JP2016507713A - Ａｗｄ車両における流体式のディスクカップリングの作動方法およびディスクカップリング - Google Patents

Abstract

ＡＷＤ（全輪駆動）車両における、作動用の流体シリンダーを有する非連結の流体式のディスクカップリング（４）が迅速に連結または係合される。そのために、連結段階の間で、シリンダー（１４）における有効なピストン領域が縮小される。【選択図】図３

Description

本発明は、ＡＷＤ（全輪駆動）車両における、作動用の流体シリンダーを有する非連結の流体式のディスクカップリングを迅速に連結または係合する方法に関する。本発明はまた、ＡＷＤ車両用のカップリングに関する。

周知のように、ＡＷＤ（全輪駆動）車両は、車両エンジンから全ての車両車輪に駆動トルクを分配するための少なくとも一つの流体式のディスクカップリングが設けられ得る。特に、この種のカップリングは、前車軸と後車軸の車輪との間の駆動系において、最も多くは後車軸ディファレンシャルの近くにおいて、設けられ得る。

時にはＡＷＤ車両をＦＷＤ（前綸駆動）モードの状態で使用することが好ましい場合がある。この場合、カップリングは非連結になる、すなわち、カップリングの複数のディスクは互いに分離される。

非連結モードのカップリングで車両を動作させることによって、車両の回転質量は縮小され、低燃費につながる。実際的な場合においては、１、２のベベルギヤトランスミッションを含む可能性のある車両のプロペラシャフトは、一端に流体式のディスクカップリング、他端に単純なカップリング、例えばかみ合いクラッチを備えている。非連結モードにおいて、これら両カップリングは、所期の効果を得るために切り離されなければならない。

ＡＷＤモードが再び始められるときに、カップリングは極めて迅速に例えば０．４秒〜０．５秒以内で連結された状態に再始動されなければならない。このような短い時間は、いくつかの理由のために得難い。

カップリングの隣接ディスク間の遊びは、適切な分離（非連結）を確実にするために、カップリングからのドラグトルク（空転トルク、引き摺りトルク）が最小化されるように、概して０．０８〜０．１０ｍｍのオーダーでなければならない。これは、カップリングの流体操作のピストンの必要な移動を考慮しなければいけないことを意味する。

カップリングピストンへの作動油の供給がポンプの回転速度によって支配（調節）される、例えばＷＯ ２０１１／０４３７２２において開示されるようなポンプアクチュエータシステムでの利用がなされている場合、ポンプ変位量（吐出し量）を例えば３〜５倍に過度に増加させることのないカップリングピストンの必要な迅速かつ長時間の移動を得ることは極めて困難である。

解決するべき他の課題は、加速トルクは、連結シーケンスの間では低い（概して最大のＡＷＤトルクの５〜１０％）が、的確でなければならないということである。トルクの精度がＡＷＤモードの最大トルク（圧力）と大部分が比例している中、許容誤差率は低いトルク範囲で高くなる。この第２の課題は、発明的対策のないポンプアクチュエータシステムでは容易に解決され得ない。

したがって本発明は、ＡＷＤ車両における、非連結の流体式のディスクカップリングを迅速に係合する方法に関して、従来技術の問題を解決する。

本発明によれば、この方法は、連結段階の間で、シリンダーにおける有効なピストン領域が縮小されることを特徴とする。

本発明は一実施態様において、ピストンロッドの領域に有効な領域を残しているシリンダー内の動作ピストンの両側に作動油を入れることによって達成され得る。連結段階の間で、作動油がピストンのピストンロッド側から反対側に渡るように、入れられなければならない。効率を最大化するためにはピストンにおいて少なくとも一つのチェックバルブ（逆止弁）を使用することが好まれる。

他の実施態様においては、補助ピストンがより大きなピストン面積を有する動作ピストンにつながっており、小さいピストン面積を有する補助ピストンだけに作動油を入れることによって、有効なピストン領域が縮小される。

本発明による方法は特に、ディスクカップリングが、アキュームレータシステムとは対照的にポンプアクチュエータシステムの一部である場合、適用できる。

ＡＷＤモードの通常動作におけるディスクカップリングのディスクを冷却および潤滑化するために、重力給油システムでできている使用が可能であり、油は側部リザーバから重力によってカップリングハウジングに導入され、カップリングの部分を回転させることで生成される力によってリザーバへ戻される。

非連結モードにおいて、油の供給は、ドラグ効果を最小化するために中断される。冷却および潤滑油は、本発明にしたがって、連結段階におけるカップリングのディスクに再び入れられる。

本発明はまた、その作動のために流体シリンダーを有するＡＷＤ車両用の流体式のディスクカップリングにも関係している。

本発明によれば、カップリングは、連結段階の間でシリンダー内の有効なピストン領域を縮小させるための手段を備えている。

第一の実施態様において、ピストンロッドの領域に有効なピストン領域ができるように、カップリングは、非連結カップリングの連結段階の間でシリンダー内の動作ピストンの両側に作動油を入れるための手段が提供され得る。

主流体ラインが上記ピストンの前側に通じ得るのに対して主流体ラインからそれた流体ラインは、上記ピストンのピストンロッド側に通じることができ、流体の流入の制御のために３／２方向ソレノイドバルブを含むことができる。

最低限の損失で非常に効率のよい解決案を得るために、上記ピストンは、連結段階の間に作動油がピストンロッド側から入ることが可能なように、少なくとも一つのチェックバルブが提供され得る。

第二実施態様において、小さいピストン面積を有する補助ピストンが、より大きなピストン面積を有する動作ピストンにつながっている。このことは、連結段階の間で補助ピストンだけに圧力をかけて油を入れるために準備されていることを意味する。

冷却および潤滑油のための、流体の側部リザーバからの流体ラインは、冷却および潤滑油がカップリングのディスクに供給されるように、連結段階の間、カップリングに作動油圧をかけることによって開かれるスイッチオフバルブを好ましくは備えている。

本発明は、下記添付図面の参照の下、さらに詳細に開示される。

ＡＷＤ車両の非連結状態のカップリングを有するリヤアクスルの構造の第一実施形態の概略図である。 第二実施形態における、図１に対応する概略図である。 本発明によるカップリングの第一実施形態のための流体スキームを示す図である。 本発明によるカップリングの第二実施形態のための流体スキームを示す図である。

ＡＷＤ（全輪駆動）車両の駆動システムは、当技術分野で周知である。典型的な例は、ＷＯ ２０１１／０４３７２２に示されている。このようなシステムは、エンジンと、ディファレンシャルを有するフロントアクスルと、中間シャフト又はカルダンシャフトと、ディファレンシャルを有するリヤアクスルとを備える。

運転状態に応じて、トルクをフロントアクスルだけでなくリヤアクスルにも分配するために、電子制御される湿式ディスクカップリングが、リヤアクスルへの駆動ライン、しばしば中間シャフト内あるいはリヤディファレンシャルの近くに配置される。この湿式ディスクカップリングについて以下さらに説明する。

ＡＷＤ車両のためのリヤアクスル構造の２つの実施形態が、図１及び図２に示されている。

図１に示される第一実施形態は、中間シャフト１と、リヤアクスル２（アクスルハーフ２Ａ，２Ｂ）と、リヤディファレンシャル３と、湿式ディスクカップリング４とを有する。カップリング４は、リングギヤ３Ａとディファレンシャル３のハウジングとの間の第１のリヤアクスルハーフ２Ａの回りに配置されている。

図２に示される第二実施形態は、同じ１〜４の部材を備えるが、ここでは、カップリング４は、第１のリヤアクスルハーフ２Ａの中に位置し、第１の実施形態と同様の効果を提供する。もちろんＡＷＤ車両において他の実施形態が可能である。

ＡＷＤモードで車両を運転する際のカップリング４の機能は、他の文献、例えば前述のＷＯ ２０１１／０４３７２２でも説明されている。ＡＷＤ車両をＦＷＤ（前輪駆動）モードで運転することが望ましいときに、ディスクカップリング４は連結解除（非連結）、つまり、少しのトルクの伝達をも妨げるようにするためにカップリングのディスクが分離される。このカップリング４は、非連結モードにあると言える。この分離された効果をより高めるために、ディスクの潤滑及び冷却のためにカップリング４に通常供給される油は、カップリング外に排出され得る。

車両のＦＷＤモードにおいて、中間プロペラシャフト１の回転質量の加速を抑制し、ベアリングとそのシーリングでのドラグトルクを除去するために中間シャフト１の動きを停止させるために、クラッチ手段が、好ましくはフロントアクスルのディファレンシャルの近くに配置され得る。

車両のＡＷＤモードが再開されるとき、ディスクカップリング４が０．４秒〜０．５秒の間に、完全に動作可能となること、すなわち、カップリングのディスクが互いに連動係合とされることが要求される。

図３は、ディスクカップリング４を作動させるあるいは制御するための、そして、発明の目的を達成するための流体手段の第一実施形態の全体を例示する図である。駆動手段の完全な説明のために、ＷＯ ２０１１／０４３７２２が参照により組み込まれる。

カップリング４は、シリンダー１４において受け入れられる動作ピストン１３によって作動するディスクパッケージ１２を含む。ピストン１３は、ピストンロッド１３’を有する。

ピストン１３が流体圧力により作動すると、ディスクパッケージ１２のディスクは、互いに接触し、それらのディスクが接続された２つのシャフトの間に駆動接点を確立する。ピストン１３への流体圧が減少するとピストン１３をその初期位置に戻すように、圧縮タイプの戻しバネ１５が設けられている。

電動アクチュエータモーター１６は、遠心レギュレータ１９も駆動する駆動シャフト１８を介してアクチュエータポンプ１７を駆動する。遠心レギュレータ１９の位置は、圧力オーバーフローバルブ２０の位置とそれによる流れを制御する。

流体アクチュエータシステムのための作動油は、リザーバ２１に収容されている。作動油は、流体ライン２２を介してポンプ１７内に吸い上げられ、そこから主流体ライン２３を通じてシリンダー１４に向けて送られる。

遠心レギュレータ１９とそれに従う圧力オーバーフローバルブ２０の位置に応じて、流体の流れの一部または場合によって全部は、流体ライン２４に回され、オーバーフローバルブ２０を通じてリザーバ２１に戻る。結果として、シリンダー１４に送られる流体のアクチュエータ圧力は、遠心レギュレータ１９により制御される。

リザーバ２１へと戻る余分な油のオーバフローを生じさせる圧力オーバーフローバルブ２０の提供によって、アクチュエータモーター１６は定常的に回転し、モーター１６がすでに回転しているために、システムで圧力を発生させることが必要とされた場合に、非常に短い応答時間で圧力を発生させることができ、回転部品を加速させるためのエネルギーを削減することができる。

通常作動条件の下で、カップリング４を連結させる必要のないとき、アクチュエータモーター１６は、圧力オーバーフローバルブ２０が閉じる条件を下回る回転速度で動いている。ピストン１３を作動させるためにカップリング４を連結させる必要が生じた場合、高い電流／電圧がアクチュエータモーター１６に供給される。駆動シャフト１８の回転速度は上昇し、オーバーフローバルブ２０は、遠心レギュレータ１９によって閉じられる。逆に、駆動シャフト１８の回転速度が低くなると、オーバーフローバルブ２０は開かれる。このシステムは、アキュームレータシステムに対して、ポンプアクチュエータシステムと呼ぶことができる。

アキュームレータシステムでは、制御されたアクチュエータ圧力はポンプによってチャージされたアキュームレータから供給されるが、このシステムでは、制御されたアクチュエータ圧力はポンプにより生成され供給される。

車両に対し、車両の運転者またはソフトウェアによって任意にＦＷＤモードが遂行されるとき、戻しバネ１５がカップリングのディスク１２を分離させることによってカップリング４を連結解除するように、シリンダー１４の流体圧が減少する。既に述べたように、カップリング４の動作可能な状態は、カップリング４の連結解除の後、およそ０．４秒〜０．５秒以内で非常に迅速に再び始められるものとする。

説明したように、通常のポンプアクチュエータシステムでは、ポンプ変位量（吐出し量）が通常作動での要求と比較して数倍増加する場合であっても、連結解除後に所望の連結時間を達成させることは困難である。

以下に記載されているように、本発明にしたがって、連結段階の間で有効なピストン領域を縮小することによって、少ない連結時間についての問題が解決される。このようなことを達成するための手段の第一実施形態は、図３を参照してさらに述べる。

動作ピストン１３の後方のシリンダー１４の閉鎖区画への主流体ライン２３からの流体ライン２３Ａには３／２方向ソレノイドバルブ２５が配置される。バルブ２５は、図面の左へのその操作上の移動のためにソレノイド２６を有し、その復帰運動のための圧縮スプリング２７を有する。

図面においてバルブ２５は、カップリング４のＡＷＤ動作で想定された通常のまたはアイドル位置にあり、ソレノイド２６は、非連結モード後の連結モードを得るために活性化される。この位置では、作動油は、ライン２３を介してピストン１３の前側に送られるが、ライン２３Ａを介してピストン１３の背面側にも送られる。

ピストン１３の背面側にピストンロッド１３’があることで、通常のＡＷＤ動作のピストン１３の領域と比較すると約１５％の有効なピストン領域となる。より小さい領域での連結モードにおける作動油の必要量は、非常に縮小され、ピストンの工程は、カップリング４におけるディスク１２の間の「キスポイント」へより速まる。また、調整圧力は最大の圧力のおよそ３０〜８０％とより高く、したがって、要望どおり、圧縮率／トルク精度は非常に高まる。

連結モードにおける図面の右へのピストン１３の移動の間、作動油は、ピストンの背面側から前側へ移動されなければならない。これは、図３におけるライン２３と２３Ａの間のチェックバルブ２８によって例示される。しかしながら、油の流れの最小限の制限を加えるために、ピストン１３自体に一つ以上のチェックバルブを配置することが好ましい。

図３に示されるような状況の通常動作のカップリングのＡＷＤモードまたは連結モードでは、ピストン１３の背面側での油は加圧されていない。ＦＷＤモードまたは非連結モードへの移行において、来るべき連結モードへの切り替えに備えて油がピストン１３の背面側に供給されるように、バルブ２５のバルブを第二位置に導き、ソレノイド２６が活性化される。電気モーター１６は、停止する。

車両におけるバルブ２５の物理的配置は、図３に示されるものとは違って、油が重力によってリザーバ２１に戻ることができないようなものであるので、油はピストン１３の両側にとどまる。

ＡＷＤモードまたは連結モードへの切替えにおいては、ソレノイド２６は活性化されたままであり、ごくわずかな油の消費でカップリングが係合するための高速のストロークのアプリケーションを達成するピストン１３の両側に差圧が生み出されるように、電気モーター１６が始動する。連結モードが確立された際、ソレノイド２６は動力源を遮断される。

図示のカップリング４は、重力潤滑システムを提供し得る。動作中、カップリング４のディスク１２を冷却しかつ潤滑化するために、ライン３０を通じて流体の側部リザーバ２９から重力によって作動油が出され得る。カップリング４のパーツを回転させることで生み出される力によって、油は、ライン３１を通って側部リザーバ２９に押し戻される。

スイッチオフバルブ３２は、カップリングにおける作動油からドラグトルクを減らすためにカップリング４の非連結モードにおけるライン３０を通じて作動油の供給を止めるべく、ライン３０に配置され得る。このバルブ３２は、ライン３３を通るライン２３の流体圧によって、そして、リターンスプリング３４によって作動される。

図４において、本発明によるカップリングの第二実施形態が示されている。基本的なポンプアクチュエータシステムは、図３に関連して記載されていたものと同様である。

図４において、ピストンロッド１３’およびリターンスプリング１５を伴う動作ピストン１３により、シリンダー１４内において作動するディスクパッケージ１２を有するカップリング４が示されている。更に、電気モーター１６、アクチュエータポンプ１７、駆動シャフト１８、遠心レギュレータ１９、圧力オーバーフローバルブ２０、リザーバ２１および流体ライン２２〜２４が示されている。このポンプアクチュエータシステムの機能は、図３と関連して上記のとおりである。

流体（回路）のシンボルを伴う図４に図示されるように、動作ピストン１３につながるように補助ピストン４０が示されている。補助ピストン４０のピストン面積は、動作ピストン１３のそれより非常に小さい。

実際的には第二実施形態において、動作ピストン１３および補助ピストン４０は、一緒にリングステップピストンを形成することができる。補助ピストン４０は、流体ライン２３において同じ圧力を有する流体ライン４１内の油によって働かされる。

更に、流体ライン２３において３／２方向ソレノイドバルブ４２がある。このバルブ４２は通常、圧縮スプリング４３によって図４に示される位置において保持されるが、ソレノイド４４を用いて第２位置に切替えされ得る。

図４で示すような配置構成がＡＷＤモードまたは連結モードから、ＦＷＤモードまたは非連結モードに進むときに、モーター１６は停止される。小さい方のピストン４０で油が残るのに対して、大きい方のピストン１３では常圧になる。

配置構成がＡＷＤモードまたは連結モードに戻るときに、電気モーター１６は始動され、ソレノイド４４は活性化される。小さいピストン４０はライン４１を介する流体圧によって（図の右の方に）働かされるのに対して、リザーバ２１からの油は大きい方のピストン１３での閉鎖区画に吸い上げられ得る。このあと、ソレノイドは、電源を遮断される。

図３の第一実施形態の関係にて説明したように、図４による第二実施形態は、部材２９〜３４を含む重力潤滑システムを提供することができる。
添付の請求の範囲で様々な変更が可能である。

Claims (16)

1. ＡＷＤ（全輪駆動）車両における、作動用の流体シリンダー（１４）を有する非連結の流体式のディスクカップリング（４）を迅速に連結するまたは係合する方法であって、
   前記ディスクカップリング（４）の連結段階の間で前記シリンダー（１４）における有効なピストン領域が縮小されることを特徴とする、方法。
2. ピストンロッド（１３’）の領域に有効な領域を残している前記シリンダー（１４）内の動作ピストン（１３）の両側に作動油を入れることによって有効なピストン領域が縮小される請求項１に記載の方法。
3. 作動油は３／２方向ソレノイドバルブ（２５）を介して、前記動作ピストン（１３）のピストンロッド側に入れられる請求項２に記載の方法。
4. 前記ディスクカップリング（４）の連結段階の間で、前記作動油は、前記動作ピストン（１３）において少なくとも一つのチェックバルブを通じて前記動作ピストン（１３）のピストンロッド側から入ることが可能である請求項２に記載の方法。
5. より大きなピストン領域を有する動作ピストン（１３）につながっている小さいピストン領域を有する補助ピストン（４０）だけに前記作動油を入れることによって、有効なピストン領域が縮小される請求項１に記載の方法。
6. ３／２方向ソレノイドバルブ（４２）を用いて前記動作ピストン（１３）から油が出せる請求項５に記載の方法。
7. 前記ディスクカップリング（４）はポンプアクチュエータシステムの一部である請求項１に記載の方法。
8. 前記ディスクカップリング（４）の連結段階において、カップリングのディスク（１２）に冷却および潤滑油が入れられる請求項１〜７いずれか一つに記載の方法。
9. ＡＷＤ（全輪駆動）車両用の流体式のディスクカップリング（４）であって、その作動のために流体シリンダー（１４）を有し、該シリンダー（１４）は、前記ディスクカップリング（４）の連結段階の間で前記シリンダー（１４）における有効なピストン領域を縮小する手段を有する、流体式のディスクカップリング（４）。
10. ピストンロッド（１３’）の領域に有効なピストン領域ができるように、非連結の前記カップリングの連結段階の間でシリンダー内の動作ピストン（１３）の両側に作動油を入れるための手段を含む、請求項９に記載の流体式のディスクカップリング（４）。
11. 前記動作ピストン（１３）の前側に主流体ライン（２３）が通じるのに対して該主流体ラインからそれた流体ライン（２３Ａ）は、前記動作ピストンのピストンロッド側に通じるとともに、３／２方向ソレノイドバルブ（２５）を含む、請求項１０に記載の流体式のディスクカップリング（４）。
12. 前記動作ピストン（１３）は、前記連結段階の間に作動油が前記ピストンロッド側から入ることが可能なように、少なくとも一つのチェックバルブが設けられている、請求項１０に記載の流体式のディスクカップリング（４）。
13. 前記シリンダー（１４）は、小さいピストン面積を有する補助ピストン（４０）がより大きなピストン面積を有する動作ピストン（１３）につなげられる構成を含み、前記連結段階の間で前記補助ピストン（４０）だけに圧力をかけて油を入れる手段を有する、請求項９に記載の流体式のディスクカップリング（４）。
14. 前記動作ピストン（１３）での油が無加圧になるように、３／２方向バルブ（４２）が配置される、請求項１３に記載の流体式のディスクカップリング（４）。
15. 前記ディスクカップリング（４）は、ポンプアクチュエータシステムの一部である請求項９に記載の流体式のディスクカップリング（４）。
16. 冷却および潤滑油のための、流体の側部リザーバ（２９）からの流体ライン（３０）が設けられ、冷却および潤滑油が前記カップリング（４）のディスク（１２）に供給されるように、前記連結段階の間、前記カップリングに作動油圧をかけることによって開かれるスイッチオフバルブ（３２）を備えている、請求項９〜１５いずれか一つに記載の流体式のディスクカップリング（４）。
    
    

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