JP2010188810A - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両用動力伝達装置の消費エネルギーを節減する。
【解決手段】 第１クラッチＣＲにより第３サンギヤ１９に制動力を付与すると他方の回転軸９Ｌが一方の回転軸９Ｒに対して増速され、第２クラッチＣＬによりキャリヤ部材１２に制動力を付与すると一方の回転軸９Ｒが他方の回転軸９Ｌに対して増速されるので、第１、第２クラッチＣＬ，ＣＲを選択的に作動させることで一対の回転軸９Ｒ，９Ｌに任意の比率で駆動力を配分することができる。第１、第２クラッチＣＲ，ＣＬはモータ・ジェネレータＭＧの回生制動によって制動力を発生させるので、制動力を熱として捨てることなく電気エネルギーとして回収することができる。しかも第１、第２クラッチＣＲ，ＣＬを油圧クラッチで構成する必要がないので油圧ポンプも不要になり、駆動力配分機構Ａで常時油圧ポンプを駆動して油圧を発生させる場合に比べてエネルギーを節減することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、２つの回転軸間に相互にトルク伝達可能なトルク伝達手段を設けた車両用動力伝達装置に関する。

左右の車軸間に、ダブルピニオン式の遊星歯車機構よりなる差動機構と、特殊な３連ピニオン部材を用いた遊星歯車機構よりなるトルク配分機構とを備え、トルク配分機構の一つのサンギヤあるいはキャリヤ部材を一対の油圧クラッチで選択的に拘束して左右の車軸間の回転数比を強制的に規制することで、左右の車輪間でトルクを配分する車両用動力伝達装置が、下記特許文献１により公知である。

特開２００８−２５６１８５号公報

ところで上記従来のものは、前記一対の油圧クラッチを作動させる油圧を車軸の回転により駆動される油圧ポンプで発生させているため、油圧ポンプを常時駆動することになってエンジンの燃料消費量が増加する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両用動力伝達装置の消費エネルギーを節減することを目的とする。

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、２つの回転軸間に相互にトルク伝達可能なトルク伝達手段を設けた車両用動力伝達装置であって、一方の回転軸まわりに回転可能に支持されたキャリヤ部材と、相互に異なるピッチ円を有する第１ピニオン、第２ピニオンおよび第３ピニオンを相互に相対回転不能に備えて前記キャリヤ部材に回転可能に支持された複数の３連ピニオン部材と、前記第１ピニオンを他方の回転軸に連結する第１連結手段と、前記第２ピニオンを前記一方の回転軸に連結する第２連結手段と、前記第３ピニオンに制動力を付与して前記他方の回転軸を前記一方の回転軸に対して増速する第１制動手段と、前記キャリヤ部材に制動力を付与して前記一方の回転軸を前記他方の回転軸に対して増速する第２制動手段とを備えるものにおいて、回生制動力を発生する回生モータを備え、前記第１制動手段は前記第３ピニオンの回転を前記回生モータに伝達し、前記第２制動手段は前記キャリヤ部材の回転を前記回生モータに伝達することを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

尚、実施の形態のプラネタリキャリヤ８および第１サンギヤ１７は本発明の第１連結手段に対応し、実施の形態の第２サンギヤ１８は本発明の第２連結手段に対応し、実施の形態の右出力軸９Ｒおよび左出力軸９Ｌはそれぞれ本発明の一方および他方の回転軸に対応し、実施の形態のトルク配分機構Ａは本発明のトルク伝達手段に対応し、実施の形態の右クラッチＣＲは本発明の第１制動手段に対応し、実施の形態の左クラッチＣＬは本発明の第２制動手段に対応し、実施の形態のモータ・ジェネレータＭＧは本発明の回生モータに対応する。

請求項１の構成によれば、第１制動手段により第３ピニオンに制動力を付与すると他方の回転軸が一方の回転軸に対して増速され、第２制動手段によりキャリヤ部材に制動力を付与すると一方の回転軸が他方の回転軸に対して増速されるので、第１、第２制動手段を選択的に作動させることで一対の回転軸に任意の比率で駆動力を配分することができる。このとき、第１、第２制動手段を作動させて第３ピニオンあるいはキャリヤ部材の回転を回生モータに伝達し、回生モータの回生制動によって第３ピニオンあるいはキャリヤ部材を制動するので、制動力を熱として捨てることなく電気エネルギーとして回収することができる。しかも第１、第２制動手段を油圧クラッチで構成する必要がないので油圧ポンプも不要になり、車両用動力伝達装置で常時油圧ポンプを駆動して油圧を発生させる場合に比べてエネルギーを節減することができる。

フロントエンジン・フロントドライブ車両の全体構成を示す図。 駆動力配分装置の構造を示すスケルトン図。 中低車速域での左旋回時における駆動力配分装置の作用を示す図。 中低車速域での右旋回時における駆動力配分装置の作用を示す図。 駆動力アシスト時および回生制動時の作用を示す図。

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、フロントエンジン・フロントドライブの車両は、駆動輪である左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲと、従動輪である左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲとを備える。車体前部に横置きに搭載したエンジンＥの左端にトランスミッションＭが接続されており、これらエンジンＥおよびトランスミッションＭの後部に差動機構Ｄおよびトルク配分機構Ａが配置される。差動機構Ｄおよびトルク配分機構Ａの左端および右端から左右に延びる左車軸ＡＦＬおよび右車軸ＡＦＲには、それぞれ左前輪ＷＦＬおよび右前輪ＷＦＲが接続される。

図２に示すように、トランスミッションＭから延びる入力軸１に設けた入力ギヤ２に噛み合う外歯ギヤ３から駆動力が伝達される差動機構Ｄはダブルピニオン式の遊星歯車機構よりなり、前記外歯ギヤ３と一体に形成されたリングギヤ４と、このリングギヤ４の内部に同軸に配設されたサンギヤ５と、前記リングギヤ４に噛み合うアウターピニオン６および前記サンギヤ５に噛み合うインナーピニオン７を、それらが相互に噛み合う状態で支持するプラネタリキャリヤ８とから構成される。差動機構Ｄは、そのリングギヤ４が入力要素として機能するとともに、一方の出力要素として機能するサンギヤ５が右出力軸９Ｒ、ハーフシャフト１０および右車軸ＡＦＲを介して右前輪ＷＦＲに接続され、また他方の出力要素として機能するプラネタリキャリヤ８が左出力軸９Ｌおよび左車軸ＡＦＬを介して左前輪ＷＦＬに接続される。

左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲ間で駆動力を配分するトルク配分機構Ａは遊星歯車機構よりなり、そのキャリヤ部材１１が右出力軸９Ｒの外周に回転自在に支持されるとともに、円周方向に９０°間隔で配置された４本のピニオン軸１２の各々に、第１ピニオン１３、第２ピニオン１４および第３ピニオン１５を一体に形成した３連ピニオン部材１６が回転自在に支持される。

ハーフシャフト１０の外周に回転自在に支持されて前記第１ピニオン１３に噛み合う第１サンギヤ１７は、差動機構Ｄのプラネタリキャリヤ８の右キャリヤ半体８Ｒに連結される。またハーフシャフト１０の外周に固定された第２サンギヤ１８は前記第２ピニオン１４に噛み合う。更に、右出力軸９Ｒの外周に回転自在に支持された第３サンギヤ１９は前記第３ピニオン１５に噛み合う。

実施の形態における第１ピニオン１３、第２ピニオン１４、第３ピニオン１５、第１サンギヤ１７、第２サンギヤ１８および第３サンギヤ１９の歯数は以下のとおりである。

第１ピニオン１３の歯数 Ｚｂ＝１６
第２ピニオン１４の歯数 Ｚｄ＝１６
第３ピニオン１５の歯数 Ｚｆ＝３２
第１サンギヤ１７の歯数 Ｚａ＝３０
第２サンギヤ１８の歯数 Ｚｃ＝２６
第３サンギヤ１９の歯数 Ｚｅ＝２８
更に、トルク配分機構の右出力軸９Ｒおよびハーフシャフト１０と平行に配置されたクラッチ軸２１の両端部に第１ギヤ２２および第２ギヤ２３が固設され、第１ギヤ２２はキャリヤ部材１１と一体に設けた第１外歯ギヤ２４に噛合するとともに、第２ギヤ２３は第３サンギヤ１９と一体に設けた第２外歯ギヤ２５に噛合する。クラッチ軸２１の中間部に固設した第３ギヤ２６がモータ・ジェネレータＭＧのモータ軸２７に設けた第４ギヤ２８に噛合する。モータ・ジェネレータＭＧはバッテリＢに接続される。クラッチ軸２１の第１ギヤ２２および第３ギヤ２６間にで電磁クラッチよりなる左クラッチＣＬが配置され、クラッチ軸２１の第２ギヤ２３および第３ギヤ２６間に電磁クラッチよりなる右クラッチＣＲが配置される。

従って、左クラッチＣＬを係合すると、キャリヤ部材１１の回転が第１外歯ギヤ２４、第１ギヤ２２、左クラッチＣＬ、第３ギヤ２６および第４ギヤ２８を介してモータ・ジェネレータＭＧに伝達され、モータ・ジェネレータＭＧの回生制動力によりキャリヤ部材１１の回転数が減速される。また右クラッチＣＲを係合すると、第３サンギヤ１９の回転が第２外歯ギヤ２５、第２ギヤ２３、右クラッチＣＲ、第３ギヤ２６および第４ギヤ２８を介してモータ・ジェネレータＭＧに伝達され、モータ・ジェネレータＭＧの回生制動力により第３サンギヤ１９の回転数が減速される。

差動機構Ｄの回転面内に配置される遊星歯車機構２９は、サンギヤ３０、リングギヤ３１、プラネタリキャリヤ３２、ピニオン３３…、リングギヤキャリヤ３４および外歯ギヤ３５を備える。サンギヤ３０はモータ・ジェネレータＭＧのモータ軸２７に固定される。プラネタリキャリヤ３２はモータ軸２７と同軸に配置されたプラネタリキャリヤ支持軸３６に固定され、プラネタリキャリヤ支持軸３６は電磁クラッチよりなる駆動クラッチＣＤを介してハウジング２０に結合可能である。リングギヤ３１および外歯ギヤ３５を一体に支持するリングギヤキャリヤ３４は、プラネタリキャリヤ支持軸３６に回転自在に支持される。プラネタリキャリヤ３２に回転自在に支持されたピニオン３３…はサンギヤ３０およびリングギヤ３１に同時に噛合し、外歯ギヤ３５は差動機構Ｄの外歯ギヤ３に噛合する。

電子制御ユニットＵは、エンジントルクＴｅ、エンジン回転数Ｎｅ、車速Ｖおよび操舵角θを所定のプログラムに基づいて演算処理し、左クラッチＣＬ、右クラッチＣＲ、駆動クラッチＣＤおよびモータ・ジェネレータＭＧの作動を制御する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

上記構成のトルク配分機構Ａにより、図３に示すように車両の中低車速域での左旋回時には、電子制御ユニットＵからの指令で左クラッチＣＬを係合する。このとき、モータ・ジェネレータＭＧが回転不能に拘束されていると仮定すると、左クラッチＣＬを係合することでキャリヤ部材１１が回転を停止する。右前輪ＷＦＲと一体の右出力軸９Ｒと、左前輪ＷＦＬと一体の左出力軸９Ｌ（即ち、差動機構Ｄのプラネタリキャリヤ８）とは、第２サンギヤ１８、第２ピニオン１４、第１ピニオン１３および第１サンギヤ１７を介して連結されているため、右前輪ＷＦＲの回転数ＮＲは左前輪ＷＦＬの回転数ＮＬに対して次式の関係で増速される。

ＮＲ／ＮＬ＝（Ｚｄ／Ｚｃ）×（Ｚａ／Ｚｂ）
＝１．１５４ …（１）
上述のようにして右前輪ＷＦＲの回転数ＮＲが左前輪ＷＦＬの回転数ＮＬに対して増速されると、図３に斜線を施した矢印で示したように、旋回内輪である左前輪ＷＦＬのトルクの一部を旋回外輪である右前輪ＷＦＲに伝達し、車両の左旋回をアシストして旋回性能を高めることができる。

実際には、モータ・ジェネレータＭＧは回転不能に拘束されることはなく、キャリヤ部材１１から入力される駆動力で回生制動され、その制動力でキャリヤ部材１１の回転を減速する。その結果、キャリヤ部材１１の回転数の減速に応じて右前輪ＷＦＲの回転数ＮＲを左前輪ＷＦＬの回転数ＮＬに対して増速し、旋回内輪である左前輪ＷＦＬから旋回外輪である右前輪ＷＦＲに任意のトルクを伝達することができる。

一方、図４に示すように車両の中低車速域での右旋回時には、電子制御ユニットＵからの指令で右クラッチＣＲを係合する。このとき、モータ・ジェネレータＭＧが回転不能に拘束されていると仮定すると、右クラッチＣＲを係合することで第３サンギヤ１９が回転を停止する。その結果、第３サンギヤ１９に噛合する第３ピニオン１５が公転および自転し、右出力軸９Ｒの回転数に対してキャリヤ部材１１の回転数が増速され、左前輪ＷＦＬの回転数ＮＬは右前輪ＷＦＲの回転数ＮＲに対して次式の関係で増速される。

ＮＬ／ＮＲ＝｛１−（Ｚｅ／Ｚｆ）×（Ｚｂ／Ｚａ）｝
÷｛１−（Ｚｅ／Ｚｆ）×（Ｚｄ／Ｚｃ）｝
＝１．１５６ …（２）
上述のようにして左前輪ＷＦＬの回転数ＮＬが右前輪ＷＦＲの回転数ＮＲに対して増速されると、図４に斜線を施した矢印で示したように、旋回内輪である右前輪ＷＦＲのトルクの一部を旋回外輪である左前輪ＷＦＬに伝達することができる。

実際には、モータ・ジェネレータＭＧは回転不能に拘束されることはなく、第３サンギヤ１９から入力される駆動力で回生制動され、その制動力で第３ピニオン１５の回転を減速する。その結果、第３ピニオン１５の回転数の減速に応じて左前輪ＷＦＬの回転数ＮＬを右前輪ＷＦＲの回転数ＮＲに対して増速し、旋回内輪である右前輪ＷＦＲから旋回外輪である左前輪ＷＦＬに任意のトルクを伝達することができる。

（１）式および（２）式を比較すると明らかなように、第１ピニオン１３、第２ピニオン１４、第３ピニオン１５、第１サンギヤ１７、第２サンギヤ１８および第３サンギヤ１９の歯数を前述の如く設定したことにより、左前輪ＷＦＬから右前輪ＷＦＲへの増速率（約１．１５４）と、右前輪ＷＦＲから左前輪ＷＦＬへの増速率（約１．１５６）とを略等しくすることができる。

トルク配分機構Ａの作動に伴うモータ・ジェネレータＭＧの回生制動により発生した電力はバッテリＢに充電される。

このように、キャリヤ部材１１および第３サンギヤ１９（つまり第３ピニオン１５）を制動するエネルギーを熱として捨てることなく、モータ・ジェネレータＭＧの回生制動により電気エネルギーとして回収するので、エネルギーの利用効率が向上する。しかも左右のクラッチＣＬ，ＣＲとして電磁クラッチを使用して油圧クラッチを使用しないので、エンジンＥの駆動力で常時油圧ポンプを駆動して油圧を発生させる場合に比べて、エンジンＥの燃料消費量を節減することができる。更に、油圧ポンプや、油圧ポンプが発生した油圧を調圧する調圧弁や、調圧弁で調圧した油圧を左右のクラッチＣＬ，ＣＲに選択的に供給するためのシフト弁が不要になり、部品点数を削減してコストダウンに寄与することができる。

エンジンＥが回転しているときに差動機構Ｄの外歯ギヤ３は常時回転状態にあるため、この外歯ギヤ３に遊星歯車機構２９の外歯ギヤ３５が噛合するため、エンジンＥの駆動力が遊星歯車機構２９に入力される。しかしながら、このとき駆動クラッチＣＤを係合解除してプラネタリキャリヤ３２を自由に回転できる状態にしておくことで、エンジンＥの駆動力がモータ・ジェネレータＭＧに入力されることはない。

図５に示すように、左右のクラッチＣＬ，ＣＲを係合解除した状態で駆動クラッチＣＤを係合し、バッテリＢに蓄電された電力でモータ・ジェネレータＭＧを駆動すると、モータ・ジェネレータＭＧのモータ軸２７の回転が遊星歯車機構２９で減速されて差動機構Ｄの外歯ギヤ３に入力されるため、モータ・ジェネレータＭＧの駆動力で車両を走行させたりエンジンＥの駆動力をアシストしたりできる。また車両の減速時に駆動クラッチＣＤを係合すれば、左右の車輪ＷＦＬ，ＷＦＲの回転が遊星歯車機構２９を介してモータ・ジェネレータＭＧに伝達されるので、モータ・ジェネレータＭＧを回生制動することで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。

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。

例えば、実施の形態では左右のクラッチＣＬ，ＣＲおよび駆動クラッチＣＤを電磁クラッチで構成しているが、電磁アクチュエータで作動するドグクラッチ等の噛み合い係合装置で構成しても良い。

また実施の形態ではトルク配分機構Ａが左右の前輪ＷＦＬ，ＷＦＲ間でトルクを配分しているが、左右の後輪ＷＲＬ，ＷＲＲ間でトルクを配分するものであっても良い。

また車両の駆動源はエンジンＥに限定されず、電動モータであっても良い。

８ プラネタリキャリヤ（第１連結手段）
９Ｒ 右出力軸（一方の回転軸）
９Ｌ 左出力軸（他方の回転軸）
１１ キャリヤ部材
１３ 第１ピニオン
１４ 第２ピニオン
１５ 第３ピニオン
１６ ３連ピニオン部材
１７ 第１サンギヤ（第１連結手段）
１８ 第２サンギヤ（第２連結手段）
Ａ トルク配分機構（トルク伝達手段）
ＣＲ 右クラッチ（第１制動手段）
ＣＬ 左クラッチ（第２制動手段）
ＭＧ モータ・ジェネレータ（回生モータ）

Claims (1)

1. ２つの回転軸（９Ｌ，９Ｒ）間に相互にトルク伝達可能なトルク伝達手段（Ａ）を設けた車両用動力伝達装置であって、
   一方の回転軸（９Ｒ）まわりに回転可能に支持されたキャリヤ部材（１１）と、
   相互に異なるピッチ円を有する第１ピニオン（１３）、第２ピニオン（１４）および第３ピニオン（１５）を相互に相対回転不能に備えて前記キャリヤ部材（１１）に回転可能に支持された複数の３連ピニオン部材（１６）と、
   前記第１ピニオン（１３）を他方の回転軸（９Ｌ）に連結する第１連結手段（１７，８）と、
   前記第２ピニオン（１４）を前記一方の回転軸（９Ｒ）に連結する第２連結手段（１８）と、
   前記第３ピニオン（１５）に制動力を付与して前記他方の回転軸（９Ｌ）を前記一方の回転軸（９Ｒ）に対して増速する第１制動手段（ＣＲ）と、
   前記キャリヤ部材（１１）に制動力を付与して前記一方の回転軸（９Ｒ）を前記他方の回転軸（９Ｌ）に対して増速する第２制動手段（ＣＬ）とを備えるものにおいて、
   回生制動力を発生する回生モータ（ＭＧ）を備え、
   前記第１制動手段（ＣＲ）は前記第３ピニオン（１５）の回転を前記回生モータ（ＭＧ）に伝達し、前記第２制動手段（ＣＬ）は前記キャリヤ部材（１１）の回転を前記回生モータ（ＭＧ）に伝達することを特徴とする車両用動力伝達装置。

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