JP2006027383A - ４輪駆動ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】発進加速時以外においても４輪駆動を実現し、車両の走行安定性を向上させる。
【解決手段】 ハイブリッド車両は、エンジン１と後輪１１の間に介装される第１変速機７と、エンジン１と前輪３９の間に介装される第２変速機３５と、第１変速機７とエンジン１との間に介装される第１クラッチ３と、第２変速機３５とエンジン１との間に介装される第２クラッチ３１と、第２変速機３５と第２クラッチ３１の間に介装されるモータジェネレータ４１とを備える。そして、第１クラッチ３及び第２クラッチ３１を締結してエンジン１の駆動力を前輪３９及び後輪１１に伝達する第１の駆動モードと、第１クラッ３チを締結してエンジン１の駆動力を後輪１１に伝達するとともに第２クラッチ３１を解放してモータジェネレータ４１の駆動力を前輪３９に伝達する第２の駆動モードとを切り換えられるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動力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関し、特に、前輪、後輪の両方を駆動することができる４輪駆動のハイブリッド車両に関する。

車両のパワートレインの方式として、エンジンを車両前部に配置し、変速機を車両後部に配置するトランスアクスル方式が知られている。このトランスアクスル方式では、後軸荷重が増すので、駆動輪である後輪のスリップ限界が上昇し、路面に伝達可能な駆動力が増大するという利点がある。

ところで、動力性能を重視した車両では、エンジン等の駆動力源からの駆動力が大きくなるため、駆動力伝達に有利なトランスアクスル方式であっても、２輪駆動では駆動輪がスリップしやすくなる。そのため、車両の性能を最大限に引き出すためには、４輪全てに駆動力を配分することが望ましい。しかしながら、トランスアクスル方式では変速機が車両後部に配置されているので、変速機から前輪に駆動力を伝達するためには、車両後部から車両前部へと延びる長いプロペラシャフトが必要となり、車両重量の増加、製造コストの増加、レイアウト性の悪化の原因となる。

この点に関し、特開平６−１０７００５号公報（特許文献１）では、トルクコンバータの出力端から前輪に駆動力を伝達させるギヤを設け、発進加速時のみ４輪駆動を実現する方式を提案している。
特開平６−１０７００５号

上記特許文献１に開示されている方式によれば、発進加速時はエンジンから前輪及び後輪に駆動力を伝達し、４輪駆動を実現することができるので、路面に伝達する駆動力が大きくなる発進加速時において駆動輪のスリップを効果的に抑えることが可能である。

しかしながら、この方式では、４輪駆動を実現可能なのは発進加速時のみであり、車両の走行安定性を向上させるために４輪駆動が要求される中高速走行時、低μ路走行時において４輪駆動を実現することができないという問題がある。

本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたもので、発進加速時以外においても４輪駆動を実現し、車両の走行安定性を向上させることを目的とする。

本発明に係るハイブリッド車両は、エンジンと第１駆動輪の間に介装される第１変速機と、エンジンと第２駆動輪の間に介装される第２変速機と、第１変速機とエンジンとの間に介装される第１クラッチと、第２変速機とエンジンとの間に介装される第２クラッチと、第２変速機と第２クラッチの間に介装されるモータジェネレータとを備える。そして、第１クラッチ及び第２クラッチを締結してエンジンの駆動力を第１及び第２駆動輪に伝達する第１の駆動モードと、第１クラッチを締結してエンジンの駆動力を第１駆動輪に伝達するとともに第２クラッチを解放して前記モータジェネレータの駆動力を第２駆動輪に伝達する第２の駆動モードとを切り換えられるように構成する。

本発明によれば、第１の駆動モードを選択すればエンジンの駆動力を前輪及び後輪に伝達する４輪駆動を実現でき、第２の駆動モードを選択すればモータジェネレータの駆動力を利用して発進加速時以外の幅広い運転領域において４輪駆動を実現することができるので、中高速走行時、低μ路走行時における車両の走行安定性を向上させることができる。

添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係る４輪駆動ハイブリッド車両の概略構成を示したものであり、車両は、駆動力源として、エンジン１とモータジェネレータ４１とを備える。エンジン１は内燃機関であり、モータジェネレータ４１は三相交流式の電動機である。エンジン１には、スタータモータと発電機の機能を有するスタータジェネレータ２が接続されており、エンジン１はスタータジェネレータ２を力行させることで始動される。

車両のパワートレインを後輪側と前輪側に分けて説明すると、まず、後輪側については、エンジン１に第１クラッチ３を介して第１の入力軸５、第１変速機７、第１のデファレンシャルギヤ９、後輪１１（第１駆動輪）が接続されている。第１クラッチ３が締結されているときは、これらの要素を介してエンジン１の駆動力が後輪１１へと伝達される。第１変速機７を後軸近傍に配置するいわゆるトランスアクスル方式を採用しているため、エンジン、変速機を前軸近傍に配置する一般的な後輪駆動方式に比べて後軸荷重が増え、路面に伝達可能な駆動力が増すという利点がある。また、前後重量配分が改善されることから、運動性能を向上させることもできる。

図２は第１変速機７の構成を示した図である。第１変速機７は、平行な２軸上に配置されたギヤ列１３、１速用から５速用のギヤ列１４ないし１８及び後進用ギヤ列１９と、第１変速機７の入力軸７ｉと出力軸７ｏを直結状態とするか否かを切り換えるためのドグクラッチ２０と、複数のギヤ列１４から１９のうちどのギヤ列を介して駆動力を伝達するかを切り換えるためのドグクラッチ２１から２３と、ドグクラッチ２１から２３の締結状態を切り換えるためのシフトアクチュエータ２５から２８とで構成される。シフトアクチュエータ２５から２８は、後述するコントローラ６０からの信号を受けて駆動される。ドグクラッチ２０から２３の締結状態を切り換えることにより、第１変速機７の変速段として１速から６速、後進を切り換えることができる。

例えば、シフトアクチュエータ２６によりドグクラッチ２１を図中左側に変位させ、他のドグクラッチ２０、２２、２３を中立状態に保てば、入力軸７ｉからギヤ列１３、１４を介して出力軸７ｏへと駆動力が伝達されるようになり、第１変速機７の変速段を変速比最大の１速とすることができる。また、この状態からドグクラッチ２１を図中右側に変位させれば、今度は駆動力がギヤ列１３、１５を介して伝達されるようになり、第１変速機７の変速段を変速比が１速よりも小さい２速にすることができる。

同様にして、ドグクラッチ２２、２３を変位させれば、第１変速機７の変速段を３速、４速、５速あるいは後進に切り換えることができ、ドグクラッチ２１から２３を中立状態にするとともにドグクラッチ２０を締結して入力軸７ｉと出力軸７ｏを直結状態とすれば第１変速機７の変速段を６速とすることができる。６速状態での変速比は１よりも小さくなり、第１変速機７は入力軸回転速度よりも出力軸回転速度が高くなる増速機構として機能する。

一方、前輪側に関しては、図１に示すように、エンジン１に第２クラッチ３１を介して第２の入力軸３３、第２変速機３５、第２のデファレンシャルギヤ３７、前輪３９（第２駆動輪）が接続されており、第２クラッチ３１が締結されているときはこれらの要素を介してエンジン１の駆動力が前輪３９へと伝達される。これにより、第１クラッチ３、第２クラッチ３１の両方が締結されているときは、エンジン１の駆動力を後輪１１だけでなく前輪３９にも伝達し、機械的な４輪駆動を実現することができる（第１の駆動モード）。さらに、この状態でモータジェネレータ４１を力行させれば、モータジェネレータ４１の駆動力を前輪３９及び後輪１１に伝達することも可能である。

第２の入力軸３３には、さらに、第２クラッチ３１と第２変速機３５の間においてモータジェネレータ４１が接続され、モータジェネレータ４１にはインバータ４３を介してバッテリ４５が接続されている。バッテリ４５からモータジェネレータ４１に電力を供給し、モータジェネレータ４１を力行させれば、第２の入力軸３３を駆動することができ、逆に、制動時にモータジェネレータ４１を発電機として機能させれば、制動エネルギを回収して、バッテリ４５を充電することができる。また、第２クラッチ３１を解放し、エンジン１で後輪１１を駆動し、モータジェネレータ４１で前輪３９を駆動すれば、エンジン１、モータジェネレータ４１の両方の駆動力を利用した電気的な４輪駆動を実現することができる（第２の駆動モード）。

第２変速機３５は、第１のギヤ列５１及び第２のギヤ列５３と、第１及第２のギヤ列のうちいずれを第２の入力軸３３に接続し駆動力の伝達に用いるかを切り換えるためのドグクラッチ５５とで構成される。ドグクラッチ５５を図中左側に変位させれば第１のギヤ列５１が第２の入力軸３３に接続され、第１のギヤ列５１を介して駆動力が伝達されるようになる。逆に、ドグクラッチ５５を図中右側に変位させれば第２のギヤ列５３が第２の入力軸３３に接続され、第２のギヤ列５３を介して駆動力が伝達される。

第１のギヤ列５１のギヤ比は、第１のギヤ列５１を介して駆動力が伝達されるときの第２変速機３５の変速比が、第１変速機７の変速段が１速のときの変速比に等しくなるように設定される。つまり、第１変速機７と第２変速機３５の最大変速比は等しくなるように設定される。また、第２のギヤ列５２のギヤ比は、第１のギヤ列５１のギヤ比よりも小さな値に設定され、さらに、図３に示すように、実走行での回生頻度の高い領域（加減速の頻度が高い領域）においてモータジェネレータ４１の回転速度がモータジェネレータ４１を高効率で運転させることができる所定範囲に収まるように設定され、第２の変速機３５の変速段を１段変更したときの変速比の変化量は第１の変速機７よりも大きくなる。

図４は、モータジェネレータ４１の特性を示したものである。モータジェネレータ４１は、高回転速度領域における出力の低下を許容したことにより、低出力ではあるが高回転速度での運転を実現し、低速回転速度領域における高トルクと、幅広い運転領域を実現することができる特性となっている。このような特性とするのは、第２変速機３５のギヤの段数を減らすことで機構を簡略化し、第２変速機３５を小型化、軽量化して、燃費と車両の重量バランスを向上させるためである。

車両には、車両制御用としてコントローラ６０が設けられている。コントローラ６０には、前輪３９の回転速度を検出するセンサ６１、後輪１１の回転速度（∝車速）を検出するセンサ６２、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ６３等からの信号が入力され、コントローラ６０は、アクセル操作量から運転者の要求駆動力を判断し、要求駆動力が実現されるようにエンジン１、モータジェネレータ４１を制御し、また、第１変速機７、第２変速機３５に変速指令を出す。

図５はこの車両の駆動力マップを示したものである。車両重量に対してパワートレインの駆動力が大きいので、第１変速機７の変速段が１速のときは、エンジン１のみで後輪１１を駆動するとき、エンジン１とモータジェネレータ４１の両方で後輪１１を駆動するとき、いずれの場合も最大駆動力が後輪１１だけで伝達可能な駆動力（２輪の駆動力限界）を超える場合がある。このため、この場合は、第１クラッチ３及び第２クラッチ３１を締結して第１の駆動モードとし、４輪駆動を実現する必要がある。

そこで、コントローラ６０は、車両が発進加速時かそうでないか、要求駆動力が２輪の駆動力限界を超えていないかを、車速、アクセル操作量に基づき判断し、発進加速時で路面に伝達する駆動力が２輪の駆動力限界を超えて大きくなるときは第１クラッチ３及び第２クラッチ３１を締結し、エンジン１の駆動力を前輪３９、後輪１１の両方に伝達する第１の駆動モードとして駆動輪のスリップを防止する。

さらに、コントローラ６０は、発進加速時以外では、第１クラッチ３を締結してエンジン１の駆動力を後輪１１に伝達するとともに第２クラッチ３１を解放してモータジェネレータ４１の駆動力を前輪に伝達する第２の駆動モードとし、特に、中高速走行時、低μ路走行時における走行安定性を向上させる。

図７はコントローラ６０が行う駆動モード切換え制御の内容を示したフローチャートであり、コントローラ６０において所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

これによると、ステップＳ１では車速に基づき発進加速時かどうかを判断する。車速が所定車速（例えば３０ｋｍ／ｈ）以下であり、アクセル操作量が所定量（例えば、１／８以上）であるときは発進加速時であると判断し、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、アクセル操作量から求まる要求駆動力が、後輪で伝達可能な駆動力を超えているかどうかを判断し、超えている場合はステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、第１クラッチ３、第２クラッチ３１を締結し、第１の駆動モードで車両を走行させる。

一方、ステップＳ１で発進加速時でないと判断されたとき、あるいは、ステップＳ２で要求駆動力が後輪１１で伝達可能な駆動力を超えていないと判断されたときはステップＳ４に進み、第１クラッチ３を締結するとともに第２クラッチ３１を解放し、第２の駆動モードで車両を走行させる。

図７は発進加速時の駆動力伝達経路(第１の駆動モード）を示し、図中波線が駆動力の伝達経路を示している。発進加速時は２輪の駆動力限界を超える駆動力が要求されるので、第１クラッチ３及び第２クラッチ３１を締結し、エンジン１とモータジェネレータ４１の駆動力を４輪に分配する。４輪全てを使って駆動力を路面に伝えるので、パワートレインの最大駆動力を伝達してもスリップが発生することはない。また、このとき、第１変速機７の変速段は１速とされ、第２変速機３５においては第１のギヤ列５１が選択されるので、両変速機の変速比は等しくなり、エンジン１、モータジェネレータ４１の駆動力を効率よく４輪に均等に伝達することができる。

一方、図８は、中高速走行時の駆動力伝達経路(第２の駆動モード）を示したものである。このとき、第２クラッチ３１は解放され、エンジン１の駆動力は後輪１１のみに、モータジェネレータ４１の駆動力は前輪３９のみに伝達される。この伝達経路においても４輪駆動が実現され、中高速走行時の走行安定性を高めることができる。図４に示したようにモータジェネレータ４１の運転領域は幅広く設定されており、加えて、第２変速機３５の変速比を切り換えることができるので、幅広い運転領域においてモータジェネレータ４１を利用した４輪駆動走行を行うことが可能である。さらに、この構成によれば、制動時は前軸荷重が増すためモータジェネレータ４１の回生効率を高めることもできる。

また、第２変速機３５において第２のギヤ列５２が選択され、第１変速機の変速比よりも第２変速機の変速比が小さくなっており、エンジン１の回転速度よりも第２の入力軸３３の回転速度が低い場合は、第２クラッチ３１の滑り状態（半クラッチ状態）を制御することによってエンジン１の駆動力を前輪３９に伝達することも可能である。これにより、モータジェネレータ４１の駆動力のみで前輪３９を駆動する場合に比べてモータジェネレータ４１の出力を小さくすることができるので、モータジェネレータ４１を小型化、軽量化することができ、単に、前輪をモータ駆動、後輪をエンジン駆動とすることで４輪駆動を実現するものに比べてレイアウト性、前後重量配分において有利である。

図９は、コントローラ６０が行う変速制御のうち、特に、アップシフト制御の内容を示したフローチャートである。車速、アクセル操作量に基づき、図示しない変速マップを参照して変速が必要であると判断されたときに実行される。

これによると、まず、ステップＳ１１では、コントローラ６０から第１変速機７に変速指令が発せられ、変速制御が開始される。

ステップＳ１２では、エンジン１の駆動力を低下させる。このとき、エンジン１の目標トルクｔＴｅは、変速後のトルクをＴｅ＠Ｒｎ＋１、変速期間のイナーシャトルクをＪｅ×ΔＮｅとすると、次式（１）：
ｔＴｅ＝ｒＴｅ＋Ｊｅ×ΔＮｅ＜Ｔｅ＠Ｒｎ＋１ ・・・（１）
を満たすトルクに設定される。これにより、変速中のイナーシャトルクの発生を抑えることができる。

ステップＳ１３では、低下したエンジン１のトルクを補うようにモータジェネレータ４１のトルクを上昇させる。

ステップＳ１４では、第１クラッチ３の締結力を減少させるにつれ第２クラッチ３１の締結力を増大させる掛け換え制御を行う。

ステップＳ１５では、第１クラッチ３の解放後、第１変速機７のドグクラッチを掛け換える。切り換えるドグクラッチはどの変速段からどの変速段に変速するかによってドグクラッチ２０から２３の中から適宜選択される。ドグクラッチは入力トルクがゼロのときに解放できる。このとき第１クラッチ３が解放されている状態なので、ドグクラッチは容易に解放できる。また、ドグクラッチ締結時には第１の入力軸５のイナーシャに起因するトルクが発生するが、ドグクラッチの同期期間を長くするか、モータジェネレータ４１のトルクを減少させるかのいずれかの対策をとることにより、運転者にショックを感じさせない程度まで駆動力の変動を抑えることが可能である。

ステップＳ１５と並行して、ステップＳ１６では、前輪１６に駆動力を伝達させるとともに、エンジン１の回転速度を変速後の回転速度となるように制御する。このとき、第２クラッチ３１の締結トルクｔＴｃ２とモータジェネレータ４１のトルクＴｍｇを協調制御することによって、運転者に違和感の少ない変速を実現することができる。

変速中の駆動力Ｔｖは第２クラッチ３１の締結トルクｔＴｃ２とモータジェネレータ４１のトルクＴｍｇによって決まり、次式（２）：
Ｔｖ＝Ｔｃ２×Ｒｅｍ＋Ｔｍｇ×Ｒｍｇ ・・・（２）
で表される。Ｒｅｍは、第２クラッチ３１から前輪３９までのギヤ比、Ｒｍｇはモータジェネレータ４１から前輪３９までのギヤ比である。

このとき、第２クラッチ３１では、エンジン１の実回転速度ｒＮｅを変速後の目標回転速度ｔＮｅに一致させるようにフィードバック制御を行い、次式（３）：
ｔＴｃ２＝ＫＰＩ×（ｔＮｅ−ｒＮｅ） ・・・（３）
で表される締結トルクの指令値ｔＴｃ２を与える。ここでＫＰＩはフィードバックゲインである。

さらに、モータジェネレータ４１では、コントローラ６０から指示される要求駆動力ｔＴｖと第２クラッチ３１の締結トルク指令値を用いて、次式（４）：
ｔＴｍｇ＝（ｔＴｖ−ｔＴｃ２×Ｒｅｍ）／Ｒｍｇ ・・・（４）
で表されるトルク指令値ｔＴｍｇを与える。これにより、第２クラッチ３１の締結トルクに応じてモータジェネレータ４１のトルクを決める協調制御が成立する。なお、ここでは、基本的な制御のみ述べているが、実際には必要に応じてさまざまな過渡補正が施されるものとする。

ステップＳ１７では、エンジン１の実回転速度と目標回転速度とを比較する。エンジン１の実回転速度と目標回転速度の差が所定値以下の場合はステップＳ１８に進む、所定値は、第１クラッチ３を締結しても０．１Ｇ未満の加速度変動しか生じず、運転者にショックを感じさせない程度の回転速度差に設定される。

ステップＳ１８では、第２クラッチ３１の締結力を減少させるとともに第１クラッチ３の締結力を増大させる掛け換え制御を行う。このときには、エンジン１の回転速度が第１クラッチ３の出力側回転速度とほぼ一致しているので、イナーシャトルクも発生しにくく、掛け換えに要する時間はステップＳ１４よりも短くてすむ。

ステップＳ１９では、エンジン１のトルクを増大させる、このとき、エンジン１の目標トルクは、次式（５）：
ｔＴｅ＝（ｔＴｖ−ｔＴｍｇ×Ｒｍｇ） ・・・（５）
に設定される。

ステップＳ２０では、モータジェネレータ４１のトルクを低下させる。そして、モータジェネレータ４１のトルクがゼロになったとき、エンジン１のみで車両を駆動する状態となり、ステップＳ２１で変速制御を終了する。

図１０は上記アップシフト制御により第１変速機７のギヤ位置をｎ速状態からｎ＋１速状態に変更したときのタイムチャートである。

変速制御開始後、まず、エンジン１のトルクを低下させ、モータジェネレータ４１のトルクを上昇させる。そして、第１クラッチ３と第２クラッチ３１の掛け換え制御を行う。このとき、モータジェネレータ４１のトルクを制御し、駆動力が急変するのを抑えることができるので、優れた変速品質を実現することができる。

さらに、第２クラッチ３１のみでエンジン１の駆動力を伝達する状態になると、式（３）、（４）で示した第２クラッチ３１とモータジェネレータ４１の協調制御が行われる。そのため、エンジン１の回転速度は徐々に目標回転速度へと低下していく。このとき、エンジン１のイナーシャトルクは駆動力として有効に利用される。その間、第１クラッチ３は解放されているので、第１変速機７のドグクラッチは容易に切り換えることができる。

エンジン１の回転速度が目標回転速度程度になると、第２クラッチ３１と第１クラッチ３の掛け換え制御を行う。このときには第１クラッチ３の出力側回転速度とエンジン１の回転速度が略一致しているので、掛け換え時間は短くて済み、ショックが生じることもない。その後、第１クラッチ３の締結力の上昇とともにエンジン１のトルクも上昇させ、第１クラッチ３が完全に締結されたら、エンジン１のみで走行する。

このように、本発明に係る車両においては、一連の変速動作でも、車両の前後輪の総駆動力が略一定となり、スムーズな変速動作を実現することができる。

以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両においては、エンジン１、モータジェネレータ４１、第１クラッチ３、第２クラッチ３１、第１変速機７を協調制御することにより、変速動作中であっても駆動力を連続的に変化させることができる。第１変速機７を複数のギヤ列を切り換えて変速を行う変速機としたにもかかわらず、従来の遊星歯車機構とトルクコンバータを組み合わせた自動変速機並みの変速品質を実現することができ、コストと変速品質の両立が可能である。また、複数のギヤ列を切り換えて変速を行う変速機は伝達効率が高く、低慣性であるため、他の変速機に比べて燃費や動力性能を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、第１変速機７を複数のギヤ列を切り換えて行う変速機として説明したが、従来の遊星歯車機構とトルクコンバータを組み合わせた既存の自動変速機としても構わない。ただし、既存の自動変速機を用いた場合、変速時にエンジン回転速度の変化を受けて、イナーシャに起因するショックが発生する。そこで、第１変速機７として既存の自動変速機を用いる場合は、第２変速機３５の変速比を変速後の第１変速機７の変速比よりも小さくし、変速時に第２クラッチ３１を介して前輪３９にエンジン駆動力を伝達しながらエンジン１の回転速度を変速後の回転速度に制御した後、第１クラッチ３、第２クラッチ３１の掛け換え制御を行い、後輪１１にエンジン１の駆動力を伝達するようにする。この制御を行うことにより、変速時のエンジンイナーシャに起因するショックを回避することができる。

以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両は、エンジン１と後輪１１の間に介装され、複数の変速段を有する第１変速機７と、エンジン１と前輪３９の間に介装され、複数の変速段を有する第２変速機３５と、第１変速機７とエンジン１との間に介装される第１クラッチ３と、第２変速機３５とエンジン１との間に介装される第２クラッチ３１と、第２変速機３５と第２クラッチ３１の間に介装されるモータジェネレータ４１とを備える。そして、第１クラッチ３及び第２クラッチ３１を締結してエンジン１の駆動力を前輪３９及び後輪１１に伝達する第１の駆動モードと、第１クラッチ３を締結してエンジン１の駆動力を後輪１１に伝達するとともに第２クラッチ３１を解放してモータジェネレータ４１の駆動力を前輪３９に伝達する第２の駆動モードとを切り換えるように構成される。

この構成によれば、第１の駆動モードを選択すればエンジン１の駆動力を前輪３９及び後輪１１に伝達する機械的な４輪駆動を実現できることに加え、第２の駆動モードを選択すればモータジェネレータ４１の駆動力を利用して発進加速時以外の幅広い運転領域において電気的な４輪駆動を実現することができ、中高速走行時、低μ路走行時においても車両の走行安定性を向上させることができる。一般に、モータジェネレータの出力はエンジンよりも小さいが、中高速走行時は、エンジンで駆動される主駆動側に比べてモータジェネレータで駆動される側の方が要求される駆動力が小さいので、４輪駆動機能を十分に発揮することができる。

このとき、第２変速機３５の最大変速比を第１変速機７の最大変速比と等しくなるように設定し、発進加速時に第１の駆動モードで走行するようにすれば、エンジン１の駆動力が前輪３９、後輪１１に等しく伝達され、発進加速時に路面に伝達可能な駆動力を増大して、駆動輪のスリップを抑え、発進加速性能を向上させることができる。

また、一般に、モータジェネレータ４１の方がエンジン１よりも高効率で運転できる領域が広いことから、第１変速機７の変速段の数を第２変速機３５の変速段の数よりも多くして第２変速機３５を小型化、簡略化すれば、燃費、製造コスト、車両への搭載性の面で有利となり、また、前軸荷重が減少するので運動性能を向上させることもできる。なお、上記実施形態では第１変速機７の変速段を前進６段後進１段、第２変速機３５の変速段を２段としたが、変速段の数、組み合わせはこの限りではない。

また、変速段を１段変更したときの変速比の変化量が第１変速機７よりも第２変速機３５のほうが大きくなるようにすれば、第２変速機３５の変速段を高回転型のモータジェネレータ４１に適したものとすることができ、これによって、第２の駆動モードでモータジェネレータ４１を高回転領域まで運転させて、幅広い運転領域で４輪駆動を実現することが可能となる。

また、第１変速機７の変速比よりも第２変速機３５の変速比が小さくなるように第１変速機７、第２変速機３５の変速段が選択されるようにしたので、第１クラッチ３の締結力を減少させるとともに第２クラッチ３１の締結力を増大させればエンジン１の駆動力が前輪３９へと伝達されるようになる。これにより、変速時に第１クラッチ７を解放しても路面に伝達される駆動力がゼロにはならないので、駆動力が急減して生じてショックが生じるのを抑えることができる。また、エンジン１の回転速度が低められる方向にあり、アップシフト時はエンジン１の回転速度を早く低下させることができるので、変速時間を短縮して変速品質を向上させることができる。さらに、第２クラッチ３１締結時にエンジン１のイナーシャに起因するトルクも駆動力として有効利用することができるので、車両の効率を高めることができ、変速終了後、第１クラッチ７を締結するときのイナーシャショックも軽減することができる。

また、第１変速機７の変速段を変更する場合には、第２クラッチ３１の締結力を上昇させるとともに第１クラッチ７の締結力を低下させた後に第１変速機７の変速段を変更する。これにより、変速時には第１変速機７の入力トルクがゼロになるので、スムーズな変速動作が実現可能である。加えて、エンジンイナーシャによるショックや駆動力抜けも防止することができ、高い変速品質を実現することができる。さらに、第１変速機７の変速段を変更する間、モータジェネレータ４１のトルクを調整して車両の駆動力連続的に変化させるようにすれば、変速中であっても駆動力が急変することがなく、駆動力の段差を無くして変速品質をさらに高めることができる。上記変速動作中の利点は、第１変速機７を、ギヤ比の異なる複数のギヤ列を有し、駆動力伝達に用いるギヤ列を切り換えることで変速段を切り換える変速機としたとときに特に有効である。

また、上記構成では、第１変速機７を車両後方に配置するトランスアクスル方式を採用したので、後軸荷重を増やして後輪の駆動力限界を高め、発進性能をより一層高めることができる。第２クラッチ３１を締結すればエンジン１から前輪３９に駆動力を伝達することができるので、従来のトランスアクスル方式で４輪駆動を実現するときに必要であった長いプロペラシャフトが不要となり、車両重量の増加、製造コストの増加、レイアウト性の悪化を抑えることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図１１は本発明の第２の実施形態に係る４輪駆動ハイブリッド車両の概略構成を示したものであり、第２クラッチ３１と第２の入力軸３３の間に第３変速機７０が介装されている点が第１の実施形態の構成と相違する。第３変速機７０は変速比の異なる少なくとも２種類の変速段を切り換えることができ、変速段を変更することによって、第２クラッチ３１の入力側と出力側の回転速度差を小さくし、エンジン１から前輪３９に駆動力伝達可能な領域を拡大することができる。

第３変速機７０は図１２に示すように、遊星歯車機構７１を中心に構成され、遊星歯車機構７１は、サンギヤ７２、サンギヤ７２に噛み合う複数のプラネタリーギヤ７３、複数のプラネタリーギヤ７３をそれらの相対位置関係を保持したままそれぞれ回転自在に支持するキャリア７４と、複数のプラネタリーギヤ７３に噛み合うリングギヤ７５とで構成される。サンギヤ７２は第２の入力軸３３に接続されており、キャリア７４は第２クラッチ３１に接続されている。

さらに、リングギヤ７５にはドグクラッチ７７が設けられており、ドグクラッチ７７を図中左側に変位させるとリングギヤ７５が第２クラッチ３１に接続されて、第１変速機７０の変速比は１となり、エンジン１の回転速度はそのまま第２の入力軸３３に伝達される。逆に、ドグクラッチ７７を図中右側に変位させると、リングギヤ７１は第３変速機７０のハウジング７９に固定されて第３変速機７０の変速比が１よりも小さくなり、エンジン１の回転速度は増幅されて第２の入力軸３３に伝達される。

図１３は、この車両で使用される、第１変速機７の変速段と、第２変速機３５のドグクラッチ５５の締結状態と、第３変速機７０のドグクラッチ７７の締結状態の組み合わせを示した表である。エンジン１から前輪３９までの変速比は、ドグクラッチ５５、７７の締結状態を切り換え、第２変速機３５、第３変速機７０の変速比を調節することで、第１変速機７の１速相当、４速相当、６速相当の変速比を実現することができる。

図１４は、第１変速機７においてアップシフト動作を行うときの駆動力変化を示したものである。この車両においては、変速動作中は第１変速機７の変速段、第２変速機３５の変速段をあわせて制御することで、それまで後輪１１に伝達されていたエンジン１の駆動力を前輪３９に伝達するようにし、さらに、モータジェネレータ４１のアシストを加えることで駆動力が変速前後で連続的に変化するようにし、滑らかな変速動作を実現している。

さらに、第１変速機７が２速から３速さらには４速へと変速する際には、第２変速機３５では第２のギヤ列５３が選択され、エンジン１から前輪３９までの変速比は第１変速機７における４速相当となる。また、第１変速機７が４速から５速さらには６速へと変速する際には、第２変速機３５では第２のギヤ列５３を選択するとともに、第３変速機７０のドグクラッチ７７をハウジング７９に接続して第３変速機７０の変速比を１よりも小さくし、エンジン１から前輪３９までの変速比を第１変速機７の６速相当まで小さくする。つまり、エンジン１から前輪３９までの変速比は常に第１変速機７の変速比以下になるように設定される。これにより、アップシフト時にエンジン１の駆動力を第２の入力軸３３に入力するときには、エンジン１の回転速度は常に低められる方向となり、エンジン１のイナーシャも駆動力として活用できる。さらに、エンジン１の回転速度の落ち込みを速くできるので、変速時間の短縮も可能となる。

図１５は、１速から２速への変速時の動作概要を示したものである。なお、図１５に示すパワートレインの構成は変速動作が分かりやすいように簡略化して描かれているため、実際の構成とは相違する。後に示す図１６、図１７も同様である。

１速では、第１クラッチ３及び第２クラッチ３１を締結して、４輪に駆動力を分配して走行している。車速が上がり、２速への変速要求が発せられると、第１クラッチ３の締結力を低下させる。第１クラッチ３の締結力が低下すると、エンジン１の駆動力は自ずと第２クラッチ３１のほうへ伝達される。このとき、車両の駆動力は前輪２輪で伝達可能な駆動量力である。

第１クラッチ３解放後、第１変速機７のドグクラッチ２１の接続するギヤ列を１速用ギヤ列１４から２速用ギヤ列１５へと切り換える。第１クラッチ３が解放され、第１変速機７への入力トルクがゼロであるので、ドグクラッチ２１の切り換えは容易に行える。

また、１速から２速へ切り換えるときに、第１の入力軸５は回転速度を低められる方向であるので、第１の入力軸５のイナーシャに起因する正トルクが後輪１１に発生する。そこで、ドグクラッチ２１を２速用ギヤ列１５に締結する際には、モータジェネレータ４１のアシストトルクを減らすようにすれば、駆動力がさらに連続的に変化するようになり、より滑らかな変速品質を実現する。

ドグクラッチ２１切り換え後、第２クラッチ３１と第１クラッチ３の掛け換えを行う。このとき、エンジン１の回転速度は低められ、エンジン１のイナーシャに起因する正トルクが発生するので、モータジェネレータ４１もしくはエンジン１の出力調整と、第１クラッチ３と第２クラッチ３１の締結力制御を行うことで、違和感のない変速動作が実現できるようにする。

また、図１６は、３速から４速への変速時の動作概要を示したものである。３速では、エンジン１の駆動力を、第１変速機７の３速用ギヤ列１６を介して後輪１１へ伝達して走行している。車速が上がり、４速への変速要求が出されると、第１クラッチ３の締結力を低下させると同時に、第２クラッチ３１の締結力を増大させる。

第２変速機３５では、第２のギヤ列５３が選択されており、エンジン１から前輪３９への変速比は第１変速機７の４速相当である。そのため、エンジン１の駆動力は、４速相当の変速比で前輪３９へと伝えられ、車両を駆動する。このとき、エンジン１のイナーシャに起因する正トルクが発生するので、モータジェネレータ４１もしくはエンジン１の出力調整と、第２クラッチ３１の締結力制御で、違和感のない変速動作が実現されるようにする。

第１クラッチ３解放後、第１変速機７のドグクラッチ２２が接続するギヤ列を、３速用ギヤ列１６から４速用ギヤ列１７に切り換える。第１クラッチ３が解放され、第１クラッチ７への入力トルクがゼロであるので、ドグクラッチ２２の切り換えは容易に行える。

ドグクラッチ２２切り換え後、第２クラッチ３１と第１クラッチ３の掛け換えを行う。このとき、エンジン１の回転速度は既に４速相当であるので、掛け換え動作によるイナーシャトルクは発生しない。

また、図１７は、５速から６速への変速時の動作概要を示したものである。５速状態では、エンジン１の駆動力を、第１変速機７の５速用ギヤ列１８を介して後輪１１へ伝達して走行している。車速が上がり、６速への変速要求が出されると、第１クラッチ３の締結力を低下させると同時に、第２クラッチ３１の締結力を増大させる。

第２変速機３５では第２のギヤ列５３が選択され、第３変速機７０も増速機構として機能しているので、エンジン１から前輪３９への変速比は第１変速機７の６速相当である。そのため、エンジン１の駆動力は６速相当の変速比で前輪３９へ伝えられ、車両を駆動する。このとき、エンジン１のイナーシャに起因する正トルクが発生するので、モータジェネレータ４１もしくはエンジン１の出力調整と、第２クラッチ３１の締結力制御を行うことで、違和感のない変速動作を実現する。

第１クラッチ３解放後、第１変速機７のドグクラッチ２３を中立状態にするとともに、ドグクラッチ２０によって第１変速機７の入力軸７ｉと出力軸７ｏを直結状態とする。第１クラッチ３が解放され、第１変速機７への入力トルクがゼロであるので、ドグクラッチ２０、２３の切り換えは容易に行える。

ドグクラッチ２０、２３の切り換え後、第２クラッチ３１と第１クラッチ３の賭け換えを行う。このとき、エンジン１の回転速度は既に６速相当であるので、掛け換え動作によるイナーシャトルクは発生しない。

この第２の実施形態では第１の実施形態の作用効果に加え、以下のような作用効果がある。

第２変速機３５と第２クラッチ３１の間に介装され、複数の変速段を有する第３変速機７０を備えたことにより、エンジン１から前輪３９までの変速の自由度を増やすことができる。

また、第１変速機７の変速比よりもエンジン１から前輪３９までの変速比が小さくなるように第１、第２及び第３変速機の変速段が選択されるようにすれば、第１クラッチ７の締結力を減少させるとともに第２クラッチ３１の締結力を増大させればエンジン１の駆動力が前輪３９へと伝達されるようになる。これにより、変速時に第１クラッチ７を解放しても路面に伝達される駆動力がゼロにはならないので、駆動力が急減してショックが生じるのを抑えることができる。また、エンジン１の回転速度が低められる方向にあり、アップシフト時はエンジン回転速度を早く低下させることができるので、変速時間を短縮して変速品質を向上させることができる。さらに、第２クラッチ３１締結時にエンジン１のイナーシャに起因するトルクも駆動力として有効利用することができるので、車両の効率を高めることができ、変速終了後、第１クラッチ７を締結するときのイナーシャショックも軽減することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

第１の入力軸５と第２の入力軸３３の間に第３クラッチ８０が介装されており、第３クラッチ８０を締結すれば、第１の入力軸５と第２の入力軸３３とを接続することができる点が第２の実施形態と相違する。

この第３の実施形態では第２の実施形態の作用効果に加え、回生時に第１クラッチ３及び第２クラッチ３１を解放し、第３クラッチ８０を締結することにより、モータジェネレータ４１で前輪３９及び後輪１１の制動力を回収可能であるという作用効果がある。このとき、第１変速機７の変速段にあわせて、第２変速機３５、第３変速機７０の変速段を切り換え制御することにより、第１の入力軸５と第２の入力軸３３の回転速度差を小さくし、第３クラッチ８０を締結しやすいように制御することができる。

なお、ここでは、第２の実施形態の構成に対して第３クラッチを追加しているが、第１の実施形態の構成に対して第３クラッチを追加しても構わない。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

第１の入力軸５と第１変速機７の間に第２のモータジェネレータ９０が介装されており、後輪１１の制動エネルギを第２のモータジェネレータ９０で回生できる点が第２の実施形態と相違する。第２のモータジェネレータ９０は、第２のインバータ９１で駆動され、インバータ９１に接続されるバッテリ４５は第１のモータジェネレータ４１と共通のものである。

この第４の実施形態では第２の実施形態の作用効果に加え、前輪３９の制動力をモータジェネレータ４１で回生し、後輪１１の制動力を第２のモータジェネレータ９０で回生することができ、第２のモータジェネレータ９０を利用した後輪アシストも可能であるという作用効果がある。さらに、第１クラッチ３を締結すれば、第２のモータジェネレータ９０を利用してエンジン１を始動することもできるので、スタータジェネレータ２が不要になる。

なお、ここでは、第２の実施形態の構成に対して第２のモータジェネレータ９０を追加しているが、第１あるいは第３の実施携帯の構成に対して第２のモータジェネレータ６０を追加しても構わない。また、第２モータジェネレータ９０は、後輪１１に駆動力を伝達可能な位置であれば第１の変速機７と後輪１１の間等、他の位置に設けても構わない。

本発明は、２種類の駆動力源を有するハイブリッド車両であって４輪駆動を行う車両に適用され、４輪駆動で走行可能な運転領域を拡大し、車両の走行性能、走行安定性を向上させるのに有用である。

本発明に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 第１変速機の概略構成図である。 第２変速機のギヤ列の変速比の設定方法を説明するための図である。 モータジェネレータの特性図である 駆動力マップである。 コントローラが行う駆動モード切換え制御の内容を示したフローチャートである。 発進加速時の駆動力伝達経路(第１の駆動モード）を示した図である。 中高速走行時の駆動力伝達経路(第２の駆動モード）を示した図である。 コントローラが行うアップシフト制御の内容を示したフローチャートである。 アップシフト制御を行ったときのタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 第３変速機の概略構成図である。 第１変速機の変速段と、第２及び第３変速機のドグクラッチの締結状態の組み合わせを示した表である。 第１変速機においてアップシフト動作を行うときの駆動力変化を示した図である。 変速段を１速から２速に変更するときの動作概要を示した図である。 変速段を３速から４速に変更するときの動作概要を示した図である。 変速段を５速から６速に変更するときの動作概要を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 本発明の第４の実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。

符号の説明

１ エンジン
３ 第１クラッチ
７ 第１変速機
１１ 後輪
３１ 第２クラッチ
３５ 第２変速機
３９ 前輪
４１ モータジェネレータ
４３ インバータ
４５ モータジェネレータ
５１ 第１のギヤ列
５３ 第２のギヤ列
５５ ドグクラッチ
６０ コントローラ
６１ 回転速度センサ
６２ 回転速度センサ（車速センサ）
６３ アクセル操作量センサ
７０ 第３変速機
８０ 第３クラッチ
９０ 第２のモータジェネレータ

Claims (14)

1. エンジンと、
   第１駆動輪と、
   前記第１駆動輪よりも車両の前側あるいは後側に配置される第２駆動輪と、
   前記エンジンと前記第１駆動輪の間に介装され、複数の変速段を有する第１変速機と、
   前記エンジンと前記第２駆動輪の間に介装され、複数の変速段を有する第２変速機と、
   前記第１変速機と前記エンジンとの間に介装される第１クラッチと、
   前記第２変速機と前記エンジンとの間に介装される第２クラッチと、
   前記第２変速機と前記第２クラッチの間に介装されるモータジェネレータと、
   前記第１クラッチ及び第２クラッチを締結して前記エンジンの駆動力を前記第１及び第２駆動輪に伝達する第１の駆動モードと、前記第１クラッチを締結して前記エンジンの駆動力を前記第１駆動輪に伝達するとともに前記第２クラッチを解放して前記モータジェネレータの駆動力を前記第２駆動輪に伝達する第２の駆動モードとを切り換える手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記第２変速機の最大変速比が前記第１変速機の最大変速比と等しく、発進加速時に前記第１の駆動モードで走行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。
3. 前記第１変速機の変速段の数が前記第２変速機の変速段の数よりも多い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。
4. 前記第１変速機よりも前記第２変速機のほうが、変速段を１段変更したときの変速比の変化量が大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
5. 前記第１変速機の変速比よりも前記第２変速機の変速比が小さくなるように前記第１及び第２変速機の変速段が選択されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
6. 前記第２クラッチの締結力を上昇させるとともに前記第１クラッチの締結力を低下させた後に前記第１変速機の変速段を変更することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
7. 前記第１変速機の変速段を変更する間、前記モータジェネレータのトルクを調整して車両の駆動力を連続的に変化させ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。
8. 前記第１変速機は、ギヤ比の異なる複数のギヤ列を有し、駆動力伝達に用いるギヤ列を切り換えることで変速段を切り換える変速機であることを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド車両。
9. 前記第１駆動輪及び前記第１変速機は前記第２駆動輪よりも車両の後側に配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
10. 前記第２変速機と前記第２クラッチの間に介装され、複数の変速段を有する第３変速機を備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
11. 第１変速機の変速比よりも前記エンジンから前記第２駆動輪までの変速比が小さくなるように前記第１、第２及び第３変速機の変速段が選択されることを特徴とする請求項１０に記載のハイブリッド車両。
12. 前記第１変速機の入力軸と前記第２変速機の入力軸との間を接続あるいは解放するためのクラッチをさらに備えたことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
13. 前記第１駆動輪に駆動力伝達可能に接続される第２モータジェネレータをさらに備えたことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
14. エンジンと、
    前記エンジンの駆動力を伝達する軸と、
    前記軸と後輪の間に介装される第１変速機と、
    前記エンジンと前輪の間に介装され、前記第１の変速機よりも車両の前側に配置される第２変速機と、
    前記第２変速機と前記エンジンとの間に介装されるクラッチと、
    前記第２変速機と前記クラッチの間に介装されるモータジェネレータと、
    を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。

Images