JP2019044867A - 駆動力調整装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動力調整装置に関し、左右輪の差動機構と駆動力の左右調整機構とを一体化し、搭載性の向上と軽量化とを図る。【解決手段】車両の左軸３及び右軸４の双方を駆動する駆動源１と、左軸３と右軸４とに分配されるそれぞれの駆動力を調節するモータ２とを設ける。左軸３の減速比を調整するギヤ列Ａと、右軸４の減速比を調整するギヤ列Ｂと、駆動源１とモータ２とギヤ列Ａとギヤ列Ｂとが各々の要素に接続される四要素二自由度の遊星歯車機構５とを設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の左右輪の駆動力を調整する装置に関する。
従来、車両の左右輪の間に介装されるディファレンシャル装置と遊星歯車機構及びモータとを組み合わせて、左右輪の駆動力配分（トルク配分）を変更できるようにした駆動力調整装置が知られている。このような駆動力調整装置では、車両の旋回時に左右輪の回転数差に応じてモータが受動的に回転し、回転数差が吸収される。また、モータを作動させることで左右輪の駆動力差が増減し、左右の駆動力配分が変更される。一方、モータの回転を拘束することで差動が制限される状態となり、トラクション性能が改善される（例えば、特許文献１参照）。
特開2007-177915号公報
既存の駆動力調整装置では、駆動源から伝達される駆動力を左右輪に分配するための差動機構と、左右輪の駆動力配分を変更するための機構とが別体に形成される。例えば、特許文献１に記載された左右駆動力配分装置では、差動機構であるディファレンシャル装置に隣接するように、左右輪の駆動力の配分機構として二組の遊星歯車機構が配置されている。そのため、搭載性の悪化や重量の増加を招きやすい。
本発明の目的は、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、左右輪の差動機構と駆動力の左右調整機構とを一体化し、搭載性の向上と軽量化とが実現される駆動力調整装置を提供することである。
（１）上記目的を達成するため、請求項１に記載された駆動力調整装置は、車両の左軸及び右軸の双方を駆動する駆動源と、前記左軸と前記右軸とに分配されるそれぞれの駆動力を調節するモータと、前記左軸の減速比を調整するギヤ列Ａと、前記右軸の減速比を調整するギヤ列Ｂと、前記駆動源と前記モータと前記ギヤ列Ａと前記ギヤ列Ｂとが、各々の要素に接続される四要素二自由度の遊星歯車機構とを備える。
（２）請求項２記載の駆動力調整装置は、請求項１記載の駆動力調整装置において、前記モータが、前記左軸と前記右軸とに逆符号で同一値の調整用駆動力を付与し、前記遊星歯車機構，前記ギヤ列Ａ及び前記ギヤ列Ｂが、前記左軸及び前記右軸の回転数が一致する時に、前記モータの回転数が０となる構造を持ち、かつ前記駆動源から伝達される駆動力を前記右軸及び前記左軸へ等配分する減速比を有する。
（３）請求項３記載の駆動力調整装置は、請求項１または２記載の駆動力調整装置に加え、前記駆動源と前記遊星歯車機構との間に介装され、前記駆動源の減速比を調整する駆動ギヤ列と、前記モータと前記遊星歯車機構との間に介装され、前記モータの減速比を調整するモータギヤ列とをさらに備える。
（４）請求項４記載の駆動力調整装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動力調整装置に加え、前記駆動源と前記遊星歯車機構との間に介装された電子制御カップリングをさらに備える。
遊星歯車機構を介して駆動源，モータ，ギヤ列Ａ，ギヤ列Ｂの四者を接続することで、駆動源の駆動力を左右軸へ分配する機能と左右軸間で駆動力を調整する機能とを、簡素な構造で融合させることができる。これにより、装置全体の重量やサイズを小さくすることができ、車両搭載性の向上と軽量化とを実現できる。
実施例としての駆動力調整装置のスケルトン図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は駆動力調整装置の速度線図である。 変形例としての駆動力調整装置のスケルトン図である。 変形例としての駆動力調整装置のスケルトン図である。 変形例としての駆動力調整装置のスケルトン図である。
［１．構成］
以下、図面を参照して実施形態としての駆動力調整装置１０について説明する。図１に示す駆動力調整装置１０は、車両の駆動源１から伝達される駆動力を左右輪に伝達して車両を走行させる機能と、左右輪の回転数差を能動的に調整することによって駆動力配分を変更する機能とを併せ持つ。駆動力調整装置１０は、車両の前輪，後輪のいずれにも適用可能である。駆動力調整装置１０は、車両の左軸３及び右軸４の間に介装される。この駆動力調整装置１０では、四つの傘歯車を対向配置してなる差動装置（ディファレンシャル装置）の代わりに、少なくとも四つの回転要素を含む遊星歯車機構５が使用される。以下、左軸３及び右軸４のことを単に車軸３，４とも呼ぶ。
駆動力調整装置１０には、駆動源１，モータ２，遊星歯車機構５，駆動ギヤ列６，モータギヤ列７，ギヤ列Ａ，ギヤ列Ｂが設けられる。駆動源１は車両の駆動輪に接続される左軸３及び右軸４の双方を駆動するものであり、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン，走行用モータ，走行用モータジェネレータなどである。モータ２は左右駆動力配分を調整する電動機であり、左右輪間の回転数差を能動的に生じさせる機能を持つ。
モータ２は、左軸３と右軸４とに分配されるそれぞれの駆動力を調節する役割を担う。本実施形態のモータ２は、遊星歯車機構５，ギヤ列Ａ，ギヤ列Ｂと組合されることで、左軸３と右軸４との各々に逆符号で同一値の調整用駆動力を付与する機能を持つ。モータ２を駆動するための電力は、図示しない車載バッテリーから供給される。また、モータ２の駆動力は、図示しない電子制御装置（コンピュータ）によって制御される。モータ２が交流電動機である場合には、電子制御装置がモータ２に供給される交流電力の周波数を調整することでモータ２の駆動力を制御する。また、モータ２が直流電動機である場合には、電子制御装置がモータ２に供給される電流を調整することでモータ２の駆動力を制御する。
遊星歯車機構５は、同軸配置された四つの入出力軸（四要素）を有する二自由度の遊星歯車機構である。四つの入出力軸には、それぞれ駆動源１，モータ２，ギヤ列Ａ，ギヤ列Ｂが接続される。図１に示すように、遊星歯車機構５には、第一サンギヤ１１，第二サンギヤ１２，第一プラネタリギヤ１３，第二プラネタリギヤ１４，キャリア１５，リングギヤ１６が設けられる。第一サンギヤ１１の回転中心は第一サンギヤ軸１７に接続され、第二サンギヤ１２の回転中心は第二サンギヤ軸１８に接続される。第一サンギヤ１１の外周には第一プラネタリギヤ１３が噛合状態で配置され、第二サンギヤ１２の外周には第二プラネタリギヤ１４が噛合状態で配置される。第一プラネタリギヤ１３，第二プラネタリギヤ１４は、同一回転となるように接続されると共に、共通の軸を介してキャリア１５に接続され、キャリア１５の回転中心はキャリア軸１９に接続される。キャリア１５は、第一プラネタリギヤ１３及び第二プラネタリギヤ１４の回転中心を第一サンギヤ１１や第二サンギヤ１２と同軸回転可能に支持するように機能する。また、第二プラネタリギヤ１４の外側には環状のリングギヤ１６が噛合状態で配置される。第一プラネタリギヤ１３とリングギヤ１６とは非係合とされる。
リングギヤ１６，キャリア１５，第一サンギヤ１１，第二サンギヤ１２の四者は、相互に動力を伝達可能であるとともに、速度線図上における回転速度がこの順序で直線状に配置されるように各々の構造（位置，形状，歯数）が設定される。また、遊星歯車機構５の中心（例えば第一サンギヤ軸１７，第二サンギヤ軸１８，キャリア軸１９）の位置は、左軸３及び右軸４からオフセットした位置に配置される。本実施形態の遊星歯車機構５は、上記の車軸３，４よりも車両前方にオフセットした位置に設けられる。
駆動ギヤ列６は、駆動源１と遊星歯車機構５との間に介装されるギヤ列であり、駆動源１の減速比（駆動源１側から入力される駆動力についての減速比）を調整する機能を持つ。本実施形態の駆動ギヤ列６は、遊星歯車機構５の第一サンギヤ軸１７を介して第一サンギヤ１１に接続される。駆動ギヤ列６には、第一サンギヤ軸側ギヤ２４と駆動軸側ギヤ２５とが含まれる。これらの第一サンギヤ軸側ギヤ２４，駆動軸側ギヤ２５は傘歯車である。第一サンギヤ軸側ギヤ２４は、第二サンギヤ軸１８と同軸かつ摺動自在に配置される。駆動軸側ギヤ２５は、その回転軸が第一サンギヤ軸側ギヤ２４の回転軸に直交するように配置され、電子制御カップリング２８を介して駆動源１に接続される。
電子制御カップリング２８は、内蔵されたクラッチプレートの締結力を増減させることで、トルクの伝達量を０％から１００％の間で任意に設定する多板式継手である。電子制御カップリング２８と駆動源１との間は駆動軸２９で接続される。なお、車両の駆動源１がエンジンであって駆動ギヤ列６とエンジンとの距離が大きい場合には、電子制御カップリング２８とエンジンとの間が図示しないプロペラシャフトで接続される。プロペラシャフトは、車幅方向中央部において車両前後方向に延設される。また、第一サンギヤ軸側ギヤ２４の歯数を駆動軸側ギヤ２５の歯数で除したものを駆動ギヤ列６の減速比ρ6とする。
モータギヤ列７は、モータ２と遊星歯車機構５との間に介装されるギヤ列であり、モータ２の減速比（モータ２側から入力される駆動力についての減速比）を調整する機能を持つ。モータギヤ列７には、モータ軸側ギヤ２３と、リングギヤ１６の外周歯とが含まれ、モータ軸側ギヤ２３がリングギヤ１６の外周歯に噛合するように配置される。したがって、モータギヤ列７は、概念的にはリングギヤ１６の回転軸に対して接続され、速度線図上ではリングギヤ１６に対して接続される。また、モータ軸側ギヤ２３とモータ２との間は、モータ軸２２で接続される。モータ軸２２の延在方向は車幅方向に沿った方向であって左軸３や右軸４に対して平行な方向とされる。本実施形態のモータ軸２２の配設位置は、遊星歯車機構５よりも車両前方にオフセットした位置に設定される。また、リングギヤ１６の外周歯の歯数をモータ軸側ギヤ２３の歯数で除したものをモータギヤ列７の減速比ρ4とする。
ギヤ列Ａは、左輪Ｌと遊星歯車機構５との間に介装されるギヤ列であり、左軸３の減速比（遊星歯車機構５から左軸３に伝達される駆動力についての減速比）を調整する機能を持つ。ギヤ列Ａには、キャリア軸側ギヤ２０と左軸側ギヤ２１とが含まれる。これらはともに平歯車である。キャリア軸側ギヤ２０の回転中心はキャリア軸１９に接続され、左軸側ギヤ２１の回転中心は左軸３に接続される。本実施形態では、左軸側ギヤ２１の歯数をキャリア軸側ギヤ２０の歯数で除したものをギヤ列Ａの減速比ρ2とする。
ギヤ列Ｂは、右輪Ｒと遊星歯車機構５との間に介装されるギヤ列であり、右軸４の減速比（遊星歯車機構５から右軸４に伝達される駆動力についての減速比）を調整する機能を持つ。ギヤ列Ｂには、第二サンギヤ軸側ギヤ２６と右軸側ギヤ２７とが含まれる。これらはともに平歯車である。第二サンギヤ軸側ギヤ２６の回転中心は第二サンギヤ軸１８に接続され、右軸側ギヤ２７の回転中心は右軸４に接続される。本実施形態では、右軸側ギヤ２７の歯数を第二サンギヤ軸側ギヤ２６の歯数で除したものをギヤ列Ｂの減速比ρ3とする。
駆動力調整装置１０におけるギヤ比（速度伝達比）の設定について詳述する。遊星歯車機構５，ギヤ列Ａ，ギヤ列Ｂは、モータ２が非作動時（モータ２の回転数が０であるとき）に、左軸３，右軸４の回転数が一致する構造を持ち、駆動源１から伝達される駆動力を左軸３と右軸４とに等配分する減速比を有する。ここで、第一サンギヤ１１の歯数を第二サンギヤ１２の歯数で除したものを、減速比ρ1（速度伝達比）と呼ぶ。また、第一サンギヤ１１の歯数をリングギヤ１６の内歯（第二プラネタリギヤ１４と噛合）の歯数で除したものを、減速比ρ5と呼ぶ。本実施形態の遊星歯車機構５の減速比ρ5は、式１に示すように、減速比ρ1から２を減じた値で減速比ρ1を除した値に設定される。ギヤ列Ａの減速比ρ2は、式２に示すように、減速比ρ1から１を減じて倍にした値で減速比ρ1を除した値に設定される。また、ギヤ列Ｂの減速比ρ3は、式３に示すように、減速比ρ1の半分の値に設定される。
Figure 2019044867
一方、モータギヤ列７の減速比ρ4及び駆動ギヤ列６の減速比ρ6は、モータ２や駆動源１が出力できる駆動力に応じて適宜設定される。本実施形態では、左軸３の駆動力が以下の式４で与えられ、右軸４の駆動力が以下の式５で与えられる。ここでいう「駆動源駆動力」とは、電子制御カップリング２８の下流側における駆動力（駆動ギヤ列６に入力される駆動力）を意味する。すなわち、駆動ギヤ列６の減速比ρ6に駆動源駆動力を乗じて２で除した値を算出するとともに、減速比ρ1，ρ4及びモータ駆動力の積を減速比ρ1から２を減じた値の２倍で除した値を算出し、前者から後者を減算した値が左軸３の駆動力となる。一方、前者と後者とを加算した値が右軸４の駆動力となる。
Figure 2019044867
車両の走行駆動力は、式６に示すように、左軸駆動力と右軸駆動力との和で与えられる。左右軸駆動力差は、式７に示すように、左軸駆動力と右軸駆動力との差で与えられる。また、モータ２の回転数は、式８に示すように、減速比ρ1から２を減じた値で減速比ρ1，ρ4及び左右軸の回転数差の積を除した値の半分となる。
Figure 2019044867
［２．作用］
図２（Ａ）はモータ２が停止しているときの速度線図であり、図２（Ｂ），（Ｃ）はモータ２が回転しているときの速度線図である。速度線図とは、連関する複数の回転要素についての回転数（角速度）の関係を簡潔に表現した図である。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本実施形態の速度線図における縦軸の座標は、回転要素の回転数を表す。また、回転数が０となる基準線に相当する横軸の座標は、連関した回転要素の一つを基準とした角速度比（あるいは、回転数比，周長比，歯数比など）に応じて設定される。一般に、各回転要素の横軸方向の位置は、連関した複数の回転要素間における回転数がその大小に関わらず同一直線上に位置するように（すなわち、各回転要素間を接続する直線が共線関係となるように）設定される。
図２（Ａ）に示すように、モータ２の停止状態ではリングギヤ１６の回転数が０となる。したがって、遊星歯車機構５の速度線図は、リングギヤ１６の回転数を０とした右肩下がりの傾斜直線で表される。この傾斜直線の傾きは、駆動源１から入力される駆動力によって生じる第一サンギヤ１１の回転数が増大するほど急峻になる。これにより、キャリア１５を介して左軸３に伝達される駆動力と第二サンギヤ１２を介して右軸４に伝達される駆動力とが増大し、各々の回転数が上昇する。一方、遊星歯車機構５，ギヤ列Ａ，ギヤ列Ｂの減速比は、モータ２の非作動時に左右軸の回転数が一致するように設定されていることから、速度線図上における左軸３，右軸４の上下方向の位置は一致し、左右輪の回転数は同一値となる。
また、モータ２を作動させた場合には、モータ２の回転数に応じた速度でリングギヤ１６が回転する。このとき、遊星歯車機構５のリングギヤ１６，キャリア１５，第一サンギヤ１１，第二サンギヤ１２の四者は共線関係にあるため、これらの関係を示す傾斜直線の勾配が変化する。一方、駆動源１の回転数に変動がなければ第一サンギヤ１１の回転数は不変であることから、傾斜直線は第一サンギヤ１１を支点としたシーソーのように移動する。つまり、図２（Ｂ）に示すように、キャリア１５の回転数が増加すると同時に第二サンギヤ１２の回転数が減少し、左軸３と右軸４との間に回転数差が生じる。あるいは、図２（Ｃ）に示すように、キャリア１５の回転数が減少すると同時に第二サンギヤ１２の回転数が増加し、左軸３と右軸４との間に回転数差が生じる。回転数差の大きさや符号は、モータ２の回転数の大きさや符号に対応する。
［３．効果］
（１）上記の駆動力調整装置１０によれば、遊星歯車機構５及びギヤ列Ａ，Ｂのみを組み合わせることによって、駆動源１の駆動力を左右輪に分配する機能と、左右軸間の駆動力差を調整する機能とを簡素な構造で融合させることができる。これにより、装置全体の重量の増加や搭載性の悪化を抑えることができる。
（２）遊星歯車機構５及びギヤ列Ａ、Ｂの減速比を調整することで、駆動源１で発生する駆動力を左軸３，右軸４へ等配分できるため、従来の差動装置（ディファレンシャル装置）と同様に、駆動源１を走行駆動力として用いることができる。また、モータ２の駆動力により発生する左軸３，右軸４の調整用駆動力の合計が０となるため、調整用駆動力が走行駆動力へ干渉することによる走行性能の悪化を抑制できる。さらに、左軸３，右軸４が同回転（車両直進時）の状態でモータ２の回転数を０にできるため、モータ２の不必要な回転により発生する回転損失を低減できる。なお、本実施形態では上記の式１〜式３に基づいて減速比ρ2，ρ3，ρ5が設定される。
（３）駆動ギヤ列６を設けることで、駆動源１から遊星歯車機構５に入力される回転数を調節することができ、駆動源１の駆動力を不必要に増大させることなく所望の走行用駆動力を得ることができる。同様に、モータギヤ列７を設けることで、モータ２から遊星歯車機構５に入力される回転数を調節することができ、モータ２の駆動力を不必要に増大させることなく所望の左右調整用駆動力を得ることができる。
（４）駆動源１と駆動ギヤ列６との間に電子制御カップリング２８を介装させることにより、上記の駆動力調整装置１０を前輪駆動車のリアデフなどに用いることができ、駆動力調整装置１０の適用対象を拡大することができる。
［４．変形例］
上記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、本実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。例えば、図１に示す駆動力調整装置１０では、モータ２が遊星歯車機構５よりも左側に配置されているが、モータ２の位置は任意に設定することができ、遊星歯車機構５よりも右側に配置してもよい。あるいは、モータギヤ列７に傘歯車を包含させ、遊星歯車機構５の前方や後方にモータ２を配置してもよい。
駆動源１として電動モータ３０（第二モータ）を用いる場合には、図３に示すように、電子制御カップリング２８を省略してもよい。この場合、電動モータ３０と遊星歯車機構５との間に介装される駆動ギヤ列６は一対の平歯車とし、電動モータ３０の駆動軸２９を左軸３，右軸４に対して平行に配置してもよい。このようなレイアウトにすることで、ガソリン車両だけでなく電気自動車やハイブリッド自動車のリヤデフ（リヤディファレンシャル装置）などにも、駆動力調整装置１０を適用することが容易となる。
また、図４に示すように、ギヤ列Ａ，Ｂを偏心ギヤ列で形成してもよい。ここでいう偏心ギヤ列とは、連関する回転要素の回転軸がずれている（同軸でない）ギヤ列を意味する。図４中のギヤ列Ａはキャリア軸側ギヤ３１と偏心ギヤ３２とを有し、キャリア軸側ギヤ３１の回転中心から車両前方に向かってオフセットした位置に偏心ギヤ３２の回転中心が設定される。同様に、ギヤ列Ｂは偏心ギヤ３３と右軸側ギヤ３４とを有し、右軸側ギヤ３４の回転中心から車両後方に向かってオフセットした位置に偏心ギヤ３３の回転中心が設定される。このように、偏心ギヤ列を用いて遊星歯車機構５と左軸３，右軸４とを接続することで、ギヤ列Ａ，Ｂにおける入力軸と出力軸との軸間距離を短縮することができる。したがって、前後方向の空間が少ない車両への搭載性を向上させることができる。
また、図５に示すように、遊星歯車機構５を、三つの同一回転するプラネタリギヤを有する遊星歯車機構４０としてもよい。この遊星歯車機構４０には、第一サンギヤ４１，第二サンギヤ４２，第三サンギヤ４３，第一プラネタリギヤ４４，第二プラネタリギヤ４５，第三プラネタリギヤ４６，キャリア４７が設けられる。また、遊星歯車機構４０は同軸配置された四つの入出力軸として、第一サンギヤ軸５１，第二サンギヤ軸５２，第三サンギヤ軸５３，キャリア軸５４を有する。第一サンギヤ軸５１は第一サンギヤ４１の回転中心に接続され、第二サンギヤ軸５２は第二サンギヤ４２の回転中心に接続される。同様に、第三サンギヤ軸５３は第三サンギヤ４３の回転中心に接続され、キャリア軸５４はキャリア４７の回転中心に接続される。また、キャリア４７は、三つのプラネタリギヤ４４〜４６の回転中心を共通の軸で枢支している。このような遊星歯車機構４０を用いることで、モータ２を遊星歯車機構４０の回転軸と同軸上に配置できるため、車両の前後方向の空間が少ない車両への搭載性をさらに向上させることができる。
１ 駆動源
２ モータ
３ 左軸
４ 右軸
５ 遊星歯車機構
６ 駆動ギヤ列
７ モータギヤ列
１０ 駆動力調整装置
２８ 電子制御カップリング
Ａ ギヤ列Ａ
Ｂ ギヤ列Ｂ

Claims (4)

  1. 車両の左軸及び右軸の双方を駆動する駆動源と、
    前記左軸と前記右軸とに分配されるそれぞれの駆動力を調節するモータと、
    前記左軸の減速比を調整するギヤ列Ａと、
    前記右軸の減速比を調整するギヤ列Ｂと、
    前記駆動源と前記モータと前記ギヤ列Ａと前記ギヤ列Ｂとが各々の要素に接続される四要素二自由度の遊星歯車機構と
    を備えることを特徴とする、駆動力調整装置。
  2. 前記モータが、前記左軸と前記右軸とに逆符号で同一値の調整用駆動力を付与し、
    前記遊星歯車機構，前記ギヤ列Ａ及び前記ギヤ列Ｂが、前記左軸及び前記右軸の回転数が一致する時に前記モータの回転数が０となる構造を持ち、かつ前記駆動源から伝達される駆動力を前記右軸及び前記左軸へ等配分する減速比を有する
    ことを特徴とする、請求項１記載の駆動力調整装置。
  3. 前記駆動源と前記遊星歯車機構との間に介装され、前記駆動源の減速比を調整する駆動ギヤ列と、
    前記モータと前記遊星歯車機構との間に介装され、前記モータの減速比を調整するモータギヤ列とをさらに備える
    ことを特徴とする、請求項１または２記載の駆動力調整装置。
  4. 前記駆動源と前記遊星歯車機構との間に介装された電子制御カップリングをさらに備える
    ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動力調整装置。
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