JP4713308B2 - 車軸間トルク発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の２つの車軸を連結する車軸間連結装置において、単一のトルク発生源によって車軸間に同じ大きさで反対方向のトルク（反動トルク）を発生させる車軸間トルク発生装置に関する。

従来から、モータのトルクによって一対の車輪間に反動トルクを生成する反動トルク機構が知られている。特許文献１に記載された反動トルク機構は同一仕様の第１、第２の遊星歯車機構を備え、その第１プラネタリキャリヤおよび第２プラネタリキャリヤがそれぞれ差動機構の一対の出力要素に接続される。第１サンギアおよび第２サンギアは一体に形成され、また第１リングギアは油圧モータに接続されるとともに第２リングギアはケーシングに固定される。車両の旋回時に油圧モータで第１リングギアを駆動すると、第１プラネタリキャリヤおよび第２プラネタリキャリヤ間に差回転が発生し、右車輪と左車輪の間に反動トルクを発生させている。同一ギア比の一対の遊星歯車機構を用いる構成により、反動トルク機構の径方向寸法の小型化、重量の削減および設計自由度の向上を図っている。

特開平６−３０００９６号公報

上記従来の反動トルク機構は、第１プラネタリキャリヤと第２プラネタリキャリヤが車輪の回転と同じ速度で回転するため、反動トルク機構には車軸に発生するトルクと同等のトルクが伝達され、十分な強度を確保するためには機構の大型化を招くという問題がある。また、上記従来の反動トルク機構は、差動機構の一対の出力要素を接続している。これを実現するうえで、従来広く用いられている傘歯車式差動機構では、２つの出力要素の中間に配置される入力要素が障害になり、一対の出力要素を互いに接続することが困難である。そこで、入力要素が出力要素間の接続の障害にならない遊星歯車式差動機構を用いているが、遊星歯車式差動機構は構造が複雑なため、機構の大型化を招くという問題がある。

本発明は、小型で設計自由度の高い車軸間トルク発生装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両に備わる左右一対の車輪のうち、一方の車輪と同一速度で回転する第１車軸要素と、差動機構により前記左右一対の車輪の平均速度で回転する第２車軸要素との間の車軸間トルク発生装置であって、サンギアと、リングギアと、プラネタリギアを支持するプラネタリキャリヤとの回転要素からなる一対の遊星歯車機構と、トルク発生源と、前記各一対の遊星歯車機構のうち第１遊星歯車機構と前記第１車軸要素を接続する第１減速機構と、第２遊星歯車機構と前記第２車軸要素を接続する第２減速機構とを備え、前記遊星歯車機構の前記一対の回転要素のうち、第１の回転要素どうしを相対回転不能に接続し、第２の回転要素の一方を固定し他方を前記トルク発生源に接続し、第３の回転要素の一方を前記第１減速機構に接続し、第３の回転要素の他方を前記第２減速機構に接続することを特徴とする車軸間トルク発生装置である。

本発明によれば、小型で設計自由度の高い車軸間トルク発生装置を提供できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態の車軸間トルク発生装置の構成である。

車両の推進源であるエンジン１によって後輪を駆動する方式の車両について本発明の車軸間トルク発生装置を適用した例である。推進駆動軸２は、ファイナルギア３と差動機構５を介して、後輪の左車輪４ＲＬと右輪４ＲＲに接続されている。ファイナルギア３は、推進駆動軸２の回転方向を９０度変換すると同時に、推進駆動軸２の回転速度を所定の減速比で減速する。

差動装置５は、ファイナルギア３と共に回転する差動入力要素６と、左右一対の傘歯車式のサイドギア７ＲＬ，７ＲＲと、両サイドギアに噛合するピニオンギア８とで構成されており、サイドギア７ＲＬ，７ＲＲとピニオンギア８は差動入力要素６によって回転支持されており、サイドギア７ＲＬ，７ＲＲとピニオンギア８の回転軸が直角に配置される。左側のサイドギア７ＲＬは左車輪４ＲＬと連結され、右側のサイドギア７ＲＲは右車輪４ＲＬに連結される。サイドギア７ＲＬ，７ＲＲの平均回転速度が、差動入力要素６の回転速度となり、サイドギア７ＲＬ，７ＲＲに回転速度差がないときは、サイドギア７ＲＬ，７ＲＲと差動入力要素６の回転速度は一致する。サイドギア７ＲＬ，７ＲＲは、一つの車輪と同一速度で回転する車軸要素であり、差動入力要素６は差動機構により一対の車輪の平均速度で回転する車軸要素である。

反動トルク機構１０は、車体に固定されたハウジング１１と、同一の減速比の回転要素を有する一対の遊星歯車機構１２ａ，１２ｂと、反動トルクの入力軸１３と、一対の出力軸１４ａ，１４ｂとを備える。第１遊星歯車機構１２ａは、第１サンギア１５ａ、第１リングギア１６ａ、第１プラネタリギア１７ａ、第１プラネタリキャリヤ１８ａから構成されており、第１プラネタリキャリヤ１８ａは、第１サンギア１５ａおよび第１リングギア１６ａに噛合する第１プラネタリギアを支持する。第２遊星歯車機構は、第２サンギア１５ｂ、第２リングギア１６ｂ、第２プラネタリギア１７ｂ、第２プラネタリキャリヤ１８ｂから構成されており、第２プラネタリキャリヤ１８ｂは、第２サンギア１５ｂおよび第２リングギア１６ｂに噛合する第２プラネタリギアを支持する。サンギア１５ａ，１５ｂの歯数は共にＺｓであり、リングギア１６ａ，１６ｂの歯数は共にＺｒである。

第１サンギア１５ａは、減速機構２２を介してトルク発生源である反動トルク駆動モータ２０に連結され、第２サンギア１５ｂは、ハウジング１１に回転不能なように固定される。第１リングギア１６ａと第２リングギア１６ｂは、ハウジング１１に対して回転可能なように支持されているが、互いのリングギアどうしが相対回転不能なように連結される。第１プラネタリキャリヤ１８ａは第１出力軸１４ａおよび第１減速機構１９ａを介して差動入力要素６に連結される。第１出力軸１４ａの回転は、減速比１／Ｎを有する第１減速機構１９ａによって１／Ｎ倍に減速されて差動入力要素６に伝達される。第２プラネタリキャリヤ１８ｂは第２出力軸１４ｂおよび第２減速機構１９ｂを介して、左車輪サイドギア７ＲＬに連結される。第２出力軸１４ｂの回転は、第１減速機構１９ａと同じ減速比１／Ｎを有する第２減速機構１９ａによって１／Ｎ倍に減速されて左車輪サイドギア７ＲＬに伝達される。

減速機構１４ａと減速機構１４ｂは、回転軸の異なる２つの回転要素で構成されている。このため、第１遊星歯車機構１２ａと差動入力要素６を異なる回転軸上に配置し、第２遊星歯車機構１２ｂと左車輪サイドギア７ＲＬを異なる回転軸上に配置することができる。遊星歯車機構１２ａ，１２ｂと左車輪サイドギア７ＲＬを同軸上に配置する場合には、車軸要素が遊星歯車機構１２ａ，１２ｂの内部と貫通するためレイアウトが問題になるが、遊星歯車機構と車軸要素の異なる軸上に配置すれば、このような問題が回避できるので、設計自由度が向上し、小型な車軸間トルク発生装置を提供することができる。

また、図１に示すように、反動トルク駆動モータ２０の入力軸を反動トルク機構１０の左側で接続し、２つの出力軸１４ａ，１４ｂと差動入力要素６およびサイドギア７ＲＬを右側で接続する。すなわち、反動トルクの発生源が接続される方向と、第１車軸要素および第２車軸要素が接続される方向が異なる構成になっている。このため、トルクが伝達される方向を一つの方向に揃えることができ、反動トルク駆動モータ２０と反動トルク機構１０、差動機構５、車輪４ＲＬ，４ＲＲという、トルク伝達の順序でそれぞれの要素を配置することができる。したがって、２つの出力軸１４ａ，１４ｂの接続方向が異なる構成に比べて、機構要素のレイアウトが簡素になり、小型な車軸間トルク発生装置を提供することができる。

駆動制御装置である反動トルク制御装置２１は反動トルク駆動モータ２０へ電気的に接続されており、図示しない車両運転状態検出装置からの運転状態信号に基づき、必要な反動トルクを演算し、反動トルク制御装置２１を駆動する。運転状態信号とは、ハンドル舵角、アクセル開度、ブレーキペダル操作量などの運転操作量や、車体速度、車輪速度、ヨーレート、横すべり角などの車両運動の状態量、路面の摩擦係数、路面勾配などの外界環境状態を示す信号である。

次に、本発明の第１実施形態の動作について説明する。

最初に、入力軸１３と出力軸１４ａ，１４ｂの間の回転速度関係および伝達トルク関係と、反動トルク駆動モータ２０の駆動トルクが反動トルクとして左車輪４ＲＬおよび右車輪４ＲＲへ伝達される仕組みを説明する。第２出力軸１４ｂと第２プラネタリキャリヤ１８ｂが速度ωｂで回転するとき、第２サンギア１５ｂがハウジング１１に固定されているので、リングギア１６ａ，１６ｂの回転速度は（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｒ×ωｂとなる。第１出力軸１４ａと第１プラネタリキャリヤ１８ａが速度ωａ、第１リングギア１６ａが速度（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｒ×ωｂで回転するとき、第１サンギアと入力軸１３の回転速度ωｉは（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ×（ωａ−ωｂ）となる。したがって、第１出力軸と第２出力軸の回転速度差をΔω（＝ωａ−ωｂ）とすれば、入力軸１３の回転速度ωｉは（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ×Δωとなる。

このように、入力軸回転速度ωｉは、第１出力軸回転速度ωａの大きさや、第２出力軸回転速度ωｂの大きさには依存せず、第１出力軸と第２出力軸の回転速度差Δωに依存する。言い換えれば、反動トルク駆動モータ２０によって入力軸１３の回転を速度ωｉに速度制御する場合、第１出力軸回転速度ωａと第２出力軸回転速度ωｂの大きさ、すなわち車両の速度は規定されず、回転速度差Δωのみが規定される。また、反動トルク駆動モータ２０によって入力軸１３に入力トルクＴｉを与えるとき、第１出力軸１４ａには第１出力トルクＴａとして、トルク｛（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ×Ｔｉ｝が出力される。他方、第２出力軸１４ｂには第２出力トルクＴｂとして、第１出力軸１４ａとは大きさが同じで反対方向のトルク｛−（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ×Ｔｉ｝が出力される。第１出力軸１４ａと第２出力軸１４ｂには反動トルクが生成される。

第１出力軸１４ａのトルクは、第１減速機構１９ａによってＮ倍に増幅されて差動入力要素６へ伝達される。差動入力要素６からのトルクは、差動機構によって左右輪４ＲＬ，４ＲＲへ均等に分配されるので、左車輪４ＲＬと右車輪４ＲＲに対して各々（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ／２×Ｎ×Ｔｉのトルクが伝達される。一方、第２出力軸１４ｂのトルクは、第２減速機構１９ｂによってＮ倍に増幅され、｛−（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ×Ｎ×Ｔｉ｝のトルクが左車輪４ＲＬへ伝達される。したがって、反動トルク機構１０によって左車輪４ＲＬに発生するトルクは、第１出力軸１４ａおよび第２出力軸１４ｂから伝達されるトルクを合算して、−（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ／２×Ｎ×Ｔｉとなる。つまり、入力軸１３に入力トルクＴｉを与えるとき、左右輪４ＲＬ，４ＲＲに対して±（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ／２×Ｎ×Ｔｉの反動トルク（同じ大きさで方向の異なるトルク）が発生することになる。

このように、減速機構１９ａ，１９ｂによってトルクが増幅されるため、反動トルク機構１０において伝達されるトルクは、差動機構５や左右輪４ＲＬ，４ＲＲで伝達されるトルクよりも小さくてすむ。したがって、必要な強度を低減できるため、小型な反動トルク機構を実現することができる。

さらに、反動トルク機構１０の第１出力軸１４ａを、右車輪へ直接連結せずに、差動入力要素６へ連結することによって、差動入力要素の部材を共用することができ、小型な車軸間トルク発生装置を実現することができる。また、左右輪４ＲＬ，４ＲＲを互いに連結しないので、複雑な遊星歯車式差動機構ではなく、傘歯車式差動機構を用いることができるので、小型な車軸間トルク発生装置を実現することができる。

車両走行中の反動トルク機構１０の制御方法について説明する。車両が直進中の場合、左右の車輪４ＲＬ，４ＲＲが同じ速度で回転するため、入力軸回転速度ωｉはゼロに保たれる。エンジン１に推進駆動トルクが発生していれば、推進駆動トルクが差動機構５によって左右の車輪４ＲＬ，４ＲＲに均等分配される。直進走行中に左右輪の回転速度差が発生したとき、反動トルク制御装置２１が、その回転速度差を抑制する方向に反動トルク駆動モータ２０を制御すれば直進安定性が向上する。このとき、左右の車輪４ＲＬ，４ＲＲに伝達されるトルクは、エンジン１による推進駆動トルクに、反動トルク駆動モータ２０によるトルクを加算した大きさになる。

車両の旋回中は、左右輪の旋回半径が異なるため、左右の車輪４ＲＬ，４ＬＬに回転速度差が生じる。例えば車両の左旋回中に第１出力軸と第２出力軸には回転速度差Δωが生じる場合には、入力軸１３の回転速度ωｉは（Ｚｒ＋Ｚｓ）／Ｚｓ×Δωとなる。このとき、反動トルク制御装置２１が反動トルク駆動モータ２０のトルクを制御して、入力軸回転速度ωｉの増加方向にトルクを加えれば、右車輪４ＲＲに発生する駆動トルクが増加し、左車輪４ＲＬに発生する駆動トルクが減少する。このため、車両には旋回運動を促進する方向にモーメントが発生し、旋回性能を向上できる。また例えば、車両の左旋回中に必要以上の旋回運動が発生し、車両の安定性が損なわれる場合には、反動トルク制御装置２１が入力軸回転速度ωｉの減少方向にトルクを制御する。これにより、右車輪４ＲＲに発生する駆動トルクが減少し、左車輪４ＲＬに発生する駆動トルクが増加し、不安定な旋回運動を抑制できる。

図２は本発明の第２の実施形態を示すものである。尚、第１の実施形態と同様の構成や動作については説明を省略する。

図２は、図示しないエンジンによって前輪を駆動し、車両の推進源として反動トルク駆動モータ２０を用いて後輪を駆動する方式の例である。反動トルク駆動モータ２０の駆動トルクは、入力軸１３以外にも、推進駆動入力軸１３ｂからも入力可能なように構成されている。反動トルク駆動モータ２０は、減速機構２２およびクラッチ機構３０を介して入力軸１３および推進駆動入力軸１３ｂに接続される。クラッチ機構は、減速機構２２と入力軸１３の間のトルクを伝達するクラッチ板３１、クラッチ板３１の接続状態を制御するコイル３３、減速機構２２と推進駆動入力軸１３ｂの間のトルクを伝達するクラッチ板３２、クラッチ板３１の接続状態を制御するコイル３４で構成されている。駆動制御装置２１とコイル３３，３４は電気的に接続されている。クラッチ板３１が接続される場合、反動トルク駆動モータ２０の駆動トルクは、反動トルクとして車輪４ＲＬ，４ＲＲに伝達され、クラッチ板３２が接続される場合、反動トルク駆動モータ２０の駆動トルクは、反動トルク機構１０の構成要素である第１出力軸１４ａを介して、車両の推進トルクとして車輪４ＲＬ，４ＲＲに伝達される。

雪道などの路面摩擦係数が低い路面を走行中、エンジンによる前輪の推進トルク以外に、後輪４ＲＬ，４ＲＲの推進トルクが必要とされる場合、反動トルク制御装置２１がクラッチ板３２を接続制御すれば、車両の推進性能を向上できる。また、第１の実施形態のように、後輪に反動トルクが必要とされる場合、反動トルク制御装置２１がクラッチ板３１を接続制御すれば、車両の旋回性能を向上できる。

このように、１つの反動トルク駆動モータ２０を、反動トルク発生源として用いるだけでなく、車両の推進トルク発生源として用いることができるため、小型な車軸間トルク発生装置を提供することができる。また、推進トルク発生源のトルクを反動トルク機構１０を介して伝達するため、反動トルク機構１０部材の共用でき、小型な車軸間トルク発生装置を提供することができる。

第１の実施形態では後輪をエンジンで駆動する車両へ適用した例を示し、第２の実施形態では前輪をエンジンで駆動し、後輪をモータで駆動する車両へ適用した例を示したが、本発明の反動トルク機構は、車両の駆動方式によらずに適用することができる。

例えば図３に示すように、エンジンとモータによって、前後左右の車輪を駆動できる車両へも適用できる。エンジン１とモータ４０の駆動トルクまたは制動トルクは、差動機構５Ｃ，差動機構５Ｆ，差動機構５Ｒを介して均等に前後左右の車輪４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲへ伝達される。差動機構５Ｃ，差動機構５Ｆ，差動機構５Ｒにはそれぞれ反動トルク機構１０Ｃ，１０Ｆ，１０Ｒが接続され，反動トルク駆動モータ２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｒからの駆動トルクによって反動トルクが伝達される。反動トルク駆動モータ２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｒが作動しない状態では、エンジン１とモータ４０の駆動トルクは、車輪４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲへ均等に分配されるが，反動トルク駆動モータ２０Ｃ，２０Ｆ，２０Ｒにトルクを発生させることによって、車輪４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲの各トルクを任意に調整することができる。さらに、モータ４０は車両を推進する方向のトルクだけではなく、減速方向のトルクも発生できるため、車輪４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲが発生可能なトルクの範囲は、エンジン１のみの場合よりも拡大できる。このように、本発明の反動トルク機構を、モータ４０を備えた四輪駆動車両へ適用することによって、車輪４ＦＬ，４ＦＲ，４ＲＬ，４ＲＲのトルクを自在に制御できるため、車両の走行性能を一段と向上できる。

また例えば図４に示すように、前輪４ＦＬ，４ＦＲをエンジン１で駆動し、後輪には反動トルクのみを発生させる方式にも適用できる。反動トルク機構が接続され，減速機構１９ａ，１９ｂを介して車輪４ＲＬ，４ＲＲへ伝達される。このように、減速機構１９ａ，１９ｂによって、トルク増幅が行われるため、反動トルク機構１０において伝達されるトルクは、左右輪４ＲＬ，４ＲＲで伝達されるトルクよりも小さくてすむ。必要な強度を低減できるため、小型な反動トルク機構を実現することができる。また、車両を推進するためのトルクを伝達するための差動機構が不要なので、小型な反動トルク機構を実現することができる。

また例えば、本発明は自動車に限らず、電動車椅子のように左右に車輪を備える車両へも適用できる。

本発明の第１の実施形態による車軸間トルク発生装置を示す図。 本発明の第２の実施形態による車軸間トルク発生装置を示す図。 本発明を別の車両駆動方式に適用した図。 本発明を別の車両駆動方式に適用した図。

符号の説明

１…エンジン、４ＲＬ…後左車輪、４ＲＲ…後右車輪、５…差動機構、６…差動入力要素、１０…反動トルク機構、１１…ハウジング、１３…入力軸、１４ａ…第１出力軸、１４ｂ…第２出力軸、１９ａ…第１減速機構、１９ｂ…第２減速機構、２０…反動トルク駆動モータ、２１…反動トルク制御装置。

Claims (5)

1. 車両に備わる左右一対の車輪のうち、一方の車輪と同一速度で回転する第１車軸要素と、差動機構により前記左右一対の車輪の平均速度で回転する第２車軸要素との間の車軸間トルク発生装置であって、
   サンギアと、リングギアと、プラネタリギアを支持するプラネタリキャリヤとの回転要素からなる一対の遊星歯車機構と、
   トルク発生源と、
   前記各一対の遊星歯車機構のうち第１遊星歯車機構と前記第１車軸要素を接続する第１減速機構と、
   第２遊星歯車機構と前記第２車軸要素を接続する第２減速機構とを備え、
   前記遊星歯車機構の前記一対の回転要素のうち、第１の回転要素どうしを相対回転不能に接続し、
   第２の回転要素の一方を固定し他方を前記トルク発生源に接続し、
   第３の回転要素の一方を前記第１減速機構に接続し、
   第３の回転要素の他方を前記第２減速機構に接続することを特徴とする車軸間トルク発生装置。
2. 請求項１記載の車軸間トルク発生装置において、
   前記第１減速機構が回転軸の異なる少なくとも２つの回転要素からなり、前記第２減速機構が回転軸の異なる少なくとも２つの回転要素からなり、前記第１車軸要素と第１遊星歯車機構が異なる回転軸上に配置され、前記第２車軸要素と第２遊星歯車機構が異なる回転軸上に配置されることを特徴とする車軸間トルク発生装置。
3. 請求項１記載の車軸間トルク発生装置において、前記一対の遊星歯車機構の回転軸に関して、第１車軸要素および第２車軸要素が同一の長手方向に接続されることを特徴とする車軸間トルク発生装置。
4. 請求項１記載の車軸間トルク発生装置において、車両を推進するためのトルクが前記遊星歯車機構の回転要素を介して伝達されることを特徴とする車軸間トルク発生装置。
5. 車両の走行状態に基づいて、請求項１記載の車軸間トルク発生装置を駆動制御する駆動制御装置。

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