JP2018047877A - 4輪駆動車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】ハイギヤ4輪走行モードからハイギヤ2輪走行モードを経由してローギヤ走行モードへ切り替える際に、ローギヤ走行モードができるだけ速やかに成立させられるようにする。【解決手段】停車状態であることを第1条件とし、駆動力源と入力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態であることを第2条件とし、ローギヤ走行モード選択操作装置の操作によってローギヤ走行モードが選択されたことを第3条件として、ハイギヤ4輪走行モードでの運転時に、第1および第2条件が満たされたとき、ハイギヤ2輪走行モードへ切り替え(H2切替)、第1および第2条件が満たされた状態で第3条件が満たされたら、ハイギヤ2輪走行モードからローギヤ走行モードへ切り替える(H2→L4L切替)ため、第1乃至第3条件がすべて満たされた後のローギヤ走行モードへの切替所要時間を短縮できる。【選択図】図10

Description

本発明は4輪駆動車両に係り、特に、ハイギヤ2輪走行モードを経由してハイギヤ4輪走行モードとローギヤ走行モードとへ機械的に切り替えられる4輪駆動車両の改良に関するものである。
特許文献1には、入力軸と、前後輪の一方へ出力する第1出力軸と、前記前後輪の他方へ出力する第2出力軸と、前記入力軸の回転をハイギヤ段およびローギヤ段の2速で変速して前記第1出力軸に伝達するハイロー変速機構と、前記第1出力軸と前記第2出力軸との間の動力伝達を断接する摩擦係合式の4WDクラッチと、を有する4輪駆動車両用のトランスファが記載されている。また、非特許文献1には、更に、上記4WDクラッチと並列に配設されて前記第1出力軸と前記第2出力軸とを機械的に直結する噛合式の4WDロック機構とを有する4輪駆動車両用トランスファが記載されている。このような4輪駆動車両用トランスファにおいては、ハイロー変速機構がハイギヤ段とされ4WDクラッチが接続状態とされ且つ4WDロック機構が解放されたハイギヤ4輪走行モード、およびハイロー変速機構がハイギヤ段とされ4WDクラッチが遮断状態とされ且つ4WDロック機構が解放されたハイギヤ2輪走行モードが可能である。また、ローギヤ走行モードの一例として、ハイロー変速機構がローギヤ段とされ4WDクラッチが遮断状態とされ且つ4WDロック機構が直結状態とされたローギヤ4輪ロック走行モードが可能である。ローギヤ4輪ロック走行モードは、例えば河川敷や岩場、急斜面などのオフロードを大トルクで低速走行する場合に好適に選択される。
米国特許出願公開第2007/0251345号明細書
「イーエスエム エレクトロニック サービス マニュアル 2012 キューエックス(ESM Electronic Service Manual 2012 QX)」、(米国)、ニッサン ノース アメリカ インコーポレイティド(NISSAN NORTH AMERICA,INC.)、2011年7月、p.DLN-13−DLN-16
ところで、このような4輪駆動車両用トランスファにおいて、ハイギヤ4輪走行モードからローギヤ走行モードへ切り替える場合に、ハイギヤ2輪走行モードを経由してローギヤ走行モードへ切り替えられると、その切替所要時間が長くなる。ローギヤ走行モードへの切替、すなわちハイロー変速機構のローギヤ段への切替には、ギヤ鳴り等が生じるのを防止するために、停車状態且つ駆動力源と入力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態であるという許可条件が設けられる。したがって、ローギヤ走行モードへの切替所要時間が長くなると、例えばローギヤ走行モードへの切替操作に続けて発進操作が為された場合に、走行モードの切替中、すなわちハイロー変速機構の変速過渡時に駆動力が伝達され、ギヤ鳴り等が生じる可能性がある。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ハイギヤ4輪走行モードからハイギヤ2輪走行モードを経由してローギヤ走行モードへ切り替える際に、ローギヤ走行モードができるだけ速やかに成立させられるようにすることにある。
かかる目的を達成するために、第1発明は、(a) 入力軸と、前後輪の一方へ出力する第1出力軸と、前記前後輪の他方へ出力する第2出力軸と、前記入力軸の回転をハイギヤ段およびローギヤ段の2速で変速して前記第1出力軸に伝達するハイロー変速機構と、前記第1出力軸と前記第2出力軸との間の動力伝達を断接する4WDクラッチと、を有するトランスファを備えており、(b) 前記ハイロー変速機構が前記ハイギヤ段とされ前記4WDクラッチが接続状態とされたハイギヤ4輪走行モード、前記ハイロー変速機構がハイギヤ段とされ前記4WDクラッチが遮断状態とされたハイギヤ2輪走行モード、および前記ハイロー変速機構が前記ローギヤ段とされたローギヤ走行モードが可能な4輪駆動車両において、(c) 前記ハイギヤ2輪走行モードを経由して前記ハイギヤ4輪走行モードと前記ローギヤ走行モードとを機械的に切り替えるモード切替装置と、(d) 前記ローギヤ走行モードを選択するための、運転者によって操作されるローギヤ走行モード選択操作装置と、(e) 停車状態であることを第1条件とし、駆動力源と前記入力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態であることを第2条件とし、前記ローギヤ走行モード選択操作装置の操作によって前記ローギヤ走行モードが選択されたことを第3条件として、前記第1乃至第3条件のすべてが満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ローギヤ走行モードに切り替える電子制御装置と、を備え、(f) 前記電子制御装置は、(f-1) 前記ハイギヤ4輪走行モードでの運転時に、前記第1および第2条件が満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ4輪走行モードから前記ハイギヤ2輪走行モードへ切り替える第1切替制御部と、(f-2) 前記第1および第2条件が満たされた状態で前記第3条件が満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ2輪走行モードから前記ローギヤ走行モードへ切り替える第2切替制御部と、を有することを特徴とする。
第2発明は、第1発明の4輪駆動車両において、(a) 前記第1切替制御部は、前記ハイギヤ4輪走行モードでの運転時に、前記第2条件と前記第1および第3条件のうちの一方が満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ4輪走行モードから前記ハイギヤ2輪走行モードへ切り替え、(b) 前記第2切替制御部は、前記第2条件と前記第1および第3条件のうちの一方が満たされた状態でその第1および第3条件のうちの他方が満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ2輪走行モードから前記ローギヤ走行モードへ切り替えることを特徴とする。
このような4輪駆動車両においては、ハイギヤ4輪走行モードでの運転時に、停車状態且つ駆動力源と入力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態になって第1および第2条件が満たされると、ローギヤ走行モードが選択されるのを待つことなくハイギヤ2輪走行モードへ切り替える。また、その状態からローギヤ走行モードが選択されて第3条件が満たされたら、そのハイギヤ2輪走行モードからローギヤ走行モードへ切り替えるため、第1乃至第3条件がすべて満たされた後のローギヤ走行モードへの切替所要時間が短縮される。したがって、第1乃至第3条件がすべて満たされた後に直ちに発進操作が行われた場合でも、ハイロー変速機構の変速過渡時に発進操作による動力伝達でギヤ鳴り等が発生することが適切に抑制される。また、停車状態且つニュートラル状態になったときにハイギヤ2輪走行モードへ切り替える場合は、駆動力変動など車両の挙動に影響を与えることが無く、運転者に違和感を生じさせることも無い。
第2発明は、ハイギヤ4輪走行モードでの運転時に、第1乃至第3条件のうちニュートラル状態を含む2条件が満たされたときにハイギヤ2輪走行モードへ切り替え、その状態で残りの1条件が満たされたら、そのハイギヤ2輪走行モードからローギヤ走行モードへ切り替える。この第2発明は、許可条件を満たさないとき、すなわち第1および第2条件が満たされる前にローギヤ走行モードが選択される違反操作があった場合にも、ニュートラル状態であれば、その時点でハイギヤ2輪走行モードへ切り替えることにより、停車状態になって第1乃至第3条件のすべてが満たされた後のローギヤ走行モードへの切替所要時間が短縮される。したがって、第1乃至第3条件がすべて満たされた後のローギヤ走行モードへの切替所要時間を短縮する切替パターンの種類が多くなり、第1乃至第3条件がすべて満たされた後に直ちに発進操作が行われた場合のギヤ鳴り等の発生を一層適切に抑制できる。また、ニュートラル状態を含む2条件が満たされたときにハイギヤ2輪走行モードへ切り替えるため、駆動力変動など車両の挙動に影響を与えることが無く、運転者に違和感を生じさせることも無い。
本発明が適用された4輪駆動車両の駆動系統の概略構成を説明する図で、走行モードを切り替えるための制御系統の要部を併せて示した図である。 図1の4輪駆動車両が備えているトランスファを具体的に説明する断面図で、ハイギヤ4輪(H4)走行モード時の状態である。 トランスファの概略構成を説明する骨子図である。 トランスファがローギヤ4輪ロック(L4L)走行モードとされた状態を説明する断面図である。 トランスファに設けられた前輪駆動用クラッチおよびカム機構の近傍を拡大して示した断面図である。 トランスファに設けられたねじ機構のナット部材の回動量と走行モードとの関係を例示した図である。 図5における VII−VII 矢視部分を展開して示した図で、ドラムカムの回転に伴ってカム係合部材を第1軸線C1と平行な方向へ移動させるカム機構を説明する図である。 図1におけるモード切替制御部による信号処理を具体的に説明するフローチャートである。 図8のA以下のステップを説明するフローチャートである。 図8および図9のフローチャートに従ってハイギヤ4輪ロック(H4L)走行モード或いはハイギヤ4輪オート(H4A)走行モードからハイギヤ2輪(H2)走行モードを経由してローギヤ4輪ロック(L4L)走行モードへ切り替える幾つかの切替パターンを例示した図である。 図10とは異なる別の切替パターンを例示した図である。
第1出力軸および第2出力軸は、前後輪の一方および他方に駆動力を伝達するもので、第1出力軸が前輪側で第2出力軸が後輪側、或いは第1出力軸が後輪側で第2出力軸が前輪側の何れでも良い。ハイロー変速機構がハイギヤ段とされ4WDクラッチが接続状態とされたハイギヤ4輪(H4)走行モードとしては、例えば4WDクラッチが摩擦係合式クラッチであれば、その伝達トルクを連続的に変化させるハイギヤ4輪オート(H4A)走行モード、および4WDクラッチを完全接続させるハイギヤ4輪ロック(H4L)走行モードが可能であるが、その何れか一方だけでも良い。また、4WDクラッチを一定の伝達トルク容量で接続するだけでも良い。また、摩擦係合式の4WDクラッチに代えて第1出力軸と第2出力軸とを機械的に直結する噛合式の4WDクラッチ、すなわち4WDロック機構を有するトランスファであれば、その4WDロック機構を用いてH4L走行モードを成立させることができる。ハイロー変速機構がローギヤ段とされたローギヤ走行モードとしては、ローギヤ2輪(L2)走行モードもあり得るが、例えば4WDクラッチと並列に配設されて第1出力軸と第2出力軸とを機械的に直結する噛合式の4WDロック機構を有するトランスファであれば、ハイロー変速機構がローギヤ段とされ且つ4WDロック機構が直結状態とされたローギヤ4輪ロック(L4L)走行モードが可能である。また、4WDロック機構に代えて摩擦係合式の4WDクラッチを有するトランスファであれば、4WDクラッチの伝達トルクを連続的に変化させるローギヤ4輪オート(L4A)走行モード、および4WDクラッチを完全接続させるL4L走行モードが可能である。
モード切替装置は、例えば(a) 電動モータと、(b) 互いに螺合するねじ軸部材およびナット部材の何れか一方の部材である回転ねじ部材が前記電動モータによって回転駆動されることにより、該ねじ軸部材およびナット部材の何れか一方の部材である軸方向移動ねじ部材が、軸心方向へ移動させられるねじ機構と、(c) 前記軸方向移動ねじ部材の前記軸心方向の一方向への移動に伴って機械的に前記4WDクラッチを接続状態に切り替え、該軸方向移動ねじ部材の逆方向への移動に伴って機械的に該4WDクラッチを遮断状態に切り替える第1伝達機構と、(d) 前記第1出力軸と平行に且つ軸心方向に移動可能に配設された切替シャフトと、(e) 前記回転ねじ部材の回転に伴って機械的に前記切替シャフトを軸心方向へ移動させるカム機構と、(f) 前記切替シャフトの前記軸心方向の一方向への移動に伴って機械的に前記ハイロー変速機構を前記ハイギヤ段に切り替え、該切替シャフトの逆方向への移動に伴って機械的に該ハイロー変速機構を前記ローギヤ段に切り替える第2伝達機構と、を備えており、(g) 前記回転ねじ部材の一方向への回動に伴って機械的に前記ハイギヤ4輪走行モードから前記ハイギヤ2輪走行モードを経由して前記ローギヤ走行モードへ切り替え、該回転ねじ部材の逆方向への回動に伴って機械的に前記ローギヤ走行モードから前記ハイギヤ2輪走行モードを経由して前記ハイギヤ4輪走行モードへ切り替えるように構成される。
上記回転ねじ部材および軸方向移動ねじ部材は同一のねじ部材(ねじ軸部材またはナット部材)であっても良いが、互いに異なるねじ部材、すなわち回転ねじ部材がねじ軸部材およびナット部材の何れか一方で、軸方向移動ねじ部材がねじ軸部材およびナット部材の他方であっても良い。また、ねじ機構は、例えば第1出力軸と同心に配設されるが、第1出力軸と平行な異なる軸心上に配設することもできる。カム機構は、例えば回転ねじ部材の回転に伴って機械的に軸心まわりに回転させられるドラムカムと、そのドラムカムに設けられたカム溝に係合させられたカム係合部材とを有して構成される。ドラムカムは、ねじ機構の回転ねじ部材に対して同心に一体的に固設することもできるが、ドラムカムおよび回転ねじ部材を互いに異なる軸心上に配設して歯車等により連結することも可能である。上記モード切替装置は、単一の電動モータの回転により、ハイギヤ2輪走行モードを経由してハイギヤ4輪走行モードとローギヤ走行モードとを切り替えるものであるが、複数の電動モータやシリンダ等の他の動力源を用いて走行モードを切り替えるモード切替装置を採用することもできる。
第2条件が満たされたか否か、すなわち駆動力源と入力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態であるか否かは、変速機として自動変速機を備える場合、後進走行を選択するR位置、前進走行を選択するD位置、およびニュートラルを選択するN位置へ操作可能なシフトレバーをN位置へ操作するニュートラル操作が行われたか否かで判断できる。変速機として手動変速機を備える場合は、例えば入力クラッチを遮断するためのクラッチペダルの踏込み操作が行われたか否かで判断できる。シフトレバーによってニュートラル操作が行われる場合、前記電子制御装置、特定的にいえば、前記第1切替制御部は、前記ハイギヤ4輪走行モードでの運転時に、前記第1および第3条件が満たされた後に前記ニュートラル操作が為された場合、すなわち前記第1および第3条件が満たされた状態で前記第2条件が満たされた場合、その第2条件が満たされた時点で前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ4輪走行モードから前記ハイギヤ2輪走行モードへ切り替え、前記第2切替制御部は、前記ニュートラル操作が為された後に予め定められた待機時間が経過した後に、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ2輪走行モードから前記ローギヤ走行モードへ切り替えることもできる。この場合、違反操作が為されており、N位置を経由してR位置やD位置へ操作する可能性があることから、ニュートラル操作の意志確認のために所定の待機時間が経過した後にモード切替を行うことが望ましい。そして、その待機時間を利用して先にハイギヤ2輪走行モードまで切り替えることにより、ローギヤ走行モードへの切替所要時間を短縮できる。
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図1は、本発明が適用された4輪駆動車両10の駆動系統の概略構成を説明する図であるとともに、4輪駆動車両10における各種制御の為の制御系統の要部を併せて示した図である。図1において、4輪駆動車両10は、駆動力源としてのエンジン12、左右の前輪14L、14R(特に区別しない場合には前輪14という)、左右の後輪16L、16R(特に区別しない場合には後輪16という)、エンジン12の動力を前輪14と後輪16とへそれぞれ伝達する動力伝達装置18等を備えている。後輪16は、2輪駆動(2WD)走行中及び4輪駆動(4WD)走行中のときに共に駆動輪となる主駆動輪である。前輪14は、2WD走行中のときに従動輪となり且つ4WD走行中のときに駆動輪となる副駆動輪である。本実施例の4輪駆動車両10は、前置エンジン後輪駆動(FR)をベースとする4輪駆動車両である。エンジン12は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン12の代わりに電動モータ等の他の駆動力源を採用することもできる。
動力伝達装置18は、エンジン12に連結された変速機(トランスミッション)20、変速機20に連結された前後輪動力分配装置である4輪駆動車両用のトランスファ22、トランスファ22にそれぞれ連結されたフロントプロペラシャフト24及びリヤプロペラシャフト26、フロントプロペラシャフト24に連結された前輪用差動歯車装置28、リヤプロペラシャフト26に連結された後輪用差動歯車装置30、前輪用差動歯車装置28に連結された左右の前輪車軸32L、32R(特に区別しない場合には前輪車軸32という)、後輪用差動歯車装置30に連結された左右の後輪車軸34L、34R(特に区別しない場合には後輪車軸34という)等を備えている。このように構成された動力伝達装置18において、変速機20を介してトランスファ22へ伝達されたエンジン12の動力は、トランスファ22から、リヤプロペラシャフト26、後輪用差動歯車装置30、後輪車軸34等の後輪側の動力伝達経路を順次介して後輪16へ伝達される。また、後輪16側へ伝達されるエンジン12の動力の一部は、トランスファ22にて前輪14側へ分配されて、フロントプロペラシャフト24、前輪用差動歯車装置28、前輪車軸32等の前輪側の動力伝達経路を順次介して前輪14へ伝達される。
変速機20は、例えば遊星歯車式、2軸噛合式等の有段の自動変速機で、前進走行用の複数の前進ギヤ段、後進走行用の後進ギヤ段、および動力伝達を遮断するニュートラルを成立させることが可能で、運転席の近傍に配置されたシフトレバー220が運転者によって操作されることにより、電子制御装置200から出力されるシフト制御信号Sshに従って電気的に切り替えられる。シフトレバー220は、前進走行を選択するD位置、後進走行を選択するR位置、およびニュートラルを選択するN位置等へ操作可能で、N位置へ操作されることにより変速機20がニュートラルになる。すなわち、シフトレバー220をN位置へ操作することがニュートラル操作で、変速機20は遮断機構として機能する。なお、変速機20として、運転者の手動操作で機械的に複数の前進ギヤ段および後進ギヤ段へ切り替えることができる2軸噛合式等の手動変速機が用いられても良く、その場合は、例えばクラッチペダルを踏込み操作して入力クラッチを遮断することがニュートラル操作である。
前輪用差動歯車装置28は、フロント側クラッチ36を前輪車軸32R側に(すなわち前輪用差動歯車装置28と前輪14Rとの間に)備えている。フロント側クラッチ36は、前輪用差動歯車装置28と前輪14Rとの間の動力伝達経路を選択的に接続または遮断する、電気的(電磁的)に制御される噛合式クラッチである。なお、フロント側クラッチ36において、更に、同期機構(シンクロ機構)が備えられていても構わない。
図2〜図4は、トランスファ22の概略構成を説明する図であって、図2および図4はトランスファ22の断面図であり、図3はトランスファ22の骨子図である。図2〜図4において、トランスファ22は、非回転部材としてのトランスファケース40を備えている。トランスファ22は、トランスファケース40により回転可能に支持された入力軸42、後輪16へ動力を出力する後輪側出力軸44、前輪14へ動力を出力する、すなわち後輪側出力軸44とは動力の出力先を別にするスプロケット状のドライブギヤ46、入力軸42の回転を変速して後輪側出力軸44へ伝達する副変速機としてのハイロー変速機構48、後輪側出力軸44からドライブギヤ46へ伝達する伝達トルクを調節する、すなわち後輪側出力軸44の動力の一部をドライブギヤ46に伝達する多板の摩擦クラッチ(多板クラッチ)としての前輪駆動用クラッチ50を、共通の第1軸線(軸心)C1上に備えている。入力軸42および後輪側出力軸44は、相互に同心で相対回転可能に、それぞれ第1支持ベアリング71、第2支持ベアリング(出力軸支持ベアリング)73を介してトランスファケース40によって支持されており、ドライブギヤ46は、後輪側出力軸44に相対回転可能に同心に第3支持ベアリング75を介して支持されている。すなわち、入力軸42、後輪側出力軸44、ドライブギヤ46は、それぞれ第1軸線C1まわりに回転可能にトランスファケース40によって支持されている。なお、後輪側出力軸44のフロント側の端部はベアリング77によって回転可能に支持されている。上記後輪側出力軸44は第1出力軸に相当し、前輪駆動用クラッチ50は4WDクラッチに相当する。
図2〜図4に示すように、トランスファ22は、トランスファケース40内において、前輪側出力軸52と、前輪側出力軸52に一体的に設けられたスプロケット状のドリブンギヤ54とを第1軸線C1と平行な共通の第2軸線C2上に備えている。更に、トランスファ22は、ドライブギヤ46とドリブンギヤ54との間に巻き掛けられた前輪駆動用チェーン56と、後輪側出力軸44およびドライブギヤ46を一体的に連結するドグクラッチとして4WDロック機構58と、を備えている。上記前輪側出力軸52は第2出力軸に相当する。
入力軸42は、変速機20の出力軸(不図示)に継手を介して連結されており、エンジン12から変速機20を介して入力された駆動力(トルク)によって回転駆動される。ハイロー変速機構48は、ハイギヤ段(変速比が小さい高速側変速段)Hおよびローギヤ段(変速比が大きい低速側変速段)Lの何れかを成立させて、変速機20からの回転を変速して後輪側出力軸44に伝達する。後輪側出力軸44は、リヤプロペラシャフト26に図示しない継手を介して連結された主駆動軸である。前輪側出力軸52は、フロントプロペラシャフト24に図示しない継手を介して連結された副駆動軸である。
このように構成されたトランスファ22は、ドライブギヤ46へ伝達する伝達トルクを前輪駆動用クラッチ50により調整して、ハイロー変速機構48から伝達された動力を後輪16のみへ伝達したり、或いは前輪14にも分配する。また、トランスファ22は、4WDロック機構58によりリヤプロペラシャフト26とフロントプロペラシャフト24との間の回転差を発生させない4WDロック状態(直結状態)とそれらの間の回転差を許容する4WD非ロック状態(解放状態)とのいずれかに切り替える。つまり、トランスファ22は、前輪駆動用クラッチ50を介した伝達トルクが零とされ且つ4WDロック機構58が解放された状態では、後輪側出力軸44から前輪側出力軸52への動力伝達は行われない一方で、前輪駆動用クラッチ50を介してトルクが伝達されるか或いは4WDロック機構58が直結された状態では、後輪側出力軸44からドライブギヤ46、前輪駆動用チェーン56、およびドリブンギヤ54を介して前輪側出力軸52へ動力伝達が行われる。
上記ハイロー変速機構48は、シングルピニオン型の遊星歯車装置60と、ハイロースリーブ62とを備えている。遊星歯車装置60は、第1軸線C1まわりに相対回転不能に入力軸42に連結されたサンギヤSと、サンギヤSに対して同心に配置され、第1軸線C1まわりに回転不能にトランスファケース40に連結されたリングギヤRと、これらサンギヤSおよびリングギヤRに噛み合う複数のピニオンギヤPを自転可能且つサンギヤSまわりに公転可能に支持するキャリヤCAとを有している。このため、サンギヤSの回転速度は入力軸42に対して等速であり、キャリヤCAの回転速度は入力軸42に対して減速される。また、サンギヤSの内周面にはハイ側ギヤ歯64が設けられ、キャリヤCAにはハイ側ギヤ歯64と同径のロー側ギヤ歯66が設けられている。ハイ側ギヤ歯64は、入力軸42と等速の回転を出力するハイギヤ段Hの成立に関与するスプライン歯である。ロー側ギヤ歯66は、入力軸42よりも低速の回転を出力するローギヤ段Lの成立に関与するスプライン歯である。ハイロースリーブ62は、後輪側出力軸44に対して第1軸線C1方向の相対移動可能且つ相対回転不能にスプライン嵌合されているとともに、フォーク連結部62aと、フォーク連結部62aと隣接して一体的に設けられた外周歯62bとを備えている。外周歯62bは、ハイロースリーブ62が第1軸線C1と平行な方向へ移動させられることにより、ハイ側ギヤ歯64およびロー側ギヤ歯66に択一的に噛み合わされる。ハイ側ギヤ歯64と外周歯62bとが噛み合うことで、入力軸42の回転と等速の回転が後輪側出力軸44へ伝達され、ロー側ギヤ歯66と外周歯62bとが噛み合うことで、入力軸42の回転に対して減速された回転が後輪側出力軸44へ伝達される。ハイ側ギヤ歯64およびハイロースリーブ62は、ハイギヤ段Hを形成するハイギヤ段用クラッチとして機能し、ロー側ギヤ歯66およびハイロースリーブ62は、ローギヤ段Lを形成するローギヤ段用クラッチとして機能する。
4WDロック機構58は、ドライブギヤ46の内周面に設けられたロック歯68と、後輪側出力軸44に対して第1軸線C1方向の相対移動可能且つ相対回転不能にスプライン嵌合されているロックスリーブ70とを備えている。ロックスリーブ70には、第1軸線C1方向の移動でドライブギヤ46に形成されたロック歯68に噛み合う外周歯70aが外周面に設けられており、その外周歯70aとロック歯68とが噛み合う4WDロック機構58の直結状態では、後輪側出力軸44とドライブギヤ46とが一体的に回転させられる4WDロック状態が形成される。
ハイロースリーブ62は、入力軸42に設けられた第1支持ベアリング71に対して(より具体的には遊星歯車装置60に対して)ドライブギヤ46側の空間に設けられている。ロックスリーブ70は、ハイロー変速機構48とドライブギヤ46との間の空間に、ハイロースリーブ62と隣接して別体で設けられている。これ等のハイロースリーブ62とロックスリーブ70との間には、それぞれに当接してハイロースリーブ62とロックスリーブ70とを相互に離間させる側へ付勢する予圧状態の第1スプリング72が配設されている。また、ドライブギヤ46とロックスリーブ70との間には、後輪側出力軸44のばね受け突部44aとロックスリーブ70とに当接してロックスリーブ70をロック歯68から離すフロント側へ付勢する予圧状態の第2スプリング74を備えている。第1スプリング72および第2スプリング74は何れも圧縮コイルスプリングで、第1スプリング72の付勢力は第2スプリング74よりも大きく設定されている。ばね受け突部44aは、ドライブギヤ46の径方向内側の空間において外周側へ突出して設けられた後輪側出力軸44の鍔部である。ハイ側ギヤ歯64は、第1軸線C1方向においてロー側ギヤ歯66よりもロックスリーブ70から離れたフロント側位置に設けられている。ハイロースリーブ62の外周歯62bは、ハイロースリーブ62がロックスリーブ70から離間するフロント側(図2、3において左側)のハイギヤ位置へ移動させられることによりハイ側ギヤ歯64と噛み合わされてハイギヤ段Hが成立させられ、ハイロースリーブ62がロックスリーブ70に接近するリヤ側(図2、3において右側)のローギヤ位置へ移動させられることにより、ロー側ギヤ歯66と噛み合わされてローギヤ段Lが成立させられる。ロックスリーブ70の外周歯70aは、ロックスリーブ70がドライブギヤ46に接近するリヤ側(図2、3において右側)にてロック歯68と噛み合わされる。ロックスリーブ70は、ハイロースリーブ62がリヤ側のローギヤ位置へ移動させられるのに伴い、第1スプリング72の付勢力に従ってリヤ側のロック位置へ移動させられ、外周歯70aがロック歯68と噛み合わされて4WDロック機構58が直結状態(4WDロック状態)とされる。また、ハイロースリーブ62がフロント側のハイギヤ位置へ移動させられるのに伴い、第2スプリング74の付勢力に従ってフロント側のロック解除位置へ移動させられ、外周歯70aとロック歯68との噛合が解除されて4WDロック機構58が解放状態とされる。
前輪駆動用クラッチ50は、後輪側出力軸44に相対回転不能に連結されたクラッチハブ76と、ドライブギヤ46に相対回転不能に連結されたクラッチドラム78と、クラッチハブ76とクラッチドラム78との間に配設されて両者を選択的に断接する摩擦係合要素80と、摩擦係合要素80を押圧する押圧部材81と、を備える多板の摩擦クラッチである。前輪駆動用クラッチ50は、第1軸線C1方向においてドライブギヤ46に対して4WDロック機構58と反対側に第1軸線C1上に配設されており、ドライブギヤ46側(フロント側)へ移動する押圧部材81によって摩擦係合要素80が押し付けられて摩擦係合させられる。すなわち、前輪駆動用クラッチ50は、押圧部材81が押圧側であるフロント側(図2、3において左側)へ移動させられ、摩擦係合要素80に当接する状態では、押圧部材81の移動量に応じて伝達トルク(トルク容量)を調整可能なトルク可変接続状態、または完全接続状態となる。一方、押圧部材81がドライブギヤ46から離間する非押圧側であるリヤ側へ移動させられ、摩擦係合要素80に当接しない状態では、解放状態(遮断状態)となる。
前輪駆動用クラッチ50が遮断状態で且つロックスリーブ70の外周歯70aとロック歯68とが噛み合っていない4WDロック機構58の解放状態では、後輪側出力軸44とドライブギヤ46との間の動力伝達が遮断されて、変速機20から伝達された動力を後輪16のみへ伝達する2WD状態となる。この2WD状態で、ハイロー変速機構48がハイギヤ段Hとされることにより、ハイギヤ2輪(H2)走行モードが成立させられる。また、ハイロー変速機構48がハイギヤ段Hで、4WDロック機構58が解放状態で、且つ前輪駆動用クラッチ50がトルク可変接続状態または完全接続状態になると、ハイギヤ段の4WD状態すなわちハイギヤ4輪(H4)走行モードが成立させられる。このH4走行モードは更に、前輪駆動用クラッチ50のトルク可変接続状態では、後輪側出力軸44とドライブギヤ46との間の回転差動が許容されて、差動状態(4WD非ロック状態)が可能であり、前輪駆動用クラッチ50の伝達トルクが制御されることで、前輪14と後輪16とのトルク配分を例えば0:100〜50:50程度の範囲で連続的に変更することができるハイギヤ4輪オート(H4A)走行モードとなる。また、前輪駆動用クラッチ50の完全接続状態では、後輪側出力軸44とドライブギヤ46とが一体的に回転させられる4WDロック状態となり、ハイギヤ4輪ロック(H4L)走行モードとなる。一方、ハイロー変速機構48がローギヤ段Lで、前輪駆動用クラッチ50が遮断状態で、且つ4WDロック機構58が直結状態(4WDロック状態)とされると、ローギヤ4輪ロック(L4L)走行モードが成立させられる。このL4L走行モードはローギヤ走行モードの一例である。
トランスファ22は、ハイロー変速機構48、前輪駆動用クラッチ50、および4WDロック機構58を作動させて走行モードを切り替えるモード切替装置82を備えている。モード切替装置82は、電動モータ84(図3参照)と、ねじ機構86と、ねじ機構86の直線運動を前輪駆動用クラッチ50に伝達する第1伝達機構87と、カム機構101と、フォークシャフト102と、フォークシャフト102の直線運動をハイロー変速機構48および4WDロック機構58へ伝達する第2伝達機構88とを有する。
ねじ機構86は、前輪駆動用クラッチ50に対してドライブギヤ46とは反対側において第1軸線C1と同心に配置されており、互いに螺合させられたナット部材92およびねじ軸部材94を備えている。ナット部材92は、減速機構として機能するウォームギヤ90を介して電動モータ84によって回転駆動される。ねじ軸部材94は、第1軸線C1方向に移動不能且つ第1軸線C1まわりの回動不能に、連結部材95を介してトランスファケース40に固定されている。ナット部材92は、複数のボール96を介してねじ軸部材94と螺合しており、ねじ機構86は、ナット部材92とねじ軸部材94とが複数のボール96を介して作動するボールねじである。このように構成されたねじ機構86では、ナット部材92が電動モータ84により回転駆動されることによって、そのナット部材92が第1軸線C1方向に直線移動させられる。すなわち、ナット部材92は、電動モータ84によって回転駆動される回転ねじ部材として機能するとともに、軸心方向へ移動させられる軸方向移動ねじ部材として機能する。なお、このねじ機構86は左ねじで、ナット部材92が電動モータ84によって第1軸線C1まわりに矢印F1方向(図の右側であるリヤ側から見て右まわり方向)に回動させられると、そのナット部材92は、ねじ軸部材94とのねじの作用によって前輪駆動用クラッチ50から離間するリヤ側方向すなわち矢印F2方向へ移動させられる。
ウォームギヤ90は、電動モータ84のモータシャフトに設けられたウォーム98と、ナット部材92のリヤ側の端部に形成された鍔部92aに同心に固設されたドラムカム100に形成されたウォームホイール100aとを備えた歯車対である。ドラムカム100に形成されたウォームホイール100aは、電動モータ84によって回転駆動されることにより、ナット部材92と一体的に第1軸線C1方向に移動させられるが、そのウォームホイール100aの移動に拘らず、ウォームホイール100aとウォーム98とが常時噛み合うように、ウォームホイール100aの第1軸線C1方向の幅寸法がウォーム98の第1軸線C1方向の幅寸法よりも大きくされており、ウォームホイール100aの外周歯が平歯に形成されている。
第1伝達機構87は、押圧部材81とナット部材92の鍔部92aとの間に介在されたスラストベアリング105と、ナット部材92に対して押圧部材81が摩擦係合要素80側へ所定寸法以上相対移動することを阻止するストッパ部材107と、を備えている。押圧部材81は、スラストベアリング105およびストッパ部材107によって、ナット部材92に対して第1軸線C1方向の相対移動が制限され、且つ第1軸線C1まわりに相対回転可能にナット部材92に連結されている。これによって、ねじ機構86におけるナット部材92の直線運動が、第1伝達機構87を介して前輪駆動用クラッチ50の摩擦係合要素80に伝達され、そのナット部材92の軸心方向位置に応じて前輪駆動用クラッチ50が遮断状態、トルク可変接続状態、および完全接続状態に切り替えられる。具体的には、ナット部材92が図4に示すように第1軸線C1方向のリヤ側に位置する状態では、押圧部材81が摩擦係合要素80から離間して前輪駆動用クラッチ50が解放状態とされ、ナット部材92がフロント側へ移動させられると、押圧部材81が摩擦係合要素80に当接させられるようになり、前輪駆動用クラッチ50がトルク可変接続状態とされる。ナット部材92が更にフロント側へ移動させられると、図2に示すように前輪駆動用クラッチ50が完全接続状態とされる。
ドラムカム100は、前記ウォームホイール100aと、ウォームホイール100aに連続して第1軸線C1と平行にリヤ側へ突き出すように設けられた突部100bと、その突部100bの外周に形成されたカム溝100cと、を備えている。突部100bは、ウォームホイール100aの円周方向の一部がリヤ側へ突出させられたもので、第1軸線C1を中心として所定の角度範囲を有する円弧形状(部分円筒形状)を成している。
ドラムカム100に形成されたカム溝100cは、図7に示すように、第1軸線C1に対して傾斜する方向に延びる傾斜カム溝部100dと、その傾斜カム溝部100dのフロント側(ねじ機構86側)の端部に形成され、第1軸線C1に対して垂直方向に延びる第1垂直カム溝部100eと、傾斜カム溝部100dのリヤ側の端部に設けられ、第1軸線C1に対して垂直方向に延びる第2垂直カム溝部100fと、を有している。図7は、円弧形状の突部100bを平坦に展開して示した図である。このように構成されたドラムカム100によれば、例えば図7の(a) に示すように、ドラムカム100のカム溝100cの第1垂直カム溝部100e内にカム係合部材103の係合突部103aが係合させられた状態から、電動モータ84によってナット部材92と一体的にドラムカム100が第1軸線C1まわりに矢印F1方向へ回動させられると、(b) 、(c) に示すように傾斜カム溝部100dに沿って係合突部103aがリヤ側である矢印F2方向へ移動させられる。この移動量Dは、ナット部材92がねじ軸部材94とのねじの作用よって矢印F2方向に移動する移動量を加算した大きさである。また、例えば図7の(c) に示すように、ドラムカム100のカム溝100cの第2垂直カム溝部100f内に係合突部103aが係合させられた状態から、電動モータ84によってナット部材92と一体的にドラムカム100が第1軸線C1まわりに矢印F1と反対方向へ回動させられると、(b) 、(a) に示すように傾斜カム溝部100dに沿って係合突部103aが矢印F2と反対方向のフロント側へ移動させられる。この時の移動量Dは、ナット部材92がねじ軸部材94とのねじの作用によって矢印F2と反対方向に移動する移動量を加算した大きさである。すなわち、電動モータ84によってナット部材92と共にドラムカム100が第1軸線C1まわりに回動させられると、ドラムカム100に形成されたカム溝100cによってカム係合部材103が第1軸線C1と平行な方向へ直線往復移動させられる。カム係合部材103は、第1軸線C1まわりの回転不能で且つ第1軸線C1と平行な方向の移動可能に配設されている。カム溝100cが設けられたドラムカム100およびカム係合部材103によってカム機構101が構成されている。
フォークシャフト102は、トランスファケース40内において後輪側出力軸44と平行に、且つ軸心方向である第3軸線C3方向に移動可能に配設されている。このフォークシャフト102は、待ち機構106を介してカム係合部材103に連結されており、カム係合部材103の直線往復移動に伴って機械的に第3軸線C3方向へ直線往復移動させられる。待ち機構106は、図5に示すように、第3軸線C3と平行な方向にフォークシャフト102と摺動可能に第3軸線C3上に配置されるとともに、一端部に設けられた鍔どうしが相対する一対の鍔付円筒部材108a、108bと、一対の鍔付円筒部材108a、108bの間に介在させられた円筒状のスペーサ110と、スペーサ110の外周側に予圧状態で配置されたばね部材(圧縮コイルスプリング)112と、一対の鍔付円筒部材108a、108bを第3軸線C3と平行な方向に摺動可能に把持する連結把持部114と、を備えている。連結把持部114は前記カム係合部材103に一体に設けられており、鍔付円筒部材108a、108bの鍔に当接することで鍔付円筒部材108a、108bをフォークシャフト102上で摺動させる。鍔付円筒部材108a、108bの鍔が共に連結把持部114と当接した状態における鍔間の長さは、スペーサ110の長さよりも長くされている。従って、鍔が共に連結把持部114と当接した状態は、ばね部材112の付勢力によって形成される。また、待ち機構106には、鍔付円筒部材108a、108bの各々の第3軸線C3方向の離間を制限するようにフォークシャフト102に設けられたストッパ118a、118bが備えられている。ストッパ118a、118bにより鍔付円筒部材108a、108bの離間が制限されることで、カム係合部材103の第3軸線C3方向の直線運動力を、連結把持部114を介してフォークシャフト102に伝達することができる。このフォークシャフト102は切替シャフトに相当する。
フォークシャフト102の直線運動をハイロー変速機構48および4WDロック機構58へ伝達する第2伝達機構88は、フォークシャフト102に配設されたシフトフォーク104を備えている。このシフトフォーク104は、ハイロースリーブ62に設けられた前記フォーク連結部62aに連結されており、フォークシャフト102の直線往復移動に伴ってハイロースリーブ62が機械的に第1軸線C1方向へ直線往復移動させられることにより、ハイロー変速機構48のギヤ段が切り替えられる。すなわち、例えば図2に示すようにハイロースリーブ62の外周歯62bがハイ側ギヤ歯64と噛み合ってハイギヤ段Hが成立している状態から、フォークシャフト102が矢印F2方向すなわちリヤ側へ移動されられると、ハイロースリーブ62がドライブギヤ46側へ移動させられ、外周歯62bがロー側ギヤ歯66と噛み合わされてローギヤ段Lが成立させられる。また、図4に示すようにローギヤ段Lが成立している状態から、フォークシャフト102が矢印F2方向とは反対方向すなわちフロント側へ移動されられると、ハイロースリーブ62がドライブギヤ46から離れる側へ移動させられ、外周歯62bがハイ側ギヤ歯64と噛み合わされてハイギヤ段Hが成立させられる。
第2伝達機構88はまた、前記第1スプリング72および第2スプリング74を備えて構成されており、上記ハイロー変速機構48のギヤ段の切替に連動して4WDロック機構58の作動状態を機械的に切り替える。すなわち、図2に示すようにハイロー変速機構48がハイギヤ段Hとされた状態では、4WDロック機構58は解放状態であり、ハイロースリーブ62がドライブギヤ側へ移動させられてローギヤ段Lに切り替えられると、ロックスリーブ70が第1スプリング72の付勢力に従ってリヤ側のロック位置へ移動させられ、外周歯70aがロック歯68と噛み合わされて4WDロック機構58が直結状態(4WDロック状態)となる。また、図4に示すようにハイロー変速機構48がローギヤ段Lとされた状態では、4WDロック機構58は直結状態であり、ハイロースリーブ62がドライブギヤ46から離れるフロント側へ移動させられてハイギヤ段Hに切り替えられると、ロックスリーブ70が第2スプリング74の付勢力に従ってフロント側へ移動させられ、外周歯70aとロック歯68との噛合が解除されて4WDロック機構58が解放状態となる。フォークシャフト102は、第3軸線C3方向において、ハイロー変速機構48がハイギヤ段Hで且つ4WDロック機構58が解放状態のハイギヤ位置と、ハイロー変速機構48がローギヤ段Lで且つ4WDロック機構58が4WDロック状態のローギヤ位置との間を移動させられる。
前記前輪駆動用クラッチ50の摩擦係合要素80は、電動モータ84によってナット部材92が矢印F1と逆方向へ回動させられ、フォークシャフト102がローギヤ位置からハイギヤ位置へ移動させられる際に、ナット部材92の回動に伴う軸方向移動によって押圧部材82がフロント側へ移動させられるが、そのローギヤ位置およびハイギヤ位置の何れの場合も、押圧部材82による押圧が解除された遮断状態に保持される。すなわち、フォークシャフト102がローギヤ位置へ移動させられると前記L4L走行モードが成立させられ、フォークシャフト102がハイギヤ位置へ移動させられると前記H2走行モードが成立させられる。図7において、(a) はフォークシャフト102がハイギヤ位置にある時における係合突部103aの位置を示す図で、(c) はフォークシャフト102がローギヤ位置である時における係合突部103aの位置を示す図で、(b) はフォークシャフト102がハイギヤ位置とローギヤ位置との切替中における係合突部103aの位置を示す図である。
一方、フォークシャフト102がハイギヤ位置とされた状態から、ナット部材92が電動モータ84によって更に矢印F1と逆方向へ回動させられると、ナット部材92のフロント側への移動に伴って押圧部材81が摩擦係合要素80に当接させられ、前輪駆動用クラッチ50が前輪14側へ駆動力を伝達する接続状態になり、H4走行モードが成立させられる。このH4走行モードでは、ナット部材92の回動位置すなわち軸方向位置に応じて、前輪駆動用クラッチ50がトルク可変接続状態すなわち差動回転が許容されるH4A走行モードと、前輪駆動用クラッチ50が完全接続されるH4L走行モードが成立させられる。
すなわち、本実施例のモード切替装置82は、図6に示すように、ナット部材92の回動位置に応じて、H4L走行モード⇔H4A走行モード⇔H2走行モード⇔L4L走行モードに、その順番で切り替えられるのである。言い換えれば、電動モータ84によってナット部材92が図6に示す各回動位置H4L、H4A、H2、L4Lへ回動させられることにより、それぞれH4L走行モード、H4A走行モード、H2走行モード、L4L走行モードが成立させられる。これ等の回動位置は、摩擦係合要素80の摩耗などで変化する可能性があるため、学習制御などで逐次調整することが望ましい。前輪駆動用クラッチ50の伝達トルクに対応する電動モータ84のモータトルクの制御でH4L位置やH4A位置が定められても良い。前記カム溝100cの第1垂直カム溝部100eは、このH4L走行モード⇔H4A走行モード⇔H2走行モードの切替に必要なナット部材92の回動を許容するように、所定の長さ寸法を備えている。また、待ち機構106は、H4L走行モード⇔H4A走行モード⇔H2走行モードの切替時のナット部材92の軸方向移動、すなわちフォークシャフト102に対するカム係合部材103の軸心方向の相対移動を許容するように構成されている。上記第1垂直カム溝部100eを傾斜させてカム係合部材103の軸方向移動を抑制することもできる。
トランスファ22は、フォークシャフト102をハイギヤ位置またはローギヤ位置に位置決めするシャフト位置決め機構120を備えている。シャフト位置決め機構120は、フォークシャフト102が摺動するトランスファケース40の内周面に形成された収容孔122と、収容孔122に収容されたロックボール124と、収容孔122に収容されてロックボール124をフォークシャフト102側へ付勢するロック用スプリング126と、フォークシャフト102の外周面に形成された一対の凹所128hおよび128lとを備えている。そして、ロックボール124が凹所128hと係合させられることにより、フォークシャフト102がハイギヤ位置に位置決めされ、ロックボール124が凹所128lと係合させられることにより、フォークシャフト102がローギヤ位置に位置決めされる。シャフト位置決め機構120により、その各ギヤ位置において電動モータ84からの出力を停止してもフォークシャフト102の各ギヤ位置が保持される。
トランスファ22は、フォークシャフト102のローギヤ位置を検出するローギヤ位置検出スイッチ130を備えている。ローギヤ位置検出スイッチ130は、例えばボール型の接触スイッチで、ローギヤ位置へ移動させられたフォークシャフト102と接触させられることにより、ローギヤ位置へ移動させられたことを検出する。ローギヤ位置検出スイッチ130によってローギヤ位置であることが検出されると、例えばL4L走行モードであることを運転者に知らせる為のインジケータが点灯される。このインジケータは、例えば表示装置240に設けられる。
図1に戻り、4輪駆動車両10は、上記走行モードを切り替えたりエンジン12の出力を制御したり変速機20のギヤ段を切り替えたりするコントローラとして電子制御装置200を備えている。電子制御装置200は、CPU、RAM、ROM、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、CPUはRAMの一時記憶機能を利用しつつ予めROMに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより各種の制御を実行する。必要に応じて走行モード切替制御用、エンジン12の出力制御用、変速機20の変速制御用等に分けて構成される。電子制御装置200には、4輪駆動車両10に設けられた各種センサ(例えばローギヤ位置検出スイッチ130、エンジン回転速度センサ202、モータ回転角度センサ204、各車輪速センサ206、アクセル開度センサ208、ハイギヤ段Hとローギヤ段Lとを切り替える為に運転者によって操作されるハイロー切替スイッチ210、4WD状態を選択する為に運転者によって操作される4WD選択スイッチ212、4WDロック状態を選択する為に運転者によって操作される4WDロック選択スイッチ214、運転者によって操作されるシフトレバー220の操作位置Pshを検出するシフトポジションセンサ222など)による検出信号に基づく各種の情報(例えばローギヤ位置Plg、エンジン回転速度Ne 、モータ回転角度θm 、前輪14L、14R、及び後輪16L、16Rの各車輪速Nwfl 、Nwfr 、Nwrl 、Nwrr 、アクセル開度θacc 、ハイロー切替スイッチ210によって選択されたギヤ段Shl、4WD選択スイッチ212が操作されたことを示す信号である4WD要求4WDon、4WDロック選択スイッチ214が操作されたことを示す信号である4LOCKon、シフトレバー220の操作位置Pshなど)が、それぞれ供給される。
電子制御装置200からは、図1に示すように、例えばエンジン12の出力制御の為のエンジン出力制御指令信号Se 、フロント側クラッチ36の状態を切り替える為の作動指令信号Sd 、変速機20のギヤ段を切り替えるための変速指令信号Ssh、走行モードを切り替えるために電動モータ84の回転量を制御するモータ駆動指令信号Sm などが、エンジン12、フロント側クラッチ36のアクチュエータ、変速機20、電動モータ84などへそれぞれ出力される。また、インストルメントパネル等に配置される表示装置240に対して、例えば前記L4L走行モードであることを知らせる表示の他、モード切替操作が違反操作であることを知らせる表示などを表示させる表示信号Si を出力する。表示装置240は、視覚表示だけでなくブザー音等を発生する発音装置を備えている。
電子制御装置200は、機能的にモード切替制御部230を備えており、ハイロー切替スイッチ210、4WD選択スイッチ212、4WDロック選択スイッチ214の操作や車両の運転状態等に基づいて前記走行モードH4L、H4A、H2、L4Lを切り替える。この中、L4L走行モードは河川敷や岩場、急斜面等のオフロードを大トルクで低速走行する場合に好適に選択される走行モードで、車速Vが略0である停車状態であること(第1条件)、変速機20がニュートラルでエンジン12と入力軸42との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態であること(第2条件)、およびハイロー切替スイッチ210の操作によってローギヤ段LすなわちL4L走行モードが選択されたこと(第3条件)、の第1乃至第3条件をすべて満たした場合に、モード切替装置82の電動モータ84を制御してL4L走行モードへ切り替える。ハイロー切替スイッチ210によってローギヤ段Lを選択した場合には必ずL4L走行モードになるため、ローギヤ段Lを選択するローギヤ選択操作はL4L選択操作に相当し、ハイロー切替スイッチ210はローギヤ走行モード選択操作装置として機能する。
上記モード切替制御部230は、L4L走行モードへ切り替えるL4L切替制御を行うためにL4L切替推測部232、H2切替部234、L4L切替判定部236、およびL4L切替実行部238を機能的に備えており、図8および図9のフローチャートのステップS1〜S23(以下、単にS1〜S23という)に従って信号処理を行う。図8のS1〜S4、およびS6〜S11はL4L切替推測部232に相当し、S5はH2切替部234に相当する。図9のS12〜S15、およびS20〜S22はL4L切替判定部236に相当し、S16およびS17はL4L切替実行部238に相当する。なお、L4L切替推測部232およびH2切替部234は第1切替制御部として機能し、L4L切替判定部236およびL4L切替実行部238は第2切替制御部として機能する。
図8のS1では、L4L走行モードを除くH2走行モード、H4A走行モード、およびH4L走行モードの何れかによる運転時か否かを、例えばローギヤ位置検出スイッチ130やモータ回転角度センサ204からの信号に基づいて判断する。そして、H2走行モード、H4A走行モード、およびH4L走行モードの何れかによる運転時にはS2以下を実行し、ニュートラル状態か否かを判断する。ニュートラル状態か否かは、本実施例ではシフトレバー220をN位置へ操作するニュートラル操作が行われたか否かで判断でき、ニュートラル操作が行われた場合はS3を実行する。変速機20が手動変速機の場合、S2ではクラッチペダルが踏込み操作されて入力クラッチが遮断状態であるか否かを判断すれば良い。S3では、S7の実行により違反操作であることを知らせるブザー鳴動やINDランプの点滅の有無を判断し、そのような違反表示が実行されていない場合すなわち違反操作を行っていない場合には、S4で停車状態か否かを判断する。そして、停車状態の場合にはS5を実行し、モード切替装置82の電動モータ84を回転駆動してナット部材92をH2位置まで回動させることによりH2走行モードへ切り替える。なお、現在の走行モードがH2走行モードの場合には、走行モードの切替制御を行う必要はない。
上記S2の判断がNO(否定)の場合、すなわちシフトレバー220がN位置でない場合には、S6を実行してローギヤ選択操作が行われたか否かを判断する。ローギヤ選択操作が行われた場合、すなわちニュートラル操作や車両停止の前にローギヤ選択操作が行われた場合には、S7を実行して違反操作であることを知らせるために表示装置240のブザーを鳴動するとともにINDランプを点滅させる。ローギヤ選択操作が行われていない場合は、S6に続いてS8を実行し、ブザーを停止するとともにINDランプの点滅を解除した後にS2に戻る。なお、違反表示が実行されていない場合はそのままS2に戻る。S4の判断がNOの場合、すなわちニュートラル操作されたものの未だ停車状態でない場合にも、上記S6以下を実行する。
前記S3の判断がYES(肯定)の場合、すなわちS7の実行による違反表示が継続している状態でニュートラル操作が行われ、S2に続いてS3が実行された場合には、続いてS9を実行する。S9では停車状態か否かを判断し、停車状態である場合、すなわちL4L走行モードへ切り替える3条件をすべて満たしている場合には、S10を実行してL4L切替条件Aを設定した後にS5を実行してH2走行モードへ切り替える。この場合は、3条件をすべて満たしているものの、シフトレバー220のニュートラル操作が最後に行われた場合であり、N位置を経由するR位置やD位置へのシフト操作でないことを確認するため、L4L切替条件Aとして所定の待機時間が設定されるが、その待機時間の経過を待つことなく直ちにS5を実行してH2走行モードへ切り替える。また、S9がNOの場合、すなわち停車状態でない場合には、S11を実行してL4L切替条件Bを設定した後にS5を実行してH2走行モードへ切り替える。この場合は、3条件のうち停車状態である条件を満たしていないため、L4L切替条件Bとして停車状態であることが設定される。
図9のS12では、駆動状態か否かを判断する。駆動状態か否かは、本実施例ではシフトレバー220がD位置或いはR位置へ操作されたか否かによって判断でき、例えばN位置を経由してD位置或いはR位置へ操作された場合である。変速機20が手動変速機の場合は、クラッチペダルが踏込み操作されていない入力クラッチの接続状態か否かによって判断でき、クラッチペダルが一時的に踏込み操作されただけの場合である。駆動状態である場合は、L4L走行モードへ切り替える意志が無いと考えられるため、S18およびS19を実行し、前記S5でH2走行モードへ切り替える前の元の走行モードへ戻す。駆動状態でない場合にはS13を実行し、アクセルペダルが踏込み操作されたアクセルONか否かを、例えばアクセル開度θacc が所定値以上か否かによって判断する。アクセルONの場合は、直ちに発進しようとしているため、このままL4L走行モードへの切替制御を継続することは適当でなく、S18およびS19を実行して元の走行モードへ戻す。
上記S12およびS13の判断が何れもNOの場合は、S14で違反表示が実行されているか否かを判断し、違反表示が実行されていない場合は、続いてS15を実行する。S15ではローギヤ選択操作が行われたか否かを判断し、ローギヤ選択操作が為されていない場合はS12以下を繰り返す一方、ローギヤ選択操作が行われている場合はS16およびS17を実行し、モード切替装置82の電動モータ84を回転駆動してナット部材92をH2位置から更にL4L位置まで回動させることにより、H2走行モードからL4L走行モードへ切り替える。ローギヤ選択操作が行われることによりS15の判断がYESになり、S15に続いてS16、S17が実行された場合には、既にH2走行モードへ切り替えられていることから、ローギヤ選択操作が行われた後に速やかにL4L走行モードを成立させることができる。
上記S14の判断がYESの場合、すなわち違反表示が実行されている場合には、S20を実行する。S20では、ハイロー切替スイッチ210によってハイギヤ段Hが選択されているか否かを判断し、ハイギヤ段Hが選択されている場合には、L4L走行モードへ切り替える意志が無いため、S23で違反表示を解除した後S18およびS19を実行して元の走行モードへ戻す。ハイギヤ段Hが選択されていない場合、すなわちローギヤ段Lの選択状態が維持されている場合には、S20に続いてS21を実行する。S21では、前記S10またはS11で設定されたL4L切替条件AまたはBを満足するか否かを判断し、満足しない場合はS12以下のステップを繰り返し実行する。また、L4L切替条件AまたはBを満足したら、S21に続いてS22を実行し、違反表示を解除した後S16およびS17を実行してL4L走行モードへ切り替える。この場合も既にH2走行モードへ切り替えられているため、L4L切替条件AまたはBを満足した後に速やかにL4L走行モードを成立させることができる。具体的には、L4L走行モードへ切り替える第1乃至第3条件をすべて満たしている場合に、S10でL4L切替条件Aとして待機時間が設定された場合には、その待機時間の間にH2走行モードへの切替が行われるため、待機時間が経過した後に速やかにL4L走行モードを成立させることができる。また、停車状態である第1条件を除く2条件を満たしている場合に、S11でL4L切替条件Bとして停車状態であることが設定された場合には、停車状態になる前にH2走行モードへの切替が行われるため、停車状態になった後に速やかにL4L走行モードを成立させることができる。
図10および図11は、上記図8および図9のフローチャートに従ってL4L走行モードへ切り替えられる切替パターンを、第1乃至第3条件の満足状況およびH2走行モードへの切替タイミングによって6つに分類して示した図である。図10および図11の「停車」、「N操作」、および「H→L切替操作」は、それぞれ停車状態、ニュートラル操作(ニュートラル状態)、ローギヤ選択操作を意味し、L4L走行モードへ切り替える際の第1乃至第3条件である。また、図11の「待機」は、図8のS10でL4L切替条件Aとして設定される待機時間を意味する。
図10の(1) および(2) の切替パターンは、第3条件であるローギヤ選択操作を除く2条件(停車状態およびニュートラル操作)を満たした時点でH2走行モードへ切り替えられ、ローギヤ選択操作が為された後に速やかにL4L走行モードが成立させられる場合で、正規の操作に従ってL4L走行モードへ切り替える場合である。ここで、ローギヤ選択操作が行われたとしても、停車状態且つニュートラル状態でなければ、L4L走行モードを選択できないことから、第1および第2条件を満たすことがローギヤ選択操作を許可するための許可条件といえる。このため、第1および第2条件を何れも満たしているときのローギヤ選択操作は、正規の操作として扱われ、第1および第2条件を満たす前のローギヤ選択操作は、違反操作として扱われる。また、図8および図9のフローチャートについて具体的に説明すると、例えばS1、S2、S3、S4、S5、S12、S13、S14、S15、(S12〜S15の繰り返し)、S16、S17の各ステップを順次実行して切替制御が行われた場合に、この(1) または(2) の切替パターンになる。
図10の(3) の切替パターンは、ニュートラル操作に続いてローギヤ選択操作が行われることにより、未だ停車前であるため前記S7の違反表示を行いつつ、ニュートラル状態を含む2条件を満足したことでH2走行モードへ切り替えられ、停車状態となった後に速やかにL4L走行モードが成立させられる場合である。図8および図9のフローチャートについて具体的に説明すると、例えばS1、S2、S3、S4、S6、S7、S2、S3、S9、S11、S5、S12、S13、S14、S20、S21、(S12〜S21の繰り返し)、S22、S16、S17の各ステップを順次実行して切替制御が行われた場合に、この(3) の切替パターンになる。
図10の(4) の切替パターンは、ニュートラル操作の前にローギヤ選択操作が行われることにより前記S7の違反表示が為され、ニュートラル操作が行われることにより、ニュートラル状態を含む2条件を満足したことでH2走行モードへ切り替えられ、停車状態となった後に速やかにL4L走行モードが成立させられる場合である。図8および図9のフローチャートについて具体的に説明すると、例えばS1、S2、S6、S7、S2、S3、S9、S11、S5、S12、S13、S14、S20、S21、(S12〜S21の繰り返し)、S22、S16、S17の各ステップを順次実行して切替制御が行われた場合に、この(4) の切替パターンになる。
図11の(5) および(6) の切替パターンは、ニュートラル操作の前にローギヤ選択操作が行われることにより前記S7の違反表示が為されるとともに、停車状態になった後にニュートラル操作が行われたことで、そのニュートラル操作が行われた後にH2走行モードへ切り替えられ、ニュートラル操作から所定の待機時間が経過した後にL4L走行モードが成立させられる場合である。図8および図9のフローチャートを参照して具体的に説明すると、例えばS1、S2、S6、S7、S2、S3、S9、S10、S5、S12、S13、S14、S20、S21、(S12〜S21の繰り返し)、S22、S16、S17の各ステップを順次実行して切替制御が行われた場合に、この(5) または(6) の切替パターンになる。
このように、本実施例の4輪駆動車両10においては、図10の(1) 〜(4) の切替パターンのように、H4L走行モード或いはH4A走行モードでの運転時に、第1乃至第3条件のうちニュートラル状態を含む2条件が満たされたときにH2走行モードへ切り替え、残りの1条件が満たされたら、そのH2走行モードからL4L走行モードへ切り替えるため、第1乃至第3条件がすべて満たされた後のL4L走行モードへの切替所要時間が短縮される。したがって、第1乃至第3条件がすべて満たされた後に直ちにシフトレバー220をD位置等へ操作する発進操作が行われた場合でも、第1乃至第3条件をすべて満たした後の切替所要時間が短いため、ハイロー変速機構48の変速過渡時に発進操作による動力伝達でギヤ鳴り等が発生することが適切に抑制される。また、ニュートラル状態を含む2条件が満たされたときにH2走行モードへ切り替えるため、駆動力変動など車両の挙動に影響を与えることが無く、運転者に違和感を生じさせないようにL4L走行モードへの切替所要時間を短縮できる。
特に、図10の(1) 、(2) に示す正規の操作でL4L走行モードへの切替操作が行われた場合だけでなく、図10の(3) 、(4) の切替パターン、すなわちニュートラル操作や停車前にローギヤ選択操作を行う違反操作が行われた場合でも、そのローギヤ選択操作およびニュートラル状態の2条件が満たされると走行中にH2走行モードへ切り替えられ、停車後にH2走行モードからL4L走行モードへ切り替えられる。すなわち、第1乃至第3条件がすべて満たされる前にH2走行モードへ切り替えることにより第1乃至第3条件がすべて満たされた後のL4L走行モードへの切替所要時間を短縮する切替パターンの種類が多くなり、第1乃至第3条件がすべて満たされた後に直ちに発進操作が行われた場合のギヤ鳴り等の発生を一層適切に抑制できる。この場合でも、ニュートラル操作によって変速機20がニュートラルとされているため、駆動力変動などで運転者に違和感を生じさせないようにL4L走行モードへの切替所要時間を短縮できる。
一方、本実施例では、図11の(5) 、(6) の切替パターンに示すように、ニュートラル操作の前にローギヤ選択操作を行う違反操作が行われるとともに、ローギヤ選択操作の状態を維持したまま停車してニュートラル操作が行われた場合には、そのニュートラル操作から所定の待機時間が経過した後にL4L走行モードへ切り替えられるが、その待機時間中にH2走行モードへ切り替えられるため、待機時間経過後にL4L走行モードが成立するまでの所要時間が短縮される。
なお、本発明の実施に際しては、図10に示す4つの切替パターンのうち少なくとも(1) および(2) の何れか一方の切替パターンに従ってL4L走行モードへの切替制御が行われれば良い。言い換えれば、正規の操作が行われたときにのみ、切替パターンに従ってL4L走行モードへの切替制御が行われても良い。また、違反表示については必ずしも必要なく、違反表示を実行するか否かの設定についても適宜定められる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
10:4輪駆動車両 12:エンジン(駆動力源) 22:トランスファ 42:入力軸 44:後輪側出力軸(第1出力軸) 48:ハイロー変速機構 50:前輪駆動用クラッチ(4WDクラッチ) 52:前輪側出力軸(第2出力軸) 82:モード切替装置 200:電子制御装置 210:ハイロー切替スイッチ(ローギヤ走行モード選択操作装置) 230:モード切替制御部 232:L4L切替推測部(第1切替制御部) 234:H2切替部(第1切替制御部) 236:L4L切替判定部(第2切替制御部) 238:L4L切替実行部(第2切替制御部)

Claims (2)

  1. 入力軸と、前後輪の一方へ出力する第1出力軸と、前記前後輪の他方へ出力する第2出力軸と、前記入力軸の回転をハイギヤ段およびローギヤ段の2速で変速して前記第1出力軸に伝達するハイロー変速機構と、前記第1出力軸と前記第2出力軸との間の動力伝達を断接する4WDクラッチと、を有するトランスファを備えており、
    前記ハイロー変速機構が前記ハイギヤ段とされ前記4WDクラッチが接続状態とされたハイギヤ4輪走行モード、前記ハイロー変速機構がハイギヤ段とされ前記4WDクラッチが遮断状態とされたハイギヤ2輪走行モード、および前記ハイロー変速機構が前記ローギヤ段とされたローギヤ走行モードが可能な4輪駆動車両において、
    前記ハイギヤ2輪走行モードを経由して前記ハイギヤ4輪走行モードと前記ローギヤ走行モードとを機械的に切り替えるモード切替装置と、
    前記ローギヤ走行モードを選択するための、運転者によって操作されるローギヤ走行モード選択操作装置と、
    停車状態であることを第1条件とし、駆動力源と前記入力軸との間の動力伝達が遮断されたニュートラル状態であることを第2条件とし、前記ローギヤ走行モード選択操作装置の操作によって前記ローギヤ走行モードが選択されたことを第3条件として、前記第1乃至第3条件のすべてが満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ローギヤ走行モードに切り替える電子制御装置と、を備え、
    前記電子制御装置は、
    前記ハイギヤ4輪走行モードでの運転時に、前記第1および第2条件が満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ4輪走行モードから前記ハイギヤ2輪走行モードへ切り替える第1切替制御部と、
    前記第1および第2条件が満たされた状態で前記第3条件が満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ2輪走行モードから前記ローギヤ走行モードへ切り替える第2切替制御部と、を有する
    ことを特徴とする4輪駆動車両。
  2. 前記第1切替制御部は、前記ハイギヤ4輪走行モードでの運転時に、前記第2条件と前記第1および第3条件のうちの一方が満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ4輪走行モードから前記ハイギヤ2輪走行モードへ切り替え、
    前記第2切替制御部は、前記第2条件と前記第1および第3条件のうちの一方が満たされた状態で該第1および第3条件のうちの他方が満たされたときに、前記モード切替装置を制御して前記ハイギヤ2輪走行モードから前記ローギヤ走行モードへ切り替える
    ことを特徴とする請求項1に記載の4輪駆動車両。
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