JP2010159024A

JP2010159024A - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP2010159024A
Application number: JP2009003799A
Authority: JP
Inventors: Noboru Nishitani; 暢西谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】モータとエンジンとのそれぞれの特性を活かすことにより、４輪駆動車両の動力性能および燃費性能の向上を可能とする構造を備える動力伝達装置を提供する。
【解決手段】入力軸１１０と、中間軸２０２と、出力軸２１３と、入力軸１１０と中間軸２０２とを断続する第１クラッチ２０１と、中間軸２０２と出力軸２１３とを断続する第２クラッチ２１２と、リアサンギア２０８、キャリア、および、リングギア２１０を含む遊星歯車２００とを備えている。リアサンギア２０８は、モータ２０４のモータロータシャフト２０４ｂに連結され、キャリアは、中間軸２０２に連結され、リングギア２１０は、第２ブレーキ２１１に連結される。
【選択図】図１

Description

４輪駆動車に採用される動力伝達装置の構造に関する。

図４および図５に、４輪駆動車両に採用される動力伝達装置の一例を示す。図４は、「１モータハイブリッド（ＨＶ）４ＷＤ」仕様の動力伝達装置を示し、図５に「ｅ−４ＷＤ」仕様の動力伝達装置を示す。下記特許文献１には、駆動源としてエンジンとモータ・ジェネレータを備え、走行状況に応じて駆動源を変更する「ｅ−４ＷＤ」仕様の動力伝達装置が採用されたハイブリッド車両が掲載されている。

特開２００４−１１２８５１号公報

図４に示す「１モータハイブリッド（ＨＶ）４ＷＤ」仕様の動力伝達装置においては、モータ出力とエンジン出力とを混合して出力する場合に、出力特性の異なるモータ・ジェネレータとエンジンとのそれぞれの特性を十分に活用できない課題がある。

これは、モータ出力軸とエンジン出力軸とがトランスアクスル（Ｔ／Ａ）の手前に設定されるため、モータ出力とエンジン出力とを混合して出力する場合に、モータ出力とエンジン出力とを区別して制御することができないことや、４輪駆動走行（４ＷＤモード）とする場合に、差動制限装置（Ｔ／Ｆ）および入力軸（Ｐ／Ｓ）を介して動力を伝達する構造であるため効率が低下することが理由である。

図５に示す「ｅ−４ＷＤ」仕様の動力伝達装置においては、モータの使用領域が低速に限られる点、４輪駆動走行（４ＷＤモード）とする場合に、コンベンショナル４ＷＤ車両と比較した場合に性能的に劣ってしまう点、Ｆｒ回生ができないため、燃費に対する効果が制限されてしまう点等の課題がある。

これは、モータに固定ギアを介しているために、モータの使用領域が低速領域に限定され、車両の動力特性および燃費性能への効果が限定されてしまうこと、４輪駆動走行（４ＷＤモード）とする場合に、モータの使用領域が低速領域に限定され、Ｒｒの出力がモータのみの出力となるため、コンベンショナル４ＷＤ車両と比較した場合に性能的に劣ってしまうこと、モータがＲｒに配置されているため、Ｒｒ回生のみしかできず（Ｆｒ回生ができない）燃費効果が制限されること、が理由となっている。

したがって、本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたもので、モータとエンジンとのそれぞれの特性を活かすことにより、４輪駆動車両の動力性能および燃費性能の向上を可能とする構造を備える動力伝達装置を提供することにある。

この発明に基づいた動力伝達装置は、入力軸と、中間軸と、出力軸と、上記入力軸と上記中間軸とを断続する第１クラッチと、上記中間軸と上記出力軸とを断続する第２クラッチと、第１回転要素、第２回転要素、および、第３回転要素を含む遊星歯車とを備え、上記第１回転要素は、電動機に連結され、上記第２回転要素は、上記中間軸に連結され、上記第３回転要素は、差動制限装置に連結される。

この発明に基づいた動力伝達装置によれば、この動力伝達装置を４輪駆動車両に採用した場合には、モータとエンジンとのそれぞれの特性を活かすことができるようになり、４輪駆動車両の動力性能および燃費性能の向上を可能とする。

実施の形態における動力伝達装置を４輪駆動車両に適用した場合の構成を示す図である。実施の形態における動力伝達装置の走行モード別係合条件を示す図である。実施の形態における動力伝達装置のエンジンおよびモータ・ジェネレータの間の共線図である。背景技術として示す「１モータハイブリッド（ＨＶ）４ＷＤ」仕様の動力伝達装置を示す概略図である。背景技術として示す「ｅ−４ＷＤ」仕様の動力伝達装置を示す概略図である。

以下に、図１を参照して、本発明に基づいた実施の形態における動力伝達装置について説明する。この動力伝達装置１は、４輪駆動車両に適用した場合の構成を示している。なお、明細書では、車両の前進方向を前側と称し、図１中において「前」と記載している。また、車両の後進方向を後側と称し、図１中において「後」と記載している。

前輪３０２側には、エンジン１０１、トランスアクスル（Ｔ／Ａ）１０２、トランスファ（Ｔ／Ｆ）１０３が設けられ、ドライブシャフト３０１が連結されている。

トランスファ（Ｔ／Ｆ）１０３には、入力軸１１０が連結されている。入力軸１１０の後側端部には第１クラッチ２０１が連結されている。第１クラッチ２０１には、中間軸２０２が連結されている。第１クラッチ２０１により、入力軸１１０と中間軸２０２との断続が実現される。

第１クラッチ２０１の後側には、モータ・ジェネレータ２０４（以下、単にモータ２０４と称する）が配置されている。モータ２０４は、モータステータ２０４ａおよびモータロータシャフト２０４ｂを有している。モータ２０４の後側には、フロントサンギア２０６、ロングピニオンギア２０７、ショートピニオンギア２０９、リアサンギア２０８およびリングギア２１０で構成される遊星歯車（変速ギア）２００が配置されている。

モータロータシャフト２０４ｂとリアサンギア２０８とを連結することで、モータ２０４と遊星歯車２００とが係合する。フロントサンギア２０６には、差動制限装置である第１ブレーキ２０５が配置され、リングギア２１０には、差動制限装置である第２ブレーキ２１１が配置されている。

遊星歯車２００の後側には、第２クラッチ２１２が配置されている。第１クラッチ２０１と第２クラッチ２１２とは、中間軸２０２により係合されている。第２クラッチ２１２の後側には、出力軸２１３は配置されている。第２クラッチ２１２により、中間軸２０２と出力軸２１３との断続が実現される。

出力軸２１３には、ディファレンシャル・ギア２１５を介してドライブシャフト４０１が連結されている。ドライブシャフト４０１には、後輪４０２が連結されている。

上記動力伝達装置の構成において、遊星歯車２００は、第１回転要素として、モータ２０４のモータロータシャフト２０４ｂに連結されるリアサンギア２０８と、第２回転要素として、中間軸２０２に連結される図示しないキャリアと、第３回転要素として、差動制限装置である第２ブレーキ２１１が配置されるリングギア２１０とを有している。また、第４回転要素として、差動制限装置である第１ブレーキ２０５が配置されるフロントサンギア２０６も有している。

次に、上記構成を備える動力伝達装置の動作について、図２および図３を参照して説明する。この動力伝達装置は、第１クラッチ（Ｃ１）２０１、第２クラッチ（Ｃ２）２１２、第１ブレーキ（Ｂ１）２０５、第２ブレーキ（Ｂ２）２１１、および、トランスアクスル（Ｔ／Ａ）１０２の係合条件を変えることで、Ａ〜Ｊの走行モードを得ることが可能である。なお、以下に示すＡ〜Ｊの走行モードにおいて、エンジン１０１はトランスアクスル（Ｔ／Ａ）にて、モータ２０４は遊星歯車（変速ギア）２００にて、別々に制御を行なうことが可能である。

＜走行モードＡ：エンジンのみの動力でＦＦ車として走行＞
エンジン１０１のみ駆動させ、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を未係合とすることで、エンジン１０１の動力は、前輪３０２のみ出力される。

＜走行モードＢ：エンジンのみの動力でＦＲ車として走行＞
エンジン１０１のみ駆動させ、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を係合状態、第２クラッチ（Ｃ２）２１２を係合状態、第１ブレーキ（Ｂ１）２０５を開放状態、第２ブレーキ（Ｂ２）２１１を開放状態とすることで、エンジン１０１の動力は、前輪３０２および後輪４０２に出力される。

＜走行モードＣ：モータのみの動力でＦＲ車として走行＞
モータ２０４のみ駆動させ、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を未係合状態、第２クラッチ（Ｃ２）２１２を係合状態とすることで、モータ２０４の動力は、後輪４０２にのみ出力される。

＜走行モードＤ：前輪出力はエンジン、後輪出力はモータで４ＷＤ走行＞
エンジン１０１とモータ２０４とを駆動させ、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を未係合状態、第２クラッチ（Ｃ２）２１２を係合状態とすることで、エンジン１０１の動力は、前輪３０２のみ出力され、モータ２０４の動力は、後輪４０２にのみ出力される。

＜走行モードＥ：前輪出力はエンジン、後輪出力はエンジン＋モータで４ＷＤ走行＞
エンジン１０１とモータ２０４とを駆動させ、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を係合状態、第２クラッチ（Ｃ２）２１２を係合状態とすることで、エンジン１０１の動力は、前輪３０２と後輪４０２に出力され、さらにモータ２０４の動力は、後輪４０２に出力される。

＜回生モードＦ：前輪・後輪回生＞
トランスアクスル（Ｔ／Ａ）１０２をニュートラル（Ｎ）として、エンジン１０１の動力を切り、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を係合状態、第２クラッチ（Ｃ２）２１２を係合状態とし、モータ２０４を前輪３０２および後輪４０２で回転させることで回生させる。

＜回生モードＧ：前輪回生＞
トランスアクスル（Ｔ／Ａ）１０２をニュートラル（Ｎ）として、エンジン１０１の動力を切り、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を係合状態、第２クラッチ（Ｃ２）２１２を未係合状態とし、モータ２０４を前輪３０２のみで回転させることで回生させる。

＜回生モードＨ：後輪回生＞
トランスアクスル（Ｔ／Ａ）１０２をニュートラル（Ｎ）として、エンジン１０１の動力を切り、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を未係合状態、第２クラッチ（Ｃ２）２１２を係合状態とし、モータ２０４を後輪４０２のみで回転させることで回生させる。

＜走行発電モードＩ：ＦＦ乗用車として走行しながら発電＞
エンジン１０１のみを駆動させ、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を係合状態とすることで、エンジン１０１の動力は、前輪３０２に出力されるとともに、モータ２０４を回し発電を行なう。

＜走行発電モードＪ：４ＷＤ車として走行しながら発電＞
エンジン１０１のみを駆動させ、第１クラッチ（Ｃ１）２０１を係合状態、第２クラッチ（Ｃ２）２１２を係合状態とすることで、エンジン１０１の動力は、前輪３０２および後輪４０２に出力されるとともに、モータ２０４を回し発電を行なう。

以上、本実施の形態における動力伝達装置によれば、入力軸１１０と、中間軸２０２と、出力軸２１３と、入力軸１１０と中間軸２０２とを断続する第１クラッチ２０１と、中間軸２０２と出力軸２１３とを断続する第２クラッチ２１２と、リアサンギア２０８、キャリア、および、リングギア２１０を含む遊星歯車２００とを備え、リアサンギア２０８は、モータ２０４のモータロータシャフト２０４ｂに連結され、キャリアは、中間軸２０２に連結され、リングギア２１０は、第２ブレーキ２１１に連結される構成が採用されている。

この構成を備える動力伝達装置を４輪駆動車両に採用したことで、エンジン１０１とモータ２０４とのそれぞれの特性を活かすことができるように、エンジン１０１はトランスアクスル（Ｔ／Ａ）にて、モータ２０４は遊星歯車（変速ギア）２００にて、別々に制御を行なうことが可能となる。その結果、Ａ〜Ｊの走行モードの多彩な走行モードの選択が可能となり、４輪駆動車両の動力性能および燃費性能の向上を可能とする。

また、差動制限装置である第１ブレーキ２０５が配置されるフロントサンギア２０６を設けることで、モータ２０４の出力を複数段に変速して出力させることが可能となる。

本実施の形態における動力伝達装置を、「１モータハイブリッド（ＨＶ）４ＷＤ」仕様の動力伝達装置の場合と比較した場合には、本実施の形態における動力伝達装置によれば、＜走行モードＤ：前輪出力はエンジン、後輪出力はモータで４ＷＤ走行＞の実現が可能となるため、エンジン１０１の出力とモータ２０４の出力とを混合して出力する場合には、エンジン１０１の出力とモータ２０４の出力とを別々に制御することが可能となり、それぞれの特性に合った制御を実施することが可能となる。

また、＜走行モードＤ＞の実現が可能となることで、４ＷＤ車としてトランスアクスル（Ｔ／Ａ）１０２およびトランスファ（Ｔ／Ｆ）１０３における効率低下をなくすことができる。

一方、「ｅ−４ＷＤ」仕様の動力伝達装置の場合と比較した場合には、本実施の形態における動力伝達装置によれば、モータ２０４に遊星歯車（変速ギア）２００を組み込むことで、モータ２０４の使用領域が広がり、動力特性および燃費性能を向上させることができる。また、モータ２０４の使用領域が広がり＜走行モードＥ：前輪出力はエンジン、後輪出力はエンジン＋モータで４ＷＤ走行＞が可能となることで、「ｅ−４ＷＤ」仕様に比べて性能を向上させることが可能となる。

また、＜回生モードＦ：前輪・後輪回生＞および＜回生モードＧ：前輪回生＞が可能となることで、燃費性能の向上を図ることも可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１０１エンジン、１０２トランスアクスル（Ｔ／Ａ）、１０３トランスファ（Ｔ／Ｆ）、１１０入力軸、２００遊星歯車（変速ギア）、２０１第１クラッチ、２０２中間軸、２０４モータ・ジェネレータ、２０４ａモータステータ、２０４ｂモータロータシャフト、２０５第１ブレーキ、２０６フロントサンギア、２０７ロングピニオンギア、２０８リアサンギア、２０９ショートピニオンギア、２１０リングギア、２１１第２ブレーキ、２１２第２クラッチ、３０１ドライブシャフト、３０２前輪、４０１ドライブシャフト、４０２後輪。

Claims

入力軸と、
中間軸と、
出力軸と、
前記入力軸と前記中間軸とを断続する第１クラッチと、
前記中間軸と前記出力軸とを断続する第２クラッチと、
第１回転要素、第２回転要素、および、第３回転要素を含む遊星歯車と、を備え、
前記第１回転要素は、電動機に連結され、
前記第２回転要素は、前記中間軸に連結され、
前記第３回転要素は、差動制限装置に連結される、動力伝達装置。