(57)【要約】【課題】車両の駆動制御装置において、車両の運動エネルギを回収可能な機構を構成して車両の低燃費化を図るとともに、車両の運動エネルギを回収するための機構をコンパクト化し、さらに、そのような機構を設けることによって車室スペースが小さくなることを防止可能とすることにある。【解決手段】制御手段（３０）は、車両（１）が減速時であると判断した場合に、プロペラシャフト（７）と入力シャフト（１５）とプラネタリキャリア（２５）とを回転させて減速エネルギを回収するように、第一クラッチ（１２）と第三クラッチ（２７）とをそれぞれ結合解除状態とし、且つ第二クラッチ（１６）及びブレーキ機構（２８）を結合状態とする。【選択図】図１
2014031030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの動力をプロペラシャフトに伝達する出力シャフトを設け、この出力シャフトは前記エンジンの動力を伝達及び伝達禁止にするための第一クラッチを備え、前記プロペラシャフトに伝達した前記エンジンの動力を従駆動輪に伝達する入力シャフトを設け、この入力シャフトは前記プロペラシャフトから前記従駆動輪への動力の伝達及び伝達禁止を可能とするための第二クラッチを備え、前記プロペラシャフトの主駆動輪側の端部に連結される遊星歯車変速機構を設け、この遊星歯車変速機構は、前記第一クラッチを介して前記出力シャフトと接続するサンギアと、このサンギアの周囲を回転する複数のプラネタリギアと、この複数のプラネタリギアの各回転軸の中心を接続するプラネタリキャリアと、前記プラネタリギアの周囲に配置されるアウタギアとを備え、前記アウタギアへの前記エンジンからの動力の伝達及び伝達解除するための第三クラッチを設け、前記アウタギアの回転及び回転禁止を行うためのブレーキ機構を設け、前記プラネタリキャリアは前記プロペラシャフトと共に回転可能に設けられ、車両が減速時であると判断した場合に、前記プロペラシャフトと前記入力シャフトと前記プラネタリキャリアとを回転させて減速エネルギを回収するように、前記第一クラッチと前記第三クラッチとをそれぞれ結合解除状態とし、且つ前記第二クラッチ及び前記ブレーキ機構を結合状態とする制御手段を設けたことを特徴とする車両の駆動制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記従駆動輪への必要駆動力を算出する従駆動輪算出手段を備え、前記従駆動輪への駆動力の供給が必要であると判断した場合に、前記第二クラッチと前記第三クラッチと前記ブレーキ機構とを結合状態として前記遊星歯車変速機構に蓄積された減速エネルギを従駆動輪に伝達させるとともに、前記遊星歯車変速機構に蓄積された減速エネルギが前記従駆動輪に必要とされる駆動力未満である場合には、さらに前記第一クラッチを結合状態として前記エンジンの動力を前記従駆動輪に伝達させることを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の駆動制御装置に係り、特に車両の運動エネルギを回収してその回収した運動エネルギを車両の駆動力として利用する機構を備えた車両の駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、主駆動輪に対して従駆動輪の駆動力を制御する４ＷＤシステムにおいては、主駆動輪・従駆動輪の回転速度差やエンジン発生トルク等に応じた従駆動輪の駆動力配分量の制御が行われている。そのため、従駆動輪へ駆動力を配分する状況のほとんどが、加速時や一定速走行時等であり、減速時は、従駆動輪への駆動力配分が行われない場合が多い。
つまり、減速時は、エンジンの動力を主従駆動輪に伝達するための伝達軸であるプロペラシャフト、このプロペラシャフトを介して主従駆動輪に伝達するためのトランスファ、従駆動輪に伝達する必要トルクを調整する電子制御トルク調整装置、左右の従駆動輪の回転速度を異ならせるリヤデファレンシャル機構、左右の従駆動輪を接続してプロペラシャフトから伝達されたエンジンの動力を左右の従駆動輪に伝達する従駆動シャフト等は、従駆動輪への駆動力配分のために機能していない。そればかりか、これらの部品は、主駆動輪の主駆動シャフト又は従駆動輪の従駆動シャフトと勘合しているため、これらの部品の回転慣性分の動力損失が発生する。
ところで、車両には、車両の減速時の運動エネルギである減速時エネルギを回収し、この回収した減速時エネルギを再度車両の動力源として再利用するものがある。主な減速エネルギの回収手段は、電動機を回転させて電気エネルギに変換し電池に保存するというものである。また、その利用は、保存した電気エネルギで電動機を動かし駆動力を発生するというものである。つまり、運動エネルギを電気エネルギに変換して電池に保存し、そして、それを、再度運動エネルギに変換している。こういったエネルギ変換には、エネルギの変換ロスが生ずる。また、エネルギを変換するための電動機及び保存するための電池が必要になり、これらの機器は、車両重量を増加させ、燃費を悪化させる要因となる。
このため、以下のような先行技術文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０９７０号公報
【０００４】
特許文献１に係るフライホイール・エネルギー蓄積駆動装置とその回生制動方法は、エンジンからの動力や駆動輪の制動エネルギを、フライホイールの回転エネルギとして蓄積して、これにより、車両の運動エネルギを蓄積するために、電力に変化する必要が無く、その変換による動力損失を防止している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の特許文献１では、エンジンが出力する動力や駆動輪の制動エネルギをフライホイールの回転エネルギとして蓄積するために、差動電動発電機を用いている。このような差動電動発電機を設けることで、回転軸に直交する径方向の寸法が大きくなり、このような機構をプロペラシャフトに置き換えて車両のフロア下に配置した場合に、車室スペースを小さくする必要がある。また、この差動電動発電機は、電力を流すことで電動機や発電機として作用するものであるが、車両のプロペラシャフトが通る箇所の近傍には、内燃機関の排気ガスを流す排気管が設けられることが多く、このような電気機器が排気管からの熱の影響を受けて誤作動を起こすおそれがあった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、車両の運動エネルギを回収可能な機構を構成して車両の低燃費化を図るとともに、車両の運動エネルギを回収するための機構をコンパクト化し、さらに、そのような機構を設けることによって車室スペースが小さくなることを防止可能な車両の駆動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、エンジンの動力をプロペラシャフトに伝達する出力シャフトを設け、この出力シャフトは前記エンジンの動力を伝達及び伝達禁止にするための第一クラッチを備え、前記プロペラシャフトに伝達した前記エンジンの動力を従駆動輪に伝達する入力シャフトを設け、この入力シャフトは前記プロペラシャフトから前記従駆動輪への動力の伝達及び伝達禁止を可能とするための第二クラッチを備え、前記プロペラシャフトの主駆動輪側の端部に連結される遊星歯車変速機構を設け、この遊星歯車変速機構は、前記第一クラッチを介して前記出力シャフトと接続するサンギアと、このサンギアの周囲を回転する複数のプラネタリギアと、この複数のプラネタリギアの各回転軸の中心を接続するプラネタリキャリアと、前記プラネタリギアの周囲に配置されるアウタギアとを備え、前記アウタギアへの前記エンジンからの動力の伝達及び伝達解除するための第三クラッチを設け、前記アウタギアの回転及び回転禁止を行うためのブレーキ機構を設け、前記プラネタリキャリアは前記プロペラシャフトと共に回転可能に設けられ、車両が減速時であると判断した場合に、前記プロペラシャフトと前記入力シャフトと前記プラネタリキャリアとを回転させて減速エネルギを回収するように、前記第一クラッチと前記第三クラッチとをそれぞれ結合解除状態とし、且つ前記第二クラッチ及び前記ブレーキ機構を結合状態とする制御手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、車両の運動エネルギを回収可能な機構を構成して車両の低燃費化を図り、また、車両の運動エネルギを回収するための機構をコンパクト化し、さらに、そのような機構を設けることによって車室スペースが小さくなることを防止可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は車両の駆動制御装置のシステム構成図である。（実施例）
【図２】図２は車両の駆動制御装置の制御ブロック図である。（実施例）
【図３】図３はクラッチ及びブレーキ制御の概要を説明する図である。（実施例）
【図４】図４は回収エネルギ状態の判定の概要を説明する図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、車両の運動エネルギを回収可能な機構を設けて車両の低燃費化を図るとともに、車両の運動エネルギを回収するための機構をコンパクト化し、そのような機構を設けることによって車室スペースが小さくなることを防止可能とする目的を、エンジンの動力を伝達するためのプロペラシャフトを利用して車両の減速時の運動エネルギを回収させて実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。
図１において、１は４ＷＤシステムを搭載する車両、２は車両１に搭載されたパワーユニット、３・３は主駆動輪、４・４は従駆動輪である。
パワーユニット２は、エンジン５と、このエンジン５に一体の変速機６とからなる。
この変速機６には、エンジン５の動力を伝達軸としてのプロペラシャフト７に伝達する出力シャフト８が接続している。プロペラシャフト７は、円筒形状に形成されている。
出力シャフト８は、変速機６から延びる第１出力シャフト８Ａと、この第１出力シャフト８Ａにトランスファ９を介して接続する第２出力シャフト８Ｂとからなる。
トランスファ９は、第１出力シャフト８Ａからのエンジン５の動力を、第２出力シャフト８Ｂ側と、主駆動シャフト１０を介して主駆動輪４側とに配分するものである。
第２出力シャフト８Ｂとこの第２出力シャフト８Ｂの軸心上に配置された連結シャフト１１との間には、第一クラッチ１２が備えられる。この第一クラッチ１２は、第２出力シャフト８Ｂに接続する複数の一側クラッチ板１３と、連結シャフト１１に接続する複数の他側クラッチ板１４とが重合するように構成された多板式クラッチからなり、エンジン５の動力を伝達及び伝達禁止にするためのものである。
【００１２】
車両１には、プロペラシャフト７に伝達したエンジン５の動力を従駆動輪４に伝達する入力シャフト１５が設けられる。この入力シャフト１５は、一端がプロペラシャフト７に第二クラッチ１６を介して接続するとともに、他端がリアデファレンシャル機構１７に接続する。
第二クラッチ１６は、プロペラシャフト７と入力シャフト１５との間に備えられる。この第二クラッチ１６は、プロペラシャフト７に接続する複数の一側クラッチ板１８と入力シャフト１５に接続する複数の他側クラッチ板１９とが重合するように構成された多板式クラッチからなり、プロペラシャフト７から従駆動輪４への動力の伝達及び伝達禁止を可能とするものである。また、第二クラッチ１６は、内部の入力シャフト１５側で伝達トルクを電子制御可能な伝達トルク調整機構２０を備えている。
リアデファレンシャル機構１７には、従駆動シャフト２１を介して従駆動輪４が連結している。
【００１３】
車両１には、プロペラシャフト７の主駆動輪３側の端部に連結される遊星歯車変速機構２２が設けられる。
この遊星歯車変速機構２２は、プラネタリギア式の変速機構であって、第一クラッチ１２を介して出力シャフト８と接続するように連結シャフト１１に接続したサンギア２３と、このサンギア２３の周囲を回転する複数のプラネタリギア２４と、この複数のプラネタリギア２４の各回転軸の中心を接続するプラネタリキャリア２５と、プラネタリギア２４の周囲に配置されるアウタギア２６とを備えている。
連結シャフト１１とアウタギア２６との間には、アウタギア２６へのエンジン５からの動力の伝達及び伝達解除するための第三クラッチ２７が設けられる。
また、アウタギア２６には、アウタギア２６の回転及び回転禁止を行うためのブレーキ機構２８が連結して設けられる。このブレーキ機構２８は、車体に固定されたケーシング２９を備えている。
プラネタリキャリア２５は、プロペラシャフト７と共に回転可能に設けられている。
【００１４】
図２に示すように、第一クラッチ１２と第二クラッチ１６と第三クラッチ２７とブレーキ機構２８とは、制御手段（４ＷＤコントローラ）３０に連絡し、この制御手段３０によって電子制御される。
また、この制御手段３０には、各駆動輪の回転速度を検出する駆動輪回転速度検出センサ３１と、各駆動輪の舵角を検出する舵角検出センサ３２と、プロペラシャフト７の回転速度を検出するプロペラシャフト回転検出センサ３３とが連絡している。
【００１５】
制御手段３０は、車両１が減速時であると判断した場合に、プロペラシャフト７と入力シャフト１５とプラネタリキャリア２５とを回転させて減速エネルギを回収するように、第一クラッチ１２と第三クラッチ２７とをそれぞれ結合解除状態（非結合状態）とし、且つ第二クラッチ１６を結合状態及びブレーキ機構２８を結合状態（固定状態）とする。
また、制御手段３０は、従駆動輪４への必要駆動力を算出する従駆動輪算出手段３０Ａを備え、従駆動輪４への駆動力の供給が必要であると判断した場合に、第二クラッチ１６と第三クラッチ２７とブレーキ機構２８とを結合状態として遊星歯車変速機構２２に蓄積された減速エネルギを従駆動輪４に伝達するとともに、遊星歯車変速機構２２に蓄積された減速エネルギが従駆動輪４に必要とされる駆動力未満である場合には、さらに第一クラッチ１２を結合状態としてエンジン５の動力を従駆動輪４に伝達する。
【００１６】
図３には、上記の各クラッチ１２、１６、２７及びブレーキ機構２８の制御を説明する。
（１）、減速時：
第一クラッチ１２が非結合、第二クラッチ１６が非結合、第三クラッチ２７が結合及び最大トルク（ＭＡＸ）、ブレーキ機構２８が固定（結合）されて、減速エネルギを回収させる状態である。
従駆動軸４の回転を利用して遊星歯車変速機構２２を作動し、減速エネルギを回収する。トランスファ９、遊星歯車変速機構２２からプロペラシャフト７へのエンジン５の動力の入力は、無い。
（２）、従駆動輪駆動力必要時で回収エネルギ状態が低側（ＬＯＷ）のとき：
第一クラッチ１２が結合、第二クラッチ１６が結合、第三クラッチ２７が結合及びトルク調整、ブレーキ機構２８が開放（非固定）して、通常の４ＷＤ状態である。
後述の図４の計算式より、回収エネルギ状態が低側（ＬＯＷ）であると判定された場合を指す。具体的には、上記の（１）による減速エネルギ回収によって得られた回収エネルギが、制御手段３０の従駆動輪算出手段３０Ａによって算出された従駆動輪必要駆動力よりも小さいと判定された場合である。遊星歯車変速機構２２に蓄積された減速エネルギのみでは、従駆動輪必要駆動力が不足していることから、遊星歯車変速機構２２に蓄積された減速エネルギに加え、トランスファ９、プロペラシャフト７を介してエンジン５からの動力を従駆動輪４に伝達する。
（３）、従駆動輪駆動力必要時で回収エネルギ状態が高側（ＨＩＧＨ）のとき：
第一クラッチ１２が非結合、第二クラッチ１６が結合、第三クラッチ２７が結合及びトルク調整、ブレーキ機構２８が開放して、エコノミー（ＥＣＯ）ブーストの４ＷＤ状態である。
後述の図４の計算式より、回収エネルギ状態が高側（ＨＩＧＨ）であると判定された場合を指す。具体的には、上記の（１）による減速エネルギ回収して得られた回収エネルギが、制御手段３０の従駆動輪算出手段３０Ａによって算出された従駆動輪必要駆動力よりも大きいと判定された場合である。遊星歯車変速機構２２に蓄積された減速エネルギのみを利用して、従駆動輪４を駆動する。
（４）、上記条件以外のとき：
第一クラッチ１２が非結合、第二クラッチ１６が非結合、第三クラッチ２７が非結合、ブレーキ機構２８が開放して、プロペラシャフト分回転慣性を低減している状態である。
【００１７】
図４には、上記の回収エネルギ状態の判定を説明する。
回収エネルギ状態が低側（ＬＯＷ）：
制御手段３０の従駆動輪算出手段３０Ａで算出後、従駆動輪必要駆動力（Ｎ）≧プロペラシャフトトルクＴ（Ｎｍ）×リアデファレンシャルギア比÷従駆動輪半径（ｍ）
回収エネルギ状態が高側（ＨＩＧＨ）：
制御手段３０の従駆動輪算出手段３０Ａで算出後、従駆動輪必要駆動力（Ｎ）≦プロペラシャフトトルクＴ（Ｎｍ）×リアデファレンシャルギア比÷従駆動輪半径（ｍ）
プロペラシャフトトルクＴの計算：
プロペラシャフトトルクＴ＝Ｉ×ω２  ／２（Ｎｍ）
ここで、
Ｉ（慣性モーメント）＝ｍ（ｒ１  ２  ＋ｒ２  ２  ）／２（Ｋｇ・ｍ２  ）
ｍ：プロペラシャフト質量（Ｋｇ）
ｒ１  ：プロペラシャフト外周面の半径（ｍ）
ｒ２  ：プロペラシャフト内周面の半径（ｍ）
ω（角速度）＝２πｎ／６０（１／ｓ）
ｎ：プロペラシャフト回転速度（ｒｐｍ）
【００１８】
即ち、この実施例においては、トランスファ９からの出力シャフト８と遊星歯車変速機構２２との間に第一クラッチ１２を設置し、また、リアデファレンシャル機構１７ヘの入力シャフト１５とプロペラシャフト７との間に第二クラッチ１６を設置し、第一クラッチ１２と遊星歯車変速機構２２との間に第三クラッチ２７を設置し、遊星歯車変速機構２２のアウタギア２６にブレーキ機構２８を設置している。
遊星歯車変速機構２２は、第三クラッチ２７を結合及びブレーキ機構２８を開放とすることで等速、また、第三クラッチ２７を非結合及びブレーキ機構２８を固定することにでリアデファレンシャル機構２２側からプロペラシャフト７側への回転を増速と変速可能な装置である。
このような構成において、従駆動輪４への配分制御が行われていない状態で且つ減速時に、図３の（１）に示すようなクラッチ状態及びブレーキ状態とすることによって、減速エネルギをプロペラシャフト７の回転エネルギ分として保存することができる。
そして、この回収したエネルギが、図４の判定からエネルギ状態が高側（ＨＩＧＨ）であると判定された場合、図３の（３）に示すようなクラッチ状態及びブレーキ状態とすることによって、回収エネルギを従駆動輪４の動力として利用することが可能である。
また、従駆動輪４への配分制御が行われていない状態で、且つ減速時でもないような場合には、図３の（４）に示すようなクラッチ状態及びブレーキ状態とすることによって、プロペラシャフト７を主駆動シャフト１０又は従駆動シャフト２１と切り離すことが可能となり、回転慣性分の動力損失を低減する。つまり、減速エネルギの回収手段として、従来、減速時には機能を有していなかったプロペラシャフト７を用いた。
これにより、電動機や電池といった追加手段なく、減速エネルギを回収することが可能となる。また、減速エネルギを運動エネルギのまま保存することができ、回収エネルギの電気エネルギ等への変換ロスを無くすることが可能となる。更に、電動機や電池といった追加手段が不要であるため、車両重量の増加を抑制した。さらに、従駆動シャフト２１からプロペラシャフト９の切り離しが可能となり、動力損失も低減した。
【００１９】
以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明では、制御手段３０は、車両１が減速時であると判断した場合に、プロペラシャフト９と入力シャフト１５とプラネタリキャリア２５とを回転させて減速エネルギを回収するように、第一クラッチ１２と第三クラッチ２７とをそれぞれ結合解除状態とし、且つ第二クラッチ１６及びブレーキ機構２８を結合状態とする。
これにより、従駆動輪４にエンジン５の動力を伝達するためのプロペラシャフト７を利用して車両１の減速時の運動エネルギを回収することができる。また、車両１の減速時に従駆動輪４の運動エネルギを、遊星歯車変速機構２２を動作させるための運動エネルギとして回収し、遊星歯車変速機構２２に蓄積することができる。
また、請求項２に係る発明では、制御手段３０は、従駆動輪４への必要駆動力を算出する従駆動輪算出手段３０Ａを備え、従駆動輪４への駆動力の供給が必要であると判断した場合に、第二クラッチ１６と第三クラッチ２７とブレーキ機構２８とを結合状態として遊星歯車変速機構２２に蓄積された減速エネルギを従駆動輪４に伝達するとともに、遊星歯車変速機構２２に蓄積された減速エネルギが従駆動輪４に必要とされる駆動力未満である場合には、さらに第一クラッチ１２を結合状態としてエンジン５の動力を従駆動輪４に伝達する。
これにより、遊星歯車変速機構２２に蓄積した運動エネルギを利用して従駆動輪４を駆動することができる。また、遊星歯車変速機構２２に蓄積した運動エネルギのみでは従駆動輪４の必要駆動力に満たないと判断された場合には、エンジン５の動力を従駆動輪４に付加させて従駆動輪４を駆動することができる。
【００２０】
なお、この発明に係る駆動制御においては、アイドリングストップからのエンジンの始動にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明に係る駆動制御装置を、各種エンジンに適用することが可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  車両
２  パワーユニット
３  主駆動輪
４  従駆動輪
５  エンジン
６  変速機
７  プロペラシャフト
８  出力シャフト
８Ａ  第１出力シャフト
８Ｂ  第２出力シャフト
９  トランスファ
１０  主駆動シャフト
１１  連結シャフト
１２  第一クラッチ
１５  入力シャフト
１６  第二クラッチ
１７  リアデファレンシャル機構
２０  伝達トルク調整機構
２１  従駆動シャフト
２２  遊星歯車変速機構
２３  サンギア
２４  プラネタリギア
２５  プラネタリキャリア
２６  アウタギア
２７  第三クラッチ
２８  ブレーキ機構
２９  ケーシング
３０  制御手段（４ＷＤコントローラ）
３１  駆動輪回転速度検出センサ
３２  舵角検出センサ
３３  プロペラシャフト回転検出センサ
【図１】
2014031030.tif 000003
【図２】
2014031030.tif 000004
【図３】
2014031030.tif 000005
【図４】
2014031030.tif 000006