(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルにより制御される動力源及び、第１対と第２対の駆動輪を持つ車両用の４輪駆動システムであって、
高速レンジあるいは低速レンジでの作動の選択を表す信号を発生するレンジ選択器、
上記動力源と上記第１対の駆動輪を駆動可能に連結し、そして、加えられる制御信号に応じて、トルク容量が変化するトランスファー・クラッチを介して、上記動力源と上記第２対の駆動輪を駆動可能に連結するトランスファー・ケース、
上記第１対の駆動輪の平均速度と上記第２対の駆動輪の平均速度のうち低い方の速度を表す信号を発生する手段、
上記スロットルの位置を表す信号を発生するセンサー、及び
上記レンジ選択器、上記信号発生手段及び上記センサーに結合され、上記選択されたレンジを表す信号、上記スロットル位置及び上記低い方の平均速度に対応する制御信号を発生し、該制御信号を上記トランスファー・クラッチへ加える制御手段、
を有し、
上記制御手段は、上記高速レンジあるいは低速レンジにおいて、上記低い方の平均速度が所定速度よりも低く、かつ上記スロットル位置が所定値よりもスロットル開度の小さい側にあるときに、それ以外のときに比べて上記トランスファー・クラッチのトルク容量を小さくするものであり、
上記低い方の平均速度の上記所定速度が、上記高速レンジのときには低速レンジに比べて高い値に設定されている、４輪駆動システム。
【請求項２】
スロットルにより制御される動力源及び、第１対と第２対の駆動輪を持つ車両用の４輪駆動システムであって、
高速レンジあるいは低速レンジでの作動の選択を表す信号を発生するレンジ選択器、
上記動力源と上記第１対の駆動輪を駆動可能に連結し、そして、加えられる制御信号に応じて、トルク容量が変化するトランスファー・クラッチを介して、上記動力源と第２対の駆動輪を駆動可能に連結するトランスファー・ケース、
上記第１対の駆動輪の平均速度と上記第２対の駆動輪の平均速度のうち低い方の速度を表す信号を発生する手段、
推定エンジン・トルクを表示する手段、及び
上記レンジ選択器、上記信号発生手段及び上記表示手段に結合され、上記選択されたレンジを表す信号、上記推定エンジン・トルク及び上記低い方の平均速度に対応する制御信号を発生し、該制御信号を上記トランスファー・クラッチへ加える制御手段、
を有し、
上記制御手段は、上記高速レンジあるいは低速レンジにおいて、上記低い方の平均速度が所定速度よりも低く、かつ上記推定エンジン・トルクが所定値よりも小さいときに、それ以外のときに比べて上記トランスファー・クラッチのトルク容量を小さくするものであり、
上記低い方の平均速度の上記所定速度が、上記高速レンジのときには低速レンジに比べて高い値に設定されている、４輪駆動システム。
【請求項３】
スロットルにより制御される動力源及び、第１対と第２対の駆動輪を持つ車両用の４輪駆動システムであって、
高速レンジあるいは低速レンジでの作動の選択を表す信号を発生するレンジ選択器、
上記動力源と上記第１対の駆動輪を駆動可能に連結し、そして、加えられる制御信号に応じて、トルク容量が変化するトランスファー・クラッチを介して、上記動力源と第２対の駆動輪を駆動可能に連結するトランスファー・ケース、
上記第１対の駆動輪の平均速度と上記第２対の駆動輪の平均速度のうち低い方の速度を表す信号を発生する手段、
推定エンジン・トルクを表示する手段、及び
上記レンジ選択器、上記信号発生手段及び上記表示手段に結合され、上記選択されたレンジを表す信号、上記推定エンジン・トルク及び上記低い方の平均速度に対応する制御信号を発生し、該制御信号を上記トランスファー・クラッチへ加える制御手段、
を有し、
上記制御手段は、上記高速レンジあるいは低速レンジにおいて、上記低い方の平均速度が所定速度よりも低く、かつ上記推定エンジン・トルクが所定値よりも小さいときに、それ以外のときに比べて上記トランスファー・クラッチのトルク容量を小さくするものであり、
上記推定エンジン・トルクの上記所定値が、上記高速レンジのときには低速レンジに比べて大きな値に設定されている、４輪駆動システム。
【請求項４】
スロットルにより制御される動力源及び、第１対と第２対の駆動輪を持つ車両用の４輪駆動システムであって、
高速レンジあるいは低速レンジでの作動の選択を表す信号を発生するレンジ選択器、
上記動力源と上記第１対の駆動輪を駆動可能に連結し、そして、加えられる制御信号に応じて、トルク容量が変化するトランスファー・クラッチを介して、上記動力源と上記第２対の駆動輪を駆動可能に連結するトランスファー・ケース、
上記第１対の駆動輪の平均速度と上記第２対の駆動輪の平均速度のうち低い方の速度を表す信号を発生する手段、
上記スロットルの位置を表す信号を発生するセンサー、及び
上記レンジ選択器、上記信号発生手段及び上記センサーに結合され、上記選択されたレンジを表す信号、上記スロットル位置及び上記低い方の平均速度に対応する制御信号を発生し、該制御信号を上記トランスファー・クラッチへ加える制御手段、
を有し、
上記制御手段は、上記高速レンジあるいは低速レンジにおいて、上記低い方の平均速度が所定速度よりも低く、かつ上記スロットル位置が所定値よりもスロットル開度の小さい側にあるときに、それ以外のときに比べて上記トランスファー・クラッチのトルク容量を小さくするものであり、
上記スロットル位置の上記所定値が、上記高速レンジのときには低速レンジに比べてスロットル開度の大きな側に設定されている、４輪駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用４輪駆動システムに関し、より具体的には、トルクを前後のアクスルへ分配するトランスファー・クラッチの制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
４輪駆動（4WD）システムにおいて、エンジンのトルクは、トランスファー・ケースに配置されたトランスファー・クラッチに加えられる制御信号に応じて、第２対の駆動輪へ伝達される。電子センサーにより発生される信号により表されるあるパラメーターが、第１対の駆動輪及び第２対の駆動輪の両方を作動させることにより、車両の運転状態が向上し得るということを示す場合に、制御信号が発生される。米国特許4,757,870号は、第１対と第２対の駆動輪の間の速度差に関連して制御されるトランスファー・クラッチを開示している。米国特許5,010,974号は、速度差、車速及びエンジンの吸気マニフォールド負圧に関連してトランスファー・クラッチを制御する同様のシステムを記載している。
【０００３】
一般的な4WDシステムは、多段変速機の出力シャフトに駆動可能に連結されるトランスファー・ケースを含んでいる。トランスファー・ケースは、トランスファー・クラッチ、変速機の出力トルクを増大させる減速歯車列、歯車列の締結及び解放のための機構及び、トランスファー・ケースを通る動力をトランスファー・クラッチを介してフロント・ドライブシャフトへ伝達するボール・ランプ・ドライブ（ball ramp drive）の様な、トルク経路を、含んでいる。なお、「ボール・ランプ・ドライブ」の機構は、Ford Customer Service Division発行の”1998EXPLORER, MOUNTAINEER, WORKSHOP MANUAL, VOLUME 1"の頁308-07B-24及び308-07B-25に、開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前後進駆動力を前後駆動輪へ伝える駆動系において、トランスファーの完全締結の利点を完全に実現しながら、車輪の回転方向を逆転させる際の、トランスファー・ケースにおけるノイズと急激な締結を排除する、４輪駆動システムを提供することが、本発明の課題である。
【０００５】
本発明は、トランスファー・ケースの作動レンジの選択、エンジンのスロットル位置及び前後輪の低い方の平均速度に対応する、デューティ・サイクル電流をクラッチへ付与することにより、トランスファー・クラッチのトルク容量を制御する４輪駆動システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
これらの課題の解決及び目的の達成のために、スロットルにより制御される動力源及び、第１対と第２対の駆動輪を持つ本発明の車両用の４輪駆動システムは、高速レンジあるいは低速レンジでの作動の選択を表す信号を発生するレンジ選択器、上記動力源と上記第１対の駆動輪を駆動可能に連結し、そして、加えられる制御信号に応じて、トルク容量が変化するトランスファー・クラッチを介して、上記動力源と第２対の駆動輪を駆動可能に連結するトランスファー・ケース、上記第１対の駆動輪の平均速度と上記第２対の駆動輪の平均速度のうち低い方の速度を表す信号を発生する手段、上記スロットルの位置又は推定エンジントルクの別の計側値を表す信号を発生するセンサー、上記レンジ選択器、上記信号発生手段及び上記センサーに結合され、上記選択されたレンジを表す信号、上記スロットル位置及び上記低い方の平均速度に対応する制御信号を発生し、該制御信号を上記トランスファー・クラッチへ加える制御手段、を含み、この制御手段は、上記高速レンジあるいは低速レンジにおいて、上記低い方の平均速度が所定速度よりも低く、かつスロットル開度又は推定エンジン・トルクが所定値よりも小さいときに、それ以外のときに比べて上記トランスファー・クラッチのトルク容量を小さくするものとした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
最初に図１を参照すると、本発明を適用することが出来る自動車の駆動系は、前輪10、後輪12、不図示のエンジンにより駆動される多段階の前進段及び後進段を実現する自動又は手動の変速機14及び、変速機の出力をリア・ドライブ・シャフト18へ常時結合し、そして、４輪駆動が電子的に機能させられる際に選択的に、変速機出力をフロント・ドライブ・シャフト20へ結合するトランスファー・ケース16を、含む。シャフト18は、動力を後輪ディファレンシャル22へ伝え、そこから動力が、ディファレンシャル・ハウジング内に収容されるアクスル・シャフト24, 26を介して後輪12へ伝えられる。前輪は、ある状態の下で右側及び左側のアクスル・シャフト32, 34へ駆動可能に接続され、そこには、動力が、フロント・ディファレンシャルを介してフロント・ドライブ・シャフト20から伝えられる。
【０００８】
図２は、インストルメント・パネルに配置される、トランスファー・ケースの操作のためのロータリー制御スイッチ38を示しており、それは、自動モード（AUTO）、4WD高速レンジ（4WD HIGH）及び4WD低速レンジ（4WD LOW）の間でドライバーが手動で選択するのを可能としている。ドライバーは、いかなる車速においても、自動モードと4WD高速レンジの選択を出来るが、4WD低速レンジは車速が約5km/h未満で実現される。
【０００９】
自動モードにおいて、車両が停止しているか高速道路の速度にある場合には、汎用電子モジュール（generic electronic module略してGEM）は、トランスファー・クラッチ42へ最小のデューティ・サイクルを加え、それにより、クラッチを介して低目のエンジン・トルクをフロント・ドライブ・シャフトへ伝達する。この作動は、乾燥舗装路上の右左折で通常起こる、前後のドライブ・シャフトの間の僅かな速度差を、許容する。トランスファー・ケース内に配置されるホール効果センサーにより発生される出力信号からスリップが検出されるか又は車両が急加速されている時にはいつもスリップを防止するために、そして適度な車速例えば65 Km/hを越えを越える速度で、スロットル開度がかなり小さいかゼロの場合には将来的に起こり得るスリップを抑制するために、GEMはトランスファー・クラッチを介して前輪へ伝えられるトルクを増大する。
【００１０】
4WD低速レンジにおいては、最大の4WD駆動力を得るために、電磁トランスファー・クラッチ42が、前後のドライブ・シャフトを締結する。トランスファー・ケース・モーター44もシフト・カムを回して、減速フォークを4WD低速レンジの位置へ動かす。低速レンジへのこのレンジの切替えは、ドライブ・シャフトへのトルク比を1.1から2.48:1へ変化させる遊星歯車セット46により、なされる。
【００１１】
4WD高速レンジにおいて、最大の4WD駆動力を得るために、GEM 40は前後のドライブ・シャフト18, 20を締結する。4WD高速レンジにおける作動は、オフロード又は過酷な冬季の気候での使用のみが意図され、乾燥しているか又は単に濡れただけの舗装路での使用は意図されていない。
【００１２】
トランスファー・ケースは、減速遊星歯車セット46を含み、それは4WDの低速レンジにおいて、変速機の出力トルクを増大するために機能し、4WD高速レンジが選択された場合には、バイパスされる。減速シフト・フォークが減速カラーを動かして減速歯車セット46を出力シャフトへ締結すると、4WD高速レンジから4WD低速レンジへのレンジ切替えが達成される。変速機の出力シャフトからのトルクは、トランスファー・ケース内での減速を行なう歯車セットのサン・ギアを通って伝達される。GEM 40が電磁トランスファー・クラッチ組立体42のコイルを作動させると、スプロケット・ホイールを駆動する上記トランスファー・クラッチを介して動力が伝達される。ドライブ・スプロケット・ホイールはチェーン50を回し、それは、フロント・ドライブ・シャフト20へ結合される出力スプロケット・ホイールを駆動する。
【００１３】
トランスファー・ケースの後側で、外部に取付けられるトランスファー・ケース・シフト・モーター40は、ロータリー・カムを駆動し、それは、車両の作動を望ましいものとするために、トランスファー・ケース内のレンジ・フォークを高速レンジ（自動及び4WD高速）位置と4WD低速レンジ位置との間で切り替える。
【００１４】
スロットル位置センサー52は、パワートレイン制御モジュール（powertrain control module略してPCM）54を介して、GEM 40へ出力信号を与える。この信号は、トランスファー・クラッチ42のトルク容量を制御するために、他の信号と組合わせて、GEMにより用いられる。推定エンジン・トルクを示す代わりの信号を、質量空気流量センサー又はエンジン・マニフォールド負圧センサーにより、発生することも出来る。これらの代替案は、ディーゼル・エンジンが動力源である場合に、しばしば用いられ、一方で、ガソリン・エンジンが動力源である場合には、エンジン・スロットル位置を表す信号から、エンジン・トルクが推定されるのが、しばしばである。
【００１５】
前後ドライブシャフト速度センサー56, 58は、前後ドライブシャフト18, 20の速度を表す信号を発生する。速度センサーにより発生される信号は、トランスファー・クラッチ42のトルク容量を制御するのを第１の目的に、GEM 40への入力として用いられる。GEM 40は、前輪対10と後輪対12のうち低い方の平均速度の絶対値を求める比較器を含む。後輪が変速機の出力からトランスファー・ケースを介して常時駆動され、前輪がドライブシャフトを介して4WDレンジにおいて駆動される車両において、センサー56及び58の出力信号により表される速度を比較することにより、この低い方の速度の絶対値が求められる。しかしながら、その前輪が変速機の出力から直接に常時駆動され、その後輪は4WDレンジにおいてのみ駆動される車両がその一例である、本発明が適用されることがある駆動系の別の形態においては、前輪の平均速度が求められ、そして後輪の平均速度が求められることがある。その後で、これらの平均速度が、低い方の車輪対の平均速度を求めるのに比較される。
【００１６】
トランスファー・クラッチ42を介してのスリップ、つまりトランスファー・クラッチが完全に締結されるまでの程度を制御することにより、フロント・ドライブ・シャフト20へ伝達されるトルクの大きさを変化する。トランスファー・クラッチのスリップは、加えられるデューティ・サイクルの大きさに応じて、変化する。
【００１７】
車両のドライバーが、スイッチ38の位置を動かすことにより4WD高速レンジ又は4WD低速レンジを選択する際に、制御手段は選択された操作レンジを判断する。制御手段はまた、スロットル位置センサー52からの現在のスロットル位置及び、先に説明した様な車輪対の低い方の平均速度を求める。この情報は、4WD高速レンジが選択された場合に適用されるクラッチのデューティ・サイクル値を含む表１及び4WD低速レンジが選択された場合の表２のルックアップ・テーブルから、対応するデューティ・サイクル値を割出すのに、用いられる。GEM 40は、対応するデューティ・サイクルを発生し、トランスファー・クラッチ42へ加える。
【００１８】
【表１】
0004335371.tif 000002
【００１９】
【表２】
0004335371.tif 000003
【００２０】
表１に示す様に、低い方の平均車輪速が低くほぼゼロの場合には、エンジンのスロットルが開くのにつれて、加えられるデューティ・サイクルが増加する。低い方の平均車輪速が所定値を越える場合には、デューティ・サイクルは高く、それにより、トランスファー・クラッチのトルク容量をその最大値まで増加させそして、4WDレンジにおいてのみ駆動される車輪へ最大のトルクを伝達する。同様の傾向が、4WD低速レンジについても表２に示す様に起こる。相違するのは、低速レンジが選択される場合に起こる減速比とトルクの増大のために、低目の平均速度で最大デューティ・サイクルが起こるということである。
【００２１】
変速機がその出力シャフトの回転方向を逆転させる場合、例えば、前進駆動と後進駆動との間での切替え時の様な場合に、トランスファー・クラッチがトルクを伝達したままでの負荷の解放のために、ボール・ランプ機構がノイズを発生することがある。
【００２２】
駆動系の作動パラメーターが、回転方向の逆転が起こり得ることを示す場合にはいつも、トランスファー・クラッチのトルクを確実に低くすることにより、上記状態に起因するノイズを無くすことが出来るのが、望ましい。それで、車輪速とエンジン・トルクが小さい場合には、トランスファー・クラッチへ加えられるデューティ・サイクルとそれの対応するトルク容量が低くなる。エンジン・トルクが増大すると、デューティ・サイクルとトランスファー・クラッチのトルク容量は増大する。同様に、デューティ・サイクルとクラッチのトルク容量は、車輪速が増大すると、スロットル位置が一定であっても、増大する。
【００２３】
ここに示された発明の形態は、好ましい実施例をなすものであるが、可能な全ての形態を示すことは意図されていない。ここで用いられる用語は、限定的意味というよりも説明のための用語である。発明の形態の種々の変更を、記載された発明の思想と範囲から逸脱することなしに、行なうことが出来る。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べた様に本発明は、トランスファーの完全締結の利点を完全に実現しながら、車輪の回転方向を逆転させる際の、トランスファー・ケースにおけるノイズと急激な締結を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による４輪駆動システムの概略的平面図である。
【図２】３つの異なった4WD作動レンジの間で手動で選択するのに用いられるインストルメント・パネルのロータリー制御スイッチを示す。
【図３】図１のシステムの作動を制御するシステムの概略図である。
【符号の説明】
10 第２対の駆動輪
12 第１対の駆動輪
16 トランスファー・ケース
40 制御手段
42 トランスファー・クラッチ
【図１】
0004335371.tif 000004
【図２】
0004335371.tif 000005
【図３】
0004335371.tif 000006