JP2010190285A - Driving force distributing mechanism for differential gear - Google Patents
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Description
本発明は、差動装置の入力要素に加えられる駆動力を2つの出力要素に所定の比率で配分する差動装置の駆動力配分機構に関する。 The present invention relates to a driving force distribution mechanism for a differential device that distributes a driving force applied to an input element of the differential device to two output elements at a predetermined ratio.
エンジンと左右の車輪との間に配置される差動装置を一対の遊星歯車機構で構成し、両リングギヤにエンジンの駆動力を入力し、両プラネタリキャリヤを左右の車輪に接続し、両サンギヤを油圧モータあるいは電気モータに接続して相互に逆方向に駆動することで、、エンジンの駆動力を左右の車輪に任意の比率で配分して旋回をアシストあるいは抑制する差動装置の駆動力配分機構が、下記特許文献1により公知である。
The differential device arranged between the engine and the left and right wheels is composed of a pair of planetary gear mechanisms, the driving force of the engine is input to both ring gears, both planetary carriers are connected to the left and right wheels, and both sun gears are A driving force distribution mechanism for a differential device that assists or suppresses turning by distributing the driving force of the engine to the left and right wheels at an arbitrary ratio by being connected to a hydraulic motor or an electric motor and driven in opposite directions. Is known from
ところで上記従来のものは、油圧モータや電気モータよりなる駆動源を正転駆動あるいは逆転駆動することで車両の左右の旋回をアシストあるいは抑制することが可能であるが、エンジンの駆動力を前記駆動源でアシストしたり、車体の運動エネルギーを前記駆動源の回生制動により電気エネルギーとして回収したりすることはできなかった。 By the way, in the above-mentioned conventional one, it is possible to assist or suppress the turning of the vehicle left and right by driving the driving source consisting of a hydraulic motor or an electric motor in the normal direction or the reverse direction. It was not possible to assist with the power source or to recover the kinetic energy of the vehicle body as electric energy by regenerative braking of the drive source.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、差動装置の駆動力配分機構において、車両の旋回のアシストや抑制に加えて、車両の駆動力のアシストを可能にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to enable assist of driving force of a vehicle in addition to assisting or suppressing turning of the vehicle in a driving force distribution mechanism of a differential device. .
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、差動装置の入力要素に加えられる駆動力を2つの出力要素に所定の比率で配分する差動装置の駆動力配分機構であって、第1リングギヤと、第1サンギヤと、前記第1リングギヤおよび第1サンギヤに噛合する第1ピニオンを支持する第1プラネタリキャリヤとよりなる第1遊星歯車機構と、第2リングギヤと、第2サンギヤと、前記第2リングギヤおよび第2サンギヤに噛合する第2ピニオンを支持する第2プラネタリキャリヤとよりなる第2遊星歯車機構とを備え、前記各一対のプラネタリキャリヤ、リングギヤおよびサンギヤのうちの第1の要素を前記2つの出力要素にそれぞれ連結するとともに、第2の要素どうしを相対回転不能に結合して前記入力要素に連結し、かつ第3の要素どうしをギヤ機構を介して相互に逆方向に回転するように連結するものにおいて、駆動源と、前記ギヤ機構を前記駆動源に接続する第1クラッチと、前記入力要素を前記駆動源に接続する第2クラッチとを備え、前記第1クラッチを係合して前記第3の要素を相互に逆方向に駆動し、前記第2クラッチを係合して前記入力要素を駆動することを特徴とする差動装置の駆動力配分機構が提案される。 To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the driving force distribution of the differential device that distributes the driving force applied to the input elements of the differential device to the two output elements at a predetermined ratio. A first planetary gear mechanism comprising a first ring gear, a first sun gear, a first planetary carrier supporting a first pinion meshing with the first ring gear and the first sun gear, and a second ring gear; A second planetary gear mechanism including a second sun gear and a second planetary carrier that supports a second pinion meshing with the second ring gear and the second sun gear, and each of the pair of planetary carriers, the ring gear, and the sun gear. A first element of which is connected to each of the two output elements, and a second element is connected to the input element in a relatively non-rotatable manner; The third elements are coupled via the gear mechanism so as to rotate in opposite directions to each other, the driving source, the first clutch for connecting the gear mechanism to the driving source, and the input element for the input element. A second clutch connected to a drive source, engaging the first clutch to drive the third element in opposite directions, and engaging the second clutch to drive the input element A driving force distribution mechanism for a differential device is proposed.
尚、実施の形態の右シャフト13Rおよび左シャフト13Lは本発明の出力要素に対応し、実施の形態の第1、第2プラネタリキャリヤ14R,14Lは本発明の第1の要素に対応し、実施の形態の第1、第2リングギヤ15R,15Lは本発明の第2の要素に対応し、実施の形態の第1、第2サンギヤ16R,16Lは本発明の第3の要素に対応し、実施の形態の外歯ギヤ18は本発明の入力要素に対応し、実施の形態の第1ギヤ21a〜第4ギヤ21dおよび第1、第2外歯ギヤ22R,22Lは本発明のギヤ機構に対応し、実施の形態のモータ・ジェネレータMGは本発明の駆動源に対応する。
The
請求項1の構成によれば、差動装置の第1、第2遊星歯車機構の各一対のプラネタリキャリヤ、リングギヤおよびサンギヤのうちの第1の要素を2つの出力要素にそれぞれ連結するとともに、第2の要素どうしを相対回転不能に結合して入力要素に連結し、かつ第3の要素どうしをギヤ機構を介して相互に逆方向に回転するように連結したので、第1クラッチを係合して駆動源で第3の要素を相互に逆方向に駆動することで、車両の駆動力を2つの出力要素に任意の比率で配分して旋回をアシストあるいは抑制できるだけでなく、第2クラッチを係合して駆動源で入力要素を駆動することで、車両の駆動力をアシストすることができる。 According to the configuration of the first aspect, the first element of each pair of planetary carrier, ring gear and sun gear of the first and second planetary gear mechanisms of the differential gear is coupled to the two output elements, respectively, and the first The two elements are coupled to each other so as not to rotate relative to each other and connected to the input element, and the third elements are coupled to each other via the gear mechanism so as to rotate in opposite directions. By driving the third element in the opposite directions with the driving source, the driving force of the vehicle can be distributed to the two output elements at an arbitrary ratio to assist or suppress turning, and the second clutch can be engaged. In addition, the driving force of the vehicle can be assisted by driving the input element with the driving source.
以下、図1および図2に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1は、本発明の実施の形態による差動装置の駆動力配分機構を、フロントエンジン・フロントドライブ車に適用したものである。同図に示すように、車体に横置きに搭載したエンジンEにはトランスミッションMが接続されており、そのトランスミッションMの出力軸である差動装置入力軸11は遊星歯車式の差動装置Dに駆動力を伝達するための入力ギヤ12を備える。
FIG. 1 shows an application of a driving force distribution mechanism of a differential gear according to an embodiment of the present invention to a front engine / front drive vehicle. As shown in the figure, a transmission M is connected to an engine E mounted horizontally on a vehicle body, and a
差動装置Dは、右輪WRを駆動する右シャフト13Rに連なる右側の第1遊星歯車機構PRと、左輪WLを駆動する左シャフト13Lに連なる左側の第2遊星歯車機構PLとを備える。両遊星歯車機構PR,PLは車体中心線を挟んで左右対称に形成されており、2つの出力要素としての右シャフト13Rおよび左シャフト13Lにそれぞれ固設された左右一対の第1、第2プラネタリキャリヤ14R,14Lと、一体に形成された左右一対の第1、第2リングギヤ15R,15Lと、右シャフト13Rおよび左シャフト13L上に回転自在に支持された左右一対の第1、第2サンギヤ16R,16Lと、各プラネタリキャリヤ14R,14Lに回転自在に支持され、第1、第2リングギヤ15R,15Lおよび第1、第2サンギヤ16R,16Lに同時に噛合する各複数個の第1、第2ピニオン17R…,17L…とから構成される。そして、第1、第2リングギヤ15R,15Lと一体に形成した1つの入力要素としての外歯ギヤ18が、前記入力ギヤ12に噛合する。
The differential device D includes a right first planetary gear mechanism PR connected to the
駆動および回生制動が可能なモータ・ジェネレータMGに、遊星歯車機構よりなる減速機31および第1クラッチC1を介して第1駆動軸20が接続される。減速機31は、モータ・ジェネレータMGの回転軸32に固設されたサンギヤ33と、第1駆動軸20に固設されたプラネタリキャリヤ34と、プラネタリキャリヤ34に回転自在に支持された複数のピニオン35…と、ケーシング36に固設されたリングギヤ37とを備えており、ピニオン35…はサンギヤ33およびリングギヤ37に同時に噛合する。従って、第1クラッチC1を係合した状態では、モータ・ジェネレータMGの回転軸32の回転は減速機31により減速されて第1駆動軸20に伝達される。
The
第1駆動軸20には第1ギヤ21aが固設されており、この第1ギヤ21aは前記第1サンギヤ16Rと一体に形成した第1外歯ギヤ22Rに噛合する。また第1駆動軸20に第3ギヤ21cおよび第4ギヤ21dを介して連結された第2駆動軸23には第2ギヤ21bが固設されており、この第2ギヤ21bは前記第2サンギヤ16Lと一体に形成した第2外歯ギヤ22Lに噛合する。第1駆動軸20と第2駆動軸23とを連結する第3、第4ギヤ21c,21dは同一の歯数を有しており、従って第1駆動軸20と第2駆動軸23とは同一回転数で逆方向に回転する。また第1、第2ギヤ21a,21bは同一の歯数を有するとともに、第1、第2外歯ギヤ22R,22Lも同一の歯数を有しており、従って、第1クラッチC1を係合した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動することにより、第1、第2サンギヤ16R,16Lは同一回転数で逆方向に回転する。
A
第1、第2駆動軸20,23と同軸に第3駆動軸24が配置される。第3駆動軸24には、第5ギヤ21eおよび第6ギヤ21fが固設されるとともに、第5、第6ギヤ21e,21f間に第2クラッチC2が配置される。第5ギヤ21eは、第1駆動軸20の第1クラッチC1および減速機31間に固設した第7ギヤ21gに噛合し、第6ギヤ21fは外歯ギヤ18に噛合する。
A
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を、図2を参照して説明する。 Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above configuration will be described with reference to FIG.
(1) 第1クラッチC1および第2クラッチC2を共に係合解除した状態では、第1、第2サンギヤ16R,16Lと一体の第1、第2外歯ギヤ22R,22Lは、第1、第2駆動軸20,23および第1〜第4ギヤ21a〜21dで接続されて同一回転数で逆方向に回転するため、差動装置Dは通常の差動機能のみを発揮する。
(1) When both the first clutch C1 and the second clutch C2 are disengaged, the first and second
(2) 第1クラッチC1を係合してモータ・ジェネレータMGを第1駆動軸20に結合し、かつ第2クラッチC2を係合解除して差動装置Dの差動を許容した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すると、第1、第2サンギヤ16R,16Lと一体の第1、第2外歯ギヤ22R,22Lが同一回転数で相互に逆方向に駆動されるため、モータ・ジェネレータMGの回転方向に応じて左右のシャフト13R,13Lに差回転を発生させ、エンジンEの駆動力を左輪WLおよび右輪WRに任意の比率で配分することができる。従って、旋回外輪に配分される駆動力を旋回内輪に配分される駆動力よりも多くすれば、車両の旋回性能を高めることができ、逆に旋回外輪に配分される駆動力を旋回内輪に配分される駆動力よりも少なくすれば、車両の直進安定性能を高めることができる。
(2) The motor in a state where the first clutch C1 is engaged to connect the motor / generator MG to the
(3) また上述した第1クラッチC1が係合、第2クラッチC2が非係合の状態でモータ・ジェネレータMGを回生制動すれば、モータ・ジェネレータMGが発生する回生制動力が差動装置Dの差動機能を抑制するように作用し、車両の減速中に旋回を阻止するヨーモーメントを発生させて車両挙動を安定させることができる。 (3) If the motor / generator MG is regeneratively braked with the first clutch C1 engaged and the second clutch C2 disengaged, the regenerative braking force generated by the motor / generator MG is changed to the differential device D. Thus, it is possible to stabilize the vehicle behavior by generating a yaw moment that prevents the vehicle from turning during deceleration of the vehicle.
(4) また上述した第1クラッチC1が係合、第2クラッチC2が非係合の状態でモータ・ジェネレータMGをオープン状態(コイルの電流を遮断して無負荷で回転し得る状態)にすれば、第1クラッチC1を係合解除したのと同じことになり、差動装置Dは通常の差動機能のみを発揮する。 (4) In addition, the motor generator MG is opened (the coil current can be cut off and the motor can be rotated without load) while the first clutch C1 is engaged and the second clutch C2 is not engaged. In this case, the first clutch C1 is disengaged, and the differential device D exhibits only a normal differential function.
(5) 第1クラッチC1を係合解除してモータ・ジェネレータMGを第1駆動軸20から分離し、かつ第2クラッチC2を係合して第5ギヤ21eおよび第6ギヤ21fを結合した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すると、モータ・ジェネレータMGの駆動力が第7ギヤ21g、第5ギヤ21e、第2クラッチC2および第6ギヤ21fの経路で差動装置Dの外歯ギヤ18に入力されるため、エンジンEの駆動力をモータ・ジェネレータMGの駆動力でアシストすることができる。
(5) State in which the first clutch C1 is disengaged to separate the motor / generator MG from the
このとき、エンジンEを停止させれば、車両をモータ・ジェネレータMGの駆動力のみで発進あるいは走行させることができる。 At this time, if the engine E is stopped, the vehicle can be started or run only by the driving force of the motor / generator MG.
(6) また上述した第1クラッチC1が非係合、第2クラッチC2が係合の状態でモータ・ジェネレータMGを回生制動すれば、車両の減速時にモータ・ジェネレータMGを差動装置Dに接続して回生制動し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。 (6) If the motor / generator MG is regeneratively braked with the first clutch C1 disengaged and the second clutch C2 engaged, the motor / generator MG is connected to the differential device D when the vehicle decelerates. Then, regenerative braking is performed, and the kinetic energy of the vehicle body can be recovered as electric energy.
(7) また上述した第1クラッチC1が非係合、第2クラッチC2が係合の状態でモータ・ジェネレータMGをオープン状態にすれば、第2クラッチC2が係合解除したのと同じことになり、差動装置Dは通常の差動機能のみを発揮する。 (7) If the motor / generator MG is opened while the first clutch C1 is disengaged and the second clutch C2 is engaged, the second clutch C2 is disengaged. Thus, the differential device D exhibits only a normal differential function.
(8) 尚、第1クラッチC1を係合してモータ・ジェネレータMGを第1駆動軸20に結合し、かつ第2クラッチC2を係合して第5ギヤ21eおよび第6ギヤ21fを一体に結合した状態でモータ・ジェネレータMGを駆動すると、第1、第2サンギヤ16R,16Lと一体の第1、第2外歯ギヤ22R,22Lが同一回転数で相互に逆方向に駆動されるため、モータ・ジェネレータMGの回転方向に応じて左右のシャフト13R,13Lに差回転を発生させ、エンジンEの駆動力を左輪WLおよび右輪WRに任意の比率で配分することができる。
(8) The first clutch C1 is engaged to connect the motor / generator MG to the
しかしながら、この場合には差動装置Dの外歯ギヤ18にエンジンEおよびモータ・ジェネレータMGの両方が接続されるため、モータ・ジェネレータMGの回転方向はエンジンEの回転方向と同方向に限定され、モータ・ジェネレータMGを逆方向に回転させることはできない。よって左輪WLおよび右輪WRに対する駆動力の配分は右旋回する場合の旋回アシストに限定されてしまい、実際に使用することは困難である。
However, in this case, since both the engine E and the motor / generator MG are connected to the
以上のように、本実施の形態によれば、差動装置Dに1個のモータ・ジェネレータMGを付加するだけで、エンジンEの駆動力を右シャフト13Rおよび左シャフト13Lに任意の比率で配分して旋回をアシストあるいは抑制できるだけでなく、モータ・ジェネレータMGで入力ギヤ12を駆動あるいは制動することで、車両の駆動アシストおよび減速アシストを実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, the driving force of the engine E can be distributed to the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、遊星歯車機構PR,PLを構成する前記3つの要素の役割、すなわちプラネタリキャリヤ14R,14L、リングギヤ15R,15Lおよびサンギヤ16R,16Lの役割は任意に入れ換えることができる。
For example, the roles of the three elements constituting the planetary gear mechanisms PR and PL, that is, the roles of the
また本発明の駆動力配分機構は、実施の形態で説明したフロントドライブ車の前輪の駆動系に限らず、フロントドライブ車の後輪の駆動系、リヤドライブ車の後輪の駆動系あるいはリヤドライブ車の前輪の駆動系にも適用可能である。 The driving force distribution mechanism of the present invention is not limited to the front wheel drive system of the front drive vehicle described in the embodiment, but the rear wheel drive system of the front drive vehicle, the rear wheel drive system of the rear drive vehicle, or the rear drive. It can also be applied to the drive system of the front wheels of a car.
また実施の形態では駆動源としてモータ・ジェネレータMGを用いているが、モータ・ジェネレータMGに代えて油圧モータを用いることができる。しかしながら、この場合には回生制動によりエネルギーを回収することは不能である。 In the embodiment, the motor / generator MG is used as the drive source, but a hydraulic motor can be used instead of the motor / generator MG. However, in this case, it is impossible to recover energy by regenerative braking.
13R 右シャフト(出力要素)
13L 左シャフト(出力要素)
14R 第1プラネタリキャリヤ(第1の要素)
14L 第2プラネタリキャリヤ(第1の要素)
15R 第1リングギヤ(第2の要素)
15L 第2リングギヤ(第2の要素)
16R 第1サンギヤ(第3の要素)
16L 第2サンギヤ(第3の要素)
17R 第1ピニオン
17L 第2ピニオン
18 外歯ギヤ(入力要素)
21a 第1ギヤ(ギヤ機構)
21b 第2ギヤ(ギヤ機構)
21c 第3ギヤ(ギヤ機構)
21d 第4ギヤ(ギヤ機構)
22R 第1外歯ギヤ(ギヤ機構)
22L 第2外歯ギヤ(ギヤ機構)
C1 第1クラッチ
C2 第2クラッチ
D 差動装置
MG モータ・ジェネレータ(駆動源)
PR 第1遊星歯車機構
PL 第2遊星歯車機構
13R Right shaft (output element)
13L left shaft (output element)
14R First planetary carrier (first element)
14L Second planetary carrier (first element)
15R first ring gear (second element)
15L second ring gear (second element)
16R first sun gear (third element)
16L 2nd sun gear (3rd element)
21a First gear (gear mechanism)
21b Second gear (gear mechanism)
21c 3rd gear (gear mechanism)
21d Fourth gear (gear mechanism)
22R First external gear (gear mechanism)
22L Second external gear (gear mechanism)
C1 First clutch C2 Second clutch D Differential device MG Motor generator (drive source)
PR 1st planetary gear mechanism PL 2nd planetary gear mechanism
Claims (1)
第1リングギヤ(15R)と、第1サンギヤ(16R)と、前記第1リングギヤ(15R)および第1サンギヤ(16R)に噛合する第1ピニオン(17R)を支持する第1プラネタリキャリヤ(14R)とよりなる第1遊星歯車機構(PR)と、第2リングギヤ(15L)と、第2サンギヤ(16L)と、前記第2リングギヤ(15L)および第2サンギヤ(16L)に噛合する第2ピニオン(17L)を支持する第2プラネタリキャリヤ(14L)とよりなる第2遊星歯車機構(PL)とを備え、前記各一対のプラネタリキャリヤ(14R,14L)、リングギヤ(15R,15L)およびサンギヤ(16R,16L)のうちの第1の要素(14R,14L)を前記2つの出力要素(13R,13L)にそれぞれ連結するとともに、第2の要素(15R,15L)どうしを相対回転不能に結合して前記入力要素(18)に連結し、かつ第3の要素(16R,16L)どうしをギヤ機構(21a〜21d,22R,22L)を介して相互に逆方向に回転するように連結するものにおいて、
駆動源(MG)と、前記ギヤ機構(21a〜21d,22R,22L)を前記駆動源(MG)に接続する第1クラッチ(C1)と、前記入力要素(18)を前記駆動源(MG)に接続する第2クラッチ(C2)とを備え、
前記第1クラッチ(C1)を係合して前記第3の要素(16R,16L)を相互に逆方向に駆動し、前記第2クラッチ(C2)を係合して前記入力要素(18)を駆動することを特徴とする差動装置の駆動力配分機構。 A driving force distribution mechanism for a differential device that distributes the driving force applied to the input element (18) of the differential device (D) to the two output elements (13R, 13L) at a predetermined ratio,
A first ring gear (15R), a first sun gear (16R), a first planetary carrier (14R) supporting a first pinion (17R) meshing with the first ring gear (15R) and the first sun gear (16R); A first planetary gear mechanism (PR), a second ring gear (15L), a second sun gear (16L), and a second pinion (17L) meshing with the second ring gear (15L) and the second sun gear (16L). ) And a second planetary gear mechanism (PL) composed of a second planetary carrier (14L) for supporting the pair of planetary carriers (14R, 14L), ring gears (15R, 15L) and sun gears (16R, 16L). ) Are coupled to the two output elements (13R, 13L), respectively, and the second element (14R, 14L) The elements (15R, 15L) are coupled to each other so as not to rotate relative to each other and connected to the input element (18), and the third elements (16R, 16L) are coupled to each other via a gear mechanism (21a to 21d, 22R, 22L). Are connected to rotate in opposite directions,
A drive source (MG), a first clutch (C1) for connecting the gear mechanisms (21a to 21d, 22R, 22L) to the drive source (MG), and the input element (18) as the drive source (MG) A second clutch (C2) connected to
The first clutch (C1) is engaged to drive the third elements (16R, 16L) in opposite directions, and the second clutch (C2) is engaged to engage the input element (18). A driving force distribution mechanism for a differential device, characterized by being driven.
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