JP6565947B2

JP6565947B2 - 四輪駆動車

Info

Publication number: JP6565947B2
Application number: JP2017017405A
Authority: JP
Inventors: 英治三戸; 村田　英樹; 英樹村田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2037-02-02
Also published as: JP2018122761A; CN108382199B; CN108382199A; US10647198B2; US20180215256A1

Description

本発明は、四輪駆動車に関し、特に、ＦＲ車ベースの四輪駆動車に関する。

ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車ベースの四輪駆動車の構成が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された四輪駆動車は、車両の前部に搭載されたエンジンと、縦置きされた変速機と、変速機の出力側に接続されたトランスファ機構と、トランスファ機構に接続され、車両の前後方向に沿って延伸するリヤプロペラシャフト及びフロントプロペラシャフトと、各プロペラシャフトが接続されたリヤデファレンシャルギヤ及びフロントデファレンシャルギヤと、を備えている。フロントプロペラシャフトは、変速機の外側に沿い、車両の前部におけるフロントデファレンシャルギヤの配設箇所まで延伸している。

上記のような構成を有する四輪駆動車では、エンジンで生成された駆動力が変速機を介してトランスファ機構へと伝達され、当該トランスファ機構において分割され、リヤプロペラシャフトとフロントプロペラシャフトとのそれぞれに伝達される。そして、駆動力は、フロント及びリヤの各デファレンシャルギヤを介して、ドライブシャフトから前輪及び後輪のそれぞれへと伝達される。

特開２００１−３０７８４号公報

しかしながら、従来技術に係るＦＲ車ベースの四輪駆動車では、フロントプロペラシャフトの配設により前席の足元スペースが影響を受けてしまう場合がある。特に、運転席側にフロントプロペラシャフトが配設される場合には、運転者の足元スペースにおけるペダルの配置が、人間工学的に理想的な位置からオフセットした状態となってしまう。

フロントプロペラシャフトの影響により運転席のペダルワークスペースが干渉された場合には、長時間の運転などで、運転者の疲労感が増し、好ましくない。

本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、フロントプロペラシャフトの配設による、前席の足元スペースへの影響を小さく抑えることができる四輪駆動車を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る四輪駆動車は、動力源と、リヤプロペラシャフトと、リヤデファレンシャルギヤと、トランスファ機構と、フロントプロペラシャフトと、フロントデファレンシャルギヤと、を備える。

前記動力源は、車両（四輪駆動車）の前部に搭載され、回転駆動力を生成し、車両の前後方向に沿って出力軸が配されてなる。

前記リヤプロペラシャフトは、前記動力源に接続され、前記車両の後部に向けて延伸している。

前記リヤデファレンシャルギヤは、前記リヤプロペラシャフトに接続され、前記車両の後部に配設されている。

前記トランスファ機構は、前記動力源で生成された回転駆動力の動力伝達経路中に設けられ、前記車両の前後方向中間位置に配設されている。

前記フロントプロペラシャフトは、前記トランスファ機構に接続され、前記出力軸が延伸する方向に沿うとともに、該出力軸の延伸方向に対して車幅方向に間隔を隔てて設けられ、前記トランスファ機構から前記車両の前部に向けて延伸している。

前記フロントデファレンシャルギヤは、前記フロントプロペラシャフトに接続され、前記車両の前部に配設されている。

本態様に係る四輪駆動車では、前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比は、前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比よりも小さい。また、本態様に係る四輪駆動車では、前記トランスファ機構の回転数伝達比が、前記フロントプロペラシャフトの回転数が前記リヤプロペラシャフトの回転数よりも低くなるように前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比と前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比とに応じて１よりも大きく設定されている。

上記態様に係る四輪駆動車では、フロントデファレンシャルギヤのギヤ比を、リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比よりも小さくし、且つ、トランスファ機構の伝達比をフロントデファレンシャルギヤのギヤ比とリヤデファレンシャルギヤとのファイナルギヤ比とに応じて設定することとしているので、従来よりもフロントプロペラシャフトの回転数を低く抑えることができる。

フロントプロペラシャフトの回転数（使用回転数）は、曲げ固有振動数（回転数）よりも低くすることが必要であるが、上記のように回転数を下げることにより、シャフト径を従来比で細くしても曲げ共振が生じるのを抑制することが可能となる。

上記態様に係る四輪駆動車では、トランスファ機構の伝達比を１よりも大きくすることとしているので、フロントプロペラシャフトの回転数をリヤプロペラシャフトよりも低く抑えることができる。よって、上記態様に係る四輪駆動車では、フロントプロペラシャフトのシャフト径を細くすることができ、その分だけ前席の足元スペースへの影響（干渉）を少なく抑えることができる。

従って、上記態様に係る四輪駆動車では、フロントプロペラシャフトのシャフト径を細くすることができるので、その分だけ前席の足元スペースへの影響（干渉）を少なく抑えることができる。

本発明の別態様に係る四輪駆動車は、上記構成において、前記駆動源と前記リヤデファレンシャルギヤとの間の動力伝達経路中には、前記フロントデファレンシャルギヤへの動力配分を制御する４ＷＤカップリングが介挿されている。

上記態様に係る四輪駆動車では、駆動源とリヤデファレンシャルギヤとの間に４ＷＤカップリングが介挿されてなることとしているので、種々の路面状況に応じて適切に前後輪への動力配分が可能となる。

本発明の一態様に係る四輪駆動車は、車両の前部に搭載され、回転駆動力を生成し、車両の前後方向に沿って出力軸が配されてなる動力源と、前記動力源に接続され、前記車両の後部に向けて延伸するリヤプロペラシャフトと、前記リヤプロペラシャフトに接続されたリヤデファレンシャルギヤと、前記動力源で生成された回転駆動力の動力伝達経路中に設けられたトランスファ機構と、前記トランスファ機構に接続され、前記出力軸が延伸する方向に沿い、前記車両の前部に向けて延伸するフロントプロペラシャフトと、前記フロントプロペラシャフトに接続され、前記車両の前部に配設されたフロントデファレンシャルギヤと、前記駆動源と前記リヤデファレンシャルギヤとの間の動力伝達経路中に介挿され、前記フロントデファレンシャルギヤへの動力配分を制御する４ＷＤカップリングと、を備え、前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比は、前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比よりも小さく、前記トランスファ機構の伝達比は、前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比と前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比とに応じて設定されており、前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比をＲ_Ｆとし、前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比をＲ_Ｒとし、前記トランスファ機構の伝達比をＲ_Ｔとするとき、Ｒ_Ｆ×Ｒ_Ｔ＜Ｒ_Ｒの関係を満たす。

上記態様に係る四輪駆動車では、Ｒ_Ｆ×Ｒ_Ｔ＜Ｒ_Ｒの関係を満たすようにしているので、二輪駆動状態であっても４ＷＤカップリングにおける摩擦板同士にフロントデファレンシャルギヤ側を若干遅く回転させるような差回転を作用させておくようにして、四輪駆動状態への移行時におけるカップリングによる駆動力伝達の応答性を向上することができ、四輪駆動車としての高い駆動性を確保するのに優位である。

上記態様に係る四輪駆動車でも、フロントプロペラシャフトのシャフト径を細くすることができるので、その分だけ前席の足元スペースへの影響（干渉）を少なく抑えることができる。

本発明の別態様に係る四輪駆動車は、上記構成において、前記トランスファ機構の伝達比は、１よりも大きい。

本発明の別態様に係る四輪駆動車は、上記構成において、前記フロントプロペラシャフトは、運転席のペダルワークスペースの室外近傍を通る状態で配設されている。

上記態様に係る四輪駆動車では、フロントプロペラシャフトが運転席のペダルワークスペース（足元スペース）の室外近傍を通ることとしているが、上記のように、フロントプロペラシャフトのシャフト径を従来比で細くすることができるので、ペダルワークスペースへの影響（干渉）を少なく抑えることが可能となる。よって、上記態様に係る四輪駆動車では、運転者の運転フィーリングの向上を図ることができ、長時間の運転でも疲労が増すのを抑制することができる。

上記の各態様に係る四輪駆動車では、フロントプロペラシャフトの配設による、前席の足元スペースへの影響を小さく抑えることができる。

第１実施形態に係る四輪駆動車１の概略構成を示す模式図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面を模式的に示す図であって、フロントプロペラシャフト１７の配設位置とペダルワークスペースＡとの関係を示す模式図である。第２実施形態に係る四輪駆動車２２の概略構成を示す模式図である。

以下では、本発明の実施形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明の形態は、本発明の一態様であって、本発明は、その本質的な構成を除き何ら以下の形態に限定を受けるものではない。

［第１実施形態］
１．四輪駆動車１の概略構成
本実施形態に係る四輪駆動車１の概略構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、四輪駆動車１の車両前部（＋Ｘ側部分）には、動力源としてのエンジン１０が搭載されている。エンジン１０は、例えば、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンである。エンジン１０は、車両前部のエンジンルーム内に搭載され、出力軸が車両の前後方向（Ｘ方向）に沿うよう、縦置きされている。

エンジン１０に対して−Ｘ側には、変速機１１が設けられている。変速機１１も縦置きされている。変速機１１は、エンジン１０の出力軸に接続されている。

変速機１１の出力側には、リヤプロペラシャフト１３が接続されている。リヤプロペラシャフト１３は、車両の前後方向（Ｘ方向）に沿い、−Ｘ側に向けて延伸するよう配設されている。リヤプロペラシャフト１３の後端は、リヤデファレンシャルギヤ１４に入力されている。

リヤデファレンシャルギヤ１４からは、＋Ｙ側及び−Ｙ側のそれぞれにリヤドライブシャフト１５が延出され、各リヤドライブシャフト１５には後輪１６が接続されている。

変速機１１の出力側には、トランスファ機構１２が設けられている。トランスファ機構１２は、互いに噛合する複数のギヤを有する。トランスファ機構１２には、フロントプロペラシャフト１７が接続されている。フロントプロペラシャフト１７は、トランスファ機構１２との接続部分から＋Ｘ側に向けて延伸するよう配設されている。

フロントプロペラシャフト１７は、運転席のペダルワークスペースＡの室外近傍を通る。そして、フロントプロペラシャフトの前端は、フロントデファレンシャルギヤ１８に入力されている。フロントデファレンシャルギヤ１８は、エンジン１０が搭載されたエンジンルームにおいて、エンジン１０の側部下方に配置されている。即ち、フロントデファレンシャルギヤ１８は、四輪駆動車１の前部に配設されている。

フロントデファレンシャルギヤ１８からは、＋Ｙ側及び−Ｙ側のそれぞれにフロントドライブシャフト１９が延出され、各フロントドライブシャフト１９には前輪２０が接続されている。

２．フロントデファレンシャルギヤ１８のギヤ比及びリヤデファレンシャルギヤ１４のファイナルギヤ比
四輪駆動車１におけるフロントデファレンシャルギヤ１８のギヤ比をＲ_Ｆとする。また、リヤデファレンシャルギヤ１４のファイナルギヤ比をＲ_Ｒとする。このとき、本実施形態に係る四輪駆動車１では、次の関係を満たすように、ギヤ比が設定されている。
［数１］Ｒ_Ｆ＜Ｒ_Ｒ
また、トランスファ機構１２の伝達比をＲ_Ｔとするとき、次の関係も満たす。
［数２］Ｒ_Ｔ＞１
［数３］Ｒ_Ｆ×Ｒ_Ｔ≒Ｒ_Ｒ
一方、従来技術に係る四輪駆動車では、次の関係となっている。
［数４］Ｒ_Ｆ＝Ｒ_Ｒ
［数５］Ｒ_Ｔ＝１
本実施形態では、上記［数１］から［数３］の関係を満たすように、フロントデファレンシャルギヤ１８のギヤ比Ｒ_Ｆ及びリヤデファレンシャルギヤ１４のファイナルギヤ比Ｒ_Ｒと、トランスファ機構１２の伝達比Ｒ_Ｔを従来比で変更することにより、従来よりもフロントプロペラシャフト１７の回転数を低く抑えることができる。

３．効果
本実施形態に係る四輪駆動車１が奏する効果について、図１に加えて図２を用い説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るフロントプロペラシャフト１７は、運転席のペダルワークスペースＡの室外近傍を通っている。そして、図２に示すように、フロントプロペラシャフト１７のシャフト径Ｄは、フロントプロペラシャフト１７の回転数が低いほど細くすることができる。

即ち、フロントプロペラシャフト１７の危険回転数をＮｃとするとき、次式の関係となる。
［数６］Ｎｃ＝ｆ（Ｄ）
また、フロントプロペラシャフト１７の最大回転数をＮとするとき、安全率Ｓは次式で表される。
［数７］Ｓ＝Ｎｃ／Ｎ
従来比で同値の安全率Ｓを確保する場合、フロントプロペラシャフト１７の最大回転数Ｎが低いほど、フロントプロペラシャフト１７のシャフト径Ｄを細くすることができる。

上記のように、本実施形態では、フロントプロペラシャフト１７の回転数を低くすることにより、曲げ共振が生じるのを抑制しながらフロントプロペラシャフト１７のシャフト径Ｄを細くすることができる。これにより、図１に示す運転席のペダルワークスペースＡを広くとることができ、該ペダルワークスペースＡのＹ方向での中心ＣＬ_Ａを、他の操作機器との関係での理想的な位置（運転者に無理を強いることがない位置）とすることが可能となる。

なお、本実施形態では、フロントプロペラシャフト１７に中空状のパイプ状シャフトを採用している。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る四輪駆動車２２の概略構成について、図３を用い説明する。なお、図３では、上記第１実施形態と同様の部位には同一の符号を付し、以下での説明も省略する。

図３に示すように、本実施形態に係る四輪駆動車２２では、変速機１１とリヤプロペラシャフト１３との間の動力伝達経路中に、フロントデファレンシャルギヤ１８への動力配分を制御する電子制御式の４ＷＤカップリング２３が介挿されている。４ＷＤカップリング２３は、前輪２０と後輪１６との回転数差を検知し、路面状況や走行状況に応じ、最適な動力配分を行う。

本実施形態に係る四輪駆動車２２においても、上記［数１］から［数３］の関係を満たし、且つ、次の関係も満たす。
［数８］Ｒ_Ｆ×Ｒ_Ｔ＜Ｒ_Ｒ
なお、一例として、本実施形態では、Ｒ_Ｆ＝２．３８８、Ｒ_Ｔ＝１．２１８、Ｒ_Ｒ＝２．９３３としている。

また、上記［数８］において、左辺（Ｒ_Ｆ×Ｒ_Ｔ）と右辺（Ｒ_Ｒ）との差は、０よりも大きく、１．５％程度以下の範囲となっている。

本実施形態に係る四輪駆動車２２においても、上記第１実施形態に係る四輪駆動車１と同じ構成を備えているので、上記同様の効果を奏することができる。本実施形態に係る四輪駆動車２２では、これに加えて、上記［数８］の関係を満たすようにしているので、二輪駆動状態であっても４ＷＤカップリング２３における摩擦板同士にフロントデファレンシャルギヤ側を若干遅く回転させるような差回転を作用させておくようにして、四輪駆動状態への移行時におけるカップリングによる駆動力伝達応答性を向上させることができ、四輪駆動車としての高い駆動性を確保することができる。

［変形例］
上記第１実施形態及び上記第２実施形態では、動力源の一例としてエンジン１０を採用したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、電動モータや、内燃機関と電動モータの組み合わせからなるハイブリッドシステムを採用することも可能である。

上記第１実施形態及び上記第２実施形態では、運転席のペダルワークスペースＡの室外近傍をフロントプロペラシャフト１７が通るレイアウトを採用することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、助手席の足元スペースの室外近傍をフロ
ントプロペラシャフトが通るレイアウトを採用することもできる。この場合にも、前席の足元スペースを広くとることができる、という効果を奏することができる。

上記第１実施形態及び上記第２実施形態では、フロントプロペラシャフト１７を中空状のパイプからなることとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、中実の軸体からなるフロントプロペラシャフトを採用することも可能である。

また、上記第１実施形態及び上記第２実施形態では、フロントプロペラシャフト１７の構成材料については、特に言及しなかったが、本発明では、種々の材料を用いることが可能である。例えば、鋼材や炭素強化繊維などを用いることが可能である。

上記第１実施形態及び上記第２実施形態を示す図１，３では、フロントプロペラシャフト１７を１本のパイプとして図示したが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、軸体とパイプ体とを備え、互いの端部同士を軸方向にスライド自在に接続してなるプロペラシャフトなどを採用することもできる。また、軸方向の途中部分に複数のリンク部材を介挿してなるプロペラシャフトを採用することもできる。

上記第１実施形態において挙げた、Ｒ_Ｆ、Ｒ_Ｔ、Ｒ_Ｒは一例であって、動力源の出力や変速機での減速比などを総合的に勘案の上、種々の組み合わせを採用することができる。

上記第２実施形態では、動力源であるエンジン１０とリヤプロペラシャフト１３との間の動力伝達経路中に、電子制御式の４ＷＤカップリング２３を介挿することとしたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、回転数応動型の４ＷＤカップリングや電磁ロック型の４ＷＤカップリングを介挿することとしてもよい。

１，２２四輪駆動車
１０エンジン
１２トランスファ機構
１３リヤプロペラシャフト
１４リヤデファレンシャルギヤ
１７フロントプロペラシャフト
１８フロントデファレンシャルギヤ
２３４ＷＤカップリング

Claims

車両の前部に搭載され、回転駆動力を生成し、車両の前後方向に沿って出力軸が配されてなる動力源と、
前記動力源に接続され、前記車両の後部に向けて延伸するリヤプロペラシャフトと、
前記リヤプロペラシャフトに接続され、前記車両の後部に配設されたリヤデファレンシャルギヤと、
前記動力源で生成された回転駆動力の動力伝達経路中に設けられ、前記車両の前後方向中間位置に配設されたトランスファ機構と、
前記トランスファ機構に接続され、前記出力軸が延伸する方向に沿うとともに、該出力軸の延伸方向に対して車幅方向に間隔を隔てて設けられ、前記トランスファ機構から前記車両の前部に向けて延伸するフロントプロペラシャフトと、
前記フロントプロペラシャフトに接続され、前記車両の前部に配設されたフロントデファレンシャルギヤと、
を備え、
前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比は、前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比よりも小さく、
前記トランスファ機構の回転数伝達比は、前記フロントプロペラシャフトの回転数が前記リヤプロペラシャフトの回転数よりも低くなるように前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比と前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比とに応じて１よりも大きく設定されている、
四輪駆動車。
請求項１記載の四輪駆動車であって、
前記駆動源と前記リヤデファレンシャルギヤとの間の動力伝達経路中には、前記フロントデファレンシャルギヤへの動力配分を制御する４ＷＤカップリングが介挿されている、
四輪駆動車。
車両の前部に搭載され、回転駆動力を生成し、車両の前後方向に沿って出力軸が配されてなる動力源と、
前記動力源に接続され、前記車両の後部に向けて延伸するリヤプロペラシャフトと、
前記リヤプロペラシャフトに接続されたリヤデファレンシャルギヤと、
前記動力源で生成された回転駆動力の動力伝達経路中に設けられたトランスファ機構と、
前記トランスファ機構に接続され、前記出力軸が延伸する方向に沿い、前記車両の前部に向けて延伸するフロントプロペラシャフトと、
前記フロントプロペラシャフトに接続され、前記車両の前部に配設されたフロントデファレンシャルギヤと、
前記駆動源と前記リヤデファレンシャルギヤとの間の動力伝達経路中に介挿され、前記フロントデファレンシャルギヤへの動力配分を制御する４ＷＤカップリングと、
を備え、
前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比は、前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比よりも小さく、
前記トランスファ機構の伝達比は、前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比と前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比とに応じて設定されており、
前記フロントデファレンシャルギヤのギヤ比をＲ_Ｆとし、
前記リヤデファレンシャルギヤのファイナルギヤ比をＲ_Ｒとし、
前記トランスファ機構の伝達比をＲ_Ｔとするとき、
Ｒ_Ｆ×Ｒ_Ｔ＜Ｒ_Ｒ
の関係を満たす、
四輪駆動車。
請求項３記載の四輪駆動車であって、
前記トランスファ機構の伝達比は、１よりも大きい、
四輪駆動車。
請求項１から請求項４の何れか記載の四輪駆動車であって、
前記フロントプロペラシャフトは、運転席のペダルワークスペースの室外近傍を通る状態で配設されている、
四輪駆動車。