JP2022114130A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動力源としてのモータと駆動輪との間でトルクを伝達する際における動力損失を低減することができるハイブリッド車両の駆動装置を提供する。【解決手段】複数の遊星歯車機構６，７，８を有するとともに、複数の遊星歯車機構６，７，８のうちの少なくともいずれか二つの回転要素を連結し、またはいずれかの回転要素を固定することにより所定の変速比を設定するように構成された変速機構４と、変速機構４の入力側に連結されたエンジン２および発電機能を有するモータ３とを備えたハイブリッド車両１の駆動装置において、変速機構４の入力軸５と、変速機構４の出力軸９とを、複数の遊星歯車機構６，７，８を介することなくトルク伝達可能に連結するバイパス経路１０を備えている。【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンとモータとの出力側に変速機構が連結されたハイブリッド車両の駆動装置に関するものである。

特許文献１には、エンジンと二つのモータとを駆動力源として設けたハイブリッド車両の駆動装置が記載されている。この駆動装置は、エンジンと、第１モータと、出力軸とが差動回転可能に連結された動力分割機構と、その動力分割機構の出力軸に連結された有段式変速機構とを備えていて、その動力分割機構の出力軸に第２モータが連結されている。また、有段式変速機構は、複数の遊星歯車機構を備え、その遊星歯車機構のうちのいずれかの回転要素をケースなどの固定部に連結する複数のブレーキ機構などの係合機構を備えている。このハイブリッド車両は、アクセル開度が「０」であるなどによる制動要求時に、第２モータを発電機として機能させるように構成されていて、その発電効率を向上させるために、有段式変速機構の変速比を大きくするダウンシフトを行うように構成されている。

特開２００７－０５０８６６号公報

特許文献１に記載されたハイブリッド車両の駆動装置は、制動要求時に有段式変速機構をダウンシフトして、第２モータの回転数を増加させることにより、第２モータのトルクと回転数とで定まる運転点を、第２モータの発電効率が良好となる運転点に変更するように構成されている。すなわち、第２モータの出力軸に作用する制動パワーに対する第２モータの発電パワーを向上させるように構成されている。一方、第２モータと駆動輪との間のトルクの伝達経路には、複数の歯車を有する有段式変速機構が設けられているため、有段式変速機構を構成する歯車の滑りなどを要因とした不可避的な動力損失が発生する。そのため、要求される制動力（制動パワー）を発生させるために、第２モータから出力するべき制動トルク（制動パワー）が小さくなり、第２モータによる発電量が低減する可能性がある。同様に、第２モータを駆動力源として駆動走行する場合に、第２モータの出力軸に生じる駆動パワーが駆動輪に伝達される過程で有段式変速機構により動力損失が生じる。そのため、要求駆動力（駆動パワー）を発生させるために、第２モータから出力するべき駆動トルク（駆動パワー）が大きくなり、第２モータに通電する電力消費量が増加する可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、駆動力源としてのモータと駆動輪との間でトルクを伝達する際における動力損失を低減することができるハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、複数の遊星歯車機構を有するとともに、前記複数の遊星歯車機構のうちの少なくともいずれか二つの回転要素を連結し、またはいずれかの回転要素を固定することにより所定の変速比を設定するように構成された変速機構と、前記変速機構の入力側に連結されたエンジンおよび発電機能を有するモータとを備えたハイブリッド車両の駆動装置において、前記変速機構の入力軸と、前記変速機構の出力軸とを、前記複数の遊星歯車機構を介することなくトルク伝達可能に連結するバイパス経路を備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、複数の遊星歯車機構を有する変速機構を介してエンジンやモータのトルクを伝達する経路を備えている。そのため、エンジンから動力を出力して走行する場合には、変速機構の変速比を制御してエンジンの運転点を燃費の良好な運転点などに設定することができる。また、変速機構を介さずにエンジンやモータのトルクを伝達するバイパス経路を備えている。そのため、モータから動力を出力する場合、あるいはモータを発電機として機能させる場合には、変速機構を介さずにバイパス経路を介してトルクを伝達することにより、モータと変速機構の出力軸との間で生じる動力損失を低減することができる。そのため、モータ駆動する際の電力消費量を低減することができ、またモータで発電する発電電力量を増加させることができる。

この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両の一例を模式的に示すブロック図である。 その自動変速機およびバイパス経路のギヤトレーンの一例を示すスケルトン図である。 他のバイパス経路を構成するギヤトレーンの一例を示すスケルトン図である。

この発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、エンジンとモータと変速機構とを備えている。その一例を図１に模式的に示してある。ここに示すハイブリッド車両１は、フロントエンジン・後輪駆動車（ＦＲ車）をベースとした四輪駆動車の例であり、車体の前方側にエンジン（Ｅ／Ｇ）２が車体の後方に向けて配置されており、そのエンジン２に続けてモータ（ＭＧ）３と自動変速機（Ａ／Ｔ）４とが順に配列されている。そして、エンジン２（より詳しくはエンジン２の出力軸）とモータ３（より詳しくはモータ３のロータ軸）とが自動変速機４の入力軸５に連結されている。なお、エンジン２とモータ３との間、あるいはモータ３と自動変速機４との間に、エンジン２のトルクの脈動を低減するためのバネダンパやトルクコンバータ（流体継手）を設けていてもよい。また、エンジン２とモータ３との間のトルクの伝達を遮断する発進クラッチを設けていてもよい。

エンジン２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関であり、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（アクセル開度）などの要求駆動力に応じてスロットル開度や燃料噴射量が制御されて要求駆動力に応じたトルクを出力するように構成されている。また、エンジン２は、燃料の供給を停止（フューエルカット：Ｆ／Ｃ）した状態で空転させることも可能である。その場合、ポンピングロスなどによる動力損失によって制動力（エンジンブレーキ力）が発生する。モータ３は、永久磁石式同期電動機などの発電機能のあるモータ（モータ・ジェネレータ：ＭＧ）である。

また、自動変速機４は、クラッチやブレーキなどの複数の係合機構を備え、それらの係合機構の係合および解放の状態に応じて、複数の前進段や後進段を設定できるいわゆる有段式の自動変速機である。図２にこの発明の実施形態として採用することのできる前進１０段の自動変速機をスケルトン図で示してある。

自動変速機４は、ラビニョ型の第１遊星歯車機構６と、シングルピニオン型の第２遊星歯車機構７と、シングルピニオン型の第３遊星歯車機構８とを主たる歯車機構として備えている。第１遊星歯車機構６は、二つのサンギヤＳ61，Ｓ62と、リングギヤＲ6と、サンギヤＳ61とリングギヤＲ6とに噛み合っている第１ピニオンギヤＰ61および第２サンギヤＳ62と第１ピニオンギヤＰ61とに噛み合っている第２ピニオンギヤＰ62を保持しているキャリヤＣ6とを、互いに差動作用を行う回転要素として備えている。その第１サンギヤＳ61を選択的に固定する第１ブレーキＢ1が設けられている。

第２遊星歯車機構７および第３遊星歯車機構８は上記の第１遊星歯車機構６と同一軸線上に配置されており、第２遊星歯車機構７は、サンギヤＳ7と、リングギヤＲ7と、これらのサンギヤＳ7およびリングギヤＲ7に噛み合っているピニオンギヤＰ7を保持しているキャリヤＣ7とを、互いに差動作用を行う回転要素として備えている。同様に、第３遊星歯車機構８は、サンギヤＳ8と、リングギヤＲ8と、これらのサンギヤＳ8およびリングギヤＲ8に噛み合っているピニオンギヤＰ8を保持しているキャリヤＣ8とを、互いに差動作用を行う回転要素として備えている。

第２遊星歯車機構７のサンギヤＳ7と第３遊星歯車機構８のサンギヤＳ8とは互いに一体化されており、これらのサンギヤＳ7，Ｓ8と前述した第１遊星歯車機構６におけるリングギヤＲ6を選択的に連結する第１クラッチＫ1が設けられている。また互いに一体化されているサンギヤＳ7，Ｓ8と第１遊星歯車機構６における第２サンギヤＳ62とを選択的に連結する第２クラッチＫ2が設けられている。さらに、第２遊星歯車機構７のリングギヤＲ7と第１遊星歯車機構６におけるリングギヤＲ6とを選択的に連結する第３クラッチＫ3が設けられている。この第２遊星歯車機構７のリングギヤＲ7の回転を選択的に止める第２ブレーキＢ2が設けられている。

そして、第１遊星歯車機構６におけるキャリヤＣ6および第３遊星歯車機構８におけるキャリヤＣ8が自動変速機４の入力軸５に連結されていて入力要素となっている。さらに、第２遊星歯車機構７のキャリヤＣ7が出力要素となっている。この出力要素である第２遊星歯車機構７のキャリヤＣ7と第３遊星歯車機構８のリングギヤＲ8とを選択的に連結する第４クラッチＫ4が設けられている。この第４クラッチＫ4が係合した場合には、第２遊星歯車機構７と第３遊星歯車機構８とは、それぞれ二つの回転要素同士が連結されることにより、差動作用を生じることなく一体となって回転する。

各クラッチＫ1～Ｋ4およびブレーキＢ1，Ｂ2のそれぞれは、例えば油圧によって係合および解放させられる摩擦式の係合機構であり、そのトルク容量（伝達するトルク）を連続的に変化させることができるように構成されている。

図２に示す上記の自動変速機４では、各クラッチＫ1～Ｋ3や各ブレーキＢ1，Ｂ2を制御することにより、１０段の前進段（１ｓｔ～１０ｔｈ）および後進段（Ｒｅｖ）を設定することができる。これらの係合機構を係合および解放させる制御は、従来知られている油圧制御装置（図示せず）によって行うことができ、またその油圧制御装置は電気的に制御することができる。その制御は、従来知られている変速制御と同様であり、アクセル開度と車速とに応じて各変速段の領域を定めた変速マップを予め用意し、アクセル開度と車速とが、各領域を定めている線（変速線）を横切って変化した場合に、変速が実行される。したがって、アクセル開度などの要求駆動力と車速もしくはこれに相当する回転部材の回転数とによって目標変速段が決まり、その目標変速段を設定するように各係合機構が係合および解放させられる。その変速制御は、変速段を１段ずつ変化させる制御だけでなく、２段以上離れた変速段へのいわゆる飛び変速や、飛び変速の際に中間の変速段（中間段）を経由して目標変速段を設定するいわゆる多重変速などの制御が可能である。

また、上記第１遊星歯車機構６、第２遊星歯車機構７、および第３遊星歯車機構８を介さずに、自動変速機４の入力軸５と出力軸９とをトルク伝達可能に連結するシングルピニオン型の第４遊星歯車機構１０が、各遊星歯車機構６，７，８と同一軸線上に設けられている。具体的には、自動変速機構４の入力軸５が各遊星歯車機構６，７，８を貫通して、第３遊星歯車機構８の出力側まで延出していて、その先端にサンギヤＳ10が連結され、サンギヤＳ10と同心円上にリングギヤＲ10が配置され、サンギヤＳ10およびリングギヤＲ10に噛み合うピニオンギヤＰ10を自転および公転可能に保持するキャリヤＣ10が、第２遊星歯車機構７のキャリヤＣ7に連結されるとともに、自動変速機構４の出力軸９に連結されている。また、リングギヤＲ10を選択的に固定する第３ブレーキＢ3が設けられている。

したがって、第３ブレーキＢ3を係合することにより、第４遊星歯車機構１０は、減速機として機能するとともに、各遊星歯車機構６，７，８を介することなく、入力軸５と出力軸９とを連結する。すなわち、第４遊星歯車機構１０が、この発明の実施形態における「バイパス経路」を構成している。なお、第３ブレーキＢ3を係合する場合には、自動変速機４をニュートラル状態とする。

図１に示す例では、上記の自動変速機４の出力軸９には、リヤプロペラシャフト１１を介してリヤデファレンシャルギヤ１２が連結されており、リヤデファレンシャルギヤ１２から駆動輪である左右の後輪１３に駆動トルクが伝達される。また、自動変速機４の出力側にトランスファ１４が設けられている。トランスファ１４は、自動変速機４から出力されたトルクの一部を前輪１５に伝達して四輪駆動状態を成立させるための機構であり、このトランスファ１４にはフロントプロペラシャフト１６が連結され、そのフロントプロペラシャフト１６が、駆動力を左右の前輪１５に伝達するためのフロントデファレンシャルギヤ１７に連結されている。

トランスファ１４は従来知られている構成のものを採用することができる。例えば、フロントプロペラシャフト１６にトルクを伝達する歯車列とトルクの伝達を選択的に遮断するクラッチ（それぞれ図示せず）からなるいわゆるパートタイム式のトランスファや、後輪１３と前輪１５との差動を許容しつつ常時トルクを後輪１３と前輪１５とに伝達するフルタイム式のトランスファ、さらには後輪１３と前輪１５との差動を選択的に制限できるフルタイム式のトランスファなどであってよい。また、トランスファ１４には、自動変速機４の出力軸９とプロペラシャフト１１との変速比を高低２段の変速比に切り替えることができる変速部を備えていてもよい。

モータ３は、蓄電池やキャパシターなどの蓄電装置（ＢＡＴＴ）１８に電気的に接続されている。したがって、モータ３を蓄電装置１８の電力によってモータとして機能させ、あるいはモータ３で発電した電力を蓄電装置１８に充電することが可能である。

上述したエンジン２、モータ３、自動変速機４、第４遊星歯車機構１０（または第３ブレーキＢ3）、ならびにトランスファ１４などを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１９が設けられている。このＥＣＵ１９はマイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されるデータおよび予め記憶しているデータに基づいて演算を行い、演算の結果を制御指令信号として出力するように構成されている。ＥＣＵ１９は、エンジン２などの上述した機器を制御するためのものであるから、エンジン用ＥＣＵやモータ用ＥＣＵならびに自動変速機用ＥＣＵなどを統合した制御装置であってもよく、あるいはこれらの各ＥＣＵに指令信号を出力する上位の制御装置であってもよい。

このＥＣＵ１９には、車速Ｖ、アクセル開度、蓄電装置１８の充電残量、エンジン回転数、ブレーキオン・オフ信号、入力軸５の回転数などが入力されている。また、制御指令信号として、モータ３の制御信号、エンジン２における電子スロットルバルブの開度信号、変速段制御信号、第３ブレーキＢ3の制御信号、トランスファ（Ｔｒ）１４の制御信号などが出力される。

上述したように構成されたハイブリッド車両１は、エンジン２、あるいはエンジン２とモータ３とから後輪１３や前輪１５にトルクを伝達するエンジン走行モードと、エンジン２への燃料の供給を停止してモータ３から後輪１３や前輪１５にトルクを伝達するＥＶ走行モードとの少なくとも二つの走行モードを設定することができる。

エンジン走行モードでは、エンジン２の燃費を良好とするために、自動変速機４の変速段を従来知られている変速制御と同様に設定する。すなわち、アクセル開度などに基づく要求駆動力と、車速とをパラメータとした変速マップを用意し、その変速マップに基づいて変速段を定めるように構成されている。その場合には、上記第３ブレーキ３を解放することにより、第４遊星歯車機構１０を介したエンジン２と後輪１３や前輪１５とのトルクの伝達が遮断され、自動変速機４を介してトルクが伝達される。なお、エンジン走行モードは、前進走行や後進走行以外に、例えば、エンジン２を連れ回すことによってエンジンブレーキを後輪１３や前輪１５に作用させる制動走行を含む。

ＥＶ走行モードは、モータ３と後輪１３や前輪１５との間でトルクを伝達するギヤの数を、エンジン走行モードよりも減少させるために、自動変速機４をニュートラルに設定するとともに、第３ブレーキＢ3を係合して、第４遊星歯車機構１０を介してモータ３と後輪１３や前輪１５とをトルク伝達可能に連結する。なお、ＥＶ走行モードは、前進走行や後進走行以外に、モータ３を発電機として機能させることにより、ハイブリッド車両１の運動エネルギーをモータ３によって電力に変換して蓄電装置１８を充電しつつ、モータ３による制動トルクを後輪１３や前輪１５に作用させて制動力を発生させる制動走行を含む。

上述したようにハイブリッド車両１の駆動装置を構成することにより、ＥＶ走行モードを設定して走行する場合に、モータ３と後輪１３や前輪１５との間でトルクを伝達するギヤの数を少なくすることができ、トルクを伝達するためにギヤで生じる滑りなどを要因としたエネルギー損失を低減することができる。すなわち、ＥＶ走行モードを設定して駆動走行する場合にモータ３によって出力するべき駆動トルクを低減できるため、モータ３に通電する電力量を低減することができる。同様に、ＥＶ走行モードを設定して制動走行する場合にも、モータ３から出力するべき制動トルクを大きくすることができるため、モータ３で回生するエネルギー量を増加させることができる。

なお、この発明の実施形態におけるバイパス経路は、図２に示す第４遊星歯車機構１０を備えたものに限らず、自動変速機４の入力軸５と出力軸９とを、自動変速機４を構成する各遊星歯車機構６，７，８を介さずにトルク伝達可能に連結する経路を形成することができればよい。その一例を図３に示してあり、図３に示す例では、自動変速機４の入力軸５にドライブギヤ２０が連結され、そのドライブギヤ２０がアイドラギヤ２１を介してドリブンギヤ２２に連結されている。同様に、自動変速機４の出力軸９にドライブギヤ２３が連結され、そのドライブギヤ２３がアイドラギヤ２４を介してドリブンギヤ２５に連結されている。そして、各ドリブンギヤ２２，２５を選択的に連結するバイパスクラッチＫ5が設けられている。なお、図３に示す例も、図２に示す例と同様に、バイパス経路を介して入力軸５と出力軸９とがトルクを伝達する場合に、入力軸５の回転数が出力軸９の回転数よりも高回転数となる減速比を形成するように構成されている。

図３に示すようにバイパス経路を形成した場合も、図２に示す例と同様に、エンジン走行モードでは、バイパスクラッチＫ5を解放し、かつ自動変速機４を所定の変速段に設定することにより、エンジン２から自動変速機４を介して後輪１３や前輪１５にトルクを伝達することができる。また、ＥＶ走行モードでは、自動変速機４をニュートラルに設定するとともに、バイパスクラッチＫ5を係合することにより、自動変速機４を介さずに、モータ３と後輪１３や前輪１５とをトルク伝達可能に連結することができる。そのため、ＥＶ走行モード時における電力消費量を低減することや、発電量を増加させることができる。

１ ハイブリッド車両
２ エンジン
３ モータ
４ 自動変速機
５ 入力軸
６，７，８，１０ 遊星歯車機構

Claims (1)

1. 複数の遊星歯車機構を有するとともに、前記複数の遊星歯車機構のうちの少なくともいずれか二つの回転要素を連結し、またはいずれかの回転要素を固定することにより所定の変速比を設定するように構成された変速機構と、前記変速機構の入力側に連結されたエンジンおよび発電機能を有するモータとを備えたハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記変速機構の入力軸と、前記変速機構の出力軸とを、前記複数の遊星歯車機構を介することなくトルク伝達可能に連結するバイパス経路を備えている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。

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