JP5932012B2 - アクティブ差動制限装置 - Google Patents

Description

関連出願
本願は、２０１４年１月２４日に出願された米国仮特許出願第61/931,001号の優先権および恩恵を主張する。この特許出願は、参照により本明細書に組み込まれる。

差動制限装置によって、車両の動力伝達経路にある差動機能の削減または除去が容易になる。クラッチを係合するか、または、車両のサイドシャフトを残りのサイドシャフトまたは差動装置の筐体に駆動係合することによって、差動機能を低減し、または、除去することができる。そのような機能性は、低減された摩擦環境における静止摩擦を増大させ、車両の制御を向上すべく実行され得る操作の多様化を容易にすることを目的として、用いられるかもしれない。

典型的には、差動制限装置の一部を形成するプレート型のクラッチの係合を通じて、差動機能を低減または除去する。カスタマイズ差動ケースは、クラッチを収容する必要がある。そのようなカスタマイズ差動ケースは、差動制限装置を組み込んでいる車両のコストを大幅に増大させるかもしれない。さらに、差動装置、差動装置を支持する複数の軸受、クラッチ、および、サイドシャフトの向きは、差動制限装置のコストおよび複雑性を増大させる、新たな設計上の考慮すべき事柄を提起するかもしれない。

本発明は、車両用の差動制限装置に関する。より具体的には、従来の設計と比べて、製造性を向上し、かつ、差動制限装置のコストを減少させる差動制限装置の設計に関する。

車両用の差動制限装置組立体は、車両の主要駆動機と駆動係合された差動組立体を有する。差動機構は、差動ケース内に配置され、差動ケースから外方に延伸する、２つの対向する出力シャフトを有する。それぞれの出力シャフトは、自動車の車輪と駆動係合される。

組立体は、２つの出力シャフトのうちの１つと差動ケースとの間における回転を選択的に規制すべく、トルク結合ユニットも有する。トルク結合ユニットは、２つの出力シャフトのうちの１つの周りに配置された摩擦クラッチ組立体を有する。摩擦クラッチ組立体は、２つの出力シャフトのうちの１つと駆動係合された第１部分、および、差動ケースと駆動係合された第２部分を備える。

トルク結合ユニットは、摩擦クラッチ組立体を選択的に摩擦して装着すべく、摩擦クラッチ組立体に隣接して配置された、ボールおよびランプの組立体も有する。ボールおよびランプの組立体は、少なくとも第１部分および第２部分を備える。第２部分は、第１部分に対して回転自在である。

トルク結合ユニットは、ボールおよびランプの組立体の第１部分と第２部分との間での回転を選択的に引き起こすべく、ボールおよびランプの組立体の第１部分および第２部分の１つと駆動係合するアクチュエータも有する。

組立体は、差動組立体、および、その内部の摩擦クラッチ組立体を回転自在に支持する差動筐体も有する。差動筐体は、ボールおよびランプの組立体支持軸受および出力シャフト支持軸受を受け取るべく、２つの出力シャフトのうちの１つの周りにある半径方向内側延在部を含む。

アクティブ差動制限装置の１つの実施形態の略図である。

本発明は、そうでないことを明確に特定されている場合を除き、様々な代替的方向および段階の順番を想定していることが理解されるであろう。添付の図面で図示され、以下の明細書で説明される特定的なデバイスおよびプロセスは、本発明の発明概念の単に例示的な実施形態であることも理解されるであろう。従って、開示される実施形態に関する特定的な寸法、方向、向き、または他の物理的な特性は、そうでないことを明確に示していない限り、限定するものであると見なされるべきではない。

図１で示されるように、トルク結合ユニット１２を備える差動装置１０が設けられる。ピニオンシャフト１４が設けられ、回転動力源に接続される。ピニオンシャフト１４は、電源によって回転すべく、軸受１６上に取り付けられる。電源は、内燃エンジン（図示せず）などであってもよい。

ピニオンシャフト１４は、そこに配置された、シャフト１４と共に回転するピニオンギア１８を有する。ピニオンギア１８は、リングギア２０とかみ合わされる。ピニオンギア１８は複数の歯（図示せず）の第１のセットを有し、リングギア２０は複数の歯（図示せず）の第２のセットを有する。複数の歯の２つのセットは、互いに相補的であり、１つのセットから他方のセットに回転駆動を与えるべく、互いにかみ合わされる。

リングギア２０は、差動ケース２２に接続される。より具体的には、リングギア２０は、差動ケース２２と一体的に形成されてもよく、差動ケース２２に溶接されてもよく、または、複数の留め金具で差動ケース２２に固定されてもよい。差動ケース２２とピニオンギア１８との間におけるリングギア２０の接続によって、差動ケース２２の回転がもたらされることが理解できる。

差動ケース２２は、差動ケース２２に固定されているスパイダシャフト２６上で回転可能に支持された、差動ピニオンギア２４のセットを収容する。より具体的には、差動ピニオンギア２４は、スパイダシャフト２６上で互いに対向するように配置される。図１は２つの差動ピニオンギア２４の使用法を示している。しかしながら、差動装置１０は、より多くの数の差動ピニオンギア２４を使用すべく構成されてもよいことが理解できる。差動ピニオンギア２４は、一対の対向するサイドギアと係合する。サイドギアは、軸３２の周りを回転すべく適合された第１および第２のサイドギア２８、３０を備える。

差動ケース２２は、差動筐体３４（部分的に図示されている）の内側で回転すべく取り付けられる。差動ケース２２は、差動筐体３４の内側でその回転を支持すべく、軸受３６上に取り付けられる。

第１および第２のサイドギアシャフト３８、４０が、第１および第２のサイドギア２８、３０から夫々延伸していることが、図１において描かれている。第１のサイドギアシャフト３８は、第１の端部分４２および第２の端部分４４を有する。第２のサイドギアシャフト４０は、第１の端部分４５および第２の端部分４６を有する。

第１のサイドギアシャフト３８の第１の端部分４２は、外部表面（図示せず）上において、第１のサイドギア２８の中央開口（図示せず）の内側に嵌合する、スプライン（図示せず）のセットを有する。中央開口は、相補的な内歯スプライン（図示せず）によって画定される。第１のサイドギアシャフト３８は、従って、第１のサイドギア２８と共に回転する。第１のサイドギアシャフト３８は、軸受４６上において、差動筐体３４の内側で回転すべく取り付けられる。軸受４６は、ラジアルまたはローラー軸受であってもよい。

第１のサイドギアシャフト３８の第２の端部分４４は、等速ジョイント（図示せず）または車輪フランジを通す等の任意の従来のやり方で、車輪組立体（図示せず）と駆動係合される。

第２のサイドギアシャフト４０の第１の端部分４５は、外部表面（図示せず）上において、第２のサイドギア３０の中央開口（図示せず）の内側に嵌合するスプライン（図示せず）のセットを有する。中央開口は、相補的な内歯スプライン（図示せず）によって画定される。第２のサイドギアシャフト４０は、従って、第２のサイドギア３０と共に回転する。第２のサイドギアシャフト４０は、軸受４７上において、差動筐体３４の内側で回転すべく取り付けられる。軸受４７は、ラジアルまたはローラー軸受であってもよい。

第２のサイドギアシャフト４０の第２の端部分４６は、等速ジョイント（図示せず）または車輪フランジを通す等の任意の従来のやり方で、車輪組立体（図示せず）と駆動係合される。

差動ケース２２は、クラッチ缶４８と接続される。クラッチ缶４８および差動ケース２２は、一体的に形成され、かつ、互いに単一物であってもよく、別々に形成されてもよい。もし別々に形成されるならば、差動ケース２２は、機械的留め金具やスプライン等によってクラッチ缶４８に接続されてもよい。図１において示されるように、軸受３６は、筐体３４の内側で差動ケース２２の回転を支持する。

描かれた実施形態において、クラッチ缶４８は円筒状の形をした物である。クラッチ缶４８は、第１の複数のクラッチプレート５２を保持する。クラッチプレート５２は半径方向内側に延伸しており、クラッチ缶４８の内面５４に固定される。クラッチプレート５２は、複数のスプライン（図示せず）を通じてクラッチ缶４８と共に回転すべく固定されるが、内面５４に沿って軸方向に動くことを可能とされる。

クラッチプレート５２は、クラッチパック６０を形成すべく、内部クラッチハブ５８上に配置された第２の複数のクラッチプレート５６と交互に配置される。内部クラッチハブ５８は、半径方向内側延在部を有する、円筒状の形をした部材である。内部クラッチハブ５８は、少なくとも部分的に、クラッチ缶４８の内側に配置される。より具体的には、クラッチ缶４８は、少なくとも部分的に、内部クラッチハブ５８と同軸である。内部クラッチハブ５８は、スプライン内部表面６２およびスプライン外部表面６４を有する。内部クラッチハブ５８は、スプライン内部表面６２、および、第１のサイドギアシャフト３８上に形成された複数の対応するスプラインを通じて、第１のサイドギアシャフト３８と駆動係合される。

第２の複数のクラッチプレート５６は、複数のスプライン（図示せず）を通じて内部クラッチハブ５８と共に回転すべく固定されるが、内部クラッチハブ５８のスプライン外部表面６４に沿って軸方向に動くことを可能とされる。

クラッチアクチュエータ組立体６６は、クラッチパック６０に隣接して配置される。クラッチアクチュエータ組立体６６は、アクチュエータ６８、ギアセット７０、および、ボールおよびランプの組立体７２を備える。ボールおよびランプの組立体７２が係合位置に配置される場合、軸受７３は、筐体３４の内側において、ボールおよびランプの組立体７２の回転を支持する。

アクチュエータ６８は、小型で容易に制御可能となるので、可逆電動モータ等であってもよい。油圧または空圧式等の、任意の他のアクチュエータの適切なタイプが用いられてもよく、これらは本発明の範囲内であることが理解されるであろう。

アクチュエータ６８は、一組の減速ギアであるギアセット７０を駆動する。図１において示されるように、アクチュエータ６８の第１のギア７４は、第２のギア７６を駆動する。第２のギア７６は、第３のギア７８を駆動する。ギア７４、７６、７８は、モータと第３のギア７８との間における、望ましい、トルク速度の低減を実現する。様々な速度およびトルクをもたらすべく、示されているもの以外に、他のギアの数および向きが可能である。

第３のギア７８は、作動リング８０と駆動係合している。より好適には、作動リング８０は、半径方向の外面上において、第３のギア７８上の複数の歯と係合する複数の歯８１のセットを有する。作動リング８０の複数の歯８１は、作動リング８０の周囲のエッジから円周方向に延びている。作動リング８０の歯８１は、作動リング８０の円周全体、または、その円周の一部を覆ってもよい。第３のギア７８の回転は、作動リング８０の複数の歯８１を駆動し、それにより、作動リング８０を回転させる。

作動リング８０は、ボールおよびランプの組立体７２の一部分である。ボールおよびランプの組立体７２は、圧力プレート８２、および、圧力プレート８２と作動リング８０との間における複数のボール８４も備える。

圧力プレート８２は、そこに適用される軸方向の力に抵抗する。これにより、作動リング８０に、そこに隣接して配置された第１のスラスト軸受８５へと力を加える。第１のスラスト軸受８５に加えられるその力は、クラッチパック６０を装着すべく用いられる。圧力プレート８２は、筐体３４の内側において、回転不可能に取り付けられる。

作動リング８０に対面する、圧力プレート８２の環状の半径方向面８６には、軸方向の深さが変化する、周方向に延びる一組の溝（図示せず）が形成される。圧力プレート８２におけるその溝は、作動リング８０の対向する環状面８８上の相補的な溝（図示せず）と対面する。その深さは、反対側の円周方向で変動する。

対応する数のボール８４は、圧力プレート８２と作動リング８０との間に配置される。ボールは、対面する一対の溝のそれぞれに１つある。ボール８４は、同様のやり方で機能するローラーであってもよいことが理解できる。

代替的に、作動リングの反対側に設けられる共働するカム面を含むカムディスクアクチュエータ（図示せず）、および、圧力カラーが用いられてもよい。アクチュエータの他の型が用いられてもよいことも理解される。

アクチュエータ６８が、作動リング８０を圧力プレート８２に対して回転移動させる場合、作動リング８０は軸方向に移動し、これによって、作動リング８０はクラッチパック６０を摩擦して装着することが、さらに理解されるであろう。作動リング８０の軸方向の動きは、第１のスラスト軸受８５を通じて、クラッチパック６０へと伝動される。第１のスラスト軸受８５は、作動リング８０とクラッチパック６０との間の相対的な回転を可能とし、摩擦を低減すべく、作動リング８０とクラッチパック６０との間に設けられる。第２のスラスト軸受９０は、クラッチ缶４８と差動筐体３４との間に配置され、相対的な回転を可能にし、クラッチ缶４８と差動筐体３４との間の摩擦を低減させる。

クラッチプレート５２、５６間の粘性抵抗トルクを最小化すべくクラッチプレート５２、５６の均一な離間を確実にすることを目的として、波状バネ（図示せず）が第１の複数のクラッチプレート５２と第２の複数のクラッチプレート５６との間に配置されてもよい。波状バネはまた、軸受７３、スラスト軸受８５、９０、および、ボールおよびランプの組立体７２の配置を確実にするべく、予圧を生成する。

クラッチプレート５２、５６の圧縮によって、クラッチプレート５２、５６が一緒に回転する。クラッチ缶４８の内部クラッチハブ５８への接続によって、差動ケース２２が第１のサイドギアシャフト３８と駆動係合される。さらに、差動ケース２２が第１のサイドギアシャフト３８と駆動係合すると、差動ケース２２は差動ピニオンギア２４を通じて第２のサイドギアシャフト４０とも駆動係合する。ボールおよびランプの組立体７２の係合の程度に応じて、差動装置１０の差動機能は低減または除去される。

アクチュエータ６８、ひいては、トルク結合ユニット１２は、電子制御ユニット（図示せず）によって制御される。その制御は、限定はしないが、車輪速度を含む、少なくとも１つの車両パラメータに従って、車両走行条件を判断することにより実行される。従って、差動装置１０は、多量の静止摩擦を有する車輪組立体にトルクが向けられることを可能にする、リミテッドスリップ機能を備える。アクチュエータ６８が作動されない場合、差動装置１０はリミテッドスリップの無いオープンモードで動作する。さらに、トルク結合ユニット１２は、車両の発車操作中に車輪組立体の少なくとも１つの車輪組立体のスリップを低減すべく係合されてもよい。トルク結合ユニット１２はまた、望ましくない偏揺れ障害に対して車両を制動すべく、車両の加速操作中に係合されてもよい。さらにまだ、トルク結合ユニット１２はまた、望ましくないオーバーステア状態を修正するための内側位置を有する車輪組立体にトルクを伝達すべく、車両のコーニング操作中に係合されてもよい。

トルク結合ユニット１２を備える差動装置１０は、従来から知られている差動制限装置に対していくつかの利点を有する。差動ケース２２がクラッチ缶４８と離して形成される場合、差動ケース２２は標準スタイルのオープン差動ケースであってもよい。差動ケース２２がクラッチ缶４８と離して形成される場合、差動ケース２２の必要とされる唯一の変更は、例えば機械的留め金具や、スプライン等を通じて、クラッチ缶４８との駆動係合を可能にすることである。従って、各軸受３６の位置および型も、標準スタイルのオープン差動ケースと同じままであり、トルク結合ユニット１２を備える差動装置１０のコストを削減している。

特許法の規定に基づいて、本発明は、その好適な実施形態を示すべく考えられたものの中で説明された。しかしながら、本発明は、その範囲または真意から逸脱せずに、特に図示され説明されたもの以外の方法で実施され得ることを留意する必要がある。

Claims (12)

1. 差動ケースに配置された差動機構、および、前記差動ケースから外方に延伸する二つの対向する出力シャフトを有する差動組立体と、
   二つの前記出力シャフトが延伸する方向に前記差動ケースから分離して形成され、二つの前記出力シャフトのうちの一方と前記差動ケースとの間の回転を選択的に規制するためのトルク結合ユニットと、
   内部で前記差動組立体および摩擦クラッチ組立体を回転自在に支持する差動筐体であって、ボールおよびランプの組立体支持軸受、および、出力シャフト支持軸受を受け取るべく、二つの前記出力シャフトのうちの一方の周りにおいて半径方向内側延在部を含む、前記差動筐体と
   を備える車両用の差動制限装置組立体であって、
   前記トルク結合ユニットは、
   二つの前記出力シャフトの一方の周りに配置された前記摩擦クラッチ組立体であって、二つの前記出力シャフトのうちの一方と駆動係合された第１部分、および、前記差動ケースと駆動係合された第２部分を含む前記摩擦クラッチ組立体と、
   前記摩擦クラッチ組立体を選択的に摩擦して装着するべく、前記摩擦クラッチ組立体に隣接して配置されたボールおよびランプの組立体であって、少なくとも第１部分および第２部分を含み、前記第２部分は前記第１部分に対して回転自在である前記ボールおよびランプの組立体と、
   選択的に前記ボールおよびランプの組立体の前記第１部分と前記第２部分との間での回転を引き起こすべく、前記ボールおよびランプの組立体の前記第１部分および前記第２部分の一方と駆動係合するアクチュエータと
   を有し、
   第１のスラスト軸受が前記摩擦クラッチ組立体と前記ボールおよびランプの組立体との間に配置され、これにより、前記第１のスラスト軸受は前記摩擦クラッチ組立体および前記ボールおよびランプの組立体に直接接触し、
   前記出力シャフト支持軸受を受け取るための前記差動筐体の前記半径方向内側延在部は前記トルク結合ユニットと前記差動筐体との間に配置され、第２のスラスト軸受が前記摩擦クラッチ組立体と前記半径方向内側延在部との間に配置される、差動制限装置組立体。
2. 前記摩擦クラッチ組立体の前記第１部分は、内部クラッチハブによって二つの前記出力シャフトのうちの一方と係合される、請求項１に記載の差動制限装置組立体。
3. 前記内部クラッチハブは、二つの前記出力シャフトのうちの前記一方のシャフト上にある相補的な複数のスプラインと係合するためのスプライン内部表面を有する、請求項２に記載の差動制限装置組立体。
4. 前記内部クラッチハブは、前記摩擦クラッチ組立体の第１の複数のクラッチプレートを支持するためのスプライン外部表面を有する、請求項３に記載の差動制限装置組立体。
5. 前記摩擦クラッチ組立体の前記第２部分は、前記差動ケースに接続されたクラッチ缶である、請求項２から４のいずれか一項に記載の差動制限装置組立体。
6. 前記クラッチ缶は、二つの前記出力シャフトのうちの一方と同軸である、請求項５に記載の差動制限装置組立体。
7. 前記差動ケースは、少なくとも１つの差動ピニオンを保持する差動スパイダに接続される、請求項１から６のいずれか一項に記載の差動制限装置組立体。
8. 前記内部クラッチハブは、前記クラッチ缶の半径方向内側に配置される、請求項５または６に記載の差動制限装置組立体。
9. 前記クラッチ缶は、第２の複数のクラッチプレートを備える内面を有する、請求項５、６または８のいずれか一項に記載の差動制限装置組立体。
10. 前記第１のスラスト軸受が前記摩擦クラッチ組立体と作動リングとの間に配置され、前記摩擦クラッチ組立体は前記第１のスラスト軸受と前記差動機構との間に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載の差動制限装置組立体。
11. 前記作動リングは、前記ボールおよびランプの組立体の一部分である、請求項１０に記載の差動制限装置組立体。
12. 前記差動筐体における第１の軸受は、前記作動リングが前記差動筐体の中で回転するべく、前記作動リングを支持する、請求項１１に記載の差動制限装置組立体。

Images