JP5849770B2

JP5849770B2 - 四輪駆動車、及び四輪駆動車の制御装置

Info

Publication number: JP5849770B2
Application number: JP2012043032A
Authority: JP
Inventors: 将貴三田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: JP2013177093A; EP2634033B1; CN103287261A; US20130220722A1; EP2634033A1; CN103287261B; US9022158B2

Description

本発明は四輪駆動車、及び四輪駆動車の制御装置に関する。

従来の四輪駆動車として、二輪駆動状態におけるプロペラシャフトの回転による動力ロスを低減して燃費を改善するため、二輪駆動状態の走行時には、プロペラシャフトの入力側及び出力側におけるトルク伝達を遮断し、プロペラシャフトを回転させないようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の四輪駆動車は、トランスファ装置に設けられたトランスファクラッチと、副駆動輪（左右前輪）側のディファレンシャル装置と副駆動輪の一方（右前輪）との間に設けられたＡＤＤ（Automatic Disconnecting Differential）機構とを有している。トランスファクラッチは、締結トルクを可変に制御することができる油圧クラッチ又は電磁クラッチである。ＡＤＤ機構は、ディファレンシャル装置の出力部と副駆動輪のドライブシャフトと接続するロック状態と、これらを切り離すフリー状態とを切り替え可能である。

このトランスファクラッチ及びＡＤＤ機構は、４ＷＤコントローラによって制御される。４ＷＤコントローラは、主駆動輪（左右後輪）のみを駆動する二輪駆動モードと、主駆動輪及び副駆動輪を駆動する四輪駆動モードとを切り替え可能である。二輪駆動モードでは、トランスファクラッチ及びＡＤＤ機構によるトルク伝達を遮断し、フロントプロペラシャフトの回転を停止させる。そして、二輪駆動モードから四輪駆動モードに切り替える際は、フロントプロペラシャフトが回転を開始する予め定められた必要トルクでトランスファクラッチを締結し、その後、ＡＤＤ機構の入力回転数と出力回転数とが同期したと判断されたとき、ＡＤＤ機構をフリー状態からロック状態に切り替える。

特開２０１１−２２０８４７号公報

ところで、二輪駆動状態から四輪駆動状態に切り替える際のプロペラシャフトの回転の同期を速やかに行うためには、プロペラシャフトを回転させるためのトルクを大きく設定することが望ましい。しかし、このトルクを大きくし過ぎると、プロペラシャフトの捩じれによってプロペラシャフトの先端部では振動が発生してしまうことが、本発明者によって確認されている。プロペラシャフトの先端部で振動が発生すると、この振動が運転者や同乗者に伝わって不安を与えたり、プロペラシャフトの回転が同期するまでに時間が掛かってしまうという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行する際のプロペラシャフトの振動を抑制しながら、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行を速やかに行わせることが可能な四輪駆動車、及び四輪駆動車の制御装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、［１］〜［５］の四輪駆動車、及び四輪駆動車の制御装置を提供する。

［１］走行用のトルクを発生する駆動源と、前記駆動源のトルクが常時伝達される左右一対の主駆動輪と、走行状態に応じて前記駆動源のトルクが伝達される左右一対の補助駆動輪と、前記駆動源側のトルクを前記補助駆動輪側に伝達するプロペラシャフトと、前記プロペラシャフトと前記駆動源との間に設けられた第１の断続装置と、前記プロペラシャフトと前記補助駆動輪との間に設けられた第２の断続装置と、前記第１及び第２の断続装置を制御する制御装置とを備え、前記第１及び第２の断続装置の一方は、一対の回転部材の係合によりトルクを伝達する噛み合いクラッチであり、前記第１及び第２の断続装置の他方は、トルク伝達量を調節可能なトルクカップリングであり、前記制御装置は、第１及び第２の断続装置によるトルク伝達を共に遮断した二輪駆動状態から、前記プロペラシャフトを介して前記補助駆動輪側に前記駆動源のトルクを伝達する四輪駆動状態に移行する際、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を第１のトルク値として前記プロペラシャフトの回転を加速した後、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第１のトルク値よりも低減した第２のトルク値として前記プロペラシャフトの回転をさらに加速し、前記噛み合いクラッチにおける前記一対の回転部材の差動回転が所定値以下となったとき、前記一対の回転部材を係合させる四輪駆動車。

［２］前記制御装置は、前記噛み合いクラッチの一対の回転部材のうち、一方の回転部材の回転部材の回転速度が他方の回転部材の回転速度に対して所定の割合以上となったとき、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第１のトルク値から前記第２のトルク値に切り替える、上記［１］に記載の四輪駆動車。

［３］前記制御装置は、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第２のトルク値として前記プロペラシャフトの回転を加速した後、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第２のトルク値よりもさらに低減した第３のトルク値とし、前記第３のトルク値にて前記噛み合いクラッチにおける前記一対の回転部材の差動回転が所定値以下となったとき、前記一対の回転部材を係合させる上記［１］又は［２］に記載の四輪駆動車。

［４］前記制御装置は、前記噛み合いクラッチの一対の回転部材のうち、一方の回転部材の回転部材の回転速度が他方の回転部材の回転速度に対して第１の所定の割合以上となったとき、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第１のトルク値から前記第２のトルク値に切り替え、前記一方の回転部材の回転速度が他方の回転部材の回転速度に対して前記第１の所定の割合よりも高い第２の所定の割合以上となったとき、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第２のトルク値から前記第３のトルク値に切り替える、上記［３］に記載の四輪駆動車。

［５］走行用のトルクを発生する駆動源と、前記駆動源のトルクが常時伝達される左右一対の主駆動輪と、走行状態に応じて前記駆動源のトルクが伝達される左右一対の補助駆動輪と、前記駆動源側のトルクを前記補助駆動輪側に伝達するプロペラシャフトと、前記プロペラシャフトと前記駆動源との間に設けられた第１の断続装置と、前記プロペラシャフトと前記補助駆動輪との間に設けられた第２の断続装置とを備えた四輪駆動車に搭載された制御装置であり、一対の回転部材の係合によりトルクを伝達する、前記第１及び第２の断続装置の一方としての噛み合いクラッチ、及びトルク伝達量を調節可能な前記第１及び第２の断続装置の他方としてのトルクカップリングを制御し、前記第１及び第２の断続装置によるトルク伝達を共に遮断した二輪駆動状態から、前記プロペラシャフトを介して前記補助駆動輪側に前記駆動源のトルクを伝達する四輪駆動状態に移行する際、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を第１のトルク値として前記プロペラシャフトの回転を加速した後、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第１のトルク値よりも低減した第２のトルク値として前記プロペラシャフトの回転をさらに加速し、前記噛み合いクラッチにおける前記一対の回転部材の差動回転が所定値以下となったとき、前記一対の回転部材を係合させる四輪駆動車の制御装置。

本発明によれば、二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行する際のプロペラシャフトの振動を抑制しながら、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行を速やかに行わせることが可能となる。

第１の実施の形態に係る四輪駆動車の概略の構成例を示す概略構成図である。（ａ）は、噛み合いクラッチの概略の構成例を示す断面図である。（ｂ）は、噛み合いクラッチのにおけるスプライン歯同士の係合状態の一例を示す概略図である。トルクカップリング及びその周辺部の概略の構成例を示す構成図である。ＥＣＵが実行する処理の一例を示すフローチャートである。第１〜第３のトルク値Ｔ_１〜Ｔ_３を求めるためのマップの一例である。（ａ），（ｂ）は、指令トルク及びリングギヤの回転速度の時間的な変化の例を示し、（ａ）は、本実施の形態のグラフ、（ｂ）は、比較例のグラフである。本発明の第２の形態に係る四輪駆動車の概略の構成例を示す概略構成図である。

[第１の実施の形態]
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る四輪駆動車の概略の構成例を示す概略構成図である。図１に示すように、四輪駆動車１００は、四輪駆動車１００の走行用のトルクを発生する駆動源としてのエンジン１０２と、エンジン１０２のトルクが常時伝達される左右一対の主駆動輪としての左右前輪１０４ａ，１０４ｂと、走行状態に応じてエンジン１０２のトルクが伝達される左右一対の補助駆動輪としての左右後輪１０５ａ，１０５ｂとを備えている。

また、四輪駆動車１００は、駆動力伝達系１０１として、エンジン１０２側のトルクを左右後輪１０５ａ，１０５ｂ側に伝達するプロペラシャフト２と、プロペラシャフト２とエンジン１０２との間に設けられた第１の断続装置としての噛み合いクラッチ３と、プロペラシャフト２と左後輪１０５ａとの間に設けられた第２の断続装置としてのトルクカップリング４とを有している。またさらに、四輪駆動車１００は、噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４を制御する制御装置としてのＥＣＵ５を備えている。

左右前輪１０４ａ，１０４ｂには、エンジン１０２のトルクが、トランスミッション１０３、フロントディファレンシャル１０６、及び左右の前輪側ドライブシャフト１０８ａ，１０８ｂを介して伝達される。フロントディファレンシャル１０６は、左右の前輪側ドライブシャフト１０８ａ，１０８ｂにそれぞれ相対回転不能に連結された一対のサイドギヤ１０９、一対のサイドギヤ１０９にギヤ軸を直交させて噛合する一対のピニオンギヤ１１０、一対のピニオンギヤ１１０を支持するピニオンギヤシャフト１１１ａ、及びこれら一対のサイドギヤ１０９と一対のピニオンギヤ１１０とピニオンギヤ支持部材１１１ａとを収容するフロントデフケース１１１を有している。

プロペラシャフト２には、エンジン１０２のトルクが、トランスミッション１０３、フロントディファレンシャル１０６のフロントデフケース１１１、噛み合いクラッチ３、及び前輪側の歯車機構６を介して伝達される。プロペラシャフト２に伝達されたエンジン１０２のトルクは、さらに後輪側の歯車機構７、リヤディファレンシャル１０７、トルクカップリング４、及び後輪側の左右のドライブシャフト１１２ａ，１１２ｂを介して左右後輪１０５ａ，１０５ｂに伝達される。

リヤディファレンシャル１０７は、左右のドライブシャフト１１２ａ，１１２ｂにそれぞれ連結された一対のサイドギヤ１１３、一対のサイドギヤ１１３にギヤ軸を直交させて噛合する一対のピニオンギヤ１１４、一対のピニオンギヤ１１４を支持するピニオンギヤシャフト１１５、及びこれら一対のサイドギヤ１１３と一対のピニオンギヤ１１４とピニオンギヤシャフト１１５とを収容するリヤデフケース１１６を有している。一対のサイドギヤ１１３のうち左側のサイドギヤ１１３には、サイドギヤシャフト１４が相対回転不能に連結されている。また、一対のサイドギヤ１１３のうち右側のサイドギヤ１１３には、右後輪側ドライブシャフト１１２ｂが相対回転不能に連結されている。

プロペラシャフト２は、トルク伝達上流側（エンジン１０２側）の一端にピニオンギヤ６ａが連結され、トルク伝達下流側（後輪１０５ａ，１０５ｂ側）の一端にピニオンギヤ７ａが連結されている。ピニオンギヤ６ａは、噛み合いクラッチ３の出力部材としてのリングギヤ６ｂと噛合している。また、ピニオンギヤ７ａは、リヤデフケース１１６に固定されたリングギヤ７ｂと噛合している。ピニオンギヤ６ａ及びリングギヤ６ｂは、前輪側の歯車機構６を構成し、ピニオンギヤ７ａ及びリングギヤ７ｂは、後輪側の歯車機構７を構成する。

ＥＣＵ５には、左右前輪１０４ａ，１０４ｂの回転速度を検出するための回転速センサ１５ａ，１５ｂ、及びプロペラシャフト２の回転速度を検出するための回転速センサ１６が接続されている。回転速センサ１５ａ，１５ｂ及び回転速センサ１６は、例えば左右前輪１０４ａ，１０４ｂ及びプロペラシャフト２と共に回転する磁性体の周方向に沿って形成された複数の凹凸に対向配置されたホールＩＣからなり、左右前輪１０４ａ，１０４ｂ及びプロペラシャフト２の回転速度に応じた周期でパルス信号を出力する。これにより、ＥＣＵ５は、左右前輪１０４ａ，１０４ｂの回転速度、及びプロペラシャフト２の回転速度を検出可能である。また、ＥＣＵ５は、左右前輪１０４ａ，１０４ｂの回転速度に基づいて、これらの両回転速度を平均することにより、フロントデフケース１１１の回転速度を検出可能である。

（噛み合いクラッチ３の構成）
図２（ａ）は、噛み合いクラッチ３の概略の構成例を示す断面図である。噛み合いクラッチ３は、フロントデフケース１１１の軸方向の端部に固定された第１回転部材３１と、第１回転部材３１に対して同軸上で相対回転可能な第２回転部材３２とを有している。第２回転部材３２は、円筒状の本体部３２０と、本体部３２０に対して軸方向移動可能なスリーブ部３３とからなる。

第１回転部材３１は、前輪側ドライブシャフト１０８ｂを挿通させる環状であり、例えばボルト締めによってフロントデフケース１１１の端部に固定され、フロントデフケース１１１と一体に回転する。第１回転部材３１の外周には、複数のスプライン歯３１ａが形成されている。

第２回転部材３２の本体部３２０は、その中心部を前輪側ドライブシャフト１０８ｂが貫通している。第１回転部材３１に対向する本体部３２０の一端部３２１は、外側に拡径した環状であり、その外周面には、複数のスプライン歯３２１ａが形成されている。本体部３２０の他端部３２２の外周面には、リングギヤ６ｂが例えばボルト締めにより相対回転不能に固定されている。第１回転部材３１及び第２回転部材３２の本体部３２０は、図略の軸受によって車体に対してそれぞれ独立して回転可能かつ軸方向移動不能に支持されている。

スリーブ部３３は筒状であり、その内周面には複数のスプライン歯３３ａが形成されている。複数のスプライン歯３３ａは、本体部３２０の複数のスプライン歯３２１ａと常時スプライン係合している。これによりスリーブ部３３は、本体部３２０に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能である。また、スリーブ部３３の複数のスプライン歯３３ａは、スリーブ部３３部が前輪側ドライブシャフト１０８ｂの回転軸線Ｏに沿って軸方向移動することにより、第１回転部材３１の複数のスプライン歯３１ａと係合可能である。ここで、係合とは、互いに噛み合うことをいう。

また、スリーブ部３３の外周側には環状の溝３３ｂが形成され、この溝３３ｂにフォーク３４が摺動可能に嵌合されている。フォーク３４は、ＥＣＵ５によって制御される図略のアクチュエータによって、スリーブ部３３と共に回転軸線Ｏに平行な矢印Ａの方向及びその逆方向に進退移動可能である。

図２（ｂ）は、第１回転部材３１の複数のスプライン歯３１ａ及び第２回転部材３２の本体部３２０複数のスプライン歯３２１ａと、スリーブ部３３の複数のスプライン歯３３ａとの係合状態の一例を示す概略図である。この図に示す状態では、第２回転部材３２の本体部３２０複数のスプライン歯３２１ａとスリーブ部３３の複数のスプライン歯３３ａとが係合しているが、第１回転部材３１の複数のスプライン歯３１ａとスリーブ部３３の複数のスプライン歯３３ａとは係合していない。従って、噛み合いクラッチ３は、第１回転部材３１と第２回転部材３２との相対回転が可能な解放状態であり、フロントデフケース１１１とプロペラシャフト２との間のトルク伝達が遮断されている。

また、この状態からフォーク３４及びスリーブ部３３が矢印Ａの方向に移動すると、スリーブ部３３のスプライン歯３３ａが第１回転部材３１のスプライン歯３１ａの間に入り込み、スプライン歯３１ａとスプライン歯３３ａとが係合する。この係合状態では、スリーブ部３３の複数のスプライン歯３３ａが、第１回転部材３１の複数のスプライン歯３１ａ及び第２回転部材３２の本体部３２０複数のスプライン歯３２１ａに共に係合するので、第１回転部材３１と第２回転部材３２との相対回転が不能となる。従って、フロントデフケース１１１とプロペラシャフト２とがトルク伝達可能に連結される。

フォーク３４を矢印Ａ方向に移動させ、第１回転部材３１と第２回転部材３２の本体部３２０とをスリーブ部３３によって連結する際には、第１回転部材３１の回転と第２回転部材３２の回転とが同期している必要がある。ＥＣＵ５は、回転センサ１５ａ,１５ｂの検出値に基づいて第１回転部材３１の回転速度を演算し、また回転センサ１６によって検出したプロペラシャフト２の回転速度に基づいて第２回転部材３２の回転速度を演算し、両回転速度の差が所定値以下である場合、すなわち第１回転部材３１の回転と第２回転部材３２の回転とが実質的に同期した場合に、フォーク３４を矢印Ａ方向に移動させ、スリーブ部３３を第１回転部材３１に係合させる。

（トルクカップリング４の構成）
図３は、トルクカップリング４及びその周辺部の概略の構成例を示す概略構成図である。トルクカップリング４は、図３に示すように、多板クラッチ４１，電磁クラッチ４２，カム機構４３、インナシャフト４４、及びこれらを収容するハウジング４０を有し、リヤディファレンシャル１０７，及び歯車機構７と共にディファレンシャルキャリア１２に収容されている。

ディファレンシャルキャリア１２内の空間は、隔壁１２１によって第１及び第２の空間１２ａ，１２ｂに液密に分離されている。歯車機構７及びリヤディファレンシャル１０７が配置される第１の空間１２ａには、ギヤの潤滑に適した図略のデフオイルが所定の充填率で充填されている。また、トルクカップリング４が収容される第２の空間１２ｂには、後述するインナクラッチプレート４１１及びアウタクラッチプレート４１２の潤滑に適した図略の潤滑油が所定の充填率で充填されている。

サイドギヤシャフト１４は、リヤディファレンシャル１０７の一方のサイドギヤ１１３に一端が連結された軸部１４１と、軸部１４１の他端に設けられたフランジ部１４２とを一体に有し、軸部１４１が隔壁１２１に挿通されている。トルクカップリング４は、サイドギヤシャフト１４と左後輪側ドライブシャフト１１２ａとの間のトルク伝達量を調節可能である。

トルクカップリング４のハウジング４０は、互いに相対回転不能に結合された第１ハウジング部材４０１と第２ハウジング部材４０２とからなる。第１ハウジング部材４０１は円筒状であり、第２ハウジング部材４０２は、第１ハウジング部材４０１の一方端部を塞ぐように配置されている。ハウジング４０は、第１ハウジング部材４０１がサイドギヤシャフト１４と相対回転不能に連結されている。

多板クラッチ４１は、ハウジング４０の第１ハウジング部材４０１と円筒状のインナシャフト４４との間に配置され、インナシャフト４４の外周面に相対回転不能にスプライン係合するインナクラッチプレート４１１と、第１ハウジング部材４０１の内周面に相対回転不能にスプライン係合するアウタクラッチプレート４１２とからなる。インナシャフト４４は、左後輪側ドライブシャフト１１２ａにスプライン嵌合によって相対回転不能に連結されている。

電磁クラッチ４２は、環状のコイル４２１及びアーマチャカム４２２を有し、ハウジング４０の回転軸線上に配置されている。電磁クラッチ４２は、コイル４２１による電磁力の発生によってアーマチャカム４２２をコイル４２１側に移動させ、第２ハウジング部材４０２にアーマチャカム４２２を摩擦摺動させるように構成されている。

カム機構４３は、カム部材としてのアーマチャカム４２２を含み、このアーマチャカム４２２にハウジング４０の回転軸線に沿って並列するメインカム４３１、及びこのメインカム４３１とアーマチャカム４２２との間に介在する球状のカムフォロア４３２を有している。そして、カム機構４３は、コイル４２１への通電によってアーマチャカム４２２がハウジング４０からの回転力を受け、多板クラッチ４１のクラッチ力となる押圧力に変換するように構成されている。コイル４２２への通電量が多くなるとアーマチャカム４２２と第２ハウジング部材４０２との摩擦力が増大し、メインカム４３１がより強く多板クラッチ４１を押圧する。すなわち、トルクカップリング４は、コイル４２１への通電量に応じて多板クラッチ４３の押圧力を可変に制御することができ、ひいてはサイドギヤシャフト１４と左後輪側ドライブシャフト１１２ａとの間のトルク伝達量を調節可能である。

トルクカップリング４によるトルク伝達量が十分に大きく、サイドギヤシャフト１４と左後輪側ドライブシャフト１１２ａとが一体に回転する場合には、左後輪側ドライブシャフト１１２ａとプロペラシャフト２とが、歯車機構７，リヤディファレンシャル１０７、サイドギヤシャフト１４、及びトルクカップリング４を介してトルク伝達可能に連結されると共に、右後輪側ドライブシャフト１１２ｂとプロペラシャフト２とが、歯車機構７及びリヤディファレンシャル１０７を介してトルク伝達可能に連結される。

一方、トルクカップリング４による伝達トルクが遮断されてサイドギヤシャフト１４と左後輪側ドライブシャフト１１２ａとの連結が解除されると、左後輪側ドライブシャフト１１２ａにプロペラシャフト２からのトルクが伝達されなくなり、これに伴って右後輪側ドライブシャフト１１２ｂにもプロペラシャフト２からのトルクが伝達されなくなる。なお、右後輪側ドライブシャフト１１２ｂにもトルクが伝達されなくなるのは、一方のサイドギヤが空転すると他方のサイドギヤにもトルクが伝達されないという一般的なディファレンシャル装置の特性によるものである。

（ＥＣＵ５による制御）
ＥＣＵ５は、噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４を動作させるための電流を出力し、噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４を制御する。また、ＥＣＵ５は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の車内通信網を介して、四輪駆動車１００の車速や、エンジン１０２の出力トルク、及び操舵角等の走行状態に関する各種情報を取得可能である。

そして、ＥＣＵ５は、取得した走行状態の情報に基づいて後輪１０５ａ，１０５ｂに伝達すべき指令トルクを演算し、この指令トルクに応じたトルクが後輪１０５ａ，１０５ｂに伝達されるよう、噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４を制御する。

例えば、前輪１０４ａ，１０４ｂと後輪１０５ａ，１０５ｂとの回転速度差が大きくなった場合には、後輪１０５ａ，１０５ｂに伝達するトルクを大きくするように噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４を制御する。これにより、例えば前輪１０４ａ，１０４ｂにスリップが発生した場合に四輪駆動傾向の走行状態とし、前輪１０４ａ，１０４ｂのスリップを抑制する。また、ＥＣＵ５は、エンジン１０２の出力トルクの増大に応じて後輪１０５ａ，１０５ｂに伝達するトルクが大きくなるように噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４を制御する。これにより、前輪１０４ａ，１０４ｂに過大なトルクが伝達されることによるスリップを未然に防止する。

また、ＥＣＵ５は、例えば四輪駆動車１００が一定の速度で直進する定常走行時に、噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４によるトルク伝達を共に遮断し、プロペラシャフト２の回転を停止させた二輪駆動状態とする。これにより、リングギヤ７ｂがデフオイルを撹拌することによる回転抵抗や、プロペラシャフト２や歯車機構６，７を軸支する各軸受による回転抵抗が抑制され、四輪駆動車１００の燃費（単位容量の燃料あたりの走行距離）が向上する。

また、ＥＣＵ５は、噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４によるトルク伝達を共に遮断した二輪駆動状態から、プロペラシャフト２を介して後輪１０５ａ，１０５ｂ側にエンジン１０２のトルクを伝達する四輪駆動状態に移行する際、トルクカップリング４によるトルク伝達量を第１のトルク値Ｔ_１としてプロペラシャフト２の回転を加速した後、トルクカップリング４によるトルク伝達量を第１のトルク値Ｔ_１よりも低減した第２のトルク値Ｔ_２とする。

また、ＥＣＵ５は、トルクカップリング４によるトルク伝達量を第２のトルク値Ｔ_２としてプロペラシャフト２の回転を加速した後、トルクカップリング４によるトルク伝達量を第２のトルク値Ｔ_２よりもさらに低減した第３のトルク値Ｔ_３とし、第３のトルク値Ｔ_３にて噛み合いクラッチ３における第１回転部材３１と第２回転部材３２との差動回転が所定値以下となったとき、第２回転部材３２のスリーブ部３３を第１回転部材３１を係合させる。

ここで、ＥＣＵ５は、第２回転部材３２の回転速度が第１回転部材３１の回転速度に対して第１の所定の割合以上となったとき、トルクカップリング４によるトルク伝達量を第１のトルク値Ｔ_１から第２のトルク値Ｔ_２に切り替え、第２回転部材３２の回転速度が第１回転部材３１の回転速度に対して第１の所定の割合よりも高い第２の所定の割合以上となったとき、トルクカップリング４によるトルク伝達量を第２のトルク値Ｔ_２から第３のトルク値Ｔ_３に切り替える。

次に、ＥＣＵ５の構成及び処理内容について、より詳細に説明する。図４は、ＥＣＵ５が実行する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートでは、ＥＣＵ５が実行する処理のうち、二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行する際の処理の具体例を示している。ＥＣＵ５は、このフローチャートに示す処理を所定の制御周期で繰り返し実行する。

ＥＣＵ５は、ステップＳ１で、二輪駆動状態から四輪駆動状態への切り替えを実行するか否かを判定する。この判定は、例えば運転者によるスイッチ操作や、走行状態の情報に基づいて行われる。

二輪駆動状態から四輪駆動状態への切り替えを実行する場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５は、回転速センサ１５ａ，１５ｂによって検出した左右前輪１０４ａ，１０４ｂの回転速度に基づいてフロントデフケース１１１の回転速度を演算し、演算したフロントデフケース１１１の回転速度に基づいて、目標回転速度Ｓ_１を演算する（ステップＳ２）。この目標回転速度Ｓ_１は、フロントデフケース１１１の回転速度をそのまま用いてもよく、あるいはフロントデフケース１１１の回転速度に所定の定数を乗じた値としてもよい。また、目標回転速度Ｓ_１は、ステップＳ１の判定結果がＮｏからＹｅｓとなった後の最初のステップＳ２の処理で演算した値を記憶し、四輪駆動状態への切り替えが完了するまで同じ値を用いてもよい。

次に、ＥＣＵ５は、回転速センサ１６によって検出したプロペラシャフト２の回転速度に基づいて第２回転部材３２の回転速度Ｓ_２を演算し、この回転速度Ｓ_２を目標回転速度Ｓ_１で除した値（回転速度Ｓ_２／目標回転速度Ｓ_１）が、予め定められた第１の所定値Ｒ_１未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。第１の所定値Ｒ_１は、例えば０．８とすることができる。この場合、回転速度Ｓ_２が目標回転速度Ｓ_１の８０％未満であれば、ステップＳ３の判定の結果がＹｅｓとなる。なお、第２回転部材３２の回転速度Ｓ_２の演算は、プロペラシャフト２の回転速度を歯車機構６のギヤ比で除することにより行うことができる。

（回転速度Ｓ_２／目標回転速度Ｓ_１）の値が第１の所定値Ｒ_１未満である場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５は、トルクカップリング４によるトルク伝達量の指令値である指令トルクＴを第１のトルク値Ｔ_１とする（ステップＳ４）。この第１のトルク値Ｔ_１は、後輪１０５ａ，１０５ｂの回転力によって歯車機構７の側からプロペラシャフト２を回転させることができ、かつ第１回転部材３１の回転と第２回転部材３２の回転とが同期するまでそのトルク値を維持した場合に、プロペラシャフト２のライブピニオン６ａ側の端部で振動が発生し得るトルク値である。

一方、（回転速度Ｓ_２／目標回転速度Ｓ_１）の値が第１の所定値Ｒ_１以上である場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ＥＣＵ５は、指令トルクＴを第２のトルク値Ｔ_２とする（ステップＳ５）。第２のトルク値Ｔ_２は、第１のトルク値Ｔ_１よりも小さな値である。この処理の後、ＥＣＵ５は、第２回転部材３２の回転速度Ｓ_２を目標回転速度Ｓ_１で除した値（回転速度Ｓ_２／目標回転速度Ｓ_１）が、予め定められた第２の所定値Ｒ_２以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。第２の所定値Ｒ_２は、第１の所定値Ｒ_１よりも高い値であり、例えば０．９とすることができる。この場合、回転速度Ｓ_２が目標回転速度Ｓ_１の９０％以上であれば、ステップＳ６の判定の結果がＹｅｓとなる。

ステップＳ６の判定の結果がＹｅｓである場合、ＥＣＵ５は、指令トルクＴを第３のトルク値Ｔ_３とする（ステップＳ７）。第３のトルク値Ｔ_３は、第２のトルク値Ｔ_２よりも小さな値である。また、ステップＳ６の判定の結果がＮｏである場合には、指令トルクＴは、ステップＳ５で定められた第２のトルク値Ｔ_２のままである。

次に、ＥＣＵ５は、第２回転部材３２の回転速度Ｓ_２を目標回転速度Ｓ_１で除した値（回転速度Ｓ_２／目標回転速度Ｓ_１）が、予め定められた第３の所定値Ｒ_３以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。第３の所定値Ｒ_３は、第２の所定値Ｒ_２よりもさらに高い値であり、フロントデフケース１１１（第１回転部材３１）の回転と第２回転部材３２の回転とが実質的に同期したと判断できる値である。第３の所定値Ｒ_３は、例えば０．９８とすることができる。

ステップＳ８の判定結果がＹｅｓである場合、ＥＣＵ５は、第２回転部材３２のスリーブ部３３を第１回転部材側に軸方向移動させ（図２参照）、噛み合いクラッチ３を係合状態とする（ステップＳ９）。これにより、四輪駆動車１００が、プロペラシャフト２を介してエンジン１０２のトルクを後輪１０５ａ，１０５ｂ側に伝達する四輪駆動状態となる。

一方、ステップＳ８の判定結果がＮｏである場合、ＥＣＵ５は、ステップＳ３〜Ｓ７の処理によって定められた指令トルクＴに基づいて、この指令トルクＴに応じたトルク伝達量となるように、トルクカップリング４を制御する（ステップＳ１０）。より具体的には、指令トルクＴに応じた電流を電磁クラッチ４２のコイル４２１（図３参照）に供給する。

図５は、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ６における第１〜第３のトルク値Ｔ_１〜Ｔ_３を求めるためのマップの一例である。図５に示すように、第１〜第３のトルク値Ｔ_１〜Ｔ_３は、車速の増大に伴って値が大きくなるように、マップが設定されている。このマップは、何れの車速においても、第１のトルク値Ｔ_１よりも第２のトルク値Ｔ_２が小さく設定され、第２のトルク値Ｔ_２よりも第３のトルク値Ｔ_３が小さく設定されている（第１のトルク値Ｔ_１＞第２のトルク値Ｔ_２＞第３のトルク値Ｔ_３）。

また、第１〜第３のトルク値Ｔ_１〜Ｔ_３は、駆動力伝達系１０１の温度に応じて変更してもよい。この場合、駆動力伝達系１０１の温度が低いほど、第１〜第３のトルク値Ｔ_１〜Ｔ_３を高くするとよい。駆動力伝達系１０１の温度としては、例えば温度センサによって検出したディファレンシャルキャリア１２内の温度を用いることができる。これにより、駆動力伝達系１０１の温度が低く、ディファレンシャルキャリア１２内のデフオイルの粘性が高い場合には、第１〜第３のトルク値Ｔ_１〜Ｔ_３を高くすることで、デフオイルの粘性の影響を抑制したより適正なトルクでプロペラシャフト２の回転を加速することができる。

図６（ａ），（ｂ）は、指令トルクＴ及び第２回転部材３２の回転速度Ｓ_２の時間的な変化の例を示すグラフであり、横軸に時間、左縦軸に指令トルクＴ、右縦軸に回転速度Ｓ_２を示している。（ａ）は、上記説明した図５のフローチャートの処理を行った場合のグラフであり、（ｂ）は、比較例として、指令トルクＴを第２のトルク値Ｔ_２及び第３のトルク値Ｔ_３に変化させず、第１の指令トルクＴ_１のままとした場合のグラフである。

図６（ａ）に示すように、二輪駆動状態から時刻ｔ_０で指令トルクＴを第１の指令トルクＴ_１とし、時刻ｔ_１で指令トルクＴを第２の指令トルクＴ_２とし、その後さらに時刻ｔ_２で指令トルクＴを第３の指令トルクＴ_３とすることにより、回転速度Ｓ_２が振動することなく、時刻ｔ_３で目標回転速度Ｓ_１に収束している。

一方、時刻ｔ_０で指令トルクＴを第１の指令トルクＴ_１とし、その後、回転速度Ｓ_２が目標回転速度Ｓ_１に収束するまで指令トルクＴを第１の指令トルクＴ_１に維持した場合には、図６（ｂ）に示すように、回転速度Ｓ_２が目標回転速度Ｓ_１付近で振動し、時刻ｔ_４（＞時刻ｔ_３）で目標回転速度Ｓ_１に収束する。この場合、不快な振動や異音が運転者や同乗者に伝わり、回転速度Ｓ_２が目標回転速度Ｓ_１に収束するまでの時間も長く掛かることとなる。

（第１の実施の形態の効果）
上記説明した第１の実施の形態によれば、二輪駆動状態から四輪駆動状態に移行する際のプロペラシャフト２の振動を抑制しながら、第１回転部材３１の回転と第２回転部材３２の回転の同期を短時間で行わせることができ、二輪駆動状態から四輪駆動状態への移行を速やかに行わせることが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第２の形態に係る四輪駆動車１００の概略の構成例を示す概略構成図である。図７において、第１の実施の形態について説明した構成要素と共通する機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

本実施の形態に係る四輪駆動車１００は、トルクカップリング４が配置された位置が、第１の実施の形態と異なる。本実施の形態に係るトルクカップリング４は、プロペラシャフト２とリヤディファレンシャル１０７との間に設けられている。より具体的には、トルクカップリング４のハウジング４０（図３参照）がプロペラシャフト２の一端に相対回転不能に連結され、トルクカップリング４のインナシャフト４４が、ピニオンシャフト７０の一端に相対回転不能に連結されている。ピニオンシャフト７０の他端には、ピニオンギヤ７ａが連結されている。ＥＣＵ５の制御内容は、第１の実施の形態について説明したものと同様である。本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

［他の実施の形態］
以上、本発明の四輪駆動車、及び四輪駆動車の制御装置を第１及び第２の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。

例えば、第１及び第２の実施の形態では、指令トルクＴを第１〜第３のトルク値Ｔ_１〜Ｔ_３の３段階に変化させるようにした場合について説明したが、これに限らず、第１及び第２のトルク値Ｔ_１，Ｔ_２の２段階に変化させるようにしてもよい。この場合でも、指令トルクＴが一定の場合に比較して、プロペラシャフト２の振動を抑制しながら、第１回転部材３１の回転と第２回転部材３２の回転の同期を速やかに行わせることができる。

また、第１〜第３のトルク値Ｔ_１〜Ｔ_３の３段階よりも、さらに多段階に指令トルクＴを変化させてもよい。例えば、制御周期ごとに指令トルクＴを徐々に変化させてもよい。このような場合でも、指令トルクＴが順次低減されるように制御することで、第１及び第２の実施の形態と同様の作用及び効果を奏することができる。

また、第１及び第２の実施の形態では、プロペラシャフト２のエンジン１０２側に噛み合いクラッチ３を配置し、プロペラシャフト２の後輪１０５ａ，１０５ｂ側にトルクカップリング４を配置したが、これに限らず、プロペラシャフト２のエンジン１０２側にトルクカップリング４を配置し、プロペラシャフト２の後輪１０５ａ，１０５ｂ側に噛み合いクラッチ３を配置してもよい。すなわち、噛み合いクラッチ３とトルクカップリング４の配置位置を入れ替えてもよい。

また、第１及び第２の実施の形態では、前輪１０４ａ，１０４ｂを主駆動輪とし、後輪１０５ａ，１０５ｂを補助駆動輪とした場合について説明したが、これに限らず、前輪１０４ａ，１０４ｂを補助駆動輪とし、後輪１０５ａ，１０５ｂを主駆動輪とする四輪駆動車にも本発明を適用することが可能である。つまり、例えば前述の特許文献１に記載されたように、エンジンのトルクをトランスファにて前輪側及び後輪側に分配し、左右一対の後輪には、後輪側プロペラシャフトを介して常時トルクを伝達し、左右一対の前輪には、前輪側プロペラシャフトを介して走行状態に応じてトルクを伝達してもよい。この場合、前輪側プロペラシャフトとエンジンとの間、及び前輪側プロペラシャフトと後輪との間の何れか一方に噛み合いクラッチ３を設け、何れか他方にトルクカップリング４を設け、噛み合いクラッチ３及びトルクカップリング４をＥＣＵ５によって制御する。

また、第１及び第２の実施の形態では、噛み合いクラッチ３にシンクロメッシュ機構を設けていなかったが、噛み合いクラッチ３にシンクロメッシュ機構を設けて同期を容易にしてもよい。

２…プロペラシャフト、３…噛み合いクラッチ、４…トルクカップリング、５…ハウジング、６…歯車機構、６ａ…ピニオンギヤ、６ｂ…リングギヤ、７…歯車機構、７ａ…ピニオンギヤ、７ｂ…リングギヤ、１２…ディファレンシャルキャリア、１２ａ…第１の空間、１２ｂ…第２の空間、１４…サイドギヤシャフト、１５，１６…回転センサ、３１…第１回転部材、３１ａ…スプライン歯、３２…第２回転部材、３３…スリーブ部、３３ａ…スプライン歯、３３ｂ…溝、３４…フォーク、４１…多板クラッチ、４１１…インナクラッチプレート、４１２…アウタクラッチプレート、４２…電磁クラッチ、４２１…コイル、４２２…アーマチャカム、４３…カム機構、４３１…メインカム、４３２…カムフォロア、４０…ハウジング、４０１…第１ハウジング部材、４０２…第２ハウジング部材、４４…インナシャフト、１００…四輪駆動車、１０１…駆動力伝達系、１０２…エンジン、１０３…トランスミッション、１０４ａ，１０４ｂ…前輪、１０５ａ，１０５ｂ…後輪、１０６…フロントディファレンシャル、１０７…リヤディファレンシャル、１０８ａ，１０８ｂ…前輪側ドライブシャフト、１０９…サイドギヤ、１１０…ピニオンギヤ、１１１…フロントデフケース、１１２ａ…左後輪側ドライブシャフト、１１２ｂ…右後輪側ドライブシャフト、１１３…サイドギヤ、１１４…ピニオンギヤ、１１５…ピニオンギヤシャフト、１１６…リヤデフケース、１２１…隔壁、１４１…軸部、１４２…フランジ部、３２０…本体部、３２１…一端部、３２２…他端部、３２１ａ…スプライン歯

Claims

走行用のトルクを発生する駆動源と、
前記駆動源のトルクが常時伝達される左右一対の主駆動輪と、
走行状態に応じて前記駆動源のトルクが伝達される左右一対の補助駆動輪と、
前記駆動源側のトルクを前記補助駆動輪側に伝達するプロペラシャフトと、
前記プロペラシャフトと前記駆動源との間に設けられた第１の断続装置と、
前記プロペラシャフトと前記補助駆動輪との間に設けられた第２の断続装置と、
前記第１及び第２の断続装置を制御する制御装置とを備え、
前記第１及び第２の断続装置の一方は、一対の回転部材の係合によりトルクを伝達する噛み合いクラッチであり、
前記第１及び第２の断続装置の他方は、トルク伝達量を調節可能なトルクカップリングであり、
前記制御装置は、第１及び第２の断続装置によるトルク伝達を共に遮断した二輪駆動状態から、前記プロペラシャフトを介して前記補助駆動輪側に前記駆動源のトルクを伝達する四輪駆動状態に移行する際、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を第１のトルク値として前記プロペラシャフトの回転を加速した後、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第１のトルク値よりも低減した第２のトルク値として前記プロペラシャフトの回転をさらに加速し、前記噛み合いクラッチにおける前記一対の回転部材の差動回転が所定値以下となったとき、前記一対の回転部材を係合させる
四輪駆動車。
前記制御装置は、前記噛み合いクラッチの一対の回転部材のうち、一方の回転部材の回転速度が他方の回転部材の回転速度に対して所定の割合以上となったとき、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第１のトルク値から前記第２のトルク値に切り替える、
請求項１に記載の四輪駆動車。
前記制御装置は、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第２のトルク値として前記プロペラシャフトの回転を加速した後、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第２のトルク値よりもさらに低減した第３のトルク値とし、前記第３のトルク値にて前記噛み合いクラッチにおける前記一対の回転部材の差動回転が所定値以下となったとき、前記一対の回転部材を係合させる
請求項１又は２に記載の四輪駆動車。
前記制御装置は、前記噛み合いクラッチの一対の回転部材のうち、一方の回転部材の回転部材の回転速度が他方の回転部材の回転速度に対して第１の所定の割合以上となったとき、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第１のトルク値から前記第２のトルク値に切り替え、前記一方の回転部材の回転速度が他方の回転部材の回転速度に対して前記第１の所定の割合よりも高い第２の所定の割合以上となったとき、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第２のトルク値から前記第３のトルク値に切り替える、
請求項３に記載の四輪駆動車。
走行用のトルクを発生する駆動源と、前記駆動源のトルクが常時伝達される左右一対の主駆動輪と、走行状態に応じて前記駆動源のトルクが伝達される左右一対の補助駆動輪と、前記駆動源側のトルクを前記補助駆動輪側に伝達するプロペラシャフトと、前記プロペラシャフトと前記駆動源との間に設けられた第１の断続装置と、前記プロペラシャフトと前記補助駆動輪との間に設けられた第２の断続装置とを備えた四輪駆動車に搭載された制御装置であり、
一対の回転部材の係合によりトルクを伝達する、前記第１及び第２の断続装置の一方としての噛み合いクラッチ、及びトルク伝達量を調節可能な前記第１及び第２の断続装置の他方としてのトルクカップリングを制御し、
前記第１及び第２の断続装置によるトルク伝達を共に遮断した二輪駆動状態から、前記プロペラシャフトを介して前記補助駆動輪側に前記駆動源のトルクを伝達する四輪駆動状態に移行する際、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を第１のトルク値として前記プロペラシャフトの回転を加速した後、前記トルクカップリングによるトルク伝達量を前記第１のトルク値よりも低減した第２のトルク値として前記プロペラシャフトの回転をさらに加速し、前記噛み合いクラッチにおける前記一対の回転部材の差動回転が所定値以下となったとき、前記一対の回転部材を係合させる
四輪駆動車の制御装置。