(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力を遊星歯車式センタデフのキャリアに導きこのキャリア上のピニオンギヤに噛み合うリングギヤを前輪側車軸へ、サンギヤを変速機、リヤドライブ軸を介して後輪側車軸に導くよう構成した車両用４輪駆動装置において、上記エンジンとクラッチを介して伝動構成されたキャリア、上記変速機の入力側に伝動構成されたサンギヤ、上記リヤドライブ軸に伝動構成されたリングギヤとからなる遊星歯車式差動制限装置を有し、上記遊星歯車式作動制限装置のギヤ比を上記遊星歯車式センタデフのギヤ比と僅かに異ならせたことを特徴とする車両用４輪駆動装置。
【請求項２】
上記エンジンは、前後両方に出力軸を有し、前方の出力軸側に前記遊星歯車式センタデフを、後方の出力軸側に前記遊星歯車式差動制限装置を配置したことを特徴とする請求項１記載の車両用４輪駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両用４輪駆動装置に関し、特に前後輪へのトルク配分を可変にすると共に、変速機の使用ギヤに応じて差動制限時の前後輪回転数差を可変として前後輪スリップ率を可変制御する車両用４輪駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両の走行安定性を向上するために、エンジンの動力を前後輪に伝達する４輪駆動装置が開発され実用化されている。また、前後輪への駆動力を配分するために、後輪偏重の不等トルク配分式のセンタ−デフを有するものが例えば特開平２−２９０７３７号公報などで広く公知となっている。
【０００３】
このように従来から公知の前後輪トルク可変型の４輪駆動装置を図５を参照して説明すると、車体前方に設置されたエンジン１からクラッチ２を介して遊星歯車式センタ−デフ３に入力した駆動力はフロントドライブ軸からフロントデフ４、左右の車軸５、を介して前輪６FR、６FLに伝動されるとともに、ドリブンギヤ７、延長軸８、変速機９、リヤドライブ軸１０、リヤデフ１１、左右の車軸１２を介して後輪６RR、６RLに伝動構成されている。また遊星歯車式センタ−デフ３による前輪側トルクＴF と後輪側トルクＴR の配分比はサンギヤ３５の歯数ＺS 、リングギヤ３４の歯数ＺR により次式に示すように自由に設定できる。
ＴF ：ＴR ＝ＺS ：（ＺR −ＺS ）
ここで、例えばＺS ＝３７、ＺR ＝８２にすると、
ＴF ：ＴR ＝３７：（８２−３７）
になる。従って前後輪トルク配分は
ＴF ：ＴR ≒４５：５５
になり、充分に後輪偏重の基準トルク配分に設定し得るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記先行技術のものにあっては、前後輪のトルク配分が常に一定であることから運転状況に応じたトルク配分が行えず、ドライバの感性に合った走行ができない。
【０００５】
さらに、フロントエンジンの車では車体前方が重いため、バランスの良い運動特性が得られない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明による請求項１記載の車両用４輪駆動装置では、エンジンの出力を遊星歯車式センタデフのキャリアに導きこのキャリア上のピニオンギヤに噛み合うリングギヤを前輪側車軸へ、サンギヤを変速機、リヤドライブ軸を介して後輪側車軸に導くよう構成したものにおいて、上記エンジンとクラッチを介して伝動構成されたキャリア、上記変速機の入力側に伝動構成されたサンギヤ、上記リヤドライブ軸に伝動構成されたリングギヤとからなる遊星歯車式差動制限装置を有し、上記遊星歯車式作動制限装置のギヤ比を上記遊星歯車式センタデフのギヤ比と僅かに異ならせたことを特徴としている。
【０００７】
さらに本発明による請求項２記載の車両用４輪駆動装置では、請求項１記載の特徴に加えて、上記エンジンが前後両方に出力軸を有し、前方の出力軸側に前記遊星歯車式センタデフを、後方の出力軸側に前記遊星歯車式差動制限装置を配置したことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して車両用４輪駆動装置に関わる本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、エンジン１からクラッチ２を介して遊星歯車式センタ−デフ３に入力した駆動力はフロントドライブ軸からフロントデフ４、左右の車軸５、を介して前輪６FR、６FLに伝動されるとともに、ドリブンギヤ７、延長軸８、変速機９、リヤドライブ軸１０、リヤデフ１１、左右の車軸１２を介して後輪６RR、６RLに伝動構成されている。
【０００９】
遊星歯車式センタ−デフ３は図２に詳述するように、クラッチ２に結合された出力軸３１がキャリア３２に固定され、このキャリア３２に複数個回転可能に軸支されたピニオンギヤ３３が前輪に伝動構成されたリングリヤ３４と、後輪に伝動構成されたサンギヤ３５に噛み合っている。
【００１０】
リングギヤ３４に結合されたフロントドライブ軸３６は先端で従来から公知のフロントデフ４のケ−シングに伝動構成されている。また、サンギヤ３５は軸３８を介してエンジン１側に設けられたドライブギヤ３７がドリブンギヤ７に噛み合い、延長軸８等を経て後輪側に伝動構成されている。
【００１１】
遊星歯車式センタ−デフ３による前後輪へのトルク配分は、従来と同様に、サンギヤ３５とリングギヤ３４の歯数をＺS ＝３７、ＺR ＝８２にすることにより、
ＴF ：ＴR ＝３７：（８２−３７）
としてＴF ：ＴR ≒４５：５５の後輪偏重の基準トルク配分に設定している。
【００１２】
一方、変速機９は手動変速機であり、入力軸である延長軸８上に固定された互いに径の異なる１速から５速までの５つの駆動側歯車９１、９２、９３、９４、９５と、リヤドライブ軸１０上に回転可能な状態で設けられ５つの駆動側歯車９１〜９５にそれぞれ噛み合った従動歯車１０１、１０２、１０３、１０４、１０５と、ドライバの操作によりリヤドライブ軸１０と従動歯車１０１〜１０５のうちの一つを固定する固定手段とから構成される。
【００１３】
リヤドライブ軸１０はその後端で、従来から公知のリヤデフ１１のケ−シングに伝動構成されており、リヤデフ１２の左右から車軸１２を介して後輪６RR、６RLに伝動構成されている。
【００１４】
本発明では特に、エンジン１の出力軸を後輪側にも設け、油圧クラッチ１３、遊星歯車式差動制限装置１４を介してリヤドライブ軸１０と伝動構成したものである。この遊星歯車式差動制限装置１４は図３に詳述するように、油圧クラッチ１３に結合された駆動軸１４１がキャリア１４２に固定され、このキャリア１４２に複数個回転可能に軸支されたピニオンギヤ１４３が後輪に伝動構成されたリングリヤ１４４と、変速機入力軸に相当する延長軸８に固定された伝動歯車１５に噛み合うドリブンギヤ１４６に軸１４７により結合されたサンギヤ１４５により伝動構成されている。
【００１５】
このように構成された車両用４輪駆動装置では、エンジン出力回転数をＮ、トルクをＴとして各軸の回転数とトルクを求めると、遊星歯車式センタデフ３によるトルク配分のみの構成では遊星歯車式センタデフ３のギヤ比（リングギヤ３４の歯数ＺR ／サンギヤ３５の歯数ＺS ）＝ｉc とおくと、
Ｎ1 ＋ｉc Ｎ2＝（ｉc＋１）Ｎ0                         …（１）
ただし、Ｎ1 は軸３８の回転数、Ｎ2 はフロントドライブ軸３６の回転数、Ｎ0 は出力軸３１の回転数である。また、ドライブギヤ３７とドリブンギヤ７のギヤ比をｉd とおくと、
Ｎ1 ＝ｉd ＊Ｎ3                                       …（２）
ただし、Ｎ3 は延長軸８の回転数である。また変速機９を５速として１速から５速のそれぞれのギヤ比をｉek（k ＝１、２、３、４、５）とおくと、
Ｎ3 ＝ｉek＊Ｎ5                                       …（３）
ただし、Ｎ5 は、リヤドライブ軸１０の回転数である。前後輪の回転数が同じである場合には、
Ｎ2 ＝Ｎ5                                             …（４）
となる。（１）〜（４）式から、
Ｎ0 ＝（ｉc ＋ｉd ＊ｉek）／（ｉc ＋１）＊Ｎ5         …（５）
ここで、通常の変速機ギヤ比に相当するＮ0 ／Ｎ5 ＝ｉtkとすると、
ｉtk＝（ｉc ＋ｉd ＊ｉek）／（ｉc ＋１）              …（６）
となる。
【００１６】
変速ギヤ比ｉekを１速でｉe1＝４．０００、２速でｉe2＝２．２００、３速でｉe3＝１．３００、４速でｉe4＝０．７５０、５速でｉe5＝０．３３３と設定し、ｉc ＝３、ｉd ＝３とすると、ト−タル変速ギヤ比ｉtkがｉt1＝３．７５０、ｉt2＝２．４００、ｉt3＝１．７２５、ｉt4＝１．３１５、ｉt5＝１．０００となる。
【００１７】
また、遊星歯車式センタデフ３のトルク配分のみの構成による前後トルク配分は、遊星歯車式センタデフ３におけるトルク配分は、軸３８のトルクをＴ1 、フロントドライブ軸３６のトルクをＴ2 とおくと、
Ｔ2 ＝ｉc ＊Ｔ1                                       …（７）
となる。延長軸８のトルクをＴ3 とおくと、
Ｔ3 ＝ｉd ＊Ｔ1                                       …（８）
となり、さらにリヤドライブ軸１０のトルクをＴ5 とすると、
Ｔ5 ＝ｉek＊Ｔ3                                       …（９）
となる。従って、（７）〜（９）式から、前後トルク配分（ＴF ：ＴR ）は、
ＴF ：ＴR ＝Ｔ2 ：Ｔ5 ＝ｉc ：ｉd ＊ｉek              …（１０）
（１０）式により変速ギヤ比ｉe1＝４．０００ではＴF ：ＴR ＝２０：８０、ｉe5＝０．３３３ではＴF ：ＴR ＝７５：２５のように決定される。
【００１８】
一方、スリップ発生時の前後輪回転数は、遊星歯車式差動制限装置１４のギヤ比をｉf 、軸１４７の回転数をｉ6 とすると、
Ｎ6 ＋ｉf ＊Ｎ5 ＝（ｉf ＋１）＊Ｎ4                   …（１１）
ここで、伝動歯車１５とドリブンギヤ１４６のギヤ比を同一とすれば、
Ｎ6 ＝Ｎ1                                             …（１２）
また、スリップ発生時で油圧多板クラッチ１３を完全に締結すれば、
Ｎ4 ＝Ｎ6 ＝Ｎ0                                       …（１３）
（１２）、（１３）式より（１１）式は、
Ｎ1 ＋ｉf ＊Ｎ5 ＝（ｉf ＋１）＊Ｎ0                   …（１４）
（１）〜（３）式ならびに（１４）式より、
0003665114.tif 000002
前輪に対する後輪の回転数比Ｎ5 ／Ｎ2 ＝ｉrkとおくと、
0003665114.tif 000003
となり、この式に遊星歯車式差動制限装置１４のギヤ比ｉf ＝３．１とすると、ｉe1＝４．０００ではｉr1＝１．０９８、ｉe5＝０．３３３ではｉr5＝１．０００となる。尚、ギヤ比ｉf は、遊星歯車式センタデフ３のギヤ比ｉc と若干異ならせている。これらの数値をまとめて表１に示す。
【００１９】
【表１】
0003665114.tif 000004
【００２０】
このように構成された本発明では、油圧クラッチ１３をオフした状態では従来と同様にエンジン１の出力が遊星歯車式センタデフ３により前後輪に所定のトルク配分比により駆動力伝達を行う。そして変速機９により設定した所定の減速比に回転数が設定される。この場合、配分された後輪トルクＴR は変速機９を介しているため低速ギヤでは後輪偏重、高速ギヤでは前輪偏重となることから、低速ギヤほど操縦性が良好、高速ギヤほど安定性が良好となる。尚、油圧クラッチ１３をオフしているため、遊星歯車式差動制限装置１４のキャリア１４２にエンジンの駆動力が伝達されず、伝動歯車１５、ドリブン歯車１４６を介して回転するサンギヤ１４５と、リヤドライブ軸１０を介して回転するキャリア１４４との間に回転数差が生じた場合には、ピニオンギヤ１４３がこれを吸収するため差動制限装置としての機能をなさない。
【００２１】
一方、油圧クラッチ１３をオンした状態では、エンジンの駆動力が２系統から遊星歯車式差動制限装置１４に入力される。すなわち、１系統は油圧クラッチ１３がオフの場合と同様に、クラッチ２、遊星歯車式センタデフ３、ドリブンギヤ７、延長軸８、伝動歯車１５、ドリブンギヤ１４６を介したサンギヤ１４５であり、他方としては油圧クラッチ１３、キャリア１４２を介したピニオンギヤ１４３である。そしてリングギヤ１４４はリヤドライブ軸１０に伝動構成される。
【００２２】
このため、図４に示すように前輪回転数に相当するサンギヤ１４５と後輪回転数に相当するリングギヤ１４４の回転数をエンジン１に直結したピニオンギヤ１４３が自転しながら公転することでリングギヤ１４４側を増速回転させる。具体的数値は表１に示すように、１速の１．０９８から５速の１．０００までの間で前輪に対する後輪の回転数を可変にしている。
【００２３】
このように、変速機９の入出力回転数差の大きい低速ギヤほど遊星歯車式差動制限装置１４の差動回転数も大きくなり、センタデフ３との間に設定した僅かなギヤ比の違いにより回転数差がさらに大きくなることから前後輪の回転数差が発生する。従って低速ギヤほど後輪のスリップ率を大きくし、駆動時の操縦を良好にし、制動時の安定性を確保する。また、高速ギヤほど前後輪回転数差を小さくするため直結４輪駆動にしてあらゆる状況での安定性を確保する。
【００２４】
以上、本発明の実施の態様を添付した図面をもとに説明してきたが、変速機は手動式に限らず自動変速機、無段変速機などあらゆる形式の変速機でも良いし、ギヤ比の数値も適宜選択し得るものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の請求項１に係る車両用４輪駆動装置では、エンジンの出力を遊星歯車式センタデフのキャリアに導きこのキャリア上のピニオンギヤに噛み合うリングギヤを前輪側車軸へ、サンギヤを変速機、リヤドライブ軸を介して後輪側車軸に導くよう構成したものにおいて、上記エンジンとクラッチを介して伝動構成されたキャリア、上記変速機の入力側に伝動構成されたサンギヤ、上記リヤドライブ軸に伝動構成されたリングギヤとからなる遊星歯車式差動制限装置を有し、上記遊星歯車式作動制限装置のギヤ比を上記遊星歯車式センタデフのギヤ比と僅かに異ならせたことで、低速ギヤでトルク配分を後輪偏重で後輪回転数を前輪に比べて大とし、高速ギヤでトルク配分を前輪偏重で後輪回転数を前輪とほぼ等しくする特性にすることができ、ドライバの感性に合った走行が行える。
【００２６】
さらに請求項２記載の車両用四輪駆動装置では、エンジンを前後両方に出力軸を有し、前方の出力軸側に前記遊星歯車式センタデフを、後方の出力軸側に前記遊星歯車式差動制限装置を配置したことで、エンジンは車体の中央部近くに配置されたミッドシップタイプにすることができ、バランスの良い運動特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両用４輪駆動装置の全体構成図である。
【図２】遊星歯車式センタデフの拡大説明図である。
【図３】本発明に係る車両用４輪駆動装置の遊星歯車式差動制限装置の拡大説明図である。
【図４】図３の斜視図である。
【図５】従来の車両用４輪駆動装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  クラッチ
３  遊星歯車式センタデフ
４  フロントデフ
８  延長軸
９  変速機
１０  リヤドライブ軸
１１  リヤデフ
１３  油圧クラッチ
１４  遊星歯車式差動制限装置
【図１】
0003665114.tif 000005
【図２】
0003665114.tif 000006
【図３】
0003665114.tif 000007
【図４】
0003665114.tif 000008
【図５】
0003665114.tif 000009