KR100393457B1 - 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치 - Google Patents

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요시다시게유키
사와세카오루
니와타카히사
이쿠시마요시히로
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 싱크로 기구를 사용하여 구동상태의 전환을 행하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환 장치이다. 동일 축상에 설치된 제 1 기어(32) 및 제 2 기어(33)와, 축방향으로 이동하여 제 1 기어(32)와 제 2 기어(33)를 연결 가능하게 하는 기어 연결부재(34)와, 제 1 기어(32)와 제 2 기어(33)와의 사이에 설치된 싱크로 기구(35)를 구비하며, 전동 액추에이터(50)에 의해 기어 연결부재(34)를 이동시킴에 의해, 싱크로 기구(35)에 의해 동기를 취하면서 제 1 기어(32)와 제 2 기어(33)를 연결한다. 그 때, 제어수단(100)에 의해 전동 액추에이터(50)로의 공급 전류를 제어함과 함께, 판정수단(102)에 의해 전동 액추에이터(50)로의 공급 전류치의 변화에 의거하여 싱크로 기구(35)의 동기를 판정한다. 이것에 의해, 전용의 센서나 스위치 등을 마련하는 일 없이 싱크로 기구(35)의 동기 판정을 가능하게 함과 동시에, 부재간의 슬라이드 저항의 개체차나 운전상태의 변화에 대응한 정확한 동기 판정을 가능하게 한다.

Description

싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치{Transfer apparatus of drive state with synchro mechanism}
2륜 구동상태(2WD)와 4륜 구동상태(4WD)로의 전환이 가능한 파트 타임식 4륜구동형 차량에 있어서, 2WD가 선택된 경우, 트랜스퍼 장치에서 전후륜의 한쪽 차륜(일반적으로 전륜)측으로의 동력 전달이 차단되고, 다른 측의 차륜측(일반적으로 후륜)만 구동되도록 구성되어 있다. 이 때, 동력 전달이 차단된 전륜 측에서 타이어나 휠 만 회전하는 경우에 비하여, 프론트 프로펠러 샤프트, 프론트 데프, 프론트 액슬 샤프트 등의 프론트 구동계의 전부가 회전하는 경우에는 동력 손실이 크게 된다.
그래서, 종래, 2WD시에는 전륜 측의 휠과 프론트 액슬 샤프트 간의 연결을 해제하거나, 프론트 액슬 샤프트를 차단 분리하거나 함으로써, 2WD시의 동력 손실을 경감하여, 연료 소비율의 향상을 도모하도록 한 프리 휠 기구가 사용되었다.
또한, 트랜스퍼장치에 차동 제한장치 장착의 센터 데프를 갖춘 파트 타임식 4륜구동형 차량에서는, 센터 데프를 록크하는 것에 의한 종래와 같은 직결식 4WD뿐만 아니라, 센터 데프를 프리로 함으로써, 타이트(tight) 코너 브레이크를 억제하여, 4WD차로서의 주행성능을 확보할 수가 있다.
이와 같이 프리 휠 기구를 구비한 센터 데프 4WD를 선택 가능한 4륜구동형 차량의 경우, 트랜스퍼장치를 2WD에서 센터 데프 4WD로 전환할 때는, 2WD시에 프리로 되어 있던 프리 휠 기구를 록크하여야 한다.
그러나, 트랜스퍼장치에 있어서의 센터 데프 4WD로의 전환 완료가 프리 휠 기구의 록크에 선행한 경우, 프리 휠 기구가 록크되기 전에 발진조작이 행하여지면, 전륜에 엔진 동력이 전달되지 않고 센터 데프가 공전상태로 되어 버려, 차동 제한장치의 내구성이 악화됨과 동시에, 차량의 주행 안정성도 손상된다.
또한, 프리 휠 기구가 록크되어 있지 않은 경우에는, 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 도중에 있어서 프론트 구동계(비 구동륜측 구동계)의 동기가 무너져 버릴 우려가 있다. 이와 같이 프론트 구동계의 동기가 무너진 상태에서 전환을 행하면, 싱크로 기구의 클러치부분에서 기어의 울림이 발생하거나, 과대한 부하를 부여할 가능성이 있다.
이 때문에 트랜스퍼장치를 2WD에서 센터 데프 4WD로 전환할 때는, 우선, 프리 휠 기구를 록크하고, 그리고, 센터 데프 4WD로의 전환을 완료하여야 한다. 예컨대, 일본 특허제2572064호에 개시된 기술로서는, 트랜스퍼장치를 2WD에서 센터 데프 4WD로 전환할 때는, 한번, 직결 4WD 상태를 경유하도록 하여, 이 직결 4WD 상태가 스위치에 의해 검출되었을 때에 프리 휠 기구를 록크 하는 것에 의해, 상기 과제의 해결을 도모하였다.
그러나, 상술한 기술과 같이, 직결 4WD 상태를 검출하기 위한 전용 스위치를 마련하면, 그 몫만큼 가격이 상승하게 된다. 또한, 트랜스퍼장치를 2WD에서 센터 데프 4WD로 전환할 때에 직결 4WD 상태를 경유하도록 하면, 직결 4WD 상태로 되어 있는 사이는 2WD시나 센터 데프 4WD시와 같은 주행성능은 얻어지지 않아, 운전자가 위화감을 느끼게 된다.
따라서, 직결 4WD 상태를 경유하는 일없이 2WD에서 센터 데프 4WD로 구동상태를 직접 전환하도록 하고 싶지만, 이것에는 상술한 바와 같이 비 구동륜측 구동계의 동기 무너짐에 의한 불합리함을 방지하기 위해, 트랜스퍼장치의 싱크로 기구의 동기 상태를 정확히 판정하는 것이 중요하게 된다. 또한, 그 때, 전용 스위치 등을 마련하는 일 없이 기존의 설비를 이용하여 가격 상승을 억제하는 것도 중요하다.
또한, 싱크로 기구의 동기 판정의 중요성은, 상술한 트랜스퍼장치에 있어서의 구동상태 전환에 한정되는 것이 아니라, 싱크로 기구를 사용한 기어의 연결에 의해 구동상태 전환을 행하는 장치 일반에 공통되는 것이다. 예컨대, 자동 클러치 시스템에 있어서도 싱크로 기구의 동기 판정이 중요하게 된다.
자동 클러치 시스템은, 보통의 매뉴얼 트랜스미션에 액추에이터(클러치 액추에이터, 시프트 액추에이터) 및 센서를 부가함으로써 클러치 페달을 폐지함과 동시에 시프트 전환도 자동화한 것이다. 이 자동 클러치 시스템에 있어서는, 드라이버에 의한 클러치 페달의 조작을 대신하여 클러치 액추에이터에 의해 클러치의 단절, 접속을 행하지만, 클러치의 접속 타이밍이 트랜스미션의 싱크로 기구의 동기보다도너무 빠르면, 기어 울림(떨림)이 발생하거나, 과대한 부하가 발생할 가능성이 있다. 역으로 접속 타이밍이 너무 늦으면, 변속시간이 길게되어 드라이버에 위화감을 주게된다.
이 때문에 종래의 자동 클러치 시스템에서는, 시프트 액추에이터에 의한 시프트 전환 완료를 확인하기 위해 시프트위치 검출용 스트로크 센서(또는 스위치)를 마련할 필요가 있었다. 그러나, 이와 같이 시프트위치를 검출하기 위한 전용의 스위치를 마련한다고 하면, 그 몫만큼 가격이 상승하게 된다.
이상과 같이, 싱크로 기구를 사용한 기어의 연결에 의해 구동상태로의 전환을 행하는 트랜스퍼장치나 자동 클러치 시스템 등에 있어서는, 전환 타이밍과 싱크로 기구의 동기 타이밍과의 어긋남에 따르는 기어 울림이나 전환의 지연을 방지하기 위해서, 싱크로 기구의 동기 상태의 정확한 판정이 요망됨과 동시에, 전용 센서나 스위치 등의 설비에 의한 가격 증대를 초래하는 일이 없이, 기존의 설비를 이용한 동기 판정수단의 실현이 요망되어 왔었다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 창안된 것으로서, 전용 센서나 스위치 등을 구비하지 않고 싱크로 기구의 동기 상태의 정확한 판정이 가능한 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 싱크로 기구를 사용하여 구동상태의 전환을 행하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치에 관한 것이다.
(발명의 개시)
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치는 동축(同軸)상에 설치된 제 1 기어 및 제 2 기어와, 축방향으로 이동하여 상기 제 1 기어와 상기 제 2 기어를 연결 가능하게 하는 기어 연결부재와, 상기 제 1 기어와 상기 제 2 기어와의 사이에 설치된 싱크로 기구를 구비하고, 전동(電動) 액추에이터에 의해 상기 기어 연결부재를 이동시킴에 의해 상기 싱크로 기구에 의해 동기를 취하면서 상기 기어 연결부재를 개재하여 상기 제 1 기어와 상기 제 2 기어가 연결된다. 그 때, 제어수단에 의해 상기 전동 액추에이터의 공급 전류를 제어함과 동시에 판정수단에 의해 상기 전동 액추에이터로의 공급 전류치의 변화에 의거하여 상기 싱크로 기구의 동기를 판정한다.
이에 의해 전용의 센서나 스위치 등을 구비하는 일 없이 상기 싱크로 기구의 동기 판정이 가능하게 됨과 동시에 공급 전류치의 변화에 의거하여 판정하는 것에 의해 부재간의 슬라이드 저항의 각각의 차이나 운전상태의 변화에도 대응하는 정확한 판정이 가능하게 된다.
바람직하게는, 상기 판정수단에 의한 상기 싱크로 기구의 동기 판정은 공급 전류치를 소정 시간의 평균 공급 전류치와 비교하여 상기 공급 전류치와 평균 공급 전류치와의 차가 소정치를 넘었을 때, 상기 싱크로 기구가 동기 상태에 있다고 판정하게 한다. 평균 공급 전류치는 슬라이드 저항에 대응하여 변화함으로 보다 정확한 동기 판정이 가능하게 된다. 또한, 평균 공급 전류치를 산출하기 위한 공급 전류치의 샘플링은 상기 전동 액추에이터의 구동 시작 직후의 서지(surge) 전류가 흐른 후에 개시하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 상기 제어수단에 의한 상기 전동 액추에이터로의 공급전류의 제어는, 상기 전동 액추에이터로의 전류 지시치를 설정하는 피드백 제어에 의해 행하도록 하여, 판정수단에 의해 상기 싱크로 기구가 동기 상태에 있다고 판정될 때 까지는 전류 지시치를 제1 지시치로 설정하고, 동기 상태에 있다고 판정하면 전류 지시치를 제1 지시치보다도 낮은 제2 지시치로 설정하도록 한다. 이것에 의해, 최초로 높은 제1 지시치로 설정함에 의해 동기 상태까지 빠른 시기에 이행시킬 수 있게 됨과 동시에, 동기 후엔 낮은 제2 지시치로 설정함에 의해 기어 울림 등을 일으키는 일 없이 확실히 기어를 연결할 수 있게 된다. 또한, 제2 지시치의 크기는 기어비(gear rate)에 따라 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치를 파트 타임식 4륜구동형 차량에 구비하여 2륜 구동상태와 4륜 구동상태와의 사이에서 구동상태의 전환을 행하는 구동상태 전환장치로서 구성하며, 상기 복수의 기어의 결합(係合)관계를 상기 싱크로 기구를 개재하여 전환함에 의해 2륜 구동상태와 4륜 구동상태를 전환하는 전환기구를 갖추고, 상기 전환기구에 의한 2륜 구동상태로부터 4륜 구동상태로의 구동상태의 전환 시작 후는 상기 판정수단에 의해 상기 전동 액추에이터로의 공급 전류치의 변화에 의거하여 상기 싱크로 기구의 동기를 판정하도록 하여도 좋다.
이에 따라, 2륜 구동상태로부터 4륜 구동상태로의 구동상태의 전환에 있어서, 전용 센서나 스위치 등을 마련하지 않고, 상기 싱크로 기구의 동기 판정이 가능하게 되어 가격의 저감을 도모할 수 있음과 동시에, 공급 전류치의 변화에 의거하여 동기를 판정하는 것에 의해, 부재간의 슬라이드 저항의 개체차나 경년변화(age sofening) 및 차속도나 액셀 개방도 등의 주행조건의 변화에도 대응한 정확한 판정이 가능하게 된다.
바람직하게는, 2륜 구동상태시에 비 구동륜으로 되는 차륜과 그 비 구동륜측의 디퍼렌셜기구와의 사이에 클러치장치를 갖추고, 2륜 구동상태시에는 상기 디퍼렌셜기구로부터 상기 차륜으로의 구동력의 전달을 차단하고, 4륜 구동상태시에는 상기 디퍼렌셜기구로부터 상기 차륜에 구동력을 전달하도록, 조작수단에 의해 상기 클러치장치를 제어하도록 하며, 2륜 구동상태로부터 4륜 구동상태로의 구동상태의 전환에 있어서, 상기 판정수단이 싱크로 기구가 동기 상태에 있다고 판정했을 때는, 상기 제어수단은 상기 싱크로 기구의 동기 상태를 유지함과 함께 상기 조작수단에 의해 상기 클러치장치를 조작하여 비 구동상태에 있었던 상기 차륜을 구동상태로 전환하도록 한다. 또한, 상기 클러치장치에 의한 상기 차륜의 구동상태로의 전환이 완료되었을 때, 상기 제어수단은 상기 싱크로 기구의 동기 상태의 유지를 해제하여 4륜 구동상태로의 전환을 완료하도록 상기 전동 액추에이터의 공급 전류를 제어하게 한다.
이와 같이 2륜 구동상태로부터 4륜 구동상태로 전환될 때, 상기 클러치장치를 조작하여 비 구동상태에 있었던 상기 차륜을 구동상태로 전환하고 나서, 상기 싱크로 기구의 동기 상태의 유지를 해제하여 4륜 구동상태로의 전환을 완료함에 의해, 비 구동륜측의 동기 무너짐에 의해 상기 싱크로 기구에서 결합의 미스가 일어나는 것을 방지할 수가 있다. 특히, 차동 제한장치가 붙은 센터 데프가 갖추어저 있는 경우에는, 센터 데프의 공전에 의한 차동 제한장치의 내구성의 악화도 방지할 수가 있다.
보다 바람직하기로는, 검출수단에 의해 비 구동측차륜과 구동측차륜과의 회전속도 차를 검출하고, 상기 검출수단이 검출한 회전속도 차가 소정치를 넘어 있을 때는, 상기 판정수단에 의해 상기 싱크로 기구가 동기 상태에 있다고 판정된 경우에도, 상기 금지수단에 의해 상기 클러치장치에 의한 상기 차륜의 구동상태로의 전환을 금지하도록 한다.
이에 의해, 상기 싱크로 기구가 동기 상태로 되어 있는 경우에도, 비 구동측차륜과 구동측차륜과의 회전속도 차가 소정치를 넘어서 있을 때는 상기 클러치장치에 의한 구동상태로의 전환은 금지되기 때문에, 회전속도 차에 의거하여 상기 클러치장치의 결합 미스를 방지할 수가 있다.
또한, 상기 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치를 드라이버의 시프트 조작에 따라 변속단을 전환하는 변속단 전환장치로서 구성하여, 상기 복수 기어의 결합관계를 상기 싱크로 기구를 개재하여 전환함에 의해 드라이버에 의해 선택된 시프트위치에 따른 변속단으로 전환하는 전환기구를 갖추고, 상기 전환기구에 의한 변속단의 전환 시작 후는 상기 판정수단에 의해 상기 전동 액추에이터로의 공급 전류치의 변화에 의거하여 상기 싱크로 기구의 동기를 판정하도록 하여도 좋다.
이에 의해, 변속단의 전환에 있어서, 전용의 센서나 스위치 등을 마련하는 일 없이 상기 싱크로 기구의 동기 판정이 가능하게 되어 가격의 저감을 도모할 수 있음과 동시에, 공급 전류치의 변화에 의거하여 동기를 판정함에 의해, 부재간의 슬라이드 저항의 개체차나 경년변화 및 차속이나 액셀 개방도 등의 주행조건의 변화에도 대응한 정확한 판정이 가능하게 된다.
바람직하기로는, 상기 제어수단에 의한 상기 전동 액추에이터로의 공급 전류의 제어는 상기 전동 액추에이터로의 전류 지시치를 설정하는 피드백 제어에 의해 행하도록 하고, 상기 판정수단에 의해 상기 싱크로 기구가 동기 상태에 있다고 판정했을 때에는 전류 지시치를 선택된 변속단의 변속비에 대응한 소정치로 설정하도록 한다.
이에 의해, 변속비에 따른 속도로 상기 전환기구의 기어를 연결할 수 있게 되어 기어 울림이나 과부하를 방지할 수가 있다. 또한, 전류 지시치는 변속비가 클 수록 작게 설정하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하기로는, 엔진과 상기 전환기구와의 사이에 액추에이터에 의해 단절, 접속조작 되는 구동력 단절, 접속 클러치를 장착하고, 상기 제어수단에 의해 전류 지시치가 변속단의 변속비에 따른 소정치로 설정된 후, 공급 전류치가 일정치 또는 개략 일정치가 되었을 때, 상기 액추에이터에 의해 상기 클러치의 접속을 개시하도록 한다.
이에 의해, 전용의 센서나 스위치 등을 마련하는 일 없이 상기 전환기구의 시프트 전환 완료를 확인할 수 있게 되어 가격의 저감을 도모할 수 있음과 동시에, 적절한 타이밍으로 상기 클러치를 접속할 수 있게 되어, 상기 클러치의 접속 타이밍이 시프트 전환 완료로 선행하는 것에 의한 기어 울림 등의 불량이나, 상기 클러치의 접속 타이밍이 시프트 전환 완료로부터 지연되는 것에 의한 드라이버의 위화감을 방지할 수가 있다.
(도면의 간단한 설명)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치가 적용된 파트 타임식 4륜구동 차량의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 각 검출 스위치와 구동상태와의 관계를 도시하는 대응도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD시의 트랜스퍼장치의 주요부 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 센터 데프 4WD시의 트랜스퍼장치의 요부 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 설명하기 위한 타임 챠트이다.
도 6의 A는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD시의 인디게이터 램프의 표시를 도시하는 도면이다.
도 6의 B는 본발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 도중의 인디게이터 램프의 표시를 도시하는 도면이다.
도 6의 C는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 센터 데프 4WD시의 인디게이터 램프의 표시를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 도시하는 플로우 챠트이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 도시하는 플로우 챠트이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 도시하는 플로우 챠트이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 도시하는 플로우 챠트이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 도시하는 플로우 챠트이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 도시하는 플로우 챠트이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 도시하는 플로우 챠트이다.
도 14는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치에 관한 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 제어를 도시하는 플로우 챠트이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시형태로서의 변속단 전환장치가 적용된 차량의 자동 클러치 시스템의 시스템 구성도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시형태로서의 변속단 전환장치에 관한 전환기구부의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시형태로서의 변속단 전환장치에 관한 변속단의 전환 제어를 설명하기 위한 타임 챠트이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
본 발명의 제1 실시형태에서는, 본 발명의 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치를 파트 타임식 4륜구동형 차량에 구비되어 2륜 구동상태와 4륜 구동상태 사이에서 구동상태의 전환을 행하는 구동상태 전환장치로서 구성되어 있다. 도 1 내지 도 14는 본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치를 도시한 것으로, 도 1은 본 구동상태 전환장치가 적용된 파트 타임식 4륜구동 차량의 구동계의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 차량(1)은, 후륜(82, 83)에 의한 구동을 기초로한 FR(프론트 엔진 리어 구동) 베이스의 4륜구동 차량으로서, 트랜스퍼장치(4)로부터 구동력을 보내 전륜(80, 81)에 전달함으로써 4륜구동을 하도록 한 것이다.
즉, 본 차량(1)에서는 엔진(2)에서 출력된 구동력은, 트랜스미션(T/M)(3)을 거쳐 트랜스퍼장치(4)의 인풋 샤프트(10)에 입력되어, 트랜스퍼장치(4) 내부에 있어서, 구동상태에 따라 전륜(80, 81)측과 후륜(82, 83)측에 각각 분배되게 되어 있다. 후륜(82, 83)측에 분배된 구동력은, 트랜스퍼장치(4)의 리어 아웃풋 샤프트(12)로부터 출력되어, 리어 아웃풋 샤프트(12)에 연결된 리어 프로펠러 샤프트를 거쳐 리어 데프(디퍼런셜 기어)(6)에 입력되게 되어 있다. 그리고, 구동상태에 따라 좌우로 분배되어 리어 액슬 샤프트(15, 16)를 개재하여 좌우의 후륜(82, 83)에 전달되게 되어 있다.
한편, 전륜(80, 81)측에 분배된 구동력은, 트랜스퍼장치(4)의 드라이브 스프로켓(36)으로부터 트랜스퍼 체인(37)을 개재하여 드리븐 스프로켓(13)에 전달되게 되어 있다. 드리븐 스프로켓(13)으로부터는 프론트 프로펠러 샤프트(14)가 전륜측으로 연장 설치(延設)되어 있고, 그 선단은 프론트 데프(디퍼렌셜기구)(7)에 접속되어 있다. 따라서, 드리븐 스프로켓(13)에 전달된 구동력은, 프론트 프로펠러 샤프트(14)를 거쳐 프론트 데프(7)에 입력되게 되어 있고, 프론트 데프(7)에 있어서 구동상태에 따라 좌우로 분배되어, 프론트 액슬 샤프트(17, 18)를 거쳐 좌우의 전륜(80, 81)에 전달되게 되어 있다. 또한, 한쪽측의 액슬 샤프트(17)에는, 프리 휠 기구(클러치장치)(5)를 갖추고 있다.
여기서, 트랜스퍼장치(4)의 구성에 관하여 상술하면, 트랜스퍼장치(4)는, 주로 부변속기(20), 2륜구동/4륜구동 전환기구(전환기구)(30), 센터 데프(40)로 구성되어 있고, 트랜스미션(3)으로부터의 출력은, 우선 부변속기(20)에 입력되게 되어 있다.
부변속기(20)는, 트랜스미션(3)으로부터 입력된 회전을, Hi/Low 전환 슬리브(29)를 이동시킴에 의해, 고속(Hi)과 저속(Low)과의 2단계로 전환하여 출력하게 되어 있다. 상술하면, 인풋 샤프트(10)와 리어 아웃풋 샤프트(12)와의 사이에는, 이들 샤프트(10, 12)와 동축상에 부변속기(20)로부터 센터 데프(40)에 구동력을 입력하는 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)가 갖추어져 있고, 부변속기(20)는, 인풋 샤프트(10)와 동축 일체로 마련된 인풋 기어(21) 및 클러치 기어(22)와, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)와 동축 별체로 마련된 Hi/Low 클러치 허브(클러치 기어)(23)와, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)의 일단에 동축 일체로 마련된 클러치 기어(24)와, 이들 클러치 기어(22. 23, 24)의 외주에 설치된 Hi/Low 전환 슬리브(29)를 갖추고 있다.
클러치 기어(22, 23, 24)는 축방향으로 함께 설치(竝設)되어 있고, Hi/Low 전환 슬리브(29)는 이들 클러치 기어(22, 23, 24)와 기어결합하여, 클러치 기어(22와 23)와의 사이 또는 클러치 기어(23, 24)와의 사이의 회전의 전달을 단절, 접속하도록 마련되어 있다. 또한, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)에는 로우 스피드 기어(25)가 회전이 자유롭게 축지지(軸支)되어 장착된다.
또한, 부변속기(20)에는, 인풋 샤프트(10), 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)에 병렬로 카운터 샤프트(28)가 갖추어져 있고, 카운터 샤프트(28)의 양 단에는 동축 일체로 카운터 기어(26, 27)가 갖추어지고, 각각 인풋 기어(21), 로우 스피드 기어(25)와 기어결합되어 있다. 또한, 로우 스피드 기어(25)는 인풋 기어(21)보다도 큰지름(즉, 기어수가 많다)이기 때문에, 이들과 기어결합하는 카운터 기어(26, 27)는, 이것과 역으로 카운터 기어(26)쪽이 큰지름으로 되어 있다.
이러한 구성에 의해서, 부변속기(20)에서는, Hi/Low 전환 슬리브(29)가 클러치 기어(22, 23)를 연결하고 있는 경우에는, T/M(3)으로부터 인풋 샤프트(10)로 전달된 회전은, 클러치 기어(22), Hi/Low 전환 슬리브(29), 클러치 기어(23)를 개재하여, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)로 그 대로의 회전수로 전달되게 되어 있다 (이하, 이 때의 Hi/Low 전환 슬리브(29)의 위치를 Hi위치라 한다).
한편, 클러치 기어(23, 24)를 연결하고 있는 경우에는, 클러치 기어(22, 23)가 분리되기 때문에, 인풋 샤프트(10)로부터 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)로의 직접적인 회전의 전달은 행하여지지 않고, T/M(3)으로부터 인풋 샤프트(10)에 전달된 회전은, 인풋 기어(10)로부터 카운터 기어(26), 카운터 샤프트(28), 카운터기어(27)를 개재하여 로우 스피드 기어(25)에 전달되고, 그 때에 감속이 행하여지게 되어 있다. 그리고, 감속된 회전은, 클러치 기어(24), Hi/Low 전환 슬리브(29), 클러치 기어(23)를 개재하여 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)로 전달되게 되어 있다 (이하, 이 때의 Hi/Low 전환 슬리브(29)의 위치를 Low위치라 한다).
부변속기(20)의 출력은, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)를 개재하여 센터 데프(40)에 전달되게 되어 있다. 센터 데프(40)는, 위성 기어식의 센터 데프로서, 데프 케이스(45)에 구비된 링 기어(44)와, 복수의 위성 기어(42)를 개재하여 링 기어(44)와 기어결합하는 선 기어(41)로서 구성되어 있다. 그리고, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)는, 위성 기어(42)를 회전이 자유롭게 지지하는 캐리어(43)에 연결되어 있고, 부변속기(20)의 출력을 캐리어(43)에 전달하게 되어 있다.
선 기어(sun gear;41)는 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)에 회전이 자유롭게 축지지된 인너 슬리브(46)의 일단에 동축 일체로 고정설치(固設)되어 있고, 인너 슬리브(46)의 다른 단에는 2륜구동/4륜구동 전환기구(30)를 구성하는 2륜구동/4륜구동 클러치 기어(2륜구동/4륜구동 클러치 허브)(32)가 동축 일체로 구비되어 있다. 즉, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)로부터 캐리어(43)에 입력된 구동력 중, 전륜측으로의 구동력 배분은 선 기어(41)로부터 인너 슬리브(46)를 거쳐 행하여지도록 이루어져 있다. 한편, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)로부터 캐리어(43)에 입력된 구동력 중에서 후륜측으로의 구동력의 배분은 데프 케이스(45)에 동축으로 연장설치된 아웃풋 샤프트(12)로부터 행해지게 되어 있다.
또한, 센터 데프(40)에는, 차동 제한장치로서의 비스커스 커플링유닛(VCU)(47)이 부설되어 있다. 여기서는, VCU(47)의 비스커스 케이스는 데프 케이스(45)와 일체로 되어 있고, 데프 케이스(45)의 내주면에는, 복수의 아우터 플레이트(48)가 마련되어 있다. 또한, 비스커스 허브는 인너 슬리브(46)가 겸용되어 있고, 인너 슬리브(46)의 외주면에는, 복수의 인너 플레이트(49)가 아우터 플레이트(48)에 대하여 교대로 마련되어 있다. 즉, 인너 슬리브(46)로부터 전륜측으로의 출력과, 데프 케이스(45)로부터의 후륜측으로의 출력은, VCU(47)에 의해서 조정되게 되어 있고, 양자간, 즉, 인너 슬리브(46) 및 인너 플레이트(49)와, 데프 케이스(45) 및 아우터 플레이트(48)와의 사이에서 회전차가 생겼을 때는, 고속회전측에서 저속회전측으로 구동력이 전달되어, 출력의 재 배분이 행하여지고, 차동이 제한되게 되어 있다.
이어서, 2륜구동/4륜구동 전환기구(30)에 관해서 설명하면, 2륜구동/4륜구동 전환기구(30)는, 트랜스퍼로서의 기능과 센터 데프(40)의 데프 록크의 기능을 함께 가지고 있으며, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)를 이동시키는 것에 의해, 각 기능의 전환이 행하여지도록 이루어져 있다. 즉, 2륜구동/4륜구동 전환기구(30)는, 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)와 동축일체의 클러치 기어(데프 록크 허브)(31)와, 2륜구동/4륜구동 클러치 기어(클러치 허브, 제 1 기어)(32)와, 인너 슬리브(46)의 외측에 축지지된 드라이브 스프로켓(36)과 동축일체의 클러치 기어(제 2 기어)(33)와, 이들 클러치 기어(31, 32, 33)의 외주에 외접하여 기어결합 가능하게 마련된 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(기어 연결부재)(34)를 갖추고 있고, 이들 클러치 기어(31, 32, 33)와 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)와의 기어결합 관계에 의해,구동 모드의 전환이 행하여지게 되어 있다.
상술하면, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)는, 2개의 내부 기어부(inner gear part;34a, 34b)를 구비하고 있으며, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 최전방에 위치하고 있을 때는, 클러치 기어(31, 32)가 인너 기어부(34b)에 의해 연결되게 되어 있다. 또한, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 중간위치에 위치하고 있을 때는, 클러치 기어(32, 33)가 인너 기어부(34b)에 의해 연결되게 되어 있고, 최후방에 위치하고 있을 때는, 모든 클러치 기어(31, 32, 33)가 인너 기어부(34a, 34b)를 통해 연결되게 되어 있다.
우선, 클러치 기어(31, 32)가 연결된 경우에 관하여 설명하면, 이 때, 인너 슬리브(47)의 회전은 트랜스퍼 드라이브 샤프트(11)에 구속되게 되어, 선 기어(41)와 캐리어(43)는 일체화 된다. 이 때문에, 피니언 기어(42)는 자전할 수 없고, 링 기어(44)도 선 기어(41), 캐리어(43)와 동속도로 회전하게 되어, 센터 데프(40)는 데프 록크 상태가 된다. 또한, 클러치 기어(33)는 해방되어 있기 때문에, 전륜측으로는 구동력은 전달되는 일이 없다. 따라서, 이 경우에는, 차량(1)의 구동상태는 후륜(82, 83)을 구동륜으로 하는 2WD로 된다 (이하, 이 때의 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)의 위치를 2WD위치라 한다).
다음에, 클러치 기어(32, 33)가 연결된 경우에는, 클러치 기어(31)가 해방되는 것에 의해, 센터 데프(40)의 데프 록크는 해제된다 (즉, 데프 프리(free) 상태가 된다). 그리고, 클러치 기어(32, 33)가 연결됨에 의해, 전륜측으로의 구동력의 전달경로가 형성되어, 차량(1)의 구동상태는 센터 데프 4WD가 된다. 즉, 트랜스퍼드라이브 샤프트(11)로부터 캐리어(43)에 입력된 구동력은, 선 기어(41)를 개재하여 인너 슬리브(46)에 전달되고, 클러치 기어(32, 33)의 연결을 개재하여 드라이브 기어(36)로부터 전륜측으로 출력되는 것이다. 또한, 후륜측에는, 링 기어(44)를 개재하여 데프 케이스(45)에 전달되어, 리어 아웃풋 샤프트(12)로부터 출력된다. 단, 전륜측으로의 출력과, 후륜측으로의 출력 사이에는 VCU(47)이 마련되어 있기 때문에, 양자간으로 회전차가 생겼을 때는, 출력의 재 배분이 행하여지게 되어 있다 (이하, 이 때의 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)의 위치를 센터 데프 4WD위치라 한다). 또한, 클러치 기어(32, 33)의 사이에는, 클러치 기어(32, 33)의 연결을 원활히 하기 위한 싱크로 기구(35)가 갖추어져 있지만, 이것에 관해서는 후술한다.
그리고, 클러치 기어(31, 32, 33)의 모두가 연결된 경우에는, 상술한 바와 같이 클러치 기어(32, 33)가 연결되었을 때와 같이, 전륜측으로의 구동력의 전달경로가 형성되고, 또한, 클러치 기어(31)가 연결됨에 의해, 센터 데프(40)는 데프 록크 상태가 된다. 즉, 이 경우에는, 차량(1)의 구동상태는 직결 4WD가 되어, 전륜측, 후륜측에 항상 각각의 접지하중에 비례한 구동력이 분배된다 (이하, 이 때의 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)의 위치를 직결 4WD위치라 한다).
부변속기(20), 2륜구동/4륜구동 전환기구(30), 센터 데프(40)의 각 구성은 상술과 같지만, 트랜스퍼장치에는, 또한,부변속기(20)의 Hi/Low 전환 슬리브(29) 및 2륜구동/4륜구동 전환기구(30)의 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)의 전환 제어를 하는, 시프트 액추에이터(전동 액추에이터)(50)가 갖추어져 있다.
시프트 액추에이터(50)는, 주로 전기 모터(51), 메인 시프트 레일(52), Hi/Low 전환 시프트 레일(55), 2륜구동/4륜구동 전환 시프트 레일(56)로 구성되어 있고, Hi/Low 전환 시프트 레일(55)에 갖추어진 시프트 포크(55a)에는, Hi/Low 전환 슬리브(29)가 결합되어 있고, 2륜구동/4륜구동 전환 시프트 레일(56)에 구비된시프트 포크(56a)에는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 결합되어 있다. 그리고, 트랜스퍼 컨트롤 유닛(제어수단, 이하, TCU라 한다)(100)으로부터의 지시에 의해 전기 모터(51)를 회전시켜, 각 시프트 레일(52, 55, 56)을 구동함에 의해, Hi/Low 전환 슬리브(29), 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)의 전환 제어를 하게 되어 있다.
상술하면, 전기 모터(51)의 출력축에는 피니언(51a)이 구비되며, 메인 시프트 레일(52)의 래크(52a)에 기어 결합되어 있다. 또한, 메인 시프트 레일(52)에는 다시 래크(52b, 52c)가 구비되고, 래크(52b)는 Hi/Low 전환 시프트 레일(55)에 구비된 래크(55b)와, 래크(52c)는 2륜구동/4륜구동 전환 시프트 레일(56)에 구비된 래크(56b)와, 각각 축심위치가 고정된 피니언(53, 54)을 개재하여 기어결합하고 있다. 단, 메인 시프트 레일(52)의 래크(52b, 52c)와 피니언(53, 54)과는 항상 기어결합하고 있는 것은 아니며, 전기 모터(51)에 의해 구동되는 메인 시프트 레일(52)의 위치에 따라서 기어결합되게 되어 있다.
메인 시프트 레일(52)의 위치와 차량(1)의 구동상태와의 관계에 관해서, 메인 시프트 레일(52)이 최후방에 위치하고 있는 경우를 기준으로 하여 설명하면, 우선, 이 때는, Hi/Low 전환 슬리브(29)는 Hi위치가 되고, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)는 2WD위치로 되어 있다. 따라서, 차량(1)의 구동상태는 2WD로 되어 있다.
전기 모터(51)를 회전시켜 메인 시프트 레일(52)을 상기 위치로부터 전진시키면, 래크(52c), 피니언(54), 래크(56b)를 통해 2륜구동/4륜구동 전환 시프트 레일(56)은 후퇴하며, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)는 클러치 기어(32, 33)를 연결함과 동시에, 클러치 기어(31, 32)의 연결을 해제한다. 즉, 센터 데프 4WD위치가 된다. 한편,Hi/Low 전환 시프트 레일(55)은, 래크(52b)와 피니언(53)이 기어결합하지 않고 있기 때문에 구동력이 전달되지 않고, Hi/Low 전환 슬리브(29)는 Hi위치 그대로가 된다. 따라서, 차량(1)의 구동상태는 센터 데프 4WD가 된다.
또한, 전기 모터(51)를 회전시켜 메인 시프트 레일(52)을 전진시키면, 래크(52c), 피니언(54), 래크(56b)를 개재하여 2륜구동/4륜구동 전환 시프트 레일(56)은 더욱 후퇴하여, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)는 클러치 기어(32, 33)의 연결을 유지함과 함께, 또한, 클러치 기어(31)도 연결하여 직결 4WD위치가 된다. 따라서, 차량(1)의 구동상태는 직결 4WD가 된다. 단, Hi/Low 전환 시프트 레일(55)은, 래크(52b)와 피니언(53)이 기어결합하지 않고 있기 때문에 구동력이 전달되지 않고, Hi/Low 전환 슬리브(29)는 Hi위치 그대로가 된다 (이하, 이 구동상태를 직결4H라 한다).
그리고, 전기 모터(51)을 회전시켜 메인 시프트 레일(52)을 최전방까지 전진시키면, 래크(52c)와 피니언(54)과의 기어결합이 해제되어, 2륜구동/4륜구동 전환 시프트 레일(56)에는 구동력은 전달되지 않고, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)는 직결 4WD위치 그대로가 된다. 한편, Hi/Low 전환 시프트 레일(55)은, 래크(52b)와 피니언(53)이 기어결합됨에 의해, 래크(52b), 피니언(53), 래크(55b)를 통해 메인시프트 레일(52)의 전진에 따라 후퇴한다. 이에 의해, Hi/Low 전환 슬리브(29)는, 클러치 기어(22, 23)의 연결을 해제함과 동시에, 클러치 기어(23, 24)를 연결하며, 즉, Low위치가 되어 부변속기(20)에서의 감속이 행하여진다 (이하, 이 구동상태를 직결4L이라 한다).
또한, 상기의 각 시프트 포지션은, 메인 시프트 레일(52)에 당접하여 설치된 2WD/4WD 검출 스위치(61), 4WD 검출 스위치(62), 센터 데프(C/D) 록크 검출 스위치(63)와, Hi/Low 전환 시프트 레일(55)에 당접하여 설치된 4LLC 검출 스위치(64)와, 2륜구동/4륜구동 전환 시프트 레일(56)에 당접하여 설치된 2WD 검출 스위치(65)와의 각 신호의 조합에 의해 검출할 수 있게 되어 있다.
즉, 각 시프트 레일(52, 55, 56)상에는, 각 스위치(61 내지 65)에 대응하는 오목부(도 3, 4참조)(91 내지 95)가 구비되어 있고, 각 스위치(61 내지 65)는 이들 오목부(91 내지 95)를 검출했을 때(선단이 오목부에 진입했을 때)에 온이 되게 되어 있다. 각 스위치(61 내지 65)에 대한 각 시프트 레일(52, 55, 56)상의 오목부(91 내지 95)의 위치는 다음과 같이 되어 있다.
우선, 메인 시프트 레일(52)상에 마련된 오목부(91)는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 2WD위치 또는 센터 데프 4WD위치에 있을 때에 2WD/4WD 검출 스위치(61)가 당접하는 위치에 배치되어 있다. 마찬가지로 메인 시프트 레일(52)상에 마련된 오목부(92)는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 센터 데프 4WD위치 또는 직결 4WD위치에 있고, 또한, Hi/Low 전환 슬리브(29)가 Hi위치에 있을 때에 4WD 검출 스위치(62)와 당접하는 위치에 배치되어 있다. 마찬가지로 메인 시프트레일(52)상에 마련된 오목부(93)는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 직결 4WD위치에 있을 때에 센터 데프 록크 검출 스위치(63)와 당접하는 위치에 배치되어 있다.
또한, Hi/Low 전환 시프트 레일(55)상에 마련된 오목부(94)는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 직결 4WD위치에 있고, 또한, Hi/Low 전환 슬리브(29)가 Low위치에 있을 때에 4LLC 검출 스위치(64)와 당접하는 위치에 배치되어 있고, 2륜구동/4륜구동 전환 시프트 레일(56)상에 마련된 오목부(95)는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 2WD위치에 있을 때에 2WD 검출 스위치(65)와 당접하는 위치에 배치되어 있다.
이러한 각 시프트 레일(52, 55, 56)상에서의 오목부(91 내지 95)의 위치 설정에 의해, 도 2에 도시하는 바와 같이, 2WD 검출 스위치(65)와 2WD/4WD 검출 스위치(61)와가 온(on)일때는, 차량(1)의 구동상태는 2WD로 판정할 수 있다. 마찬가지로, 2WD/4WD 검출 스위치(61)와 4WD 검출 스위치(62)가 온 일때는, 센터 데프 4WD로 판정할 수 있고, 4WD 검출 스위치(62)와 센터 데프 록크 검출 스위치(63)가 온 일때는 직결 4H로 판정, 센터 데프 록크 검출 스위치(63)와 4LLC 검출 스위치(64)와가 온인 때는 직결4L로 판정할 수 있다. 또한, 각 구동상태 사이에서의 전환 도중인 것도 판정 가능하게 되어 있다. 또한, 각 스위치(61 내지 65)의 검출신호는, TCU(100)에 입력되게 되어 있고, TCU(100)에서 상기 판정이 행하여지게 되어 있다.
이상 설명한 부변속기(20), 2륜구동/4륜구동 전환기구(30), 센터 데프(40),시프트 액추에이터(50)는, 도시하지않는 트랜스퍼 케이스 내에 일체로 수납되어,트랜스퍼장치(40)를 구성하고 있다.
다음에, 프리 휠 기구(5)에 관해서 설명하면, 프리 휠 기구(5)는, 2WD시의 동력 손실의 경감을 위한 장치로서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 프론트 액슬 샤프트(17)를 도중에 분리하며, 그 단부에 클러치 기어(72, 73)를 갖추고, 슬리브(71)에 의해 클러치 기어(72, 73)를 분리.접속하게 되어 있다. 슬리브(71)의 구동은 진공 액추에이터(75)에 의해 행하여지도록 되어 있으며, TCU(100)는 솔레노이드(조작수단)(76)을 제어하여 진공 액추에이터(75) 내에서의 부압(負壓)의 작용을 방향을 변화시킴 으로써 슬리브(71)에 결합하는 시프트 로드(74)의 위치를 2단계로 조정할 수 있게 되어 있다.
예컨대, 4WD(센터 데프 4WD, 직결4H, 직결4L)시에는, 시프트 로드(74)는
진공 액추에이터(75)측으로 끄리며, 슬리브(71)는 클러치 기어(72, 73)를 연결한 상태〔프리 휠(F/W)기구 록크상태〕가 되어, 전륜(80)과 프론트 데프(7)와는 프론트 액슬 샤프트(17)를 개재하여 연결된다. 따라서, 4WD시에는, 프론트 프로펠러 샤프트(14)로부터 프론트 데프(4)에 입력된 구동력은, 프론트 데프(7)에 있어서 좌우로 같게 분배되어, 프론트 액슬 샤프트(17, 18)를 개재하여 전륜(80, 81)에 전달되게 된다.
한편, 2WD시에는, 시프트 로드(74)는 진공 액추에이터(75)에 의해 전방(도 1중 아래 쪽)으로 눌리어지고, 슬리브(71)에 의한 클러치 기어(72, 73)의 연결은 해제된 상태(프리 휠 기구 프리상태)가 되어, 전륜(80)과 프론트 데프(7)와는 분리된다. 이에 의해, 프론트 데프(7)의 전륜(81)측의 사이드 기어는 공전하여, 2WD시에는, 프론트 데프(7)로부터 드라이브 스프로켓(36)에 이르기까지의 프론트 구동계는 회전하지 않게 되어, 동력 손실이 경감되게 된다.
또한, 프리 휠 기구(5)가 록크상태에 있는지 프리상태에 있는지는, 시프트 로드(74)에 당접하여 설치된 프리 휠 인게이지 스위치(60)의 검출신호에 의해, TCU(100)에서 판정되게 되어 있다. 즉, 시프트 로드(74)가 이동하여, 프리 휠 인게이지 스위치(60)의 선단이, 시프트 로드(74)상의 소정위치에 마련된 오목부에 진입했을 때는, 프리 휠 인게이지 스위치(60)가 온으로 되며, TCU(100)는 프리 휠 기구(5)가 록크상태가 되었다고 판정하게 되어 있다.
이상, 본 구동상태 전환장치가 적용된 파트 타임식 4륜구동 차량의 구성에 관해서 설명하였지만, 이어서, 상기 차량의 구동상태의 제어를 하는 TCU(100)에 관해서 설명한다.
TCU(100)에는, 전술한 바와 같이 각 스위치(60 내지 65)로부터의 검출신호 이외에, 액셀 개방도 센서(110)로부터의 액셀 개방도 신호나, 스톱 램프 스위치(111)로부터의 브레이크 신호, 또한, 셀렉트 레버(구동 모드선택 레버)에 갖추어진 셀렉트 스위치(112)로부터의 셀렉트 포지션 신호(구동 모드 선택 신호)가 입력되게 되어 있다. 또한, 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(검출수단)(66)로부터는 리어 아우풋 샤프트(리어 프로펠러 샤프트)(12)의 회전속도의 검출신호가, 프론트 프로펠러 샤프트 스피드 센서(검출수단)(67)로부터는 프론트 프로펠러 샤프트(14)의 회전속도의 검출신호가 각각 입력되도록 되어 있다.
TCU(100)에서는, 이들 검출신호에 의거하여, 시프트 액추에이터(50)의 전기 모터(51)나, 프리 휠 기구(5)의 솔레노이드(76)를 적절히 제어하여, 차량(1)의 구동상태를 제어하게 되어 있다. 여기서, 도 3 내지 도 6 C는, 2WD에서 센터 데프 4WD으로의 구동상태의 전환시의 제어에 관해서 도시하는 것으로서, 이하, 도 3 내지 도 6의 C를 이용하여 2WD에서 센터 데프 4WD으로의 구동상태의 전환 제어방법에 관해 설명한다. 또한, 도 3, 도 4에 도시하는 오목부 종단면에 있어서, 케이싱의 단면과 크랭크 샤프트의 단면에 대해서는 해칭(사선)을 하고 있지만, 다른 가동부분의 단면에 관해서는 생략하고 있다.
우선, 차량(1)의 구동상태가 2WD로 되어 있을 때는, 도 3에 도시하는 바와 같이, Hi/Low 전환 슬리브(29)는, 클러치 기어(22)와 클러치 기어(23)를 연결하는 Hi위치측에 위치하고 있고, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)는, 클러치 기어(31)와 클러치 기어(32)를 연결하는 2WD위치측에 위치하고 있다. 이 때, 2WD 검출 스위치(65)와 2WD/4WD 검출 스위치(61)가 온으로 되어 있고, 인 파넬 내의 인디게이터 램프(116)에서는, 도 6의 A에 도시하는 바와 같이, 전륜 램프(113)와 센터 데프 록크 램프(115)는 소등하고, 후륜 램프(114)는 점등하고 있다. 이것에 의해, 운전자는 현재, 차량(1)의 구동상태가 2WD인 것을 인식할 수 있게 되어 있다. 또한, 이 때는 프리 휠 기구(5)는, 프리상태로 되어 있다. 또한, 도 6의 A 내지 도 6의 C에서, 램프(113, 114, 115)의 점등은 사선을 붙여 도시하고, 점멸은 사선을 붙임과 함께 그 주위에 방사상의 선을 붙여 도시하고 있다. 또한, 소등시에는 이들 사선 등은 붙이지 않는다.
이러한 상태로, 운전자가 셀렉트 레버를 2H(2WD)에서 4H(센터 데프 4WD)로시프트 되면, 셀렉트 스위치로부터 셀렉트 모드 신호가 TCU(100)에 입력된다. TCU(100)에서는, 이하의 조건이 성립하고 있는 경우에 시프트 액추에이터(50)의 전기 모터(51)나, 프리 휠 기구(5)의 솔레노이드(76)를 제어하여 센터 데프 4WD로의 구동상태의 전환을 시작한다.
우선, 전환 시작의 제1의 조건은, 차량(1)이 중저속 주행을 하고 있을 것, 즉, 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(66)의 검출신호에 의거하여 검출한 차속(車速)이 소정치 이하인 것이다. 그리고, 제2의 조건은, 액셀 개방도 센서(110)로 검출한 액셀 개방도가 소정치 이하일 것, 제3의 조건은, 차량(1)의 가속도 또는 감속도의 절대치가 소정치 이하일 것이다. 또한, 가속도, 감속도는 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(66)로부터의 검출신호에 의거하여 연산한다. 이들 조건은, 고속주행시나 가감속시에 전환을 행하면, 싱크로 기구(35)가 동기 불량을 일으켜 내구성을 악화시킬 가능성이 있기 때문에, 이러한 상태로의 전환을 방지하기 위해서 설정한 것이다.
이상의 조건이 모두 성립한 경우, TCU(100)는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)를 2WD위치로부터 클러치 기어(32)와 클러치 기어(33)를 연결하는 센터 데프 4WD위치로 이동시키 도록, 시프트 액추에이터(50)의 전기 모터(51)에 전류를 공급하기 위한 전류치 제어(피드백 제어)를 시작한다. 이 때, 도 5에 도시하는 바와 같이, 전기 모터(51)의 기동 직후에는 서지 전류(돌입전류)가 흐르기 때문에, 전류 지시치(피드백 제어에 있어서의 목표치)는 상정되는 서지 전류치보다도 높은 쪽의 제1 지시치로 설정한다.
또한, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 이동을 시작함에 의해, 2WD 검출 스위치(65)는 오프가 되고, 2WD/4WD 검출 스위치(61)만이 온(on) 된다. 이에 의해, 인디게이터 램프(116)에서는, 도 6의 B에 도시하는 바와 같이, 센터 데프 록크 램프(115)는 소등하고, 후륜 램프(114)는 점등한 그대로 이지만, 전륜 램프(113)가 점멸을 시작하게 되어 있다. 이에 의해, 운전자는 차량(1)의 구동상태가 2WD에서 센터 데프 4WD로 전환되고 있는 도중인 것을 인식할 수 있게 되어 있다.
2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 2WD위치로부터 센터 데프 4WD위치로 이동할 때, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)와 데프 록크 허브(31) 및 2륜구동/4륜구동 클러치 허브(32)와의 접촉면에 있어서 슬라이드 저항이 발생한다. 따라서, 전기 모터(51)는 이 슬라이드 저항에 대항할 만큼의 추진력이 필요하게 되어, 전기 모터(51)에는 필요한 추진력에 따른 크기의 전류가 공급된다. 이 때, TCU(100)의 기능 요소인 평균 전류치 산출 수단(101)에서는, 서지 전류가 흐른 후, 소정 시간의 공급 전류치(모니터 전류치, 즉 피드백 제어에 있어서의 실제 값)를 샘플링하여, 그 평균치를 산출하게 되어 있다.
그런데, 2륜구동/4륜구동 클러치 허브(32)와 클러치 기어(33)와의 사이에는, 싱크로 기구(35)가 갖추어져 있다. 여기서는, 싱크로 기구(35)는 더블 콘 타입이 채용되어 있고, 클러치 기어(33)에 지지되어 정지하고 있는 센터 콘(352)의 안쪽에는 인너 링(353)이 설치되고, 외측에는 아우터 링(351)이 설치되어 있다. 또한, 아우터 링(351)의 외측에는 링 모양의 싱크로나이저 스프링(354)이 접촉하고 있다.
이 때문에, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 센터 데프 4WD위치측으로 이동하면, 싱크로나이저 스프링(354)를 개재하여 아우터 링(351)이 센터 콘(352)에 꽉 눌리게 되어 있다. 그리고, 그 후, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 아우터 링(351)의 챔버부와 결합하여, 클러치 허브(32)와 클러치 기어(33)가 동기하게 되어 있다.
이와 같이 싱크로 기구(35)에 의한 동기가 시작되는 경우, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)의 이동은 아우터 링(351)에 의해 일단 저지되어 감속 또는 정지상태가 되기 때문에, 전기 모터(51)에 공급되는 전류치는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 받는 저항에 따라서, 도 5에 도시하는 바와 같이 점차로 상승해 나간다 (도 5 사선부 참조). 그래서, TCU(100)의 기능 요소인 판정수단(102)에서는, 전기 모터(51)에 공급되는 전류치와 평균 전류치 산출 수단(101)에서 산출한 평균 전류치와의 차가, 소정의 임계치를 넘었을 때는, 싱크로 기구(35)에 의한 동기가 시작된 것으로 판정하게 되어 있다.
이와 같이, 상기 평균 전류치를 싱크로 기구(35)의 동기 시작의 판정 기준으로 하고 있는 것은 다음 이유에 의한다. 즉, 전기 모터(51)에 공급되는 전류치는, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)와 클러치 기어(31, 32)간의 슬라이드 저항에 비례하지만, 이 슬라이드 저항은 차속이나 액셀 개방도 등의 주행조건에 의해 여러가지로 변화된다. 따라서, 판정기준을 고정으로 했다면 주행조건의 영향을 받아 정확한 판정을 할 수 없다. 그래서, 주행조건에 대응하여 변화되는 평균 전류치를 판정기준으로 하는 것에 의해, 정확한 동기 판정을 보증할 수 있도록 한 것이다.
그리고, 판정수단(102)에 의해서 싱크로 기구(35)의 동기 시작이 판정되었을때, TCU(100)에서는, 제1 지시치로 설정하고 있었던 전류 지시치를, 제1 지시치보다도 낮은 제2 지시치로 설정하게 되어 있다 (이상, A 구간).
이와 같이 전류 지시치를 저하시키는 것에 의해, 전기 모터(51)에 공급되는 전류치도 저하하여, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)는 현상위치에 유지되게 된다. 따라서, 싱크로 기구(35)의 동기 상태도 유지되게 된다.
다음에, TCU(100)는, 전류 지시치를 제2 지시치로 유지한 싱크로 기구(35)의 동기 상태를 유지하면서, 솔레노이드(76)를 제어하여 진공 액추에이터(75)를 구동하여, 프리상태로 있던 프리 휠 기구(5)를 록크하게 되어 있다.
단, 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(66) 및 프론트 프로펠러 샤프트 스피드센서(67)의 검출신호에 의해 산출되는 전후륜 속도 차, 엄밀히 말하면, 프리 휠 기구(5)를 록크하여 프론트 프로펠러 샤프트(14)의 회전을 전륜(80, 81)에 전달한 경우에 발생하는 전후륜 속도 차가 소정치를 넘어 있는 경우에는, TCU(100)에 구비되어지는 금지수단(103)에 의해 프리 휠 기구(5)의 록크가 금지되게 되어 있다. 이것은, 싱크로 기구(35)가 완전히 동기 상태로 되어 클러치 기어(32, 33)간의 회전속도가 일치한 경우에는, 상기의 전후륜 속도 차는 발생하지 않는 것에 대하여, 이 값이 소정치를 초과하고 있는 경우에는 싱크로 기구(35)가 완전히 동기하고 있다고 할 수 없기 때문이다. 그리고, 전륜(80, 81)이 후륜(82, 83)과 같은 속도로 회전하고 있다고 하면, 이러한 상태에서 프리 휠 기구(5)를 록크하려고 하여도, 클러치 기어(72, 73)간의 속도 차가 지나치게 크고, 결합 미스가 생길 가능성이 높다. 그래서, 상기 전후륜 속도 차가 소정치 이하가 될 때 까지, 프리 휠 기구(5)의 록크를 행하지 않게 되어 있다 (이상, B 구간).
그리고, 전후륜 속도 차가 소정치 이하가 되면, 프리 휠 기구(5)가 록크 상태로 되고, 프리 휠 인게이지 스위치(60)가 온으로 된 때에, TCU(100)는, 다시 전류 지시치를 제1 지시치로 상승시키도록 되어 있다. 이에 의해, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)는, 전기 모터(51)로부터의 강한 추진력을 받아 싱크로 기구(35)를 넘어서 센터 데프 4WD위치측으로 이동하여, 클러치 기어(33)와 결합함과 동시에, 데프 록크 허브(31)와의 결합을 해제한다.
그리고, 도 4에 도시하는 바와 같이 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)가 센터 데프 4WD위치로 이동 완료하면, 2WD/4WD 검출 스위치(61)에 더하여, 4WD 검출 스위치(62)도 온이 된다. 이에 의해, 인디게이터 램프(116)에서는, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 전륜 램프(113)가 점멸을 멈추고, 항상 점등하게 되어 운전자는 차량(1)의 구동상태가 센터 데프 4WD로 완전히 전환된 것을 인식할 수 있게 되어 있다. 그리고, TCU(100)에서는, 센터 데프 4WD로의 전환의 완료에 따라 전기 모터(51)로의 전류공급을 정지하게 되어 있다 (이상, C 구간).
본 발명의 제1 실시형태로서의 구동상태 전환장치가 적용된 파트 타임식 4륜구동 차량은 상술한 것과 같이 구성되어 있기 때문에, 2WD에서 센터 데프 4WD로의 구동상태의 전환시에는, 예컨대, 도 7 내지 도 14에 도시하는 것 같은 플로우 챠트에 따라서 제어가 행하여진다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 우선, TCU(100)에서는, 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(66)의 검출신호에 의거하여 차속을 검출하고 (스텝 S101), 액셀 개방도 센서(110)의 검출신호에 의거하여 액셀 개방도를 검출한다 (스텝 S102). 또한, 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(66)의 검출신호에 의거하여 차량의 가속도/감속도를 검출하고 (스텝 S103), 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(66)의 검출신호와 프론트 프로펠러 샤프트 스피드센서(67)의 검출신호에 의거하여 전후륜 속도 차를 검출한다 (스텝 S104).
그리고, 트랜스퍼장치(4)가 아직 2WD 상태 그대로인 경우, 즉, 2WD 검출 스위치(65)와 2WD/4WD 검출 스위치(61)가 온으로 되어 있는 경우에는 (스텝 S105), 차량(1)이 중저속 주행이고, 또한 액셀 개방도, 가속도/감속도가 함께 작은지의 여부를 판정한다 (스텝 S106).
스텝 S106의 조건을 만족한 경우에는, 도 8의 스텝 S201으로 이동되며, 프리 휠 기구(FW)(5)는 프리상태를 유지한 채로 (스텝 S201), 시프트 액추에이터(ACT)(50)의 전기 모터(51)을 구동하여, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)의 2WD위치로부터 센터 데프 4WD위치로의 전환을 시작한다 (스텝 S202). 이에 의해, 인디게이터 램프(116)에서는, 소등하고 있었던 전륜 램프(113)가 점멸을 시작한다 (스텝 S203).
한편, 스텝 S106의 조건을 만족하지 않은 경우에는, 도 9의 스텝 S301으로 이동되며, 프리 휠 기구(5)는 프리상태로 유지되고 (스텝 S301), 시프트 액추에이터(50)는 전환이 금지되지만 (스텝 S302), 운전자의 셀렉트 레버의 조작을 접수한 것을 표시하기 위해서, 이 경우에도, 인디게이터 램프(116)에서는, 소등하고 있었던 전륜 램프(113)의 점멸을 시작한다 (스텝 S303).
또한, 도 7로 되돌아가, 스텝 S105에 있어서 트랜스퍼장치(4)가 2WD 상태로 되어 있지 않은 경우, 즉, 2WD 검출 스위치(65)가 오프가 된 경우에는, 또한, 트랜스퍼장치(4)가 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 도중인지 아닌지의 여부, 즉, 2WD/4WD 검출 스위치(61)만이 온으로 되어 있는지를 판정한다 (스텝 S107).
그리고, 2WD에서 센터 데프 4WD로의 전환 도중이라고 판정된 경우에는, 프리 휠 인게이지 스위치(60)의 신호에 의거하여 프리 휠 기구(5)의 상태를 판정하고 (스텝 S108), 프리상태인 경우에는, 다시, 차량(1)이 중저속 주행으로서, 또한 액셀 개방도, 가속도/감속도가 함께 작은지 아닌지의 여부를 판정한다 (스텝 S109).
스텝 S109의 조건을 만족하지 않은 경우에는, 도 12의 스텝 S601로 이동하며, 프리 휠 기구(5)는 프리상태를 유지한 채로 (스텝 S601), 시프트 액추에이터(50)의 전기 모터(51)를 구동하여, 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)를 2WD위치로 되돌린다 (스텝 S602). 이에 의해, 인디게이터 램프(116)에서는, 전륜 램프(113)는 점멸하는 채로 된다 (스텝 S603).
한편, 스텝 S109의 조건을 만족하는 경우에는, 전기 모터(51)에 실제로 공급되어 있는 전류치를 모니터링하여, 싱크로 기구(35)가 동기를 시작하였는지의 여부를 판정한다 (스텝 S11O).
모니터링한 전류치와 소정 시간의 평균 전류치와의 차가 소정의 임계치보다도 작은 경우에는, 아직 동기를 시작하지 않고 있는 것으로 판단한다. 그리고, 도 8의 스텝 S201으로 이동되며, 프리 휠 기구(5)는 프리상태를 유지한 채로 (스텝 S201), 시프트 액추에이터(50)의 전기 모터(51)을 구동하여, 2륜구동/4륜구동 전환슬리브(34)의 2WD위치로부터 센터 데프 4WD위치로의 전환을 속행한다 (스텝 S202). 이 때, 인디게이터 램프(116)에서는, 전륜 램프(113)는 점멸하는 채로 된다 (스텝 S203).
이에 대하여, 모니터링한 전류치와 소정 시간의 평균 전류치와의 차가 소정의 임계치를 넘었을 때는, 싱크로 기구(35)가 동기를 시작한 것으로 판단하여, 다시, 전후륜 속도 차가 소정치보다도 작은지의 여부를 판정한다 (스텝 S111).
그리고, 전후륜 속도 차가 소정치 이하인 경우에는, 도 10의 스텝 S401으로 이동되며, 솔레노이드(76)를 제어하여 진공 액추에이터(75)를 구동하여, 프리 휠 기구(5)를 프리상태로부터 록크상태로 전환한다 (스텝 S401). 이 사이에, 시프트 액추에이터(50)의 전기 모터(51)로의 전류 지시치는, 초기의 제1 지시치보다도 낮은 제2 지시치로 설정되고, 싱크로 기구(35)의 동기 상태는 유지되어 있다 (스텝 S402). 이 때에도 인디게이터 램프(116)의 전륜 램프(113)는 점멸하는 채로 된다 (스텝 S403).
한편, 전후륜 속도 차가 소정치를 넘어서(over) 있는 경우에는, 도 11의 스텝 S501으로 이동되며, 프리 휠 기구(5)를 프리상태로 유지한 채로 (스텝 S501), 시프트 액추에이터(50)는 싱크로 기구(35)의 동기 상태를 유지한다 (스텝 S502). 이 때에도 인디게이터 램프(116)의 전륜 램프(113)는 점멸하는 채로 된다 (스텝 S503).
또한, 도 7로 되돌아가서, 스텝 S108에 있어서 프리 휠 기구(5)가 록크상태로 있다고 판정된 경우에는, 도 13의 스텝 S701로 이동되며, 프리 휠 기구(5)를 록크상태로 유지한 채로 (스텝 S701), 시프트 액추에이터(50)의 전기 모터(51)로의 전류 지시치를, 제2 지시치로부터 제1 지시치로 복귀하며, 다시 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)의 센터 데프 4WD위치로의 전환을 속행한다 (스텝 S702). 이 때에도 인디게이터 램프(116)의 전륜 램프(113)는 점멸하는 채로 된다 (스텝 S703).
그리고, 스텝 S107에 있어서 트랜스퍼장치(4)가 4WD 상태로 전환되어 있다고 판정된 경우, 즉, 2WD/4WD 검출 스위치(61)와 4WD 검출 스위치(62)가 온으로 되어 있다고 판정된 경우에는, 도 14의 스텝 S801로 이동되며, 프리 휠 기구(5)는 록크상태를 유지하고 (스텝 S801), 시프트 액추에이터(50)는 현재위치에서 정지한다 (스텝 S802). 또한, 인디게이터 램프(116)에서는, 점멸하고 있었던 전륜 램프(113)가 항상 점등하여, 운전자에게 차량(1)의 구동상태가 센터 데프 4WD로 전환된 것이 표시된다 (스텝 S803).
이와 같이, 본 구동상태 전환장치에 의하면, 시프트 액추에이터(50)의 전기 모터(51)에 실제로 공급되는 전류치에 의거하여, 싱크로 기구(35)의 동기 상태를 판정할 수 있기 때문에, 전용의 스위치류를 마련할 필요가 없고 가격의 저감을 도모할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 싱크로 기구(35)의 동기 상태의 판정기준으로서, 전기 모터(51) 기동시의 서지 전류가 흐른 후의 소정 시간 내의 평균 전류치를 사용하고 있기 때문에, 차속이나 액셀 개방도 등의 주행조건의 변화에도 대응한 정확한 판정을 할수 있다는 이점도 있다.
또한, 2WD에서 센터 데프 4WD로 구동상태를 전환할 때, 프리 휠 기구(5)를 록크하고 나서 센터 데프 4WD로 전환하게 되어 있기 때문에, 비 구동륜측의 동기무너짐에 의한 2륜구동/4륜구동 전환 슬리브(34)와 클러치 기어(33)와의 결합 미스를 방지할 수가 있고, 또한, 센터 데프(40)의 공전에 의한 VCU(47)의 내구성의 악화 등도 방지할 수가 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 싱크로 기구(35)가 동기 상태로 되어 있는 경우에도, 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(66)와 프론트 프로펠러 샤프트 스피드 센서(67)와의 검출신호에 의거하여 산출되는 전후륜 속도 차가 소정치를 넘어서 있는 경우에는, 프리 휠 기구(5)의 록크가 금지되게 되어 있기 때문에, 클러치 기어(72, 73)간의 속도 차에 의한 결합 미스에 의해 프리 휠 기구(5)에 부담을 주는 것을 방지할 수가 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 인디게이터 램프(116)에 트랜스퍼장치(4)의 전환상태가 표시되게 되어 있기 때문에, 전환 도중에서의 가감속이나 조타 등을 하지 않도록 운전자를 촉구할 수 있다고 하는 이점도 있다.
또한, 상술의 실시형태에서는, 센터 데프(40)로서 프래네터리 기어를 적용한 경우에 관해서 설명하고 있지만, 베벨 기어를 적용하여도 좋다. 또한, 차동 제한장치로서는 VCU(47)에 한정되지 않고, 예컨대, HCU나 습식 다판 클러치를 갖추는 것도 가능하다.
또한, 상술의 실시형태에서는, 리어 프로펠러 샤프트 스피드 센서(66) 및 프론트 프로펠러 샤프트 스피드 센서(67)의 검출신호에 의거하여 전후륜 속도 차를 산출하고 있지만, 프론트 액슬 샤프트(17)에 회전속도 검출수단을 갖추고, 이 회전속도 검출수단의 검출신호와 프론트 프로펠러 샤프트 스피드 센서(67)의 검출신호에 의거하여 전후륜 속도 차를 산출하여도 좋다.
또한, 상술한 것과 같이 센터 데프 4WD 모드를 갖춘 4륜구동 차량뿐만 아니라, 2WD 모드와 직결 4WD 모드 및 그것 각각 만을 갖춘 4륜구동 차량에도 본 구동상태 전환장치를 적용하는 것은 가능하다.
다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 관해서 설명한다.
본 발명의 제2 실시형태에서는, 본 발명의 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치를 운전자의 시프트 조작에 응해서 변속단을 전환하는 변속단 전환장치로서 구성하고 있다. 도 15 내지 도 17은 본 발명의 제2 실시형태로서의 변속단 전환장치를 도시하는 것으로서, 여기서는, 도 15의 시스템 구성도에 도시하는 바와 같이, 본 변속단 전환장치를 차량의 자동 클러치 시스템으로서 구성한 경우에 관해서 설명한다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 본 자동 클러치 시스템은, 트랜스미션(200), 엔진(201), 엔진(201)으로부터 트랜스미션(200)으로의 구동력의 전달을 단절, 접속하는 클러치(구동력 단접용 클러치)(202), 트랜스미션(200)을 제어하는 트랜스미션 전자제어 유닛(이하, T/M-ECU라 한다)(203), 엔진(201)를 제어하는 엔진 전자제어 유닛(이하, 엔진 ECU라 한다)(204)으로서 주로 구성되어 있다.
트랜스미션(200)은 일반적인 매뉴얼 트랜스미션을 쓸 수 있지만, 본 자동 클러치 시스템에서는, 클러치 페달을 폐지하고 클러치 조작을 자동적으로 하기 위해 클러치 액추에이터(205)를 갖추고 있다. 또한, 시프트 전환을 자동적으로 하기 위해 시프트 액추에이터(전동 액추에이터)(206)을 갖추고 있다. 이들 클러치 액추에이터(205) 및 시프트 액추에이터(206)는 T/M-ECU(203)에 의해 제어된다.
도 16은 트랜스미션(200)에 있어서의 전환기구부의 일부(여기서는 1단(速)-2단(速) 전환기구부를 예시하고 있다)를 모식적으로 도시한 것이다. 도 16에 도시하는 바와 같이, 메인 샤프트(220)에는 1단 스피드 기어(221)와 2단 스피드 기어(222)가 회전이 자유롭게 축지지 됨과 동시에, 1단 스피드 기어(221)와 2단 스피드 기어(222)와의 사이에는 1-2단 클러치 허브(제 1 기어)(223)가 회전을 구속받으며 설치되어 있다. 1-2단 클러치 허브(223)의 외주에는 슬리브(기어 연결부재)(224)가 축방향으로 슬라이드 자유롭게 기어결합하고 있고, 1단 스피드 기어(221), 2단 스피드 기어(222)에는, 각각 1단 클러치 기어(제 2 기어)(225), 2단 클러치 기어(제 2 기어)(226)가 일체로 마련되어 있다.
또한, 1-2단 클러치 허브(223)와 1단 클러치 기어(225)와의 사이, 1-2단 클러치 허브(223)와 2단 클러치 기어(226)와의 사이에는, 각각 싱크로 기구(230, 240)가 갖추어져 있다. 여기서는 싱크로 기구(230, 240)로서 더블 콘 타입을 채용하고 있고, 1단 클러치 기어(225)측의 싱크로 기구(230)는, 1단 클러치 기어(225)와 일체로 지지된 센터 콘(232)과, 센터 콘(232)의 안쪽에 설치된 인너 링(233)과, 센터 콘(232)의 외측에 설치되어 슬리브(224)와 결합하는 아우터 링(231)으로서 구성되어 있다. 또한, 2단 클러치 기어(226)측의 싱크로 기구(240)는, 1단 클러치 기어(226)와 일체로 지지된 센터 콘(242)과, 센터 콘(242)의 안쪽에 설치된 인너 링(243)과, 센터 콘(242)의 외측에 설치되어 슬리브(224)와 결합하는 아우터 링(241)으로서 구성되어 있다.
이러한 구성에 의해, 슬리브(224)를 1단 스피드 기어(221)측으로 이동시켜,싱크로 기구(230)를 개재하여 1단 클러치 기어(225)에 결합시킴에 의해, 1-2단 클러치 허브(223)와 1단 클러치 기어(225)가 연결되어, 변속단은 1단으로 전환된다. 역으로 슬리브(224)를 2단 스피드 기어(222)측으로 이동시켜, 싱크로 기구(240)를 개재하여 2단 클러치 기어(226)에 결합시킴에 의해, 1-2단 클러치 허브(223)와 2단 클러치 기어(226)가 연결되어 변속단은 2단으로 전환된다.
전술의 시프트 액추에이터(206)는, 시프트 포크(227)를 개재하여 슬리브(224)에 연결되어 있고, 전기 모터(228)에 의해 구동되어 슬리브(224)를 축방향으로 이동시키게 되어 있다. T/M-ECU(203)에서는 전기 모터(228)에 공급하는 공급 전류치를 제어함에 의해, 구체적으로는 전류 지시치(피드백 제어에 있어서의 목표치)의 설정에 의해 슬리브(224)를 이동시키는 추진력을 조정하게 되어 있다.
T/M-ECU(203)에는, 액셀 개방도 신호, 차속 신호, 엔진 회전속도 신호, 트랜스미션(200)의 입력축 회전속도 신호, 클러치(202)의 릴리즈 스트로크 신호, 또한, 시프트 놉(knob) 신호(시프트 선택신호)가 입력되게 되어 있다. T/M-ECU(203)에서는, 이들 여러가지의 입력신호와 전기 모터(228)에 실제로 공급되는 전류치(모니터 전류치)의 변화에 의거하여, 엔진 ECU(204)를 개재하여 엔진(201)의 출력을 조정하면서 클러치 액추에이터(205) 및 시프트 액추에이터(206)를 제어하여, 운전자가 시프트 놉(도시 생략)를 조작하여 선택한 변속단으로의 전환을 달성하게 되어 있다.
이하, 도 17의 타임 챠트를 사용하여, 도 16을 참조하면서 본 변속단 제어장치에 관한 변속단의 전환 제어의 순서에 관해서 설명한다. 또한, 여기서는 최초의 변속단은 1단으로 설정되어 있고, 이것을 2단으로 전환하는 것으로 한다.
우선, 시점(t0)에 있어서 운전자의 시프트 놉의 조작에 의해 변속이 시작되었다고하면, T/M-ECU(203)에서는, 엔진 ECU(204)로의 엔진출력 지시치를 서서히 감소시켜 간다. 그리고, 엔진출력 지시치가 0이 되어 엔진출력이 커트된 때에(시점 t1), 클러치 액추에이터(205)로의 릴리즈 스트로크 지시치를 최대로 함과 동시에, 시프트 액추에이터(206)를 구동하는 전기 모터(228)에 의해 전류 지시치를 소정의 제1 지시치로 설정한다.
전기 모터(228)에 의해 구동된 시프트 액추에이터(206)는, 1단 클러치 기어(225)에 결합하고 있었던 슬리브(224)를 2단 스피드 기어(222)측으로 누르기 시작한다. 이 시프트 액추에이터(206)의 이동에 의해 슬리브(224)와 1단 클러치 기어(225)는 분리되지만, 이 때 슬리브(224)와 1단 클러치 기어(225)와의 사이에는 슬라이드 저항이 작용한다. 이 슬라이드 저항에 대항하는 만큼의 힘을 내기 위해서, 전기 모터(228)에 흐르는 전류치(모니터 전류치)는 일단 증대하지만, 슬리브(224)와 1단 클러치 기어(225)와의 분리가 진행됨에 따라서 서서히 저하된다. 슬리브(224)와 1단 클러치 기어(225)가 분리된 시점(t2)에서 전류치는 개략 일정하게 된다.
1단 클러치 기어(225)로부터 분리된 슬리브(224)는, 다시 2단 스피드 기어(222)측으로 밀리며, 싱크로 기구(240)의 아우터 링(241)을 센터 콘(242)으로 밀어 붙인다. 이에 의해, 센터 콘(242)과 아우터 링(241) 및 인너 링(243)과의 사이에서 마찰력이 발생하여 슬리브(224)와 2단 클러치 기어(226)와의 동기, 즉 1-2단 클러치 허브(223)와 2단 클러치 기어(226)와의 동기가 시작된다.
이와 같이 싱크로 기구(240)에 의한 동기가 시작되는 경우, 슬리브(224)의 이동은 아우터 링(241)에 의해 일단 저지되어 감속 또는 정지상태가 되기 때문에, 전기 모터(228)에 공급되는 전류치는 슬리브(228)가 받는 저항에 따라서 점차로 상승되어 간다 (도 17중의 사선부 참조). 그래서, T/M-ECU(203)의 기능 요소인 판정수단(250)에서는, 전류치의 증가를 확인한 시점 (t3)에서 동기가 시작되었다고 판정한다. 또한, 전류치 증가의 확인은, 예컨대, 모니터링한 전류치와 전류치가 개략 일정하게 된 시점(t2) 이후의 평균 전류치와의 차가 소정의 임계치를 넘었을 때에, 싱크로 기구(240)에 의한 동기가 시작된 것으로 판정하는 것이 좋다.
그리고, 판정수단(250)에 의해서 싱크로 기구(240)의 동기 시작이 판정되었을 때(시점 t3), T/M-ECU(203)에서는, 제1 지시치로 설정하고 있었던 전류 지시치를, 제1 지시치보다도 낮은 제2 지시치로 설정한다. 이 제2 지시치는 기어의 변속비(여기서는 2단의 변속비)에 맞추어 설정되어 있고, 변속비가 떨어져 있을 수록 지시치는 작게 설정되어 있다.
전류 지시치가 제2 지시치로 설정됨에 의해, 슬리브(224)와 2단 클러치 기어(226)와는 변속비에 따른 속도로 결합해 나간다. 이 때, 전류 지시치의 제2 지시치로의 변화에 의해 일단 저하한 전류치는 다시 상승해 나가지만, 이윽고 일정 또는 개략 일정한 값에서 변화하지 않게 된다.
또한, 이 때의 모니터 전류치의 변화는, 제1 실시형태에 있어서의 전류 지시치를 제1 지시치로부터 제2 지시치로 전환하였을 때의 변화의 모양(도 5 참조)과는 다르게 되어 있지만, 이것은 싱크로 용량(동기용량)의 상위에 의한 것이다. 즉, 싱크로 용량이 클 수록 슬리브를 이동하는 힘은 작게 끝나기 때문에 전기 모터에 공급하는 전류치(모니터 전류치)는 작게 되지만, 트랜스미션의 싱크로 기구와 트랜스퍼장치의 싱크로 기구에서는 싱크로 용량에 차가 있어 후자쪽이 싱크로 용량이 크기 때문에, 본 실시형태와 제1 실시형태에서는 모니터 전류치의 변화가 다르게 되어 있는 것이다.
그리고, 전류치가 일정 또는 거의 일정하게 되어 소정 시간경과한 시점 t4에서, 판정수단(250)은 슬리브(224)와 2단 클러치 기어(226)와의 결합이 완료되어 2단으로의 전환(시프트 전환)이 완료한 것으로 판정한다.
이 판정수단(250)에 의한 전환 완료 판정에 의거하여, T/M-ECU(203)는, 엔진출력 지시치를 서서히 상승시켜 엔진출력을 조정하면서, 릴리즈 스트로크 지시치를 서서히 내려가며 클러치(202)를 결합해 나간다. 그리고, 엔진출력 지시치가 액셀 개방도에 응한 값까지 상승한 때에, 릴리즈 스트로크 지시치를 0까지 내려 클러치(202)를 반 클러치 상태로부터 직결상태로 이행시킨다. 또한, 전류 지시치의 설정은, 전환 완료 판정 후는 0으로 설정하여 전기 모터(228)로의 전류공급을 정지한다.
이상의 전환 절차는 다른 변속단에 관해서도 마찬가지로서, 시프트 액추에이터(206)의 모니터 전류치의 변화에 의거하여 싱크로 기구의 동기 판정 및 시프트전환 완료 판정이 이루어진다. 그리고, 동기 판정에 의거하여 시프트 전환 제어가 행하여지고, 전환 완료 판정에 의거하여 클러치(202)의 결합제어가 행하여진다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시형태로서의 변속단 전환장치에 의하면, 시프트 액추에이터(206)를 구동하는 전기 모터(228)에 공급하는 전류치(모니터 전류치)의 변화로부터 싱크로 기구(230, 240)의 동기 시작을 판정하기 때문에, 전용의 센서나 스위치 등을 마련하는 일 없이 가격의 저감을 도모할 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 모니터 전류치의 변화에 의거하여 동기를 판정함에 의해, 부재간의 슬라이드 저항의 개체차나 경년변화 및 차속이나 액셀 개방도 등의 주행조건의 변화에도 대응한 정확한 판정이 가능하게 된다고 하는 이점도 있다.
또한, 동기 시작까지는 전류 지시치를 비교적 큰 제1 지시치로 설정함에 의해 동기 시작 시간을 단축할 수가 있음과 동시에, 동기 시작 후는 변속단의 변속비에 따른 제2 지시치로 설정함에 의해 변속비에 따른 속도로 기어를 연결할 수 있고, 기어 울림이나 과부하를 방지할 수가 있다. 따라서, 빠르고, 또한 확실한 변속단의 전환이 실현된다고 하는 이점이 있다.
또한, 시프트 전환 완료도 전기 모터(228)에 공급하는 전류치(모니터 전류치)의 변화에 의거하여 판정하기 때문에, 전용의 센서나 스위치 등을 마련하는 일 없이 가격의 저감을 도모할 수 있음과 동시에, 적절한 타이밍으로 클러치(202)를 접속할 수 있게 되어, 클러치(202)의 접속 타이밍이 시프트 전환 완료에 선행함에 의한 기어 울림 등의 불량이나, 클러치(202)의 접속 타이밍이 시프트 전환 완료로부터 지연되는 것에 의한 운전자의 위화감을 방지할 수 있다는 이점도 있다.
이상, 본 발명의 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치의 실시형태로서, 2WD 모드와 센터 데프 4WD 모드와의 사이에서 구동상태의 전환을 행하는 구동상태 전환장치와, 자동 클러치 시스템을 갖춘 변속단 전환장치에 관하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위로 여러가지 변형하여 실시할 수가 있다. 즉, 싱크로 기구를 개재한 기어의 연결에 의해 구동상태의 전환을 행하는 장치에 있어, 싱크로 기구의 동기 판정이 필요한 장치라면, 상술의 구동상태 전환장치나 변속단 전환장치에 한정되지 않고 널리 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 싱크로 기구에는, 상술의 각 실시형태에 사용하고 있는 더블 콘식 싱크로 기구에 한정되지 않고, 키식(key type) 싱크로 기구 등 여러가지 구조의 싱크로 기구가 포함된다.
이상과 같이, 본 발명의 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치는, 싱크로 기구가 정확한 동기 판정이 요망되는 장치에 유용하며, 특히, 2륜 구동상태와 4륜 구동상태와의 사이에서 구동상태를 전환하는 파트 타임식의 4륜구동형 차량의 구동상태 전환장치로서, 또한, 자동으로 클러치 조작 및 시프트 조작을 행하는 자동 클러치 시스템의 변속단 전환장치로서 유용하다.

Claims (9)

  1. 동축상에 설치된 제 1 기어(32, 223) 및 제 2 기어(33, 225, 226)와,
    축방향으로 이동하여 상기 제 1 기어(32, 223)와 상기 제 2 기어(33, 225, 226)를 연결 가능하게 하는 기어 연결부재(34, 224)와,
    상기 제 1 기어(32, 223)와 상기 제 2 기어(33, 225, 226) 사이에 설치되어 상기 기어 연결 부재(34, 224)에 의해 상기 제 1 기어(32, 223)와 연결될 때에 상기 제 1 기어(32, 223)와 상기 제 2 기어(33, 225, 226)를 동기 가능한 싱크로 기구(35, 230, 240)와,
    상기 기어 연결부재(34, 224)를 이동시키는 전동 액추에이터(50, 206)와,
    상기 전동 액추에이터(50, 206)로의 공급 전류를 제어하는 제어수단(100, 203)과,
    상기 전동 액추에이터(50, 206)로의 공급 전류치의 변화에 의거하여 상기 싱크로 기구(35, 230, 240)에 의해 상기 제 1 기어(32, 223)와 상기 제 2 기어(33, 225, 226)의 동기를 판정하는 판정수단(102, 250)을 구비한 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판정수단(102, 250)이 상기 공급 전류치를 소정 시간의 평균 공급 전류치와 비교하여 상기 공급 전류치와 평균 공급 전류치와의 차가 소정치를 넘었을 때에 상기 싱크로 기구(35, 230, 240)에 의해 상기 제 1 기어(32, 223)와 상기 제 2 기어(33, 225, 226)가 동기되어 있다고 판정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어수단(100, 203)이 상기 전동 액추에이터(50, 206)로의 전류 지시치를 설정하는 것에 의해 상기 공급 전류를 제어함과 함께 상기 판정수단(102, 250)에 의해 상기 싱크로 기구(35, 230, 240)에 의해 상기 제 1 기어(32, 223)와 상기 제 2 기어(33, 225, 226)가 동기 상태에 있다고 판정될 때까지는 전류 지시치를 제 1 지시치로 설정하고, 상기 싱크로 기구(35, 230, 240)에 의해 그 동기가 판정되면 전류 지시치를 상기 제 1 지시치보다 낮은 제 2 지시치로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기어(32)와 상기 제 2 기어(33)중의 어느 한쪽이 파트 타임식 4륜구동형 차량에 구비되어지고, 2륜 구동상태 일때에는 동력이 전달되지 않으며 4륜구동상태 일때만 동력을 전달하는 전달부재(36)에 연결되고,
    상기 기어 연결부재(34)는 상기 제 1 기어(32)와 상기 제 2 기어(33)의 결합관계를 상기 싱크로기구(35)를 거쳐 절환함에 의해 2륜 구동 상태와 4륜 구동 상태를 절환하는 전환 기구(30)를 설치하고,
    상기 판정수단(102)은 상기 전환기구(30)에 의한 2륜 구동상태로부터 4륜 구동상태로의 구동상태의 전환 개시 후, 상기 전동 액추에이터(50)로의 공급 전류치의 변화에 의거하여 상기 싱크로 기구(35)에 의한 동기 상태를 판정하는 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 파트 타임식 4륜구동형 차량은 2륜 구동상태시에 비 구동륜으로 되는 차륜(80, 81)과 상기 차륜(80, 81)측의 디퍼렌셜기구(7) 사이에 장착되어, 2륜 구동상태시에는 상기 디퍼렌셜기구(7)로부터 상기 차륜(80, 81)으로의 구동력의 전달을 차단하고, 4륜 구동상태시에는 상기 디퍼렌셜기구(7)로부터 상기 차륜(80, 81)으로 구동력을 전달하는 클러치장치(5)와,
    상기 클러치장치(5)를 조작하는 조작수단(76)을 구비하며,
    상기 제어수단(100)이 상기 판정수단(102)에 의해 상기 싱크로 기구(35)에 의해 상기 제 1 기어(32)와 상기 제 2 기어(33)의 동기가 판정될 때, 상기 전동 액추에이터(50)로의 공급 전류를 제어하여 상기 싱크로 기구(35)에 의해 동기 상태를 유지함과 함께 상기 조작수단(76)에 의해 상기 클러치장치(5)를 조작하여 비 구동상태에 있었던 상기 차륜(80, 81)을 구동상태로 변환하고, 상기 차륜(80, 81)의 구동상태로의 전환이 완료되었을 때, 상기 싱크로 기구(35)의 동기 상태의 유지를 해제하여 4륜 구동상태로의 전환을 완료하도록 상기 전동 액추에이터(50)로의 공급 전류를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 파트 타임식 4륜 구동형 차량은 2륜구동시에 비 구동륜으로 되는 상기 차륜(80, 81)과 항시 구동륜이 되는 차륜(82, 83)과의 회전속도 차를 검출하는 검출수단(66, 67)과,
    상기 검출수단(66, 67)이 검출한 회전속도 차가 소정치를 넘었을 때는 상기 클러치장치(5)에 의한 상기 차륜(80, 81)의 구동상태로의 전환을 금지시키는 금지수단(103)을 구비한 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기어(32) 및 상기 제 2 기어(33)는 운전자의 시프트 조작에 따라 변속단을 전환하는 변속단 전환장치로서 구성되고,
    상기 변속 전환장치는 상기 제 1 기어(32)와 상기 제 2 기어(33)의 결합관계를 상기 싱크로 기구(230, 240)를 개재하여 전환함에 따라 운전자에 의해 선택된 시프트위치에 따른 변속단으로 전환하는 전환기구(200)를 구비하며,
    상기 판정수단(250)은 상기 전환기구(200)에 의한 변속단의 전환 시작 후, 상기 전동 액추에이터(206)로의 공급 전류치의 변화에 의거하여 상기 싱크로 기구(230, 240)의 동기를 판정하는 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어수단(203)이 상기 전동 액추에이터(206)로의 전류 지시치를 설정하는 것에 의해 상기 공급 전류를 제어함과 함께, 상기 판정수단(250)에 의해 상기 싱크로 기구(230, 240)에 의해 상기 제 1 기어(223)와 상기 제 2 기어(225, 226)의 동기가 판정된 때에 전류 지시치를 상기 변속단의 변속비에 따른 소정치로 설정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 변속단 전환장치는 엔진(201)과의 사이에 장착된 구동력 단절, 접속용 클러치와,
    상기 클러치(202)의 단절, 접속을 행하는 액추에이터(205)를 구비하며,
    상기 제어수단(203)이 전류 지시치의 상기 소정치로의 설정 후, 상기 공급 전류치가 일정치 또는 일정치에 가깝게 된 때에 상기 클러치(202)의 접속을 시작하도록 상기 액추에이터(205)를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 싱크로 기구 장착 구동상태 전환장치.
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