調整して車両に適切なヨーモーメントを発生させたが、差動制限力の調整は後輪５ｂ側に代えて前輪５ａ側で行うように構成してもよい。即ち、ＦＲ車ベースの電子制御式オンディマンド４輪駆動車やＦＲ車に前輪駆動用のモータを付加したハイブリッド式４輪駆動車として構成して、フロントデフへの入力トルク制御によりフロントデフの差動制限力を調整するようにしてもよい。

又、上記各実施形態では、基準ヨーレートＹrsと実ヨーレートＹrに基づきリヤデフ９(又はフロントデフ)に入力する目標トルクＴtgtを設定する構成としたが、これに限定されることなく、車体速演算部３１で算出される車体速Ｖb、横加速度センサ１３により検出される横加速度Ｇyや操舵角センサ１６により検出される操舵角Ｓtと車体速Ｖbとから求められる計算横加速度等の走行状態、又は車体速Ｖb、操舵角Ｓt、スロットル開度(アクセル開度)等の運転状態に応じて目標トルクＴtgtを設定するような構成としてもよい。

第１実施形態の４輪駆動車の動力伝達装置を示す全体構成図である。 後輪出力トルクの算出手順を示すブロック図である。 車両旋回中の左右後輪の駆動力発生状況を示す説明図である。 出力トルク設定部の詳細を示すブロック図である。 第２実施形態の４輪駆動車の動力伝達装置を示す全体構成図である。

符号の説明

１ エンジン(動力源)
５ａ 前輪
５ｂ 後輪
８ 電子制御カップリング（動力伝達機構）
９ リアデフ（差動装置）
１１ ４ＷＤ用ＥＣＵ（動力伝達制御手段）
１４ ヨーレートセンサ(旋回状態検出手段）
５１ モータ（第２の動力源）
Ｙr ヨーレート（実ヨーレート）
Ｙrs 基準ヨーレート（目標ヨーレート）
Ｔc 最小トルク（所定値、境界動力伝達量）
Ｔtgt 目標トルク（目標動力伝達量）
Ｔmax 最大トルク（最大動力伝達量）

Claims (13)

1. 前後輪の一方に常時動力が伝達される車両の上記前後輪の他方に動力を伝達する動力伝達機構と、
   上記動力伝達機構を制御して上記前後輪の他方に伝達される動力を調整する動力伝達制御手段と、
   上記前後輪の他方の左右輪間に配設され、上記動力伝達機構から上記前後輪の他方へ伝達された動力を該左右輪へ分配する差動装置と
   を備えた４輪駆動車の動力伝達装置において、
   上記差動装置が、入力される動力に応じて左右輪間に差動制限力を発生するトルク感応型差動制限機能付差動装置であり、
   上記動力伝達制御手段は、上記車両の運転状態に応じて上記動力伝達機構から上記差動装置へ伝達される動力を制御することを特徴とする４輪駆動車の動力伝達装置。
2. 上記動力伝達制御手段は、上記車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段を有し、該旋回状態検出手段により検出された旋回状態に応じて上記動力伝達機構を制御することを特徴とする請求項１記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
3. 上記動力伝達制御手段は、上記車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるときには上記差動装置へ伝達される動力を減少させ、上記車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるときには上記差動装置へ伝達される動力を増大させることを特徴とする請求項２記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
4. 上記動力伝達制御手段は、上記車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるときには上記差動装置へ伝達される動力を増大させ、上記車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるときには上記差動装置へ伝達される動力を減少させることを特徴とする請求項２記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
5. 上記動力伝達制御手段は、上記車両に旋回を促進する方向のヨーモーメントを発生させるときには上記差動装置へ伝達される動力を所定値以上に設定し、上記車両に旋回を抑制する方向のヨーモーメントを発生させるときには上記差動装置へ伝達される動力を上記所定値未満に設定することを特徴とする請求項２記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
6. 上記動力伝達制御手段は、上記車両の運転状態又は走行状態の少なくとも一方に基づき設定される目標動力伝達量に応じて上記動力伝達機構を制御することを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
7. 上記動力伝達制御手段は、上記車両の実ヨーレートと上記車両の運転状態に基づき設定される目標ヨーレートとに基づき上記目標動力伝達量を設定することを特徴とする請求項６記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
8. 上記所定値は、上記車両の旋回時に上記差動制限力により旋回を促進するヨーモーメントを発生するために必要な上記差動装置への境界動力伝達量であることを特徴とする請求項５記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
9. 上記動力伝達制御手段は、上記車両の運転状態又は走行状態の少なくとも一方に応じて目標動力伝達量を設定し、上記車両の旋回状態、上記目標動力伝達量、及び上記境界動力伝達量に応じて上記動力伝達機構を制御することを特徴とする請求項８記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
10. 上記動力伝達制御手段は、上記車両の旋回状態、上記目標動力伝達量、上記境界動力伝達量、及び上記動力伝達機構により伝達可能な最大動力伝達量に応じて上記動力伝達機構を制御することを特徴とする請求項９記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
11. 上記動力伝達機構は、上記前後輪の一方へ伝達される動力の動力源からの動力を分配して上記差動装置へ伝達することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
12. 上記動力伝達制御手段は、上記前後輪の一方の回転速度が前後輪の他方の回転速度よりも小さいとき、又は上記動力源の出力動力が設定される上記差動装置への動力伝達量よりも小さいときには、上記差動装置への動力伝達を禁止することを特徴とする請求項１１記載の４輪駆動車の動力伝達装置。
13. 上記動力伝達機構は、上記前後輪の一方へ伝達される動力の動力源とは異なる第２の動力源からの動力を上記差動装置へ伝達することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の４輪駆動車の動力伝達装置。

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