JP2016113152A - 非同期レンジシフト機構と移動中レンジシフト制御システムとを有する２速トランスファーケース - Google Patents

Abstract

【課題】四輪駆動自動車に使用される２速トランスファーケースを提供する。【解決手段】トランスファーケースは、２速レンジクラッチユニットとモードクラッチユニットと動力式作動機構と制御システムとを含む。作動機構は、電気モータとアクチュエータシャフトの回転を制御するためにモータによって駆動されるギヤトレインとレンジアクチュエータアセンブリとモードアクチュエータアセンブリとを含む。レンジアクチュエータアセンブリは、アクチュエータシャフトの回転に応答してレンジユニットに関連付けられたシフトカラーを移動させる。モードアクチュエータアセンブリは、モードカムとボールランプユニットとを含む。モードカムは、摩擦クラッチに掛けられたクラッチ係合力を制御するためにアクチュエータシャフトによって回転駆動される。制御システムは、運転中にシフトカラーの移動を制御して移動中レンジシフトを可能にする。【選択図】図１

Description

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、これにより引用によって組み込まれる２０１４年１２月１７日出願の「非同期レンジシフト機構及び移動中レンジシフト制御システムを有する２速トランスファーケース」という名称の米国特許仮出願出願番号第６２／０９３，１３２号、並びに２０１５年１２月１１日出願の米国一般特許出願出願番号第＃＃＃号の利益を主張するものである。

本発明の開示は、一般的に、高レンジ及び低レンジ作動モードを確立するために四輪駆動自動車に使用される２速トランスファーケースに関する。より具体的には、本発明の開示は、ある一定の車両作動条件下で移動中のトランスファーケースをその低レンジ作動モードからその高レンジ作動モードに選択的にシフトするように作動可能な非同期レンジシフト機構及び制御システムを備えた２速トランスファーケースに関する。

この節は、必ずしも従来技術であるとは限らない本発明の開示に関連する背景情報を提供する。

多くの軽量及びスポーツ実用車両におけるドライブトレインは、エンジン及び変速機から４輪全てに駆動トルクを伝達し、それによって四輪駆動作動モードを確立するためのトランスファーケースを含む。異なる路面及び条件に対処するために、多くのトランスファーケースは、四輪高レンジ及び低レンジ駆動モードを確立するために選択的にシフトすることができるギヤ減速ユニットとドッグタイプレンジクラッチとを有するレンジシフト機構を備えている。しかし、多くの事例において、トランスファーケースは、車両が停止され、かつ変速機がニュートラルでない限り、四輪高レンジ及び低レンジ駆動モード間でシフトすることができない。残念ながら、そのような「レンジ」シフトする前に車両を停止する必要性は、特に車両の転がり運動量の連続が遭遇される条件の克服を補助すると考えられる道路条件又は表面地形に遭遇した時には不便である。

この不便さを軽減するために、一部のレンジシフト機構は、車両オペレータが車両を停止することなく四輪低レンジ駆動モードから四輪高レンジ駆動モードにシフトすることを可能にする同期レンジクラッチを備えている。例えば、米国特許第５，０５４，３３５号明細書は、副軸タイプギヤ減速ユニットの「移動中」シフトのための同期レンジシフト装置を備えたトランスファーケースを開示している。これに代えて、本出願人所有の米国特許第５，３４６，４４２号明細書は、遊星タイプギヤ減速ユニットの移動中シフトのための同期レンジシフト装置を有するトランスファーケースを開示している。これに加えて、本出願人所有の米国特許第５，６５５，９８６号明細書は、高レンジ駆動モード及び低レンジ駆動モードに入る及び出る同期シフトを可能にする遊星タイプギヤ減速ユニットを備えたトランスファーケースを開示している。

上述の機械同期式レンジシフトシステムに加えて、トランスファーケースの移動中レンジシフトを与えるためにドライブトレインを電子制御することも公知である。例えば、電子シフト式２速トランスファーケースは、現在の変速機ギヤ、エンジン速度、及び車両速度に関連する入力信号をエンジン制御モジュールから受信するトランスファーケース制御モジュールを有するとして米国特許第５，５２２，７７７号明細書に開示されている。トランスファーケース制御モジュールは、これらの入力信号を使用し、車両作動を調節して移動中レンジシフトに対処する際に使用されるエンジン制御モジュールに送り返される制御信号を発生させる。具体的には、エンジン制御モジュールは、エンジン燃料システムを制御してエンジン回転速度を修正し、及び／又は変速機ギヤをシフトして変速機出力の回転速度をレンジシフト機構の起動前のトランスファーケース出力のそれに適合させることになる。しかし、そのようなトランスファーケース制御システムを従来のエンジン制御モジュールの既存の回路に統合する要件は、四輪駆動システムの複雑性を増す場合がある。

米国特許第５，０５４，３３５号明細書 米国特許第５，３４６，４４２号明細書 米国特許第５，６５５，９８６号明細書 米国特許第５，５２２，７７７号明細書

移動中レンジシフトシステムを備えたトランスファーケースの実質的な関心に鑑みて、現在の技術を更に前進させる四輪駆動トランスファーケースと共に使用される電子制御式レンジシフトシステムを開発する認識された必要性が存在する。

この節は、本発明の開示の概略を提供し、その全範囲又はその特徴、態様、目的、及び利点の網羅的な開示であるように意図していない。

本発明の開示の態様は、非同期レンジシフト機構を備えた２速トランスファーケースのための移動中シフトのシフト手法及び制御システムを提供することである。

関連の態様は、非同期レンジシフト機構と、低レンジ作動モードから高レンジ作動モードへ、より具体的には、四輪低レンジドライブ（４ＬＯ）モードから四輪高レンジドライブ（４ＨＩ）モードへの選択的シフトを容易にするために１つ又はそれよりも多くの他の車両制御ユニットと作動可能に通信するトランスファーケース制御ユニットとを有する２速トランスファーケースを備えた四輪駆動車両を提供することである。

別の関連の態様により、トランスファーケース制御ユニットは、特定の車両作動条件下でのみそのような移動中レンジシフトを可能にするように構成され、かつレンジシフトが不成功の事象において四輪低レンジ駆動モードを再確立する回復手法を更に含む。

本発明の開示のこれら及び他の態様は、駆動トルクを車両のパワートレインから第１及び第２のドライブラインに伝達するように作動可能に配置された２速トランスファーケースを備えた四輪駆動自動車に関するものである。トランスファーケースは、パワートレインによって駆動される回転入力と、第１のドライブラインに駆動的に接続された第１の回転出力と、第２のドライブラインに駆動的に接続された第２の回転出力と、駆動トルクを回転入力から第１及び第２の回転出力のうちの少なくとも一方に選択的に伝達するためのトルク伝達装置とを含む。トルク伝達装置は、モードクラッチユニットと、レンジクラッチユニットと、動力式クラッチ作動ユニットとを含む。モードクラッチユニットは、第１及び第２の回転出力の間に作動可能に配置されたモードクラッチと、解除された又は二輪駆動（２ＷＤ）モード及び係合した又は四輪駆動（４ＷＤ）モードの間でモードクラッチを選択的にシフトするためのモードクラッチアクチュエータとを含む。レンジクラッチユニットは、回転入力によって駆動される減速ギヤセットと、減速ギヤセットと第１の回転出力との間に作動可能に配置されたレンジクラッチと、第１の又は高（ＨＩ）レンジ位置、第２の又はニュートラル（Ｎ）レンジ位置、及び第３の又は低（ＬＯ）レンジ位置の間でレンジクラッチを選択的に移動するためのレンジクラッチアクチュエータとを含む。第１の又は直接の比率駆動接続が、レンジクラッチがその（ＨＩ）レンジ位置に位置付けられた時に回転入力と第１の回転出力の間に確立され、一方、第２の又は低減された比率駆動接続が、レンジクラッチがその（ＬＯ）レンジ位置に位置付けられた時に確立される。動力式クラッチ作動ユニットは、モードクラッチアクチュエータ及びレンジクラッチアクチュエータの作動を制御するように構成される。動力式クラッチ作動ユニットの作動を制御するために、トランスファーケース制御システムも提供される。トランスファーケース制御システムは、四輪低レンジ（４ＬＯ）駆動モードから四輪高レンジ（４ＨＩ）駆動モードへのトランスファーケースの移動中レンジシフトを容易にするように構成されたレンジシフト制御手法を実行するように作動可能である。トランスファーケース制御システムは、トランスファーケース制御ユニット（ＴＣＣＵ）と、自動車の様々な作動パラメータを検出するように構成かつ配置された車両センサとを含む。ＴＣＣＵは、入力信号をセンサから受信し、かつ変速機制御ユニット（ＴＣＵ）と通信して移動中レンジシフト制御手法の一部としてレンジクラッチアクチュエータの作動を選択的に制御するように構成される。

本発明の開示の更に別の特徴として、減速ギヤセットは、遊星ギヤセットであり、レンジクラッチは、遊星ギヤセットの構成要素を第１の回転出力に選択的に結合して第１及び第２の比率駆動接続を確立するために動力式レンジクラッチアクチュエータの作動を通じて移動可能であるレンジカラーである。

本発明の開示の別の態様により、入力シャフトと、第１及び第２の出力シャフトと、入力シャフトによって駆動される減速ギヤセットとを含むトランスファーケースを提供する。レンジクラッチは、入力シャフトと第１の出力シャフトの間の駆動接続を確立するように第１のレンジ位置において作動可能である。レンジクラッチは、更に、減速ギヤセットと第１の出力シャフトの間の駆動接続を確立するように第２のレンジ位置において作動可能である。モードクラッチは、第２の出力シャフトを第１の出力シャフトとの従動係合から係合解除するように第１のモード位置において作動可能であり、更に、第１の出力シャフトと第２の出力シャフトの間の駆動接続を確立するように第２のモード位置において作動可能である。アクチュエータシャフトを駆動する電気モータを有する動力式クラッチ作動ユニットも提供する。レンジアクチュエータは、レンジクラッチをその第１及び第２のレンジ位置の間で移動するためにアクチュエータシャフトによって駆動され、モードアクチュエータは、モードクラッチをその第１及び第２のモード位置の間で移動するためにアクチュエータシャフトによって駆動される。更に、制御システムが、レンジクラッチ及びモードクラッチの移動を調整するようにアクチュエータシャフトの回転の大きさ及び方向を制御するために電気モータを作動させ、制御システムは、車両センサ及び少なくとも１つの他の車両制御ユニットと通信するようになったトランスファーケース制御ユニットを含む。制御システムは、入力シャフト及び第１の出力シャフトの速度同期に続いてレンジクラッチのその第２のレンジ位置からその第１のレンジ位置への移動中シフトを可能にするように作動可能である。

本発明の開示の更に別の態様により、入力シャフトと、第１及び第２の出力シャフトと、入力シャフトによって駆動され、かつ入力シャフトに対して減速された速度で駆動される出力構成要素を有する減速ギヤセットとを含むトランスファーケースを提供する。ドッグクラッチが、高レンジ駆動接続を確立するために入力シャフトを第１の出力シャフトに結合するように第１のレンジ位置において作動可能である。ドッグクラッチは、更に、低レンジ駆動接続を確立するために減速ギヤセットの出力構成要素を第１の出力シャフトに結合するように第２のレンジ位置において作動可能である。クラッチパックを含むモードクラッチが、第１及び第２の出力シャフトの間に作動可能に配置される。モードクラッチはまた、最小クラッチ係合力がクラッチパックに作用される第１のモード位置と最大クラッチ係合力がクラッチパックに作用される第２のモード位置との間で移動可能である圧力板を含む。アクチュエータシャフトを駆動するモータを含む作動機構も提供する。レンジアクチュエータが、ドッグクラッチをその第１及び第２のレンジ位置の間で移動するためにアクチュエータシャフトによって駆動され、モードアクチュエータが、圧力板をその第１及び第２のモード位置の間で移動するためにアクチュエータシャフトによって駆動される。アクチュエータシャフトは、レンジアクチュエータ及びモードアクチュエータにドッグクラッチ及び圧力板の移動を調整させるために３つの異なる回転進行範囲を通して回転可能である。ドッグクラッチ及びモードクラッチの作動を調整するようにモータの作動を制御するための制御システムも提供する。制御システムは、車両センサと通信するようになったトランスファーケース制御ユニットと、変速機出力シャフトと第１の出力シャフトの間の速度同期に続いてドッグクラッチをその第２のレンジ位置からその第１のレンジ位置まで移動するための変速機制御ユニットとを含む。

四輪駆動車両の移動中レンジシフトを制御する方法も提供する。本方法は、駆動トルクを発生させるためのパワートレインを与える段階を含む。パワートレインは、変速機出力シャフトを有するマルチギヤ変速機を含む。本方法はまた、後部ドライブライン及び前部ドライブラインを与える段階を含む、本方法は、変速機出力シャフトに接続された入力シャフトと、後部ドライブラインに接続された後部出力シャフトと、前部ドライブラインに接続された前部出力シャフトと、入力シャフトによって駆動される減速ユニットとを含むトランスファーケースを与える段階によって継続する。トランスファーケースはまた、後部出力シャフトを入力シャフトと駆動的に結合するように第１のレンジ位置に、後部出力シャフトを減速ユニットと駆動的に結合するように第２のレンジ位置に、かつ後部出力シャフトを入力シャフト及び減速ユニットから切り離すように第３のレンジ位置において作動可能であるレンジクラッチを含む。トランスファーケースは、前部出力シャフトを後部出力シャフトと選択的に結合するように作動可能であるモードクラッチを更に含む。更に、トランスファーケースは、モードクラッチの作動を制御するように作動可能なレンジクラッチアクチュエータを有する動力式クラッチ作動ユニットを含む。本方法は、変速機の作動を制御するように作動可能な変速機制御ユニット（ＴＣＵ）を与える段階によって進行する。本方法は、動力式クラッチ作動ユニットの作動を制御するように作動可能であるトランスファーケース制御ユニット（ＴＣＣＵ）を与える段階によって継続し、ＴＣＣＵは、ＴＣＵと通信する。本方法はまた、変速機をニュートラル非駆動モードにシフトする段階を含む。本方法は、トランスファーケースを低レンジモードから高レンジモードにシフトするドライバ要求を示すモードシフト信号をＴＣＣＵに与える段階によって進行する。本方法は、次に、自動車の車両速度が車両速度閾値を超えるか否か、及び後部出力シャフトの回転速度がシャフト速度閾値を超えるか否かを決定する段階と、車両速度信号及びシャフト速度信号をＴＣＣＵに与える段階とによって継続する。更に、本方法は、ＴＣＣＵにクラッチ作動ユニットを制御させ、かつ車両速度信号が、車両速度が車両速度閾値を超えることを示し、かつシャフト速度信号が、後部出力シャフト速度がシャフト速度閾値を超えることを示す時にレンジクラッチアクチュエータを作動してレンジクラッチをその第２のレンジ位置からその第３のレンジ位置に移動させる段階を含む。これに加えて、本方法は、変速機出力シャフト及び後部出力シャフトの回転速度を予め決められた差分値に同期し、かつ次に変速機出力シャフトと後部出力シャフトの間の回転速度差分が予め決められた差分値よりも小さい時に変速機をそのニュートラルモードにシフトして戻すために、ＴＣＵに変速機を従動モードにシフトさせる段階を含む。これに加えて、本方法は、ＴＣＣＵにクラッチ作動ユニットを制御させ、かつレンジクラッチアクチュエータを作動してレンジクラッチをその第３のレンジ位置からその第１のレンジ位置に移動させる段階を含む。最後に、本方法は、ＴＣＵに変速機をその従動モードにシフトさせる段階を含む。

適用可能性の更に別の分野は、本明細書に与える説明から明らかになるであろう。この概要における説明及び特定の例は、単に例示目的を意図し、本発明の開示の範囲を制限するように意図していない。

本明細書に説明する図面は、選択した実施形態の単に例示目的のためであり、全ての可能な実施ではなく、従って、図面は本発明の開示の範囲を制限するように意図していない。

類似の構成要素を識別するために、対応する参照番号が図面の全てを通して使用される。

本発明の開示の教示によるトランスファーケース及びトランスファーケース制御システムを備えた例示的な四輪駆動車両の概略図である。 レンジクラッチユニット、モードクラッチユニット、及び動力式クラッチ作動ユニットを有するトルク伝達装置を備えた例示的なトランスファーケースの断面図である。 レンジクラッチユニット、モードクラッチユニット、及び動力式クラッチ作動ユニットを有するトルク伝達装置を備えた例示的なトランスファーケースの断面図である。 図２及び図３に示すトランスファーケースのレンジクラッチユニットに関連付けられた様々な構成要素の拡大部分図である。 図２及び図３に示すトランスファーケースのモードクラッチユニットに関連付けられた様々な構成要素の拡大部分図である。 図２及び図３に示すトランスファーケースのクラッチ作動ユニットに関連付けられた様々な構成要素の拡大部分図である。 動力式クラッチ作動ユニットに関連付けられたアクチュエータシャフトアセンブリの図である。 動力式クラッチ作動ユニットに関連付けられたアクチュエータシャフトアセンブリの図である。 いくつかの異なるトランスファーケース作動モードを確立するように位置決めされた動力式クラッチ作動ユニットに関連付けられた構成要素を示す図８のほぼ線Ａ−Ａに沿って切り取られた断面図である。 いくつかの異なるトランスファーケース作動モードを確立するように位置決めされた動力式クラッチ作動ユニットに関連付けられた構成要素を示す図８のほぼ線Ａ−Ａに沿って切り取られた断面図である。 いくつかの異なるトランスファーケース作動モードを確立するように位置決めされた動力式クラッチ作動ユニットに関連付けられた構成要素を示す図８のほぼ線Ａ−Ａに沿って切り取られた断面図である。 いくつかの異なるトランスファーケース作動モードを確立するように位置決めされた動力式クラッチ作動ユニットに関連付けられた構成要素を示す図８のほぼ線Ａ−Ａに沿って切り取られた断面図である。 いくつかの異なるトランスファーケース作動モードを確立するように位置決めされた動力式クラッチ作動ユニットに関連付けられた構成要素を示す図８のほぼ線Ａ−Ａに沿って切り取られた断面図である。 いくつかの異なるトランスファーケース作動モードを確立するように位置決めされた動力式クラッチ作動ユニットに関連付けられた構成要素を示す図８のほぼ線Ａ−Ａに沿って切り取られた断面図である。 動力式クラッチ作動機構に関連付けられたボールランプユニットを備えた後部出力シャフトの側面図である。 本発明の開示の教示に従って構成された別の２速トランスファーケースの概略図である。 トランスファーケースに関連付けられたレンジシフト機構と共に使用される制御手法を示す制御図である。 本発明の開示のレンジシフト制御手法の作動対時間グラフィック図である。 本発明の開示のレンジシフト制御システムに関連付けられた速度同期工程の例を示す図である。 本発明の開示のレンジシフト制御手法に関連付けられた状態フロー制御論理の図である。 本発明の開示のレンジシフト制御手法のためのシミュレーション結果を示す図である。 本発明の開示の制御システムと共に使用されるようになった別のトランスファーケースの断面図である。

例示的実施形態は、本発明の開示が完全であり、かつその範囲を当業者に伝えるために与えられる。本発明の開示の実施形態の十分な理解が得られるように特定の構成要素、デバイス、及び方法の例のような多くの特定の詳細を説明する。特定の詳細を使用する必要はないこと、例示的実施形態を多くの異なる形態に実施することができること、及びいずれも本発明の開示の範囲を制限するように解釈されないことは、当業者には明らかであろう。一部の例示的実施形態において、公知の工程、公知のデバイス構造、及び公知の技術は、詳細に説明しない。

本発明の開示は、一般的に、第１の速度比作動モードから第２の速度比作動モードに自動車の運転中にシフトすること（すなわち、「移動中」レンジシフト）ができるレンジクラッチユニットを一緒に定める減速ギヤセット、レンジクラッチ、及びレンジクラッチアクチュエータを有するトルク伝達装置を備えた２速トランスファーケースに関する。また、車両センサ及び他の車両制御システムと通信して、四輪低レンジ（４ＬＯ）駆動モードと四輪高レンジ（４ＨＩ）駆動モードの間の移動中レンジシフトをもたらすために低レンジ位置から高レンジ位置にレンジクラッチをシフトするレンジクラッチアクチュエータの作動を制御するように機能するトランスファーケース制御システムを提供する。図示すると共に説明する低減ギヤセット、レンジクラッチ、及びレンジクラッチアクチュエータの特定の構成及びタイプは、単に、２速トランスファーケースとの使用に適応され、かつ本発明の教示が適用可能であるあらゆる適切な非同期レンジシフトシステムを表すように意図されている。同様に、トルク伝達装置に関連付けられたモードクラッチユニット及び動力式クラッチ作動ユニットの特定の構成及びタイプは、単に、トランスファーケースを二輪駆動（２ＷＤ）モードと四輪駆動（４ＷＤ）モードの間でシフトすることができるあらゆる適切なモードシフトシステムを表すように意図されている。これに加えて、開示する「一体型」動力式クラッチ作動システムは、他のタイプの組み合わされたか又は個別の動力式（すなわち、水圧、電磁、電気機械）クラッチアクチュエータ、又は手動式（すなわち、変速レバー）クラッチアクチュエータと入れ替えることができる。

図面の図１をここで参照すると、四輪駆動車両１０は、回転牽引動力（すなわち、駆動トルク）を発生させてドライブラインに選択的に送給するための前部ドライブライン１２、後部ドライブライン１４、及びパワートレインを含むと概略的に示されている。パワートレインは、エンジン１６、及び手動又は自動タイプとすることができる変速機１８を含むように示されている。変速機１８は、エンジン１６によって駆動された変速機入力と変速機入力に対して複数のギヤ比で駆動することができる変速機出力とを有する多重比ギヤアセンブリであることが好ましい。図示の特定の実施形態において、車両１０は、駆動トルクをパワートレインから前部ドライブライン１２及び後部ドライブライン１４に伝達するトランスファーケース２０を更に含む。前部ドライブライン１２は、トランスファーケース２０の前部出力シャフト３０に前部車軸アセンブリ２４及び前部プロップシャフト２６を通じて接続された１対の前輪２２を含む。同様に、後部ドライブライン１４は、トランスファーケース２０の後部出力シャフト３８に後部車軸アセンブリ３４及び後部プロップシャフト３６を通じて接続された１対の後輪３２を含む。

更に以下に詳述するように、トランスファーケース２０は、２速レンジクラッチユニット４０、モードクラッチユニット４２、及びレンジクラッチユニット４０との調整されたシフト及びモードクラッチユニット４２の適応係合を制御するように作動可能である動力式クラッチ作動ユニット４４を含むトルク伝達装置を備える。更に、クラッチ作動ユニット４４の作動を制御する制御システム４６が提供される。制御システム４６は、自動車１０のリアルタイム作動特性を検出する車両センサ４８、車両オペレータが利用可能な駆動モードの１つを選択することを可能にするモード選択機構５０、及びセンサ４８からの入力信号及びモード選択機構５０からのモード信号に応答して電気制御信号を発生させるように作動可能であるトランスファーケース制御ユニット（ＴＣＣＵ）５２を含む。また、概略的に示すように、ＴＣＣＵ５２は、例えば、変速機制御ユニット（ＴＣＵ）５３のような少なくとも１つの他の車両制御ユニットと通信するようになっている。

トランスファーケース２０は、変速機１８の出力シャフトとの従動接続に向けて結合されるようになった入力シャフト５４のような回転入力部材を含むように示されている。入力シャフト５４は、第１の回転軸の周りの回転に向けて軸受アセンブリ５８によってハウジング５６において支持される。メインシャフト又は後部出力シャフト３８のような第１の回転出力は、１対の横方向に離間した軸受アセンブリ６０及び６２を通じた第１の回転軸の周りの回転に向けて入力シャフト５４とハウジング５６との間に支持される。更に、前部出力シャフト３０のような第２の回転出力は、１対の軸受アセンブリ６４及び６６による第２の回転軸の周りの回転に向けてハウジング５６において支持される。

最も良好に図２〜図４から見られるように、レンジクラッチユニット４０は、全体的に低減ギヤセット６８及びレンジクラッチ７０を含むように示されている。減速ギヤセットは、入力シャフト５４によって直接に駆動される太陽ギヤ７２、回転できないようにハウジング５６に固定されたリングギヤ７４、及び遊星キャリア７８から回転可能に支持される複数の遊星ギヤ７６を有する遊星ギヤセット６８として示されている。図示のように、遊星ギヤ７６は、太陽ギヤ７２及びリングギヤ７４の両方と噛み合う。遊星ギヤセット６８は、入力シャフト５４に対して低減された速度で遊星キャリア７８を駆動するように機能する。１つの好ましいが非限定的な例において、２．７２〜１．０の減速比が遊星ギヤセット６８によってもたらされる。

レンジクラッチ７０は、後部出力シャフト３８との回転及びその上での軸線方向摺動移動に向けてスプライン接続を通じて結合されたシフトカラー８０を含む。シフトカラー８０は、入力シャフト５４上に形成された内部クラッチ歯８４、又は遊星キャリア７８上に形成された内部クラッチ歯８６に選択的に係合するようになった外部クラッチ歯８２を有する。シフトカラー８０は、クラッチ歯８２が入力シャフト５４上のクラッチ歯８４と係合するように高（ＨＩ）レンジ位置に位置付けられるように示されている。従って、直接の速度比又は「高レンジ」駆動接続が、入力シャフト５４と後部出力シャフト３８の間に確立される。シフトカラー８０は、（ＨＩ）レンジ位置から中心ニュートラル（Ｎ）レンジ位置を通って低（ＬＯ）レンジ位置に後部出力シャフト３８上で軸線方向に移動可能である。（Ｎ）レンジ位置のシフトカラー８０の位置は、そのクラッチ歯８２を入力シャフトクラッチ歯８４及びキャリアクラッチ歯８６から係合解除するように機能し、その結果、後部出力シャフト３８が入力シャフト５４との従動接続から切り離される。これとは対照的に、（ＬＯ）レンジ位置へのシフトカラー８０の移動により、クラッチ歯８２は、遊星キャリア７８上でクラッチ歯８６に係合し、その結果、入力シャフト５４と後部出力シャフト３８の間の低減された速度比又は「低レンジ」駆動接続が確立される。

遊星ギヤセット６８及び非同期レンジクラッチ７０は、２速（すなわち、高レンジ及び低レンジ）特徴を有するトランスファーケース２０をもたらすように機能することが認められるであろう。以下に詳述するように、開示する非同期レンジクラッチユニット４０は、自動車を停止する必要性なしに低レンジ及び高レンジ駆動モード間の「移動中」レンジシフトを可能にするように選択的に制御することができる。更に、第１及び第２の比率駆動接続を入力シャフト５４と後部出力シャフト３８の間に確立するために移動可能なレンジシフト部材に関連付けられたあらゆる２速減速ギヤセットは、本発明の範囲であると考えられる。

図５を主として参照すると、モードクラッチユニット４２は、後部出力シャフト３８との回転に向けてスプライン接続９２を通じて固定されたクラッチハブ９０を有するモードクラッチ８８、クラッチドラム９４、及びクラッチハブ９０とクラッチドラム９４の間に作動可能に配置されたマルチプレートクラッチパック９６を含むように示されている。図示のように、クラッチパック９６は、クラッチハブ９０の円筒形リムセグメント９８にスプライン結合され、かつクラッチドラム９４の円筒形リムセグメント１００にスプライン結合された１組の外側クラッチ板と交互配置された１組の内側クラッチ板を含む。クラッチパック９６は、クラッチハブ９０の反応板セグメント１０２と圧力板１０４の間の制限された摺動移動に向けて保持される。圧力板１０４は、クラッチパック９６と係合して圧縮クラッチ係合力をクラッチパック９６に印加するようになったフェース面１０６を有する。圧力板１０４は、クラッチハブ９０との共通の回転に向けてリムセグメント９８にスプライン結合され、かつクラッチハブ９０の管状スリーブセグメント１０８上の摺動移動に向けて更に支持される。圧力板１０４を垂直に付勢してクラッチ９６との係合から離す戻りバネ１１０が、クラッチハブ９０と圧力板１０４の間に提供される。

モードクラッチ８８が係合すると、駆動トルクが、後部出力シャフト３８からクラッチパック９６及びトランスファーアセンブリ１１２を通って前部出力シャフト３０に伝達される。トランスファーアセンブリ１１２は、後部出力シャフト３８上に軸受アセンブリ１１６によって回転可能に支持された第１のスプロケット１１４、前部出力シャフト３０にスプライン接続１２０を通じて固定された第２のスプロケット１１８、及び第１のスプロケット１１４及び第２のスプロケット１１８を取り囲むパワーチェーン１２２を含むように示されているチェーン駆動ユニットである。クラッチドラム９４は、モードクラッチ８８を通じて伝達された駆動トルクがトランスファーアセンブリ１１２を通じて前部出力シャフト３０に伝達されるように第１のスプロケット１１４との回転に向けて固定される。従って、トランスファーアセンブリ１１２は、トランスファーケース２０のトルク伝達装置の一部を形成する。

圧力板１０４は、第１の又は「完全に解除された」位置と第２の又は「完全に係合した」位置との間でクラッチパック９６に対して軸線方向に移動可能である。圧力板１０４が完全に解除された位置にある状態で、最小クラッチ係合力が、クラッチパック９６に掛けられ、二輪駆動（２ＷＤ）モードを確立するようにモードクラッチ８８を通じて駆動トルクが実質的に伝達されないようになっている。戻りバネ１１０は、圧力板１０４を完全に解除された位置に向けて垂直に付勢するように配置される。これとは対照的に、完全に係合した位置での圧力板１０４の位置により、最大クラッチ係合力が、クラッチパック９６に印加され、前部出力シャフト３０は、実質的に、ロックされた又は「パートタイム」四輪駆動（４ＷＤ）モードを確立するように後部出力シャフト３８との共通の回転に向けてトランスファーアセンブリ１１２を通じて結合されるようになっている。従って、完全に解除された位置と完全に係合した位置の間の圧力板１０４の位置の正確な制御により、後部出力シャフト３８と前部出力シャフト３０の間のトルク伝達の量の適応調節が可能になり、その結果、適応又は「オンデマンド」四輪駆動（ＡＵＴＯ−４ＷＤ）モードの確立が可能である。

動力式クラッチ作動ユニット４４は、完全に解除された位置と完全に係合した位置の間の圧力板１０４の移動で３つの異なるレンジ位置間のシフトカラー８０の移動を調整するように作動可能である。その最も基本的な形態において、クラッチ作動ユニット４４は、電気モータ１２６、電気モータ１２６によって駆動されるアクチュエータシャフト１２８、レンジクラッチアクチュエータアセンブリ１３０、及びモードクラッチアクチュエータアセンブリ１３２を含む。アクチュエータシャフト１２８は、第３の回転軸の周りのハウジング５６における回転に向けて１対の横方向に離間した軸受アセンブリ１３４によって支持される両端を有する。減速ギヤトレイン１３６が、電気モータ１２６の回転出力とアクチュエータシャフト１２８の間の駆動接続をもたらす。減速ギヤトレイン１３６は、電気モータ１２６及び平歯車セット１３８の回転出力によって駆動されるウォームギヤセット（図示せず）を含む。電気モータ１２６の作動により、ウォームギヤセットは、ギヤセット１３８に関連付けられた駆動ギヤ１４０を駆動する。具体的には、駆動ギヤ１４０は、アイドラーシャフト１３９上の回転に向けて支持され、かつアクチュエータシャフト１２８との回転に向けて固定された大径従動ギヤ１４２と噛み合う小径ギヤである。特に、従動ギヤ１４２は、半径方向シャフトフランジ１４８と後部軸受アセンブリ１３４との間にアクチュエータシャフト１２８にスプライン接続１４６を通じて固定された管状ハブセグメント１４４を含む。ギヤトレイン１３６によってもたらされる累積的な減速比により、より小型の低電力電気モータの使用が可能である。ＴＣＣＵ５２にアクチュエータシャフト１２８の角度位置を示す入力信号を供給する角度位置センサ又は符号器１５０が、アクチュエータシャフト１２８の端部分に取り付けられる。

レンジクラッチアクチュエータアセンブリ１３０は、アクチュエータシャフト１２８の双方向回転運動をシフトカラー８０の双方向平行移動に３つの異なるレンジ位置間で変換するように作動可能である。図６〜図８を主として参照すると、レンジクラッチアクチュエータアセンブリ１３０は、全体的にレンジカム１５４、レンジフォーク１５６、及びバネ付勢ユニット１５８を含むように示されている。レンジカム１５４は、アクチュエータシャフト１２８上の摺動移動に向けて支えられる内径面１６０を有する管状部材である。細長レンジスロット１６２が、レンジカム１５４内に形成され、かつアクチュエータシャフト１２８との回転に向けて固定された従動ピン１６４を受け入れる。スロット１６２は、高レンジドエルセグメント１６６、低レンジドエルセグメント１６８、及びドエルセグメント１６６及び１６８を相互接続する螺旋状シフトセグメント１７０を含む。レンジフォーク１５６は、アクチュエータシャフト１２８上の摺動移動に向けて支持されたスリーブセグメント１７２、及びシフトカラー８０内に形成された環状溝１７６にスリーブセグメント１７２から延びるフォークセグメント１７４を含む。スリーブセグメント１７２は、レンジカム１５４及びバネ付勢ユニット１５８が位置付けられる内部チャンバ１７８を定める。バネ付勢ユニット１５８は、レンジフォーク１５６のレンジカム１５４とスリーブセグメント１７２との間に作動可能に配置される。バネ付勢ユニット１５８は、レンジカム１５４の軸線方向移動に応答して軸線方向に移動するレンジフォーク１５６を付勢するように機能し、一方、そのバネ順応性は、シフトカラークラッチ歯８２と入力シャフトクラッチ歯８４又はキャリアクラッチ歯８６との間に発生する可能性がある歯「阻止」条件に対処する。従って、バネ付勢ユニット１５８により、そのような歯阻止条件が排除された状態で、レンジフォーク１５６は、確実にＨ及びＬレンジ位置へのシフトカラー８０の軸線方向移動を完了するようになる。

レンジクラッチアクチュエータアセンブリ１３０は、レンジカム１５４の軸線方向移動がアクチュエータシャフト１２８の回転に応答してレンジスロット１６２のシフトセグメント１７０内の従動ピン１６４の移動から生じるように配置される。図示のように、レンジカム１５４のそのような移動により、レンジフォーク１５６は、３つの異なるレンジ位置間でシフトカラー８０を移動する。具体的には、レンジクラッチユニット４０を高レンジ駆動モードにシフトすることが望ましい時に、電気モータ１２６は、アクチュエータシャフト１２８を第１の方向に回転させ、それにより、次に、従動ピン１６４の同時の回転が発生する。そのような回転により、従動ピン１６４は、レンジスロット１６２のシフトセグメント１７０内で移動し、シフトカラー８０がＨレンジ位置に位置付けられるまでレンジカム１５４及びレンジフォーク１５６を軸線方向に移動する。シフトカラー８０がＨレンジ位置にある状態で、高レンジ駆動接続が、入力シャフト５４と後部出力シャフト３８の間に確立される。第１の方向のアクチュエータシャフト１２８の回転の継続により、従動ピン１６４は、移動スロット１６２のシフトセグメント１７０を出て高レンジドエルセグメント１６６に入り、レンジカム１５４の更に別の軸線方向移動を防止し、その結果、シフトカラー８０がＨレンジ位置に維持される。以下に詳述するように、レンジスロット１６２の高レンジドエルセグメント１６６の長さは、モードクラッチアクチュエータアセンブリ１３２によるモードクラッチ８８の作動を受け入れるために第１の回転方向のアクチュエータシャフト１２８の十分な追加の回転を可能にするように選択される。

シフトカラー８０がＨレンジ位置にある状態で、反対の又は第２の方向のアクチュエータシャフト１２８のその後の回転により、従動ピン１６４は、高レンジドエルセグメント１６６を出てレンジスロット１６２の螺旋状シフトセグメント１７０に再び入り、レンジカム１５４は、Ｈレンジ位置からＬレンジ位置に向けてシフトカラー８０を移動し始める。第２の方向のアクチュエータシャフト１２８の回転の継続時に、従動ピン１６４は、レンジスロット１６２のシフトセグメント１７０を出て低レンジドエルセグメント１６８に入り、シフトカラー８０が、Ｌレンジ位置に位置付けられて維持され、それによって遊星キャリア７８と後部出力シャフト３８の間の低レンジ駆動接続が確立される。ここでもまた、レンジスロット１６２の低レンジドエルセグメント１６８の長さは、モードクラッチ８８の完全な作動を受け入れるのに要求される第２の回転方向のアクチュエータシャフト１２８の追加の回転を可能にするように選択される。

モードクラッチアクチュエータアセンブリ１３２は、前部出力シャフト３０にモードクラッチ８８を通じて伝達される駆動トルクの適応調節を可能にするように完全に解除された位置と完全に係合した位置との間のアクチュエータシャフト１２８の双方向回転運動を圧力板１０４の双方向平行移動に変換するように作動可能である。一般的に、モードクラッチアクチュエータアセンブリ１３２は、ボールランプユニット１８２及びモードカム１８４を含む。ボールランプユニット１８２は、半径方向シャフトフランジ１８６と圧力板１０４の間で後部出力シャフト３８上で支持される。ボールランプユニット１８２は、第１のカム部材１８８、第２のカム部材１９０、及びカム部材１８８及び１９０の対応するフェース面に形成された位置合わせされた組の先細の溝１９４及び１９６内に配置されたボール１９２を含む。特に、溝１９４は、第１のカム部材１８８のカムリングセグメント２００上の第１のフェース面１９８に形成される。図示のように、スラスト軸受アセンブリ２０２は、シャフトフランジ１８６とカムリングセグメント２００の第２のフェース面２０４の間に配置される。第１カム部材１８８は、管状スリーブセグメント２０６及び細長レバーセグメント２０８を更に含む。スリーブセグメント２０６は、軸受アセンブリ２１０を通じて後部出力シャフト３８上で支持される。レバーセグメント２０８は、アクチュエータシャフト１２８に対して回転することができる端部上で案内されるスペーサカラー２１２に係合する末端部分を有する。モードカム１８４は、アクチュエータシャフト１２８との共通の回転に向けてスプライン接続２１５を通じて固定される。係止リング２１６は、半径方向シャフトフランジ２１８に対してスペーサカラー２１２及びモードカム１８４を軸線方向に位置付ける。

ボールランプユニット１８２の第２のカム部材１９０は、溝１９６が、第１のカム部材１８８のスリーブセグメント２０６及びクラッチハブ９０のスリーブセグメント１０８の各部分を全体的に取り囲むように示されたカムリングセグメント２２２の第１のフェース面２２０に形成される。スラスト軸受アセンブリ２２４及びスラストリング２２６は、カムリングセグメント２２２の第２のフェース面２２８と圧力板１０４のフェース面２３０の間に配置される。第２のカム部材１９０は、モードカム１８４の外側周縁上に形成されたカム面２３６に転動係合する末端部に取り付けられたモード従動部２３４を有する細長レバーセグメント２３２を更に含む。以下に詳述するように、モードカム１８４上のカム面２３６の輪郭は、アクチュエータシャフト１２８の回転に応答して第２のカム部材１９０の角度移動を第１のカム部材１８８に対して制御するように機能する。カム部材１８８及び１９０間のそのような相対的な角度移動により、ボール１９２が、先細溝１９４及び１９６に沿って進み、それにより、次に、第２のカム部材１９０の軸線方向移動が引き起こされる。第２のカム部材１９０のそのような軸線方向移動は、圧力板１０４の対応する軸線方向移動を完全に解除された位置と完全に係合した位置との間に引き起こすように機能し、その結果、クラッチパック９６に印加されるクラッチ係合力の大きさが制御される。

見られるように、第２のカム部材１９０のレバーセグメント２３２は、アクチュエータシャフト１２８の片側に位置付けられ、第１のカム部材１８８のレバーセグメント０８は、アクチュエータシャフト１２８の反対側に位置する。モードカム１８４上のカム面２３６とのモード従動部２３４の係合に起因して、第２のカム部材１９０は、アクチュエータシャフト１２８の回転に応答して第１の又は「格納」位置と第２の又は「拡張」位置との間で第１のカム部材１８８に対して角度移動可能である。第２のカム部材１９０が格納位置まで回転した状態で、戻りバネ１１０は、圧力板１０４を完全に解除された位置まで付勢し、それにより、次に、ボール１９２は、位置合わせされた溝１９４及び１９６の深い端部分に位置する。従って、第１のカム部材１８８に対するその角度的格納位置までの第２のカム部材１９０のそのような移動は、第２のカム部材１９０をクラッチパック９６に対して軸線方向格納位置に位置付けるように機能する。図示していないが、戻りバネ１１０が第２のカム部材１９０をその格納位置に向けて垂直に付勢するのを補助するために、付勢ユニットをレバーセグメント２０８及び２３２間に設けることができる。これとは対照的に、拡張位置までの第２のカム部材１９０の角度移動により、ボール１９２は、位置合わせされた溝１９４及び１９６の浅い端部分に位置付けられ、それによってクラッチパック９６に対する軸線方向拡張位置までの第２のカム部材１９０の軸線方向移動を引き起こす。第２のカム部材１９０のそのような軸線方向移動により、圧力板１０４は、戻りバネ１１０によって掛けられる付勢とは反対の完全に係合した位置まで移動される。従って、格納位置と拡張位置の間の第２のカム部材１９０の角度移動の制御は、完全に解除された位置と完全に係合した位置の間の圧力板１０４の同時移動を制御するように機能する。

上述のように、モードカム１８４のカム面２３６及びレンジカム１５４のレンジスロット１６２は、複数の異なる駆動モードを確立するためにアクチュエータシャフト１２８の回転に応答してシフトカラー８０及び圧力板１０４の移動を調整するように構成される。１つの可能な構成に従って、モードセレクタ５０は、車両オペレータが、例えば、二輪高レンジドライブ（２ＷＨ）モード、オンデマンド四輪高レンジドライブ（ＡＵＴＯ−４Ｈ）モード、パートタイム四輪高レンジドライブ（４ＨＩ）モード、ニュートラル（Ｎ）モード、及びパートタイム四輪低レンジドライブ（４ＬＯ）モードを含むいくつかの異なる二輪及び四輪駆動モードから選択すること可能にすることができる。具体的には、制御システム４６は、モードセレクタ５０によってＥＣＵ５２に送出されるモード信号及びＥＣＵ５２にセンサ４８によって送られるセンサ入力信号に応答してアクチュエータシャフト１２８の回転後の位置を制御するように機能する。

図９Ａは、二輪高レンジドライブ（２ＷＨ）モードを確立するのに要求される「２Ｈ」位置まで回転されたアクチュエータシャフト１２８を示している。理解されるように、二輪高レンジ駆動モードは、シフトカラー８０がその（ＨＩ）レンジ位置に位置付けられ、圧力板１０４がクラッチパック９６に対して完全に解除された位置に位置付けられた時に確立される。従って、入力シャフト５４は、直接速度比で後部出力シャフト３８を駆動し、一方、モードクラッチ８８は解除され、全ての駆動トルクが後部ドライブライン１４に送出されるようになっている。モード従動部２３４は、第２のカム部材１９０をその格納位置に位置付けるように機能するモードカム１８４上のカム面２３６の第１のカムセグメント２３６Ａの戻り止め部分に係合するように示されている。

オンデマンド四輪高レンジドライブ（ＡＵＴＯ−４Ｈ）モードがその後に選択された場合に、電気モータ１２６は、最初にアクチュエータシャフト１２８を２Ｈ位置から図９Ｂに示す「ＡＤＡＰＴ−Ｈ」位置まで第１の方向に（すなわち、時計回りに）回転させるように通電される。アクチュエータシャフト１２８のこの回転後の位置において、従動ピン１６４は、レンジカム１５４のレンジスロット１６２の高レンジドエルセグメント１６６に位置付けられ、シフトカラー８０は、直接駆動接続を入力シャフト５４と後部出力シャフト３８の間に保つために（ＨＩ）レンジ位置に維持されるようになっている。しかし、ＡＤＡＰＴ−Ｈ位置までのアクチュエータシャフト１２８のそのような回転により、図示の位置までのモードカム１８４の同時回転が引き起こされ、それにより、次に、モード従動部２３４は、モードカム面２３６の第２のカムセグメント２３６Ｂの第１の端部分に係合する。カムセグメント２３６Ａから第２のカムセグメント２３６Ｂまでの第１のモード従動部２３４のそのような移動により、第２のカム部材１９０は、格納位置から中間又は「待機」位置まで第１のカム部材１８８に対して角度移動する。第２のカム部材１９０が待機位置まで回転された状態で、ボールランプユニット１８２は、圧力板１０４を完全に解除された位置からクラッチパック９６に予め決められた「予荷重」クラッチ係合力を印加するように作動可能である「適応」位置まで軸線方向に移動させる。圧力板１０４の適応位置は、適応トルク制御のためにクラッチパック９６のクリアランスを占めるのに要求される低レベルのトルク伝達をモードクラッチ８８にわたって提供する。次に、ＴＣＣＵ５２は、センサ４８によって検出された現在の牽引条件及び作動特性に基づいて牽引を改善するためにいつかつどれだけの駆動トルクがドライブラインスリップを制限し、かつモードクラッチ８８にわたって伝達する必要があるかを決定する。これに代えて、圧力板１０４の適応位置は、望ましい前部／後部トルク分布比率（すなわち、１０／９０、２５／７５、４０／６０のような）を前部出力シャフト３０と後部出力シャフト３８の間に確立するためにモードクラッチ８８に部分的に係合するように選択することができる。

オンデマンドの四輪高レンジ駆動モードの適応制御の限界は、図９ＢのＡＤＡＰＴ−Ｈ位置と図９Ｃに示す「ＬＯＣＫ−Ｈ」位置の間のアクチュエータシャフト１２８の双方向回転を制御することによって確立される。アクチュエータシャフト１２８がＬＯＣＫ−Ｈ位置にある状態で、モードカム面２３６の第２のセグメント２３６Ｂは、第２のカム部材１９０をその拡張位置に移動し、その結果、圧力板１０４は、モードクラッチ８８に完全に係合するためにその完全に係合した位置に移動する。アクチュエータシャフト１２８のこの範囲の角度的進行は、シフトカラー８０を（ＨＩ）レンジ位置に維持するように従動ピン１６４をレンジスロット１６２の高レンジドエルセグメント１６６内を進ませる。しかし、アクチュエータシャフト１２８のそのような回転は、モード従動部２３４がカム面２３６の第２のセグメント２３６Ｂに沿って乗ることをもたらし、第２のセグメント２３６Ｂは、次に、第２のカム部材１９０の角度移動を待機位置と拡張位置の間に制御するように構成される。この進行範囲内のアクチュエータシャフト１２８の双方向回転は、ＴＣＣＵ５２が予め選択されたトルク制御手法に基づいて電気モータ１２６を作動させることによって制御される。理解されるように、モードクラッチ８８にわたってトルク伝達を適応制御する当業技術で公知のあらゆる制御手法を本発明で利用することができる。

車両オペレータがパートタイム四輪高レンジドライブ（４ＨＩ）モードを選択した場合に、電気モータ１２６は、アクチュエータシャフト１２８を第１の方向に図９Ｃに示すそのＬＯＣＫ−Ｈ位置まで回転させるために通電される。従って、シフトカラー８０は、（ＨＩ）レンジ位置に維持され、モードカム２３４は、第２のカム部材１９０を拡張位置に移動し、それにより、次に、圧力板１０４は、モードクラッチ８８に完全に係合するために完全に係合した位置に移動する。電気モータ１２６の定時サービス要件を制限するために、ギヤトレイン１３６の逆駆動を防止するようにかつ圧力プレート１０４を完全に係合した位置に保持するようにモータ出力の回転を制動するために電気モータ１２６に関連付けられたパワーオフブレーキ２４０に係合することができる。このようにして、パートタイム四輪高レンジ駆動モードが確立された後に電気モータ１２６を遮断することができる。

ニュートラルモードが選択された場合に、電気モータ１２６は、アクチュエータシャフト１２８を第２の（すなわち、反時計回りの）方向に図９Ｄに示す中立位置まで回転させるために通電される。アクチュエータシャフト１２８のそのような回転により、従動ピン１６４は、高レンジドエルセグメント１６６を出て、シフトカラー８０がその（Ｎ）位置に位置付けられるまでレンジスロット１６２のシフトセグメント１７０内に乗る。同時に、モードカム１８４の回転により、モード従動部２３４は、カム面２３６の第１のセグメント２３６Ａの一部に係合し、このセグメントは、第２のカム部材１９０を格納位置から変位した位置まで移動するように構成される。第２のカム部材１９０のそのような移動は、完全に解除された位置からクラッチパック９６の方向への圧力板１０４の軸線方向移動の制限をもたらす。好ましくは、圧力板１０４のそのような移動は、いずれかの駆動トルクがモードクラッチ８８を通じて前部ドライブライン１２に伝達されることをもたらさない。

図９Ｅ及び図９Ｆは、パートタイム四輪低レンジドライブ（４ＬＯ）モードが選択された時に発生する第２の方向のアクチュエータシャフト１２８の回転の継続を示している。特に、図９Ｅは、シフトカラー８０をその（ＬＯ）レンジ位置に位置付けるためにレンジピン１６４がレンジカムスロット１６２の低レンジドエルセグメント１６８に入るアクチュエータシャフト１２８の中間「ＡＤＡＰＴ−Ｌ」位置を示している。モードカム１８４は、同様に、モード従動部２３４をカム面２３６の第１のセグメント２３６Ａと第３のセグメント２３６Ｃとの接続部に位置付けるために回転した状態にある。第３のセグメント２３６Ｃの輪郭は、モード従動部２３４が示す位置にある時に第２のカム部材１９０が待機位置まで回転するように構成される。上述のように、待機位置までの第２のカム部材１９０の移動により、圧力板１０４は、適応位置まで軸線方向に移動する。しかし、パートタイム四輪低レンジ駆動モードの選択は、図９Ｆに示すＬＯＣＫ−Ｌ位置までのアクチュエータシャフト１８４の回転の継続を引き起こす。レンジカムスロット１６２の低レンジドエルセグメント１６８は、シフトカラー８０をＬレンジ位置に維持し、一方、モードカム面２３６の第３のセグメント２３６Ｃは、モード従動部２３４に、第２のカム部材１９０を拡張位置まで移動し、その結果、圧力板１０４は、完全にモードクラッチ８８に係合するために完全に係合した位置に移動する。また、パワーオフブレーキ２４０を作動させて、アクチュエータシャフト１２８をＬＯＣＫ−Ｌ位置に維持することができる。

動力式クラッチ作動ユニット４４に対して開示した特定の装置に基づいて、アクチュエータシャフト１２８は、シフトカラー８０のレンジシフトを受け入れるために第１の角度的進行範囲を通して、並びにモードクラッチ８８の係合を受け入れるために第２及び第３の角度的進行範囲を通して回転可能である。特に、アクチュエータシャフト１２８の第１の角度的進行範囲は、ＡＤＡＰＴ−Ｈ位置とＡＤＡＰＴ−Ｌ位置の間に確立される。アクチュエータシャフト１２８の第２の進行範囲は、（ＨＩ）レンジ位置のシフトカラー８０でのモードクラッチ８８の適応制御を可能にするためにＡＤＡＰＴ−Ｈ位置とＬＯＣＫ−Ｈ位置の間に定められる。同様に、アクチュエータシャフト進行の第３の範囲は、シフトカラー８０が（ＬＯ）レンジ位置にある間にモードクラッチ８８の作動を可能にするためにＡＤＡＰＴ−Ｌ位置とＬＯＣＫ−Ｌ位置の間に定められる。図示の構成において、動力式クラッチ作動ユニット４４は、単一電動デバイス（すなわち、電気モータ１２６）を利用してレンジクラッチアクチュエータアセンブリ１３０及びモードクラッチアクチュエータアセンブリ１３２の両方の作動を制御する。

図２〜図１０は、一例示的トランスファーケース２０の詳細説明を与えるが、ここで図１１は、別の例示的なトランスファーケース２０Ａの概略バージョンを示すために与えられる。一般的に、トランスファーケース２０Ａは、別々のレンジクラッチアクチュエータユニット４４Ａ及び別々のモードクラッチアクチュエータユニット４４Ｂが動力式クラッチ作動ユニット４４’に関連するように示された点を除き、トランスファーケース２０と実質的に類似のものである。更に、モードクラッチユニット４２Ａは、例えばかつ以下に限定されないが、４ＷＤモードを確立するために各々が第１のスプロケット１１４を後部出力シャフト３８と選択的に結合することができるマルチプレート摩擦クラッチ、双方向オーバーラニングクラッチ、ＥＭクラッチ、及び同期又は非同期ドッグタイプクラッチを含むあらゆるタイプの適切なクラッチ構成を包含するように概略的に示されている。

本発明の開示は、ある一定の車両作動条件下でのトランスファーケース２０、２０Ａの「移動中」レンジシフトを可能にするように構成された制御手法に関するものである。以下の値は単に例であるが、好ましい制御手法は、後部出力シャフト３８の速度が予め決められた速度値（すなわち、１０００ｒｐｍ）未満であり、移動時間が予め決められた時間値（すなわち、４秒）よりも小さい時に（ＬＯ）レンジから（ＨＩ）レンジへのレンジシフトのみを可能にするようになっている。また、移動中レンジシフトが不成功の場合に４ＬＯ駆動モードを再確立するように「回復」手法を提供することが重要である。

図１２に示す概要に従って車両オペレータが変速機１８（すなわち、変速機モードＰＲＮＤＬ）をドライブ（Ｄ）モードからニュートラルモードにシフトし（ブロック３００）、次に、モード選択機構５０を通じて４ＬＯから４ＨＩへのレンジシフトの要求が行われた（ブロック３０２）時に、望ましいレンジシフトの制御手法２９０が開始される。車両の路上速度が決定ブロック３０４に示すように予め決められた閾速度（すなわち、５ｋｍ／ｈ）以下である場合に、ブロック３０６によって示すように、標準的なレンジシフト手法が使用される。この標準的なシフト手法は、あらゆる従来のレンジシフト制御プロトコルを含むことが意図され、この事例において、動力式クラッチ作動ユニット４４、４４’に頼ってモードクラッチ８８が完全に係合した条件に維持される間にレンジカラー８０を移動する。望ましい４ＬＯから４ＨＩへのレンジシフトの完了時に、車両オペレータは、レンジシフト成功を知らされて（ブロック３０８を参照されたい）、変速機１８をドライブ（Ｄ）モードにシフトして戻すように要求される。

これとは対照的に、車両路上速度が予め決められた閾値を超える場合に（ブロック３０４）、制御システム２９０は、決定ブロック３１０によって示すように、後部出力シャフト３８の出力速度が予め決められたシャフト速度値末端又はそれに等しいか否かを決定する。この例において、後部出力シャフト３０の閾値シャフト速度は、１０００ｒｐｍに設定される。閾値シャフト速度を超えた場合に、ブロック３１２に示すように、レンジシフトは中止される。しかし、後部出力シャフト３８のシャフト速度が閾値に等しいか又はそれ未満である場合に、ＴＣＣＵ５２は、ブロック３１４に示すように、レンジクラッチアクチュエータを作動させて、レンジカラー８０を（Ｎ）レンジ位置に移動する。決定ブロック３１６で、ＴＣＣＵ５２は、レンジカラー８０が実際にその（Ｎ）レンジ位置にシフトされたことを確認する。その（Ｎ）レンジ位置でのレンジカラー８０の明確な位置決めのこの確認は、レンジカラー８０に関連付けられた位置センサ（図示せず）によって行うことができる。

その（Ｎ）レンジ位置へのレンジカラー８０の試行されたシフトが第１の予め決められた期間（例えば、１秒）において達成されなかった事象において、シフトは中止され、シフトレンジカラー８０は、その４（ＬＯ）レンジ位置に戻る。更に、その（Ｎ）レンジ位置へのレンジカラー８０の試行されたシフトが第２の予め決められた期間（例えば、３００ミリ秒）において達成されず、モータ電流が予め決められた電流（例えば、１６アンペア）よりも大きい事象において、シフトは阻止されたと考えられて、シフトレンジカラー８０は、その４（ＬＯ）レンジ位置に戻る。これらの事象のいずれかの発生後に、ＴＣＣＵ５２は、レンジクラッチアクチュエータを作動させて再びレンジカラー８０をその（Ｎ）レンジ位置に移動しようと試行することができる。しかし、不成功であった場合に、ドライバは、低から高へのシフトを再度要求しなければならない。

ブロック３１８は、ＴＣＣＵ５２がＴＣＵ５３にトランスファーケース２０がその（Ｎ）レンジ位置に明確にシフトされていると通知することを示している。確認時に、変速機制御ユニット５３は、変速機１８をそのドライブ（Ｄ）モードにシフトして戻し、次に、ブロック３２０によって示すように、変速機出力シャフトの速度を後部出力シャフト３８の速度と同期させるために速度比及びエンジントルクを制御するように機能する。そのような速度同期は、予め定義された速度差分範囲（すなわち、８０ｒｐｍ）内で行われるべきであり、変速機出力シャフト速度は、決定ブロック３２２によって示すように、後部出力シャフト速度よりも大きい。速度同期工程の完了時に、ＴＣＵ５３は、変速機１８をそのドライブ（Ｄ）モードからそのニュートラル（Ｎ）モードにシフトするように働き、次に、ＴＣＵ５３は、ブロック３２４に示すように、ＴＣＣＵ５２に変速機ニュートラルモードを通知する。次に、ＴＣＣＵ５２は、ブロック３２６に示すように、レンジクラッチアクチュエータを作動させて、レンジカラー８０をその（Ｎ）レンジ位置からその（ＨＩ）レンジ位置にシフトするようにクラッチ作動ユニット４４、４４’に通知する。決定ブロック３２８は、ＴＣＣＵ５２が（ＨＩ）レンジでのレンジカラー８０の明確な位置決めを確認することを示している。次に、ドライバは、ブロック３０８でその４（ＨＩ）モードへのレンジシフト成功を知らされた状態で、変速機１８をそのドライブ（Ｄ）モードにシフトして戻す。

図１３は、プロットの左側に沿って列挙するある一定の例示的な車両作動パラメータで始まるトランスファーケース２０、２０Ａの４ＬＯから４ＨＩへのシフトの例示的なタイムライン図表を示している。４ＬＯから４ＨＩへのレンジシフトの開始時に存在すると仮定されるこれらの車両パラメータは、この非限定的例において以下のもの、すなわち、スロットル１０％、変速機モードドライブ（Ｄ）、変速機ギヤ４番、トランスファーケースレンジ位置ＬＯ、入力シャフト速度２４４８ｒｐｍ、及び後部シャフト速度９００ｒｐｍを含むように示されている。このタイムラインは、４ＬＯから４ＨＩへのレンジシフト、速度同期、及びレンジシフト及び駆動モードへの変速機１８の戻りの完了を要求するニュートラルモードへ変速機１８をシフトする順次的なフェーズを反映している。

図１４は、制御手法２９０に関連付けられた例示的な速度同期工程を示している。具体的には、変速機出力シャフトと後部出力シャフト３８の間の速度適合を達成する７つの段階を非限定的な例に示している。特に、線３４０は、変速機１８が第４の（オーバードライブ）ギヤ比率で作動し、トランスファーケース２０が低レンジ駆動接続で作動している自動車の作動条件を示している。線３４２は、トランスファーケース２０がその低レンジ駆動接続での作動に留まっている間にこの非限定的な例において変速機入力速度を６００ｒｐｍ（すなわち、エンジン無負荷回転数）に減速するために変速機１８をニュートラル（Ｎ）モードにシフトする段階を示している。線３４４は、非駆動接続を確立するための（Ｎ）レンジへのトランスファーケース２０のその後のシフトを示している。線３４６は、８０ｒｐｍ速度差閾値まで入力シャフト５４の回転速度を低減するように機能する直接駆動第３ギヤ比で変速機１８をドライブ（Ｄ）モードにシフトすることを示している。線３４８は、トランスファーケース２０がＮ非駆動接続条件に留まっている間にそのニュートラル（Ｎ）モードへの変速機１８のその後のシフトの戻りを示している。線３５０では、トランスファーケース２０は、変速機がニュートラルのままである間に高レンジ駆動接続にシフトされる。最後に、線３５２では、変速機１８は、変速機の入力シャフトと後部出力シャフト３８との間に直接的な１対１の駆動比をもたらすためにドライブ（Ｄ）モードへシフトして戻される。

図１５は、制御システム２９０に関連付けられた状態フロー制御論理図を示し、一方、図１６は、図１３に示す予想された結果と相関するように示されているシミュレーション結果の図を示している。

図１７は、本発明が使用に向けて適応される別のトランスファーケース２０’の断面図である。一般的に、トランスファーケース２０’は、モードクラッチユニット４２’及びボールランプユニット１８２がここでは第１のスプロケット１１２’の後方に位置付けられる例外を有する。しかし、クラッチ作動ユニット４４’は、依然としてレンジクラッチアクチュエータアセンブリ１３０’及びモードクラッチアクチュエータアセンブリ１３２の作動を調整するように機能する。全体的な共通性に鑑みて、トランスファーケース２０のものと類似の構成要素を識別するために、プライム記号付きの参照番号がトランスファーケース２０’で使用されている。

上述の開示は、トランスファーケース移動中レンジシフトに関連付けられたドライブ（Ｄ）とニュートラル（Ｎ）モードの間の変速機１８のシフトは、手動で確立される（ＰＤＲＮＬレバーを通じて）と説明したが、そのような変速機シフトは、完全に自動のトランスファーケースレンジシフト制御システムの下でドライバ入力なしに完了することができることも考えられている。

実施形態の以上の説明は、図示及び例示を目的として与えたものである。網羅的であること及び本発明の開示を制限するように意図していない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、一般的にその特定の実施形態に限定されず、むしろ、適用可能な場合には交換可能であり、たとえ具体的に図示又は説明されていなくても選択した実施形態に使用することができる。その同じことは、多くの方法で変えることもできる。そのような変形は、本発明の開示からの逸脱と見なされないものとし、全てのそのような修正は、本発明の開示の範囲内に含まれるように意図している。

１０ 四輪駆動車両
１２ 前部ドライブライン
１４ 後部ドライブライン
２０ トランスファーケース
３０ 前部出力シャフト

Claims (15)

1. 入力シャフトと、
   第１及び第２の出力シャフトと、
   前記入力シャフトによって駆動される減速ギヤセットと、
   前記入力シャフトと前記第１の出力シャフトの間の駆動接続を確立するように第１のレンジ位置において作動可能であり、かつ前記減速ギヤセットと該第１の出力シャフトの間の駆動接続を確立するように第２のレンジ位置において更に作動可能であるレンジクラッチと、
   前記第２の出力シャフトを前記第１の出力シャフトとの従動係合から係合解除するように第１のモード位置において作動可能であり、かつ該第１の出力シャフトと該第２の出力シャフトの間の駆動接続を確立するように第２のモード位置において更に作動可能であるモードクラッチと、
   アクチュエータシャフトを駆動する電気モータと、前記レンジクラッチをその第１及び第２のレンジ位置の間で移動するために該アクチュエータシャフトによって駆動されるレンジアクチュエータと、前記モードクラッチをその第１及び第２のモード位置の間で移動するために該アクチュエータシャフトによって駆動されるモードアクチュエータとを有する動力式クラッチ作動ユニットと、
   前記レンジクラッチ及び前記モードクラッチの移動を調整するように前記アクチュエータシャフトの回転の大きさ及び方向を制御するために前記電気モータを作動させるための制御システムであって、車両センサ及び少なくとも１つの他の車両制御ユニットと通信するようになったトランスファーケース制御ユニットを含み、前記入力シャフト及び前記第１の出力シャフトの速度同期に続いて該レンジクラッチのその第２のレンジ位置からその第１のレンジ位置への移動中シフトを可能にするように作動可能である前記制御システムと、
   を含むことを特徴とするトランスファーケース。
2. 前記アクチュエータシャフトは、第１の進行範囲、第２の進行範囲、及び第３の進行範囲を通して回転可能であることを特徴とする請求項１に記載のトランスファーケース。
3. 前記第１の進行範囲を通した前記アクチュエータシャフトの回転が、前記モードアクチュエータが前記モードクラッチをその第１のモード位置に維持している間に前記レンジアクチュエータに前記レンジクラッチをその第１及び第２のレンジ位置の間で移動させ、
   前記第２の進行範囲を通した前記アクチュエータシャフトの回転が、前記モードアクチュエータが前記モードクラッチをその第１及び第２のモード位置の間で移動する間に前記レンジアクチュエータに前記レンジクラッチをその第１のレンジ位置に維持させる、
   ことを特徴とする請求項２に記載のトランスファーケース。
4. 前記第３の進行範囲を通した前記アクチュエータシャフトの回転が、前記モードアクチュエータが前記モードクラッチをその第１及び第２のモード位置の間で移動する間に前記レンジアクチュエータに前記レンジクラッチをその第２のレンジ位置に維持させることを特徴とする請求項３に記載のトランスファーケース。
5. 前記少なくとも１つの他の車両制御ユニットは、前記入力シャフトに結合された変速機出力シャフトを有する多速度変速機の作動を制御するように作動可能である変速機制御ユニットであることを特徴とする請求項１に記載のトランスファーケース。
6. 前記レンジアクチュエータは、
   前記アクチュエータシャフトとの回転に向けて固定された従動部と、
   前記アクチュエータシャフト上に支持され、かつ前記従動部が内部に配置されたレンジスロットを有するレンジカムであって、該レンジスロットが、該アクチュエータシャフトの回転移動を該レンジカムの軸線方向移動に変換するように構成される前記レンジカムと、
   前記レンジクラッチに結合されたシフトフォークと、
   前記レンジカムの軸線方向移動を前記レンジクラッチをその第１及び第２のレンジ位置の間で移動するための前記シフトフォークの軸線方向移動に変換するために該シフトフォークを該レンジカムに相互接続する付勢機構と、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のトランスファーケース。
7. 前記レンジカム内の前記レンジスロットは、第１のドエルセグメントと、第２のドエルセグメントと、該第１及び第２のドエルセグメントを相互接続するシフトセグメントとを含み、該シフトセグメントは、第１の回転進行範囲を通した前記アクチュエータシャフトの回転中に前記レンジクラッチの軸線方向移動をその第１及び第２のレンジ位置の間で引き起こすように構成され、該第１のドエルセグメントは、第２の回転進行範囲を通した該アクチュエータシャフトの回転中に該レンジクラッチをその第１のレンジ位置に維持するように構成され、該第２のドエルセグメントは、第３の回転進行範囲を通した該アクチュエータシャフトの回転中に該レンジクラッチをその第２のレンジ位置に維持するように構成されることを特徴とする請求項６に記載のトランスファーケース。
8. 入力シャフトと、
   第１及び第２の出力シャフトと、
   前記入力シャフトによって駆動され、かつ該入力シャフトに対して減速された速度で駆動される出力構成要素を有する減速ギヤセットと、
   高レンジ駆動接続を確立するために前記入力シャフトを前記第１の出力シャフトに結合するように第１のレンジ位置において作動可能であり、かつ低レンジ駆動接続を確立するために前記減速ギヤセットの前記出力構成要素を該第１の出力シャフトに結合するように第２のレンジ位置において更に作動可能であるドッグクラッチと、
   前記第１及び第２の出力シャフトの間に作動可能に配置されたクラッチパックと、最小クラッチ係合力が該クラッチパック上に作用される第１のモード位置及び最大クラッチ係合力が該クラッチパック上に作用される第２のモード位置の間で移動可能な圧力板とを含むモードクラッチと、
   アクチュエータシャフトを駆動するモータと、前記ドッグクラッチをその第１及び第２のレンジ位置の間で移動するために該アクチュエータシャフトによって駆動されるレンジアクチュエータと、前記圧力板をその第１及び第２のモード位置の間で移動するために該アクチュエータシャフトによって駆動されるモードアクチュエータとを含む作動機構であって、該アクチュエータシャフトが、該レンジアクチュエータ及び該モードアクチュエータに該ドッグクラッチ及び該圧力板の移動を調整させるように３つの異なる回転進行範囲を通して回転可能である前記作動機構と、
   前記ドッグクラッチ及び前記モードクラッチの作動を調整するように前記モータの作動を制御するための制御システムであって、車両センサと通信するようになったトランスファーケース制御ユニットと、変速機出力シャフトと前記第１の出力シャフトの間の速度同期に続いて該ドッグクラッチをその第２のレンジ位置からその第１のレンジ位置まで移動するための変速機制御ユニットとを含む前記制御システムと、
   を含むことを特徴とするトランスファーケース。
9. 前記アクチュエータシャフトは、前記モードアクチュエータが前記圧力板をその第１のモード位置に維持する間に前記レンジアクチュエータに前記ドッグクラッチをその第１及び第２のレンジ位置の間で移動させるために第１の進行範囲を通して回転可能であり、
   前記アクチュエータシャフトは、前記モードアクチュエータが前記圧力板をその第１及び第２のモード位置の間で移動する間に前記レンジアクチュエータに前記ドッグクラッチをその第１のレンジ位置に維持させるために第２の進行範囲を通して回転可能であり、
   前記アクチュエータシャフトは、前記モードアクチュエータが前記圧力板をその第１及び第２のモード位置の間で移動する間に前記レンジアクチュエータに前記ドッグクラッチをその第２のレンジ位置に維持させるために第３の進行範囲を通して回転可能である、
   ことを特徴とする請求項８に記載のトランスファーケース。
10. 前記変速機制御ユニットは、前記入力シャフトに結合された前記変速機出力シャフトを有するマルチギヤ変速機のシフトを制御するように作動可能であることを特徴とする請求項８に記載のトランスファーケース。
11. 前記レンジアクチュエータは、
    前記アクチュエータシャフトとの回転に向けて固定された従動部と、
    前記アクチュエータシャフト上に支持され、かつ前記従動部が内部に配置されたシフトスロットを有するレンジカムであって、該シフトスロットが、該アクチュエータシャフトの回転移動を該レンジカムの軸線方向移動に変換するように構成される前記レンジカムと、
    前記ドッグクラッチに結合されたシフトフォークと、
    前記レンジカムの軸線方向移動を該ドッグクラッチをその第１及び第２のレンジ位置の間で移動するための前記シフトフォークの軸線方向移動に変換するように作動可能である該レンジカムに該シフトフォークを相互接続する付勢機構と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項８に記載のトランスファーケース。
12. 四輪駆動車両の移動中レンジシフトを制御する方法であって、
    駆動トルクを発生させるためのかつ変速機出力シャフトを有するマルチギヤ変速機を含むパワートレインを与える段階と、
    後部ドライブライン及び前部ドライブラインを与える段階と、
    前記変速機出力シャフトに接続された入力シャフトと、前記後部ドライブラインに接続された後部出力シャフトと、前記前部ドライブラインに接続された前部出力シャフトと、該入力シャフトによって駆動される減速ユニットと、該後部出力シャフトを該入力シャフトと駆動的に結合するように第１のレンジ位置において、該後部出力シャフトを該減速ユニットと駆動的に結合するように第２のレンジ位置において、かつ該後部出力シャフトを該入力シャフト及び該減速ユニットから切り離すように第３のレンジ位置において作動可能なレンジクラッチと、該前部出力シャフトを該後部出力シャフトと選択的に結合するように作動可能なモードクラッチと、該モードクラッチの作動を制御するように作動可能なレンジクラッチアクチュエータを有する動力式クラッチ作動ユニットとを含むトランスファーケースを与える段階と、
    前記変速機の作動を制御するように作動可能な変速機制御ユニット（ＴＣＵ）を与える段階と、
    前記動力式クラッチ作動ユニットの作動を制御するように作動可能であり、前記ＴＣＵと通信するトランスファーケース制御ユニット（ＴＣＣＵ）を与える段階と、
    前記変速機をニュートラル非駆動モードにシフトする段階と、
    前記トランスファーケースを低レンジモードから高レンジモードにシフトするドライバ要求を示すモードシフト信号を前記ＴＣＣＵに与える段階と、
    前記自動車の車両速度が車両速度閾値を超えるか否か及び前記後部出力シャフトの回転速度がシャフト速度閾値を超えるか否かを決定して、車両速度信号及びシャフト速度信号を前記ＴＣＣＵに与える段階と、
    前記車両速度信号が、前記車両速度が前記車両速度閾値を超えることを示し、かつ前記シャフト速度信号が、前記後部出力シャフト速度が前記シャフト速度閾値を超えることを示す時に前記レンジクラッチをその第２のレンジ位置からその第３のレンジ位置に移動するために、前記ＴＣＣＵに前記クラッチ作動ユニットを制御して前記レンジクラッチアクチュエータを作動させる段階と、
    前記変速機出力シャフト及び前記後部出力シャフトの前記回転速度を予め決められた差分値に対して同期するために前記ＴＣＵをして前記変速機を従動モードにシフトさせ、次に、該変速機出力シャフトと該後部出力シャフトの間の回転速度差分が該予め決められた差分値よりも小さい時に該変速機をそのニュートラルモードにシフトして戻させる段階と、
    前記レンジクラッチをその第３のレンジ位置からその第１のレンジ位置に移動するために前記ＴＣＣＵをして前記クラッチ作動ユニットを制御して前記レンジクラッチアクチュエータを作動させる段階と、
    前記ＴＣＵをして前記変速機をその従動モードにシフトさせる段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
13. 前記閾値車両速度は、５ｋｍ／ｈであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記閾値シャフト速度は、１０００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 前記予め決められた差分値は、８０ｒｐｍであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。