JP2023158558A - 車両の駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】重量及び部品点数を削減できる車両の駆動システムを提供する。【解決手段】モータ１０及びエンジン２０を備え、モータ１０及びエンジン２０の少なくとも一方の駆動力で走行する車両の駆動システムであって、モータ１０に連結される第１回転軸３１と、第１回転軸３１の回転を減速して第２回転軸３２に伝達する第１変速機構１１と、第２回転軸３２の回転を変速して車軸に伝達する第２変速機構１２と、を備える。第１回転軸２１には、回転の伝達を断続する第２クラッチ５２を介してエンジン２０が連結され、第１変速機構１１は、モータ１０の回転を変速して第２回転軸３１に伝達する第１ギア列４１と、エンジン２０の回転を変速して第２回転軸３２に伝達する第２ギア列４２と、第１ギア列４１と第２ギア列４２とのいずれかを切り換える第１クラッチ５１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の駆動システムに関する。

特許文献１には、エンジンと、エンジンの駆動力により発電する発電モータと、発電モータが生じさせた電力により駆動する走行モータと、を備えた電動車両が開示されている。この電動車両は、エンジンの駆動力により発電された電力等を利用して走行モータを駆動するシリーズハイブリッドモードと、エンジンの駆動力を駆動輪に伝達させて走行するエンジン直結モードと、がクラッチ及びギア列により切換可能に構成されている。

特開２０２１－２０５９９号公報

特許文献１に記載された電動車両は、走行モータの回転を駆動輪に伝達する２軸の変速機構に加え、エンジンの回転を発電モータに伝達する３軸の変速機構と、エンジンの回転を駆動輪に伝達する２軸の変速機構とを備えている。このため、これら複数の変速機構を備えることにより、重量が増加するだけでなく、部品点数が増加して駆動システムのサイズが増大するという問題があった。

本発明は重量及び部品点数を削減できる車両の駆動システムを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、モータ及びエンジンを備え、モータ及びエンジンの少なくとも一方の駆動力で走行する車両の駆動システムに適用される。この駆動システムは、モータに連結される第１回転軸と、第１回転軸の回転を減速して第２回転軸に伝達する第１変速機構と、第２回転軸の回転を減速して車軸に伝達する第２変速機構、を備える。第１回転軸には、回転の伝達を断続する第２クラッチを介してエンジンが連結され、第１変速機構は、モータの回転を変速して第２回転軸に伝達する第１ギア列と、エンジンの回転を変速して第２回転軸に伝達する第２ギア列と、第１ギア列と第２ギア列とのいずれかを切り換える第１クラッチと、を備える。

本発明によれば、第１回転軸と第２回転軸と車軸とを備え、第１回転軸と第２回転軸との間で、モータの回転を第２回転軸に伝達する第１ギア列と、エンジンの回転を第２回転軸に伝達する第２ギア列と、を備えた。これにより、三つの回転軸と二つのギア列とで構成されるので、部品点数及び重量を増加することなく、モータ及びエンジンの回転を駆動輪に伝達して走行することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る車両の駆動システムの構成図である。 図２は、駆動システムによる走行状態の説明図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両の駆動システム１の構成図である。

本実施形態の駆動システム１は、車両に搭載されて車両を駆動させる。駆動システム１は、モータ１０、エンジン２０、第１変速機構１１、第２変速機構１２及び制御装置８０を備える。

モータ１０は、図示しないバッテリ及びインバータ装置から供給される電力により駆動し、その回転を第１回転軸３１に伝達する。また、モータ１０は、第１回転軸３１の回転により駆動されて回生（発電）を行う発電機としても機能する。モータ１０のロータ軸（回転軸）は、第１回転軸３１に同軸に連結され、第１回転軸３１と共に回転する。

エンジン２０は、ガソリンエンジン等からなる内燃機関により構成される。エンジン２０のクランク軸は第１回転軸３１と同軸に備えられたエンジン側回転軸３１１に同軸に連結される。エンジン側回転軸３１１と第１回転軸３１とは、後に詳述するワンウェイクラッチ（第２クラッチ）５２を介して、回転の伝達を断続可能に連結される。

第１回転軸３１は、その両端にモータ１０及びエンジン２０が対向して配置される。第１回転軸３１は、第１変速機構１１を介して第２回転軸３２に回転を伝達する。第１変速機構１１は、第１回転軸３１の回転を減速して、第２回転軸３２に伝達する。

第２回転軸３２は、第１回転軸３１から第１変速機構１１を介して伝達された回転を、第２変速機構１２を介して車軸３３へと伝達する。第２変速機構１２は、第２回転軸３２の回転を減速して、車軸３３に伝達する。

車軸３３には、駆動輪７０が接続され、第２回転軸３２から第２変速機構１２を介して伝達された回転を駆動輪７０に伝達することで、車両を走行させる。

これら第１回転軸３１、第２回転軸３２及び車軸３３は、互いに平行となるように、並列に配置される。

第１変速機構１１は、第１回転軸３１と第２回転軸３２との間において、回転を減速する第１ギア列４１と第２ギア列４２とを備えている。第１ギア列４１は、第１回転軸３１の回転を所定の第１減速比で第２回転軸３２に伝達する。第２ギア列４２は、第１回転軸３１の回転を、第１ギア列４１よりも小さな第２減速比で第２回転軸３２に伝達する。

これら第１ギア列４１及び第２ギア列４２は、第１クラッチ５１により選択的に切り換え可能に構成される。第１クラッチ５１は、第１ギア列４１を選択して第１回転軸３１の回転を第２回転軸３２に伝達する第１状態と、第２ギア列４２を選択して第１回転軸３１の回転を第２回転軸３２に伝達する第２状態と、第１ギア列４１及び第２ギア列４２のいずれも選択せず、第１回転軸３１の回転を第２回転軸３２に伝達しない第３状態と、を切り換える。後述するように、車速が所定車速（例えば４０ｋｍ／ｈ）未満の場合は、第１ギア列４１による第１状態が選択され、車速が所定車速以上である場合は、第２ギア列４２による第２状態が選択される。

第２変速機構１２は、第２回転軸３２と車軸３３との間において、第３ギア列４３及び差動装置（ディファレンシャルギア）３５とを備えている。第３ギア列４３は第２回転軸３２の回転を第３減速比で減速して差動装置３５に伝達する。差動装置３５は、左右の車軸３３の回転差を許容しながら、駆動輪７０に回転を伝達する。

制御装置８０は、モータ１０、エンジン２０及び第１クラッチ５１の動作を制御する。制御装置８０は、車両の状態（車速、モータ１０のトルク、エンジン２０のトルク等）に応じて、第１変速機構１１の第２クラッチ５２を、第１状態、第２状態及び第３状態のいずれかに切り換える。

次に、第１変速機構１１及び第２変速機構１２の構造を説明する。

第１変速機構１１は、第１クラッチ５１により第１ギア列４１と第２ギア列４２とを切り換えることにより、第１回転軸３１の回転を第１減速比で減速して第２回転軸３２に伝達するか、第１回転軸３１の回転を第２減速比で減速して第２回転軸３２に伝達するか、を切り換える。

第１変速機構１１において、第１ギア列４１は、第１回転軸３１に軸受部材Ｂ１を介して第１回転軸３１と相対回転自在に支持された第１ギア４１ａと、第２回転軸３２に固定され、第１ギア４１ａと噛み合う第２ギア４１ｃと、から構成される。第１ギア４１ａには、第１クラッチギア４１ｂが一体に形成されている。

第２ギア列４２は、第１回転軸３１に軸受部材Ｂ２を介して第１回転軸３１と相対回転自在に支持された第３ギア４２ａと、第２回転軸３２に固定され、第３ギア４２ａと噛み合う第４ギア４２ｃと、から構成される。第３ギア４２ａには、第２クラッチギア４２ｂが一体に形成されている。

第１回転軸３１には、第１クラッチ５１が備えられる。第１クラッチ５１は、第１回転軸３１に固定されるクラッチハブ５１ｃと、クラッチハブ５１ｃの外周を軸方向に移動可能に構成されたスリーブ５１ｂと、スリーブ５１ｂを軸方向に可動させるアクチュエータ５１ａとから構成される。クラッチハブ５１ｃと、第１クラッチギア４１ｂと、第２クラッチギア４２ｂとは、その外周が同一の径の円筒面に形成され、その外周面には、軸方向に並列なスプライン溝が形成されている。スリーブ５１ｂは、クラッチハブ５１ｃ、第１クラッチギア４１ｂ及び第２クラッチギア４２ｂの外周面にそれぞれ形成されたスプライン溝に係合し、軸方向に移動する。

アクチュエータ５１ａは、スリーブ５１ｂを軸方向に第１ギア４１ａ側（図１中左側）へと移動させることで、クラッチハブ５１ｃと第１クラッチギア４１ｂとがスリーブ５１ｂにより連結された状態（第１状態）にする。また、アクチュエータ５１ａは、スリーブ５１ｂを軸方向に第３ギア４２ａ側（図１中右側）へと移動させることで、クラッチハブ５１ｃと第２クラッチギア４２ｂとがスリーブ５１ｂにより連結された状態（第２状態）にする。また、アクチュエータ５１ａは、クラッチハブ５１ｃを、スリーブ５１ｂの外周部分に移動させることで、クラッチハブ５１ｃが第１クラッチギア４１ｂ及び第２クラッチギア４２ｂのいずれにも連結されないニュートラル状態（第３状態）にする。

制御装置８０は、アクチュエータ５１ａの位置を制御して、これら第１状態、第２状態及び第３状態を切り換える。

第１状態では、クラッチハブ５１ｃと第１クラッチギア４１ｂが連結されることで、第１回転軸３１の回転が、第１ギア４１ａ、第２ギア４１ｃを介して第２回転軸３２に伝達される。このときの減速比（第１減速比）は、第１ギア４１ａと第２ギア４１ｃとの歯車比となる。

第２状態では、クラッチハブ５１ｃと第２クラッチギア４２ｂが連結されることで、第１回転軸３１の回転が、第３ギア４２ａ、第４ギア４２ｃを介して第２回転軸３２に伝達される。このときの減速比（第２減速比）は、第３ギア４２ａと第４ギア４２ｃとの歯車比となる。なお、第１減速比は、第２減速比よりも大きい減速比（ＬＯギア）に設定されている。

第３状態では、第１回転軸３１の回転は、第２回転軸３２には伝達されない。

このように、第１変速機構１１は、並列に配置された第１回転軸３１と第２回転軸３２との間で、第１減速比及び第２減速比の２つの減速比を切り換えることが可能に構成される。

また、第１回転軸３１において、エンジン２０は、そのクランクシャフトがエンジン側回転軸３１１に連結され、エンジン側回転軸３１１は、第２クラッチ５２を介して第１回転軸３１の端部に連結される。第２クラッチ５２は、第１回転軸３１からエンジン側回転軸３１１の回転は伝達しないが、エンジン２０によるエンジン側回転軸３１１の回転を第１回転軸３１に伝達する一方向のワンウェイクラッチとして構成される。

従って、モータ１０のみが駆動され、エンジン２０が駆動していない場合は、第１回転軸３１の回転はエンジン２０には伝達されない。ここで、エンジン２０を始動させ、エンジン２０の回転速度を第１回転軸３１の回転速度以上とすることにより、エンジン２０の駆動力がワンウェイクラッチである第２クラッチ５２を介して第１回転軸３１に伝達されるようになる。これによりエンジン２０の駆動力が第１回転軸３１に伝達されて、第１変速機構１１及び第２変速機構１２により駆動輪７０にその駆動力が伝達される。なお、モータ１０の回転はエンジン２０に伝達されないので、エンジン２０には、エンジン２０をクランキングさせてエンジン２０を始動させるための図示しないスタータモータが備えられる。

第１クラッチ５１が第３状態とされた場合は、エンジン２０の回転は第１回転軸３１を介してモータ１０のみに伝達され、第２回転軸３２には伝達されない。このようにすることで、例えば車両の停車時に、エンジン２０の駆動によりモータ１０を回転させることにより、モータ１０による発電を行うことができる。

第２変速機構１２は、第２回転軸３２の回転を第３ギア列４３の第３減速比で減速して、差動装置３５に伝達する。

第２変速機構１２は、第２回転軸３２と差動装置３５との間に、第３ギア列４３を備える。第３ギア列４３は、第２回転軸３２に固定される第５ギア４３ａと、車軸３３の差動装置３５に固定され、第５ギア４３ａに噛み合う第６ギア４３ｂとを備える。第３ギア列４３の第３減速比により、第２回転軸３２の回転が差動装置３５に伝達される。

次に、このように構成された駆動システム１による車両の走行について説明する。

図２は、本実施形態の駆動システム１による走行状態の説明図である。

［車両の発進から所定車速までの走行］
車両を停止状態から発進させる場合は、制御装置８０は、第１変速機構１１を第１状態、すなわち、第１クラッチ５１のアクチュエータ５１ａを制御して、第１回転軸３１の回転が、第１ギア列４１を介して第２回転軸３２に伝達されるように切り換え、モータ１０を駆動させる。これにより、モータ１０の回転が第１回転軸３１から第１ギア列４１を伝達して第２回転軸３２に伝達され、車両が発進する。このとき、第２クラッチ５２により第１回転軸３１の回転はエンジン２０には伝わらないので、エンジン２０を停止させておくことができる。

制御装置８０は、車速が所定車速（例えば４０ｋｍ／ｈ）となるまでは、第１状態でモータ１０の駆動トルクにより車両を走行させる。この所定車速は、エンジン２０の駆動トルクが第２ギア列４２を介して伝達される場合に、エンジン２０の回転速度が音振の問題を発生させない十分な回転速度（例えば２０００ｒｐｍ）で所定車速を実現できるように設定される。

［所定車速以上の走行］
車速が所定車速以上（図２の一点鎖線）となった場合は、制御装置８０は、第１クラッチ５１のアクチュエータ５１ａを制御して、第１変速機構１１を第１状態から第２状態に切り換える。これにより、第１回転軸３１の回転が、第２ギア列４２により第２減速比で第２回転軸３２に伝達される。そして、エンジン２０を始動して、エンジン２０の回転が第１回転軸３１に伝達されるようにする。

このとき、ワンウェイクラッチである第２クラッチ５２は、エンジン２０の回転速度が第１回転軸３１の回転速度よりも大きくなった場合に、エンジン２０の回転が第１回転軸３１に伝達されるようになる。これにより、モータ１０の駆動トルクよりもエンジン２０の駆動トルクが支配的となり、これらの駆動トルクにより車両を走行させることができる。第１変速機構１１の第２ギア列４２の第２減速比は、所定車速（４０ｋｍ／ｈ）で、エンジン２０の回転速度が音振問題発生させない回転速度（２０００ｒｐｍ）以上となるような減速比に設定される。

なお、所定車速以上の走行において、車両の走行に必要な駆動トルクが、モータ１０の駆動トルクで十分にまかなえるような運転状態（例えば平坦路で加減速が行われない場合）には、エンジン２０を停止し、モータ１０の駆動トルクのみが第２ギア列４２を介して駆動輪７０に伝達されて走行するようにしてもよい。

［バッテリの充電］
前述のようにエンジン２０を始動してエンジン２０の駆動トルクで走行している場合において、エンジン２０の駆動トルクが車両の走行に要求される駆動トルクよりも十分に大きい場合には、制御装置８０は、モータ１０を発電状態に設定する。これにより、車両の走行に要求される駆動トルクよりもエンジン２０の駆動トルクが上回った分の駆動トルクがモータ１０に伝達され、車両の走行中にモータ１０に発電を行わせることができる。発電された電力はバッテリに充電される。

［低速での連続運転］
例えば登坂路を走行中など、低速走行中に大きな駆動トルクが連続して要求されるような走行状態において、バッテリの充電容量がモータ１０を駆動するのに十分でない場合が起こりうる。このような場合は、制御装置８０は、エンジン２０を始動して第１変速機構１１を第１状態に切り換える。これにより、エンジン２０の回転が第１減速比で第２回転軸３２に伝達されるようなる。このようにすることで、低速走行中にエンジン２０の駆動トルクによって車両を走行させることができる。このとき、車両の走行に要求される駆動トルクよりもエンジン２０の駆動トルクが上回った分の駆動トルクがモータ１０に伝達され、モータ１０に発電を行わせることができる。

［車両の減速］
車両の減速時には、駆動輪７０の回転が車軸３３から第２回転軸３２及び第１回転軸３１に伝達され、モータ１０を回転させる。このとき、制御装置８０は、モータ１０を発電状態に設定する。これにより、モータ１０に回生（発電）を行なわせる。このとき、車両を加速させる必要がない場合は、エンジン２０を停止させる。モータ１０に発電を行わせることでブレーキトルクが発生し、車両を減速させることができる。

車両がさらに減速して車速が所定車速未満となった場合には、制御装置８０は、第１変速機構１１を、第１クラッチ５１により第２状態から第１状態に切り換える。これにより、駆動輪７０の回転が第２回転軸３２から第１減速比で第１回転軸３１に伝達されるようになり、モータ１０の回転が第２変速比よりも増速されるので、発電量を増加させることができる。

［車両の停車］
車両が停車している場合は、制御装置８０は、第１クラッチ５１を第３状態に切り換え、第１回転軸３１の回転が第２回転軸３２に伝達されないように設定する。このとき、バッテリの容量が十分でないなど、モータ１０を発電する必要がある場合には、制御装置８０は、エンジン２０を始動させると共にモータ１０を発電状態に設定する。これにより、第１回転軸３１の回転によりモータ１０が駆動され、モータ１０に発電を行わせることができる。発電された電力はバッテリに充電される。なお、バッテリを充電する必要がない場合や、イグニションキーがオフに設定された場合には、制御装置８０は、エンジン２０を停止させる。

以上説明した本発明の実施形態は、モータ１０及びエンジン２０を備え、モータ１０及びエンジン２０の少なくとも一方の駆動力で走行する車両の駆動システム１である。駆動システム１は、モータ１０に連結される第１回転軸３１と、第１回転軸３１の回転を減速して第２回転軸３２に伝達する第１変速機構１１と、第２回転軸３２の回転を減速して車軸３３に伝達する第２変速機構１２と、を備える。第１回転軸３１には、回転の伝達を断続する第２クラッチ５２を介してエンジン２０が連結され、第１変速機構１１は、モータ１０の回転を変速して第２回転軸３２に伝達する第１ギア列４１と、エンジン２０の回転を変速して第２回転軸３２に伝達する第２ギア列４２と、第１ギア列４１と第２ギア列４２とのいずれかを切り換える第１クラッチ５１と、を備える。

この構成では、第１回転軸３１と第２回転軸３２と車軸３３との三つの軸と、第１ギア列４１と第２ギア列４２との二つのギア列とで構成され、第１ギア列４１と第２ギア列４２とを切り換えてモータ１０又はエンジン２０の回転を出力することができるので、駆動システム１の部品点数及び重量を最小限とすることができ、サイズをコンパクトにすることができる。

また、本実施形態では、第１変速機構１１は、第１ギア列４１の変速比が、第２ギア列４２の変速比よりも大きく構成される。

この構成では、車両発進時など大きなトルクが必要とされる場合に、大きな減速比である第１ギア列４１を選択して、モータ１０の駆動により車両を発進することができる。

また、本実施形態では、第２クラッチ５２は、エンジン２０の回転速度がモータ１０の回転速度よりも大きい場合に、エンジン２０の回転を第１回転軸３１に伝達するワンウェイクラッチである。

この構成では、エンジン２０を駆動させない場合はモータ１０の回転はエンジン２０に伝達されず、モータ１０の駆動トルクにより車両が走行する。エンジン２０を駆動させた場合には、エンジン２０の回転が第１回転軸３１に伝達され、エンジン２０の駆動トルクにより車両を走行させることができる。

また、本実施形態では、第１変速機構１１は、車両の発進時には、第１クラッチ５１により第１ギア列４１が選択され、車両の車速が所定車速以上の定常走行時には、第１クラッチ５１により第２ギア列４２状態が選択される。

この構成では、車両の発進時に減速比の大きな第１ギア列４１によりモータ１０の駆動トルクが伝達されて車両を発進することができ、定常走行時には、第２ギア列４２によりエンジン２０の駆動トルクが伝達されて車両を走行させることができる。

また、本実施形態では、第１クラッチ５１により第１ギア列４１が選択された状態で、エンジン２０の回転が第２クラッチ５２を介して第１回転軸３１に伝達され、第１ギア列４１によりエンジン２０の回転が第２回転軸３２に伝達される。

この構成では、例えば登坂路を走行中などに、エンジン２０の回転が第１減速比で第２回転軸３２に伝達されるので、低速走行でエンジン２０の駆動トルクによって車両を走行させることができる。

また、本実施形態では、第１回転軸３１の両端に、モータ１０及びエンジン２０が対向して配置される。この構成では、モータ１０とエンジン２０との間に第１変速機構１１を配置できるので、駆動システム１のサイズをコンパクトにすることができる。

また、本実施形態では、第１回転軸３１、第２回転軸３２及び車軸３３は、互いに平行となるように並列に配置される。この構成では、モータ１０及びエンジン２０の回転を３軸のみの構成で変速して駆動輪７０に伝達することができるので、駆動システム１のサイズを更にコンパクトにすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態及び各変形例で説明した構成は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を限定する趣旨ではない。

上述した実施形態では、第１変速機構１１は、第１ギア列４１及び第２ギア列４２が、それぞれ第１回転軸３１の回転をそれぞれ減速して第２回転軸３２に伝達するように構成したが、必ずしも減速である必要はない。第１ギア列４１及び第２ギア列４２が、第１回転軸３１の回転を変速して第２回転軸３２に伝達するように構成されていればよい。同様に、第２変速機構１２は、第２回転軸３２の回転を変速して車軸３３の差動装置３５に伝達するように構成されていればよい。

１：駆動システム、１０：モータ、１１：第１変速機構、１２：第２変速機構、２０：エンジン、３１：第１回転軸、３２：第２回転軸、３３：車軸、４１：第１ギア列、４２：第２ギア列、５１：第１クラッチ、５２：第２クラッチ、８０：制御装置

Claims (7)

1. モータ及びエンジンを備え、前記モータ及び前記エンジンの少なくとも一方の駆動力で走行する車両の駆動システムであって、
   前記モータに連結される第１回転軸と、
   前記第１回転軸の回転を変速して第２回転軸に伝達する第１変速機構と、
   前記第２回転軸の回転を変速して車軸に伝達する第２変速機構と、
   を備え、
   前記第１回転軸には、回転の伝達を断続する第２クラッチを介して前記エンジンが連結され、
   前記第１変速機構は、前記モータの回転を変速して前記第２回転軸に伝達する第１ギア列と、前記エンジンの回転を変速して前記第２回転軸に伝達する第２ギア列と、前記第１ギア列と前記第２ギア列とのいずれかを切り換える第１クラッチと、を備える、
   車両の駆動システム。
2. 請求項１に記載の車両の駆動システムであって、
   前記第１変速機構は、
   前記第１ギア列の変速比が、前記第２ギア列の変速比よりも大きく構成される、
   車両の駆動システム。
3. 請求項１に記載の車両の駆動システムであって、
   前記第２クラッチは、前記エンジンの回転速度が前記モータの回転速度を上回った場合に、前記エンジンの回転を前記第１回転軸に伝達するワンウェイクラッチである、
   車両の駆動システム。
4. 請求項２に記載の車両の駆動システムであって、
   前記第１変速機構は、
   前記車両の発進時には、前記第１クラッチにより前記第１ギア列が選択され、
   前記車両の車速が所定車速以上の定常走行時には、前記第１クラッチにより前記第２ギア列が選択される、
   車両の駆動システム。
5. 請求項２に記載の車両の駆動システムであって、
   前記第１変速機構は、前記第１クラッチにより前記第１ギア列が選択された状態で、前記エンジンの回転が前記第２クラッチを介して前記第１回転軸に伝達され、前記第１ギア列により前記エンジンの回転が前記第２回転軸に伝達される、
   車両の駆動システム。
6. 請求項１に記載の車両の駆動システムであって、
   前記第１回転軸の両端に、前記モータ及び前記エンジンが対向して配置される、
   車両の駆動システム。
7. 請求項１に記載の車両の駆動システムであって、
   前記第１回転軸、前記第２回転軸及び前記車軸は、互いに平行となるように並列に配置される、
   車両の駆動システム。