JP2015009648A - 車両のトランスアクスル装置 - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、エンジン直結モード時には、トランスアクスル装置における減速比は一定となる。ところで、エンジンにおいて出力トルクが効率よく得られる回転速度は、一般的に電動モータに比べて狭い範囲である。したがって、エンジンの効率の低い回転速度範囲では、電動モータによって駆動をアシストしなければならない場合がある。
また、請求項3の発明は、請求項2において、第1のエンジン動力伝達ギヤ列は、第1の駆動軸に設けられたアイドラギヤと、出力軸に設けられアイドラギヤに噛み合う第1のギヤとにより構成され、第1の電動機動力伝達ギヤ列は、第2の駆動軸に設けられた第2のギヤとアイドラギヤと第1のギヤとにより構成され、第1のギヤとアイドラギヤとが噛み合い、アイドラギヤと第2のギヤとが噛み合うように構成されていることを特徴とする。
また、請求項5の発明は、請求項2から4のいずれか1項において、第2の電動機に接続された第3の駆動軸と、複数のギヤを噛み合わせて構成され第1の駆動軸と第3の駆動軸との間で動力を伝達する第2の電動機動力伝達ギヤ列と、を備え、第2の電動機動力伝達ギヤ列を構成するギヤの噛み合い数が奇数であることを特徴とする。
また、請求項7の発明は、請求項6において、第2の動力断接手段は、出力軸に対して第4のギヤを断接切り換え可能な同期噛み合い装置であることを特徴とする。
また、請求項9の発明は、請求項8において、第2の電動機動力伝達ギヤ列の減速比は、第1の電動機動力伝達ギヤ列の減速比より小さいことを特徴とする。
更に、エンジン動力伝達ギヤ列が減速比の異なる第1のエンジン動力伝達ギヤ列と第2のエンジン動力伝達ギヤ列とを具備し、第1の動力断接手段を接続することで第1のエンジン動力伝達ギヤ列を介してエンジンから出力軸に動力が伝達可能となり、第2の動力断接手段を接続することで第2のエンジン動力伝達ギヤ列を介してエンジンから出力軸に動力が伝達可能となる。
本発明の請求項2の車両のトランスアクスル装置では、第1のエンジン動力伝達ギヤ列及び第2のエンジン動力伝達ギヤ列を構成するギヤの噛み合い数が奇数及び偶数のうちいずれか一方であり、第1の電動機動力伝達ギヤ列を構成するギヤの噛み合い数が奇数及び偶数のうちの他方であるので、出力軸を介して第1の駆動軸と第2の駆動軸とは逆方向に回転する。したがって、エンジンと第1の電動機が同時に作動しこれらの回転速度が変化したときに、エンジンにより車体が受ける反動トルクと、第1の電動機により車体が受ける反動トルクとが相殺され、車体(パワープラント)の揺れを低減させることができる。
本発明の請求項3の車両のトランスアクスル装置では、第1のエンジン動力伝達ギヤ列と第1の電動機動力伝達ギヤ列は、アイドラギヤを共用しているので、ギヤの使用枚数を低減し、部品点数を低減させることができる。
本発明の請求項4の車両のトランスアクスル装置では、第1の動力断接手段によりアイドラギヤと第1の駆動軸とを接続することで、エンジンから第1のエンジン動力伝達ギヤ列を介して出力軸に動力を伝達することができる。また、第1の動力断接手段によりアイドラギヤと第1の駆動軸との接続を切り離すことで、エンジンの連れ回りによるエネルギー効率の悪化を防止しつつ第1の電動機から第1の電動機動力伝達ギヤ列を介して出力軸に動力を伝達することができる。このように、第1の動力断接手段の断接を切換えることで、エンジンによる走行駆動と第1の電動機による走行駆動の切り換えを可能にして、車両のエネルギー効率を向上させることができる。
また、第3のギヤ組のギヤの噛み合い数が奇数であるので、第1の駆動軸と第3の駆動軸とが逆方向に回転する。これにより、エンジンと第2の電動機が同時に作動したときに、エンジンにより車体が受ける反動トルクと、第2の電動機により車体が受ける反動トルクとが相殺され、車体(パワープラント)の揺れを更に軽減することができる。
また、第2の動力断接手段が同期噛み合い装置であるので、第4のギヤと出力軸との接続を滑らかに行うことができるとともにコンパクトに構成することができる。更には非結合時のフリクションを抑えて燃費を向上させるとともに、第2の動力断接手段の切り換え作動に必要とする消費エネルギーを低減させることができる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るトランスアクスル装置の模式図である。図2は、第1の実施形態のトランスアクスル装置におけるギヤの噛み合い状態を示す説明図である。なお、図2は、第1の実施形態トランスアクスル装置の側方から見た図である。
本発明の第1の実施形態に係るトランスアクスル装置1は、走行駆動源としてエンジン2と電動モータ3(第1の電動機)を横置きに搭載したハイブリッド車両(以下、車両という)に採用される。本実施形態の車両は、車両の前部にエンジン2と電動モータ3を搭載し、前車軸であるドライブシャフト4(走行駆動軸)を駆動するFF車である。
エンジン軸11、モータ軸12、発電機軸13、及び出力軸14は、互いに平行に車両左右方向に延びるように配置されている。
モータ軸12は、中空状に形成され、その内部に発電機軸13が同軸上に配置されている。発電機軸13は、モータ軸12よりも長く形成され、両端部が夫々モータ軸12よりも外方に突出している。モータ軸12の両端部内部には、モータ軸12と発電機軸13との間に夫々ベアリング15(軸受け手段)が備えられている。ベアリング15は、モータ軸12と発電機軸13とを互いに回転可能に支持している。モータ軸12及び発電機軸13は、夫々車両左方端部がトランスアクスル装置1から突出しており、モータ軸12の車両左方端部近傍が電動モータ3に接続され、発電機軸13の車両左方端部近傍が発電機5に接続されている。
出力軸14は、その車両右方端部近傍に設けられたファイナルギヤ20を介して差動装置16に動力を伝達可能に構成されている。
エンジン軸11には、車両右方(エンジン2側)から順番に、エンジン軸固定ギヤ21(第3のギヤ)及びアイドラギヤ22が配置されている。
また、出力軸14の車両左方端部近傍には、出力軸固定ギヤ27(第1のギヤ)が備えられている。出力軸固定ギヤ27は、出力軸14に固定されており、出力軸14とともに回転する構成になっている。更に、出力軸固定ギヤ27とアイドラギヤ22とは噛み合うように、エンジン軸11の軸方向で一致するように配置されている。なお、アイドラギヤ22と出力軸固定ギヤ27とは、第1のエンジン動力伝達ギヤ列28を構成している。即ちエンジン軸11と出力軸14とは、図1、2に示すように、2つのギヤ22、27からなり噛み合い数が1つである第1のエンジン動力伝達ギヤ列28を介して動力伝達可能に構成されている。ここで、噛み合い数とは、複数のギヤが動力を伝達することによってギヤの回転方向が切り換わる回数のことを表しており、ギヤ同士の歯と歯が接触する箇所の数を表したものではない。
発電機軸13の車両右方端部近傍には、発電機軸固定ギヤ31(第5のギヤ)が備えられている。発電機軸固定ギヤ31は、発電機軸13に固定されており、発電機軸13とともに回転する構成になっている。更に、発電機軸固定ギヤ31とエンジン軸固定ギヤ21とは噛み合うように、エンジン軸11の軸方向で一致するように配置されている。なお、エンジン軸固定ギヤ21と発電機軸固定ギヤ31は、発電機動力伝達ギヤ列32(第2の電動機動力伝達ギヤ列)を構成している。即ちエンジン軸11と発電機軸13とは、2つのギヤ21、31からなり噛み合い数が1つである発電機動力伝達ギヤ列32を介して常に動力伝達可能に構成されている。
以上のような構成により、第1の実施形態のトランスアクスル装置1では、エンジン軸11と発電機軸13とは発電機動力伝達ギヤ列32を介して常に動力伝達可能に構成され、モータ軸12と出力軸14とはモータ動力伝達ギヤ列29を介して常に動力伝達可能に構成されている。
図3に示すように、エンジン軸11とアイドラギヤ22とが接続されないように第1のシンクロナイザ23を作動制御するとともに、出力軸14と出力軸遊転ギヤ35とが接続されないように第2のシンクロナイザ36を作動制御し、車両に搭載された図示しないバッテリから電力を供給して電動モータ3を駆動することで、EV走行モードが可能となる。このとき、モータ軸12からモータ動力伝達ギヤ列29を介して出力軸14に動力が伝達し、ドライブシャフト4を駆動する。
図5は、第1の実施形態のトランスアクスル装置1におけるエンジン直結1速モード時での動力伝達経路を示す説明図である。図6は、第1の実施形態のトランスアクスル装置1におけるエンジン直結2速モード時での動力伝達経路を示す説明図である。
図5に示すように、エンジン軸11とアイドラギヤ22とが接続するように第1のシンクロナイザ23を作動制御するとともに、出力軸14と出力軸遊転ギヤ35とが切断するように第2のシンクロナイザ36を作動制御することで、エンジン軸11から第1のエンジン動力伝達ギヤ列28を介して出力軸14に動力が伝達可能となる。(エンジン直結1速モード)
また、図6に示すように、出力軸14と出力軸遊転ギヤ35とが接続するように第2のシンクロナイザ36を作動制御するとともに、エンジン軸11とアイドラギヤ22とが切断するように第1のシンクロナイザ23を作動制御することで、エンジン軸11から第2のエンジン動力伝達ギヤ列37を介して出力軸14に動力が伝達可能となる。(エンジン直結2速モード)
第1のエンジン動力伝達ギヤ列28と第2のエンジン動力伝達ギヤ列37とは減速比が異なるので、第1のシンクロナイザ23及び第2のシンクロナイザ36のいずれかを選択して接続することで、エンジン軸11と出力軸14とを接続するエンジン直結モードにおいて減速比を変更することができる。
特に、上記のように、第1のエンジン動力伝達ギヤ列28の減速比を車両が最高車速に達するための第1の減速比に設定し、第2のエンジン動力伝達ギヤ列37の減速比を第1のエンジン動力伝達ギヤ列28における第1の減速比よりも小さい値である第2の減速比にすることで、高速走行と高効率走行との両立を図ることができる。
また、アイドラギヤ22に対してモータ軸固定ギヤ26及び出力軸固定ギヤ27を噛み合わせるように、エンジン軸11、モータ軸12及び出力軸14を配置すればよいので、例えばエンジン軸11と出力軸14の位置があらかじめ制約されていたとしても、モータ軸12はエンジン軸11を中心とした円周上に自由に設定することができる。したがって、エンジン軸11、モータ軸12及び出力軸14の配置の自由度を向上させることができる。
図7は、エンジン2と電動モータ3の両方から動力を出力軸14に伝達するパラレル走行モードで、車両を前進させる場合での、各軸の回転方向を示している。なお、以下、車両に前進させる場合でのドライブシャフト4の回転方向と同一の回転方向を正転、この正転と逆方向の回転方向を逆転という。
そして、モータ軸12と出力軸14との間で動力を伝達するモータ動力伝達ギヤ列29が3枚のギヤ26、22、27から構成されてその噛み合い数が2つであることから、モータ軸12は出力軸14と同方向の回転に、即ち逆転となる。また、エンジン軸11と出力軸14との間で動力を伝達する第1のエンジン動力伝達ギヤ列28が2枚のギヤ22、27から構成されて噛み合い数が1つであり、第2のエンジン動力伝達ギヤ列37が2枚のギヤ21、35から構成されて噛み合い数が1つであることから、エンジン軸11は出力軸14と逆方向の回転に、即ち正転となる。また、発電機軸13とエンジン軸11との間で動力を伝達する発電機動力伝達ギヤ列32が2枚のギヤ21、31から構成されて噛み合い数が1つであることから、発電機軸13はエンジン軸11と逆方向の回転に、即ち逆転となる。
更には、第1のシンクロナイザ23及び第2のシンクロナイザ36によって動力の断接を行うので、動力の断接に広く利用される湿式多板クラッチを用いた場合と比較して、コンパクトに構成することができるとともに、非接続時でのフリクションを抑制することができ、よってEV走行モード時における燃費の向上を図ることができる。また、第1のシンクロナイザ23及び第2のシンクロナイザ36を例えば電動アクチュエータで駆動する場合、断接切換え時のみ電動アクチュエータを作動すればよく、保持のために電動アクチュエータを作動させる必要がないので、エネルギー消費を抑えることができる。
本発明の第2の実施形態に係るトランスアクスル装置40は、上記第1の実施形態のトランスアクスル装置1に対して、出力軸固定ギヤ27を介して出力軸14と差動装置16とが動力を伝達可能に構成されている点が異なる。
このように構成することで、ファイナルギヤ20が不要になり、部品点数を削減して、コスト及び重量の低下を図ることができる。また、トランスアクスル装置40のギヤ(21、22、26、27、31、35)を、第1のエンジン動力伝達ギヤ列28及びモータ動力伝達ギヤ列29のギヤ(22、26、27)、発電機動力伝達ギヤ列32及び第2のエンジン動力伝達ギヤ列37のギヤ(21、31、35)の2列にまとめることができ、トランスアクスル装置1の軸方向(車両左右方向)の寸法を更に抑制することができる。
例えば、上記実施形態(第1の実施形態または第2の実施形態)の第1のシンクロナイザ23及び第2のシンクロナイザ36については、同期噛み合い機能を有するものでなくとも、クラッチ等のように動力の伝達を断接切り換え可能なものであればよい。
また、上記実施形態では、第1のエンジン動力伝達ギヤ列28及び第2のエンジン動力伝達ギヤ列37が2枚のギヤで構成されて噛み合い数が1つであり、モータ動力伝達ギヤ列29が3枚のギヤ26、22、27で構成されて噛み合い数が2つであり、発電機動力伝達ギヤ列32が2枚のギヤ21、31で構成されて噛み合い数が1つであるが、第1のエンジン動力伝達ギヤ列28、第2のエンジン動力伝達ギヤ列37及び発電機動力伝達ギヤ列32のギヤの噛み合い数を奇数及び偶数のうちのいずれか一方とし、モータ動力伝達ギヤ列29の噛み合い数を奇数及び偶数のうちの他方とすれば、夫々ギヤ数を増やしてもよい。
2 エンジン
3 電動モータ(第1の電動機)
5 発電機(第2の電動機)
11 エンジン軸(第1の駆動軸)
12 モータ軸(第2の駆動軸)
13 発電機軸(第3の駆動軸)
14 出力軸
21 エンジン軸固定ギヤ(第3のギヤ)
22 アイドラギヤ
23 第1のシンクロナイザ(第1の動力断接手段)
26 モータ軸固定ギヤ(第2のギヤ)
27 出力軸固定ギヤ(第1のギヤ)
28 第1のエンジン動力伝達ギヤ列
29 モータ動力伝達ギヤ列(第1の電動機動力伝達ギヤ列)
31 発電機軸固定ギヤ(第5のギヤ)
32 発電機動力伝達ギヤ列(第2の電動機動力伝達ギヤ列)
35 出力軸遊転ギヤ(第4のギヤ)
36 第2のシンクロナイザ(第2の動力断接手段)
37 第2のエンジン動力伝達ギヤ列
Claims (10)
- 車両に搭載されたエンジンの駆動軸と同軸配置され、前記駆動軸に接続される第1の駆動軸と、
前記第1の駆動軸と平行に配置され、車両の走行駆動軸に差動装置を介して動力を伝達する出力軸と、
前記出力軸と平行に配置され、前記車両に搭載された第1の電動機に接続される第2の駆動軸と、
複数のギヤを噛み合わせて構成され前記第1の駆動軸と前記出力軸との間で動力を伝達するエンジン動力伝達ギヤ列と、
複数のギヤを噛み合わせて構成され前記第2の駆動軸と前記出力軸との間で動力を伝達する第1の電動機動力伝達ギヤ列と、を備えた車両のトランスアクスル装置であって、
前記エンジン動力伝達ギヤ列は、前記第1の駆動軸と前記出力軸との間で動力を伝達する第1のエンジン動力伝達ギヤ列と、前記第1の駆動軸と前記出力軸との間で動力を伝達し前記第1のエンジン動力伝達ギヤ列と減速比が異なる第2のエンジン動力伝達ギヤ列と、を具備し、
前記第1のエンジン動力伝達ギヤ列は、前記第1の駆動軸と前記出力軸との間の動力の伝達路を接続または切断に切り換える第1の動力断接手段を有し、
前記第2のエンジン動力伝達ギヤ列は、前記第1の駆動軸と前記出力軸との間の動力の伝達路を接続または切断に切り換える第2の動力断接手段を有することを特徴とする車両のトランスアクスル装置。 - 前記第1のエンジン動力伝達ギヤ列及び前記第2のエンジン動力伝達ギヤ列を構成するギヤの噛み合い数は、奇数及び偶数のうちいずれか一方であり、前記第1の電動機動力伝達ギヤ列を構成するギヤの噛み合い数は、奇数及び偶数のうちの他方であることを特徴とする請求項1に記載の車両のトランスアクスル装置。
- 前記第1のエンジン動力伝達ギヤ列は、前記第1の駆動軸に設けられたアイドラギヤと、前記出力軸に設けられ前記アイドラギヤに噛み合う第1のギヤとにより構成され、
前記第1の電動機動力伝達ギヤ列は、前記第2の駆動軸に設けられた第2のギヤと前記アイドラギヤと前記第1のギヤとにより構成され、前記第1のギヤと前記アイドラギヤとが噛み合い、前記アイドラギヤと前記第2のギヤとが噛み合うように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の車両のトランスアクスル装置。 - 前記第1の動力断接手段は、前記第1の駆動軸に対して前記アイドラギヤを断接切り換え可能な同期噛み合い装置であることを特徴とする請求項3に記載の車両のトランスアクスル装置。
- 第2の電動機に接続された第3の駆動軸と、
複数のギヤを噛み合わせて構成され前記第1の駆動軸と前記第3の駆動軸との間で動力を伝達する第2の電動機動力伝達ギヤ列と、を備え、
前記第2の電動機動力伝達ギヤ列を構成するギヤの噛み合い数が奇数であることを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の車両のトランスアクスル装置。 - 前記第2のエンジン動力伝達ギヤ列は、前記第1の駆動軸に設けられた第3のギヤと、前記出力軸に回転可能に支持され前記第3のギヤと噛み合う第4のギヤとにより構成され、
前記第2の電動機動力伝達ギヤ列は、前記第3の駆動軸に設けられた第5のギヤと前記第3のギヤとにより構成されることを特徴とする請求項5に記載の車両のトランスアクスル装置。 - 前記第2の動力断接手段は、前記出力軸に対して前記第4のギヤを断接切り換え可能な同期噛み合い装置であることを特徴とする請求項6に記載の車両のトランスアクスル装置。
- 前記第1の電動機は、車両に搭載されたバッテリから電力を供給されて駆動する電動モータとして作動し、
前記第2の電動機は発電機として作動することを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の車両のトランスアクスル装置。 - 前記第2の電動機動力伝達ギヤ列の減速比は、前記第1の電動機動力伝達ギヤ列の減速比より小さいことを特徴とする請求項8に記載の車両のトランスアクスル装置。
- 前記第1のエンジン動力伝達ギヤ列の減速比及び前記第2のエンジン動力伝達ギヤ列の減速比のうち、いずれか一方は前記車両が最高車速に達するための第1の減速比に設定され、他方は前記第1の減速比よりも小さな値である第2の減速比に設定されることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の車両のトランスアクスル装置。
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