DE10080426B3

DE10080426B3 - Antriebszustands-Schalteinheit mit Synchronisiermechanismus

Info

Publication number: DE10080426B3
Application number: DE10080426.8T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Yoshioka; Shigeyuki Yoshida; Kaoru Sawase; Takahisa Niwa; Yoshihiro Ikushima
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: US6681650B2; US6481304B1; KR20010040421A; DE10080426T1; KR100393457B1; JP3740981B2; US20030045393A1; WO2000046058A1

Abstract

Es wird hier eine Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus offenbart, die einen Synchronisiermechanismus verwendet, um ein Umschalten eines Antriebszustandes durchzuführen. Die Schalteinheit ist mit einem ersten Zahnrad (32) und einem zweiten, koaxial angeordneten Zahnrad (33), einem Zahnradverbindungselement (34), das so axial beweglich ist, daß das erste Zahnrad (32) und das zweite Zahnrad (33) verbunden werden können, und einem Synchronisiermechanismus (35) versehen, der zwischen dem ersten Zahnrad (32) und dem zweiten Zahnrad (33) angeordnet ist. Durch Bewegung des Zahnradverbindungselements (34) mittels eines elektrischen Stellantriebs (50) werden das erste Zahnrad (32) und das zweite Zahnrad (33) verbunden, während sie durch den Synchronisiermechanismus (35) synchronisiert werden. Dabei regelt eine Regeleinrichtung (102) einen Speisestrom zu dem elektrischen Stellantrieb (50), und eine Beurteilungseinrichtung (103) beurteilt eine Synchronisation des Synchronisiermechanismus (35) auf der Basis einer Veränderung des Speisestromwertes zu dem elektrischen Stellantrieb (50). Hierdurch wird eine Beurteilung der Synchronisation des Synchronisiermechanismus (35) ohne Bereitstellung zugeordneter Sensoren, Schalter etc. möglich, und es kann eine genaue Beurteilung durchgeführt werden, die auch einem individuellen Unterschied in dem Schiebewiderstand zweier Elemente und einer Änderung der Fahrbedingungen entspricht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
STAND DER TECHNIK
Bei Fahrzeugen mit zuschaltbarem Vierradantrieb, bei denen ein Zweiradantriebszustand (2WD) und ein Vierradantriebszustand (4WD) geschaltet werden kann, ist die Übertragung bei Wahl von 2WD so gestaltet, dass die Kraftübertragung auf die eine Radseite (im Allgemeinen die Vorderräder) der Vorderradseite und Hinterradseite unterbunden wird und nur die andere Radseite (im Allgemeinen die Hinterräder) angetrieben werden. Hierbei ist der Kraftverlust an der Vorderradseite, an der die Kraftübertragung unterbrochen wird, größer, wenn alle Teile des Frontantriebsystems (z. B. eine vordere Gelenkwelle, ein vorderes Differentialgetriebe, eine vordere Achswelle etc.) drehen, als dies der Fall ist, wenn nur die Reifen und Räder drehen.
Es wurden daher bisher Freilaufmechanismen verwendet, die so konstruiert sind, dass der Leistungsverlust während des 2WD verringert und der Kraftstoffverbrauch verbessert wird, indem die Verbindung zwischen den Vorderrädern und der vorderen Achswelle während des 2WD gelöst wird oder die vordere Achswelle getrennt wird.
Bei Fahrzeugen mit zuschaltbarem Vierradantrieb, bei dem eine Zentraldifferentialeinheit mit einem Differentialmechanismus mit begrenztem Schlupf in einem Verteilergetriebe vorgesehen ist, wird außerdem das Antriebsverhalten als Vierradantrieb (4WD) Auto sowie ein herkömmlicher Direkt-4WD, der durch Sperrung der zentralen Differentialeinheit erreicht wird, durch Freisetzen der Zentraldifferentialeinheit sichergestellt, so daß ein Ausbrechen beim Fahren um eine enge Kurve unterdrückt wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es bei einem mit einem Freilaufmechanismus versehenen Fahrzeug mit Vierradantrieb, bei dem ein Zentraldifferential-4WD gewählt werden kann, bei Umschaltung des Verteilergetriebes von 2WD auf Zentraldifferential-4WD notwendig, den während 2WD freigesetzten Freilaufmechanismus zu sperren.
Falls jedoch in dem Verteilergetriebe die Umschaltung auf Zentraldifferential-4WD vollendet ist, bevor der Freilaufmechanismus gesperrt ist, geht die Zentraldifferentialeinheit wieder in einen Leerlaufzustand ohne Übertragung der Motorkraft auf die Vorderräder, wenn ein Startvorgang durchgeführt wird, bevor der Freilaufmechanismus gesperrt ist. Hierdurch wird die Standfestigkeit des Differentialmechanismus mit begrenztem Schlupf verschlechtert und die Antriebsstabilität des Fahrzeugs geht verloren.
Auch wenn der Freilaufmechanismus nicht gesperrt wurde, besteht die Möglichkeit, daß eine Synchronisation des Frontantriebssystems (Antriebssystem auf der nicht angetriebenen Radseite) während des Umschaltens von 2WD auf Zentraldifferential-4WD zusammenbricht. Wenn ein Schalten durchgeführt wird, wenn sich die Synchronisation des Frontantriebsystems in einem zusammengebrochenen Zustand befindet, besteht die Möglichkeit, daß an den Kupplungsteilen des Synchrnosiermechanismus ein Zahnradmahlen stattfindet und eine Überlast auftritt.
Deswegen muß beim Umschalten der Übertragung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD der Freilaufmechanismus zuerst gesperrt werden und das Umschalten auf Zentraldifferential-4WD dann beendigt werden. Beispielsweise wird bei der in dem japanischen Patent JP 2 572 064 B2 offenbarten Technik ein Direkt-4WD-Zustand erst vollendet, wenn die Übertragung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD umgeschaltet wurde. Wenn dieser Direkt-4WD-Zustand durch einen Schalter erfaßt wird, wird der Freilaufmechanismus gesperrt. Auf diese Weise wird das oben erwähnte Problem gelöst.
Wenn ein zugeordneter Schalter zur Erfassung eines Direkt-4WD-Zustands bei der oben beschriebenen Technik verwendet wird, erhöhen sich jedoch die Kosten um diese Höhe. Zusätzlich kann die Antriebsleistung, die während des 2WD oder Zentraldifferential-4WD erreicht werden würde, nicht während des Direkt-4WD-Zustands erhalten werden, wenn der Direkt-4WD-Zustand beim Umschalten der Übertragung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD durchlaufen wird, und folglich werden Fahrer ein Gefühl von Inkompatibilität empfinden.
Deswegen ist es bevorzugt, daß direkt von dem 2WD in den Zentraldifferential-4WD geschaltet wird, ohne daß der Direkt-4WD-Zustand durchlaufen wird. Es wird jedoch wichtig, den Synchronzustand des Synchronisiermechanismus der Übertragung genau zu beurteilen, um die Nachteile zu vermeiden, die durch den oben erwähnten Synchronisationszusammenbruch auf der nicht angetriebenen Radseite verursacht werden. Es ist außerdem wichtig, einen Kostenanstieg zu vermeiden, indem bestehende Einrichtungen ohne zugeordnete Schalter etc. verwendet werden.
Die Wichtigkeit der Beurteilung der Synchronisation ist darüber hinaus nicht auf das oben beschriebene Schalten eines Antriebszustands in dem Verteilergetriebe beschränkt, sondern allgemein bei Einheiten bekannt, die einen Synchronisiermechanismus zur Durchführung eines Schaltens eines Antriebszustands durch Verbindung von Zahnrädern durchführen. Beispielsweise wird die Beurteilung der Synchronisation des Synchronisiermechanismus sogar bei automatischen Kupplungssystemen wichtig.
Das automatische Kupplungssystem macht ein Kupplungspedal überflüssig und automatisiert den Schaltvorgang durch Hinzufügung von Stellantrieben (einem Kupplungsstellglied und einem Schaltstellglied) und von Sensoren zu einem normalen Handschaltgetriebe. Bei diesem automatischen Kupplungssystem wird das Einrücken und Ausrücken einer Kupplung durch ein Kupplungsstellglied anstatt durch Betätigung des Kupplungspedals des Fahrers durchgeführt. Wenn das Einrücken der Kupplung viel früher stattfindet, als die Synchronisation des Synchronosiermechanismus eines Getriebes, besteht jedoch die Möglichkeit, daß ein Mahlen der Zahnräder oder eine Überlast auftritt. Wenn dahingegen das Einrücken viel später stattfindet, wird die Zeit zur Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit länger und der Fahrer empfindet deshalb ein Gefühl der Inkompatibilität.
Deswegen besteht bei dem herkömmlichen Automatikkupplungssystem die Notwendigkeit, einen Wegsensor (oder einen Schalter) für die Erfassung der Schaltposition vorzusehen, um die Vollendung des Schaltvorgangs durch das Schaltstellglied zu bestätigen. Wenn jedoch ein zugeordneter Schalter auf diese Weise für die Erfassung einer Schaltposition vorgesehen wird, erhöhen sich die Kosten um diese Menge.
Wie oben stehend beschrieben wurde, ist bei Getrieben, automatischen Kupplungssystemen etc., die einen Synchronisiermechanismus zur Durchführung eines Schaltens eines Antriebszustands durch die Verbindung von Zahnrädern verwenden, eine genaue Beurteilung des Synchronzustands des Synchronisiermechanismus erforderlich, um ein Zahnradmahlen oder eine Verzögerung des Umschaltens zwischen den Schaltzeitpunkten zu verhindern, und es ist außerdem die Synchronisation des Synchronisiermechanismus und außerdem die Realisation der Synchronisations-Beurteilungseinrichtung durch Verwendung der bestehenden Ausrüstung gewünscht, die keine erhöhten Kosten aufgrund einer Ausrüstung wie z. B. zugeordneten Sensoren, Schaltern etc. verursacht.
Die US 4 856 360 A offenbart in 3, wie sich ein durch einen Motor fließender Strom für ein Stellglied beim Schaltvorgang verändert. Die horizontale Achse in 3 zeigt einen Schalthub von einem neutralen Punkt N bis zu einer Soll-Schaltposition. Die vertikale Achse zeigt den elektrischen Strom, der durch den Motor strömt. Mit X ist der Bereich gezeigt, in dem Synchronisierung stattfindet. In diesem Bereich wird die Motorlast durch die Synchronisierung erhöht, weshalb der Strom größer wird. Der Bereich Y ist ein Bereich, in dem keine Synchronisierung vorliegt, wobei in diesem Bereich der Motorstrom verringert wird und gänzlich abgeschaltet wird, wenn die Zahnräder in die Soll-Schaltposition verschoben wurden. An einem Punkt Z wird der Synchronisierbereich verlassen und in den unsynchronisierten Bereich eingetreten. Der Motorstrom, der während des Schaltvorgangs strömt, wird gemessen. Wenn der gemessene Strom sich verringert, tritt er in eine stabile Zone an dem Punkt Z ein. Der Sinn dieser Steuerung liegt darin, dass durch Speichern des Stromwertes an dem Punkt Z und des Schalthubes an dem Punkt Z der Übergang aus dem synchronisierten Bereich in den nicht synchronisierten Bereich während des Schaltvorgangs allein durch Messen des Motorstroms bestimmt werden kann.
Aus der US 5 150 637 A ist ein umschaltbares Verteilergetriebe mit einer elektromotorischen Schaltbetätigungseinrichtung für eine Synchronkupplung bekannt.
Die US 5 699 870 A beschreibt eine elektronische Regeleinrichtung für die Ansteuerung von Elektromotoren zur Betätigung von Schalteinrichtungen in Verteilergetrieben von Allradfahrzeugen, wobei Bauelement vorgesehen sind, die eine Bestimmung des Ansteuerstroms ermöglichen. Es werden Drehzahlsignale im Hinblick auf die Auslösung zulässiger Schaltungen bzw. die Verhinderung von Schaltungen in unzulässigen Betriebszuständen ausgewertet.
Aus der US 4 883 138 A und der US 5 613 587 A sind weitere Schalteinrichtungen für Verteilergetriebe in Allradfahrzeugen bekannt. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus zu schaffen, die eine genaue Beurteilung des Synchronisierzustands des Synchronisiermechanismus ohne zugeordnete Sensoren, Schalter etc. durchführen kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebszustands-Schalteinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Antriebszustands-Schalteinheit sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.
Die erfindungsgemäße Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus umfasst ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad, die koaxial angeordnet sind, ein Zahnradverbindungselement, das so axial beweglich ist, dass das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad verbunden werden können, und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad angeordneten Synchronisiermechanismus. Durch Bewegung des Zahnradverbindungselements mittels eines elektrischen Stellantriebes werden das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad durch das Zahnradverbindungselement verbunden, während sie durch den Synchronisiermechanismus synchronisiert werden. Währenddessen regelt eine Regeleinrichtung einen Speisestrom zu dem elektrischen Stellantrieb und eine Beurteilungseinrichtung beurteilt die Synchronisation des Synchronisiermechanismus auf der Basis einer Änderung des Wertes des Speisestroms zu dem elektrischen Stellantrieb.
Hierdurch wird die Beurteilung der Synchronisation des Synchronisiermechanismus ohne Bereitstellung zugeordneter Sensoren, Schalter etc. möglich, und durch die Durchführung der Beurteilung auf der Basis einer Änderung des Speisestromwertes wird eine genaue Beurteilung möglich, die sogar einer individuellen Differenz des Schiebewiderstands zwischen Elementen und einer Veränderung von Fahrbedingungen entspricht.
Außerdem regelt die Regeleinrichtung den vorstehend erwähnten Speisestrom durch Setzen eines Stromanzeigewerts zu dem elektrischen Stellantrieb, wobei die Regeleinrichtung den Stromanzeigewert auf einen ersten Anzeigewert setzt, bis die Beurteilungseinrichtung beurteilt, dass sich der Synchronisiermechanismus in einem Synchronzustand befindet, und die Regeleinrichtung den Stromanzeigewert auf einen zweiten Anzeigewert setzt, der kleiner ist als der erste Anzeigewert, wenn beurteilt wird, dass sich der Synchronisiermechanismus in einem Synchronzustand befindet. Dadurch, dass der Stromanzeigewert zuerst auf den größeren ersten Anzeigewert gesetzt wird, ist ein früher Übergang in den Synchronzustand möglich. Nach der Synchronisation ist es durch Setzen des Stromanzeigewerts auf den zweiten, kleineren Stromanzeigewert möglich, die Zahnräder zuverlässig zu verbinden, ohne dass beispielsweise ein Zahnradmahlen größer wird. Vorzugsweise wird die Größe des zweiten Anzeigewerts dem Zahnradverhältnis entsprechend gesetzt.
Vorzugsweise vergleicht die Beurteilungseinrichtung eine vorher bestimmte Zeit lang den vorstehend erwähnten Speisestromwert mit einem durchschnittlichen Speisestromwert, und wenn eine Differenz zwischen dem vorstehend erwähnten Speisestromwert und dem vorstehend erwähnten durchschnittlichen Speisestromwert den vorher bestimmten Wert überschreitet, beurteilt die Beurteilungseinrichtung, dass sich der Synchronisiermechanismus in einem Synchronzustand befindet. Da der durchschnittliche Speisestromwert sich abhängig von dem Schiebewiderstand ändert, wird eine noch genauere Synchronbeurteilung möglich. Vorzugsweise wird das Abtasten der Speisestromwerte zur Errechnung eines durchschnittlichen Speisestromwerts gestartet, nachdem ein Stoßstrom unmittelbar nach Antrieb des elektrischen Stellantriebes geströmt ist.
Darüber hinaus kann die vorstehend erwähnte Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus in einem Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb vorgesehen werden, und als Antriebszustands-Schalteinheit aufgebaut sein, die ein Schalten eines Antriebszustands zwischen einem Zweiradantriebszustand und einem Vierradantriebszustand durchführt. Die Schalteinheit kann außerdem einen Schaltmechanismus für ein Schalten des Zweiradantriebszustands und des Vierradantriebszustands durch Schalten einer Eingriffsbeziehung zwischen den vorstehend erwähnten mehreren Zahnrädern durch den Synchronisiermechanismus umfassen. Nachdem das Umschalten eines Antriebszustands von dem Zweiradantriebszustand auf den Vierradantriebszustand durch den Schaltmechanismus gestartet wurde, kann die Beurteilungseinrichtung die Synchronisation des Synchronisiermechanismus auf der Basis einer Veränderung des Speisestroms zu dem elektrischen Stellantrieb beurteilen.
Hierdurch wird bei der Durchführung des Schaltens eines Antriebszustands von einem Zweiradantriebszustand auf einen Vierradantriebszustand die Beurteilung der Synchronisation des Synchronisiermechanismus ohne Bereitstellung von zugeordneten Sensoren, Schaltern etc. möglich und die Kosten können verringert werden. Durch Beurteilung der Synchronisation auf der Basis einer Veränderung des Speisestromwertes wird eine genaue Beurteilung möglich, die sogar einer individuellen Differenz des Schubwiderstandes zwischen Elementen, einer säkularen Änderung, und einer Änderung der Fahrbedingungen, wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Öffnungsgrad einer Beschleunigungseinrichtung und dgl. entspricht.
Vorzugsweise umfaßt die Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus außerdem eine Kupplungseinheit, die zwischen während des Zweiradsantriebszustands nicht angetriebenen Rädern und einem Differentialmechanismus auf der Seite der Räder angeordnet ist, um die Übertragung einer Antriebskraft von dem Differentialmechanismus auf die Räder während des Zweiradantriebszustands zu unterbrechen, und um die Antriebskraft von dem Differentialmechanismus auf die Räder während des Vierradantriebszustands zu übertragen, und eine Betätigungseinheit zur Betätigung der Kupplungseinheit. Bei der Durchführung des Schaltens eines Antriebszustands von einem Zweiradantriebszustand auf einen Vierradantriebszustand wird, wenn die Beurteilungseinrichtung beurteilt, daß sich der Synchronisiermechanismus in dem Synchronzustand befindet, der Synchronzustand des Synchronisiermechanismus durch die Regeleinrichtung aufrechterhalten, indem der Speisestrom zu dem elektrischen Stellantrieb geregelt wird, und die Regeleinrichtung schaltet die Räder, die sich in einem nicht angetriebenen Zustand befinden in einen Antriebszustand, indem die Kupplungseinheit durch die Betätigungseinrichtung betätigt wird. Wenn das Umschalten der Räder in den Antriebszustand durch die Kupplungseinheit vollendet ist, gibt die Regeleinrichtung die Aufrechterhaltung des Synchronzustands des Synchronisiermechanismus frei, und regelt den Speisestrom zu dem elektrischen Betätigungselement so, daß das Umschalten in den Vierradantriebszustand vollendet wird.
Hierdurch kann beim Umschalten eines Antriebszustands von einem Zweiradantriebszustand auf einen Vierradantriebszustand ein Fehleingriff an dem Synchronisiermechanismus, der durch einen Synchronisationszusammenbruch auf der nicht angetriebenen Radseite verursacht wird, verhindert werden, indem die Räder, die sich in einem Nichtantriebs-Zustand befinden, durch Betätigung der Kupplungseinheit in den Antriebszustand geschaltet werden, und dann das Schalten in einen Vierradantriebszustand durch Freigabe der Aufrechterhaltung des Synchronzustands des Synchronisiermechanismus vollendet wird.
Insbesondere dann, wenn eine Zentraldifferentialeinheit mit einem Differentialmechanismus mit begrenztem Schlupf vorgesehen ist, kann die Verschlechterung der Standfestigkeit des Differentialmechanismus mit begrenztem Schlupf aufgrund eines Leerlaufs der Zentraldifferentialeinheit verhindert werden.
Darüber hinaus wird eine Drehzahldifferenz zwischen den nicht angetriebenen Rädern und den angetriebenen Rädern durch eine Erfassungseinrichtung erfaßt. Wenn die durch die Erfassungseinrichtung erfaßte Drehzahldifferenz einen vorher bestimmten Wert überschreitet, wird durch eine Verhinderungseinrichtung ein Umschalten der Räder in einen Antriebszustand, das durch die Kupplungseinheit durchgeführt wird, auch dann verhindert, wenn die Beurteilungseinrichtung beurteilt, daß sich der Synchronisiermechanismus in einem Synchronzustand befindet.
Hierdurch wird auch dann, wenn sich der Synchronisiermechanismus in einem Synchronzustand befindet, das Umschalten in den Antriebszustand durch die Kupplungseinheit verhindert, wenn die Drehzahldifferenz zwischen den nicht angetriebenen Rädern und den angetriebenen Rädern einen vorher bestimmten Wert überschreitet. Hierdurch kann ein Fehleingriff der Kupplung aufgrund einer Drehzahldifferenz verhindert werden.
Darüber hinaus kann die oben erwähnte Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Snyhronisiermechanismus als eine Drehzahlveränderungsstufen-Schalteinheit für eine Schaltung einer Stufe einer Drehzahländerung entsprechend einer Schaltbetätigung eines Fahrers aufgebaut sein. Die Schalteinheit kann außerdem einen Schaltmechanismus für ein Schalten einer Stufe einer Drehzahländerung entsprechend einer durch einen Fahrer gewählten Schaltposition umfassen, indem eine Eingriffsbeziehung zwischen den vorstehend erwähnten mehreren Zahnrädern durch den Synchronisiermechanismus geschaltet wird. Die Beurteilungseinrichtung kann außerdem eine Synchronisation des Synchronisiermechanismus auf der Basis einer Veränderung des Speisestroms zu dem elektrischen Stellantrieb beurteilen, nachdem ein Schalten der Drehzahländerungsstufe durch den Schaltmechanismus gestartet wurde.
Hierdurch wird bei Durchführung eines Schaltens einer Stufe einer Drehzahländerung die Beurteilung der Synchronisation des Synchronisiermechanismus ohne Bereitstellung zugeordneter Sensoren, Schalter etc. möglich, und die Kosten können reduziert werden. Durch Beurteilung der Synchronisation auf der Basis einer Änderung des Speisestromwertes wird zusätzlich eine genaue Beurteilung möglich, die sogar einer individuellen Differenz des Schiebewiderstandes zwischen Elementen, einer säkularen Veränderung und einer Änderung der Fahrbedingungen, wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Öffnungsgrad einer Beschleunigungseinrichtung und dgl. entsprechen.
Vorzugsweise wird die Regelung des Speisestroms zu dem vorstehend erwähnten elektrischen Stellantrieb durch die Regeleinrichtung durch eine Regelung des Setzens eines Stromanzeigewerts des elektrischen Stellantriebs durchgeführt. Und wenn die Beurteilungseinrichtung beurteilt, daß sich der Synchronisiermechanismus in einem Synchronzustand befindet, setzt die Regeleinrichtung den Stromanzeigewert auf einen vorher bestimmten Wert, der einem Drehzahländerungsverhältnis von Drehzahländerungsstufen entspricht, in denen Stromanzeigewerte gewählt wurden.
Hierdurch wird es möglich, die Zahnräder des Schaltmechanismus bei einer Drehzahl zu verbinden, die einem Verhältnis einer Drehzahländerung entspricht, und deshalb kann ein Zahnradmahlen oder eine Überlast verhindert werden. Vorzugsweise wird der Stromanzeigewert kleiner gesetzt, wenn ein Verhältnis der Drehzahländerung größer wird.
Außerdem wird vorzugsweise eine Kupplung zur Verbindung oder Unterbrechung einer Antriebskraft, die durch den Stellantrieb eingerückt oder ausgerückt wird, zwischen einem Motor und dem Schaltmechanismus angeordnet. Wenn der vorstehend erwähnte Speisestrom einen konstanten oder annähernd konstanten Wert hat, nachdem der Stromanzeigewert durch die Regeleinrichtung auf einen vorher bestimmten Wert gesetzt wurde, der einem Drehzahlveränderungsverhältnis der Drehzahländerungsstufen entspricht, wird das Einrücken der Kupplung durch den Stellantrieb gestartet.
Hierdurch wird es möglich, ohne Bereitstellung zugeordneter Sensoren, Schalter etc. die Beendigung der Schaltung des Synchronmechanismus zu bestätigen und die Kosten zu reduzieren. Zusätzlich ist es möglich, die Kupplung zu einem geeigneten Zeitpunkt einzurücken und es kann ein Gefühl der Inkompatibilität des Fahrers verhindert werden, das durch die Verzögerung der Eingriffszeit der Kupplung ab Beendigung der Schaltung verursacht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs mit zuschaltbarem Vierradantrieb, bei dem die Antriebszustands-Schalteinheit als erste Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
2 ist ein Korrespondenzdiagramm, das die Beziehung zwischen Erfassungschalter und Antriebszuständen bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer Übertragung während 2WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit;
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Übertragung während Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit;
5 ist ein Laufzeitdiagramm zur Erläuterung einer Schaltregelung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit;
6a ist ein Diagramm, das die Anzeige einer Anzeigelampe während 2WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
6b ist ein Diagramm, das die Anzeige einer Anzeigelampe während des Schaltens des Antriebszustands von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
6c ist ein Diagramm, das die Anzeige einer Anzeigelampe während Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
7 ist ein Fließdiagramm, das eine Schaltregelung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
8 ist ein Fließdiagramm, das eine Schaltregelung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
9 ist ein Fließdiagramm, das eine Schaltregelung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
10 ist ein Fließdiagramm, das eine Schaltregelung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
11 ist ein Fließdiagramm, das eine Schaltregelung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
12 ist ein Fließdiagramm, das eine Schaltregelung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
13 ist ein Fließdiagramm, das eine Schaltregelung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
14 ist Fließdiagramm, das eine Schaltstellung von 2WD auf Zentraldifferential-4WD bei der die erste Ausführungsform der Erfindung bildenden Antriebszustands-Schalteinheit zeigt;
15 ist ein Diagramm des Systemaufbaus des automatischen Kupplungssystems eines Fahrzeugs, bei dem eine Drehzahlveränderungszustandsschalteinheit als zweite Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
16 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Schaltmechanismusabschnittes bei der die zweite Ausführungsform der Erfindung bildenden Drehzahländerungszustandschalteinheit zeigt; und
17 ist ein Laufzeitdiagramm zur Erläuterung einer Regelung des Umschaltens einer Stufe einer Drehzahländerung bei der die zweite Ausführungsform der Erfindung bildenden Drehzahlveränderungszustandsschalteinheit.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen beschrieben.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine erfindungsgemäße Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus bei einem Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb vorgesehen und als Antriebszustands-Schalteinheit ausgebildet, die ein Umschalten einer Antriebsstufe zwischen einem Zweiradantriebszustand und einem Vierradantriebszustand durchführt. Die 1 bis 14 zeigen eine Antriebszustands-Schalteinheit, die eine erste Ausführungsform der Erfindung bildet, wobei 1 ein Diagramm ist, das den Aufbau des Antriebssystems eines Fahrzeugs mit zuschaltbarem Vierradantrieb zeigt, an dem die Antriebszustands-Schalteinheit angewendet wird.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist dieses Fahrzeug ein Fahrzeug mit Vierradantrieb mit Frontmotor-Hinterantrieb (FR), bei dem im Normalbetrieb die Hinterräder 82, 83 angetrieben werden. Die Antriebskraft wird von einem Verteilergetriebe 4 abgenommen und auf Vorderräder 80, 81 übertragen, wodurch ein Vierradantrieb durchgeführt wird.
Bei diesem Fahrzeug 1 wird die von dem Motor 2 abgegebene Antriebskraft auf die Eingangswelle 10 des Verteilergetriebes 4 über ein Getriebe (T/M) 3 übertragen und wird innerhalb des Verteilergetriebes 4 auf die Seite der Vorderräder 80, 81 bzw. auf die Seite der Hinterräder 82, 83 dem Antriebszustand entsprechend übertragen. Die auf die Seite der Hinterräder 82, 83 verteilte Antriebskraft wird von der Ausgangswelle 12 des Verteilergetriebes 4 abgegeben und auf eine hintere Differentialeinheit (Differentialgetriebe) 6 über eine hintere Gelenkwelle übertragen, die mit der hinteren Ausgangswelle 12 gekuppelt ist. Die Antriebskraft wird rechts und links entsprechend dem Antriebszustand verteilt und über die hinteren Achswellen 15, 16 auf das rechte und linke Hinterrad 82, 83 übertragen.
Die auf die Seite der Vorderräder 80, 81 verteilte Antriebskraft wird dahingegen von einem Antriebskettenrad 36 des Verteilergetriebes 4 über eine Übertragungskette 37 auf ein angetriebenes Kettenrad 13 übertragen. Eine vordere Gelenkwelle 14 erstreckt sich von dem angetriebenen Kettenrad 13 zu der Vorderradseite, wobei das vordere Ende der Welle 14 mit einer vorderen Differentialeinheit (Differentialmechanismus) 7 verbunden ist. Deshalb wird die auf das angetriebene Kettenrad 13 verteilte Kraft auf die vordere Differentialeinheit über die vordere Gelenkwelle 14 übertragen und an der vorderen Differentialeinheit 7 im Antriebszustand entsprechend rechts und links verteilt und auf das rechte und linke Vorderrad 80, 81 über die Achswellen 17, 18 übertragen. Die Achswelle 17 auf einer Seite ist mit einem Freilaufmechanismus (Kupplungseinheit) 5 versehen.
Nun wird der Aufbau des Verteilergetriebes 4 detailliert beschrieben. Das Verteilergetriebe 4 ist hauptsächlich aus einem Hilfsgetriebe 20, einem 2WD/4WD-Schaltmechanismus (Schaltmechanismus) 30 und einer Zentraldifferential-Einheit 40 aufgebaut. Der Abtrieb aus dem Getriebe 3 wird zunächst an das Hilfsgetriebe 20 abgegeben.
Das Hilfsgetriebe 20 schaltet und gibt den Dreheingang von dem Getriebe 3 in zwei Stufen, hohe Drehzahl (lang) und niedrige Drehzahl (kurz) ab, indem eine Lang/Kurz-Schaltmuffe 26 bewegt wird. Zwischen der Eingangswelle 10 und der hinteren Ausgangswelle 12 ist eine Verteilerantriebswelle 11 für eine übertragung der Antriebskraft von dem Hilfsgetriebe 20 auf die Zentraldifferential-Einheit 40 auf der gleichen Achse wie die Wellen 10, 12 vorgesehen. Das Hilfsgetriebe 20 ist mit einem Eingangszahnrad 21 und einem Kupplungszahnrad 22, die koaxial zur Eingangswelle 10 und einteilig mit dieser ausgebildet sind, einer Lang/Kurz-Kupplungsnabe (Kupplungszahnrad) 23, das koaxial auf und von der Verteilerantriebswelle 11 getrennt vorgesehen ist, einem Kupplungszahnrad 24, das koaxial an einem Ende der Übertragungsantriebswelle 11 angeordnet ist und mit dieser ein Teil bildet, und einer Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 versehen, die an den äußeren Umfängen dieser Kupplungsräder 20, 23, 24 vorgesehen ist.
Die Kupplungszahnräder 22, 23, 24 sind axial nebeneinander angeordnet und die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 ist so vorgesehen, daß sie mit diesen Zahnrädern 22, 23, 24 kämmt, um die Drehung zwischen den Kupplungsrädern 22 und 23, oder zwischen den Kupplungsrädern 23 und 24 zu übertragen oder zu unterbinden. Außerdem ist ein Niedrigdrehzahlzahnrad 25 auf der Verteilerantriebswelle 11 so gelagert, daß es frei drehen kann.
Zusätzlich ist das Hilfsgetriebe 20 mit einer Gegenwelle 28 ausgestattet, die parallel zur Eingangswelle 10 und der Verteilerantriebswelle 11 verläuft. Gegenzahnräder 26, 27 sind koaxial und integral an beiden Enden der Gegenwelle 28 vorgesehen und kämmen mit dem Eingangszahnrad 21 bzw. dem Niedrigdrehzahlzahnrad 25. Der Durchmesser des Niedrigdrehzahlzahnrads 25 ist größer (d. h. größer in der Anzahl von Zähnen) als das Eingangszahnrad 21, während das mit dem Eingangszahnrad 21 kämmende Gegenzahnrad 26 umgekehrt im Durchmesser größer ist als das Gegenzahnrad 27, das mit dem Niedrigdrehzahl 25 kämmt.
Bei einem solche Aufbau wird, wenn die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 die Kupplungszahnräder 22, 23 miteinander bindet, die Drehung von dem T/M 3 auf die Eingangswelle 10 wie gezeigt auf die Verteilerantriebswelle 11 über das Kupplungszahnrad 22, die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 und das Kupplungszahnrad 23 übertragen (die Stellung der Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 zu diesem Zeitpunkt wird nachstehend als Lang-Stellung bezeichnet).
Wenn dahingegen die Kupplungszahnräder 23, 24 verbunden werden, sind die Kupplungszahnräder 22, 23 getrennt und deswegen wird keine direkte Übertragung der Drehung von der Eingangswelle 10 auf die Verteilerantriebswelle 11 durchgeführt. Die von dem T/M 3 auf die Eingangswelle 10 übertragene Drehung wird von dem Eingangszahnrad 10 über das Gegenzahnrad 26, die Gegenwelle 28 und das Gegenzahnrad 27 auf das Niedrigdrehzahlzahnrad 25 übertragen. Wenn dies der Fall ist, wird eine Drehzahlreduzierung durchgeführt. Die reduzierte Drehung wird auf die Verteilerantriebswelle 11 über das Kupplungszahnrad 24, die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 und das Kupplungszahnrad 23 übertragen (die Stellung der Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 zu diesem Zeitpunkt wird nachstehend als Kurz-Stellung bezeichnet).
Der Ausgang des Hilfsgetriebes 20 wird über die Verteilerantriebswelle 11 auf die Zentraldifferential-Einheit 40 übertragen. Die Zentraldifferential-Einheit 40 ist ein Planetenradgetriebetyp und aus einem mit einem Differentialgehäuse 45 versehenen Hohlrad 44 und einem mit dem Hohlrad 44 über mehrere Planetenräder 42 kämmenden Sonnenrad 41 aufgebaut. Die Verteilerantriebswelle 11 ist mit einem Träger 43 gekuppelt, auf dem die Planetenräder 42 frei drehbar gelagert sind, und der Ausgang des Hilfsgetriebes 22 wird auf den Träger 43 übertragen.
Das Sonnenrad 41 ist fest koaxial und integral an einem Ende einer Innenhülse 46 angebracht, die frei drehbar auf der Verteilerantriebswelle 11 gelagert ist. Ein 2WD/4WD-Kupplungszahnrad (2WD/4WD-Kupplungsnabe) 32, die den 2WD/2WD-Schaltmechanismus 30 bildet, ist koaxial und integral an dem anderen Ende der Innenhülse 46 vorgesehen. D. h., daß die Verteilung des Teils der von der Verteilerantriebswelle 11 auf den Träger 43 übertragenen Kraft, der auf die Vorderradseite übertragen wird, von dem Sonnenrad 41 über die Innenhülse 46 durchgeführt wird. Auf der anderen Seite wird die Verteilung des Teils der von der Verteilerantriebswelle 11 auf den Träger 43 übertragenen Antriebskraft, der auf die Hinterradseite übertragen wird, von der hinteren Ausgangswelle 12 durchgeführt wird, die koaxial mit dem Differentialgehäuse 45 verbunden ist.
Außerdem ist die Zentraldifferential-Einheit 40 mit einer Viskosekupplungseinheit (VCU) 40 versehen, die als Differentialmechanismus mit begrenztem Schlupf dient. Bei dieser Ausführungsform ist das Viskosegehäuse der VCU 47 einteilig mit dem Differentialgehäuse 45 ausgebildet, dessen innere Umfangsfläche mit mehreren Außenplatten 48 versehen ist. Die Innenhülse 46 wird außerdem als Viskosenabe verwendet, und mehrere Innenplatten 49 sind abwechselnd auf der äußeren Umfangsfläche der inneren Hülse 46 den Außenplatten 48 entsprechend vorgesehen. D. h., daß sowohl der Ausgang von der inneren Hülse 46 auf die Vorderradseite als auch der Ausgang von dem Differentialgehäuse 45 auf die Hinterradseite durch die VCU eingestellt werden. Wenn eine Drehzahldifferenz zwischen der Innenhülse 46 und der Innenplatte 49 und dem Differentialgehäuse 45 und der Außenplatte 48 auftritt, wird die Antriebskraft von der Hochdrehzahlseite auf die Niedrigdrehzahlseite übertragen. Auf diese Weise wird eine Neuverteilung des Ausgangs durchgeführt, wodurch die Differentialbewegung begrenzt wird.
Als nächstes wird der 2WD/4WD-Schaltmechanismus 30 beschrieben. Der 2WD/4WD-Schaltmechanismus 30 dient sowohl als Verteller als auch zur Sperrung der Zentraldifferential-Einheit 40 und führt die beiden Funktionen durch Bewegung der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 durch. D. h., daß der 2WD/4WD-Schaltmechanismus 30 mit einem Kupplungsrad (Differential-Sperr-Nabe) 31, das koaxial und integral mit der Verteilerantriebswelle 11 ausgebildet ist, einem 2WD/4WD-Kupplungszahnrad (Kupplungsnabe, erstes Zahnrad) 32, einem Kupplungszahnrad (zweites Zahnrad) 32, das koaxial und integral mit dem Antriebskettenrad 36 verbunden ist, das außerhalb der Innenhülse 46 gelagert ist, und der 2WD/4WD-Schaltmuffe (Zahnradverbindungselement) 34 versehen ist, die so angeordnet ist, daß sie an den äußeren Umfängen dieser Kupplungszahnräder 31, 32, 33 anschlagen und mit diesem kämmen kann. Der Kämmbeziehung zwischen diesen Kupplungszahnrädern 31, 32, 33 und der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 entsprechend wird ein Schalten eines Antriebsmodus durchgeführt.
Genauer gesagt weist die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 zwei Innenzahnradabschnitte 34a, 34b auf, wenn die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in ihrer vordersten Stellung angeordnet ist, werden die Kupplungszahnräder 31, 32 durch den Innenzahnradabschnitt 34b verbunden. Wenn die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in ihrer mittleren Stellung angeordnet ist, werden die Kupplungszahnräder 32, 33 durch den Innenzahnradabschnitt 34b verbunden, und wenn sie in ihrer hintersten Stellung angeordnet ist, werden alle Kupplungszahnräder 31, 32, 33 durch die Innenzahnräder 34a, 34b verbunden.
Als erstes wird der Fall beschrieben, in dem die Kupplungszahnräder 31, 32 verbunden sind. Wenn dies auftritt, wird die Drehung der Innenhülse 47 durch die Verteilerantriebswelle 11 beschränkt und das Sonnenrad 41 und der Träger 43 sind als ein Körper miteinander verbunden. Deswegen können die Planetenräder 42 nicht um ihre Achsen drehen und das Hohlrad 44 dreht sich mit der gleichen Drehzahl wie das Sonnenrad und der Träger 43. Deswegen geht die Zentraldifferential-Einheit 40 in ihren Differential-Sperr-Zustand über. Zusätzlich ist das Kupplungsrad 33 freigegeben, so daß keine Möglichkeit besteht, daß die Antriebskraft auf die Vorderradseite übertragen wird. Deshalb geht der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 in diesem Fall in einen 2WD-Zustand über, in dem die Hinterräder 82, 83 als Antriebsräder verwendet werden (die Stellung der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 zu diesem Zeitpunkt wird nachstehend als 2WD-Stellung bezeichnet).
Als nächstes wird, wenn die Kupplungszahnräder 32, 33 verbunden werden, das Kupplungszahnrad 31 freigegeben und der Differential-Sperr-Zustand der Zentraldifferential-Einheit 40 gelöst (d. h. sie geht in einen Differential-Frei-Zustand über). Da die Kupplungszahnräder 32, 33 verbunden sind, wird der Übertragungsweg der Antriebskraft auf die Vorderradseite gebildet und der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 geht in einen Zentraldifferential-4WD-Zustand über. D. h. dass, die von der Verteilerantriebswelle 11 auf den Träger 43 übertragene Antriebskraft über das Sonnenrad 41 auf die Innenhülse 46 übertragen und über die Verbindung der Kupplungszahnräder 32, 33 und von dem Antriebszahnrad 36 auf die Vorderradseite abgegeben wird. Zusätzlich wird die Antriebskraft über das Hohlrad 44 auf das Differentialgehäuse 45 übertragen und von der hinteren Ausgangswelle 12 auf die Hinterradseite übertragen. Da die VCU 47 zwischen dem Ausgang zu der Vorderradseite und dem Ausgang zu der Hinterradseite angeordnet ist, wird eine Neuverteilung des Ausgangs durchgeführt, wenn eine Drehzahldifferenz zwischen beiden auftritt (die Stellung der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 zu diesem Zeitpunkt wird nachstehend als Zentraldifferential-4WD-Stellung bezeichnet). Ein Synchronisiermechanismus 35 für eine gleichmäßige Durchführung der Verbindung der Kupplungszahnräder 32, 33 ist zwischen den Kupplungszahnrädern 32, 33 vorgesehen. Dies wird nachstehend beschrieben.
In dem Fall, in dem alle Kupplungszahnräder 31, 32, 33 verbunden sind, wird der Übertragungsweg der Antriebskraft auf die Vorderradseite gebildet, wie es auch der Fall ist, wenn die Kupplungszahnräder 32, 33 wie oben beschrieben verbunden sind. Außerdem ist das Kupplungzahnrad 31 mit den Kupplungszahnrädern 32, 33 verbunden. Folglich geht die Zentraldifferential-Einheit 40 in einen Differential-Sperr-Zustand über. In diesem Fall geht der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 in einen Direkt-4WD-Zustand über, wobei die Antriebskraft immer proportional zur jeweiligen Fahrzeuglast auf die Vorderradseite und die Hinterradseite übertragen wird (die Stellung der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 zu diesem Zeitpunkt wird nachstehend als Direkt-4WD-Stellung bezeichnet).
Während das Hilfsgetriebe 20, der 2WD/4WD-Schaltmechanismus 30 und die Zentraldifferential-Einheit 40 wie oben beschrieben aufgebaut sind, ist das Verteilergetriebe außerdem mit einem Verstellantrieb (elektrischem Stellantrieb) 50 für eine Durchführung der Schaltregelung der Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 des Hilfsgetriebes 20 und außerdem der Schaltregelung der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 des 2WD/4WD-Schaltmechanismus 30 versehen.
Der Verstellantrieb 50 ist im wesentlichen aus einem Elektromotor 51, einer Hauptverstellstange 52, einer Lang/Kurz-Schaltverstellstange 55, und einer 2WD/4WD-Schaltverstellstange 56 aufgebaut. Eine an der Lang/Kurz-Schaltverstellstange 55 vorgesehene Schaltgabel 55a steht mit der Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 in Eingriff und eine an der 2WD/4WD-Schaltverstellstange 56 vorgesehene Schaltgabel 56a steht mit der Lang/Kurz-Schaltmuffe 34 in Verbindung. Der Elektromotor 51 wird durch einen Befehl von einer Verteilerregeleinheit (oder Regeleinrichtung, die nachstehend als TCU bezeichnet wird) gedreht, wodurch die Verstellstangen 52, 55, 56 angetrieben werden. Auf diese Weise wird die Schaltregelung der Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 und auch die Schaltregelung der Lang/Kurz-Schaltmuffe 34 durchgeführt.
Die Ausgangswelle des Elektromotors 51 ist mit einem Ritzel 51a versehen, das seinerseits mit einer Zahnstange 52a der Hauptverstellstange 52 kämmt. Zusätzlich ist die Hauptverstellstange 52 mit Zahnstangen 52b, 52c versehen. Die Zahnstange 52b kämmt mit einer Zahnstange 55b, die an der Lang/-Kurz-Schaltverstellstange 55 vorgesehen ist, über ein Ritzel 53, dessen Achsposition festgelegt ist. Die Zahnstange 52c kämmt mit einer Zahnstange 56b, die an der 2WD/4WD-Schaltstange 56 vorgesehen ist, über ein Ritzel 54, dessen Achsposition festgelegt ist. Die Zahnstangen 52b, 52c der Hauptverstellstange 52 kämmen nicht immer mit den Ritzeln 53, 54, sondern kämmen mit diesen abhängig von der Stellung der Hauptverstellstange 52, die durch den Elektromotor 51 angetrieben wird.
Die Beziehung zwischen der Stellung der Hauptverstellstange 52 und dem Antriebszustand des Fahrzeugs wird nachstehend für den Fall beschrieben, in dem die Hauptverstellstange 51 in ihrer hintersten Stellung angeordnet ist. In diesem Fall befindet sich die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 zuerst in der Lang-Stellung, und die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 befindet sich in der 2WD-Stellung. Deshalb befindet sich der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 in dem 2WD-Zustand.
Wenn der Elektromotor 51 gedreht wird und die Hauptverstellstange 52 aus der oben erwähnten Stellung vorbewegt wird, wird die 2WD/4WD-Schaltverstellstange 56 durch die Zahnstange 52c, das Ritzel 54 und die Zahnstange 56b zurückbewegt. Die 2WD/-4WD-Schaltmuffe 34 verbindet die Kupplungszahnräder 32, 33 miteinander und gibt außerdem die Verbindung der Kupplungszahnräder 31, 32 frei. D. h., daß die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in der Zentraldifferential-4WD-Stellung angeordnet wird. Da die Zahnstange 52b noch nicht mit dem Ritzel 53 in Eingriff steht, wird dahingegen keine Antriebskraft auf die Lang/Kurz-Schaltverstellstange 55 übertragen, und die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 verbleibt in der Lang-Stellung. Deshalb geht der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 in den Zentraldifferential-4WD-Zustand über.
Wenn der Elektromotor 51 für einen Vorschub der Hauptverstellstange 52 gedreht wird, bewegt sich die 2WD/4WD-Schaltverstellstange 56 weiter durch die Zahnstange 52c, das Ritzel 54 und die Zahnstange 54b zurück. Die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 hält die Verbindung der Kupplungszahnräder 32, 33 und verbindet außerdem das Kupplungszahnrad 31 mit diesen. Folglich wird die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in der Direkt-4WD-Stellung angeordnet. Deshalb geht der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 in den Direkt-4WD-Zustand über. Da jedoch die Zahnstange 52b noch nicht mit dem Ritzel 53 in Eingriff steht, wird keine Antriebskraft auf die Lang/Kurz-Schaltverstellstange 55 übertragen, und deswegen verbleibt die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 in der Lang-Stellung (dieser Antriebszustand wird nachstehend als Direkt-4H bezeichnet).
Wenn der Elektromotor 51 gedreht wird, um die Hauptverstellstange 52 in die vorderste Position vorzuschieben, wird der Eingriff zwischen den Zahnstangen 52c und dem Ritzel 54b gelöst, und deshalb wird keine Antriebskraft auf die 2WD/4WD-Schaltverstellstange 56 übertragen. Folglich verbleibt die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in der Direkt-4WD-Stellung. Da die Zahnstange 52b dahingegen mit dem Ritzel 53 kämmt, wird durch den Vorschub der Hauptverstellstange 52 die Lang/Kurz-Schaltverstellstange 55 über die Zahnstange 52b, das Ritzel 54 und die Zahnstange 55b zurückbewegt. Hierdurch gibt die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 die Verbindung der Kupplungszahnräder 22, 23 frei und verbindet die Kupplungszahnräder 23, 24 miteinander. D. h., daß die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 in ihrer Kurz-Stellung angeordnet ist, und eine Drehzahlreduzierung durchgeführt wird (dieser Antriebszustand wird nachstehend als Direkt-4L bezeichnet).
Die oben erwähnten Schaltpositionen können durch eine Kombination von Signalen von einem 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61, der für ein Anliegen an der Hauptverstellstange 52 angeordnet ist, einem 4WD-Erfassungsschalter 62, einem Zentraldifferential-(C/D)-Sperr-Erfassungsschalter 63, einem 4LLC-Erfassungsschalter 64, der für ein Anliegen an der Lang/Kurz-Schaltverstellstange 55 angeordnet ist, und einem 2WD-Erfassungsschalter 56 erfaßt werden, der für eine Anlage an der 2WD/4WD-Schaltverstellstange 56 angeordnet ist.
An den Verstellstangen 52, 55, 56 sind den Schaltern 61 bis 65 entsprechende Aussparungen 91 bis 95 (s. 3 und 4) vorgesehen, und die Schalter 61 bis 65 werden angeschaltet, wenn diese Ausnehmungen 91 bis 95 erfaßt werden (wenn ihre Enden in die Ausnehmungen eingeführt sind). Die Positionen der Ausnehmungen 91 bis 95 auf den Verstellstangen 51, 55, 56, die den Schaltern 61 bis 65 entsprechen, sind wie folgt:
Zunächst ist die an der Hauptverstellstange 52 vorgesehene Ausnehmung 91 an einer Position angeordnet, in der der 2WD/-4WD-Erfassungsschalter 61 an ihr anliegt, wenn sich die 2WD/-4WD-Schaltmuffe 34 in der 2WD-Stellung oder der Zentraldifferential-4WD-Stellung befindet. Die Ausnehmung 92 ist auf ähnliche Weise an der Hauptverstellstange 52 an einer Position angeordnet, in der der 4WD-Erfassungsschalter 62 an ihr anliegt, wenn sich die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in der Zentraldifferential-4WD-Stellung oder Direktdifferential-4WD-Stellung befindet, und außerdem, wenn die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 sich in der Lang-Stellung befindet. Die Ausnehmung 93 ist auf ähnliche Weise an der Hauptverstellstange 52 an einer Position angeordnet, in der der Zentraldifferential-Sperr-Erfassungsschalter 63 an ihr anliegt, wenn sich die 2WD/4WD-Schaltmuffe 32 in der Direkt-4WD-Stellung befindet.
Außerdem ist die an der Lang-Kurz-Schaltverstellstange 55 vorgesehene Ausnehmung an einer Position angeordnet, in der der 4LLC-Erfassungsschalter 64 an ihr anliegt, wenn sich die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in der Direkt-4WD-Stellung befindet, und außerdem, wenn sich die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 in der Kurz-Stellung befindet. Die an der 2WD/4WD-Schaltverstellstange 56 vorgesehene Ausnehmung 95 ist an einer Position angeordnet, in der der 2WD-Erfassungsschalter 65 in ihr anliegt, wenn sich die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in der 2WD-Stellung befindet.
Mit der vorstehend erwähnten Einstellung der Positionen der Ausnehmungen 91 bis 95 auf den Schaltstangen 52, 55, 56 kann beurteilt werden, daß sich der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 in dem 2WD-Zustand befindet, wenn der 2WD-Erfassungsschalter 65 und der 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61 angeschaltet sind, wie es in 2 gezeigt ist. Wenn der 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61 und der 4WD-Erfassungsschalter 62 angeschaltet sind, kann auf ähnliche Weise beurteilt werden, daß der Zentraldifferential-4WD-Zustand besteht. Wenn der 4WD-Erfassungsschalter 62 und der Zentraldifferential-Sperr-Erfassungsschalter 63 angeschaltet sind, kann beurteilt werden, daß der Direkt-4H-Zustand besteht. Wenn der Zentraldifferential-Sperr-Erfassungsschalter 63 und der 4LLC-Erfassungsschalter 64 angeschaltet sind, kann beurteilt werden, daß der Direkt-4L-Zustand besteht. Außerdem kann beurteilt werden, daß sich der Antriebszustand des Fahrzeugs während eines Schaltens zwischen Antriebszuständen befindet. Die Erfassungssignale der Schalter 61 bis 65 werden in die TCU 100 eingegeben, in der die vorstehend erwähnten Beurteilungen durchgeführt werden.
Das Hilfsgetriebe 20, der 2WD/4WD-Schaltmechanismus 30, die Zentraldifferentialeinheit 40 und der Verstellantrieb 50, die obenstehend beschrieben wurden, sind integral in einem Verteilergetriebegehäuse (nicht gezeigt) untergebracht und bilden das Verteilergetriebe 40.
Als nächstes wird der Freilaufmechanismus 5 beschrieben. Der Freilaufmechanismus 5 ist eine Vorrichtung zur Reduzierung eines Leistungsverlustes während 2WD. Wie es in 1 gezeigt ist, trennt der Freilaufmechanismus 5 die Vorderachswelle 17 an einem Zwischenabschnitt, und sein Endabschnitt ist mit Kupplungszahnrädern 72, 73 versehen, die durch eine Muffe 71 verbunden oder getrennt werden können. Die Muffe 71 wird durch ein Vakuumstellglied 75 betrieben. Die TCU 100 regelt ein Solenoid (Betätigungseinrichtung) 76, wodurch die Richtung, in der der Unterdruck innerhalb des Vakuumstellglieds 75 wirkt, geändert wird. Hierdurch kann die Position einer an der Muffe 71 angreifenden Verstellstange 74 in zwei Stufen eingestellt werden.
Während 4WD (Zentraldifferential-4WD, Direkt-4H, Direkt-4L) ist die Verstellstange 74 in Richtung der Seite des Vakuumstellgliedes 75 gezogen, und die Muffe 71 geht deshalb in einen Zustand (Sperrzustand des Freilauf-(F/W)-Mechanismus) über, in dem die Kupplungszahnräder 72, 73 verbunden sind. Das Vorderrad 80 und die vordere Differentialeinheit 7 sind über die Vorderachswellse 12 verbunden. Deshalb wird während 4WD die von der vorderen Gelenkwelle 11 auf die vordere Differentialeinheit 4 übertragene Antriebskraft gleichmäßig an der vorderen Differentialeinheit 7 rechts und links verteilt und auf die Vorderräder 80, 81 über die Vorderachswellen 17, 18 übertragen.
Während 2WD ist die Verstellstange 74 dahingegen durch das Vakuumstellglied 75 nach vorne geschoben (in 1 nach unten), und deshalb geht die Muffe 71 in einen Zustand (Frei-Zustand) des Freilaufmechanismus über, in dem die Verbindung der Kupplungszahnräder 72, 73 freiegeben ist. Das Vorderrad 80 und die vordere Differentialeinheit 7 sind getrennt. Hierdurch läuft das Seitenzahnrad an der vorderen Differentialeinheit 7 auf der Seite des Vorderrades 81 leer. Deshalb dreht sich während 2WD das Frontantriebssystem von der vorderen Differentialeinheit 7 bis zum Antriebskettenrad 36 nicht mehr, wodurch ein Leistungsverlust verringert wird.
Ob sich der Freilaufmechanismus 5 in einem Sperr-Zustand oder in einem Frei-Zustand befindet, wird durch die TCU 100 auf der Basis eines Erfassungssignals von einem Freilaufeingriffsschalter 60 beurteilt, der für eine Anlage an der Verstellstange 74 angeordnet ist. Wenn sich die Verstellstange 74 so bewegt, daß das Stirnende des Freilaufeingriffsschalters 60 in eine Ausnehmung eingeführt ist, die an einer vorher bestimmten Position an der Verstellstange 74 vorgesehen ist, wird der Freilaufeingriffsschalter 60 angeschaltet, und die TCU 100 beurteilt, daß sich der Freilaufmechanismus in einem Sperr-Zustand befindet.
Während der Aufbau eines Fahrzeugs mit zuschaltbarem Vierradantrieb beschrieben wurde, bei dem die Antriebszustands-Schalteinheit verwendet wird, wird als nächstes die TCU 100 beschrieben, die den Antriebszustand des oben beschriebenen Fahrzeugs regelt.
Wie vorgehend beschrieben wurde, werden zusätzlich zu den Erfassungssignalen von den Schaltern 60 bis 65 ein Beschleunigungseinrichtungs-Öffnungsgrad-Signal von einem Beschleunigungseinrichtungs-Öffnungssensor 110, ein Unterbrechungssignal von einem Stoplampenschalter 111, und außerdem ein Wähleinrichtungs-Stellungssignal (Antriebsmodus-Wahlsignal) von einem Wähleinrichtungsschalter 112, der mit einem Wählhebel (Antriebsmodus-Wählhebel) versehen ist, in die TCU 100 eingegeben. Zusätzlich wird ein Erfassungssignal für die Drehzahl der hinteren Ausgangswelle (hintere Gelenkwelle) 12 von einem Drehzahlsensor (Erfassungseinrichtung) 66 für die hintere Gelenkwelle eingegeben, und ein Erfassungssignal der Drehzahl der vorderen Gelenkwelle 14 von einem Drehzahlsensor (Erfassungseinrichtung) 67 für die vordere Gelenkwelle eingegeben.
Auf der Basis dieser Erfassungssignale regelt die TCU 100 den Elektromotor 51 des Verstellantriebes 50 und den Solenoid 76 des Freilaufmechanismus 5, wodurch der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 geregelt wird. Die 3 bis 6C zeigen eine Regelung, die beim Schalten des Antriebszustands von 2WD auf Zentraldifferential-4WD durchgeführt wird. Ein Verfahren zur Regelung des Schaltens des Antriebszustands von 2WD auf Zentraldifferential-4WD wird nachstehend anhand der 3 bis 6C beschrieben. Bei den in den 3 und 4 gezeigten Längsschnitten der wesentlichen Teile sind die Schnitte des Gehäuses und der Kurbelwelle schraffiert (schräge Linien), wohingegen die Schraffierung bei den Schnitten der anderen beweglichen Teile weggelassen wird.
Wenn sich zunächst der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 in dem 2WD-Zustand befindet, wie es in 3 gezeigt ist, ist die Lang/Kurz-Schaltmuffe 29 auf der Lang-Stellung-Seite angeordnet, in der das Kupplungszahnrad 22 und das Kupplungszahnrad 23 verbunden sind, und die 2WD-/4WD-Schaltmuffe 34 ist auf der 2WD-Stellung-Seite angeordnet, in der das Kupplungszahnrad 31 und das Kupplungszahnrad 32 verbunden sind. Zu diesem Zeitpunkt sind der 2WD-Erfassungsschalter 65 und der 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61 angeschaltet. Bei einer Anzeigeleuchte 116 in einem inneren Armaturenbrett, wie sie in 6A gezeigt ist, werden die Vorderradlampen 113 und eine Zentraldifferential-Sperr-Lampe 115 ausgeschaltet und Hinterradlampen 114 angeschaltet. Hierdurch kann der Fahrer erkennen, daß der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 sich nun in dem 2WD-Zustand befindet. Zusätzlich befindet sich der Freilauf-Mechanismus 5 in einem Frei-Zustand. In den 6A bis 6C ist das Leuchten der Lampen 113, 114, 115 durch schräge Linien gezeigt, und ein Blinken ist durch schräge Linien und radiale Linien um die schrägen Linien gezeigt. Darüber hinaus sind ausgeschaltete Lichter nicht durch schräge Linien gezeigt, etc.
Wenn in einem solchen Zustand der Fahrer den Wählhebel von der 2H-(2WD-)Stellung in die 4H-(Zentraldifferential-4WD-)Stellung verstellt, wird ein Wählmodus-Signal von dem Wähleinrichtungsschalter in die TCU 100 eingegeben. Wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind, startet die TCU 100 das Schalten des Antriebszustands in den Zentraldifferential-4WD-Zustand durch Regelung des Elektromotors 51 des Verstellantriebes 50 und des Solenoids 76 des Freilaufmechanismus 5.
Zunächst ist die erste Bedingung für den Start des Schaltvorgangs, daß das Fahrzeug sich mit mittlerer oder geringer Geschwindigkeit bewegt, d. h. daß die Drehzahl, die auf der Basis eines Erfassungssignals von dem Drehzahlsensor 66 für die hintere Gelenkwelle erfaßt wird, geringer oder gleich einem vorher bestimmten Wert ist. Die zweite Bedingung ist, daß der Öffnungsgrad der Beschleunigungseinrichtung, der durch den Öffnungsgradsensor 117 für die Beschleunigungseinrichtung erfaßt wird, geringer oder gleich einem vorher bestimmten Wert ist, und die dritte Bedingung ist, daß der absolute Wert der Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs 1 geringer oder gleich einem vorher bestimmten Wert ist.
Die Beschleunigung oder Verzögerung wird auf der Basis eines Erfassungssignals von dem Drehzahlsensor 66 für die hintere Gelenkwelle errechnet. Diese Bedingungen sind so gesetzt, daß ein Schalten in einer solchen Situation verhindert werden kann, da hier die erhöhte Möglichkeit besteht, daß bei dem Synchronisiermechanismus 35 ein Synchronisationsfehler auftritt und die Standfestigkeit verschlechtert wird, wenn ein Schalten während einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit oder einer Beschleunigung durchgeführt wird.
Wenn die vorstehenden Bedingungen alle erfüllt sind, startet die TCU 100 eine Stromwertsteuerung(-regelung) für eine Stromzufuhr zu dem elektrischen Motor 51 des Verstellantriebes 50, um die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 aus der 2WD-Stellung in die Zentraldifferential-4WD-Stellung zu bewegen, in der das Kupplungszahnrad 32 und das Kupplungszahnrad 33 verbunden sind.
Wenn dies auftritt, ist ein Stromanzeigewert (Sollwert für die Regelung) auf einen ersten Anzeigewert gesetzt, der höher ist als ein anzunehmender Stromstoßwert, da ein Stroßstromwert unmittelbar nach dem Start des Elektromotors 51 strömt, wie es in 5 gezeigt ist.
Wenn sich die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 zu bewegen beginnt, ist der 2WD-Erfassungsschalter 65 angeschaltet und nur der 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61 wird eingeschaltet.
Hierdurch bleibt, wie es in 6b gezeigt ist, in der Anzeigeleuchte 116 die Zentraldifferential-Sperr-Lampe 115 ausgeschaltet und die Hinterradlampe 114 angeschaltet, während die Vorderradlampe 113 zu blinken beginnt. Hierdurch kann der Fahrer erkennen, daß der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 sich im Laufe eines Schaltvorgangs zwischen 2WD auf Zentraldifferential-WD befindet.
Wenn sich die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 aus der 2WD-Stellung in die Zentraldifferential-4WD-Stellung bewegt, tritt ein Schiebewiderstand an der Kontaktflache zwischen der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 und der Differential-Sperr-Nabe 31 und zwischen der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 und der 2WD/4WD-Kupplungsmuffe 32 auf. Deshalb benötigt der elektrische Motor 1 eine Schubkraft, die diesem Schiebewiderstand entgegengesetzt werden kann, und ein der erforderlichen Schubkraft entsprechender Stromwert wird dem Elektromotor 51 zugeführt. Wenn dies auftritt, tastet eine Berechnungseinrichtung 101 für einen durchschnittlichen Stromwert, die ein funktionales Element der TCU 100 ist, den Wert des Speisestroms für einen vorher bestimmten Zeitraum (Überwachungsstromwerte, d. h. tatsächliche Werte während der Regelung) ab, nachdem der Stromstoß verströmt ist, und errechnet den Durchschnittswert.
Der Synchornisiermechanismus ist zwischen der 2WD/4WD-Kupplungsnabe 32 und dem Kupplungszahnrad 33 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist der Synchronisiermechanismus 35 ein Typ mit Doppelkonus. Ein innerhalb eines zentralen Konus 352 angeordneter Innenring 353 ist an dem Kupplungszahnrad 33 gelagert und verankert, und ein Außenring 351 ist außerhalb des zentralen Konus 352 angeordnet. Zusätzlich berührt eine Synchronisierfeder 354 die Außenseite des äußeren Rings 351.
Deswegen wird bei Bewegung der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 auf die Seite der Zentraldifferential-4WD-Stellung der äußere Ring 351 gegen den zentralen Konus 352 über die Synchronisierfeder 354 gedruckt. Danach greift die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 an dem gefasten Abschnitt des Außenrings 350 an, wodurch die Kupplungsnabe 32 und das Kupplungszahnrad 33 synchronisiert werden.
Wenn die Synchronisation durch den Synchronisiermechanismus 35 auf diese Weise gestartet wird, wird die Bewegung der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 einmal durch den Außenring 351 unterbrochen und geht in einen verzögerten oder Haltezustand über. Deswegen steigt ein Stromwert, der dem Elektromotor 51 zuzuführen ist, dem auf die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 ausgeübten Widerstand entsprechend an, wie es in 5 gezeigt ist (siehe den Abschnitt mit schrägen Linien in 5). Daher wird in einer Beurteilungseinrichtung 102, die ein anderes funktionales Element der TCU 100 ist, beurteilt, daß die Synchronisation durch den Synchronisiermechanismus 35 begonnen wurde, wenn die Differenz zwischen dem dem Elektromotor 51 zugeführten Stromwert und dem durch die Berechnungseinrichtung 101 für einen durchschittlichen Stromwert errechneten durchschnittlichen Stromwert einen vorher bestimmten Schwellwert überschreitet.
Der Grund dafür, daß der oben genannte Durchschnittsstromwert auf diese Weise als Kriterium für eine Beurteilung der durch den Synchronisiermechanismus 35 durchgeführten Synchronisation verwendet wird, ist folgender: Obwohl der dem Elektromotor 51 zugeführte Stromwert proportional zu dem Schiebewiderstand zwischen der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 und den Kupplungszahnrädern 31, 32 ist, verändert sich dieser Schiebewiderstand auf verschiedene Weise abhängig von den Fahrbedingungen, wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Öffnungsgrad einer Beschleunigungseinrichtung, etc. Wenn deshalb ein Kriterium für die Beurteilung festgelegt ist, wird es dem Einfluß der Fahrbedingungen unterworfen und deshalb kann eine genaue Beurteilung nicht durchgeführt werden. Daher wird der durchschnittliche Stromwert, der sich abhängig von den Fahrbedingungen ändert, als Kriterium für eine Beurteilung verwendet, so daß eine genaue Beurteilung einer Synchronisation garantiert werden kann.
Wenn der Start der Synchronisation mittels des Synchronisiermechanismus 35 durch die Beurteilungseinrichtung 102 beurteilt wurde, setzt die TCU 100 den auf den ersten Anzeigewert gesetzten Stromanzeigewert auf einen zweiten Anzeigewert, der geringer ist als der erste Anzeigewert (für das oben genannte A-Intervall).
Durch die auf diese Weise erfolgte Verringerung des Stromanzeigewerts wird auch ein dem Elektromotor 51 zugeführter Stromwert verringert, und die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in der derzeitigen Stellung gehalten. Deshalb wird auch der Synchronzustand des Synchronisiermechanismus 35 aufrecht erhalten.
Als nächstes regelt die TCU 100 das Solenoid 76 und treibt den Vakuum-Stellantrieb 75 an, während der Stromanzeigewert auf dem zweiten Anzeigewert gehalten wird, um den Synchronzustand des Synchronisiermechanismus 35 aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise wird der sich in einem Frei-Zustand befindende Freilaufmechanismus gesperrt.
Wenn jedoch eine Differenz der Drehzahl zwischen den Vorder- und Hinterrädern, die aus den Erfassungssignalen des Drehzahlsensors 66 für die hintere Gelenkwelle und des Drehzahlsensors 67 für die vordere Gelenkwelle errechnet wird, genauer gesagt, wenn eine Differenz zwischen den Vorder- und Hinterrädern, die auftritt, wenn die Drehung der vorderen Gelenkwelle 14 bei gesperrtem Freilaufmechanismus auf die Vorderräder 80, 81 übertragen wird, einen vorher bestimmten Wert überschreitet, wird ein Sperren des Freilaufmechanismus 5 durch eine in der TCU 100 vorgesehene Verhinderungseinrichtung 103 verhindert. Dies ist deshalb der Fall, weil in dem Fall, in dem der Synchronisiermechanismus 50 in einem vollkommen synchronen Zustand übergeht, so daß die Drehzahlen der Kupplungszahnräder 32, 33 übereinstimmen, die oben erwähnte Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern und Hinterrädern nicht auftritt. In dem Fall, in dem dieser Wert jedoch einen vorher bestimmten Wert überschreitet, kann nicht gesagt werden, daß sich der Synchronisiermechanismus 35 voll in einem Synchronzustand befindet. Wenn angenommen wird, daß sich die Vorderräder 80, 81 mit der gleichen Drehzahl drehen wie die Hinterräder 82, 83, auch wenn der Freilaufmechanismus 5 in einem solchen Zustand gesperrt ist, ist die Drehzahldifferenz zwischen dem Kupplungszahnrädern 82, 83 zu groß und deshalb besteht die große Möglichkeit, daß ein Fehleingriff stattfindet. Daher wird keine Sperrung des Freilaufmechanismus 5 durchgeführt (in dem oben erwähnten B-Intervall), solange die oben erwähnte Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern und Hinterrädern einen vorher bestimmten Wert annimmt oder geringer ist.
Wenn die Drehzahldifferenz zwischen Vorderrädern und Hinterrädern einen vorher bestimmten Wert annimmt oder geringer wird, wird der Freilaufmechanismus 5 in einen Sperrzustand gebracht. Wenn der Freilaufeingriffsschalter 60 in einen EIN-Zustand geht, erhöht die TCU 100 den Stromanzeigewert wieder auf den ersten Anzeigewert. Hierdurch wird die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 einem starken Druck ausgesetzt, der durch den Elektromotor 31 ausgeübt wird, und bewegt sich auf die Seite der Zentraldifferential-4WD-Stellung über den Synchronisiermechanismus 35 und greift an dem Kupplungszahnrad 33 an und löst den Eingriff mit der Differential-Sperr-Nabe 31.
Wenn die Bewegung der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in die Zentraldifferential-4WD-Stellung wie in 4 gezeigt beendet ist, geht der 4WD-Erfassungsschalter 62 zusätzlich zu dem 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61 in den EIN-Zustand. Wie es in 6c gezeigt ist, hört die Vorderradlampe 113 in der Anzeigeleuchte 116 auf zu blinken und ist ständig angeschaltet. Deshalb kann der Fahrer erkennen, daß der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 vollkommen in den Zentraldifferential-4WD-Zustand geschalten wurde. Mit Beendigung des Schaltens in den Zentraldifferential-4WD-Zustand stoppt die TCU 100 die Stromversorgung zu dem Elektromotor 51 (für das oben genannte C-Intervall).
Da das Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb, an dem die die erste Ausführungsform der Erfindung bildende Antriebszustands-Schalteinheit angebracht ist, auf die oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, wird eine Regelung beispielsweise entsprechend denen in 7 bis g gezeigten Fließdiagrammen durchgeführt, wenn der Antriebszustand von 2WD auf Zentraldifferential-4WD umgeschalten wird.
Wie es in 7 gezeigt ist, wird in der TCU 100 die Drehzahl des Fahrzeugs zunächst auf der Basis eines Erfassungssignals von dem Drehzahlsensor 66 für die hintere Gelenkwelle erfaßt (Schritt S 101), und der Öffnungsgrad der Beschleunigungseinrichtung auf der Basis eines Erfassungssignals von dem Öffnungsgradsensor 110 für die Beschleunigungseinrichtung erfaßt (Schritt S 102). Zusätzlich wird die Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs auf der Basis eines Erfassungssignals von dem Drehzahlsensor 66 für die hintere Gelenkwelle erfaßt (Schritt S 103) und eine Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern und Hinterrädern auf der Basis eines Erfassungssignals von dem Drehzahlsensor 66 für die hintere Gelenkwelle und dem Drehzahlsensor 67 für die vordere Gelenkwelle erfaßt.
Falls sich das Verteilergetriebe immer noch in dem 2WD-Zustand befindet, d. h. für den Fall, daß der 2WD-Erfassungsschalter 65 und der 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61 beide an sind (Schritt S 105), wird beurteilt, ob das Fahrzeug 1 mit mittlerer oder geringer Geschwindigkeit fährt oder nicht, und ob sowohl der Öffnungsgrad der Beschleunigungseinrichtung als auch die Beschleunigung (oder Verzögerung) gering sind oder nicht (Schritt S 106).
Falls die Bedingung in Schritt S 106 erfüllt ist, geht der Prozeß zu Schritt S 201 von 8 weiter. Während der Freilaufmechanismus (FW) 5 in einem Frei-Zustand gehalten wird (Schritt S 201), wird der Elektromotor 51 des Verstellantriebes (ACT) 50 angetrieben, wodurch ein Umschalten der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 aus der 2WD-Stellung in die Zentraldifferential-4WD-Stellung begonnen wird (Schritt S 202). Deshalb beginnt die ausgeschaltete Vorderradlampe 113 der Anzeigeleuchte 116 zu blinken (Schritt 203).
Falls die Bedingung in Schritt S 106 nicht erfüllt ist, geht der Prozeß dahingegen zu Schritt S 301 von 9 weiter. Der Freilaufmechanismus 5 wird in einem Frei-Zustand gehalten (Schritt S 301) und ein Schalten des Verstellantriebes 50 wird verhindert (Schritt S 302). Auch in diesem Fall beginnt die ausgeschaltete Vorderradlampe 113 in der Anzeigeleuchte 116 zu blinken, um anzuzeigen, daß der Wählhebel von dem Fahrer betätigt wurde (Schritt S 303).
Zurückkommend auf 7 wird für den Fall, daß in Schritt S 105 das Verteilergetriebe 4 noch nicht in den 2WD-Zustand übergegangen ist, d. h. für den Fall, daß der 2WD-Erfassungsschalter 65 ausgeschaltet ist, weiter beurteilt, ob sich das Verteilergetriebe 4 in einem Schaltvorgang von 2WD auf Zentraldifferential-4WD befindet oder nicht, d. h. ob nur der 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61 eingeschaltet ist oder nicht (Schritt S 107).
Für den Fall, daß beurteilt wird, daß sich das Verteilergetriebe 4 während des Umschaltvorgangs von 2WD auf Zentraldifferential-4WD befindet, wird der Zustand des Freilaufmechanismus 5 auf der Basis des Signals von dem Freilaufeingriffschalter 60 beurteilt (Schritt S 108). Für den Fall, daß er sich in einem Frei-Zustand befindet, wird außerdem beurteilt, ob sich das Fahrzeug 1 mit mittlerer oder geringer Geschwindigkeit bewegt oder nicht, und ob sowohl der Öffnungsgrad der Beschleunigungseinrichtung als auch die Beschleunigung (oder Verzögerung) gering sind oder nicht (Schritt S 109).
Für den Fall, daß die Bedingung in Schritt S 106 nicht erfüllt ist, geht der Prozeß zu Schritt 601 von 12. Während der Freilaufmechanismus 5 in einem Frei-Zustand gehalten wird (Schritt S 106), wird der Elektromotor 51 des Verstellantriebes (ACT) 50 angetrieben, wodurch die 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in die 2WD-Stellung zurückgebracht wird (Schritt 2 602). Deshalb blinkt die Vorderradlampe 113 in der Anzeigeleuchte 116 weiter (Schritt S 603).
Für den Fall, daß die Bedingung in Schritt S 109 nicht erfüllt ist, wird dahingegen ein momentan dem Elektromotor 51 zugeführter Strom überwacht und beurteilt, ob der Synchronisiermechanismus 34 die Synchronisation begonnen hat oder nicht (Schritt S 110).
Für den Fall, daß die Differenz zwischen dem Überwachungsstromwert und dem Durchschnittsstromwert für eine vorher bestimmte Zeit lang geringer ist als ein vorher bestimmter Schwellwert, wird beurteilt, daß die Synchronisation noch nicht begonnen wurde. Der Prozeß geht zu Schritt S 201 von 8 und während der Freilaufmechanismus 5 in einem Frei-Zustand gehalten wird (Schritt S 201), wird der Elektromotor 51 des Verstellantriebes 50 angetrieben, wodurch der Schaltvorgang der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 aus der 2WD-Stellung in die Zentraldifferential-4WD-Stellung fortgeführt wird (Schritt S 202). In diesem Fall blinkt die Vorderradlampe 113 in der Anzeigeleuchte 116 weiter (Schritt S 203).
Wenn dahingegen die Differenz zwischen dem Überwachungsstromwert und dem Durchschnittsstromwert eine vorher bestimmte Zeit lang in den vorher bestimmten Schwellwert überschreitet, wird beurteilt, daß der Synchronisiermechanismus 35 die Synchronisation begonnen hat und außerdem wird beurteilt, ob die Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern und Hinterrädern geringer ist als ein vorher bestimmter Wert oder nicht (Schritt S 111).
Für den Fall, daß die Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern und Hinterrädern dem vorher bestimmten Wert entspricht oder geringer ist, geht der Prozeß zu Schritt S 401 von 10 weiter. Der Solenoid 76 wird so gesteuert, daß der Vakuum-Stellantrieb 75 angetrieben wird. Hierdurch wird der Freilaufmechanismus 5 von dem Frei-Zustand in den Sperr-Zustand umgeschaltet (Schritt S 401). Währenddessen wird der Stromanzeigewert des Elektromotors 51 des Verstellantriebes 50 auf den zweiten Anzeigewert gesetzt, der geringer ist als der ursprüngliche erste Anzeigewert, wodurch der Synchronzustand des Synchronisiermechanismus 35 aufrecht erhalten wird (Schritt S 402). Auch in diesem Fall blinken die Vorderradlampen 113 der Anzeigeleuchte 116 weiter (Schritt 403).
Für den Fall, daß die Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern und Hinterrädern den vorher bestimmten Wert überschritten hat, geht dahingegen der Prozeß. zu Schritt 501 zu 11. Während der Freilaufmechanismus 5 in dem Frei-Zustand gehalten wird (Schritt S 501), hält der Verstellantrieb 50 den Synchronzustand des Synchronisiermechanismus 35 aufrecht (Schritt S 502). Auch in diesem Fall blinkt die Vorderradlampe 113 in der Anzeigeleuchte 116 weiter (Schritt S 503).
Zurückkehrend zu 7 geht der Prozeß zu Schritt S 701 von 13 weiter, wenn in dem Schritt S 108 beurteilt wird, daß sich der Freilaufmechanismus 5 in dem Sperr-Zustand befindet. Während der Freilaufmechanismus 5 in dem Sperr-Zustand gehalten wird ( Schritt S 701), kehrt der Stromanzeigewert des Elektromotors 51 des Verstellantriebes 50 von dem zweiten Anzeigewert auf den ersten Anzeigewert zurück und der Schaltvorgang der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 in die Zentraldifferential-4WD-Stellung wird wieder fortgesetzt (Schritt S 702). Auch in diesem Fall blinkt die Vorderradlampe 113 der Anzeigeleuchte 116 weiter (Schritt S 703).
Für den Fall, daß in Schritt S 107 beurteilt wird, daß das Verteilergetriebe in den 4WD-Zustand umgeschaltet wurde, d. h. für den Fall, daß 2WD/4WD-Erfassungsschalter 61 und der 4WD-Erfassungsschalter 62 eingeschaltet sind, geht der Prozeß zu Schritt S 801 in 14 weiter. Der Freilaufmechanismus 5 wird in dem Sperr-Zustand gehalten (Schritt S 801) und der Verstellantrieb 50 wird an der momentanen Position angehalten (Schritt S 802). Außerdem wird die blinkende Vorderradlampe 113 in der Anzeigeleucht 116 dauerhaft angeschaltet und es wird dem Fahrer angezeigt, daß der Antriebszustand des Fahrzeugs 1 in den Zentraldifferential-4WD-Zustand (Schritt S 803) umgeschalten wurde.
Auf diese Weise kann mit dieser Ausführungform der Antriebszustands-Schalteinheit der Synchronzustand des Synchronisiermechanismus 35 auf der Basis eines Stromwertes beurteilt werden, der momentan dem Elektromotor 51 des Verstellantriebes 50 zugeführt wird. Deshalb besteht kein Bedarf, zugeordnete Schalter vorzusehen und es besteht der Vorteil, daß die Kosten reduziert werden können. Außerdem wird nachdem ein Stoßstrom zum Startzeitpunkt des Elektromotors 51 geströmt ist, ein Durchschnittsstromwert in einem vorher bestimmten Zeitabschnitt als Kriterium für eine Beurteilung des Synchronzustandes des Synchronisiermechanismus 35 verwendet, so daß hier außerdem der Vorteil besteht, daß eine genaue Beurteilung abhängig von Veränderungen der Fahrbedingungen, wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Öffnungsgrad der Beschleunigungseinrichtung und dergleichen durchgeführt werden.
Außerdem wird bei Umschalten des Antriebszustands von 2WD auf Zentraldifferential-4WD der Antriebszustand auf Zentraldifferential-4WD umgeschaltet, während der Freilaufmechanismus 5 gesperrt ist. Deshalb kann ein Fehleingriff zwischen der 2WD/4WD-Schaltmuffe 34 und dem Kupplungszahnrad 33 aufgrund eines Zusammenbruches der Synchronisation auf der Seite der nicht angtriebenen Räder verhindert werden, und außerdem besteht der Vorteil, daß eine Verschlechterung der Standfestigkeit etc. der VCU 47 aufgrund eines Leerlaufs der Zentraldifferential-Einheit verhindert werden kann.
Darüber hinaus wird auch, wenn sich der Synchronisiermechanismus 35 in einem Synchronzustand befindet, ein Sperren des Freilaufmechanismus 5 verhindert, wenn die Drehzahldifferenz zwischen Vorderrädern und Hinterrädern, die auf der Basis von Erfassungssignalen der Drehzahlsensoren 66, 67 für die hintere und vordere Gelenkwelle errechnet wurde, einen vorher bestimmten Wert überschreitet. Deshalb besteht der Vorteil, daß verhindert wird, daß eine Last aufgrund eines Fehleingriffs, der durch die Drehzahldifferenz zwischen den Kupplungszahnrädern 72, 73 verursacht wurde, auf den Freilaufmechanismus 5 übertragen wird.
Da der Schaltzustand des Verteilergetriebes an der Anzeigeleuchte 116 angezeigt wird, besteht außerdem der Vorteil, daß der Fahrer während des Schaltens nicht beschleunigen, verzögern, lenken etc. muß.
Obwohl bei der oben erwähnte Ausführungsform ein Planetengetriebe als Zentraldifferential-Einheit 40 verwendet wurde, kann ein Kegelradgetriebe verwendet werden. Außerdem ist der Differentialmechanismus mit begrenztem Schlupf nicht auf die VCU 47 beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, eine HTU oder eine Naß-Mehrscheibenkupplung zu verwenden.
Obwohl bei der beschriebenen Ausführungsform die Drehzahldifferenz zwischen Vorderrädern und Hinterrädern auf der Basis von Erfassungssignalen von den Drehzahlsensoren 66, 67 für die hintere und vordere Gelenkwelle errechnet wurde, kann die Vorderachswelle 17 mit einer Drehzahlerfassungseinrichtung versehen sein, so daß die Drehzahldifferenz zwischen den Vorderrädern und Hinterrädern auf der Basis wohl eines Erfassungssignals von dieser Drehzahlerfassungseinrichtung als auch eines Signals von dem Drehzahlsensor 67 für die vordere Gelenkwelle errechnet wird.
Darüber hinaus ist es möglich, die Antriebszustands-Schalteinheit dieser Ausführungsform nicht nur bei dem vorstehend erwähnten Vierradantrieb zu verwenden, das mit einem 2WD-Modus und einem Zentraldifferential-4W-Modus ausgestattet ist, sondern auch bei einem Vierradantriebsfahrzeug, das mit einem 2WD-Modus und einem Direkt-4WD-Modus ausgestattet ist.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus als Drehzahländerungs-Stufenschalteinheit für eine Schaltung einer Stufe einer Drehzahländerung entsprechend der Schaltbetätigung eines Fahrer aufgebaut. Die 15 bis 17 zeigen die Drehzahländerungs-Stufenschalteinheit der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese in einem systematischen Aufbaudiagramm in 15 gezeigte Ausführungsform wird anhand eines Falles beschrieben, in dem die Drehzahländerungs-Stufenschalteinheit als automatisches Kupplungssystem für ein Fahrzeug aufgebaut ist.
Wie es in 15 gezeigt ist, besteht dieses automatische Kupplungssystem im wesentlichen aus einem Getriebe 200, einem Motor 201, einer Kupplung (Antriebskraft-Übertragungskupplung) 202 für eine Trennung und Verbindung der Übertragung einer Antriebskraft von dem Motor 201 auf das Getriebe 200, einer elektronischen Getrieberegelungseinheit (nachstehend als T/M-ECU bezeichnet) 203 für eine Regelung des Getriebes 200 und einer elektronischen Motorregelung, (nachstehend als Motor-ECU bezeichnet) 204 für eine Regelung des Motors 201.
Während als Getriebe 200 ein allgemeines Handschaltgetriebe verwendet werden kann, ist dieses automatische Kupplungssystem mit einem Kupplungsstellglied 205 ausgestattet, um einen Kupplungsvorgang ohne Verwendung eines Kupplungspedals automatisch durchzuführen. Es ist außerdem mit einem Verstellantrieb (elektrischem Stellantrieb) 206 ausgestattet, um ein Schalten eines Schalthebels automatisch durchzuführen. Das Kupplungsstellglied 205 und den Verstellantrieb 206 werden durch die T/M-ECU 203 geregelt.
16 zeigt schematisch einen Teil des Schaltmechanismus in dem Getriebe 200 (bei dieser Ausführungsform wird als Beispiel ein Teil eines Schaltmechanismus für eine erste oder zweite Drehzahl gezeigt). Wie es in 16 gezeigt ist, sind ein Zahnrad 221 für eine erste Drehzahl und ein Zahnrad 222 für eine zweite Drehzahl so auf einer Hauptwelle 220 gelagert, daß sie sich frei drehen können. Zwischen dem Zahnrad 221 für die erste Drehzahl und dem Zahnrad 222 für die zweite Drehzahl ist eine Kupplungsnabe (erstes Zahnrad) 223 für die erste und zweite Drehzahl fest auf der Hauptwelle 222 angebracht. Eine Muffe (Zahnradverbindungselement) 224 kämmt mit dem äußeren Umfang der Kupplungsnabe 223 für die erste und zweite Drehzahl, so daß sie frei axial verschiebbar ist. Das Zahnrad 221 für die erste Drehzahl und das Zahnrad 222 für die zweite Drehzahl sind einteilig mit einem Kupplungszahnrad (zweites Zahnrad) 225 für eine erste Drehzahl bzw. einem Kupplungszahnrad (zweites Zahnrad) 226 für eine zweite Drehzahl ausgebildet.
Außerdem sind Synchronisiermechanismen 230, 240 zwischen der Kupplungsnabe 223 für die erste und zweite Drehzahl und dem ersten Kupplungszahnrad 225 bzw. zwischen der Kupplungsnabe 223 für die erste und zweite Drehzahl und dem zweiten Kupplungszahnrad 226 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist der Synchronisiermechanismus 230, 240 ein Doppelkonustyp. Der Synchronisiermechanismus 230 auf der Seite des Kupplungszahnrades 225 für die erste Drehzahl ist aus einem Zentralkonus 233, der integral durch das Kupplungszahnrad 225 für die erste Drehzahl gelagert ist, einem innerhalb des zentralen Konus 232 angeordneten Innenring 233, und einem Außenring 241 aufgebaut, der so außerhalb des Zentralkonus 232 angeordnet ist, daß er an der Muffe 224 angreift.
Außerdem ist der Synchronisiermechanismus 240 auf der Seite des Kupplungszahnrades 226 für die zweite Drehzahl aus einem Zentralkonus 244, der integral durch das Kupplungszahnrad 226 für die erste Drehzahl gelagert ist, einem innerhalb des Zentralkonus 242 angeordneten Innenring 243 und einem Außenring aufgebaut, der außerhalb des Zentralkonus 242 so angeordnet ist, daß er an der Muffe 224 angreift.
Bei einem solchen Aufbau werden bei Bewegung der Muffe 224 zur Seite des Zahnrades 221 für die erste Drehzahl für ein Eingreifen an dem ersten Kupplungszahnrades 225 über den Synchronisiermechanismus 230, die Kupplungsgabel 223 für die erste und zweite Drehzahl und das Kupplungszahnrad 225 für die erste Drehzahl verbunden, wodurch die Drehzahlveränderungsstufe auf die erste Drehzahl geschaltet wird. Umgekehrt werden durch Bewegung der Muffe 224 auf die Seite des Zahnrades 222 für die zweite Drehzahl die Kupplungsnabe 223 für die erste und zweite Drehzahl und das Kupplungszahnrad 226 für die zweite Drehzahl verbunden, wodurch die Drehzahländerungsstufe auf die zweite Drehzahl geschaltet wird.
Der vorstehend erwähnte Verstellantrieb 206 wird mit der Muffe 224 über eine Schaltgabel 227 verbunden. Wenn der Verstellantrieb 206 durch einen Elektromotor 228 angetrieben wird, verursacht es eine Axialbewegung der Muffe 224. In der T/M-ECU 203 wird ein Druck für eine Bewegung der Muffe 224 eingestellt, indem ein dem Elektromotor 228 zugeführter Stromwert geregelt wird, und insbesondere indem ein Stromanzeigewert (Sollwert bei einer Regelung) gesetzt wird.
Ein Öffnungssignal einer Beschleunigungseinrichtung, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, ein Motordrehzahlsignal, ein Eingangswellendrehzahlsignal von dem Getriebe 200, ein Ausrückwegsignal von einer Kupplung 202, und ein Schaltknopfsignal (Schaltwahlsignal) werden in die T/M-ECU 203 eingegeben. Auf der Basis dieser verschiedenen Eingangssignale und einer Veränderung eines Stromwertes (Überwachungsstromwert) der tatsächlich dem elektrischen Motor 228 zugeführt wird, regelt die T/M-ECU 203 das Kupplungsstellglied 205 und der Verstellantrieb 206, während die Ausgangsleistung des Motors 201 durch die Motor-ECU 204 eingestellt wird. Hierdurch wird ein Schalten der Drehzahlstufe, die durch Betätigung eines Schaltknopfes (nicht gezeigt) durch den Fahrer gewählt wurde, erreicht.
Anhand des Zeitdiagramms von 17 wird der Schaltvorgang und die Regelung einer Stufe einer Drehzahländerung durch diese Drehzahländerungs-Stufenregeleinheit nachstehend mit Bezugnahme auf 16 beschrieben. Es wird bei dieser Ausführungsform angenommen, daß die Stufe der Drehzahländerung zuerst auf die erste Drehzahl gesetzt ist und dann auf die zweite Drehzahl umgeschaltet wird.
Wenn angenommen wird, daß eine Drehzahlveränderung zu einem Zeitpunkt t₀ durch Betätigung eines Schaltknopf durch einen Fahrer gestartet wird, verringert die TIM-ECU 203 allmählich einen Motorausgangsleistungs-Anzeigewert der an die Motor-ECU 204 gesandt wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Motorausgangsleistungs-Anzeigewert den Wert Null erreicht, so daß die Motorausgangsleistung unterbrochen ist (Zeitpunkt t₁), wird der Ausrückweg des Kupplungsstellgliedes 205 maximiert und der Stromanzeigewert wird für den elektrischen Motor 228, der den Verstellantrieb 206 antreibt, auf einen vorher bestimmten ersten Anzeigewert gesetzt.
Der durch den Elektromotor 228 angetriebene Verstellantrieb 206 beginnt die mit dem Kupplungszahnrad 222 für die erste Drehzahl in Eingriff stehende Muffe 224 auf die Seite des Kupplungszahnrads 225 für die zweite Drehzahl zu schieben. Durch diese Bewegung des Verstellantriebes 206 werden die Muffe 224 und das Kupplungszahnrad 225 für die erste Drehzahl getrennt. Hierbei wirkt ein Schiebewiderstand zwischen der Muffe 224 und dem Kupplungszahnrad 225 für die erste Drehzahl. Um eine Kraft auszuüben, die diesem Schiebewiderstand entgegengesetzt wird, wird der durch den Elektromotor 228 fliegende Stromwert (Überwachungsstromwert) zeitweise erhöht, er wird jedoch allmählich verringert, wenn die Trennung zwischen der Muffe 224 und dem Kupplungszahnrad 225 für die erste Drehzahl fortschreitet. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Muffe 224 und das Kupplungszahnrad 225 für die erste Drehzahl getrennt sind (t₂) wird der Stromwert im wesentlichen konstant.
Die von dem Kupplungszahnrad 225 für die erste Drehzahl getrennte Muffe 224 wird weiter auf die Seite des Zahnrads 222 für die zweite Drehzahl geschoben, wodurch der Außenring 241 des Synchronisiermechanismus 240 gegen den Zentralkonus 242 gedrückt wird. Hierdurch tritt eine Reibungskraft zwischen dem Zentralkonus 242 und dem Außenring 241 und zwischen dem Zentralkonus 242 und dem Innenring 243 auf. Deswegen wird die Synchronisation zwischen der Muffe 224 und dem Kupplungszahnrad 226 für die zweite Drehzahl, d. h. die Synchronisation zwischen der Kupplungsnabe 223 für die erste und zweite Drehzahl und dem Kupplungszahnrad 226 für die zweite Drehzahl begonnen.
Wenn die Synchronisation durch den Synchronisiermechanismus 240 auf diese Weise gestartet wird, wird eine Bewegung der Muffe 224 zeitweise durch den Außenring 241 blockiert und geht in einen verzögerten oder Anhaltezustand über, so daß der dem Elektromotor 228 zuzuführende Stromwert allmählich dem auf die Muffe 224 ausgeübten Widerstand entsprechend erhöht wird (siehe einen Abschnitt mit schräger Linie in 17). Eine Beurteilungseinrichtung 250, die ein funktionales Element der T/M-ECU 203 bildet, beurteilt daher zu einem Zeitpunkt t₃, an dem eine Erhöhung des Stromwertes bestätigt wurde, daß eine Synchronisation gestartet wurde. Wenn beispielsweise die Differenz zwischen einem überwachten Stromwert und einem Durchschnittsstromwert einen vorher bestimmten Schwellwert nach einem Zeitpunkt t₂ überschreitet, zu dem ein Stromwert im wesentlichen konstant geworden ist, beurteilt die Bestätigung einer Erhöhung des Stromwertes vorzugsweise daß die Synchronisation durch den Synchronisiermechanismus gestartet wurde.
Wenn der Beginn der Synchronisation durch den Synchronisiermechanismus 240 durch die Beurteilungseinrichtung 250 beurteilt wurde (Zeitpunkt t₃), setzt die T/M-ECU 203 den auf den ersten Anzeigewert gesetzten Stromwert auf den zweiten Anzeigewert, der geringer ist als der erste Anzeigewert. Dieser zweite Anzeigewert wird entsprechend einem Übersetzungsverhältnis (bei dieser Ausführungsform ein Übersetzungsverhältnis der zweiten Drehzahl) gesetzt, und der Anzeigewert wird kleiner gesetzt als die Verhältnisse der Drehzahländerungen voneinander entfernt sind.
Durch Setzen des Stromanzeigewerts auf den zweiten Anzeigewert werden die Muffe 224 und das Kupplungszahnrad 226 für die zweite Drehzahl bei einer Drehzahl miteinander verbunden, die einem Verhältnis der Drehzahländerung entspricht. Hierbei wird der Stromwert, der zeitweise verringert wird, wenn der Stromanzeigewert auf den zweiten Anzeigewert geändert wird, wieder erhöht. Er wird sich jedoch bei einem konstanten oder annähernd konstanten Wert nicht weiter ändern.
Der Überwachungsstromwert wird zu diesem Zeitpunkt auf eine andere Weise verändert, wie der Stromanzeigewert bei der ersten Ausführungsform von dem ersten Anzeigewert auf den zweiten Anzeigewert verändert wird (siehe 5). Dies liegt an dem Unterschied in dem Synchronisiervermögen (Synchronvermögen). Wenn das Synchronisiervermögen größer ist, wird die Kraft zur Bewegung der Muffe geringer und deswegen wird der dem Elektromotor zuzuführende Stromwert (Überwachungsstromwert) geringer. Da jedoch ein Unterschied im Synchronisiervermögen zwischen dem Synchronisiermechanismus des Getriebes und dem Synchronisiermechanismus des Verteilergetriebes vorhanden ist, und das letztgenannte ein größeres Synchronisiervermögen hat, unterscheidet sich die Veränderung des Überwachungsstromwertes bei dieser Ausführungsform von der der ersten Ausführungsform.
Zu einem Zeitpunkt t₄, zu dem eine vorher bestimmte Zeit abgelaufen ist, seit dem der Stromwert konstant oder annähernd konstant geworden ist, beurteilt die Beurteilungseinrichtung 250, daß der Eingriff zwischen der Muffe 224 und dem Kupplungszahnrad 226 für die zweite Drehzahl vollendet ist und daß so ein Schalten zur zweiten Drehzahl (Gangschalten) beendet ist.
Auf der Basis dieser Beurteilung der Beendigung des Schaltens durch die Beurteilungseinrichtung 250 verringert die T/M-ECU 203 einen Ausrückweg-Anzeigewert allmählich, während ein Motorausgangsleistungs-Anzeigewert allmählich ansteigt, um die Motorausgangsleistung einzustellen. Auf diese Weise wird die Kupplung 202 eingerückt. Die T/M-ECU 203 verringert den Relaishub-Anzeigewert auf Null wenn der Motorausgangsleistungs-Anzeigewert auf einen Wert erhöht ist, der dem Öffnungsgrad der Beschleunigungseinrichtung entspricht. Hierdurch wird die Kupplung 202 aus einem Halb-Kupplungs-Betriebszustand in einen Direkt-Kupplungszustand verstellt. Nachdem die Beendigung des Schaltens beurteilt wurde, wird der Stromanzeigewert auf Null gesetzt, wodurch die Stromzufuhr zu dem Elektromotor 228 gestoppt wird.
Das vorstehend beschriebene Verfahren wird auch bei anderen Drehzahländerungsstufen angewendet. Deshalb wird auf der Basis einer Veränderung des Überwachungsstromwertes bei dem Verstellantrieb 206 die Beurteilung der Synchronisation des Synchronisiermechanismus und die Beurteilung der Beendigung des Verstellschaltens durchgeführt. Auf der Basis der Beurteilung der Synchronisation wird eine Gangschaltregelung durchgeführt und auf der Basis der Beurteilung der Beendigung der Gangschaltung, wird eine Regelung des Eingriffs der Kupplung 202 durchgeführt.
Somit wird bei der die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildenden Drehzahländerungsstufenschalteinheit der Beginn der Synchronisation durch den Synchronisiermechanismus 230, 240 aus einer Veränderung des Stromwertes (Überwachungsstromwertes) beurteilt, der dem Elektromotor 226 zugeführt wird, der den Verstellantrieb 206 antreibt. Deshalb besteht ein Vorteil darin, daß die Kosten ohne Bereitstellung zugeordneter Sensoren, Schalter etc. verringert werden können.
Durch Beurteilung einer Synchronisation auf der Basis einer Veränderung des Überwachungsstromwertes wird darüber hinaus der Vorteil erreicht, daß eine genaue Beurteilung möglich ist, die einer individuellen Differenz des Schiebewiderstands zweiter Elemente, einer säkularen Veränderung, und einer Veränderung der Fahrbedingungen, wie z. B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Öffnungsgrades einer Beschleunigungseinrichtung und dgl. entsprechen.
Außerdem kann die Zeit zum Starten der Synchronisation verkürzt werden, indem bis zum Beginn der Synchronisation der Stromanzeigewert auf einen ersten Anzeigewert gesetzt wird, der relativ groß ist, und außerdem können Zahnräder bei einer Drehzahl verbunden werden, die einem Verhältnis der Drehzahländerung entspricht, indem der Stromanzeigewert auf den zweiten Anzeigewert gesetzt wird, der einem Drehzahländerungsverhältnis der Drehzahländerungsstufen nach dem Start der Synchronisation entspricht. Deshalb kann ein Zahnradmahlen oder eine überlast verhindert werden. Es besteht daher der Vorteil, daß ein schnelles und zuverlässiges Umschalten einer Drehzahlveränderungsstufe realisiert wird.
Darüber hinaus wird die Beendigung des Gangschaltens außerdem auf der Basis einer Veränderung des Stromwertes (Überwachungsstromwertes) beurteilt, der dem Elektromotor 228 zugeführt wird, so daß die Kosten ohne Bereitstellung zugeordneter Sensoren, Schalter etc. reduziert werden können, und es wird außerdem möglich, die Kupplung 202 zu einem geeigneten Zeitpunkt einzurücken. Deshalb besteht auch der Vorteil, daß der Nachteil des Zahnradmahlens aufgrund des Einrückzeitpunkts der Kupplung 202 vor Beendigung des Schaltvorgngs und das Gefühl der Inkompatibilität des Fahrers aufgrund der Verzögerung der Einrückzeit der Kupplung 202 durch die Beendigung des Gangschaltens verhindert werden können.
Die Antriebszustands-Schalteinheit zum Schalten eines Antriebszustands zwischen einem 2WD-Modus und einem Zentraldifferential-4WD-Modus und die Drehzahlveränderungs-Stufenschalteinheit mit seinem automatischen Kupplungssystem wurden als Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern es können verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. Einheiten, die ein Umschalten eines Antriebszustands durch Verbindung von Zahnrädern über einen Synchronisiermechanismus durchführen und ebenfalls die Beurteilung einer durch den Synchronisiermechanismus durchgeführten Synchronisation benötigen, sind nicht auf die oben beschriebene Antriebszustands-Schalteinheit und Drehzahlveränderungs-Stufenschalteinheit begrenzt, sondern sind in großem Maße anwendbar.
Der erfindungsgemäße Synchronisiermechanismus ist nicht auf den Doppelkonus-Synchronisiermechanismus beschränkt, der bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, sondern umfaßt verschiedene Arten von Synchronisiermechanismen, wie z. B. Keil-Synchronisiermechanismus etc.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben wurde, ist die erfindungsgemäße Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus bei Einheiten nützlich, die eine genaue Beurteilung der durch einen Synchronisiermechanismus durchgeführten Synchronisation erfordert. Sie ist insbesondere als Antriebszustands-Schalteinheit für ein Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb nützlich, bei dem ein Antriebszustand zwischen einem Zweiradantriebszustand und einem Vierradantriebszustand umgeschaltet wird. Außerdem ist sie als Drehzahländerungs-Stufenschalteinheit für eine automatisches Kupplungssystem nützlich, die automatisch eine Kupplungsbetätigung und einen Schaltvorgang durchführt.

Claims

Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus, umfassend – ein erstes Zahnrad (32, 223) und ein zweites Zahnrad (33, 225, 226), die koaxial angeordnet sind, – ein Zahnradverbindungselement (34, 224), das axial bewegbar ist, so dass das erste Zahnrad (32, 223) und das zweite Zahnrad (33, 225, 226) verbunden werden können, – einen Synchronisiermechanismus (35, 230, 240), der zwischen dem ersten Zahnrad (32, 223) und dem zweiten Zahnrad (33, 225, 226) angeordnet ist, – einen elektrischen Stellantrieb (50, 206) für eine Bewegung des Zahnradverbindungselementes (34, 224), – eine Regeleinrichtung (100, 203) für eine Regelung eines Speisestroms zum elektrischen Stellantrieb (50, 206), und – eine Beurteilungseinrichtung (102, 250) für eine Beurteilung der Synchronisation des Synchronisiermechanismus (35, 230, 240) auf der Basis einer Veränderung eines Speisestromwertes zu dem elektrischen Stellantrieb (50, 206), dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (100, 203) den Speisestrom durch Setzen eines Stromanzeigewerts für den elektrischen Stellantrieb (50, 206) regelt, wobei die Regeleinrichtung (100, 203) den Stromanzeigewert auf einen ersten Anzeigewert setzt, bis die Beurteilungseinrichtung (102, 250) beurteilt, dass sich der Synchronisiermechanismus (35, 230, 240) in einem Synchronzustand befindet, und die Regel einrichtung (100, 203) den Stromanzeigewert auf einen zweiten Anzeigewert setzt, der kleiner ist als der erste Anzeigewert, wenn beurteilt wird, dass sich der Synchronisiermechanismus (35, 230, 240) in einem Synchronzustand befindet.
Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungseinrichtung (102, 250) den Speisestromwert mit einem Durchschnitts-Speisestromwert für eine vorher bestimmte Zeit vergleicht, und wenn eine Differenz zwischen dem Speisestromwert und dem Durchschnitts-Speisestromwert einen vorher bestimmten Wert überschreitet, beurteilt, dass sich der Synchronisiermechanismus (35, 230, 240) in einem Synchronzustand befindet.
Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus nach Anspruch 1, die in einem Fahrzeug mit zuschaltbarem Vierradantrieb vorgesehen ist und als Antriebszustands-Schalteinheit aufgebaut ist, die ein Umschalten eines Antriebszustands zwischen einem Zweiradantriebszustand und einem Vierradantriebszustand durchführt, gekennzeichnet durch einen Schaltmechanismus (30) für ein Umschalten des Zweiradantriebszustands und des Vierradantriebszustands durch Umschalten einer Eingriffsbeziehung zwischen mehreren Zahnrädern (31, 32) durch den Synchronisiermechanismus (35), wobei die Beurteilungseinrichtung (102) auf der Basis einer Veränderung des Speisestroms zu dem elektrischen Stellantrieb (50) eine Synchronisation des Synchronisiermechanismus (35) beurteilt, nachdem ein Antriebszustand von einem Zweiradantriebszustand auf einen Vierradantriebszustand durch den Schaltmechanismus (30) begonnen wurde.
Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch – eine Kupplungseinheit (5), die zwischen einem der Räder (80, 81), die während des Zweiradantriebszustands nicht angetrieben werden, und einem Differentialmechanismus (7) auf der anderen Seite der Räder (80, 81) angeordnet ist, um die Übertragung der Antriebskraft von dem Differentialmechanismus (7) auf die Räder (80, 81) während des Zweiradantriebszustands zu trennen und um die Übertragung der Antriebskraft von dem Differentialmechanismus (7) auf die Räder (80, 81) während des Vierradantriebszustands zu übertragen, und – eine Betätigungseinrichtung (76) für eine Betätigung der Kupplungseinheit (5), – wobei, wenn die Beurteilungseinrichtung (102) beurteilt, dass sich der Synchronisiermechanismus (35) in einem Synchronzustand befindet, die Regeleinrichtung (100) den Synchronzustand des Synchronisiermechanismus (35) durch Regelung des Speisestroms zu dem elektrischen Stellantrieb (50) aufrechterhält und außerdem die sich in einem Nichtantriebszustand befindlichen Räder (80) in einen Antriebszustand schaltet, indem die Kupplungseinheit (5) mit der Betätigungseinrichtung (76) betätigt wird, und nach Beendigung des Umschaltens der Räder (80, 81) in den Antriebszustand die Regeleinrichtung (100) den Speisestrom zu dem elektrischen Stellantrieb (50) steuert, um die Aufrechterhaltung des Synchronzustands des Synchronisiermechanismus (35) freizugeben und das Umschalten in den Vierradantriebszustand zu vollenden.
Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch – eine Erfassungseinrichtung (66, 67) zur Erfassung eines Drehzahlunterschieds zwischen den Rädern (80, 81), die während des Zweiradantriebs nicht angetrieben werden, und Rädern (82, 83), die immer angetrieben werden, und – eine Verhinderungseinrichtung (103) für eine Verhinderung des Umschaltens der Räder (80, 81) in einen Antriebszustand, das durch die Kupplungseinheit (5) durchgeführt wird, wenn der durch die Erfassungseinrichtung (66, 67) erfasste Drehzahlunterschied einen bestimmten Wert überschreitet.
Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus nach Anspruch 1, die als Drehzahländerungs-Stufenschalteinheit für eine Umschaltung einer Stufe einer Drehzahländerung entsprechend einer Schaltbetätigung eines Fahrers aufgebaut ist, gekennzeichnet durch einen Schaltmechanismus (200) für ein Umschalten einer Stufe einer Drehzahländerung entsprechend einer Schaltposition, die durch einen Fahrer gewählt wird, indem eine Eingriffsbeziehung zwischen den mehreren Zahnrädern (223, 225, 226) über den Synchronisiermechanismus (230, 240) umgeschaltet wird, wobei die Beurteilungseinrichtung (250) die Synchronisation des Synchronisiermechanismus (230, 240) auf der Basis einer Veränderung des Speisestroms zu dem elektrischen Stellantrieb (206) beurteilt, nachdem ein Umschalten der Drehzahländerungsstufe durch den Schaltmechanismus (200) begonnen wurde.
Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (203) den Speisestrom durch Setzen eines Stromanzeigewerts für den elektrischen Stellantrieb (206) regelt und den Stromanzeigewert auf einen vorher bestimmten Wert entsprechend einem Drehzahländerungsverhältnis der Drehzahländerungsstufen setzt, wenn die Beurteilungseinrichtung (250) beurteilt, dass sich der Synchronisiermechanismus (230, 240) in einem Synchronzustand befindet.
Antriebszustands-Schalteinheit mit einem Synchronisiermechanismus nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch – eine Kupplung (202) für eine Verbindung oder Trennung einer Antriebskraft, die zwischen einem Motor (201) und dem Schaltmechanismus (200) angeordnet ist, und – einen Stellantrieb (205), der ein Einrücken und Ausrücken der Kupplung (202) durchführt, – wobei die Regeleinrichtung (203) den Stellantrieb (205) nach Setzen des Stromanzeigewerts auf den vorher bestimmten Wert regelt, um das Einrücken der Kupplung (202) zu beginnen, wenn der Speisestrom einen konstanten oder annähernd konstanten Wert hat.