JPH0818503B2 - 前後輪係合機構を備えた４輪駆動車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 前車輪及び後車輪の回転数比よりスリップを検出して
前後輪係合機構を制御するスリップ防止制御可能な４輪
駆動車に関する。

〔従来の技術〕

一般に、自動車走行においては、前輪駆動の方が後輪
駆動に比して直進安定性が良いが、コーナリング時に
は、戻ろうとするタイヤにハンドルで力を加えなければ
ならないので、前輪駆動の場合曲がりにくい傾向があ
る。その点、後輪駆動の方が曲がり易いが、駆動力が強
すぎると、回り過ぎてしまう欠点がある。そこで、前輪
と後輪半々位の力で駆動するのが自動車走行上理想的で
あり、その点、４輪駆動車は極めて優れている。

ところで、自動車の左右の車輪は、コーナリングの際
に旋回半径が異なるので、この影響を吸収し、スムーズ
にコーナリングを行うために、旋回半径の差に応じて左
右の車輪の回転数差を吸収する機構、すなわちデフ機構
（フロントデフ、リアデフ）を備えている。この旋回半
径の差は、前輪と後輪との間にも生じるので、４輪駆動
車においては、旋回半径の差に応じて前輪と後輪の回転
数差を吸収する機構、すなわちセンターデフ機構を備え
たものが提案されている。

しかしながら、このセンターデフ機構は、前輪と後輪
のトルクを均等な比率に分配する機能を有するため、駆
動力伝達限界は、前輪あるいは後輪のうちの駆動力の低
い方の値にバランスすることとなる。例えば、前輪の一
方が空転すると、駆動エネルギーはそこに逃げてしま
い、後輪の駆動力は極めて小さくなってしまう。このた
め、センターデフ付４輪駆動車は、センターデフ無し４
輪駆動車に比べて、路面摩擦係数が低い時などに伝達駆
動力が劣ることがある。このことは、例えば加速時のよ
うに大きな駆動力を発生させた時に、駆動力を充分に路
面に伝達できず、前輪或いは後輪のスリップ（空転）な
どの現象として現れる。

このような悪影響を防止するために、従来、前輪と後
輪間の差動制限をセンターデフを介することなく直結さ
せるロック機構を設け、加速時或いは悪路走行時のよう
な大きな駆動力を必要とする時は、センターデフ機構を
手動でロックさせ、大きな駆動力を必要としない通常走
行時には、手動でロックを解除していた。

第10図はエンジンをフロント側に載置したセンターデ
フ付フルタイム式４輪駆動車の駆動力伝達機構を説明す
るための図である。この駆動力伝達機構では、エンジン
からの動力が自動変速機30内に配置されたトルクコンバ
ータ31、主変速機32、及び副変速機33に伝達され、その
出力が駆動歯車34、次いで該駆動歯車34を介して前輪駆
動軸36に伝達され、前輪が駆動される。ここで、フロン
トデフ機構35は、前輪の右側車輪と左側車輪の間の差動
機構である。一方、後輪駆動用プロペラシャフト37は傘
歯車38を介して、前後輪の間の差動機構であるところの
センターデフ機構39に連結され、該センターデフ機構39
は後輪伝達装置40に結合されている。さらに、該センタ
ーデフ機構39と並列的にセンターデフロック用クラッチ
41を配置している。従って、油圧回路42によって該クラ
ッチ41の係合状態を制御することによって、センターデ
フのロックが制御される。

一般に、４輪駆動車としては、上記フルタイム式４輪
駆動車に対してパートタイム式４輪駆動車がある。これ
は、センターデフがなく通常は前輪又は後輪のどちらか
を駆動し、雪道等の駆動力が必要な場合に適宜残りの車
輪を駆動軸にクラッチ等を介して直結させて２輪駆動と
４輪駆動との切換えを断続的に行うものである。

ところで、従来、タイトコーナーブレーキング現象や
スリップを回避しようとする提案が、例えば特開昭57−
134330号公報になされている。これは、パートタイム式
４輪駆動車に関するものであり、前輪及び後輪の回転数
差よりスリップを検出して前輪と後輪とを接続するクラ
ッチの断続を制御し、前輪駆動と４輪駆動との自動切り
換えを行っている。具体的には、前輪及び後輪の各車輪
回転数を検出し、これらの回転数差が予め設定された値
より大きい場合には、前輪と後輪とを接続するクラッチ
を作動させ、前輪駆動から４輪駆動に切り換えてスリッ
プを回避しようとするものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の技術では、スリップ判断の
精度が悪く、むしろ、実際にスリップが発生していても
それを検出できず、逆にスリップが発生する走行状態で
はないのにスリップを検出するような誤判断が行われる
という問題がある。すなわち、スリップしない限界の回
転数差は、一般に第９図のｌに示すように車速が小さい
領域ではステアリング角の影響を受けて車速と共に増大
し、車速が約20km/h付近からは遠心力が大きくなるため
急速に減少するという関係がある。そのため、上記従来
の技術のように、回転数差の設定値を一定例えば基準線
Ｌに設定して、スリップの判断を行うと、斜線部の領域
で誤判断を行うことになる。

本発明は、上記の問題点を解決するものであって、前
輪の回転数及び後輪の回転数から精度良くスリップを検
出でき、前後輪係合機構を効果的に制御できる前後輪係
合機構を備えた４輪駆動車を提供することを目的とする
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明は、係合度を制御することによって
前輪と後輪との間の差動制限を直結からスリップ領域を
通して解放まで制御可能になった前後輪係合機構を備え
た４輪駆動車において、設定された係合度で前後輪係合
機構を駆動する係合手段、車両の走行状態を検出する検
出手段、及び低車速域において一定の回転数比とするス
リップ限界値を予め設定して記憶し前記検出手段の検出
信号から回転数比を求めて該回転数比が前記スリップ限
界値より大きいとき前記前後輪係合機構の係合度を高く
するように前記係合手段を制御する制御手段を備えたこ
とを特徴とするものである。

〔作用および発明の効果〕

本発明の前後輪係合機構を備えた４輪駆動車では、低
車速域においては前後輪の回転数比のスリップ限界値が
一定となることに着目することによって、スリップ限界
値として一定の回転数比を設定して記憶し、回転数比が
スリップ限界値より大きいとき前後輪係合機構の係合度
を高くしているので、低車速域において制御を簡単なも
のとしながら車輪のスリップ防止を確実に行うことがで
きる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の前後輪係合機構を備えた４輪駆動車
の１実施例を説明するためのブロック構成図、第２図は
スリップ発生限界の回転数比を示す図、第３図はステア
リング角によるスリップ限界の回転数比を示す図、第４
図は車速によるスリップ限界の回転数比を示す図であ
る。

第１図において、１はステアリングセンサー、２は前
輪回転センサー、３は後輪回転センサー、４は車速セン
サー、５〜８はインターフェース、９は制御装置（コン
ピュータ）、10はソレノイド駆動回路、11は調圧ソレノ
イドを示す。インターフェース５〜８は、各センサーの
出力信号を制御装置９で処理可能な信号にするものであ
り、例えばセンサーの出力信号がアナログ信号である場
合にはA/D変換処理を行い、センサーの出力信号がパル
ス信号である場合には波形成形処理を行う。制御装置９
は、各センサーの出力信号を入力して演算処理し、スリ
ップの判定を行ってソレノイド駆動回路10を制御するも
のであり、例えば処理プログラムやスリップの判定に必
要なテーブルなどを格納するメモリと演算処理手段とを
備えたコンピュータである。

次に制御装置９で行うスリップ判定の処理を説明す
る。本発明の制御装置では、第２図に示すように車速が
凡そ20km/h付近までは前後輪の回転数比ｒ（N_f/N_r）が
１＜ｒ＜１＋α（ただしα＜１）、さらに車速が大きく
なったところでは１＜ｒ＜曲線ａの領域（イ）から外れ
るとスリップと判定する。なお、αの値は第３図に示す
グラフに基づいて設定され、曲線ａは第４図に示すグラ
フに基づいて設定される。すなわちステアリング角を０
゜から720゜まで変化させた場合におけるスリップ限界
の回転数比は、ステアリング角が大きくなると旋回半径
の差が大きくなるため第３図に示すようにステアリング
角と共に大きくなり、車速を徐々に上げた場合における
スリップ限界の回転数比は、車速が増し遠心力が増すと
車輪でのグリップ力が小さくなるため第４図に示すよう
に凡そ20km/h付近の車速より急激に小さくなる。これら
の図から明らかなようにスリップ限界の回転数比は、車
速が凡そ20km/h付近を越えると車速に大きく依存する
が、それより小さい車速ではステアリング角に依存す
る。第２図に示すαの値は、ステアリング角すなわち第
３図によって決まることになり、ステアリング角720゜
でのスリップ限界の領域を示している。従って、例えば
ステアリング角が510゜でのαの値は0.1になり、ステア
リング角が360゜でのαの値は0.05になる。このような
スリップ判定の処理を行うため、制御装置９では、第３
図及び第４図に示すマップ（テーブル）をメモリに格納
している。

第５図は制御装置の具体的な機能構成を示すブロック
図、第６図は制御装置による処理の流れの例を示す図で
ある。

第５図において、21は車速演算部、22はステアリング
角演算部、23は前輪回転数演算部、24は後輪回転数演算
部、25は車速による回転数比設定部、26はステアリング
角による回転数比設定部、27は回転数比演算部、28はス
リップ領域判定部、29は油圧設定部を示す。車速による
回転数比設定部25は、第４図に示すマップ（テーブル）
を有しこのマップから車速に対応する回転数比を求める
ものであり、ステアリング角による回転数比設定部26
は、第３図に示すマップを有しこのマップからステアリ
ング角に対応する回転数比を求める（車速が大きい場合
には無視できる大きな値とする）ものであり、これらの
回転数比のうち小さい方の回転数比を選択するのがスリ
ップ領域判定部28である。そして、油圧設定部29は、ス
リップ領域判定部28で得られた回転数比と回転数比演算
部27で得られた実際の前後輪の回転数比とを比較し、実
際の前後輪の回転数比が、スリップ領域にある場合には
クラッチの油圧を増加させてセンターデフをロックし、
スリップ領域にない場合にはクラッチの油圧を減少させ
てセンターデフのロックを解除する。

上記の構成により、前後輪の回転数比、車速及びステ
アリング角が入力されると、ステアリング角と車速で決
まる限界の回転数比の最大値と最小値をメモリから取り
出し、前後輪の回転数比と比較する。前後輪の回転数比
が、限界の回転数比の最大と最小値の間に入っていなけ
れば、スリップと判定し、前後輪の差動を制限（センタ
ーデフをロック）する方向に制御する。なお、限界の回
転数比の最大値は、ステアリング角による最大値と車速
による最大値のうち小さい方である。

以上に述べたスリップ防止制御を制御装置によるソフ
トウエアで行う場合の処理の例を示したのが第６図であ
る。この例は、回転センサーをトランスミッション及び
後輪に取り付け、トランスミッションの回転センサー出
力を前輪の回転数及び車速として使うようにしたもので
ある。以下、順を追って処理の流れを説明する。

まず、トランスミッションの回転周期を測定して回転
数N_fを求め、同様に後輪の回転周期を測定して回転数N_r
を求める。そして、回転数比ｒ＝N_f/N_rを求める（〜
）。

次に、回転数N_fが60km/hより大きいか否かを調べ、YE
Sの場合にはステアリング角による限界の回転数比r_max
θを2.0（ステアリング角の影響を以降の処理で無視さ
せるための値）とし、NOの場合にはステアリング角θを
入力してステアリング角による限界の回転数比r_{max θ}を
テーブルf₁（θ）より読み出す。さらに車速による限界
の回転数比r_maxnをテーブルf₂（N_f）より読み出す（
〜）。

続いて、ステアリング角による限界の回転数比r_{max θ}
と車速による限界の回転数比r_maxnとを比較し、前者が
大きい場合にはスリップを判定する限界の回転数比r_max
をステアリング角による限界の回転数比r_{max θ}とし、前
者が小さい場合にはスリップを判定する限界の回転数比
r_maxを車速による限界の回転数比r_maxnとする。このス
リップを判定する限界の回転数比r_maxから実際の回転数
比ｒ＝N_f/N_rがスリップ判定の限界内にあるか否かを判
定し、YESの場合にはクラッチの油圧を減少させ、NOの
場合にはスリップを検出したものとしてクラッチの油圧
を増加させる（〜）。なおこの場合、第２図に示す
限界の回転数比r_max,r_minに対して、測定誤差を考慮に
いれた値Δ１、Δ２を加減してもよい。

第７図は回転数比に応じてクラッチにより差動の制限
を行う場合の油圧の設定例を示す図、第８図は時間によ
りクラッチにより差動の制限を行う場合の油圧の設定例
を示す図である。

スリップを検出した場合において、急速にクラッチを
作動させたセンターデフをロックすると、駆動力の急増
による飛び出し現象やぶれが起こり、乗り心地、走行
性、操作性が悪くなる。そこで、第７図に示すように実
際の回転数比と限界の回転数比r_max,r_minとの差δ（第
２図に示すＡ点の場合にはδ_１、Ｂ点の場合には
δ_２）、すなわちスリップ発生領域の深さに応じて油圧
Ｐを制御し、スリップが発生しはじめる領域から徐々に
クラッチの係合を強めることによって、乗り心地、走行
性、操作性の向上を図れる。また、第８図に示すように
時間Ｔと共に油圧Ｐを上げ、徐々にクラッチの係合を強
めることによって、乗り心地、走行性、操作性の向上を
図れる。第８図に示す油圧Ｐは、1kg/m²付近から係合を
開始し、4kg/m²付近で完全に係合するクラッチの例で示
したものである。

なお、本発明は、種々の変形が可能であり、上記の実
施例に限定されるものではない。例えば上記実施例で
は、前後輪係合機構をセンターデフ付フルタイム式４輪
駆動車に適用して説明したが、パートタイム式４輪駆動
車にも同様に適用可能である。この場合の前後輪係合機
構は、係合度を制御することによって前輪と後輪との間
の差動制限を直結からスリップ領域を通して解放まで制
御可能になった機構であり、前者ではセンターデフロッ
ク用のクラッチ、後者では前輪と後輪とを直結させるセ
ンタークラッチである。具体的には、油圧クラッチでな
くても電磁式その他係合度を制御できるものであればよ
い。また、前輪回転センサー、後輪回転センサー、車速
（T/M回転）センサーを設けるようにしたが、これらの
いずれか２つを使い、この２つのセンサーから車速及び
前後輪の回転数比を求めるようにしてもよい。従って、
この場合には、トランスミッションとプロペラシャフト
にスピードセンサーを、ステアリングにステアリングセ
ンサーを取り付けるだけでもよい。ステアリングセンサ
ーをつけない場合は、ステアリング角を最大として、す
なわち第２図に示すマップを使ってスリップの判定を行
ってもよいし、ブレーキを操作中はスリップが発生し易
いという状況を勘案してブレーキの操作状態に応じてマ
ップを変えるようにしてもよい。

さらに、係合度の制御においても、第７図に示す特性
をＰ＝ｋδ^２（ｋは定数）その他の関数により置き換え
て前後輪の回転数比がゾーンから外れた距離に応じて前
後輪係合機構の係合度を制御すればよいし、スリップし
た時の油圧をスリップしはじめた時からの時間ｔの関
数、 油圧Ｐ＝k₂t²＋k₁t＋k₀ として決めるなど、前後輪係合機構の係合度を時間の関
数やテーブルなどを使って時間に応じて制御してもよ
い。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ス
ピードセンサーとしては、従来の車速（T/M回転）セン
サーに加えて、前輪又は後輪のセンサーの追加のみでよ
いので、シンプルな構造となる。また、回転数比をスリ
ップの判断基準としているため、車速の影響を受けず、
低速でもスリップ検出精度を向上させることができる。
さらには、前後輪係合機構の係合度をスリップの程度や
時間に応じて制御するので、乗り心地、走行性、操作性
の向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の前後輪係合機構を備えた４輪駆動車の
１実施例を説明するためのブロック構成図、第２図はス
リップ発生限界の回転数比を示す図、第３図はステアリ
ング角によるスリップ限界の回転数比を示す図、第４図
は車速によるスリップ限界の回転数比を示す図、第５図
は制御装置の具体的な機能構成を示すブロック図、第６
図は制御装置による処理の流れの例を示す図、第７図は
回転数比に応じてクラッチにより差動の制限を行う場合
の油圧の設定例を示す図、第８図は時間によりクラッチ
により差動の制限を行う場合の油圧の設定例を示す図、
第９図はスリップ限界の回転数差を説明するための図、
第10図はエンジンをフロント側に載置したセンターデフ
付フルタイム式４輪駆動車の駆動力伝達機構を説明する
ための図である。 １……ステアリングセンサー、２……前輪回転センサ
ー、３……後輪回転センサー、４……車速センサー、５
〜８……インターフェース、９……制御装置（コンピュ
ータ）、10……ソレノイド駆動回路、11……調圧ソレノ
イド、21……車速演算部、22……ステアリング角演算
部、23……前輪回転数演算部、24……後輪回転数演算
部、25……車速による回転数比設定部、26……ステアリ
ング角による回転数比設定部、27……回転数比演算部、
28……スリップ領域判定部、29……油圧設定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 龍田 貢 愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ ン・ワーナー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−72420（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−64029（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】係合度を制御することによって前輪と後輪
   との間の差動制限を直結からスリップ領域を通して解放
   まで制御可能になった前後輪係合機構を備えた４輪駆動
   車において、 設定された係合度で前後輪係合機構を駆動する係合手
   段、 車両の走行状態を検出する検出手段、 及び低車速域において一定の回転数比とするスリップ限
   界値を予め設定して記憶し前記検出手段の検出信号から
   回転数比を求めて該回転数比が前記スリップ限界値より
   大きいとき前記前後輪係合機構の係合度を高くするよう
   に前記係合手段を制御する制御手段 を備えたことを特徴とする前後輪係合機構を備えた４輪
   駆動車。
2. 【請求項２】前後輪の旋回半径の差を吸収するセンター
   デフ機構を前後輪係合機構と並列に有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の前後輪係合機構を備え
   た４輪駆動車。
3. 【請求項３】前記制御手段は、低車速域でステアリング
   角が大きくなると前記一定の回転数比の値が大きくなる
   ようにスリップ限界値を設定したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第２項いずれかに記載の前後輪
   係合機構を備えた４輪駆動車。
4. 【請求項４】前記制御手段は、前記検出手段の検出信号
   から求めた前後輪の回転数比がスリップ限界値として設
   定した回転数比より大きくなったときの回転数比の差に
   応じて前後輪係合機構の係合度を高くするように前記係
   合手段を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第３項いずれかに記載の前後輪係合機構を備え
   た４輪駆動車。
5. 【請求項５】前記制御手段は、前記検出手段の検出信号
   から求めた前後輪の回転数比がスリップ限界値として設
   定した回転数比より大きくなってからの時間に応じて前
   後輪係合機構の係合度を高くするように前記係合手段を
   制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第４項いずれかに記載の前後輪係合機構を備えた４輪駆
   動車。