JP2545796B2

JP2545796B2 - 差動装置

Info

Publication number: JP2545796B2
Application number: JP61119060A
Authority: JP
Inventors: 均東
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPS62275833A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は差動装置に関し、特に車両の駆動系のディフ
ァレンシャルギヤとして適する差動装置に関する。

（従来技術）差動装置を有する駆動系に連結される複数の車輪のう
ちの１輪が、雪等の低摩擦係数の路面に乗り上げて空転
すると、前記差動装置の本来的な特性ゆえに、駆動系に
連結される他の車輪への駆動力が少なくなったり、他の
車輪へ駆動力が全く伝わらなくなったりする現象が起こ
る。このような現象の発生を抑えると共に、旋回の回転
半径を能動的に制御するため、ピニオンを回転可能に支
持するディファレンシャルケースと、このディファレン
シャルケース内に回転可能に配置される２つのサイドギ
ヤとの３つの回転部品からなる遊星歯車列を備える差動
装置において、前記ディファレンシャルケースに動力を
伝達するリングギヤを取り付けると共に、前記２つのサ
イドギヤにそれぞれ連結される２本のシャフトの一方に
補助的な動力を伝達するアクチュエータを取り付け、ア
クチュエータを制御装置で制御する差動装置が提案され
ている（特開昭61−102333号公報）。

（発明が解決しようとする問題点）前記提案に係る差動装置では、モータ等のアクチュエ
ータがディファレンシャルケースの外周に直接固定され
ているため、前記リングギヤとかみ合うドライブピニオ
ンとアクチュエータとの干渉を避ける必要があることか
ら、リングギヤの外径を大きくしなければならず、差動
装置の全体の寸法が大きくなってしまう。さらに、アク
チュエータや制御機器がディファレンシャルケースその
他の回転体に直接取り付けられているため、遠心力に対
する信頼性を確保すること、また回転体のバランスを取
ることが難しい。

本発明の目的は、小型化が可能であり、遠心力に対す
る信頼性を容易に確保でき、バランスを取りやすい差動
装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、複数の駆動輪の１つが空転しよ
うとする場合、他の車輪へ伝えられる駆動力が少なくな
るのを防止できる差動装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明に係る差動装置は、回転可能なピニオン（34）
のキャリアアッセンブリと、一対のサイドギヤ（36）と
を含む３つの回転部品を有し、かつ、前記サイドギヤ
（36）に連結される同心のシャフト（44、48）を有する
遊星歯車列と、この遊星歯車列の前記回転部品の１つを
回転する手段（50、62）と、前記回転部品の別のものを
駆動するウォームおよびウォームホイールの駆動手段
（54）と、操舵角センサ（108）および車速センサ（11
0）からの信号に基づいて演算し、かつ、前記ウォーム
およびウォームホイールの駆動手段（54）の回転数を制
御する制御装置（106）とを備える。この差動装置（3
0）は単一の遊星歯車列を有し、かつ、左右のドライブ
シャフト（118、124、142、148）の間に配置される。前
記シャフト（44、48）の一方が歯車列（116、120、14
0、144）を介して前記左右のドライブシャフト（118、1
24、142、148）の一方に連結されており、前記シャフト
（44、48）の他方が駆動力を同じ回転方向に伝達する駆
動カップリング（122、126、128、146、150、152）を介
して前記左右のドライブシャフト（118、124、142、14
8）の他方に連結されている。

（作用および効果）差動装置が、前記駆動車のフロントディファレンシャ
ルギヤとして、または後輪駆動車のリヤディファレンシ
ャルギヤとして使用される場合、２つのシャフトは個別
に駆動輪に連結される。

制御装置は、操舵角センサおよび車速センサからの信
号に基づいて演算し、前記ウォームおよびウォームホイ
ールの駆動手段の回転数を制御する。

ウォームおよびウォームホイールを使用しているた
め、モータ等のアクチュエータを直接回転体の外周に固
定する必要がない。よって、差動装置を小型に形成する
ことができると共に、遠心力に対する信頼性を確保で
き、アンバランスによる振動発生を防止することができ
る。

差動装置の制御装置が、前記２本のシャフトの回転数
差を前もって定めた範囲内に維持するようにウォームお
よびウォームホイールの駆動手段を制御する態様によれ
ば、車両の直進時には、いずれかの駆動輪が雪等の上に
乗り上げた結果、その駆動輪が車速に見合った回転数を
上回る回転数で回転しようとすると、制御装置は当該駆
動輪の回転数を車速に見合った回転数に保ち、両駆動輪
の回転数差を所定の範囲内に保つ。その結果、複数の駆
動輪の１つが空転しようとした場合でも、他の駆動輪に
確実に動力を伝えることができる。また、車両の旋回時
には、制御装置は、旋回の外側に位置する駆動輪の回転
数と、内側に位置する駆動輪の回転数との差を前もって
定めた範囲内に維持するため、車両は支障なく旋回でき
る。

（実施例）第１図および第２図に示す差動装置30は、ケース32
と、ケース32内に配置されたピニオン34と、サイドギヤ
36とを含む。

ケース32はいわゆるディファレンシャルケースと呼称
されるもので、ディファレンシャルキャリア38内に配置
され、ディファレンシャルキャリア38に装着された一対
のころがり軸受40によって回転可能に支持される。

ピニオンシャフト42がケース32に取り付けられる。第
２図に示す実施例では、２本のピニオンシャフト42が互
いに直交して配置されている。これらピニオンシャフト
42はそれぞれの軸線がケース32の回転軸線に直交する配
列となる。各ピニオンシャフト42に一対のピニオン34が
軸線方向へ間隔をおいて装着され、これらピニオン34は
ピニオンシャフト42によって回転可能に支持されてい
る。ピニオンシャフト42が１本の場合、２個のピニオン
34がピニオンシャフト42によって回転可能に支持され
る。ケース32とピニオンシャフト42とはピニオン34のキ
ャリアアッセンブリとなる。

２個のサイドギヤ36が間隔をおいてケース32に配置さ
れ、各サイドギヤ36は４個のピニオン34にかみ合ってい
る。前記ピニオンのキャリアアッセンブリと２個のサイ
ドギヤ36とは遊星歯車列を構成している。

第１のシャフト44が一方のサイドギヤ36にセレーショ
ン結合され、ケース32から一方向へ伸び、ディファレン
シャルキャリア38から突出している。シャフト44はサイ
ドギヤ36のボス37を介してケース32の肩に、また後述す
る回転手段50を介して軸受46に支持され、ケース32の軸
線を中心として回転可能である。

第２のシャフト48が他方のサイドギヤ36にセレーショ
ン結合され、ケース32から第１のシャフト44とは反対の
方向へ伸び、ディファレンシャルキャリア38から突出し
ている。シャフト48はサイドギヤ36のボス37を介してケ
ース32の肩に、また図示しない軸受に支持され、ケース
32の軸線を中心として回転可能である。

回転手段50がケース32、第１のシャフト44および第２
のシャフト48の１つに組み込まれる。第１図に示す実施
例では、回転手段50は平歯車50であり、第１のシャフト
44にセレーション結合されている。平歯車50の両側に張
り出したボス51とディファレンシャルキャリア38との間
に一対のころがり軸受が装着され、平歯車50は第１のシ
ャフト44と同じ軸線を中心として回転可能である。

回転手段50に、後述する別の回転手段が係合され、両
者が相まって第１のシャフト44および第２のシャフト48
に駆動力を伝達する。

ウォームホイール52がケース32、第１のシャフト44お
よび第２のシャフト48の１つであって回転手段50がない
ものに組み込まれる。第１図および第２図に示す実施例
では、ウォームホイール52はケース32に取り付けられて
いる。

ウォームホイール52を駆動する手段54はウォーム55を
含む。ウォーム55がディファレンシャルキャリア38に回
転可能に支持され、さらに電動機56がディファレンシャ
ルキャリア38に取り付けられ、電動機56の出力軸57にウ
ォーム55の軸がセレーション結合されている。

後述するように、操舵角センサおよび車速センサから
の信号が制御装置に入力する。この制御装置は、駆動手
段54の回転数を制御して第１のシャフト44および第２の
シャフト48の回転数差を所定の範囲に保つ。また、後述
の演算によって得られる理論値よりわずかに高い回転数
で電動機56を回転させる。

第３図に示す差動装置60は基本的な構成の点で第１図
および第２図に示した差動装置30と同じである。すなわ
ち、差動装置60は、ディファレンシャルキャリア38に回
転可能に支持されたケース32と、ケース32内に配置され
たピニオンシャフト42に回転可能に支持されたピニオン
34と、ピニオン34にかみ合ってケース32内に配置された
一対のサイドギヤ36とを備える。差動装置60はまた、一
方のサイドギヤ36から伸びる第１のシャフト44と、他方
のサイドギヤ36から第１のシャフト44とは反対の方向へ
伸びる第２のシャフト48とを備える。

差動装置60では、回転手段である平歯車62はケース32
にボルト64によって取り付けられている。平歯車62は別
の歯車によって回転され、第１のシャフト44および第２
のシャフト48に駆動力を伝達する。一方、ウォームホイ
ール66が第１のシャフト44にセレーション結合されてい
る。ウォームホイール66はウォーム68によって回転さ
れ、第１のシャフト44および第２のシャフト48の回転数
差を所定の範囲に保つ。

前述の差動装置は種々の態様で使用される。

差動装置30を前輪駆動車においてフロントディファレ
ンシャルギヤとして使用した実施例を模式的に示す第４
図において、差動装置30は前輪90、90の間に介在され
る。

差動装置30の第１のシャフト44に平歯車116が取り付
けられ、左ドライブシャフト118に平歯車120が取り付け
られ、これは平歯車116とかみ合っている。両平歯車の
歯数は等しく、これにより第１のシャフト44の回転が反
転されて、左ドライブシャフト118へ取り出される。

差動装置30の第２のシャフト48にスプロケットまたは
プーリ122が取り付けられ、他方、右ドライブシャフト1
24にスプロケットまたはプーリ126が取り付けられ、第
２のシャフト48と右ドライブシャフト124との間にチェ
ーンまたベルト128が張り渡される。これによって駆動
力を同じ回転方向へ伝達する駆動カップリングが形成さ
れている。

平歯車98がトランスミッション100に連結され、平歯
車50とかみ合っている。その結果、トランスミッション
100からの動力は、一方では一対の平歯車116、120およ
び左ドライブシャフト118を経て左前輪90に、他方では
差動装置30、チェーンまたはベルト128および右ドライ
ブシャフト124を経て右前輪90へ伝えられる。

制御装置106に操舵角センサ108および車速センサ110
からの信号が入力する。制御装置106は、後述する前輪
の差動回転速度Δn₁を1/2倍してケースの回転速度を演
算し、ケースの回転速度に差動装置30の終減速比ｉを乗
じて電動機56の理論回転速度Ｍを演算する。そして、理
論回転速度Ｍに定数Ａを乗じて制御電圧とし、ケースを
回転する。ケースを回転することによって得られる電動
機56の実際の回転速度M₀を検出し、左（MA−M₀A）をフ
ィードバックしてケースを回転する。このようにして、
電動機56の回転数を制御する。

２つの差動装置30を４輪駆動車においてフロントディ
ファレンシャルギヤおよびリヤディファレンシャルギヤ
として使用し、センタディファレンシャルギヤ130とし
て通常の差動装置を用いた実施例を模式的に示す第５図
において、フロント側の差動装置30のディファレンシャ
ルキャリアは前輪90、90の間に、リヤ側の差動装置30の
ディファレンシャルキャリアは後輪132、132の間に、そ
れぞれ配置され、車体に固定される。

フロント側の差動装置30の第１のシャフト44に平歯車
116が取り付けられ、さらに、左ドライブシャフト118に
平歯車120が取り付けられ、これは平歯車116とかみ合っ
ている。両平歯車の歯数は等しく、これにより第１のシ
ャフト44の回転が反転されて、左ドライブシャフト118
へ取り出される。

フロント側の差動装置30の第２のシャフト48にスプロ
ケットまたはプーリ122が取り付けられ、他方、右ドラ
イブシャフト124にスプロケットまたはプーリ126が取り
付けられ、第２のシャフト48と右ドライブシャフト124
との間にチェーンまたはベルト128が張り渡される。

かさ歯車134が差動装置130のシャフト136に連結さ
れ、差動装置130を介してトランスミッション100に連結
されている。さらに、回転手段であるかさ歯車50がかさ
歯車134とかみ合っている。その結果、トランスミッシ
ョン100からの動力は、差動装置130、かさ歯車134、50
を経て第１のシャフト44へ至り、その後、一方では一対
の平歯車116、120および左ドライブシャフト118を経て
左前輪90に、他方では差動装置30、チェーンまたはベル
ト128および右ドライブシャフト124を経て右前輪90へ伝
えられる。

リヤ側の差動装置30の第１のシャフト44に平歯車140
が取り付けられ、さらに、右ドライブシャフト142に平
歯車144が取り付けられ、これは平歯車140とかみ合って
いる。両平歯車の歯数は等しく、これにより第１のシャ
フト44の回転が反転されて、右ドライブシャフト142へ
取り出される。

リヤ側の差動装置30の第２のシャフト48にスプロケッ
トまたはプール146が取り付けられ、他方、左ドライブ
シャフト148にスプロケットまたはプーリ150が取り付け
られ、第２のシャフト48と左ドライブシャフト148との
間にチェーンまたはベルト152が張り渡される。

かさ歯車154が差動装置130のシャフト156に連結さ
れ、差動装置130を介してトランスミッション100に連結
されている。さらに回転手段であるかさ歯車50がかさ歯
車154とかみ合っている。その結果、トランスミッショ
ン100からの動力は、差動装置130、かさ歯車154、50を
経て第１のシャフト44へ至り、その後、一方では一対の
平歯車140、144および右ドライブシャフト142を経て右
後輪132に、他方では差動装置30、チェーンまたはベル
ト152および左ドライブシャフト148を経て左後輪132へ
伝えられる。

制御装置106は、操舵角センサ108および車速センサ11
0からの信号を演算し、一方ではフロント側の差動装置3
0の電動機56を制御して左右のフロントドライブシャフ
ト118、124の回転数左を所定の範囲に保ち、他方ではリ
ヤ側の差動装置30の電動機56を制御して左右のリヤドラ
イブシャフト148、142の回転数差を所定の範囲に保つ。

制御装置における演算は次の諸式を適宜に使用して行
われる。

第６図に示すように、フロントプロペラシャフトの回
転速度をN₁、車両のホイールベースをｌ、トレッドを
ｍ、タイヤ切れ角をδ、フロント側のディファレンシャ
ルギヤの終減速比をi₁とする。上記要因中、回転速度N₁
とタイヤ切れ角δとはそれぞれ車速センサ、操舵角セン
サによって検出される。

そうすると、前輪平均旋回半径R₁（OB）、後輪平均旋
回半径R₂（OA）、前方内輪旋回半径R₁₁（OC）、前方外
輪旋回半径R₁₂（OD）、後方内輪旋回半径R₂₁（OE）、後
方外輪旋回半径R₂₂（OF）は第６図に示すようになる。

リヤプロペラシャフトの回転速度N₂、フロント・リヤ
プロペラシャフトの回転速度差ΔＮ、前輪平均回転速度
n₁、後輪平均回転速度n₂はそれぞれ次式のようになる。

N₂＝cosδ・N₁ ΔＮ＝N₁−N₂＝（１−cosδ）N₁ そして、後方内輪回転速度n₂₁は、の関係から、同様に、後方外輪回転速度n₂₂は、の関係から、したがって、後輪差動回転速度Δn₂は、他方、前方内輪回転速度n₁₁は、の関係から、同様に、前方外輪回転速度n₁₂は、の関係から、したがって、前輪差動回転速度Δn₁は、 Δn₁＝（n₁₂−n₁₁）から求められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は差動装置の、ケースの回転軸線に沿って切断し
た断面図、第２図は第１図の２−２線に沿って切断した
断面図、第３図は差動装置の別の実施例の、ケースの回
転軸線に沿って切断した断面図、第４図および第５図は
差動装置を使用した具体的な適用を模式的に示す図、第
６図は車両の旋回時の切れ角その他の諸元を示す図であ
る。 30、60……差動装置 32……ケース 34……ピニオン 36……サイドギヤ 38……ディファレンシャルギヤ 44、48……シャフト 50、62……回転手段（平歯車） 52、66……ウォームホイール 55、68……ウォーム

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能なピニオン（34）のキャリアアッ
センブリと、一対のサイドギヤ（36）とを含む３つの回
転部品を有し、かつ、前記サイドギヤ（36）に連結され
る同心のシャフト（44、48）を有する遊星歯車列と、この遊星歯車列の前記回転部品の１つを回転する手段
（50、62）と、前記回転部品の別のものを駆動するウォームおよびウォ
ームホイールの駆動手段（54）と、操舵角センサ（108）および車速センサ（110）からの信
号に基づいて演算し、かつ、前記ウォームおよびウォー
ムホイールの駆動手段（54）の回転数を制御する制御装
置（106）とを備える差動装置（30）であって、この差動装置（30）は単一の遊星歯車列を有し、かつ、
左右のドライブシャフト（118、124、142、148）の間に
配置されており、前記シャフト（44、48）の一方が歯車
列（116、120、140、144）を介して前記左右のドライブ
シャフト（118、124、142、148）の一方に連結されてお
り、前記シャフト（44、48）の他方が駆動力を同じ回転
方向に伝達する駆動カップリング（122、126、128、14
6、150、152）を介して前記左右のドライブシャフト（1
18、124、142、148）の他方に連結されている、差動装
置。
【請求項２】前記ウォームおよびウォームホイールの駆
動手段（54）は、前記ピニオンのキャリアアッセンブリ
を駆動し、前記回転手段（50）は前記シャフト（44、4
8）の一方を駆動する、特許請求の範囲（１）に記載の
差動装置。
【請求項３】前記制御装置（106）は、前記シャフト（4
4、48）の回転数差を前もって定めた範囲内に維持する
ように前記ウォームおよびウォームホイールの駆動手段
（54）を制御する、特許請求の範囲（２）に記載の差動
装置。
【請求項４】前記ウォームおよびウォームホイールの駆
動手段（66、68）は前記シャフト（44、48）の一方を駆
動し、前記回転手段（62）は前記ピニオンのキャリアア
ッセンブリを駆動する、特許請求の範囲（１）に記載の
差動装置。