JP2006103535A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド車両において、エンジン、モータ・ジェネレータ、および変速機をより適切に配置し、車両の重量バランスをとりやすくする。
【解決手段】 エンジン２と、モータ・ジェネレータ３，４と遊星歯車機構９とを一体的に備えるハイブリッド変速機５と、を備えるハイブリッド車両１において、ハイブリッド変速機５をエンジン２の車両前後方向後方に離間配置した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関する。

従来、エンジンとモータ・ジェネレータとを搭載するハイブリッド車両では、モータ・ジェネレータが車両前後方向の略中央部に配置される例がある（例えば特許文献１）。
特開平９−９５１４９号公報

しかしながら、モータ・ジェネレータを車両の前後方向の略中央部に配置すると、キャビンスペースが狭くなってしまう。かと言って、モータ・ジェネレータを車両の前方に配置すると、重量の嵩むエンジンに近づき、車両の重量バランスをとりにくくなってしまう。

そこで、本発明は、ハイブリッド車両において、エンジン、モータ・ジェネレータ、および変速機をより適切に配置し、キャビンスペースの確保と車両の重量バランスをとりやすくすることを目的とする。

本発明は、内燃機関と、モータ・ジェネレータと遊星歯車機構とを一体的に備えるハイブリッド変速機と、を備えるハイブリッド車両において、前記ハイブリッド変速機を内燃機関の車両前後方向後方に離間配置したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、エンジンとハイブリッド変速機とを車両前後方向に離間して配置したため、エンジン、モータ・ジェネレータ、および変速機を一体化させた場合に比べて、車両の重量バランスをとりやすくなる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１〜図１０は、本発明の一実施形態を示しており、図１は、本実施形態にかかるハイブリッド車両の概略構成を示す平面図（下面図）、図２は、ハイブリッド車両の概略構成を示す側面図、図３は、ハイブリッド変速機が搭載される部分を拡大して示す平面図（下面図）、図４は、ハイブリッド変速機の外観を示す側面図、図５は、インバータまたはバッテリとプロペラシャフトとを示す模式図（軸方向視）、図６は、エンジンおよび前輪駆動用モータ・ジェネレータを示す斜視図、図７は、前輪駆動用モータ・ジェネレータの断面図（軸方向に沿う断面図）。図８は、ハイブリッド変速機の共線図、図９は、ハイブリッド変速機の概略構成図（断面図）、また図１０は、ハイブリッド変速機の摩擦締結要素の制御例を示す図である。なお、各図中、ＦＲは車両前後方向前方を、またＵＰＲは車両上方を示す。また、図９は、軸より上側の半分のみ示している。

本実施形態にかかるハイブリッド車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、二つのモータ・ジェネレータ３，４および遊星歯車機構９を含むハイブリッド変速機５と、を備えており、主としてモータ・ジェネレータ３，４の駆動力を利用して走行するモード（以下、ＥＶモードと記す）と、エンジン２およびモータ・ジェネレータ３，４の駆動力を利用して走行するモード（以下、ＨＥＶモードと記す）との二つのモードで走行することができる。これら走行モードの切り替えは、ハイブリッド変速機５の動作によって実現されるが、これについては後述する。

また、このハイブリッド車両１では、エンジン２および二つのモータ・ジェネレータ３，４は、いずれも後輪６を駆動するのに用いられる。すなわち、エンジン２は、所謂縦置きの姿勢で車体前部空間（エンジンルーム）７内に配置されており、エンジン２の回転は、車両１の車幅方向中央に配置された駆動軸としてのプロペラシャフト８、ハイブリッド変速機５内の遊星歯車機構９、および後差動歯車１０を介して後輪６に伝達される。つまり、エンジン２に関してはいわゆるフロントエンジン−リヤドライブ（ＦＲ）のレイアウトとなっている。一方、ハイブリッド変速機５内に設けられる二つのモータ・ジェネレータ３，４の回転も、遊星歯車機構９および後差動歯車１０を介して後輪６に伝達される。

さらに、このハイブリッド車両１は、エンジンルーム７内に、上記二つのモータ・ジェネレータ３，４とは別に、前輪駆動用のモータ・ジェネレータ１１を備えており、前輪１２、後輪６の双方を駆動する四輪駆動走行も可能である。

そして、図１および図２に示すように、本実施形態では、エンジン２とハイブリッド変速機５とが、車両前後方向に離間配置されている。具体的には、エンジン２がエンジンルーム７内に配置される一方、ハイブリッド変速機５が後部座席の床下位置付近に配置されている。

このように、エンジン２とハイブリッド変速機５とを車両前後方向に離間配置することで、重量の嵩む構成要素が車両前後方向に分散される。この場合、特に、エンジン２を車両重心１３（図２）より前方に、また、ハイブリッド変速機５を車両重心１３より後方に配置するのが好適である。

また、図３および図４に示すように、本実施形態では、ハイブリッド変速機５を、後輪６に接続される後差動歯車１０の車両前後方向前側に隣接配置し、ハイブリッド変速機５と後差動歯車１０とを一体化して統合ユニット１４を構成している。

この統合ユニット１４は、車体骨格部材またはそれに支持される部材に、車両前後方向に離れた複数箇所で取り付けられている。

具体的には、車体骨格部材として、車幅方向両端部で車両前後方向に延在する二本のサイドメンバ１５間に、後部座席のほぼ下方となる位置で車幅方向に伸びるリヤシートクロスメンバ２５が架設されており、当該リヤシートクロスメンバ２５の車幅方向中央に形成される凹部（フロアトンネル部２８）の両端間に、トンネルステー２６が架設されている。他方、統合ユニット１４のケーシング１８のうちハイブリッド変速機５（好適には最も前側のモータ・ジェネレータ３）が配置される部分のケーシング１８ａには、フランジ１９が固定されており、そのフランジ１９が防振マウント２０を介してトンネルステー２６に支持されている。

さらに、その車両前後方向後側で、リヤサイドメンバ１５Ａには、防振マウント２２を介してリヤサスペンションメンバ２１が取り付けられる一方、統合ユニット１４のケーシング１８のうち後差動歯車１０が配置される部分のケーシング１８ｂの前端部には、フランジ２３が固定されており、そのフランジ２３が防振マウント２４を介してリヤサスペンションメンバ２１の前側フレーム２１ａに支持されるとともに、ケーシング１８ｂの後端部が、リヤサスペンションメンバ２１の後側フレーム２１ｂに防振マウント２７を介して支持されている。

すなわち、本実施形態では、図３に示すように、統合ユニット１４を、少なくともハイブリッド変速機５側の位置Ａと後差動歯車１０側の位置Ｂ，Ｃとを含む車両前後方向に離間した複数位置（Ａ〜Ｃ）で、車体骨格部材に支持される部材（トンネルステー２６およびリヤサスペンションメンバ２１）に取り付けている。

こうすることで、従来のように後差動歯車のみがリヤサスペンションメンバ２１に支持されていた場合に比べて、駆動反力として後輪６側から後差動歯車１０側に入力されるトルク（ワインドアップ）に対するモーメントアーム（この場合、位置Ａと位置Ｃとの間の距離Ｌ１）が従来（＝Ｌ２にほぼ等しい長さ）に比べて長くなるため、支持点で車体骨格部材に入力される荷重を減らすことができる。また、本実施形態では、位置Ａ〜Ｃの三箇所で統合ユニット１４を支持する構成となっているが、このように、車両前後方向でより多くの位置（従来は二箇所）で分散支持することによっても、各位置の入力荷重を低減することができる。なお、図１，２，４中の４５は、燃料タンクであり、ハイブリッド変速機５の上方を跨ぐ所謂鞍型タンクとして構成されている。

さらに、本実施形態では、図１および図２に示すように、エンジン２とハイブリッド変速機５との間に、インバータ１６およびバッテリ１７が設けられている。具体的には、インバータ１６およびバッテリ１７を、前部座席のほぼ下方となる位置で、車幅方向中心線（フロアトンネル部２８およびプロペラシャフト８）を挟んで対向配置している。そして、インバータ１６とバッテリ１７とは、フロアトンネル部２８の凹状の内壁面に沿って横断するハーネス２９によって相互に接続される一方、インバータ１６とモータ・ジェネレータ３，４との間、およびインバータ１６とモータ・ジェネレータ１１との間は、フロアトンネル部２８内を縦断するハーネス３０，３１によって接続されている。

このように、モータ・ジェネレータ３，４用のインバータ１６またはバッテリ１７を、エンジン２とハイブリッド変速機５を含む統合ユニット１４との間に配置することで、重量の嵩む構成要素を車両前後方向に良好に分散することができる。また、インバータ１６およびバッテリ１７を車両前後方向のほぼ同位置に並べ、車幅方向中心線を挟んで対向配置することで、車両の車幅方向の重量バランスを取りやすくなる上、車両前後方向にずらして配置する場合に比べ、ハーネス２９の距離が短くて済む。また、ハーネス２９，３０，３１をフロアトンネル部２８内で配索することで、他の領域で配索する場合に比べて容易に配索できるようになり、かつハーネス２９，３０，３１の保護性を高めることができる。

さらに、本実施形態では、図５に示すように、インバータ１６またはバッテリ１７を、プロペラシャフト８とほぼ同じ高さ位置に設け、側面衝突によりインバータ１６またはバッテリ１７に加わる衝撃を、プロペラシャフト８を変形させて吸収するようにし、さらに、この衝撃吸収をより確実なものとすべく、プロペラシャフト８を例えば炭素繊維やガラス繊維を含む中実または中空の強化繊維合成樹脂材等で構成し、その断面潰れ（変形）剛性を、インバータ１６やバッテリ１７の座屈剛性（または曲げ剛性）より低くしている。

一方、本実施形態では、図６に示すように、エンジン２と前輪駆動用のモータ・ジェネレータ１１とを一体化している。具体的には、エンジン２の車両前後方向後側に、モータ・ジェネレータ１１を隣接配置して、モータ・ジェネレータ１１のケーシング３２を、エンジン２のケーシング３３にボルト締結している。なお、モータ・ジェネレータ１１の回転は、車両前後方向前側かつエンジン２の下方に配置される前差動歯車３４を介して前輪１２に伝達される。

このモータ・ジェネレータ１１は、例えば、図７に示すような形態で設けることができる。すなわち、モータ・ジェネレータ１１は、ケーシング３２の内側に固定されたステータ３５と、ステータ３５の内周側を回転するロータ３６と、ロータ３６に接続されるモータ出力軸３７とを備えており、当該モータ出力軸３７の回転が、チェーンや歯車等の伝動要素３８を介して前差動歯車の入力軸３９に伝達されるようにしてある。このとき、モータ出力軸３７は管状（中空）に形成されており、この管内にエンジン２の回転をプロペラシャフト８に伝達するトランスファシャフト４０が緩挿されている。なお、本実施形態では、エンジン２の出力軸４１にフライホイル４２が接続され、このフライホイル４２の後段にトランスファシャフト４０が接続されている。

すなわち、本実施形態では、モータ出力軸３７を中空構造とし、その中空部分に、エンジン２の回転を伝達するトランスファシャフト４０を貫通させるようにしたので、モータ・ジェネレータ１１を、エンジン２の出力側、すなわち車両前後方向後側に、容易に隣接配置することができる。

ところで、本実施形態にかかるハイブリッド変速機５は、図４等に示すように、第１のモータ・ジェネレータ３、第２のモータ・ジェネレータ４、および遊星歯車機構９を、車両前後方向前側から後側に向けて、この順に縦続させて配置している。

このように、二つのモータ・ジェネレータ３，４を、車両前後方向前側の位置、すなわちインバータ１６およびバッテリ１７に近い位置に配置することで、これらの間を接続するハーネス３０の距離が短縮される。また、遊星歯車機構９を車両前後方向の後側に配置して、その後方に隣接する後差動歯車１０と隣接するようにしたので、遊星歯車機構９と後差動歯車１０との間でギヤオイル等を共用することも可能である。また、遊星歯車機構９より重いモータ・ジェネレータ３，４を、車両前後方向前側に配置しているため、自重により、後差動歯車１０の回転軸心に対して統合ユニット１４を前方に沈ませる方向のモーメントが大きくなり、その分、後輪６側から後輪回転軸心に対して統合ユニット１４を前方に浮き上がらせる方向のトルクとしてのワインドアップ入力が相殺され、各支持点に対する入力荷重を小さくすることができる。

ところで、このハイブリッド変速機５は、共線図上に４つ以上の入出力要素が配置される差動装置を配置し、それら要素のうち内側に配列される二つの要素の一方にエンジン２からの入力を、他方に駆動系統（本実施形態では後輪６）への出力をそれぞれ割り当てると共に、外側に配列される二つの要素にそれぞれモータ・ジェネレータ３，４を連結し、エンジン２の出力に対してモータ・ジェネレータ３，４に負担させるエネルギを小さくするようにしたものである。このため、モータ・ジェネレータ３，４を比較的小さく構成することができ、特に、本実施形態のように、ハイブリッド変速機５をフロアトンネル部２８の後部に配置する場合や、さらに当該ハイブリッド変速機５内で二つのモータ・ジェネレータ３，４および遊星歯車機構９を車両前後方向に縦列配置する場合には、径方向のサイズを小さくすることができて有利である。

本実施形態では、その一例として、図８の（ａ）に示すように、共線図上で差動要素ＰＧ２の左端の要素に第１のモータ・ジェネレータＭＧ１（モータ・ジェネレータ３の入出力軸）を連結し、同右端の要素に第２のモータ・ジェネレータＭＧ２（モータ・ジェネレータ４の入出力軸）を連結し、その間の二つの要素の一方にエンジン２からの入力Ｎｅを、他方に出力Ｎｏを連結している。なお、エンジン２からの入力Ｎｅは、エンジンクラッチＥＣ（図９）を介して差動要素ＰＧ２に入力されるようになっており、このエンジンクラッチＥＣを締結するとＨＥＶモードとなり、解放するとＥＶモードとなる。

具体的な構成としては、例えば、図９に示すように、遊星歯車機構９を、前段の遊星歯車組ＰＧ１、中段の遊星歯車組ＰＧ２、後段の遊星歯車組ＰＧ３を備えるものとし、これらをプロペラシャフト８に繋がるハイブリッド変速機５の入力軸４３および出力軸４４と同軸に配置して、ケーシング１８に内蔵させる。そして、入力軸４３をエンジンクラッチＥＣを介してキャリアＣ２およびリングギヤＲ３に結合する一方、出力軸４４をキャリアＣ３に結合する。また、ＭＧ１を、リングギヤＲ２に結合し、さらにハイローブレーキＨＬＢによってケーシング１８に固定可能とする一方、ＭＧ２をサンギヤＳ１およびＳ２に結合する。また、キャリアＣ１およびサンギヤＳ１間をハイクラッチＨＣにより結合可能とし、さらにキャリアＣ１をローブレーキＬＢによってケーシング１８に固定可能とする一方、リングギヤＲ１をサンギヤＳ３に結合する。なお、図８および図９中、Ｍ２は、リングギヤＲ１とサンギヤＳ３とを接続する回転メンバであり、Ｎ１，Ｎ２は、それぞれ、ＭＧ１およびＭＧ２の回転数を示す。

そして、かかる構成のハイブリッド変速機５について、図示しない制御機構によって、図１０に示すように、エンジンクラッチＥＣ、ローブレーキＬＢ、ハイクラッチＨＣ、およびハイローブレーキＨＬＢの締結／解放を制御することで、ＨＥＶモード、ＥＶモードのそれぞれについて、ロー固定変速比モード（Ｌｏｗ）、ロー側無段変速比モード（Ｌｏｗ−ｉＶＴ）、２速固定モード（２ｎｄ）、ハイ側無段変速比モード（Ｈｉ−ｉＶＴ）、およびハイ固定変速比モード（Ｈｉｇｈ）の５つの走行モードが実現される。

この構成のハイブリッド変速機５では、遊星歯車機構９を構成する遊星歯車組Ｇ１〜Ｇ３を全て単純遊星歯車組で構成しており、コスト的に有利である。また、図８の共線図上で出力（Ｏｕｔ）に近い側のＭＧ２を、直径の小さなサンギヤＳ１，Ｓ２に結合するため、高速回転時の遠心力を小さくすることができ、耐久性の点でも有利である。

以上説明したように、本実施形態によれば、ハイブリッド変速機５とエンジン２とを車両前後方向に離間配置したため、車両前後方向の重量バランスが取りやすくなり、より容易に車両の運動性能を向上できるようになる。

しかも、エンジン２を車両重心１３より車両前後方向前方に配置し、かつハイブリッド変速機５を車両重心１３より車両前後方向後方に配置したため、より一層車両前後方向の重量バランスが取りやすくなり、さらに容易に車両の運動性能を向上できるようになる。

また、本実施形態によれば、ハイブリッド変速機５を後差動歯車１０の車両前後方向前側に隣接配置して一体化したため、組み付けがより容易になり、製造の手間やコストが低減されるとともに、振動点に一体化される質量が増大して振動エネルギの消費量が増大する分、車体側に伝わる音や振動の強度が小さくなり、車室内の静粛性を向上することができる。

しかも、それらを一体化した統合ユニット１４を、少なくともハイブリッド変速機５側の位置Ａと後差動歯車１０側の位置Ｂ，Ｃとを含む車両前後方向に離間した複数位置Ａ〜Ｃで、車体骨格部材またはそれに支持される部材に取り付けたため、ワインドアップのモーメントアームが長くなり、支持点の入力荷重を減らすことができる分、より柔軟で安価な防振マウント２０，２４，２７を用いて所期の防振効果を得ることができる上、防振マウント２０，２４，２７の耐久性が向上するという利点もある。

また、本実施形態によれば、モータ・ジェネレータ３，４，１１用のインバータ１６またはバッテリ１７を、エンジン２とハイブリッド変速機５との間に配置したため、重量の嵩む構成要素が車両前後方向に良好に分散され、車両の前後の重量バランスを取りやすくなり、より容易に車両の運動性能を向上できるようになる。

しかも、インバータ１６およびバッテリ１７を、車両の車幅方向中心を挟んで対向配置したため、車両の横方向（車幅方向）の重量バランスを取りやすくなり、さらに容易に車両の運動性能を向上できるようになる。

また、本実施形態によれば、インバータ１６またはバッテリ１７をプロペラシャフト８とほぼ同じ高さ位置に設け、プロペラシャフト８をインバータ１６またはバッテリ１７の側面衝突用の衝撃吸収部材として用いるため、別途衝撃吸収部材を設けた場合に比べて、より簡素な構成でインバータ１６やバッテリ１７を保護できるようになる。

また、本実施形態によれば、ハイブリッド変速機５内で、二つのモータ・ジェネレータ３，４を遊星歯車機構９より車両前後方向前側に配置したため、ワインドアップ入力を相殺する前沈み方向のモーメントが大きくなり、その分、支持点への入力荷重が減り、防振マウントの耐久性を向上することができる。さらに、遊星歯車機構９と後差動歯車１０の潤滑系を共用し、潤滑系の装置構成をより簡素化して、製造コストを低減することも可能となる。特に、インバータ１６やバッテリ１７をハイブリッド変速機５の前側に配置する場合には、モータ・ジェネレータ３，４とインバータ１６との間のハーネス３０の距離を短くすることができる分、電力損失を少なくすることができる。しかも、その場合、当該ハーネス３０をより細くすることができる分、レイアウト性が向上するという利点もある。

また、本実施形態によれば、前輪駆動用のモータ・ジェネレータ１１をエンジン２と一体化したため、一体化したことによる組み付け容易性の向上や製造コスト低減の効果はもとより、振動点に一体化される質量が増大して振動エネルギの消費量が増大する分、車体側に伝わる音や振動の強度を小さくして、車両の静粛性を向上することができる。しかも、従来、エンジン２に、トルクコンバータや、後輪駆動用の変速機ユニット、モータ・ジェネレータ等を直結していた部分のスペースに、前輪駆動用のモータ・ジェネレータ１１を割り当てることができるようになり、その分、よりサイズが大きい高出力のモータ・ジェネレータ１１を設けて、前輪１２の駆動トルクを大きくすることも可能になる上、他の部品のレイアウトの自由度も向上するという利点がある。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に種々の改変を施すことができる。例えば、上記ハイブリッド変速機５はあくまで一例に過ぎず、遊星歯車機構を別構成としたり、要素間の結合構成を変えたり、あるいは二つのモータ・ジェネレータを統合したりする等、他の構成のものを用いることも勿論可能である。

本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両の平面図（下面図）。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両の側面図。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両の統合ユニットが搭載される部分を拡大して示す平面図（下面図）。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両の統合ユニットを示す側面図。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両のインバータまたはバッテリとプロペラシャフトとを示す模式図（正面図）。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両のエンジンおよび前輪駆動用モータ・ジェネレータを示す斜視図。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両の前輪駆動用モータ・ジェネレータの断面図（軸方向に沿う断面図）。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両に搭載されるハイブリッド変速機の共線図。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両に搭載されるハイブリッド変速機の概略構成図。 本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両に搭載されるハイブリッド変速機の摩擦締結要素の制御例を示す図。

符号の説明

１ ハイブリッド車両
２ エンジン（内燃機関）
３，４ モータ・ジェネレータ
５ ハイブリッド変速機
６ 後輪
８ プロペラシャフト（駆動軸）
９ 遊星歯車機構
１０ 後差動歯車
１１ モータ・ジェネレータ（前輪駆動用のモータ）
１２ 前輪
１３ 車両重心
１４ 統合ユニット（ユニット）
１６ インバータ
１７ バッテリ
２１ リヤサスペンションメンバ（車体骨格部材に支持される部材）
２５ リヤシートクロスメンバ（車体骨格部材）
２６ トンネルステー（車体骨格部材に支持される部材）

Claims (9)

1. 内燃機関と、モータ・ジェネレータと遊星歯車機構とを一体的に備えるハイブリッド変速機と、を備えるハイブリッド車両において、
   前記ハイブリッド変速機を内燃機関の車両前後方向後方に離間配置したことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記内燃機関を車両重心より車両前後方向前方に配置する一方、ハイブリッド変速機を車両重心より車両前後方向後方に配置した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. 前記ハイブリッド変速機と車両の後輪に接続される後差動歯車とを一体化した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. 前記ハイブリッド変速機と後差動歯車とを一体化したユニットを、少なくともハイブリッド変速機側の位置と後差動歯車側の位置とを含む車両前後方向に離間した複数位置で、車体骨格部材またはそれに支持される部材に取り付けたことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両。
5. 前記モータ・ジェネレータ用のインバータまたはバッテリを、内燃機関とハイブリッド変速機との間に配置したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
6. 前記インバータを車両の車幅方向中心の一方側に配置し、前記バッテリをその他方側に配置したことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド車両。
7. 前記インバータまたはバッテリを、内燃機関とハイブリッド変速機との間で車両前後方向に伸びる駆動軸とほぼ同じ高さ位置に設け、
   側面衝突によりインバータまたはバッテリに加わる衝撃を駆動軸を変形させて吸収するようにしたことを特徴とする請求項５または６に記載のハイブリッド車両。
8. 前記ハイブリッド変速機に二つのモータ・ジェネレータを含め、それらを遊星歯車機構より車両前後方向前側に配置したことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両。
9. さらに、車両の前輪を駆動する前輪駆動用のモータを、前記内燃機関と一体化して備えることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか一つに記載のハイブリッド車両。

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