JP2000278809A - ハイブリッド車の駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発進用モータと発電用モータと無段変速機とを
組み合わせることで、発進制御の容易化、Ｖベルトの耐
久性向上を図るハイブリッド車の駆動機構を提供する。 【解決手段】エンジン１と連結された入力プーリ１３
と、車軸２６，２７と連結された出力プーリ１４と、両
プーリ間に巻き掛けられたＶベルト１５とからなる無段
変速機１０を備え、無段変速機の出力プーリ１４と車軸
２６，２７との間に発進用モータ２８を取り付ける。ま
た、エンジン１によってロータが直結駆動される発電用
モータ３を設け、エンジン１から無段変速機１０への動
力伝達を断接するクラッチ６を設ける。発進はモータ２
８によって行い、所定車速以上になると、クラッチ６を
締結してエンジン駆動による走行状態へ移行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はハイブリッド車の駆
動機構、特に無段変速機を搭載したハイブリッド車の構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、エンジンとモータを併用した
ハイブリッド車が提供されている。ハイブリッド車は、
エンジンによって発電機を駆動して電気エネルギーを発
生させ、この電気エネルギーによってモータを回転さ
せ、その回転を駆動輪に伝えるシリーズ型と、エンジン
およびモータによって直接駆動輪を回転させるパラレル
型とに分類される。シリーズ型の場合には、エンジンが
発生する機械エネルギーを一旦電気エネルギーに変換
し、さらにモータによって機械エネルギーに変換してい
るので、エネルギー伝達効率が悪くなる欠点がある。こ
れに対し、パラレル型の場合にはこのような欠点はない
が、一般に変速機が必要となる。

【０００３】従来、変速機として無段変速機を用いたハ
イブリッド車が知られている（特開平９−２６７６４７
号公報）。このハイブリッド車はエンジンと発電用モー
タとを組み合わせたものであり、エンジン出力軸に第１
の無段変速機と第２の無段変速機のそれぞれの入力軸を
連結し、第１の無段変速機の出力軸を発進クラッチを介
して車軸と連結するとともに、第２の無段変速機の出力
軸に発電用モータを取り付けたものである。この場合に
は、車両の加速時にエンジン出力に加えて発電用モータ
を駆動用モータとして利用することにより、加速性が向
上するとともに、減速時には発電用モータを発電機とし
て利用することにより、減速エネルギーを車軸から回収
することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このハイブリ
ッド車では、２つの無段変速機を必要とするので、変速
機全体が大型化するとともに、第１の無段変速機には発
進時から走行状態まで連続的に駆動トルクがかかるの
で、Ｖベルトの寿命が短くなるという欠点がある。特
に、Ｖベルト式無段変速機は最大変速比領域においては
伝達効率が悪い。また、第１の無段変速機の出力軸と車
軸との間に発進クラッチが設けられているが、この発進
クラッチの発進制御（例えばクリープ制御や半クラッチ
制御）が非常に難しく、クラッチの寿命が短くなるとい
う欠点がある。さらに、２つの無段変速機および発進ク
ラッチとは別に前後進切替機構が必要であり、この前後
進切替機構のために変速機の構造が大型化するととも
に、複雑になるという欠点がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、発進用モータと
発電用モータと無段変速機とを組み合わせることで、上
記のような問題点を解消したハイブリッド車の駆動機構
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１に記
載の発明によって達成される。すなわち、エンジンと連
結された入力プーリと、車軸と連結された出力プーリ
と、両プーリ間に巻き掛けられたＶベルトとを有する無
段変速機と、無段変速機の出力プーリと車軸との間に設
けられ、少なくとも発進領域において駆動される発進用
モータと、エンジンによってロータが直結駆動され、発
進用モータを駆動するための電力を補給する発電用モー
タと、エンジンと無段変速機との間に設けられ、エンジ
ンから無段変速機に伝達される駆動力を断接するクラッ
チ手段と、を備えたことを特徴とするハイブリッド車の
駆動機構を提供する。

【０００７】車両の発進時にはクラッチ手段を解放する
とともに、発進用モータによって車軸を回転させ、発進
する。つまり、エンジン動力を使用せずモータで発進す
るので、モータ電流を制御することで、クリープ制御や
半クラッチ制御と同様な機能を発揮できる。したがっ
て、発進クラッチおよび発進クラッチによる複雑な発進
制御が不要である。また、発進段階ではＶベルトには駆
動力が伝達されないので、伝達効率の低下を防止できる
とともに、Ｖベルトの耐久性を低下させない。発進が完
了して一定車速以上になると、無段変速機の制御によっ
て入力軸と出力軸との回転速度比を所望の変速段（例え
ば２速）に応じた速度比に調整した上で、クラッチ手段
を締結し、モータ駆動にかわってエンジン動力によって
走行する。このように無段変速機によって入力軸と出力
軸の同期をとることが可能であるので、モータ駆動から
エンジン駆動へショックなく移行できる。走行状態に移
行すれば、通常の無段変速機と同様にして変速制御を行
なう。逆に、走行状態から発進状態へ移行する場合に
は、モータの回転速度を制御することで、エンジン駆動
からモータ駆動へショックなく移行できる。

【０００８】本発明のクラッチ手段は単に動力伝達を断
接する機能を有すれば良く、発進クラッチのような微妙
な締結力制御を行なう必要がない。したがって、クラッ
チ制御が簡単で、クラッチ手段の寿命が短くなることが
ない。なお、本発明のクラッチ手段としては、乾式クラ
ッチや湿式クラッチなどの別のクラッチを設けてもよい
が、無段変速機の入力プーリまたは出力プーリで代用す
ることもできる。すなわち、プーリの間隔を動力伝達状
態より広げることにより、実質的にＶベルトが空回り状
態となり、クラッチ解放状態と同様になるからである。

【０００９】本発明では、発進用モータを逆駆動すれば
容易に後退走行できるので、前後進切替機構および後退
用ギヤを設ける必要がない。そのため、変速機の構造を
大幅に簡素化でき、小型化できる。

【００１０】発電用モータはエンジンと直結されている
ので、バッテリの容量不足時には、エンジン動力によっ
て発生した電気をバッテリに充電することができ、常に
発進用モータを良好な駆動状態に維持できる。また、Ｖ
ベルトの許容トルクを越えるエンジントルクが入力され
た場合、発電用モータがエンジントルクの一部を吸収す
るようにすれば、この電気エネルギーを発進用モータに
供給することで、エンジン動力を無駄なく駆動力に用い
ることができるとともに、Ｖベルトの寿命を向上させる
ことができる。なお、発電用モータによってエンジンの
トルク変動をキャンセルする方向のトルクを与えること
により、エンジンのトルク変動を吸収することもでき
る。

【００１１】本発明の発進用モータは、主に発進時に使
用されるが、バッテリに余裕がある場合には、通常走行
状態に移行した後もエンジン動力をアシストするために
用いることができる。これにより、非ターボエンジンの
ような低トルクエンジンを搭載した車両でも、高出力エ
ンジン車並みの動力性能を得ることが可能である。な
お、発進用モータは、車両の減速時の制動エネルギーを
回収するための発電機として利用することが可能であ
る。そのため、燃費が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明にかかるハイブリッ
ド車の駆動機構（以下、駆動ユニットと呼ぶ）の一例の
概略構造を示す。エンジン１の出力軸２には発電用モー
タ３のロータ３ａが取り付けられており、ステータ３ｂ
は駆動ユニット４のハウジング５に取り付けられてい
る。この実施例の駆動ユニット４はＦＦ横置き式であ
る。エンジン出力軸２は乾式クラッチ６を介して駆動ユ
ニット４の入力軸１１に接続されている。乾式クラッチ
６はアクチュエータ７によって断接制御される。このア
クチュエータ７は油圧式アクチュエータを用いてもよい
し、ステップモータなどの電動式アクチュエータを用い
てもよい。ハウジング５の内部には、乾式Ｖベルト１５
を用いた無段変速機１０が収容されている。すなわち、
無段変速機１０は、車幅方向に平行に支持された入力軸
１１と出力軸１２とを備え、これら軸１１，１２にはそ
れぞれ入力プーリ１３と出力プーリ１４とが取り付けら
れ、これらプーリ１３，１４間にＶベルト１５が巻き掛
けられている。プーリ１３，１４は公知の方法（例えば
実公平７−１０１１９号公報参照）によってプーリ溝間
隔を可変することにより、ベルト巻き掛け径を可変し、
変速比を無段階に調整できるものである。この実施例で
は、入力プーリ１３にアクチュエータ１６を設け、出力
プーリ１４にはスプリング１７を設けてある。

【００１３】出力軸１２の始端側（エンジン側）には出
力ギヤ２０が固定され、出力ギヤ２０は軸２１に固定さ
れた減速ギヤ２２，２３を介してディファレンシャル装
置２４のリングギヤ２５と噛み合い、駆動力を左右の車
軸２６，２７へ分配している。上記減速ギヤ２２には、
発進用モータ２８の駆動ギヤ２９も噛み合っている。す
なわち、発進用モータ２８のロータ２８ａは駆動ギヤ２
９と直結されており、ステータ２８ｂはハウジング５に
取り付けられている。なお、図１に示す駆動ユニット４
では、後退用ギヤを備えておらず、後退用ギヤを切り替
えるための切替機構も備えていない。

【００１４】上記クラッチ６は上記のようにクラッチ制
御用アクチュエータ７によって断接駆動され、無段変速
機１０の入力プーリ１３は変速用アクチュエータ１６に
よって可変駆動される。これらアクチュエータ７，１６
は第１のコントローラ３０によって制御される。一方、
発電用モータ３および発進用モータ２８は、第２のコン
トローラ３１を介してキャパシタを兼ねるバッテリ３２
と接続されている。このコントローラ３１は、上記第１
のコントローラ３０と一体的に構成してもよい。コント
ローラ３０，３１には、車速、スロットル開度、エンジ
ン回転数、入出力軸の回転数、バッテリ容量などの各種
信号が入力される。

【００１５】上記実施例では、乾式クラッチ６と乾式の
無段変速機１０とを用いている。すなわち、出力ギヤ２
０，減速ギヤ２２，２３およびディファレンシャル装置
２４のみをオイルで潤滑された室４０に収容し、クラッ
チ６や無段変速機１０が収容された室４１と隔離してあ
る。そのため、クラッチ６や無段変速機１０にオイルが
付着するのを防止できるとともに、オイルの攪拌抵抗を
最小限にでき、燃費を向上させることができる。なお、
乾式の無段変速機１０の制御方法としては、実施例のよ
うに入力プーリ１３をアクチュエータ１６で駆動し、出
力プーリ１４をスプリング１７によって付勢するものに
限るものではない。

【００１６】次に、上記構成よりなるハイブリッド車の
制御方法、特に発進状態から通常走行に移行するまでの
動作を図２にしたがって説明する。まずクラッチ６を解
放状態とし（ステップＳ１）、エンジン１を始動する
（ステップＳ２）。次に、バッテリ３２の容量が十分あ
るか否かを判定し（ステップＳ３）、容量が不十分であ
れば、エンジン１によって発電用モータ３で発電し、バ
ッテリ３２の充電を行なう（ステップＳ４）。なお、発
電用モータ３で発電した電気を直接発進用モータ２５に
供給すれば、バッテリ容量が不十分でも迅速に発進でき
る。バッテリ容量が十分あれば、発進用モータ２８によ
って減速ギヤ２２，２３、ディファレンシャル装置２４
を介して車軸２６，２７を駆動し、発進を行なう（ステ
ップＳ５）。すなわち、エンジン動力を使用せずに発進
を行なう。なお、発電用モータ３はエンジン１が駆動し
ている間中、常時バッテリ３２に充電するので、走行中
にバッテリ３２の電力が消耗するのを防止できる。

【００１７】発進を開始して車速が一定値（例えば１０
ｋｍ／ｈ）以上になれば（ステップＳ６）、入力軸１１
と出力軸１２との回転速度比が所望の変速段（例えば２
速）に相当する速度比になるように無段変速機１０を同
期制御する（ステップＳ７）。この状態で、クラッチ６
を締結し（ステップＳ８）、エンジン動力によって走行
を開始する（ステップＳ９）。そして、エンジン動力が
車軸２６，２７に十分に伝わった後、発進用モータ２８
の電源をＯＦＦし、回転自由状態とする（ステップＳ１
０）。このように、発進（１速）から通常走行（２速以
上）への変速途中も発進用モータ２８によって駆動力を
アシストしているので、変速途中の減速感が解消され
る。エンジン動力によって走行している間は、無段変速
機１０を介して駆動力が伝達されるので、公知の方法に
より無段変速走行を行なえばよい。

【００１８】乾式Ｖベルトを用いた無段変速機の場合、
急停止時にＶベルトが高速段位置にあると、低速段へ戻
ることができず、発進できないという不具合がある。本
発明では、発進をモータ２８によって行なうので、上記
のような不具合が発生することがない。車両の後退時に
は、発進用モータ２８を逆回転させることにより、容易
に後退できる。そのため、駆動ユニット４から前後進切
替機構および後退用ギヤを排除することができ、変速機
構を簡素化できる。また、発進用モータ２８は発進用と
してだけでなく、車両の制動時の制動エネルギーを回収
し、電気エネルギーに変換してバッテリ３２へ充電する
ための回生用発電機としても利用できる。なお、同様に
エンジンブレーキ時には発電用モータも回生用発電機と
して利用できる。

【００１９】上記説明では、発進を終了して通常走行へ
移行した後、発進用モータ２８をＯＦＦする例について
説明したが、通常走行へ移行した後も発進用モータ２８
を適宜駆動し、エンジン動力をアシストするようにして
もよい。例えば、急な坂道や加速走行時に、発進用モー
タ２８でエンジン動力をアシストするようにすれば、低
トルクエンジンでも高出力エンジンと同様な動力性能を
発揮できる。

【００２０】上記実施例では、発進用モータ２８の駆動
力を減速ギヤ２２に伝達するようにしたが、発進用モー
タ２８のロータを出力軸１２に取り付けてもよい。いず
れにしても、発進用モータは無段変速機の出力プーリと
車軸との間に設ければよい。本発明の駆動ユニットは、
ＦＦ式に限らず、例えばＦＲ式に適用することも可能で
ある。この場合には、発進用モータをカウンタ軸に取り
付けてもよい。上記実施例では、乾式クラッチと乾式の
無段変速機とを用いたが、湿式クラッチと湿式の無段変
速機との組み合わせ、湿式クラッチと乾式の無段変速機
との組み合わせ、さらに乾式クラッチと湿式の無段変速
機との組み合わせでもよい。湿式の場合には、公知の油
圧制御装置によって制御可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、発進用モータで発進するようにしたので、従来
のようなクラッチによる発進制御が不要となり、スムー
ズな発進が可能となるとともに、制御が容易となる。ま
た、クラッチは発進状態から走行状態へ移行する間で断
接するだけでよいので、制御が大幅に簡素化され、寿命
が向上する。また、大きなトルクがかかる発進時にＶベ
ルトを駆動する必要がないので、Ｖベルトの耐久性を向
上させることができるとともに、伝達効率のよい通常走
行状態（例えば２速相当以上）でＶベルトを介してエン
ジン駆動するので、伝達効率が向上する。さらに、後退
走行時には、発進用モータを逆駆動させるだけでよいの
で、従来のような前後進切替機構や後退用ギヤが不要と
なり、駆動機構を大幅に簡素化できるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるハイブリッド車の一例の概略機
構図である。

【図２】本発明にかかるハイブリッド車の制御方法の一
例のフローチャート図である。

【符号の説明】

１ エンジン ３ 発電用モータ ４ 変速機 ６ クラッチ ７ クラッチ制御用アクチュエータ １０ 無段変速機 １１ 入力軸 １２ 出力軸 １６ 変速制御用アクチュエータ ２６，２７ 車軸 ２８ 発進用モータ ３０ 第１のコントローラ ３１ 第２のコントローラ ３２ バッテリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D039 AA01 AA02 AA03 AA04 AB27 AC03 AC21 AC34 AC54 AD06 AD24 AD53 5H115 PA01 PA15 PC06 PG04 PI13 PI24 PI29 PU08 PU22 PU24 PU25 PU26 PU27 PV09 QE18 QN03 RB21 SE04 SE05 SE08 SE09 TB01 TB10 TE02 TE03 TI01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンと連結された入力プーリと、車軸
   と連結された出力プーリと、両プーリ間に巻き掛けられ
   たＶベルトとを有する無段変速機と、無段変速機の出力
   プーリと車軸との間に設けられ、少なくとも発進領域に
   おいて駆動される発進用モータと、エンジンによってロ
   ータが直結駆動され、発進用モータを駆動するための電
   力を補給する発電用モータと、エンジンと無段変速機と
   の間に設けられ、エンジンから無段変速機に伝達される
   駆動力を断接するクラッチ手段と、を備えたことを特徴
   とするハイブリッド車の駆動機構。