JP2005140145A - ハイブリッド車両の動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータからの回転を補助駆動輪に伝達するトルク伝達経路に２方向クラッチを組込んだハイブリッド車両の動力伝達装置において、上り坂での停車時に後退動したハイブリッド車両を再び登板させようとしたときに２方向クラッチに係合ショックが発生するのを防止することである。
【解決手段】モータから後輪に回転トルクを伝達するトルク伝達経路に２方向クラッチ１８を組込む。その２方向クラッチ１８がモータからの回転トルクが伝達される入力ギヤ２２と、後輪に回転トルクを伝達する出力軸２３と、その入力ギヤ２２および出力軸２３と正逆両回転方向に係合・離脱可能な係合子２７と、その係合子２７を保持して入力ギヤ２２に対する相対回転により係合子２７の係合・離脱を切換える保持器２８と、その保持器２８に摩擦抵抗を付与する回転抵抗付与手段３３とで形成する。保持器２８と入力ギヤ２２の相互間にセンタリングばね３１を組込んで係合子２７を中立位置に保持するようにして、モータの駆動時に係合子２７を常に中立位置から係合位置に移動させるようにして係合ショックの発生を抑制する。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンの動力を駆動輪に伝達し、モータの動力を補助駆動輪に伝達するようにしたハイブリッド車両の動力伝達装置に関するものである。

エンジンの動力によって駆動輪を駆動し、モータの動力によって発進時や、加速時の負荷が大きいときに補助駆動輪を駆動しアシストするタイプのハイブリッド４輪駆動車においては、普通、モータから補助駆動輪側へのトルク伝達経路に２方向クラッチを組込み、その２方向クラッチによってモータから補助駆動輪への正逆両方向の回転トルクの伝達と遮断とを行なうようにしている。

ここで、前記２方向クラッチがモータと補助駆動輪を駆動する減速機との間に組込まれていると、ハイブリッド４輪駆動車をエンジンの駆動のみで走行させる通常の走行時に、補助駆動輪側から減速機が駆動されるため、走行抵抗となって燃費が悪くなるという問題が発生する。

そのような問題点を解決するため、特許文献１に記載されたハイブリッド車両の動力伝達装置においては、モータによって駆動される減速機の最終減速部と補助駆動輪の車軸に設けられた差動歯車機構との間に２方向クラッチを組込むようにしている。

図５乃至図７は、上記特許文献１に記載された２方向クラッチを示す。この２方向クラッチは、モータからの回転トルクが伝達される入力ギヤ４０と補助駆動輪に回転トルクを伝達する出力軸４１との間に径の異なる２つの保持器４２、４３を組込み、その大径側保持器４２を入力ギヤ４０に圧入し、上記大径側保持器４２と小径側保持器４３のそれぞれにポケット４４、４５を形成し、各ポケット４４、４５に組込まれたスプラグ４６を小径側保持器４３のポケット４５内に組込まれた一対の弾性片４７によって正逆両方向に押圧している。

また、小径側保持器４２の端部に入力ギヤ４０より歯数の多いサブギヤ４８を回転自在に設け、そのサブギヤ４８を皿ばねから成る弾性部材４９によって小径側保持器４２に設けられたフランジ５０に圧接させるようにしている。

さらに、小径側保持器４３にピン５１を突設し、そのピン５１を大径側保持器４２に形成された周方向に長い長孔５２に挿入し、その長孔５２の両端に対するピン５１の当接により大径側保持器４２と小径側保持器４３の相対的な回転角を規制している。

上記の構成から成る２方向クラッチにおいて、モータの動力が入力ギヤ４０およびサブギヤ４８に伝達されると、サブギヤ４８が入力ギヤ４０より遅れて回転し、そのサブギヤ４８の回転はフランジ５０との接触部に作用する摩擦力を介して小径側保持器４３に伝達される。このとき、大径側保持器４２は入力ギヤ４０と共に回転するため、小径側保持器４３は大径側保持器４２に対して相対回転し、その両保持器４２、４３の相対回転により、図７に示すように、スプラグ４６が傾動して入力ギヤ４０および出力軸４１に係合する。このため、入力ギヤ４０の回転はスプラグ４６を介して出力軸４１に伝達され、図示省略した補助駆動輪が駆動される。

また、入力ギヤ４０およびサブギヤ４８が逆方向に回転されると、上記と同様に、小径側保持器４３が大径側保持器４２に対して相対回転して、スプラグ４６が図７に示す場合と逆方向に傾動して入力ギヤ４０と出力軸４１とに係合し、入力ギヤ４０の回転がスプラグ４６を介して出力軸４１に伝達され、補助駆動輪が前記と逆方向に回転される。

２方向クラッチの結合状態において、車速が上がり、補助駆動輪の回転速度がモータの回転速度より速くなると、スプラグ４６は係合方向とは反対方向に傾動しようとするため、２方向クラッチは切れて空転状態となる。このため、補助駆動輪側からの動力でモータ側に伝達されることはない。
特許第３３３５１２１号公報

ところで、上記のような２方向クラッチを組込んだアシストタイプのハイブリッド４輪駆動車においては、以下のような不都合がある。

すなわち、モータで補助駆動輪をアシストして上り坂を前進で登板する場合、２方向クラッチにおけるスプラグ４６は図７に示すように正転側にスイッチしている。ここで、ハイブリッド４輪駆動車を停止させ、シフトレバーをニュートラルにし、ブレーキを緩めると、４輪駆動車は自重で後退する。

このとき、２方向クラッチのスプラグ４６は図７に示すように、正転側にスイッチしているので、補助駆動輪から出力軸４１に伝達される逆転方向の回転はスプラグ４６を介して入力ギヤ４０に伝達され、入力ギヤ４０が逆転側に回転する。入力ギヤ４０が回転することにより、スプラグ４６の傾きが徐々に変化し、やがて、図６に示すように、スプラグ４６は入力ギヤ４０および出力軸４１に対して係合が解除される中立位置に戻され、補助駆動輪側からモータ側への逆入力が遮断される。

しかし、従来の２方向クラッチにおいては、スプラグ４６を中立位置に保持する手段を有していないため、入力ギヤ４０が逆転側へ回転しようとする慣性力やギヤのバックラッシュなどのガタにより、入力ギヤ４０がさらに逆転側に回転することにより、サブギヤ４１からの摩擦抵抗により大径側保持器４２と小径側保持器４３が逆転側に相対回転し、スプラグ４６が逆転側にスイッチする。

４輪駆動車が坂道を自重で後退し、スプラグ４６が全て逆転側にスイッチした後は２方向クラッチが空転するため、補助駆動輪からの逆入力により出力軸４１は逆転を続け、一方、入力ギヤ４０は停止する。このとき、シフトレバーをドライブ側に入れ、アクセルペダルを踏むと、再びモータで補助駆動輪をアシストし、上り坂を前進で登板しようとするが、スプラグ４６が逆転側から正転側にスイッチするまでの遅れが生じ、また、入力ギヤ４０と出力軸４１の回転速度差が大きいことから、スプラグ４６が入力ギヤ４０および出力軸４１に衝撃的に噛み合って係合ショックが発生する。また、衝撃的な噛み合いから過大トルクによるポッピングが発生するという不具合が生じる。

この発明の第１の課題は、モータからの回転トルクを補助駆動輪に伝達するトルク伝達経路に２方向クラッチを組込んだハイブリッド車両の動力伝達装置において、２方向クラッチに係合ショックやポッピングが発生するのを抑制することである。

また、この発明の第２の課題は、２方向クラッチの係合子をスムーズに係合解除することができるようにしたハイブリッド車両の制御方法を提供することである。

上記の第１の課題を解決するために、第１の発明に係るハイブリッド車両の動力伝達装置においては、駆動輪を駆動するエンジンと、補助駆動輪を駆動するモータとを有し、前記モータから補助駆動輪へのトルク伝達経路に２方向クラッチを組込み、その２方向クラッチによってモータから補助駆動輪への正逆両方向の回転トルクの伝達と遮断とを行なうと共に、補助駆動輪からモータ側への逆入力トルクの伝達を遮断するようにしたハイブリッド車両の動力伝達装置において、前記２方向クラッチが、モータによって回動される入力側部材と、補助駆動輪側に回転トルクを伝達する出力側部材と、前記入力側部材および出力側部材に対して正逆両回転方向に係合・離脱可能な係合子と、その係合子を保持し、前記入力側部材に対する相対回転によって係合子の係合・離脱を切換える保持器と、その保持器と前記入力側部材とを連結し、前記保持器と入力側部材の相対回転により弾性変形し、その復元弾性により保持器を復帰回転させて係合子を係合解除された中立位置に戻すセンタリングばねと、静止部材に対する保持器の回転に対して保持器に摩擦抵抗を付与する回転抵抗付与手段とから成る構成を採用したのである。

ここで、回転抵抗付与手段として、保持器の端部に前記静止部材を嵌合して車体に回り止めし、保持器の端部外周には静止部材と軸方向で対向するフランジを設け、そのフランジが静止部材に圧接される方向に保持器を付勢する弾性部材を設けた構成から成るものを採用することができる。

また、第１の課題を解決するために、第２の発明に係るハイブリッド車両の動力伝達装置においては、駆動輪を駆動するエンジンと、補助駆動輪を駆動するモータとを有し、そのモータから補助駆動輪へのトルク伝達経路に２方向クラッチを組込み、その２方向クラッチが、モータによって回転される入力ギヤと、補助駆動輪に回転トルクを伝達する出力軸とを有し、その入力ギヤと出力軸間に径の異なる２つの保持器を組込んでその大径側保持器を入力ギヤに固定し、この大径側保持器と小径側保持器の相対回転により入力ギヤおよび出力軸に対して係合・離脱されるスプラグを上記両保持器に形成されたポケット内に組込み、小径側保持器のポケット内にはスプラグを正逆両方向に押圧する一対の弾性片を設け、小径側保持器の端部には入力ギヤより歯数の多いサブギヤを回転自在に嵌合し、そのサブギヤを弾性部材によって小径側保持器の端部外周に設けられたフランジに圧接させるようにした構成から成るハイブリッド車両の動力伝達装置において、前記大径側保持器と小径側保持器の相対間に前記大径側保持器のポケットと小径側保持器のポケットを同位相に保持するセンタリングばねを組込んだ構成を採用したのである。

さらに、第２の課題を解決するために、ハイブリッド車両の制御方法においては、第１の発明および第２の発明に係るハイブリッド車両の動力伝達装置における前記モータの駆動停止後、そのモータを駆動時の回転方向と反対方向に少し回転させて係合子を中立位置に戻すようにした構成を採用したのである。

第１の発明のように、入力側部材と保持器の相互間にセタンリングばねを設けたことにより、ハイブリッド車両が上り坂を自重で後退するとき、２方向クラッチの係合子を中立位置に保持することができるため、モータで補助駆動輪をアシストして上り坂を前進で登板しようとしたときに、２方向クラッチの係合子を中立位置から係合位置に変位させることができるため、係合子のスイッチ角が小さく、２方向クラッチに係合ショックが発生したり、ポッピングが発生するのを抑制することができる。

また、第２の発明のように、大径側保持器と小径側保持器の相互間にセンタリングばねを組込んだことにより、２方向クラッチのスプラグを中立位置に保持することができるので、モータの駆動時にはスプラグを常に中立位置から係合位置に変位させることができ、２方向クラッチに係合ショックが発生したり、ポッピングが発生するのを抑制することができる。

さらに、第３の発明のように、補助駆動輪を駆動していたモータが停止するとき、そのモータを駆動時の回転方向と反対方向に少し回転させることにより、係合子をより確実に中立位置に戻すことができるため、係合子のスイッチ角が小さく、２方向クラッチに係合ショックが発生したり、ポッピングが発生するのを抑制することができる。

以下、この発明の実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。図１に示すように、ハイブリッド車両１０は駆動輪としての前輪１１を駆動するエンジン１２と、補助駆動輪としての後輪１３を駆動するモータ１４とを有し、前記エンジン１２からの動力はトランスミッション１５およびディファレンシャル１６を介して前輪１１に伝達される。

モータ１４から後輪１３へのトルク伝達経路には減速機１７、２方向クラッチ１８およびディファレンシャル１９が組込まれている。モータ１４はエンジン１２により充電されるバッテリ２０を電源とし、制御ユニット２１によって運転が制御される。

図２乃至図４は２方向クラッチを示す。図２に示すように、２方向クラッチ１８は、減速機１７からの回転トルクが伝達される入力側部材としての入力ギヤ２２を有している。入力ギヤ２２の軸心上にはディファレンシャル１９へ回転トルクを伝達する出力側部材としての出力軸２３が設けられ、その出力軸２３と入力ギヤ２２は軸受２４を介して相対的に回転自在に組込まれている。

図２および図３に示すように、入力ギヤ２２の内周には出力軸２３の外周に形成された円筒面２５との間でくさび形空間を形成する複数のカム面２６が周方向に間隔をおいて設けられ、各カム面２６と円筒面２５との間にローラから成る係合子２７が組込まれている。

入力ギヤ２２と出力軸２３との間には保持器２８が組込まれ、その保持器２８に形成されたポケット２９内に前記係合子２７が組込まれている。係合子２７は入力ギヤ２２と出力軸２３とが相対回転したとき、カム面２６および円筒面２５に係合して、入力ギヤ２２の正逆両方向の回転トルクを出力軸２３に伝達するようになっている。

保持器２８にはばね支持孔３０が形成され、そのばね支持孔３０にセンタリングばね３１が支持されている。センタリングばね３１は略Ｕ字形をなし、両端の弾性片３１ａは入力ギヤ２２の内周に形成された切欠部３２内に嵌合されて、その切欠部３２の周方向で対向する端面を相反する方向に押圧しており、その押圧により、係合子２７が円筒面２５およびカム面２６に係合解除される中立位置に保持器２８を弾性保持している。

保持器２８は、回転抵抗付与手段３３によって摩擦抵抗が付与されている。回転抵抗付与手段３３は、保持器２８の端部に静止部材３４を嵌合し、その静止部材３４を車体に対して回り止めし、前記保持器２８の端部には静止部材３４と軸方向で対向するフランジ３５を設け、このフランジ３５が静止部材３４に圧接される方向に保持器２８を弾性部材３６により付勢している。

実施の形態で示すハイブリッド車の動力伝達装置は上記の構造から成り、通常の走行は、エンジン１２によって前輪１１を駆動する。一方、発進時や加速時の負荷が大きいときにはモータ１４を駆動して補助駆動輪としての後輪１３を回転させる。

ここで、エンジン１２の駆動による通常走行時、後輪１３からの回転トルクが出力軸２３に伝達されて出力軸２３が回転するが、２方向クラッチ１８の係合子２７は円筒面２５およびカム面２６に対して係合解除された中立位置に保持されているため、出力軸２３の回転は入力ギヤ２２に伝達されず、２方向クラッチ１８は空転する。

このため、減速機１７およびモータ１４にトルクが伝達されることはないので、エンジン１２に余分な負荷がかからず、燃費の向上を図ることができる。

一方、発進時や加速時の負荷が大きいときに制御ユニット２１から出力される信号によってモータ１４を駆動すると、そのモータ１４により減速機１７が駆動され、上記減速機１７の出力軸の回転トルクが２方向クラッチ１８の入力ギヤ２２に伝達されて入力ギヤ２２が回転する。

このとき、保持器２８には回転抵抗付与手段３３によって摩擦抵抗が付与され、その摩擦抵抗はセンタリングばね３１のばね力より予め大きい値に設定されているため、入力ギヤ２２と保持器２８が相対回転する。その相対回転により、図４に示すように、センタリングばね３１が弾性変形すると共に、係合子２７が円筒面２５およびカム面２６に係合する。

このため、入力側ギヤ２２の回転は係合子２７を介して出力軸２３に伝達され、その出力軸２３の回転トルクが補助駆動輪としての後輪１３に伝達される。

ハイブリッド車両の停止によってモータ１４を停止させると、センタリングばね３１の復元力によって保持器２８が回転され、図３に示すように、係合子２７は円筒面２５およびカム面２６に対して係合解除される中立位置に戻される。

しかし、入力ギヤ２２が停止しても、係合子２７の噛み込み力が強い場合、センタリングばね３１のばね力によって保持器２８を中立位置に戻すことができない場合がある。このような場合には、モータ１４を駆動していた回転方向と逆方向に少し回転させることによって、係合子２７を中立位置に戻すことができ、センタリングばね３１のばね力によって係合子２７を中立位置に保持することができる。

ハイブリッド車両が上り坂を前進で登板する場合、モータ１４の駆動により後輪１３を回転させてアシストするため、２方向クラッチ１８の係合子２７は図４に示すように、正転側の係合位置に変位している。ここで、ハイブリッド車を停止させ、シフトレバーをニュートラルにし、ブレーキペダルを緩めると、ハイブリッド車は自重で後退する。

このとき、２方向クラッチ１８の入力ギヤ２２が停止しているので、センタリングばね３１のばね力により保持器２８が回転され、図３に示すように、係合子２７が中立位置に戻されて、その中立位置に保持される。

また、係合子２７の噛み込みが強い場合、モータ１４の逆回転により係合子２７は中立位置に戻され、センタリングばね３１のばね力により中立位置に保持される。

このように、係合子２７はセンタリングばね３１のばね力により中立位置に保持されて従来の２方向クラッチにおけるスプラグのように逆転側にスイッチされることがない。

このため、シフトレバーをドライブ側にし、アクセルペダルを踏み込み、モータ１４の駆動により後輪１３をアシストして上り坂を前進で登板しようとした場合、係合子２７は中立位置から係合位置にスイッチし、そのスイッチ角は小さいため、係合ショックの発生およびポッピングの発生を抑制することができる。

実施の形態では、係合子２７としてローラを用いるようにしたが、図５乃至図７に示す従来例と同様にスプラグを用いるようにしてもよい。スプラグを採用する場合、図５乃至図７に示す２方向クラッチと同一の構成とすると共に、径の異なる２つの保持器の相互間に図２に示すセンタリングばね３１を組込んで大径側保持器のポケットと小径側保持器のポケットを同位相に中立位置に保持する。

この発明に係るハイブリッド車両の動力伝達装置の実施形態を示す概略図 図１に示す２方向クラッチの縦断正面図 図２のIII−III線に沿った断面図 ２方向クラッチの係合状態を示す断面図 従来の２方向クラッチを示す縦断正面図 図５のVI−VI線に沿った断面図 図５に示す２方向クラッチの係合状態を示す断面図

符号の説明

１１ 前輪（駆動輪）
１２ エンジン
１３ 後輪（補助駆動輪）
１４ モータ
１７ 減速機
１８ ２方向クラッチ
２２ 入力ギヤ（入力側部材）
２３ 出力軸（出力側部材）
２７ 係合子
２８ 保持器
３１ センタリングばね
３３ 回転抵抗付与手段
３４ 静止部材
３５ フランジ
３６ 弾性部材
４０ 入力ギヤ
４１ 出力軸
４２ 大径側保持器
４３ 小径側保持器
４６ スプラグ
４７ 弾性片
４８ サブギヤ
４９ 弾性部材
５０ フランジ

Claims (4)

1. 駆動輪を駆動するエンジンと、補助駆動輪を駆動するモータとを有し、前記モータから補助駆動輪へのトルク伝達経路に２方向クラッチを組込み、その２方向クラッチによってモータから補助駆動輪への正逆両方向の回転トルクの伝達と遮断とを行なうと共に、補助駆動輪からモータ側への逆入力トルクの伝達を遮断するようにしたハイブリッド車両の動力伝達装置において、前記２方向クラッチが、モータによって回動される入力側部材と、補助駆動輪側に回転トルクを伝達する出力側部材と、前記入力側部材および出力側部材に対して正逆両回転方向に係合・離脱可能な係合子と、その係合子を保持し、前記入力側部材に対する相対回転によって係合子の係合・離脱を切換える保持器と、その保持器と前記入力側部材とを連結し、前記保持器と入力側部材の相対回転により弾性変形し、その復元弾性により保持器を復帰回転させて係合子を係合解除された中立位置に戻すセンタリングばねと、静止部材に対する保持器の回転に対して保持器に摩擦抵抗を付与する回転抵抗付与手段とから成ることを特徴とするハイブリッド車両の動力伝達装置。
2. 前記回転抵抗付与手段が、保持器の端部に前記静止部材を嵌合して車体に回り止めし、保持器の端部外周には静止部材と軸方向で対向するフランジを設け、そのフランジが静止部材に圧接される方向に保持器を付勢する弾性部材を設けた構成から成る請求項１に記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
3. 駆動輪を駆動するエンジンと、補助駆動輪を駆動するモータとを有し、そのモータから補助駆動輪へのトルク伝達経路に２方向クラッチを組込み、その２方向クラッチが、モータによって回転される入力ギヤと、補助駆動輪に回転トルクを伝達する出力軸とを有し、その入力ギヤと出力軸間に径の異なる２つの保持器を組込んでその大径側保持器を入力ギヤに固定し、この大径側保持器と小径側保持器の相対回転により入力ギヤおよび出力軸に対して係合・離脱されるスプラグを上記両保持器に形成されたポケット内に組込み、小径側保持器のポケット内にはスプラグを正逆両方向に押圧する一対の弾性片を設け、小径側保持器の端部には入力ギヤより歯数の多いサブギヤを回転自在に嵌合し、そのサブギヤを弾性部材によって小径側保持器の端部外周に設けられたフランジに圧接させるようにした構成から成るハイブリッド車両の動力伝達装置において、前記大径側保持器と小径側保持器の相対間に前記大径側保持器のポケットと小径側保持器のポケットを同位相に保持するセンタリングばねを組込んだことを特徴とするハイブリッド車両の動力伝達装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド車両の動力伝達装置における前記モータの駆動停止後、そのモータを駆動時の回転方向と反対方向に少し回転させて係合子を中立位置に戻すようにしたハイブリッド車両の制御方法。

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