JP2009518595A - モーメントを分配するシステム - Google Patents

Abstract

多板クラッチは、第１の軸線の回りを回転しかつ第１のプレートセットに結合されたクラッチケージ、および第２の軸線の回りを回転しかつ第２のプレートセットに結合されたクラッチハブを有する。第２のプレートセットのプレートおよび第１のプレートセットのプレートは、互いにかみ合っている。第１の軸線および第２の軸線は、互いにずらされている。

Description

本発明は多板クラッチに関する。

現代のパワートレイン（たとえば全輪パワートレイン）に用いられる、いわゆる「アクティブヨー」または「トルクベクトリング」（ＴＶ）システムは周知である。ＴＶシステムによれば、車両のヨー速度は能動的に制御（アクティブ制御）され、その際、駆動モーメントは、車輪に不均一に分配することができる。それによりたとえば曲線の（カーブ走行するときの）外側の車輪にいっそう多く駆動モーメントが向けられるので、通常の走行条件においてオーバーステア特性を生じることができる。

従来の差動ユニット（ディファレンシャルユニット）は、補償変速機または差動装置を含み、この補償変速機または差動装置は、回転速度の相違を補償する。差動装置は、存在する回転速度の相違を増大するだけではない。特に差動ユニットは、回転速度の相違を増大するために（すなわち所定の車輪に多く駆動モーメントを伝達するために）、追加的な部品を必要とする。

本発明の課題は、簡素化されたＴＶシステムを形成するために、ＴＶシステムにおいて利用することができる多板クラッチを設けることである。

この課題の解決は、請求項１の特徴を有する多板クラッチによって行なわれる。特に多板クラッチの部品の第１の軸線および第２の軸線を互いにずらすことによって行なわれる。

本発明による多板クラッチは、クラッチケージおよびクラッチハブを有する。クラッチケージは、第１の軸線の回りを回転し、かつ第１のプレートセットに結合されている。クラッチハブは、第２の軸線の回りを回転し、かつ第２のプレートセットに結合されており、その際、プレートセットのプレートは、互いにかみ合っている。プレートセットが互いに押し付けられたときに、相互の接触点において接線方向成分および追加的に半径方向成分を有する力を、プレートセットのプレートの間で伝達するために、プレートセットのプレートは、モーメントを伝達するために互いに押し付け可能である。それにより接線方向成分はモーメントの伝達を引き起こすが、一方追加的に接触点において半径方向の力が生じ、この力は、最終的に第１の軸線および第２の軸線を互いにずらす結果になる。プレートセットの意図的な相互の押し付けによって、ＴＶシステムにおいてこのようなクラッチは、モーメント伝達に能動的な作用を及ぼすことができる。

本発明の有利な構成は、明細書、図面および従属請求項に記載されている。

多板クラッチの第１の有利な構成において、第１の軸はクラッチケージに回転しないように結合（固定して結合）されており、かつ第２の軸はクラッチハブに回転作用するように連結されている。内歯歯車は、クラッチハブに回転しないように結合されており、かつ第２の軸線の回りを回転する。歯車は、第２の軸に回転しないように結合されており、かつ第１の軸線の回りを回転し、その際、内歯歯車および歯車がかみ合っている。

多板クラッチの第２の有利な構成において、第１の軸はクラッチケージに回転作用するように連結されており、かつ第２の軸はクラッチハブに回転しないように結合されている。内歯歯車は、クラッチケージに回転しないように結合されており、かつ第１の軸線の回りを回転する。歯車は、第１の軸に回転しないように結合されており、かつ第２の軸線の回りを回転し、その際、内歯歯車および歯車がかみ合っている。

差動ユニットが設けられており、この差動ユニットは、ＴＶシステムにおいて利用するために、少なくとも１つの本発明による多板クラッチおよび相応するアクチュエータを含んでいる。アクチュエータは、ＴＶ動作を可能にするために、多板クラッチのプレートセットに面圧を発生させる。

さらに本発明によれば、パワートレインが設けられており、このパワートレインは差動ユニットを有し、この差動ユニットは、少なくとも１つの本発明による多板クラッチおよび相応するアクチュエータを含んでいる。アクチュエータは、ＴＶ動作を可能にするために、多板クラッチのプレートセットに面圧を発生させる。パワートレインは、さらに制御ユニットを含み、この制御ユニットは、車両の少なくとも１つの動作状態を検出するために、少なくとも１つのセンサ（望ましくは複数のセンサ）に電気的（電子的）に結合されている。制御ユニットはアクチュエータを調節し、かつその際、面圧および伝達する駆動モーメントを制御するために、車両の動作状態に基づいて制御信号を発生させる。

本発明は、自動車の種々の車輪へのモーメント伝達を能動的に制御（アクティブ制御）するために、前記のような多板クラッチまたは差動ユニットの使用にも関するが、本発明はこのような使用に限定されるわけではない。

次に本発明をあくまでも例として図面に基づいて説明する。

発明を実施するための形態

図１には、車両パワートレイン１０の概略図が示されており、この車両パワートレインは駆動装置１２を含み、この駆動装置は、力を伝達する区間１６、モータ（エンジン）１８および変速機２０を含んでいる。力を伝達する区間１６は、変速機２０によって駆動されるプロペラシャフト２８、および１対の車輪３２に結合された１対の車軸３０、およびプロペラシャフト２８から一方または両方の車軸３０に駆動トルクを伝達するために有効な差動ユニット３４を含んでいる。

制御ユニット４０は、いわゆる「トルクベクトリング」（ＴＶ動作）を可能にするために、多数の車両パラメータに基づいて差動ユニット３４の動作を制御する。制御ユニット４０は、少なくとも１つのセンサ（望ましくは多数のセンサ）に電気的（電子的）に結合されている。例として示すセンサは、ヨー速度センサ４２、車輪回転速度センサ４４、かじ取り（操舵、ステアリング）ハンドル角度センサ（図示せず）および／またはかじ取り角度センサ４６を含んでいる。別のセンサは、側方および縦加速度センサ（図示せず）を含んでいる。センサは、多数の動作状態、たとえば車両のヨー速度、それぞれの車輪２２，３２の回転速度、かじ取りハンドル角度および／または前輪２２のかじ取り角度（α）を検出する。制御ユニット４０は、１つまたは複数の信号を処理し、かつ差動装置制御信号を発生し、その際、少なくとも１つのアクチュエータは、相応する車輪３２に多くの駆動モーメントを伝達するために、差動装置制御信号に基づいて制御される。

図２を参照して、差動ユニット３４の部品を説明する。差動ユニット３４は差動装置ハウジング５０を含み、この差動装置ハウジングは、補償変速機５２，２つの多板クラッチ５４、および２つの相応するアクチュエータ５６、５８を含んでいる。プロペラシャフト２８に回転しないように結合された駆動軸６０は、差動装置ハウジング５０において軸受装置６２によって回転可能に支持されており、かつ図示しないパッキン装置によって差動装置ハウジング５０に対して密閉されている。車軸３０に回転しないように結合された２つの出力軸６４は、差動装置ハウジング５０において軸受装置によって回転可能に支持されており、かつ図示しないパッキン装置によって差動装置ハウジング５０に対して密閉されている。出力軸６４は軸線Ａの回りを回転する。駆動かさ歯車７０は駆動軸６０の端部に形成されている。

補償変速機５２は、差動装置ハウジング５０において軸受装置７２によって回転可能に支持されており、かつ支持ドラム７４、２つのかさ歯車セット（かさ歯車７６Ａ、７６Ｂ；７８Ａ、７８Ｂ）、およびかさ歯車８０を含み、このかさ歯車は、支持ドラム７４に取り付けられており、かつ駆動かさ歯車７０にかみ合っているので、プロペラシャフト２８の被駆動回転は、補償変速機５２の回転を引き起こす。かさ歯車７６Ａ、７６Ｂは、相応する出力軸６４に回転しないように結合されている。補償変速機５２において、支持ドラム７４を介して互いに対向するかさ歯車７６Ａ、７６Ｂ；７８Ａ、７８Ｂに駆動が行なわれる。直線走行の際に、かさ歯車７６Ａ、７６Ｂ；７８Ａ、７８Ｂは、互いに相対的に回転しない。補償変速機５２全体は、ブロックとして回転し、かつ両方の出力軸６４にトルクを均一に伝達する。両方の出力軸６４の間に回転速度の相違があった際に初めて（たとえは曲線走行の際に）、両方のかさ歯車７６Ａ、７６Ｂは、両方の出力軸６４にトルクを基本的に均一に分配するために、支持ドラム７４内において反対に回転する。

次になお詳細に説明するように、本発明によれば、少なくとも１つの多板クラッチ５４を操作することによって、車輪３２に駆動モーメントを不均一に分配するために、両方の出力軸６４のうちの一方に追加的なトルクを伝達することができる。それにより支持ドラム７４および当該の多板クラッチ５４（クラッチケージ９０およびクラッチハブ９２を含む）を介して、駆動モーメントは、意図的に本来の補償変速機５２（かさ歯車７６Ａ、７６Ｂ）を通って、それぞれの出力軸６４に伝達される。尚、前記の補償変速機５２は、別の補償変速機（たとえば遊星歯車セット差動装置）に置き換えてもよい。

多板クラッチ５４は、それぞれのクラッチケージ９０およびそれぞれのクラッチハブ９２を含んでいる。クラッチケージ９０は、軸線Ａの回りを回転し、かつ第１のプレートセット９４に結合されている。クラッチハブ９２は、軸線Ｂの回りを回転し、かつ第２のプレートセット９６に結合されており、第２のプレートセット９６のプレートおよび第１のプレートセット９４のプレートは、互いにかみ合っている。軸線Ａおよび軸線Ｂは、軸線間隔Δｘだけ互いにずらされており、モーメントを伝達するためにプレートセット９４、９６のプレートは、プレートセット９４、９６を互いに押し付けたときに、接線方向成分および半径方向成分を有する力を、プレートセット９４、９６のプレートの間で伝達するように、互いに押し付けることができる。

第１の構成（図２）においてクラッチケージ９０は、相応する中空軸９８によって支持ドラム７４に回転しないように結合されている。中空軸９８は出力軸６４に対して同軸的に配置されている。出力軸６４は、次のようにクラッチハブ９２に回転作用するように連結されている：すなわちそれぞれの内歯歯車１００は、付属のクラッチハブ９２に回転しないように結合されており、かつ軸線Ｂの回りを回転する。それぞれの歯車１０２は、付属の出力軸６４に回転しないように結合されており、かつ軸線Ａの回りを回転し、その際、内歯歯車１００および歯車１０２は、回転比を形成するために（所定の回転比で）かみ合っている。

その他の点において同様に作用・機能する第２の構成（図３）において、クラッチケージ９０は軸線Ｂの回りを回転し、かつクラッチハブ９２は軸線Ａの回りを回転する。クラッチケージ９０は、相応する中空軸９８’に回転作用するように連結されており、かつクラッチハブ９２は、出力軸６４に回転しないように結合されている。それぞれの内歯歯車１００’は、付属のクラッチケージ９０に回転しないように結合されており、かつ軸線Ｂの回りを回転する。それぞれの歯車１０２’は、それぞれの中空軸９８’を介して補償変速機５２の支持ドラム７４に回転しないように結合されており、かつ軸線Ａの回りを回転し、その際、内歯歯車１００’および歯車１０２’は、回転比を形成するために（所定の回転比で）かみ合っている。

前記の両方の構成においてアクチュエータ５６、５８は、たとえば液圧ピストンを含むことができる。ピストンは、プレートセット９４、９６のプレートを互いに押し付け、かつそれにより支持ドラム７４およびかさ歯車７６Ａ、７６Ｂ；７８Ａ、７８Ｂを介した力の伝達に加えて、支持ドラム７４および多板クラッチ５４を介して出力軸６４に直接力の伝達を達成するために、相応する面圧を発生させる。前記のように、アクチュエータ５６、５８は、ＴＶ動作を可能にするために、制御ユニット４０からの制御信号に基づいて制御可能である。

例示した構成において、プレートは、プレートセット９４、９６のそれぞれの周囲に沿って不均一に分配することができる面圧によって、互いに押し付けることができる。周知の多板クラッチにおいてアクチュエータと当該のプレートセットとの間に配置されておりかつ周囲に沿って略均一な力伝達を配慮する（行う）アクチュエータリングは、特に省略される。たとえばそれぞれのプレートセットの第１の角度セグメントＷＳ₁（図４の左半分）における面圧は、それぞれのプレートセットの第２の角度セグメントＷＳ₂（図４の右半分）におけるものより大きく、その際、ここに図示した例において、第１の角度セグメントＷＳ₁におけるプレートセット９４、９６の相互の重なりは、第２の角度セグメントＷＳ₂におけるものよりも大きい。

図４に示すように、多板クラッチ装置において半径方向における追加的な成分が生じ、しかも当該成分は軸線ずれの大きさおよび入力・出力回転速度の回転速度比に依存して生じる。図４においてプレートセット９４、９６のプレート対は、軸線間隔Δｘを有するように図示されている。プレートセット９４のプレートＡは、駆動プレートであり、かつ駆動しようとするプレートセット９６のプレートＢよりもいくらか速く回転する。図４において、軸線Ｂの回りにおいて（図２参照）回転するプレートＢにおける摩擦直径ｄ_REIBを有する摩擦円は、点線で示されている。プレートＡは軸線Ａの回りにおいて（図２参照）回転する。

前記摩擦円に沿った種々の接触点におけるプレートＡおよびＢのそれぞれの速度ベクトルのベクトル引き算によって、速度差ベクトルを検出することができる。この速度差ベクトル（ｖ−差）は、接線方向成分および半径方向成分を含んでおり、接線方向成分だけがプレートＢにおける駆動モーメントをなしている。速度差ベクトルの方向および長さは摩擦トラックに沿って変化する。第１の角度セグメントＷＳ₁（図４による左側）において、速度差ベクトルは最も長く、かつ第２の角度セグメントＷＳ₂（右側）において最も短い。駆動モーメントの伝達のために、速度差ベクトルの方向だけが重要であり、その長さは重要ではない。一般にプレートセット９４、９６のそれぞれの周のこのような角度セグメントＷＳ₁における面圧は、両方のプレートセット９４、９６の間でモーメントを伝達しようとする方向に両方のプレートセット９４、９６の速度差ベクトルが向いている別の角度セグメントＷＳ₂における面圧よりも大きく選定されている。このことは、特にプレートセット９４、９６の回転速度差がゼロまたはほぼゼロの際に当てはまる。

クラッチケージ回転速度とクラッチハブ回転速度との間の回転速度差が、ほぼゼロになる場合、すべての速度差ベクトルは同じ方向を向いている。図４による右側において（すなわち第２の角度セグメントＷＳ₂において）、このとき、出力プレートは制動され、かつ左側において（すなわち第１の角度セグメントＷＳ₁において）、出力プレートは駆動される。これらを合計すると（組み合わせると）、駆動モーメントはもはや伝達することができない。プレートセットへの面圧が均一ではなく、ここにおいて左側において大きいときにだけ、駆動モーメントを伝達することができる。このことは、相応して構成されたアクチュエータ５６、５８によって機械的におよび／または液圧的に実現することができる（たとえば異なった大きさのピストン横断面によって）。

それにもかかわらず摩擦の作用が果たされるので（あるので）、それでもなお駆動モーメントは存在する。軸線間隔Δｘが摩擦直径ｄ_REIBに対して小さいとき、この駆動モーメントはわずかである（たとえば適正な構成の際に、大きな回転速度差または小さな軸線ずれの際に、最大に伝達可能な駆動モーメントのほぼ５％〜１０％）。摩擦円が軸線Ａの回りに置かれるときに、この状態は、わずかだけ異なっている。

図５に、クラッチケージ９０およびクラッチハブ９２の回転速度比に関して駆動モーメントが示されている。伝達される駆動モーメントが急激に低下する折れ目は、軸線ずれに対する摩擦直径の比に依存している。軸線ずれが小さいほど、または摩擦直径が大きいほど、小さな回転速度比の際に大きな駆動モーメントを伝達することができる。回転速度差のさらに良好な制御が可能であるという利点が得られ、たとえば目標駆動モーメントを介して車輪スリップおよびそれにより目標回転速度差を計算することができる。はっきりと低下する特性曲線によって、この回転速度は良好に調節することができる。伝達されるモーメントのそれ自体周知の制御に加えてまたはその代わりに、上記のことにより本発明によるクラッチは、回転速度差の自己制御（調節）を可能にする。

図１に例として後輪駆動によるパワートレインが示されているとはいえ、本発明による多板クラッチは、種々のパワートレインに利用することができる。たとえば多板クラッチは、前輪駆動によるパワートレインおよび／または前輪／４輪パワートレインに組み込むことができる。さらに多板クラッチは、車軸差動ユニットの出力軸に追加的なトルクを分配することができるだけでなく、この多板クラッチは、前車軸差動ユニットまたは後車軸差動ユニットに追加的なトルクを伝達するために、全輪／４輪パワートレインの車軸差動装置の間の中央差動装置（分配変速機）に設けることもできる。

本発明により構成された差動ユニットを装備した自動車パワートレインの概略図である。 本発明の構成による多板クラッチを含む差動ユニットの概略断面図である。 本発明の別の構成による多板クラッチを含む差動ユニットの概略部分断面図である。 多板クラッチのプレートの間における摩擦直径の回りに力ベクトルを示したベクトル線図である。 クラッチケージおよびクラッチハブの回転速度比に関する駆動モーメントを示した線図である。

Claims (17)

1. クラッチケージ（９０）が設けられており、このクラッチケージが、第１の軸線（Ａ、Ｂ）の回りを回転し、かつ第１のプレートセット（９４）に結合されており、
   クラッチハブ（９２）が設けられており、このクラッチハブが、第２の軸線（Ａ、Ｂ）の回りを回転し、かつ第２のプレートセット（９６）に結合されており、第２のプレートセット（９６）のプレートおよび第１のプレートセット（９４）のプレートが、互いにかみ合っており、
   前記プレートセット（９４、９６）のプレートが、モーメントを伝達するために互いに押し付け可能である多板クラッチ（５４）であって、
   前記第１の軸線（Ａ、Ｂ）および第２の軸線（Ａ、Ｂ）が互いにずらされていることを特徴とする多板クラッチ（５４）。
2. 前記プレートセット（９４、９６）が互いに押し付けられたときに、接線方向成分および半径方向成分を有する力が、前記プレートセット（９４、９６）のプレートの間で伝達可能であるように、前記第１の軸線（Ａ、Ｂ）および第２の軸線（Ａ、Ｂ）が互いにずらされている請求項１記載の多板クラッチ（５４）。
3. 第１の軸（９８）がさらに設けられており、この軸が前記クラッチケージ（９０）に回転しないように結合されており、
   第２の軸（６４）が設けられており、この軸が前記クラッチハブ（９２）に回転作用するように連結されている請求項１記載の多板クラッチ（５４）。
4. 内歯歯車（１００）がさらに設けられており、この内歯歯車が前記クラッチハブ（９２）に回転しないように結合されており、かつ前記第２の軸線（Ｂ）の回りを回転し、
   歯車（１０２）がさらに設けられており、この歯車が前記第２の軸（６４）に回転しないように結合されており、かつ前記第１の軸線（Ａ）の回りを回転し、
   前記内歯歯車（１００）および前記歯車（１０２）がかみ合っている請求項３記載の多板クラッチ（５４）。
5. 第１の軸（９８’）がさらに設けられており、この軸が前記クラッチケージ（９０）に回転作用するように連結されており、
   第２の軸（６４）が設けられており、この軸が前記クラッチハブ（９２）に回転しないように結合されている請求項１記載の多板クラッチ（５４）。
6. 内歯歯車（１００’）がさらに設けられており、この内歯歯車が、前記クラッチケージ（９０）に回転しないように結合されており、かつ前記第１の軸線（Ｂ）の回りを回転し、
   歯車（１０２’）がさらに設けられており、この歯車が、前記第１の軸（９８’）に回転しないように結合されており、かつ前記第２の軸線（Ａ）の回りを回転し、
   前記内歯歯車（１００’）および前記歯車（１０２’）がかみ合っている請求項５記載の多板クラッチ（５４）。
7. 少なくとも１つのクラッチアクチュエータ（５６、５８）が設けられており、このクラッチアクチュエータが、前記プレートセット（９４、９６）のプレートを互いに押し付けるために面圧を発生させる請求項１〜６のいずれか一項に記載の多板クラッチ（５４）。
8. 前記プレートセット（９４、９６）のそれぞれの周囲に沿って不均一に分配された面圧によって、前記プレートが互いに押し付け可能である請求項７記載の多板クラッチ（５４）。
9. 前記プレートセット（９４、９６）の周囲のかかる角度セグメント（ＷＳ₁）の面圧が、別の角度セグメント（ＷＳ₂）の面圧に対して高められており、この別の角度セグメントにおいて、両方のプレートセット（９４、９６）の間でモーメントを伝達しようとする方向に両方のプレートセット（９４、９６）の速度差ベクトルが向いている請求項８記載の多板クラッチ（５４）。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの多板クラッチ（５４）が設けられている、自動車のパワートレイン（１０）内において伝達されるトルクを能動的に調節するための差動ユニット（３４）。
11. 前記多板クラッチ（５４）の面圧を調節するために、補償変速機（５２）および少なくとも１つのアクチュエータ（５６、５８）がさらに設けられている請求項１０記載の差動ユニット（３４）。
12. 前記補償変速機（５２）が支持ドラム（７４）を有し、この支持ドラムが、前記多板クラッチ（５４）のクラッチケージ（９０）に回転しないようにまたは回転作用するように結合されている請求項１１記載の差動ユニット（３４）。
13. 前記補償変速機（５２）が２つのかさ歯車セット（７６Ａ、７６Ｂ；７８Ａ、７８Ｂ）を有し、前記かさ歯車セットのかさ歯車（７６Ａ、７６Ｂ）が、相応する出力軸（６４）に回転しないように結合されている請求項１１または１２記載の差動ユニット（３４）。
14. 前記補償変速機（５２）が遊星歯車セット差動装置であり、この遊星歯車セット差動装置の出力が、相応する出力軸（６４）に回転しないように結合されている請求項１１または１２記載の差動ユニット（３４）。
15. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの多板クラッチ（５４）を有する差動ユニット（２４）を備えた車両のパワートレイン（１０）であって、
    制御信号を発生させるための制御ユニット（４０）をさらに含み、前記多板クラッチ（５４）の面圧が制御信号に基づいていることを特徴とするパワートレイン（１０）。
16. 前記制御ユニット（４０）が、クラッチケージ（９０）に対して相対的なクラッチハブ（９２）の所定の回転速度差を調節するように形成されている請求項１５記載のパワートレイン。
17. 車両の動作状態を検出するために少なくとも１つのセンサ（４２、４４、４６）がさらに設けられており、前記制御信号が動作状態に基づいている請求項１５または１６記載のパワートレイン。

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