JP2005145145A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体をコンパクトにしながらも大トルクのＭＧを必要としないハイブリッド車両の駆動装置を提供する。
【解決手段】エンジン１１と、モータジェネレータ１６と、少なくともエンジン１１又はモータジェネレータ１６から入力した駆動力を変速して駆動輪に伝達する同軸上に配置された入力ディスク１２ａ及び出力ディスク１２ｂを備えるトロイダル式の変速機１２と、を有するハイブリット車両の駆動装置であって、モータジェネレータ１６は、入力ディスクと駆動力の伝達を締結／解放する第１の締結手段３１と、駆動輪と駆動力の伝達を締結／解放する第３の締結手段３３とを有し、変速機１２は、出力ディスクと駆動輪と駆動力の伝達を締結／開放する第２の締結手段３２を有する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン及びモータジェネレータを組合せて搭載したハイブリッド車両の駆動装置に関するものである。

近年、低公害性と航続距離、およびエネルギ供給のインフラ等の要求から、エンジン及びモータジェネレータ（以下「ＭＧ」という）を組合せて搭載したハイブリッド車両（ＨＥＶ）の実用化が進められている。このようなＨＥＶの一種として、例えば、既存のトロイダル式無段変速機（以下「Ｔ−ＣＶＴ」という）を搭載したシステムが考えられている。ところでＴ−ＣＶＴは入力ディスク及び出力ディスクを同軸上に備えているので、ディスクの半径方向の長さは短くなるものの、軸方向長さは長くなる。そのため、パワートレイン系が横置きに配置される車両においては、搭載が困難である。そこで、前後進切替装置やトルクコンバータなどを廃止して、変速機の長さを短縮し、搭載性を向上させた駆動システムが提案されている。例えば、特許文献１には、ＭＧ及びＴ−ＣＶＴを平行に配置して、ＭＧを駆動源として後進する駆動システムが開示されている。
特開２００２−１０４０００号公報

ところで、前述した従来の駆動システムにあっては、エンジン及びＭＧが変速機の入力側においてのみ接続されている。そのため、例えばエンジンの駆動力を要しないＭＧ走行の場合であっても変速機を介して駆動輪に動力を伝達しなければならないので、変速機の変速比を適宜設定する必要がある。そして変速機を動作させるためには油圧が必要であるので、ＭＧ走行の効率が低下していた。

また、装置全体をコンパクト化するために前後進切換手段を廃止した場合には、回転方向を変更可能なＭＧにより後進することになる。しかし、ＭＧのみで後進するシステムであって、現行の内燃機関の車両と同等の動力性能を実現するためには、大トルクを出力可能なＭＧが必要である。しかし、そのようなＭＧは大型であり、搭載性が悪化し、またコストの上昇を招くという問題があった。

さらに、後進性能がバッテリの蓄電量にも依存するので、大きなバッテリを搭載するか、エンジンに駆動ＭＧ並みの大きな発電機を搭載する必要がある。したがって、車両全体としての搭載性が悪化し、またコストの上昇を招くという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、装置全体をコンパクトにしながらも大トルクのＭＧを必要としないハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、エンジン（１１）と、モータジェネレータ（１６）と、少なくとも前記エンジン又は前記モータジェネレータから入力した駆動力を変速して駆動輪に伝達する同軸上に配置された入力ディスク（１２ａ）及び出力ディスク（１２ｂ）を備えるトロイダル式の変速機（１２）と、を有するハイブリット車両の駆動装置であって、前記モータジェネレータ（１６）は、入力ディスクと駆動力の伝達を締結／解放する第１の締結手段（３１）と、駆動輪と駆動力の伝達を締結／解放する第３の締結手段（３３）とを有し、前記変速機（１２）は、出力ディスクと駆動輪と駆動力の伝達を締結／開放する第２の締結手段（３２）を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、変速機を介することなくモータジェネレータによって車両を直接駆動することができるので、大トルクのモータジェネレータを必要としない。また、変速機の油圧が不要であり、効率の高い運転が可能となる。さらに、トルクコンバータ、前後進切替装置などを省略することができるので、装置全体をコンパクトにすることができる。

以下、図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第１実施形態を示す図である。

エンジン１１は内燃機関などの原動機であり、駆動力を発生する。ＭＧ（モータジェネレータ）１６は電動機であり、発電及び力行が可能である。ＭＧ１６の制御装置１７はインバータなどである。また、本システムはバッテリ１８を備え、ＭＧ１６への電力供給、充電受入などを行う。

エンジン１１はスタータと発電機の機能を有するスタータ・ジェネレータ（以下「Ｓ／Ｇ」という）１３により始動される。

ＣＶＴ１２はトロイダル式無段変速機であり、発進クラッチ３０を介してエンジン１１に接続する入力ディスク１２ａと、出力ギア（第２歯車）２２に第２ドッグクラッチ３２を介して接続する出力ディスク１２ｂの間にパワーローラ１２ｃを配し、パワーローラ１２ｃの角度を変化させることにより、変速比を無段に変化させる。入力ディスク１２ａと出力ディスク１２ｂは同軸上に配さ、エンジン１１により駆動される場合は互いに逆方向に回転する。出力ディスク１２ｂには中空の第２回転軸４２が連結されている。出力ギア２２は第２ドッグクラッチ３２によってこの第２回転軸４２に締結／解放される。

エンジン出力軸（第３回転軸）４３は発進クラッチ３０を介してエンジン１１に接続され、かつ、ＣＶＴ１２の入力ディスク１２ａにも接続されている。

ＭＧ１６の出力軸であるＭＧ出力軸（第１回転軸）４１はＣＶＴ１２と平行に配置され、ＭＧ出力軸４１上には第１歯車２１，第３歯車２３及び第１ドッグクラッチ３１，第３ドッグクラッチ３３が配されている。第１歯車２１，第３歯車２３は第１ドッグクラッチ３１，第３ドッグクラッチ３３と締結することで回転が拘束され、ＭＧ１６のトルクなどを伝達することができる。第１歯車２１はエンジン出力軸４３上の第４歯車２４と噛合っている。また、第３歯車２３は出力ギア２２と噛合っている。

出力ギア２２から伝達されたエンジン１１及びＭＧ１６の駆動力は、ディファレンシャルギア１４、駆動輪１５に順次伝わり、車両を走行させる。

なお、図示していないが、すべてのドッグクラッチ３１〜３３及び発進クラッチ３０はクラッチアクチュエータを備え、運転者の指令を受けて、システム全体の動作を制御するシステムコントローラからの指令で作動する。エンジン１１、変速機１２及びＭＧ１６もシステムコントローラにより制御される。

このような構成にしたので、変速機１２を介することなく、ＭＧ１６の駆動力を伝えることができる。したがって、変速機の油圧を不要とし、効率の高い運転が可能となる。また、トルクコンバータ、前後進切替装置などを省略することができるので、システムの長さ方向を短縮することができる。

（エンジンによる後進のモード）
図２は本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のエンジン１１の駆動力によって後進するときの動力伝達経路を示した図である。なお、図中の太実線矢印が動力伝達経路である。

第２ドッグクラッチ３２を解放し、第１ドッグクラッチ３１，第３ドッグクラッチ３３をそれぞれ第１歯車２１，第３歯車２３に締結する。このようにすると、エンジン１１及びＭＧ１６のトルクで後進する。

すなわち、ＣＶＴ１２はトロイダルＣＶＴであるため、入力ディスク１２ａ及び出力ディスク１２ｂの回転方向は互いに逆である。ＣＶＴ１２を用いて前進するように駆動系を組むので、出力ギア２２はエンジン１１と逆方向に回転するときに車両が前進する。これに対して、第１ドッグクラッチ３１，第３ドッグクラッチ３３をそれぞれ第１歯車２１，第３歯車２３に締結することにより、ＣＶＴ１２及びエンジン出力軸４３と平行に配したＭＧ出力軸４１上の第３歯車２３はエンジン１１と逆回転となるので、出力ギア２２はエンジン１１と同方向に回転する。したがって、このとき、車両は後進する。

発進クラッチ３０を制御することにより、エンジン１１のみでの後進も可能である。

また、エンジン１１で後進する場合のギア比は以下のようになる。

エンジン出力軸４３上の第４歯車２４と第１歯車２１との関係を以下にする。

また、第３歯車２３と出力ギア２２との関係を以下にする。

すると、後進時のギア比は式（１）（２）より以下になる。

車両性能より、後進時のギア比は１以上（ファイナルギア分を除いて）であるから以下になる。

Ｒ_H ＜ Ｒ_L ・・・（４）
そのため、ＭＧ１６のトルクを増幅する作用は第３歯車２３を用いたほうが大きくなる。以上から、第３歯車２３をローギア、第１歯車２１をハイギアと称する。

このように、ギアを設定することで、エンジン駆動に対する後進段（１以上）を実現することができる。さらに、本願の構成において、上記関係を維持しつつ、モータの能力に合わせてギア比を設定することで、高速運転時、低速運転時にギアを切り換えて幅広い速度域においてモータアシストを実現できる。

（ＭＧによる前後進のモード）
図３は本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のＭＧ１６の駆動力によって前後進するときの動力伝達経路を示した図である。

第２ドッグクラッチ３２を解放し、第３ドッグクラッチ３３をローギア（第３歯車２３）に締結する。このようにすることで、ＭＧ１６のトルクで前後進する。

一般的にＭＧ１６は回転方向による駆動力特性の差が無いので、ＭＧ１６の回転方向を制御することで容易に前後進が可能である。

このとき、ＭＧ１６の駆動力はＣＶＴ１２を通過しないので、ＣＶＴ１２を動作させるための油圧が不要であり、高効率なＭＧ走行が可能である。

（エンジン及びＭＧによる低速前進のモード）
図４は本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のエンジン１１及びＭＧ１６の駆動力によって低速前進するときの動力伝達経路を示した図である。

第３ドッグクラッチ３３をローギア（第３歯車２３）に締結した状態から、第２ドッグクラッチ３２を締結する。このようにすることで、エンジン１１及びＭＧ１６のトルクで前進する。すなわち、ＭＧ走行からエンジン併用走行へ移行した状態である。

エンジン１１を始動した後、発進クラッチ３０を併用してＣＶＴ１２の出力ディスク１２ｂの回転数を第２ドッグクラッチ３２が出力ギア２２と締結可能な回転数差となるように制御する。第２ドッグクラッチ３２が締結するときのショックを、発進クラッチ３０を滑らせることで吸収する。第２ドッグクラッチ３２を締結した後で発進クラッチ３０を完全に締結する。

この状態では、ＭＧ１６のトルクは歯車列のみを伝達するので、回生時の機械損失を最小に抑えることができる。

（エンジン及びＭＧによる高速前進のモード）
図５は本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のエンジン１１及びＭＧ１６の駆動力により高速前進するときの動力伝達経路を示した図である。

第１ドッグクラッチ３１をハイギア（第１歯車２１）と締結し、エンジン１１及びＭＧ１６のトルクをエンジン出力軸４３で合成し、ＣＶＴ１２を介して伝達する。

一般的に内燃機関よりも電動機のほうが、高効率領域が広く、また、運転領域も広い。そこで、適切なハイギアのギア比ＲＨを選択することで、エンジン１１とＭＧ１６は互いに高効率領域で運転可能となる。

図６は本発明によるハイブリッド車両の駆動特性の一例を示す図である。

ここでは、ＭＧ１６の最大出力はエンジン１１の２０％程度である。

この図６に示されている通り、エンジン１１を併用して後進することにより、ＭＧ１６のみで後進するよりも遥かに大きい駆動力を発揮することが可能である。

図７は本発明によるハイブリッド車両の各動作状態における各クラッチの動作状況を示す図である。なお、＠の前に駆動源を示し、＠の後に使用ギアを示す。例えば、エンジン＋ＭＧ＠ローギアとは、駆動源としてエンジン及びＭＧの両方を使用し、ギアはローギアを使用して走行するモードを示す（以下同様）。また、クラッチの締結状態をＯＮ、解放状態をＯＦＦで示す。

クラッチの締結状態を変更することで、動作モードを容易に変更することができる。

また、すべてのクラッチが締結時にエネルギ消費を伴わないので、ＣＶＴによるエンジン動作点の最適化に加え、システム効率が高く、燃費がよいことが容易に想像できる。

ＭＧを動力源としハイギアを使用するモードは、主に回生時に選ばれる動作状態である。発進クラッチ３０のみを操作することで、すぐにエンジン併用走行に移行可能である。

＜第２実施形態＞
図８は本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第２実施形態を示す図である。

なお以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

本実施形態では第１実施形態の第２ドッグクラッチ３２に代えて多板クラッチ５２を使用する。多板クラッチ５２はＣＶＴ１２の駆動力を出力ギア１３へ伝達もしくは中断を連続的に変更可能である。

したがって、本実施形態によれば、ＣＶＴ１２を活用するエンジン１１での走行への移行を滑らかに行うことが可能である。

＜第３実施形態＞
図９は本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第３実施形態を示す図である。

本実施形態では第１実施形態の第１ドッグクラッチ３１に代えて多板クラッチ６１を使用する。多板クラッチ６１はハイギアである歯車２２とＭＧ１６とを締結／解放する。

本発明の駆動装置では、エンジンで走行中にＭＧの変速段を切替えるときに、ＭＧ１６の回転方向を反転させる必要がある。

本実施形態によれば、ＭＧ１６をローギア２３からハイギア２２へ切替えるときに多板クラッチ６１を制御することで、切替え動作の短縮を実現することができる。

図１０は第３実施形態におけるＭＧ変速段の切替動作の一例を示す図である。

ＭＧ＠ローギアからＭＧ＠ハイギアへ移行するときに、ＭＧ１６はエンジン１１とは逆方向、かつ、高速度で回転している。そこで、ＭＧ１６はドッグクラッチ３３を解放した後、ＭＧ出力軸４１と自分との慣性を吸収するために発電トルクを発生して、回転速度を低下させる。このとき、多板クラッチ６１の締結圧を上昇させることにより、ＭＧ１６の回転速度をより早く低下させることができ、切替時間を短縮することができる。

＜第４実施形態＞
図１１は本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第４実施形態を示す図である。

後輪駆動車やパワートレイン系を縦置きする車両への搭載例である。

トロイダル式無段変速機であるＣＶＴ１２は、ＭＧ１６と共通の出力軸（第２回転軸）４２を有し、発進クラッチ３０を介してエンジン１１に接続するの入力ディスク１２ａと、出力ギア（第２歯車）２２に接続する出力ディスク１２ｂの間にパワーローラ１２ｃを配し、パワーローラ１２ｃの角度を変化させることにより、変速比を無段に変化させる。入力ディスク１２ａと出力ディスク１２ｂは同軸上に配され、エンジン１１により駆動される場合は互いに逆方向に回転する。エンジン１１はＳ／Ｇ１３により始動される。エンジン出力軸（第３回転軸）４３は発進クラッチ３０を介してエンジン１１と接続し、かつ、ＣＶＴ１２の入力ディスク１２ａとも接続する。ＭＧ１６の出力軸であるＭＧ出力軸（第１回転軸）４１はＣＶＴ１２と共通の出力軸４２と平行に配置され、ＭＧ出力軸４１上には第１歯車２１とエンジン出力軸４３とＭＧ出力軸４３の伝達および中断を制御する第１ドッグクラッチ３１が配置されている。第３歯車２３は出力軸４２上の第３ドッグクラッチ３３により、動力の伝達及び中断を制御する。第２ドッグクラッチ３２はエンジン出力軸４３と出力軸４２を接続する。

出力軸４２から伝達されたエンジン１１及びＭＧ１６の駆動力は、出力ギア２５、ディファレンシャルギア１４、駆動輪１５に順次伝わり、車両を走行させる。

本実施形態によれば、トルクコンバータ、前後進切替装置などを省略することができるので、ＭＧを加えても全長を現行のシステムと同等にすることができる。

図１２は第４実施形態における各クラッチの動作状況を示す図である。

本実施形態においても、第１実施形態（図７）と同様にクラッチの状態を変更することで容易に動作モードを変更することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第１実施形態を示す図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のエンジン１１の駆動力によって後進するときの動力伝達経路を示した図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のＭＧ１６の駆動力によって前後進するときの動力伝達経路を示した図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のエンジン１１及びＭＧ１６の駆動力によって低速前進するときの動力伝達経路を示した図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のエンジン１１及びＭＧ１６の駆動力により高速前進するときの動力伝達経路を示した図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動特性の一例を示す図である。 本発明によるハイブリッド車両の各動作状態における各クラッチの動作状況を示す図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第２実施形態を示す図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第３実施形態を示す図である。 第３実施形態におけるＭＧ変速段の切替動作の一例を示す図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第４実施形態を示す図である。 第４実施形態における各クラッチの動作状況を示す図である。

符号の説明

１１ エンジン
１２ ＣＶＴ
１２ａ 入力ディスク
１２ｂ 出力ディスク
１２ｃ パワーローラ
１３ スタータ・ジェネレータ（Ｓ／Ｇ）
１４ ディファレンシャルギア
１５ 駆動輪
１６ モータジェネレータ（ＭＧ）
１７ 制御装置
１８ バッテリ
２１ 第１歯車
２２ 出力ギア（第２歯車）
２３ 第３歯車
２４ 第４歯車
２５ 出力ギア
３０ 発進クラッチ
３１ 第１ドッグクラッチ（第１クラッチ）
３２ 第２ドッグクラッチ（第２クラッチ）
３３ 第３ドッグクラッチ（第３クラッチ）
４１ ＭＧ出力軸（第１回転軸）
４２ 第２回転軸
４３ エンジン出力軸（第３回転軸）
５２ 多板クラッチ（第２クラッチ）
６１ 多板クラッチ（第１クラッチ）

Claims (11)

1. エンジンと、
   モータジェネレータと、
   少なくとも前記エンジン又は前記モータジェネレータから入力した駆動力を変速して駆動輪に伝達する同軸上に配置された入力ディスク及び出力ディスクを備えるトロイダル式の変速機と、
   を有するハイブリット車両の駆動装置であって、
   前記モータジェネレータは、入力ディスクと駆動力の伝達を締結／解放する第１の締結手段と、駆動輪と駆動力の伝達を締結／解放する第３の締結手段とを有し、
   前記変速機は、出力ディスクと駆動輪と駆動力の伝達を締結／開放する第２の締結手段を有する、
   ことを特徴とするハイブリット車両の駆動装置。
2. 前記第２の締結手段を解放し、
   前記第１の締結手段及び前記第３締結手段を締結し、
   前記エンジンの駆動力によって後進する、
   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駆動装置。
3. エンジンと、
   モータジェネレータと、
   少なくとも前記エンジン又は前記モータジェネレータから入力した駆動力を変速して駆動輪に伝達する変速機と、
   を有するハイブリッド車両の駆動装置であって、
   互いに平行に配置された第１回転軸、第２回転軸及び第３回転軸と、
   前記第１回転軸と同軸の第１歯車と、
   前記第１歯車を前記第１回転軸に対して締結／解放する第１クラッチと、
   前記第２回転軸と同軸の第２歯車と、
   前記第２歯車を前記第２回転軸に対して締結／解放する第２クラッチと、
   前記第１歯車又は前記第２歯車と噛合し、前記第２回転軸又は前記第１回転軸と同軸の第３歯車と、
   前記第３歯車を前記第２回転軸又は前記第１回転軸に対して締結／解放する第３クラッチと、
   を有し、
   前記モータジェネレータは、前記第１回転軸に接続され、
   前記エンジンは、前記第３回転軸に接続され、
   前記変速機は、
   前記第３回転軸に接続された入力ディスクと、
   前記入力ディスクと同軸に配置された出力ディスクと、
   前記入力ディスク及び前記出力ディスクの間に傾転自在に挟持されたパワーローラとを備え、前記パワーローラの傾斜を変更して変速する、
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
4. 前記第２回転軸は、中空軸であって前記第３回転軸と同軸に配置され、
   前記出力ディスクは、前記第２回転軸に接続され、
   前記第３回転軸と同軸に配置され、前記入力ディスクに接続された第４歯車を備え、
   前記第１歯車は、前記第４歯車に噛合し、
   前記第３歯車は、前記第１回転軸と同軸であって前記第２歯車と噛合し、
   前記第３クラッチは、前記第３歯車を前記第１回転軸に対して締結／解放する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
5. 前記第２クラッチを解放し、
   前記第１クラッチ及び前記第３クラッチを締結し、
   前記エンジンの駆動力によって後進する、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
6. 第３歯車の歯数 ＜ 第１歯車の歯数
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
7. 前記第３クラッチを締結し、
   前記第１クラッチ及び前記第２クラッチを解放し、
   前記モータジェネレータの駆動力によって発進する、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
8. 前記第１〜３クラッチは、ドッグクラッチである、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
9. 前記第１クラッチは、摩擦クラッチである、
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
10. 前記第２クラッチは、摩擦クラッチである、
    ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
11. エンジンと、
    モータジェネレータと、
    少なくとも前記エンジン又は前記モータジェネレータから入力した駆動力を変速して駆動輪に伝達する変速機と、
    を有するハイブリッド車両の駆動装置であって、
    互いに平行に配置された第１回転軸、第２回転軸及び第３回転軸と、
    前記第１回転軸と第３回転軸を締結/解放する第１クラッチと、
    前記第１回転軸と同軸の第１歯車と、
    前記第２回転軸と同軸の第２歯車と、
    前記第２歯車を前記第２回転軸に対して締結／解放する第２クラッチと、
    前記第２回転軸と同軸で前記第１歯車と噛合する第３歯車と、
    前記第３歯車を前記第２回転軸に対して締結／解放する第３クラッチと、
    を有し、
    前記モータジェネレータは、前記第１回転軸に接続され、
    前記エンジンは、前記第３回転軸に接続され、
    前記変速機は、
    前記第３回転軸に接続された入力ディスクと、
    前記入力ディスクと同軸に配置された出力ディスクと、
    前記入力ディスク及び前記出力ディスクの間に傾転自在に挟持されたパワーローラとを備え、前記パワーローラの傾斜を変更して変速する、
    ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。