(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の駆動力が入力される動力伝達手段を備えたパートタイム方式の４輪駆動車に用いられ、２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段がこの順序で機械的に序列されるシフト切替装置であって、
前記動力伝達手段の出力軸に接続される駆動対象物を変位させるアクチュエータと、
前記４輪駆動高速段の係合領域から前記中立段の係合領域に切り替わる間で、前記駆動対象物の位置を検出する第１の位置検出スイッチと、
前記２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段のそれぞれの係合領域，若しくはそれぞれの非係合領域において、前記第１の位置検出スイッチとは独立に作動して前記駆動対象物の位置を検出する第２の位置検出スイッチと、
前記２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段のそれぞれの係合領域，若しくはそれぞれの非係合領域において、前記第１の位置検出スイッチと前記第２の位置検出スイッチとは独立に作動して前記駆動対象物の位置を検出する第３の位置検出スイッチと、
前記２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段のそれぞれの係合領域，若しくはそれぞれの非係合領域において、前記第１の位置検出スイッチと前記第２の位置検出スイッチと前記第３の位置検出スイッチとは独立に作動して前記駆動対象物の位置を検出する第４の位置検出スイッチとを備え、
前記第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの履歴から予測されるスイッチ状態と、前記第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの実際のスイッチ状態とを比較して前記第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの故障を判定する判定手段を備えることを特徴とするシフト切替装置。
【請求項２】
内燃機関の駆動力が入力される動力伝達手段を備えたパートタイム方式の４輪駆動車に用いられ、２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段の切替を行うシフト切替装置であって、
前記２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段がこの順序で機械的に序列され、
前記動力伝達手段の出力軸に接続される駆動対象物を変位させるアクチュエータと、
前記４輪駆動高速段の係合領域から前記中立段の係合領域に切り替わる間で、前記駆動対象物の位置を検出する第１の位置検出スイッチと、
前記４輪駆動高速段の係合領域から前記中立段の係合領域に切り替わる間で、前記第１の位置検出スイッチとは独立に作動して前記駆動対象物の位置を検出する第２の位置検出スイッチと、
前記２輪駆動高速段の係合領域、前記２輪駆動高速段と前記４輪駆動高速段との間の非係合領域、前記４輪駆動高速段の係合領域、前記４輪駆動高速段と前記中立段との間の非係合領域、前記中立段の係合領域、前記中立段と前記４輪駆動低速段との間の非係合領域、または前記４輪駆動低速段の係合領域のいずれかの領域において、前記駆動対象物の位置を検出する第３の位置検出スイッチと、
前記２輪駆動高速段の係合領域、前記２輪駆動高速段と前記４輪駆動高速段との間の非係合領域、前記４輪駆動高速段の係合領域、前記４輪駆動高速段と前記中立段との間の非係合領域、前記中立段の係合領域、前記中立段と前記４輪駆動低速段との間の非係合領域、または前記４輪駆動低速段の係合領域のいずれかの領域において、前記第３の位置検出スイッチとは独立に作動して前記駆動対象物の位置を検出する第４の位置検出スイッチと、を備えることを特徴とするシフト切替装置。
【請求項３】
前記第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの履歴から予測されるスイッチ状態と、前記第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの実際のスイッチ状態とを比較して前記第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの故障を判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項２記載のシフト切替装置。
【請求項４】
前記第１、第２、第３または第４の位置検出スイッチが故障した場合、前記アクチュエータは、前記２輪駆動高速段または前記４輪駆動低速段への切替を行い、前記駆動対象物を変位させる変位時間を増大させることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか一方に記載のシフト切替装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シフト切替装置に関し、特に４輪駆動車における２輪駆動と４輪駆動との切替、ならびに変速機から駆動軸に至る動力伝達経路のギヤ比の高速段と低速段との切替を行うのに好適なシフト切替装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、４輪駆動車において２輪駆動と４輪駆動との切替を行う２ＷＤ／４ＷＤ切替装置として、内燃機関から変速機等を介して常時駆動される後輪または前輪側の回転軸に設けられたスプラインと、４輪駆動時にのみ駆動される前輪または後輪側の回転軸に設けられたスプラインとを、各スプラインに係合可能に形成されたスライダを介して連結するか否かを切り替えることにより、４輪駆動と２輪駆動とを切り替えるように構成されたものが知られている。
【０００３】
また、変速機から駆動軸に至る動力伝達経路のギヤ比の高速段と低速段との切替を行うハイ／ロー切替装置として、駆動軸に設けられたスプラインを、変速機の出力軸に設けられたスプラインに連結するか、あるいは、変速機の回転が変速機構を介して伝達される回転軸に設けられたスプラインに連結するか、を切り替えることにより、変速機から駆動軸に至る動力伝達経路のギヤ比をハイ／ローいずれかに設定するためのものが知られている。なお、ハイ／ローの切り替えは、各スプラインに係合可能なスライダを駆動軸の軸方向に移動させることにより行われる。このような構成のハイ／ロー切替装置は、車両が４輪駆動となっているときに運転者からの操作指令に従い、ギヤ比を切り替えるようにされており、２輪駆動時には、ギヤ比をハイに固定して燃費を悪化させないようにされているのが一般的である。
【０００４】
上記のような２ＷＤ／４ＷＤ切替装置やハイ／ロー切替装置を駆動するアクチュエータとしては、モータの回転をロッドの軸方向に沿った直線運動に変換し、ロッドの先端に固定されたフォークシャフトを変位させることにより、フォークシャフトに設けられたシフトフォークを介してスライダを、上記の各スプラインの連結位置から連結を切り離す切離位置またはその逆方向へとスライドさせる推力アクチュエータが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、パートタイム方式の４輪駆動車において、２輪駆動高速段（２Ｈ）、４輪駆動高速段（４Ｈ）、中立段（Ｎ）および４輪駆動低速段（４Ｌ）の切替、いわゆる２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替を１つのアクチュエータで行うように構成されているシフト切替装置が注目されている。上記のシフト切替装置は、複数のアクチュエータを備えたシフト切替装置に比べて部品点数が低減されるため、搭載スペースが確保され、製造コストの低減を図ることができる。
【０００６】
２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替を１つのアクチュエータで行うように構成されたシフト切替装置において、２Ｈ−４Ｈの切替が車両の走行中に行われても減速比が変わらないので、車速の変化がほとんどないため安全である。しかし、４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替が車両の走行中に行われると、途中に駆動力のなくなる位置があるため車両が走行不能になる虞がある。また、４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切り替えにおいて、４Ｌにシフトされてしまう場合には、４Ｈと４Ｌとでは減速比が大きく異なるので、走行中に切り替えられると大きな減速力が発生する虞がある。
【０００７】
したがって、通常、４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替は車両の停止中に行われる。ところが、車両の走行中に２Ｈ−４Ｈの切替が行われ、何らかの原因により４Ｈの位置を検出することに失敗し、Ｎまたは４Ｌの領域までアクチュエータが駆動されると、上記の理由から車両の制御が困難な状態になるという問題がある。
【０００８】
一方、特開昭６３−３４３４９号公報には、変速機の各変速段がギア切替駆動手段にて切り替えられ、その各ギア位置がギアポジションスイッチにて検出される自動変速機において、リトライを行ってもシフトが終了しない場合、目標ギア位置を検出するギアポジションスイッチが故障していると判定するギアポジションスイッチの故障検出方法が開示されている。この故障検出方法は、２点間の移動における位置検出スイッチの故障の判定に適している。
【０００９】
しかしながら、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替を１つのアクチュエータで行うように構成されたシフト切替装置においては、４Ｈ−Ｎ間で中間停止が必要であり、特開昭６３−３４３４９号公報に開示される位置検出スイッチの故障検出方法を適用した場合、４Ｈ−Ｎ間の中間位置を目標とすると、目標位置を通り過ぎ、Ｎまたは４Ｌの領域までアクチュエータが駆動されて車両の制御が困難な状態になるという問題があった。
【００１０】
この問題を解決するために我々は、特願平１１−２７８８１４号に示される技術を考案した。該技術では、コンタクト式の４つの独立した位置検出スイッチにより、切替位置を検出し、アクチュエータを駆動する。特に、コンタクト式の位置検出スイッチの場合、図６（ａ），（ｂ）に示すように２つの位置検出スイッチの切替パターンにて検出するものでは、いずれか一方の位置検出スイッチが正常であれば、残りの位置検出スイッチにてＰ２、若しくはＰ３にて切替位置を検出することができる。しかし、図６（ａ）に示すように切替パターンが、例えば、２つの位置検出スイッチともオンからオフとするものにおいて、２つの位置検出スイッチに同時にオン故障が発生した場合には、位置検出スイッチが故障したことを検出できない虞がある。
【００１１】
また、図６（ｂ）に示すように切替パターンが、２つの位置検出スイッチともオフからオンとするものにおいて、２つの位置検出スイッチに同時にオフ故障が発生した場合にも、位置検出スイッチが故障したことを検出できない虞がある。
【００１２】
このようにギア位置を検出することができないと、アクチュエータによりギア位置がＮまたは４Ｌに落ち込む虞があり、車両の制御が困難な状態になるという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、２つの位置検出スイッチが同時にオン故障、若しくはオフ故障をおこしたときでも、故障を判定し、車両の制御が困難な状態に陥ることを防止するができる位置検出装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載のシフト切替装置によると、内燃機関の駆動力が入力される動力伝達手段を備えたパートタイム方式の４輪駆動車に用いられ、２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段がこの順序で機械的に序列されるシフト切替装置であって、動力伝達手段の出力軸に接続される駆動対象物を変位させるアクチュエータと、４輪駆動高速段の係合領域から中立段の係合領域に切り替わる間で、駆動対象物の位置を検出する第１の位置検出スイッチと、２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段のそれぞれの係合領域，若しくはそれぞれの非係合領域において、第１の位置検出スイッチとは独立に作動して駆動対象物の位置を検出する第２の位置検出スイッチと、２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段のそれぞれの係合領域，若しくはそれぞれの非係合領域において、第１の位置検出スイッチと第２の位置検出スイッチとは独立に作動して駆動対象物の位置を検出する第３の位置検出スイッチと、２輪駆動高速段、４輪駆動高速段、中立段および４輪駆動低速段のそれぞれの係合領域，若しくはそれぞれの非係合領域において、第１の位置検出スイッチと第２の位置検出スイッチと第３の位置検出スイッチとは独立に作動して駆動対象物の位置を検出する第４の位置検出スイッチとを備え、第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの履歴から予測されるスイッチ状態と、第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの実際のスイッチ状態とを比較して第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの故障を判定する判定手段を備える。
【００２０】
本発明の請求項１記載のシフト切替装置によると、第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの履歴から予測されるスイッチ状態と、第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの実際のスイッチ状態とを比較して第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの故障を判定する判定手段を備えているので、故障した位置検出スイッチを特定することができる。したがって、たとえば故障した位置検出スイッチを無視してシフト切替を行うことで、応急処置を施すことができる。
【００２１】
本発明の請求項２記載のシフト切替装置によると、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替を行うシフト切替装置であって、第１の位置検出スイッチと、この第１の位置検出スイッチとは独立に作動する第２の位置検出スイッチとは、アクチュエータにより変位させられる駆動対象物の位置を４Ｈの係合領域からＮの係合領域に切り替わる間で検出するので、たとえ第１または第２の位置検出スイッチの一方が故障しても、第１または第２の位置検出スイッチの他方が４Ｈ−Ｎ間で切り替わることを検出し、４Ｈを行き過ぎてＮへ落ち込むことを防止することができる。したがって、位置検出スイッチの故障によるアクチュエータの誤作動を防止し、車両の制御が困難な状態になることを回避することができる。ここで、独立に作動する関係とは、一方が故障しても他方が正常に作動する関係をいう。
【００２２】
本発明の請求項２記載のシフト切替装置によると、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌがこの順序で機械的に序列されるシフト切替装置であって、第３の位置検出スイッチと、この第３の位置検出スイッチとは独立に作動する第４の位置検出スイッチとは、２Ｈの係合領域、２Ｈ−４Ｈ間の非係合領域、４Ｈの係合領域、４Ｈ−Ｎ間の非係合領域、Ｎの係合領域、Ｎ−４Ｌ間の非係合領域、または４Ｌの係合領域のいずれかの領域において、アクチュエータにより変位させられる駆動対象物の位置を検出するので、第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの検出する順番を確認することにより、第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの故障の有無を判定することができる。
【００２３】
本発明の請求項３記載のシフト切替装置によると、第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの履歴から予測されるスイッチ状態と、第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの実際のスイッチ状態とを比較して第１、第２、第３および第４の位置検出スイッチの故障を判定する判定手段を備えているので、故障した位置検出スイッチを特定することができる。したがって、たとえば故障した位置検出スイッチを無視してシフト切替を行うことで、応急処置を施すことができる。
【００２４】
本発明の請求項４記載のシフト切替装置によると、第１、第２、第３または第４の位置検出スイッチが故障した場合、アクチュエータは、２Ｈまたは４Ｌへの切替を行い、駆動対象物を変位させる変位時間を増大させるので、４ＨまたはＮへの切替を禁止し、２Ｈまたは４Ｌへの確実なシフト切替を行わせる。したがって、位置検出スイッチの故障発生時においても車両の走行を継続させ、車両の安全性を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２６】
本発明の一実施例によるシフト切替装置について、図１〜図５を用いて説明する。図５は、本発明が適用されるパートタイム方式の４輪駆動車の動力伝達系の構成を示す概略構成図である。
【００２７】
図５に示すように、本実施例の４輪駆動車には、変速機ＴＭを介して図示しない内燃機関の出力が入力される動力伝達手段としてのトランスファ装置３０が備えられている。トランスファ装置３０から車両後方に突出する出力軸は、リヤプロペラシャフト３２、リヤディファレンシャルギヤ３３、および左右後輪ＲＬ、ＲＲの回転軸であるリヤアクスルシャフト３４ＲＬ、３４ＲＲを介して左右後輪ＲＬ、ＲＲに至る。また、トランスファ装置３０から車両前方に突出する出力軸は、フロントプロペラシャフト３６、フロントディファレンシャルギヤ３７、および左右前輪ＦＬ，ＦＲの回転軸であるフロントアクスルシャフト３８ＦＬ、３８ＦＲを介して左右前輪ＦＬ、ＦＲに至る。なお、右前輪ＦＲ側のフロントアクスルシャフト３８ＦＲには、後輪ＲＬ、ＲＲのみを駆動輪とする２輪駆動時に左右前輪ＦＬ、ＦＲの回転をフリーにするためのフロント車軸断続装置４０が設けられている。
【００２８】
トランスファ装置３０内においては、変速機ＴＭの出力が、ギヤ比をハイ／ローいずれかに切替可能なハイ／ロー切替装置４２を介して内部の駆動軸４３に伝達され、さらに、この駆動軸４３の回転がセンタディファレンシャルギヤ４４に入力される。センタディファレンシャルギヤ４４の一方の出力ギヤは、後輪側出力軸に直結され、他方の出力ギヤは、２輪駆動と４輪駆動との切り替えを行う２ＷＤ／４ＷＤ切替装置４６およびチェーン４７を介して前輪側出力軸に連結されている。また、センタディファレンシャルギヤ４４には、その入力軸と後輪側出力軸とを直結することにより、センタディファレンシャルギヤ４４の差動動作を停止、いわゆるデフロックさせるためのロック／フリー切替装置４８が設けられている。
【００２９】
ハイ／ロー切替装置４２は、駆動軸４３に設けられたスプラインを変速機ＴＭの出力軸に設けられたスプラインに連結するか、あるいは、変速機ＴＭの回転が変速機構４２ａを介して伝達される回転軸４２ｂに設けられたスプラインに連結するかを切り替えることにより、変速機ＴＭから駆動軸４３に至る動力伝達経路のギヤ比をハイ／ローいずれかに設定するためのものである。そして、その切り替えは、各スプラインに係合可能なスライダ４２ｓを、駆動軸４３の図５に矢印で示す軸方向に移動させることにより行われる。なお、ハイ／ロー切替装置４２は、車両が４輪駆動となっているときに運転者からの操作指令に従い、ギヤ比を切り替えるようにされており、２輪駆動時には、ギヤ比をハイに固定して燃費を悪化させないようにされている。
【００３０】
２ＷＤ／４ＷＤ切替装置４６は、フロントプロペラシャフト３６に連結される前輪側出力軸にチェーン４７を介して接続された回転軸４６ａと、センタディファレンシャルギヤ４４の前輪側出力ギヤの回転軸４６ｂとを連結するか否かを切り替えることにより、車両を４輪駆動にするか２輪駆動にするかを切り替えるためのものである。そして、この切り替えには、各回転軸４６ａ、４６ｂに設けられたスプラインに係合可能なスライダ４６ｓが使用される。このスライダ４６ｓを各回転軸４６ａ、４６ｂの図５に矢印で示す軸方向に移動させて両スプラインを連結すれば４輪駆動となり、上記のスライダ４６ｓを移動させて両スプラインの連結を切り離せば２輪駆動となる。
【００３１】
ロック／フリー切替装置４８は、センタディファレンシャルギヤ４４の入力軸に設けられたスプラインと、リヤプロペラシャフト３２に連結される後輪側出力軸に設けられたスプラインとを、各スプラインに係合可能なスライダ４８ｓを介して連結するか否かを切り替えることにより、センタディファレンシャルギヤ４４のロック／フリーを切り替えるものであり、２輪駆動時には、後輪に動力を伝達できるようにするためにセンタディファレンシャルギヤ４４を必ずロック状態とし、４輪駆動時には、運転者の操作指令に従いロック／フリーを切り替えるようにされている。
【００３２】
また、フロント車軸断続装置４０は、上記各切替装置と同様に、左右前輪ＦＬ、ＦＲの回転軸であるフロントアクスルシャフト３８ＦＬ、３８ＦＲに設けられたスプラインを、スライダ４０ｓを介して連結するか否かを切り替えることにより、左右前輪ＦＬ、ＦＲの回転をフリーにするか否かを切り替えるようにされており、２輪駆動時には、各スプラインの連結を切り離して左右前輪ＦＬ、ＦＲの回転をフリーにし、４輪駆動時には、各スプラインを連結して左右前輪ＦＬ、ＦＲを、フロントディファレンシャルギヤ３７を介してプロペラシャフト３６に連結する。なお、スライダ４０ｓをフリーにするのは、燃費低下防止のため、大きな駆動力を必要とするプロペラシャフト３６を回さないためである。
【００３３】
このように、本実施例の４輪駆動車の動力伝達系には、フロント車軸断続装置４０、ハイ／ロー切替装置４２、２ＷＤ／４ＷＤ切替装置４６、ロック／フリー切替装置４８が備えられ、これら各部での切替動作時には、スライダ４０ｓ、４２ｓ、４６ｓ、４８ｓを連結／切離の対象となるスプラインに沿って移動させる必要がある。
【００３４】
ハイ／ロー切替装置４２および２ＷＤ／４ＷＤ切換装置４６のスライダ４２ｓおよび４６ｓには、図示しないフォークシャフトに固定された図示しないシフトフォークが係合されている。そして、スライダ４２ｓおよび４６ｓは、フォークシャフトが図５に矢印で示す軸方向に変位することにより、変速機ＴＭから駆動軸４３に至る動力伝達経路のギヤ比がハイ／ローいずれかに設定されたり、各回転軸４６ａ、４６ｂのスプラインに噛合して両スプラインを連結し、車両を４輪駆動とする連結位置と、回転軸４６ｂ側のスプラインのみに噛合して両スプラインの連結を切り離し、車両を２輪駆動とする切離位置とのいずれかに切り換えられたりする。すなわち、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替が行われる。
【００３５】
本実施例においては、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替を行うスライダ移動のために、直流モータを動力源とする１つのリミットスイッチを備える推力アクチュエータが使用される。なお、本実施例のシフト切替装置は、この推力アクチュエータにより変位させられる駆動対象物としてのスライダ４２ｓおよび４６ｓの位置を検出する４チャンネルのリミットスイッチを備える推力アクチュエータと、このリミットスイッチの検出信号に基づいて推力アクチュエータを制御する制御装置とを備える。
【００３６】
以下、本実施例によるシフト切替装置の構造、動作について説明する。なお、以下の説明において、図２は、シフト切替装置１００のカバー１９を取り外した状態における内部構造を示す平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００３７】
図２および図３に示すように、シフト切替装置１００は、推力アクチュエータ１、リミットスイッチ２、これらを収容するケース５、および図示しない制御装置等から構成される。
【００３８】
まず、推力アクチュエータ１について説明する。
【００３９】
推力アクチュエータ１は、フォークシャフトを軸方向に移動させるためのものであり、通電を受けて回転トルクを発生する直流モータ（以下、単にモータという）３、このモータ３の回転トルクを伝達する後述の動力伝達機構、この動力伝達機構に介在されたトーションスプリング４、動力伝達機構により伝達された動力を受けて軸中心に回転するアウトプットシャフト１８等から構成されている。
【００４０】
推力アクチュエータ１の動力伝達機構は、モータ３の出力軸６に取り付けられて出力軸６と一体に回転するモータピニオン７、モータピニオン７と噛み合うギヤ８、ギヤ８と共通の支持軸９に支持されてギヤ８と一体に回転する小径ギヤ１０、小径ギヤ１０と噛み合う大径ギヤ１１、大径ギヤ１１と非通の支持軸１２に支持されてトーションスプリング４を介してトルク伝達されるプレートギヤ１３、プレートギヤ１３と一体のギヤピニオン１４、後述するリミットスイッチ２のスイッチプレート１６と共にアウトプットシャフト１８に支持されてギヤピニオン１４と噛み合うギヤ１５等より構成されている。
【００４１】
トーションスプリング４は、大径ギヤ１１の内周に配されており、その図示しない両端部が大径ギヤ１１の内側に突設された図示しない係止壁に係止されて所定のセットトルクが付与されている。なお、大径ギヤ１１は、図３に示す軸方向の左側のみ側壁を有し、右側は開口されている。
【００４２】
トーションスプリング４を介してトルク伝達されるプレートギヤ１３は、大径ギヤ１１の開口された側面を塞ぐ円形のプレート１３ａを有し、このプレート１３ａの図３に示す左側面に、大径ギヤ１１の係止壁の内周側でトーションスプリング４の両端部の間に挿入される円弧状の係合壁１３ｂが設けられている。なお、係合壁１３ｂは、大径ギヤ１１の係止壁より周方向の長さが僅かに短く形成されており、トーションスプリング４の両端部の間で回転方向に多少の遊びが設定されている。
【００４３】
このトーションスプリング４は、例えばモータ３の回転中にアウトプットシャフト１８がロックしてプレートギヤ１３の回転が停止したときに、自身の一方の端部がプレートギヤ１３の係合壁１３ｂの一端に係合しながら大径ギヤ１１を通じて伝わるモータ３の回転慣性エネルギによって回転方向に捩じり込まれ、捩じり角に応じた捩じりトルクを蓄えることができる。
【００４４】
このように構成された推力アクチュエータ１においては、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替時には、制御装置を介してモータ３が正または逆方向に通電されて、正回転又は逆回転する。また推力アクチュエータ１は、後述するリミットスイッチ２のスイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３またはＳＷ４が故障した場合、２Ｈまたは４Ｌへの切替を行い、スライダ４６ｓまたは４２ｓを変位させる変位時間を増大させるので、４ＨまたはＮへの切替を禁止し、２Ｈまたは４Ｌへの確実なシフト切替を行わせる。なお、以下の説明において、２Ｈから４Ｈへの切替時または４Ｈから４Ｌへの切替時のモータ３の回転方向を正回転といい、４Ｈから２Ｈへの切替時または４Ｌから４Ｈへの切替時のモータ３の回転方向を逆回転という。
【００４５】
２Ｈから４Ｈへの切替時または４Ｈから４Ｌへの切替時に、モータ３が正回転すると、出力軸６に取り付けられたモータピニオン７が出力軸６と一体に回転し、このモータピニオン７と噛み合うギヤ８が回転する。ギヤ８の回転は、ギヤ８と共に支持軸９に一体に設けられた小径ギヤ１０を介して大径ギヤ１１に伝達されて、この大径ギヤ１１からトーションスプリング４を介してプレートギヤ１３に伝達され、さらにプレートギヤ１３からギヤピニオン１４へ、ギヤピニオン１４からギヤ１５へ順に伝達された後、このギヤ１５と一体に回転するアウトプットシャフト１８から図示しないピニオンギヤおよびラックギヤに伝達されて軸方向の推力に変換される。
【００４６】
このラックギヤで変換された推力によりフォークシャフトを変位させることにより、フォークシャフトに固定されたシフトフォークを介してスライダ４６ｓまたは４２ｓが図５の右方向へ移動し、２Ｈから４Ｈへ、または４Ｈから４Ｌへ切り替えられる。
【００４７】
一方、４Ｈから２Ｈへの切替時または４Ｌから４Ｈへの切替時に、モータ３が逆回転すると、動力伝達機構の各ギヤが夫々モータ３の正回転時とは逆方向に回転し、その回転が、ギヤ１５と一体に回転するアウトプットシャフト１８からピニオンギヤおよびラックギヤに伝達されて軸方向の推力に変換され、フォークシャフトを変位させる。これにより、フォークシャフトに固定されたシフトフォークを介して、スライダ４６ｓまたは４２ｓが図５の左方向へ移動し、４Ｈから２Ｈへ、または４Ｌから４Ｈへ切り替えられる。
【００４８】
上記の２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替時において、駆動対象物からの衝撃エネルギがトーションスプリング４により吸収されることにより、スライダ４６ｓまたは４２ｓの移動停止に伴う衝撃力がアウトプットシャフト１８からモータ３に加わることが防止される。
【００４９】
以上のように、本実施例の推力アクチュエータ１においては、モータ３の回転をアウトプットシャフト１８からピニオンギヤおよびラックギヤに伝達する動力伝達機構に、トーションスプリング４を備えているため、駆動対象物であるスライダ４６ｓまたは４２ｓ側から加わる負荷が大きくなったときには、トーションスプリング４が巻き上がることによりスライダ４６ｓまたは４２ｓの移動停止に伴う衝撃力を抑制することができる。また、このときに駆動対象物であるスライダ４６ｓまたは４２ｓ側から加わる負荷が開放された場合に、巻き上げられたトーションスプリング４が戻ろうとすることにより、スムーズにスライダ４６ｓまたは４２ｓを移動させることができる。
【００５０】
次に、リミットスイッチ２について、図１、図２および図４を用いて説明する。ここで、図１は、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替によるリミットスイッチ２のスイッチ特性を示す特性図であり、図４は、リミットスイッチ２を示す平面図である。なお、図４においては、説明を簡単にするためにターミナルプレートが省略されている。
【００５１】
図２および図４に示すように、リミットスイッチ２は、４チャンネルのオン／オフスイッチであって、スイッチプレート１６、ターミナルプレート１７、スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４、グランドＧＮＤ等から構成されている。
【００５２】
スイッチプレート１６は、推力アクチュエータ１のアウトプットシャフト１８にギヤ１５と共に回転可能に支持されており、表面に同心上に異なるパターンの円弧状に形成される導体部２１、２２、２３および２４と、導体部２５とを有している。スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４と、グランドＧＮＤとはそれぞれターミナルプレート１７を介して制御装置に電気的に接続されている。スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４は、それぞれ独立に作動し、スイッチプレート１６の回転に応じてそれぞれ導体部２１、２２、２３および２４と電気的に接続可能であり、グランドＧＮＤは導体部２５に常に電気的に接続されている。このため、リミットスイッチ２は、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替に応じてスイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４の開閉信号を制御装置に送出することができる。そして、上記の開閉信号は、スライダ４６ｓまたは４２ｓの位置に対応しているので、リミットスイッチ２は、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替時におけるスライダ４６ｓまたは４２ｓの位置を検出することができる。
【００５３】
図１に示すように、リミットスイッチ２は、２Ｈの係合領域において、スライダ４６ｓがポジションＰ１の位置に変位するとき、スイッチコンタクトＳＷ３のオン・オフが切り替わり、スイッチコンタクトＳＷ１のオン・オフが切り替わる。このとき、スイッチコンタクトＳＷ１とスイッチコンタクトＳＷ３とのオン・オフパターンは異なる。また、２Ｈ−４Ｈ間の非係合領域において、スライダ４６ｓがポジションＰ２の位置に変位するとき、スイッチコンタクトＳＷ４のオン・オフが切り替わる。また、４Ｈの係合領域において、スライダ４６ｓがポジションＰ３の位置に変位するとき、スイッチコンタクトＳＷ１のオン・オフが切り替わる。このときのスイッチコンタクトＳＷ４とスイッチコンタクトＳＷ１とのオン・オフパターンは異なる。そして、スライダ４２ｓがポジションＰ４の位置に変位するとき、スイッチコンタクトＳＷ２のオン・オフが切り替わる。
【００５４】
さらに、リミットスイッチ２は、４Ｈ−Ｎ間の非係合領域において、スライダ４２ｓがポジションＰ５の位置に変位するとき、スイッチコンタクトＳＷ１のオン・オフが切り替わる。このとき、スイッチコンタクトＳＷ２とスイッチコンタクトＳＷ１とのオン・オフパターンは異なる。また、Ｎの係合領域において、スライダ４２ｓがポジションＰ６の位置に変位するとき、スイッチコンタクトＳＷ４のオン・オフが切り替わり、スライダ４２ｓがポジションＰ７の位置に変位するとき、スイッチコンタクトＳＷ３のオン・オフが切り替わる。また、４Ｌの係合領域において、スライダ４２ｓがポジションＰ８の位置に変位するとき、スイッチコンタクトＳＷ４のオン・オフが切り替わる。
【００５５】
上記のように、スイッチコンタクトＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３およびＳＷ４は、推力アクチュエータ１により変位させられるスライダ４２ｓ，４６ｓとの位置を２Ｈの係合領域から４Ｌの係合領域の間で、それぞれ独立に作動して検出することができる。ここで、スイッチコンタクトＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３およびＳＷ４は、第１および第２の位置検出スイッチを構成している。
【００５６】
さらに、制御装置は、スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４の履歴から予測されるスイッチ状態と、スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４の実際のスイッチ状態とを比較してスイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４の故障を判定する判定手段を有している。このため、何らかの原因によりスイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３またはＳＷ４が故障した場合、制御装置は、故障したスイッチコンタクトを特定することができる。
【００５７】
また、４Ｈの係合領域を判定できずにＮの係合領域へ落ち込むことを防止するために、２Ｈ−４Ｈの切替時には、２つのスイッチコンタクトによりスライダ４２ｓの位置をそれぞれ独立に作動して検出するとともに、２つのスイッチコンタクトのスイッチパターンとして、オン・オフパターンを異なるパターンに設定することで、どちらか一方のスイッチコンタクトが故障した場合でも、残りのスイッチコンタクトのオン・オフパターンを検出することで、スイッチコンタクトが故障したことを判断することができる。
【００５８】
さらに２つのスイッチコンタクトが同時にオン故障、若しくはオフ故障を起こしたとしても、同時に故障が発生した際にどちらかの位置検出スイッチのオン・オフパターンが切り替わるので、故障による位置検出が行われずにアクチュエータが駆動され続けられることが防止される。そして、このとき、もう一方の位置検出スイッチのオン・オフが切り替わらないことから、故障が発生したことを判定することができる。また、例えば、同時オン故障、若しくは同時オフ故障が発生することにより、アクチュエータがそれ以降の位置へ移動しないように制御することで、車両の制御が困難な状態になることが防止できる。
【００５９】
以上説明した本発明の一実施例においては、スイッチコンタクトＳＷ１およびＳＷ２は、推力アクチュエータ１により変位させられるスライダ４２ｓの位置を４Ｈの係合領域からＮの係合領域に切り替わる間で検出するので、２Ｈ−４Ｈ切替え時に、たとえ何らかの原因によりスイッチコンタクトＳＷ１またはＳＷ２の一方が故障しても、スイッチコンタクトＳＷ１またはＳＷ２の他方が４Ｈ−Ｎ間で切り替わることを検出することで、４Ｈを行き過ぎたことを判定することができる。４Ｈを行き過ぎたことを判定することができるので、行き過ぎたスライダ４２ｓの位置を推力アクチュエータにより戻すことができる。したがって、スイッチコンタクトＳＷ１またはＳＷ２の一方の故障による推力アクチュエータ１の誤作動を防止し、車両の制御が困難な状態になることを回避することができる。
【００６０】
さらに、本実施例においては、２Ｈの係合領域、２Ｈ−４Ｈ間の非係合領域、４Ｈの係合領域、４Ｈ−Ｎ間の非係合領域、Ｎの係合領域、Ｎ−４Ｌ間の非係合領域、および４Ｌの係合領域にトランスファの領域を分類し、推力アクチュエータ１により変位させられるスライダ４６Ｓまたは４２ｓの位置を検出するので、スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４の検出する順番を確認することにより、スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４の故障の有無を判定することができる。
【００６１】
さらにまた、本実施例においては、制御装置は、スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３およびＳＷ４の故障を判定するので、故障した位置検出スイッチを特定することができる。したがって、たとえば故障したスイッチコンタクトを無視して２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替を行うことで、応急処置を施すことができる。
【００６２】
さらにまた、本実施例においては、推力アクチュエータ１は、スイッチコンタクトＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３またはＳＷ４が故障した場合、２Ｈまたは４Ｌへの切替を行い、スライダ４６ｓまたは４２ｓを変位させる変位時間を増大させるので、４ＨまたはＮへの切替を禁止し、２Ｈまたは４Ｌへの確実なシフト切替を行わせる。したがって、リミットスイッチ２の故障発生時においても車両の走行を継続させ、車両の安全性を高めることができる。
【００６３】
以上説明した本発明の一実施例では、２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替によるリミットスイッチ２のスイッチ特性の一例について、図１を用いて説明したが、本発明では、少なくとも２つのスイッチコンタクトにより、アクチュエータにより変位させられるスライダの位置を４Ｈの係合領域からＮの係合領域に切り替わる間で検出することが可能であれば、どのようなスイッチ特性であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】２Ｈ−４Ｈ−Ｎ−４Ｌの切替によるリミットスイッチのスイッチ特性を示す特性図である。
【図２】シフト切替装置のカバーを取り外した状態における内部構造を示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】リミットスイッチを示す平面図である。
【図５】４輪駆動車の動力伝達系の全体構成を表す説明図である。
【図６】（ａ）同時オン故障を示す図。（ｂ）同時オフ故障を示す図。
【符号の説明】
１    推力アクチュエータ
２    リミットスイッチ
３    モータ
４    トーションスプリング
５    ケース
７    モータピニオン
８    ギヤ
１０    小径ギヤ
１１    大径ギヤ
１３    プレートギヤ
１４    ギヤピニオン
１５    ギヤ
１６    スイッチプレート
１８    アウトプットシャフト
２１、２２、２３、２４、２５    導体部
３０    トランスファ装置（動力伝達手段）
４０    フロント車軸断続装置
４２    ハイ／ロー切替装置
４２ｓ  スライダ（駆動対象物）
４６    ２ＷＤ／４ＷＤ切替装置
４６ｓ  スライダ（駆動対象物）
４８    ロック／フリー切替装置
１００    シフト切替装置
ＳＷ１、ＳＷ２    スイッチコンタクト（第１の位置検出スイッチ、第２の位置検出スイッチ）
ＳＷ３、ＳＷ４    スイッチコンタクト（第３の位置検出スイッチ、第４の位置検出スイッチ）
【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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【図６】
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