コントロールトラック

コントロールトラック四輪駆動は、フォード・モーター・カンパニーが提供するセレクタブル・オートマチックフルタイム四輪駆動システムのブランド名です。この四輪駆動システムは、1980年代半ばにボルグワーナー社のトルクトランスファーシステム部門で設計・開発されました。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]ボルグワーナー社はこのシステムをトルク・オン・デマンド（TOD）と呼んでいます。コントロールトラックは、プラネタリー式またはベベルギア式のセンターデファレンシャルを使用せず、ソフトウェア制御を採用した初のオートマチックシステムでした。[ 1 ]このシステムは、プラネタリー式またはベベルギア式のセンターデファレンシャルの代わりに、可変インテリジェントロックセンターマルチディスクデファレンシャルを使用しています。[ 4 ]

可用性

コントロールトラックは、1995年1月12日に、1995年モデルとして第2世代のフォードエクスプローラー中型SUVに初めて搭載されました。[ 1 ]コントロールトラックのヘビーデューティーバージョンは、1996年に1997年モデルとして第1世代のフォードエクスペディションフルサイズSUVに導入されました。[ 2 ]

自動制御四輪駆動の車両も利用可能
車両 モデル年 トランスファーケース
フォード エクスプローラー1995～2010年度 2速
フォード エクスペディション1997年～現在 2速
フォード エクスペディション EL/マックス2007年～現在 2速
リンカーン ナビゲーター1998～2006年度 2速
リンカーン ナビゲーター2007年～現在 シングルスピード*
リンカーン ナビゲーター L 2007年～現在 シングルスピード*

※低速オフロード減速ギアを備えたFour Lowモードはありません。

第5世代の2011年型フォード・エクスプローラー（U502）では、自動制御トラック四輪駆動が自動インテリジェント四輪駆動とテレインマネジメントに置き換えられました。[ 5 ] [ 6 ]

設計と開発

電子制御式四輪駆動システムのアイデアは、1985年にボルグワーナーで生まれました。[ 1 ]ボルグワーナーの当初の設計では、ソフトウェア制御の電磁式多板クラッチパック（マルチプレートとも呼ばれる）と、遊星ギア式またはベベルギア式のセンターデフを併用する必要がありました。最初のプロトタイプシステムは粗雑で、クラッチパックコントローラーは可変抵抗器でした。[ 1 ]

ギア付きセンターデフは、前後のドライブシャフトを異なる回転速度で回転させることで、舗装路でシステムを使用している間の「ドライブトレインの拘束」や「トルクワインドアップ」を排除するために使用されます。インテリジェントマルチディスククラッチは、必要に応じて前後のドライブシャフト間でトルクを段階的に伝達し、ロックアップすることで、フロントとリアのトルク配分を50:50に永続的に固定します。[ 1 ]

1年も経たないうちに、コントローラはより大型で複雑になりました。センサーアンプと大型制御モジュールを備えたブレッドボード型の電子制御版は、ステーションワゴンの後部全体を占めていました。入力データは、フロントドライブシャフト、リアドライブシャフト、スロットル、ブレーキ、ステアリングに設置された可変磁気抵抗センサーから取得されました。目標は、電流を制御することでクラッチの作動を制御することでした。[ 1 ]

しかし開発が進むにつれ、ボルグワーナーのエンジニアたちは、巧みなソフトウェアプログラミングを用いることで、可変電磁多板クラッチを制御し、遊星歯車式またはベベルギア式センターデフの助けを借りずに、フロントとリアのドライブシャフトを異なる回転速度で回転させることができることを発見した。オートモードでは、新しいソフトウェアアルゴリズムにより、多板クラッチパックの摩擦ディスクとクラッチディスクが必要に応じて滑り、遊星歯車式またはベベルギア式センターデフをシミュレートし、ギア式デフを不要にした。こうしてギア式デフは廃止され、四輪駆動システムの最終生産バージョンには搭載されなかった。[ 1 ]

私たちは自問しました。「なぜデファレンシャルが必要なのか？」鉄製の部品が大量に必要で、重量も重く、コストもかかる。しかし、デファレンシャルなしでもクラッチパックを非常に正確に制御できることに気づいたのです。

— ロナルド・A・シェーンバッハ[ 1 ]

設計チームは1989年、多板クラッチの制御システムに画期的な進歩をもたらし、そのコンセプトに自信を深めた。閉ループ制御の開発により、クラッチの動作がスムーズになった。[ 1 ]この制御により、多板クラッチはより細かい調整をより頻繁に行うようになった。[ 1 ]マイクロプロセッサは、20ミリ秒ごとにセンサーからの入力を確認し、前車軸にさらにトルクが必要かどうかを判断した。この技術を使用して、ユニットのコンピュータは駆動輪のスリップを監視した。前車軸と後車軸の間でわずか0.5 rpmの差を検知すると、多板クラッチに電力信号が送られた。クラッチが作動し、駆動輪のスリップが軽減されるまで、トルクが10%ずつ前車軸に配分された。その結果、システムは車輪の3分の1回転という短い時間で、暴走した駆動輪の速度を制御できた。[ 1 ]

オフロードテスト

開発初期において、ボルグワーナーは焼結ブロンズ製のクラッチ材料を採用していましたが、この材料は一般に「スティックスリップ」と呼ばれる動作状態を示しました。このスリップ現象をきっかけに、エンジニアたちは金属の上に紙ベースの材料を貼り付け、代替することにしました。紙は摩擦係数を向上させ、スリップの問題を解決しました。この解決策は、ボルグワーナーのオートマチックトランスミッション部品部門の功績とされています。[ 1 ]

しかし、熱は根深い問題であることが判明しました。過度の熱の蓄積は、新しいクラッチ材料を焼き尽くしてしまうからです。この問題を解決するために、エンジニアたちはクラッチのトルク容量を研究しました。過度の熱の蓄積は、クラッチのトルク容量の不足によって引き起こされていることが判明しました。エンジニアたちはシステムの容量を増やし、テスト車両に装備して、南カリフォルニアのアンザ・ボレゴ砂漠に持ち込みました。彼らは合計11回の往復を行い、プロトタイプを熱、山岳走行、深い砂にさらし、インテリジェントなマルチディスククラッチにほぼ継続的なトルク供給を要求しました。当初は、環境によってクラッチはすぐに焼き尽くされました。しかし、エンジニアたちが知識を得るにつれて、クラッチは改善されました。最終的に、エンジニアたちはクラッチパックを十分に改良することができ、テスト車両が過酷なオフロード使用によって事実上破壊されても、クラッチパックの外観は良好でした。[ 1 ]

モード

ControlTracには、搭載車両に応じて異なるドライブモードがあり、それぞれのドライブモードでの動作も異なります。例えば、フォード・エクスペディションは、オートモードで新しい自動ロック機能を搭載していました。当時、エクスプローラーではオートロック機能付きのオートモードは利用できませんでした。[ 2 ]

2つのハイモード

エクスプローラーは1995-1996年モデルを除いてツーハイモードを装備していなかった。1998年モデル以降にはツーハイは設定されていなかった。オート、フォーハイ、フォーローモードのみが提供されていた。ツーハイモードはエクスペディション独自のモードであったが、1999-2002年モデルの間に廃止された。ツーハイモードは2003年モデルで再設計された第2世代のエクスペディション（U222）で再導入され、真空操作式フロントロッキングハブを備えた新しい完全なフロントアクスル切断システムを備えており、舗装路での静かで燃費の良い操作のために不要なときにはフロントアクスル、フロントディファレンシャル、フロントドライブシャフトを切り離す。[ 7 ]フォードは、改良されたツーハイモードにより燃費をガソリン1ガロンあたり最大0.5マイル向上できると主張した。 [ 7 ]ツーハイモードでは、トルクは後輪のみに送られ、後輪駆動を模倣します。

自動モード

自動モードはエクスプローラーとエクスペディションの両方に搭載されており、必要に応じて全天候型の舗装路でのフルタイム四輪駆動機能を可能にします。自動モードでは、エンジンのトルクは通常後輪の駆動輪に送られます。このシステムに関して誤解されているのは、必要に応じて四輪駆動に継続的に切り替えられるということです。これは正しくありません。自動モードが選択されている場合、フロント アクスル ハブは永久的に噛み合い、フロント アクスル シャフト、フロント ディファレンシャル、およびフロントドライブ シャフトにロックされます。そのため、車両が高速で運転されているときは、フロント ドライブ シャフトが常に回転します。コンピューター制御システムでは、フロント ドライブ シャフトとリア ドライブ シャフトの両方の回転速度を監視および比較できるように、フロント ドライブ シャフトが回転する必要があります。リア ドライブ シャフトがフロント ドライブ シャフトよりも速く回転し始めると、システムはそれを (他のセンサーからの入力とともに) トラクションの損失と解釈します。トラクションロスを検知すると、センターマルチディスククラッチを介してトルクが10%ずつフロントディファレンシャルに伝達されます。この際、インテリジェント制御ソフトウェアがセンターマルチディスククラッチをギア付きセンターディファレンシャルのように動作させ、「ドライブラインバインディング」や「トルクワインドアップ」の発生を防ぎます。

2000年代初頭、ControlTracはシステムの人工知能を基盤とした、より高度なソフトウェアプログラミングを備えたアップデート版が2002年に導入されました。[ 8 ]四輪駆動システムの更新された人工知能により、システムはトラクションの損失を事前に予測し、必要になる前にトルクを伝達できるようになりました。 [ 7 ] [ 8 ]この改良により、システムはトラクションの損失を「待つ」必要がなくなり、他の「常時オン」フルタイム四輪駆動システムと同様に動作できるようになりました。[ 8 ]もう1つの改良点は、自動モードでの前後トルクの「バイアス」機能です。ControlTracのインテリジェントマルチディスクデファレンシャルは、深刻なトラクションの損失が予測、予測、または検出された場合、エンジンのトルクの100%を前方に送り、フロントデファレンシャルにバイアスをかけることができるようになりました。[ 8 ]

4つの高モードと4つの低モード

エクスプローラーとエクスペディションの両方に、4つのハイモードと4つのローモードも搭載されていました。4つのハイモードは、インテリジェント ロッキング マルチディスク ディファレンシャルをロックするように指示し、永続的にロックされた 50:50 のトルク配分を提供します。[ 4 ]フロントとリアのドライブ シャフトは完全にロックされ、牽引状態に関係なく同じ速度で回転します。4つのローモードもインテリジェント ロッキング マルチディスク ディファレンシャルをロックするように指示しますが、BorgWarnerトランスファー ケースに低速オフロードリダクション ギアを選択するように指示します。[ 4 ]リダクション ギアは、車両の速度を管理可能な速度まで落とし、エンジンから供給されるトルクを増加 (増幅) するために使用されます。したがって、駆動輪は低速で車両を動かすのに十分なトルクを持ちます。また、急勾配を下るときに下降速度を制御し、車両のオフロードクロール比を向上させるためにも使用されます。

4 ハイ モードと 4 ロー モードはどちらも舗装路では使用できません。「ドライブライン バインディング」と「トルク ワインドアップ」が発生し、四輪駆動システムに損傷を与える可能性があります。

アドバンストラック

自動四輪駆動システムControlTracは、四輪電子トラクションコントロールを含むAdvanceTrac電子安定性制御と組み合わせることができます。この2つのシステムの組み合わせは、このようなシステムを搭載した車両が、片方の車輪のみがトラクションを得ても前進し続けることができるため、革新的です。[ 7 ] AdvanceTracの四輪電子トラクションコントロールシステムは、車両の四輪4センサー4チャンネルアンチロックブレーキシステム（ABS）を使用し、追加のアンチスリップロジックでプログラムされており、フロントまたはリアの駆動車軸差動装置を積極的に「ブレーキロック」することで差動ロックをシミュレートします。ABSがフロントとリアの差動装置をブレーキロックすることで、最大100％のトルクをいずれかの駆動輪に送ることができ、駆動輪の2つ（前輪1つと後輪1つ）が完全に地面から離れていても、車両は走行し続けることができます。[ 7 ]

コントロールトラックII

ControlTrac IIは、ビスカスカップリングユニットをベースにしたフォードの四輪駆動システムです。ビスカスカップリングは、四輪駆動で一般的に使用されるセンターデフに代わるものです。このシステムは前輪駆動でも正常に動作しますが、前輪の駆動に加えて、後輪のビスカスカップリングにつながるシャフトにも電力が供給されます。前輪がスリップすると、ビスカスカップリングは後輪にトルクを徐々に伝達します。さらに、ControlTrac IIシステムは四輪駆動の機械的なロック機能を備えていましたが、低速域は提供されていませんでした。

ControlTrac IIはその後、自動変速機のインテリジェント4WDシステムに置き換えられました。このシステムは、ビスカスカップリングをコンピューター制御のクラッチに置き換えた、類似のシステムです。インテリジェント4WDシステムは機能的にはControlTrac IIシステムと同様に動作し、主に前輪が駆動され、状況に応じて後輪へのトルク配分が行われます。また、インテリジェント4WDシステムには、ControlTrac IIのような機械的なロック機構はありません。

参考文献

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n「4輪駆動が未来へ回帰」 www.designnews.com . 2012年9月10日閲覧。
  2. ^ a b c「新型フォード・エクスペディションにボルグワーナーのトランスファーケース搭載」 www.thefreelibrary.com . 2012年9月11日閲覧。
  3. ^ 「BorgWarner製品」 www.borgwarner.com 2012年9月10日閲覧。
  4. ^ a b c「Control Trac®は低速域で自動トルク分割を実現」 www.ford-trucks.com . 2012年9月10日閲覧。
  5. ^ 「2011 Ford Explorer 概要」 www.ford-trucks.com . 2012年9月10日閲覧。
  6. ^ 「インテリジェント4WD」 www.ford.com . 2012年9月10日閲覧。
  7. ^ a b c d e「2003 Ford Expedition 概要」 www.ford-trucks.com . 2012年9月10日閲覧。
  8. ^ a b c d「2002 Ford Explorer 概要/パワートレイン」 www.ford-trucks.com . 2012年9月10日閲覧。
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