(57)【要約】  前輪駆動ベースの全輪駆動車両プラットホームの後部副車軸１８にドライビングトルクを比例的に伝達するためのトルクバイアスカップリング５０には、共通軸Ｘを中心に構成される複合遊星ギアセット５４と、磁性粒子ブレーキ５６と、が備えられている。磁性粒子ブレーキ５６は、複合遊星ギアセット５４の遊星キャリア６２に作動可能に取り付けられており、ギアセットに回転反力を選択的に供する。回転反力を制御することで、車両駆動モーター６から後部副車軸１８にトルクバイアスカップリング５０を介してトルクを選択的に伝達することができる。複合遊星ギアセット５４の構成により、前部主車軸１４と対応して、車両動作性を向上させるため、速度超過時においても、後部副車軸１８が操作可能とされる。
2009504482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク発生モーター、一組の主駆動輪、一組の副駆動輪、及び、前記両駆動輪とトルク発生機との間に作動可能に連結された変速機、を有する自動車車両に使用されるとともに、前記モーターと前記副駆動輪との間に連結され、前記主駆動輪と前記副駆動輪との間のトルク分配を制御する、改良された軸心アセンブリであって、
前記軸心アセンブリには、前記副駆動輪へと分配されるように前記モーターからのトルクを伝達する、トルクバイアスカップリングが備えられており、
前記トルクバイアスカップリングには、前記モーターからトルクを受け取るように作動可能に連結された入力手段と、前記副駆動輪にトルクを供するように作動可能に連結された出力手段と、が備えられ、
前記入力手段と前記出力手段との間のトルク伝達を制御するため、前記トルクバイアスカップリングには、さらに、磁性粒子ブレーキに作動可能に連結された複合遊星ギアセットが備えられることを特徴とする、軸心アセンブリ。
【請求項２】
前記複合遊星ギアセットは、前記主駆動輪に対して速度超過状態で前記副駆動輪を駆動させるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の軸心アセンブリ。
【請求項３】
前記入力手段と前記出力手段との間の前記トルク伝達が、前記磁性粒子ブレーキ内の電流の流量によって制御されることを特徴とする、請求項１に記載の軸心アセンブリ。
【請求項４】
前記磁性粒子ブレーキ及び前記複合遊星ギアセットが、共通の軸を中心に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の軸心アセンブリ。
【請求項５】
前記複合遊星ギアセットには、
前記入力手段と連結される第一太陽ギアと、
前記出力手段と連結される第二太陽ギアと、
前記第一太陽ギアと噛み合う第一遊星ギア、及び、前記第二太陽ギアと噛み合う第二遊星ギアを有する複合遊星構成部であって、前記第一遊星ギア及び前記第二遊星ギアが共通の遊星キャリアを中心に共に固く連結される複合遊星構成部と、
が備えられ、
前記磁性粒子ブレーキが前記共通の遊星キャリアに反力を付与するように構成されることを特徴とする、請求項４に記載の軸心アセンブリ。
【請求項６】
前記第一太陽ギアが前記第二太陽ギアよりも歯数が多く、
前記第一遊星ギアが前記第二遊星ギアよりも歯数が少なく、
前記共通の遊星キャリアへ前記反力を付与することにより、前記第二太陽ギアが前記第一太陽ギアと比較して速度超過状態で駆動され得ることを特徴とする、請求項５に記載の軸心アセンブリ。
【請求項７】
前記出力手段からトルクを受け取るとともに、受け取った前記トルクを前記副駆動輪に分配するように、作動可能に連結された差動装置を、前記軸心がさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の軸心アセンブリ。
【請求項８】
駆動トルクを受け取るための入力手段と、
前記入力手段を出力ピニオンに連結する複合遊星ギアセットを備えるとともに、さらに前記複合遊星ギアセットの遊星キャリアと連結されて反力を付与する磁性粒子ブレーキを備える、前記入力手段に作動可能に連結されたトルクバイアスカップリングであって、前記複合遊星ギアセットが前記反力に応答し、前記入力手段から前記出力ピニオンへ比例的にトルクを伝達するようにされる、トルクバイアスカップリングと、
前記出力ピニオンに作動可能に取り付けられるとともに、受け取ったトルクを前記出力ピニオンから少なくとも一つの車軸へ分配するように構成された、差動装置と、
を備えることを特徴とする、軸心アセンブリ。
【請求項９】
前記出力ピニオンが前記入力手段と比較して速度超過な状態を含む速度範囲で駆動するように、前記トルクバイアスカップリングが構成されることを特徴とする、請求項８に記載の軸心アセンブリ。
【請求項１０】
前記複合遊星ギアセットには、第一太陽ギア、第二太陽ギア、前記第一太陽ギアと噛み合う少なくとも一つの第一遊星ギア、及び、前記遊星キャリアの前記少なくとも一つの第一遊星ギアに固く連結された少なくとも一つの第二遊星ギア、が備えられており、
前記速度超過な状態が、前記第一太陽ギア、前記第二太陽ギア、前記少なくとも一つの第一遊星ギア、及び、前記少なくとも一つの第二遊星ギア、の複数の歯数と関連づけられていることを特徴とする、請求項９に記載の軸心アセンブリ。
【請求項１１】
前記出力ピニオン及び前記差動装置が、第一ハウジング内に収容され、前記トルクバイアスカップリングが、前記第一ハウジングに連結された第二ハウジング内に収容されることを特徴とする、請求項８に記載の軸心アセンブリ。
【請求項１２】
前記磁性粒子ブレーキが電流を受け取るように構成され、付与される前記反力が前記電流の流量に比例することを特徴とする、請求項８に記載の軸心アセンブリ。
【請求項１３】
前記磁性粒子ブレーキが電流を受け取るように構成され、付与される前記反力が前記電流の流量に線形的に比例することを特徴とする、請求項８に記載の軸心アセンブリ。
【請求項１４】
入力軸から出力軸へトルクを選択的に伝達するトルクバイアスカップリングであって、
前記入力軸を前記出力軸へ連結させる遊星ギアセットと、
前記遊星ギアセットに作動可能に連結されるとともに、前記遊星ギアセットの少なくとも一部材に回転反力を付与するように構成されるブレーキ機構と、
を備え、
前記遊星ギアセットが前記回転反力に応答して、前記入力軸から前記出力軸へ比例的にトルクを伝達することを特徴とする、トルクバイアスカップリング。
【請求項１５】
前記遊星ギアセットが、前記入力軸と連結される第一太陽ギア、前記出力軸と連結される第二太陽ギア、前記第一太陽ギアと噛み合う少なくとも一つの第一遊星ギア、及び、前記第二太陽ギアと噛み合うとともに、遊星キャリアの前記少なくとも一つの第一遊星ギアに固く連結される少なくとも一つの第二遊星ギア、を備える複合遊星ギアであることを特徴とする、請求項１４に記載のトルクバイアスカップリング。
【請求項１６】
前記ブレーキ機構が、前記回転反力を前記遊星キャリアに付与するように構成されることを特徴とする、請求項１５に記載のトルクバイアスカップリング。
【請求項１７】
前記遊星ギアセットが、前記入力軸の速度範囲よりも大きな速度範囲に亘って前記出力軸を回転駆動させるように構成されることを特徴とする、請求項１４に記載のトルクバイアスカップリング。
【請求項１８】
前記ブレーキ機構が、前記遊星ギアセットの部材に連結された回転アーマチャと、前記アーマチャを中心に配置されるとともに、環状の隙間によって前記アーマチャから隔てられる固定電磁石と、を備える磁性粒子ブレーキであり、
選択的に磁化可能な粒子が前記環状の隙間内に配され、
流量制御された電流を受け取るように構成されたコイルが、前記電磁石内に配され、
前記磁化可能な粒子は、前記電磁石内の前記制御された電流と磁性的に対応して、前記隙間内で整列し、前記固定電磁石と前記回転アーマチャとの間の反力を付与することを特徴とする、請求項１４に記載のトルクバイアスカップリング。
【請求項１９】
前記ブレーキ機構によって付与された前記回転反力が、制御信号と線形的に対応していることを特徴とする、請求項１４に記載のトルクバイアスカップリング。
【請求項２０】
前記制御信号が、前記ブレーキ機構への電流であることを特徴とする、請求項１９に記載のトルクバイアスカップリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は米国仮特許出願（出願番号６０／７０６，８２８、出願日２００５年８月９日）に関連するとともに、当該仮特許出願に基づく優先権を主張している。当該仮特許出願は本明細書中に参考文献として組み込まれる。
【０００２】
本発明は概して自動車用車軸に関し、より詳しくは、前部車軸と比較して上回る速度（以下において「速度超過」という。）で後部車軸を駆動させるとともに、自動車エンジンから車輪へと伝達されるトルクの変更能及び制御能を有する、前輪駆動ベースの全輪駆動車プラットホームにおいて使用される後部副車軸に関する。
【背景技術】
【０００３】
自動車は車軸に配置された車輪を有しており、当該車輪はいずれの車軸についても通常自動車幅方向に亘って配列される。一軸の車輪が車両の駆動に利用される場合は、当該車輪は個々の車軸に連結され、当該個々の車軸は、軸心アセンブリを通して車両の変速機機構に連結される。通常軸心アセンブリには差動装置が備えられ、当該差動装置は車軸の両車輪にトルクを分配するとともに一車輪が他車輪とは異なる速度で回転可能とし、そのことで車両は旋回することができる。車両が旋回すると、旋回に対して外側の車輪は内側の車輪よりも早く回転する必要がある。典型的な差動装置は軸車輪間のトルク分配についていかなる制御もすることがない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
全輪駆動車においては、二軸以上についての車輪が車両の駆動に利用され、同様の問題が生ずる。そのような車両においては、前部車軸の車輪及び後部車軸の車輪それぞれが、駆動エンジンから当該車輪へと供されるトルクを有しており、当該トルクを前後部車軸間にいかに分配するかについてはほとんど制御されていないことが多い。前後部車軸間でのトルクの分配を制御するクラッチ装置を備える全輪駆動車もあるが、当該クラッチは構造が複雑で、相対的に容量、重量ともに大きく、また複雑な制御を必要とする。
【０００５】
従って、全輪駆動車の車軸間のトルク分配制御を容易とするとともに、複雑な制御やかさばったクラッチ装置を必要としない軸心アセンブリを提供できれば好都合である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は軸心アセンブリにあり、当該軸心アセンブリには自動車車輪を駆動させるためのトルクを伝える前後車軸間にあるトルクカップリングが備えられる。トルクカップリングには、入力軸（プロペラシャフト）及び出力軸（ピニオンステム）間で互いに連結される複合遊星ギアセット及びブレーキが備えられている。複合遊星ギアセットによりトルクカップリングを介してのトルク伝達制御が容易となり、ピニオンステムが速度超過時においてもプロペラシャフトと対応して回転可能となる。
【０００７】
本発明の上記特徴及び利点、さらには現段階における本発明の好ましい形態については、添付図面と関連する下記説明からより明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
下記詳細な説明においては例示により本発明が明らかとなるが、本発明を限定するものではない。下記説明により当業者は本発明を実施することが可能となる。また、下記説明においては、現段階において本発明を実施するために最良であると思われる、いくつかの実施形態、適応例、変形例、変更例、代替例、及び本発明の使用例が説明される。
【０００９】
まず、図について言及する。図１には、車両Ａの前方にある一組の主車輪２、及び車両Ａの後方にあるもう一組の副車輪４を有する自動車Ａが示されている。車両Ａは変速機８にトルクを供するモーター６や他の駆動手段を有していてもよい。変速機８は伝達ケース又はパワーテイクオフユニット（ＰＴＯ）１０を介して各組の車輪２、４へと供するためのトルクを修正することができる。
【００１０】
伝達ケース又はＰＴＯ１０は変速機８から供されたトルクを分配する。主車輪２へ供される一部のトルクは、差動装置１２を通過し、車軸１４を介してホイール２へと到達する。伝達ケース又はＰＴＯ１０に供されたトルクの残りについては、駆動軸１６を介して軸心アセンブリＣの入力手段へ、そして、車軸１８を通って副車輪４へと送られる。駆動軸１６は一体構造であってもよく、又は、従来の方法で互いに連結された複数の軸部からなっていてもよい。軸心アセンブリＣは、伝達ケース又はＰＴＯ１０によって車輪２及び車輪４間のトルク分配について制御する。トルク分配を制御することに加えて、軸心アセンブリＣは後部車輪４が前部車輪２と対応して速度超過状態にて（即ち、前部車輪２よりも速く）駆動することを可能とする。
【００１１】
図２に示すように、軸心アセンブリＣは、ハウジング（不図示）に収容された二つの主要部分と、駆動軸１６から駆動トルクを受け取るトルクバイアスカップリング５０と、当該トルクバイアスカップリング５０の出力手段に連結されるとともに、車両Ａの後輪４に出力トルクを分配する、従来の差動装置５１と、を有している。差動装置５１には一組の転がり軸受２２が備えられており、当該軸受２２は従来型の差動キャリア２４を支持している。差動キャリア２４はＹ軸を中心に回転し、Ｙ軸は車両Ａの後車軸と実質的に同軸である。差動キャリア２４はクロスシャフト２６を支持し、当該クロスシャフト２６上では、一組のかさ歯車２８が回転する。かさ歯車２８はさらなるかさ歯車３０と噛み合っており、当該かさ歯車３０は差動キャリア２４内で各々独立して回転することができる。かさ歯車３０は反対の出力軸３２と連結されており、当該出力軸３２はハウジングからＹ軸に沿って伸びている。出力軸３２は、等速ジョイント（ＣＶジョイント）等の従来のいずれかの手段で後車軸１８と連結されていてもよく、又は、車軸１８の端部で直接一体形成されていてもよい。差動キャリア２４はさらに外リングギア３４を有しており、当該リングギア３４はピニオンシャフト３８の一端に位置するピニオン３６と噛み合う。ピニオンシャフト３８はＸ軸に沿って配置され、当該Ｘ軸はＹ軸に対して実質的に直交している。ピニオンシャフト３８はピニオンキャリア４０内で回転し、一組の転がり軸受４２によって支持されている。
【００１２】
トルクバイアスカップリング５０はピニオンシャフト３８と駆動軸１６とを連結する。トルクバイアスカップリング５０は、ピニオンシャフト３８及び差動キャリア２４を介して副車輪４に伝達されるトルクを調節するように構成されている。それにより、トルクは主車輪２及び副車輪４間に分配される。図２及び図３に最もよく表れているように、トルクバイアスカップリング５０はハウジング５２を備えており、当該ハウジング５２はピニオンキャリア４０に固く固定されているとともに、差動ハウジング（不図示）にも固く固定されている。トルクバイアスカップリング５０は複合遊星ギアセット５４とハウジング５２内に配置される磁性粒子ブレーキ５６とを有している。それらはＸ軸を中心に構成されており、ピニオンシャフト３８の回転軸と同軸である。トルクバイアスカップリング５０は、駆動軸１６とピニオンシャフト３８との間のトルク伝達経路を供している。
【００１３】
トルクバイアスカップリング５０内で、複合遊星ギアセット５４は、対応する連結器１６Ｃによって駆動軸１６に作動可能に取り付けられる、入力手段として動作するシャフトセグメント１６Ａを備えた第一太陽ギア６２と、複合遊星構成部６４と、を有している。複合遊星構成部６４は第一遊星ギア６４Ａ、歯数の異なる第二遊星ギア６４Ｂからなり、それらは共通のキャリア軸６４Ｃと連結されている。第一遊星ギア６４Ａ及び第二遊星ギア６４Ｂは、互いに堅く連結されており、共通のキャリア軸６４Ｃを中心に共に回転する。第二太陽ギア６６はピニオンシャフト３８等の出力手段に連結されており、第一太陽ギアよりも歯数が少ない。図３及び図５に最もよく表れているように、第一太陽ギア６２は第一遊星ギア６４Ａと噛み合っており、第二遊星ギア６４Ｂは第二太陽ギア６６と噛み合っている。
【００１４】
このような構成によれば、遊星キャリア６４Ｃに反力が付与され、そのＸ軸を中心とする回転が減速又は停止した場合に限り、トルクが駆動軸１６からピニオンステム３８へと（第一太陽ギア６２、第一遊星ギア６４Ａ、第二遊星ギア６４Ｂ、及び第二太陽ギア６６を介して）伝達され得る。反力は、軸ハウジング５２と連結されるとともに図２及び図３に示されるように遊星キャリア６４Ｃに作動可能に連結された磁性粒子ブレーキ５６によって付与されることが好ましい。
【００１５】
磁性粒子ブレーキ５６は軸ハウジング５２に固定された電磁石９０を有しており、当該電磁石９０はＸ軸を中心とする内側円筒表面９２を有している。コイル９４は電磁石９０内に配置され、外部制御機構（不図示）からの制御された電流の流れを受けとるように構成されている。外側円筒表面１０４を有するアーマチャ１００は、Ｘ軸と電磁石９０の円筒表面９２との間に同軸に配置され、円筒表面９２と円筒表面１０４との間には若干の隙間Ｇが存在する。アーマチャ１００は遊星ギアセット５４の遊星キャリア６４Ｃに連結され、駆動軸１６と同心である。トルクは駆動軸１６を介してトルクバイアスカップリング５０へ供される。アーマチャ９０の反対軸側に配置される環状凹部１０６は、アーマチャ１００のスリーブ部１０２を中心として、転がり軸受１０８を円周方向に支持している。電磁石９０は、転がり軸受１０８によるＸ軸を中心とする半径方向運動に対して支持されている。当業者が周知なように、磁性粒子ブレーキ５６には鉄の微粒子が含まれており、当該鉄微粒子は選択的に磁性を帯びさせ、又は消磁させることができ、磁性の電磁石９０とアーマチャ１００との間の隙間Ｇ内に配置されている。環状シール１１０により隙間Ｇ内の微粒子は転がり軸受１０８から隔てられている。
【００１６】
電磁石９０内のコイル９４が電流により活性化すると、微粒子が磁性を帯び、電磁石９０をアーマチャ１００に効果的に結合させる。トルクは回転するアーマチャと固定された電磁石との間で伝達されることができる一方で、限られた範囲で回転滑りを許容する。伝達されるトルクの量は、コイル９４によって伝導される電流の流れに比例するとともに、磁性ブレーキ５６の滑りの大きさ、又は磁性ブレーキ５６の作動温度には依存しない。
【００１７】
作動中、磁性ブレーキ５６の関与により、Ｘ軸を中心とする遊星キャリア６４Ｃの回転が遅くなり、又は停止し、駆動軸１６とピニオンステム３８との間のトルク伝達を許容するために必要な反力を供する。電磁石９０のコイル９４を介して伝導される電流の流れは、種々の公知の制御機構により制御されていてもよい。例えば、電流の流れは、レオスタットのような手動で作動される機器により制限されていてもよいし、又は、車両Ａの様々な走行条件を観測するセンサからの信号を得るマイクロプロセッサにより制御されていてもよい。走行条件としては、車両速度、スロットル位置、進行加速度、横加速度、及びハンドル位置が含まれており、マイクロプロセッサが電流の流れを供することで、車両Ａは一定のパラメータについて最適条件にて操作可能とされる。
【００１８】
車両Ａの作動中、モーター６により発生するトルクは変速機８全体に伝達され、必要であれば修正されて、伝達ケース又はＰＴＯ１０に伝達され、分配されて、一部が主車輪２に、残りが副車輪４に供される。トルクは滑りなく主車輪２へと供されることが好ましく、伝達ケース又はＰＴＯ１０から差動装置１２へ、そこから車軸１４を介して車輪２へと伝わる。副車輪４に供される残りのトルクは、伝達ケース又はＰＴＯ１０から駆動軸１６を介して、そこから軸心アセンブリＣを介して車軸１４へと伝わり、車輪４へと供される。主車輪２に供されるトルクと副車輪４に供されるトルクとの総量は、摩擦によるトルク損失等のシステム損失よりも小さく、車両駆動システムにおける総トルク量と等量である。総トルクは、軸心アセンブリＣのトルクバイアスカップリング５０によって、主車輪２と副車輪４との間で分配され、当該分配はトルクバイアスカップリング５０の磁性ブレーキ５６内のコイル９０を通って伝わる電流の流れに関連している。電流量が大きくなればなるほど、副車輪４に伝達されるトルクの比率が高くなる。
【００１９】
トルクバイアスカップリング５０の作動中、第二太陽ギア６６、及び対応するピニオン軸３８は一定の速度範囲で作動され得るものと解される。当該一定の速度範囲には、一定の回転量、駆動軸の通常の回転速度の例えば最大１０％までの、第一太陽ギア６２及び駆動軸１６に関連する超過速度状態が含まれる。これは車両Ａの前車軸に対する後車軸についての超過速度効果へと変わり、車両の運転動作を変更するために用いられるものと解される。遊星セット５４内のギア６２、６４Ａ、及び６４Ｂの歯数は、遊星ギアセット５４の速度比、及び後車軸についての有効超過速度率を規定するだけでなく、遊星キャリア６４Ｃにて作動する磁性粒子ブレーキ５６のトルク容量についての操作上の必要条件についても規定している。例えば、１０％の超過速度効果を達成するには、磁性ブレーキ５６にかかるトルク量は、トルクバイアスカップリング５０を介して駆動軸１６からピニオンステム３８へ伝達されるトルクのおよそ１０％程度しか示さない。後車軸に１０００Ｎｍのトルクが分配される場合、磁性粒子ブレーキ５６は相対的に低い１００Ｎｍの範囲の容量を必要とする。そのことで、図４に示されるように、磁性粒子ブレーキ５６及び複合遊星ギアセットがコンパクトなデザインとされる。
【００２０】
磁性ブレーキ５６のコイル９０に、ほとんど又は全く電流が流れない場合、駆動軸１６を通ってピニオンステム３８へと伝達されるトルクは、ほとんど又は全くない。それに応じて、伝達ケース又はＰＴＯ１０から副車輪４へと伝えられるトルク量が少ないほど、主車輪２へと伝えられるトルク量が大きくなる。反対に、磁性ブレーキ５６のコイル９０に流れる電流が増加すれば、遊星構成部６４はより大きなトルクを伝達し、ピニオン３６にて比例的に大きなトルクへと変わる。駆動軸１６によるトルク必要量がより大きい場合は、主車輪２に利用可能なトルクが減少する。即ち、磁性粒子ブレーキ５６のコイル９０を流れる電流がトルクバイアスカップリング５０を介して転換される総トルクの比率、及び、副車輪４へと分配されるトルクの比率を決定する。要するに、磁性粒子ブレーキ５６のコイル９０に流れる電流により、主車輪２と副車輪４との間のトルク分配を制御する。電流の流れは、磁性粒子ブレーキ５６についての唯一必要とされる制御パラメータであり、トルクと電流との関係はほぼ線形的であり、容易に制御することができる。
【００２１】
上記を考慮して、本発明にかかる種々の形態が成され、他の有益な結果がもたらされるものと解される。本発明から逸脱しない範囲において様々な変形がなされ得るであろうが、上記説明に包含され又は添付図面に示される全てのものが、実施例として解釈されるべきであり、限定を意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一形態にかかる軸心アセンブリを備える自動車についての概略図である。
【図２】本発明にかかる軸心アセンブリの断面図である。
【図３】図２の軸心アセンブリの一部を構成するトルク連結器についての図である。
【図４】図２の軸心アセンブリについての斜視図である。
【図５】磁性粒子ブレーキが省略された、図２の軸心アセンブリについての端面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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