(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの駆動力を後輪に出力するための後輪駆動軸と、
該後輪駆動軸に出力された駆動力の一部を前輪に分配するためのクラッチと、
該クラッチに作動電流を出力してクラッチの締結力を前後輪の速度差に基づいて制御すると共にそのクラッチを断続して四輪駆動と二輪駆動とを切り換えるコントローラとを備え、
前記クラッチから出力される前輪側への駆動力を前輪駆動軸、終減速装置及び左右の前輪車軸を介して左右の前輪に伝達させるようにし、
その左右の前輪車軸の一方に、四輪駆動と二輪駆動との切換時に当該車軸の接続・分断を行うための断続機構を設け、
前記コントローラが、二輪駆動から四輪駆動への切換時に前記クラッチの締結力を段階的に増加させるべく、最初に所定値Ｄ1を有するステップ状の作動電流を所定時間出力し、次いでよりクラッチ締結側となる所定値Ｄ2を有するステップ状の作動電流を所定時間出力する
ことを特徴とする四輪駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、二輪駆動と四輪駆動とを切り換えられる所謂パートタイム方式の四輪駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
四輪駆動車に適用される四輪駆動装置においては、二輪駆動と四輪駆動とを切り換えられる所謂パートタイム方式のものが広く普及に至っている。そしてこの殆どが、手動操作等によって前後輪を機械的に直結する所謂メカニカルロック方式を採用しており、これにおいて特に走行中の切換えに際しては、前輪側と後輪側とを同期（調速）させる必要が生じてくる。
【０００３】
図５は、従来の四輪駆動装置における二輪駆動から四輪駆動への切換えの過程を示している。（ａ）図に示すように、エンジンａからの駆動力は後輪駆動軸ｂに常時直接的に伝達され（所謂ＦＲベース）、前輪駆動軸ｃは、後輪駆動軸ｂから分断されて静止している。詳しくは、後輪駆動軸ｂに設けられたクラッチハブｄと、前輪駆動軸ｃにチェーン装置ｅを介して連結されるドグ歯ｆとが分断されている。なおドグ歯ｆは後輪駆動軸ｂに対し相対回転自在とされる。これらクラッチハブｄとドグ歯ｆとの接続はシフトスリーブｇの移動によってなされ、シフトスリーブｇは図示しないシフトレバーで手動操作される。
【０００４】
クラッチハブｄとドグ歯ｆとの間にはシンクロナイザリングｈが設けられ、このシンクロナイザリングｈが、静止したドグ歯ｆ等即ち前輪駆動系の実質的な同期を行う。即ち、（ｂ）図に示すように、シフトスリーブｇが移動されるにつれ、シンクロナイザリングｈのテーパコーン面ｉがドグ歯ｆに徐々に押し付けられ、これにより静止していた前輪駆動系が徐々に調速乃至加速される。そして（ｃ）図に示すように、やがてはシフトスリーブｇがクラッチハブｄとドグ歯ｆとを直結するようになり、こうなるとシンクロナイザリングｈによる調速は終了して、前輪側と後輪側との同期が達成されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来装置においては、シフトレバーの手動操作が直接的に同期を行うため、操作の違い等により一定の性能を得られず、特に操作スピードが早過ぎると、調速が急激に行われて車両にショックが生じる問題があった。また、寒冷地では潤滑油の粘性が増大して抵抗が大となり、これにより調速が困難となって切換えをなかなか行えない欠点もあった。
【０００６】
一方、四輪駆動装置には、電子制御式クラッチを備えて前後輪への駆動力或いはトルクを可変に分配できるものがある。これによれば、走行状況に応じてトルク配分を最適化でき、走行性能を格段に高めることができる。
【０００７】
しかし、従来のこの種の装置は、常時四輪を駆動するフルタイム方式であるため、二輪駆動と四輪駆動との切換えは考えられておらず、従って上記のような同期を行うものはなかった。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決すべく創案されたものであり、その目的は、可変分配式且つパートタイム式の四輪駆動装置であって、特に二輪駆動から四輪駆動への切換時に前後輪の同期をスムーズに行うことができる四輪駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る四輪駆動装置は、エンジンからの駆動力を後輪に出力するための後輪駆動軸と、該後輪駆動軸に出力された駆動力の一部を前輪に分配するためのクラッチと、該クラッチに作動電流を出力してクラッチの締結力を前後輪の速度差に基づいて制御すると共にそのクラッチを断続して四輪駆動と二輪駆動とを切り換えるコントローラとを備え、前記クラッチから出力される前輪側への駆動力を前輪駆動軸、終減速装置及び左右の前輪車軸を介して左右の前輪に伝達させるようにし、その左右の前輪車軸の一方に、四輪駆動と二輪駆動との切換時に当該車軸の接続・分断を行うための断続機構を設け、前記コントローラが、二輪駆動から四輪駆動への切換時に前記クラッチの締結力を段階的に増加させるべく、最初に所定値Ｄ1を有するステップ状の作動電流を所定時間出力し、次いでよりクラッチ締結側となる所定値Ｄ2を有するステップ状の作動電流を所定時間出力するものである。
【００１０】
【作用】
上記構成においては、二段階のステップ信号によってクラッチの締結力が段階的に増加するため、これが調速作用を発揮して確実な同期が図れる。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の好適実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１は、本発明に係る四輪駆動装置を示す構成図である。図中左側に位置する１が前輪、右側に位置する２が後輪で、これにおいてはエンジン３からの駆動力によって後輪２が常時直接的に駆動されるようになっている。即ち、この四輪駆動装置５は後輪駆動（ＦＲ）ベースとなっている。なお図２は、図１の構成をより具体的に描いたものなので適宜参照されたい。
【００１３】
四輪駆動装置５は、エンジン３からの駆動力或いはトルクを入力して前後輪１，２に各々出力するためのトランスファ６を有する。なお、エンジン３とトランスファ６との間には変速装置（トランスミッション）４が介設される。トランスファ６は、セレクタレバー７の手動操作によって高速段（以下ハイモードという）及び低速段（以下ローモードという）を切り換えるための切換機構８と、切換機構８からの入力を実質的に分配するためのクラッチ９とから主に構成される。
【００１４】
切換機構８は、入力軸１０に同軸に設けられた入力スプライン１１及び入力ギヤ１２と、サンギヤとしての入力ギヤ１２及び固定ギヤ１３間で歯合回転するプラネタリギヤ１４と、プラネタリギヤ１４の回転に伴って入力軸１０回りを回転する円筒状ギヤ１５とを有する。そして入力スプライン１１、又は円筒状ギヤ１５に付属したスプラインが、セレクタレバー７の操作により、後輪駆動軸１６の入力端の駆動スプライン１６ａに、スライド可能なシフトスリーブ１８を介して選択的に接続されるようになっている。図示例においては、通常の四駆走行を想定して四駆ハイモード４Ｈが選択されており、この場合、シフトスリーブ１８は、入力スプライン１１と駆動スプライン１６ａとを接続して、入力軸１０を後輪駆動軸１６に直結する。また四駆ローモード４Ｌが選択されると、シフトスリーブ１８は、円筒状ギヤ１５に付属したスプラインと駆動スプライン１６ａとを接続して、後輪駆動軸１６を減速回転させるようになる。なお四駆ハイモード４Ｈは、通常の雪道、ぬかるみ等の路面状況で選択され、四駆ローモード４Ｌは、急坂、極悪路、けん引等の比較的高い駆動力を要する状況で選択される。
【００１５】
後輪駆動軸１６の出力端には、終減速装置１７の一部をなす小ギヤ１６ｂが設けられ、小ギヤ１６ｂは、デファレンシャルケース１９に一体に設けられた大ギヤ２０を駆動する。そして大ギヤ２０は、左右の差動小ギヤ２１及び後輪車軸２２を介して後輪２をそれぞれ駆動する。なお図２に示すように、後輪駆動軸１６において、そのトランスファ６から延出する部分は後輪側プロペラシャフト１６ｃによって形成される。
【００１６】
クラッチ９は、湿式多板式の構成が採用され、即ちこれは、後輪駆動軸１６に列設された複数のインナプレート２３と、インナプレート２３間に配置されたアウタプレート２４との摩擦接続により駆動力を分配するようになっている。インナプレート２３は後輪駆動軸１６に、またアウタプレート２４はクラッチハウジング２５にそれぞれスプライン嵌合されており、軸方向にはスライド移動でき、回転方向には移動できぬようになっている。クラッチハウジング２５は後輪駆動軸１６の回りを回転可能である。そしてインナプレート２３とアウタプレート２４とは、その近傍に固定されたアクチュエータ即ち電磁ソレノイド２６の発生電磁力をきっかけに、スライド移動して圧着を行うようになっている。よって、このクラッチ９は、電磁ソレノイド２６を制御することでインナプレート２３とアウタプレート２４との接触状態或いは当たり具合を制御し、前後輪１，２への分配トルクを車両の走行状態に応じて制御する仕組みとなっている。そして、このようにクラッチ９の締結力を制御することにより、クラッチ９からは０：１００  〜５０：５０  （前輪：後輪）の分配トルクを常時連続的に得ることができる。
【００１７】
さらに、クラッチハウジング２５と後輪駆動軸１６とには直結用スプライン２７，２８がそれぞれ設けられる。これら直結用スプライン２７，２８は、ローモード４Ｌが選択されたとき、スライド可能なシフトスリーブ２９によって互いに接続される。こうなると、クラッチハウジング２５は後輪駆動軸１６に直結されることになり、メカニカルロックが達成されてクラッチ９による分配トルク制御はなされない。
【００１８】
さらに、クラッチハウジング２５にはスプロケット３０が設けられ、スプロケット３０からは前輪駆動力が、チェーン３１及び駆動スプロケット３２を介して前輪駆動軸３３に伝達される。そして前記同様、前輪駆動軸３３の出力端には終減速装置３４の一部をなす小ギヤ３５が設けられ、小ギヤ３５は大ギヤ３６、デファレンシャルケース３７、差動小ギヤ３８及び前輪車軸３９を介して前輪１をそれぞれ駆動する。なお図２に示すように、前輪駆動軸３３において、そのトランスファ６から延出する部分は前輪側プロペラシャフト３３ａによって形成される。
【００１９】
さらに、トランスファ６において、後輪駆動軸１６と前輪駆動軸３３とには速度検出のための突起付ディスク４１，４２がそれぞれ設けられる。突起付ディスク４１，４２は、その周縁部に等間隔且つ複数の突起を有する。そして突起付ディスク４１，４２の近傍には、ホール素子を用いた無接触近接式の速度センサ４３，４４が設けられ、速度センサ４３，４４は、回転するディスク４１，４２の突起が通過する毎にパルス信号を出力する。
【００２０】
これら速度センサ４３，４４は、主にクラッチ９の電子制御を行うためのコンピュータ式コントローラ４５に電気的に接続される。コントローラ４５は、速度センサ４３，４４からの信号及び他の信号等を入力する入力部４６と、入力部４６からの入力信号に基づき演算処理を行う演算処理部４７と、演算処理部４７で得られた出力値に基づき作動電流を出力する出力部４８とから主に構成される。ここで出力部４８からの作動電流は、具体的にはパルス電圧によるデューティ比の変化により増減される。そしてその作動電流が電磁ソレノイド２６に送出されることでクラッチ９の電子制御が達成される。またコントローラ４５は、セレクタレバー７の選択モードを示すスイッチ信号や、後述する断続機構４０の接続状態を示す信号等も入力して、かかる四輪駆動装置５を一括して制御するものである。
【００２１】
通常の四駆ハイモード４Ｈ即ち本制御において、演算処理部４７は、速度センサ４３，４４からのパルス信号を読み取って、時間当たりの回転位相から、各軸１６，３３の回転速度、さらにはそれらを補正して後輪速度Ｖｒ及び前輪速度Ｖｆを算出する。そしてこれらに速度差がある場合、例えば発進加速等においてＶｒ＞Ｖｆの場合には、その速度差を打ち消すように前輪１側にトルクを分配させる。具体的には、電磁ソレノイド２６に与える作動電流を増大して、インナプレート２３とアウタプレート２４との押付けを強くする。一方Ｖｒ≒Ｖｆの場合は、それらプレート２３，２４の押付けを逆に弱くする。こうしてコントローラ４５は、速度センサ４３，４４からパルス信号が送出される瞬間毎に、インナプレート２３とアウタプレート２４との圧着を行い、クラッチ９の制御を行う。
【００２２】
ところで、この四輪駆動装置５は、セレクタレバー７の操作により、上記ハイモード４Ｈ及びローモード４Ｌに加え高速二輪駆動モード（以下二駆モードという）２Ｈを選択することができる。この場合、シフトスリーブ１８及び接続スリーブ２９の位置はハイモード４Ｈの場合に等しく、クラッチ９は分断されたまま制御がなされない。
【００２３】
そして二駆モード２Ｈのとき、一方即ち左側の前輪車軸３９は、その車軸３９の接続・分断を行うための断続機構４０によって分断される。具体的に、前輪車軸３９は分割車軸３９ａ，３９ｂからなり、それら分割車軸３９ａ，３９ｂは、ハイモード４Ｈのときには接続スリーブ４０ａを介して接続される一方、二駆モード２Ｈのときには接続スリーブ４０ａのスライド移動により分断される。ここで接続スリーブ４０ａの移動は、セレクタレバー７の操作と同期して、アクチュエータ４０ｂによる空気圧制御によって自動的になされる。こうなると左右の前輪１はフリーに回転することができ、それらの走行中の回転により、前輪駆動軸３３からクラッチハウジング２５に至る前輪駆動系が駆動されるのを防止でき、それらを走行中であっても静止状態に保持でき、燃費の悪化を防止できる。
【００２４】
なお、図２にはアクチュエータ４０ｂの構成が詳細に示されている。これによると、断続機構４０にはバキュームポンプ５０が接続され、バキュームポンプ５０で発生した真空圧はバキュームタンク５１に溜められ、その真空圧が電磁弁５２の切換えによって断続機構４０に選択的に供給されることにより、断続機構４０は自動的に切り換えられることになる。なお５３は逆止弁である。
【００２５】
このように、かかる四輪駆動装置５は、可変分配式で且つパートタイム式の構成がなされている。
【００２６】
さて、二駆モード２Ｈで走行中、前輪駆動軸３３からクラッチハウジング２５及びアウタプレート２４に至る系は静止しており、これらに即座に分配トルクを伝達させると、車両にショックが生じ好ましくない。
【００２７】
そこで本実施例では、二駆モード２Ｈから四駆ハイモード４Ｈへの切換時に、このようなショックが生じぬよう工夫がなされている。
【００２８】
前述したように、クラッチ９は、電磁ソレノイド２６に送出する作動電流のデューティ比を変化させることで締結力が制御される。そしてデューティ比Ｄは０〜１００  （％）  の値をとることができ、Ｄ＝０（％）  ならば電磁ソレノイド２６に通電されずクラッチ９は完全に分断される。そしてＤ＝１００（％）ならば、電磁ソレノイド２６には最大電流が与えられてクラッチ９は完全接続状態となる。そしてこれらの間では、クラッチ９の締結力はデューティ比Ｄの増加に伴って増加するようになる。
【００２９】
図３には、モード切換時にコントローラ４５の演算処理部４７が行う制御のフローチャートを、図４には、その制御フローを具体的にグラフ化したものを示す。切換時、セレクタレバー７が操作されると、図示しないスイッチの切換により入力部４６には切換信号が入力される。演算処理部４７は、その瞬間からｔ１  秒間、デューティ比Ｄ＝Ｄ１  の作動電流或いは信号を電磁ソレノイド２６に出力部４８を介して出力する。つまり演算処理部４７は、クラッチ９を、ｔ１  秒間Ｄ＝Ｄ  １  にホールド（保持）する。
【００３０】
ｔ１  秒が経過した後、こんどはｔ２  秒間、デューティ比Ｄ＝Ｄ２  の作動電流を電磁ソレノイド２６に出力する。つまりクラッチ９は、ｔ２  秒間Ｄ＝Ｄ２  にホールドされる。ここでＤ１  ＜Ｄ２  であるので、クラッチ９の締結力は先の場合よりも高められる。そしてｔ２  秒経過後は、前述の本制御或いは通常制御に移行される。
【００３１】
Ｄ１  ，Ｄ２  の値は比較的小さな値であり、これらの値は、前輪側を積極的に駆動するというよりむしろ、静止状態にあった前輪側の系を後輪側の系に同期・調速させるのに適した値である。従って、このように、Ｄ１  ，Ｄ２  によるステップ信号或いはステップ状の作動電流を与えることにより、静止状態にあった前輪側の系を段階的且つ徐々に調速することができ、これにより緩やかな切換えを行え、切換時のショックを防止し乗り心地の向上を図れる。また、これは電子制御によってなされるため、従来のメカニカルシンクロナイザのように人為的な要因等で同期が不安定となるのを回避でき、これによりあらゆる状況において、一定且つ確実な同期を行うことができる。ここでｔ１  ，ｔ２  は比較的短い時間であり、よって同期を短時間にて完了することができる。
【００３２】
そしてまた、デューティ比を二段階に設定したため、何等かの原因でクラッチ９自体の締結力が変化した場合でも、一方のデューティ比を用いて調速を確実に行え、信頼性も高まる。例えば、クラッチ９の締結力が悪化した場合、高い方のデューティ比Ｄ２  を用いて調速を確実に行える。またさらに、ソフトウェアによるので専用の同期機構等を必要とせず、これにより簡単な方法で容易且つ安価に同期を達成できるメリットも有している。
【００３３】
尚、Ｄ1 ，Ｄ2 の値については車両の特性等に応じて適宜変更することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３５】
（１）  二輪駆動から四輪駆動への切換時に前後輪の同期をスムーズに行え、これにより切換時のショックを防止し、乗り心地の向上を図れる。
【００３６】
（２）  あらゆる状況においても一定且つ確実な同期を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る四輪駆動装置の実施例を示す構成図である。
【図２】図１の四輪駆動装置をより具体的に描いた構成図である。
【図３】演算処理部による制御を示すフローチャートである。
【図４】演算処理部による制御を示すグラフである。
【図５】従来の四輪駆動装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  前輪
２  後輪
３  エンジン
５  四輪駆動装置
９  クラッチ
４５  コントローラ
４７  演算処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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