JP2010179858A - Transmission system for hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関と電動機とを備えるハイブリット車両用動力伝達装置に関する。 The present invention relates to a power transmission device for a hybrid vehicle including an internal combustion engine and an electric motor.
従来、内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両に用いられる動力伝達装置として、入力軸と出力軸とを有して両軸間で無段階の変速段を成立させる無段変速機構を備え、更に、内燃機関と電動機との何れか一方又は両方の回転をプラネタリギヤにより逆転させて無段変速機構の入力軸に伝達して後進可能とした動力伝達装置が知られている(下記特許文献1参照)。 Conventionally, as a power transmission device used in a hybrid vehicle including an internal combustion engine and an electric motor, the power transmission device includes a continuously variable transmission mechanism that has an input shaft and an output shaft and establishes a continuously variable gear stage between the two shafts. There is known a power transmission device in which the rotation of either one or both of an internal combustion engine and an electric motor is reversed by a planetary gear and transmitted to an input shaft of a continuously variable transmission mechanism to be able to move backward (see Patent Document 1 below).
この動力伝達装置においては、電動機がプラネタリギヤのサンギヤに連結され、プラネタリギヤのキャリアが第1クラッチを介して無段変速機構の入力軸に連結され、内燃機関がプラネタリギヤのリングギヤに連結されている。更に、キャリヤを選択的に固定するブレーキが設けられ、このキャリヤと無段変速機構の入力軸の間に第2クラッチが設けられている。 In this power transmission device, the electric motor is connected to the sun gear of the planetary gear, the carrier of the planetary gear is connected to the input shaft of the continuously variable transmission mechanism via the first clutch, and the internal combustion engine is connected to the ring gear of the planetary gear. Further, a brake for selectively fixing the carrier is provided, and a second clutch is provided between the carrier and the input shaft of the continuously variable transmission mechanism.
上記従来の動力伝達装置においては、内燃機関の動力で車両を後進させる場合、第1クラッチ及びブレーキを連結状態とし、キャリヤを固定すると共に、サンギヤを無段変速機構の入力軸に連結した状態でリングギヤを内燃機関で正回転させる。これにより、サンギヤが逆回転して後進走行となる。 In the conventional power transmission device, when the vehicle is driven backward by the power of the internal combustion engine, the first clutch and the brake are connected, the carrier is fixed, and the sun gear is connected to the input shaft of the continuously variable transmission mechanism. The ring gear is rotated forward by the internal combustion engine. As a result, the sun gear reversely rotates and travels backward.
ところで、車両が停止した状態(無段変速機構の入力軸が回転していない状態)から後進への切換えにおいては、プラネタリギヤが停止しているために第1クラッチ及びブレーキを連結状態とすることが円滑に行えるが、車両の前進速度が低下途中で(車速が0とならないうちに)後進に切換え操作が行われた場合には、ブレーキによるキャリアの停止と同時に無段変速機構の入力軸に逆転の駆動力が付与され、ショックや異音が生じるおそれがある。このため、前進用と後進用との夫々に専用のクラッチ(計2個)が必要となる。また、上記従来の動力伝達装置においては、プラネタリギヤを設けるために比較的高価となるだけでなく、電動機と内燃機関とを切り離してを燃費のよいハイブリッド化を行おうとすると更にクラッチを追加しなければならず、動力伝達装置の重量も大となり、車両への搭載が困難になるという不都合があった。 By the way, in switching from the state where the vehicle is stopped (the state where the input shaft of the continuously variable transmission mechanism is not rotating) to the reverse movement, the planetary gear is stopped, so the first clutch and the brake may be connected. Although it can be performed smoothly, if the forward switching operation is performed while the forward speed of the vehicle is decreasing (before the vehicle speed becomes zero), the reverse rotation is made to the input shaft of the continuously variable transmission mechanism simultaneously with the stopping of the carrier by the brake. The driving force is applied, and there is a risk of shock or abnormal noise. For this reason, a dedicated clutch (two in total) is required for each of the forward and backward use. Moreover, in the conventional power transmission device, not only is it relatively expensive to provide a planetary gear, but if an attempt is made to separate the electric motor from the internal combustion engine to achieve a fuel-efficient hybrid, an additional clutch must be added. In addition, the weight of the power transmission device is increased, which makes it difficult to mount the power transmission device on a vehicle.
以上の点に鑑み、本発明は動力伝達装置の小型化及び軽量化を図って車両への搭載性を向上させるだけでなく、無段変速機構による円滑な変速を阻害することなく前進から後進への切換えを行うことができてしかもコストの低減が可能なハイブリッド車両用動力伝達装置を提供することを課題とする。 In view of the above points, the present invention not only improves the mountability to the vehicle by reducing the size and weight of the power transmission device, but also from forward to reverse without hindering smooth shifting by the continuously variable transmission mechanism. It is an object of the present invention to provide a power transmission device for a hybrid vehicle that can be switched and that can reduce costs.
かかる課題を解決するために、本発明は、内燃機関と電動機とを備えるハイブリット車両用動力伝達装置であって、入力軸と出力軸とを有して両軸間で無段階の変速段を成立させる無段変速機構と、内燃機関と電動機との何れか一方又は両方からの回転を伝達する入力側伝達軸と、無段変速機構の入力軸に設けられた前進従動ギヤに接続され、入力側伝達軸に回転自在に設けられた前進駆動ギヤと、無段変速機構の入力軸に設けられた後進従動ギヤに中間ギヤを介して接続され、入力側伝達軸に回転自在に設けられた後進駆動ギヤと、前進駆動ギヤと後進駆動ギヤとを入力側伝達軸に切換え接続する切換え接続手段と、該切換え接続手段による前進から後退への切換え時に、前進駆動ギヤが入力側伝達軸から切り離された後、後進駆動ギヤが入力側伝達軸に接続されるに先立って電動機の駆動により入力側伝達軸の回転を強制的に後進駆動ギヤの回転に同期させる切換え制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve this problem, the present invention is a power transmission device for a hybrid vehicle including an internal combustion engine and an electric motor, and has an input shaft and an output shaft, and a stepless speed stage is established between both shafts. A continuously variable transmission mechanism that is connected to an input side transmission shaft that transmits rotation from one or both of the internal combustion engine and the electric motor, and a forward driven gear provided on the input shaft of the continuously variable transmission mechanism; A forward drive gear rotatably provided on the transmission shaft and a reverse drive gear connected to a reverse driven gear provided on the input shaft of the continuously variable transmission mechanism via an intermediate gear and rotatably provided on the input transmission shaft A switching connection means for switching and connecting the gear, the forward drive gear and the reverse drive gear to the input side transmission shaft, and the forward drive gear is disconnected from the input side transmission shaft at the time of switching from forward to reverse by the switching connection means The reverse drive gear Characterized in that it comprises a switching control means for synchronizing the forced rotation of the reverse drive gear the rotation of the input-side transmission shaft by the driving of the motor prior to being connected to the force side transmission shaft.
また、本発明において、前記内燃機関は、前記入力側伝達軸にクラッチを介して切り離し可能に接続され、前記電動機は、前記入力側伝達軸を介して伝達される前記内燃機関の回転により発電可能に前記入力側伝達軸に接続されていることを特徴とする。 In the present invention, the internal combustion engine is detachably connected to the input transmission shaft through a clutch, and the electric motor can generate electric power by rotation of the internal combustion engine transmitted through the input transmission shaft. It is connected to the input side transmission shaft.
本発明によれば、前記切換え接続手段により前進駆動ギヤと後進駆動ギヤとを前記入力側伝達軸に切換え接続することにより、従来のようにプラネタリギヤを用いることなく前進と後進とを切り換えることができる。このとき、切換え接続手段は、例えば、シンクロメッシュ機構等を採用して前後進と内燃機関切り離しを1つのクラッチで機能させることができて安価とすることができ、しかも、プラネタリギヤ方式に比べて動力伝達装置の小型軽量化を図ることが容易となり、車両への搭載性も向上させることができる。そして、本発明は、前記切換え制御手段を備えることにより、車両の前進速度が低下途中で(車速が0とならないうちに)後進に切換え操作が行われた場合であっても、切換え接続手段による切換え時にショックや異音の発生を防止することができ、無段変速機構による円滑な変速を阻害することなく前進から後進への切換えを行うことができる。 According to the present invention, the forward drive gear and the reverse drive gear are switched and connected to the input transmission shaft by the switching connecting means, so that the forward and reverse can be switched without using the planetary gear as in the prior art. . At this time, for example, the switching connecting means employs a synchromesh mechanism or the like, so that the forward / reverse operation and the internal combustion engine disconnection can be functioned by one clutch and can be made inexpensive. It is easy to reduce the size and weight of the transmission device, and the mounting property to the vehicle can be improved. Further, the present invention provides the switching control means, so that even if the switching operation is performed in the reverse direction while the forward speed of the vehicle is decreasing (before the vehicle speed becomes 0), the switching connection means is used. It is possible to prevent the occurrence of shock and abnormal noise at the time of switching, and to switch from forward to reverse without hindering smooth shifting by the continuously variable transmission mechanism.
また、本発明において、内燃機関が前記クラッチを介して前記入力側伝達軸に切り離し可能に接続されているので、例えば、車両発進時に前記クラッチにより内燃機関を切り離した状態で電動機の駆動力のみにより走行させ、電動機による入力側伝達軸の回転数と内燃機関からの回転数との回転差を小さくした時点で前記クラッチを接続させることで、ショックの発生や、内燃機関の不用意な停止(所謂エンスト)等を防止して円滑に駆動することができ、クラッチの容量も小さくすることができると共に、発進用のクラッチやトルクコンバータを不要とすることができる。 Further, in the present invention, since the internal combustion engine is detachably connected to the input transmission shaft via the clutch, for example, when the vehicle is started, the internal combustion engine is disconnected by the clutch only by the driving force of the electric motor. The clutch is connected when the rotational difference between the rotational speed of the input side transmission shaft by the electric motor and the rotational speed from the internal combustion engine is reduced, so that a shock is generated or the internal combustion engine is stopped unintentionally (so-called The engine can be smoothly driven, the clutch capacity can be reduced, and a starting clutch or torque converter can be dispensed with.
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、本実施形態の動力伝達装置1は、エンジン2(内燃機関)と電動機3(モータ・ジェネレータ)とを駆動源として備えている。また、動力伝達装置1は、エンジン2と電動機3との何れか一方又は両方からの回転を入力する入力側伝達軸4と、この入力側伝達軸4に接続された入力軸5と出力軸6とを有して両軸5,6間で無段階の変速段を成立させる無段変速機構7とを備えている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the power transmission device 1 of the present embodiment includes an engine 2 (internal combustion engine) and an electric motor 3 (motor / generator) as drive sources. The power transmission device 1 includes an input side transmission shaft 4 for inputting rotation from either one or both of the
入力側伝達軸4は、電動機3のステータ3aの内側で回転するロータ3bの内部空間に嵌挿されてロータ3bと一体に回転する回転伝達部材8に連結されている。回転伝達部材8はクラッチ9を備え、該クラッチ9によりエンジン2の動力軸2aが入力側伝達軸4と切り離し自在に連結される。回転伝達部材8及びクラッチ9はロータ3bの内部空間内に収められているのでコンパクトに構成されている。
The input-side transmission shaft 4 is connected to a rotation transmission member 8 that is inserted into the inner space of the
また、入力側伝達軸4は、前進駆動ギヤ10と後進駆動ギヤ11とを各々回転自在に備えると共に、前進駆動ギヤ10と後進駆動ギヤ11とを選択的に切換えて入力側伝達軸4に接続する切換え接続手段12(シンクロメッシュ機構)を備えている。
The input-side transmission shaft 4 includes a
無段変速機構7の入力軸5には、前進従動ギヤ13と後進従動ギヤ14とが固設されている。前進従動ギヤ13は前進駆動ギヤ10に噛合する。後進従動ギヤ14は、回転自在の中間伝達軸15に設けられた中間ギヤ16に噛合し、中間ギヤ16は後進駆動ギヤ11に噛合する。
A forward driven
車両の前進走行時には、切換え接続手段12を図中左動させて、前進駆動ギヤ10を入力側伝達軸4に連結する。これにより、入力側伝達軸4の回転が前進駆動ギヤ10及び前進従動ギヤ13を介して無段変速機構7の入力軸5に伝達される。車両の後進時には、切換え接続手段12を図中右動させて、後進駆動ギヤ11を入力側伝達軸4に連結する。これにより、入力側伝達軸4の回転が後進駆動ギヤ11、中間ギヤ16及び後進従動ギヤ14を介して無段変速機構7の入力軸5に伝達され、車両の前進走行時と反対方向の回転が無段変速機構7の入力軸5に入力される。
When the vehicle travels forward, the switching connecting means 12 is moved to the left in the figure to connect the
無段変速機構7は、駆動側プーリ17と従動側プーリ18と、両プーリ17,18間に巻回された無端状の金属ベルト19とを備えている。
The continuously variable transmission mechanism 7 includes a
駆動側プーリ17は、入力軸5に固定された不動フランジ20と、入力軸5に沿って移動する可動フランジ21とを備えている。不動フランジ20は、入力軸5の外周側に延設され、傾斜面を有する略円盤状に形成されている。可動フランジ21は、入力軸5が挿通される円筒状部21aの外周側に延設され、傾斜面を有する略円盤状に形成されている。金属ベルト19は、駆動側プーリ17の不動フランジ20と可動フランジ21との間に配設され、両フランジ20,21の傾斜面に沿って滑動する。
The driving
駆動側プーリ17の可動フランジ21は、外周縁に沿って円筒状に設けられたシリンダ部22を備えている。可動フランジ21はシリンダ部22に摺動自在に収容されており、可動フランジ21とシリンダ部22との間の空間に圧力室23が形成されている。そして、可動フランジ21は、圧力室23に付与される油圧力により入力軸5の軸方向に往復し、しかも入力軸5と共回りするようになっている。
The
従動側プーリ18は、出力軸6に固定された不動フランジ24と、出力軸6に沿って移動する可動フランジ25とを備えている。不動フランジ24は、出力軸6の外周側に延設され、傾斜面を有する略円盤状に形成されている。可動フランジ25は、出力軸6が挿通される円筒状部25aの外周側に延設され、傾斜面を有する略円盤状に形成されている。金属ベルト19は、従動側プーリ18の不動フランジ24と可動フランジ25との間に配設され、両フランジ24,25の傾斜面に沿って滑動する。
The driven
従動側プーリ18の可動フランジ25は、出力軸6に固定された押え板26を備え、この押え板26と可動フランジ25との間に設けられた図示しないコイルバネ等により不動フランジ24方向に押圧付勢され、しかも出力軸6と共回りするようになっている。
The
このように構成された無段変速機構7においては、駆動側プーリ17の圧力室23に油圧力が付与されて可動フランジ21が入力軸5の軸方向に沿って移動することにより、不動フランジ20と可動フランジ21との間隔が変更され、これに伴って金属ベルト19の巻回位置が駆動側プーリ17の直径方向で移動する。そして、駆動側プーリ17での金属ベルト4の巻回位置が変化すると、これに伴って、従動側プーリ18においても不動フランジ24と可動フランジ25との間隔が変更され、金属ベルト4の巻回位置が従動側プーリ18の直径方向で移動する。この結果、無段変速機構7では、変速比を無段階に変更される。
In the continuously variable transmission mechanism 7 configured as described above, an oil pressure is applied to the
無段変速機構7の出力軸6には終減速駆動ギヤ27が設けられており、この終減速駆動ギヤ27は、デファレンシャルギヤ機構28の終減速従動ギヤ29に噛合して車両の駆動軸30を駆動する。
A final
更に、動力伝達装置1は、図示しないが、入力側伝達軸4と後進駆動ギヤ11との夫々の回転速度(方向を含む)を検出する回転検出手段と、切換え接続手段12の作動時に回転検出手段によって検出された入力側伝達軸4に対する後進駆動ギヤ11の回転差に応じて電動機3を制御する切換え制御手段とを備えている。
Further, although not shown, the power transmission device 1 detects rotation when the rotation connecting means 12 detects the rotation speed (including direction) of the input side transmission shaft 4 and the reverse drive gear 11 and the switching connection means 12 is operated. Switching control means for controlling the
車両の前進走行時には、切換え接続手段12により前進駆動ギヤ10が入力側伝達軸4に連結されることにより前進従動ギヤ13を経て入力軸5が回転するが、入力軸5に設けられている後進従動ギヤ14も回転し、更に中間ギヤ16を介して後進駆動ギヤ11も回転する。このとき後進駆動ギヤ11は、図2及び図3に示すように、入力側伝達軸4に連結されている前進駆動ギヤ10に対して逆回転の状態となっている。ここで、車両の前進速度が低下途中で(車速が0とならないうちに)後進に切換え操作が行われた場合、前記切換え制御手段による電動機3の制御を行わなかった場合には、図3に示すように、後進駆動ギヤ11が入力側伝達軸4に接続された時点で入力側伝達軸4が急激に逆転し、接続時にショックや異音が生じる。
When the vehicle travels forward, the
それに対して、本実施形態の動力伝達装置1は、前記切換え制御手段による電動機3の制御を行うことにより、後進駆動ギヤ11の接続時のショックや異音を防止する。即ち、図2に示すように、切換え接続手段12により前進駆動ギヤ10が入力側伝達軸4から切り離され、切換え接続手段12が中立状態(ニュートラル)となったとき、切換え接続手段12による後進駆動ギヤ11の入力側伝達軸4への接続に先立って、切換え制御手段が電動機3を制御して入力側伝達軸4の回転を後進駆動ギヤ11の回転に同期させる。図2においては、切換え制御手段の制御により切換え接続手段12のニュートラル時に電動機3を逆転させ、入力側伝達軸4の回転を後進駆動ギヤ11の回転に合致させている。こうすることにより、切換え接続手段12による後進駆動ギヤ11の入力側伝達軸4への接続時にショックや異音が生じることなく、切換え接続手段12による切換え動作を極めて円滑に行うことができる。
On the other hand, the power transmission device 1 according to the present embodiment prevents the shock and noise when the reverse drive gear 11 is connected by controlling the
また、動力伝達装置1は、上記構成によって、前記クラッチ9を切り離し状態としてエンジン2を切り離すことにより、電動機3の駆動時にエンジン2の引きずりを防止することができる。更に、クラッチ9を連結状態としたエンジン2による駆動時に、電動機3による動力を付加させることができ、また、エンジン2からの回転を回転伝達部材8を介して電動機3へ入力することで、電動機3により発電を行うことができる。しかも、車両発進時に、クラッチ9によりエンジン2を切り離した状態で電動機3の駆動力のみにより走行させ、電動機3による入力側伝達軸4の回転数とエンジン2の動力軸2aの回転数との回転差を小さくした時点でクラッチ9を接続させることで、ショックの発生や、エンジン2の不用意な停止(所謂エンスト)等を防止して円滑に駆動することができる。しかも、クラッチ9の容量も小さくすることができると共に、発進用のクラッチやトルクコンバータを不要とすることができる。
Moreover, the power transmission device 1 can prevent the
なお、図1に示す動力伝達装置1においては、入力側伝達軸4と回転伝達部材8とが一体に連結されているものを示したが、本発明が採用される構成はこれに限るものではなく、例えば、図4に示すように、回転伝達部材8のクラッチ9(以下第1のクラッチ9とする)に隣接させて第2のクラッチ31を設け、該第2のクラッチ31により回転伝達部材8と入力側伝達軸4とを切り離し自在に連結できるようにしてもよい。これによれば、減速時エンジン2は停止し、減速エネルギー回生を行った直後にエンジン2を始動して再加速を行う場合に、切換え接続手段12は保持したまま第2のクラッチ31を切り離して台1のクラッチを連結し、電動機3の回転を停止中のエンジン2に伝達してエンジン2を始動させることでショック等を発生させることなくスムーズな再加速を行うことができる。しかも、停止時に第1のクラッチ9を連結状態とし、第2のクラッチ31を切り離し状態として、入力側伝達軸4を回転させることなく(車両を走行させることなく)電動機3の回転を停止中のエンジン2に伝達してエンジン2を始動させることができ、エンジン2を始動させるためのスタータを不要とすることができる。
In the power transmission device 1 shown in FIG. 1, the input transmission shaft 4 and the rotation transmission member 8 are integrally connected. However, the configuration in which the present invention is adopted is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4, a second clutch 31 is provided adjacent to the
1…動力伝達装置、2…エンジン(内燃機関)、3…電動機、4…入力側伝達軸、5…入力軸、6…出力軸、7…無段変速機構、9…クラッチ、10…前進駆動ギヤ、11…後進駆動ギヤ、12…切換え接続手段、13…前進従動ギヤ、14…後進従動ギヤ、16…中間ギヤ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power transmission device, 2 ... Engine (internal combustion engine), 3 ... Electric motor, 4 ... Input side transmission shaft, 5 ... Input shaft, 6 ... Output shaft, 7 ... Continuously variable transmission mechanism, 9 ... Clutch, 10 ... Forward drive Gear 11,
Claims (2)
入力軸と出力軸とを有して両軸間で無段階の変速段を成立させる無段変速機構と、
内燃機関と電動機との何れか一方又は両方からの回転を伝達する入力側伝達軸と、
無段変速機構の入力軸に設けられた前進従動ギヤに接続され、入力側伝達軸に回転自在に設けられた前進駆動ギヤと、
無段変速機構の入力軸に設けられた後進従動ギヤに中間ギヤを介して接続され、入力側伝達軸に回転自在に設けられた後進駆動ギヤと、
前進駆動ギヤと後進駆動ギヤとを入力側伝達軸に切換え接続する切換え接続手段と、
該切換え接続手段による前進から後退への切換え時に、前進駆動ギヤが入力側伝達軸から切り離された後、後進駆動ギヤが入力側伝達軸に接続されるに先立って電動機の駆動により入力側伝達軸の回転を強制的に後進駆動ギヤの回転に同期させる切換え制御手段とを備えることを特徴とするハイブリット車両用動力伝達装置。 A power transmission device for a hybrid vehicle comprising an internal combustion engine and an electric motor,
A continuously variable transmission mechanism that has an input shaft and an output shaft and establishes a continuously variable speed between both shafts;
An input side transmission shaft for transmitting rotation from either or both of the internal combustion engine and the electric motor;
A forward drive gear connected to the forward driven gear provided on the input shaft of the continuously variable transmission mechanism and rotatably provided on the input side transmission shaft;
A reverse drive gear connected to a reverse driven gear provided on the input shaft of the continuously variable transmission mechanism via an intermediate gear and rotatably provided on the input transmission shaft;
Switching connection means for switching and connecting the forward drive gear and the reverse drive gear to the input side transmission shaft;
At the time of switching from forward to reverse by the switching connecting means, after the forward drive gear is disconnected from the input side transmission shaft, the reverse drive gear is connected to the input side transmission shaft and the input side transmission shaft is driven by the electric motor before being connected to the input side transmission shaft. And a switching control means for forcibly synchronizing the rotation of the vehicle with the rotation of the reverse drive gear.
前記電動機は、前記入力側伝達軸を介して伝達される前記内燃機関の回転により発電可能に前記入力側伝達軸に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のハイブリット車両用動力伝達装置。 The internal combustion engine is detachably connected to the input side transmission shaft via a clutch,
2. The hybrid vehicle power transmission according to claim 1, wherein the electric motor is connected to the input-side transmission shaft so as to be able to generate electric power by rotation of the internal combustion engine transmitted through the input-side transmission shaft. apparatus.
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