JP2020059360A - 車両用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前後のトルク分配比を制御可能な車両用駆動装置を簡単に構成する。【解決手段】エンジン２０とフロントアクスル軸１２との間に設けられる前輪動力伝達経路２６と、リヤアクスル軸１５と前輪動力伝達経路２６との間に設けられる後輪動力伝達経路３４と、前輪動力伝達経路２６と後輪動力伝達経路３４との間に設けられる第１クラッチＣＬ１と、後輪動力伝達経路３４に設けられ、第１クラッチＣＬ１に連結されるリングギヤＲ、リヤアクスル軸１５に連結されるキャリアＣ、およびモータジェネレータ４１に連結されるサンギヤＳ、を備える遊星歯車機構４０と、リングギヤＲを制動する締結状態と制動を解除する解放状態とに制御されるブレーキＢＲと、遊星歯車機構４０の差動動作を禁止する締結状態と差動動作を許容する解放状態とに制御される第２クラッチＣＬ２と、を有し、遊星歯車機構４０は、共線図上で、リングギヤＲとサンギヤＳとが両端に配置される構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、前輪と後輪とを駆動する車両用駆動装置に関する。

前輪と後輪とを駆動する車両用駆動装置として、遊星歯車機構や電動モータを備えた駆動装置が提案されている（特許文献１〜３参照）。

特開２００５−１７０１５９号公報 特開２０１０−１２５８９６号公報 特開２０１０−１６２９７０号公報

ところで、前輪と後輪とを駆動する車両用駆動装置においては、車両の走行性能を高める観点から、前後のトルク分配比を制御することが求められる。また、前後のトルク分配比を制御することは、車両用駆動装置の構成を複雑にする要因であることから、トルク分配比を制御可能な車両用駆動装置を簡単に構成することが求められている。

本発明の目的は、トルク分配比を制御可能な車両用駆動装置を簡単に構成することにある。

本発明の車両用駆動装置は、前輪と後輪とを駆動する車両用駆動装置であって、前記前輪と前記後輪との一方に連結される第１車軸と、前記前輪と前記後輪との他方に連結される第２車軸と、動力源と前記第１車軸との間に設けられる第１動力伝達経路と、前記第２車軸と前記第１動力伝達経路との間に設けられる第２動力伝達経路と、前記第１動力伝達経路と前記第２動力伝達経路との間に設けられ、前記第１および第２動力伝達経路を互いに連結する締結状態と、前記第１および第２動力伝達経路の連結を解除する解放状態と、に制御される第１クラッチと、前記第２動力伝達経路に設けられ、前記第１クラッチに連結される第１回転要素、前記第２車軸に連結される第２回転要素、および電動モータに連結される第３回転要素、を備える動力分割機構と、前記第１回転要素を制動する締結状態と、前記第１回転要素の制動を解除する解放状態と、に制御されるブレーキと、前記動力分割機構の差動動作を禁止する締結状態と、前記動力分割機構の差動動作を許容する解放状態と、に制御される第２クラッチと、を有し、前記動力分割機構は、共線図上で、前記第１回転要素と前記第３回転要素とが両端に配置される構成である。

本発明によれば、第２動力伝達経路に設けられ、第１クラッチに連結される第１回転要素、第２車軸に連結される第２回転要素、および電動モータに連結される第３回転要素、を備える動力分割機構、を有する。動力分割機構は、共線図上で、第１回転要素と第３回転要素とが両端に配置される構成である。これにより、トルク分配比を制御可能な車両用駆動装置を簡単に構成することができる。

本発明の一実施の形態である車両用駆動装置を示す概略図である。 車両用駆動装置の制御系の一例を示す図である。 各走行モードにおけるクラッチ、ブレーキおよびエンジンの作動状況を示す図である。 第１ＥＶモードにおける車両用駆動装置を示す概略図である。 第１ＥＶモードにおける遊星歯車機構の差動状況の一例を示す共線図である。 第２ＥＶモードにおける車両用駆動装置を示す概略図である。 第１ＥＶモードから第２ＥＶモードに切り替える際の遊星歯車機構の差動状況の一例を示す共線図である。 トルク分配モードにおける車両用駆動装置を示す概略図である。 トルク分配モードにおける遊星歯車機構の差動状況の一例を示す共線図である。 トルク分配モードにおける遊星歯車機構の差動状況の一例を示す共線図である。 差動制限モードにおける車両用駆動装置を示す概略図である。 差動制限モードにおける遊星歯車機構の差動状況の一例を示す共線図である。 トルク分配モードにおける遊星歯車機構の差動状況の他の例を示す共線図である。 車速と駆動力との関係を簡単に示した線図である。 本発明の他の実施の形態である車両用駆動装置を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

［全体構造］
図１は本発明の一実施の形態である車両用駆動装置１０を示す概略図である。図１に示すように、車両に搭載される車両用駆動装置１０は、前輪１１に連結されたフロントアクスル軸（第１車軸）１２を駆動する前輪駆動系１３と、後輪１４に連結されたリヤアクスル軸（第２車軸）１５を駆動する後輪駆動系１６と、前輪駆動系１３と後輪駆動系１６との間に設けられる第１クラッチＣＬ１と、を有している。

前輪駆動系１３は、エンジン（動力源）２０と、これに連結されるトランスミッション２１と、を有している。トランスミッション２１の変速出力軸２２には歯車列２３を介して前輪出力軸２４が連結されており、前輪出力軸２４にはフロントデファレンシャル機構２５を介してフロントアクスル軸１２が連結されている。つまり、エンジン２０とフロントアクスル軸１２との間には、トランスミッション２１、変速出力軸２２、歯車列２３、前輪出力軸２４、およびフロントデファレンシャル機構２５等からなる前輪動力伝達経路（第１動力伝達経路）２６が設けられている。なお、エンジン２０には、発電電動機であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）２７が連結されている。また、トランスミッション２１には、図示しないトルクコンバータや変速機構等が組み込まれている。

後輪駆動系１６は、第１クラッチＣＬ１を介して前輪動力伝達経路２６に連結される動力分割ユニット３０を有している。この動力分割ユニット３０のユニット出力軸３１には後輪出力軸３２が連結されており、後輪出力軸３２にはリヤデファレンシャル機構３３を介してリヤアクスル軸１５が連結されている。つまり、前輪動力伝達経路２６とリヤアクスル軸１５との間には、動力分割ユニット３０、ユニット出力軸３１、後輪出力軸３２およびリヤデファレンシャル機構３３等からなる後輪動力伝達経路（第２動力伝達経路）３４が設けられている。

［動力分割ユニット］
後輪動力伝達経路３４に設けられる動力分割ユニット３０は、遊星歯車機構（動力分割機構）４０、第２クラッチＣＬ２、ブレーキＢＲおよびモータジェネレータ（電動モータ）４１を有している。また、動力分割ユニット３０を構成する遊星歯車機構４０は、リングギヤ（第１回転要素）Ｒと、リングギヤＲに噛み合うピニオンＰを回転自在に支持するキャリア（第２回転要素）Ｃと、ピニオンＰに噛み合うサンギヤ（第３回転要素）Ｓと、を有している。リングギヤＲには第１クラッチＣＬ１を介して前輪動力伝達経路２６が連結されており、キャリアＣにはユニット出力軸３１等を介してリヤアクスル軸１５が連結されており、サンギヤＳには中空軸４２および歯車列４３を介してモータジェネレータ４１が連結されている。後述するように、遊星歯車機構４０は、共線図上で、リングギヤＲとサンギヤＳとが両端に配置される構成を有している。

動力分割ユニット３０に設けられる第２クラッチＣＬ２は、スリップ状態に制御可能な摩擦クラッチである。この第２クラッチＣＬ２は、キャリアＣに連結されるクラッチハブ５０と、サンギヤＳに中空軸４２を介して連結されるクラッチドラム５１と、クラッチハブ５０とクラッチドラム５１との間に設けられる複数の摩擦プレート５２と、を有している。第２クラッチＣＬ２を締結状態に制御することにより、遊星歯車機構４０のキャリアＣとサンギヤＳとは互いに拘束され、遊星歯車機構４０の差動動作が禁止される。一方、第２クラッチＣＬ２を解放状態に制御することにより、キャリアＣとサンギヤＳとの拘束は解除され、遊星歯車機構４０の差動動作が許容される。なお、第２クラッチＣＬ２は、クラッチドラム５１内に油圧室５３を備えた油圧クラッチである。

動力分割ユニット３０に設けられるブレーキＢＲは、引き摺り抵抗の少ない噛合ブレーキである。このブレーキＢＲは、リングギヤＲに連結されるブレーキハブ６０と、動力分割ユニット３０のハウジング６１に連結されるブレーキハブ６２と、これらブレーキハブ６０，６２の外周部に噛み合うブレーキスリーブ６３と、を有している。また、ブレーキスリーブ６３には、油圧アクチュエータ６４のスライドフォーク６５が取り付けられている。油圧アクチュエータ６４によってブレーキスリーブ６３を矢印α方向にスライドさせると、双方のブレーキハブ６０，６２にブレーキスリーブ６３が噛み合い、ブレーキＢＲはリングギヤＲを制動する締結状態に制御される。一方、油圧アクチュエータ６４によってブレーキスリーブ６３を矢印β方向にスライドさせると、一方のブレーキハブ６２からブレーキスリーブ６３が外れ、ブレーキＢＲはリングギヤＲの制動を解除する解放状態に制御される。

前述したように、前輪動力伝達経路２６と後輪動力伝達経路３４との間には、噛合クラッチである第１クラッチＣＬ１が設けられている。この第１クラッチＣＬ１は、変速出力軸２２に連結されるクラッチハブ７０と、リングギヤＲに連結されるクラッチハブ７１と、これらクラッチハブ７０，７１の外周部に噛み合うクラッチスリーブ７２と、を有している。また、クラッチスリーブ７２には、油圧アクチュエータ７３のスライドフォーク７４が取り付けられている。油圧アクチュエータ７３によってクラッチスリーブ７２を矢印α方向にスライドさせると、双方のクラッチハブ７０，７１にクラッチスリーブ７２が噛み合い、第１クラッチＣＬ１は双方の動力伝達経路２６，３４を互いに連結する締結状態に制御される。一方、油圧アクチュエータ７３によってクラッチスリーブ７２を矢印β方向にスライドさせると、一方のクラッチハブ７１からクラッチスリーブ７２が外れ、第１クラッチＣＬ１は双方の動力伝達経路２６，３４の連結を解除する解放状態に制御される。

［制御系］
続いて、車両用駆動装置１０の制御系について説明する。図２は車両用駆動装置１０の制御系の一例を示す図である。図２に示すように、車両用駆動装置１０は、動力分割ユニット３０等を制御するため、マイコン等からなるメインコントローラ８０を有している。後述するように、車両用駆動装置１０は、車両の走行モードとして、モータジェネレータ４１によって後輪駆動系１６を駆動する後輪駆動モードと、エンジン２０およびモータジェネレータ４１によって前輪駆動系１３および後輪駆動系１６を駆動する全輪駆動モードと、を有している。そこで、メインコントローラ８０には、後輪駆動モードを実行する第１走行制御部（モータ走行制御部）８１と、全輪駆動モードを実行する第２走行制御部（分配トルク制御部）８２と、が設けられている。

また、メインコントローラ８０には、エンジン２０の運転状態を制御するエンジンコントローラ８３、車両の走行速度である車速を検出する車速センサ８４、アクセルペダルの操作状況を検出するアクセルセンサ８５、およびブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキセンサ８６等が接続されている。そして、メインコントローラ８０は、各種センサやコントローラからの情報に基づき制御信号を生成し、エンジンコントローラ８３、バルブユニット８７、インバータ８８等に対して制御信号を出力する。つまり、メインコントローラ８０の第１走行制御部８１や第２走行制御部８２は、エンジンコントローラ８３を介してエンジン２０やＩＳＧ２７を制御し、油圧制御用のバルブユニット８７を介してクラッチＣＬ１，ＣＬ２やブレーキＢＲを制御し、電力変換機器であるインバータ８８を介してモータジェネレータ４１を制御する。なお、モータジェネレータ４１には、インバータ８８を介してバッテリ８９が接続されている。

［走行モードの概要］
続いて、各走行モードにおける車両用駆動装置１０の作動状態について詳細に説明する。図３は各走行モードにおけるクラッチＣＬ１，ＣＬ２、ブレーキＢＲおよびエンジン２０の作動状況を示す図である。

図３に示すように、車両の走行モードとして、後輪駆動系１６を駆動する後輪駆動モードがあり、前輪駆動系１３と後輪駆動系１６との双方を駆動する全輪駆動モードがある。後輪駆動モードにおいては、第１クラッチＣＬ１の解放によって前輪駆動系１３と後輪駆動系１６とが切り離され、モータジェネレータ４１によって後輪駆動系１６が駆動される。このように、モータジェネレータ４１を用いて走行する後輪駆動モードとして、低速走行時に実施される第１ＥＶモードがあり、中高速走行時に実施される第２ＥＶモードがある。また、全輪駆動モードにおいては、第１クラッチＣＬ１の締結によって前輪駆動系１３と後輪駆動系１６とが連結され、エンジン２０およびモータジェネレータ４１によって前輪駆動系１３および後輪駆動系１６が駆動される。この全輪駆動モードとして、モータジェネレータ４１を用いて遊星歯車機構４０の差動動作を制御するトルク分配モードがあり、第２クラッチＣＬ２を用いて遊星歯車機構４０の差動動作を制限する差動制限モードがある。

これらの走行モードは、メインコントローラ８０によって、車速や要求駆動力等に基づき設定される。例えば、要求駆動力の小さなモータ走行領域では、車速に応じて第１ＥＶモードや第２ＥＶモードが設定される。つまり、モータ走行領域での低車速時には第１ＥＶモードが設定され、モータ走行領域での中高車速時には第２ＥＶモードが設定される。また、アクセルペダルの踏み込み等によって要求駆動力が増加し、要求駆動力が所定のモータ走行領域を超える場合には、エンジン２０およびモータジェネレータ４１によって前輪１１および後輪１４を駆動するトルク分配モードが設定される。また、バッテリ８９のＳＯＣ低下等によってモータジェネレータ４１の制御が困難な場合や、前輪１１や後輪１４の空転を防止して車両の走破性を高める場合等には、遊星歯車機構４０の差動動作を制限する差動制限モードが設定される。

［後輪駆動モード］
（第１ＥＶモード）
まず、第１ＥＶモードについて説明する。図４は第１ＥＶモードにおける車両用駆動装置１０を示す概略図であり、図５は第１ＥＶモードにおける遊星歯車機構４０の差動状況の一例を示す共線図である。なお、図４に示す黒塗りの矢印は、トルクの伝達状況を示している。また、図５の共線図において、符号Ｓはサンギヤを示し、符号Ｃはキャリアを示し、符号Ｒはリングギヤを示している。

図３および図４に示すように、第１ＥＶモードにおいては、第１クラッチＣＬ１が解放状態に制御され、第２クラッチＣＬ２が解放状態に制御され、ブレーキＢＲが締結状態に制御され、かつエンジン２０が停止状態に制御される。この状態のもとで、モータジェネレータ４１を力行状態に制御することにより、モータジェネレータ４１から出力されるモータトルクは、各回転要素が差動回転する遊星歯車機構４０を経て後輪１４に伝達される。これにより、モータジェネレータ４１によって後輪１４を駆動することができ、モータトルクによって車両を走行させることができる。

つまり、図５に示すように、停車状態（線Ｌ１）から車両を発進させる際には、矢印ａ１で示すように、モータジェネレータ４１が正転方向に駆動される。これにより、矢印ｂ１で示すように、キャリアＣを正転方向に駆動することができ、後輪１４を前進方向に駆動して車両を前進させることができる。一方、矢印ａ２で示すように、モータジェネレータ４１を逆転方向に駆動することにより、矢印ｂ２で示すように、キャリアＣを逆転方向に駆動することができ、後輪１４を後退方向に駆動して車両を後退させることができる。なお、第２クラッチＣＬ２を解放して遊星歯車機構４０の差動動作を許容することにより、遊星歯車機構４０を減速歯車列として機能させることができ、モータトルクを増幅させて後輪１４に伝達することができる。

（第２ＥＶモード）
続いて、第２ＥＶモードについて説明する。図６は第２ＥＶモードにおける車両用駆動装置１０を示す概略図であり、図７は第１ＥＶモードから第２ＥＶモードに切り替える際の遊星歯車機構４０の差動状況の一例を示す共線図である。なお、図６に示す黒塗りの矢印は、トルクの伝達状況を示している。また、図７の共線図において、符号Ｓはサンギヤを示し、符号Ｃはキャリアを示し、符号Ｒはリングギヤを示している。

図３および図６に示すように、第２ＥＶモードにおいては、第１クラッチＣＬ１が解放状態に制御され、第２クラッチＣＬ２が締結状態に制御され、ブレーキＢＲが解放状態に制御され、かつエンジン２０が停止状態に制御される。この状態のもとで、モータジェネレータ４１を力行状態に制御することにより、モータジェネレータ４１から出力されるモータトルクは、各回転要素が一体に回転する遊星歯車機構４０を経て後輪１４に伝達される。このように、第２クラッチＣＬ２を締結して遊星歯車機構４０の差動動作を禁止することにより、前述した第１ＥＶモードに比べて、キャリアＣやこれに連結される後輪１４の回転速度を高めることができる。これにより、モータジェネレータ４１の回転速度を過度に上昇させることなく、幅広い車速領域でモータ走行を維持することができる。

また、車速上昇に伴って第１ＥＶモードから第２ＥＶモードに切り替える際には、図３に示すように、ブレーキＢＲが解放状態に制御され、第２クラッチＣＬ２が締結状態に制御される。つまり、図７に示すように、第１ＥＶモードでの走行状態（線Ｌ２）から、第２ＥＶモードでの走行状態（線Ｌ３）に切り替える際には、ブレーキＢＲを解放してリングギヤＲの拘束を解くとともに、矢印ａ１で示すように、キャリアＣに対してサンギヤＳを同期させるようにモータジェネレータ４１を減速させる。

そして、キャリアＣとサンギヤＳとの回転速度が同期したタイミングで、第２クラッチＣＬ２が締結状態に制御される。ここで、第２クラッチＣＬ２は摩擦クラッチであることから、キャリアＣとサンギヤＳとの回転速度が完全に一致していない場合であっても、第２クラッチＣＬ２を締結状態に制御することができ、第１ＥＶモードから第２ＥＶモードに走行モードを容易に切り替えることができる。なお、第２ＥＶモードにおいては、遊星歯車機構４０の各回転要素が一体に回転するため、モータジェネレータ４１の回転速度を上げることにより（矢印ａ２）、後輪１４の回転速度を上げることができ（矢印ｂ２）、モータジェネレータ４１の回転速度を下げることにより（矢印ａ３）、後輪１４の回転速度を下げることができる（矢印ｂ３）。

これまで説明したように、モータ走行を行う後輪駆動モードにおいては、第１クラッチＣＬ１を解放した状態のもとで、モータジェネレータ４１が力行状態に制御される。そして、車速が閾値（例えば３０ｋｍ／ｈ）を下回る領域では、第２クラッチＣＬ２が解放され、かつブレーキＢＲが締結される。このように、低車速領域において第１ＥＶモードを実行することにより、モータトルクを増幅させて後輪１４を駆動することができるため、小型のモータジェネレータ４１を用いて車両を発進させることができる。一方、車速が閾値（例えば３０ｋｍ／ｈ）を上回る領域では、第２クラッチＣＬ２が締結され、かつブレーキＢＲが解放される。このように、中高車速領域において第２ＥＶモードを実行することにより、第１ＥＶモードに比べて後輪１４の回転速度を高めることができるため、モータジェネレータ４１の回転速度を過度に上昇させることなく、幅広い車速領域でモータ走行を維持することができる。なお、第１ＥＶモードや第２ＥＶモードにおいては、トランスミッション２１内の図示しないクラッチが解放されており、停止中のエンジン２０は前輪駆動系１３から切り離されている。

［全輪駆動モード］
（トルク分配モード）
続いて、トルク分配モードについて説明する。図８はトルク分配モードにおける車両用駆動装置１０を示す概略図であり、図９および図１０はトルク分配モードにおける遊星歯車機構４０の差動状況の一例を示す共線図である。なお、図８に示す黒塗りの矢印は、トルクの伝達状況を示している。また、図９および図１０の共線図において、符号Ｓはサンギヤを示し、符号Ｃはキャリアを示し、符号Ｒはリングギヤを示している。なお、以下の説明において、前輪側の分配トルクとは、前輪１１に分配されるエンジントルクやモータトルクであり、後輪側の分配トルクとは、後輪１４に分配されるエンジントルクやモータトルクである。

図３および図８に示すように、トルク分配モードにおいては、第１クラッチＣＬ１が締結状態に制御され、第２クラッチＣＬ２が解放状態に制御され、ブレーキＢＲが解放状態に制御され、かつエンジン２０が運転状態に制御される。つまり、図８に示すように、第１クラッチＣＬ１の締結によって前後の動力伝達経路２６，３４が接続されるため、エンジントルクは前輪動力伝達経路２６を介して前輪１１に伝達されるだけでなく、エンジントルクは後輪動力伝達経路３４を介して後輪１４に伝達される。また、第２クラッチＣＬ２およびブレーキＢＲが解放されるため、遊星歯車機構４０の差動動作については、リングギヤＲに入力されるエンジントルクと、サンギヤＳに入力されるモータトルクと、に応じて制御される。後述するように、トルク分配モードにおいては、モータジェネレータ４１を力行状態または回生状態に制御することにより、遊星歯車機構４０の差動動作を制御して前後のトルク分配比を調整する。

図９に示すように、前輪１１と後輪１４とを駆動するトルク分配モードにおいて、車速を上昇させる際には、エンジン２０の回転速度（以下、エンジン回転数と記載する。）を上げることにより、リングギヤＲの回転速度を上昇させる（矢印ａ１）。そして、リングギヤＲの回転速度の上昇幅に合わせるように、モータジェネレータ４１の回転速度（以下、モータ回転数と記載する。）を上げることにより、サンギヤＳの回転速度を上昇させる（矢印ｂ１）。これにより、リングギヤＲとキャリアＣとの回転速度、つまり前輪１１と後輪１４との回転速度を共に上げることができ（矢印ａ１，ｃ１）、車速を上昇させることができる。一方、車速を低下させる際には、エンジン回転数を下げることにより、リングギヤＲの回転速度を低下させる（矢印ａ２）。そして、リングギヤＲの回転速度の下降幅に合わせるように、モータ回転数を下げることにより、サンギヤＳの回転速度を低下させる（矢印ｂ２）。これにより、リングギヤＲとキャリアＣとの回転速度、つまり前輪１１と後輪１４との回転速度を共に下げることができ（矢印ａ２，ｃ２）、車速を低下させることができる。

このトルク分配モードにおいては、遊星歯車機構４０の差動動作を制御することにより、前輪１１と後輪１４とのトルク分配比が目標値に向けて制御される。図１０に示すように、トルク分配モードにおいて、前輪側の分配トルクを増加させて後輪側の分配トルクを減少させる際には、矢印α１で示すように、モータジェネレータ４１から正転側に出力されるモータトルク（回転トルク）が下げられる。つまり、モータジェネレータ４１を回生状態に制御することにより、サンギヤＳに対して制動トルクつまり減速トルクが与えられる。このように、サンギヤＳを制動することにより、図１０に線Ｌ４で示すように、後輪側のキャリアＣに減速トルクを与えることができ（矢印α２）、前輪側のリングギヤＲに加速トルクを与えることができる（矢印α３）。これにより、後輪側の分配トルクを減少させることができ、前輪側の分配トルクを増加させることができる。なお、サンギヤＳに与える減速トルクの大きさに応じて、キャリアＣの減速トルクやリングギヤＲの加速トルクの大きさを調整することができるため、後輪側の分配トルクの減少量や前輪側の分配トルクの増加量を自在に調整することが可能である。

一方、トルク分配モードにおいて、前輪側の分配トルクを減少させて後輪側の分配トルクを増加させる際には、矢印β１で示すように、モータジェネレータ４１から正転側に出力されるモータトルク（回転トルク）が上げられる。つまり、モータジェネレータ４１を力行状態に制御することにより、サンギヤＳに対して加速トルクが与えられる。このように、サンギヤＳを加速させることにより、図１０に線Ｌ５で示すように、後輪側のキャリアＣに加速トルクを与えることができ（矢印β２）、前輪側のリングギヤＲに減速トルクを与えることができる（矢印β３）。これにより、後輪側の分配トルクを増加させることができ、前輪側の分配トルクを減少させることができる。なお、サンギヤＳに与える加速トルクの大きさに応じて、キャリアＣの加速トルクやリングギヤＲの減速トルクの大きさを調整することができるため、後輪側の分配トルクの増加量や前輪側の分配トルクの減少量を自在に調整することが可能である。

このように、トルク分配モードにおいては、モータジェネレータ４１のモータトルクを減速側（一方側）に変化させることにより、前輪側の分配トルクを増加させて後輪側の分配トルクを減少させることができる。一方、モータジェネレータ４１のモータトルクを加速側（他方側）に変化させることにより、前輪側の分配トルクを減少させて後輪側の分配トルクを増加させることができる。このように、トルク分配モードにおいては、モータトルクを減速側や加速側に変化させることにより、前後のトルク分配比を自在に調整することが可能である。なお、図１０に示した例では、トルク作用方向を明確にするため、当初の線Ｌｘから線Ｌ４，Ｌ５を大きく傾けて表示しているが、モータトルクを減速側や加速側に変化させた場合であっても、前輪１１と後輪１４とに回転速度差が生じていない場合には、線Ｌｘが傾くことはなく水平に維持される。

（差動制限モード）
前述したように、トルク分配モードにおいては、モータジェネレータ４１を力行状態や回生状態に制御することにより、前輪１１と後輪１４とのトルク分配比を制御することが可能である。しかしながら、バッテリ８９のＳＯＣ（充電状態：State of Charge）の過度な上昇や低下により、モータジェネレータ４１を力行状態や回生状態に制御することが困難である場合等には、トルク分配モードに代えて差動制限モードが実行される。続いて、差動制限モードについて説明する。

図１１は差動制限モードにおける車両用駆動装置１０を示す概略図であり、図１２は差動制限モードにおける遊星歯車機構４０の差動状況の一例を示す共線図である。なお、図１１に示す黒塗りの矢印は、トルクの伝達状況を示している。また、図１２の共線図において、符号Ｓはサンギヤを示し、符号Ｃはキャリアを示し、符号Ｒはリングギヤを示している。

図３および図１１に示すように、差動制限モードにおいては、第１クラッチＣＬ１が締結状態に制御され、第２クラッチＣＬ２がスリップ状態または締結状態に制御され、ブレーキＢＲが解放状態に制御され、かつエンジン２０が運転状態に制御される。つまり、図１１に示すように、第１クラッチＣＬ１の締結によって前後の動力伝達経路２６，３４が接続されるため、エンジントルクは前輪動力伝達経路２６を介して前輪１１に伝達されるだけでなく、エンジントルクは後輪動力伝達経路３４を介して後輪１４に伝達される。また、第２クラッチＣＬ２がスリップ状態または締結状態に制御されるため、第２クラッチＣＬ２の締結力に応じて遊星歯車機構４０の差動動作が制限される。

図１２に示すように、差動制限モードにおいて、車速を上昇させる際には、エンジン回転数を上げることにより、リングギヤＲの回転速度を上昇させる（矢印ａ１）。これにより、後輪側のキャリアＣの回転速度を上昇させることができ（矢印ｂ１）、車速を上昇させることができる。一方、車速を低下させる際には、エンジン回転数を下げることにより、リングギヤＲの回転速度を低下させる（矢印ａ２）。これにより、後輪側のキャリアＣの回転速度を低下させることができ（矢印ｂ２）、車速を低下させることができる。なお、差動制限モードにおいて、第２クラッチＣＬ２の締結力を弱めた場合には、遊星歯車機構４０の差動動作が許容されるため、車両用駆動装置１０の特性は前輪駆動車用のパワートレインに近づくことになる。一方、差動制限モードにおいて、第２クラッチＣＬ２の締結力を強めた場合には、遊星歯車機構４０の差動動作が禁止されるため、車両用駆動装置１０の特性は前輪１１と後輪１４とを直結したパワートレインに近づくことになる。

なお、前述の説明では、モータジェネレータ４１の適切な制御が困難である場合に、トルク分配モードに代えて差動制限モードを実行しているが、これに限られることはない。例えば、前輪１１や後輪１４の空転を防止して車両の走破性を高める場合に、遊星歯車機構４０の差動動作を制限する差動制限モードを実行しても良い。また、差動制限モードを実行する際に、エンジン２０の運転状態を積極的に制御するだけでなく、モータジェネレータ４１を積極的に力行状態や回生状態に制御しても良いことはいうまでもない。

（トルク分配モード：他の実施形態）
前述した図９に示すように、トルク分配モードで車両を走行させた場合には、遊星歯車機構４０を構成する各回転要素、つまりリングギヤＲ、キャリアＣおよびサンギヤＳの回転速度が互いに一致している。つまり、各回転要素の回転速度が互いに一致するように、歯車列２３、フロントデファレンシャル機構２５およびリヤデファレンシャル機構３３等のギヤ比が設定されているが、これに限られることはない。例えば、トルク分配モードで車両を走行させた場合に、リングギヤＲ、キャリアＣおよびサンギヤＳの回転速度が互いに離れるように、歯車列２３、フロントデファレンシャル機構２５およびリヤデファレンシャル機構３３等のギヤ比を設定しても良い。

ここで、図１３はトルク分配モードにおける遊星歯車機構４０の差動状況の他の例を示す共線図である。なお、図１３の共線図において、符号Ｓはサンギヤを示し、符号Ｃはキャリアを示し、符号Ｒはリングギヤを示している。図１３に示すように、所定車速で車両を走行させた場合において、モータジェネレータ４１に連結されるサンギヤＳの回転速度が「０」付近に位置するように、歯車列２３、フロントデファレンシャル機構２５およびリヤデファレンシャル機構３３等のギヤ比を設定しても良い。このように、歯車列２３、フロントデファレンシャル機構２５およびリヤデファレンシャル機構３３等のギヤ比を設定することにより、トルク分配モードを実行する際のモータ回転数を低く抑えることができるため、モータジェネレータ４１の消費電力を抑制することが可能である。

また、図１３に示すように、サンギヤＳの回転速度が「０」付近に位置するように各種ギヤ比を設定した場合であっても、モータジェネレータ４１のモータトルクを制御することにより、前輪１１と後輪１４とのトルク分配比を制御することが可能である。図１３に示すように、前輪側の分配トルクを増加させて後輪側の分配トルクを減少させる際には、矢印α１で示すように、モータジェネレータ４１から逆転側にモータトルク（回転トルク）が出力される。つまり、モータジェネレータ４１を逆転側に回転駆動することにより、サンギヤＳに対して逆転側の加速トルクが与えられる。このように、サンギヤＳを逆転側に加速させることにより、後輪側のキャリアＣに減速トルクを与えることができ（矢印α２）、前輪側のリングギヤＲに加速トルクを与えることができる（矢印α３）。これにより、後輪側の分配トルクを減少させることができ、前輪側の分配トルクを増加させることができる。

一方、前輪側の分配トルクを減少させて後輪側の分配トルクを増加させる際には、矢印β１で示すように、モータジェネレータ４１から正転側にモータトルクが出力される。つまり、モータジェネレータ４１を正転側に回転駆動することにより、サンギヤＳに対して正転側の加速トルクが与えられる。このように、サンギヤＳを正転側に加速させることにより、後輪側のキャリアＣに加速トルクを与えることができ（矢印β２）、前輪側のリングギヤＲに減速トルクを与えることができる（矢印β３）。これにより、後輪側の分配トルクを増加させることができ、前輪側の分配トルクを減少させることができる。

このように、図１３に示したトルク分配モードにおいては、モータジェネレータ４１のモータトルクを逆転側（一方側）に変化させることにより、前輪側の分配トルクを増加させて後輪側の分配トルクを減少させることができる。一方、モータジェネレータ４１のモータトルクを正転側（他方側）に変化させることにより、前輪側の分配トルクを減少させて後輪側の分配トルクを増加させることができる。このように、トルク分配モードにおいては、モータトルクを逆転側と正転側とに変化させることにより、前後のトルク分配比を自在に調整することが可能である。

［前輪および後輪の駆動力］
図１４は車速と駆動力との関係を簡単に示した線図である。なお、図１４に示した特性線ＡＷＤは、前輪１１および後輪１４の駆動力を合算した最大値である。また、特性線Ｆｍａｘは前輪１１の駆動力の最大値であり、特性線Ｒｍａｘは後輪１４の駆動力の最大値である。さらに、特性線ＥＶ１は第１ＥＶモードで得られる後輪１４の駆動力の最大値であり、特性線ＥＶ２は第２ＥＶモードで得られる後輪１４の駆動力の最大値である。

これまで説明したように、車両用駆動装置１０は、走行モードとして、第１および第２ＥＶモードを有するだけでなく、前後のトルク分配比を自在に調整可能なトルク分配モードを有している。これにより、第１および第２ＥＶモードだけを有する駆動装置よりも、幅広い車速領域において後輪１４の駆動力を増加させることができる。つまり、後輪駆動用に小型のモータジェネレータ４１を採用した場合であっても、前述したトルク分配モードを実行することにより、後輪１４に対して積極的にエンジントルクを分配することができるため、図１４にハッチングで示すように、幅広い車速領域において後輪１４の駆動力を増加させることが可能である。

このように、車両用駆動装置１０は、幅広い車速領域でのモータ走行が可能な第１および第２ＥＶモードを有するだけでなく、前後のトルク分配比を自在に調整可能なトルク分配モードを有しているが、これらの走行モードは簡単な構成によって実現されている。つまり、図１に示した例では、エンジン２０やトランスミッション２１からなる前輪駆動系１３を備えた車両に対し、動力分割ユニット３０を備えた後輪駆動系１６を追加するだけの簡単な構成によって、第１ＥＶモード、第２ＥＶモードおよびトルク分配モードを実現することが可能である。

［他の実施形態］
図１に示した例では、車両用駆動装置１０を構成する動力分割ユニット３０を、リヤデファレンシャル機構３３に対して別個に設けているが、これに限られることはなく、動力分割ユニット３０とリヤデファレンシャル機構３３とを一体に設けても良い。ここで、図１５は本発明の他の実施の形態である車両用駆動装置９０を示す概略図である。なお、図１５において、図１に示した部品や構成と同様の部品や構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１５に示すように、車両に搭載される車両用駆動装置９０は、前輪１１に連結されたフロントアクスル軸（第１駆動軸）１２を駆動する前輪駆動系１３と、後輪１４に連結されたリヤアクスル軸（第２車軸）１５を駆動する後輪駆動系１６と、を有している。また、前輪駆動系１３にはプロペラシャフト９１等からなる動力伝達系９２が連結されており、動力伝達系９２には第１クラッチＣＬ１を介して後輪駆動系１６が連結されている。つまり、前輪駆動系１３と後輪駆動系１６との間には、動力伝達系９２および第１クラッチＣＬ１が設けられている。

前輪駆動系１３は、エンジン（動力源）２０と、これに連結されるトランスミッション２１と、を有している。トランスミッション２１の変速出力軸２２には歯車列２３を介して前輪出力軸２４が連結されており、前輪出力軸２４にはフロントデファレンシャル機構２５を介してフロントアクスル軸１２が連結されている。つまり、エンジン２０とフロントアクスル軸１２との間には、トランスミッション２１、変速出力軸２２、歯車列２３、前輪出力軸２４、およびフロントデファレンシャル機構２５等からなる前輪動力伝達経路（第１動力伝達経路）２６が設けられている。

後輪駆動系１６は、動力伝達系９２および第１クラッチＣＬ１を介して前輪動力伝達経路２６に連結される動力分割ユニット３０を有している。この動力分割ユニット３０のユニット出力軸３１には、リヤデファレンシャル機構３３を介してリヤアクスル軸１５が連結されている。つまり、前輪動力伝達経路２６とリヤアクスル軸１５との間には、動力分割ユニット３０、ユニット出力軸３１およびリヤデファレンシャル機構３３等からなる後輪動力伝達経路（第２動力伝達経路）３４が設けられている。

後輪動力伝達経路３４に設けられる動力分割ユニット３０は、遊星歯車機構（動力分割機構）４０、第２クラッチＣＬ２、ブレーキＢＲおよびモータジェネレータ（電動モータ）４１を有している。また、動力分割ユニット３０を構成する遊星歯車機構４０は、リングギヤ（第１回転要素）Ｒと、リングギヤＲに噛み合うピニオンＰを回転自在に支持するキャリア（第２回転要素）Ｃと、ピニオンＰに噛み合うサンギヤ（第３回転要素）Ｓと、を有している。リングギヤＲには動力伝達系９２および第１クラッチＣＬ１を介して前輪動力伝達経路２６が連結されており、キャリアＣにはユニット出力軸３１およびリヤデファレンシャル機構３３を介してリヤアクスル軸１５が連結されており、サンギヤＳには中空軸４２および歯車列４３を介してモータジェネレータ４１が連結されている。

動力分割ユニット３０に設けられる第２クラッチＣＬ２は、スリップ状態に制御可能な摩擦クラッチである。第２クラッチＣＬ２を締結状態に制御することにより、遊星歯車機構４０のキャリアＣとサンギヤＳとは互いに拘束され、遊星歯車機構４０の差動動作が禁止される。一方、第２クラッチＣＬ２を解放状態に制御することにより、キャリアＣとサンギヤＳとの拘束は解除され、遊星歯車機構４０の差動動作が許容される。また、動力分割ユニット３０に設けられるブレーキＢＲは、引き摺り抵抗の少ない噛合ブレーキである。ブレーキＢＲを締結状態に制御することにより、ハウジング６１に拘束されてリングギヤＲは制動される。一方、ブレーキＢＲを解放状態に制御することにより、ハウジング６１との拘束が解かれてリングギヤＲの制動は解除される。

前述したように、前輪動力伝達経路２６と後輪動力伝達経路３４との間には、動力伝達系９２および第１クラッチＣＬ１が設けられている。また、動力伝達系９２は、変速出力軸２２に連結されるプロペラシャフト９１と、プロペラシャフト９１に第３クラッチＣＬ３を介して連結される小歯車９３と、小歯車９３に噛み合う大歯車９４と、を有している。さらに、動力伝達系９２の大歯車９４には、第１クラッチＣＬ１のクラッチハブ７０が連結されている。このように、前後の動力伝達経路２６，３４の間に設けられる第１クラッチＣＬ１および第３クラッチＣＬ３は、引き摺り抵抗の少ない噛合クラッチである。第１および第３クラッチＣＬ１，ＣＬ３を締結状態に制御することにより、双方の動力伝達経路２６，３４が互いに連結される。一方、第１および第３クラッチＣＬ１，ＣＬ３を解放状態に制御することにより、双方の動力伝達経路２６，３４が互いに切り離される。

図１５に示すように、車両用駆動装置９０を構成する動力分割ユニット３０を、リヤデファレンシャル機構３３に対して一体に設けた場合であっても、図１に示した車両用駆動装置１０と同様に、第１ＥＶモード、第２ＥＶモード、トルク分配モードおよび差動制限モードを実行することができる。つまり、前述した車両用駆動装置１０と同様に、各走行モードに対応して、クラッチＣＬ１，ＣＬ２、ブレーキＢＲ、エンジン２０、モータジェネレータ４１を制御することにより、第１ＥＶモード、第２ＥＶモード、トルク分配モードおよび差動制限モードを実行することができる。

また、第３クラッチＣＬ３については、第１クラッチＣＬ１と同様に制御される。つまり、第１ＥＶモードや第２ＥＶモードを実行する際には、第３クラッチＣＬ３が解放状態に制御される一方、トルク分配モードや差動制限モードを実行する際には、第３クラッチＣＬ３が締結状態に制御される。なお、車両用駆動装置９０においては、第１ＥＶモードや第２ＥＶモードを実行する際に、第３クラッチＣＬ３を解放することにより、小歯車９３や大歯車９４の回転を停止させる。これにより、車両の走行抵抗を低減することができるため、第１および第２ＥＶモードにおけるモータジェネレータ４１の消費電力を抑制することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、動力源として内燃機関であるエンジン２０を用いているが、これに限られることはない。例えば、動力源としてエンジン２０およびモータジェネレータを用いても良く、動力源としてモータジェネレータのみを用いても良い。つまり、本発明の車両用駆動装置を、ハイブリッド車両や電気自動車に搭載しても良い。また、前述の説明では、前輪駆動系１３にエンジン２０を設ける一方、後輪駆動系１６にモータジェネレータ４１を備えた動力分割ユニット３０を設けているが、これに限られることはない。例えば、前輪駆動系１３にモータジェネレータ４１を備えた動力分割ユニット３０を設ける一方、後輪駆動系１６にエンジン２０を設けても良い。この場合には、後輪１４に連結されたリヤアクスル軸１５が第１車軸として機能し、前輪１１に連結されたフロントアクスル軸１２が第２車軸として機能する。

前述の説明では、動力分割ユニット３０の回転抵抗を低減するとともに、各走行モードの切替制御を容易にするため、第１クラッチＣＬ１として噛合クラッチを用い、第２クラッチＣＬ２として摩擦クラッチを用い、ブレーキＢＲとして噛合ブレーキを用いているが、これに限られることはない。例えば、第１クラッチＣＬ１として摩擦クラッチを用いても良く、第２クラッチＣＬ２として噛合クラッチを用いても良く、ブレーキＢＲとして摩擦ブレーキを用いても良い。また、噛合クラッチや噛合ブレーキの構造として、ハブおよびスリーブ等からなる構造を例示しているが、これに限られることはない。例えば、噛合クラッチや噛合ブレーキの構造として、内輪と外輪との間に複数のカムを配置した構造であっても良い。

前述の説明では、第２クラッチＣＬ２を締結状態に切り替えることにより、キャリアＣとサンギヤＳとを互いに拘束し、遊星歯車機構４０の差動動作が禁止しているが、これに限られることはない。例えば、遊星歯車機構４０の差動動作を禁止する際には、遊星歯車機構４０を構成する各回転要素の少なくとも２つを拘束すれば良い。このため、第２クラッチＣＬ２を締結することにより、キャリアＣとリングギヤＲとを拘束しても良く、サンギヤＳとリングギヤＲとを拘束しても良く、キャリアＣとサンギヤＳとリングギヤＲとを拘束しても良い。

前述の説明では、第１回転要素であるリングギヤＲに第１クラッチＣＬ１が連結されており、第３回転要素であるサンギヤＳにモータジェネレータ４１が連結されているが、これに限られることはない。例えば、サンギヤＳに第１クラッチＣＬ１を連結し、リングギヤＲにモータジェネレータ４１を連結しても良い。この場合には、第１クラッチＣＬ１に連結されたサンギヤＳが第１回転要素として機能し、モータジェネレータ４１に連結されたリングギヤＲが第３回転要素として機能する。また、図示する例では、動力分割機構として、シングルピニオン型の遊星歯車機構４０を設けているが、これに限られることはない。例えば、動力分割機構として、ダブルピニオン型やラビニョウ型等の遊星歯車機構を採用しても良く、複数のベベルギヤ等からなる動力分割機構を採用しても良い。

前述の説明では、バッテリ８９のＳＯＣの過度な上昇や低下によって、モータジェネレータ４１の制御が困難である場合に、トルク分配モードに代えて差動制限モードを実行しているが、これに限られることはない。例えば、トルク分配モードにおいて、バッテリ８９のＳＯＣが過度に低下した場合には、エンジン２０に連結されるＩＳＧ２７を発電状態に制御することにより、バッテリ８９を充電しながらトルク分配モードを継続させても良い。また、トルク分配モードにおいて、バッテリ８９のＳＯＣが過度に上昇した場合には、エンジン２０に連結されるＩＳＧ２７を力行状態に制御することにより、バッテリ８９を放電させながらトルク分配モードを継続させても良い。

前述したように、車両の走行モードとして、第１ＥＶモード、第２ＥＶモード、トルク分配モードおよび差動制限モードを有しているが、これらの各走行モード間においては走行モードを自在に切り替えることが可能である。例えば、エンジン２０を始動してクラッチＣＬ１，ＣＬ２やブレーキＢＲを制御することにより、第１ＥＶモードからトルク分配モードや差動制限モードに走行モードを切り替えても良い。また、前述の説明では、第１ＥＶモードを用いて車両を発進させているが、これに限られることはなく、第２ＥＶモードを用いて車両を発進させても良く、トルク分配モードや差動制限モードを用いて車両を発進させても良い。

また、トルク分配モードや差動制限モードでの走行中に、アクセルペダルの踏み込みが解除された場合や、ブレーキペダルが踏み込まれた場合には、走行モードが、トルク分配モードや差動制限モードから、第１ＥＶモードや第２ＥＶモードに切り替えられる。これにより、前輪１１や後輪１４からエンジン２０を切り離して停止させることができるため、車両減速度を過度に高めることなくモータジェネレータ４１の回生電力を高めることができ、車両のエネルギー効率を高めることができる。

１０ 車両用駆動装置
１１ 前輪
１２ フロントアクスル軸（第１車軸）
１４ 後輪
１５ リヤアクスル軸（第２車軸）
２０ エンジン（動力源）
２６ 前輪動力伝達経路（第１動力伝達経路）
３４ 後輪動力伝達経路（第２動力伝達経路）
４０ 遊星歯車機構（動力分割機構）
４１ モータジェネレータ（電動モータ）
８１ 第１走行制御部（モータ走行制御部）
８２ 第２走行制御部（分配トルク制御部）
９０ 車両用駆動装置
Ｒ リングギヤ（第１回転要素）
Ｃ キャリア（第２回転要素）
Ｓ サンギヤ（第３回転要素）
ＣＬ１ 第１クラッチ（噛合クラッチ）
ＣＬ２ 第２クラッチ（摩擦クラッチ）
ＢＲ ブレーキ（噛合ブレーキ）

Claims (5)

1. 前輪と後輪とを駆動する車両用駆動装置であって、
   前記前輪と前記後輪との一方に連結される第１車軸と、
   前記前輪と前記後輪との他方に連結される第２車軸と、
   動力源と前記第１車軸との間に設けられる第１動力伝達経路と、
   前記第２車軸と前記第１動力伝達経路との間に設けられる第２動力伝達経路と、
   前記第１動力伝達経路と前記第２動力伝達経路との間に設けられ、前記第１および第２動力伝達経路を互いに連結する締結状態と、前記第１および第２動力伝達経路の連結を解除する解放状態と、に制御される第１クラッチと、
   前記第２動力伝達経路に設けられ、前記第１クラッチに連結される第１回転要素、前記第２車軸に連結される第２回転要素、および電動モータに連結される第３回転要素、を備える動力分割機構と、
   前記第１回転要素を制動する締結状態と、前記第１回転要素の制動を解除する解放状態と、に制御されるブレーキと、
   前記動力分割機構の差動動作を禁止する締結状態と、前記動力分割機構の差動動作を許容する解放状態と、に制御される第２クラッチと、
   を有し、
   前記動力分割機構は、共線図上で、前記第１回転要素と前記第３回転要素とが両端に配置される構成である、
   車両用駆動装置。
2. 請求項１に記載の車両用駆動装置において、
   前記第１クラッチを締結し、前記第２クラッチを解放し、かつ前記ブレーキを解放した状態のもとで、前記電動モータの回転トルクを制御する分配トルク制御部、を有し、
   前記分配トルク制御部は、
   前記電動モータの回転トルクを一方側に変化させることにより、前記前輪側の分配トルクを増加させて前記後輪側の分配トルクを減少させ、
   前記電動モータの回転トルクを他方側に変化させることにより、前記前輪側の分配トルクを減少させて前記後輪側の分配トルクを増加させる、
   車両用駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用駆動装置において、
   前記第１クラッチを解放した状態のもとで、前記電動モータを力行状態に制御するモータ走行制御部、を有し、
   前記モータ走行制御部は、
   車速が閾値を下回る領域では、前記第２クラッチを解放し、かつ前記ブレーキを締結する一方、
   車速が前記閾値を上回る領域では、前記第２クラッチを締結し、かつ前記ブレーキを解放する、
   車両用駆動装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用駆動装置において、
   前記第１クラッチは、噛合クラッチであり、
   前記第２クラッチは、摩擦クラッチであり、
   前記ブレーキは、噛合ブレーキである、
   車両用駆動装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用駆動装置において、
   前記第１回転要素は、リングギヤであり、
   前記第２回転要素は、前記リングギヤに噛み合うピニオンを回転自在に支持するキャリアであり、
   前記第３回転要素は、前記ピニオンに噛み合うサンギヤである、
   車両用駆動装置。

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