コントロールトラック
ブランド名

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年モデルの第2世代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年モデルの第1世代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マルチディスク（マルチプレートとも呼ばれる）クラッチパックと、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」を排除します。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回路は、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、巧妙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することで、ギア式デフが不要になった。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ました。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りました。[1]この制御により、多板クラッチはより微細な調整をより頻繁に行うようになりました。[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、前輪にさらなるトルクが必要かどうかを判断します。この技術を用いて、ユニットのコンピュータは駆動輪のスリップを監視します。前輪と後輪の回転速度差がわずか0.5回転でも検知すると、多板クラッチに電力信号を送ります。クラッチが作動し、駆動輪のスリップが軽減されるまで、前輪へのトルクを10%ずつ増加させます。その結果、システムは駆動輪の暴走速度をわずか3分の1回転で制御できるようになりました。[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。この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、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。その結果、過度の熱の蓄積は、クラッチのトルク容量不足が原因であると判明しました。エンジニアたちはシステムの容量を増やし、テスト車両群に装備を施し、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回の走行を行い、プロトタイプを熱、山岳走行、深い砂地にさらし、インテリジェントな多板クラッチにほぼ継続的なトルク供給を強いました。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蓄積するにつれて、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と、それぞれのドライブモードにおける動作が異なる。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なかった。[2]

2つのハイモード

エクスプローラーには、1995 - 1996 年モデルを除いて、ツーハイ モードが装備されていなかったのが一般的でした。1998 年モデル以降にはツーハイ モードは利用できませんでした。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ました。ツーハイ モードはエクスペディション独自のモードでしたが、1999 年から 2002 年モデルの間に廃止されました。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、真空操作による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 ディスコネクト システムを備えていました。このシステムは、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、およびフロント ドライブ シャフトを切断します。 [ 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 ガロンあたり最大半マイル向上できると主張しました。 [7]

自動モード

Auto mode was featured on both Explorer and Expedition and allows for all-weather, full-time four-wheel drive capability on pavement as needed. In Auto mode, the engine's torque is normally routed to the rear drive wheels. A misconception about the system is that it continuously shifts into and out of four-wheel drive as needed. This is not true, for when Auto mode is selected, the front axle hubs are permanently engaged, locking them to the front axle shafts, front differential, and front drive shaft. This is so the front drive shaft always rotates (turns) when the vehicle is being driven at speed. The computer control system needs the front drive shaft to turn, so that it can monitor and compare the rotational speed of both the front and rear drive shafts. If the rear drive shaft starts to turn faster than the front, the system interprets that (along with input from other sensors) as traction loss. When traction loss is detected, torque is sent forward to the front differential in 10 percent increments, via the center multi-disc clutch. As it does so, intelligent control software allows the center multi-disc clutch to behave like a geared center differential, such that "driveline binding" and "torque windup" do not occur.

In the early 2000s, ControlTrac was updated and introduced in 2002 with more advanced software programming, building on the system's artificial intelligence.[8] The four-wheel drive system's updated artificial intelligence allowed the system to predict traction loss before it happened, so that torque can be transferred before it was needed.[7][8] This improvement meant the system could operate more like other "always-on" full-time four-wheel drive systems as it no longer had to "wait" for traction loss to take action.[8] Another improvement was front-to-rear "torque biasing" capability in Auto mode. ControlTrac's intelligent multi-disc differential could now send all 100 percent of the engine’s torque forward, biasing it to the front differential if severe traction loss was anticipated, predicted, or detected.[8]

Four High and Four Low modes

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つのハイモードでは、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がロックされ、永続的にロックされた 50:50 のトルク配分が提供されます。[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つのローモードでも、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がロックされますが、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電子安定性制御と連動します。この2つのシステムの組み合わせは、車両が片方の車輪にトラクションがかかってい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. ^ abcdefghijklmn 「4輪駆動が未来へ回帰」www.designnews.com . 2012年9月10日閲覧。
  2. ^ abc 「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. ^ abc 「Control Trac®は低速域でも自動トルク分割を実現」 www.ford-trucks.com . 2012年9月10日閲覧。
  5. ^ 「2011年式フォード・エクスプローラー概要」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. ^ abcde 「2003 Ford Expedition 概要」www.ford-trucks.com . 2012年9月10日閲覧。
  8. ^ abcd 「2002 Ford Explorer 概要/パワートレイン」www.ford-trucks.com . 2012年9月10日閲覧。
  • フォード車
  • ControlTracに関する記事
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