JP2009269605A - 切り替え可能な二次車軸を備えた自動車のための駆動系 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の駆動系に関し、常時駆動される一次車軸、および一次車軸に切り替え装置を介して切り替え機構によって切り替え可能な二次車軸と二次車軸にハーフ車夫とクラッチを備えた駆動系において、一次車軸のみの駆動時の出力損失を低減し、かつ切り替えの操作性を改善する。
【解決手段】切り替え機構３と二次車軸のハーフシャフトクラッチ４のうちの少なくとも一つをフリクションロック式クラッチとし、切り替え装置３とハーフシャフトクラッチ４の間にある二次駆動系のセクションを、一次車軸からも二次駆動輪からも切り離すことで、二次駆動系セクションで出力損失が生じず、かつ二次駆動系への走行中の切り替えを可能にする。
【選択図】図３

Description

本発明は、一次駆動系によって常時駆動される一次車軸と、一次車軸に切り替え装置を介して切り替え可能で、二次駆動系によって駆動可能な二次車軸とを備えた自動車の駆動系に関する。ここで、切り替え装置は切り替え機構を備え、この切り替え機構を介して二次駆動系が全体駆動力を伝達する駆動系に統合可能であり、二次車軸がオンに切り替えられた状態で二次車軸駆動力がハーフシャフトクラッチを介して二次車軸のハーフシャフトに導かれ、二次車軸の駆動輪に伝達される。

この種の駆動系は、自動車製造において特に手動で切り替え可能な四輪駆動で知られている。これは、特定の運転状況において運転者に駆動力を車両の全駆動輪に配分する手段を与えるために使用される。

一方で、二次車軸をオンにする切り替えが主に車両が停止している場合にのみ許可される駆動系が知られている。これには特に、手間のかかる手動によるか、または車両内に補助として設けられた切り替えおよび制御ユニットを介してクラッチ締結される、確動ロック式に作動する機械的ホイールハブ切り替えがある。さらに、運転者はトランスファーギアボックスを手動で単軸駆動から全輪駆動へ切り替えなければならない。走行中の切り替えは、確動ロック式の動力伝達要素に回転数シンクロメッシュ機構が無いため、ほとんど不可能か、または低速時に限って可能である。加えて、全輪駆動から単軸駆動への切り替え時、まず数メートル後退走行してからフリーホイール装置のロック解除を行う必要がある場合がある。このようなシステムは特にオフロード車に搭載され、生産ラインで装備されるか、または後付け装備として入手可能である。

他方、走行中に切り替えが可能な駆動系も知られている。切り替え可能な二次車軸は、「ハングオン」車軸とも称される。ここでは駆動系全体に備えられているクラッチを介して二次駆動輪が車両駆動から切り離される。その際特に走行中の二次車軸の切り替えを可能にするフリクションロック式クラッチが使用される。

しかし、切り替え可能な二次車軸を備えた駆動系には、一連の短所が伴う。まず、一次車軸の駆動輪と二次車軸の駆動輪は、特にコーナリング時に、しかしながら他の運転状況においても、異なる軌跡を進むために、適切な回転数差調整を行わないと結果として駆動系のねじれをもたらすおそれのあることを考慮する必要がある。一次車軸と二次車軸駆動輪で回転数が異なることによって引き起こされるねじれを解消するため、車軸間調整装置ないし車軸間差動装置が企図される。二次車軸の駆動輪の駆動輪回転数が異なることによって引き起こされるねじれは、通常車軸差動装置から構成される車軸調整装置によって調整される。さらに二次車軸駆動力は、一次車軸が通常被駆動であることを前提として二次車軸に伝達されなければならず、このことは通常ベベルギアおよび車軸差動装置が接続している中間シャフトによって確保される。これは、常時被駆動の一次車軸だけを備えた車両と比べて、企図された追加システムコンポーネントのために駆動系が構造上の観点から格段に複雑になる。その結果、開発および製造において車両コストは目立って高くなる。また、必要な構成部品数がより多くなることも、このような駆動系を高価にし、重量も重くなり、燃料消費量も高くなるという結果をもたらす。

その上、作動中は多数の要素が、実際に利用できる正味駆動力、つまり実際に車両を推進するために使用できる、駆動側が供給する全体駆動力を、二次車軸に切り替えられていない場合でも低下させてしまう。この場合、二次車軸駆動系は、一次車軸と駆動輪の間の１箇所で切り替え装置を介して中断され、その結果駆動力は二次車軸駆動輪に伝達されない。しかし二次駆動系のコンポーネントは、依然として車両駆動によって一次車軸を介してか、および／または二次車軸駆動輪によって駆動されるかまたは受動的に一緒にけん引され、その際に駆動力は伝達されない。これによって摩擦損失（軸受け摩擦、スプラッシュロス、スプロケット噛み合い摩擦等）が生じ、二次駆動系コンポーネント（ディファレンシャル、中間シャフト、クラッチ等）の回転する質量はダイナミックな走行時に常に車両とともに加速し、減速する。この出力損失は、切り替え可能な二次車軸を備えた車両での燃料消費が、二次車軸を切り離した状態でさえ、駆動可能な二次車軸を備えていない自動車よりも目立って高いことの決定的な要因となる。さらには、切り替え可能な二次車軸が実際に駆動系全体に能動的に組み込まれている作動時間を考慮した場合、それは切り替え可能な二次車軸を備えた車両の作動時間全体のうちの非常にわずかな部分でしかないことから、作動時間全体にわたってわずかとは言えない量の燃料が節約できるであろうことが推測される。選択的に切り替え可能な二次車軸を企図した車両を希望する顧客は、切り替えをほとんど使用しない場合でさえ、燃料消費の大きいことを甘受しなければならない。

本発明の課題は、冒頭に述べた種類の駆動系を、二次車軸を切り離した状態で出力損失を最小化するように開発を加えることである。本発明の別の課題は、設計上の多大コストおよびそれに伴う、切り替え可能な二次車軸を備えた車両の多大重量を、一次車軸と二次車軸間の車軸間調整装置および二次車軸の車軸調整装置を可能にしながら低減することである。その際、駆動可能な二次車軸が備えられ、その二次車軸は走行中、特に高速走行中も自動的に切り替え可能である。手動で切り替え可能なホイールハブクラッチに比べ、特に操作快適性と日常使用適合性が高められる。

これらの課題は、本発明に従い、切り替え機構および／またはハーフシャフトクラッチが少なくとも１つのフリクションロック式クラッチを備え、二次車軸を切り離した状態で切り替えユニットとハーフシャフトクラッチの間にある二次駆動系のセクションが、一次駆動系、特に一次車軸からも、また二次駆動輪からも切り離されることで解決される。

二次駆動系をオンに切り替えた状態で、ハーフシャフトクラッチも切り替え装置も接続され、それによって二次駆動力フローが一次車軸から二次車軸駆動輪へ可能になる。二次駆動系を切り離した状態では、ハーフシャフトクラッチも切り替え装置も切り離され、その結果二次車軸を切り離した状態で、切り替え装置とハーフシャフトクラッチの間にある二次駆動系セクションが、駆動力からも二次車軸の駆動輪からも切り離される。その際、可能な限り多くのコンポーネントが運転停止にされることが目標に設定される。出力損失を低減する他の対策も有意義である。

このような駆動系の実施形態により、二次駆動系の大部分が、二次車軸を切り離した状態で完全に運転停止にされることが可能になる。運転停止にした二次車軸駆動系セクションに含まれる駆動系コンポーネントは、その結果出力損失の原因とはならない。フリクションロック式クラッチは、特に車両駆動からも、そして二次車軸の駆動輪からも切り離された二次駆動系コンポーネントの回転数を、駆動系全体へ組み入れる前に、切り離されていない駆動系コンポーネントの回転数に合わせるために備えられる。

好ましい実施形態では、ハーフシャフトクラッチが、二次車軸がオンに切り替えられた状態で、ディファレンシャルなしの駆動力配分が、切り替えユニットとハーフシャフトクラッチの間にある二次駆動系の部分により二次車軸の駆動輪へ、車軸差動装置の種類に従って形成され、つまり特に車軸調整装置によって保証される。二次車軸駆動力の二次車軸への伝達は、従来のディファレンシャルギアを介さず、ディファレンシャルなしの、純粋にクラッチで制御されるファイナルドライブで行われることが好ましい。ハーフシャフトはその際それぞれ１つのハーフシャフトクラッチを介して、切り替え装置とハーフシャフトクラッチの間にある二次車軸駆動系の部分とを接続している。ハーフシャフトクラッチは個別に制御できるため、定義されたスリップ挙動が示される。このことは、ハーフシャフトクラッチを介して車軸調整装置だけでなく、同時に車軸間調整装置も保証されることが可能であるというさらなる利点を持つ。それゆえにハーフシャフトクラッチは、二次車軸がオンに切り替えられた状態で、ディファレンシャルなしの駆動力配分を一次車軸と二次車軸の間で、車軸間差動装置の種類に従って形成する。例えば制御式車軸間差動装置の形で別途企図された車軸間調整装置は、省略することができる。

このようなディファレンシャルなしのファイナルドライブは、同時に行われる車軸間調整および車軸調整の他に、例えばクラッチの個別制御によってヨーイングモーメントを選択的に生成することができるアクティブヨーディファレンシャルのようなさらなる機能を示す。個別制御可能なハーフシャフトクラッチを介して、さらに任意のロッキングレシオが示され、その結果リミテッドスリップディファレンシャルの機能が実現可能になる。そのほかの場合には必要な駆動系コンポーネント（ホイールハブ切り替え、車軸差動装置および車軸間差動装置）の多くを省略することにより、コストと重量を最適化した駆動系の実施形態が可能となる。

さらに別の好ましい実施形態では、切り替え装置は確動ロック式に作動する動力伝達ギア、特にスプロケットを介して作動するベベルギアを備える。その際、この確動ロック式に作動するギアユニットが切り替え可能であるように考慮する必要があり、その結果、確動ロックが、二次車軸に切り替えられていない状態では中断され、切り替え装置とハーフシャフトクラッチの間にある二次駆動系のセクションが車両駆動から切り離される。切り替え装置は好ましくは一次車軸に配置され、二次車軸駆動力は好ましくは切り替え機構によって、二次駆動系がオンに切り替えられた状態で、直接一次車軸シャフトによって捕捉される。一次車軸シャフトとは、不可避でない場合には一次車軸のハーフシャフトのことを指す。決定的なことはむしろ一次車軸シャフトの一次駆動系に対する空間的、機能的な配置である。好ましくは、一次車軸ドライブシャフトは一次車軸ハーフシャフトと同心で回転する。

確動ロック式の動力伝達ギアは、当然ながら企図された切り替え動作のために、つまり特に二次駆動系の接続と切り離しのために同期されなければならない。このような回転数同期は一方で、当業者に周知のギアシンクロメッシュ機構によって簡単に保証されることができる。しかし好ましくは、動力伝達ギアが、確動ロックを作りだすためにハーフシャフトクラッチを介して同期される。ハーフシャフトクラッチと切り替え装置の間にある、使用できる全体駆動力の一部を二次車軸に伝達するための二次駆動系の部分を、駆動系全体に切り替える場合、ハーフシャフトクラッチを二次駆動系（さらにこの二次駆動系は路面上で回転する駆動輪によって駆動されている）へ切り替えることによって、切り替え回転数まで引き上げられ、それによって回転数同期が行われる。同期回転数に達した後、確動ロックが切り替え装置の切り替え機構によって作り出される。このような回転数調整にもかかわらず、従来のシンクロメッシュが放棄されない場合でも、二次駆動系を接続する前にフリクションロック式ハーフシャフトクラッチを軽く接続することで、シンクロメッシュを支援することができる。これによって同期力がわずかに下がる。構成部品はより小さい負荷に合わせて設計可能であり、これは構成部品の寿命に対しても利点となる。

さらには、フリクションロック式多板式クラッチから構成されたハーフシャフトクラッチが備えられてもよく、その際に二次駆動輪と共回転するように固定接続された、インナープレートキャリア付きフリクションプレートと、アウタープレートキャリア付きの車両駆動側プレートとが協働する。この実施形態により、追加の外部給油装置を使用することなく、プレートセットへの需要制御式の注油を特にエネルギー効率よく採用することが可能となる。ここでプレートハウジングは潤滑および冷却油で充填されたオイルパンから構成され、その中にクラッチプレートが沈められている。アウタープレートキャリアが回転すると、その外側がオイルを捉え、オイルがオイル回路へと供給される。この、出力損失という難点を持つ給油は、クラッチ締結解除時にアウタープレートキャリアが回転しない場合に失われる。このことはしかし、アウタープレートキャリアがオフへ切り替え可能な二次駆動系セクションの一部を構成している場合にのみ可能である。

本発明のさらなる特徴および利点は、従属請求項および後続の好ましい実施例の記述により図を使用して示される。

常時駆動される一次車軸およびオンに切り替え可能な二次車軸を備えた第１の駆動系で、その基礎を成す機能原理は従来技術により周知である。 常時駆動される一次車軸およびオンに切り替え可能な二次車軸を備えた第２の駆動系で、その基礎を成す機能原理は従来技術により周知である。 常時駆動される一次車軸およびオンに切り替え可能な二次車軸を備えた駆動系で、その、ハーフシャフトクラッチと切り替え装置の間にある二次駆動系のセクションが運転停止になっている。 図３の切り替え装置の詳細図である。 ハーフシャフトクラッチを締結解除した、図３のディファレンシャルなしの二次車軸駆動の詳細図である。 ハーフシャフトクラッチを締結した、図３のディファレンシャルなしの二次車軸駆動の詳細図である。 自動需要制御式注油装置を備えた、ディファレンシャルなしのファイナルドライブのハーフシャフトクラッチの横断面図である。 １番目に可能な駆動系コンセプト（横置きフロントエンジン、常時前輪駆動およびオンに切り替え可能な後軸）の概略図である。 ２番目に可能な駆動系コンセプト（縦置きフロントエンジン、常時駆動される後軸および切り替え可能な前軸）の概略図である。 図９ｂに従った駆動系コンセプトで、ロックアップ可能なセンターディファレンシャル付き駆動系コンセプトに広範囲に合致している。 ３番目に可能な駆動系コンセプト（リアエンジン、常時駆動される後軸およびオンに切り替え可能な前軸）の概略図である。 駆動系の切り替えおよび制御要素を制御するための油圧回路の概略図である。 二次車軸側で片側に確動ロック式に作用するハーフシャフトクラッチを備えている、図８にほぼ対応する駆動系コンセプトである。 同期ユニットを具備した、二次車軸に備えられている切り替え装置の第１の図である。 同期装置を具備した、二次車軸に備えられている切り替え装置の第２の図である。 確動ロック式に作用するハーフシャフトクラッチを左ハーフシャフトに備えた、二次車軸に駆動されるファイナルドライブユニットである。 その側でハーフシャフトクラッチを完全に省略した、二次車軸に駆動されるファイナルドライブユニットである。 本発明を実現する、二次車軸駆動ユニットのモジュール構成方式の具体図である。

図１には、自動車の駆動系が示されており、その機能原理に関しては、従来技術で周知である。一次車軸１は常時駆動される。切り替えできないベベルギアが、駆動力の一部を一次車軸から分岐させて、二次車軸２の駆動を行う二次駆動系へ伝達する。ファイナルドライブユニット９の前にはハングオンクラッチ１０が備えられており、ハングオンクラッチ１０は締結した状態で中間シャフト１１とファイナルドライブユニット９とを非確動式に連結し、そうして二次車軸駆動力を必要に応じてファイナルドライブユニット９に導くことができる。ファイナルドライブユニット９は従来の構造であり、ベベルギアディファレンシャルを備え、そのベベルギアディファレンシャルに二次車軸ハーフシャフト１２を接続している。

図２には、自動車の駆動系が示されており、その機能原理に関しては、同じく従来技術で周知である。図１とは異なり、ファイナルドライブユニット９は切り替え可能なクラッチを介して中間シャフト１１と接続しておらず、その代りにこの中間シャフトはファイナルドライブユニット９にフランジ固定されている。二次車軸２の駆動輪を駆動力から切り離すため、ホイールハブのところには確動ロック式に作動する確動クラッチ１３が備えられており、この確動クラッチは手動の手間をかけてか、または追加で備えられた切り替え装置によって連結されることができ、この連結は、回転数シンクロメッシュ機構が欠如しているためと、連結するべき構成部品間の回転数調整を可能にするために、停車状態でのみ可能である。図１に示された、一次車軸１に配置されている駆動系のベベルギアとは異なり、図２に示された駆動系のベベルギアは切り替え可能な切り替え装置３として構成されており、この切り替え装置はまたパワーテイクオフユニット、略してＰＴＵとも称される。

図１の駆動系でも図２の駆動系でも、二次駆動系は全体駆動力を伝達する駆動系部分には統合されず、それによって駆動力は二次車軸２の駆動輪に伝達されない。

図１の例では、それにもかかわらず黒く印を付けた二次駆動系コンポーネントは一緒に回転する。なぜならハングオンクラッチ１０から見て車両駆動側に配置されている駆動系のコンポーネントは、ベベルギアを介してけん引されるのに対して、他方ハングオンクラッチ１０から見て二次車軸駆動輪の方向に配置されている二次駆動系コンポーネントは、路面上を回転する駆動輪によってけん引されるからである。

図１の駆動系とは異なり、図２の駆動系では二次駆動系の基本的なセクション（単純斜線で示されたセクション）は一緒に回転しない。なぜなら、駆動輪側のホイールハブクラッチ１３と車両駆動側の切り替え装置３は連結状態にないからである。これらの駆動系コンポーネント間に配置されている二次駆動系のセクションもまた運転停止になっている。

図３は常時駆動される一次車軸１およびオンに切り替え可能な二次車軸２を備えた駆動系で、その、ハーフシャフトクラッチ４と切り替え装置３の間にある二次駆動系のセクションが運転停止になっている。図１および図２のファイナルドライブユニット９とは異なり、図３のファイナルドライブユニット９はディファレンシャルなしで構成されている。ここではフリクションロック式に機能する２つのハーフシャフトクラッチ４が二次駆動力を二次車軸２のハーフシャフト１２に伝達する。この自由に制御可能なハーフシャフトクラッチ４を介して、伝達されるべき駆動トルクとスリップが自由に調整され、その結果このファイナルドライブを使用して車軸差動装置の機能だけでなく車軸間差動装置の機能とアクティブヨーディファレンシャルの機能も示される。図３のファイナルドライブユニット９は、図１および２のファイナルドライブユニット９と比べると、設計上の観点から複雑性がはるかに小さく構成され、格段に軽量である。二次駆動系の運転を停止させるため、ハーフシャフトクラッチ４が開かれ、二次駆動系が切り替え装置３を介して常時駆動される駆動系の部分と切り離される。ハーフシャフトクラッチ４も切り替え装置３も、それ自体は本発明による根本概念を実現することはできず、本発明関しては、これらはむしろ相乗効果的な方法で協働する。

図１、２、３の駆動系コンセプトで行った計算上の比較によると、駆動系全体において、二次車軸をオフに切り替えた状態で発生する出力損失は大幅に異なることが示される。多数の回転する駆動系コンポーネントによって図１の駆動系の出力損失は１００ｋｍ／ｈで約２．７ｋＷとなるのに対して、図２の駆動系では同じ速度でわずか約０．０８ｋＷと３０分の１未満であり、その際、後者の駆動系ではすでに挙げた短所が著しく限定され、快適性と実用性がもたらされる。図３の駆動系は、１００ｋｍ／ｈで発生する出力損失は０．３１ｋＷと算出され、ここの値は図２の駆動系出力損失よりほんのわずか上回るが、それでも図1の駆動系の出力損失の１０分の１に過ぎず、その際に運転者が快適性と実用性を失うことはないはずである。

図４は、図３の切り替え装置３の詳細図である。これは切り替え可能なベベルギアであり、このベベルギアでは確動ロックは、スパーギア段１４が、一次車軸ディファレンシャルのドライブケージ１７によって常時駆動される連結シャフト１５と、ここではシンクロメッシュ機構１６から構成される切り替え機構の助けを借りて連結されることで実行される。図４から明白なように、二次駆動がオフに切り替えられた状態でスパーギア段１４は常時駆動される一次駆動系と一緒に回転しない。常時駆動される一次駆動系と切り替え可能な二次駆動力の間の連結点はすなわちシンクロメッシュ機構１６である。二次駆動系がオンに切り替えられた状態で、スパーギア段１４は二次車軸駆動力をまずクロスシャフト１８を介してリングギアへ伝達し、このリングギアは駆動力を再びピニオンシャフト１９を介して中間シャフト１１へ導き、それによって二次車軸に伝達する。

このような二次駆動力フローの多段階式伝達仕様は必ずしも必要なわけではない。例えば連結シャフト１４にスパーギアをなくするだけでなく、二次駆動力をピニオンシャフトへ伝達するためのリングギアを直接備えるような、さらなる単純化を行うこともできる。

シンクロメッシュ機構をスパーギア段１４と連結シャフト１５で支援するため、ハーフシャフトクラッチがシャフト同期の前に切り替えられ、それによって中間シャフト１１およびそれによってまたスパーギアシャフト１４も回転数まで引き上げられる。切り替え機構の作動は油圧式で、しかし言うまでもなく例えはニューマチック式、電動モーター式、または電磁式などの他の方法でも行われる。

図４に示された確動ロック式に作動するシンクロメッシュ機構の他に、言うまでもなく他の機械的方法で、または非確動式切り替え機構を企図することも考えられる。こうしてシンクロメッシュ機構の代わりにフリクションロック式クラッチも二次駆動力フローを連結シャフト１５からスパーギア段１４へ確実に送ることもできる。この場合、さらに確動ロック式に作動するハーフシャフトクラッチが備えられていてもよいが、ただしこれによってディファレンシャルなしの駆動系の長所が放棄されることもあり得る。それにもかかわらず、このような解決法を提供可能な場合が十分に考えられる。

図５および６は、すでに図３で説明されたディファレンシャルなしの二次車軸駆動を示しており、図５では二次車軸がオフに切り替えられた状態が、図６では二次車軸がオンに切り替えられた状態が示されている。

ドライブピニオン２０は、フランジを介して中間シャフトと共回転するように接続され、リングギアと連結している。リングギアはリングギアキャリアシャフト２１と固定的に接続している。このリングギアキャリアシャフトのファイナルドライブハウジング内での支承は、導かれたトルクも噛み合い力も支持されることを保証する。両方のクラッチのアウタープレートキャリア８は、リングギアキャリアシャフト２１と共回転するように接続されている。アウタープレートキャリア８とインナープレートキャリア７の間には、アウタープレート６のプレートセットとハーフシャフトクラッチ４のインナープレート５が配置されている。インナープレートと共回転するように接続されたインナープレートキャリア７は、再びスプラインを介してハーフシャフト１２と接続されている。

横側のファイナルドライブハウジングカバー２３内にある油圧作動の圧力ピストン２２を介して、プレートセットが押し付け合わされ、クラッチが閉じられ、その結果二次車軸がオンに切り替えられた状態で（ハングオンモード）駆動力がプレートセットを介して駆動輪に送られる。プレートセットと圧力ピストン２２の間には、推力軸受２４が配置され、この推力軸受は停止している圧力ピストン２２と回転しているプレートセットの間の回転数調整を保証する。

図５では、オフ切り替えモードでは少ない後軸構成部品しか回転せず、損失はわずかになるよう抑制されることが明確になっている。二次駆動がオフに切り替えられた状態で（図５開いたクラッチ）、クラッチセットではインナープレートキャリア７、そのインナープレートキャリアと接続されたインナープレート５、ならびにいくつかの支承コンポーネントだけが回転する。アウタープレート６を備えたアウタープレートキャリア８と圧力ピストン２２は停止する。この配置により、推力軸受２４一式が同様に運転停止状態になるため、これは特に有利である。アウタープレートキャリア８と推力軸受２４のＺディスク２６との間で支持する波状ワッシャ２５は、生じる摩擦が可能な限り少なくなるよう、プレートセットが圧力のかかっていない状態で互いに押し合うために使用される。それとは逆に、クラッチが閉じた状態では後軸のすべてのコンポーネント（ギア、クラッチおよび推力軸受）が回転している。このことは、停止した後軸コンポーネントは単純斜線で、回転する後軸コンポーネントは網状線でそれぞれ示されている図５と６の比較で明らかである。

二次駆動系内の出力損失を最小化し、発明概念に寄与する別の観点は、図７に示された、ハーフシャフトクラッチの需要制御式注油装置ないしプレートセットである。ハーフシャフトクラッチ４が閉じられると、アウタープレートキャリア８が回転し、その外側によってオイルが、図７ではクラッチハウジングで構成されているオイルパン２７から汲み上げられる。これによってオイルは油受ポケット２８へ送られる。ここから出発してオイルは油案内穴２９を通り、インナープレートキャリアへ到達し、遠心力によって外側へ分配される。この注油は、プレートセットの潤滑および冷却に使用される。しかしハーフシャフトクラッチが開き、二次駆動系がオフに切り替えられた結果クラッチに冷却需要と潤滑需要がなくなると、アウタープレートキャリアが停止し、従ってオイルも送られず、このことも同じく二次駆動系を切り離した状態で出力損失の低減に寄与する。

さらに、ハーフシャフトクラッチ４は、ハーフシャフトクラッチ４のフリクションプレートを、アウタープレート８またはインナープレート７であるかどうかで異なった装備にすることで、出力損失を低減する。こうしてインナープレート７、つまりフリクションプレートは、前述のように、好ましくは共回転するように二次車軸２のハーフシャフト１２と接続され、そのために常時回転し、平滑で光沢のある鋼製ディスクとして比較的摩擦の少ない表面に形成されている。これは走行中常に冷却および潤滑油と接しながら回転するため、生じる摩擦損失はわずかにすぎない。アウタープレート８は、それとは逆に二次車軸駆動系がオフに切り替えられた状態ではいずれにせよ作動を停止しているのが好ましく、本来のクラッチライニングと、その中または別に配置された潤滑および冷却油を送る溝を備えることが可能である。

図８、９ａ、９ｂおよび１０では、本発明の原理を実現する、可能な駆動コンセプトが概略図に示されており、その際本発明は言うまでもなく示された３つの駆動コンセプトに限定されるものではない。

図８には、１つの可能な駆動系コンセプトとして、横置きフロントエンジンと、常時前輪駆動（一次車軸１を具備する一次駆動系）と、切り替え装置３で切り替え可能な、中間シャフト１１を介して互いに接続された二次車軸２（二次駆動系）を備えた駆動系が示されている。二次車軸駆動、つまり二次車軸ハーフシャフト１２の駆動は、ハーフシャフトクラッチ４を介してディファレンシャルなしに達成される。図８はすでに図３に示された駆動系に対応している。

図９ａおよび９ｂには、２つめの可能な駆動系コンセプトとして、縦置きフロントエンジンと、一次車軸１として常時駆動される後軸を備えた駆動系が示されている。二次車軸ハーフシャフト１２を具備した前軸は、二次車軸２として必要に応じて切り替え装置３、中間シャフト１１およびハーフシャフトクラッチ４を介して一次駆動系へオンに切り替えることができる。

図９ｂには、追加のセンターディファレンシャル３３を備えた特別例が示されている。これは、特にシンクロメッシュ機構１６が開き、それによって駆動力が中間シャフト１１に伝達されない場合、クラッチ３４によってブロックされ、その結果ディファレンシャル機能が実現されずにブロックとして回転し、一次車軸１が大幅に損失なしで駆動される。切り替え装置３および二次駆動系のシンクロメッシュ機構１６を介してオンに切り替えられると、中間シャフト１１はベベロイドギア歯を介して一緒に駆動され、駆動力は、前述のように、ハーフシャフトクラッチ４を介して二次車軸のハーフシャフト１２へ伝達される。クラッチ３４はこの場合開かれることができ、その結果センターディファレンシャル３３が開いたディファレンシャルとして作用し、車軸間調整装置機能を引き受ける。代替案として、センターディファレンシャルも省略することができ、その場合にハーフシャフトクラッチ４は車軸間調整を一緒に引き継がなければならない。切り替え装置３でセンターディファレンシャル３３のプラネタリーギアセットをブロックすることも当然可能である。

図１０には、リアエンジンを備えた駆動系が示されている。図９ａおよび９ｂのように、ここでも後軸は常時駆動される車軸であり、つまり一次車軸１である。中間シャフト１１は後軸駆動に配置された切り替え装置３にフランジ固定され、二次車軸駆動力を必要に応じて、ハーフシャフトクラッチ４を備え、それゆえにディファレンシャルなしの前軸駆動に伝達する。前軸は二次車軸ハーフシャフト１２と共に二次車軸２を構成している。

図８、９ａ、９ｂおよび１０に示されている駆動コンセプトはすべて共通して、切り替え装置３とハーフシャフトクラッチ４の間にある二次車軸駆動系の部分は、二次駆動がオフに切り替えられた状態で完全に運転停止し、それによっていずれも出力損失の原因にならない。

図１１には、可能な油圧回路構成の図式的概観図が示されている。ハーフシャフトクラッチおよび／または切り替え装置３の切り替え機構は、好ましくは需要制御式の油圧ユニット３１を介して作動油を供給し、この作動油で図５および６の圧力ピストン２２が操作される。ここで、油圧ユニット３１はシステム圧を供給し、このシステム圧はその時点で必要な最高の圧力に合わせられる。減圧バルブ３２を介して現在必要な圧力がハーフシャフトクラッチ内に調整される。また二次駆動系のオン切り替えも切り替え装置の切り替え機構によって減圧バルブ３２を介して行われる。切り替え機構が二次駆動系へ切り替え、二次駆動力の伝達が確保されるとすぐに、切り替え機構へ作用している切り替え力を再びなくすことができる。

図１１に図式的に示された油圧作動は、言うまでもなく他の方法でも実行可能である。こうして、例えばダブルクラッチトランスミッションを使用する場合に相乗効果がもたらされる。切り替え装置の油圧操作装置および／またはハーフシャフトクラッチは、ダブルクラッチトランスミッションと空間的に近い場合は直接ダブルクラッチトランスミッションの油圧によって操作されることができる。そのうえ、切り替え装置もハーフシャフトクラッチもトランスミッション近傍に配置されている場合は、油圧ユニット３１を一式省略することもできる。その場合には減圧バルブはダブルクラッチトランスミッションに統合されることができる。

前述の本発明は、いわゆるハングオン全輪駆動コンセプトを基礎としている。常時全輪駆動とは異なり、ハングオンシステムでは２つめの車軸は必要に応じてクラッチを介して作動に切り替えられる。負荷収集データの評価は、ハングオンシステムでは車両サイクル中の「作動している時間部分」が非常に小さいことを示している。本発明は、全輪駆動系全体を停止することによって、回転する駆動コンポーネントの出力損失を排除するために、非作動時間部分を利用する。

上記では本発明が駆動系コンセプトの範囲で説明されており、その駆動系コンセプトでは両クラッチを介して後軸で全輪駆動オフ切り替えが実現される。ＰＴＵ（パワーテイクオフ）では、好ましくはシンクロメッシュ機構１６を備えた切り替え装置３を介して、駆動系が後軸ギアユニットから切り離される。

特に、図８に示された実施例では、特に高トルクのオフロード車でトルクがフリクションロック式のみで作用するハーフシャフトクラッチ４だけを介して二次車軸の車輪に伝達されるという短所を持っている。特に高トルクのオフロード車のために、駆動トルクの伝達はフリクションロック式ハーフシャフトクラッチのみを介して伝達されることは不利である。なぜなら、クラッチセット内での摩擦損失が原因で大きな熱量が生じる場合があるからである。確動ロック式に作動するディファレンシャルは、これとは反対にほとんど損失なしで作動し、それによって高トルクの車両に最も適している。

図１２には、前述の本発明の高トルクの車両に適合した実施例が示されており、確動ロック式に作用する二次車軸ディファレンシャル３５を備えた、二次車軸２をオフに切り替えるためのスイッチオフシステム、確動ロック式に作用する横側のハーフシャフトクラッチ３６およびこのクラッチ用の補助切り替え要素、二次車軸シンクロメッシュ機構３８が企図される。切り替え要素ないし二次車軸シンクロメッシュ機構３８は、確動ロック式に作用するクラッチ４が連結したり解除したりするようにしなければならない。

ＰＴＵでのオフ切り替えは、既述したように、快適性の理由から有利には切り替え装置３のシンクロメッシュ機構１６によって実現される。切り替え装置３をシンクロメッシュ機構１６と一緒にリングギア左に配置することで、比較的簡単に実現でき、図１３に詳細が示されている。しかしこの位置へ配置することは、ＰＴＵの取付けスペースが著しく大きくなるという欠点を持つ。

そのため、シンクロメッシュ機構を既存のＰＴＵハウジング内に配置することが提案され、図１４に図示されている。このために、左のリングギア軸受は独立した軸受ブラケット３７を介してハウジング内に固定される。シンクロメッシュ機構を装着するため、この軸受ブラケット３７がボルトまたはその他の適切な固定手段を使用してＰＴＵハウジングに接続される。

シンクロメッシュ機構は、好ましくはリングギアシャフトと駆動シャフトの間に配置される。図１４に示すように、シンクロメッシュ機構ユニット１６およびこれに属する切り替え部は、ＰＴＵの既存の外殻曲線部に合っている。このことは、オフ切り替え可能なＰＴＵを既存のパッケージに合っているという、顧客にっとての利点がある。

後軸では、二次車軸ディファレンシャル３５の左隣に確動ロック式に作用するハーフシャフトクラッチ３６が備えられ、ハーフシャフトクラッチは切り替え要素を介して二次車軸シンクロメッシュ機構３８に切り替えられる（図１５）。二次車軸ディファレンシャルの右隣りには、フリクションロック式に作用するハーフシャフトクラッチ４が備えられている。このクラッチはここでは二重の機能を引き受けている。

すべてのシンクロメッシュ機構１６、３８が閉じられた、全輪駆動系が作動している状態では、ハーフシャフトクラッチ４はハングオンシステムとして作動し、このハングオンシステムでは適量に調整されたトルクが車輪に伝達される。クラッチが開くと、トルクは車輪に伝達されない。なぜならディファレンシャルは車軸ハウジング内で自由に回転でき、支持されないからである。全輪駆動系が作動していない状態、つまり駆動力伝達に二次車軸２が組み入れられていない状態では、左側のシンクロメッシュ機構３８が開き、その結果両方のハーフシャフト１２と、それゆえに車輪も、後軸コンポーネントとの接続がなくなる。この状態は、特に燃費を低減する結果をもたらす。なぜなら車軸コンポーネントは回転せず、それゆえ、特に図１５に示されたフリクションロック式ハーフシャフトクラッチ４が同時に開く場合も、損失が生成されない。

別のバリエーションでは、コスト上の理由から後軸における追加のオフ切り替えを断念することが提案される（図１６）。オフ切り替えモードでは車軸のすべての部分が運転停止状態になる図１５に従った解決策とは異なり、ここではまだ二次車軸ディファレンシャル３５の調整ホイールはまだ回転している。なぜなら、左ハーフシャフトの調整ホイールセットからの分離が、シンクロメッシュ機構ないしクラッチがないために行われず、その結果いっしょに回転するためである。この状況によって、図１５の解決策と比べ、燃費の不利が予測される。この不利点はしかし、低コストと表裏一体である。これは、メーカーないし顧客が燃費の方を最適化するのか、それともコストを最適化するのかを選択できるという利点を持っている。

走行中、μジャンプないしμスプリット条件下で快適性を損なうことなく、しかも運転者にわずらわしさを感じさせることなく全輪駆動へのオン切り替えが実行できなければならない。シンクロメッシュ機構の後軸での使用も（二次車軸シンクロメッシュ３８）、シンクロメッシュ１６のＰＴＵでの使用も、切り替え速度に有利に作用する。この切り替えは、以下では、図１２に示された駆動系で記述される。

走行中にオン切り替えが行われると、まず二次車軸シンクロメッシュ３８が後軸で閉じられ、それによってディファレンシャルホイールが回転数まで加速する。その後、ハーフシャフトクラッチ４が閉じられる。それにより車輪を介して後軸全体およびカルダンシャフトとして構成されている中間シャフト１１そしてＰＴＵの切り離された部分が加速する。最後に、同期ユニット１６がＰＴＵに挿入され、ギアユニットへの動力伝達がつくり出される。この切り替え順序には、後輪およびハーフシャフトクラッチ４を介して駆動系全体が加速されるという利点がある。特に、駆動系全体は徐々に加速し、その結果シンクロメッシュ機構の負荷が軽減される。なぜなら、回転数調整のために加速される構成部品の質量が、比較的小さいくなるからである。

μジャンプ条件下（前輪が回転し、後軸が停止した状態）でのオン切り替えでは、まずシンクロメッシュ機構１６がＰＴＵに接続され、駆動系が後軸まで加速される。その後、二次車軸シンクロメッシュ３８が後軸に挿入され、左後輪への接続が確立される。続いてフリクションロック式ハーフシャフトクラッチ４へ切り替えられた後、駆動トルクが適量に調整されて後輪に伝達される。このことによっても、走行中の切り替えについて前述されたのと同じ利点が実現される。

図１７には、モジュラー式車軸構成が示されており、その車軸構成では左に示された同期ユニットを交換しることによって２つのハーフシャフトクラッチ４を備えた二次車軸も簡単な方法で実現可能である。このモジュール性は、同じ基本構造を、ディファレンシャルを装備した高トルクのオフロード車にも、２つのハーフシャフトクラッチ４およびディファレンシャルなしのファイナルドライブを備えたスポーティな車両の場合と同様に導入することを可能にする。二次車軸駆動ユニットは、第2のクラッチとしてフリクションロック式に作動するクラッチまたは確動ロック式に作用するクラッチから選択して導入可能であるようにモジュラー式に構成されている。

常時駆動される一次車軸、および一次車軸が切り替え装置、特に１つまたは複数の機械的に作用する同期ユニットを備える切り替え装置を介して切り替え可能な二次車軸を備えた、自動車の駆動系が記述された。

同じく、上記の段落で定義された駆動系のための、フリクションロック式に作用する第１のクラッチと第２のクラッチ、特にシンクロメッシュ機構として作用する確動ロック式の第２のクラッチを備え、これらのクラッチを介して二次車軸駆動と協働するドライブシャフトが二次車軸駆動と切り離し可能である、二次車軸駆動ユニットが記述された。この二次車軸駆動ユニットは、好ましくは、第2のクラッチとしてフリクションロック式に作動するクラッチまたは確動ロック式に作用するクラッチから選択して導入可能であるようにモジュラー式に構成されている。さらに、この様なモジュラー式に構成された二次車軸駆動ユニットのためのハウジングについて記述された。

１ 一次車軸
２ 二次車軸
３ 切り替え装置
４ ハーフシャフトクラッチ
５ インナープレート
６ アウタープレート
７ インナープレートキャリア
８ アウタープレートキャリア
９ ファイナルドライブユニット
１０ ハングオンクラッチ
１１ 中間シャフト
１２ 二次車軸ハーフシャフト
１３ ホイールハブクラッチ
１４ スパーギア段
１５ 連結シャフト
１６ シンクロメッシュ機構
１７ ドライブケージ（一次車軸ディファレンシャル）
１８ クロスシャフト
１９ ピニオンシャフト
２０ ドライブピニオン
２１ リングギアキャリアシャフト
２２ 圧力ピストン
２３ ファイナルドライブハウジングカバー
２４ 推力軸受
２５ 波状ワッシャ
２６ Ｚディスク
２７ オイルパン
２８ 油受ポケット
２９ 油案内穴
３０ アクチュエータ
３１ 油圧ユニット
３２ 減圧バルブ
３３ センターディファレンシャル
３４ クラッチ
３５ 二次車軸ディファレンシャル
３６ ハーフシャフトクラッチ（確動ロック式）
３７ 軸受ブラケット
３８ 二次車軸シンクロメッシュ機構
３９ ハイポイドギアセット

Claims (12)

1. 一次駆動系を介して常時駆動される一次車軸（１）と、一次車軸に切り替え装置を介して切り替え可能な二次車軸（２）とを備え、切り替え装置（３）が切り替え機構を具備し、該切り替え機構を介して二次駆動力が全体駆動力を伝達する駆動系に統合可能であり、二次車軸（２）をオンに切り替えた状態で二次車軸駆動力がハーフシャフトクラッチ（４、３６）を介して二次車軸（２）のハーフシャフト（１２）に導かれ、二次車軸（２）の駆動輪に伝達される自動車の駆動系において、
   切り替え機構および／またはハーフシャフトクラッチ（４、３６）が少なくとも１つのフリクションロック式クラッチを備え、二次車軸（２）を切り離した状態で、切り替え装置（３）とハーフシャフトクラッチ（４、３６）の間にある二次駆動系のセクションが、一次駆動系、特に一次車軸（１）からも、二次駆動輪からも切り離されることを特徴とする駆動系。
2. ハーフシャフトクラッチ（４）が、二次車軸（２）がオンに切り替えられた状態で、二次車軸の駆動輪間のディファレンシャルなしの駆動力配分を、車軸調整が保証された状態で車軸差動装置の種類に従って行うことを特徴とする、請求項１に記載の駆動系。
3. ハーフシャフトクラッチ（４）が、二次車軸（２）がオンに切り替えられた状態で、一次車軸（１）および二次車軸（２）間のディファレンシャルなしの駆動力配分をは、車軸調整が保証された状態で車軸差動装置の種類に従って行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動系。
4. 切り替え装置（３）が、確動ロック式に作動する動力伝達ギア、特にスプロケットを介して作動するベベルギアを備えていることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の駆動系。
5. 切り替え装置（３）が一次車軸（１）に配置され、二次車軸駆動力が切り替え機構によって、二次駆動系がオンに切り替えられた状態で、直接一次車軸シャフトによって捕捉されることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の駆動系。
6. 回転数シンクロメッシュ機構（１６）が動力伝達ギアの切り替え機構内で確動ロックを作りだすことを、ハーフシャフトクラッチ（４、３６）を介して行うか、または少なくとも支援することを特徴とする、請求項４または請求項４と関連する請求項５に記載の駆動系。
7. ハーフシャフトクラッチ（４）がフリクションロック式多板式クラッチから構成され、二次駆動輪と共回転するように接続されたフリクションプレートがインナープレート（５）としてインナープレートキャリア（７）と、車両駆動側のフリクションプレートがアウタープレート（６）としてアウタープレートキャリア（８）と協働することを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の駆動系。
8. アウタープレートキャリア（８）が、二次車軸（２）がオンに切り替えられた状態で、フリクションプレートの冷却および／または潤滑のために給油を行うことを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の駆動系
9. ハーフシャフトクラッチ（４、３６）が第１の、フリクションロック式に作用するハーフシャフトクラッチ（４）を第１のハーフシャフトのために、および第２の確動ロック式に作用するハーフシャフト
   クラッチ（３６）を第２のハーフシャフトのために備えていることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の駆動系。
10. 確動ロック式に作用するハーフシャフトクラッチ（３６）の切り替えのために、二次車軸シンクロメッシュ機構（３８）が備えられていることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の駆動系。
11. 駆動力を二次車軸（２）のハーフシャフト（１２）に伝達するために、確動ロック式に作用するディファレンシャルギア（３５）が備えられていることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の駆動系。
12. 二次車軸のファイナルドライブユニット（９）が、第２のクラッチとしてフリクションロック式に作動するクラッチ、または確動ロック式に作用するクラッチを選択して導入できるようにモジュラー式に構成されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の駆動系。