JP3611760B2

JP3611760B2 - Vehicle hybrid drive system

Info

Publication number: JP3611760B2
Application number: JP29071499A
Authority: JP
Inventors: 昭仁岡崎; 正和佐々木
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: JP2001105910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の動力源にエンジンと電動機を備えるハイブリッド駆動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の駆動系（パワートレイン）に変速機を備えるハイブリッド車両において、変速機にモータインプットシャフトを設けると共に、車両のもう１つの原動機としてのモータ（電動機）をモータインプットシャフトに連結し、モータの出力が変速機のメインシャフトへ伝えられるようにギヤを組み合わせたものがある（特開平１１−１２２７１１号，特開平１１−１０５５６０号、参照）。また、変速機のリバースアイドラシャフトにモータを連結すると共に、ＰＴＯ（動力取出装置）シャフトを設け、エンジンの出力あるいはモータの出力またはこれらの両方がＰＴＯシャフトへ伝えられるようにギヤを組み合わせたものがある（特開平１１−１４６５０２号、参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来例においては、いずれにしても、変速機のギヤ構成が複雑となり、シンクロメッシュ機構の数も増えるため、既存の変速機を流用するのが難しく、その大幅な設計変更が要求され、コスト的に不利となるという不具合が考えられる。
【０００４】
この発明は、このような課題を解決するための対応手段の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、車両のパワートレインにエンジンと変速機とこれらの間に介装されるクラッチと、を備える車両において、電動機と発電機を兼用するモータジェネレータと、モータジェネレータの入出力軸と変速機の入力軸との間でこれらを連結する動力伝達機構と、変速機のカウンタシャフトにギヤ機構およびＰＴＯクラッチを介して連結するＰＴＯシャフトと、を備えてなり、動力伝達機構は、モータジェネレータの回転を減速して変速機の入力軸へ伝達する一方、変速機の入力軸の回転を増速してモータジェネレータの入出力軸へ伝達するものであり、モータジェネレータ側の第１減速機と変速機側の第２減速機とから構成される。
【０００７】
第１の発明においては、モータジェネレータによって発電される電力を蓄積する蓄電要素と、ＰＴＯの作動要求を検出する手段と、ＰＴＯの作動要求の検出時にＰＴＯクラッチをかみ合わせると共にエンジンと変速機との間に介装されるクラッチを蓄電要素の蓄電量に応じて制御する手段と、を備える。
【０００８】
【発明の効果】
第１の発明において、変速機の入力軸は、クラッチを介してエンジンの出力軸に連結され、動力伝達機構を介してモータジェネレータの入出力軸に連結される。このため、クラッチを断続することにより、モータジェネレータの出力のみ、あるいはエンジンの出力のみ、または車両の出力、によって変速機以降のパワートレインを駆動（車両の走行）することが可能になる。車両の制動時にモータジェネレータを発電機として作動させることにより、車両の運動エネルギを有効に回収することが可能になり、エンジンブレーキもクラッチを介して断続することができる。ＰＴＯについても、ＰＴＯクラッチをかみ合わせると共に、クラッチを断続することにより、モータジェネレータの出力のみ、あるいはエンジンの出力のみ、または車両の出力、によってＰＴＯの負荷（特装物）を駆動することが可能になる。
【０００９】
第１の発明の場合、ＰＴＯシャフトは、変速機のカウンタシャフトにギヤ機構およびＰＴＯクラッチを介して連結され、従前の組付構造と同様のため、変速機に既存のＰＴＯ付きのものを流用できる。エンジンとクラッチとトランスミッションなどパワートレインについても、既存のものが流用できるので、これにモータジェネレータおよび動力伝達機構を追加することにより、車両のハイブリッド化を簡易かつ低コストに実現できるという効果が得られる。
【００１１】
第１の発明において、動力伝達機構は、モータジェネレータ側の第１減速機と変速機側の第２減速機とから構成されるので、モータジェネレータの出力違いに第２減速機のみを交換することにより簡単かつ容易に対応することが可能になる。また、ＰＴＯの作動要求の検出時にＰＴＯクラッチをかみ合わせると共にエンジンと変速機との間に介装されるクラッチを蓄電要素の蓄電量に応じて制御する手段を備えるので、クラッチを切断することにより、基本的にはモータジェネレータの出力のみでＰＴＯを駆動し、蓄電要素の蓄電量が十分でないときのみ、クラッチを接続することにより、エンジンの出力をＰＴＯシャフトへ伝えることが可能になる。したがって、蓄電要素の蓄電量が十分なときは、エンジンを停止してモータジェネレータの出力のみでＰＴＯの負荷を低騒音および低公害に駆動することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１のように、車両のパワートレインは、エンジン１とトランスミッション４と、エンジン１の出力軸１２（クランクシャフト）とトランスミッション４の入力軸４１との間に介装されるクラッチ３と、を備える。エンジン１の出力は、クラッチ３を介してトランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、車両の走行時にトランスミッション４の出力軸４２から、図示しないプロペラシャフト，デファレンシャルギヤ，ドライブシャフトを介して左右の車輪へ伝達される。
【００１３】
エンジン１は、燃料噴射ポンプ１１から供給される燃料がシリンダに噴射されて燃焼し、シリンダを往復動するピストンによってクランクシャフトを回転駆動する。エンジンＥＣＵ１０（エンジン電子制御ユニット）は、エンジン回転センサ１３の検出信号（エンジン回転速度）やハイブリッドＥＣＵ２０（ハイブリッド電子制御ユニット）からの要求信号に応じて燃料噴射ポンプ１１の燃料供給量を制御する。なお、エンジンＥＣＵ１０とハイブリッドＥＣＵ２０との間は、通信制御手段を介して双方向に接続され、後述のように各種の協調制御を行うようになっている。
【００１４】
クラッチ３には、これを断続するクラッチアクチュエータ３１が設けられる。トランスミッション４には、その変速ギヤを切り替えるギヤシフトアクチュエータ４３と、ＰＴＯ４７（動力取出装置）と、が設けられる。車両のパワートレインは、さらにモータジェネレータ２と、その入出力軸２１とトランスミッション４の入力軸４１との間でこれらを連結する動力伝達機構５と、を備える。
【００１５】
ＰＴＯ４７は、図２，図３のようにアイドラギヤ７０と、ＰＴＯシャフト７１と同軸上を遊転するドリブンギヤ７３と、ドリブンギヤ７３とＰＴＯシャフト７１を断続するＰＴＯクラッチ７２と、が設けられる。ＰＴＯアイドラギヤ７０は、回転軸の一端にトランスミッション４のカウンタ３ｒｄギヤとかみ合う歯車７０ａが、同じく他端にドリブンギヤ６３とかみ合う歯車７０ｂが、形成される。７４はＰＴＯシャフト７１に負荷（特装物）を連結するＰＴＯプロペラシャフトである。
【００１６】
動力伝達機構５は、モータジェネレータ２側の第１減速機５ａと、トランスミッション４側の第２減速機５ｂと、から構成される。第１減速機５ａは、互いにかみ合うドリブンギヤ４５とドリブンギヤ４６とからなり、ドリブンギヤの回転軸にモータジェネレータ２の入出力軸２１が、ドリブンギヤ６６の回転軸にモータプロペラシャフト６７の一端が、それぞれ連結される。第２の減速機５ｂは、ドリブンギヤ５３とドライブギヤ５１と、これらとかみ合うアイドラギヤ５２と、からなり、ドライブギヤ５１の回転軸にモータプロペラシャフト４８の他端が連結される。ドリブンギヤ５３は、トランスミッション４の入力軸４１を回転軸に形成される。そして、モータジェネレータ２の回転は、動力伝達機構５を介して減速してトランスミッション４の入力軸４１へ伝達される。また、同じく入力軸４１の回転は、動力伝達機構５を介して増速してモータジェネレータ２の入出力軸２１へ伝達される。
【００１７】
図２，図３において、６０はメインシャフト、６０ａはメインドライブギヤ、６０ｂ〜６０ｆはメイン５ｔｈ〜メイン１ｓｔギヤ、６０ｉはメインリバースギヤであり、６２はカウンタシャフト、６２ａはカウンタドライブギヤ、６２ｂ〜６２ｆはカウンタ５ｔｈ〜１ｓｔギヤ、６２ｉはカウンタリバースギヤであり、６３はリバースアイドラギヤである。
【００１８】
モータジェネレータ２は、三相同期電動機または三相誘導電動機などの交流機であり、インバータ６を介して蓄電要素７に接続される。インバータ６は、蓄電要素７の充電電力（直流電力）を交流電力に変換してモータジェネレータ２を電動機として駆動すると共に、モータジェネレータ２の発電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素７を充電する。蓄電要素７には、化学反応を伴う各種蓄電池や電気二重相キャパシタが使用される。なお、モータジェネレータ２は、交流機に限らず直流電動機を使用し、蓄電要素７にＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続してもよい。
【００１９】
ハイブリッドＥＣＵ２０は、チェンジレバーの位置に対応するギア位置指令を発生するチェンジレバーユニット２３、アクセルペダルの踏み量（アクセルの要求量）を検出するアクセル開度センサ２２、ブレーキレバーの操作量（制動力の要求量）を検出するブレーキレバーセンサ２６、トランスミッション４の出力回転センサ４４、動力伝達機構５のギヤ回転センサ５４、ＰＴＯ作動信号を発生するＰＴＯ操作スイッチ２４、等が備えられる。そして、これら各種信号およびエンジンＥＣＵ１０からの情報信号に基づいて、クラッチアクチュエータ３１、ギアシフトアクチュエータ４３、インバータ６、ＰＴＯクラッチ６２（アクチュエータ）、を制御すると共に、エンジンＥＣＵ１０へ要求信号を送信する。
【００２０】
たとえば、モータジェネレータ２の出力のみによる発進および走行を行うときは、エンジン１を停止すると共に、クラッチ３を切断した状態において、アクセルの要求量に応じた出力がモータジェネレータ２から得られるようにインバータ６を制御する。モータジェネレータ２の出力は、図２のように動力伝達機構５ａ，４８，５ｂを介してトランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、そのときの変速ギヤ（この場合、メインドライブギヤ６０ａからカウンタドライブギヤ６２ｂを介してカウンタシャフト６２、さらにカウンタ２ｎｄギヤからメイン２ｎｄギヤを介してメインシャフト６０）を通してトランスミッション４の出力軸４２からプロペラシャフト４９へ伝えられる。
【００２１】
車両の走行状態において、減速状態へ移行すると、蓄電要素７への充電が可能なときは、モータジェネレータ２を発電機として作動させるように制御する。車輪の回転は、図５のようにプロペラシャフト４９からトランスミッション４の出力軸４２およびそのときの変速ギヤ（この場合、メイン４ｔｈギヤ６０ｃからカウンタ４ｔｈギヤ６２ｃ介してカウンタシャフト６２、さらにカウンタドライブギヤ６２ａからメインドライブギヤ６０ａ）を介してトランスミッション４の入力軸４１、さらに動力伝達機構５ｂ，４８，５ａを介してモータジェネレータ２の入出力軸２１へ伝えられる。これにより、モータジェネレータ２の回生発電が行われ、その電力はインバータ６を介して蓄電要素７に充電される。すなわち、車両の運動エネルギは、モータジェネレータ２の発電により、電気エネルギに変換して蓄電要素７に回収される。
【００２２】
エンジン１の出力による走行を行うときは、エンジンＥＣＵ１０に要求信号を送信する（エンジンＥＣＵ１０は、アクセルの要求量に応じた出力が得られるようにエンジン１の燃料噴射量を制御する）と共に、クラッチ３を接続した状態において、モータジェネレータ２の運転を停止する（空転状態に維持する）ようにインバータ６を制御する。エンジン１の出力は、図６のようにクラッチ３を介してトランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、そのときの変速ギヤ（この場合、メインドライブギヤ６０ａからカウンタドライブギヤ６２ａを介してカウンタシャフト６２、さらにカウンタ２ｎｄギヤ６２ｅからメイン２ｎｄギヤ６０ｅを介してメインシャフト６０）を通してトランスミッション４の出力軸４２からプロペラシャフト４９へ伝えられる。
【００２３】
車両の停止時に蓄電要素７への充電を行うときは、クラッチ３を切断してエンジンを始動し、トランスミッション４をニュートラルにセットし、クラッチ３を接続する。エンジン１の回転は、図７のようにクラッチ３からトランスミッション４の入力軸４１および動力伝達機構５ｂ，４８，５ａを介してモータジェネレータ２の入出力軸２１へ伝えられる。したがって、エンジン１の出力により、モータジェネレータ２の発電が行われ、その電力は蓄電要素７に充電される。
【００２４】
車両の登坂走行などにおいて、エンジン１の出力にモータジェネレータ２の出力をアシストするときは、エンジンＥＣＵ１０に要求信号を送信すると共に、クラッチ３を接続した状態において、アシスト量に相当する出力がモータジェネレータ２から得られるようにインバータ６を制御する。モータジェネレータ２の出力は、図８のように動力伝達機構５ａ，４８，５ｂを介してトランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、エンジン１からクラッチ３を介して伝わる出力と共に、そのときの変速ギヤ（この場合、メインドライブギヤ６０ａからカウンタドライブギヤ６２ａを介してカウンタシャフト６２、さらにカウンタ２ｎｄギヤ６２ｅからメイン２ｎｄギヤ６０ｅを介してメインシャフト６０）を通してトランスミッション４の出力軸４２からプロペラシャフト４９へ伝えられる。
【００２５】
エンジン１の出力による走行状態（図６、参照）において、蓄電要素７への充電を行うときは、モータジェネレータ２を発電機として作動させる。エンジン１の出力は、図９のようにトランスミッション４の入力軸４１からそのときの変速ギヤ（この場合、メインドライブギヤ６０ａからカウンタドライブギヤ６２ａを介してカウンタシャフト６２、さらにカウンタ３ｎｄギヤ６２ｄからメイン３ｎｄギヤ６０ｄを介してメインシャフト６０）を通してトランスミッション４の出力軸４２を介してプロペラシャフト４９へ伝えられるほか、動力伝達機構５ｂ，４８，５ａを介してモータジェネレータ２の入出力軸２１へ伝えられる。
【００２６】
このように、ハイブリッドＥＣＵ２０は、エンジンＥＣＵ１０と互いに協調して走行動力制御や回生発電を含む充電制御および制動制御を行うほか、ＰＴＯ４７を制御する機能などを備える。なお、車両の変速操作についても、エンジンＥＣＵ１０との協調制御によって実行される。すなわち、チェンジレバーユニット２３のギヤ位置指令が変化すると、クラッチ３を切断すると共に、必要に応じてトランスミッション４をニュートラルにセットする。その後、クラッチ３を接続すると共に、必要に応じてエンジン回転をシンクロ制御することにより、メイン指令位置ギヤの回転速度が同期領域に入ったときにギヤ入れを行うようになる。
【００２７】
図１２は、車両の停止時にハイブリッドＥＣＵ２０で行われるＰＴＯ制御を説明するフローチャートであり、ステップ１においては、トランスミッション４がニュートラかどうかを判定する。ステップ２においては、ＰＴＯ操作スイッチ２４がオンかどうかを判定する。これらの判定がいずれもｙｅｓになると、ステップ３において、蓄電要素７の蓄電量が十分かどうかを判定する。
【００２８】
この判定がｙｅｓのときは、ステップ４において、ＰＴＯ電磁弁（ＰＴＯアクチュエータの一部分を構成する）をオンする。これにより、ＰＴＯクラッチ７２がＰＴＯシャフト７１とドリブンギヤ７３をかみ合わせる方向へストロークするのであり、これが噛合位置に達するとＰＴＯクラッチ７２の作動ポジションスイッチがオンする。ステップ５において、ＰＴＯの作動ポジションスイッチがオンかどうかを判定し、その判定がｙｅｓになると、ステップ６において、クラッチ断用電磁弁（クラッチアクチュエータ３１の一部分を構成する）をオンする。これにより、クラッチ３は断方向へストロークするのであり、これが断位置に達すると、クラッチ３の断ポジションスイッチがオンする。ステップ７において、クラッチ３の断ポジションスイッチがオンどうかを判定し、その判定がｙｅｓになると、ステップ８において、モータジェネレータ２を電動機として駆動する。そして、ステップ９において、モータジェネレータ２の出力によるＰＴＯ作動（動力の取り出し）が開始される。
【００２９】
モータジェネレータ２の出力は、図１０のように動力伝達機構５ａ，４８，５ｂを介してトランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、ＰＴＯ４７の動力としてメインドライブギヤ６０ａからカウンタドライブギヤ６２ａを介してカウンタシャフト６２、さらにカウント３ｒｄギヤ６２ｄからＰＴＯアイドラギヤ７０を介してドリブンギヤ７３に伝えられ、ＰＴＯクラッチ７２を介してＰＴＯシャフト７１からプロペラシャフト７４へ取り出される。
【００３０】
図１２において、ステップ３の判定がｎｏのとき（蓄電要素７の蓄電量が十分でないとき）は、ステップ１０において、エンジン１を始動する。そして、ステップ１１において、エンジンの始動を確認すると、ステップ１２へ進み、クラッチ断用電磁弁をオンする。これにより、クラッチ３が断方向へストロークするのであり、ステップ１３において、クラッチ３が断位置かどうかを判定し、その判定がｙｅｓになるまでの間、クラッチ断用電磁弁をオン状態に保持する。ステップ１３の判定がｙｅｓになると、ステップ１４において、ＰＴＯ電磁弁をオンする。これにより、ＰＴＯクラッチ７２がＰＴＯシャフト７１とドリブンギヤ７３をかみ合わせる方向へストロークするのであり、これが噛合位置に達するとＰＴＯクラッチ７２の作動ポジションスイッチがオンする。ステップ１５において、ＰＴＯの作動ポジションスイッチがオンかどうかを判定し、その判定がｙｅｓになると、ステップ１６へ進み、クラッチ接用電磁弁（クラッチアクチュエータ３１の一部分を構成する）をオンする。これにより、クラッチ３は接方向へストロークするのであり、ステップ１７において、クラッチ３が接位置かどうか判定され、その判定がｙｅｓになるまでの間、ステップ１６において、クラッチ接用電磁弁をオン状態に保持する。そして、ステップ１７の判定がｙｅｓになると、ステップ９へ飛び、エンジンの出力によるＰＴＯ作動が開始される。
【００３１】
エンジン１の出力は、図１１のようにクラッチ３を介してトランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、ＰＴＯの動力としてメインドライブギヤ６０ａからカウンタドライブギヤ６２ａを介してカウンタシャフト６２、さらにカウント３ｒｄギヤ６２ｄからＰＴＯアイドラギヤ７０を介してドリブンギヤ７３に伝えられ、ＰＴＯクラッチ７２を介してＰＴＯシャフト７１からプロペラシャフト７４へ取り出される。
【００３２】
このような構成により、トランスミッション４の入力軸４１は、クラッチ３を介してエンジン１の出力軸１２に連結され、動力伝達機構５を介してモータジェネレータ２の入出力軸２１に連結される。このため、クラッチ３を断続することにより、モータジェネレータ２の出力、あるいはエンジン１の出力、または両方の出力、によってトランスミッション４以降のパワートレインを駆動すること（車両の走行）が可能になる。また、車両の制動時においては、モータジェネレータ２を発電機として作動させることにより、車両の運動エネルギを電気エネルギとして有効に回収することが可能になり、エンジンブレーキもクラッチ３を介して断続することができる。エンジン１の出力による走行状態において、モータジェネレータ２を発電機として作動させることにより、走行中においても、エンジン１の出力によって蓄電要素７への充電することが可能になる。
【００３３】
ＰＴＯ４７についても、クラッチ３を断続することにより、モータジェネレータ２の出力またはエンジン１の出力、あるいは両方の出力により、ＰＴＯシャフト７１を回転させることが可能になる。このため、エンジンを停止してモータジェネレータ２の出力のみによってＰＴＯ４７を作動させることにより、低騒音および低公害に特装物の作業を行うことができる。
【００３４】
ＰＴＯシャフト７１は、ＰＴＯクラッチ７２やドリブンギヤ７３およびアイドラギヤ７０を介してトランスミッション４のカウンタ３ｒｄギヤ６２ｄに連結され、従前の組付構造と同様のため、トランスミッション４に既存のＰＴＯ付きのものを容易に流用できる。また、エンジン１とクラッチ３とトランスミッション４などパワートレインについては、クラッチアクチュエータ３１やギヤシフトアクチュエータ４３などを備えるが、既存の自動変速装置を流用し、これにモータジェネレータ２および動力伝達機構５を追加することにより、車両のハイブリッド化を簡易かつ低コストに実現できるという効果が得られる。
【００３５】
動力伝達機構５は、モータジェネレータ２側の第１減速機と、トランスミッション４側の第２減速機と、から構成するので、モータジェネレータ２の出力違いに第２減速機のみを交換することにより、簡単かつ容易に対応することが可能になる。
【００３６】
図１３，図１４は、別の実施形態を表すものであり、動力伝達機構５によりＰＴＯシャフト７１へ直接的に動力が取り出せるようになっている。すなわち、トランスミッション４の入力軸４１を回転軸にするモータドリブンギヤ５３にかみ合うＰＴＯアイドラギヤ７０と、このアイドラギヤ７０にかみ合うＰＴＯドリブンギヤ７２と、が設けられる。そして、ＰＴＯシャフト７１は、その一端にＰＴＯプロペラシャフト７４が連結され、同じく他端にＰＴＯクラッチ７２を介してＰＴＯドリブンギヤ７３の回転軸が連結される。
【００３７】
ＰＴＯ４７については、クラッチ３を断続することにより、モータジェネレータ２の出力またはエンジン１の出力、あるいはその両方の出力によって駆動することが可能になる。ＰＴＯシャフト７１は、動力伝達機構５のドリブンギヤ５３にギヤ機構７０，７３およびＰＴＯクラッチ７２を介して連結されるため、トランスミッション４の変速比に関係なく、ＰＴＯ４７の出力を動力伝達機構５およびギヤ機構７０，７３の変速比のみに依存して設定することができる。つまり、ＰＴＯ４７の出力設定の自由度が大きく、これら機構の減速比を大きく設定することにより、ＰＴＯ４７の出力を高めることも可能になる。なお、図２，図３と同じ部品に同じ符号を付ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すシステム概要図である。
【図２】同じく全体的なギヤ構成図である。
【図３】同じく要部のギヤ構成図である。
【図４】同じくシステムの動作説明図である。
【図５】同じくシステムの動作説明図である。
【図６】同じくシステムの動作説明図である。
【図７】同じくシステムの動作説明図である。
【図８】同じくシステムの動作説明図である。
【図９】同じくシステムの動作説明図である。
【図１０】同じくシステムの動作説明図である。
【図１１】同じくシステムの動作説明図である。
【図１２】同じくハイブリッドＥＣＵの制御内容を説明するフローチャートである。
【図１３】別の実施形態を表す全体的なギヤ構成図である。
【図１４】同じく要部のギヤ構成図である。
【符号の説明】
１エンジン
２モータジェネレータ
３クラッチ
４トランスミッション
５動力伝達機構
６インバータ
７蓄電要素
１０エンジン制御ユニット
１２エンジンの出力軸
１３エンジン回転センサ
２０ハイブリッド制御ユニット
２１モータジェネレータの入出力軸
２３チェンジレバーユニット
２４ＰＴＯ操作スイッチ
２６ブレーキレバーセンサ
４１トランスミッションの入力軸
４２トランスミッションの出力軸
４４トランスミッションの出力回転センサ
４７ＰＴＯ（動力取出装置）
５４動力伝達機構のギヤ回転センサ
６０トランスミッションのメインシャフト
６２トランスミッションのカウンタシャフト
７０ＰＴＯアイドラギヤ
７１ＰＴＯシャフト
７２ＰＴＯクラッチ
７３ＰＴＯドリブンギヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid drive system including an engine and an electric motor as a power source of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
In a hybrid vehicle having a transmission in a vehicle drive system (powertrain), a motor input shaft is provided in the transmission, and a motor (electric motor) as another motor of the vehicle is connected to the motor input shaft to output the motor. There is a combination of gears so that can be transmitted to the main shaft of the transmission (see JP-A-11-122711, JP-A-11-105560). In addition, a motor is connected to the reverse idler shaft of the transmission, a PTO (power take-off device) shaft is provided, and the gears are combined so that the output of the engine and / or the output of the motor can be transmitted to the PTO shaft. (See JP-A-11-146502).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional example, in any case, the gear configuration of the transmission becomes complicated and the number of synchromesh mechanisms increases, so that it is difficult to divert the existing transmission, and a drastic design change is required. The problem of being disadvantageous in cost can be considered.
[0004]
An object of this invention is to provide a response means for solving such a problem.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, in a vehicle comprising an engine, a transmission, and a clutch interposed therebetween in a power train of the vehicle, a motor generator that serves both as an electric motor and a generator, and an input / output shaft of the motor generator A power transmission mechanism that couples these to the input shaft of the transmission, and a PTO shaft that is coupled to the counter shaft of the transmission via a gear mechanism and a PTO clutch. The power transmission mechanism is a motor generator. Is transmitted to the input shaft of the transmission, while the rotation of the input shaft of the transmission is increased and transmitted to the input / output shaft of the motor generator. And a second speed reducer on the transmission side .
[0007]
In the first invention, the power storage element that stores the electric power generated by the motor generator, the means for detecting the PTO operation request, the PTO clutch is engaged when the PTO operation request is detected, and the engine and the transmission And a means for controlling the clutch interposed therebetween according to the amount of electricity stored in the electricity storage element.
[0008]
【The invention's effect】
In the first invention, the input shaft of the transmission is connected to the output shaft of the engine via a clutch, and is connected to the input / output shaft of the motor generator via a power transmission mechanism. Therefore, by disengaging the clutch, it becomes possible to drive the power train after the transmission (travel of the vehicle) only by the output of the motor generator, only the output of the engine, or the output of the vehicle. By operating the motor generator as a generator during braking of the vehicle, it becomes possible to effectively recover the kinetic energy of the vehicle, and the engine brake can also be intermittently connected via the clutch. For PTO, the PTO clutch can be engaged and the PTO load (special equipment) can be driven only by the motor generator output, engine output, or vehicle output by engaging and disengaging the clutch. become.
[0009]
In the case of the first invention, the PTO shaft is connected to the counter shaft of the transmission via a gear mechanism and a PTO clutch, and is similar to the conventional assembly structure, so that the transmission with the existing PTO can be diverted. . Existing powertrains such as engines, clutches, and transmissions can also be used. By adding a motor generator and power transmission mechanism to this, it is possible to achieve vehicle hybridization easily and at low cost. .
[0011]
In the first invention, the power transmission mechanism is composed of a first reducer on the motor generator side and a second reducer on the transmission side, so that only the second reducer is exchanged for the output difference of the motor generator. Therefore, it becomes possible to cope with it easily and easily. In addition, it is provided with means for engaging the PTO clutch when detecting the PTO operation request and controlling the clutch interposed between the engine and the transmission according to the amount of power stored in the power storage element. Basically, the PTO is driven only by the output of the motor generator, and the engine output can be transmitted to the PTO shaft by connecting the clutch only when the storage amount of the storage element is not sufficient. Therefore, when the storage amount of the storage element is sufficient, the engine can be stopped and the load on the PTO can be driven with low noise and low pollution only by the output of the motor generator.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As shown in FIG. 1, the vehicle powertrain includes an engine 1, a transmission 4, and a clutch 3 interposed between an output shaft 12 (crankshaft) of the engine 1 and an input shaft 41 of the transmission 4. . The output of the engine 1 is transmitted to the input shaft 41 of the transmission 4 via the clutch 3, and from the output shaft 42 of the transmission 4 to the left and right wheels via a propeller shaft, a differential gear, and a drive shaft (not shown) when the vehicle travels. Communicated.
[0013]
In the engine 1, fuel supplied from a fuel injection pump 11 is injected into a cylinder and burned, and a crankshaft is rotationally driven by a piston that reciprocates in the cylinder. The engine ECU 10 (engine electronic control unit) controls the fuel supply amount of the fuel injection pump 11 according to a detection signal (engine rotational speed) of the engine rotation sensor 13 and a request signal from the hybrid ECU 20 (hybrid electronic control unit). The engine ECU 10 and the hybrid ECU 20 are connected bidirectionally via communication control means so as to perform various cooperative controls as described later.
[0014]
The clutch 3 is provided with a clutch actuator 31 for intermittently connecting the clutch 3. The transmission 4 is provided with a gear shift actuator 43 that switches the transmission gear and a PTO 47 (power take-off device). The power train of the vehicle further includes a motor generator 2 and a power transmission mechanism 5 that couples the motor generator 2 between the input / output shaft 21 and the input shaft 41 of the transmission 4.
[0015]
2 and 3, the PTO 47 is provided with an idler gear 70, a driven gear 73 that rotates coaxially with the PTO shaft 71, and a PTO clutch 72 that intermittently connects the driven gear 73 and the PTO shaft 71. In the PTO idler gear 70, a gear 70a that meshes with the counter 3rd gear of the transmission 4 is formed at one end of the rotation shaft, and a gear 70b that meshes with the driven gear 63 is formed at the other end. Reference numeral 74 denotes a PTO propeller shaft for connecting a load (special equipment) to the PTO shaft 71.
[0016]
The power transmission mechanism 5 includes a first speed reducer 5a on the motor generator 2 side and a second speed reducer 5b on the transmission 4 side. The first speed reducer 5a includes a driven gear 45 and a driven gear 46 that mesh with each other. The input / output shaft 21 of the motor generator 2 is connected to the rotating shaft of the driven gear, and one end of the motor propeller shaft 67 is connected to the rotating shaft of the driven gear 66. The The second reduction gear 5 b includes a driven gear 53, a drive gear 51, and an idler gear 52 that meshes with the driven gear 53, and the other end of the motor propeller shaft 48 is coupled to the rotation shaft of the drive gear 51. The driven gear 53 is formed with the input shaft 41 of the transmission 4 as a rotation shaft. The rotation of the motor generator 2 is decelerated via the power transmission mechanism 5 and transmitted to the input shaft 41 of the transmission 4. Similarly, the rotation of the input shaft 41 is accelerated through the power transmission mechanism 5 and transmitted to the input / output shaft 21 of the motor generator 2.
[0017]
2 and 3, 60 is a main shaft, 60a is a main drive gear, 60b to 60f are main 5th to main 1st gears, 60i is a main reverse gear, 62 is a counter shaft, 62a is a counter drive gear, and 62b to 62f is a counter 5th to 1st gear, 62i is a counter reverse gear, and 63 is a reverse idler gear.
[0018]
Motor generator 2 is an AC machine such as a three-phase synchronous motor or a three-phase induction motor, and is connected to power storage element 7 via inverter 6. Inverter 6 converts the charging power (DC power) of power storage element 7 into AC power to drive motor generator 2 as an electric motor, and converts the generated power (AC power) of motor generator 2 into DC power to store the power storage element. 7 is charged. For the electricity storage element 7, various storage batteries and electric double phase capacitors that accompany chemical reactions are used. Motor generator 2 is not limited to an AC machine, and may use a DC motor and be connected to power storage element 7 via a DC / DC converter.
[0019]
The hybrid ECU 20 includes a change lever unit 23 that generates a gear position command corresponding to the position of the change lever, an accelerator opening sensor 22 that detects a depression amount (accelerator demand amount) of an accelerator pedal, and an operation amount (braking force of a brake lever). For example, a brake lever sensor 26 for detecting the required rotation amount), an output rotation sensor 44 for the transmission 4, a gear rotation sensor 54 for the power transmission mechanism 5, a PTO operation switch 24 for generating a PTO operation signal, and the like. Based on these various signals and information signals from the engine ECU 10, the clutch actuator 31, the gear shift actuator 43, the inverter 6, and the PTO clutch 62 (actuator) are controlled, and a request signal is transmitted to the engine ECU 10.
[0020]
For example, when starting and running only with the output of the motor generator 2, the inverter is configured so that an output corresponding to the required amount of the accelerator is obtained from the motor generator 2 with the engine 1 stopped and the clutch 3 disconnected. 6 is controlled. The output of the motor generator 2 is transmitted to the input shaft 41 of the transmission 4 through the power transmission mechanisms 5a, 48, 5b as shown in FIG. 2, and the transmission gear at that time (in this case, from the main drive gear 60a to the counter drive gear). It is transmitted from the output shaft 42 of the transmission 4 to the propeller shaft 49 through the counter shaft 62 through 62b, and further from the counter 2nd gear through the main 2nd gear through the main shaft 60).
[0021]
When the vehicle is in a traveling state, when the vehicle is shifted to a deceleration state, the motor generator 2 is controlled to operate as a generator when the power storage element 7 can be charged. As shown in FIG. 5, the rotation of the wheels is performed by the propeller shaft 49 through the output shaft 42 of the transmission 4 and the transmission gear at that time (in this case, the main 4th gear 60c through the counter 4th gear 62c through the counter shaft 62, and further the counter drive gear 62a. To the input shaft 41 of the transmission 4 via the main drive gear 60a) and further to the input / output shaft 21 of the motor generator 2 via the power transmission mechanisms 5b, 48, 5a. Thus, regenerative power generation of motor generator 2 is performed, and the electric power is charged to power storage element 7 via inverter 6. That is, the kinetic energy of the vehicle is converted into electric energy by the power generation of the motor generator 2 and is collected in the power storage element 7.
[0022]
When traveling by the output of the engine 1, a request signal is transmitted to the engine ECU 10 (the engine ECU 10 controls the fuel injection amount of the engine 1 so that an output corresponding to the requested amount of the accelerator is obtained), and the clutch In the state where 3 is connected, the inverter 6 is controlled so as to stop the operation of the motor generator 2 (maintain the idling state). The output of the engine 1 is transmitted to the input shaft 41 of the transmission 4 through the clutch 3 as shown in FIG. 6, and the transmission gear at that time (in this case, from the main drive gear 60a to the counter shaft 62 through the counter drive gear 62a). Further, it is transmitted from the output shaft 42 of the transmission 4 to the propeller shaft 49 through the main shaft 60) via the main 2nd gear 60e from the counter 2nd gear 62e.
[0023]
When charging the power storage element 7 when the vehicle is stopped, the clutch 3 is disconnected, the engine is started, the transmission 4 is set to neutral, and the clutch 3 is connected. The rotation of the engine 1 is transmitted from the clutch 3 to the input / output shaft 21 of the motor generator 2 through the input shaft 41 of the transmission 4 and the power transmission mechanisms 5b, 48, 5a as shown in FIG. Therefore, the motor generator 2 generates power by the output of the engine 1, and the electric power is charged in the power storage element 7.
[0024]
When assisting the output of the motor generator 2 to the output of the engine 1 when the vehicle is traveling uphill, a request signal is transmitted to the engine ECU 10 and the output corresponding to the assist amount is output when the clutch 3 is connected. The inverter 6 is controlled so as to be obtained from 2. The output of the motor generator 2 is transmitted to the input shaft 41 of the transmission 4 via the power transmission mechanisms 5a, 48 and 5b as shown in FIG. 8, and the transmission gear at that time is transmitted along with the output transmitted from the engine 1 via the clutch 3. (In this case, the main drive gear 60a transmits to the propeller shaft 49 from the output shaft 42 of the transmission 4 through the counter drive gear 62a through the counter shaft 62 and further from the counter 2nd gear 62e through the main 2nd gear 60e). It is done.
[0025]
When the power storage element 7 is charged in the running state by the output of the engine 1 (see FIG. 6), the motor generator 2 is operated as a generator. The output of the engine 1 is transmitted from the input shaft 41 of the transmission 4 as shown in FIG. 9 (in this case, from the main drive gear 60a through the counter drive gear 62a to the counter shaft 62, and further from the counter 3nd gear 62d to the main gear. In addition to being transmitted to the propeller shaft 49 via the output shaft 42 of the transmission 4 through the main shaft 60) via the 3nd gear 60d, it is also transmitted to the input / output shaft 21 of the motor generator 2 via the power transmission mechanisms 5b, 48 and 5a. .
[0026]
As described above, the hybrid ECU 20 has a function of controlling the PTO 47 in addition to performing charging control and braking control including traveling power control and regenerative power generation in cooperation with the engine ECU 10. Note that the vehicle speed change operation is also executed by cooperative control with the engine ECU 10. That is, when the gear position command of the change lever unit 23 changes, the clutch 3 is disengaged and the transmission 4 is set to neutral as necessary. After that, the clutch 3 is connected and the engine rotation is synchronized as necessary, so that the gear is engaged when the rotational speed of the main command position gear enters the synchronization region.
[0027]
FIG. 12 is a flowchart for explaining the PTO control performed by the hybrid ECU 20 when the vehicle is stopped. In step 1, it is determined whether or not the transmission 4 is neutral. In step 2, it is determined whether or not the PTO operation switch 24 is on. If both of these determinations are yes, it is determined in step 3 whether the amount of electricity stored in the electricity storage element 7 is sufficient.
[0028]
If this determination is yes, in step 4, the PTO solenoid valve (which constitutes a part of the PTO actuator) is turned on. As a result, the PTO clutch 72 strokes in the direction in which the PTO shaft 71 and the driven gear 73 are engaged. When the PTO clutch 72 reaches the meshing position, the operation position switch of the PTO clutch 72 is turned on. In step 5, it is determined whether or not the PTO operation position switch is on. If the determination is yes, in step 6, the clutch disengagement solenoid valve (which constitutes a part of the clutch actuator 31) is turned on. Thereby, the clutch 3 strokes in the disengagement direction, and when this reaches the disengagement position, the disengagement position switch of the clutch 3 is turned on. In step 7, it is determined whether or not the disengagement position switch of the clutch 3 is turned on. If the determination is yes, in step 8, the motor generator 2 is driven as an electric motor. In step 9, the PTO operation (power extraction) by the output of the motor generator 2 is started.
[0029]
The output of the motor generator 2 is transmitted to the input shaft 41 of the transmission 4 through the power transmission mechanisms 5a, 48, and 5b as shown in FIG. 10, and the power of the PTO 47 is countered from the main drive gear 60a through the counter drive gear 62a. It is transmitted from the shaft 62 and the count 3rd gear 62d to the driven gear 73 via the PTO idler gear 70, and taken out from the PTO shaft 71 to the propeller shaft 74 via the PTO clutch 72.
[0030]
In FIG. 12, when the determination in step 3 is no (when the amount of electricity stored in the electricity storage element 7 is not sufficient), the engine 1 is started in step 10. When the engine start is confirmed in step 11, the process proceeds to step 12 to turn on the clutch disengagement solenoid valve. As a result, the clutch 3 strokes in the disengagement direction. In step 13, it is determined whether or not the clutch 3 is in the disengagement position, and the clutch disengagement electromagnetic valve is held in the on state until the determination becomes yes. . If the determination in step 13 is yes, in step 14, the PTO solenoid valve is turned on. As a result, the PTO clutch 72 strokes in the direction in which the PTO shaft 71 and the driven gear 73 are engaged. When the PTO clutch 72 reaches the meshing position, the operation position switch of the PTO clutch 72 is turned on. In step 15, it is determined whether or not the PTO operation position switch is on. If the determination is yes, the process proceeds to step 16, where the clutch contact solenoid valve (which constitutes a part of the clutch actuator 31) is turned on. As a result, the clutch 3 strokes in the contact direction. In step 17, it is determined whether or not the clutch 3 is in the contact position. Until the determination is yes, in step 16, the clutch contact electromagnetic valve is turned on. Hold on. When the determination in step 17 is yes, the process jumps to step 9 to start the PTO operation based on the engine output.
[0031]
The output of the engine 1 is transmitted to the input shaft 41 of the transmission 4 through the clutch 3 as shown in FIG. 11, and as the power of the PTO, from the main drive gear 60a to the counter shaft 62 through the counter drive gear 62a and further to the count 3rd gear. 62d is transmitted to the driven gear 73 via the PTO idler gear 70, and taken out from the PTO shaft 71 to the propeller shaft 74 via the PTO clutch 72.
[0032]
With such a configuration, the input shaft 41 of the transmission 4 is connected to the output shaft 12 of the engine 1 via the clutch 3, and is connected to the input / output shaft 21 of the motor generator 2 via the power transmission mechanism 5. Therefore, by disengaging the clutch 3, it becomes possible to drive the power train after the transmission 4 (vehicle running) by the output of the motor generator 2, the output of the engine 1, or both outputs. Further, when the vehicle is braked, the motor generator 2 is operated as a generator so that the kinetic energy of the vehicle can be effectively collected as electric energy, and the engine brake is also intermittently connected via the clutch 3. Can do. By operating the motor generator 2 as a generator in the traveling state by the output of the engine 1, the power storage element 7 can be charged by the output of the engine 1 even during traveling.
[0033]
Also for the PTO 47, the PTO shaft 71 can be rotated by the output of the motor generator 2, the output of the engine 1, or both outputs by connecting and disconnecting the clutch 3. For this reason, by operating the PTO 47 only by the output of the motor generator 2 with the engine stopped, it is possible to work on special equipment with low noise and low pollution.
[0034]
The PTO shaft 71 is connected to the counter 3rd gear 62d of the transmission 4 via the PTO clutch 72, the driven gear 73, and the idler gear 70, and is similar to the conventional assembly structure. Can be diverted. The power train such as the engine 1, the clutch 3, and the transmission 4 includes a clutch actuator 31, a gear shift actuator 43, and the like. However, the existing automatic transmission device is used, and the motor generator 2 and the power transmission mechanism 5 are added thereto. As a result, the vehicle can be hybridized easily and at low cost.
[0035]
Since the power transmission mechanism 5 is composed of a first speed reducer on the motor generator 2 side and a second speed reducer on the transmission 4 side, by exchanging only the second speed reducer for the output difference of the motor generator 2, It becomes possible to cope easily and easily.
[0036]
FIG. 13 and FIG. 14 show another embodiment, and the power can be directly taken out to the PTO shaft 71 by the power transmission mechanism 5. That is, a PTO idler gear 70 that meshes with a motor driven gear 53 that uses the input shaft 41 of the transmission 4 as a rotation axis, and a PTO driven gear 72 that meshes with the idler gear 70 are provided. The PTO shaft 71 has one end connected to the PTO propeller shaft 74 and the other end connected to the rotating shaft of the PTO driven gear 73 via the PTO clutch 72.
[0037]
The PTO 47 can be driven by the output of the motor generator 2 and / or the output of the engine 1 by disengaging the clutch 3. Since the PTO shaft 71 is connected to the driven gear 53 of the power transmission mechanism 5 via the gear mechanisms 70 and 73 and the PTO clutch 72, the output of the PTO 47 is transmitted to the power transmission mechanism 5 and the gear mechanism regardless of the transmission ratio of the transmission 4. It can be set depending on only the gear ratios 70 and 73. That is, the degree of freedom in setting the output of the PTO 47 is large, and the output of the PTO 47 can be increased by setting the reduction ratio of these mechanisms large. The same parts as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system outline diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall gear configuration diagram.
FIG. 3 is a gear configuration diagram of the main part of the same.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the system.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the system.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the operation of the system.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation of the system.
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the system.
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the system.
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the system.
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the system.
FIG. 12 is a flowchart for explaining the control contents of the hybrid ECU.
FIG. 13 is an overall gear configuration diagram showing another embodiment.
FIG. 14 is a gear configuration diagram of the main part of the same.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Motor generator 3 Clutch 4 Transmission 5 Power transmission mechanism 6 Inverter 7 Power storage element 10 Engine control unit 12 Engine output shaft 13 Engine rotation sensor 20 Hybrid control unit 21 Motor generator input / output shaft 23 Change lever unit 24 PTO operation switch 26 Brake lever sensor 41 Transmission input shaft 42 Transmission output shaft 44 Transmission output rotation sensor 47 PTO (power take-off device)
54 Gear Rotation Sensor 60 of Power Transmission Mechanism Transmission Main Shaft 62 Transmission Counter Shaft 70 PTO Idler Gear 71 PTO Shaft 72 PTO Clutch 73 PTO Driven Gear

Claims

In a vehicle having an engine, a transmission, and a clutch interposed between them in a power train of the vehicle, a motor generator that serves both as an electric motor and a generator, an input / output shaft of the motor generator, and an input shaft of the transmission And a PTO shaft connected to the counter shaft of the transmission via a gear mechanism and a PTO clutch. The power transmission mechanism decelerates the rotation of the motor generator. While transmitting to the input shaft of the transmission, the rotation of the input shaft of the transmission is increased and transmitted to the input / output shaft of the motor generator. The first reducer on the motor generator side and the second on the transmission side. A power storage element configured to store power generated by the motor generator, means for detecting an operation request of the PTO, A vehicle hybrid drive comprising: a means for engaging a PTO clutch when detecting an operation request, and a means for controlling a clutch interposed between the engine and the transmission in accordance with a storage amount of a storage element. system.