JP2004142599A

JP2004142599A - ハイブリッド車の動力伝達装置

Info

Publication number: JP2004142599A
Application number: JP2002309829A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kobayashi; 小林　利雄
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】バッテリの容量不足が発生した場合にエンジンのみにより車両を駆動することができるようにする。
【解決手段】このハイブリッド車の動力伝達装置は、モータ１３による動力伝達経路と、エンジン１１による複数の動力伝達経路とを有しており、エンジン１１により車両を駆動する場合にはモータ側入力軸２４を介してエンジン動力を伝達することができる。バッテリの充電が不足しているときなどには、入力切換軸５６を介してエンジン動力を車両に伝達することができ、そのときの変速比はモータ側入力軸２４に設けられた主歯車列２８の変速比とは相違した変速比を持つ副歯車列５９を介して動力伝達が行われる。エンジン動力により車両を後退させるときには、噛合いクラッチ機構６６により後退用の副歯車列６４を介して動力伝達が行われる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動輪を駆動するための動力源としてエンジンとモータとを有するハイブリッド車の動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動力源としてエンジンとモータとを有するハイブリッド車つまりハイブリッド電気自動車には、シリーズ式とパラレル式とシリーズ・パラレル式とがある。シリーズ式は、エンジンにより発電機を回転して発電された電力をバッテリに充電し、モータにより車両を駆動するようにしたハイブリッド車であり、エンジンは発電のために使用される。パラレル式は、エンジンを車両走行用の駆動源として使用し、エンジンに負荷がかかる発進時や加速時にモータにより駆動力を補助するようにしたハイブリッド車であり、エンジン効率が悪い軽負荷時にはモータを発電機に変えてバッテリの充電を行うようにしている。
【０００３】
一方、シリーズ・パラレル式は、エンジンとモータとに加えて発電機を有しており、車両の駆動は、走行状態に応じてエンジンによる駆動とモータによる駆動と両方による駆動とのいずれかに切り換えられることになる。この方式のハイブリッド車は、発進時や後退時および低速時にはモータにより車両を駆動し、車速がある程度以上になるとエンジンにより車両を駆動し、登坂時のような高負荷時にはモータとエンジンとにより車両を駆動することができ、軽負荷時には走行しながら発電することができる。
【０００４】
エンジンとモータとに加えて単独の発電機を有する従来のシリーズ・パラレル式のハイブリッド車の動力伝達装置としては、例えば特許文献１に示したものが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−７８７０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハイブリッド車においては、発進時や後退時および低速時にはモータにより車両を駆動し、車速がある程度以上になるとエンジンにより車両を駆動するようにしているので、モータにより車両を駆動することができる程度までバッテリの充電量が確保されないと、モータにより車両を前進走行させたり後退走行させることができなくなる。また、エンジンにより車両を駆動する場合には、複数の変速段を持っていないので、走行状態に応じて最適な駆動力により車両を駆動することができない。さらに、モータやバッテリが故障した場合には、一方向にしか回転できないエンジンのみでは車両の前進と後進を選択的に行うことができない。
【０００７】
本発明の目的は、バッテリの容量不足が発生した場合にエンジンのみにより車両を駆動することができるようにすることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、エンジンと出力軸との間の複数の動力伝達経路を切り換えて走行状態に応じた最適な駆動力により車両を駆動できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、クランク軸を駆動するエンジンと、モータロータを駆動するモータと、前記エンジンにより駆動されてバッテリに充電する電力を発生する発電機とを有し、車両の走行状況に応じて前記エンジンと前記モータの一方または双方により駆動輪を駆動するハイブリッド車の動力伝達装置であって、前記モータロータに連結されるモータ側入力軸と、前記駆動輪に連結される出力軸との間に主動力伝達経路を形成する主歯車列と、前記クランク軸に連結されるエンジン側入力軸と前記出力軸との間に副動力伝達経路をそれぞれ形成する前進段および後退段の複数の副歯車列と、車両を前記モータと前記エンジンの少なくとも一方による駆動と、変速比を相違させた前記エンジンのみによる駆動とにそれぞれの前記動力伝達経路を切り換える切換手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、前記主歯車列を介して前記エンジン動力を伝達することを特徴とする。
【００１１】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、前記出力軸に取り付けられた被駆動歯車と噛み合う駆動歯車が取り付けられた前記モータロータに、エンジン動力を伝達する係合状態と動力伝達を遮断する状態とに切り換える第１クラッチ機構と、前記出力軸に装着された前進段と後退段の複数の被駆動歯車に噛合う複数の駆動歯車を備えた入力切換軸にエンジン動力を伝達する係合状態と動力伝達を遮断する状態とに切り換える第２クラッチ機構とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、前記入力切換軸と前記出力軸との間に設けられた前進段の副歯車列と後退段の副歯車列とを動力伝達状態と遮断する状態とに切り換える噛合クラッチ機構を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、前記モータ、前記発電機、差動機構および終減速装置を一体のケース内に組み込むことを特徴とする。
【００１４】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、前記クランク軸に前記発電機の発電ロータを取り付け、当該発電ロータを前記クランク軸により直接駆動することを特徴とする。
【００１５】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、前記モータロータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、前記クランク軸の回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、車両の走行速度を検出する車速検出手段と、エンジンのスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段とを有し、これらの検出手段からの信号に基づいて前記モータによる駆動と前記エンジンによる駆動との切り換え、および前記第１クラッチ機構、前記第２クラッチ機構および前記噛合クラッチ機構の切り換えを判定することを特徴とする。
【００１６】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、車両の走行状態に応じて前記モータと前記エンジンの動力を合成して前記駆動輪に伝達することを特徴とする。
【００１７】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、前記駆動輪を前記モータによる駆動から前記エンジンによる駆動に切り換える車速を前記エンジンによる駆動から前記モータによる駆動に切り換える車速より高速とすることを特徴とする。
【００１８】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置は、前記駆動輪を前記モータによる駆動から前記エンジンによる駆動に切り換えるエンジン回転数を前記発電機の発電用定格回転数よりも大きな回転数とすることを特徴とする。
【００１９】
本発明のハイブリッド車の動力伝達装置にあっては、主動力伝達経路を介してモータまたはエンジンにより車両を駆動するとともに、バッテリの充電不足などにより車両をモータ駆動することができないときには、エンジンにより車両を前進および後退移動させることができる。さらに、エンジンにより前進走行する場合にも、複数の前進用の副動力伝達経路を介して変速比を相違させて車両を駆動することができ、最適な駆動力を駆動輪に伝達することができる。
【００２０】
車両の走行状態に応じて第１クラッチ機構を係合状態とすると、モータとエンジンの動力を合成することができ、より大きな駆動力を駆動輪に伝達することでトラクションの向上を図ることができる。また、モータロータは出力軸に常時噛み合って回転しているので、モータを回生運転させれば回生ブレーキとして使用することもできる。
【００２１】
モータ、発電機、差動機構および終減速装置とを一体型のケースに組み込むことにより動力伝達装置を小型化することができる。発電機の発電ロータをクランク軸により直接回転駆動することにより、発電効率を向上させることができる。車両は車速やスロットル開度などをパラメータとして、モータやバッテリの状態に応じてエンジンによる駆動とモータによる駆動とに自動的に切り換えるとともに、車速に応じて異なる変速比を有する主歯車列および副歯車列のうちのいずれか１組の歯車列に自動的に切り換えることで、燃費を向上させることができる。
【００２２】
モータ駆動からエンジン駆動に切り換える車速をエンジン駆動からモータ駆動に切り換える車速よりも大きくすることにより、モータ駆動とエンジン駆動が頻繁に切り変わることで発生するハンチングを防止することができる。モータ駆動からエンジン駆動に切り換えられるエンジン回転数を発電機の定格回転数よりも大きい回転数とすることにより、バッテリへの充電を確実に行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるハイブリッド車の動力伝達装置を示すスケルトン図であり、この動力伝達装置は燃料の燃焼によってクランク軸１０を回転するエンジン１１と、モータロータ１２を回転するモータ１３とを有している。エンジン１１はクランク軸１０を車両にその幅方向に向けて横向きに配置され、モータ１３はエンジン１１に対向して車両に配置される。
【００２４】
エンジン１１とモータ１３の間には動力伝達機構組立体１４が配置されており、それぞれは一体となってメインケース１５内に組み込まれている。クランク軸１０には発電ロータ１６が固定されており、この発電ロータ１６はディスク部１６ａとこれと一体となった円筒部１６ｂとを有しており、円筒部１６ｂには永久磁石が装着される。発電ロータ１６を囲むようにしてメインケース１５にはステータコイル１７が固定されており、発電ロータ１６とステータコイル１７によってジェネレータつまり発電機１８が形成され、発電ロータ１６の回転により発生される電力をバッテリに充電することができる。このように、発電ロータ１６はクランク軸１０により直接回転駆動されるので、動力伝達ロスを発生させることなく、効率的な発電が可能となる。
【００２５】
モータ１３はメインケース１５に取り付けられるモータケース１９内に組み込まれており、モータロータ１２には永久磁石が組み込まれ、モータロータ１２を囲むようにしてモータケース１９にはステータコイル２１が固定されている。このステータコイル２１とモータロータ１２とによりモータ１３が形成され、ステータコイル２１に電力を供給するとモータロータ１２は回転駆動される。一方、このモータ１３はジェネレータとしても機能し、モータロータ１２を回転駆動することによりステータコイル２１に発生した電気エネルギーをバッテリに充電することができ、更にはモータ１３を回生ブレーキとしても機能させることができる。
【００２６】
発電ロータ１６に形成された収容空間にはダンパー２２が組み込まれ、ダンパー２２の入力側は発電ロータ１６のディスク部１６ａに取り付けられ、出力側部にはエンジン側入力軸２３が取り付けられており、エンジン側入力軸２３はモータロータ１２の中空部を貫通している。このダンパー２２によりクランク軸１０の振動が減衰されてエンジン側入力軸２３にエンジン動力が伝達される。一方、モータロータ１２には中空のモータ側入力軸２４が設けられており、モータ側入力軸２４とエンジン側入力軸２３とが同軸状となるようにしてエンジン１１とモータ１３とが車両に搭載されることになる。前述のように、ダンパー２２が発電ロータ１６の内部に組み込まれているので、動力伝達装置の軸方向の寸法を短くすることが可能となる。
【００２７】
メインケース１５内にはモータ側入力軸２４と平行に出力軸２５が回転自在に装着されており、モータ側入力軸２４に取り付けられた駆動歯車２６と常時噛み合う被駆動歯車２７が出力軸２５に取り付けられ、これらの駆動歯車２６と被駆動歯車２７により主歯車列２８が形成されている。出力軸２５には被駆動歯車２７よりも小径の中間歯車３１が取り付けられ、この中間歯車３１はこれよりも大径の終減速大歯車３２に噛み合っており、中間歯車３１と終減速大歯車３２により終減速機構が形成されている。終減速大歯車３２には左右駆動輪の回転差を吸収するための差動機構３３が設けられ、差動機構３３はアクスルシャフト３４ａ、３４ｂを介して左右の駆動輪３５ａ、３５ｂに連結されている。差動機構３３はメインケース１５内に組み込まれており、左右の駆動輪３５ａ、３５ｂは前輪となっている。したがって、モータ１３を駆動すると、モータ側入力軸２４から出力軸２５に主歯車列２８を介してモータ動力が伝達される。被駆動歯車２７の直径を駆動歯車２６の直径よりも大きくすると、モータ側入力軸２４の回転は減速されて出力軸２５に伝達されることになる。
【００２８】
エンジン側入力軸２３とモータ側入力軸２４との間には、エンジン動力をモータ側入力軸２４に伝達する係合状態と動力伝達を遮断する状態とに切り換える第１クラッチ機構３６が設けられており、この第１クラッチ機構３６が係合状態に切り換えられると、エンジン動力はエンジン側入力軸２３から第１クラッチ機構３６，モータロータ１２および主歯車列２８を介して駆動輪に伝達される。第１クラッチ機構３６はモータ１３のエンジン１１に対向する端部側に対して反対側に配置されており、第１クラッチ機構３６はパイロットクラッチ３７とメインクラッチ３８とから構成されている。
【００２９】
パイロットクラッチ３７は、エンジン側入力軸２３に固定されたクラッチドラム４１に所定間隔隔てて装着される一対のクラッチディスク４２と、このクラッチディスク４２間に位置するクラッチディスク４３とを有している。これら一対のクラッチディスク４２の外周部には電磁コイル４４とアーマチュア４５とが対向して配置されており、クラッチディスク４３の内周側にはカムプレート４６が一体に設けられている。
【００３０】
一方、メインクラッチ３８はモータ側入力軸２４に固定されたクラッチハブ４７を有し、クラッチハブ４７の外側には複数枚のクラッチディスク４８が装着され、それぞれのクラッチディスク４８に対向する複数枚のクラッチディスク４９がクラッチドラム５１に装着されている。これらのクラッチディスク４９のうちパイロットクラッチ３７側のクラッチディスク４９の内周側にはカムプレート５２が一体に設けられており、このカムプレート５２はカムプレート４６に対向している。
【００３１】
図２（ａ）はカムプレート４６の一部を示す拡大正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う部分のカムプレート４６とこれに対向するカムプレート５２を示す拡大断面図である。カムプレート４６の中心部にはエンジン側入力軸２３が貫通する貫通孔５３が形成されており、対向面には円周方向に延びる複数の凹部５４が形成されている。他方のカムプレート５２にも同様に貫通孔と複数の凹部５４とが形成されており、それぞれの凹部５４はその長手方向の中央部から両端部に向かうに従って深さが浅くなったテーパ面となっている。カムプレート４６に形成された凹部５４とカムプレート５２に形成された凹部５４は相互に対向し合っており、対向し合う凹部５４の間にはボール５５が組み込まれている。
【００３２】
このように構成された第１クラッチ機構３６は、モータ側入力軸２４に代えてエンジン側入力軸２３からの動力を出力軸２５に伝達する際には、先ず電磁コイル４４に電力を供給する。電力供給により、電磁コイル４４とアーマチュア４５との間に磁界が発生し、クラッチディスク４２、４３が相互に係合する。これにより、パイロットクラッチ３７が締結された状態となり、エンジン側入力軸２３に係合されたカムプレート４６がエンジン側入力軸２３と一体化する。
【００３３】
これによりパイロットクラッチ３７のカムプレート４６と、メインクラッチ３８のカムプレート５２との間に差回転が発生し回転トルクが生じる。すると、それぞれのカムプレート４６、５２の凹部５４間に位置するボール５５がテーパ面に沿って変位し、カムプレート５２をカムプレート４６から遠ざかる方向、即ちメインクラッチ３８側に変位させるスラスト力が発生する。このカムプレート５２のメインクラッチ３８側への変位により、メインクラッチ３８のクラッチディスク４８、４９が締結されてエンジン側入力軸２３からの回転がモータ側入力軸２４を介して出力軸２５に伝達されるようになる。このようなクラッチ機構３６を用いることで、モータ側入力軸２４による回転をエンジン側入力軸２３による回転に切り換える際に、パイロットクラッチ３７の締結の後でメインクラッチ３８を締結することで半クラッチ状態が実現でき、円滑な切り換えが可能となる。
【００３４】
上述した動力伝達装置においては、エンジン１１により車両を駆動するときには、ステータコイル２１への通電を解いて、第１クラッチ機構３６を締結することによってモータ側入力軸２４を介して出力軸２５に動力を伝達するようにしているので、駆動歯車２６と被駆動歯車２７とからなる主歯車列２８はモータ動力とエンジン動力とを選択的に伝達する主動力伝達経路となる。
【００３５】
図示するように第１クラッチ機構３６がエンジン１１に対して反対側に配置されているので、エンジン側入力軸２３をクラッチドラム４１に取り付けるために、エンジン側入力軸２３はモータ１３の中心部を貫通している。一方、モータ側入力軸２４はモータロータ１２の両端部から突出し、その一端部には駆動歯車２６が取り付けられ、他端部にはクラッチハブ４７が取り付けられている。なお、モータケース１９には第１クラッチ機構３６を覆うように図示しないカバーが取り付けられることになる。
【００３６】
この動力伝達装置は通常状態のもとでは車両の始動時から所定の車速となるまではモータ駆動が設定され、所定の車速以上となるとエンジン駆動に切り換えられるが、バッテリの充電不足などが発生した非通常時には前進後退ともに始動時からエンジン駆動に設定される。そのため、エンジン側入力軸２３には中空の入力切換軸５６が回転自在に装着され、この入力切換軸５６には前進用の駆動歯車５７が回転自在に装着されている。この駆動歯車５７は出力軸２５に固定された被駆動歯車５８に常時噛み合って前進用の副歯車列５９を構成しており、この副歯車列５９により前進用の副動力伝達経路が形成されている。この副歯車列５９は、エンジン動力をモータ側入力軸２４を介して出力軸２５に伝達する際における主歯車列２８よりも大きな変速比つまり低速段側の変速比となっている。
【００３７】
エンジン側入力軸２３には駆動歯車５７に対向して後退用の駆動歯車６１が回転自在に装着され、この駆動歯車６１は出力軸２５に固定された後退用の被駆動歯車６２にアイドラ歯車６３を介して常時噛み合って後退用の副歯車列６４となっており、この副歯車列６４により後退用の副動力伝達経路が形成されている。この後退用の副歯車列６４は前進用の副歯車列５９よりも僅かに大きな変速比に設定されているが、両方の歯車列の変速比を同一の変速比あるいは小さい変速比としてもよい。
【００３８】
エンジン側入力軸２３と入力切換軸５６との間には、入力切換軸５６に対してエンジン動力を伝達する係合状態と動力伝達を遮断する状態とに切り換える第２クラッチ機構６５が配置されている。この第２クラッチ機構６５の基本構造は第１クラッチ機構３６と同様であり、第２クラッチ機構６５を構成する各部材のうち第１クラッチ機構３６を構成する部材と共通する部材には同一の番号に符号ａが付されている。第２クラッチ機構６５におけるパイロットクラッチ３７ａのクラッチドラム４１ａはエンジン側入力軸２３に連結されているのに対して、メインクラッチ３８ａのクラッチハブ４７ａは入力切換軸５６に連結されている。したがって、第２クラッチ機構６５を係合状態とすると、入力切換軸５６を介してエンジン動力により始動時および低速走行時を含めて車両を駆動することができる。
【００３９】
第１と第２のクラッチ機構３６，６５はそれぞれ多板クラッチにより構成されており、電磁コイル４４に電気信号を送ることによりオンオフ制御を行うことができるようになっているが、油圧によりオンオフ制御を行うようにしてもよい。
【００４０】
前進用の副歯車列５９と後退用の副歯車列６４のいずれか一方を介してエンジン動力を出力軸２５に伝達する状態と、いずれの副歯車列５９，６４にも動力を伝達しない状態とに切り換えるために、入力切換軸５６には噛合いクラッチ機構６６が設けられている。この噛合いクラッチ機構６６は入力切換軸５６に固定された切換ハブ６７と、この切換ハブ６７の外側に軸方向に往復動自在に組み込まれて常時切換ハブ６７に噛み合う切換スリーブ６８とを有している。切換スリーブ６８は図示しない油圧アクチュエータなどによって駆動されるようになっており、切換スリーブ６８を前進用の駆動歯車５７と一体のクラッチ歯車に噛み合わせると、前進用の副歯車列５９は動力伝達状態となり、切換スリーブ６８を後退用の駆動歯車６１と一体のクラッチ歯車に噛み合わせると、後退用の副歯車列６４は動力伝達状態となり、切換スリーブ６８をいずれの駆動歯車５７，６１にも噛み合わせない中立位置にすると、入力切換軸５６から出力軸２５への動力伝達は遮断される。切換スリーブ６８の駆動はモータや油圧もしくは電磁力により駆動されるようになっており、運転席からの機械的もしくは電気的な操作系の指示で選択的に前進段と後進段との切換が行われる。
【００４１】
この動力伝達装置においては、第１および第２のクラッチ機構３６，６５と噛合いクラッチ機構６６とからなる切換手段によって、通常時に車両をモータ１３またはエンジン１１により駆動する場合と両方の合成により駆動する場合に加えて、バッテリの充電不足などのような非通常時にはエンジン１１のみにより車両を駆動することができる。非通常時にエンジン１１のみにより駆動する場合には、入力切換軸５６を動力伝達状態として、低速段用の副歯車列５９と高速段用の主歯車列２８のいずれかを介して車両を前進走行させることができ、さらに後退用の副歯車列６４を介して車両を後退走行させることができる。なお、入力切換軸５６と出力軸２５の間には、前進用と後退用のそれぞれに１段の副歯車列が設けられているが、それぞれ複数段の副歯車列を設けるようにしてもよい。
【００４２】
この動力伝達装置においては、モータ１３やバッテリの充電状態、車速、進行方向などに基づいて、自動的にクラッチ機構３６、６５、６６を切り換えることにより、車速に対して最も駆動力が大きくなる駆動源と歯車列の組み合わせで走行することが可能となる。必要に応じてモータ１３とエンジン１１の駆動力の合成のみならず、モータ１３を回生ブレーキとして使用することも各クラッチ機構の係合関係を変えるだけで可能となる。
【００４３】
図３は図１に示した動力伝達装置の作動を制御する制御回路を示すブロック図であり、メインコントローラ７１にはアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ７２、車両の走行速度を検出する車速センサ７３、モータロータ１２の回転数を検出するモータ回転数センサ７４、およびクランク軸１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ７５からの検出信号が送られるようになっている。一方、メインコントローラ７１からは、エンジン１１の作動を制御するエンジンコントローラ７６、モータ１３の作動を制御するモータコントローラ７７、発電機１８の作動を制御する発電機コントローラ７８、および各クラッチ機構３６、６５、６６の切り換えを制御するクラッチコントローラ７９に対してそれぞれ制御信号が送られるようになっている。バッテリ８０はモータコントローラ７７と発電機コントローラ７８に接続されており、モータ１３により車両を駆動する場合には充電装置つまりバッテリ８０からの電力がモータ１３のステータコイル１７に供給される。一方、バッテリ８０への充電は、発電機１８を作動させることにより行われるが、モータ１３をジェネレータとして機能させてモータ１３により充電を行うこともできる。
【００４４】
図４は図１に示した動力伝達装置の車両走行状態に応じた動力伝達経路を示す動作表であり、符号Ｇ_１〜Ｇ_９はそれぞれ歯数を示し、Ｇ_１は駆動歯車２６、Ｇ_２は被駆動歯車２７、Ｇ_３は中間歯車３１、Ｇ_４は終減速大歯車３２、Ｇ_５は駆動歯車５７、Ｇ_６は被駆動歯車５８、Ｇ_７は後退用の駆動歯車６１、Ｇ_８はアイドラ歯車６３、そしてＧ_９は後退用の被駆動歯車６２の歯数を示す。
【００４５】
図５（ａ）〜（ｅ）は車両の走行状態やバッテリの充電状態などにより切り換えられる動力伝達経路に応じた駆動輪に対する伝達動力を示す駆動力特性線図である。図５中に示す曲線Ｍはモータ１３により車両を駆動する場合の特性曲線であり、曲線Ｅ１はエンジン１１を駆動して主歯車列２８を介して車両を駆動する場合の特性曲線であり、曲線Ｅ２は前進用の副歯車列５９を介して動力伝達を行った場合の特性曲線であり、曲線Ｒは後退用の副歯車列６４を介して車両を後退移動させる場合の特性曲線である。
【００４６】
次に、図５を参照しつつ、図４に示した各走行状態に応じた動力伝達装置の動力伝達経路を説明する。なお、図５中の各曲線のうち、各走行状態に応じて動力伝達を行う伝達経路は太い実線で示され、動力伝達に関与しない伝達経路は破線で示されている。
【００４７】
まず、モータ１３およびバッテリ８０が正常であり、バッテリ８０の充電量が十分であって車両が低速ないし中速走行するとき（図５（ａ）参照）には、すなわち通常走行するときには、車両はモータ１３によって車両を駆動する。このときの車速と駆動力の関係は特性曲線Ｍのようになる。このときには、第１クラッチ機構３６の動力遮断状態のもとでエンジン１１を一定の定格回転数の下で駆動することにより、発電機１８を作動させてバッテリ８０に充電することができる。車両の走行中にブレーキペダルが踏み込まれたときには、エンジン１１を停止状態としてモータ１３を回生ブレーキとして制動力を加えるとともにモータ１３をジェネレータとして機能させてモータ１３からバッテリ８０に充電を行う。ブレーキの作動によって車両が停止寸前となったら、モータ１３の回生ブレーキとしての作動を停止させる。
【００４８】
車両が高速走行となったとき、例えば車速が８０ｋｍ／ｈ程度の所定値以上となったときには（図５（ｂ）参照）、第１クラッチ機構３６を係合状態として、モータ１３による駆動を停止しエンジン１１により車両を駆動する。これにより、特性曲線Ｅ１に示される駆動力により車両を駆動することができ、モータ駆動よりも有利な特性による走行が可能となる。モータ駆動からエンジン駆動に切り換える車速条件としては、エンジン駆動がモータ駆動よりも高い駆動力が得られる車速が選択されており、特性曲線Ｍと特性曲線Ｅ１との交点付近が切換条件となる。
【００４９】
一方、車両を追越し加速したり、車両が登坂路を走行する際には、エンジン１１とモータ１３の両方を駆動させることで、これらの動力が合成されて車両に伝達されるようにしてもよい。なお、モータ１３による駆動によって車速が上述した所定値となったときには、瞬間的に第１クラッチ機構３６を動力伝達状態として、モータ側入力軸２４の回転をクランク軸１０に伝達することによりエンジン１１を始動させることができる。
【００５０】
モータ駆動により車両を後退させるときには（図５（ａ）参照）、前進時とは逆方向にモータ１３を回転させる。このときの車速と駆動力の関係は特性曲線Ｍと同一となる。
【００５１】
次に、バッテリの充電量がモータ１３によって車両を始動させて走行させるには不十分である場合などの非通常時における動力伝達経路について説明する。この動力伝達経路はモータ１３や発電機１８が故障した場合などにも選択されることになる。
【００５２】
車両が低速ないし中速走行する場合には（図５（ｃ）参照）、モータ１３による駆動を行わずに、副歯車列５９を介してエンジン１１により車両を駆動する。すなわち、第１クラッチ機構３６を動力遮断状態のもとで第２クラッチ機構６５を係合するとともに噛合クラッチ機構６６を駆動歯車５７に係合してエンジン１１を駆動することにより駆動輪に動力を伝達する。この条件下での車速と駆動力の相関関係を表すと、変速比が主歯車列２８よりも副歯車列５９の方が大きいので、図５の特性曲線Ｅ２のようになる。
【００５３】
低車速および中車速で走行しているときに、車両が高速走行となったとき（図５（ｄ）参照）、具体的には特性曲線Ｅ１とＥ２の交点の速度より高速域で走行する場合には、特性曲線Ｅ１に現れる駆動源と動力伝達経路に切り換えて走行した方が高い駆動力を得て走行することができる。そこで、第１クラッチ機構３６を係合状態とする一方、第２クラッチ機構６５を動力遮断状態として、主歯車列２８を介してエンジン１１により車両を駆動する。
【００５４】
エンジン１１により車両を後退させるときは（図５（ｅ）参照）、後退用の副歯車列６４を介して車両を駆動する。そのときに、第１クラッチ機構３６の動力遮断状態のもとで第２クラッチ機構６５を係合するとともに噛合クラッチ機構６６を後退用の駆動歯車６１に係合してエンジン１１を駆動する。これにより、後退段の副歯車列６４を介して出力軸２５に逆回転の動力を伝達する。このときの車速と駆動力の関係は、後退用の副歯車列６４の変速比を前進用の副歯車列５９よりも僅かに大きくしているので、特性曲線Ｒに示すように特性曲線Ｅ２よりも駆動力は大きくなる。
【００５５】
動力伝達装置における動力伝達経路の切り換えは、車両の走行状態に応じて自動的に行われるようになっており、車両の走行状態を示すパラメータとしては、モータ１３の回転数、エンジン１１の回転数、車速、およびスロットル開度などである。これらの走行状態を示すパラメータに基づいてメインコントローラ７１からはエンジン１１、モータ１３、発電機１８および各クラッチ機構３６、６５、６６に制御信号が送られる。
【００５６】
上述のように、通常走行時に車速が所定の速度以上となったときには、モータ１３による駆動からエンジン１１による駆動に切り換えられ、所定の車速以上の走行状態から所定の車速以下となったときにはエンジン１１による駆動からモータ１３による駆動に切り換えられるが、モータ駆動からエンジン駆動に切り換えられる車速をＶｅとし、逆にエンジン駆動からモータ駆動に切り換えられる車速をＶｍとすると、Ｖｅ＞Ｖｍに設定されている。つまり、モータ駆動からエンジン駆動に切り換えられる車速Ｖｅは、エンジン駆動からモータ駆動に切り換えられる車速Ｖｍよりも高速に設定されている。これにより、モータ駆動とエンジン駆動とが頻繁に切り換わるハンチング現象の発生を防止することができる。
【００５７】
また、モータ駆動からエンジン駆動に切り換えられるエンジン回転数をＮｅとし、発電機１８の定格回転数をＮｓとすると、エンジン駆動に切り換えられるエンジン回転数Ｎｅは、定格回転数Ｎｓよりも大きな回転数（Ｎｅ＞Ｎｓ）に設定されている。これにより、通常走行時に確実にバッテリ８０に対する充電を行うことができる。
【００５８】
図１に示した動力伝達装置はエンジンが横置きとなったタイプであるが、この動力伝達装置はクランク軸１０が車両の進行方向を向くようにしてエンジン１１が車両に搭載されるようになったエンジン縦置き式にも適用することができる。
【００５９】
図６はエンジン縦置きタイプに適用した場合の動力伝達装置であり、図６においては図１に示した部材と共通の機能を有する部材には同一の符号か付されている。この動力伝達装置にあっては、エンジン１１の車両進行方向後方にはエンジン１１に対向してモータ１３が配置されており、第１クラッチ機構３６はエンジン１１とモータ１３の間に配置され、第２クラッチ機構６５と噛合クラッチ機構６６はモータ１３の後方に配置されている。
【００６０】
エンジン１１の後端部に設けられる発電機１８、モータ１３およびこれらの間に配置される第１クラッチ機構３６は、一体型のメインケース１５内に組み込まれており、メインケース１５は前述したモータケース１９を兼ねている。モータロータ１２の一端部には第１クラッチ機構３６のクラッチハブ４７が取り付けられ、他端部にはモータ側入力軸２４が取り付けられている。メインケース１５に取り付けられるエクステンションケース２０内には、モータ側入力軸２４、出力軸２５、入力切換軸５６、第２クラッチ機構６５および噛合クラッチ機構６６が組み込まれており、出力軸２５の中間歯車３１に噛み合う出力歯車８１はフロントドライブシャフト８２に取り付けられ、このドライブシャフト８２はメインケース１５とエクステンションケース２０内に組み込まれている。
【００６１】
ドライブシャフト８２には終減速大歯車３２に噛み合う終減速小歯車８３が取り付けられており、終減速大歯車３２には図１に示した場合と同様の構造の差動機構３３が設けられている。この差動機構３３はメインケース１５内に組み込まれており、一体構造のメインケース１５内にはモータ１３、発電機１８、第１クラッチ機構３６および差動機構３３が収容されている。ただし、メインケース１５を、モータ１３と差動機構３３とを収容する部分と、発電機１８と第１クラッチ機構３６とを収容する部分とに分割するようにしてもよい。
【００６２】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示する動力伝達装置においては、通常時にはモータ駆動による場合とエンジン駆動による場合のいずれも駆動歯車２６と被駆動歯車２７とからなる主歯車列２８を介して動力伝達を行うようにしているが、モータ動力伝達用とエンジン動力伝達用とに別々の主歯車列を設けるようにしてもよい。また、前輪に併せて後輪も駆動する四輪駆動用車両に図１、図６に示すタイプの動力伝達装置にも本発明を適用することができ、その場合には、出力軸２５の動力を図示しないドライブシャフトを介して後輪に伝達するようにする。また、噛合クラッチ機構６６の切り換え操作は、油圧アクチュエータ以外に電動モータや電磁力により操作してもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、主動力伝達経路を介してモータまたはエンジンにより車両を駆動するとともに、バッテリの充電不足またはモータや発電機が故障して車両をモータ駆動することができないときには、エンジンにより車両を前進および後退移動させることができる。さらに、エンジンにより前進走行する場合にも、複数の前進用の動力伝達経路を介して変速比を相違させて車両を駆動することができ、最適な駆動力を駆動輪に伝達することができる。
【００６４】
車両の走行状態に応じて第１クラッチ機構を係合状態とすると、モータとエンジンの動力を合成することができ、より大きな駆動力を駆動輪に伝達することでトラクションの向上を図ることができる。また、モータロータは出力軸に常時噛み合って回転しているので、モータを回生運転させれば回生ブレーキとして使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるハイブリッド車の動力伝達装置を示すスケルトン図である。
【図２】（ａ）はカムプレートの一部を示す拡大正面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う部分を示す拡大断面図である。
【図３】動力伝達装置の作動を制御する制御回路を示すブロック図である。
【図４】動力伝達装置の車両走行状態に応じた動力伝達経路を示す動作表である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は動力伝達経路に応じた車速と駆動力の相関関係を模式的に表す特性曲線である。
【図６】本発明の他の実施の形態である動力伝達装置を示すスケルトン図である。
【符号の説明】
１０　　　クランク軸
１１　　　エンジン
１２　　　モータロータ
１３　　　モータ
１８　　　発電機
２３　　　エンジン側入力軸
２４　　　モータ側入力軸
２５　　　出力軸
２６　　　駆動歯車
２７　　　被駆動歯車
２８　　　主歯車列
３３　　　差動機構
３５ａ，３５ｂ　　　駆動輪
３６　　　第１クラッチ機構
５６　　　入力切換軸
５９　　　前進用の副歯車列
６４　　　後退用の副歯車列
６５　　　第２クラッチ機構
６６　　　噛合いクラッチ機構

Claims

クランク軸を駆動するエンジンと、モータロータを駆動するモータと、前記エンジンにより駆動されてバッテリに充電する電力を発生する発電機とを有し、車両の走行状況に応じて前記エンジンと前記モータの一方または双方により駆動輪を駆動するハイブリッド車の動力伝達装置であって、
前記モータロータに連結されるモータ側入力軸と、前記駆動輪に連結される出力軸との間に主動力伝達経路を形成する主歯車列と、
前記クランク軸に連結されるエンジン側入力軸と前記出力軸との間に副動力伝達経路をそれぞれ形成する前進段および後退段の複数の副歯車列と、
車両を前記モータと前記エンジンの少なくとも一方による駆動と、変速比を相違させた前記エンジンのみによる駆動とにそれぞれの前記動力伝達経路を切り換える切換手段とを有することを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項１記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、前記主歯車列を介して前記エンジン動力を伝達することを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項１または２記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、前記出力軸に取り付けられた被駆動歯車と噛み合う駆動歯車が取り付けられた前記モータロータに、エンジン動力を伝達する係合状態と動力伝達を遮断する状態とに切り換える第１クラッチ機構と、
前記出力軸に装着された前進段と後退段の複数の被駆動歯車に噛合う複数の駆動歯車を備えた入力切換軸にエンジン動力を伝達する係合状態と動力伝達を遮断する状態とに切り換える第２クラッチ機構とを有することを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項３記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、前記入力切換軸と前記出力軸との間に設けられた前進段の副歯車列と後退段の副歯車列とを動力伝達状態と遮断する状態とに切り換える噛合クラッチ機構を有することを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項１〜４記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、前記モータ、前記発電機、差動機構および終減速装置を一体のケース内に組み込むことを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項１〜５記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、前記クランク軸に前記発電機の発電ロータを取り付け、当該発電ロータを前記クランク軸により直接駆動することを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、前記モータロータの回転数を検出するモータ回転数検出手段と、前記クランク軸の回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、車両の走行速度を検出する車速検出手段と、エンジンのスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度検出手段とを有し、これらの検出手段からの信号に基づいて前記モータによる駆動と前記エンジンによる駆動との切り換え、および前記第１クラッチ機構、前記第２クラッチ機構および前記噛合クラッチ機構の切り換えを判定することを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、車両の走行状態に応じて前記モータと前記エンジンの動力を合成して前記駆動輪に伝達することを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項１〜８のいずれか１項に記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、前記駆動輪を前記モータによる駆動から前記エンジンによる駆動に切り換える車速を前記エンジンによる駆動から前記モータによる駆動に切り換える車速より高速とすることを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のハイブリッド車の動力伝達装置において、前記駆動輪を前記モータによる駆動から前記エンジンによる駆動に切り換えるエンジン回転数を前記発電機の発電用定格回転数よりも大きな回転数とすることを特徴とするハイブリッド車の動力伝達装置。