JP2001277896A - インタアクスルデフ装置及びその制御方法 - Google Patents

インタアクスルデフ装置及びその制御方法

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JP2001277896A
JP2001277896A JP2000091899A JP2000091899A JP2001277896A JP 2001277896 A JP2001277896 A JP 2001277896A JP 2000091899 A JP2000091899 A JP 2000091899A JP 2000091899 A JP2000091899 A JP 2000091899A JP 2001277896 A JP2001277896 A JP 2001277896A
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slip
differential
interaxle differential
output shaft
interaxle
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JP2000091899A
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Keishin Murakami
敬信 村上
Yukio Sugano
幸夫 菅野
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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    • B60K23/00Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for
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    • B60K23/0808Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for changing number of driven wheels, for switching from driving one axle to driving two or more axles for varying torque distribution between driven axles, e.g. by transfer clutch
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K28/10Safety devices for propulsion-unit control, specially adapted for, or arranged in, vehicles, e.g. preventing fuel supply or ignition in the event of potentially dangerous conditions responsive to conditions relating to the vehicle 
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/10Change speed gearings
    • B60W2510/104Output speed

Abstract

(57)【要約】 【課題】 荷重が偏在するような場合にも、スリップを
防止して安定な走行が可能なインタアクスルデフを提供
する。 【解決手段】 インタアクスルデフ13と、インタアク
スルデフロック21とを備えたインタアクスルデフ装置
において、トランスミッション出力軸24の回転数N
1、インタアクスルデフ13の前側出力軸25の回転数
N2、及び後側出力軸26の回転数N3のうち、少なく
ともいずれか1つを検出する第1〜第3回転検出器2
7,28,29を備え、この回転数N1,N2,N3に
基づいて前輪2のスリップの兆候を検知し、スリップの
兆候があった場合に、インタアクスルデフロック21に
デフロック信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両のインタアク
スルデフ及びこれをロックするインタアクスルデフロッ
クに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、アーティキュレート式ダンプ
トラックのような、機械式の、前後輪等の複数軸を駆動
する複軸駆動車両が知られており、図1はその側面図で
ある。同図において、エンジン10の出力は、トルクコ
ンバータ14及びトランスミッション11を介して、ト
ランスファ装置12によってフロントデフ15とリアデ
フ16,18に分けて伝達される。
【0003】トランスファ装置12には、エンジン10
の出力を前輪2と後輪4とに所定の比率で分配する差動
装置であるインタアクスルデフ13が設けられている。
インタアクスルデフ13は、例えば旋回時などに前輪2
と後輪4とで負荷が異なる場合に、前輪2と後輪4との
回転差を吸収するために、タイヤの移動距離に応じて前
後輪2,4の回転差をつけるもので、車両の走行をスム
ーズにする働きをしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アーティキュレート式ダンプトラックの走行には、次に
述べるような問題がある。例えば、積荷を積んで坂道を
登坂するような場合には、車体の後部が沈み込み、前部
が浮き上がる。これにより、前後輪2,4の負荷比が後
輪4に大きく偏ることになる。このとき、路面が軟弱地
であったり、凹凸があったりすると、前輪2がスリップ
してしまうことがある。
【0005】ところが、インタアクスルデフ13は、前
後輪2,4に決まった比率のトルクを強制的に配分する
ようにしているため、インタアクスルデフ13を機能さ
せた状態では、エンジン10の出力のうち常に決まった
比率のトルクが前輪2に伝わる。そのため、前輪2のス
リップが起きると、負荷が軽くなった前輪2の回転がま
すます増大して空転することになる。さらに、インタア
クスルデフ13により、車両全体の駆動力は前後輪2,
4の路面伝達トルクのうち、小さいほうに依存する。そ
のため、前輪2のスリップが発生すると車両の加速度は
小さくなり、場合によっては後輪4が停止して前輪2の
みが激しく空転し、車両が停止することになる。さらに
は、このようなトルク抜けによって前輪2が浮き上がる
スクワット現象が収まり、前輪2が着地して接地圧を取
り戻すと再び駆動力によってスクワットが発生し、前輪
がスリップする。このような、前輪のグリップとスリッ
プとの繰り返しにより、車両が殆んど前進せず、その場
でピッチングを起こして走行が困難になることがある。
【0006】このような問題は、例えばリターダブレー
キをかけながら、バックで坂道を降りるような場合にも
発生する。この場合にも、リターダブレーキのブレーキ
トルクによって後輪4に荷重が偏り、車両の前輪2が浮
き上がってスリップして空転することがある。
【0007】本発明は、上記の問題に着目してなされた
ものであり、荷重が偏在するような場合にも、スリップ
を防止して安定な走行が可能なインタアクスルデフを提
供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、本発明は、車両の駆動輪である前
後輪にトルクを所定の比率で配分するインタアクスルデ
フの制御方法において、駆動輪にスリップの兆候が現れ
るとインタアクスルデフをロックしている。
【0009】上述したように、例えば積荷を積んで登坂
路を走行する場合、及びブレーキをきかせながら降坂路
をバックする場合などには、後輪に非常に大きな負荷が
かかり、前輪がスリップしやすくなる。従って、例えば
前輪のスリップを監視し、スリップ防止のための対策を
行なうことによって、安定した走行が可能となる。そし
て、スリップした場合には、インタアクスルデフをロッ
クすることにより、前輪と後輪とが直結される。これに
より、負荷に関わらず前後輪の回転数が、それぞれ所定
の一定回転数となる。従って、前輪が空転してもその回
転数がどんどん上がっていくということがなく、スリッ
プから回復する可能性が大きくなる。また、後輪にもト
ルクが伝わるため、そのグリップ力によって車両は走行
を続けることができる。このように、スリップを確実に
防止でき、車体のピッチングや停止を防止でき、安定走
行が可能である。
【0010】また本発明は、駆動輪である前後輪にトル
クを所定の比率で配分するインタアクスルデフと、これ
をロックするインタアクスルデフロックと、インタアク
スルデフロックを制御する制御装置とを備えた車両のイ
ンタアクスルデフ装置において、トランスミッション出
力軸の回転数、インタアクスルデフの前側出力軸の回転
数、及び後側出力軸の回転数のうち、少なくともいずれ
か1つを検出する第1〜第3回転検出器と、この回転数
に基づいて駆動輪のスリップの兆候を検知し、スリップ
の兆候があった場合に、インタアクスルデフロックにデ
フロック信号を出力する。
【0011】即ち、例えば後輪に荷重が偏った状態で前
輪にスリップが起きると、前輪が浮き上がりと着地を繰
り返すので、前輪の回転数は周期的に増減する。従っ
て、インタアクスルデフの前側出力軸の回転数や、その
時間変化率である軸回転加速度の振幅及び周期を検出す
ることにより、正確にスリップの兆候を検出可能であ
る。また、インタアクスルデフの働きにより、後側出力
軸の回転数は前側出力軸の回転数の増減と反対に増減す
るので、回転数や、その時間変化率である軸回転加速度
を検出することにより、正確にスリップの兆候を検出可
能である。さらには、スリップが起きて空転が激しくな
ると、路面への総伝達トルクが減少する。これにより、
エンジン負荷が減少し、特にアクセル全開時にはエンジ
ン回転が急激に大きくなって、トランスミッション出力
軸の回転数も上昇する。逆に、スリップしている例えば
前輪の車軸が着地によってグリップを回復すると、エン
ジン負荷トルクが増大するため、エンジン回転数が下が
る。従って、トランスミッション出力軸の回転数やその
軸回転加速度を検出することにより、正確にスリップの
兆候を検出可能である。このように、回転数の少なくと
もいずれか1つを検出することにより、正確にスリップ
の兆候を検出可能である。従って、これに基づいてイン
タアクスルデフをロックすることにより、スリップを確
実に防止でき、正常な運転を回復することができる。特
に、一般的に車両においては、トランスミッション出力
軸の回転数を検出するための回転数検出器を常に備えて
いるので、新たに検出器を設ける必要がなく、スリップ
を容易に検出が可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図を参照しながら、本発明
に係る実施形態を詳細に説明する。尚、実施形態におい
て、前記従来技術の説明に使用した図と同一の要素には
同一符号を付し、重複説明は省略する。
【0013】図1は、本実施形態に係る機械式複軸駆動
車両の側面図を示しており、アーティキュレート式ダン
プトラックを例にとっている。図2は、そのシステムブ
ロック図である。同図において、前輪2を有する前部車
体1と、後輪4,4を有する後部車体3とが、図示しな
い連結装置によって連結されている。前部車体1には運
転室が設けられ、後部車体3には土砂等を積載するダン
プボディ5が搭載されている。
【0014】アーティキュレート式ダンプトラックは、
すべての車輪2,4を駆動する全輪駆動方式になってい
る。エンジン10の出力軸はトルクコンバータ14の入
力軸と接続し、トルクコンバータ14の出力軸はトラン
スミッション11の入力軸と接続し、トランスミッショ
ン出力軸24は出力を前輪2と後輪4とに分けて伝達す
るトランスファ装置12に接続している。
【0015】トランスファ装置12には、入力を前輪2
と後輪4とに分配し、また前輪2と後輪4との回転差を
吸収するために、差動装置であるインタアクスルデフ1
3が設けられている。このインタアクスルデフ13に
は、これをロックして差動装置を非作動状態にし、イン
タアクスルデフ13の前側出力軸25と後側出力軸26
とを直結するインタアクスルデフロック21(以下、デ
フロック21)が設けられている。デフロック21は、
制御装置20から電気的に接続された電磁弁22にデフ
ロック信号が出力され、電磁弁22からデフロック21
に圧油が送られることにより、ロック作動される。ま
た、デフロック解除信号が出力されると、デフロック2
1は解除され、インタアクスルデフ13が作動して、所
定の比率のトルクが前後輪2,4に配分される。
【0016】トランスミッション出力軸24、インタア
クスルデフ13の前側出力軸25、及び後側出力軸26
には、それぞれの回転数N1,N2,N3を検出する、
第1〜第3回転検出器27,28,29が配設されてい
る。第1〜第3回転検出器27,28,29は制御装置
20に接続され、制御装置20はこれらの出力信号に基
づいて各軸24,25,26の回転数N1,N2,N3
を演算によって検出可能となっている。また、制御装置
20はこれらの各軸の回転数N1,N2,N3に基づ
き、各軸24,25,26の軸回転加速度をも算出可能
である。インタアクスルデフ13の前側出力軸25はフ
ロントデフ15に接続し、終減速装置17を介して前輪
2に接続している。また、後側出力軸26は、前側リア
デフ16に接続し、終減速装置17を介して後輪4に接
続している。前側リアデフの出力軸は、後側リアデフ1
8に接続し、終減速装置17を介して後輪4に接続して
いる。
【0017】以下に、このようなダンプトラックにおい
て、上記デフロック21を制御して前輪2のスリップや
車体のピッチングを防止する技術について説明する。
【0018】以下、このような制御の手順について、詳
細に説明する。図3に、横軸に時間t、縦軸に前記回転
数N1,N2,N3のうちのいずれか一つをとったタイ
ムチャートを示す。同図に点線で示すように、通常の運
転時には、例えば加減速を行なう場合などに、回転数N
1,N2,N3はランダムに増減する。これに対し、積
荷を積載して登坂路を昇るような場合に前輪2がスリッ
プすると、前輪2はほぼ一定の周期で浮き上がりと着地
を繰り返す。そのため、浮き上がったときには空転が激
しくなって前輪2の回転数N2が増加し、着地したとき
には路面との摩擦力によって回転数N2が減少するとい
うことになり、回転数N2がほぼ一定の周期で増減す
る。従って、前輪2に接続されているインタアクスルデ
フ13の前側出力軸25の回転数N2の振幅及び周期を
検出することにより、スリップの兆候を検出可能であ
る。
【0019】またこのときインタアクスルデフ13は、
前側出力軸25の回転数N2の変化に伴い、後側出力軸
26の回転数N3を回転数N2とは逆に増減させる。即
ち、後側出力軸の回転数N3が、前側出力軸25の回転
数N2の増減とは反対に増減するので、これを検出する
ことにより正確にスリップの兆候を検出可能である。さ
らには、スリップが起きて前輪2の空転が激しくなる
と、路面への総伝達トルクが減少する。これによりエン
ジン負荷が減少するため、特にアクセル全開時にはエン
ジン回転数が急激に大きくなって、ハイアイドル点近く
まで増大する。これに伴い、トランスミッション出力軸
24の回転数N3も上昇する。そして、スリップしてい
る前輪2の車軸が、着地によってグリップを回復する
と、エンジン負荷トルクが増大するため、エンジン回転
数が下がる。即ち、前輪2が着地と撥ね上がりを繰り返
すことにより、エンジン回転数は増減を繰り返すので、
これを検出することにより、正確にスリップの兆候を検
出可能である。特に、一般的に車両においては、トラン
スミッション出力軸24の回転数N1を検出するための
第1回転検出器27を常に備えているので、新たに第
2、第3検出器28,29を設ける必要がなく、簡単な
構成でスリップを検出可能である。
【0020】またこのとき、実際の制御においては回転
数N1,N2,N3ではなく、回転数N1,N2,N3
の時間変化率である軸回転加速度dN1/dt,dN2
/dt,dN3/dtを算出し、その振幅V及び周期T
に基づいて、スリップを検出するのがよい。図4に、横
軸に時間t、縦軸に前記軸回転加速度dN1/dt,d
N2/dt,dN3/dtのうちのいずれか一つをとっ
たタイムチャートを示す。図3に示すように、スリップ
時に回転数N1,N2,N3が正弦波状に増減する場
合、その時間変化率である軸回転加速度dN1/dt,
dN2/dt,dN3/dtも、同様に正弦波状に振動
する。従って、これに基づいて振幅V及び周期Tを検出
することにより、正確にスリップを検出可能である。し
かも、時間変化率を算出することにより、回転数N1,
N2,N3のオフセット成分が消え、軸回転加速度dN
1/dt,dN2/dt,dN3/dtは0を中心とし
て上下に振動するため、振幅V及び周期Tを検出しやす
く、制御が単純化される。
【0021】さらに、例えば一定の加減速を行なってい
るような場合には、例えば回転数N1,N2,N3が、
V’sin(2πt/T)+Bt+Cというように傾きを有し
て振動するので、その振幅V’と周期Tを正確に検出す
ることは難しい。これに対して、軸回転加速度dN1/
dt,dN2/dt,dN3/dtは、Vcos(2πt/
T)+Bとなり、オフセット成分のみを残して傾き成分
が消えるので、振幅V及び周期Tを検出するのが容易で
あり、制御が単純化される。
【0022】図5に、制御手順のフローチャートを示
す。まず制御装置20は、トランスミッション出力軸2
4、インタアクスルデフ13の前側出力軸25、又は後
側出力軸26の回転数N1,N2,N3のうち、いずれ
か1つを所定時間にわたって検出し、その時間変化率で
ある軸回転加速度dN1/dt,dN2/dt,dN3
/dtを算出する(S1)。そして、軸回転加速度dN
1/dt,dN2/dt,dN3/dtの振動が、所定
の周期Tで発生しているか否かを判定し(S2)、入っ
ていなければ、前輪2のスリップなしと判断してデフロ
ック21を解除し、インタアクスルデフ13を機能させ
る(S6)。即ち、前輪2がスリップしている場合に
は、上述したように軸回転加速度dN1/dt,dN2
/dt,dN3/dtは所定の周期Tで振動する。これ
に対し、例えば急加速や急ブレーキなどの場合には、振
幅Vは大きくとも周期Tで振動することがない。従っ
て、周期Tをスリップの判定条件の一つとすることによ
り、スリップを確実に判断可能である。尚、このときの
周期Tを判定する範囲は、車体の重量や積載重量、或い
はサスペンションの強さ等から、予め定めておくことも
可能である。また、制御中に決定してもよい。
【0023】S2において周期Tが所定の範囲にある場
合には、まず振幅Vを所定の第3閾値V3と比較し(S
3)、第3閾値V3よりも振幅Vが大きい状態が所定の
時間内にn3回以上起きるようであれば、前輪2がスリ
ップしていると判断する。そして、デフロック21を作
動させてインタアクスルデフ13を直結させる(S
7)。また、S3で、第3閾値V3よりも振幅Vが大き
い状態が所定の時間内にn3回以上起きなかった場合に
は、振幅Vを所定の第2閾値V2と比較する(S4)。
第2閾値V2よりも振幅Vが大きい状態が所定の時間内
にn2回以上起きるようであれば前輪2がスリップして
いると判断し、デフロック21を作動させてインタアク
スルデフ13を直結させる(S7)。そして、S4で第
2閾値V2よりも振幅Vが大きい状態が所定の時間内に
n2回以上起きなかった場合には、振幅Vを所定の第1
閾値V1と比較する(S5)。第1閾値V1よりも振幅
Vが大きい状態が所定の時間内にn1回以上起きるよう
であれば前輪2がスリップしていると判断し、デフロッ
ク21を作動させてインタアクスルデフ13を直結させ
る(S7)。
【0024】S5で第1閾値V1よりも振幅Vが大きい
状態が所定の時間内にn1回以上起きなかった場合に
は、前輪2のスリップなしと判断してデフロック21を
解除し、インタアクスルデフ13を機能させる(S
6)。そして、S6、S7から、ともにS1に戻るよう
にしている。以上のフローチャートにおいて、各閾値V
1,V2,V3の関係は、V1<V2<V3となってい
る。また、n1>n2>n3である。尚、軸回転加速度
dN1/dt,dN2/dt,dN3/dtのうちいず
れか1つだけを検出するように説明したが、これに限ら
れるものではなく、複数の回転加速度に基づいてスリッ
プを判断してもよい。
【0025】即ち、周期Tごとに軸回転加速度dN1/
dt,dN2/dt,dN3/dtが振動し、かつその
振動の振幅Vが、所定時間内に所定の閾値を所定回数以
上越えた場合に、前輪2がスリップしているか、または
スリップしかけていると判断する。そして、スリップを
判断すると、デフロック21を作動させ、インタアクス
ルデフ13を直結させる。このインタアクスルデフ13
の直結により、負荷に関わらず前後輪2,4の回転数
が、それぞれ所定の一定回転数となる。即ち、前輪2が
スリップを起こして空転しても、後輪4が駆動力を路面
に伝達するため、前輪2のスリップが増大したり、失速
したり、或いは前輪2の跳ね返りによるピッチングを起
こしたりすることなく、安定に走行できる。
【0026】そして、前輪2がグリップ力を回復して車
両が正常な走行状態に戻ると、デフロック21を解除し
ている。デフロック21を解除することにより、旋回時
などの前輪2と後輪4の負荷の差を差動機によって吸収
でき、良好な走行を続けることが可能となる。
【0027】また、本実施形態によれば、軸回転加速度
dN1/dt,dN2/dt,dN3/dtの振動の周
期Tを検出し、これが所定の範囲に入っているか否かに
よって、スリップが起きているか否かを判定している。
スリップが起きる場合の軸回転加速度dN1/dt,d
N2/dt,dN3/dtの振動は、上述したように周
期Tを持つ規則的な振動になるので、振動の周期Tに基
づいて確実なスリップの検出が可能である。これによ
り、通常の走行時にはインタアクスルデフ13を機能さ
せて快適な走行を得ると共に、必要なときだけデフロッ
ク21を作動させてピッチングや車両の停止などの運転
に障害となる現象を防止できる。
【0028】尚、本実施形態の説明では、トランスミッ
ション出力軸24、インタアクスルデフ13の前側出力
軸25、又は後側出力軸26の軸回転加速度dN1/d
t,dN2/dt,dN3/dtに基づいてスリップを
検知し、デフロック21のロック/解除を決定したが、
これに限られるものではない。例えば、上述したように
回転数N1,N2,N3もほぼ同様の挙動を示すので、
回転数N1,N2,N3に基づいてスリップを検知して
制御を行なってもよい。また、前後プロペラシャフト、
エンジン、或いはトランスミッション等の、前後輪2,
4と機械的に接続されたいずれかの軸の回転数、又はそ
の時間変化率の振動に基づいて、スリップを検知して制
御を行なってもよい。さらには、車体に振動計を設置
し、その振動が規則的になったことに基づいてスリップ
を検知し、制御を行なってもよい。また、本実施形態の
説明では、前輪2のスリップのみを説明したが、これに
限られるものではなく、後輪4のスリップ時にも、イン
タアクスルデフ13をロックすれば、スリップを防止可
能である。
【0029】尚、本実施形態は、アーティキュレート式
ダンプトラックについて説明したが、複数の車軸を駆動
するような車両について有効である。さらには、左右デ
フにデフロックを有するような車両においても有効であ
り、このときはデフの入力回転数に基づいて左右のうち
片方の車輪がスリップしたことを検出し、デフロックを
ロックするようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る車両の側面図。
【図2】車両のシステムブロック図。
【図3】回転数のタイムチャート。
【図4】軸回転加速度のタイムチャート。
【図5】制御手順のフローチャート。
【符号の説明】
1:前部車体、2:前輪、3:後部車体、4:後輪、
5:ダンプボディ、10:エンジン、11:トランスミ
ッション、12:トランスファ装置、13:インタアク
スルデフ、14:トルクコンバータ、15:フロントデ
フ、16:前側リアデフ、17:終減速装置、18:後
側リアデフ、20:制御装置、21:インタアクスルデ
フロック、22:電磁弁、24:トランスミッション出
力軸、25:前側出力軸、26:後側出力軸、27:第
1回転検出器、28:第2回転検出器、29:第3回転
検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B60K 17/36 B60K 17/20 Fターム(参考) 3D036 GA22 GA38 GA41 GA45 GB04 GB06 GC01 GD03 GD04 GE04 GG36 GG39 GH22 GH23 GJ09 3D042 AA01 AB08 AB17 CA01 CA03 CA12 CA18 CB04 3D043 AA01 AB08 AB17 EA02 EA12 EA22 EA25 EA39 EA42 EB03 EB06 EB07 EB13 EE03 EE18 EF02 EF06 EF09 EF18 EF24

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 前後の駆動輪(2,4)にトルクを所定の比
    率で配分するインタアクスルデフ(13)の制御方法におい
    て、 駆動輪(2,4)にスリップの兆候が現れるとインタアクス
    ルデフ(13)をロックすることを特徴とする制御方法。
  2. 【請求項2】 前後の駆動輪(2,4)にトルクを所定の比
    率で配分するインタアクスルデフ(13)と、 これをロックするインタアクスルデフロック(21)と、 インタアクスルデフロック(21)にデフロック信号を出力
    してインタアクスルデフ(13)をロックする制御装置(20)
    とを備えたインタアクスルデフ装置において、 トランスミッション出力軸(24)の回転数(N1)、インタア
    クスルデフ(13)の前側出力軸(25)の回転数(N2)、及び後
    側出力軸(26)の回転数(N3)のうち、少なくともいずれか
    1つを検出する第1〜第3回転検出器(27,28,29)と、 この回転数(N1,N2,N3)及びその時間変化率の少なくとも
    いずれか一方に基づいて駆動輪(2,4)のスリップの兆候
    を検知し、スリップの兆候があった場合に、インタアク
    スルデフロック(21)にデフロック信号を出力することを
    特徴とするインタアクスルデフ装置。
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