JP2005153691A - 車両の駆動機構 - Google Patents

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Abstract

【課題】
低コストなアドオンタイプの車両の駆動機構を提供する。
【解決手段】
エンジンと、自動変速機と、該自動変速機の出力軸に形成される第１の駆動ギヤと、該第１の駆動ギヤを介して入力された前記出力軸の回転力を各駆動輪側に伝達する差動装置と、を備える車両の駆動機構に、電動機と、前記変速機の出力軸と平行に配設された前記電動機の出力軸に形成される原動ギヤと、前記変速機及び電動機の出力軸に平行に配設される中間減速軸と、を備え、前記中間減速軸に、前記電動機側の原動ギヤと噛合する被駆動ギヤと、前記電動機の出力軸の回転力を前記差動装置に伝達する第２の駆動ギヤとを形成する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、車両の駆動機構に関し、特に、２種類の原動機を有し、両者を併用乃至切り替えて車両を走行させる駆動機構に関する。
近年、伝達効率に優れたマニュアル操作のギヤ噛み合い式変速機に自動クラッチ機構、自動変速機構を組み込み電子制御化した自動マニュアル変速機（以下、ＡＭＴともいう）の開発が進んでいる。この自動マニュアル変速機方式では、運転者のアクセル操作量と車両の走行状態に応じて自動的にクラッチ操作及び変速操作が行われるのであるが、変速時はクラッチを切断して変速操作が行なわれるので、その間はエンジンの駆動力が絶たれ、いわゆる脱力感が感じられる。
そこで、低排気ガス・省燃費を目的としたハイブリッドが注目され、前記脱力感を低減又は回避する方法として、第２の駆動源として備える電気モータを用いて、前記クラッチ切断状態ではモータの駆動力をタイヤに伝達させ駆動力の低減を抑える方式が検討されている。この方式を採用するハイブリッド車を、自動マニュアル変速機付ハイブリッド車（ＡＭＴ−ＨＶ）ともいい、これらに関する技術文献としては、特開平１１−６９５０９号公報、特開平１１−１４１６６５号公報、特開２００２−１６０５４０号公報が挙げられる。
特開平１１−６９５０９号公報の変速制御装置では、内燃機関の出力はクラッチ、変速機、差動装置を経由して駆動輪に伝達され、第２の駆動源であるモータは、前記変速機と差動装置の中間に歯車手段を介して結合されている。そして、クラッチが切断された状態では、モータの駆動力は、歯車手段を経由して差動装置及び駆動輪に伝達されるため、駆動力の切断を回避し、脱力感を緩和できるとされている。
また、特開平１１−１４１６６５号公報には、変速機内部にモータ出力を歯車伝達するギヤ手段（同公報の図１では４速ギヤに結合）が組み込まれた自動車用変速機が紹介されており、同様にして前記脱力感を緩和出来るとされている。
更に、特開２００２−１６０５４０号公報には、ディファレンシャルのケースに歯車を形成し、モータ出力を伝達する方式が紹介されている（同公報の図１参照）。この方式では、同様にして前記脱力感を緩和でき、また、変速機内部への変更を少なくすることができるものとなっている。
特開平１１−６９５０９号公報 特開平１１−１４１６６５号公報 特開２００２−１６０５４０号公報
しかしながら、上記特開平１１−６９５０９号公報記載の方式では、モータの軸部で必要とするトルクの大きさを考えると、クラッチの切断時に、今までエンジンで駆動していたトルクにモータのトルクを匹敵させる必要があり、非常に大きな体格のモータが必要となり、車両への搭載上の制限やコストが高くなるという問題点がある。また、特開平１１−１４１６６５号公報記載の方式では、上記特開平１１−６９５０９号公報のモータの体格が大きくなるという問題点は回避できているが、エンジンとモータの併用駆動時には両者の駆動力が作用する部品（同公報図１のギヤ６４、出力軸６０、及び図にはないが差動装置等）の強度の向上が必要となり、設計工数及びコストが増大してしまうおそれがある。
一方、特開２００２−１６０５４０号公報記載の駆動装置では、従来部品を多用するアドオン構成とした低コスト化が可能であるが、図５に示されるように、モータ（図５の７０）とディファレンシャル（図５の６０）間で、必要な減速比（端的には、例えば、図５のモータ回転軸（図５の７１）に形成される歯車（図５の７１Ａ）の半径ｒ１と、ディファレンシャル（図５の６３）側のリングギヤ（図５の６３Ａ；歯車）の半径ｒ２の比ｒ２／ｒ１で表される）を取ると、駆動軸（図５の６６）と、モータの回転軸（図５の７１）との距離が決まってしまうことから、旋回や路面の状況に応じた駆動軸の作用範囲（図５の囲み領域）を確保する上で、モータのサイズ（径φＭ、軸長）に制約が生じうる。また、このような制約の下では、採用しうるサイズのモータが、要求される駆動力を出せない事態が生じ得、また、大型のモータを採用すべく上記減速比を小さく取ると、必要とするトルクが出せない事態が生じうる。
本発明は、上記した各事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、上記した脱力感を解消可能とするとともに、従来の内燃機関のみを駆動源とする駆動装置に対する変更が少なくて済む、低コストなアドオンタイプの駆動機構を提供することにある。
前記課題を解決するための手段を提供する本発明の第１の視点によれば、エンジンと、自動変速機と、該自動変速機の出力軸に形成される第１の駆動ギヤと、該第１の駆動ギヤを介して入力された前記出力軸の回転力を各駆動輪側に伝達する差動装置と、を備える車両の駆動機構であって、上記自動変速機（ＡＭＴ）部分の基本構成に変更を加えずに、電動機によるトルクアシストを可能とする車両の駆動機構が提供される。電動機側には、前記変速機の出力軸と平行に配設された前記電動機の出力軸に形成される原動ギヤと、前記変速機及び電動機の出力軸に平行に配設される中間減速軸と、を備えてなり、前記中間減速軸に、前記電動機の出力軸の回転力を前記差動装置に伝達する第２の駆動ギヤを形成したことを特徴とするものである。
本発明によれば、自動変速機の動力伝達部分には、エンジンの駆動力のみが作用するため、ほとんどの部品を共用でき、低コスト化を図ることが可能となり、更には、従来の同種機構に比較しても、十分な駆動力、トルクを得ることが可能となる。
続いて、本発明のその好ましい実施の形態について説明する。本実施の形態に係る車両の駆動機構は、歯車式変速機（図１の上段）の出力軸（図１の４２）に形成される第１の駆動ギヤ（図１の４９）を備えるとともに、電動機（図１の下段）側に、変速機の出力軸（図１の４２）と平行に配設された電動機の出力軸（図１の６０）に形成される原動ギヤ（図１の６１）と、歯車式変速機及び電動機の出力軸（図１の４２、６０）に平行に配設される中間減速軸（図１の６２）と、を備えてなる。中間減速軸（図１の６２）には、電動機側の原動ギヤ（図１の６１）と噛合する被駆動ギヤ（図１の６３）と、第２の駆動ギヤ（図１の６４）とが形成される。第１の駆動ギヤ（図１の４９）及び第２の駆動ギヤ（図１の６４）は、差動装置（図１の１４）のリングギヤ（ファイナルギヤ）（図１の７０）に噛合するものとなっている。また、前記電動機の出力軸（図１の６０）の一端には、回転検出センサ（図１の６５）が備えられている。
上記構成よりなる本実施の形態の駆動機構によれば、差動装置（図１の１４）に電動機（図１の下段）の出力が作用するようにしたので、自動変速機（ＡＭＴ）の各ギヤ及び各軸（図１の３４、４２）の支持部材等に強度向上の必要がなく、変速機（ＡＭＴ）部分の構成はそのままとすることが可能であり、変速時のクラッチ断状態にはモータの駆動力を、原動ギヤ（図１の６１）と第１の被駆動ギヤ（図１の６３）とのギヤ比による減速機構及び第２の駆動ギヤ（図１の６４）を介して、差動ギヤ（図１の１４）を駆動させて、脱力感を解消させることが可能となる。
また、車両走行中、常時回転する回転検出センサ（図１の６５）から得られる回転数の値は、車両速度に比例するため、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）等における、変速制御やモータの駆動制御等に使用することが可能である。更には、運転席側のインジケータへ送信することで、従来差動装置（図１の１４）近傍に配置する車速センサを廃止することも可能となる。
続いて、本発明の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施例に係る駆動機構の概略構成（４速状態）を表したスケルトン図であり、図２は、本実施例に係る駆動機構を搭載したハイブリッド車両の構成を示したブロック図である。まず始めに、図２を参照して、本実施例に係るハイブリッド車両の構成について説明する。本実施例に係るハイブリッド車両は、内燃機関で代表されるエンジン（以下、省略形として「Ｅ／Ｇ」も用いる）１１と、バッテリ１９に蓄積された電気で駆動されるモータジェネレータ（以下、「ＭＧ」と省略する）１２との２種類の原動機を有している。エンジン１１の出力は、変速機１３に伝達され、次いで、出力部である差動装置（ディファレンシャル）１４を経由してアクスルシャフト１５、１５’及び駆動輪１６、１６’に伝達され、車両を駆動する。ＭＧ１２の出力も同様に差動装置（ディファレンシャル）１４を経由して車両を駆動可能になっている。
また、本実施例に係るハイブリッド車両は、車両全体の制御を掌るＨＶ−ＥＣＵ２１（Hybrid Vehicle Electronic Control Unit）、ＭＧ１２に駆動又は回生を指令するＭＧ−ＥＣＵ及びインバータ２２、エンジン１１の停止及び燃焼状態を制御するＥ／Ｇ−ＥＣＵ２３、変速機１３に組み込まれたクラッチアクチュエータ１７、変速アクチュエータ１８をコントロールし最適な変速を行なわしめるＡＭＴ−ＥＣＵ２４、バッテリ１９の充電状態を管理する電池ＥＣＵ２５とを備えている。ＨＶ−ＥＣＵ２１は、ドライバーの走行意志を受けてＭＧ−ＥＣＵ及びインバータ２２、Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ２３、電池ＥＣＵ２５を制御・管理する。また、Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ２３は、ＡＭＴ−ＥＣＵ２４と連携して最良の燃焼状態を生み出すと共に、スタータ２０によるエンジン始動時の燃料制御を行なう。また、運転席には、車両の速度を表示するインジケータ２６が設けられている。
続いて、図１を参照して、本実施例に係る駆動機構について、説明する。まず、変速機１３側の構成について説明すると、エンジン１１の出力軸３１端部には、フライホイール３２が固定されており、フライホイール３２にはクラッチ要素３３が取り付けられ、クラッチアクチュエータ１７によって係脱可能になっている。クラッチの被動部材はスプライン等によって回転方向に対して、変速機１３の入力軸３４に一体的に取り付けられている。入力軸３４には、クラッチ側から順に１ｓｔ３５、Ｒｅｖ３６、２ｎｄ３７の駆動ギヤが一体的に構成され、さらに３ｒｄ３８、４ｔｈ３９、５ｔｈ４０、６ｔｈ４１の駆動ギヤが回転自在に装着されている。また、入力軸３４と平行に、変速機１３の出力軸４２が設けられ、前記各ギヤと噛み合う位置に、１ｓｔ４３、２ｎｄ４４被駆動ギヤが回転自在に、３ｒｄ４５、４ｔｈ４６、５ｔｈ４７、６ｔｈ４８の各被駆動ギヤが一体的に装着されている。そして、変速機１３の出力軸４２のクラッチ側の端部には、差動装置（ディファレンシャル）１４のケースに設けられたリングギヤ（ファイナルギヤ）７０と噛合する駆動ギヤ４９が一体的に装着されている。更に、変速機１３側には、変速機１３の入力軸３４と平行な軸５０が設けられ、Ｒｅｖアイドラギヤ５１が回転自在に装着されている。アイドラギヤは軸方向にも移動可能で、クラッチ側の位置（太実線）ではＲｅｖ駆動ギヤ３６とは噛み合わないが、６ｔｈ駆動ギヤ４１側の位置（細線）ではＲｅｖ駆動ギヤ３６と噛み合い可能となっている。
変速機１３の入力軸３４及び出力軸４２の各駆動ギヤ、被駆動ギヤの間には、各軸と固定的に回転するハブ部材５２、５３、５４が設けられている。夫々のハブ部材には外周にスプライン等の係合手段があり、更に外周に設けられるスリーブ部材５５、５６、５７と噛み合い、該スリーブは変速アクチュエータ１８により軸方向（図左右）に動かされる事によって、左側のギヤ、右側のギヤに構成されたスプラインと噛み合い動力伝達可能な状態と、いずれのギヤとも噛み合わない中立状態になる。図１では、スリーブ部材５７が右動し４速状態となっている。また、出力軸４２の１ｓｔ４３、２ｎｄ４４の間にあるスリーブ部材５５には更に外周部に延びた部分にギヤ５８が設けられ、ギヤ５８はＲｅｖアイドラギヤ５１がＲｅｖ駆動ギヤ３６と噛み合った状態でアイドラギヤ５１と噛み合い、中立状態とＲｅｖ駆動状態の２つの状態を構成する。
上記のとおり、エンジン１１の駆動力は、クラッチアクチュエータ１７によってクラッチが係合状態となり、変速アクチュエータ１８によって選択された変速比に従って出力軸４２端の第１の駆動ギヤ４９に伝達される。
一方、ＭＧ１２で出力される駆動力は、ＭＧ出力軸６０端に一体的に設けられた原動ギヤ６１に伝達される。ＭＧ出力軸６０と平行に配設された中間減速軸６２には、原動ギヤ６１と噛み合う被駆動ギヤ６３と、差動装置（ディファレンシャル）１４のケースに設けられたリングギヤ（ファイナルギヤ）７０と噛合する第２の駆動ギヤ６４と、が設けられ、ＭＧ１２の駆動力は、所定の減速比にて、第２の駆動ギヤに伝達される。
上記構成により、ＨＶ−ＥＣＵ２１（Hybrid Vehicle Electronic Control Unit）によって、エンジン１１並びにＭＧ１２の出力は、リングギヤ（ファイナルギヤ）７０に伝達され、差動装置（ディファレンシャル）１４を介して、必要に応じて回転数の差を吸収した上で、アクスルシャフト１５、１５’及び駆動輪１６、１６’が駆動される。
また、ＭＧ１２は電力を受け取って駆動力に変換する力行状態と、駆動力を電力に変換する回生状態の両機能を有し、三相の電力によってステータ部材６６で発生させた磁力がロータ部の鉄部分を通過して帰るのに最適な位置で多くの電流を流すことによって、駆動力の発生や回転方向の制御も含めて効率的な変換が出来るように制御される。
ＭＧ１２の出力軸６０の反対側には、回転検出装置として、レゾルバ６５が取り付けられている。レゾルバ６５は、ＭＧ１２のコイルの巻かれたステータ部材６６と、ＭＧ出力軸６０と一体的に回転するロータ部材６７との間の相対角度を検出し、レゾルバ信号として利用可能である。例えば、レゾルバ信号を、ＭＧ１２の極数に依存した数値及びＭＧ１２側のギヤ比で換算することによって、車両の速度として、用いることが可能である。本実施例では、ＨＶ−ＥＣＵ２１、Ｅ／Ｇ−ＥＣＵを経由して運転席パネルのインジケータ２６を駆動する。
図３は、本実施例に係る駆動機構の具体的な構成を示した断面図であり、差動装置（ディファレンシャル）１４のケース外側に設けられたリングギヤ（ファイナルギヤ）７０は、変速機側の出力軸４２の第１の駆動ギヤ４９と、ＭＧ側の中間減速軸６２の第２の駆動ギヤ６４とに噛み合っている。また、第２の駆動ギヤ６４は、同軸に配された被駆動ギヤ６３、ＭＧ１２側の原動ギヤ６１を介して、駆動される構成となっている。
図４は、本実施例に係る駆動機構の具体的な構成を表した側面図であり、図中太い一点鎖線の円は、原動ギヤ６１のピッチ円、中間減速軸６２の被駆動ギヤ６３のピッチ円を表し、太点線の円は、それぞれＭＧ側の中間減速軸６２の位置、第１、第２の駆動ギヤ４９、６４及び差動装置（ディファレンシャル）１４のケースに設けられたリングギヤ（ファイナルギヤ）７０のピッチ円を表している。図３、図４からも明らかなとおり、本実施例に係る駆動機構は、既存の変速機１３にアドオンする形式で、構成することが可能である。また、従来の差動装置側にモータの駆動力を直接伝達する方式と比較しても、第２の駆動ギヤ６４、原動ギヤ６１、被駆動ギヤ６３の半径（ｒ１、ｒ２、ｒ３）を適当に定めることによって、必要な減速比ｒ４／ｒ３×ｒ２／ｒ１を確保することが可能となっている。併せて、ＭＧ１２とアクスルシャフト１５との距離上の制約も解消するため、大径のモータを採用し、モータや車両の緒元に応じて適当に定める必要な駆動力とトルクとを実現することが可能である。また、その際に軸長の長いモータを採用する必要もないため、駆動軸の作用範囲（図３の囲み領域）の確保に悩まされることはない。
また、本実施例においては、ＭＧ１２のレゾルバ信号を車速信号として使用しているため、従来のマニュアル操作のギヤ噛み合い式変速機に付いていた車速センサを廃止することが可能であり、車両の駆動機構の小型化、低コスト化を図ることのできる構成となっている。
以上、本発明の一実施例について、説明したが、本発明に係る駆動装置は、変速時のみでなく、加速度の向上、登坂力の向上のためのエンジン駆動力の補助、また、駆動モータのみによる走行、車両停止時のエンジン停止と再始動、坂路発進時車両のずり下がりを防止する発進補助等の場面において、第２の駆動源であるモータの駆動力を利用する制御を行うことが可能である。また、これらの場面における減速下での車両の運動エネルギーを電力として回生する場合は勿論、前記回生エネルギーを活用したエンジンの駆動力補助を行うことが可能であり、低燃費性の向上の上でも著しい効果がある。
本発明の一実施例に係る駆動機構の概略構成（４速状態）を表したスケルトン図である。 ハイブリッド車両の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施例に係る駆動機構の具体的な構成を表した断面図である。 本発明の一実施例に係る駆動機構の具体的な構成を表した側面図である。 従来のハイブリッド車用駆動機構の断面図である。
符号の説明
１１ エンジン
１２ モータジェネレータ（ＭＧ）
１３ 変速機
１４ 差動装置（ディファレンシャル）
１５、１５’ アクスルシャフト
１６、１６’ 駆動輪
１７ クラッチアクチュエータ
１８ 変速アクチュエータ
１９ バッテリ
２０ スタータ
２１ ＨＶ−ＥＣＵ
２２ ＭＧ−ＥＣＵ及びインバータ
２３ Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ
２４ ＡＭＴ−ＥＣＵ
２５ 電池ＥＣＵ
２６ インジケータ
３１ 出力軸
３２ フライホイール
３３ クラッチ要素
３４ 変速機入力軸
３５ １ｓｔ駆動ギヤ
３６ Ｒｅｖ駆動ギヤ
３７ ２ｎｄ駆動ギヤ
３８ ３ｒｄ駆動ギヤ
３９ ４ｔｈ駆動ギヤ
４０ ５ｔｈ駆動ギヤ
４１ ６ｔｈ駆動ギヤ
４２ 変速機出力軸
４３ １ｓｔ被駆動ギヤ
４４ ２ｎｄ被駆動ギヤ
４５ ３ｒｄ被駆動ギヤ
４６ ４ｔｈ被駆動ギヤ
４７ ５ｔｈ被駆動ギヤ
４８ ６ｔｈ被駆動ギヤ
４９ 第１駆動ギヤ
５０ Ｒｅｖアイドラギヤ軸
５１ Ｒｅｖアイドラギヤ
５２、５３、５４ ハブ部材
５５、５６、５７ スリーブ部材
５８ ギヤ
６０ ＭＧ出力軸
６１ 原動ギヤ
６２ 中間減速軸
６３ 被駆動ギヤ
６４ 第２駆動ギヤ
６５ レゾルバ
６６ ステータ部材
６７ ロータ部材
７０ リングギヤ（ファイナルギヤ）

Claims (3)

  1. エンジンと、自動変速機と、該自動変速機の出力軸に形成される第１の駆動ギヤと、該第１の駆動ギヤを介して入力された前記出力軸の回転力を各駆動輪側に伝達する差動装置と、を備える車両の駆動機構において、
    電動機と、
    前記変速機の出力軸と平行に配設された前記電動機の出力軸に形成される原動ギヤと、
    前記変速機及び電動機の出力軸に平行に配設される中間減速軸と、を備え、
    前記中間減速軸に、前記電動機の出力軸の回転力を前記差動装置に伝達する第２の駆動ギヤを形成したこと、
    を特徴とする車両の駆動機構。
  2. 請求項１に記載の車両の駆動機構において、
    前記電動機の出力軸の一端に、回転検出センサを備えたことを特徴とする車両の駆動機構。
  3. 請求項２に記載の車両の駆動機構において、
    前記回転検出センサの信号を車速信号として用いることを特徴とする車両の駆動機構。
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