JP7210106B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、走行のためのトルクを主駆動輪と副駆動輪とに配分する電子制御カップリングを搭載した車両に用いられる制御装置に関する。

従来、四輪自動車などの車両の４ＷＤ（four-wheel-drive：四輪駆動）システムとして、アクティブトルクスプリット４ＷＤシステムが広く知られている。アクティブトルクスプリット４ＷＤシステムの一例では、通常時は、車両の走行のためのトルクが主駆動輪（たとえば、左右の前輪）に伝達され、車両の走行状況によっては、電子制御カップリングにより、トルクが主駆動輪と副駆動輪とに能動的に配分される。

電子制御カップリングは、多板摩擦クラッチからなるメインクラッチを備えており、副駆動輪へのトルクの配分は、メインクラッチのトルク容量の制御により変更される。そのため、電子制御カップリングでは、副駆動輪へのトルクの配分時に、メインクラッチの摩擦による発熱が生じる。その発熱量が多くなると、メインクラッチが過熱により破損するおそれがある。

図３は、車両のイグニッションスイッチのオン／オフ状態および電子制御カップリングの熱量（実熱量、計算熱量）の時間変化を示す図である。

電子制御カップリングのメインクラッチの過熱による破損を防止すべく、車両のイグニッションスイッチがオンの状態では、メインクラッチの伝達トルクなどに基づいて、電子制御カップリングの熱量が計算され、その熱量が所定のハード保護熱量閾値を超えると、電子制御カップリングによる副駆動輪へのトルク伝達が禁止される。

特許４８４０５６６号公報

ところが、従来は、イグニッションスイッチがオンからオフにされたときに、それまでに計算された熱量が０にリセットされるため、イグニッションスイッチがオフからオンにされたときに、計算される熱量と実際の熱量（実熱量）とに乖離が生じる。その乖離量によっては、実際の熱量がハード保護熱量閾値を超えているにもかかわらず、計算される熱量がハード保護熱量閾値を超えないために、電子制御カップリングによる副駆動輪へのトルク伝達が禁止されずに、メインクラッチが過熱により破損する懸念がある。

本発明の目的は、イグニッションスイッチがオンから一旦オフに切り替わった後に再びオンに切り替わった場合にも、電子制御カップリングの過熱からの保護を図ることができる、車両用制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る車両用制御装置は、摩擦クラッチを内蔵した電子制御カップリングが搭載されて、走行のためのトルクを電子制御カップリングにより主駆動輪と副駆動輪とに配分可能な車両に用いられる制御装置であって、車両のイグニッションスイッチがオンである間、摩擦クラッチの熱量を算出する熱量算出手段と、熱量算出手段により算出される熱量が閾値を超えた場合に、電子制御カップリングの作動を禁止するカップリング保護手段と、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったことに応じて、熱量算出手段に算出された熱量を記憶する記憶手段と、イグニッションスイッチがオフである時間を計測する計時手段と、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったことに応じて、計時手段により計測された時間、電子制御カップリング内での吸熱および外気への放熱を考慮して、摩擦クラッチの放熱量を算出する放熱量算出手段とを含み、熱量算出手段は、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった後、記憶手段に記憶されている熱量から放熱量算出手段により算出された放熱量を減算した値を初期値として、摩擦クラッチの熱量の算出を再開する。

この構成によれば、車両のイグニッションスイッチがオンである間、電子制御カップリングの摩擦クラッチの熱量が算出され、この算出される熱量が閾値を超えた場合、電子制御カップリングの作動が禁止される。これにより、電子制御カップリングを過熱から保護することができる。

イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、その時点で算出されている熱量が記憶手段に記憶される。その後、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、イグニッションスイッチがオフであった時間、電子制御カップリング内での吸熱および外気への放熱を考慮して、摩擦クラッチの放熱量が算出される。そして、その算出された放熱量を記憶手段に記憶されている熱量から減算した値を初期値として、摩擦クラッチの熱量の算出が再開される。そのため、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった後も、その算出される熱量（計算熱量）の実際の熱量（実熱量）からの乖離を小さく抑えることができる。よって、イグニッションスイッチがオンから一旦オフに切り替わった後に再びオンに切り替わった場合にも、電子制御カップリングを過熱から良好に保護することができる。

本発明によれば、イグニッションスイッチがオンから一旦オフに切り替わった後に再びオンに切り替わった場合にも、電子制御カップリングの過熱からの保護を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る車両用制御装置が搭載された車両の平面図である。 車両のイグニッションスイッチのオン／オフ状態、電子制御カップリングのメインクラッチの実熱量および計算熱量、ならびにＩＧオフタイマによる計測時間の時間変化を示す図である。 従来における電子制御カップリングの実熱量および計算熱量の時間変化を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜車両の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用制御装置が搭載された車両１の平面図である。

車両１は、アクティブトルクスプリット４ＷＤシステムを採用している。車両１には、エンジン２、トランスミッション３、フロントデファレンシャルギヤ４、トランスファ５、プロペラシャフト６およびリヤデファレンシャルギヤ７が含まれる。

エンジン２は、車両１の前後方向に対してクランクシャフトが横向きになるように、つまりクランクシャフトが車幅方向に延びるように、車両１の前部に横置きで搭載（マウント）されている。

トランスミッション３は、たとえば、ラビニヨ型の遊星歯車機構を備える有段式の自動変速機（ＡＴ：Automatic Transmission）であってもよいし、ベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）であってもよい。

フロントデファレンシャルギヤ４のデフケース１１には、リングギヤ１２が固定されている。リングギヤ１２には、エンジン２の回転がトランスミッション３で変速されて入力される。リングギヤ１２に入力される回転により、デフケース１１がリングギヤ１２と一体に回転する。そして、デフケース１１の回転がピニオンギヤ１３を介して各サイドギヤ１４の回転に変換されて、各サイドギヤと一体に左右のフロントドライブシャフト１５Ｌ，１５Ｒが回転し、フロントドライブシャフト１５Ｌ，１５Ｒの回転がそれぞれ主駆動輪である前輪１６Ｌ，１６Ｒに伝達される。

トランスファ５は、たとえば、フロントデファレンシャルギヤ４のデフケース１１と一体に回転する第１かさ歯車１７と、この第１かさ歯車１７と噛合する第２かさ歯車１８とを含む。第２かさ歯車１８の中心には、車両１の前後方向に延びるプロペラシャフト６の前端が接続されている。

プロペラシャフト６は、フロント側部分６Ｆとリヤ側部分６Ｒとに分割して構成されており、フロント側部分６Ｆとリヤ側部分６Ｒとの間には、電子制御カップリング２１が介装されている。電子制御カップリング２１には、トルク伝達を行う多板摩擦クラッチからなるメインクラッチＭＣと、メインクラッチＭＣのトルク容量を制御する電磁石とを備え、電磁石に供給される励磁電流値（以下、「カップリング電流値」という。）に比例してメインクラッチＭＣのトルク容量が増大する構成のものが採用されている。

プロペラシャフト６の後端は、リヤデファレンシャルギヤ７のドライブピニオンシャフトに連結されている。プロペラシャフト６からリヤデファレンシャルギヤ７に伝達されるトルクにより、リヤドライブシャフト２２Ｌ，２２Ｒが回転し、リヤドライブシャフト２２Ｌ，２２Ｒの回転がそれぞれ副駆動輪である後輪２３Ｌ，２３Ｒに伝達される。

また、車両１には、マイコン（マイクロコントローラユニット）を含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）３１が備えられている。

前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒのそれぞれに対応して、各タイヤの回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するタイヤ回転センサ３２が設けられている。ＥＣＵ３１には、各タイヤ回転センサ３２が接続されている。また、ＥＣＵ３１には、エンジン２の回転（クランクシャフトの回転）に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転センサ３３と、車両１に設けられたアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサ３４とが接続されている。

ＥＣＵ３１には、その他にも、制御に必要な各種センサが接続されている。各種センサには、たとえば、外気温に応じた検出信号を出力する外気温センサ３５などが含まれる。

ＥＣＵ３１は、各タイヤ回転センサ３２の検出信号から前輪１６Ｌ，１６Ｒおよび後輪２３Ｌ，２３Ｒの各タイヤ回転数を求める。ＥＣＵ３１は、エンジン回転センサ３３の検出信号からエンジン２の回転数であるエンジン回転数を求め、アクセルセンサ３４の検出信号からアクセル開度を求める。アクセル開度は、アクセルペダルの操作量であり、たとえば、アクセルペダルが最大まで踏み込まれたときを１００％とする百分率である。ＥＣＵ３１は、各種センサから入力される検出信号から求めた数値などに基づいて、電子制御カップリング２１を制御する。

なお、図１には、１つのＥＣＵ３１のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、ＥＣＵ３１と同様の構成を有する複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ３１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。また、図１には、ＥＣＵ３１による制御に必要な各種センサの一部のみが示されている。

＜ハード保護処理＞
図２は、車両のイグニッションスイッチのオン／オフ状態、電子制御カップリング２１のメインクラッチＭＣの熱量（実熱量、計算熱量）およびＩＧオフタイマによる計測時間（カウント値）の時間変化を示す図である。

電子制御カップリング２１のメインクラッチＭＣの過熱による破損を防止すべく、ＥＣＵ３１により、以下に説明するハード保護処理が行われる。

ハード保護処理では、車両１のイグニッションスイッチがオンの状態において、メインクラッチＭＣの伝達トルクなどに基づいて、公知の手法により、メインクラッチＭＣの発熱量が計算される。また、電子制御カップリング２１に内蔵されているメインクラッチＭＣ以外の他部品やオイルの熱容量および外気温センサ３５により検出される外気温などに基づいて、メインクラッチＭＣから他部品やオイルへの放熱量および電子制御カップリング２１から外気への放熱量が推定される。そして、メインクラッチＭＣの発熱量から放熱量が減算され、その減算値が積算されることにより、メインクラッチＭＣの熱量が計算（演算により算出）される。

そして、メインクラッチＭＣの熱量が所定のハード保護熱量閾値を超えると、電子制御カップリング２１の作動が禁止されて、電子制御カップリング２１による後輪２３Ｌ，２３Ｒへのトルク伝達が禁止される。

イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、その時点までに算出された最新の熱量がＥＣＵ３１に内蔵されている不揮発性メモリに記憶される。また、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったことに応じて、イグニッションスイッチがオフである時間（ＩＧオフ時間）を計測するＩＧオフタイマが作動される。ＩＧオフタイマは、ＥＣＵ３１に内蔵されている揮発性メモリに設けられており、一定の周期でカウントアップ（カウント値をインクリメント）するものである。

その後、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、ＩＧオフタイマが停止されて、ＩＧオフタイマにより計測されたＩＧオフ時間から、イグニッションスイッチがオフであった間におけるメインクラッチＭＣの放熱量が求められる。

イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わった直後は、メインクラッチＭＣの熱が電子制御カップリング２１内の他部材およびオイルに奪われるので、メインクラッチＭＣの熱量が急峻に低下する。そして、電子制御カップリング２１内の温度分布がほぼ均一になった後は、メインクラッチＭＣの熱量の低下は、メインクラッチＭＣの温度と外気温との温度差が主因となるので、メインクラッチＭＣの熱量の低下が緩慢になる。これらを考慮して、メインクラッチＭＣの放熱量が求められる。

具体的には、電子制御カップリング２１内のメインクラッチＭＣ以外の他部品やオイルの熱容量などに基づいて、メインクラッチＭＣから他部品やオイルへの放熱量が推定、外気温センサ３５により検出される外気温などに基づいて、電子制御カップリング２１から外気への放熱量が推定されて、それらの推定された放熱量が足し合わされることにより、メインクラッチＭＣの放熱量が算出されてもよい。

そして、ＥＣＵ３１の不揮発性メモリに記憶されている熱量からイグニッションスイッチがオフであった間におけるメインクラッチＭＣの放熱量が減算され、その減算値を初期値として、メインクラッチＭＣの熱量の計算が再開される。

＜作用効果＞
以上のように、車両１のイグニッションスイッチがオンである間、電子制御カップリング２１のメインクラッチＭＣの熱量が算出され、この算出される熱量がハード保護熱量閾値を超えた場合、電子制御カップリング２１の作動が禁止される。これにより、電子制御カップリング２１を過熱から保護することができる。

イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わると、その時点で算出されている熱量がＥＣＵ３１の不揮発性メモリに記憶される。その後、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わると、イグニッションスイッチがオフであった時間、電子制御カップリング２１内での吸熱および外気への放熱を考慮して、メインクラッチＭＣの放熱量が算出される。そして、その算出された放熱量を不揮発性メモリに記憶されている熱量から減算した値を初期値として、メインクラッチＭＣの熱量の算出が再開される。そのため、イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった後も、その算出される熱量（計算熱量）の実際の熱量（実熱量）からの乖離を小さく抑えることができる。よって、イグニッションスイッチがオンから一旦オフに切り替わった後に再びオンに切り替わった場合にも、電子制御カップリング２１を過熱から良好に保護することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、メインクラッチＭＣからの放熱量の算出に際し、電子制御カップリング２１に内蔵されているメインクラッチＭＣ以外の他部品やオイルの熱容量および外気温センサ３５により検出される外気温などに基づいて、メインクラッチＭＣから他部品やオイルへの放熱量および電子制御カップリング２１から外気への放熱量が推定されるとした。これらの放熱量は、演算により推定されてもよいし、予め用意された放熱量のマップに従って推定されてもよい。

とくに、イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わった後の放熱量の推定において、メインクラッチＭＣの熱が電子制御カップリング２１内の他部材およびオイルに奪われることにより急峻に増大する放熱量については、所定の熱量範囲ごとに作成された複数の放熱量のマップの中から、イグニッションスイッチがオフされた時点でのメインクラッチＭＣの熱量に応じたマップが選択されて、その選択されたマップからイグニッションスイッチがオフであった時間に対応する放熱量が取得され、メインクラッチＭＣの温度と外気温との温度差により緩慢に増大する放熱量については、所定の外気温範囲ごとに作成された複数の放熱量のマップの中から、イグニッションスイッチがオフされた時点での外気温に応じたマップが選択されて、その選択されたマップからイグニッションスイッチがオフであった時間に対応する放熱量が取得されてもよい。

動力の非分配時に動力が伝達される主駆動輪が前輪１６Ｌ，１６Ｒである構成を取り上げたが、本発明に係る車両用制御装置は、動力の非分配時に動力が伝達される主駆動輪が後輪２３Ｌ，２３Ｒである構成の車両に用いることもできる。

トランスミッション３は、動力分割式無段変速機であってもよい。動力分割式無段変速機は、たとえば、変速比の変更により動力を無段階に変速するベルト式の無段変速機構を備え、インプット軸とアウトプット軸との間で動力を２つの経路に分岐して伝達可能な変速機である。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
１６Ｌ，１６Ｒ：前輪（主駆動輪）
２１：電子制御カップリング
２３Ｌ，２３Ｒ：後輪（副駆動輪）
３１：ＥＣＵ（制御装置、熱量算出手段、カップリング保護手段、記憶手段、計時手段、放熱量算出手段）
ＭＣ：メインクラッチ（摩擦クラッチ）

Claims (1)

1. 摩擦クラッチを内蔵した電子制御カップリングが搭載されて、走行のためのトルクを前記電子制御カップリングにより主駆動輪と副駆動輪とに配分可能な車両に用いられる制御装置であって、
   前記車両のイグニッションスイッチがオンである間、前記摩擦クラッチの熱量を算出する熱量算出手段と、
   前記熱量算出手段により算出される熱量が閾値を超えた場合に、前記電子制御カップリングの作動を禁止するカップリング保護手段と、
   前記イグニッションスイッチがオンからオフに切り替わったことに応じて、前記熱量算出手段に算出された熱量を記憶する記憶手段と、
   前記イグニッションスイッチがオフである時間を計測する計時手段と、
   前記イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わったことに応じて、前記計時手段により計測された時間から、前記イグニッションスイッチがオフであった間における前記摩擦クラッチの放熱量を算出する放熱量算出手段とを含み、
   前記放熱量算出手段は、前記摩擦クラッチから前記電子制御カップリング内の前記摩擦クラッチ以外の他部材およびオイルへの放熱量を推定し、前記摩擦クラッチから外気への放熱量を推定して、それらの放熱量を足し合わせることにより、前記摩擦クラッチの放熱量を算出し、
   前記熱量算出手段は、前記イグニッションスイッチがオフからオンに切り替わった後、前記記憶手段に記憶されている熱量から前記放熱量算出手段により算出された前記放熱量を減算した値を初期値として、前記摩擦クラッチの熱量の算出を再開する、車両用制御装置。

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