CN102951021A

CN102951021A - 四轮驱动车的驱动系统、四轮驱动车及其控制方法

Info

Publication number: CN102951021A
Application number: CN2012102995848A
Authority: CN
Inventors: 小川友树; 铃木知朗
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2013-03-06
Also published as: JP2013043499A; US20130054104A1; EP2562025A1

Abstract

本发明提供四轮驱动车的驱动系统、四轮驱动车及其控制方法。四轮驱动车的驱动系统具备：传动轴（2），其搭载于具有作为主驱动轮的前轮（104a、104b）以及作为辅助驱动轮的后轮（105a、105b）的四轮驱动车（100），并将发动机（102）侧的驱动力向后轮（105a、105b）侧传递；啮合离合器（3），其能够切断发动机（102）与传动轴（2）之间的扭矩传递；扭矩联轴器（4），其能够切断传动轴（2）与后轮（105a、105b）之间的扭矩传递；以及ECU（5），其在车速达到预先规定的设定速度以上时，将基于啮合离合器（3）以及扭矩联轴器（4）的扭矩传递一起切断。

Description

四轮驱动车的驱动系统、四轮驱动车及其控制方法

技术领域

本发明涉及四轮驱动车的驱动系统、四轮驱动车及其控制方法。

背景技术

在现有的四轮驱动车中，存在如下结构：为了降低两轮驱动状态下的基于传动轴的旋转的动力损耗而改善燃料消耗率，在两轮驱动状态下行驶时，切断传动轴的输入侧以及输出侧的扭矩传递，从而使传动轴不旋转（例如参照日本特开2010-25170号公报）。

日本特开2010-25170号公报所记载的四轮驱动车具备扭矩联轴器、驱动力断续装置以及ECU（Electric Control Unit ，电子控制单元）。上述扭矩联轴器能够在传动轴的输入侧（发动机侧）接通、切断扭矩传递。上述驱动力断续装置能够在传动轴的输出侧（辅助驱动轮侧）接通、切断扭矩传递。上述ECU对扭矩联轴器以及驱动力断续装置进行控制。

ECU基于车速、前后轮的车轮速度差以及油门开度对扭矩联轴器的扭矩传递容量进行控制。而且，在进行将发动机的扭矩仅传递至主驱动轮的两轮驱动时，ECU切断由扭矩联轴器以及驱动力断续装置进行的扭矩传递。

将传动轴的直径、壁厚或者联轴器的个数设计为，使得该传动轴能够承受车辆以其最大速度行驶时的旋转速度。因此，在削减传动轴的重量、空间这方面存在一定界限。

发明内容

本发明的目的之一在于提供能够实现传动轴的轻量化、且能够实现燃料消耗率的改善的四轮驱动车的驱动系统、四轮驱动车及其驱动方法。

本发明的一个方式的四轮驱动车的驱动系统的结构上的特征在于，具备：传动轴，其搭载于具有四轮驱动车，该四轮驱动车具有始终传递驱动源的驱动力的主驱动轮、以及根据行驶状态而传递上述驱动源的驱动力的辅助驱动轮，该传动轴将上述驱动源侧的驱动力向上述辅助驱动轮侧传递；第一断续装置，其能够切断上述驱动源与上述传动轴之间的扭矩传递；第二断续装置，其能够切断上述传动轴与上述辅助驱动轮之间的扭矩传递；以及控制部，其在上述四轮驱动车的车速达到预先规定好的设定速度以上时，将基于上述第一断续装置以及第二断续装置的扭矩传递一起切断。

附图说明

根据以下参照附图对实施例进行的详细说明可使本发明的上述以及其它特点和优点变得清楚，在附图中对相同的单元标注相同的附图标记，其中，

图1是为了说明搭载有本发明的实施方式所涉及的驱动系统的四轮驱动车的概况而示出的概要图。

图2是为了说明本发明的实施方式所涉及的啮合离合器的主要部分而示出的剖视图。

图3是为了说明本发明的实施方式所涉及的扭矩联轴器的主要部分而示出的剖视图。

图4是示出本发明的实施方式所涉及的传动轴的说明图。

具体实施方式

图1示出四轮驱动车的概要的结构例。如图1所示，四轮驱动车100具备：作为驱动源的发动机102；变速器103；作为主驱动轮的一对前轮104a、104b；作为辅助驱动轮的一对后轮105a、105b；驱动力传动系统101；以及作为控制部的ECU5。

驱动力传动系统101构成为：具有前差速器106、啮合离合器3、传动轴2、后差速器107、扭矩联轴器4、前轮侧驱动轴108a、108b、左右后轮侧驱动轴112a、112b，并且将发动机102的驱动力传递至前轮104a、104b以及后轮105a、105b。

利用ECU5对啮合离合器3以及扭矩联轴器4的动作进行控制。啮合离合器3是能够切断发动机102与传动轴2之间的扭矩传递的第一断续装置的一个例子。另外，扭矩联轴器4是能够切断传动轴2与后轮105a、105b之间的扭矩传递的第二断续装置的一个例子。

前差速器106具有一对侧面齿轮109、一对小齿轮110、小齿轮支承部件111a以及前差速器壳体111。上述一对侧面齿轮109与一对前轮侧驱动轴108a、108b连结。上述一对小齿轮110以齿轮轴正交的方式与一对侧面齿轮109啮合。上述小齿轮支承部件111a支承一对小齿轮110。上述前差速器壳体111收纳上述一对侧面齿轮109、一对小齿轮110以及小齿轮支承部件111a。

后差速器107具有一对小齿轮114、小齿轮支承部件115以及后差速器壳体116，并配置于传动轴2与扭矩联轴器4之间。上述一对小齿轮114以齿轮轴正交的方式与一对侧面齿轮113啮合。上述小齿轮支承部件115支承一对小齿轮114。上述后差速器壳体116收纳上述一对侧面齿轮113、一对小齿轮114以及小齿轮支承部件115。

侧面齿轮轴14与一对侧面齿轮113中的左侧的侧面齿轮113连结成无法相对旋转。另外，右后轮侧驱动轴112b与一对侧面齿轮113中的右侧的侧面齿轮113连结成无法相对旋转。

发动机102经由变速器103以及前差速器106向一对前轮侧驱动轴108a、108b输出驱动力，从而驱动一对前轮104a、104b。

另外，发动机102经由变速器103、啮合离合器3、传动轴2、后差速器107、侧面齿轮轴14以及扭矩联轴器4向左后轮侧驱动轴112a输出驱动力，从而驱动左侧的后轮105a，另外，发动机102经由变速器103、啮合离合器3、传动轴2以及后差速器107向右后轮侧驱动轴102b输出驱动力，从而驱动右侧的后轮105b。

传动轴2配置于啮合离合器3与后差速器107之间。而且，传动轴2构成为：从作为旋转部件的前差速器壳体111接受发动机102的扭矩，并从前轮104a、104b侧向后轮105a、105b侧传递该扭矩。在传动轴2的前轮侧端部配置有包括相互啮合的驱动小齿轮6a以及环状齿轮6b的、前轮侧的齿轮机构6。在传动轴2的后轮侧端部配置有包括相互啮合的驱动小齿轮7a以及环状齿轮7b的齿轮机构7。

图2（a）是示出啮合离合器3的概要的结构例的剖视图。啮合离合器3具有第一旋转部件31、第二旋转部件32以及套筒33。上述第一旋转部件31固定于前差速器壳体111的轴向端部。上述第二旋转部件32能够相对于第一旋转部件31在同轴上相对旋转。上述套筒33能够在第一旋转部件31以及第二旋转部件32的外周侧沿轴向移动。

第一旋转部件31为供前轮侧驱动轴108b插通的环形，例如通过螺栓紧固而固定于前差速器壳体111的端部，从而与前差速器壳体111一体地旋转。在第一旋转部件31的外周形成有多个啮合齿31a。

第二旋转部件32为与第一旋转部件31对置的一侧的、轴向上的一方的端部321向外侧扩径而成的圆筒状，且前轮侧驱动轴108b贯通第二旋转部件32的中心部。在第二旋转部件32的端部321的外周形成有多个啮合齿32a。在第二旋转部件32的轴向上的另一方的端部322的外周，例如通过螺栓紧固而将环状齿轮6b固定成无法相对旋转。

利用省略图示的轴承将第二旋转部件32以及前差速器壳体111支承为，能够分别独立地相对于车体旋转、且无法沿轴向移动。

套筒33为环状，并在其内周面形成有多个啮合齿33a，该多个啮合齿33a始终能够与第二旋转部件32的多个啮合齿32a啮合，并且通过沿着前轮侧驱动轴108b的旋转轴O进行轴向移动还能够与第一旋转部件31的多个啮合齿31a啮合。另外，在套筒33的外周侧形成有环状的槽33b，拨叉34以能够滑动的方式与槽33b嵌合。拨叉34构成为因省略图示的致动器而与套筒33一起朝箭头A的方向进退移动。另外，在第一旋转部件31的外周侧配置有用于确认套筒33的位置的接近传感器35。

图2（b）是示出第一旋转部件31的多个啮合齿31a以及第二旋转部件32的多个啮合齿32a与套筒33的多个啮合齿33a的啮合状态的一个例子的概要图。在该图所示的状态下，第二旋转部件32的多个啮合齿32a与套筒33的多个啮合齿33a啮合，而第一旋转部件31的多个啮合齿31a未与套筒33的多个啮合齿33a啮合。因此，啮合离合器3处于使第一旋转部件31与第二旋转部件32能够相对旋转的释放状态，前差速器壳体111与传动轴2之间的扭矩传递被切断。

另外，若从该状态开始使套筒33沿箭头A的方向移动，则套筒33的啮合齿33a进入第一旋转部件31的、相邻的啮合齿31a之间，从而形成为啮合齿31a与啮合齿33a啮合的卡合状态。在该卡合状态下，套筒33的多个啮合齿33a与第一旋转部件31的多个啮合齿31a、以及第二旋转部件32的多个啮合齿32a共同啮合，所以第一旋转部件31与第二旋转部件32无法相对旋转。因此，前差速器壳体111与传动轴2以能够传递扭矩的方式连结。

在使套筒33沿箭头A方向移动并利用套筒33将第一旋转部件31与第二旋转部件32连结时，需要使第一旋转部件31的旋转与第二旋转部件32的旋转同步。利用旋转传感器15（图1所示）检测出第一旋转部件31的旋转速度，利用旋转传感器16（图1所示）检测出第二旋转部件32的旋转速度，在两旋转速度之差处于规定的阀值以下的情况下，ECU5使套筒33沿箭头A方向移动。

图3示出扭矩联轴器4及其周围部的结构例。如图3所示，扭矩联轴器4具有多板离合器8、电磁离合器9以及凸轮机构10，扭矩联轴器4与后差速器107以及齿轮机构7共同收纳于差速器托架11，并配置于四轮驱动车101的左侧的后轮105a侧。

而且，扭矩联轴器4构成为能够调整侧面齿轮轴14与左后轮侧驱动轴112a之间的传递扭矩。

即，在利用扭矩联轴器4进行连结时，左后轮侧驱动轴112a与传动轴2经由齿轮机构7、后差速器107以及侧面齿轮轴14而连结成能够传递扭矩，另外，右后轮侧驱动轴112b与传动轴2经由齿轮机构7以及后差速器107而连结成能够传递扭矩。

另一方面，若切断基于扭矩联轴器4的传递扭矩而将侧面齿轮轴14与左后轮侧驱动轴112a的连结解除，则不会向左后轮侧驱动轴112a传递来自传动轴2的扭矩。伴随与此，也不会向右后轮侧驱动轴112b传递来自传动轴2的扭矩。其中，也不向右后轮侧驱动轴112b传递扭矩是由如下的一般的差速装置的特性决定的，即、当一方的侧面齿轮空转时，也不会向另一方的侧面齿轮传递扭矩。

多板离合器8配置于在内部具有收纳空间的壳体12与轴状的内轴13之间。多板离合器8包括内离合片8a和外离合片8b。上述内离合片8a与内轴13花键卡合而无法相对旋转。上述外离合片8b与壳体12花键卡合而无法相对旋转。

壳体12例如通过花键嵌合而与侧面齿轮轴14连结成无法相对旋转，且被支承为能够绕左后轮侧驱动轴112a的轴线相对旋转。内轴13配置于壳体12的收纳空间内，并且例如通过花键嵌合而左后轮侧驱动轴112a连结成无法相对旋转。

电磁离合器9具有线圈9a以及电枢凸轮9b，并配置于壳体12的旋转轴线上。电磁离合器9构成为，利用通过线圈9a而产生的电磁力使电枢凸轮9b向线圈9a侧移动，将电枢凸轮9b与壳体12连结。

凸轮机构10包括作为凸轮部件的电枢凸轮9b，并具有主凸轮10a以及凸轮从动件10b。上述主凸轮10a沿着壳体12的旋转轴线与上述电枢凸轮9b并列。上述凸轮从动件10b夹在该主凸轮10a与电枢凸轮9b之间。凸轮机构10收纳于壳体12内。而且，凸轮机构10构成为，通过向线圈9a通电而使电枢凸轮9b受到来自壳体12的旋转力，将该旋转力转换为成为多板离合器8的离合力的按压力。若向线圈9a的通电量增多，则电枢凸轮9b与壳体12之间的摩擦力增大，从而主凸轮10a更加强烈地按压多板离合器8。即，能够与向线圈9a的通电量对应地控制多板离合器8的按压力，且扭矩联轴器4能够调整传动轴2与后轮105a、105b之间的传递扭矩。

ECU5输出用于使啮合离合器3以及扭矩联轴器4进行动作的信号，对啮合离合器3以及扭矩联轴器4进行控制。另外，ECU5例如经由CAN（Controller Area Network控制器局域网）等车内通信网能够取得四轮驱动车100的车速、前轮104a、104b以及后轮105a、105b的旋转速度、发动机102的输出扭矩以及转向操纵角等的信息。

而且，ECU5基于所取得的各信息运算应向后轮105a、105b传递的指令扭矩，并对啮合离合器3以及扭矩联轴器4进行控制以向后轮105a、105b传递与该指令扭矩对应的扭矩。

例如，在前轮104a、104b与后轮105a、105b的旋转速度差增大的情况下，ECU5对啮合离合器3以及扭矩联轴器4进行控制以增大向后轮105a、105b传递的扭矩。由此，例如在前轮104a、104b产生滑移的情况下形成为具有四轮驱动倾向的行驶状态，使前轮104a、104b的滑移收敛。另外，ECU5对啮合离合器3以及扭矩联轴器4进行控制，以与发动机102的输出扭矩的增大对应地增大向后轮105a、105b传递的扭矩。由此可预先防止因向前轮104a、104b传递过大的扭矩而导致的滑移。

再者，本实施方式所涉及的ECU5的特征在于，当ECU5检测到的四轮驱动车100的车速达到预先规定的设定速度以上时，ECU5进行如下控制：将基于啮合离合器3的、前差速器壳体111与传动轴2之间的扭矩传递、以及基于扭矩联轴器4（多板离合器8）的、左后轮侧驱动轴112a与侧面齿轮113之间的扭矩传递一起切断。由此，在驱动力传动系统101的、扭矩传递方向的上游侧以及下游侧切断扭矩传递，因此即便四轮驱动车100处于行驶状态传动轴2也不旋转。

即，ECU5进行如下控制：无论前轮104a、104b与后轮105a、105b的旋转速度差、发动机102的输出扭矩以及转向操纵角如何，当车速达到预先规定的设定速度以上时，始终将基于啮合离合器3以及扭矩联轴器4的扭矩传递切断。因此，当车速达到预先规定的设定速度以上时，传动轴2并非以与车速对应的旋转速度旋转。

由于利用这样的控制方法抑制传动轴2的旋转速度的上限值，因此，与不进行该控制的情况相比，能够使传动轴2轻量化。即，在四轮驱动车具有能够以例如220km的时速行驶的性能的情况下，根据现有的控制方法，在以该最大速度行驶的情况下也需要确保传动轴的刚性，以使在传动轴不产生异常，但根据本实施方式所涉及的控制方法，能够抑制传动轴2的旋转速度的上限值，因此，例如能够减小（变细）传动轴2的直径。

优选将上述预先规定的设定速度设定为时速100km ~130km。在设定为不足时速100km的情况下，例如在高速公路上行驶的过程中，会频繁地进行切断基于啮合离合器3以及扭矩联轴器4的扭矩传递的控制，因此并非为优选。另外，在设定为超过时速130km的值的情况下，利用上述控制方法，在能够使传动轴小型轻量化的效果方面有所欠缺，因此并非为优选。

图4是为了检验利用本实施方式所涉及的控制使传动轴2细径化时的效果的程度，用双点划线示出与以时速220km行驶对应所需的传动轴的外形，并且用实线示出与以时速120km行驶对应所需的传动轴的外形的说明图。

该传动轴2具有第一轴部21和第二轴部22，第一轴部21的花键嵌合部221与第二轴部22的花键嵌合部222花键嵌合，由此使第一轴部21与第二轴部22能够沿着旋转轴线O方向相对移动、且无法相对旋转。

第一轴部21具有：节叉211、花键嵌合部213以及轴部212。上述节叉211例如通过十字接头与其他旋转部件连结。上述轴部212设置于节叉211与花键嵌合部213之间。第二轴部22具有：花键嵌合部221、节叉223以及中空的圆筒部222。上述圆筒部222形成于花键嵌合部221与节叉223之间。在图4所示的例子中，缩小第一轴部21以及第二轴部22的各部中的、轴向长度最长的第二轴部22的圆筒部222的直径。

在图4所示的检验结果中，若对与时速220km对应的情况和与时速120km对应的情况进行比较，则会发现圆筒部222的直径从D₁（D₁=82.6mm）变成D₂（D₂=42mm），能够将圆筒部222的直径大约减半，并且使传动轴2的重量也大约减半。此外，圆筒部222的壁厚均为1.8mm。

这样，当车速达到预先规定的设定速度以上时，通过使传动轴2不旋转，能够使传动轴2小型化或者薄壁化，由此能够使传动轴2轻量化。另外，在传动轴2的两端部之间（齿轮机构6与齿轮机构7之间）设置联轴器的情况下，能够削减该联轴器的个数。

另外，在本实施方式中，对于将传动轴2的旋转速度的容许值换算成车速后的、传动轴2的旋转速度的车速换算容许值，将其设定成低于构成驱动力传动系统101的前差速器106、啮合离合器3、传动轴2、后差速器107、扭矩联轴器4、前轮侧驱动轴108a、108b以及后轮侧驱动轴112a、112b的旋转速度的车度换算容许值。

此处，所谓车速换算容许值是指在四轮驱动车100以该车速以上的速度行驶的情况下会导致在该部件或者装置产生过大的振动等的某些异常的速度，并且该车速换算容许值是由该部件的刚性等决定的值。例如，在某部件的车速换算容许值为时速150km的情况下，只要车速在时速150km以下，就可保证在该部件不会产生异常。

另外，构成驱动力传动系统101的各部件等因相对于变速器103的输出轴的旋转的减速比不同，从而无法根据每单位时间的转数（旋转速度）对使用这些各部件时的容许值进行比较，因此，此处对换算成车速的容许值进行比较。

因此，在将传动轴2的旋转速度的容许值换算成车速后的、传动轴2的旋转速度的车速换算容许值低于构成驱动力传动系统101的其他部件等的车速换算容许值的情况下，若不进行将基于啮合离合器3以及扭矩联轴器4的扭矩传递一起切断的控制，则伴随着车速的上升而首先会在传动轴2产生某些异常。

但是，当车速达到上述预先规定的设定速度以上时，通过将基于啮合离合器3以及扭矩联轴器4的扭矩传递一起切断的控制来避免这样的高速行驶时的传动轴2的异常。由此，即便在四轮驱动车100以超过传动轴2的旋转速度的容许值的车速行驶的情况下，在传动轴2也不会产生异常，从而能够进行稳定的行驶。

以上，结合上述各实施方式对本发明的驱动力分配控制装置以及四轮驱动车进行了说明，但本发明不局限于这些实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内通过各种方式实施。

例如，虽然在上述实施方式中将啮合离合器3配置于传动轴2的发动机102侧，并将扭矩离合器4配置于传动轴2的后轮105a、105b侧，但不局限于此，也可以将扭矩离合器4配置于传动轴2的发动机102侧，并将啮合离合器3配置于传动轴2的后轮105a、105b侧。

另外，虽然在上述实施方式中对将前轮104a、104b作为主驱动轮、且将后轮105a、105b作为辅助驱动轮的情况进行了说明，但不局限于此，也能够将本发明应用于将前轮104a、104b作为辅助驱动轮、且将后轮105a、105b作为主驱动轮的四轮驱动车。

根据本发明，能够实现传动轴的轻量化，还能够实现燃油消耗率的改善。

Claims

1.一种四轮驱动车（100）的驱动系统，其特征在于，包括：

传动轴（2），该传动轴（2）搭载于四轮驱动车，该四轮驱动车具有：始终传递驱动源的驱动力的主驱动轮（104a、104b）；以及根据行驶状态而传递所述驱动源的驱动力的辅助驱动轮（105a、105b），该传动轴（2）将所述驱动源侧的驱动力向所述辅助驱动轮侧传递；

第一断续装置（3），该第一断续装置（3）能够将所述驱动源与所述传动轴之间的扭矩传递切断；

第二断续装置（4），该第二断续装置（4）能够将所述传动轴与所述辅助驱动轮之间的扭矩传递切断；以及

控制部（5），当所述四轮驱动车的车速达到预先规定的设定速度以上时，该控制部（5）将基于所述第一及第二断续装置的扭矩传递一起切断。

2.根据权利要求1所述的四轮驱动车的驱动系统，其特征在于，

对于将所述传动轴的旋转速度的容许值换算成车速的所述传动轴的旋转速度的车速换算容许值，将其设定成低于驱动力传递系统（101）的其它构成部件的旋转速度的车速换算容许值，其中，该驱动力传递系统（101）将所述驱动源的驱动力向所述主驱动轮及所述辅助驱动轮传递。

3.一种四轮驱动车（100），其特征在于，包括：

驱动源（102）；

主驱动轮（104a、104b），该主驱动轮（104a、104b）始终传递所述驱动源的驱动力；

辅助驱动轮（105a、105b），该辅助驱动轮（105a、105b）根据行驶状态而传递所述驱动源的驱动力；

传动轴（2），该传动轴（2）将所述驱动源侧的驱动力向所述辅助驱动轮侧传递；

控制部（5），当车速达到预先规定的设定速度以上时，该控制部（5）将基于所述第一及第二断续装置的扭矩传递一起切断。

4.一种四轮驱动车的控制方法，其特征在于，

四轮驱动车（100）具备：

主驱动轮（104a、104b），该主驱动轮（104a、104b）始终传递驱动源的驱动力；

第一断续装置（3），该第一断续装置（3）能够将所述驱动源与所述传动轴之间的扭矩传递切断；以及

第二断续装置（4），该第二断续装置（4）能够将所述传动轴与所述辅助驱动轮之间的扭矩传递切断，

其中，当所述四轮驱动车的车速达到预先规定的设定速度以上时，将基于所述第一及第二断续装置的扭矩传递一起切断。