JP2010025197A - 油圧式トルク配分調整ディファレンシャル用の電気油圧制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】油圧式トルク配分調整ディファレンシャル用の電気油圧制御システムを提供する。
【解決手段】パワートレインを介して自動車の車輪の１対の車軸（３０）に供給されるトルクを制御するトルク配分調整システム。このトルク配分調整システムは、油圧ポンプ（１２）および油圧モータ（１４）を含む。油圧ポンプ（１２）接続ラインが油圧ポンプ（１２）と連通し、油圧モータ（１４）接続ラインが油圧モータ（１４）と連通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーバスピード能力を備えた車軸トルク配分調整を提供する、自動車のディファレンシャル装置用の油圧式制御システムに関する。

従来の後輪駆動自動車は、車輪駆動トルクを、ディファレンシャルを介して左右の車軸に連結されるプロペラシャフトによって供給する。前輪駆動車両においては、トランスアクスルによって駆動されるディファレンシャルを介して前輪駆動車軸に連結される。４輪駆動車両およびいわゆる全輪駆動車両も、前車軸および後車軸を駆動するためにディファレンシャルを用いる。ディファレンシャルは、左右の側の駆動車軸の間（およびいくつかの適用例においては前車軸と後車軸との間）に、車輪回転速度の差が生じることを可能にする。ディファレンシャルの最も初期の、そして最も基本的な設計はオープンディファレンシャルとして知られているが、この場合は、ディファレンシャルは、２つの車軸間に一定のトルクを供給するのであって、車軸の相対的な回転速度を制御するようには機能しない。オープンディファレンシャルのよく知られた欠点は、駆動車輪の１つが低摩擦係数（μ）の路面に接触し、もう一方の車輪が高いμを有する場合に生じる。このような場合は、低μの接触面において生じる牽引力が低いので、いずれの車軸にも大きなトルクが生じることが妨げられる。２つの車軸間のトルクは相対的に一定であるので、車両をその位置から動かす全牽引力がほとんど発生し得ない。同様の欠点が、特に低μ、またはいわゆるスプリットμ（ｓｐｌｉｔ μ）の走行条件における運転時の動的条件において生じる。

オープンディファレンシャルの上記の限界はよく知られており、この欠点に対処するために、多くの設計解決策が試みられてきた。１つの解決策はロックディファレンシャルとして知られている。これらのシステムは、通常、機械的に、または油圧的に操作され、２つの車軸をほとんど一定速度で回転させるように一緒に連結するための他の方策を用いる。従って、この運転条件においては、２つの車軸は、相互にトルク制限されない。機械方式のロックディファレンシャルは、通常、車軸間に有意の速度差が検知されると２つの車軸を一緒にロックするクラッチパックまたは摩擦材料インターフェースを使用する。他のシステムは、一定レベルの速度連結を提供する車軸間の流体連結を組み込んでいる。

上記のロックディファレンシャルシステムは、多くの運転条件において、オープンディファレンシャルに対して顕著な利点を提供するが、それらは重要な限界をも有する。信頼性および保証の問題は、多くのロックディファレンシャルの設計における問題点である。機械的な摩擦インターフェースを用いるロックディファレンシャルは、摩擦材料の摩耗に直面する。

ロックディファレンシャルのもう１つの基本的な欠点は、ロックディファレンシャルは、基本的に、車軸間の車輪速度の差異を低減するように作用するトルクを供給し得るのみであるという点である。１つの車軸からもう一方の車軸にトルクを伝達することによって実現される、１つの車軸のもう一方の車軸に対するオーバスピード化は不可能である。

車両のパワートレインおよび懸架装置の設計者は、車両における所要の牽引、制動、ハンドル操作および操だ挙動を実現するために、タイヤの接地面において作用する力を考慮の対象とする。結果的にタイヤの接地面において作用する力は、縦方向および横方向のベクトル成分に分解される。自動車の設計者は、所要レベルのハンドル操作特性、特にオーバステアおよびアンダステア状態と呼称される所要レベルの特性をもたらすために、これらのタイヤの力のベクトルを管理することを望む場合が多い。カーブを回る操縦においてオーバステアおよびアンダステアを防ぐために、ブレーキトルクを用いて、車輪の接触配分調整を行うことはよく知られている。このような電子制御制動システムは、種々の名称および頭字語で知られており、例えば、ダイナミックスタビリティコントロール（ＤＳＣ）およびエレクトロニックスタビリティプログラム（ＥＳＰ）等の呼称がある。しかし、これらのシステムは、エネルギー減衰（例えば制動）モードにおいてのみ機能する。各車輪において、トルクの再配分を管理することによって、車輪の接触配分調整を行うことは大変望ましいことであろう。上記のロックディファレンシャルは、車輪の牽引力配分調整の幅広い制御をなし得ない。１つの車輪のオーバスピードを可能にすること、換言すれば、例えば、トルクの配分調整を行うためにもう一方の車輪よりも速い駆動を制御しながら可能にするディファレンシャルの設計は、高度に望ましい特性である。

本発明は、自動車用途用の電気油圧式トルク配分調整ディファレンシャルのための制御システムに関する。本発明のシステムは、ディファレンシャルキャリアによって駆動される油圧ポンプを用いる。油圧モータは、ディファレンシャルキャリアを１つの車軸と連結する遊星歯車装置に連結される。この連結によって、ディファレンシャルの歯車結合を介した両車軸に対する制御が提供される。油圧モータは、いずれの方向にも駆動運転することができ、車軸間の相対的な速度差を高度に制御しながら作り出すことができる。大量生産される自動車製品の設計においては、コストおよび信頼性が性能上の特性と共に基本的な要件になる。本発明の電気油圧制御システムは、相対的に低コストの弁および回路要素を使用する。この特徴は、部分的には、低圧のサーボ制御油圧回路を用いることによって達成される。

本発明のシステムにおいてディファレンシャルに連結される油圧モータは、１つの回転方向または両回転方向のいずれかに運転できる、いわゆる斜軸型のような種々の可変容積式ポンプによって駆動することができる。油圧流体は、前記の所要の制御をもたらすために、電子制御される方向制御弁によってどちらかの方向においてモータに供給される。油圧モータを油圧的にロックするために、油圧回路を使用することもできる。その結果、このシステムは、所要の場合には、前記のロックディファレンシャルとほぼ同じロックモードにおいて作動する。

本発明のこれらの態様および他の様態ならびに利点は、添付の図面と組み合わせた本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。

油圧式トルク配分調整ディファレンシャルシステムを概略的に図１に示す。このシステムは、全体として符号１０で示されている。システム１０の基本構成要素として、油圧ポンプ１２、油圧モータ１４、ディファレンシャルギヤ組立体１６、遊星歯車装置３２、および油圧回路１８が含まれる。基本的な機械的特徴を最初に述べて、その次に油圧制御システムおよび操作方式を記述する。

図１に示すディファレンシャル組立体１６は、通常のディファレンシャル組立体の基本要素を含んでおり、車両のプロペラシャフト（図示せず）に連結されるベベルギヤピニオン１７によって駆動されるリングギヤ２２もそれに含まれる。リングギヤ２２は、リングギヤと共に回転するディファレンシャルキャリア２４と結合される。１対の遊星ギヤ２６が、キャリアに取り付けられる１つの共通のディファレンシャルシャフト２０の回りに回転できる。遊星ギヤ２６は、１対のサイドギヤ２８と噛み合い、このサイドギヤ２８は、続いて、当該自動車の左右の車輪用の１対の車軸３０にスプライン嵌合されるかあるいは他の方式で結合される。ここに述べたディファレンシャル１６の構成要素は、いわゆるオープンディファレンシャルの一般的な構成要素である。前輪駆動車両は、遊星歯車装置のディファレンシャルを用いる場合が多い。しかし、このシステムも、基本的には、上記の設計と同様に機能し、本発明と共に用いることができる。

遊星歯車装置３２は、ディファレンシャル１６と機械的に連結されて、本発明によるトルクの配分調整とオーバスピード能力とを提供する。基本的に、遊星歯車装置３２は、１本の車軸３０とディファレンシャルキャリア２４との間において、制御された可変比の機械的連結を可能にする。ディファレンシャル１６の構成要素間の機械的結合によって、この連結は、両車軸３０の相対的速度に対する完全な制御を可能にする。遊星歯車装置３２は１対の遊星ギヤキャリア３４および３６を含み、このキャリア３４および３６は、それぞれ、ディファレンシャルキャリア２４および車軸３０に連結される。それぞれ遊星キャリア３４および３６に付属する遊星ギヤの組３８および４０は、１つの共通のリングギヤ４２と係合する。遊星ギヤ３８はサンギヤ４４と噛み合うが、このサンギヤ４４はディファレンシャル構造に固定されて回転しない。しかし、サンギヤ４６は駆動ギヤ４８に連結される。この駆動ギヤ４８は、一連のギヤ５０、５２および５４を介して、油圧モータ１４の出力側と噛み合い、遊星歯車装置３２と油圧モータ１４との間の所要の速度およびトルクの連結を提供する。サンギヤ４４は固定され、サンギヤ４６の回転は油圧モータ１４の運転によって制御されるので、ディファレンシャルキャリア２４と車軸３０との間の相対速度に対する完全な制御が提供される。これは、前記のように、２つの車軸３０間の相対速度に対する制御をもたらす。一連の連結ギヤ５３、５５、５６および５８が、ディファレンシャルキャリア２４の回転によって駆動される油圧ポンプ１２の入力軸６０を回転させる。このため、ディファレンシャルキャリアの回転が生じる時はいつでも、ポンプ１２が回転する。

本発明の１つの実施形態においては、油圧ポンプ１２が、好ましくは、駆動プレートと連結される複数の往復動ピストンを含むいわゆる斜軸型である。シリンダと駆動プレートの面間の軸の角度を変化させることによって、モータ１４に対する可変の容積式油圧出力を供給することができる。従って、トルクの配分調整またはロック機能が必要でない場合は、ポンプに付随する加圧損失を低減するために、ポンプの排除容量をゼロにまたはきわめてゼロ近くにセットすることができる。

油圧ポンプ１２は、プライオリティ調節弁７０に流体連通される第１油圧ポンプ接続ライン６８を含む。プライオリティ調節弁７０は、油圧モータ１４に流れを供給する調節弁出力ライン７２を含む。調節弁７０は、低圧出力ライン８８を通して制御ソレノイド供給ライン／潤滑回路７１に導かれる圧力を制御する。潤滑回路７１への十分な圧力を維持した後に、なお付加的な流量の利用が可能であれば、調節弁７０は、第１油圧ポンプ接続ライン６８および油圧モータ１４を接続するポートを全開する。もし、低圧出力ライン８８に最低圧力が供給されなければ、弁は調節弁出力ライン７２への流れを閉止して、油圧ポンプ１２からの全流れを潤滑回路７１に振り向ける。調節弁出力ライン７２は流れ方向弁７４に連通している。流れ方向弁７４は第１および第２の流れ状態を含んでおり、第１流れ状態においては、調節弁出力ライン７２が第１油圧モータ接続ライン７６に接続される。第１油圧モータ接続ライン７６から第２油圧モータ接続ライン７８に通り抜ける油圧モータ１４を通る油圧流れの圧力は、ギヤ５４を第１方向に駆動し、それによって、トルクをディファレンシャル組立体および車軸３０に供給する。

第２油圧モータ接続ライン７８は、流れ方向弁７４と流体連通して、第２油圧モータ接続ライン７８を第２油圧ポンプ接続ライン８０に接続しており、それによって、油圧ポンプ１２に戻る油圧回路が完成される。

流れ方向弁７４の第２の流れ状態においては、調節弁出力ライン７２が第２油圧モータ接続ライン７８に接続され、第１油圧モータ接続ライン７６が接続ライン８０、すなわちポンプの吸い込みポートに接続される。従って、流れ方向弁７４は、油圧モータ１４を通る流れを選択的に逆転させ、ギヤ５４を、第１方向と反対の第２方向に駆動する。

電気モータ８２のようなアクチュエータが、油圧ポンプ１２に機械的に連通しており、油圧ポンプ１２を制御して押しのけ容積を変化させてポンプの出力圧力を調節するように構成される。圧力センサ８４が、第１油圧ポンプ接続ライン６８と流体連通しており、測定されたシステムの圧力に基づいて電気モータ８２に対する制御信号を発生するように構成される。その結果、油圧ポンプ１２が供給する出力の流れを調節する電気的なフィードバックループが作り出される。この方式で、油圧回路における圧力を増大するために電気モータ８２を用いることができ、それによって、１つの車軸にトルクを付け加えたり、または差し引いたりする（流れの方向に応じて）ことができる。これは、結果的に、例えば旋回状態において、車輪トルクの配分調整によってハンドル操作および車両制御を改善する、１つの車輪のオーバスピードまたはアンダスピードをもたらす。

通常の運転状況においては、ディファレンシャル組立体をオープンディファレンシャルモードで運転することが望ましい。このため、差圧作動弁８６が油圧モータ１４に平行に設けられる。この弁が作動状態になると、この差圧作動弁８６を通る流れは不可能になり、調節弁出力ライン７２からの全流れは油圧モータ１４に連通される。その代わりに、差圧作動弁８６がバイパス状態になると、差圧作動弁８６は第１油圧モータ接続ライン７６を第２油圧モータ接続ライン７８に接続して、油圧モータ１４をバイパスさせる。このバイパス状態においては、油圧ポンプ１２は油圧モータの抵抗なしに自由回転でき、ディファレンシャル組立体がオープンディファレンシャルとして作動することを可能にする。

調節弁７０は、流体制御回路を駆動するように構成される低圧出力ライン８８をも含む。低圧出力ライン８８は、油圧モータ１４を通して供給されるトルク配分調整圧力よりも大幅に低い圧力を制御ソレノイドに供給することができる。例えば、ソレノイドを制御する圧力は、約５０〜５００ＰＳＩとすることができ、多くの例では、図示の例に対する１００ＰＳＩのように、約２００ＰＳＩ未満とすることができる。低圧出力ライン８８は、流れ方向弁７４のスプールを第１流れ状態と第２流れ状態との間に作動させるように構成される流れ方向ソレノイド９２と連通している。同様に、低圧出力ライン８８は、差圧作動弁８６をアクティブ状態とバイパス状態との間に作動させるように構成される差圧作動ソレノイド９０とも流体連通している。その結果、流れ方向ソレノイド９２と、差圧作動ソレノイド９０と、圧力センサ８４と、電気モータ８２とを、制御器９４に電気接続することができる。制御器９４は、ソレノイド９０、９２および電気モータ８２を、車両のトルク配分調整の必要性に基づいて操作するように構成される。制御器９４は、また、電気モータ８２と、流れ方向ソレノイド９２と、差圧作動ソレノイド９０とを、車両の他のサブシステムから得られる情報、すなわち車速、スロットル位置、横方向加速度および操だハンドルの角度を含む情報に基づいて操作するように、他の車両システムと連通することもできる。

当業者は容易に評価するであろうが、本明細書の以上の説明は、本発明の原理の実施を例示する趣旨のものであり、本発明は、特許請求の範囲に規定される本発明の本質から逸脱することなく、修正、変形および改変し得るという点で、本明細書は、本発明の範囲または用途を制限するように意図されたものではない。

本発明の１つの実施形態に基づく油圧式トルク配分調整システムの概略図である。

符号の説明

１０ 油圧式トルク配分調整ディファレンシャルシステム
１２ 油圧ポンプ
１４ 油圧モータ
１６ ディファレンシャルギヤ組立体
１７ ベベルギヤピニオン
１８ 油圧回路
２０ ディファレンシャルシャフト
２２ リングギヤ
２４ ディファレンシャルキャリア
２６ 遊星ギヤ
２８ サイドギヤ
３０ 車軸
３２ 遊星歯車装置
３４ 遊星キャリア
３６ 遊星キャリア
３８ 遊星ギヤ
４０ 遊星ギヤ
４２ リングギヤ
４４ サンギヤ
４６ サンギヤ
４８ 駆動ギヤ
５０ ギヤ
５２ ギヤ
５３ 連結ギヤ
５４ ギヤ
５５ 連結ギヤ
５６ 連結ギヤ
５８ 連結ギヤ
６０ 油圧ポンプ入力軸
６８ 第１油圧ポンプ接続ライン
７０ プライオリティ調節弁
７１ 潤滑回路
７２ 調節弁出力ライン
７４ 流れ方向弁
７６ 第１油圧モータ接続ライン
７８ 第２油圧モータ接続ライン
８０ 第２油圧ポンプ接続ライン
８２ 電気モータ
８４ 圧力センサ
８６ 差圧作動弁
８８ 低圧出力ライン
９０ 差圧作動ソレノイド
９２ 流れ方向ソレノイド
９４ 制御器

Claims (20)

1. パワートレインを介して自動車の車輪の１対の車軸（３０，３２）に供給されるトルクを制御するトルク配分調整システム（１０）であり、
   ディファレンシャル組立体（１６）と連通して、前記ディファレンシャル組立体（１６）によって駆動されるように構成される油圧ポンプ（１２）と、
   前記ディファレンシャル組立体（１６）と連通して、前記車軸の対（３０，３２）に対する駆動トルクの供給を制御する油圧モータ（１４）と、
   前記油圧ポンプ（１２）に流体連通する油圧ポンプ接続ライン（６８）と、
   前記油圧モータ（１４）に流体連通する油圧モータ接続ライン（７６）と、
   を含むトルク配分調整システムであって、
   前記油圧ポンプ接続ライン（６８）は、調節弁（７０）を介して前記油圧モータ接続ライン（７６）と連通し、前記調節弁（７０）は、前記油圧モータ接続ライン（７６）と連通する第１調節弁出力ライン（７２）と、第２調節弁出力ラインとを有し、さらに、前記調節弁は、前記調節弁の優先出力ライン（８８）を通る第２流れが最低圧力を超える場合は、前記油圧ポンプ接続ライン（６８）と前記第１調節弁出力ライン（７２）との間の第１流れを可能にして、前記油圧モータ（１４）に供給するように構成される、
   トルク配分調整システム。
2. 前記油圧モータ接続ライン（７６）に接続されて、前記油圧モータ（１４）を選択的にバイパスするように構成される差圧作動弁（８６）をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記油圧モータ（１４）を通る流れを選択的に逆転させるように構成される流れ方向弁（７４）をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記調節弁の優先出力ライン（８８）が、弁制御回路に低圧の流れを供給するように構成される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記低圧が、トルク配分調整用に必要な圧力よりも大幅に低い、請求項４に記載のシステム。
6. 前記弁制御回路が、流れ方向弁（７４）を操作するように構成されるソレノイド（９２）を含み、前記流れ方向弁（７４）は、前記油圧モータ（１４）を通る流れを逆転させるように構成される、請求項４に記載のシステム。
7. 前記弁制御回路が、差圧作動弁（８６）を操作するように構成されるソレノイド（９０）を含み、前記差圧作動弁（８６）は前記油圧モータ（１４）をバイパスするように構成される、請求項４に記載のシステム。
8. 前記調節弁の優先出力ライン（８８）が、潤滑回路（７１）に前記第２流れを供給する、請求項１に記載のシステム。
9. パワートレインを介して自動車の車輪の１対の車軸（３０，３２）に供給されるトルクを制御するトルク配分調整システムであって、
   ディファレンシャル組立体（１６）と連通して、前記ディファレンシャル組立体（１６）によって駆動されるように構成される油圧ポンプ（１２）と、
   前記ディファレンシャル組立体（１６）と連通して、前記車軸の対（３０，３２）にまたがる配分調整トルクの方向および大きさを制御する油圧モータ（１４）と、
   前記油圧ポンプ（１２）に流体連通する第１油圧ポンプ接続ライン（６８）と、
   前記油圧モータ（１４）に流体連通する第１油圧モータ接続ライン（７６）と、
   前記油圧ポンプ（１２）の容積を調節して、それによって油圧ポンプの出力を制御するように構成される電気モータ（８２）と、
   前記電気モータ（８２）と連通し、かつ、前記電気モータ（８２）に制御信号を供給して、それによって前記油圧ポンプ（１２）の出力を調節するように構成される圧力センサ（８４）と、
   を含むトルク配分調整システム。
10. 前記圧力センサ（８４）が前記油圧ポンプ（１２）と調節弁（７０）との間のポンプ出力圧力を検知するように構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記第１油圧ポンプ接続ライン（６８）が調節弁（７０）に連通する請求項９に記載のシステムであり、差圧作動弁（８６）をさらに含むシステムであって、前記差圧作動弁（８６）は、前記調節弁（７０）に連通すると共に、調節弁出力ライン（７２）からの流れを、前記油圧モータ（１４）を迂回して前記油圧ポンプ（１２）に選択的に導き、それによって前記油圧モータ（１４）をバイパスするように構成される、システム。
12. 流れ方向弁（７４）をさらに含む請求項９に記載のシステムであって、前記流れ方向弁（７４）は、前記第１油圧ポンプ接続ライン（６８）を前記第１油圧モータ接続ライン（７６）に接続することによって、あるいはその代わりに、前記第１油圧ポンプ接続ライン（６８）を第２油圧モータ接続ライン（７８）に接続することによって、前記油圧モータ（１４）を通る流れを選択的に逆転させるように構成される、システム。
13. 調節弁の優先出力ライン（８８）が、弁制御回路に低圧の流れを供給するように構成される、請求項９に記載のシステム。
14. 前記低圧の流れが約５０〜５００ＰＳＩである、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記弁制御回路が、流れ方向弁（７４）を操作するように構成されるソレノイド（９２）を含み、前記流れ方向弁（７４）は、前記油圧モータ（１４）を通る流れを逆転させるように構成される、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記弁制御回路が、差圧作動弁（８６）を操作するように構成されるソレノイド（９０）を含み、前記差圧作動弁（８６）は前記油圧モータ（１４）をバイパスするように構成される、請求項１３に記載のシステム。
17. パワートレインを介して自動車の車輪の１対の車軸（３０，３２）に供給されるトルクの方向および大きさを制御するトルク配分調整システムであって、
    ディファレンシャル組立体（１６）と連通して、前記ディファレンシャル組立体（１６）によって駆動されるように構成される油圧ポンプ（１２）と、
    前記ディファレンシャル組立体（１６）と連通して、前記車軸の対（３０）にまたがる配分調整トルクの方向および大きさを制御する油圧モータ（１４）と、
    前記油圧ポンプ（１２）に流体連通する第１油圧ポンプ接続ライン（６８）と、
    それぞれ前記油圧モータ（１４）に流体連通する第１および第２油圧モータ接続ライン（７６、７８）と、
    前記油圧モータ（１４）を選択的にバイパスするように構成される差圧作動弁（８６）と、
    を含むトルク配分調整システム。
18. 前記差圧作動弁（８６）が前記第１および第２油圧モータ接続ライン（７６、７８）を接続し、それによって前記油圧モータ（１４）をバイパスする、請求項１７に記載のシステム。
19. パワートレインを介して自動車の車輪の１対の車軸（３０，３２）に供給されるトルクを制御するトルク配分調整システムであって、
    ディファレンシャル組立体（１６）と連通して、前記ディファレンシャル組立体（１６）によって駆動されるように構成される油圧ポンプ（１２）と、
    前記ディファレンシャル組立体（１６）と連通して、前記車軸の対（３０，３２）にまたがる配分調整トルクの方向および大きさを制御する油圧モータ（１４）と、
    前記油圧ポンプ（１２）に流体連通する第１油圧ポンプ接続ライン（６８）と、
    それぞれ前記油圧モータ（１４）に流体連通する第１および第２油圧モータ接続ライン（７６、７８）と、
    前記油圧モータ（１４）を通る流れを選択的に逆転させるように構成される流れ方向弁（７４）と、
    を含むトルク配分調整システム。
20. 前記流れ方向弁（７４）が、前記第１油圧モータ接続ライン（７６）を前記第１油圧ポンプ接続ライン（６８）に選択的に接続するか、あるいは、前記第２油圧モータ接続ライン（７８）を前記第１油圧ポンプ接続ライン（６８）に選択的に接続し、それによって前記油圧モータ（１４）を通る流れを選択的に逆転させる、請求項１９に記載のシステム。

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