特許 7538096 車両制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】車両制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60K 23/08 20060101AFI20240814BHJP

   B60K 17/344 20060101ALI20240814BHJP

   B60K 17/348 20060101ALI20240814BHJP

   B60W 10/119 20120101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

B60K23/08 C

B60K17/344 C

B60K17/348 B

B60W10/119

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021141771

(22)【出願日】2021-08-31

(65)【公開番号】P2023035143

(43)【公開日】2023-03-13

【審査請求日】2024-01-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】有路 松生

(72)【発明者】

【氏名】高木 亮

(72)【発明者】

【氏名】前田 義紀

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 朋亮

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－３２７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５５８４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ ２３／０８

Ｂ６０Ｋ １７／３４４

Ｂ６０Ｋ １７／３４８

Ｂ６０Ｗ １０／１１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原動機と連結された主駆動輪軸と、
プロペラ軸を介して前記原動機及び前記主駆動輪軸と連結された従駆動輪軸と、
前記プロペラ軸又は前記従駆動輪軸に配置され、原動機トルクのうち前記従駆動輪軸に伝達される駆動トルクであるカップリングトルクを制御することにより、前記主駆動輪軸にのみ前記原動機トルクを伝達する部分輪駆動状態と全輪駆動状態とを切り替える電子制御カップリングと、
を含む車両を制御する車両制御装置であって、
前記車両制御装置は、
前記全輪駆動状態に切り替える車両加速の開始に先立ち、前記カップリングトルクがプレトルクとして前記従駆動輪軸に伝達されるように前記電子制御カップリングを制御し、
前記電子制御カップリングの等価剛性値が前記従駆動輪軸の等価剛性値以上かつ前記主駆動輪軸の等価剛性値以下となるトルク範囲内で前記プレトルクを決定する
ことを特徴とする車両制御装置。

【請求項2】

原動機と連結された主駆動輪軸と、
プロペラ軸を介して前記原動機及び前記主駆動輪軸と連結された従駆動輪軸と、
前記プロペラ軸又は前記従駆動輪軸に配置され、原動機トルクのうち前記従駆動輪軸に伝達される駆動トルクであるカップリングトルクを制御することにより、前記主駆動輪軸にのみ前記原動機トルクを伝達する部分輪駆動状態と全輪駆動状態とを切り替える電子制御カップリングと、
を含む車両を制御する車両制御装置であって、
前記車両制御装置は、
前記全輪駆動状態に切り替える車両加速の開始に先立ち、前記カップリングトルクがプレトルクとして前記従駆動輪軸に伝達されるように前記電子制御カップリングを制御し、
前記電子制御カップリングの等価剛性値が前記従駆動輪軸の等価剛性値以上かつ前記プロペラ軸の等価剛性値以下となるトルク範囲内で前記プレトルクを決定する
ことを特徴とする車両制御装置。

【請求項3】

前記プレトルクは、前記車両の車体速度が高い場合には、前記車体速度が低い場合と比べて大きい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両制御装置。

【請求項4】

前記プレトルクは、前記車両の操向輪の切れ角が大きい場合には、前記切れ角が小さい場合と比べて大きくなるように修正される
ことを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プロペラ軸を介して互いに連結された主駆動輪軸及び従駆動輪軸と、電子制御カップリングと、を備える車両を制御する車両制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、前輪軸と後輪軸とを連結するプロペラ軸を備えない電動四輪駆動車両の制御装置が開示されている。この制御装置によれば、アクセルペダルをオフとする減速時に、バックラッシュに起因するギアのガタ詰めのために、前輪軸に負のモータトルクが付与され、かつ、後輪軸に微小な正のモータトルクが付与される。また、車両状態が緩減速から再加速に変化する場合には、前輪側のガタが詰まる際の衝撃緩和のために、前輪軸に付与される正のモータトルクが徐々に増やされる。この際に、後輪軸に付与されるモータトルクは、衝撃緩和のための前輪側のモータトルクの増加抑制分を補うように制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－０５７１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

プロペラ軸を介して互いに連結された主駆動輪軸及び従駆動輪軸と電子制御カップリングとを備える車両では、電子制御カップリングによって従駆動輪軸に駆動トルクを配分することにより、主駆動輪軸のみ駆動される部分輪駆動状態から全輪駆動状態に切り替えることが可能である。このように全輪駆動状態に切り替わる車両加速時には、ギアのガタ詰まりに起因する衝撃（ガタ打ちショック）が発生する。このようなガタ打ちショックを抑制するための対策は、主駆動輪軸等のトルク伝達経路上の軸におけるねじり振動を抑制しつつなされることが望まれる。

【0005】

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、プロペラ軸を介して互いに連結された主駆動輪軸及び従駆動輪軸と電子制御カップリングとを備える車両において、全輪駆動状態に切り替わる車両加速時に、ねじり振動を抑制しつつガタ打ちショックを好適に抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る車両制御装置は、原動機と連結された主駆動輪軸と、プロペラ軸を介して原動機及び主駆動輪軸と連結された従駆動輪軸と、プロペラ軸又は従駆動輪軸に配置され、原動機トルクのうち従駆動輪軸に伝達される駆動トルクであるカップリングトルクを制御することにより、主駆動輪軸にのみ原動機トルクを伝達する部分輪駆動状態と全輪駆動状態とを切り替える電子制御カップリングと、を含む車両を制御する。車両制御装置は、全輪駆動状態に切り替える車両加速の開始に先立ち、カップリングトルクがプレトルクとして従駆動輪軸に伝達されるように電子制御カップリングを制御し、電子制御カップリングの等価剛性値が従駆動輪軸の等価剛性値以上かつ主駆動輪軸の等価剛性値以下となるトルク範囲内でプレトルクを決定する。

【0007】

本開示の他の態様に係る車両制御装置は、原動機と連結された主駆動輪軸と、プロペラ軸を介して原動機及び主駆動輪軸と連結された従駆動輪軸と、プロペラ軸又は従駆動輪軸に配置され、原動機トルクのうち従駆動輪軸に伝達される駆動トルクであるカップリングトルクを制御することにより、主駆動輪軸にのみ原動機トルクを伝達する部分輪駆動状態と全輪駆動状態とを切り替える電子制御カップリングと、を含む車両を制御する。車両制御装置は、全輪駆動状態に切り替える車両加速の開始に先立ち、カップリングトルクがプレトルクとして従駆動輪軸に伝達されるように電子制御カップリングを制御し、電子制御カップリングの等価剛性値が従駆動輪軸の等価剛性値以上かつプロペラ軸の等価剛性値以下となるトルク範囲内でプレトルクを決定する。

【0008】

プレトルクは、車両の車体速度が高い場合には、車体速度が低い場合と比べて大きくてもよい。

【0009】

プレトルクは、車両の操向輪の切れ角が大きい場合には、切れ角が小さい場合と比べて大きくなるように修正されてもよい。

【発明の効果】

【0010】

電子制御カップリングの等価剛性値は、カップリングトルクに応じて変化する。本開示の一態様に係る車両制御装置によれば、電子制御カップリングの等価剛性値が従駆動輪軸の等価剛性値以上かつ主駆動輪軸の等価剛性値以下となるトルク範囲内でプレトルクが決定される。これにより、電子制御カップリングによるねじり振動の減衰効果の確保に適した剛性のバランスを、電子制御カップリングとその周囲の主駆動輪軸及び従駆動輪軸との間で実現できるようになる。そして、このように決定されるプレトルクが上記車両加速の開始に先立って従駆動輪軸に伝達されるように電子制御カップリングが制御される。これにより、ガタ詰めのためのプレトルクの付与に伴うねじり振動を好適に抑制しつつ、ガタ打ちショックを抑制できる。

【0011】

また、本開示の他の態様に係る車両制御装置によれば、電子制御カップリングの等価剛性値が従駆動輪軸の等価剛性値以上かつプロペラ軸の等価剛性値以下となるトルク範囲内でプレトルクが決定される。このように決定されるプレトルクの利用によっても、ガタ詰めのためのプレトルクの付与に伴うねじり振動を好適に抑制しつつ、ガタ打ちショックを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態に係る車両の構成の一例を概略的に示す図である。

【図2】図１に示す車両におけるガタ打ちショックの発生箇所の一例を表した模式図である。

【図3】ガタ詰め用のプレトルクｔｐｒｅ発生時の電子制御カップリング周りのトルクフローを説明するための図である。

【図4】図３に示すプレトルクｔｐｒｅを利用した加速時の前輪軸周りの各構成要素のギア間の関係を説明するための図である。

【図5】電子制御カップリングを単体で見たときのねじり特性の一例を示す図である。

【図6】図５に示す特性上の代表的なカップリング指令トルク値における電子制御カップリングのねじりバネ定数の数値例を示す表である。

【図7】車両のトルク伝達経路上の各構成要素の等価剛性値をカップリング指令トルクとの関係で表した図である。

【図8】プレトルクｔｐｒｅの決定に関する処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】プレトルクｔｐｒｅのベース値ｔｐｒｅｂと車体速度Ｖｘとの関係の一例を示す図である。

【図10】補正係数Ｋｓｔｒと前輪の切れ角との関係の一例を示す図である。

【図11】最終カップリング指令トルクの選択に関する処理の一例を示すフローチャートである。

【図12】図１１に示す処理の動作を説明するためのタイムチャートである。

【図13】ガタ詰めのためのプレトルクｔｐｒｅの有無及び大きさの違いが車両の前後加速度Ｇｘに与える影響について説明するための図である。

【図14】図１３の一部を拡大して示す図である。

【図15】ガタ詰めのためのプレトルクｔｐｒｅの有無及び大きさの違いが車両の前後輪軸のトルクに与える影響について説明するための図である。

【図16】プレトルクｔｐｒｅの決定に関する処理の他の例を示すフローチャートである。

【図17】本開示に係る車両構成の他の例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して、本開示の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、本開示に係る技術思想が限定されるものではない。

【0014】

１．車両構成
図１は、実施の形態に係る車両１０の構成の一例を概略的に示す図である。車両１０は、原動機１２と、前輪軸１４と、後輪軸１６と、プロペラ軸１８と、電子制御カップリング２０とを備えている。

【0015】

原動機１２は、一例として内燃機関であり、変速機２２と組み合わされている。原動機１２は、例えば、内燃機関に代わりに電動モータであってもよいし、内燃機関と電動機との組み合わせであってもよい。

【0016】

変速機２２は、一例として、前輪用ディファレンシャルギア２４を含んで構成されている。前輪用ディファレンシャルギア２４を含む変速機２２は、トランスファー２６に連結されている。トランスファー２６は、原動機１２が発生するトルクを前輪軸１４と後輪軸１６とに分配するための機構である。

【0017】

前輪軸１４は、より詳細には左右一対のドライブシャフトである。原動機１２のトルク（以下、単に「原動機トルク」とも称する）は、変速機２２（前輪用ディファレンシャルギア２４を含む）を介して前輪軸１４に伝達される。このように、前輪軸１４は、原動機１２と連結されている。

【0018】

後輪軸１６は、より詳細には左右一対のドライブシャフトである。後輪軸１６は、プロペラ軸１８を介して原動機１２及び前輪軸１４と連結されている。より詳細には、プロペラ軸１８の一端はトランスファー２６に連結され、他端は後輪用ディファレンシャルギア２８を介して後輪軸１６と連結されている。なお、前輪軸１４及び後輪軸１６は、それぞれ、本開示に係る「主駆動輪軸」及び「従駆動輪軸」の一例に相当する。

【0019】

図１に示す例では、電子制御カップリング（以下、単に「カップリング」とも称する）２０は、プロペラ軸１８上に配置されている。カップリング２０は、原動機１２のトルクのうち後輪軸１６に伝達される駆動トルクである「カップリングトルク」を制御する。カップリング２０は、典型的には、湿式多板クラッチを含み、後述のＥＣＵ３０の制御によって当該クラッチの押し付け力を調整することで、カップリングトルク（すなわち、当該クラッチの伝達トルク）を制御することができる。カップリングトルクは、プロペラ軸１８及び後輪用ディファレンシャルギア２８を介して後輪軸１６に伝達される。このようなカップリングトルクの制御の結果として、前輪軸１４及び後輪軸１６に対する原動機トルクの配分率を変更できる。より詳細には、原動機トルクの１００％を前輪軸１４に付与する状態（前輪駆動状態；部分輪駆動状態）から、プロペラ軸１８を介して前輪軸１４と後輪軸１６とが直結された状態（配分率５０：５０）までの間で配分率を変更できる。二輪駆動状態（前輪駆動状態）と四輪駆動状態（全輪駆動状態）との切り替えは、アクセルペダル３の踏み込み量及び車体速度Ｖｘ等の所定の条件に基づいて行われる。

【0020】

車両１０は、さらに、車両１０を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、本開示に係る「車両制御装置」の一例に相当する。ＥＣＵ３０は、プロセッサと記憶装置とを有する。記憶装置は、原動機１２及びカップリング２０の各種制御に用いられるマップを含む各種のデータ及び各種の制御プログラムを記憶している。プロセッサが記憶装置から制御プログラムを読み出して実行することにより、上記の各種制御のためのＥＣＵ３０による各種の処理が実現される。なお、ＥＣＵ３０は複数であってもよい。

【0021】

また、ＥＣＵ３０は、車両１０に搭載された各種センサからセンサ信号を取り込む。各種センサは、例えば、車輪速センサ３２と、アクセルポジションセンサ３４と、ブレーキポジションセンサ３６と、切れ角センサ３８とを含む。車輪速センサ３２は、車輪１及び２のそれぞれに対して設けられており、車輪１又は２の回転速度を検出する。アクセルポジションセンサ３４及びブレーキポジションセンサ３６は、それぞれ、アクセルペダル３及びブレーキペダル４の踏み込み量を検出する。切れ角センサ３８は、車両１０の操向輪に相当する前輪１の切れ角を検出する。

【0022】

２．ガタ詰め制御
上述した車両１０における原動機１２から各車輪軸１４及び１６までのトルク伝達経路上の各構成要素（前輪軸１４、後輪軸１６、プロペラ軸１８、変速機２２、ディファレンシャルギア２４及び２８、並びにトランスファー２６）の間は、ギアを介して連結されている。このため、各ギア間のバックラッシュ（ガタつき）に起因し、車両１０の加減速に伴って各ギア間のガタが詰まる際に（すなわち、ギアの歯面同士が接触する際に）、衝撃（ガタ打ちショック）が車両１０に発生する。

【0023】

図２は、図１に示す車両１０におけるガタ打ちショックの発生箇所の一例を表した模式図である。図２には、前輪軸１４周りの各構成要素のギア間の関係が例示されている。図２では、説明の便宜上、噛み合っているギア間のバックラッシュの存在が、同図中に「フローティング」と付して示すように、紙面上下方向の隙間として表現されている。具体的には、図２には、変速機２２の出力軸２２ａに固定されたギア２２ｂと、このギア２２ｂと噛み合うギア（前輪用ディファレンシャルギア２４の回転軸２４ａに固定されたギア）２４ｂとの間のバックラッシュが表されている。また、トランスファー２６の回転軸２６ａに固定されたギア２６ｂと、このギア２６ｂと噛み合うプロペラ軸１８のギア１８ａとの間のバックラッシュが表されている。図２に示す「フローティング」が発生している状態とは、噛み合っているギアの歯面同士が接触していない状態のことである。

【0024】

図２に示すようなフローティング状態は、例えば、アクセルペダルが踏まれていない二輪駆動状態での惰性走行中、又は車両停止状態において発生し得る。このようなフローティング状態において、加速要求に伴って原動機トルクに応じた駆動トルクが図２に示す正方向に作用すると、フローティング状態となっているギア２２ｂとギア２４ｂとの間、及びギア２６ｂとギア１８ａとの間において、ガタが詰まることに起因してガタ打ちショックが発生する。また、駆動トルクが発生してから各部のガタの詰まりに要する時間が経過するまでの間は、駆動トルクはトルク伝達経路の下流側に伝達されない。つまり、各部のガタの詰まりに要する期間は、駆動トルクの応答遅れ期間に相当する。

【0025】

後述の「プレトルクｔｐｒｅ」の利用なしに車両加速時にガタが詰まると、図２を参照して説明したように、ガタ打ちショックが発生する。より詳細には、図２に示す例では、ガタ打ちショックは、主に（換言すると、トランスファー２６側のギア２６ｂとプロペラ軸１８のギア１８ａとのガタの詰まりと比べて）変速機２２側のギア２２ｂと前輪用ディファレンシャルギア２４のギア２４ｂとのガタの詰まりに起因して発生する。これは、二輪駆動状態（すなわち、カップリング２０がカップリングトルクを発生させていない状態）では、トルク伝達経路上のトランスファー２６の下流側（すなわち、カップリング２０の上流側のプロペラ軸１８の部位）が回転フリー状態となるためである。

【0026】

図３は、ガタ詰め用のプレトルクｔｐｒｅ発生時の電子制御カップリング２０周りのトルクフローを説明するための図である。本実施形態では、上述のガタ打ちショックを抑制するために、プレトルクｔｐｒｅとしてのカップリングトルクが発生するようにカップリング２０を制御する「ガタ詰め制御」を実行する。

【0027】

ガタ詰め制御は、車両加速時に、二輪駆動状態（前輪駆動状態）から四輪駆動状態（全輪駆動状態）に切り替わる時のガタ打ちショックの抑制のために実行される。ここでいう「車両加速時」は、より詳細には、直進中又は旋回中にアクセルペダルがオフとされている惰性走行状態（コースティング状態）からのチップイン加速時と、発進加速時とを含む。下記の説明における「車両加速」は、このような車両加速のことである。

【0028】

より具体的には、ガタ詰め制御では、ＥＣＵ３０は、車両加速の開始に先立ち、プレトルクｔｐｒｅを発生させるように、カップリング２０（より詳細には、カップリング２０のクラッチの押し付け力）を制御する。その結果、図３に示すように、後輪軸１６を駆動する力となるプレトルクｔｐｒｅ（カップリングトルク）がカップリング２０の下流側に発生する。そして、このプレトルクｔｐｒｅの反力トルク（すなわち、プレトルクｔｐｒｅと逆向きのトルク）がカップリング２０の上流側（すなわち、トランスファー２６の側）に作用する。

【0029】

図４は、図３に示すプレトルクｔｐｒｅを利用した加速時の前輪軸１４周りの各構成要素のギア間の関係を説明するための図である。図３に示すプレトルクｔｐｒｅがガタ詰めのために作用すると、上記の反力トルクがプロペラ軸１８からトランスファー２６に向けて作用する。図４に示すように、この反力トルクの方向は、原動機トルクに基づく駆動トルクを正方向とすると、その逆方向（すなわち、負方向）となる。このような反力トルクの作用により、図４中の２か所のガタが詰まることになる。したがって、このようにガタ詰めがなされている状態で加速要求に応じた駆動トルクが原動機１２から印加されても、ガタ打ちショックは、発生しなくなる又は少なくとも緩和される。また、ガタが詰まっているので、上述の駆動トルクの応答遅れが解消される又は減少するので、加速応答性も向上する。

【0030】

＜プレトルクｔｐｒｅの決定手法＞
本件発明者らは、鋭意研究により、ガタ詰めのためのプレトルクｔｐｒｅ（ガタ詰めトルク）に、次のような適正範囲（後述のトルク範囲Ｂ１又はＢ２）が存在することを見出した。

【0031】

まず、図５は、電子制御カップリング２０を単体で見たときのねじり特性の一例を示す図である。図５の縦軸はカップリングトルク（Ｎｍ）であり、横軸はカップリング差動角（カップリング２０のねじり角；ｄｅｇ）である。より詳細には、縦軸は、カップリング指令トルク、すなわち、カップリング２０に要求されるカップリングトルクの指令値である。なお、図５は、カップリング２０の差動回転数が２ｒｐｍの時のデータを示している。

【0032】

図５に示すように、カップリング２０のねじり特性（ねじりバネ特性）の勾配は、カップリング指令トルクの領域によって異なる。具体的には、勾配は、カップリング指令トルクが高いほど大きくなり、逆に、カップリング指令トルクが低いほど小さくなっている。図６は、図５に示す特性上の代表的なカップリング指令トルク値における電子制御カップリング２０のねじりバネ定数の数値例を示す表である。図６に示すように、カップリング２０の単体のねじりバネ定数（Ｎｍ／ｄｅｇ又はＮｍ／ｒａｄ）は、カップリング指令トルクに応じて異なるものとなっている。より詳細には、このねじりバネ定数は、低トルク域ではカップリング指令トルクの変化に対して大きく変化し、高トルク域ではカップリング指令トルクに対する変化率が低下している。

【0033】

上述のように、図５に示すカップリング２０のねじり特性は、使用されるカップリング指令トルクによってねじりバネ定数（すなわち、ねじりバネ剛性）が変化する非線形特性となる。このことは、次に図７を参照して説明されるように、ガタ詰め制御において指令されるプレトルクｔｐｒｅの値によって、車両１０のトルク伝達経路（ドライブライン）の剛性バランスが変化することを意味する。

【0034】

次に、図７は、車両１０のトルク伝達経路上の各構成要素の等価剛性値をカップリング指令トルクとの関係で表した図である。図７では、前輪軸（主駆動輪軸）１４、後輪軸（従駆動輪軸）１６、プロペラ軸１８、及びカップリング２０の等価剛性値（Ｎｍ／ｒａｄ）の大小関係が比較されている。ここで、同一軸上にないこれらの構成要素１４、１６、１８及び２０の剛性の値を同一の基準で比較して評価するために、図７に示す等価剛性値は、各構成要素間のギア比を考慮して算出されている。一例として、図７は、車輪軸（ドライブシャフト）上の値に換算された等価剛性値を示している。なお、横軸は、対数表示されたカップリング指令トルクである。

【0035】

図７に示すように、軸部材である前輪軸１４、後輪軸１６、及びプロペラ軸１８の等価剛性値は、カップリング指令トルクによらずに一定である。より詳細には、二輪駆動状態での車両１０の駆動に用いられる前輪軸（主駆動輪軸）１４の等価剛性値は、後輪軸（従駆動輪軸）１６の等価剛性値と比べて高くなっている。また、これら３つのうちでプロペラ軸１８の等価剛性値が最も高くなっている。

【0036】

その一方で、図５に示す非線形特性を有するカップリング２０の等価剛性値は、図７に示すように、カップリング指令トルクの増加に伴って後輪軸１６から前輪軸１４までの等価剛性値の範囲（剛性範囲Ａ１）を通過するように増加している。また、図７より、カップリング２０の等価剛性値は、カップリング指令トルクの増加に伴って後輪軸１６からプロペラ軸１８までの等価剛性値の範囲（剛性範囲Ａ２）を通過するように増加している。以下、これらの「剛性範囲Ａ１及びＡ２」にそれぞれ対応するカップリング指令トルクの範囲を「トルク範囲Ｂ１及びＢ２」と称する。

【0037】

本件発明者らは、ガタ打ちショックを好適に抑制するためには、ガタ詰め制御におけるプレトルクｔｐｒｅをトルク範囲Ｂ１又はトルク範囲Ｂ２内で決定するのが良いことを見出した。そこで、本実施形態では、プレトルクｔｐｒｅがトルク範囲Ｂ１内に収まるように決定される。なお、プレトルクｔｐｒｅをトルク範囲Ｂ１又はトルク範囲Ｂ２内で決定するのが良い理由については、図１３～図１５を参照して後述される。

【0038】

＜ＥＣＵによる処理＞
図８は、プレトルクｔｐｒｅの決定に関する処理の一例を示すフローチャートである。一例として、このフローチャートの処理は、車両１０の走行中に常時（繰り返し）行われているものとする。

【0039】

図８では、ＥＣＵ３０は、まずステップＳ１００において、車両１０の車体速度Ｖｘを読み込む。ＥＣＵ３０は、次のような手法を用いて、車体速度Ｖｘを常時演算している。すなわち、二輪駆動状態では、車体速度Ｖｘは、例えば、車輪速センサ３２によって検出される非駆動論（車両１０では後輪２）の車輪速（車輪速センサ値）に基づいて演算できる。また、全輪駆動状態では、車体速度Ｖｘは、例えば、すべての車輪１及び２の車輪速（車輪速センサ値）のうち最も低い車輪速に基づいて演算できる。

【0040】

次いで、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ３０は、車体速度Ｖｘに応じたプレトルクｔｐｒｅのベース値ｔｐｒｅｂを設定する。

【0041】

図９は、プレトルクｔｐｒｅのベース値ｔｐｒｅｂと車体速度Ｖｘとの関係の一例を示す図である。ベース値ｔｐｒｅｂは、例えば、車両１０の走行抵抗（ロードロード；単位はＮ）の後輪軸（従駆動輪軸）１６の分担分を、カップリング２０が配置されているプロペラ軸１８のトルク値に換算したものに相当する。このベース値ｔｐｒｅｂは、車体速度Ｖｘが高い場合には、車体速度Ｖｘが低い場合と比べて大きくなるように設定されている。より詳細には、図９に示す設定例では、ベース値ｔｐｒｅｂは、車体速度Ｖｘが高いほど大きくなる。なお、図９に示す設定に用いられる走行抵抗の値は、車両１０の直進時に得られるものである。

【0042】

ＥＣＵ３０の記憶装置には、図９に示すような関係を定めたマップが格納されている。ＥＣＵ３０は、ステップＳ１００で取得した車体速度Ｖｘに応じたベース値ｔｐｒｅｂを当該マップから取得する。

【0043】

次いで、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ３０は、修正後プレトルクｔｐｒｅｃを算出する。修正後プレトルクｔｐｒｅｃは、ベース値ｔｐｒｅｂに、操向輪である前輪１の切れ角の補正係数Ｋｓｔｒを乗じることによって算出される。図１０は、補正係数Ｋｓｔｒと前輪１の切れ角との関係の一例を示す図である。補正係数Ｋｓｔｒは、前輪１の切れ角が大きい場合には、切れ角が小さい場合と比べて大きくなるように、例えば実験により決定されている。補正係数Ｋｓｔｒを用いてベース値ｔｐｒｅｂを補正する理由は、前輪１の切れ角が増えると、直進時と比べて走行抵抗が増えるためである。図１０に示す一例では、補正係数Ｋｓｔｒは、１．０を基準値とし、切れ角の増加に伴って大きくなる範囲を有するように設定されている。

【0044】

次いで、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ３０は、修正後プレトルクｔｐｒｅｃがトルク範囲Ｂ１（図７参照）内に収まっているか否かを判定する。トルク範囲Ｂ１は、事前に特定され、ＥＣＵ３０の記憶装置に格納されている。

【0045】

ステップＳ１０６において修正後プレトルクｔｐｒｅｃがトルク範囲Ｂ１内に収まっている場合には、ＥＣＵ３０は、修正後プレトルクｔｐｒｅｃを最終的なプレトルクｔｐｒｅとして決定する。

【0046】

一方、ステップＳ１０６において修正後プレトルクｔｐｒｅｃがトルク範囲Ｂ１内に収まっていない場合には、ＥＣＵ３０は、トルク範囲Ｂ１内に収まるように修正後プレトルクｔｐｒｅｃを修正し、当該修正後の値を最終的なプレトルクｔｐｒｅとして決定する。具体的には、修正後プレトルクｔｐｒｅｃがトルク範囲Ｂ１の上限値を超えている場合には、当該上限値が最終的なプレトルクｔｐｒｅとして決定される。また、修正後プレトルクｔｐｒｅｃがトルク範囲Ｂ１の下限値未満の場合には、当該下限値が最終的なプレトルクｔｐｒｅとして決定される。

【0047】

次に、図１１は、最終カップリング指令トルクの選択に関する処理の一例を示すフローチャートである。一例として、このフローチャートの処理は、図８に示す処理と並行して、車両１０の走行中に常時（繰り返し）行われているものとする。

【0048】

図１１では、ＥＣＵ３０は、まずステップＳ２００において、図８に示す処理により決定されたプレトルクｔｐｒｅを読み込む。

【0049】

次いで、ステップＳ２０２において、ＥＣＵ３０は、通常の全輪駆動（ＡＷＤ）制御のために別途演算されるカップリング指令トルクであるトルクｔｏｕｔを読み込む。ここでいう通常のＡＷＤ制御とは、発進時のトラクション確保、及び旋回時の軌跡のトレース性確保等の本来のＡＷＤ機能の実現のためにカップリングトルクを後輪軸１６に付与する制御のことである。なお、運転者によるブレーキペダル４の操作に伴う制動時には、車輪速の落ち込みを回避するため、トルクｔｏｕｔは印加されない。

【0050】

次いで、ステップＳ２０４において、ＥＣＵ３０は、ＡＷＤ制御用のトルクｔｏｕｔがプレトルクｔｐｒｅ未満であるか否かを判定する。その結果、トルクｔｏｕｔがプレトルクｔｐｒｅ以上である場合には、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０６においてトルクｔｏｕｔをカップリング２０にそのまま指令する。すなわち、トルクｔｏｕｔが最終カップリング指令トルクとして選択される。

【0051】

一方、ステップＳ２０４においてトルクｔｏｕｔがプレトルクｔｐｒｅ未満である場合には、処理はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、ＥＣＵ３０は、トルクｔｏｕｔの下限をプレトルクｔｐｒｅでガードする処理を実行し、プレトルクｔｐｒｅをカップリング２０に指令する。すなわち、プレトルクｔｐｒｅが最終カップリング指令トルクとして選択される。

【0052】

図１２は、図１１に示す処理の動作を説明するためのタイムチャートである。なお、プレトルクｔｐｒｅは上述のように車体速度Ｖｘに応じて変化するが、図１２では、説明の簡素化のために、プレトルクｔｐｒｅは、時間経過に対して一定で表されている。

【0053】

図１２中の時点ｔ０は、オフ状態からのアクセルペダルの踏み込みがなされ、全輪駆動状態に切り替える車両加速が開始される時点に相当する。この時点ｔ０よりも前の期間（すなわち、車両１０がコースティング状態にある期間）では、プレトルクｔｐｒｅが最終カップリング指令トルクとなっている。

【0054】

時点ｔ０を経過すると、ＡＷＤ制御用のトルクｔｏｕｔがゼロから増加していく。時点ｔ０より後の時点ｔ１は、トルクｔｏｕｔとプレトルクｔｐｒｅとが等しくなる時点に相当する。時点ｔ１以前の期間中には、時点ｔ０より後であっても、プレトルクｔｐｒｅが最終カップリング指令トルクとなる。一方、時点ｔ１を経過すると、トルクｔｏｕｔがプレトルクｔｐｒｅを上回るので、トルクｔｏｕｔが最終カップリング指令トルクとなる。

【0055】

図１２に表されているように、図１１に示す処理によれば、全輪駆動状態に切り替える車両加速の開始に先立ち、プレトルクｔｐｒｅをガタ詰めトルクとして後輪軸１６に付与することができる。

【0056】

付け加えると、プレトルクｔｐｒｅは、アクセルペダルオフの期間中（時点ｔ０より前）及び加速開始初期（時点ｔ０から時点ｔ１まで）にのみ付与されてもよいし、或いは、これらの期間のみに限らず、二輪駆動状態時にも付与されてもよい。

【0057】

３．作用効果
まず、図１３～図１５を参照して、ガタ詰めのためのプレトルクｔｐｒｅの有無及び大きさの違いが車両１０の前後加速度Ｇｘ並びに前後輪軸１４及び１６のトルクに与える影響について説明する。図１３～図１５には、一例として車速４０ｋｍ／ｈからの５０％開度へのアクセルペダル３の踏み込みによるチップイン加速時の動作が表されている。なお、図１４（Ａ）～図１４（Ｃ）は、それぞれ、図１３（Ａ）～図１３（Ｃ）におけるアクセルペダル３の踏み込みタイミング（アクセルＯＮ）直後の波形を拡大して示している。また、図１５（Ａ）～図１５（Ｃ）に示す前後輪軸１４及び１６のトルクは、それぞれ、左右の２本のドライブシャフトトルクの合算値である。

【0058】

図１３（Ａ）～図１３（Ｃ）を比較すると分かるように、プレトルクｔｐｒｅの有無及び大きさの違いに起因して前後加速度Ｇｘの立ち上がり方が異なるものとなる。

【0059】

具体的には、まず、プレトルクｔｐｒｅが０Ｎｍの例では、図１５（Ａ）に示すように、アクセルペダルの踏み込み（０秒時点）の直後の前輪軸１４のトルクの波形は０Ｎｍ付近で停滞している。これは上述のギアのフローティングの影響によるものである。このフローティングの影響は、図１４（Ａ）に示すように、前輪軸１４のトルクの波形から遅れたタイミングにおいて前後加速度Ｇｘにも表れている。このように、０Ｎｍのプレトルクｔｐｒｅの例では、トルク及び前後加速度Ｇｘの波形においてフローティング状態を明確に確認できる。このようなフローティング状態の存在は、上述したようにガタ打ちショックを招くことになる。

【0060】

次に、トルク範囲Ｂ２（図７参照）の上限を超える５０Ｎｍのプレトルクｔｐｒｅの例では、過大なプレトルクｔｐｒｅの付与に伴って反力トルク（図３参照）が過大となることに起因して、アクセルペダル３の踏み込み直後に次のような現象が生じている。すなわち、過大なプレトルクｔｐｒｅに起因して、アクセルペダル３の踏み込み直後に、前輪軸１４の周りのガタが速やかに詰まり、かつ、その後に前輪軸１４のトルクの勾配が負に転じてしまっている（図１５（Ｃ）参照）。このような負のトルク勾配の発生は、過大なプレトルクｔｐｒｅによる各ギアの歯面同士の接触時の衝撃に起因して、前輪軸１４を含むトルク伝達経路にねじり振動が起きていることを示している。付け加えると、ねじり振動の影響により、後輪軸１６のトルクも変動している。

【0061】

また、５０Ｎｍのプレトルクｔｐｒｅの例では、ねじり振動の発生により、一度詰まったガタが再び生じてしまい、フローティングの発生に起因する前輪軸１４のトルクの停滞（０Ｎｍ付近）が生じている（図１５（Ｃ）参照）。したがって、その後に当該フローティング状態が解消する際にガタ打ちショックが生じてしまう。

【0062】

さらに、５０Ｎｍの例のようにプレトルクｔｐｒｅがトルク範囲Ｂ２を超えると、トルク伝達経路上の各構成要素の剛性（等価剛性値）は、高い順で、カップリング２０、プロペラ軸１８、前輪軸１４、及び後輪軸１６となる（図７参照）。つまり、カップリング２０の剛性が最も高くなる。このことは、上述のねじり振動現象が発生した際に、カップリング２０を減衰要素として使えなくなることを意味する。より詳細には、減衰要素としてのカップリング２０によるねじり振動の減衰効果は、カップリング２０の多板クラッチの引き摺りとカップリング２０の内部のフルードの粘性に起因して得られるものである。したがって、減衰効果は、カップリングの剛性（ねじり剛性）が他の構成要素１４、１６及び１８の剛性よりも低いことを条件として得られることになる。

【0063】

次に、トルク範囲Ｂ１（及びＢ２）に含まれる２５Ｎｍのプレトルクｔｐｒｅの例について説明する。この例に関する図１５（Ｂ）及び図１４（Ｂ）では、フローティング状態は見られない。したがって、ガタ打ちショックは生じておらず又は少なくとも良好に抑制されている。また、この例では、前輪軸１４のトルクの波形に負勾配も見られない。つまり、ねじり振動も生じていない又は少なくとも良好に抑制されている。

【0064】

付け加えると、２５Ｎｍの例では、カップリング２０の剛性が、他の構成要素のうちで剛性が最も低い後輪軸（従駆動輪軸）１６の剛性と同等となる（図７参照）。すなわち、この例では、カップリング２０の等価剛性値が剛性範囲Ａ１（及びＡ２）の下限値相当となっている。トルク範囲Ｂ１（トルク範囲Ｂ２も同様）内におけるカップリング２０によるねじり振動の減衰効果は、この例において最も効果的に得られる。

【0065】

＜まとめ＞
以上説明したように、電子制御カップリング２０のねじり特性（トルク－ねじり角特性）は非線形となる（図５参照）。そして、カップリング２０を含むトルク伝達経路上の各構成要素の等価剛性値とカップリング指令トルクとの関係は図７に示すものとなる。

【0066】

トルク範囲Ｂ２に対応する剛性範囲Ａ２の上限値がプロペラ軸１８の等価剛性値となる理由は、上述のように、カップリング２０を減衰要素として用いることを可能とするためである。また、剛性範囲Ａ１（及びＡ２）の下限値を後輪軸（従駆動輪軸）１６の等価剛性値とすることが妥当である理由として、例えば次の理由を挙げられる。すなわち、カップリング２０の剛性が最も低くなると、ねじり振動に伴う実カップリングトルクの変動が過大となり、カップリング指令トルクの再現性を良好に確保することが難しくなるためである。

【0067】

以上のことから、広く言えば、プレトルクｔｐｒｅは、トルク範囲Ｂ２（図７参照）内に収まるように決定されるのが良い。これにより、カップリング２０とその周囲の構成要素１４、１６及び１８との剛性のバランスを考慮して、カップリング２０を適切にねじらせることができるので、ガタ詰めに伴って生じ得るねじり振動の減衰要素としてカップリング２０を好適に利用できる。

【0068】

そのうえで、図７に示すトルク範囲Ｂ２とトルク範囲Ｂ１とを比較したとき、トルク範囲Ｂ１の選択により、カップリング２０の周囲の構成要素１４、１６及び１８のうちで最も高いプロペラ軸１８の等価剛性値（上限値）に対応するトルク値から離れたトルク範囲をプレトルクｔｐｒｅの使用範囲として明確に特定できるようになる。換言すると、トルク範囲Ｂ１の選択により、トルク範囲Ｂ２の選択時と比べて、カップリング２０による減衰効果の確保により適した剛性のバランスを、カップリング２０とその周囲の構成要素１４、１６及び１８との間で実現できるようになる。

【0069】

本実施形態のガタ詰め制御では、上述のようなトルク範囲Ｂ１内に収まるようにプレトルクｔｐｒｅが決定される。これにより、全輪駆動状態に切り替わる車両加速時に、ガタ詰めに伴うねじり振動を好適に抑制しつつ、ガタ打ちショックを抑制できる。

【0070】

また、本実施形態のガタ詰め制御によれば、プレトルクｔｐｒｅ（より詳細には、ベース値ｔｐｒｅｂ）は、車体速度Ｖｘが高い場合には、車体速度Ｖｘが低い場合と比べて大きくなるように決定される。車両１０の走行抵抗は、基本的に車体速度Ｖｘの増加に伴って増加する。このため、本実施形態によれば、ガタ詰めのためのプレトルクｔｐｒｅを、走行抵抗に応じた適切な大きさで、かつトルク範囲Ｂ１内で決定することができる。

【0071】

さらに、本実施形態によれば、走行抵抗に基づくベース値ｔｐｒｅｂは、操向輪である前輪１の切れ角が大きい場合には、切れ角が小さい場合と比べて大きくなるように修正される。このような切れ角に基づく修正は必ずしも行われなくてもよい。これに対し、当該修正を行うことにより、ガタ詰めのためのプレトルクｔｐｒｅを、切れ角の考慮を伴うことでより正確に走行抵抗に応じた適切な大きさで、かつトルク範囲Ｂ１内で決定することができる。

【0072】

４．プレトルクｔｐｒｅの他の決定手法
上述した実施の形態では、プレトルクｔｐｒｅは、トルク範囲Ｂ１内に収まるように決定される。このような例に代え、プレトルクｔｐｒｅは、カップリング２０の等価剛性値が後輪軸（従駆動輪軸）１６の等価剛性値以上かつプロペラ軸１８の等価剛性値以下となるトルク範囲Ｂ２（図７参照）内に収まるように決定されてもよい。

【0073】

図１６は、プレトルクｔｐｒｅの決定に関する処理の他の例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、以下に説明される点において、図８に示すフローチャートの処理と相違している。

【0074】

具体的には、図１６では、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０４の後にステップＳ３００に進む。ステップＳ３００では、ＥＣＵ３０は、修正後プレトルクｔｐｒｅｃがトルク範囲Ｂ２（図７参照）内に収まっているか否かを判定する。トルク範囲Ｂ２は、事前に特定され、ＥＣＵ３０の記憶装置に格納されている。

【0075】

ステップＳ３００において修正後プレトルクｔｐｒｅｃがトルク範囲Ｂ２内に収まっている場合には、ＥＣＵ３０は、上述のステップＳ１０８の処理を実行する。一方、修正後プレトルクｔｐｒｅｃがトルク範囲Ｂ２内に収まっていない場合には、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０２の処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ３０は、トルク範囲Ｂ２内に収まるように修正後プレトルクｔｐｒｅｃを修正し、当該修正後の値を最終的なプレトルクｔｐｒｅとして決定する。

【0076】

以上説明した図１６に示す処理に従うガタ詰め制御によっても、全輪駆動状態に切り替わる車両加速時に、ガタ詰めに伴うねじり振動を好適に抑制しつつ、ガタ打ちショックを抑制できる。

【0077】

５．車両構成の他の例
図１７は、本開示に係る車両構成の他の例を概略的に示す図である。図１７に示す車両４０は、電子制御カップリングの配置場所において、図１に示す車両１０と相違している。すなわち、車両４０では、電子制御カップリング４２は、後輪軸（従駆動輪軸）４４上に配置されている。より詳細には、カップリング４２は、後輪軸４４を構成する左右一対のドライブシャフトのそれぞれに対して配置されている。本開示に係るガタ詰め制御は、このような構成を有する車両４０に対して同様に適用することができる。

【0078】

なお、上述した車両１０及び４０の例では、原動機１２は前輪軸１４の側に搭載され、前輪軸１４が主駆動輪軸に相当し、後輪軸１６が従駆動輪軸に相当している。本開示に係る「車両」は、このような例とは逆に、後輪軸の側に搭載された原動機と、主駆動輪軸に相当する後輪軸と、従駆動輪軸に相当する前輪軸とを備えるものであってもよい。本開示に係るガタ詰め制御は、このような構成を有する車両に対して同様に適用することができる。

【符号の説明】

【0079】

１ 前輪
２ 後輪
３ アクセルペダル
４ ブレーキペダル
１０、４０ 車両
１２ 原動機
１４ 前輪軸（主駆動輪軸）
１６、４４ 後輪軸（従駆動輪軸）
１８ プロペラ軸
２０、４２ 電子制御カップリング
２２ 変速機
２４ 前輪用ディファレンシャルギア
２６ トランスファー
２８ 後輪用ディファレンシャルギア
３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３２ 車輪速センサ
３４ アクセルポジションセンサ
３６ ブレーキポジションセンサ
３８ 操向輪の切れ角センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】