JP2013067224A

JP2013067224A - ハイブリッド車両の変速制御装置

Info

Publication number: JP2013067224A
Application number: JP2011205666A
Authority: JP
Inventors: Akira Hibino; 晃日比野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-04-18

Abstract

【課題】装置の小型化に有利であり、かつコストを低減することが可能なハイブリッド車両の変速制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０と駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられた遊星歯車機構１４のサンギアＳと接続可能な第１ＭＧ１１と、遊星歯車機構１４のリングギアＲと動力伝達可能に設けられた出力軸１７に変速機構２１を介して動力を出力可能な第２ＭＧ１２とを備えたハイブリッド車両１の変速制御装置において、第２スプロケット３１の回転運動を利用して変速機構２１の変速段を切り替える変速段切替機構２６と、第１ＭＧ１１がサンギアＳと接続される第１位置と第１ＭＧ１１が第２スプロケット３１と動力伝達可能に接続される第２位置とに切り替え可能な連結部材３９及び連結部材３９を第１位置と第２位置とに駆動するシフトアクチュエータ４０を有するクラッチ機構２０を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１電動機と、第２電動機とを備え、内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路に対して第２電動機の回転を変速機構で変速して付加可能なハイブリッド車両の変速制御装置に関する。

内燃機関から出力された動力が遊星歯車機構で分割されて第１モータ・ジェネレータと動力伝達機構とにそれぞれ伝達されるとともに、第２モータ・ジェネレータから出力された動力が動力伝達機構に伝達され、動力伝達機構に伝達された動力で駆動輪が駆動されるハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両において、第２モータ・ジェネレータと動力伝達機構との間に複数の変速比に切り替え可能な変速機構を設け、第２モータ・ジェネレータの回転をその変速機構で変速して動力伝達機構に伝達する車両が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２０１０−２６９７１８号公報特開２００７−１６８６７９号公報

特許文献１の装置では、第１モータ・ジェネレータと遊星歯車機構とが切り離せない。そのため、車両を第２モータ・ジェネレータのみで駆動する場合に第１モータ・ジェネレータに動力が伝達されて第１モータ・ジェネレータが回転する。この第１モータ・ジェネレータの回転を防止するためには第１モータ・ジェネレータと遊星歯車機構との間にクラッチを設ければよい。しかしながら、この場合に変速機構のアクチュエータとは別にクラッチ用のアクチュエータを設けると装置が大型化するとともにコストが増加するおそれがある。

そこで、本発明は、装置の小型化に有利であり、かつコストを低減することが可能なハイブリッド車両の変速制御装置を提供することを目的とする。

本発明の変速制御装置は、内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられ、複数の回転要素を有する動力伝達機構と、前記複数の回転要素のうちの第１回転要素と接続可能なように設けられた第１電動機と、前記動力伝達機構と前記駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられ、前記複数の回転要素のうちの第２回転要素と動力伝達可能に設けられた出力部材と、互いに変速比が相違する複数の変速段に切り替え可能に構成された変速機構を介して前記出力部材に動力を出力可能に設けられた第２電動機と、を備えたハイブリッド車両に適用される変速制御装置において、回転部材を有し、前記回転部材の回転運動を利用して前記変速機構の変速段を切り替える変速段切替機構と、前記第１電動機が前記第１回転要素と動力伝達可能に接続されるとともに前記回転部材と切り離される第１位置と、前記第１電動機が前記第１回転要素と切り離されるとともに前記回転部材と動力伝達可能に接続される第２位置とに切り替え可能な切替部材と、前記切替部材を前記第１位置と前記第２位置とに駆動する駆動手段と、を有するクラッチ手段と、を備えた（請求項１）。

本発明の変速制御装置によれば、切替部材を第２位置に切り替えることにより第１電動機で回転部材を回転駆動できる。そのため、第１電動機で変速機構の変速段を切り替えることができる。この場合、変速機構に変速段を切り替えるための駆動源を設ける必要がない。従って、装置を小型化できるとともにコストを低減できる。また、本発明によれば、切替部材を第２位置に切り替えた場合には第１電動機が動力伝達機構と切り離される。これにより第２電動機の動力が第１電動機に伝達されることを防止できるので、第２電動機の動力が第１電動機で無駄に消費されることを防止できる。また、このように第１電動機を動力伝達機構から切り離すことにより、第２電動機で車両を走行させているときに第１電動機で変速機構の変速段を切り替えることができる。

本発明の変速制御装置の一形態において、前記変速機構は、低速ギア対と、前記低速ギア対よりも変速比が小さい高速ギア対と、を備え、前記低速ギア対のギアと前記高速ギア対のギアとが前記第２電動機の出力軸の軸線方向に同軸に並ぶように配置され、前記変速段切替機構は、前記第２電動機の前記出力軸と前記低速ギア対のギアとを動力伝達可能に接続する低速位置と前記第２電動機の前記出力軸と前記高速ギア対のギアとを動力伝達可能に接続する高速位置とに切り替え可能なように前記軸線方向に移動可能に設けられた接続先切替部材と、前記回転部材の回転運動を前記軸線方向の直線運動に変換して前記接続先切替部材を前記低速位置と前記高速位置との間で駆動する運動変換機構と、を備えていてもよい（請求項２）。このように運動変換機構で回転運動を直線運動に変換して接続先切替部材を動かすことにより、第１電動機で変速段を切り替えることができる。

本発明の変速制御装置の一形態においては、前記車両を前記第２電動機で走行させている場合、又は前記第２電動機の回転を変速させる場合に、前記切替部材が前記第２位置に駆動されるように前記駆動手段を制御する制御手段をさらに備えていてもよい（請求項３）。この形態によれば、車両を第２電動機で走行させている場合は第１電動機が第１回転要素と切り離される。そのため、車両を第２電動機で走行させているときに第１電動機で変速段の切り替えを行うことができる。

以上に説明したように、本発明の変速制御装置によれば、第１電動機で変速機構の変速段を切り替えることができるので、変速機構に変速段を切り替えるための駆動源を設ける必要がない。そのため、装置を小型化できるとともにコストを低減できる。

本発明の一形態に係る変速制御装置が組み込まれた車両を概略的に示す図。ドグスリーブが高速位置に切り替えられたときの変速機構を示す図。ドグスリーブがニュートラル位置に切り替えられたときの変速機構を示す図。

図１は、本発明の一形態に係る変速制御装置が組み込まれた車両を概略的に示している。この車両１はいわゆるハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関１０と、第１電動機としての第１モータ・ジェネレータ（以下、第１ＭＧと略称することがある。）１１と、第２電動機としての第２モータ・ジェネレータ（以下、第２ＭＧと略称することがある。）１２とを備えている。内燃機関１０は、ハイブリッド車両に搭載される周知のものであるため、詳細な説明を省略する。第１ＭＧ１１及び第２ＭＧ１２は、電動機及び発電機として機能する周知のものである。第１ＭＧ１１は、出力軸としてのロータ軸１１ａと一体回転するロータ１１ｂと、ロータ１１ｂの外周に同軸に配置されて不図示のケースに固定されたステータ１１ｃとを備えている。第２ＭＧ１２も同様に、出力軸としてのロータ軸１２ａと一体回転するロータ１２ｂと、ロータ１２ｂの外周に同軸に配置されてケースに固定されたステータ１２ｃとを備えている。

内燃機関１０の出力軸１０ａ及び第１ＭＧ１１のロータ軸１１ａは、動力分配機構１３と接続されている。動力分配機構１３は、動力伝達機構としての遊星歯車機構１４を備えている。遊星歯車機構１４は、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。遊星歯車機構１４は、外歯歯車であるサンギアＳと、そのサンギアＳに対して同軸的に配置された内歯歯車としてのリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンギアＰを自転可能かつサンギアＳの周囲を公転可能に保持するキャリアＣとを備えている。キャリアＣは内燃機関１０の出力軸１０ａと一体回転するように接続されている。サンギアＳは、クラッチ手段としてのクラッチ機構２０を介して第２ＭＧ１２のロータ軸１２ａと接続されている。そのため、サンギアＳが本発明の第１回転要素に対応する。リングギアＲは、外歯歯車であるドライブギア１５と一体回転するように接続されている。

この図に示すように動力分割機構１３には、不図示の駆動輪に動力を出力するための出力部１６も接続されている。出力部１６は、出力部材としての出力軸１７と、第１ドリブンギア１８と、第２ドリブンギア１９と、出力ギア２０とを備えている。第１ドリブンギア１８、第２ドリブンギア１９、及び出力ギア２０は、出力軸１７に同軸かつ一体回転するように取り付けられている。この図に示すように第１ドリブンギア１８は、ドライブギア１５と噛み合うように設けられている。そのため、リングギアＲが本発明の第２回転要素に対応する。図示は省略したが車両１は駆動輪に連結されたデファレンシャル機構を備えている。デファレンシャル機構は伝達された動力を左右の駆動輪に分配する周知のものである。出力ギア２０は、そのデファレンシャル機構のケースに設けられたリングギアと噛み合っている。そのため、出力部１６に伝達された動力は、出力ギア２０から駆動輪に伝達される。従って、動力分配機構１３及び出力部１６が本発明の動力伝達経路に対応する。

出力部１６には、変速機構２１を介して第２ＭＧ１２が接続されている。変速機構２１は、出力軸１７と平行に配置された回転軸２２と、その回転軸２２に回転可能に支持された中空円筒状の中間部材２３とを備えている。そのため、回転軸２２と中間部材２３とは互いに相対回転可能に設けられる。回転軸２２には、第１ドリブンギア１８と噛み合う第１ドライブギア２４が一体回転するように取り付けられている。また、中間部材２３には、第２ドリブンギア１９と噛み合う第２ドライブギア２５が一体回転するように取り付けられている。第２ドリブンギア１９と第２ドライブギア２５との変速比には、第１ドリブンギア１８と第１ドライブギア２４との変速比よりも小さい値が設定されている。そのため、第１ドリブンギア１８と第１ドライブギア２４で構成されるギア対が本発明の低速ギア対に対応し、第２ドリブンギア１９と第２ドライブギア２５で構成されるギア対が本発明の高速ギア対に対応する。

変速機構２１は、第２ＭＧ１２のロータ軸１２ａの接続先を回転軸２２と中間部材２３とに切り替える変速段切替機構２６を備えている。変速段切替機構２６は、接続先切替部材としてのドグスリーブ２７を備えている。第２ＭＧ１２のロータ軸１２ａは中空円筒状をしている。そして、ロータ軸１２ａの内周には軸線方向に延びるスプライン１２ｄが設けられている。また、ドグスリーブ２７の外周にも軸線方向に延びるスプライン２７ａが設けられている。ドグスリーブ２７は、そのスプライン２７ａがロータ軸１２ａのスプライン１２ｄと噛み合うようにロータ軸１２ａの内側に同軸に設けられている。これによりドグスリーブ２７は、ロータ軸１２ａと一体回転するとともに軸線方向に移動可能なようにロータ軸１２ａに支持される。ドグスリーブ２７の内周にも外周と同様に軸線方向に延びるスプライン２７ｂが設けられている。回転軸２２には、そのスプライン２７ｂと噛み合うことが可能なスプライン２２ａが設けられている。中間部材２３には、ドグスリーブ２７の外周のスプライン２７ａと噛み合うことが可能なスプライン２３ａが設けられている。

この変速段切替機構２６では、ドグスリーブ２７を図１に示す低速位置と図２に示す高速位置との間で駆動することにより第２ＭＧ１２のロータ軸１２ａの接続先を切り替える。なお、図２はドグスリーブ２７が高速位置に切り替えられたときの変速機構２１を示している。図１に示すように低速位置では、ドグスリーブ２７の外周のスプライン２７ａがロータ軸１２ａのスプライン１２ｄと噛み合うとともに内周のスプライン２７ｂが回転軸２２のスプライン２２ａと噛み合う。そして、この位置では、外周のスプライン２７ａが中間部材２３のスプライン２３ａとは噛み合わない。そのため、この低速位置では、第２ＭＧ１２のロータ軸１２ａと回転軸２２とが動力伝達可能に接続される。従って、第２ＭＧ１２と第１ドライブギア２４とが係合される。一方、図２に示すように高速位置では、ドグスリーブ２７の外周のスプライン２７ａがロータ軸１２ａのスプライン１２ｄ及び中間部材２３のスプライン２３ａとそれぞれ噛み合う。そして、この位置ではドグスリーブ２７の内周のスプライン２７ｂと回転軸２２のスプライン２２ａとの噛み合いが外れる。そのため、この高速位置では、第２ＭＧ１２のロータ軸１２ａと回転軸２３とが動力伝達可能に接続される。従って、第２ＭＧ１２と第２ドライブギア２５とが係合される。なお、低速位置と高速位置との間には、図３に示すようにドグスリーブ２７の内周のスプライン２７ｂと回転軸２２のスプライン２２ａとが噛み合わず、かつドグスリーブ２７の外周のスプライン２７ａと中間部材２３のスプライン２３ａとが噛み合わないニュートラル位置が設けられている。この位置では、第２ＭＧ１２が回転軸２２及び中間部材２３の両方と切り離される。

図１に示すように変速段切替機構２６は、回転運動を直線運動に変換する運動変換機構２８と、第１ＭＧ１１の回転を運動変換機構２８に伝達するための回転伝達機構２９とを備えている。運動変換機構２８としては例えばウォームギアが用いられる。回転伝達機構２９は、第１スプロケット３０と、第２スプロケット３１と、それらスプロケット３０、３１に巻き掛けられるチェーン３２とを備えている。第１スプロケット３０は、第１ＭＧ１１のロータ軸１１ａと同軸に配置される。第２スプロケット３１は運動変換機構２８に取り付けられ、チェーン３２の回転を運動変換機構２８に伝達する。そのため、第２スプロケット３１が本発明の回転部材に対応する。運動変換機構２８はドグスリーブ２７と接続されている。運動変換機構２８は、チェーン３２の回転を直線運動に変換してドグスリーブ２７を軸線方向に駆動する。具体的には、チェーン３２が所定の正方向に回転した場合にはドグスリーブ２７を図１の右方向に駆動し、チェーン３２が正方向と反対の逆方向に回転した場合にはドグスリーブ２７を図１の左方向に駆動する。

クラッチ機構２０は、サンギアＳと一体に回転する第１係合部材３３と、第１ＭＧ１１のロータ１１ａと一体に回転する第２係合部材３４及び第３係合部材３５と、第１スプロケット３０と一体に回転する第４係合部材３６とを備えている。第２係合部材３４は第１係合部材３３と対向するように配置されている。第３係合部材３５は第４係合部材３６と対向するように配置されている。各係合部材３３〜３６の外周にはそれぞれスプラインが設けられている。第２係合部材３４の径方向外側には中空円筒状の第１スリーブ３７が設けられている。第１スリーブ３７の内周面には、第１係合部材３３のスプライン及び第２係合部材３４のスプラインのそれぞれと噛み合い可能なスプラインが設けられている。これにより第１スリーブ３７は、ロータ軸１１ａと一体回転し、かつロータ軸１１ａの軸線方向に移動可能なようにロータ軸１１ａに支持される。また、第１スリーブ３７は、内周面のスプラインが第１係合部材３３のスプライン及び第２係合部材３４のスプラインの両方と噛み合う係合位置と、内周面のスプラインが第２係合部材３４のスプラインのみと噛み合う解放位置とに切り替え可能に設けられている。

第３係合部材３５の径方向外側には中空円筒状の第２スリーブ３８が設けられている。第２スリーブ３８の内周面には、第３係合部材３５のスプライン及び第４係合部材３６のスプラインのそれぞれと噛み合い可能なスプラインが設けられている。これにより第２スリーブ３８は、ロータ軸１１ａと一体回転し、かつロータ軸１１ａの軸線方向に移動可能なようにロータ軸１１ａに支持される。また、第２スリーブ３８は、内周面のスプラインが第３係合部材３５のスプライン及び第４係合部材３６のスプラインの両方と噛み合う係合位置と、内周面のスプラインが第３係合部材３５のスプラインのみと噛み合う解放位置とに切り替え可能に設けられている。

第１スリーブ３７と第２スリーブ３８とは、連結部材３９で連結されている。連結部材３９は、第１スリーブ３７が係合位置の場合には第２スリーブ３８が解放位置になり、第１スリーブ３７が解放位置の場合には第２スリーブ３８が係合位置になるようにこれらのスリーブ３７、３８を連結している。第１スリーブ３７が係合位置かつ第２スリーブ３８が解放位置の場合には、ロータ軸１１ａがリングギアＲと動力伝達可能に接続され、かつ第１スプロケット３０と切り離される。以降、第１スリーブ３７が係合位置になり、かつ第２スリーブ３８が解放位置になる連結部材３９の位置を第１位置と称する。一方、第１スリーブ３７が解放位置かつ第２スリーブ３８が係合位置の場合には、ロータ軸１１ａがリングギアＲと切り離され、かつ第１スプロケット３０と動力伝達可能に接続される。以降、第１スリーブ３７が解放位置になり、かつ第２スリーブ３８が係合位置になる連結部材３９の位置を第２位置と称する。このように第１スリーブ３７、第２スリーブ３８、及び連結部材３９の位置を変化させることによりロータ軸１１ａの接続先を切り替えることができるので、これらが本発明の切替部材に対応する。

連結部材３９は、駆動手段としてのシフトアクチュエータ４０と接続されている。シフトアクチュエータ４０は、図に矢印で示したように連結部材３９をロータ軸１１ａの軸線方向に駆動し、これにより連結部材３９を第１位置と第２位置とに駆動する。シフトアクチュエータ４０の動作は、制御手段としての不図示の制御装置にて制御される。制御装置は、車両１を第２ＭＧ１２で走行させている場合、又は第２ＭＧ１２の回転を変速させる場合に連結部材３９が第２位置に駆動されるようにシフトアクチュエータ４０を制御する。なお、制御装置としては例えば周知のエンジンコントロールユニットでシフトアクチュエータ４０を制御してもよい。

以上に説明したように、本発明によれば、シフトアクチュエータ４０で連結部材３９を第２位置に移動することで第１ＭＧ１１と運動変換機構２８とを動力伝達可能に接続できる。そのため、第１ＭＧ１１の動力でドグスリーブ２７を駆動し、これにより第２ＭＧ１２の接続先を第１ドライブギア２４又は第２ドライブギア２５に選択的に切り替えることができる。このように本発明ではドグスリーブ２７を第１ＭＧ１１で駆動できるので、ドグスリーブ２７を駆動するためのアクチュエータを他に設ける必要がない。従って装置を小型化できるとともにコストを低減できる。

また、連結部材３９を第２位置に移動させた場合には、第１ＭＧ１１が動力分配機構１３から切り離される。そのため、車両１を第２ＭＧ１２のみで走行させるＥＶ走行中にリングギアＲの回転に引き摺られて第１ＭＧ１１が回転することを防止できる。これにより第２ＭＧ１２の動力が無駄に消費されることを防止できる。また、ＥＶ走行中でも第１ＭＧ１１を動作させることが可能であるため、ＥＶ走行中に変速を行うことができる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、変速機構の変速段は２段に限定されない。変速段が３段以上の変速機構が搭載された車両に本発明を適用してもよい。第１ＭＧの回転を運動変換機構に伝達する機構はチェーンに限定されず、ベルトや歯車でもよい。本発明に設けられる運動変換機構は、ウォームギアに限定されない。回転運動を直線運動に変換することが可能な種々の機構を用いてよい。

１車両
１０内燃機関
１１第１モータ・ジェネレータ（第１電動機）
１２第２モータ・ジェネレータ（第２電動機）
１２ａロータ軸（出力軸）
１４遊星歯車機構（動力伝達機構）
１７出力軸（出力部材）
２０クラッチ機構（クラッチ手段）
２１変速機構
２６変速段切替機構
２７ドグスリーブ（接続先切替部材）
２８運動変換機構
３１第２スプロケット（回転部材）
３７第１スリーブ（切替部材）
３８第２スリーブ（切替部材）
３９連結部材（切替部材）
４０シフトアクチュエータ（駆動手段）
Ｓサンギア（第１回転要素）
Ｒリングギア（第２回転要素）

Claims

内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられ、複数の回転要素を有する動力伝達機構と、前記複数の回転要素のうちの第１回転要素と接続可能なように設けられた第１電動機と、前記動力伝達機構と前記駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられ、前記複数の回転要素のうちの第２回転要素と動力伝達可能に設けられた出力部材と、互いに変速比が相違する複数の変速段に切り替え可能に構成された変速機構を介して前記出力部材に動力を出力可能に設けられた第２電動機と、を備えたハイブリッド車両に適用される変速制御装置において、
回転部材を有し、前記回転部材の回転運動を利用して前記変速機構の変速段を切り替える変速段切替機構と、
前記第１電動機が前記第１回転要素と動力伝達可能に接続されるとともに前記回転部材と切り離される第１位置と、前記第１電動機が前記第１回転要素と切り離されるとともに前記回転部材と動力伝達可能に接続される第２位置とに切り替え可能な切替部材と、前記切替部材を前記第１位置と前記第２位置とに駆動する駆動手段と、を有するクラッチ手段と、を備えた変速制御装置。
前記変速機構は、低速ギア対と、前記低速ギア対よりも変速比が小さい高速ギア対と、を備え、
前記低速ギア対のギアと前記高速ギア対のギアとが前記第２電動機の出力軸の軸線方向に同軸に並ぶように配置され、
前記変速段切替機構は、前記第２電動機の前記出力軸と前記低速ギア対のギアとを動力伝達可能に接続する低速位置と前記第２電動機の前記出力軸と前記高速ギア対のギアとを動力伝達可能に接続する高速位置とに切り替え可能なように前記軸線方向に移動可能に設けられた接続先切替部材と、前記回転部材の回転運動を前記軸線方向の直線運動に変換して前記接続先切替部材を前記低速位置と前記高速位置との間で駆動する運動変換機構と、を備えている請求項１に記載の変速制御装置。
前記車両を前記第２電動機で走行させている場合、又は前記第２電動機の回転を変速させる場合に、前記切替部材が前記第２位置に駆動されるように前記駆動手段を制御する制御手段をさらに備えている請求項１又は２に記載の変速制御装置。