JP3859896B2

JP3859896B2 - ハイブリッド車

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Publication number: JP3859896B2
Application number: JP10039499A
Authority: JP
Inventors: 一柏瀬
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2006-12-20
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車に関し、より詳しくは比較的低出力の２つのモータを用い、簡素な制御で駆動力の確保と動力エネルギの回収効率を向上することのできるハイブリッド車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等の車両においては、低公害、省資源の観点からエンジンとモータとを併用するハイブリッド車が開発されており、このハイブリッド車では、発電用と動力源用との２つのモータを搭載することで動力エネルギの回収効率向上と走行性能の確保とを図る技術が多く採用されている。
【０００３】
例えば、特開平９−４６８２１号公報には、ディファレンシャルギヤ等の差動分配機構による動力分配機構を用いてエンジンの動力を発電機とモータ（駆動用モータ）とに分配し、エンジンの動力の一部で発電しながらモータを駆動して走行するハイブリッド車が開示されており、また、特開平９−１００８５３号公報には、プラネタリギヤによってエンジンの動力を発電機とモータ（駆動用モータ）とに分配するハイブリッド車が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した各先行技術においては、低速時の駆動力の大半を駆動用モータに依存するため、駆動用に大容量の大型のモータが必要となるばかりでなく、駆動輪で必要とするトルクに対する増幅機能を電力に依存するため、バッテリー容量が十分でない場合にも一定の走行性能を維持することのできる発電容量をもった発電機が要求されることになり、コスト増の要因となる。
【０００５】
また、車両においてはモータ（発電機）の回転制御範囲を超えるような出力軸回転数の変化があるため、エンジン出力を発電機と駆動用モータとに分配するだけでは、駆動輪からの要求駆動力に対し、必ずしもエンジン及びモータの制御を十分に最適化できるとは限らない。
【０００６】
また、ハイブリッド車では、各モータでの分担トルクは少ない方が、トルク−電力間で必要な変換効率等の影響を少なくできるため、車両全体のエネルギ効率を向上させる上で好ましい。さらに、車両の利用形態や車両の走行条件により、搭載されたエンジン及び２つのモータの制御の仕方は異なり、この制御は可能な限り簡素であることが望ましい。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エネルギ効率に優れ、比較的低出力の２つのモータを用いて駆動力の確保と動力エネルギの回収効率向上を達成するとともに、駆動輪からの要求駆動力に対してエンジン及びモータ制御の最適化を実現することができ、エンジン及び２つのモータの制御も簡素に行うことができるハイブリッド車を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、エンジンの出力とモータの出力とを併用して走行駆動源とするハイブリッド車において、サンギヤと、このサンギヤに噛合するピニオンを回転自在に支持するキャリアと、上記ピニオンに噛合するとともに上記エンジンの出力軸に連結するリングギヤとを有するプラネタリギヤと、上記プラネタリギヤのキャリアに連結し、駆動源あるいは発電機として切換え使用可能な第１のモータと、上記プラネタリギヤのサンギヤに連結し、駆動源あるいは発電機として切換え使用可能な第２のモータと、上記第１のモータとともに上記プラネタリギヤのキャリアに連結し、複数段あるいは無段階に切り換え可能な変速比に応じて上記プラネタリギヤと駆動輪との間で変速及びトルク増幅を行なう動力変換機構とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記プラネタリギヤのサンギヤとキャリアとを結合自在な連結機構を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、上記動力変換機構を、入力軸に軸支されるプライマリプーリと出力軸に軸支されるセカンダリプーリとの間に駆動ベルトを巻装してなるベルト式無段変速機とすることを特徴とする。
【００１１】
すなわち、請求項１記載の発明では、エンジンの出力軸をプラネタリギヤのリングギヤに連結すると共にプラネタリギヤのサンギヤに第２のモータを連結し、プラネタリギヤのキャリアに、第１のモータと、複数段あるいは無段階に変速比を切り換え可能な動力変換機構とを連結してプラネタリギヤと駆動輪との間で変速及びトルク増幅を行なう。
【００１２】
第１，第２のモータは、走行条件により、同時に駆動源あるいは発電機として、または、一方を駆動源、他方を発電機として使用することができる。例えば、エンジンからプラネタリギヤのリングギヤに駆動力を供給し、第２のモータからプラネタリギヤのサンギヤに駆動力を供給する場合、プラネタリギヤで各駆動力が合成されてキャリアから出力され、さらに、第１のモータからの駆動力が加算されて動力変換機構を介して駆動輪に伝達される。
【００１３】
また、減速時や制動時等には、駆動輪側から動力変換機構を介してプラネタリギヤのキャリアに返還される駆動力が、リングギヤに連結されるエンジン側と、サンギヤに連結される第２のモータ側とに分配され、第２のモータを発電機として動力エネルギを回収する、あるいは、第２のモータを発電機として第１のモータに電力を供給し、エンジン及び第１のモータで駆動力を発生させることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、走行条件に応じて連結機構によりプラネタリギヤのサンギヤとキャリアとを結合してプラネタリギヤの差動を固定することで、エンジンと動力変換機構の間に２つのモータを配置するエンジンからの駆動軸を形成することができ、エンジン、第１，第２のモータのそれぞれの出力トルクまたは制動トルクの関係を制御すること無しに、必要な駆動トルクまたは制動トルクを任意に発生させることができる。
【００１５】
この場合、請求項３に記載したように、動力変換機構としては、入力軸に軸支されるプライマリプーリと出力軸に軸支されるセカンダリプーリとの間に駆動ベルトを巻装してなるベルト式無段変速機を用い、変速比を無段階に切り換えて変速及びトルク増幅を行なうことが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図７は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は駆動系の基本構成を示す説明図、図２はエンジン及び第１，第２のモータのトルク及び電気の流れを示す説明図、図３は第１のモータを発電機として使用する場合のトルク及び電気の流れを示す説明図、図４は第２のモータを発電機として使用し、第１のモータで駆動力を発生させる制動の場合のトルク及び電気の流れを示す説明図、図５は車両後退時のトルク及び電気の流れを示す説明図、図６は第１のモータのみを利用して駆動力を得る場合のトルク及び電気の流れを示す説明図、図７は第１のモータのみを利用して制動力を得る場合のトルク及び電気の流れを示す説明図である。
【００１７】
本発明によるハイブリッド車は、エンジンと２つのモータとを併用するパラレルハイブリッド式の車両であり、図１に示すように、エンジン１と、発電・動力アシストを担うモータＡ（第１のモータ）と、エンジン１の出力軸１ａに連結されるプラネタリギヤユニット３と、発進・後進時の駆動力源になるとともに減速エネルギの回収を担うモータＢ（第２のモータ）と、変速及びトルク増幅を行なって走行時の動力変換機能を担う動力変換機構５とを基本構成とする駆動系を備えている。
【００１８】
プラネタリギヤユニット３は、サンギヤ３ａと、このサンギヤ３ａに噛合するピニオンを回転自在に支持するキャリア３ｂと、ピニオンと噛合するリングギヤ３ｃとを有するシングルピニオン式のプラネタリギヤである。また、動力変換機構５としては、歯車列を組み合わせた変速機や流体トルクコンバータを用いた変速機等を用いることが可能であるが、入力軸５ａに軸支されるプライマリプーリ５ｂと出力軸５ｃに軸支されるセカンダリプーリ５ｄとの間に駆動ベルト５ｅを巻装してなるベルト式無段変速機（ＣＶＴ）を採用することが望ましく、本形態においては、以下、動力変換機構５をＣＶＴ５として説明する。
【００１９】
すなわち、本形態におけるハイブリッド車の駆動系では、エンジン１の出力軸１ａとＣＶＴ５の入力軸５ａとの間にプラネタリギヤユニット３が配置されており、このプラネタリギヤユニット３のリングギヤ３ｃがエンジン１の出力軸１ａに結合されている。また、プラネタリギヤユニット３のサンギヤ３ａにはモータＢが連結されており、キャリア３ｂがモータＡに連結されると共にＣＶＴ５の入力軸５ａに結合されている。そして、ＣＶＴ５の出力軸５ｃに減速歯車列６を介してデファレンシャル機構７が連設され、このデファレンシャル機構７に駆動軸８を介して前輪或いは後輪の駆動輪９が連設される。
【００２０】
一方、符号１０は、エンジン１、２つのモータＡ，Ｂ、ＣＶＴ５を集中制御する監視・制御システムである。この監視・制御システム１０には、アクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み操作、ステアリングの操舵角等を検出してドライバの運転操作状況を判定するドライバ意志判定システム１１、ブレーキ操作状態、エンジン１やＡＢＳ（アンチスキッドブレーキシステム）等に対する各種制御量、灯火類やエアコン等の補機類の作動状態等から車両の制御状況を判定する車両制御状況判定システム１２、車速、登坂や降坂、路面状態等の現在の車両の走行状態の変化を判定する走行状況判定システム１３等が接続されており、エンジン１、２つのモータＡ，Ｂ、ＣＶＴ５の作動状態やバッテリ１４の状態を監視し、各システムからの情報に基づいて、エンジン１の制御、インバータ１５，１６を介してのモータＡ，Ｂの駆動及びバッテリの充電制御、ＣＶＴ５の変速比や供給油圧の制御等を行う。
【００２１】
以上の構成による駆動系では、前述したように、エンジン１をプラネタリギヤユニット３のリングギヤ３ｃへ結合するとともにサンギヤ３ａにモータＢを結合し、キャリア３ｂからプラネタリギヤで合成した出力を得るようにしている。また、キャリア３ｂにモータＡを連結し、モータＡによる出力も合成できるようにし、これら出力をＣＶＴ５によって変速及びトルク増幅して駆動輪９に伝達するようにしているため、２つのモータＡ，Ｂは発電と駆動力供給との両方に使用することができ、比較的小出力のモータを使用することができる。
【００２２】
すなわち、プラネタリギヤの入出力特性から、サンギヤ３ａへの入力トルクＴｓ、リングギヤ３ｃへの入力トルクＴｒ、キャリア３ｂの出力トルクＴｃは、以下の（１）式で示すような関係となり、エンジン１の駆動力及びモータＢの駆動力に着目すると、図２に示すように、バッテリ１４からインバータ１６を介して供給される電気エネルギがモータＢで駆動力に変換されてサンギヤ３ａへの入力トルクＴｓとなり、エンジン１からのリングギヤ３ｃへの入力トルクＴｒと合算されてキャリア３ｂから出力される。従って、エンジン１、モータＢのそれぞれの出力トルクが小さい場合であってもキャリア３ｂから大きなトルクを得ることができる。
Ｔｃ＝Ｔｓ＋Ｔｒ …（１）
【００２３】
更に、キャリア３ｂからの出力軸上にはモータＡが配置されており、バッテリ１４からインバータ１５を介して供給される電気エネルギがモータＡで駆動力に変換されて出力されるトルクをＴｍとすると、ＣＶＴ５に出力可能な最大出力可能トルクＴｏｕｔは、以下の（２）式に示す値となる。従って、エンジン１、モータＡ，Ｂのそれぞれの出力トルクに対して大きな駆動トルクを発生することが可能となり、ＣＶＴ５を介して駆動輪９に大きな車両駆動力を伝達することができる。尚、図２及び以下に説明する図３〜図７において、二点鎖線は電気の流れを模式的に示し、一点鎖線はトルク伝達の流れを模式的に示す。
Ｔｏｕｔ＝Ｔｓ＋Ｔｒ＋Ｔｍ …（２）
【００２４】
この場合、サンギヤ３ａの入力トルクＴｓとリングギヤ３ｃの入力トルクＴｒとは、それぞれが合成されてキャリア３ｂの出力トルクＴｃとなるためには互いに反力を受けなくてはならず、各入力トルクＴｓ，Ｔｒの関係は、サンギヤ３ａの歯数Ｚｓ、リングギヤ３ｃの歯数Ｚｒによって表されるギヤ比ｉ（ｉ＝Ｚｓ／Ｚｒ）を用いて表わされる以下の（３），（４）式に示す関係から、以下の（５）式を満足しなけらばならない。
Ｔｃ・ｉ／（１＋ｉ）＝Ｔｓ …（３）
Ｔｃ・１／（１＋ｉ）＝Ｔｒ …（４）
Ｔｓ＝ｉ・Ｔｒ …（５）
【００２５】
また、プラネタリギヤにおいては、サンギヤ３ａの回転数をＮｓ、リングギヤ３ｃの回転数をＮｒ、キャリア３ｂの回転数をＮｃとすると、各回転数は以下の（６）式で示される関係となり、サンギヤ３ａの回転数Ｎｓ及びリングギヤ３ｃの回転数Ｎｒを制御することでキャリア３ｂの回転数Ｎｃを自由に設定することができる。尚、Ｎｓ＝Ｎｒのときには、Ｎｃ＝Ｎｒ＝Ｎｓとなり、全ての入出力回転数が一致する。
（１＋ｉ）・Ｎｃ＝Ｎｒ＋ｉ・Ｎｓ …（６）
【００２６】
従って、上述したようにプラネタリギヤの入出力トルクの関係はギヤ比ｉで決まるため、各ギヤのトルクの関係を維持した上でモータＢの回転数を制御することにより、プラネタリギヤの出力回転数に関係なくエンジン１の回転数を自由に設定できることになり、例えば、所定の条件で走行中にエンジンを停止する、燃料消費率の良いエンジン回転数領域を使う等といった制御が可能となる。
【００２７】
一般的に、プラネタリギヤの構造上、Ｚｓ＜Ｚｒであるためギヤ比ｉはｉ＜１であり、（５）式から明らかなように、サンギヤ３ａへの入力トルクＴｓはリングギヤ３ｃへの入力トルクＴｒに対してｉ倍となる。本発明では、エンジン１の出力軸がリングギヤ３ｃに結合しているため、エンジン１の出力トルクを駆動力として使用する場合、エンジントルクのｉ倍のサンギヤトルクＴｓが必要となり、このときのサンギヤトルクＴｓはモータＢのみにより得られることから、バッテリ１４からモータＢへの電力供給が必要になる。
【００２８】
従って、長時間の走行でバッテリ１４の充電量が不足するような事態が予測される場合には、キャリア３ｂからの出力軸上に配置されるモータＡを発電機として使用する。すなわち、図３に示すように、エンジン出力に対し、プラネタリギヤへの入力トルクのうち、リングギヤ３ｃからの入力トルク分をモータＡで吸収し、モータＡの発電により得られた電力でバッテリ１４に充電された電気を使用することなくモータＢを駆動することができる。これにより、モータＢを主としてサンギヤ３ａの反力分担に使用し、エンジン１の駆動力のみによる走行が可能である。
【００２９】
ここで、モータＢの必要な駆動力（サンギヤ３ａへの入力トルクＴｓ）は、前述のプラネタリ特性より、エンジン１の出力トルクより小さな値で済むことから、モータＢのトルクへの電力の変換効率、インバータの制御効率等の影響を少なくすることが可能である。
【００３０】
このような状況で、バッテリ１４への充電が必要になったときには、モータＢの必要電力に対してモータＡの発電量が多くなるように制御する。また、主としてエンジン１の駆動力で走行中に、登坂や急加速等によってエンジン１の出力に対して負荷が大きくなり、モータＢのアシスト力を大きくする必要が生じた場合には、モータＡの発電量を抑えてキャリア３ｂからの動力吸収量を抑え、同時にモータＢの駆動力が大きくなるようにバッテリ１４から電力を供給することで、必要な駆動力を確保することができる。
【００３１】
一方、減速時や制動時等においては、駆動輪９からＣＶＴ５を介してプラネタリギヤユニット３のキャリア３ｂに伝達されるトルクＴｃがエンジン１へのリングギヤ３ｃからのトルクＴｒとモータＢへのサンギヤ３ａからのトルクＴｓとに分配されるため、エンジンブレーキのみ又はエンジンブレーキとモータによる動力吸収とを併用する場合、エンジンへの吸収トルクを発生させるためにはモータＢでもトルクの吸収を行わなければならず、このとき、エンジン１とモータＢとでトルクの吸収が行われることから、大きな制動力を得ると同時にモータＢによる発電が行われる。
【００３２】
従って、バッテリ１４に十分な充電が行われており、バッテリ１４への充電が必要ない状態では、図４に示すように、モータＢで発電した電力により、モータＢの吸収トルク分の駆動力をモータＡで発生させることにより、バッテリ１４に充電することなしにエンジンブレーキだけの作動が可能となる。このとき、厳密には、モータやインバータの効率特性を考慮すると、モータＡの発生駆動力に必要な電力は、モータＡの駆動力によるモータＢの発電だけでは十分でないため、モータＡの駆動力とエンジン１への吸収トルクの一部を加えた駆動力による発電となる。また、バッテリ１４への充電が必要になった場合には、モータＢの発電量をそのままにしてモータＡへの供給電力とエンジンブレーキとが小さくなるように制御することで、バッテリ１４への充電が可能となる。
【００３３】
さらに、車両が後退する場合には、一般にはエンジン回転は前進時と同一方向の回転であることからエンジン１の駆動力では後進できないため、モータＡのみで後進することになるが、バッテリ１４の充電量が不足する場合には、図５に示すように、エンジン１の出力トルクをキャリア３ｂに出力しないようにモータＢでトルクを吸収することで発電を行い、発電した電力でバッテリ１４を充電することで、後退時の走行性を確保することができる。この場合、バッテリ１４の充電量に応じ、バッテリ１４への充電なしの後進からモータＢの発電によるバッテリ１４への充電を併用しながらの後進までを、状況に応じて使い分けることが可能である。
【００３４】
以上のように、プラネタリギヤユニット３を介してのエンジン１及びモータＡ，Ｂの駆動と発電とによりトルクを制御することで、バッテリ１４への充電とＣＶＴ５に対しての出力を適切に行うことが可能になる。そして、この出力された駆動力は、ＣＶＴ５の使用によって適切に制御され、エンジン１及びモータＡ，Ｂの出力効率を最適化するとともに、駆動軸で必要とされる駆動力を確保することができる。
【００３５】
すなわち、エンジン１の駆動力を考慮せず、モータのみで車両を走行させる場合について考えると、この場合には、プラネタリギヤの特性からモータＢに駆動力が作用しなければプラネタリギヤから駆動力は出力されないため、モータＡの駆動力のみでの走行を考慮し、モータＡが駆動軸に対して或る一定のギヤ比で結合しているものとする。
【００３６】
ここで、車両の最高速度を想定してモータＡの回転数を抑えるようにギヤ比設定すると、駆動輪において必要な最大駆動力に対応するための駆動力と発電による制動力が求められるためモータＡの大容量化が避けられず、一方、出力の小さい小型のモータで駆動力を得るようにギヤ比を設定すると、車両を高速走行しようとしてもモータ回転が追従できないことになる。
【００３７】
従って、モータＡと駆動軸との間にＣＶＴ５を配置し、図６に示すように、駆動輪９における必要な駆動力をモータＡ及びＣＶＴ５の変速比のそれぞれを制御して発生させることで、最も出力効率の高いモータの使用と同時に、十分な駆動力を確保することが可能となる。
【００３８】
同様に、図７に示すように、駆動輪９における必要な制動力をモータＡ及びＣＶＴ５の変速比のそれぞれを制御して発生させることが可能となる。モータＢに駆動力や制動力を発生させないことは、エンジン１の運転条件に関係なくモータＡとＣＶＴ５の制御のみで車両の走行条件を設定できることを意味し、制御の簡素化が可能となる。
【００３９】
また、エンジンの駆動力を考慮し、２つのモータＡ，Ｂとエンジン１とを併用して車両を走行させる場合について考えると、エンジン１の駆動力はプラネタリギヤユニット３を介してＣＶＴ５に入出力され、このとき、前述したようにプラネタリギヤの入出力トルクの関係はギヤ比ｉで決まるため、各ギヤのトルクの関係を維持した上でモータＢの回転数を制御すると、エンジン１とキャリア３ｂの回転数を制御することが可能となる。
【００４０】
このため、車速が低い場合は、サンギヤ３ａまたはリングギヤ３ｃのどちらかの回転数を高くすることで、もう片方の回転を止めたり、また、エンジン１を回転させたまま出力軸回転を逆にすることが可能であるが、車速が高い場合では、モータＡのみで走行する場合と同様に、どちらか一方の回転数を一定とし、出力軸回転数を高くしようとすると、もう片方の回転数を必要とする出力回転数よりも高くしなければならない。
【００４１】
例えば、エンジン１によって駆動されるリングギヤ３ｃの回転数を一定とし、リングギヤ３ｃを基準とするサンギヤ３ａ及びキャリア３ｂの回転数について考えると、リングギヤ３ｃを固定した場合と同様であることから、前述の（６）式においてＮｒ＝０とおくことができ、モータＢによって駆動されるサンギヤ３ａの回転数（リングギヤ３ｃに対する回転数差）はキャリア３ｂの回転数（同じく、リングギヤ３ｃに対する回転数差）の（１＋ｉ）／ｉ倍となる。
【００４２】
また、モータＢによって駆動されるサンギヤ３ａの回転数を一定とし、サンギヤ３ａを基準とするキャリア３ｂ及びリングギヤ３ｃの回転数について考えると、この場合は、サンギヤ３ａを固定した場合と同様であり、前述の（６）式においてＮｓ＝０とおくことができることから、エンジン１によって駆動されるリングギヤ３ｃの回転数（サンギヤ３ａに対する回転数差）はキャリア３ｂの回転数（同じく、サンギヤ３ａに対する回転数差）の（１＋ｉ）倍となる。
【００４３】
すなわち、リングギヤ３ｃを駆動するエンジン１の回転数を一定として出力回転数（キャリア回転数）を高くしようとすると、モータＢの回転数が出力回転数（キャリア回転数）よりも高くなってモータの効率及び信頼性の低下を招き、サンギヤ３ａを駆動するモータＢの回転数を一定として出力回転数（キャリア回転数）を高くしようとすると、エンジン１の回転数が出力回転数（キャリア回転数）よりも高くなって高回転対応のための内部フリクションの増加等を招くことになる。
【００４４】
本来、エンジンは、燃焼効率の高い、排気ガスの清浄化を期待できる回転数域で使用されることが望ましく、一方、車両においては、モータの回転制御範囲を超えるような出力軸回転数の変化がある。従って、駆動輪９からの要求駆動力に対し、プラネタリギヤユニット３の出力軸に配置したＣＶＴ５の変速比を適切に制御することで、プラネタリギヤユニット３への入力トルクを低く抑えることが可能となり、プラネタリギヤユニット３の出力回転数を適切に制御することができる。
【００４５】
すなわち、必要な駆動軸の回転数と車両駆動力の変化に対し、ＣＶＴ５によってエンジン１とモータＡ，Ｂの使用条件を最適範囲に抑えることでエンジン性能を特化し、さらに、燃焼効率の高い、排気ガスエミッションの低い領域でエンジン１を使用する頻度を大幅に増やすことができ、走行性能を確保しつつ、燃費改善、低公害化を実現することができるのである。
【００４６】
図８〜図１０は、本発明の実施の第２形態に係わり、図８は駆動系の基本構成を示す説明図、図９はクラッチ締結状態でエンジン及び第１，第２のモータによって走行する場合のトルク及び電気の流れを示す説明図、図１０はクラッチ締結状態で第１のモータを発電機として使用する場合のトルク及び電気の流れを示す説明図である。
【００４７】
前述の第１形態では、エンジン１へのトルクの入出力を伴うときには、必ずモータＢを制御しなくてはならず、エンジン１を最大出力としてエンジン１の駆動力だけで走行する場合等、本来ならエンジン１の出力を直接ＣＶＴ５に伝達すれば良いような場合においても、モータＢや場合によってはモータＡを制御しなければならない。このため、モータのトルク←→電力の変換時の損失やインバータ制御時の損失等が少なからず存在し、発電によって得られる電力やエンジン１の駆動力を有効に利用するには限界がある。
【００４８】
以上の問題に対処するため、第２形態では、前述の第１形態に対し、図８に示すように、プラネタリギヤユニット３のサンギヤ３ａとキャリア３ｂとの間に構結機構としてのクラッチ２を設け、サンギヤ３ａとキャリア３ｂとを結合自在に形成する。
【００４９】
すなわち、本形態では、走行条件に応じてクラッチ２を解放状態から締結状態に制御し、クラッチ２によりプラネタリギヤユニット３のサンギヤ３ａとキャリア３ｂとを結合してプラネタリギヤにおける差動を固定することでサンギヤ３ａとキャリア３ｂとリングギヤ３ｃとを一体化し、等価的にエンジン１とＣＶＴ５との間に２つのモータＡ，Ｂが配置されたエンジン１からＣＶＴ５に至るエンジン直結の駆動軸を形成することができるようになっている。
【００５０】
クラッチ２を締結状態として駆動力を得ようとした場合には、第１形態の図２や図３で説明したようなエンジン１，モータＡまたはモータＢのそれぞれの出力トルクの関係を制御すること無しに、図９に示すように、エンジン１，モータＡまたはモータＢの各駆動源に、エンジン１の出力状況に関係なく必要な駆動トルクを任意に発生させる制御が可能となり、制御仕様のより一層の簡素化を促進することができる。
【００５１】
また、例えばモータＡまたはモータＢのどちらか一方のみで駆動力を発生させるように、２つのモータＡ，Ｂを制御しなければならない場合に比べ、モータＡ，Ｂ，インバータ１５，１６及び電力線を通過する電力を最小限にすることができ、充電された電気エネルギを有効的に利用することが可能になる。
【００５２】
尚、エンジン１とモータＡとモータＢとで駆動力を発生させる際は、モータＡとモータＢのそれぞれの駆動トルクは固定されたプラネタリギヤユニット３で合成されるため、最大駆動トルクは第１形態の図２で説明した場合と同様になる。また、モータＢに駆動力を発生させなければ、通常のエンジンのみを走行駆動源とする車両と同様の駆動システムになるため、第１形態の図３の場合において生じる各モータＡ，Ｂの発電及び駆動に伴うエネルギ変換のロスと、これを補うためのエンジン１の必要駆動力の増加を防止することができる。
【００５３】
同様に、クラッチ２を締結状態としてプラネタリギヤユニット３のキャリア３ｂからの入力トルクに対してモータＡ，Ｂの発電及びエンジンブレーキで制動をかける場合も、第１形態の図４で説明したようなエンジン１，モータＡ及びモータＢのそれぞれの制動トルクの関係を制御する必要が無く、図１０に示すように、エンジン１におけるエンジンブレーキの制御、モータＡ及びモータＢのそれぞれの発電によるブレーキ制御を必要に応じて任意に制御することが可能になり、制御仕様のより一層の簡素化を図ると共に、例えばモータＡまたはモータＢのどちらか一方のみで発電して、２つのモータＡ，Ｂを制御し発電しなければならない場合に比べ、モータＡ，Ｂ，インバータ１５，１６及び電力線を通過する電力を最小限にすることで、発電時の電気エネルギの有効利用が可能となる。尚、モータＡ，Ｂに制動力を発生させなければ、通常のエンジンのみを走行駆動源とする車両と同様の駆動システムになる。
【００５４】
このように、第２形態では、走行条件に応じてクラッチ２によりプラネタリギヤユニット３のサンギヤ３ａとキャリア３ｂとを結合する制御を行うことで、エンジン１，２つのモータＡ，Ｂのそれぞれの出力トルクまたは制動トルクの関係を制御すること無しに、必要な駆動トルクまたは制動トルクを任意に発生させる制御が可能になり、制御仕様のより一層の簡素化、電気エネルギの有効利用が可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、エンジンの出力軸をプラネタリギヤのリングギヤに連結すると共にプラネタリギヤのサンギヤに第２のモータを連結し、プラネタリギヤのキャリアに、第１のモータと、複数段あるいは無段階に変速比を切り換え可能な動力変換機構とを連結してプラネタリギヤと駆動輪との間で変速及びトルク増幅を行うため、エンジンから供給される駆動力と第２のモータから供給される駆動力とをプラネタリギヤで合成した上で第１のモータの駆動力を加算して出力することができ、また、駆動輪側から動力変換機構を介して逆に伝達される駆動力をプラネタリギヤでエンジンと第２のモータとに配分し、第２のモータで動力エネルギを電気エネルギに変換して回収する、あるいは、第２のモータで発電して第１のモータに電力を供給し、エンジン及び第１のモータで制動力を発生させることができる。従って、駆動輪からの要求駆動力に対し、比較的低出力の小型の２つのモータで駆動力の確保と動力エネルギの回収効率向上を達成することができ、システムコストの低減、コンパクト化、軽量化を図ることができる。
【００５６】
また、エンジンをプラネタリギヤのリングギヤに結合すると共に第２のモータをプラネタリギヤのサンギヤに結合し、プラネタリギヤのキャリアに第１のモータと動力変換機構とを結合して構成するため、第２のモータの分担トルクを低減することが可能になり、トルク−電力間で必要な変換効率等の影響を少なくでき、車両全体のエネルギ効率を向上させることができるばかりでなく、エンジンと２つのモータとがプラネタリギヤを間に介在して結合するため、エンジンと２つのモータとの間の制御の自由度が増し、制御の簡素化を図ることできる。さらに、プラネタリギヤの出力軸に配置した動力変換機構の変速比を適切に制御することで、エンジン及び第１，第２のモータを最適に制御することが可能となる。
【００５７】
請求項２記載の発明では、走行条件に応じて連結機構によりプラネタリギヤのサンギヤとキャリアとを結合してプラネタリギヤの差動を固定することで、エンジンと動力変換機構の間に２つのモータを配置するエンジンからの駆動軸を形成することができるので、エンジン、第１，第２のモータのそれぞれの出力トルクまたは制動トルクの関係を制御すること無しに、必要な駆動トルクまたは制動トルクを任意に発生させることができ、制御の簡素化をより一層促進することができ、さらに、トルク−電力の変換損失を最小限に抑えてエネルギ効率を大きく向上させることが可能になる。また、プラネタリギヤの出力軸に配置した動力変換機構の変速比を適切に制御することで、エンジン及び第１，第２のモータを最適に制御することが可能となる。
【００５８】
また、請求項３記載の発明では、動力変換機構をベルト式無段変速機として変速比を無段階で変化させて変速及びトルク増幅を行なうため、駆動輪からの要求駆動力に対してプラネタリギヤへの入出力トルク及び回転数を自由に制御することが可能となり、エンジン及び第１，第２のモータの制御をより最適化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、駆動系の基本構成を示す説明図
【図２】同上、エンジン及び第１，第２のモータのトルク及び電気の流れを示す説明図
【図３】同上、第１のモータを発電機として使用する場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図４】同上、第２のモータを発電機として使用し、第１のモータで駆動力を発生させる制動の場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図５】同上、車両後進時のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図６】同上、第１のモータのみを利用して駆動力を得る場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図７】同上、第１のモータのみを利用して制動力を得る場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図８】本発明の実施の第２形態に係わり、駆動系の基本構成を示す説明図
【図９】同上、クラッチ締結状態でエンジン及び第１，第２のモータによって走行する場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【図１０】同上、クラッチ締結状態で第１のモータを発電機として使用する場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
【符号の説明】
１ …エンジン
２ …クラッチ（連結機構）
Ａ …第１のモータ
３ …プラネタリギヤユニット
３ａ…サンギヤ
３ｂ…キャリア
３ｃ…リングギヤ
Ｂ …第２のモータ
５ …ベルト式無段変速機（動力変換機構）

Claims

エンジンの出力とモータの出力とを併用して走行駆動源とするハイブリッド車において、
サンギヤと、このサンギヤに噛合するピニオンを回転自在に支持するキャリアと、上記ピニオンに噛合するとともに上記エンジンの出力軸に連結するリングギヤとを有するプラネタリギヤと、
上記プラネタリギヤのキャリアに連結し、駆動源あるいは発電機として切換え使用可能な第１のモータと、
上記プラネタリギヤのサンギヤに連結し、駆動源あるいは発電機として切換え使用可能な第２のモータと、
上記第１のモータとともに上記プラネタリギヤのキャリアに連結し、複数段あるいは無段階に切り換え可能な変速比に応じて上記プラネタリギヤと駆動輪との間で変速及びトルク増幅を行なう動力変換機構とを備えたことを特徴とするハイブリッド車。
上記プラネタリギヤのサンギヤとキャリアとを結合自在な連結機構を備えたことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車。
上記動力変換機構を、入力軸に軸支されるプライマリプーリと出力軸に軸支されるセカンダリプーリとの間に駆動ベルトを巻装してなるベルト式無段変速機とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のハイブリッド車。