JP3803493B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の駆動力を遊星歯車機構を介して発電機および駆動輪に伝達するとともに、発電機で発電した電力を電動機に供給して駆動輪を駆動するハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるハイブリッド車両は、例えば特開平９−１７５２０３号公報により既に知られている。上記ハイブリッド車両は動力伝達手段に遊星歯車機構を用いたもので、プラネタリキャリヤが内燃機関に接続され、サンギヤが発電機に接続され、リングギヤが駆動輪に接続されている。そして内燃機関の回転を駆動輪に伝達して走行するとともに、内燃機関の回転を発電機に伝達して発電を行い、その発電電力を電動機に供給して駆動輪を駆動するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来のものは、遊星歯車機構に接続された発電機の負荷（つまり発電機の発電電力）を変化させることにより、内燃機関の駆動力が発電機および駆動輪に配分される配分比率を制御するとともに、内燃機関から駆動輪に伝達される駆動力の変速比を制御するようになっている。しかしながら、前記変速比の幅を充分に確保しようとすると、大負荷を吸収可能な大型の発電機が必要になってコストや重量が嵩むだけでなく、実用域での発電機の効率が低下する問題がある。
【０００４】
これを回避すべく、内燃機関および発電機を小型化するとともに電動機を大型化し、前記電動機を主たる駆動源として駆動輪を駆動して見かけ上の変速比を大きく確保することが考えられるが、このように電動機を大型化するとキャパシタやバッテリの残容量によっては電動機が充分な出力を連続して発生できなくなる可能性がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、内燃機関の駆動力を遊星歯車機構を介して発電機および駆動輪に伝達するとともに、発電機で発電した電力を電動機に供給して駆動輪を駆動するハイブリッド車両において、発電機や電動機を大型化することなく、充分な幅の変速比を確保できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、内燃機関の出力を遊星歯車機構で２分割して、駆動輪に接続された出力軸と、発電機とを駆動するとともに、その発電機で発電した電力で、駆動輪に接続された電動機を駆動するハイブリッド車両において、前記発電機と発電機能を兼ね備える前記電動機とで各々発電した電力を蓄電可能な蓄電手段と、前記出力軸の回転を変速して駆動輪に伝達する変速機と、前記遊星歯車機構をロックして内燃機関を前記出力軸に直結するロックアップクラッチとを備え、前記電動機は、前記変速機を介さずに駆動輪を駆動し得るように駆動輪に接続され、車両の発進時には、前記変速機のシフトポジションをニュートラルにし且つ前記内燃機関を停止させた状態で前記電動機の駆動力により車両を発進させ、その発進が完了した後は、前記変速機のシフトポジションをニュートラルにしたまま前記ロックアップクラッチを締結して、蓄電手段の電力で発電機を始動用電動機として駆動することにより前記内燃機関を始動することを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、発電機の負荷を変化させて遊星歯車機構の差動量を調整する変速比の制御と、この遊星歯車機構と直列に接続された変速機による変速比の制御とを併用することにより、大負荷を吸収し得る大型の発電機を採用することなく、また主たる駆動源となり得るような大型の電動機を採用することなく、充分な幅の変速比を確保することができる。
【０００８】
また前記遊星歯車機構をロックして内燃機関を前記出力軸に直結するロックアップクラッチを備えるので、このロックアップクラッチを締結して内燃機関を遊星歯車機構の出力軸に直結することにより、該遊星歯車機構を差動不能にロックして内燃機関の出力を変速機に直接伝達し、急発進性能や急加速性能を高めることができる。また、車両の発進時には、変速機のシフトポジションをニュートラルにし且つ内燃機関を停止させた状態で電動機の駆動力により車両を発進させることができ、その発進が完了した後は、変速機のシフトポジションをニュートラルにしたまま上記ロックアップクラッチを締結して、蓄電手段の電力で発電機を始動用電動機として駆動することにより内燃機関を始動することができる。
【０００９】
本発明において、変速機のシフトポジションとは、変速機の実際の変速段をいう。尚、この実施例では前輪Ｗ FL ，Ｗ FR が駆動輪となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図３は本発明の実施例を示すもので、図１はハイブリッド車両の全体構成図、図２は図１の要部拡大図、図３は作用の説明図である。
【００１２】
図１に示すように、前輪駆動のハイブリッド車両Ｖは駆動輪たる左右の前輪ＷFL，ＷFRと従動輪たる左右の後輪ＷRL，ＷRRとを備えており、内燃機関Ｅと左右の前輪ＷFL，ＷFRとの間に遊星歯車機構Ｐ、変速機Ｔおよび左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR が配置される。内燃機関Ｅの駆動力は遊星歯車機構Ｐにより２分割され、その一方で前輪ＷFL，ＷFRを駆動するとともに、その他方で発電機ＧＭを駆動する。また左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR は、それぞれ左右の前輪ＷFL，ＷFRを個別に駆動する。発電機ＧＭは発電電動機から構成されていて始動用電動機としての機能も兼ね備えており、また電動機ＧＭL ，ＧＭR は発電電動機から構成されていて発電機としての機能も兼ね備えている。発電機ＧＭおよび電動機ＧＭL ，ＧＭR は、蓄電手段としてのキャパシタＣにインバータよりなるパワードライブユニットＵを介して接続される。パワードライブユニットＵは、図示せぬ電子制御ユニットからの指令で発電機ＧＭおよび電動機ＧＭL ，ＧＭR の駆動および回生を制御する。
【００１３】
図２を併せて参照すると明らかなように、遊星歯車機構Ｐはプラネタリキャリヤ１と、サンギヤ２と、リングギヤ３と、前記サンギヤ２およびリングギヤ３に噛合する複数のプラネタリギヤ４…とを備えており、プラネタリキャリヤ１は内燃機関Ｅのクランクシャフト５に接続され、サンギヤ２は発電機ＧＭに接続され、リングギヤ３は遊星歯車機構Ｐの出力軸を構成する変速機Ｔのメインシャフト６に接続される。プラネタリキャリヤ１およびリングギヤ３はロックアップクラッチＬにより結合可能であり、このロックアップクラッチＬが締結した状態では遊星歯車機構Ｐがロック状態になって内燃機関Ｅのクランクシャフト５が変速機Ｔのメインシャフト６に直結される。
【００１４】
変速機Ｔは一般のガソリン車用のものが流用されており、例えば前進４段および後進１段の変速段が確立可能である。そしてガソリン車用の変速機のトルクコンバータが装着されていた位置に、そのトルクコンバータに代えて前記遊星歯車機構Ｐおよび発電機ＧＭが装着される。
【００１５】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用を、図３を参照しながら説明する。尚、図３においてトルクが伝達する方向が黒い矢印で示され、電流が流れる方向が白い矢印で示される。
【００１６】
1) 発進時
ハイブリッド車両Ｖの発進時に内燃機関Ｅは停止しており、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR をキャパシタＣおよびパワードライブユニットＵを介して駆動して発進が行われる。このとき変速機Ｔのシフトポジションをニュートラルにすることにより電動機ＧＭL ，ＧＭR の駆動力が内燃機関Ｅに伝達されるのを防止し、内燃機関Ｅのポンピングロスによる電動機ＧＭL ，ＧＭR の負荷増加を回避することができる。このように内燃機関Ｅに比べて低速トルクの大きい電動機ＧＭL ，ＧＭR によってハイブリッド車両Ｖの発進を行うので、スムーズな発進が可能になる。尚、発進時にキャパシタＣの残容量が充分でない場合には、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR を駆動することなく内燃機関Ｅの駆動力で発進を行うことも可能である。
【００１７】
2) 通常走行時
発進が完了すると発電機ＧＭを始動用電動機として機能させて内燃機関Ｅを始動する。即ち、変速機Ｔのシフトポジションをニュートラルにしたまま、ロックアップクラッチＬを締結してキャパシタＣの電力で発電機ＧＭを駆動すると、内燃機関Ｅがクランキングされて始動する。
【００１８】
内燃機関Ｅが始動すると、その駆動力は遊星歯車機構Ｐにより２分割され、２分割された駆動力の一方がクランクシャフト５、プラネタリキャリヤ１、プラネタリギヤ４…、リングギヤ３およびメインシャフト６から変速機Ｔを経て左右の前輪ＷFL，ＷFRに伝達され、ハイブリッド車両Ｖは内燃機関Ｅの駆動力で走行する。また２分割された駆動力の他方はクランクシャフト５、プラネタリキャリヤ１、プラネタリギヤ４…およびサンギヤ２を介して発電機ＧＭに伝達され、発電機ＧＭが発電した電力でキャパシタＣの充電が行われるとともに、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR が駆動されて内燃機関Ｅの駆動力がアシストされる。
【００１９】
このとき、発電機ＧＭの負荷（つまり発電電力）を調整することにより、遊星歯車機構Ｐの差動量を変化させて内燃機関Ｅから前輪ＷFL，ＷFRに伝達される駆動力の大きさおよび変速比を制御することができる。尚、発電機ＧＭの負荷の調整だけで前記変速比を制御しようとすると、極めて大容量の発電機ＧＭが必要になってコストおよび重量の点で不利であるが、本実施例では発電機ＧＭの負荷調整と変速機Ｔの変速とを併せて行うことにより、発電機ＧＭの容量を必要以上に増加させることなく広範囲な変速比を確保することができる。
【００２０】
また車両Ｖの主たる駆動源を内燃機関Ｅではなく電動機ＧＭL ，ＧＭR で賄って見かけ上の変速比を拡大することも考えられるが、このようにすると大型の電動機ＧＭL ，ＧＭR が必要になるだけでなく、キャパシタＣの残容量によっては電動機ＧＭL ，ＧＭR が充分な出力を連続して発生できなくなる可能性がある。それに対して、本実施例では電動機ＧＭL ，ＧＭR を必要以上に大型化する必要がないので上記問題が発生することがない。 また左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR の駆動力に差を持たせることにより、車両Ｖのヨーモーメントを制御して旋回性能や直進安定性能を高めることができる。この場合、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR の一方を駆動して他方を回生することも可能である。
【００２１】
3) クルーズ時
車両Ｖのクルーズ時には、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR によるアシストを中止して内燃機関Ｅの駆動力のみで走行する。このときロックアップクラッチＬを締結して内燃機関Ｅおよび変速機Ｔを直結状態にし、発電機ＧＭは空転状態にして発電を中止するか、発電機ＧＭに若干の発電を行わせて補機駆動用の１２ボルトバッテリを充電する。またロックアップクラッチＬを締結した状態では内燃機関Ｅが変速機Ｔに直結されるため、内燃機関Ｅの駆動力で急発進や急加速を行うことができ、このとき左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR を駆動して内燃機関Ｅをアシストすれば、更なる急発進や急加速が可能となる。
【００２２】
4) 変速制御時
変速機Ｔの変速時にはロックアップクラッチＬの締結を解除し、発電機ＧＭを回生制動するか、あるいは発電機ＧＭを電動機として駆動することにより、変速機Ｔのメインシャフト６の回転数を制御して変速時のショックを軽減する。
【００２３】
5) 減速時
減速時には前輪ＷFL，ＷFRから逆伝達される駆動力で左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR の駆動して発電機として機能させ、その回生起電力でキャパシタＣを充電する。このとき、ロックアップクラッチＬを締結して発電機ＧＭを回生制動し、その回生起電力でキャパシタＣを充電することも可能である。
【００２４】
6) 後進時
内燃機関Ｅの運転中であれば、変速機Ｔを後進変速段にシフトチェンジして内燃機関Ｅの駆動力で後進走行を行うことができる。また内燃機関Ｅの停止中であれば、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR をキャパシタＣの電力で逆転駆動して後進走行を行うことができる。
【００２５】
次に、図４および図５に基づいて参考例を説明する。
【００２６】
前記実施例のハイブリッド車両Ｖは、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR がそれぞれ左右の前輪ＷFL，ＷFRを駆動しているのに対し、参考例のハイブリッド車両Ｖは、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR がそれぞれ左右の後輪ＷRL，ＷRRを駆動しており、従って前輪ＷFL，ＷFRおよび後輪ＷRL，ＷRRは何れも駆動輪となって四輪駆動が可能になる。左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR と左右の後輪ＷRL，ＷRRとの間には、それぞれ遊星歯車機構を用いた減速機１１L ，１１R が配置される。
【００２７】
参考例の変速機Ｔはハイブリッド車両Ｖ用として専用に開発されたもので、前進２段の変速が可能であって後進変速段は備えていない。即ち、変速機Ｔのメインシャフト６には１速ドライブギヤ１２が固定されるとともに、２速ドライブギヤ１３が変速クラッチ１４を介して支持される。変速機Ｔのカウンタシャフト１５には前記１速ドライブギヤ１２に噛合する１速ドリブンギヤ１６が一方向クラッチ１７を介して支持されるとともに、前記２速ドライブギヤ１３に噛合する２速ドリブンギヤ１８が固定される。変速機Ｔのカウンタシャフト１５に固定したファイナルドライブギヤ１９がディファレンシャル２０に設けたファイナルドリブンギヤ２１に噛合する。更に、内燃機関Ｅのクランクシャフト５に二方向クラッチ２２が設けられる。二方向クラッチ２２は、内燃機関Ｅの駆動力を遊星歯車機構Ｐ側に伝達することが可能であり、かつ遊星歯車機構Ｐのプラネタリキャリヤ１の正転および逆転が何れも内燃機関Ｅ側に逆伝達されないようにするものである。
【００２８】
遊星歯車機構Ｐおよび発電機ＧＭの構造は既に説明した前記実施例と同一である。
【００２９】
而して、変速機Ｔの変速クラッチ１４を締結解除した状態では、変速機Ｔのメインシャフト６の回転は１速ドライブギヤ１２、一方向クラッチ１７および１速ドリブンギヤ１６を介してカウンタシャフト１５に伝達されるようになり、１速変速段が確立される。また変速機Ｔの変速クラッチ１４を締結した状態では、メインシャフト６の回転は変速クラッチ１４、２速ドライブギヤ１３および２速ドリブンギヤ１８を介してカウンタシャフト１５に伝達されるようになり、２速変速段が確立される。このとき、前記一方向クラッチ１７は空転して２速変速段の確立を妨げることはない。
【００３０】
また、この変速機Ｔは後進変速段を備えていないため、後進走行は内燃機関Ｅを用いることなく、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR で左右の後輪ＷRL，ＷRRを逆転駆動することにより行われる。このとき、逆転する前輪ＷFL，ＷFRの駆動力がディファレンシャル２０、ファイナルドリブンギヤ２１、ファイナルドライブギヤ１９、カウンタシャフト１５、一方向クラッチ１７、１速ドリブンギヤ１６、１速ドライブギヤ１２、メインシャフト６、リングギヤ３、プラネタリギヤ４…およびプラネタリキャリヤ１を介してクランクシャフト５に逆伝達され、該クランクシャフト５を逆回転させようするが、二方向クラッチ２２がスリップして内燃機関Ｅが逆回転するのを防止することができる。
【００３１】
而して、この参考例によっても、発電機ＧＭの負荷を調整して遊星歯車機構Ｐの差動量を変化させ、内燃機関Ｅから前輪ＷFL，ＷFRに伝達される駆動力の大きさおよび変速比を制御することに加えて、変速機Ｔの変速を併せて行うことにより、発電機ＧＭの容量を必要以上に増加させることなく広範囲な変速比を確保することができる。しかも、内燃機関Ｅで左右の前輪ＷFL，ＷFRを駆動し、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR で左右の後輪ＷRL，ＷRRを駆動するので、四輪駆動を可能にして不整地等における走破性を高めることができる。
【００３２】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３３】
例えば、遊星歯車機構Ｐのプラネタリキャリヤ１、サンギヤ２およびリングギヤ３の３つの要素は、内燃機関Ｅ、発電機ＧＭおよびメインシャフト６の３つの要素に任意の組み合わせで接続することができる。またキャパシタＣに代えてバッテリを採用することができる。また電動機ＧＭL ，ＧＭR は必ずしも発電電動機である必要はなく単なる電動機であっても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発電機の負荷を変化させて遊星歯車機構の差動量を調整する変速比の制御と、この遊星歯車機構と直列に接続された変速機による変速比の制御とを併用することにより、大負荷を吸収し得る大型の発電機を採用することなく、また主たる駆動源となり得るような大型の電動機を採用することなく、充分な幅の変速比を確保することができる。
【００３５】
またロックアップクラッチを締結して内燃機関を遊星歯車機構の出力軸に直結することにより、該遊星歯車機構を差動不能にロックして内燃機関の出力を変速機に直接伝達し、急発進性能や急加速性能を高めることができる。また、車両の発進時には、変速機のシフトポジションをニュートラルにし且つ内燃機関を停止させた状態で電動機の駆動力により車両を発進させることができ、その発進が完了した後は、変速機のシフトポジションをニュートラルにしたまま上記ロックアップクラッチを締結して、蓄電手段の電力で発電機を始動用電動機として駆動することにより内燃機関を始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るハイブリッド車両の全体構成図
【図２】 図１の要部拡大図
【図３】 作用の説明図
【図４】 参考例に係るハイブリッド車両の全体構成図
【図５】 図４の要部拡大図
【符号の説明】
Ｃ キャパシタ（蓄電手段）
Ｅ 内燃機関
ＧＭ 発電機
ＧＭL 電動機
ＧＭR 電動機
Ｌ ロックアップクラッチ
Ｐ 遊星歯車機構
Ｔ 変速機
ＷFL 前輪（駆動輪）
ＷFR 前輪（駆動輪）
６ メインシャフト（出力軸）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の駆動力を遊星歯車機構を介して発電機および駆動輪に伝達するとともに、発電機で発電した電力を電動機に供給して駆動輪を駆動するハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるハイブリッド車両は、例えば特開平９−１７５２０３号公報により既に知られている。上記ハイブリッド車両は動力伝達手段に遊星歯車機構を用いたもので、プラネタリキャリヤが内燃機関に接続され、サンギヤが発電機に接続され、リングギヤが駆動輪に接続されている。そして内燃機関の回転を駆動輪に伝達して走行するとともに、内燃機関の回転を発電機に伝達して発電を行い、その発電電力を電動機に供給して駆動輪を駆動するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来のものは、遊星歯車機構に接続された発電機の負荷（つまり発電機の発電電力）を変化させることにより、内燃機関の駆動力が発電機および駆動輪に配分される配分比率を制御するとともに、内燃機関から駆動輪に伝達される駆動力の変速比を制御するようになっている。しかしながら、前記変速比の幅を充分に確保しようとすると、大負荷を吸収可能な大型の発電機が必要になってコストや重量が嵩むだけでなく、実用域での発電機の効率が低下する問題がある。
【０００４】
これを回避すべく、内燃機関および発電機を小型化するとともに電動機を大型化し、前記電動機を主たる駆動源として駆動輪を駆動して見かけ上の変速比を大きく確保することが考えられるが、このように電動機を大型化するとキャパシタやバッテリの残容量によっては電動機が充分な出力を連続して発生できなくなる可能性がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、内燃機関の駆動力を遊星歯車機構を介して発電機および駆動輪に伝達するとともに、発電機で発電した電力を電動機に供給して駆動輪を駆動するハイブリッド車両において、発電機や電動機を大型化することなく、充分な幅の変速比を確保できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、内燃機関の出力を遊星歯車機構で２分割して、駆動輪に接続された出力軸と、発電機とを駆動するとともに、その発電機で発電した電力で、駆動輪に接続された電動機を駆動するハイブリッド車両において、前記発電機と発電機能を兼ね備える前記電動機とで各々発電した電力を蓄電可能な蓄電手段と、前記出力軸の回転を変速して駆動輪に伝達する変速機と、前記遊星歯車機構をロックして内燃機関を前記出力軸に直結するロックアップクラッチとを備え、前記電動機は、前記変速機を介さずに駆動輪を駆動し得るように駆動輪に接続され、車両の発進時には、前記変速機のシフトポジションをニュートラルにし且つ前記内燃機関を停止させた状態で前記電動機の駆動力により車両を発進させ、その発進が完了した後は、前記変速機のシフトポジションをニュートラルにしたまま前記ロックアップクラッチを締結して、蓄電手段の電力で発電機を始動用電動機として駆動することにより前記内燃機関を始動することを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、発電機の負荷を変化させて遊星歯車機構の差動量を調整する変速比の制御と、この遊星歯車機構と直列に接続された変速機による変速比の制御とを併用することにより、大負荷を吸収し得る大型の発電機を採用することなく、また主たる駆動源となり得るような大型の電動機を採用することなく、充分な幅の変速比を確保することができる。
【０００８】
また前記遊星歯車機構をロックして内燃機関を前記出力軸に直結するロックアップクラッチを備えるので、このロックアップクラッチを締結して内燃機関を遊星歯車機構の出力軸に直結することにより、該遊星歯車機構を差動不能にロックして内燃機関の出力を変速機に直接伝達し、急発進性能や急加速性能を高めることができる。また、車両の発進時には、変速機のシフトポジションをニュートラルにし且つ内燃機関を停止させた状態で電動機の駆動力により車両を発進させることができ、その発進が完了した後は、変速機のシフトポジションをニュートラルにしたまま上記ロックアップクラッチを締結して、蓄電手段の電力で発電機を始動用電動機として駆動することにより内燃機関を始動することができる。
【０００９】
本発明において、変速機のシフトポジションとは、変速機の実際の変速段をいう。尚、この実施例では前輪Ｗ FL ，Ｗ FR が駆動輪となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図３は本発明の実施例を示すもので、図１はハイブリッド車両の全体構成図、図２は図１の要部拡大図、図３は作用の説明図である。
【００１２】
図１に示すように、前輪駆動のハイブリッド車両Ｖは駆動輪たる左右の前輪ＷFL，ＷFRと従動輪たる左右の後輪ＷRL，ＷRRとを備えており、内燃機関Ｅと左右の前輪ＷFL，ＷFRとの間に遊星歯車機構Ｐ、変速機Ｔおよび左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR が配置される。内燃機関Ｅの駆動力は遊星歯車機構Ｐにより２分割され、その一方で前輪ＷFL，ＷFRを駆動するとともに、その他方で発電機ＧＭを駆動する。また左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR は、それぞれ左右の前輪ＷFL，ＷFRを個別に駆動する。発電機ＧＭは発電電動機から構成されていて始動用電動機としての機能も兼ね備えており、また電動機ＧＭL ，ＧＭR は発電電動機から構成されていて発電機としての機能も兼ね備えている。発電機ＧＭおよび電動機ＧＭL ，ＧＭR は、蓄電手段としてのキャパシタＣにインバータよりなるパワードライブユニットＵを介して接続される。パワードライブユニットＵは、図示せぬ電子制御ユニットからの指令で発電機ＧＭおよび電動機ＧＭL ，ＧＭR の駆動および回生を制御する。
【００１３】
図２を併せて参照すると明らかなように、遊星歯車機構Ｐはプラネタリキャリヤ１と、サンギヤ２と、リングギヤ３と、前記サンギヤ２およびリングギヤ３に噛合する複数のプラネタリギヤ４…とを備えており、プラネタリキャリヤ１は内燃機関Ｅのクランクシャフト５に接続され、サンギヤ２は発電機ＧＭに接続され、リングギヤ３は遊星歯車機構Ｐの出力軸を構成する変速機Ｔのメインシャフト６に接続される。プラネタリキャリヤ１およびリングギヤ３はロックアップクラッチＬにより結合可能であり、このロックアップクラッチＬが締結した状態では遊星歯車機構Ｐがロック状態になって内燃機関Ｅのクランクシャフト５が変速機Ｔのメインシャフト６に直結される。
【００１４】
変速機Ｔは一般のガソリン車用のものが流用されており、例えば前進４段および後進１段の変速段が確立可能である。そしてガソリン車用の変速機のトルクコンバータが装着されていた位置に、そのトルクコンバータに代えて前記遊星歯車機構Ｐおよび発電機ＧＭが装着される。
【００１５】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用を、図３を参照しながら説明する。尚、図３においてトルクが伝達する方向が黒い矢印で示され、電流が流れる方向が白い矢印で示される。
【００１６】
1) 発進時
ハイブリッド車両Ｖの発進時に内燃機関Ｅは停止しており、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR をキャパシタＣおよびパワードライブユニットＵを介して駆動して発進が行われる。このとき変速機Ｔのシフトポジションをニュートラルにすることにより電動機ＧＭL ，ＧＭR の駆動力が内燃機関Ｅに伝達されるのを防止し、内燃機関Ｅのポンピングロスによる電動機ＧＭL ，ＧＭR の負荷増加を回避することができる。このように内燃機関Ｅに比べて低速トルクの大きい電動機ＧＭL ，ＧＭR によってハイブリッド車両Ｖの発進を行うので、スムーズな発進が可能になる。尚、発進時にキャパシタＣの残容量が充分でない場合には、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR を駆動することなく内燃機関Ｅの駆動力で発進を行うことも可能である。
【００１７】
2) 通常走行時
発進が完了すると発電機ＧＭを始動用電動機として機能させて内燃機関Ｅを始動する。即ち、変速機Ｔのシフトポジションをニュートラルにしたまま、ロックアップクラッチＬを締結してキャパシタＣの電力で発電機ＧＭを駆動すると、内燃機関Ｅがクランキングされて始動する。
【００１８】
内燃機関Ｅが始動すると、その駆動力は遊星歯車機構Ｐにより２分割され、２分割された駆動力の一方がクランクシャフト５、プラネタリキャリヤ１、プラネタリギヤ４…、リングギヤ３およびメインシャフト６から変速機Ｔを経て左右の前輪ＷFL，ＷFRに伝達され、ハイブリッド車両Ｖは内燃機関Ｅの駆動力で走行する。また２分割された駆動力の他方はクランクシャフト５、プラネタリキャリヤ１、プラネタリギヤ４…およびサンギヤ２を介して発電機ＧＭに伝達され、発電機ＧＭが発電した電力でキャパシタＣの充電が行われるとともに、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR が駆動されて内燃機関Ｅの駆動力がアシストされる。
【００１９】
このとき、発電機ＧＭの負荷（つまり発電電力）を調整することにより、遊星歯車機構Ｐの差動量を変化させて内燃機関Ｅから前輪ＷFL，ＷFRに伝達される駆動力の大きさおよび変速比を制御することができる。尚、発電機ＧＭの負荷の調整だけで前記変速比を制御しようとすると、極めて大容量の発電機ＧＭが必要になってコストおよび重量の点で不利であるが、本実施例では発電機ＧＭの負荷調整と変速機Ｔの変速とを併せて行うことにより、発電機ＧＭの容量を必要以上に増加させることなく広範囲な変速比を確保することができる。
【００２０】
また車両Ｖの主たる駆動源を内燃機関Ｅではなく電動機ＧＭL ，ＧＭR で賄って見かけ上の変速比を拡大することも考えられるが、このようにすると大型の電動機ＧＭL ，ＧＭR が必要になるだけでなく、キャパシタＣの残容量によっては電動機ＧＭL ，ＧＭR が充分な出力を連続して発生できなくなる可能性がある。それに対して、本実施例では電動機ＧＭL ，ＧＭR を必要以上に大型化する必要がないので上記問題が発生することがない。 また左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR の駆動力に差を持たせることにより、車両Ｖのヨーモーメントを制御して旋回性能や直進安定性能を高めることができる。この場合、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR の一方を駆動して他方を回生することも可能である。
【００２１】
3) クルーズ時
車両Ｖのクルーズ時には、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR によるアシストを中止して内燃機関Ｅの駆動力のみで走行する。このときロックアップクラッチＬを締結して内燃機関Ｅおよび変速機Ｔを直結状態にし、発電機ＧＭは空転状態にして発電を中止するか、発電機ＧＭに若干の発電を行わせて補機駆動用の１２ボルトバッテリを充電する。またロックアップクラッチＬを締結した状態では内燃機関Ｅが変速機Ｔに直結されるため、内燃機関Ｅの駆動力で急発進や急加速を行うことができ、このとき左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR を駆動して内燃機関Ｅをアシストすれば、更なる急発進や急加速が可能となる。
【００２２】
4) 変速制御時
変速機Ｔの変速時にはロックアップクラッチＬの締結を解除し、発電機ＧＭを回生制動するか、あるいは発電機ＧＭを電動機として駆動することにより、変速機Ｔのメインシャフト６の回転数を制御して変速時のショックを軽減する。
【００２３】
5) 減速時
減速時には前輪ＷFL，ＷFRから逆伝達される駆動力で左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR の駆動して発電機として機能させ、その回生起電力でキャパシタＣを充電する。このとき、ロックアップクラッチＬを締結して発電機ＧＭを回生制動し、その回生起電力でキャパシタＣを充電することも可能である。
【００２４】
6) 後進時
内燃機関Ｅの運転中であれば、変速機Ｔを後進変速段にシフトチェンジして内燃機関Ｅの駆動力で後進走行を行うことができる。また内燃機関Ｅの停止中であれば、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR をキャパシタＣの電力で逆転駆動して後進走行を行うことができる。
【００２５】
次に、図４および図５に基づいて参考例を説明する。
【００２６】
前記実施例のハイブリッド車両Ｖは、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR がそれぞれ左右の前輪ＷFL，ＷFRを駆動しているのに対し、参考例のハイブリッド車両Ｖは、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR がそれぞれ左右の後輪ＷRL，ＷRRを駆動しており、従って前輪ＷFL，ＷFRおよび後輪ＷRL，ＷRRは何れも駆動輪となって四輪駆動が可能になる。左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR と左右の後輪ＷRL，ＷRRとの間には、それぞれ遊星歯車機構を用いた減速機１１L ，１１R が配置される。
【００２７】
参考例の変速機Ｔはハイブリッド車両Ｖ用として専用に開発されたもので、前進２段の変速が可能であって後進変速段は備えていない。即ち、変速機Ｔのメインシャフト６には１速ドライブギヤ１２が固定されるとともに、２速ドライブギヤ１３が変速クラッチ１４を介して支持される。変速機Ｔのカウンタシャフト１５には前記１速ドライブギヤ１２に噛合する１速ドリブンギヤ１６が一方向クラッチ１７を介して支持されるとともに、前記２速ドライブギヤ１３に噛合する２速ドリブンギヤ１８が固定される。変速機Ｔのカウンタシャフト１５に固定したファイナルドライブギヤ１９がディファレンシャル２０に設けたファイナルドリブンギヤ２１に噛合する。更に、内燃機関Ｅのクランクシャフト５に二方向クラッチ２２が設けられる。二方向クラッチ２２は、内燃機関Ｅの駆動力を遊星歯車機構Ｐ側に伝達することが可能であり、かつ遊星歯車機構Ｐのプラネタリキャリヤ１の正転および逆転が何れも内燃機関Ｅ側に逆伝達されないようにするものである。
【００２８】
遊星歯車機構Ｐおよび発電機ＧＭの構造は既に説明した前記実施例と同一である。
【００２９】
而して、変速機Ｔの変速クラッチ１４を締結解除した状態では、変速機Ｔのメインシャフト６の回転は１速ドライブギヤ１２、一方向クラッチ１７および１速ドリブンギヤ１６を介してカウンタシャフト１５に伝達されるようになり、１速変速段が確立される。また変速機Ｔの変速クラッチ１４を締結した状態では、メインシャフト６の回転は変速クラッチ１４、２速ドライブギヤ１３および２速ドリブンギヤ１８を介してカウンタシャフト１５に伝達されるようになり、２速変速段が確立される。このとき、前記一方向クラッチ１７は空転して２速変速段の確立を妨げることはない。
【００３０】
また、この変速機Ｔは後進変速段を備えていないため、後進走行は内燃機関Ｅを用いることなく、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR で左右の後輪ＷRL，ＷRRを逆転駆動することにより行われる。このとき、逆転する前輪ＷFL，ＷFRの駆動力がディファレンシャル２０、ファイナルドリブンギヤ２１、ファイナルドライブギヤ１９、カウンタシャフト１５、一方向クラッチ１７、１速ドリブンギヤ１６、１速ドライブギヤ１２、メインシャフト６、リングギヤ３、プラネタリギヤ４…およびプラネタリキャリヤ１を介してクランクシャフト５に逆伝達され、該クランクシャフト５を逆回転させようするが、二方向クラッチ２２がスリップして内燃機関Ｅが逆回転するのを防止することができる。
【００３１】
而して、この参考例によっても、発電機ＧＭの負荷を調整して遊星歯車機構Ｐの差動量を変化させ、内燃機関Ｅから前輪ＷFL，ＷFRに伝達される駆動力の大きさおよび変速比を制御することに加えて、変速機Ｔの変速を併せて行うことにより、発電機ＧＭの容量を必要以上に増加させることなく広範囲な変速比を確保することができる。しかも、内燃機関Ｅで左右の前輪ＷFL，ＷFRを駆動し、左右の電動機ＧＭL ，ＧＭR で左右の後輪ＷRL，ＷRRを駆動するので、四輪駆動を可能にして不整地等における走破性を高めることができる。
【００３２】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３３】
例えば、遊星歯車機構Ｐのプラネタリキャリヤ１、サンギヤ２およびリングギヤ３の３つの要素は、内燃機関Ｅ、発電機ＧＭおよびメインシャフト６の３つの要素に任意の組み合わせで接続することができる。またキャパシタＣに代えてバッテリを採用することができる。また電動機ＧＭL ，ＧＭR は必ずしも発電電動機である必要はなく単なる電動機であっても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発電機の負荷を変化させて遊星歯車機構の差動量を調整する変速比の制御と、この遊星歯車機構と直列に接続された変速機による変速比の制御とを併用することにより、大負荷を吸収し得る大型の発電機を採用することなく、また主たる駆動源となり得るような大型の電動機を採用することなく、充分な幅の変速比を確保することができる。
【００３５】
またロックアップクラッチを締結して内燃機関を遊星歯車機構の出力軸に直結することにより、該遊星歯車機構を差動不能にロックして内燃機関の出力を変速機に直接伝達し、急発進性能や急加速性能を高めることができる。また、車両の発進時には、変速機のシフトポジションをニュートラルにし且つ内燃機関を停止させた状態で電動機の駆動力により車両を発進させることができ、その発進が完了した後は、変速機のシフトポジションをニュートラルにしたまま上記ロックアップクラッチを締結して、蓄電手段の電力で発電機を始動用電動機として駆動することにより内燃機関を始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るハイブリッド車両の全体構成図
【図２】 図１の要部拡大図
【図３】 作用の説明図
【図４】 参考例に係るハイブリッド車両の全体構成図
【図５】 図４の要部拡大図
【符号の説明】
Ｃ キャパシタ（蓄電手段）
Ｅ 内燃機関
ＧＭ 発電機
ＧＭL 電動機
ＧＭR 電動機
Ｌ ロックアップクラッチ
Ｐ 遊星歯車機構
Ｔ 変速機
ＷFL 前輪（駆動輪）
ＷFR 前輪（駆動輪）
６ メインシャフト（出力軸）
Claims (1)
- 内燃機関（Ｅ）の出力を遊星歯車機構（Ｐ）で２分割して、駆動輪（ＷFL，ＷFR）に接続された出力軸（６）と、発電機（ＧＭ）とを駆動するとともに、その発電機（ＧＭ）で発電した電力で、駆動輪（ＷFL，ＷFR）に接続された電動機（ＧＭL ，ＧＭR ）を駆動するハイブリッド車両において、
前記発電機（ＧＭ）と発電機能を兼ね備える前記電動機（ＧＭ L ，ＧＭ R ）とで各々発電した電力を蓄電可能な蓄電手段（Ｃ）と、前記出力軸（６）の回転を変速して駆動輪（ＷFL，ＷFR）に伝達する変速機（Ｔ）と、前記遊星歯車機構（Ｐ）をロックして内燃機関（Ｅ）を前記出力軸（６）に直結するロックアップクラッチ（Ｌ）とを備え、
前記電動機（ＧＭ L ，ＧＭ R ）は、前記変速機（Ｔ）を介さずに駆動輪（Ｗ FL ，Ｗ FR ）を駆動し得るように駆動輪（Ｗ FL ，Ｗ FR ）に接続され、
車両の発進時には、前記変速機（Ｔ）のシフトポジションをニュートラルにし且つ前記内燃機関（Ｅ）を停止させた状態で前記電動機（ＧＭL ，ＧＭR ）の駆動力により車両を発進させ、
その発進が完了した後は、前記変速機（Ｔ）のシフトポジションをニュートラルにしたまま前記ロックアップクラッチ（Ｌ）を締結して、蓄電手段（Ｃ）の電力で発電機（ＧＭ）を始動用電動機として駆動することにより前記内燃機関（Ｅ）を始動することを特徴とする、ハイブリッド車両。
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