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Info
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Description
の自動変速機の改良に関するものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図面に基づいて説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
ド車両の制御について、図3を参照しながら説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
自動変速機の概略構成図。
ラッチの様子を示す概略図。
り換えクラッチの様子を示す概略図。
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。
り換えクラッチの様子を示す概略図。
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。
ッチ及び前後進切り換えクラッチの様子を示す概略図。
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。
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。
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。
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。
構成図。
Claims (3)
- 【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。 - 【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。 - 【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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