JP4013259B2

JP4013259B2 - ハイブリッド型車両用動力伝達装置

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Publication number: JP4013259B2
Application number: JP2004204886A
Authority: JP
Inventors: 裕加藤; 美嘉河口; 龍城内田; 毅原; 智夫新; 健次堂薗
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2024-07-12
Also published as: JP2006029363A

Description

本発明は、ハイブリッド型車両においてエンジン、第１、第２の電動機、および駆動輪の間で動力を伝達する装置に関するものである。

ハイブリッド型車両においては、例えば特許文献１の図１，３に示されるようにエンジン１０がダンパ３０の第１回転部材３１に連結され、ダンパ３０の第２回転部材３２が遊星歯車装置４０のキャリア４２に連結され、遊星歯車装置４０のリングギヤ４１およびサンギヤ４３が駆動輪に動力を伝達する減速機構５０および発電機モータ７０に夫々連結されている。
特開２００２−１３５４７号公報（第３，４頁、図１，３）

エンジン定常作動時はエンジンから入力されるトルク変動が駆動装置に伝わり、ギヤ部で歯打ち音（ガラ音）が発生することがある。また、エンジン始動停止時に発生する急激なトルク変化に応じて、車両にショックが伝達され体感されてしまうことがある。

本発明は、歯車装置の歯打ち音を生じることなく、エンジンからトルクを伝達すると共に、エンジンをショックなく始動、停止することのできるハイブリッド型車両用動力伝達装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、エンジンが遊星歯車装置の第１要素、第１の電動機が前記遊星歯車装置の第２要素、駆動輪が前記遊星歯車装置の第３要素に夫々回転連結され、前記エンジンと前記遊星歯車装置の第１要素との間にダンパ機構が接続され、駆動輪を駆動する第２の電動機が前記遊星歯車装置の第３要素に歯車装置を介して連結されており、前記第１の電動機は前記遊星歯車装置および前記ダンパ機構を介して前記エンジンを回転可能であり、無負荷状態の第２の電動機が前記エンジンにより前記ダンパ機構および前記歯車装置を介して回転されるハイブリッド型車両用動力伝達装置において、前記ダンパ機構は、前記エンジンに回転連結された第１部材と、前記遊星歯車装置の第１要素に回転連結された第２部材と、前記第１および第２部材の相対回転において大ヒステリシストルクおよび小ヒステリシストルクを夫々発生する大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部とを有し、前記第１部材から前記第２部材にトルク伝達する正方向捩れにおいては、所定相対捩れ角度までは前記小ヒステリシス用摩擦部が作動し、前記所定相対捩れ角度を超えると前記大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部が作動し、前記第２部材から前記第１部材にトルク伝達する負方向捩れにおいては、全相対捩れ角度で前記大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部が作動することである。請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、エンジンが遊星歯車装置の第１要素、第１の電動機が前記遊星歯車装置の第２要素、駆動輪が前記遊星歯車装置の第３要素に夫々回転連結され、前記エンジンと前記遊星歯車装置の第１要素との間にダンパ機構が接続され、駆動輪を駆動する第２の電動機が前記駆動輪および前記遊星歯車装置の第３要素に歯車装置を介して連結されており、前記第１の電動機は前記遊星歯車装置および前記ダンパ機構を介して前記エンジンを回転可能であり、無負荷状態の第２の電動機が前記エンジンにより前記ダンパ機構および前記歯車装置を介して回転されるハイブリッド型車両用動力伝達装置において、前記ダンパ機構は、前記エンジンに回転連結された第１部材と、前記遊星歯車装置の第１要素に回転連結された第２部材と、前記第１および第２部材の相対回転において大ヒステリシストルクおよび小ヒステリシストルクを夫々発生する大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部とを有し、前記第１部材から前記第２部材にトルク伝達する正方向捩れにおいては、所定相対捩れ角度までは前記小ヒステリシス用摩擦部が作動し、前記所定相対捩れ角度を超えると前記大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部が作動し、前記第２部材から前記第１部材にトルク伝達する負方向捩れにおいては、全相対捩れ角度で前記大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部が作動することである。

請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記駆動輪と前記遊星歯車装置の第３要素との間に回転連結され外周部に複数の凹凸が形成されたパーキングギヤと、変速レンジがパーキングのときに前記凹凸に噛合して前記パーキングギヤの回転を規制するパーキングポールと、該パーキングポールが前記パーキングギヤの凹凸に噛合しているときに前記エンジンを運転して前記第１の電動機を駆動する制御手段とを備えたことである。

請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記第２の電動機は前記歯車装置の一部により前記エンジンに対して増速されることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、エンジンが定常作動時で、遊星歯車装置の第３要素に歯車装置を介して連結されるとともに駆動輪を駆動する第２の電動機が無負荷状態のとき、エンジン側から伝達されるトルク変動はダンパ機構の第１部材と第２部材との正方向捩れにおいて小ヒステリシス用摩擦部が発生する小ヒステリシストルクにより効果的に減衰され、ガラ音を防止することができる。エンジン始動、停止時の急激なトルク変動はダンパ機構により緩衝されるとともに、大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部の作動により短時間で減衰される。そして、負方向捩れにおいては大ヒステリシストルクが直ちに発生するので、エンジンをショックなく迅速に始動することができる。上記のように構成した請求項２に係る発明においては、エンジンが定常作動時で、駆動輪および遊星歯車装置の第３要素に歯車装置を介して連結された駆動輪を駆動するための第２の電動機が無負荷状態のとき、エンジン側から伝達されるトルク変動はダンパ機構の第１部材と第２部材との正方向捩れにおいて小ヒステリシス用摩擦部が発生する小ヒステリシストルクにより効果的に減衰され、ガラ音を防止することができる。エンジン始動、停止時の急激なトルク変動はダンパ機構により緩衝されるとともに、大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部の作動により短時間で減衰される。そして、負方向捩れにおいては大ヒステリシストルクが直ちに発生するので、エンジンをショックなく迅速に始動することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、変速レンジがパーキングのとき、駆動輪と遊星歯車装置との間に回転連結されたパーキングギヤが、パーキングポールと噛合して回転を規制され、必要時にはエンジンが始動され第１の電動機が回転されて発電する。このとき、エンジン出力のトルク変動は、ダンパ機構の正方向捩れにおける小ヒステリシストルクにより減衰されるので、パーキングギヤの凹凸とパーキングポールとが互いに打合って音を発生することが効果的に防止できる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、無負荷状態の第２の電動機は歯車装置により増速されてエンジンにより回転されるが、エンジン出力のトルク変動はダンパ機構の正方向捩れにおける小さいヒステリシストルクにより効果的に減衰され、エンジンと第２の電動機の間に設けられた歯車装置から発生するガラ音を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るハイブリッド型車両用動力伝達装置１０を図面に基づいて説明する。図１において、エンジン１１と第１の電動機としての発電機モータ１２とが共通軸線１３上に配置され、エンジン１１が遊星歯車装置１４のキャリアＣにダンパ機構１５を介して連結され、発電機モータ１２は遊星歯車装置１４のサンギヤＳに連結されている。遊星歯車装置１４のリングギヤＲは、車両の駆動輪１６に回転連結され、駆動輪１６に第２の電動機としての駆動モータ１７が回転連結されている。

エンジン１１の出力軸１８がダンパ機構１５の第１部材１９に連結され、ダンパ機構１５の第２部材２０が連結軸２１を介して遊星歯車装置１４のキャリアＣに連結されている。遊星歯車装置１４はキャリアＣ、サンギヤＳ、リングギヤＲがハウジング２２に共通軸線１３上で夫々回転可能に支承され、外歯のサンギヤＳおよび内歯のリングギヤＲに噛合するピニオン２３がキャリアＣに回転可能に支承されている。発電機モータ１２のステータ２７はハウジング２２に固定され、ロータ２５が設けられたロータ軸２４に遊星歯車装置１４のサンギヤＳが嵌着され、コイル２６が巻装されたステータ２７がロータ２５を取り囲んで配置されている。発電機モータ１２は遊星歯車装置１４を介してエンジン１１により駆動され主に発電機として作動し、発電した交流電力はインバータ４９により直流の充電電力に変換され、バッテリ２８に供給されてこれを充電する。そして発電機モータ１２は、バッテリ２８の直流の放電電力をインバータ４９により交流電力に変換して供給され、エンジン１１を駆動するトルクを出力してエンジン１１を始動する。２９は連結軸２１の外周に遊嵌された歯車で、ハウジング２２に共通軸線１３上で回転可能に支承されている。歯車２９はリングギヤＲと結合されている。

ハウジング２２にはカウンタシャフト３０が共通軸線１３と平行に回転可能に軸承され、カウンタシャフト３０に第１カウンタギヤ３１、これより歯数が多い第２カウンタギヤ３２が嵌着され、第１カウンタギヤ３１に歯車２９が噛合されている。駆動モータ１７のステータ３７はハウジング２２に固定され、ロータ３３が設けられたロータ軸３４に第２カウンタギヤ３２と噛合する歯車３５が設けられ、コイル３６が巻装されたステータ３７がロータ３３を取り囲んで配置されている。

３８は共通軸線１３と平行な軸線周りに回転可能にハウジング２２に装架されたデファレンシャルギヤで、そのリングギヤ３９がカウンタシャフト３０に固定され第１のカウンタギヤ３１より歯数が少ない第３のカウンタギヤ４０と噛合されている。デファレンシャルギヤ３８のデフサイドギヤが左右の駆動輪１６にドライブシャフトを介して連結されている。

図２において６８はパーキング機構で、遊星歯車装置１４のリングギヤＲの外周部分には、複数の凹凸６０が形成されている。この複数の凹凸６０が形成されたリングギヤＲの外周部分が、駆動輪１６と遊星歯車装置１４のリングギヤＲとの間に回転連結され、外周部に複数の凹凸６０が形成されたパーキング機構６８のパーキングギヤ６１を構成している。ハウジング２２にはパーキングポール６２がピン６３により揺動可能に装架され、図略のシフトレバーの変速レンジがパーキングのとき、パーキングポール６２はシフトレバーに連結された図略のパーキングロッドに先端部背面を押圧されてパーキングギヤ６１側に回動され、爪部６５が凹凸６０に噛合してパーキングギヤ６１の回転を規制する。シフトレバーがパーキング以外の変速レンジにシフトされると、パーキングロッドがパーキングポール６２から開離され、パーキングポール６２がリターンスプリング６９のバネ力によりパーキングギヤ６１から離れる方向に回動され、爪部６５が凹凸６０から離脱する。

ダンパ機構１５は、図３，４に示すように、第１部材をなす断面コの字状の外プレート１９が第２部材をなすハブ２０の外周に遊嵌され、外プレート１９の内側に中間プレート４１、圧縮スプリング４２、大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部４３，４４等が内蔵されている。外プレート１９は半径方向に延在する環状の側壁、軸線方向に延在する外周壁および外周壁から半径方向内側に屈曲した接合部を有する一側プレート４５に環状の他側プレート４６がリベット結合されて構成されている。ハブ２０の外周中央部分にはギヤ部４７が外プレート１９の両側壁間に突設され、外周に複数の外歯４８が形成されている。中間プレート４１は内周孔に形成された内歯が外歯４８に噛合されハブ２０と一体的に回転する。外プレート１９の両側壁をなすプレート４５，４６には矩形状のバネ孔５０が円周方向に離間した複数箇所で穿設され、プレート４５，４６のバネ孔５０部分は、バネ孔５０の円周方向両端部で外プレート１９の内方に直角に屈曲されて圧縮スプリング４２の両端を支持するバネ受けに成形されている。中間プレート４１にはバネ孔５０と同様の矩形状のバネ孔５１がバネ孔５０と対応する位置に穿設され、バネ孔５０，５１には圧縮スプリング４２が両端をバネ孔５０，５１の円周方向両端に夫々当接させて挿入されている。これにより、外プレート１９、中間プレート４１とハブ２０との間は圧縮スプリング４２を介して回転が伝達される。

中間プレート４１の両側には一対の摩擦プレート５２が摺接され、摩擦プレート５２の内周孔に形成された内歯５３はハブ２０の外歯４８と所定相対捩れ角度θの相対回転を許容して噛合されている。中間プレート４１には長孔５４が所定相対捩れ角度θ以上円周方向に延在して穿設され、一対の摩擦プレート５２が長孔５４を貫通するピン５５により連結されている。各摩擦プレート５２の外側面には大ヒステリシストルクを付与するための大摩擦部材５６が当接され、各大摩擦部材５６は外プレート１９の両側プレート４５，４６に相対回転を規制されて移動可能に支持されている。各大摩擦部材５６は図略のバネにより摩擦プレート５２に押圧され大ヒステリシス用摩擦部４３を構成している。外プレート１９の一側および他側プレート４５，４６には、小ヒステリシストルクを付与するための小摩擦部材５７が両側プレート４５，４６に対する相対回転を規制されるとともに、図略のバネにより付勢されてハブ２０の外周面に当接され、小ヒステリシス用摩擦部４４を構成している。このような構成によりダンパ機構１５は、プレート１９からハブ２０にトルク伝達する正方向捩れにおいては、所定相対捩れ角度までは小ヒステリシス用摩擦部４４が作動し、所定相対捩れ角度を超えると大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部４３，４４が作動し、ハブ２０からプレート１９にトルク伝達する負方向捩れにおいては、全相対捩れ角度で大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部４３，４４が作動する。

次に、上記実施の形態に係るハイブリッド型車両用動力伝達装置１０の作動について説明する。エンジンの定常作動時、エンジンからの出力トルクは、ダンパ機構１５を介して遊星歯車装置１４のキャリアＣに入力され、主に発電機として作動される発電機モータ１２および駆動輪１６に運転状況に応じて分配される。エンジンの出力トルクは、ダンパ機構１５の外プレート１９に伝達され、出力トルクに応じて圧縮スプリング４２を圧縮して中間プレート４１を経由してハブ２０に伝達される。外プレート１９からハブ２０にトルク伝達する正方向捩れにおいては、図４乃至６に示すように所定相対捩れ角度θまでは摩擦プレート５２の内歯５３がハブ２０の外歯４８と係合しないので、摩擦プレート５２が大摩擦部材５６と連れ回りし、大ヒステリシス用摩擦部４３は作動しない。小ヒステリシス用摩擦部４４は小摩擦部材５７がハブ２０の外周面と相対移動し小ヒステリシストルクを付与する。

駆動輪１６がエンジンにより回転され、無負荷状態の駆動モータ１７が歯車装置により増速されてエンジンにより回転されるとき、エンジン側から伝達されるトルク変動はダンパ機構１５の正方向捩れにおける小ヒステリシストルクにより効果的に減衰され、動力伝達経路に設けられた第２カウンタギヤ３２、歯車３５などの歯車装置から歯打ち音（ガラ音）が発生することを防止できる。

外プレート１９からハブ２０にトルク伝達する正方向捩れが、所定相対捩れ角度θを超えると摩擦プレート５２の内歯５３がハブ２０の外歯４８と係合してハブ２０との相対回転を規制されるので、大摩擦部材５６と摩擦プレート５２とが相対移動し、大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部４３，４４が作動し、大ヒステリシストルクおよび小ヒステリシストルクが付与される。

車両運転中のエンジンの始動は、モータとして作動された発電機モータ１２のトルクが遊星歯車装置１４のサンギヤＳに入力されダンパ機構１５を介してエンジンを回転させて行う。発電機モータ１２のトルクは、ダンパ機構１５のハブ２０、中間プレート４１に伝達され、トルクに応じて圧縮スプリング４２を圧縮して外プレート１９に伝達される。エンジンの始動、停止時にハブ２０から外プレート１９にトルク伝達する負方向捩れにおいては、図４，５，７に示すように相対捩れ角度が０度において摩擦プレート５２の内歯５３がハブ２０の外歯４８と係合するので、摩擦プレート５２が大摩擦部材５６に対して直ちに相対移動し、全相対捩れ角度で大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部４３，４４が作動し大ヒステリシストルクおよび小ヒステリシストルクが付与される。エンジン１１を最適燃費曲線上で極力使用するために、車両運転中にエンジンの始動、停止が頻繁に繰返されるハイブリッド型車両において、エンジン始動、停止時に発生する急激なトルク変動は圧縮スプリング４２により緩衝されるとともに負方向捩れにおける大ヒステリシストルクおよび小ヒステリシストルクにより短時間で減衰され、車両に生じるショックを効果的に減少することができる。さらに、負方向捩れにおいては直ちに大ヒステリシストルクが発生するので、エンジン始動時に発電機モータ１２によりエンジンをショックなく迅速に回転して始動させることができる。

シフトレバーの変速レンジがパーキングのときは、パーキング機構６８の図略のパーキングロッドが前進され、パーキングポール６２がローラ６６に先端部背面を押圧されてパーキングギヤ６１側に回動され、爪部６５が凹凸６０に噛合してパーキングギヤ６１、延いては駆動輪１６の回転を規制する。この状態で制御手段６７は、必要であればエンジンを運転し発電機モータ１２を発電機として駆動して発電し、インバータ４９を制御してバッテリ２８を充電する。このときエンジン出力のトルク変動は、ダンパ機構１５の正方向捩れにおける小ヒステリシストルクにより減衰されるので、パーキングギヤ６１の凹凸６０とパーキングポール６２の爪部６５とが互いに打合って音を発生することが効果的に防止される。

上記実施の形態では、遊星歯車装置１４のキャリアＣが第１要素としてダンパ機構１５を介してエンジンに連結され、サンギヤＳが第２要素として発電機モータ１２に連結され、リングギヤＲが第３要素として駆動輪１６に回転連結されているが、キャリアＣ、サンギヤＳおよびリングギヤＲの何れを第１乃至第３要素としてもよい。

ハイブリッド型車両用動力伝達装置を示す概略図。パーキングギヤおよびパーキングポールを示す図。ダンパ機構の側面断面図。ダンパ機構の一部を破断した部分正面図。ダンパ機構の正方向および負方向相対捩れ角度に対する伝達トルクとヒステリシスを示す図。ダンパ機構の正方向捩れにおけるヒステリシス作動原理を示す図。ダンパ機構の負方向捩れにおけるヒステリシス作動原理を示す図。

符号の説明

１０…ハイブリッド型車両用動力伝達装置、１１…エンジン、１２…発電機モータ、１３…共通軸線、１４…遊星歯車装置、Ｃ…キャリア、Ｓ…サンギヤ、Ｒ…リングギヤ、１５…ダンパ機構、１６…駆動輪、１７…駆動モータ、１９…外プレート（第１部材）、２０…ハブ（第２部材）、２２…ハウジング、２５，３３…ロータ、２８…バッテリ、２９，３５…歯車、３０…カウンタシャフト、３１，３２，４０…第１、第２、第３カウンタギヤ、３８…デファレンシャルギヤ、４１…中間プレート、４２…圧縮スプリング、４３…大ヒステリシス用摩擦部、４４…小ヒステリシス用摩擦部、４８…外歯、５０，５１…バネ孔、５２…摩擦プレート、５３…内歯、５６…大摩擦部材、５７…小摩擦部材、６０…凹凸、６１…パーキングギヤ、６２…パーキングポール、６７…制御手段。

Claims

エンジンが遊星歯車装置の第１要素、第１の電動機が前記遊星歯車装置の第２要素、駆動輪が前記遊星歯車装置の第３要素に夫々回転連結され、前記エンジンと前記遊星歯車装置の第１要素との間にダンパ機構が接続され、駆動輪を駆動する第２の電動機が前記遊星歯車装置の第３要素に歯車装置を介して連結されており、前記第１の電動機は前記遊星歯車装置および前記ダンパ機構を介して前記エンジンを回転可能であり、無負荷状態の第２の電動機が前記エンジンにより前記ダンパ機構および前記歯車装置を介して回転されるハイブリッド型車両用動力伝達装置において、前記ダンパ機構は、前記エンジンに回転連結された第１部材と、前記遊星歯車装置の第１要素に回転連結された第２部材と、前記第１および第２部材の相対回転において大ヒステリシストルクおよび小ヒステリシストルクを夫々発生する大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部とを有し、前記第１部材から前記第２部材にトルク伝達する正方向捩れにおいては、所定相対捩れ角度までは前記小ヒステリシス用摩擦部が作動し、前記所定相対捩れ角度を超えると前記大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部が作動し、前記第２部材から前記第１部材にトルク伝達する負方向捩れにおいては、全相対捩れ角度で前記大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部が作動することを特徴とするハイブリッド型車両用動力伝達装置。
エンジンが遊星歯車装置の第１要素、第１の電動機が前記遊星歯車装置の第２要素、駆動輪が前記遊星歯車装置の第３要素に夫々回転連結され、前記エンジンと前記遊星歯車装置の第１要素との間にダンパ機構が接続され、駆動輪を駆動する第２の電動機が前記駆動輪および前記遊星歯車装置の第３要素に歯車装置を介して連結されており、前記第１の電動機は前記遊星歯車装置および前記ダンパ機構を介して前記エンジンを回転可能であり、無負荷状態の第２の電動機が前記エンジンにより前記ダンパ機構および前記歯車装置を介して回転されるハイブリッド型車両用動力伝達装置において、前記ダンパ機構は、前記エンジンに回転連結された第１部材と、前記遊星歯車装置の第１要素に回転連結された第２部材と、前記第１および第２部材の相対回転において大ヒステリシストルクおよび小ヒステリシストルクを夫々発生する大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部とを有し、前記第１部材から前記第２部材にトルク伝達する正方向捩れにおいては、所定相対捩れ角度までは前記小ヒステリシス用摩擦部が作動し、前記所定相対捩れ角度を超えると前記大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部が作動し、前記第２部材から前記第１部材にトルク伝達する負方向捩れにおいては、全相対捩れ角度で前記大ヒステリシス用および小ヒステリシス用摩擦部が作動することを特徴とするハイブリッド型車両用動力伝達装置。
請求項１又は２において、前記駆動輪と前記遊星歯車装置の第３要素との間に回転連結され外周部に複数の凹凸が形成されたパーキングギヤと、変速レンジがパーキングのときに前記凹凸に噛合して前記パーキングギヤの回転を規制するパーキングポールと、該パーキングポールが前記パーキングギヤの凹凸に噛合しているときに前記エンジンを運転して前記第１の電動機を駆動する制御手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド型車両用動力伝達装置。
請求項１乃至３のいずれか１項において、前記第２の電動機は前記歯車装置の一部により前記エンジンに対して増速されることを特徴とするハイブリッド型車両用動力伝達装置。