JP2016217430A - ドライブシャフト、及びそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の車両の構成に大幅な変更を加えることなく、安価に車両の走行性能及び燃費性能を高めること。【解決手段】、一端側に摺動式等速ジョイント２１が設けられ、駆動源の駆動力を左右の車輪３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬに伝達するドライブシャフト２０ＦＲ、２０ＦＬ、２０ＲＲ、２０ＲＬにおいて、摺動式等速ジョイント２１のアウターレース２４に、左右の車輪３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬの差動を制限する電動式の差動制限装置４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬを設けたことを特徴とするドライブシャフトを構成する。摺動式等速ジョイント２１のアウターレース２４に差動制限装置４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬを設けることにより、従来の車両１の構成に大幅な変更を加えることなく、車輪３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬの回転制御を行なうことができ、車両１の走行性能及び燃費性能を高めることができる。【選択図】図２

Description

この発明は差動制限装置付きのドライブシャフト、そのドライブシャフトを備えた車両、及び車両の走行制御方法に関する。

車両がカーブを曲がるとき、内側の車輪（以下、内輪と称する。）と外側の車輪（以下、外輪と称する。）との間に回転速度の差が生じる。この差を吸収しつつ、エンジン等の動力源からのトルクを内外輪に均等に振り分けるために、ディファレンシャルギアが用いられる。ディファレンシャルギアは、ファイナルドリブンギア、デフケース、デフピニオン、デフピニオンシャフト、及びデフサイドギアを備えている。

デフケースの内側にデフピニオンシャフトが固定され、このデフピニオンシャフトにはデフピニオンが設けられている。すなわち、デフピニオンは、デフケースとともに回転（公転）しつつ、デフピニオンシャフトの軸周りに回転（自転）することができるようになっている。デフケースの外側には、プロペラシャフトによって軸周りに回転するファイナルドライブギアと噛み合うファイナルドリブンギアが設けられている。デフケース内には、デフピニオンと噛み合う左右一対のデフサイドギアが設けられ、各デフサイドギアは左右のドライブシャフトに接続されている。駆動源からファイナルドリブンギアに入力された駆動力は、このディファレンシャルギアによって左右の車輪に分配される。

左右の車輪が路面から受ける抵抗が等しいときは、デフピニオンは自転することなくデフケースとともに公転し、デフサイドギア、ドライブシャフトに駆動力を均等に伝達する。その一方で、旋回時等のように路面からの抵抗が、内輪の方が大きく外輪の方が小さいときは、抵抗が大きい内輪側のデフサイドギアが遅く回転しようとしてデフピニオンを押し返すことにより、デフピニオンが自転する。デフピニオンが自転すると、デフピニオンに噛み合う外輪側のデフサイドギアの回転がデフピニオンの自転速度分だけ増速される。この結果、旋回中心からの距離（半径）が大きい外輪の方が内輪よりも早く回転し、車両の高い旋回性能を確保することができる。

一般的なドライブシャフトは、シャフト、及びシャフトの両端に設けられる等速ジョイントを備えている。この等速ジョイントとして、車輪との連結側には、転舵とともに所定の差動角をとることができる固定式等速ジョイントが、ディファレンシャルギアとの連結側には、軸方向に摺動し、サスペンションの動きに伴う軸方向の変位及び角度を吸収する摺動式等速ジョイントが、それぞれ採用されることが多い。ディファレンシャルギアからの回転駆動力を、摺動式等速ジョイント、シャフト、及び固定式等速ジョイントを介して車輪側に伝達することによって、車輪を回転させることができる。

しかし、ディファレンシャルギアには、一方の車輪が脱輪したときや、左右の車輪の路面に対する摩擦係数が大きく異なるときに、負荷の小さい車輪（脱輪した車輪や、路面との摩擦係数が小さい方の車輪）の方に駆動力が分配される一方で、負荷の大きい車輪（脱輪していない方の車輪や、路面との摩擦係数が大きい方の車輪）に駆動力が分配されなくなり、車両の走行に支障を来たすという問題がある。

この問題を解決すべく、ディファレンシャルギアに差動制限装置を併設する場合がある。この差動制限装置（以下、適宜ＬＳＤと略する。）は、機械的に作動範囲を制限する（リミットを設ける）ものであり、左右の車輪のトルク差に基づいて作動するもの（トルク感応型ＬＳＤ）や、左右の車輪の回転数差に基づいて作動するもの（回転差感応型ＬＳＤ）がある。この差動制限装置は、トルク差や回転数差に基づいて、単に機械的に作動範囲を制限するものであって、左右の車輪への駆動力を任意の割合で分配するものではない。

そこで、左右の車輪への駆動力の分配を任意の割合で伝達する一方で、ディファレンシャルギアの回転を効率的に制限する手段として、例えば特許文献１に示す連結装置が採用されることがある。この連結装置は、一対の遊星歯車機構、駆動源、及びブレーキ手段を備えており、左右の車輪をそれぞれ駆動する一対のドライブシャフトの間に設けられている。

各遊星歯車機構は、サンギアと、プラネタリギアと、プラネタリギアを支持するプラネタリキャリアと、リングギアとを備えている。各遊星歯車機構のリングギアは、中間軸を介して互いに連結されている。また、各遊星歯車機構のサンギアと駆動源、及びプラネタリキャリアと左右の車輪がそれぞれ連結されており、サンギア及びプラネタリキャリアを介して、左右の車輪に駆動源の駆動力を伝達するようになっている。

ブレーキ手段は、中間軸に設けられており、このブレーキ手段が作動することによって、リングギアの軸周りの回転が阻止される。車両の発進時に、ブレーキ手段を作動させてリングギアの回転を阻止することによって、このリングギアを反力受けとして機能させることができ、駆動源からの駆動力を左右の車輪に伝達することが可能となる。その一方で、発進後は、ブレーキ手段を解除してリングギアの軸周りの回転を許容するとともに、左右の駆動源を停止することによって、減速ギア列を介して駆動源に接続されたサンギアを反力受けとして機能させることができる。このとき、駆動源は発電機として左右の車輪を回生制動する作用を発揮し、この駆動源とプラネタリキャリア及びリングギアを介して接続された左右の車輪の差動を抑制して直進安定性を高めることが可能となる。

また、車両の旋回時においては、外輪となる車輪側の駆動源を正転させる一方で、内輪となる車輪側の駆動源を逆転させる。これにより、外輪が増速される一方で内輪が減速され、高い旋回性能を確保することができる。

特許第３１３８７９９号公報

特許文献１に記載の連結装置は、従来の車両に一般的に採用されているディファレンシャルギアに置き換えて採用されるものであり、従来の車両に搭載するためには、車両の大幅な設計変更が必要となる。また、この連結機構は、エンジン等の主駆動源との間の駆動力伝達機構を有していないため、駆動力伝達機構を有しない従動輪にしか適用できない。このため、十分な発進アシスト機能を発揮させるために、特に重量の大きな車両に適用する場合には、大きな駆動力を有する駆動源を用いる必要があり、車両の製造コストが増大する問題がある。

そこで、この発明は、従来の車両の構成に大幅な変更を加えることなく、安価に車両の走行性能及び燃費性能を高めることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明においては、一端側に摺動式等速ジョイントが設けられ、駆動源の駆動力を左右の車輪に伝達するドライブシャフトにおいて、前記摺動式等速ジョイントのアウターレースに、左右の車輪の差動を制限する電動式の差動制限装置を設けたことを特徴とするドライブシャフトを構成した。

このように、電動式の差動制限装置を採用したことにより、走行モード（発進、直進、旋回）に応じて、前後又は左右の車輪への駆動力の分配を任意に制御することができ、常に安定した走行状態を確保することができる。さらに、雪道や未舗装道路等のように、路面への車輪の接地状態や摩擦状態が常に変化する走行環境においても、左右の車輪の差動を適切に制限することができ、車両の発進時、直進走行時において高い走行性能を確保することができる。また、車両の旋回時において、ディファレンシャルギアの差動を制限又はアシストすることによって、旋回性能をさらに高めることもできる。

この差動制限装置は、一般的に用いられている摺動式等速ジョイントのアウターレースに設けられるので、従来の車両の構成に大幅な変更を加えることなく、車輪の回転制御を行なうことができ、車両の走行性能及び燃費性能を高めることができる。

前記構成においては、前記差動制限装置が、電動機と、前記電動機の出力軸の回転を減速して前記アウターレースに伝達する減速機構と、を備えた構成とすることができる。このように、電動機を設けることにより、左右の車輪のうち一方の車輪に電動機の駆動力を与えて、左右の車輪の駆動力に差を付けて、車両の走行性能を一層高めることができる。

前記減速機構を備えた構成においては、この減速機構が、サンギアと、プラネタリギアと、前記プラネタリギアを支持するプラネタリキャリアと、リングギアと、を備えた遊星歯車機構であって、前記出力軸と前記サンギアが一体となって軸周りに回転するとともに、前記アウターレースと前記プラネタリキャリアが一体となって軸周りに回転する構成とすることができる。このように減速機構を構成することにより、電動機からの駆動力及び回転を増速又は減速した上で、ドライブシャフトを介して車輪を適切な回転速度で駆動することができる。

前記各構成においては、車輪の回転に伴って前記出力軸を回転させることにより、前記電動機を発電機として機能させる構成とすることができる。このように、電動機に発電機機能をもたせることにより、発電時の回生制動により左右の車輪に適切な作動を与えることができるとともに、回生電力を電動機の駆動に利用することによってエネルギー効率を高め、車両の航続距離の延長を図ることができる。

駆動源の駆動力を前記各構成に示すドライブシャフトで伝達する車両を構成することができる。このドライブシャフトを採用することにより、従来の車両の構成に大幅な変更を加えることなく、車輪の回転制御を行なうことができ、走行性能及び燃費性能の高い車両を提供することができる。

また、上記の課題を解決するために、一端側に摺動式等速ジョイントが設けられ、電動機と、前記電動機の出力軸の回転を減速する減速機構と、を有する差動制限装置を備えたドライブシャフトによって車両の走行を制御する車両の走行制御方法において、車両の走行状態が、発進状態、直進状態、又は旋回状態のいずれであるかを判断する判断ステップと、走行状態が前記発進状態のときに、前後の車輪のうち回転速度が小さい方の車輪に対し、その車輪に対して前記電動機で駆動力をアシストする発進アシストステップと、走行状態が前記直進状態のときに、左右の車輪の回転速度差を低減させる安定制御ステップと、走行状態が前記旋回状態のときに、左右の車輪の回転速度を制御する旋回制御ステップと、を備え、前記減速機構で減速した回転駆動力の伝達が、前記摺動式等速ジョイントのアウターレースを介してなされることを特徴とする車両の走行制御方法を構成した。

この車両の走行制御方法によると、車両の走行状態（発進状態、直進状態、又は旋回状態）に合わせて、電動機の駆動力によって左右の車輪の回転制御を行なうことができ、車両を安定的に走行させることができる。

前記走行制御方法においては、前記発進アシストステップが、前後輪の回転速度及び目標車速を算出する速度算出ステップと、前後輪の回転速度差が予め決めた回転速度差閾値よりも大きく、かつ前後輪のうち回転速度が小さい方の車輪の回転速度が前記目標車速よりも小さいときに、前記電動機を駆動して回転速度が小さい方の車輪の回転をアシスト可能とするアシスト判断ステップと、を備えた構成とすることができる。

このように、発進アシストステップを構成することにより、回転速度が小さい方の車輪の回転をアシストして、スムーズな発進を確保することができるとともに、発進時の駆動力伝達効率を高めて、航続距離の延長を図ることができる。アシストされる車輪は、前輪又は後輪のいずれにしてもよい。

前記各走行制御方法においては、前記安定制御ステップが、左右の車輪の回転速度差を算出する速度差算出ステップと、前記回転速度差が予め決めた許容速度差閾値よりも大きいときに、左右の車輪に設けた電動機のうち、回転速度が大きい側の車輪の電動機を回生制動する回生ステップと、を備えた構成とすることができる。

このように、回転速度が大きい側の車輪を回生制動することにより、その車輪の回転速度が小さくなり、左右の車輪の回転速度差を小さくすることができる。この回転速度差を小さくすることにより、車両の高い直進安定性を確保することができる。この安定制御ステップは、車両の前輪又は後輪のいずれに採用してもよい。

前記各走行制御方法においては、前記旋回制御ステップが、旋回方向に対する内輪側と外輪側のそれぞれの車輪の回転速度の大小関係を比較する比較ステップと、内輪側の回転速度が外輪側の回転速度よりも大きいときに、内輪側の車輪の電動機を回生制動するとともに外輪側の車輪の電動機を駆動する差動制限ステップと、外輪側の回転速度が内輪側の回転速度よりも大きく、かつ内外輪の回転速度差が予め決めた内外輪の許容回転速度差閾値よりも大きいときに、内輪側の車輪の電動機を回生制動するとともに外輪側の電動機を駆動する旋回アシストステップと、を備えた構成とすることができる。

旋回時において、内輪側の車輪（内輪）の回転数が、外輪側の車輪（外輪）の回転数よりも大きいときは、例えば、スポーツ走行によって内輪が浮き上がり、路面と内輪との間でスリップが生じていると推定される。このときは、内輪が空転し、路面に設置している外輪には駆動力が伝達されない状態が生じ得る。このときは、内輪を回生制動して空転状態を解消するとともに、外輪に電動機の駆動力を伝達して、内外輪の差動を制限する。これにより、車両を安定的に旋回させることができる。

その一方で、外輪の回転数が、内輪の回転数よりも大きいときは、ディファレンシャルギアとしての機能は正常に発揮されているものの、内外輪の回転速度差が許容回転速度差閾値よりも大きいときは、ディファレンシャルギアの性能を越えた旋回走行がなされていると推定される。このときは、内輪を回生制動するとともに、外輪に電動機の駆動力を伝達して、ディファレンシャルギアによる内外輪の差動制限機能を補助する。これにより、車両を安定的に旋回させることができる。

この発明においては、一端側に摺動式等速ジョイントが設けられ、駆動源の駆動力を左右の車輪に伝達するドライブシャフトにおいて、前記摺動式等速ジョイントのアウターレースに、左右の車輪の差動を制限する電動式の差動制限装置を設けたことを特徴とするドライブシャフトを構成した。このように、摺動式等速ジョイントのアウターレースに差動制限装置を設けることにより、従来の車両の構成に大幅な変更を加えることなく、車輪の回転制御を行なうことができ、車両の走行性能及び燃費性能を高めることができる。

この発明に係るドライブシャフトを採用した車両の平面図 図１に示す車両の後輪側の駆動系において、プラネタリ型の差動制限装置を採用した態様を示す平面図 一般的なドライブシャフトを示す縦断面図 図１に示す車両の後輪側の駆動系において、プラネタリ型（クラッチ付き）の差動制限装置を採用した態様を示す平面図 図１に示す車両の後輪側の駆動系において、ダイレクト型の差動制限装置を採用した態様を示す平面図 図１に示す車両の後輪側の駆動系において、スター型の差動制限装置を採用した態様を示す平面図 図１に示す車両の後輪側の駆動系において、ソーラ型の差動制限装置を採用した態様を示す平面図 図１に示す車両の後輪側の駆動系において、多段型の差動制限装置を採用した態様を示す平面図 この発明に係る車両の走行制御方法の制御フローを示すフローチャート 図９に示す発進アシストステップの制御フローを示すフローチャート 図９に示す安定制御ステップの制御フローを示すフローチャート 図９に示す旋回制御ステップの制御フローを示すフローチャート

この発明に係るドライブシャフトを採用した車両１を図１に示す。本図中の白抜きの矢印が、車両１の前進方向を示している。この車両１は、駆動源２（モータ又はエンジン）と、駆動源２の駆動力を前輪３ＦＲ、３ＦＬ及び後輪３ＲＲ、３ＲＬに分配するセンターディファレンシャルギア１０Ｃと、センターディファレンシャルギア１０Ｃに接続され前後の車輪３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬに駆動力を伝達するプロペラシャフト４Ｆ、４Ｒと、プロペラシャフト４Ｆ、４Ｒによって伝達された駆動力を左右に分配するディファレンシャルギア１０Ｆ、１０Ｒと、ディファレンシャルギア１０Ｆ、１０Ｒによって左右に分配された駆動力を伝達するドライブシャフト２０ＦＲ、２０ＦＬ、２０ＲＲ、２０ＲＬと、ドライブシャフト２０ＦＲ、２０ＦＬ、２０ＲＲ、２０ＲＬに設けられた差動制限装置４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬと、差動制限装置４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬを駆動するインバータ５Ｆ、５Ｒと、駆動源２及びインバータ５Ｆ、５Ｒを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）６と、を備えている。各車輪３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬは、ドライブシャフト２０ＦＲ、２０ＦＬ、２０ＲＲ、２０ＲＬに接続されている。

この車両１には、要所に複数のセンサ（図示せず）が取り付けられており、センサによって得られた信号（パラメータ）はＥＣＵ６に送られる。ＥＣＵ６はこの信号に基づいて、駆動源２及びインバータ５Ｆ、５Ｒに制御信号を発する。

図１に示す車両１においては、前後のディファレンシャルギア１０Ｆ、１０Ｒともに差動制限装置４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬを設けたが、前後輪３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬの一方の前輪側ディファレンシャルギア１０Ｆのみに差動制限装置４０ＦＲ、４０ＦＬを設ける構成としてもよいし、後輪側ディファレンシャルギア１０Ｒのみに、差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬを設ける構成としてもよい。この差動制限装置４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬとして、トルク感応型ディファレンシャルギア（トルセンＬＳＤ）等のように機械式に差動を制限するタイプのディファレンシャルギアを採用するのが好ましい。

図１に示した車両１に搭載した後輪３ＲＲ、３ＲＬ側の駆動系を図２、図４〜図８を用いて説明する。図２はプラネタリ型、図４はクラッチ付きのプラネタリ型、図５はダイレクト型、図６はスター型、図７はソーラ型、図８は多段型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬをそれぞれ設けた態様をそれぞれ示す。

図２に示すように、プラネタリ型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬは、後述する減速機構４１（遊星歯車機構）のリングギア４５が、差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬのハウジング等の固定部（非回転部分）に固定された構成となっている。この駆動系を構成するディファレンシャルギア１０Ｒは、ファイナルドライブギア１１、ファイナルドリブンギア１２、デフケース１３、デフピニオン１４、デフピニオンシャフト１５、及びデフサイドギア１６Ｒ、１６Ｌから構成される。デフケース１３の内側にデフピニオンシャフト１５が固定され、このデフピニオンシャフト１５にはデフピニオン１４が設けられている。すなわち、デフピニオン１４は、デフケース１３とともに回転（公転）しつつ、デフピニオンシャフト１５の軸周りに回転（自転）することができるようになっている。

デフケース１３の外側には、プロペラシャフト４Ｒによって軸周りに回転するファイナルドライブギア１１と噛み合うファイナルドリブンギア１２が設けられている。デフケース１３内には、デフピニオン１４と噛み合う左右一対のデフサイドギア１６Ｒ、１６Ｌが設けられ、各デフサイドギア１６Ｒ、１６Ｌは左右のドライブシャフト２０ＲＲ、２０ＲＬに接続されている。駆動源２からファイナルドリブンギア１２に入力された駆動力は、ディファレンシャルギア１０Ｒによって左右の車輪３ＲＲ、３ＲＬに分配される。

左右の車輪３ＲＲ、３ＲＬが路面から受ける抵抗が等しいときは、デフピニオン１４は自転することなくデフケース１３とともに公転し、左右のデフサイドギア１６Ｒ、１６Ｌ及びドライブシャフト２０ＲＲ、２０ＲＬに駆動力を均等に伝達する。その一方で、旋回時等のように路面からの抵抗が、内輪の方が大きく外輪の方が小さいときは、抵抗が大きい内輪側のデフサイドギア１６Ｒ、１６Ｌが遅く回転しようとしてデフピニオン１４を押し返すことにより、デフピニオン１４が自転する。デフピニオン１４が自転すると、デフピニオン１４に噛み合う外輪側のデフサイドギア１６Ｒ、１６Ｌの回転が、デフピニオン１４の自転速度分だけ増速される。この結果、旋回中心からの距離（半径）が大きい外輪の方が内輪よりも早く回転し、車両１をスムーズに旋回することができる。

差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬは、減速機構４１と電動機４６から構成されており、後述するドライブシャフト２０ＲＲ、２０ＲＬの摺動式等速ジョイント２１のアウターレース２４に設けられている。左右の車輪３ＲＲ、３ＲＬを駆動するドライブシャフト２０ＲＲ、２０ＲＬ及び差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬは同一の部品で構成されている。

減速機構４１は、サンギア４２と、プラネタリギア４３と、プラネタリギア４３を支持するプラネタリキャリア４４と、リングギア４５とを備えた遊星歯車機構である。サンギア４２は、後述する電動機のロータ４７と一体に回転可能に連結されている。プラネタリキャリア４４は、後述する摺動式等速ジョイント２１のアウターレース２４と一体に回転可能に連結されている。これにより、電動機４６の回転軸の回転を減速するとともに駆動力を増幅し、減速機構４１に接続されたドライブシャフト２０ＲＲ、２０ＲＬを介して左右の車輪３ＲＲ、３ＲＬに駆動力を伝達している。逆に、車輪３ＲＲ、３ＲＬの回転及び駆動力を電動機４６に伝達することもできる。

電動機４６は、ロータ４７とステータ４８から構成される。上述したように、ロータ４７はサンギア４２と一体に回転可能に連結されている。ステータ４８のコイルに電流を供給することにより、コイルとロータ４７が有する永久磁石とが相互作用して、ロータ４７を軸周りに回転させることができる。ステータ４８は、差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬのハウジング等の固定部（非回転部分）に固定されている。

図３に示すように、ドライブシャフト２０ＲＲ、２０ＲＬは、摺動式等速ジョイント２１と、シャフト本体２２と、固定式等速ジョイント２３とを備えている。

摺動式等速ジョイント２１は、アウターレース２４、ローラ２５、スパイダー２６、ダストブーツ２７、及びブーツバンド２８から構成されたトリポード形の等速ジョイントである。アウターレース２４の内面側には、ドライブシャフト２０ＲＲ、２０ＲＬの軸方向に沿う３本の案内溝が形成されている。各案内溝には、スパイダー２６に保持されたローラ２５が一つずつ設けられている。このローラ２５は、その外周が案内溝に接した状態となっており、このローラ２５を保持するスパイダー２６を、アウターレース２４に対して軸方向に相対移動可能かつ軸周りに相対回転不能としている。スパイダー２６の中心には、シャフト本体２２との嵌合部が形成されており、スパイダー２６とシャフト本体２２は、軸方向に相対移動不能かつ軸周りに相対回転不能となっている。これにより、アウターレース２４に入力された回転を、ローラ２５及びスパイダー２６を介して、シャフト本体２２に伝達することができる。ここでは、トリポード型の摺動式等速ジョイント２１を示したが、ダブルオフセット型の摺動式等速ジョイントでも良い。

固定式等速ジョイント２３は、アウターレース２９、ボール３０、ボールケージ３１、インナーレース３２、ダストブーツ２７、及びブーツバンド２８から構成される。アウターレース２９の内面側には、シャフト本体２２の軸方向に対して球面状に湾曲する６本の案内溝が形成されている。各案内溝には、ボールケージ３１によって保持されたボール３０が一つずつ設けられている。インナーレース３２の中心には、シャフト本体２２との嵌合部が形成されており、シャフト本体２２に入力された回転を、インナーレース３２、ボール３０、及びアウターレース２９を介して、車輪３ＲＲ、３ＲＬに伝達することができる。

各ボール３０は、インナーレース３２の外周面に設けた球面状に湾曲した案内溝と、アウターレース２９の内周面に設けた球面状に湾曲した案内溝の両方に当接しており、案内溝内のボール３０の転動範囲内において、シャフト本体２２に対してアウターレース２９を所望の角度に傾斜させることができる。このように傾斜させた場合においても、ボール３０の中心を通る面が、シャフト本体２２及びアウターレース２９と同じ傾斜角度をなすため、等速性が確保される。固定式等速ジョイント２３のアウターレース２９の軸方向端部にはスプライン部３３が形成されており、図３には記載されていないが、このスプライン部３３にハブベアリングが取り付けられている。車輪３ＲＲ、３ＲＬには、このハブベアリングを介して駆動力が伝達される。

摺動式等速ジョイント２１及び固定式等速ジョイント２３には、路面から跳ね返った泥水等の異物が、各等速ジョイント２１、２３の内部に入り込むのを防止するとともに、内部に充填したグリースを保持するためのダストブーツ２７が設けられている。このダストブーツ２７の左右両端部には、ブーツバンド２８が設けられており、ダストブーツ２７による水密性をさらに高めている。

図４に示すように、図２に示したプラネタリ型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬに、クラッチ４９を設けた構成とすることもできる。このクラッチ４９は、摺動式等速ジョイント２１のアウターレース２４と、プラネタリキャリア４４との間に設けられている。差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬを機能させるときのみクラッチ４９を接続状態として、電動機４６のロータ４７とドライブシャフト２０ＲＲ、２０ＲＬを一体に回転させる一方で、電動機４６を駆動させる必要がないときは、クラッチ４９を切断状態として、差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬ（電動機４６及び減速機構４１）が車両１の走行抵抗になるのを防ぐことができる。

クラッチ４９を設ける代わりに、又はクラッチ４９を設けるとともに、電動機４６のロータ４７が有する永久磁石を励磁コイルとすることもできる。このように励磁コイルを用いれば、電動機４６を駆動しないときに励磁コイルへの電流の供給を遮断することにより、車両１の走行中の抵抗となるコギング力を除去することが可能となる。

図５に示すように、減速機構を用いずに、摺動式等速ジョイント２１のアウターレース２４に、電動機４６のロータ４７を直接設けた構成とすることもできる。このようにすることで、差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬの部品点数を減らして、製造コストの削減を図ることができる。

図６に示すように、スター型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬを採用することもできる。スター型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬは、遊星歯車機構のプラネタリキャリア４４が、差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬの固定部に固定された構成となっている。また、図７に示すように、ソーラ型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬを採用することもできる。ソーラ型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬは、遊星歯車機構のサンギア４２が、差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬの固定部に固定された構成となっている。ソーラ型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬにおいては、電動機４６のロータ４７とステータ４８の内外径方向の配置が、プラネタリ型及びスター型の差動制限装置４０ＲＲ、４０ＲＬにおけるそれらの配置とは逆になっている。

さらに、図８に示すように、遊星歯車機構の代わりに複数のギアを多段に配置した多段式減速機５０を採用することもできる。この減速機構４１は例示的なものであって、電動機４６の回転軸の回転を所定の回転速度に減速する機能を有するものであれば、これらに代えて適宜採用することができる。

この発明に係る車両の走行制御方法の制御フローを示すフローチャートを図９に示す。この制御フローにおいては、まず、車両が発進状態か（本図中の符号Ｓ１１）、直進状態か（本図中の符号Ｓ１２）、又は旋回状態か（本図中の符号Ｓ１３）が順次判断される。この判断は、車両の要所に設けられた複数のセンサ（図示せず）によって得られた信号（パラメータ）が電子制御ユニット（ＥＣＵ）に送られ、この信号に基づいてＥＣＵが所定の演算を行うことによりなされる。車両が発進状態であると判断されたとき（符号Ｓ１１のＹＥＳ側）は、発進アシストステップ（本図中の符号Ｓ２０）に、直進状態であると判断されたとき（符号Ｓ１２のＹＥＳ側）は、安定制御ステップ（本図中の符号Ｓ３０）に、旋回状態であると判断されたとき（符号Ｓ１３のＹＥＳ側）は、旋回制御ステップ（本図中の符号Ｓ４０）に、それぞれ移行する。各ステップが終了すると、エンド状態となる（本図中の符号Ｓ１４）。

図１０に発進アシストステップ（本図中の符号Ｓ２０）の詳細を示す。発進アシストステップにおいては、まず、前後輪の回転速度Ｖ_Ｆ、Ｖ_Ｒ及び車両の目標車速Ｖを算出する（速度算出ステップ。本図中の符号Ｓ２１）。次に、前後輪の回転速度差Ｖ_Ｆ−Ｖ_Ｒが、予め決めた回転速度差閾値ΔＶ_ＦＳよりも大きく、かつ前後輪のうち回転速度が小さい方の車輪の回転速度Ｖ_Ｆ、Ｖ_Ｒが目標車速Ｖよりも小さいかどうかを判断する（アシスト判断ステップ。本図中の符号Ｓ２２）。

この条件を満たさないとき（符号Ｓ２２のＮＯ側）は、前後輪の速度差がほとんどなく、スムーズに加速がなされているか、又は、発進アシストが不要な程度まで速度が上がっていると判断されるため、電動機を停止して発進アシストをＯＦＦ状態とする（本図中の符号Ｓ２６）。その一方で、この条件を満たすとき（符号Ｓ２２のＹＥＳ側）は、前輪の回転速度に対して後輪の回転速度が小さい、すなわち前輪がスリップしており、しかも速度が十分に上がっていない状態であるため、発進アシストが必要であると判断される。この場合は、ブレーキがＯＦＦ状態か（本図中の符号Ｓ２３）、及び、駐車ブレーキがＯＦＦ状態か（本図中の符号Ｓ２４）について順次判断される。運転者が減速の意志を有している（ブレーキ操作を行っている）場合には、発進アシストが不要であるためである。

さらに、リバースギアが接続ＯＦＦ状態にあるかどうかが判断される（本図中の符号Ｓ２５）。接続ＯＦＦ状態のときは（符号Ｓ２５のＹＥＳ側）、電動機を正転して前進方向の発進アシストを行う（本図中の符号Ｓ２７）。その一方で、接続ＯＮ状態のときは（符号Ｓ２５のＮＯ側）、電動機を逆転して後退方向の発進アシストを行う（本図中の符号Ｓ２８）。発進アシストが終了すると、エンド状態となる（本図中の符号Ｓ１４）。なお、本図においては、発進時に前輪がスリップし得る場合の制御フローを示したが、後輪がスリップし得る場合についても、同様の制御フローを適用することができる。

図１１に安定制御ステップ（本図中の符号Ｓ３０）の詳細を示す。安定制御ステップにおいては、まず、左右の車輪（本フローチャートでは後輪）の回転速度Ｖ_ＲＲ、Ｖ_ＲＬの回転速度差ΔＶ_Ｒを算出する（速度差算出ステップ。本図中の符号Ｓ３１）。次に、この回転速度差ΔＶ_Ｒの絶対値が、予め決めた許容速度差閾値ΔＶ_ＲＳよりも大きいかどうかを判断する（安全性判断ステップ。本図中の符号Ｓ３２）。

回転速度差ΔＶ_Ｒが、許容速度差閾値ΔＶ_ＲＳ以下のときは、車両が安定的に直進していると判断できる。このため、左右の車輪に回生制動を行うことなく、車両が直進状態かどうかの判断（本図中の符号Ｓ１２）に戻る（符号Ｓ３２のＮＯ側）。その一方で、回転速度差ΔＶ_Ｒが、許容速度差閾値ΔＶ_ＲＳよりも大きいとき（符号Ｓ３２のＹＥＳ側）は、左右一方の車輪がスリップしており、車両の走行状態が不安定になっていると判断できる。このため、電動機を発電機として回生制動することによって、スリップしている一方側の車輪の回転速度を低下させ、左右の車輪の回転速度差ΔＶ_Ｒを小さくする。これにより、車両を安定的に直進させることができるとともに、ディファレンシャルギアの作用によって、スリップが生じている車輪側（路面からの抵抗が小さい車輪側）に駆動力が逃げるのを防止することができる。

左右一方の車輪がスリップしていると判断されるときは、右側の車輪の回転速度Ｖ_ＲＲと、左側の車輪の回転速度Ｖ_ＲＬを比較し（本図中の符号Ｓ３３）、右側の車輪の回転速度Ｖ_ＲＲの方が大きいとき（符号Ｓ３３のＹＥＳ側）は、右側の車輪に対して回生制動を行う（回生ステップ。本図中の符号Ｓ３４）。その一方で、左側の車輪の回転速度Ｖ_ＲＬの方が大きいとき（符号Ｓ３３のＮＯ側）は、左側の車輪に対して回生制動を行う（回生ステップ。本図中の符号Ｓ３５）。回生ステップが終了すると、エンド状態となる（本図中の符号Ｓ１４）。なお、本図においては、後輪に回転速度差が生じた場合の制御フローを示したが、前輪に回転速度差が生じた場合や、前後輪ともに回転速度差が生じた場合についても、同様の制御フローを適用することができる。

図１２に旋回制御ステップ（旋回方向確認ステップ。本図中の符号Ｓ４０）の詳細を示す。旋回制御ステップにおいては、まず、ステアリングの操舵角や車両に設けられた加速度センサによって車両の旋回方向（右又は左）が確認される（本図中の符号Ｓ４１）。次に、操舵輪のうち旋回方向内側の車輪（以下、内輪と称する。）の回転速度Ｖ_ｉｎと、旋回方向外側の車輪（以下、外輪と称する。）の回転速度Ｖ_ｏｕｔの大小関係を比較する（比較ステップ。本図中の符号Ｓ４２）。

内輪の回転速度Ｖ_ｉｎの方が外輪の回転速度Ｖ_ｏｕｔよりも大きいとき（符号Ｓ４２のＹＥＳ側）は、旋回時の遠心力によって内輪が浮き上がり、スリップが生じていると判断できる。このときは、内輪側の電動機を発電機として回生制動することによって、内輪の回転速度を低下させるとともに、外輪側の電動機を正転させる（差動制限ステップ。本図中の符号Ｓ４５）。これにより、左右のディファレンシャルギアの差動を制限して、路面からの抵抗が小さい車輪がスリップしたときに、その車輪に駆動力が逃げるのを防止することができる。

その一方で、内輪の回転速度Ｖ_ｉｎの方が外輪の回転速度Ｖ_ｏｕｔよりも小さいとき（符号Ｓ４２のＮＯ側）は、ディファレンシャルギアが正常に機能していると判断できる。このときは、外輪の回転速度Ｖ_ｏｕｔと、内輪の回転速度Ｖ_ｉｎの回転速度差Ｖ_ｏｕｔ−Ｖ_ｉｎを計算し、この回転速度差Ｖ_ｏｕｔ−Ｖ_ｉｎと予め決めた内外輪の許容回転速度差ΔＶ_ＤＳとの大小関係を比較する（本図中の符号Ｓ４３）。内外輪の回転速度差Ｖ_ｏｕｔ−Ｖ_ｉｎの方が許容回転速度差ΔＶ_ＤＳよりも大きいとき（符号Ｓ４３のＹＥＳ側）は、車両の旋回状態が、ディファレンシャルギアの機能を超えていると判断できる。このときは、内輪側の電動機を発電機として回生制動することによって、内輪の回転速度を低下させるとともに、外輪側の電動機を正転させる（旋回アシストステップ。本図中の符号Ｓ４４）。これにより、ディファレンシャルギアの機能がアシストされ、車両をスムーズに旋回させることができる。このとき、一方の電動機の回生制動によって電力を、他方の電動機の駆動に用いることによって、高いエネルギー効率を維持しつつ、車両を安定的に旋回させることができる。旋回アシストステップ又は差動制限ステップが終了すると、エンド状態となる（本図中の符号Ｓ１４）。

その一方で、内外輪の回転速度差Ｖ_ｏｕｔ−Ｖ_ｉｎが許容回転速度差ΔＶ_ＤＳ以下のとき（符号Ｓ４３のＮＯ側）は、ディファレンシャルギアの機能によってスムーズに車両が旋回しており、旋回アシストは不要であるといえる。このため、旋回アシストを行うことなく、車両が旋回状態かどうかの判断（本図中の符号Ｓ１３）に戻る。

なお、上記の実施形態はあくまでも一例であって、従来の車両の構成に大幅な変更を加えることなく、安価に車両の走行性能及び燃費性能を高める、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、差動制限装置の構成や制御ステップの構成を適宜変更することが許容される。

１ 車両
２ 駆動源
３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬ 車輪（前輪、後輪）
４Ｆ、４Ｒ プロペラシャフト
５Ｆ、５Ｒ インバータ
６ 電子制御ユニット
１０Ｃ センターディファレンシャルギア
１０Ｆ、１０Ｒ ディファレンシャルギア
１１ ファイナルドライブギア
１２ ファイナルドリブンギア
１３ デフケース
１４ デフピニオン
１５ デフピニオンシャフト
１６Ｒ、１６Ｌ デフサイドギア
２０ＦＲ、２０ＦＬ、２０ＲＲ、２０ＲＬ ドライブシャフト
２１ 摺動式等速ジョイント
２２ シャフト本体
２３ 固定式等速ジョイント
２４ （摺動式等速ジョイントの）アウターレース
２５ ローラ
２６ スパイダー
２７ ダストブーツ
２８ ブーツバンド
２９ （固定式等速ジョイントの）アウターレース
３０ ボール
３１ ボールケージ
３２ インナーレース
３３ スプライン部
４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬ 差動制限装置
４１ 減速機構
４２ サンギア
４３ プラネタリギア
４４ プラネタリキャリア
４５ リングギア
４６ 電動機
４７ ロータ
４８ ステータ
４９ クラッチ
５０ 多段減速機

Claims (5)

1. 一端側に摺動式等速ジョイント（２１）が設けられ、駆動源（２）の駆動力を左右の車輪（３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬ）に伝達するドライブシャフトにおいて、
   前記摺動式等速ジョイント（２１）のアウターレース（２４）に、左右の車輪（３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬ）の差動を制限する電動式の差動制限装置（４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬ）を設けたことを特徴とするドライブシャフト。
2. 前記差動制限装置（４０ＦＲ、４０ＦＬ、４０ＲＲ、４０ＲＬ）が、電動機（４６）と、前記電動機（４６）の出力軸の回転を減速して前記アウターレース（２４）に伝達する減速機構（４１）と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のドライブシャフト。
3. 前記減速機構（４１）が、サンギア（４２）と、プラネタリギア（４３）と、前記プラネタリギア（４３）を支持するプラネタリキャリア（４４）と、リングギア（４５）と、を備えた遊星歯車機構であって、前記出力軸と前記サンギア（４２）が一体となって軸周りに回転するとともに、前記アウターレース（２４）と前記プラネタリキャリア（４４）が一体となって軸周りに回転することを特徴とする請求項２に記載のドライブシャフト。
4. 車輪（３ＦＲ、３ＦＬ、３ＲＲ、３ＲＬ）の回転に伴って前記出力軸を回転させることにより、前記電動機（４６）を発電機として機能させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のドライブシャフト。
5. 駆動源（２）の駆動力を請求項１から４のいずれか１項に記載のドライブシャフトを介して車輪に伝達するようにしたことを特徴とする車両。

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