JP6451954B2 - 車軸のための接続解除システム - Google Patents

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Description

本開示は、車両内で複数の車軸を接続する、および接続を断つためのシステムに関する。より具体的には、四輪駆動自動車の補助駆動軸システムのための車軸接続解除システムに関する。
二輪駆動モードまたは四輪駆動モードのいずれかで動作可能な複数の四輪駆動(または、全輪駆動)車両が、従来技術において周知である。四輪駆動が可能な車両は、通常、トランスファーケース、リア駆動シャフト、フロント駆動シャフト、および車軸接続解除システムを含む。トランスファーケースは、四輪駆動モードが使用されている場合に、リアおよびフロント駆動シャフト間で動力を分割するように構成されている。
フロントおよびリア車軸アセンブリのための複数の車軸接続解除システムが周知であり、様々なアセンブリまたは機構が提案されてきた。これらの接続解除システムは、四輪駆動が使用されていない場合に、選択的に駆動系の複数の回転部品の接続を断つことによって、燃費の増大を可能にする。複数の適切な接続解除機構が開発されてきたものの、高い駆動系牽引条件において、複数のシステムに対する大きさ、重量およびパッケージングを増大させることなく、従って、システムのコストを増大させることなく、迅速且つ頻繁な係合および係合解除を可能とする複数のシステムが要求されている。
本開示は、高い駆動系牽引条件における係合および係合解除を可能とする、改良された車軸接続解除システムを提供する。
一態様において、自動車の複数の駆動軸のための車軸接続解除システムは、2つの軸方向端部を有する係合バネと、動力源と、半径方向内側面にネジ状部分を有する固定車軸ハウジングと、半径方向内側面および一組のネジ山のある半径方向外側面を有し、動力源に駆動的に接続されたスライドギアと、2つの軸方向端部および半径方向外側面を有し、第1車軸ハーフシャフトおよびスライドギアに駆動的に接続される第1サイドギアと、その一端に複数の歯を有し、第2車軸ハーフシャフトに駆動的に接続される第2サイドギアと、第1サイドギアの半径方向外側面とスライドギアの半径方向内側面との間に配置されたベアリングとを含む。固定車軸ハウジングの複数のネジ山は、スライドギアの複数のネジ山と噛み合う。第1サイドギアは、第2サイドギアの複数の歯と選択的に係合する複数の歯を、その一端に有する。係合バネは、第1サイドギアの半径方向外側面に配置され、ベアリングに接続された一方の軸方向端部面および第1サイドギアに接続された他方の軸方向端部面を有する。スライドギアは、第1および第2サイドギアの複数の歯が位置合わせされていない場合に、係合バネに予め負荷を与えるべく、複数のネジ山に沿ってスライドする。
複数の添付の図面を考慮しつつ以下の詳細な説明が考慮されれば、複数の本実施形態の上記の、並びにその他複数の利点が、当業者には容易に明らかになるだろう。
車軸接続解除システムの好ましい実施形態を含むような車両ドライブトレインの概略図である。 車軸接続解除システムの好ましい実施形態の部分的断面である。 車軸接続解除システムの別の好ましい実施形態の部分的断面である。 車軸接続解除システムの追加的な好ましい実施形態の部分的断面であり、追加の係合バネの使用を示す。
複数の実施形態は、そうでないと明示的に特定されている場合を除いて、様々な代替的方向性およ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。添付される複数の図面に示され、以下の明細書において説明される複数の具体的な装置、アセンブリ、システム、およびプロセスは、単に、本明細書にて定義される発明の複数の概念の例示的な複数の実施形態であることもまた理解されるべきである。従って、開示された複数の実施形態に関連した複数の具体的な寸法、方向、またはその他の物理的特徴は、そうでないということが明示的に述べられていない限り、限定的とみなされるべきではない。さらに、そうではなくてもよいが、様々な実施形態における同様な複数の要素が、本出願のこのセクション内において、同様な参照番号によって共通して参照されてよい。
ここでは、複数の図面、より具体的には図1を参照すると、車軸接続解除システム115を含む、自動車100の四輪または全輪駆動ドライブトレインの概略図が示されている。この概略は、主後輪駆動車両を示す。しかしながら、この車軸接続解除システム115は、主前輪駆動車両またはその他複数の駆動系アセンブリおよび機構にもまた使用され得る。
図1に示されるように、一実施形態において、車両100は、車両シャーシ(図示せず)に搭載された、動力源110、トランスミッション113、およびトランスファーケース114を含む。動力源110は、限定されるものではないが、内燃エンジンを含み、トランスミッション113に駆動的に連結される。トランスファーケース114は、トランスミッション113の後方に搭載される。トランスファーケース114は、フロント駆動シャフト119によってフロント差動アセンブリ111に駆動的に接続され、リア駆動シャフト116によってリア差動アセンブリ112に駆動的に接続される。エンジン110およびトランスミッション113は、複数の従来の公知の構成要素である。
トランスファーケース114の内部では、トランスミッション113から生じる駆動トルクが、リア駆動シャフト116およびフロント駆動シャフト119の間で分けられる。ある場合においては、"全輪駆動"と呼ばれ、駆動トルクが、駆動シャフト119、116の両方に与えられる。別の場合においては、"二輪駆動"と呼ばれ、駆動トルクが、駆動シャフト119または116の一方に対してのみ与えられる。トランスファーケース114とともに使用される駆動シャフト119、116のそれぞれは、複数のボールベアリングアセンブリ等のような適切な支持手段によってトランスファーケース114内において回転可能に支持される。また、そこを通って駆動シャフト119、116がトランスファーケース114に入るため、またはトランスファーケース114から出るための複数の開口部に、適切な複数の密閉アセンブリが備えられる。
トランスファーケース114は通常、入力シャフト、メイン出力シャフト、および補助出力シャフトを含む。メイン出力シャフトは、トランスファーケース114のクラッチ等によって入力シャフトに駆動接続され、通例、トランスファーケースからずらして配置される。クラッチは、車両オペレータによって制御される、適切なセレクタ機構によって作動される。トランスファーケース114の内部の詳細およびセレクタの詳細は、従来の公知の構成要素であるので図示しない。
フロント差動アセンブリ111は差動ギア機構を含む。差動ギア機構は、ピニオンギア、リングギア、および複数の差動サイドギアを含むことができる。しかしながら、その他複数の差動ギア機構が可能である。第1の前輪120が、フロント駆動車軸126によってフロント差動アセンブリ111に接続される。車軸接続解除システム115は、第1フロント駆動ハーフ車軸171aによってフロント差動アセンブリ111に駆動的に接続される。第2の前輪121が、第2フロント駆動ハーフ車軸171bによって接続解除システム115に接続される。
リア差動アセンブリ112は、リア駆動シャフト116によってトランスファーケース114に接続される。リア差動アセンブリ112は、差動ギア機構を含む。差動ギア機構は、ピニオンギア、リングギア、および複数の差動サイドギアを含むことができる。しかしながら、その他複数の差動ギア機構が可能である。
一次後輪122、123は、それぞれリアシャフト117、118によって、リア差動アセンブリ112に駆動的に接続される。二次車輪120、121は、"全輪駆動"で動作している場合に動力源110に接続される場合を除いて、駆動されない車輪である。二次車輪120、121は、接続解除システム115が第1フロント駆動ハーフ車軸171aおよび第2フロント駆動ハーフ車軸171bを接続する場合に、選択的に駆動される。
図1に示されるように、接続解除システム115はフロント駆動アセンブリと統合されるが、個別のアセンブリであることもできる。
図2は、車軸接続解除システム115の1つの好ましい実施形態の詳細な断面図を示し、駆動ギア132に駆動的に接続された出力シャフト131を有する動力源130を含む。動力源130は、限定されるものではないが、直流ブラシ電気モータを含む高速−低トルク動力源であってよい。
駆動ギア132は、その一端に形成された複数の歯を有し、これらは、スライドギア134の端部に形成された複数の歯134cと噛み合う。ギア132、134の外径、および/または、それぞれのギア132、134の歯の数を選択することにより、ギアセットの駆動比が選択され得る。さらに、所望の減速比を得るため、または動力源130の特定の位置を可能とすべく、複数の追加のギア(図示せず)が、動力源130とギア134との間に動作可能に接続されてよい。一実施形態においては、駆動ギア132とスライドギア134との間の駆動ギア比が1よりも大きい。
スライドギア134は、半径方向延在部134aおよび軸方向延在部134bを有する。半径方向延在部134aは、その半径方向外側端部に、駆動ギア132の複数の歯と噛み合う一組の歯134cを有する。
軸方向延在部134bは、半径方向内側面136aおよび半径方向外側面136bを有する。これらの面136a、136bは、互いに平行である。半径方向外側面136bは、そこに形成された複数のネジ山135aを含む。
固定車軸ハウジング137は、半径方向内側面137bおよび半径方向外側面137aを有する。半径方向内側面137bは、そこに形成される複数のネジ山135bを有し、これらは、スライドギア134の複数のネジ山135aと噛み合う。固定車軸ハウジング137は、単一要素または多要素による構造であることができる。動力源130は、固定車軸ハウジング137の外に配置され、出力シャフト131は、固定車軸ハウジング137を通って延在し、駆動ギア132と接続する。
外側軌道138aおよび内側軌道138bを含むベアリング138が、外側軌道138aにおいてスライドギア134の軸方向延在部134bに連結され、内側軌道138bにおいて第1サイドギア139に連結される。
第1サイドギア139は、スライドギア134から半径方向内側に配置される。第1サイドギア139は、軸方向延在部139bおよび半径方向延在部139aを有する。軸方向延在部139bは、その半径方向内側面148に形成された、長手方向に延びる複数のスプライン144を有し、これらは、第1フロント駆動ハーフ車軸171aの外側面173に形成された一組のスプライン176と噛み合う。半径方向延在部139aは、その一端において軸方向に形成された複数のクラッチ歯140を有する。これらのクラッチ歯140は、第2サイドギア143の端部に形成された複数のクラッチ歯142と噛み合う。
係合バネ161が、ベアリング内側軌道138bと第1サイドギア139の半径方向延在部139aとの間において、軸方向に配置される。係合バネ161は、限定されるものではないが、圧縮コイルバネであることができる。係合バネ161は、2つの軸方向端部161a、161bを有することができる。一方の軸方向端部161aは内側軌道138bの外側面に接続され、他方の軸方向端部161bは半径方向延在部139aの外側面に接続される。
第2サイドギア143は、半径方向外側面143aおよび内側面143bを有し、一組の長手方向に延びるスプライン145が内側面143bに形成されている。複数のスプライン145は、第2フロント駆動ハーフ車軸171bの外側面174に形成された一組のスプライン175と噛み合う。図2に図示されるように、複数のスプライン145は、第2サイドギア143の軸方向延在部に形成される。第2サイドギア143の軸方向に延びる外側面143aは、ベアリング146の内側軌道146aに接続される。ベアリング146は、固定車軸ハウジング137cに連結された外側軌道146bを有する。
固定車軸ハウジング137、137a、137b、137cは、スライドギア134、第1サイドギア139、および第2サイドギア143を収容する。固定車軸ハウジング137、137a、137b、137cの形状は、ギア134、139、143の形状が変化するとともに変化することができ、接続解除システム115の専有面積を小さくすることが可能である。
図3Aは、駆動ギア232に駆動的に接続された出力シャフト231を有する動力源230を含む、別の好ましい実施形態の車軸接続解除システム215を示す。動力源230は、限定されるものではないが、直流ブラシ電気モータを含む高速−低トルク動力源であってよい。
駆動ギア232は、その一端に形成された複数の歯を有し、これらは、スライドギア234の端部に形成された複数の歯234cと噛み合う。ギア232、234の外径、および/または、それぞれのギア232、234の歯の数を選択することにより、ギアセットの駆動比が選択され得る。さらに、所望の減速比を得るため、または動力源230の特定の位置を可能とすべく、複数の追加のギア(図示せず)が、動力源230とギア234との間に動作可能に接続されてよい。
スライドギア234は、半径方向延在部234aおよび軸方向延在部234bを有する。半径方向延在部234aは、その半径方向外側端部に、駆動ギア232の複数の歯232cと噛み合う一組の歯234cを有する。
軸方向延在部234bは、半径方向内側面236aおよび半径方向外側面236bを有する。これらの面236a、236bは、互いに平行である。半径方向外側面236bは、そこに形成された複数のネジ山235aを含む。
固定車軸ハウジング237は、半径方向内側面237bおよび半径方向外側面237aを有する。半径方向内側面237bは、そこに形成される複数のネジ山235bを有し、これらは、スライドギア234の複数のネジ山235aと噛み合う。固定車軸ハウジング237は、単一要素または多要素による構造であることができる。動力源230は、固定車軸ハウジング237の軸方向および半径方向外側に配置され、出力シャフト231は、固定車軸ハウジング237を通って延在し、駆動ギア232と接続する。図3Aに図示されるように、複数のネジ山235bは、第1サイドギア239の軸方向延在部と平行な、固定車軸ハウジング237の半径方向内側面237bの任意の部分に配置され得る。
外側軌道238aおよび内側軌道238bを含むベアリング238が、外側軌道238aにおいてスライドギア234の軸方向延在部234bに連結され、内側軌道238bにおいて第1サイドギア239に連結される。
第1サイドギア239は、スライドギア234から半径方向内側に配置される。第1サイドギア239は、軸方向延在部239bおよび半径方向延在部239aを含む。軸方向延在部239bは、その半径方向内側面248に形成された、長手方向に延びる複数のスプライン244を有し、これらは、第1フロント駆動ハーフ車軸171aの外側面173に形成された一組のスプライン176と噛み合う。半径方向延在部239aは、その一端において軸方向に形成された複数のクラッチ歯240を有する。これらのクラッチ歯240は、第2サイドギア243の端部に形成された複数のクラッチ歯242と噛み合う。
係合バネ261が、ベアリング内側軌道238bと半径方向延在部239aとの間において、軸方向に配置される。係合バネ261は、限定されるものではないが、圧縮コイルバネであることができる。係合バネ261は、2つの軸方向端部261a、261bを有することができる。一方の軸方向端部261aは内側軌道238bの外側面に接続され、他方の軸方向端部261bは半径方向延在部239aの外側面に接続される。
第2サイドギア243は、半径方向外側面243aおよび内側面243bを有し、一組の長手方向に延びるスプライン245が内側面243bに形成されている。複数のスプライン245は、第2フロント駆動ハーフ車軸171bの外側面174に形成された一組のスプライン175と噛み合う。図3Aに図示されるように、複数のスプライン245は、第2サイドギア243の軸方向延在部に形成される。第2サイドギア243の軸方向に延びる外側面243aは、ベアリング246の内側軌道246aに接続される。ベアリング246は、固定車軸ハウジング237cに連結された外側軌道246bを有する。
固定車軸ハウジング237、237a、237b、237cは、スライドギア234、第1サイドギア239、および第2サイドギア243を収容する。固定車軸ハウジング237、237a、237b、237cの形状は、ギア234、239、243の形状が変化するとともに変化することができ、接続解除システム215の専有面積を小さくすることが可能である。
モータ130、230は、電流またはその他の手段によってエネルギーを与えられた場合、ギア132、134、232、234を回転させ、スライドギア134、234は、複数のネジ山135a、135b、235a、235bによって固定車軸ハウジング137、237に沿って軸方向に前後に動き、サイドギア139、239を、第2サイドギア143、243に向かって、および第2サイドギア143、243から離れるように駆動する。
第1サイドギア139、239が第2サイドギア143、243に向かって軸方向に動かされた場合、クラッチ歯140、142、240、242が位置合わせおよび係合することができ、第1フロント駆動ハーフ車軸171aと第2フロント駆動ハーフ車軸171bとを接続する複数のスプライン145、245、175を通じて、第2サイドギア143、243が第2フロント駆動ハーフ車軸171bを駆動する。
場合によっては、第1サイドギア139、239が第2サイドギア143、243に向かって軸方向に動かされた場合、複数の歯140、142、240、242の位置がずれる、またはこれらの歯が妨げられるだろう。これが発生する場合、スライドギア134、234は第1サイドギア139、239に力を及ぼし続け、係合バネ161、261が圧縮され、予め負荷を与えられる。複数の歯140、142、240、242が適切に位置合わせされると、モータ130、230が追加の力を加える必要無く、係合バネ161、261が、その軸方向の負荷を複数の歯140、142、240、242に解放することによって、複数の歯140、142、240、242を噛み合わされた係合状態にさせる。
図3Bに示されるように、別の実施形態において、車軸接続解除システム215は第2係合バネ263を含むことができる。第2係合バネ263は、限定されるものではないが、圧縮コイルバネであることができる。第2係合バネ263は、係合バネ261の位置に対して、ベアリング238の軸方向反対側に配置される。第2係合バネ263は、2つの軸方向端部263a、263bを有することができる。一方の軸方向端部263aは内側軌道238bの外側面に接続され、他方の軸方向端部263bはサイドギア239の軸方向延在部239bの端部に接続される。
ベアリング238と第2係合バネ263との間には段付スペーサ283がある。第2係合バネ263とサイドギア239の軸方向延在部239bとの間にはリテーニングリング284がある。リテーニングリング284は、スナップリングであることができる。車軸接続解除システム215が係合されており、係合解除することが所望される場合、第2係合バネ263無しでは複数のクラッチ歯240、242を係合状態から脱するのには高過ぎるかもしれない駆動系のトルクに反して、スライドギア234が複数のネジ山235に沿って動くことを許容することによって、第2係合バネ263が、係合解除を可能にする。第2係合バネの使用により、高い駆動系のトルクのために複数のクラッチ歯240、242の係合解除が通常は妨げられる場合にも、動力源230に再度エネルギーを与える必要無く、システム215の係合解除が可能となる。
段付スペーサ283は、係合が解除された位置から係合された位置へと動く場合に、第2係合バネ263が第1係合バネ261に負荷を及ぼすことを防ぐ。第1係合バネ261の付勢力よりも大きな付勢力を第2係合バネ263が加えることを防ぐべく、第2係合バネ263は第1係合バネ261よりも小さいバネ定数を持つべきである。
特許法の規定に従って、本開示は、その複数の好ましい実施形態を表すとみなされるものにより説明されてきた。しかしながら、本発明は、その主旨または範囲から逸脱すること無く、具体的に示され、説明されているものとは異なるように実施され得ることに留意すべきである。

Claims (13)

  1. 自動車の複数の駆動軸のための車軸接続解除システムであって、
    2つの軸方向端部を有する第1係合バネと、
    動力源と、
    半径方向内側面に複数のネジ山が形成された固定車軸ハウジングと、
    半径方向内側面および複数のネジ山が形成された半径方向外側面を有し、前記動力源に駆動的に接続されたスライドギアであって、前記固定車軸ハウジングの前記複数のネジ山が、前記スライドギアの前記複数のネジ山と噛み合う、スライドギアと、
    2つの軸方向端部および半径方向外側面を有し、第1車軸ハーフシャフトに駆動的に接続され、一方の軸方向端部面複数の歯が形成された第1サイドギアと、
    一端に複数の歯が形成され、第2車軸ハーフシャフトに駆動的に接続される第2サイドギアであって、前記第2サイドギアの前記複数の歯は、前記第1サイドギアの前記複数の歯と選択的に係合する、第2サイドギアと、
    前記第1サイドギアの前記半径方向外側面と前記スライドギアの前記半径方向内側面との間に配置された第1ベアリングと、
    を備え、
    前記第1係合バネは、前記第1サイドギアの前記半径方向外側面に配置され、前記第1係合バネの一方の軸方向端部は前記第1ベアリングに接続され、前記第1係合バネの他方の軸方向端部は前記第1サイドギアに接続され、
    前記スライドギアは、前記第1サイドギアの前記複数の歯の回転方向の位置前記第2サイドギアの前記複数の歯の回転方向の位置とが位置合わせされていない場合に、前記第1係合バネに負荷を与え、前記第1サイドギアに力を及ぼし、前記第1サイドギアの前記複数の歯と前記第2サイドギアの前記複数の歯とが噛み合わされた係合状態にすべく、前記複数のネジ山に沿って動く、車軸接続解除システム。
  2. 前記動力源は、電気モータである、請求項1に記載の車軸接続解除システム。
  3. 前記スライドギアは、軸方向延在部および半径方向延在部を有し、前記複数のネジ山は、前記軸方向延在部に形成される、請求項1または請求項2に記載の車軸接続解除システム。
  4. 前記動力源と、前記スライドギアとに駆動的に接続される駆動ギアをさらに備える、請求項1に記載の車軸接続解除システム。
  5. 前記駆動ギアおよびスライドギアは、1よりも大きなギア比を有する、請求項4に記載の車軸接続解除システム。
  6. 前記第1サイドギアは、軸方向延在部および半径方向延在部を有し、前記第1係合バネの前記一方の軸方向端部は、前記第1サイドギアの前記半径方向延在部に接続する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の車軸接続解除システム。
  7. 前記第1ベアリングは、前記第1サイドギアの前記軸方向延在部に連結される、請求項6に記載の車軸接続解除システム。
  8. 前記第1ベアリングは、外側軌道および内側軌道を有し、前記外側軌道は前記スライドギアに固定され、前記内側軌道は前記第1サイドギアに連結される、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の車軸接続解除システム。
  9. 前記動力源は、前記固定車軸ハウジングの外に配置される、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の車軸接続解除システム。
  10. 外側軌道および内側軌道を有する第2ベアリングであって、前記第2サイドギアが前記第2ベアリングの前記内側軌道に固定され、前記固定車軸ハウジングが前記第2ベアリングの前記外側軌道に固定される第2ベアリングをさらに備える、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の車軸接続解除システム。
  11. 前記第1サイドギアの前記半径方向外側面に配置され、2つの軸方向端部を有する第2係合バネをさらに備え、前記第2係合バネの一方の軸方向端部前記第1ベアリングに接続され、前記第2係合バネの他方の軸方向端部前記第1サイドギアに接続され
    前記第2係合バネは、前記第1係合バネとは前記第1ベアリングの軸方向反対側に配置され、
    前記第2係合バネは圧縮性であり、係合状態から脱する場合に、前記スライドギアが複数のネジ山に沿って動かされることを許容する、請求項1に記載の車軸接続解除システム。
  12. 前記第1ベアリングと前記第2係合バネとの間に段付スペーサをさらに備える、請求項11に記載の車軸接続解除システム。
  13. 前記第1サイドギアは軸方向延在部および半径方向延在部を有し、前記第1係合バネの前記他方の軸方向端部は前記第1サイドギアの前記半径方向延在部に接続し、
    前記第1係合バネおよび前記第2係合バネは、前記第1サイドギアの前記軸方向延在部の前記半径方向外側面に配置される、請求項11または請求項12に記載の車軸接続解除システム。
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