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技術 自動車

出願人 株式会社SUBARU
発明者 中元真
出願日 2015年3月3日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-041411
公開日 2016年9月5日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2016-159806
状態 特許登録済
技術分野 ハイブリッド電気車両 動力伝達制御装置の配置,取付け 車両の電気的な推進・制動
主要キーワード 駆動閾値 占有比率 部品保護 前後輪駆動 EVスイッチ 電子制御カップリング 時間閾値 リアデファレンシャル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月5日)のものです。
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図面 (3)

課題

駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減する。

解決手段

自動車100は、駆動源から出力された駆動力前輪132および後輪140のいずれか一方に伝達するトランスミッション116と、トランスミッションから出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリング134と、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する条件判定部160と、要駆動力条件を満たすと判定されると4WD走行を行う駆動切換部162と、4WD走行が行われている間、電子制御カップリング134を駆動するカップリング制御部164とを備える。

概要

背景

自動車では、前後輪駆動する4WD(4輪駆動走行と、前輪後輪のいずれか一方を駆動する2WD(2輪駆動)走行とのいずれの駆動状態も可能とするものがあり、その走行状態に応じ、4WD走行と2WD走行とを切り換えることができる(パートタイム4WD等)。このとき、例えば、自動車が常時4WD走行し、車両の急旋回走行時には、4WD走行から2WD走行に切り換わる技術が開示されている(例えば、特許文献1)。また、2WD走行している間にスリップが発生すると4WD走行に切り換わり加速または定常走行域を脱すると2WD走行に戻される技術も開示されている(例えば、特許文献2)。また、4WD走行している間に、速度変化が小さく、かつ、左右輪速度差が小さいと2WD走行に切り換わり、速度変化が小さく、かつ、左右輪の速度差が大きくなると4WD走行に戻される技術も開示されている(特許文献3)。

また、4WD走行と2WD走行との切り換えを、電子制御カップリングを用いて実現している場合、4WD走行している間、常に電子制御カップリングで駆動電力消費されることとなる。そこで、4WD走行している間、電子制御カップリングに時分割デューティー)で駆動電力を供給することで消費電力を軽減する技術が開示されている(例えば、特許文献4)。また、EVスイッチオン状態のとき、EVスイッチがオフ状態の場合と比べて4WD駆動で動作する領域が縮小するように設定される技術も開示されている(例えば、特許文献5)。

概要

駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減する。自動車100は、駆動源から出力された駆動力を前輪132および後輪140のいずれか一方に伝達するトランスミッション116と、トランスミッションから出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリング134と、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する条件判定部160と、要駆動力条件を満たすと判定されると4WD走行を行う駆動切換部162と、4WD走行が行われている間、電子制御カップリング134を駆動するカップリング制御部164とを備える。

目的

本発明は、このような課題に鑑み、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することが可能な自動車を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

駆動源から出力された駆動力前輪および後輪のいずれか一方に伝達するトランスミッションと、前記トランスミッションから出力された駆動力を前記前輪および前記後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリングと、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する条件判定部と、前記要駆動力条件を満たすと判定されると4WD走行を行う駆動切換部と、前記4WD走行が行われている間、前記電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部と、を備えることを特徴とする自動車

請求項2

前記要駆動力条件は、シフトレンジ走行レンジに位置し、ブレーキペダル踏み込み量が所定の第1踏み込み閾値未満であり、車速が所定の第1速度閾値未満であることを特徴とする請求項1に記載の自動車。

請求項3

前記要駆動力条件は、シフトレンジが走行レンジに位置し、アクセルペダルの踏み込み量が車速に応じて変動する第2踏み込み閾値以上であり、車速が所定の第2速度閾値以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の自動車。

請求項4

前記駆動切換部は、前記要駆動力条件を満たして4WD走行を行った後、車速の変化が、所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されれば、2WD走行を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の自動車。

請求項5

前記駆動源としてエンジンおよびモータを備え、走行時には該エンジンおよび該モータの一方または双方を駆動し、該モータに電力を供給するバッテリに外部から直接充電可能なプラグインハイブリッド車であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の自動車。

技術分野

0001

本発明は、2WD走行と4WD走行とを切り換えることが可能な自動車に関する。

背景技術

0002

自動車では、前後輪駆動する4WD(4輪駆動)走行と、前輪後輪のいずれか一方を駆動する2WD(2輪駆動)走行とのいずれの駆動状態も可能とするものがあり、その走行状態に応じ、4WD走行と2WD走行とを切り換えることができる(パートタイム4WD等)。このとき、例えば、自動車が常時4WD走行し、車両の急旋回走行時には、4WD走行から2WD走行に切り換わる技術が開示されている(例えば、特許文献1)。また、2WD走行している間にスリップが発生すると4WD走行に切り換わり加速または定常走行域を脱すると2WD走行に戻される技術も開示されている(例えば、特許文献2)。また、4WD走行している間に、速度変化が小さく、かつ、左右輪速度差が小さいと2WD走行に切り換わり、速度変化が小さく、かつ、左右輪の速度差が大きくなると4WD走行に戻される技術も開示されている(特許文献3)。

0003

また、4WD走行と2WD走行との切り換えを、電子制御カップリングを用いて実現している場合、4WD走行している間、常に電子制御カップリングで駆動電力消費されることとなる。そこで、4WD走行している間、電子制御カップリングに時分割デューティー)で駆動電力を供給することで消費電力を軽減する技術が開示されている(例えば、特許文献4)。また、EVスイッチオン状態のとき、EVスイッチがオフ状態の場合と比べて4WD駆動で動作する領域が縮小するように設定される技術も開示されている(例えば、特許文献5)。

先行技術

0004

特公平5−37854号公報
特公昭62−8334号公報
特許第3582375号公報
特開2002−225583号公報
特許第4225314号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上述したような2WD走行と4WD走行とを切り換えて走行する自動車において、2WD走行している間に大きな駆動力をかけると、2WD走行に関わる駆動輪にのみ負荷がかかり、駆動系の部品(例えば、デファレンシャルギアドライブシャフト)の破損が生じるおそれがある。そこで、常時4WD走行を行うことで、駆動力を分散し、駆動系の部品の破損を防止することが考えられる。

0006

しかし、上述したように、4WD走行している間は常に電子制御カップリングで駆動電力が消費されることとなり、例えば、電気自動車EV)やハイブリッド車においては、バッテリの消費により、走行に利用可能な電力が減少し、走行距離に影響を及ぼすこととなる。

0007

本発明は、このような課題に鑑み、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することが可能な自動車を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決するために、本発明の自動車は、駆動源から出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか一方に伝達するトランスミッションと、トランスミッションから出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリングと、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する条件判定部と、要駆動力条件を満たすと判定されると4WD走行を行う駆動切換部と、4WD走行が行われている間、電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部と、を備えることを特徴とする。

0009

要駆動力条件は、シフトレンジ走行レンジに位置し、ブレーキペダル踏み込み量が所定の第1踏み込み閾値未満であり、車速が所定の第1速度閾値未満であるとしてもよい。

0010

要駆動力条件は、シフトレンジが走行レンジに位置し、アクセルペダルの踏み込み量が車速に応じて変動する第2踏み込み閾値以上であり、車速が所定の第2速度閾値以上であるとしてもよい。

0011

駆動切換部は、要駆動力条件を満たして4WD走行を行った後、車速の変化が、所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されれば、2WD走行を行ってもよい。

0012

駆動源としてエンジンおよびモータを備え、走行時にはエンジンおよびモータの一方または双方を駆動し、モータに電力を供給するバッテリに外部から直接充電可能なプラグインハイブリッド車であってもよい。

発明の効果

0013

本発明によれば、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することが可能となる。

図面の簡単な説明

0014

自動車の構成を示す図である。
制御部による走行処理を説明するためのフローチャートである。

実施例

0015

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

0016

図1は、自動車100の構成を示す図である。自動車100は、前後輪駆動する4WD(4輪駆動)走行と、前輪のみを駆動する2WD(2輪駆動)走行とのいずれの駆動状態も可能とし、エンジン110、燃料タンク112、クラッチ114、トランスミッション116、エレクトロニックコントロールユニット(以下、単にECUと言う)118、モータ120、インバータ122、バッテリ124、プロペラシャフト126、フロントデファレンシャルギア128、フロントドライブシャフト130、前輪132、電子制御カップリング134、リアデファレンシャルギア136、リアドライブシャフト138、後輪140、制御部142、シフトポジションセンサ144、ブレーキペダルセンサ146、車速センサ148、アクセルペダルセンサ150を含んで構成される。

0017

本実施形態では、自動車100として、特に、電気エネルギーを外部の商用のコンセントから直接充電可能であり、かつ、2WD走行と4WD走行とを切り換えて走行可能なプラグインハイブリッド車(PHEV)について説明する。ただし、2WD走行と4WD走行とを切り換えて走行可能な自動車であれば、駆動源が、エンジンおよびモータの一方または双方のいずれであってもよく、電気自動車(EV)、エンジン車、非プラグインハイブリッド車(ハイブリッド車)等、様々な車種を採用することができる。ここでは、本実施形態の特徴に関係する構成について詳細に説明し、本実施形態の特徴と無関係の構成については説明を省略する。

0018

エンジン110は、ガソリンエンジンディーゼルエンジンで構成され、燃料タンク112から供給される燃料ガソリンディーゼル等)を燃焼させることで駆動力を得て、得られた駆動力を、クラッチ114を介してトランスミッション116に伝達する。また、エンジン110は、ECU118と接続され、ECU118の制御指令に基づいて駆動力が調整される。

0019

モータ120は、エンジン110と同軸に配され、インバータ122を介してバッテリ124から供給される電力により駆動力を得て、得られた駆動力をトランスミッション116に伝達する。また、モータ120は、電力の供給を受けていないタイミングで、発電機としても機能し、発電された電力は、インバータ122を介してバッテリ124に蓄積される。また、インバータ122は、ECU118と接続され、ECU118の制御指令に基づいて供給電力(モータ120の駆動力)が調整される。

0020

エンジン110やモータ120といった駆動源から出力された駆動力は、トランスミッション116により、トルク回転数、回転方向が調整されてプロペラシャフト126に伝達され、さらにフロントデファレンシャルギア128、フロントドライブシャフト130を介して前輪132に伝達される。また、4WD走行時には、トランスミッション116から出力された駆動力が、電子制御カップリング134、リアデファレンシャルギア136、および、リアドライブシャフト138を介して後輪140にも伝達される。ここでは、前輪132は、トランスミッション116から直接駆動力を得て、後輪140は、電子制御カップリング134を介して駆動力を得ているが、後輪140に、トランスミッション116から直接駆動力を伝達し、前輪132に、電子制御カップリング134を介して駆動力を伝達するとしてもよい。

0021

制御部142は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路で構成され、自動車100全体を統括制御する。また、本実施形態において、制御部142は、条件判定部160、駆動切換部162、カップリング制御部164、走行モード切換部166としても機能する。制御部142には、トランスミッション116のシフトレンジが、前進レンジ(Dレンジ)、後進レンジ(Rレンジ)、ニュートラルレンジ(Nレンジ)、パーキングレンジPレンジ)のいずれに位置しているかを検出するシフトポジションセンサ144、不図示のブレーキペダルの踏み込み量(油圧)を検出するブレーキペダルセンサ146、自動車100の速度を検出する車速センサ148、不図示のアクセルペダルの踏み込み量(油圧)を検出するアクセルペダルセンサ150等の各センサが接続され、制御部142は、各センサの検出信号を取り込む。また、制御部142は、ECU118を介して、エンジン110やモータ120の駆動力を制御する。

0022

(制御部142の動作)
自動車100においては、上述したように2WD走行と4WD走行とを切り換えて走行するように設定することができる。ただし、2WD走行している間に、大きな駆動力をかけると(要求すると)、2WD走行に関わる駆動輪にのみ負荷がかかり、駆動系の部品の破損が生じるおそれがある。これに対し、駆動力を分散するために常時4WD走行を行うとすると、その走行の間は常に電子制御カップリング134で駆動電力が消費され、バッテリ124の消費により、走行に利用可能な電力が減少して、走行距離に影響を及ぼす。そこで、本実施形態では、事後的に駆動力が必要とされる状況か否か予め判定し、その判定結果に応じて、2WD走行と4WD走行とを効率的に切り換えることで、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することを目的としている。

0023

条件判定部160は、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる(または、必要となる可能性が高い)要駆動力条件を満たすか否か判定する。かかる構成により、事後的に高い駆動力が必要となる状況であることを予め把握し、2WD走行と4WD走行とを効率的に切り換えることが可能となる。

0024

ここで、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる状況としては、例えば、自動車100の発進時や、自動車100の走行中の急加速時が考えられる。

0025

自動車100の発進時であることを判定するには、要駆動力条件として、シフトレンジが走行レンジに位置し、ブレーキペダルの踏み込み量が所定の第1踏み込み閾値未満であり、車速が所定の第1速度閾値未満であること、の全てが満たされればよい。したがって、条件判定部160は、シフトポジションセンサ144が、シフトレンジが前進レンジまたは後進レンジのいずれか(走行レンジ)に位置していることを検出し、ブレーキペダルセンサ146が、ブレーキペダルの踏み込み量が所定の第1踏み込み量未満(ブレーキペダルの解除に相当)であることを検出し、かつ、車速センサ148が、自動車の速度が所定の第1速度閾値(例えば、5km/h)未満であることを検出した場合に、要駆動力条件を満たしていると判定する。

0026

また、自動車100の走行中の急加速時であることを判定するには、要駆動力条件として、シフトレンジが走行レンジに位置し、アクセルペダルの踏み込み量が車速に応じて変動する第2踏み込み閾値以上であり、車速が所定の第2速度閾値以上であること、の全てが満たされればよい。したがって、条件判定部160は、シフトポジションセンサ144が、シフトレンジが前進レンジまたは後進レンジのいずれか(走行レンジ)に位置していることを検出し、アクセルペダルセンサ150が、アクセルペダルの踏み込み量が第2踏み込み量以上であることを検出し、かつ、車速センサ148が、自動車の速度が所定の第2速度閾値(例えば、10km/h)以上であることを検出した場合に、要駆動力条件を満たしていると判定する。ここで、第2踏み込み閾値は、車速に対してマップまたは計算式により一義的に導出され、例えば、高速になるほどその値が大きくなるとしてもよい。こうすることで、高い車速(例えば、50km/h以上)で一定走行している際に、意図せず要駆動力条件を満たすと判定される(4WD走行に切り換わる)のを回避することができる。

0027

このように、自動車100の発進時や、自動車100の走行中の急加速時を的確に判定することで、事後的に高い駆動力が必要となるタイミングを適切に把握することが可能となる。

0028

駆動切換部162は、2WD走行と4WD走行とを切り換えることができ、条件判定部160が要駆動力条件を満たすと判定すると、その時点で2WD走行および4WD走行のいずれを行っているかに拘わらず、4WD走行を行う。また、駆動切換部162は、要駆動力条件を満たして4WD走行を行った後、車速センサ148が検出した自動車100の速度の変化が、所定の時間閾値の間(例えば、5秒)、所定の速度範囲(例えば、±5km/h)内に維持されれば、すなわち、車速が安定すると、2WD走行に戻す(ヒステリシス特性)。なお、駆動切換部162は、運転者の操作により、結果的に、高い駆動力(所定の駆動閾値以上の駆動力)が要求された場合にも4WD走行を行うとしてもよい。

0029

カップリング制御部164は、4WD走行が行われている間、電子制御カップリング134の駆動ソレノイドを駆動し、走行状態に応じ、前輪132と後輪140のデューティーを調整して後輪140への最適な駆動力伝達を行う。

0030

ここでは、条件判定部160が要駆動力条件を満たすと判定した場合、例えば、自動車100の発進時や、自動車100の走行中の急加速時、すなわち、事後的に高い駆動力が必要となる状況において、4WD走行に切り換えることで、その後に発進や急加速によって実際に生じ得る高い駆動力を分散することができるため、駆動系の部品の破損を回避する(部品保護)ことが可能となる。また、要駆動力条件を満たしていない間、もしくは、要駆動力条件を満たした後に、車速の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されるようになった場合、2WD走行を行うことで、電子制御カップリング134を駆動しないで済むので、その分、消費電力を削減することが可能となる。

0031

また、ここでは、実際に駆動力が要求される状況になってからはじめて4WD走行に切り換えるのではなく、そのような状況になることを予め推測し、事前に4WD走行に切り換えているので、駆動状態切換の応答性を向上し、要求された高い駆動力を効果的に分散することが可能となる。

0032

(走行処理)
図2は、制御部142による走行処理を説明するためのフローチャートである。まず、条件判定部160は、運転者の操作に基づき、所定の駆動閾値以上の駆動力が事後的に必要となる要駆動力条件を満たすか否か判定する(S200)。具体的には、自動車100の発進時、または、自動車100の走行中の急加速時であるか判定される。

0033

そして、条件判定部160が、要駆動力条件が満たされていると判定すると(S200におけるYES)、以下の処理が実行される。

0034

すなわち、駆動切換部162は、現在の駆動状態が4WD走行であるか否か判定し(S202)、4WD走行でなければ(S202におけるNO)、4WD走行に切り換える(S204)。このときカップリング制御部164は、電子制御カップリング134を駆動し、走行状態に応じて後輪140への最適な駆動力伝達を行う。また、現在の駆動状態が4WD走行であれば(S202におけるYES)、その4WD走行を維持する。

0035

また、条件判定部160が、要駆動力条件が満たされていないと判定すると(S200におけるNO)、自動車100の速度の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されたか否かを判定し(S206)、速度の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されていなければ(S206におけるNO)、現在の駆動状態(2WD走行または4WD走行)を維持し、速度の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持されていれば(S206におけるYES)、以下の処理が実行される。

0036

すなわち、駆動切換部162は、現在の駆動状態が2WD走行であるか否か判定し(S208)、2WD走行でなければ(S208におけるNO)、2WD走行に切り換える(S210)。このときカップリング制御部164は、電子制御カップリング134の駆動を停止する。また、現在の駆動状態が2WD走行であれば(S208におけるYES)、その2WD走行を維持する。

0037

以上、説明したように、本実施形態の自動車100では、自動車100の発進時や、自動車100の走行中の急加速時等、事後的に高い駆動力が必要となる状況において、4WD走行に切り換えることで、その後に発進や急加速によって実際に生じ得る高い駆動力を分散することができるため、駆動系の部品の破損を回避する(部品保護)ことができる。また、要駆動力条件を満たしていない間、もしくは、要駆動力条件を満たした後に車速の変化が所定の時間閾値の間、所定の速度範囲内に維持された場合に、2WD走行を行うことで、電子制御カップリング134を駆動しないで済むので、その分、消費電力を削減することが可能となる。要するに、4WD走行により駆動系の部品の破損を回避しつつ、2WD走行で消費電力を削減することができる。特にPHEVでは、モータのみでの航続距離を少しでも長くしたいというニーズがある。本実施形態の自動車100では、4WDのメリットを享受しつつ、消費電力の低減によりモータ走行の航続距離を伸ばすことができる。また、ここでは、そのような状況になることを予め推測し、事前に4WD走行に切り換えているので、駆動状態切換の応答性を向上し、要求された高い駆動力を効果的に分散することが可能となる。

0038

また、消費電力の許す範囲で、全体走行における4WD走行の時間占有比率を高めることができれば、すなわち、所定の閾値を下げることができれば、運転者が要求する駆動力が低いうちから4WD走行に切り換えることが可能となるので、自動車100自体の駆動力に対する耐久性を上げなくて済み、製造コストの削減を図ることが可能となる。

0039

また、コンピュータを制御部142として機能させるプログラム、および、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク光磁気ディスク、ROM、CD、DVD、BD等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

0040

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0041

例えば、上述した実施形態では、駆動閾値、第1踏み込み閾値、第2踏み込み閾値、第1速度閾値、第2速度閾値、時間閾値、速度範囲として数値を例示している場合があるが、かかる場合に限らず、実験や実走行に応じて任意の値を設定することができる。

0042

なお、本明細書の走行処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

0043

本発明は、2WD走行と4WD走行とを切り換えることが可能な自動車に利用できる。

0044

100自動車
116トランスミッション
134電子制御カップリング
160条件判定部
162 駆動切換部
164カップリング制御部

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