JP6331964B2 - 車両用噛合式クラッチ装置の作動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、共通の回転軸線まわりに相対回転する一対の噛合部材がその回転軸線方向に相対的に接近させられることで相互の噛合いを完了する車両用噛合式クラッチ装置の、作動制御装置に関するものである。

車両の動力伝達経路内の回転軸に相対回転不能且つ該回転軸の軸線方向に相対移動可能に設けられた第１噛合部材が、該第１噛合部材と同心に設けられた第２噛合部材側へ移動或いは該第２噛合部材から離れる側へ移動させられることで相互の噛合作動或いは非噛合作動を完了する噛合クラッチと、前記回転軸の回転力を該回転軸の軸線方向の推力に変換して前記第１噛合部材を移動させ且つ該第１噛合部材を移動位置に保持する移動機構と、前記回転軸の回転力を該移動機構に伝達するアクチュエータとを備える車両用噛合式クラッチ装置が、知られている。たとえば、特許文献１に記載された車両用噛合式クラッチがそれである。

上記特許文献１の車両用噛合式クラッチ装置では、電磁石を用いて車輪の回転力で噛合部材の一方を噛合部材の他方との噛合位置および非噛合位置の一方から他方へ回転軸線方向に移動させるアクチュエータと、その電磁弁への通電をカットしてもその噛合部材の移動位置を機械的に保持する掛止め機構とが、設けられている。

国際公開第２０１３／１８６０７６号

しかしながら、上記のような従来の車両用噛合式クラッチ装置では、モータ式アクチュエータ、油圧式アクチュエータなどの独自のクラッチ駆動源を有するアクチュエータとは異なり、車両の動力伝達経路において車輪と共に回転する回転軸の回転力をアクチュエータが移動機構に伝達し、移動機構は、その回転軸の回転力を利用して第１噛合部材を第２噛合部材側へ或いは第２噛合部材から離隔する側へ回転軸線方向に移動させる。このため、その回転軸の回転速度の影響により第１噛合部材の作動速度が変化するので、上記移動機構の作動完了の判定或いはアクチュエータの作動停止時期の判定が、第１噛合部材或いはそれと共に移動する部材の移動位置を検出するセンサを新たに設けなくては困難であった。

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、第１噛合部材或いはそれと共に移動する部材の移動位置を検出するセンサを新たに設けなくても、アクチュエータの作動停止時期の判定が可能な車両用噛合式クラッチ装置の作動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための、本発明の要旨とするところは、（ａ）車両の動力伝達経路内の回転軸に相対回転不能且つ該回転軸の軸線方向に相対移動可能に設けられた第１噛合部材が、該第１噛合部材と同心に設けられた第２噛合部材側へ移動或いは該第２噛合部材から離れる側へ移動させられることで相互の噛合作動或いは非噛合作動を完了する噛合クラッチと、前記回転軸の回転力を該回転軸の軸線方向の推力に変換して前記第１噛合部材を移動させ且つ該第１噛合部材を移動位置に保持する移動機構と、前記回転軸の回転力を該移動機構に伝達するアクチュエータとを備える車両用噛合式クラッチ装置の作動制御装置であって、（ｂ）前記アクチュエータの作動開始からの前記回転軸の回転数の積算値が閾値を超えたことに基づいて前記アクチュエータの作動停止時期を決定する作動停止時期決定手段を含むことにある。

このように構成された車両用噛合式クラッチ装置の作動制御装置によれば、前記アクチュエータの作動開始からの前記回転軸の回転数が第１噛合部材の移動距離に対応しているので、第１噛合部材或いはそれと共に移動する部材の移動位置を検出するセンサを新たに設けなくても、前記アクチュエータの作動開始からの前記回転軸の回転数の積算値が閾値を超えたことに基づいて前記アクチュエータの作動停止時期が正確に決定される。すなわち、車速すなわち回転軸の回転速度の影響により第１噛合部材の作動速度が変化したとしても、その第１噛合部材の移動距離が確実に得られた段階でアクチュエータの作動停止時期が決定される。

ここで、好適には、前記回転軸の回転数は、車両の変速機の出力軸の回転を検出する車速センサから出力された車速信号、或いは車輪の回転を検出する車輪速センサーから出力された車輪速信号に基づいて算出される。これにより、第１噛合部材或いはそれと共に移動する部材の移動位置を検出するセンサを新たに設けなくても、既存のセンサを用いることができるので、安価にアクチュエータの作動停止時期を決定することができる。

また、好適には、前記アクチュエータは、電磁石と、該電磁石から発生する磁力により作動し、前記回転軸の回転を伝達する摩擦クラッチとを含み、前記移動機構は、該摩擦クラッチから伝達された回転を前記回転軸の軸線方向の所定ストロークの移動に変換して出力するボールカムと、該ボールカムの１回又は２回以上の出力に応答して前記第１噛合部材を移動させる掛止め機構とを含む。この場合には、摩擦クラッチの作動時間すなわち電磁石の作動時間は、ボールカムにより変換される前記回転軸の軸線方向の所定ストロークの移動が必要かつ十分な時間とされるので、その移動ストロークが不十分な段階で電磁石の作動停止時期が決定されて、掛止め機構での掛け止めができず、前の位置に戻ってしまうことが防止される。

また、好適には、前記移動機構は、前記回転軸に設けられた第１係合部材に相対回転可能に係合し且つ該第１噛合部材と共に前記回転軸の軸線方向に移動可能に設けられた基部と該基部に対して回動可能に設けられ且つ前記回転軸に形成された螺旋溝に係合可能な先端部とを有するホーク部材と、そのホーク部材または第１係合部材を第２係合部材側すなわちコネクト位置に向かって付勢するリターンスプリングとを有するものであり、前記アクチュエータは、位置固定の部材に回動可能に基部が設けられ、先端部がホーク部材の先端部を押圧して螺旋溝に係合させるとともにそのホーク部材の先端部を掛け止めてホーク部材をディスコネクト位置に保持する押圧レバーと、その押圧レバーを駆動する電磁石とを有するものである。この場合には、電磁石の作動時間は、ホーク部材により変換される前記回転軸の軸線方向の所定ストロークの移動が必要かつ十分な時間とされるので、その移動ストロークが不十分な段階で電磁石の作動停止時期が決定されて、掛止め機構での掛け止めができず、前の位置に戻ってしまうことが防止される。

本発明が好適に適用された噛合式クラッチ装置を含む４輪駆動車両の構成を概略的に説明する骨子図である。 図１の４輪駆動車両に設けられたトランスファの構成を説明する断面図である。 図２に示すトランスファに設けられた噛合式クラッチ装置を説明する図２の拡大図である。 図３に示す噛合式クラッチ装置に設けられた掛止め機構を詳しく説明する図である。 図１の車両に設けられた電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施例の噛合式クラッチ装置の構成を示す断面図である。

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、本発明が好適に適用された断接機構すなわち噛合式クラッチ装置を含む４輪駆動車両１０の構成を概略的に説明する骨子図である。図１において、４輪駆動車両１０は、エンジン１２を駆動源とし、エンジン１２の動力を主駆動輪に対応する左右の前輪１４Ｌ、１４Ｒ（特に区別しない場合には、前輪１４という）に伝達する第１の動力伝達経路と、エンジン１２の動力を副駆動輪に対応する左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒ（特に区別しない場合には、後輪１６という）に伝達する第２の動力伝達経路とを備えているＦＦベースの４輪駆動装置を備えている。この４輪駆動車両１０の２輪駆動状態では、エンジン１２から自動変速機１８を介して伝達された駆動力を前輪用駆動力配分ユニット２０および左右の車軸２２Ｌ、２２Ｒを通して左右の前輪１４Ｌ、１４Ｒへ伝達される。この２輪駆動状態では、少なくともトランスファ２６に設けられた第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）２４が解放され、プロペラシャフト２８、および、後輪用駆動力配分ユニット３０および後輪１６へは動力が伝達されない。しかし、４輪駆動状態では、上記２輪駆動状態に加えて、第１クラッチ２４および第２クラッチ３２が共に係合されて、上記プロペラシャフト２８、および、後輪用駆動力配分ユニット３０および後輪１６へエンジン１２からの駆動力が伝達される。なお、図１では図示されていないが、エンジン１２と自動変速機１８との間には、流体伝動装置であるトルクコンバータ或いはクラッチが設けられている。

自動変速機１８は、例えば、複数の遊星歯車装置および摩擦係合装置（クラッチ、ブレーキ）を備えてそれら摩擦係合装置を選択的に係合させることで変速段が選択される形式の有段式自動変速機、常時噛合型平行軸式変速機の変速段がシフトアクチュエータおよびセレクトアクチュエータによって選択される形式の有段式自動変速機、或いは、伝動ベルトが巻き掛けられた一対の有効径が可変の可変プーリの有効径を変化させることで変速比が連続的に変化させられる形式の無段変速機などで構成されている。なお、自動変速機１８は公知の技術であるため、具体的な構造や作動の説明については省略する。

前輪用駆動力配分ユニット２０は、回転軸線Ｃ１まわりに回転可能に設けられ、自動変速機１８の出力歯車１８ａと噛み合うリングギヤ２０ｒと、それに固定されたデフケース（ディファレンシャルケース）２０ｃと、そのデフケース２０ｃ内に収容された差動歯車機構２０ｄとを有しており、前輪１４の左右の車軸２２Ｌ、２２Ｒにそれらの差回転を許容しつつ駆動力を伝達する。なお、上記デフケース２０ｃには、トランスファ２６に設けられた入力軸３４の軸端に形成された第１外周スプライン歯３４ａと嵌合する内周噛合歯２０ａが形成されている。これにより、エンジン１２からデフケース２０ｃを介して左右の前輪１４Ｌ、１４Ｒへ伝達する駆動力の一部が、入力軸３４を介してトランスファ２６に入力されるようになっている。

左右の後輪１６へ駆動力を配分する後輪用駆動力配分ユニット３０には、図１に示すように、プロペラシャフト２８の一端部にカップリング３６を介して連結されたドライブピニオン３８と相対回転不能に係合する円筒状の第１回転部材４０のリングギヤ４０ａと、その第１回転部材４０と後輪１６の一対の車軸４２Ｌ、４２Ｒとの間を選択的に連結する第２クラッチ３２と、その第２クラッチ３２を介して入力されるエンジン１２からの動力を後輪１６の左右の車軸４２Ｌ、４２Ｒに適宜差回転を与えつつ伝達させる差動歯車機構４２とが、備えられている。

差動歯車機構４２は、図１に示すように、回転軸線Ｃ２まわりに回転可能に支持されたデフケース４２ｃと、後輪１６の一対の車軸４２Ｌ、４２Ｒにそれぞれ連結され、デフケース４２ｃ内において互いに対向する状態で回転軸線Ｃ２まわりに回転可能にそのデフケース４２ｃに支持された一対のサイドギヤ４２ａと、回転軸線Ｃ２に直交する回転軸線Ｃ３まわりに回転可能にデフケース４２ｃに支持され、一対のサイドギヤ４２ａと噛み合う状態でそれらの間に配置された一対のピニオン４２ｂとを有している。また、差動歯車機構４２は公知の技術であるため、具体的な構造や作動の説明については省略する。

カップリング３６は、図１に示すように、プロペラシャフト２８と第１回転部材４０との間に設けられ、一方の回転要素３６ａと他方の回転要素３６ｂとの間でトルク伝達を行う。また、カップリング３６は、例えば湿式多板クラッチで構成される電子制御カップリングであり、カップリング３６の伝達トルクを制御することにより、前後輪のトルク配分を１００：０〜５０：５０の間で連続的に変更することができる。

図１に示すように、円筒状の第１回転部材４０の内周側を車軸４２Ｌが貫通している。また、第１回転部材４０の差動歯車機構４２側とは反対側の端部にはリングギヤ４０ａが形成されており、そのリングギヤ４０ａがドライブピニオン３８と噛み合わされることで、第１回転部材４０はドライブピニオン３８と一体的に回転する。また、第１回転部材４０の差動歯車機構４２側の端部には第２クラッチ３２の一部を構成するクラッチ歯４０ｂが形成されている。なお、差動歯車機構４２のデフケース４２ｃの第１回転部材４０側の端部には、第２クラッチ３２の一部を構成するクラッチ歯４２ｄが形成されている。

第２クラッチ３２は、第１回転部材４０と差動歯車機構４２のデフケース４２ｃとの間を選択的に連結するための噛合クラッチ、すなわち第１回転部材４０と差動歯車機構４２との間を断接するための噛合クラッチである。また、第２クラッチ３２は、第１回転部材４０に形成されたクラッチ歯４０ｂと、デフケース４２ｃに形成されたクラッチ歯４２ｄと、それらクラッチ歯４０ｂおよびクラッチ歯４２ｄと噛合可能な内周歯４４ａが形成されて回転軸線Ｃ２方向に移動可能に設けられているスリーブ４４と、そのスリーブ４４を回転軸線Ｃ２方向に駆動させる第２クラッチアクチュエータ４６とを備える噛合式のドグクラッチ（断接機構）である。なお、第２クラッチアクチュエータ４６は、電子制御装置１００から出力される指令信号によってスリーブ４４をその回転軸線Ｃ２方向に駆動させる。また、第２クラッチ３２には、スリーブ４４の内周歯４４ａを第１回転部材４０のクラッチ歯４０ｂに噛み合わせるのに先立って第１回転部材４０の回転とデフケース４２ｃの回転とを同期させるよく知られた同期装置４８が備えられている。なお、上記第２クラッチ３２では、第１クラッチ２４が開放されている２輪駆動状態において、図１に示すように、第２クラッチアクチュエータ４６によってスリーブ４４が差動歯車機構４２側に移動させられて、プロペラシャフト２８と後輪１６Ｌ、１６Ｒとの間すなわち第１回転部材４０とデフケース４２ｃとの間が解放されると、左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒからプロペラシャフト２８が切り離されて、そのプロペラシャフト２８等の回転抵抗による車両の走行抵抗が低減される。本実施例では、上記第２クラッチ３２がディスコネクト機構に対応している。

トランスファ２６は、図１および図２に示すように、プロペラシャフト２８を駆動するためにそのプロペラシャフト２８の他端部に連結されたドリブンピニオン５０と動力伝達のために噛み合う円筒状のリングギヤ５２と、エンジン１２からデフケース２０ｃを介して前輪１４Ｌ、１４Ｒへ伝達される駆動力の一部が入力される円筒状の入力軸３４と、デフケース２０ｃからプロペラシャフト２８への動力伝達経路において、そのデフケース２０ｃとプロペラシャフト２８との間すなわちデフケース２０ｃに連結された入力軸３４とプロペラシャフト２８に連結されたリングギヤ５２との間を断接する第１クラッチ２４とを備えており、第１クラッチ２４が係合して入力軸３４とリングギヤ５２との間が接続されると、エンジン１２から左右の前輪１４Ｌ、１４Ｒに伝達される駆動力の一部が、プロペラシャフト２８を介して左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒへ出力されるようになっている。

上記円筒状のリングギヤ５２は、図２および図３に示すように、例えば斜歯又はハイポイドギヤが形成された傘歯車であり、そのリングギヤ５２の内周部から前輪１４Ｒ側に略円筒状に突出する軸部５２ａが形成されている。また、円筒状のリングギヤ５２は、ユニットケース（ケース）５４内に設けられた軸受５６によりその軸部５２ａが支持されることによって回転軸線Ｃ１まわりに回転可能に片持状に支持されている。上記円筒状の入力軸３４は、図２および図３に示すように、円筒状のリングギヤ５２の内側を貫通して、その入力軸３４の一部がリングギヤ５２の内側に配置されている。また、上記円筒状の入力軸３４は、ユニットケース５４内に設けられた一対の軸受５８に両端部が支持されることによって、その入力軸３４が回転軸線Ｃ１まわりに回動可能にすなわちリングギヤ５２と同心に回転可能に支持されている。リングギヤ５２の軸部５２ａの前輪１４Ｌ側の側面には、噛合歯５２ｂが形成されており、リングギヤ５２は、可動スリーブ（第１噛合部材）６０と同心に設けられた第２噛合部材に対応している。そして、それら可動スリーブ（第１噛合部材）６０とリングギヤ（第２噛合部材）５２とは、狭義の噛合クラッチを構成している。

上記第１クラッチ２４は、トランスファ２６の入力軸３４とリングギヤ５２との間を断接するための噛合式クラッチであり、図２および図３に示すように、入力軸３４の中央部の外周面に形成された第２外周スプライン歯３４ｂに回転軸線Ｃ１方向の移動可能に常時噛み合う内周噛合歯６０ａ、および回転軸線Ｃ１方向の移動により円筒状のリングギヤ（第２噛合部材）５２の軸部５２ａの前輪１４Ｌ側の側面に形成された噛合歯５２ｂと噛み合い可能な外周噛合歯６０ｂが形成された可動スリーブ（第１噛合部材）６０と、その可動スリーブ６０を、その外周噛合歯６０ｂがリングギヤ５２の噛合歯５２ｂと噛み合うことによりリングギヤ５２と入力軸３４とが相対回転不能に連結するコネクト位置とその外周噛合歯６０ｂがリングギヤ５２の噛合歯５２ｂと噛み合わないことによりリングギヤ５２と入力軸３４との相対回転を許容するディスコネクト位置とに回転軸線Ｃ１方向に移動させて切り換える第１クラッチアクチュエータ６２等とを、含んで構成される噛合式クラッチ装置である。なお、上記噛合式クラッチ装置の一部すなわち可動スリーブ６０は、円筒状のリングギヤ５２の内径側においてそのリングギヤ５２と入力軸３４との間に配設されている。また、第１クラッチ２４の可動スリーブ６０および第１クラッチアクチュエータ６２は、ユニットケース５４内において、一対の軸受５８の間に配置されている。

上記第１クラッチアクチュエータ６２は、図２に示すように、プロペラシャフト２８の回転軸線Ｃ４に対してリングギヤ５２と同じ側に配設されている。図２および図３に示すように、上記第１クラッチアクチュエータ６２は、ユニットケース５４内に設けられた環状の電磁石６６と、その電磁石６６の作動によって入力軸３４の回転力をボールカム８２へ伝達する摩擦クラッチ８９とを備えている。この摩擦クラッチ８９は、動力を断接するものではなく、第１クラッチ２４の作動を実行させるものであるので、節パイロットクラッチ或いは補助クラッチとも称されるものである。

移動機構６７は、入力軸３４の回転力をその入力軸３４の回転軸線Ｃ１方向の推力に変換するボールカム８２と、そのボールカム８２により変換された推力に基づいて可動スリーブ（第１噛合部材）６０を移動させ且つその可動スリーブ６０の移動位置に保持するラチェット機構（掛止め機構、掛外し機構）７６とを備えている。そして、可動スリーブ６０と一対の軸受５８の前輪１４Ｌ側の軸受５８との間に介在され、その可動スリーブ６０を上記ディスコネクト位置から上記コネクト位置に向かって付勢するすなわち可動スリーブ６０を回転軸線Ｃ１方向において前輪１４Ｒ側に付勢するスプリング６４が備えられている。

ラチェット機構７６は、ユニットケース５４内に設けられた環状の電磁石６６が円板状の可動片６８を吸着することにより所定のストロークで回転軸線Ｃ１方向に往復移動させられる環状の第１ピストン７０と、入力軸３４に対して相対回転可能に設けられ、その第１ピストン７０によりスプリング６４の付勢力に抗して回転軸線Ｃ１方向に移動させられる環状の第２ピストン７２と、掛止歯７４ａを有して入力軸３４に相対回転不能かつ回転軸線Ｃ１方向に移動不能に設けられ、その掛止歯７４ａで第１ピストン７０により移動させられたその第２ピストン７２を掛け止める環状のホルダー７４とを備え、その第１ピストン７０の所定回の往復ストロークでその第２ピストン７２が可動スリーブ６０を前記ディスコネクト位置へスプリング６４の付勢力に抗して移動させ、その所定回を越えるとその第２ピストン７２を掛け外してスプリング６４の付勢力に従って可動スリーブ６０を前記コネクト位置へ移動させる。なお、上記ラチェット機構７６は、円筒状のリングギヤ５２の内径側すなわちそのリングギヤ５２の円筒状の軸部５２ａの内径側において、その軸部５２ａと入力軸３４との間に配設されている。

ボールカム８２は、ラチェット機構７６と電磁石６６との間に、そのラチェット機構７６の第１ピストン７０と回転軸線Ｃ１方向において重なる状態で介挿された環状の支持部材（環状部材）７８と、それら支持部材７８と第１ピストン７０とに周方向の複数箇所（たとえば３箇所）に形成された、周方向で深さが変化する互いに対向する溝状の一対のカム面７０ａ、７８ａで挟まれた複数個（たとえば３個）の球状転動体８０とを有し、それら支持部材７８と第１ピストン７０とが相対回転させられるとそれら支持部材７８と第１ピストン７０との間が回転軸線Ｃ１方向に離隔させる。これによって、ボールカム８２により第１ピストン７０が回転軸線Ｃ１方向において前輪１４Ｒ側、前輪１４Ｌ側へ例えば１、２回程度往復移動させられると、図２に示す回転軸線Ｃ１に対して上側すなわちエンジン１２側のトランスファ２６に示すように、可動スリーブ６０がラチェット機構７６を介して前記ディスコネクト位置へスプリング６４の付勢力に抗して移動させられて、可動スリーブ６０の外周噛合歯６０ｂとリングギヤ５２の噛合歯５２ｂとの噛み合いが解かれて第１クラッチ２４が解放する。また、ボールカム８２によって第１ピストン７０が例えば３回程度往復移動させられるとすなわち第１ピストン７０の往復回数が所定回を超えると、図２の回転軸線Ｃ１に対して下側すなわちエンジン１２側とは反対側のトランスファ２６に示すように、第２ピストン７２がラチェット機構７６においてホルダー７４の掛止歯７４ａから掛け外され可動スリーブ６０がスプリング６４の付勢力に従って前記コネクト位置へ移動させられて、可動スリーブ６０の外周噛合歯６０ｂとリングギヤ５２の噛合歯５２ｂとが噛み合わされ第１クラッチ２４が係合する。

また、電磁石６６とボールカム８２との間には、図３に詳細に示すように、電磁石６６側のユニットケース５４の内周面に形成された内周スプライン歯５４ａと、電磁石６６と可動片６８との間に配設され、ユニットケース５４の内周スプライン歯５４ａと相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向の移動可能に係合される円板状の一対のクラッチプレート８４および８６と、その一対のクラッチプレート８４および８６との間に配設された円板形状のクラッチディスク８８と、そのクラッチディスク８８を相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向の移動可能に係合する支持部材７８の外周スプライン歯７８ｂとを有する摩擦クラッチ８９が備えられている。また、環状の第１ピストン７０と環状の支持部材７８との間の周方向の複数箇所に形成された凹溝状のカム面７０ａ、７８ａは、その周方向に向かうに連れてそれらカム面７０ａ、７８ａの間の回転軸線Ｃ１方向における距離が短くなるように傾斜している。なお、図３の断面図で示す上記カム面７０ａ、７８ａは、それらカム面７０ａ、７８ａの間の中央の距離が最も長い状態を示すものである。また、上記第１ピストン７０の前輪１４Ｒ側の端部の内周面には、入力軸３４の前輪１４Ｒ側の端部の外周面に形成された第３外周スプライン歯３４ｃと相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向の移動可能に噛み合う内周噛合歯７０ｂが形成されている。

上記のように構成された電磁石６６およびボールカム８２では、例えば、車両走行中で入力軸３４が回転している状態において、電磁石６６によって可動片６８が吸着されると、その可動片６８によってクラッチディスク８８が一対のクラッチプレート８４および８６に挟圧されてそのクラッチディスク８８に制動トルクが伝達される。すなわち、電磁石６６によって可動片６８が吸着されるとクラッチディスク８８を介して支持部材７８に制動トルクが伝達される。このため、上記制動トルクによってそれら支持部材７８と第１ピストン７０との間に相対回転が発生して、第１ピストン７０は球状転動体８０を介して支持部材７８に対して回転軸線Ｃ１方向において前輪１４Ｌ側へ移動し、入力軸３４の回転力が回転軸線Ｃ１方向の推力に変換される。また、電磁石６６に可動片６８が吸着されない時には、支持部材７８はユニットケース５４に対して相対回転可能となるので、その支持部材７８が球状転動体８０を介して第１ピストン７０と連れまわって支持部材７８と第１ピストン７０との間に相対回転が発生しなくなり、第１ピストン７０の回転軸線Ｃ１方向における移動が停止する。なお、電磁石６６に対する通電電流は、第１ピストン７０の移動に伴って増加するスプリング６４の付勢力（抗力）により、第１ピストン７０の推力が球状転動体８０がカム面７０ａ、７８ａを乗り越えない値に設定されている。

図４は、ラチェット機構７６の一例の作動原理を説明する模式図であり、環状の第１ピストン７０、環状の第２ピストン７２、および環状のホルダー７４をそれぞれ展開した状態を示している。ラチェット機構７６は、掛止め機構および掛外し機構として機能するものであり、第２ピストン７２からホルダー７４側に突設された突起７２ａを掛け止めるための円周方向に連なる鋸歯状の掛止歯７４ａが周期的に形成され、入力軸３４に固定された位置固定のホルダー７４と、そのホルダー７４と相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向の相対移動可能に設けられ、ホルダー７４の掛止歯７４ａと同様の鋸歯形状であるが周方向に半位相ずれた形状で周方向に連なり、第２ピストン７２の突起７２ａを受け止める受止歯７０ｃが周期的に形成され、スプリング６４の付勢力に抗して第２ピストン７２をボールカム８２の１ストローク分だけ移動させる第１ピストン７０とを備えている。なお、上記第１ピストン７０の受止歯７０ｃおよびホルダー７４の掛止歯７４ａの先端の斜面には、突起７２ａの滑りを止めるストッパ７０ｄおよび７４ｂがそれぞれ設けられている。

図４の（ａ）および（ｅ）は、可動スリーブ６０が上記コネクト位置にある時に第２ピストン７２から突設された突起７２ａがホルダー７４の掛止歯７４ａに掛け止められた位置に位置している状態を示し、この状態では第１ピストン７０がそのベース位置に位置させられている。図４の（ｂ）は、第１ピストン７０が電磁石６６およびボールカム８２の作動によりその移動ストロークＳＴ分だけスプリング６４の付勢力に抗してそのベース位置から移動させられた状態を示している。この過程では、第１ピストン７０により第２ピストン７２が移動させられてホルダー７４から離されるとともに、第２ピストン７２が第１ピストン７０の斜面を滑り落ちる。図４の（ｃ）は、第１ピストン７０が電磁石６６およびボールカム８２の非作動によりスプリング６４の付勢力に従ってその移動ストロークＳＴ分だけ戻されてベース位置に位置させられた状態を示している。この過程では第２ピストン７２がホルダー７４の掛止歯７４ａの上に掛け止められ、前記ディスコネクト位置に保持される。図４の（ｄ）は、再び第１ピストン７０が電磁石６６およびボールカム８２の作動によりその移動ストロークＳＴ分だけスプリング６４の付勢力に抗してそのベース位置から移動させられた状態を示している。この過程では、第２ピストン７２が更にスプリング６４側に移動させられて同期装置９４の入力軸３４側の摩擦係合部材９０とリングギヤ５２側の摩擦係合部材９２とが摩擦係合して入力軸２４とリングギヤ５２とが回転同期させられる。次いで、図４の（ｅ）に示すように、第１ピストン７０が電磁石６６およびボールカム８２の非作動によりスプリング６４の付勢力に従ってその移動ストロークＳＴ分だけ戻されてベース位置に位置させられると、第２ピストン７２がコネクト位置へ位置させられて、噛み合いが完了させられる。

これにより、ラチェット機構７６では、ボールカム８２による第１ピストン７０の往復移動で第２ピストン７２を周方向へ送りつつ上記ディスコネクト位置へ向かって順次移動させられる。そして、その第２ピストン７２の移動回数が所定回数（１回）に到達すると、その第２ピストン７２が上記ディスコネクト位置に位置させられる。また、ラチェット機構７６では、第２ピストン７２の移動回数が上記２回に到達すると、その第２ピストン７２がホルダー７４の掛止歯７４ａ及びストッパ７４ｂから掛け外されてスプリング６４の付勢力により可動スリーブ６０が上記コネクト位置へ移動する。

また、図３に示すように、第１クラッチアクチュエータ６２には、可動スリーブ６０が前記コネクト位置に移動させられるのに先立って最も前記ディスコネクト位置側に移動したときに、入力軸３４の回転とリングギヤ５２の回転とを同期させる同期装置９４が備えられている。なお、上記同期装置９４は、円筒状のリングギヤ５２の内径側すなわちそのリングギヤ５２の円筒状の軸部５２ａの内径側において、可動スリーブ６０とラチェット機構７６との間に配設されている。

上記同期装置９４には、図３に示すように、入力軸３４に可動スリーブ６０を介して相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向に移動可能に設けられた入力軸３４側の摩擦係合部材９０と、リングギヤ５２に相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向に可動スリーブ６０と共に移動可能に設けられたリングギヤ５２側の摩擦係合部材９２とが備えられている。なお、上記リングギヤ５２側の摩擦係合部材９２には、リングギヤ５２の軸部５２ａの内周面に形成された内周スプライン歯５２ｃに相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向に移動可能に噛み合う外周噛合歯９２ａと、入力軸３４側の摩擦係合部材９０の内周面に形成され回転軸線Ｃ１に対して僅かに傾斜した円錐状内周摩擦面９０ａに摺接可能な円錐状外周摩擦面９２ｂと、可動スリーブ６０と第２ピストン７２との間に介在された環状の環状部材９６の外周面に形成され回転軸線Ｃ１に対して僅かに傾斜した円錐状外周当接面９６ａに当接する円錐状内周当接面９２ｃとが設けられている。このため、上記リングギヤ５２側の摩擦係合部材９２は、そのリングギヤ５２側の摩擦係合部材９２の前輪１４Ｌ側の端部に可動スリーブ６０の前輪１４Ｒ側の端部が当接され、且つそのリングギヤ５２側の摩擦係合部材９２の円錐状内周当接面９２ｃに環状部材９６の円錐状外周当接面９６ａが当接されることによって、回転軸線Ｃ１方向に可動スリーブ６０と共に移動する。また、環状部材９６の内周面には、入力軸３４の第２外周スプライン歯３４ｂと相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向の移動可能に噛み合う内周噛合歯９６ｂが形成されている。

また、上記入力軸３４側の摩擦係合部材９０には、図３に示すように、上述した円錐状内周摩擦面９０ａと、可動スリーブ６０と相対回転不能且つ回転軸線Ｃ１方向の移動可能にその可動スリーブ６０の外周面に形成された外周スプライン歯６０ｃと回転軸線Ｃ１方向に移動可能且つ回転軸線Ｃ１まわりの相対回転不能に噛み合う内周噛合歯９０ｂと、リングギヤ５２の軸部５２ｂの前輪１４Ｌ側の端部の内周面に形成され回転軸線Ｃ１に対して僅かに傾斜した円錐状内周当接面５２ｄに当接可能な円錐状外周当接面９０ｃとが設けられている。

以上のように構成された４輪駆動車両１０では、例えば、第１クラッチ２４および第２クラッチ３２が共に係合されている４輪駆動状態において、図示しない電子制御装置１００で２輪駆動走行モードが選択されると、トランスファ２６において第１クラッチアクチュエータ６２によって可動スリーブ６０がディスコネクト位置に移動して第１クラッチ２４が解放され、第２クラッチアクチュエータ４６によってスリーブ４４が非噛合位置に移動して第２クラッチ３２が解放されて、エンジン１２から駆動力が主駆動輪である前輪１４だけに伝達する２輪駆動状態となる。また、第１クラッチ２４および第２クラッチ３２が共に解放されている２輪駆動状態において、図示しない電子制御装置１００で４輪駆動走行モードが選択されると、トランスファ２６において第１クラッチアクチュエータ６２によって可動スリーブ６０がコネクト位置に移動して第１クラッチ２４が係合され、第２クラッチアクチュエータ４６によってスリーブ４４が噛合位置に移動して第２クラッチ３２が係合されて、エンジン１２から駆動力が前輪１４および後輪１６に伝達する４輪駆動状態となる。

図１に戻って、電子制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を含む所謂マイクロコンピュータにより構成されており、予め記憶されたプログラムに従って入力信号を処理し、２ＷＤと４ＷＤと間の切換制御、噛合式クラッチ装置である第１クラッチ２４における第１クラッチアクチュエータ６２の作動制御等の種々の制御を実行する。

図５は、電子制御装置１００の制御作動の要部すなわち第１クラッチアクチュエータ６２の作動を制御するための制御ルーチンを示すフローチャートである。図５の制御ルーチンは、たとえば２輪駆動走行状態から４輪駆動走行状態へ切り換えるために電子制御装置１００から第１クラッチ２４を係合させる指令が出されたことによって開始される。

図５のステップＳ１（以下、ステップを省略する）では、第１クラッチアクチュエータ６２を作動させるために電磁石６６の励磁を行なうアクチュエータオン信号が出力される。次いで、作動停止時期決定手段に対応するＳ２では、第１クラッチアクチュエータ６２の作動開始からの入力軸３４の回転数Ｎ34（rpm）或いは車速Ｖ（ｋｍ／ｈ）の積算値に基づいて第１クラッチアクチュエータ６２の作動停止時期（タイミング）すなわち電磁石６６の非励磁のタイミングが決定される。具体的には、第１ピストン７０の移動距離は、ボールカム８２の球状転動体８０を挟む第１ピストン７０と支持部材７８との相対回転角度Ｎcum（ｓ）に対応しており、電磁石６６に対して一定の励磁電流が供給されているという条件下では、その相対回転角度Ｎcum（ｓ）の積算値が直接的に第１ピストン７０の移動距離に対応している。その相対回転角度の積算値は、車速Ｖおよび入力軸３４の回転数Ｎ34（rpm）の積算値∫ｆ（ｓ）にそれぞれ比例する。このため、可動スリーブ６０をコネクト位置とする図４の（ａ）からディスコネクト位置とする図４の（ｃ）とするための第１ピストン７０の移動距離を確実に得るための第１閾値Ｇ１が予め計算または実験により求められ、可動スリーブ６０をディスコネクト位置とする図４の（ｃ）からコネクト位置とする図４の（ｅ）とするための第１ピストン７０の移動距離（ホルダー７４の掛止歯７４ａの上に掛け止められた第２ピストン７２の突起７２ａがその掛止歯７４ａの上に設けられたストッパ７４ｂを確実に乗り越えるための第１ピストン７０の移動距離）を確実に得るための第２閾値Ｇ２が予め計算または実験により求められている。そして、可動スリーブ６０をコネクト位置とする図４の（ａ）からディスコネクト位置とする図４の（ｃ）とするための電磁石６６の作動時では、車速Ｖ或いは入力軸３４の回転数Ｎ34（rpm）の積算値∫ｆ（ｓ）が第１閾値Ｇ１を超えたと判断されると、Ｓ３においてその電磁石６６の励磁を終了してその作動が停止させられる。また、可動スリーブ６０をコネクト位置とする図４の（ａ）からディスコネクト位置とする図４の（ｃ）とするための電磁石６６の作動時では、車速Ｖ或いは入力軸３４の回転数Ｎ34（rpm）の積算値∫ｆ（ｓ）が第２閾値Ｇ２を超えたと判断されると、Ｓ３においてその電磁石６６の励磁を終了してその作動が停止させられる。上記Ｓ２における判定式は、（１ａ）式および（１ｂ）式にて表される。

∫ｆ(ｓ)ｄｓ＞Ｇ１ ・・・(１ａ)
∫ｆ(ｓ)ｄｓ＞Ｇ２ ・・・(１ｂ)

ここで、支持部材７８と第１ピストン７０との対向面に周方向の複数箇所（たとえば３箇所）に形成された、周方向で深さが変化する互いに対向する溝状の一対のカム面７０ａ、７８ａの傾斜角をθとし、そのカム面７０ａ、７８ａの回転軸線Ｃ１まわりの曲率半径をＲとすると、上記判定式（１ａ）および（１ｂ）は（２ａ）式および（２ｂ）式にて表される。
∫((１／６０)・Ｎcum(ｓ)・２π・Ｒ・ｔａｎθ)ｄｓ＞Ｇ１・・・(２ａ)
∫((１／６０)・Ｎcum(ｓ)・２π・Ｒ・ｔａｎθ)ｄｓ＞Ｇ２・・・(２ｂ)

また、車両の変速機１８の出力軸の回転を検出する車速センサから出力された車速信号に基づいて上記Ｎcum（ｓ）が求められてもよいが、左右の車輪速度１４Ｌおよび１４Ｒにそれぞれ設けられた既存の車輪速センサＰＬおよびＰＲが用いられてもよい。それら車輪速センサＰＬおよびＰＲから検出された右の車輪速度１４Ｌおよび１４Ｒの車輪回転数をＮwl（ｓ）およびＮwr（ｓ）を用いる場合は、それらの平均値を車速に対応するＮcum（ｓ）とすることができるので、上記（２ａ）式および（２ｂ）式に換えて、（３ａ）式および（３ｂ）を用いることができる。
∫(Ｎwl(ｓ)＋Ｎwr(ｓ))ｄｓ＞(６０Ｇ１／(π・Ｒ・ｔａｎθ))・・・(３ａ)
∫(Ｎwl(ｓ)＋Ｎwr(ｓ))ｄｓ＞(６０Ｇ２／(π・Ｒ・ｔａｎθ))・・・(３ｂ)

また、左右の車輪速度１４Ｌおよび１４Ｒの初速回転数をＮwl（０）およびＮwr（０）を用いる場合は、上記（３ａ）式および（３ｂ）式に換えて、（４ａ）式および（４ｂ）を用いることができる。
(Ｎwl(０)＋Ｎwr(０))・ｔ＞(６０Ｇ１／(π・Ｒ・ｔａｎθ))・・・(４ａ)
(Ｎwl(０)＋Ｎwr(０))・ｔ＞(６０Ｇ２／(π・Ｒ・ｔａｎθ))・・・(４ｂ)

また、上記（２ａ）式および（２ｂ）の右辺、（３ａ）式および（３ｂ）の右辺、閾値Ｇ１およびＧ２、或いは、上記（４ａ）式および（４ｂ）の右辺には、所定の余裕値が加えられたものが用いられてもよい。

上述のように、本実施例の第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）２４によれば、第１クラッチアクチュエータ（アクチュエータ）６２の作動開始からの入力軸（回転軸）３４の回転数が可動スリーブ（第１噛合部材）６０の移動距離に対応しているので、その可動スリーブ６０或いはそれと共に移動する部材の移動位置を検出するセンサを新たに設けなくても、第１クラッチアクチュエータ６２たとえば電磁石６６の作動開始からの入力軸（回転軸）３４の回転数に基づいて第１クラッチアクチュエータ６２たとえば電磁石６６の作動停止時期が正確に決定される。すなわち、車速すなわち入力軸（回転軸）３４の回転速度の影響によりアクチュエータＯＮ信号から一定時間後の可動スリーブ（第１噛合部材）６０の移動位置が変化したとしても、その可動スリーブ（第１噛合部材）６０の移動距離が確実に得られた段階で第１クラッチアクチュエータ６２たとえば電磁石６６の作動停止時期が決定される。

また、本実施例の第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）２４によれば、入力軸（回転軸）３４の回転数は、車両の変速機１８の出力軸の回転を検出する車速センサから出力された車速信号、或いは車輪の回転を検出する車輪速センサＰＬおよびＰＲから出力された車輪速信号に基づいて算出される。これにより、可動スリーブ（第１噛合部材）６０或いはそれと共に移動する部材の移動位置を検出するセンサを新たに設けなくても、既存のセンサを用いることができるので、第１クラッチアクチュエータ６２たとえば電磁石６６の作動停止時期を安価に決定することができる。

また、本実施例の第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）２４によれば、第１クラッチアクチュエータ（アクチュエータ）６２は、電磁石６６と、その電磁石６６から発生する磁力により作動し、入力軸（回転軸）３４の回転を伝達する摩擦クラッチ８９とを含み、前記移動機構６７は、その摩擦クラッチ８９から伝達された回転を入力軸（回転軸）３４の回転軸線Ｃ１方向の所定ストロークの移動に変換して出力するボールカム８２と、そのボールカム８２の１回または２回以上の出力に応答して可動スリーブ（第１噛合部材）６０を移動させるラチェット機構（掛止機構）７６とを含む。この場合には、摩擦クラッチ８９の作動時間すなわち電磁石６６の作動時間は、ボールカム８２により変換される入力軸（回転軸）３４の回転軸線Ｃ１方向の所定ストロークの移動に必要かつ十分な時間とされるので、その移動ストロークが不十分な段階で電磁石の作動停止時期が決定されて掛止め機構での掛け止めができず作動前の位置に戻ってしまうことが防止される。

次に、前述の実施例１と同様に、トランスファ１０６内に設けられてプロペラシャフト２８、および、後輪用駆動力配分ユニット３０および後輪１６へ選択的に動力を伝達する、本発明の他の実施例のである第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）１１０を、図６を用いて説明する。なお、以下の実施例の説明において、前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図６のトランスファ１０６のケース１０８内において、入力軸と平行な回転軸線Ｃ５まわりに回転可能な円筒軸状のリングギヤ１１２が設けられており、そのリングギヤ１１２は、プロペラシャフト２８の他端部に連結されて回転軸線Ｃ４まわりに回転させられるドリブンピニオン５０と動力伝達のために噛み合っている。噛合歯１１２ａが一端部に形成され、リングギヤ１１２に対し相対回転不能且つ回転軸線Ｃ５方向に移動可能な第１噛合部材１１４と、入力軸に固定されたギヤ１１５と噛み合う入力ギヤ１１６と螺旋溝１１８と噛合歯１１２ａに噛み合う噛合歯１２０ａとが形成されリングギヤ１１２に対し相対回転可能な第２係合部材１２０とが、リングギヤ１１２に設けられている。

第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）１１０は、リングギヤ１１２に設けられた第１噛合部材１１４に相対回転可能且つ第１噛合部材１１４と共にリングギヤ１１２の回転軸線Ｃ５方向に移動可能に設けられた基部１２２ａとその基部１２２ａに対して回動可能に設けられ且つ第２係合部材１２０に形成された螺旋溝１１８に係合可能な先端部１２２ｂとを有するホーク部材１２２と、ホーク部材１２２または第１噛合部材１１４を第２係合部材１２０側すなわちコネクト位置に向かって付勢するリターンスプリング１２４とを有する移動機構１２６と、トランスファ１０６のケース１０８に回動可能に基部１２８ａが設けられ、先端部１２８ｂがホーク部材１２２の先端部１２２ｂを押圧して螺旋溝１１８に係合させるとともにそのホーク部材１２２の先端部１２２ｂを掛け止めてホーク部材１２２をディスコネクト位置に保持する押圧レバー１２８とその押圧レバー１２８を駆動する電磁石１３０とを有するアクチュエータ１３２とを含む。

このように構成された第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）１１０では、電磁石１３０が非励磁である場合は、ホーク部材１２２の先端部１２８ｂが第２係合部材１２０に形成された螺旋溝１１８から離隔するので、リターンスプリング１２４の付勢力に従って第１噛合部材１１４がコネクト位置へ移動し、第２係合部材１２０の噛合歯１２０ａと第１噛合部材１１４の噛合歯１１２ａとが噛み合う状態に保持される。電磁石１３０が励磁されてホーク部材１２２の先端部１２８ｂが第２係合部材１２０の螺旋溝１１８に係合すると、第２係合部材１２０の回転に伴って１噛合部材１１４がリターンスプリング１２４の付勢力に抗して移動し、第２係合部材１２０の噛合歯１２０ａと第１噛合部材１１４の噛合歯１１２ａとの噛み合いが解消され、この状態で押圧レバー１２８の先端部１２８ｂがホーク部材１２２の先端部１２２ｂを掛け止めるので、第１噛合部材１１４がディスコネクト位置に保持される。

本実施例の第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）１１０によれば、電磁石１３０の作動時間は、ホーク部材１２２により変換されるリングギヤ１１２の回転軸線Ｃ５方向の所定ストロークの移動が必要かつ十分な時間とされるので、その移動ストロークが不十分な段階で電磁石の作動停止時期が決定されて、掛止め機構での掛け止めができず、前の位置に戻ってしまうことが防止される。

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、前述の実施例の第１クラッチ２４、１１０は、トランスファ２６、１０６において後輪へ伝達される駆動力の断接に用いられていたが、他の部位および他の目的で用いられたものでもよい。

また、前述の実施例の第１クラッチ２４の移動機構６７、第１クラッチ１１０の移動機構１２６では、電磁石６６、１３０の１回の励磁でコネクト位置からディスコネクト位置へ切換られるように構成されていたが、２回以上の励磁によって切換られるように構成されていてもよい。

前述の実施例の４輪駆動車両１０は、トランスファ２６を有する前輪用駆動力配分ユニット２０が備えられたＦＦベースの車両であったが、本発明はＦＲベース、ＲＲベースなど適宜組み合わせて実施することができる。また、前述の実施例では、第１クラッチ２４は、可動スリーブ６０等を含む噛合式断接機構で構成されていたが、その噛合式断接機構以外で構成されていても良い。例えば多板摩擦クラッチ等で構成されていても良い。

なお、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。

１０：４輪駆動車両
１２：エンジン
１４：前輪
１６：後輪
２４、１１０：第１クラッチ（噛合式クラッチ装置）
２６：トランスファ
２８：プロペラシャフト
３４：入力軸（回転軸）
５２：リングギヤ（第２噛合部材）
５２ｂ：噛合歯
６０：可動スリーブ（第１噛合部材）
６０ｂ：外周噛合歯
６２：第１クラッチアクチュエータ（アクチュエータ）
６４：スプリング
６６：電磁石
６７：移動機構
７０：第１ピストン
７０ａ：カム面
７２：第２ピストン
７４：ホルダー
７４ａ：掛止歯
７６：ラチェット機構（掛止機構）
７８：支持部材（環状部材）
７８ａ：カム面
８０：球状転動体
８２：ボールカム
８９：摩擦クラッチ
９４：同期装置
１２０：第２係合部材（回転軸）
１２６：移動機構
１３２：アクチュエータ

Claims (1)

1. 車両の動力伝達経路内の回転軸に相対回転不能且つ該回転軸の軸線方向に相対移動可能に設けられた第１噛合部材が、該第１噛合部材と同心に設けられた第２噛合部材側へ移動或いは該第２噛合部材から離れる側へ移動させられることで相互の噛合作動或いは非噛合作動を完了する噛合クラッチと、前記回転軸の回転力を該回転軸の軸線方向の推力に変換して前記第１噛合部材を移動させ且つ該第１噛合部材を移動位置に保持する移動機構と、前記回転軸の回転力を該移動機構に伝達するアクチュエータとを備える車両用噛合式クラッチ装置の作動制御装置であって、
   前記アクチュエータの作動開始からの前記回転軸の回転数の積算値が閾値を超えたことに基づいて前記アクチュエータの作動停止時期を決定する作動停止時期決定手段を含むことを特徴とする車両用噛合式クラッチ装置の作動制御装置。

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