(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸中央部分の断面が非円形のカムになっているピニオンギヤの回転軸の両側に自由に回転するピニオンギヤを取付け，サイドギヤを噛合わせてディファレンシャルケ−スの中に組み込み，ピニオンギヤの回転軸端部にこの回転軸を回転させるための操作レバ−を取付けてドライブギヤの回転軸芯にディファレンシャルケ−ス内のサイドギヤの回転軸芯を合わせて取付けた差動装置で，
自動車が直進する時には，軸方向に可動し回転しないコントロ−ルシャフトに取付けた摩擦板を，ピニオンギヤとディファレンシャルケ−ス内側との間に入れたバネの力でピニオンギヤ背面の摩擦板に押し付けてピニオンギヤの回転を固定し，
自動車が直進から旋回する時は，自動車の操舵装置の操舵角度と連動させた差動装置の操作レバ−がピニオンギヤの回転軸を回転し，コントロ−ルシャフトに取付けた摩擦板を押さえていたバネの力を押しのけて引き上げピニオンギヤの固定状態を開放し，
操舵装置の操舵角度とピニオンギヤの回転軸の回転角度を連動させることにより，ピニオンギヤの回転軸中央部の非円形カム部分が，操舵角度に応じてサイドギヤの歯面側に突き出した回転軸端面を押し，サイドギヤ背面に取付けた摩擦板をディファレンシャルケ−ス内側に取付けた摩擦板に押し付けることにより，サイドギヤに操舵角度に応じた回転負荷を掛け，自動車の駆動力を操舵角度に応じて左右の駆動輪軸に分配することを特徴とする差動装置。
【請求項２】
請求項１の差動装置で，サイドギヤと接続する左右の駆動輪軸にそれぞれ回転センサ−を取付け，自動車が旋回するときや，ピニオンギヤの回転軸の回転方向や回転負荷の掛け方を変化させ四輪操舵をするときに，操舵装置の操舵角度から算出される左右駆動輪軸の計算上の回転数比と実際の回転数比を比較し，その誤差をサイドギヤに掛ける回転負荷の大きさに反映させ，左右駆動輪軸の実際の回転数比が計算上の回転数比の許容誤差範囲内に入るようにサイドギヤに適当な回転負荷を与えることを特徴とする請求項１の差動装置を使用したシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，自動車の差動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の動力は通常，一つの動力源から変速装置，伝導装置などを経て差動装置で左右の駆動輪に分配される。差動装置は自動車が旋回するときに駆動車輪の旋回半径が異なることによる走行距離の差を調整するための装置で，基本的な形はギヤボックスの中に４つのカサ歯車を互いに向かい合わせて組み合わせ，ドライブギヤと称する大径のカサ歯車の回転軸部分に取付け，ドライブピニオンで回転させる。
【０００３】
この形式の差動装置は，左右の駆動輪の走行抵抗のバランスが崩れないと差動装置として機能せず，自動車が旋回するとき旋回内側の駆動輪にはブレ−キが掛かった状態になり，旋回外側の駆動輪は無理やり引きずられるような力が掛かり走行抵抗の差が大きく崩れ，差動装置が働き旋回時の走行抵抗が大きくなる旋回内側の駆動輪から走行抵抗が小さくなる旋回外側の駆動輪に駆動力が分配，移動される。
【０００４】
一般道路の走行時では左右の駆動輪の走行抵抗が微妙に違う場合が多く，直進時，旋回時に係らず走行中の左右の車輪の駆動力の一部は絶えず走行抵抗の大きい方の駆動輪から抵抗の小さい駆動輪に移動しており，自動車の駆動力を受け止める走行抵抗が小さい方の駆動輪に動力が流れてしまうことで常時動力をロスしていることになり，タイヤの摩耗や燃費に影響している。
【０００５】
また左右の駆動輪の走行抵抗差が大きくなる泥濘地やアイスバ−ンなどの走行では抵抗の小さい方の駆動輪に駆動力が流れる結果，更に左右の駆動輪の走行抵抗差は大きくなり，最悪の場合は片輪に全ての駆動力が流れてしまい片輪が空転し自動車が動けなくなることがある。また高速走行中に路面の凸凹や粉塵などにより瞬間的に一方の駆動輪がスリップ，空転すると，空転した駆動輪の回転数が瞬間的に増加し，再度接地したときには強い駆動力が掛かるので左右の駆動輪の駆動力のバランスが崩れ，走行が安定しない。これらの改善策として，色々なリミテッド・スリップデフが開発され実用化している。
【０００６】
左右の駆動輪の回転差をスラスト荷重に変え左右の回転軸を機械的に直結・ロックすることで空回転を押さえるクラッチ式，左右の駆動輪の回転差で攪拌されると発熱し膨張する性質の粘性体で左右の車軸を繋げ，片輪の空転を押さえるビスカスカップリング式，歯車の噛み合い抵抗を利用したヘリカルギヤを組み合わせた方法，遊星歯車と電磁クラッチを組み合わせた方法などが実用化され市販車に搭載されている。
【０００７】
差動量を必要以上に制限すれば車輪がロックしエンジンや伝導装置に過負荷がかかり安全運転上も機械構造上の問題になる。殆どのリミテッド・スリップデフは一定の差動量が発生後に働くという事後処理的な制御で，本来差動装置に必要な旋回時か直進時のスリップなのかを機械的に判断できる差動装置は現在のところ見当たらない。また現在市場に見られるリミテッド・スリップデフは複雑化し重く高価になる傾向にあり，低価格で構造が簡単・軽量で確実な機能の作動装置の普及が期待される。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３４８５９５
【非特許文献１】細川武志著  「クルマのメカ&仕組み図鑑」（株）グランプリ出版  ２００３年
【非特許文献２】伊藤  茂著  「メカニズムの辞典」        理工学社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明が解決しようとする課題は，差動装置に自動車の旋回，直進の二つの走行状態を機械的に自動的に判断させ，且つ旋回時に駆動輪の回転に無理の掛からない左右の駆動輪の理想的な回転数比に近づけることで，自動車の駆動力のロスを減らし，走行燃費，安定性，走破性の向上，タイヤの摩耗抑制効果の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
差動装置を操舵装置と連動させることにより，直線走行と旋回走行を自動的に判断させ，直線走行時は左右の駆動輪を直結しスリップロスをなくし，旋回時には操舵装置の操舵角度に応じた回転負荷を旋回内側のサイドギヤに与えて駆動力を旋回外側の駆動輪に適当に分配し，左右の駆動輪軸の回転数比を測り設計上の計算値との誤差を旋回内側のサイドギヤに与える回転負荷の大きさにフィ−ドバックすることで制御精度を上げ，理想的な旋回走行に近づけることを可能にしたことを最も主要な特徴とする差動装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の差動装置は，自動車の直進時は左右の駆動輪が機械的に直結されるため直線走行性能は改善され，高速走行時の走行安定性，泥濘地などの走行抵抗の差が大きくなる場所での走破能力の向上が期待できる。また本発明の差動装置は旋回時の駆動力を左右の駆動輪に分配する時期や分配の比率を調整することで，自動車の走行性能を変化させることが可能になり，旋回時の駆動力を走行抵抗に関係なく旋回半径に応じて分配することにより，旋回走行の安定，タイヤの摩耗，燃費の改善などの効果が期待される。
【００１２】
二輪駆動車や四輪駆動車の差動装置としての利用の他に，駆動力の配分を任意に制御することで逆位相操舵や同位相操舵などの四輪操舵と同じ効果を持たせることができ，並列駐車や旋回半径の改善，高速走行での走行レ−ン変更時の安定性が向上し，自動車の走行機能が向上することが期待できる。また本発明の差動装置は構造が簡単で重量的にも価格的にも現状のリミテッド・スリップデフと十分競争する力がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
操舵装置の操舵角度により直進中か旋回中かを自動的に判別させ，差動装置のピニオンギヤの回転と連動させることで直進時にはピニオンギヤの回転を固定し，旋回時には左右の駆動輪の走行距離差を回転数比に置き換え，実際の左右の駆動輪軸の回転数比と計算上の回転数比を比較し，誤差を差動装置のサイドギヤに掛ける回転負荷の大きさにフィ−ドバックさせることで旋回時の操舵角度に対応する適当な走行距離差に近づけることを可能にした。
【実施例１】
【００１４】
図−１のように，自動車(４輪車)はスリップせずに旋回するようアッカ−マン機構により全車輪が旋回中心 O を中心とした同心で異なる半径の円周上を通るようにつくられている。自動車が旋回する時の左右後輪の駆動輪それぞれの走行距離は，車輪の旋回半径と旋回角度の積である。旋回半径が異なる後輪の旋回外側車輪と旋回内側車輪の走行距離は  旋回外側車輪の走行距離  Ｌｏ(＝Ro×θ)，旋回内側車輪の走行距離  Li(＝Ri×θ)  であるから，走行距離の差は  Lo-Li＝(Ro×θ)−(Ri×θ)  であり，  旋回外側車輪の回転半径は旋回内側車輪の回転半径に左右車輪間のトレッド幅を加えたもの  Ro＝Ri＋TR  であるから，差動装置が調整すべき左右駆動輪の走行距離差は  TR×θ  (後輪トレッド幅×旋回角度)  となる。
【００１５】
ここで，左右のタイヤ径が同じとすると車輪の走行距離は  タイヤ径×回転数  であるから，旋回時の左右駆動輪の計算上の走行距離の比は左右駆動輪軸の回転数の比であり，走行距離の比は  Lo/Li＝(Ro×θ)/｛(Ro-TR)×θ｝＝１/｛１−（TR/Ro)｝となり，同じ旋回半径であれば旋回角度  θ  に関係なく左右駆動輪軸の回転数の比は一定になる。市販の自動車の寸法で旋回時に必要な左右の駆動輪の回転数比を計算してみると，駆動輪のトレッド幅  １．６  m  の自動車が旋回外側車輪の回転半径  ４．８  m で旋回した場合，旋回内側と旋回外側の駆動輪の回転数比は １．５０  となる。(表−１参照)
【００１６】
本発明の差動装置は，図−２の説明図に示すように，軸中央部分が非円形のカム形状(１６)になっているピニオンギヤの回転軸(１２)の両端に自由に回転するピニオンギヤ(１０)を取付け，両側からサイドギヤ(１１)を噛合わせる。各ピニオンギヤとサイドギヤの歯面裏側には摩擦板(９−１)，(１５−１)を取付ける。なほ自動車の駆動力が大きく，摩擦板でピニオンギヤの固定が困難な場合には摩擦板と噛合い継手を併用する。
【００１７】
コントロ−ルシャフト(４)はパイプの端末に摩擦板(９−２)を取付け，他方の端末のパイプ外側にはバネ(８)の伸縮による軸方向の変位を支え，ディファレンシャルケ−ス(３)の取付け穴に加工されたスプラインと噛合いコントロ−ルシャフトの回転止めも兼ねたスプライン加工し，パイプ内側にはピニオンギヤの回転軸の外径に加工された，コントロ−ルシャフトを軸方向に持ち上げるためのカム部分(６)に引っ掛かけるアゴ(７)の部分を取付ける。
【００１８】
摩擦板を向かい合わせピニオンギヤの回転軸の上からコントロ−ルシャフトを被せ，ディファレンシャルケ−スとコントロ−ルシャフト端末の摩擦板の間にバネを挟み，コントロ−ルシャフトをスプライン部分を噛合わせて回転止めしディファレンシャルケ−スの穴に取付ける。サイドギヤとサイドギヤの回転軸は一体とし，歯面裏側の回転軸に駆動輪軸(１３)を接続し，歯面表側にはピニオンギヤの回転軸中央のカム形状の円形断面部分と軸端面が接するまでサイドギヤの回転軸を延長して突き出す。
ディファレンシャルケ−スの外に出したピニオンギヤの回転軸の両端にコントロ−ルレバ−(５)を取付け，自動車の操舵装置の操舵角度と連動させた作動装置の操作レバ−(１４)に取付ける。
【００１９】
自動車の直進時は，ディファレンシャルケ−スのスプライン加工した取付け穴に噛合わせることで回転止めしたコントロ−ルシャフトの端末に取付けた摩擦板(９−２)をバネの力でピニオンギヤの歯面裏側の摩擦板に押し付けることでピニオンギヤの回転が固定され，左右の駆動輪軸は差動装置の中で強制的に直結され，左右の駆動輪の回転数は同じになる。このときのピニオンギヤの回転軸の回転位置は，回転軸中央部分の半円形と楕円形の半分を組合わせた非円形カムの半円形部分に左右のサイドギヤから突き出した回転軸端面が接した状態にする。
【００２０】
自動車が旋回する時は，操舵装置の操舵角度と連動させた操作レバ−がコントロ−ルレバ−を回転させ，ピニオンギヤの回転軸を回転させることによりピニオンギヤの回転軸に被せられたコントロ−ルシャフトの内径に取付けた突起部分(７)をピニオンギヤの回転軸の両側にあるカム部分(６)がバネの力を押しのけて持ち上げることにより，コントロ−ルシャフトの摩擦板をピニオンギヤの歯面裏側の摩擦板に押し付けていた力が取り除かれ，ピニオンギヤの固定が解除される。またピニオンギヤの回転軸が回転すると回転軸中央の非円形断面のカム形状が回転し，軸の回転角度に応じてサイドギヤの歯面側に突き出した回転軸を押すことによりサイドギヤに取付けた摩擦板をディファレンシャルケ−スに取付けた摩擦板(１５−２)に押し付け，操舵角度に応じた回転負荷を旋回内側のサイドギヤに掛け，旋回内側のサイドギヤの駆動力を旋回外側のサイドギヤに分配する。
【００２１】
ピニオンギヤの回転軸の両側にあるカム部分(６)の形状を変えることにより，ピニオンギヤの固定開始時期，固定開放時期，固定から開放までの時間，開放の程度や不感帯などを変えることが可能で，個々の自動車により走行性能を変えることができる。操舵角度とピニオンギヤの回転軸の回転を連動させることでピニオンギヤの回転を固定，開放し，操舵角度に応じた回転負荷を掛けることで左右の駆動輪軸に駆動力を自動的に分配するので，運転者の意思と関係なく直進時と旋回時を自動的に使い分け運転者の負担にならない。操舵角度(回転半径)に応じた左右の駆動輪軸の回転数比，回転負荷とピニオンギヤの回転軸の回転角度の関係は予め実験的に求めておく。
【００２２】
図−２のシステムの制御精度を上げて旋回時の駆動力配分をより正確にするには，左右の駆動輪軸に回転センサ−を取付け，実際に走行中の自動車の旋回内側と旋回外側の駆動輪軸の回転数比を測定し，計算上の左右の駆動輪軸の回転数比と比較，その誤差をコントロ−ルレバ−の回転角度にフィ−ドバックすることで，実際の左右の駆動輪軸の回転数比が自動車の計算上の左右の駆動輪軸の回転数比の許容誤差範囲内に入るように制御する。(図−３参照)
【００２３】
ピニオンギヤの回転軸のカム部分(６)は，軸がどちらに回転してもコントロ−ルシャフトを上下させピニオンギヤの固定，開放動作をするので，ピニオンギヤの回転軸を故意に逆回転させ旋回外側のサイドギヤに回転負荷を掛け逆位相と同じ効果を出したり，旋回時に旋回内側のサイドギヤに掛ける回転負荷を普通の旋回時よりも強く掛けることで四輪操舵の同位相と同じ効果を出すことも可能である。
【表１】
0003659422.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００２４】
従来の左右駆動輪の走行抵抗だけで作動していた差動装置と比べ自動車の旋回半径に応じ左右の駆動力の動力配分の比率や配分時期を任意に制御でき，個々の自動車に最適な旋回性能を提供できる。これにより旋回時の自動車の挙動を任意に変えられ，タイヤの摩耗抑制効果や高速走行時のレ−ン変更，縦列駐車，狭い場所での旋回動作などが円滑になる。
【００２５】
本発明の差動装置は自動車の直進(若しくは直進に近い)走行時には左右の駆動軸を機械的に直結してスリップ走行を抑え，旋回時は駆動輪軸に取付けた回転センサ−で左右の駆動輪軸の回転数を計算上の理想的な回転数比に近づけることを自動化することにより，運転者の負担にならないで旋回時にも直進時にも駆動力を無駄なく左右の駆動車輪に分配することができ，車輪の摩耗や走行安定性，燃費の向上，不整地の走行性能の向上など多方面に効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】旋回時の自動車車輪の走行軌跡の説明図
【図２】直進時に操舵装置と連動して左右駆動輪軸を直結，旋回時には駆動力配分する差動装置の説明図
【図３】直進時に操舵装置と連動して左右駆動軸を直結，旋回時には左右駆動軸を計算上の理想的な回転数比に近づけるシステム例の説明図
【符号の説明】
【００２７】
１    ドライブピニオン
２    ドライブギヤ
３    ディファレンシャルケ−ス
４    コントロ−ルシャフト
５    コントロ−ルレバ−
６    カム部分(コントロ−ルシャフト昇降用)
７    スプライン加工部分(回転止め)
８    バネ(ピニオンギヤ固定用)
９−１  摩擦板(ピニオンギヤ側)
９−２  摩擦板(コントロ−ルシャフト側)
１０  ピニオンギヤ
１１  サイドギヤ
１２  ピニオンギヤの回転軸
１３  駆動輪軸
１４  操作レバ−
１５−１  摩擦板(サイドギヤ側)
１５−２  摩擦板(移動摩擦板側)
１６  非円形(円形＋楕円形)カム
【要約】
【課題】
発明が解決しようとする課題は，現在の差動装置は左右の駆動輪の走行距離差が発生した場合，旋回中なのか直進走行中のスリップなのか判別できない点にあり，直進走行中のスリップロスを減らし，旋回中ならば左右の駆動輪に適切に駆動力を分配することで操縦性，燃費，安定性，走破性を向上させ，タイヤの摩耗を抑制する。
【解決手段】
操舵装置の操舵角度と差動装置を連動させることで，運転者の負担にならずに自動車の直進時と旋回時を自動的に判別させ，直進時には左右の駆動輪を直結し，旋回時には旋回内側のサイドギヤに操舵角度に応じた回転負荷を掛け，駆動輪軸の回転センサ-で左右の駆動輪軸の実際の回転数比を計算上の回転数比と比較，誤差を回転負荷の大きさにフィ−ドバックさせて理想的な回転数比に近づける。
【選択図】図３
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003659422.tif 000005