(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンクロメッシュを用いないドライブトレーンにおける出力歯車と入力歯車の係合の方法であって、前記入力歯車が、トランスミッションに結合した入力シャフトに結合し、前記出力歯車が、出力シャフトに結合する、該方法が、
（ｉ）前記出力歯車の回転速度に対して前記入力歯車の回転速度を整合させるべく前記入力シャフトのためのターゲット入力速度を計算し；
（ｉｉ）オフセットを含むように、計算された前記ターゲット入力速度を修正し；
（ｉｉｉ）修正された前記ターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正し；及び
（ｉｖ）前記入力シャフトの入力速度が前記修正されたターゲット入力速度に少なくとも実質的に整合する時に前記入力歯車及び前記出力歯車を係合させ、
前記トランスミッションにて歯車変更が為されて前記入力シャフトの入力速度が修正される、及び／又は前記トランスミッションへ供給されるトルクが変化されて前記入力シャフトの入力速度が修正される、方法。
【請求項２】
前記入力歯車が、第１入力歯車比を有する入力歯車列に設けられ、前記ターゲット入力速度が、前記出力歯車の前記回転速度に前記第１入力歯車比を掛けることにより計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記修正されたターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正するステップが、前記トランスミッションにて低速歯車を係合することにより、及び／又は前記トランスミッションへ供給されるトルクを減じることにより、前記入力速度を減じるステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記修正されたターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正するステップが、前記トランスミッションにて高速歯車を係合することにより、及び／又は前記トランスミッションへ供給されるトルクを増加することにより、前記入力速度を増加するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記ドライブトレーンが、ハイレンジの提供のための第１入力歯車列と、ローレンジの提供のための第２入力歯車列を備えるトランスファーケースである；及び前記方法が実施され、前記ハイレンジから前記ローレンジへ及び／又は前記ローレンジから前記ハイレンジへ変更する、方法。
【請求項６】
事前設定のオフセットの加算又は減算により、若しくは計算された前記ターゲット入力速度をターゲット速度修正子で乗算することにより、前記計算されたターゲット入力速度が修正される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記入力歯車及び出力歯車が係合に失敗する時に前記ドライブトレーン内の歯上への歯の係合を検出するステップ、また、オプションとして、前記入力及び出力歯車を係合させるステップを繰り返すステップを含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
シンクロメッシュを具備しないドライブトレーンにおける出力歯車と入力歯車の係合を制御する装置であって、前記入力歯車が、トランスミッションに結合した入力シャフトに結合し、前記出力歯車が、出力シャフトに結合する、該装置が、
前記出力歯車の回転速度に対して前記入力歯車の回転速度を整合させるべく前記入力シャフトのためのターゲット入力速度を計算し；
オフセットを含むように、計算された前記ターゲット入力速度を修正し；
修正された前記ターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正し；及び
前記入力シャフトの入力速度が前記修正されたターゲット入力速度に少なくとも実質的に整合する時に前記入力歯車及び前記出力歯車を係合させるように構成された制御手段を備え、
該装置は、前記トランスミッションを制御して歯車変更して前記入力シャフトの入力速度を修正する、及び／又は前記入力シャフトの入力速度を修正するために前記トランスミッションへ供給されるトルクを変化させるように構成される、装置。
【請求項９】
前記制御手段が、
前記入力シャフトの入力速度及び前記出力シャフトの出力速度を決定するためのシャフト速度プロセッサー；
前記入力シャフトの前記ターゲット入力速度を計算するためのプロセッサー；
前記オフセットを含むように、前記計算されたターゲット入力速度を修正するために修正子；
前記修正されたターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正するための速度コントローラー；及び
前記入力シャフトの入力速度が前記修正されたターゲット入力速度に少なくとも実質的に整合する時、歯車変更制御信号を生成して前記入力歯車及び出力歯車の係合を開始させる制御信号生成器を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記速度コントローラーが、前記トランスミッションを制御して低速歯車への変更により前記入力シャフトの入力速度を減じるように動作可能である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記速度コントローラーが、前記トランスミッションへ供給されるトルクの減少を要求することにより前記入力シャフトの入力速度を減じるように動作可能である、請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記速度コントローラーが、前記トランスミッションを制御して高速歯車に変更して前記入力シャフトの入力速度を増加させるように動作可能である、請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記速度コントローラーが、前記入力シャフトの入力速度を増加させるべく、前記トランスミッションに供給されるトルクの増加を要求するように動作可能である、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記ドライブトレーンが、ハイレンジの提供のための第１入力歯車列と、ローレンジの提供のための第２入力歯車列を備えるトランスファーケースである；及び前記制御ユニットが、前記ハイレンジから前記ローレンジへ及び／又は前記ローレンジから前記ハイレンジへ変更するように適合される、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記修正子が、前記計算されたターゲット入力速度に事前設定のオフセットを加算又は減算する、若しくは前記計算されたターゲット入力速度にターゲット速度修正子を乗算する、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記入力歯車及び出力歯車が係合する際に歯上への歯の係合を検出するための検出器を備え、また、オプションとして、前記制御信号生成器が、歯上への歯の係合に際して前記歯車変更制御信号を繰り返し生成することができる、請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法の使用に適合した、若しくは請求項８乃至１６のいずれか一項に記載の装置を有するトランスミッションシステム若しくは車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力歯車と出力歯車の係合を制御するための方法及び装置に関する。入力歯車及び出力歯車は、自動車用のトランスファーケースの一部を構成する。本発明の側面は、方法、装置、トランスミッションシステム、及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ローギヤレンジ及びハイギヤレンジを有するトランスファーケースが、四輪駆動車において一般的に提供されている。トランスミッションからのトルク入力が、トランスファーボックス入力シャフトに伝達される。Ｔｏｒｓｅｎ（登録商標）ディファレンシャルといった、ディファレンシャル（差動装置）をトランスファーケースに設けることができ、車両のフロント及びリアホイールの間でトルクを分割する。ハイレンジが、通常の道路運転のために用いられ、また乾燥した平坦な地形を通過するオフロード運転のためにも用いられる。ローレンジが、トレーラーを後進させ、若しくは急峻な滑りやすい表面又は石が散乱した地形を通過するといった低速操縦のために採用され得る。ハイレンジでの進行が維持できないような極限のオフロード状態のためにローレンジを用いることもできる。
【０００３】
ハイレンジにおいては、トランスファーケース内の同期スリーブが、ディファレンシャルハウジングに対してトランスファーボックス入力シャフトを直接的に結合させる。ディファレンシャルは、両方の歯車の間でトルクを分割する。一方側の歯車がスプラインによりリア出力フランジに結合されてトルクを伝達してリアホイールを駆動する。他方の歯車がチェーン駆動スプロケットに結合され、チェーンを介してフロント出力フランジへトルクを伝達してフロントホイールを駆動する。
【０００４】
ローレンジにおいては、同期スリーブが動かされ、また同期スリーブがディファレンシャルハウジングに遊星キャリアを接続する。ここで、トランスミッションからのトルクが、遊星歯車セットの太陽歯車を介して、またピニオン歯車及びピニオン歯車シャフトを介して、遊星キャリアに向けられる。エピサイクリック歯車セットの環状歯車がケーシング内に固定され、例えば、２．６９：１のローレンジ比を生成する。次に、トルクが同期スリーブを介してディファレンシャルハウジングに伝達され、ここで両側の歯車の間で分割される。
【０００５】
同期スリーブが電気モーターにより作動され、直線路に沿って移動フォークを駆動する。車両が移動している際にハイレンジからローレンジへの変更を容易にするため、内側及び外側ブロッカーリング及びコーンが設けられる。フォークがスリーブを第１方向に動かす時、内側及び外側ブロッカーリング及びコーンが一緒に押され、ある角度で噛み合い、これにより、シンクロメッシュ（ギア同期噛み合い装置）として作動して円滑な係合を提供する。
【０００６】
またトランスファーケース入力シャフトが外側ブロッカーリング及びコーンを有し、これらはフォークがスリーブを第２方向に動かす時に一緒に押される。外側ブロッカーリング及びコーンもある角度で一緒に噛み合い、そしてシンクロメッシュとして作動してハイレンジへの円滑な移行を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シンクロメッシュを設けることによりトランスファーケースの複雑さやコストが増加してしまう。更には、トランスファーケース内の構成部品の摩耗により追加のメンテナンスが必要になってしまい得る。本発明は、これらの問題の１以上を解決することを探求する。本発明の実施形態が、ローレンジからハイレンジ、及び／又はハイレンジからローレンジへの移行を円滑化する機械的なシンクロメッシュの必要性を除去する方法又はシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面においては、ドライブトレーンにおける出力歯車と入力歯車の係合の方法が提供され、前記入力歯車が入力シャフトに結合し、前記出力歯車が出力シャフトに結合され、該方法が、
（ｉ）前記出力歯車の回転速度に対して前記入力歯車の回転速度を整合させるべく前記入力シャフトのためのターゲット入力速度を計算し；
（ｉｉ）オフセットを含むように、計算された前記ターゲット入力速度を修正し；
（ｉｉｉ）修正された前記ターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正し；及び
（ｉｖ）前記入力シャフトの入力速度が前記修正されたターゲット入力速度に少なくとも実質的に整合する時に前記入力歯車及び前記出力歯車を係合させるステップを含む。
【０００９】
入力歯車及び出力歯車の回転速度が少なくとも実質的に一致するように入力シャフトの入力速度を修正することにより、入力及び出力歯車の速度を機械的に整合するためにシンクロメッシュを設ける必要がない。もし入力及び出力歯車の速度が係合時点にて同一ならば、歯上への歯の係合（それにより、入力及び出力歯車の歯が整列され、歯車の係合が阻止される）が生じ得る。従って、計算されたターゲット入力速度を修正するステップにより、入力及び出力歯車の回転速度の間にオフセットが導入され、これが、有利にも、歯上への歯の接触を回避するのに役立つ。従って、入力歯車の回転速度が、シンクロメッシュの必要無くして係合される出力歯車のものに十分に近くなるが、十分にオフセット（例えば、５０ｒｐｍ）して歯上への歯の係合の可能性が減じられる。
【００１０】
（入力シャフトの入力速度を設定することに加えて、若しくは代替としてのいずれかにおいて）出力シャフトの出力速度を修正して入力及び出力歯車の回転速度を実質的に一致させることができる。しかしながら、出力速度を変えると車両の移動速度が変更され、これはドライバーにとって許容し難いと分かるであろう。入力シャフトの速度を修正することにより、車両速度を変えること無く入力及び出力歯車の回転速度が実質的に整合させられる。
【００１１】
方法は、パワートレーンの出力歯車に第１入力歯車若しくは第２入力歯車のいずれかを選択的に係合させるように実施することができる。異なる歯車比を有する第１及び第２入力歯車列の各々に第１及び第２入力歯車を設けることができる。方法は、第１入力歯車列又は第２入力歯車列のいずれかに出力歯車が係合されることを可能にできる。第１及び第２入力歯車列は、例えば、トランスファーケースにおけるハイ及びローレンジに対応し得る。方法は、ハイレンズからローレンジへ及び／又はローレンジからハイレンジへ変更するために用いられることができる。
【００１２】
修正された前記ターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正するステップ（ステップ（ｉｉｉ））が、前記出力シャフトから前記入力シャフトが非結合の際に実行され得る。例えば、第１入力歯車が非係合にされた後及び第２入力歯車が係合する前、入力速度が変更され得る。入力及び出力シャフトが非結合の状態で、出力速度に影響せずに入力速度の変更が実行可能である。
【００１３】
第１入力歯車から第２入力歯車に変更する時、入力シャフトの入力速度の要求の変更が、第１及び第２歯車列の比に基づいて計算することができる。ターゲット入力速度は、第１歯車に対する第２歯車の比を現在の入力速度に乗算することにより計算することができる。しかしながら、このアプローチは、出力歯車が非係合になった後に生じ得る出力速度の変更を許容しない。代替として、係合される入力歯車の歯車比を出力歯車の回転速度に乗算することによりターゲット入力速度を計算することができる。もし入力歯車が第１入力歯車列に設けられるならば、出力歯車の回転速度に、第１入力歯車列の歯車比が乗算される。（例えば、出力シャフトにより駆動される車両の速度を計測することにより）出力歯車の回転速度が連続的に計測できるため、このアプローチは、出力シャフトの回転速度における変化を説明することができる。出力歯車の回転速度を車両速度から決定することができる。端的には、全駆動ラインディファレンシャル比をホイール速度に乗算することにより出力歯車の回転速度を計算することができる。
【００１４】
入力シャフトは、トランスミッションの出力に結合され得る。トランスミッションは、オートマチック、セミオートマチック、若しくはマニュアルトランスミッションであり得る。トランスミッションは、モーター又はエンジンに結合され得る。方法が、ステップ（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）の開始前、歯車セレクターがニュートラルにあることを要求するかもしれない。
【００１５】
前記修正されたターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正するステップが、前記入力速度を減じるステップを含むことができる。もし方法が実施されて第１入力歯車から低速の第２入力歯車に変更するならば、入力速度が減じられなければならないかもしれない。ブレーキングトルクが入力シャフトに与えられてその速度が減じられる。入力シャフトがトランスミッションに結合される構成においては、この入力速度の減速が、トランスミッションを低速の歯車に変更することにより、及び／又はトランスミッション内の内部ブレーキング力に依存して達成することができる。レンジ変更の過程でトランスミッションは多くの場合にはニュートラルであり、エンジン速度がアイドリングにある。選択されたトランスミッション比及び抗力トルクがトランスミッションの出力シャフト速度を増加することができる。トランスミッションにおける追加の歯車（例えば、２以上の歯車）の選択が、トランスミッション・抗力・トルクを増加するが、トルク・コンバーター・スリップ（slip）が、エンジン失速（engine stalling）を阻止することができる。
【００１６】
前記修正されたターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正するステップが、前記入力速度を増加するステップを含むことができる。方法が実施されて第１入力歯車から高速の第２入力歯車へ変更されるならば、入力速度が増加しなければならないだろう。入力シャフトがトランスミッションに結合される構成においては、トランスミッションにおける高速歯車が係合してトランスミッションの出力速度を増加する；及び／又は増加したトルクがトランスミッションに供給されて入力シャフトの入力速度が増加する。トランスミッション制御モジュールが、エンジントルクの増加を要求することができ、これが、エンジンの出力速度の増加に帰結する。従って、トランスミッションの入力速度が増加し、トランスミッション（及び入力歯車に結合した入力シャフト）の出力速度の増加に帰結する。
【００１７】
ドライブトレーンが、ハイレンジ及びローレンジを備えるトランスファーケースの形態にあり得る。第１入力歯車が第１歯車列に設けられてハイレンジを提供する；及び第２入力歯車が第２入力歯車列に設けられてローレンジを提供する。第１及び第２入力歯車が出力歯車に係合され、ハイローレンジが選択される。方法が実施されてハイレンジからローレンジへ及び／又はローレンジからハイレンジへ変換する。
【００１８】
事前設定されたオフセットの加算又は減算により計算されたターゲット入力速度が修正され得る。事前設定されたオフセットは、５〜２０ｒｐｍ、２０〜４０ｒｐｍ、４０〜６０ｒｐｍ、６０〜８０ｒｐｍ、又は８０〜１００ｒｐｍの範囲にあり得る。例えば、５０ｒｐｍのオフセットが、計算されたターゲット入力速度から減算される。代替として、計算されたターゲット入力速度に、ターゲット速度修正子（modifier）が乗算され得る。修正子が、１未満又はそれを超える値であり得る。修正子が、例えば、事前設定された比に基づく、固定された整数若しくは変数であり得る。
【００１９】
方法が、入力歯車及び出力歯車が係合する時にドライブトレーン内の歯上への歯の係合を検出するステップを更に含むことができる。歯上への歯の係合は、例えば、センサー及び／又はレンジ変更アクチュエーターにより流される電流の増加により検出することができる。歯上への歯の係合を検出する際、方法が、オプションとして規定の時間期間の経過の後、入力及び出力歯車を係合するステップを繰り返すことを含み得る。入力歯車及び出力歯車が係合に失敗する時に歯上への歯の係合が決定され得る。
【００２０】
ディファレンシャル、例えば、Ｔｏｒｓｅｎ（登録商標）ディファレンシャルが、出力シャフトに結合され得る。ディファレンシャルが、四輪駆動車のフロント及びリアホイールへの供給のために出力トルクを分割することができる。
【００２１】
本発明の別の側面においては、ドライブトレーンにおける出力歯車と入力歯車の係合を制御する装置が提供され、前記入力歯車が入力シャフトに結合し、前記出力歯車が出力シャフトに結合され、該装置が、
前記出力歯車の回転速度に対して前記入力歯車の回転速度を整合させるべく前記入力シャフトのためのターゲット入力速度を計算し；
オフセットを含むように、計算された前記ターゲット入力速度を修正し；
修正された前記ターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正し；及び
前記入力シャフトの入力速度が前記修正されたターゲット入力速度に少なくとも実質的に整合する時に前記入力歯車及び前記出力歯車を係合させるように構成された制御手段を備える。
【００２２】
前記制御手段が、前記入力シャフトの入力速度及び前記出力シャフトの出力速度を決定するためのシャフト速度プロセッサー；前記入力シャフトの前記ターゲット入力速度を計算するためのプロセッサー；前記オフセットを含むように、前記計算されたターゲット入力速度を修正するための修正子；前記修正されたターゲット入力速度に基づいて前記入力シャフトの入力速度を修正するための速度コントローラー；及び前記入力シャフトの入力速度が前記修正されたターゲット入力速度に少なくとも実質的に整合する時、歯車変更制御信号を生成して前記入力歯車及び出力歯車の係合を開始させる制御信号生成器を備え得る。
【００２３】
入力シャフトの入力速度を測定するための第１速度センサー、及び出力シャフトの出力速度を計測するための第２速度センサーにシャフト速度プロセッサーを結合することができる。自動推進用途においては、トランスミッション制御モジュールに第１速度センサーを設けることができ、アンチロックブレーキングシステムに第２速度センサーを設けることができる。
【００２４】
制御信号生成器は、アクチュエーターを制御し、入力及び出力歯車の係合を開始することができる。
【００２５】
トランスミッションの出力シャフトに入力シャフトを結合することができる。トランスミッションは、オートマチック、セミオートマチック、若しくはマニュアルトランスミッションであり得る。
【００２６】
速度コントローラーは、（直接的又はトランスミッション制御ユニットを介して間接的に）トランスミッションを制御することができる；及び／又は速度コントローラーは、（直接的又はエンジン制御ユニットを介して間接的に）トランスミッションに接続したエンジン又はモーターを制御する。
【００２７】
速度コントローラーは、トランスミッションを制御して入力シャフトの入力速度を減じるように動作することができる。速度コントローラーは、トランスミッションに与えられるブレーキングトルクを生じさせるかもしれない。ブレーキングトルクは、トランスミッション内の内部摩擦／抗力（drag）の結果であり得る。代替的に、若しくは加えて、速度コントローラーは、トランスミッション内の低速歯車への変更を開始してトランスミッションの出力速度を減じることができる。
【００２８】
速度コントローラーは、トランスミッションを制御して入力シャフトの入力速度を増加するように動作可能である。速度コントローラーは、トランスミッション内の高速歯車への変更を開始して入力シャフトの入力速度を増加することができる。代替して、若しくは加えて、速度コントローラーは、トランスミッションに接続したエンジン又はモーターからのトルクの増加を要求することができる。結果として生じるエンジンの出力速度の増加が、トランスミッションの入力速度、また従って入力シャフトが接続したトランスミッションの出力速度を増加させる。制御信号が、例えば、トランスミッション制御モジュールに供給されて歯車変更が開始され、及び／又はエンジン制御モジュールに供給されてトランスミッションへ供給されるトルクが増加される。
【００２９】
ドライブトレーンは、ハイレンジ及びローレンジを備えるトランスファーケースであり得る。制御ユニットは、ハイレンジからローレンジ及び／又はローレンジからハイレンジへ変換することに適合されることができる。
【００３０】
修正子は、計算されたターゲット入力速度に事前設定のオフセットを加算若しくは減算することができる。例えば、事前設定のオフセットは、５〜２０ｒｐｍ、２０〜４０ｒｐｍ、４０〜６０ｒｐｍ、６０〜８０ｒｐｍ、又は８０〜１００ｒｐｍの範囲にあり得る。５０ｒｐｍのオフセットが、計算されたターゲット入力速度に加算され若しくは減算され得る。代替として、計算されたターゲット入力速度が修正子で乗算され得る。
【００３１】
制御手段が、入力歯車及び出力歯車が係合する際に歯上への歯の係合を検出するための検出器を備え得る。制御信号生成器が、歯上への歯の係合に際して歯車変更制御信号を繰り返し生成し得る。歯車変更制御信号の繰り返しの前に時間遅延が導入され得る。
【００３２】
速度コントローラー及び／又は制御信号生成器は、トランスミッション用の歯車セレクターがニュートラル位置にある時に限り動作可能であり得る。
【００３３】
本明細書に記述の方法が機械実施可能である。更なる側面においては、本発明が、プログラム可能回路；及び本明細書に記述の前記方法を実施するべく前記プログラム可能回路をプログラムするソフトウェア符号化された少なくとも一つのコンピューター読み取り可能媒体を備えるコンピューターシステムに関する。
【００３４】
本明細書に記述の装置が、ハードウェア、ファームウェア、若しくはソフトウェアに記憶された一連の指令を実行する計算プロセッサーを含むことができる。同じく、本明細書に記述の方法が、ハードウェア、ファームウェア、若しくはソフトウェアに記憶された一連の指令を実行する計算プロセッサーにより実行されることができる。計算処理装置は、本明細書に記述の動作ステップを制御するために活用されることができる。計算プロセッサーは、メモリー若しくは記憶装置に記憶された計算指令を実行するように構成されることができる。本発明は、計算プロセッサーを制御するためのコンピュータープログラムにも関し、コンピュータープログラムは、本明細書に記述の方法（群）に従って計算プロセッサーに動作させるべく実行可能である。
【００３５】
本発明に係る装置は、特には自動車に良く適する。
【００３６】
更なる側面においては、本発明が、先行の段落のいずれかに説明したような装置を有するトランスミッションシステム又は車両を提供する。
【００３７】
本出願の範囲内においては、先行の段落、請求項、及び／又は次の記述に述べられた様々な側面、実施形態、実施例、特徴、及び代替が想定され、図面が独立若しくはそれらとの任意の組み合わせにおいて理解され得る。例えば、一つの実施形態との関係において記述した特徴は、特徴の不整合がなければ、全実施形態に適用可能である。
添付図面を参照して例示のために此処で本発明の実施形態が記述される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のある形態を具現化するトランスファーケース制御システムの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
ここで自動車用のトランスファーケース制御システム１が図１を参照して説明される。トランスファーケース制御システム１は、トランスファーケース３（トランスファーボックスとしても呼ばれる）及びオートマチックトランスミッション５を制御する。トランスファーケース３が、各ハイ及びローレンジのため高速入力歯車列（high input transfer box）及び低速入力歯車列（low input gear train）を備える。本発明に係るトランスファーケース制御システム１により、トランスファーケース３内のシンクロメッシュ歯車の必要を無くしてハイ及びローレンジ間の移動時の変更が許容される。
【００４０】
トランスファーケース３が、トランスミッション５の出力シャフトに接続されたトランスファーケース入力シャフト７により駆動される。トランスファーケース３は、主車輪１１のセットを駆動するトランスファーケース出力シャフト９を有する。トランスファーケース入力シャフト７が第１速度Ｓ１で回動し、トランスファーケース出力シャフト９が第２速度Ｓ２で回動する。ローレンジにおいて動作する際、トランスファーケース３が、３：１の歯車比を提供し、自動車にローレンジクロール速度を与える。ハイレンジにおいて動作する際、トランスファーケース３が、トランスミッション出力シャフト７からの直接駆動を提供し、１：１の歯車比を与える。他の歯車比がハイ及びローレンジのために実施できるものと理解される。
【００４１】
トランスファーケース３は、次の事前設定条件が満たされる時に限り、ハイ及びローレンジ間を変更できる：（ａ）車両イグニッションがオンである；（ｂ）車両速度が所定限度内である；及び（ｃ）トランスミッションセレクターがニュートラル位置にある。更なる事前設定条件は、エンジンが稼働していることであるが、これは非本質的である。なぜなら、ハイブリッド車両が、エンジンが停止した状態で電気モーターのみにより動作できるためである。トランスファーケース制御モジュール（ＴＣＣＭ）１３が、これらの条件が満たされていることを保証し、トランスファーケース３内のアクチュエーター（不図示）に制御信号（モーター＿サプライ）を送信する。アクチュエーターが変換メカニズムを駆動してローからハイレンジ及びハイからローレンジへシフトさせる。トランスファーケース３は、またＴＣＣＭ１３にレンジ位置信号（レンジ＿位置）を供給し、現在従事しているのがハイレンジ又はローレンジであるかを示す。
【００４２】
ＴＣＣＭ１３が、トランスミッション５を制御するトランスミッション制御モジュール（ＴＣＭ）１５に接続される。ＴＣＭ１５は、トランスミッション出力シャフト７の運転速度（トランス運転速度ＨＳ）；オートマチックトランスミッション５により選択された現在の歯車（歯車位置現行ＨＳ）；及びオートマチックトランスミッション５により選択されるべきターゲット歯車（歯車位置ターゲットＨＳ）を含むデータをＴＣＣＭ１３に送信する。ＴＣＣＭ１３は、トランスミッション５をニュートラルにするために歯車セレクターをロックするようにＴＣＭ１５に指示できる（ＣＤｉｆｆシフトロック要求ＨＳ）。ＴＣＣＭ１３は、またＴＣＭ１５と通信し、トランスファーケース３で現在従事しているハイ又はローレンジを示す（ＣＤｉｆｆレンジ現行ＨＳ）。
【００４３】
本体制御モジュール（ＢＣＭ）１７がＴＣＣＭ１３にイグニッション信号（ＫＬ１５−イグニッションオン）を提供し、車両イグニッションがオンであることを保証する。エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１９がＴＣＣＭ１３にエンジン速度データ（エンジン速度ＨＳ）を提供する。トランスミッションの運転出力速度が、ＴＣＭ１５からＴＣＣＭ１３へ、トランスファーケース入力シャフト７の入力速度に対応する運転速度信号（トランス運転速度ＨＳ）として送信される。
【００４４】
ローレンジスイッチ２１がユーザーにより作動され、トランスファーケース３のレンジ変更が開始する。レンジ制御信号がローレンジスイッチ２１からＴＣＣＭ１３へ供給される。アンチロックブレーキングシステム（ＡＢＳ）２３が、ホイール速度データ（ホイール速度ＸＸＸＨＳ及びホイール速度ＸＸＸＱＦＨＳ）をＴＣＣＭ１３及びＴＣＭ１５の両方に送信し、車両速度及びトランスファーケース出力シャフト９の出力速度が決定されることを可能にする。
【００４５】
トランスファーケース３の高速及び低速入力歯車列が同期スリーブにより選択され、各々のレンジを提供する。同期スリーブが直線路に沿って移動可能であり、高速入力歯車列を介してトランスファーケース入力シャフト７に結合した第１（高速）入力歯車に係合し、若しくは低速入力歯車列を介してトランスファーケース入力シャフト７に結合して第２（高速）入力歯車に係合する。ＴＣＣＭ１３からの制御信号（モーター＿サプライ）に応じて動作する変換機構が、フォーク及びレールアセンブリを備え、同期スリーブを変位させる。同期スリーブが第１位置（例えば、後方位置）にある際、第１（高速）入力歯車が係合され、同期スリーブが第２位置（例えば、前方位置）にある際、第２（低速）入力歯車列が係合される。同期スリーブが中間位置にあり、第１（高速）入力歯車若しくは第２（低速）入力歯車のいずれも係合していない時、トランスファーケース３がニュートラル状態にある。同期スリーブが、通常動作に亘ってトランスファーケース出力シャフト９に結合した状態を維持する。
【００４６】
本発明によれば、第１（高速）入力歯車若しくは第２（低速）入力歯車が出力歯車に係合する際にトランスファーケース３内のシンクロメッシュ歯車の必要無しで移動時の変更が可能になる。これを達成するために、ＴＣＭ１５が、ターゲット入力歯車の回転速度を出力歯車の回転速度プラス若しくはマイナスオフセットに実質的に適合させて歯上への歯の係合を阻止することを補助する。
【００４７】
トランスミッション５の速度を調整することにより入力歯車の速度を制御することができ、トランスファーケース入力シャフト７の第１速度Ｓ１を変更する。トランスミッション５内で下位歯車に変更することにより、及び／又はトランスミッション５内の内部摩擦ロスを許容して出力速度を減じることにより、第１速度Ｓ１を低下させることができる。トランスミッション５内の高速歯車に変更することにより、及び／又はエンジン又は電気モーターによりトランスミッション５に与えられるトルクを増加することにより、第１速度Ｓ１を上昇させることができる。エンジンから供給されるトルクの増加によりトランスミッションの入力速度が増加し、従って、トランスファーケース入力シャフト７の第１速度Ｓ１も増加する。トランスファーケース３がニュートラル状態にあり、ホイール１１の回転速度に影響しない時、トランスミッション５の速度が調整される。
【００４８】
ローからハイ若しくはハイからローへのレンジ変更のいずれかが行われるのかに依存して、係合される入力歯車（すなわち、ターゲット歯車）が、第１（高速）入力歯車若しくは第２（低速）入力歯車のいずれかである。トランスファーケース入力シャフト７の第１速度Ｓ１が、トランスミッション５の出力速度に対応し、動作速度信号（トランス運転速度ＨＳ）としてＴＣＣＭ１３に供給される。
【００４９】
出力歯車が、トランスファーケース出力シャフト９に結合した同期スリーブである。トランスファーケース出力シャフト９が車両ホイール１１に接続され、従って、出力歯車の第２速度Ｓ２が、ＡＢＳ２３から供給されるホイール速度データ（ホイール速度ＸＸＸＨＳ及びホイール速度ＸＸＸＱＦＨＳ）から計算することができる。
【００５０】
ターゲット入力速度Ｓ１’を計算するべく、出力歯車の第２速度Ｓ２が、係合されるべき入力歯車列の歯車比で掛けられる。もし第１（高速）歯車列が係合されるならば、第２速度Ｓ２が１で掛けられる（ハイ歯車列が１：１の歯車比を有するため）。もし第２（低速）入力歯車列が係合されるならば、第２速度Ｓ２が３で掛けられる（ロー歯車列が３：１の歯車比を有するため）
【００５１】
次に事前設定のオフセットが適用され、計算されたターゲット入力速度Ｓ１’が変更され、変更されたターゲット入力速度Ｓ１’’が生成される。オフセットは、例えば、規定速度の加算又は減算により与えることができる。本実施形態においては、計算されたターゲット入力速度Ｓ１’が５０ｒｐｍにより減じられ、オフセットが提供される。
【００５２】
変更されたターゲット入力速度Ｓ１’’に基づいて入力シャフト７の入力速度Ｓ１が変更され、選択された入力歯車が出力歯車に係合することが可能になる。（計算されたターゲット入力速度Ｓ１’ではなく）変更されたターゲット入力速度Ｓ１’’に入力シャフト速度Ｓ１を設定することにより、入力歯車及び出力歯車間に生じる歯上への歯の係合の可能性が減じられる。当業者により理解されるように、入力シャフト速度Ｓ１が、変更されたターゲット入力速度Ｓ１’’に「セット」されるものと言え、各々に回転する入力及び出力歯車の係合が動的プロセスになる。従って、入力シャフトの回転速度は、入力歯車が出力歯車に係合する正確な時点において、変更されたターゲット入力速度Ｓ１’’に正確に適合する必要はない。むしろ、変更されたターゲット入力速度Ｓ１’’に入力シャフト速度が実質的に適合する際に係合が生じれば十分であり、すなわち、入力歯車の回転速度が、出力歯車の回転速度に十分に近く、シンクロメッシュの必要なくして係合できるが、十分に（例えば、５０ｒｐｍだけ）オフセットして歯上への歯の係合の可能性が減じられる。
【００５３】
ハイ／ローレンジが、ローレンジスイッチ２１を用いてドライバーにより選択される。トランスミッション５用のセレクターがニュートラル位置にある時に限りレンジ変更が実行可能である。レンジ変更が進行する時にはアクセルペダル（不図示）が押し下げられていてはならない。もしハイ又はローレンジが要求され、トランスミッションセレクターがニュートラル以外の位置にあるならば、アラートが提供され、ドライバーにニュートラルを選択するように指示する。
【００５４】
規定の制限内において、車両の移動時にトランスファーボックス３によりレンジ変更が許容される。端的には、ハイからローへの変更に際しては、車両速度が１０ｍｐｈ（１６ｋｍ／ｈ）を超えてはならず；ローからハイへのレンジ変更に際しては、車両速度が３０ｍｐｈ（４８ｋｍ／ｈ）を超えてはいけない。もし車両速度が規定されたパラメーターよりも高いならば、アラートが提供されドライバーに速度低下を指示する。レンジ変更は、車両速度が規定範囲内にある時に限り開始される。２ｍｐｈ（３ｋｍ／ｈ）未満の路上速度が、ＴＣＣＭ１３により静止シフト（車両が動いていない）として解釈され得る。
【００５５】
ここでローからハイ及びハイからローの移動時レンジ変更を参照して本発明に係るＴＣＣＭ１３の動作を記述する。
【００５６】
移動時レンジ変更：ローからハイ
本発明は、車両が速度閾値未満で移動する間に車両がローからハイのレンジ変更を実行することを許容する。本発明は、トランスファーボックス３内のシンクロメッシュの使用無しで円滑なレンジ変更を提供することができる。
【００５７】
車両の移動時にドライバーがローレンジスイッチ２１を押すと、ＴＣＣＭ１３により移動時レンジ変更要求が受信される。ＴＣＣＭ１３が、ＢＣＭ１７信号（ＫＬ１５−イグニッション・オン）を介して車両のイグニッションがオンであり、ＥＣＭ１９速度信号（エンジン速度ＨＳ）を介してエンジンが稼働している、と決定する。ＴＣＣＭ１３は、次に、トランスミッション５がニュートラルである（ＴＣＭ位置表示ＨＳ、歯車位置ターゲットＨＳ、歯車位置現行ＨＳ）と決定するためにＴＣＭ１５に問い合わせる。ＴＣＣＭ１３によってもチェックが行われ、車両速度（ホイール速度ＸＸＸＨＳ）が適切な閾値未満、典型的には３０ｍｐｈ（４８ｋｍ／ｈ）以下であると決定する。
【００５８】
もしＴＣＣＭ１３が１以上の次の事項：車両速度が閾値を超える；トランスミッション５がニュートラルではない；若しくは障害が検出される、を決定するならば、レンジ変更が失敗し、オプションとしてドライバーにアラートが提供される。もしパラメーターが満足されるならば、レンジ変更が進展する。
【００５９】
ローからハイへの移動時レンジ変更のためのイベントの主フローは、次のとおりである：
（ｉ）ＴＣＣＭ１３が、オートマチックトランスミッション歯車セレクターがニュートラルにロックされることを要求する（ＣＤｉｆｆシフトロック要求ＨＳ）；
（ｉｉ）ＴＣＭ１５がオートマチックトランスミッション歯車セレクターをニュートラルにロックする；
（ｉｉｉ）トランスファーケース３が、トランスファーケースモーターに電流を流すことによりレンジ変更を開始する；
（ｉｖ）トランスファーケース３の入力速度Ｓ１が、ロー歯車比、５０ｒｐｍオフセット未満により分割された出力速度Ｓ２（ＡＢＳ２３により測定される車両速度に対応する）に整合される；
（ｖ）トランスファーケース３がレンジ変更を完了し、これがレンジ位置センサーにより確認される；
（ｖｉ）ＴＣＣＭ１３が、オートマチックトランスミッション歯車セレクターがニュートラルにロックされる要求（ＣＤｉｆｆシフトロック要求ＨＳ）を取り下げる；
（ｖｉｉ）ＴＣＭ１５がニュートラル位置からトランスミッション歯車セレクターをロック解除する；及び
（ｖｉｉｉ）トランスミッション５が、通常動作に復帰する。
【００６０】
トランスファーケース３の入力速度Ｓ１が、トランスミッション５の出力にブレーキングトルクを与えることによりステップ（ｉｖ）で整合される。
【００６１】
トランスファーケースモーターが係合される時に歯上に歯がある状態が検出されるならば、イベントの順序が変更される。端的には、イベント（ｉ）〜（ｉｖ）が上述のように実施され、次に：
（ａ）ＴＣＣＭ１３が、高いモーター電流及びレンジが未完了であることを示すレンジ位置により歯上に歯がある状態を検出する；
（ｂ）ＴＣＣＭが、モーター電流を減じ（若しくは僅かに逆流させ）、次に電流を再び流す；５０ｒｐｍオフセットに起因するゼロを超えるオートマチックトランスミッション出力に起因して圧力が除かれるとトランスファーケースへの入力が回転する。
【００６２】
次に、ステップ（ｖ）〜（ｖｉｉｉ）が上述のように実施される。
【００６３】
これらのプロセスステップの上首尾の完了は、ローからハイへのレンジ変更が実施されたことに帰結する。「ハイレンジ選択」の一時的メッセージが、計器パックメッセージセンター（不図示）において表示でき、またローレンジアイコンが計器パックにおいてスイッチオフされる。
【００６４】
移動時レンジ変更：ハイからロー
本発明は、速度閾値未満で車両が動く間にハイからローへのレンジ変更を実行することも車両に許容する。本発明は、トランスファーケース３内のシンクロメッシュの使用無しで円滑なレンジ変更を提供することができる。
【００６５】
車両が動いている時にドライバーがローレンジスイッチ２１を押すと、動作時レンジ変更要求がＴＣＣＭ１３により受信される。ＴＣＣＭ１３は、次に、ローからハイへのレンジ変更のために実施された同一のパラメーターチャックを実行する。端的には、ＴＣＣＭ１３は、ＢＣＭ１７信号（ＫＬ１５−イグニッション・オン）を介して車両のイグニッションがオンであり、ＥＣＭ１９速度信号（エンジン速度ＨＳ）を介してエンジンが稼働している、と決定する。ＴＣＣＭ１３は、次に、トランスミッション５がニュートラルである（ＴＣＭ位置表示ＨＳ、歯車位置ターゲットＨＳ、歯車位置現行ＨＳ）と決定するためにＴＣＭ１５に問い合わせる。ＴＣＣＭ１３によってもチェックが行われ、車両速度（ホイール速度ＸＸＸＨＳ）が適切な閾値未満、典型的には１０ｍｐｈ（１６ｋｍ／ｈ）以下であると決定する。
【００６６】
もしＴＣＣＭ１３が１以上の次の事項：車両速度が閾値を超える；トランスミッション５がニュートラルではない；若しくは障害が検出される、を決定するならば、レンジ変更が失敗し、オプションとしてドライバーにアラートが提供される。もしパラメーターが満足されるならば、レンジ変更が進展する。
【００６７】
ハイからローへの移動時レンジ変更のためのイベントの主フローは、次のとおりである：
（ｉ）ＴＣＣＭ１３が、オートマチックトランスミッション歯車セレクターがニュートラルにロックされることを要求する（ＣＤｉｆｆシフトロック要求ＨＳ）；
（ｉｉ）ＴＣＭ１５がオートマチックトランスミッション歯車セレクターをニュートラルにロックする；
（ｉｉｉ）トランスファーケース３が、トランスファーケースモーターに電流を流すことによりレンジ変更を開始する；
（ｉｖ）トランスファーケース３の入力速度Ｓ１が、ロー歯車比、５０ｒｐｍオフセット未満により分割された出力速度Ｓ２（車両速度に対応する）に整合される；
（ｖ）トランスファーケース３がレンジ変更を完了し、これがレンジ位置センサーにより確認される；
（ｖｉ）ＴＣＣＭ１３が、オートマチックトランスミッション歯車セレクターがニュートラルにロックされる要求（ＣＤｉｆｆシフトロック要求ＨＳ）を取り下げる；
（ｖｉｉ）ＴＣＭ１５がニュートラル位置からトランスミッション歯車セレクターをロック解除する；及び
（ｖｉｉｉ）トランスミッション５が、通常動作に復帰する。
【００６８】
トランスファーケース３の入力速度Ｓ１が、高速歯車を選択することにより、及び／又はエンジン／電気モーターに正のトルク要求を送信することによりステップ（ｉｖ）で整合される。
【００６９】
トランスファーケースモーターが係合される時に歯上に歯がある状態が検出されるならば、イベントの順序が変更される。端的には、イベント（ｉ）〜（ｉｖ）が上述のように実施され、次に：
（ａ）ＴＣＣＭ１３が、高いモーター電流及びレンジが未完了であることを示すレンジ位置により歯上に歯がある状態を検出する；
（ｂ）ＴＣＣＭが、モーター電流を減じ（若しくは僅かに逆流させ）、次に電流を再び流す；５０ｒｐｍオフセットに起因するゼロを超えるトランスミッション５の出力に起因して圧力が除かれるとトランスファーケースへの入力シャフト７が回転する。
【００７０】
次に、ステップ（ｖ）〜（ｖｉｉｉ）が上述のように実施される。
【００７１】
これらのプロセスステップの上首尾の完了は、ハイからローへのレンジ変更が実施されたことに帰結する。「ローレンジ選択」の一時的メッセージが、計器パックメッセージセンター（不図示）にて表示でき、またローレンジアイコンが計器パックにてスイッチオンされる。
【００７２】
上に概説のように、トランスファーケース制御システム１が、トランスファーケース３内のシンクロメッシュ歯車の必要無くして移動時のハイ及びローレンジの間の変更を促進する。トランスファーケース制御システム１は、本出願の冒頭にて記述した種類の従来のトランスファーケース３と使用することができる。トランスファーケース３の複雑さを低減するため、コーン及びブロッカーリングといったシンクロメッシュ歯車を省略若しくはスペーサーにより置換することができる。
【００７３】
一度選択されたトランスファーケース入力シャフト７を駆動するべくトランスミッションが始動する際にオフセットが固有に生じるため、本明細書に記述の方法は、静止レンジ変更（すなわち、車両が静止している時の変更）のためにも用いることができる。
【００７４】
トランスファーケース３は、単一の出力シャフト９を有するように図示されてきた。しかしながら、２つの出力シャフトが提供でき、四輪駆動を可能にすることができる。例えば、フロント出力シャフトが車両のフロントホイールを駆動することができ、リア出力シャフトが車両のリアホイールを駆動することができる。従って、トランスファーケース３は、パーマネント四輪駆動、トルク分割トランスミッションを車両に提供することができる。Ｔｏｒｓｅｎ（登録商標）ディファレンシャルといったディファレンシャルアセンブリが提供でき、四輪駆動システムにおけるフロント及びリアホイールの間でトルクを分割する。そのような構成においては、トランスファーケース３内の同期スリーブが、ディファレンシャルアセンブリに永久的に結合されることができる。
【００７５】
トランスファーケース３内にシンクロメッシュを提供することの代替として本発明が記述されてきた。しかしながら、本発明は、シンクロメッシュと一緒に実施してシンクロメッシュの構成部品の保護に役立てることもできる。
【００７６】
上に記述の方法及び装置は、例えば、オフロード車のトランスファーケースにおけるハイレンジからローレンジ及び／又はローレンジからハイレンジの変更に使用することができる。この場合、ローレンジへのハイレンジの変更及びハイレンジへのローレンジの変更の各々のためのシンクロメッシュ歯車配列の必要性が不要になり得る。ハイレンジからローレンジの変更が行われる時に「オフロード」車両が静止することがよくある場面である（例えば、ドライバーが、横切られる「オフロード」地形を調査するために停止するためである）。対照的に、車両が動いているときドライバーがローレンジからハイレンジに変更することを望むことがよくある場面である（例えば、車両が、「オフロード」地形からタールマック道上に運転されるためである）。従って、本発明の一実施形態においては、ただ、「移動時」のレンジ変更を可能にするべく、ローレンジからハイレンジへの変更が選択される時にトランスファーケースの入力及び出力歯車の係合を制御するために上述の方法及び装置が採用され得る。ハイからローレンジへの変更の場合においては、車両が静止していると判断される時に限りそのような変更が為し得ることが単に要求される。従って、ハイからローレンジの変更及びローからハイレンジの変更の各々のシンクロメッシュ歯車配列の必要性が不要になる。
【００７７】
本発明の範囲から逸脱することなく本明細書に記述した実施形態について様々な変更や修正がなし得るものと理解される。
【図１】
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