JP3684837B2

JP3684837B2 - Transmission and vehicle using the same

Info

Publication number: JP3684837B2
Application number: JP11817298A
Authority: JP
Inventors: 芳美櫻井; 良三正木; 悟金子; 雅彦天野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH11313405A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce fuel consumption of a vehicle by providing a power transmission mechanism, which is connected in parallel with a differential mechanism for transmitting the rotation of the output shaft of an engine to a driving shaft at a speed ratio that is changed by means of a motor, and transmits the rotation of the output shaft of the engine to the driving shaft at a fixed transmission gear ratio. SOLUTION: When a vehicle is in a second gear speed mode, the speed of the vehicle corresponds to an intermediate speed or higher, and the torque of the vehicle becomes low, corresponding to a high gear at which the engine efficiency can be improved. Namely, the control of a motor 8 is stopped, and the motor 8 is set to a freely running state. In addition, the input shaft of an engine is joined to a gear 6 by means of a joining device 11, and the other joining devices 12-14 are kept opened. Consequently, the vehicle is driven by means of the engine 1 in a state, in which the gear 6 having a small gear ratio between the input and output is fixed to the input shaft contrary to the first gear speed mode and the driving torque of the engine 1 is transmitted to wheels 3a and 3b through a driving shaft 2 by means of a gear 7.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータと差動機構から構成される変速装置と、それを用いた車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの低燃費化を図る駆動システムとして、モータの駆動力を利用するハイブリッド車がある。
【０００３】
ハイブリッド車はシリーズ方式，パラレル方式等、各種の方法が提案されており、その中には２つのモータと１つの遊星歯車を用いたシリーズ−パラレルハイブリッド方式が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平7−135701 号公報には、エンジンの駆動力を遊星歯車に入力し、遊星歯車から得られた駆動力により車両を駆動するように発電機で制御する方式が記載されている。この方式はエンジンエネルギーの一部は発電機により発電しながら、出力軸に連結したモータから駆動力をアシストすることで、常にエンジンを効率の良い高トルク領域で駆動し、変速機能を合わせて持たせることができる特徴を持っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方式で変速機能を実現するためには、発電機で発電し、モータで駆動するために、電気的なエネルギー損失が発生する。このために、エンジンは常に効率の良い動作点で駆動できるにもかかわらず、車両全体としての効率は電気エネルギー損失分低下してしまうという問題点がある。
【０００６】
上記に鑑み本発明は、モータによる無段変速機能を実現し、効率の良い変速装置を提供することを第１の課題とする。
【０００７】
また本発明は、燃料消費量を低減できる車両を提供することを第２の課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、駆動輪に回転運動を与える駆動軸とエンジンの出力軸との間に設けられ、エンジン出力軸回転を変速して駆動軸に伝達する変速装置において、エンジン出力軸回転を入力し、これを、電動機により可変される変速比で変速して駆動軸に伝達する差動機構と、エンジンの出力軸と駆動軸との間に前記差動機構と並列に接続されたものであって、エンジン出力軸回転を入力し、これを、固定された変速比で変速して駆動軸に伝達する動力伝達機構とを備え、車両の前進走行時、前記差動機構と前記動力伝達機構とを切り替えてエンジン出力軸回転を変速することを特徴とする。
【０００９】
また、上記において、差動機構の入力軸と動力伝達機構の入力軸及び差動機構の出力軸と動力伝達機構の出力軸をそれぞれ共通とすることが好ましい。さらに、差動機構と動力伝達機構の入力軸から出力軸までのギア比を異なる値に設定し、効率を向上させることが好ましい。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明は、車両を駆動する駆動エネルギーを発生するエンジンと、該エンジンの出力軸回転を変速して車輪の駆動軸に駆動力を伝達する変速装置とを備えた車両において、前記変速装置は、エンジン出力軸回転を入力し、これを、可変される変速比で変速して駆動軸に伝達する差動機構と、エンジンの出力軸と駆動軸との間に前記差動機構と並列に接続されたものであって、エンジン出力軸回転を入力し、これを、固定された変速比で変速して駆動軸に伝達する動力伝達機構とを備え、車両の前進走行時、前記差動機構と前記動力伝達機構とを切り替えてエンジン出力軸回転を変速しており、前記差動機構はモータによって変速比が可変されることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１を用いて説明する。
【００１２】
図１はエンジン１のエネルギーを用いて駆動軸２を介して車輪３ａ，３ｂを回転し、車体を駆動する自動車である。本発明の重要な構成要素である遊星歯車４はそれぞれサンギア４ｓ，プラネタリキャリア４ｐ，リングギア４ｒから構成されている。遊星歯車４のサンギア４ｓは電力変換器９で制御されるモータ８により駆動される。なお、１０はバッテリなどの電力貯蔵装置でモータ８が必要とするエネルギーを供給したり、モータ８で発電したエネルギーを蓄電するために用いられる。
【００１３】
また、歯車６は締結装置１１によりエンジン１の入力軸と締結できる構成となっている。したがって、エンジン１の駆動トルクを遊星歯車４あるいは歯車６に伝達できる構成となっており、遊星歯車４あるいは歯車６から出力された出力トルクが車両駆動トルクとなる。これによって、車両は運転者が意図した加減速を得ることができる。また、電力変換器９により、モータのトルクやモータ速度を制御することで、サンギア４ｓを駆動すれば、車両駆動トルクやエンジン速度を調整することが可能である。さらに、遊星歯車４のリングギア４ｒをエンジン１の入力軸に締結する締結装置１２，エンジン１の回転を止める締結装置１３及び車輪３ａ，３ｂの回転を締結する締結装置１４から成る。さらに、図１に示すように出力軸の歯車５，７のギア比を異なる値に設定している。
【００１４】
次に図１に示す実施形態でのエンジン１，モータ８の制御を行うためには、アクセルやブレーキの踏み込み量、前後進・ニュートラル等を指示する切り替え信号等、運転者が意図する運転指令を入力すると共に、車両速度，バッテリの充電状態、各部の温度等の車両状態も入力すると、これらの値の応じた運転方法を決定して運転モードを決定する。ここで運転モードは、エンジン１を停止してモータ８を駆動するモータ駆動モード，エンジンの駆動力を用いる１速モード，２速モード、及びＣＶＴモードから構成される。以下、図１に示す実施形態における運転モード及び変速動作について説明する。
【００１５】
１速モードは車両速度が低速で、かつ駆動力が必要な場合で、変速状態はローギアに相当するものである。すなわち、図１においてモータ８の速度を０とする速度制御を行う。これによりモータ８は電気的にロック状態にする。また、締結装置１１〜１４は開放しておく。このような処理を行うことにより、入力と出力のギア比が大きい遊星歯車４がサンギア４ｓを固定した状態でエンジン１により駆動されることになり、歯車５によってエンジン１の駆動トルクが駆動軸２を介して車輪３ａ，３ｂに伝達される。すなわち、マニュアル変速機をローギアに設定したことと等価になるためエンジンのトルクを増大できる。したがって、エンジン制御を行うことにより、必要な車両駆動トルクを制御することが可能となる。
【００１６】
２速モードについて、図２を用いて説明する。
【００１７】
２速モードは車両速度が中速度以上で、かつ低トルク領域の場合で、エンジン効率を向上できるハイギアに相当するものである。すなわち、モータ８については制御を停止し、フリーラン状態にする。また、締結装置１１によりエンジンの入力軸と歯車６を締結しておき、その他の締結装置１２〜１４は開放しておく。このような処理を行うことにより、１速モードとは反対に入力と出力のギア比が小さい歯車６がエンジン１の入力軸に固定された状態でエンジン１により駆動されることになり、歯車７によってエンジン１の駆動トルクが駆動軸２を介して車輪３ａ，３ｂに伝達される。すなわち、マニュアル変速機をハイギアに切り替えたことと等価になるために、この状態でエンジン１のエンジン制御を行うことにより、エンジン１は常に高効率運転が可能となる。
【００１８】
図１に示す第１の実施形態における変速動作については図３，図４を用いて説明する。まず、図３に示すように、エンジン１の速度Ｎ１から車輪３ａ，３ｂの速度Ｎ２に増速する場合の動作を説明する。この場合は締結装置１１〜１４を開放し、変速手段の遊星歯車４により変速を行うことで実現できる。ここでエンジン１の速度Ｎ１は遊星歯車４のプラネタリキャリア４ｐに伝達される。遊星歯車４では、サンギア４ｓに接続されているモータ８を駆動し、モータ８の回転数とプラネタリキャリア４ｐの回転数からリングギア４ｒの速度をＮ２に変速させる変速動作を行うことによりエンジン１の速度は増速側へ移り、図３に示すように○から□に動作点が変わることになる。
【００１９】
次に、図４に示すように、エンジン１の速度Ｎ３から車輪３ａ，３ｂの速度
Ｎ４に減速する場合の動作を説明する。この場合も締結装置１１〜１４を開放し、変速手段の遊星歯車４により変速を行うことで実現できる。すなわち、車輪
３ａ，３ｂの速度Ｎ４は遊星歯車４のリングギア４ｒの回転数となる。そこで、モータ８を遊星歯車４のリングギア４ｒとプラネタリキャリア４ｐの回転数の差分で決まる回転数で発電動作をさせることによりエンジン１の速度は減速側へ移り、図４に示すように黒丸から黒四角に動作点が変わることになる。
【００２０】
また、エンジン１の回転数を変速なしで駆動する場合は、図５に示すように締結装置１２で遊星歯車４のリングギア４ｒとプラネタリキャリア４ｐを締結し、エンジン出力を直接車輪に伝達する。さらに、モータ８を駆動あるいは発電動作をさせることにより、車輪３ａ，３ｂに伝達するトルクの大きさを調整することができる。
【００２１】
以上のように本発明の変速装置は、モータと遊星歯車及び締結装置により構成し、モータを駆動あるいは発電することにより増速，減速及びトルク調整が可能であることが特徴である。前述した１速モード，２速モード，増速，減速及び無変速の各モードにおける各要素の動作内容を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
なお、図１の実施形態において締結装置１３，１４が記してあるが、前述したように本発明の変速装置は締結装置１３，１４が無くても変速動作が実現できる。次に、本発明の第１の実施形態において、締結装置１３，１４を用いる場合について説明する。
【００２４】
車両速度が低速の時には、エンジン１を停止してモータ８のみで駆動するモータ駆動モードがある。このモードにおける変速手段の動作を図６を用いて説明する。図６に示すように、エンジン１の回転を止めるために締結装置１３で出力軸が回転しないように固定する。この締結により、遊星歯車４のプラネタリキャリア４ｐが固定されることになる。したがって、モータ８の回転数がサンギア４ｓとリングギア４ｒの歯数で決まる回転数に変速され、歯車５に伝達されて駆動軸２に伝達されることになる。このような動作により、駆動軸２に伝達された動力により車輪３ａ，３ｂを駆動することが可能となる。
【００２５】
また、車両停止時に電力貯蔵装置１０を充電する場合の変速動作を図７を用いて説明する。図７に示すように、車輪の駆動軸２を締結する締結装置１４により締結し車輪の回転を止める。次に締結装置１２により、遊星歯車４のプラネタリキャリア４ｐとリングギア４ｒを締結しエンジン１を駆動する。このようにすることでモータ８の発電動作を行うことができる。以上のようにモータのみによる駆動や、車両停止時の電力貯蔵装置の充電等といった各動作モードにも対応できる。
【００２６】
以上、本発明の第１の実施形態による変速装置は、エンジンの回転数を増速させる変速動作、あるいは減速させる変速動作、さらには無変速の全てにおいて、エンジンを常に高効率動作点で運転でき、さらにはエンジンの出力を無駄なく効率的に車輪に伝達することができ、燃料消費量の向上が図れるという効果がある。
【００２７】
図８に本発明の第２の実施形態を示す。
【００２８】
図８はエンジン１のエネルギーを用いて駆動軸２を介して車輪３ａ，３ｂを回転し、車体を駆動する自動車である。図１と異なるのは入力軸と出力軸のギア比が小さい方を差動機構の遊星歯車１５とし、ギア比の大きなほうを動力伝達機構の歯車１６としたことである。遊星歯車１５はそれぞれサンギア１５ｓ，プラネタリキャリア１５ｐ，リングギア１５ｒから構成されている。遊星歯車１５のサンギア１５ｓは電力変換器９で制御されたモータ８により駆動される。また、プラネタリキャリア１５ｐと締結装置１８は同一の入力軸に設けており、エンジン１の駆動トルクを遊星歯車１５あるいは歯車１６に伝達する構成となっており、遊星歯車１５あるいは歯車１６から出力された出力トルクが車両駆動トルクとなる。これによって、車両は加減速を得ることができる。また、モータのトルクやモータ速度を電力変換器９で制御し、サンギア１５ｓを駆動すれば、車両駆動トルクやエンジン速度を調整することが可能である。
【００２９】
次に図８の第２の実施形態において、エンジン１を停止してモータ８を駆動するモータ駆動モード，エンジンの駆動力を用いる１速モード，２速モード、及びＣＶＴモードの変速動作について説明する。
【００３０】
第２の実施形態の１速モードについて、図９を用いて説明する。
【００３１】
１速モードは車両速度が低速で、かつ駆動力が必要な場合で、変速状態はローギアに相当するものである。すなわち、モータ８については制御を停止し、フリーラン状態にする。また、締結装置１８によりエンジンの入力軸と歯車６を締結しておく。その他の締結装置１３，１４，１７は開放しておく。このような処理を行うことにより、入力と出力のギア比が大きい歯車１６を固定した状態でエンジン１により駆動されることになり、ギア比の大きな歯車５によりエンジン１の駆動トルクが駆動軸２を介して車輪３ａ，３ｂに伝達される。すなわち、マニュアル変速機をローギアに設定したことと等価になるためエンジンのトルクを増大できる。したがって、エンジン制御を行うことにより、必要な車両駆動トルクを制御することが可能となる。
【００３２】
２速モードは車両速度が中速度以上で、かつ低トルク領域の場合で、エンジン効率を向上できるハイギアに相当するものである。すなわち、モータ８の速度を０とする速度制御を行う。これによりモータ８は電気的にロック状態にする。また、締結装置は全て開放しておく。このような処理を行うことにより、入力と出力のギア比が小さい遊星歯車１５がサンギア１５ｓを固定した状態でエンジン１により駆動されることになり、歯車７によりエンジンの駆動トルクが駆動軸２を介して車輪３ａ，３ｂに伝達される。このような処理を行うことにより、１速モードとは反対に入力と出力のギア比が小さい遊星歯車１５が固定された状態でエンジン１により駆動されることになり、歯車７によりエンジン１の駆動トルクが駆動軸２を介して車輪３ａ，３ｂに伝達される。すなわち、変速機をハイギアに切り替えたことと等価になるために、この状態でエンジン１のエンジン制御を行うことにより、エンジン１は常に高効率運転が可能となる。
【００３３】
図８に示す第２の実施形態における変速動作において、図３に示すように増速する場合の動作を説明する。この場合は締結装置は全て開放し、変速手段の遊星歯車１５により変速を行うことで実現できる。ここでエンジン１の速度Ｎ１はプラネタリキャリア１５ｐに伝達される。遊星歯車１５では、サンギア１５ｓに接続されているモータ８を駆動し、モータ８の回転数とプラネタリキャリア１５ｐの回転数からリングギア１５ｒの回転数を変速させるように変速動作を行うことによりエンジン１の速度は増速側へ移り、○から□に動作点が変わることになる。
【００３４】
次に、図８に示す第２の実施形態において、図４に示すようにエンジン１の速度Ｎ３から車輪３ａ，３ｂの速度Ｎ４に減速する場合の動作を説明する。この場合も締結装置は全て開放し、遊星歯車１５により変速を行うことで実現できる。車輪３ａ，３ｂの速度Ｎ４は遊星歯車１５のリングギア１５ｒの回転数となる。モータ８をリングギア１５ｒとプラネタリキャリア１５ｐの回転数の差分で決まる回転数で発電動作をさせることにより、エンジン１の速度は減速側に移り、黒丸から黒四角に動作点が変わることになる。
【００３５】
また、エンジン１の回転数を変速なしで駆動する場合は、締結装置１７で遊星歯車１５のリングギア１５ｒとプラネタリキャリア１５ｐを締結し、エンジン出力を直接車輪に伝達する。さらに、モータ８を駆動あるいは発電動作をさせることにより、車輪３ａ，３ｂに伝達するトルクの大きさを調整することができる。以上述べた第２の実施形態における１速モード，２速モード，増速，減速及び無変速の各モードにおける各要素の動作内容を表２に示す。
【００３６】
【表２】

【００３７】
なお、図８の実施形態において締結装置１３，１４が記してあるが、前述したように本発明の変速装置は締結装置１３，１４が無くても変速動作を実現できる。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態において、締結装置１３，１４を用いる場合について説明する。
【００３９】
図８に示す第２の実施形態において、車両速度が低速の時にはエンジン１を停止してモータ８のみで駆動するモータ駆動モードがある。すなわち、図８において、エンジン１の回転を止めるために締結装置１３で出力軸が回転しないように固定する。この締結により、遊星歯車１５のプラネタリキャリア１５ｐが固定されることになる。したがって、モータ８の回転数がサンギア１５ｓとリングギア１５ｒの歯数で決まる回転数に変速され、歯車７に伝達されて駆動軸２に伝達されることになる。このような動作により、駆動軸２に伝達された動力により車輪３ａ，３ｂを駆動することが可能となる。
【００４０】
さらに、車両停止時に電力貯蔵装置１０を充電する場合の変速動作は、車輪の駆動軸２を締結する締結装置１４により締結し車輪の回転を止める。次に締結装置１７により、遊星歯車１５のプラネタリキャリア１５ｐとリングギア１５ｒを締結しエンジン１を駆動する。このようにすることでモータ８の発電動作を行うことができる。以上のように、本発明の第２の実施形態においてもモータのみによる駆動や、車両停止時の電力貯蔵装置の充電等といった各動作モードにも対応できる。
【００４１】
以上、本発明の第２の実施形態による変速装置も第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動輪に回転運動を与える駆動軸とエンジンの出力軸との間に設けられ、エンジン出力軸回転を変速して駆動軸に伝達する変速装置において、エンジン出力軸回転を入力し、これを、電動機により可変される変速比で変速して駆動軸に伝達する差動機構と、エンジンの出力軸と駆動軸との間に前記差動機構と並列に接続されたものであって、エンジン出力軸回転を入力し、これを、固定された変速比で変速して駆動軸に伝達する動力伝達機構とを備え、車両の前進走行時、前記差動機構と前記動力伝達機構とを切り替えてエンジン出力軸回転を変速することにより、電気エネルギーは加速時を除いてできるだけ用いずに、機械的な歯車により駆動トルクを伝達する無段変速機が構成できる。
【００４３】
また、本発明によれば、車両を駆動する駆動エネルギーを発生するエンジンと、該エンジンの出力軸回転を変速して車輪の駆動軸に駆動力を伝達する変速装置とを備えた車両において、前記変速装置は、エンジン出力軸回転を入力し、これを、可変される変速比で変速して駆動軸に伝達する差動機構と、エンジンの出力軸と駆動軸との間に前記差動機構と並列に接続されたものであって、エンジン出力軸回転を入力し、これを、固定された変速比で変速して駆動軸に伝達する動力伝達機構とを備え、車両の前進走行時、前記差動機構と前記動力伝達機構とを切り替えてエンジン出力軸回転を変速しており、前記差動機構はモータによって変速比が可変されることにより、エンジンを常に高効率の動作点で駆動できるので、燃料消費量を低減した車両を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなす車両の構成図を示す。
【図２】図１における２速モードの動作図を示す。
【図３】エンジンの動作点から車輪の動作点に増速する場合のトルク−速度の関係図を示す。
【図４】エンジンの動作点から車輪の動作点に減速する場合のトルク−速度の関係図を示す。
【図５】図１における無段変速モードの動作図を示す。
【図６】図１におけるモータ駆動モードの動作図を示す。
【図７】図１における充電モードの動作図を示す。
【図８】本発明の他の実施形態をなす車両の構成図を示す。
【図９】図８における１速モードの動作図を示す。
【符号の説明】
１…エンジン、２…駆動軸、３ａ，３ｂ…車輪、４，１５…遊星歯車、５，６，７，１６…歯車、８…モータ、９…電力変換器、１０…電力貯蔵装置、１１，１２，１３，１４，１７，１８…締結装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transmission including a motor and a differential mechanism, and a vehicle using the same.
[0002]
[Prior art]
As a drive system for reducing the fuel consumption of an engine, there is a hybrid vehicle that uses the driving force of a motor.
[0003]
Various methods, such as a series system and a parallel system, have been proposed for hybrid vehicles. Among them, a series-parallel hybrid system using two motors and one planetary gear has been proposed.
[0004]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-135701 describes a system in which a driving force of an engine is input to a planetary gear and the generator is controlled so as to drive the vehicle by the driving force obtained from the planetary gear. In this method, a part of the engine energy is generated by a generator, and the driving force is assisted by a motor connected to the output shaft, so that the engine is always driven in an efficient high torque region and has a shift function. Has the characteristics that can be made.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to realize the speed change function by the conventional method, electric energy is generated because the power is generated by a generator and driven by a motor. For this reason, although the engine can always be driven at an efficient operating point, there is a problem in that the efficiency of the entire vehicle is reduced by an electrical energy loss.
[0006]
In view of the above, it is a first object of the present invention to provide a continuously variable transmission function using a motor and to provide an efficient transmission.
[0007]
Moreover, this invention makes it the 2nd subject to provide the vehicle which can reduce fuel consumption.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is provided between the output shaft of the drive shaft and an engine providing rotary motion to the drive wheels, the transmission device for transmitting the movement axis drive by shifting the engine output shaft inputs the engine output shaft rotation, this differential mechanism for transmitting the shift to the drive shaft in the gear ratio which is variable by an electric motor, an output shaft of the engine and the differential mechanism between a drive shaft parallel be one that is connected to the inputs of the engine output shaft rotation, which, by shifting a fixed gear ratio and a power transmission mechanism for transmitting the driving shaft, during forward traveling of the vehicle, the differential The engine output shaft rotation is changed by switching between the mechanism and the power transmission mechanism.
[0009]
In the above, it is preferable that the input shaft of the differential mechanism and the input shaft of the power transmission mechanism, and the output shaft of the differential mechanism and the output shaft of the power transmission mechanism are common. Furthermore, it is preferable to improve the efficiency by setting the gear ratio from the input shaft to the output shaft of the differential mechanism and the power transmission mechanism to different values.
[0010]
In order to solve the above problems, the present invention includes an engine that generates driving energy for driving a vehicle, and a transmission that shifts the output shaft rotation of the engine and transmits driving force to the driving shaft of the wheel. In the vehicle equipped with the transmission, the transmission device receives the rotation of the engine output shaft, shifts it at a variable speed ratio and transmits it to the drive shaft, and between the output shaft and the drive shaft of the engine. And a power transmission mechanism for inputting the engine output shaft rotation, shifting it at a fixed gear ratio, and transmitting it to the drive shaft. During forward running, the differential mechanism and the power transmission mechanism are switched to change the speed of engine output shaft rotation, and the speed change ratio of the differential mechanism is varied by a motor.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0012]
FIG. 1 shows an automobile in which

wheels

3a and 3b are rotated via a drive shaft 2 by using energy of an engine 1 to drive a vehicle body. The planetary gear 4 which is an important component of the present invention is composed of a sun gear 4s, a planetary carrier 4p, and a ring gear 4r. The sun gear 4 s of the planetary gear 4 is driven by a motor 8 controlled by a power converter 9. Reference numeral 10 denotes a power storage device such as a battery, which is used to supply energy required by the motor 8 or to store energy generated by the motor 8.
[0013]
The gear 6 can be fastened to the input shaft of the engine 1 by a fastening device 11. Therefore, the driving torque of the engine 1 can be transmitted to the planetary gear 4 or the gear 6, and the output torque output from the planetary gear 4 or the gear 6 becomes the vehicle driving torque. As a result, the vehicle can obtain acceleration / deceleration intended by the driver. Moreover, if the sun gear 4s is driven by controlling the motor torque and the motor speed by the power converter 9, the vehicle driving torque and the engine speed can be adjusted. Furthermore, it comprises a fastening device 12 for fastening the ring gear 4r of the planetary gear 4 to the input shaft of the engine 1, a fastening device 13 for stopping the rotation of the engine 1, and a fastening device 14 for fastening the rotation of the

wheels

3a, 3b. Further, as shown in FIG. 1, the gear ratios of the

output shaft gears

5 and 7 are set to different values.
[0014]
Next, in order to control the engine 1 and the motor 8 in the embodiment shown in FIG. 1, a driving command intended by the driver, such as a switching signal for instructing the amount of depression of the accelerator or the brake, forward / reverse / neutral, etc. When the vehicle state such as the vehicle speed, the state of charge of the battery, and the temperature of each part is also input, the driving method corresponding to these values is determined and the driving mode is determined. Here, the operation mode includes a motor drive mode in which the engine 1 is stopped and the motor 8 is driven, a first speed mode using the driving force of the engine, a second speed mode, and a CVT mode. Hereinafter, the operation mode and the shift operation in the embodiment shown in FIG. 1 will be described.
[0015]
The first speed mode is a case where the vehicle speed is low and a driving force is required, and the shift state corresponds to low gear. That is, speed control is performed in which the speed of the motor 8 in FIG. As a result, the motor 8 is electrically locked. Moreover, the fastening devices 11-14 are opened. By performing such processing, the planetary gear 4 having a large input / output gear ratio is driven by the engine 1 with the sun gear 4 s fixed, and the drive torque of the engine 1 is driven by the gear 5 to the drive shaft 2. Is transmitted to the

wheels

3a and 3b. That is, the torque of the engine can be increased because it is equivalent to setting the manual transmission to the low gear. Therefore, the necessary vehicle driving torque can be controlled by performing the engine control.
[0016]
The second speed mode will be described with reference to FIG.
[0017]
The second speed mode corresponds to a high gear that can improve engine efficiency when the vehicle speed is at a medium speed or higher and in a low torque region. That is, the control of the motor 8 is stopped and a free run state is set. Further, the input shaft of the engine and the gear 6 are fastened by the fastening device 11, and the other fastening devices 12 to 14 are opened. By performing such processing, the gear 6 having a small input / output gear ratio is driven by the engine 1 in a state of being fixed to the input shaft of the engine 1 as opposed to the first speed mode. Thus, the driving torque of the engine 1 is transmitted to the

wheels

3a and 3b via the driving shaft 2. That is, since it is equivalent to switching the manual transmission to the high gear, the engine 1 can always be operated with high efficiency by controlling the engine 1 in this state.
[0018]
The speed change operation in the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3, the operation when the speed is increased from the speed N1 of the engine 1 to the speed N2 of the

wheels

3a and 3b will be described. In this case, it can be realized by opening the fastening devices 11 to 14 and performing a speed change by the planetary gear 4 of the speed change means. Here, the speed N1 of the engine 1 is transmitted to the planetary carrier 4p of the planetary gear 4. In the planetary gear 4, the motor 8 connected to the sun gear 4 s is driven, and a speed change operation for changing the speed of the ring gear 4 r to N 2 based on the rotational speed of the motor 8 and the rotational speed of the planetary carrier 4 p is performed. The speed moves to the speed increasing side, and the operating point changes from ○ to □ as shown in FIG.
[0019]
Next, as shown in FIG. 4, the operation in the case of decelerating from the speed N3 of the engine 1 to the speed N4 of the

wheels

3a, 3b will be described. Also in this case, it can be realized by opening the fastening devices 11 to 14 and performing a shift by the planetary gear 4 of the shift means. That is, the speed N4 of the

wheels

3a, 3b is the rotational speed of the ring gear 4r of the planetary gear 4. Therefore, by causing the motor 8 to perform a power generation operation at a rotational speed determined by the difference between the rotational speeds of the ring gear 4r of the planetary gear 4 and the planetary carrier 4p, the speed of the engine 1 is shifted to the deceleration side, and as shown in FIG. The operating point will change to a black square.
[0020]
Further, when the engine 1 is driven without changing the speed, the ring gear 4r of the planetary gear 4 and the planetary carrier 4p are fastened by the fastening device 12 as shown in FIG. 5, and the engine output is directly transmitted to the wheels. Furthermore, the magnitude of the torque transmitted to the

wheels

3a and 3b can be adjusted by driving the motor 8 or performing a power generation operation.
[0021]
As described above, the speed change device of the present invention is constituted by a motor, a planetary gear, and a fastening device, and is characterized in that acceleration, deceleration, and torque adjustment are possible by driving or generating power. Table 1 shows the operation contents of each element in each of the first speed mode, the second speed mode, the speed increase, the speed reduction, and the non-shift mode.
[0022]
[Table 1]

[0023]
1, the fastening devices 13 and 14 are described. However, as described above, the transmission of the present invention can realize a speed change operation without the fastening devices 13 and 14. Next, the case where the fastening devices 13 and 14 are used in the first embodiment of the present invention will be described.
[0024]
When the vehicle speed is low, there is a motor drive mode in which the engine 1 is stopped and driven only by the motor 8. The operation of the transmission means in this mode will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, in order to stop the rotation of the engine 1, the fastening device 13 is fixed so that the output shaft does not rotate. By this fastening, the planetary carrier 4p of the planetary gear 4 is fixed. Accordingly, the rotational speed of the motor 8 is changed to a rotational speed determined by the number of teeth of the sun gear 4s and the ring gear 4r, and is transmitted to the gear 5 and transmitted to the drive shaft 2. By such an operation, the

wheels

3a and 3b can be driven by the power transmitted to the drive shaft 2.
[0025]
Moreover, the speed change operation | movement in the case of charging the electric power storage apparatus 10 at the time of a vehicle stop is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 7, it fastens with the fastening device 14 which fastens the drive shaft 2 of a wheel, and stops rotation of a wheel. Next, the planetary carrier 4p of the planetary gear 4 and the ring gear 4r are fastened by the fastening device 12, and the engine 1 is driven. In this way, the power generation operation of the motor 8 can be performed. As described above, it is possible to cope with each operation mode such as driving by only a motor or charging of the power storage device when the vehicle is stopped.
[0026]
As described above, the transmission according to the first embodiment of the present invention can always operate the engine at a high-efficiency operating point in all of the speed change operation for increasing the rotational speed of the engine, the speed change operation for reducing the speed, and no speed change. In addition, the engine output can be efficiently transmitted to the wheels without waste, and the fuel consumption can be improved.
[0027]
FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention.
[0028]
FIG. 8 shows an automobile in which

wheels

3a and 3b are rotated via a drive shaft 2 using the energy of the engine 1 to drive the vehicle body. The difference from FIG. 1 is that the planet gear 15 of the differential mechanism has the smaller gear ratio between the input shaft and the output shaft, and the gear 16 of the power transmission mechanism has the larger gear ratio. Each of the planetary gears 15 includes a sun gear 15s, a planetary carrier 15p, and a ring gear 15r. The sun gear 15 s of the planetary gear 15 is driven by the motor 8 controlled by the power converter 9. The planetary carrier 15p and the fastening device 18 are provided on the same input shaft, and are configured to transmit the driving torque of the engine 1 to the planetary gear 15 or the gear 16 and output from the planetary gear 15 or the gear 16. The output torque becomes the vehicle driving torque. Thereby, the vehicle can obtain acceleration / deceleration. Further, if the motor torque and motor speed are controlled by the power converter 9 and the sun gear 15s is driven, the vehicle drive torque and engine speed can be adjusted.
[0029]
Next, in the second embodiment of FIG. 8, a description will be given of a speed change operation in the motor drive mode in which the engine 1 is stopped and the motor 8 is driven, the first speed mode using the driving force of the engine, the second speed mode, and the CVT mode. .
[0030]
The 1st speed mode of 2nd Embodiment is demonstrated using FIG.
[0031]
The first speed mode is a case where the vehicle speed is low and a driving force is required, and the shift state corresponds to low gear. That is, the control of the motor 8 is stopped and a free run state is set. Further, the engine input shaft and the gear 6 are fastened by the fastening device 18. The other fastening devices 13, 14, 17 are left open. By performing such processing, the engine 1 is driven with the gear 16 having a large input / output gear ratio fixed, and the driving torque of the engine 1 is driven by the gear 5 having the large gear ratio. Is transmitted to the

wheels

3a and 3b. That is, the torque of the engine can be increased because it is equivalent to setting the manual transmission to the low gear. Therefore, the necessary vehicle driving torque can be controlled by performing the engine control.
[0032]
The second speed mode corresponds to a high gear that can improve engine efficiency when the vehicle speed is at a medium speed or higher and in a low torque region. That is, speed control is performed so that the speed of the motor 8 is zero. As a result, the motor 8 is electrically locked. All fastening devices are opened. By performing such processing, the planetary gear 15 having a small input / output gear ratio is driven by the engine 1 with the sun gear 15 s fixed, and the drive torque of the engine is applied to the drive shaft 2 by the gear 7. Via the

wheel

3a, 3b. By performing such processing, the planetary gear 15 having a small input to output gear ratio is fixed in the state opposite to the first speed mode, and is driven by the engine 1, and the engine 1 is driven by the gear 7. Torque is transmitted to the

wheels

3 a and 3 b through the drive shaft 2. That is, since it is equivalent to switching the transmission to the high gear, the engine 1 can always be operated with high efficiency by controlling the engine 1 in this state.
[0033]
In the speed change operation in the second embodiment shown in FIG. 8, the operation in the case of increasing the speed as shown in FIG. 3 will be described. In this case, all the fastening devices can be opened, and the speed can be changed by the planetary gear 15 of the speed change means. Here, the speed N1 of the engine 1 is transmitted to the planetary carrier 15p. The planetary gear 15 drives the motor 8 connected to the sun gear 15s and performs a speed change operation so as to change the rotation speed of the ring gear 15r from the rotation speed of the motor 8 and the rotation speed of the planetary carrier 15p. The speed of will move to the speed increasing side, and the operating point will change from ○ to □.
[0034]
Next, in the second embodiment shown in FIG. 8, the operation when the speed is reduced from the speed N3 of the engine 1 to the speed N4 of the

wheels

3a and 3b as shown in FIG. 4 will be described. Also in this case, it can be realized by opening all the fastening devices and shifting the speed with the planetary gear 15. The speed N4 of the

wheels

3a, 3b is the rotational speed of the ring gear 15r of the planetary gear 15. By causing the motor 8 to perform a power generation operation at a rotational speed determined by the difference between the rotational speeds of the ring gear 15r and the planetary carrier 15p, the speed of the engine 1 moves to the deceleration side, and the operating point changes from a black circle to a black square.
[0035]
When driving the engine 1 without changing the speed, the fastening device 17 fastens the ring gear 15r of the planetary gear 15 and the planetary carrier 15p, and transmits the engine output directly to the wheels. Furthermore, the magnitude of the torque transmitted to the

wheels

3a and 3b can be adjusted by driving the motor 8 or performing a power generation operation. Table 2 shows the operation contents of each element in each mode of the first speed mode, the second speed mode, the speed increase, the speed reduction, and the no speed change in the second embodiment described above.
[0036]
[Table 2]

[0037]
Although the fastening devices 13 and 14 are shown in the embodiment of FIG. 8, as described above, the transmission of the present invention can realize a speed change operation without the fastening devices 13 and 14.
[0038]
Next, the case where the fastening devices 13 and 14 are used in the second embodiment of the present invention will be described.
[0039]
In the second embodiment shown in FIG. 8, there is a motor drive mode in which the engine 1 is stopped and driven only by the motor 8 when the vehicle speed is low. That is, in FIG. 8, in order to stop the rotation of the engine 1, the fastening device 13 fixes the output shaft so as not to rotate. By this fastening, the planetary carrier 15p of the planetary gear 15 is fixed. Therefore, the rotational speed of the motor 8 is changed to a rotational speed determined by the number of teeth of the sun gear 15s and the ring gear 15r, and is transmitted to the gear 7 and transmitted to the drive shaft 2. By such an operation, the

wheels

3a and 3b can be driven by the power transmitted to the drive shaft 2.
[0040]
Furthermore, the speed change operation when the power storage device 10 is charged when the vehicle is stopped is fastened by the fastening device 14 that fastens the drive shaft 2 of the wheel and stops the rotation of the wheel. Next, the planetary carrier 15p of the planetary gear 15 and the ring gear 15r are fastened by the fastening device 17, and the engine 1 is driven. In this way, the power generation operation of the motor 8 can be performed. As described above, also in the second embodiment of the present invention, it is possible to cope with each operation mode such as driving by only the motor and charging of the power storage device when the vehicle is stopped.
[0041]
As described above, the transmission according to the second embodiment of the present invention can achieve the same effects as those of the first embodiment.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, provided between the output shaft of the drive shaft and an engine providing rotary motion to the drive wheels, the transmission device for transmitting the movement axis drive by shifting the engine output shaft rotates, the engine output shaft rotation type, in which this was connected to the differential mechanism for transmitting the shift to the drive shaft in the gear ratio to be variable, in parallel with the differential mechanism between the output shaft and the drive shaft of the engine by an electric motor there are, enter the engine output shaft rotation, which, by shifting a fixed gear ratio and a power transmission mechanism for transmitting the driving shaft, during forward traveling of the vehicle, said differential mechanism and said power transmission mechanism By switching between and the engine output shaft rotation, it is possible to configure a continuously variable transmission that transmits drive torque by mechanical gears while using as little electrical energy as possible except during acceleration.
[0043]
Further, according to the present invention, an engine for generating drive energy for driving a vehicle, a vehicle equipped with a transmission device for transmitting the driving force to shift the output shaft rotation of the engine to the wheels of the drive shaft, wherein The transmission includes a differential mechanism that receives engine output shaft rotation, transmits the engine output shaft rotation at a variable transmission ratio, and transmits the rotation to the drive shaft, and the differential mechanism between the engine output shaft and the drive shaft. A power transmission mechanism that inputs engine output shaft rotation, transmits the engine output shaft rotation at a fixed gear ratio, and transmits it to the drive shaft. The engine output shaft rotation is changed by switching between the dynamic mechanism and the power transmission mechanism, and the differential mechanism can change the gear ratio by the motor, so that the engine can always be driven at a highly efficient operating point. Reduce fuel consumption It is possible to provide a vehicle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an operation diagram of the second speed mode in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between torque and speed when the engine speed is increased from the engine operating point to the wheel operating point.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between torque and speed when decelerating from an engine operating point to a wheel operating point.
FIG. 5 shows an operation diagram of a continuously variable transmission mode in FIG. 1;
6 shows an operation diagram of a motor drive mode in FIG. 1. FIG.
7 shows an operation diagram of the charging mode in FIG. 1. FIG.
FIG. 8 shows a configuration diagram of a vehicle according to another embodiment of the present invention.
9 shows an operation diagram of the first speed mode in FIG. 8. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Drive shaft, 3a, 3b ... Wheel, 4, 15 ... Planetary gear, 5, 6, 7, 16 ... Gear, 8 ... Motor, 9 ... Power converter, 10 ... Power storage device, 11, 12, 13, 14, 17, 18 ... fastening device.

Claims

Provided between the output shaft of the drive shaft and an engine providing rotary motion to the drive wheels, the transmission device for transmitting the movement axis drive by shifting the engine output shaft,
A differential mechanism for inputting engine output shaft rotation, shifting the engine output shaft at a gear ratio variable by an electric motor, and transmitting it to a drive shaft;
Be one that is the connection with the differential mechanism in parallel between the output shaft and the drive shaft of an engine transmission, enter the engine output shaft rotates, this, shifting to the drive shaft at a fixed speed ratio and a power transmission mechanism for,
A transmission device that changes engine output shaft rotation by switching between the differential mechanism and the power transmission mechanism during forward traveling of the vehicle .

Provided between the output shaft of the drive shaft and an engine providing rotary motion to the drive wheels, the transmission device for transmitting the movement axis drive by shifting the engine output shaft,
A differential mechanism that shifts the engine output shaft rotation at a gear ratio varied by an electric motor and transmits the rotation to the drive shaft;
Be one that is connected in parallel with the differential mechanism, a power transmission mechanism for transmitting the engine output shaft to the transmission to the drive shaft at a fixed speed ratio,
A first fastening means for fastening or releasing the engine side shaft and the drive shaft side shaft of the differential mechanism;
A transmission comprising: second fastening means for fastening or releasing the power transmission mechanism.

The transmission according to claim 2, wherein
The transmission is controlled such that only one of the first fastening means and the second fastening means is fastened or both are fastened.

The transmission according to any one of claims 1 to 3,
The differential mechanism includes a planetary gear whose gear ratio is varied by an electric motor,
The planetary gear is composed of a sun gear, a planetary carrier and a ring gear,
An electric motor is connected to the sun gear,
The planetary carrier is connected to the output shaft side of the engine,
The transmission is characterized in that a drive shaft side is connected to the ring gear.

The transmission according to any one of claims 1 to 3,
The transmission according to claim 1, wherein the input shaft of the differential mechanism and the input shaft of the power transmission mechanism, and the output shaft of the differential mechanism and the output shaft of the power transmission mechanism are common.

The transmission according to any one of claims 1 to 3,
The transmission is characterized in that the differential mechanism and the power transmission mechanism have different gear ratios from the input shaft to the output shaft.

An engine that generates drive energy for driving the vehicle;
In a vehicle provided with a transmission that changes the output shaft rotation of the engine and transmits the driving force to the drive shaft of the wheel,
The transmission is
A differential mechanism that inputs engine output shaft rotation, shifts it at a variable gear ratio, and transmits it to the drive shaft;
The engine is connected in parallel with the differential mechanism between the engine output shaft and the drive shaft. The engine output shaft rotation is input, and this is shifted at a fixed gear ratio and transmitted to the drive shaft. Power transmission mechanism to
During forward traveling of the vehicle, the engine output shaft rotation is changed by switching between the differential mechanism and the power transmission mechanism,
The differential mechanism has a gear ratio variable by a motor.

An engine that generates drive energy for driving the vehicle;
In a vehicle provided with a transmission that changes the output shaft rotation of the engine and transmits the driving force to the drive shaft of the wheel,
The transmission is
A differential mechanism that shifts engine output shaft rotation at a variable gear ratio and transmits the rotation to the drive shaft;
A power transmission mechanism that is connected in parallel with the differential mechanism and that shifts the engine output shaft rotation at a fixed gear ratio and transmits the rotation to the drive shaft;
First fastening means for fastening or releasing the engine side shaft and the drive shaft side shaft of the differential mechanism;
A second fastening means for fastening or releasing the power transmission mechanism;
The differential mechanism has a gear ratio variable by a motor.

The vehicle according to claim 7 or 8,
The differential mechanism includes a planetary gear whose gear ratio is varied by the motor,
The planetary gear is composed of a sun gear, a planetary carrier and a ring gear,
The sun gear is connected to the motor The planetary carrier is connected to the output shaft side of the engine,
A vehicle characterized in that the drive shaft side is connected to the ring gear.

The vehicle according to claim 8, wherein
An operation mode in which the vehicle is driven by the engine includes an operation mode in which the motor is locked and the second fastening means is released, and an operation mode in which the motor is in a free-running state and the second fastening means is fastened. A vehicle characterized by comprising.

The vehicle according to claim 8, wherein
When the vehicle is directly driven by the engine, the first fastening means fastens the shaft of the differential mechanism.

The vehicle according to claim 7 or 8,
The differential mechanism and the power transmission mechanism have different gear ratios from an input shaft to an output shaft.

The vehicle according to claim 7 or 8,
The vehicle characterized in that an input shaft of the differential mechanism and an input shaft of the power transmission mechanism, and an output shaft of the differential mechanism and an output shaft of the power transmission mechanism are common.