(57)【要約】  原動装置のための出力伝達装置（ＰＴＵ）（１０１）は、外側ハウジング（２２９，２３０）及びトルク伝達クラッチ（２１６，２１７，２１８，２２２）を含む。また、ＰＴＵ１０１は、外側ハウジング（２２９，２３０）とトルク伝達クラッチ（２１６，２１７，２１８，２２２）との間に配置されたピストンハウジング（２４０）、及び、ピストンハウジング（２４０）内のピストン（２１１）を含む。このピストン（２１１）は、トルク伝達クラッチ（２１６，２１７，２１８，２２２）に作動力を与え、かつ、ピストンハウジング（２４０）に戻る反力を制限するように配置されている。【選択図】図２Ｂ
2012512371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ハウジング（２２９、２３０）と、
トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）と、
前記外側ハウジング（２２９、２３０）と前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）との間に配置されたピストンハウジング（２４０）と、
該ピストンハウジング（２４０）内のピストン（２１１）と、を備えた原動装置のための出力伝達ユニット（１０１）において、
前記ピストン（２１１）は、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）に作動力を付与し、かつ、前記ピストンハウジング（２４０）に戻る反力を制限するように配置されていることを特徴とする出力伝達ユニット。
【請求項２】
前記外側ハウジング（２２９、２３０）は、更に、前記ピストンハウジング（２４０）に接続する油圧流体入力部（２０９）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の出力伝達ユニット。
【請求項３】
更に、作動部材（２１３、２１４、２１５、２１７、２２０）を備え、
前記作動部材（２１３、２１４、２１５、２１７、２２０）は、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）と前記ピストン（２１１）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の出力伝達ユニット。
【請求項４】
前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）は、ドグクラッチ（２１６）に直列の同期多板湿式クラッチ（２２２）を含み、前記同期多板湿式クラッチ（２２２）は、選択的に作動されるプレート（２１９、２２１）の数及び範囲に基づき、供給するトルクの量が可変となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の出力伝達ユニット。
【請求項５】
更に、ニードルスラスト軸受（２１２）を備え、該ニードルスラスト軸受（２１２）は、前記ピストン（２１１）と前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）との間に介装されていることを特徴する請求項１に記載の出力伝達ユニット。
【請求項６】
更に、ニードルローラ軸受（２４２）と、
スラスト軸受（２３９）と、
フランジ片側スプールテーパローラ軸受（２４４）と、
キャップ片側スプールテーパローラ軸受（２４３）とを備え、
前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）は、推力を生じるように構成され、また、前記ニードルローラ軸受（２４２）は、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）から推力を受けるように構成され、
前記ピストン（２１１）は、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）から推力を受けるように構成され、前記ピストンハウジング（２４０）は、前記ピストン（２１１）から推力を受けるように構成され、前記ニードルローラ軸受（２４２）は、前記ピストンハウジング（２４０）から推力を受けるように構成され、かつ、前記スラスト軸受（２３９）は、前記ニードルローラ軸受（２４２）から推力を受けるように構成され、
前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）は、前記ピストン（２１１）から、該ピストンが受けた推力に応答して、反力を受けるように構成され、
前記キャップ片側スプールテーパローラ軸受（２４３）及び前記フランジ片側スプールテーパローラ軸受（２４４）は、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）から推力を受けないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の出力伝達ユニット。
【請求項７】
更に、ラジアルニードル軸受（２４２’）と、
前記スラスト軸受（２３９）と、
前記ニードルローラ軸受（２４２）とを備え、
前記ラジアルニードル軸受（２４２’）は、前記スラスト軸受（２３９）上で前記ピストンハウジング（２４０）を径方向に支持するように構成され、
前記ニードルローラ軸受（２４２）及び前記ラジアルニードル軸受（２４２’）は、前記ピストン（２１１）と前記ピストンハウジング（２４０）との間に介装されていることを特徴とする請求項１に記載の出力伝達ユニット。
【請求項８】
トルクを供給するモータ（１０３）と、
前記モータ（１０３）に作動連結された変速機（１０２）と、
前記変速機（１０２）に作動連結された主駆動アクスル（１０４、１０５）と、
前記主駆動アクスル（１０４、１０５）に駆動連結された前記出力伝達ユニット（１０１）とを備え、
前記出力伝達ユニット（１０１）は、
前記外側ハウジング（２２９、２３０）と、
前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）と、
前記外側ハウジング（２２９、２３０）と前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）との間に配置された前記ピストンハウジング（２４０）と、
前記ピストン（２１１）に選択的に作動連結され、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）が選択的に作動連結される第１カップリング部材（２１３、２１４、２１５、２１７、２２０）と、
前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）に選択的に作動連結される第２カップリング部材（２２３、２２４）と、
前記第２カップリング部材（２２３、２２４）に作動連結されるピニオンギヤ（１０７）と、
前記ピニオンギヤ（１０７）に作動連結される駆動軸（１１２）と、
前記駆動軸（１１２）に作動連結される補助駆動アクスル（１１３）とを備え、
前記ピストン（２１１）は、変化可能な作動力を前記第１カップリング部材（２１３、２１４、２１５、２１７、２２０）に供給して、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）を選択的に結合させるように構成され、
前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）は、前記ピストン（２１１）によって供給された変化可能な作動力に応答して前記第２カップリング部材（２２３、２２４）が変化可能に結合することにより、前記主駆動アクスル（１０４、１０５）から前記ピニオンギヤ（１０７）にトルクを伝達するように構成され、
トルクが前記ピニオンギヤ（１０７）から前記駆動軸（１１２）を通して前記補助駆動アクスル（１１３、１１４、１１５）に供給されることを特徴とするトルク伝達システム。
【請求項９】
更に、付勢バネ（２２７、２２８）を備え、該付勢バネ（２２７、２２８）は、
前記ピストン（２１１）を移動させ、これにより、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）を変化可能に離脱させるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のトルク伝達システム。
【請求項１０】
前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）は、完全に離脱し、これにより、前記ピニオンギヤ（１０７）、前記駆動軸（１１２）及び前記駆動アクスル（１１３、１１４、１１５）を完全にアイドルさせるように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のトルク伝達システム。
【請求項１１】
前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）は、前記ドグクラッチ（２１６）に直列の前記多板湿式クラッチ（２２２）を含み、該多板湿式クラッチ（２２２）は、選択的に結合されるプレート（２１９、２２１）の数に基づき、変化可能なトルク量を供給するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載のトルク伝達システム。
【請求項１２】
更に、前記ピストンハウジング（２４０）に油圧流体を供給するための油圧制御ユニット（１１９）と、
前記ピストンハウジング（２４０）に油圧流体を導通するために該ピストンハウジング（２４０）に配置された油圧流体入力ポート（２０９）とを備え、
前記油圧制御ユニット（１１９）は、前記ピストン（２１１）を作動させる油圧流体の圧力を制御することを特徴とする請求項８に記載のトルク伝達システム。
【請求項１３】
更に、第１及び第２後輪（１０９、１１０）と
第１及び第２ホイールハブ離脱機構（１１７、１１８）とを備え、
前記第１及び第２ホイールハブ離脱機構（１１７、１１８）は、それぞれ、
ホイールハブピストン（４０３）と、
ホイールハブカップリング部材（４０４、４０５、４０９）と、
前記ホイールハブピストン（４０３）に流体接続するホイールハブ油圧流体入力ポート（４０２）とを備え、
前記油圧制御ユニット（１１９）は、前記ホイールハブ油圧流体入力ポート（４０２）への油圧流体の圧力制御して、前記ホイールハブピストン（４０３）を選択的に作動させ、
前記ホイールハブピストン（４０３）は、前記ホイールハブカップリング部材（４０４、４０５、４０９）を結合して、前記第１及び第２後輪（１０９、１１０）のそれぞれを前記補助駆動アクスル（１１３、１１４、１１５）に結合することを特徴とする請求項１２に記載のトルク伝達システム。
【請求項１４】
更に、ニードルスラスト軸受（２１２）を備え、前記ニードルスラスト軸受（２１２）は、前記ピストン（２１１）と、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）との間に介装されていることを特徴とする請求項８に記載のトルク伝達システム。
【請求項１５】
更に、前記ニードルローラ軸受（２４２）と、
前記ラジアルニードル軸受（２４２’）とを備え、
前記ニードルローラ軸受（２４２）は、前記トルク伝達クラッチ（２１６、２１７、２１８、２２２）から推力を受けるように構成され、
前記ニードルローラ軸受（２４２）及び前記ラジアルニードル軸受（２４２’）は、前記ピストン（２１１）と前記ピストンハウジング（２４０）との間に介装されていることを特徴とする請求項８に記載のトルク伝達システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には、４輪のうちの２輪を使用する駆動システムと、全四輪を使用する駆動システムとの間で切換可能な自動車用の車両ドライブラインに関連する。より具体的には、本開示は、この切換を補助する動力伝達ユニット、及び、車両ドライブラインへの効率的な組込みを可能にする動力伝達ユニット内のピストンの設計及び配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の全輪駆動（ＡＷＤ）の車両ドライブラインは、補助リア駆動システムに連結した主フロント駆動アクスルを含んでいる。一般的に補助リア駆動システムは、動力伝達ユニット、駆動軸、ＡＷＤ結合装置、リアアクスル及びリアハーフシャフトアセンブリを含んでいる。車両が４×２モードで作動しているとき、主フロントアクスルは、車両を移動し続けるため、及び、タイヤと路面との境界を通して駆動される補助駆動アクスルのドライブライン効率損失に打ち勝つための駆動力を発生する。ドライブライン効率損失は、オイルの攪拌損失、粘性抵抗、慣性及び摩擦が主因である。
【０００３】
４×２モードで作動するための、より燃料効率的なドライブラインを提供するためには、主駆動システムから補助駆動システムを切離し、また、補助駆動システムの惰性回転を止めることにより、補助駆動システムを完全に「アイドル状態」とする機能を有することが望ましい。このようにして補助駆動システムをアイドル状態とすることは、非回転慣性を除いて、補助駆動システムからドライブラインの効率損失をほぼ全て取り除く。
【発明の概要】
【０００４】
一つの実施形態では、原動装置用の出力伝達装置（ＰＴＵ）は、外側ハウジング及びトルク伝達クラッチを含んでいる。また、このＰＴＵは、外側ハウジングとトルク伝達クラッチとの間に配置されたピストンハウジング、及び、このピストンハウジング内のピストンを含んでいる。このピストンは、トルク伝達クラッチに作動力を付与し、また、ピストンハウジングに戻る反力を制限するように配置されている。
【０００５】
もう一つの実施形態では、トルク伝達システムは、トルクを供給するのためのモータ、このモータに作動連結される変速機、この変速機に作動連結される主駆動アクスル、及び、この主駆動アクスルに作動連結される出力伝達装置を含んでいる。出力伝達装置は、外側ハウジングを含んでいる。外側ハウジングは、ピストンハウジング内のピストン、このピストンに選択的に作動連結される第１カップリング部材、この第１カップリング部材に選択的に作動連結されるトルク伝達クラッチ、及び、このトルク伝達クラッチに選択的に作動連結される第２カップリング部材を取り囲んでいる。第２カップリング部材には、ピニオンギヤが作動連結される。このピニオンギヤには、駆動軸が作動連結される。この駆動軸には、補助駆動アクスルが作動連結される。
【０００６】
前述の概要の説明及び以下の詳細な説明は、説明のための例示に過ぎず、特許請求の範囲の記載のように本発明を限定するものではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
ここに含まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本説明と共に本発明のいくつかの実施形態を示し、本発明の主題を説明するために役立つ。
【０００８】
【図１】本発明に係るアイドル可能なＰＴＵを有する車両ドライブラインの一実施形態を示す図である。
【図２Ａ】回転しないピストン及びピストンハウジングを有する本発明に係るＰＴＵの一実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すＰＴＵの拡大縦断面図である。
【図３】本発明に係る電子制御ユニット（ＥＣＵ）の一実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係るホイールハブ離脱機構の一実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る油圧制御ユニット（ＨＣＵ）の一実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明に係るＨＣＵの他実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付の図に示された本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。可能な限り、これらの図をとおして、同じ、または、同様の部分には、同じ参照符号を用いて説明する。
【００１０】
図１は、例えば自動車に使用するための前輪駆動車両ドライブラインシステムの一例を示している。このドライブラインは、第１車輪１０８、第２車輪１０９、第３車輪１１０及び第４車輪１１１の四輪を含んでいる。前輪、すなわち、第１車輪１０８及び第４車輪１１１は、４×２モードに対して駆動力を与え、この４×２モードは、後輪、すなわち、第２車輪１０９及び第３車輪１１０がエンジンからトルクを受け取らないモードである。４×４モードでは、前輪及び後輪は、エンジンからトルクを受け取って車両に駆動力を与える。
【００１１】
車輪１１１及び１０８は、フロントアクスルの一部であり、このフロントアクスルは、第１及び第２等速ジョイント、出力ハーフシャフトアセンブリ１０４、１０５、主駆動フロントトランスアクスル１０２、並びに、アイドル可能な出力伝達装置（ＰＴＵ）１０１を含んでいる。主駆動フロントトランスアクスル１０２は、エンジン１０３及びＰＴＵ１０１に機械的に連結され、ＰＴＵ１０１は、トランスアクスル１０２にボルトによって結合される。ＰＴＵ１０１は、ピニオンギヤ１０７に機械的に連結され、ピニオンギヤ１０７は、相フランジ１０６を介して駆動軸１１２に連結される。駆動軸１１２は、更に、リア駆動アクスル１１３に連結され、リア駆動アクスル１１３は、第１リアハーフシャフト１１４及び第２リアハーフシャフト１１５に結合される。第１リアハーフシャフト１１４は、第１ホイールハブ離脱機構１１７に連結され、この第１ホイールハブ離脱機構１１７は、第２車輪１０９に結合される。第２リアハーフシャフト１１５は、第２ハブ離脱機構１１８に連結され、この第２ハブ離脱機構１１８は、第３車輪１１０に結合される。
【００１２】
車両の主駆動システムは、エンジン１０３、主駆動フロントトランスアクスル１０２、第１及び第２等速ジョイント、出力ハーフシャフトアセンブリ１０４、１０５、及び、出力ハーフシャフト２０４を含んでいる。補助駆動システムは、ＰＴＵ１０１、ピニオンギヤ１０７、相フランジ１０６、駆動軸１１２、リア駆動軸１１３、第１リアハーフシャフト１１４、及び、第２リアハーフシャフト１１５を含んでいる。補助駆動システムは、車両が４×２モードで作動している間、完全に非回転のアイドル状態が可能であり、そして、駆動システムに再結合して、ハイウエイ運転速度を含む全ての運転速度にわたって４×４モードで作動することができる。
【００１３】
トルクは、エンジン１０３から主駆動フロントトランスアクスル１０２内の変速機に伝達し、そして、フロント駆動デファレンシャルケースに伝達する。フロント駆動デファレンシャルケースは、フロント駆動デファレンシャルギヤセットとＰＴＵ１０１との間にトルクを分配することができる。２つのフロントハーフシャフトは、第１車輪１０８及び第４車輪１１１にトルクを伝達する。ＰＴＵ１０１は、以下に説明する機構を介して、トルクを駆動軸１１２に、そして、リア駆動アクスル１１３に伝達し、リア駆動アクスル１１３でトルクは、第１リアハーフシャフト１１４と第２リアハーフシャフト１１５とに分配される。適当な量のトルクが、第１ホイールハブ離脱機構１１７及び第２ホイールハブ離脱機構１１８を介して第２車輪１０９及び第３車輪１１０にそれぞれ伝達される。
【００１４】
電子制御ユニット（「ＥＣＵ」）１２０は、センサ１１６からのデータを処理し、これらのセンサ１１６は、各車輪への適切なトルクの分配を決定するために、ドライブラインに沿って様々な位置に接続される。トルクの量は、第１車輪１０８、第２車輪１０９、第３車輪１１０及び第４車輪１１１のそれぞれに対して同一にすることができ、または、各車輪のトルクの量は、トラクション、安定性、制動、ステアリング角度、ドライブライン速度、加速度、ヨー、スロットルポジション、その他の車両状態に応じて変化させることができる。
【００１５】
様々なセンサ及び通信装置１１６は、電子制御ユニット１２０内で処理するデータを与える。ＥＣＵ１２０は、第２車輪１０９及び第３車輪１１０に伝達するトルクの適切な量を決定することができる。更に、ＥＣＵ１２０は、第１ホイールハブ離脱機構１１７及び第２ホイールハブ離脱機構１１８が、第２車輪１０９及び第３車輪１１０を第１リアハーフシャフト１１４及び第２リアハーフシャフト１１５に何時結合、または、離脱すべきかを制御することができる。連結及び離脱は、更に、後述するように、油圧制御ユニット（「ＨＣＵ」）１１９からの作動により行なわれる。また、図２に示されるように、ＨＣＵ１１９は、ＰＴＵ１０１内のピストン２１１の作動も補助する。また、ＥＣＵ１２０は、ＨＣＵ１１９がピストン２１１をいつ作動すべきかを決定することもできる。当業者は、センサ及び通信装置１１６の配置、ＥＣＵ１２０の配置と作動、及び、ＨＣＵ１１９との接続手段を認識するであろう。
【００１６】
図２Ａ及び２Ｂは、本発明のアイドル可能なＰＴＵ１０１の一実施形態を示している。図２Ａは、図１のＰＴＵ１０１の拡大図であり、また、図２Ｂは、図２ＡのＰＴＵ１０１の拡大断面図である。
【００１７】
ＰＴＵ１０１は、作動部材に直列に配置されたトルク伝達クラッチを含む。図示の実施形態では、トルク伝達クラッチは、同期されるドグクラッチに直列に配置された湿式クラッチである。トルク伝達クラッチは、カップリング部材２１８、内側摩擦ディスク２１９及び外側摩擦ディスク２２１を含んでいる。トルク伝達クラッチは、湿式多板クラッチパック２２２を含んでいる。ドグクラッチは、湿式クラッチ機構を有するドグカラー２１６を含んでいる。更に、作動部材は、例えば、スレーブピストン２１３、内側ピストン２１４、外側ピストン２２０、第２ニードルスラスト軸受２１５、摩擦ディスク２１７、及び、ドグカラー２１６を含んでいる。
【００１８】
ＰＴＵ１０１は、ＰＴＵ外側ハウジングキャップ２２９及びＰＴＵ外側ハウジング２３０を有するハウジングを含んでいる。ＰＴＵ外側ハウジングキャップ２２９は、ＰＴＵオイル容積領域２０８を収納し、また、ローラ軸受アセンブリ２３３と接合している。ＰＴＵ外側ハウジング２３０は、ＰＴＵピストンハウジング２３１と接合している。ＰＴＵピストンハウジング２３１は、ピニオンギヤ１０７を収容し、少なくとも１つの速度センサ２３２を接続している。
【００１９】
上述のように、トルクは、フロント駆動デファレンシャル（図示せず）及びＰＴＵ１０１の間に分配される。ＰＴＵ１０１は、中空軸２０１を介してトルクを受け、この中空軸２０１は、フロント駆動デファレンシャルケースと、クラッチパック２２２の切離し可能な油圧駆動の多板クラッチ離脱機構の入力と間に直接連結する。クラッチパック２２２は、湿式クラッチの一例であり、これは、選択的に圧縮されてプレートを互いに結合させる潤滑されたクラッチである。プレートの結合量、すなわち、結合剛性は、プレートにより伝達されるトルクの量に相互に関連する。この多板クラッチの結合剛性は、ピニオンギヤ１０７及びリングギヤ２２４で構成される直角ギヤセットを通して伝達されるトルクを制限する。この直角ギヤセットは、駆動軸１１２を駆動する。
【００２０】
４×２車両モードで作動しているとき、トルクは、フロントアクスルデファレンシャルケースから直接、中空軸２０１に供給される。中空軸２０１は、ニードルローラ軸受２０２を介して、また、出力ハーフシャフト２０４上の位置２０３で、ジャーナル軸受のはめ合いにより径方向に支持される。出力ハーフシャフト２０４は、自由に回転して、ＰＴＵ１０１の他のどの部分にもトルクを伝達しない。出力ハーフシャフト２０４とチューブ機構２０５との間の空間は、トランスアクスルからの潤滑油が自由に流れる容積を形成する。チューブ機構２０５、ローラ軸受アセンブリ２３３、第１リップシール２０６及び第２リップシール２０７は、それぞれ、トランスアクスル（図示せず）からのオイルがＰＴＵオイル容積領域２０８内のギヤオイルと混合するのを防止するようにオイルが満たされた容積を形成する。出力ハーフシャフト２０４は、ローラ軸受アセンブリ２３３を貫通して、等速ジョイントアセンブリ２３６及び等速ジョイントブーツ２３７に結合し、これらは、順次、右側の外側出力ハーフシャフト２３８に結合する。
【００２１】
車両を４×２モードから４×４モードの作動にシフトするため、油圧制御ユニット１１９は、油圧流体をオイルポート２０９に供給し、このオイルポート２０９は、密封ナット２４１によってＰＴＵ外側ハウジングキャップ２２９に締結されている。油圧流体は、ピストンハウジング２４０内のピストン室２１０の中に流れ、このピストン室２１０に油圧が生じる。ピストンハウジング２４０は、トルク伝達クラッチに油圧を導入するが、回転はしない。この圧力は、ピストン２１１を軸方向に移動させ、このピストン２１１が推力を生じて、第１ニードルスラスト軸受２１２及びスレーブピストン２１３を移動させる。この軸方向運動が、順次、複数の内側ピン２１４を第２ニードルスラスト軸受２１５に係合させ、この第２ニードルスラスト軸受２１５が軸方向に移動し、ドグカラー２１６を付勢して回転摩擦表面ディスク２１７に接触させる。
【００２２】
更に、油圧制御ユニット１１９によってピストンハウジング２４０に供給された圧力は、非回転ドグカラー２１６と回転摩擦ディスク２１７との間の摩擦を増大させる。この圧力の増大は、ドグカラー２１６を回転させ始める。カップリング部材２１８及び内側摩擦ディスク２１９は、ドグカラー２１６とカップリング部材２１８との間、及び、カップリング部材２１８とクラッチパック２２２の内側摩擦ディスク２１９との間の回転方向のスプライン結合を介して、ドグカラー２１６と共に回転する。
【００２３】
ドグカラー２１６と摩擦ディスク２１７の回転速度が同期することにより、同様にドグカラー２１６と中空軸２０１の回転速度も同期する。この同期は、摩擦ディスク２１７の中空軸２０１との回転結合を通して促進される。
【００２４】
さらなる油圧の増大は、ドグカラー２１６を軸方向に移動させて中空軸２０１に機械的に回転結合させる。機械的な噛合いは、ドグカラー２１６の径方向内面のドグクラッチ機構と、対応する中空軸２０１の径方向外面のドグクラッチ機構との噛合いにより生じる。ドグカラー２１６と中空軸２０１とが噛合った後、中空軸２０１、ドグカラー２１６、カップリング部材２１８及び内側摩擦ディスク２１９が共に回転し、ＰＴＵ１０１の残りの部分がアイドル状態を維持する。
【００２５】
ピストンハウジング２４０への圧力の付加により、４×２モードから４×４モードへの切換えが完了する。このピストンハウジング２４０のピストン室２１０の圧力の付加は、スレーブピストン２１３に結合された複数の外側ピン２２０をクラッチパック２２２の外側摩擦ディスク２２１に接触させる。
【００２６】
この流体圧力の付加により、同様にクラッチパック２２２に外側ピン２２０から軸方向の力が作用する。クラッチパック２２２が軸方向に荷重されることにより、トルクは、カップリング部材２１８からフランジハーフスプール２２３に伝達される。フランジハーフスプール２２３に作用されたトルクは、リングギヤ２２４にトルクを付与し、このリングギヤ２２４は、順次、トルクをピニオンギヤ１０７に供給する。ピニオンギヤ１０７は、相フランジ１０６にスプライン結合され、この相フランジ１０６は、順次、駆動軸１１２にボルト結合される。
【００２７】
外側ピン２２０は、図２Ａにおいてはスレーブピストン２１３に一体として示されているが、外側ピン２２０は、スレーブピストン２１３から分離することもできる。内側ピン２１４は、外側ピン２２０/スレーブピストン２１３の組合せから分離して示されているが、内側ピン２１４は、これらの組合せと一体にしてもよい。
【００２８】
クラッチパック２２２間の同期は、中空軸２０１から駆動軸１１２、リア駆動軸１１３、第１リアハーフシャフト１１４及び第２リアハーフシャフト１１５にトルクを徐々に伝達させる。外側摩擦ディスク２２１、カップリング部材２１８及びフランジハーフスプール２２３の回転速度は、この回転速度が内側摩擦ディスク２１９に同期されるまで増大する。この同期により、外側摩擦ディスク２２１、カップリング部材２１８、フランジハーフスプール２２３及び内側摩擦ディスク２１９が、中空軸２０１とも同期化される。
【００２９】
内側摩擦ディスク２１９と外側摩擦ディスク２２１との同期が所定の制限内であるとき、リア駆動車輪である第２車輪１０９及び第３車輪１１０と、第１リアハーフシャフト１１４及び第２リアハーフシャフト１１５との間の回転速度差も、所定の制限内で同期する。そして、トルクは、主駆動システムから補助駆動システムに伝達して、内側摩擦ディスク２１９と外側摩擦ディスク２２１との結合の数及び範囲により制御される。
【００３０】
主駆動システムが補助駆動システムにほぼ回転同期することにより、後輪は、補助駆動システムに結合される。図４に示されるように、油圧制御ユニット１１９は、油圧流体を第２ホイールハブ離脱機構１１８のホイールハブ油圧流体入力４０２に供給してホイールハブピストン４０３を作動させる。ホイールハブピストン４０３は、ドグクラッチ機構４０９のドグクラッチ構造を結合させる。このドグクラッチ機構は、ホイールハブドグカラー４０５、出力スタブ軸４１１及び第２リアハーフシャフト１１５上にある。第１ホイールハブ離脱機構１１７での同様な作動により、補助駆動システムを後輪に結合可能にする。
【００３１】
第２車輪１０９及び第３車輪１１０は、タイヤ−道路間の摩擦による駆動から、４×４形態のドライブラインによる駆動に切換わる。補助駆動システムを通して伝達される駆動トルクの大きさは、クラッチパック２２２のトルク伝達により制御される。
【００３２】
４×４モードから４×２モードの作動に切換わるとき、４×２モードで作動する間、補助駆動システムを完全にアイドル状態とするため、油圧制御ユニット１１９は、ピストン室２１０内の油圧を所定のレベルに低下させる。これにより、第１及び第２付勢バネ２２７、２２８とクラッチパック２２２のコンプライアンスとの軸方向の力の合力が、外側ピン２２０を押して、最も接近した外側摩擦ディスク２２１との接触を外すのに十分な推進力を生じるようにする。クラッチパックコンプライアンスは、内側摩擦ディスク２１９と外側摩擦ディスク２２１とが分離しようとする傾向によって生じるバネ力のようなものである。理想的には、両方の付勢バネ２２７及び２２８は、荷重をかけて推力を伝達せず、あらゆる抵抗を防止する。しかしながら、いくつかの実施形態では、付勢バネ２２７及び２２８は、僅かに圧縮された状態としてもよい。
【００３３】
この推力の伝達は、クラッチパック２２２のディスクを引離し、これにより、クラッチパック２２２を通るトルクの伝達を最小限にする。第１付勢バネ２２７及び第２付勢バネ２２８は、ドグカラー２１６を介して内側ピン２１４を軸方向に押圧する。この押圧は、ドグカラー２１６を移動させて、中空軸２０１との機械的な回転結合を解除する。第１付勢バネ２２７及び第２付勢バネ２２８は、摩擦ディスク２１７がドグカラー２１６と接触を解除するまでドグカラー２１６を軸方向に移動させ続ける。これにより、補助駆動システムの前部を主駆動システムから離脱させる。
【００３４】
付勢バネ２２７、２２８からの推進力は、クラッチパック２２２のコンプライアンスと組合わされ、ピストン２１１を介して伝達し、このピストン２１１は、ピストンハウジング２４０を軸方向に押圧する。そして、推力は、ニードルローラ軸受２４２に伝達する。ニードルローラ軸受２４２は、ピストンハウジング２４０とスラスト軸受２３９との間に配置された複数のローラを含んでいる。ラジアルニードル軸受２４２’も複数のローラを含み、これらのローラは、径方向の荷重を受けて、スラスト軸受２３９上でピストンハウジング２４０を支持する。ニードルローラ軸受２４２は、ピストン２１１からのスラスト荷重を受けて反作用する。スラスト荷重は、スラスト軸受カラー２３９に伝達され、このスラスト軸受カラー２３９は、シム２３４に当接するキャップハーフスプール２３５に螺着される。シム２３４は、中空軸２０１の動きを支持する。スラスト軸受２３９及びキャップハーフスプール２３５は、共に回転する。ピストン２１１、クラッチパックコンプライアンス及び付勢バネ２２７、２２８からの軸方向の推力は、トルク伝達クラッチ内に残っている軸推力の大部分と共に、キャップハーフスプール２３５とフランジ片側スプールのテーパローラ軸受２４４との間で支持される。好ましくは、軸推力は、フランジ片側スプールテーパローラ軸受２４４に伝達されない。キャップ片側スプールテーパローラ軸受２４３に伝達する軸推力は、解消される。キャップ片側スプールテーパローラ軸受２４３で受けるいかなる推力も、ピニオンギヤ１０７のギヤセットからのものである。
【００３５】
ニードルローラ軸受２４２及びピストンハウジング２４０のスラスト荷重は、軸方向の力を生じ、この軸方向の力がクラッチパック２２２のディスクケースに反力として作用する。この反力は、トルク伝達クラッチに残るスラスト荷重により生じる。
【００３６】
本発明は、ニードルローラ軸受２４２、または、ピストンハウジング２４０が含まれていない従来の駆動システムから脱却している。従来の駆動システムは、トルク伝達クラッチからのスラスト荷重に適応するため、出力ハーフシャフト及びフランジ片側スプールに対して、より強く、より大きく、また、より高価なテーパローラ軸受を必要とする。これは、従来の駆動システムのパッケージを増大させる。
【００３７】
図２Ａ及び図２Ｂの実施形態は、キャップ片側スプールテーパローラ軸受２４３及びフランジ片側スプールテーパローラ軸受２４４をより小さく、かつ、より安価にすることができる。また、ピストンハウジング２４０の使用は、テーパローラ軸受を収容するために必要なハウジングサイズを減少させることにより、ＰＴＵ１０１のパッケージングを改善する。減少されたハウジングサイズ条件により、ピニオンギヤ１０７と主駆動フロントトランスアクスルとの間の結合部に、ピニオンギヤ１０７を軸方向により接近して取付けられるようにすることができる。この設計は、車両ドライブラインへの組込性を更に改善することができる。
【００３８】
また、回転しないピストンハウジング２４０の使用は、ピストン２１１をキャップ片側スプールテーパローラ軸受２４３から機内の位置に移動し、これによって、より大きい外側直径サイズのキャップ片側スプールテーパローラ軸受２４３を使用できるようにする。この構造は、ＰＴＵの軸方向の全長を小さくして、車両プラットフォームへのＰＴＵ１０１の組込性を改善する。
【００３９】
回転しないピストンハウジング２４０をキャップ片側スプールテーパローラ軸受２４３から機内の位置に移動させることは、さらなる利益を有し、なぜならば、この位置の変更は、より大きい内側直径サイズのキャップ片側スプールテーパローラ軸受２４３を収容可能にするからである。
【００４０】
キャップ片側スプールテーパローラ軸受２４３の内側及び外側直径の径方向の設計の自由は、シーリングチューブ機構２０５及び出力ハーフシャフト２０４の両方に利益をもたらす。シーリングチューブ機構２０５及び出力ハーフシャフト２０４は、従来の駆動システムと比較したとき、さらなるトルク及び疲労に対処する断面係数を改善することができる。この改善は、車両のアイドルできる補助駆動システム及び主駆動システムの両方の耐久性を有利にする。
【００４１】
また、補助駆動システムの４×４モードから４×２モードにシフトする場合、ＨＣＵ１１９がホイールハブピストン４０３への油圧を減少させたとき、補助駆動システムは、リア駆動輪である第２車輪１０９及び第３車輪１１０の両方を完全に切離す。リア駆動輪は、多板クラッチパック２２２が無負荷とされて、補助駆動システムへのトルクが減少して、ドグカラー２１６の同期されたドグクラッチが切離された後、切離される。第１及び第２ホイールハブ離脱機構１１７、１１８で後輪が切離された後、ピストンハウジング２４０の油圧が減少されて、中空軸２０１からＰＴＵ１０１を切離せるようにする。
【００４２】
図４は、補助駆動システムから第３車輪１１０を切離す離脱機構ための第２ホイールハブ離脱機構１１８の一実施形態を示している。ＰＴＵ１０１が補助ドライブラインに最小限のトルクを伝達するとき、第１ホイールハブ離脱機構１１７及び第２ホイールハブ離脱機構１１８への油圧は、最低レベルに減少される。ハブ離脱機構のハウジング４０１の油圧流体入力４０２は、ＨＣＵ１１９に接続されて、減圧される。ナックル４０８とホイールハブドグカラー４０５との間に配置された付勢バネ４０６、４０６’は、各出力スタブシャフト４１１上のドグクラッチ機構４０９、第２リアハーフシャフト１１５及びホイールハブドグカラー４０５を切離す。これにより、離脱機構は、第２リアハーフシャフト１１５と第３車輪１１０との間の回転結合を切離し、この第３車輪１１０は、ホイールラグ４１２、４１２’を介して出力スタブ軸４１１及びニードル軸受４１０に取付けられ、出力スタブ軸４１１は、ホイールハブ軸受４１３に取り囲まれている。また、同様の作動は、第１リアハーフシャフト１１４でも生じる。
【００４３】
補助駆動システムが車両の主駆動システムから完全に離脱され、かつ、後輪が補助駆動システムから完全に離脱されることにより、補助駆動システムは、惰力回転せずに停止する。そして、補助駆動システムは、アイドル状態でドライブラインの燃料経済性を高める。
【００４４】
図３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）システムの例示的な概略図を示している。ＥＣＵシステムは、センサ３０１、ＥＣＵ１２０、ＨＣＵ１１９及び関連したコントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）の車両バス３１９を含んでいる。センサ３０１は、ＥＣＵ１２０のオブザーバ３１０及びコントローラ３１４に使用するためのデータを集める。センサ３０１は、ステアリング角度センサ３０２、ドライブライン速度センサ３０３、縦加速度センサ３０４、横加速度センサ３０５、ヨーレートセンサ３０６、スロットルポジションセンサ３０７、ブレーキペダルセンサ３０８及び油圧制御ユニットセンサ３０９の少なくとも１つを含んでいる。図３に示すセンサ３０１は、例示に過ぎず、アイドル可能な補助駆動システムは、当業者には明らかなように、このシステムに、更に、追加したセンサによって作動することができ、また、ここに示されるこれらよりも、より少ないセンサによって作動することもできる。例えば、追加のセンサは、車両バス３１９に接続されたものでもよく、ＥＣＵ１２０にデータを送信する専用のもの、または、非専用のものでもよい。追加のセンサのデータをトラクション及びヨー安定制御アルゴリズムコントローラ３１５に供給することができる。さらなる実施形態では、追加処理のために、車両バス３１９からの追加のセンサデータをＣＡＮによって車両モデル及び運動学オブザーバ３１１に分配してもよい。
【００４５】
センサ３０１は、データをＥＣＵ１２０に送り、このＥＣＵ１２０は、関連するメモリ及びストレージアルゴリズムを有する少なくとも１つのプロセッサを含んでいる。このプロセッサは、コンピュータシステム、または、オンボードチップシステムの一部でもよい。ＥＣＵ１２０のプロセッサは、少なくとも１つのオブザーバ３１０を含み、このオブザーバ３１０は、車両モデル及び運動学オブザーバ３１１を含んでいる。車両モデル及び運動学オブザーバ３１１は、プログラムされたアルゴリズムに従ってセンサ３０１からのデータを処理して、スリップアングル３１２及び車両速度３１３に関するデータを生成する。また、車両モデル及び運動学オブザーバ３１１により、バンク角、すなわち、ロール角データ等の追加のデータを生成することもできる。
【００４６】
スリップアングル３１２及び車両速度３１３のデータは、センサからもデータを集めるコントローラ３１４に共有される。コントローラ３１４は、オブザーバ３１０を有するＥＣＵ１２０の処理装置の一部としてもよく、または、コントローラ３１４は、オブザーバ３１０を有するプロセッサと協働するメモリ及びストレージアルゴリズムに関連した追加のプロセッサとしてもよい。トラクション及びヨー安定制御アルゴリズムコントローラ３１５は、スリップアングル３１２、車両速度３１３、センサ３０１のデータ、追加のセンサ及び追加のデータの少なくとも１つに基づく決定のために使用される。トラクション及びヨー安定制御アルゴリズムコントローラ３１５による決定の結果に基づいて、このコントローラから、コマンドが双方向ＣＡＮを通して車両バス３１９に送られて、車両ドライブトレーンに沿って様々に配置された様々な車両アクチュエータによる作動が実行される。車両サクチュエータの位置及び機能は、示されていないが、当業者の知識の範囲内である。このコントローラからのこれらのコマンドは、車両に関連する様々の電子制御安定機能に関係し、この安定機能は、限定はしないが、トラクション制御、アンチロックブレーキ、オーバーステア制御、リミテッドスリップデファレンシャル制御及びロールオーバー制御を含む。
【００４７】
トラクション及びヨー安定制御アルゴリズムコントローラ３１５から結果は、トルク配分コントローラ３１６及び増幅器３１７にも転送される。トルク配分コントローラ３１６は、主駆動システムから補助駆動システムに伝達するトルクの量の決定を補助する。トルク配分コントローラ３１６からのコマンドは、ＨＣＵ１１９に伝送する作動電流を作成するために増幅器３１７に送られる。以下に詳述するように、ＨＣＵ１１９は、車両システムに接続して、コマンドとして油圧流体圧力を制御する。
【００４８】
センサ３０１、ＥＣＵ１２０及びＨＣＵ１１９の組合せは、ドライブトレーンに沿った可動部品の同期を行なう。ＰＴＵ１０１の流体圧力が増大したとき、この圧力は、ドグカラー２１６を付勢して中空軸２０１とクラッチパック２２２の入力スプラインカラーとの間を結合し、１つのみのクラッチスプラインカラー及び複数の内側摩擦ディスク２１９をフロント駆動ディファレンシャルと同じ速度で回転させる。ＰＴＵ１０１内の圧力は、更に増大されて、制御下で多板湿式クラッチパック２２２を通してトルクを伝達し始める。この結果、補助駆動システムの回転速度は、その速度がフロント駆動デファレンシャルの速度に一致、すなわち、同期するまで増大する。図３のＥＣＵシステムは、この速度の一致、すなわち、同期を支援する。このＥＣＵシステムは、更に、ホイールハブ離脱機構の同期作動を補助して、トルクが、クラッチパック２２２を通して、フロント駆動デファレンシャルから各後輪に滑らかに伝達されるようにする。ＥＣＵシステムは、駆動トレーンの様々な開示されたカップリング部材の機械的な結合の範囲及びタイミングを決定することができる。また、ＥＣＵシステムは、補助駆動システムのアイドルのために、ドライブトレーンの様々な開示されたカップリング部材の切離しの範囲及びタイミングも支援する。
【００４９】
図５は、ここに開示されたアイドル可能な補助駆動システムに使用することができる油圧制御ユニット構造の一例を示している。この構造は、数個の圧力調整バルブ（「ＰＲＶ」）を含んでいる。油圧流体は、アキュムレータ５０１に蓄圧され、また、第１圧力センサ５０２を通る。そして、流体は、第１常閉ＰＲＶ５０３に導通する。ピストン室２１０の加圧が要求されたとき、第１常閉ＰＲＶ５０３が開き、第１常開ＰＲＶ５０６がＰＴＵ１０１のオイルポート２０９の流体の供給を遮断する。そして、流体は、オイルポート２０９に接続するパワートランスファユニット供給ライン５０４に供給される。
【００５０】
圧力がもはやピストン室２１０に必要とされていないとき、すなわち、所望の圧力に達しているとき、第１常閉ＰＲＶ５０３は、閉位置に戻る。第２圧力センサ５０５は、ＰＴＵ供給ライン５０４と第１常開ＰＲＶ５０６との間に配置して、第１常閉ＰＲＶ５０３と第１常開ＰＲＶ５０６との間に圧力を検知する。第１常開ＰＲＶ５０６は、ピストン２１１を作動させるために増圧が必要であるとき閉じ、ピストン２１１への油圧がもはや必要でないとき、再び開く。第１常閉ＰＲＶ５０３及び第１常開ＰＲＶ５０６を選択的に開閉してＰＴＵ１０１の回転しないピストンハウジング２４０の所望の圧力を得ることができる。開及び閉弁状態は、ＥＣＵ１２０のコントローラ３１４により選択することができる。
【００５１】
また、アキュムレータ５０１からの油圧流体は、第２常閉ＰＲＶ５１１にも供給される。第１ホイールハブ離脱機構１１７及び第２ホイールハブ離脱機構１１８の流体圧力の増大が要求されたとき、第２常閉ＰＲＶ５１１が開くと共に、第２常開ＰＲＶ５１４が閉じる。そして、流体は、第３圧力センサ５１２を通り、ホイールハブ切離供給ライン１１７に供給され、更に、第１ホイールハブ離脱機構１１７及び第２ホイールハブ離脱機構１１８に分配される。ホイールハブ離脱機構供給ライン５１３は、ホイールハブ離脱機構のそれぞれの油圧流体入力ポート４０２に接続される。第２常開ＰＲＶ５１４が閉じて、第１ホイールハブ離脱機構１１７及び第２ホイールハブ離脱機構１１８の流体圧力を増加させる。第２常開ＰＲＶ５１４及び第２常閉ＰＲＶ５１１の開閉状態をＥＣＵ１２０のコントローラ３１４によって選択して、第１及び第２ホイールハブ離脱機構１１７、１１８のそれぞれのホイールハブピストン４０３の作動を制御する。第１、第２及び第３圧力センサ５０２、５０５、５１２は、ＥＣＵ１２０にデータを供給して、ピストン２１１及びホイールハブピストン４０３に供給される圧力の調整を支援する。
【００５２】
油圧流体は、ＰＴＵ１０１、第１ホイールハブ離脱機構１１７及び第２ホイールハブ離脱機構１１８で使用された後、油溜５０７に戻り、電気モータが連結されたポンプ５０８を通して本システムに再分配される。逆止弁５１０は、アキュムレータ５０１からポンプ５０８への流体の逆流を防止する。
【００５３】
図６は、油圧制御ユニット構造の第２の例を示している。油圧流体は、アキュムレータ６０１に蓄圧され、常閉ＰＲＶ６０３に到達する前に圧力センサ６０２を通り、常閉ＰＲＶ６０３は、ＰＴＵ１０１への供給ライン６０４、ホイールハブ離脱機構１１７、１１８への供給ライン６０５の流体圧力が必要なとき、開く。ＰＴＵ１０１への供給ライン６０４及びホイールハブ離脱機構１１７及び１１８への供給ライン６０５が圧力を必要とするとき、常開ＰＲＶ６０６が閉じる。常開ＰＲＶ６０６及び常閉ＰＲＶ６０３の開閉状態は、ピストン２１１及びホイールハブ離脱機構のホイールハブピストン４０３の作動を制御するために、ＥＣＵ１２０のコントローラ３１４により選択される。圧力センサ６０２は、ピストン２１１及びホイールハブピストン４０３への油圧流体の圧力を制御するためにＥＣＵ１２０により処理する圧力データを収集する。
【００５４】
油圧流体は、ＰＴＵ１０１、第１ホイールハブ離脱機構１１７及び第２ホイールハブ離脱機構１１８で使用された後、油溜６０７に戻り、電気モータ６０９が連結されたポンプ６０８を通して本システムに再分配される。逆止弁６１０は、アキュムレータ６０１からポンプ６０８への流体の逆流を防止する。
【００５５】
以上の明細書では、様々な好ましい実施形態について添付図面を参照して説明してきた。しかしながら、これについて、以下の特許請求の範囲に関係する本発明の技術的範囲から逸脱することなく、様々な他の修正及び変更を行なうことができ、更なる実施形態を実施することができることは明らかである。したがって、これらの明細書及び図面は、限定的意味ではなく、一つの例示とみなされるべきである。
【００５６】
例えば、補助駆動システムに連結された少なくとも１つの主駆動アクスルを有する他の原動装置は、本開示のＰＴＵ１０１の改善されたパッケージングから利点を得ることができる。他の原動装置は、４つ以外の車輪の数を有することができる。もう１つの実施例として、図５及び６に示す油圧制御ユニット１１９の代わりに他の油圧制御システムを使用することができる。
【００５７】
ここに開示された本発明の明細書及び実施形態を考慮することにより、当業者には、本発明の他の実施形態が明らかになるであろう。明細書及び実施形態は、例示に過ぎないものと考えられ、本発明の真の技術的範囲及び技術的思想は、以下の特許請求の範囲により示されるものとする。
【図１】
2012512371.tif 000003
【図２Ａ−２Ｂ】
2012512371.tif 000004
【図３】
2012512371.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2012512371.tif 000009
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