JP4699852B2 - ４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置 - Google Patents

Description

この発明は、４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置に関し、さらに詳しくは、後輪寄りに設定されたトルク配分を油圧多板式の差動制限装置によって直結４ＷＤのトルク配分の間まで可変制御する電子制御４ＷＤ方式の前後輪駆動力配分装置に関する。

従来、４輪駆動車（ＡＷＤ車）の４ＷＤシステムには、図７、８に示されるように、複合遊星歯車式のセンタディフアレンシャル装置（センタデフ）１によって設定された後輪寄りのトルク配分（例えば、Ｆ４５：Ｒ５５）を、油圧多板式の差動制限装置（ＬＳＤ）２の差動制限によって、直結４ＷＤのトルク配分（Ｆ５０：Ｒ５０）の間まで連続可変制御する不等＆可変トルク配分電子制御４ＷＤ方式の前後輪駆動力配分装置３がある（例えば、特許文献１参照）。

このような前後輪駆動力配分装置３によると、自動変速機部４からの駆動トルクは、インタミディトシャフト５の第１サンギヤ６から第１ピニオンギヤ７を介して前輪側の出力要素であるキャリヤ８と、第１ピニオンギヤ７と一体形成された第２ピニオンギヤ９を介して後輪側の出力要素である第２サンギヤ１０とに一定の比率（後輪偏重）で配分される。キャリヤ８に伝達された駆動トルクは、キャリヤ８からリダクションドライブギヤ１１、リダクションドリブンギヤ１２を介して前輪を駆動するためのドライブピニオンシャフト１３に伝達される。一方、第２サンギヤ１０に伝達された駆動トルクは、後輪を駆動するためのリヤドライブシャフト１４に伝達される。そして、センタデフ１の前後輪出力要素であるキャリヤ８と第２サンギヤ１０とに回転差が生じた場合には、キャリヤ８と第２サンギヤ１０との間においてセンタデフ１と並列に配置されたＬＳＤ２を差動制限させて、低速回転側の駆動トルクを増大させるように構成されていた。つまり、後輪回転速度が前輪回転速度よりも高い場合には、後輪側の駆動トルクの一部が第２サンギヤ１０からＬＳＤ２を介してキャリヤ８に伝達され、また、前輪回転速度が後輪回転速度よりも高い場合には、前輪側の駆動トルクの一部がキャリヤ８からＬＳＤ２を介して第２サンギヤ１０に伝達されるように構成されていた。

しかしながら、上記した従来の４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置にあっては、次のような問題がある。すなわち、車両の運動性能、特に旋回性能をさらに向上させるには、後輪側の駆動トルクを増大し、前輪よりも後輪を速く廻すことよってアンダステアを低減させる必要がある。後輪を速く廻すには、初期設定された後輪寄りのトルク配分比（イニシャルトルク配分比）をより後輪偏重とすればよいが、それには、現行のサンギヤ、ピニオンギヤ比を変更しなければ対処することはできないという問題がある。
そして、サンギヤ、ピニオンギヤ比を変更する場合、現行の前後輪駆動力配分装置をそのまま流用することはできず、新たな前後輪駆動力配分装置を採用しなければならないため、車両コストが上昇してしまうという問題が発生する。

特許２５２８００３号公報

そこで、この発明は、上記した従来技術が有している問題点を解決するためになされたものであって、現行のトランスファ構造を大幅に変更することなく、後輪側へのトルク配分比を増大させ、後輪の強制増速を図ることによって、車両の運動性能をさらに向上させることができる４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明は、複数のサンギヤと、互いに並列に一体形成された複数のピニオンギヤとによって構成された複合遊星歯車式のセンタディフアレンシャル装置と、前記センタディフアレンシャル装置によって設定されたトルク配分を直結４ＷＤのトルク配分の間まで可変制御する油圧多板式の差動制限装置とを備えた４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置において、
前記前後輪駆動力配分装置は、前記複数のピニオンギヤのうちいずれか１つに噛み合うインターナルギヤと、前記インターナルギヤをフリー、スリップ及び固定可能とする締結手段と、前記締結手段を作動制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、車両状況に応じて前記締結手段を作動させてインターナルギヤをスリップ或いは固定することを特徴とする。

上記目的を達成するため第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記締結手段を作動させて前記インターナルギヤをスリップ或いは固定する状態にあっては、前記差動制限装置をフリー或いはスリップ制御することを特徴とする。

上記目的を達成するため第３の発明は、第１または第２の発明において、前記インターナルギヤは、前記複数のピニオンのうち、車両前方側のピニオンに噛み合うように設けられていることを特徴とする。

上記目的を達成するため第４の発明は、第１から第３の何れかの発明において、前記インターナルギヤは、前記複数のピニオンのうち、車両後方側のピニオンに噛み合うように設けられていることを特徴とする。

上記目的を達成するため第５の発明は、第１から第４の何れかの発明において、前記制御手段は、前記締結手段を締結制御するための油圧を発生させる油圧アクチュエータと、前記油圧式アクチュエータの発生する油圧を車両状況に応じて調圧制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

第１乃至５の発明によれば、制御手段の制御部は、車両状況に応じて後輪側の駆動トルクを増大させる必要がある場合には、直ちにインターナルギヤがスリップ或いは固定するように締結手段を作動制御すると共に、差動制限装置をフリー或いはスリップ制御する。スリップ或いは固定されたインターナルギヤに噛み合っているピニオンギヤは、自転しながら公転するのに伴ってインターナルギヤに噛み合っていない他方のサンギヤを強制増速させる。すると、前輪側へ伝達される駆動トルクの一部が後輪側に伝達されて、後輪へのトルク配分（トルクベクタリング）が増大して後輪が強制増速される。これにより、車両旋回時には後輪が前輪よりも前に出ようとするようになり、ハンドルの切れ角に応じた旋回性能を大幅に向上させることができる。しかも、現行のサンギヤ、ピニオンギヤ比を変更することなく、現行の前後輪駆動力配分装置をそのまま流用することができるので、低コストに車両性能を大幅に向上させることができる。さらに、軸方向に非常にコンパクトに構成できるので、従来の４ＷＤシステムとほぼ同じ全長となり、後輪側伝達軸の位置、仕様とも現行生産品そのまま採用することができる。さらには、インターナルギヤが噛み合うピニオンギヤは、車両前方側或いは後方側のどちらか１つを選択することができるので、後輪の増減速、トルクベクタリング量の設定を容易に行うことができる。さらにまた、トルクベクタリング時にあっては、差動制限装置をフリー或いはスリップ制御するので、トルク配分機能へ干渉することがない。その結果、現行のトランスファ構造を大幅に変更することなく、後輪側へのトルク配分比を増大させ、後輪の強制増速を図ることによって、車両の運動性能をさらに向上させることができる４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置を提供することができる。

前後駆動力配分装置に、複数のプラネタリギヤのうちいずれか１つに噛み合うインターナルギヤと、このインターナルギヤをフリー、スリップ及び固定可能とする締結手段と、後輪側の駆動トルクを増大させる必要がある場合には、インターナルギヤがスリップ或いは固定するように締結手段を作動制御する制御手段とを設けた。これにより、インターナルギヤがスリップ或いは固定制御されると、前輪側へ伝達される駆動トルクの一部が後輪側に伝達されて、後輪へのトルク配分が増大し、後輪の強制増速が行われる。その結果、現行のトランスファ構造を大幅に変更することなく、後輪へのトルク配分比を増大し、後輪の強制増速を図ることによって、車両の運動性能をさらに向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る前後輪駆動力配分装置の断面図、図２は、図１のスケルトン図、図３は、センタデフ時における駆動トルクの伝達状態を示した図、図４は、トルクベクタリングモード時における駆動トルクの伝達状態を示した図である。

まず、本発明が適用された前後輪駆動力配分装置について説明する。本前後輪駆動力配分装置（以下、トランスファ機構部という）２０は、図１、２に示されるように、自動変速機部４後方のトランスファ室に配設され、後輪寄りのトルク配分となるようにサンギヤ、ピニオンギヤ比が設定された複合遊星歯車式のセンタデフ２１と、車両状況に応じて差動制限することによって、後輪寄りのトルク配分を直結４ＷＤのトルク配分の間まで連続可変制御するＬＳＤ２２とを備えて構成されている。

なお、従来とほぼ同様の構成部材については、同一の符号が付されている。
また、このトランスファ機構部２０と共に４ＷＤシステムを構成する構成部材、例えば、トルクコンバータ、変速機入力軸としてのインプットシャフト、オイルポンプ、自動変速機部、変速機出力軸としてのリダクションドライブシャフト、ドライブピニオンシャフト、コントロールバルブボディ、フロントディファレンシャルギヤ、リヤドライブシャフト等については、特許２５２８００３号公報に詳述されているので、ここでの説明は省略する。

トランスファ機構部２０は、自動変速機部４からのリダクションドライブシャフト１５の同軸上に、回転可能に配置されたインタミディトシャフト２３と、このインタミディトシャフト２３の後部に一体的に設けられた第１サンギヤ２４と、この第１サンギヤ２４に噛み合う第１ピニオンギヤ２５と、この第１ピニオンギヤ２５に並列して一体的に設けられた第２ピニオンギヤ２６と、これら第１及び第２ピニオンギヤ２５、２６を回転可能に支持する前輪側の出力要素であるキャリヤ２７と、第２ピニオンギヤ２６に噛み合うようにリヤドライブシャフト１４の前部に設けられた後輪側の出力要素である第２サンギヤ２８とを備えて構成されている。

キャリヤ２７の前部には、インタミディトシャフト２３に相対回転可能に支持されたリダクションドライブギヤ１１が一体的に連なっている。このリダクションドライブギヤ１１は、自動変速機部４からのリダクションドライブシャフト１５の下方側に平行に配置されたドライブピニオンシャフト１３の後部のドリブンギヤ１２に噛み合わされるように構成されている。これにより、キャリヤ２７に伝達された駆動トルクは、キャリヤ２７からリダクションドライブギヤ１１、リダクションドリブンギヤ１２を介して前輪を駆動するためのドライブピニオンシャフト１３に伝達される。一方、第２サンギヤ２８に伝達された駆動トルクは、後輪を駆動するためのリヤドライブシャフト１４に伝達される。

また、キャリヤ２７の後部と第２サンギヤ２８との間には、キャリヤ２７と第２サンギヤ２８とをフリー、締結（スリップ及び直結）可能とするＬＳＤ２２がセンタデフ２１と並列となるように配置されている。このＬＳＤ２２は、後述する制御手段３４のＥＣＵ３７によって差動制限を行うように設定されており、このＬＳＤ２２が差動制限を行うと、高速回転側の駆動トルクの一部が低速回転側に伝達されて、低速回転側の駆動トルクを増大させるようになっている。例えば、後輪回転速度が前輪回転速度よりも高い場合には、後輪側の駆動トルクの一部が第２サンギヤ２８からＬＳＤ２２を介してキャリヤ２７に伝達される。また、前輪回転速度が後輪回転速度よりも高い場合には、前輪側の駆動トルクの一部がキャリヤ２７からＬＳＤ２２を介して第２サンギヤ２８に伝達される。

サンギヤ、ピニオンギヤ比は、表１に示されるように、前後輪の回転速度差がほとんど無く、且つＬＳＤ２２による差動制限がない場合、自動変速機部４から出力された駆動トルクを前輪約４５％、後輪約５５％に分配するように予め設定されている。

さらに、このトランスファ機構部２０には、第１ピニオンギヤ２５に噛み合うインターナルギヤ２９が回転可能に配設されていると共に、このインターナルギヤ２９とケーシング３０との間には、インターナルギヤ２９をフリー、スリップ及び固定可能とする締結手段としてのベクタリングブレーキクラッチ３１が配設されている。さらに、このベクタリングブレーキクラッチ３１の車両前方側には、ベクタリングブレーキクラッチ３１をピストン３２を介して作動させるためのブレーキピストン３３が配設されていると共に、このブレーキピストン３３を作動制御する制御手段３４が備えられている。

なお、インターナルギヤ２９のスラスト力受けは、一方をベクタリングブレーキクラッチ３１のリテーニングプレートを流用して受けさせると共に、他方をキャリヤ２７で受けさせる構造が用いられている。
また、ブレーキピストン３３は、遠心油圧を発生させないケース固定タイプが用いられている。また、このブレーキピストン３３の構成に代えて、電磁式ブレーキピストンを用いることが可能である。

制御手段３４は、図１に示されるように、ベクタリングブレーキクラッチ制御用アクチュエータとしてのデューティソレノイド３５、制御バルブとしてのコントロールバルブ３６、電子制御ユニットとしてのＥＣＵ３７を備えて構成されている。

ＥＣＵ３７には、前輪回転センサ３８、後輪回転センサ３９、スロットル開度センサ４０、ステアリング舵角センサ４１、ポジションセンサ４２、エンジン制御ユニット４３やその他の図示しない車載センサ及び車載スイッチから出力される検出値及び出力値が入力される。ＥＣＵ３７は、これらの入力された検出値及び信号、例えば、アクセル開度、燃料噴射量、ステアリング舵角量、路面μ推定値、前後輪回転差、変速段等に基づいて、後輪側駆動トルクの増大が必要な車両状況か否かを判断する。そして、後輪側駆動トルクの増大が必要な状況、例えば、車両旋回時と判断すると、ＥＣＵ３７は、その後輪側駆動トルクの増大が必要な状況に応じて、デューティソレノイド３５をデューティ制御し、パイロット圧をデューティ圧に調圧する。このデューティ圧は、コントロールバルブ３６に作用する。

さらに、このコントロールバルブ３６にはライン圧が導かれており、このライン圧をデューティ圧の作用によってクラッチ圧に調圧する。そして、このクラッチ圧によってブレーキピストン３３を作動させることによって、ベクタリングブレーキクラッチ３１をフリー、スリップ及び直結制御することが可能とされている。

なお、このＥＣＵ３７は、図示しないトランスファデューティソレノイド及びトランスファコントロールバルブによって、ＬＳＤ２２をフリー、スリップ及び直結制限するように構成されている。また、このＥＣＵ３７は、ベクタリングブレーキクラッチ３１をスリップ或いは直結制御する状態にあっては、ＬＳＤ２２をフリー或いはスリップ制御するように予め設定されている。

かかる構成のトランスファ機構部２０によれば、図３に示されるように、トルクベクタリングを行わない場合、ＥＣＵ３７は、ベクタリングブレーキクラッチ３１をフリー制御して内部循環トルクを吸収させ、且つ自動変速機部４からの駆動トルクを、インタミディエトシャフト２３の第１サンギヤ２４から第１ピニオンギヤ２５を介して前輪側の出力要素であるキャリヤ２７と後輪側の出力要素である第２サンギヤ２８とにイニシャルトルク配分比に応じて配分する。そして、その状態にあっては、第１及び第２のサンギヤ２４、２８、第１及び第２のピニオンギヤ２５、２６、キャリヤ２７、インターナルギヤ２９は、ＬＳＤ２２或いは前後のタイヤグリップ力によって、インタミディエトシャフト２３及びリヤプロペラシャフト１４の軸線上において一体となって回転する。

そして、後輪側の駆動トルクの増大が必要な車両状況の場合にあっては、ＥＣＵ３７は、図４に示されるように、ベクタリングブレーキクラッチ３１をスリップ或いは直結制御してインターナルギヤ２９をケーシング３０に固定する。すると、第１サンギヤ２４からの駆動トルクは第１ピニオンギヤ２５に伝達されるが、インターナルギヤ２９が固定されているために、第１ピニオンギヤ２５は自転しながら第１サンギヤ２４の廻りを公転する。すると、この第１ピニオンギヤ２５を支持するキャリヤ２７も第１ピニオンギヤ２５の公転速度で回転することになる。また、第１ピニオンギヤ２５と第２ピニオンギヤ２６とは一体形成されているため、第２ピニオンギヤ２６に噛み合っている第２サンギヤ２８が強制増速される。これにより、第２サンギヤ２８が強制増速されるため、リヤドライブシャフト１４も強制増速されることとなり、フロント出力回転より第２ピニオンギヤ２６の歯数／第２サンギヤ２８の歯数だけ増速される。このとき、ＬＳＤ２２は、フリー状態或いは必要に応じてスリップ制御でトルクベクタリングを行う。これにより、後輪へのトルクベクタリングが行われることで、車両旋回時に後輪が前輪より前に出ようとするため、ハンドル切れ角に応じて旋回性能が向上する。

以上述べたように本発明によれば、ＥＣＵ３７は、車両状況に応じて後輪側の駆動トルクを増大させる必要がある場合には、インターナルギヤ２９がスリップ或いは固定するようにベクタリングブレーキクラッチ３１を作動制御すると共に、ＬＳＤ２２をフリー或いはスリップ制御する。スリップ或いは固定されたインターナルギヤ２９に噛み合っている第１ピニオンギヤ２５は、自転しながら公転するのに伴ってインターナルギヤ２９に噛み合っていない第２ピニオンギヤ２６を介して第２サンギヤ２８を強制増速させる。すると、前輪側へ伝達される駆動トルクの一部が後輪側に伝達されて、後輪へのトルク配分率の増大が行われる。これにより、車両旋回時に後輪が前輪よりも前に出ようとするようになり、ハンドルの切れ角に応じた旋回性能を大幅に向上させることができる。しかも、現行のサンギヤ、ピニオンギヤ比を変更することなく、現行の前後輪駆動力配分装置をそのまま流用することができるうえに、イニシャルトルク配分比よりもさらに後輪偏重とすることができるので、低コストに車両性能を大幅に向上させることができる。さらには、軸方向に非常にコンパクトに構成できるので、従来の４ＷＤシステムとほぼ同じ全長となり、後輪側伝達軸の位置、仕様とも現行生産品そのまま採用することができる。さらに、トルクベクタリング時にあっては、ＬＳＤ２２をフリー或いはスリップ制御するので、トルク配分機能へ干渉することがない。
その結果、現行のトランスファ構造を大幅に変更することなく、後輪側へのトルク配分比の増大を図ることによって、車両の運動性能をさらに向上させることができる４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置を提供することができる。

なお、上述した構成にあっては、インターナルギヤ２９を車両前方側の第１ピニオンギヤ２５に噛み合うように設けたが、これに限定されるものでなく、図５、６に示されるように、インターナルギヤ２９を車両後方側の第２ピニオンギヤ２６に噛み合わせるように構成することが可能である。
図５は、同例とは異なる前後輪駆動力配分装置の断面図、図６は、図５のスケルトン図である。

インターナルギヤ２９を第２ピニオンギヤ２６に噛み合わせた場合にあっては、図５に示されるように、ベクタリングブレーキクラッチ３１を作動させるためのブレーキピストン３３は、ＬＳＤ２２の後方側に付設された取り付けケース４４の内部に配置されている。ブレーキピストン３３からベクタリングブレーキクラッチ３１に向かって延びるピストン３２には、ベクタリングブレーキクラッチ３１を作動させる際に、他の構成部材との干渉を回避するため適宜折り曲げ加工が施されている。

なお、サンギヤ、ピニオンギヤ比は、表２に示されるように、前後輪の回転速度差がほとんど無く、且つＬＳＤ２２による差動制限がない場合、自動変速機部４から出力された駆動トルクを前輪約４５％、後輪約５５％に分配するように予め設定されている。

かかる構成のトランスファ機構部２０によれば、後輪側の駆動トルクの増大が必要な車両状況の場合にあっては、ＥＣＵ３７は、ベクタリングブレーキクラッチ３１をスリップ或いは直結制御してインターナルギヤ２９をケーシング３０に固定する。すると、第１サンギヤ２４からの駆動トルクは第１ピニオンギヤ２５に伝達され、この第１ピニオンギヤ２５と一体となって第２ピニオンギヤ２６が回転するが、インターナルギヤ２９が固定されているために、第２ピニオンギヤ２６は自転しながら第２サンギヤ２８の廻りを公転する。すると、第２ピニオンギヤ２６を支持するキャリヤ２７も第２ピニオンギヤ２６の公転速度で回転することになり、第２ピニオンギヤ２６に噛み合っている第２サンギヤ２８が強制増速される。これにより、第２サンギヤ２８が強制増速されるため、リヤドライブシャフト１４も強制増速される。このとき、ＬＳＤ２２は、フリー状態或いは必要に応じてスリップ制御でトルクベクタリングを行う。これにより、後輪へのトルクベクタリングが行われることで、車両旋回時に後輪が前輪より前に出ようとするため、ハンドル切れ角に応じて旋回性能が向上する。また、インターナルギヤ２９が噛み合うピニオンギヤを第２ピニオンギヤ２６とすることによって、第１ピニオンギヤ２５に噛み合わせた場合よりも、後輪の増減速、トルクベクタリング量の設定幅を広げることができる。

本実施形態に係る４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置の断面図である。 図１のスケルトン図である。 センタデフ時における駆動トルクの伝達状態を示した図である。 トルクベクタリングモード時における駆動トルクの伝達状態を示した図である。 同例とは異なる前後輪駆動力配分装置の断面図である。 図５のスケルトン図である。 従来の４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置の断面図である。 図７のスケルトン図である。

符号の説明

２０ トランスファ機構部（前後輪駆動力配分装置）
２１ センタデフ（センタディフアレンシャル装置）
２２ ＬＳＤ（電子制御油圧多板クラッチ）
２４ 第１サンギヤ
２５ 第１ピニオンギヤ
２６ 第２ピニオンギヤ
２７ キャリヤ
２８ 第２サンギヤ
２９ インターナルギヤ
３０ ケーシング
３１ ベクタリングブレーキクラッチ（締結手段）
３３ ブレーキピストン
３４ 制御手段
３５ デューティソレノイド（ベクタリングブレーキクラッチ制御用アクチュエータ）
３６ コントロールバルブ（制御バルブ）
３７ ＥＣＵ（電子制御ユニット）

Claims (5)

1. 複数のサンギヤと、互いに並列に一体形成された複数のピニオンギヤとによって構成された複合遊星歯車式のセンタディフアレンシャル装置と、前記センタディフアレンシャル装置によって設定されたトルク配分を直結４ＷＤのトルク配分の間まで可変制御する油圧多板式の差動制限装置とを備えた４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置において、
   前記前後輪駆動力配分装置は、
   前記複数のピニオンギヤのうちいずれか１つに噛み合うインターナルギヤと、
   前記インターナルギヤをフリー、スリップ及び固定可能とする締結手段と、
   前記締結手段を作動制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、車両状況に応じて前記締結手段を作動させて前記インターナルギヤをスリップ或いは固定することを特徴とする４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置。
2. 前記制御手段は、前記締結手段を作動させて前記インターナルギヤをスリップ或いは固定する状態にあっては、前記差動制限装置をフリー或いはスリップ制御することを特徴とする請求項１に記載の４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置。
3. 前記インターナルギヤは、前記複数のピニオンのうち、車両前方側のピニオンに噛み合うように設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置。
4. 前記インターナルギヤは、前記複数のピニオンのうち、車両後方側のピニオンに噛み合うように設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置。
5. 前記制御手段は、前記締結手段を締結制御するための油圧を発生させる油圧アクチュエータと、前記油圧式アクチュエータの発生する油圧を車両状況に応じて調圧制御する電子制御部とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の４輪駆動車の前後輪駆動力配分装置。

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