JPS62218231A - 四輪駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、自動車等の車輌に用いられる四輪駆動装置に
係り、特にセンタディファレンシャル装間を有するフル
タイム型の四輪駆動装置に係る。

従来の技術 自動中等の車輌に用いられる四輪駆動装置の一つとして
、後輪と前輪との間にて差動作用を行うヒンタディフ７
レンシャル装置と、前記センタデイノ／レンジセル装置
のＭ動作用を制限する差動制限装置とを有するフルタイ
ム型の四輪駆動装置が既に提案されており、この種の四
輪部！７３装置は、例えば実開昭４７−２０３号、特開
昭５０−１４７０２７　＠、特開昭５９−２０６２２８
号の各公報に示されている。

上述の如き四輪駆動装置に於ては、センタディファレン
シャル装置の差動作用により車輌旋回時に前輪と後輪と
の回転半径の差によりタイトコ−シフレーキ現象が生じ
ることが回避されるが、この反面、複数個の車輪のうち
の何れか一つでもがスリップを生じて駆動力を失うと、
センタディファレンシせル装置の差動作用により全ての
車輪の駆動力が減少すると云う問題を生じる。このため
センタディファレンシャル装置を有する四輪駆動装置に
於ては、センタディファレンシャル装置の差動作用を制
限する差動制限装置が設けられており、この差動制限装
置としては、一般にビスカスカップリングと称されてい
る粘性流体式のカップリング或いは１１１擦係合式のク
ラップが用いられている。

発明が解決しようとする問題点 粘性流体式のカップリングによる差動制限装置では、そ
の差動ルリ限効果は前輪と後輪との回転数差により決ま
り、粘性流体カップリング作用によりその回転数差が大
ぎい時はど伝達トルク容量を増大して差動制限効果を増
大するが、前輪と後輪とを互いに完全に接続することは
できない。即ち前輪と後輪とを完全にロックアツプする
ことができない。粘性流体式のカップリングは、その容
量の増大にｈ（いロックアツプ状態に近い状（ぷを生じ
得るが、しかし容最増人に伴い前輪と後輪との回転数差
が少ない領域でも伝達トルク容量が比較的大きいものに
なり、これにより差動制限作用が過剰になり、タイトコ
ーナブレーキ現象の発生が良好に回避されなくなる。逆
に小容量の粘性流体式のカップリングが選定されれば、
車輌旋回時にタイトコーナブレーキ現象が生じることが
回避されるが、タイヤスリップ吊がかなり大きくなって
四輪と後輪との回転数差が大ぎくならないとタイヤスリ
ップ時に必要な差動制限効果が得られず、全幅が駆動力
を失うことは避けられるもののスリップしたタイヤの駆
動力の増加は望めない。また、粘性流体式のカップリン
グにあっては、その伝達トルク容量の温度依存性が大き
く、あらゆる使用条件Ｆで適切なトルク古川を選定維持
することがガしい。

摩擦係合式のクラッチによる差動ａ、ＩＩ限装置では、
これが完全係合と完全非係合とのオン−オフ的ならのぐ
あると、その切換により四輪駆動状態が急変し、特に手
動切換式のものではその切換の判断が難しく、実際には
適切に使用され難い。

本発明は、従来の四輪駆動装置に於ける上述の如き問題
点に鑑み、前輪と後輪とに適切に駆動ト冗りを分配して
その時の運転状態に於て可及的に最大の駆動力をもって
車輌が走行されるようにし、併せてスリップによって全
幅が駆動力を失うこととタイトコーナブレーキ現象が生
じることを回避でき、しかも差動ａ＋１１限装置の作動
特性を運転者の好み等に応じてマニュアル設定すること
ができる四輪駆動装置を提供することを目的としている
。

問題点を解決するための手段 上述の如ぎ目的は、本発明によれば、一つの入力部材と
後輪用と前輪用の二つの出力部材とを有し後輪と前輪と
の間にて差動作用を行うセンタディファレンシャル装置
と、前記センタディファレンシャル装置の入力部材と二
つの出力部材のうちの二つの部材を可変の伝達トルク容
量をもって豆いに接続し前記センタディファレンシャル
装置の差動作用を制限する差動制限装置と、前記差動制
限装置の伝達トルク容量を入力トルクの増大に応じて増
大せしめる制御装置と、手動操作され前記伝達トルク容
１廿の＠記入ツノトルクに対Ｊる変化率を可変設定する
マニュアル特性設定器とを有している四輪駆動装置によ
って達成される。

発明の作用及び効果 上述の如き構成によれば、人力トルクの増大に応じて差
動制限ｖ装置の伝達トルク古川が増大されることにより
、前記入力トルクに応じて前輪と後輪との駆動トルクの
分配が適切に行われるようになり、これによりその時の
運転走行状態に於て可及的に最大の駆動力をもって車輌
が走行されるようになり、また一方の車輪がスリップし
ている時には能力の車輪のスリップを誘発することなく
既にスリップしている車輪のスリップ量を低減でき、こ
のスリップ時に於てもより多くの駆動力が走行路面に伝
達さるようになり、この時も全輪がスリ　　５ツブを生
じない範囲内にて可及的に最大の駆動力を−６って車輌
が走行されるようになり、しかもセンタディファレンシ
ャル装置の差動制限度合が運転者の好みや運転者の判断
により自由に設定され、より一層運転者の好み、意志を
反映した運転性能が得られるようになる。

実施例 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

第１図は本発明による四輪駆動装置を示すスケルトン図
である。図に於て、１は内燃機関を示しており、該内燃
機関は車輌の前部に縦置きされており、該内燃機関の後
部には車輌用自動変速機２と四輪駆動用トランスファ装
置３とが順に接続されている。

車輌用自動変速機２は、コンバータケース４内に設けら
れた一般的構造の流体式１〜ルクコンバータ５とトラン
スミッションケース６内に設けられた歯車式の変速装＠
７とを有し、流体式トルクコンバータ５の入力部材８に
よって内燃機関１の図示されていない出力軸（クランク
軸）に駆動連結されて内燃）層間１の回転動力を流体式
トルクコンバータ５を経て変速装置７に与えられるよう
になっている。変速装置７は、遊星歯車機構等により構
成されたそれ自身周知の変速装置であって複数個の変速
段の間に切換ねり、その変速ルリ御を油圧制御装置９に
より行われるようになっている。

四輪駆動用トランスファ装置３はフルタイム４ＷＤのた
めの遊星歯車式のセンターディファレンシャル装［１０
を有しており、センターディファレンシャル装置１０は
、変速装置７より回転動力をトｊえられる入力部材とし
てのキャリア１１及び該キＩＩリアに担持されたプラネ
タリビニオン１２と、プラネタリビニオン１２に噛合し
たサンギア１３及びリングギア１４とを有し、リングギ
ア１４は後輪駆動軸１５に接続され、サンギア１３は後
輪駆動軸１５と同志のスリーブ状の前輪駆動用中間軸１
６に接続されている。四輪駆動用トランスフｐｇ装置３
には前輪駆動用中間軸１６と平行に前輪駆動軸１７が設
けられてＪ３す、前輪駆動用中間軸１６と前輪駆動軸１
７とはその各々に取付【プられたスプロケット１８及び
１つに噛合する無端の′７−Ｉ−ン２０により駆動連結
されている。

四輪駆動用トランスノア装置３はサンギア１３とリング
ギア１４とを選択的に接続する油圧作動式の着初制御ク
ラッチ２１が設けられており、該差動制御クラッチの作
動は四輪駆動用トランスファ装ｄ３に設けられた油圧制
御装置２２により行ねれるようになっている。

差動制御クラッチ２１は、第２図に示されている如く、
油圧サーボ式の湿式多板クラッチであり、油圧サーボ装
置３５の油室３６に供給されるサーボ油圧によってサー
ボピストン３７が戻しばね３８のばね力に抗して図にて
右方へ移動することによりトルク伝達関係にセンタディ
ファレンシャル装置１０のナンギア１３とリングギア１
４とを接続し、油室３６に供給されるサーボ油圧の増大
に応じて伝達トルク容量を比例的に増大するようになっ
ている。

油圧制御装置２２は車輌用自動変速ｌ１１２に組込まれ
ているオイルポンプ３９より油圧を与えられてこれを所
定油圧に調圧するブレフシ１１レギユレータバルブ４０
と、プレッシャレギュレータバルブ４０より油圧を与え
られる電磁式のザーボ油圧コン１−ロールバルブ４１と
を有している。サーボ油圧コントロールバルブ４１は、
油圧ザーボ装置３５の油室３６に接続されたボートａと
、ブレフシ１１レギｌレータバルブ４０より油圧を供給
される油圧ボートｂと、ドレンボートＣとを有しており
、通電時にはボー１−　ａを油圧ボートｂに接続し、こ
れに対し非通電時にはボートａをドレンボートＣに接続
するようになっている。サーボ油圧コントロールバルブ
４１には制御装置４５より所定のデユーテイ圧のパルス
信号が与えられ、これよりサーボ油圧コントロールバル
ブ４１はデユーティ比に応じた大きさのサーボ油圧を油
圧サーボｖ４＠３５の油室３６へ供給するようになる。

後輪駆動軸１５には自在継手２３によりリアプロペラ軸
２４の一端が駆動連結されている。

竹輪駆動軸１７には自在継手２５によりフロンドブ電二
１ペラ軸２６の一端が連結されている。フロン１〜プロ
ペラ軸２６は、車輌用自動変速機２の一側りをその軸線
に対し略平行に延在しており、他端にて自在継手２７及
び中間接続軸２８によりフロントデイフ７レンシ１１ル
装置３０の入力軸であるドライブピニオン軸３１の一端
に連結されている。ドライブピニオン軸３１は内燃機関
１の鋳鉄製のオイルパン２９と一体成型されたデイフ１
しンシャルケース３２より回転可能に支持されている。

ドライブピニオン軸３１の端部には傘歯車よりなるドラ
イブピニオン３３が設けられており、該ドライブピニオ
ンはフロントディファレンシャル装ｆｉ３０のリングギ
ア３４と噛合している。

油圧制御装置９及び２２は電気式の制御装置４５よりの
制御信号に基いて作動して変速装置７の変速段の切換制
御と差動制御クラッチ２１の伝達トルク制御を行うよう
になっている。制御装置４５は、一般的構造のマイクロ
コンピュータを含み、車速センサ４６より車速に関する
情報を、スロットル開度センサ４７より内燃機関１のス
ロットル開度に関づる情報を、マニュアルシフトポジシ
ョンセンサ４８よりマニュアルシフトレンジに関する情
報を、入力トルクセンサ４９より四輪駆動用トランスフ
ァ装置３に与えられる入力トルクに関する情報を、マニ
ュアル特性設定器５０よりマニュアル特性設定度合に関
する情報を各々与えられ、基本的にはマニュアルシフト
レンジと車速とスロワ１ヘル開麿とに応じて予め定めら
れた変速パターンに従って変）＊装置７の変速段の切換
制御のための制御信号を油圧制御装置９へ出力し、また
入力トルクとスロットル開１哀と変速装ａ７の変速段と
マニュアル特性設定度合とに応じて差動制御タラップ２
１の伝達トルク容量を制御するための所定のデユーティ
比のパルス信号をサーボ油圧コン１−ロールバルブ４１
へ出力するようになっている。

差動制御クラッチ２１の伝達トルク容ｆｆ１Ｔｃの制御
は、第３図のグラフに符号Ａ、Ｂ、ＣＳＤで示されてい
る如く、マニュアル特性設定器５０によるマニュアル特
性設定度合に応じた伝達１〜ルク容ｆｆ１Ｔｃが設定さ
れるべく、Ｔｃ−ｋｘ−Ｔｉ（但シ、Ｔｉ　：入力トル
ク、ｋｘ：マニュアル特性設定係数）となるように所定
のデユーティ比のパルス信号をサーボ油圧コントロール
バルブ４１へ出力することにより行われる。

これにより差動制御クラッチ２１の伝達トルク容はＦＣ
は、マニュアル特性設定器５ｏにより決定されたマニュ
アル特性設定度合により決まる増大率をもって入力トル
クＴｉの増大に応じて増大する。この実施例に於ては、
第３図に於て、符号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄにより示されている
四種類の特性に伝達トルク容量特性が切換設定される。

車輌のタイヤがスリップを生じないのは、タイヤに与え
られるトルクＴＯがタイヤが路面に伝え得るトルクＴ【
−μ・Ｆｎ−Ｒ（但し、μ：タイヤの路面に対する摩擦
係数、　Ｆｎ　：タイヤの垂直抗力、Ｒ：タイψの有効
半径）に等しいか或いはそれ以下の時、即らＴｏ≦Ｔｔ
の時であり、ＴＯ〉Ｔｔとなると、スリップが生じる。

従ってスリップの回避或いはスリップの軽減のためには
タイヤに与えられるトルクＴＯが低減されれば良い。

センタディファレンシャル装置と差動制限装置とを有す
る四輪駆動装置に於ては、後輪への出力トルク７ｒと前
輪への出力１〜ルクＴｔとはセンタディフルンシャル装
置の固有の前後輪１〜ルク分配比と差動制限装置の１云
達トルク容聞により決まり、本発明による四輪駆動装置
に於ては差動制限装置である差動制御クラッチ２１の伝
達トルク容１ｆｉｒｃが可変であることによりこの伝達
トルク容Ｍ　’ｒ　ｃが定か的に制ネ１：されることに
よってスリップ時に於ける後輪と前輪とに対する出力ト
ルクの分配度合が定量的に可変設定される。

即ら、後輪がスリップしている時に後輪に与えられるト
ルクＴｒと前輪に与えられるトルクＴ「とは下式により
示される。

１−ｒ　＝　（１／　（１＋ρ）　）　Ｔｉ　−ＴｃＴ
ｆ　−（ρ／（１＋ρ））Ｔｉ＋ＴＯまた、前輪がスリ
ップしている時に後輪に与えられるトルク王ｒと前輪に
与えられるトルク丁「とは下式により示される。

Ｔｒ　＝　（１／　（１＋、Ｑ））Ｔｉ　＋ＴＣＴｆ　
＝　（Ｄ／　（１＋／））　）　Ｔｉ　−Ｔｃ但し、ρ
（よセンタディファレンシャル装置の書ナンギア歯数／
リングギア歯数て・ある。

従っＣ後輪がスリップしないためには下式が成Ｘ７づれ
ば良い。

Ｔｒ＝（１／＜１＋ρ）Ｉｌ’ｉ　−Ｔｃ≦１’−ｔｒ
／ｉｒ 、’、　Ｔ　ｃ　≧（１／　（１＋ρ））Ｔｉ　　−（
Ｔｔｒ／ｉｒ）≧（１／　（１＋ρ）１’ｒｉ−（Ｒｒ
　・１”ｎｒ−Ｒｒ　　／ｉｒ） 但し、Ｔｔｒ：後輪タイヤが路面に伝え得るトルクｉｒ
：リアデイフ？レンジＶルの減速比１１ｒ’：後輪タイ
ヤの路面に対する摩擦係数Ｆｎｒ：後輪タイヤの垂直抗
力 Ｒｒ：後輪タイヤの有効半径 第４図に於て、細線は’Ｔ−ｃ−（１／（１＋ρ））Ｔ
ｉ　−（Ｒｒ　−Ｆｎｒ−Ｒｒ　／ｉｒ）を、μｒ＝Ｏ
。

μｒ−０，２、Ｒｒ　＝　０．４、Ｒｒ　＝　０．６、
μｒ−０，８、Ｒｒ　＝ｉの各々について示している。

前輪がスリップしないためには下式が成立すれば良い。

Ｔｆ　＝　（ρ／（１＋ρ））Ｔｉ　−Ｔｃ≦丁ｔｆ／
　ｉｆ 、゛、　Ｔｃ≧（ρ／　（１＋Ｃ）＞　）　Ｔｉ　−（
’ｒｔｆ／ｉｒ）≧（ρ／（１＋ρ））Ｔｉ−（μｆ・ Ｆｎｆ−Ｒｆ　／ｉｆ） 但し、丁【「：前輪タイヤが路面に伝え得るトルクｉｆ
：フロントデイフ？レンシャルの減速比 μ［二前輪タイヤの路面に対する１１１０係数Ｆ　ｎｆ
　：前輪タイヤの垂直抗力 ［＜［：前輪タイヤの有効半径 第４図に於て、破線はＴｃ　＝　＜ρ／（１＋ρ））Ｔ
ｉ　−＜Ｉｌｆ　・Ｆｎｆ−Ｒｆ　／ｉｆ＞を、μ［＝
０．１１ｆ　＝　０．２．７１（＝　０．４、Ｒｒ　＝
　ｏ、ｅ、１１（＝。

、８、μ［＝１について示している。

尚、図示の実施例に於ては、センタディファレンシャル
装置１０のリングギア１４が後輪駆動軸１５に接続され
、センタディファレンシャルｅｌｆ１０のナンギア１３
が前輪駆動軸１７に接続されているから、（１／　（１
＋ρ））／（ρ／（１＋ρ））は、７／３〜６／４程度
になる。

従って、差動制御クラッチ２１の伝達トルク容ｆｉｔＴ
ｃが、マニュアル特性設定器５０により第３図に於て、
符号Ａで示されている如く設定されれば、いかなる時も
差動制御クラッチ２１が完全係合状態を維持し、センタ
ディファレンシャル装置１０は常にロックアツプされて
全く差動作用を行わない。

これに対し前記伝達トルク容ｆｆ１Ｔｃが第３図に於て
、符号Ｂで示されている如く設定されれば。

摩擦係数μｒ　＝　０．２の路面を走行して入力トルク
Ｔｉが所定１ｄＴ　Ｔ　ｉ　２以下であれば、後輪がス
リップを生じてもセンタディファレンシャル裂け１０が
実質的なロックアツプ状態を維持して前輪と後輪との間
に回転数停が生じることがなく、この時の差動制御クラ
ッチ２１の伝達トルク容ｆｔｔＴｃは所定値下Ｃ，より
小さく、この所定値ＴＣ３以下に制限された伝達トルク
容１１Ｔｃに相当する駆動１−ルクが差動制御クラッチ
２１を経て後輪より前輪へ移送され、これにより後輪の
スリップ量が低減すると共に前輪へ与えられる駆動１〜
ルクが増大し、この時に前輪がスリップしていなければ
車輌の走行に有効に作用する駆動トルクが増大する。

同じ条件にて摩擦係数μｒ　＝　０．４の路面を走行し
ている時には、入力トルク゛「ｉが所定値Ｔｉ５（Ｔｉ
　３　＞Ｔｉｚ）以下であれば、後輪がスリップを生じ
てもセンタディファレンシャル装置１０が実質的な１１
ツクアツプ状態を維持して前輪と後輪との間に回転数差
が生じることがなく、この時の差動制御クラッチ２１の
伝達トルク容量Ｔｃは所定１１ａＴＣａ　　（ＴＯ４＞
ＴＯ３＞　ヨ’）小さく、この所定値ＴＣ４以下に制限
されＩＣ伝達トルク容遣ＴＣに相当する駆動トルクが差
動制御クラッチ２１を経て後輪より前輪へ移送され、こ
れにより後輪のスリップ量が低減すると共に前輪へ与え
られる駆動トルクが増大し、この場合もこの時に前輪が
スリップしていなければ車輌の走行に有効に作用する駆
動トルクが増大する。

従ってこの場合にはスリップ時に於ける差動制御クラッ
チ２１による前輪と後輪との間の駆動トルクの移送Ｍは
走行路面のＳ擦係数μが小さい時程小さい値に制限され
ることになる。これにより１’！！擦係数が小さい状態
下にてスリップしている車輪よりスリップしていない車
輪へ駆動トルクが過剰に移送されることがな（、これに
よりスリップしていない車輪までがスリップを生じるこ
とが回避される。

また伝達トルク容ｆｆｔＴ−ｃが符号Ｃ或いはＤで示さ
れている如（設定されれば、センタディファレンシャル
装置１０の差動作動域が拡大される。

差動制御クラッチ２１の伝達トルク容ｆｆ１Ｔｃはいず
れの場合に於ても入力トルクＴｉが零である時には０で
あるから、また内燃機関１のスロットル開度が所定値以
下である時には伝達トルク古川Ｔｃは０に設定され、即
ち差動制御クラッチ２１が完全な非係合状態に設定され
、これによりセンタディファレンシャル装ＶＩｔ１０が
何ら制限されることなく差動作用を行うようになる。こ
れにより多くの場合、旋回走行は、アクセルペダルの踏
込みを解除或いは低減して行われること適合して旋回走
行時にはセンタディファレンシャル装置１０が有効に差
動作用を行い、タイトコーナブレーキ現象が生じること
が回避される。

尚、差動制御クラッチ２１の如き差動制御装置は１．上
述の実施例の如く、センタデＣフルンシャル装置の一つ
の出力部材を可変の伝達トルク容１０をしって接続する
しの以外に、センタディファレンシャル装置の前記二つ
の出力部材のうちの一方と入力部材、即ちキャリアとを
可変の伝達トルク！Ｔ　Ｉ′７％をもって接続するもの
（−あっても良く、この場合も上述の実施例と同様の作
用効果が１【１られる。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、
本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは当
業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による四輪駆動装置の一つの実施例を示
Ｖ概略構成図、第２図は本発明による四輪駆動装置の差
動制御クラッチの制御システムを示す概略構成図、第３
図は本発明による四輪駆動装置の差動制御クラッチの制
御特性を示すグラフである。 １・・・内燃機関、２・・・車輌用自動変速機、３・・
・四輪駆動用トランスファ装置、４・・・コンバータケ
ース、５・・・流体式トルクコンバータ、６・・・トラ
ンスミッシフンケース、７・・・変速装置、８・・・入
力部材。 ９・・・油圧制御装置、１０・・・センタディファレン
シャル装置、１１・・・キャリア、１２・・・プラネタ
リビニオン９１３・・・サンギア、１４・・・リングギ
ア、１５・・・接輪駆動軸、１６・・・前輪駆動用中間
軸、１７・・・前輪駆動軸、１８．１９・・・スプロケ
ット、２０・・・無端チェーン、２１・・・差動制御ク
ラッチ、２２・・・油圧制御装置、２３・・・自在継手
、２４・・・リアプロペラ軸、２５・・・自在継手、２
６・・・フロントプロペラ軸、２７・・・自在継手、２
９・・・オイルパン、３０・・・フロントディファレン
シャル１ｆｆｉ、３１・・・ドライブピニオン軸、３２
・・・ディファレンシャルケース、３３・・・ドライブ
ピニオン、３４・・・リングギア、３５・・・油圧サー
ボ装置、３６・・・油室、３７・・・サーボピストン、
３つ・・・オイルポンプ、４０・・・プレッシャレギコ
レータバルブ、４１・・・サーボ油圧コント［］−ルバ
ルブ、４５・・・制御装置、４６・・・車速センナ、４
７・・・スロットル開度センサ、４８・・・マニュアル
シフ（−ポジシ・１ンセンサ、４９・・・入力トルクヒ
ンサ、５０・・・マニュアル特性設定器特　許　出　願
　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　理　　　人　　
弁理士　　明石　昌毅第２図　　　　　　　　２１８ａ
ｈ’ｆｌＡａ第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一つの入力部材と後輪用と前輪用の二つの出力部材とを
   有し後輪と前輪との間にて差動作用を行うセンタディフ
   ァレンシャル装置と、前記センタディファレンシャル装
   置の入力部材と二つの出力部材のうちの二つの部材を可
   変の伝達トルク容量をもつて互いに接続し前記センタデ
   ィファレンシャル装置の差動作用を制限する差動制限装
   置と、前記差動制限装置の伝達トルク容量を入力トルク
   の増大に応じて増大せしめる制御装置と、手動操作され
   前記伝達トルク容量の前記入力トルクに対する変化率を
   可変設定するマニュアル特性設定器とを有している四輪
   駆動装置。