JP2008064281A - 駆動力配分装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆入力トルクによる各ギヤの損傷を回避することのできる駆動力配分装置を提供すること。
【解決手段】遊星歯車機構２１においてモータトルクの入力要素を構成するプラネタリキャリヤ２７とモータ２３との間、詳しくは、その間に介在された減速機構２２とモータ２３との間には、予め設定された所定のトルク範囲内においてトルク伝達可能な摩擦クラッチ４０が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動源から入力された駆動力の第１及び第２の出力軸への配分比率を制御可能な駆動力配分装置に関するものである。

従来、入力された駆動力を相互の差動を許容しつつ第１及び第２の出力軸に伝達する差動機構と、その第１及び第２の出力軸間に介在された遊星歯車機構と、該遊星歯車機構に駆動連結されたモータとを備えた駆動力配分装置がある。即ち、このような駆動力配分装置は、モータを制御用駆動源として遊星歯車機構を駆動することにより第１及び第２の出力軸間に差回転を生じさせる。そして、その制御用トルクとして遊星歯車機構に入力するモータトルクを制御することにより、エンジン等の主駆動源から差動機構に入力される駆動力の第１及び第２の出力軸への配分比率を制御可能な構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１１２４７４号公報 特開２００３−１１３８７４号公報

このように、遊星歯車機構を用い、ギヤ間の噛み合いによりトルク伝達を行う構成とすることで、高いトルク伝達効率及び信頼性を確保することができる。しかしながら、上記従来の構成には、その一方で、各出力軸に対して衝撃的な逆入トルクが印加された場合には、その逆入力トルクを吸収する或いは外部に逃がすことができないという問題があり、ひいては、その衝撃によって遊星歯車機構を構成する各ギヤ等が損傷するおそれがある。

例えば、上記特許文献１のように車両の左右駆動力配分として用いた場合、各出力軸に連結された駆動輪の何れかが低μ路から高μ路へと移動した際、その急速なグリップの回復によって一方の駆動輪の回転が規制されることにより、当該駆動輪と連結された出力軸に衝撃的な逆入力トルクが印加されることになる。このとき、遊星歯車機構においては、モータと連結されたその制御トルクの入力要素（特許文献１に記載の駆動力配分装置においては、プラネタリキャリヤ）が当該逆入力トルクにより回転しようとする。しかしながら、モータは、このように逆入力トルクにより回転する際には、発電機、即ち回生ブレーキとして機能する。即ち、当該制御トルクの入力要素は、モータによって、その回転が規制されることになり、その結果、出力軸に入力された逆入力トルクは、衝撃力として遊星歯車機構を構成する各ギヤに直接作用することとなる。このため、上記従来の構成では、その最弱部位、例えばプラネタリギヤ等の強度を、定常使用時に要求される水準よりも強固なものとする必要があり、これにより、装置全体の寸法及び重量が大きくなってしまうという問題がある。

尚、特許文献２には、連れ周りによるモータの過回転を防止すべく、モータと減速機構との間にトルクリミッタとして遠心クラッチを介在した駆動力配分装置が開示されている。しかしながら、遠心クラッチは、その第１軸と第２軸との間の回転速度差に基づき作動するため、上記のような突発的且つ急激なトルク変動には対処することができない。従って、この特許文献２に記載の構成は、上記の課題を何ら解消するものではない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、逆入力トルクによる各ギヤの損傷を回避することのできる駆動力配分装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、入力される駆動力を相互の差動を許容しつつ第１及び第２の出力軸に伝達する差動機構と、前記第１及び第２の出力軸間に介在されるとともにモータに駆動連結された遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構に設定された変速比を補正するための変速機構とを備え、モータトルクに基づき前記第１及び第２の出力軸間に差回転を生じさせることにより前記入力される駆動力の第１及び第２の出力軸への配分比率を制御可能な駆動力配分装置において、前記モータから前記第１及び第２の出力軸に至るトルク伝達系の途中には、予め設定された所定のトルク範囲内においてトルク伝達可能な摩擦クラッチが設けられること、を要旨とする。

上記構成によれば、第１及び第２の出力軸に印加された逆入力トルクを、摩擦クラッチにおいて開放し、モータトルクの入力要素の空転を許容することができる。その結果、各ギヤに作用する衝撃を緩和して、その損傷を回避することができる。また、摩擦クラッチは、入力されるトルクの大きさに基づき作動する。従って、突発的且つ急激なトルク変動が生ずる衝撃的な逆入力トルクの印加時においても、トルクリミッタとして有効に機能することができる。加えて、摩擦クラッチにおいて逆入力トルクを開放することで、トルク伝達系における急激なトルク変動を抑制することができる。その結果、車両の左右駆動力配分装置に具体化した場合には、その左右駆動力配分の変動に伴う車両挙動の乱れを回避して、車両姿勢の安定化を図るとともに、搭乗者に与える違和感を和らげることができる。

請求項２に記載の発明は、前記摩擦クラッチは、前記モータと前記遊星歯車機構との間に設けられること、を要旨とする。
即ち、モータと遊星歯車機構の間は、トルク伝達系の中では、その伝達される逆入力トルクが比較的小さい箇所である。従って、ここに摩擦クラッチを設けることで、同摩擦クラッチを比較的小型なものとすることができる。

請求項３に記載の発明は、前記摩擦クラッチは、複数のクラッチプレートを弾性部材の押圧力により摩擦係合させてなること、を要旨とする。
上記構成によれば、弾性部材の調整によりそのトルク容量を容易に設定することができる。

本発明によれば、逆入力トルクによる各ギヤの損傷を回避することが可能な駆動力配分装置を提供することにある。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両１は、前輪駆動車をベースとする四輪駆動車であり、エンジン２の傍らに組み付けられたトランスアクスル３には、一対のフロントアクスル４Ｌ，４Ｒが連結されており、エンジン２の駆動力は、これらフロントアクスル４Ｌ，４Ｒを介して前輪５Ｌ，５Ｒに伝達される。また、トランスアクスル３には、上記各フロントアクスル４Ｌ，４Ｒとともにプロペラシャフト６が連結されており、同プロペラシャフト６は、トルクカップリング７及びリヤディファレンシャル８を介して一対のリヤアクスル９Ｌ，９Ｒと連結されている。そして、これらプロペラシャフト６、リヤディファレンシャル８、及びリヤアクスル９Ｌ，９Ｒを介して、後輪１０Ｌ，１０Ｒにも駆動力が伝達されるようになっている。

図２に示すように、本実施形態のリヤディファレンシャル８は、遊星歯車式の差動機構１１を備えている。具体的には、差動機構１１は、外歯ギヤ１２と一体に形成されたリングギヤ１３を有しており、同リングギヤ１３の内側にはサンギヤ１４が同軸に配置されている。また、これらリングギヤ１３及びサンギヤ１４の間には、第１プラネタリギヤ１５ａ及び第２プラネタリギヤ１５ｂからなる複数のプラネタリギヤ対１５が介在されており、各第１プラネタリギヤ１５ａはリングギヤ１３に、各第２プラネタリギヤ１５ｂはサンギヤ１４にそれぞれ噛合されている。そして、これら各プラネタリギヤ対１５を構成する第１プラネタリギヤ１５ａ及び第２プラネタリギヤ１５ｂは、互いに噛合された状態で、プラネタリキャリヤ１６によりそれぞれ自転可能且つ公転可能に支承されている。

本実施形態では、トルクカップリング７を介してプロペラシャフト６に連結された入力軸１７の一端には、ドライブピニオン１８が設けられており、リングギヤ１３は、その外周に形成された外歯ギヤ１２が、このドライブピニオン１８に噛合されることにより同ドライブピニオン１８と駆動連結されている。そして、サンギヤ１４は、左のリヤアクスル９Ｌの軸端に、プラネタリキャリヤ１６は、右のリヤアクスル９Ｒの軸端に固定されることにより、対応する各リヤアクスル９Ｌ，９Ｒとともに一体回転可能に設けられている。

即ち、プロペラシャフト６の回転は、トルクカップリング７及び入力軸１７からドライブピニオン１８を介してリングギヤ１３へと伝達され、同リングギヤ１３とともにサンギヤ１４及びプラネタリキャリヤ１６が一体的に回転することにより、その駆動力が両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒから左右の後輪１０Ｌ，１０Ｒへと伝達される。そして、車両旋回時等、左右の後輪１０Ｌ，１０Ｒに生ずる回転差は、各第１プラネタリギヤ１５ａ及び各第２プラネタリギヤ１５ｂのそれぞれが、自転しつつサンギヤ１４の周りを公転することにより、これを許容する構成となっている。

（駆動力配分装置）
また、本実施形態のリヤディファレンシャル８は、エンジン２の駆動力の左右の後輪１０Ｌ，１０Ｒへの配分比率を制御可能な駆動力配分装置２０としての機能を有している。

詳述すると、本実施形態では、駆動力配分装置２０の第１及び第２の出力軸を構成する両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒ間には、遊星歯車機構２１が介在されており、同遊星歯車機構２１は、減速機構２２を介してモータ２３と駆動連結されている。そして、本実施形態の駆動力配分装置２０は、そのモータ２３の作動、即ち制御用トルクとして遊星歯車機構２１に入力されるモータトルクに基づき両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒ間に差回転を生じさせることにより、プロペラシャフト６から入力されるエンジン２の駆動力を走行状態に応じた適切な比率で両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒに配分することが可能な構成となっている。

さらに詳述すると、本実施形態では、遊星歯車機構２１は、左側のリヤアクスル９Ｌと同軸に配置されるとともに互いに歯数の異なる一対のサンギヤ２４，２５と、これら両サンギヤ２４，２５に噛合する複数の二連ピニオン２６と、これら各二連ピニオン２６を自転可能且つ公転可能に支承するプラネタリキャリヤ２７とにより構成されている。尚、本実施形態では、第１のサンギヤ２４の方が第２のサンギヤ２５よりも僅かに歯数が大きく設定されている。そして、両サンギヤ２４，２５と噛合するプラネタリギヤとしての二連ピニオン２６は、これら第１及び第２のサンギヤ２４，２５に噛合する第１及び第２ピニオン２６ａ，２６ｂを一体回転可能に連結することにより形成されている。

本実施形態では、第１のサンギヤ２４は、左側のリヤアクスル９Ｌと同軸配置された中空状のスリーブ２８ａを介して差動機構１１のプラネタリキャリヤ１６と一体回転可能に連結されており、第２のサンギヤ２５は、変速機構３１を介して左側のリヤアクスル９Ｌと一体回転可能に設けられている。そして、本実施形態では、二連ピニオン２６を支承するプラネタリキャリヤ２７が制御トルクであるモータトルクの入力要素として設定されている。

即ち、モータ２３の作動によりプラネタリキャリヤ２７が回転し、これにより、第１及び第２の出力軸としての両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒ間に差回転が生ずる。そして、本実施形態では、制御用トルクとして遊星歯車機構２１に入力されるモータトルクを制御することにより、両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒに配分するエンジン２の駆動力の比率を可変制御することが可能となっている。

尚、変速機構３１は、遊星歯車機構２１に設定された変速比に基づくプラネタリキャリヤ２７の回転を抑制すべく当該遊星歯車機構２１の変速比を補正するために設けられたものである。そして、本実施形態の変速機構３１は、遊星歯車機構２１と同一構成を有する遊星歯車機構を、その減速側のサンギヤ３４と増速側のサンギヤ３５との配置を反転させて遊星歯車機構２１の傍らに同軸配置することにより形成されている。

より詳細には、変速機構３１の第１のサンギヤ３４は、左側のリヤアクスル９Ｌに対して一体回転するように連結されており、その第２のサンギヤ３５は、中空状のスリーブ２８ｂを介して当該第２のサンギヤ３５と同一形状を有する遊星歯車機構２１側の第２のサンギヤ２５に対して一体に連結されている。また、プラネタリギヤ３６を支承するプラネタリキャリヤ３７は非回転部位であるケーシング（図示略）に固定されている。そして、これにより、遊星歯車機構２１に設定された変速比を相殺して、モータ２３に駆動連結されたプラネタリキャリヤ２７の回転を抑制する構成となっている。即ち、両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒが同速度で同方向に回転する際にはモータ２３が回転しないように構成されている。

（逆入力トルク開放構造）
上述のように、遊星歯車機構を用いた駆動力配分装置において、出力軸に対し衝撃的な逆入トルクが印加された場合、そのプラネタリキャリヤ２７は急激に回転（各二連ピニオン２６が自転及び公転）しようとするにも関わらず、その回転は、減速機構２２の各ギヤやモータ２３の慣性或いは回転抵抗によって抑えられてしまう。そのため、こうした駆動力配分装置では、その逆入力トルクを吸収する或いは外部に逃がすことができないという問題があり、ひいては、その衝撃によって遊星歯車機構を構成する各ギヤ等が損傷するおそれがある。

この点を踏まえ、本実施形態の駆動力配分装置２０では、遊星歯車機構２１においてモータトルクの入力要素を構成するプラネタリキャリヤ２７とモータ２３との間、詳しくは、その間に介在された減速機構２２とモータ２３との間には、予め設定された所定のトルク範囲内においてトルク伝達可能な摩擦クラッチ４０が設けられている。そして、第１及び第２の出力軸としての両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒに、衝撃的な逆入力トルクが印加された場合には、この摩擦クラッチ４０においてその逆入力トルクを開放し、モータ２３に駆動連結されたプラネタリキャリヤ２７の空転を許容することにより、各ギヤに作用する衝撃を緩和して、その損傷を回避する構成となっている。尚、この所定のトルクは、各ギヤ等の強度に応じて逆入力トルクが印加された場合にも各構成要素の損傷が発生しない値に設定されている。

詳述すると、図３に示すように、本実施形態の摩擦クラッチ４０は、モータ軸２３ａに連結されて同モータ軸２３ａと一体回転するとともに、減速機構２２の入力軸２２ａを回転自在に支承する筒体４１を備えている。

本実施形態では、筒体４１は、その第１蓋部４１ａにおいてモータ軸２３ａと連結されることにより同モータ軸２３ａと同軸に配置されている。また、筒体４１の第２蓋部４１ｂには、軸受４２が設けられており、減速機構２２の入力軸２２ａは、その一部が筒体４１内に突出した状態で、同軸受４２によりモータ軸２３ａと同軸、且つ回転自在に支承されている。そして、筒体４１内には、その摩擦係合により筒体４１と入力軸２２ａとをトルク伝達可能に連結する複数のクラッチプレート４３と、その弾性力により各クラッチプレート４３を摩擦係合させるべく押圧する弾性部材４４とが設けられている。

具体的には、筒体４１内には、筒体４１の内周に対し相対回転不能且つ軸方向移動可能にスプライン嵌合されたアウタクラッチプレート４３ａと、入力軸２２ａの外周に対し相対回転不能且つ軸方向移動可能にスプライン嵌合されたインナクラッチプレート４３ｂとが設けられており、これらの各クラッチプレート４３は、軸方向において交互に配置されている。尚、本実施形態では、各クラッチプレート４３は、一枚のインナクラッチプレート４３ｂの軸方向両側を二枚のアウタクラッチプレート４３ａにて挟み込むように配置されている。また、これら各クラッチプレート４３の軸方向、第１蓋部４１ａ側には、弾性部材４４として、各クラッチプレート４３を軸方向に押圧する皿バネが設けられている。そして、この弾性部材４４（皿バネ）の弾性力により押圧され第２蓋部４１ｂとの間に挟み込まれることにより、隣り合うクラッチプレート４３が摩擦係合、即ちアウタクラッチプレート４３ａとインナクラッチプレート４３ｂとが摩擦係合し、これにより、筒体４１と入力軸２２ａとをトルク伝達可能に連結する構成となっている。

さて、各クラッチプレート４３の発生する摩擦係合力は、弾性部材４４により印加される軸方向の押圧力に依存し、その値は、各クラッチプレート４３間に滑りがない場合、即ちアウタクラッチプレート４３ａとインナクラッチプレート４３ｂとが一体回転する場合において最大となる。そして、この各クラッチプレート４３が発生する摩擦係合力の最大値により、摩擦クラッチ４０のトルク容量、即ち伝達可能なトルク範囲が規定される。

即ち、本実施形態の摩擦クラッチ４０では、各クラッチプレート４３を軸方向に押圧する弾性部材４４（の弾性力）により、予めその伝達可能なトルク範囲が規定されている。尚、本実施形態では、伝達可能なトルク範囲の上限は、５〜１０Ｎｍに設定されている。そして、この上限を超えるトルクの入力があった場合には、アウタクラッチプレート４３ａとインナクラッチプレート４３ｂとが摺動、相対回転することにより、その伝達トルクが予め設定された上限値よりも低い値に抑えられるよう構成されている。

つまり、本実施形態の駆動力配分装置２０では、両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒに逆入力トルクが印加された場合であっても、減速機構２２側から摩擦クラッチ４０に入力される当該逆入力トルクが予め設定された伝達可能なトルク範囲を超えることで、各クラッチプレート４３が摺動、相対回転する。そして、減速機構２２の入力軸２２ａ、即ちモータトルクの入力要素を構成するプラネタリキャリヤ２７の空転を許容することによって、各ギヤに作用する衝撃を緩和し、これにより各ギヤの損傷を回避する構成となっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）遊星歯車機構２１においてモータトルクの入力要素を構成するプラネタリキャリヤ２７とモータ２３との間には、予め設定された所定のトルク範囲内においてトルク伝達可能な摩擦クラッチ４０が設けられる。

上記構成によれば、第１及び第２の出力軸としての両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒに印加された逆入力トルクを摩擦クラッチ４０において開放し、モータトルクの入力要素であるプラネタリキャリヤ２７の空転を許容することができる。その結果、各ギヤに作用する衝撃を緩和して、その損傷を回避することができる。また、摩擦クラッチ４０は、入力されるトルクの大きさに基づき作動する。従って、突発的且つ急激なトルク変動が生ずる衝撃的な逆入力トルクの印加時においても、トルクリミッタとして有効に機能することができる。更に、プラネタリキャリヤ２７とモータ２３との間は、モータ２３から第１及び第２の出力軸である両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒに至るトルク伝達系の中では、その伝達される逆入力トルクが比較的小さい箇所である。そして、特に、モータ２３と減速機構２２との間は、その減速機構２２の作用によって、その伝達される逆入力トルクがより小さい箇所である。従って、ここに摩擦クラッチ４０を設けることで、同摩擦クラッチ４０を比較的小型なものとすることができる。加えて、摩擦クラッチ４０において逆入力トルクを開放することで、トルク伝達系における急激なトルク変動を抑制することができる。その結果、左右駆動力配分の変動に伴う車両挙動の乱れを回避して、車両姿勢の安定化を図るとともに、搭乗者に与える違和感を和らげることができる。

（２）摩擦クラッチ４０は、複数のクラッチプレート４３を弾性部材４４の押圧力により摩擦係合させることにより構成される。このような構成とすれば、弾性部材４４の調整によりそのトルク容量を容易に設定することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、摩擦クラッチ４０は、プラネタリキャリヤ２７とモータ２３との間、詳しくは、その間に介在された減速機構２２とモータ２３との間に設けられることとした。しかし、これに限らず、摩擦クラッチ４０は、例えば、減速機構２２の途中に設ける等、その他の部位に設けてもよい。更に、モータ２３から第１及び第２の出力軸である両リヤアクスル９Ｌ，９Ｒに至るトルク伝達系の途中であれば何れに設けても良い。尚、上述のように、摩擦クラッチの小型という観点からは、プラネタリキャリヤ２７（減速機構２２）とモータ２３との間に設けることが望ましい。

・本実施形態では、弾性部材４４の弾性力により各クラッチプレート４３を摩擦係合させることとした。しかし、これに限らず、各クラッチプレート４３を摩擦係合させるための押圧力は、油圧や磁力等により発生させる構成としてもよい。

・本実施形態では、プラネタリキャリヤ２７をモータトルクの入力要素としたが、プラネタリギヤ（二連ピニオン２６）に噛合するその他二つのギヤの何れかをモータトルクの入力要素とするものに適用してもよい。

・本実施形態では、本発明を、車両左右の駆動輪に対する駆動力配分装置に適用したが、車両前後の駆動輪に対する駆動力配分装置に適用してもよい。
・モータは、電気モータに限らず、油圧モータを使用してもよい。

車両の概略構成図。 リヤディファレンシャルの概略構成図。 摩擦クラッチの概略構成図。

符号の説明

１…車両、２…エンジン、８…リヤディファレンシャル、９Ｌ，９Ｒ…リヤアクスル、１０Ｌ，１０Ｒ…後輪、１１…差動機構、２０…駆動力配分装置、２１…遊星歯車機構、２２…減速機構、２２ａ…入力軸、２３…モータ、２３ａ…モータ軸、４０…摩擦クラッチ、４３…クラッチプレート、４３ａ…アウタクラッチプレート、４３ｂ…インナクラッチプレート、４４…弾性部材。

Claims (3)

1. 入力される駆動力を相互の差動を許容しつつ第１及び第２の出力軸に伝達する差動機構と、前記第１及び第２の出力軸間に介在されるとともにモータに駆動連結された遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構に設定された変速比を補正するための変速機構とを備え、モータトルクに基づき前記第１及び第２の出力軸間に差回転を生じさせることにより前記入力される駆動力の前記第１及び第２の出力軸への配分比率を制御可能な駆動力配分装置において、
   前記モータから前記第１及び第２の出力軸に至るトルク伝達系の途中には、予め設定された所定のトルク範囲内においてトルク伝達可能な摩擦クラッチが設けられること、
   を特徴とする駆動力配分装置。
2. 請求項１に記載の駆動力配分装置において、
   前記摩擦クラッチは、前記モータと前記遊星歯車機構との間に設けられること、
   を特徴とする駆動力配分装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の駆動力配分装置において、
   前記摩擦クラッチは、複数のクラッチプレートを弾性部材の押圧力により摩擦係合させてなること、を特徴とする駆動力配分装置。

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