JP4754053B2

JP4754053B2 - 四輪駆動車の動力分配装置

Info

Publication number: JP4754053B2
Application number: JP2000280600A
Authority: JP
Inventors: 一男金澤
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: DE60115558T2; JP2002087090A; EP1188595A2; DE60115558D1; US6581745B2; EP1188595A3; US20020029950A1; EP1188595B1; ATE311998T1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押圧式差動制限クラッチによって付与されるイニシャルトルクを設定車速以上で自動的にキャンセルする四輪駆動車の動力分配装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
四輪駆動車は、悪路走破性に優れているだけでなく、一般道においても加速性や走行安定性に優れていることから、急速に普及してきている。この四輪駆動車の駆動系は、基本的には、前後輪を直結することにより実現できるが、このようにした場合、強固な四輪駆動状態が得られるという利点がある反面、旋回走行時に前後輪間に生じる回転速度差が吸収できないため、いわゆるタイトコーナーブレーキング現象が発生し、旋回性能が悪化するという難点がある。
【０００３】
従って、実用化されている四輪駆動車は、前後輪伝達軸間に適宜の駆動力配分伝達装置を介装し、この駆動力配分伝達装置によって、所定の差回転を許容した状態で前後輪を連結するようにしている。
【０００４】
この駆動力配分伝達装置としては、センターディファレンシャル装置やトルクカップリング等が多く採用されている。トルクカップリングとしては、ビスカスカップリング、多板クラッチ、或いは前後輪の一方への伝達軸と連動回転されるケーシング内に、他方への伝達軸と連動回転されるロータを収納して油圧ポンプを構成した油圧絞り式等がある。
【０００５】
しかし、これらの駆動力配分伝達装置を前後輪伝達軸間に介装した場合、低μ路等の悪路走行時に、前後輪の一方にスリップが発生し易くなるため、直結四輪駆動車に比し、トラクション性能の面で劣ってしまう。
【０００６】
そのため、多くの場合、駆動力配分伝達装置に差動制限装置を併設し、前後輪伝達軸間にタイトコーナブレーキング現象を許容できるレベルのイニシャルトルクを付加するようにしている。例えば特開平１０−４４８０２号公報には、差動制限装置として多板クラッチを採用し、この多板クラッチを押圧する油圧、皿ばね等の荷重によりイニシャルトルクを発生させ、このイニシャルトルクにより、発進時等の差動制限トルクを得るようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、発進性能等から前後輪伝達軸に差動制限トルクを付与する必要がある中で、イニシャルトルクを多板クラッチ等の摩擦係合要素と、この摩擦係合要素に印加する荷重を皿ばねで発生させる構造では、このイニシャルトルクが前後輪伝達軸間に常に発生し得る状態にあるため、車速の高い、イニシャルトルクを必要としない領域であっても、前後輪間に差回転が発生した場合には、イニシャルトルクが発生するため、このイニシャルトルクが駆動系の出力損失として作用し、運転者に違和感を与えてしまうばかりでなく、燃費が悪化してしまう不都合がある。
【０００８】
これに対処するに、例えば特許第２９７０９１３号公報には、多板クラッチの断続を油圧を用いて積極的に制御する技術が開示されている。この公報に記載された技術によれば、イニシャルトルクを必要としない領域では、多板クラッチを積極的に開放させることで、差動制限トルクをキャンセルさせることができる。
【０００９】
しかし、この公報に開示されている技術では、多板クラッチを作動させるための油圧源が必ず必要となり、油圧源を備えていない駆動力配分伝達装置に対して簡単に取付けることができず、汎用性に欠ける問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、油圧源を必要とせず、差動制限トルクを必要としない領域では、この差動制限トルクを積極的にキャンセルすることが可能となり、運転者に違和感を与えることがなく、燃費の改善が図れるばかりでなく、汎用性に優れた四輪駆動車の動力分配装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、変速機出力軸に対して前輪伝達軸と後輪伝達軸とが駆動力配分伝達装置を介して連設されていると共に上記各軸の何れか２軸間或いは上記駆動力配分伝達装置の差動発生機構部位間がばねの付勢力に基づいてイニシャルトルクを付加する押圧式差動制限クラッチを介して連設され、上記押圧式差動制限クラッチに、設定車速以上で遠心力を利用して上記ばねの付勢力をキャンセルすることにより上記押圧式差動制限クラッチを開放し、上記イニシャルトルクをキャンセルする車速感応式トルクリミッタ装置が設けられている四輪駆動車の動力分配装置において、上記車速感応式トルクリミッタ装置が、スラスト方向へ付勢する上記ばねと、上記ばねの付勢力を受けて上記押圧式差動制限クラッチに上記イニシャルトルクを発生させるプレッシャプレートと、ウエイトとを有し、上記ウエイトが、上記プレッシャプレートと上記押圧式差動制限クラッチのクラッチハブとにそれぞれ一体形成されていると共にスラスト方向に対峙されているカム面間に介装され、上記プレッシャプレートのカム面が該プレッシャプレートの内周に形成され、上記クラッチハブのカム面が該クラッチハブの外周に形成されており、上記ウエイトに作用する上記遠心力により上記プレッシャプレートを上記ばねの付勢力と逆方向へ押圧して上記ぱねの付勢力をキャンセルすることを特徴とする。
【００１２】
このような構成では、発進時等、車速が低い場合は、押圧式差動制限クラッチのイニシャルトルクにより発生する差動制限トルクにより、この押圧式差動制限クラッチを経て必要な駆動力が伝達される。一方、走行時において車速が設定車速を越えると、遠心力を利用して動作する車速感応式トルクリミッタ装置が作動し、この車速感応式トルクリミッタ装置が押圧式差動制限クラッチの動力伝達を遮断し、イニシャルトルクをキャンセルする。
【００１３】
この場合、好ましくは、上記カム面間に、上記ウエイトを内部に配設するスリット状ポケットを径方向へ放射状に形成したポジションプレートが配設され、上記プレッシャプレートのカム面と上記クラッチハブのカム面との少なくとも一方が他方のカム面に収束するテーパ状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１に四輪駆動車の動力配分装置の概略構成図を示す。
【００１５】
同図に示すように、本実施の形態では、四輪駆動車の駆動系として、縦置きトランスアクスル型を採用している。この駆動系は、前部にトルクコンバータケース１とディファレンシャルケース２を一体形成し、これらケース１，２の後部にトランスミッションケース３が接合されており、このトランスミッションケース３の後部にエクステンションケース４が接合され、このエクステンションケース４内に動力伝達装置が設けられている。更に、トランスミッションケース３の下部にオイルパン５が取付けられている。
【００１６】
又、符号１０はエンジンであり、このエンジン１０のクランク軸１１が、トルクコンバータケース１内部に配設されているロックアップクラッチ１２を備えたトルクコンバータ１３の入力側に連結され、更に、このトルクコンバータ１３の出力側に、トランスミッションケース３に配設されている自動変速機３０の変速機入力軸１４が連結されている。
【００１７】
一方、自動変速機３０の出力軸（変速機出力軸）１５は入力軸（変速機入力軸）１４と同軸上に配設されており、この変速機出力軸１５がエクステンションケース４に配設されている駆動力配分伝達装置としてのセンターディファレンシャル装置５０の入力側に連結されている。更に、このセンターディファレンシャル装置５０の出力側に、前輪伝達軸としてのフロントドライブ軸１６と後輪伝達軸としてのリヤドライブ軸２０とが分岐接続されている。
【００１８】
フロントドライブ軸１６は、トランスミッションケース３内に、変速機入力軸１４と変速機出力軸１５とに対し平行に配置されており、このフロントドライブ軸１６の後端がセンターディファレンシャル装置５０に一対のリダクションギヤ１７，１８を介して連結されている。更に、このフロントドライブ軸１６の前端がディファレンシャルケース２に配設されているフロントディファレンシャル装置１９に連設され、このフロントディファレンシャル装置１９に、前輪を軸支する前輪出力軸（図示せず）が連設されている。又、リヤドライブ軸２０はプロペラ軸２１、リヤディファレンシャル装置２２等を介して、後輪を軸支する後輪出力軸（図示せず）に連設されている。
【００１９】
一方、自動変速機３０は、フロントプラネタリギヤ３１、リヤプラネタリギヤ３２を有し、このフロントプラネタリギヤ３１、リヤプラネタリギヤ３２に対し、ハイクラッチ３３、リバースクラッチ３４、ブレーキバンド３５、フォワードクラッチ３６、オーバランニングクラッチ３７、ローアンドリバースクラッチ３８、ワンウエイクラッチ３９，４０が設けられ、これらを選択的に係合することで前進４段後進１段の変速段を得る。
【００２０】
又、自動変速機３０の前方には、オイルポンプ４１がトルクコンバータのインペラスリーブ１３ａとドライブ軸４２とを連結して常に駆動するように設けられ、オイルパン５にはコントロールバルブボデー４３が収容されている。このコントロールバルブボデー４３により上述の各摩擦係合要素に給排油し、個別的に係脱制御する。
【００２１】
センターディファレンシャル装置５０は複合プラネタリギヤ式であり、変速機出力軸１５に設けられた第１のサンギヤ５１に噛合する第１のピニオン５２と、リヤドライブ軸２０に設けられた第２のサンギヤ５３に噛合する第２のピニオン５４とが一体形成されている。又、リダクションギヤ１７に、ピニオン５２，５４を回動自在に支持するキャリヤ５５が連設されている。
【００２２】
変速機出力軸１５から出力される駆動力が第１のサンギヤ５１を介して第１のピニオン５２に伝達されると、この第１のピニオン５２と一体の第２のピニオン５４、及びキャリヤ５５を介して、第２のサンギヤ５３とリダクションギヤ１７とに所定の配分比でトルクが伝達される。このとき、第１、第２のピニオン５２，５４の自転と公転とにより、第２のサンギヤ５３とリダクションギヤ１７との回転差が吸収される。尚、本実施の形態では、第１、第２のピニオン５２，５４のピッチ円半径を、基準トルク配分が後輪偏重となるように設定している。
【００２３】
又、キャリヤ５５とリヤドライブ軸２０とが押圧式差動制限クラッチ６０を介して連設されている。図２に示すように、この押圧式差動制限クラッチ６０のクラッチドラム６１がキャリヤ５５に連結されており、この内周に、リヤドライブ軸２０と一体回転するクラッチハブ６２の外周が対設されている。更に、この両者間にドライブプレート６３とドリブンプレート６４とが交互に配設されており、フロント側外端に配設されているドライブプレート６３の外側面にプレッシャプレート６５の外周面が当接され、又、リヤ側外端に配設されているドライブプレート６３の外側面にリテーナプレート６６が当接されている。
【００２４】
このドリブンプレート６４、プレッシャプレート６５、リテーナプレート６６の外周がクラッチドラム６１の内周に形成されているスプライン溝に係入されて軸方向へ進退自在に支持されていると共に、リテーナプレート６６の外側面がスナップリング６７にて抜け止めされている。又、ドライブプレート６３の内周がクラッチハブ６２の外周に形成されているスプライン溝に係入されて軸方向へ進退自在に支持されている。
【００２５】
更に、プレッシャプレート６５の背面に皿ばね６８が介装され、プレッシャプレート６５は皿ばね６８の付勢力で、リテーナプレート６６の方向へ常時押圧付勢されている。ドライブプレート６３とドリブンプレート６４との間には、皿ばね６８の付勢力を受けて移動するプレッシャプレート６５の押圧力により摩擦トルク（イニシャルトルク）が発生し、このイニシャルトルクが、センターディファレンシャル装置５０が差動回転に入る際の差動制限トルクとなる。
【００２６】
尚、差動制限トルクを発生させる態様は、入力側と一方の出力側との間、入力側と他方の出力側との間、両出力側間との３態様が考えられるが、本実施の形態のように両出力側間で発生させることで、一方の出力側から他方の出力側へ直接トルク移動が行えるため最も効果的である。
【００２７】
又、センターディファレンシャル装置５０には車速感応式トルクリミッタ装置７０が設けられている。この車速感応式トルクリミッタ装置７０は、車速が設定車速を越えたとき、押圧式差動制限クラッチ６０のイニシャルトルクをキャンセルするもので、図２に示すように、プレッシャプレート６５の内周とクラッチハブ６２の外周面とに、互いにスラスト方向に対向する押圧面としてのフロントカム面６５ａとリヤカム面６２ａとがそれぞれ形成され、更に、クラッチハブ６２にはリヤカム面６２ａに連続するベース面６２ｂが形成されている。
【００２８】
この両カム面６２ａ，６５ａとベース面６２ｂとで、径方向へ角度θ（図４参照）の傾斜角で収束する断面三角形のリング状空隙部７３が形成され、この空隙部７３にポジションプレート７１が配設されている。ポジションプレート７１の内周がベース面６２ｂにスプライン係合されているため、クラッチハブ６２と一体回転する。但し、このポジションプレート７１の外周をプレッシャプレート６５にスプライン係合させて、プレッシャプレート６５と一体回転させるようにしても良い。
【００２９】
又、図３に示すように、このポジションプレート７１には、複数のポケット７１ａが放射状に形成されており、この各ポケット７１ａにボール状に形成したウエイト７２が遊動自在に支持されている。このウエイト７２は、ポケット７１ａにより、円周方向への移動が規制されていると共に径方向への移動が許容された状態で空隙部７３に介装されており、クラッチハブ６２が停止しているときは、フリーな状態にあり、クラッチハブ６２の回転により遠心力が付与されると、径方向へ移動して、その両側面が、各カム面６５ａ，６２ａを押圧する。
【００３０】
次に、上記構成による本実施の形態の作用について説明する。先ず、エンジン１０の動力はトルクコンバータ１３を経て自動変速機３０の変速機入力軸１４に入力し、自動変速機３０で所定に変速された変速動力が変速機出力軸１５からセンターディファレンシャル装置５０の第１のサンギヤ５１に入力する。
【００３１】
この第１のサンギヤ５１に噛合する第１のピニオン５２と、リヤドライブ軸２０に設けた第２のサンギヤ５３に噛合する第２のピニオン５４とは一体に形成されており、又、フロントドライブ軸１６に設けたリダクションギヤ１８が、ピニオン５２，５４を支持するキャリヤ５５に設けたリダクションギヤ１７に噛合されているため、変速機出力軸１５から出力されたトルクは、センターディファレンシャル装置５０を介して、リヤドライブ軸２０とフロントドライブ軸１６とに分配される。
【００３２】
そして、リヤドライブ軸２０に分配されたトルクは、リヤドライブ軸２０、プロペラ軸２１、リヤディファレンシャル装置２２を経て、後輪を軸支する後輪出力軸（図示せず）に伝達され、一方、フロントドライブ軸１６に分配されたトルクは、フロントディファレンシャル装置１９を経て、前輪を軸支する前輪出力軸（図示せず）に伝達されて、四輪駆動走行となる。
【００３３】
そして、悪路から脱出する際、低μ路、或いは一輪が浮いた状態での走行に際し、前後輪伝達軸間に差動回転が発生するとき、及び差動回転発生中は、押圧式差動制限クラッチ６０の、皿ばね６８の押圧力により設定されるイニシャルトルクが差動制限トルクとして作用する。本実施の形態によるセンターディファレンシャル装置５０の基準トルク配分が、後輪偏重となるように設定されている。後輪が前輪よりも先にスリップすると、そのときのリヤドライブ軸２０側へ出力されるトルクの一部が押圧式差動制限クラッチ６０を経てフロントドライブ軸１６側へ伝達され、これにより後輪側のトルクが低減され、スリップの発生が解消される。
【００３４】
その際、押圧式差動制限クラッチ６０では、皿ばね６８がプレッシャプレート６５とリテーナプレート６６との間に介装されているドライブプレート６３とドリブンプレート６４とを挟圧し、その摩擦力（イニシャルトルク）が差動制限トルクとして作用する。
【００３５】
一方、高速走行においては、車速感応式トルクリミッタ装置７０が作動し、押圧式差動制限クラッチ６０のイニシャルトルクがキャンセルされる。すなわち、高速走行時、リヤドライブ軸２０と一体回転するポジションプレート７１に形成されているポケット７１ａに支持されているウエイト７２が遠心力を受けて径方向へ移動し、カム面６５ａ，６２ａ間に割り込み、この両カム面６５ａ，６２ａを押圧する。
【００３６】
そして、ウエイト７２の各カム面６５ａ，６２ａに対する押圧力が、押圧式差動制限クラッチ６０の皿ばね６８の押圧力を上回ると、ウエイト７２がカム面６５ａ，６２ａ間を押し広げ、カム面６５ａを形成するプレッシャプレート６５が、皿ばね６８の押圧力に抗して後退し、ドライブプレート６３とドリブンプレート６４との挟圧が開放され、イニシャルトルクがキャンセルされる。
【００３７】
このように、差動制限トルクを必要としない高速領域では、この差動制限トルクとなる車速感応式トルクリミッタ装置７０のイニシャルトルクを積極的にキャンセルすることで、走行安定性が向上し、且つトルク損失が軽減されるので、燃費の向上を図ることができる。
【００３８】
ところで、図４に示すように、ウエイト７２によってカム面６５ａ，６２ａ間に対し遠心力によって作用するスラスト力Ｆは、次式から求めることができる。
【００３９】
Ｆ＝｛（1/tanθ）−μ｝ｍ・ｎ・ｒ’・（２π/60）^２Ｎ^２
ここで、θはカム面のテーパ角度、μは摩擦係数、ｍはウエイトの質量、ｎはウエイトの個数、ｒ’は設計半径である。
【００４０】
そして、このスラスト力Ｆが、皿ばね６８の付勢力によりカム面６５に作用するスラスト力を越えたとき、プレッシャプレート６５が後退し、差動制限トルクがキャンセルされる。尚、上式は、図４、及び、ω＝（２π/60）Ｎより導き出される。又、図４の符号ｒは任意半径を示す。
【００４１】
従って、ウエイト７２の質量ｍ、個数ｎ、設計半径ｒ’、及び、カム面６５ａのテーパ角度θを適宜設定することで、所望の速度領域での差動制限トルクのキャンセルが可能となる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、差動制限トルクの不要となる設定車速以上では、車速感応式トルクリミッタ装置７０のイニシャルトルクを積極的にキャンセルするようにしたので、走行安定性が向上し、トルク損失の軽減により燃費が向上する。
【００４３】
更に、油圧源を必要としないため、トルクカップリング等、本来、油圧源を備えていない駆動力配分伝達装置に対しても比較的簡単に取付けることができ、汎用性に優れている。
【００４４】
加えて、トルク損失が軽減される分、相対的に駆動系の強度を落とすことができ、結果として、装置全体の軽量化が実現できると共に、軽量化に伴い燃費を一層向上させることができる。
【００４５】
尚、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、例えば車速感応式トルクリミッタ装置７０は、トルクカップリングの差動発生機構部位間に介装しても良い。又、カム面６２ａ，６５ａの一方が円周方向へ垂直に延出するように形成されていても良い。更に、例えばウエイト７２はボール状のものに限定されず、遠心力によって周方向に移動しカム面を押圧するものであれば、例えばローラ状のものであってもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、遠心力を利用して差動制限トルクをキャンセルするようにしたので、油圧源を必要とせず、従って、油圧源を備えていない駆動力配分伝達装置に対しても比較的簡単に取付けることができ、汎用性に優れている。
【００４７】
又、差動制限トルクを必要としない領域では、この差動制限トルクを積極的にキャンセルするようにしたので、トルク損失が軽減され、走行安定性が向上するばかりでなく、燃費の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】四輪駆動車の動力配分装置の概略構成図
【図２】センターディファレンシャル装置の側面断面図
【図３】ポジションプレートの正面図
【図４】ウエイトとカム面との間で生ずる遠心力によるベクトルを示す説明図
【符号の説明】
１５変速機出力軸
１６フロントドライブ軸（前輪伝達軸）
２０リヤドライブ軸（後輪伝達軸）
５０センターディファレンシャル装置（駆動力配分伝達装置）
６０押圧式差動制限クラッチ
６２ａリヤカム面（押圧面）
６５ａフロントカム面（押圧面）
７０車速感応式トルクリミッタ装置
７１ポジションプレート
７１ａポケット
７２ウエイト

Claims

変速機出力軸に対して前輪伝達軸と後輪伝達軸とが駆動力配分伝達装置を介して連設されていると共に上記各軸の何れか２軸間或いは上記駆動力配分伝達装置の差動発生機構部位間がばねの付勢力に基づいてイニシャルトルクを付加する押圧式差動制限クラッチを介して連設され、
上記押圧式差動制限クラッチに、設定車速以上で遠心力を利用して上記ばねの付勢力をキャンセルすることにより上記押圧式差動制限クラッチを開放し、上記イニシャルトルクをキャンセルする車速感応式トルクリミッタ装置が設けられている四輪駆動車の動力分配装置において、
上記車速感応式トルクリミッタ装置が、スラスト方向へ付勢する上記ばねと、上記ばねの付勢力を受けて上記押圧式差動制限クラッチに上記イニシャルトルクを発生させるプレッシャプレートと、ウエイトとを有し、
上記ウエイトが、上記プレッシャプレートと上記押圧式差動制限クラッチのクラッチハブとにそれぞれ一体形成されていると共にスラスト方向に対峙されているカム面間に介装され、
上記プレッシャプレートのカム面が該プレッシャプレートの内周に形成され、上記クラッチハブのカム面が該クラッチハブの外周に形成されており、
上記ウエイトに作用する上記遠心力により上記プレッシャプレートを上記ばねの付勢力と逆方向へ押圧して上記ぱねの付勢力をキャンセルすることを特徴とする四輪駆動車の動力分配装置。
上記カム面間に、上記ウエイトを内部に配設するスリット状ポケットを径方向へ放射状に形成したポジションプレートが配設され、
上記プレッシャプレートのカム面と上記クラッチハブのカム面との少なくとも一方が他方のカム面に収束するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の四輪駆動車の動力分配装置。