JP4913213B2 - 駆動可能な２つの車軸と、部分的に係合を解除できる駆動伝達系とを有するタンデム車軸 - Google Patents

Description

本発明は、駆動可能な２つの車軸を有するタンデム車軸であって、各車軸が、軸によって駆動できる差動装置入力としての駆動歯車と、アクスルシャフトギヤによって前記車軸の車輪を駆動する２つのドライブシャフトとを有する差動装置を備えるタンデム車軸に関する。

特許文献１は車両用四輪駆動装置を開示しており、その駆動システムは、エンジンと、手動シフトトランスミッションと、前記トランスミッションによって直接駆動される２つの前輪と、選択的に係合可能な２つの後輪とを備える。プロペラシャフトと差動装置と２つのドライブシャフトとを備える駆動伝達系が後輪と手動シフトトランスミッションとの間に取付けられる。プロペラシャフトが係合されたときに、それぞれのフリーホイールクラッチとドライブシャフトとの間に取付けられたクラッチが閉じられた場合、後輪の各々がフリーホイールクラッチによって駆動される。

独国特許出願公開第３９１２１７２Ａ１号明細書

本発明の目的は、一方では、車両の燃料消費を削減するのに役立ち、他方では、車軸におけるタイヤ摩耗を低減するのに役立つ駆動可能な２つの車軸が設けられたタンデム車軸を提供することである。

この目的は請求項１の特徴によって達成される。この場合、第１の車軸の車輪はこの車軸の駆動歯車に常時確実に連結される。第１の車軸の駆動歯車は、選択的に係合可能なトランスファギヤが配置される駆動軸を有する。トランスファギヤは、スルーシャフトに回転しないようにロックされて取付けられたスルーシャフト歯車と噛み合う。スルーシャフトの出力は中間部材によって第２の車軸の入力側駆動歯車に連結される。切換クラッチはアクスルシャフトギヤとそれらの隣接する車輪との間の第２の車軸に取付けられる。

従来のタンデム車軸では、駆動装置によって供給された全トルクは、トルクが必要とされるかどうかに関係なく、２つの車軸を介して路面に伝達される。多くの場合、発進時又は上り坂走行時にのみ最大トルクが必要となる。こうした運転状態は別として、一般に、例えば２つの車軸の第１のものだけを介して限定された駆動力を伝達することで十分である。これらの状況に対して最大駆動力を提供するために、例えば、自動化されたクラッチは、第１の車軸と第２の車軸との間の動力の流れの分離及び復元を制御又は調整し得る。

第１の車軸と第２の車軸の車輪との間の駆動伝達系の遮断を含む全車軸の必要に応じた切り離しにより、走行コストのある程度の節約が可能になる。第２の車軸が従動軸となると、これを駆動する際に生じるすべての歯車及び継手の機械的摩耗の低減と共に、燃料消費及びタイヤ摩耗の低減に役立つ。さらに、第２の車軸の差動装置では、攪拌抵抗が生じない。

本発明のさらなる詳細は、従属請求項と、図面に示されている実施形態の以下の説明とに記載されている。

両方の車軸が駆動されるタンデム車軸の駆動伝達系の図面である。 図１と同じ駆動伝達系であるが、第２の車軸が駆動伝達系から切り離され、差動歯車及びスルーシャフトが回転しない駆動伝達系の図面である。 差動装置と同じ高さにあるアクスルビームの複合オフセット断面図である。 図３の別の詳細図である。 切り離し可能なアクスルシャフトギヤを有する差動装置の部分直径断面図である。

図１と図２の記号による図面は、セミトレーラトラックトラクタのタンデム車軸の駆動伝達系の後部の平面図を示している。タンデム車軸は、第１の前車軸（１０）と第２の後車軸（１１０）とを有する。この場合、両方の車軸（１０、１１０）は、一例に過ぎないがリジッドアクスルとして示されている。

個々の車軸（１０、１１０）のファイナルドライブ（１０１）のそれぞれはアクスルビーム（１１、１１１）に支持される。それと同時に、差動ハウジング（１２、１１２）はアクスルビーム（１１、１１１）の中央領域に取付けられる。トランスミッション入力として、個々の差動ハウジング（１２、１１２）は駆動ベベルピニオン（１３，１１３）を有し、この駆動ベベルピニオンの中心線（１５）は走行方向（９）に対して少なくともほぼ平行に延びる。上記駆動ベベルピニオンは、リングギヤ（１０２）と噛み合い、このリングギヤは差動ケース（１０３）に取付けられ、この差動ケースの中心線は車輪回転軸線（３）である。複数の差動傘歯車（１０５）は差動ケース（１０３）に支持される。上記差動傘歯車の中心線は、車輪回転軸線（３）に対して垂直に向けられる面にある。差動傘歯車（１０５）の中心線は車輪回転軸線（３）と互いに交差する。差動傘歯車（１０５）は、アクスルビーム（１１、１１１）に支持されかつドライブシャフト（１０６）に回転しないようにロックされるアクスルシャフトギヤ（１０４）と噛み合う。ドライブシャフト（１０６）は車輪（１、２）を駆動する。

個々の車軸（１０、１１０）の駆動ベベルピニオン（１３、１１３）は、自在軸継手（１７、１１７）を介してプロペラシャフト（１６、１１６）により駆動される。

図１と図２によれば、前車軸（１０）の差動ハウジング（１２）は拡張された設計のものである。さらに、選択的に係合可能なスルーシャフト（９０）はこのハウジング（１２）に支持される。このために、ハウジング（１２）内の２つの軸受部（３１、３２）に支持された駆動ベベルピニオン（１３）の駆動軸（１４）は、長手方向に延在する構造である。機械式クラッチ（４０）及びトランスファギヤ（７０）は２つの軸受部（３１）と（３２）の間の駆動軸（１４）に配置される。

トランスファギヤ（７０）は、例えば、スルーシャフト（９０）に固定して取付けられたスルーシャフト歯車（９５）と常時噛み合うヘリカルギヤである。左側には、トランスファギヤ（７０）に隣接して、間接的にシフトされる確実な連結機能付きクラッチ（４０）がある（図１と図２を参照）。クラッチ（４０）は、シフトフォーク（４７）を介して長手方向に移動可能なギヤシフトスリーブ（４３）を備える。ギヤシフトスリーブ（４３）は、２つの軸受部（３１）と（３２）との間の確実な連結機能付き軸ハブ連結部（４４）を介して配置される。軸ハブ連結部（４４）は、例えば、バネ連結部、スプライン軸連結部又は歯付き軸連結部である。連結された状態（図１参照）では、ギヤシフトスリーブ（４３）は内歯（４５）によって、トランスファギヤ（７０）の側面に取付けられた外歯（７１）に噛み合う。左側において、内歯（４５）に隣接するギヤシフトスリーブ（４３）は、作動要素（４８）により駆動されるシフトフォーク（４７）が係合するシフト溝（４６）を有する（同様に図２を参照）。

図１と図２によれば、固定された場合にのみ、又はギヤシフトスリーブ（４３）とトランスファギヤ（７０）とからなるクラッチ部が同期して動作している場合にのみ、ギヤシフトスリーブ（４３）をシフトさせることができる。商用車が走行している間に同期動作を行うために、例えば、ボーグワーナー（Ｂｏｒｇ−Ｗａｒｎｅｒ）型又はポルシェ（Ｐｏｒｓｃｈｅ）型のシステムによるロック歯を有するシンクロメッシュ装置を、ギヤシフトスリーブ（４３）とトランスファギヤ（７０）との間に連結することが可能である。

作動要素（４８）は、例えば、電気機械式、電磁式、油圧式又は空気圧式の駆動装置であり得る。

スルーシャフト（９０）は、例えば、２つの軸受部（９６）と（９７、９８）でころ軸受に支持された差動ハウジング（１２）に取付けられる。軸端（９３）は差動ハウジング（１２）の後端面の領域に突出する。スルーシャフト（９０）の軸端（９３）又は出力と第２の車軸（１１０）の駆動軸（１１４）の前軸端とが中間部材によって互いに連結される。これらの中間部材はプロペラシャフト（１１６）及び２つの自在継手（１８、１１７）である。プロペラシャフト（１１６）は自在継手（１８、１１７）と共にＺ型配置内に位置する。

図１は、トルクが加えられる駆動伝達系全体をより太い線幅で示している。この場合、この駆動伝達系は、両方の車軸（１０、１１０）の車輪（１、２）を駆動するために使用される。

図２によれば、ギヤシフトスリーブ（４３）はトランスファギヤ（７０）に係合しない。したがって、駆動軸（１４）はトルクをトランスファギヤ（７０）に伝達しない。より細い線で示したスルーシャフト（９０）、及び第２の車軸（１１０）は駆動されない。第２の車軸に取付けられたクラッチ（１４０）は同時に又は遅延して係合解除される。車輪（２）とアクスルシャフトギヤ（１０４）との間に配置されたクラッチ（１４０）の構造及び機能は、クラッチ（４０）と同様である。ギヤシフトスリーブ（１４３）は、確実な連結機能付き軸ハブ連結部（１４４）によってそれぞれのドライブシャフト（１０６）に支持される。連結された状態（同様に図１を参照）では、ギヤシフトスリーブ（１４３）は噛み合わせシステム（１４５）に噛み合う。これらの噛み合わせシステムは、回転しないように固定されたアクスルシャフトギヤ（１０４）を支持するドライブシャフト（１０６）の部分に配置され、例えば形成される。

図１と図２による例示的な実施形態では、ドライブシャフト（１０６）のそれぞれの車輪側部は、ニードル軸受によってドライブシャフト（１０６）の差動側部の端面孔（１０８）に案内される。

この場合、クラッチ（１４０）をシフトするために、２つの作動要素（１４８）がアクスルビーム（１１１）に取付けられる。各クラッチ（１４０）は少なくとも１つの作動要素（１４８）を必要とする。必要に応じて、１つの作動要素により両方のクラッチを作動させることも可能である。

作動要素は、シフトフォーク（１４７）を介してギヤシフトスリーブ（１４３）に作用する。このために、シフトフォーク（１４７）はギヤシフトスリーブ（１４３）のシフト溝（１４６）に係合する。同期についてはクラッチ（４０）の詳細を参照されたい。

車軸（１１０）の２つのクラッチ（１４０）は同一の設計構造のものであり得る。

クラッチ（１４０）の係合解除により、トランスファギヤ（７０）とスルーシャフト（９０）とプロペラシャフト（１１６）と差動装置（１０１）とを備える駆動伝達系の該当部が、駆動されない回転車輪（２）の回転運動から完全に分離され、この結果、特に油だめの潤滑油の流れ抵抗により、該当部が迅速に停止する。

ファイナルドライブアセンブリに使用される軸及び歯車用のすべての軸受は、簡単にするために、滑り軸受として単に記号で示されている。当然、通常の設計の大部分の軸受はころ軸受として具体化される。

図３は、前車軸（１０）のアクスルビームの差動ハウジング（１２）の複合オフセット縦断面図を示している。例示的な実施形態では、差動ハウジング（１２）は前部ハウジング部（２１）と油だめ（２２）と油だめカバー（２３）とを備える。例えば鋳造されたハウジング部（２１）は、溶接された油だめ（２２）にボルト締めされる。油だめ（２２）の後部は、溶接される油だめカバー（２３）によってシールされる。潤滑油レベル（３９）は駆動軸（１４）の中心線（１５）のすぐ上にある。

駆動ベベルピニオン（１３）が形成された駆動軸（１４）は、円すいころ軸受（３１、３２）によって前部ハウジング部（２１）に配置される。このために、前部円すいころ軸受（３１）はフランジカバー（２４）に取付けられる。駆動ベベルピニオン（１３）はリングギヤ（１０２）と噛み合う。このリングギヤは差動ケース（１０３）を支持する。スルーシャフト（９０）は差動ケース（１０３）の上方に、例えば駆動軸（１４）に対して平行に延在する。スルーシャフト（９０）の前端はねじ込みカバー（２５）に支持される。ねじ込みカバー（２５）は、例えば、微細なネジ山（２６）を介して前部ハウジング部（２１）に配置される。上記ねじ込みカバーは円すいころ軸受（９６）を支持し、この円すいころ軸受の内側レースには、スルーシャフト（９０）の前端が挿入される。

スルーシャフト（９０）の後軸端（９３）は、Ｘ型に配列されかつ固定軸受を形成する２つの円すいころ軸受（９７、９８）を介して軸受ブッシュ（２８）に配置される。この軸受ブッシュは油だめカバー（２３）内に溶接される。この軸端（９３）には、自在軸継手（１８）を取り付けるためのフランジ（９４）が固定される。スルーシャフト（９０）は中空軸として具体化され得る。

スルーシャフト歯車（９５）は軸カラー（９１）と前部円すいころ軸受（９６）との間の前軸端に取付けられる。そこで、上記スルーシャフト歯車はスプライン軸連結部（９２）によってスルーシャフト（９０）に回転しないようにロックされる。代わりに、スルーシャフト歯車（９５）をスルーシャフト（９０）に形成することも可能である。

スルーシャフト歯車（９５）は、駆動軸（９０）に支持されたトランスファギヤ（７０）と噛み合う（図４を参照）。ニードル／ボール複合軸受（７２）を有するトランスファギヤ（７０）、摩擦クラッチ（４０）及びオイルポンプ（８０）は、駆動軸（１４）の円すいころ軸受（３１、３２）の間に取付けられる。このために、クラッチハブ（４１）、ころ軸受（７２）の内側レース（７３）、及び調節ワッシャ（３３）は軸受（３１、３２）の内側レースの間で締め付けられる。前記ワッシャは、さらに駆動フランジ（３４）を固定するために使用される軸ナット（３５）と組み合わせて、円すいころ軸受（３１、３２）の軸受遊びを調節するために使用される。

トランスファギヤ（７０）は内側レース（７３）に直接支持される。左側には、トランスファギヤ（７０）に隣接して、負荷状態で係合及び係合解除できる、はねかけ潤滑方式のプレートクラッチ（湿式多板クラッチ）（４０）がある。このクラッチ（４０）の外側レース（５１）はトランスファギヤ（７０）にボルト締めされる。上記外側レースは、外側プレート（５２）が回転は固定されるが、軸方向に移動可能であるように前記外側プレートを支持する。例えば正弦波状の内側プレート（５４）が外側プレート（５２）の間に位置する。前記内側プレートは、回転は固定されるが、軸方向に移動可能であるようにクラッチハブ（４１）に支持される。環状シリンダ（６１）は外側レース（５１）に固定される。環状シリンダ（６１）は油圧作動式の環状ピストン（６２）を案内する。上記環状シリンダは、例えば、シリンダ室（６３）をクラッチハブ（４１）の孔（６６）に油圧的に連結する複数の半径方向孔（６４）を有する。環状ピストン（６２）は圧力プレート（５５）によってプレート群（５２、５４）に作用する。

図示したタンデム車軸駆動伝達系では、第１の車軸と第２の車軸との間において摩擦クラッチ（４０）が差動装置に取って代わる。

オイルポンプ（８０）はクラッチ（４０）と円すいころ軸受（３１）との間に取付けられる。ポンプは内接歯車ポンプ（８０）例えばクレセントポンプであり、このポンプの内輪（８１）は、回転するクラッチハブ（４１）と共に回転するように固定されて配置される。内輪（８１）は、内側歯車として具体化された外輪（８２）を駆動する。この外輪は、この場合ポンプハウジングとしても使用されるフランジカバー（２４）に支持される。吸引孔（８３）を介してポンプ（８０）により吸入された油は孔（８４）を介して環状流路（８５）内に供給される。孔（８４）及び環状流路（８５）はポンプ（８０）のカバー（８８）に位置する。環状流路（８５）は、少なくとも１つの半径方向孔（８６）を介してハブ孔（４２）に連結される。軸ハブ連結部（４４）のアセンブリ継手を介するか又は追加の長手方向流路を介すると、加圧油は別の半径方向孔（６６）を介して環状流路（６５）内に通過する。油はこの環状流路（６５）を介してシリンダ室（６３）に流入する。過剰量の油は弁を介して、例えば油だめに流入して戻る。

第２の車軸を駆動伝達系の動力伝達経路から分離する必要がある場合、ポンプ（８０）の圧力側が、次に作動される弁を介して油だめ内に通じて、油圧は働かない。

さらに、別個の油圧ライン（ここでは図示せず）を介して、油圧オイルを他の供給源からシリンダ室（６３）に供給することも可能である。このことにより、駆動伝達系が作動するよりも前に、クラッチの迅速な切換が可能になる。

代替形態では、クラッチは、機械バネ若しくは空気圧バネ又は対応するバネシステムから負荷を受けて閉じられ続ける。次に、クラッチ（４０）を解放するために、図４と同様の油圧環状シリンダピストンユニットが使用される。この場合、両方の車軸（１０、１１０）は、最初、商用車の発進時に常に利用可能である。

図５には、第２の車軸（１１０）の差動ハウジング（１１２）の前部ハウジング部（１２１）が直径方向に示されている。ハウジング部（１２１）は、油だめ（ここでは図示せず）内に突出する２つの内側ハウジングウェブ（１２２）を有する。両方の内側ハウジングウェブ（１２２）は、フランジ状の軸受支持体（１２４）を収容するために、互いに整列する孔（１２３）を有する。孔（１２３）の中心線は例えば車輪回転軸線（３）上に位置する。Ｏ型構造に挿入された円すいころ軸受（１２５）は軸受支持体（１２４）の管状部に配置される。前記軸受は、差動ハウジング（１０３）にボルト締め又は溶接されたリングギヤ（１０２）を備える、組み合わされた構成要素を支持する。

組み合わされた構成要素（１０２／１０３）は、互いに整列している対向する２つの孔（１２６）を有し、これらの孔の中心線も例えば車輪回転軸線（３）上に位置する。アクスルシャフトギヤ（１０４）は、これらの孔（１２６）内で摺動できるように支持される。差動傘歯車（１０５）（図１を参照）及びそれらの軸受ボルトはここでは示されていない。

アクスルシャフトギヤ（１０４）の各々は中央孔（１０８）を有する。ニードル軸受（１２７）は孔（１０８）の壁と、少なくとも部分的にはドライブシャフト（１０６）の円筒状の端部との間に嵌合されるので、この個所において、アクスルシャフトギヤ（１０４）は、対応するドライブシャフト（１０６）に対して、回転しないようにロックされた連結部を有しない。

図５によれば、回転しないようにロックされた連結部は車軸の各側の調節可能なかみ合い継手（１４０）によって実現される。このために、車軸の各側において、ギヤシフトスリーブ（１４３）は、軸ハブ連結部（１４４）を介して、最も近接するアクスルシャフトギヤ（１０４）のすぐ近傍のドライブシャフト（１０６）に配置される。隣接する構成要素（１０４）と（１４３）は、ドグ歯（１４５）が設けられた対向する端面を有する。

ギヤシフトスリーブ（１４３）は、シフトフォーク（１４７）が係合するシフト溝（１４６）を有する。上記シフトフォークは作動要素（図示せず）によって駆動される。クラッチ（１４０）の作動時、構成要素（１０４）と（１４３）とのドグ歯（１４５）が互いにかみ合う。ドライブシャフト（１０６）とアクスルシャフトギヤ（１０４）との間の動力連結は、軸ハブ連結部（１４４）とギヤシフトスリーブ（１４３）とドグ歯（１４５）とによって確立される。

一方では、運転者が操作制御要素を作動させることによって、後部差動装置の追加の切り離しを伴う第２の車軸（１１０）の選択的な係合を直接開始できる。さらに、他方では、車軸（１１０）の係合を自動的に制御することも可能である。このために、例えば、車速、車両加速度、エンジン速度、アクセル位置、道路勾配及び負荷状態等の動的操作又は路面に関する情報を制御部に供給し得る。次に、この情報の評価により、クラッチ（４０）と（１４０）との作動が制御される。例えば、この情報から、発進、上り坂走行、又は正の加速の開始点を検出できた場合、車両の負荷状態がこのことを必要とするならば、第２の車軸（１１０）が係合される。

Claims (11)

1. 駆動可能な２つの車軸（１０、１１０）を有するタンデム車軸であって、各車軸（１０、１１０）が、軸（１６、１１６）によって駆動できる差動装置入力としての駆動歯車（１３、１１３）と、アクスルシャフトギヤ（１０４）によって前記２つの車軸（１０、１１０）の車輪（１、２）を駆動する２つのドライブシャフト（１０６）とを有する差動装置（１０１）を備えるタンデム車軸において、
   第１の車軸（１０）の前記車輪（１）が駆動歯車（１３）に常時確実に連結され、
   前記第１の車軸（１０）の前記駆動歯車（１３）が、選択的に係合可能なトランスファギヤ（７０）が同軸に配置される駆動軸（１４）を有し、
   前記トランスファギヤ（７０）が、スルーシャフト（９０）に相対回転不能に取付けられたスルーシャフト歯車（９５）と噛み合い、
   前記スルーシャフト（９０）の出力（９３）が、中間部材（１８、１１６、１１７）によって第２の車軸（１１０）の入力側駆動歯車（１１３）に連結され、
   切換クラッチ（１４０）が前記アクスルシャフトギヤ（１０４）と前記アクスルシャフトギヤの隣接する車輪（２）との間の前記第２の車軸（１１０）に取付けられるタンデム車軸。
2. 前記スルーシャフト（９０）が前記第１の車軸（１０）の差動ハウジング（１２）に支持されることを特徴とする請求項１に記載のタンデム車軸。
3. 前記差動ハウジング（１２）の前記スルーシャフト（９０）が前記駆動軸（１４）の上に取付けられることを特徴とする請求項２に記載のタンデム車軸。
4. 連結可能な前記トランスファギヤ（７０）が前記第１の車軸（１０）の前記差動ハウジング（１２）に支持されることを特徴とする請求項１に記載のタンデム車軸。
5. 前記トランスファギヤ（７０）が、電気機械的に、電磁的に、油圧的に又は空気圧的に作動可能なクラッチ（４０）によって前記駆動軸（１４）に連結されることを特徴とする請求項１に記載のタンデム車軸。
6. 前記クラッチ（４０）が、油圧作動式のはねかけ潤滑方式の摩擦クラッチであることを特徴とする請求項５に記載のタンデム車軸。
7. 油圧発生器として、前記クラッチ（４０）が、前記第１の車軸（１０）の前記駆動軸（１４）によって直接駆動されるオイルポンプ（８０）を有することを特徴とする請求項６に記載のタンデム車軸。
8. 前記クラッチ（４０）が、間接的にシフトされる確実な連結機能付きクラッチであることを特徴とする請求項１に記載のタンデム車軸。
9. 前記クラッチ（１４０）がそれぞれの前記ドライブシャフト（１０６）と前記アクスルシャフトギヤ（１０４）との間に取付けられることを特徴とする請求項８に記載のタンデム車軸。
10. 電気機械的又は電磁的に作動可能な弁によって、前記クラッチ（４０、１４０）の作動を制御できることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のタンデム車軸。
11. 前記クラッチ（４０、１４０）の前記弁がコンピュータによって制御され、該コンピュータが、動的操作及び路面に関するデータに基づいて係合及び係合解除を制御することを特徴とする請求項１０に記載のタンデム車軸。

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