JP2005170227A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハイブリッド駆動装置は、2つのモータMG1,MG2が連結された3要素用プラネタリギヤP1と、それに駆動連結され、クラッチC‐1とブレーキB‐1の制御でモードを切替える減速用プラネタリギヤP2を備える。減速用プラネタリギヤの任意の2要素を連結するクラッチC‐2を設け、減速用プラネタリギヤの直結による3要素直結モードを実現可能とした。これにより高速走行時の従来の4要素直結モードに対してモータ出力が低減され、回生時のエネルギ回収効率も向上する。
【選択図】図1
Description
1.回生時には1つのモータが回生、他のモータが力行状態となるので、減速エネルギ以上の電力を電気変換することになり、エネルギ回収効率が悪化する。
2.高車速・低駆動力領域(ネガティブハイブリッド領域)において、電気変換率が増大し、伝達効率が悪化する。
この構成における前記第3摩擦係合要素は、その係合により前記第2回転電機(MG2)の回転速度を減速するものである。また、前記第2摩擦係合要素は、その係合により前記出力部材及び第2回転電機を同一回転速度で回転させるものである。
そして、このハイブリッド駆動装置は、前記出力部材が回転している場合であって、前記第1回転電機(MG1)の回転が略0のときに、前記第3摩擦係合要素の係合を解放し、前記第1摩擦係合要素を係合することにより3要素と4要素のモード切替を行う。また、前記出力部材が回転している場合であって、前記入力部材、出力部材、第1回転電機、及び第2回転電機のうち少なくとも2つの回転速度が略同一のときに、前記第1摩擦係合要素の係合を解除し、前記第2摩擦係合要素を係合することにより4要素と3要素のモード切替を行う。また、前記第1及び第2差動歯車装置は、前記第1摩擦係合要素の係合により、4つの自由度を備える歯車装置となり、該4つの自由度を備える歯車装置の各歯車要素に、前記入力部材、出力部材、第1回転電機、及び第2回転電機が連結されることで4要素のモードを達成する。
また、前記の構成における前記第1回転電機に連結された第1差動歯車装置の歯車要素は、前記第1摩擦係合要素を介して前記第2差動歯車装置における第3摩擦係合要素が連結された歯車要素に連結された構成とすることができる。あるいは、前記第1差動歯車装置における入力部材に連結された歯車要素は、前記第1摩擦係合要素を介して前記第2差動歯車装置における第3摩擦係合要素に連結された歯車要素に連結された構成とすることもできる。
このモードは、エンジン始動、電動機走行及び発進加速時のモードであり、ブレーキB‐1を係合させて減速用プラネタリギヤP2のキャリアC2を駆動装置ケース10に固定することで達成される。このモードでは、モータMG2が減速用プラネタリギヤP2のサンギヤS2を駆動する力行、キャリアC1がブレーキB‐1の係合による固定とされ、リングギヤR2の回転が出力軸19に出力される。このときの状態が図3に示す速度線図の左側に第1モード:3要素(Lo)と表記して示されている。この場合、リングギヤ連結のエンジンの回転速度を一定として、サンギヤ連結のモータ(MG2:駆動力を出力する側の回転電機)の回転を上昇(図に上向き矢印で示す)させると、前記3要素用プラネタリギヤ側の差動関係から、キャリア連結のモータジェネレータ(MG1:エンジンの反力トルクを受ける側の回転電機)の回転は下降(図に下向き破線矢印で示す)することになる。このとき、減速用プラネタリギヤ側では、サンギヤ連結のモータ回転の上昇に連れて、ブレーキ係止によるキャリア固定の反力支持により、リングギヤから減速回転が出力される。したがって、このモードでは、モータ(MG2)の回転の上昇につれて出力(OUT)回転速度が連続的に上昇する。図に○囲いの数字1〜3で上昇経過を便宜上段階的に示す。これらのうち○囲い数字3で示す出力回転速度は、モータジェネレータ(MG1)の回転速度が0まで下降したときに得られる。
このモードは、通常走行時のモードであり、クラッチC‐1を係合させて3要素用プラネタリギヤP1のキャリアC1と減速用プラネタリギヤP2のキャリアC2を連結し、減速用プラネタリギヤP2のキャリアC2に3要素用プラネタリギヤP1の差動回転を入力し、サンギヤS2にモータMG2の回転を入力することで達成される。このモードでは、エンジン回転を基準としてモータMG2の回転を低下させていくことでモータジェネレータ(MG1)の回転の上昇に伴いリングギヤR2の回転が上昇し、このリングギヤR2の回転が出力軸19に出力される。このときの状態が図2に示す速度線図の中央に第2モード:4要素と表記して示されている。この場合、エンジンの回転速度を一定として、モータ(MG2)の回転速度を先のモードの3速時に対して低下させていく(図に下向き矢印で示す)ことで、モータジェネレータ(MG1)の回転の上昇(図に上向き破線矢印で示す)に伴い出力(OUT)回転速度が連続的に上昇する。この場合も図に○囲いの数字3〜5で段階的に上昇過程を示す。これらのうち○囲い数字5で示す出力回転速度は、エンジン(Eng.)、モータジェネレータ(MG1)及びモータ(MG2)の回転速度が全て同速となったときに得られる。
このモードが本発明の特徴とするモードであり、定常走行及び回生のモードである。このモードでは、クラッチC‐2が係合されることで、減速用プラネタリギヤP2のサンギヤS2とキャリアC2が同速回転する状態となり、これにより減速用プラネタリギヤP2は3要素が一体回転する直結状態となる。したがって、このときモータMG2を力行とすることで、リングギヤR2から出力軸19に出力される回転は、モータMG2の回転となる。このときの状態が先の図2の速度線図の右側に第3モード:3要素(Hi)と表記して示されている。この場合の出力(OUT)回転速度も連続的に上昇するが、その上昇経過を図に○囲いの数字5〜8で段階的に示す。このモードでは、3要素用プラネタリギヤの差動関係から、モータジェネレータ(MG1)の回転速度はモータMG2の回転の上昇(図に上向き矢印で示す)につれて下降(図に下向き破線矢印で示す)し、○囲いの数字7で示す出力回転速度で0回転となり、更に○囲いの数字8で示す出力回転速度では逆回転となる。
前記各モードの切替は、図5の切替マップに示すようになされる。この切替マップは、横軸を車速、縦軸を駆動力として切替点を示すもので、図示するように、発進加速時は、前記3要素ローモードとして、低回転高トルク状態とされ、所要駆動力が低い状態では、図に太い実線で切替点を示すように、低速で早めに4要素モード及び3要素ハイモードに切替える運転とされ、所要駆動トルクが大きいほど切替点を高速側にずらす運転とされる。図に典型的な変速経過を細線で示し、この経過中の出力回転速度を先に図3を参照して示した速度に対応させて示すように、出力速度1〜3が含まれる領域が3要素ローモード、出力速度3〜5が含まれる領域が4要素モード、出力速度5〜8が含まれる領域が3要素ハイモードとなり、出力速度3と出力速度5においてモード切替がなされる。この切替における3要素ローモードから4要素モードへの切替時は、ブレーキB‐1を解放し、クラッチC‐1を係合するいわゆる両摩擦係合要素の掴み替えがなされるわけであるが、この際、先の図3に示す速度変化及び図4の特性グラフから分かるように、モータジェネレータMG1の回転が0となっており、3要素ローモードでレーキB‐1による係止により回転停止状態のキャリアC2と中間軸13の回転がともに0となっているため、これらをつなぐクラッチC−1の回転停止状態での係合が行われることになる。したがって、この特性を利用してクラッチ摩擦材の回転差がない状態での掴み替えが可能となることで、変速ショックが少なくなり、また、摩擦材の熱的負荷を少なくすることができる。次に、4要素モード(4)から3要素ハイモード(3Hi)への切替時は、先の図4の特性グラフを参照して分かるように、出力回転No、エンジン回転Ne、MG1回転Nmg1及びMG2回転Nmg2が全て等しくなる。この切替はクラッチC‐1を解放し、クラッチC‐2を係合するいわゆるクラッチ相互の掴み替えによりなされるわけであるが、この特性を利用することによりクラッチ摩擦材の回転差がない状態での掴み替えが可能となることで、この場合も変速ショックが少なくなり、また、摩擦材の熱的負荷を少なくすることができる。
19 出力軸(出力部材)
MG1 モータジェネレータ(第1回転電機)
MG2 モータ(第2回転電機)
P1 3要素用プラネタリギヤ(第1差動歯車装置)
P2 減速用プラネタリギヤ(第2差動歯車装置)
S1,S2 サンギヤ(歯車要素)
C1,C2 キャリア(歯車要素)
R1,R2 リングギヤ(歯車要素)
C‐1 クラッチ(第1摩擦係合要素)
C‐2 クラッチ(第2摩擦係合要素)
B‐1 ブレーキ(第3摩擦係合要素)
Claims (9)
- エンジンの駆動力を受ける入力部材(12)と、
車輪へ駆動力を出力する出力部材(19)と、
第1回転電機(MG1)及び第2回転電機(MG2)と、
少なくとも3つの歯車要素を備える第1差動歯車装置(P1)及び第2差動歯車装置(P2)と、
少なくとも3つの第1〜第3摩擦係合要素(C‐1,C‐2,B‐1)とを備え、
前記第1差動歯車装置の3つの歯車要素が、それぞれ前記入力部材、第1回転電機、及び第2回転電機に連結され、
前記第2差動歯車装置の1つの歯車要素が、前記出力部材に連結されてなり、
前記第1〜第3摩擦係合要素の選択的係合により、前記出力部材に前記第2差動歯車装置の直結による非減速出力を含む複数の出力モードが達成されるハイブリッド駆動装置。 - エンジンの駆動力を受ける入力部材と、
車輪へ駆動力を出力する出力部材と、
第1回転電機及び第2回転電機と、
少なくとも3つの歯車要素を備える第1差動歯車装置及び第2差動歯車装置と、
3つの第1〜第3摩擦係合要素とを備え、
前記第1差動歯車装置の3つの歯車要素が、それぞれ前記入力部材、第1回転電機、及び第2回転電機に連結され、
前記第2差動歯車装置の3つの歯車要素が、それぞれ前記出力部材、第3摩擦係合要素(B‐1)、及び第2回転電機に連結され、
前記第2差動歯車装置における前記第3摩擦係合要素が連結された歯車要素が、前記第1摩擦係合要素(C‐1)を介して、前記第2差動歯車装置と直接連結された歯車要素を除く前記第1差動歯車装置のいずれか1つの歯車要素に連結され、
更に、前記第2差動歯車装置におけるいずれか2つの歯車要素が、第2摩擦係合要素(C‐2)を介して相互に連結されたハイブリッド駆動装置。 - 前記第3摩擦係合要素は、その係合により前記第2回転電機(MG2)の回転速度を減速するものである、請求項1又は2記載のハイブリッド用駆動装置。
- 前記第2摩擦係合要素は、その係合により前記出力部材及び第2回転電機を同一回転速度で回転させるものである、請求項1、2又は3記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記出力部材が回転している場合であって、前記第1回転電機(MG1)の回転が略0のときに、前記第3摩擦係合要素の係合を解放し、前記第1摩擦係合要素を係合する、請求項1〜4のいずれか1項記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記出力部材が回転している場合であって、前記入力部材、出力部材、第1回転電機、及び第2回転電機のうち少なくとも2つの回転速度が略同一のときに、前記第1摩擦係合要素の係合を解除し、前記第2摩擦係合要素を係合する、請求項1〜5のいずれか1項記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第1及び第2差動歯車装置は、前記第1摩擦係合要素の係合により、4つの自由度を備える歯車装置となり、該4つの自由度を備える歯車装置の各歯車要素に、前記入力部材、出力部材、第1回転電機、及び第2回転電機が連結される、請求項1〜6のいずれか1項記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第1回転電機に連結された第1差動歯車装置の歯車要素は、前記第1摩擦係合要素を介して前記第2差動歯車装置における第3摩擦係合要素が連結された歯車要素に連結された、請求項1〜7のいずれか1項記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第1差動歯車装置における入力部材に連結された歯車要素は、前記第1摩擦係合要素を介して前記第2差動歯車装置における第3摩擦係合要素に連結された歯車要素に連結された、請求項1〜7のいずれか1項記載のハイブリッド駆動装置。
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