JP2599305B2 - ４輪駆動車の動力配分制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合プラネタリギヤ式センターディファレ
ンシャル装置を備えた４輪駆動車の動力配分制御装置に
関し、詳しくは、手動変速機付装置きトランスフアクス
ル型における変速機出力側，前後輪駆動系，センターデ
ィファレンシャル装置および差動制限装置の組立構造に
関する。

〔従来の技術〕

従来、手動変速機付縦置きトランスアクスル型をベー
スとしたセンターディファレンシャル装置付４輪駆動車
に関しては、例えば英国特許第1,114,756号の先行技術
がある。ここで、変速機の出力軸の後方のトランスファ
内にベベルギヤ式センターディファレンシャル装置を同
軸上に配置し、一方のサイドギヤから変速機出力軸の内
部のドライブ軸，一対のギヤを介して前輪に伝動構成
し、他方のサイドギヤから後輪に伝動構成する。そして
センターディファレンシャル装置により前後輪に等トル
ク配分する。

また、例えば米国特許第3,748,928号の先行技術で
は、シンプルプラネタリギヤ式センターディファレンシ
ャル装置を用いて前後輪に不等トルク配分し、前後出力
要素の間に差動制限装置を設けることが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術の前者のものにあっては、ベ
ベルギア式の等トルク配分であり、悪路での走破性が最
大に発揮されるが、低μ路等で容易にスリップが生じ
る。このスリップ防止のためセンターディファレンシャ
ル装置に差動制限機能を付加すると、駆動力は向上する
が、操縦性は特に向上するわけではなく、４輪のスリッ
プ発生条件が同一のため、高速旋回時等において４輪同
時にスリップして操縦困難になる場合もある。

また、先行技術の後者のものにあっては、後輪トルク
配分が多い不等トルク配分のため、スリップ状態でも操
縦安定性が確保される。しかし、トランスアクスル型に
組合せる場合は、キャリヤ入力，サンギヤ前輪出力，リ
ングギヤ後輪出力であり、しかも入力要素は前輪出力要
素と同軸上でかつ外側に配置されるため、単純には組合
せができない。また、トルク配分の設定に自由度がな
く、装置が大型化する問題がある。

更に、本発明のようにフロントドライブ軸のドライブ
ピニオンが直接ハイポイドのファイナルギヤに噛合う場
合は、大きいスラスト荷重が生じる。このため、変速機
出力軸の内部のフロントドライブ軸およびそれに連結す
る部品は、前後方向に対してスラスト荷重が受けられる
ように確実に軸承する必要がある。この点で、先行技術
の前者は、フロントドライブ軸とドライブピニオンが２
分割構造のために軸承は容易であるがフロントドライブ
伝達系が複雑であり、また後者は、油圧多数クラッチの
前後で軸承構成することが要求される。このため、全体
構造が複雑になって、組付性，剛性等の悪化を招き、軸
承構造により長大化を招く等の問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、手動変速機を備えた縦置きトランス
アクスル型で変速機出力軸，その内部のフロントドライ
ブ軸，センターディファレンシャル装置および差動制限
装置が同軸上に配置される場合に、それらをスラスト荷
重を受けることが可能に一体的に締結構成し、駆動系を
短縮化すると共に組立作業性等を向上して、しかもコン
パクトな構造でありながら、トルク配分の自由度を高め
ることが可能な４輪駆動車の動力配分制御装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本願発明の４輪駆動車の
動力配分装置は、手動変速機の出力軸の内部に配置され
たフロントドライブ軸を直接フロントディファレンシャ
ル装置に連結し、上記変速機出力軸，フロントドライブ
軸および後輪へのトランスファ軸の間にセンターディフ
ァレンシャル装置を配置する４輪駆動車において、上記
フロントドライブ軸を後方に延設し、上記フロントドラ
イブ軸上において上記変速機出力軸，センターディファ
レンシャル装置で上記フロントドライブ軸に連結する出
力要素およびトランスファ軸をスラストベアリングを介
して連結し、上記フロントドライブ軸の終端のロックナ
ットにより一体に締結し、上記フロントドライブ軸，変
速機出力軸およびトランスファ軸上に、上記センターデ
ィファレンシャル装置，差動制限装置を同軸上に組合せ
構成してするものであって、上記センターディファレン
シャル装置は、変速機出力軸，トランスファ軸に形成さ
れるサンギヤ，一体形成されて各サンギヤに噛み合うピ
ニオンおよびピニオンを支持するキャリヤからなる複合
プラネタリギヤ式であり、上記キャリヤの両側を軸受け
支持し、２つのピニオンの間でフロントドライブ軸に連
結して組み付けることを特徴とする。

〔作用〕

上記構成に基づき、フロントディファレンシャル装置
に直接連結するフロントドライブ軸に、変速機出力軸，
センターディファレンシャル装置，差動制限装置，トラ
ンスファ軸等を取付け、ロックナットで締結することで
一体的に組付け構成される。そして複合プラネタリギヤ
式のセンターディファレンシャル装置により前後輪にト
ルク配分し、差動制限装置によりスリップ等に応じてト
ルク配分制御する。

〔実 施 例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、本発明が適用される縦置きトランス
アクスル型の駆動系について述べると、トランスミッシ
ョンケース１にトランスファケース２を介してエクステ
ンションケース３が接合される。そしてエンジン側のク
ランク軸11がフライホィール12を介してクラッチ13に連
結し、このクラッチ13からの入力軸16が手動変速機30に
入力する。手動変速機30の出力軸19は入力軸16と平行に
配置され、トランスファケース２内部のセンターディフ
ァレンシャル装置50に連結する。変速機出力軸19の内部
にはフロントドライブ軸20が挿通され、センターディフ
ァレンシャル装置50がこのフロントドライブ軸20を介し
てフロントディァレンシャル装置21に連結するのであ
り、このフロントディファレンシャル装置21から前輪に
伝動構成される。

フロントドライブ軸20は、センターディファレンシャ
ル装置50より更に後方にエクステンションケース３側に
延びて設置され、このフロントドライブ軸20の外側でセ
ンターディファレンシャル装置50の後方にトランスファ
軸22,差動制限用のビスカスカップリング60が同軸上に
配置され、トランスファ軸22にはトランスファドライブ
ギヤ24がスプライン結合し、エクステンショケース３に
対しボールベアリング42dで位置決めおよび支持して取
付けられる。一方、入力軸16と略同一高さにはリヤドラ
イブ軸23が配置され、このリヤドライブ軸23は、前端が
トランスファケース２の軸受部2aにニードルベアリング
40aを介して嵌合すると共にスラストベアリング41aを介
して接して支持され、途中がエクステンションケース３
の軸受部3aのボールベアリング42aで支持される。そし
てトランスファドライブギヤ24にリヤドライブ軸23のド
リブンギヤ25が噛合って、後輪に伝動構成されている。

手動変速機30は、常時噛合い式のものであり、平行な
入力軸16と出力軸19との間に第１速〜第５速用変速ギヤ
31〜35およびシンクロ機構36〜38が設けられ、シンクロ
機構36の外周には更に選択かみ合い式のリバースギヤ機
構39が設けられている。そしてシンクロ機構36ないし38
により変速ギヤ31ないし35のいずれか１つを選択するこ
とで、第１速ないし第５速にシフトし、リバースギヤ機
構39により後退段を得るようになっている。

第２図において、センターディファレンシャル装置50
とビスカスカップリング60の部分について述べる。

センターディファレンシャル装置50は、フロントドラ
イブ軸20とその外側に同軸上に配置された変速機出力軸
19,トランスファ軸22との間に設けられる。即ち、入力
側の変速機出力軸19に第１のサンギヤ51が、出力側のト
ランスファ軸22に第２のサンギヤ53が形成され、ピニオ
ン部材56の第1,第２のピニオン52,54が第1,第２のサン
ギヤ51,53に噛合う。そして同様の出力側のフロントド
ライブ軸20に結合するキャリヤ55のピニオン軸57にピニ
オン部材56がニードルベアリング40bを介して支持され
るのであり、こうして複合プラネタリギヤ式を成す。

ここで、キャリヤ55は、左右のフランジ55a,55bをア
ーム55cにより一体化した形状を成し、両フランジ55a,5
5bの間にピニオン軸57により第1,第２のピニオン52,54
が架設される。また、フロントドライブ軸20の途中には
スプライン20aが形成され、第1,第２のピニオン52,54の
間でスプライン20aに連結部材55dがスプライン結合し、
この連結部材55dのアーム55cの係合部55eがスプライン
結合してフロントドライブ軸20側に連結する。更に一方
のフランジ55aは、トランスファケース２の軸受部2bの
ボールベアリング42bで位置決めおよび支持し、他方の
フランジ55bは、トランスファ軸22のボールベアリング4
2cで支持して回転自在に設置される。

こうして、変速機出力軸19の動力が第１のサンギヤ51
に入力し、第1,第２のピニオン52,54を介してキャリヤ5
5と第２のサンギヤ53とに所定の配分比でトルクが伝達
される。そしてかかるトルクの伝達時に、第1,第２のピ
ニオン52,54の自転と公転とにより、キャリヤ55と第２
のサンギヤ53との回転数差を吸収するものである。

ここで、第３図の略図を用いてセンターディファレン
シャル装置50のトルク配分について詳記する。

第１のサンギヤ51の入力トルクをTi、そのかみ合いピ
ッチ半径をrs₁、キャリヤ55のフロント側トルクをＴF、
第1,第２のピニオン52,54のかみ合いピッチ半径をrp₁,r
p₂、第２のサンギヤ53のリヤ側トルクをＴR、その噛合
いピッチ半径をrs₂とすると、 Ti＝ＴF＋ＴR （１） rs₁＋rp₁＝rs₂＋rp₂ （２） が成立する。また第１のサンギヤ51と第１のピニオン52
との噛合点に作用する接線方向荷重Ｐは、キャリヤ55に
作用する接線方向荷重P₁と、第２のサンギヤ53と第２の
ピンオン54との噛合点に作用する接線方向荷重P₂との和
に等しい。

Ｐ＝Ti/rs₁ P₁＝ＴF／（rs₁＋rp₁） P₂＝ＴRrs₂ Ti/rs₁＝｛（ＴF／（rs₁＋rp₁）｝＋ＴR/rs₂ （３） （１），（２）式を（３）式に代入して整理すると、 ＴF＝（１−rp₁・rs₂/rs₁/・rp₂）×Ti ＴR＝（rp₁・rs₂/rs₁・rp₂）×Ti となる。このことから、第1,第２のサンギヤ51,53と第
1,第２のピニオン52,54との噛合いピッチ半径により、
フロント側トルクＴFおよびリヤ側トルクＴRの基準トル
ク配分を自由に設定し得ることがわかる。

ここで、rs₁＝23.5mm,rp₁＝16.5mm,rp₂＝18.8mm,rs₂
＝21.2mmにすると、 ＴF＝20/53・Ti ＴR＝33/53・Ti になる。従って前後輪トルク配分は、 ＴF:TR≒38:62 になり、充分に後輪偏重の基準トルク配分に設定し得
る。

次いで、ビスカスカップリング60について述べると、
筒状のケース61が連結部61aをキャリヤ55のフランジ55b
にスプライン結合してトランスファ軸22上に回転自在に
設置され、ハブ62がトランスファ軸22に一体的にスプラ
イン結合する。ケース61内部では、ケース側アウタプレ
ート63とハブ側インナプレート64とが交互に配置され、
ケース61とハブ62とをオイルシール65でシールして内部
にシリコンなどのオイルが封入されて成る。

こうして、一方の出力軸のキャリヤ55と他方の出力側
の第２のサンギヤ53との間にビスカスカップリング60が
バイパスして設けられ、両者の回転数差が大きくなるほ
どビスカストルク，即ち差動制限トルクが生じて高回転
側から低回転側にトルクバイパスするようになってい
る。

更に、同軸上に配置された変速機出力軸19,フロント
ドライブ軸20,センターディファレンシャル装置50,トラ
ンスファ軸22等の組立構造について述べる。

先ず、フロントドライブ軸20の先端には、フロントデ
ィファレンシャル装置21のドライブピニオン21aが形成
され、ハイポイドのファイナルギヤ21bに噛合い構成さ
れる。フロントドライブ軸20には、変速機出力軸19が両
端のニードルベアリング40c,40dを介して嵌合し、トラ
ンスファ軸22も両端のニードルベアリング40e,40fを介
して嵌合して支持される。

そこで、フロントドライブ軸20の先端段部20bに、調
整ワッシャ43aを介して変速機出力軸19の先端が突き当
てられ、変速機出力軸19に、変速ギヤ31ないし35のドリ
ブンギヤ31aないし35a,シンクロ機構36のハブ36a,およ
びトランスミッションケース１の軸受部1aのダブルテー
パローラベアリング44が互いに接して取付けられる。そ
して終端のギヤ35aには、ワッシャ44aを介して変速機出
力軸19のロックナット45aを螺着することで、変速機出
力軸19に対し上述のギヤ等が締結される。また、テーパ
ローラベアリング44はボルト46により軸受部1aに固定さ
れることで、ギヤ等と共に変速機出力軸19,フロントド
ライブ軸20の軸方向が位置決めされ、この場合にベアリ
ング44と軸受部1aとの間にシム47を挾んでドライブピニ
オン21aとファイナルギヤ21bとの噛合い状態が調整され
る。

更に、フロントドライブ軸20上で変速機出力軸19の後
方に、スラストベアリング41b,41cを介してキャリヤ55
の連結部材55d,トランスファ軸22が順次連結され、かつ
センターディファレンシャル装置50,ビスカスカップリ
ング60,トランスファドライブギヤ24が組付けられる。
そしてフロントドライブ軸20の終端でトランスファ軸22
に、調整ワッシャ43b,ワッシャ44bを介してロックナッ
ト45bが螺着され、これによりフロントドライブ軸20上
に、変速機出力軸19,連結部材55d,トランスファ軸22が
相互に回転可能な状態で予圧付与して一体的に締結され
る。

次いで、このように構成された４輪駆動車の作用につ
いて述べる。

先ず、エンジン10の動力はクラッチ13,入力軸16を介
して手動変速機30に入力し、この手動変速機30で変速さ
れた変速動力が変速機出力軸19からセンターディファレ
ンシャル装置50の第１のサンギヤ51に入力する。ここ
で、センターディファレンシャル装置50の各歯車要素の
諸元により例えばＴF:TR≒38:62に設定されていること
で、変速動力の38％のトルクがキャリヤ55に、その62％
のトルクが第２のサンギヤ53に配分して出力される。

そしてキャリヤ55に出力した38％のトルクは、そのま
まフロントドライブ軸20,フロントディファレンシャル
装置21を介して前輪に伝達する。また、第２のサンギヤ
23に出力した62％のトルクは、トランスファ軸22,トラ
ンスファドライブギヤ24,トランスファドリブンギヤ25,
リヤドライブ軸23以降の後輪に伝達し、後輪偏重の４輪
駆動走行となる。そしてこのトルク配分ではアンダース
テア気味になることで、操縦性が良好に確保される。ま
た旋回時には、センターディファレンシャル装置50が前
後輪の回転数差に応じて第1,第２のピニオン52,54を自
転，公転させて回転数差を完全に吸収することになり、
自由に旋回することが可能になる。

次いで、滑り易い路面走行時には、後輪偏重のトルク
配分により常に後輪が先にスリップする。すると、ビス
カスカップリング60で前輪側のキャリヤ55,ケース61と
一体のアウタプレート63と後輪側のトランスファ軸22,
ハブ62と一体のインナプレート64との間に大きい回転数
差が生じて差動制限トルクが発生し、この差動制限トル
ク分だけ高回転のトランスファ軸22から低回転のキャリ
ヤ55にトルクをバイパスする。そこで前後輪のトルク配
分は、前輪寄りに制御され、スリップを防止すると共に
走破性を向上するようになる。

また、上述の４輪駆動時に、フロントディファレンシ
ャル装置21のドライブピニオン21aとファイナルギヤ22b
との噛合い点にはスラスト荷重が生じ、これがフロント
ドライブ軸20の軸方向に作用する。そこでこのフロント
ドライブ軸20には、変速機出力軸19,連結部材55dおよび
トランスファ軸22がロックナット45b等で予圧付与され
て同軸上に連結配置されているため、上述のスラスト荷
重は変速機出力軸19等を介して反転してフロントドライ
ブ軸20の逆方向に作用して相殺されることになる。

以上、本発明の実施例について述べたが、ビスカスカ
ップリングの代りに油圧多板クラッチを用いることもで
きる。また、トランスファ軸の後方に同軸上にリヤドラ
イブ軸を連結することも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、 手動変速機を備えた縦置きトランスアクスル型でセン
ターディファレンシャル装置，差動制限装置を組付けた
４輪駆動車において、変速機出力軸，フロントディファ
レンシャル装置に直接噛合うフロントドライブ軸等にセ
ンターディファレンシャル装置，差動制限装置が隣接し
て組合せ構成されるので、駆動系全体の長大化が防止さ
れ、車室内の居住性を確保し得る。

さらに、手動変速機をそのまま用い、後輪偏重のトル
ク配分のセンターディファレンシャル装置，トクル配分
制御する差動制限装置を有するトランスファユニットを
組合せるだけの構成であるから、生産，コストの点で有
利である。

さらにまた、変速機出力軸側の組立体にフロントドラ
イブ軸，センターディファレンシャル装置と差動制限装
置との組立体を終端でロックナットにより締結して一体
化する構成であるから、組立作業性が向上する。また、
ドライブピニオンのスラスト荷重等が低減し得る。

また、センターディファレンシャル装置は複合プラネ
タリギヤ式で中心部において入，出力されるので、コン
パクト化し、キャリヤの両側がボールベアリング支持さ
れるので、位置決め精度，耐久性等が向上すると共に、
トルク配分の設定自由度が向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の４輪駆動車の動力配分制御装置の実施
例を示す縦断面図、 第２図はセンターディファレンシャル装置を含むトラン
スファユニットの部分の拡大断面図、 第３図はトルク配分状態を説明する略図である。 19……変速機出力軸、20……フロントドライブ軸、21…
…フロントディファレンシャル装置、22……トランスフ
ァ軸、23……リヤドライブ軸、30……手動変速機、41b,
41c……スラストベアリング、45b……ロックナット、50
……センターディファレンシャル装置、55……キャリ
ヤ、55d……連結部材、60……ビスカスカップリング

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】手動変速機の出力軸の内部に配置されたフ
   ロントドライブ軸を直接フロントディファレンシャル装
   置に連結し、上記変速機出力軸，フロントドライブ軸お
   よび後輪へのトランスファ軸の間にセンターディファレ
   ンシャル装置を配置する４輪駆動車において、 上記フロントドライブ軸を後方に延設し、 上記フロントドライブ軸上において上記変速機出力軸，
   センターディファレンシャル装置で上記フロントドライ
   ブ軸に連結する出力要素およびトランスファ軸をスラス
   トベアリングを介して連結し、上記フロントドライブ軸
   の終端のロックナットにより一体に締結し、 上記フロントドライブ軸，変速機出力軸およびトランス
   ファ軸上に、上記センターディファレンシャル装置，差
   動制限装置を同軸上に組合せ構成してするものであっ
   て、 上記センターディファレンシャル装置は、変速機出力
   軸，トランスファ軸に形成されるサンギヤ，一体形成さ
   れて各サンギヤに噛み合うピニオンおよびピニオンを支
   持するキャリヤからなる複合プラネタリギヤ式であり、
   上記キャリヤの両側を軸受け支持し、２つのピニオンの
   間でフロントドライブ軸に連結して組み付けることを特
   徴とする４輪駆動車の動力配分制御装置。
2. 【請求項２】上記差動制限装置は、上記キャリヤとトラ
   ンスファ軸との間にバイパスして設置することを特徴と
   する請求項１記載の４輪駆動車の動力配分制御装置。