JP6381057B2 - トルクベクタリングユニット - Google Patents

Description

［関連出願］
本願は、２０１６年１月２１日に出願された米国仮出願第６２／２８１，４３６号による利益を主張し、それを、本明細書に参照により組み込む。

本開示は、トルクベクタリングユニットに関する。より具体的には、ディファレンシャルユニット、複数の共通のクラッチプレートを持つ複数の同心クラッチのクラッチシステム、及びギア構成を含む、トルクベクタリングユニットに関する。

トルクベクタリングユニットは、機動性を向上させることに加えて、車両の機敏性及び安定性を高めるべく、自動車に用いられる。トルクベクタリングユニットにより、自動車は、駆動トルクを不均一に、異なる複数の車輪に分配することが可能となり、ドライビングダイナミクス及び安定性を高める。自動車の２つのシャフトの間でトルクを分配するために、様々な方法が存在する。トルクベクタリングユニットは、二輪駆動及び全輪駆動の車両において用いられてよい。トルクベクタリングユニットは、車両の２つの半車軸の間、又は、前方及び後方の駆動シャフトの間で、トルクを分配するべく用いられ得る。

トルクベクタリングの市場は、そのような複数のシステムの従来コストによって制限されている。トルクベクタリングシステムを構成する複数の機構部品のコストは高く、それは、それら部品の複雑な機械的構成に起因する。従って、より低コストの複数の選択肢を要求する自動車市場において、低コストのトルクベクタリングシステムが用いられる必要性が残っている。

ディファレンシャルユニット、ギア構成、及びクラッチシステムを含む、自動車用のトルクベクタリングユニットが、本明細書において提供される。ディファレンシャルユニットは、デフケース内に収容されているデフギア構成を含む。ギア構成は、ディファレンシャルユニットに駆動接続され、第１のギアセット、第２のギアセット、第３のギアセット、及び共通シャフトを含む。デフギア構成は、２つの出力シャフトに駆動接続される。クラッチシステムは、ギア構成に選択的に駆動接続され、第１の出力シャフトに駆動接続される、同心インナークラッチ及び同心アウタークラッチと、アクチュエータとを含む。アクチュエータは、２つの同心クラッチに接続され、それぞれのクラッチを独立して作動させる。第１のギアセットは、共通シャフトに回転可能に支持されるエクスターナルギア、及び、アウタークラッチと選択的に駆動係合するインターナルギアを含む。第２のギアセットは、共通シャフトに回転可能に支持されるエクスターナルギア、及び、インナークラッチと選択的に駆動係合するインターナルギアを含み、第３のギアセットは、共通シャフトに回転可能に連結されるエクスターナルギア、及び、デフケースに回転可能に連結されるインターナルギアを含む。

上記、及び、本開示の他の複数の利点は、添付の図面を参照して考慮された場合、以下の詳細説明から、当業者に容易に明らかになる。

好ましい実施形態による、トルクベクタリングユニットの概略図である。

本開示は、明示的にそうでないと特定されている場合を除き、様々な代替的な適応及びステップの順序を想定してよいことが理解されるべきである。添付の図面において図示され、以下の明細書において説明されている、複数の特定の装置及び処理は、添付の特許請求の範囲で定義されている複数の発明概念の、単なる複数の例示的な実施形態であることも、理解されるべきである。従って、開示されている複数の実施形態に関連する、複数の特定の寸法、方向、又は他の物理的な特徴は、特許請求の範囲でそうでないと明示的に述べられていない限り、限定するものと見なされるべきではない。

ここで図面を参照すると、トルクベクタリングユニット１０の、１つの好ましい実施形態が、提供される。トルクベクタリングユニット１０は、ディファレンシャルユニット４０、ギア構成５０、及びクラッチシステム６０を含む。ディファレンシャルユニット４０は、ギア構成５０と、クラッチシステム６０とに駆動接続される。

ディファレンシャルユニット４０は、デフギア構成２７を含み、デフギア構成２７は、そこから半径方向外側に延在しているリングギア３３を有する。リングギア３３は、デフケース２６に回転可能に固定される。リングギア３３は、デフケース２６と一体的に形成されてよく、又は、複数の留め具で、そこに固定されてよい。デフケース２６は、回転を容易にすべく、ベアリング４２、４４に装着される。

リングギア３３は、ピニオンギア３４と一定して噛み合う状態にある。ピニオンギア３４は、ピニオンギア３４のギア歯、及びリングギア３３のギア歯（図示せず）を介して、入力シャフト３５に取り付けられている。歯は、互いに相補的であり、ピニオンギア３４からリングギア３３へ、回転駆動を提供する。ピニオンギア３４は、ヘリカルギア若しくはべベルギア、又は、当業者には公知の任意の他のギアであり得る。動力は、回転するエネルギー源によって動力供給される入力シャフト３５により、ピニオンギア３４に供給される。エネルギー源は、自動車（図示せず）のエンジン、及び他の複数の自動車の駆動系部品を含むが、これらに限定されない。リングギア３３とデフケース２６との接続は、リングギア３３が、ピニオンギア３４によって駆動している場合に、デフケース２６の回転をもたらすことが理解され得る。

図１に示されているように、デフギア構成２７は、回転可能に支持され、且つデフケース２６内に配置される、複数のピニオンギア２８のセットとサイドギア２９、３０のセットとを含む。他の複数のデフギア構成、すなわち、遊星デフギア構成も、トルクベクタリングユニット１０において、用いられ得る。デフケース２６は、回転軸Ｚに対して同軸的に支持される２つの出力シャフト１４、３１と共に、回転軸Ｚを中心に回転し得る。サイドギア２９、３０は、複数のピニオンギア２８と噛み合う。サイドギア２９は、第１の出力シャフト１４に駆動可能に連結され、サイドギア３０は、第２の出力シャフト３１に駆動可能に連結される。１つの実施形態において、出力シャフト１４、３１は、複数の車輪端部（図示せず）に繋がる複数の車軸ハーフシャフトである。しかしながら、いくつかの実施形態において、出力シャフト１４、３１と、複数の車軸ハーフシャフトとは、互いに駆動接続される別個のエンティティである。複数のピニオンギア２８は、デフケース２６に固定されているピニオンシャフト３２に、回転可能に支持される。

第１の出力シャフト１４は、ディファレンシャルユニット４０からクラッチシステム６０の方に向かって、半径方向外側に延在する。クラッチシステム６０は、中間シャフト１３に駆動接続される２つのクラッチ１１、１２を含む。中間シャフト１３は、出力シャフト１４から半径方向外側に延在する。１つの実施形態において、クラッチ１１及び１２は、複数の同心クラッチである。クラッチ１２は、出力シャフト１４から半径方向外側に配置され、半径方向内側のクラッチである。クラッチ１１は、クラッチ１２から直接的に、半径方向外側に配置され、半径方向外側のクラッチである。中間シャフト１３は、出力シャフト１４から半径方向に延在し、クラッチ１１、１２に接続される。

クラッチ１１は、半径方向外側のクラッチであり、第１のクラッチハブ１６から半径方向内側に延在する、複数のクラッチプレート１５の第１セットを含む。クラッチハブ１６は、中間シャフト１３から離れて、Ｚ軸に対して平行に延在する、第１の軸方向延在部分１６ａと、軸方向延在部分１６ａから内側に延在する、第１の半径方向延在部分１６ｂと、クラッチ１１、１２から軸方向に離れて、１６ａの反対側の、部分１６ｂの端部に延在する、第２の軸方向延在部分１６ｃと、１６ｂの反対側の、部分１６ｃの端部から、半径方向外側に延在する、第２の半径方向延在部分１６ｄとを有する。

クラッチ１１は、複数のクラッチプレート１８のセットを有する、第２のクラッチハブ１７を含み、複数のクラッチプレート１８は、クラッチハブ１７から、半径方向の内方向及び外方向に延在している。クラッチハブ１７は、クラッチハブ１６から半径方向内側である。複数のクラッチプレート１８は、クラッチハブ１７に対する軸方向の動きのために装着される。複数のクラッチプレート１８は、クラッチハブ１７から半径方向外側に延在する、部分１８ａと、クラッチハブ１７から半径方向内側に延在する、部分１８ｂとを含む。複数のクラッチプレート１５の第１セットは、クラッチハブ１６の部分１６ａから、半径方向内側に延在し、複数のクラッチプレートの半径方向外側延在部分１８ａと交互配置する。

クラッチハブ１６の第１の半径方向延在部分１６ｂと、第２のクラッチハブ１７と、複数のクラッチプレートの半径方向外側延在部分１８ａと、複数のクラッチプレート１５と、シャフト１３とが、アウタークラッチ１１を形成する。

クラッチ１２は、クラッチハブ１７と、複数のクラッチプレートの半径方向内側延在部分１８ｂとを含む。複数のクラッチプレート１９の第３セットは、第３のクラッチハブ２０から半径方向外側に延在する。クラッチハブ２０は、中間シャフト１３から離れて、Ｚ軸に対して軸方向に平行に延在する、軸方向延在部分２０ａと、部分２０ａの端部から半径方向外側に延在する、半径方向延在部分２０ｂとを有する。複数のクラッチプレート１９は、第３のクラッチハブ２０の軸方向延在部分２０ａから半径方向外側に延在し、複数のクラッチプレートの半径方向内側延在部分１８ｂと交互配置する。

第３のクラッチハブ２０の半径方向延在部分２０ａと、第２のクラッチハブ１７と、複数のクラッチプレートの半径方向内側延在部分１８ｂと、複数のクラッチプレート１９と、シャフト１３とが、インナークラッチ１２を形成する。

複数のクラッチプレート１５及び１８は、アウタークラッチ１１のクラッチパックを形成し、複数のクラッチプレート１８及び１９は、インナークラッチ１２のクラッチパックを形成する。従って、クラッチ１１、１２は、共通する複数のクラッチプレート１８のセットを共有する。それぞれのクラッチパックは、当技術分野において公知の複数のクラッチプレートを含むことができる。図１に示されているように、クラッチ１１及び１２は、５つのクラッチプレートを含む。しかしながら、任意の数のプレートがクラッチ１１、１２を形成してよいことが理解される。

図１に示されているように、クラッチ１１及び１２は、単一のアクチュエータメカニズム（図示せず）が、クラッチ１１、１２の両方を作動させることができるように、半径方向に互いに隣接して配置される。従って、クラッチ１１又は１２のうちの１つのみが、任意の瞬間に係合される。アクチュエータメカニズムは、アクチュエータ、更なるギアセット、及びローラーランプアセンブリを含むことができる。アクチュエータは、可逆電動モータであってよい。可逆電動モータは、小型で、容易に制御可能であるからである。油圧式又は空圧式アクチュエータを含む、任意の他の適切なタイプのアクチュエータ及びアクチュエータメカニズムを用いてよいことが理解されよう。

ギア構成５０は、第１のギアセット２１、第２のギアセット２２、第３のギアセット２４、及び共通シャフト２３を含む。ギア構成５０は、クラッチシステム６０とディファレンシャルユニット４０とに、選択的に駆動接続される。第１のクラッチハブ１６の第２の半径方向延在部分１６ｄは、その端部に回転可能に支持されるギア２１ａを有する。ギア２１ａは、エクスターナルギア２１ｂと噛み合うインターナルギアである。ギア２１ａ、２１ｂは、第１のギアセット２１を形成する。エクスターナルギア２１ｂは、共通シャフト２３に回転可能に支持される。ギア２１ａ及び２１ｂは、その上に、互いに相補的である歯を有し、エクスターナルギア２１ｂ及びインターナルギア２１ａから、回転駆動を提供する。

第３のクラッチハブ２０の半径方向延在部分２０ｂは、その端部に回転可能に支持されるインターナルギア２２ａを有する。ギア２２ａは、エクスターナルギア２２ｂと噛み合うインターナルギアである。ギア２２ａ、２２ｂは、第２のギアセット２２を形成する。エクスターナルギア２２ｂは、共通シャフト２３に回転可能に支持される。エクスターナルギア２２ｂ及び２１ｂは、互いに独立して回転され得る。ギア２２ａ、２２ｂは、その上に、互いに相補的である歯を有し、エクスターナルギア２２ｂ及びインターナルギア２２ａから、回転駆動を提供する。ギアセット２２は、ギアセット２１に軸方向に隣接する。共通シャフト２３は、出力シャフト１４から半径方向外側である。

第３のギアセット２４は、インターナルギア２４ａと、エクスターナルギア２４ｂとを含む。ギア２４ａ、２４ｂは、その上に、互いに相補的である歯を有し、エクスターナルギア２４ｂ及びインターナルギア２４ａから、回転駆動を提供する。エクスターナルギア２１ｂ、２２ｂ及び２４ｂは、共通シャフト２３に支持され、互いに独立して回転され得る。

第３のギアセット２４は、第２のギアセット２２に、軸方向に隣接する。インターナルギア２４ａは、半径方向に延在するフランジ２５の端部に、回転可能に取り付けられる。フランジ２５は、デフギア構成２７を収容するデフケース２６から延在する。従って、第３のギアセット２４は、デフケース２６に駆動接続される。デフケース２６は、デフギア構成２７から軸方向に離れて、クラッチ１１、１２に向かって、出力シャフト１４に対して平行に延在する。

いくつかの実施形態において、ギアセット２２及び２４の位置は、ギアセット２４が、ギアセット２１に隣接し、且つ、ギアセット２１と２２との間にあるように、変動してよい。

第１のギアセット２１は、所与の軸間距離を有し、第２のギアセットは、所与の軸間距離を有し、第３のギアセットは、所与の軸間距離を有する。いくつかの実施形態において、第１及び第２のギアセット２１、２２は、高減速比を有する同一の軸間距離を有する。更に、いくつかの実施形態において、第１及び第３ギアセット２１、２４は、低減速比を有する同一の軸間距離を有する。広い範囲の速度比を与える、ギアの複数の組合せの多くの選択が、この共通の軸間距離を変化させることなく、可能である。それぞれのギアのサイズ及び歯数は、ギア比を確立する。ギアセット２１、２２及び２４の歯数は、それぞれ、４２ｘ５７、２９ｘ４４、７４ｘ８９の比であり得る。別の例は、４３ｘ５７、３０ｘ４４、７５ｘ８９である。更に、４４ｘ４７、３１ｘ４４、７６ｘ８９である。多数の可能な歯数カウントは、ギア比の幅広い選択を可能とするために用いられ得、車両のパッケージングの制約を満たす。

歯数は、最大の車輪対デフのオーバースピード比も決定する。例えは、それぞれ１１．８％、１０．６％、及び９．６％のオーバースピード比は、上記の歯数カウントを使用して、実現され得る。多数の可能な歯数カウントは、オーバースピード比の幅広い選択を与えるために用いられ得、様々な車両の制約を満たす。

アクチュエータ、ひいては、トルクベクタリングユニット１０の動作は、電子制御ユニット（図示せず）によって制御され得る。限定されるものではないが、車輪速度などの車両パラメータの少なくとも１つによる状態の評価に基づいて、電子制御ユニットは、クラッチ１１、１２を選択的に係合し、出力シャフト１４、３１から効果的に伝達するべく、アクチュエータを係合する。

自動車の動作中、出力シャフト１４に取り付けられている車輪は、出力シャフト３１に取り付けられている車輪より速く回転し得ることが理解され得る。アウタークラッチ１１を作動させることによって、第１のギアセット２１は、共通シャフト２３に駆動接続される。トルクは、出力シャフト１４から、クラッチ１１とギアセット２１及び２３を通り、デフケース２６へと強制的に流され得る。デフケース２６は、デフギア構成に駆動接続され、トルクを、出力シャフト３１に取り付けられているより遅い車輪へとバイアスすることができる。トルクを、出力シャフト３１に取り付けられているより遅い車輪へとバイアスすることによって、トルクベクタリングユニット１０は、アンダーステアのヨーモーメントを生成する。出力シャフト１４、３１にわたるトルクの差異は、クラッチ１１に加えられているトルクに相当する。

更に、自動車の動作中、出力シャフト１４に取り付けられている車輪は、出力シャフト３１に取り付けられている車輪より、速く回転し得ることが理解され得る。インナークラッチ１２を作動させることによって、第２のギアセット２２は共通シャフト２３に駆動接続される。トルクは、第３のギアセット２４から、第２のギアセット２２へ、そして、クラッチ１２を通り、出力シャフト１４へと強制的に流され得る。トルクを、出力シャフト１４に取り付けられているより速い車輪へとバイアスすることによって、トルクベクタリングユニット１０は、オーバーステアのヨーモーメントを生成する。

更に、自動車の動作中、出力シャフト１４に取り付けられている車輪は、出力シャフト３１に取り付けられている車輪より遅く回転し得ることが、理解され得る。インナークラッチ１２を作動させることによって、第２のギアセット２２は、共通シャフト２３に駆動接続される。トルクは、第３のギアセット２４から、第２のギアセット２２へ、そして、クラッチ１２を通り、出力シャフト１４へと強制的に流され得る。トルクを、出力シャフト１４に取り付けられている、より遅い車輪へとバイアスすることによって、トルクベクタリングユニット１０は、アンダーステアのヨーモーメントを生成する。

更に、自動車の動作中、出力シャフト１４に取り付けられている車輪は、出力シャフト３１に取り付けられている車輪より遅く回転し得ることが、理解され得る。アウタークラッチ１１を作動させることによって、第１のギアセット２１は、共通シャフト２３に駆動接続される。トルクは、第１のギアセット２１から、第３のギアセット２４へ、そして、デフケース２６へと強制的に流され得る。デフケース２６は、デフギア構成に駆動接続され、トルクを、出力シャフト３１に取り付けられているより速い車輪へとバイアスすることができる。トルクを、出力シャフト３１に取り付けられているより速い車輪へとバイアスすることによって、トルクベクタリングユニット１０は、オーバーステアのヨーモーメントを生成する。

特許法の複数の規定に従って、本発明は、その複数の好ましい実施形態を表すと見なされるものにおいて、説明されてきた。しかしながら、本発明は、その趣旨及び範囲から逸脱することなく、具体的に図示及び説明されている方法とは異なる方法で、実施され得ることが留意されるべきである。

Claims (12)

1. デフケース内に収容されているデフギア構成を含む、ディファレンシャルユニットと、
   第１のギアセット、第２のギアセット、第３のギアセット、及び共通シャフトを含み、前記ディファレンシャルユニットに駆動接続される、ギア構成と、
   前記ギア構成に選択的に駆動接続される、クラッチシステムと
   を備え、
   前記デフギア構成は、２つの出力シャフトに駆動接続され、
   前記クラッチシステムは、
   第１の出力シャフトに駆動接続される同心インナークラッチ及び同心アウタークラッチと、
   前記同心インナークラッチと前記同心アウタークラッチに接続され、それぞれのクラッチを独立して作動させる、アクチュエータと
   を有し、
   前記第１のギアセットは、
   前記共通シャフトに回転可能に支持されるエクスターナルギアと、
   前記同心アウタークラッチと選択的に駆動係合するインターナルギアと
   を含み、
   前記第２のギアセットは、
   前記共通シャフトに回転可能に支持されるエクスターナルギアと、
   前記同心インナークラッチと選択的に駆動係合するインターナルギアと
   を含み、
   前記第３のギアセットは、
   前記共通シャフトに回転可能に連結されるエクスターナルギアと、
   前記デフケースに回転可能に連結されるインターナルギアと
   を含む、
   自動車用のトルクベクタリングユニット。
2. 前記デフケースは、半径方向に延在するフランジを更に含み、前記第３のギアセットの前記インターナルギアは、前記フランジ上で回転可能に支持される、請求項１に記載のトルクベクタリングユニット。
3. 前記第１のギアセット、前記第２のギアセット、及び前記第３のギアセットは、共通の軸間距離を有する、請求項１又は２に記載のトルクベクタリングユニット。
4. 前記第２のギアセットは、前記第３のギアセットのギア比より高いギア比を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニット。
5. 前記第１のギアセットは、第３のギアセットのギア比より低いギア比を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニット。
6. 前記共通シャフトは、前記２つの出力シャフトから半径方向外側にある、請求項１から５のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニット。
7. 前記同心インナークラッチと前記同心アウタークラッチは、共通する複数のクラッチプレートのセットを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニット。
8. 前記デフギア構成は、前記２つの出力シャフトに駆動接続される複数のサイドギアのセット、及び、前記デフケースに駆動接続される複数のピニオンギアのセットを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニット。
9. 前記第１のギアセットの前記エクスターナルギア、前記第２のギアセットの前記エクスターナルギア、及び、前記第３のギアセットの前記エクスターナルギアは、互いに独立して回転可能である、請求項１から８のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニット。
10. 前記ギア構成は、前記クラッチシステムと前記ディファレンシャルユニットとの間に、軸方向に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニット。
11. 前記第２のギアセットは、前記第１のギアセットと前記第３のギアセットとの間に、軸方向に配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニット。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のトルクベクタリングユニットと、少なくとも一対の出力車両車輪とを備える車両であって、前記２つの出力シャフトは、前記少なくとも一対の出力車両車輪のうちの１つに駆動可能に接続される、車両。

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