JP2013087859A - 車両のトランスファ - Google Patents

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Abstract

【課題】副減速機構、切替機構、及びセンターディファレンシャルを備えた車両のトランスファにおいて、トランスファ全体の軸方向長さが短いものを提供すること。
【解決手段】入力軸A1の回転速度よりも小さい回転速度で回転する中間回転体(CA1、CA3)の回転運動を発生する副減速機構と、「入力軸A1の回転速度と等しい回転速度で中間回転体が回転するHIGHモード」及び「前記副減速機構を利用して入力軸A1の回転速度よりも小さい回転速度で中間回転体が回転するLOWモード」を選択的に切り替える切替機構と、中間回転体の出力を第1、第2出力軸A2、A3に分配するセンターディファレンシャルと、が備えられる。中間回転体は、副減速機構を構成するプラネタリギヤ機構内のプラネタリキャリア(CA1)と、センターディファレンシャルを構成するプラネタリギヤ機構内のプラネタリキャリア(CA3)とが一体化された回転体である。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両のトランスファに関し、特に、動力源の出力が左右前輪及び左右後輪(4輪)に常時分配される4輪駆動車(所謂、フルタイム4WD車)のトランスファに関する。
従来より、車両のエンジン(変速機)の出力軸と接続される入力軸と、前記車両の左右前輪及び左右後輪のうちの一方と接続される第1出力軸と、前記車両の左右前輪及び左右後輪のうちの他方と接続される第2出力軸と、前記入力軸の回転運動を利用して前記入力軸の回転速度よりも小さい回転速度で回転する中間回転体の回転運動を発生する副減速機構と、前記入力軸の回転速度と等しい回転速度で前記中間回転体が回転する高速状態(HIGHモード)及び前記副減速機構を利用して前記入力軸の回転速度よりも小さい回転速度で前記中間回転体が回転する低速状態(LOWモード)を選択的に切り替える切替機構と、前記中間回転体の出力を前記第1出力軸及び第2出力軸に分配するセンターディファレンシャルと、を備えた車両(フルタイム4WD車)のトランスファが広く知られている(例えば、特許文献1を参照)。
図4は、この種のトランスファの代表的な構成の一例を示す。図4に示すトランスファでは、副減速機構がプラネタリギヤ機構によって構成されるとともに、センターディファレンシャルもプラネタリギヤ機構によって構成されている。副減速機構内のリングギヤRGは、図示しないハウジング(ケース)によって回転不能に固定されている。
切替機構内のスリーブSは、副減速機構内のサンギヤSGと一体で回転する(従って、入力軸A1と一体で回転する)ピースP1と、副減速機構内のプラネタリキャリアCAと一体で回転するピースP2と、中間回転体A4と一体で回転するハブHと係合可能、且つ、その軸方向の位置に応じてこれらとの係合状態が変化するようになっている。
具体的には、図5に示すように、スリーブSがピースP1及びハブHのみと係合する(スプライン嵌合する)位置にある場合、中間回転体A4が入力軸A1と等しい回転速度で回転する上記「HIGHモード」が得られる。この場合、エンジン(変速機)からの動力は、入力軸A1、サンギヤSG、ピースP1、スリーブS、ハブHを介して中間回転体A4へ伝達される(太い実線を参照)。中間回転体A4へ伝達された動力は、センターディファレンシャルの作用によって、左右後輪と接続される第1出力軸A2に分配される(太い実線を参照)とともに、左右前輪と接続される第2出力軸A3に分配される(太い破線を参照)。
一方、図6に示すように、スリーブSがピースP2及びハブHのみと係合する(スプライン嵌合する)位置にある場合、中間回転体A4が入力軸A1の回転速度よりも小さい回転速度で回転する上記「LOWモード」が得られる。この場合、エンジン(変速機)からの動力は、入力軸A1、サンギヤSG、複数のプラネタリギヤPG、プラネタリキャリアCA、ピースP2、スリーブS、ハブHを介して中間回転体A4へ伝達される(太い実線を参照)。中間回転体A4へ伝達された動力は、センターディファレンシャルの作用によって、第1出力軸A2に分配される(太い実線を参照)とともに、第2出力軸A3に分配される(太い破線を参照)。
ところで、図4に示したトランスファでは、軸方向において、副減速機構とセンターディファレンシャルとの間に切替機構が配置されている。従って、トランスファ全体の軸方向長さが、副変速機構、切替機構、及びセンターディファレンシャルのそれぞれの軸方向長さを積算した長さに基づいて決定される。この結果、トランスファ全体の軸方向長さ(全長)が比較的大きくなるという問題があった。
また、図4に示したトランスファでは、HIGHモード時、副減速機構内の複数のプラネタリギヤPGが動力伝達に関与しないにもかかわらず自転する。この結果、プラネタリギヤPGの自転に起因する摩擦損失が不可避的に発生するという問題もあった。
特開2002−321541号公報
本発明は、上記問題に対処するためのものであり、その目的は、副減速機構、切替機構、及びセンターディファレンシャルを備えた車両のトランスファにおいて、トランスファ全体の軸方向長さが短いものを提供することにある。
本発明による車両のトランスファでは、図4に示したトランスファと同様、副減速機構がプラネタリギヤ機構によって構成されるとともに、センターディファレンシャルもプラネタリギヤ機構によって構成される。本発明によるトランスファの特徴は、前記副減速機構を構成するプラネタリギヤ機構内のプラネタリキャリア(CA1)と、前記センターディファレンシャルを構成するプラネタリギヤ機構内のプラネタリキャリア(CA3)とが一体化されたことにある。この一体化によって得られる回転体は、前記中間回転体として機能する。
上記構成によれば、後に詳述するように、切替機構が副減速機構の径方向外側に配置され得るとともに、副減速機構とセンターディファレンシャルとが軸方向において一体に構成され得る。この結果、上述した図4に示したトランスファ(即ち、トランスファ全体の軸方向長さが、副変速機構、切替機構、及びセンターディファレンシャルのそれぞれの軸方向長さを積算した長さに基づいて決定されるトランスファ)に比して、トランスファ全体の軸方向長さ(全長)が短いトランスファを構成することができる。
加えて、後に詳述するように、上記構成によれば、HIGHモード時、副減速機構内の複数のプラネタリギヤが自転しない構成が採用され得る。この結果、プラネタリギヤの自転に起因する摩擦損失が発生しなくなり、トランスファ全体としての動力伝達効率が向上し得る。
本発明の実施形態に係るトランスファの軸方向の断面に対応するスケルトン図である。 HIGHモードにおける駆動トルクの伝達経路を示した図1に対応する図である。 LOWモードにおける駆動トルクの伝達経路を示した図1に対応する図である。 従来のトランスファの軸方向の断面に対応するスケルトン図である。 HIGHモードにおける駆動トルクの伝達経路を示した図4に対応する図である。 LOWモードにおける駆動トルクの伝達経路を示した図4に対応する図である。
以下、本発明の実施形態に係る車両のトランスファについて図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1に示すように、本発明の実施形態に係るトランスファは、入力軸A1と、第1出力軸A2と、第2出力軸A3とを備える。入力軸A1、第1出力軸A2、及び、第2出力軸A3は、ハウジング(図示せず)に固設された複数のベアリング(或いは、ブッシュ)等(図示せず)によって、互いに同軸的に回転可能にそれぞれ支持されている。
入力軸A1は、エンジンE/Gと接続された変速機(自動変速機、手動変速機等)の出力軸と接続され、入力軸A1と変速機の出力軸との間で動力伝達系統が形成されている。第1出力軸A2は、後輪側のディファレンシャル(図示せず)を介して左右後輪と接続され、第1出力軸A2と左右後輪との間で動力伝達系統が形成されている。第2出力軸A3は、チェーン、出力軸A4、並びに、前輪側のディファレンシャル(図示せず)を介して左右前輪と接続され、第2出力軸A3と左右前輪との間で動力伝達系統が形成されている。なお、前記チェーンに代えて、ギヤ列が出力軸A3、A4間に介装されてもよい。
このトランスファは、副減速機構と、切替機構と、センターディファレンシャルと、クラッチと、を備える。以下、これらについて順に説明していく。
副減速機構は、サンギヤSG1と、複数のプラネタリギヤPG1と、プラネタリキャリアCA1とを含んで構成されるプラネタリギヤ機構である。サンギヤSG1は、入力軸A1と同軸的且つ入力軸A1と一体で回転する外歯車(平歯車、或いは、はすば歯車、やまば歯車)である。各プラネタリギヤPG1は、サンギヤSG1と噛合し、「入力軸A1と平行且つサンギヤSG1より径方向外側に位置する軸」を中心軸として自転しながらサンギヤSG1の径方向外側で入力軸A1のまわりを公転する外歯車(平歯車、或いは、はすば歯車、やまば歯車)である。プラネタリキャリアCA1は、各プラネタリギヤPG1の中心軸と連結され、各プラネタリギヤPG1の公転運動の回転速度と等しい回転速度で入力軸A1と同軸的に回転する回転体である。この例では、プラネタリキャリアCA1が、前記「中間回転体」として機能する。
切替機構は、ピースP1と、ハブHと、スリーブSを含んで構成される。ピースP1は、入力軸A1と同軸的且つプラネタリキャリアCA1と一体で回転する回転体である。ハブHは、入力軸A1と同軸的且つ回転不能にハウジング(図示せず)に固定されている。ピースP1及びハブHの円筒外周部には、入力軸A1に対して同軸的に外スプラインがそれぞれ形成されている。
スリーブSは、入力軸A1と同軸的に回転可能、且つ、軸方向に移動可能に配置されている。スリーブSは、断付円筒状を呈していて、その小径側内周部及び大径側内周部には内スプラインがそれぞれ形成されている。スリーブSの大径側内周部は、複数のプラネタリギヤPG1の径方向外側でそれらと常時噛合している。スリーブSの軸方向位置に応じて、スリーブSの小径側内周部は、ピースP1又はハブHとスプライン嵌合可能となっている。スリーブSの軸方向位置は、図示しないアクチュエータによって制御される。
センターディファレンシャルは、サンギヤSG2と、サンギヤSG3と、複数のプラネタリギヤPG2と、プラネタリキャリアCA2と、複数の第3プラネタリギヤPG3と、プラネタリキャリアCA3とを含んで構成されるプラネタリギヤ機構である。
サンギヤSG2は、第1出力軸A2と同軸的且つ一体で回転する外歯車(平歯車、或いは、はすば歯車、やまば歯車)である。サンギヤSG3は、第2出力軸A3と同軸的且つ一体で回転する外歯車(平歯車、或いは、はすば歯車、やまば歯車)である。
各プラネタリギヤPG2は、サンギヤSG3と噛合し、「第2出力軸A3と平行且つサンギヤSG3より径方向外側に位置する軸」を中心軸として自転しながらサンギヤSG3の径方向外側で第2出力軸A3のまわりを公転する外歯車(平歯車、或いは、はすば歯車、やまば歯車)である。プラネタリキャリアCA2は、各プラネタリギヤPG2の中心軸と連結され、各プラネタリギヤPG2の公転運動の回転速度と等しい回転速度で第2出力軸A3と同軸的に回転する回転体である。
各プラネタリギヤPG3は、サンギヤSG2及び複数のプラネタリギヤPG2と噛合し、「第1出力軸A2と平行且つサンギヤSG2及び複数のプラネタリギヤPG2より径方向外側に位置する軸」を中心軸として自転しながらサンギヤSG2及び複数のプラネタリギヤPG2の径方向外側で第1出力軸A2のまわりを公転する外歯車(平歯車、或いは、はすば歯車、やまば歯車)である。
プラネタリキャリアCA3は、各プラネタリギヤPG3の中心軸と連結され、各プラネタリギヤPG3の公転運動の回転速度と等しい回転速度で第1出力軸A2と同軸的に回転する回転体である。プラネタリキャリアCA3は、プラネタリキャリアCA2と連結され一体で回転する。また、このプラネタリキャリアCA3は、プラネタリキャリアCA1と連結され一体で回転する。即ち、この例では、プラネタリキャリアCA1及びCA3(及びCA2)が、前記「中間回転体」として機能する。
クラッチは、第1、第2出力軸A2,A3の回転速度差を小さくする方向のトルク(以下、「スリップ制限トルク」と呼ぶ)を第1、第2出力軸A2,A3に付与可能となっている。スリップ制限トルクの大きさは、図示しないアクチュエータによって調整可能となっている。クラッチは、周知の構成の1つによって構成される多板クラッチであり、ここではその詳細な説明を省略する。
電子制御装置ECUは、このトランスファが搭載される車両の運転者により操作される「副変速機能」を達成するための操作部材(レバー等)の状態(位置)、車両の走行状態等に応じて、スリーブSの軸方向位置を調整するアクチュエータ(図示せず)、及び、クラッチが発生するスリップ制限トルクの大きさを調整するアクチュエータ(図示せず)を制御するようになっている。
(作用)
次に、上記のように構成されたトランスファの作動について説明する。スリーブSの軸方向位置は、図2、図3に示す2つの位置の何れかに選択的に調整される。以下、順に説明する。
スリーブSの軸方向位置が図2に示す位置(第1位置)に調整されると、スリーブSは、複数のプラネタリギヤPG1と噛合するとともにピースP1のみとスプライン嵌合する。以下、この状態を「HIGHモード」と呼ぶ。一方、スリーブSの軸方向位置が図3に示す位置(第2位置)に調整されると、スリーブSは、複数のプラネタリギヤPG1と噛合するとともにハブHのみとスプライン嵌合する。以下、この状態を「LOWモード」と呼ぶ。
<HIGHモード>
HIGHモードでは、スリーブSがプラネタリキャリアCA1と一体で回転する。即ち、サンギヤSG1の回転に対して複数のプラネタリギヤPG1が自転せずに公転する。従って、複数のプラネタリギヤPG1の公転速度(=プラネタリキャリアCA1の回転速度)がサンギヤSG1の回転速度と一致する。この結果、プラネタリキャリアCA1(=中間回転体)は、入力軸A1の回転速度と等しい回転速度で回転する。
図2に示すように、HIGHモードでは、エンジン(変速機)からの動力は、副減速機構内において、入力軸A1、サンギヤSG1、複数のプラネタリギヤPG1を介して、プラネタリキャリアCA1及びCA3(=中間回転体)へ伝達される(太い実線を参照)。中間回転体へ伝達された動力は、センターディファレンシャル内において、複数のプラネタリギヤPG3、サンギヤSG2を介して第1出力軸A2(従って、左右後輪)に分配される(太い実線を参照)とともに、複数のプラネタリギヤPG3、複数のプラネタリギヤPG2、サンギヤSG3を介して第2出力軸A3(従って、左右前輪)に分配される(太い破線を参照)。ここで、サンギヤSG2、SG3のギヤ径をそれぞれD2、D3とし、第1、第2出力軸に分配されるトルクをそれぞれTr、Tfとしたとき、Tf:Tr=(D3/(D2+D3)):(D2/(D2+D3))という関係が成立する。
<LOWモード>
LOWモードでは、スリーブSが回転しない。即ち、サンギヤSG1の回転に対して複数のプラネタリギヤPG1が自転しながら公転する。従って、複数のプラネタリギヤPG1の公転速度(=プラネタリキャリアCA1の回転速度)がサンギヤSG1の回転速度よりも小さくなる。この結果、プラネタリキャリアCA1(=中間回転体)は、入力軸A1の回転速度よりも小さい回転速度で回転する。
ここで、サンギヤSG1のギヤ径をD1、スリーブSの大径側内周部の内スプライン径をDsとしたとき、LOWモードでの減速比(CA1の回転速度に対するA1の回転速度の割合)は、「1+Ds/D1」と表わすことができる。なお、図3に示すように、入力軸A1から第1、第2出力軸A2、A3までの動力の伝達経路は、HIGHモードの場合と同じである。従って、センターディファレンシャルのトルク分配比率も、HIGHモードの場合と同じである。
このように、スリーブSの軸方向位置を制御することによって、副減速機構及び切替機構の作用によって、入力軸A1の回転速度と等しい回転速度で中間回転体(=CA1、CA3)が回転する高速状態(HIGHモード)と、入力軸A1の回転速度よりも小さい回転速度で中間回転体(=CA1、CA3)が回転する低速状態(LOWモード)とが選択的に実現され得る。加えて、センターディファレンシャルによって、中間回転体の出力が第1、第2出力軸A2,A3に常時分配される。
(作用・効果)
以上、説明した本発明の実施形態に係るトランスファにおいては、切替機構が副減速機構の径方向外側に配置される。加えて、副減速機構とセンターディファレンシャルのそれぞれのプラネタリキャリアCA1、CA3が一体化されることによって両者が軸方向において一体に構成される。この結果、上述した図4に示したトランスファ(即ち、トランスファ全体の軸方向長さが、副変速機構、切替機構、及びセンターディファレンシャルのそれぞれの軸方向長さを積算した長さに基づいて決定されるトランスファ)に比して、トランスファ全体の軸方向長さ(全長)が短いトランスファを構成することができる。
加えて、HIGHモード時、副減速機構内の複数のプラネタリギヤPG1が自転しない。この結果、プラネタリギヤPG1の自転に起因する摩擦損失が発生しない。従って、図4に示したトランスファ(即ち、HIGHモードにて、動力伝達に関与しないプラネタリギヤの自転に起因する摩擦損失が発生するトランスファ)に比して、全体としての動力伝達効率が向上し得る。
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、第1、第2出力軸A2、A3が左右後輪及び左右前輪にそれぞれ接続されているが、第1、第2出力軸A2、A3が左右前輪及び左右後輪にそれぞれ接続されていてもよい。また、上記実施形態では、クラッチが設けられているが、クラッチがなくてもよい。
A1…入力軸、A2…第1出力軸、A3…第2出力軸、SG1、SG2、SG3…サンギヤ、PG1、PG2、PG3…プラネタリギヤ、CA1、CA2、CA3…プラネタリキャリア、P1…ピース、H…ハブ、S…スリーブ、ECU…電子制御装置

Claims (2)

  1. 車両の動力源の出力軸との間で動力伝達系統が形成される入力軸(A1)と、
    前記車両の左右前輪及び左右後輪のうちの一方との間で動力伝達系統が形成される第1出力軸(A2)と、
    前記車両の左右前輪及び左右後輪のうちの他方との間で動力伝達系統が形成される第2出力軸(A3)と、
    前記入力軸の回転運動を利用して前記入力軸の回転速度よりも小さい回転速度で回転する中間回転体(CA1、CA3)の回転運動を発生する副減速機構と、
    前記入力軸の回転速度と等しい回転速度で前記中間回転体が回転する高速状態(HIGHモード)及び前記副減速機構を利用して前記入力軸の回転速度よりも小さい回転速度で前記中間回転体が回転する低速状態(LOWモード)を選択的に切り替える切替機構と、
    前記中間回転体の出力を前記第1出力軸及び第2出力軸に分配するセンターディファレンシャルと、
    を備えた車両のトランスファにおいて、
    前記副減速機構がプラネタリギヤ機構によって構成されるとともに、前記センターディファレンシャルもプラネタリギヤ機構によって構成され、
    前記中間回転体は、前記副減速機構を構成する前記プラネタリギヤ機構内のプラネタリキャリア(CA1)と、前記センターディファレンシャルを構成する前記プラネタリギヤ機構内のプラネタリキャリア(CA3)とが一体化された回転体である、車両のトランスファ。
  2. 請求項1に記載の車両のトランスファにおいて、
    前記入力軸、前記第1出力軸、及び前記第2出力軸は互いに同軸的に配置され、
    前記副減速機構は、
    前記入力軸と同軸的且つ一体で回転する第1サンギヤ(SG1)と、
    それぞれが、前記第1サンギヤと噛合し、前記入力軸と平行であり且つ前記第1サンギヤより径方向外側に位置する軸を中心軸として自転しながら前記第1サンギヤの径方向外側で前記入力軸のまわりを公転する複数の第1プラネタリギヤ(PG1)と、
    前記各第1プラネタリギヤの中心軸と連結され前記各第1プラネタリギヤの公転運動の回転速度と等しい回転速度で前記入力軸と同軸的に回転する第1プラネタリキャリア(CA1)と、
    を備え、
    前記切替機構は、
    前記入力軸と同軸的且つ前記第1プラネタリキャリアと一体で回転する第1回転部材(P1)と、
    前記入力軸と同軸的且つ回転不能に配置された固定部材(H)と、
    前記入力軸と同軸的に回転可能に配置され、前記複数の第1プラネタリギヤ、前記第1回転部材、及び前記固定部材と係合可能、且つ、その軸方向の位置に応じてこれらとの係合状態が変化する移動部材(S)と、
    を備え、
    前記移動部材が第1位置にある場合、前記移動部材が前記複数の第1プラネタリギヤ、及び前記第1回転部材のみと係合して前記高速状態が達成され、
    前記移動部材が第2位置にある場合、前記移動部材が前記複数の第1プラネタリギヤ、及び前記固定部材のみと係合して前記低速状態が達成されるように構成され、
    前記センターディファレンシャルは、
    前記第1出力軸と同軸的且つ一体で回転する第2サンギヤ(SG2)と、
    前記第2出力軸と同軸的且つ一体で回転する第3サンギヤ(SG3)と、
    それぞれが、前記第3サンギヤと噛合し、前記第2出力軸と平行であり且つ前記第3サンギヤより径方向外側に位置する軸を中心軸として自転しながら前記第3サンギヤの径方向外側で前記第2出力軸のまわりを公転する複数の第2プラネタリギヤ(PG2)と、
    前記各第2プラネタリギヤの中心軸と連結され前記各第2プラネタリギヤの公転運動の回転速度と等しい回転速度で前記第2出力軸と同軸的に回転する第2プラネタリキャリア(CA2)と、
    それぞれが、前記第2サンギヤ及び前記複数の第2プラネタリギヤと噛合し、前記第1出力軸と平行であり且つ前記第2サンギヤ及び前記複数の第2プラネタリギヤより径方向外側に位置する軸を中心軸として自転しながら前記第2サンギヤ及び前記複数の第2プラネタリギヤの径方向外側で前記第1出力軸のまわりを公転する複数の第3プラネタリギヤ(PG3)と、
    前記各第3プラネタリギヤの中心軸と連結され前記各第3プラネタリギヤの公転運動の回転速度と等しい回転速度で前記第1出力軸と同軸的に回転し、且つ、前記第2プラネタリキャリアと一体で回転する第3プラネタリキャリア(CA3)と、
    を備え、
    前記第1プラネタリキャリアと前記第3プラネタリキャリアとが一体化されて、前記中間回転体として一体で回転するように構成された、車両のトランスファ。
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