JP2020029233A - 車両の動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の小回り性能が高められるとともに、通常の走行時に動力の伝達が円滑に行われる車両の動力伝達装置を提供すること。【解決手段】車両の動力伝達装置１００は、出力軸１と車軸２との間に配置される内側シャフト２１および外側シャフト２２と、出力軸１に内側シャフト２１を曲折自在に連結する内側ジョイント１１と、内側シャフト２１と外側シャフト２２とを曲折自在に連結する中間ジョイント１３と、外側シャフト２２を車軸２に曲折自在に連結する外側ジョイント１２と、指令に応じて中間ジョイント１３が内側シャフト２１と外側シャフト２２とを曲折させる動きをロックするロック機構３０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の動力伝達装置に関する。

従来より、車両の動力伝達装置として、エンジンの駆動力を操向車輪に伝達する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１記載の装置は、エンジン側の軸部と車輪側の軸部とを２つの中間シャフトおよび３つの等速ジョイントを介して連結したドライブシャフトを有する。これによると、車両が小回りする旋回時では、ドライブシャフトの中程が等速ジョイントによって曲折することで、大きな舵角が得られる。

特開２００７−２６９０６３号公報

上記特許文献１記載の装置では、車両が小回りしない通常の走行状態において、ドライブシャフトの中程が等速ジョイントによって曲折しないようにして、動力の伝達が円滑に行われるようにすることが望まれる。

本発明の一態様は、出力軸の動力を操向車輪の車軸に伝達する車両の動力伝達装置であり、出力軸と車軸との間に配置される内側シャフトおよび外側シャフトと、出力軸に内側シャフトを曲折自在に連結する内側ジョイントと、内側シャフトと外側シャフトとを曲折自在に連結する中間ジョイントと、外側シャフトを車軸に曲折自在に連結する外側ジョイントと、指令に応じて中間ジョイントが内側シャフトと外側シャフトとを曲折させる動きをロックするロック機構と、を備える。

本発明によれば、ロック機構により内側シャフトと外側シャフトとが中間ジョイントを介して曲折する動きがロックされるため、舵角が小さい通常の走行状態において動力の伝達を円滑に行うことができる。

本発明の実施形態に係る動力伝達装置を示す模式図。 ロック状態にある動力伝達装置を示す断面図。 ロック解除状態にある動力伝達装置を示す断面図。 ロック状態にある動力伝達装置を示す斜視図。 ロック解除状態にある動力伝達装置を示す斜視図。 大舵角時における動力伝達装置を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る操舵機構を示す平面図。 大舵角時における操舵機構を示す平面図。 直進時における動力伝達装置を示す模式図。 通常フル転舵時の動力伝達装置を示す模式図。 大舵角時における動力伝達装置を示す模式図。 大舵角時における曲折角度の規制について説明する動力伝達装置の模式図。 大舵角時から通常フル転舵時の状態に戻される過程の動力伝達装置の一例を示す模式図。 大舵角時から通常フル転舵時の状態に戻される過程の動力伝達装置の別の例を示す模式図。 通常フル転舵時の状態に戻された動力伝達装置を示す模式図。

以下、図１〜図５Ｇを参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両の動力伝達装置１００を模式的に示す平面図である。まず、動力伝達装置１００の構成について説明する。なお、説明の簡略化のため、図１は、動力伝達装置１００の片側部分のみを図示し、他の部分を省略して図示する。

動力伝達装置１００は、図示しない動力源（エンジン又はモータ）の動力を出力する出力軸１と、ドライブシャフト１０と、操向車輪３の車軸２と、を備える。ドライブシャフト１０は、出力軸１の動力を車軸２に伝達する。

ドライブシャフト１０は、その内側端が内側ジョイント１１を介して出力軸１に曲折自在に連結され、その外側端が外側ジョイント１２を介して車軸２に曲折自在に連結される。

２分割タイプのドライブシャフト１０は、内側シャフト２１および外側シャフト２２を備える。内側シャフト２１と外側シャフト２２とは、中間ジョイント１３を介して曲折自在に連結される。

動力伝達装置１００は、コントローラ５からの指令に応じて中間ジョイント１３が内側シャフト２１と外側シャフト２２とを曲折させる動きをロック（拘束）するロック機構３０を備える。

コントローラ５には、操作スイッチ６（操作子）の信号、車速信号、および操舵角信号が入力される。

コントローラ５は、車速が所定値Ｖ（例えば１５ｋｍ／ｈ）以下となる低車速時にあり、かつステアリングホイール（図示せず）の操舵角が所定値α以上となる旋回操作時を判定して、ロック機構３０のロック解除を許可する大舵角モードに切り換える。

操作スイッチ６がオフである場合には、ロック機構３０のロック作動状態が保たれる。コントローラ５は、操作スイッチ６がオンであることを判定すると、上記大舵角モードにあることを判定して、ロック機構３０のロック解除を指令するとともに、動力源の発生トルクを制限する指令をする。

これにより、運転者が操作スイッチ６をオンに切り換えると、車速が所定値Ｖ以下の低車速時であり、かつ操舵角が所定値α以上の旋回操作時である場合にのみ、ロック機構３０のロック解除が行われる。ロック解除状態では、運転者によってステアリングホイールが大きく切られると、中間ジョイント１３が曲折し、操向車輪３が大きく転舵される（図５Ｃ）。

内側ジョイント１１は、出力軸１と内側シャフト２１とを曲折自在に連結する。内側ジョイント１１は、複数のボール（図示せず）によってトルクを伝達する等速ジョイントが用いられる。内側ジョイント１１は、出力軸１に対して軸方向について摺動自在に設けられる。

外側ジョイント１２は、外側シャフト２２と車軸２とを曲折自在に連結する。外側ジョイント１２は、複数のボール６１（図２Ａ）によってトルクを伝達する等速ジョイントが用いられる。

図２Ａ、図２Ｂは、動力伝達装置１００を示す断面図である。外側ジョイント１２は、外側シャフト２２に設けられるインナーレース６２と、車軸２に設けられるアウターレース６３と、両者の間に配置される複数のボール６１と、を備える。外側ジョイント１２は、ベローズ状のダストブーツ１９によって覆われる。

中間ジョイント１３は、内側シャフト２１と外側シャフト２２とを曲折自在に連結する。中間ジョイント１３は、クロスピン５１（図２Ａ）によってトルクを伝達するクロスジョイントが用いられる。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、後述するように動力伝達装置１００の動きを示す斜視図である。中間ジョイント１３は、内側シャフト２１に設けられるヨーク５２と、外側シャフト２２に設けられるヨーク５３と、両者の間に配置されるクロスピン５１と、を備える。クロスピン５１は、ヨーク５２に回動自在に連結される一対のピン端部と、ヨーク５３に回動自在に連結される一対のピン端部と、を有する。

ロック機構３０は、中間ジョイント１３を拘束するスリーブ３１と、スリーブ３１を移動するアクチュエータ３２と、を備える。ロック機構３０は、アクチュエータ３２の伸縮作動によって、スリーブ３１が中間ジョイント１３の曲折動作を拘束するロック作動状態と、スリーブ３１が移動して中間ジョイント１３の曲折動作を自在にするロック解除状態と、を切り換える。

内側シャフト２１は、中空のシャフト部２４と、シャフト部２４に開口する一対のスリット２５と、を有する。筒状のスリーブ３１は、一対のスリット２５に配置されるビーム部２９を有する。スリーブ３１は、その内周がシャフト部２４の外周に摺接し、内側シャフト２１の軸方向について摺動自在に支持される。

スリーブ３１は、ヨーク５２とヨーク５３とにわたって摺動自在に嵌合する。スリーブ３１の内周、ヨーク５２の外周、およびヨーク５３の外周には、摺動自在に噛み合うセレーション（図示せず）が形成される。

図２Ａに示すように、油圧式アクチュエータ３２は、スリーブ３１のビーム部２９に連結されるロッド３３と、ロッド３３の端部に設けられるピストン３４と、ピストン３４が摺動自在に挿入されるシリンダ３５と、を備える。

シリンダ３５の内部は、ピストン３４によって油圧室３６と、背後室３７とに仕切られる。油圧室３６は、シリンダ３５の外部に設けられる環状室４２、および配管４３を介して油圧源４５（図１）に連通する。背後室３７には、スプリング３８が圧縮して配置される。

図１に示すように、油圧源４５は、コントローラ５からの指令に応じて油圧室３６に導かれる油圧を切り換える。

図２Ａ、図３Ａは、油圧源４５から油圧室３６に導かれる油圧が低下したロック作動状態を示す。ロック作動状態では、スプリング３８の付勢力によってピストン３４が図２Ａにおいて左方向に移動している。これにより、スリーブ３１は、内側シャフト２１と外側シャフト２２とにわたって嵌合するロック位置に保持される。

図２Ｂ、図３Ｂ、図３Ｃは、油圧源４５から油圧室３６に導かれる油圧が上昇したロック解除状態を示す。ロック解除状態では、図３Ｂに矢印で示すように、ピストン３４がスプリング３８の付勢力に抗して移動する。これにより、スリーブ３１は、外側シャフト２２との嵌合が解除されたロック解除位置に保持される。ロック解除状態では、図３Ｃに矢印で示すように、内側シャフト２１と外側シャフト２２とが中間ジョイント１３を介して曲折することができる。

図２Ａ、図２Ｂに示すように、動力伝達装置１００は、中間ジョイント１３の最大曲折角度を規制する中間ストッパ機構７０を備える。中間ストッパ機構７０は、スリーブ３１から外径方向に突出する環状の中間ストッパ７１と、外側シャフト２２の外周に摺動自在に嵌合する対向スリーブ７２と、対向スリーブ７２から外径方向に突出する環状の対向ストッパ７３と、対向ストッパ７３を中間ストッパ７１に向かう方向に付勢するスプリング７４と、を備える。中間ストッパ機構７０は、図２Ｂに示すように中間ジョイント１３が曲折する作動時に、対向ストッパ７３が中間ストッパ７１に当接することにより、内側シャフト２１と外側シャフト２２とが曲折する最大角度を規制する。

図２Ａ、図２Ｂに示すように、動力伝達装置１００は、外側ジョイント１２の最大曲折角度を規制する外側ストッパ機構８０を備える。外側ストッパ機構８０は、外側シャフト２２から外径方向に突出する外側ストッパ８１を備える。図２Ｂに示すように、外側ストッパ機構８０は、外側ジョイント１２が曲折する作動時に、アウターレース６３が外側ストッパ８１に当接することにより、外側シャフト２２と車軸２とが曲折する最大角度を規制する。

図４Ａ、図４Ｂは、車両の操舵機構９０を模式的に示す平面図である。なお、説明の簡略化のため、図４Ａ、図４Ｂは、操舵機構９０の片側部分のみを図示し、他の部分を省略して図示する。操舵機構９０は、操向車輪３を支持するナックル９３と、ナックル９３を支持するロアアーム９１と、を備える。ナックル９３は、ロアボールジョイント９２を介してロアアーム９１に、ロアボールジョイント９２を通るキングピン軸（仮想軸）を中心に回動自在に支持される。ロアアーム９１は、車体（図示せず）に揺動自在に支持され、ナックル９３を介して操向車輪３を支持する懸架装置を構成する。ナックル９３には、転舵力を伝えるタイロッド（図示せず）が連結される。運転者がステアリングホイールを回動させると、タイロッドが移動してナックル９３がキングピン軸を中心に回動することで、操向車輪３が転舵される。

操舵機構９０には、ナックル９３の回動範囲を規制するナックルストッパ機構９５が設けられる。ナックルストッパ機構９５は、ナックル９３に当接するナックルストッパ９６と、ロアアーム９１に対するナックルストッパ９６の位置を変えるアクチュエータ９７と、を備える。

ナックルストッパ９６は、ロアアーム９１に設けられる溝状のガイド部９４に摺動自在に支持される。

ナックル９３には、ナックルストッパ９６に当接する第１当接部９３ａと第２当接部９３ｂとが段差をもって形成される。

図４Ａに示すように、アクチュエータ９７が伸長した状態では、キングピン軸を中心に回動するナックル９３の第１当接部９３ａがナックルストッパ９６に当接する。これにより、操向車輪３の最大転舵角が例えば３０ｄｅｇに規制される。

図４Ｂに示すように、アクチュエータ９７が収縮した状態では、キングピン軸を中心に回動するナックル９３の第２当接部９３ｂがナックルストッパ９６に当接する。これにより、ナックルストッパ９６の回動範囲が大きくなり、操向車輪３の最大転舵角が例えば４５ｄｅｇに規制される。

電磁式アクチュエータ９７の伸縮作動は、コントローラ５によって制御される。コントローラ５は、操作スイッチ６がオフになってロック機構３０がロック作動しているときに、アクチュエータ９７を伸長させる。コントローラ５は、操作スイッチ６がオンになってロック機構３０のロック解除を指令するときに、アクチュエータ９７を収縮させる。これにより、ロック機構３０がロック解除するのに伴って、ナックル９３の回動範囲が大きくなる。

次に、図５Ａ〜図５Ｇを参照して動力伝達装置１００の動作について説明する。

図５Ａは、車両の直進時における動力伝達装置１００を示す模式図である。この直進時では、ロック機構３０がロック作動しており、内側シャフト２１と外側シャフト２２とが同軸上に延在する。これにより、直線上に延在するドライブシャフト１０が回転することによって、出力軸１の動力が車軸２へと円滑に伝達される。

図５Ｂは、操作スイッチ６がオフの状態で、ステアリングホイールが最大に切られる通常フル転舵時を示す模式図である。この通常フル転舵時では、ロック機構３０がロック作動しており、内側シャフト２１と外側シャフト２２とが同軸上に延在する。車軸２は、外側シャフト２２に対して外側ジョイント１２を介して曲折する。このとき、舵角θ３は、外側ジョイント１２に設けられる外側ストッパ８１（図２Ａ）およびナックルストッパ９６（図４Ａ）によって最大角度（例えば３０ｄｅｇ）に規制される。

図５Ｃは、操作スイッチ６がオンの状態で、ステアリングホイールが最大に切られる大舵角時を示す模式図であり、図５Ｄは、大舵角時における曲折角度の規制について説明する図である。この大舵角時では、ロック機構３０のロック解除が行われており、内側シャフト２１と外側シャフト２２とが中間ジョイント１３を介して曲折する。内側シャフト２１と外側シャフト２２とが曲折する角度θ２は、中間ジョイント１３に設けられる中間ストッパ７１（図２Ｂ）によって例えば１５ｄｅｇに規制される。

これにより、内側シャフト２１および外側シャフト２２が図５Ｄに２点鎖線で示すように図５Ｄの上側に大きく振れることが抑えられる。そして、車軸２は、外側シャフト２２に対して外側ジョイント１２を介して角度θ３をもって曲折する。このとき、角度θ３は、外側ストッパ８１（図２Ｂ）によって最大角度（例えば３０ｄｅｇ）に規制され、舵角θ４は、ナックルストッパ９６（図４Ｂ）によって最大角度（例えば４５ｄｅｇ）に規制される。これにより、内側シャフト２１および外側シャフト２２が図５Ｄに２点鎖線で示すように図５Ｄの下側に大きく振れることが抑えられる。こうして大舵角時では、操向車輪３が通常フル転舵時より大きく転舵されることによって、車両は狭いスペースで旋回することができる。

図５Ｅ、図５Ｆは、運転者による操舵によって車両の大舵角時から通常フル転舵時の状態に戻される過程の動力伝達装置の一例を示す模式図である。大舵角時から通常フル転舵時の状態に戻す場合は、ロック機構３０のロックが解除された状態であるため、中間ジョイント１３および外側ジョイント１２のどちらの曲折角度が減少するかは両者の屈曲トルク（抵抗）の相対的な大小関係によって決定される。すなわち、中間ジョイント１３の抵抗が外側ジョイント１２の抵抗より小さい場合は、図５Ｅに示すように、中間ジョイント１３の屈曲角度が減少する。一方、外側ジョイント１２の抵抗が中間ジョイント１３の抵抗より小さい場合は、図５Ｆに示すように、外側ジョイント１２の屈曲角度が減少する。

図５Ｇは、運転者による操舵によって車両の大舵角時から通常フル転舵時の状態に戻された様子を示す模式図である。この状態で、運転者が操作スイッチ６をオフにすることで、図５Ｇに示すようにロック機構３０がロック作動する。これにより、大舵角による旋回を終えた通常走行時では、ロック機構３０によって内側シャフト２１と外側シャフト２２とが同軸上に延在する状態が維持され、出力軸１の動力が車軸２に円滑に伝達される。このとき、操向車輪３の舵角は、外側ストッパ８１（図２Ａ）およびナックルストッパ９６（図４Ａ）によって最大角度（例えば３０ｄｅｇ）に規制される。

なお、車両の運転を終了する際に、運転者が操作スイッチ６をオンにしてロック機構３０のロック解除が行われたままで、車両のイグニッションスイッチ（図示せず）をオフにすることが考えられる。これに対処して、コントローラ５は、車両の運転が始められる際に、運転者がイグニッションスイッチをオンにしても、操作スイッチ６がオンになっている場合には、動力源を始動させずに、図示しないブザーやパネル表示によって警告をする。そして、運転者が操作スイッチ６をオフにすることで、ロック機構３０がロック作動した場合には、動力源の始動を許可する。これにより、ロック機構３０のロック解除が行われたままで、車両の運転が始められることを回避できる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）本実施形態の動力伝達装置１００は、出力軸１と車軸２との間に配置される内側シャフト２１および外側シャフト２２と、出力軸１に内側シャフト２１を曲折自在に連結する内側ジョイント１１と、内側シャフト２１と外側シャフト２２とを曲折自在に連結する中間ジョイント１３と、外側シャフト２２を車軸２に曲折自在に連結する外側ジョイント１２と、指令に応じて中間ジョイント１３が内側シャフト２１と外側シャフト２２とを曲折させる動きをロックするロック機構３０と、を備える（図１）。

上記構成により、舵角が小さい通常の走行状態では、ロック機構３０がロック作動することで、内側シャフト２１と外側シャフト２２とが中間ジョイント１３を介して曲折する動きが止められる。これにより、内側シャフト２１と外側シャフト２２とが同軸上に延在し、動力の伝達が円滑に行われる。一方、大舵角時では、指令に応じてロック機構３０がロック解除することで、内側シャフト２１と外側シャフト２２とが中間ジョイント１３を介して曲折して大きい舵角が得られる。これにより、車両は、小回り性能を高められ、狭いスペースで旋回できる。このとき、外側ジョイント１２は、曲折角が過大にならず、強度および耐久性が確保される。

（２）動力伝達装置１００は、ロック機構３０がロック解除することを車速が所定値Ｖ以下となる低車速時にのみ許可するコントローラ５（制御手段）を備える（図１）。

上記構成により、中間ジョイント１３が曲折するのは、低車速時に限られる。このため、動力伝達装置１００は、中間ジョイント１３に等速性を有さないクロスジョイントを用いても、車軸２の回転速度変動が車両に与える影響を抑えられる。これにより、動力伝達装置１００は、中間ジョイント１３に等速ジョイントを用いる必要がなく、製品のコストを抑えられる。

（３）動力伝達装置１００は、ロック機構３０がロック解除することを操舵角が所定値α以上となる旋回操作時にのみ許可するコントローラ５（制御手段）を備える（図１）。

上記構成により、中間ジョイント１３が曲折するのは、車両の旋回半径が小さい旋回操作時に限られる。このため、車両の旋回半径がある程度より大きい通常の走行状態では、ロック機構３０がロック作動することで、動力の伝達が円滑に行われる。

（４）動力伝達装置１００は、ロック機構３０がロック解除することを指令する操作スイッチ６（操作子）をステアリングホイールとは別に備える（図１）。

上記構成により、運転者が操作スイッチ６を操作することで、ロック機構３０がロック解除する。このロック解除状態で、ステアリングホイールを操作することで、舵角が大きくなる。これにより、運転者がステアリングホイールを操作するときに、意図せずに舵角が大きくなることが回避される。

（５）動力伝達装置１００は、中間ジョイント１３の最大曲折角度を規制する中間ストッパ機構７０を備える（図２Ｂ）。

上記構成により、ロック機構３０のロック解除が行われた大舵角時に、内側シャフト２１および外側シャフト２２が図５Ｄに２点鎖線で示すように振れることが抑えられる。

（６）動力伝達装置１００は、外側ジョイント１２の最大曲折角度を規制する外側ストッパ機構８０を備える（図２Ｂ）。

上記構成により、外側ジョイント１２の曲折角度が過大になることが抑えられ、外側ジョイント１２の作動が円滑に行われる。

（７）動力伝達装置１００は、車軸２を支持するナックル９３の回動範囲を規制するナックルストッパ機構９５を備える（図４Ａ）。ナックルストッパ機構９５は、ロック機構３０がロック解除するのに伴ってナックル９３の回動範囲を大きく規制する（図４Ｂ）。

上記構成により、通常フル転舵時と大舵角時とのそれぞれでナックル９３の回動範囲がナックルストッパ機構９５によって規制され、操向車輪３が車体などに干渉することが防止される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、中間ジョイント１３にクロスジョイントを用いているが、これに限らず、中間ジョイント１３に等速ジョイント又は他のジョイント（継手）を用いてもよい。

以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態により本発明が限定されるものではない。

１ 出力軸、２ 車軸、３ 操向車輪、５ コントローラ（制御手段）、６ 操作スイッチ（操作子）、１１ 内側ジョイント、１２ 外側ジョイント、１３ 中間ジョイント、２１ 内側シャフト、２２ 外側シャフト、３０ ロック機構、７０ 中間ストッパ機構、８０ 外側ストッパ機構、９３ ナックル、９５ ナックルストッパ機構、１００ 動力伝達装置

Claims (7)

1. 出力軸の動力を操向車輪の車軸に伝達する車両の動力伝達装置であって、
   前記出力軸と前記車軸との間に配置される内側シャフトおよび外側シャフトと、
   前記出力軸に前記内側シャフトを曲折自在に連結する内側ジョイントと、
   前記内側シャフトと前記外側シャフトとを曲折自在に連結する中間ジョイントと、
   前記外側シャフトを前記車軸に曲折自在に連結する外側ジョイントと、
   指令に応じて前記中間ジョイントが前記内側シャフトと前記外側シャフトとを曲折させる動きをロックするロック機構と、を備えることを特徴とする車両の動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の車両の動力伝達装置において、
   前記ロック機構がロック解除することを車速が所定値以下となる低車速時にのみ許可する制御手段を備えることを特徴とする車両の動力伝達装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両の動力伝達装置において、
   前記ロック機構がロック解除することを操舵角が所定値以上となる旋回操作時にのみ許可する制御手段を備えることを特徴とする車両の動力伝達装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の動力伝達装置において、
   前記ロック機構がロック解除することを指令する操作子を備えることを特徴とする車両の動力伝達装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の動力伝達装置において、
   前記中間ジョイントの最大曲折角度を規制する中間ストッパ機構を備えることを特徴とする車両の動力伝達装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両の動力伝達装置において、
   前記外側ジョイントの最大曲折角度を規制する外側ストッパ機構を備えることを特徴とする車両の動力伝達装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両の動力伝達装置において、
   前記車軸を支持するナックルの回動範囲を規制するナックルストッパ機構を備え、
   前記ナックルストッパ機構は、前記ロック機構がロック解除するのに伴って前記ナックルの回動範囲を大きくすることを特徴とする車両の動力伝達装置。

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