(57)【要約】      （修正有）【課題】現在のノン・スリップ・デフ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であり，この点を改善し駆動力のムダをなくし操縦性，燃費，走行安定性，走破性を向上させ，タイヤの摩耗を抑制するノン・スリップ・デフを提供する。【解決手段】操舵装置の操舵角度とノン・スリップ・デフの動きを連動させることで，運転者の負担にならずに直進時と旋回時を自動的に判別させ，直進時は左右の駆動輪軸を直結し，旋回時は路面の走行抵抗差と関係なく旋回内側のサイドギヤに操舵角度に応じた機械的な回転負荷をかけ，左右の駆動輪軸に適切に駆動力を分配する。また左右の駆動輪軸に回転センサ-を取付け，左右の駆動輪軸の実際の回転数比と計算上の理想的な回転数比を比較し，誤差を回転負荷の大きさにフィ−ドバックさせ，理想的な旋回軌道に近づける。【選択図】図３
2006118572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵装置と連動し直進時に左右の駆動輪を直結し，旋回時に駆動輪の走行抵抗差に関係なく旋回半径に応じて駆動力を自動的に左右の駆動輪軸に分配することを特徴とするノン・スリップ・デフ装置。
【請求項２】
旋回時に操舵装置の操舵角度から算出される左右の駆動輪軸の理想的な回転数比と実際の左右の駆動輪軸の回転数比の誤差が予め設定した許容範囲内に入るように制御することを特徴とする請求項１のノン・スリップ・デフ装置を使用したシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ノン・スリップ・デフに関する
【背景技術】
【０００２】
自動車などでは駆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最終減速と差動歯車からなるデフと呼ばれる装置で左右の駆動輪に分配される。差動歯車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，ギヤボックスの中に４つのカサ歯車を互いに向き合わせた差動歯車がドライブピニオンで回転される最終減速のドライブギヤに取付けられているのが基本的な形式である。
【０００３】
この形式の差動歯車は，左右の駆動輪の走行抵抗のバランスが崩れないと作動しない。自動車が旋回するとき旋回内側の駆動輪にはブレ−キがかかった状態になり走行抵抗が大きくなり，旋回外側の駆動輪は無理やり回転させられて走行抵抗が小さくなる。走行抵抗の差が大きくなると差動歯車が働き，走行抵抗が大きな駆動輪から走行抵抗が小さな駆動輪に駆動力が分配，移動する。
【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いる。直進時に限らず旋回時に於いても左右の駆動輪の回転数に不要な小さな誤差がスリップとして発生することで動力のロスやタイヤの摩耗，燃費低下に影響している。
【０００５】
また左右の駆動輪の走行抵抗差が大きくなる不整地や雪道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，左右の駆動輪の走行抵抗差は更に大きくなり，最悪の場合は片輪が空転，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かかり走行が安定しない。これらの改善策として，色々なノン・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て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】
しかし殆どのノン・スリップ・デフは一定の差動量が発生した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とスリップの区別を機械的に判断できる差動装置は現在のところ殆ど見当たらない。スリップを押さえるために左右の駆動輪の回転差を必要以上に制限すれば旋回時に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も問題になる。また現在市場に見られるノン・スリップ・デフは複雑化し重く高価になる傾向にあり，低価格で簡単な構造で軽量，確実なノン・スリップ・デフ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】
旋回，直進の二つの走行状態を機械的且つ自動的に判断させ，直進時には左右の駆動輪を直結し，旋回時には左右の駆動輪を理想的な回転数比に近づけることで不要なスリップを無くし駆動力のロスを減らし，燃費の向上，走行安定性の向上，タイヤの摩耗抑制を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ノン・スリップ・デフの差動歯車を操舵装置と連動させ，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軸を直結し，旋回時には走行抵抗に関係なく差動歯車の旋回内側のサイドギヤに操舵装置の操舵角度に応じた回転負荷を与え，実際の左右の駆動輪軸の回転数比と計算上の理想的な左右の駆動輪軸の回転数比との差を回転負荷の大きさにフィ−ドバックすることで予め設定された許容範囲内の誤差に納め，不要なスリップを無くし理想的な走行状態に近づける。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のノン・スリップ・デフは，不要なスリップを無くすことで燃費の向上，走行安定性の向上，タイヤの摩耗抑制等が期待できる。また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，自動車の旋回性能を変化させることができる。
【００１２】
二輪駆動車や四輪駆動車のノン・スリップ・デフ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高速走行や駐車や旋回時の操作性の向上が期待できる。また構造が簡単で重量的にも価格的にも現状のノン・スリップ・デフと十分競争できると考える。
【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と差動歯車のピニオンギヤの回転を連動させ，直進時にはピニオンギヤの回転を固定し，旋回時にはピニオンギヤの回転を開放し，旋回内側のサイドギヤに操舵角度に応じた回転負荷をかけ，路面との走行抵抗差に関係なく，機械的に旋回外側のサイドギヤに駆動力を分配する。
駆動輪の走行距離は駆動輪軸の回転数に比例するので，実際の左右の駆動輪軸の回転数比と計算上の理想的な回転数比とを比較し，誤差を旋回内側のサイドギヤにかける回転負荷の大きさにフィ−ドバックすることで操舵角度に対応する理想的な走行距離差に近づけることを可能にした。
【実施例１】
【００１４】
通常の自動車(４輪車)では図−１のようにスリップせずに旋回できるようアッカ−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タイヤが取付けられている。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。後輪を駆動輪とすると，旋回外側車輪の走行距離Ｌoは(＝Ro×θ)，旋回内側車輪の走行距離Liは(＝Ri×θ)であるから，走行距離の差はLo-Li＝(Ro×θ)−(Ri×θ)であり，左右駆動輪のトレッド幅をTRとすると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Lo-Li＝TR×θ(トレッド幅×旋回角度)となる。
【００１５】
ここで，左右のタイヤ径は同じであるから車輪の走行距離は(タイヤ径×回転数)であり，旋回時の左右駆動輪の走行距離の比は左右駆動輪軸の回転数の比になり，走行距離の比はLo/Li＝(Ro×θ)/(Ri×θ)＝１+(TR/Ri)となる。自動車が同じ旋回半径で走行すれば旋回角度(θ)に関係なく左右駆動輪軸の回転数比は一定になる。市販の小型車で旋回時に必要な左右の駆動輪軸の回転数比を計算してみると，駆動輪のトレッド幅TR(=１．６m)，旋回外側車輪の回転半径を最小回転半径Ro(=４．８m) で旋回した場合，Ri(=３．２m)であるから旋回外側と旋回内側の駆動輪軸の回転数比は１．５０となり，旋回時に必要な駆動輪軸の回転数比は１．５０前後が実用上の最大値と見込まれる。
【００１６】
本発明のノン・スリップ・デフは，図−２の説明図に示すように，軸の中央部分が半円形と楕円形の半分を組合わせた非円形で，サイドギヤに回転負荷をかけるための回転負荷用・非円形断面カム部分(１６)になっているピニオンギヤの回転軸(１２)の両側に自由に回転する回転軸がないピニオンギヤ(１０)を取付け，回転軸がギヤ部分を貫通した形状の軸と一体形のサイドギヤ(１１)を左右に噛合わせる。ピニオンギヤ(１０)の歯面裏側には摩擦板(９−１)を取付け，サイドギヤ(１１)の歯面裏側の回転軸上に，ギヤ・ケ−ス(１８)を挟んで，サイドギヤ(１１)の回転軸外側のスプライン加工部分と噛み合ったまま軸上をスライドする摩擦板(１５−１)を取付けた移動ブレ−キ板(１７)を組み込む。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)は外形が四角形で，内側はピニオンギヤの回転軸(１２)が入る円形で，パイプの一端に摩擦板(９−２)を取付け，他端にはピニオンギヤの回転軸(１２)が回転した時にコントロ−ルシャフト(４)を軸方向に持ち上げる直進・旋回切り換え用カム部分(６)があるピニオンギヤの回転軸(１２)の段差部分と組合わせるフランジ部分(７)を取付ける。
ピニオンギヤの回転軸(１２)の両側にコントロ−ルシャフト(４)を被せ，ギヤ・ケ−ス(１８)とコントロ−ルシャフト(４)の摩擦板(９−２)背面との間にバネ(８)を挟み，ギヤ・ケ−ス(１８)の四角い取付け穴にコントロ−ルシャフト(４)を噛合わせ取付ける。
【００１８】
サイドギヤ(１１)の歯面表側に延長する回転軸の長さは，ピニオンギヤの回転軸(１２)中央の回転負荷用・非円形断面カム部分(１６)の半円形断面部分に延長したサイドギヤ(１１)の軸端面が接する長さとし，歯面裏側の回転軸には駆動輪軸(１３)を接続する。
ギヤ・ケ−ス(１８)の外に出たピニオンギヤの回転軸(１２)の両端にピニオンギヤの回転軸(１２)を回転させるためのコントロ−ルレバ−(５)及び操作レバ−(１４)を取付ける。
【００１９】
自動車の直進時は，ギヤ・ケ−ス(１８)の四角い取付け穴に取付けたコントロ−ルシャフト(４)の摩擦板(９−２)がバネ(８)の力でピニオンギヤ(１０)の歯面裏側の摩擦板(９−１)に押し付けられピニオンギヤ(１０)の回転は固定され，左右のサイドギヤ(１１)の回転が固定され駆動輪軸(１３)を強制的に直結するので左右の駆動輪軸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(１２)の回転位置は，回転軸中央部分の回転負荷用・非円形断面カム部分(１６)の半円形部分に左右のサイドギヤ(１１)から突き出た回転軸端面が接した状態である。
【００２０】
自動車が旋回する時は，操舵装置の操舵角度と連動して動く操作レバ−(１４)がコントロ−ルレバ−(５)を回転させ，ピニオンギヤの回転軸(１２)が回転することにより直進・旋回切り換え用カム部分(６)がバネ(８)の力を押しのけてコントロ−ルシャフト(４)のフランジ部分(７)を持ち上げ，コントロ−ルシャフト(４)の摩擦板(９−２)をピニオンギヤ(１０)の歯面裏側の摩擦板(９−１)に押し付けていた力が弱まりピニオンギヤ(１０)の固定が解除される。以後直進に戻るまでピニオンギヤの回転軸(１２)の回転角度に関係なくピニオンギヤ(１０)の固定の解除が続く。
ピニオンギヤの回転軸(１２)が回転すると，同時に軸中央の回転負荷用・非円形断面カム部分(１６)が操舵角度に応じて回転し，サイドギヤ(１１)の歯面側に突き出した回転軸端を非円形断面の楕円形断面部分が押し，移動ブレ−キ板(１７)に取付けた摩擦板(１５−１)をデフ・ケ−ス(３)内側に取付けた摩擦板(１５−２)に押し付け，旋回内側のサイドギヤ(１１)に操舵角度に応じた回転負荷をかけ，旋回外側のサイドギヤ側に旋回内側の駆動力の一部が分配される。
【００２１】
ピニオンギヤの回転軸(１２)の両側にある直進・旋回切り換え用カム部分(６)の形状を変えることにより，ピニオンギヤ(１０)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，個々の自動車の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(１２)の回転を連動させることで左右の駆動輪軸(１３)に駆動力を自動的に分配するので，運転者の負担にならず又運転者の意思と関係なく直進時と旋回時を自動的に区別し選別作動する。
本発明のノン・スリップ・デフ装置を回転数比を測らずに単独で使用する場合は操舵角度に応じた左右の駆動輪軸(１３)の回転数比，ピニオンギヤの回転軸(１２)の回転角度と回転負荷の関係等必要事項を予め実験的に求め機械的な設定をする。
【００２２】
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(１３)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(１３)の回転数比を測定し，計算上の理想的な左右の駆動輪軸(１３)の回転数比と比較，その誤差をピニオンギヤの回転軸(１２)の回転角度にフィ−ドバックして旋回内側のサイドギヤ(１１)にかける回転負荷の大きさを調整することで，実際の左右の駆動輪軸の回転数比が計算上の理想的な左右の駆動輪軸(１３)の回転数比の許容誤差範囲内に納まるように制御する。(図−３参照)
【００２３】
ピニオンギヤの回転軸(１２)の直進・旋回切り換え用カム部分(６)は，軸の回転方向に関係なくコントロ−ルシャフト(４)を上下させピニオンギヤ(１０)の固定，開放動作をするので，旋回時のピニオンギヤの回転軸(１２)を任意に逆回転させ旋回外側のサイドギヤ(１１)に回転負荷をかける逆位相や，旋回時の旋回内側のサイドギヤ(１１)にかける回転負荷を強くかけることで同位相効果を出すなど四輪操舵と同じ機能が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のノン・スリップ・デフは操舵装置と連動させることにより運転者の負担にならず直進時も旋回時も駆動力を無駄なく左右の駆動車輪に分配する。自動車の直進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比を計算上の理想的な回転数比に近づけることで，車輪の摩耗や走行安定性，燃費の向上，不整地や雪道での走行性能の向上などが期待できる。また駆動力の配分を任意に変えることにより旋回時の自動車の回頭性の向上や高速走行中のレ−ン変更時や縦列駐車，狭い場所での旋回等で有効な四輪操舵効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】旋回時の車輪の走行軌跡の説明図
【図２】本発明のノン・スリップ・デフの構造例
【図３】本発明のノン・スリップ・デフを使用したシステムの例
【符号の説明】
【００２６】
１    ドライブピニオン
２    ドライブギヤ
３    デフ・ケ−ス
４    コントロ−ルシャフト
５    コントロ−ルレバ−
６    直進・旋回切り換え用カム部分
７    フランジ部分
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(移動摩擦板側)
１５−２  摩擦板(デフ・ケ−ス側)
１６  回転負荷用・非円形断面カム部分
１７  移動ブレ−キ板
１８  ギヤ・ケ−ス
【図１】
2006118572.tif 000003
【図２】
2006118572.tif 000004
【図３】
2006118572.tif 000005