(57)【要約】  本発明は車両用動力伝達ユニット組立体に関する。動力伝達ユニットは、ハウジング、ハウジング内に配置される内部可変速差動装置、差動装置に回転可能に結合される第１の前側軸、差動装置に回転可能に結合される第２の前側軸、第１の前側軸及び第２の前側軸の少なくとも１つに相互結合される入力軸、及び第１の前側軸及び第２の前側軸の少なくとも１つを少なくとも１つのモード選択歯車セットに係合するための少なくとも１つの移動機構を含む。モード選択歯車セットの係合は入力軸を経由してトルクを伝達し、内部可変速差動装置を有する動力伝達最終駆動ユニット組立体に相互結合される第２の歯車セットと選択的に係合するようになっている。【選択図】      図２
2013512823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用動力伝達ユニット組立体であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置される内部可変速差動装置と、
前記差動装置に回転可能に結合される第１の前側軸と、
前記差動装置に回転可能に結合される第２の前側軸と、
前記第１の前側軸及び前記第２の前側軸の少なくとも一方に相互結合される入力軸と、
前記第１の前側軸及び前記第２の前側軸の少なくとも一方を少なくとも１つのモード選択歯車セットに係合する、少なくとも１つの移動機構と、
を備え、前記モード選択歯車セットの係合は、入力軸を経由してトルクを伝達して、内部可変速差動装置を有する動力伝達最終駆動ユニット組立体と相互結合する第２の歯車セットと選択的に係合するようになっている、動力伝達ユニット組立体。
【請求項２】
前記可変速差動装置はレンジ選択組立体であり、前記レンジ選択組立体は差動装置と直接結合して、約１：１から約４：３の範囲の低い比率及び高い比率でトルクを伝達する、請求項１に記載の動力伝達ユニット。
【請求項３】
前記動力伝達ユニットは、二輪駆動の高速位置、二輪駆動の低速位置、全輪駆動位置、四輪駆動位置、及び中立速度位置の少なくとも１つに移動可能である、請求項１に記載の動力伝達ユニット。
【請求項４】
前記移動機構は、少なくとも１つのシフトフォーク及び電子トルク機構であり、前記移動機構は、前記速度選択組立体の動きを制御する、請求項１に記載の動力伝達ユニット。
【請求項５】
前記動力伝達ユニット及び前記動力伝達最終駆動ユニットの少なくとも１つは、係合スリーブ及び係合カラーの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の動力伝達ユニット。
【請求項６】
前記入力軸は、前記可変速差動装置及び前記モード選択組立体の少なくとも１つの選択的係合のためにスライド可能である、請求項１に記載の動力伝達ユニット。
【請求項７】
前記動力伝達ユニット及び前記動力伝達最終駆動ユニットの少なくとも１つは、前記スライド入力軸を含み、前記スライド入力軸は、前記モード選択組立体及び前記可変速差動装置の少なくとも１つに選択的に係合する、請求項６に記載の動力伝達ユニット。
【請求項８】
前記レンジ選択組立体は、前記入力軸の周りに取り付けられる太陽歯車と、前記太陽歯車と前記動力伝達ユニットハウジングのアニュラス歯車との間に取り付けられる複数の遊星歯車とを更に備え、前記アニュラス歯車は、スライド可能か又は固定にうちの少なくとも一方である、請求項２に記載の動力伝達ユニット。
【請求項９】
電子作動機構を更に備え、前記電子作動機構は、前記動力伝達ユニットの少なくとも１つを前記動力伝達最終駆動ユニットへ選択的に係合し、前記電子作動機構が係合されると、トルクは、前記動力伝達ユニット及び前記動力伝達最終駆動ユニットの少なくとも１つから伝達される、請求項１に記載の動力伝達ユニット。
【請求項１０】
前記動力伝達最終駆動ユニット組立体は、少なくとも１つの歯車組立体を更に備える、請求項１に記載の動力伝達ユニット。
【請求項１１】
前記動力伝達最終駆動ユニット組立体は、
前記入力軸に係合されるハイポイド歯車組立体と、
係合機構と、
を更に備え、前記係合機構は、作動デバイス及び複数の摩擦プレートを含み、前記プレートは、前記ハイポイド歯車組立体から可変速差動装置へのトルク伝達、及び前記可変速差動装置から前記ハイポイド歯車組立体へのトルク伝達の少なくとも一方を行うようになっており、前記可変速差動装置は、遊星入力軸の周りに取り付けられる太陽歯車と、前記太陽歯車と動力伝達ユニットハウジングのアニュラス歯車との間に取り付けられる複数の遊星歯車とを含み、前記アニュラス歯車は、スライド可能か又は固定のうちの少なくとも一方である、請求項１に記載の動力伝達ユニット。
【請求項１２】
車両駆動系組立体であって、
第１の側軸と、
第２の側軸と、
前記第１の側軸の一部を取り囲む入力軸を有する動力伝達ユニットと、
前記動力伝達ユニット内に配置され、前記入力軸と選択的に係合される、モード選択組立体と、
前記動力伝達ユニット内に配置され、前記第１の側軸及び前記第２の側軸と係合する差動機構を収容する差動装置と、
第１の速度位置、第２の速度位置、中立位置及びモードの少なくとも１つに選択的に係  前記差動装置に隣接して取り付けられる減速歯車組立体と、
前記動力伝達ユニットの出力軸に相互結合される動力伝達最終駆動ユニットと、
を備え、
前記係合機構は、前記第１の速度位置及び前記第２の速度位置の少なくとも一方の場合に、前記差動装置に選択的に係合し、
前記動力伝達最終駆動ユニットは、モード選択組立体、差動装置、及び減速歯車組立体を含み、
前記差動装置及び前記減速歯車組立体は、第１の速度位置及び第２の速度位置の少なくとも一方をもたらす、車両駆動系組立体。
【請求項１３】
前記モードは、二輪駆動、全輪駆動、及び四輪駆動モードの少なくとも１つである、請求項１２に記載の車両駆動系組立体。
【請求項１４】
前記動力伝達最終駆動ユニットは、中空入力軸及び係合機構の少なくとも１つに係合するシフトフォークを更に備え、中空軸は、前記モード選択組立体、及び前記差動装置及び前記減速歯車組立体の少なくとも１つと選択的に係合する、請求項１２に記載の車両駆動系組立体。
【請求項１５】
前記動力伝達ユニットは、前記差動装置減速歯車組立体及び前記モード選択組立体の少なくとも１つの移動機構と相互結合するシフトフォークを更に備え、前記組立体において、前記シフトフォークは少なくとも１つのモード及び少なくとも１つの速度の係合を制御する、請求項１２に記載の車両駆動系組立体。
【請求項１６】
前記移動機構は、スリーブスプラインを備える、請求項１５に記載の車両駆動系組立体。
【請求項１７】
前記第１の速度は１：１の比率であり、前記第２の速度は低い、請求項１２に記載の車両駆動系組立体。
【請求項１８】
前記減速歯車組立体は、前記軸の周りに取り付けられた太陽歯車と、前記太陽歯車と前記差動装置との間に取り付けられた複数の遊星歯車とを備え、前記移動機構は、前記第２の速度位置の場合に前記太陽歯車と係合する、請求項１２に記載の車両駆動系組立体。
【請求項１９】
車両駆動系の速度を制御する方法であって、
動力源からのトルクを伝達する段階と、
トルクを入力軸に入力する段階と、
モード選択組立体を係合する段階と、
レンジ選択組立体を係合する段階と、
トルクを出力に伝達する段階と、
前記差動装置に直接係合して第１の速度及び第２の速度の少なくとも１つを実現する速度選択組立体を、第１の速度位置、第２の速度位置、及び中立位置の少なくとも１つに動かす段階と、
トルクを出力から動力伝達最終駆動ユニットへ伝達する段階と、
を含む方法。
【請求項２０】
前記動力伝達最終駆動ユニットのモード選択組立体を係合する段階と、
トルクを前記モード選択組立体からレンジ選択組立体へ伝達する段階と、
トルクを前記レンジ選択組立体から少なくとも一方の後側出力軸に伝達する段階と、
を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
トルクを少なくとも１つの車輪及び相互結合する出力軸から前記動力伝達最終駆動ユニットのレンジ選択組立体へ伝達する段階と、
トルクを前記動力伝達最終駆動ユニットのレンジ選択組立体から前記動力伝達最終駆動ユニットのモード選択組立体へ伝達する段階と、
動力伝達最終駆動ユニットの入力歯車を係合する段階と、
トルクを前記入力歯車からプロペラシャフトへ伝達する段階と、
前記動力伝達ユニットを同期させる段階と、
を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００９年１２月２日出願の米国仮出願番号６１／２６５，９５９、及び２０１０年１月２２日出願の米国仮出願番号６１／２９７，４９８の優先権を主張するものであり、これらの全ての内容は引用により本明細書に組み込まれている。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、全体的には動力伝達ユニットに関し、詳細には一体化された差動装置、及び二輪駆動と全輪駆動又は四輪駆動との間で切り替えるための軸入力を備える動力伝達ユニットに関する。
【背景技術】
【０００３】
燃料及び駆動系効率は、自動車構成部品の設計における管理要因である。特に、全輪駆動車及び四輪駆動車の設計者は、過酷な道路又はオフハイウエイ状態における性能に照らし合わせて日常の運転に関する燃料効率を重要視する。自動車は、トルク伝達軸を介して回転トルクを動力伝達ユニット（動力取出ユニットとしても知られる）に伝達する変速機によって駆動される。動力伝達ユニットは最終的に複数の車軸を駆動するが、これは第１の車軸が永久的に駆動され第２の車軸が必要時に結合されるハングオン式四輪駆動、及び両方の車軸が永久的に結合されるパーマネント式四輪駆動に分類できる。駆動系の設計は、自動車のエンジン配置によって、つまり、前側に配置されるか又は後側に配置されるかによって、及び縦方向に配置されるか又は幅方向に配置されるかによって大きく影響される。同時に、寸法、重量、及びこのシステムの組立コストに関する厳しいパッケージング要件が存在する。
【０００４】
動力伝達ユニットは、一般に前輪駆動ベースの全輪駆動システムに利用される。動力伝達ユニットは、変速機から、後輪に動力を伝達するプロペラシャフトにトルクを伝達する。多くの動力伝達ユニットは常時作動可能状態にあり、一般的に後側車軸付近のスリップクラッチによって制御されるが、運転時の僅かな時間だけ利用される。しかしながら、この「作動可能状態」おいて、既存の動力伝達ユニットはフルタイム状態になるので、パートタイムのみの恩恵による燃料効率が損なわれる。
【０００５】
典型的な四輪駆動ベースのレイアウトにおいて、エンジンは縦置きであり、動力伝達ユニットは、前側軸及び後側軸の両方をロックして同時に駆動して、結果的に前側及び後側外部差動装置の回転をアクティブにして各車輪に延びる車軸を駆動するようになっている。典型的な外部差動装置は、車輪を駆動する単一の９０度歯車セットである。もしくは、典型的な前輪駆動ベースの全輪駆動ハングオンレイアウトにおいて、エンジンは横置きであり、前側差動装置は、変速機組立体の内部に又はその直接的な部品として収容される。車両は、前側車輪を駆動しながら動力伝達ユニットから差動装置ユニットの単一の歯車セットを介して後側車輪に動力を伝達することで、全輪駆動構成で駆動できる。このことは、オンデマンドカップリングを含む複数の公知のカップリングにより達成できる。
【０００６】
しかしながら、ローレンジの（クリープ）駆動モードを備えることが望ましい車両において、車両の変速機は、極ローレンジの駆動比を可能にする十分に低い駆動比を備えていない場合がある。このことは、差動装置が他の歯車減速機構を備えていない変速機の内部に配置される従来型の変速機設計の場合に特に当てはまるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、窮屈な構成部品の占有面積を維持しながら、全四輪が係合する場合に、回転トルクを伝達して、ローレンジの駆動比を可能にするために動力伝達ユニットの駆動速度を低減することで、二輪駆動システムから四輪駆動又は全輪駆動システムの間で効率よく移行するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、車両駆動系における統合モード選択組立体及び統合レンジ選択差動装置組立体を有する、少なくとも１つの動力伝達ユニットを提供する。動力伝達ユニットは、内部構成要素が動力伝達ユニット組立体と動力伝達最終駆動ユニット組立体との間で交換可能であるようなモジュール式組立体である。１つの構成において、統合動力伝達ユニットは、一端において変速機に、他端において、前側動力伝達ユニット組立体の出力端に結合されたペラシャフトを介して最終動力伝達駆動ユニット組立体に回転可能に結合できる。前側動力伝達ユニット組立体ケースは、レンジ選択組立体及びモード選択組立体を収容する。組立体は、スライディング入力軸、モード係合要素、レンジ係合要素、及び各係合要素を組み合わせたものの１つを使用して選択的に係合される。
【０００９】
前側動力伝達ユニットは、最終駆動ユニット組立体に結合及び結合解除するための２段、２スピードモードの選択歯車組立体を備えることができる。また、前側動力伝達ユニット組立体は非常に低い最終駆動比を可能にする差動装置、及び中立、前輪駆動、後輪駆動、全輪駆動、及び四輪駆動の少なくとも１つを選択するためのモード選択組立体を含む。例えば、動力伝達ユニット及び差動装置は、約１：１から約４：３の範囲の多数の歯車駆動比を備えることができる。駆動は、用途に応じてアンダードライブ又はオーバードライブのどちらか一方とすることができることに留意されたい。歯車比は、何らかの特定の歯車比に限定されるものではなく、記載される歯車比は単なる可能性のある例示である。歯車比は、特定の用途のために選択され歯車のサイズに単に依存する。更に、減速歯車のサイズ及び形式は所望の用途に依存し、限定されるものではないが、はすば及び遊星歯車減速歯車セットを含むことができる。従って、車両用の統合モード選択組立体及び可変速差動装置組立体を備える動力伝達ユニットは、牽引状態が必要とされる場合、トルクを後側動力伝達最終駆動ユニットに伝達できる。
【００１０】
更に選択的に係合される動力伝達最終駆動ユニットは、単段モード選択組立体及びレンジ選択組立体を含むことができる。詳細には、モード選択組立体は、入力軸及び中空軸に選択的に相互結合される単一のハイポイド歯車組立体を含むことができる。中空軸は、トルクを第１の端部でモード選択組立体へ、第２の端部でレンジ選択組立体へ選択的に伝達するために使用できる。中空軸は、トルクを第１の後側出力軸及び第２の後側出力軸へ伝達するために、両端でスプライン結合することができる。
【００１１】
動力伝達最終駆動ユニットは、モード切り替えがアクティブになる前の同期時に、トルクを前側動力伝達ユニットに伝達することができる。車両駆動系が作動状態で車輪が回転中の場合、コンピュータモジュールはシステムを係合するためのリクエストを出すことができ、結果的に電気モータを係合して最終駆動ユニットのモード選択及びレンジ選択組立体をアクティブにして係合する。コンピュータモジュールは、特定の作動条件に基づいて予め定められたアルゴリズムを有することができ、同期作動を可能にする。組立体の作動により、逆係合がもたらされ、車輪速度に比較してハイポイド歯車組立体の低減された速度での回転が引き起こされる。この低減された速度は、摩擦プレート横切るＲＰＭ差分でもたらされる。ハイポイド歯車組立体の低減された回転速度は、前側動力伝達ユニットのモード選択の起動に同期させるのを助ける。従って、最終駆動ユニットは、同期時にトルクを前側動力伝達ユニットに伝達し、次に、動力伝達ユニットは、牽引要求発生時にトルクを最終駆動ユニットに伝達する。
【００１２】
例示的な構成によれば、パッケージングの制約に関して、内部のモード選択及びレンジ選択は設計の自由度をもたらす。更に、差動装置の前でモード切り替えを行うことで、システムのストレス量は最小になり、同時に効率が改善される。更に、動力伝達ユニットから動力伝達最終駆動ユニットへのトルクフロー、及び最終駆動ユニットから動力伝達ユニットへのトルクフローが固有であることが想定されている。
【００１３】
以下に図面を参照して例示的な実施形態が詳細に示される。しかしながら、図面は特定の実施形態を示し、図面は必ずしもスケール調整されておらず、特定の特徴部は、例示的な実施形態を上手く例示又は説明するために、誇張され、取り除かれ、又は部分的に切断されている。更に、本明細書で説明する実施形態は例示的であり、網羅的であること又は特許請求の範囲を特定の形態及び図面に示され以下の詳細な説明に開示される構成に制限又は限定することは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】１つの例示的な構成による、例示的な前側動力伝達ユニット及び例示的な動力伝達最終駆動ユニットを有する車両駆動系の等角図である。
【図２】固定アニュラス歯車を有する例示的な動力伝達ユニットの内部及び外部構成要素の断面図を示す。
【図３Ａ】図２に示す動力伝達ユニットのモード選択組立体の拡大断面図を示す。
【図３Ｂ】図２に示す動力伝達ユニットのレンジ選択組立体の拡大断面図を示す。
【図４】選択可能なアニュラス歯車を有する例示的な動力伝達ユニットの内部及び外部構成要素の断面図を示す。
【図５Ａ】図４に示す動力伝達ユニットのモード選択組立体の拡大断面図を示す。
【図５Ｂ】図４に示す動力伝達ユニットのレンジ選択組立体の拡大断面図を示し、トルクを後側出力に伝達する係合位置にある。
【図６】図４に示す動力伝達ユニットの断面図を示し、動力伝達ユニットは、二輪駆動の第１の速度位置（ハイレンジ１：１）に係合解除されている。
【図７】図４に示す動力伝達ユニットの断面図を示し、動力伝達ユニットは、全輪駆動の第１の速度位置に係合されている。
【図８】図４に示す動力伝達ユニットの断面図を示し、動力伝達ユニットは、全輪駆動の第２の速度位置に係合されている。
【図９】図４に示す動力伝達ユニットの断面図を示し、動力伝達ユニットは、二輪駆動の中立速度位置に係合されている。
【図１０】図４に示す動力伝達ユニットの断面図を示し、動力伝達ユニットは、四輪駆動又は全輪駆動の第１の速度位置に係合されている。
【図１１】例示的な動力伝達最終駆動ユニットのモード選択組立体及びレンジ選択組立体を示す断面図である。
【図１２】図１１に示す動力伝達最終駆動ユニットの追加の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明において、種々の作動パラメータ及び構成要素は、１つの例示的に構成された実施形態に関して説明される。これらの特定のパラメータ及び構成要素は実施例として含まれるが限定するものではない。図１を参照すると、例示的な車両駆動系組立体１００が示されている。車両駆動系組立体１００は、横置きエンジン１１２及び変速機１１４を備えている。車両駆動系組立体１００は、複数の軸要素１２２、１２４、１２６、１２８、及び等速ジョイント１３２として示される対応する関節型トルク伝達ジョイントを含むことができる。軸要素１２２、１２４、１２６、１２８及びジョイント１３２は、動力伝達ユニット１５０から複数の車輪（図示せず）へトルクを伝達するために使用できる。一般に、車輪は、該車輪を駆動する動力をもたらす軸要素１２２、１２４、１２６、１２８の外端に配置される。一般に、エンジン１１２は、変速機の入力軸（図示せず）に固定されるエンジンのクランク軸（図示せず）を介して変速機１１４に取り付けることができ、変速機１１４へトルクを伝達するようになっている。トルクは、変速機１１４内の一連の歯車（図示せず）を介して、最終的には変速機の出力軸１１６に伝達することができるが、変速機の入力軸と出力軸は平行にオフセットしている。エンジンの出力部１１２からオフセットする変速機の出力部において、変速機１１４は、入力軸１１８（図２に明確に示す）を有する動力伝達ユニット１５０に取り付けることができ、第１の前側軸１２２は入力軸１１８内に配置でき、動力伝達ユニット１５０の一方側から外側に延び（図１に明確に示す）、第２の前側軸１２４は動力伝達ユニット１５０の反対側から延びる。
【００１６】
図２、３Ａ、及び３Ｂを参照すると、動力伝達ユニット１５０は、内部モード選択歯車組立体１６０及び内部レンジ選択歯車組立体１８０を含むことができる。また、動力伝達ユニット１５０は、モード選択歯車組立体１６０に回転可能に結合されて、動力を変速機出力部１１６からモード選択組立体１６０を経由してプロペラシャフト１３０に伝達するために使用される出力軸１２０を含むことができる（図１、１１、及び１２を参照）。プロペラシャフト１３０は、内部モード選択歯車組立体２６０及び内部レンジ選択歯車組立体２８を含む動力伝達最終駆動ユニット２５０に回転可能に結合でき、後側車輪（図示せず）に動力を伝達するようになっている。以下に動力伝達最終駆動ユニット２５０、モード選択組立体２６０、及びレンジ選択組立体２８０を詳細に説明する。
【００１７】
図２から１０を参照すると、動力伝達ユニット１５０では、モード選択及びレンジ選択組立体１６０、１８０を含む内部構成要素が、セクション強調表示で示されている。例示的な動力伝達ユニット１５０は、軸１１８、１２０、１２２、１２４等の一連の回転構成要素を収容して支持する動力伝達ユニットハウジング１５２、モード選択歯車組立体１６０、及びレンジ選択歯車組立体１８０を備える。以下に詳細に説明する回転構成要素は、複数の軸受１５４、１５６で支持できる。軸受１５４、１５６は、ボール、ニードル、ローラ、スラスト、アンギュラボール、テーパーロール、及びスラストニードルローラ軸受等の任意の公知の形式とすることができるが、これらに限定されるものではない。特に、軸受１５４、１５６は、内部モード選択歯車組立体１６０及びレンジ選択歯車組立体１８０に相互結合される入力軸１１８を支持する回転接合部をもたらす。例示的な少なくとも図２及び３Ａに示すモード選択歯車組立体１６０に関し、モード選択歯車組立体１６０は、選択的係合要素１７０によって入力軸１１８に選択的に係合される、はすば歯車セット１６２（一般的な２又は３段ｐｔｕレイアウトで示す）又は一般的に単段ｐｔｕ（図示せず）のスパイラル／ハイポイド歯車セットを含むことができる。１つの例示的な構成において、選択的係合要素１７０は、入力軸１１８がはすば歯車セット１６２と非係合となり、車両駆動系が二輪駆動モードで作動する非係合位置（少なくとも図６を参照）と、入力軸１１８がはすば歯車セット１６２及びハイポイド歯車セット１６６と係合して、車両駆動系が全輪又は四輪駆動モードで作動する係合位置（少なくとも図３Ａを参照）との間を移動できる。選択的係合は種々の適切な機構又は構成で実現できることを理解されたい。単に例示的であるが、係合は、係合要素１７０を手動型又は自動型シフトフォーク（図示せず）を使用して軸方向に直接スライドさせることで実現できる。また、入力軸１１８は、手動的に又は自動的に操作される軸方向スライド軸とすることができ、スライドして係合要素１７０を係合又は非係合にするようになっていることを理解されたい。利用する実施形態に関わらず、モード選択組立体１６０及び関連の係合要素１７０が非係合位置にある場合はモード選択組立体１６０が回転しないので、回転組立体の効率及び最終的な燃料効率が向上する。
【００１８】
図３Ａ及び図４に示すように、係合要素１７０が係合されると四輪又は全輪駆動モードが選択され、係合要素１７０が結合して回転駆動されてトルクが入力軸１１８からはすば歯車セット１６２へ伝達される。はすば歯車セット１６２は、歯車かみ合い点１６４ではすば組立体歯車セット１６６及びハイポライド組立体歯車セット１６８に回転可能に結合される。このモードでの作動中に、変速機１１４は、はすば歯車セット１６２に対して係合要素１７０によって選択的に係合される入力軸１１８を回転させる。次に、はすば歯車セット１６２は、出力軸１２０を回転させるハイポイド歯車セット１６６と回転可能にかみ合う。
【００１９】
前述のように、ハイポイド歯車セット１６６と組み合わさったはすば歯車セット１６２の作動により、変速機１１４からの横方向回転トルクを縦方向トルクに変換できる。縦方向トルクは、ハイポイド出力軸１２０（図示せず）からプロペラシャフト１３０の下流側、動力伝達最終駆動ユニット２５０に伝達される。モード選択組立体１６０は、変速機の出力軸１１６とレンジ選択組立体１８０との間に配置でき、レンジ選択より前に後側トルク伝達が可能になり、１対１の比率より高いレンジ選択の場合にモード選択組立体及びレンジ選択組立体１８０を経由するストレス量が低減する。特に、モード選択組立体１６０をこのように配置することで、オペレータは、ハイレンジ又はローレンジの追加のストレスを付加する前にトルクフローを結合及び非結合とすることができ、これはトルクを後側に伝達し、前側のレンジ減速、及び動力伝達最終駆動ユニット２５０によって後側のレンジ減速が可能になる。２つのレンジ減速機構を設けると、以下に詳細に説明するように、レンジ選択組立体１８０のレンジ減速組立体１９２を経由するストレス量が低減する。従って、全トルク量は、トルクがプロペラシャフト１３０の下流に伝達される前にレンジ減速組立体１９２を経由して伝達される場合のように、前側及び後側に伝達されない。
【００２０】
図３Ｂには、速度選択組立体としても知られるレンジ選択歯車組立体１８０が詳細に示されている。レンジ選択歯車組立体１８０は、入力軸１１８を選択的に係合して、変速機１１４から第１の前側軸１２２及び第２の前側軸１２４へ異なる速度でトルクを伝達する。第１の前側軸１２２及び第２の前側軸１２４は動力伝達ユニットハウジング１５２に設けられる。ハウジング１５２内には前側軸１２２、１２４に係合する差動機構１８２が収容される。１つの実施形態において、差動機構１８２は、前側軸１２２、１２４に取り付けられたサイド歯車１８４及びこれにかみ合うピニオン歯車１８６を備えることに留意されたい。ピニオン歯車１８６は、ピニオン軸１８８によって差動装置１８２内に保持される。
【００２１】
モード選択組立体１６０と同様に、レンジ選択組立体１８０は、入力軸１１８にトルクを伝達するために選択的に係合できる。レンジ選択組立体１８０は、第１の速度位置４６（図５Ｂ、６、及び７を参照）と第２の速度位置４８（図８を参照）との間で選択的に係合できる。しかしながら、レンジ選択組立体１８０は、限定されるものではないが、電子的又は手動を含む種々の方法で制御できること、及び１つの実施形態において、レンジ選択組立体１８０は、係合カラー１９０と選択的に係合するシフトフォーク（図示せず）又は前述のスライド可能な入力軸１１８によって制御できることに留意されたい。従って、選択的係合は、前述と同様のシフト要素を使用して実現できる。選択的係合により、係合カラー１９０又は入力軸１１８は２つの速度位置、並びに中間のニュートラル位置（図９に示す）の間を移動する。
【００２２】
図示の例示的な構成において、第１の速度位置では、入力軸１１８からのトルクが差動装置１８２へ直接伝達されて１：１の駆動比がもたらされる。しかしながら、レンジ選択組立体１８０を第２の速度位置へ移動させると、入力軸１１８からのトルクは速度減速組立体１９２を経由して伝達される。１つの例示的な実施形態では種々のレンジ選択組立体１８０を想定することができるが、レンジ減速組立体１９２は、速度減速組立体として構成できる。他の改良例として、減速歯車組立体１９２は、第１の前側軸１２２の周りに配置されて回転軸を共用する太陽歯車１９４と、太陽歯車１９４の周りに配置されてアニュラス歯車１９８と係合する複数の遊星歯車１９６とを含むことが意図されている。アニュラス歯車１９８は、図２−３Ｂに示すようにハウジング１５２に固定されるか、又は図４−１０に示すように選択的にハウジング１５２に係合されることに留意されたい。図４−１０に示すように、選択的係合は、以下に詳細に説明するスライド式アニュラス歯車３９８を含む。スライド式アニュラス歯車３９８を使用すると、非作動時に構成要素の回転かみ合い係合を制限することで、１：１の直結駆動比の場合に回転効率及び燃費の大幅な向上を可能にする追加の利点がもたらされる。更に、使用するアニュラス歯車１９８、３９８に関わらず、モード選択組立体１６０は、良好に維持され、同様に良好に機能できる。
【００２３】
レンジ減速組立体１９２を経由してトルクを伝達することで、約４．３：１の駆動比を実現できる。広範囲の駆動比を実現するために、正確な駆動比は歯車装置によって選択的に変更できることを理解されたい。この構成により、車両駆動系１００は、オフロードのクリープ走行用の「低（ロー）」駆動特性、及び車道用の燃費の良い「高（ハイ）」駆動特性をもつことができる。また、この駆動比／レンジ段は、燃料効率のために、必要に応じて所定の車両速度でのエンジン／変速機ＲＰＭを低下させるオーバードライブ（ロー／アンダードライブに対する）として使用できる。これにより、伝達比を性能及び／又は牽引用に最適化でき、全体的なパワートレイン比を低減するためにＰＴＵ／後側車軸比を利用できる。
【００２４】
移動機構がレンジ選択組立体１８０を第１の速度位置に移動すると、スリーブスプラインはアニュラス歯車を直接遊星キャリアに結合して、遊星歯車は太陽歯車／入力軸１１８にロックし、入力軸１１８からのトルクは直接差動装置１８２へ伝達されることに留意されたい。これにより、１：１駆動比又は「高」速度構成がもたらされる。また、レンジ選択組立体１８０は、中立速度位置（図９参照）に切り替えることができ、レンジ選択組立体／アニュラス歯車１８０は、入力軸１１８から差動装置１８２を回転的に非係合とする。最後に、レンジ選択組立体１８０は、第２の速度位置（図８参照）の「低」速度構成に移動できる。ここでは、レンジ選択組立体１８０は減速歯車組立体（アニュラス歯車に基づく）１９２に係合し、入力軸１１８の速度は、差動装置１８２に伝達される前に、モード選択組立体１６０が係合される場合はトルクが出力軸１２０に伝達された後に歯車装置によって低減される。
【００２５】
また、本明細書の動力伝達ユニット１５０の構成は、モード選択組立体１６０に関して説明した全輪又は四輪駆動モードにおいて使用でき、図７、８、及び１０に詳細に示されている、例えば、本構成において、動力伝達ユニット１００は、図１１−１２に別々に示す動力伝達最終駆動ユニット組立体２５０に相互結合されている。図示のように、動力伝達最終駆動ユニット組立体２５０は、出力軸１２０からプロペラシャフト１３０下流の入力軸２１８、最終的には全輪駆動／四輪駆動用途で後輪に伝達されるトルクを介して、前側動力伝達ユニット組立体１５０から動力を受け取る。この構成において、図１に示すように、最終駆動ユニット２５０は車両の後輪の間に配置され、最終駆動ユニット２５０から各車輪へトルクを伝達する出力軸１２６、１２８を備える。
【００２６】
最終駆動ユニット２５０は、モード選択組立体２６０及びレンジ選択組立体２８０を含むことができる。これらの組立体２６０、２８０は、前側動力伝達ユニット１５０に関して説明した組立体６０、１８０と同様であり置き換え可能である。しかしながら、サイズ及び適用要件に応じて組立体１６０、１８０、２６０、２８０の他の変形例も可能である。図１１−１２に示す例示的な構成において、最終駆動ユニット２５０は、単段のモード選択組立体２６０及びレンジ選択組立体２８０を含む。詳細には、モード選択組立体２６０は、入力軸２１８及び中空軸２２０に相互結合する単一のハイポイド歯車組立体２６２を備えるように示されている。中空軸２２０は、第１の端部２２２のモード選択組立体２６０及び第２の端部２２４のレンジ選択組立体２８０に選択的にトルクを伝達するために使用される。中空軸２２０の各端部２２２、２２４はスプライン加工することができ、遊星デフケース組立体３００に結合することでトルクを第１の後側出力軸１２６及び第２の後側出力軸１２８に伝達することができる。
【００２７】
図１１及び１２に示すように、ハイポイド歯車組立体２６２は、一連の軸受２４０で最終駆動ユニット２５０内に支持される。ハイポイド歯車組立体２６２は、ハウジング２６６に取り付けられたリング歯車２６４を含むことができる。リング歯車２６４は、ハウジング２６６を介して中空軸２２０に選択的に取り付けることができる。しかしながら、リング歯車２６４は、中空軸２２０に対して自由に回転でき、更に中空軸２２０を介してトルクを選択的に第１及び第２の後側軸１２６、１２８に伝達するために、係合機構２７０によって中空軸２２０に係合することが意図されている。詳細には、係合機構２７０は、プレートキャリア２４２で支持される摩擦プレート２７６セットを含むことができ、プレートキャリア２４２は直接中空軸２２０と係合することができ、ハウジング２６６とアクチュエータ２７８との間に配置され、リング歯車２６４から中空軸２２０へトルクを直接伝達するようになっている。
【００２８】
モード選択は、電気モータ２１０を作動させて係合機構２７０とハウジング２６６との間で摩擦プレート２７６を押し付けることで達成でき、電気モータ２１０は、アクチュエータ２７８と関連して摩擦プレート２７６を軸方向に押し付ける軸方向変位ボールランプを駆動／回転させる減速歯車を回転させるようになっている。（制御可能なセンターデフ装置ｕｓ０１／２０２０を参照）摩擦プレート２７６が押し付けられると、トルクはプレートキャリア２４２を経由して中空軸２２０に伝達される。電気モータ２１０の作動は、駆動系モジュール（図示せず）による一連のコンピュータ制御の駆動系コマンド（アルゴリズム）によって実行できることに留意されたい。モジュールは、限定されるものではないが、車輪スリップ、エンジン速度、プロペラシャフト回転、及びエンジンＲＰＭに関するセンサ入力等の特定の予め定められたパラメータに基づいて、モータの作動タイミングに関する命令を発生できる。
【００２９】
最終駆動ユニット２５０内で中空軸２２０が回転すると、レンジ選択組立体２８０は選択的に係合できる。図１１及び１２に示すように、最終駆動ユニット２５０のレンジ選択組立体２８０は、前述の前側レンジ選択組立体１８０と同じレイアウトとすることができる。レンジ選択歯車組立体２８０は、中空軸２２０と選択的に係合して、異なる速度で入力軸２１８から第１の後側軸１２６及び第２の後側軸１２８へトルクを伝達できる。後側軸１２６、１２８はレンジ選択組立体２８０の差動装置２８２に結合する。１つの実施形態において、差動機構２８２は、後側軸１２６、１２８に取り付けられたサイド歯車２８４、及びこれにかみ合うピニオン歯車２８６を備えることが意図されている。ピニオン歯車２８６は、ピニオン軸２８８によって差動装置２８２に保持される。
【００３０】
モード選択組立体２６０と同様に、レンジ選択組立体２８０は、選択的に中空軸２２０と係合してトルクを伝達できる。レンジ選択組立体２８０は、第１の速度位置と第２の速度位置との間で選択的に係合できる。しかしながら、レンジ選択組立体１８０は、限定されるものではないが、電子的又は手動的なものを含む種々の方法で制御できることが意図されており、１つの実施形態において、レンジ選択組立体２８０は、少なくともスライドブッシュ２９２、戻りバネ２９４、及びシフトスリーブ２９８と関連するシフトフォーク２９６を含む移動機構２９０によって制御できることが意図されている。移動機構２９０は、シフトスリーブ２９８を中空軸の第２の端部２２４と選択的に係合してトルクを駆動カラー３００に伝達する。駆動カラー３００は、カップリング３０４及び差動装置２８２の少なくとも１つと選択的に係合して、レンジ選択組立体２８０が２つの速度位置、並びに中立位置の間で移動するようになっている。
【００３１】
更に、回転組立体の効率及び燃料効率の改善が必要とされる又は望まれる用途において、シフトスリーブ２９８及び駆動カラー３００を取り除いて中空軸２２０だけを使用することができることに留意されたい。中空軸２２０だけを使用する場合、一連のはすば歯車又は係合ノブ（図示せず）を用いることができ、移動機構２９０は、中空軸２２０を選択的係合状態にスライドさせるために使用でき、モード選択組立体２６０及びレンジ選択組立体２８０の選択的係合は前述と同様である。
【００３２】
第１の速度位置において、中空軸２２０からのトルクは差動装置２８２に直接伝達され、１：１の駆動比がもたらされる。しかしながら、レンジ選択組立体２８０を第２の速度位置に移動させると、中空軸２２０からのトルクは、速度減速組立体３０２を経由して伝達される。しかしながら種々のレンジ選択組立体２８０を想定することができ、１つの例示的な構成として、減速歯車組立体３０２の使用を想定することができる。他の変形例として、減速歯車組立体３０２は、後側軸１２６を取り囲むと共に回転軸を共用する、カップリング又は太陽歯車３０４を備えることが意図される。太陽歯車３０４は、該太陽歯車３０４の周りに配置されてアニュラス歯車３０８と係合する複数の遊星歯車３０６と係合できる。レンジ選択組立体１８０に関して説明したように、アニュラス歯車３０８は、ハウジング３１０に固定されるか又はハウジング３１０に選択的に係合されることを理解されたい。動力伝達最終駆動ユニット２５０がもたらす歯車比は、前側動力伝達ユニット１５０に関する説明と同じとすることができ、正確な駆動比は、歯車装置によって選択的に変更でき広範囲な駆動比を実現できるようになっている。これにより、車両駆動系１００は、オフロードのクリープ走行用の「低（ロー）」駆動特性、及び車道用の燃費の良い「高（ハイ）」駆動特性をもつことができる。
【００３３】
移動機構２９０がレンジ選択組立体２８０を第１の速度位置に移動すると、シフトスリーブ２９８が中空軸２２０及び駆動カラー３００を係合して、トルクをハイポイドリング歯車２６４から差動装置２８２へ直接伝達することに留意されたい。これにより１：１駆動比又は「高」速度構成がもたらされる。また、レンジ選択組立体２８０は中立速度位置に切り替えることができ、レンジ選択組立体２８０は、差動装置２８２と駆動カラー３００及び中空軸２２０を非係合とする。最後に、レンジ選択組立体２８０は、第２の速度位置の「低」速度構成に移動できる。
【００３４】
少なくともハイレンジ選択は、前述の何らかのモード選択での作動時にいつでも選択的に係合又は非係合できることに留意されたい。詳細には、駆動系が高速で作動している場合、後側車輪及び関連の後側軸１２６、１２８は回転することになる。オペレータがコンピュータ制御モジュールによりモード切り替えを要求すると、電気モータ２１０に信号が送られ、係合機構２７０が作動して係合し、基本的に、逆係合の場合は、ハイポイド歯車組立体２６２が車輪速度に対して最初は低い速度で回転する。この低い速度は、摩擦プレート２７６を横切るＲＰＭ差分でもたらされる。ハイポイド歯車組立体２６２の低い回転速度は、前側動力伝達ユニット１５０のモード選択の起動に同期させるのを助ける。従って、最終駆動ユニット２５０は、同期時にトルクを前側動力伝達ユニット１５０に伝達し、次に、動力伝達ユニット１５０は、牽引要求発生時にトルクを最終駆動ユニット２５０に伝達する。モード選択が達成されると（シフトカラーが係合すると）、典型的なＡＷＤ／四輪駆動電子トラクションロジックが可能になる。このモードでは、後側作動装置２６０が能動的に制御され、トルクがＡＷＤ制御ロジックに基づいて必要に応じて第２の車軸に伝達される。
【００３５】
更に、ハウジング１５２、３１０は、相互に固定され密閉されて単一のハウジングを形成する複数のハウジング部から作ることができる。ハウジングは、潤滑油を収容する少なくとも１つの流体サンプリザーバを含むことができる。特定の用途において、２つ又はそれ以上のサンプを使用して潤滑の必要のないハウジング１５２、３１０の内部区域を分離することができる。これにより、各サンプを満たすのに必要な流体量を最小限にしてユニット１５０、２５０の重量を低減することができる。また、ハウジング１５２、３１０は、該ハウジング１５２、３１０を貫通する何らかのオリフィス又は開口の周りに挿入された複数のシール１５８、２５８、３５８を含むことができる。これらのシール１５８、２５８、３５８により、変速機１１４又は外部環境と分離された閉じた潤滑システムを提供して維持することが容易になる。詳細には、前側動力伝達ユニットに関して示すように、第１のシール１５８は、入力軸１１８及び第１の前側軸１２２の一方の周りに配置でき、変速機の流体（図示せず）が動力伝達ユニット１５０に流入するのを防止するようになっている。第２のシール２５８は、第２の前側軸１２４の周りに配置できるが、第３のシール３５８は、出力軸１２０の周りに配置できる。シール１５８、２５８、３５８は、潤滑油が動力伝達ユニット１５０、２５０から漏れて何らかの外部構成部品にさらされることを防止できる。シール１５８、２５８、３５８は、ハウジング１５２、２５２のチャネル又は溝に締まりばめされる硬質接触面、及び回転部材又は軸１１８、１２０、１２２、１２４に隣接した可撓性接触面を含むことができる。硬質部は、限定されるものではないが、アルミニウム、黄銅、及び複合材料等のシール製品に使用される公知の硬質材料で構成できが、可撓部は、限定されるものではないが、ラバー、プラスチック、複合材料、又は他の適切な材料等の公知のシール材料で構成できる。
【００３６】
動力伝達ユニット１５０は、大部分、２段歯車組立体の単一の実施形態で示されているが、本開示は、限定されるものではないが、単段動力伝達ユニットの歯車組立体及び多段動力伝達ユニットの歯車組立体（現状、単段、２段、及び３段）を含む、多様な動力伝達ユニットに適用できることが意図されていることに留意されたい。単なる例示であるが、単段組立体を使用する場合、はすば歯車セット１６２を取り除いて単一のハイポイド歯車セット１６６を使用することができる。更に、単段が想定される場合、歯車セット１６８は、前述の２段組立体と同様に係合又は非係合とすることができる。詳細には、モード選択組立体１６０の選択的係合のために、係合要素１７０は、固定又は軸方向に移動可能とすることができ、入力軸１１８は、軸方向に固定又は軸方向に移動可能とすることができる。更に、選択的係合が入力軸１１８とはすば歯車セット１６４又は遊星歯車セット１９０との間として説明されるが、用語「入力軸」は、動力伝達ユニット１５０内の任意のトルク入力軸を含むと解釈できることに留意されたい。従って、これは従来型の入力軸、アイドル軸、中間軸、ピニオン出力軸等を含むことができる。
【００３７】
更に、動力伝達最終駆動ユニット２５０は、大部分、単段歯車組立体の単一の実施形態で示されているが、本開示は、限定されるものではないが、多段（２段又は３段）動力伝達最終駆動ユニットの歯車組立体を含む多様な動力伝達最終駆動ユニットに適用できることが意図されていることを理解されたい。単なる例示であるが、２段組立体を使用する場合、ユニットは、ハイポイド歯車セット１６６と一緒に使用されるはすば歯車セット１６２を有する前述の動力伝達ユニット１５０と同じとすることができる。更に、選択的係合が中空軸２２０とモード選択組立体２６０及びレンジ選択組立体２８０との間として説明される、用語「入力軸」は、動力伝達ユニット２５０内の任意のトルク入力軸を含むと解釈できることに留意されたい。従って、これは従来型の入力軸、アイドル軸、中間軸、ピニオン出力軸等を含むことができる。
【００３８】
本開示は、実例を参照して詳細に説明されているが、これは単に例示的なものであり本開示を実施するための最良の形態である。当業者であれば、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書の開示内容の種々の変形例を利用できることを理解できる。添付の特許請求の範囲は開示内容の範囲を規定し、特許請求の範囲の方法及び装置、並びにその均等物がこれに包含されることが意図されている。本開示の説明は、本明細書に説明する構成要素の新規で非自明の組み合わせを含むと解釈すべきであり、これらの構成要素のあらゆる新規で非自明の組み合わせを本出願又は後続の出願において請求することができる。前述の実例は例示的であり、本願または後の出願で請求できるあらゆる可能な組み合わせに必須の構造または要素ではない。
【００３９】
明細書の記述「１つの実施例」、「実施例」、「１つの実施形態」、又は「実施形態」は、実施例に関連する特定の特徴、構造、特性が少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。明細書の語句「１つの実施例において」は、必ずしもその都度示される同じ実施例を参照しない。
【００４０】
本明細書で説明するプロセス、システム、方法、ヒューリスティック等に関して、このプロセスのステップ等は特定の順番に基づいて発生すると説明されるが、このプロセスは、本明細書の順番以外の順番で実行できる。特定の各ステップは同時に実行できること、他のステップを追加できること、本明細書で説明した特定のステップを削除できることを理解されたい。換言すれば、本明細書のプロセスの説明は特定の実施形態を示す目的であり、特許請求の範囲に記載の発明を限定すると解釈すべきではない。
【００４１】
従って、前述の説明は例示的で非制限的であることが意図されていることを理解されたい。大部分の実施形態及び記載された実施例以外の応用例は、前述の説明から読み取ることができる。本発明の範囲は、前述の説明を参照するのではなく、添付の特許請求の範囲、並びのその均等物を参照して決定されるべきである。本技術分野で将来開発が行われること、及び開示されたシステム及び方法はこのような将来の実施形態に含まれることが想定及び意図されている。つまり、本発明は、修正及び変更でき添付の特許請求の範囲でのみ限定されることを理解されたい。
【００４２】
特許請求の範囲で使用される全ての用語は、最も広い妥当な解釈、及び本明細書で特に言及しないかぎり当業者が理解する通常の意味を与えることが意図されている。特に、単数形の冠詞は、特許請求の範囲が明らかに限定しない限りにおいて１つ又はそれ以上の要素を示すと解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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