JP2013067262A

JP2013067262A - 車両の駆動装置

Info

Publication number: JP2013067262A
Application number: JP2011207176A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Komada; 英明駒田; Hiroaki Ebuchi; 弘章江渕; Hirotatsu Kitahata; 弘達北畠; Hiroto Hashimoto; 洋人橋本; Takahito Endo; 隆人遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP5834688B2

Abstract

【課題】駆動モード制御の複雑化を抑制できるとともに装置の小型化に寄与し得る車両の駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置２は、内燃機関３又は第１モータ・ジェネレータ４を選択的にロックするロック機構３５を備え、ロック機構３５は、内燃機関３をロックするための第１ハブ４１及び第１モータ・ジェネレータ４をロックするための第２ハブ４２のそれぞれと噛み合うことができるスリーブ４０を有し、そのスリーブ４０は一つのアクチュエータ４５にて駆動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の動力を差動機構によって出力部に伝達する動力と回転電機へ伝達する動力とに分割するハイブリッド車両に適用される駆動装置に関する。

ハイブリッド車両に適用される駆動装置として、差動機構の一つの回転要素に連結される内燃機関をロックするクラッチと、差動機構の他の回転要素に連結されるモータ・ジェネレータをロックするクラッチとを有し、これらのクラッチを操作することによって、内燃機関をロックするモードとモータ・ジェネレータをロックするモードとの間で駆動モードを切り替えるものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開２００７−５５４７３号公報特開２００９−１０７９号公報特開２００５−２９１４３９号公報特開２００４−２３９２７８号公報

特許文献１の駆動装置は、２つのクラッチのそれぞれにアクチュエータが搭載され、駆動モードを切り替えるために２つのクラッチが連係するように各アクチュエータを制御する必要がある。そのため、駆動モード制御が複雑化するおそれがあり、しかも２つのクラッチ及びこれらのそれぞれに含まれるアクチュエータの搭載によって装置の大型化を招くおそれがある。

そこで、本発明は、駆動モード制御の複雑化を抑制できるとともに装置の小型化に寄与し得る車両の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の駆動装置は、内燃機関と、回転電機と、駆動輪に動力を伝達するための出力部と、共通の軸線の回りに相互に差動回転可能な３つの回転要素を持ち前記３つの回転要素のいずれか一つの回転要素に前記内燃機関が、前記３つの回転要素の他の一つの回転要素に前記回転電機が、前記３つの回転要素の残りの回転要素に前記出力部がそれぞれ連結された差動機構と、前記内燃機関をロック可能な第１ロック手段と、前記回転電機をロック可能な第２ロック手段と、前記第１ロック手段及び前記第２ロック手段にて共用されるアクチュエータと、前記内燃機関がロックされた内燃機関ロックモードと前記回転電機がロックされた回転電機ロックモードとの間で駆動モードが切り替えられるように、前記アクチュエータを制御する駆動モード制御手段と、を備えるものである（請求項１）。

この駆動装置によれば、一つのアクチュエータを制御することによって、内燃機関ロックモードと回転電機ロックモードとの間で駆動モードを切り替えることができる。そのため、駆動モードの制御の複雑化を抑えつつ装置の小型化に寄与できる。

本発明の駆動装置の一態様として、前記車両には、前後方向に延びる左右一対のフロントサイドメンバが設けられ、前記軸線は、前記車両の幅方向に延び、かつ前記フロントサイドメンバの下方に位置するように配置され、前記軸線の方向に向かって前記内燃機関、前記差動機構、前記回転電機及び前記アクチュエータの順番で並ぶようにしてこれらが前記車両に配置されてもよい（請求項２）。この態様によれば、フロントサイドメンバの下方に軸線が位置するので、回転電機がフロントサイドメンバの下方に配置される。フロントサイドメンバの下方にはスペースに余裕があるため、回転電機の隣にアクチュエータを無理なく配置できる。従って、この態様の駆動装置は車両への搭載性が向上する。

本発明の駆動装置の一態様として、前記第１ロック手段及び前記第２ロック手段は前記アクチュエータにて駆動される一つの係合部材を共用し、前記第１ロック手段は、前記係合部材と係合可能で、前記内燃機関が連結される前記回転要素と一体回転する第１被係合部を有し、前記第２ロック手段は、前記係合部材と係合可能で、前記回転電機が連結される前記回転要素と一体回転する第２被係合部を有し、前記駆動モード制御手段は、前記アクチュエータによって前記係合部材と前記第１被係合部とが係合する第１位置と前記係合部材と前記第２被係合部とが係合する第２位置との間で前記係合部材を移動させてよい（請求項３）。この態様によれば、２つのロック手段にて一つの係合部材が共用され、その係合部材の操作によって駆動モードを切り替えることができるので、更なる小型化を達成できる。

この態様においては、前記第１位置と前記第２位置とは前記係合部材の移動方向に沿って並んでおり、前記第１位置と前記第２位置との間には、前記係合部材が前記第１被係合部及び前記第２被係合部のいずれとも係合しない第３位置が設定されてもよい（請求項４）。この場合、係合部材が第３位置に移動することで、内燃機関及び回転電機の両者がロックされない通常のハイブリッドモードが達成される。そして、第３位置が第１位置と第２位置との間に設定されているので、ハイブリッドモードから内燃機関ロックモードへ切り替える場合に回転電機ロックモードを経由したり、ハイブリッドモードから回転電機ロックモードへ切り替える場合に内燃機関ロックモードを経由したりする必要がない。即ち、ハイブリッドモードと内燃機関ロックモードとの相互の切り替えと、ハイブリッドモードと回転電機ロックモードとの相互の切り替えとを複雑な手順を経ずに実現することができる。

以上説明したように、本発明の駆動装置によれば、一つのアクチュエータを制御することによって、内燃機関ロックモードと回転電機ロックモードとの間で駆動モードを切り替えることができるため、駆動モードの制御の複雑化を抑えつつ装置の小型化に寄与できる。

本発明の一形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の全体構成を概略的に示した図。ロック機構の動作位置を示した説明図。軸線の方向から見た場合の駆動装置の配置を示した説明図。駆動装置の作動係合表を示した図。

図１に示すように、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。駆動装置２は、内燃機関３と、回転電機としての第１モータ・ジェネレータ４と、車両１の駆動輪１０に動力を出力するための出力部５と、内燃機関３、第１モータ・ジェネレータ４及び出力部５のそれぞれが連結された差動機構としての動力分割機構６と、出力部５に連結される第２モータ・ジェネレータ７と、駆動モードを切り替えるためのモード切替装置８を備えている。

内燃機関３は、火花点火型の多気筒内燃機関として構成されており、その動力は入力軸１０を介して動力分割機構６に伝達される。入力軸１０は第１モータ・ジェネレータ４のロータ軸１７と同軸に配置されている。

各モータ・ジェネレータ４、７は同様の構成を持っていて電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えている。第１モータ・ジェネレータ４は、固定部材であるケース１２に固定されたステータ１５と、そのステータ１５の内周側に同軸に配置されたロータ１６とを備えている。ロータ１６はロータ軸１７に固定されている。第２モータ・ジェネレータ７も同様にケースに固定されたステータ１８と、そのステータ１８の内周側に同軸に配置されたロータ１９とを備えている。第２モータ・ジェネレータ７はロータ１９が固定されたロータ軸２０を有しており、そのロータ軸２０の端部にはドライブギア２１が固定されている。第２モータ・ジェネレータ７の動力はそのドライブギア２１を介して出力部５に入力される。

出力部５は複数のギア２５〜２７を含むギア列２４と、このギア列２４を経由して伝達される動力を左右の駆動輪９に分配する差動装置３０とを有している。左右の駆動輪９はドライブ軸２９を介して差動装置３０に連結されている。ギア列２４は動力分割機構６に連結されたドライブギア２５と、このドライブギア２５と第２モータ・ジェネレータ７側のドライブギア２１とが共通に噛み合うカウンタギア２６と、カウンタギア２６と共通のギア軸２８に固定された中間ギア２７とを含む。中間ギア２７は差動装置３０のケースに設けられたギア３１に噛み合っている。

動力分割機構６は、相互に差動回転可能な３つの回転要素を持つシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、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であるリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオン３２を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣｒとを備えている。これらサンギアＳ、リングギアＲ及びキャリアＣｒは共通の軸線Ａｘの回りを差動回転する。この形態では、入力軸１０がキャリアＣｒに、第１モータ・ジェネレータ４がサンギアＳに、出力部５がリングギアＲにそれぞれ連結されている。

モード切替装置８は、内燃機関３をロックする内燃機関ロックモードと、第１モータ・ジェネレータ４をロックするＭＧロックモードとの間で駆動モードを切り替えることができる。ＭＧロックモードは回転電機ロックモードに相当する。モード切替装置８は内燃機関３又は第１モータ・ジェネレータ４のいずれかを選択的にロックするためのロック機構３５と、ロック機構３５を駆動するとともにその動作を制御するロック駆動装置３６とを含んでいる。ロック機構３５は噛み合い式クラッチとして構成されている。ロック機構３５は、軸線Ａｘ方向に移動可能であるが軸線Ａｘの回りの回転が阻止された状態でケース１２に取り付けられ、内周に歯部４０ａが形成された係合部材としてのスリーブ４０と、スリーブ４０の歯部４０ａと噛み合うことができる歯部４１ａを有し、動力分割機構６のキャリアＣｒと一体回転する第１ハブ４１と、スリーブ４０の歯部４０ａと噛み合うことができる歯部４２ａを有し、動力分割機構６のサンギアＳと一体回転する第２ハブ４２とを有する。各ハブ４１、４２は同じ外径を有し、スリーブ４０の移動方向である軸線Ａｘの方向に沿って並んでいる。スリーブ４０の歯部４０ａの歯幅は、第１ハブ４１と第２ハブ４２との間隔よりも小さく設定されている。第１ハブ４１は本発明の第１被係合部に、第２ハブ４２は本発明の第２被係合部にそれぞれ相当する。また、ロック機構３５のスリーブ４０と第１ハブ４１とによって本発明の第１ロック手段が構成され、ロック機構３５のスリーブ４０と第２ハブ４２とによって本発明の第２ロック手段が構成される。

ロック駆動装置３６は、スリーブ４０を軸線Ａｘの方向に移動させるアクチュエータ４５と、アクチュエータ４５の動作を制御する制御ユニット４６とを備えている。アクチュエータ４５は例えば油圧式のリニアアクチュエータであり、図２の（ａ）〜（ｃ）の３つの位置でスリーブ４０を保持できる。図２の（ａ）はスリーブ４０と第１ハブ４１とが係合する第１位置であり、図２の（ｃ）はスリーブ４０と第２ハブ４２とが係合する第２位置であり、図２の（ｂ）はスリーブ４０が第１ハブ４１及び第２ハブ４２のいずれとも係合しないニュートラル位置である。スリーブ４０が第１位置に保持されることで内燃機関ロックモードが実施され、スリーブ４０が第２位置に保持されることでＭＧロックモードが実施される。スリーブ４０がニュートラル位置に保持された状態で、内燃機関３が運転されるとともに及び第２モータ・ジェネレータ７が力行されることでハイブリッドモードが実施される。

図１に示したように、駆動装置２は、軸線Ａｘの方向に向かって、内燃機関３、動力分割機構６、第１モータ・ジェネレータ４及びアクチュエータ４５の順番でこれらが並ぶようにして車両１に搭載されている。また、図３に示したように、駆動装置２は車両１のフロントサイドメンバＳｍの下方に軸線Ａｘが位置するように配置されている。フロントサイドメンバＳｍは左右一対に設けられており、車両１の前後方向（図３の左右方向）に延びている。なお、図示しないもう一方のフロントサイドメンバは図３の紙面と直交する方向の奥側に位置する。図３から理解できるように、フロントサイドメンバＳｍの下方にはスペースに余裕があるため、第１モータ・ジェネレータ４の隣にアクチュエータ４５を無理なく配置することができる。

ロック駆動装置３６の制御ユニット４６は車両１の運転を適正に制御するためのコンピュータとして構成されていて、本発明の駆動モード制御手段として機能する。制御ユニット４６は、駆動装置２にて発生させるべき要求駆動力や車速に応じて複数の駆動モードを選択的に実施する。制御ユニット４６が実施する複数の駆動モードとしては、例えば内燃機関３のトルク及び第１モータ・ジェネレータ４又は第２モータ・ジェネレータ７のトルクを走行用駆動源とするハイブリットモードと、内燃機関３を停止させて、第１モータ・ジェネレータ４又は第２モータ・ジェネレータ７のトルクのみを走行用駆動源とするＥＶモードとがある。

更に、制御ユニット４６がアクチュエータ４５を制御することによって、上述の内燃機関ロックモードはＥＶモードの実施中に行なわれ、上述のＭＧロックモードはハイブリッドモードの実施中に行なわれる。制御ユニット４６が内燃機関ロックモードとＭＧロックモードとの間で駆動モードを切り替える際には、主として車速センサ５０から入力された情報に基づいて車速を演算し所定のプログラムに従って適正な駆動モードを選択する。具体的には、図４に示すように、制御ユニット４６は、アクチュエータ４５を制御することによって、車速Ｖが低速側の第１判定値以下の場合には内燃機関ロックモードに切り替え、車速Ｖが高速側の第２判定値以上の場合にはＭＧロックモードに切り替える。車速Ｖが第１判定値よりも大きく第２判定値に満たない範囲内においては、スリーブ４０がニュートラル位置（図２参照）に保持されてハイブリッドモードが実施される。

図２に示したように、ニュートラル位置が内燃機関ロックモードに対応する第１位置とＭＧロックモードに対応する第２位置との間に設けられているので、ハイブリッドモードから内燃機関ロックモードへ切り替える場合にＭＧロックモードを経由したり、ハイブリッドモードからＭＧロックモードへ切り替える場合に内燃機関ロックモードを経由したりする必要がない。即ち、ハイブリッドモードと内燃機関ロックモードとの相互の切り替えと、ハイブリッドモードとＭＧロックモードとの相互の切り替えとを複雑な手順を経ずに実現することができる。また、内燃機関ロックモードとＭＧロックモードとは車速によってこれらの実行領域が区分されているので、これらのモードを同時に実施する状況が存在しない。そのため、内燃機関ロックモードとＭＧロックモードへとの相互の切り替えを速やかに実行する必要性がない。従って、これらのモードの切り替えにハイブリッドモードを経由しても応答性が問題となることはない。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。ロック手段が噛み合い式クラッチであることは一例にすぎない。２つのロック手段が一つのアクチュエータを共用する限りにおいて、２つのロック手段の少なくとも一つを摩擦式クラッチで構成することも可能である。この場合、係合部材としてのクラッチプレートを２つの摩擦式クラッチで共用させることも可能である。本発明に係る回転電機として、モータ・ジェネレータを設けることは一例であり、その代わりに発電機又は電動機を設けることもできる。

１車両
２駆動装置
３内燃機関
４第１モータ・ジェネレータ（回転電機）
５出力部
６動力分割機構（差動機構）
３５ロック機構（第１ロック手段、第２ロック手段）
４０スリーブ
４５アクチュエータ
４６制御ユニット（駆動モード制御手段）
Ａｘ軸線

Claims

内燃機関と、回転電機と、駆動輪に動力を伝達するための出力部と、共通の軸線の回りに相互に差動回転可能な３つの回転要素を持ち前記３つの回転要素のいずれか一つの回転要素に前記内燃機関が、前記３つの回転要素の他の一つの回転要素に前記回転電機が、前記３つの回転要素の残りの回転要素に前記出力部がそれぞれ連結された差動機構と、前記内燃機関をロック可能な第１ロック手段と、前記回転電機をロック可能な第２ロック手段と、前記第１ロック手段及び前記第２ロック手段にて共用されるアクチュエータと、前記内燃機関がロックされた内燃機関ロックモードと前記回転電機がロックされた回転電機ロックモードとの間で駆動モードが切り替えられるように、前記アクチュエータを制御する駆動モード制御手段と、を備える車両の駆動装置。
前記車両には、前後方向に延びる左右一対のフロントサイドメンバが設けられ、
前記軸線は、前記車両の幅方向に延び、かつ前記フロントサイドメンバの下方に位置するように配置され、
前記軸線の方向に向かって前記内燃機関、前記差動機構、前記回転電機及び前記アクチュエータの順番で並ぶようにしてこれらが前記車両に配置される請求項１の駆動装置。
前記第１ロック手段及び前記第２ロック手段は前記アクチュエータにて駆動される一つの係合部材を共用し、
前記第１ロック手段は、前記係合部材と係合可能で、前記内燃機関が連結される前記回転要素と一体回転する第１被係合部を有し、
前記第２ロック手段は、前記係合部材と係合可能で、前記回転電機が連結される前記回転要素と一体回転する第２被係合部を有し、
前記駆動モード制御手段は、前記アクチュエータによって前記係合部材と前記第１被係合部とが係合する第１位置と前記係合部材と前記第２被係合部とが係合する第２位置との間で前記係合部材を移動させることにより、前記駆動モードを切り替える請求項１の駆動装置。
前記第１位置と前記第２位置とは前記係合部材の移動方向に沿って並んでおり、
前記第１位置と前記第２位置との間には、前記係合部材が前記第１被係合部及び前記第２被係合部のいずれとも係合しないニュートラル位置が設定されている請求項３に記載の駆動装置。