JP4324105B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用動力伝達装置に関し、特に、四輪駆動車用動力伝達装置に関するが、他を排除するものではない。

国際公開第０２／０９９６６号は、要求によりフロントアクスル及びリアアクスル間のトルクを伝達する四輪駆動車用動力伝達装置を開示する。そこに開示された動力伝達装置は、遊星歯車式差動機構を含み、その環帯は、動力伝達装置の入力を構成し、そのキャリア及び太陽ホイールは、使用中、車両の被駆動ホイールの各対に接続される２つの出力を構成する。２つの出力シャフトは、第１及び第２の組の遊星ホイールに夫々噛合する遊星歯車装置の第１及び第２の同軸太陽ホイールを担持する。遊星歯車装置は、第１及び第２の太陽ホイールと同軸であると共に第３の組の遊星ホイールに噛合する第３の太陽ホイールを含む。第１の太陽ホイールと第１の組の遊星歯車のギア比、第２の太陽ホイールと第２の組の遊星歯車のギア比、及び第３の太陽ホイールと第３の組の遊星歯車のギア比は、互いに異なる。各第１の遊星ホイールは、第２及び第３の遊星ホイールに夫々接続されて各共通遊星シャフトの回りにそれらと共に回転するようになっている。遊星シャフトは、太陽ホイールに回転自在且つ同軸的に装着された共通キャリアに接続されている。キャリアは、第１の選択的作動ブレーキに接続され、第３の太陽ホイールは第２の選択的作動ブレーキに接続されている。動力伝達装置は、車両の加速のような車両の作動パラメータを示す信号を作成するように配されたセンサと、センサ及び２つのブレーキに接続されると共に、前述の信号に応答してブレーキを作動させるように配されたコントローラとを含む。第３の太陽ホイールに接続されたブレーキの作動は、一方の出力シャフトから他方の出力シャフトにトルクを伝達し、他方のブレーキの作動は、逆の効果を奏する。

英国特許出願公開第０２０３０２６．０号は、第３の太陽ホイール及びそれに関連する遊星ホイールの組が省略されると共に、例えば電気モータのような単一の変速装置が共通キャリアに接続され、且つそれを増速又は減速するように配された幾分修正済みの動力伝達装置を開示する。これにより、キャリアを増速すると第３の太陽ホイールを減速するのと同じ効果があり、第３の太陽ホイールが全く必要でないことが分かっている。

上述の動力伝達装置の双方は、大変効率的であるが、１つの問題を有している。したがって、各遊星ホイールは、１つ又は２つの他の遊星ホイールに接続されて剛性のユニットを形成する。実際、遊星歯車の歯を互いに整列し、遊星ホイールの各グループについてこれを繰り返すのがかなり困難であることが分かる。これは、実際、すべてのトルクがたった１つの組の遊星ホイールを介して伝達され、他の組はトルクをほとんど伝達しないか、全く伝達しないことを意味する。ミスアライメントの誤差が歯車の歯間のバックラッシュより大きいと、装置を組み立てることができない。これは、典型的には３つ又は４つの遊星ホイール間のトルク伝達を分割するという遊星歯車の組の主たる効果の１つがなくなることを意味する。遊星歯車のどの組がトルクを伝達するのかを容易に予測することができないので、実際の解決は、遊星ホイールの組を１つだけ提供することである。しかしながら、この組が必ずすべてのトルクを伝達するので、そうでない場合のものよりかなり大型でなければならず、これにより、動力伝達装置のサイズを受け入れられない程度に大きくしてしまう。
したがって、本発明の目的は、上述したような従来の出願で開示された動力伝達装置のすべての効果を有し、それらの動力伝達装置の欠点をもたらさない動力伝達装置を提供することにある。

本発明によれば、車両用動力伝達装置は、差動機構に接続された入力シャフトと、２つの出力シャフトとを備え、２つの出力シャフトは、遊星歯車装置における同軸的に装着された第１及び第２の太陽ホイールを夫々担持し、太陽ホイールは、第１及び第２の環帯ホイールに夫々噛合する第１及び第２の組の遊星ホイールに夫々噛合しており、第１の太陽ホイールと第１の組の遊星ホイールのギア比と、第２の太陽ホイールと第２の組の遊星ホイールのギア比とは互いに異なり、各遊星ホイールは、各遊星シャフトの回りに独立して回転するように装着されていると共に、遊星シャフトは、第１及び第２の太陽ホイールに回転自在且つ同軸的に装着された共通キャリアに接続されており、第１及び第２の環帯ホイールは共に接続され、キャリアは、その軸の回りの回転速度を増減するように配された選択的作動変速手段に接続されており、動力伝達装置は、さらに、車両又はそのエンジンの作動パラメータを示す信号を生成するように配された少なくとも１つのセンサと、このセンサ及び変速手段に接続されると共に、前述の信号に応答して前記変速手段を作動させるように配されたコントローラを含んでいる。

したがって、動力伝達装置は遊星ホイールの全数に等しい多くの遊星シャフトを含む。しかしながら、各第１の遊星ホイールは、各第２の遊星ホイールと協働して１組の遊星ホイールを構成し、遊星ホイールの各組は、各共通遊星シャフトによって独立して回転自在に担持されると、便利である。この場合、第１及び第２の遊星ホイールの数は、遊星ホイールの組の数と等しい。

このように、本発明に係る動力伝達装置は、上述のような２つの従来の出願におけるものとほぼ同じように作動する。しかしながら、遊星ホイールは、もはや、必ずしも対になって共に接続されず、一体的に回転もしないが、それに代えて独立して回転するように各遊星シャフトに装着される。したがって、伝達されたトルクがすべての遊星ホイール間で等しく分配されるように遊星ホイールの各対又はグループを整列することの困難性に関する上述の問題は、自ずと解消する。このように、各遊星歯車装置の遊星ホイールは、他の遊星歯車装置の遊星ホイールに対してトルクを効果的に伝達するように回転する。しかしながら、遊星歯車装置は、２つの遊星歯車の間にロータリリンクがあるように作動する必要があり、これは、本発明の構成では、遊星歯車装置の遊星ホイールが噛合する各環帯ホイールを追加的に提供することによって達成される。その環帯ホイールのすべては、ユニットを形成するために共に接続されている。実際、環帯ホイールは、単に単一の環帯ホイール上の異なる歯の組に過ぎないと思われる。

変速手段は、キャリアのその軸の回りの回転速度について増減の双方を行うように配された電気モータであってもよい。この場合、動力伝達装置は、２つのアクスルのいずれか一方を介して伝達されるトルクが、全エンジントルクの０％〜１００％の間で変化するように制御されてもよい。しかしながら、これは常に必要ではなく、他の実施の形態では、変速手段は、単に第１のブレーキを構成する。したがって、遊星歯車装置がたった２つの遊星歯車列と、たった１つのブレーキを含むときは、トルクが一方のアクスルから他方のアクスルに伝達され得るだけであり、その逆はない。しかしながら、多くの用途において、これは、必要なことのすべてであり得る。したがって、動力伝達装置が、例えば、トルクの８０％が通常リアアクスルに伝達されると共に、トルクの２０％がフロントアクスルに伝達されるように設定されているときは、トルクの分配は、それらの数値とフロントアクスルでは１００％、リアアクスルでは０％との間で変化する。しかしながら、フロントアクスルを介して伝達されるトルクを２０％未満の値に変化させることはできない。

遊星歯車装置は、たった２つの遊星歯車列を含むが、他の実施形態では、それは、第１及び第２の太陽ホイールと同軸的に装着されると共に、第３の組の遊星ホイールに噛合する第３の太陽ホイールを含み、第３の組の遊星ホイールは第１及び第２の環帯ホイールに接続された第３の環帯ホイールに噛合し、第３の太陽ホイールと第３の組の遊星歯車のギア比は、第２及び第１の太陽ホイールと第２及び第１の組の遊星ホイールのギア比と夫々異なり、各第３の遊星ホイールは、各遊星シャフト上で独立して回転するように装着されており、第３の太陽ホイールは、第２の選択作動ブレーキに接続されている。一実施の形態では、各第３の遊星ホイールは、第１及び第２の各組の遊星ホイールと協働して遊星ホイールの組を形成し、遊星ホイールの各組は、各遊星シャフト上で独立して回転するように装着されている。したがって、この実施の形態は、国際公開第０２／０９９６６号に開示されたものと類似しており、これと同じく、第１の遊星ホイール、第２の遊星ホイール、及び第３の遊星ホイールから成る各遊星ホイールグループの遊星ホイールは、互いに独立して回転自在である。３つの環帯ホイールのすべては、この場合、３つの遊星歯車の組の間で、必要なトルクのリンクを提供するように共に接続される。この実施の形態において、２つの選択的作動ブレーキを提供することにより、２つのアクスル間のトルクの分割を０％と１００％の間で自在に変化させることができる。
特に小型の実施の形態では、第１及び第２のブレーキは、ほぼ単一の面にある環状のブレーキディスクを含む。

本発明のさらなる構成及び詳細は、添付図面を参照して単に例として示される本発明に係る動力伝達装置の２つの詳細な実施の形態の以下の記載から明らかになるであろう。
図１は、入力シャフト２を備える動力伝達装置を示す。この入力シャフト２は、使用中は、車両エンジンのギアボックスからの出力の一部に接続されるか、又はそれを構成する。このシャフト２は、また、遊星歯車式差動装置の環帯４に接続されている。環帯４の内側には、多くの遊星歯車６の歯が噛合する環状配列の歯が形成されている。遊星歯車６は、共通キャリア８によって担持され、太陽歯車１０に噛合する。キャリア８は、第１の中空出力シャフト１２に接続されると共に、この中空出力シャフト１２は、継ぎ手、この場合はチェーン駆動継ぎ手１４，１６，１８を介して、図示しない車両のフロントアクスル１１に接続されている。太陽歯車１０は、典型的には後部差動装置を介してリアアクスルに接続されているシャフト２０によって担持されている。

出力シャフト１２及び２０は、車両の運転状態に適切な方法で２つの出力シャフトを介して伝達されるトルクを分割する他の遊星歯車式差動装置に接続されている。フロントホイール出力シャフト１２は、太陽ホイールＳ１と共に回転するように接続され、リアホイール出力シャフト２０は、同軸の太陽ホイールＳ２を担持する。これら２つの太陽ホイールには他の太陽ホイールＳ３が同軸的に装着されている。３つの太陽ホイールＳ１，Ｓ２及びＳ３は、３つの遊星ホイールＰ１，Ｐ２，及びＰ３の各組に噛合している。種々の遊星ホイールは、第１の遊星ホイールＰ１、第２の遊星ホイールＰ２、及び第３の遊星ホイールＰ３を夫々含む３つのグループで互いに協働する。各グループの遊星ホイールは、各遊星シャフト２２に独立して回転するように接続されている。出力シャフト１２及び２０に平行に延びる（３つの）遊星シャフト２２は、共通キャリア２４に接続されている。遊星ホイールＰ１，Ｐ２，Ｐ３の各組は、各環帯ホイールＡ１，Ａ２，及びＡ３に噛合している。３つの環帯ホイールは、共に複合ユニットを形成するように接続され、好ましくは、この場合のように、単一の一体環状部材上に３つの個別の噛合の組を単に構成する。

共通キャリア２４には、リアバイアスブレーキと称される第１の選択的作動ブレーキ２８の半分を構成すると共に半径方向内側に延びる環状ブレーキディスク２６が接続されている。第１の選択的作動ブレーキ２８の他の半分は、アクチュエータ３２によってブレーキディスク２６に係合するように共に移動することができる２つの環状ブレーキシュー３０によって構成される。同様に、第３の太陽ホイールＳ３には、フロントバイアスブレーキと称される第２の選択的作動ブレーキ３６の半分を構成すると共に外側に延びる環状ブレーキディスク３４が接続されている。第２の選択的作動ブレーキ３６の他の半分は、アクチュエータ４０によってブレーキディスク３４に係合するように共に移動することができる２つの環状ブレーキシュー３８によって構成される。２つのブレーキディスク２６，３４は、同一平面であって、単一の半径方向面にあり、２つのアクチュエータは、半径方向に関して一方が他方の中に位置することにより、占有スペースを最小にしている。

２つのブレーキ２８，３６は、動力源（図示しない）に接続されており、電気式コントローラ５０の制御により独立して作動され得る。コントローラには、複数のセンサが接続されている。その１つを参照番号５２として概略的に示す。複数のセンサは、車両及び／又はそのエンジンの多くの作動パラメータの代表的な信号を検出すると共に作成する。これらの作動パラメータは、例えば、車両速度と、ハンドル角度と、３つの直交方向の各々についての車両の加速度と、エンジン速度、エンジントルク、及びヨーレイトと、どのエンジンギアが係合しているかということと、フロントアクスルに供給される差動歯車装置出力の速度及びトルクと、リアアクスルに供給される差動歯車装置出力の速度及びトルクとを含む。

詳細な実施の形態においては、太陽ホイールＳ１，Ｓ２，及びＳ３は、夫々、４２，４０，及び２３の歯を有し、遊星ホイールＰ１，Ｐ２，及びＰ３は、夫々、２４，２６，３９の歯を有し、連結された環帯ホイールＡ１，Ａ２，及びＡ３は、夫々、９０，９２，及び１０１の歯を有している。したがって、噛合する太陽ホイールと遊星ホイールの各組のギア比は全て異なる。

使用中に、フロントバイアスブレーキ３６を作動させると、太陽ホイールＳ３は減速し、太陽ホイールＳ１及びＳ２を横切る比の変化を引き起こして、その比が（Ａ２／Ｓ２）／（Ａ１／Ｓ１）になることことが分かる。これにより、リア出力シャフト２０からフロント出力シャフト１２にトルクを伝達することができる。リアバイアスブレーキを作動させると、逆の作動が生じて、キャリア２４が減速し、太陽ホイールＳ１及びＳ２を横切る比の変化を引き起こして、その比が（Ａ３／Ｓ３−Ａ１／Ｓ１）／ （Ａ３／Ｓ３−Ａ２／Ｓ２）になる。したがって、フロント出力シャフト１２からリア出力シャフト２０にトルクが伝達される。この小さな比の変化により、アクスル間のトルクの差の原因となるタイヤのスリップが若干生じる。例えば、０．５％未満のタイヤスリップの差は、トルクバイアス比１１．５、即ち一方のアクスルに対して９２％、他方のアクスルに対して８％をもたらす（即ち、バイアス比９２／８）。コントローラは、プログラムされたアルゴリズムを用いて、フロントアクスル及びリアアクスルの間のトルクを調和させて、車両の性能を最適化する。２つのブレーキを適切に作動させることにより、各アクスルで有効な対全トルクの割合は０％〜１００％の間で変化することが分かる。

図２は、他の遊星歯車式差動装置において、遊星歯車列が３つではなく、２つであることを図１の実施の形態との主たる装置点とする変形した実施の形態を示す。したがって、この動力伝達装置は遊星歯車式差動装置のキャリア８に接続された入力シャフト２を含む。キャリアは、太陽歯車１０及び環帯４と噛合する多くの遊星歯車６を担持する。太陽歯車１０は、図１のものと同様にチェーン駆動継ぎ手１４．１６，１８によってフロントアクスル１１に接続された中空継ぎ手１２に接続されている。環帯４は、リアアクスルに接続されるシャフト２０に接続されている。

出力シャフト１２及び２０は、図１のものと同様に、２つの出力シャフトを介して伝達されたトルクを車両の運転状態に適切な方法で分割する他の遊星歯車式差動装置に接続されている。環帯４ 、ひいてはシャフト２０は太陽ホイールＳ１に接続されており、一方、シャフト１２は同軸の太陽ホイールＳ２に接続されている。２つの太陽ホイールＳ１，Ｓ２は２つの遊星ホイールＰ１，Ｐ２の各組に接続されている。遊星ホイールは、遊星ホイールＰ１及び遊星ホイールＰ２を夫々含む３つのグループに結び付けられている。遊星ホイールの各グループは、各遊星シャフト２２に独立して回転自在に装着されている。
２つの遊星シャフト２２は、共通キャリア２４に接続されている。遊星ホイールの各組は、各環帯ホイールＡ１，Ａ２と噛合している。２つの環帯ホイールは、複合ユニットを形成するように共に接続されている。

共通キャリア２４には、半径方向外側に延びるブレークディスク２６が接続されている。このブレーキディスク２６は、選択的作動ブレーキ２８の半分を構成し、ブレーキ２８の他の半分は、図１のものと同様に、ブレーキディスクを挟むと共に、アクチュエータ３２によってブレーキディスクを係合するように共に移動し得る２つの環状ブレーキシュー３０によって構成される。
ブレーキは、図１のものと同様に動力源（図示しない）に接続されると共に、上記したように、多くのセンサに接続された電気式コントローラの制御の下に動作することができる。
本実施の形態の作動は、図１の実施の形態のそれとほぼ同じであり、違いは、トルクが一方のアクスルから他方のアクスルにのみ伝達され、その逆には伝達されない点にある。

四輪駆動車の中央差動装置の軸方向断面図である。 中央差動装置の変形構造の同様の図である。

Claims (7)

1. 車両用動力伝達装置であって、差動機構に接続された入力シャフトと、２つの出力シャフトとを備え、前記２つの出力シャフトは、遊星歯車装置において同軸的に装着された第１及び第２の太陽ホイールを夫々担持し、前記太陽ホイールは、第１及び第２の環帯ホイールに夫々噛合する第１及び第２の組の遊星ホイールに夫々噛合しており、前記第１の太陽ホイールと前記第１の組の遊星ホイールのギア比と、前記第２の太陽ホイールと前記第２の組の遊星ホイールのギア比とは互いに異なり、各遊星ホイールは、各遊星シャフトの回りに独立して回転するように装着されていると共に、前記遊星シャフトは、前記第１及び第２の太陽ホイールに回転自在に且つ同軸的に装着された共通キャリアに接続されており、前記第１及び第２の環帯ホイールは一緒に接続されており、前記キャリアは、その軸の回りの回転速度を増減するように配された選択的作動変速手段に接続されており、前記動力伝達装置は、さらに、前記車両又はそのエンジンの作動パラメータを示す信号を生成するように配された少なくとも１つのセンサと、前記センサ及び前記変速手段に接続されると共に、前記信号に応答して前記変速手段を作動させるように配されたコントローラとを含む車両用動力伝達装置。
2. 各第１の遊星ホイールは、各第２の遊星ホイールと協働して遊星ホイールの組を構成し、遊星ホイールの各組は、各共通遊星シャフトによって独立して回転自在に担持される請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記変速手段は電気モータである請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
4. 前記変速手段は第１のブレーキである請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
5. 前記遊星歯車装置は、前記第１及び第２の太陽ホイールと同軸的に装着されると共に、第３の組の遊星ホイールに噛合する第３の太陽ホイールを含み、前記第３の組の遊星ホイールは前記第１及び第２の環帯ホイールに接続された第３の環帯ホイールに噛合し、前記第３の太陽ホイールと前記第３の組の遊星ホイールのギア比は、前記第２及び第１の太陽ホイールと前記第２及び第１の組の遊星ホイールのギア比と夫々異なり、各第３の遊星ホイールは、各遊星シャフト上で独立して回転するように装着されており、前記第３の太陽ホイールは、第２の選択的作動ブレーキに接続されている請求項４に記載の動力伝達装置。
6. 各第３の遊星ホイールは、第１及び第２の遊星ホイールの各組と協働して遊星ホイールの組を形成し、遊星ホイールの各組は、各遊星シャフト上で独立して回転するように装着されている請求項５に記載の動力伝達装置。
7. 前記第１及び第２のブレーキは、ほぼ単一の面にある環状のブレーキディスクを含む請求項５又は６に記載の動力伝達装置。

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