JP2010528240A - トルク伝達装置及びシステム - Google Patents

Abstract

自動車用装置が提供される。この装置は、トルクを供給するための入力軸と、前記トルクを選択的に伝達するように構成されたクラッチと、前記クラッチに連結される第１ギアと、この第１ギアに連結される第２ギアとを含む。第２ギアは、装置に固定され、回転が規制されている。この装置は、更に、トルクを受け取る出力軸を含み、この出力軸に伝達されたトルク量を制御するように構成されている。

Description

本発明は、一般的に、ごく一部の駆動系トルクをクラッチ操作することによって、全体の駆動系トルクを伝達する自動車用装置に関する。

自動車は、多数の異なる道路面上で運転される。異なる道路面は、異なる摩擦係数を有する。ドライバーは、異なる道路面に移動するとき、制御が遅れることがある。例えば、ドライバーは、変化する道路面で、オーバーステアあるいは過度の調整を行うこともある。
前輪と後輪との回転差により、スリップ状態又は牽引損失を引き起こすことがある。タイヤの適合性基準では、前輪と後輪との回転差が５％程度の吸収に備えている。しかし、ある環境下では、後輪は、前輪よりも約６％早く回転することがある。その場合、タイヤの適合性基準に対応していない。ドライバーの制御を改善し、さらに、スリップ状態または牽引損失に対処するために、後輪に伝達されるトルク量を変えることができる。変化する道路面を検出することによって、自動車の後車軸に伝達されるトルクを制御する試みは、複雑である。

自動車の後車軸に伝達されるトルク量を調整する装置は、自動車の制御及び運転性能を改善し、かつスリップ状態または牽引損失を改善するために望ましい。この装置は、後輪へのトルクの増減を行うためのクラッチパックを含んでいる。

また、自動車の後車軸に伝達されるトルク量を制御及び管理するために、変化する道路面以外のパラメータを検出することによって制御することが可能な装置が望ましい。例えば、後輪速度および／または後輪速度と前輪速度間の速度差を検出することによって制御可能な装置は、自動車の制御及び運転性能を改善するために用いられる。

自動車用装置が提供される。この装置は、トルクを供給するための入力軸と、前記トルクを選択的に伝達するように構成されたクラッチと、前記クラッチに連結される第１ギアと、この第１ギアに連結される第２ギアとを含む。第２ギアは、装置に固定され、回転が規制されている。この装置は、更に、トルクを受け取る出力軸を含み、この出力軸に伝達されたトルク量を制御するように構成されている。

本発明の種々の特徴は、以下の詳細な記述から当業者であれば、制限されない実施例によって本発明の実施形態及びその特徴が例示されていることが明らかになるであろう。
本発明の実施形態は、例として、添付の図面を参照してここに説明される。

本発明の実施形態に従う装置の断面図である。 本発明の実施形態に従う装置のトルク経路を示す概略図である。 自動車の後車軸に増加するトルク及び本発明の実施形態に従う装置のクラッチ係合との間の関係を示す概略図である。 アンチロックブレーキ装置と本発明の実施形態に従う装置の間の相互作用を示す概略図である。

本発明の詳細な実施形態が参考としてここに示される。この例示は、添付の図面と共に説明される。本発明は、複数の実施形態に関連して記載されているが、本発明は、これらの実施形態に制限されることを意図するものではないことを理解してほしい。それとは逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲に具体化され又は定義されるように、本発明の技術的思想及び請求の範囲内に含まれる変形例、修正例、及び等価物を含むことを意図している。

図１を参照すると、本発明の実施形態に従う装置１０の断面図が示されており、この装置１０は、入力軸１２、クラッチ１４、第１ギア１６、第２ギア１８、及び出力軸２０を含む。第１ギア１６及び第２ギア１８は、遊星ギア組の要素を構成する。１つの実施形態において、図１に示すように、第１ギア１６及び第２ギア１８は、リングギアを構成する。しかし、第１ギア１６は、リングギア、太陽ギア、遊星ギア及びキャリアを含み、第２ギア１８は、リングギア、太陽ギア、遊星ギア及びキャリアを含んでいることが当業者であれば理解できるであろう。

装置１０の少なくとも一部は、例えば、１つの実施形態における自動車の駆動軸及び後部差動装置の間に配置される。装置１０は、種々の温度状態の下で作動するように構成することができる。自動車が前輪駆動形式である場合、装置１０は、自動車の後車軸に対する駆動軸内に広がっている。電流をクラッチに供給することによって、トルクは装置１０を介して後車軸に伝達される。クラッチ１４が完全に係合（例えば、ロックアップ時）されているとき、駆動系の全トルクは、自動車の後車軸に伝達され、その結果、装置１０が後車軸をオーバードライブさせる。１つの実施形態において、装置１０は、前車軸に比較して６％まで後車軸をオーバードライブさせることができる。クラッチ１４は、スリップし、これにより、実施形態において、後車軸に対して、０〜６％の相対的なオーバー速度量を制御する。自動車のパワートレイン制御モジュール（ＰＣＭ）がクラッチ１４の作動を制御する。このＰＣＭは、多くの入力を有し、自動車の４つの車輪上にそれぞれ速度センサを含んでいる。

入力軸１２は、トルクを供給するために設けられている。図１は、入力軸に連結可能な入力軸フランジの例を示す。実施形態において、入力軸１２は、電気モータによって回転される。入力軸１２は、ボールランプを用いるステップアップギアで駆動されるモータによって回転させることもできる。

本発明に従う装置は、いくつかの利点を備えている。例えば、この装置は、制御電流の約３アンペアまで制限なしで消費することができ、配給される馬力量に比較して比較的小さなモータが必要とされる。さらなる例では、装置１０は、制限なしで、約２．５アンペアの制御電流で、約１０４馬力またはそれ以上の馬力を与えることができる。

装置１０は、例えば、約２４Ｗの電力で、３００フィート・ポンド（４１．４９ｋｇ−ｍ）のトルクを与えることができる。図２を参照すると、入力軸１２によって供給されるトルクは、第１ギア１６と第２ギア１８の間に分割される。

図１に示すように、クラッチ１４は、トルクを選択的に伝達するように設けられている。クラッチ１４は、装置１０が出力軸２０に伝達されるトルク量を制御するように設けられている。クラッチ１４は、利用可能な（即ち、駆動系）トルクのごく一部を取り扱うように構成することができ、一方、利用可能な（即ち、駆動系）トルクの全てを取り扱うクラッチとして、機能的に等価な電力量を与えることもできる。

クラッチ１４は、以下で詳細に記載されかつ図２で示すように、ギア組（例えば、遊星）を介してトルクを分割することによって、利用可能なわずかなトルクを取り扱うことができる。駆動系トルクのごく一部を取り扱うための構成により、クラッチ１４は、車両パッキングの制約により対処するように適合または構成されている。即ち、本発明の実施形態に従って開示されているクラッチは、利用可能な駆動系トルクのすべてを取り扱うように構成されたクラッチよりもその寸法を小さくすることができる。

クラッチ１４の作動は、第１リングギア１６の回転速度を変えるように構成される。特に、クラッチ１４の作動は、クラッチ１４が係合しているとき、第１ギア１６の動き（即ち、回転）を停止させ、または、クラッチ１４が切り離されているとき、第１ギア１６の動き（即ち、回転）を可能にし又は容易にさせる。第１ギア１６の速度を変えることにより、入力軸１２の速度に対する出力軸２０の速度の比を変化させる。図３を参照すると、クラッチ１４が完全に係合しかつ第１ギア１６の動きが停止しているとき、利用可能な全てのトルクは、入力軸１２から出力軸２０に伝達される。その結果、装置１０を用いる自動車の前輪及び後輪に供給される速度差が最大に増加する。

さらに、図３において、クラッチ１４が完全に切り離され、そして、第１ギア１６の動きが自由になると、トルクは、入力軸１２から出力軸２０に伝達されなくなる。その結果、装置１０を用いる自動車の前輪及び後輪に供給された回転速度がほぼ同一となる。

従って、クラッチ１４の作動によって、装置１０は、何らのトルク、部分的なトルク、または利用可能な全てのトルクを、入力軸１２から出力軸２０に伝達することができない。自動車の後輪速度が自動車の前輪速度と異なるとき、クラッチ１４が切り離される（例えば、完全切り離しを含む）ように構成されており、スリップ状態または牽引損失の指示がなされる。本発明の実施形態に従って、クラッチ１４は、約５０ミリ秒以内に、完全な切り離しまたは完全な係合が行われる。

１つの実施形態において、装置１０は、ピニオンギア２２を含んでいる。ピニオンギア２２は、クラッチ１４に連結される。また、ピニオンギア２２は、第１ギア１６に係合するように構成される。特に、ピニオンギア２２は、第１ギア１６の付加的なギア歯の組にかみ合ったギア歯の組を有する。それゆえ、ピニオンギア２２は、クラッチ制御ギアとして作動する。

装置１０は、クラッチ１４に連結するように設けられた第１ギア１６を含む。第１ギア１６は、第１遊星ギア組の構成要素となる。図示するように、第１ギア１６は、リングギアを含む。しかし、第１ギア１６は、第１遊星ギア組のいくつかの要素を含むことが当業者であれば理解できるであろう。第１遊星ギア組は、第１リングギア１６、第１太陽ギア（例えば、入力軸１２と一体化した）、及び遊星ギア及び遊星キャリアの第１組２６を含んでいる。遊星ギアの第１組２６は、例えば、４つの遊星ギアを有する。この第１遊星ギア組は、第１ギア比を有する。第１ギア比は、第１遊星ギア組の直径によって決定される。実施形態において、第１リングギア１６は、クラッチ１４が完全係合にあるとき、回転しないように構成されている。クラッチ１４が完全係合すると、ピニオンギア２２の動き（即ち、回転）が停止される。そして、第１ギア１６の動きが停止する。実施形態において、クラッチ１４が完全に切り離しされるとき、第１ギア１６は回転するように構成されている。クラッチ１４が完全に切り離されるとき、ピニオンギア２２の動き（即ち、回転）が可能になり、そして、第１ギア１６の動きが可能になる。

装置１０は、第１ギア１６に連結するために設けられる第２ギア１８を含むことができる。第２ギア１８は、回転できないように装置１０に固定される。第２ギア１８は、第２遊星ギア組の構成要素である。図示するように、第２ギア１８は、リングギアを含む。しかし、第２ギア１８は、第２遊星ギア組のいくつかの要素を含むことが、当業者であれば、理解できるであろう。いいかえれば、第２ギア１８は、回転しないリングギアとなるが、第２遊星ギア組の他の要素が回転しないように構成できることが、当業者であれば理解できるであろう。実施形態において、第１、第２遊星ギア組は、共通のキャリア２８を介して直列に（即ち、連続して）連結することもできる。

第２遊星ギア組は、第２リングギア１８、第１太陽ギア（例えば、出力軸２０と一体化した）、及び遊星ギア及び遊星キャリアの第２組３２を含んでいる。遊星ギアの第２組３２は、例えば、４つの遊星ギアを有する。この第２遊星ギア組は、第２ギア比を有する。第２ギア比は、第２遊星ギア組の直径によって決定される。第１、第２のギア比は、実施形態において、機能的に等価である。第２ギア比は、実施形態において、第１ギア比よりも大きい。第２ギア比が、第１ギア比よりも大きい場合、そのとき、出力軸２０は、入力軸１２よりも回転が速くなる。これは、トルクのベクトル化(torque vectoring)と言い、ドライバーが自動車の制御を損なうことなくカーブをうまく通り抜ける際に、速度を増加させることができる。当業者であれば、第１、第２のギア比のいくつかの組合せが用いられかつ本発明の技術的思想及び請求の範囲内にあることが理解できるであろう。

出力軸２０は、入力軸１２によって供給されるトルクを受け取る。出力軸２０に伝達されるトルクは、装置１０に利用される自動車の後車軸の回転を増加させるために供給される。実施形態において、出力軸２０に伝達されるトルクは、例えば、図３に示すように、約６％まで自動車の後車軸の回転を増加させるように構成することができる。６％は、本発明の実施形態に従って詳細に述べられているが、当業者であれば、装置は、約６％異常または以下に自動車の後車軸の回転を増加させるように構成すること、および本発明の技術的思想及び請求の範囲内にあることも理解できるであろう。

本発明の実施形態に従って、装置１０を含むシステムは、自動車の車輪速度を検出する車輪速度センサ、または後車軸の速度に関してフィードバック量を与えるための別の手段を更に含んでいる。本発明の実施形態によれば、車輪速度センサは、後輪速度センサを含む。車輪速度センサから受け取られるフィードバック量により、出力軸２０に伝達されるトルク量が、クラッチ１４の係合または切離しによって、増加または減少される。実施形態において、車輪速度センサからのフィードバック量は、後輪の回転速度を増加させたことを示すとき、クラッチ１４は、出力軸２０と、及び最終的に、後輪が連結されている後車軸とに伝達されるトルク量を減少させるために、クラッチ１４が完全に切り離されるように構成することができる。

実施形態において、装置１０を含むシステムは、さらに、自動車の後輪と前輪との両方に対する車輪の速度に関するフィードバック量を与えるための車輪速度センサまたは他の手段とを含んでいる。両方の車輪速度センサは、前輪及び後輪の回転速度に関するフィードバック量を与えるために設けられている。別の実施形態では、装置１０を含むシステムは、自動車の４輪全ての速度に関してフィードバック量を与えるための車輪速度センサまたは他の手段をさらに含んでいる。自動車のＰＣＭは、入力として、自動車の少なくとも１つの車輪に対して少なくとも１つの速度センサを有する。１つの実施形態では、自動車のＰＣＭは、入力として、自動車の４輪に対して少なくとも１つの速度センサを有する。

このＰＣＭは、装置１０のクラッチ１４を制御する。前輪駆動系式では、装置１０は、後車軸への駆動軸内に設けられる。トルクは、装置１０のクラッチ１４に電流を供給することによって、装置１０を介して後車軸に伝達される。クラッチ１４が完全に係合（即ち、ロックアップ時）するとき、駆動系トルクの全体は、後車軸に伝達され、そして、装置１０は、たとえば、図３に示すように、前車軸に比較して約６％だけ後車軸をオーバードライブさせる。クラッチ１４は、スリップし、これにより、たとえば、図３に示すように、後車軸に対する０〜６％の相対的なオーバー速度量を制御する。

図４を参照すると、自動車のＰＣＭは、ステップ１００で後車軸の係合を必要とする状態を検出する。ＰＣＭによって検出され、後車軸の係合を必要とする状態は、牽引制御装置によって検出されるトルクのベクトル化、前輪タイヤのスリップ（即ち、車両が動けない）、または道路状態を含む。後車軸の係合を必要とするＰＣＭによって検出される状態は、また前輪と後輪の間の車輪速度における速度差があることを示すフィードバック量を与える、車輪速度センサ及び他の手段からのフィードバック量を含んでいる。１つの実施形態において、前輪と後輪の間の車輪速度における検出可能な速度差は、車輪速度の速度差を示すフィードバック量を発生させる。他の実施形態では、前輪と後輪の間の車輪速度の際が、予めまたは前もって設定された閾値に合致する場合に、車輪速度差を示すフィードバック量を発生させる。このようなフィードバック量は、スリップ状態または牽引損失を示している。このような状態が検出されると、電流が装置１０のクラッチに供給され、このクラッチが、係合（即ち、ロックアップ）される。これにより、利用可能な全てのトルクを伝達し、そして、ステップ１０２で後車軸をオーバー速度にさせる。

ステップ１０４において、適切な牽引を後輪が維持しているかどうかの決定がなされる。タイヤにおける適合性は、６％のオーバー速度状態での取扱いが可能である。ステップ１０４で両方の後輪が適切に牽引を維持する場合、ステップ１０６で示すように、車両は、全輪駆動形式となることができる。ＰＣＭが後車軸の駆動を要求する状態が補正され、更に全てのタイヤが牽引されることを決定した後、ＰＣＭは、クラッチ１４を切り離し、これにより、ステップ１０８で、如何なるトルクも後車軸に伝達されない。車両は、このとき、ステップ１１０で前輪駆動形式に戻ることになる。

ステップ１０４において、両方の後車軸が適切に牽引を維持できない場合、そして、ＰＣＭが１つまたは両方の後輪がスリップしたことを検出した場合、ＰＣＭは、クラッチ１４をスリップさせ、これにより、前車軸に対する後車軸のオーバー速度量を減少させ、そして、ステップ１１２で、利用可能な全てのトルクが後車軸に伝達される。ＰＣＭは、ステップ１１４において、クラッチ１４のスリップ量を制御することにより、後車軸のオーバー速度の大きさを制御することができる。両方の後輪が適切な牽引を維持するかどうかに関して、ステップ１０４に示すように、新しい決定がなされる。ステップ１０４において、両方の後輪が適切な牽引を維持している場合、そのときステップ１０６−１１０を完了させることができる。もしステップ１０４において、両方の後輪が適切な牽引を維持していない場合、そのときステップ１１２−１１４を完了させることができる。

本発明の実施形態によれば、装置１０は、アンチロックブレーキ装置に一体化または連結して用いるように構成することができる。アンチロックブレーキ装置は、例えば、トルクの伝達を制御し、また、自動車の右側から左側または左側から右側へのトルクの伝達を制御するのに役立つ。例えば、あるアンチロックブレーキ装置では、１つの車輪がロックされる場合、より多くのトルクが対抗する車輪に供給される。特に、アンチロックブレーキ装置は、自動車の左車輪と右車輪に加えるブレーキングトルクを変化させるための第１装置と、さらに、左車輪と右車輪が自動車の制動中を含む自動車の作動中にロックされるのを防止するため、第１装置を制御するコントローラとを含んでいる。このコントローラは、１つ以上の車輪がアンチロック制御下にあるかどうかを決定し、また、ロック動作を防止するために左車輪および／または右車輪の制動トルクを調整するために第１装置を制御することができる。アンチロックブレーキ装置は、装置１０と連結または一体化して使用することができる。アンチロックブレーキ装置と装置１０とは一緒に、自動車の左車輪と右車輪に加える制動トルクと、自動車の出力軸２０から車軸（即ち、後車軸）に選択的に伝達されるトルクとを制御することができる。

上述した本発明の特定の実施形態は、説明及び記述の目的のために提供されている。これらは、本発明が開示された正確な形式を包括し、あるいは限定することを意図するものではなく、種々の修正及び変形が、上記教示に照らして可能である。本発明の原理及びその実施例を説明するために、多くの実施形態が選択されかつ記載され、これにより、当業者であれば、特定の使用を考慮するのに適した種々の変形例を有する本発明および種々の実施形態に用いることができる。本発明の技術的思想は、ここに添付される請求項およびその等価物によって定められることを意図している。

１０：装置、１２：入力軸、１４：クラッチ、１６：第１ギア、１８：第２ギア、２０：出力軸、２２：ピニオンギア、

Claims (17)

1. 自動車用装置であって、
   トルクを供給するための入力軸と、
   前記トルクを選択的に伝達するためのクラッチと、
   該クラッチに連結される第１ギアと、
   該第１ギアに連結されかつ前記自動車用装置に固定されて回転が規制される第２ギアと、
   前記トルクを受け取るための出力軸を含み、
   前記出力軸に伝達されるトルク量を制御するように構成されていることを特徴とする装置。
2. 前記装置の少なくとも一部は、前記自動車の駆動軸と後部差動装置との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記第１ギアは、第１遊星ギア組の構成要素であり、前記第１遊星ギア組は、第１リングギア、第１太陽ギア、第１遊星ギア組、及び第１遊星キャリアを含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記第２ギアは、第２遊星ギア組の構成要素であり、前記第２遊星ギア組は、第２リングギア、第２太陽ギア、第２遊星ギア組、及び第２遊星キャリアを含んでいることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. トルクは、前記第１ギアと第２ギアに分割されることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記出力軸へのトルクの伝達は、前記自動車の後車軸の回転が約６％まで増加するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記クラッチは、利用可能なトルクのごく一部だけ取り扱うように構成され、前記利用可能な全てのトルクを取り扱うクラッチとして、機能的に等しい馬力を与えることを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 前記装置は、前記クラッチが完全に係合しているとき、利用可能な全てのトルクを伝達するように構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 前記第１ギアは、前記クラッチが完全に係合しているとき、回転しないように構成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
10. 前記装置は、前記クラッチが完全に離れるとき、トルクを伝達しないことを特徴とする請求項１記載の装置。
11. 前記第１ギアは、前記クラッチが完全に離れるとき、回転するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
12. 前記クラッチの作動は、前記第１ギアの速度を変えるように構成され、これにより、前記入力軸の速度に対する前記出力軸の速度との比を変えることを特徴とする請求項１記載の装置。
13. 前記クラッチは、前記自動車の後輪の速度が前輪の速度と異なるときに、離れるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
14. 前記出力軸に伝達されるトルク量は、車輪速度センサから受け入れたフィードバック量に相当することを特徴とする請求項１記載の装置。
15. 車輪速度センサからのフィードバック量が、前記自動車の後輪の速度が前輪の速度と異なることを示すときに、前記クラッチは、完全に離れるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
16. 前記自動車の右側から左側へ、また左側から右側へのトルクの移動を制御するためのアンチロックブレーキ装置を更に含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
17. 自動車の左車輪及び右車輪に加えるブレーキトルクを変えるための第１装置と、前記左車輪及び右車輪がロックするのを防止するため、前記第１装置を制御するコントローラと、第２装置と、を含む自動車用システムであって、
    前記第２装置は、トルクを供給するための入力軸と、
    前記トルクを選択的に伝達ためのクラッチと、
    このクラッチに連結される第１ギアと、
    前記第１ギアに連結され、かつ前記第２装置に固定されて回転が規制される第２ギアと、
    前記トルクを受け取るための出力軸とを含み、
    前記第２装置は、前記出力軸に伝達されるトルク量を制御するように構成され、
    前記自動車用システムが、前記自動車の左車輪と右車輪に加えたブレーキトルクと、前記出力軸から１つの車軸に伝達されるトルクとを制御することを特徴とする自動車用システム。
    

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