JP2005225385A - 駆動力切換制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】万が一駆動状態を検出するポジションスイッチが故障した場合や電気的接点がショートした場合でも走行不能にならない信頼性に優れた駆動力切換装置を提供する。
【解決手段】駆動力切換装置のアクチュエータの制御手段は、現在のポジションスイッチのパターンを記憶し、次の前記パターンが前記パターンマップから推定される前記パターンと異なるときは、異常を検出すること。
【選択図】図７

Description

本発明は、４輪駆動車両の駆動力の伝達を機械的に切換えるアクチュエータに関し、特に、４輪駆動車両の前輪、後輪への駆動力の伝達・切断を切換えるトランスファのアクチュエータの制御装置に関連する。

従来より４輪駆動車のトランスファに、モータの駆動によりシフトフォークをストロークさせるアクチュエータを付加し、室内からのスイッチ操作により２輪・４輪駆動状態を切換える駆動力切換装置が知られている。これらの装置はシフトフォークにより内スプラインを備えたスプールをストロークさせ、プロペラシャフトの端部のスプラインと、変速機のアウトプットシャフトにギヤ嵌合するスプラインを嵌合・離脱することで駆動力の伝達・遮断を切換える。

これらの駆動力切換装置では、車内から２・４輪駆動状態を切換えることができる一方で、モータによりスプラインの嵌合・離脱を行っているため、実際にアクチュエータに異常がなくスプラインの嵌合・離脱が確実に行われたかどうかは、確認できなかった。

このような問題を解決するために、特開２０００−７１８０６号公報では、アクチュエータのハウジングおよび減速機構であるウォームホイールに複数の電極を設けて、電極の通電、非通電の組み合わせによりウォームホイールの回転角度を検出することで、アクチュエータの動作を確認していた。

また、特開２００１−７１７８２ではより具体的に、ハウジングおよびウォームホイールに複数のリミットスイッチ（電極）を設けて、ウォームホイールの回転を検出し、車両の２輪駆動、４輪駆動（センターデフフリー）、４輪駆動（センターデフロック）検出する旨の開示がなされている。
特開２０００−７１８０６号公報 特開２００１−７１７８２号公報

しかしながら、文献１、文献２の駆動力切換装置はウォームギヤに配置された複数のリミットスイッチ（電極）の通電・非通電の組み合わせにより現在の駆動状態を検出し、運転者のスイッチ操作によりモータ駆動のアクチュエータでトランスファのドライブトレインの経路を変更（嵌合・離脱）する。このため万一、複数のリミットのうち１つが壊れた場合であっても、駆動状態が誤検出されてしまい、誤検出に基づいてＥＣＵがモータに駆動命令を出し続け、モータの破損に至る虞があった。また、運転者の意図とは異なる車両の駆動状態になってしまう虞や、ドライブトレイン上のデファレンシャル制御装置の駆動状態との組み合わせにより車両の走行不能状態に陥る虞があった。

そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、車両の駆動状態を変更するアクチュエータの車両駆動状態検出手段（リミットスイッチ、電極）が万一破損した場合でも、アクチュエータ（モータ）の破損、車両の走行不能状態を回避できる安全性にすぐれた駆動力切換制御装置を提供することを技術的課題とする。

上記の問題を解決するために請求項１において講じた技術的手段は、モータと、前記モータの回転に伴って回転する回転体と、前記回転体に対して略同軸に一体回転可能または相対回転可能に配置され、且つ、車両の駆動力の伝達・遮断を切換える駆動力切換え部材に連結される出力ギヤと、これらの構成要素を収容し、前記回転体と前記出力ギヤを回転可能に支持するハウジングと、前記回転体の側面に設けられた電気的接点と、前記ハウジングに設けられ前記電気的接点と接触し前記回転体の回転角度を検出する複数のポジションスイッチと、前記車両状況から前記車両の駆動状態を決定し、前記モータへの通電・非通電により前記回転体の回転角度を制御する制御手段と、前記ポジションスイッチが正常な場合の前記車両の駆動状態に応じた前記ポジションスイッチの通電の組み合わせパターンと、前記車両の駆動状態の切換えに応じた前記パターンの変化を記憶したパターンマップと、を備えるアクチュエータにおいて、前記制御手段は、前記ポジションスイッチの現在のパターンを記憶し、次のパターンが正常なパターンマップから推定されるパターンと異なるときは、異常を検出することを特徴とする駆動力切換制御装置とした。

上記の問題を解決するために請求項１加えて請求項２において講じた技術的手段は、前記制御手段は異常が検出されたときは、それ以上車両の駆動状態を変化させない駆動力切換制御装置とした。

上記の問題を解決するために請求項１に加えて請求項３において講じた技術的手段は、前記制御手段は異常が検出されたときは、前記モータに通電し前記ウォームホイールを回転させ車両の駆動状態を走行不能にならない位置に変化させる駆動力切換制御装置とした。

請求項１および請求項２の発明によれば、車両の駆動力切換制御装置において、車両の駆動状態を変化させるアクチュエータの、回転検出に用いられる回転体としてのウォームホイール及びハウジングに配置される複数のポジションスイッチが故障しても、車両の駆動状態に対応してあらかじめ格納されたパターンマップから故障状態を判断し、それ以上の駆動状態の変更を行わない。これにより、アクチュエータのモータの駆動が長時間連続してしまうことが回避され、モータの破損を防止することができる。

請求項１および請求項３の発明によれば、車両の駆動力切換制御装置において、複数のポジションスイッチが故障しても、車両の駆動状態に対応してあらかじめ格納されたパターンマップから故障状態を判断し、走行不能状態とならない駆動状態へアクチュエータが動作する。これにより、ポジションスイッチが故障した場合でも、車両が走行不能となることが回避され、安全性の高い駆動力切換制御装置が提供される。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１に本実施の形態のアクチュエータにより駆動状態が切替えられるトランスファ装置１０の断面図を示す。図１では各構成が見難くならないように一部の構成を除いてハッチングを省略している。トランスファ装置１０は変速機（図示せず）の出力である入力軸２４と車両の前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１との間に配設されており、後述するアクチュエータ３０の作動によって車両の駆動状態を２輪駆動、４輪駆動（センターデフロック）及び４輪駆動（センターデフフリー）の３つの状態に切替える装置である。尚、本実施のトランスファ装置１０は、これらの３つの状態に加え、減速機２３によって４輪駆動時における終減速比をハイギヤとローギヤに切替可能な構成となっている。車内からのスイッチ操作により、図示しないハイ＆ローシフトアクチュエータがハイ＆ローシフトレバー２０を動作させることによってハイギヤとローギヤとの切替えが行われる。後輪駆動軸１１には入力軸２４を介して回転駆動力が伝達され、後輪駆動軸１１の回転駆動力はセンターデフユニット１３からサイレントチェーン１９を介して前輪駆動軸１２に伝達可能に構成されている。センターデフユニット１３は前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１との間の回転数の差を吸収する装置であり、遊星歯車機構によって構成されている。

トランスファ装置１０の構成について詳しく説明する。トランスファ装置１０は、アクチュエータ３０の出力ギヤ３１にラックアンドピニオン機構により嵌合する第１シャフト１４（動力切換え部材）と、第１シャフト１４と並行に配設される第２シャフト１５と、第１シャフト１４及び第２シャフト１５に対して所定の範囲内で軸方向に移動可能に配設される２駆−４駆切換シフトフォーク１６及びセンターデフロックシフトフォーク１７と、各シフトフォーク１６、１７の端部に固定されるスリーブ１６Ａ、１７Ａとを備えている。第１シャフト１４及び第２シャフト１５には、各シャフト１４、１５に対するシフトフォーク１６、１７の軸方向の移動可能な範囲を規定するために複数の大径部１４Ａ、１５Ａが形成され、第１シャフト１４が軸方向へ移動して各シフトフォーク１６、１７が大径部１４Ａ、１５Ａに引っ掛かることでシフトフォーク１６、１７のそれぞれの軸方向位置が規定される。

トランスファ装置１０による駆動状態の切替について説明する。本実施の形態のトランスファ装置は、出力ギヤ３１または回転体としてのウォームホイール３８（図２）の回転に応じて車両の駆動状態を２輪駆動、４輪駆動（センターデフロック）及び４輪駆動（センターデフフリー）の３つの状態に切換える。詳しくは、出力ギヤ３１の回転に応じて第１シャフト１４が軸方向に移動されることで各シャフト１４、１５に配設される２駆−４駆切替シフトフォーク１６及びセンターデフロックシフトフォーク１７が軸方向に移動して、各シフトフォーク１６、１７の端部に設けられたスリーブ１６Ａ、１７Ａが軸方向に移動される。これによって車両の駆動状態が切換えられる。４輪駆動（センターデフフリー）状態では、前輪駆動軸１２側の部材とセンターデフユニット１３とが連結されて、遊星歯車機構の遊星歯車作用によって両駆動軸１１、１２の回転数の差を吸収しながら後輪駆動軸１１の回転駆動力がサイレントチェーン１９を介して前輪駆動軸１２に伝達される。４輪駆動（センターデフロック）状態ではスリーブ１７Ａが図面上側の位置となってセンターデフユニット１３の遊星歯車機構がロックされ、前輪駆動軸１２と後輪駆動軸１１とが直結状態となり、両駆動軸１１、１２は同じ回転数で回転駆動する。また、２輪駆動の状態では前輪駆動軸１２側の部材とセンターデフユニット１３が連結されずに、後輪駆動軸１１のみに入力軸２４の回転駆動力が伝達される。

次に、アクチュエータ３０について説明する。なお、アクチュエータ３０の構造は、回転体としてのウオームホイール３８とウォームギヤ３６（図３）による減速機構、スパイラルスプリングによる待ち機構３７を備えた周知の構造である。図３は本実施の形態におけるアクチュエータ３０の一部断面図である。図４は、ポジションスイッチＰＳＷの外観図である。

アクチュエータ３０のハウジングのウォームホイール収容部には周知の態様で、円状の帯電極ａ、ｂ、ｃ（電気的接点ＴＳＷ）が配設され、ウォームホイール３８の側面には、板バネで構成されるポジションスイッチｘ、ｙ、ｚが配置される。

ポジションスイッチＰＳＷは３つの端子ｘ、ｙ、ｚを有し、アクチュエータ３０の出力ギヤ３１（ウォームホイール３８）の回転角度に応じて各端子における接点の接触・非接触の組み合せパターンが変化して出力３１ギヤの回転角度を検出するものであり、３つの駆動状態に対応した第１シャフト１４の位置及び各位置の中間位置が検出可能である。図５に示す表１はポジションスイッチＰＳＷの各端子ｘ、ｙ、ｚの接触状態と車両の駆動状態の設定位置との関係を示す表である。表１において“○”は接点の接触時（ＯＮ）を示し、空欄は非接触時（ＯＦＦ）を示している。

表１に示すように３つの端子ａ、ｂ、ｃの接触状態が変化することでポジションスイッチＰＳＷの設定位置Ａ〜Ｇを検出し、更に設定位置がＡ〜Ｇのどの位置にあるかによってそれに対応する車両の駆動状態が検出される。ここで、設定位置Ｂは２輪駆動（２ＷＤ）、設定位置Ｄは４輪駆動センターデフフリー（４ＷＤ−ＤＦ）、設定位置Ｆは４輪駆動センターデフロック（４ＷＤ−ＤＬ）に対応する第一シャフト１４の軸方向位置を示している。また、表１は各ポジションスイッチｘ、ｙ、ｚが正常な状態での車両の駆動状態に対応するポジションスイッチのＯＮ、ＯＦＦ状態の組み合わせを示しており、パターンマップを成す。

制御手段について説明する。制御手段は、本実施の形態では、車両の搭載されるＥＣＵであり、外部からの信号であるバッテリー（図示せず）から供給される電源、車速、手動スイッチ（図示なし）のオン・オフ、ポジションスイッチＰＳＷの各端子ｘ、ｙ、ｚの接触・非接触、及びモータ３９に流れる電流を入力して、これら入力された信号に応じた駆動状態となるようにモータ３９への通電電流を算出し、この算出された電流値をもとにアクチュエータを制御する。

図６に示す表２は、ポジションスイッチｘがＯＮ故障した場合の、アクチュエータ３０の状態に基づくポジションスイッチのＯＮ、ＯＦＦを示すパターンマップである。ここで、スイッチ検出位置がＢ’からＤ’へ変更される状態を説明する（矢印１００）。車両においては、２輪駆動状態中に運転者により手動スイッチにて４輪駆動センターデフロック（４ＷＤ−ＤＬ）状態が選択された場合に相当する。２輪駆動状態では、ポジションスイッチの組み合わせはポジションスイッチｘ、ｚがＯＮ、ポジションスイッチｙがＯＦＦである。以下、簡略化のためＢ’（ｘ、ｙ、ｚ）＝（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ）のように表す。ＥＣＵの制御により、モータ３９が駆動されポジションスイッチの状態はまずＣ’の状態に変化する。これは表１のＣに一致しスイッチの状態は、（ｘ、ｙ、ｚ）＝（ＯＮ、ＯＮ、ＯＮ）であり、ＥＣＵはモータへの通電を継続する。さらにＤ’になると、検出される状態は、（ｘ、ｙ、ｚ）＝（ＯＮ、ＯＮ、ＯＮ）であるが、ＥＣＵはＣの状態であると判断し、通電を継続しＥ’（ｘ、ｙ、ｚ）＝（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ）に至る（矢印２００）。このときポジションスイッチのＥ’（ｘ、ｙ、ｚ）＝（ＯＮ、ＯＮ、ＯＦＦ）の状態は、正常なパターンマップのＦで車両の状態の４ＷＤ−ＤＦに相当するためＥＣＵが、４ＷＤ−ＤＬの状態を通過してしまったと判断し、ＥＣＵはモータを逆回転させて矢印３００の方向へアクチュエータを制御する。すると、ふたたび正常な４ＷＤ−ＤＬのポジションスイッチの状態が検出されないため、Ｂ’（ｘ、ｙ、ｚ）＝（ＯＮ、ＯＦＦ、ＯＮ）に至り、初めの状態に戻っていまい、以後アクチュエータが矢印１００、２００、３００のようにループして動作することにより、モータへの通電が連続してモータの破損に陥る可能性がある。

しかしながら、本発明では図７に示すように、ＥＣＵは、ステップ７００で現在のポジションスイッチＰＳＷのパターンを記憶し、変更後のパターンをパターンマップから推定する（表１において、或る車両状態の両隣のパターンを読み込む。ステップ７０１）。次に、モータ３９に通電し駆動状態を変更し（ステップ７０２）、変更後のパターンが推定されたパターンと異なる（ステップ７０３）ときは、異常と判断しアクチュエータの動作を禁止する（ステップ７０４）。これによって、万が一ポジションスイッチＰＳＷが故障した場合や電気的接点ＴＳＷがショートした場合でもモータへの通電が停止され、モータの破損を回避することができる。

第二の実施形態では、図８に示すように、ステップ８０２でポジションスイッチで異常が検出された場合には、ＥＣＵがアクチュエータ３０を制御して車両が走行不能状態にならない４ＷＤ−ＤＬに車両の駆動状態を変更する。これは、４ＷＤ−ＤＦや２ＷＤであると、他の駆動力切換装置であるディファレンシャル装置がディファレンシャルフリー状態では、車輪の空転が発生した際に、その車輪にのみ回転が伝達され車両が走行不能となるからである。よって第二の実施形態では、万が一ポジションスイッチが故障した場合でも車両の走行不能状態が回避される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される意図はなく、本発明の主旨に沿った形態のものであればどのようなものであってもよい。

本発明によると、駆動状態検出装置（ポジションスイッチや電気的接点）が故障した場合でもモータへの通電が停止され、モータの破損を回避することがき、走行不能に陥らないトランスファ装置の駆動力切換制御装置を提供することができる。

本発明に係わる動力切換装置の全体をしめす一部断面図である。 本発明に係わるアクチュエータの内部構造を示す図である。 本発明に係わる駆動状態検出手段の主要部を示す図である。 本発明に係わる駆動状態検出手段の主要部を示す図である。 本発明に係わるパターンマップを示す図。 本発明に係わる異常が発生した場合のパターンマップを示す図。 本発明に係わる第１の制御フローを示す図。 本発明に係わる第２の制御フローを示す図。

符号の説明

１０・・・トランスファ装置
１４・・・第１シャフト
１５・・・第２シャフト
１７Ａ・・・スリーブ
３０・・・アクチュエータ
３１・・・出力ギヤ
３６・・・ウォームギヤ
３７・・・待ち機構
３８・・・ウォームホイール（回転体）
３９・・・モータ
ＰＳＷ・・・ポジションスイッチ
ＴＳＷ・・・電気的接点

Claims (3)

1. モータと、
   前記モータの回転に伴って回転する回転体と、
   前記回転体に対して略同軸に一体回転可能または相対回転可能に配置され、且つ、車両の駆動力の伝達・遮断を切換える駆動力切換え部材に連結される出力ギヤと、
   これらの構成要素を収容し、前記回転体と前記出力ギヤを回転可能に支持するハウジングと、
   前記回転体の側面に設けられた電気的接点と、
   前記ハウジングに設けられ前記電気的接点と接触し前記回転体の回転角度を検出する複数のポジションスイッチと、
   前記車両状況から前記車両の駆動状態を決定し、前記モータへの通電・非通電により前記回転体の回転角度を制御する制御手段と、
   前記ポジションスイッチが正常な場合の前記車両の駆動状態に応じた前記ポジションスイッチの通電の組み合わせパターンと、
   前記車両の駆動状態の切換えに応じた前記パターンの変化を記憶したパターンマップと、
   を備えるアクチュエータにおいて、
   前記制御手段は、前記ポジションスイッチの現在のパターンを記憶し、次のパターンが正常なパターンマップから推定されるパターンと異なるときは、異常を検出することを特徴とする駆動力切換制御装置。
2. 前記制御手段は異常が検出されたときは、それ以上車両の駆動状態を変化させないこと、を特徴とする請求項１に記載の駆動力切換制御装置。
3. 前記制御手段は異常が検出されたときは、前記モータに通電し前記ウォームホイールを回転させ車両の駆動状態を走行不能にならない位置に変化させることを特徴とする請求項１に記載の駆動力切換制御装置。

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