JP6571157B2 - 動力配分装置 - Google Patents

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Description

本発明は、互いに差回転が可能な2つの回転軸に動力を配分するための動力配分装置に関する。
従来の動力配分装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この動力配分装置は、例えば四輪車両に適用され、左右の車輪に連結された左右の出力軸に動力を配分するものであり、回転自在のキャリア部材と、キャリア部材に回転自在に支持された3連ピニオンギヤと、第1回転機及び第2回転機を備えている。3連ピニオンギヤは、互いに異なるピッチ円径を有する、互いに一体の第1〜第3ピニオンギヤで構成されている。第1ピニオンギヤは右出力軸と一体の第1サンギヤに噛み合い、第2ピニオンギヤは左出力軸と一体の第2サンギヤに噛み合い、第3ピニオンギヤは第3サンギヤに噛み合っている。第3サンギヤは第1回転機に連結され、上記キャリア部材は第2回転機に連結されている。
上記の構成では、第1回転機で発電を行うと、キャリア部材が左出力軸に対して増速されることで、左出力軸のトルクの一部が、第2サンギヤ、3連ピニオンギヤ及び第1サンギヤを介して、右出力軸に伝達される。一方、第2回転機で発電を行うと、キャリア部材が左出力軸に対して減速されることで、上記とは逆に、右出力軸のトルクの一部が、第1サンギヤ、3連ピニオンギヤ及び第2サンギヤを介して、左出力軸に伝達される。以上のような3連ピニオンギヤを介したキャリア部材の増速又は減速によって、左右の出力軸へのトルク配分が制御される。
特許第5409748号公報
上述したように、従来の動力配分装置では、3連ピニオンギヤが用いられており、その第1〜第3ピニオンギヤとこれに噛み合う第1〜第3サンギヤが、出力軸の軸線方向(以下、単に「軸線方向」という)に3列で並ぶように配置される。このため、軸線方向長さが大きくなり、動力配分装置をコンパクトに構成できない。
また、左右の出力軸に配分されるトルクの差が、3連ピニオンギヤの第1〜第3ピニオンギヤと第1〜第3サンギヤとのギヤ対の歯数比に応じて定まるのに対し、これらの歯数比は強度上や組み立て・製造上の制約を受けるため、大きなトルク差を得るのが難しく、トルク配分を効率的に行えない。
さらに、この動力配分装置では、3連ピニオンギヤの第1〜第3ピニオンギヤと第1〜第3サンギヤとのギヤ対の歯数比や第1及び第2回転機との連結関係が、非対称に構成されている。このため、トルクを左出力軸から右出力軸に伝達する場合と、その逆に右出力軸から左出力軸に伝達する場合で、第1又は第2回転機を同じように制御しても、得られる動作(トルク配分)は基本的に異なる。その結果、この動作を同じようにするために、3連ピニオンギヤの最適な歯数の組み合わせを選択し、あるいは第1及び第2回転機に対して異なる制御を行うなどの対応が必要になる。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、軸線方向長さの短縮によって装置の小型化を図り、回転機の小さなトルクで大きなトルク配分を効率的に得るとともに、トルクの配分方向が異なる場合の動作の同一性を容易に確保することができる動力配分装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、互いに差回転が可能な2つの回転軸(実施形態における(以下、本項において同じ)左出力軸SFL、右出力軸SFR)に動力を配分するための動力配分装置であって、第1サンギヤS1、ダブルピニオンタイプのプラネタリギヤ(第1ピニオンギヤP11、第2ピニオンギヤP12)を支持する第1キャリアC1、及び第1リングギヤR1を有する第1遊星歯車機構PG1と、第1遊星歯車機構PG1と同軸状に並列され、第2サンギヤS2、ダブルピニオンタイプのプラネタリギヤ(第1ピニオンギヤP21、第2ピニオンギヤP22)を支持する第2キャリアC2、及び第2リングギヤR2を有する第2遊星歯車機構PG2と、第1回転機(第1モータ11)及び第2回転機(第2モータ12)と、を備え、第1サンギヤS1及び第2キャリアC2は、互いに連結されるとともに、第1回転機に連結され、第1キャリアC1及び第2サンギヤS2は、互いに連結されるとともに、第2回転機に連結され、第1リングギヤR1は2つの回転軸の一方(右出力軸SFR)に連結され、第2リングギヤR2は2つの回転軸の他方(左出力軸SFL)に連結され第1リングギヤR1と第1サンギヤS1の歯数比(ZR/ZS)、及び第2リングギヤR1と第2サンギヤS2の歯数比(ZR/ZS)は、互いに同じ値に設定されており、2つの回転軸は、車両の左右の車輪(前輪WFL、WFR)に連結された左右の出力軸SFL、SFRであり、第1及び第2回転機の一方は、車両の旋回時において、左右の車輪のスリップ率RSが車輪のグリップ力が最大になる所定スリップ率(グリップ最大スリップ率RSX)になるように制御され、第1リングギヤR1と第1サンギヤS1の歯数比ZR/ZS、及び第2リングギヤR2と第2サンギヤS2の歯数比ZR/ZSは、車輪のスリップ率RSが所定スリップ率になったときに、第1及び第2回転機11、12の一方の回転数が0になるように設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、動力配分装置は、第1サンギヤ、第1キャリア及び第1リングギヤを有するダブルピニオンタイプの第1遊星歯車機構と、第2サンギヤ、第2キャリア及び第2リングギヤを有するダブルピニオンタイプの第2遊星歯車機構を備え、両遊星歯車機構は互いに同軸状に並列されている。第1サンギヤと第2キャリアは互いに連結され、第1キャリアと第2サンギヤは互いに連結されている。また、第1リングギヤと第1サンギヤの歯数比、及び第2リングギヤと第2サンギヤの歯数比(以下、両歯数比をまとめて適宜「歯数比」という)は、互いに同じ値に設定されている。
以上の構成から、図3に示すように、第1サンギヤ(第2キャリア)、第1リングギヤ、第2リングギヤ及び第1キャリア(第2サンギヤ)の回転数は、共線関係にあり、共線図において1つの直線上に並ぶ。また、第1及び第2遊星歯車機構がダブルピニオンタイプであることから、この共線図において、第1サンギヤ(第2キャリア)及び第1キャリア(第2サンギヤ)は両外側に位置し、第1及び第2リングギヤは内側に位置する。
また、第1サンギヤ及び第2キャリアは第1回転機に連結され、第1キャリア及び第2サンギヤは第2回転機に連結され、第1リングギヤは一方の回転軸に連結され、第2リングギヤは他方の回転軸に連結されている。以上の構成により、第1及び第2回転機から出力されたトルクは、第1及び第2リングギヤを介して、2つの回転軸に伝達され、配分される。
この場合、上記の歯数比を適宜、設定することにより、上記の共線図におけるレバー比A(第1及び第2リングギヤ間の距離に対する、第1サンギヤと第1リングギヤの間の距離の比、及び第1キャリアと第2リングギヤの間の距離の比)を、大きな値に設定することが可能である。そのような設定により、第1及び第2回転機のトルクをレバー比に応じた大きな増幅率で2つの回転軸に伝達でき、それにより、第1及び第2回転機の小さなトルクで大きなトルク配分を効率的に得ることができる。
さらに、上述した構成では、第1及び第2遊星歯車機構及びそれらの回転要素間の連結関係が互いに対称であり、これに加えて、第1及び第2遊星歯車機構と第1及び第2回転機との連結関係も、第1及び第2遊星歯車機構と第1及び第2回転軸との連結関係も互いに対称である(図1参照)。このため、例えば第1回転機のトルクを配分する場合と第2回転機のトルクを配分する場合で、同じ制御によって同じトルク配分を得ることができ、動作の同一性を容易に確保することができる。
また、本発明の動力配分装置では、第1及び第2遊星歯車機構の2つのギヤ列が軸線方向に並ぶので、3連ピニオンギヤに対応する3つのギヤ列が軸線方向に並ぶ従来の動力配分装置と比較して、軸線方向長さを短縮でき、装置の小型化を図ることができる。
さらに、本発明の動力配分装置によれば、第1及び第2回転機の一方は、車両の旋回時において、左右の車輪のスリップ率が車輪のグリップ力が最大になる所定スリップ率になるように制御されるとともに、車輪のスリップ率が所定スリップ率になったときに、第1及び第2回転機の一方の回転数が0になる。これにより、車輪のグリップ力が最大に発揮されるとともに、このときに要求される回転機の出力を最小限に抑制することができる。
また、請求項2に係る発明は、請求項1に記載の動力配分装置において、第1サンギヤS1及び第2サンギヤS2は互いに同じ歯数を有し、第1リングギヤR1及び第2リングギヤR2は互いに同じ歯数を有することを特徴とする。
この構成によれば、第1リングギヤと第1サンギヤの歯数比及び第2リングギヤと第2サンギヤの歯数比が互いに同じ値であるという請求項1の構成が実現される。また、上記の条件から、第1サンギヤ及び第2サンギヤとして、歯数に加えてピッチ円径や大きさなどが同じである同一仕様のサンギヤ部品を共通に用いること、同様に、第1リングギヤ及び第2リングギヤとして、同一仕様のリングギヤ部品を共通に用いることが可能になる。また、そのような第1及び第2遊星歯車機構の間の部品の共通化をプラネタリギヤやキャリアにも適用することによって、同一規格の遊星歯車モジュールを用いることが可能であり、それにより、量産効果による製造コストの削減を図ることができる。
本発明の実施形態による動力配分装置を、これを適用した車両の駆動輪などとともに概略的に示す図である。 動力配分装置を制御するECUなどを示すブロック図である。 動力配分装置における各種の回転要素の間の回転数の関係を、車両の直進状態について示す共線図である。 動力配分装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣り合い関係を、車両の右旋回状態について示す共線図である。 動力配分装置における各種の回転要素の間の回転数の関係及びトルクの釣り合い関係を、車両の左旋回状態について示す共線図である。 第1変形例による動力配分装置を適用したFR式の車両を概略的に示す図である。 第2変形例による動力配分装置を適用した全輪駆動式の車両を概略的に示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1に示す動力配分装置1は、後述する差動装置Dとともに、四輪の車両(図示せず)の前部に搭載されており、左右の出力軸SFL、SFRに動力を配分するためのものである。
左右の出力軸SFL、SFRは、互いに同軸状に配置され、駆動輪である左右の前輪WFL、WFRにそれぞれ連結されている。また、車両の前部には、動力源としての内燃機関(以下「エンジン」という)3と変速機4が搭載されており、エンジン3の動力は、変速機4で変速された状態で、差動装置Dを介して動力配分装置1に伝達される。
動力配分装置1は、第1遊星歯車機構PG1、第2遊星歯車機構PG2、第1モータ11及び第2モータ12を備えている。上記の差動装置D、動力配分装置1の第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2、及び第1及び第2モータ11、12は、左右の出力軸SFL、SFRと同軸状に、かつ左側からこの順に並んで配置されている。
差動装置Dは、ダブルピニオン式の遊星歯車機構で構成されており、サンギヤSDと、サンギヤSDの外周に設けられたリングギヤRDと、リングギヤRDに噛み合う複数の第1ピニオンギヤPD1と、第1ピニオンギヤPD1及びサンギヤSDに噛み合う複数の第2ピニオンギヤPD2と、第1及び第2ピニオンギヤPD1、PD2を回転自在に支持するキャリアCDを有している。
リングギヤRDの外周部には、外歯ギヤGが形成されており、この外歯ギヤGは、変速機4の出力軸4aに一体に設けられたギヤ4bに噛み合っている。これにより、エンジン3の動力は、変速機4で変速された状態で、リングギヤRDに入力される。サンギヤSDは、右出力軸SFRの左端部に一体に連結され、キャリアCDは、左出力軸SFLに一体に連結されている。
以上の構成の差動装置Dでは、車両の直進時、エンジン3から変速機4を介してリングギヤRDに入力されたトルクは、第1及び第2ピニオンギヤPD1、PD2を介して、キャリアCD及びサンギヤSDに、1:1のトルク配分比で配分される。
動力配分装置1の第1遊星歯車機構PG1は、ダブルピニオン式のものであり、第1リングギヤR1、第1キャリアC1、複数の第1ピニオンギヤP11、複数の第2ピニオンギヤP12、及び第1サンギヤS1などで構成されている。これらの回転要素はいずれも、左右の出力軸SFL、SFRと同軸状に配置されている。
第1リングギヤR1は、右出力軸SFRの途中に一体に連結されている。複数の(例えば4つの)第1ピニオンギヤP11は、第1キャリアC1に回転自在に支持されるとともに、第1リングギヤR1に噛み合っている(2つのみ図示)。複数の(例えば4つの)第2ピニオンギヤP12は、第1キャリアC1に回転自在に支持されるとともに、第1ピニオンギヤP11に噛み合っている(2つのみ図示)。また、第1サンギヤS1は、複数の第2ピニオンギヤP12に噛み合っている。
第2遊星歯車機構PG2は、ダブルピニオン式のものであり、第1遊星歯車機構PG1とまったく同じ構成を有する。すなわち、第2遊星歯車機構PG2は、第2リングギヤR2、第2キャリアC2、複数の第1ピニオンギヤP21、複数の第2ピニオンギヤP22、及び第2サンギヤS2などで構成されるとともに、各回転要素の仕様(歯数、ピッチ円径及び大きさなど)は第1遊星歯車機構PG1とまったく同じである。
これらの第2遊星歯車機構PG2の回転要素のうち、第2リングギヤR2は、差動装置DのキャリアCDを介して、左出力軸SFLに連結されている。第2キャリアC2は、第1遊星歯車機構PG1の第1サンギヤS1に連結されるとともに、第1モータ11のロータ11bに連結されている。また、第2サンギヤS2は、第1キャリアC1に連結されるとともに、第2モータ12のロータ12bに連結されている。
第1モータ11は、例えばACモータで構成されており、複数の鉄芯やコイルなどから成る第1ステータ11aと、複数の磁石などから成る第1ロータ11bを有している。第1ステータ11aは、不動のケースCAに固定されている。第1ロータ11bは、第1ステータ11aに対向するように配置されるとともに、上述したように、第2キャリアC2に連結されており、第2キャリアC2及びこれに連結された第1サンギヤS1と一体に回転自在である。この第1モータ11では、第1ステータ11aに電力が供給されると、供給された電力は、動力に変換され、第1ロータ11bに出力される。また、第1ロータ11bに動力が入力されると、この動力は電力に変換され(発電)、第1ステータ11aに出力されるとともに、後述するバッテリ23に充電される(回生)。
また、第1ステータ11aは、第1パワードライブユニット(以下「第1PDU」という)21を介して、充電・放電可能なバッテリ23に電気的に接続されており、バッテリ23との間で電気エネルギの授受が可能である。第1PDU21は、インバータなどの電気回路で構成されている。図2に示すように、第1PDU21には、後述するECU(電子制御ユニット)2が電気的に接続されている。ECU2は、第1PDU21を制御することによって、第1ステータ11aに供給する電力と、第1ステータ11aで発電する電力を制御する。
第2モータ12は、第1モータ11と同様、例えばACモータで構成されており、第2ステータ12a及び第2ロータ12bを有している。これらの第2ステータ12a及び第2ロータ12bはそれぞれ、第1ステータ11a及び第1ロータ11bと同様に構成されている。前述したように、第2ロータ12bは、第2サンギヤS2に連結されており、第2サンギヤS2及びこれに連結された第1キャリアC1と一体に回転自在である。さらに、第2モータ12は、第1モータ11と同様、第2ステータ12aに供給された電力を動力に変換し、第2ロータ12bに出力するとともに、第2ロータ12bに入力された動力を電力に変換し、第2ステータ12aに出力する。
また、第2ステータ12aは、第2パワードライブユニット(以下「第2PDU」という)22を介してバッテリ23に電気的に接続されており、バッテリ23との間で電気エネルギの授受が可能である。第2PDU22は、第1PDU21と同様に構成されており、第2PDU22にはECU2が電気的に接続されている。ECU2は、第2PDU22を制御することによって、第2ステータ12aに供給する電力と、第2ステータ12aで発電する電力を制御する。
以上のように、この動力配分装置1では、第1キャリアC1、第2サンギヤS2及び第2ロータ12bは、互いに一体に連結されているので、これら三者C1、S2、12bの回転数は互いに等しい。また、第1サンギヤS1、第2キャリアC2及び第1ロータ11bは、互いに一体に連結されているので、これら三者S1、C2、11bの回転数は互いに等しい。また、第1リングギヤR1は右出力軸SFRに直結されているので、両者R1、SFRの回転数は互いに等しい。さらに、第2リングギヤR2は差動装置DのキャリアCDを介して左出力軸SFLに連結されているので、第2リングギヤR2の回転数及び左出力軸SFLの回転数は互いに等しい。
さらに、第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2がダブルピニオン式であることから、動力配分装置1における上述した各種の回転要素の間の回転数の関係は、例えば図3の共線図のように表される。具体的には、第1キャリアC1(第2サンギヤS2、第2ロータ12b)、第2リングギヤR2(左出力軸SFL)、第1リングギヤR1(右出力軸SFR)、及び第1サンギヤS1(第2キャリアC2、第1ロータ11b)は、共線図において、1つの直線上に位置する共線関係にあり、第2リングギヤR2及び第1リングギヤR1は、第1キャリアC1と第1サンギヤS1の間に位置する。
この共線図では、値0を示す横線から縦線上の白丸までの距離が、各回転要素の回転数に相当する。また、横軸のAは、第1及び第2リングギヤR1、R2の間の距離を基準とするレバー比を表す。第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2の構成及び回転要素間の連結関係などが左右対称であることから、このレバー比Aは、第1キャリアC1(第2サンギヤS2)と第2リングギヤR2の間と、第1リングギヤR1と第1サンギヤS1(第2キャリアC2)の間で互いに等しく、例えば次式(1)で表される。
A=((ZR/ZS)−1)/(2−(ZR/ZS))
=(ZR−ZS)/(2ZS−ZR) ・・・(1)
ここで、ZRは、互いに等しい第1及び第2リングギヤR1、R2の歯数(以下「リングギヤ歯数」という)であり、ZSは、互いに等しい第1及び第2サンギヤS1、S2の歯数(以下「サンギヤ歯数」という)であり、ZR/ZSは、リングギヤ歯数ZRとサンギヤ歯数ZSとの歯数比(以下、単に「歯数比」という)である。
また、式(1)を、歯数比ZR/ZSについて表すと、次式(2)が得られる。
ZR/ZS=(2A+1)/(A+1) ・・・(2)
式(1)から分かるように、レバー比Aは、歯数比ZR/ZSが値2.0未満で且つ値2.0に近いほど、より大きな値になる。また、歯数比ZR/ZS=2のときには、レバー比Aが無限大になり、すなわち、共線図において第1及び第2リングギヤR1、R2の位置が互いに一致する関係になる。
また、本実施形態では、レバー比Aは、前輪WFL、WFRのスリップ率RSが、最大グリップ力が得られる所定のスリップ率(以下「グリップ最大スリップ率」という)RSXになったときに、第1又は第2モータ11、12の回転数が0になるように設定され、具体的にはA=100/RSXとして算出される。例えばRSX=5%とすると、レバー比Aは100/5=20に設定される。このときの歯数比ZR/ZSは、式(2)により、ZR/ZS=(2×20+1)/(20+1)=1.952になる。また、最大グリップ力が得られるスリップ率は一般的に10%以下であるので、それに応じて、レバー比Aは10以上に設定され、歯数比ZR/ZSは、1.909以上で2.0以外の値に設定される。
なお、図3などに示す共線図及び式(1)などは、歯数比ZR/ZSが2.0未満の場合を示している。図示しないが、歯数比ZR/ZSが2よりも大きい場合には、共線図において、第1及び第2リングギヤR1、R2の位置が左右逆になり、第1リングギヤR1は左側に、第2リングギヤR2は右側にそれぞれ位置する。また、レバー比Aは、歯数比ZR/ZSが値2.0に近いほど、より大きな値になる。
また、図2に示すように、ECU2には、操舵角センサ31から車両のハンドル(図示せず)の操舵角θを表す検出信号が、車速センサ32から車両の速度(車速)VPを表す検出信号が、車輪速センサ33、34から左右の前輪WFL、WFRの速度(以下「前輪速度」という)VWL、VWRをそれぞれ表す検出信号が、アクセル開度センサ35から車両のアクセルペダル(図示せず)の操作量(以下「アクセル開度」という)APを表す検出信号が、それぞれ入力される。
ECU2は、I/Oインターフェース、CPU、RAM及びROMなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ECU2は、上述した各種のセンサ31〜35からの検出信号に応じ、ROMに記憶された制御プログラムに従い、第1及び第2PDU21、22を介して、第1及び第2モータ11、12を制御する。以下、車両の直進時及び旋回時における動力配分装置1の制御及び動作について説明する。
車両の直進時には、例えば、第1及び第2モータ11、12に対し、それらのトルクを値0に制御するゼロトルク制御を行う。このゼロトルク制御は、エンジン3の動力が差動装置Dなどを介して第1及び第2モータ11、12に伝達され、第1及び第2ロータ11b、12bの空転に伴って発電が行われることによる引きずり損失の発生を回避するためのものである。
車両の直進時には、エンジン3のトルクは、差動装置Dによって左右の出力軸SFL、SFRに1:1のトルク配分比で配分される。また、上記のゼロトルク制御により、図3に示すように、両モータ11、12のトルクが値0に制御されることで、動力配分装置1によるトルク配分は行われず、差動装置Dによって左右の出力軸SFL、SFRに配分された動力が、そのまま左右の前輪WFL、WFRに伝達され、その状態で車両の直進走行が行われる。
車両の右旋回時には、例えば、第1モータ11に対して発電制御を行うとともに、第2モータ12に対してゼロトルク制御を行う。第1モータ11で発電された電力はバッテリ23に充電される。この発電制御は例えば次のように行われる。まず、検出された操舵角θや車速VP、アクセル開度APなどに応じて、第1モータ11の発電電力の基本値を算出する。また、検出された前輪速度VWL、VWRに基づき、左右の前輪WFL、WFRのスリップ率をそれぞれ算出するとともに、その平均値をスリップ率RSとして算出する。次に、このスリップ率RSが所定のグリップ最大スリップ率RSXになるように補正値を算出し、この補正値で上記の基本値を補正することによって、第1モータ11の発電電力が算出される。
図4は、上記のように制御された動力配分装置1における各種の回転要素間の回転数の関係とトルクの釣り合い関係を示す。同図において、TG1は、第1モータ11による発電に伴って第1ロータ11bに発生する制動トルク(以下「モータ制動トルク」という)である。また、RLG1及びRRG1はそれぞれ、このモータ制動トルクTG1の発生に伴って左出力軸SFL及び右出力軸SFRに作用する反力トルクである。
この場合、右出力軸SFR回りのモーメント(トルク×腕の長さ)の釣り合いから、次式(3)が成立し、左出力軸SFL回りのモーメントの釣り合いから、次式(4)が成立する。
RLG1×1=RLG1=TG1×A ・・・(3)
RRG1×1=RRG1=TG1×(A+1) ・・・(4)
また、左出力軸SFLに伝達されるトルク(以下「左出力軸伝達トルク」という)は、RLG1(駆動トルク)で表され、右出力軸SFRに伝達されるトルク(以下「右出力軸伝達トルク」という)は、−RRG1(制動トルク)で表される。したがって、左出力軸SFLにはモータ制動トルクTG1のA倍の駆動トルクが、右出力軸SFRにはモータ制動トルクTG1の(A+1)倍の制動トルクが、増幅された状態で伝達される。これにより、左出力軸伝達トルクが増加するとともに右出力軸伝達トルクが減少することによって、両者間にトルク差が生じ、車両の右回りのヨーモーメントが増大した状態で、右旋回走行が行われる。
左右の出力軸SFL、SFRの間に上記のようなトルク差が生じると、右出力軸SFRの回転数が低下し、第1モータ11の回転数が低下する。また、前述したように、この発電制御では、左右の前輪WFL、WFRのスリップ率RSがグリップ最大スリップ率RSXになるように、モータ制動トルクTG1が制御されるとともに、レバー比Aは、スリップ率RSがグリップ最大スリップ率RSXになったときに、第1モータ11の回転数が0になるように設定されている。したがって、発電制御が進むにつれて、スリップ率RSがグリップ最大スリップ率RSXに制御され、前輪WFL、WFRのグリップ力が最大に発揮される状態で、第1モータ11の回転数が値0付近に収束する。
一方、車両の左旋回時には、上述した右旋回時の場合とは逆に、第2モータ12に対して発電制御を行うとともに、第1モータ11に対してゼロトルク制御を行う。第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2の構成及び回転要素間の連結関係などが左右対称であることから、この場合の動作は、上述した右旋回時の場合と左右まったく逆の関係になる。例えば、図5は、この場合の動力配分装置1における各種の回転要素間の回転数の関係とトルクの釣り合い関係を示している。TG2は、第2モータ12による発電に伴って第2ロータ12bに発生する制動トルクであり、RRG2及びRLG2はそれぞれ、この制動トルクTGの発生に伴って右出力軸SFR及び左出力軸SFLに作用する反力トルクである。
また、右出力軸伝達トルクはRRG2(駆動トルク)で表され、左出力軸伝達トルクは−RLG2(制動トルク)で表される。これにより、右出力軸伝達トルクが増加するとともに左出力軸伝達トルクが減少することによって、両者間にトルク差が生じ、車両の左回りのヨーモーメントが増大した状態で、左旋回走行が行われる。他の動作もまた、右旋回時の場合と左右逆で同じであるので、その詳細な説明については省略する。
以上のように、本実施形態の動力配分装置1によれば、第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2の2つのギヤ列が軸線方向に並ぶだけなので、3連ピニオンギヤに対応する3つのギヤ列が並ぶ従来の動力配分装置と比較して、軸線方向長さを短縮でき、装置の小型化を図ることができる。
また、第2モータ12と左出力軸SFLとの間、及び第1モータ11と右出力軸SFRの間のレバー比Aが大きな値(例えば10以上)に設定されるとともに、第1又は第2モータ11、12の制動トルクがA倍又は(A+1)倍、増幅された状態で、左出力軸SFL及び右出力軸SFRに、駆動トルク又は制動トルクとして伝達・配分される。これにより、第1及び第2モータ11、12の小さいトルクで大きなトルク配分を効率的に得ることができる。
また、車両の旋回時における発電制御により、左右の前輪WFL、WFRのスリップ率RSがグリップ最大スリップ率RSXに制御された状態で、第1又は第2モータ11、12の回転数が値0付近に収束する。これにより、前輪WFL、WFRのグリップ力が最大に発揮されるとともに、このときに要求されるモータの出力を最小限に抑制することができる。
さらに、前述した算出例に示したように、最大グリップ力が得られるスリップ率が一般的に10%以下であることから、それに対するレバー比Aは10以上に設定され、このときの歯数比ZR/ZSは1.909以上になる。このように、第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2のリングギヤとサンギヤとの歯数比ZR/ZSが2.0付近に設定されることによって、サンギヤや第1及び第2ピニオンギヤの歯数が過小になることがなく、したがって、第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2の設計及び製造を支障なく容易に行うことができる。
また、第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2の構成及び回転要素間の連結関係などが左右対称であることから、前述したように、右旋回時の場合と左旋回時の場合において、左右逆で同一の制御を行うことによって同一のトルク配分を得ることができ、動作の同一性を容易に確保することができる。また、第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2の構成及び各回転要素の仕様(歯数、ピッチ円径及び大きさなど)がまったく同じであるので、例えば同一規格の遊星歯車モジュールを用いることが可能であり、それにより、量産効果による製造コストの削減を図ることができる。
次に、図6を参照しながら、第1変形例による動力配分装置について説明する。この第1変形例は、前述した実施形態の動力配分装置1を、FR(フロントエンジン−リヤドライブ)式の車両VFRに適用したものである。この車両VFRでは、動力配分装置1は、差動装置Dとともに車両VFRの後部に配置されており、差動装置Dのリングギヤ(図示せず)は、プロペラシャフトPSを介して変速機4に連結されている。また、左右の出力軸SRL、SRR、差動装置D、動力配分装置1の第1及び第2遊星歯車機構ならびに第1及び第2モータの間の連結関係は、実施形態と比較して、前側の左右の出力軸SFL、SFRを後ろ側の左右の出力軸SRL、SRRに置き換えた点のみが異なっており、その他は同様である。
以上の構成により、エンジン3のトルクは、変速機4、プロペラシャフトPS及び差動装置Dを介して、左右の出力軸SRL、SRRに伝達され、さらに左右の後輪WRL、WRRに伝達される。また、第1及び第2モータの制動トルクなどは、左右の出力軸SRL、SRRに配分され、さらに左右の後輪WRL、WRRに伝達される。以上により、第1変形例においても、前述した実施形態による効果を同様に得ることができる。
次に、図7を参照しながら、第2変形例による動力配分装置について説明する。この第2変形例は、実施形態の動力配分装置1を、全輪駆動式の車両VAWに適用したものである。この車両VAWでは、前側の左右の出力軸SFL、SFRは、フロントデフDF、センターデフDC及び変速機4を介して、エンジン3に連結されている。動力配分装置1は、差動装置Dとともに車両VAWの後部に配置されており、差動装置Dのリングギヤ(図示せず)は、プロペラシャフトPS及びセンターデフDCを介して変速機4に連結されている。また、左右の出力軸SRL、SRR、差動装置D、動力配分装置1の第1及び第2遊星歯車機構、第1及び第2モータの間の連結関係は、上述した第1変形例と同様である。
以上の構成により、エンジン3のトルクは、変速機4を介してセンターデフDCに伝達され、フロントデフDF及びプロペラシャフトPSに配分される。フロントデフDFに配分されたトルクは、左右の出力軸SFL、SFRに伝達され、さらに左右の前輪WFL、WFRに伝達される。プロペラシャフトPSに配分されたトルクは、差動装置Dを介して左右の出力軸SRL、SRRに伝達され、さらに左右の後輪WRL、WRRに伝達される。また、第1及び第2モータの制動トルクなどは、第1及び第2遊星歯車機構を介して左右の出力軸SRL、SRRに配分され、さらに左右の後輪WRL、WRRに伝達される。以上により、この第2変形例においても、前述した実施形態による効果を同様に得ることができる。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態は、車両の旋回時において、第1及び第2モータ11、12のうち、旋回側のモータに対して発電制御を行い、反対側のモータに対してゼロトルク制御を行う例である。本発明は、これに限らず、旋回側のモータに対して発電制御を行うと同時に、反対側のモータに対して放電制御を行ってもよい。この場合においても、実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、実施形態では、主としてリングギヤとサンギヤの歯数比ZR/ZSが値2.0未満の場合について説明したが、前述したように、歯数比ZR/ZSが値2.0より大きい場合にも、値2.0に近いほど、より大きなレバー比Aが得られるので、実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、実施形態では、第1リングギヤR1を右出力軸SFRに、第2リングギヤR2を左出力軸SFLに、それぞれ連結しているが、これとは逆に、第1リングギヤR1を左出力軸SFLに、第2リングギヤR2を右出力軸SFRに、それぞれ連結してもよい。
また、実施形態では、第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2として、同一規格の遊星歯車モジュールを共通に用いると説明したが、歯数比ZR/ZSが、第1及び第2遊星歯車機構PG1、PG2の間で同じで、前述した条件を満たす限り、同一規格の遊星歯車モジュールを必ずしも用いる必要はない。さらに、実施形態は、本発明を車両に適用した例であるが、本発明は、これに限らず、例えば船舶や航空機などにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
1 動力配分装置
11 第1モータ(第1回転機)
12 第2モータ(第2回転機)
SFR 右出力軸(2つの回転軸の一方)
SFL 左出力軸(2つの回転軸の他方)
PG1 第1遊星歯車機構
S1 第1サンギヤ
P11 第1ピニオンギヤ(プラネタリギヤ)
P12 第2ピニオンギヤ(プラネタリギヤ)
C1 第1キャリア
R1 第1リングギヤ
PG2 第2遊星歯車機構
S2 第2サンギヤ
P21 第1ピニオンギヤ(プラネタリギヤ)
P22 第2ピニオンギヤ(プラネタリギヤ)
C2 第2キャリア
R2 第2リングギヤ
ZR/ZS 歯数比(第1リングギヤと第1サンギヤの歯数比、第2リングギヤと第2サ ンギヤの歯数比)
WFL 左前輪(車輪)
WFR 右前輪(車輪)
RS 前輪のスリップ率(車輪のスリップ率)
RSX グリップ最大スリップ率(所定スリップ率)

Claims (2)

  1. 互いに差回転が可能な2つの回転軸に動力を配分するための動力配分装置であって、
    第1サンギヤ、ダブルピニオンタイプのプラネタリギヤを支持する第1キャリア、及び第1リングギヤを有する第1遊星歯車機構と、
    当該第1遊星歯車機構と同軸状に並列され、第2サンギヤ、ダブルピニオンタイプのプラネタリギヤを支持する第2キャリア、及び第2リングギヤを有する第2遊星歯車機構と、
    第1回転機及び第2回転機と、を備え、
    前記第1サンギヤ及び前記第2キャリアは、互いに連結されるとともに、前記第1回転機に連結され、
    前記第1キャリア及び前記第2サンギヤは、互いに連結されるとともに、前記第2回転機に連結され、
    前記第1リングギヤは前記2つの回転軸の一方に連結され、前記第2リングギヤは前記2つの回転軸の他方に連結され
    前記第1リングギヤと前記第1サンギヤの歯数比、及び前記第2リングギヤと前記第2サンギヤの歯数比は、互いに同じ値に設定されており、
    前記2つの回転軸は、車両の左右の車輪に連結された左右の出力軸であり、
    前記第1及び第2回転機の一方は、前記車両の旋回時において、前記車輪のスリップ率が前記車輪のグリップが最大になる所定スリップ率になるように制御され、
    前記第1リングギヤと前記第1サンギヤの前記歯数比、及び前記第2リングギヤと前記第2サンギヤの前記歯数比は、前記車輪のスリップ率が前記所定スリップ率になったときに、前記第1及び第2回転機の前記一方の回転数が0になるように設定されていることを特徴とする動力配分装置。
  2. 前記第1サンギヤ及び前記第2サンギヤは互いに同じ歯数を有し、前記第1リングギヤ及び前記第2リングギヤは互いに同じ歯数を有することを特徴とする、請求項1に記載の動力配分装置。
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