JP5328482B2 - 車両の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の駆動源として内燃機関とともに２つの電動機が設けられた車両の駆動装置に関する。

内燃機関及び第１モータ・ジェネレータが遊星歯車機構として構成された動力分割機構に連結され、動力分割機構から出力された動力を出力軸に伝達し、その出力軸に対して第２モータ・ジェネレータの動力を変速機構を介して付加するように構成されており、かつ変速機構の変速比の切替時に生じ得るショックを、第１モータ・ジェネレータ及び内燃機関の少なくとも一方の動力を補正することにより解消する車両の駆動装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００４−２０３２２０号公報 特開２００１−２６０６６９号公報

特許文献１の駆動装置は内燃機関を停止させた状態で第２モータ・ジェネレータを駆動源とする電気駆動モードを実行できる。電気駆動モード時には内燃機関が停止しているので、第１モータ・ジェネレータの反力を内燃機関が連結される回転要素によって十分に受けることができない。そのため、第１モータ・ジェネレータの動力を出力部材に十分に伝達できないから、第１モータジェネレータの動力を補正しても電気駆動モード時に上述したショックを解消できないおそれがある。

そこで、本発明は、電気駆動モード時において変速比の切替時に生じ得るショックを緩和できる車両の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の駆動装置は、互いに差動回転可能な３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のいずれか一つの第１回転要素が内燃機関に、他の一つの第２回転要素が第１電動機に、残りの一つの第３回転要素が出力部材に、それぞれ連結された動力分割機構と、前記出力部材から駆動輪までの動力伝達経路に対して動力を付加できる第２電動機と、前記第２電動機の回転を変速し、その変速比を複数の変速比に切り替えて前記動力伝達経路に伝達できる変速機構と、を備え、前記第１電動機及び前記第２電動機の少なくともいずれか一方と前記内燃機関とを駆動源とするハイブリッド駆動モードと、前記内燃機関の運転を停止させた状態で前記第２電動機を駆動源とする電気駆動モードとを切り替え可能な車両の駆動装置において、前記内燃機関の回転方向と同方向である所定方向の前記第１回転要素の回転を許容し、かつ前記所定方向とは反対方向の前記第１回転要素の回転を阻止するワンウエイクラッチと、前記電気駆動モード時に前記変速機構の変速比が切り替えられる場合に、その切り替えに伴うショックが、前記第１電動機の動力が前記ワンウエイクラッチを介して前記動力伝達経路に伝達されることによって緩和されるように前記第１電動機の動力を補正する変速時補正手段と、を更に備えるものである（請求項１）。

この駆動装置によれば、内燃機関が停止した状態で第１電動機の反力をワンウエイクラッチで受けることができるため、第１電動機の動力を出力部材から駆動輪までの動力伝達経路に十分に伝達できる。従って、電気駆動モード時における変速比の切り替え時に第１電動機の動力を補正することによりその切替時に生じ得るショックを緩和できる。

本発明の駆動装置において、前記変速機構には、前記複数の変速比として、高速側の高速用変速比と低速側の低速用変速比とが設けられており、前記変速時補正手段は、前記電気駆動モード時に前記変速機構の変速比が前記低速用変速比から前記高速用変速比に切り替えられる場合に、前記第１電動機の動力を増加側に補正してもよい（請求項２）。この態様によれば、第１電動機の動力を増加側に補正することにより動力伝達経路に伝達される動力を増やすことができる。そのため、低速用変速比から高速用変速比に切り替える場合に不足する第２電動機の動力を第１電動機によって補うことができるため、第２電動機の動力の不足に伴って生じ得るショックを緩和することができる。

この態様においては、前記電気駆動モードを選択する意思が反映された運転者の所定操作を受け付ける操作部材と、車両停止中に前記操作部材が前記所定操作を受け付けた場合に、前記変速機構の変速比を前記低速用変速比に切り替えるとともに前記第１電動機及び前記第２電動機の少なくともいずれか一方を制御することにより、前記電気駆動モードにて車両を発進させる発進時制御手段と、を更に備えてもよい（請求項３）。この場合には、電気駆動モードで発進させる際に低速用変速比に切り替えられるので各電動機の負担を低減できる。

また、運転者の加速要求の程度に応じて操作される加速操作部材を更に備え、前記発進時制御手段は、車両停止時において、前記加速操作部材の操作量が小さい場合に前記変速機構の変速比を前記高速用変速比に、前記加速操作部材の操作量が大きい場合に前記変速機構の変速比を前記低速用変速比にそれぞれ切り替えて、前記ハイブリッド駆動モード又は前記電気駆動モードのいずれか一方のモードにて車両を発進させてもよい（請求項４）。運転者の加速要求の程度に応じて変速比が選択されるため、運転者の要求に適した発進動作が可能になる。即ち、加速操作部材の操作量が小さく加速要求が低い場合には高速用変速比に切り替えられることにより立ち上がりの緩やかな発進が可能となり、他方加速操作部材の操作量が大きく加速要求が高い場合には低速用変速比に切り替えられることにより立ち上がりの鋭い発進が可能となる。

以上説明したように、本発明の駆動装置によれば、内燃機関が停止した状態で第１電動機の反力をワンウエイクラッチで受けることができるため、電気駆動モード時における変速比の切り替え時に第１電動機の動力を補正することによりその切替時に生じ得るショックを緩和することができる。

本発明の一形態に係る駆動装置が適用された車両の全体構成を概略的に示した図。 ショック緩和制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 図２のステップＳ５の実行時における共線図を示した説明図。 発進時制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

図１は本発明の一形態に係る駆動装置が適用された車両の全体構成を概略的に示している。車両１はいわゆるハイブリッド車両として構成されている。周知のようにハイブリッド車両は、内燃機関を走行用の駆動力源として備えるとともに、電動機を他の走行用の駆動力源として備えた車両である。車両１は駆動輪と内燃機関とが車両前部に位置するＦＦレイアウトの車両として構成されている。

駆動装置２は、内燃機関３と、第１モータ・ジェネレータ４と、内燃機関３及び第１モータ・ジェネレータ４がそれぞれ連結された動力分割機構５と、動力分割機構５からの動力が伝達される出力部材としての出力ギア６と、第２モータ・ジェネレータ７と、出力ギア６から出力された動力を駆動輪１０に伝達するための動力伝達機構８と、第２モータ・ジェネレータ７の回転を変速して動力伝達機構８に伝達する変速機構９とを備えている。

内燃機関３は、火花点火型の多気筒内燃機関として構成されており、その動力は入力軸１５を介して動力分割機構５に伝達される。入力軸１５は出力ギア６と同軸に配置されていて、入力軸１５及び出力ギア６は軸線Ａｘ１の回りに回転する。入力軸１５と内燃機関３との間には不図示のダンパが介在しており、内燃機関３のトルク変動はダンパにて吸収される。第１モータ・ジェネレータ４と第２モータ・ジェネレータ７とは同様の構成を持っていて、電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えている。第１モータ・ジェネレータ４は本発明に係る第１電動機に、第２モータ・ジェネレータ７は本発明に係る第２電動機にそれぞれ相当する。

動力分割機構５は、相互に差動回転可能な３つの回転要素を持つシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、外歯歯車であるサンギアＳと、そのサンギアＳに対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオン２０を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣとを備えている。この形態では、入力軸１５がキャリアＣに、第１モータ・ジェネレータ４がサンギアＳに、出力ギア６がリングギアＲにそれぞれ連結されている。従って、キャリアＣが本発明に係る第１回転要素に、サンギアＳが本発明に係る第２回転要素に、リングギアＲが本発明に係る第３回転要素にそれぞれ相当する。

内燃機関３の動力を伝達する入力軸１５にはワンウエイクラッチ２５が設けられている。ワンウエイクラッチ２５は、内燃機関３の回転方向と同方向である所定方向の入力軸１５の回転を許容し、かつその所定方向とは反対方向の入力軸１５の回転を阻止する。入力軸１５は動力分割機構５のキャリアＣに連結されているので、キャリアＣの回転方向も入力軸１５と同様にワンウエイクラッチ２５にて規制される。

動力伝達機構８は、軸線Ａｘ１と平行な軸線Ａｘ２上に配置されたカウンタ軸３０と、カウンタ軸３０から出力された動力を駆動輪１０に分配する差動装置３１とを備えている。差動装置３１と駆動輪１０とはドライブ軸３２にて連結されている。カウンタ軸３０には、出力ギア６と噛み合うカウンタギア３３と、差動装置３１のリングギア３１ａと噛み合うドライブギア３４とがそれぞれ設けられている。動力伝達機構８は、出力ギア６の動力を駆動輪１０に伝達する動力伝達経路として、出力ギア６からカウンタギア３３、カウンタ軸３０、差動装置３１及びドライブ軸３２を経由して駆動輪１０に至る経路を形成する。その動力伝達経路は本発明に係る動力伝達経路に相当する。

変速機構９は、低速用変速比を実現する低速用ギア対３５と、高速用変速比を実現する高速用ギア対３６と、これらギア対３５、３６のいずれか一方を選択的に成立させる切替機構３７とを備えている。低速用ギア対３５は、第２モータ・ジェネレータ７のモータ軸３８と同軸でかつ相対回転可能な状態で設けられた低速用ドライブギア３５Ａと、その低速用ドライブギア３５Ａと噛み合いかつカウンタ軸３０に固定された低速用ドリブンギア３５Ｂとを有する。また、高速用ギア対３６は、モータ軸３８と同軸でかつ相対回転可能な状態で設けられた高速用ドライブギア３６Ａと、その高速用ドライブギア３６Ａと噛み合いかつカウンタ軸３０に固定された高速用ドリブンギア３６Ｂとを有する。切替機構３７は、低速用ドライブギア３５Ａとモータ軸３８とが一体回転するようにこれらを結合する低速位置と、高速用ドライブギア３６Ａとモータ軸３８とが一体回転するようにこれらを結合する高速位置と、各ドライブギア３５Ａ、３６Ａとモータ軸３８との結合を解除する解除位置との間で動作位置を切り替えることができる。なお、図１には切替機構３７が解除位置に切り替えられた状態が示されている。

駆動装置２には、各種駆動モードの切り替えを実現するため駆動装置２の各部を制御する車両制御装置４０が設けられている。車両制御装置４０はコンピュータユニットとして構成されており、車両１の適正な走行状態を得るための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置４０はこれらのプログラムを実行することにより内燃機関３や各モータ・ジェネレータ４、７等の制御対象に対する制御を行っている。

駆動装置２が実現する駆動モードとしては、車両１の進行方向によって区別すると、車両１を前進させる前進モードと車両１を後退させる後退モードとがある。そして、前進モードは、車両１の低車速時に実行される低速モードと、高車速時に実行される高速モードとを含んでいる。前進モードと後退モードとの切り替えは車両１に搭載されたシフトレバー４１の操作に応じて行われる。シフトレバー４１に割り当てられたシフト位置としてはドライブ位置、リバース位置、パーキング位置及びニュートラル位置が含まれる。シフトレバー４１の操作位置はシフトポジションセンサ４２を通じて車両制御装置４０に出力される。例えば、車両制御装置４０はシフトレバー４１がドライブ位置に操作された場合に駆動モードを前進モードに切り替えるとともに、シフトレバー４１がリバース位置に操作された場合には駆動モードを後退モードに切り替える。低速モードと高速モードとの切替は前進モードの実行中に変速機構９を操作することにより行われ、その操作は車両１の車速とともに、加速操作部材としてのアクセルペダル４３の操作量（アクセル開度）を変数として定義された所定の変速マップに基づいて行われる。なお、車速及びアクセル開度の取得は車速センサ４４とアクセル開度センサ４５にてそれぞれ行われる。

また、駆動装置２は、実現可能な駆動モードを駆動源の相違で区別すると、第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ７の少なくともいずれか一方と内燃機関３とを駆動源とするハイブリッド駆動モードと、内燃機関３の運転を停止させた状態で第２モータ・ジェネレータ７を駆動源とする電気駆動モードとをそれぞれ実現可能である。ハイブリッド駆動モードと電気駆動モードとの切り替えは、車両１の車速等の走行状態や車両１に搭載される蓄電池（不図示）の充電状態に応じて行われる他、車両１の乗員である運転者の操作に応じて行われる。本形態は、電気駆動モードを運転者にて選択することも可能になっている。そのため、車両１には操作部材としてのＥＶスイッチ４６が設けられている。ＥＶスイッチ４６は、電気駆動モードを選択する意思が反映された運転者の所定操作である押し込み操作を受け付けることができ、その押し込み操作を受け付けると操作信号を車両制御装置４０に出力する。

車両駆動装置４０は以上の基本的制御の他、本発明に関連する制御として以下に説明するショック緩和制御と発進時制御とを行っている。

図２は、ショック緩和制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは車両制御装置４０に搭載されたＲＯＭ等の記憶装置に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。

車両制御装置４０は、ステップＳ１において電気駆動モードの実行中か否かを判定し、電気駆動モードの実行中である場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップしてルーチンを終了する。

ステップＳ２においては、低速モードの実行中か否か、つまり変速機構９の変速比が低速用変速比か否かを判定する。低速モードの実行中である場合はステップＳ３に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップしてルーチンを終了する。

ステップＳ３においては、低速モードから高速モードへの切替要求の有無を判定する。各モードの切替要求は上述した変速マップに基づいて、図２の制御ルーチンと並行して実施される別ルーチン（不図示）で生成される。高速モードへの切替要求がある場合はステップＳ４に進み、切替要求がない場合は以後の処理をスキップしてルーチンを終了する。

ステップＳ４においては、変速機構９の変速比を低速用変速比から高速用変速比へ切替える変速操作を開始する。具体的には、変速機構９に設けられた切替機構３７を低速位置から高速位置へ切り替える。

ステップＳ５においては、第１モータ・ジェネレータ４の動力を増加側に補正して、ルーチンを終了する。その補正量は車両１の車速、各モータ・ジェネレータ４、７の回転数及び動力等の各種パラメータに基づいて所定のロジックに基づいて演算される。図３は、ステップＳ５の実行時における共線図を示している。図中、「Ｅｎｇ」は内燃機関３を、「ＭＧ１」は第１モータ・ジェネレータ４を、「ＭＧ２」は第２モータ・ジェネレータ７を、「ＯＵＴ」は出力ギア６を、「ＯＷＣ」はワンウエイクラッチ２５を、それぞれ示す。図３から理解できるように、内燃機関３の回転方向とは逆方向のキャリアＣの回転がワンウエイクラッチ２５にて阻止されるため、第１モータ・ジェネレータ４の動力Ｔ１の反力をワンウエイクラッチ２５で受けることができる。換言すれば、ワンウエイクラッチ２５に反力Ｔ３が生じる。このため、第１モータ・ジェネレータ４の動力を出力ギア６を介してカウンタ軸３０（図１）に十分に伝達できるようになる。そのため、第２モータ・ジェネレータ７の動力Ｔ２の不足が第１モータ・ジェネレータ４の動力Ｔ１にて補われ、変速比の切替前後で生じる動力差を低減できる。これにより、変速比の切替前後で生じ得るショックを緩和することができる。

図２に示した制御ルーチンを車両制御装置４０が実行することにより、車両制御装置４０は本発明に係る変速時補正手段として機能する。

図４は、発進時制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは車両制御装置４０の記憶装置に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。図４のルーチンの実行条件は車両１の停止時つまり車速が０の場合に設定されている。

ステップＳ１１においては、シフトレバー４１のシフト位置がリバース位置か否かを判定する。リバース位置である場合はステップＳ１７に進み、変速機構９の変速比を低速用変速比に切り替えて車両１の発進制御を実行する。従って、後退モードにおいては低速要変速比が発進時に用いられる。この発進制御はハイブリッド駆動モード又は電気駆動モードへの切替要求に応じて内燃機関３及び各モータ・ジェネレータ４、７を制御することによって車両を発進させる周知のものである。一方、シフト位置がリバース位置でない場合はステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２においては、シフト位置がドライブ位置か否かを判定する。ドライブ位置である場合はステップＳ１３に進み、ＥＶスイッチ４６がＯＮか否か、即ち押し込み操作が行われているか否かを判定する。ＥＶスイッチ４６がＯＮの場合はステップＳ１４に進み、電気駆動モードへの切替要求を生成してステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では上述したように、変速比を低速用変速比に切り替えて発進制御を行う。一方、ＥＶスイッチ４６がＯＮでない場合はステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５においては、運転者による要求駆動力が大であるか否か、換言すれば運転者による加速要求が大であるか否かを判定する。その判定は、アクセルペダル４３の操作量であるアクセル開度に閾値を設定しその閾値に基づいて行われる。即ち、アクセル開度が閾値と等しい又はこれを超えている場合には要求駆動力が大と判定され、アクセル開度が閾値を下回る場合には要求駆動力が大でないと判定される。要求駆動力が大と判定された場合はステップＳ１７に進み、変速比を低速用変速比に切り替えて発進制御が行われる。これにより、立ち上がりの鋭い車両１の発進が可能となる。一方、要求駆動力が大でない、つまり要求駆動力が小さいと判定された場合は、ステップＳ１６に進み、変速比を高速用変速比に切り替えて発進制御が行われる。これにより、立ち上がりが緩やかな車両１の発進が可能となる。

図４の制御ルーチンを車両駆動装置４０が実行することにより、車両制御装置４０は本発明に係る発進時制御手段として機能する。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上記形態では、低速用変速比から高速用変速比に切り替える際に第１モータ・ジェネレータ４の動力を増加側に補正することにより、ショック緩和制御を行っているが、これとは反対に、高速用変速比から低速用変速比に切り替える場合においても切替前後で動力差が生じるため、その動力差に伴うショックを緩和する目的で第１モータ・ジェネレータ４の動力を補正してもよい。その際の動力の補正方向は増加側又は減少側のいずれであってもよい。

変速機構が切り替え可能な変速比の数は高低２つに限定されず、３つ以上の変速比の間で切り替えるものであってもよい。

ワンウエイクラッチ２５の設置箇所は出力軸１５に限らず、例えば動力分割機構５のキャリアＣに設けることもできる。要は内燃機関が連結される回転要素の回転方向を一方向に制限できるならば、ワンウエイクラッチはどのような箇所に設けられてもよい。

なお、上述した動力分割機構の構成は一例にすぎず、これを機構学上等価な別形態に変更することも可能である。また、動力分割機構の各回転要素に対する連結関係も別形態に変更することも可能である。更に、動力分割機構を遊星歯車機構で構成することは一例にすぎず、例えば歯車ではない摩擦車（ローラ）を回転要素として持つ遊星ローラ機構に置き換えて実施することも可能である。

１ 車両
２ 駆動装置
３ 内燃機関
４ 第１モータ・ジェネレータ（第１電動機）
５ 動力分割機構
６ 出力ギア（出力部材）
７ 第２モータ・ジェネレータ（第２電動機）
９ 変速機構
２５ ワンウエイクラッチ
４０ 車両制御装置（変速時補正手段、発進時制御手段）

Claims (4)

1. 互いに差動回転可能な３つの回転要素を有し、前記３つの回転要素のいずれか一つの第１回転要素が内燃機関に、他の一つの第２回転要素が第１電動機に、残りの一つの第３回転要素が出力部材に、それぞれ連結された動力分割機構と、前記出力部材から駆動輪までの動力伝達経路に対して動力を付加できる第２電動機と、前記第２電動機の回転を変速し、その変速比を複数の変速比に切り替えて前記動力伝達経路に伝達できる変速機構と、を備え、前記第１電動機及び前記第２電動機の少なくともいずれか一方と前記内燃機関とを駆動源とするハイブリッド駆動モードと、前記内燃機関の運転を停止させた状態で前記第２電動機を駆動源とする電気駆動モードとを切り替え可能な車両の駆動装置において、
   前記内燃機関の回転方向と同方向である所定方向の前記第１回転要素の回転を許容し、かつ前記所定方向とは反対方向の前記第１回転要素の回転を阻止するワンウエイクラッチと、前記電気駆動モード時に前記変速機構の変速比が切り替えられる場合に、その切り替えに伴うショックが、前記第１電動機の動力が前記ワンウエイクラッチを介して前記動力伝達経路に伝達されることによって緩和されるように前記第１電動機の動力を補正する変速時補正手段と、を更に備えることを特徴とする車両の駆動装置。
2. 前記変速機構には、前記複数の変速比として、高速側の高速用変速比と低速側の低速用変速比とが設けられており、
   前記変速時補正手段は、前記電気駆動モード時に前記変速機構の変速比が前記低速用変速比から前記高速用変速比に切り替えられる場合に、前記第１電動機の動力を増加側に補正する、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記電気駆動モードを選択する意思が反映された運転者の所定操作を受け付ける操作部材と、車両停止中に前記操作部材が前記所定操作を受け付けた場合に、前記変速機構の変速比を前記低速用変速比に切り替えるとともに前記第１電動機及び前記第２電動機の少なくともいずれか一方を制御することにより、前記電気駆動モードにて車両を発進させる発進時制御手段と、を更に備える請求項２に記載の駆動装置。
4. 運転者の加速要求の程度に応じて操作される加速操作部材を更に備え、
   前記発進時制御手段は、車両停止時において、前記加速操作部材の操作量が小さい場合に前記変速機構の変速比を前記高速用変速比に、前記加速操作部材の操作量が大きい場合に前記変速機構の変速比を前記低速用変速比にそれぞれ切り替えて、前記ハイブリッド駆動モード又は前記電気駆動モードのいずれか一方のモードにて車両を発進させる請求項３に記載の駆動装置。

Images