JP2000295711A - ハイブリッド車 - Google Patents

ハイブリッド車

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JP2000295711A JP11100394A JP10039499A JP2000295711A JP 2000295711 A JP2000295711 A JP 2000295711A JP 11100394 A JP11100394 A JP 11100394A JP 10039499 A JP10039499 A JP 10039499A JP 2000295711 A JP2000295711 A JP 2000295711A
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    • B60K6/00Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • B60K6/50Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低出力の2つのモータを用いて駆動力
の確保と動力エネルギの回収効率向上を達成するととも
に、駆動輪からの要求駆動力に対してエンジン及びモー
タ制御の最適化及び簡素化を図る。 【解決手段】 プラネタリギヤユニット3のリングギヤ
3cをエンジン1の出力軸1aに結合するとともに、サ
ンギヤ3aにモータBを連結し、キャリア3bをモータ
A及びCVT5の入力軸5aに結合する。さらに、CV
T5の出力軸5cに、減速歯車列6,デファレンシャル
機構7,駆動軸8を介して駆動輪9を連設する。これに
より、比較的低出力の小型の2つのモータA,Bで駆動
力を確保し、またモータBの分担トルクを低減して効率
の向上を図る。さらに、エンジンと2つのモータとをプ
ラネタリギヤを間に介在して結合することで、エンジン
と2つのモータとの間の制御の自由度を増して制御の簡
素化を図り、また、CVT5の変速比を適切に制御して
エンジン1及びモータA,Bを最適に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンとモータ
とを併用するハイブリッド車に関し、より詳しくは比較
的低出力の2つのモータを用い、簡素な制御で駆動力の
確保と動力エネルギの回収効率を向上することのできる
ハイブリッド車に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車等の車両においては、低公
害、省資源の観点からエンジンとモータとを併用するハ
イブリッド車が開発されており、このハイブリッド車で
は、発電用と動力源用との2つのモータを搭載すること
で動力エネルギの回収効率向上と走行性能の確保とを図
る技術が多く採用されている。
【0003】例えば、特開平9−46821号公報に
は、ディファレンシャルギヤ等の差動分配機構による動
力分配機構を用いてエンジンの動力を発電機とモータ
(駆動用モータ)とに分配し、エンジンの動力の一部で
発電しながらモータを駆動して走行するハイブリッド車
が開示されており、また、特開平9−100853号公
報には、プラネタリギヤによってエンジンの動力を発電
機とモータ(駆動用モータ)とに分配するハイブリッド
車が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た各先行技術においては、低速時の駆動力の大半を駆動
用モータに依存するため、駆動用に大容量の大型のモー
タが必要となるばかりでなく、駆動輪で必要とするトル
クに対する増幅機能を電力に依存するため、バッテリー
容量が十分でない場合にも一定の走行性能を維持するこ
とのできる発電容量をもった発電機が要求されることに
なり、コスト増の要因となる。
【0005】また、車両においてはモータ(発電機)の
回転制御範囲を超えるような出力軸回転数の変化がある
ため、エンジン出力を発電機と駆動用モータとに分配す
るだけでは、駆動輪からの要求駆動力に対し、必ずしも
エンジン及びモータの制御を十分に最適化できるとは限
らない。
【0006】また、ハイブリッド車では、各モータでの
分担トルクは少ない方が、トルク−電力間で必要な変換
効率等の影響を少なくできるため、車両全体のエネルギ
効率を向上させる上で好ましい。さらに、車両の利用形
態や車両の走行条件により、搭載されたエンジン及び2
つのモータの制御の仕方は異なり、この制御は可能な限
り簡素であることが望ましい。
【0007】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、エネルギ効率に優れ、比較的低出力の2つのモータ
を用いて駆動力の確保と動力エネルギの回収効率向上を
達成するとともに、駆動輪からの要求駆動力に対してエ
ンジン及びモータ制御の最適化を実現することができ、
エンジン及び2つのモータの制御も簡素に行うことがで
きるハイブリッド車を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、エンジンの出力とモータの
出力とを併用して走行駆動源とするハイブリッド車にお
いて、サンギヤと、このサンギヤに噛合するピニオンを
回転自在に支持するキャリアと、上記ピニオンに噛合す
るとともに上記エンジンの出力軸に連結するリングギヤ
とを有するプラネタリギヤと、上記プラネタリギヤのキ
ャリアに連結し、駆動源あるいは発電機として切換え使
用可能な第1のモータと、上記プラネタリギヤのサンギ
ヤに連結し、駆動源あるいは発電機として切換え使用可
能な第2のモータと、上記第1のモータとともに上記プ
ラネタリギヤのキャリアに連結し、複数段あるいは無段
階に切り換え可能な変速比に応じて上記プラネタリギヤ
と駆動輪との間で変速及びトルク増幅を行なう動力変換
機構とを備えたことを特徴とする。
【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、上記プラネタリギヤのサンギヤとキャリア
とを結合自在な連結機構を備えたことを特徴とする。
【0010】請求項3記載の発明は、請求項1又は請求
項2記載の発明において、上記動力変換機構を、入力軸
に軸支されるプライマリプーリと出力軸に軸支されるセ
カンダリプーリとの間に駆動ベルトを巻装してなるベル
ト式無段変速機とすることを特徴とする。
【0011】すなわち、請求項1記載の発明では、エン
ジンの出力軸をプラネタリギヤのリングギヤに連結する
と共にプラネタリギヤのサンギヤに第2のモータを連結
し、プラネタリギヤのキャリアに、第1のモータと、複
数段あるいは無段階に変速比を切り換え可能な動力変換
機構とを連結してプラネタリギヤと駆動輪との間で変速
及びトルク増幅を行なう。
【0012】第1,第2のモータは、走行条件により、
同時に駆動源あるいは発電機として、または、一方を駆
動源、他方を発電機として使用することができる。例え
ば、エンジンからプラネタリギヤのリングギヤに駆動力
を供給し、第2のモータからプラネタリギヤのサンギヤ
に駆動力を供給する場合、プラネタリギヤで各駆動力が
合成されてキャリアから出力され、さらに、第1のモー
タからの駆動力が加算されて動力変換機構を介して駆動
輪に伝達される。
【0013】また、減速時や制動時等には、駆動輪側か
ら動力変換機構を介してプラネタリギヤのキャリアに返
還される駆動力が、リングギヤに連結されるエンジン側
と、サンギヤに連結される第2のモータ側とに分配さ
れ、第2のモータを発電機として動力エネルギを回収す
る、あるいは、第2のモータを発電機として第1のモー
タに電力を供給し、エンジン及び第1のモータで駆動力
を発生させることができる。
【0014】請求項2記載の発明では、走行条件に応じ
て連結機構によりプラネタリギヤのサンギヤとキャリア
とを結合してプラネタリギヤの差動を固定することで、
エンジンと動力変換機構の間に2つのモータを配置する
エンジンからの駆動軸を形成することができ、エンジ
ン、第1,第2のモータのそれぞれの出力トルクまたは
制動トルクの関係を制御すること無しに、必要な駆動ト
ルクまたは制動トルクを任意に発生させることができ
る。
【0015】この場合、請求項3に記載したように、動
力変換機構としては、入力軸に軸支されるプライマリプ
ーリと出力軸に軸支されるセカンダリプーリとの間に駆
動ベルトを巻装してなるベルト式無段変速機を用い、変
速比を無段階に切り換えて変速及びトルク増幅を行なう
ことが望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1〜図7は本発明の実施の第1
形態に係わり、図1は駆動系の基本構成を示す説明図、
図2はエンジン及び第1,第2のモータのトルク及び電
気の流れを示す説明図、図3は第1のモータを発電機と
して使用する場合のトルク及び電気の流れを示す説明
図、図4は第2のモータを発電機として使用し、第1の
モータで駆動力を発生させる制動の場合のトルク及び電
気の流れを示す説明図、図5は車両後退時のトルク及び
電気の流れを示す説明図、図6は第1のモータのみを利
用して駆動力を得る場合のトルク及び電気の流れを示す
説明図、図7は第1のモータのみを利用して制動力を得
る場合のトルク及び電気の流れを示す説明図である。
【0017】本発明によるハイブリッド車は、エンジン
と2つのモータとを併用するパラレルハイブリッド式の
車両であり、図1に示すように、エンジン1と、発電・
動力アシストを担うモータA(第1のモータ)と、エン
ジン1の出力軸1aに連結されるプラネタリギヤユニッ
ト3と、発進・後進時の駆動力源になるとともに減速エ
ネルギの回収を担うモータB(第2のモータ)と、変速
及びトルク増幅を行なって走行時の動力変換機能を担う
動力変換機構5とを基本構成とする駆動系を備えてい
る。
【0018】プラネタリギヤユニット3は、サンギヤ3
aと、このサンギヤ3aに噛合するピニオンを回転自在
に支持するキャリア3bと、ピニオンと噛合するリング
ギヤ3cとを有するシングルピニオン式のプラネタリギ
ヤである。また、動力変換機構5としては、歯車列を組
み合わせた変速機や流体トルクコンバータを用いた変速
機等を用いることが可能であるが、入力軸5aに軸支さ
れるプライマリプーリ5bと出力軸5cに軸支されるセ
カンダリプーリ5dとの間に駆動ベルト5eを巻装して
なるベルト式無段変速機(CVT)を採用することが望
ましく、本形態においては、以下、動力変換機構5をC
VT5として説明する。
【0019】すなわち、本形態におけるハイブリッド車
の駆動系では、エンジン1の出力軸1aとCVT5の入
力軸5aとの間にプラネタリギヤユニット3が配置され
ており、このプラネタリギヤユニット3のリングギヤ3
cがエンジン1の出力軸1aに結合されている。また、
プラネタリギヤユニット3のサンギヤ3aにはモータB
が連結されており、キャリア3bがモータAに連結され
ると共にCVT5の入力軸5aに結合されている。そし
て、CVT5の出力軸5cに減速歯車列6を介してデフ
ァレンシャル機構7が連設され、このデファレンシャル
機構7に駆動軸8を介して前輪或いは後輪の駆動輪9が
連設される。
【0020】一方、符号10は、エンジン1、2つのモ
ータA,B、CVT5を集中制御する監視・制御システ
ムである。この監視・制御システム10には、アクセル
ペダルやブレーキペダルの踏み込み操作、ステアリング
の操舵角等を検出してドライバの運転操作状況を判定す
るドライバ意志判定システム11、ブレーキ操作状態、
エンジン1やABS(アンチスキッドブレーキシステ
ム)等に対する各種制御量、灯火類やエアコン等の補機
類の作動状態等から車両の制御状況を判定する車両制御
状況判定システム12、車速、登坂や降坂、路面状態等
の現在の車両の走行状態の変化を判定する走行状況判定
システム13等が接続されており、エンジン1、2つの
モータA,B、CVT5の作動状態やバッテリ14の状
態を監視し、各システムからの情報に基づいて、エンジ
ン1の制御、インバータ15,16を介してのモータ
A,Bの駆動及びバッテリの充電制御、CVT5の変速
比や供給油圧の制御等を行う。
【0021】以上の構成による駆動系では、前述したよ
うに、エンジン1をプラネタリギヤユニット3のリング
ギヤ3cへ結合するとともにサンギヤ3aにモータBを
結合し、キャリア3bからプラネタリギヤで合成した出
力を得るようにしている。また、キャリア3bにモータ
Aを連結し、モータAによる出力も合成できるように
し、これら出力をCVT5によって変速及びトルク増幅
して駆動輪9に伝達するようにしているため、2つのモ
ータA,Bは発電と駆動力供給との両方に使用すること
ができ、比較的小出力のモータを使用することができ
る。
【0022】すなわち、プラネタリギヤの入出力特性か
ら、サンギヤ3aへの入力トルクTs、リングギヤ3c
への入力トルクTr、キャリア3bの出力トルクTc
は、以下の(1)式で示すような関係となり、エンジン
1の駆動力及びモータBの駆動力に着目すると、図2に
示すように、バッテリ14からインバータ16を介して
供給される電気エネルギがモータBで駆動力に変換され
てサンギヤ3aへの入力トルクTsとなり、エンジン1
からのリングギヤ3cへの入力トルクTrと合算されて
キャリア3bから出力される。従って、エンジン1、モ
ータBのそれぞれの出力トルクが小さい場合であっても
キャリア3bから大きなトルクを得ることができる。 Tc=Ts+Tr …(1)
【0023】更に、キャリア3bからの出力軸上にはモ
ータAが配置されており、バッテリ14からインバータ
15を介して供給される電気エネルギがモータAで駆動
力に変換されて出力されるトルクをTmとすると、CV
T5に出力可能な最大出力可能トルクToutは、以下
の(2)式に示す値となる。従って、エンジン1、モー
タA,Bのそれぞれの出力トルクに対して大きな駆動ト
ルクを発生することが可能となり、CVT5を介して駆
動輪9に大きな車両駆動力を伝達することができる。
尚、図2及び以下に説明する図3〜図7において、二点
鎖線は電気の流れを模式的に示し、一点鎖線はトルク伝
達の流れを模式的に示す。 Tout=Ts+Tr+Tm …(2)
【0024】この場合、サンギヤ3aの入力トルクTs
とリングギヤ3cの入力トルクTrとは、それぞれが合
成されてキャリア3bの出力トルクTcとなるためには
互いに反力を受けなくてはならず、各入力トルクTs,
Trの関係は、サンギヤ3aの歯数Zs、リングギヤ3
cの歯数Zrによって表されるギヤ比i(i=Zs/Z
r)を用いて表わされる以下の(3),(4)式に示す
関係から、以下の(5)式を満足しなけらばならない。 Tc・i/(1+i)=Ts …(3) Tc・1/(1+i)=Tr …(4) Ts=i・Tr …(5)
【0025】また、プラネタリギヤにおいては、サンギ
ヤ3aの回転数をNs、リングギヤ3cの回転数をN
r、キャリア3bの回転数をNcとすると、各回転数は
以下の(6)式で示される関係となり、サンギヤ3aの
回転数Ns及びリングギヤ3cの回転数Nrを制御する
ことでキャリア3bの回転数Ncを自由に設定すること
ができる。尚、Ns=Nrのときには、Nc=Nr=N
sとなり、全ての入出力回転数が一致する。 (1+i)・Nc=Nr+i・Ns …(6)
【0026】従って、上述したようにプラネタリギヤの
入出力トルクの関係はギヤ比iで決まるため、各ギヤの
トルクの関係を維持した上でモータBの回転数を制御す
ることにより、プラネタリギヤの出力回転数に関係なく
エンジン1の回転数を自由に設定できることになり、例
えば、所定の条件で走行中にエンジンを停止する、燃料
消費率の良いエンジン回転数領域を使う等といった制御
が可能となる。
【0027】一般的に、プラネタリギヤの構造上、Zs
<Zrであるためギヤ比iはi<1であり、(5)式か
ら明らかなように、サンギヤ3aへの入力トルクTsは
リングギヤ3cへの入力トルクTrに対してi倍とな
る。本発明では、エンジン1の出力軸がリングギヤ3c
に結合しているため、エンジン1の出力トルクを駆動力
として使用する場合、エンジントルクのi倍のサンギヤ
トルクTsが必要となり、このときのサンギヤトルクT
sはモータBのみにより得られることから、バッテリ1
4からモータBへの電力供給が必要になる。
【0028】従って、長時間の走行でバッテリ14の充
電量が不足するような事態が予測される場合には、キャ
リア3bからの出力軸上に配置されるモータAを発電機
として使用する。すなわち、図3に示すように、エンジ
ン出力に対し、プラネタリギヤへの入力トルクのうち、
リングギヤ3cからの入力トルク分をモータAで吸収
し、モータAの発電により得られた電力でバッテリ14
に充電された電気を使用することなくモータBを駆動す
ることができる。これにより、モータBを主としてサン
ギヤ3aの反力分担に使用し、エンジン1の駆動力のみ
による走行が可能である。
【0029】ここで、モータBの必要な駆動力(サンギ
ヤ3aへの入力トルクTs)は、前述のプラネタリ特性
より、エンジン1の出力トルクより小さな値で済むこと
から、モータBのトルクへの電力の変換効率、インバー
タの制御効率等の影響を少なくすることが可能である。
【0030】このような状況で、バッテリ14への充電
が必要になったときには、モータBの必要電力に対して
モータAの発電量が多くなるように制御する。また、主
としてエンジン1の駆動力で走行中に、登坂や急加速等
によってエンジン1の出力に対して負荷が大きくなり、
モータBのアシスト力を大きくする必要が生じた場合に
は、モータAの発電量を抑えてキャリア3bからの動力
吸収量を抑え、同時にモータBの駆動力が大きくなるよ
うにバッテリ14から電力を供給することで、必要な駆
動力を確保することができる。
【0031】一方、減速時や制動時等においては、駆動
輪9からCVT5を介してプラネタリギヤユニット3の
キャリア3bに伝達されるトルクTcがエンジン1への
リングギヤ3cからのトルクTrとモータBへのサンギ
ヤ3aからのトルクTsとに分配されるため、エンジン
ブレーキのみ又はエンジンブレーキとモータによる動力
吸収とを併用する場合、エンジンへの吸収トルクを発生
させるためにはモータBでもトルクの吸収を行わなけれ
ばならず、このとき、エンジン1とモータBとでトルク
の吸収が行われることから、大きな制動力を得ると同時
にモータBによる発電が行われる。
【0032】従って、バッテリ14に十分な充電が行わ
れており、バッテリ14への充電が必要ない状態では、
図4に示すように、モータBで発電した電力により、モ
ータBの吸収トルク分の駆動力をモータAで発生させる
ことにより、バッテリ14に充電することなしにエンジ
ンブレーキだけの作動が可能となる。このとき、厳密に
は、モータやインバータの効率特性を考慮すると、モー
タAの発生駆動力に必要な電力は、モータAの駆動力に
よるモータBの発電だけでは十分でないため、モータA
の駆動力とエンジン1への吸収トルクの一部を加えた駆
動力による発電となる。また、バッテリ14への充電が
必要になった場合には、モータBの発電量をそのままに
してモータAへの供給電力とエンジンブレーキとが小さ
くなるように制御することで、バッテリ14への充電が
可能となる。
【0033】さらに、車両が後退する場合には、一般に
はエンジン回転は前進時と同一方向の回転であることか
らエンジン1の駆動力では後進できないため、モータA
のみで後進することになるが、バッテリ14の充電量が
不足する場合には、図5に示すように、エンジン1の出
力トルクをキャリア3bに出力しないようにモータBで
トルクを吸収することで発電を行い、発電した電力でバ
ッテリ14を充電することで、後退時の走行性を確保す
ることができる。この場合、バッテリ14の充電量に応
じ、バッテリ14への充電なしの後進からモータBの発
電によるバッテリ14への充電を併用しながらの後進ま
でを、状況に応じて使い分けることが可能である。
【0034】以上のように、プラネタリギヤユニット3
を介してのエンジン1及びモータA,Bの駆動と発電と
によりトルクを制御することで、バッテリ14への充電
とCVT5に対しての出力を適切に行うことが可能にな
る。そして、この出力された駆動力は、CVT5の使用
によって適切に制御され、エンジン1及びモータA,B
の出力効率を最適化するとともに、駆動軸で必要とされ
る駆動力を確保することができる。
【0035】すなわち、エンジン1の駆動力を考慮せ
ず、モータのみで車両を走行させる場合について考える
と、この場合には、プラネタリギヤの特性からモータB
に駆動力が作用しなければプラネタリギヤから駆動力は
出力されないため、モータAの駆動力のみでの走行を考
慮し、モータAが駆動軸に対して或る一定のギヤ比で結
合しているものとする。
【0036】ここで、車両の最高速度を想定してモータ
Aの回転数を抑えるようにギヤ比設定すると、駆動輪に
おいて必要な最大駆動力に対応するための駆動力と発電
による制動力が求められるためモータAの大容量化が避
けられず、一方、出力の小さい小型のモータで駆動力を
得るようにギヤ比を設定すると、車両を高速走行しよう
としてもモータ回転が追従できないことになる。
【0037】従って、モータAと駆動軸との間にCVT
5を配置し、図6に示すように、駆動輪9における必要
な駆動力をモータA及びCVT5の変速比のそれぞれを
制御して発生させることで、最も出力効率の高いモータ
の使用と同時に、十分な駆動力を確保することが可能と
なる。
【0038】同様に、図7に示すように、駆動輪9にお
ける必要な制動力をモータA及びCVT5の変速比のそ
れぞれを制御して発生させることが可能となる。モータ
Bに駆動力や制動力を発生させないことは、エンジン1
の運転条件に関係なくモータAとCVT5の制御のみで
車両の走行条件を設定できることを意味し、制御の簡素
化が可能となる。
【0039】また、エンジンの駆動力を考慮し、2つの
モータA,Bとエンジン1とを併用して車両を走行させ
る場合について考えると、エンジン1の駆動力はプラネ
タリギヤユニット3を介してCVT5に入出力され、こ
のとき、前述したようにプラネタリギヤの入出力トルク
の関係はギヤ比iで決まるため、各ギヤのトルクの関係
を維持した上でモータBの回転数を制御すると、エンジ
ン1とキャリア3bの回転数を制御することが可能とな
る。
【0040】このため、車速が低い場合は、サンギヤ3
aまたはリングギヤ3cのどちらかの回転数を高くする
ことで、もう片方の回転を止めたり、また、エンジン1
を回転させたまま出力軸回転を逆にすることが可能であ
るが、車速が高い場合では、モータAのみで走行する場
合と同様に、どちらか一方の回転数を一定とし、出力軸
回転数を高くしようとすると、もう片方の回転数を必要
とする出力回転数よりも高くしなければならない。
【0041】例えば、エンジン1によって駆動されるリ
ングギヤ3cの回転数を一定とし、リングギヤ3cを基
準とするサンギヤ3a及びキャリア3bの回転数につい
て考えると、リングギヤ3cを固定した場合と同様であ
ることから、前述の(6)式においてNr=0とおくこ
とができ、モータBによって駆動されるサンギヤ3aの
回転数(リングギヤ3cに対する回転数差)はキャリア
3bの回転数(同じく、リングギヤ3cに対する回転数
差)の(1+i)/i倍となる。
【0042】また、モータBによって駆動されるサンギ
ヤ3aの回転数を一定とし、サンギヤ3aを基準とする
キャリア3b及びリングギヤ3cの回転数について考え
ると、この場合は、サンギヤ3aを固定した場合と同様
であり、前述の(6)式においてNs=0とおくことが
できることから、エンジン1によって駆動されるリング
ギヤ3cの回転数(サンギヤ3aに対する回転数差)は
キャリア3bの回転数(同じく、サンギヤ3aに対する
回転数差)の(1+i)倍となる。
【0043】すなわち、リングギヤ3cを駆動するエン
ジン1の回転数を一定として出力回転数(キャリア回転
数)を高くしようとすると、モータBの回転数が出力回
転数(キャリア回転数)よりも高くなってモータの効率
及び信頼性の低下を招き、サンギヤ3aを駆動するモー
タBの回転数を一定として出力回転数(キャリア回転
数)を高くしようとすると、エンジン1の回転数が出力
回転数(キャリア回転数)よりも高くなって高回転対応
のための内部フリクションの増加等を招くことになる。
【0044】本来、エンジンは、燃焼効率の高い、排気
ガスの清浄化を期待できる回転数域で使用されることが
望ましく、一方、車両においては、モータの回転制御範
囲を超えるような出力軸回転数の変化がある。従って、
駆動輪9からの要求駆動力に対し、プラネタリギヤユニ
ット3の出力軸に配置したCVT5の変速比を適切に制
御することで、プラネタリギヤユニット3への入力トル
クを低く抑えることが可能となり、プラネタリギヤユニ
ット3の出力回転数を適切に制御することができる。
【0045】すなわち、必要な駆動軸の回転数と車両駆
動力の変化に対し、CVT5によってエンジン1とモー
タA,Bの使用条件を最適範囲に抑えることでエンジン
性能を特化し、さらに、燃焼効率の高い、排気ガスエミ
ッションの低い領域でエンジン1を使用する頻度を大幅
に増やすことができ、走行性能を確保しつつ、燃費改
善、低公害化を実現することができるのである。
【0046】図8〜図10は、本発明の実施の第2形態
に係わり、図8は駆動系の基本構成を示す説明図、図9
はクラッチ締結状態でエンジン及び第1,第2のモータ
によって走行する場合のトルク及び電気の流れを示す説
明図、図10はクラッチ締結状態で第1のモータを発電
機として使用する場合のトルク及び電気の流れを示す説
明図である。
【0047】前述の第1形態では、エンジン1へのトル
クの入出力を伴うときには、必ずモータBを制御しなく
てはならず、エンジン1を最大出力としてエンジン1の
駆動力だけで走行する場合等、本来ならエンジン1の出
力を直接CVT5に伝達すれば良いような場合において
も、モータBや場合によってはモータAを制御しなけれ
ばならない。このため、モータのトルク←→電力の変換
時の損失やインバータ制御時の損失等が少なからず存在
し、発電によって得られる電力やエンジン1の駆動力を
有効に利用するには限界がある。
【0048】以上の問題に対処するため、第2形態で
は、前述の第1形態に対し、図8に示すように、プラネ
タリギヤユニット3のサンギヤ3aとキャリア3bとの
間に構結機構としてのクラッチ2を設け、サンギヤ3a
とキャリア3bとを結合自在に形成する。
【0049】すなわち、本形態では、走行条件に応じて
クラッチ2を解放状態から締結状態に制御し、クラッチ
2によりプラネタリギヤユニット3のサンギヤ3aとキ
ャリア3bとを結合してプラネタリギヤにおける差動を
固定することでサンギヤ3aとキャリア3bとリングギ
ヤ3cとを一体化し、等価的にエンジン1とCVT5と
の間に2つのモータA,Bが配置されたエンジン1から
CVT5に至るエンジン直結の駆動軸を形成することが
できるようになっている。
【0050】クラッチ2を締結状態として駆動力を得よ
うとした場合には、第1形態の図2や図3で説明したよ
うなエンジン1,モータAまたはモータBのそれぞれの
出力トルクの関係を制御すること無しに、図9に示すよ
うに、エンジン1,モータAまたはモータBの各駆動源
に、エンジン1の出力状況に関係なく必要な駆動トルク
を任意に発生させる制御が可能となり、制御仕様のより
一層の簡素化を促進することができる。
【0051】また、例えばモータAまたはモータBのど
ちらか一方のみで駆動力を発生させるように、2つのモ
ータA,Bを制御しなければならない場合に比べ、モー
タA,B,インバータ15,16及び電力線を通過する
電力を最小限にすることができ、充電された電気エネル
ギを有効的に利用することが可能になる。
【0052】尚、エンジン1とモータAとモータBとで
駆動力を発生させる際は、モータAとモータBのそれぞ
れの駆動トルクは固定されたプラネタリギヤユニット3
で合成されるため、最大駆動トルクは第1形態の図2で
説明した場合と同様になる。また、モータBに駆動力を
発生させなければ、通常のエンジンのみを走行駆動源と
する車両と同様の駆動システムになるため、第1形態の
図3の場合において生じる各モータA,Bの発電及び駆
動に伴うエネルギ変換のロスと、これを補うためのエン
ジン1の必要駆動力の増加を防止することができる。
【0053】同様に、クラッチ2を締結状態としてプラ
ネタリギヤユニット3のキャリア3bからの入力トルク
に対してモータA,Bの発電及びエンジンブレーキで制
動をかける場合も、第1形態の図4で説明したようなエ
ンジン1,モータA及びモータBのそれぞれの制動トル
クの関係を制御する必要が無く、図10に示すように、
エンジン1におけるエンジンブレーキの制御、モータA
及びモータBのそれぞれの発電によるブレーキ制御を必
要に応じて任意に制御することが可能になり、制御仕様
のより一層の簡素化を図ると共に、例えばモータAまた
はモータBのどちらか一方のみで発電して、2つのモー
タA,Bを制御し発電しなければならない場合に比べ、
モータA,B,インバータ15,16及び電力線を通過
する電力を最小限にすることで、発電時の電気エネルギ
の有効利用が可能となる。尚、モータA,Bに制動力を
発生させなければ、通常のエンジンのみを走行駆動源と
する車両と同様の駆動システムになる。
【0054】このように、第2形態では、走行条件に応
じてクラッチ2によりプラネタリギヤユニット3のサン
ギヤ3aとキャリア3bとを結合する制御を行うこと
で、エンジン1,2つのモータA,Bのそれぞれの出力
トルクまたは制動トルクの関係を制御すること無しに、
必要な駆動トルクまたは制動トルクを任意に発生させる
制御が可能になり、制御仕様のより一層の簡素化、電気
エネルギの有効利用が可能となる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、エンジンの出力軸をプラネタリギヤのリン
グギヤに連結すると共にプラネタリギヤのサンギヤに第
2のモータを連結し、プラネタリギヤのキャリアに、第
1のモータと、複数段あるいは無段階に変速比を切り換
え可能な動力変換機構とを連結してプラネタリギヤと駆
動輪との間で変速及びトルク増幅を行うため、エンジン
から供給される駆動力と第2のモータから供給される駆
動力とをプラネタリギヤで合成した上で第1のモータの
駆動力を加算して出力することができ、また、駆動輪側
から動力変換機構を介して逆に伝達される駆動力をプラ
ネタリギヤでエンジンと第2のモータとに配分し、第2
のモータで動力エネルギを電気エネルギに変換して回収
する、あるいは、第2のモータで発電して第1のモータ
に電力を供給し、エンジン及び第1のモータで制動力を
発生させることができる。従って、駆動輪からの要求駆
動力に対し、比較的低出力の小型の2つのモータで駆動
力の確保と動力エネルギの回収効率向上を達成すること
ができ、システムコストの低減、コンパクト化、軽量化
を図ることができる。
【0056】また、エンジンをプラネタリギヤのリング
ギヤに結合すると共に第2のモータをプラネタリギヤの
サンギヤに結合し、プラネタリギヤのキャリアに第1の
モータと動力変換機構とを結合して構成するため、第2
のモータの分担トルクを低減することが可能になり、ト
ルク−電力間で必要な変換効率等の影響を少なくでき、
車両全体のエネルギ効率を向上させることができるばか
りでなく、エンジンと2つのモータとがプラネタリギヤ
を間に介在して結合するため、エンジンと2つのモータ
との間の制御の自由度が増し、制御の簡素化を図ること
できる。さらに、プラネタリギヤの出力軸に配置した動
力変換機構の変速比を適切に制御することで、エンジン
及び第1,第2のモータを最適に制御することが可能と
なる。
【0057】請求項2記載の発明では、走行条件に応じ
て連結機構によりプラネタリギヤのサンギヤとキャリア
とを結合してプラネタリギヤの差動を固定することで、
エンジンと動力変換機構の間に2つのモータを配置する
エンジンからの駆動軸を形成することができるので、エ
ンジン、第1,第2のモータのそれぞれの出力トルクま
たは制動トルクの関係を制御すること無しに、必要な駆
動トルクまたは制動トルクを任意に発生させることがで
き、制御の簡素化をより一層促進することができ、さら
に、トルク−電力の変換損失を最小限に抑えてエネルギ
効率を大きく向上させることが可能になる。また、プラ
ネタリギヤの出力軸に配置した動力変換機構の変速比を
適切に制御することで、エンジン及び第1,第2のモー
タを最適に制御することが可能となる。
【0058】また、請求項3記載の発明では、動力変換
機構をベルト式無段変速機として変速比を無段階で変化
させて変速及びトルク増幅を行なうため、駆動輪からの
要求駆動力に対してプラネタリギヤへの入出力トルク及
び回転数を自由に制御することが可能となり、エンジン
及び第1,第2のモータの制御をより最適化することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係わり、駆動系の基
本構成を示す説明図
【図2】同上、エンジン及び第1,第2のモータのトル
ク及び電気の流れを示す説明図
【図3】同上、第1のモータを発電機として使用する場
合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図4】同上、第2のモータを発電機として使用し、第
1のモータで駆動力を発生させる制動の場合のトルク及
び電気の流れを示す説明図
【図5】同上、車両後進時のトルク及び電気の流れを示
す説明図
【図6】同上、第1のモータのみを利用して駆動力を得
る場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図7】同上、第1のモータのみを利用して制動力を得
る場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図8】本発明の実施の第2形態に係わり、駆動系の基
本構成を示す説明図
【図9】同上、クラッチ締結状態でエンジン及び第1,
第2のモータによって走行する場合のトルク及び電気の
流れを示す説明図
【図10】同上、クラッチ締結状態で第1のモータを発
電機として使用する場合のトルク及び電気の流れを示す
説明図
【符号の説明】
1 …エンジン 2 …クラッチ(連結機構) A …第1のモータ 3 …プラネタリギヤユニット 3a…サンギヤ 3b…キャリア 3c…リングギヤ B …第2のモータ 5 …ベルト式無段変速機(動力変換機構)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3D039 AA01 AA02 AA03 AA04 AB27 AC01 AC21 AC34 AD06 AD22 5H115 PA11 PA13 PG04 PI16 PI21 PO02 PO06 PO17 PU01 PU19 PU24 QE04 QE06 QE15 RB07 RB08 RB11 RE02 RE03 RE12 RE13 RE14 SE04 SE05 SE08 SE09 TO07 TO09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの出力とモータの出力とを併用
    して走行駆動源とするハイブリッド車において、 サンギヤと、このサンギヤに噛合するピニオンを回転自
    在に支持するキャリアと、上記ピニオンに噛合するとと
    もに上記エンジンの出力軸に連結するリングギヤとを有
    するプラネタリギヤと、 上記プラネタリギヤのキャリアに連結し、駆動源あるい
    は発電機として切換え使用可能な第1のモータと、 上記プラネタリギヤのサンギヤに連結し、駆動源あるい
    は発電機として切換え使用可能な第2のモータと、 上記第1のモータとともに上記プラネタリギヤのキャリ
    アに連結し、複数段あるいは無段階に切り換え可能な変
    速比に応じて上記プラネタリギヤと駆動輪との間で変速
    及びトルク増幅を行なう動力変換機構とを備えたことを
    特徴とするハイブリッド車。
  2. 【請求項2】 上記プラネタリギヤのサンギヤとキャリ
    アとを結合自在な連結機構を備えたことを特徴とする請
    求項1記載のハイブリッド車。
  3. 【請求項3】 上記動力変換機構を、入力軸に軸支され
    るプライマリプーリと出力軸に軸支されるセカンダリプ
    ーリとの間に駆動ベルトを巻装してなるベルト式無段変
    速機とすることを特徴とする請求項1又は請求項2記載
    のハイブリッド車。
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