JP2007253736A

JP2007253736A - ハイブリッド駆動装置

Info

Publication number: JP2007253736A
Application number: JP2006079222A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Jiyougahara; 政和城ケ原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】ハイブリッド駆動装置において、簡単な機構によって低速、高速のギヤの切替えを行う。
【解決手段】ハイブリッド車両の動力出力機構２０に接続された動力伝達系４８において、動力伝達軸５０に接続されたハブ６２と、ハブ６２の両側で、動力伝達軸５０と同軸上に回転自在に配設された第１ドライブギヤ５４と、第２ドライブギヤ５６と、ハブ６２と各ドライブギヤとの係合を行うハブスリーブ６４とを有し、ハブスリーブ６４をスライドさせて車軸８０との動力伝達経路を第１ドライブギヤ側と第２ドライブギヤ側とに切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両のハイブリッド駆動装置に関する。

車両用ハイブリッドシステムは、エンジンと電気モータの２種類の動力源を組み合わせて走行するものをいう。この車両用ハイブリッドシステムには、エンジンで発電機を駆動し、発電した電力によってモータが車輪を駆動するシリーズハイブリッドシステムと、エンジンとモータが車輪を駆動する方式で、二つの駆動力を状況に応じて使うことができるパラレルハイブリッドとこの双方の特徴を組み合わせたシリーズ・パラレルハイブリッドがある。シリーズ・パラレルハイブリッドは、エンジン動力を動力分割機構により分割し、一方で直接車輪を駆動、他方は発電に使用し、その発電電力でモータを駆動させるため、モータの使用割合がパラレル方式に比べ多くなるものである。そしてエンジンとモータの使用割合を走行状態に応じて制御しており、高トルクが必要な場合には、モータとエンジンの双方の出力を駆動出力として使用することができるようになっているものである。このため、発電機、モータは両方の機能を併せ持つモータジェネレータが使用されているが、以下の説明では、主に発電機の機能を果たしているものを第１モータジェネレータ（発電機）、主にモータの機能を果たしているものを、第２モータジェネレータ（モータ）として表す。

このようなシリーズ・パラレルハイブリッドシステムに用いられているハイブリッド駆動装置は、エンジンの回転数と第１モータジェネレータ（発電機）および第２モータジェネレータ（モータ）の回転数を無段階に変化させながら増速、減速できるので（例えば、特許文献１参照）、従来のガソリンエンジン車のようなトランスミッションを備えていることは少ない。また、近年はより燃費の向上を図るために全電動走行が可能となるように、モータに十分なトルク特性を確保するようにしていることから、さらにトランスミッションを備えていることは少なくなってきている。

ところが、登坂特性や最高速度の確保、あるいはモータの小型化の要求などによって、ハイブリッド車両においても、ギヤの切替えが必要になる場合がある。このような要求に対して、低速、高速の２段の変速を行えるようなものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２の従来技術は、モータによって駆動される車両において、遊星歯車装置又はクラッチを用いて、高速、低速のギヤを切り替えるものである。より、詳細には、最初は低速ギヤによって起動し、走行開始後、走行中にモータの回転軸に接続されたオイルポンプの油圧によって、クラッチあるいは遊星歯車装置のブレーキを作動させることによって低速ギヤから高速ギヤに切り替えていくものである。

特開平９−１７０５３３号公報特開２００２−３６８９４号公報

上記の特許文献２に示されている従来技術は、前進でも後進でも車両の起動時には低速で走行を開始し、走行中に負荷に応じてギヤの切替えを行っていくものである。このため、低速で高トルクが必要な場合には良く対応することができるものであるが、モータの出力軸でギヤ切替え用のオイルポンプを駆動していることから、その分だけ燃費が悪化してしまうという問題があった。また、走行中にギヤの切換えをショックなく自動的に行うことが必要になるため、全体の装置が大型化してしまうという問題があった。

一方、特許文献１に示した従来技術のように、ハイブリッド駆動装置はモータとエンジンの出力の双方を駆動出力として用いることができるため、前進時にモータ走行において高トルクが必要な場合には、エンジンを起動して不足している動力を補うことができる。このことから、前進走行のみを考えると上記のような変速装置はあまり必要ない。ところが、後進の時には、上記のようなハイブリッド車両はモータを逆回転させることによって走行するが、エンジンは逆回転できないので、エンジンによって不足している動力を補うことができない。このため、運転状態によってはモータの過負荷による過熱などの問題が生ずる場合がある。このような後進時にモータの過負荷が発生する場合としては、後進で登坂走行をする場合や、後進で牽引走行を行う場合などが考えられる。しかし、このような特殊な運転状態に対応するために、特許文献２のような変速装置を組み込むことは、装置の大型化と燃費の悪化という問題がある。

そこで、本発明の目的は、簡単な機構によって停止中に低速、高速のギヤの切替えを行うことができるハイブリッド駆動装置を提供することにある。

本発明のハイブリッド駆動装置は、エンジンと、モータジェネレータと、エンジンの出力軸とモータジェネレータの入出力軸と車両駆動用動力出力軸がギヤにより接続され、車両駆動用動力を出力する動力出力機構と、動力出力機構に接続された動力伝達軸と、動力伝達軸と車軸とを接続する動力伝達系と、を備えるハイブリッド駆動装置であって、動力伝達系は、動力伝達軸に接続されたハブと、ハブの両側で、動力伝達軸と同軸上に回転自在に配設された第１ドライブギヤおよび第１ドライブギヤよりもギヤ外径が小さい第２ドライブギヤと、第1又は第２ドライブギヤのいずれか一方とハブとを接続する接続機構と、を有し、第１又は第２ドライブギヤのいずれか一方を介して動力伝達軸から車軸への動力伝達を行うこと、を特徴とする。

また、本発明のハイブリッド駆動装置においては、ハブは、外径面に動力伝達軸方向に延びたスプラインを有し、第１および第２ドライブギヤは、ホイール部外面に動力伝達軸方向に延びた動力伝達用スプラインを備え、各動力伝達スプラインはハブの両側に対向して配設され、接続機構は、内径面にハブのスプラインと第１ドライブギヤのスプラインと第２ドライブギヤのスプラインと係合する動力伝達軸方向に延びたスプラインを有し、動力伝達軸方向に滑動自在に配設されているスリーブであること、としてもよいし、このスリーブは、運転装置からの後進切替え信号によりアクチュエータによって動力伝達軸方向に滑動すること、としてもよい。また、アクチュエータは電動モータ駆動であることとしてもよいし、油圧モータ駆動であってもよい。

本発明のハイブリッド駆動装置は、簡単な機構によって停止中に低速、高速のギヤの切替えを行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は本発明のハイブリッド駆動装置の実施形態の概略構成図である。本実施形態のハイブリッド駆動装置は１つのエンジン１０と第１モータジェネレータ１２、第２モータジェネレータ１４、と、エンジン１０から出力された動力を発電機となる第１モータジェネレータ１２に分配したり、エンジン１０、第２モータジェネレータ１４の動力を車両駆動力として出力したりする動力出力機構２０と、動力出力機構２０からの動力を受け取って、動力を車軸に伝達する動力伝達系４８と、動力伝達系４８にギヤの切替えを指令する制御装置９０とを備えている。

車両に固定されたエンジン１０のエンジン出力軸１８はダンパ１６を介して第１プラネタリキャリア駆動軸２２に接続されている。第１プラネタリキャリア駆動軸２２には第１プラネタリキャリア２４が接続され、第１プラネタリキャリア２４には第１プラネタリギヤ回転軸２６が接続され、第１プラネタリギヤ回転軸２６には第１プラネタリギヤ３２が回転自在にとりつけられている。また、車体に固定された第１モータジェネレータ１２は内部にロータ１３を有し、ロータ１３は第１サンギヤ駆動シャフト２８に接続され、第１サンギヤ駆動シャフト２８には第１サンギヤ３０が固定されている。第１サンギヤ３０と第１プラネタリギヤ３２は互いに係合している。第１サンギヤ駆動シャフト２８は第１プラネタリキャリア駆動軸２２と同軸上にある中空パイプで、第１プラネタリキャリア駆動軸２２がその中を貫通している。一方、同じく車体に固定された第２モータジェネレータ１４も内部にロータ１５を有し、ロータ１５は第１プラネタリキャリア駆動軸２２、第１サンギヤ駆動シャフト２８と同軸上にある第２サンギヤ駆動軸３６に接続され、第２サンギヤ駆動軸３６には第２サンギヤ４０が固定されている。第２サンギヤ４０の外側には第２サンギヤに係合しているピニオンギヤ４２が配設されている。ピニオンギヤ４２は車体に対してその位置が固定されたピニオンギヤ中心軸４４の回りに回転自在に取り付けられている。共通リングギヤ３４は内側のギヤによって第１プラネタリギヤ３２及びピニオンギヤ４２に係合して、第１プラネタリキャリア駆動軸２２、第１サンギヤ駆動シャフト２８、第２サンギヤ駆動軸３６と同軸上において回転するように配設されている。共通リングギヤ３４の外面には動力出力ギヤ３５が形成されており、動力出力ギヤ３５は動力伝達軸５０に固定された動力伝達ギヤ５２と係合している。

動力伝達軸５０には、動力が伝達されるハブ６２が固定されている。また、ハブ６２の両側には動力伝達軸５０と同軸上に第１ドライブギヤ５４と第１ドライブギヤ５４よりもギヤ外径が小さい第２ドライブギヤ５６が回転自在に配設されている。それぞれのドライブギヤには、第１ドリブンギヤ７０と第１ドリブンギヤ７０よりもギヤ外径が大きい、第２ドリブンギヤ７２が係合している。第１、第２ドリブンギヤ７０，７２は車軸８０と同軸上に回転自在に配設されて差動装置８４に接続されている。

ハブ６２の外面にはスプラインが形成されている。また、第１及び第２ドライブギヤは、それぞれハブ６２に対向する面にスプライン５８，６０が形成されている。ハブ６２の外面には、ハブに形成されたスプラインと第１及び第２ドライブギヤに形成されたスプライン５８，６０のどちらか一方とを係合させるスプラインを内面に有するハブスリーブ６４が動力伝達軸５０の軸方向に滑動自在になるように配設されている。そしてハブスリーブ６４の外面にはハブスリーブ６４とアクチュエータ６８の駆動軸６６とを接続するリンク６５が配設されている。アクチュエータ６８は制御装置９０と信号線９４によって接続されている。また、制御装置９０は、シフトレバー９２、低速ギヤ選択スイッチ９３と信号線９６によって接続されている。アクチュエータ６８は電動モータによってボールねじ、ナットを動かすような装置でもよいし、油圧シリンダを持った油圧式アクチュエータであってもよい。

以下、本実施形態のハイブリッド駆動装置によって車両を後進させるときの動作について説明する。車両が停止中に、運転者によってシフトレバー９２が後進側に倒されると、その信号よって制御装置９０はアクチュエータ６８に伸長動作信号を出力する。この信号によってアクチュエータ６８は伸長してハブスリーブ駆動軸６６を第２ドライブギヤ側に押し出す。するとハブスリーブ駆動軸６６はリンク６５を介してハブスリーブ６４を第２ドライブギヤ側に移動させる。ハブスリーブ６４が第２ドライブギヤ側に移動すると、第２ドライブギヤスプライン６０とハブスリーブ６４の一方のスプラインが係合する。ハブスリーブ６４の他方のスプラインはハブ６２のスプラインと係合していることから、上記のハブスリーブ６４の移動によって、ハブスリーブ６４を介してハブ６２と第２ドライブギヤスプライン６０とが係合する。そして、動力は動力伝達軸５０からハブ６２、ハブスリーブ６４、第２ドライブギヤスプライン６０に伝達されて、第２ドライブギヤ５６に動力が伝達される。第１ドライブギヤ５４よりもギヤ外径が小さい第２ドライブギヤ５６は、第１ドリブンギヤよりもギヤ外径の大きな第２ドリブンギヤ７２と係合して低速連接ギヤを構成し、差動装置８４を介して車軸８０を駆動できるようになる。一方、シフトレバー９２が後進側に倒されたことによって、制御装置９０は第２モータジェネレータ１４が逆回転するように図示しないインバータ回路を制御する。

次に、運転者がアクセルを踏み込むと、第２モータジェネレータ１４が逆回転し、第２サンギヤ４０が逆回転する。第２サンギヤ４０はピニオンギヤ４２を介して共通リングギヤ３４を逆回転させる。この時、共通リングギヤ３４の回転数は、ピニオンギヤ４２の中心軸の位置が固定されていることから、第２モータジェネレータ１４の回転数に比例した回転数となる。共通リングギヤ３４が逆回転すると、共通リングギヤ３４の外面に形成されている動力出力ギヤ３５が逆回転し、動力伝達軸５０を逆回転させる。先に述べたように動力伝達軸５０の動力は、ハブ６２、ハブスリーブ６４、第２ドライブギヤスプライン６０から第２ドライブギヤ５６に伝達され、低速ギヤ比によって差動装置８４を介して車軸を逆回転させる。このようにして、車両は低速ギヤ比によって後進走行するので、後進で登坂したり、牽引したりするような特殊運転においても、モータへの電流量を低く抑えることができ、モータの発熱量を抑制することができる。なお、後進走行時にはエンジン１０は停止しており、第１プラネタリキャリア２４も停止しているが、共通リングギヤ３４の回転数と第１プラネタリギヤ３２、第１サンギヤ３０のギヤ比によって第１モータジェネレータ１２のロータ１３が空転するので、第２モータジェネレータ１４の逆回転を阻害せず、スムースに後進することができる。

上記のような後進走行が終了し、車両が停止した後、運転者によってシフトレバーが前進位置に倒されると、上記と逆に制御装置９０からの信号によって、アクチュエータ６８が短縮してハブスリーブ駆動軸６６を第１ドライブギヤ側に引き戻す。するとハブスリーブ駆動軸６６はリンク６５を介してハブスリーブ６４を第１ドライブギヤ側に移動させる。ハブスリーブ６４が第１ドライブギヤ側に移動すると、第１ドライブギヤスプライン５８とハブスリーブ６４の一方のスプラインが係合する。そして、高速ギヤの第１ドライブギヤ５４と第１ドリブンギヤ７０によって動力伝達軸５０から車軸８０に動力が伝達されるようになり、通常走行状態となる。運転者がアクセルを踏み込むと、負荷に応じて第２モータジェネレータ１４又はエンジン１０からの動力が車軸８０に伝達され、車両は前進走行する。

以上、シフトレバー９２が後進側に倒された時に、低速ギヤへの切替えが行われる動作について説明したが、低速ギヤへの切替えは低速ギヤ切替えスイッチ９３を低速ギヤ側に切り替えることとしてもよい。この場合には、前進のときでも低速ギヤが必要な場合には低速ギヤに切り替えて走行することができる。

以上のように、本実施形態のハイブリッド駆動装置は、この低速ギヤへの切替え動作を、車両が停止中に行うので簡単なハブスリーブ６４のスライド機構によってギヤの切替えが可能となる。このため、簡単な機構によって低速、高速のギヤの切替えを行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１０エンジン、１２第１モータジェネレータ、１３，１５ロータ、１４第２モータジェネレータ、１６ダンパ、１８エンジン出力軸、２０動力出力機構、２２第１プラネタリキャリア駆動軸、２４第１プラネタリキャリア、２６第１プラネタリギヤ回転軸、２８第１サンギヤ駆動シャフト、３０第１サンギヤ、３２第１プラネタリギヤ、３４共通リングギヤ、３５動力出力ギヤ、３６第２サンギヤ駆動軸、４０第２サンギヤ、４２ピニオンギヤ、４４ピニオンギヤ中心軸、４８動力伝達系、５０動力伝達軸、５２動力伝達ギヤ、５４第１ドライブギヤ、５６第２ドライブギヤ、５８第１ドライブギヤスプライン、６０第２ドライブギヤスプライン、６２ハブ、６４ハブスリーブ、６５リンク、６６ハブスリーブ駆動軸、６８アクチュエータ、７０第１ドリブンギヤ、７２第２ドリブンギヤ、８０車軸、８２タイヤ、８４差動装置、９０制御装置、９２シフトレバー、９３低速ギヤ選択スイッチ。

Claims

エンジンと、
モータジェネレータと、
エンジンの出力軸とモータジェネレータの入出力軸と車両駆動用動力出力軸がギヤにより接続され、車両駆動用動力を出力する動力出力機構と、
動力出力機構に接続された動力伝達軸と、
動力伝達軸と車軸とを接続する動力伝達系と、を備えるハイブリッド駆動装置であって、
動力伝達系は、
動力伝達軸に接続されたハブと、
ハブの両側で、動力伝達軸と同軸上に回転自在に配設された第１ドライブギヤおよび第１ドライブギヤよりもギヤ外径が小さい第２ドライブギヤと、
第１又は第２ドライブギヤのいずれか一方とハブとを接続する接続機構と、を有し、
第１又は第２ドライブギヤのいずれか一方を介して動力伝達軸から車軸への動力伝達を行うこと、
を特徴とするハイブリッド駆動装置。
請求項１に記載のハイブリッド駆動装置において、
ハブは、外径面に動力伝達軸方向に延びたスプラインを有し、
第１および第２ドライブギヤは、ホイール部外面に動力伝達軸方向に延びた動力伝達用スプラインを備え、各動力伝達スプラインはハブの両側に対向して配設され、
接続機構は、内径面にハブのスプラインと第１ドライブギヤのスプラインと第２ドライブギヤのスプラインと係合する動力伝達軸方向に延びたスプラインを有し、動力伝達軸方向に滑動自在に配設されているスリーブであること、
を特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動装置。
請求項２に記載のハイブリッド駆動装置において、
スリーブは、運転装置からの後進切替え信号によりアクチュエータによって動力伝達軸方向に滑動すること、
を特徴とするハイブリッド駆動装置。
請求項３に記載のハイブリッド駆動装置において、
アクチュエータは電動モータ駆動であること、
を特徴とするハイブリッド駆動装置。
請求項３に記載のハイブリッド駆動装置において、
アクチュエータは油圧モータ駆動であること、
を特徴とするハイブリッド駆動装置。