JP6926103B2

JP6926103B2 - リングギヤ切断と同期−ロック機構とを有する後輪駆動モジュール

Info

Publication number: JP6926103B2
Application number: JP2018545103A
Authority: JP
Inventors: トッドアールエコネン; デニスクック; ゲアリーモンケイバ; 峻大野
Original assignee: リナマーコーポレイション
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2036-11-14
Also published as: US20180326844A1; WO2017083821A1; EP3374668B1; JP2018534510A; CA3005258A1; EP3374668A1; US11142066B2

Description

本発明の開示は、後輪駆動系アセンブリ及び後輪駆動系アセンブリ内でリングギヤを同期させる及び切断するための機構に関する。

〔関連出願への相互参照〕
この出願は、２０１５年１１月１２日出願の米国仮特許出願第６２／２５４，２７９号に対する優先権を主張するものである。

車両は、二輪及び四輪駆動モード間で車両作動の切り換えを可能にする切断可能な動力伝達ユニット（ＰＴＵ）及び後輪駆動系モジュール（ＲＤＭ）を含むことができる。二輪駆動モード中に、ＲＤＭ及びＰＴＵは、エネルギ損失を最小にしてより良い燃費を与えるために切断される場合がある。ＲＤＭを再接続する前に駆動系を切断して同期させるためのカプリング機構を後輪駆動系車軸上に設けることができる。

潤滑流体中に浸漬又は部分浸漬される場合があるハイポイドギヤセットのリングギヤのようなＲＤＭ内の構成要素が回転した時に攪拌損失及び寄生損失のようなエネルギ損失が発生する場合がある。ギヤセットは、トルクを後輪のシャフトに伝達する時に連続回転する場合がある。ギヤセットはまた、ＰＴＵが切断された時に回転し続ける場合があり、車輪は動いているが、ギヤセットはトルクを伝達していない。

本出願の一実施形態により、全輪駆動自動車のための後輪駆動モジュールを提供する。後輪駆動モジュールは、外側差動ハウジングと内側差動ハウジングとを有する差動アセンブリであって、内側差動ハウジングが差動アセンブリの出力シャフトと共に回転するように固定された上記差動アセンブリと、外側差動ハウジングに装着されてそれと共に回転するように固定されたリングギヤを有するリングギヤアセンブリと、内側差動ハウジング及び外側差動ハウジングを同期してロックし、かつ内側差動ハウジング及び外側差動ハウジングを切断して外側差動ハウジング及びリングギヤの回転を防止するように作動可能な切断及び同期−ロック機構（disconnect and synch-lock mechanism）とを含む。

一部の実施形態では、切断及び同期−ロック機構は、同期装置クラッチ及びクラッチアクチュエータを含む。

同期装置クラッチは、外側差動ハウジングと共に回転するように固定されたドラムと、ドラムに接続された第１の組の板と、内側差動ハウジングに接続された第２の組の板とを有する多板クラッチを含むことができる。

一部の実施形態では、クラッチアクチュエータは、同期装置クラッチを起動するために差動アセンブリに向う第１の方向に軸線方向力を発生させるように作動可能である。

一部の実施形態では、クラッチアクチュエータは、ボールランプ機構（ball ramp mechanism）である。ボールランプ機構は、第１の溝を定める第１のカムプレートと、第１の溝に面する第２の溝を定める第２のカムプレートと、第１及び第２の溝内で第１のカムプレートと第２のカムプレートの間に配置された少なくとも１つのアクチュエータボールとを含むことができる。第１及び第２のカムプレートの相対回転は、隣接する印加プレートの軸線方向移動のための第１の方向の第２のカムプレートの軸線方向平行移動を引き起こして同期装置クラッチを起動することができる。一部の実施形態では、印加プレートは、第２のカムプレートを第１のカムプレートに向けて付勢するように構成されたバネを更に含む。

一部の実施形態では、印加プレートは、バネ及びボールを更に含み、第２のカムプレートの第１の面は、印加プレートのボールに係合するための１又は２以上の戻り止め（detent）を定める。

後輪駆動モジュールの一部の実施形態では、内側差動ハウジング及び外側差動ハウジングを同期かつロックするために、第１及び第２の溝とボールランプ機構の少なくとも１つのアクチュエータボールとは、最初に第１の方向の第２のカムプレートの軸線方向移動を引き起こして同期装置クラッチを起動し、次に第１の方向と反対の第２の方向の第２のカムプレートの軸線方向移動を可能にして第２のカムプレート及びドラムを接続するように構成される。

一部の実施形態では、第２のカムプレートの外側部分は、内側差動ハウジング及び外側差動ハウジングがロックされた時に同期装置クラッチのドラムに係合するようにスプライン式接続（splined connection）を用いて構成される。

一部の実施形態では、内側差動ハウジング及び外側差動ハウジングを切断するために、第１及び第２の溝と少なくとも１つのアクチュエータボールとは、第１の方向の第２のカムプレートの軸線方向移動を引き起こして第２のカムプレート及びドラムを係合解除（解放）するように構成される。

一部の実施形態では、クラッチアクチュエータは、正面カム機構（face cam mechanism）を含む。内側差動ハウジング及び外側差動ハウジングを同期かつロックするために、正面カム機構は、最初に第１の方向の第２のカムプレートの軸線方向移動を引き起こして同期装置クラッチを起動し、次に第１の方向と反対の第２の方向の第２のカムプレートの軸線方向移動を可能にして第２のカムプレート及びドラムを接続するように構成される。

上述の実施形態のいずれにおいても、リングギヤと切断及び同期−ロック機構とは、差動アセンブリの両側面（対向する側面）上に装着することができる。上述の実施形態のいずれにおいても、リングギヤアセンブリは、片持ち式リングギヤアセンブリ（cantilevered ring gear assembly）である。上述の実施形態のいずれにおいても、クラッチアクチュエータは、電磁的に起動される。

ここで本出願の例示的実施形態を示す添付図面を一例として以下に参照する。

類似の構成要素を示すために類似の参照番号が異なる図に使用されている場合がある。

本発明の開示の実施形態による後輪駆動系アセンブリを有する車両駆動系を示す図である。本発明の開示の実施形態による後輪駆動系アセンブリ及び後輪駆動モジュールを示す図である。切断及び同期−ロック機構が第１の位置にある図２の後輪駆動モジュールの一部分の拡大部分図である。切断及び同期−ロック機構が第２の位置にある図２の後輪駆動モジュールの一部分の拡大部分図である。

本発明の開示は、後輪駆動系アセンブリに関し、具体的には、差動アセンブリの回転構成要素を有するハイポイドギヤセットのリングギヤを選択的と同期してロックし、かつ切断する機構を有する後輪駆動系モジュールに関する。

トルクを車両の車輪の第１の組１２及び車輪の第２の組１４に伝達する例示的車両駆動系アセンブリ１０が図１に示されている。駆動系アセンブリ１０は、前輪駆動系１６及び後輪駆動系１８を含む。前輪駆動系１６は、他の構成要素の中でもエンジン２０、トランスミッション２２、及び動力伝達ユニット２４（ＰＴＵ）を含む。ＰＴＵ２４は、後輪１４を駆動するためにプロペラシャフト２８を通してトルクを後輪駆動モジュール３０（ＲＤＭ）に伝達する出力２６を含む。全輪駆動（ＡＷＤ）カプリングアセンブリ３２が、前輪及び後輪駆動系１４、１６間のカプリング及びトルク分布を制御するためにＲＤＭ３０と前輪駆動系１６の間に設けられる。ＡＷＤカプリングアセンブリ３２は、標準的ハング−オンカプリングとすることができる。一実施形態では、ＡＷＤカプリングアセンブリ３２は、インテリジェントトルク制御カプリング（ＩＴＣＣ）を含む。コントローラ（図示せず）は、前輪駆動系１６及び後輪駆動系１８内の構成要素と通信し、同じく車両全体を通して位置付けられた１又は２以上のセンサと通信することができる。

ＲＤＭ３０及びＡＷＤカプリングアセンブリ３２の断面図が図２に示されている。ＲＤＭ３０は、ＲＤＭ３０の様々な構成要素を受け入れかつ閉じ込めて車両へのＲＤＭ３０の装着を容易にすることができるケース４０を含む。ＲＤＭ３０は、右出力シャフト４２を通してトルクを車両の右後輪１４に、かつ左出力シャフト４４を通して車両の左後輪１４に伝達する。ピニオンシャフト４６は、ＡＷＤカプリングアセンブリ３２を通して受け入れられ、ピニオンギヤ４８で終端する。ピニオンギヤ４８は、ピニオンギヤ４８と噛み合い係合する片持ち装着式リングギヤ５０を含むハイポイドギヤセットの一部である。

リングギヤ５０は、差動アセンブリ５４のハウジング５２に装着されてハウジング５２と共に回転するように固定される。差動アセンブリ５４は、標準的なアセンブリとすることができ、かつ様々なギヤ配置を含むことができる。差動アセンブリ５４は、図２に示されており、第１及び第２のピニオンギヤ５６、５８は、差動ピン６０と共に回転するように固定される。右及び左サイドギヤ６２、６４は、第１及び第２のピニオンギヤ５６、５８と噛み合い係合している。右及び左サイドギヤ６２、６４は、トルクを左右の後輪１４に伝達するためにそれぞれの右及び左出力シャフト４２、４４と共に回転するように固定される。差動アセンブリ５４のハウジング５２は、複数の軸受６６上のＲＤＭ３０内に支持される。

図３及び図４の拡大図にも見ることができる一実施形態では、ハウジング５２は、外側差動ハウジング７０及び内側差動ハウジング７２を含む。リングギヤ５０は、外側差動ハウジング７０に装着され、かつそれと共に回転するように固定される。差動ピン６０が、内側差動ハウジング７２に装着される。内側差動ハウジング７２は、右出力シャフト４２と共に回転するように固定される。外側差動ハウジング７０と内側差動ハウジング７２の間にニードル軸受７４のような１又は２以上の軸受を位置決めすることができる。切断及び同期−ロック機構７６は、外側及び内側差動ハウジング７０、７２を選択的に切断し、かつ同期かつロックするように起動される。切断及び同期−ロック機構７６は、リングギヤ５０の装着と横方向に反対の側面上に差動アセンブリ５４の出力シャフトと同心に装着される。

外側及び内側差動ハウジング７０、７２が互いに同期してロックされた時に、ピニオンシャフト４６、ピニオンギヤ４８、及びリングギヤ５０を通して受け入れられたトルクは、差動アセンブリ５４及び右及び左出力シャフト４２、４４を通して後輪１４に伝達される。後輪１４を駆動するためのトルクが前輪駆動系１６から供給されていない時のような外側及び内側差動ハウジング７０、７２が切断された時に、これは、外側差動ハウジング７０及びリングギヤ５０の回転、及びそれに関連付けられた攪拌及び寄生軸受損失を防止する。

一実施形態では、切断及び同期−ロック機構７６は、外側及び内側差動ハウジング７０、７２を同期かつロックするか又は切断するように作動可能である同期クラッチ又はｓｙｎｃｈクラッチ８０を含む。クラッチアクチュエータ８２は、同期クラッチ８０を起動するために軸線方向力を差動アセンブリ５４に向けて内向きに印加するように作動可能である。同期クラッチ８０は、多板湿式クラッチとすることができ、ＲＤＭ３０の同期クラッチ８０及び他の構成要素に潤滑化するのに同じ流体を使用することができる。これに代えて、同期クラッチ８０は、密封されて個別の潤滑油が供給される場合がある。

一実施形態では、クラッチアクチュエータ８２は、図２、図３、及び図４に示すように電磁起動式パイロットクラッチ８４及びボールランプ機構８６を含む。ボールランプ機構８６は、以下に説明するように、内側差動ハウジング７２と共に回転するように固定される。パイロットクラッチ８４は、パイロットクラッチ板９０に隣接するコイルアセンブリ８８及び電機子９２から構成される。パイロットクラッチ板９０は、スプライン及び接地式接続を通じてなどでＲＤＭ３０のケース４０に接続される。パイロットクラッチ８４の内側部材（図示せず）は、ボールランプ機構８６の第１のカムプレート９６に接続される。

第２のカムプレート９８は、第１のカムプレート９６から離間してそれに面している。１又は２以上の溝が、第１及び第２のカムプレート９６、９８の各々の内面に定められる。対応する溝の各対によって定められた空洞内にアクチュエータボール１００が位置決めされる。溝の第１の対及びアクチュエータボール１００は、一実施形態では、図３及び図４に示すように、右出力シャフト４２の上方で第１及び第２のカムプレート９６、９８に位置決めされる。溝の第２の対及びアクチュエータボール１００は、右出力シャフト４２の下で第１及び第２のカムプレート９６、９８に位置決めされる。溝の各々は、ボールランプ機構８６及びクラッチアクチュエータ８２の作動を構成するように周方向に傾斜を付ける、先細にする、又は成形することができる。クラッチアクチュエータ８２は、他の実施形態では、電磁起動式パイロットクラッチ８４及び正面カム機構（図示せず）を含む。正面カム機構は、第１及び第２のカムプレートを含み、傾斜した又は成形された面は、同期クラッチ８０に向けた第２のカムプレートの軸線方向移動を制御するように構成される。

第１及び第２のカムプレート９６、９８の相対回転又は移動は、同期クラッチ８０に向けて右出力シャフトの長手軸の方向に沿った第２のカムプレート９８の軸線方向移動を引き起こす。具体的には、以下で更に説明するように、第２のカムプレート９８の軸線方向移動は、同期クラッチ８０を起動するために印加プレート１０２に軸線方向力を印加する。同期クラッチ８０は、外側差動ハウジング７０と共に回転するように固定されたドラム１１０を含む。第１の組の板１１２が、ドラム１１０に接続され、第２の組の板１１４が、内側差動ハウジング７２に接続される。端板１１６が、内側差動ハウジング７２に接続される。端板１１６は、印加プレート１０２に隣接している。

印加プレート１０２は、内側差動ハウジング７２に接続されてそれと共に回転するように固定される。印加プレート１０２は、バネ１２０及びボール１２２を受け入れるための空洞を定める。空洞は、右出力シャフト４２の長手軸に対して横断方向に外向きに面している。第２のカムプレート９８の第１の部分１２４も、一実施形態では、右出力シャフト４２の長手軸に対して横断方向に外向きに延びる。第２のカムプレート９８の第２の部分１２６は、第２のカムプレート９８の第２の部分１２６が印加プレート１０２に向けてかつそれにわたって延びてボール１２２に係合するように、第１の部分１２４から角度を成して延びている。具体的には、カムプレート９８の第２の部分１２６の底面又は内面は、ボール１２２に係合し、かつボール１２２を受け入れるための少なくとも１つの戻り止め１３０を定めている。

図３は、ボールランプ機構８６が閉鎖されて同期かつロックされた状態にある切断及び同期−ロック機構７６と外側及び内側差動ハウジング７０、７２とを示している。バネ１３２は、ボールランプ機構８６を閉鎖位置に付勢するために印加プレート１０２と第２のカムプレート９８の間で内側差動ハウジング７２の外端に配置される。図４は、ボールランプ機構８６が開いた切断状態にある切断及び同期−ロック機構７６と外側及び内側差動ハウジング７０、７２とを示している。

作動中に、外側及び内側差動ハウジング７０、７２は、ドラム１１０と第２のカムプレート９８の第２の部分１２６との間のスプライン式接続を通じて１つの状態で互いに接続される。第２のカムプレート９８も、外側及び内側差動ハウジング７０、７２が一緒に回転するようにロックかつ同期されるような内側差動ハウジング７２とのスプライン式接続を有する。外側及び内側差動ハウジング７０、７２を切断するために、コイルアセンブリ８８が活性化され、これは、電機子９２をパイロットクラッチ８４に引き入れ、第１のカムプレート９６の回転を第２のカムプレート９８の回転に対して僅かに減速させる。その結果、アクチュエータボール１００は、第１及び第２のカムプレート９６、９８に構成された溝の第１の部分内で移動し、差動アセンブリ５４に向けた第２のカムプレート９８の軸線方向移動をもたらす。第２のカムプレート９８が移動すると、第２の部分１２６は、ボール１２２がカムプレート９８の第２の部分９６内で第１の戻り止め１３０ａと位置合わせされるまでボール１２２及びバネ１２０に対して押圧する。図４に示すように、この位置では、同期クラッチ８０と、カムプレート９８の第２の部分１２６とドラム１１０間のスプラインとは係合解除され、この状態は、コイルアセンブリ８８が不活性化された状態で留まる。外側及び内側差動ハウジング７０、７２は、車輪１４の移動と右出力シャフト４２の回転とに関連付けられた内側差動ハウジング７２の回転が外側差動ハウジング７０及びリングギヤ５０に変換されないように切断される。

コイルアセンブリ８８は、外側及び内側差動ハウジング７０、７２を同期かつロックするために再び活性化され、第１のカムプレート９６の回転を第２のカムプレート９８の回転に対して僅かに減速させる。その結果、アクチュエータボール１００は、第１及び第２のカムプレート９６、９８に構成された溝の第２の部分内で移動する。第１及び第２のカムプレート９６、９８内の溝は、第１のアクチュエータボール１００の位置が差動アセンブリ５４に向けた第２のカムプレート９８の僅かな軸線方向移動を最初に引き起こすように構成される。同期クラッチ８０を起動するために、小さい力が第２のカムプレート９８によってボール１２２及びバネ１２０を通じて印加プレート１０２上に印加される。同期クラッチ８０が噛み合って内側及び外側差動ハウジング７２、７０の回転の差がゼロに近づくと、アクチュエータボール１００は、第１及び第２のカムプレート９６、９８に構成された溝の第３の部分内で更に遠くに移動する。この第３の部分は、鋭い移行部を用いて構成され、これは、バネ１３２が、差動アセンブリ５４から離れて第１のカムプレート９６に向う第２のカムプレート９８の軸線方向移動を強制するので、第１及び第２のカムプレート９６、９８間の空間を急速に減少させる。この位置では、外側及び内側差動ハウジング７０、７２は、図３に示すようにドラム１１０と第２のカムプレート９８の第２の部分１２６との間のスプライン式接続を通じて再び互いに接続される。この移行中に説明される第２のカムプレート９８の軸線方向移動はまた、第２のカムプレート９８の第２の部分１２６とボール１２２及びバネ１２０との間の位置の変化を引き起こす。ボール１２２は、第２の部分１２６に定められた第２の戻り止め１３０ｂ内で静止する。これらの位置は、コイルアセンブリ８８が不活性化された状態で維持される。

切断及び同期−ロック機構７６を外側及び内側差動ハウジング７０、７２間に追加することにより、リングギヤ５０の回転は、車両の望ましい作動モードで停止させることができる。これは、標準ＡＷＤカプリングアセンブリ３２を用いてかつＲＤＭ３０のケース４０の右側及び差動アセンブリ５４の内部構成要素の一部に対する変更のみによって達成することができる。

コイルアセンブリ８８を通した電磁起動によって切断及び同期−ロック機構７６及びクラッチアクチュエータ８２を上述した。コイルアセンブリ８８は、車両内の１又は２以上のセンサ１４０から受信したデータに応答して車両のコントローラによって起動することができる。この実施形態では、高電力モータ又は高電力コントローラは不要であり、従って、切断及び同期−ロック機構７６を作動させるのに要求される電力を低減し、かつ外側及び内側差動ハウジング７０、７２の同期のためのより良い応答を与える。

他の実施形態では、同期クラッチ８０に力を印加する他の機構を使用することができることは認められるであろう。そのような他の機構は、以下に限定されるものではないが、電気機械式起動機構又は油圧ピストンのような電気油圧式起動機構を含むことができる。

同期クラッチ８０の異なる構成（図示せず）を有する他の実施形態では、印加プレート１０２はまた、外側又は内側差動ハウジング７０、７２のいずれかの末端部分に係合する噛み合いクラッチを含むことができる。

説明した実施形態のある一定の適応化及び修正を行うことができる。従って、上記で議論した実施形態は、例示的であり、制限ではないと見なされる。本明細書に説明した駆動系構成要素の他の組合せ及び構成は、ＲＤＭ３０及び切断及び同期−ロック機構７６を本発明の開示の範囲内に含むことができる。

３０後輪駆動系モジュール（ＲＤＭ）
３２全輪駆動（ＡＷＤ）カプリングアセンブリ
４２右出力シャフト
４０ケース
４６ピニオンシャフト

Claims

全輪駆動自動車のための後輪駆動モジュールであって、
外側差動ハウジングと内側差動ハウジングとを有する差動アセンブリであって、前記内側差動ハウジングが前記差動アセンブリの出力シャフトと共に回転するように固定された前記差動アセンブリと、
前記外側差動ハウジングに装着されてそれと共に回転するように固定されたリングギヤを有するリングギヤアセンブリと、
前記内側差動ハウジング及び前記外側差動ハウジングを同期してロックするように作動可能であり、且つ、前記内側差動ハウジング及び前記外側差動ハウジングを切断して前記外側差動ハウジング及び前記リングギヤの回転を防止するように作動可能な切断及び同期−ロック機構と、
を含み、
前記切断及び同期−ロック機構は、同期装置クラッチと、クラッチアクチュエータと、空洞を有する印加プレートと、前記印加プレートの前記空洞内に受け入れられるバネ及びボールと、を含み、
前記同期装置クラッチは、前記外側差動ハウジングと共に回転するように固定されたドラムと、前記ドラムに接続された第１の板セットと、前記内側差動ハウジングに接続された第２の板セットと、を有する多板クラッチを含み、
前記クラッチアクチュエータは、前記同期装置クラッチを起動するために、前記差動アセンブリに向けて第１の方向に軸線方向力を発生させるように作動可能であり、前記クラッチアクチュエータは、ボールランプ機構を含み、
前記ボールランプ機構は、第１の溝を形成する第１のカムプレートと、前記第１の溝に面する第２の溝を形成し、且つ、前記印加プレートの前記空洞内に受け入れられる前記ボールに係合するための１又は２以上の戻り止めを形成する第１の面を有する第２のカムプレートと、前記第１及び第２の溝内で前記第１のカムプレートと前記第２のカムプレートの間に配置された少なくとも１つのアクチュエータボールと、を含み、
前記第１及び第２のカムプレートの相対回転が、隣接する前記印加プレートの軸線方向移動のために前記第２のカムプレートの前記第１の方向における軸線方向平行移動を引き起こして、前記同期装置クラッチを起動する、
ことを特徴とする後輪駆動モジュール。
前記切断及び同期−ロック機構は、前記第２のカムプレートを前記第１のカムプレートに向けて付勢するように構成されたバネを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の後輪駆動モジュール。
前記内側差動ハウジング及び前記外側差動ハウジングを同期してロックするために、前記第１及び第２の溝及び前記少なくとも１つのアクチュエータボールは、まず、前記同期装置クラッチを起動するために前記第２のカムプレートの前記第１の方向における軸線方向移動を引き起こし、そして、前記第２のカムプレート及び前記ドラムを接続するために、前記第２のカムプレートの前記第１の方向と反対の第２の方向における軸線方向移動を可能にするように構成されることを特徴とする請求項１に記載の後輪駆動モジュール。
前記第２のカムプレートの外側部分が、前記内側差動ハウジング及び前記外側差動ハウジングがロックされた時に前記同期装置クラッチの前記ドラムに係合するようにスプライン式接続を用いて構成されることを特徴とする請求項３に記載の後輪駆動モジュール。
前記内側差動ハウジング及び前記外側差動ハウジングを切断するために、前記第１及び第２の溝及び前記少なくとも１つのアクチュエータボールは、前記第１の方向の前記第２のカムプレートの軸線方向移動を引き起こして、前記第２のカムプレート及び前記ドラムを係合解除するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の後輪駆動モジュール。
前記クラッチアクチュエータは、正面カム機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の後輪駆動モジュール。
前記リングギヤと前記切断及び同期−ロック機構とは、前記差動アセンブリの両側面上に装着されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の後輪駆動モジュール。
前記リングギヤアセンブリは、片持ち式リングギヤアセンブリを含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の後輪駆動モジュール。
前記クラッチアクチュエータは、電磁的に起動されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の後輪駆動モジュール。