JPH10148254A - 変速歯車装置用の同期組立体 - Google Patents

変速歯車装置用の同期組立体

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JPH10148254A
JPH10148254A JP9116709A JP11670997A JPH10148254A JP H10148254 A JPH10148254 A JP H10148254A JP 9116709 A JP9116709 A JP 9116709A JP 11670997 A JP11670997 A JP 11670997A JP H10148254 A JPH10148254 A JP H10148254A
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clutch
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JP9116709A
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Dan J Showalter
ダン・ジェイ・ショウォルター
Richard K Rader
リチャード・ケイ・レイダー
Gary Oliveira
ゲイリー・オリベイラ
E David Ray
イー・デービッド・レイ
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Borg Warner Automotive Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2速の力伝達装置において低速から高速への
シフトを滑らかに行わせる装置を提供すること。 【解決手段】 軸の速度センサと、2速(高速−低速)
の駆動組立体と、電動、空圧又は液圧作動のシフト作動
装置と、マイクロプロセッサ200とを備える車のトラ
ンスファーケース28のような力伝達装置を作動させる
方法及び装置である。該方法は、トランスファーケース
の入力軸50及び出力軸26、40の速度を検出するス
テップと、入力軸の速度の変化量(Δs/Δt)を計算
するステップと、その変化量に基づいて、入力軸及び出
力軸が同期される時点を予測するステップと、その同期
前の時点にてシフト作動装置を始動させ、ほぼ同期した
瞬間にてそのクラッチを高速ギアに係合させるステップ
とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、全体として、2速
(高速−低速)のトランスファーケース、より具体的に
は、トランスファーケースの入力軸及び出力軸の速度を
検出し、同期させる前に、シフト機構を始動させる、2
速のトランスファーケース用の高速から低速へのシフト
機構に関する。
【0002】
【従来の技術】トランスファーケースは、概ね全てのパ
ートタイム4輪駆動装置の心臓部であり、路上及びオフ
ロードの運転の双方のとき、この装置から得られる有利
な点は容易に認識される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トラン
スファーケースを組み込むことは、車のドライブライン
の形態、又は作用の全体を簡略化するとは、決して言え
ない。例えば、4輪駆動へのシフト及び4輪駆動外への
シフトは走行中に為し得るが、必要とされるトランスフ
ァーケースの形態のため、低速ギアに入れる前に、車が
停止してしまうことは稀なことではない。また、低速ギ
アから高速ギアに戻すときも同様の状況が存在する。こ
のことは、典型的に、従来のトランスファーケースは、
かかるシフトを容易にする任意のシンクロ装置即ち同期
装置が存在しないためである。
【0004】この問題点に対する一つの解決策は、調整
可能なクラッチ、即ち、2つの軸を同期状態に駆動する
ように一部分がかみ合うことのできるソフト・クラッチ
(soft clutch)を提供することである。し
かしながら、この解決策は、直接的なドッグクラッチに
加えて、比較的高価である第二のクラッチを組み込むこ
とを必要とする。
【0005】低速から高速への同期に伴う問題点に対す
るより経済的な一つの解決策は、ドッグクラッチ部材を
その作動装置に関してばね偏倚させて、軸が略同期状態
となってクラッチ構成要素が係合することが可能になっ
たときにのみ、高速から低速へ、又は低速から高速への
シフトが完了するようにするものである。この配置は、
シフトが開始して、シフト作動装置がその動作を終了さ
せたときであっても、軸の速度が略同期される迄、シフ
トが完了しないという不利益な点がある。尚、クラッチ
ギアの歯、又はスプライン歯は、多少の音を発生させつ
つ、トルクを伝達することなく、他方に対して滑ってし
まう。
【0006】高速から低速へのシフトを迅速に行うため
の上記及びその他の計画には、欠点があり、より複雑で
なく且つより精密でない装置、及び動作スキームが望ま
れることが、上記の説明から明らかであろう。
【0007】このように、本発明の一つの目的は、2速
の力伝達装置において低速から高速へのシフトを滑らか
に行わせる装置を提供することである。
【0008】このように、本発明の別の目的は、2速の
トランスファーケース内で低速から高速へのシフトを滑
らかに行わせる装置を提供することである。
【0009】本発明の更に別の目的は、入力軸及び出力
軸の速度センサと、高速へのシフト時に、軸が同期する
時点を予測するマイクロプロセッサとを備える、2速の
トランスファーケースを提供することである。
【0010】本発明の更に別の目的は、入力軸及び出力
軸の速度センサと、軸の同期が為される前の所定の時点
にて、ギアセレクタを始動させるマイクロプロセッサと
を備える、2速のトランスファーケースを提供すること
である。
【0011】本発明の更に別の目的は、入力軸及び出力
軸の速度センサと、その軸速度が等しくなる時点を予測
して、軸が同期する前の所定の時点、即ち、作動装置を
作動させる時点と高速ギアに係合する時点との遅れに等
しい時点にて、シフト作動装置を始動させる、2速のト
ランスファーケースを提供することである。
【0012】本発明の更に別の目的は、低速から高速へ
の速度のシフトが改善されるように、2速のトランスフ
ァーケースを作動させる方法を提供することである。
【0013】本発明の更に別の目的は、入力軸及び出力
軸の速度が検出され、軸が同期する前に、その速度範囲
のクラッチ作動装置が始動されるように、2速のトラン
スファーケースを作動させる方法を提供することであ
る。
【0014】本発明の更にもう一つの目的は、入力軸及
び出力軸の速度が検出され、軸が同期される前の所定の
時点、即ち、そのシフト作動装置を始動させるときとそ
の高速度範囲のギアに係合するときとの間の遅れに等し
い時点にて、その速度範囲クラッチ作動装置が始動され
るように、2速トランスファーケースの作動を制御する
方法を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本願の一つの発明は、変
速歯車装置用の同期組立体にして、入力部材と、該入力
部材の速度に対応する信号を提供する第一の速度センサ
と、出力部材と、該出力部材の速度に対応する信号を提
供する第二の速度センサと、前記入力部材及び第一の出
力要素により駆動されて、直接的なより高速度の駆動を
行う変速歯車装置と、減速駆動を行う第二の出力要素
と、前記変速歯車装置の前記2つの出力要素と前記出力
部材との間に作用可能に配置されたクラッチであって、
前記第一の出力要素を前記出力部材に接続する第一の位
置たる駆動位置と、第二の位置たる中立位置と、前記第
二の出力要素を前記出力部材に接続する第三の位置たる
駆動位置との間を可動である前記クラッチと、該クラッ
チを前記3つの位置の間で選択的に移動するシフト作動
装置と、前記入力部材及び前記出力部材の速度信号を受
け取るマイクロプロセッサであって、単位時間中、前記
入力部材の速度の変化量を計算し、前記部材の前記速度
が略等しくなる前の所定の時点にて前記クラッチが前記
第一の駆動位置に向けて動き始めるように前記シフト作
動装置が作動する命令を発する、前記マイクロプロセッ
サとを備えて構成されている。
【0016】本願の他の発明は、同期された低速から高
速へのシフトを行うトランスファーケースにして、入力
速度信号を提供する第一の速度センサを有する入力軸
と、出力速度信号を提供する第二の速度センサを有する
出力軸と、前記入力軸により駆動される入力部と、一対
の出力部とを有する2速の駆動組立体であって、前記対
の出力部の第一の出力部が高速度の駆動状態を提供し、
前記対の出力部の第二の出力部が低速度の駆動状態を提
供する、前記2速の駆動組立体と、前記2速の駆動組立
体の前記対の出力部と前記出力部との間に作用可能に配
置されて、前記2速の駆動組立体の前記対の出力部の一
方を前記出力部に選択的に接続するクラッチと、前記ク
ラッチにより前記選択的な接続を為すクラッチ作動装置
と、前記入力軸の速度信号及び前記出力軸の速度信号を
受け取るマイクロプロセッサであって、前記入力軸の速
度の変化量を計算し、前記入力軸及び前記出力軸の速度
が略等しくなる前の所定の時点にて前記クラッチ作動装
置を作動させる前記マイクロプロセッサとを備え構成さ
れている。
【0017】軸の速度センサと、2速(高速−低速)駆
動組立体と、電動、空圧又は液圧作動式のシフト作動装
置と、マイクロプロセッサとを有する車のトランスファ
ーケースのような動力伝達装置の作動方法及び装置が提
供される。この方法は、トランスファーケースの入力軸
及び出力軸の速度を検出するステップと、入力軸の速度
の変化量(ΔS/Δt)を計算するステップと、その変
化量に基づいて、入力軸及び出力軸が同期される時点を
予測するステップと、その同期前の時点にて、そのシフ
ト作動装置を始動させ、瞬間的に同期が達成されるとき
と略同時に、かかるクラッチを高速ギアに入れることが
できるようにするステップとを含む。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明のその他の目的及び有利な
点は、各種の図面において同一の構成要素、要素、又は
特徴部分を同一の参照符号で表示する添付図面に関する
好適な実施の形態の以下の詳細な説明を読むことにより
明らかになるであろう。
【0019】先ず、図1を参照すると、4輪駆動装置
と、本発明を具体化する2速のトランスファーケースと
を有する車が、全体として参照符号10で概略図的に図
示されている。該車10は、前輪(第二すなわち二次)
の差動装置14の中心部に結合された一対の前輪(二
次)の車軸12を有している。この前輪(二次)の車軸
12の外端は、それぞれの一対の係止ハブ16に接続す
ることができる。これらの係止ハブ16は負圧作動式で
あることが好ましく、また、負圧管20を通じて制御状
態の負圧源(図示せず)と流体連通していることが好ま
しい。負圧管20内に負圧が存在するとき、ハブ16が
係止し且つ前輪(二次)の車軸12をそれぞれの一対の
前輪(二次)のタイヤ及びホイール組立体22に結合す
る。電動の係止ハブ16又は機械的に作動する係止ハブ
16が、本発明に利用可能であることが理解されよう。
第一の代替例として、前輪(二次)の差動装置14内に
配置された前輪(二次)の車軸の分離装置(図示せず)
を有する作用可能な前輪(二次)の車軸12を利用する
ことができる。更に別の代替例として、前輪(二次)の
車軸12は、前輪タイヤ及びホイール組立体22及び前
輪の差動装置14の双方に恒久的に結合し且つその出力
により駆動することもできる。この前輪の差動装置14
は、前輪(二次)の駆動軸即ち推進軸24により駆動さ
れる一方、該推進軸は、トランスファーケース28の前
輪(二次)の出力軸26により駆動される。
【0020】車の後部には、整合した一対の後輪(第一
すなわち一次)の車軸32が配置されている。該車軸3
2の外端は、後輪(一次)のタイヤ及びホイール組立体
34に結合され、その両端は後輪(一次)の差動装置3
6に結合され且つ該後輪の差動装置により駆動される。
一方、この後輪の差動装置36は、後輪(一次)の駆動
軸即ち推進軸38により駆動される一方、該推進軸は、
トランスファーケース28の後輪(一次)の出力軸40
により駆動される。上述の各種の軸は、必要に応じて、
従来の車のドライブトレーンの方法に従い、複数の万能
継手により結合されることが理解されよう。内燃機関4
2のような原動機が、クラッチを有する手動の伝動装置
又は自動の伝動装置の何れかとすることができる従来の
伝動装置44を駆動する。
【0021】上述の「一次」及び「二次」という語は、
車10をそれぞれ一次的に及び二次的に推進することを
目的とする車10内のドライブラインを意味するものと
する。以下の説明において、2輪駆動モードにて、後輪
駆動軸38が全ての駆動トルクを後輪34に伝達し、4
輪駆動モードにて、そのトルクの一部を供給する装置に
関して説明する。従って、車10において、後輪の駆動
軸38は、より一般的には、一次の駆動軸即ち推進軸3
8として説明し、又は特定し、この推進軸38及び関連
する構成要素、即ち、車軸32、後輪タイヤ及びホイー
ル組立体34及び後輪の差動装置36が一次のドライブ
ラインを構成するものとする。これと逆に、前輪の駆動
軸24は、2輪駆動モードにて非係合状態とされ、ま
た、4輪駆動モードにて、駆動トルクを伝達する。この
ように、前輪の駆動軸24は、より一般的には、二次の
駆動軸即ち推進軸24として説明し又は特定し、この推
進軸24及び関連する構成要素、即ち、前輪の車軸、前
輪の差動装置14、係止ハブ16、前輪タイヤ及びホイ
ール組立体22が、二次のドライブラインを構成するも
のとする。
【0022】本明細書に記載した車10のドライブライ
ンの構成要素は、従来の設計による前輪駆動型、即ち、
前輪の駆動軸24及び関係する構成要素が一次のドライ
ブラインであり、後輪の駆動軸38及び関係する構成要
素が二次のドライブラインとなる、車の駆動装置にて使
用するのに完全に適したものであることを理解すべきで
ある。
【0023】次に、図2を参照すると、トランスファー
ケース28は、2つの合わせ部分に分かれた金属鋳造品
であることが好ましいハウジング30を備えており、該
ハウジングは、開口、盲穴、ねじ付き穴、支持体、軸受
を受け入れる面、トランスファーケース28の構成要素
を特に受け入れ得るようにしたその他の部分を有してい
る。また、該トランスファーケース28は、該トランス
ファーケース28内に回転可能に配置された入力軸50
により駆動される遊星歯車組立体48も備えている。該
入力軸50は、伝動装置44の出力部に結合され且つ該
出力部により駆動される。該入力軸50は、ローラ軸受
組立体54を受け入れる凹入穴52を画成する。一方、
ローラ軸受組立体54は、トランスファーケース28の
後輪(第一すなわち一次)の出力軸40の前端部56を
受け入れ且つ回転可能に支持する。歯車モータポンプ5
7が出力軸40の周りに固着され且つ該出力軸40と共
に回転して、出力軸40内を軸方向に伸長する通路57
Aに対し圧力下にて潤滑流体を提供し、その潤滑する流
体をトランスファーケース28の構成要素に分配する。
【0024】次に、遊星歯車組立体48関して説明する
と、入力軸50の外面は、複数の外歯58を画成し、こ
れら外歯は、太陽歯車62の円形の内面に設けられた相
補的な歯60に係合する。このようにこれらの太陽歯車
62は、入力軸50と共に回転するように該入力軸50
に結合される。該太陽歯車62は、その外周に沿って歯
車の歯64を有している。内方を向いた歯車の歯70を
有するリング歯車68が太陽歯車の歯64と整合されて
いる。複数のピニオン歯車72が、キャリア76内に取
り付けられた同様の複数の短軸74上に回転可能に受け
られる。該キャリア76は、入力軸50により画成され
た外歯58に略隣接する面に形成された内方を向いた複
数の歯78を備えている。該遊星歯車組立体48は、そ
の内容を引用して本明細書に加えた、共有に係る米国特
許第4,440,042号の明細書により完全に記載さ
れている。
【0025】軸方向に摺動する型式、即ち、ドッグ型式
のクラッチ84が出力軸40の周りに受けられている。
該クラッチ84は、内方を向いた複数の歯86を画成す
る。これらの複数の歯86は、出力軸40に設けられた
同様の複数の外歯88と相補的で且つこれらの外歯に係
合する。このように、ドッグクラッチ84は、出力軸4
0と共に回転するが、該出力軸に沿って軸方向に摺動可
能である。また、歯86は、入力軸50に設けられた外
歯58に対しても相補的である。また、ドッグクラッチ
84は、複数の外歯90も備えている。これら複数の外
歯は、キャリア76上に設けられた歯78と相補的であ
り、また、該歯78と選択的に係合可能である。
【0026】該ドッグクラッチ84は、外歯58が歯8
6と結合し、入力軸50と出力軸40との間に直接的な
駆動力を提供する、第一の位置すなわち前方位置から軸
方向に並進可能である。該ドッグクラッチ84は、後方
に完全に並進したときに、歯78が外歯90にかみ合う
ことにより、キャリア76を出力軸40に結合する。こ
の位置にて、入力軸50に関する出力軸40の速度は、
遊星歯車組立体48の選択したギア比(典型的に、2対
1乃至4対1の範囲にある)に従って減速される。ま
た、該ドッグクラッチ84は、前方の直接駆動位置と後
方の減速駆動位置との間の中間にある第三の位置すなわ
ち中立位置まで駆動することができる。この中間の位置
にて、入力軸50は、出力軸40から切り離されて、そ
の間にてトルクは全く伝達されない。
【0027】該ドッグクラッチ84の位置は、シフト制
御用の電気モータ100により命令される。該シフト制
御用の電気モータ100は、ウォーム歯車駆動装置10
4を介して駆動軸102を回転させる。この駆動軸10
2は、トランスファーケース28のハウジング30と共
に回転可能に適宜に支持されている。この駆動軸102
の位置を監視し且つエンコーダ組立体106により読み
取り、このエンコーダ組立体が、駆動軸102、従っ
て、ドッグクラッチ84の現在の位置に関する情報を提
供する。
【0028】該駆動軸102は、ばね組立体110に結
合されたアーム108にて終端となっている。該ばね組
立体110は、駆動軸102の周りに巻かれており、ま
た、該ばね組立体には、アーム112が係合する。該ア
ームは、円筒状カム114から軸方向に伸長している。
該ばね組立体110は、駆動軸102と円筒状カム11
4との間の弾性継手として機能し、駆動モータ100に
より命令される動作と駆動される構成要素の動きとの間
の遅れを吸収し、シフトモータ100がその最後の要求
位置に達することを可能にする。車10が静止している
ときのように、ドッグクラッチ84の内方を向いた歯8
6が入力軸50の外歯58に瞬間的に係合しない状況、
即ち、ドッグクラッチ84の外歯90がキャリア76の
歯78に瞬間的に係合しない状況のとき、ばね組立体1
10は、ドッグクラッチ84が要求された再位置決めに
滑らかに且つ迅速に応答することを可能にする。入力軸
50の回転により上述のクラッチの歯が係合することが
可能にされると、ばね組立体110に蓄えられた潜在的
なエネルギが円筒状のカム114をその要求された位置
まで回転させ、これにより、シフトを完了させる。
【0029】該円筒状のカム114は、該カム114の
周りで約270°伸長するら旋状の軌道116を画成す
る。該ら旋状の軌道116は、フォーク組立体120に
結合され且つ該フォーク組立体を並進させるピン及びカ
ム従動子118を受け入れる。該フォーク組立体120
は、静止軸122上で両方向に並進可能に支持され、ま
た、ドッグクラッチ84の外周に係合する。この軸10
2が回転すると、カム従動子組立体118は軸方向に再
位置決めされ、ドッグクラッチ84は上述した3つの位
置の1つに軸方向に位置決めされる。
【0030】次に、図2及び図3を参照すると、トラン
スファーケース28は、電磁クラッチ組立体124を備
えている。該電磁クラッチ組立体124は、出力軸40
の周りに配置されており、また、該電磁クラッチ組立体
は、スプライン式の相互接続部を介して出力軸40に結
合された円形の駆動部材126を備えている。この円形
の駆動部材126は、図3に図示するように、ら旋状円
環体の斜めの断面形状をし且つ外周に沿った離れた位置
に設けられた複数の凹所130Aを備えている。これら
の凹所130Aの各々は、同様の複数の荷重伝達ボール
132の1つを受け入れる。
【0031】円形の被駆動部材134が、円形の駆動部
材136に隣接して出力軸40上に回転自在に配置され
ており、また、該被駆動部材は、凹所130Aと同一の
形状を画成する同様の対向した複数の凹所130Bを備
えている。これらの凹所130A、130Bの斜めの側
壁は、傾斜路又はカムとして機能し、円形の部材12
6、134間の相対的な回転に応答して、ボール132
と協働して、該円形の部材を駆動する。凹所130A、
130B及び荷重伝達ボール132に代えて、円形部材
126、134間の相対的な回転に応答して、これらの
円形部材を軸方向に変位させるその他の同様の機械的な
要素を使用してもよいことが理解されよう。例えば、相
補的な形状とした円錐形のら旋部分に配置したテーパー
付きのローラを利用することもできる。
【0032】該円形の被駆動部材134の外周は、ロー
タ135に係合し且つ該ロータに緊密に固着される。該
ロータ135は円形であり、U字形断面を画成し、ま
た、該ロータは、アーマチャー138上の相補的なクラ
ッチ面137と対向する関係に配置された円形のクラッ
チ面136を備えている。複数組みの相互かみ合いスプ
ライン142により、アーマチャー138はディスクパ
ッククラッチ組立体150のハウジングと共に回転す
る。
【0033】該ロータ135は、3つの側部にて円形の
固定電磁コイル144を取り巻いている。該電磁コイル
144には、適当な制御装置から電気エネルギが供給さ
れる。該電磁クラッチ組立体124のコイル144に対
する電流を増大させ、又は減少させることにより、クラ
ッチ124のトルク出力が増大し又は減少する。電磁ク
ラッチ組立体124の係合、制御及び分離を行うため
に、各種の変調制御技術を利用することが可能であるこ
とが理解されよう。
【0034】電磁コイル144に電気エネルギを供給す
ると、アーマチャー138はロータ135に磁力で引き
付けられる。この磁力による引き付けの結果、円形のク
ラッチ面136、137同士が摩擦接触する。出力軸4
0がアーマチャー138(第二の出力軸26と同一の回
転速度で回転する)と異なる速度で回転するとき、この
摩擦接触の結果、摩擦トルクが出力軸40から円形の駆
動部材126、荷重伝達ボール132を介して、円形の
被動部材134に伝達される。この発生された摩擦トル
クにより、ボール132は凹所130A、130Bの傾
斜面に乗り上げて、円形の被動部材126を軸方向に変
位させる。この円形の被動部材126が軸方向に変位す
ると、出力軸40にスプライン結合された作用板146
と、アーマチャー138と作用板146との間に配置さ
れた座金148とをディスクパッククラッチ組立体15
0に向けて軸方向に並進させる。圧縮ばね151が復帰
力を提供し、この力により、円形の駆動部材126が円
形の被動部材134に向けて偏倚され、また、荷重伝達
ボール132が、凹所130A、130B内の中央位置
に戻される。その結果、電磁クラッチ組立体124が不
作動状態とされたとき、その電磁クラッチ組立体124
の構成要素の間の隙間が最大となり、また、その摩擦が
最小となる。
【0035】凹所130A、130B及びボール13
2、座金148、圧縮ばね151、及びクラッチ組立体
124内の隙間の重要な設計上の考慮事項は、全体的な
形態が自己係止型でないようにすることである。電磁ク
ラッチ組立体124は、自己係合せずに、電気的な制御
入力に直接応答して、ディスクパッククラッチ組立体1
50を変調状態にクランプ止めし且つトルクを伝達し得
るものでなければならない。
【0036】ディスクパッククラッチ組立体150は、
交互に配置された複数の摩擦板すなわちディスク152
を備えている。第一の複数のディスク152Aは相互に
かみ合うスプライン154によりクラッチハブ155に
結合され、該クラッチハブは出力軸40と回転し得るよ
うに該出力軸40に結合されている。第二の複数のディ
スク152Bは、相互にかみ合うスプライン158によ
り環状ハウジング156と共に回転し得るように該環状
ハウジング156に結合されている。
【0037】上述した電磁クラッチ組立体124は、電
磁式作動手段を内蔵しているが、該電磁クラッチ組立体
は、制御された加圧液圧流体又は加圧空気がそれぞれ付
与された液圧又は空圧作動装置により同一の方法で作動
させることも可能であることを理解すべきである。
【0038】該環状ハウジング156は、出力軸40の
周りで自在に回転し得るように配置され、また、複数の
相互にかみ合う突起及び凹所162によりチェーン駆動
スプロケット160に結合されている。また、該駆動ス
プロケット160は、出力軸40上に回転可能に配置さ
れている。電磁クラッチ組立体124が接続されると、
該クラッチ組立体は、出力軸40のエネルギをチェーン
駆動スプロケット160に伝達する。駆動チェーン16
4は、チェーン駆動スプロケット160の歯の上に受け
られて且つ係合して、回転エネルギを被動チェーンスプ
ロケット166に伝達する。該被動スプロケット166
は、相互にかみ合うスプライン168によりトランスフ
ァーケース28の前輪(二次)の出力軸26に結合され
ている。
【0039】また、該トランスファーケース28は、第
一のホール効果センサ170も備えており、該センサ
は、トーンホイール174(前輪入力軸50に結合され
且つ該入力軸と共に回転するホイール)上の複数の歯1
72と近接した検出可能な関係に配置されている。該第
一のホール効果センサの出力は導電体176により伝達
される。第二のホール効果センサ180は、後輪(一
次)の出力軸40の上に配置されたトーンホイール18
4の複数の歯182と近接した検出可能な関係に配置さ
れている。この第二のホール効果センサの出力は導電体
186により伝達される。該トーンホイール174上の
歯172の数は、トーンホイール184上の歯182の
数に等しく、このため、軸速度が等しい結果、ホール効
果センサ170、180からの単位時間当たりのパルス
数が等しくなる。このことは、軸の速度に関する計算を
簡略化し、そのデータ及び計算値に基づく全ての論理的
な決定の精度を向上させる。トーンホイール174上の
歯172の実際の数及びトーンホイール184上の歯1
82の実際の数に関して、回転速度及びセンサの構造に
対応して、25から50又はそれ以上或いはそれ以下の
数に変更することが可能である。
【0040】これらの第一及び第二のホール効果センサ
170、180は、それぞれの隣接する歯172、18
2を検出し、一連のパルスを提供し、これらのパルスを
利用して、入力軸50及び後輪の出力軸40の瞬間的な
回転速度(勿論、伝動装置44及び後輪の駆動軸すなわ
ち推進軸38のそれぞれの出力部の回転速度に対応す
る)を計算することができる。
【0041】これらのホール効果センサは、検出された
歯を通る毎に、十分に設定された高速及び低速信号値の
間で変化する出力信号を提供する限り、好ましい。例え
ば、可変リラクタンスセンサのようなその他の検出装置
を利用することも可能であることが理解されよう。しか
しながら、かかるセンサは、特に、低軸速度のとき、ホ
ール効果センサにより提供されるきれいな波形を提供せ
ず、従って、有用なデータを得るためには更に入力を調
整する必要がある。ホール効果センサ170、180及
びそのそれぞれの隣接する歯172、182は、トラン
スファーケース28のハウジング30内に配置されるこ
とが好ましいが、伝動装置出力/トランスファーケース
の入力軸50、後輪(一次)の出力軸40及び第一のド
ライブラインに沿った任意の便宜な箇所に配置してもよ
いことを理解すべきである。また、減速装置のギア比を
補正するために適正な調整ファクタが信号プロセッサに
含まれるならば、後輪の差動装置36のような減速装置
を通じて一方の軸又は双方の軸の速度を検出することも
可能である。このため、例えば、アンチロックブレーキ
装置に利用される後輪の速度センサの適正に調整した出
力を平均化して、ドライブラインに沿った各種の位置に
おける速度の検出に関して上述した警告を受ける出力軸
40の速度を提供することができる。
【0042】再度、図1を参照すると、導電体176で
伝達された第一のホール効果センサ170からの信号
は、マイクロプロセッサ200に供給される。同様に、
導電体186で伝達された第二のホール効果センサ18
0からの信号は、マイクロプロセッサ200に供給され
る。また、マイクロプロセッサ200は、作動装置制御
によるセレクタスイッチ202から入力を受け取り、該
スイッチは、運転者がトランスファーケース28の低速
又は高速のギア範囲の何れかを手動で選択することを可
能にする。運転者が選択したギア範囲の選択を命令する
信号がマイクロプロセッサ200から導電体204を通
じてシフト制御モータ100に提供される。
【0043】次に、図4及び図5を参照しつつ、最初
に、本発明の動作の理論について説明し、次に、本発明
を実行するマイクロプロセッサのステップについて説明
する。
【0044】図4には、車の運転者が低速から高速への
シフトを命令し、シフト制御モータ100がドッグクラ
ッチ84をその低速範囲位置、即ち、図2に示した位置
の右側の位置から中立位置、即ち、ドッグクラッチ84
を図示した位置まで動いた後の、典型的なトランスファ
ーケース28の入力軸50の速度及び出力軸40の速度
が図示されている。この状態のとき、車10は図4に水
平線で示し且つ出力軸40の速度として表現する比較的
一定の速度にて走行する。横軸の時間の目盛り、また、
車10の作動状態に対応して、この線は、車10の減速
速度を反映して僅かに右側に行くに従って下方に傾斜し
た部分を有している。しかしながら、このグラフで示し
た全体的な横軸の時間目盛り(1秒程度)を考慮する
と、この時間中、出力軸40の速度は一定であると想定
することが妥当且つ適正である。
【0045】しかしながら、入力軸50の速度は比較的
急速に遅くなる。このことは、勿論、トランスファーケ
ースの遊星歯車組立体48が、低速範囲、即ち、作動状
態(エンジン42、伝動装置44の出力及び入力軸50
が出力軸40よりも2倍乃至4倍速い速度で回転する状
態)外にシフトされたことによるものである。低速から
高速へのシフトが開始し、ドッグクラッチ84が離脱
(非係合)すると、典型的に、エンジン42のスロット
がアイドル状態となり、又はそれに近い状態となり、従
って、伝動装置44の出力速度及びトランスファーケー
ス28に対する入力軸50の速度は減速する。
【0046】こうした状態を考慮するならば、入力軸5
0及び出力軸40の回転速度は、ドッグクラッチ84が
その中立位置まで駆動された後のある時点で同期するこ
とは明らかである。この同期する時点は、図4に符号X
で表示してある。軸40、50が同期状態とされる迄、
制御モータ100及びドッグクラッチ84をその高速ギ
ア位置にシフトさせる命令が発せられない場合、シフト
連結機構における機械的な遅れの結果、入力軸の速度が
出力軸40の速度よりも低下した後、高速ギアを接続し
ようとしても、歯車のぶつかり合いに起因して満足し得
ない音を伴うシフトが為される。最悪の場合、高速ギア
へのシフトが全く不可能となる可能性もある。
【0047】次に、図4及び図5を参照すると、マイク
ロプロセッサ200は、本発明に関するサブルーチン2
10を含んでおり、該サブルーチンは、共同出願の米国
特許第5,407,024号に開示されたような多数の
その他のプログラム又はサブルーチンの1つとすること
ができる。該サブルーチン210は、シフト制御モータ
100を制御して、トランスファーケース28の遊星歯
車組立体48を低速範囲から高速範囲まで実質的に検出
不能な程に迅速なシフトが為され得るようにする。この
サブルーチン210に入る前に、質問又は決定ポイント
212(典型的に、マイクロプロセッサの車管理システ
ム(図示せず)内の実行システム、又は大形の制御ルー
プの一部分を形成する)が、セレクタスイッチ202が
高速位置に投入されて、低速から高速へのシフトが必要
とされるか否かを監視し、又は検出する。かかるシフト
が要求されないならば、関連する実行システム、又はサ
ブルーチンがその他の質問、計算及び動作を続行する。
【0048】低速から高速へのシフトが要求されたなら
ば、決定ポイント212は、イエスにて退出され、低速
から高速への同期したシフトに関連するサブルーチン2
10が開始する。これと代替的に、また、最も一般的な
適用例及び説明において、サブルーチン210は、最初
の開始ステップ214にて開始し、このステップが全て
の登録を消去し、記憶装置に保持された全てのデータを
抹消する。次に、サブルーチン210は、プロセスステ
ップ216に進み、このプロセスステップは、シフト制
御モータ100に命令して、低速ギアを分離して、図2
に示すようなその中間位置、即ち、中立位置にシフトす
る。次に、このサブルーチン210は、第二のプロセス
ステップに進み、該ステップは、入力軸50の第一、又
は初期速度を読み取り、このデータを記憶させる。この
入力軸50の初期速度は符号I として表示されてい
る。次に、このサブルーチン210は、第二のプロセス
ステップ220に進み、この第二のプロセスステップは
遅延又はタイミングステップであり、12乃至30ミリ
秒程度の短時間(Δt)、中断する。現在の原型におい
て、20ミリ秒のΔt時間のときに良好な性能が得られ
ている。タイマーにより、又はその時間が経過する迄、
反復する決定ポイントループだけこのプロセスステップ
220を実行することも可能であることが理解されよ
う。プロセスステップ220のΔt時間の満了時、第三
のプロセスステップ220が実行されて、入力軸50、
S2の第二の速度を読み取り且つ記憶し、また、出力
軸40、Oの速度を読み取り且つ記憶する。
【0049】次に、サブルーチン210は、第四のプロ
セスステップ224に進み、該ステップは、可変数I
S1、IS2、OS2及び一定の時間Δtを利用して、
入力軸50の速度の変化量、即ちΔS/Δtを計算す
る。この計算は、図4に示すように、入力軸50の第一
の読み取り速度から入力軸50の第二の読み取り速度を
差し引き、その測定を行ったΔt時間で割ることにより
行われる。次に、このデータは、決定ポイント226で
利用され、このポイントは、その時の入力軸50の速度
S2からΔt時間T当りの入力軸50の速度の変化量
を差し引いた値が出力軸40の速度に等しいか否かを問
い合わせる。この場合、Tは、シフトモータ100の作
動と、高速ギア比の係合歯車即ち遊星歯車組立体48の
外歯車の歯58及びドッグクラッチ84の内歯車の歯8
6が最初に接触する時点との時間、又は遅れを示す。
【0050】この数値は、典型的に、所定のトランスフ
ァーケース駆動組立体に関する観察及び実験により求め
られ、従って、モデル毎に異なる。Tは、シフト制御モ
ータ100及び関係する駆動並びに連結構成要素のトル
ク歯車比及び慣性力に対応して、100ミリ秒乃至40
0ミリ秒、更に多分より広い範囲に亙って変化すること
が予想される。原型の試験において、このTの値は、2
00ミリ秒程度であると測定されている。このように、
決定ポイント226は、入力軸50の速度が出力軸40
の速度に等しくなる時点を計算し且つその後のその時点
を予測し、その計算及び予測は、入力軸50の速度の変
化量のその時の計算値に、シフト制御モータ及び関係す
る構成要素に固有の時間的遅れを掛けた値に基づいて為
される。
【0051】この計算の結果が同等でないことが明らか
になったならば、決定ポイント226はノーで退出さ
れ、プロセスステップ218に戻り、サブルーチン21
0は、このステップからやり直す。決定ポイント226
を計算の結果が同等となったならば、決定ポイント22
6は、イエスで退出され、シフト制御モータ100に対
する命令がマイクロプロセッサ200により発せられ
て、高速へのシフトを開始する。シフト制御モータ10
0への命令が発せられた後の時点Tにて、入力軸50及
び出力軸40の速度が等しくなる、即ち、同期する。歯
車の歯58、86が丁度、係合し始め、このシフトは滑
らかに且つ静粛に完了される。次に、サブルーチン21
0がステップ230にて終了し、サブルーチン210を
実行するように励起された実行システム又はその他のマ
イクロプロセッサの制御ループに戻る。
【0052】サブルーチン210の特定の形態、特に、
決定ポイント226を重視し且つ理解することが妥当で
ある。第一に、決定ポイント226で得られた等式は、
等号を含むことが理解される。これは望ましく且つ公称
の等式である。しかしながら、精密度、即ち、ホール効
果センサ170、180の精度、時間間隔Δt、サブル
ーチン210のサイクル時間、サブルーチン210の値
の四捨五入、及びその他の重要度の低い可変数に対応し
て、正確な同等性が達成させる可能性は少ない。従っ
て、算術的等式は相等性を求めるが技術的且つ適用上の
観点からして、軸速度の同等性、即ち同期を正確に近似
計算すれば、決定ポイント226の等式を満足させると
考えられる。このように、該等式は、次のようになると
考えられる。
【0053】 決定ポイント226の等式にて近似計算法を採用する一
つの代替例は、入力軸50の速度が出力軸40の速度に
等しいか又はそれ以下のときに常に満足される等式を利
用することである。この等式は、サブルーチン210が
開始するとき、入力軸50の速度が常に出力軸40の速
度よりも速いことを認識する。この等式は、同等性が発
見されず、又は許容された近似計算法の範囲内で同等性
が発見されないという可能性を解消する。
【0054】より控えめ、又は同程度の表現を使用すれ
ば、これはある時点で満足されることが確実である。こ
の場合、等式は次のようになる。
【0055】 第三の考慮事項は、プロセスステップ224にて発生さ
れ、決定ポイント226にて利用されて、シフト制御モ
ータ100を始動させる直線補外法(extrapol
ation)に関する。図4の入力軸50の速度の曲線
の形状を検討すると、徐々に少なくなり、従って、その
頂側部にて凸型となっていることが分かる。これは直線
ではないため、任意の補外法は、直線補外法が入力軸の
速度グラフの曲線状の形状からずれるという事実に基づ
いて僅かではあるが、一定の誤差を含む。例えば、図示
した例において、点Xからの補外は、軸速度が実際より
も僅かに遅く一致することを示す。第一に、かかる誤差
は極めて僅かであり、全体として、Δtとして与えられ
るシフトの困難性及び上述したものと同様のシフト制御
の遅延時間を生ずることはないことを理解すべきであ
る。第二に、最小の実験により、また、アイドリング状
態下における入力軸50の速度のグラフの典型的な形状
を十分に知ることにより、シフトモータの遅延時間Tを
補正することができる。即ち、サブルーチン210が通
常の方法で計算し、同期が通常の場合よりも5ミリ秒後
に達成されるようなものとする入力軸50の速度曲線の
形状であるならば、シフトモータ100のプログラムさ
れた遅延Tは、例えば、200ミリ秒から195ミリ秒
までの同一の値だけ減少され、その補外に起因する固有
の計算誤差を補正することができる。
【0056】出力軸40の速度曲線の勾配が顕著であ
り、その変化のため同期状のシフトが行われないなら
ば、別の補正を為すことができ、これは、入力軸50の
勾配を測定したのと丁度同一の方法で出力軸40の速度
勾配を測定することにより、マイクロプロセッサ200
の計算時に考慮に入れることができる。この場合、決定
ポイント226の等式は次の通りとなる。
【0057】 ここで、OS1は、Δtの開始時における出力軸40の
速度に等しく、OS2はΔtの終了時における出力軸4
0の速度に等しい。
【0058】上記の開示は、本発明の実施のために本発
明者が案出した最良の形態である。しかしながら、改変
例及び変形例を含む装置及び方法は、同期ギアチェンジ
の技術分野の当業者に明らかであろう。上記の開示内容
が関連技術分野の当業者に本発明を実施することを可能
にすることを目的にする限り、この開示は、限定的であ
ると解釈すべきではなく、上記の明確な変形例を含むも
のと解釈しなければならず、特許請求の範囲の精神及び
範囲によってのみ限定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】車のドライブライン、速度センサ及び本発明に
よる同期シフト装置の関連する構成要素の概略図であ
る。
【図2】本発明による2速トランスファーケースの全断
面図である。
【図3】トランスファーケースの変調クラッチ内の荷重
伝達ボール及び傾斜路の平坦なパターン展開図である。
【図4】2速駆動装置が中立位置に切り換えられた後
の、本発明のトランスファーケースの入力及び出力軸の
速度対作用時間を示すグラフである。
【図5】本発明のマイクロプロセッサ内で行われる作用
ステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 車 12 前輪の車軸 14 前輪の差動装置 16 係止ハブ 20 負圧管 22 前輪のホイー
ル組立体 24 前輪の推進軸 26 前輪の出力軸 28 トランスファーケース 30 ハウジング 32 後輪の車軸 34 後輪のホイー
ル組立体 36 後輪の差動装置 38 後輪の推進軸 40 後輪の出力軸 42 内燃機関 44 伝動装置 48 遊星歯車組立
体 50 入力軸 52 凹入穴 54 ローラ軸受組立体 56 後輪出力軸の
前端部 57 歯車モータポンプ 57A 通路 58 遊星歯車の外歯 60、64 太陽歯
車の歯 62 太陽歯車 68 リング歯車 70 リング歯車の歯 72 ピニオン歯車 74 短軸 76 キャリア 78 キャリアの歯 80、84 ドッグ
クラッチ 86、90 ドッグクラッチの歯 88 スプライン 100 シフト制御用の電気モータ 102 駆動軸 104 ウォーム歯
車駆動装置 106 エンコーダ 108 アーム 110 ばね組立体 112 アーム 114 円筒状カム 116 軌道 118 カム従動子 120 フォーク組
立体 122 静止軸 124 電磁クラッ
チ組立体 126 駆動部材 130A、130B
凹所 132 荷重伝達ボール 134 被駆動部材 135 ローク 136、137 ク
ラッチ面 138、140 アーマチャー 142 スプライン 144 電磁コイル 146 作用板 148 座金 150 ディスクパ
ッククラッチ組立体 151 圧縮ばね 152 ディスク 154、158 スプライン 156 環状ハウジ
ング 160 チェーン駆動スプロケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・ケイ・レイダー アメリカ合衆国ミシガン州48324,ウエス ト・ブルームフィールド,オークリーフ 3698 (72)発明者 ゲイリー・オリベイラ アメリカ合衆国ミシガン州48326,アーバ ーン・ヒルズ,ビーコン・ヒル・ドライブ 2695,ナンバー312 (72)発明者 イー・デービッド・レイ アメリカ合衆国ミシガン州48442,ホリー, ローズ・センター 1335

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 変速歯車装置用の同期組立体にして、 入力部材(50)と、該入力部材の速度に対応する信号
    を提供する第一の速度センサ(170)と、 出力部材(40)と、該出力部材の速度に対応する信号
    を提供する第二の速度センサ(180)と、 前記入力部材(50)及び第一の出力要素(58)によ
    り駆動されて、直接的なより高速度の駆動を行う変速歯
    車装置(48)と、減速駆動を行う第二の出力要素(7
    6)と、 前記変速歯車装置(48)の前記2つの出力要素(5
    8、76)と前記出力部材(40)との間に作用可能に
    配置されたクラッチ(84)であって、前記第一の出力
    要素(58)を前記出力部材(40)に接続する第一の
    位置たる駆動位置と、第二の位置たる中立位置と、前記
    第二の出力要素(76)を前記出力部材(40)に接続
    する第三の位置たる駆動位置との間を可動である前記ク
    ラッチ(84)と、 該クラッチ(84)を前記3つの位置の間で選択的に移
    動するシフト作動装置(100)と、 前記入力部材(50)及び前記出力部材(40)の速度
    信号を受け取るマイクロプロセッサ(200)であっ
    て、単位時間中、前記入力部材(50)の速度の変化量
    を計算し、前記部材(50、40)の前記速度が略等し
    くなる前の所定の時点にて前記クラッチ(84)が前記
    第一の駆動位置に向けて動き始めるように前記シフト作
    動装置(100)が作動する命令を発する、前記マイク
    ロプロセッサ(200)とを備える同期組立体。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の同期組立体にして、前
    記所定の時間が約100乃至400ミリ秒の範囲にある
    同期組立体。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の同期組立体にして、前
    記クラッチ(84)が前記出力部材(40)に設けられ
    たスプライン(88)に沿って両方向に並進可能である
    ドッグクラッチである同期組立体。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の同期組立体にして、前
    記第一及び第二の速度センサ(170、180)が、前
    記それぞれの入力部材(50)及び出力部材(40)上
    に設けられたトーンホイール(174、184)を検出
    可能な関係に配置されたホール効果センサである同期組
    立体。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の同期組立体にして、前
    記単位時間が10乃至40ミリ秒の範囲にあり、前記所
    定の時間が100乃至400ミリ秒の範囲にある同期組
    立体。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の同期組立体にして、前
    記マイクロプロセッサ(200)が、前記入力部材(5
    0)の速度の前記単位時間当たりの減速量を計算し、そ
    の減速量に基づいて、前記部材(50、40)の前記速
    度が等しくなるときを予測し、前記部材(50、40)
    の該速度が等しくなる前の所定の時点にて前記シフト作
    動装置(100)を作動させる同期組立体。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の同期組立体にして、前
    記単位時間が10乃至40ミリ秒の範囲にあり、前記所
    定の時間が100乃至400ミリ秒の範囲にある同期組
    立体。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載の同期組立体にして、前
    記所定の時点が、前記シフト作動装置(100)の命令
    動作と、前記第一の出力要素(58)に対する前記クラ
    ッチ(84)の最初の係合との間の時間に略等しい同期
    組立体。
  9. 【請求項9】 請求項1に記載の同期組立体にして、前
    記変速歯車装置が、遊星歯車組立体であり、前記高速度
    の駆動が直結であり、前記減速速度駆動が約2対1乃至
    4対1の範囲の減速状態である同期組立体。
  10. 【請求項10】 請求項1に記載の同期組立体にして、
    前記入力部材(50)が入力軸であり、前記出力部材
    (40)が第一の出力軸であり、同期組立体がハウジン
    グ(30)と、前記出力部材(40)により選択的に駆
    動される第二の出力軸(26)とを有するトランスファ
    ーケース(28)を更に備える同期組立体。
  11. 【請求項11】 同期された低速から高速へのシフトを
    行うトランスファーケース(28)にして、 入力速度信号を提供する第一の速度センサ(170)を
    有する入力軸(50)と、 出力速度信号を提供する第二の速度センサ(180)を
    有する出力軸(40)と、 前記入力軸(50)により駆動される入力部と、一対の
    出力部(58、76)とを有する2速の駆動組立体(4
    8)であって、前記対の出力部の第一の出力部(58)
    が高速度の駆動状態を提供し、前記対の出力部の第二の
    出力部(76)が低速度の駆動状態を提供する、前記2
    速の駆動組立体(48)と、 前記2速の駆動組立体(48)の前記対の出力部(5
    8、76)と前記出力部(40)との間に作用可能に配
    置されて、前記2速の駆動組立体(48)の前記対の出
    力部(58、76)の一方を前記出力部(40)に選択
    的に接続するクラッチ(84)と、 前記クラッチ(84)により前記選択的な接続を為すク
    ラッチ作動装置(100)と、 前記入力軸の速度信号及び前記出力軸の速度信号を受け
    取るマイクロプロセッサ(200)であって、前記入力
    軸(50)の速度の変化量を計算し、前記入力軸(5
    0)及び前記出力軸(40)の速度が略等しくなる前の
    所定の時点にて前記クラッチ作動装置(100)を作動
    させる前記マイクロプロセッサ(200)とを備えるト
    ランスファーケース。
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