JP2003011682A - ハイブリッド車両の動力伝達装置 - Google Patents

ハイブリッド車両の動力伝達装置

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JP2003011682A
JP2003011682A JP2001204653A JP2001204653A JP2003011682A JP 2003011682 A JP2003011682 A JP 2003011682A JP 2001204653 A JP2001204653 A JP 2001204653A JP 2001204653 A JP2001204653 A JP 2001204653A JP 2003011682 A JP2003011682 A JP 2003011682A
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    • Y02T10/62Hybrid vehicles

Abstract

(57)【要約】 【課題】パラレル式ハイブリッド車両の動力伝達装置の
性能を向上する。 【解決手段】エンジン1の出力軸を遊星歯車機構のリン
グギアR、電気的回転駆動源(電動機/発電機)2の出
力軸をサンギアS、変速装置4の出力軸をプラネタリキ
ャリアCにそれぞれ接続し、かつエンジン1と電気的回
転駆動源2の出力軸間を断続する第1クラッチ11、電
気的回転駆動源2の出力軸とサンギアS間を断続する第
2クラッチ12と、サンギアSとケース34間に配置し
たブレーキとを備え、運転条件に応じてこれら締結要素
の締結状態を切り換えることにより、良好な運転性能が
得られる。

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、発電
機を兼ねる電動機とを有し、これらの出力トルクを差動
歯車装置を介して変速装置に伝達することにより、エン
ジン及び電動機の何れか一方又は双方で走行駆動力を得
るようにしたパラレル式のハイブリッド車両の動力伝達
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のパラレル式ハイブリッド車両の動
力伝達装置として、特開平10−304513号公報に
記載されたものがある。このものは、差動歯車装置を構
成する遊星歯車機構の第1軸(リングギア)にエンジン
を、第2軸(サンギア)に電気的回転駆動源(発電機/
電動機)を、第3軸(プラネタリキャリア)を変速装置
にそれぞれ連結している。また、前記第1軸と第2軸を
締結装置(直結クラッチ)で締結可能に構成し、前記変
速装置の入力軸と固定体間にワンウェイクラッチを備え
ている。
【0003】また、別の従来のパラレル式ハイブリッド
車両の動力伝達装置としては、米国特許第525865
1号に記載されたものがある。このものも、エンジン、
電気的回転駆動源、変速装置が遊星歯車機構に同様に連
結され、かつ、遊星歯車機構の電気的回転駆動源が連結
される第2軸が第1のブレーキ装置とワンウェイクラッ
チを介して固定体(ケース)に連結され、該第2軸と第
3軸(プラネタリキャリア)との間に第2の締結装置が
連結されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、後に詳
述するように、前記第1の従来例では、車両の発進時に
電気的回転駆動源を発電機として作動し、発電トルクを
反力としてクリープ発進するため、大容量の電気的回転
駆動源が必要となる。また、電気的回転駆動源を電動機
として作動させたトルクアシストができず、発進駆動力
をエンジントルクに頼るしかない。また、発電機を増速
させた回生(充電)も行えない。
【0005】また、前記第2の従来例では、クリープ発
進時は前記ブレーキ装置をスリップ制御することにより
行うので、特に問題ないが、ブレーキ装置締結後の電動
機によるトルクアシストができず、発電機を増速させた
回生(充電)も行えないことは同様である。本発明は、
このような従来の課題に着目してなされたもので、電気
的回転駆動源を特別大容量とする必要なく、クリープ発
進を行え、その後電動機によりトルクアシストされた発
進が行え、かつ、発電機を増速させた回生も行えるよう
にしたハイブリッド車両の動力伝達装置を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、エンジンと、発電機及び電動機の両機能を備
えた電気的回転駆動源と、変速装置と、第1軸に前記エ
ンジンの出力軸が、第2軸に前記電気的回転駆動源の出
力軸が、第3軸に前記変速装置が夫々接続された差動歯
車装置と、前記差動歯車装置の第1軸と第2軸との間を
断続する第1締結装置と、前記電気的回転駆動源と前記
差動歯車装置の第2軸との間を断続する第2締結装置
と、前記差動歯車装置の第2軸と固定体との間に配置さ
れ、開放から締結まで締結力を調整可能な第3締結装置
と、と、を含んで構成したことを特徴とする。
【0007】請求項1に係る発明によると、上記第1締
結装置、第2締結装置、第3締結装置の作動を運転条件
に応じて切り換えることにより、エンジン始動、クリー
プ・発進、加速・定常、減速時の回生(充電)を良好に
行え、発進時に電気的回転駆動源を電動機として駆動し
てエンジントルクをアシストすることができ、回生時に
発電機として作動する電気的回転駆動源を増速して効率
良く回生することも可能となる。
【0008】また、請求項2に係る発明は、前記第3軸
と固定体間に、該第3軸の逆転を阻止するワンウェイク
ラッチを備えたことを特徴とする。請求項2に係る発明
によると、エンジン始動(クランキング)時、変速装置
がニュートラルのときなど駆動輪側からの反力が得られ
ないときでも、第3軸の逆転を阻止して確実に固定でき
るので、確実に始動トルクを得ることができるまた、請
求項3に係る発明は、車両発進時、前記第3締結装置の
締結力を調整してスリップ制御し、所定車速以上の時に
スリップ制御を停止して締結することを特徴とする。
【0009】請求項3に係る発明によると、第3締結装
置のスリップ制御による反力で、変速装置に適度な駆動
トルクを発生させて滑らかなクリープ発進を行うことが
できる。また、前記第1の従来例のように電気的回転駆
動源の発電トルクを利用するよなことがないので、電気
的回転駆動源を特別大型化する必要もない。
【0010】また、請求項4に係る発明は、車両発進
時、前記第1締結装置を締結し、前記第2締結装置を開
放し、第3締結装置を締結し、前記電気的回転駆動源を
電動機として作動してエンジンのトルクをアシストする
ことを特徴とする。請求項4に係る発明によると、第1
締結装置の締結により、エンジンと電動機のトルクが加
わって差動歯車装置の第1軸に伝達され、第2軸は第3
締結装置の締結により固定されるので、エンジントルク
と電動機トルクを合わせたトルクが、第1軸を入力側、
第3軸を出力側としたときのギア比で増幅されて出力さ
れる。これにより、電動機によりトルクアシストされた
強力な発進駆動トルクが得られる。
【0011】また、請求項5に係る発明は、前記第1締
結装置を締結し、前記第2締結装置を開放し、前記第3
締結装置を締結し、前記電気的回転駆動源を発電機とし
て作動して、該電気的回転駆動源の回転速度を増速し回
生することを特徴とする。請求項5に係る発明による
と、第1締結装置を締結し、第2締結装置を開放し、第
3締結装置を締結することにより、差動歯車装置の第3
軸を入力側、第1軸を出力側とするギア比で、発電機と
して作動する電気的回転駆動源の回転速度が増速され、
効率良く回生(充電)することができる。
【0012】また、請求項6に係る発明は、前記電気的
回転駆動源に接続されるバッテリの残量が少ない時の回
生時のみ、前記電気的回転駆動源の回転速度を増速させ
て回生を行うことを特徴とする。請求項6に係る発明に
よると、バッテリの残量が少ない時の回生時のみ、前記
増速回生を行うことで効率良く回生して速やかにバッテ
リ残量を回復させることができ、それ以外の回生時は第
1締結装置、第2締結装置を締結して差動歯車装置の第
1軸,第2軸,第3軸を等速回転した通常の回生を行うこ
とでバッテリの過充電を防止する。
【0013】また、請求項7に係る発明は、前記差動歯
車装置が遊星歯車機構であり、前記第1軸はリングギア
の回転軸、前記第2軸はサンギアの回転軸、前記第3軸
はプラネタリキャリアの回転軸であることを特徴とす
る。請求項7に係る発明によると、遊星歯車機構を用い
ることでコンパクトでギア比のレンジが大きい差動歯車
装置が得られ、各運転性能を十分高めることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態を示す概
略構成図であり、エンジン1及び発電機及び電動機とし
て作用する電気的回転駆動源2の出力側が、それぞれ差
動歯車装置3の入力側の第1軸31及び第2軸32に連
結され、この差動歯車装置3の出力側の第3軸33が変
速装置4の入力側に連結され、該変速装置4の出力側が
図示しない終減速装置等を介して駆動輪5に連結されて
いる。
【0015】前記エンジン1は、ECU(エンジンコン
トロールユニット)6によって制御される。電気的回転
駆動源2は、蓄電装置7に接続されたM/G・CU(電
動機/発電機コントロールユニット)8によって制御さ
れ、発電機として作動するときは前記蓄電装置7を充電
する。変速装置4は、TMCU(変速装置用コントロー
ルユニット)9によって制御される。
【0016】また、差動歯車装置3は、図2に示すよう
に、サンギアSと、その外周側に等角間隔で噛合する複
数のプラネタリギアPと、各プラネタリギアPを連結す
るプラネタリキャリアCと、プラネタリギアPの外側に
噛合するリングギヤRとを有する遊星歯車機構で構成さ
れ、リングギヤRが第1軸31を介してエンジン1の出
力軸に連結され、サンギアSが第2軸32を介して電気
的回転駆動源2の出力軸に連結され、プラネタリキャリ
アCが第3軸33を介して変速装置4の入力側に連結さ
れている。
【0017】また、本発明に係る締結システムとして、
前記第1軸31と第2軸32との間を断続する第1クラ
ッチ(第1締結装置)11と、前記電気的回転駆動源2
と前記第2軸32との間を断続する第2クラッチ(第2
締結装置)12と、前記第2軸と変速装置4のケース
(固定体)34との間に配置されたブレーキ(第3締結
装置)13と、を備え、さらに、前記第3軸33と前記
ケース34との間に、前記第3軸33の逆転を阻止する
ワンウェイクラッチ14を連結する。
【0018】このように構成された本発明に係る動力伝
達装置の作動を、前記第1,第2の従来例と比較して説
明する。まず、始動時について説明する。図3(A)
は、始動時の機能ブロック図を示す。図3(A)以下の
機能ブロック図において、黒塗りの締結要素は作動(締
結状態:ワンウェイクラッチ14は第3軸33の逆転を
阻止して固定している状態)を示し、白抜きの締結要素
は非作動(非締結状態:ワンウェイクラッチ14は第3
軸33の正転を許容している状態)を示す。また、ブレ
ーキ13については、スリップ制御しているときはハッ
チングで示す。
【0019】始動時は、第2クラッチ12を締結し、第
1クラッチ11、ブレーキ13は開放して電気的回転駆
動源2を電動機として駆動する。これにより、第2軸3
2を介してサンギアSが回転する。ここで、ワンウェイ
クラッチ14により第3軸33すなわちプラネタリキャ
リアCは逆転が阻止されて固定された状態なので、アイ
ドラーとして機能するプラネタリギアPの遊転を介し
て、リングギアRが回転する。すなわち、電動機として
作動する電気的回転駆動源2により、エンジン1が回転
駆動され、クランキングされる。
【0020】図3(B)は、該始動時のレバー図であ
る。ここで、入力側をリングギアR、出力側をサンギア
SとしたときのリングギアRとサンギアSの歯数ZR、
Zsで定まるギア比をγ(=Zs/Z<1)とすると、電
気的回転駆動源2の出力トルクTM/Gは次式のように算
出される。 TE=(1/γ)・TM/G・・・(1) すなわち、電気的回転駆動源2に連結される入力側をサ
ンギアS、エンジン1に連結される出力側をリングギア
Rとして、ギア比1/γで増幅されたトルクTEでエン
ジン1が駆動される。
【0021】なお、始動時については、第1、第2の従
来例も同様に機能するので説明を省略する。次に、クリ
ープ発進時について説明する。まず、第1の従来例の場
合を図4(C)、(D)に基づいて説明する。このもの
は、エンジンE、電気的回転駆動源M/G、変速機AT
が、本実施形態同様に差動歯車装置の第1軸〜第3軸に
連結される。また、差動歯車装置の第1軸と第2軸との
間を断続するクラッチ、第3軸とケース(固定体)との
間にワンウェイクラッチを連結していることも本実施形
態と同様である。さらに、前記クラッチと並列して電気
的回転駆動源M/GからエンジンEへの駆動力のみの伝
達を許容するワンウェイクラッチを連結している。
【0022】クリープ発進時は、図4(C)に示すよう
に全ての締結要素が非作動状態とされ、エンジン駆動状
態で電動機/発電機を発電機として作動し、発電トルク
TM/GをエンジントルクTEに対する反力として発生する
ことにより発進する。図4(D)はクリープ発進時のレ
バー図を示し、変速装置の駆動トルクTATは、次式のよ
うに求められる。
【0023】 TAT={(1+γ)/γ}・TM/G・・・(2) この方式では、発進駆動力としてエンジントルクTEを
大きくすると、その反力として大きな発電トルクTM/G
が必要となり、大容量の電動機/発電機が必要となる。
次に、本実施形態のクリープ発進時の作動を説明する。
クリープ・発進時は図4(A)に示すように、第1クラ
ッチ11を締結し、第2クラッチ12を開放し、ブレー
キ13をスリップ制御(半締結状態で滑らせる)しつつ
エンジン1を駆動する。これにより、サンギアSに加わ
るブレーキ13の反力によってプラネタリキャリアCが
回転し、第3軸33を介して変速装置4が駆動され、ク
リープ発進する。
【0024】図4(B)のレバー図で説明すると、サン
ギアSに加わるブレーキトルクをTBとすると、変速装
置4の駆動トルクTATが次式のように算出される。 TAT={(1+γ)/γ}・TB・・・(3) すなわち、ブレーキトルクTBを反力とて受ける入力側
をサンギアS、変速装置4に連結される出力側をプラネ
タリキャリアCとして、ギア比(1+γ)/γで増幅さ
れた駆動トルクTATが得られる。
【0025】この方式では、電気的回転駆動源2を発電
機として用いることなく発進するため、電気的回転駆動
源2の容量が発進駆動力としてのエンジントルクTEに
影響を受けないので、電気的回転駆動源2を特別大型化
する必要がない。なお、電気的回転駆動源2を電動機と
して駆動してエンジントルクをアシストすることはでき
る。
【0026】なお、第2の従来例については、クリープ
発進時は本発明と同様に機能するので説明を省略する。
前記クリープ発進により発進し、車速が所定値以上に達
すると、ブレーキ13を完全に締結した発進に切り換え
る。該発進時は、エンジントルクTEが入力されるリン
グギアRを入力側とし、プラネタリキャリアCを出力側
として、次式のようにエンジントルクTEをギア比(1
+γ)で増幅した変速装置4の駆動トルクTATが得られ
る。
【0027】TAT=(1+γ)・TE・・・(4) そして、本実施形態では図5(A)に示すように、上記
の状態で前記第1クラッチ11を作動して第1軸31と
第2軸32間を締結し、電気的回転駆動源2を電動機と
して駆動すると、該電動機の駆動トルクTM/Gがエンジ
ントルクTEをアシストしてさらに変速装置4の駆動ト
ルクTATを増大することができる。
【0028】すなわち、図5(B)のレバー図に示すよ
うに、リングギアRに作用するトルクTRとしたとき変
速装置4の駆動トルクTATは次式で算出される。 TAT=(1+γ)・TR TR=TE+TM/G ∴TAT=(1+γ)・(TE+TM/G)・・・(5) これを従来例と比較すると、第1の従来例では前記クリ
ープ発進時の(2)式において、発電トルクTM/Gを反力と
してエンジントルクTEを完全に支えた場合、TM/G=T
E/γとなって、変速装置の駆動トルクTATは前記(4)式
と同じく次式のように算出される。
【0029】TAT=(1+γ)・TE・・・(6) しかし、発進時には上記のように電気的回転駆動源2を
エンジントルクTEの反力を支持するため発電機として
用いるので、電動機として駆動することができず、電動
機の駆動トルクでアシストすることができない。次に、
第2の従来例と比較する。図5(C)の機能ブロック図
に示すように、第2の従来例も、エンジンE、電気的回
転駆動源M/G、変速機ATは、本実施形態同様に差動
歯車装置の第1軸〜第3軸に連結される。また、差動歯
車装置の第2軸と第3軸との間をクラッチで連結すると
共に、第2軸がブレーキと第2軸の逆転防止機能を持つ
ワンウェイクラッチを介してケース(固定体)に連結さ
れている。
【0030】そして、前記クリープ発進時は前記ブレー
キをスリップ制御し、該ブレーキを完全に締結すると、
エンジントルクTEをギア比(1+γ)で増幅した変速
装置の駆動トルクTATが得られる。しかし、このもの
も、発進時には第3軸を固定することでエンジントルク
TEを最大限活かしただけの駆動トルクTATしか得られ
ず、電気的回転駆動源M/Gを電動機として駆動してア
シストすることはできない。
【0031】次に、本実施形態において上記のように、
差動歯車装置3を用いて増幅した駆動トルクTATで発進
を行った後の定常・加速時は、図6(A)の機能ブロッ
ク図に示すように、第1クラッチ11、第2クラッチ1
2を共に締結し、ブレーキ13は開放する。すなわち、
発進時ほど大きな駆動トルクTATが必要ないので、差動
歯車装置3によるトルク増幅を行うことなく、サンギア
S、プラネタリギアP、リングギアRを相対回転させる
ことなく、第1軸、第2軸、第3軸を一体に等速回転さ
せる。
【0032】図6(B)は、レバー図を示し、駆動トル
クTATは、次式のように算出される。 TAT=TE(エンジンのみ駆動時)又はTE+TM/G(エンジンと電動機駆動時 )・・・(7) 該定常・加速時は第1,第2の従来例も同様である。
【0033】次に、減速時について説明する。減速時に
は電気的回転駆動源M/Gを発電機として作動し、回生
(充電)を行う。本実施形態では以下のように等速回生
と増速回生との2通りの回生が可能である。バッテリの
残量が所定以上あるときの減速時は、以下のように等速
回生を行う。
【0034】図7(A)に示すように、各締結要素につ
いては前記定常・加速時と同様、第1クラッチ11、第
2クラッチ12を共に締結し、ブレーキ13は開放し
て、差動歯車装置3の第1軸、第2軸、第3軸を一体に
等速回転させるが、エンジン1はエンジンブレーキ作用
により負のエンジントルクTEを生じ、電気的回転駆動
源M/Gを発電機として作動するので、負のトルクTM/
Gとなる。
【0035】図7(B)は、レバー図を示し、変速装置
4のトルクTATとエンジントルクTE、電気的回転駆動
源2のトルクTM/Gの関係は、前記(7)式と同一に示され
るが、駆動輪側からのトルクTATでエンジン1と発電機
としての電気的回転駆動源2を駆動している。上記等速
回生については、第1、第2の従来例も同様に行われ
る。
【0036】バッテリの残量が不足しているときは、以
下のように増速回生を行う。図8(A)に示すように、
第1クラッチ11を締結し、第2クラッチ12を開放
し、ブレーキ13を締結する。減速操作により、負のエ
ンジントルクTEを生じ、発電機として作動する電気的
回転駆動源2が負のトルクTM/Gを生じることは等速回
生と同様である。
【0037】図8(B)は、レバー図を示す。変速装置
のトルクTATとエンジントルクTE、電気的回転駆動源
M/GのトルクTM/Gの関係は、次式のようになる。 TAT=(1+γ)・(TE+TM/G)・・・(8) この関係は、前記発進時の(5)式と同じであるが、回生
時であるので駆動輪側からのトルクTATにより発電機と
して駆動される電気的回転駆動源2の負荷トルクTM/G
が、等速回生時と比較して1/(1+γ)分に減少し、
電気的回転駆動源2の回転速度は(1+γ)倍に増速さ
れることを表している。
【0038】このように、バッテリの残量が不足してい
るときは、上記増速回生を行うことにより、電気的回転
駆動源2を増速させて効率よく回生を行うことができる
と共に、常に増速回生を行うことがないので、増速回生
への制御切り換え時のトルクショックの発生頻度を少な
くすることができる。前記第1の従来例、第2の従来例
では、本実施形態の第1クラッチとブレーキとを同時に
備えていないため、上記増速回生を行えない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図2】同上実施形態のシステム構成を示すブロック図
である。
【図3】同上実施形態の始動時の機能ブロック図及びレ
バー図である。
【図4】同上実施形態と第1の従来例のクリープ発進時
の機能ブロック図及びレバー図である。
【図5】同上実施形態と第2の従来例の発進時の機能ブ
ロック図及びレバー図である。
【図6】同上実施形態の加速・定常時の機能ブロック図
及びレバー図である。
【図7】同上実施形態の等速回生時の機能ブロック図及
びレバー図である。
【図8】同上実施形態の増速回生時の機能ブロック図及
びレバー図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 電気的回転駆動源 3 差動歯車装置 4 変速装置 11 第1クラッチ 12 第2クラッチ 13 ブレーキ 31 第1軸 32 第2軸 33 第3軸 34 ワンウェイクラッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 29/02 F02D 29/02 311A 311 B60K 9/00 E Fターム(参考) 3D039 AA03 AB27 AC06 AC24 3G093 AA05 AA07 AA16 BA01 BA15 CB05 CB07 DB05 DB19 EB01 EB09 EC02 5H115 PC06 PG04 PI16 PI22 PI29 PU01 PU22 PU23 PU25 QE01 QE10 QI04 SE04 SE08 SE09

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンと、 発電機及び電動機の両機能を備えた電気的回転駆動源
    と、 変速装置と、 第1軸に前記エンジンの出力軸が、第2軸に前記電気的
    回転駆動源の出力軸が、第3軸に前記変速装置が夫々接
    続された差動歯車装置と、 前記差動歯車装置の第1軸と第2軸との間を断続する第
    1締結装置と、 前記電気的回転駆動源と前記差動歯車装置の第2軸との
    間を断続する第2締結装置と、 前記差動歯車装置の第2軸と固定体との間に配置され、
    開放から締結まで締結力を調整可能な第3締結装置と、 を含んで構成したことを特徴とするハイブリッド車両の
    動力伝達装置。
  2. 【請求項2】前記第3軸と固定体間に、該第3軸の逆転
    を阻止するワンウェイクラッチを備えたことを特徴とす
    る請求項1に記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
  3. 【請求項3】車両発進時、前記第3締結装置の締結力を
    調整してスリップ制御し、所定車速以上の時にスリップ
    制御を停止して締結することを特徴とする請求項1また
    は請求項2に記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
  4. 【請求項4】車両発進時、前記第1締結装置を締結し、
    前記第2締結装置を開放し、第3締結装置を締結し、前
    記電気的回転駆動源を電動機として作動してエンジンの
    トルクをアシストすることを特徴とする請求項1〜請求
    項3のいずれか1つに記載のハイブリッド車両の動力伝
    達装置。
  5. 【請求項5】前記第1締結装置を締結し、前記第2締結
    装置を開放し、前記第3締結装置を締結し、前記電気的
    回転駆動源を発電機として作動して、該電気的回転駆動
    源の回転速度を増速し回生することを特徴とする請求項
    1〜請求項4のいずれか1つに記載のハイブリッド車両
    の動力伝達装置。
  6. 【請求項6】前記電気的回転駆動源に接続されるバッテ
    リの残量が少ない時の回生時のみ、前記電気的回転駆動
    源の回転速度を増速させて回生を行うことを特徴とする
    請求項5に記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
  7. 【請求項7】前記差動歯車装置が遊星歯車機構であり、
    前記第1軸はリングギアの回転軸、前記第2軸はサンギ
    アの回転軸、前記第3軸はプラネタリキャリアの回転軸
    であることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか
    1つに記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
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