JP2022001770A - 車両の副変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】小さい操作力で副変速機の変速モードを切り替え可能にした車両の副変速機を提供する。【解決手段】副変速機２０は、遊星歯車機構２１と、ケース２５と、自動変速機１３を介して駆動源のトルクが入力されるスリーブ３０と、トルクを出力する回転出力部２８とを有する。遊星歯車機構２１は、ケース２５に連結されたリングギア２３と、第１被噛合スプライン２９Ａが形成されるとともに回転出力部２８に連結されたプラネタリキャリア２６と、第２被噛合スプライン２２Ａが形成されたサンギア２２とを備える。スリーブ３０は、噛合スプライン３０Ｂ，３０Ｃを有しており、自動変速機の出力軸と一体回転するとともに回転軸方向に変位可能になっている。スリーブ３０の噛合スプライン３０Ｂ，３０Ｃは、プラネタリキャリア２６の第１被噛合スプライン２９Ａおよびリングギア２３の第２被噛合スプライン２２Ａのいずれか一方に選択的に噛合される。【選択図】図２

Description

本発明は、自動変速機を介して駆動源の回転力が入力される車両の副変速機に関するものである。

特許文献１に見られるように、四輪駆動車等の車両に、主変速機としての自動変速機とは別に、同自動変速機から入力されるトルクを更に減速することでより大きなトルクとして駆動輪に伝達する副変速機を設けることが実用されている。

特許文献１に記載の車両の副変速機は、図５に示すように、自動変速機１０３に連結される入力軸２００Ａに一体のサンギア２０２や、複数のピニオンギア２０７、これらピニオンギア２０７を支持するプラネタリキャリア２０６、ケース２０５に一体のリングギア２０３を備えている。

また、駆動輪に連結される出力軸２０８には、スプライン３００Ａを有するスリーブ３００が出力軸２０８の回転軸方向に摺動可能に噛合されている。スリーブ３００のスプライン３００Ａは、サンギア２０２に形成された通常モード用スプライン２０２Ａおよびプラネタリキャリア２０６に形成された低速モード用スプライン２０６Ａのいずれか一方と選択的に噛合するようになっている。

そして、副変速機２００の変速モードを切り替える際には、図５中に矢印で示すように、スリーブ３００を回転軸方向に変位させて、同スリーブ３００のスプライン３００Ａを通常モード用スプライン２０２Ａおよび低速モード用スプライン２０６Ａの一方に噛合させる。これにより、スリーブ３００を介して入力軸２００Ａと出力軸２０８とが連結されて、自動変速機１０３から入力軸２００Ａに入力されるトルクが駆動輪に伝達されるようになる。

スリーブ３００のスプライン３００Ａが通常モード用スプライン２０２Ａに噛合しているときには、入力軸２００Ａと出力軸２０８とが同一の速度で回転するようになり、副変速機２００による減速はなされない。一方、スリーブ３００のスプライン３００Ａが低速モード用スプライン２０６Ａと噛合しているときには、入力軸２００Ａの回転がピニオンギア２０７およびプラネタリキャリア２０６により減速され、出力軸２０８が入力軸２００Ａよりも低速で回転するようになる。このときには副変速機２００による減速と、これによるトルク増大とがなされるようになる。

特開２０１３−２５２８１４号公報

一般に、副変速機２００の変速モードの切り替えは、車両が停止した状態であり、且つ自動変速機１０３が動力伝達を切断した状態（いわゆるニュートラル状態）であることを条件に行われる。これにより、変速モードの切り替えは、副変速機２００の入力軸２００Ａおよび出力軸２０８の何れにも回転力が殆ど入力されない状態で行われる。

ここで、自動変速機１０３は湿式クラッチや湿式ブレーキ等の摩擦係合要素を有している。そして、摩擦係合要素は開放された状態においても若干のトルク（いわゆる引き摺りトルク）を伝達する。そのため、自動変速機１０３がニュートラル状態になっているときであっても、駆動源の回転力は、同自動変速機１０３を通じて副変速機２００に漏れ伝わるようになる。

このことから、副変速機２００の変速モードの切り替えに際しては、自動変速機１０３から入力軸２００Ａに入力される引き摺りトルクがピニオンギア２０７およびプラネタリキャリア２０６による減速によって増大されたトルクとなって、同プラネタリキャリア２０６に作用してしまう。そのため、副変速機２００の変速モードを通常モードから低速モードに切り替えるべくプラネタリキャリア２０６の低速モード用スプライン２０６Ａにスリーブ３００のスプライン３００Ａを噛合させる際には、同プラネタリキャリア２０６に作用している増大されたトルクに抗して、スリーブ３００を移動させることが必要になる。このことから上記副変速機２００では、スリーブ３００のスムーズな操作のために必要になる操作力が大きくなり易い。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小さい操作力で副変速機の変速モードを切り替え可能にした車両の副変速機を提供することにある。

上記課題を解決するための車両の副変速機は、遊星歯車機構と、同遊星歯車機構を収容するケースと、自動変速機を介して駆動源のトルクが入力される回転入力部と、トルクを出力する回転出力部と、を有する。前記遊星歯車機構は、前記ケースに連結された第１回転要素と、第１被噛合スプラインが形成されるとともに前記回転出力部に連結された第２回転要素と、第２被噛合スプラインが形成された第３回転要素と、を備える。前記副変速機は、噛合スプラインが形成されるとともに前記回転入力部に対して相対回転不能、且つ、前記回転入力部の回転軸方向において変位可能なスリーブを備える。前記スリーブの前記噛合スプラインは、前記第２回転要素の前記第１被噛合スプラインおよび前記第３回転要素の前記第２被噛合スプラインのいずれか一方に選択的に噛合される。

上記構成では、自動変速機から副変速機に入力されたトルクは、回転入力部、遊星歯車機構、回転出力部といった動力伝達経路で伝達されるようになる。この副変速機では、回転入力部に入力された回転が遊星歯車機構により減速され、これにより回転出力部から出力されるトルクが増大される。

上記構成によれば、そうした動力伝達経路における遊星歯車機構よりも入力側の部分、すなわち同遊星歯車機構によるトルク増大効果が作用しない部分に、副変速機の変速モードの切り替えに際して選択的に噛合される噛合要素（具体的には、噛合スプラインや、第１被噛合スプライン、第２被噛合スプライン）を配置することができる。そのため、動力伝達経路における遊星歯車機構よりも出力側の部分に噛合要素が配置される場合と比較して、副変速機の変速モードを切り替えるべく上記噛合要素を噛合させる際に噛合部分に作用するトルクの最大値を小さくすることができる。したがって、上記噛合要素を噛合させるべくスリーブを回転軸方向に変位させる際には、同スリーブを小さい操作力で変位させることができるようになり、ひいては小さい操作力で副変速機の変速モードを切り替えることができるようになる。

一実施形態の副変速機が搭載された車両の概略構成を示す模式図。 同副変速機の構造を示すスケルトン図。 同副変速機の制御系の構成を示すブロック図。 変形例の車両の副変速機の構造を示すスケルトン図。 従来の車両の副変速機の構造を示すスケルトン図。

以下、車両の副変速機の一実施形態について説明する。
図１に示すように、車両Ｃには、駆動源としてのエンジン１０が搭載されている。車両Ｃは、左右の前輪１１、および左右の後輪１２の４つの車輪を備えている。

エンジン１０から各車輪への動力伝達経路には、主変速機としての自動変速機１３が設けられている。自動変速機１３は、遊星歯車機構や湿式クラッチ、湿式ブレーキを有している。また、動力伝達経路における自動変速機１３よりも車輪側の部分には、トランスファ１４が設置されている。トランスファ１４は、フロント・プロペラシャフト１５と、左右の前輪１１の差動回転を許容するための差動機であるフロント・ディファレンシャル１６と、を介して左右の前輪１１に連結されている。また、トランスファ１４は、リア・プロペラシャフト１７と、左右の後輪１２の差動回転を許容するための差動機であるリア・ディファレンシャル１８を介して左右の後輪１２に連結されている。

トランスファ１４は、２段階にギア段を切替可能な副変速機２０と、フロント・プロペラシャフト１５とリア・プロペラシャフト１７との差動回転を許容するための差動機であるセンタ・ディファレンシャル１９と、を有している。

次に、副変速機２０の構造について詳しく説明する。
図２に示すように、副変速機２０は遊星歯車機構２１を備えている。遊星歯車機構２１は、サンギア２２、リングギア２３、ピニオンギア２７、およびプラネタリキャリア２６を有している。なお本実施形態では、リングギア２３が第１回転要素に相当し、プラネタリキャリア２６が第２回転要素に相当し、サンギア２２が第３回転要素に相当する。

リングギア２３は、トランスファ１４のケース２５に一体に設けられている。
プラネタリキャリア２６には、サンギア２２とリングギア２３との双方に噛み合わされて、サンギア２２の周りを公転する複数のピニオンギア２７が設けられている。ケース２５の内部には軸受２４が設けられており、この軸受２４によってプラネタリキャリア２６はケース２５に回転可能な態様で支持されている。

また、プラネタリキャリア２６には副変速機２０の回転出力部２８が一体に設けられている。回転出力部２８は、センタ・ディファレンシャル１９のケース１９Ａに連結されており、同ケース１９Ａと一体に回転するようになっている。なお、センタ・ディファレンシャル１９は、ケース１９Ａの回転を、フロント・プロペラシャフト１５（図１参照）、およびリア・プロペラシャフト１７に伝達可能に構成されている。

さらに、プラネタリキャリア２６には噛合シャフト２９が一体に設けられている。この噛合シャフト２９は、サンギア２２を貫通して同サンギア２２よりも回転出力部２８から離間する側（図２の左側）の位置まで延びている。噛合シャフト２９の先端部分の外周面には、歯先が回転軸方向に延びる第１被噛合スプライン２９Ａが形成されている。

サンギア２２には、回転出力部２８から離間する側の部分に、同サンギア２２の回転中心の周りに配置されるとともに歯先が回転軸方向に延びる第２被噛合スプライン２２Ａが形成されている。

副変速機２０は、略円管形状のスリーブ３０を有している。
スリーブ３０における遊星歯車機構２１から遠い側（図２の左側）の端部の内周面には、回転軸方向に延びる入力スプライン３０Ａが形成されている。自動変速機１３の出力軸１３Ａの外周面には、回転軸方向に延びる入力スプライン１３Ｂが形成されている。スリーブ３０の入力スプライン３０Ａと自動変速機１３の出力軸１３Ａの入力スプライン１３Ｂとが常時噛合する態様で、スリーブ３０は設けられている。これにより、スリーブ３０は、自動変速機１３の出力軸１３Ａと相対回転不能な態様で一体に回転するとともに、同出力軸１３Ａの回転軸方向において摺動可能になっている。本実施形態では、スリーブ３０における遊星歯車機構２１から遠い側の端部、詳しくは入力スプライン３０Ａが形成された部分が回転入力部に相当する。

スリーブ３０における遊星歯車機構２１に近い側（図２の右側）の端部の内周面には、歯先が回転軸方向に延びる内周噛合スプライン３０Ｂが形成されている。この内周噛合スプライン３０Ｂは、プラネタリキャリア２６に一体の噛合シャフト２９の第１被噛合スプライン２９Ａと噛合するようになっている。詳しくは、これらスプライン３０Ｂ，２９Ａは、スリーブ３０が遊星歯車機構２１から離間する側の位置（図２に実線で示す位置）に変位したときに噛み合うようになる。そして、これらスプライン３０Ｂ，２９Ａが噛み合うことで、スリーブ３０がプラネタリキャリア２６と係合して一体回転する状態になる。なお以下では、噛合シャフト２９に係合した状態となるスリーブ３０の位置を「ハイギア位置」と記載する。

スリーブ３０がハイギア位置になっているときには、自動変速機１３の出力軸１３Ａからスリーブ３０に入力される回転は、噛合シャフト２９、プラネタリキャリア２６、および回転出力部２８を順に通ってセンタ・ディファレンシャル１９に伝えられる。このときには、自動変速機１３の出力軸１３Ａの回転が、変速されずにそのままセンタ・ディファレンシャル１９に伝達される。こうした副変速機２０の変速モードを、以下では「通常モード」と記載する。

一方、スリーブ３０における遊星歯車機構２１に近い側（図２の右側）の端部の外周面には、歯先が回転軸方向に延びる外周噛合スプライン３０Ｃが形成されている。この外周噛合スプライン３０Ｃは、サンギア２２の第２被噛合スプライン２２Ａと噛合するようになっている。詳しくは、これらスプライン３０Ｃ，２２Ａは、スリーブ３０が遊星歯車機構２１に近接する側の位置（図２に二点鎖線で示す位置）に変位したときに噛み合うようになる。そして、これらスプライン３０Ｃ，２２Ａが噛み合うことで、スリーブ３０はサンギア２２と係合して一体回転する状態になる。なお以下では、サンギア２２と係合した状態となるスリーブ３０の位置を「ローギア位置」と記載する。

スリーブ３０がローギア位置になっているときには、自動変速機１３の出力軸１３Ａからスリーブ３０に入力される回転は、サンギア２２、ピニオンギア２７、プラネタリキャリア２６、および回転出力部２８を順に通って、センタ・ディファレンシャル１９に伝えられる。このときには、自動変速機１３の出力軸１３Ａ（詳しくは、スリーブ３０）の回転が、サンギア２２、ピニオンギア２７、およびプラネタリキャリア２６を経ることで減速された状態で伝達される。こうした副変速機２０の変速モードを、以下では「低速モード」と記載する。

本実施形態では、副変速機２０の変速モードの切り替えに伴いスリーブ３０を変位させる過程で、同スリーブ３０が「ローギア位置」と「ハイギア位置」との間の操作位置である「中立位置」になる。「中立位置」は、詳しくは、スリーブ３０の内周噛合スプライン３０Ｂと噛合シャフト２９の第１被噛合スプライン２９Ａとが噛合せず、且つ、スリーブ３０の外周噛合スプライン３０Ｃとサンギア２２の第２被噛合スプライン２２Ａとが噛合しない操作位置である。このように本実施形態では、スリーブ３０の噛合スプライン３０Ｂ，３０Ｃは、プラネタリキャリア２６に一体の噛合シャフト２９の第１被噛合スプライン２９Ａおよびサンギア２２の第２被噛合スプライン２２Ａのいずれか一方に選択的に噛合されるようになっている。

副変速機２０には、電動式のアクチュエータ４０が設置されている。アクチュエータ４０はスリーブ３０に連結されている。このアクチュエータ４０により、ローギア位置とハイギア位置との間でのスリーブ３０の移動が行われる。アクチュエータ４０の作動制御を通じて、スリーブ３０がハイギア位置になると副変速機２０は通常モードになり、同スリーブ３０が中立位置になると副変速機２０は一時的に動力伝達を切断した状態になり、スリーブ３０がローギア位置になると副変速機２０は低速モードになる。

図３に、副変速機２０の制御系の構成を示す。図３に示すように、副変速機２０におけるアクチュエータ４０の作動制御は、電子制御ユニット４１により行われる。電子制御ユニット４１には、車速Ｖを検出する車速センサ４３、シフトレバーの操作位置ＳＦＴを検出するシフトレバーセンサ４４、副変速機２０のギア段の切替操作用のスイッチであるギア段切替スイッチ４５が接続されている。なお、自動変速機１３のシフトレンジは、シフトレバーの操作位置ＳＦＴに応じて切替えられるため、操作位置ＳＦＴは、自動変速機１３のシフトレンジを示してもいる。

アクチュエータ４０の作動制御は、運転席に設けられたギア段切替スイッチ４５の操作に基づいて行われる。ギア段切替スイッチ４５の操作位置としては、通常モードを選択する際に操作される「Ｈ位置」と、低速モードを選択する際に操作される「Ｌ位置」とを有している。

ギア段切替スイッチ４５が「Ｈ位置」に操作されている場合には、スリーブ３０がハイギア位置になるように、アクチュエータ４０の作動制御が実行される。こうしたアクチュエータ４０の作動制御を通じて、副変速機２０の変速モードは「通常モード」になる。

一方、ギア段切替スイッチ４５が「Ｌ位置」に操作されている場合には、スリーブ３０がローギア位置になるように、アクチュエータ４０の作動制御が実行される。こうしたアクチュエータ４０の作動制御を通じて、副変速機２０の変速モードは「低速モード」になる。そして、この場合には、自動変速機１３（図１）によって変速された回転が副変速機２０によって更に減速されて前輪１１および後輪１２に伝達されるようになり、車両Ｃの運転状態が大きなトルクを前輪１１および後輪１２に伝達することの可能な状態になる。

本実施形態では、スリーブ３０を「ハイギア位置」および「ローギア位置」の一方から他方に移動させるためのアクチュエータ４０の作動制御が、以下の（条件Ａ）および（条件Ｂ）が共に満たされることを条件に実行される。

（条件Ａ）車速Ｖが略「０」であり、車両Ｃが停止した状態であること。
（条件Ｂ）シフトレバーの操作位置ＳＦＴがニュートラル位置であり、自動変速機１３が動力伝達を切断したニュートラル状態であること。

このようにしてアクチュエータ４０の作動制御を実行することにより、副変速機２０の変速モードの切り替えが、同副変速機２０のスリーブ３０および回転出力部２８の何れにもトルクが殆ど入力されない状態で行われるようになっている。

以下、本実施形態の副変速機２０による作用効果について説明する。
本実施形態では、副変速機２０における変速モードの切り替えを、車両Ｃが停止した状態であり、且つ自動変速機１３がニュートラル状態であることを条件に行うようにしている。

ここで、自動変速機１３は摩擦係合要素（湿式クラッチや湿式ブレーキ）を有している。そのため、摩擦係合要素の引き摺りトルクにより、自動変速機１３がニュートラル状態になっているときであっても、エンジン１０の出力トルクは自動変速機１３を通じて副変速機２０のスリーブ３０に漏れ伝わるようになる。そして、副変速機２０のスリーブ３０に漏れ伝わるトルクは、ピニオンギア２７およびプラネタリキャリア２６による減速によって増大されたトルクとなって、同プラネタリキャリア２６に作用した状態になる。

そのため仮に、動力伝達経路における遊星歯車機構２１よりも車輪側に接続用のスリーブを設けるとともに、変速モードに切り替えに際して同スリーブのスプラインをプラネタリキャリア２６のスプラインに噛合させるようにすると、このときプラネタリキャリア２６に作用している増大されたトルクに抗して、スリーブを操作することが必要になる。したがって、この場合には、スリーブをスムーズに移動させるために必要になる同スリーブの操作力が大きくなってしまう。

この点、本実施形態によれば、動力伝達経路における遊星歯車機構２１よりも自動変速機１３側の部分、すなわち同遊星歯車機構２１によるトルク増大効果が作用しない部分に、副変速機２０の変速モードの切り替えに際して選択的に噛合される噛合要素（具体的には、各スプライン２２Ａ，２８Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ）が配置されている。

そのため、副変速機２０を「低速モード」から「通常モード」に切り替える際には、回転が略停止した状態であり、且つトルクが作用していない状態のプラネタリキャリア２６に一体の噛合シャフト２９の第１被噛合スプライン２９Ａに対してスリーブ３０の内周噛合スプライン３０Ｂを噛合させる態様で、同スリーブ３０を移動させることができる。

また、副変速機２０を「通常モード」から「低速モード」に切り替える際には、回転が略停止した状態であり、且つトルクが作用していない状態のサンギア２２の第２被噛合スプライン２２Ａに対してスリーブ３０の外周噛合スプライン３０Ｃを噛合させる態様で、同スリーブ３０を移動させることができる。

このように本実施形態では、「低速モード」から「通常モード」に切り替える場合、および「通常モード」から「低速モード」に切り替える場合のいずれにおいても、遊星歯車機構２１による減速によって増大したトルクが作用しない部分において噛合要素を噛合させる態様で、スリーブ３０を移動させることができる。

したがって、動力伝達経路における遊星歯車機構２１よりも車輪側の部分、言い換えれば、遊星歯車機構２１による減速によって増大したトルクが作用する部分に噛合要素が配置される場合と比較して、副変速機２０の変速モードを切り替えるべく上記噛合要素を噛合させる際に噛合部分に作用するトルクの最大値を小さくすることができる。これにより、上記噛合要素を噛合させるべくスリーブ３０を回転軸方向に変位させる際に、同スリーブ３０を小さい操作力で変位させることができるようになる。したがって、小さい操作力で副変速機２０の変速モードを切り替えることができるようになる。

本実施形態によれば、このようにしてスリーブ３０の操作力を小さくすることができるため、小型のアクチュエータ４０を採用することが可能になる。また、副変速機２０の変速モードの切り替え時におけるスプラインの噛合に際して同スプラインに作用する力が小さくなるため、各スプラインやスリーブ３０の小型化を図ることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・副変速機２０に、自動変速機１３の出力軸１３Ａが連結される入力軸を設けるようにしてもよい。図４に、そうした副変速機５０の一例を示す。図４に示すように、入力軸５１は、噛合シャフト２９と同一軸線上において同噛合シャフト２９を延伸する態様で設けられている。入力軸５１は噛合シャフト２９と相対回転可能に設けられている。入力軸５１の外面には、回転軸方向に延びる入力スプライン５１Ａが形成されている。入力軸５１の入力スプライン５１Ａとスリーブ３０の内周面の入力スプライン３０Ａとが常時噛合する態様で、同スリーブ３０は設けられている。これにより、スリーブ３０は、入力軸５１に対して回転軸方向に移動可能になっており、且つ同入力軸５１と相対回転不能な態様で一体に回転するようになっている。上記構成においては、入力軸５１が回転入力部に相当する。

・副変速機２０の回転入力部および回転出力部２８と、遊星歯車機構２１の各回転要素との接続態様は任意に変更することができる。例えば、次のような接続態様を採用することができる。プラネタリキャリア２６には回転出力部２８が一体に設けられる。サンギア２２がケース２５に固定される。リングギア２３は、回転軸の周りに設けられて回転軸方向に延びる第２被噛合スプラインを有している。そして、スリーブ３０の噛合スプライン３０Ｂ，３０Ｃが、プラネタリキャリア２６（詳しくは、噛合シャフト２９）の第１被噛合スプライン２９Ａ、およびリングギア２３の第２被噛合スプラインのいずれか一方に選択的に噛合される。

・上記実施形態にかかる副変速機は、手動によるレバー操作を通じて変速モードを切り替えるタイプの副変速機にも適用することができる。
・上記実施形態にかかる副変速機は、シングルピニオン式の遊星歯車機構２１を有する副変速機２０に限らず、互いに噛み合う一対のピニオンのうちの一方がサンギアに噛合するとともに他方がリングギアに噛合するダブルピニオン式の遊星歯車機構を有する副変速機にも適用することができる。

１０…エンジン
１３…自動変速機
２０，５０…副変速機
２１…遊星歯車機構
２２…サンギア
２２Ａ…第２被噛合スプライン
２３…リングギア
２５…ケース
２６…プラネタリキャリア
２７…ピニオンギア
２８…回転出力部
２９Ａ…第１被噛合スプライン
３０…スリーブ
３０Ｂ…内周噛合スプライン
３０Ｃ…外周噛合スプライン
５１…入力軸

Claims (1)

1. 遊星歯車機構と、同遊星歯車機構を収容するケースと、自動変速機を介して駆動源のトルクが入力される回転入力部と、トルクを出力する回転出力部と、を有する車両の副変速機であって、
   前記遊星歯車機構は、前記ケースに連結された第１回転要素と、第１被噛合スプラインが形成されるとともに前記回転出力部に連結された第２回転要素と、第２被噛合スプラインが形成された第３回転要素と、を備え、
   前記副変速機は、噛合スプラインが形成されるとともに前記回転入力部に対して相対回転不能、且つ、前記回転入力部の回転軸方向において変位可能なスリーブを備え、
   前記スリーブの前記噛合スプラインは、前記第２回転要素の前記第１被噛合スプラインおよび前記第３回転要素の前記第２被噛合スプラインのいずれか一方に選択的に噛合される、車両の副変速機。

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