JP2021020478A - ハイブリッド四輪駆動車 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの性能を向上させることなくモータの駆動トルクによる走行性能を向上させることが可能なハイブリッド四輪駆動車を提供する。【解決手段】車両の前方側もしくは後方側に設けられた第１駆動輪４と、前記車両の前後方向において前記第１駆動輪４とは反対側に設けられた第２駆動輪５と、前記第１駆動輪４にトルクを伝達するエンジン１および第１モータ２と、前記第２駆動輪５にトルクを伝達する第２モータ３とを備えたハイブリッド四輪駆動車において、前記第１モータ２を前記第１駆動輪４に対して切り離しかつ前記第１モータ２を前記第２駆動輪５に対してトルクを伝達可能に接続する切り替え装置７，９を備えている。【選択図】図１

Description

この発明は、駆動力源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド四輪駆動車に関するものである。

特許文献１には、駆動力源としてエンジンおよび第１モータと第２モータとの二つのモータを備えたハイブリッド車両の駆動装置が記載されている。この特許文献１に記載された駆動装置は、エンジンと第１モータとが同一軸線上に配置され、そのエンジンおよび第１モータのトルクが後輪に伝達されるように構成されている。また、前記エンジンおよび第１モータとは異なる駆動軸に第２モータが連結され、その第２モータのトルクが前輪に伝達されるように構成されている。そして、第１モータと第２モータとの間にトルクの伝達経路を変更可能なクラッチ機構（切り替え機構）が設けられている。

なお、特許文献２には、エンジンのトルクを後輪に伝達し、モータのトルクを前輪に伝達するように構成された四輪駆動車用の駆動装置が記載されている。

特開２００３−２９１６７１号公報 特開２０１９−０４８５２７号公報

特許文献１に記載されたハイブリッド車両の駆動装置は、上記のクラッチ機構を制御することにより第２モータの駆動トルクのみを前輪へ伝達して走行する前輪走行、および、エンジンおよび第１モータの駆動トルクを後輪に伝達して走行する後輪走行、ならびに、エンジンと第１モータとの駆動トルクを前輪および後輪に伝達し、あるいは、そのエンジンおよび第１モータの駆動トルクに第２モータの駆動トルクを付加して走行する四輪駆動の走行が可能とされている。

しかしながら、特許文献１に記載された駆動装置では、モータのみの駆動トルクで走行する場合には、第２モータのみの駆動トルクで走行することになる。そのため、運転者の要求駆動力が大きい場合には、その要求駆動力を満たすためにエンジンの始動を要し、ひいては燃費が低下するおそれがある。また、前記要求駆動力をモータのみの駆動トルクで満たすために、そのモータの性能を向上させるとすれば、モータが大型化し、ひいては搭載性の低下ならびにコストの増大を招くおそれがある。なお、このような課題は特許文献２に記載された駆動装置においても同様に生じる。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、モータの性能を向上させることなくモータの駆動トルクによる走行性能を向上させることが可能なハイブリッド四輪駆動車を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、車両の前方側もしくは後方側に設けられた第１駆動輪と、前記車両の前後方向において前記第１駆動輪とは反対側に設けられた第２駆動輪と、前記第１駆動輪にトルクを伝達するエンジンおよび第１モータと、前記第２駆動輪にトルクを伝達する第２モータとを備えたハイブリッド四輪駆動車において、前記第１モータを前記第１駆動輪に対して切り離しかつ前記第１モータを前記第２駆動輪に対してトルクを伝達可能に接続する切り替え装置を備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、第１駆動輪にトルクを伝達するエンジンおよび第１モータと、第２駆動輪にトルクを伝達する第２モータとを備え、さらに第１モータを第１駆動輪に対して切り離し、かつその第１モータを第２駆動輪に対してトルクを伝達可能に接続する切り替え装置を有する。そのため、例えば第１モータのトルクを第１駆動輪（例えば後輪）に対して伝達せず、第２駆動輪（例えば前輪）に対してトルクを伝達可能なように切り替え装置を制御することにより、第１モータと第２モータとの駆動トルクが第２駆動輪に伝達される。したがって、この発明によれば、エンジンを始動せずに二つのモータの駆動トルクにより走行することができるため、例えば前掲の特許文献１の構成に比べてモータ走行する際の駆動トルクが増大し、その結果、モータの性能を向上させることなく、モータ走行における走行性能を向上させることができる。

また、この発明によれば、上述したように第２駆動輪（前輪）に第１モータと第２モータとの駆動トルクを伝達できるため、前輪駆動時に比較的大きな駆動力を発生させることができる。したがって、前輪駆動（あるいは四輪駆動）における前輪の駆動力が不足することを抑制もしくは回避できる。

この発明で対象とするハイブリッド四輪駆動車の例を説明するための図である。 この発明の実施形態における効果を説明するための図である。 この発明で対象とするハイブリッド四輪駆動車の他の例を説明するための図である。 この発明で対象とするハイブリッド四輪駆動車の更に他の例を説明するための図である。

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

この発明の実施形態で対象にする車両は、例えばエンジンと二つのモータとを動力源とするハイブリッド車両である。図１に、その一例として、エンジン１、第１モータ２、および、第２モータ３を備えた四輪駆動車（４ＷＤあるいはＡＷＤと称される）の例を示してある。ここに示す車両Ｖｅは、動力源として、エンジン（ENG）１、ならびに、第１モータ（MG1）２、および、第２モータ（MG2）３を備え、主にエンジン１と第１モータ２とにより後輪４を駆動し、第２モータ３により前輪５を駆動するように構成されている。なお、エンジン１は前輪５側で左右の前輪５の間に、後輪４側に向けて配置されている。また、車両Ｖｅは、他の主要な構成要素として、変速装置（TM）６、発進装置７、伝動機構８、および、切り替え装置９を備えている。

エンジン１は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関であり、出力の調整、ならびに、始動および停止などの作動状態が電気的に制御されるように構成されている。例えばガソリンエンジンであれば、スロットルバルブの開度、燃料の供給量または噴射量、点火の実行および停止、ならびに、点火時期などが電気的に制御される。また、ディーゼルエンジンであれば、燃料の噴射量、燃料の噴射時期、あるいは、ＥＧＲ［Exhaust Gas Recirculation］システムにおけるスロットルバルブの開度などが電気的に制御される。

第１モータ２は、エンジン１の出力側に配置されている。第１モータ２は、エンジン１が出力するエンジントルクを受けて駆動されることにより電気を発生する発電機としての機能（発電機能）を有し、また電力が供給されることにより駆動されてモータトルクを出力する電動機としての機能（電動機能）も有している。すなわち、第１モータ２は、発電機能を有するモータ（いわゆる、モータ・ジェネレータ）であり、例えば、永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどによって構成されている。なお、第１モータ２は、図１に示すようにエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に直接連結されているものの、この第１モータ２は、適宜の伝動機構を介してエンジン１の出力軸に連結されていてもよい。

また、第１モータ２とエンジン１との間には、エンジン１の出力軸あるいは変速装置６の入力軸との連結を選択的に行うクラッチ機構１０が設けられている。このクラッチ機構１０は、複数の摩擦板１０ａおよび複数の摩擦板１０ｂを有し、それら複数の摩擦板１０ａと複数の摩擦板１０ｂとを交互に配置した多板クラッチによって構成されている。したがって、このクラッチ機構１０を解放することにより、第１モータ２（およびエンジン１）が後輪４側の駆動系統から切り離される。また、そのクラッチ機構１０を係合することにより、エンジン１および第１モータ２が後輪４側の駆動系統に連結される。また、第１モータ２には、インバータを介してバッテリ（共に図示せず）が接続されている。したがって、第１モータ２を発電機として駆動し、その際に発生する電力をバッテリに蓄えることができる。また、バッテリに蓄えられている電力を第１モータ２に供給し、第１モータ２を動力源として駆動してモータトルクを出力することもできる。

第２モータ３は、少なくとも、電力が供給されることにより駆動されてモータトルクを出力する動力源としての機能を有している。この発明の実施形態における車両Ｖｅでは、第２モータ３は、外部からトルクを受けて駆動されることによって電力を発生する発電機としての機能も有している。すなわち、第２モータ３は、上記の第１モータ２と同様に、発電機能を有するモータ（いわゆる、モータ・ジェネレータ）であり、例えば、永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどによって構成されている。また、第２モータ３には、インバータを介してバッテリ（共に図示せず）が接続されている。したがって、バッテリに蓄えられている電力を第２モータ３に供給し、第２モータ３を動力源として駆動してモータトルクを出力することができる。そして、第２モータ３は前輪５にトルクを伝達するように構成されている。

変速装置６は、上記の第１モータ２の出力側に配置されており、エンジン１および第１モータ２と後輪４との間でトルクを伝達する。変速装置６は、要は、入力回転数の出力回転数に対する比率（ギヤ比）を適宜に変更できる機構であって、有段変速機や無段変速機などの自動変速機によって構成され、この発明の実施形態における車両Ｖｅでは、変速装置６として、例えば前進８速や前進１０速の多段自動変速機が用いられる。なお、この変速装置は前進８速や前進１０速に限られず、それ以下あるいはそれ以上の多段変速機を用いてもよい。また、変速装置６と第１モータ２との間には、係合することによってトルクを伝達し、解放することによってトルクの伝達を遮断してニュートラル状態を設定することのできる発進装置７を備えている。

その発進装置７は、エンジン１および第１モータ２と後輪４との間で、選択的に動力の伝達および遮断を行う。図１に示す例では、発進装置７は、エンジン１および第１モータ２側の回転部材（図示せず）に連結された摩擦板７ａ、ならびに、後輪４側の回転部材（図示せず）に連結された摩擦板７ｂを有した発進クラッチとされている。なお、この発進装置７は、図示しないが、複数の摩擦板７ａと複数の摩擦板７ｂとが交互に設けられた多板クラッチによって構成することもできる。また、車両Ｖｅが、エンジン１と変速装置６との間の発進装置としてトルクコンバータ（図示せず）を備えている場合は、そのトルクコンバータに設けられるロックアップクラッチ（図示せず）を、この発明の実施形態における発進装置７として機能させることができる。

そして、上記の変速装置６の出力側に、後輪４との間でトルクを伝達するリヤプロペラシャフト１１が連結されている。そのリヤプロペラシャフト１１は、変速装置６から車両Ｖｅの後方に延びていて、リヤデファレンシャルギヤ１２に連結されている。なお、リヤデファレンシャルギヤ１２は、左右の後輪４にトルクを伝達する終減速機である。つまり、図１に示す例では、後輪４は、発進装置７、変速装置６、リヤプロペラシャフト１１、リヤデファレンシャルギヤ１２、ならびに、リヤドライブシャフト１３を介して、エンジン１および第１モータ２に連結されている。

また、この発明の実施形態では、第１モータ２のトルクを前輪５に伝達可能にする伝動機構８、および、その伝動機構８において前輪５への第１モータ２のトルクの伝達あるいは遮断を選択的行う切り替え装置９が設けられている。この切り替え装置９は、第１モータ２側のトルクの伝達を前輪５と後輪４とで切り替えるように構成された装置であって、図１に示す例では第１モータ２の回転軸２ａに連結されたドライブギヤ１４と第２モータ３の回転軸３ａに連結されたドリブンギヤ１５との間に配置されている。具体的には、ドライブギヤ１４に噛み合うピニオンギヤ１６との連結を選択的に行うことで第１モータ２のトルクを前輪５に伝達あるいは遮断することが可能とされている。つまり、図１の例では、切り替え装置９を、ピニオンギヤ１６とドリブンギヤ１５とに噛み合うようにスライドさせることにより、第１モータ２のトルクが前輪５側に伝達される。それとは反対に、切り替え装置９とピニオンギヤ１６との連結を解除することにより、第１モータ２のトルクが前輪５へ伝達されることを遮断する。なお、この切り替え装置は、例えばドグクラッチあるいは摩擦クラッチなどにより構成される。

また、上述した第２モータ３は、モータトルクを前輪５に伝達して駆動力を発生することが可能なように車両Ｖｅの駆動系統に連結されている。図１に示す例では、第２モータ３の回転軸３ａが、減速機構１７を介して、フロントプロペラシャフト１８に連結されている。減速機構１７はサンギヤ１７Ｓと、サンギヤ１７Ｓと同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ１７Ｒと、サンギヤ１７Ｓおよびリングギヤ１７Ｒに噛み合っているプラネタリピニオンギヤ１７Ｐを保持しているキャリヤ１７Ｃとを回転要素としたシングルピニオン型の遊星歯車機構であって、フロントプロペラシャフト１８と第２モータ３との間に配置されている。上記のキャリヤ１７Ｃにフロントプロペラシャフト１８が連結されており、リングギヤ１７Ｒがケーシングなどの固定部１９に固定されている。つまり、リングギヤ１７Ｒを固定すると、入力要素となっているサンギヤ１７Ｓの回転数に対して、出力要素となっているキャリヤ１７Ｃの回転数が低回転数になる。したがって、キャリヤ１７Ｃに連結されているフロントプロペラシャフト１８の回転数は第２モータ３の回転数より低回転数になって減速機として機能する。そのため、第２モータ３が出力するモータトルクは、減速機構１７およびフロントデファレンシャルギヤ２０で増幅されて、フロントドライブシャフト２１を介して前輪５に伝達される。

このように構成された車両Ｖｅは、エンジン１、第１モータ２、第２モータ３、クラッチ機構１０、および、切り替え装置９を電子制御装置（ＥＣＵ）２２によって制御することにより、ＥＶ走行モードおよびＨＶ走行モードの複数の走行モードの設定が可能である。例えば、クラッチ機構１０を解放して第１モータ２と変速装置６の入力軸との連結を解除し、かつ、切り替え装置９を第１モータ２側と第２モータ３側とを接続するように制御することにより、第１モータ２のトルクおよび第２モータ３のトルクが前輪５に伝達される。すなわち二つのモータでの前輪走行が可能となる。そのため、この発明の実施形態によれば、第２モータ３のみのトルクのみで発生させる駆動力に不足が生じた場合には、第２モータ３のトルクに加えて第１モータ２のトルクを前輪５に伝達することができる。そのため、エンジン１を始動せずに駆動力を増大できる。

すなわち、前掲の特許文献１あるいは特許文献２に記載された駆動装置のように、要求駆動力が増大した場合にはその駆動力を満たすためにエンジン始動するところ、この発明の実施形態では、モータのトルクのみでドライバの要求する駆動力を満たすことができる。したがって、エンジン１の始動頻度を抑制でき、ひいては燃費が低下することを抑制できる。また、従来知られている構成では、前輪駆動の場合は一つのモータのトルクのみを前輪５に伝達して駆動力を発生させるところ、図１に示す例では、二つのモータのトルクを前輪５に伝達することが可能である。そのため、ＥＶ走行のみならず、エンジン１を始動させて四輪駆動する場合においても前輪５での駆動力を増大することができる。言い換えれば、前輪５の駆動力が不足することを抑制もしくは回避できる。そして、このように、エンジン１を始動せずに第１モータ２のトルクを前輪５へ伝達できることにより、モータの性能を向上させることに伴うコストの増加、ならびに、モータが大型化することによる搭載性が低下することを抑制できる。

図２は、この発明の実施形態における駆動力特性と、前掲の特許文献１に記載された四輪駆動車（従来例）における駆動力特性とを比較した図であって、実線がこの発明の実施形態における駆動力特性を示し、破線が従来例における駆動力特性を示している。この図２から把握できるように、この発明の実施形態における車両Ｖｅでは、第２モータ３に加えて第１モータ２のトルクを前輪５に伝達して駆動力を発生させることにより、従来例よりも大幅に駆動力を発生させることができる。また、低車速域において、従来例であればエンジン始動を要する領域であっても、この発明の実施形態では、第１モータ２のトルクを付加することでモータのみのトルクで要求駆動力に対応する駆動力を発生させることができる（図２左側）。また、高車速域においても、従来の四輪駆動車の前輪駆動力に相当する駆動力をモータのみのトルクで発生させることができる（図２右側）。

なお、その他の走行モードとして、第２モータ３が出力するモータトルクのみを前輪５に伝達して駆動力を発生させるシングルモードの設定が可能である。また、エンジン１（および第１モータ２）を駆動し、かつ切り替え装置９の連結を解除することにより、エンジン１（および第１モータ２）のトルクを後輪４に伝達して駆動力を発生させるＨＶ走行モードの設定が可能である（後輪駆動）。また、エンジン１および第１モータ２を駆動し、切り替え装置９の連結を解除し、かつ、第２モータ３のトルクを前輪５に伝達して走行するパラレルＨＶ走行モードの設定が可能である（四輪駆動あるいは全輪駆動）。さらに、発進装置７を解放した状態でエンジン１を運転し、エンジン１のトルクで第１モータ２を駆動して発電させるとともに、第２モータ３のトルクを前輪５に伝達して駆動力を発生させるシリーズＨＶ走行モードの設定も可能である。なお、これらの走行モードは、例えば、要求駆動力および車速をパラメータとする走行モードの切り替えマップに基づいて、各走行モードのいずれかを設定することができる。

つぎに、この発明の実施形態における他の例について説明する。上述したように、この発明の実施形態では、第１モータ２および第２モータ３のトルクを前輪５にトルク伝達可能とされている。したがって、そのような構成であれば、車両Ｖｅの構成は適宜変更してもよい。図３は、図１における第１モータ２とエンジン１とを同一線上に配置した構成に替えて、第１モータ２を、エンジン１が連結された回転軸と第２モータ３が連結された回転軸３ａとの間の中間軸２３に連結した例を示している。また、伝動機構８におけるドライブギヤ１４とドリブンギヤ１５との間にその中間軸２３に連結された中間ギヤ２４が設けられている。そして、その中間ギヤ２４とドライブギヤ１４とを選択的に連結および切り離す（遮断する）ことが可能な切り替え装置９ａが設けられている。また同様に、中間ギヤ２４とドリブンギヤ１５とを選択的に連結および切り離すことが可能な切り替え装置９ｂが設けられている。したがって、切り替え装置９ａを切り離し、かつ切り替え装置９ｂを連結することにより、第１モータ２のトルクおよび第２モータ３のトルクが前輪５に伝達される。なお、その他の構成は、図１の例と同様であるため、その説明は省略する。また、伝動機構８は、図示した歯車機構に限られず、チェーンやベルトなどの巻き掛け伝動機構であってもよい。

以上、この発明の複数の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。例えば搭載性の都合により減速機構１７を第１モータ２の収容室（ケーシング）に配置できない場合には、図４に示すように第２モータ３の収容室に減速機構１７を配置してもよい。また図４に示す例では、第１モータ２の減速比を伝動機構８において適宜のギヤ比に設定するように構成されている。また、その適宜の減速比を設定するために減速機構を追加してもよい。

１…エンジン、 ２…第１モータ、 ３…第２モータ、 ４…後輪（第１駆動輪）、 ５…前輪（第２駆動輪）、 ６…変速装置、 ７…発進装置、 ８…伝動機構、 ９…切り替え装置、 １０…クラッチ機構、 １１…リヤプロペラシャフト， １２…リヤデファレンシャルギヤ、 １３…リヤドライブシャフト、 １４…ドライブギヤ、 １５…ドリブンギヤ、 １６…ピニオンギヤ、 １７…減速機構、 １８…フロントプロペラシャフト、 １９…固定部、 ２０…フロントデファレンシャルギヤ、 ２１…フロントドライブシャフト、 ２２…電子制御装置、 ２３…中間軸、 ２４…中間ギヤ、 Ｖｅ…車両。

Claims (1)

1. 車両の前方側もしくは後方側に設けられた第１駆動輪と、前記車両の前後方向において前記第１駆動輪とは反対側に設けられた第２駆動輪と、前記第１駆動輪にトルクを伝達するエンジンおよび第１モータと、前記第２駆動輪にトルクを伝達する第２モータとを備えたハイブリッド四輪駆動車において、
   前記第１モータを前記第１駆動輪に対して切り離しかつ前記第１モータを前記第２駆動輪に対してトルクを伝達可能に接続する切り替え装置を備えている
   ことを特徴とするハイブリッド四輪駆動車。

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