JP4899260B2 - 差動制限装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の駆動系に配設された差動歯車機構の差動を制限するロック機構を有する差動制限装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の左右駆動車軸間および前後駆動車軸間に配設された差動歯車機構の差動を制限するロック機構（デフロック機構）を備えた差動制限装置が既に知られている。以下に差動歯車機構及び差動制限装置について説明する。
【０００３】
エンジンからの出力はクラッチを介して変速機に伝達され、変速機の出力はプロペラシャフトを介して減速歯車機構と差動歯車機構を含む終減速装置へと伝達される。
【０００４】
差動歯車機構はよく知られているように、車両の旋回時に生じる内外輪差を差動し、車輪のスリップを防止するためには有用なものである。その一方で問題点もある。即ち、路面が滑りやすい低μ路で左右の車輪の路面に対する滑りやすさが大きく異なっている場合には、車輪にグリップがかからない路面側（つまり滑りやすい摩擦係数の小さい路面側）の一方車輪のみが専ら回転させられ却ってスリップを助長し、他方の車輪は全く回転しない状態となり、発進時である場合は、発進が出来ないなどの不都合が生じる。
【０００５】
そこで発進時などの車両の走行速度（車速）が低い場合でドライバーからの要求により、差動歯車機構の差動を制限（ロック）して左右の車輪が連結されるようにしたのが差動制限装置である。差動制限装置は左右の駆動車軸を連結するドッグクラッチを有するロック機構を備えている。このロック機構は基本的にはドライバーが差動制限を指示する差動制限スイッチからの差動制限信号に基づいて作動せしめられる。しかるに、差動歯車機構はもともと左右の駆動車輪に回転速度差が生じていてもスリップなどを起こさせないように回転速度差を差動するように機能するものであり、ロック機構が差動歯車機構の差動を制限するものである以上、回転速度差が生じている瞬間にロック機構を作動させると左右の駆動車輪の回転速度差によって生じる負荷をロック機構に与えることになる。特にロック機構に噛み合い式のドッグクラッチが用いられている場合、回転速度差が生じている最中にこのロック機構が作動するとドッグクラッチの噛み合いが円滑に行われないばかりか、ドッグクラッチを破損する原因となる。
【０００６】
ところで、ここまで車両の左右の駆動車軸間に配設した差動歯車機構について説明してきたが、例えば４輪駆動車における前輪駆動車軸と後輪駆動車軸との間、或いは大型トラック等における後２軸車両における前後駆動車軸間に配設される差動歯車機構、所謂センターデファレンシャル機構においても全く同様の問題が生じることは改めて説明するまでもない。
【０００７】
上記問題を解消するために、差動制限スイッチによって差動制限が指示された場合には、車速センサによって検出された車両の走行速度（車速）が零（０）であることを条件にロック機構を作動するようにした差動制限装置が特開平１０−３５３１４号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上述した車速を考慮した差動制限装置にも問題があることが判明した。即ち、一般的に車速センサは変速機の出力軸等の駆動系に設けられており、車速そのものは、設置された場所の回転速度と、車速センサから車輪までの減速歯車の減速比や車輪の径などを考慮した演算により求められる。すなわち大地に対する車両の移動速度を直接検出しているわけではない。
【０００９】
したがって、例えば車両が滑りやすい路面を走行中に制動装置（ブレーキ）を作動させて減速しているときに車輪がロックし、実際には車両が移動しているにもかかわらず、車速信号は０と検出され、車両が停止しているものとして判断される場合がある。制動時に車輪がロックするような場合を想定して車輪のロックを防止すべく減速度を考慮して制動と制動解除を繰り返して制動作用を実行するアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ装置）が装備されている場合があるが、停止直前のような微速走行時はＡＢＳ装置が作動しないのが一般的であり、このような場合は車輪のロック状態が生じてもＡＢＳ装置により制動解除がなされない。
【００１０】
従って、上記のような車輪のロック状態になるとドライバーは自分の意志によりブレーキを緩めて路面とのロック状態を回避しようと操作するのが一般的であり、ブレーキペダルを緩めると車輪のロックは解除され、車輪は再び路面との摩擦により回転駆動され始める。
【００１１】
一方、差動制限装置は、ドライバーにより差動制限スイッチが投入され差動制限が指示された場合において、ドライバーにより制動がかけられ、車両が路面に対して移動状態で車輪がロックすると、車速センサにより検出される車速が０になってしまうので、直ちにロック機構を作動する。そして、このロック機構が作動しはじめ、アクチュエータによりドッグクラッチを噛み合わせている最中に、ドライバーにより車輪のロックを回避すべくブレーキペダルが緩められると車輪が路面からの摩擦により回転を始め、即ちドッグクラッチの噛み合い部分にも回転が生じ、ドッグクラッチの円滑な噛み合いの妨げになるばかりでなく、ドッグクラッチを破損する畏れも生じることが判明した。
【００１２】
以上より、本発明の主たる解決課題は、車両の駆動系に配設された差動歯車機構の差動を制限するロック機構の作動がスムーズに行われ、噛み合い部分の破損などの問題の発生を防止することができる差動制限装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決すべく本発明によれば、
「車両の駆動系に配設された差動歯車機構の差動を制限するロック機構を備えた差動制限装置において、
差動制限を指示する差動制限スイッチと、該駆動系に配設され車両の走行速度を検出する車速センサと、該差動制限スイッチおよび車速センサからの信号に基づいて該ロック機構を制御するコントローラとを備え、
該ロック機構は、噛み合い式のドッグクラッチを有し、該ドッグクラッチを噛み合わせて差動歯車機構の差動を制限するように構成され、かつ、
該コントローラは、該差動制限スイッチにより差動制限が指示され、該車速センサにより検出された車両の走行速度が零（０）である場合には、車両の走行速度が零（０）であることを検出した時から所定時間経過した後に、該ドッグクラッチを噛み合わせて該ロック機構を作動せしめる」
ことを特徴とする差動制限装置が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図２を用いて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図１にはエンジン１が車両の前方に配置され後輪車軸を駆動する駆動系が示されている。従って、図１には前輪その他の詳細は省略されている。エンジン１の出力はクラッチ２を介して直列に配置された変速機３に伝達される。エンジンの回転は変速機３で変速され出力軸４からプロペラシャフト５に伝達される。変速機３の出力軸４とプロペラシャフト５の間にはユニバーサルジョイント６が設けられ、変速機３の出力軸４とプロペラシャフト５の連結状態の角度が変化しても回転は問題なく伝達される。
【００１５】
プロペラシャフト５の回転は変速機３の出力軸４側と同様のユニバーサルジョイント６を介して終減速装置４０内に収納されるドライブピニオンギア７に伝達される。ドライブピニオンギア７に伝達動力は大径なるリングギア８に伝達され、減速され且つ回転の方向を９０°変化させられる。従って、ドライブピニオンギア７およびリングギア８は減速歯車機構として機能する。リングギア８が回転すると、リングギア８と一体的に設けられる差動歯車機構９を構成するデファレンシャルケース９０が回転し、ディファレンシャルケース９０内の空間を貫通して設けられるディファレンシャルピニオンシャフト１０に対向して設けられたディファレンシャルピニオン１１ａ、１１ｂがディファレンシャルピニオンシャフト１０とともに回動せしめられる。
【００１６】
ディファレンシャルピニオン１１ａ，１１ｂが回動すると、これと噛み合っているディファレンシャルサイドギア１２ａ，１２ｂが回転せしめられる。ディファレンシャルサイドギア１２ａ、１２ｂはそれぞれ被駆動軸としての駆動車軸１３ａ、１３ｂの終減速装置４０側の端部にスプライン嵌合しており、ディファレンシャルサイドギア１２ａ，１２ｂが回転することにより駆動車軸１３ａ，１３ｂが回転せしめられる。駆動車軸１３ａ，１３ｂの他端部には車輪１４ａ，１４ｂが設けられ、駆動車軸１３ａ，１３ｂと一体的に回転する。
【００１７】
ここで、車両が十分に摩擦が得られる路面を直進する場合は、ディファレンシャルピニオン１１ａ，１１ｂは、ディファレンシャルサイドギア１２ａ，１２ｂと一体となって回転し、ディファレンシャルサイドギア１２ａ，１２ｂを等速度で回転せしめ、駆動車軸１３ａと１３ｂ即ち車輪１４ａと１４ｂを同一の回転速度で駆動する。しかし、車両がコーナリングなどで内外輪差がある場合は、ディファレンシャルピニオン１１ａ，１１ｂが回転速度が遅い側のディファレンシャルサイドギア１２ａまたは１２ｂに対して回転し、駆動車軸１３ａと１３ｂ即ち車輪１４ａと１４ｂを異なる回転速度になるよう差動する。
【００１８】
次に、差動制限装置について説明する。図示の実施形態における差動制限装置は、ディファレンシャルケース９０と駆動車軸１３ａとの間に配設されたロック機構１５を具備している。ロック機構１５はドッグクラッチによって構成されており、ディファレンシャルケース９０の端部に設けられたドッグ歯１６ａと、該ドッグ歯１６ａと対向する端面にドッグ歯１６ｂを備え駆動車軸１３ａに軸方向に摺動自在にスプライン嵌合されたクラッチスリーブ１６とからなっている。クラッチスリーブ１６の外周には環状の係合溝１６ｃが設けられており、この係合溝１６ｃに終減速装置４０内に設けられた支持部材１７に支持された揺動レバー１８の先端部が係合するようになっている。揺動レバー１８は、エアタンク１９に接続されたエアアクチュエータ２０により作動せしめられる。エアアクチュエータ２０へのエアの吸排気は、エアアクチュエータ２０に設けられコントローラ２２によって制御される電磁給排気バルブ２１によって行われる。コントローラ２２からの作動信号により電磁給排気バルブ２１が吸気側に切り替わるとエアアクチュエータ１９が揺動レバー１８の先端部がディファレンシャルケース９側に揺動され、揺動レバー１８の先端部が係合しているクラッチスリーブ１６がディファレンシャルケース９側に摺動して、ディファレンシャルケース９０の端部に設けられたドッグ歯１６ａにクラッチスリーブ１６の端面に設けられたドッグ歯１６ｂが噛み合う。この結果、駆動車軸１３ａと１３ｂが連結された状態となり差動歯車機構９の差動が制限される。
【００１９】
上記コントローラ２２は図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、Ｉ／Ｏ（入出力インターフェース）、タイマカウンタ（ＴＣ０，ＴＣ１）等からなり、Ｉ／Ｏには変速機３の出力軸４に対向して設けられ車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ２３、ステアリング装置の操舵角（ステアリング角度）を検出する操舵角センサ２４、差動歯車機構の差動を制限するように指示する差動制限スイッチ２５が接続されている。そして、Ｉ／Ｏからは上記ロック機構１５のクラッチスリーブ１６を作動せしめるエアアクチュエータ２０の電磁給排気バルブ２１に制御信号を出力する。
【００２０】
図２に上記コントローラ２２のＲＯＭに組み込まれた制御フローチャートを示す。
フローチャートは車両のエンジンの始動キーをオンすることによりスタートする。まず、ステップＳ１で差動制限スイッチ２５からの信号Ｄｓｗ、車速センサ２３からの車速信号Ｖ、操舵角センサ２４からの操舵角信号Ｓが読み込まれる。次にステップＳ２においてステップＳ１にて検出した車速信号Ｖについて判定する。ここで、“Ｖ＞０でない”すなわちＶ＝０であると判定された場合は、ステップＳ３に進み、タイマカウンタＴＣ０についてカウント回数の所定値ＭＡＸ０に達したか否かで、車速信号Ｖが０になってから所定時間経過しているか否かを判定する。“ＭＡＸ０”の値は後述する“車速信号Ｖが０になってから実際に停止していると判断してよい時間”に基づき決定される設定回数ＳＥＴ０よりも大きくその回数が設定される。
【００２１】
ＴＣ０は後述するタイマカウンタＴＣ１とともに初期値として“０”が代入されており一回目にステップＳ３を通過した場合は必ず、
“ＴＣ０＜ＭＡＸ０である”
と判定されステップＳ４へと進む。ステップＳ４ではＴＣ０の値に“１”が加えられカウントアップする。ちなみにフローチャートが繰り返されてステップＳ３にきたとき
“ＴＣ０＜ＭＡＸ０でない”
つまりＴＣ０が所定値ＭＡＸ０に達した場合はそれ以上はカウントアップの必要が無いのでカウントアップするためのステップＳ４をスキップする。
【００２２】
ステップＳ３及びステップＳ４を経たステップＳ５では、ＴＣ１に０を代入、すなわちＴＣ１の値をクリアする。ＴＣ１は後述するように車速が所定の設定速度以上である場合に差動制限装置のロック機構１５を解除する場合の時間経過を監視するタイマカウンタであり、ステップＳ５に来るということは車速信号Ｖは０であるということなのでタイマカウンタＴＣ１をクリアするものである。
【００２３】
ステップＳ２に戻り、車速信号Ｖが０より大きい、と判定された場合には次のステップＳ６に進む。ステップＳ６ではさらに車速が所定の設定速度Ｖｄ以上か否かが判断される。この設定速度Ｖｄは差動制限装置のロック機構１５を解除すべき速度が設定されるものであり、トラック等の車両に適用される場合は１０ｋｍ／ｈから２０ｋｍ／ｈの間で任意に設定される。
【００２４】
ステップＳ６で設定速度Ｖｄ以上であると判断された場合は、ステップＳ７に進みＴＣ１の値が予め設定された所定値ＭＡＸ１より小さいか否かが判断される。“ＭＡＸ１”の値は後述する“車速信号ＶがＶｄ以上になってから実際に差動制限装置のロック機構１５をＯＦＦしても良い経過時間”に基づき決定される設定回数ＳＥＴ１よりも大きくその回数が設定される。この設定回数ＳＥＴ１は制御の安定性を確保する（例えば一時的な車輪の空転等を排除する）ために設けられるものであり、車速信号Ｖが設定速度Ｖｄを超えたらすぐに差動制限装置のロック機構１５を解除するのではなく、フローチャートが繰り返され、所定時間が経過する（ステップＳ１５→ＮＯ）のを待って解除が実行されるようにしたものである。ステップＳ７→ＹＥＳの場合には、ステップＳ８にてＴＣ１に１が加えられてＴＣ１をカウントアップする。またステップＳ７→ＮＯの場合にはそれ以上カウントアップの必要が無いのでカウントアップするためのステップＳ８をスキップする。
次のステップＳ９では、フローチャートがステップＳ６からステップＳ７以下に進んできたということが車速信号Ｖが所定値以上あることを示しているので車速信号Ｖが０である場合にカウントアップされるタイマカウンタＴＣ０をクリア（０を代入）する。
【００２５】
ステップＳ６で車速信号Ｖが設定値Ｖｄ未満である場合は、車速信号Ｖが停止状態でもなく、差動制限装置のロック機構１５を解除すべき速度にも達していない状態（Ｖｄ＞Ｖ＞０）と判断されるので、ステップＳ１０，ステップＳ１１にて各ＴＣ０，ＴＣ１がクリアされる。
【００２６】
各ステップＳ５、ステップＳ９、ステップＳ１１を経た後はステップＳ１２に進み、差動制限装置のロック機構１５に対する差動制限スイッチ（Ｄｓｗ）が“ＯＮ”にされているか否かを判定する。“ＯＮ”になっていない、つまりドライバーからロック機構を作動させる要求がない場合はステップＳ１８に進む。差動制限スイッチ（Ｄｓｗ）が“ＯＮ”であると判定された場合は、ステップＳ１３に進む。なお、ステップＳ１８におけるＤａｃｔは差動制限装置のロック機構１５を実際に駆動するエアアクチュエータ２０の電磁給排気バルブ２１に対する指示信号であり、この信号を制御することにより実際の差動制限装置のロック機構１５を駆動するものである。ステップＳ１２でＤｓｗがＯＦＦだった場合は運転状況に係わらずステップＳ１８にてＤａｃｔがＯＦＦとされて差動制限装置のロック機構１５がＯＦＦ（作動が解除される）となる。
【００２７】
ステップＳ１３では、操舵角センサからの信号（Ｓ）が所定の操舵角以下か否かが判定される。操舵角（Ｓ）が設定値Ｓｄ未満でない、すなわち操舵角が所定以上の角度である、と判断した場合はステップＳ１８に進み、設定値未満である、と判断される場合はステップＳ１４に進む。すなわちハンドルが所定値以上きられている場合に、そのままロック状態が維持されると高摩擦路面ではタイトコーナーブレーキング現象が発生し、低摩擦路面では横滑りが発生するなどの危険があるので、ステップＳ１８にて他の運転状態を示す信号に係わらず差動制限装置のロック機構１５がＯＦＦとなり、ロック機構が解除される。
【００２８】
ステップＳ１４では、車速信号Ｖが０と検出されてからカウントアップされるＴＣ０が設定値ＳＥＴ０未満か否かが判断される。設定値ＳＥＴ０未満でない、と判断される場合はステップＳ１７へと進み、ＳＥＴ０未満であると判断される場合はステップＳ１５へと進む。すなわち車速信号Ｖが０となってから実際に停止していると判断してよい時間が経過した場合はステップＳ１７にてＤａｃｔに“ＯＮ”信号を代入し実際に差動制限装置のロック機構１５が作動せしめられる。この設定値ＳＥＴ０の回数は車速センサ２３からの信号Ｖが０になってから、実際に停止していると判断してよい所定時間と、フローチャートに基づくプログラムルーチンが繰り返される時間間隔及び差動制限装置のロック機構１５の作動特性が考慮され、一般的には時間換算で０．５秒から１．０秒程度になるように設定される。
【００２９】
ステップＳ１５でＴＣ１が設定値ＳＥＴ１未満か否か判定される。ＴＣ１は車速信号Ｖが設定値Ｖｄ以上になってからの経過時間をカウントするタイマカウンタであり、ＴＣ１が設定値ＳＥＴ１以上である場合はステップＳ１８に進み、ＴＣ１がＳＥＴ１未満である場合はステップＳ１６に進む。設定値ＳＥＴ１の回数は車速信号Ｖが設定値Ｖｄ以上になってから実際に差動制限機構のロック機構１５を解除してもよい所定時間（ここでは１〜２秒）と、フローチャートに基づくプログラムルーチンが繰り返される時間間隔及び差動制限装置のロック機構１５の作動特性が考慮される。
【００３０】
そしてステップＳ１６では現在の差動制限装置のロック機構１５を駆動するアクチュエータに与えられている駆動信号Ｄａｃｔが“ＯＮ”か否か判定する。このステップは前段のステップまでで、現在の運転状況が差動制限装置のロック機構１５の状態を維持すべきであると判断した場合の処理ステップであり、ＤａｃｔがＯＮである場合はステップ１７へ進み、ＤａｃｔがＯＦＦである場合はステップＳ18に進む。ステップＳ１７に進む場合でもステップＳ１８に進む場合でも基本的にはＤａｃｔの値がそのまま維持される。
【００３１】
以上のステップを経て１ルーチンが終了し再びスタートからフローチャートが繰り返される。なお、フローチャートは定間隔で繰り返される。
【００３２】
以上のように本発明の実施形態に示される制御フローチャートでは、ドライバーからの差動制限スイッチ（Ｄｓｗ）がＯＮであり（ステップＳ１２）、車速センサにより検出した車速信号Ｖが０であっても、車速が０であることを検出した時から所定時間経過した（ステップＳ１４）後に実際に該差動歯車機構９の差動をロック機構により制限するようにした（ステップＳ１７）ところに特徴がある。
【００３３】
なお、本発明の実施形態では車両の後輪のドライブアクスル中央に配置される終減速装置の差動制限装置のロック機構について説明したが、前輪、後輪軸に配置される二つの終減速装置の間に配置される差動歯車機構、所謂センターデファレンシャル機構のロック機構についても全く同様の技術思想で採用することが可能であり、本発明が適用できることは言うまでも無い。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明の差動制限装置では、差動制限スイッチ（Ｄｓｗ）により差動制限が指示され、車速信号Ｖが０になっても即座に差動制限装置のロック機構を作動させるのではなく、実際に車両が停止していると判断してよい時間が経過してからロック機構を作動させるようにしたので、実際に車両が路面に対して移動しているのにもかかわらずロック機構の作動を実施してしまうようなことを防止し、車両が確実に停止していることを判断してからロック機構を作動させるので、ロック機構に過度な負担がかかるようなことも無くなり、破損などの惧れがないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された作動制限装置の概略構成図。
【図２】本発明に基づく差動制限装置を構成するコントローラの制御フローチャート。
【符号の説明】
１：エンジン
２：クラッチ
３：変速機
４：変速機の出力軸
５：プロペラシャフト
６：ユニバーサルジョイント
７：ドライブピニオンギア
８：リングギア
９：差動歯車機構
９０：デファレンシャルケース
１０：ディファレンシャルピニオンシャフト
１１ａ、１１ｂ：ディファレンシャルピニオン
１２ａ，１２ｂ：ディファレンシャルサイドギア
１３ａ、１３ｂ：被駆動軸
１４ａ，１４ｂ：車輪
１５：ロック機構
１６：クラッチスリーブ
１６ａ、１６ｂ：ドッグ歯
１７：支持部材
１８：揺動レバー
１９：エアタンク
２０：エアアクチュエータ
２１：電磁給排気バルブ
２２：コントローラ
２３：車速センサ
２４：操舵角センサ
２５：差動制限スイッチ
４０：終減速装置

Claims (1)

1. 車両の駆動系に配設された差動歯車機構の差動を制限するロック機構を備えた差動制限装置において、
   差動制限を指示する差動制限スイッチと、該駆動系に配設され車両の走行速度を検出する車速センサと、該差動制限スイッチおよび車速センサからの信号に基づいて該ロック機構を制御するコントローラとを備え、
   該ロック機構は、噛み合い式のドッグクラッチを有し、該ドッグクラッチを噛み合わせて差動歯車機構の差動を制限するように構成され、かつ、
   該コントローラは、該差動制限スイッチにより差動制限が指示され、該車速センサにより検出された車両の走行速度が零（０）である場合には、車両の走行速度が零（０）であることを検出した時から所定時間経過した後に、該ドッグクラッチを噛み合わせて該ロック機構を作動せしめる、ことを特徴とする差動制限装置。

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