JP2010036880A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンEに接続された入力部材Iと、車輪Wに接続された出力部材Oと、第一回転電機MG1と、第二回転電機MG2と、入力部材I、出力部材O及び第二回転電機MG2、並びに第一回転電機MG1にそれぞれ接続された3つの回転要素を有する差動歯車装置P1と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、入力部材Iの回転を無段階に変速して出力部材O側に伝達する無段変速モードと、第一回転電機MG1の回転駆動力を出力部材Oに伝達するモードであって2つの変速段を切り替え可能に備える第一回転電機駆動モードと、を切り替え可能に備える。
【選択図】図1
Description
まず、本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図である。なお、この図1は、軸対称の構成を一部省略して示している。図2は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hのシステム構成を示す模式図である。なお、図2において、実線の矢印は各種情報の伝達経路を示し、破線は電力の伝達経路を示し、白抜きの矢印は油圧の伝達経路を示している。
まず、ハイブリッド駆動装置Hの各部の機械的構成について説明する。図1に示すように、入力軸Iは、エンジンEに接続されている。ここで、エンジンEは、燃料の燃焼により駆動される内燃機関であり、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の各種エンジンを用いることができる。本例では、入力軸Iは、ダンパ11を介してエンジンEのクランクシャフト等の出力回転軸に接続されている。なお、入力軸Iが、エンジンEの出力回転軸と一体的に接続され、或いはクラッチ等の他の部材を介して接続された構成としても好適である。なお、本実施形態においては、入力軸IはエンジンEの出力回転軸と一体的に回転するため、入力軸Iの回転はエンジンEの回転と同じであり、入力軸Iの回転駆動力(トルク)はエンジンEの回転駆動力(トルク)と同じである。したがって、以下では、特に区別する必要が有る場合を除き、適宜、入力軸I及びエンジンEの回転を単にエンジンEの回転と呼び、入力軸I及びエンジンEの回転駆動力(トルク)を単にエンジンEの回転駆動力(トルク)と呼ぶ。
図2に示すように、ハイブリッド駆動装置Hは、装置の各部を制御するための主制御ユニット31を備えている。主制御ユニット31は、エンジン制御ユニット32、MG1制御ユニット33、MG2制御ユニット34、及び油圧制御装置35との間で、相互に情報伝達が可能な状態で接続されている。エンジン制御ユニット32は、エンジンEの各部を制御することにより、エンジンEが所望の回転速度やトルクを出力するように制御する。MG1制御ユニット33は、インバータ22aを制御することにより、第一モータ・ジェネレータMG1が所望の回転速度やトルクを出力するように制御する。MG2制御ユニット34は、インバータ22bを制御することにより、第二モータ・ジェネレータMG2が所望の回転速度やトルクを出力するように制御する。油圧制御装置35は、図示しないオイルポンプから供給される油圧を調整し、各摩擦係合要素B1、B2、C1、C2に分配供給することにより、各摩擦係合要素B1、B2、C1、C2の係合又は解放を制御する。このような各摩擦係合要素B1、B2、C1、C2の係合又は解放は、主制御ユニット31からの制御指令に基づいて行われる。
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hにより実現可能な動作モードについて説明する。図5は、各モード及び変速段での複数の摩擦係合要素C1、C2、B1、B2の作動状態を示す作動表である。この図において、「○」は各摩擦係合要素が係合状態にあることを示しており、「無印」は、各摩擦係合要素が解放(係合解除)状態にあることを示している。なお、「(○)」は、各摩擦係合要素が係合状態と解放状態のいずれでも良いことを示している。図6〜図9は、第一遊星歯車装置P1の速度線図を示しており、図6はスプリットモードでの速度線図、図7はパラレルモードでの速度線図、図8は第一EVモードでの速度線図、図9は第二EVモードでの速度線図をそれぞれ示している。これらの速度線図において、縦軸は、各回転要素の回転速度に対応している。すなわち、縦軸に対応して記載している「0」は回転速度がゼロであることを示しており、上側が正回転(回転速度が正)、下側が負回転(回転速度が負)である。そして、並列配置された複数本の縦線のそれぞれが、第一遊星歯車装置P1の各回転要素に対応している。すなわち、各縦線の上側に記載されている「s1」、「ca1」、「r1」はそれぞれ第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1、キャリアca1、リングギヤr1に対応している。
まず、スプリットモードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について説明する。スプリットモードは、第一遊星歯車装置P1の3つの回転要素を自由に回転可能な状態とするとともに第一モータ・ジェネレータMG1の回転を制御することにより、エンジンE(入力軸I)の回転を無段階に変速して出力部材O側に伝達するモードである。このスプリットモードが本発明における無段変速モードに相当する。図5に示すように、スプリットモードは、第一クラッチC1が係合状態、第二クラッチC2、第一ブレーキB1、及び第二ブレーキB2が解放状態で実現される。
次に、パラレルモードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について説明する。パラレルモードは、エンジンE(入力軸I)の回転駆動力を出力部材Oに伝達するモードであって、第一遊星歯車装置P1の3つの回転要素の回転状態を切り替えることによって、入力軸Iの回転を出力部材O側に伝達する際の変速比が異なる2つの変速段を切り替え可能に備えるモードである。このパラレルモードが本発明におけるエンジン駆動モードに相当する。このパラレルモードでは、後述するように、エンジンEの回転駆動力のみにより車両を走行させることが可能である。但し、本実施形態においては、必要に応じて第二モータ・ジェネレータMG2の回転駆動力を出力部材O側に伝達し、出力部材Oに伝達されるエンジンEの回転駆動力を補助する構成としているため、このモードをパラレルハイブリッド走行を行うパラレルモードと呼ぶ。図5に示すように、パラレルモードは、低速段(Lo)と高速段(Hi)の2つの変速段を切り替え可能に備えている。そして、パラレルモードの低速段(Lo)は、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2が解放状態で実現される。また、パラレルモードの高速段(Hi)は、第一クラッチC1及び第二ブレーキB2が係合状態、第二クラッチC2及び第一ブレーキB1が解放状態で実現される。
次に、第一EVモードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について説明する。第一EVモードは、第一モータ・ジェネレータMG1の回転駆動力を出力部材Oに伝達するモードであって、第一遊星歯車装置P1の3つの回転要素の回転状態を切り替えることによって、第一モータ・ジェネレータMG1の回転を出力部材O側に伝達する際の変速比が異なる2つの変速段を切り替え可能に備えるモードである。この第一EVモードが本発明における第一回転電機駆動モードに相当する。この第一EVモードでは、後述するように、第一モータ・ジェネレータMG1の回転駆動力のみにより車両を走行させることが可能である。但し、本実施形態においては、必要に応じて第二モータ・ジェネレータMG2の回転駆動力を出力部材O側に伝達し、出力部材Oに伝達される第一モータ・ジェネレータMG1の回転駆動力を補助する構成としている。このように、第一EVモードは、いずれにしても、バッテリ21の電力を消費してモータ・ジェネレータの回転駆動力のみにより車両を走行させるEV(Electric Vehicle:電動車両)走行を行うモードであり、また後述する第二モータ・ジェネレータMG2の回転駆動力のみにより車両を走行させる第二EVモードと区別するために、このモードを第一EVモードと呼ぶ。図5に示すように、第一EVモードは、低速段(Lo)と高速段(Hi)の2つの変速段を切り替え可能に備えている。そして、第一EVモードの低速段(Lo)は、第一ブレーキB1が係合状態、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第二ブレーキB2が解放状態で実現される。また、第一EVモードの高速段(Hi)は、第二クラッチC2が係合状態、第一クラッチC1、第一ブレーキB1、及び第二ブレーキB2が解放状態で実現される。なお、図5に「(○)」として示すように、第一EVモードの低速段(Lo)では、エンジンEが連結されるキャリアca1は第一ブレーキB1によりケースCに固定されるので、第一クラッチC1は係合状態と解放状態のいずれであっても良い。
最後に、第二EVモードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について説明する。第二EVモードは、第一モータ・ジェネレータMG1を非駆動状態にするとともに、第二モータ・ジェネレータMG2の回転駆動力を出力部材Oに伝達するモードである。この第二EVモードが本発明における第二回転電機駆動モードに相当する。この第二EVモードは、バッテリ21の電力を消費して第二モータ・ジェネレータMG2の回転駆動力のみにより車両を走行させるEV(Electric Vehicle:電動車両)走行を行うモードであり、上述した第一EVモードと区別するために、このモードを第二EVモードと呼ぶ。図5に示すように、第二EVモードは、第一クラッチC1、第二クラッチC2、第一ブレーキB1、及び第二ブレーキB2の全てが解放状態で実現される。
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図10は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図である。なお、この図10は、図1と同様に、軸対称の構成を一部省略して示している。この図に示すように、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、上記第一の実施形態において摩擦係合要素により構成されていた第一固定装置、第二固定装置、分離装置、及び差動規制装置を、噛み合い式係合要素としてのドグクラッチ、又はドグクラッチとワンウェイクラッチとの組み合わせにより構成している点で、上記第一の実施形態とは相違している。またこれに伴い、各モード及び変速段でのそれらドグクラッチ及びワンウェイクラッチの作動状態も、上記第一の実施形態とは相違している。図11は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hにおける、各モード及び変速段での複数のドグクラッチDC1、DC2、DC3、及び複数のワンウェイクラッチOC1、OC2、OC3の作動状態を示す作動表である。以下では、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hについて、上記第一の実施形態との相違点を中心として説明する。なお、特に説明しない点については、上記第一の実施形態と同様とする。
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。図12は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図である。なお、この図12は、図1及び図10と同様に、軸対称の構成を一部省略して示している。この図に示すように、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、上記第二の実施形態における差動規制装置としての第二ドグクラッチDC2及び第二ワンウェイクラッチOC2と、第二固定装置としての第三ドグクラッチDC3及び第三ワンウェイクラッチOC3とに代えて、第四ドグクラッチDC4及び第四ワンウェイクラッチOC4を備えている。その他の構成は、上記第二の実施形態と同様である。そこで、以下では、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hについて、上記第二の実施形態との相違点を中心として説明する。
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。図13は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図である。なお、この図13は、図1と同様に、軸対称の構成を一部省略して示している。この図に示すように、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、第二固定装置としての第二ブレーキB2を備えていない点で、上記第一の実施形態とは相違している。すなわち、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、複数の摩擦係合要素として、分離装置としての第一クラッチC1、差動規制装置としての第二クラッチC2、及び第一固定装置としての第一ブレーキB1を備えて構成されている。またこれに伴い、ハイブリッド駆動装置Hが切り替え可能に備えるモード及び変速段、並びに各モード及び変速段での複数の摩擦係合要素の作動状態も、上記第一の実施形態とは相違している。以下では、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hについて、上記第一の実施形態との相違点を中心として説明する。なお、特に説明しない点については、上記第一の実施形態と同様とする。
(1)上記の各実施形態では、第一回転電機駆動モードとしての第一EVモードが、減速段としての低速段(Lo)と直結段としての高速段(Hi)とを切り替え可能に備える構成を例として説明した。また、上記の第一から第三の実施形態では、エンジン駆動モードとしてのパラレルモードが、直結段としての低速段(Lo)と増速段としての高速段(Hi)とを切り替え可能に備える構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。したがって、第一回転電機駆動モードが、直結段と増速段の2つの変速段を切り替え可能に備え、或いは減速段と増速段の2つの変速段を切り替え可能に備えた構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。同様に、エンジン駆動モードが、減速段と直結段の2つの変速段を切り替え可能に備え、或いは減速段と増速段の2つの変速段を切り替え可能に備えた構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。このような構成は、第一遊星歯車装置P1の構成を変更し、或いは第一遊星歯車装置P1の3つの回転要素と各部との接続関係を変更することにより実現可能である。なお、第一遊星歯車装置P1の構成を変更としては、例えば、シングルピニオン型遊星歯車機構からダブルピニオン型遊星歯車機構への変更等が可能である。
E:エンジン
I:入力軸(入力部材)
O:出力部材
W:車輪
MG1:第一モータ・ジェネレータ(第一回転電機)
MG2:第二モータ・ジェネレータ(第二回転電機)
P1:第一遊星歯車装置(差動歯車装置)
s1:サンギヤ(第一回転要素)
ca1:キャリア(第二回転要素)
r1:リングギヤ(第三回転要素)
C1:第一クラッチ(分離装置)
C2:第二クラッチ(差動規制装置)
B1:第一ブレーキ(第一固定装置)
B2:第二ブレーキ(第二固定装置)
C:ケース(非回転部材)
21:バッテリ(蓄電手段)
DC1:第一ドグクラッチ(分離装置)
DC2:第二ドグクラッチ(差動規制装置)
DC3:第三ドグクラッチ(第二固定装置)
OC1:第一ワンウェイクラッチ(第一固定装置)
OC2:第二ワンウェイクラッチ(差動規制装置)
OC3:第三ワンウェイクラッチ(第二固定装置)
DC4:第四ドグクラッチ(差動規制装置、第二固定装置)
OC4:第四ワンウェイクラッチ(差動規制装置、第二固定装置)
Claims (22)
- エンジンに接続された入力部材と、車輪に接続された出力部材と、第一回転電機と、第二回転電機と、前記入力部材に接続された回転要素、前記出力部材及び前記第二回転電機に接続された回転要素、並びに前記第一回転電機に接続された回転要素の3つの回転要素を有する差動歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、
前記差動歯車装置の3つの回転要素を自由に回転可能な状態とするとともに前記第一回転電機の回転を制御することにより、前記入力部材の回転を無段階に変速して前記出力部材側に伝達する無段変速モードと、
前記第一回転電機の回転駆動力を前記出力部材に伝達するモードであって、前記差動歯車装置の3つの回転要素の回転状態を切り替えることによって、前記第一回転電機の回転を前記出力部材側に伝達する際の変速比が異なる2つの変速段を切り替え可能に備える第一回転電機駆動モードと、
を切り替え可能に備えたハイブリッド駆動装置。 - 前記第一回転電機駆動モードは、
前記入力部材に接続された回転要素の回転を停止させ、前記第一回転電機の回転を変速して前記出力部材側に伝達する第一変速段と、
前記差動歯車装置が一体回転する状態として前記第一回転電機の回転を同速で前記出力部材側に伝達する第二変速段と、
を切り替え可能に備える請求項1に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記入力部材の回転駆動力を前記出力部材に伝達するモードであって、前記差動歯車装置の3つの回転要素の回転状態を切り替えることによって、前記入力部材の回転を前記出力部材側に伝達する際の変速比が異なる2つの変速段を切り替え可能に備えるエンジン駆動モードを、切り替え可能に更に備えた請求項1又は2に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記エンジン駆動モードは、
前記第一回転電機に接続された回転要素の回転を停止させ、前記入力部材の回転を変速して前記出力部材側に伝達する第一変速段と、
前記差動歯車装置が一体回転する状態として前記入力部材の回転を同速で前記出力部材側に伝達する第二変速段と、
を切り替え可能に備える請求項3に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記第二回転電機は、前記無段変速モード及び前記第一回転電機駆動モードの一方又は双方で、回転駆動力を前記出力部材に伝達する請求項1から4のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第二回転電機は、前記エンジン駆動モードで、回転駆動力を前記出力部材に伝達する請求項3又は4に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一回転電機を非駆動状態にするとともに、前記第二回転電機の回転駆動力を前記出力部材に伝達する第二回転電機駆動モードを、切り替え可能に更に備えた請求項1から6のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記差動歯車装置は、第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素を有し、前記第一回転要素が前記第一回転電機に接続され、前記第二回転要素が前記入力部材に接続され、前記第三回転要素が前記出力部材及び前記第二回転電機に接続され、
前記第二回転要素を非回転部材に選択的に固定する第一固定装置と、
前記差動歯車装置の任意の2つの回転要素を選択的に接続して一体回転させる差動規制装置と、
を備えた請求項1又は2に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記差動歯車装置の3つの回転要素は、回転速度の順に前記第一回転要素、前記第二回転要素、前記第三回転要素となっている請求項8に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記入力部材と前記第二回転要素とを選択的に分離する分離装置を更に備える請求項8又は9に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一回転要素を非回転部材に選択的に固定する第二固定装置を更に備える請求項8から10のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一回転電機駆動モードは、前記第一固定装置が固定状態、及び前記差動規制装置が非接続状態で第一変速段が実現され、前記第一固定装置が非固定状態、及び前記差動規制装置が接続状態で第二変速段が実現される請求項8から11のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記無段変速モードは、前記第一固定装置が非固定状態、及び前記差動規制装置が非接続状態で実現される請求項8から12のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記入力部材の回転駆動力を前記出力部材に伝達するモードであって、前記差動歯車装置の3つの回転要素の回転状態を切り替えることによって、前記入力部材の回転を前記出力部材側に伝達する際の変速比が異なる2つの変速段を切り替え可能に備えるエンジン駆動モードを、切り替え可能に更に備え、
前記エンジン駆動モードは、前記第一固定装置が非固定状態、前記第二固定装置が固定状態、及び前記差動規制装置が非接続状態で第一変速段が実現され、前記第一固定装置が非固定状態、前記第二固定装置が非固定状態、及び前記差動規制装置が接続状態で第二変速段が実現される請求項11に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記第一固定装置は、前記第二回転要素又はこれと一体回転する回転要素と非回転部材とを摩擦係合させる摩擦係合要素、前記第二回転要素又はこれと一体回転する回転要素と非回転部材とを噛み合い係合させる噛み合い式係合要素、及び前記第二回転要素の負方向回転を阻止するワンウェイクラッチ、のいずれかを有して構成されている請求項8から14のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記差動規制装置は、前記第一回転要素又はこれと一体回転する回転要素と前記第二回転要素又はこれと一体回転する回転要素とを摩擦係合させる摩擦係合要素、前記第一回転要素又はこれと一体回転する回転要素と前記第二回転要素又はこれと一体回転する回転要素とを噛み合い係合させる噛み合い式係合要素、及び前記噛み合い式係合要素と前記第一回転要素の回転速度が前記第二回転要素の回転速度より速くなることを阻止するワンウェイクラッチとの組み合わせ、のいずれかを有して構成されている請求項8から15のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第二固定装置は、前記第一回転要素又はこれと一体回転する回転要素と非回転部材とを摩擦係合させる摩擦係合要素、前記第一回転要素又はこれと一体回転する回転要素と非回転部材とを噛み合い係合させる噛み合い式係合要素、及び前記噛み合い式係合要素と前記第一回転要素の正方向回転を阻止するワンウェイクラッチとの組み合わせ、のいずれかを有して構成されている請求項11又は14に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一回転電機及び前記第二回転電機に電力を供給するための蓄電手段が、外部電源により充電可能に構成された請求項1から17のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- エンジンに接続された入力部材と、車輪に接続された出力部材と、第一回転電機と、第二回転電機と、差動歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、
前記差動歯車装置は、第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素を有し、前記第一回転要素が前記第一回転電機に接続され、前記第二回転要素が前記入力部材に接続され、前記第三回転要素が前記出力部材及び前記第二回転電機に接続され、
前記第二回転要素を非回転部材に選択的に固定する第一固定装置と、
前記差動歯車装置の任意の2つの回転要素を選択的に接続して一体回転させる差動規制装置と、
を備えたハイブリッド駆動装置。 - 前記入力部材と前記第二回転要素とを選択的に分離する分離装置を更に備える請求項19に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一回転要素を非回転部材に選択的に固定する第二固定装置を更に備える請求項19又は20に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記差動歯車装置の3つの回転要素は、回転速度の順に前記第一回転要素、前記第二回転要素、前記第三回転要素となっている請求項19から21のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
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