(57)【要約】【課題】エンジンと変速機からなるパワープラントにプロペラシャフトを組み付けたパワートレーンで、共振を生じさせることのないパワートレーンを提供すること。【解決手段】少なくともエンジンと該エンジンに連結された変速機とから構成されたパワープラントと、該パワープラントに連結され、該パワープラントの動力を後輪駆動軸に伝達するプロペラシャフトとからなる車両のパワートレーンにおいて、前記パワートレーンから外した状態におけるプロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）を、プロペラシャフトを外した状態におけるパワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して所定値以内となるようにして車両のパワートレーンを構成した。【選択図】    図１
2009156439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともエンジンと該エンジンに連結される変速機とによって構成された車両のパワープラントと、
前記パワープラントに連結され、該パワープラントで発生された動力を駆動軸に伝達するプロペラシャフトとを備えた車両のパワートレーンであって、
前記パワープラントから外された状態の前記プロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）が、前記プロペラシャフトを外した状態の前記パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して所定値以内になるように、前記プロペラシャフトを設定したことを特徴とする車両のパワートレーン。
【請求項２】
前記プロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）は、前記パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して、１．６ｆｐ≦ｆｒの関係に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の車両のパワートレーン。
【請求項３】
少なくともエンジンと該エンジンに連結される変速機とによって構成されたパワープラントと、
前記パワープラントに連結され、該パワープラントで発生された動力を車両の駆動軸に伝達するプロペラシャフトとを備えた車両のパワートレーンであって、
前記プロペラシャフトは、複数のプロペラシャフト部材を連結して構成され、かつ前記パワートレーンから外した状態における前記パワープラントに最も近い第１のプロペラシャフト部材が有する固有振動数（ｆｒ）が、前記プロペラシャフトを外した状態の前記パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して、１．２ｆｐ≦ｆｒの関係になるように、前記第１のプロペラシャフトを設定したことを特徴とする車両のパワートレーン。
【請求項４】
少なくともエンジンと該エンジンに連結される変速機とによって構成されたパワープラントと、
前記パワープラントに連結され、該パワープラントで発生された動力を車両の駆動軸に伝達するプロペラシャフトとを備えた車両のパワートレーンの設定方法であって、
前記パワープラントから外された状態の前記プロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）を、前記プロペラシャフトを外した状態の前記パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して、１．６ｆｐ≦ｆｒの関係になるように、前記プロペラシャフトを設定することを特徴とした車両のパワートレーンの設定方法。
【請求項５】
少なくともエンジンと該エンジンに連結される変速機とによって構成されたパワープラントと、
前記パワープラントに連結され、該パワープラントで発生された動力を車両の駆動軸に伝達するプロペラシャフトとを備えた車両のパワートレーンの設定方法であって、
前記プロペラシャフトを、複数のプロペラシャフト部材を連結して構成し、かつ前記パワートレーンから外した状態における前記パワープラントに最も近い第１のプロペラシャフト部材が有する固有振動数（ｆｒ）を、前記プロペラシャフトを外した状態の前記パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して、１．２ｆｐ≦ｆｒの関係になるように、前記第１のプロペラシャフトを設定することを特徴とする車両のパワートレーンの設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンなどのパワープラントにプロペラシャフトを連結させ、後輪側を駆動させる車両のパワートレーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の前方側にエンジンを搭載し、後輪を駆動輪としたＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）車は、エンジンと後輪との間にプロペラシャフトを具え、プロペラシャフトを通してエンジンの駆動力を後輪に伝達させている。またトラックなど全長が長い車両では、複数本のプロペラシャフト部材を継ぎ手で連結してプロペラシャフトを構成し、エンジンから駆動軸まで駆動力を伝達させる場合がある。
【０００３】
車両を設計するにあたり、エンジンで発生した動力を駆動輪に確実に伝達するため、プロペラシャフトの剛性等を適切に設定する必要がある。また走行中にエンジン、変速機、プロペラシャフトから構成されるパワートレーンの曲げ共振が発生しないように、車両の最高速度を考慮した上でそれぞれの固有振動数を選択、設定させている。すなわち、図８に示すように車両の最高速度におけるプロペラシャフトの共振周波数ｆｐｍａｘとパワートレーンの共振周波数ｆｏが一致する（１．０の位置）と共振を起こし、車両に発生する振動がピーク値に達し、パワートレーンの曲げ振動が増大する。そこで例えばパワートレーンの共振周波数ｆｏを、車両の最高速度におけるプロペラシャフトの共振周波数ｆｐｍａｘから余裕率Ｓをもって離すことが必要とされる。すると、車両の最高速度において共振するおそれは、数値で０．０４５や０．０８１に示されるように著しく減少する。
【０００４】
また従来、エンジンと変速機などからなるパワープラントの固有振動数と、パワープラントから切り離した状態のプロペラシャフトの固有振動数を求め、パワープラントの固有振動数とプロペラシャフトの固有振動数がほぼ一致するようにプロペラシャフトを形成し、パワートレーンの振動を低減させることも知られている。特許文献１参照。
【特許文献１】特開２００６−２０７６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらパワープラントとプロペラシャフトのそれぞれが有する固有振動数を車両の最高速度との関係において共振しない範囲に設定していても、パワープラントにプロペラシャフトとを組み合わせたパワートレーンでは、パワープラントとプロペラシャフトのそれぞれが単独の場合に得られる固有振動数と異なる固有振動数が現れる場合がある。
【０００６】
エンジンからの駆動力を後輪に伝達させるのに十分な強度を具え、かつ走行中に共振が発生しないようにパワープラントやプロペラシャフトなどの固有振動数を個々に設定していても、パワープラントにプロペラシャフトを組み合わせた状態のパワートレーン全体として有する共振周波数を考慮しなければ、思わぬ状況で共振が発生するおそれもある。
【０００７】
また、トラックなどの車両では、同一のパワープラントに対して、様々な車両の長さ（ホイールベース）を設定する場合には、プロペラシャフトの長さや本数を変更することで対応することとなる。このようにプロペラシャフトの長さや本数を変更することに伴い、パワートレーンとしての固有振動数やプロペラシャフトの固有振動数も変化するため、パワープラントにプロペラシャフトを組み付けた際に共振するか否かの判断をすることになるが、従来適切な判断手法がなかった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決し、少なくともエンジンと変速機から構成されたパワープラントにプロペラシャフトを組み付けた状態のパワートレーンにおいて、走行中に共振を生じさせることのないように設定されたパワートレーン、及びその設定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためパワートレーンにおけるプロペラシャフトを次のように構成した。
【００１０】
１、  少なくともエンジンと該エンジンに連結される変速機とによって構成された車両のパワープラントと、前記パワープラントに連結され、該パワープラントで発生された動力を駆動軸に伝達するプロペラシャフトとを備えた車両のパワートレーンであって、
前記パワープラントから外された状態の前記プロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）が、前記プロペラシャフトを外した状態の前記パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して所定値以内になるように、前記プロペラシャフトを設定して車両のパワートレーンを構成した。
【００１１】
２、プロペラシャフトが連続した一本の部材から構成されている場合は、プロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）を、パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して、１．６ｆｐ≦ｆｒの関係に設定した。
【００１２】
パワープラントが有する固有振動数は、エンジンの種類や変速機の構成などから、計算あるいは実際に計測を行うことによって求める。プロペラシャフトが有する固有振動数は、プロペラシャフトを構成する材質やプロペラシャフトの断面形状、プロペラシャフトの長さなどから計算、あるいは実際に計測を行うことによって求める。
【００１３】
３、プロペラシャフトが複数のプロペラシャフト部材を連結して構成されている場合は、パワープラントに最も近い第１のプロペラシャフトの固有振動数（ｆｒ）をパワープラントの固有振動数（ｆｐ）に対して、１．２ｆｐ≦ｆｒの関係に設定する。
【００１４】
プロペラシャフトの固有振動数を所定の値に設定するには、プロペラシャフトを形成す材質を変更したり、プロペラシャフトの断面形状を変更させるなどを行う。
【００１５】
また車両を延長した場合、それに伴ってプロペラシャフトの長さが長くなり、プロペラシャフトの固有振動数が上記関係式を満たさなくなる場合は、上述したようにしてプロペラシャフトの固有振動数を変更し、上記関係を満たすように設定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる車両のパワートレーンは、次の効果を有している。  
パワートレーンから外した状態におけるプロペラシャフトの有する固有振動数（ｆｒ）を、プロペラシャフトを外した状態におけるパワープラントの有する固有振動数（ｆｐ）に対して所定値以内に設定することにより、車両の最高速度におけるプロペラシャフトの固有振動数と、パワープラントにプロペラシャフトが組み付けられたパワートレーンにおける固有振動数との値を離すことができ、これらの値が一致することによって発生されるパワートレーンの共振を防止できる。
【００１７】
パワートレーンの共振を防止できることから、パワートレーンの曲げ振動、ひいては車両の振動を抑えることができる。
【００１８】
また上記関係式を用いることにより、エンジンと変速機との組み合わせが同一のパワープラントに、長さが異なるプロペラシャフトを組み付けるときの良否判断を行わせることができる。同一のパワープラントを用いて車長の異なる車両を設計する場合に、強度を満たすとともに、上記関係を満たすようにプロペラシャフトを設定することにより、プロペラシャフトをパワープラントに組み付けて構成されたパワートレーンの共振を防止し、適切な設計が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明にかかる車両のパワートレーンの一実施形態について、図を参照して説明する。  
図１に、車両１０のパワートレーン１２を示す。車両１０は、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）方式の貨物用車両で、車両前方（図の下方。）にエンジン１４と変速機１６を備え、後方に後輪１８を有し、後輪１８間に設けられたデファレンシャル機構２０と変速機１６との間にプロペラシャフト２２が配設されている。
【００２０】
エンジン１４と変速機１６は一体に連結されており、シャーシフレーム１１にゴムブシュ（図示せず。）などを介して取り付けられている。エンジン１４と変速機１６でパワープラント１３を構成している。
【００２１】
プロペラシャフト２２の前側には前側継ぎ手２４が設けられ、プロペラシャフト２２は、前側継ぎ手２４を介してパワープラント１３と屈曲可能に連結されている。またプロペラシャフト２２の後側には後側継ぎ手２６が設けられ、後側継ぎ手２６を介してデファレンシャル機構２０とプロペラシャフト２２が屈曲可能に連結されている。
【００２２】
前側継ぎ手２４、及び後側継ぎ手２６は、フランジヨーク、ジョイントヨーク及びスパイダ（図示省略）等から構成されている。尚パワープラント１３は、車両１０に縦置きでなく、横置きに取り付けられていてもよい。
【００２３】
プロペラシャフト２２は、所定の断面形状を有する金属製の中空パイプから形成されている。プロペラシャフト２２の長さという場合、基本的に継ぎ手間の距離、すなわち前側継ぎ手２４と後側継ぎ手２６の間の距離をいう。尚プロペラシャフト２２は、中空の金属製パイプに限らず、炭素繊維製などその他の素材で形成しても、あるいは中実軸であってもよい。デファレンシャル機構２０は、内部に差動ギアを備え、プロペラシャフト２２からの駆動力を左右の後輪駆動軸に分配し、後輪１８を駆動させる。
【００２４】
次に、パワープラント１３、及びプロペラシャフト２２の固有振動数について説明する。  
パワープラント１３の固有振動数（ｆｐ）は、エンジン１４に変速機１６を組み付けた状態で実験により求める。その際、プロペラシャフト２２は、変速機１６から外してある。尚、固有振動数（ｆｐ）を計算により求めてもよい。
【００２５】
プロペラシャフト２２の固有振動数（ｆｒ）は、プロペラシャフト２２をパワープラント１３から取り外した、単独の状態で実験により求める。尚プロペラシャフト２２を形成する素材の材質、断面形状、長さなどから計算で求めてもよい。それぞれの固有振動数（ｆｐ）と（ｆｒ）が求められたら、計算式に代入し、不等号の関係、すなわち１．６ｆｒ≦ｆｐの関係を満たすか否か判断する。
【００２６】
関係式を満たしていれば、かかる固有振動数（ｆｒ）を有するプロペラシャフト２２を用いてパワートレーン１２を構成することができる。一方、関係式を満たさない場合には、プロペラシャフト２２の断面形状を変更したり、材質を変更するなどして関係式を満たすようにプロペラシャフト２２の固有振動数（ｆｒ）を変更する。
【００２７】
また、プロペラシャフト２２の断面形状を変更したり、材質を変更するなどしても関係式を満たさない、あるいは断面形状を変更させない場合などには、プロペラシャフト２２を複数のプロペラシャフト部材を連結させて構成することを考慮する。
【００２８】
次に、プロペラシャフトを、複数のプロペラシャフト部材から構成した場合について説明する。図２に車両１１を示す。車両１１は、図１に示した車両１０より全長が長く形成されている。すなわちパワープラント１３からデファレンシャル機構２０までの間隔が長く、プロペラシャフト２３は、車両前方に第１プロペラシャフト２５を設け、後方に第２プロペラシャフト２７を設け、２本のプロペラシャフト部材で構成されている。第１及び第２のプロペラシャフト２５、２７は、それぞれ上述したと同様の素材から形成されており、車両１１に応じて適度な長さをそれぞれ有している。
【００２９】
第１プロペラシャフト２５の前端は、前側継ぎ手２４によりパワープラント１３に連結してあり、後端は、軸受部２９により回動自在に保持されている。また第１プロペラシャフト２５の後端と第２プロペラシャフト２７の前端は、自在継ぎ手３１を介して連結されている。そして第２プロペラシャフト２７の後端は、後側継ぎ手２６によりデファレンシャル機構２０に連結されている。
【００３０】
第１プロペラシャフト２５の固有振動数（ｆｒ）は、実験、あるいは計算により上述したと同様にして求める。第１プロペラシャフト２５の固有振動数（ｆｒ）が求められたら、パワープラント１３の固有振動数（ｆｐ）とを、関係式、１．２ｆｐ≦ｆｒに入れて、関係が成り立つか否か判断する。
【００３１】
関係式が満足されれば、プロペラシャフト２３を使用してパワートレーン１５を構成できる。一方関係式が満足されない場合は、パワートレーン１５に共振を発生させるおそれがあるとして第１プロペラシャフト２５の固有振動数（ｆｒ）を変更する。第１プロペラシャフト２５の固有振動数の変更は、上述したと同様の手法で行なう。
【００３２】
次に、上記関係式について説明する。関係式は、次のようにして求められる。
【００３３】
例えば固有振動数（ｆｐ）が９６Ｈｚであるパワープラントに、長さの異なるプロペラシャフトを組み付けたときのパワートレーンの共振周波数の値を図３に示す。
【００３４】
図３は、横軸がプロペラシャフトの長さ（ｍｍ）であり、縦軸がパワートレーンの共振周波数（Ｈｚ）である。パワートレーンの共振周波数は、パワートレーン及びプロペラシャフトの質量などの条件から有限要素法（ＦＥＭ）によって求められる。なお、プロペラシャフトは、１本で構成されている。
【００３５】
図４に、図３のグラフの根拠となる実験例を示す。図４は、上記パワープラントに長さの異なるプロペラシャフトを連結させたときのパワートレーンに生じる振動の結果を示している。すなわち、ある素材からなる長さ１０５８ｍｍのプロペラシャフトをパワープラント（ｆｐが９６Ｈｚ）に連結させたときのパワートレーンの共振周波数が８９．８４Ｈｚであったことを示している。
【００３６】
更に表の右欄には、その際のパワープラントにおける振動が、パワープラントが主体の振動であるのか、もしくはプロペラシャフトが主体の振動であるのかが示してある。すなわち長さが１０５８ｍｍのプロペラシャフトの場合では、パワープラントが振動の主体となっていることが記載されている。また、プロペラシャフトの長さが１７００ｍｍ、２０００ｍｍの場合では、プロペラシャフトが振動の主体となっていることが記載されている。図３のグラフは、図４に示してある各プロペラシャフトにおけるパワートレーンの一次の振動の結果をプロットして形成されている。
【００３７】
図３のグラフ曲線からは、次の点が明らかである。すなわちグラフ中ほどのＡ点付近を境界点としてグラフが急激に下がっている。このことは、Ａ点を境にしてこれよりプロペラシャフトの長さを長くすると、急激にパワートレーンの共振周波数が低下することを示し、そしてそのことは本来、最高速度におけるプロペラシャフトの共振周波数ｆｐｍａｘと余裕率をもって設定されているパワートレーンの共振周波数ｆｏがｆｐｍａｘの値に近接することを意味している。したがって、このＡ点より長く設定されたプロペラシャフトの場合には、仮に、共振周波数ｆｏがｆｐｍａｘの値と一致していなくとも、プロペラシャフトのわずかな製造誤差や組み付け状態等により、急激に共振周波数ｆｏが低下しｆｐｍａｘの値に近接して、パワートレーンに共振を発生させてしまうおそれがあることがわかる。
【００３８】
更に、かかるＡ点を一般化させるにあたり、プロペラシャフトの長さではなく、固有振動数を用いた比較が有利である。Ａ点におけるプロペラシャフトの長さは、約１２５０ｍｍであり、かかる長さのプロペラシャフトの固有振動数（ｆｒ）は、１５９ヘルツであることが、実験あるいは計算によりわかっている。したがってＡ点における、パワープラントの固有振動数（ｆｐ）とプロペラシャフトの固有振動数（ｆｒ）との比較においては、１５４（９６×１．６）≦１５９となり、１．６ｆｐ≦ｆｒの関係が得られる。
【００３９】
これにより、プロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）を、パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して、１．６ｆｐ≦ｆｒの関係を保つことにより、図３のグラフのＡ点より左側の範囲内に設定させておくことができ、パワートレーンを安全な範囲に設定させることができる。
【００４０】
次に、プロペラシャフトを複数のプロペラシャフト部材から構成した場合について説明する。
【００４１】
プロペラシャフトを複数のプロペラシャフト部材から構成した場合は、パワートレーンの共振周波数がパワープラントに直接連結されたプロペラシャフトによりほぼ決定されるため、第１プロペラシャフトを比較の対象とする。図５に、２本のプロペラシャフト部材でプロペラシャフトを構成した場合と、３本のプロペラシャフト部材でプロペラシャフトを構成した場合の、第１プロペラシャフトの長さとパワートレーンの共振周波数との関係を示す。
【００４２】
また図６に２本のプロペラシャフト部材でプロペラシャフトを構成した場合の振動の結果、図７に３本のプロペラシャフト部材でプロペラシャフトを構成した場合の振動の結果を表で示す。各グラフ、及び表があらわす内容は、上記プロペラシャフトが１本の場合と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００４３】
図５に示すグラフでは、２本の場合に図のＢ点を境界としてグラフが急激に下がっているのがわかる。かかるＢ点の第１プロペラシャフトの長さは１６４１ｍｍで、その固有振動数は１２１ヘルツであることがわかっている。したがって、かかる関係を固有振動数でみると、パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）と第１プロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）とが、１１５（１．２×９６）≦１２１となり、１．２ｆｐ≦ｆｒの関係であることがわかる。
【００４４】
これにより図５のグラフにおいてＢ点より左側の範囲、つまり安全な領域にパワートレーンを設定するには、プロペラシャフトが有する固有振動数（ｆｒ）を、パワープラントが有する固有振動数（ｆｐ）に対して、１．２ｆｐ≦ｆｒの関係に保てばよいことがわかる。
【００４５】
このことは、プロペラシャフトが３本のプロペラシャフト部材で構成されている場合においても同様であり、プロペラシャフトが３本のプロペラシャフト部材で構成されている場合も、Ｂ点が境界点として得られる。例えば第１プロペラシャフトの長さが１６０６ｍｍの場合、固有振動数は１２５ヘルツとなり、３本のプロペラシャフト部材でプロペラシャフトを構成した場合も、ほぼ１．２ｆｐ≦ｆｒの関係に保てばよいことがわかる。
【００４６】
尚、２本、及び３本のプロペラシャフト部材でプロペラシャフトを構成した場合の、第１プロペラシャフトの固有振動数は、各プロペラシャフト部材を連結した状態で、実験あるいは計算で求めた値である。
【００４７】
このように、本発明の関係式を満たすように設定されたパワートレーンは、共振周波数ｆｏが最大速度におけるプロペラシャフトの共振周波数ｆｐｍａｘに一致、近接することがなく、車両走行中に共振を発生させることがない。また、かかる関係式を用いることにより、ある所定のパワープラントに連結させるプロペラシャフトが適切か否かを、それらの固有振動数を比較することにより直ちに判別することができる。
【００４８】
尚上記例では、パワープラントの固有振動数を９６Ｈｚとした例で説明したが、本発明はそれに限るものではなく、他の固有振動数を有するパワープラントに対して、プロペラシャフトが有する固有振動数と比較することにより、パワープラントとプロペラシャフトを組み合わせてなるパワートレーンを適切に設定し、また判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明にかかるパワートレーンの一実施形態を示す車両の平面図である。
【図２】他の例にかかるパワートレーンの一実施形態を示す車両の平面図である。
【図３】プロペラシャフトの長さとパワートレーンの共振周波数の関係を示す図である。
【図４】プロペラシャフトの長さとパワートレーンの振動の関係を示す表である。
【図５】他の例のプロペラシャフトの長さとパワートレーンの共振周波数の関係を示す図である。
【図６】他の例のプロペラシャフトの長さとパワートレーンの振動の関係を示す表である。
【図７】他の例のプロペラシャフトの長さとパワートレーンの振動の関係を示す表である。
【図８】最高速度と、共振周波数の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…車両
１２…パワートレーン
１３…パワープラント
１４…エンジン
１６…変速機
１８…後輪
２０…デファレンシャル機構
２２…プロペラシャフト
【図１】
2009156439.tif 000003
【図２】
2009156439.tif 000004
【図３】
2009156439.tif 000005
【図４】
2009156439.tif 000006
【図５】
2009156439.tif 000007
【図６】
2009156439.tif 000008
【図７】
2009156439.tif 000009
【図８】
2009156439.tif 000010