JP3740981B2 - シンクロ機構付き駆動状態切換装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、シンクロ機構を用いて駆動状態の切り換えを行なうシンクロ機構付き駆動状態切換装置に関する。
背景技術
２輪駆動状態（２ＷＤ）と４輪駆動状態（４ＷＤ）との切換が可能なパートタイム式の４輪駆動型車両においては、２ＷＤが選択された場合には、トランスファ装置において前後輪の一方の車輪（一般に前輪）側への動力の伝達が遮断され、他方の車輪（一般に後輪）側のみ駆動されるようになっている。このとき、動力の伝達が遮断された前輪側において、タイヤやホイールのみが回転している場合に比べて、フロントプロペラシャフト，フロントデフ，フロントアクスルシャフト等のフロント駆動系の全てが回転する場合には動力損失が大きくなる。
そこで、従来、２ＷＤ時には前輪側のホイール−フロントアクスルシャフト間の連結を解除したり、フロントアクスルシャフトを切り離したりすることによって、２ＷＤ時の動力損失を軽減し、燃費の向上を図るようにしたフリーホイール機構が用いられている。
また、トランスファ装置に差動制限装置付きのセンターデフをそなえたパートタイム式４輪駆動型車両では、センタデフをロックすることによる従来のような直結式４ＷＤのみならず、センタデフをフリーにすることで、タイトコーナブレーキを抑制し、４ＷＤ車としての走行性能を確保することができる。
このようにフリーホイール機構をそなえ、センタデフ４ＷＤを選択可能な４輪駆動型車両の場合、トランスファ装置を２ＷＤからセンタデフ４ＷＤに切り換える際には、２ＷＤ時にフリーにされていたフリーホイール機構をロックする必要がある。
しかしながら、トランスファ装置におけるセンタデフ４ＷＤへの切換完了がフリーホイール機構のロックに先行した場合、フリーホイール機構がロックされる前に発進操作が行なわれると、前輪へエンジン動力が伝達されずにセンタデフが空転状態となってしまい、差動制限装置の耐久性が悪化するとともに、車両の走行安定性も損なわれてしまう。
また、フリーホイール機構がロックされていない場合には、２ＷＤからセンタデフ４ＷＤへの切換途中においてフロント駆動系（非駆動輪側駆動系）の同期が崩れる虞がある。このようにフロント駆動系の同期が崩れた状態で切換を行なうと、シンクロ機構のクラッチ部分でギヤ鳴りが生じたり、過大な負荷を与える可能性がある。
このためトランスファ装置を２ＷＤからセンタデフ４ＷＤに切り換える際には、まず、フリーホイール機構をロックし、そして、センタデフ４ＷＤへの切換を完了する必要がある。例えば、特許第２５７２０６４号に開示された技術では、トランスファ装置を２ＷＤからセンタデフ４ＷＤに切り換える際には、一度、直結４ＷＤ状態を経由するようにして、この直結４ＷＤ状態がスイッチにより検出されたところでフリーホイール機構をロックすることにより、上記課題の解決が図られている。
しかしながら、上述の技術のように、直結４ＷＤ状態を検出するための専用のスイッチを設けるとすると、その分だけコストが上昇することになる。また、トランスファ装置を２ＷＤからセンタデフ４ＷＤに切り換える際に直結４ＷＤ状態を経由するようにすると、直結４ＷＤ状態になっている間は２ＷＤ時やセンタデフ４ＷＤ時のような走行性能は得られず、ドライバが違和感を感じてしまうことにもなる。
したがって、直結４ＷＤ状態を経由することなく２ＷＤからセンタデフ４ＷＤへ駆動状態を直接切り換えるようにしたいが、これには上述のような非駆動輪側駆動系の同期崩れによる不具合を防止するため、トランスファ装置のシンクロ機構の同期状態を正確に判定することが重要になる。また、その際、専用のスイッチ等を設けることなく既存の設備を利用してコストの上昇を抑えることも重要である。
さらに、シンクロ機構の同期判定の重要性は、上述のトランスファ装置における駆動状態の切換に限定されるものではなく、シンクロ機構を用いたギヤの連結により駆動状態の切り換えを行なう装置一般に共通するものである。例えば、自動クラッチシステムにおいてもシンクロ機構の同期判定が重要になる。
自動クラッチシステムは、通常のマニュアルトランスミッションにアクチュエータ（クラッチアクチュエータ，シフトアクチュエータ）及びセンサを付加することでクラッチペダルを廃止するとともにシフト切換も自動化したものである。この自動クラッチシステムにおいては、ドライバによるクラッチペダルの操作に代ってクラッチアクチュエータによりクラッチの切断，接合を行なうが、クラッチの接合タイミングがトランスミッションのシンクロ機構の同期よりも早過ぎると、ギヤ鳴りが生じたり、過大な負荷が生じる可能性がある。逆に接合タイミングが遅過ぎると、変速時間が長くなりドライバに違和感を与えてしまう。
このため従来の自動クラッチシステムでは、シフトアクチュエータによるシフト切換完了を確認するため、シフト位置検出用ストロークセンサ（又はスイッチ）を設ける必要があった。しかしながら、このようにシフト位置を検出するための専用のスイッチを設けるとすると、その分だけコストが上昇してしまう。
以上のように、シンクロ機構を用いたギヤの連結により駆動状態の切り換えを行なうトランスファ装置や自動クラッチシステム等においては、切換タイミングとシンクロ機構の同期タイミングとのずれに伴うギヤ鳴りや切換の遅延を防止するため、シンクロ機構の同期状態の正確な判定が要望されるとともに、専用のセンサやスイッチ等の設備によるコスト増大を招くことのない、既存の設備を利用した同期判定手段の実現が要望されていた。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、専用のセンサやスイッチ等を設けることなくシンクロ機構の同期状態の正確な判定が可能な、シンクロ機構付き駆動状態切換装置を提供することを目的とする。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明のシンクロ機構付き駆動状態切換装置は、同軸上に配設された第１のギヤ及び第２のギヤと、軸方向に移動して該第１のギヤと該第２のギヤとを連結可能とするギヤ連結部材と、該第１のギヤと該第２のギヤとの間に配設されたシンクロ機構とをそなえ、電動アクチュエータにより該ギヤ連結部材を移動させることにより、該シンクロ機構により同期をとりながら該ギヤ連結部材を介して該第１のギヤと該第２のギヤとを連結する。その際、制御手段により該電動アクチュエータへの供給電流を制御するとともに、判定手段により該電動アクチュエータへの供給電流値の変化に基づいて該シンクロ機構の同期を判定する。
これにより、専用のセンサやスイッチ等を設けることなく該シンクロ機構の同期判定が可能になるとともに、供給電流値の変化に基づいて判定することにより、部材間の摺動抵抗の個体差や運転状態の変化にも対応した正確な判定が可能になる。
好ましくは、該判定手段による該シンクロ機構の同期判定は、供給電流値を所定時間の平均供給電流値と比較し、上記供給電流値と平均供給電流値との差が所定値を越えたときに、該シンクロ機構が同期状態にあると判定するようにする。平均供給電流値は摺動抵抗に対応して変化するので、より正確な同期判定が可能になる。なお、平均供給電流値を算出するための供給電流値のサンプリングは、該電動アクチュエータの駆動開始直後のサージ電流が流れた後に開始するのが好ましい。
より好ましくは、該制御手段による該電動アクチュエータへの供給電流の制御は、該電動アクチュエータへの電流指示値を設定するフィードバック制御により行なうものとし、判定手段により該シンクロ機構が同期状態にあると判定されるまでは電流指示値を第１指示値に設定し、同期状態にあると判定されると電流指示値を第１指示値よりも低い第２指示値に設定するようにする。これにより、最初に高い第１指示値に設定することにより同期状態まで早期に移行させることが可能になるとともに、同期後は低い第２指示値に設定することによりギヤ鳴り等を起こすことなく確実にギヤを連結することが可能になる。なお、第２指示値の大きさはギヤ比に応じて設定するのが好ましい。
また、上記シンクロ機構付き駆動状態切換装置をパートタイム式の４輪駆動型車両にそなえられ２輪駆動状態と４輪駆動状態との間で駆動状態の切換を行なう駆動状態切換装置として構成し、上記複数のギヤの係合関係を該シンクロ機構を介して切り換えることにより２輪駆動状態と４輪駆動状態とを切り換える切換機構をそなえ、該切換機構による２輪駆動状態から４輪駆動状態への駆動状態の切換開始後は該判定手段により該電動アクチュエータへの供給電流値の変化に基づいて該シンクロ機構の同期を判定するようにしてもよい。
これにより、２輪駆動状態から４輪駆動状態への駆動状態の切り換えにおいて、専用のセンサやスイッチ等を設けることなく該シンクロ機構の同期判定が可能になりコストの低減を図ることができるとともに、供給電流値の変化に基づいて同期を判定することにより、部材間の摺動抵抗の個体差や経年変化及び車速やアクセル開度等の走行条件の変化にも対応した正確な判定が可能になる。
好ましくは、２輪駆動状態時に非駆動輪となる車輪とその非駆動輪側のデファレンシャル機構との間にクラッチ装置をそなえ、２輪駆動状態時には該デファレンシャル機構から該車輪への駆動力の伝達を遮断し、４輪駆動状態時には該デファレンシャル機構から該車輪へ駆動力を伝達するように、操作手段により該クラッチ装置を制御するようにし、２輪駆動状態から４輪駆動状態への駆動状態の切換において、該判定手段がシンクロ機構が同期状態にあると判定したときには、該制御手段は該シンクロ機構の同期状態を維持するとともに該操作手段により該クラッチ装置を操作して非駆動状態にあった該車輪を駆動状態に切り換えるようにする。また、該クラッチ装置による該車輪の駆動状態への切換が完了したときには、該制御手段は該シンクロ機構の同期状態の維持を解除して４輪駆動状態への切換を完了するよう該電動アクチュエータへの供給電流を制御するようにする。
このように２輪駆動状態から４輪駆動状態に切り換える際、該クラッチ装置を操作して非駆動状態にあった該車輪を駆動状態に切り換えた上で、該シンクロ機構の同期状態の維持を解除して４輪駆動状態への切換を完了することにより、非駆動輪側の同期崩れによって該シンクロ機構で係合ミスが起こることを防止することできる。特に、差動制限装置付きのセンタデフがそなえられている場合には、センタデフの空転による差動制限装置の耐久性の悪化も防止することができる。
より好ましくは、検出手段により非駆動側車輪と駆動側車輪との回転速度差を検出し、該検出手段が検出した回転速度差が所定値を越えているときには、該判定手段により該シンクロ機構が同期状態にあると判定された場合でも、該禁止手段により該クラッチ装置による該車輪の駆動状態への切換えを禁止するようにする。
これにより、該シンクロ機構が同期状態になっている場合でも、非駆動側車輪と駆動側車輪との回転速度差が所定値を越えているときには該クラッチ装置による駆動状態への切換は禁止されるので、回転速度差に基づく該クラッチ装置の係合ミスを防止することができる。
さらに、上記シンクロ機構付き駆動状態切換装置をドライバのシフト操作に応じて変速段を切り換える変速段切換装置として構成し、上記複数のギヤの係合関係を該シンクロ機構を介して切り換えることによりドライバにより選択されたシフト位置に応じた変速段に切り換える切換機構をそなえ、該切換機構による変速段の切換開始後は該判定手段により該電動アクチュエータへの供給電流値の変化に基づいて該シンクロ機構の同期を判定するようにしてもよい。
これにより、変速段の切り換えにおいて、専用のセンサやスイッチ等を設けることなく該シンクロ機構の同期判定が可能になりコストの低減を図ることができるとともに、供給電流値の変化に基づいて同期を判定することにより、部材間の摺動抵抗の個体差や経年変化及び車速やアクセル開度等の走行条件の変化にも対応した正確な判定が可能になる。
好ましくは、該制御手段による該電動アクチュエータへの供給電流の制御は該電動アクチュエータへの電流指示値を設定するフィードバック制御により行なうものとし、該判定手段により該シンクロ機構が同期状態にあると判定されたときには、電流指示値を選択された変速段の変速比に応じた所定値に設定するようにする。
これにより、変速比に応じた速度で該切換機構のギヤを連結することが可能になり、ギヤ鳴りや過負荷を防止することができる。なお、電流指示値は変速比が大きいほど小さく設定するのが好ましい。
より好ましくは、エンジンと該切換機構との間にアクチュエータにより切断，接合操作される駆動力断接用クラッチを介装し、該制御手段により電流指示値が変速段の変速比に応じた所定値に設定された後、供給電流値が一定値又は略一定値になったときには、該アクチュエータにより該クラッチの接合を開始するようにする。
これにより、専用のセンサやスイッチ等を設けることなく該切換機構のシフト切換完了を確認することが可能になりコストの低減を図ることができるとともに、適切なタイミングで該クラッチを接合することが可能になり、該クラッチの接合タイミングがシフト切換完了に先行することによるギヤ鳴り等の不具合や、該クラッチの接合タイミングがシフト切換完了から遅延することによるドライバの違和感を防止することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本発明の第１実施形態では、本発明のシンクロ機構付き駆動状態切換装置をパートタイム式の４輪駆動型車両にそなえられ２輪駆動状態と４輪駆動状態との間で駆動状態の切換を行なう駆動状態切換装置として構成している。図１〜図１４は本発明の第１実施形態としての駆動状態切換装置を示すもので、図１は本駆動状態切換装置が適用されたパートタイム式４輪駆動車両の駆動系の構成を示す図である。
図１に示すように、本車両１は、後輪８２，８３による駆動をベースにしたＦＲ（フロントエンジンリヤ駆動）ベースの４輪駆動車両であり、トランスファ装置４から駆動力を取り出して前輪８０，８１へ伝達することによって４輪駆動を行なうようにしたものである。
つまり、本車両１では、エンジン２から出力された駆動力は、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）３を介してトランスファ装置４のインプットシャフト１０に入力され、トランスファ装置４内部において、駆動状態に応じて前輪８０，８１側と後輪８２，８３側とにそれぞれ分配されるようになっている。後輪８２，８３側に分配された駆動力は、トランスファ装置４のリヤアウトプットシャフト１２から出力され、リヤアウトプットシャフト１２に連結されたリヤプロペラシャフトを介してリヤデフ（デファレンシャルギヤ）６に入力されるようになっている。そして、駆動状態に応じて左右に分配され、リヤアクスルシャフト１５，１６を介して左右の後輪８２，８３に伝達されるようになっている。
一方、前輪８０，８１側に分配された駆動力は、トランスファ装置４のドライブスプロケット３６からトランスファチェーン３７を介してドリブンスプロケット１３に伝達されるようになっている。ドリブンスプロケット１３からはフロントプロペラシャフト１４が前輪側に延設されており、その先端はフロントデフ（デファレンシャル機構）７に接続されている。したがって、ドリブンスプロケット１３に伝達された駆動力は、フロントプロペラシャフト１４を介してフロントデフ７に入力されるようになっており、フロントデフ７において駆動状態に応じて左右に分配され、フロントアクスルシャフト１７，１８を介して左右の前輪８０，８１に伝達されるようになっている。なお、一方の側のアクスルシャフト１７には、フリーホイール機構（クラッチ装置）５がそなえられている。
ここで、トランスファ装置４の構成について詳述すると、トランスファ装置４は、主に副変速機２０，２駆／４駆切換機構（切換機構）３０，センタデフ４０から構成されており、トランスミッション３からの出力は、まず副変速機２０に入力されるようになっている。
副変速機２０は、トランスミッション３から入力された回転を、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９を移動させることによって、高速（Ｈｉ）と低速（Ｌｏｗ）との２段階で切り換えて出力するようになっている。詳述すると、インプットシャフト１０とリヤアウトプットシャフト１２との間には、これらのシャフト１０，１２と同軸上に副変速機２０からセンタデフ４０に駆動力を入力するトランスファドライブシャフト１１がそなえられており、副変速機２０は、インプットシャフト１０と同軸一体に設けられたインプットギヤ２１及びクラッチギヤ２２と、トランスファドライブシャフト１１と同軸別体に設けられたＨｉ／Ｌｏｗクラッチハブ（クラッチギヤ）２３と、トランスファドライブシャフト１１の一端に同軸一体に設けられたクラッチギヤ２４と、これらのクラッチギヤ２２，２３，２４の外周に設置されたＨｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９とをそなえている。
クラッチギヤ２２，２３，２４は軸方向に並設されており、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９はこれらのクラッチギヤ２２，２３，２４と噛合して、クラッチギヤ２２と２３との間又はクラッチギヤ２３と２４との間の回転の伝達を断接するように設けられている。さらに、トランスファドライブシャフト１１にはロースピードギヤ２５が回転自在に軸支されている。
また、副変速機２０には、インプットシャフト１０，トランスファドライブシャフト１１に並列にカウンタシャフト２８がそなえられており、カウンタシャフト２８の両端には同軸一体にカウンタギヤ２６，２７がそなえられ、それぞれインプットギヤ２１，ロースピードギヤ２５と噛み合っている。なお、ロースピードギヤ２５はインプットギヤ２１よりも大径（即ち、歯数が多い）のため、これらと噛合するカウンタギヤ２６，２７は、これと逆にカウンタギヤ２６の方が大径になっている。
このような構成によって、副変速機２０では、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９がクラッチギヤ２２，２３を連結している場合には、Ｔ／Ｍ３からインプットシャフト１０に伝達された回転は、クラッチギヤ２２，Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９，クラッチギヤ２３を介して、トランスファドライブシャフト１１へそのままの回転数で伝達されるようになっている（以下、このときのＨｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９の位置をＨｉ位置という）。
一方、クラッチギヤ２３，２４を連結している場合には、クラッチギヤ２２，２３が切り離されるため、インプットシャフト１０からトランスファドライブシャフト１１への直接の回転の伝達は行なわれず、Ｔ／Ｍ３からインプットシャフト１０に伝達された回転は、インプットギヤ１０からカウンタギヤ２６，カウンタシャフト２８，カウンタギヤ２７を介してロースピードギヤ２５に伝達され、その際に減速が行なわれるようになっている。そして、減速された回転は、クラッチギヤ２４，Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９，クラッチギヤ２３を介してトランスファドライブシャフト１１へ伝達されるようになっている（以下、このときのＨｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９の位置をＬｏｗ位置という）。
副変速機２０の出力は、トランスファドライブシャフト１１を介してセンタデフ４０に伝達されるようになっている。センタデフ４０は、プラネタリギヤ式のセンタデフであり、デフケース４５にそなえらえたリングギヤ４４と、複数のプラネタリギヤ４２を介してリングギヤ４４と噛み合うサンギヤ４１とから構成されている。そして、トランスファドライブシャフト１１は、プラネタリギヤ４２を回転自在に支持するキャリア４３に連結されており、副変速機２０の出力をキャリア４３に伝達するようになっている。
サンギヤ４１は、トランスファドライブシャフト１１に回転自在に軸支されたインナスリーブ４６の一端に同軸一体に固設されており、インナスリーブ４６の他端には、２駆／４駆切換機構３０を構成する２駆／４駆クラッチギヤ（２駆／４駆クラッチハブ）３２が同軸一体にそなえられている。つまり、トランスファドライブシャフト１１からキャリア４３に入力された駆動力のうち、前輪側への駆動力の配分は、サンギヤ４１からインナスリーブ４６を介して行なわれるようになっている。一方、トランスファドライブシャフト１１からキャリア４３に入力された駆動力のうちの後輪側への駆動力の配分は、デフケース４５に同軸に連設されたリヤアウトプットシャフト１２から行なわれるようになっている。
また、センタデフ４０には、差動制限装置としてのビスカスカップリングユニット（ＶＣＵ）４７が付設されている。ここでは、ＶＣＵ４７のビスカスケースはデフケース４５と一体になっており、デフケース４５の内周面には、複数のアウタプレート４８が設けられている。また、ビスカスハブはインナスリーブ４６が兼用されており、インナスリーブ４６の外周面には、複数のインナプレート４９がアウタプレート４８に対して交互に設けられている。つまり、インナスリーブ４６からの前輪側への出力と、デフケース４５からの後輪側への出力とは、ＶＣＵ４７によって調整されるようになっており、両者の間、即ち、インナスリーブ４６及びインナプレート４９と、デフケース４５及びアウタプレート４８との間で回転差が生じたときには、高速回転側から低速回転側へと駆動力が伝達され、出力の再配分が行なわれ、差動が制限されるようになっている。
次に、２駆／４駆切換機構３０について説明すると、２駆／４駆切換機構３０は、トランスファとしての機能とセンタデフ４０のデフロックの機能とを併せ持っており、２駆／４駆切換スリーブ３４を移動させることによって、各機能の切換が行なわれるようになっている。つまり、２駆／４駆切換機構３０は、トランスファドライブシャフト１１と同軸一体のクラッチギヤ（デフロックハブ）３１と、２駆／４駆クラッチギヤ（クラッチハブ，第１のギヤ）３２と、インナスリーブ４６の外側に軸支されたドライブスプロケット３６と同軸一体のクラッチギヤ（第２のギヤ）３３と、これらのクラッチギヤ３１，３２，３３の外周に外接して噛合可能に設けられた２駆／４駆切換スリーブ（ギヤ連結部材）３４とをそなえており、これらのクラッチギヤ３１，３２，３３と２駆／４駆切換スリーブ３４との噛合関係により、駆動モードの切換が行なわれるようになっている。
詳述すると、２駆／４駆切換スリーブ３４は、２つの内歯部３４ａ，３４ｂを有しており、２駆／４駆切換スリーブ３４が最前方に位置しているときには、クラッチギヤ３１，３２が内歯部３４ｂにより連結されるようになっている。また、２駆／４駆切換スリーブ３４が中間位置に位置しているときには、クラッチギヤ３２，３３が内歯部３４ｂにより連結されるようになっており、最後方に位置しているときには、全てのクラッチギヤ３１，３２，３３が内歯部３４ａ，３４ｂを介して連結されるようになっている。
まず、クラッチギヤ３１，３２が連結された場合について説明すると、このとき、インナスリーブ４７の回転はトランスファドライブシャフト１１に拘束されることになり、サンギヤ４１とキャリア４３とは一体化される。このため、ピニオンギヤ４２は自転できず、リングギヤ４４もサンギヤ４１，キャリア４３と同速度で回転するようになり、センタデフ４０はデフロック状態となる。また、クラッチギヤ３３は解放されているので、前輪側へは駆動力は伝達されることがない。したがって、この場合には、車両１の駆動状態は後輪８２，８３を駆動輪とする２ＷＤとなる（以下、このときの２駆／４駆切換スリーブ３４の位置を２ＷＤ位置という）。
次に、クラッチギヤ３２，３３が連結された場合には、クラッチギヤ３１が解放されることにより、センタデフ４０のデフロックは解除される（すなわち、デフフリー状態となる）。そして、クラッチギヤ３２，３３が連結されることにより、前輪側への駆動力の伝達経路が形成され、車両１の駆動状態はセンタデフ４ＷＤとなる（図１は、このセンタデフ４ＷＤの状態を示している）。つまり、トランスファドライブシャフト１１からキャリア４３に入力された駆動力は、サンギヤ４１を介してインナスリーブ４６に伝達され、クラッチギヤ３２，３３の連結を介してドライブギヤ３６から前輪側へ出力されるのである。また、後輪側には、リングギヤ４４を介してデフケース４５に伝達され、リヤアウトプットシャフト１２から出力される。ただし、前輪側への出力と、後輪側への出力との間にはＶＣＵ４７が設けられているので、両者の間で回転差が生じたときには、出力の再配分が行なわれるようになっている（以下、このときの２駆／４駆切換スリーブ３４の位置をセンタデフ４ＷＤ位置という）。なお、クラッチギヤ３２，３３の間には、クラッチギヤ３２，３３の連結を円滑に行なうためのシンクロ機構３５がそなえられているが、これについては後述する。
そして、クラッチギヤ３１，３２，３３の全てが連結された場合には、上述のようにクラッチギヤ３２，３３が連結されたときと同様に、前輪側への駆動力の伝達経路が形成され、さらに、クラッチギヤ３１が連結されることにより、センタデフ４０はデフロック状態となる。すなわち、この場合には、車両１の駆動状態は直結４ＷＤとなり、前輪側，後輪側に常にそれぞれの接地荷重に比例した駆動力が分配される（以下、このときの２駆／４駆切換スリーブ３４の位置を直結４ＷＤ位置という）。
副変速機２０，２駆／４駆切換機構３０，センタデフ４０の各構成は上述のとおりであるが、トランスファ装置には、さらに、副変速機２０のＨｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９及び２駆／４駆切換機構３０の２駆／４駆切換スリーブ３４の切換制御を行なう、シフトアクチュエータ（電動アクチュエータ）５０がそなえられている。
シフトアクチュエータ５０は、主に電気モータ５１，メインシフトレール５２，Ｈｉ／Ｌｏｗ切換シフトレール５５，２駆／４駆切換シフトレール５６から構成されており、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換シフトレール５５にそなえられたシフトフォーク５５ａには、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９が係合しており、２駆／４駆切換シフトレール５６にそなえられたシフトフォーク５６ａには、２駆／４駆切換スリーブ３４が係合している。そして、トランスファコントロールユニット（制御手段，以下、ＴＣＵという）１００からの指示により電気モータ５１を回転させ、各シフトレール５２，５５，５６を駆動することにより、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９，２駆／４駆切換スリーブ３４の切換制御を行なうようになっている。
詳述すると、電気モータ５１の出力軸にはピニオン５１ａがそなえられ、メインシフトレール５２のラック５２ａに噛合している。また、メインシフトレール５２にはさらにラック５２ｂ，５２ｃが設けられ、ラック５２ｂはＨｉ／Ｌｏｗ切換シフトレール５５にそなえられたラック５５ｂと、ラック５２ｃは２駆／４駆切換シフトレール５６にそなえられたラック５６ｂと、それぞれ軸心位置が固定されたピニオン５３，５４を介して噛合している。ただし、メインシフトレール５２のラック５２ｂ，５２ｃとピニオン５３，５４とは常時噛合しているのではなく、電気モータ５１により駆動されるメインシフトレール５２の位置に応じて噛合するようになっている。
メインシフトレール５２の位置と車両１の駆動状態との関係について、メインシフトレール５２が最後方（図１中、右方）に位置している場合を基準にして説明すると、まず、このときには、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９はＨｉ位置となり、２駆／４駆切換スリーブ３４は２ＷＤ位置となっている。したがって、車両１の駆動状態は２ＷＤとなっている。
電気モータ５１を回転させメインシフトレール５２を上記の位置から前進（図１中、左方）させると、ラック５２ｃ，ピニオン５４，ラック５６ｂを介して２駆／４駆切換シフトレール５６は後退し、２駆／４駆切換スリーブ３４はクラッチギヤ３２，３３を連結するとともに、クラッチギヤ３１，３２の連結を解除する。すなわち、センタデフ４ＷＤ位置となる。一方、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換シフトレール５５は、ラック５２ｂとピニオン５３とが噛合していないために駆動力が伝達されず、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９はＨｉ位置のままとなる。したがって、車両１の駆動状態はセンタデフ４ＷＤとなる。
さらに、電気モータ５１を回転させメインシフトレール５２を前進させると、ラック５２ｃ，ピニオン５４，ラック５６ｂを介して２駆／４駆切換シフトレール５６はさらに後退して、２駆／４駆切換スリーブ３４はクラッチギヤ３２，３３の連結を保持するとともに、さらに、クラッチギヤ３１も連結して、直結４ＷＤ位置となる。したがって、車両１の駆動状態は直結４ＷＤとなる。ただし、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換シフトレール５５は、ラック５２ｂとピニオン５３とが噛合していないために駆動力が伝達されず、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９はＨｉ位置のままとなる（以下、この駆動状態を直結４Ｈという）。
そして、電気モータ５１を回転させメインシフトレール５２を最前方まで前進させると、ラック５２ｃとピニオン５４との噛合が解除されて、２駆／４駆切換シフトレール５６には駆動力は伝達されず、２駆／４駆切換スリーブ３４は直結４ＷＤ位置のままとなる。一方、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換シフトレール５５は、ラック５２ｂとピニオン５３とが噛合することにより、ラック５２ｂ，ピニオン５３，ラック５５ｂを介してメインシフトレール５２の前進に伴い後退する。これにより、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９は、クラッチギヤ２２，２３の連結を解除するとともに、クラッチギヤ２３，２４を連結し、すなわちＬｏｗ位置となり、副変速機２０での減速が行なわれる（以下、この駆動状態を直結４Ｌという）。
なお、上記の各シフトポジションは、メインシフトレール５２に当接して配設された２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１，４ＷＤ検出スイッチ６２，センタデフ（Ｃ／Ｄ）ロック検出スイッチ６３と、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換シフトレール５５に当接して配設された４ＬＬＣ検出スイッチ６４と、２駆／４駆切換シフトレール５６に当接して配設された２ＷＤ検出スイッチ６５との各信号の組み合わせにより検出できるようになっている。
すなわち、各シフトレール５２，５５，５６上には、各スイッチ６１〜６５に対応する凹部（図３，４参照）９１〜９５が設けられており、各スイッチ６１〜６５はこれらの凹部９１〜９５を検出したとき（先端が凹部に進入したとき）にオンになるようになっている。各スイッチ６１〜６５に対する各シフトレール５２，５５，５６上の凹部９１〜９５の位置は次のようになっている。
まず、メインシフトレール５２上に設けられた凹部９１は、２駆／４駆切換スリーブ３４が２ＷＤ位置又はセンタデフ４ＷＤ位置にあるときに２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１が当接する位置に配置されている。同じくメインシフトレール５２上に設けられた凹部９２は、２駆／４駆切換スリーブ３４がセンタデフ４ＷＤ位置又は直結４ＷＤ位置にあり、かつ、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９がＨｉ位置にあるときに４ＷＤ検出スイッチ６２と当接する位置に配置されている。同じくメインシフトレール５２上に設けられた凹部９３は、２駆／４駆切換スリーブ３４が直結４ＷＤ位置にあるときにセンタデフロック検出スイッチ６３と当接する位置に配置されている。
また、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換シフトレール５５上に設けられた凹部９４は、２駆／４駆切換スリーブ３４が直結４ＷＤ位置にあり、かつ、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９がＬｏｗ位置にあるときに４ＬＬＣ検出スイッチ６４と当接する位置に配置されており、２駆／４駆切換シフトレール５６上に設けられた凹部９５は、２駆／４駆切換スリーブ３４が２ＷＤ位置にあるときに２ＷＤ検出スイッチ６５と当接する位置に配置されている。
このような各シフトレール５２，５５，５６上での凹部９１〜９５の位置設定により、図２に示すように、２ＷＤ検出スイッチ６５と２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１とがオンのときには、車両１の駆動状態は２ＷＤと判定できる。同様に、２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１と４ＷＤ検出スイッチ６２とがオンのときには、センタデフ４ＷＤと判定でき、４ＷＤ検出スイッチ６２とセンタデフロック検出スイッチ６３とがオンのときには直結４Ｈ、センタデフロック検出スイッチ６３と４ＬＬＣ検出スイッチ６４とがオンのときには直結４Ｌと判定できる。また、各駆動状態間での切換途中であることも判定可能になっている。なお、各スイッチ６１〜６５の検出信号は、ＴＣＵ１００に入力されるようになっており、ＴＣＵ１００において上記の判定が行なわれるようになっている。
以上説明した副変速機２０，２駆／４駆切換機構３０，センタデフ４０，シフトアクチュエータ５０は、図示しないトランスファケース内に一体に収納されて、トランスファ装置４０を構成している。
次に、フリーホイール機構５について説明すると、フリーホイール機構５は、２ＷＤ時の動力損失の軽減のための装置であり、図１に示すように、フロントアクスルシャフト１７を途中で切り離し、その端部にクラッチギヤ７２，７３をそなえて、スリーブ７１によりクラッチギヤ７２，７３を断接するようになっている。スリーブ７１の駆動はバキュームアクチュエータ７５により行なわれるようになっており、ＴＣＵ１００はソレノイド（操作手段）７６を制御してバキュームアクチュエータ７５内での負圧の作用を方向を変化させることで、スリーブ７１に係合するシフトロッド７４の位置を２段階に調整できるようになっている。
例えば、４ＷＤ（センタデフ４ＷＤ，直結４Ｈ，直結４Ｌ）時には、シフトロッド７４はバキュームアクチュエータ７５側に引かれ、スリーブ７１はクラッチギヤ７２，７３を連結した状態〔フリーホイール（Ｆ／Ｗ）機構ロック状態〕となり、前輪８０とフロントデフ７とはフロントアクスルシャフト１７を介して連結される。したがって、４ＷＤ時には、フロントプロペラシャフト１４からフロントデフ４に入力された駆動力は、フロントデフ７において左右に等しく分配され、フロントアクスルシャフト１７，１８を介して前輪８０，８１に伝達されるようになる。
一方、２ＷＤ時には、シフトロッド７４はバキュームアクチュエータ７５により前方（図１中下方）に押され、スリーブ７１によるクラッチギヤ７２，７３の連結は解除された状態（フリーホイール機構フリー状態）となり、前輪８０とフロントデフ７とは切り離される。これにより、フロントデフ７の前輪８１側のサイドギヤは空転し、２ＷＤ時には、フロントデフ７からドライブスプロケット３６にかけてのフロント駆動系は回転しなくなり、動力損失が軽減されることになる。
なお、フリーホイール機構５がロック状態にあるかフリー状態にあるかは、シフトロッド７４に当接して配設されたフリーホイールエンゲージスイッチ６０の検出信号により、ＴＣＵ１００にて判定されるようになっている。すなわち、シフトロッド７４が移動して、フリーホイールエンゲージスイッチ６０の先端が、シフトロッド７４上の所定位置に設けられた凹部に進入したときには、フリーホイールエンゲージスイッチ６０がオンとなり、ＴＣＵ１００はフリーホイール機構５がロック状態になったと判定するようになっている。
以上、本駆動状態切換装置が適用されたパートタイム式４輪駆動車両の構成について説明したが、次に、上記車両の駆動状態の制御を行なうＴＣＵ１００について説明する。
ＴＣＵ１００には、前述のように各スイッチ６０〜６５からの検出信号の他、アクセル開度センサ１１０からのアクセル開度信号や、ストップランプスイッチ１１１からのブレーキ信号、さらに、セレクトレバー（駆動モード選択レバー）にそなえられたセレクトスイッチ１１２からのセレクトポジション信号（駆動モード選択信号）が入力されるようになっている。また、リヤプロペラシャフトスピードセンサ（検出手段）６６からはリヤアウトプットシャフト（リヤプロペラシャフト）１２の回転速度の検出信号が、フロントプロペラシャフトスピードセンサ（検出手段）６７からはフロントプロペラシャフト１４の回転速度の検出信号が、それぞれ入力されるようになっている。
ＴＣＵ１００では、これらの検出信号に基づき、シフトアクチュエータ５０の電気モータ５１や、フリーホイール機構５のソレノイド７６を適宜制御して、車両１の駆動状態を制御するようになっている。ここで、図３〜図６Ｃは、２ＷＤからセンタデフ４ＷＤへの駆動状態の切換時の制御について示すものであり、以下、図３〜図６Ｃを用いて２ＷＤからセンタデフ４ＷＤへの駆動状態の切換制御方法について説明する。なお、図３，図４に示す要部縦断面において、ケーシングの断面とトランスファドライブシャフトの断面等についてはハッチング（斜線）を施している。
まず、車両１の駆動状態が２ＷＤになっているときには、図３に示すように、Ｈｉ／Ｌｏｗ切換スリーブ２９は、クラッチギヤ２２とクラッチギヤ２３とを連結するＨｉ位置側に位置しており、２駆／４駆切換スリーブ３４は、クラッチギヤ３１とクラッチギヤ３２とを連結する２ＷＤ位置側に位置している。このとき、２ＷＤ検出スイッチ６５と２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１とがオンになっており、インパネ内のインジケータランプ１１６では、図６Ａに示すように、前輪ランプ１１３とセンタデフロックランプ１１５は消灯し、後輪ランプ１１４は点灯している。これにより、ドライバは現在、車両１の駆動状態が２ＷＤであることを認識できるようになっている。また、このときはフリーホイール機構５は、フリー状態になっている。なお、図６Ａ〜図６Ｃにおいて、ランプ１１３，１１４，１１５の点灯は斜線を付して示し、点滅は斜線を付すとともにその周りに放射状の線を付して示している。また、消灯にはこれらの斜線等は付さない。
このような状態で、ドライバがセレクトレバーを２Ｈ（２ＷＤ）から４Ｈ（センタデフ４ＷＤ）にシフトすると、セレクトスイッチからセレクトモード信号がＴＣＵ１００に入力される。ＴＣＵ１００では、以下の条件が成立している場合には、シフトアクチュエータ５０の電気モータ５１や、フリーホイール機構５のソレノイド７６を制御して、センタデフ４ＷＤへの駆動状態の切換を開始する。
まず、切換開始の第１の条件は、車両１が中低速走行を行なっていること、すなわち、リヤプロペラシャフトスピードセンサ６６の検出信号に基づき検出した車速が所定値以下であることである。そして、第２の条件は、アクセル開度センサ１１０で検出したアクセル開度が所定値以下であること、第３の条件は、車両１の加速度又は減速度の絶対値が所定値以下であることである。なお、加速度，減速度はリヤプロペラシャフトスピードセンサ６６からの検出信号に基づき演算する。これらの条件は、高速走行時や加減速時に切換えを行なうと、シンクロ機構３５が同期不良を起こし耐久性を悪化させる可能性があるため、このような状態での切換を防止するために設定したものである。
以上の条件が全て成立した場合、ＴＣＵ１００は、２駆／４駆切換スリーブ３４を２ＷＤ位置からクラッチギヤ３２とクラッチギヤ３３とを連結するセンタデフ４ＷＤ位置に移動させるべく、シフトアクチュエータ５０の電気モータ５１に電流を供給するための電流値制御（フィードバック制御）を開始する。このとき、図５に示すように、電気モータ５１の起動直後にはサージ電流（突入電流）が流れるため、電流指示値（フィードバック制御における目標値）は想定されるサージ電流値よりも高めの第１指示値に設定する。
また、２駆／４駆切換スリーブ３４が移動を始めることにより、２ＷＤ検出スイッチ６５はオフになり、２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１のみがオンとなる。これにより、インジケータランプ１１６では、図６Ｂに示すように、センタデフロックランプ１１５は消灯し、後輪ランプ１１４は点灯したままであるが、前輪ランプ１１３が点滅を始めるようになっている。これにより、ドライバは車両１の駆動状態が２ＷＤからセンタデフ４ＷＤへ切り換わっている途中であることを認識できるようになっている。
２駆／４駆切換スリーブ３４が２ＷＤ位置からセンタデフ４ＷＤ位置へ移動する際、２駆／４駆切換スリーブ３４とデフロックハブ３１及び２駆／４駆クラッチハブ３２との接触面において摺動抵抗が発生する。したがって、電気モータ５１はこの摺動抵抗に対抗するだけの推力が必要となり、電気モータ５１には必要な推力に応じた大きさの電流が供給される。このとき、ＴＣＵ１００の機能要素である平均電流値算出手段１０１では、サージ電流が流れた後、所定時間の供給電流値（モニター電流値、すなわちフィードバック制御における実際値）をサンプリングし、その平均値を算出するようになっている。
ところで、２駆／４駆クラッチハブ３２とクラッチギヤ３３との間には、シンクロ機構３５がそなえられている。ここでは、シンクロ機構３５はダブルコーンタイプが採用されており、クラッチギヤ３３に支持されて停止しているセンタコーン３５２の内側にはインナリング３５３が配設され、外側にはアウタリング３５１が配設されている。また、アウタリング３５１の外側にはリング状のシンクロナイザスプリング３５４が接触している。
このため、２駆／４駆切換スリーブ３４がセンタデフ４ＷＤ位置側へ移動すると、シンクロナイザスプリング３５４を介してアウタリング３５１がセンタコーン３５２に押し付けられるようになっている。そして、その後、２駆／４駆切換スリーブ３４がアウタリング３５１のチャンファ部と係合して、クラッチハブ３２とクラッチギヤ３３とが同期するようになっている。
このようにシンクロ機構３５による同期が開始される場合、２駆／４駆切換スリーブ３４の移動はアウタリング３５１によりいったん阻止されて減速又は停止状態になるため、電気モータ５１に供給される電流値は、２駆／４駆切換スリーブ３４が受ける抵抗に応じて、図５に示すように次第に上昇していく（図５斜線部参照）。そこで、ＴＣＵ１００の機能要素である判定手段１０２では、電気モータ５１に供給される電流値と平均電流値算出手段１０１で算出した平均電流値との差が、所定の閾値を越えたときには、シンクロ機構３５による同期が開始されたものと判定するようになっている。
このように、上記の平均電流値をシンクロ機構３５の同期開始の判定基準としているのは次の理由による。つまり、電気モータ５１に供給される電流値は、２駆／４駆切換スリーブ３４とクラッチギヤ３１，３２間の摺動抵抗に比例するが、この摺動抵抗は車速やアクセル開度等の走行条件により様々に変化する。したがって、判定基準を固定にしたのでは走行条件の影響を受けて正確な判定ができない。そこで、走行条件に対応して変化する平均電流値を判定基準とすることにより、正確な同期判定を保証できるようにしたのである。
そして、判定手段１０２によってシンクロ機構３５の同期開始が判定されたとき、ＴＣＵ１００では、第１指示値に設定していた電流指示値を、第１指示値よりも低い第２指示値に設定するようになっている（以上、Ａ区間）。
このように電流指示値を低下させることにより、電気モータ５１に供給される電流値も低下し、２駆／４駆切換スリーブ３４は現状位置に保持されることになる。したがって、シンクロ機構３５の同期状態も維持されることになる。
次に、ＴＣＵ１００は、電流指示値を第２指示値に保ってシンクロ機構３５の同期状態を維持しながら、ソレノイド７６を制御してバキュームアクチュエータ７５を駆動し、フリー状態であったフリーホイール機構５をロックするようになっている。
ただし、リヤプロペラシャフトスピードセンサ６６及びフロントプロペラシャフトスピードセンサ６７の検出信号から算出される前後輪速度差、厳密に言えば、フリーホイール機構５をロックしてフロントプロペラシャフト１４の回転を前輪８０，８１に伝達した場合に発生する前後輪速度差が所定値を越えている場合には、ＴＣＵ１００にそなえられる禁止手段１０３によりフリーホイール機構５のロックが禁止されるようになっている。これは、シンクロ機構３５が完全に同期状態になってクラッチギヤ３２，３３間の回転速度が一致した場合には、上記の前後輪速度差は生じないのに対し、この値が所定値を越えている場合にはシンクロ機構３５が完全に同期しているとは言えないからである。そして、前輪８０，８１が後輪８２，８３と同速度で回転しているとするれば、このような状態でフリーホイール機構５をロックしようとしても、クラッチギヤ７２，７３間の速度差が大きすぎ、係合ミスが生じる可能性が高い。そこで、上記の前後輪速度差が所定値以下になるまで、フリーホイール機構５のロックを行なわないようになっているのである（以上、Ｂ区間）。
そして、前後輪速度差が所定値以下になったら、フリーホイール機構５がロック状態にされて、フリーホイールエンゲージスイッチ６０がオンになったとき、ＴＣＵ１００は、再び電流指示値を第１指示値に上昇させるようになっている。これにより、２駆／４駆切換スリーブ３４は、電気モータ５１からの強い推力を受けてシンクロ機構３５を越えてセンタデフ４ＷＤ位置側へ移動し、クラッチギヤ３３と係合するとともに、デフロックハブ３１との係合を解除する。
そして、図４に示すように２駆／４駆切換スリーブ３４がセンタデフ４ＷＤ位置に移動完了すると、２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１に加えて、４ＷＤ検出スイッチ６２もオンになる。これにより、インジケータランプ１１６では、図６Ｃに示すように、前輪ランプ１１３が点滅をやめ、常時点灯するようになり、ドライバは車両１の駆動状態がセンタデフ４ＷＤへ完全に切り換わったことを認識できるようになっている。そして、ＴＣＵ１００では、センタデフ４ＷＤへの切換の完了に伴い電気モータ５１への電流供給を停止するようになっている（以上、Ｃ区間）。
本発明の第１実施形態としての駆動状態切換装置が適用されたパートタイム式４輪駆動車両は上述のごとく構成されているので、２ＷＤからセンタデフ４ＷＤへの駆動状態の切換時には、例えば、図７〜図１４に示すようなフローチャートに従い制御が行なわれる。
図７に示すように、まず、ＴＣＵ１００では、リヤプロペラシャフトスピードセンサ６６の検出信号に基づき車速を検出し（ステップＳ１０１）、アクセル開度センサ１１０の検出信号に基づきアクセル開度を検出する（ステップＳ１０２）。また、リヤプロペラシャフトスピードセンサ６６の検出信号に基づき車両の加速度／減速度を検出し（ステップＳ１０３）、リヤプロペラシャフトスピードセンサ６６の検出信号とフロントプロペラシャフトスピードセンサ６７の検出信号とに基づき前後輪速度差を検出する（ステップＳ１０４）。
そして、トランスファ装置４が未だ２ＷＤ状態のままの場合、すなわち、２ＷＤ検出スイッチ６５と２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１とがオンになっている場合には（ステップＳ１０５）、車両１が中低速走行であって、且つアクセル開度，加速度／減速度が共に小さいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。
ステップＳ１０６の条件を満たした場合には、図８のステップＳ２０１に移り、フリーホイール機構（ＦＷ）５はフリー状態に保持したままで（ステップＳ２０１）、シフトアクチュエータ（ＡＣＴ）５０の電気モータ５１を駆動し、２駆／４駆切換スリーブ３４の２ＷＤ位置からセンタデフ４ＷＤ位置への切換を開始する（ステップＳ２０２）。これにより、インジケータランプ１１６では、消灯していた前輪ランプ１１３が点滅を始める（ステップＳ２０３）。
一方、ステップＳ１０６の条件を満たさない場合には、図９のステップＳ３０１に移り、フリーホイール機構５はフリー状態に保持され（ステップＳ３０１）、シフトアクチュエータ５０は切換を禁止されるが（ステップＳ３０２）、ドライバのセレクトレバーの操作を受け付けたことを表示するため、この場合でも、インジケータランプ１１６では、消灯していた前輪ランプ１１３の点滅を始める（ステップＳ３０３）。
また、図７に戻って、ステップＳ１０５においてトランスファ装置４が２ＷＤ状態になっていない場合、すなわち、２ＷＤ検出スイッチ６５がオフになった場合には、さらに、トランスファ装置４が２ＷＤからセンタデフ４ＷＤへの切換途中であるか否か、すなわち、２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１のみがオンになっているか判定する（ステップＳ１０７）。
そして、２ＷＤからセンタデフ４ＷＤへの切換途中であると判定された場合には、フリーホイールエンゲージスイッチ６０の信号に基づきフリーホイール機構５の状態を判定し（ステップＳ１０８）、フリー状態である場合には、さらに、車両１が中低速走行であって、且つアクセル開度，加速度／減速度が共に小さいか否かを判定する（ステップＳ１０９）。
ステップＳ１０９の条件を満たさない場合には、図１２のステップＳ６０１に移り、フリーホイール機構５はフリー状態に保持したままで（ステップＳ６０１）、シフトアクチュエータ５０の電気モータ５１を駆動して、２駆／４駆切換スリーブ３４を２ＷＤ位置へ戻す（ステップＳ６０２）。これにより、インジケータランプ１１６では、前輪ランプ１１３は点滅したままとなる（ステップＳ６０３）。
一方、ステップＳ１０９の条件を満たした場合には、電気モータ５１へ実際に供給されている電流値をモニタリングし、シンクロ機構３５が同期を開始したか否か判定する（ステップＳ１１０）。
モニタリングした電流値と所定時間の平均電流値との差が所定の閾値よりも小さい場合には、未だ同期を開始していないものと判断する。そして、図８のステップＳ２０１に移り、フリーホイール機構５はフリー状態に保持したままで（ステップＳ２０１）、シフトアクチュエータ５０の電気モータ５１を駆動し、２駆／４駆切換スリーブ３４の２ＷＤ位置からセンタデフ４ＷＤ位置への切換を続行する（ステップＳ２０２）。このとき、インジケータランプ１１６では、前輪ランプ１１３は点滅したままとなる（ステップＳ２０３）。
これに対し、モニタリングした電流値と所定時間の平均電流値との差が所定の閾値を越えたときには、シンクロ機構３５が同期を開始したものと判断し、さらに、前後輪速度差が所定値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１１）。
そして、前後輪速度差が所定値以下の場合には、図１０のステップＳ４０１に移り、ソレノイド７６を制御してバキュームアクチュエータ７５を駆動し、フリーホイール機構５をフリー状態からロック状態へ切り換える（ステップＳ４０１）。この間、シフトアクチュエータ５０の電気モータ５１への電流指示値は、初期の第１指示値よりも低い第２指示値に設定され、シンクロ機構３５の同期状態は維持されている（ステップＳ４０２）。このときもインジケータランプ１１６の前輪ランプ１１３は点滅したままとなる（ステップＳ４０３）。
一方、前後輪速度差が所定値を越えている場合には、図１１のステップＳ５０１に移り、フリーホイール機構５をフリー状態に保持したまま（ステップＳ５０１）、シフトアクチュエータ５０はシンクロ機構３５の同期状態を維持する（ステップＳ５０２）。このときもインジケータランプ１１６の前輪ランプ１１３は点滅したままとなる（ステップＳ５０３）。
また、図７に戻って、ステップＳ１０８においてフリーホイール機構５がロック状態にあると判定された場合には、図１３のステップＳ７０１に移り、フリーホイール機構５をロック状態に保持したまま（ステップＳ７０１）、シフトアクチュエータ５０の電気モータ５１への電流指示値を、第２指示値から第１指示値に戻し、再び２駆／４駆切換スリーブ３４のセンタデフ４ＷＤ位置への切換を続行する（ステップＳ７０２）。このときもインジケータランプ１１６の前輪ランプ１１３は点滅したままとなる（ステップＳ７０３）。
そして、ステップＳ１０７においてトランスファ装置４が４ＷＤ状態に切り換わっていると判定された場合、つまり、２ＷＤ／４ＷＤ検出スイッチ６１と４ＷＤ検出スイッチ６２とがオンになっていると判定された場合には、図１４のステップＳ８０１に移り、フリーホイール機構５はロック状態に保持し（ステップＳ８０１）、シフトアクチュエータ５０は現在位置で停止する（ステップＳ８０２）。また、インジケータランプ１１６では、点滅していた前輪ランプ１１３が常時点灯し、ドライバに車両１の駆動状態がセンタデフ４ＷＤに切り換わったことが表示される（ステップＳ８０３）。
このように、本駆動状態切換装置によれば、シフトアクチュータ５０の電気モータ５１に実際に供給される電流値に基づき、シンクロ機構３５の同期状態を判定することができるので、専用のスイッチ類を設ける必要がなくコストの低減を図ることができるという利点がある。また、シンクロ機構３５の同期状態の判定基準として、電気モータ５１起動時のサージ電流が流れた後の所定時間内の平均電流値を用いているので、車速やアクセル開度等の走行条件の変化にも対応した正確な判定ができるという利点もある。
さらに、２ＷＤからセンタデフ４ＷＤに駆動状態を切り換える際、フリーホイール機構５をロックした上で、センタデフ４ＷＤに切り換えるようになっているので、非駆動輪側の同期崩れによる２駆／４駆切換スリーブ３４とクラッチギヤ３３との係合ミスを防止することでき、また、センタデフ４０の空転によるＶＣＵ４７の耐久性の悪化等も防止することができるという利点がある。
さらに、シンクロ機構３５が同期状態になっている場合でも、リヤプロペラシャフトスピードセンサ６６とフロントプロペラシャフトスピードセンサ６７との検出信号に基づき算出される前後輪速度差が所定値を越えている場合には、フリーホイール機構５のロックが禁止されるようになっているので、クラッチギヤ７２，７３間の速度差による係合ミスによりフリーホイール機構５に負担を与えてしまうことを防止することができるという利点がある。
また、インジケータランプ１１６にトランスファ装置４の切換状態が表示されるようになっているので、切換途中での加減速や操舵等をしないようにドライバに促すことができるという利点もある。
なお、上述の実施形態では、センタデフ４０としてプラネタリギヤを適用した場合について説明しているが、ベベルギヤを適用してもよい。さらに、差動制限装置としてはＶＣＵ４７に限定されず、例えば、ＨＣＵや湿式多板クラッチをそなえることも可能である。
また、上述の実施形態では、リヤプロペラシャフトスピードセンサ６６及びフロントプロペラシャフトスピードセンサ６７の検出信号に基づき前後輪速度差を算出しているが、フロントアクスルシャフト１７に回転速度検出手段をそなえ、この回転速度検出手段の検出信号とフロントプロペラシャフトスピードセンサ６７の検出信号とに基づき前後輪速度差を算出してもよい。
さらに、上述のようにとセンタデフ４ＷＤモードをそなえた４輪駆動車両のみならず、２ＷＤモードと直結４ＷＤモードとのみをそなえた４輪駆動車両にも本駆動状態切換装置を適用することは可能である。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本発明の第２実施形態では、本発明のシンクロ機構付き駆動状態切換装置をドライバのシフト操作に応じて変速段を切り換える変速段切換装置として構成している。図１５〜図１７は本発明の第２実施形態としての変速段切換装置を示すものであり、ここでは、図１５のシステム構成図に示すように、本変速段切換装置を車両の自動クラッチシステムとして構成した場合について説明する。
図１５に示すように、本自動クラッチシステムは、トランスミッション２００，エンジン２０１，エンジン２０１からトランスミッション２００への駆動力の伝達を切断，接合するクラッチ（駆動力断接用クラッチ）２０２，トランスミッション２００を制御するトランスミッション電子制御ユニット（以下、Ｔ／Ｍ−ＥＣＵという）２０３，エンジン２０１を制御するエンジン電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２０４とから主に構成されている。
トランスミッション２００は一般的なマニュアルトランスミッションを用いることができるが、本自動クラッチシステムでは、クラッチペダルを廃してクラッチ操作を自動的に行なうためにクラッチアクチュエータ２０５をそなえている。また、シフト切換を自動的に行なうためにシフトアクチュエータ（電動アクチュエータ）２０６をそなえている。これらクラッチアクチュエータ２０５及びシフトアクチュエータ２０６はＴ／Ｍ−ＥＣＵ２０３により制御される。
図１６はトランスミッション２００における切換機構部の一部（ここでは１速−２速切換機構部を例示している）を模式的に示したものである。図１６に示すように、メインシャフト２２０には１速スピードギヤ２２１と２速スピードギヤ２２２とが回転自在に軸支されるとともに、１速スピードギヤ２２１と２速スピードギヤ２２２との間には１−２速クラッチハブ（第１のギヤ）２２３が回転を拘束されて配設されている。１−２速クラッチハブ２２３の外周にはスリーブ（ギヤ連結部材）２２４が軸方向に摺動自在に噛合しており、１速スピードギヤ２２１，２速スピードギヤ２２２には、それぞれ１速クラッチギヤ（第２のギヤ）２２５，２速クラッチギヤ（第２のギヤ）２２６が一体に設けられている。
さらに、１−２速クラッチハブ２２３と１速クラッチギヤ２２５との間、１−２速クラッチハブ２２３と２速クラッチギヤ２２６との間には、それぞれシンクロ機構２３０，２４０がそなえられている。ここではシンクロ機構２３０，２４０としてダブルコーンタイプを採用しており、１速クラッチギヤ２２５側のシンクロ機構２３０は、１速クラッチギヤ２２５と一体に支持されたセンタコーン２３２と、センタコーン２３２の内側に配設されたインナリング２３３と、センタコーン２３２の外側に配設されスリーブ２２４と係合するアウタリング２３１とから構成されている。また、２速クラッチギヤ２２６側のシンクロ機構２４０は、１速クラッチギヤ２２６と一体に支持されたセンタコーン２４２と、センタコーン２４２の内側に配設されたインナリング２４３と、センタコーン２４２の外側に配設されスリーブ２２４と係合するアウタリング２４１とから構成されている。
このような構成により、スリーブ２２４を１速スピードギヤ２２１側に移動させ、シンクロ機構２３０を介して１速クラッチギヤ２２５に係合させることにより、１−２速クラッチハブ２２３と１速クラッチギヤ２２５とが連結され、変速段は１速に切り換えられる。逆にスリーブ２２４を２速スピードギヤ２２２側に移動させ、シンクロ機構２４０を介して２速クラッチギヤ２２６に係合させることにより、１−２速クラッチハブ２２３と２速クラッチギヤ２２６とが連結され、変速段は２速に切り換えられる。
前述のシフトアクチュエータ２０６は、シフトフォーク２２７を介してスリーブ２２４に連結されており、電気モータ２２８により駆動されてスリーブ２２４を軸方向に移動させるようになっている。Ｔ／Ｍ−ＥＣＵ２０３では電気モータ２２８に供給する供給電流値を制御することにより、具体的には電流指示値（フィードバック制御における目標値）の設定によりスリーブ２２４を移動させる推力を調整するようになっている。
Ｔ／Ｍ−ＥＣＵ２０３には、アクセル開度信号，車速信号，エンジン回転速度信号，トランスミッション２００の入力軸回転速度信号，クラッチ２０２のレリーズストローク信号、さらに、シフトノブ信号（シフト選択信号）が入力されるようになっている。Ｔ／Ｍ−ＥＣＵ２０３では、これら種々の入力信号と電気モータ２２８に実際に供給される電流値（モニター電流値）の変化とに基づき、エンジンＥＣＵ２０４を介してエンジン２０１の出力を調整しながらクラッチアクチュエータ２０５及びシフトアクチュエータ２０６を制御し、ドライバがシフトノブ（図示略）を操作して選択した変速段への切換を達成するようになっている。
以下、図１７のタイムチャートを用いて、図１６を参照しながら本変速段制御装置にかかる変速段の切換制御の手順について説明する。なお、ここでは最初に変速段は１速に設定されており、これを２速に切り換えるものとする。
まず、時点ｔ₀においてドライバのシフトノブの操作により変速が開始されたとすると、Ｔ／Ｍ−ＥＣＵ２０３では、エンジンＥＣＵ２０４へのエンジン出力指示値を徐々に減少させていく。そして、エンジン出力指示値が０になりエンジン出力がカットされたところで（時点ｔ₁）、クラッチアクチュエータ２０５へのレリーズストローク指示値を最大にするとともに、シフトアクチュエータ２０６を駆動する電気モータ２２８への電流指示値を所定の第１指示値に設定する。
電気モータ２２８により駆動されたシフトアクチュエータ２０６は、１速クラッチギヤ２２５に係合していたスリーブ２２４を２速スピードギヤ２２２側に押しはじめる。このシフトアクチュエータ２０６の移動によりスリーブ２２４と１速クラッチギヤ２２５とは切り離されるが、このときスリーブ２２４と１速クラッチギヤ２２５との間には摺動抵抗が作用する。この摺動抵抗に対抗するだけの力を出すため、電気モータ２２８に流れる電流値（モニター電流値）は一旦増大するが、スリーブ２２４と１速クラッチギヤ２２５との切り離しが進むにつれ徐々に低下していく。スリーブ２２４と１速クラッチギヤ２２５とが切り離された時点ｔ₂で電流値は略一定になる。
１速クラッチギヤ２２５から切り離されたスリーブ２２４は、さらに２速スピードギヤ２２２側に押され、シンクロ機構２４０のアウタリング２４１をセンタコーン２４２に押し付ける。これにより、センタコーン２４２とアウタリング２４１及びインナリング２４３との間で摩擦力が発生して、スリーブ２２４と２速クラッチギヤ２２６との同期、すなわち、１−２速クラッチハブ２２３と２速クラッチギヤ２２６との同期が開始される。
このようにシンクロ機構２４０による同期が開始される場合、スリーブ２２４の移動はアウタリング２４１により一旦阻止されて減速又は停止状態になるため、電気モータ２２８に供給される電流値はスリーブ２２８が受ける抵抗に応じて次第に上昇していく（図１７中の斜線部参照）。そこで、Ｔ／Ｍ−ＥＣＵ２０３の機能要素である判定手段２５０では、電流値の増加を確認した時点ｔ₃で同期が開始されたと判定する。なお、電流値の増加の確認は、例えば、モニタリングした電流値と電流値が略一定になった時点ｔ₂以降の平均電流値との差が所定の閾値を越えたときに、シンクロ機構２４０による同期が開始されたものと判定するのがよい。
そして、判定手段２５０によってシンクロ機構２４０の同期開始が判定されたとき（時点ｔ₃）、Ｔ／Ｍ−ＥＣＵ２０３では、第１指示値に設定していた電流指示値を、第１指示値よりも低い第２指示値に設定する。この第２指示値はギヤの変速比（ここでは２速の変速比）に合わせて設定されており、変速比が離れているほど指示値は小さく設定されている。
電流指示値が第２指示値に設定されることにより、スリーブ２２４と２速クラッチギヤ２２６とは変速比に応じた速度で結合していく。このとき、電流指示値の第２指示値への変化により一旦低下した電流値は再び上昇していくが、やがて一定又は略一定の値で変化しなくなる。
なお、このときのモニター電流値の変化は、第１実施形態における電流指示値を第１指示値から第２指示値へ切り換えたときの変化の様子（図５参照）とは異なっているが、これはシンクロ容量（同期容量）の相違によるものである。つまり、シンクロ容量が大きいほどスリーブを移動する力は小さくてすむため電気モータに供給する電流値（モニター電流値）は小さくなるが、トランスミッションのシンクロ機構とトランスファ装置のシンクロ機構とではシンクロ容量に差があり後者の方がシンクロ容量が大きいため、本実施形態と第１実施形態とではモニター電流値の変化が相違しているのである。
そして、電流値が一定又は略一定になり所定時間経過した時点ｔ₄で、判定手段２５０はスリーブ２２４と２速クラッチギヤ２２６との結合が完了し、２速への切換（シフト切換）が完了したものと判定する。
この判定手段２５０による切換完了判定に基づき、Ｔ／Ｍ−ＥＣＵ２０３は、エンジン出力指示値を徐々に上昇させてエンジン出力を調整しながら、レリーズストローク指示値を徐々に下げていきクラッチ２０２を結合していく。そして、エンジン出力指示値がアクセル開度に応じた値まで上昇したところで、レリーズストローク指示値を０まで下げクラッチ２０２を半クラッチ状態から直結状態へ移行させる。なお、電流指示値の設定は、切換完了判定後は０に設定して電気モータ２２８への電流供給を停止する。
以上の切換手順は他の変速段についても同様であり、シフトアクチュエータ２０６のモニター電流値の変化に基づいてシンクロ機構の同期判定及びシフト切換完了判定がなされる。そして、同期判定に基づきシフト切換制御が行なわれ、切換完了判定に基づきクラッチ２０２の結合制御が行なわれる。
このように、本発明の第２実施形態としての変速段切換装置によれば、シフトアクチュエータ２０６を駆動する電気モータ２２８に供給する電流値（モニター電流値）の変化からシンクロ機構２３０，２４０の同期開始を判定するので、専用のセンサやスイッチ等を設けることなくコストの低減を図ることができるという利点がある。
また、モニター電流値の変化に基づいて同期を判定することにより、部材間の摺動抵抗の個体差や経年変化及び車速やアクセル開度等の走行条件の変化にも対応した正確な判定が可能になるという利点もある。
さらに、同期開始までは電流指示値を比較的大きな第１指示値に設定することにより同期開始時間を短縮することができるとともに、同期開始後は変速段の変速比に応じた第２指示値に設定することにより変速比に応じた速度でギヤを連結でき、ギヤ鳴りや過負荷を防止することができる。したがって、速やか、且つ確実な変速段の切換が実現されるという利点がある。
さらに、シフト切換完了も電気モータ２２８に供給する電流値（モニター電流値）の変化に基づき判定するので、専用のセンサやスイッチ等を設けることなくコストの低減を図ることができるとともに、適切なタイミングでクラッチ２０２を接合することが可能になり、クラッチ２０２の接合タイミングがシフト切換完了に先行することによるギヤ鳴り等の不具合や、クラッチ２０２の接合タイミングがシフト切換完了から遅延することによるドライバの違和感を防止することができるという利点もある。
以上、本発明のシンクロ機構付き駆動状態切換装置の実施の形態として、２ＷＤモードとセンタデフ４ＷＤモードとの間で駆動状態の切換を行なう駆動状態切換装置と、自動クラッチシステムをそなえた変速段切換装置とについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。つまり、シンクロ機構を介したギヤの連結により駆動状態の切り換えを行なう装置であって、シンクロ機構の同期判定が必要な装置で有れば、上述の駆動状態切換装置や変速段切換装置に限定されず広く適用しうるものである。
また、本発明にかかるシンクロ機構には、上述の各実施形態で用いられているダブルコーン式シンクロ機構に限定されず、キー式シンクロ機構等の種々の構造のシンクロ機構が含まれる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明のシンクロ機構付き駆動状態切換装置は、シンクロ機構の正確な同期判定が要望される装置に有用であり、特に、２輪駆動状態と４輪駆状態との間で駆動状態を切り換えるパートタイム式の４輪駆動型車両の駆動状態切換装置として、また、自動でクラッチ操作及びシフト操作を行なう自動クラッチシステムの変速段切換装置として有用である。

Claims (9)

1. 同軸上に配設された第１のギヤ（３２，２２３）及び第２のギヤ（３３，２２５，２２６）と、
   軸方向に移動して該第１のギヤ（３２，２２３）と該第２のギヤ（３３，２２５，２２６）とを連結可能とするギヤ連結部材（３４，２２４）と、
   該第１のギヤ（３２，２２３）と該第２のギヤ（３３，２２５，２２６）との間に配設されたシンクロ機構（３５，２３０，２４０）と、
   該ギヤ連結部材（３４，２２４）を移動させる電動アクチュエータ（５０，２０６）と、
   該電動アクチュエータ（５０，２０６）への供給電流を制御する制御手段（１００，２０３）と、
   該電動アクチュエータ（５０，２０６）への供給電流値の変化に基づいて該シンクロ機構（３５，２３０，２４０）の同期を判定する判定手段（１０２，２５０）とをそなえた
   ことを特徴とする、シンクロ機構付き駆動状態切換装置。
2. 該判定手段（１０２，２５０）が、上記供給電流値を所定時間の平均供給電流値と比較し、上記供給電流値と平均供給電流値との差が所定値を越えたときに、該シンクロ機構（３５，２３０，２４０）が同期状態にあると判定するよう構成されている
   ことを特徴とする、請求の範囲第１項記載のシンクロ機構付き駆動状態切換装置。
3. 該制御手段（１００，２０３）が、該電動アクチュエータ（５０，２０６）への電流指示値を設定することにより上記供給電流を制御するとともに、該判定手段（１０２，２５０）により該シンクロ機構（３５，２３０，２４０）が同期状態にあると判定されるまでは電流指示値を第１指示値に設定し、同期状態にあると判定されると電流指示値を該第１指示値よりも低い第２指示値に設定するよう構成されている
   ことを特徴とする、請求の範囲第２項記載のシンクロ機構付き駆動状態切換装置。
4. パートタイム式の４輪駆動型車両にそなえられ、２輪駆動状態と４輪駆動状態との間で駆動状態の切換を行なう駆動状態切換装置として構成され、
   上記複数のギヤ（３１，３２，３３）の係合関係を該シンクロ機構（３５）を介して切り換えることにより２輪駆動状態と４輪駆動状態とを切り換える切換機構（３０）をそなえ、
   該判定手段（１０２）は、該切換機構（３０）による２輪駆動状態から４輪駆動状態への駆動状態の切換開始後、該電動アクチュエータ（５０）への供給電流値の変化に基づいて該シンクロ機構（３５）の同期を判定する
   ことを特徴とする、請求の範囲第１項記載のシンクロ機構付き駆動状態切換装置。
5. ２輪駆動状態時に非駆動輪となる車輪（８０，８１）と該車輪（８０，８１）側のデファレンシャル機構（７）との間に介装され、２輪駆動状態時には該デファレンシャル機構（７）から該車輪（８０，８１）への駆動力の伝達を遮断し、４輪駆動状態時には該デファレンシャル機構（７）から該車輪（８０，８１）へ駆動力を伝達するクラッチ装置（５）と、
   該クラッチ装置（５）を操作する操作手段（７６）とをそなえ、
   該制御手段（１００）が、該判定手段（１０２）により該シンクロ機構（３５）が同期状態にあると判定されたときには、該電動アクチュエータ（５０）への供給電流を制御して該シンクロ機構（３５）の同期状態を維持するとともに、該操作手段（７６）により該クラッチ装置（５）を操作して非駆動状態にあった該車輪（８０，８１）を駆動状態に切り換え、該車輪（８０，８１）の駆動状態への切換が完了したとき、該シンクロ機構（３５）の同期状態の維持を解除して４輪駆動状態への切換を完了すべく該電動アクチュエータ（５０）への供給電流を制御するよう構成されている
   ことを特徴とする、請求の範囲第４項記載のシンクロ機構付き駆動状態切換装置。
6. ２輪駆動時に非駆動輪となる該車輪（８０，８１）と常時駆動輪となる車輪（８２，８３）との回転速度差を検出する検出手段（６６，６７）と、
   該検出手段（６６，６７）が検出した回転速度差が所定値を越えているときには該クラッチ装置（５）による該車輪（８０，８１）の駆動状態への切換を禁止する禁止手段（１０３）とをそなえた
   ことを特徴とする、請求の範囲第５項記載のシンクロ機構付き駆動状態切換装置。
7. ドライバのシフト操作に応じて変速段を切り換える変速段切換装置として構成され、
   上記複数のギヤ（２２３，２２５，２２６）の係合関係を該シンクロ機構（２３０，２４０）を介して切り換えることによりドライバにより選択されたシフト位置に応じた変速段に切り換える切換機構（２００）をそなえ、
   該判定手段（２５０）は、該切換機構（２００）による変速段の切換開始後、該電動アクチュエータ（２０６）への供給電流値の変化に基づいて該シンクロ機構（２３０，２４０）の同期を判定する
   ことを特徴とする、請求の範囲第１項記載のシンクロ機構付き駆動状態切換装置。
8. 該制御手段（２０３）が、該電動アクチュエータ（２０６）への電流指示値を設定することにより上記供給電流を制御するとともに、該判定手段（２５０）により該シンクロ機構（２３０，２４０）が同期状態にあると判定されたときには、電流指示値を上記変速段の変速比に応じた所定値に設定するよう構成されている
   ことを特徴とする、請求の範囲第７項記載のシンクロ機構付き駆動状態切換装置。
9. エンジン（２０１）と該切換機構（２００）との間に介装された駆動力断接用クラッチ（２０２）と、
   該クラッチ（２０２）の切断，接合を行なうアクチュエータ（２０５）とをそなえ、
   該制御手段（２０３）が、電流指示値の上記所定値への設定後、上記供給電流値が一定値又は略一定値になったときに該クラッチ（２０２）の接合を開始すべく該アクチュエータ（２０５）を制御するよう構成されている
   ことを特徴とする、請求の範囲第８項記載のシンクロ機構付き駆動状態切換装置。

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