JP6519340B2 - トルクベクタリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルクベクタリング装置に関する。

従来から、特許文献１に示されるように、モータトルクによって、左右の駆動輪に出力される駆動トルクを分配するトルクベクタリング装置が提案されている。このトルクベクタリング装置は、デファレンシャル機構としての役割を果たす第一遊星歯車機構と、トルク配分機構としての役割を果たす第二遊星歯車機構、第三遊星歯車機構、及びモータジェネレータとから構成されている。

ＷＯ２０１４／００８８９６ Ａ１号公報

特許文献１に示されるトルクベクタリング装置では、第一遊星歯車機構のサンギヤと第二遊星歯車機構のリングギヤとを連結する第一連結部材と、第一遊星歯車機構のキャリアと第三遊星歯車機構のリングギヤとを連結する第二連結部材とが、第一遊星歯車機構と第二遊星歯車機構との間に配置されている。このため、車両用駆動装置の軸線方向の寸法が大きくなっていた。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、軸線方向の寸法を小さくすることができるトルクベクタリング装置を提供する。

上記の課題を解決するため、請求項１に係るトルクベクタリング装置の発明は、第一遊星歯車機構、第二遊星歯車機構、第三遊星歯車機構、及びモータを有し、駆動源から出力されたトルクを、左右の駆動輪に可変に配分するトルクベクタリング装置であって、前記第一遊星歯車機構は、回転不能に設けられた第一サンギヤと、前記第一サンギヤと噛み合う複数の第一プラネタリギヤと、前記複数の第一プラネタリギヤを回転可能に軸支し、一方の前記駆動輪が回転連結された第一キャリアと、前記複数の第一プラネタリギヤと噛み合う第一リングギヤと、を備え、前記第二遊星歯車機構は、第二サンギヤと、前記第二サンギヤと噛み合う複数の第二プラネタリギヤと、前記複数の第二プラネタリギヤを回転可能に軸支し、他方の前記駆動輪が回転連結された第二キャリアと、前記複数の第二プラネタリギヤと噛み合い、前記第一リングギヤと連結された第二リングギヤと、を備え、前記第三遊星歯車機構は、前記複数の第二プラネタリギヤと同軸に、前記複数の第二プラネタリギヤと一体に形成され、前記第二キャリアに回転可能に軸支された複数の第三プラネタリギヤと、前記複数の第三プラネタリギヤと噛み合い、前記駆動源から出力されたトルクが入力される第三リングギヤと、を備え、前記モータは、前記第二サンギヤに回転連結されている。

このように構成されたトルクベクタリング装置によれば、各遊星歯車機構の間に、各遊星歯車機構の各要素同士を連結する連結部材が不要である。このため、トルクベクタリング装置の軸線方向の寸法を小さくすることができる。

本実施形態に係るトルクベクタリング装置が搭載された車両用駆動装置の説明図である。 トルクベクタリング装置の速度線図である。

（車両用駆動装置）
以下に図１を用いて、本実施形態のトルクベクタリング装置１０が搭載された車両Ｖの車両用駆動装置１００について説明する。車両用駆動装置１００は、エンジン１、変速機２、出力ギヤ３、トルクベクタリング装置１０を有している。車両Ｖは、駆動輪２１Ｌ、２１Ｒ、ドライブシャフト２２Ｌ、２１Ｒを有している。

エンジン１（駆動源）は、ガソリンや軽油等の炭化水素を燃料として、エンジントルクを出力する周知の内燃機関である。変速機２は、入力軸２ａ及び出力軸２ｂを有している。変速機２は、入力軸２ａを介してエンジン１から入力されたエンジントルクを、入力軸２ａの回転速度を出力軸２ｂの回転速度で除した変速比で減速又は増速するものである。出力軸２ｂには、出力ギヤ３が設けられている。変速機２には、マニュアルトランスミッション及びオートマチックトランスミッションの両方が含まれる。なお、オートマチックトランスミッションには、トルクコンバータ及び複数の遊星歯車機構を備えたトルクコンバータ式オートマチックトランスミッション、無段変速式オートマチックトランスミッション（ＣＶＴ）、オートメイテッド・マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）、デュアルクラッチ・トランスミッション（ＤＣＴ）等が含まれる。

（トルクベクタリング装置）
トルクベクタリング装置１０は、変速機２（出力ギヤ３）から出力されたエンジントルクを、左右の駆動輪２１Ｌ、２１Ｒに可変に配分するとともに、左右の駆動輪２１Ｌ、２１Ｒの回転速度差を吸収するものである。トルクベクタリング装置１０は、第一遊星歯車機構１１、第二遊星歯車機構１２、第三遊星歯車機構１３、モータジェネレータ１４（モータ）、インバータ装置１５、バッテリ１６、及び制御部１７を有している。第一遊星歯車機構１１、第二遊星歯車機構１２、及び第三遊星歯車機構１３は、同軸に軸線方向に直列に設けられている。

第一遊星歯車機構１１は、第一サンギヤＳ１、複数の第一プラネタリギヤＰ１、第一キャリアＣ１、及び第一リングギヤＲ１とから構成されている。第一サンギヤＳ１は、トルクベクタリング装置１０のハウジング１０ａに固定されている。つまり、第一サンギヤＳ１は、回転不能に設けられている。複数の第一プラネタリギヤＰ１は、第一サンギヤＳ１の外周側に、第一サンギヤＳ１と噛み合って設けられている。

第一キャリアＣ１は、複数の第一プラネタリギヤＰ１を回転可能（自転可能）に軸支している。第一キャリアＣ１は、左ドライブシャフト２２Ｌを介して、左駆動輪２１Ｌと回転連結している。つまり、第一キャリアＣ１は、左駆動輪２１Ｌと一体回転する。第一リングギヤＲ１は、リング状であり、第一リングギヤＲ１は、複数の第一プラネタリギヤＰ１の外周側に設けられている。第一リングギヤＲ１の内周側には、第一インナーギヤＲ１１が形成されている。第一インナーギヤＲ１１は、複数の第一プラネタリギヤＰ１と噛み合っている。

第二遊星歯車機構１２は、第一遊星歯車機構１１に隣接して設けられている。第二遊星歯車機構１２は、第二サンギヤＳ２、複数の第二プラネタリギヤＰ２、第二キャリアＣ２、及び第二リングギヤＲ２とから構成されている。複数の第二プラネタリギヤＰ２は、第二サンギヤＳ２の外周側に、第二サンギヤＳ２と噛み合って設けられている。

第二キャリアＣ２は、複数の第二プラネタリギヤＰ２を回転可能（自転可能）に軸支している。第二キャリアＣ２は、右ドライブシャフト２２Ｒを介して、右駆動輪２１Ｒと回転連結している。つまり、第二キャリアＣ２は、右駆動輪２１Ｒと一体回転する。第二リングギヤＲ２は、リング状であり、複数の第二プラネタリギヤＰ２の外周側に設けられている。第二リングギヤＲ２の内周側には、第二インナーギヤＲ２１が形成されている。第二インナーギヤＲ２１は、複数の第二プラネタリギヤＰ２と噛み合っている。第一リングギヤＲ１と第二リングギヤＲ２とは、第一連結部材１０ｂによって連結されている。

なお、第一サンギヤＳ１の歯数Ｚ_Ｓ１と、第二サンギヤＳ２の歯数Ｚ_Ｓ２は、同数である。また、第一プラネタリギヤＰ１の歯数Ｚ_Ｐ１と、第二プラネタリギヤＰ２の歯数Ｚ_Ｐ２と、は同数である。更に、第一インナーギヤＲ１１の歯数Ｚ_Ｒ１１と、第二インナーギヤＲ２１の歯数Ｚ_Ｒ２１は、同数である。

第三遊星歯車機構１３（第三歯車機構）は、第二遊星歯車機構１２に隣接して設けられている。第三遊星歯車機構１３は、複数の第三プラネタリギヤＰ３、第二キャリアＣ２、及び第三リングギヤＲ３とから構成されている。第二プラネタリギヤＰ２と第三プラネタリギヤＰ３は、同軸に一体に設けられている共通プラネタリギヤである。第二プラネタリギヤＰ２のギヤ径のほうが、第三プラネタリギヤＰ３のギヤ径よりも大きくなっている。第二プラネタリギヤＰ２の歯数Ｚ_Ｐ２は、第三プラネタリギヤＰ３の歯数Ｚ_Ｐ３よりも多くなっている。第二キャリアＣ２は、複数の第三プラネタリギヤＰ３を回転可能（自転可能）に軸支している。第三リングギヤＲ３は、リング状であり、複数の第三プラネタリギヤＰ３の外周側に設けられている。第三リングギヤＲ３は、その内周側に第三インナーギヤＲ３１が形成され、その外周側に第三アウターギヤＲ３２が形成されている。第三アウターギヤＲ３２の歯数Ｚ_Ｒ３２は、第三インナーギヤＲ３１の歯数Ｚ_Ｒ３１よりも多くなっている。第三インナーギヤＲ３１は、複数の第三プラネタリギヤＰ３と噛み合っている。第三アウターギヤＲ３２は、出力ギヤ３と噛み合っている。

モータジェネレータ１４は、ロータ１４ａとステータ１４ｂとから構成されている。ロータ１４ａは、回転可能に設けられている。ロータ１４ａは、第二サンギヤＳ２に回転連結し、第二サンギヤＳ２と一体回転する。ステータ１４ｂは、ロータ１４ａの外周側に回転不能に設けられている。バッテリ１６は、電力を蓄電する二次電池であり、インバータ装置１５を介して、モータジェネレータ１４のステータ１４ｂに電力を供給する。インバータ装置１５は、制御部１７からの指令に基づいて、バッテリ１６から供給された電力の電圧を昇圧してモータジェネレータ１４のステータ１４ｂに供給し、モータジェネレータ１４を駆動する。また、インバータ装置１５は、制御部１７からの指令に基づいて、モータジェネレータ１４において発電された電流を降圧して、バッテリ１６に充電する。

（速度線図の説明）
次に、図２を用いて、トルクベクタリング装置１０の速度線図について説明する。図２において、縦軸は、それぞれの要素の回転速度である。図２に示す０よりも上方の領域は正回転であり、０よりも下側の領域は負回転である。第一サンギヤＳ１は、ハウジング１０ａに連結されているので、回転しない。モータジェネレータ１４と回転連結された第二サンギヤＳ２は、正回転又は負回転可能である。図２において各記号は、以下のとおりである。
Ｚ_ｓ１：第一サンギヤの歯数
Ｚ_ｓ２：第二サンギヤの歯数
Ｚ_Ｒ１１：第一インナーギヤＲ１１の歯数
Ｚ_Ｒ２１：第二インナーギヤＲ２１の歯数
Ｚ_Ｒ３１：第三インナーギヤＲ３１の歯数
Ｚ_ｐ２：第二プラネタリギヤＰ２の歯数
Ｚ_ｐ３：第三プラネタリギヤＰ３の歯数
Ｔｍ：第二サンギヤＳ２に入力されるモータトルク
Ｔｅ：第三リングギヤＲ３に入力されるエンジントルク
Ｔｌｖ：左駆動輪２１Ｌに入力される左駆動トルク
Ｔｒｖ：右駆動輪２１Ｒに入力される右駆動トルク

車両Ｖが直進している状態では、第二サンギヤＳ２の回転速度は０であり、モータジェネレータ１４には、外部からのトルクが入力されず、駆動も発電もしていない。車両Ｖが旋回している場合、直進している場合にかかわらず、左右の駆動輪２１Ｌ、２１Ｒに駆動トルク差をつける場合には、第二サンギヤＳ２が正回転又は逆回転する方向に、モータジェネレータ１４はモータトルクＴｍを出力する。すると、第二キャリアＣ２と回転連結している右駆動輪２１Ｒに入力される右駆動トルクＴｒｖと、第一キャリアＣ１と回転連結している左駆動輪２１Ｌに入力される右駆動トルクＴｌｖが変化する。車両Ｖが旋回している場合において、図２に示すように、リングギヤＲ１、Ｒ２を挟んで右側の各要素と回転速度との関係を表した第一直線Ｌ１の傾きが変化し、第一直線Ｌ１の傾きが変化すると、第一直線Ｌ１とリングギヤＲ１、Ｒ２で接続している第二直線Ｌ２（図２においてリングギヤＲ１、Ｒ２を挟んで左側の各要素と回転速度との関係を表した直線）の傾きが変化する。

（本実施形態の効果）
以上の説明から明らかなように、トルクベクタリング装置１０は、第一遊星歯車機構１１、第二遊星歯車機構１２、第三遊星歯車機構１３、及びモータジェネレータ１４を有し、エンジン１（駆動源）から出力されたエンジントルクを、左右の駆動輪２１Ｌ、２１Ｒに可変に配分する。そして、第一遊星歯車機構１１は、回転不能に設けられた第一サンギヤＳ１と、第一サンギヤＳ１と噛み合う複数の第一プラネタリギヤＰ１と、複数の第一プラネタリギヤＰ１を回転可能に軸支し、一方の駆動輪２１Ｌが回転連結された第一キャリアＣ１と、複数の第一プラネタリギヤＰ１と噛み合う第一リングギヤＲ１と、を備える。そして、第二遊星歯車機構１２は、第二サンギヤＳ２と、第二サンギヤＳ２と噛み合う複数の第二プラネタリギヤＰ２と、複数の第二プラネタリギヤＰ２を回転可能に軸支し、他方の駆動輪２１Ｒが回転連結された第二キャリアＣ２と、複数の第二プラネタリギヤＰ２と噛み合い、第一リングギヤＲ１と連結された第二リングギヤＲ２と、を備える。そして、第三遊星歯車機構１３は、複数の第二プラネタリギヤＰ２と同軸に、複数の第二プラネタリギヤＰ２と一体に形成され、第二キャリアＣ２に回転可能に軸支された複数の第三プラネタリギヤＰ３と、複数の第三プラネタリギヤＰ３と噛み合い、エンジン１（駆動源）から出力されたエンジントルクが入力される第三リングギヤＲ３と、備える。そして、モータジェネレータ１４は、第二サンギヤＳ２に回転連結されている。

このように構成されたトルクベクタリング装置によれば、各遊星歯車機構１１〜１３の間に、各遊星歯車機構１１〜１３の各要素同士を連結する連結部材が不要である。このため、トルクベクタリング装置１０の軸線方向の寸法を小さくすることができ、トルクベクタリング装置１０の車両Ｖへの搭載性が良好となる。

本実施形態のトルクベクタリング装置１０によって、左右の駆動輪２１Ｌ、２１Ｒに入力される駆動トルク差ΔＴ１は、下式（１）で表される。
ΔＴ１＝２（１＋Ｚ_Ｒ／Ｚ_Ｓ）Ｔｍ…（１）
ΔＴ１：左右の駆動輪２１Ｌ、２１Ｒに入力される駆動トルク差
Ｚ_Ｒ：第一インナーギヤＲ１１及び第二インナーギヤＲ２１の歯数
Ｚ_Ｓ：第一サンギヤＳ１及び第二サンギヤＳ２の歯数
Ｔｍ：第二サンギヤＳ２に入力されるモータトルク

一方で、ＷＯ２０１４／００８８９６ Ａ１号公報に開示されているトルクベクタリング装置によって、左右の駆動輪に入力される駆動トルク差ΔＴ２は、下式（２）で表される。
ΔＴ２＝２（Ｚ_Ｒ／Ｚ_Ｓ）Ｔｍ…（２）
ΔＴ２：左右の駆動輪に入力される駆動トルク差
Ｚ_Ｒ：リングギヤの歯数
Ｚ_Ｓ：サンギヤの歯数
Ｔｍ：モータトルク
なお、ＷＯ２０１４／００８８９６ Ａ１号公報に開示されているトルクベクタリング装置では、遊星歯車機構の外周側に、各遊星歯車機構の各要素同士を連結する連結部材が２つ設けられているので、リングギヤの大型化が阻害される。

このように、本実施形態のトルクベクタリング装置１０の駆動トルク差ΔＴ１ほうが、ＷＯ２０１４／００８８９６ Ａ１号公報に開示されているトルクベクタリング装置の駆動トルク差ΔＴ２よりも大きい。このため、本実施形態のトルクベクタリング装置１０、より大きな駆動トルク差ΔＴ１を発生させることができ、或いは、モータジェネレータ１４を小型化することができる。

複数の第二プラネタリギヤＰ２のギヤ径は複数の第三プラネタリギヤＰ３のギヤ径よりも大きい。これによる効果を以下に説明する。もし仮に、第二プラネタリギヤＰ２のギヤ径と第三プラネタリギヤＰ３のギヤ径が同一である場合には、図２に示す速度線図において、エンジントルクＴｅが、第一リングギヤＲ１及び第二リングギヤＲ２に入力されている状態と同視できる。すると、車両Ｖが直進する場合に、モータジェネレータ１４によって、第二サンギヤＳ２が回転しないように制御する必要が生じ、モータジェネレータ１４の制御が複雑となるだけでなく、モータジェネレータ１４で余分なエネルギーが消費される。一方で、本実施形態のトルクベクタリング装置１０では、複数の第二プラネタリギヤＰ２のギヤ径は複数の第三プラネタリギヤＰ３のギヤ径よりも大きいので、車両Ｖが直進する場合に、モータジェネレータ１４に外部からトルクが入力されず、モータジェネレータ１４を制御する必要が無い。

（別の実施形態）
上記した実施形態では、リングギヤ３１に駆動トルクを出力する駆動源は、エンジン１である。しかし、リングギヤ３１に駆動トルクを出力する駆動源が、モータジェネレータである実施形態であっても差し支え無い。また、当該モータジェネレータやモータジェネレータ１４の代わりに、発電機能の無いモータを用いても差し支え無い。

上記した実施形態では、第一キャリアＣ１に左ドライブシャフト２２Ｌを介して一方の駆動輪である左駆動輪２１Ｌが回転連結し、第二キャリアＣ２に右ドライブシャフト２２Ｒを介して他方の駆動輪である右駆動輪２１Ｒが回転連結している。しかし、第一キャリアＣ１に右ドライブシャフト２２Ｒを介して一方の駆動輪である右駆動輪２１Ｒが回転連結し、第二キャリアＣ２に左ドライブシャフト２２Ｌを介して他方の駆動輪である左駆動輪２１Ｌが回転連結している実施形態であっても差し支え無い。

１０…トルクベクタリング装置、１１…第一遊星歯車機構、１２…第二遊星歯車機構、１３…第三遊星歯車機構、Ｓ１…第一サンギヤ、Ｐ１…第一プラネタリギヤ、Ｃ１…第一キャリア、Ｒ１…第一リングギヤ、Ｓ２…第一サンギヤ、Ｐ２…第二プラネタリギヤ、Ｃ２…第二キャリア、Ｒ２…第二リングギヤ、Ｐ３…第三プラネタリギヤ、Ｒ３…第三リングギヤ、１４…モータジェネレータ（モータ）

Claims (2)

1. 第一遊星歯車機構、第二遊星歯車機構、第三遊星歯車機構、及びモータを有し、駆動源から出力されたトルクを、左右の駆動輪に可変に配分するトルクベクタリング装置であって、
   前記第一遊星歯車機構は、
   回転不能に設けられた第一サンギヤと、
   前記第一サンギヤと噛み合う複数の第一プラネタリギヤと、
   前記複数の第一プラネタリギヤを回転可能に軸支し、一方の前記駆動輪が回転連結された第一キャリアと、
   前記複数の第一プラネタリギヤと噛み合う第一リングギヤと、を備え、
   前記第二遊星歯車機構は、
   第二サンギヤと、
   前記第二サンギヤと噛み合う複数の第二プラネタリギヤと、
   前記複数の第二プラネタリギヤを回転可能に軸支し、他方の前記駆動輪が回転連結された第二キャリアと、
   前記複数の第二プラネタリギヤと噛み合い、前記第一リングギヤと連結された第二リングギヤと、を備え、
   前記第三遊星歯車機構は、
   前記複数の第二プラネタリギヤと同軸に、前記複数の第二プラネタリギヤと一体に形成され、前記第二キャリアに回転可能に軸支された複数の第三プラネタリギヤと、
   前記複数の第三プラネタリギヤと噛み合い、前記駆動源から出力されたトルクが入力される第三リングギヤと、を備え、
   前記モータは、前記第二サンギヤに回転連結されているトルクベクタリング装置。
2. 前記複数の第二プラネタリギヤのギヤ径は前記複数の第三プラネタリギヤのギヤ径よりも大きい請求項１に記載のトルクベクタリング装置。

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