JP6064966B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、入力回転部材と第１の出力回転部材と第２の出力回転部材とハイロー切替機構とクラッチとを備えるトランスファと、そのトランスファの作動を制御する制御装置とを備える車両用動力伝達装置に関するものである。
入力回転部材の回転を変速して第１の出力回転部材へ伝達するハイロー切替機構と、第１の出力回転部材から第２の出力回転部材へ伝達する伝達トルクを調整する単板又は多板のクラッチとを備えるトランスファが良く知られている。例えば、特許文献１に記載された、ハイロー切替機構と、副駆動輪側へ伝達するトルクを調整する多板のクラッチとを備えたトランスファがそれである。特許文献１に記載されたトランスファでは、ハイロー切替機構の切替作動と、クラッチのトルク調整とを一つのモータで行っている。その為、特許文献１のトランスファでは、モータの回転を直線運動に変換する変換機構は、ハイロー切替機構の切替作動用にはドラムカム式を採用し、クラッチのトルク調整用にはボールカム＋レバー式を採用している。又、特許文献１のトランスファでは、モータの回転は減速されてアクチュエータシャフトに伝達され、そのアクチュエータシャフト上の回転角度センサの信号値に基づいて、ハイロー切替機構の切替作動やクラッチのトルク調整の各制御が実行される。
米国特許出願公開第２００７／０２５１３４５号明細書
ところで、特許文献１に記載の技術において、ドラムカムは、アクチュエータシャフト回りに同心に設けられているので、そのアクチュエータシャフトの一回転(３６０°)の範囲内で回転させられる。従って、ボールカムもアクチュエータシャフトの一回転の範囲内で回転させられるので、その一回転の範囲内でクラッチのトルク調整を行う必要がある。そうすると、クラッチのトルク調整での制御精度(分解能)が不足する可能性がある。これに対して、減速前の回転角度であるモータの回転角度を用いれば、上記制御精度を高めることができると考えられる。回転角度センサは一回転の範囲内での絶対位置を検出するセンサであるので、クラッチのトルク調整を行うときのモータの回転角度の基準点を予め決定して記憶しておき、その基準点からのモータの回転角度の変化量でトルク調整を行う必要がある。又、ハイロー切替機構の切替作動についても、モータの回転角度を用いる場合には、クラッチのトルク調整と同様に、モータの回転角度の基準点を予め決定する必要がある。この場合、クラッチのトルク調整を行うときと同じ基準点を用いたり、その基準点を元にしてハイロー切替機構の切替作動を行うときの基準点を決定することが考えられる。しかしながら、ハイロー切替機構の切替作動やクラッチのトルク調整の各制御では、モータの回転を直線運動に変換する変換機構の方式が各制御用で異なり、個別の部材で作動させている為、構成部品が多く、変換機構における直線運動方向での位置のばらつきが大きくなる可能性がある。そうすると、ハイロー切替機構の切替作動のストロークを余裕を持って設定する必要があり、変換機構における直線運動方向の全長が長くなる可能性がある。これを避けるには、クラッチのトルク調整については、モータの回転角度を用いて基準点決めを行って制御を実行し、ハイロー切替機構の切替作動については、アクチュエータシャフト上の回転角度センサの信号値に基づいて制御を実行すれば良い。しかしながら、回転角度センサが二個必要となり、コストアップを招いてしまう。尚、上述したような課題は未公知である。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、制御都合による寸法増加や複数センサ採用によるコストアップを回避することができる車両用動力伝達装置を提供することにある。
前記目的を達成する為の第１の発明の要旨とするところは、(a) 入力回転部材と、第１の左右の車輪へ動力を出力する第１の出力回転部材と、第２の左右の車輪へ動力を出力する第２の出力回転部材と、前記入力回転部材の回転を変速して前記第１の出力回転部材へ伝達するハイロー切替機構と、前記第１の出力回転部材から前記第２の出力回転部材へ伝達する伝達トルクを調整する単板又は多板のクラッチと、モータと、前記モータの回転運動を直線運動に変換するねじ機構と、前記ねじ機構の直線運動力を前記ハイロー切替機構及び前記クラッチへそれぞれ伝達する伝達機構と、前記モータの回転角度を検出する回転角度センサとを備えるトランスファと、(b) 前記モータの回転角度に基づいて、前記ハイロー切替機構の切替作動と、前記クラッチの伝達トルクの調整とを行う制御装置とを、備えている車両用動力伝達装置であることにある。
このようにすれば、トランスファにおいて、ねじ機構が有する高い倍力機能によってクラッチへ高い推力を付与することができる。又、ねじ機構によってハイロー切替機構の作動に必要なストロークを得ることができる。従って、一つのモータとねじ機構と伝達機構とでハイロー切替機構の切替作動とクラッチのトルク調整(すなわち第２の出力回転部材(換言すれば第２の左右の車輪)へ伝達する伝達トルクの調整)とが可能となる。つまり、モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構としてねじ機構を用いたことにより、同一の方式でハイロー切替機構の切替作動とクラッチのトルク調整とが可能となる。これにより、一つのモータの回転角度に基づいてハイロー切替機構の切替作動とクラッチのトルク調整とを精度良く行うことができる。よって、車両用動力伝達装置において、制御都合による寸法増加や複数センサ採用によるコストアップを回避することができる。
ここで、第２の発明は、前記第１の発明に記載の車両用動力伝達装置において、前記制御装置は、前記クラッチの伝達トルクが所定値を超える前記モータの回転角度を基準点として前記クラッチの伝達トルクの調整を行い、前記基準点と前記ねじ機構の直線運動における設計上の移動寸法とに基づいて、前記ハイロー切替機構の切替作動を行うことにある。このようにすれば、一つのモータの回転角度に基づいてハイロー切替機構の切替作動とクラッチのトルク調整とを精度良く行うことができる。
また、第３の発明は、前記第２の発明に記載の車両用動力伝達装置において、前記制御装置は、前記モータに所定の電流を付加して、前記クラッチの伝達トルクを発生させる側へ前記モータを回転させ、前記モータの回転が停止したときの回転角度を、或いは前記停止したときの回転角度から更に前記モータを所定基準角度分回転させた回転角度を、或いは前記モータに付加した電流が所定基準電流分上昇したときの前記モータの回転角度を、前記基準点に決定することにある。このようにすれば、ハイロー切替機構の切替作動とクラッチのトルク調整とを各々行うときの基となるモータの回転角度の基準点が適切に設定される。
また、第４の発明は、前記第１の発明に記載の車両用動力伝達装置において、前記ねじ機構は、前記モータに直接的又は間接的に連結された回転部材と、前記回転部材の回転に伴って前記回転部材の軸心と平行な方向に移動可能に前記回転部材に連結された直線運動部材とを有しており、前記ハイロー切替機構は、回転を出力するハイ側ギヤ歯と、前記ハイ側ギヤ歯よりも低速側の回転を出力するロー側ギヤ歯と、前記第１の出力回転部材にスプライン嵌合されて、前記第１の出力回転部材の軸心と平行な方向への移動によって前記ハイ側ギヤ歯と前記ロー側ギヤ歯とにそれぞれ噛み合うハイロースリーブとを有しており、前記伝達機構は、前記直線運動部材に連結された、前記クラッチを押し付ける押付部材と、前記回転部材の軸心と平行な別の軸心回りに設けられて、前記直線運動部材に連結されたフォークシャフトと、前記フォークシャフトに固設されて、前記ハイロースリーブに連結されたフォークとを有していることにある。このようにすれば、一つのモータとねじ機構と伝達機構とでハイロー切替機構の切替作動とクラッチのトルク調整とが可能となる。
また、第５の発明は、前記第４の発明に記載の車両用動力伝達装置において、前記トランスファは、前記第２の出力回転部材に設けられたロック歯と、前記第１の出力回転部材にスプライン嵌合されて、前記第１の出力回転部材の軸心と平行な方向への移動によって前記ロック歯に噛み合うロックスリーブとを有するドグクラッチを更に備えており、前記伝達機構は、前記ねじ機構の直線運動力を前記ハイロースリーブを介して前記ロックスリーブへ伝達することにある。このようにすれば、トランスファにおいて、ねじ機構を用いた同一の方式で、ドグクラッチの切替作動(すなわち第２の出力回転部材への動力の伝達／遮断)が可能となる。
また、第６の発明は、前記第５の発明に記載の車両用動力伝達装置において、前記ハイロースリーブは、前記入力回転部材の支持ベアリングに対して前記第２の出力回転部材側の空間に設けられており、前記ロックスリーブは、前記ハイロー切替機構と前記第２の出力回転部材との間の空間に、前記ハイロースリーブと隣接して別体で設けられており、前記伝達機構は、前記ハイロースリーブと前記ロックスリーブとを相互に離間させる側へ付勢する第１のスプリングと、前記ロックスリーブを前記ロック歯から離す側へ付勢する第２のスプリングとを有していることにある。このようにすれば、ロックスリーブの移動の可否に拘わらずハイロースリーブの移動が可能となる。又、ハイロースリーブとロックスリーブとが別体で設けられていても、ハイロースリーブがロックスリーブから離間する側へ移動させられれば、ロックスリーブがロック歯から離れる側へ移動させられる。
また、第７の発明は、前記第６の発明に記載の車両用動力伝達装置において、前記ハイロースリーブは、前記ロックスリーブから離間する側にて前記ハイ側ギヤ歯に噛み合い、前記ロックスリーブに接近する側にて前記ロー側ギヤ歯に噛み合うものであり、前記ロックスリーブは、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ロー側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記ロック歯に噛み合うものであり、前記単板又は多板のクラッチは、前記第１の出力回転部材の軸心方向で、前記第２の出力回転部材に対して前記ハイロー切替機構とは反対側に前記第１の出力回転部材の軸心回りに配置されて、前記第２の出力回転部材側に移動する前記押付部材によって押し付けられるものであり、前記単板又は多板のクラッチは、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ハイ側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記押付部材によって押し付けられ、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ロー側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記押付部材によって押し付けられないものであり、前記伝達機構は、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ハイ側ギヤ歯に噛み合わせる位置のままで、前記単板又は多板のクラッチが前記押付部材によって押し付けられる位置と押し付けられない位置との間で前記直線運動部材の移動を許容する、前記直線運動部材と前記フォークシャフトとを連結する連結機構を有していることにある。このようにすれば、ハイロースリーブがハイ側ギヤ歯に噛み合わされて比較的高速側の回転を第１の出力回転部材(換言すれば第１の左右の車輪)へ伝達することができる車両状態では、単板又は多板のクラッチを介して調整されたトルクを第２の出力回転部材(換言すれば第２の左右の車輪)へ伝達することができる。又、この車両状態では、ロックスリーブがロック歯に噛み合わされないことはもちろんのこと、単板又は多板のクラッチが押付部材によって押し付けられないようにすることができるので、第１の左右の車輪のみに動力を伝達することができる。一方で、ハイロースリーブがロー側ギヤ歯に噛み合わされて比較的低速側の回転を第１の出力回転部材へ伝達することができる車両状態では、ロックスリーブがロック歯に噛み合わされてドグクラッチにより第１の出力回転部材と第２の出力回転部材とが直結状態とされる。
また、第８の発明は、前記第７の発明に記載の車両用動力伝達装置において、前記制御装置は、前記ハイロースリーブと前記ハイ側ギヤ歯とが噛み合う位置にて前記単板又は多板のクラッチが前記押付部材によって所定量押し付けられる位置を基準点として、前記単板又は多板のクラッチの伝達トルクの調整を行い、前記基準点と前記直線運動部材の設計上の移動寸法とに基づいて、前記ハイロー切替機構の切替作動を行うことにある。このようにすれば、一つのモータの回転角度に基づいてハイロー切替機構の切替作動と単板又は多板のクラッチのトルク調整とを精度良く行うことができる。
また、第９の発明は、前記第８の発明に記載の車両用動力伝達装置において、前記制御装置は、前記モータに所定の電流を付加して、前記押付部材が前記単板又は多板のクラッチを押し付ける側へ前記モータを回転させ、前記モータの回転が停止したときの回転角度を、或いは前記停止したときの回転角度から更に前記モータを所定基準角度分回転させた回転角度を、或いは前記モータに付加した電流が所定基準電流分上昇したときの前記モータの回転角度を、前記基準点に決定し、前記制御装置は、前記基準点に対して、前記押付部材が前記単板又は多板のクラッチを押し付けない側へ前記モータを第１の所定回転角度分だけ回転させた前記モータの回転角度を、前記ハイロースリーブと前記ハイ側ギヤ歯とが噛み合う位置にて前記単板又は多板のクラッチが前記押付部材によって押し付けられない位置として記憶し、前記制御装置は、前記基準点に対して、前記押付部材が前記単板又は多板のクラッチを押し付けない側へ前記モータを前記第１の所定回転角度よりも大きな第２の所定回転角度分だけ回転させた前記モータの回転角度を、前記ハイロースリーブと前記ロー側ギヤ歯とが噛み合う位置であって前記ロックスリーブと前記ロック歯とが噛み合う位置として記憶することにある。このようにすれば、ハイロー切替機構の切替作動と単板又は多板のクラッチのトルク調整とを各々行うときの基となるモータの回転角度の基準点が適切に設定される。又、その基準点に基づいて、比較的高速側の回転を第１の出力回転部材へ伝達することができる車両状態とする為の回転角度にモータを適切に制御することができる。又、その車両状態では、その基準点に基づいて、単板又は多板のクラッチを介して調整されたトルクを第２の出力回転部材へ伝達することができる回転角度にモータを適切に制御することができる。又、その車両状態では、その基準点に基づいて、第１の左右の車輪のみに動力を伝達することができる回転角度にモータを適切に制御することができる。又、その基準点に基づいて、比較的低速側の回転を第１の出力回転部材へ伝達することができる車両状態とする為の回転角度にモータを適切に制御することができる。又、その車両状態では、ドグクラッチにより第１の出力回転部材と第２の出力回転部材とが直結状態とされる回転角度にモータを適切に制御することができる。
また、第１０の発明は、前記第４の発明乃至第９の発明の何れか１つに記載の車両用動力伝達装置において、前記回転部材は、ねじ軸部材であり、前記直線運動部材は、ナット部材であり、前記ねじ機構は、前記ねじ軸部材と前記ナット部材がボールを介して作動するボールねじである。このようにすれば、ボールねじが有する高い倍力機能によってクラッチへ高い推力を付与することができる。又、ボールねじによってハイロー切替機構の作動に必要なストロークを得ることができる。又、モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構としてすべりねじを用いることと比較して、回転運動を直線運動に変換する機械効率が高くされる。
本発明が適用される車両の概略構成を説明する図であると共に、車両における各種制御の為の制御系統の要部を説明する図である。 トランスファの概略構成を説明する断面図であって、高速側ギヤ段にて４ＷＤ走行状態とする為の態様を示す図である。 トランスファの概略構成を説明する骨子図である。 モータ駆動電流とピストン位置との一例を同じ時系列に重ねて示す図であって、基準点を説明する為の図である。 トランスファの概略構成を説明する断面図であって、低速側ギヤ段にてセンターデフロック状態での４ＷＤ走行状態とする為の態様を示す図である。 電子制御装置の制御作動の要部すなわち制御都合による寸法増加や複数センサ採用によるコストアップを回避する為の制御作動を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される車両１０の概略構成を説明する図であると共に、車両１０における各種制御の為の制御系統の要部を説明する図である。図１において、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車両用動力伝達装置１８(以下、動力伝達装置１８という)などを備えている。後輪１６は、二輪駆動(２ＷＤ)走行中及び四輪駆動(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。従って、車両１０は、前置エンジン後輪駆動(ＦＲ)をベースとする四輪駆動車両である。
動力伝達装置１８は、エンジン１２に連結された変速機(Ｔ／Ｍ)２０、変速機２０に連結された前後輪動力分配装置であるトランスファ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)などを備えている。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。又、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。
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又は遮断する、電気的(電磁的)に制御されるドグクラッチ(すなわち噛合式クラッチ)である。尚、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及び図３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３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内において、入力回転部材としての入力軸４２と、第１の左右の車輪としての後輪１６へ動力を出力する第１の出力回転部材としての後輪側出力軸４４と、第２の左右の車輪としての前輪１４へ動力を出力する第２の出力回転部材としてのドライブギヤ４６と、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切替機構４８と、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整する多板のクラッチとしての前輪駆動用クラッチ５０とを共通の軸心Ｃ１回りに備えている。又、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ドリブンギヤ５４とを共通の軸心Ｃ２回りに備え、更に、ドライブギヤ４６とドリブンギヤ５４との間を連結する前輪駆動用チェーン５６と、後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６とを一体的に連結するドグクラッチとしてデフロック機構５８とを備えている。
入力軸４２は、変速機２０の出力回転部材(不図示)にスプライン嵌合継手など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せられる。後輪側出力軸４４は、リヤプロペラシャフト２６に連結された主駆動軸である。ドライブギヤ４６は、後輪側出力軸４４回りに相対回転可能に設けられている。前輪側出力軸５２は、フロントプロペラシャフト２４に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、例えばドライブギヤ４６へ伝達するトルクを調整して、変速機２０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及び後輪１６のそれぞれに分配する。又、トランスファ２２は、例えば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との間の回転差動が制限されない差動状態とそれらの間の回転差動が制限された非差動状態(所謂センターデフロック状態)とを切り替える。又、トランスファ２２は、例えば高速側ギヤ段(高速側変速段)Ｈ及び低速側ギヤ段(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段へ伝達する。つまり、トランスファ２２は、入力軸４２の回転をハイロー切替機構４８を介して後輪側出力軸４４へ伝達すると共に、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デフロック機構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デフロック機構５８が係合された状態では、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、及びドリブンギヤ５４を介して前輪側出力軸５２への動力伝達が行われる。
具体的には、ハイロー切替機構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、入力軸４２に対して軸心Ｃ１回りの回転不能に連結されたサンギヤＳと、そのサンギヤＳに対して略同心に配置され、トランスファケース４０に軸心Ｃ１回りの回転不能に連結されたリングギヤＲと、これらサンギヤＳ及びリングギヤ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回りの公転可能に支持するキャリヤＣＡとを有している。よって、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。このサンギヤＳの内周面にはハイ側ギヤ歯６４が固設されており、又、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が固設されている。ハイ側ギヤ歯６４は、入力軸４２と等速の回転を出力する、高速側ギヤ段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、ハイ側ギヤ歯６４よりも低速側の回転を出力する、低速側ギヤ段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に軸心Ｃ１と平行な方向の相対移動可能にスプライン嵌合されており、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、後輪側出力軸４４の軸心Ｃ１と平行な方向への移動によってハイ側ギヤ歯６４とロー側ギヤ歯６６とにそれぞれ噛み合う外周歯６２ｂとを有している。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とハイロースリーブ６２とは、高速側ギヤ段Ｈを形成する高速側ギヤ段用クラッチとして機能し、ロー側ギヤ歯６６とハイロースリーブ６２とは、低速側ギヤ段Ｌを形成する低速側ギヤ段用クラッチとして機能する。ハイロー切替機構４８は、ハイロースリーブ６２がハイ側ギヤ歯６４とロー側ギヤ歯６６との何れとも噛み合わないことにより動力伝達遮断状態(ニュートラル状態)になり、高速側ギヤ段Ｈと低速側ギヤ段Ｌとの間でギヤ段が切り替えられる際には、この動力伝達遮断状態を経てから切り替えられる。
デフロック機構５８は、ドライブギヤ４６の内周面に固設されたロック歯６８と、後輪側出力軸４４に軸心Ｃ１と平行な方向の相対移動可能にスプライン嵌合されて、軸心Ｃ１と平行な方向への移動によってロック歯６８に噛み合う外周歯７０ａが外周面に固設されたロックスリーブ７０とを有している。トランスファ２２は、ロックスリーブ７０の外周歯７０ａとロック歯６８とが噛み合ったデフロック機構５８の係合状態では、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て、センターデフ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の支持ベアリング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、ハイロー切替機構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。トランスファ２２は、ハイロースリーブ６２とロックスリーブ７０との間に、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第１のスプリング７２(以下、第１スプリング７２という)を備えている。トランスファ２２は、ドライブギヤ４６とロックスリーブ７０との間に、後輪側出力軸４４の凸部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から離す側へ付勢する第２のスプリング７４(以下、第２スプリング７４という)を備えている。凸部４４ａは、ドライブギヤ４６の径方向内側の空間においてロック歯６８側に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、軸心Ｃ１に平行な方向に見てロー側ギヤ歯６６よりもロックスリーブ７０から離れた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から離間する側(図２，３において左側)にてハイ側ギヤ歯６４に噛み合い、ハイロースリーブ６２がロックスリーブ７０に接近する側(図２，３において右側)にてロー側ギヤ歯６６に噛み合う。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に接近する側(図２，３において右側)にてロック歯６８に噛み合う。従って、ロックスリーブ７０の外周歯７０ａは、ハイロースリーブ６２がロー側ギヤ歯６６と噛み合う位置にてロック歯６８に噛み合う。
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との間に介挿されこれらを選択的に断接する摩擦係合要素８０と、摩擦係合要素８０を押圧するピストン８２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、後輪側出力軸４４の軸心Ｃ１方向で、ドライブギヤ４６に対してハイロー切替機構４８とは反対側に後輪側出力軸４４の軸心Ｃ１回りに配置されて、ドライブギヤ４６側に移動するピストン８２によって摩擦係合要素８０が押し付けられる。前輪駆動用クラッチ５０は、ピストン８２がドライブギヤ４６から軸心Ｃ１に平行な方向に離れる側である非押圧側(図２，３において右側)に移動させられて摩擦係合要素８０に当接しない状態では、解放状態となる。一方で、前輪駆動用クラッチ５０は、ピストン８２がドライブギヤ４６に軸心Ｃ１に平行な方向に近づく側である押圧側(図２，３において左側)に移動させられて摩擦係合要素８０に当接する状態では、ピストン８２の移動量によって伝達トルク(トルク容量)が調整され、スリップ状態又は係合状態となる。
トランスファ２２は、前輪駆動用クラッチ５０の解放状態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デフロック機構５８の解放状態では、後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６との間の動力伝達経路が遮断されて、変速機２０から伝達された動力を後輪１６のみへ伝達する。トランスファ２２は、前輪駆動用クラッチ５０のスリップ状態又係合状態では、変速機２０から伝達された動力を前輪１４及び後輪１６のそれぞれに分配する。トランスファ２２は、前輪駆動用クラッチ５０のスリップ状態では、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(非センターデフロック状態)が形成される。トランスファ２２は、前輪駆動用クラッチ５０の係合状態では、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て、センターデフロック状態が形成される。前輪駆動用クラッチ５０は、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の間で連続的に変更することができる。
トランスファ２２は、ハイロー切替機構４８、前輪駆動用クラッチ５０、及びデフロック機構５８を作動させる装置として、モータ８４と、モータ８４の回転運動を直線運動に変換するねじ機構８６と、ねじ機構８６の直線運動力をハイロー切替機構４８、前輪駆動用クラッチ５０、及びデフロック機構５８へそれぞれ伝達する伝達機構８８とを、更に備えている。モータ８４は、例えばブラシレスモータであり、内蔵された或いはモータシャフト上に設けられた、モータ８４の回転角度Ａm(以下、モータ回転角度Ａmという)を検出する回転角度センサ８５を備えている。
ねじ機構８６は、後輪側出力軸４４と同じ軸心Ｃ１回りに配置されており、トランスファ２２に備えられたウォームギヤ９０を介してモータ８４に間接的に連結された回転部材としてのねじ軸部材９２と、ねじ軸部材９２の回転に伴って軸心Ｃ１と平行な方向に移動可能にねじ軸部材９２に連結された直線運動部材としてのナット部材９４とを備えている。ねじ機構８６は、ねじ軸部材９２とナット部材９４が多数のボール９６を介して作動するボールねじである。ウォームギヤ９０は、モータ８４のモータシャフトと一体的に形成されたウォーム９８と、軸心Ｃ１回りに配置されてねじ軸部材９２と一体的に形成されたウォームホイール１００とを備えた歯車対である。モータ８４の回転は、ウォームギヤ９０を介してねじ軸部材９２へ減速されて伝達される。ねじ機構８６は、ねじ軸部材９２に伝達されたモータ８４の回転を、ナット部材９４の直線運動に変換する。
伝達機構８８は、ねじ軸部材９２の軸心Ｃ１と平行な別の軸心Ｃ３回りに設けられて、ナット部材９４に連結されたフォークシャフト１０２と、フォークシャフト１０２に固設されて、ハイロースリーブ６２に連結されたフォーク１０４とを備えている。伝達機構８８は、ねじ機構８６におけるナット部材９４の直線運動力を、フォークシャフト１０２、及びフォーク１０４を介してハイロー切替機構４８のハイロースリーブ６２へ伝達する。ハイロースリーブ６２とロックスリーブ７０とは第１スプリング７２を介して相互に力が付与され、又、ロックスリーブ７０は第２スプリング７４を介して後輪側出力軸４４の凸部４４ａから力を付与されている。従って、伝達機構８８は、ねじ機構８６におけるナット部材９４の直線運動力を、ハイロースリーブ６２を介してデフロック機構５８のロックスリーブ７０へ伝達する。その為、第１スプリング７２及び第２スプリング７４は、伝達機構８８の一部を構成する部材として機能する。
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とは反対側に配置されている。前輪駆動用クラッチ５０のピストン８２は、ねじ機構８６のナット部材９４とは軸心Ｃ１と平行な方向の相対移動不能且つ軸心Ｃ１回りの相対回転可能に連結されている。従って、ねじ機構８６におけるナット部材９４の直線運動力は、ピストン８２を介して前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０に伝達される。その為、ピストン８２は、ナット部材９４に連結された、前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０を押し付ける押付部材であり、伝達機構８８の一部を構成する部材として機能する。このように、伝達機構８８は、ねじ機構８６におけるナット部材９４の直線運動力を、前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０へ伝達する。
伝達機構８８は、ナット部材９４とフォークシャフト１０２とを連結する連結機構１０６を備えている。連結機構１０６は、軸心Ｃ３と平行な方向にフォークシャフト１０２と摺動可能に軸心Ｃ３回りに配置された、一端部に設けられた鍔どうしが相対する２つの鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂ、２つの鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂの間に介在させられた円筒状のスペーサ１１０、及びスペーサ１１０の外周側に配置された第３のスプリング１１２(以下、第３スプリング１１２という)と、２つの鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂを軸心Ｃ３と平行な方向に摺動可能に把持する把持部材１１４と、把持部材１１４とナット部材９４とを連結する連結部材１１６とを備えている。把持部材１１４は、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の鍔が共に把持部材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、鍔が共に把持部材１１４と当接した状態は、第３スプリング１１２の付勢力によって形成される。
フォークシャフト１０２は、鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂの各々を軸心Ｃ３と平行な方向の摺動不能とするストッパ１１８ａ，１１８ｂを、外周面に備えている。ストッパ１１８ａ，１１８ｂにより鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂが摺動不能とされることで、伝達機構８８は、ナット部材９４の直線運動力を、フォークシャフト１０２、及びフォーク１０４を介してハイロー切替機構４８へ伝達することができる。
ロックスリーブ７０の外周歯７０ａは、フォークシャフト１０２がハイロースリーブ６２の外周歯６２ｂをロー側ギヤ歯６６に噛み合わせる位置(ローギヤ位置と称す)にてロック歯６８に噛み合う。前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０は、フォークシャフト１０２がハイロースリーブ６２の外周歯６２ｂをハイ側ギヤ歯６４に噛み合わせる位置(ハイギヤ位置と称す)にてピストン８２によって押し付けられ、フォークシャフト１０２のローギヤ位置にてピストン８２によって押し付けられない。
フォークシャフト１０２のハイギヤ位置では、鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂの鍔間の長さを、鍔が共に把持部材１１４と当接した状態での長さと、スペーサ１１０の長さとの間で変化させることができる。従って、連結機構１０６は、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置のままで、前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０がピストン８２によって押し付けられる位置と押し付けられない位置との間で、ナット部材９４の軸心Ｃ１と平行な方向の移動を許容する。
トランスファ２２は、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置を保持し、又、フォークシャフト１０２のローギヤ位置を保持するギヤ位置保持機構１２０を備えている。ギヤ位置保持機構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、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置においてロックボール１２４の一部を受け入れる凹部１２８ｈ及びフォークシャフト１０２のローギヤ位置においてロックボール１２４の一部を受け入れる凹部１２８ｌとを備えている。ギヤ位置保持機構１２０によりフォークシャフト１０２の各ギヤ位置が保持されることで、その各ギヤ位置においてモータ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ある。ローギヤ位置検出スイッチ１３０は、ローギヤ位置に移動したフォークシャフト１０２と接触する位置において、トランスファケース４０に形成された貫通孔１３２に固設される。
図１に戻り、動力伝達装置１８には、例えば２ＷＤ状態と４ＷＤ状態とを切り替える切替制御等を実行する制御装置を含む電子制御装置(ＥＣＵ)２００が備えられている。電子制御装置２００は、例えば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動力伝達装置１８の各種制御を実行する。例えば、電子制御装置２００は、必要に応じてエンジン制御用の制御装置等と分けて構成される。電子制御装置２００には、図１に示すように、車両１０に備えられた各種センサ(例えば回転角度センサ８５、駆動電流センサ２０２、エンジン回転速度センサ２０４、各車輪速センサ２０６、アクセル開度センサ２０８、運転者の操作によって高速側ギヤ段Ｈを選択する為のＨレンジ選択スイッチ２１０、運転者の操作によって４ＷＤ状態を選択する為の４ＷＤ選択スイッチ２１２、運転者の操作によってセンターデフロック状態を選択する為のデフロック選択スイッチ２１４、ローギヤ位置検出スイッチ１３０など)による検出信号に基づく各種実際値(例えばモータ回転角度Ａm、モータ８４の駆動電流Ｉm(以下、モータ駆動電流Ｉmという)、エンジン回転速度Ｎe、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、Ｈレンジ選択スイッチ２１０が操作されたことを示す信号であるＨレンジ要求Ｈon、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、デフ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LOCKon、フォークシャフト１０２がローギヤ位置に移動したことを示す信号であるローギヤ位置検出信号Ｐlow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、モータ回転角度Ａmに基づいてモータ８４の回転量を制御する為のモータ駆動指令信号Ｓm、ローギヤ位置検出信号Ｐlowに基づいて、車両１０に設けられた、低速側ギヤ段Ｌにてセンターデフロック状態であることを運転者に知らせるインジケータ２１６を点灯する為の指令信号Ｓiなどが、フロント側クラッチ３６のアクチュエータ、モータ８４、インジケータ２１６などへそれぞれ出力される。
電子制御装置２００は、切替制御手段すなわち切替制御部２２０を備えている。切替制御部２２０は、モータ回転角度Ａmに基づいてモータ８４の回転量を制御することでナット部材９４の移動量を制御する。ナット部材９４の移動量は、フォークシャフト１０２の軸心Ｃ３方向の移動量であり、又、ピストン８２の軸心Ｃ１方向の移動量である。従って、切替制御部２２０は、モータ回転角度Ａmに基づいて、ハイロー切替機構４８の切替作動と、前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクの調整とを行う。尚、ナット部材９４の移動量とピストン８２の移動量とは一対一に対応しているが、上述したように、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置では、フォークシャフト１０２をハイギヤ位置から移動させないままでナット部材９４の移動が許容されるので、ナット部材９４の移動量とフォークシャフト１０２の移動量とは必ずしも一対一に対応していない。
ここで、モータ回転角度Ａmに基づいて、ハイロー切替機構４８の切替作動と、前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクの調整とを行うにあたり、モータ回転角度Ａmの基準点が必要である。切替制御部２２０は、前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクが所定値を超えるモータ８４の位置に対応するモータ回転角度Ａm(例えばフォークシャフト１０２のハイギヤ位置にて前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０がピストン８２によって所定量押し付けられる位置)を基準点として前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクの調整を行う。又、切替制御部２２０は、その基準点とねじ機構８６(特にはナット部材９４)の直線運動における設計上の移動寸法とに基づいて、ハイロー切替機構４８の切替作動を行う。
ところで、上記基準点は、予め実験的に或いは設計的に求められて記憶された(すなわち予め定められた)基準点を用いても良いが、個体ばらつきや経時変化を考慮すれば、トランスファ２２の組付け後の初期学習によって、(より好ましくは、更に、所定時間毎或いは所定走行距離毎の学習によって、)基準点を決定することが望ましい。
図４は、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置にてモータ８４を回転させたときの、モータ駆動電流Ｉmとピストン８２の位置とを同じ時系列に重ねて示す図であって、上記基準点を説明する為の図である。
図４において、Ｈ４区間は、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置にて前輪駆動用クラッチ５０をスリップ状態又は係合状態(ここでは完全係合状態)とする位置(すなわち前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０がピストン８２によって押し付けられる位置)であって、車両１０を高速側ギヤ段Ｈにて前輪１４及び後輪１６共に動力が伝達される４ＷＤ走行状態とする為の位置である。このＨ４区間では、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とのトルク配分が必要に応じて調整される。
上記Ｈ４区間のうちで、ピストン８２を最も非押圧側に移動させた位置が、上記基準点としてのＨレンジ４ＷＤ基準点(以下、Ｈ４基準点という)である。つまり、このＨ４基準点は、ピストン８２による摩擦係合要素８０の押付けが開始されて前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクが発生し始める位置である。図４では、Ｈ４基準点は、ピストン８２が摩擦係合要素８０に当接した位置(図中のクラッチ圧着開始点)からピストン８２を押圧側に所定量だけ移動させた位置に設定されている。この所定量は、例えば前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクが確実に発生し始める(すなわち伝達トルクが所定値を超える)ピストン位置(ナット部材９４の直線運動における移動位置も同意)とする為の予め定められたピストン８２のクラッチ圧着開始点からの移動量(すなわちナット部材９４の直線運動における設計上の移動寸法)である。
上記Ｈ４区間のうちで、ピストン８２を最も押圧側に移動させた位置が、ピストン８２が摩擦係合要素８０を最大限押し付ける位置(図中のクラッチ最大圧着点)であって、前輪駆動用クラッチ５０を係合状態とするＨ４Ｌ位置である。このＨ４Ｌ位置は、車両１０を高速側ギヤ段Ｈにてセンターデフロック状態での４ＷＤ走行状態とする為の位置である。図４では、Ｈ４Ｌ位置は、ピストン８２をＨ４基準点から押圧側に所定係合量だけ移動させた位置に設定されている。この所定係合量は、例えば前輪駆動用クラッチ５０が係合状態とされるピストン位置とする為の予め定められたピストン８２のＨ４基準点からの移動量(すなわち上記移動寸法)である。尚、Ｈ４区間のうちで、Ｈ４Ｌ位置以外の位置は前輪駆動用クラッチ５０をスリップ状態とする位置であるので、本実施例では、Ｈ４Ｌ位置以外の位置をＨ４位置と称して、Ｈ４Ｌ位置と区別する。
又、Ｈ２位置は、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置にて前輪駆動用クラッチ５０を解放状態とする位置(すなわち前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０がピストン８２によって押し付けられない位置)であって、車両１０を高速側ギヤ段Ｈにて後輪１６のみを駆動する２ＷＤ走行状態とする為の位置である。図４では、Ｈ２位置は、ピストン８２をＨ４基準点から非押圧側に所定解放量だけ移動させた位置に設定されている。この所定解放量は、例えばフォークシャフト１０２のハイギヤ位置のままで、前輪駆動用クラッチ５０が確実に解放状態とされるピストン位置とする為の予め定められたピストン８２のＨ４基準点からの移動量(すなわち上記移動寸法)である。このＨ２位置においてフロント側クラッチ３６が解放状態とされると、２ＷＤ走行中において、ドライブギヤ４６から前輪用差動歯車装置２８までの動力伝達経路を構成する各回転要素(ドライブギヤ４６、前輪駆動用チェーン５６、ドリブンギヤ５４、前輪側出力軸５２、フロントプロペラシャフト２４、前輪用差動歯車装置２８等)には、エンジン１２側からも前輪１４側からも回転が伝達されない。従って、２ＷＤ走行中において、これらの各回転要素が回転停止し、前記各回転要素の連れ回りが防止され、走行抵抗が低減される。
又、本実施例では、図５に示すように、フォークシャフト１０２のローギヤ位置であってロックスリーブ７０の外周歯７０ａとロック歯６８とが噛み合う位置を、前輪駆動用クラッチ５０を解放状態し且つデフロック機構５８を係合状態とするＬ４位置(図４には不図示)と称す。このＬ４位置は、車両１０を低速側ギヤ段Ｌにてセンターデフロック状態での４ＷＤ走行状態とする為の位置である。Ｌ４位置は、ピストン８２をＨ４基準点から非押圧側に所定ローギヤ解放量だけ移動させた位置に設定されている。この所定ローギヤ解放量は、例えばフォークシャフト１０２がローギヤ位置とされるピストン位置とする為の予め定められたピストン８２のＨ４基準点からの移動量(すなわち上記移動寸法)である。
電子制御装置２００は、更に、学習によって基準点を決定する基準点決定手段すなわち基準点決定部２２２を備えている。基準点決定部２２２は、Ｈ４基準点を決定する際に用いる予め定められたフォークシャフト１０２のハイギヤ位置にて、モータ８４に所定の電流を付加して、前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクを発生させる側へ(すなわちピストン８２が前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０を押し付ける側へ)モータ８４を回転させる。次に、基準点決定部２２２は、モータ８４の回転が停止したときの位置に対応するモータ回転角度Ａmから更にモータ８４を所定基準角度分回転させたモータ回転角度Ａmを、Ｈ４基準点に決定する。上記所定の電流は、例えばピストン８２が摩擦係合要素８０に当接するまではナット部材９４を軸心Ｃ１方向に移動させることができ且つピストン８２が摩擦係合要素８０に当接した後はナット部材９４を移動させることができない、程度の大きさのモータトルクＴmを出力する為の予め定められたモータ駆動電流Ｉmである。又、モータ８４の回転が停止したときの位置は、例えば図４中のクラッチ圧着開始点である。又、上記所定基準角度は、例えばピストン８２をクラッチ圧着開始点から押圧側に所定量分だけ移動させる為の予め定められたモータ８４の所定の回転量(モータ回転角度Ａm)である。
ここで、図４に示すように、ピストン８２がクラッチ圧着開始点から押圧側に移動させられる程、モータ駆動電流Ｉmが漸増される。つまり、モータ８４がピストン８２をクラッチ圧着開始点から押圧側に移動させるモータ回転角度Ａmとされると、自ずとモータ駆動電流Ｉmが上記所定の電流よりも大きくされる。そこで、基準点決定部２２２は、上述したモータ８４を所定基準角度分回転させたモータ回転角度ＡmをＨ４基準点に決定することに替えて、モータ８４に付加した電流が上記所定の電流よりも所定基準電流分上昇したときのモータ回転角度ＡmをＨ４基準点に決定しても良い。上記所定基準電流は、例えばモータ８４を所定基準角度分回転させるときに上昇させられるモータ駆動電流Ｉmである。尚、モータ駆動電流ＩmにてＨ４基準点を決定する場合、ピストン８２がＨ４基準点よりも確実に押圧側に移動させられるモータ回転角度Ａmを目標値に設定してモータ８４を駆動すると、モータ８４の回転はクラッチ圧着開始点で停止しない。
切替制御部２２０は、基準点決定部２２２により決定されたＨ４基準点に対して、ピストン８２が摩擦係合要素８０を押し付ける側へモータ８４を所定係合回転角度分だけ回転させたモータ回転角度Ａmを、Ｈ４Ｌ位置として記憶する。上記所定係合回転角度は、例えばピストン８２をＨ４基準点から押圧側に所定係合量分だけ移動させる為の予め定められたモータ回転角度Ａmである。又、切替制御部２２０は、Ｈ４基準点に対応するモータ回転角度Ａm以上、且つＨ４Ｌ位置に対応するモータ回転角度Ａm未満のモータ回転角度Ａmの範囲を、Ｈ４位置として記憶する。
切替制御部２２０は、基準点決定部２２２により決定されたＨ４基準点に対して、ピストン８２が摩擦係合要素８０を押し付けない側へモータ８４を第１の所定回転角度分だけ回転させたモータ回転角度Ａmを、Ｈ２位置として記憶する。上記第１の所定回転角度は、例えばピストン８２をＨ４基準点から非押圧側に所定解放量分だけ移動させる為の予め定められたモータ回転角度Ａmである。
切替制御部２２０は、基準点決定部２２２により決定されたＨ４基準点に対して、ピストン８２が摩擦係合要素８０を押し付けない側へモータ８４を前記第１の所定回転角度よりも大きな第２の所定回転角度分だけ回転させたモータ回転角度Ａmを、Ｌ４位置として記憶する。上記第２の所定回転角度は、例えばピストン８２をＨ４基準点から非押圧側に所定ローギヤ解放量分だけ移動させる為の予め定められたモータ回転角度Ａmである。
切替制御部２２０は、Ｈ４基準点に対して、学習によってＨ４位置、Ｈ４Ｌ位置、Ｈ２位置、Ｌ４位置を記憶する際、実際にそれらの位置までモータ８４を回転させることなく、例えば演算によって各位置を決定して記憶する。
切替制御部２２０は、例えば車両１０の停止時に変速機２０のニュートラル状態において、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置とローギヤ位置との切替えを行う。その為、デフロック機構５８において、ロックスリーブ７０の外周歯７０ａとロック歯６８との位相が合っていないと、係合と解放との間の移行がスムーズにできない可能性がある。このような問題に対して、ハイロースリーブ６２はロックスリーブ７０とは別体で設けられているので、切替制御部２２０によるフォークシャフト１０２のハイギヤ位置とローギヤ位置との切替え時に、ロックスリーブ７０が移動させられない場合でもハイロースリーブ６２は移動させられる。従って、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置とローギヤ位置との切替え時に、ハイロー切替機構４８をニュートラル状態とする位置でハイロースリーブ６２の移動が止められるということはなく、少なくとも後輪１６側への動力伝達は確保される。
図６は、電子制御装置２００の制御作動の要部すなわち制御都合による寸法増加や複数センサ採用によるコストアップを回避する為の制御作動を説明するフローチャートであり、例えば数ｍｓｅｃ乃至数十ｍｓｅｃ程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。図６の各ステップは、何れも切替制御部２２０が対応する。
図６において、先ず、ステップ(以下、ステップを省略する)Ｓ１０において、例えば各種センサによる検出信号に基づく各種実際値(例えば各車輪速Ｎwfl，Ｎwfr，Ｎwrl，Ｎwrr、アクセル開度θacc、Ｈレンジ要求Ｈon、４ＷＤ要求4WDon、LOCKonなど)に基づいて目標位置が算出され、その目標位置と現在位置とが一致しているか否かが判定される。このＳ１０の判断が肯定される場合はＳ２０において、現在位置が保持される。このＳ１０の判断が否定される場合はＳ３０において、目標位置がＨレンジであるか否かが判定される。このＳ３０の判断が肯定される場合はＳ４０において、目標位置がＨ２位置であるか否かが判定される。このＳ４０の判断が肯定される場合はＳ５０において、初期学習にて基準点決定部２２２によって決定されたＨ４基準点に基づいて規定した(記憶した)Ｈ２位置のモータ回転角度Ａmまでモータ８４が回転させられる。次いで、Ｓ６０において、Ｈ２位置までモータ回転角度Ａmが到達したか否かが判定される。このＳ６０の判断が否定される場合は上記Ｓ５０に戻される。このＳ６０の判断が肯定される場合はＳ７０においてＨ２位置への切替え完了とされる。上記Ｓ４０の判断が否定される場合はＳ８０において、目標位置がＨ４位置であるか否かが判定される。このＳ８０の判断が肯定される場合はＳ９０において、初期学習にてＨ４基準点に基づいて規定したＨ４位置のモータ回転角度Ａmまでモータ８４が回転させられる。次いで、Ｓ１００において、Ｈ４位置までモータ回転角度Ａmが到達したか否かが判定される。このＳ１００の判断が否定される場合は上記Ｓ９０に戻される。このＳ１００の判断が肯定される場合はＳ１１０においてＨ４位置への切替え完了とされる。上記Ｓ８０の判断が否定される場合はＳ１２０において、初期学習にてＨ４基準点に基づいて規定したＨ４Ｌ位置のモータ回転角度Ａmまでモータ８４が回転させられる。次いで、Ｓ１３０において、Ｈ４Ｌ位置までモータ回転角度Ａmが到達したか否かが判定される。このＳ１３０の判断が否定される場合は上記Ｓ１２０に戻される。このＳ１３０の判断が肯定される場合はＳ１４０においてＨ４Ｌ位置への切替え完了とされる。上記Ｓ３０の判断が否定される場合はＳ１５０において、車両１０の停止状態且つ変速機２０のニュートラル状態であるか否かが判定される。このＳ１５０の判断が否定される場合はＳ１６０において、車両１０の停止状態であれば変速機２０のニュートラル状態への切替え操作が行われ、或いは車両１０の停止状態でなければ車両１０の停止状態まで切替え操作が待機される。このＳ１５０の判断が肯定される場合はＳ１７０において、初期学習にてＨ４基準点に基づいて規定したＬ４位置のモータ回転角度Ａmまでモータ８４が回転させられる。次いで、Ｓ１８０において、Ｌ４位置までモータ回転角度Ａmが到達したか否かが判定される。このＳ１８０の判断が否定される場合は上記Ｓ１７０に戻される。このＳ１８０の判断が肯定される場合はＳ１９０においてＬ４位置への切替え完了とされる。
上述のように、本実施例によれば、トランスファ２２は、モータ８４とねじ機構８６と伝達機構８８とを備えているので、ねじ機構８６が有する高い倍力機能によって前輪駆動用クラッチ５０へ高い推力を付与することができる。又、ねじ機構８６によってハイロー切替機構４８の作動に必要なストロークを得ることができる。従って、一つのモータ８４とねじ機構８６と伝達機構８８とでハイロー切替機構４８の切替作動と前輪駆動用クラッチ５０のトルク調整(すなわちドライブギヤ４６(換言すれば前輪１４)へ伝達する伝達トルクの調整)とが可能となる。つまり、モータ８４の回転運動を直線運動に変換する変換機構としてねじ機構８６を用いたことにより、同一の方式でハイロー切替機構４８の切替作動と前輪駆動用クラッチ５０のトルク調整とが可能となる。これにより、一つのモータ８４のモータ回転角度Ａmに基づいてハイロー切替機構４８の切替作動と前輪駆動用クラッチ５０のトルク調整とを精度良く行うことができる。よって、動力伝達装置１８において、制御都合による寸法増加や複数センサ採用によるコストアップを回避することができる。
また、本実施例によれば、切替制御部２２０は、前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクが所定値を超えるモータ回転角度Ａm(例えばフォークシャフト１０２のハイギヤ位置にて摩擦係合要素８０がピストン８２によって所定量押し付けられる位置)をＨ４基準点として前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクの調整を行い、Ｈ４基準点とナット部材９４の直線運動における設計上の移動寸法とに基づいて、ハイロー切替機構４８の切替作動を行うので、一つのモータ８４のモータ回転角度Ａmに基づいてハイロー切替機構４８の切替作動と前輪駆動用クラッチ５０のトルク調整とを精度良く行うことができる。
また、本実施例によれば、基準点決定部２２２は、モータ８４に所定の電流を付加して、前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクを発生させる側へ(すなわちピストン８２が摩擦係合要素８０を押し付ける側へ)モータ８４を回転させ、モータ８４の回転が停止したときのモータ回転角度Ａmから更にモータ８４を所定基準角度分回転させたモータ回転角度Ａmを、或いはモータ８４に付加した電流が所定基準電流分上昇したときのモータ回転角度Ａmを、Ｈ４基準点に決定するので、ハイロー切替機構４８の切替作動と前輪駆動用クラッチ５０のトルク調整とを各々行うときの基となるモータ回転角度Ａmの基準点が適切に設定される。
また、本実施例によれば、切替制御部２２０は、Ｈ４基準点に対して、ピストン８２が摩擦係合要素８０を押し付けない側へモータ８４を第１の所定回転角度分だけ回転させたモータ回転角度ＡmをＨ２位置として記憶し、ピストン８２が摩擦係合要素８０を押し付けない側へモータ８４を第２の所定回転角度分だけ回転させたモータ回転角度ＡmをＬ４位置として記憶するので、Ｈ４基準点に基づいて、比較的高速側の回転を後輪側出力軸４４へ伝達することができる車両状態とする為のモータ回転角度Ａmにモータ８４を適切に制御することができる。又、その車両状態では、Ｈ４基準点に基づいて、前輪駆動用クラッチ５０を介して調整されたトルクをドライブギヤ４６へ伝達することができるモータ回転角度Ａmにモータ８４を適切に制御することができる。又、その車両状態では、Ｈ４基準点に基づいて、後輪１６のみに動力を伝達することができるモータ回転角度Ａmにモータ８４を適切に制御することができる。又、Ｈ４基準点に基づいて、比較的低速側の回転を後輪側出力軸４４へ伝達することができる車両状態とする為のモータ回転角度Ａmにモータ８４を適切に制御することができる。又、その車両状態では、デフロック機構５８により後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６とが直結状態とされるモータ回転角度Ａmにモータ８４を適切に制御することができる。
また、本実施例によれば、伝達機構８８は、ねじ機構８６の直線運動力をデフロック機構５８へ伝達するので、ねじ機構８６を用いた同一の方式で、デフロック機構５８の切替作動(すなわちドライブギヤ４６への動力の伝達／遮断)が可能となる。
また、本実施例によれば、ロックスリーブ７０は、ハイロー切替機構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おり、伝達機構８８は、第１スプリング７２と第２スプリング７４とを有しているので、ロックスリーブ７０の移動の可否に拘わらずハイロースリーブ６２の移動が可能となる。又、ハイロースリーブ６２とロックスリーブ７０とが別体で設けられていても、ハイロースリーブ６２がロックスリーブ７０から離間する側へ移動させられれば、ロックスリーブ７０がロック歯６８から離れる側へ移動させられる。
また、本実施例によれば、伝達機構８８は連結機構１０６を有しているので、ハイロースリーブ６２がハイ側ギヤ歯６４に噛み合わされて比較的高速側の回転を後輪側出力軸４４(換言すれば後輪１６)へ伝達することができる車両状態では、前輪駆動用クラッチ５０を介して調整されたトルクをドライブギヤ４６(換言すれば前輪１４)へ伝達することができる。又、この車両状態では、ロックスリーブ７０がロック歯６８に噛み合わされないことはもちろんのこと、前輪駆動用クラッチ５０がピストン８２によって押し付けられないようにすることができるので、後輪１６のみに動力を伝達することができる。一方で、ハイロースリーブ６２がロー側ギヤ歯６６に噛み合わされて比較的低速側の回転を後輪側出力軸４４へ伝達することができる車両状態では、ロックスリーブ７０がロック歯６８に噛み合わされてデフロック機構５８により後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６とが直結状態とされる。
また、本実施例によれば、ねじ機構８６はボールねじであるので、ボールねじが有する高い倍力機能によって前輪駆動用クラッチ５０へ高い推力を付与することができる。又、ボールねじによってハイロー切替機構４８の作動に必要なストロークを得ることができる。又、モータ８４の回転運動を直線運動に変換する変換機構としてすべりねじを用いることと比較して、回転運動を直線運動に変換する機械効率が高くされる。
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、本発明はその他の態様においても適用される。
例えば、前述の実施例において、ねじ機構８６としてボールねじを例示したが、この態様に限らない。例えば、ねじ機構８６は、モータ８４の回転運動を直線運動に変換する変換機構であれば良く、単純なボルトの軸とナットとを組み合わせたような機構であっても良い。具体的には、ねじ機構８６は、すべりねじなどであっても良い。すべりねじの場合には、ボールねじと比較して回転運動を直線運動に変換する機械効率が低くされるが、前輪駆動用クラッチ５０へ高い推力を付与することができたり、ハイロー切替機構４８の作動に必要なストロークを得ることができるという、一定の効果は得られる。
また、前述の実施例では、ねじ機構８６はウォームギヤ９０を介してモータ８４に間接的に連結されたが、この態様に限らない。例えば、ねじ機構８６のねじ軸部材９２とモータ８４とは、ウォームギヤ９０を介すことなく直接的に連結されても良い。具体的には、ねじ軸部材９２とモータ８４とは、モータ８４のモータシャフトに設けられたピニオンとねじ軸部材９２に形成されたギヤ歯とが噛み合うように、直接的に連結されても良い。
また、前述の実施例では、モータ８４の回転が停止したときのモータ回転角度Ａm(例えば図４中のクラッチ圧着開始点)から更にモータ８４を所定基準角度分回転させたモータ回転角度ＡmをＨ４基準点に決定したが、この態様に限らない。例えば、クラッチ圧着開始点からピストン８２を押圧側に移動させる所定量を零として(すなわち所定基準角度を零として)、そのクラッチ圧着開始点をＨ４基準点に決定しても良い。このようにしても、前述の実施例と同様の効果が得られる。又、Ｈ４基準点に基づいてＬ４位置を演算によって決定して記憶したが、実際にモータ８４を回転させてＬ４位置を決定したり、そのＬ４位置に基づいて演算によるＬ４位置を補正しても良い。実際にモータ８４を回転させて決定するＬ４位置としては、例えばフォークシャフト１０２をハイギヤ位置側からローギヤ位置を超えて移動させていき、モータ８４の回転が停止したところから、フォークシャフト１０２をハイギヤ位置側へ移動させるようにモータ８４を所定回転分だけ回転させたときのモータ回転角度Ａmであったり、又、ローギヤ位置検出信号Ｐlowの信号が入力されたときのモータ回転角度Ａmである。
また、前述の実施例では、トランスファ２２が適用される車両１０としてＦＲをベースとする四輪駆動車両を例示したが、これに限らない。例えば、トランスファ２２が適用される車両１０は、前置エンジン前輪駆動(ＦＦ)をベースとする四輪駆動車両であっても良い。又、前輪駆動用クラッチ５０は、多板のクラッチであったが、単板のクラッチであっても本発明は適用され得る。又、トランスファ２２は、ギヤ位置保持機構１２０やローギヤ位置検出スイッチ１３０を備えなくても良い。
また、前述の実施例において、駆動力源として例示したエンジン１２は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。又、駆動力源としては、例えば電動機等の他の原動機を単独で或いはエンジン１２と組み合わせて採用することもできる。又、変速機２０は、遊星歯車式多段変速機、無段変速機、同期噛合型平行２軸式変速機(公知のＤＣＴ含む)などの種々の自動変速機、又は公知の手動変速機である。又、フロント側クラッチ３６は、電磁ドグクラッチであったが、これに限らない。例えば、フロント側クラッチ３６は、スリーブを軸方向に移動させるシフトフォークを備え、電気制御可能な或いは油圧制御可能なアクチュエータによって、そのシフトフォークが駆動される形式のドグクラッチ、又は、摩擦クラッチなどであっても良い。
尚、上述したの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。
１４(１４Ｌ，１４Ｒ)：前輪(第２の左右の車輪)
１６(１６Ｌ，１６Ｒ)：後輪(第１の左右の車輪)
１８：車両用動力伝達装置
２２：トランスファ
４２：入力軸(入力回転部材)
４４：後輪側出力軸(第１の出力回転部材)
４６：ドライブギヤ(第２の出力回転部材)
４８：ハイロー切替機構
５０：前輪駆動用クラッチ(クラッチ)
５８：デフロック機構(ドグクラッチ)
６２：ハイロースリーブ
６４：ハイ側ギヤ歯
６６：ロー側ギヤ歯
６８：ロック歯
７０：ロックスリーブ
７１：支持ベアリング
７２：第１のスプリング
７４：第２のスプリング
８２：ピストン(押付部材)
８４：モータ
８５：回転角度センサ
８６：ねじ機構(ボールねじ)
８８：伝達機構
９２：ねじ軸部材(回転部材)
９４：ナット部材(直線運動部材)
９６：ボール
１０２：フォークシャフト
１０４：フォーク
１０６：連結機構
２００：電子制御装置(制御装置)

Claims (10)

  1. 入力回転部材と、第１の左右の車輪へ動力を出力する第１の出力回転部材と、第２の左右の車輪へ動力を出力する第２の出力回転部材と、前記入力回転部材の回転を変速して前記第１の出力回転部材へ伝達するハイロー切替機構と、前記第１の出力回転部材から前記第２の出力回転部材へ伝達する伝達トルクを調整する単板又は多板のクラッチと、モータと、前記モータの回転運動を直線運動に変換するねじ機構と、前記ねじ機構の直線運動力を前記ハイロー切替機構及び前記クラッチへそれぞれ伝達する伝達機構と、前記モータの回転角度を検出する回転角度センサとを備えるトランスファと、
    前記モータの回転角度に基づいて、前記ハイロー切替機構の切替作動と、前記クラッチの伝達トルクの調整とを行う制御装置と
    を、備えていることを特徴とする車両用動力伝達装置。
  2. 前記制御装置は、前記クラッチの伝達トルクが所定値を超える前記モータの回転角度を基準点として前記クラッチの伝達トルクの調整を行い、前記基準点と前記ねじ機構の直線運動における設計上の移動寸法とに基づいて、前記ハイロー切替機構の切替作動を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用動力伝達装置。
  3. 前記制御装置は、前記モータに所定の電流を付加して、前記クラッチの伝達トルクを発生させる側へ前記モータを回転させ、前記モータの回転が停止したときの回転角度を、或いは前記停止したときの回転角度から更に前記モータを所定基準角度分回転させた回転角度を、或いは前記モータに付加した電流が所定基準電流分上昇したときの前記モータの回転角度を、前記基準点に決定することを特徴とする請求項２に記載の車両用動力伝達装置。
  4. 前記ねじ機構は、前記モータに直接的又は間接的に連結された回転部材と、前記回転部材の回転に伴って前記回転部材の軸心と平行な方向に移動可能に前記回転部材に連結された直線運動部材とを有しており、
    前記ハイロー切替機構は、回転を出力するハイ側ギヤ歯と、前記ハイ側ギヤ歯よりも低速側の回転を出力するロー側ギヤ歯と、前記第１の出力回転部材にスプライン嵌合されて、前記第１の出力回転部材の軸心と平行な方向への移動によって前記ハイ側ギヤ歯と前記ロー側ギヤ歯とにそれぞれ噛み合うハイロースリーブとを有しており、
    前記伝達機構は、前記直線運動部材に連結された、前記クラッチを押し付ける押付部材と、前記回転部材の軸心と平行な別の軸心回りに設けられて、前記直線運動部材に連結されたフォークシャフトと、前記フォークシャフトに固設されて、前記ハイロースリーブに連結されたフォークとを有していることを特徴とする請求項１に記載の車両用動力伝達装置。
  5. 前記トランスファは、前記第２の出力回転部材に設けられたロック歯と、前記第１の出力回転部材にスプライン嵌合されて、前記第１の出力回転部材の軸心と平行な方向への移動によって前記ロック歯に噛み合うロックスリーブとを有するドグクラッチを更に備えており、
    前記伝達機構は、前記ねじ機構の直線運動力を前記ハイロースリーブを介して前記ロックスリーブへ伝達することを特徴とする請求項４に記載の車両用動力伝達装置。
  6. 前記ハイロースリーブは、前記入力回転部材の支持ベアリングに対して前記第２の出力回転部材側の空間に設けられており、
    前記ロックスリーブは、前記ハイロー切替機構と前記第２の出力回転部材との間の空間に、前記ハイロースリーブと隣接して別体で設けられており、
    前記伝達機構は、前記ハイロースリーブと前記ロックスリーブとを相互に離間させる側へ付勢する第１のスプリングと、前記ロックスリーブを前記ロック歯から離す側へ付勢する第２のスプリングとを有していることを特徴とする請求項５に記載の車両用動力伝達装置。
  7. 前記ハイロースリーブは、前記ロックスリーブから離間する側にて前記ハイ側ギヤ歯に噛み合い、前記ロックスリーブに接近する側にて前記ロー側ギヤ歯に噛み合うものであり、
    前記ロックスリーブは、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ロー側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記ロック歯に噛み合うものであり、
    前記単板又は多板のクラッチは、前記第１の出力回転部材の軸心方向で、前記第２の出力回転部材に対して前記ハイロー切替機構とは反対側に前記第１の出力回転部材の軸心回りに配置されて、前記第２の出力回転部材側に移動する前記押付部材によって押し付けられるものであり、
    前記単板又は多板のクラッチは、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ハイ側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記押付部材によって押し付けられ、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ロー側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記押付部材によって押し付けられないものであり、
    前記伝達機構は、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ハイ側ギヤ歯に噛み合わせる位置のままで、前記単板又は多板のクラッチが前記押付部材によって押し付けられる位置と押し付けられない位置との間で前記直線運動部材の移動を許容する、前記直線運動部材と前記フォークシャフトとを連結する連結機構を有していることを特徴とする請求項６に記載の車両用動力伝達装置。
  8. 前記制御装置は、前記ハイロースリーブと前記ハイ側ギヤ歯とが噛み合う位置にて前記単板又は多板のクラッチが前記押付部材によって所定量押し付けられる位置を基準点として、前記単板又は多板のクラッチの伝達トルクの調整を行い、前記基準点と前記直線運動部材の設計上の移動寸法とに基づいて、前記ハイロー切替機構の切替作動を行うことを特徴とする請求項７に記載の車両用動力伝達装置。
  9. 前記制御装置は、前記モータに所定の電流を付加して、前記押付部材が前記単板又は多板のクラッチを押し付ける側へ前記モータを回転させ、前記モータの回転が停止したときの回転角度を、或いは前記停止したときの回転角度から更に前記モータを所定基準角度分回転させた回転角度を、或いは前記モータに付加した電流が所定基準電流分上昇したときの前記モータの回転角度を、前記基準点に決定し、
    前記制御装置は、前記基準点に対して、前記押付部材が前記単板又は多板のクラッチを押し付けない側へ前記モータを第１の所定回転角度分だけ回転させた前記モータの回転角度を、前記ハイロースリーブと前記ハイ側ギヤ歯とが噛み合う位置にて前記単板又は多板のクラッチが前記押付部材によって押し付けられない位置として記憶し、
    前記制御装置は、前記基準点に対して、前記押付部材が前記単板又は多板のクラッチを押し付けない側へ前記モータを前記第１の所定回転角度よりも大きな第２の所定回転角度分だけ回転させた前記モータの回転角度を、前記ハイロースリーブと前記ロー側ギヤ歯とが噛み合う位置であって前記ロックスリーブと前記ロック歯とが噛み合う位置として記憶することを特徴とする請求項８に記載の車両用動力伝達装置。
  10. 前記回転部材は、ねじ軸部材であり、
    前記直線運動部材は、ナット部材であり、
    前記ねじ機構は、前記ねじ軸部材と前記ナット部材がボールを介して作動するボールねじであることを特徴とする請求項４乃至９の何れか１項に記載の車両用動力伝達装置。
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