JP2005155843A - ハイブリッド車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト低下及び小型化を図る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に接続する第１入力軸２１と、モータ１３に接続する第２入力軸２２と、共通の出力軸２３と、第１入力軸に入力するエンジントルクを選択的に伝達する第１摩擦係合手段６１と、第１入力軸と出力軸との間に構成された変速段Ｒ２〜Ｒ６と、前記第２入力軸と前記出力軸との間に構成されたモータ駆動用変速段と、エンジン駆動用変速段とモータ用変速段とを選択的に接続して、第１入力軸または第２入力軸と出力軸を接続するとともに、解放した場合には第１入力軸と第２入力軸とを接続するように構成した係合手段群６２〜６４と、各係合手段の動作を制御する摩擦係合制御手段８０と、を備え、エンジンとモータを用いてバッテリを充電する時に、係合手段群を解放し、第１摩擦係合手段６１の締結力をモータ１３の発電トルクとなるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の駆動装置に関する。

近年、低公害性と航続距離、およびエネルギ補給のインフラ等の観点から、駆動源としてエンジンと発電機能を備えたモータ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。

特にＨＥＶのシステム構成のうち、伝達効率の高い手動変速機の変速動作を自動化した変速装置（以下、ＡＭＴという。）をベースとしたシステムが注目されている（特許文献１参照）。この従来技術では、ＡＭＴを構成する２つの軸の双方にそれぞれモータを配した構成が開示されている。

この構成では、車両アイドル停止時の発電方式に関しては、ＡＭＴの噛合い式クラッチを全て解放し、ＡＭＴの入力軸側にエンジンと乾式クラッチを介して接続したモータを用いて発電制御ができる。かつ、その場合での発進要求に関しては、常に出力軸に接続されているＡＭＴの出力軸側のモータを用いて発進することができる。

このように、車両アイドル停止時の発電に用いるモータと、同発進に用いるモータとを各々独立させることにより、出力軸側のモータは出力軸に常に接続することが可能であり変速制御を行うことなく発進を行うことができる。
特開２０００−２７２３６０号公報

しかしながら、車両アイドル停止時の発電状態からの発進性能確保のために２組のモータを用いるためコスト高となるという問題があった。また、発電用のモータと発進用のモータとを共用して１個として、かつ車両走行時にモータ駆動による走行を行う場合には、充電から走行に移行する際にモータまたはエンジンの出力を出力軸に接続する変速の為の時間が必要となり発進の応答性が低下することになる。

以上の問題に鑑みて、本発明の目的は、発電を行うアイドル停止状態からの発進性を確保しつつ、コスト低下及び小型化を図る駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの回転軸と同軸に接続する第１入力軸と、モータの回転軸に接続する第２入力軸と、前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸と、前記第１入力軸に前記エンジンからのトルクを選択的に伝達する第１摩擦係合手段と、前記第１入力軸と前記出力軸との間に構成された複数のエンジン駆動用変速段と、前記第２入力軸と前記出力軸との間に構成されたモータ駆動用変速段と、前記エンジン駆動用変速段と前記モータ用変速段とを選択的に接続して、前記第１入力軸または前記第２入力軸と前記出力軸を接続するとともに、すべてを解放した場合には前記第１入力軸と前記第２入力軸とを接続するように構成した係合手段群と、前記係合手段群の各係合手段と前記第１摩擦係合手段の動作を制御する係合制御手段と、を備えた車両の駆動装置において、前記モータが発電した電力を蓄電するバッテリを備え、アイドル状態で停止中に前記モータの発電電力を前記バッテリに充電する時に、前記係合手段群を全て解放し、前記第１摩擦係合手段の締結力を前記モータの発電トルクとなるように制御する。

また、本発明は、エンジンの回転軸と同軸に接続する第１入力軸と、モータの回転軸に接続する第２入力軸と、前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸と、前記第１入力軸に前記エンジンからのトルクを選択的に伝達する第１摩擦係合手段と、前記第１及び第２入力軸と前記出力軸との間に構成された複数の変速段と、前記エンジン駆動用変速段と前記モータ用変速段とを選択的に接続して、前記第１入力軸または前記第２入力軸と前記出力軸を接続するとともに、すべてを解放した場合には前記第１入力軸と前記第２入力軸とを接続するように構成した係合手段群と、前記第１入力軸に入力する駆動力を第２入力軸に選択的に伝達する第２摩擦係合手段と、前記摩擦係合手段と前記係合手段群の各係合手段の動作を制御する係合制御手段８０と、を備えた車両の駆動装置において、前記モータが発電した電力を蓄電するバッテリを備え、アイドル状態での停止中に前記モータの発電電力を前記バッテリに充電する時に、前記係合手段群を全て解放し、前記第２摩擦係合手段の締結力を前記モータの発電量が目標発電量となるように制御する。

本発明においては、アイドル充電状態でのモータの目標発電量に対応する発電トルクと第１摩擦係合手段の締結トルクがほぼ一定であり、かつモータの発電トルクはモータの最大発電トルクよりも小さくなる。

したがって、アイドル充電を可能とすることができるとともに、モータの発電トルクを増せば、第１摩擦係合手段を容易にすべらせることができる。このようなモータの発電トルク制御により所定の発進変速段の回転数を０として、この変速段の係合手段を接続し、アイドル充電状態から発進することができるので摩擦係合手段の締結力解除により行う場合に比べて変速段の係合手段の接続までの応答性を向上することができる。

図１は、本発明の変速装置１００を備えたハイブリッド車両の駆動システムを説明する構成図である。

この駆動システムは、エンジン１１と、エンジン１１の駆動力をＡＭＴ式変速装置１００の第１入力軸２１に伝達する摩擦式の第１クラッチ（第１摩擦係合手段）６１と、変速装置１００の第２入力軸２２に接続されるモータ１３と、変速装置１００の出力軸２３に接続され、出力軸２３の回転トルクを左右の駆動輪１４に伝達する差動装置１５とを備える。なお、モータ１３は、インバータ１６を介してバッテリ１７に接続されており、バッテリ１７の電力を消費して駆動力を発揮する。また、第２入力軸２２に伝達される回転トルクでモータ１３を発電駆動することも可能であり、得られた電力はバッテリ１７に蓄えられる。

前述のように変速機１００には、第１入力軸２１、第２入力軸２２、出力軸２３とが備えられる。第１入力軸２１は、エンジン１１のクランクシャフトと同軸に配置され、乾式単板型の第１クラッチ６１を介して接続する。第２入力軸２２と出力軸２３は、第１入力軸２１と平行に設置される。第２入力軸２２の一端には、前述のモータ１３が接続される。出力軸２３は、第１、第２入力軸２１、２２の中間に設置される。

第１、第２入力軸２１、２２と出力軸２３の軸上には複数の歯車が設置され、第１入力軸２１の歯車は出力軸２３上の歯車と噛合し、出力軸２３上の歯車は、第２入力軸２２上の歯車と噛合する。

以下、変速装置１００の構成について詳細を説明する。

第１入力軸２１上には、第１入力軸２１に固定される第１、第２歯車３１、３２と、第１入力軸２１に回転自在に支持される第３〜第６歯車３３〜３６と、第３歯車３３または第４歯車３４を選択的に第１入力軸２１に固定する第２クラッチ６２と、第５歯車３５または第６歯車３６を選択的に第１入力軸２１に固定する第３クラッチ６３とが設けられる。ここで、第２、第３クラッチ６２、６３は、噛み合いクラッチ、いわゆるドッグクラッチで構成される。

第２入力軸２２には、第１入力軸２１に支持される第７歯車４１が設けられる。

出力軸２３上には、出力軸２３に回転自在に支持される第８、第９歯車５１、５２と、出力軸２３に固定される第１０〜第１４歯車５３〜５７と、第８歯車５１または第９歯車５２を選択的に出力軸２３に固定する第４クラッチ６４とが設けられる。第４クラッチ６４は、ドッグクラッチで構成される。

第１入力軸２１の第１歯車３１は、カウンタギア５８と噛合し、カウンタギア５８は出力軸２３の第１０歯車５１に噛合し、この歯車列は、後進用の変速ギアとして機能する。

第２歯車３２は第９歯車５２と、第３歯車３３は第１０歯車５３と、第４歯車３４は第１１歯車５４と、第５歯車３５は第１２歯車５５と、第６歯車３６は第１３歯車５６とそれぞれ噛合し、これらの歯車列は前進用の変速ギア（変速段）として機能し、それぞれの歯車列のギア比（変速比）は、第２歯車３２と第９歯車５２のギア比をＲ２、第３歯車３２と第１０歯車５３のギア比をＲ３、第４歯車３４と第１１歯車５４のギア比をＲ４、第５歯車３５と第１２歯車５５のギア比をＲ５、第６歯車３６と第１３歯車５６のギア比をＲ６とすると、以下の関係で表される。

Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５＞Ｒ６
つまりＲ２が最も低いギア比（第１最大ギア比）となり、これらのギア比は具体的には、通常のマニュアル式変速装置の１速ギアのギア比から５速ギアのギア比に相当するギア比である。

例えば、ギア比Ｒ２の変速ギア（変速ギアＲ２のように表記する）を選択する場合には、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、出力軸２３の第６クラッチ６６の作用により第９歯車５２を出力軸２３に固定し、第２クラッチ６２と第３クラッチ６３を中立状態（歯車を軸に固定しない状態）にする。このとき、エンジン１１の動力は第１入力軸２１の第２歯車３２から出力軸２３の第９歯車５２に伝達される。同様にして、各クラッチの締結状態を制御して、各速ギアを選択する。各ギア比での各クラッチの締結状態を図２に示す。

各クラッチの締結状態を制御するためにアクチュエータ７１〜７６が設置される。第１クラッチ６１には第１アクチュエータ７１、第２クラッチ６２には第２アクチュエータ７２、第３クラッチ６３には第３アクチュエータ７３、第４クラッチ６４には第４アクチュエータ７４がそれぞれ設けられて、各アクチュエータ７１〜７４は、コントローラ８０の指示により各クラッチの締結状態を制御する。

なお、これまで説明した、第１入力軸２１と出力軸２３の構成と作用は、従来のマニュアル式変速装置とほぼ同様である。

図１の構成は、既存のＡＭＴにモータ１３を併設した構成であり、シンプルで低コストな構成である。モータ１３は出力軸２３上の第９歯車５２を介して、第１入力軸２１と接続している。第９歯車５２は、第１クラッチ６１を締結し、第４クラッチ６４が中立状態であるとき、モータ１３はエンジン１１と直結状態となる。そのため、エンジン１１が駆動中に充電およびアシストが自在である。また、第４クラッチ６４が第９歯車５２と結合しているときは、第１クラッチ６１を解放することにより、モータ１３で走行することが可能である。

但し、第４クラッチ６４を締結させるためには、第９歯車５２の回転数と出力軸２３の回転数がほぼ一致する必要がある。そのため、車両停止状態での充電制御（以下、アイドル充電）時では第９歯車５２が回転状態であり、出力軸２３が停止状態であるため、発進要求に対して、即座に第４クラッチ６４を締結することが不可能であった。

このため、従来技術のように、ＡＭＴを構成する２つの軸の双方にモータを配した構成が提案されるが、この構成ではコスト高を招いてしまう。

そこで、本発明は、第１クラッチ６１とモータ１３を制御し、さらに、第４クラッチ６４の締結力を活用して、図１の構成でも運転者に違和感の無いアイドル充電からの発進性能を提供する。また本発明では通常蓄電装置の蓄電容量が低下しているときに行われるアイドル充電状態からの発進であるので、蓄電容量が低下しており、且つエンジンが既に運転されていることを鑑みて主にエンジン出力を利用して発進を行うようにしている。

まずはじめに、発進要求に即応できるためのアイドル充電状態について図３のフローチャートを用いて説明する。

図３は本発明によるハイブリッド車両のアイドル充電状態における制御フローの一例である。この制御はコントローラ８０により実施される。

車両停止時は、燃費向上のためにエンジン１１を停止し、第１クラッチ６１を解放している。また、運転者の発進要求に即応できるように、第４クラッチ６４を第９歯車５２に締結し、モータ１３での発進が可能な状態で待機している。

ここで車両停止時のバッテリ１７の残存量を検出して、バッテリ１７の残存量が所定量より少なく、アイドル充電の必要性が生じた場合、ステップ１においてアイドル充電制御を開始する。

続くステップ２で、第２クラッチから第４クラッチ６２〜６４を解放する。通常の場合は前述のように第４クラッチ６４が締結状態であるが、ヒルホールドのためにこれらのうち複数のクラッチが締結している場合も想定されため、ここでは第２クラッチから第４クラッチ６２〜６４を解放している。

ステップ３、４では第１クラッチ６１を締結し、エンジン１１を始動する。第１クラッチ６１を締結することにより、モータ１３がエンジンスタータとして機能し、モータ１３の駆動トルクでエンジン１１を始動することができる。なお、図示していないが、エンジン１１には小型の始動用のスタータモータを備えているが、より大きいモータ１３のほうが高効率で滑らかな始動が可能である。

ステップ５ではエンジン１１とモータ１３を速度制御する。つまり、はじめに、モータ１３の発電トルクと回転数を設定して速度制御し、モータ１３が目標発電状態となるようにエンジン１１をトルク制御する。または、エンジンの効率を優先してエンジン１３の発するエネルギーとモータ１３が発電するエネルギーを釣り合わせるために目標発電量を設定し、当該エネルギーを効率よく発生しえエンジン１１の運転点（速度）を選択し、エンジンの運転点に合わせてモータ１３の発電トルク（エンジン負荷）を制御する。

続くステップ６で、第１クラッチ６１の締結力をモータ１３が目標発電量に対応する発電トルクを維持できる程度まで低下させる。エンジン１１およびモータ１３が目標の発電状態で、かつ、回転数変動も少なく安定した状態で、第１クラッチ６１の締結力を低下させる。モータ１３の発電電流を用いて発電トルクを比較的正確に推定できるため、その推定値に応じて第１クラッチ６１の締結力を制御する。

ステップ７ではエンジン１１とモータ１３との回転数差を演算して所定許容値と比較する。許容値より大きい場合にはステップ８に進む。これは、第１クラッチ６１の締結力を下げ過ぎると、スリップが生じてしまい、発電効率の低下や第１クラッチの摩耗を招いてしまう。そのため、エンジン１１とモータ１３の回転数差が所定値以下となるように、第１クラッチ６１の締結力を制御する。回転数差の許容値は１ｒｐｍ程度である。

ステップ８ではエンジン１１とモータ１３の回転数差が所定値以上の場合に第１クラッチ６１の締結力を上げる。

回転数差が許容値以下であれば、ステップ９に進み、発進要求に即座に対応できるアイドル充電状態とする。

次に、バッテリ１７の蓄電量が所定蓄電量以下のアイドル充電状態からの発進時の制御について述べる。

図４は本発明によるハイブリッド車両のアイドル充電状態から発進する場合における制御フローの一例である。

ステップ１１ではアイドル充電状態において、運転者が発進要求を判定する。発進要求がない場合には発進要求を待ち、発進要求がある場合にステップ１２に進む。

ステップ１２でモータ１３のアイドル充電時の回転数における発電トルク余裕を下記のように比較する。

本制御方式は、モータ１３の発電トルクで強制的に第１クラッチ６１を滑らせ、第９歯車５２の回転数をゼロとして第４クラッチ６４を締結し、発進可能状態とする。そのため、モータ１３はアイドル充電状態のクラッチ締結力と各歯車および軸の慣性に打ち勝つ発電トルクを発生する必要がある。

第７歯車４１と第９歯車５２のギア比をＲｍとし、モータ１３および第２入力軸２３の慣性をＪｍ、第９歯車５２の慣性をＪ５２、第２歯車３２および第１入力軸１２と第１入力軸１２のクラッチや第１クラッチ６１の出力側などの慣性をＪ１２とすると、第９歯車５２の回転数をゼロにするために必要なモータ１３の目標発電トルクは以下のように定義される。

ここで、Δｔは発進要求が発せられてからドッグクラッチである第２〜第４クラッチ締結までの目標時間、Ｎｍｇはモータ１３の回転数である。

この目標トルクに対し、モータ１３の発電トルク余裕Ｔｍ＿ｍａｘ×Ｈが、

を満たすとき、ステップ１３へ移行し、満たさない場合はステップ１８へ移行する。ここで、Ｔｍ＿ｍａｘはモータ１３の最大発電トルクで、Ｈは安全率である。

アイドル充電時のモータ１３の動作点が、式（２）の発電トルク余裕より小さい動作点となることにより、モータ１３のトルク制御で第１クラッチ６１を滑らせ、容易に、かつ、迅速に発進のための準備ができる。

ステップ１３ではモータ１３の回転数がゼロとなるようにモータ１３の発電トルクを制御する。

続くステップ１４ではエンジン１１の回転数を読み込み、読み込んだ回転数が所定回転数以上かどうかを判定する。ステップ１３によるモータのゼロ速度制御により、第１クラッチ６１は締結力を維持したまま、強制的に滑らされる。このとき、エンジン１１は第１クラッチ６１の入力側の締結力に釣合うトルクを発生しているため、理想的には回転数変動は生じない。しかし、実際には、第１クラッチ６１の滑りに起因する締結力の変化などにより、エンジン１１の回転数も変動してしまう。そこで、エンジン１１の回転数が所定値以上かを判断し、所定値未満の場合はステップ１５へ、所定値以上の場合はステップ１８へ移行する。

ステップ１５では、第１クラッチ６１の締結力を低下させる。第１クラッチ６１の締結力の低下により、エンジン１１の負荷が下がるため、エンジン１１の回転数低下を防ぐことができる。

続くステップ１６では、エンジン１１のトルクを増やす。エンジン１１の回転数が低下し過ぎた場合は、エンジン１１自らトルクを増やし、回転数を上昇させる。このとき、エンジン１１の負荷は非常に小さいため、少しの燃料増量で容易に回転数を上昇させることができる。

ステップ１７では、第９歯車５２の回転数がゼロであるかを判定する。ほぼゼロの場合はステップ１９へ、ゼロよりも大きい場合はステップ１８へ移行する。

ステップ１８では第４クラッチ６４の同期力を上げる。第４クラッチに用いられるドッグクラッチは、ドッグクラッチを締結させるために、ドッグクラッチの回転方向とは垂直に働く力（以下、シフト力）により、同期動作を行う。そのため、第４クラッチ６４にシフト力を与えて、同期力を発生させることにより、第９歯車５２の回転数をゼロに近づけることができる。

モータ１３のトルクに加え、第４クラッチ６４のシフト力を併用することにより、容易に、かつ、迅速に発進のための準備ができる。

そしてステップ１９では第４クラッチ６４を第９歯車５２に締結する。このとき、第９歯車５２と第４クラッチ６４の回転数はほぼ同じであるため、締結ショックは発生しない。続くステップ２０で、モータ１３の発電トルクを減少させエンジン１１のトルク及び第１クラッチ６１の締結力を増加して、ステップ２１で車両を発進する。

図５は本発明のハイブリッド車両におけるアイドル充電状態から発進へ移行する際の動作を時系列的に示す図である。ここでは、モータ１３のトルクのみで第９歯車５２の回転数をゼロにする場合について説明する。

アイドル充電状態ではエンジン１１、モータ１３の発電トルク、および、第１クラッチ６１の締結トルクがほぼ一定となるように制御されている。

時刻ｔ１で運転者の発進要求に対し（Ｓ１１）、モータ１３の充電時の動作点が十分発電トルク余裕のある動作点であると判断されると（Ｓ１２）、モータ１３はゼロ速度制御させる（Ｓ１３）。このとき、エンジン１１の回転数が所定値以上となるように制御する（Ｓ１４）。

モータ１３及び第９歯車５２の回転数がゼロ程度となったとき（時刻ｔ２）、第９歯車５２と出力軸２３の回転数が略０となり（Ｓ１４）、第４クラッチ６４を締結する（Ｓ１７）。その後、第４クラッチ６４が完全に締結すると、モータ１３の発電トルクを減らす（時刻ｔ３）。

モータ１３の発電トルクの減少に応じて、第１クラッチ６１の伝達トルクが出力軸１３に伝達され、車両は徐々に前進する。さらに、第１クラッチ６１の締結力を上げるとともに、エンジン１１のトルクも上昇させ（時刻ｔ４）、車両速度が所定値を越えると、第１クラッチ６１を完全締結状態にする（Ｓ２０、時刻ｔ５）。

図６は第４クラッチ６４に用いられる一般的なドッグクラッチの構成概要図である。

シフトフォーク８０はドッグクラッチアクチュエータにより制御され、アクチュエータのシフト力をドッグクラッチに伝える。ドッグクラッチはスリーブ８１、キー８２、バネ８３、ハブ８４、メインドライブギア８５、クラッチギア８６、シンクロナイザー８７、コーンギア８８から構成されている。スリーブ８１がシンクロナイザー８７とクラッチギア８６と噛合うことにより、メインシャフト８９のトルクを、メインドライブギア８５を介して、他方の軸へ伝達することが可能となる。

ここで、コーンギア８８の形状は、メインシャフト８９に対して仰角φを有したものである。そのため、シフト力Ｆはコーンギア８８の摩擦係数をμＣ、半径をＲｃとすると、

上式で表される同期トルクを発生する。この同期トルクにより、メインシャフト８８とメインドライブギア８５の回転数差がゼロとなる。

また、この同期トルクはコーンギア８８がシンクロナイザー８７に押されて、メインドライブギア８５と接触することにより発生する。ドッグクラッチが中立状態ではシフト力Ｆが無く、シンクロナイザー８７はコーンギア８８を押していないため、式（１）の同期トルクは発生しない。シフト力Ｆにより、シンクロナイザー８７が移動することで、式（１）の同期トルクが発生する。

図７は本発明のハイブリッド車両におけるアイドル充電状態から発進へ移行する際の動作を時系列的に示す図である。ここでは、モータ１３の発電トルクと式（３）の同期トルクを併用して第９歯車５２の回転数をゼロにする場合について説明する。

アイドル充電状態ではエンジン１１、モータ１３の発電トルク、および、第１クラッチ６１の締結トルクがほぼ一定となるように制御されている。

運転者の発進要求に対し、モータ１３の充電時の動作点が十分発電トルク余裕のある動作点であると判断されると、発電トルクを増大させモータ１３をゼロ速度制御する（時刻ｔ１）。同時に、第４クラッチ６４にシフト力を与え、シンクロナイザー８７を動かすことで、コーンギア８８に同期トルクを発生させて、素早くモータ１３の回転数（＝第９歯車５２の回転数）をゼロにする（時刻ｔ３）。

モータ１３の回転数がゼロ程度となると同時に、第４クラッチ６４は締結される（時刻ｔ４）。その後、モータ１３の発電トルクを減らす。

モータ１３の発電トルクの減少に応じて、第１クラッチ６１の伝達トルクが出力軸１３に伝達され、車両は徐々に前進する。さらに、第１クラッチ６１の締結力を上げるとともに、エンジン１１のトルクも上昇させ、車両速度が所定値を越えると、第１クラッチ６１を完全締結状態にする（時刻ｔ６）。

本制御方式のほうが、図５の方式よりも素早く第４クラッチ６４を締結することができるが、第４クラッチ６４の負担が大きいため、運転者の発進要求が急速な場合のみ用いることが望ましい。

以上が、アイドル充電からの発進までの動作の概要であり、他にも、発進要求とともにエンジン１１のトルクと第１クラッチ６１の締結力を下げてから、モータ１３による速度ゼロ制御を行う方式などもある。

したがって、本発明では、エンジン１１の回転軸と同軸に接続する第１入力軸２１と、モータ１３の回転軸に接続する第２入力軸２２と、前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸２３と、前記第１入力軸に前記エンジンからのトルクを選択的に伝達する第１摩擦係合手段６１と、前記第１入力軸と前記出力軸との間に構成された複数のエンジン駆動用変速段Ｒ２〜Ｒ６と、前記第２入力軸と前記出力軸との間に構成されたモータ駆動用変速段（第７歯車４１、第９歯車５２）と、前記エンジン駆動用変速段と前記モータ用変速段とを選択的に接続して、前記第１入力軸２１または前記第２入力軸２２と前記出力軸２３を接続するとともに、すべてを解放した場合には前記第１入力軸２１と前記第２入力軸２２とを接続するように構成した係合手段群６２〜６４と、前記係合手段群の各係合手段及び第１摩擦係合手段の動作を制御する係合制御手段８０と、を備えた車両の駆動装置において、前記モータ１３が発電した電力を蓄電するバッテリ１７を備え、アイドル状態での停止中に前記モータ１３の発電電力を前記バッテリ１７に充電する時に、前記係合手段群を全て解放し、前記第１摩擦係合手段の締結力を前記モータの発電量が目標発電量となるように制御する。

このようにして、アイドル充電状態でのモータ１３の目標発電量に対応する発電トルクと第１クラッチ６１の締結トルクがほぼ一定であり、かつモータ１３の発電トルクはモータ１３の最大発電トルクよりも小さくなる。

したがってアイドル充電を可能とすることができるとともに、モータ１３の発電トルクを増せば、第１クラッチ６１を容易にすべらせることができる。このようなモータ１３のトルク制御により所定の発進変速段（実施例ではＲ２）の回転数を０として、この変速段のクラッチ（実施例では第４クラッチ６４）を接続することができる。また、エンジン駆動時の変速機とモータ駆動時の変速機との一部を共用するように構成したので、変速機を小型化することができる。

また、アイドル充電時のモータ１３の発電トルクを最大発電トルクより小さい所定値（例えば、目標発電量に対応する発電トルク）に制御するため、第２摩擦係合手段６４締結時に行う変速段をゼロ回転数にするモータのゼロ回転数制御時に容易にクラッチを滑らせることができる。

また、アイドル充電時に、運転者の発進要求があった場合、モータの回転数をゼロとするように制御するため、モータがゼロ回転数となるように最大発電トルクを発生して、容易に第１クラッチ６１を滑らせることができる。これにより、締結する第２摩擦係合手段（第４クラッチ６４）を締結することができる。また、エンジン１１はクラッチ反力相当のトルクを出しているため、急激な回転数の上昇もしくは低下を抑制できる。

またモータ１３の回転数をゼロ制御するとともに、選択する変速段の摩擦係合手段６４を解放状態から締結状態へと移行させるシフト力を増やすため、モータ１３の発電量が大きく、モータ１３が最大発電トルクを発揮してもゼロ回転数とするのが困難な場合でも、シフト力に起因するシンクロナイザの同期動作による力を併用できる。そのため、発進性能を損なうことなくアイドル充電時のモータの発電力を大きくすることが可能である。

図８は、本発明の第２の実施形態のハイブリッド車両の駆動システムを説明する構成図である。

この駆動システムは、第１の実施形態と同様に、エンジン１１と、エンジン１１の駆動力をＡＭＴ式変速装置１００の第１入力軸２１に伝達する摩擦式の第１クラッチ６１と、変速装置１００の第２入力軸２２に接続されるモータ１３と、変速装置１００の出力軸２３に接続され、出力軸２３の回転トルクを左右の駆動輪１４に伝達する差動装置１５とを備える。なお、モータ１３は、インバータ１６を介してバッテリ１７に接続されており、バッテリ１７の電力を消費して駆動力を発揮する。また、第２入力軸２２に伝達される回転トルクでモータ１３を発電駆動することも可能であり、得られた電力はバッテリ１７に蓄えられる。

前述のように変速機１００には、第１入力軸２１、第２入力軸２２、出力軸２３とが備えられる。第１入力軸２１は、エンジン１１のクランクシャフトと同軸に配置され、乾式単板型の第１クラッチ６１を介して接続する。第２入力軸２２と出力軸２３は、第１入力軸２１と平行に設置される。第２入力軸２２の一端には、前述のモータ１３が接続される。出力軸２３は、第１、第２入力軸２１、２２の中間に設置される。

第１、第２入力軸２１、２２と出力軸２３の軸上には複数の歯車が設置され、第１入力軸２１の歯車は出力軸２３上の歯車と噛合し、出力軸２３上の歯車は、第２入力軸２２上の歯車と噛合する。

以下、変速装置１００の構成について詳細を説明する。

第１入力軸２１上には、第１入力軸２１に固定される第１、第２歯車３１、３２と、第１入力軸２１に回転自在に支持される第３〜第６歯車３３〜３６と、第３歯車３３または第４歯車３４を選択的に第１入力軸２１に固定する第２クラッチ６２と、第５歯車３５または第６歯車３６を選択的に第１入力軸２１に固定する第３クラッチ６３とが設けられる。ここで、第２、第３クラッチ６２、６３は、噛み合いクラッチ、いわゆるドッグクラッチで構成される。

第２入力軸２２上には、第１入力軸２１に回転自在に支持される第７、第１５、第１６歯車４１〜４３と、第７歯車４１を第２入力軸２２に固定する第５クラッチ（第２摩擦係合手段）６５と、第１５歯車４２または第１６歯車４３を選択的に第２入力軸２２に固定する第６クラッチ６６とが設けられる。ここで、第５クラッチ６５は、トルク伝達率の制御性に優れた多板式クラッチで構成され、第６クラッチ６６は、第２、第３クラッチ６２、６３と同様にドッグクラッチで構成される。

出力軸２３上には、出力軸２３に回転自在に支持される第８、第９歯車５１、５２と、出力軸２３に固定される第１０〜第１４歯車５３〜５７と、第８歯車５１または第９歯車５２を選択的に出力軸２３に固定する第４クラッチ６４とが設けられる。第４クラッチ６４は、ドッグクラッチで構成される。

第１入力軸２１の第１歯車３１は、カウンタギア５８と噛合し、カウンタギア５８は出力軸２３の第８歯車５１に噛合し、この歯車列は、後進用の変速ギアとして機能する。

第２歯車３２は第９歯車５２と、第３歯車３２は第１０歯車５３と、第４歯車３４は第１１歯車５４と、第５歯車３５は第１２歯車５５と、第６歯車３６は第１３歯車５６とそれぞれ噛合し、これらの歯車列は前進用の変速ギア（変速段）として機能し、それぞれの歯車列のギア比（変速比）は、第２歯車３２と第９歯車５２のギア比をＲ２、第３歯車３２と第１０歯車５３のギア比をＲ３、第４歯車３４と第１１歯車５４のギア比をＲ４、第５歯車３５と第１２歯車５５のギア比をＲ５、第６歯車３６と第１３歯車５６のギア比をＲ６とすると、以下の関係で表される。

Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５＞Ｒ６
つまりＲ２が最も低いギア比（第１最大ギア比）となり、これらのギア比は具体的には、通常のマニュアル式変速装置の２速ギアのギア比から６速ギアのギア比に相当するギア比である。

例えば、ギア比Ｒ２の変速ギア（変速ギアＲ２のように表記する）を選択する場合には、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、出力軸２３の第４クラッチ６４の作用により第９歯車５２を出力軸２３に固定し、第２クラッチ６２と第３クラッチ６３を中立状態（歯車を軸に固定しない状態）にする。このとき、エンジン１１の動力は第１入力軸２１の第２歯車３２から出力軸２３の第９歯車５２に伝達される。同様にして、各クラッチの締結状態を制御して、各速ギアを選択する。各ギア比での各クラッチの締結状態を図９に示す。

各クラッチの締結状態を制御するためにアクチュエータ７１〜７６が設置される。第１クラッチ６１には第１アクチュエータ７１、第２クラッチ６２には第２アクチュエータ７２、第３クラッチ６３には第３アクチュエータ７３、第４クラッチ６４には第４アクチュエータ７４、第５クラッチ６５には第５アクチュエータ７５、第６クラッチ６６には第６アクチュエータ７６がそれぞれ設けられて、各アクチュエータ７１〜７６は、コントローラ８０の指示により各クラッチの締結状態を制御する。

なお、これまで説明した、第１入力軸２１と出力軸２３の構成と作用は、従来のマニュアル式変速装置とほぼ同様である。

次に第２入力軸２２側の構成について説明する。第７歯車４１は第９歯車５２と、第８歯車４２は第１０歯車５３と、第９歯車４３は第１１歯車５４とそれぞれ噛合し、これらの歯車列も前進用の変速ギア（変速段）として機能する。

このように、第１入力軸２１と第２入力軸２２上の歯車が出力軸２３上の歯車を共用することにより、歯車の点数を削減し、低コスト化を図ることができる。

第２入力軸２２を使用する変速段としては、例えば、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第５クラッチ６５を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定し、第６クラッチ６６を介して第１５歯車４２を出力軸２３に固定し、第２クラッチ６２と第３クラッチ６３と第４クラッチ６４とを中立状態にする変速ギアや、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第５クラッチ６５を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定し、第６クラッチ６６を介して第１９歯車４３を出力軸２３に固定し、第２クラッチ６２と第３クラッチ６３と第４クラッチ６４とを中立状態にする変速ギアを選択可能である。

なお、第１クラッチ６１を介してエンジン１１と第１入力軸２１とを接続し、第５クラッチ６５を介して第７歯車４１を第２入力軸２２に固定したときのエンジン１１の回転速度とモータ１３の回転速度の比をＲｅｍとした場合、本実施形態ではＲｅｍ＜１となるように第２歯車３２と第７歯車４１の歯数を設定（すなわち、第２歯車３２の歯数＞第７歯車４１の歯数）している。

また、第１５歯車４２と第１０歯車５３のギア比をＲｍｇ＿ｌｏｗ、第１６歯車４３と第１１歯車５４のギア比をＲｍｇ＿ｈｉｇｈとした場合に、これらのギア比が以下の関係を満たすようにしている。

Ｒｍｇ＿ｌｏｗ（第２最大ギア比）＞Ｒ２（第１最大ギア比）
Ｒ２＞Ｒｍｇ＿ｈｉｇｈ＞Ｒ５
コントローラ８０は、運転者の意図に応じた要求駆動力を最良燃費で出力するようにエンジン１１と変速機１００を制御する。さらにコントローラ８０は、これら入力信号や車両の運転条件に基づいて、車両走行時の駆動源の選択（つまり、エンジン１１による走行、モータ１３による走行、エンジン１１とモータ１３との併用による走行）や、エンジン１１の始動、モータ１３の発電及び回生制動の制御を行う。

図１０は本発明によるハイブリッド車両のアイドル充電状態における制御フローの一例である。この制御はコントローラ８０により実施される。

車両停止時は、燃費向上のためにエンジン１１を停止し、第１クラッチ６１を解放している。また、運転者の発進要求に即応できるように、第４クラッチ６４を第９歯車５２に締結し、モータ１３での発進が可能な状態で待機している。

ここで車両停止時のバッテリ１７の残存量を検出して、バッテリ１７の残存量が所定量より少なく、アイドル充電の必要性が生じた場合、ステップ３１においてアイドル充電制御を開始する。

続くステップ３２で、第２クラッチから第４クラッチ６２〜６４、第６クラッチ６６を解放する。通常の場合は前述のように第６クラッチ６６が締結状態であるが、ヒルホールドのためにこれらのうち複数のクラッチが締結している場合も想定される。

ステップ３３、３４では第１クラッチ６１、第５クラッチ６５を締結し、エンジン１１を始動する。第１クラッチ６１、第５クラッチ６５を締結することにより、モータ１３がエンジンスタータとして機能し、モータ１３の駆動トルクでエンジン１１を始動することができる。なお、図示していないが、エンジン１１には小型の始動用のスタータモータを備えているが、より大きいモータ１３のほうが高効率で滑らかな始動が可能である。

ステップ３５ではエンジン１１とモータ１３を速度制御する。はじめに、モータ１３を速度制御し、モータ１３が目標発電状態となるようにエンジン１１をトルク制御する。

続くステップ３６で、第５クラッチ６５の締結力をモータ１３が目標発電量に対応する発電トルクを維持できる程度まで低下させる。エンジン１１およびモータ１３が目標の発電状態で、かつ、回転数変動も少なく安定した状態で、第５クラッチ６５の締結力を低下させる。モータ１３の発電電流を用いて発電トルクを比較的正確に推定できるため、その推定値に応じて第１クラッチ６１の締結力を制御する。

ステップ３７ではエンジン１１とモータ１３との回転数差を演算して所定許容値と比較する。許容値より大きい場合にはステップ３８に進む。これは、第５クラッチ６５の締結力を下げ過ぎると、スリップが生じてしまい、発電効率の低下や第１クラッチの摩耗を招いてしまう。そのため、エンジン１１とモータ１３の回転数差が所定値以下となるように、第１クラッチ６１の締結力を制御する。回転数差の許容値は１ｒｐｍ程度である。

ステップ３８ではエンジン１１とモータ１３の回転数差が所定値以上の場合に第５クラッチ６５の締結力を上げる。

回転数差が許容値以下であれば、ステップ３９に進み、発進要求に即座に対応できるアイドル充電状態とする。

図１１は本発明のハイブリッド車両におけるアイドル充電状態から発進へ移行する際の動作を時系列的に示す図である。ここでは、モータ１３の発電トルクのみで第９歯車５２の回転数をゼロにする場合について説明する。

アイドル充電状態ではエンジン１１、モータ１３の発電トルク、および、第１クラッチ６１の締結トルクがほぼ一定となるように制御されている。

時刻ｔ１で運転者の発進要求に対し、モータ１３の充電時の動作点が十分発電トルク余裕のある動作点であると判断されると、モータ１３はゼロ速度制御させる。このとき、エンジン１１の回転数が所定値以上となるように制御する。

モータ１３及び第９歯車５２の回転数がゼロ程度となったとき（時刻ｔ２）、第９歯車５２と出力軸２３の回転数が略０となり、第６クラッチ６６を締結する。その後、第６クラッチ６６が完全に締結すると、モータ１３の発電トルクを減らす（時刻ｔ３）。

モータ１３の発電トルクの減少に応じて、第４クラッチ６４の伝達トルクが出力軸１３に伝達され、車両は徐々に前進する。さらに、第４クラッチ６４の締結力を上げるとともに、エンジン１１のトルクも上昇させ（時刻ｔ４）、車両速度が所定値を越えると、第４クラッチ６４を完全締結状態にする（時刻ｔ５）。

以上が、アイドル充電からの発進までの動作の概要であり、他にも、発進要求とともに第１クラッチ６１の締結力を制御して、モータ１３による速度ゼロ制御を行う方式などもある。

したがって本実施形態は、エンジンの回転軸と同軸に接続する第１入力軸２１と、モータの回転軸に接続する第２入力軸２２と、前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸２３と、前記第１入力軸に前記エンジンからのトルクを選択的に伝達する第１摩擦係合手段と、前記第１及び第２入力軸と前記出力軸との間に構成された複数の変速段Ｒ２〜Ｒ６と、前記エンジン駆動用変速段と前記モータ用変速段とを選択的に接続して、前記第１入力軸２１または前記第２入力軸２２と前記出力軸２３を接続するとともに、すべてを解放した場合には前記第１入力軸２１と前記第２入力軸２２とを接続するように構成した係合手段群（６２〜６４、６６）と、前記第１入力軸に入力する駆動力を第２入力軸に選択的に伝達する第２摩擦係合手段６５と、前記各摩擦係合手段及び前記係合手段群の各係合手段の動作を制御する摩擦係合制御手段８０とを備えた車両の駆動装置において、前記モータ１３が発電した電力を蓄電するバッテリ１７を備え、アイドル状態での停止中に前記モータの発電電力を前記バッテリ１７に充電する時に、前記係合手段群を全て解放し、前記第２摩擦係合手段６５の締結力を前記モータの発電トルクとなるように制御するため、第１の実施形態の効果に加えて、第１摩擦係合手段が乾式クラッチのときに、完全締結にできるため伝達効率に優れる。また、エンジン変速機がフライホイールの役目を果たすため、発進要求に対するモータのゼロ回転数制御時に生じるエンジンの回転数変動を抑制することができる。

本発明は、駆動源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両に有用である。

ハイブリッド車両の駆動システムの構成図である。 各ギア比でのクラッチの締結状態を説明する図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のアイドル充電制御方式の一実施例である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のアイドル充電からの発進制御方式の一実施例である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のアイドル充電状態から発進する際の動作概要例である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置の第４クラッチの同期トルク発生原理の概要例である 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のアイドル充電状態から発進する際の動作例である 本発明によるハイブリッド車両の駆動システムの第２の実施形態である 同じく各ギア比でのクラッチの締結状態を説明する図である。 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のアイドル充電制御方式の一実施例である 本発明によるハイブリッド車両の駆動装置のアイドル充電状態から発進する際の動作例である。

符号の説明

１１ エンジン
１３ モータ
１４ 駆動輪
１５ 差動装置
１６ インバータ
１７ バッテリ
２１ 第１入力軸
２２ 第２入力軸
２３ 出力軸
３１〜３６ 第１〜第６歯車
４１〜４３ 第７、第１５、第１６歯車
５１〜５７ 第８〜第１４歯車
５８ カウンタ歯車
６１〜６６ 第１〜第６クラッチ
７１〜７６ アクチュエータ
８０ コントローラ
８１〜８４ 回転速度センサ
１００ 変速装置

Claims (7)

1. エンジンの回転軸と同軸に接続する第１入力軸と、
   モータの回転軸に接続する第２入力軸と、
   前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸と、
   前記第１入力軸に前記エンジンからのトルクを選択的に伝達する第１摩擦係合手段と、
   前記第１入力軸と前記出力軸との間に構成された複数のエンジン駆動用変速段と、
   前記第２入力軸と前記出力軸との間に構成されたモータ駆動用変速段と、
   前記エンジン駆動用変速段と前記モータ用変速段とを選択的に接続して、前記第１入力軸または前記第２入力軸と前記出力軸を接続するとともに、すべてを解放した場合には前記第１入力軸と前記第２入力軸とを接続するように構成した係合手段群と、
   前記係合手段群の各係合手段と前記第１摩擦係合手段の動作を制御する係合制御手段と、
   を備えたハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記モータが発電した電力を蓄電するバッテリを備え、
   アイドル状態で停止中に前記モータの発電電力を前記バッテリに充電する時に、前記係合手段群を全て解放し、前記第１摩擦係合手段の締結力を前記モータの発電トルクとなるように制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
2. 前記アイドル充電時の前記モータの発電トルクを前記モータの最大トルクより小さい所定値に制御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. 前記アイドル充電時に、運転者の発進要求があった場合、前記モータの回転数をゼロとするように制御することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
4. 前記モータの回転数をゼロに制御するとともに、選択する前記変速段の係合手段を解放状態から締結状態へと移行させるシフト力を増やす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. 前記係合手段群の各係合手段はドッグクラッチからな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。
6. エンジンの回転軸と同軸に接続する第１入力軸と、
   モータの回転軸に接続する第２入力軸と、
   前記第１入力軸、第２入力軸に対する共通の出力軸と、
   前記第１入力軸に前記エンジンからのトルクを選択的に伝達する第１摩擦係合手段と、
   前記第１及び第２入力軸と前記出力軸との間に構成された複数の変速段と、
   前記エンジン駆動用変速段と前記モータ用変速段とを選択的に接続して、前記第１入力軸または前記第２入力軸と前記出力軸を接続するとともに、すべてを解放した場合には前記第１入力軸と前記第２入力軸とを接続するように構成した係合手段群と、
   前記第１入力軸に入力する駆動力を第２入力軸に選択的に伝達する第２摩擦係合手段と、
   前記摩擦係合手段と前記係合手段群の各係合手段の動作を制御する係合制御手段８０と、
   を備えたハイブリッド車両の駆動装置において、
   前記モータが発電した電力を蓄電するバッテリを備え、
   アイドル状態での停止中に前記モータの発電電力を前記バッテリに充電する時に、前記係合手段群を全て解放し、前記第２摩擦係合手段の締結力を前記モータの発電トルクとなるように制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
7. 前記係合手段群の各係合手段はドッグクラッチからなることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車両の駆動装置。