JP5272238B2 - 可変係合クラッチとともにポンプを含む自動車のディファレンシャル - Google Patents

Description

本発明は、自動車のディファレンシャルに関し、特に、可変係合クラッチとともに油圧ポンプを含む自動車のディファレンシャルに関する。

従来、ディファレンシャルを自動車に搭載して、コーナリング中に、外側の駆動輪と内側の駆動輪の双方がエンジンから駆動力を受取りながら、外側の駆動輪が内側の駆動輪よりも速く回転させるようにしている。ディファレンシャルは、コーナリングには有用だが、例えば、雪や泥や他の滑りやすい媒体上では、自動車の牽引力を失わせることがあった。駆動輪のいずれかが牽引力を失う場合、この駆動輪が高速度でスピンするとともに、他方の駆動輪が全くスピンしない自体が生じ得る。この状況を克服するため、従来、スリップ制限ディファレンシャルが開発されており、牽引力を失った駆動輪から駆動力をシフトさせて、スピンしない駆動輪をスピンさせるようにしている。

近年、電気制御型のスリップ制限ディファレンシャルが導入されてきており、これは油圧作動クラッチを含み、ディファレンシャルの出力軸の間の相違する回転を制限させている。この油圧作動クラッチは、自動車の駆動軸と接続されたポンプによって駆動されている。但し、ほとんどの時間では、自動車は、油圧クラッチを作動させる必要がない程適当な牽引力を有している。それにもかかわらず、駆動軸を回転させながら、ポンプを操作し続けて、流体をポンプ作用させている。この構成では、必要時に加圧流体を油圧作動クラッチに分配させるため、一つ又は複数の弁をディファレンシャルに必要としている。しかし、常時ポンプを操作することによって生じる寄生的なエネルギー損失によって、自動車の燃料経済に悪い影響を与える虞があり、また、作動油の耐用寿命を減らす虞があった。少なくとも、これら理由のため、より改良されたディファレンシャルが望まれていた。

本発明は、上記従来記述に鑑み、自動車のディファレンシャルのアセンブリを提供することを目的とする。

本発明に係る自動車のディファレンシャルのアセンブリはディファレンシャルを含み、入力によって駆動されて、一対の出力の間で相違する回転速度を可能にする。このディファレンシャルは、出力と接続されるギアアセンブリと、この出力を選択的にかつ可変的に結合させる一つ又は複数の油圧作動クラッチを含む。また、一つ又は複数の油圧作動クラッチの係合用に、作動油圧を生じさせるのに適する油圧ポンプを含む。また、可変係合クラッチを入力と油圧ポンプに操作接続して、クラッチの係合中に入力が油圧ポンプを選択的に駆動できるようにして、一つ又は複数の油圧作動クラッチまで作動油圧を提供できるようにしている。また、弁を油圧ポンプと一つ又は複数の油圧作動クラッチと操作接続して、油圧ポンプから一つ又は複数の油圧作動クラッチまで流体圧を選択的に又は可変的に提供できるようにしている。
当該技術分野における当業者ならば、添付した図と以下の詳細の説明から、本発明の他の特徴について明らかになるであろう。
また、本発明は、自動車の安定制御方法についても提供する。
以下、添付した図を参照して、例示的に、本発明の実施形態について説明する。

添付した図を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。但し、これら図は、本発明の図解と説明を一層容易にするため、寸法を合わせる必要はなく、幾つかの特徴については簡略化したり、誇張して示している。さらに、本明細書で記載された実施形態は排他的なものではなく、つまり、これら図と以下の詳細な説明に示した形態に対して本発明を厳密に制限したり限定させることを意図したものではない。

図１を参照すると、自動車１０、例えば、乗用車やスポーツカーや軽トラック等について例示的に示しており、これは、第一と第二の車軸１２、１４を夫々含むとともに、内燃機関等の原動機１６を含み、さらに、動力伝達機構（パワートランスミッション）１８を含むことが示されている。例示した実施形態では、第二の車軸１４が、主要な自動車推進用の駆動車軸として機能し、この駆動車軸に主要な駆動輪１６が接続されて作動する。これに対して、第一の車軸１２は、二次的な車軸として機能し、これに対してステアリングホィールが接続されることがある。但し、第一の車軸１２を自動車推進用駆動車軸として機能させて、主要な及び二次的な駆動車軸１４、１２の間でトルクを分配するトランスファケース１９（図１では破線で示している）からトルクを受取るように構成することは可能である。車軸１２と１４に伝達されるトルクは、一つ又は複数の推進軸や駆動軸２０、本発明の実施形態に従う選択的なトルクカップリング２１、本発明の実施形態に従うディファレンシャルのアセンブリ２２を介して伝達されてもよい。尚、図１に示した自動車１０は、例示的にのみ示されたものであり、他の動力伝達機構を含んでいてもよく、例えば、第一の車軸１２を主要な駆動車軸として機能させるように、主要な前輪駆動機構を含んでいてもよい。

図２と３を参照すると、ディファレンシャルのアセンブリ２２の実施形態が示されている。図示した実施形態では、ディファレンシャルのアセンブリ２２は、油圧アシストされて、電気制御される、スリップ制限ディファレンシャルを含み、一対の出力２８と３０の間で可変的にトルクを分配できるようにしており、必要に応じて、全車軸ロックに対応可能にしている。ディファレンシャル２２は、単独（スタンドアローン）の製品として用いられてもよく、あるいは、必要に応じて、他の自動車のシステム、例えば、自動車のアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）や安定制御パッケージと一体に組込まれて、自動車の動的性能を向上させるようにしてもよい。

図２に示しているように、ディファレンシャルのアセンブリ２２はディファレンシャル２４を含み、入力２６によって駆動させて、出力２８と３０の間で相違する回転速度を可能にする。一対のサイドギア３４と３６を含むギアアセンブリ３２が、出力２８と３０の対応する一方に対して接続されている。例えば、一対のピニオンギア４０を含むリングギア３８を、サイドギア３４、３６と噛合させてもよい。また、入力２６は、回転可能なピニオン軸を含み、これにピニオンギア４２を備えて、リングギア３８と噛合させる。

出力２８と３０の間でトルクを伝達することが求められる時には、油圧作動クラッチ４４が出力２８と３０を選択的でかつ可変的に結合させる。図示した実施形態では、油圧作動クラッチ４４は、概略的で例示的に示されているが、多板式（マルチディスク）クラッチパック４６と、作動油圧に応じて移動可能なクラッチパック圧縮用作動装置４８（例えば、ピストン）を含んでいる。少なくとも一つの第一摩擦ディスク５０が出力３０と回転用に接続されており、また、少なくとも一つの第二摩擦ディスク５２が出力２８と回転用に接続されている。図２と３に概略的に示した油圧作動クラッチ４４の実施形態は、参照上にのみ示されたものであり、本発明の範囲から逸脱することなく、ディファレンシャルのアセンブリに適応可能な、出力２８と３０を選択的でかつ可変的に結合する他の流体駆動力によってアシストされるクラッチ構成を用いることは可能である。例えば、油圧作動クラッチ４４は、任意のタイプの軸方向に作動されるクラッチでもよく、例えば、単板式クラッチ、多板式クラッチ、さらにはコーンクラッチでもよい。また、スクエアジョークラッチやスパイラルジョークラッチを用いることも可能である。しかしながら、これらクラッチは、トルクを比例して伝達する必要はない。

また、ディファレンシャルのアセンブリ２２は、油圧作動クラッチ４４の係合用に作動油圧を生じさせるのに適する油圧ポンプ５４を含む。この実施形態では、油圧ポンプ５４はジェローターポンプであって、入力２６と操作接続された可変係合クラッチ５６によって駆動されて、可変係合クラッチ５６の係合中に、入力２６が選択的でかつ可変的に油圧ポンプ５４を駆動するようにしている。加圧流体が必要とされない時に、油圧ポンプ５４の操作に関連した寄生的な損失を最小にするため、油圧作動クラッチ４４によって流体駆動力が必要とされた時にだけ可変係合クラッチ５６を操作してもよく、そして係合の度合いを油圧作動クラッチ４４で必要とされる係合の度合いに従わせてもよい。このように、様々な通常の電気制御型のスリップ制限ディファレンシャル内で流体駆動力を分配させるのに要する弁や他の装置を減らすことができる。また、ハウジング（図示せず）を用いてディファレンシャル２４、油圧ポンプ５４、及び可変係合クラッチ５６を覆ってもよく、さらに油だめ５８を備えて、ここから油圧ポンプ５４が作動油を引出して、加圧して、油圧作動クラッチ４４まで送るようにしてもよい。

図示した実施形態では、可変係合クラッチ５６は、例えば磁性粒子（magnetic particle）クラッチであって、供給される電流に比例して、入力２６と油圧ポンプ５４の間でトルクを伝える。本明細書では、可変係合クラッチ５６を一般に磁性粒子クラッチと参照するが、他のタイプの可変係合クラッチを用いることは可能であって、例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、２つの相対的に回転する部材の間でトルクを伝達するために電気抵抗媒体を用いるクラッチを、ディファレンシャルのアセンブリ２２に用いることは可能である。

例示した実施形態では、可変係合クラッチ５６は、ベアリング６０を用いて、入力２６上で軸支されており、ベアリング６０は、ディファレンシャル２４、油圧ポンプ５４、及び可変係合クラッチ５６を囲むハウジングに対して取付けることができる略円筒形状のサポート６２内に配置することができる。図４に概略的に示しているように、回転可能で、略円筒形状の入力部材６４を入力２６に接続して作動させてもよく、また、回転可能で略円筒形状の出力部材６６を油圧ポンプ５４に接続して作動させてもよい。そして、媒体６８（例えば、流動性媒体であって、図５Ａと５Ｂを参照されたい）を入力部材６４と出力部材６６の間に配置する。例示した実施形態では、入力部材６４と出力部材６６は、夫々、入力２６と油圧ポンプ５４にスプライン接続される。任意の数の他のベアリング、例えばベアリング６９を用いて、入力部材６４と出力部材６６の入力２６及び／又はディファレンシャルのアセンブリのハウジングに対する回転動作を向上させてもよい。

入力部材６４と出力部材６６は、一般に磁性特性を示すが、少なくとも一つの一般に非磁性特徴部７０を有していてもよい。以下において詳述されるように、磁束は、最も抵抗の小さな経路に従う（即ち、最も透磁の高い経路に従う）。非磁性特徴部７０は、媒体６８と出力部材６６を通る経路を、入力部材６４を通るショートサーキットよりも容易な磁性経路（より高い透磁を有する）にする。

図４に示した実施形態を参照すると、非磁性特徴部７０は、略台形の断面を有する溝でもよいが、これに限定される必要はない。あるいは、非磁性特徴部７０は、非磁性リングやスロットであって、対応する入力部材６４や出力部材６６をほぼ又は完全に貫通するように配置されていてもよい。さらに、非磁性特徴部７０は、入力部材６４や出力部材６６の表面上に配置されていてもよく、又は、入力部材６４や出力部材６６をほぼ又は完全に貫通するように配置されていてもよい。入力部材６４と出力部材６６に含まれる非磁性特徴部７０の数は、例えば、クラッチ５６のトルク伝達要求に基づいていてもよい。図２から４に例示した実施形態では、例えば、入力部材６４は単一の非磁性特徴部７０を含む。これに対して、図６に例示した実施形態では、出力部材６６は、入力部材６４内の非磁性特徴部７０ａの間で等間隔の点で径方向外側に非磁性特徴部７０ｂを複数配置している。

入力部材６４と出力部材６６は接しておらず、これらの間にほぼ均一な隙間７２を定めていてもよい。隙間７２は、例えば磁性反応パウダー（例えば、アイロンパウダー）のような媒体６８（例えば、図５Ａ参照）の薄い層を入力部材６４と出力部材６６の間に配置できるように十分に広くなくてはならない。図５Ａと５Ｂに示すように、特徴部７０の非磁性特性は、隙間７２を横切る磁束７４のラインを集中させて、向きを定めることを助ける。

また、可変係合クラッチ５６は磁束源７６を含み、これは、例えば、入力部材６４とサポート６２の間で、サポート６２の外側に取付けられた電磁石を含む。例示した実施形態では、源７６は、略トロイダル状のシェル８０によって囲まれた、ワイヤーを巻きつけたコイル７８を含む。従来公知なように、コイル７８に電流を加えると、源７６の近くで磁場を生じさせることができ、この強度は加えられる電流のレベルに比例する。あるいは、源７６は、他の構成を含んでいてもよく、例えば、反作用する電磁石によって供給される永久磁石を含み、クラッチ５６が係合するようにデフォルトされると、電磁石がなくなるようにしてもよい。

従来公知なように、磁束７４のラインは既知の磁性特性の構造をほぼ通る経路を進む。図４に示しているように、磁束７４のラインは、剛体のシェル８０から出て入力部材６４内に入り、磁束によって入力部材６４を飽和させる。飽和すると、磁束７４のラインは、最も抵抗の小さな経路に従って、隙間７２を通って、出力部材６６内に進む。特徴部７０の最も狭い幅は、隙間７２の幅よりも大きいように最良に構成されており、磁束７４が特徴部７０を進み、媒体６８をショートサーキットすることを防ぐようにする。出力部材６６内に入ると、磁束７４は出力部材６６を飽和させて、再度隙間７２を進み、入力部材６４内に入る。図６に示した実施形態では、このプロセスは、非磁性特性の数の分、磁束７４が特徴部７０ａと７０ｂの間で隙間７２を横切るようにジグザグに進むように繰返される。

図５Ｂに示しているように、磁性反応粒子６８ｐは、磁場の強度に関して形態を変化させることができ、例えば、磁束７４が隙間７２を横切るにつれて磁束のラインに並ぶようになる。磁性反応粒子６８ｐは、磁場の影響下で、鎖８２内でリンクしたりロックして、せん断力を向上させて、隙間７２に面する入力部材６４と出力部材６６の表面に対する機械的な摩擦を生じさせてもよい。向上されたせん断力と摩擦によって、入力部材６４と出力部材６６の間でトルクが伝達される。

また、この実施形態では、ディファレンシャルのアセンブリ２２は制御システムを有していてもよく、このシステムは、油圧ポンプ５４によって生じた作動油圧を監視する圧力センサ８２と、例えば閉ループの態様で、油圧ポンプ５４によって生じた作動油圧に応じて油圧クラッチ４４の係合の度合いを制御するために、可変係合クラッチ５６に送られる電流を変化させるのに適する制御器８４、例えば、マイクロプロセッサに基づく電気制御装置（ＥＣＵ）を含んでいてもよい。例えば、制御器８４は、可変係合クラッチ５６の操作を制御するため、一般にコンピュータープログラムの形態のロジックルールを記憶するのに十分なメモリを有し、クラッチ５６を作動させる時を決定するために、例えば、速度センサ、ステアリングセンサ、トルクセンサや、又は他の自動車の制御器のような様々な自動車の源から一つ又は複数の入力を受取るように構成されていてもよい。当該技術分野における当業者ならば、本発明は、ＥＣＵの特定のタイプや構成や、ロジックルールの特徴によって何ら限定されないことを理解するであろう。さらに、制御器８４は、ディファレンシャルのアセンブリ２２内に組込まれて、自動車の通信バスから情報を受取るように構成されていてもよく、又は、例えば、主要な自動車のＥＣＵのような、一つ又は複数の制御器内に組込まれていてもよい。

可変係合クラッチ５６を係合させることで油圧クラッチ４４を操作することが求められる時、適当な電気信号を磁束源７６に送って、電磁場を生じさせてもよく、上述したように、媒体６８の特性を変化させて、入力部材６４と出力部材６６の間でトルクを伝達させてもよい。この実施形態では、可変係合クラッチ５６は、この出力トルクと源７６に加えられる電流の間の関係を、クラッチ５６の磁性飽和点まで、ほぼ線形にする。従って、入力部材６４と出力部材６６の間で伝達されるトルクの量は、源７６に加えられる電流を変化することで選択的に制御可能となり、これによって、必要な時に部分的な係合を達成できるようにしたり、又は、必要な時に完全な係合を達成して、許容できるようにしてもよい。例えば、出力２８と３０の間で最小のトルクだけを伝達することが求められる時、可変係合クラッチ５６を部分的に係合させてもよく、これに対して、全車軸ロックが求められる時、可変係合クラッチ５６を完全に係合させてもよい。また、可変係合クラッチ５６を徐々に係合させることで、ほとんどオン／オフの態様で係合する、出力をロックさせるクラッチを含む、一般的なスリップ制限ディファレンシャルによって引き起こされる自動車の揺れを、除いたり減らすことができる。

可変係合クラッチ５６を操作する入力電流は、２つの部分、例えば、（i）可変係合クラッチ５６を完全に係合させるのに必要な係合電流と、（ii）可変係合クラッチ５６を完全に係合させたまま保つのに必要とされる所定の電流を示す安定状態電流、として加えられてもよい。可変係合クラッチ５６の係合を制御するために無数の仕方があってもよく、例えば、（i）係合電流のレベル、（ii）係合電流の適用の割合、（iii）係合電流の減少の割合、の少なくとも一つを変化させてもよい。係合電流の大きさと適用の割合が大きい程、可変係合クラッチ５６はより速く係合する。上述したように、可変係合クラッチ５６の係合は、少なくとも部分的に、磁束７４の源によって生じる磁場の強さの関数であり、これは次に、コイル７８に及ぼされる電流に関する。可変係合クラッチ５６を比較的に速く係合することが求められる時、係合電流は安定状態電流より高くてもよく、これによって、回転する入力部材６４と出力部材６６の慣性効果が速度を上げることを防ぐようにしてもよい。また、可変係合クラッチ５６を比較的に遅く係合することが求められる時、係合電流を安定状態電流に向って緩やかに傾斜させてもよい。

入力電流を源７６に適用させることは、制御器８４によって提供される電気信号のパルス幅調整（ＰＷＭ：Pulse Width Modulating）によって行われてもよい。この方法によると、所定の電流、例えば、可変係合クラッチ５６の磁性飽和点に相当する電流を有する電気信号を所定の周波数でパルスして、この結果、低めの全体的に中間の入力電流が源７８に及ぼされるようにしてもよい。例えば、限界なく、６アンペアの電流値で電気信号を時間の５０％でパルスして、６アンペアに関する入力パワーの大凡半分が源７６に及ぼされるようにしてもよい。理解可能なように、係合電流のパルス幅調整は、源７６に対する最大パワーの入力を減らすことがあり、これによって、可変係合クラッチ５６をより効率的に操作できるようにする。

可変係合クラッチ５６の出力トルクと及ぼされる電流の間の関係が潜在的に線形（または、ほぼ線形）であるため、出力部材６６が入力部材６４に対してスリップさせるように入力電流を源７６に及ぼして、クラッチ５６が部分的にのみ係合させることができる。可変係合クラッチ５６が部分的に係合する時、これが完全に係合する時と比べて、入力部材６４から出力部材６６までより少ない量のトルクが伝達される。従って、出力部材６６がポンプを駆動する時の速度は、つまりポンプ５４の出力圧力は、可変係合クラッチ５６に及ぼされる入力電流に従って変化することができる。

また、理解可能なように、出力２８と３０の間で速度に差がほとんどない時、油圧ポンプ５４を操作するために、可変係合クラッチ５６を係合することがあるが、これは、自動車の安定制御分野において有用な特徴である。例えば、オーバーステアは、自動車が与えられた車速にとってきつ過ぎるターンを行う時の状況であるが、この結果、自動車が制御不能にスピンすることがある。オーバーステア中、出力２８と３０の間の速度の差は比較的に低く、一般に駆動輪が牽引力を失ったことを示さない。可変係合クラッチ５６を係合することで、自動車が出力２８と３０の回転をロックさせて、内側の駆動輪が効果的に速度を上げて、オーバーステア状況を正すことができるようにする。

図７を参照すると、本発明の実施形態に従うトルクカップリング１０２の断面図が示されている。例示した実施形態では、トルクカップリング１０２は、構造と操作の双方において、少なくとも一つの例外を除き、ディファレンシャルのアセンブリ２２とほぼ類似し、この例外とは、トルクカップリング１０２はディファレンシャル部２４を含まないということである。替わりに、入力１０４は、多板式クラッチパック１０８の少なくとも一つの摩擦ディスク１０６と操作接続され、出力１１０は、少なくとも一つの摩擦ディスク１１２と操作接続される。トルクカップリング１０２の操作は、ディファレンシャルのアセンブリ２２の操作にほぼ類似し、つまり、油圧ポンプ１１４が、入力１０４と操作接続される可変係合クラッチ１１６によって駆動されて、可変係合クラッチ１１６の係合中に、入力１０４が油圧ポンプ１１４を選択的にかつ可変的に駆動して、クラッチパック１０８を選択的に圧縮して、入力１０４と出力１１０の間でトルクを伝達する。

次に、図８から１１を参照すると、本発明の実施形態に従う自動車のディファレンシャルのアセンブリ２００の断面図が示されている。このディファレンシャルのアセンブリ２００は、油圧アシストされた、電気制御型のスリップ制限ディファレンシャルを含み、これは入力２６によって駆動される一対の出力２０２と２０４の間で可変的にトルクの分配を行うことができる。出力２０２と２０４は、ハーフシャフトとしても参照されることがある。そして、ハーフシャフト２０２と２０４は、必要に応じて、操作中に、デフォルトの、全スリップモードから、全ロックモードに変わることができる。ディファレンシャルは、単独のアセンブリとして提供されてもよく、あるいは、必要に応じて、例えば自動車のＡＢＳや安定制御パッケージのような他の自動車のシステムに一体に組込まれて、自動車の動的性能を向上させてもよい。

本発明の実施形態によると、自動車のディファレンシャルのアセンブリ２００は、図１から７に示した、入力２６、油圧ポンプ５４、可変係合クラッチ５６、油だめ５８、ベアリング６０、円筒形状サポート６２、入力部材６４、出力部材６６、ショートサーキット媒体６８、非磁性特徴部７０、隙間７２、磁束７４、磁束源７６、ワイヤーを巻き付けたコイル７８、及び制御器８４の、構成要素を含むものと同様の仕方で一般的に操作されてもよい。可変係合クラッチ５６は、例えば、磁性粒子クラッチでもよく、油圧ポンプ５４を入力軸２６や、入力軸２６に接続されるギア、例えば平歯車７９に係合させてもよい。磁性粒子クラッチ５６によって伝達されるトルクは、磁性粒子クラッチ５６に提供される電流と比例することができる。

また、自動車のディファレンシャルのアセンブリ２００は、符合７５を用いて概略的に示されているように、弁を含む。図示した弁７５は、油圧ポンプ５４、油だめ５８、及び油圧作動クラッチと流通し、これら油圧作動クラッチは符合４４ａ、４４ｂを用いて概略的に示されており、夫々、ハーフシャフト２０２、２０４と関連する。弁７５は、作動装置（アクチュエータ）７７を含んでいてもよく、制御器８４から指令を受取って、油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂのいずれか一方又は双方に対して流体圧を向わせてもよい。可変係合クラッチ５６が印加されない時、基本的に、油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂの一方又はこれ以上に流体がポンプされない。この実施形態によると、弁７５は、例えば、ばね付勢されて中心に位置決めされた弁、具体例として、サーボ弁を含む。また、この実施形態によると、作動装置７７は、例えば、単一又は二重のコイルソレノイドを含むことができる。

上記油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂは、図解を容易にするために概略的に示されており、夫々、多板式クラッチパック４６ａ、４６ｂと、油圧ポンプ５４からの作動油圧に応じて移動可能のクラッチパック圧縮用作動装置４８ａ、４８ｂ（例えば、ピストン）を含む。例示した油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂの実施形態は、図８から１１に概略的に示されており、参照上、提供されている。理解可能なように、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態では、駆動輪１６ａ、１６ｂに対してハーフシャフト２０２、２０４の回転を選択的でかつ可変的に結合させる、他の流体パワーでアシストされたクラッチ構成を用いることは可能であることを理解されたい。例えば、油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂは、任意のタイプの軸方向に作動されるクラッチでもよく、例えば、単板式クラッチ、多板式クラッチ、又はコーンクラッチでもよく、これに限定されない。また、スクエアジョークラッチやスパイラルジョークラッチも利用可能である。しかしながら、これらクラッチは、伝達するトルクに比例する必要はない。

例示した実施形態では、各油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂは、ハーフシャフト２０２、２０４の外面２０６ａ、２０６ｂと回転用に結合される少なくとも一つの第一摩擦ディスク５０ａ、５０ｂと、ディファレンシャルハウジング２０８ａ、２０８ｂと夫々回転用に結合される少なくとも一つの第二摩擦ディスク５２ａ、５２ｂを含む。各ディファレンシャルハウジング２０８ａ、２０８ｂは、夫々ギア２１０ａ、２１０ｂによって囲まれて、回転駆動される。ギア２１０ａ、２１０ｂは、ピニオンギア２１４を含むレイシャフト（lay-shaft）２１２の回転によって駆動される。また、レイシャフト２１２のピニオンギア２１４は、ギアアセンブリ３２のリングギア３８によって回転駆動される。

自動車が駆動される時、作動装置７７で受取られる制御器８４からの指令に従って、油圧ポンプ５４の出力が、弁７５によって選択的に油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂに向わされる。例えば、制御器８４は、作動装置７７の向きを定めて、弁７５が油圧ポンプ５４の出力を、（ａ）第一油圧作動クラッチ４４ａ、（ｂ）第二油圧作動クラッチ４４ｂ、又は（ｃ）油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂの双方に、向わせるようにしてもよい。また、制御器は、可変クラッチ５４への送電を断って、ポンプ５４が流体出力させないようにしてもよい。例えば、上述した油圧ポンプ５４の出力は、クラッチパック作動装置４８ａ、４８ｂに及ぼされる流体圧を変化させるために、制御器８４から作動装置７７に送られる「Ｘ／Ｙ位置」信号の様々な組合せを示していてもよい。例えば、変数「Ｘ」は、第一クラッチパック作動装置４８ａの移動から生じる駆動輪１６ａに対するトルクの適用に関していてもよく、変数「Ｙ」は、第二クラッチパック作動装置４８ｂの移動から生じる駆動輪１６ｂに対するトルクの適用に関していてもよい。また、以下の説明において、「オフ」と「オン」の位置信号は、変数「Ｘ」と「Ｙ」のいずれかと置換されて、クラッチパック作動装置４８ａ、４８ｂに対して流体圧の適用がないことと、流体圧の適用があることを示すことができる。また、以下の説明では、「オフ」と「オン」の用語だけを示すが、クラッチパック作動装置４８ａ、４８ｂに及ぼされる流体圧は、全部かゼロか（オールオアナッシング）である必要はないことを理解されたい。むしろ、これは、油圧作動装置４４ａ、４４ｂに供給される流体圧の量を所望なように選択的に制御できるように、機能的に変化することも可能である。

図８に示した実施形態では（これは、デフォルト状態としても参照できる）、制御器８４は、可変クラッチ５６に電流を送っていない。このため、流体はポンプされておらず、各駆動輪１６ａ、１６ｂに直接的にトルクが及ぼされていない。従って、弁７５がデフォルト状態の時、各油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂは、ほぼ解放（開口）状態にあり、自動車１０の操作中、各ハーフシャフト２０２、２０４が完全に（又は、ほとんど完全に）スリップ可能にしている。このモードでは、ディファレンシャルは、標準的なオープンディファレンシャルとして機能できる。

図９に示した実施形態では、制御器８４から可変クラッチ５６と作動装置７７に「オン／オフ位置」信号が送信可能となっている。この位置では、図示されている可変クラッチ５６は係合しており、ポンプ５４はポンプ作用を行う。「オン／オフ位置」信号は、油圧ポンプ５４から第一クラッチパック圧縮用作動装置４８ａに流体出力を向わせる一方、油圧ポンプ５４から第二クラッチパック圧縮用作動装置４８ｂに流体出力を向わせることを防ぐ状態に向けて、又はこの状態に弁７５を移動させている。この結果、駆動輪１６ａにトルクが及ぼされる一方、駆動輪１６ｂにはトルクが及ぼされないようにできる。従って、第一油圧作動クラッチ４４ａは閉状態に移動し、自動車の操作中、駆動輪１６ａとともにハーフシャフト２０２の回転を少なくとも部分的に（又は完全に）ロックする一方、ハーフシャフト２０４と対応する駆動輪１６ｂのスリップを可能にする。

図１０に示した実施形態では、制御器８４から可変クラッチ５６と作動装置７７までに「オン／オフ位置」信号が送られる。この位置では、図示した可変クラッチ５６は係合して、ポンプ５４はポンプ作用を行う。「オン／オフ位置」信号は、油圧ポンプ５４から第二クラッチパック圧縮用作動装置４８ｂに流体出力を向わせる一方、油圧ポンプ５４から第一クラッチパック圧縮用作動装置４８ａに流体出力を向わせることを防ぐ状態に向けて、又はこの状態に弁７５を移動させている。この結果、駆動輪１６ｂにトルクが及ぼされる一方、駆動輪１６ａにはトルクが及ぼされないようにできる。従って、第二油圧作動クラッチ４４ｂは閉状態に移動し、自動車の操作中、駆動輪１６ｂとともにハーフシャフト２０４の回転を少なくとも部分的に又は完全にロックする一方、ハーフシャフト２０２と対応する駆動輪１６ａのスリップを可能にする。

図１１に示した実施形態では、制御器８４から可変クラッチ５６と作動装置７７までに「オン／オフ位置」信号が送られる。この位置では、図示した可変クラッチ５６は係合して、ポンプ５４はポンプ作用を行う。「オン／オフ位置」信号は、油圧ポンプ５４からクラッチパック圧縮用作動装置４８ａ、４８ｂの双方に流体出力を向わせる状態に向けて、又はこの状態に弁７５を移動させている。この結果、各油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂは閉状態に移動し、自動車の操作中、双方のハーフシャフト２０２、２０４と対応する駆動輪１６ａ、１６ｂを少なくとも部分的に又は完全にロックする。

ディファレンシャルのアセンブリ２００にこのような弁７５と作動装置７７の構成を提供することで、自動車１０はトルクの方向決め（ベクトル）性能を向上させることができ、この結果、とりわけ、自動車１０の安定制御を向上させることができる。図１２を参照すると、トルクの方向決め性能を備えた自動車１０の制御方法の実施形態について概略的に示されている（符合３００参照）。トルクの方向決めは、一般に、内側又は外側の駆動輪の回転速度の制御に関する。例えば、（ａ）一方又は双方の内側の駆動輪、（ｂ）一方又は双方の外側の駆動輪、にトルクを向わせることで、夫々、自動車１０のオーバーステア状態やアンダーステア状態を正すことが可能になる。駆動輪の回転速度の相違は、典型的に、自動車がターンする時（例えば、自動車が一般的に前方移動から側方移動に偏向する時）に起こり得る。尚、図８から１１に示した上記実施形態では、一つの外側の駆動輪１６ａと一つの内側の駆動輪１６ｂについてだけ示しているが、上述したように、二つまたは複数の外側と内側の駆動輪の制御をトランスファケース１９とともに行うことは可能であることを理解されたい。

図１２を参照して行った説明の観点から、図８から１１に示した説明について考慮すると、駆動輪１６ａを「外輪」として参照し、駆動輪１６ｂを「内輪」として参照することができる。ステップＳ．３０１から理解できるように、油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂのいずれにも流体圧が及ぼされていない時、自動車１０は、デフォルトの駆動モードに当初されて／保たれていてもよい。次に、ステップＳ．３０２で、例えば、車輪速度センサ１７ａ、１７ｂ（図８から１１参照）を用いて、外側の駆動輪１６ａと内側の駆動輪１６ｂの回転速度を、夫々、感知したり、検出する。次に、ステップＳ．３０３で、各駆動輪１６ａ、１６ｂの回転速度を比較されて、これらの回転速度がほぼ同じであるか否か（又は、特定の差の範囲内にあるか否か）について決定する。ステップＳ．３０３で、駆動輪１６ａ、１６ｂの回転速度がほぼ同じであると決定された場合、ステップＳ．３０３はステップＳ．３０１に戻る。

しかし、ステップＳ．３０３で、駆動輪１６ａ、１６ｂの回転速度がほぼ同じではない（又は、特定の差の範囲内にない）と決定された場合、ステップＳ．３０３はステップＳ．３０４に進み、ここで、双方の駆動輪１６ａ、１６ｂが回転しているか否かについて決定する。ステップＳ．３０４で、双方の駆動輪１６ａ、１６ｂが回転しているが、異なった速度であると決定された場合、ステップＳ．３０４はステップＳ．３０５に進む。反対に、双方の駆動輪１６ａ、１６ｂが回転していないと決定された場合、ステップＳ．３０４はステップＳ．３０８に進む。

車輪速度の相違は、通常、自動車がターンし始める時に感じられる。ターンする時、内輪１６ｂは、外輪１６ａよりも遅く回転する（つまり、より小さな円弧又は円上を進む）。従って、車輪１６ａ、１６ｂの速度は、進行している車輪１６ａ、１６ｂの円の直径の相違に関する情報を示している。直径をステアリングホィールの角度と比較する時、例えば、制御器８４によって、前輪と後輪のスリップ角度が計算される。このスリップ角度が等しい場合、自動車１０はニュートラルのステアリング状態にあり、補正は必要とされない。しかしながら、前輪のスリップ角度が後輪のものよりも越えている場合、自動車１０はアンダーステアリング状態にあり、外輪１６ａに対してよりトルクを送ることが必要とされる場合がある。反対に、後輪のスリップ角度が前輪のものよりも越えている場合、自動車１０はオーバーステアリング状態にあり、内輪１６ｂに対してよりトルクを送ることが必要とされる場合がある。

そこで、ステップＳ．３０５で、自動車１０がアンダーステア状態にあるか、又はオーバーステア状態にあるかが決定される。自動車１０がアンダーステア状態にあると決定される場合、ステップＳ．３０５はステップＳ．３０６に進み、ここで、弁７５が流体圧を油圧作動クラッチ４４ａに向わせて、外側の駆動輪１６ａに対するトルクを増大させる。ステップＳ．３０６は、次にステップＳ．３０２に進み、フィードバック制御ループの態様で、車輪の回転速度を再評価するが、このループは一般に繰返すことができる。

一方、ステップＳ．３０５で、自動車１０がオーバーステア状態にあると決定される場合、ステップＳ．３０５はステップＳ．３０７に進む。ステップＳ．３０７で、弁７５が流体圧を油圧作動クラッチ４４ｂに送り、内側の駆動輪１６ｂに対するトルクを増大させる。ステップＳ．３０７は、次にステップＳ．３０２に進み、フィードバック制御ループの態様で、車輪の回転速度を再評価するが、このループは一般に繰返すことができる。

図１２を参照して説明したような方法が、ステップＳ．３０８のようなステップまで進む時、例えば、制御器８４は、（例えば、車輪速度センサ１７ａ、１７ｂの一方から）駆動輪１６ａ、１６ｂのいずれかが回転していないと決定することがある。このような状態が生じる時、制御器８４は、（例えば、ステップＳ．３０８で）弁７５に指示を与えて、流体圧を油圧作動クラッチ４４ａ、４４ｂの双方に送り、ハーフシャフト２０２、２０４の回転をロックさせて（又はほぼロックさせて）、駆動輪１６ａ、１６ｂの双方の回転がほぼ同じになるようにしてもよい。ステップＳ．３０８は、次にステップＳ．３０２に進むことができ、上述したように、サイクルを一般に繰返すことができる。

符合３００を用いて概略的に示したこの方法は、制御器８４内に記憶されるようにプログラムすることができる。そして、上述したように、車輪速度センサ１７ａ、１７ｂは、さらに他の入力を制御器８４に送って、この制御器８４は、油圧ポンプ５４、可変係合クラッチ５６、圧力センサ８２、及び弁７５とともに作用して、駆動輪１６ａ、１６ｂにトルクを向かわせるように制御することができる。よって、方法３００を適用することで、自動車１０の優れた安定性を得ることができる。

以上、上記実施形態を参照して、本発明について特に図示して説明したが、これらは、単に本発明を実施するにあたり、最良の形態を示したものに過ぎない。当該技術分野における当業者であれば、添付した特許請求の範囲に記載の本発明の範囲と技術思想から逸脱することなく、本発明を実施するにあたって、本明細書で記載した本発明の実施形態に対して様々な変更を加えることができることを理解するであろう。尚、この特許請求の範囲は、本発明の範囲を定めることを意図しており、これら請求項に記載の方法と装置、並びにこれらと同等のものをカバーしている。この本発明に関する記載は、本明細書で説明した構成要素の新規で非自明な組合せの全てを含み、本出願又は後の出願における請求項はこれら構成要素の新規で非自明な組合せの任意のものを含むことができることを理解されたい。さらに、上記実施形態は参照上示されたものであって、本出願又は後の出願において請求され得る全ての可能な実施形態に対して、単一の特徴又は構成要素は重大とはされない。

本発明の実施形態に係るディファレンシャルのアセンブリとトルクカップリングを含む、自動車の動力伝達システムについて概略的に例示した図である。 本発明の実施形態に係るディファレンシャルのアセンブリについて概略的に例示した図である。 図２に示したディファレンシャルのアセンブリの概略的な図であって、可変係合クラッチと油圧作動クラッチの係合状態を示した図である。 図２と３に示した可変係合クラッチの要部拡大断面図である。 図２から４に示した可変係合クラッチの媒体について、非係合時と係合時の状態について夫々、５Ａと５Ｂに分けて示した図である。 本発明の他の実施形態に係る可変係合クラッチの断面図である。 本発明の実施形態に係るトルクカップリングについて概略的に例示した図である。 本発明の実施形態に係るディファレンシャルのアセンブリについて概略的に例示した図である。 本発明の実施形態に係るディファレンシャルのアセンブリについて概略的に例示した図である。 本発明の実施形態に係るディファレンシャルのアセンブリについて概略的に例示した図である。 本発明の実施形態に係るディファレンシャルのアセンブリについて概略的に例示した図である。 本発明の実施形態に係る自動車の安定制御にけるトルクの向きを定める方法のロジックダイアグラムを概略的に例示した図である。

符号の説明

１０ 自動車
２２ ディファレンシャルのアセンブリ
２４ ディファレンシャル
２６ 入力
２８、３０ 出力
３２ ギアアセンブリ
４４ 油圧作動クラッチ
５４ 油圧ポンプ
５６ 可変係合クラッチ
５８ 油だめ
６６ 出力部材
６８ 媒体
７０ 非磁性特徴部
７５ 弁
８２ 圧力センサ
８４ 制御器

Claims (15)

1. ディファレンシャル（24）、油圧ポンプ（54）、可変係合クラッチ（56）、弁（75）を含む自動車のディファレンシャルのアセンブリ（22）であって、
   前記ディファレンシャル（24）は、入力（26）によって駆動されて、一対の出力（28、30）の間で回転速度を相違させるのに適し、かつ前記ディファレンシャル（24）は、前記出力（28、30）と接続されるギアアセンブリ（32）と、前記出力（28、30）を選択的でかつ可変的に結合させる一つ又は複数の油圧作動クラッチ（44）を含み、
   前記油圧ポンプ（54）は、前記一つ又は複数の油圧作動クラッチ（44）を係合させるために、作動油圧を生じさせるのに適し、
   前記可変係合クラッチ（56）は、前記入力（26）と前記油圧ポンプ（54）と操作接続され、前記入力（26）によって、前記可変係合クラッチ（56）の係合中に、前記油圧ポンプ（54）を選択的に駆動させて、前記一つ又は複数の油圧作動クラッチ（44）に対して作動油圧を提供し、
   前記弁（75）は、前記油圧ポンプ（54）と前記一つ又は複数の油圧作動クラッチ（44）と操作接続され、前記油圧ポンプ（54）から前記一つ又は複数の油圧作動クラッチ（44）まで選択的でかつ可変的に流体圧を提供することを特徴とするディファレンシャルのアセンブリ。
2. さらに、前記油圧ポンプ（54）によって生じた作動油圧を監視するための圧力センサ（82）と、前記油圧ポンプ（54）によって生じた作動油圧に応じて前記可変係合クラッチ（56）の係合の度合いを制御するのに適した制御器（84）とを有する、制御システムを含むことを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
3. 前記制御器（84）は、前記クラッチ（44）の係合の度合いを制御するために、前記可変係合クラッチ（56）に供給される電流を変化することができることを特徴とする請求項２に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
4. 前記可変係合クラッチ（56）は、磁性粒子クラッチを含むことを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
5. 前記可変係合クラッチ（56）は、前記入力（26）と操作接続される回転可能な入力部材（64）と、前記油圧ポンプ（54）と操作接続される回転可能な出力部材（66）と、前記入力部材と出力部材（26、66）の間に配置される媒体（68）を含むことを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
6. 前記入力部材と出力部材（64、66）の少なくとも一つは、非磁性特徴部（70）を含むことを特徴とする請求項５に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
7. 前記媒体（68）は、磁性的に応答する流体であることを特徴とする請求項５に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
8. 前記媒体（68）は、電気的に応答する流体であることを特徴とする請求項５に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
9. 前記油圧ポンプ（54）は、ジェローターポンプであることを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
10. 前記一つ又は複数の油圧作動クラッチ（44）は、夫々、多板式クラッチパック（46）と、作動油圧の適用に応じて移動可能なクラッチパック圧縮用作動装置（48）を含むことを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
11. さらに、前記ディファレンシャル（24）、前記油圧ポンプ（54）、及び前記可変係合クラッチ（56）を囲むハウジングを有し、このハウジングは油だめ（58）を含み、ここから前記油圧ポンプ（54）が作動油を引出して、圧縮して、前記油圧作動クラッチ（44）に送ることを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
12. 前記ギアアセンブリ（32）は、一対のサイドギア（34、36）と噛合する一対のピニオンギア（40）を有するリングギア（38）を含み、前記サイドギアは夫々、出力（28、30）の対応する一つと固定され、これら出力は夫々、前記油圧作動クラッチ（44）を含むディファレンシャルのハウジングを支持し、前記入力（26）は、前記リングギア（38）と噛合するピニオンギア（42）を有するピニオン軸を含むことを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
13. 前記ディファレンシャルのハウジング（208a、208b）は夫々、レイシャフト（212）の回転によって駆動されるギア（210a、210b）によってほぼ囲まれて、回転駆動され、前記レイシャフトは、前記リングギア（38）によって回転駆動されるレイシャフトピニオンギア（214）を含むことを特徴とする請求項１２に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
14. 前記一つ又は複数の油圧作動クラッチ（44a、44b）は夫々、前記出力（206a、206b）の一つとともに回転するように接続される少なくとも一つの第一摩擦部材（50）と、前記ディファレンシャルのハウジング（208a、208b）の各々と回転するように接続される少なくとも一つの第二摩擦部材（52）を有するクラッチパックを含むことを特徴とする請求項１２に記載のディファレンシャルのアセンブリ。
15. 前記制御器（84）は、前記弁（75）と操作接続された作動装置（77）に制御信号を送信するのに適し、流体圧を前記油圧作動クラッチ（44a、44b）の一方、又は双方に送るか、いずれにも送らないようにしたことを特徴とする請求項２に記載のディファレンシャルのアセンブリ。

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