JP6951992B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用動力伝達装置に関する。
例えば、電動車両(EV車両)の駆動源には電動機(モータ)が使用されているが、この電動機から出力される動力は、減速機構である遊星ギヤ機構とディファレンシャル装置(差動装置)を経て左右の車軸に伝達されることによって左右の駆動輪が回転駆動される。
ところで、車両には、パーキング時に左右の車軸の回転を阻止するためのパーキングブレーキ装置が備えられており、このパーキングブレーキ装置に噛み合うパーキングギヤを遊星ギヤ機構のキャリヤに一体に形成した構成が特許文献1に開示されている。
特開2009−061923号公報
しかしながら、特許文献1に開示されているように、パーキングギヤを遊星ギヤ機構のキャリヤに一体に形成すると、遊星ギヤ機構が作動している間はパーキングギヤはキャリヤと共に常に回転しているため、潤滑方式として、遊星ギヤ機構などを収容するケース内の底部に溜められた潤滑油をパーキングギヤの回転によって掻き揚げて各部の潤滑に供するオイルバス(油浴方式)を採用する場合、比較的大径のパーキングギヤによる潤滑油の攪拌抵抗が常に発生し、動力伝達効率の低下とそれに伴う車両の燃費の悪化を招くという問題がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、必要な場合にはパーキングギヤを回転させて各部を潤滑し、不要な場合にはパーキングギヤの回転を停止して潤滑油の攪拌抵抗を小さく抑えることによって動力伝達効率を高めることができる車両用動力伝達装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、駆動源(2)から出力される動力を遊星ギヤ機構(PG1,PG2)とディファレンシャル装置(D)を経て左右の車軸(4L,4R)へと伝達する装置であって、前記遊星ギヤ機構(PG2)のキャリヤ(c2)にパーキングギヤ(12)を設けた車両用動力伝達装置(1)において、前記パーキングギヤ(12)を前記キャリヤ(c2)に相対回転可能に支持するとともに、該パーキングギヤ(12)を前記キャリヤ(c2)に対して接離させる接離機構を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、車両のパーキング中や潤滑が必要な場合、あるいは油温が低い場合などには、パーキングギヤを遊星ギヤ機構のキャリヤに接続(連結)して該パーキングギヤをキャリヤと共に回転させることができる。そして、車両が走行中であって、パーキングギヤを回転させる必要がない場合には、該パーキングギヤをキャリヤから切り離してその回転を停止させることができるため、パーキングギヤによる潤滑油の攪拌抵抗を小さく抑えることができ、車両用動力伝達装置の動力伝達効率が高められる。
そして、本発明では、前記接離機構をドグクラッチ(14)で構成してもよい。
また、本発明では、前記接離機構を摩擦クラッチ(20)で構成してもよい。
また、本発明では、シフトレンジと油温および前記左右の車軸(4L,4R)の回転差に基づいて前記接離機構(14,20)を駆動制御する制御装置(16)を設けてもよい。
そして、本発明では、前記制御手段(16)は、シフトレンジがパーキングレンジ以外で油温が設定値以上、かつ、前記左右の車軸の回転差が設定値未満である場合には、前記接離機構(14,20)をOFFして前記パーキングギヤ(12)を前記キャリヤ(c2)から切り離し、それ以外の場合には、前記接離機構(14,20)をONして前記パーキングギヤ(12)を前記キャリヤ(c2)に連結するようにしてもよい。
本発明によれば、必要な場合にはパーキングギヤを回転させて各部を潤滑し、不要な場合にはパーキングギヤの回転を停止して潤滑油の攪拌抵抗を小さく抑えることによって車両用動力伝達装置の動力伝達効率を高めることができる。
(a)は本発明にかかる車両用動力伝達装置の基本構成を示す概略図、(b)は同車両用伝達装置の減速機構の速度線図である。 本発明にかかる車両用動力伝達装置の要部を半裁して示す縦断面図である。 本発明にかかる車両用動力伝達装置の制御システム図である。 本発明にかかる車両用動力伝達装置の制御手順を示すフローチャートである。 本発明にかかる車両用動力伝達装置の別形態を示す要部半裁縦断面図である。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1(a)は本発明にかかる車両用動力伝達装置の基本構成を示す概略図、図1(b)は同車両用動力伝達装置の減速機構の速度線図、図2は同車両用動力伝達装置の要部を半裁して示す縦断面図である。
図1(a)に示す車両用動力伝達装置1は、電動車両(EV車両)に設けられるものであって、駆動源として電動機(モータ)2を備えている。ここで、電動機2は、本実施の形態では3相のブラシレスモータで構成されており、そのモータケース(不図示)内に回転可能に収容された中空のロータ2aと、このロータ2aの周囲に固設されたリング状のステータ2bを備えている。そして、図示しないが、ロータ2aには、複数の永久磁石が内蔵されており、ステータ2bには、3相分のコイルが巻装されている。
上記電動機2のロータ2aの軸中心には、車幅方向(図1(a)の左右方向)に長い円筒状のモータ軸3が挿通固着されており、このモータ軸3は、電動機2から出力される回転動力によってロータ2aと共に回転する。
また、上記モータ軸3の内部には、右側の車軸4Rがモータ軸3と同軸で挿通しており、この車軸4Rには、モータ軸3の回転が減速機構Tとディファレンシャル装置(差動装置)Dを経て伝達される。ここで、減速機構Tとディファレンシャル装置Dは、モータ軸3および車軸4Rと同軸に配置されている。
上記ディファレンシャル装置Dは、ギヤケース5内に、ピニオン軸6によって回転可能に支持された一対のピニオンギヤ7と、これらのピニオンギヤ7にそれぞれ噛合する一対のサイドギヤ8を収容して構成されている。そして、ディファレンシャル装置Dに設けられた一方(図1(a)の右側)のサイドギヤ8は、右側の車軸4Rに連結されており、他方(図1(a)の左側)のサイドギヤ8は、右側の車軸4Rと同軸に配置された左側の車軸4Lに連結されている。なお、図示しないが、左右の車軸4L,4Rの端部には、左右の駆動輪がそれぞれ取り付けられている。
また、前記減速機構Tは、互いに直列に接続された2連の第1遊星ギヤ機構PG1と第2遊星ギヤ機構PG2によって構成されており、第1遊星ギヤ機構PG1は、モータ軸3の軸方向一端(図1(a)の左端)外周に固定されたサンギヤs1と、このサンギヤs1の周囲に固定されたリングギヤr1と、サンギヤs1とリングギヤr1の双方に噛合して自転しながらサンギヤs1の周りの公転する複数の遊星ギヤp1と、これらの遊星ギヤp1を回転(自転)可能に支持するキャリヤc1とで構成されている。
また、第2遊星ギヤ機構PG2は、第1遊星ギヤ機構PG1のキャリヤc1に固定されたサンギヤs2と、このサンギヤs2の周囲に固定されたリングギヤr2と、サンギヤs2とリングギヤr2の双方に噛合して自転しながらサンギヤs2の周りの公転する複数の遊星ギヤp2と、これらの遊星ギヤp2を回転(自転)可能に支持するキャリヤc2とで構成されている。そして、第2遊星ギヤ機構PG2のキャリヤc2は、ディファレンシャル機構Dのギヤケース5の一部を構成している(図2参照)。
ところで、本実施の形態にかかる車両用動力伝達装置1においては、図2に示すように、減速機構Tとディファレンシャル装置Dとは一体化されてケース9内に収容されており、第2遊星ギヤ機構PG2の後段(図2の左側)にディファレンシャル装置Dが配置されている。ここで、第2遊星ギヤ機構PG2のキャリヤc2は、複数の前記遊星ギヤ(図2には1つのみ図示)p2を支軸10によって回転(自転)可能に支持しているが、このキャリヤc2は、前述のようにディファレンシャル機構Dのギヤケース5の一部を構成している。ここで、ギヤケース5は、その一端(図2の右端)内周が一方の車軸4Rに回転可能に支持され、他端(図2の左端)外周が軸受(ボールベアリング)11によってケース9に回転可能に支持されている。
そして、上記キャリヤc2の外周には、リング状のパーキングギヤ12が軸受(ニードルベアリング)13によって相対回転可能に支持されている。このパーキングギヤ12は、車両のパーキング時に左右の車軸4L,4Rの回転を阻止する不図示のパーキングブレーキ装置に噛み合うものであって、これをキャリヤc2に対して接離させる接離機構であるドグクラッチ14のON/OFFによってキャリヤc2に接続(連結)され、あるいはキャリヤc2から切り離される。なお、図示しないが、パーキングギヤ12の内周面には、潤滑油を軸方向に送り出すための螺旋溝が刻設されている。
ここで、ドグクラッチ14の構成を図2に基づいて説明すると、該ドグクラッチ14は、キャリヤc2の外周に軸方向(図2の左右方向)にスライド可能にスプライン嵌合されたスリーブ15と、パーキングギヤ12の外周の一部に形成された軸方向に沿うドグスプライン12aとで構成されている。
上述のように構成されたドグクラッチ14において、スリーブ15が不図示のシフトフォークなどによって操作されて図2の左方にスライドし、実線にて示すように、該スリーブ15がパーキングギヤ12のドグスプライン12aに嵌合すると、該ドグクラッチ14がON状態となってパーキングギヤ12がスリーブ15によってキャリヤc2と接続(連結)され、該パーキングギヤ12がキャリヤc2と共に一体に回転する。
そして、スリーブ15が図2に実線にて示すON位置から図2の右方に向かってスライドして鎖線にて示すOFF位置へと移動すると、該スリーブ15とパーキングギヤ12のドグスプライン12aとの嵌合が外れるためにドグクラッチ14がOFF状態となり、パーキングギヤ12がキャリヤc2から切り離されて回転を停止する。
以上のように構成された車両用動力伝達装置1において、バッテリなどの不図示の電源から電動機2に給電されると、該電動機2が起動されてモータ軸3がロータ2aと共に回転し、その回転は、減速機構Tを構成する2連の第1遊星ギヤ機構PG1と第2遊星ギヤ機構PG2によって減速されてディファレンシャル装置Dへと伝達される。すなわち、モータ軸3の回転によって第1遊星ギヤ機構PG1のサンギヤs1が一体に回転し、このサンギヤs1の回転によって複数の遊星ギヤp1が自転しながらサンギヤs1の周りを公転するため、これらの遊星ギヤp1を回転可能に支持するキャリヤc1が減速しながら回転する(図1(b)参照)。
そして、第1遊星ギヤ機構PG1のキャリヤc1の回転によって第2遊星ギヤ機構PG2のサンギヤs2がキャリヤc1と一体に回転し、このサンギヤs2の回転によって複数の遊星ギヤp2が自転しながらサンギヤs2の周りを公転するため、これらの遊星ギヤp2を回転可能に支持するキャリヤc2が減速しながら回転する(図1(b)参照)。
上述のように2連の第1遊星ギヤ機構PG1と第2遊星ギヤ機構PG2によって2段減速された回転は、ディファレンシャル装置Dのギヤケース5へと伝達されて該ギヤケース5が回転するため、このディファレンシャル装置Dにおいてトルクが2分されて左右の車軸4L,4Rへと伝達され、左右の車軸4L,4Rの回転が不図示の駆動輪に伝達されるために電動車両が路上を走行する。
なお、ディファレンシャル装置Dにおいては、車両が直進走行する場合には、左右の駆動輪が路面から受ける抵抗が等しいため、ギヤケース5と共に一対のピニオンギヤ7が公転して左右一対の各サイドギヤ8に回転動力を分配してそれぞれ伝達する。このとき、一対のピニオンギヤ7は、回転(自転)しない。これに対して、車両が旋回するコーナリング時には、左右の駆動輪が路面から受ける抵抗に差(左右の駆動輪の移動距離に差)が発生するため、一対のピニオンギヤ7が自転して一方のサイドギヤ8の回転速度を他方のサイドギヤ8の回転速度よりも速くして車両のコーナリングをスムーズに行いながら左右の車軸4L,4Rに回転動力を分配してそれぞれ伝達する。
ところで、本実施の形態では、パーキングギヤ12をドグクラッチ14のON/OFFによって第2遊星ギヤ機構PG2のキャリヤc2に接続(連結)、あるいはキャリヤc2から切り離すようにしたため、ドグクラッチ14がON状態にあって、スリーブ15が図2に実線にて示す位置にあるときには、パーキングギヤ12がキャリヤc2に接続(連結)されているために該パーキングギヤ12がキャリヤc2と共に同速度で一体に回転する。このようにパーキングギヤ12が回転すると、図2に示すケース9内の底部に溜められている潤滑油をパーキングギヤ12が掻き揚げ、この掻き揚げられた潤滑油が各部に供給されて潤滑に供される。例えば、掻き揚げられた潤滑油の一部がパーキングギヤ12の内周面に形成された不図示の螺旋溝に沿ってキャリヤc2の支軸10へと供給され、該支軸10の遊星ギヤp2を支持する部分の潤滑に供されるため、遊星ギヤp2の高速回転によって支軸10の焼き付きが防がれる。また、当該潤滑油の一部は、ベアリング11にも供給される。また、他の潤滑油は、ディファレンシャル装置Dのギヤケース5の内部へと供給され、該ギヤケース5に収容されたピニオンギヤ7とサイドギヤ8との噛合部に供給されて潤滑に供される。
他方、ドグクラッチ14がOFF状態にあって、スリーブ15が図2に鎖線にて示す位置にあるときには、パーキングギヤ12がキャリヤc2から切り離されているためにキャリヤc2からパーキングギヤ12への回転伝達は遮断され、パーキングギヤ12の回転は停止する。このようにパーキングギヤ12の回転が停止すると、図2に示すケース9内の底部に溜められている潤滑油をパーキングギヤ12が掻き揚げることがないため、パーキングギヤ12による潤滑油の攪拌抵抗が小さく抑えられて当該車両用動力伝達装置1の動力伝達効率が高められる。
ところで、本実施の形態では、パーキングギヤ12のキャリヤc2との接続(連結)とパーキングギヤ12のキャリヤc2からの切り離しは、制御装置であるECU(Electronic Control Unit)が車両のシフトポジション、潤滑油の温度(油温)、ディファレンシャル装置Dによる差動回転差(左右の車軸4L,4Rの回転差)に基づいてドグクラッチ14をON/OFF制御することによってなされる。ここで、その制御システムの構成と制御手順を図3と図4に基づいてそれぞれ以下に説明する。
すなわち、図3は本発明にかかる車両用動力伝達装置1の制御システムの構成図、図4は制御手順を示すフローチャートであり、図3に示す制御システムは、ドグクラッチ14をON/OFF制御する制御装置としてのECU16に、シフトポジションセンサ17によって検出されるシフトポジション、油温センサ18によって検出される潤滑油の温度(油温)、一対の回転センサ19a,19bによって検出される左右の車軸4L,4Rの各回転数がそれぞれ入力されると、ECU16が各種情報に基づいてドグクラッチ14をON/OFF制御するよう構成されている。このECU16によるドグクラッチ14のON/OFF制御の手順を図4に基づいて以下に説明する。
制御が開始されると(図4のステップS1)、図3に示すシフトポジションセンサ17によって検出されるシフトポジションがパーキングレンジ(Pレンジ)にあるか否かが判断される(ステップS2)。その判断の結果、車両がパーキング状態にあって、シフトポジションがPレンジにある場合(ステップS2:Yes)には、ドグクラッチ14をONしてパーキングギヤ12をキャリヤc2に接続(連結)する(ステップS3)。車両がパーキング状態にあるときには、電動機2も車両用動力伝達装置1も停止しているため、パーキングギヤ12を回転していないキャリヤc2に接続(連結)し、このパーキングギヤ12が噛み合う不図示のパーキングブレーキ装置によって車両の移動を禁止しておく必要がある。
他方、車両のシフトポジションがPレンジ以外にある場合(ステップS2:No)には、電動機2と車両用動力伝達装置1は作動中であるが、このとき、図3に示す油温センサ18によって検出される潤滑油の温度(油温)Tが設定値T1以上(T≧T1)であるか否かが判断される(ステップS4)。この判断の結果、潤滑油の温度(油温)Tが設定値T1未満(T<T1)である場合(ステップS4:No)には、潤滑油の温度(油温)を高める必要があるためにドグクラッチ14をONし(ステップS3)、パーキングギヤ12をキャリヤc2に接続(連結)して該キャリヤc2と共にパーキングギヤ12を回転させ、このパーキングギヤ12によって潤滑油を攪拌してその温度(油温)を高める。
他方、潤滑油の温度(油温)Tが設定値T1以上(T≧T1)である場合(ステップS4:Yes)には、図3に示す一対の回転センサ19a,19bによって検出される左右の車軸4L,4Rの回転数の差ΔNが設定値ΔN1未満(ΔN<ΔN1)であるか否かが判断される(ステップS5)。その判断の結果、左右の車軸4L,4Rの回転数の差ΔNが設定値ΔN1以上(ΔN≧ΔN1)である場合(ステップS5:No)には、ディファレンシャル装置Dにおけるピニオンギヤ7とサイドギヤ8の高回転によるピニオン軸6の焼き付きを防ぐ必要があるため、ドグクラッチ14をONし(ステップS3)、パーキングギヤ12をキャリヤc2に接続(連結)して該キャリヤc2と共に回転させ、該パーキングギヤ12によって潤滑油を掻き揚げてディファレンシャル装置Dに供給し、ギヤケース5内のピニオンギヤ7やサイドギヤ8を潤滑する。
他方、左右の車軸4L,4Rの回転数の差ΔNが設定値ΔN1未満(ΔN<ΔN1)である場合(ステップS5:Yes)には、ドグクラッチ14をOFFし(ステップS6)、パーキングギヤ12をキャリヤc2から切り離してその回転を停止し、該パーキングギヤ12による潤滑油の攪拌抵抗を小さく抑える。この結果、車両用動力伝達装置1の動力伝達効率を高めることができ、結果的に車両の燃費を改善することができる。
そして、その後は以上の処理を繰り返す(ステップS7)。
以上のように、本実施の形態によれば、必要な場合にはパーキングギヤ12を回転させて各部を潤滑し、不要な場合にはパーキングギヤ12の回転を停止して潤滑油の攪拌抵抗を小さく抑えることによって車両用動力伝達装置1の動力伝達効率を高めることができるという効果が得られる。
ところで、以上は接離機構としてドグクラッチ14を用いた例について説明したが、接離機構としては図5に示す摩擦クラッチ(多板クラッチ)20を用いてもよい。
すなわち、図5は接離機構に摩擦クラッチを用いた例を示す車両用動力伝達装置要部の半裁縦断面図であり、図示の摩擦クラッチ20は、キャリヤc2に一体に形成されたガイド部c21の内周に軸方向に適当な間隔で固定されたリング状の複数の摩擦プレート21と、パーキングギヤ12の外周に固定されたリング状の複数のディスクプレート22を備えており、これらの摩擦プレート21とディスクプレート22とは軸方向に交互に配置されている。
また、摩擦クラッチ20は、キャリヤc2に軸方向にスライド可能に嵌合するリング状のクラッチピストン23と、このクラッチピストン23を図5の右方(摩擦クラッチ20のOFF方向)に付勢するリターンスプリング24を備えており、キャリヤc2とクラッチピストン23との間にはリング状の油室25が画成されている。なお、図5においては、図2に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
以上のように構成された摩擦クラッチ20において、油室25に所定圧の圧油が供給されると、この圧油の圧力によってクラッチピストン23がリターンスプリング24の付勢力に抗して軸方向(図5の左方)にスライドして移動する。この結果、クラッチピストン23が摩擦プレート21とディスクプレート22を挟み込むため、摩擦クラッチ20がON状態となり、これらの摩擦プレート21とディスクプレート22との間に発生する摩擦力によってパーキングギヤ12がキャリヤc2に接続(連結)されて該パーキングギヤ12がキャリヤc2と同一速度で一体に回転する。
そして、上記のように摩擦クラッチ20がON状態にあるときに油室25の圧油を抜くと、クラッチピストン23に作用していた力が開放され、クラッチピストン23は、リターンスプリング24の付勢力によって図5の右方へとスライドして移動するため、摩擦プレート21とディスクプレート22の圧接状態が解除されて両者間に発生していた摩擦力が開放される。この結果、摩擦クラッチ20がOFF状態となってパーキングギヤ12がキャリヤc2から切り離されるため、パーキングギヤ12の回転が停止する。
以上のように、接離機構として摩擦クラッチ20を用いても、この摩擦クラッチ20をON/OFFすることによってパーキングギヤ12をキャリヤc2に接合(連結)し、パーキングギヤ12をキャリヤc2から切り離すことができ、接離機構として図2に示すドグクラッチ14を用いた前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、接離機構としては、2ウェイクラッチ、電磁クラッチなどの他の任意のものを使用することができる。
また、以上の実施の形態では、駆動源として電動機を用いる電動車両(EV車両)の動力伝達装置に本発明を適用した形態について説明したが、本発明は、駆動源としてエンジンと電動機を併用するハイブリッド車両、駆動源としてエンジンのみを用いる車両の各動力伝達装置に対しても同様に適用可能である。
その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。
1 車両用動力伝達装置
2 電動機(駆動源)
4L,4R 車軸
9 ケース
12 パーキングギヤ
12a パーキングギヤのドグスプライン
13 軸受(ニードルベアリング)
14 ドグクラッチ(接離機構)
15 スリーブ
16 ECU(制御装置)
17 シフトポジションセンサ
18 油温センサ
19a,19b 回転センサ
20 摩擦クラッチ(接離機構)
21 摩擦プレート
22 ディスクプレート
23 クラッチピストン
24 リターンスプリング
c1,c2 キャリヤ
D ディファレンシャル装置
PG1 第1遊星ギヤ機構
PG2 第2遊星ギヤ機構
T 減速機構

Claims (5)

  1. 駆動源から出力される動力を遊星ギヤ機構とディファレンシャル装置を経て左右の車軸へと伝達する装置であって、前記遊星ギヤ機構のキャリヤにパーキングギヤを設けた車両用動力伝達装置において、
    前記パーキングギヤを前記キャリヤに相対回転可能に支持するとともに、該パーキングギヤを前記キャリヤに対して接離させる接離機構を設けたことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  2. 前記接離機構をドグクラッチで構成したことを特徴とする請求項1に記載の車両用動力伝達装置。
  3. 前記接離機構を摩擦クラッチで構成したことを特徴とする請求項1に記載の車両用動力伝達装置。
  4. シフトレンジと油温および前記左右の車軸の回転差に基づいて前記接離機構を駆動制御する制御装置を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の車両用動力伝達装置。
  5. 前記制御手段は、シフトレンジがパーキングレンジ以外で油温が設定値以上、かつ、前記左右の車軸の回転差が設定値未満である場合には、前記接離機構をOFFして前記パーキングギヤを前記キャリヤから切り離し、それ以外の場合には、前記接離機構をONして前記パーキングギヤを前記キャリヤに連結することを特徴とする請求項4に記載の車両用動力伝達装置。
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