JP5021943B2

JP5021943B2 - ４輪駆動車のディファレンシャル装置

Info

Publication number: JP5021943B2
Application number: JP2006059468A
Authority: JP
Inventors: 浩美平瀬
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP2007237780A

Description

本発明は４輪駆動車のディファレンシャル装置に関し、特には、後輪側への動力配分を調整可能な配分手段を備える４輪駆動車のディファレンシャル装置に関する。

変速機からの動力を車両の前輪と後輪とに伝達して走行する４輪駆動車においては、走行中の転舵（旋回）等により生じる前輪と後輪との差動回転を吸収するとともに、所定に動力を配分するため、変速機の出力部等にセンタディファレンシャルやトランスファクラッチ等が設けられている。センタディファレンシャルが設けられた４輪駆動車では、常にディファレンシャル機構により差動回転は吸収され、かつ設定された動力が前輪と後輪とに配分されて、フルタイム式の４輪駆動による走行性能が発揮される。

ところで、センタディファレンシャルの配置構成は、変速機の種類（歯車変速機・ＭＴ，自動変速機・ＡＴ）によって異なり、例えば図３（ａ）に示すように、変速機０２ａの入力軸０１ａと同軸上に変速出力軸０３ａが配置される構成の自動変速機（ＡＴ）の場合は、出力軸０３ａの軸芯上にセンタディファレンシャル０４ａが配置され、前輪側へはセンタディファレンシャル０４ａの出力要素であるキャリアから１組のギヤ列０５ａを介して伝達され、後輪へは他の出力要素であるサンギヤから後輪出力軸０６ａへ出力される構成となっている。

一方、図３（ｂ）に示すように、変速機入力軸０１ｂと出力軸０３ｂとが平行に配置される歯車変速機（ＭＴ）にセンタディファレンシャル０４ｂが配置される場合は、出力軸０３ｂの軸芯上にセンタディファレンシャル０４ｂが設けられ、一方の出力要素のキャリアから前輪側へ伝達し、他方の出力要素のサンギヤから１組のギヤ列０５ｂを介して後輪出力軸０６ｂへ出力される構成となっている。

このように、センタディファレンシャルの配置構成は、変速機の種類によって異なるものとなり動力配分機構の配置構成を複雑化している。そこで、変速機からの動力を単に前輪と後輪とに分岐して出力するように簡単化することが行われているが、この場合は一方の動力伝達経路にビスカスカップリング等が設けられることになる。また、ディファレンシャル装置において、差動機構とトルク配分機構とをプラネタリギヤで構成し、転蛇角や車速に応じてトルク配分する技術も開発されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許第２６８７０５２号公報

従来の４輪駆動車において、変速機側にセンタディファレンシャルやトランスファクラッチを設けるものでは、変速機の種類（ＡＴ，ＭＴ等）毎に配置構成が異なるため、これらを収容するトランスファケースを含めた変速機型式仕様が多くなり、製造上、コスト上等の問題を有する。そこで、変速機の出力部を単に動力を分岐するのみの構成とし、一方の動力伝達経路にビスカスカップリングを配置したものでは、ビスカスカップリングでの伝達トルク調整は任意にできないため、走行状態を反映させて動力配分するような４輪駆動車とすることはできない。

また、変速機の出力部で動力分岐された一方の動力伝達経路の例えば、後輪側のディファレンシャル装置に特許文献１の技術を適用すれば、前後輪間の差動回転の吸収とともに、トルク配分も可能となるが、この場合トルク配分機構は大径のリングギヤを複数配置したプラネタリギヤ構成となるため、ディファレンシャル装置の軸周り形状が大型化して車両への搭載がスペース的に困難となる。

本発明は、このような課題に対してなされたもので、４輪駆動車の後輪側に独立に配置されるディファレンシャル装置に、動力を可変に伝達させる機能と、入力回転を増速させる機能とを設けて動力を選択的に伝達させる構成とし、変速機出力側の動力分配構成を簡単化することを目的とする。

本発明の４輪駆動車のディファレンシャル装置は、変速機からの動力を分岐して一方の動力を前輪側へ伝達し、他方の動力はディファレンシャル装置を介して後輪へ伝達する４輪駆動車であり、前記ディファレンシャル装置は、後輪の差動歯車機構を駆動するドライブ軸と、該ドライブ軸の入力側に入力軸を同軸的に配設するとともに、該入力軸と前記ドライブ軸とを動力配分手段を介して駆動連結した４輪駆動車のディファレンシャル装置において、前記動力配分手段は、前記入力軸の端部に形成された第１サンギヤと、該第１サンギヤに隣接してドライブ軸に設けられた第２サンギヤと、前記第１と第２のサンギヤにそれぞれ噛合う第１ピニオンと第２ピニオンとを有する一体形成のピニオンギヤと、該ピニオンギヤを軸支するとともに、前記入力軸とドライブ軸とに回転自在に装着されたキャリアとで複合プラネタリギヤ機構に構成されており、該複合プラネタリギヤ機構に、キャリアの回転を制止するブレーキと、走行状態に応じて調圧された作動油圧を供給することにより、入力軸に伝達された動力を作動油圧に応じて可変にキャリアとドライブ軸との間に伝達するクラッチとを設けたことを特徴としている。

また、前述した特徴を有する４輪駆動車のディファレンシャル装置において、前記複合プラネタリギヤ機構の第１サンギヤと第１ピニオンとの噛合いギヤ比と、第２ピニオンと第２サンギヤとの噛合いギヤ比とによる相乗ギヤ比は、所定の増速ギヤ比となるように設定されていることを特徴としている。

また、前述した特徴を有する４輪駆動車のディファレンシャル装置において、前記複合プラネタリギヤ機構の第１サンギヤと第１ピニオンとの噛合いによるギヤ比と、第２ピニオンと第２サンギヤとの噛合いによるギヤ比とはともに増速ギヤ比に設定されており、これらギヤ比の相乗ギヤ比は所定の増速ギヤ比となるように設定されていることを特徴としている。

本発明によれば、４輪駆動車の後輪側に設けられるディファレンシャル装置の入力部に複合プラネタリギヤ機構を配設し、動力を伝達するように構成され、この複合プラネタリギヤ機構に設けられたブレーキにより、動力配分を後輪側へシフトするトルクベクタリング機能と、クラッチによる走行状態に応じた動力伝達を行うトルクデマンド機能とを備えたことから、ブレーキ作動時またはクラッチ作動時には、それぞれの機能が作動した４輪駆動走行が可能となる。また、動力配分手段を複合プラネタリギヤ機構に構成したので、ディファレンシャル装置の軸周り形状をコンパクトにでき、車両への搭載性も確保される。

また、ディファレンシャル装置が前述の機能を備えることから、変速機の出力部には、センタディファレンシャル機能を有する動力配分装置は不要になり、前・後輪への動力分岐構成を簡単化できる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態のディファレンシャル装置を適用した４輪駆動車のスケルトン図であり、図２は、実施の形態を示すディファレンシャル装置の拡大平断面図である。

図１において、エンジン１からの動力はトルクコンバータ２を介して自動変速機（ＡＴ）４に伝達される。自動変速機４は、変速機入力軸３と出力軸５とが同軸線上に配置される型式のものであり、図示省略のプラネタリギヤや摩擦係合要素等で構成されるものである。自動変速機４の出力軸５には変速動力を分岐し、一方の動力を前輪側へ伝達させるため駆動歯車６が設けられ、駆動歯車６にはフロントドライブ軸８の端部に取着された被駆動歯車７が噛合い、さらに、他端に形成されたフロントピニオンギヤ９がフロントディファレンシャル１１のリングギヤ１０に噛合って前輪側へ伝達される。このように構成された変速機ユニットＭは、フロントディファレンシャル１１を変速機ケースに一体配置したトランスアクスル型であり、車両の前部に縦置きに配置されている。

一方、自動変速機４の出力軸５の動力は、後輪出力軸１２とプロペラシャフト１３とにより、リヤのディファレンシャル装置３０へ入力される。そこで、ディファレンシャル装置３０には、プロペラシャフト１３が接続される入力側に、第１サンギヤ２１を有する入力軸１４と、入力軸１４の同芯上に配置され第２サンギヤ２２を備えるドライブ軸１５との間に、第１と第２のサンギヤ２１，２２に噛合う第１と第２のピニオンが一体形成のピニオンギヤ２３と、ピニオンギヤ２３を回転自在に軸支するキャリア２４とで形成された複合プラネタリギヤ機構２０の動力配分手段が配置される。

この複合プラネタリギヤ機構２０には、ブレーキ２０Ｂとクラッチ２０Ｃが設けられており、ブレーキ２０Ｂまたはクラッチ２０Ｃの作動によりドライブ軸１５に動力が伝達され、ドライブピニオンギヤ１６によりディファレンシャルのリングギヤ３３が駆動される。

図２の拡大平断面図によりディファレンシャル装置３０を更に詳細に説明する。図示するように入力軸１４、入力軸１４に同芯配置のドライブ軸１５及び差動歯車機構３５が組み込まれているディファレンシャルケース３４は、収容ケースとしてのデフキャリア３１に回転自在に設けられている。ディファレンシャルケース３４の差動歯車機構３５は、ピニオンシャフトに軸支された傘歯車のデフピニオンと、このデフピニオンに噛合う左右のデフサイドギヤ３６Ｌ、３６Ｒが配設されており、このデフサイドギヤ３６Ｌと３６Ｒを介して図示しない左側ＬＨと右側ＲＨの後輪が駆動される。

入力軸１４の第１サンギヤ２１に隣接してドライブ軸１５には第２サンギヤ２２が設けられており、これら第１と第２のサンギヤ２１，２２には一体形成されたピニオンギヤ２３の第１ピニオン２３ａと第２ピニオン２３ｂとが噛合っている。そして、ピニオンギヤ２３は、入力軸１４とドライブ軸１５とに回転自在に装着されたキャリア２４に回転自在に設けられており、これら第１と第２のサンギヤ２１，２２と、ピニオンギヤ２３と、キャリア２４とにより複合プラネタリギヤ機構２０は形成されている。

更に、複合プラネタリギヤ機構２０の第１サンギヤ２１と、これに噛合う第１ピニオン２３ａとのギヤ比（歯数比）及び第２ピニオン２３ｂに噛合う第２サンギヤ２２とのギヤ比（歯数比）による相乗ギヤ比は所定の増速ギヤ比に設定されており、キャリア２４の回転を制止した場合は、第１サンギヤ２１の入力回転数は所定に増速されて第２サンギヤ２２に出力するように設定されている。

そこで、キャリア２４の一側には外周にブレーキディスクが係合するブレーキハブ２６が一体に形成され、ブレーキハブ２６とデフキャリア３１の内周に形成されたブレーキドラムとしての係合溝３２との間に、摩擦係合要素としての多板式のブレーキ２０Ｂが配設される。そして、ブレーキ側方のデフキャリア３１の凹部に装着された油圧ピストン２５の作動によりブレーキ２０Ｂが締結されて、キャリア２４の回転が制止されるようになっている。

また、キャリア２４の他側には、キャリア２４と一体のクラッチドラム２８と、ドライブ軸１５の第２サンギヤ２２にクラッチハブ２９が設けられており、このクラッチドラム２８とクラッチハブ２９との間に、摩擦係合要素としての多板式のクラッチ２０Ｃが配設される。そして、クラッチ２０Ｃ側方のデフキャリア３１の凹部に装着された油圧ピストン２７の作動によりクラッチ２０Ｃを可変に係合して、第２サンギヤ２２とキャリア２４との間の動力伝達を可変に行えるようになっている。

これらのブレーキ２０Ｂ及びクラッチ２０Ｃは、ディファレンシャル装置３０の入力側に設けられた油圧制御ユニット４０により作動制御されるようになっており、オイルポンプ４１から吐出された作動油圧は、コントロールバルブ４２で調圧制御されて、ブレーキ２０Ｂの油圧ピストン２５の油圧室又は、クラッチ２０Ｃの油圧ピストン２７の油圧室に供給されて作動するようになっている。

このように構成されたディファレンシャル装置３０に動力が入力されると、入力軸１４を介して複合プラネタリギヤ機構２０に伝達される。ここで、ブレーキ２０Ｂを解放し、クラッチ２０Ｃを車両の走行状態の例えば、車速や転蛇角に応じて調圧された作動油圧を供給して作動させると、クラッチ２０Ｃは入力軸１４に伝達された動力を作動油圧に応じて可変に伝達して後輪を駆動し、トルクデマンド機能が働いた４輪駆動走行とすることができる。

また、車両が中・高速走行状態等においては、クラッチ２０Ｃを解放させブレーキ２０Ｂを締結させてキャリア２４の回転を停止させると、第１サンギヤ２１の回転によりピニオンギヤ２３は自転して第２サンギヤ２２を回転させる、この時、プラネタリギヤのギヤ比は増速ギヤ比に設定されているので、第２サンギヤ２２には所定に増速された回転が伝達される。これにより、後輪側へ駆動力が多く移動するトルクベクタリング機能が働き、例えばコーナリング走行ではオーバステアリングに作用して、回頭性のよい走行フイーリングが得られる。

本発明の実施例によれば、４輪駆動車の後輪側に設けられるディファレンシャル装置の入力部に複合プラネタリギヤ機構を配設し、動力を伝達するように構成され、この複合プラネタリギヤ機構に設けられたブレーキにより、動力配分を後輪側へシフトするトルクベクタリング機能と、クラッチによる走行状態に応じた動力伝達を行うトルクデマンド機能とを備えたことから、ブレーキ作動時またはクラッチ作動時には、それらの機能が作動した４輪駆動走行が可能となる。また、動力配分手段を複合プラネタリギヤ機構に構成したので、ディファレンシャル装置の軸周り形状をコンパクトにでき、車両への搭載性も確保される。

また、ディファレンシャル装置が前述の機能を備えることから、変速機の出力部には、センタディファレンシャル機能を有する動力配分装置は不要になり、前・後輪への動力分岐構成を簡単化できる。したがって、変速機側の動力分岐部分をコンパクトに形成でき、製造上、コスト上有利となる。

本発明の実施の形態では、プラネタリギヤ式自動変速機の縦置き配置４輪駆動車で説明したが、これに限定されない。たとえば、４輪駆動車の変速機としては、無段変速機や平行軸式の歯車変速機でもよく、また自動式、手動式に関係なく全ての変速機に適用できる。更に、横置きに配置される型式であっても適用できる。

本発明の実施の形態の駆動系を示すスケルトン図である。図１のディファレンシャル装置の詳細を示す拡大平面断面図である。（ａ）は従来例の駆動系を示すスケルトン図である。（ｂ）は他の従来例の駆動系を示すスケルトン図である。

符号の説明

４変速機
５出力軸
１２後輪出力軸
１３プロペラシャフト
１４入力軸
１５ドライブ軸
１６ドライブピニオンギヤ
２０複合プラネタリギヤ機構
２０Ｂブレーキ
２０Ｃクラッチ
２１第１サンギヤ
２２第２サンギヤ
２３ピニオンギヤ
２３ａ第１ピニオン
２３ｂ第２ピニオン
２４キャリア
２５，２７油圧ピストン
３３リングギヤ
３５差動歯車機構

Claims

変速機からの動力を分岐して一方の動力を前輪側へ伝達し、他方の動力はディファレンシャル装置を介して後輪へ伝達する４輪駆動車であり、前記ディファレンシャル装置は、後輪の差動歯車機構を駆動するドライブ軸と、該ドライブ軸の入力側に入力軸を同軸的に配設するとともに、該入力軸と前記ドライブ軸とを動力配分手段を介して駆動連結した４輪駆動車のディファレンシャル装置において、
前記動力配分手段は、前記入力軸の端部に形成された第１サンギヤと、該第１サンギヤに隣接してドライブ軸に設けられた第２サンギヤと、前記第１と第２のサンギヤにそれぞれ噛合う第１ピニオンと第２ピニオンとを有する一体形成のピニオンギヤと、該ピニオンギヤを軸支するとともに、前記入力軸とドライブ軸とに回転自在に装着されたキャリアとで複合プラネタリギヤ機構に構成されており、
該複合プラネタリギヤ機構に、キャリアの回転を制止するブレーキと、走行状態に応じて調圧された作動油圧を供給することにより、入力軸に伝達された動力を作動油圧に応じて可変にキャリアとドライブ軸との間に伝達するクラッチとを設けたことを特徴とする４輪駆動車のディファレンシャル装置。
前記複合プラネタリギヤ機構の第１サンギヤと第１ピニオンとの噛合いギヤ比と、第２ピニオンと第２サンギヤとの噛合いギヤ比とによる相乗ギヤ比は所定の増速ギヤ比となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の４輪駆動車のディファレンシャル装置。
前記複合プラネタリギヤ機構の第１サンギヤと第１ピニオンとの噛合いによるギヤ比と、第２ピニオンと第２サンギヤとの噛合いによるギヤ比とはともに増速ギヤ比に設定されており、これらギヤ比の相乗ギヤ比は所定の増速ギヤ比となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の４輪駆動車のディファレンシャル装置。