JP2006176022A

JP2006176022A - 四輪駆動車の動力伝達装置

Info

Publication number: JP2006176022A
Application number: JP2004372166A
Authority: JP
Inventors: Koichi Masutani; 浩一桝谷; Takashi Oki; 隆嗣大木; Noritoshi Kuji; 徳寿久慈
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Also published as: EP1674320A1; EP1674320B1; DE602005004875D1; DE602005004875T2; US20060169516A1

Abstract

【課題】前輪と後輪とに対するトルク分配比を自在に設定することにより、四輪駆動車の走行性能を飛躍的に向上させる。
【解決手段】前輪と後輪とに動力を伝達する動力伝達装置１０には、変速機構１４を介して変速されたエンジン動力が伝達される変速出力軸１５と、変速出力軸１５からのエンジン動力を前輪に向けて出力する前輪出力軸２０と、変速出力軸１５からのエンジン動力を後輪に向けて出力する後輪出力軸１７とが組み込まれている。また、変速出力軸１５と前輪出力軸２０との間には締結状態と開放状態とに切り換えられる前輪クラッチ１９が設けられ、変速出力軸１５と後輪出力軸１７との間には締結状態と開放状態とに切り換えられる後輪クラッチ１６が設けられている。このように、前輪クラッチ１９と後輪クラッチ１６とを設けることにより、前輪と後輪とのトルク分配比を自在に設定することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、前輪と後輪とに動力を伝達する四輪駆動車の動力伝達装置に関する。

近年、車両の悪路走破性や操縦安定性を向上させるため、前輪と後輪との双方に駆動力を伝達するようにした四輪駆動車が急速に普及している。このような四輪駆動車に搭載される動力伝達装置には、前輪と後輪とを機械的に直結するパートタイム方式や、前輪と後輪とを差動機構やカップリングを介して連結するフルタイム方式がある。

パートタイム方式にあっては、前後輪の回転差を吸収することが困難であるため、いわゆるタイトコーナブレーキ現象が生じることにより、タイヤの摩耗を増大させたり燃費を悪化させたりするおそれがある。これに対し、フルタイム方式にあっては、遊星歯車などによって構成される差動機構を備えるため、前後輪の回転差を吸収しながら前後輪を滑らかに駆動させることが可能である。しかしながら、フルタイム方式であっても、一方の駆動輪がスリップした場合には、他方の駆動輪に伝達される駆動トルクが減少するため、車両の走行性能が低下してしまうおそれがあった。

そこで、差動機構の動作を制限するクラッチ等を組み込み、走行状況に応じてクラッチ機構を締結することにより、前後輪に対するトルク分配比を５０：５０に可変制御するようにした動力伝達装置が開発されている(たとえば、特許文献１参照)。このような動力伝達装置を搭載することにより、一方の駆動輪にスリップが生じた場合であっても、他方の駆動輪に伝達される駆動トルクを不要に低下させることがなく、四輪駆動車の悪路走破性等を高めることが可能となる。
特開平５−２６３８８０号公報

しかしながら、トルク分配比を可変させるようにした従来の動力伝達装置にあっては、差動機構の構造によって設定される所定のトルク分配比と、差動機構の動作を制限して得られるトルク分配比(５０：５０)との間でトルク分配比を可変制御するものであり、前輪側に多くのトルクを分配する前輪駆動車の動力特性と、後輪側に多くのトルクを分配する後輪駆動車の動力特性とを両立させることは不可能であった。つまり、クラッチ機構を締結することにより、一方の駆動輪に偏って分配されていた駆動トルクを、双方の駆動輪に均等に分配するものであるため、クラッチ機構を締結しても他方の駆動輪に多くの駆動トルクを分配することはできなかった。

たとえば、車両の直進安定性を向上させるためには、前輪側に多くの駆動トルクを分配して前輪駆動車の動力特性を得ることが好ましいとされる一方、車両の加速性能を向上させるためには、後輪側に多くの駆動トルクを分配して後輪駆動車の動力特性を得ることが好ましいとされるように、様々な走行状況に対応させて四輪駆動車の走行性能を向上させるためには、前輪駆動車と後輪駆動車との双方の動力特性を得ることが必要となっていた。

本発明の目的は、前輪と後輪とに対するトルク分配比を自在に設定することにより、車両の走行性能を向上させることにある。

本発明の四輪駆動車の動力伝達装置は、前輪と後輪とに動力を伝達する四輪駆動車の動力伝達装置であって、変速機構を介して変速された動力が伝達される変速出力軸と、前記前輪と前記変速出力軸との間に設けられ、前記前輪に動力を伝達する前輪出力軸と、前記後輪と前記変速出力軸との間に設けられ、前記後輪に動力を伝達する後輪出力軸と、前記変速出力軸と前記前輪出力軸との間に設けられ、動力を伝達する締結状態と動力を遮断する開放状態とに切り換えられる前輪クラッチと、前記変速出力軸と前記後輪出力軸との間に設けられ、動力を伝達する締結状態と動力を遮断する開放状態とに切り換えられる後輪クラッチとを有することを特徴とする。

本発明の四輪駆動車の動力伝達装置は、前記前輪出力軸と前記後輪出力軸とのいずれか一方を前記変速出力軸と同軸上に設け、他方を前記変速出力軸に対して平行に設けることを特徴とする。

本発明の四輪駆動車の動力伝達装置は、前記前輪クラッチと前記後輪クラッチとのクラッチドラムにそれぞれ伝達歯車を設け、前記伝達歯車を相互に噛み合わせることを特徴とする。

本発明の四輪駆動車の動力伝達装置は、前記変速出力軸と前記前輪出力軸との回転数差に基づいて前記前輪クラッチの締結力をフィードバック制御し、前記変速出力軸と前記後輪出力軸との回転数差に基づいて前記後輪クラッチの締結力をフィードバック制御することを特徴とする。

本発明によれば、前輪クラッチと後輪クラッチとを設けるようにしたので、前輪と後輪とのトルク分配比を自在に設定することができる。たとえば、前輪に対するトルク分配比を高めることにより、車両の直進安定性を高めることができるだけでなく、後輪に対するトルク分配比を高めることにより、車両の加速性能を向上させることができる。このように、相反する前輪駆動車と後輪駆動車との動力特性を得ることができるため、車両の走行性能を飛躍的に向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である動力伝達装置１０が搭載される四輪駆動車１１を示す概略図であり、図２は図１の動力伝達装置１０を概略的に示すスケルトン図である。また、図３は図２に示す符号Ａの範囲で動力伝達装置１０を示す部分断面図である。

図１および図２に示すように、四輪駆動車１１に縦置きに搭載される動力伝達装置１０には、エンジン１２に連結される変速入力軸１３と、これに変速機構１４を介して連結される変速出力軸１５とが組み込まれており、変速出力軸１５には後輪クラッチ１６を介して後輪出力軸１７が連結されるとともに、歯車列１８と前輪クラッチ１９とを介して前輪出力軸２０が連結されている。そして、変速機構１４を介して変速されるエンジン動力は、後輪出力軸１７からプロペラシャフト２１やリヤデファレンシャル機構２２を介して後輪２３に伝達され、前輪出力軸２０からフロントデファレンシャル機構２４を介して前輪２５に伝達されるようになっている。つまり、図示する動力伝達装置１０を介して四輪駆動車１１の前輪２５と後輪２３とに動力が分配されるようになっている。

また、図２に示すように、エンジン１２のクランク軸３０にはトルクコンバータ３１が連結され、トルクコンバータ３１のタービン軸３２には変速入力軸１３の一端が連結されている。変速入力軸１３の他端には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構１４が連結されており、この変速機構１４に組み込まれるクラッチやブレーキを制御することにより、変速入力軸１３から変速出力軸１５に伝達される動力の伝達径路を切り換え、エンジン動力を変速することが可能となっている。

変速出力軸１５と、これと同軸上に設けられる後輪出力軸１７との間には、後輪２３に動力を分配する後輪クラッチ１６が装着されている。図３に示すように、この後輪クラッチ１６は、変速出力軸１５に固定されるクラッチハブ１６ａと、後輪出力軸１７に固定されるクラッチドラム１６ｂとを備えている。クラッチハブ１６ａとクラッチドラム１６ｂとの間には、複数のクラッチプレート１６ｃが組み込まれており、クラッチドラム１６ｂには油圧ピストン１６ｄが摺動自在に収容されている。この油圧ピストン１６ｄとクラッチドラム１６ｂとにより区画される油圧室１６ｅに対して作動油を供給することにより、油圧ピストン１６ｄによってクラッチプレート１６ｃは相互に押圧され、後輪クラッチ１６は締結状態に切り換えられる一方、油圧室１６ｅから作動油を排出することにより、クラッチプレート１６ｃの押圧状態は解放され、後輪クラッチ１６は解放状態に切り換えられるようになっている。

また、変速出力軸１５には駆動歯車１８ａが固定され、変速出力軸１５に平行となる中間軸３３には駆動歯車１８ａに噛み合う従動歯車１８ｂが固定されている。そして、この中間軸３３と前輪出力軸２０との間には、前輪２５に動力を分配する前輪クラッチ１９が設けられている。この前輪クラッチ１９は、前述の後輪クラッチ１６と同様に、中間軸３３に固定されるクラッチハブ１９ａと、前輪出力軸２０に固定されるクラッチドラム１９ｂとを備えている。クラッチハブ１９ａとクラッチドラム１９ｂとの間には、複数のクラッチプレート１９ｃが組み込まれており、クラッチドラム１９ｂには油圧ピストン１９ｄが摺動自在に収容されている。この油圧ピストン１９ｄとクラッチドラム１９ｂとにより区画される油圧室１９ｅに対して作動油を供給することにより、油圧ピストン１９ｄによってクラッチプレート１９ｃは相互に押圧され、前輪クラッチ１９は締結状態に切り換えられる一方、油圧室１９ｅから作動油を排出することにより、クラッチプレート１９ｃの押圧状態は解放され、前輪クラッチ１９は解放状態に切り換えられることになる。

続いて、図４は動力伝達装置１０の制御系を示すブロック図である。なお、図４には前輪クラッチ１９および後輪クラッチ１６を制御するための制御系が示されている。図４に示すように、前輪クラッチ１９には圧力調整弁３４を介して調圧された作動油が供給されるようになっており、後輪クラッチ１６にも圧力調整弁３５を介して調圧された作動油が供給されるようになっている。これらの圧力調整弁３４，３５は電磁制御弁となっており、ミッション制御ユニット４０(以下、制御ユニットという)から出力される駆動信号に応じて供給油圧を調圧し、各クラッチ１６，１９の締結力を制御することが可能となっている。

制御ユニット４０には複数の各種センサが接続されており、各種センサから入力される各種信号に基づいて、制御ユニット４０は前輪クラッチ１９および後輪クラッチ１６の締結力を設定するとともに、これに対応して作動油を調圧するようになっている。制御ユニット４０に接続される各種センサとしては、変速出力軸１５の回転数を検出する変速回転数センサ４１、後輪出力軸１７の回転数を検出する後輪回転数センサ４２、前輪出力軸２０の回転数を検出する前輪回転数センサ４３、スロットルバルブの開度(スロットル開度Ｔｈ)を検出するスロットル開度センサ４４、操舵輪の操舵角θを検出する操舵角センサ４５、車両にかかる横方向加速度(横Ｇ)を検出する横Ｇセンサ４６、シフトレンジを検出するインヒビタスイッチ４７、エンジン回転数などのエンジン状態を検出するエンジン制御ユニット４８、そしてＡＢＳ(アンチロックブレーキシステム)の作動状態を検出するＡＢＳ制御ユニット４９などが設けられている。制御ユニット４０は入力される各種信号に基づいて車両状況を検出し、格納される制御プログラムに基づき前輪クラッチ１９および後輪クラッチ１６の締結制御を実行する。なお、制御ユニット４０は、各種制御信号を演算するＣＰＵと、各種制御データや制御プログラムを格納するＲＯＭと、一時的にデータを格納するＲＡＭなどを備えている。

次いで、前輪クラッチ１９および後輪クラッチ１６の締結制御について説明する。図５は制御ユニット４０によって実行されるクラッチ締結制御の一例を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、前輪回転数センサ４３や後輪回転数センサ４２からの出力信号に基づいて車速Ｖが検出され、ステップＳ２では、スロットル開度センサ４４からの出力信号に基づいてスロットル開度Ｔｈが検出され、続くステップＳ３では、操舵角センサ４５からの出力信号に基づいて操舵角θが検出される。そして、ステップＳ４では、車速Ｖ、スロットル開度Ｔｈ、操舵角θに基づいて所定の分配比マップを参照することにより、前輪２５と後輪２３とに分配するトルク比である目標分配比が設定される。つまり、車速Ｖ、スロットル開度Ｔｈ、操舵角θに基づいて車両の走行状況を把握するとともに、この走行状況に対応した目標分配比が設定されるようになっている。なお、車速Ｖは前輪出力軸２０の回転数や後輪出力軸１７の回転数から演算しても良く、双方の回転数の平均値から演算しても良い。また、目標分配比を設定する際に参照される分配比マップは、予め試験やシミュレーションなどを行うことによって設定されるものである。

続いて、ステップＳ５では、目標分配比に基づき前輪２５側に分配される前輪トルクと後輪２３側に分配される後輪トルクとが一致するか否かが判定される。前輪トルクと後輪トルクとが一致する場合、つまり前後輪２３に対する駆動トルクの目標分配比が５０：５０である場合には、ステップＳ６，Ｓ７に進み、前輪クラッチ１９および後輪クラッチ１６が共に締結されることになる。なお、前輪クラッチ１９および後輪クラッチ１６を締結する際には、エンジントルクや変速状況に応じて供給油圧を増減させても良い。

一方、ステップＳ５において、前輪トルクと後輪トルクとが一致しないと判定された場合には、続くステップＳ８において、前輪トルクが後輪トルクを上回るか否かが判定される。前輪トルクが後輪トルクを上回る場合、つまり前輪駆動車の走行特性を得る場合には、ステップＳ９において前輪クラッチ１９が締結される一方、ステップＳ１０において目標分配比に基づき後輪クラッチ１６がスリップ制御されることになる。つまり、前輪クラッチ１９を完全に締結した上で、後輪クラッチ１６を滑り制御することにより、前後輪２３，２５のトルク分配比を１００：０〜５０：５０の間で制御することが可能となる。

そして、ステップＳ８において、後輪トルクが前輪トルクを上回ると判定され、後輪駆動車の走行特性に設定される場合には、ステップＳ１１において後輪クラッチ１６が締結される一方、ステップＳ１２において目標分配比に基づき前輪クラッチ１９がスリップ制御されることになる。つまり、後輪クラッチ１６を完全に締結した上で、前輪クラッチ１９を滑り制御することにより、前後輪２３，２５のトルク分配比を０：１００〜５０：５０の間で制御することが可能となる。

このように、前輪クラッチ１９と後輪クラッチ１６とを設けることにより、前輪２５と後輪２３とに分配される駆動トルクの分配比を自在に設定することができる。たとえば、前輪２５に対するトルク分配比を高めることにより、前輪２５に対して駆動トルクを多く分配することができ、車両の直進安定性を向上させることができる一方、後輪２３に対するトルク分配比を高めることにより、後輪２３に対して駆動トルクを多く分配することができ、車両の加速性能を向上させることができる。このように、相反する走行性能を得ることができるため、車両の走行性能を飛躍的に向上させることが可能となる。

また、前輪クラッチ１９や後輪クラッチ１６の経年変化に影響されることなく締結制御を実行するため、制御ユニット４０は前輪クラッチ１９や後輪クラッチ１６の滑り状態を検出するとともに、滑り状態に応じて前輪クラッチ１９や後輪クラッチ１６に対する供給油圧をフィードバック制御している。つまり、前輪クラッチ１９を完全に締結する油圧を供給した状態のもとで、変速出力軸１５と前輪出力軸２０との間に所定の回転数差が生じていた場合には、前輪クラッチ１９に滑りが生じているため、前輪クラッチ１９に対する供給油圧を引き上げることにより、前輪クラッチ１９の滑りを解消するようにしている。同様に、後輪クラッチ１６にあっても、変速出力軸１５と後輪出力軸１７との回転数差と、後輪クラッチ１６に対する供給油圧とを比較判定することにより、後輪クラッチ１６の滑りを検出して供給油圧をフィードバック制御するようになっている。

このように、滑り状態に応じて前輪クラッチ１９や後輪クラッチ１６に供給する油圧をフィードバック制御することにより、前輪クラッチ１９や後輪クラッチ１６の制御精度を高めることができるだけでなく、トルク分配比を変更する際の応答性を向上させることが可能となる。なお、前輪クラッチ１９の滑り状態を検出する際には後輪クラッチ１６が開放状態に切り換えられ、後輪クラッチ１６の滑り状態を検出する際には前輪クラッチ１９が開放状態に切り換えられるようになっている。

また、前輪クラッチ１９と後輪クラッチ１６とを設けるようにしたので、車両を牽引する際にはこれらのクラッチ１６，１９を開放状態に切り換えることにより、前輪２５または後輪２３から入力される駆動力を変速機構１４に伝達してしまうことがなく、変速機構１４を構成する遊星歯車、ブレーキ、クラッチ、回転軸、軸受などの焼付きを防止することができる。たとえば、牽引時に前輪クラッチ１９や後輪クラッチ１６を開放する際の手順としては、セレクトレバーがＮレンジに操作されているにも拘わらず、前輪２５または後輪２３の車輪速が所定速度を超えた場合にクラッチ１６，１９を開放するようにしても良い。また、運転手の手動操作に基づいて、前輪クラッチ１９や後輪クラッチ１６を開放するようにしても良い。

続いて、本発明の他の実施の形態である動力伝達装置５０について説明する。図６は本発明の他の実施の形態である動力伝達装置５０を概略的に示すスケルトン図であり、図７は図６に示す符号Ａの範囲で動力伝達装置５０を示す部分断面図である。なお、図２および図３に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６および図７に示すように、変速出力軸５１とこれの同軸上に設けられる後輪出力軸５２との間には後輪クラッチ５３が設けられており、後輪クラッチ５３は変速出力軸５１に固定されるクラッチドラム５３ａと、後輪出力軸５２に固定されるクラッチハブ５３ｂとを有している。また、変速出力軸５１とこれに平行に設けられる前輪出力軸５４との間には前輪クラッチ５５が設けられており、前輪クラッチ５５は、前輪出力軸５４に固定されるクラッチハブ５５ａと、前輪出力軸５４に回転自在に支持されるクラッチドラム５５ｂとを有している。

これらのクラッチドラム５３ｂ，５５ｂは隣接して配置されており、後輪クラッチ５３を構成するクラッチドラム５３ｂの外周には伝達歯車としての駆動歯車５６が形成され、前輪クラッチ５５を構成するクラッチドラム５５ｂの外周には駆動歯車５６に噛み合う伝達歯車としての従動歯車５７が形成されている。つまり、駆動歯車５６の内側に後輪クラッチ５３が収容され、従動歯車５７の内側に前輪クラッチ５５が収容されるようになっている。このように、前輪クラッチ５５と後輪クラッチ５３とを配置することにより、後輪クラッチ５３と駆動歯車５６を軸方向に並べる必要がないとともに、前輪クラッチ５５と従動歯車５７を軸方向に並べる必要がなく、動力伝達装置５０を軸方向に短縮することができ、動力伝達装置５０の小型化を達成することが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、動力伝達装置１０，５０には遊星歯車式の自動変速機構１４が組み込まれているが、これに限られることはなく、平行軸式の自動変速機構、ベルト式やトロイダル式の無段変速機構、更には平行軸式の手動変速機構を組み込むようにしても良い。

また、前輪クラッチ１９，５５や後輪クラッチ１６，５３として、油圧制御によって締結状態と開放状態とに切り換えられる摩擦式の多板クラッチが設けられているが、これに限られることはなく、たとえば、電磁コイルに励磁電流を通電して電磁力を生じさせることにより、締結状態と開放状態とに切り換えられる電磁クラッチであっても良い。さらに、多板クラッチに限られることはなく、単板クラッチであっても良いことは言うまでもない。

本発明の一実施の形態である動力伝達装置が搭載される四輪駆動車を示す概略図である。図１の動力伝達装置を概略的に示すスケルトン図である。図２に示す符号Ａの範囲で動力伝達装置を示す部分断面図である。動力伝達装置の制御系を示すブロック図である。制御ユニットによって実行されるクラッチ締結制御の一例を示すフローチャートである。本発明の他の実施の形態である動力伝達装置を概略的に示すスケルトン図である。図６に示す符号Ａの範囲で動力伝達装置を示す部分断面図である。

符号の説明

１０動力伝達装置
１１四輪駆動車
１３変速入力軸
１４変速機構
１５変速出力軸
１６後輪クラッチ
１７後輪出力軸
１９前輪クラッチ
２０前輪出力軸
２３後輪
２５前輪
４０ミッション制御ユニット
４１変速回転数センサ
４２後輪回転数センサ
４３前輪回転数センサ
５０動力伝達装置
５１変速出力軸
５２後輪出力軸
５３後輪クラッチ
５３ｂクラッチドラム
５４前輪出力軸
５５前輪クラッチ
５５ｂクラッチドラム
５６駆動歯車(伝達歯車)
５７従動歯車(伝達歯車)

Claims

前輪と後輪とに動力を伝達する四輪駆動車の動力伝達装置であって、
変速機構を介して変速された動力が伝達される変速出力軸と、
前記前輪と前記変速出力軸との間に設けられ、前記前輪に動力を伝達する前輪出力軸と、
前記後輪と前記変速出力軸との間に設けられ、前記後輪に動力を伝達する後輪出力軸と、
前記変速出力軸と前記前輪出力軸との間に設けられ、動力を伝達する締結状態と動力を遮断する開放状態とに切り換えられる前輪クラッチと、
前記変速出力軸と前記後輪出力軸との間に設けられ、動力を伝達する締結状態と動力を遮断する開放状態とに切り換えられる後輪クラッチとを有することを特徴とする四輪駆動車の動力伝達装置。
請求項１記載の四輪駆動車の動力伝達装置において、前記前輪出力軸と前記後輪出力軸とのいずれか一方を前記変速出力軸と同軸上に設け、他方を前記変速出力軸に対して平行に設けることを特徴とする四輪駆動車の動力伝達装置。
請求項２記載の四輪駆動車の動力伝達装置において、前記前輪クラッチと前記後輪クラッチとのクラッチドラムにそれぞれ伝達歯車を設け、前記伝達歯車を相互に噛み合わせることを特徴とする四輪駆動車の動力伝達装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の四輪駆動車の動力伝達装置において、前記変速出力軸と前記前輪出力軸との回転数差に基づいて前記前輪クラッチの締結力をフィードバック制御し、前記変速出力軸と前記後輪出力軸との回転数差に基づいて前記後輪クラッチの締結力をフィードバック制御することを特徴とする四輪駆動車の動力伝達装置。