JP2000225862A - 変速装置、車両、ハイブリッド車両、およびその制御装置 - Google Patents

変速装置、車両、ハイブリッド車両、およびその制御装置

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JP2000225862A JP11028117A JP2811799A JP2000225862A JP 2000225862 A JP2000225862 A JP 2000225862A JP 11028117 A JP11028117 A JP 11028117A JP 2811799 A JP2811799 A JP 2811799A JP 2000225862 A JP2000225862 A JP 2000225862A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】遊星歯車にエンジン，モータ、および発電機を
接続したハイブリッド車において、エンジンを停止して
モータのみで走行する場合の発電機による連れ回り損失
を回避する。また高速走行時、発電機を電気的に固定す
るための電気エネルギーの損失を避ける。さらに、発電
機によるトルクアシストを遊星歯車の拘束条件に制約さ
せない。 【解決手段】エンジン１１の出力をモータＢ１３に接続
された遊星歯車１８を介して車両駆動軸１５に伝達する
第１の動力伝達経路と、エンジン１１の出力を歯車１
６，１７を介して車両駆動軸１５に伝達する第２の動力
伝達経路と、第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路
とを切り替える動力伝達切替手段を有する変速装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はモータと差動機構お
よび動力連結機構から構成される変速装置と、それを用
いた車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの低燃費化を図る駆動システム
として、モータの駆動力を利用するハイブリッド車があ
る。
【０００３】ハイブリッド車のうち、２つのモータと１
つの遊星歯車を用いたシステムが提案されている。例え
ば、特開平7−135701 号公報では、エンジンの駆動力を
遊星歯車に入力し、遊星歯車の出力軸から得られた駆動
力により車両を駆動するように発電機で制御される方式
が記載されている。
【０００４】遊星歯車を構成する３つのギアのうち、エ
ンジン軸に接続するギアを停止するように残りのギアの
速度を制御してモータのみの走行を実現している。
【０００５】また、高速走行は発電機の軸を電気的に固
定し、エンジンの駆動力を遊星歯車の残りのギアを介し
て伝達している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
はモータ走行時に発電機が連れ回りによる損失となり、
駆動モータの出力を消費してしまう。
【０００７】また、高速走行時では発電機の回転を停止
するための電気エネルギーを消費してしまう。
【０００８】さらに、遊星歯車による拘束条件により、
発電機によるトルクアシストが制限されてしまう。
【０００９】本発明は、上記の不具合をなくすためにな
されたものであり、エンジンとモータを有する車両にお
いて、モータの連れ回りによる損失および電気的損失を
低減することにより高効率化を図り、また、車両の速度
に関係なく発電機によるトルクアシストを可能とするこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、内燃機関の
出力を、回転要素の１つに回転電機動力が伝達される差
動機構を介して車両駆動軸に伝達する第１の動力伝達経
路と、前記内燃機関の出力を、歯車を介して前記車両駆
動軸に伝達する第２の動力伝達経路とを有し、前記第１
の動力伝達経路と前記第２の動力伝達経路を切り替える
動力伝達切替手段を有する変速装置により達成される。
【００１１】また上記目的は、内燃機関と回転電機を有
する車両であって、少なくとも高速歯車と低速歯車が固
定された車両駆動軸と、少なくとも３つの回転要素を有
し、第１の回転要素は前記低速歯車に接続され、第２の
歯車は前記回転電機の回転軸に接続された遊星歯車と、
少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
記内燃機関の回転軸に接続され、第２の回転要素は前記
高速歯車に接続され、第３の回転要素は前記遊星歯車の
第３の回転要素に接続されたドッグクラッチとを有し、
前記ドッグクラッチは、前記第１の回転要素を第２の回
転要素または第３の回転要素に選択的に結合させる機
構、および、前記第１の回転要素を第２の回転要素およ
び第３の回転要素に対して中立させる機構を有する車両
により達成される。
【００１２】また上記目的は、内燃機関とモータジェネ
レータを有する車両であって、前記内燃機関の出力を、
回転要素の１つに前記モータジェネレータの動力が伝達
される差動機構を介して車両駆動軸に伝達する第１の動
力伝達経路と、前記内燃機関の出力を、歯車を介して前
記車両駆動軸に伝達する第２の動力伝達経路とを有し、
前記第１の動力伝達経路を選択する第１モード，前記第
２の動力伝達経路を選択する第２モード、または前記第
１の動力伝達経路および前記第２の動力伝達経路から前
記内燃機関を切り離す中立モードを切り替えるドッグク
ラッチを有する車両によって達成される。
【００１３】また上記目的は、内燃機関と複数の回転電
機を有し、前記内燃機関の出力と第１の前記回転電機の
出力を加算した出力が車両駆動軸に伝達される第１の駆
動経路と、前記内燃機関の出力と第２の前記回転電機の
出力を減算した出力が車両駆動軸に伝達される第２の駆
動経路と、前記第１の駆動経路と前記第２の駆動経路を
選択する手段を有するハイブリッド車両により達成され
る。
【００１４】また上記目的は、内燃機関と回転電機を有
し、少なくとも高速歯車と低速歯車が固定された車両駆
動軸と、少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転
要素は前記低速歯車に接続され、第２の歯車は前記モー
タジェネレータの回転軸に接続された遊星歯車と、少な
くとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前記内
燃機関の回転軸に接続され、第２の回転要素は前記高速
歯車に接続され、第３の回転要素は前記遊星歯車の第３
の回転要素に接続されたドッグクラッチとを有し、前記
ドッグクラッチは、前記第１の回転要素を第２の回転要
素または第３の回転要素に選択的に結合、および前記第
１の回転要素を第２の回転要素および第３の回転要素に
対して中立させる機構を有するハイブリッド車両に備え
られた制御装置であって、前記車両駆動軸の検出回転数
と前記回転電機の回転数制御によって前記ドッグクラッ
チの第３の回転要素の回転数を制御し、前記ドッグクラ
ッチの第１および第３の回転要素の回転数が略一致した
ときに前記第１および第３の回転要素を結合するハイブ
リッド車両の制御装置により達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を説明す
る。
【００１６】図１は本発明による変速装置を搭載した車
両の一実施例である。エンジン１１は内燃機関であり、
内燃機関とは燃焼ガスが作動流体であるものを指し、レ
シプロエンジン，ロータリーエンジン，ガスタービン、
およびジェットエンジンなどが含まれる。今回は一例と
してレシプロエンジンを想定した。
【００１７】モータＡ１２およびモータＢ１３は電気エ
ネルギーを与えることにより運動エネルギーを放出し、
運動エネルギーを与えると電気エネルギーに変換する。
車輪１４は、車両駆動軸１５に連結されている。
【００１８】高速用エンジン側歯車１６は噛合い歯車で
ある。高速用車両側歯車１７も噛合い歯車であり、高速
用エンジン側歯車１６と噛合している。高速用車両側歯
車１７は車両駆動軸１５に固定されている。
【００１９】差動機能を有する遊星歯車１８はサンギア
１８ｓ，プラネタリーキャリア18ｐ、およびリングギア
１８ｒの３つの歯車より構成されている。低速用車両側
歯車１９は噛合い歯車であり、遊星歯車１８のリングギ
ア１８ｒと噛合している。低速用車両側歯車１９は車両
駆動軸１５に固定されている。
【００２０】ドッグクラッチ２０は、エンジン出力軸２
１を高速用エンジン側歯車１６もしくは遊星歯車１８の
プラネタリーキャリア１８ｐに連結または中立する機能
を有する。ドッグクラッチ２０は一般的にクラッチに相
当するもである。今回は歯車列より構成されるドッグク
ラッチを想定した。ドッグクラッチは接合部品同士の回
転数が等しければ小さな動力で接合する特性を有してい
る。
【００２１】ドッグクラッチ２０はエンジン出力軸に接
続しているエンジン側伝達要素２０ｅ，高速用エンジン
側歯車１６に接続している高速側伝達要素２０ｈ、およ
び遊星歯車１８のプラネタリーキャリア１８ｐに接続し
ている低速側伝達要素２０ｌから構成されている。エン
ジン側伝達要素２０ｅは高速側伝達要素２０ｈおよび低
速側伝達要素２０ｌの間に配されている。高速用エンジ
ン側歯車１６と高速側伝達要素２０ｈとは中空の管で接
合されており、その中をエンジン出力軸２１が貫通して
いる。エンジン側伝達要素２０ｅを高速側伝達要素２０
ｈおよび低速側伝達要素２０ｌの間に配することにより
エンジン出力軸２１の長さを短くできる。また、ドッグ
クラッチ２０の全長を小さくし、搭載性を向上させる。
【００２２】モータＡ１２は車両駆動軸１５に接続して
おり、モータＢ１３は遊星歯車１８のサンギア１８ｓに
接続している。モータ制御装置２２は、モータＡ１２お
よびモータＢ１３を制御し、バッテリー２３をエネルギ
ーソースとしている。締結装置２４は低速側伝達要素２
０ｌの回転を停止し拘束する機能を有する。一般的には
バンドブレーキや多板クラッチが用いられるが、特に油
圧源を持たないハイブリッド車においてはモータなどの
電気エネルギーにより駆動する締結装置が望ましい。
【００２３】接続状態検出装置２５は、動力伝達切替手
段の接続状態を判断する。回転数検出装置２６は、低速
側伝達要素２０ｌもしくは遊星歯車１８のプラネタリー
キャリア１８ｐの回転数を検出する。プラネタリーキャ
リア１８ｐの回転数はモータＡ１２およびモータＢ１３
の回転数から求めることも可能である。締結状態検出装
置２７は締結装置２４の状態を判断する。
【００２４】図１の構成による変速装置には以下の特徴
がある。
【００２５】第１に高効率，低燃費走行が実現できる。
【００２６】モータＡ１２のみで走行する場合、エンジ
ン側伝達要素２０ｅを中立状態に保つことにより、損失
の少ない走行が可能となる。モータＡ１２のトルクは歯
車１９を介して遊星歯車１８に伝わるが、モータＢ１３
の連れ回り損失はゼロに近い。
【００２７】エンジン側伝達要素２０ｅを中立状態に保
つことにより、遊星歯車１８のプラネタリーキャリア１
８ｐの慣性は歯車のみとなるのに対し、サンギア１８ｓ
はモータＢ１３が接続しているため慣性が大きい。よっ
て、遊星歯車１８ではトルクのバランスより慣性による
抵抗の軽いプラネタリーキャリア１８ｐが回され、サン
ギア１８ｓは停止した状態となる。モータＢ１３が停止
しているため、モータＡ１２によるモータＢ１３の連れ
回り損失はゼロに近く、モータＡ１２のトルクを効率良
く車輪１４に伝えることができる。また、モータＢ１３
に電流を与える必要がないため電気的損失もゼロに近
い。
【００２８】車両がエンジンの出力で走行する場合、エ
ンジン側伝達要素２０ｅを高速側伝達要素２０ｈと結合
状態に保つことにより、同様に損失の少ない走行が可能
となる。
【００２９】エンジン側伝達要素２０ｅが高速側伝達要
素２０ｈと結合状態にあることにより、エンジン１１の
駆動力は１対の歯車列である高速用エンジン側歯車１６
および高速用車両側歯車１７を介して効率良く車輪１４
に伝達される。
【００３０】車両速度が高く、負荷も大きいため、エン
ジン１１は効率の良い領域で使用できる。また、低速側
伝達要素２０ｌが無負荷状態であるためモータＢ１３は
停止状態であり、連れ回り損失および電気的損失はゼロ
に近い。
【００３１】第２に、加速性能の向上が計れる。
【００３２】モータＡ１２で走行するモータ走行モード
において、モータＡ１２の許容トルク以上のトルクが要
求された場合、低速側伝達要素２０ｌを締結装置２４に
より固定することにより、モータＢ１３のトルクを車両
駆動軸１５に伝えることができる。
【００３３】同様に、エンジン１１が駆動している場合
に、エンジン１１とモータＡ１２の許容トルクの合計以
上のトルクを要求された場合、低速側伝達要素２０ｌを
締結装置２４により固定することにより、モータＢ１３
のトルクを車両駆動軸１５に伝えることが可能である。
【００３４】モータＢ１３は遊星歯車１８のサンギア１
８ｓに接続しているため、モータＢ１３が発生するトル
クは増幅されて車両に伝達する。そのため、モータＢ１
３は小容量のものが選択できる。また、モータＢ１３に
よるトルクアシストが自在であるため、モータＡ１２も
小容量のものを用いることが可能となる。
【００３５】第３に、高効率発電が可能である。
【００３６】モータＡ１２およびモータＢ１３が独立し
てトルクをアシストすることが可能であるため、逆にト
ルクを吸収して発電することも独立に可能である。
【００３７】バッテリー２３の容量が極端に少ないとき
は締結装置２４により低速側伝達要素２０ｌを固定し、
モータＡ１２およびモータＢ１３の両方で発電を行う。
このとき、エンジン１１は高負荷運転を強いられ、エン
ジンは高負荷側に効率の良い領域が存在するため、発電
時の全体効率が良い。また、２つのモータ双方で同時に
回生制動が行えるため大きな回生制動トルクが得られ、
エネルギー回収効率が高い。
【００３８】第４にモータが故障した場合でも走行が可
能である。
【００３９】モータＡ１２が故障し、出力が得られない
場合は、締結装置２４で遊星歯車１８のプラネタリーキ
ャリア１８ｐを固定することによりモータＢ１３のトル
クで走行する。
【００４０】車両が停止したときのエンジン１１の始動
はエンジン側伝達要素２０ｅを高速側伝達要素２０ｈに
接続し、高速用歯車１６および１７を介してモータＢ１
３のトルクを伝達し、クランキングを行う。また、エン
ジン側伝達要素２０ｅを低速側伝達要素２０ｌに接続
し、締結装置２４の締結を解除することからでもクラン
キングは可能である。
【００４１】モータＢ１３が故障し、出力が得られない
場合は、エンジン側伝達要素２０ｅを中立とし、モータ
Ａ１２のトルクで走行する。また、その際に、エンジン
側伝達要素２０ｅを高速側伝達要素２０ｈに接続し、高
速用歯車１６および１７を介してモータＡ１２のトルク
を伝達し、クランキングを行うことにより、エンジン１
１を始動する。
【００４２】モータＡ１２およびモータＢ１３が故障
し、出力が得られない場合は、走行中であればエンジン
側伝達要素２０ｅを中立にし、エンジン１１を停止させ
ることなく車両を安全に停止することができる。
【００４３】次に各運転モードでのエンジン１１，モー
タＡ１２、およびモータＢ１３の制御を行うための基本
的な処理方法について説明する。
【００４４】図２はモータ走行モードに関する説明であ
る。モータ走行モードは発進および低速走行時に選択さ
れる。
【００４５】ステップ４１では、運転状況，バッテリー
の残存量などにより最も効率の良いモードを選択する。
【００４６】ステップ４２では、モータ走行モードが選
択されたことを確認する。ステップ４２でのモード確認
動作は省略できるが、運転者への表示として利用するこ
とができる。
【００４７】ステップ４３では、モータ走行モードと確
認した時点でエンジン側伝達要素２０ｅを中立にする。
この動作は接続状態検出装置２５により確認できる。
【００４８】ステップ４４ではエンジン１１の状態を判
別する。エンジンの停止が確認された場合はステップ４
７へ移行する。エンジン１１が動作中であれば、ステッ
プ４５へ移行し、燃料供給を停止する。エンジンはエン
ジン側伝達要素２０ｅが中立であるため無負荷状態であ
り、燃料供給を停止すれば、自らのフリクションと圧縮
仕事により動作が停止する。
【００４９】エンジン側伝達要素２０ｅを中立にすると
同時にエンジン１１への燃料供給を停止することにより
エンジン１１の吹き上がりと失火によるトルク変動に起
因する振動を防止できる。エンジン１１が動作中にエン
ジン側伝達要素２０ｅを中立にする直前までに燃料供給
を徐々に減らすことでも振動と吹け上がりを防止でき
る。
【００５０】ステップ４６でエンジンの停止を確認し、
ステップ４７へ移行する。ステップ４７では要求トルク
がモータＡ１２の許容トルクを超えているかを判別す
る。
【００５１】トルクアシストが必要ない場合はステップ
４８へ移行し、モータＡ１２のみで走行する。その際、
遊星歯車１８では、歯車同士のトルクバランスによりサ
ンギア１８ｓが固定となり、モータＢ１３の連れ回り損
失および電気的損失はゼロに近い。
【００５２】トルクアシストが必要な場合はステップ４
９へ移行する。ステップ４９では、モータＢ１３の速度
を制御し、エンジン側伝達要素２０ｅの回転速度をゼロ
とする。
【００５３】ステップ５０では、締結装置２４により低
速側伝達要素２０ｌを固定する。この動作は締結状態検
出装置２７により確認できる。低速側伝達要素２０ｌを
固定することによりモータＢ１３のトルクはサンギア１
８ｓからプラネタリーキャリア１８ｐが有するプラネタ
リーギアを介してリングギア１８ｒへと増幅されながら
伝わる。その後、ステップ５１へ移行し、モータＡ１２
およびモータＢ１３で駆動する。
【００５４】図３はエンジン始動に関する説明である。
ステップ５１でエンジンによる駆動が選択され、ステッ
プ５２へ移行する。
【００５５】ステップ５２でエンジン１１駆動モードが
確認されるとステップ５３へ移行し、エンジン１１の始
動指令が発せられる。
【００５６】ステップ５２でのモード確認動作は省略で
きるが、運転者への表示として利用することができる。
【００５７】ステップ５３ではエンジン１１の状態を確
認する。エンジン１１が動作中であり、エンジン側伝達
要素２０ｅが中立でない場合はステップ５１へ戻り、モ
ード選択を再び行う。エンジン１１が停止状態であると
きはステップ５４へ移行し、エンジン１１始動指令を発
する。
【００５８】ステップ５５ではエンジン側伝達要素２０
ｅが中立であるかを接続状態検出装置２５により判定
し、中立でない場合はステップ５６へ移行し、エンジン
側伝達要素２０ｅを中立にする。
【００５９】エンジン側伝達要素２０ｅの中立が接続状
態検出装置２５により確認されるとステップ５７へ移行
し、締結装置２４の状態を締結状態検出装置２７より確
認する。締結装置２４が開放状態の場合はステップ５８
へ移行し、低速側伝達要素２０ｌを固定している場合は
ステップ６１へ移行する。
【００６０】締結装置２４の状態を確認する理由は、本
発明では動力伝達切替手段としてドッグクラッチを想定
しているためである。ドッグクラッチは動力伝達切替手
段接続時に互いの回転数が一致している必要があり、締
結装置２４が低速側伝達要素２０ｌを固定している場合
であれば、エンジン軸に配してあるエンジン側伝達要素
２０ｅを低速側伝達要素２０ｌに接続することが可能で
ある。しかし、締結装置２４が開放状態、つまり、遊星
歯車１８のプラネタリーキャリア１８ｐが空回りの状態
であれば、プラネタリーキャリア１８ｐの回転速度を０
にする制御が必要となる。
【００６１】ステップ５８および５９ではモータＢ１３
の回転数を制御し、プラネタリーキャリア１８ｐの回転
速度を０にする。この動作は回転数検出手段２６により
確認できる。
【００６２】ステップ６０では遊星歯車側の低速側伝達
要素２０ｌとエンジン側伝達要素２０ｅを接続する。締
結装置２４が締結状態であることを検出し、ステップ６
１に移行した場合は即座に低速側伝達要素２０ｌを接続
し、ステップ６２へ移行する。ステップ６２では締結装
置２４による低速側伝達要素２０ｌの締結を開放する。
【００６３】ステップ６３では、モータＢ１３はスター
タとして機能し、クランキングを行う。モータＢ１３が
トルクアシストの状態では、エンジン始動モード移行時
に、モータＢ１３のトルクはエンジンをクランキングす
るために用いられるので、車両トルクをアシストする量
が減る。この場合は、モータＡ１２が不足分のトルクを
発生することにより車両駆動トルクの変動を抑制する。
ステップ６４でエンジンは始動する。
【００６４】ドッグクラッチ２０が圧着クラッチでも本
システムは実現可能である。しかし、圧着クラッチの場
合では動力伝達切替部品の回転速度を合わせる必要はな
いが、結合時に大きな圧力で連結される動力伝達切替部
品を制御するには大きな力が必要である。ドッグクラッ
チは結合するもの同士がお互いに同じ速度であれば非常
に小さな力で接合する。
【００６５】図４はエンジン始動時の遊星歯車の回転速
度を説明したものである。車両が回転速度１０１であっ
た場合について説明する。
【００６６】はじめ、車両はモータのみで走行してい
る。エンジン側伝達要素２０ｅは中立状態であり、締結
装置２４が開放状態であった場合では、プラネタリーキ
ャリア１８ｐは回転速度１０２であり、モータＢ１３が
接続されているサンギア１８ｓは回転速度１０３で停止
状態である。
【００６７】エンジン始動の指令が発せられると、モー
タＢ１３は車両の方向とは逆向きに回転し、サンギア１
８ｓは回転速度１０５となる。そのとき、プラネタリー
キャリア１８ｐは回転速度１０４となり停止する。
【００６８】エンジンは停止状態であるため、プラネタ
リーキャリア１８ｐが回転速度104になると同時にエン
ジン側伝達要素２０ｅと低速側伝達要素２０ｌを接続す
る。続いてモータＢ１３は車両の回転方向と同じ向きに
回転し、サンギア１８ｓは回転速度１０６となる。これ
によりエンジン１１は回転速度１０７のクランキング状
態となり、始動可能となる。
【００６９】なお、ここでは遊星歯車での回転を想定し
たため、エンジンの回転方向などはファイナルギアやデ
フレンシャルギアなどを含めた実際の車両駆動方向とは
必ずしも一致しない。
【００７０】図５は電気変速モードの説明である。電気
変速モードとはエンジンの駆動力を差動機構により発電
電力と直接駆動力に分配し、発電電力は車両駆動軸１５
に接続するモータＡ１２の駆動力として供給するモード
である。直接駆動力と発電電力の均衡を制御することに
よりエンジンの動作点を固定したまま無段変速が可能と
なるモードである。
【００７１】ステップ７１で電気変速モードが選択さ
れ、ステップ７２へ移行する。
【００７２】ステップ７２で電気変速モードが確認され
ると、ステップ７３のエンジン１１始動指令が発せら
れ、エンジン１１が始動する。
【００７３】続いて、ステップ７４でエンジン１１の運
転状態を判別し、停止状態であれば再びステップ７３へ
移行する。
【００７４】エンジン１１が始動状態であれば、ステッ
プ７５へ移行し、モータＢ１３は速度制御を行って車両
の速度を決定する。車両駆動トルクはステップ７６のモ
ータＡ１２によるトルク制御で定める。このとき、モー
タＢ１３は発電状態であり、この発電電力をモータＡ１
２の駆動力として用いる。
【００７５】以上により無段変速を実現する。車両の駆
動力要求が発せられた場合はステップ７７へ移行し、エ
ンジンの出力を制御する。
【００７６】電気変速モードでの最高車速はモータＢ１
３の発電電力をゼロとし、遊星歯車１８のサンギア１８
ｓをモータＢ１３により電気的に固定してエンジン１１
の駆動力をプラネタリーキャリア１８ｐ，リングギア１
８ｒ、および低速用車両側歯車１９を介して車両に伝達
する状態となる。
【００７７】図６はオーバードライブ（ＯＤ）モードの
説明である。
【００７８】ＯＤモードは電気変速モードで実現できる
最小の変速比よりも小さい変速比でエンジンの駆動力が
伝達される。
【００７９】ステップ８１でＯＤモードが選択され、ス
テップ８２へ移行する。ステップ８２でＯＤモードが確
認されるとステップ８３へ移行し、エンジン１１の状態
を判定する。
【００８０】エンジン１１が停止状態であればステップ
８４へ移行し、エンジン１１始動指令を発し、エンジン
１１を始動させる。
【００８１】ステップ８５ではエンジン側伝達要素２０
ｅと高速側伝達要素２０ｈの回転速度を検出する。回転
速度に差があれば、ステップ８６へ移行し、モータＡ１
２およびＢ１３，エンジン１１の回転数を制御し、エン
ジン側伝達要素２０ｅと高速側伝達要素２０ｈの回転速
度を合わせる。
【００８２】エンジン側伝達要素２０ｅと高速側伝達要
素２０ｈの回転速度が一致したときにステップ８８へ移
行し、エンジン側伝達要素２０ｅと高速側伝達要素２０
ｈを接続する。
【００８３】変速の期間に発生する車両駆動トルクの不
足はモータのトルクアシストにより補正する。
【００８４】エンジン側伝達要素２０ｅと高速側伝達要
素２０ｈが接続したことにより、低速側伝達要素２０ｌ
はフリーとなり、遊星歯車のトルクバランスから遊星歯
車１８のサンギア１８ｓは停止状態となり、モータＢ１
３の回転は停止する。
【００８５】続いて、ステップ８９へ移行し、モータに
よるトルクアシストが必要か判断する。トルクアシスト
の要請があった場合には、ステップ９１に移行し、要求
車両駆動トルクがモータＡ１２の許容トルク以上かを判
断する。要求車両駆動トルクがモータＡ１２の許容範囲
内であれば、ステップ９０へ移行し、モータＡ１２での
みトルクアシストを行う。
【００８６】要求車両駆動トルクがモータＡ１２の許容
範囲以上であれば、ステップ９２へ移行する。ステップ
９２では、モータＢ１３の速度を制御し、エンジン側伝
達要素２０ｅの回転速度を０にする。
【００８７】その後ステップ９３へ移行し、締結装置２
４でエンジン側伝達要素２０ｅを固定する。これによ
り、モータＢ１３のトルクはサンギア１８ｓとリングギ
ア18ｒを介して低速用車両側歯車１９により車両に伝達
される状態となる。ステップ９５でエンジン１１を制御
する。
【００８８】図７は本発明の各コンポーネンツの動作を
時系列に示したタイムチャートの一実施例である。車両
駆動トルク指令τv＊ は一定であり、時間０で車両は停
止状態である。
【００８９】発進時は静止摩擦と車両慣性を上回る駆動
力が必要であるため、２モータ駆動モードが選択され
る。遊星歯車１８のプラネタリーキャリア１８ｐは締結
装置２４により固定された状態であるため、締結装置判
断フラグが立つ。
【００９０】モータＡ１２およびモータＢ１３は共に力
行状態である。モータＢ１３のトルクτb は発電方向が
正である。動力伝達切替手段はドッグクラッチを想定し
た。発進後、要求駆動トルクが小さくなるとモータＡ１
２のみで走行する１モータ駆動モードが選択される。２
モータ駆動モードから１モータ駆動モードへの移行で
は、モータＢ１３への電流の供給を停止し、締結装置２
４を解除する。１モータ駆動モードでは、遊星歯車１８
に接続するモータＢ１３はトルクバランスにより停止状
態となる。
【００９１】エンジン始動時はモータＢ１３を速度制御
し、プラネタリーキャリア１８ｐの速度をゼロにする。
続いて、エンジン側伝達要素２０ｅと低速側伝達要素２
０ｌとを接続し、電気変速モードへ移行する。このと
き、接続状態判断フラグの低速側が立つ。
【００９２】電気変速モードはエンジンの出力の一部を
モータＢ１３が発電し、モータＢ13の発電電力を用いて
モータＡ１２が駆動するモードである。電気変速モード
では、モータＢ１３の回転数に反比例して車両の速度が
増大し、モータＢ１３の回転速度がゼロのとき最高速度
となる。
【００９３】さらに車両速度が増すとＯＤモードへ移行
する。電気変速モードからＯＤモードへの移行は動力伝
達切替手段の切り替えを行う。エンジン側伝達要素２０
ｅを低速側伝達要素２０ｌから切離し、高速側伝達要素
２０ｈに接続する。
【００９４】その際、エンジン側伝達要素２０ｅと高速
側伝達要素２０ｈとの回転数が一致する必要がある。エ
ンジン側伝達要素２０ｅが切り離されると同時にエンジ
ン１１のスロットルを戻し、エンジン１１の回転数が所
定の値まで落ちるとエンジン側伝達要素２０ｅは高速側
伝達要素２０ｈと接続する。このとき、接続状態判断フ
ラグの高速側が立つ。
【００９５】エンジン側伝達要素２０ｅと高速側伝達要
素２０ｈとが接続するまでの間ではエンジンのトルクは
車両に伝わらない。そのため、モータＡ１２の発生トル
クを増やし、変速時のトルク不足に起因するショックの
発生を防ぐ。
【００９６】ＯＤモードにおいて、車両速度が増すに従
ってエンジンの発生トルクは小さくなる。そこで、高速
走行時でエンジンのトルク不足の場合はモータによるト
ルクアシストを行う。
【００９７】まず、要求駆動トルクがモータＡ１２の許
容トルク内であれば、モータＡ１２に電力を供給してト
ルクアシストを行う。
【００９８】要求駆動トルクがモータＡ１２の許容トル
ク以上であれば、締結装置２４によりプラネタリーキャ
リア１８ｐを固定し、モータＢ１３のトルクを車両軸に
伝達する。遊星歯車１８のプラネタリーキャリア１８ｐ
は締結装置２４により固定された状態であるため、締結
装置判断フラグが立つ。
【００９９】締結装置２４によりプラネタリーキャリア
１８ｐを固定する際に、モータＢ13を速度制御し、予め
プラネタリーキャリア１８ｐの速度を０にしてから締結
することによりショックのないモード移行が可能とな
る。
【０１００】本発明の変速装置を搭載するハイブリッド
車の他の実施形態を説明する。
【０１０１】図８は本発明による変速装置を搭載した車
両の一実施例である。高速用歯車２１６と差動機構２１
８との間に連結装置２０１が設けられ、差動機構２１８
にモータＢ１３が接続している。連結機構２０１により
エンジン１１の出力軸を高速用歯車２１６もしくは差動
機構２１８に接続もしくは中立にすることにより、駆動
力の配分を行う。
【０１０２】図９は本発明による変速装置を搭載した車
両の一実施形態である。高速用歯車２１６と差動機構２
１８との間に連結装置２０１が設けられ、差動機構２１
８の１つの歯車にモータＢ１３が接続し、差動機構２１
８の１つの歯車にモータＡ12が歯車１３１を介して接続
している。モータＡ１２が歯車１３１を介して接続して
いるため、モータＡ１２を小型化できる。
【０１０３】図１０は本発明による変速装置を搭載した
車両の一実施形態である。高速用歯車２１６と差動機構
２１８との間に連結装置２０１が設けられ、差動機構２
１８にモータＢ１３が接続し、高速用歯車２１６にモー
タＡ１２が歯車１４１を介して接続している。モータＡ
１２が歯車１４１を介して接続しているため、モータＡ
１２を小型化できる。
【０１０４】図１１は本発明による変速装置を搭載した
車両の一実施形態である。高速用歯車２１６と差動機構
２１８との間に連結装置１５４，中速用歯車１５２、お
よび連結装置１５１が設けられ、中速用歯車１５２は車
両出力軸１５に接続する歯車１５３と噛合している。
【０１０５】連結装置１５４はエンジン出力軸を高速用
歯車２１６に接続もしくは中立する機能を有し、連結装
置１５１はエンジン出力軸を高速用歯車２１６もしくは
差動機構２１８に接続もしくは中立する機能を有する。
【０１０６】中速用歯車１５２と歯車１５３の変速比は
高速用歯車２１６と２１７の変速比よりも低く設定する
ことにより、機械的変速モードが１段増え、動力性能を
損なわずに電気変速モードの領域を狭くできる。電気変
速モードの領域が狭くなることにより、モータＡ１２お
よびモータＢ１３の小容量化が計れる。
【０１０７】図１２は本発明による変速装置を搭載した
車両の一実施形態である。
【０１０８】差動機構２１８は低速用歯車１６１と低中
速用歯車１６２を有している。低速用歯車１６１は車両
駆動軸１５に接続する歯車２１９と噛合し、低中速用歯
車１６２は車両駆動軸１５に接続する歯車１６３と噛合
している。
【０１０９】低速用歯車１６１と低中速用歯車１６２と
の間には連結装置１６４が配置されており、連結装置１
６４は差動機構２１８の出力を低速用歯車１６１もしく
は低中速用歯車１６２に接続もしくは中立する機能を有
する。
【０１１０】これにより、電気変速モードの領域を低速
用歯車１６１と歯車２１９との変速比から低中速用歯車
１６２と歯車１６３との変速比まで拡大することが可能
となる。
【０１１１】図１３は本発明による変速装置を搭載した
車両の一実施形態である。エンジン出力軸２１はクラッ
チ１７１を有し、連結装置２０１，モータＡ１２、およ
びモータＢ１３が故障した場合でも、クラッチ１７１を
開放状態にすることによりエンジン１１を停止すること
なく車両を停止できる。
【０１１２】図１４は本発明による変速装置を搭載した
車両の一実施形態である。モータＡ１２はクラッチ１８
１を介して車両駆動軸１５に接続している。クラッチ18
1を開放状態とすることにより、内燃機関の出力を高速
用歯車２１６および歯車２１７を介して駆動するモード
においてモータＡ１２による連れ回り損失をゼロに近く
することが可能となる。
【０１１３】図１５は本発明による変速装置を搭載した
車両の一実施形態である。差動機構２１８と高速用歯車
２１６との大きさにより、歯車２１７の中心軸と歯車２
１９の中心軸がオフセットしたため、自在継手１９１を
用いて歯車２１７と歯車216とを連結する。
【０１１４】図１６は、モータを１つとし、かつそのモ
ータをモータジェネレータ３１３として使用した場合の
実施形態である。この場合、エンジン側伝達要素２０ｅ
を高速側伝達要素２０ｈに接続したときに、モータジェ
ネレータ３１３を連れ回りによる損失を避けることが可
能となる。また、モータジェネレータ３１３の回生は、
低速側伝達要素２０ｌをロックすれば可能である。
【０１１５】図１７は本発明の他の一実施形態である。
図１７のように、エンジン駆動力を車両駆動軸１５に直
接伝える経路を、一軸にモータを接続した差動機構を介
して伝達する経路とを持つものは、高速側においてはエ
ンジン駆動力を損失少なく使え、低速側においては差動
機構を用いた無段変速により、効率の良い領域でエンジ
ンを運転させることができる。
【０１１６】以上が本発明の一実施例であり、変速装置
を搭載した車両について説明した。さらに、自動車のみ
ならず、船舶，鉄道車両など他の輸送機関などにも本発
明を適用できることは言うまでもない。
【０１１７】
【発明の効果】本発明によれば、発電用モータの連れ回
り損失を低減でき、また、発電用モータによるトルクア
シストが自在であるため、低燃費で加速性能に優れたハ
イブリッド車両を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなすハイブリッド車のシ
ステム構成を示す。
【図２】図１の構成におけるモータ走行におけるフロー
チャートを示す。
【図３】図１の構成におけるエンジン始動におけるフロ
ーチャートを示す。
【図４】図１の構成におけるエンジン始動時における各
コンポーネンツの動作を示す。
【図５】図１の構成における電気変速モードにおけるフ
ローチャートを示す。
【図６】図１の構成におけるＯＤモードにおけるフロー
チャートを示す。
【図７】図１の構成におけるタイムチャートを示す。
【図８】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車の
システム構成を示す。
【図９】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車の
システム構成を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車
のシステム構成を示す。
【図１１】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車
のシステム構成を示す。
【図１２】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車
のシステム構成を示す。
【図１３】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車
のシステム構成を示す。
【図１４】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車
のシステム構成を示す。
【図１５】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車
のシステム構成を示す。
【図１６】本発明の他の実施形態をなす車両駆動装置の
システム構成を示す。
【図１７】本発明の他の実施形態をなすハイブリッド車
のシステム構成を示す。
【符号の説明】
１１…エンジン、１２…モータＡ、１３…モータＢ、１
４…車輪、１５…車両駆動軸、１６…高速用エンジン側
歯車、１７…高速用車両側歯車、１８…遊星歯車、１８
ｓ…サンギア、１８ｐ…プラネタリーキャリア、１８ｒ
…リングギア、１９…低速用車両側歯車、２０…ドッグ
クラッチ、２０ｅ…エンジン側伝達要素、２０ｈ…高速
側伝達要素、２０ｌ…低速側伝達要素、２１…エンジン
出力軸、２２…モータ制御装置、２３…バッテリー、２
４…締結装置、２５…接続状態検出装置、２６…回転数
検出装置、２７…締結状態検出装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 箕輪 利通 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮崎 泰三 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 正木 良三 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 3D039 AA00 AB26 AC21 AC39 AD23 3J052 AA14 DB10 FB27 FB50 GC32 HA02 LA01 LA20 5H115 PA12 PG04 PI13 PU01 PU23 PU24 PU25 QI04 RB08 RB11 RE01 RE02 SE04 SE05 SE08 TB01 TI02

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の出力を、回転要素の１つに回転
    電機動力が伝達される差動機構を介して車両駆動軸に伝
    達する第１の動力伝達経路と、 前記内燃機関の出力を、歯車を介して前記車両駆動軸に
    伝達する第２の動力伝達経路とを有し、 前記第１の動力伝達経路と前記第２の動力伝達経路を切
    り替える動力伝達切替手段を有する変速装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載において、前記動力伝達切替
    手段は、前記内燃機関の出力を前記第１の動力伝達経路
    および前記第２の動力伝達経路の双方と切り離す中立モ
    ードを有する変速装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載において、前記差動機構の内
    燃機関側回転要素の回転を制限するロック機構を有する
    変速装置。
  4. 【請求項４】請求項１ないし３記載のいずれかにおい
    て、前記動力伝達切替手段はドッグクラッチである変速
    装置。
  5. 【請求項５】内燃機関と回転電機を有する車両であっ
    て、 少なくとも高速歯車と低速歯車が固定された車両駆動軸
    と、 少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
    記低速歯車に接続され、第２の歯車は前記回転電機の回
    転軸に接続された遊星歯車と、 少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
    記内燃機関の回転軸に接続され、第２の回転要素は前記
    高速歯車に接続され、第３の回転要素は前記遊星歯車の
    第３の回転要素に接続されたドッグクラッチとを有し、 前記ドッグクラッチは、前記第１の回転要素を第２の回
    転要素または第３の回転要素に選択的に結合させる機
    構、および、前記第１の回転要素を第２の回転要素およ
    び第３の回転要素に対して中立させる機構を有する車
    両。
  6. 【請求項６】請求項５記載において、前記ドッグクラッ
    チの第３の回転要素の回転を制限するロック機構を有す
    る車両。
  7. 【請求項７】内燃機関とモータジェネレータを有する車
    両であって、 前記内燃機関の出力を、回転要素の１つに前記モータジ
    ェネレータの動力が伝達される差動機構を介して車両駆
    動軸に伝達する第１の動力伝達経路と、 前記内燃機関の出力を、歯車を介して前記車両駆動軸に
    伝達する第２の動力伝達経路とを有し、 前記第１の動力伝達経路を選択する第１モード，前記第
    ２の動力伝達経路を選択する第２モード、または前記第
    １の動力伝達経路および前記第２の動力伝達経路から前
    記内燃機関を切り離す中立モードを切り替えるドッグク
    ラッチを有する車両。
  8. 【請求項８】内燃機関とモータジェネレータを有する車
    両であって、 少なくとも高速歯車と低速歯車が固定された車両駆動軸
    と、 少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
    記低速歯車に接続され、第２の歯車は前記モータジェネ
    レータの回転軸に接続された遊星歯車と、 少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
    記内燃機関の回転軸に接続され、第２の回転要素は前記
    高速歯車に接続され、第３の回転要素は前記遊星歯車の
    第３の回転要素に接続されたドッグクラッチとを有し、 前記ドッグクラッチは、前記第１の回転要素を第２の回
    転要素または第３の回転要素に選択的に結合、および前
    記第１の回転要素を第２の回転要素および第３の回転要
    素に対して中立させる機構を有する車両。
  9. 【請求項９】内燃機関と複数の回転電機を有し、 前記内燃機関の出力と第１の前記回転電機の出力を加算
    した出力が車両駆動軸に伝達される第１の駆動経路と、 前記内燃機関の出力と第２の前記回転電機の出力を減算
    した出力が車両駆動軸に伝達される第２の駆動経路と、 前記第１の駆動経路と前記第２の駆動経路を選択する手
    段を有するハイブリッド車両。
  10. 【請求項１０】内燃機関と回転電機を有し、 少なくとも高速歯車と低速歯車が固定された車両駆動軸
    と、 少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
    記低速歯車に接続され、第２の歯車は前記モータジェネ
    レータの回転軸に接続された遊星歯車と、 少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
    記内燃機関の回転軸に接続され、第２の回転要素は前記
    高速歯車に接続され、第３の回転要素は前記遊星歯車の
    第３の回転要素に接続されたドッグクラッチとを有し、 前記ドッグクラッチは、前記第１の回転要素を第２の回
    転要素または第３の回転要素に選択的に結合、および前
    記第１の回転要素を第２の回転要素および第３の回転要
    素に対して中立させる機構を有するハイブリッド車両に
    備えられた制御装置であって、 前記車両駆動軸の検出回転数と前記回転電機の回転数制
    御によって前記ドッグクラッチの第３の回転要素の回転
    数を制御し、前記ドッグクラッチの第１および第３の回
    転要素の回転数が略一致したときに前記第１および第３
    の回転要素を結合するハイブリッド車両の制御装置。
  11. 【請求項１１】内燃機関と回転電機、 少なくとも高速歯車と低速歯車が固定された車両駆動軸
    と、 少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
    記低速歯車に接続され、第２の歯車は前記モータジェネ
    レータの回転軸に接続された遊星歯車と、 少なくとも３つの回転要素を有し、第１の回転要素は前
    記内燃機関の回転軸に接続され、第２の回転要素は前記
    高速歯車に接続され、第３の回転要素は前記遊星歯車の
    第３の回転要素に接続されたドッグクラッチとを有し、 前記ドッグクラッチは、前記第１の回転要素を第２の回
    転要素または第３の回転要素に選択的に結合、および前
    記第１の回転要素を第２の回転要素および第３の回転要
    素に対して中立させる機構、および前記ドッグクラッチ
    の第３の回転要素の回転数を制限するロック機構を有す
    るハイブリッド車両に備えられた制御装置であって、 前記車両駆動軸の検出回転数と前記回転電機の回転数制
    御によって前記ドッグクラッチの第３の回転要素の回転
    数を制御し、前記ドッグクラッチの第３の回転要素の回
    転数が略停止したときに前記ロック機構をロックさせる
    ハイブリッド車両の制御装置。
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