JP3693063B2 - ハイブリッド変速機 - Google Patents
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Description
特に、差動装置を通過する動力に対して発電機およびモータ/ジェネレータを通過する動力の割合が低速側では1に近づいてそれ以上には大きくできないため、発進時に要求される駆動力を十分に確保するためには発電機およびモータ/ジェネレータ側にエンジンと同程度の高出力のものが必要になり、それだけハイブリッド変速機の寸法や重量が大きくなり、効率も低いものとなる。
先ず差動装置を上記と同じく、キャリアが共通なシングルピニオン遊星歯車組およびダブルピニオン遊星歯車組により構成される、5回転メンバ、2自由度の差動装置とする。
そして、ダブルピニオン遊星歯車組またはシングルピニオン遊星歯車組のリングギヤに主動力源からの入力を結合し、シングルピニオン遊星歯車組またはダブルピニオン遊星歯車組のリングギヤに駆動系への出力を結合する。
また、シングルピニオン遊星歯車組およびダブルピニオン遊星歯車組のサンギヤにそれぞれ個々のモータ/ジェネレータを結合し、
更に両遊星歯車組の共通なキャリアを制動可能なブレーキを設けた構成にする。
後進回転出力状態で前記のブレーキを作動させて両遊星歯車組に共通なキャリアを制動させることで、差動装置は動力源と駆動系との間に大きな減速比を設定する変速比固定モードにより主動力源やモータ/ジェネレータの出力を増幅して伝達することができる。
従って後進回転出力状態で、モータ/ジェネレータの容量を大きくすることなく、つまりその大型化に頼ることなく発進時の動力性能を向上させることができる。
図1は、後進回転出力状態であるときに前記目的が達成されるようにした、本発明の一実施例になるハイブリッド変速機を示し、これを本実施例においては、前輪駆動車(FF車)用のトランスアクスルとして用いるのに有用な以下の構成とする。
これらラビニョオ型プラネタリギヤセット2および複合電流2層モータ3を変速機ケース1の軸線上に同軸に配置する。
ここで、シングルピニオン遊星歯車組4は複合電流2層モータ3の側に、またダブルピニオン遊星歯車組5はエンジン側にそれぞれ配置する。
従ってラビニョオ型プラネタリギヤセット2は、サンギヤSs、サンギヤSd、リングギヤRs、リングギヤRdおよびキャリアCの5個の回転メンバを主たる要素とし、これら5個のメンバのうち2個のメンバの回転速度を決定すると他のメンバの回転速度が決まる2自由度の差動装置を構成する。
サンギヤSsは中空軸13を介してモータ/ジェネレータMG2(詳しくは外側ロータ3ro)に結合し、この中空軸13を遊嵌する軸14を介してサンギヤSdをモータ/ジェネレータMG1(詳しくは内側ロータ3ri)に結合する。
そして、キャリアCをリバースブレーキR/Bにより適宜制動し得るようにする。
カウンターシャフト17には別にファイナルドライブピニオン19を一体的に設け、これを、ディファレンシャルギヤ装置20に設けたファイナルドライブリングギヤ21に噛合させる。
先ず前進(正)回転出力状態の時の変速動作を説明するに、この時はリバースブレーキR/Bを非作動にしてキャリアCを自由に回転可能な状態にしておく。
ここで共線図上のEV線により示すごとくエンジンENGを停止し、第1のモータ/ジェネレータMG1を正回転出力方向に駆動し、第2のモータ/ジェネレータMG2を逆回転出力方向に駆動することで、リングギヤRsから前進(正)方向の回転を出力させることができ、モータ/ジェネレータMG1,MG2のみによる電気走行が可能である。
ここでエンジンをENGの運転させると、共線図上のEV線からMAX線への移行によりリングギヤRsからの前進(正)方向の回転を上昇させることができる。
かかるモータ/ジェネレータMG1,MG2の駆動は、図1(b)の共線図上にA2で示すように、エンジンの運転(正回転出力)とにより出力要素であるリングギヤRsから後進(逆)方向の回転を出力させる。
この時の出力トルクは線A2をレバーとし、リバースブレーキR/Bを支点とし、第1のモータ/ジェネレータMG1、第2のモータ/ジェネレータMG2およびエンジンENGを力点とし、出力(Out)を作用点とするレバー比で、モータ/ジェネレータMG1,MG2のトルクおよびエンジンENGのトルクをそれぞれ増幅した値の和で表され、後進時に要求される大きなトルクを発生させることができる。
リバースブレーキR/Bを作動させ、エンジンENGからの回転のみで後進(逆)回転出力状態を得ることもでき、この場合、モータ/ジェネレータMG1,MG2間における電気的な収支を釣り合わせることができる。
また、リバースブレーキR/Bを非作動にし、第1のモータ/ジェネレータMG1を逆回転出力方向に駆動させる状態では、第1のモータ/ジェネレータMG1で駆動して第2のモータ/ジェネレータMG2で発電することにより、電気の収支が釣り合った状態で運転させることができる。
ここにおける出力トルクは、線A2をレバーとし、リバースブレーキR/Bを支点とし、エンジンENGを力点とし、出力(Out)を作用点とするレバー比でエンジンENGのトルクを増幅した値で表され、発進時に要求される大きなトルクをモータ/ジェネレータMG1,MG2の大型化に頼ることなくエンジン出力から得ることができる。
そこで、ステップS22で大きな駆動力が要求されていないと判定する時は、ステップS24でリバースブレーキR/Bを非作動にしてキャリアCを自由に回転可能にする。
この時エンジンENGの回転が同じあっても、モータ/ジェネレータMG1,MG2を同じ回転方向で回転数が増大する方向へ駆動するにより、リングギヤRsからの出力(Out)回転を大きく上昇させることができ、燃費の悪化を回避することができる。
本実施例では、ステップS21で後進走行(R)レンジと判定し、ステップS25でエンジン出力を使用しない前進と判定する時、つまり、モータ/ジェネレータMG1および/またはモータ/ジェネレータMG2の駆動により後進する時に、ステップS22〜ステップS24で図5におけると同様の制御を行い、
ステップS25でエンジン出力を使用する後進と判定する時は、ステップS26で無条件にリバースブレーキR/Bを作動させてエンジンENGのトルクを増幅することにより、モータ/ジェネレータMG1,MG2の大型化に頼ることなくエンジン出力から要求駆動力を得ることができるようにする。
本実施例では、ステップS21で後進走行(R)レンジと判定し、ステップS25でエンジン出力を使用しない前進と判定する時、つまり、モータ/ジェネレータMG1および/またはモータ/ジェネレータMG2の駆動により後進する時は制御をそのまま終了し、
ステップS25でエンジン出力を使用する前進と判定する時は、ステップS27で無条件にリバースブレーキR/Bを作動させて前記のレバー比によるトルクの増幅を可能にする。
かかる構成によれば、エンジンからの出力を増幅すればエンジン出力のみで後進走行が可能であるにもかかわらずモータ/ジェネレータMG1,MG2からの動力を追加して出力するような無駄を排除することができ、燃費の向上を図ることができる。
本実施例では、ステップS21で後進走行(R)レンジと判定し、ステップS31でモータ/ジェネレータMG1および/またはモータ/ジェネレータMG2の駆動のみにより後進すると判定する時に以下の制御を行う。
つまりステップS32で登坂路を後進するか否かを判定し、登坂路を後進する走行でないと判定するとき、ステップS22〜ステップS24で図5におけると同様の制御を行う。
かかる制御形態によれば、登坂路を後進中に停車するときリバースブレーキR/Bの作動とエンジンENG側のワンウエイクラッチOWCとで停車状態を保つことができ、その後の停車状態からの後発進に際して駐車ブレーキの解放が不要となり、アクセルペダルを踏み込むだけで容易に当該発進を実現することができる。
図2(a)に示すごとく、サンギヤSdを外側のモータ/ジェネレータMG2(外側ロータ3ro)に、また、サンギヤSsを内側のモータ/ジェネレータMG1(内側ロータ3ri)にそれぞれ結合することができる。
サンギヤSdは中空軸13を介してモータ/ジェネレータMG1(詳しくは内側ロータ3ri)に結合し、この中空軸13および内側ロータ3riを遊嵌する軸14を介してサンギヤSsをモータ/ジェネレータMG2(詳しくは外側ロータ3ro)に結合する。
そして、キャリアCをリバースブレーキR/Bにより適宜制動し得るようにする。
先ず前進(正)回転出力状態の時の変速動作を説明するに、この時はリバースブレーキR/Bを非作動にしてキャリアCを自由に回転可能な状態にしておく。
ここで共線図上のEV線により示すごとくエンジンENGを停止し、モータ/ジェネレータMG1を逆回転出力方向に駆動し、モータ/ジェネレータMG2を正回転出力方向に駆動することで、リングギヤRdから前進(正)方向の回転を出力させることができ、モータ/ジェネレータMG1,MG2のみによる電気走行が可能である。
ここでエンジンをENGの運転させると、共線図上のEV線からMAX線への移行によりリングギヤRdからの前進(正)方向の回転を上昇させることができる。
かかるモータ/ジェネレータMG1,MG2の駆動は、図3(b)の共線図上にA3で示すように、エンジンの運転(正回転出力)とにより出力要素であるリングギヤRdから後進(逆)方向の回転を出力させる。
この時、エンジンENGを非作動にしておけば、モータ/ジェネレータMG1,MG2のみによる電気走行が可能である。
リバースブレーキR/Bを作動させ、エンジンENGからの回転のみで後進(逆)回転出力状態を得ることもでき、この場合、モータ/ジェネレータMG1,MG2間における電気的な収支を釣り合わせることができる。
図4に示すごとく、キャリアCとリバースブレーキR/Bとの間の結合部材をリングギヤRdおよび出力歯車16の外周に配置することもできる。
また、図2〜図4に示すハイブリッド変速機においても、図5〜図8につき前述したと同様な後進時変速制御が可能であり、この変速制御により前記したと同様な作用効果を奏し得ることはいうまでもない。
シングルピニオン遊星歯車組4がダブルピニオン遊星歯車組5よりも小径であるため、これら遊星歯車組4,5で構成されるラビニョオ型プラネタリギヤセット2(差動装置)に対する2個のモータ/ジェネレータMG1,MG2の結合構造を図示のように簡単なものにすることができる。
当該軸端の周囲にディファレンシャルギヤ装置のような大型の邪魔物がないことが多いため、大型部品であるモータ/ジェネレータMG1,MG2の設置スペースを確保しやすくて設計の自由度が高まる。
この代わりにロータ3ri,3roを軸線方向横並びに配置することもできる。
いずれにしてもモータ/ジェネレータMG1,MG2をラビニョオ型プラネタリギヤセット2(差動装置)に同軸に配置した構成にすれば、ハイブリッド変速機を径方向にコンパクトな構成にすることができる。
2 ラビニョオ型プラネタリギヤセット(差動装置)
ENG エンジン(主動力源)
3 複合電流2層モータ
MG1 モータ/ジェネレータ
MG2 モータ/ジェネレータ
4 シングルピニオン遊星歯車組
5 ダブルピニオン遊星歯車組
12 エンジンクランクシャフト
13 サンギヤ駆動軸
14 サンギヤ駆動軸
16 出力歯車
17 カウンターシャフト
18 カウンターギヤ
19ファイナルドライブピニオン
20 ディファレンシャルギヤ装置
21 ファイナルドライブリングギヤ
Ss サンギヤ
Sd サンギヤ
P1 ピニオン
P2 大径ピニオン
Rs リングギヤ
Rd リングギヤ
C キャリア
R/B リバースブレーキ
Claims (8)
- キャリアを共有したシングルピニオン遊星歯車組およびダブルピニオン遊星歯車組により構成されて5個の回転メンバを有し、これらメンバのうち2個のメンバの回転状態を決定すると他のメンバの回転状態が決まる2自由度の差動装置を備え、
前記ダブルピニオン遊星歯車組またはシングルピニオン遊星歯車組のリングギヤに主動力源からの入力を結合し、
前記シングルピニオン遊星歯車組またはダブルピニオン遊星歯車組のリングギヤに駆動系への出力を結合し、
前記シングルピニオン遊星歯車組およびダブルピニオン遊星歯車組のサンギヤにそれぞれ個々のモータ/ジェネレータを結合し、
前記共通なキャリアを制動可能なブレーキを設け、
前記主原動機からの回転を後進回転出力状態となす場合に前記ブレーキを作動させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド変速機。 - 請求項1に記載のハイブリッド変速機において、後進回転出力状態で所定以上の大きな駆動力が要求される時に前記ブレーキを作動させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド変速機。
- 請求項1または2に記載のハイブリッド変速機において、前記ブレーキの作動時は前記両モータ/ジェネレータを共に出力トルク0の非駆動状態にさせるよう構成したことを特徴とするハイブリッド変速機。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のハイブリッド変速機において、主動力源からの入力を結合すべき前記ダブルピニオン遊星歯車組またはシングルピニオン遊星歯車組のリングギヤを逆転防止するワンウェイクラッチを設け、前記モータ/ジェネレータからの回転のみを後進回転出力状態となす場合の出力回転停止中は前記ブレーキを作動させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド変速機。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のハイブリッド変速機において、前記駆動系への出力と、該出力を結合すべき前記シングルピニオン遊星歯車組またはダブルピニオン遊星歯車組のリングギヤとの間で動力の受け渡しを行うよう、これら遊星歯車組に同軸配置した出力歯車の内周を貫通する結合部材により、前記共通なキャリアと該キャリアを制動可能なブレーキとの間を結合したことを特徴とするハイブリッド変速機。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のハイブリッド変速機において、前記駆動系への出力を結合すべき前記シングルピニオン遊星歯車組またはダブルピニオン遊星歯車組のリングギヤの外周に配置した結合部材により、前記共通なキャリアと該キャリアを制動可能なブレーキとの間を結合したことを特徴とするハイブリッド変速機。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のハイブリッド変速機において、前記モータ/ジェネレータを前記差動装置に同軸に配置したことを特徴とするハイブリッド変速機。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のハイブリッド変速機において、前記両モータ/ジェネレータを相互に径方向へオフセットさせて配置したことを特徴とするハイブリッド変速機。
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