JP2005349881A - 動力出力装置およびこれを搭載した自動車並びに動力伝達装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 駆動軸65が比較的低回転領域で駆動するときには、クラッチC1とブレーキB1をオン、クラッチC2とブレーキB2をオフとして動力分配統合機構30をエンジン22と高回転型のモータMG1と駆動軸65とを3つの回転軸とする第1のギヤ比の3要素タイプとして機能させると共に低回転型のモータMG2からの動力を第1の減速比をもって駆動軸65に出力する連結状態とし、駆動軸65が比較的高回転領域で駆動するときには、クラッチC1とブレーキB1をオフ、クラッチC2とブレーキB2をオンとして動力分配統合機構30をエンジン22とモータMG2と駆動軸65とを3つの回転軸とする第2のギヤ比の3要素タイプとして機能させると共にモータMG1からの動力を第2の減速比をもって駆動軸65に出力する連結状態とする。
【選択図】 図1
Description
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
第1電動機と、
第2電動機と、
前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第2電動機の回転軸を該回転軸の回転数を第1の変速比を持って前記駆動軸に出力するよう連結する第1連結と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第2電動機の
回転軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第1電動機の回転軸を該回転軸の回転数を第2の変速比を持って前記駆動軸に出力するよう連結する第2連結と、が切り替え可能な連結手段と、
を備えることを要旨とする。
止を解除することによって第2連結を実現する。さらに、その他の連結として、第1接続解除手段により内燃機関の出力軸と第1の遊星歯車の第2回転要素との接続を解除し第2接続解除手段により内燃機関の出力軸と4軸式回転機構の第6回転要素との接続を解除すると共に第1回転停止手段により第1の遊星歯車の第2回転要素を回転停止させ第2回転停止手段により4軸式回転機構の第5回転要素を回転停止させることによって、第2電動機の回転軸を第1の減速比をもって駆動軸に接続すると共に第1電動機の回転軸を第2の変速比をもって駆動軸に接続しかつ内燃機関の出力軸を駆動軸から切り離した連結などを実現することもできる。
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
第1電動機と、
第2電動機と、
前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第2電動機の回転軸を該回転軸の回転数を所定の変速比をもって前記駆動軸に出力するよう連結する第1連結と、前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第2電動機の回転軸との4軸を該4軸のうちいずれか2軸の回転数に基づいて残余の軸を回転させると共に該4軸に動力が収支をもって入出力されるよう連結する第2連結と、が切り替え可能な切り替え手段と、
を備えることを要旨とする。
段と、該設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記第1電動機と前記第2電動機と前記連結手段とを制御する制御手段と、を備える手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求動力に応じた動力を駆動軸に出力することができる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記駆動軸が比較的低速で回転するときには前記第1連結となるよう前記連結手段を制御し、前記駆動軸が比較的高速で回転するときには前記第2連結となるよう前記連結手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、駆動軸が比較的低速で回転するときには、第1連結とすることによって第2電動機からの動力を第1の変速比を介して駆動軸に出力することができ、駆動軸が比較的高速で回転するときには、第2連結とすることによって第1電動機からの動力を第2の変速比を介して駆動軸に出力することができる。また、前記制御手段は、前記内燃機関の効率のよい運転ポイントで運転されるよう該内燃機関を制御する手段であるであるものとすることができる。こうすれば、装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。
切り替えることにより、装置のエネルギ効率を向上させることができる効果や装置を小型化することができる効果などと同様の効果を奏することができる。
する共にクラッチC2およびブレーキB2をオフすることにより、第1プラネタリギヤP1によりモータMG1の回転軸とエンジン22のクランクシャフト26と駆動軸65との3軸を回転要素とするいわゆる3要素タイプとして連結すると共にモータMG2の回転軸を減速機として機能する4軸式回転機構D1を介して駆動軸65に連結する動力分配統合機構として機能する。この状態の動力分配統合機構30の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を図2に示す。図中、左端のS1軸はモータMG1の回転数Nm1である第1プラネタリギヤP1のサンギヤ31の回転数を示し、C1軸はエンジン22のクランクシャフト26の回転数(以下、エンジン22の回転数という)である第1プラネタリギヤP1のキャリア34の回転数を示し、S3,R1軸は駆動軸65の回転数Ndである第3プラネタリギヤP3のサンギヤ41および第1プラネタリギヤP1のリングギヤ32の回転数を示し、C2軸は第2プラネタリギヤP2のキャリア39の回転数を示し、R2軸は第2プラネタリギヤP2のリングギヤ37の回転数を示し、S2軸はモータMG2の回転軸の回転数Nm2である第2プラネタリギヤP2のサンギヤ36の回転数を示す。なお、C2軸は第2プラネタリギヤP2のキャリア39の回転数を示すが、この連結状態では、ブレーキB1がオンされているため、黒丸により回転できないことを示した。S1軸からS3,R1軸にかけての共線は、この共線を梁に見立てたときに各回転要素(各軸)に作用するトルクをこれらの梁に作用する力と同一視することができるものであり、S3,R1軸からS2軸にかけての共線は、この共線をC2軸を支点とする梁として見立てたときに各回転要素(各軸)に作用するトルクをこれらの梁に作用する力と同一視することができるものである。したがって、各軸に作用するトルク或いは作用させるべきトルクは、同様の力が作用している梁の釣り合いを解くことにより計算することができる。なお、図中、ρ1は第1プラネタリギヤP1のギヤ比(サンギヤ31の歯数/リングギヤ32の歯数)であり、ρ2は第2プラネタリギヤP2のギヤ比(サンギヤ36の歯数/リングギヤ37の歯数)であり、ρ3は第3プラネタリギヤP3のギヤ比(サンギヤ41の歯数/リングギヤ37の歯数)である。動力分配統合機構30は、この連結状態では、モータMG1により反力をとることによりエンジン22からの動力の一部を又はエンジン22とモータMG1からの動力を第1プラネタリギヤP1を介して駆動軸65に出力すると共にモータMG2からの動力をトルク増幅して駆動軸65に出力することができる。このようにモータMG2からの動力をトルク増幅して駆動軸65に出力するから、駆動軸65が比較的低回転で駆動しているときに有利な連結状態と言える。
機として構成されているから、駆動軸65を比較的高回転低トルクで駆動するときには、4軸式回転機構D1により3要素タイプを構成した連結状態の方が第1プラネタリギヤP1により3要素タイプを構成した連結状態より効率がよくなる。したがって、駆動軸65を比較的高回転低トルクで駆動するときには4軸式回転機構D1により3要素タイプを構成した連結状態が有利なものとなり、駆動軸65を比較的高回転低トルク以外で駆動するときには第1プラネタリギヤP1により3要素タイプを構成した連結状態が有利なものとなる。
は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V,エンジン22の回転数Ne,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ60を充放電するための要求充放電パワーPb*など制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、エンジン22の回転数Neは、図示しないクランクポジションセンサにより検出されたクランクシャフト26の回転位置に基づいて計算されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。また、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ53,54により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータECU50から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ60を充放電するための要求充放電パワーPb*は、残容量(SOC)に基づいて設定されたものをバッテリECU62から通信により入力するものとした。
る運転ポイントで運転されるようにエンジン22における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。この場合、目標回転数Ne*も目標トルクTe*も値0であるから、エンジンECU24は、エンジン22を停止する。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU50は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ51,52のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
Tm2*=-(T*-Tm1*/ρ1)・ρ2/ρ3 (3)
Tm1*=ρ1・T*-ρ1・ρ3・(1-ρ2)・Tm2*/ρ2・(1+ρ3) (5)
ランクシャフト26とを駆動軸65に連結する連結状態、クラッチC1とブレーキB2とをオンすると共にクラッチC2とブレーキB1とをオフとしてエンジン22のクランクシャフト26をブレーキB2を介してケースに固定しモータMG2の回転軸を切り離すと共にモータMG1の回転軸を駆動軸65に連結する連結状態、クラッチC2とブレーキB1とをオンすると共にクラッチC1とブレーキB2とをオフとしてモータMG1の回転軸を切り離すと共にエンジン22のクランクシャフト26およびモータMG2の回転軸の回転を逆転させて駆動軸65に出力する連結状態、クラッチC1,C2とブレーキB1とをオンすると共にブレーキB2をオフとしてモータMG1の回転軸の回転を回転方向をそのままに駆動軸65に出力すると共にエンジン22のクランクシャフト26およびモータMG2の回転軸の回転を逆転させて駆動軸65に出力する連結状態、クラッチC2とブレーキB1,B2とをオンすると共にクラッチC1をオフとしてモータMG1,MG2の回転軸およびエンジン22のクランクシャフト26の回転を逆転させて駆動軸65に出力する連結状態、クラッチC1とブレーキB1,B2とをオンすると共にクラッチC2をオフとしてエンジン22のクランクシャフト26をブレーキB2を介してケースに固定しモータMG1,MG2の回転軸の回転を逆転させて駆動軸65に出力する連結状態、クラッチC1,C2とブレーキB2とをオンすると共にブレーキB1をオフとしてエンジン22のクランクシャフト26をブレーキB2を介してケースに固定しモータMG1の回転軸の回転を逆転させて駆動軸65に出力すると共にモータMG2の回転軸の回転を増速して駆動軸65に出力する連結状態がある。また、用途は余りないと考えられるが、クラッチC1,C2とブレーキB1,B2とをオフとしてモータMG1,MG2およびエンジン22のクランクシャフト26を駆動軸65から切り離す連結状態やクラッチC1,C2とブレーキB1,B2とをオンとしてモータMG1,MG2とエンジン22のクランクシャフト26と駆動軸65とを固定する連結状態もある。
により、第1実施例の動力分配統合機構30と同様に、図2の共線図の連結状態、即ち、第1プラネタリギヤP1によりモータMG1の回転軸とエンジン22のクランクシャフト26と駆動軸65との3軸を回転要素とするいわゆる3要素タイプとして連結すると共にモータMG2の回転軸を減速機として機能する4軸式回転機構D1を介して駆動軸65に連結する動力分配統合機構として機能する。
びブレーキB1の接続状態を決定するために用いられるものであり、例えば車速60km/hなどに設定される。
、この第1プラネタリギヤP1に代えてダブルピニオン式のプラネタリギヤや他の3軸式の動力入出力機構を用いるものとしてもよい。
Claims (16)
- 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
第1電動機と、
第2電動機と、
前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第2電動機の回転軸を該回転軸の回転数を第1の変速比をもって前記駆動軸に出力するよう連結する第1連結と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第2電動機の回転軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第1電動機の回転軸を該回転軸の回転数を第2の変速比をもって前記駆動軸に出力するよう連結する第2連結と、が切り替え可能な連結手段と、
を備える動力出力装置。 - 前記連結手段は、前記第1電動機からの動力を前記第2の変速比をもって前記駆動軸に出力すると共に前記第2電動機からの動力を前記第1の変速比をもって前記駆動軸に出力しかつ前記内燃機関の出力軸を切り離した連結が可能な手段である請求項1記載の動力出力装置。
- 前記連結手段は、前記第1電動機の回転軸と前記第2電動機の回転軸の少なくとも一方を切り離し可能な手段である請求項2記載の動力出力装置。
- 前記連結手段は、前記第1電動機の回転軸に接続された第1回転要素と第2回転要素と前記駆動軸に接続された第3回転要素とを有する第1の遊星歯車と、前記駆動軸に接続された第4回転要素と第5回転要素と第6回転要素と前記第2電動機の回転軸に接続された第7回転要素とを有し前記第5回転要素を回転停止させたときに前記第4回転要素の回転に対して前記第7回転要素を所定の比で回転させ前記第5回転要素の回転停止が解除されているときに前記第4回転要素と前記第6回転要素と前記第7回転要素との3軸を前記第1の遊星歯車とは異なるギヤ比をもって該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結する4軸式回転機構と、前記内燃機関の出力軸と前記第1の遊星歯車の前記第2回転要素との接続および該接続の解除を行なう第1接続解除手段と、前記内燃機関の出力軸と前記4軸式回転機構の前記第6回転要素との接続および該接続の解除を行なう第2接続解除手段と、前記第1の遊星歯車の前記第2回転要素の回転停止および該回転停止の解除を行なう第1回転停止解除手段と、前記4軸式回転機構の前記第5回転要素の回転停止および該回転停止の解除を行なう第2回転停止解除手段と、を備える手段である請求項1ないし3いずれか記載の動力出力装置。
- 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
第1電動機と、
第2電動機と、
前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第2電動機の回転軸を該回転軸の回転数を所定の変速比をもって前記駆動軸に出力するよう連結する第1連結と、前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第2電動機の回転軸との4軸を該4軸のうちいずれか2軸の回転数に基づいて残余の軸を回転させると共に該4軸に動力が収支をもって入出力されるよう連結する第2連結と、が切り替え可能な切り替え手段と、
を備える動力出力装置。 - 前記連結手段は、前記第1電動機の回転軸に接続された第1回転要素と前記内燃機関の出力軸に接続された第2回転要素と前記駆動軸に接続された第3回転要素とを有する第1の遊星歯車と、前記駆動軸に接続された第4回転要素と第5回転要素と第6回転要素と前記第2電動機の回転軸に接続された第7回転要素とを有し前記第5回転要素を回転停止させたときに前記第4回転要素の回転に対して前記第7回転要素を所定の比で回転させ前記第5回転要素の回転停止が解除されたときに前記第4回転要素と前記第6回転要素と前記第7回転要素との3軸が該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力が入出力されるよう連結する4軸式回転機構と、前記内燃機関の出力軸と前記4軸式回転機構の前記第6回転要素との接続および該接続の解除を行なう接続解除手段と、前記4軸式回転機構の前記第5回転要素の回転停止および該回転停止の解除を行なう回転停止解除手段と、を備える手段である請求項5記載の動力出力装置。
- 前記4軸式回転機構は、サンギヤを前記第7回転要素としリングギヤを前記第6回転要素とし第1ピニオンギヤと第2ピニオンギヤとを連結して回転するキャリアを前記第5回転要素とするダブルピニオン式の第2の遊星歯車と、リングギヤを前記第2の遊星歯車のリングギヤと共用しピニオンギヤを前記第2の遊星歯車の第1ピニオンギヤと共用しサンギヤを前記第4回転要素とするシングルピニオン式の第3の遊星歯車と、からなる機構である請求項4または6記載の動力出力装置。
- 請求項1ないし7いずれか記載の動力出力装置であって、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
該設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記第1電動機と前記第2電動機と前記連結手段とを制御する制御手段と、
を備える動力出力装置。 - 前記制御手段は、前記駆動軸が比較的低速で回転するときには前記第1連結となるよう前記連結手段を制御し、前記駆動軸が比較的高速で回転するときには前記第2連結となるよう前記連結手段を制御する手段である請求項8記載の動力出力装置。
- 前記制御手段は、前記内燃機関の効率のよい運転ポイントで運転されるよう該内燃機関を制御する手段である請求項8または9記載の動力出力装置。
- 請求項1ないし10いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなる自動車。
- 内燃機関の出力軸と第1電動機の回転軸と第2電動機の回転軸と駆動軸とに接続され、該内燃機関と該第1電動機と該第2電動機とから出力された動力を前記駆動軸に伝達する動力伝達装置であって、
前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第2電動機の回転軸を該回転軸の回転数を第1の変速比をもって前記駆動軸に出力するよう連結する第1連結と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第2電動機の回転軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第1電動機の回転軸を該回転軸の回転数を第2の変速比をもって前記駆動軸に出力するよう連結する第2連結とが切り替え可能なことを特徴とする
動力伝達装置。 - 請求項12記載の動力伝達装置であって、
前記第1電動機の回転軸に接続された第1回転要素と第2回転要素と前記駆動軸に接続された第3回転要素とを有する第1の遊星歯車と、
前記駆動軸に接続された第4回転要素と第5回転要素と第6回転要素と前記第2電動機の回転軸に接続された第7回転要素とを有し前記第5回転要素を回転停止させたときに前記第4回転要素の回転に対して前記第7回転要素を所定の比で回転させ前記第5回転要素の回転停止が解除されているときに前記第4回転要素と前記第6回転要素と前記第7回転要素との3軸を前記第1の遊星歯車とは異なるギヤ比をもって該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結する4軸式回転機構と、
前記内燃機関の出力軸と前記第1の遊星歯車の前記第2回転要素との接続および該接続の解除を行なう第1接続解除機構と、
前記内燃機関の出力軸と前記4軸式回転機構の前記第6回転要素との接続および該接続の解除を行なう第2接続解除機構と、
前記第1の遊星歯車の前記第2回転要素の回転停止および該回転停止の解除を行なう第1回転停止解除機構と、
前記4軸式回転機構の前記第5回転要素の回転停止および該回転停止の解除を行なう第2回転停止解除機構と、
を備える動力伝達装置。 - 内燃機関の出力軸と第1電動機の回転軸と第2電動機の回転軸と駆動軸とに接続され、該内燃機関と該第1電動機と該第2電動機とから出力された動力を前記駆動軸に伝達する動力伝達装置であって、
前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との3軸を該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するよう連結すると共に前記第2電動機の回転軸を該回転軸の回転数を所定の変速比をもって前記駆動軸に出力するよう連結する第1連結と、前記第1電動機の回転軸と前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第2電動機の回転軸との4軸を該4軸のうちいずれか2軸の回転数に基づいて残余の軸を回転させると共に該4軸に動力が収支をもって入出力されるよう連結する第2連結と、が切り替え可能なことを特徴とする
動力伝達装置。 - 請求項14記載の動力伝達装置であって、
前記第1電動機の回転軸に接続された第1回転要素と前記内燃機関の出力軸に接続された第2回転要素と前記駆動軸に接続された第3回転要素とを有する第1の遊星歯車と、
前記駆動軸に接続された第4回転要素と第5回転要素と第6回転要素と前記第2電動機の回転軸に接続された第7回転要素とを有し前記第5回転要素を回転停止させたときに前記第4回転要素の回転に対して前記第7回転要素を所定の比で回転させ前記第5回転要素の回転停止が解除されたときに前記第4回転要素と前記第6回転要素と前記第7回転要素との3軸が該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力が入出力されるよう連結する4軸式回転機構と、
前記内燃機関の出力軸と前記4軸式回転機構の前記第6回転要素との接続および該接続の解除を行なう接続解除機構と、
前記4軸式回転機構の前記第5回転要素の回転停止および該回転停止の解除を行なう回転停止解除機構と、
を備える動力伝達装置。 - 前記4軸式回転機構は、サンギヤを前記第7回転要素としリングギヤを前記第6回転要素とし第1ピニオンギヤと第2ピニオンギヤとを連結して回転するキャリアを前記第5回転要素とするダブルピニオン式の第2の遊星歯車と、リングギヤを前記第2の遊星歯車の
リングギヤと共用しピニオンギヤを前記第2の遊星歯車の第1ピニオンギヤと共用しサンギヤを前記第4回転要素とするシングルピニオン式の第3の遊星歯車と、からなる機構である請求項13または15記載の動力伝達装置。
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