(57)【要約】【課題】新たなアクチュエータを必要とすることなく車両の走行特性を制御する。【解決手段】車両１は、エンジン１０からのトルクが直接伝達される前輪１４，１４と、エンジン１０からのトルクがカップリング装置３０を介して伝達される後輪１８，１８とを備え、アクチュエータ３１によりカップリング装置３０の状態を変化させることによって、前後輪のトルク配分を変更するように構成されている。そして、車両１では、カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力されるＰＷＭ制御出力の周波数を、カップリング装置３０によるトルク配分の変更制御を行う場合のＰＷＭ制御出力の周波数よりも低周波側へ変更することによって、後輪１８，１８に対し、その回転方向に沿う振動を与える。【選択図】図１
2011251628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源からのトルクが直接伝達される主駆動輪と、駆動源からのトルクがカップリング装置を介して伝達される従駆動輪とを備え、アクチュエータによりカップリング装置の係合状態を変化させることで、主駆動輪と従駆動輪のトルク配分を変更するように構成された車両の制御装置であって、
上記アクチュエータへ出力される信号の周波数を、上記カップリング装置によるトルク配分の変更制御を行う場合の信号の周波数よりも低周波側へ変更することによって、上記従駆動輪に対し、その回転方向に沿う振動を与えることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両の制御装置において、
上記信号が、電圧のＯＮ／ＯＦＦを周期的に繰り返すようなパルス信号とされ、
上記パルス信号の周波数が、この周波数と車両の挙動との関係に基づく閾値以下である場合には、上記パルス信号のＯＦＦ時電圧を上昇させることを特徴とする車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行特性を制御する制御装置に関する。特に、本発明は、路面と駆動輪（以下、タイヤと呼ぶ場合もある）との間の摩擦力を調整することによって車両の走行特性を制御するための構成の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関等の駆動源からの駆動力がタイヤに伝達されて走行する車両にあっては、仮に駆動源からの駆動力が同じであったとしても、タイヤと路面との間の摩擦力（摩擦係数）等によって走行特性が変化する。例えば、特許文献１には、電動モータを走行駆動源とする車両に対し、タイヤに振動（微小振動）を与えることで、タイヤと路面との間の摩擦力を調整して走行特性を制御する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ０２／０００４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した従来の技術では、タイヤに振動を与えるためのアクチュエータ（例えば、電動モータなど）を各タイヤごとに新たに搭載する必要がある。このため、車両の製造コストが大幅に高騰することが懸念される。また、アクチュエータを搭載するための比較的大きなスペースが車体下部に必要となり、車両の設計自由度が大きく阻害されたり、駆動系のレイアウトに大きな制約を与えたりするという問題がある。
【０００５】
本発明は、そのような問題点に鑑みてなされたものであり、新たなアクチュエータを必要とすることなく車両の走行特性を制御することが可能な車両の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、駆動源からのトルクが直接伝達される主駆動輪と、駆動源からのトルクがカップリング装置を介して伝達される従駆動輪とを備え、アクチュエータによりカップリング装置の係合状態を変化させることで、主駆動輪と従駆動輪のトルク配分を変更するように構成された車両の制御装置であって、上記アクチュエータへ出力される信号の周波数を、上記カップリング装置によるトルク配分の変更制御を行う場合の信号の周波数よりも低周波側へ変更することによって、上記従駆動輪に対し、その回転方向に沿う振動を与えることを特徴としている。
【０００７】
上記構成では、カップリング装置のアクチュエータへ出力される信号の周波数を低周波側へ変更することで、従動駆動（タイヤ）が周期的に駆動状態または被駆動状態とされることによって、タイヤにその回転方向の振動が付与される。これにより、タイヤの前後方向の摩擦力（摩擦係数）を低下させることができ、車両の走行抵抗を低減することができ、その結果、燃料消費率の改善を図ることができる。
【０００８】
しかも、車両（四輪駆動車）において既存のカップリング装置のアクチュエータを利用し、このアクチュエータへの信号の周波数変更のみによってタイヤに振動を与えられるので、新たなアクチュエータを必要とすることなく車両の走行特性を制御することができる。したがって、車両の製造コストが大幅に高騰することはなく、また、車両の設計の自由度を大きく阻害させたり、駆動系のレイアウトに大きな制約を与えてしまうといったこともなくなる。
【０００９】
本発明において、上記信号が、電圧のＯＮ／ＯＦＦを周期的に繰り返すようなパルス信号とされ、上記パルス信号の周波数が、この周波数と車両の挙動との関係に基づく閾値以下である場合には、上記パルス信号のＯＦＦ時電圧を上昇させることが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、パルス信号の高電圧時電圧と低電圧時電圧との電圧差が小さくなっているので、アクチュエータへ出力されるパルス信号の周波数を低くすることに起因する、車両の各種のシステムや機能に悪影響を与えることや、乗り心地の悪化などを引き起こすことを抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従駆動輪（タイヤ）にその回転方向の振動を付与することで、タイヤの前後方向の摩擦力を低下させることができ、車両の走行抵抗を低減することができ、その結果、燃料消費率の改善を図ることができる。しかも、車両（四輪駆動車）において既存のカップリング装置のアクチュエータを利用してタイヤに振動を与えるので、新たなアクチュエータを必要とすることなく車両の走行特性を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る車両のパワートレーンの概略構成を模式的に示す図である。
【図２】カップリング装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】四輪駆動状態のときＥＣＵからアクチュエータに出力されるＰＷＭ制御出力の一例を示す図である。
【図４】後輪に振動を与えるためのＰＷＭ制御出力の一例を示す図である。
【図５】タイヤに振動を与えた場合と与えない場合の前後方向における摩擦係数とスリップ率の関係を示す図である。
【図６】後輪に振動を与えるためのＰＷＭ制御出力の変形例を示す図である。
【図７】図６のＰＷＭ制御出力の出力回路の一例を示す図である。
【図８】ＥＣＵによって実行される車両の走行特性制御の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る車両１のパワートレーンの概略構成を模式的に示す図である。図１では、車両１として、前輪駆動ベースの四輪駆動車を例示している。
【００１５】
図１に示すように、車両１は、駆動源１０と、変速機１１と、主駆動輪である前輪１４，１４と、プロペラシャフト１６と、カップリング装置３０と、従駆動輪である後輪１８，１８とを備える。さらに、車両１は、この車両１の運転状態、走行状態等を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１００を備えている。
【００１６】
駆動源１０は、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどの内燃機関、あるいは電動機（モータ）、あるいはエンジンと力行・回生制御が可能な電動機（モータ・ジェネレータ）とを組み合せたハイブリッドシステムなどを適用可能である。ここでは、駆動源１０として、電子スロットルバルブ（図示せず）を備え、出力を電子制御可能なエンジンを用いた例について説明する。このため、以下では、駆動源１０を単にエンジン１０とも称する。
【００１７】
エンジン１０の出力側には、変速機１１が連結されている。変速機１１としては、例えば、選択歯車式変速機、遊星歯車式変速機、ベルト式あるいはトロイダル式の無段変速機などの公知の各種変速機を適用可能である。この実施形態では、変速機１１は、変速装置と駆動軸とが一体化されたトランクアクスルとして構成されており、さらに、このトランスアクスルには、フロントデファレンシャルギヤ１２が内蔵されている。
【００１８】
変速機１１は、フロントデファレンシャルギヤ１２を介して、左右のフロントドライブシャフト１３，１３に連結されている。フロントドライブシャフト１３，１３には、主駆動輪（エンジン１０からのトルクが直接伝達される駆動輪）である左右の前輪１４，１４がそれぞれ連結されている。
【００１９】
また、変速機１１の出力側には、トランスファギヤ１５を介してプロペラシャフト１６が連結されている。プロペラシャフト１６は、カップリング装置３０を介して後輪側出力軸３２と連結される。そして、後輪側出力軸３２は、リヤデファレンシャルギヤ１９を介して左右のリヤドライブシャフト１７，１７が連結されている。リヤドライブシャフト１７，１７には、従駆動輪（エンジン１０からのトルクがカップリング装置３０を介して伝達される駆動輪）である左右の後輪１８，１８がそれぞれ連結されている。
【００２０】
カップリング装置３０は、変速機１１を介して出力されるエンジン１０のトルクを、前輪１４，１４と後輪１８，１８との間で、配分して伝達する機能を備えている。カップリング装置３０は、アクチュエータ３１を備えている。そして、アクチュエータ３１によりカップリング装置３０の状態を変化させることで、プロペラシャフト１６から後輪側出力軸３２へ伝達される伝達トルクが制御される。これにより、車両１において、二輪駆動状態と四輪駆動状態とを切り替えたり、四輪駆動状態のときの前後輪のトルク配分を変更したりすることが可能となっている。なお、二輪駆動状態と四輪駆動状態の切り替えは、運転席の近傍に設けられる操作スイッチ１０８を運転者が操作することによって行うことが可能である。
【００２１】
この実施形態では、カップリング装置３０として、ＥＣＵ１００からアクチュエータ３１へ出力される制御指令に従って、前後輪のトルク配分率を可変制御する電子制御カップリングが用いられている。このカップリング装置（電子制御カップリング）３０の概略構成について、図２を参照して簡潔に説明する。
【００２２】
図２に示すように、カップリング装置３０は、有底円筒状のハウジング３３を備えている。ハウジング３３は、その底部に設けられた連結軸３４を介してプロペラシャフト１６（図１）に接続されている。プロペラシャフト１６の回転が伝達されると、ハウジング３３は、回転中心Ａ１を中心として回転する。
【００２３】
ハウジング３３の内部には、回転中心Ａ１を中心として回転する筒状のインナーシャフト３５が配置されている。インナーシャフト３５は、後述するクラッチ機構の係合時に回転可能となり、クラッチ機構の解放時に回転不能となる回転部材である。インナーシャフト３５の内周には、回転中心Ａ１を中心として回転する後輪側出力軸３２の一端部（図２では左端部）がスプライン嵌合されている。このため、インナーシャフト３５と後輪側出力軸３２とは、一体的に回転する。後輪側出力軸３２の他端（図２では右端）には、ドライブピニオンギヤ３２ａが設けられており、ドライブピニオンギヤ３２ａが、リヤデファレンシャルギヤ１９のリングギヤ１９ａと噛み合っている（図１参照）。
【００２４】
インナーシャフト３５の外周側には、回転中心Ａ１を中心として回転可能な環状の回転子３６が配置されている。回転子３６は、ハウジング３３の内周にねじ結合され、かつ、溶接により回転不能に固定されている。このため、ハウジング３３と回転子３６とは、一体的に回転する。そして、回転子３６の外周側には、アクチュエータ３１としての電磁ソレノイドが設けられている。アクチュエータ３１は、磁性材料により構成された環状の鉄心３１ａと、鉄心３１ａに巻き付けられたコイル３１ｂとを備えている。
【００２５】
ハウジング３３とインナーシャフト３５との間には、クラッチ機構が配置されている。クラッチ機構として、アクチュエータ３１により係合・解放されるパイロットクラッチ４１と、パイロットクラッチ４１の係合・解放動作に連動して係合・解放されるメインクラッチ４２とが設けられている。
【００２６】
パイロットクラッチ４１は、アーマチュア４３とクラッチディスク４１ａとクラッチプレート４１ｂとを備えている。クラッチディスク４１ａおよびクラッチプレート４１ｂは、アーマチュア４３と回転子３６との間に配置されている。アーマチュア４３およびクラッチディスク４１ａは、ハウジング３３の内周にスプライン嵌合されている。インナーシャフト３５の外周には、環状のカム４４が装着されている。カム４４は、インナーシャフト３５に対し相対回転可能に設けられている。カム４４の外周にクラッチプレート４１ｂがスプライン嵌合されている。
【００２７】
メインクラッチ４２は、複数のクラッチディスク４２ａと、これら複数のクラッチディスク４２ａと交互に配置された複数のクラッチプレート４２ｂとを備えている。クラッチディスク４２ａは、ハウジング３３の内周にスプライン嵌合され、クラッチプレート４２ｂは、インナーシャフト３５の外周にスプライン嵌合されている。
【００２８】
メインクラッチ４２とパイロットクラッチ４１との間には、環状のピストン４５が配置されている。ピストン４５は、インナーシャフト３５の外周にスプライン嵌合されている。カム４４およびピストン４５の互いに相対向する側には、それぞれのカム面に対応する複数の凹部４４ａ，４５ａが形成されている。カム４４およびピストン４５の間には、各凹部４４ａ，４５ａに嵌め入れられるように複数のボール４６（図２では１つのみ示す）が設けられている。
【００２９】
ここで、上記構成のカップリング装置３０の動作について説明する。
【００３０】
まず、アクチュエータ（電磁ソレノイド）３１が非励磁状態（ＯＦＦ状態）である場合には、パイロットクラッチ４１およびメインクラッチ４２がともに解放状態とされる。このため、カップリング装置３０が解放状態とされる。この解放状態では、プロペラシャフト１６からハウジング３３に伝達されたトルクは、インナーシャフト３５および後輪側伝達軸３２には伝達されない。したがって、車両１が二輪駆動状態となる。
【００３１】
一方、アクチュエータ（電磁ソレノイド）３１が励磁状態（ＯＮ状態）である場合には、この電磁ソレノイドの周囲に磁束が発生し、アーマチュア４３が回転子３６側へ引き付けられる。これにより、パイロットクラッチ４１のクラッチディスク４１ａとクラッチプレート４１ｂとが係合される。つまり、パイロットクラッチ４１が係合状態とされる。これにより、プロペラシャフト１６からハウジング３３に伝達されたトルクが、パイロットクラッチ４１を介してカム４４に伝達される。
【００３２】
カム４４にトルクが伝達されると、カム４４とピストン４５とが相対回転する。すると、ボール４６をカム４４とピストン４５の凹部４４ａ，４５ａの外部に押し出すような力が作用し、カム４４とピストン４５とが軸方向方向において相互に離反する向きのスラスト荷重が生じる。この際、カム４４は、スラスト軸受４７により受け止められており、回転子３６側に移動することが防止されている。このため、上記スラスト荷重により、ピストン４５がメインクラッチ４２側に押し付けられ、クラッチディスク４２ａとクラッチプレート４２ｂとが係合される。つまり、パイロットクラッチ４１の係合力が、カム４４とボール４６とピストン４５とにより増幅され、メインクラッチ４２に伝達される。メインクラッチ４２が係合されると、プロペラシャフト１６からハウジング３３に伝達されたトルクが、メインクラッチ４２を介してインナーシャフト３５および後輪側出力軸３２に伝達される。これにより、車両１が四輪駆動状態となる。
【００３３】
そして、ＥＣＵ１００によってアクチュエータ３１に供給する電流を制御することにより、メインクラッチ４２の係合力が変化し、カップリング装置３０の係合状態が変化する。これにより、プロペラシャフト１６から後輪側出力軸３２への伝達トルクが変化する。つまり、アクチュエータ３１の電流制御によって前後輪のトルク配分率が制御される。アクチュエータ３１の電流を大きくするほど、メインクラッチ４２の係合力が増大し、プロペラシャフト１６から後輪側出力軸３２への伝達トルクが増大する。アクチュエータ３１の電流が所定値以上になると、直結状態でプロペラシャフト１６から後輪側出力軸３２にトルクが伝達されるようになる。
【００３４】
この実施形態では、アクチュエータ３１に供給される電流は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によって制御される。例えば、図３に示すようなパルス信号（ＰＷＭ制御出力）Ｐ１が、ＥＣＵ１００からアクチュエータ３１へ送られる。アクチュエータ３１へ出力されるＰＷＭ制御出力Ｐ１は、所定電圧Ｖｏｎ（例えば１２Ｖ）のＯＮ／ＯＦＦを周期的に繰り返すようなパルス信号とされ、その周波数Ｆ１（＝１／Ｔ１）は、例えば、０．５〜１５ｋＨｚとされる。そして、ＰＷＭ制御出力Ｐ１のデューティ比Ｄ１（＝ｔ１／Ｔ１）を制御することによって、アクチュエータ３１に供給される電流の大きさが制御される。デューティ比Ｄ１が大きいほど、つまり、周期Ｔ１に対するパルス幅ｔ１の値が大きいほど、アクチュエータ３１の電流が大きくなる。
【００３５】
ＥＣＵ１００は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を含んで構成されている。ＲＯＭには、各種制御プログラム、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や、各種センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。
【００３６】
ＥＣＵ１００には、前輪１４，１４の回転速度を検出する車輪速センサ１０１，１０１、後輪１８，１８の回転速度を検出する車輪速センサ１０２，１０２、車両１のヨーレートを検出するヨーレートセンサ１０３、ステアリングの操舵角を検出する舵角センサ１０４、車両１の外気温を検出する外気温センサ１０５、エンジン１０の回転速度を検出するクランクポジションセンサ１０６、エンジン１０の冷却水温度を検出する冷却水温センサ１０７等を含む各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ１００には、上述した二輪駆動状態と四輪駆動状態の切替指示を入力する操作スイッチ１０８等を含む各種スイッチが接続されている。そして、ＥＣＵ１００は、各種センサおよび各種スイッチからの信号に基づいて、カップリング装置３０による前後輪のトルク配分の変更制御、次に述べる車両１の走行特性制御を含む車両１の走行状態の各種制御を実行する。
【００３７】
−実施形態の特徴部分−
この実施形態では、カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力されるパルス信号の周波数を、カップリング装置３０による前後輪のトルク配分の変更制御を行う場合のパルス信号の周波数よりも低周波側へ変更することによって、従駆動輪である後輪１８，１８に対し、その回転方向に沿う振動を与え、これにより、後輪１８，１８と路面との間の摩擦力（摩擦係数）を調整して車両１の走行特性を制御している。なお、振動とは、後述するように、車両１の走行抵抗に影響を与えるような振動を意味する。以下、この車両１の走行特性制御について、図１〜図８を参照して詳しく説明する。
【００３８】
まず、後輪１８，１８に対して振動を付与するための具体的な手法について説明する。
【００３９】
この実施形態では、後輪１８，１８に対し、その回転方向に沿う振動を与えるため、ＥＣＵ１００は、カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ、例えば、図４に示すような波形のＰＷＭ制御出力Ｐ２を出力している。つまり、ＥＣＵ１００は、カップリング装置３０による前後輪のトルク配分の変更制御を行うためのＰＷＭ制御出力（例えば図３参照）に替えて、図４のようなＰＷＭ制御出力Ｐ２をカップリング装置３０のアクチュエータ３１へ送るようにしている。
【００４０】
図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２は、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１と同様に、所定電圧Ｖｏｎ（例えば１２Ｖ）のＯＮ／ＯＦＦを周期的に繰り返すようなパルス信号とされる。図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２の周波数Ｆ２（＝１／Ｔ２）は、上述した図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１の周波数Ｆ１に比べ、大幅に低くなっており（Ｆ２≪Ｆ１）、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１の周波数Ｆ１の１／１００〜１／１０００程度に設定されている。言い換えれば、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２の周期Ｔ２が、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１の周期Ｔ１に比べ、大幅に大きくなっており（Ｔ１≪Ｔ２）、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１の周期Ｔ１の１００〜１０００倍程度に設定されている。図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２の周波数Ｆ２は、例えば、１Ｈｚに設定されている。図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２のデューティ比Ｄ２（＝ｔ２／Ｔ２）は、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１のデューティ比Ｄ１と同一に設定されている。
【００４１】
このようなＰＷＭ制御出力の周波数変更にともない、所定電圧Ｖｏｎが印加されている電圧ＯＮ状態の時間（図４ではｔ２）および印加されていない電圧ＯＦＦ状態の時間（図４ではＴ２−ｔ２）が、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２では、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１に比べ、大幅に長くなる。このため、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１に替えて、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２がアクチュエータ３１へ出力されると、後輪１８，１８が次のような挙動を示す。
【００４２】
まず、電圧ＯＮ状態の間は、カップリング装置３０が係合状態となり、前輪１４，１４および後輪１８，１８がともに駆動する駆動状態となる。このとき、前輪１４，１４および後輪１８，１８は、略同一の回転数で駆動される。一方、電圧ＯＦＦ状態の間は、カップリング装置３０が解放状態となり、前輪１４，１４のみが駆動状態となる。このとき、後輪１８，１８は、前輪１４，１４に追従して回転される被駆動状態となる。電圧ＯＮ状態と電圧ＯＦＦ状態とは、図４に示すように、周期的に繰り返されるので、後輪１８，１８において、駆動状態と被駆動状態とが周期的に発生することになる。これにより、後輪１８，１８に対し、その回転方向に沿った振動（微小振動）が与えられることになる。この場合、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２のデューティ比Ｄ２は、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１のデューティ比Ｄ１と同一とされているので、前後輪のトルク配分率は変更されないようになっている。
【００４３】
ここで、上述のように後輪（タイヤ）１８，１８に対して振動を与えた場合の作用について説明する。
【００４４】
ここでまず、タイヤ１８，１８のスリップ率と、タイヤ１８，１８と路面との間の摩擦係数との対応関係について説明する。タイヤ１８，１８のスリップ率と、タイヤ１８，１８と路面との間の摩擦係数との対応関係は、路面条件により異なる。また、上述した如くタイヤ１８，１８に、その回転方向の振動（微小振動）を与えることで、タイヤ１８，１８と路面との間の摩擦係数を、任意に調整することが可能であることが知られている。具体的には、タイヤ１８，１８を回転方向に振動させるときに、その振動の振幅、周波数、位相などを制御することにより、タイヤ１８，１８と路面との間の摩擦係数を、任意に調整することが知られている。この原理は、上記特許文献１に記載されている。例えば、タイヤ１８，１８に替えてゴムブロックを用いた摩擦モデルは、下記の振動方程式（１）で表すことができる。
【００４５】
【数１】
2011251628.tif 000003
【００４６】
この振動方程式（１）において、Ｆｎは、ゴムブロックが路面に接触する垂直方向の荷重である。このため、μ・Ｆｎは、一定方向に滑るゴムブロックに作用する摩擦力（μは、路面の摩擦係数）となる。また、ｍは、ゴムブロックの質量、ω０は、ゴムブロックの共振周波数である。この振動方程式（１）を解くことにより、ゴムブロックに振動を与えないときの摩擦力と、ゴムブロックに振動を与えた場合の摩擦力との比μｒｅｌが、次の式（２）で求められる。
【００４７】
【数２】
2011251628.tif 000004
【００４８】
この式（２）において、μｅは、ゴムブロックに振動を与えた場合の摩擦係数、μｎは、ゴムブロックに振動を与えないときの摩擦係数、Ｋは、ゴムブロックと路面との間のバネ定数、Ｃは、ゴムブロックの減衰係数である。
【００４９】
上記の２つの式（１）、（２）から、制御対象となるタイヤ１８，１８の前後方向、具体的には回転方向に振動を与えることにより、タイヤ１８，１８と路面との間おける摩擦係数を任意に調整できることが分かる。上記の比μｒｅｌは、与える振動の周波数ωに依存し、周波数ωが共振周波数ω０に近づくほど、比μｒｅｌの値が小さくなる傾向を示す。また、タイヤ１８，１８の回転方向に振動を付与することで、タイヤ１８，１８の前後方向における摩擦係数とスリップ率との関係は、例えば、図５の破線に示すように、スリップ率が増加することにともない摩擦係数が大きくなる傾向になることが知られている。このことは、上記特許文献１にも記載されている。
【００５０】
この実施形態では、実際の摩擦係数が、目標摩擦係数となったか否かを推定するため、ＥＣＵ１００には、スリップ率と摩擦係数との関係を示すマップおよびデータが記憶されている。そして、タイヤ１８，１８のスリップ率を推定するとともに、マップおよびデータから、実際の摩擦係数を推定可能である。なお、各タイヤ１８，１８のスリップ率は、各タイヤ１８，１８の回転速度を検出する車輪速センサ１０２，１０２の信号に基づいて推定可能であり、その推定方法は、例えば、特開２００２−２７４３５６号公報、特開平６−２５８１９６号公報などに記載されているように周知であるので、具体的な説明を省略する。
【００５１】
このように、タイヤ１８，１８に回転方向の振動を与えることにより、タイヤ１８，１８と路面との間における前後方向の摩擦係数を調整することが可能である。ここで、タイヤ１８，１８に振動を与えた場合と与えない場合とを比較すると、前後方向におけるスリップ率が同じであるとすれば、振動を与えた場合の方が、振動を与えない場合に比べて、タイヤ１８，１８の前後方向の摩擦係数が小さくなることが知られている（図５参照）。このことは、上記特許文献１に記載されている。
【００５２】
以上説明したように、この実施形態では、カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力されるＰＷＭ制御出力の周波数を低周波側へ変更することで、後輪（タイヤ）１８，１８を周期的に駆動状態または被駆動状態とし、これによって、タイヤ１８，１８に、その回転方向の振動を付与するようにしている。これにより、図５に示すように、タイヤ１８，１８の前後方向の摩擦力（摩擦係数）を低下させることができ、車両１の走行抵抗を低減することができ、その結果、燃料消費率の改善を図ることができる。なお、厳密に言えば、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１がアクチュエータ３１へ出力される場合にも、後輪１８，１８に回転方向の振動が発生する可能性がある。しかし、後輪１８，１８が回転方向に沿って振動したとしても、上述したように、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１は高周波であることから、その振動は、車両１の走行抵抗にほとんど影響を与えることはない。
【００５３】
既に述べたように、従来の技術では、タイヤに振動を与えるためのアクチュエータ（例えば、電動モータなど）を各タイヤごとに搭載する必要があった。しかし、この実施形態では、四輪駆動車において既存のカップリング装置３０のアクチュエータ３１を利用し、このアクチュエータ３１へのＰＷＭ制御出力の周波数変更のみによってタイヤ１８，１８に振動を与えられるので、新たなアクチュエータを必要とすることなく車両１の走行特性を制御することができる。したがって、車両１の製造コストが大幅に高騰することはなく、また、車両１の設計の自由度を大きく阻害させたり、駆動系（ドライブトレーン）のレイアウトに大きな制約を与えてしまうといったこともなくなる。
【００５４】
ところで、カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力されるＰＷＭ制御出力の周波数を低くするほど、後輪１８，１８に発生する振動が大きくなり、それにともなって、車両１の挙動変化も大きくなる。このため、車両１の各種のシステムや機能に悪影響を与えたり、乗り心地の悪化などを引き起こすことが懸念される。そこで、図６に示すようなＰＷＭ制御出力Ｐ３をアクチュエータ３１へ出力するようにしてもよい。
【００５５】
図６のＰＷＭ制御出力Ｐ３は、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２と同様に、周波数Ｆ２、デューティ比Ｄ２、パルス幅ｔ２のパルス信号とされている。しかし、図６のＰＷＭ制御出力Ｐ３は、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２とは異なり、高電圧時電圧Ｖｏｎ（例えば１２Ｖ）と低電圧時電圧Ｖａ（例えば８Ｖ）が周期的に繰り返すようなパルス信号とされている。つまり、図６のＰＷＭ制御出力Ｐ３の低電圧時電圧Ｖａが、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２のＯＦＦ時電圧（０Ｖ）よりも高くなっている。このように、図６のＰＷＭ制御出力Ｐ３では、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２に比べて、高電圧時電圧Ｖｏｎと低電圧時電圧Ｖａとの電圧差（振幅）が小さくなっている。これにより、図６のＰＷＭ制御出力Ｐ３をカップリング装置３０のアクチュエータ３１へ送ることによって、アクチュエータ３１へ出力されるＰＷＭ制御出力の周波数を低くすることに起因する、車両１の各種のシステムや機能に悪影響を与えることや、乗り心地の悪化などを引き起こすことを抑制できる。
【００５６】
図６のようなＰＷＭ制御出力Ｐ３は、例えば、図７に示すような出力回路２００によって得ることが可能である。図７に示す出力回路２００は、電源ＶＢＡＴＴ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２、ダイオードＤ１、Ｄ２、電磁ソレノイドＳＯＬを含む回路となっている。電磁ソレノイドＳＯＬは、上述したアクチュエータ３１に相当する。電源ＶＢＡＴＴは、例えば、車載バッテリ、キャパシタなどとされる。
【００５７】
ＥＣＵ１００から出力回路２００へ高電圧出力用の出力指示ＶＨと低電圧出力用の出力指示ＶＬとが交互に出力される。高電圧出力用の出力指示ＶＨが出力されると、電源ＶＢＡＴＴの電圧（例えば１２Ｖ）が電磁ソレノイドＳＯＬにそのまま印加される。一方、低電圧出力用の出力指示ＶＬが出力されると、電源ＶＢＡＴＴの電圧から抵抗Ｒ１による電圧降下分（例えば４Ｖ）を差し引いた電圧（例えば８Ｖ）が電磁ソレノイドＳＯＬに印加される。
【００５８】
そして、ＥＣＵ１００から出力回路２００へ出力指示ＶＨ、ＶＬを出力する期間を適宜に設定することによって、図６のようなＰＷＭ制御出力Ｐ３を得ることが可能になる。例えば、高電圧出力用の出力指示ＶＨを出力する期間をｔ２に設定し、低電圧出力用の出力指示ＶＬを出力する期間を（Ｔ２−ｔ２）に設定すればよい。
【００５９】
なお、出力回路２００によって、図３のようなＰＷＭ制御出力Ｐ１、図４のようなＰＷＭ制御出力Ｐ２を得ることも可能である。つまり、ＥＣＵ１００から出力回路２００へ高電圧出力用の出力指示ＶＨだけを所定の期間および所定の周期で出力すればよい。例えば、高電圧出力用の出力指示ＶＨを出力する期間をｔ１に設定し、周期をＴ１に設定すれば、図３のようなＰＷＭ制御出力Ｐ１を得ることが可能になる。また、高電圧出力用の出力指示ＶＨを出力する期間をｔ２に設定し、周期をＴ２に設定すれば、図４のようなＰＷＭ制御出力Ｐ２を得ることが可能になる。したがって、出力回路２００によって、図３のＰＷＭ制御出力Ｐ１、図４のＰＷＭ制御出力Ｐ２、図６のＰＷＭ制御出力Ｐ３の切り替えを容易に行うことが可能である。
【００６０】
次に、上述のような実施形態の特徴部分を適用した車両１の走行特性制御の手順について、図８のフローチャートを参照して説明する。
【００６１】
このフローチャートは、ＥＣＵ１００が実行する車両１の走行特性制御に関するものであり、車両１が四輪駆動状態のとき所定時間ごとに繰り返し実行される。車両１が四輪駆動状態であるか否かは、例えば、上述した二輪駆動状態と四輪駆動状態の切替指示を入力する操作スイッチ１０８からの信号に基づいて判定することが可能である。
【００６２】
まず、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ１において、カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力するＰＷＭ制御出力の出力指示値を演算する。この場合、車両１の走行状態を検知する各種センサ等からの信号に基づいて、四輪駆動状態での走行時のＰＷＭ制御出力（例えば、図３に示すようなＰＷＭ制御出力Ｐ１）の出力指示値（デューティ比など）が演算される。
【００６３】
次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ２において、後輪１８，１８に回転方向に沿った振動を与えることが必要か否かを判定する。言い換えれば、アクチュエータ３１へ出力するＰＷＭ制御出力の周波数を低周波側へ変更する必要があるか否かを判定する。この判定は、車両１の走行状態を検知する各種センサ等からの信号に基づいて行うことが可能である。ここで、後輪１８，１８に振動を与えることが必要な場合としては、四輪駆動状態での走行を継続して行うことが必要ではなくなった場合などが挙げられる。例えば、定常走行状態（加減速をほとんど行うことなく走行している状態）での直進走行の場合や、高μ路での直進走行の場合などが挙げられる。
【００６４】
そして、ステップＳＴ２において否定判定の場合には、ステップＳＴ６へ進み、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ３１へＰＷＭ制御出力を出力する。この場合、例えば、図３に示すようなＰＷＭ制御出力Ｐ１がアクチュエータ３１へ出力される。
【００６５】
一方、ステップＳＴ２において肯定判定の場合には、ステップＳＴ３へ進み、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ３１へ出力するＰＷＭ制御出力の周波数を低周波側へ変更する。この場合、車両１の走行状態を検知する各種センサ等からの信号に基づいて、アクチュエータ３１へのＰＷＭ制御出力の周波数が演算される。
【００６６】
次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ４において、ステップＳＴ３で得られたアクチュエータ３１へのＰＷＭ制御出力の周波数が、閾値Ｆｔｈ以下であるか否かを判定する。この閾値Ｆｔｈは、アクチュエータ３１へのＰＷＭ制御出力の周波数と車両１の挙動との関係に基づいて設定されるもので、ＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。上述したように、アクチュエータ３１へ出力されるＰＷＭ制御出力の周波数を低くするほど、車両１の挙動変化が大きくなるため、閾値Ｆｔｈは、車両１の挙動変化を抑制する観点から設定される。
【００６７】
そして、ステップＳＴ４において否定判定の場合には、ステップＳＴ６へ進み、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ３１へＰＷＭ制御出力を出力する。この場合、例えば、図４に示すようなＰＷＭ制御出力Ｐ２がアクチュエータ３１へ出力される。
【００６８】
一方、ステップＳＴ４において肯定判定の場合には、ステップＳＴ５へ進み、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ３１へ出力するＰＷＭ制御出力の低電圧時電圧を０［Ｖ］よりも高い電圧に設定する。ＰＷＭ制御出力の低電圧時電圧は、例えば、上述した図６のＰＷＭ制御出力Ｐ３の低電圧時電圧Ｖａとされる。そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ６において、アクチュエータ３１へＰＷＭ制御出力を出力する。この場合、例えば、図６に示すようなＰＷＭ制御出力Ｐ３がアクチュエータ３１へ出力される。
【００６９】
以上より、車両１の走行状態に応じてカップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力されるＰＷＭ制御出力が変更される。カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力するＰＷＭ制御出力を図３に示すようなＰＷＭ制御出力Ｐ１に変更することで、車両１の四輪駆動状態での走行を適切に行うことができる。また、カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力するＰＷＭ制御出力を図４に示すようなＰＷＭ制御出力Ｐ２に変更することで、車両１の走行抵抗を低減することができ、燃料消費率の改善を図ることができる。さらに、カップリング装置３０のアクチュエータ３１へ出力するＰＷＭ制御出力を図６に示すようなＰＷＭ制御出力Ｐ３に変更することで、車両１の走行特性を制御しつつ、車両１の各種のシステムや機能に悪影響を与えることや、乗り心地の悪化などを引き起こすことを抑制できる。
【００７０】
−他の実施形態−
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。
【００７１】
上述したカップリング装置としての電子制御カップリングの構成（図２参照）は一例であって、アクチュエータによって前後輪のトルク配分率を制御することが可能であれば、他の構成のカップリング装置を用いてもよい。上記実施形態では、アクチュエータを電磁ソレノイドとした例を挙げたが、アクチュエータは、例えば、電動モータ、電磁クラッチ等であってもよい。
【００７２】
上記実施形態では、前輪を主駆動輪とし、後輪を従駆動輪とする前輪駆動ベースの四輪駆動車に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、後輪を主駆動輪とし、前輪を従駆動輪とする後輪駆動ベースの四輪駆動車にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、アクチュエータによりカップリング装置の状態を変化させることで、前後輪のトルク配分を変更する四輪駆動車に利用できる。
【符号の説明】
【００７４】
１    車両
１０    エンジン（駆動源）
１８    後輪（タイヤ）
３０    カップリング装置
３１    アクチュエータ
１００    ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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