JP3593992B2 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パラレルハイブリッドとシリーズハイブリッドとに切替え可能なハイブリッド車両の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の装置としては、例えば、特開２０００−２０９７０６に記載のものが知られている。
【０００３】
上記出典には遊星ギヤ装置のキャリアにエンジン、サンギヤに電動機（発電機）、リングギヤに電動機および車軸を結合し、遊星ギヤ装置と電動機の間にクラッチを設けて両者の切り離しおよび結合を可能としている。また、クラッチを切り離したときにリングギヤを固定するブレーキを設けている。当該クラッチを締結し、当該ブレーキを開放することでパラレルハイブリッド車両の構成が実現され、当該クラッチを開放し、当該ブレーキでリングギヤを固定することでシリーズハイブリッド車両を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来例のハイブリッド車両の駆動装置は、遊星ギヤ装置と電動機の間にクラッチを設け、さらにリングギヤを固定するブレーキを設け、これら２つのクラッチとブレーキを油圧で断接して、パラレルハイブリッドとシリーズハイブリッドを切り替える構造となっているため、２つの油圧クラッチとブレーキを配置するため装置が大型化してしまう。
【０００５】
また、走行中、クラッチとブレーキが共に結合されてしまうと装置がロックしてしまうので、それを防止するためには、油圧回路にフェイルセーフ機能を持たせたり、複雑な制御を行ったりしければならない。
【０００６】
さらに、サンギヤに連結された電動機は主に発電機として作用し、電動機として作動できるのは高速運転時に限られてしまうので、発進時は車軸に連結された電動機のみで行わなければならず、十分な駆動力を得るためには容量の大きい電動機が必要になるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の技術的課題を鑑みてなされたものであり、パラレル式およびシリーズ式の両方の特徴を有するハイブリッド車両の駆動装置を比較的簡単な構造で提供することである。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、エンジン、発電機、駆動輪駆動用の電動機を有し、遊星ギヤ装置、出力ギヤを介してエンジンの出力の一部を前記発電機に、残りを前記駆動輪に出力するハイブリッド車両用駆動装置において、前記遊星ギヤ装置のキャリアを前記エンジンの出力軸に接続し、前記遊星ギヤ装置のサンギヤを前記発電機の回転軸に接続し、前記遊星ギヤ装置のリングギヤを、前記リングギヤから前記出力ギヤには回転を伝達するがその逆方向には回転を伝達しない一方向クラッチを介して前記出力ギヤに接続し、前記リングギヤの回転をケースに対して断接可能とするブレーキ手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、ブレーキ手段を油圧ブレーキで構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、ブレーキ手段を電磁ブレーキで構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、ブレーキ手段を前記リングギヤの回転を空転させる機能と前記リングギヤの前記ケースに対する回転を阻止する機能を持ち合わせたクラッチで構成としたことを特徴とするものである。
【００１２】
第５の発明は、第１から第４の発明において、エンジンの出力軸に逆転防止機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
第６の発明において、第１から第５の発明において、出力ギヤの回転軸上に逆転防止機構を介してオイルポンプを設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
第７の発明は、第１から５の発明において、発電機の回転軸上に第１の逆転防止機構を介してオイルポンプを設け、さらに出力ギヤの回転軸上に第２の逆転防止機構を介してオイルポンプを設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用及び効果】
本発明に係る駆動装置を備えたハイブリッド車両においては、エンジン停止時の車両の発進は、電動機の正転または逆転により行う。この時、発電機は作動せず停止状態にある。
【００１６】
エンジンの起動時には、遊星ギヤ装置のリングギヤの回転をケースに対して断接するブレーキ手段（摩擦ブレーキ等）を締結し、発電機をスタータとして作動させる。発電機（スタータ）の駆動力は遊星ギヤ装置を介してエンジンに伝達されエンジンが起動される。出力ギヤとリングギヤの間にはリングギヤから出力ギヤには回転を伝達するがその逆方向には回転を伝達しない一方向クラッチが配されているので、電動機で車両が走行中、リングギヤの回転がブレーキ手段の締結により固定されてもロックを生じることは無く、出力ギヤの回転が影響を受けることはない。
【００１７】
エンジン起動後、前記ブレーキ手段を締結状態のままにしておくと、エンジンの駆動力で発電機を駆動して発電することができ、それにより得られた電力で電動機を駆動するシリーズ走行が可能となる。発電機と電動機の容量を同程度とし、エンジンを最適効率状態で運転して発電し、得られた電力をバッテリを介さず直接電動機に供給することで、バッテリの低容量化、小型化がはかれる。また、エンジンからの車両駆動力のアシストなく電動機のみでの走行となるので、電動機を高負荷状態で運転することができ、電動機を効率のよい状態で運転することができる。
【００１８】
電動機のみでは走行に必要な駆動力を得ることができない場合には、前記ブレーキ手段を開放し、走行状態に応じてエンジンの出力と発電機の回転と吸収トルクを制御することにより、発電機と遊星ギヤ装置を無段変速機として作用させて、エンジン出力のうち発電に使った残りの出力を車両駆動力として駆動輪に伝達するパラレル走行が可能となる。電動機出力とエンジン出力の両方で駆動力を発生することができるので、シリーズ走行のみのハイブリッド車両用の駆動装置に対して、電動機の小型化を図ることができる。
【００１９】
また、上記シリーズおよびパラレルのいずれの走行においても、減速時には、電動機を発電機として作動させることで、減速エネルギを回生電力としてバッテリに充電することができる。
【００２０】
このように、本発明によれば、上記ブレーキ手段のみを断接することでシリーズ走行とパラレル走行を切り替えることができ、シリーズ式とパラレル式の両方の特徴を生かしたハイブリッド車両の駆動装置を複雑な制御を必要とせず、また装置を大型化することなく比較的簡単な構造で実現することができる。
【００２１】
なお、上記ブレーキ手段を油圧ブレーキで構成することができ（第２の発明）、この場合、オイルポンプにより発生した油圧により油圧ブレーキの締結、開放を行う。また、上記ブレーキ手段を電磁ブレーキで構成することもでき（第３の発明）、この場合、ブレーキの締結、開放は電磁ブレーキに供給する電力を制御することによって行う。したがって、高圧の油圧ポンプは必要としなくなるという利点がある。
【００２２】
さらに、上記ブレーキ手段を双方向クラッチで構成することもできる（第４の発明）。この場合、エンジン始動時の回転拘束方向とシリーズ運転時の回転拘束方向およびパラレル運転時のニュートラル（開放）状態を電気アクチュエータにより切り替える。よって、高圧の油圧ポンプを必要としないだけでなく、回転拘束も機械的に行なわれるので、回転拘束時にも電力を必要としなくなって消費電力が抑えられるという利点がある。
【００２３】
また、第５の発明によると、エンジンの出力軸に逆転防止機構（例えば、逆転防止一方向クラッチ）をケースとの間に挿入したことにより、エンジン停止時にエンジンを逆回転させることなく発電機を電動機として作動させることができ、２つの電動機から駆動力を得ることが可能となるので電気自動車としての走行性能を向上することができる。
【００２４】
また、第６の発明によると、各回転要素の潤滑のため、上記ブレーキ手段を油圧ブレーキとした場合はさらにその作動のためのオイルポンプを出力ギヤの回転軸上に設けることができる。これにより、オイルポンプをエンジン停止時には電動機で、エンジン運転時にはエンジンで駆動することができ、新たなオイルポンプの駆動源を必要としない。また、出力ギヤ軸とオイルポンプの間には逆転防止機構（例えば、逆転防止一方向クラッチ）が介装されているので、後退時にオイルポンプが逆方向に駆動されるのを防止することができる。
【００２５】
また、第７の発明によると、上記ブレーキ手段を油圧ブレーキとした場合に、発電機の回転軸上に逆転防止一方向クラッチ等の逆転防止機構を介してこの油圧ブレーキを作動させるためのオイルポンプを設け、さらに前記出力ギヤの回転軸に逆転防止機構を介して各回転要素の潤滑のためのオイルポンプを設けることができる。これにより、電動機で走行時にエンジンを始動する場合、発電機を電動機として用いることでオイルポンプを駆動できるため、電動機の走行駆動力を減じることがなくなる。また、潤滑用のオイルポンプは、出力ギヤの回転軸上に配されているので、車両の走行とともに当該オイルポンプも駆動され、潤滑油を各回転要素（潤滑部位）に送ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る駆動装置を前輪駆動型ハイブリッド車に適用した例であり、図中１はエンジン、２は遊星ギヤ装置、３は発電機、４は駆動ないし回生用の電動機、８Ｒ、８Ｌは駆動輪（前輪）である。
【００２８】
エンジン１の出力軸１ａは遊星ギヤ装置２の遊星ギヤ２Ｐを支持するキャリア２Ｃに連結されており、遊星ギヤ装置２のサンギヤ２Ｓには発電機３が連結されている。また、遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒにはその回転をケース９に対して断接するブレーキ手段としてのブレーキ１０が設けられており、ブレーキ１０を締結することによってリングギヤ２Ｒとケース９との相対回転を規制することができる。
【００２９】
また、リングギヤ２Ｒは回転伝達方向規制手段としての一方向クラッチ１１を介して出力ギヤ５ａに連結されている。この一方向クラッチ１１を介装することにより、リングギヤ２Ｒから出力ギヤ５ａには回転が伝達されるが、その逆方向には回転が伝達されなくなる。
【００３０】
出力ギヤ５ａに伝達されたエンジン１からの駆動力は、アイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。また、電動機４からの駆動力も電動機出力ギヤ５ｃからアイドラギヤ５ｂに伝達され、以下同経路を通って駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。
【００３１】
発電機３および電動機４は、図示しないコントローラにより各ドライバ回路を介して制御される。コントローラには、車速信号、エンジン回転速度信号、スロットル開度信号、バッテリＳＯＣ（充電状態）信号、ブレーキ信号、シフトレバー位置信号、バックライト信号等が入力される。
【００３２】
次に具体的な制御内容及びその作用について説明する。
【００３３】
発進時には、シフトレバー位置信号、バックライト信号から車両の前進するか後退するかを判断し、所望の方向に電動機４を作動させる。電動機４による駆動力は、電動機出力ギヤ５ｃ、アイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを通じて左右駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。この時、発電機３は作動せず停止している。
【００３４】
エンジン１の始動は、発電機３をスタータとして作動させることにより行う。前記ブレーキ１０を締結して発電機３を電動機として作動させると、それによる駆動力が遊星ギヤ装置２によって減速され、キャリア２Ｃ、エンジン出力軸１ａを介してエンジン１に伝達され、エンジン１が始動される。エンジン１の始動は、車両停止時にもまた電動機４による走行時にも同様の作動で行うことができる。
【００３５】
エンジン始動後、電動機４のみの駆動力で走行可能な間は、ブレーキ１０の締結を維持し、車速信号、電動機４の出力、スロットル開度信号、バッテリＳＯＣ信号から判断して、エンジン１を最適効率状態で運転し、その駆動力で、発電機３により発電する。得られた電力は、バッテリ（図示せず）を介することなく、直接、電動機４に供給される。この時、余分な電力は、バッテリに蓄えられるように制御される。
【００３６】
一方、電動機４のみでは走行に必要な駆動力を賄いきれなくなったときには、ブレーキ１０を開放し、車速信号、電動機４の出力、スロットル開度信号、エンジン回転速度信号、バッテリＳＯＣ信号から判断して、エンジン１を最適効率状態で運転しつつ、その駆動力の一部で、発電機３により発電する。この時、残った駆動力が、遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒから出力ギヤ５ａに伝達され、アイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。また、電動機４の駆動力も電動機出力ギヤ５ｃからアイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。よって、駆動輪８Ｒ、８Ｌはエンジン１、電動機４の双方によって駆動されることになり、車両走行に必要な大きな駆動力を得ることができる。
【００３７】
なお、上記いずれの走行状態においても、減速時には電動機４を発電機として作用させ、減速エネルギを回生し、その電力をバッテリに充電するものとする。
【００３８】
以上説明してきたように、本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置にあっては、シリーズとパラレルの両走行モードが可能なハイブリッド車両用駆動装置を複雑な制御を必要とせず、比較的簡単な構造で得ることができ、従来技術において必要されていたような車両がロックするのを防止するためのフェイルセーフ機能も不要になる。また、ＥＶモード走行時に発電機が連れまわることがないので、発電機によるパワーロスが発生しないという利点もある。
【００３９】
さらに、走行状態に応じてシリーズとパラレルの走行モードを切り替えることにより、エンジンと電動機を効率よく運転することができ、燃費の向上が図れる。また、シリーズ方式とパラレル方式の両方の特徴を生かすことができるので、電動機あるいはバッテリの小容量化や小型化が図れるという利点もある。
【００４０】
なお、上記ブレーキ１０は油圧ブレーキで構成することができ、この場合、ブレーキ１０の締結、開放は、オイルポンプにより発生した油圧により行われる。また、ブレーキ１０は電磁ブレーキで構成することもでき、この場合、ブレーキ１０の締結、開放はブレーキ１０に供給される電力を制御することによって行われる。ブレーキ１０を油圧ブレーキではなく電磁ブレーキで構成すれば、高圧の油圧ポンプが不要になるという利点がある。
【００４１】
さらに、図２に示すように、ブレーキ１０に代えて前記リングギヤの回転を空転させる機能と前記リングギヤの前記ケースに対する回転を阻止する機能を持ち合わせたクラッチ１６で構成することもできる。以下、例えば特開平１１−１５９５４４号公報に記載の電磁式メカニカルクラッチのような双方向クラッチを利用した場合について説明をする。
【００４２】
双方向クラッチは、図３に示すように、ローラ５０、保持器５１、連結部材５７、アウターレース９１、インナーレース９２とを有し、電磁コイルの励磁によってアウターレース９１とインナーレース９２の締結状態、解放状態を選択する。本構造においては、アウターレース９１がケース９に固定され、インナーレース９２が遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒに連結されている。
【００４３】
電磁コイルが非励磁のときには、連結部材５７は図３（Ａ）のように、保持器５１の切り欠き５１Ａ、５１Ａの中間に位置する。この中間位置では、ローラ５０はアウターレース９１と接触しておらず、アウターレース９１とインナーレース９２は相対回転可能となり、遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒがケース９に対して解放状態となる。
【００４４】
一方、電磁コイルが励磁されると、図３に示すように、インナーレース９２が図中時計回りに回転している場合、電磁コイルの励磁によって連結部材５７が反時計回りに回動して、図３（Ｂ）のように、凸部５７Ａが保持器５１の切り欠き５１Ａを反時計回りに押圧する。
【００４５】
保持器５１の反時計回りへの回動によって、ローラ５０は、図３（Ｂ）に示すように、インナーレース９２外周の平面上で、中央部から反時計方向にずれた平面へ向けて転動し、ローラ５０がアウターレース９１と接触すると、インナーレース９２の回転によってローラ５０は、インナーレース９２とアウターレース９１に挟まれて、インナーレース９２とアウターレース９１（ケース９）が締結状態なり、遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒにブレーキがかかった状態となる。
【００４６】
つまり、エンジン始動時の回転拘束方向とシリーズ運転時の回転拘束方向およびパラレル運転時のニュートラル（開放）状態が電磁コイルの励磁状態（電気アクチュエータ）により切り替えられる。これにより、高圧の油圧ポンプが不要になることに加え、回転拘束も機械的に行なわれるので、回転拘束時にも電力を必要としなくなるという利点がある。
【００４７】
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４８】
図４は本発明の第２の実施形態を示したものであり、エンジン出力軸１ａとケース９の間に、エンジン出力軸１ａのエンジン回転方向の回転のみを許容する逆転防止一方向クラッチ１２（逆転防止機構）を介装した点で第１の実施形態と相違する。他の構成は第１の実施形態と略同じであり、同一の構成には同一の引用符号を付してある。
【００４９】
このような逆転防止一方向クラッチ１２を設けたことにより、エンジン停止時に発電機３を電動機として逆回転させると、キャリア２Ｃ及びエンジン出力軸１ａがケース９に対して回転しなくなり、エンジン１を逆回転させることなく電動機３の駆動トルクがサンギヤ２Ｓ、遊星ギヤ２Ｐ、リングギヤ２Ｒを介して出力ギヤ５ａに伝達され、アイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。
【００５０】
また、電動機４の駆動力も電動機出力ギヤ５ｃからアイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。
【００５１】
このように、本実施形態では２つの電動機の駆動力を同時に駆動輪に伝達することができ、先の実施形態の効果に加え、電気自動車としての動力性能を向上できるという効果がある。
【００５２】
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５３】
図５は本発明の第３の実施形態を示したものである。各回転要素への潤滑油を供給したり、ブレーキ１０を油圧ブレーキとした場合に当該ブレーキ１０の作動に必要な油圧を供給したりするのに用いられるオイルポンプ１３が出力ギヤ５ａの回転軸１４上に逆転防止一方向クラッチ１３ａ（逆転防止機構）を介して設置されている点で第１の実施形態と相違する。他の構成は第１の実施形態と略同じであり、同一の構成には同一の引用符号を付してある。
【００５４】
このオイルポンプ１３は、エンジン１を停止し電動機４で走行する時には電動機４によって駆動され、エンジン１で走行する時にはエンジン１で駆動される。
【００５５】
したがって、本実施形態では、上記実施形態の効果に加え、オイルポンプの駆動源を別途設ける必要がないという利点がある。また、出力ギヤ軸１４とオイルポンプ１３の間に逆転防止一方向クラッチ１３ａが設けられているので、車両後退時にオイルポンプ１３が逆転されるのを防止できる。
【００５６】
続いて、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００５７】
図６は本発明の第４の実施形態を示したものである。ブレーキ１０が油圧ブレーキで構成され、発電機３の回転軸３ａに逆転防止一方向クラッチ１５ａ（逆転防止機構）を介してブレーキ１０を作動させるための高圧オイルポンプ１５が設置され、さらに前記出力ギヤ軸１４に逆転防止機構としての逆転防止一方向クラッチ１３ａを介して各回転要素の潤滑のための低圧オイルポンプ１３が設置されている点が第１の実施形態と相違する。その他の構成は第１の実施形態と略同じであり、同一の構成には同一の引用符号を付してある。
【００５８】
この実施形態では、電動機４で走行時にエンジン１を始動する場合、発電機３を電動機としてオイルポンプ１５が駆動され、それにより発生した油圧で油圧ブレーキ１０が締結される。一方、出力ギヤ５ａの回転軸１４の上に設置された潤滑用のオイルポンプ１３は、車両の走行に伴い駆動され、潤滑油が各回転要素に送られる。
【００５９】
したがって、この実施形態では、電動機４で走行時にエンジン１を始動する際に、発電機３を電動機として用いることでオイルポンプ１５を駆動でき、電動機４で走行中にエンジン１を始動する場合であっても電動機４による走行駆動力を減じることがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る前輪駆動型ハイブリッド車両用駆動装置の概略構成図である（第１の実施形態）。
【図２】第１の実施形態の変形例（双方向クラッチを用いた例）を示した図である。
【図３】双方向クラッチの作動を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示した図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示した図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を示したものである。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ エンジンの出力軸
２ 遊星ギヤ装置
２Ｓ サンギヤ
２Ｐ 遊星ギヤ
２Ｃ キャリア
２Ｒ リングギヤ
３ 発電機
３ａ 発電機回転軸
４ 電動機
５ａ 出力ギヤ
５ｂ アイドラギヤ
５ｃ 電動機出力ギヤ
６ ファイナルギヤ
６ａ ファイナルピニオン
６ｂ ファイナルリングギヤ
７Ｌ、７Ｒ 前輪左右ドライブシャフト
８Ｌ、８Ｒ 前輪左右輪
９ ケース
１０ ブレーキ（油圧ブレーキあるいは電磁ブレーキ）
１１ 一方向クラッチ
１２ エンジン逆転防止一方向クラッチ
１３ オイルポンプ
１３ａ オイルポンプ逆転防止一方向クラッチ
１４ 出力ギヤ軸
１５ オイルポンプ
１５ａ オイルポンプ逆転防止一方向クラッチ
１６ 双方向クラッチ
５０ ローラ
５１ 保持器
５７ 連結部材
９１ アウターレース
９２ インナーレース
【産業上の利用分野】
本発明は、パラレルハイブリッドとシリーズハイブリッドとに切替え可能なハイブリッド車両の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の装置としては、例えば、特開２０００−２０９７０６に記載のものが知られている。
【０００３】
上記出典には遊星ギヤ装置のキャリアにエンジン、サンギヤに電動機（発電機）、リングギヤに電動機および車軸を結合し、遊星ギヤ装置と電動機の間にクラッチを設けて両者の切り離しおよび結合を可能としている。また、クラッチを切り離したときにリングギヤを固定するブレーキを設けている。当該クラッチを締結し、当該ブレーキを開放することでパラレルハイブリッド車両の構成が実現され、当該クラッチを開放し、当該ブレーキでリングギヤを固定することでシリーズハイブリッド車両を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来例のハイブリッド車両の駆動装置は、遊星ギヤ装置と電動機の間にクラッチを設け、さらにリングギヤを固定するブレーキを設け、これら２つのクラッチとブレーキを油圧で断接して、パラレルハイブリッドとシリーズハイブリッドを切り替える構造となっているため、２つの油圧クラッチとブレーキを配置するため装置が大型化してしまう。
【０００５】
また、走行中、クラッチとブレーキが共に結合されてしまうと装置がロックしてしまうので、それを防止するためには、油圧回路にフェイルセーフ機能を持たせたり、複雑な制御を行ったりしければならない。
【０００６】
さらに、サンギヤに連結された電動機は主に発電機として作用し、電動機として作動できるのは高速運転時に限られてしまうので、発進時は車軸に連結された電動機のみで行わなければならず、十分な駆動力を得るためには容量の大きい電動機が必要になるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の技術的課題を鑑みてなされたものであり、パラレル式およびシリーズ式の両方の特徴を有するハイブリッド車両の駆動装置を比較的簡単な構造で提供することである。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、エンジン、発電機、駆動輪駆動用の電動機を有し、遊星ギヤ装置、出力ギヤを介してエンジンの出力の一部を前記発電機に、残りを前記駆動輪に出力するハイブリッド車両用駆動装置において、前記遊星ギヤ装置のキャリアを前記エンジンの出力軸に接続し、前記遊星ギヤ装置のサンギヤを前記発電機の回転軸に接続し、前記遊星ギヤ装置のリングギヤを、前記リングギヤから前記出力ギヤには回転を伝達するがその逆方向には回転を伝達しない一方向クラッチを介して前記出力ギヤに接続し、前記リングギヤの回転をケースに対して断接可能とするブレーキ手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、ブレーキ手段を油圧ブレーキで構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、ブレーキ手段を電磁ブレーキで構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、ブレーキ手段を前記リングギヤの回転を空転させる機能と前記リングギヤの前記ケースに対する回転を阻止する機能を持ち合わせたクラッチで構成としたことを特徴とするものである。
【００１２】
第５の発明は、第１から第４の発明において、エンジンの出力軸に逆転防止機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
第６の発明において、第１から第５の発明において、出力ギヤの回転軸上に逆転防止機構を介してオイルポンプを設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
第７の発明は、第１から５の発明において、発電機の回転軸上に第１の逆転防止機構を介してオイルポンプを設け、さらに出力ギヤの回転軸上に第２の逆転防止機構を介してオイルポンプを設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用及び効果】
本発明に係る駆動装置を備えたハイブリッド車両においては、エンジン停止時の車両の発進は、電動機の正転または逆転により行う。この時、発電機は作動せず停止状態にある。
【００１６】
エンジンの起動時には、遊星ギヤ装置のリングギヤの回転をケースに対して断接するブレーキ手段（摩擦ブレーキ等）を締結し、発電機をスタータとして作動させる。発電機（スタータ）の駆動力は遊星ギヤ装置を介してエンジンに伝達されエンジンが起動される。出力ギヤとリングギヤの間にはリングギヤから出力ギヤには回転を伝達するがその逆方向には回転を伝達しない一方向クラッチが配されているので、電動機で車両が走行中、リングギヤの回転がブレーキ手段の締結により固定されてもロックを生じることは無く、出力ギヤの回転が影響を受けることはない。
【００１７】
エンジン起動後、前記ブレーキ手段を締結状態のままにしておくと、エンジンの駆動力で発電機を駆動して発電することができ、それにより得られた電力で電動機を駆動するシリーズ走行が可能となる。発電機と電動機の容量を同程度とし、エンジンを最適効率状態で運転して発電し、得られた電力をバッテリを介さず直接電動機に供給することで、バッテリの低容量化、小型化がはかれる。また、エンジンからの車両駆動力のアシストなく電動機のみでの走行となるので、電動機を高負荷状態で運転することができ、電動機を効率のよい状態で運転することができる。
【００１８】
電動機のみでは走行に必要な駆動力を得ることができない場合には、前記ブレーキ手段を開放し、走行状態に応じてエンジンの出力と発電機の回転と吸収トルクを制御することにより、発電機と遊星ギヤ装置を無段変速機として作用させて、エンジン出力のうち発電に使った残りの出力を車両駆動力として駆動輪に伝達するパラレル走行が可能となる。電動機出力とエンジン出力の両方で駆動力を発生することができるので、シリーズ走行のみのハイブリッド車両用の駆動装置に対して、電動機の小型化を図ることができる。
【００１９】
また、上記シリーズおよびパラレルのいずれの走行においても、減速時には、電動機を発電機として作動させることで、減速エネルギを回生電力としてバッテリに充電することができる。
【００２０】
このように、本発明によれば、上記ブレーキ手段のみを断接することでシリーズ走行とパラレル走行を切り替えることができ、シリーズ式とパラレル式の両方の特徴を生かしたハイブリッド車両の駆動装置を複雑な制御を必要とせず、また装置を大型化することなく比較的簡単な構造で実現することができる。
【００２１】
なお、上記ブレーキ手段を油圧ブレーキで構成することができ（第２の発明）、この場合、オイルポンプにより発生した油圧により油圧ブレーキの締結、開放を行う。また、上記ブレーキ手段を電磁ブレーキで構成することもでき（第３の発明）、この場合、ブレーキの締結、開放は電磁ブレーキに供給する電力を制御することによって行う。したがって、高圧の油圧ポンプは必要としなくなるという利点がある。
【００２２】
さらに、上記ブレーキ手段を双方向クラッチで構成することもできる（第４の発明）。この場合、エンジン始動時の回転拘束方向とシリーズ運転時の回転拘束方向およびパラレル運転時のニュートラル（開放）状態を電気アクチュエータにより切り替える。よって、高圧の油圧ポンプを必要としないだけでなく、回転拘束も機械的に行なわれるので、回転拘束時にも電力を必要としなくなって消費電力が抑えられるという利点がある。
【００２３】
また、第５の発明によると、エンジンの出力軸に逆転防止機構（例えば、逆転防止一方向クラッチ）をケースとの間に挿入したことにより、エンジン停止時にエンジンを逆回転させることなく発電機を電動機として作動させることができ、２つの電動機から駆動力を得ることが可能となるので電気自動車としての走行性能を向上することができる。
【００２４】
また、第６の発明によると、各回転要素の潤滑のため、上記ブレーキ手段を油圧ブレーキとした場合はさらにその作動のためのオイルポンプを出力ギヤの回転軸上に設けることができる。これにより、オイルポンプをエンジン停止時には電動機で、エンジン運転時にはエンジンで駆動することができ、新たなオイルポンプの駆動源を必要としない。また、出力ギヤ軸とオイルポンプの間には逆転防止機構（例えば、逆転防止一方向クラッチ）が介装されているので、後退時にオイルポンプが逆方向に駆動されるのを防止することができる。
【００２５】
また、第７の発明によると、上記ブレーキ手段を油圧ブレーキとした場合に、発電機の回転軸上に逆転防止一方向クラッチ等の逆転防止機構を介してこの油圧ブレーキを作動させるためのオイルポンプを設け、さらに前記出力ギヤの回転軸に逆転防止機構を介して各回転要素の潤滑のためのオイルポンプを設けることができる。これにより、電動機で走行時にエンジンを始動する場合、発電機を電動機として用いることでオイルポンプを駆動できるため、電動機の走行駆動力を減じることがなくなる。また、潤滑用のオイルポンプは、出力ギヤの回転軸上に配されているので、車両の走行とともに当該オイルポンプも駆動され、潤滑油を各回転要素（潤滑部位）に送ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る駆動装置を前輪駆動型ハイブリッド車に適用した例であり、図中１はエンジン、２は遊星ギヤ装置、３は発電機、４は駆動ないし回生用の電動機、８Ｒ、８Ｌは駆動輪（前輪）である。
【００２８】
エンジン１の出力軸１ａは遊星ギヤ装置２の遊星ギヤ２Ｐを支持するキャリア２Ｃに連結されており、遊星ギヤ装置２のサンギヤ２Ｓには発電機３が連結されている。また、遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒにはその回転をケース９に対して断接するブレーキ手段としてのブレーキ１０が設けられており、ブレーキ１０を締結することによってリングギヤ２Ｒとケース９との相対回転を規制することができる。
【００２９】
また、リングギヤ２Ｒは回転伝達方向規制手段としての一方向クラッチ１１を介して出力ギヤ５ａに連結されている。この一方向クラッチ１１を介装することにより、リングギヤ２Ｒから出力ギヤ５ａには回転が伝達されるが、その逆方向には回転が伝達されなくなる。
【００３０】
出力ギヤ５ａに伝達されたエンジン１からの駆動力は、アイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。また、電動機４からの駆動力も電動機出力ギヤ５ｃからアイドラギヤ５ｂに伝達され、以下同経路を通って駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。
【００３１】
発電機３および電動機４は、図示しないコントローラにより各ドライバ回路を介して制御される。コントローラには、車速信号、エンジン回転速度信号、スロットル開度信号、バッテリＳＯＣ（充電状態）信号、ブレーキ信号、シフトレバー位置信号、バックライト信号等が入力される。
【００３２】
次に具体的な制御内容及びその作用について説明する。
【００３３】
発進時には、シフトレバー位置信号、バックライト信号から車両の前進するか後退するかを判断し、所望の方向に電動機４を作動させる。電動機４による駆動力は、電動機出力ギヤ５ｃ、アイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを通じて左右駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。この時、発電機３は作動せず停止している。
【００３４】
エンジン１の始動は、発電機３をスタータとして作動させることにより行う。前記ブレーキ１０を締結して発電機３を電動機として作動させると、それによる駆動力が遊星ギヤ装置２によって減速され、キャリア２Ｃ、エンジン出力軸１ａを介してエンジン１に伝達され、エンジン１が始動される。エンジン１の始動は、車両停止時にもまた電動機４による走行時にも同様の作動で行うことができる。
【００３５】
エンジン始動後、電動機４のみの駆動力で走行可能な間は、ブレーキ１０の締結を維持し、車速信号、電動機４の出力、スロットル開度信号、バッテリＳＯＣ信号から判断して、エンジン１を最適効率状態で運転し、その駆動力で、発電機３により発電する。得られた電力は、バッテリ（図示せず）を介することなく、直接、電動機４に供給される。この時、余分な電力は、バッテリに蓄えられるように制御される。
【００３６】
一方、電動機４のみでは走行に必要な駆動力を賄いきれなくなったときには、ブレーキ１０を開放し、車速信号、電動機４の出力、スロットル開度信号、エンジン回転速度信号、バッテリＳＯＣ信号から判断して、エンジン１を最適効率状態で運転しつつ、その駆動力の一部で、発電機３により発電する。この時、残った駆動力が、遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒから出力ギヤ５ａに伝達され、アイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。また、電動機４の駆動力も電動機出力ギヤ５ｃからアイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。よって、駆動輪８Ｒ、８Ｌはエンジン１、電動機４の双方によって駆動されることになり、車両走行に必要な大きな駆動力を得ることができる。
【００３７】
なお、上記いずれの走行状態においても、減速時には電動機４を発電機として作用させ、減速エネルギを回生し、その電力をバッテリに充電するものとする。
【００３８】
以上説明してきたように、本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置にあっては、シリーズとパラレルの両走行モードが可能なハイブリッド車両用駆動装置を複雑な制御を必要とせず、比較的簡単な構造で得ることができ、従来技術において必要されていたような車両がロックするのを防止するためのフェイルセーフ機能も不要になる。また、ＥＶモード走行時に発電機が連れまわることがないので、発電機によるパワーロスが発生しないという利点もある。
【００３９】
さらに、走行状態に応じてシリーズとパラレルの走行モードを切り替えることにより、エンジンと電動機を効率よく運転することができ、燃費の向上が図れる。また、シリーズ方式とパラレル方式の両方の特徴を生かすことができるので、電動機あるいはバッテリの小容量化や小型化が図れるという利点もある。
【００４０】
なお、上記ブレーキ１０は油圧ブレーキで構成することができ、この場合、ブレーキ１０の締結、開放は、オイルポンプにより発生した油圧により行われる。また、ブレーキ１０は電磁ブレーキで構成することもでき、この場合、ブレーキ１０の締結、開放はブレーキ１０に供給される電力を制御することによって行われる。ブレーキ１０を油圧ブレーキではなく電磁ブレーキで構成すれば、高圧の油圧ポンプが不要になるという利点がある。
【００４１】
さらに、図２に示すように、ブレーキ１０に代えて前記リングギヤの回転を空転させる機能と前記リングギヤの前記ケースに対する回転を阻止する機能を持ち合わせたクラッチ１６で構成することもできる。以下、例えば特開平１１−１５９５４４号公報に記載の電磁式メカニカルクラッチのような双方向クラッチを利用した場合について説明をする。
【００４２】
双方向クラッチは、図３に示すように、ローラ５０、保持器５１、連結部材５７、アウターレース９１、インナーレース９２とを有し、電磁コイルの励磁によってアウターレース９１とインナーレース９２の締結状態、解放状態を選択する。本構造においては、アウターレース９１がケース９に固定され、インナーレース９２が遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒに連結されている。
【００４３】
電磁コイルが非励磁のときには、連結部材５７は図３（Ａ）のように、保持器５１の切り欠き５１Ａ、５１Ａの中間に位置する。この中間位置では、ローラ５０はアウターレース９１と接触しておらず、アウターレース９１とインナーレース９２は相対回転可能となり、遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒがケース９に対して解放状態となる。
【００４４】
一方、電磁コイルが励磁されると、図３に示すように、インナーレース９２が図中時計回りに回転している場合、電磁コイルの励磁によって連結部材５７が反時計回りに回動して、図３（Ｂ）のように、凸部５７Ａが保持器５１の切り欠き５１Ａを反時計回りに押圧する。
【００４５】
保持器５１の反時計回りへの回動によって、ローラ５０は、図３（Ｂ）に示すように、インナーレース９２外周の平面上で、中央部から反時計方向にずれた平面へ向けて転動し、ローラ５０がアウターレース９１と接触すると、インナーレース９２の回転によってローラ５０は、インナーレース９２とアウターレース９１に挟まれて、インナーレース９２とアウターレース９１（ケース９）が締結状態なり、遊星ギヤ装置２のリングギヤ２Ｒにブレーキがかかった状態となる。
【００４６】
つまり、エンジン始動時の回転拘束方向とシリーズ運転時の回転拘束方向およびパラレル運転時のニュートラル（開放）状態が電磁コイルの励磁状態（電気アクチュエータ）により切り替えられる。これにより、高圧の油圧ポンプが不要になることに加え、回転拘束も機械的に行なわれるので、回転拘束時にも電力を必要としなくなるという利点がある。
【００４７】
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４８】
図４は本発明の第２の実施形態を示したものであり、エンジン出力軸１ａとケース９の間に、エンジン出力軸１ａのエンジン回転方向の回転のみを許容する逆転防止一方向クラッチ１２（逆転防止機構）を介装した点で第１の実施形態と相違する。他の構成は第１の実施形態と略同じであり、同一の構成には同一の引用符号を付してある。
【００４９】
このような逆転防止一方向クラッチ１２を設けたことにより、エンジン停止時に発電機３を電動機として逆回転させると、キャリア２Ｃ及びエンジン出力軸１ａがケース９に対して回転しなくなり、エンジン１を逆回転させることなく電動機３の駆動トルクがサンギヤ２Ｓ、遊星ギヤ２Ｐ、リングギヤ２Ｒを介して出力ギヤ５ａに伝達され、アイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。
【００５０】
また、電動機４の駆動力も電動機出力ギヤ５ｃからアイドラギヤ５ｂ、ファイナルピニオン６ａ、ファイナルリングギヤ６ｂ及びドライブシャフト７Ｒ、７Ｌを介して駆動輪８Ｒ、８Ｌに伝達される。
【００５１】
このように、本実施形態では２つの電動機の駆動力を同時に駆動輪に伝達することができ、先の実施形態の効果に加え、電気自動車としての動力性能を向上できるという効果がある。
【００５２】
続いて、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５３】
図５は本発明の第３の実施形態を示したものである。各回転要素への潤滑油を供給したり、ブレーキ１０を油圧ブレーキとした場合に当該ブレーキ１０の作動に必要な油圧を供給したりするのに用いられるオイルポンプ１３が出力ギヤ５ａの回転軸１４上に逆転防止一方向クラッチ１３ａ（逆転防止機構）を介して設置されている点で第１の実施形態と相違する。他の構成は第１の実施形態と略同じであり、同一の構成には同一の引用符号を付してある。
【００５４】
このオイルポンプ１３は、エンジン１を停止し電動機４で走行する時には電動機４によって駆動され、エンジン１で走行する時にはエンジン１で駆動される。
【００５５】
したがって、本実施形態では、上記実施形態の効果に加え、オイルポンプの駆動源を別途設ける必要がないという利点がある。また、出力ギヤ軸１４とオイルポンプ１３の間に逆転防止一方向クラッチ１３ａが設けられているので、車両後退時にオイルポンプ１３が逆転されるのを防止できる。
【００５６】
続いて、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００５７】
図６は本発明の第４の実施形態を示したものである。ブレーキ１０が油圧ブレーキで構成され、発電機３の回転軸３ａに逆転防止一方向クラッチ１５ａ（逆転防止機構）を介してブレーキ１０を作動させるための高圧オイルポンプ１５が設置され、さらに前記出力ギヤ軸１４に逆転防止機構としての逆転防止一方向クラッチ１３ａを介して各回転要素の潤滑のための低圧オイルポンプ１３が設置されている点が第１の実施形態と相違する。その他の構成は第１の実施形態と略同じであり、同一の構成には同一の引用符号を付してある。
【００５８】
この実施形態では、電動機４で走行時にエンジン１を始動する場合、発電機３を電動機としてオイルポンプ１５が駆動され、それにより発生した油圧で油圧ブレーキ１０が締結される。一方、出力ギヤ５ａの回転軸１４の上に設置された潤滑用のオイルポンプ１３は、車両の走行に伴い駆動され、潤滑油が各回転要素に送られる。
【００５９】
したがって、この実施形態では、電動機４で走行時にエンジン１を始動する際に、発電機３を電動機として用いることでオイルポンプ１５を駆動でき、電動機４で走行中にエンジン１を始動する場合であっても電動機４による走行駆動力を減じることがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る前輪駆動型ハイブリッド車両用駆動装置の概略構成図である（第１の実施形態）。
【図２】第１の実施形態の変形例（双方向クラッチを用いた例）を示した図である。
【図３】双方向クラッチの作動を説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示した図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示した図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を示したものである。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ エンジンの出力軸
２ 遊星ギヤ装置
２Ｓ サンギヤ
２Ｐ 遊星ギヤ
２Ｃ キャリア
２Ｒ リングギヤ
３ 発電機
３ａ 発電機回転軸
４ 電動機
５ａ 出力ギヤ
５ｂ アイドラギヤ
５ｃ 電動機出力ギヤ
６ ファイナルギヤ
６ａ ファイナルピニオン
６ｂ ファイナルリングギヤ
７Ｌ、７Ｒ 前輪左右ドライブシャフト
８Ｌ、８Ｒ 前輪左右輪
９ ケース
１０ ブレーキ（油圧ブレーキあるいは電磁ブレーキ）
１１ 一方向クラッチ
１２ エンジン逆転防止一方向クラッチ
１３ オイルポンプ
１３ａ オイルポンプ逆転防止一方向クラッチ
１４ 出力ギヤ軸
１５ オイルポンプ
１５ａ オイルポンプ逆転防止一方向クラッチ
１６ 双方向クラッチ
５０ ローラ
５１ 保持器
５７ 連結部材
９１ アウターレース
９２ インナーレース
Claims (7)
- エンジン、発電機、駆動輪駆動用の電動機を有し、遊星ギヤ装置、出力ギヤを介してエンジンの出力の一部を前記発電機に、残りを前記駆動輪に出力するハイブリッド車両用駆動装置において、
前記遊星ギヤ装置のキャリアを前記エンジンの出力軸に接続し、
前記遊星ギヤ装置のサンギヤを前記発電機の回転軸に接続し、
前記遊星ギヤ装置のリングギヤを、前記リングギヤから前記出力ギヤには回転を伝達するがその逆方向には回転を伝達しない一方向クラッチを介して前記出力ギヤに接続し、
前記リングギヤの回転をケースに対して断接可能とするブレーキ手段を備えた、
ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。 - 前記ブレーキ手段を油圧ブレーキで構成したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
- 前記ブレーキ手段を電磁ブレーキで構成したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
- 前記ブレーキ手段を前記リングギヤの回転を空転させる機能と前記リングギヤの前記ケースに対する回転を阻止する機能を持ち合わせたクラッチで構成としたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
- 前記エンジンの出力軸に逆転防止機構を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の駆動装置。
- 前記出力ギヤの回転軸上に逆転防止機構を介してオイルポンプを設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかひとつに記載するハイブリッド車両用駆動装置。
- 前記発電機の回転軸上に第１の逆転防止機構を介してオイルポンプを設け、さらに前記出力ギヤの回転軸上に第２の逆転防止機構を介してオイルポンプを設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかひとつに記載のハイブリッド車両の駆動装置。
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| JP2010270789A (ja) * | 2009-05-19 | 2010-12-02 | Toyota Motor Corp | 車両の駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002316542A (ja) | 2002-10-29 |
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