JP3460665B2 - ハイブリッド車両の自動変速機 - Google Patents

ハイブリッド車両の自動変速機

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド車両
の自動変速機の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から内燃機関とモータジェネレータ
を組み合わせたハイブリッド車両があり、内燃機関の熱
効率が低下する発進時などでは、モータジェネレータに
よって車両の推進を行う一方、加速時には内燃機関にモ
ータジェネレータの駆動力を加えて車両の推進を行うも
ので、例えば、本願出願人が提案した特開平１１−２４
１６２４号公報などが知られている。
【０００３】これは、図１５に示すように、変速機構７
の入力軸５に第１のモータジェネレータ６を連結すると
ともに、発進用クラッチ２を介してエンジン１と選択的
に結合する。そして、エンジン１には第２のモータジェ
ネレータ６０を結合している。
【０００４】発進時には、発進用クラッチ２を解放した
状態で、モータジェネレータ６のみの駆動力で車両の推
進を行い、前進時では所定の運転状態になると、モータ
ジェネレータ６０でエンジン１を始動した後、発進用ク
ラッチ２を締結してエンジン１の駆動力で車両の推進を
行う。
【０００５】そして、加速時などで負荷が大きいときに
は、エンジンの駆動力にモータジェネレータ６、６０の
駆動力を加えて、ハイブリッド車両の動力性能を向上さ
せている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のハイブリッド車両にあっては、モータジェネレータ
とエンジンが直結されるため、モータジェネレータの回
転数は、エンジン回転数と同一となる。そして、加速時
などで大きな駆動力を必要とする際に、モータジェネレ
ータによって駆動力を補助することになるが、このよう
な運転状態は、エンジン回転数が低い領域が比較的多
く、モータジェネレータは低回転域において効率が悪い
ため、ハイブリッド車両のエネルギー効率または燃費を
向上させるのが難しいという問題があった。
【０００７】また、モータジェネレータでエンジンの駆
動力を補助する場合、モータジェネレータの出力が大き
い方が望ましいが、出力の大きいモータジェネレータは
外形及び重量も大きくなるため、車両への搭載性も悪化
するという問題があった。
【０００８】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、ハイブリッド車両のエネルギー効率または
燃費を向上させるとともに、モータジェネレータの小型
化を図りながらも十分なトルクを発生して、ハイブリッ
ド車両の動力性能を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、エンジン
に連結された発進用摩擦締結要素と、遊星歯車機構を介
して前記発進用摩擦締結要素の出力軸に連結されたモー
タジェネレータと、変速機の入力軸を、前記モータジェ
ネレータまたは発進用摩擦締結要素の出力軸のうちの一
方と選択的に連結するクラッチとを備える。
【００１０】また、第２の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記遊星歯車機構はシングルピニオンのキャリア
を備えて、サンギアをモータジェネレータと常時連結す
る一方、リングギアを発進用摩擦締結要素の出力軸に常
時連結し、キャリアを回転不能に固定する。
【００１１】また、第３の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記遊星歯車機構はダブルピニオンのキャリアを
備えて、サンギアをモータジェネレータと常時連結する
一方、キャリアを発進用摩擦締結要素の出力軸に常時連
結し、リングギアを回転不能に固定する。
【００１２】
【発明の効果】したがって、第１ないし第３の発明は、
前進時にモータジェネレータでエンジンをアシストする
際には、発進用摩擦締結要素を締結するとともに、変速
機の入力軸と発進用摩擦締結要素の出力軸を結合するよ
うクラッチを切り換えておく。
【００１３】エンジンの駆動力は、発進用摩擦締結要素
から変速機へそのまま入力され、モータジェネレータの
回転は遊星歯車機構で減速されてから発進用摩擦締結要
素の出力軸に加算されるため、モータジェネレータのト
ルクは、増幅されてからエンジントルクに加算されるこ
とになり、前記従来例のようにモータジェネレータとエ
ンジンを直結する場合に比してモータジェネレータの運
転回転数を高く設定でき、小型、軽量のモータジェネレ
ータを用いても、十分なトルクでエンジンのアシストを
行うことが可能となって、ハイブリッド車両のエネルギ
ー効率または燃費を向上させるとともに、モータジェネ
レータの小型化を図りながらも十分なトルクを発生し
て、ハイブリッド車両の動力性能を向上させることがで
きる。
【００１４】また、後進の際には、クラッチをモータジ
ェネレータ側に切り換えればよく、発進用摩擦締結要素
を締結しておけば、エンジンの回転は遊星歯車機構で逆
転されて変速機の入力軸へ加わって後進することがで
き、さらに、モータジェネレータを駆動することで、後
進時でもエンジンの駆動力をアシストすることが可能と
なり、発進用摩擦締結要素を解放しておけば、モータジ
ェネレータの駆動力のみで車両の後進を行うことが可能
となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。
【００１６】図１、図２は、ハイブリッド車両の自動変
速機を示しており、エンジン１と変速機構７の間に発進
用クラッチ２（発進用摩擦締結要素）、遊星歯車機構
３、モータジェネレータ６（図中Ｍ／Ｇ）及び前後進切
り換えクラッチ１０を備えたもので、ベルト式無段変速
機で構成された変速機構７の出力は、カウンタギア９０
を介してディファレンシャルギア９へ伝達される。
【００１７】エンジン１は、自動変速機７０の入力軸８
を介して発進要素としての発進用クラッチ２に連結され
る。この発進用クラッチ２は、例えば、油圧式多板クラ
ッチなどで構成される。
【００１８】そして、発進用クラッチ２の出力軸４は、
遊星歯車機構３のリングギア３Ｒと前後進切り換えクラ
ッチ１０へそれぞれ連結される。
【００１９】遊星歯車機構３は、シングルピニオンのキ
ャリア３Ｃを備えており、このキャリア３Ｃがケーシン
グ側に固定され、サンギア３Ｓはクラッチ出力軸４と同
軸的に配設された中間軸３０を介して、モータジェネレ
ータ６のロータ６Ｂと結合する。なお、モータジェネレ
ータ６のステータ６Ａは、ケーシング側に固定される。
【００２０】この中間軸３０とクラッチ出力軸４の間に
は、ドッグクラッチなどで構成されて、変速機入力軸５
への動力伝達経路を選択的に切り換える前後進切り換え
クラッチ１０が介装される。
【００２１】前後進切り換えクラッチ１０は、図示しな
いアクチュエータによって駆動され、後述するハイブリ
ッドコントローラ１００によって制御されており、変速
機入力軸５とクラッチ出力軸４を結合する前進位置位置
ＦＷＤと、変速機入力軸５と中間軸３０を結合する後進
位置ＲＥＶ、変速機入力軸５とクラッチ出力軸４及び中
間軸３０の相対回転を許容する中立位置の３位置を備え
る。
【００２２】前後進切り換えクラッチ１０によって、変
速機入力軸５にはサンギア３Ｓまたはクラッチ出力軸４
からの駆動力が入力されて、変速機構７のプライマリプ
ーリ７１、Ｖベルト７３、セカンダリプーリ７２を介し
てディファレンシャルギア９の駆動が行われる。なお、
図２に示した油圧ポンプ２０は、油圧式多板クラッチで
構成された発進用クラッチ２等の油圧機器を駆動するた
めの油圧を供給する。
【００２３】次に、上記自動変速機を用いたハイブリッ
ド車両の制御について、図３を参照しながら説明する。
【００２４】まず、エンジン１は、ハイブリッドコント
ローラ１００からの指令と、車両の運転状態に応じた燃
料噴射量や点火時期となるようにエンジンコントローラ
１１０によって制御される。
【００２５】例えば、車両の停車中やコーストまたは減
速時には積極的に燃料噴射をカットして燃料を節約する
とともに、所定の車速以下の低速走行時には、エンジン
１の燃料噴射をカットする一方、バッテリ５１の充電量
ＳＯＣが低下したときには、モータジェネレータ６で発
電を行って、バッテリ５１の充電を行う。
【００２６】エンジン１またはモータジェネレータ６の
駆動力を伝達する自動変速機７０は、ハイブリッドコン
トローラ１００からの指令と、セレクトスイッチ８０や
図示しないスロットルの開度ＴＶＯ（またはアクセルペ
ダルの踏み込み量）及び車速ＶＳＰ等の運転状態に応じ
て、変速コントローラ１７０の変速比制御によって、変
速機構７の変速比が変更される。
【００２７】そして、ハイブリッドコントローラ１００
は、セレクトスイッチ８０の選択レンジやスロットル開
度、バッテリ５１の充電量ＳＯＣなどに応じて、発進用
クラッチ２や前後進切り換えクラッチ１０の締結、解放
とインバータ５０の制御によりモータジェネレータ６の
駆動または発電を制御する。なお、セレクトスイッチ８
０は、少なくとも、前進位置のＤレンジと、後進位置の
Ｒレンジと、中立位置のＮレンジ及び停車位置のＰレン
ジを備えている。
【００２８】次に、発進用クラッチ２及び前後進切り換
えクラッチ１０によって切り換えられる動力伝達経路に
ついて説明する。
【００２９】発進用クラッチ２を解放、前後進切り換え
クラッチ１０を中立位置にした場合には、図４に示すよ
うに、エンジン１及びモータジェネレータ６の駆動力は
変速機入力軸５に伝達されず、セレクトスイッチ８０の
Ｐレンジとなる。
【００３０】このＰレンジにおいて、図示しないイグニ
ッションキーをＯＮにすると、図５に示すように、発進
用クラッチ２が締結されて、モータジェネレータ６の駆
動力によってエンジン１を始動することができる。
【００３１】このとき、モータジェネレータ６はシング
ルピニオンで構成された遊星歯車機構３のサンギア３Ｓ
に連結されるため、モータジェネレータ６を逆転（変速
機入力軸５の後進側）することで、リングギア３Ｒに連
結された発進用クラッチ２及び入力軸８を正転方向（変
速機入力軸５の前進側）へ駆動することができ、遊星歯
車機構３のギア比はキャリア３Ｃが常時固定されている
ため、図１４の共線図に示すように設定すると、サンギ
ア３Ｓに入力されるモータジェネレータ６の出力は、減
速されてリングギア３Ｒ、換言すれば発進用クラッチ２
及びクラッチ出力軸４へ伝達される。
【００３２】次に、車両の停車状態では、セレクトスイ
ッチ８０の選択レンジとバッテリ５１の充電量ＳＯＣに
応じて、図６の（Ａ）から（Ｃ）に示すように、発進用
クラッチ２と前後進切り換えクラッチ１０が制御され
る。
【００３３】セレクトスイッチ８０がＮレンジで、バッ
テリ５１の充電量ＳＯＣが低いときには、図６（Ａ）の
ように、バッテリ５１の充電を行うため、発進用クラッ
チ２を締結、前後進切り換えクラッチ１０を中立位置と
して、エンジン１とモータジェネレータ６を連結して発
電を行う。
【００３４】一方、バッテリ５１の充電量ＳＯＣが高い
場合のＮレンジでは、図６（Ｂ）のように、上記図４の
Ｐレンジと同様に、発進用クラッチ２を解放、前後進切
り換えクラッチ１０を中立位置にするとともに、エンジ
ン１のアイドリングを停止させる。
【００３５】また、Ｄレンジで停車した場合には、図６
（Ｃ）のように、前後進切り換えクラッチ１０を前進位
置ＦＷＤ、発進用クラッチ２を解放し、エンジン１のア
イドリングを停止させて、次の発進に備える。
【００３６】次に、Ｄレンジで発進する場合には、上記
図５のようにしてエンジン１を始動した後、図７に示す
ように、前後進切り換えクラッチ１０を前進位置ＦＷＤ
に切り換えて車両の発進を行う。
【００３７】このとき、エンジン１の駆動力に加えて、
モータジェネレータ６の出力が変速機入力軸５に加わ
り、熱効率の低いエンジン１の低回転域では、モータジ
ェネレータ６の補助によって、車両の燃費を向上させる
ことができる。
【００３８】そして、モータジェネレータ６の出力は、
遊星歯車機構３のサンギア３Ｓからキャリア３Ｃ、リン
グギア３Ｒを介してクラッチ出力軸４へ伝達され、図１
４の共線図に示したように、モータジェネレータ６の回
転数は遊星歯車機構３によって減速されるため、モータ
ジェネレータ６のトルクは、増幅されてクラッチ出力軸
４に加わることになり、前記従来例のようにモータジェ
ネレータとエンジンを直結する場合に比してモータジェ
ネレータ６の回転数を高く設定でき、小型、軽量のモー
タジェネレータ６を用いても、十分なトルクでエンジン
１のアシストを行うことが可能となる。
【００３９】あるいは、上記図６（Ｃ）のようにＤレン
ジで停車した後に、発進する場合では、図８に示すよう
に、エンジン１を停止したまま、発進用クラッチ２を解
放させておき、前後進切り換えクラッチ１０を前進位置
ＦＷＤに切り換えた状態で、モータジェネレータ６を駆
動すればよく、この場合も、遊星歯車機構３による減速
によって、小型、軽量のモータジェネレータ６を採用し
ながら、発進加速に必要なトルクを十分確保するととも
に、モータジェネレータ６の運転領域が、低回転域を除
く領域となるため、前記従来例に比してモータジェネレ
ータ６を効率の良い領域で運転させることができ、ハイ
ブリッド車両の燃費向上と、動力性能の向上を同時に達
成することができる。
【００４０】また、図８のように、エンジン１を停止し
たまま発進した後に、エンジン１を始動するには、図９
に示すように、発進用クラッチ２を締結してモータジェ
ネレータ６の出力の一部を、エンジン１へ分割すること
で、車両を推進しながらエンジン１の始動を行うことが
できる。
【００４１】次に、定常走行中では、バッテリ５１の充
電量ＳＯＣに応じて、図１０（Ａ）または（Ｂ）のよう
に、２つの運転状態が選択的に切り換えられる。
【００４２】定常走行中では、発進用クラッチ２を締
結、前後進切り換えクラッチ１０を前進位置ＦＷＤに設
定し、エンジン１の駆動力により車両の推進を行うが、
バッテリ５１の充電量ＳＯＣが低いときには、図１０
（Ａ）のように、モータジェネレータ６で発電を行っ
て、バッテリ５１の充電を行う。
【００４３】一方、充電量ＳＯＣが高いときには、図１
０（Ｂ）のように、モータジェネレータ６が空転するだ
けで発電は行われない。
【００４４】定常走行から加速を行う際には、バッテリ
５１の充電量ＳＯＣに応じて、図１１（Ａ）または
（Ｂ）のように、２つの運転状態が選択的に切り換えら
れる。
【００４５】発進用クラッチ２を締結、前後進切り換え
クラッチ１０を前進位置ＦＷＤに設定した定常走行から
加速を行う際には、基本的にエンジン１の駆動力をモー
タジェネレータ６でアシストするが、バッテリ５１の充
電量ＳＯＣが低いときには、図１１（Ａ）のように、モ
ータジェネレータ６で発電を行って、バッテリ５１の充
電を行う。
【００４６】一方、充電量ＳＯＣが高いときには、図１
１（Ｂ）のように、モータジェネレータ６をモータとし
て作動させて、エンジン１の駆動力をアシストする。
【００４７】このとき、モータジェネレータ６の出力
は、遊星歯車機構３のサンギア３Ｓからキャリア３Ｃ、
リングギア３Ｒを介してクラッチ出力軸４へ伝達され、
図１４の共線図に示したように、モータジェネレータ６
の回転数は遊星歯車機構３によって減速されるため、モ
ータジェネレータ６のトルクは、増幅されてクラッチ出
力軸４に加わることになり、前記従来例のようにモータ
ジェネレータとエンジンを直結する場合に比してモータ
ジェネレータ６の回転数を高く設定でき、小型、軽量の
モータジェネレータ６を用いても、十分なトルクでエン
ジン１のアシストを行うことが可能となり、前記従来例
に比してモータジェネレータ６を効率の良い領域で運転
させることができ、ハイブリッド車両の燃費向上と、動
力性能の向上を同時に達成することができる。
【００４８】次に、減速時では、図１２（Ａ）、（Ｂ）
のように、基本的にモータジェネレータ６で回生を行う
が、図１２（Ｃ）のように、充電量ＳＯＣが高いときに
は充電ができないため、モータジェネレータ６を空転し
て、エンジンブレーキにより減速を行う。
【００４９】充電量ＳＯＣが高いときには、図１２
（Ａ）のように、前後進切り換えクラッチ１０を前進位
置ＦＷＤ、発進用クラッチ２を解放して、遊星歯車機構
３を介して増速したモータジェネレータ６によって発電
を行う。
【００５０】あるいは、図１２（Ｂ）のように、発進用
クラッチ２を締結したままモータジェネレータ６による
発電と、エンジンブレーキを併用しても良い。
【００５１】次に、後進時では、図１３（Ａ）に示すよ
うに、前後進切り換えクラッチ１０を後進位置ＲＥＶに
切り換えるとともに、発進用クラッチ２を締結する。
【００５２】そして、エンジン１の駆動力にモータジェ
ネレータ６の出力をアシストすることで、後進方向への
発進を行う。
【００５３】この後進時には、図１４の共線図に示すよ
うに、モータジェネレータ６は変速機入力軸５に直結と
なり、発進用クラッチ２を介して遊星歯車機構３のサン
ギア３Ｓから出力されるエンジン回転数は増速となる。
【００５４】発進後には、図１３（Ｂ）のようにモータ
ジェネレータ６は空転し、エンジン１の駆動力のみよっ
て車両の推進が行われる。
【００５５】また、エンジン１が始動不能となった場合
等では、図１３（Ｃ）のように、前後進切り換えクラッ
チ１０を後進位置ＲＥＶに切り換え、発進用クラッチ２
を解放して、モータジェネレータ６の出力のみで車両を
後進させることもできる。
【００５６】以上のように、発進要素としての発進用ク
ラッチ２と変速機構７の間に、遊星歯車機構３と前後進
切り換えクラッチ１０を介してモータジェネレータ６を
併設し、前進時では、モータジェネレータ６の出力を遊
星歯車機構３で減速してエンジン１のアシストを行うよ
うにしたため、小型、軽量のモータジェネレータ６を採
用しながら、発進または加速に必要なトルクを十分確保
するとともに、モータジェネレータ６の運転領域を、前
記従来例に比して高回転域に設定できるため、モータジ
ェネレータ６を効率の良い領域で運転させることがで
き、ハイブリッド車両の燃費向上と、動力性能の向上を
同時に達成することが可能となる。
【００５７】さらに、前後進の切り換えは、ドッグクラ
ッチなどの簡易な構造の前後進切り換えクラッチ１０を
付加するだけで、モータジェネレータ６の出力を増幅す
る遊星歯車機構３を併用できるため、ハイブリッド車両
用の自動変速機の大型化を抑制することが可能となり、
また、本発明のように、自動変速機にモータジェネレー
タ６、遊星歯車機構３、前後進切り換えクラッチ１０を
組み込むことによって、既存のエンジンと組み合わせる
だけで容易にハイブリッド車両を構成できるという利点
もある。
【００５８】なお、上記実施形態では、遊星歯車機構３
にシングルピニオン式のものを用いたが、ダブルピニオ
ン式で構成してもよく、この場合、図１６に示すよう
に、リングギアを固定、キャリアを発進用クラッチ２と
連結すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すハイブリッド車両用
自動変速機の概略構成図。
【図２】同じく自動変速機の概略構成図。
【図３】コントローラの概略構成図。
【図４】停止中の発進用クラッチ及び前後進切り換えク
ラッチの様子を示す概略図。
【図５】エンジン始動時の発進用クラッチ及び前後進切
り換えクラッチの様子を示す概略図。
【図６】停車中の発進用クラッチ及び前後進切り換えク
ラッチの様子を示し、（Ａ）はＮレンジで充電量ＳＯＣ
が低い場合、（Ｂ）はＮレンジで充電量ＳＯＣが高い場
合、（Ｃ）は、Ｄレンジで充電量ＳＯＣが高い場合を示
す。
【図７】前進での発進時の発進用クラッチ及び前後進切
り換えクラッチの様子を示す概略図。
【図８】モータジェネレータで走行する場合の発進用ク
ラッチ及び前後進切り換えクラッチの様子を示す概略
図。
【図９】前進中にエンジンを始動する場合の発進用クラ
ッチ及び前後進切り換えクラッチの様子を示す概略図。
【図１０】定常走行中の発進用クラッチ及び前後進切り
換えクラッチの様子を示し、（Ａ）は充電量ＳＯＣが低
い場合、（Ｂ）は充電量ＳＯＣが高い場合をそれぞれ示
す。
【図１１】加速中の発進用クラッチ及び前後進切り換え
クラッチの様子を示し、（Ａ）は充電量ＳＯＣが低い場
合、（Ｂ）は充電量ＳＯＣが高い場合をそれぞれ示す。
【図１２】減速時の発進用クラッチ及び前後進切り換え
クラッチの様子を示し、（Ａ）は充電量ＳＯＣが低い場
合、（Ｂ）は充電量ＳＯＣが低くエンジンブレーキを併
用する場合、（Ｃ）は、充電量ＳＯＣが高い場合を示
す。
【図１３】後進時の発進用クラッチ及び前後進切り換え
クラッチの様子を示し、（Ａ）は発進時、（Ｂ）は発進
後、（Ｃ）はエンジン始動不能時をそれぞれ示す。
【図１４】遊星歯車機構の共線図を示す。
【図１５】従来のハイブリッド車両の概略構成図。
【図１６】他の実施形態を示すハイブリッド車両の概略
構成図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 発進用クラッチ ３ 遊星歯車機構 ３Ｒ リングギア ３Ｃ キャリア ３Ｓ サンギア ４ クラッチ出力軸 ５ 変速機入力軸 ６ モータジェネレータ ７ 変速機構 ８ 入力軸 ９ ディファレンシャル １０ 前後進切り換えクラッチ ７０ 自動変速機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ６０Ｋ 6/04 １７０ Ｂ６０Ｋ 6/04 １７０ ５３０ ５３０ ７３１ ７３１ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60K 17/04 B60K 6/02 - 6/06 B60L 11/02 - 11/14

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンに連結された発進用摩擦締結要素
    と、 遊星歯車機構を介して前記発進用摩擦締結要素の出力軸
    に連結されたモータジェネレータと、 変速機の入力軸を、前記モータジェネレータまたは発進
    用摩擦締結要素の出力軸のうちの一方と選択的に連結す
    るクラッチとを備えたことを特徴とするハイブリッド車
    両の自動変速機。
  2. 【請求項２】前記遊星歯車機構はシングルピニオンのキ
    ャリアを備えて、サンギアをモータジェネレータと常時
    連結する一方、リングギアを発進用摩擦締結要素の出力
    軸に常時連結し、キャリアを回転不能に固定したことを
    特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の自動変
    速機。
  3. 【請求項３】前記遊星歯車機構はダブルピニオンのキャ
    リアを備えて、サンギアをモータジェネレータと常時連
    結する一方、キャリアを発進用摩擦締結要素の出力軸に
    常時連結し、リングギアを回転不能に固定したことを特
    徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の自動変速
    機。
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