JP3713717B2 - 自動車用トルク・トランスファ・ケース - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に自動車用変速機に関し、特にトルク・トランスファ・ケース（torque transfer case）を４輪駆動モードに置くための摩擦クラッチを有する４輪駆動トルク・トランスファ・ケースなどの自動車用変速機に関する。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車用４輪駆動（４ＷＤ）装置は、厳しい天候条件または小道路状況のもとで従来の２ＷＤ装置よりも高度な静止摩擦性能（enhanced traction capability）を発揮できるという理由により、ますます普及している。このような４ＷＤ装置は、一般に、主変速機と一体化した或いは主変速機から独立したトルク・トランスファ・ケースを含む。トルク・トランスファ・ケースは、主変速機の出力軸に接続された入力軸と、自動車の後輪を駆動するために接続された後部出力軸と、自動車の前輪を駆動するために接続された前部出力軸と、前記入力軸を前部及び後部出力軸に接続する手段とを備えている。
【０００３】
「定時」（part time）装置として知られる４ＷＤ装置の１つの型において、４ＷＤモードでは、前記トルク・トランスファ・ケースの前部出力軸と後部出力軸の間に直接駆動接続部が位置する。この直接駆動接続部では、前記トルク・トランスファ・ケースが自動車の進行方向を変える際に起こりうる前輪及び後輪の速度差を調整することができない。従って、４ＷＤモードは、一般に、例えば雨に濡れた又は雪に覆われた舗道などの摩擦の少ない路面条件下でより高度な静止摩擦性能が必要とされるような場合に、「定時」基準でのみ使用される。このような条件下で自動車の方向を変えると、摩擦の少ない路面では、わずかに早く回転する前輪と路面との間に限られた量のスリップが生じる。一方、乾いた舗道のように摩擦の多い路面での自動車の方向転換は、いわゆる「前輪の跳ね」（front wheel hop）を生じる結果となる。
【０００４】
ある種の自動車には、全ての運転条件に常時適応できる「常時」（full time ）４ＷＤ装置が装備されている。全輪駆動（ＡＷＤ）として知られているこのような装置では、トルク・トランスファ・ケースは、一般に、自動車の前部及び後部差動装置との間でトルクを分配するための車軸間差動装置を備えている。この車軸間差動装置は、自動車の方向を変える時の前輪及び後輪の速度差を調節することにより、駆動装置が常時全ての運転条件に適合し得るようにしている。又、前輪と後輪との過度のずれを防ぐため、トルク・トランスファ・ケースは、一般には、トルク・トランスファ・ケースの前部出力軸と後部出力軸との間で所定のずれを検知した時点で車軸間差動装置を鎖錠するように選択的に係合可能なクラッチ手段を有する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２ＷＤと、自動（すなわち「随時」（on demand）４ＷＤ）と、「定時」４ＷＤの各運転モードの間でクラッチの係合を制御する多板摩擦クラッチを有する４輪駆動トルク・トランスファ・ケースに関する。本発明によれば、遊星歯車アセンブリは、前記クラッチの通常のトルク要求量を軽減するためのトルク増大装置として利用される。
【０００６】
前記トルク・トランスファ・ケースは、自動車の後輪を駆動する後部出力軸へトルクを直接付与するための入力軸を有する。ある場合には、歯車減速機を入力軸と後部出力軸との間に接続して高速及び低速運転範囲を構成している。トルク・トランスファ・ケースは更に、自動車の前輪に接続される前部出力軸を有する。電磁式多板摩擦クラッチは、後部出力軸及び前部出力軸との間に接続され、トルク・トランスファ・ケースの４輪駆動運転モードへの切り換えが必要な時に作動する。本発明によれば、遊星歯車アセンブリは、後部出力軸と多重ディスク・クラッチとの間に配設され、クラッチの全トルク要求量を軽減するトルク増大装置として機能する。
【０００７】
より詳しく言えば、遊星歯車アセンブリは、太陽歯車と、遊星キャリヤ（planet carrier）と、環状歯車と、遊星キャリヤにより支持され且つ太陽歯車と環状歯車との間でかみ合う複数の遊星歯車とを備えている。前記遊星キャリヤは後部出力軸と共に回転可能に連結される一方、環状歯車は前部出力軸を駆動するように連結される。摩擦クラッチは、太陽歯車と共に回転可能に接続される第一の複数のディスクと、環状歯車と共に回転可能に接続される第二の複数のディスクより成る。電磁石は、クラッチ・ディスクを互いの方向へ選択的に付勢するために利用され、それにより遊星キャリヤと環状歯車との間の回転を規制する。これにより、入力トルクの一部が前部出力軸へと伝達されて自動車の前輪を駆動する。また、特定の自動車運転パラメータに応じて、前輪へ向かうトルク量を制御するように電磁クラッチを調節可能な「自動」モードで、トルク・トランスファ・ケースを作動させることも可能である。
【０００８】
本発明の上記及びその他の利点は、添付図面と共に後述の詳細な説明から、当業者には容易に明らかとなろう。
【０００９】
【実施例】
まず図１を参照すると、本発明の特徴を取り入れたトルク・トランスファ・ケースを適用可能な自動車用４輪駆動装置が示されている。図１に示したように、トルク・トランスファ・ケース１０は、主変速機１２（二点鎖線で示す）の後部に固定されており、変速機は更に、駆動エンジン１４（同様に二点鎖線で示す）に接続されている。後述するように、変速機１２は、トルク・トランスファ・ケース１０の入力軸に接続された出力軸を備えている。トルク・トランスファ・ケース１０は、１６で後部駆動軸２０に接続された後部出力軸を有する。後部駆動軸２０は更に、後部差動装置１８に接続される。後部差動装置１８は、スリップ規制型にすることが可能であり、後輪２１と２２との間で駆動軸２０からのトルクを配分する。
【００１０】
トルク・トランスファ・ケース１０は、２３で前部駆動軸２５に接続された前部出力軸を備えている。前部駆動軸２５は更に、前部差動装置２４に接続されている。前部差動装置２４も又スリップ規制型にすることが可能であり、前部車軸２６及び２７との間で前部駆動軸２５からのトルクを分配する。車軸２６及び２７は、それぞれ自動ハブロック３０及び３１により自動車の前輪２８及び２９に接続されている。ハブロックは、真空作動させることが可能である。
【００１１】
また図１には、ブロック３２により表されたマイクロプロセッサ式電子制御装置に至る一定の電気接続部（破線で表示）が示されている。トルク・トランスファ・ケースは、制御スィッチ３３及び３４を介して運転者により選択される種々の運転モードで操作されることが可能である。前記各スイッチは、一般には、運転者が簡単に手を伸ばせる範囲の車内に配置される。第一のスイッチ３３は、トルク・トランスファ・ケースを高速範囲、ニュ−トラル、及び低速範囲の間で切り換えるために使用される。また、第二のスイッチ３４を介して、運転者は、３つの異なる運転モードすなわち２輪駆動（２ＷＤ）、「随時」４輪駆動（ＡＵＴＯ）、及び「定時」４輪駆動（４ＷＤ）のうちいずれかを選択することができる。各スイッチには、運転者に現在の運転モードを視覚的に示すための３つの状態表示ランプを備えることができる。また範囲の切り換えなどのモード変換を実行する際、切り換えが完了するまで各々のランプを点滅させることができる。制御装置は、トランスファケースを制御するために後述のように接続されるだけでなく、「随時」運転モードあるいは「定時」運転モードを選択する際にハブロック３０及び３１に起動信号を送るために接続される。
【００１２】
トルク・トランスファ・ケース及びハブ・ロック（hub lock）３０、３１の所望の制御を実施するために、制御装置３２は複数の入力信号を受信するように接続される。制御装置３２は、別々の速度センサ３５及び３６からの個々の前輪速度を表す信号と、後部差動装置１８或いはトルク・トランスファ・ケース１０内に配設した１個の後部速度センサ３７からの平均後輪速度（自動車路面速度）を表す信号とを受信する。前記速度センサ３５、３６及び３７は、ＡＢＳ［アンチ・ブレ−キ装置（anti-brake system）］制御装置の一部であってもよく、あるいは単にトルク・トランスファ・ケースを制御する目的で使用するために備えてもよい。後述するように、２つの前部センサは、両後輪の許容スリップ限界値を自動車路面速度と共に決定する前部かじ取り角度を決定するために、「ＡＵＴＯ」モードで使用されることが望ましい。場合により、前記２つの前部センサ３５及び３６の代わりに、トルク・トランスファ・ケース内に１個の前部速度センサを配設してもよいし、又必要に応じて、別の情報源（かじ取り歯車装置等）からかじ取り角度情報を得るようにしてもよい。
【００１３】
制御装置３２は又、変速機１２から、主変速機が「ニュ−トラル」モードにあることを制御装置に知らせる状態信号を受信する。後述するように、前記装置は、４ＷＤの高速及び低速範囲、及び変速機１２がニュ−トラルに位置する時のニュ−トラルの間の切り換えのみが可能である。前記制御装置は更に、自動車ブレ−キ装置から、ブレ−キペダル３８が作動していることを示すブレ−キ状態信号を受信する。制御装置３２は又、装置が高速あるいは低速の４ＷＤモードのうちどちらかで作動していることを示す状態信号を、ＡＢＳ制御装置３９に送出するように、構成してもよい。
【００１４】
次に図２を参照すると、本発明に従って構成された、図１のトルク・トランスファ・ケース１０の内部構成部品の概略図が示されている。図２に示したように、トルク・トランスファ・ケース１０は、（図１で示した）自動車用変速機１２の出力軸に結合された入力軸４３と、後部駆動軸２０に接続された後部出力軸４４と、前部駆動軸２５に接続されて一定角度を成した前部出力軸４５とを有する。
【００１５】
入力軸４３は、トルク・トランスファ・ケースのハウジング４６の前端部で回転可能に支持されており、低速ギアの作動範囲に至るために使用されて全体を符号４８で示した減速用遊星歯車アセンブリの一部を成す太陽歯車４７を備えている。遊星歯車アセンブリ４８は、ハウジング４６に対して固定された環状歯車４９と、周縁部に間隔を置いて配設されてそれぞれが遊星キャリヤ（planet carrier）５２により回転可能に支持された複数の遊星歯車５１とを有する。後部出力軸４４は、ハウジング５０へ向かって前方に延び、その前端部に軸方向に移動可能な範囲切り換えスリ−ブ５３を支持している。前記スリ−ブ５３は、入力軸４３に接続された内部キ−５５または遊星キャリヤ５２に接続された内部キ−５６のいずれかと係合する複数の外部キ−５４を有する。図２の軸線Ａ−Ａの上方に示したように入力軸４３に接続されると、入力軸４３と後部出力軸４４との間に直接駆動接続部が形成され高速範囲を画定する。軸線Ａ−Ａの下方に示したように遊星キャリヤ５２に接続されると、遊星歯車アセンブリ４８は、所定の歯車減速を行って低速範囲を画定する。入力軸キ−５５と遊星キャリヤキ−５６との間の中間位置に配設される場合、トルク・トランスファ・ケースはニュ−トラル位置にある。全体をブロック４１で示した範囲切り換えアクチュエータは、低速範囲、ニュ−トラル及び高速範囲間で切り換えスリ−ブ５３を軸方向に移動させるために利用される。電気的に作動する場合、アクチュエータ４１は、制御装置３２から制御信号を受信するように接続され、場合により制御装置に帰還情報を送る。
【００１６】
第一の駆動スプロケット６２は、後部出力軸４４の中央部分に回転可能に支持されると共に、駆動チェ−ン６３を介して第二の駆動スプロケット６４を駆動するように接続されている。第二の駆動スプロケット６４は、ハウジング４６の内部で回転可能に支持されると共に、定速自在継手６５を介して一定角度を成した前部出力軸４３を駆動するように接続されている。
【００１７】
多板クラッチ・パック６６は、前部出力軸へ入力されるトルクを制御するために、入力軸と第一の駆動スプロケット６２との間で接続されている。本発明によれば、全体を符号６７により示した遊星歯車アセンブリは、後部出力軸と前部出力軸４５との間でクラッチを接続するために利用される。遊星歯車アセンブリは、クラッチの全トルク最大出力(overall torque capacity)を大幅に軽減できるトルク増大装置（torque multiplier）として機能する。
【００１８】
遊星歯車アセンブリは、遊星キャリヤ６８と、太陽歯車６９と、環状歯車７１と、キャリヤ６８の上で回転可能に支持されると共に太陽歯車と環状歯車の間でかみ合う複数の遊星歯車７２とを有する。遊星キャリヤは、後部出力軸４４と共に回転するように接続されている。太陽歯車６９は第一のグループのクラッチ板７３と共に回転可能に接続され、クラッチ板７３は軸方向に移動可能であり且つ太陽歯車６９と共に回転可能に（キ−接続により）固定されている。環状歯車７１は、同様に軸方向に移動可能な第二のグループのクラッチ板７４と共に回転可能に接続されている。多板クラッチ・パック６６の付勢トルクは、制御装置３２から作動信号を受信するように接続された電磁石７５により付与する。必要に応じて、クラッチは、「自動」運転モードで種々のトルク出力を伝送するために、ゼロから最大出力に至るまで調節が可能である
【００１９】
運転中、電磁石７５が作動すると、前記各クラッチ板の間で摩擦が発生し、遊星キャリヤ６８から伝わるトルクは、多板クラッチ・パックを介して伝達されたトルクに遊星歯車のトルクを加えたものを倍増して環状歯車７１へと伝達される。下記の等式は、クラッチのトルク最大出力（Ｔｃ）のみが与えられた場合に得られるトルク出力量を表している。
【００２０】
トルク出力 ＝ −Ｔｃ／（（［Ｎｒ／２（Ｎｓ＋Ｎｐ）］−１））
【００２１】
ここで、Ｎｒ＝環状歯車の歯数
Ｎｓ＝太陽歯車の歯数
Ｎｐ＝遊星歯車の歯数
【００２２】
図３には、図２で概略的に示したトルク・トランスファ・ケースの断面図が示されている。図３において、トルク・トランスファ・ケースは、米国特許第５０４５０３６号で開示されたものに類似した速度範囲切り換え作動機構８１を有する。トルク・トランスファ・ケースは又、１９９０年２月１４日に出願されて許可された米国特許出願第０７／４８０１０１号でより十分に開示された定速自在継手取り付け装置（全体を符号８２で示す）を有する。４ＷＤクラッチと全体を符号８３で示したトルク倍増遊星歯車組立体は、図２の構造に類似した構造を有すると共に、同様の参照符号により識別された構成要素を有する。
【００２３】
図２及び図３で示したトルク・トランスファ・ケースは、トルクを倍増する本発明の特徴を利用したトルク・トランスファ・ケースの一例に過ぎないことに留意されたい。例えば、本発明は、２つの部材間で伝達されるトルクを制御することが望まれる他の自動車用変速機に利用することも可能である。又、ここでは、４ＷＤクラッチが電磁力により作動する多重プレ−ト・クラッチとして示されているが、前記クラッチは空気圧や油圧により作動しても、あるいは円錐体又は他の摩擦型クラッチであってもよい。
【００２４】
本発明のトルク・トランスファ・ケース及び駆動装置は、その好適な実施例を表すと考えられるものに基づいて説明してきた。しかしながら、前記特許請求の範囲及びその精神から逸脱することなく前記トルク・トランスファ・ケース及び駆動装置を変形することが可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】１本発明の特徴を有する電子制御トルク・トランスファ・ケースを含む４輪駆動装置の平面図。
【図２】図１のトルク・トランスファ・ケースの内部構成部品を示す概略図。
【図３】図１のトルク・トランスファ・ケースの断面図。
【符号の説明】
１０ トルク・トランスファ・ケース
４４ 後部出力軸
４５ 前部出力軸
６６ クラッチ手段（多板クラッチ・パック）
６７ 遊星歯車アセンブリ
６８ 遊星キャリヤ
６９ 太陽歯車
７１ 環状歯車

Claims (2)

1. ハウジング（４６）と、
   前記ハウジング（４６）内で回転可能に支持された入力軸（４３）と、
   前記ハウジング（４６）内で回転可能に支持された出力軸（４５）と、
   太陽歯車（６９）と、遊星キャリヤ（６８）と、環状歯車（７１）とを含む遊星歯車アセンブリ（６７）であって、さらに前記遊星キャリヤ（６８）により支持されると共に前記太陽歯車（６９）と前記環状歯車（７１）との間でかみ合う複数の遊星歯車（７２）を備え、前記遊星キャリヤ（６８）は、前記入力軸（４３）により駆動されるように連結され、前記環状歯車（７１）は、前記出力軸（４５）を駆動するように連結された遊星歯車アセンブリ（６７）と、
   前記遊星キャリヤ（６８）の前記環状歯車（７１）に対する回転を阻止することにより前記出力軸（４５）にトルクを伝達するように、前記環状歯車（７１）に対して前記太陽歯車（６９）を選択的に鎖錠するクラッチ手段（６６）と、
   を備え、
   前記クラッチ手段（６６）が、前記環状歯車（７１）及び前記太陽歯車（６９）を鎖錠しないときに、前記太陽歯車（６９）が、フリーホイーリングすることにより回転するが、他の部材を駆動しないようにして成る、自動車用伝動装置。
2. 前記ハウジング（４６）内で回転可能に支持された第２の出力軸（４４）と、
   前記入力軸（４３）を、前記第２の出力軸（４４）に駆動できるように連結するために、前記遊星歯車アセンブリ（６７）から隔離した手段と、
   を備えた、請求項１に記載の自動車用伝動装置。

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