JP3922230B2

JP3922230B2 - ハイブリッド車の駆動装置

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Publication number: JP3922230B2
Application number: JP2003273649A
Authority: JP
Inventors: 正隆杉山; 英明駒田; 昌俊足立
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: JP2005029118A

Description

この発明は、複数種類の駆動力源を備えたハイブリッド車の駆動装置に関するものであり、特に車両の前後輪すべてを駆動するハイブリッド車の駆動装置に関するものである。

従来、複数の駆動力源、例えば、エンジンおよびモータ・ジェネレータを有するハイブリッド車が知られている。このようなハイブリッド車においては、車両の走行状態に基づいて、エンジンおよびモータ・ジェネレータの駆動・停止などを制御することで、排出ガスおよび騒音の低減を図ることが可能である。このハイブリッド車の一例が、下記の特許文献１に記載されている。

すなわち、エンジンの動力が自動変速機の入力軸に伝達されるように構成されているとともに、エンジンから入力軸に至る動力伝達経路には、エンジンの動力を自動変速機およびモータ・ジェネレータに分配する遊星歯車装置が設けられている。この遊星歯車装置は、サンギヤおよびリングギヤおよびキャリヤを有しており、サンギヤはモータ・ジェネレータのロータに連結され、キャリヤは自動変速機の入力軸に連結されている。

さらに、前記特許文献１には、ハイブリッド駆動装置をスタンバイ四輪駆動車に用いる例が記載されている。これは、自動変速機の出力軸に、自動変速機からの出力トルクを、後輪出力軸と前輪出力軸とに分配して伝達する装置であるトランスファ（センタデフ装置）を配設したものである。自動変速機から出力されたトルクはこのトランスファに入力され、前輪出力軸と後輪出力軸とに分配される。

特許文献１に記載されているハイブリッド駆動装置においては、複数の走行モードが選択可能である。まず、モータ走行モードが選択された場合は、エンジンが停止され、モータ・ジェネレータの動力が自動変速機に伝達される。また、エンジン走行モードが選択された場合は、エンジンの動力が遊星歯車装置を経由して自動変速機に伝達される。さらに、エンジン＋モータ走行モードが選択された場合は、遊星歯車装置を経由したエンジンの動力と力行駆動されたモータ・ジェネレータからの動力とが自動変速機に伝達される。
特開平９−３２２３１２号公報（段落番号００１５、０１２９、図１、図７、図１２）

しかし、特許文献１に記載された装置では、二輪駆動および四輪駆動にかかわらず、車輪に伝達されるエンジンの動力は全てトランスファを経由する構成となっているので、トランスファにおける動力の伝達損失が多くなり、駆動装置の伝達効率が低下してしまうおそれがあった。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、四輪駆動車に適用可能であり、かつ動力伝達効率の低下を抑制できるハイブリッド車の駆動装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、上記の目的を達成するために、第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、前記回転装置の回転軸線と、前記第２の駆動力源の回転軸線とが同軸上に配置され、前記伝動装置は、前記回転軸線方向で、前記回転装置と前記第２の駆動力源との間に配置されていることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置である。

さらに、請求項２の発明は、請求項１において、前記第２の駆動力源から前記第１の車輪および前記第２の車輪の一方に至る動力の伝達を遮断し、かつ、前記第１の駆動力源の動力を、前記第２の動力分配装置を経由させて前記第１の車輪および前記第２の車輪の他方に伝達するモードを選択可能であり、前記第１の動力分配装置から、前記第２の動力分配装置に入力される動力の入力回転数よりも、前記第２の動力分配装置から出力される動力の出力回転数の方が高速となるように増速する機能を、前記第２の動力分配装置が兼備していることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置である。
請求項３の発明は、請求項１の構成に加えて、前記第１の動力分配装置は、第１のキャリヤおよび第１のサンギヤおよび第１のリングギヤが差動作用を生じるように連結された歯車機構により構成されており、前記第１のキャリヤが前記第１の駆動力源に連結され、前記第１のサンギヤが前記回転装置に連結され、前記第１のリングギヤが第１の出力軸に連結されており、前記第２の動力分配装置は、同心上に配置された第２のサンギヤおよび第２のリングギヤと、前記第２のサンギヤに噛合された第１のピニオンギヤと前記第２のリングギヤおよび前記第１のピニオンギヤに噛合された第２のピニオンギヤと、前記第１のピニオンギヤおよび第２のピニオンギヤを保持する第２のキャリヤとが、差動作用を生じるように連結された歯車機構により構成されており、前記第２のサンギヤが前記第２の車輪である後輪に連結され、前記第２のリングギヤが前記第２の駆動力源に連結されており、前記第１のリングギヤと前記第１の車輪である前輪とを係合・解放する第１のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のリングギヤとを係合・解放する第２のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のキャリヤとを係合・解放する第３のクラッチと、前記第２のキャリヤの回転・固定を制御するブレーキとが設けられており、前記第１のクラッチが前記伝動装置であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、前記第２の動力分配装置が、差動作用を生じる三つの回転要素を備えた歯車機構により構成されており、前記回転装置の回転軸線と、前記第２の駆動力源の回転軸線とが同軸上に配置され、前記伝動装置は、前記回転軸線方向で、前記回転装置と前記第２の駆動力源との間に配置されていることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、前記第２の動力分配装置が、差動作用を生じる三つの回転要素を備えた歯車機構により構成されており、前記第２の駆動力源から前記第１の車輪および前記第２の車輪の一方に至る動力の伝達を遮断し、かつ、前記第１の駆動力源の動力を、前記第２の動力分配装置を経由させて前記第１の車輪および前記第２の車輪の他方に伝達するモードを選択可能であり、前記第１の動力分配装置から、前記第２の動力分配装置に入力される動力の入力回転数よりも、前記第２の動力分配装置から出力される動力の出力回転数の方が高速となるように増速する機能を、前記第２の動力分配装置が兼備していることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、前記第２の動力分配装置が、差動作用を生じる三つの回転要素を備えた歯車機構により構成されており、前記第１の動力分配装置は、第１のキャリヤおよび第１のサンギヤおよび第１のリングギヤが差動作用を生じるように連結された歯車機構により構成されており、前記第１のキャリヤが前記第１の駆動力源に連結され、前記第１のサンギヤが前記回転装置に連結され、前記第１のリングギヤが第１の出力軸に連結されており、前記第２の動力分配装置を構成する歯車機構は、前記三つの回転要素として第２のキャリヤおよび第２のサンギヤおよび第２のリングギヤを有しており、前記第２のキャリヤが前記第２の駆動力源に連結され、前記第２のサンギヤが、第２の出力軸を介して前記第１の車輪である前輪に連結され、前記第２のリングギヤが、第３の出力軸を介して前記第２の車輪である後輪に連結されており、前記第２の出力軸と前記前輪を係合・解放する第１のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のキャリヤとを係合・解放する第２のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第３の出力軸とを係合・解放する第３のクラッチと、前記第２のサンギヤの回転・固定を制御するブレーキとが設けられており、前記第３のクラッチが前記伝動装置であることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、前記第２の動力分配装置が、差動作用を生じる三つの回転要素を備えた歯車機構により構成されており、前記第１の動力分配装置は、第１のキャリヤおよび第１のサンギヤおよび第１のリングギヤが差動作用を生じるように連結された歯車機構により構成されており、前記第１のキャリヤが前記第１の駆動力源に連結され、前記第１のサンギヤが前記回転装置に連結され、前記第１のリングギヤが第１の出力軸に連結されており、前記第２の動力分配装置を構成する歯車機構は、同心上に配置された第２のサンギヤおよび第２のリングギヤと、前記第２のサンギヤに噛合された第１のピニオンギヤと、前記第２のリングギヤおよび前記第１のピニオンギヤに噛合された第２のピニオンギヤと、前記第１のピニオンギヤおよび第２のピニオンギヤを保持する第２のキャリヤとを有し、前記第２のサンギヤおよび前記第２のリングギヤおよび前記第２のキャリヤが差動作用を生じるように連結されており、前記第２のサンギヤが前記第２の車輪である後輪に連結され、前記第２のリングギヤが前記第２の駆動力源に連結されており、前記第１のリングギヤと前記第１の車輪である前輪とを係合・解放する第１のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のリングギヤとを係合・解放する第２のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のキャリヤとを係合・解放する第３のクラッチと、前記第２のキャリヤの回転・固定を制御するブレーキとが設けられており、前記第１のクラッチが前記伝動装置であることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、第１の駆動力源から第１の動力分配装置に伝達された動力が第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路で車輪に伝達される。したがって、車輪に伝達される動力が経由する動力分配装置の数が少ないので、第１の駆動力源から出力された動力の損失を抑制でき動力の伝達効率を向上させることができる。

さらに、請求項１の発明によれば、回転装置と第２の駆動力源との間から車輪に動力が伝達される。そのため、車輪と伝動装置とを連結する部材の長さを回転軸線方向で短縮できる。

加えて、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、第２の駆動力源からの第１の車輪および第２の車輪の一方に至る動力が遮断されるため、動力伝達損失が低減できる。また、第２の動力分配装置の出力回転数が第２の動力分配装置の入力回転数よりも高速となるために、入力側の回転数、すなわち、第１の駆動力源の回転数は低く抑えることができる。そのため、燃費がさらに向上する。さらに、動力分配と、増速とが一つの動力分配装置でおこなわれるために、部品点数の増加を抑制できる。
さらに、請求項３の発明においても、請求項１の発明と同様の効果を得られる。
さらに、請求項４の発明によれば、第１の駆動力源から第１の動力分配装置に伝達された動力が第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路で車輪に伝達される。したがって、車輪に伝達される動力が経由する動力分配装置の数が少ないので、第１の駆動力源から出力された動力の損失を抑制でき動力の伝達効率を向上させることができる。また、請求項５の発明によれば、回転装置と第２の駆動力源との間から車輪に動力が伝達される。そのため、車輪と伝動装置とを連結する部材の長さを回転軸線方向で短縮できる。
さらに、請求項５の発明によれば、第１の駆動力源から第１の動力分配装置に伝達された動力が第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路で車輪に伝達される。したがって、車輪に伝達される動力が経由する動力分配装置の数が少ないので、第１の駆動力源から出力された動力の損失を抑制でき動力の伝達効率を向上させることができる。また、請求項６の発明によれば、第２の駆動力源からの第１の車輪および第２の車輪の一方に至る動力が遮断されるため、動力伝達損失が低減できる。また、第２の動力分配装置の出力回転数が第２の動力分配装置の入力回転数よりも高速となるために、入力側の回転数、すなわち、第１の駆動力源の回転数は低く抑えることができる。そのため、燃費がさらに向上する。さらに、動力分配と、増速とが一つの動力分配装置でおこなわれるために、部品点数の増加を抑制できる。さらに、請求項６または７の発明においても、第１の駆動力源から第１の動力分配装置に伝達された動力が第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路で車輪に伝達される。したがって、車輪に伝達される動力が経由する動力分配装置の数が少ないので、第１の駆動力源から出力された動力の損失を抑制でき動力の伝達効率を向上させることができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１はこの発明の対象とする車両、具体的には四輪駆動車のパワートレーンに本発明を実施した、実施例を示す図である。本パワートレーンは、エンジン１と、モータ・ジェネレータ（以下、仮に第１モータ・ジェネレータもしくはＭＧ１と記す）２と、このエンジン１の動力を第１モータ・ジェネレータ２および出力軸１８に分配する第１動力分配装置５０と、第２モータ・ジェネレータ８とで構成されている。まず、エンジン１の後方に第１モータ・ジェネレータ２が配置され、第１モータ・ジェネレータ２の後方に第１動力分配装置５０が配置され、さらに第１動力分配装置５０の後方にチェーン駆動装置６が配置され、その後方には第２モータジェネレータ８が配置されている。ここで、「後方」とは、車両の前後方向における後方という意味である。

エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の動力装置であって、スロットル開度（吸気量）や燃料供給量、着火時期（自己着火時点を含む）などの運転状態を電気的に制御できるように構成されている。そのエンジン１の制御は、例えば、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（Ｅ−ＥＣＵ、図示せず）によっておこなうように構成されている。

また、第１モータ・ジェネレータ２は、例えば同期電動機を用いることが可能であり、この第１モータ・ジェネレータ２は、電動機としての機能と発電機としての機能とを生じるように構成されている。さらに第１モータ・ジェネレータ２にはインバータ（図示せず）を介してバッテリーなどの蓄電装置（図示せず）が電気的に接続されている。そして、前記インバータを制御することにより、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクあるいは回生トルクを適宜に設定するようになっている。なお、第１モータジェネレータ２のステータ（図示せず）はケーシング（図示せず）に固定されており、回転しないようになっている。

さらに、第１動力分配装置５０は、遊星歯車機構により構成されている。この遊星歯車機構は外歯歯車であるサンギヤ５と、そのサンギヤ５に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ３と、これらサンギヤ５とリングギヤ３とに噛合しているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ４とを三つの回転要素として差動作用を生じる公知の歯車機構である。前記エンジン１の出力軸が第１の回転要素であるキャリヤ４に連結されている。言い換えれば、キャリヤ４が入力要素となっている。

これに対して第２の回転要素であるサンギヤ５に、第１モータ・ジェネレータ２のロータ（図示せず）が連結されている。したがってサンギヤ５がエンジン１に対する反力要素となっており、また第３の回転要素であるリングギヤ３が出力軸１８に連結されている。

第２動力分配装置５１すなわちトランスファ、さらに言い換えればセンターディファレンシャルは、遊星歯車機構により構成されている。この遊星歯車機構は外歯歯車であるサンギヤ１１と、そのサンギヤ１１に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ１０と、これらサンギヤ１１とリングギヤ１０とに噛合しているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ１２とを三つの回転要素として差動作用を生じる公知の歯車機構である。そして、出力軸１８がクラッチＣ２を経由して第１の回転要素であるキャリヤ１２に連結されている。また、第２モータ・ジェネレータ８のロータ（図示せず）が減速ギヤ９を経由してキャリア１２に連結されている。言い換えれば、キャリヤ１２が入力要素となっている。

これに対して第２の回転要素であるサンギヤ１１は、クラッチＣ１を経由してチェーン駆動装置６に連結されている。また第３の回転要素であるリングギヤ１０が、リヤプロペラシャフト１６に連結されている。出力軸１６（リヤプロペラシャフト）には、リヤディファレンシャル１９、およびリヤドライブシャフト２７を経由して後輪２２が連結されている。なお、出力軸１８と出力軸１６とは、クラッチＣ３を経由して連結されている。

チェーン駆動装置６は二つのスプロケット２３、２４とチェーン２５とにより構成され、そのうち一方のスプロケット２４にはクラッチＣ１を経由して出力軸１７がインナーシャフトとして連結されている。この出力軸１７は中空軸となっており、その出力軸１７の内部に出力軸１８が同軸上に設けられており、出力軸１７と出力軸１８は相対回転が可能なように構成されている。また、出力軸１７，１８と平行にフロントプロペラシャフト１５が設けられている。

チェーン駆動装置６を構成する他方のスプロケット２３にはフロントプロペラシャフト１５が接続され、その二つのスプロケット２３，２４にチェーン２５が巻き掛けられている。フロントプロペラシャフト１５の前方にはフロントディファレンシャル２０が連結され、フロントディファレンシャル２０にはフロントドライブシャフト２６を経由して前輪２１が連結されている。なお、出力軸１７はブレーキＢ１により、回転を固定できるようになっている。

さらに前記第２モータ・ジェネレータ８は、インバータ（図示せず）を経由してバッテリー（図示せず）に接続されている。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（ＭＧ２−ＥＣＵ、図示せず）によってインバータを制御することにより、第２モータ・ジェネレータ８の力行および回生ならびにそれぞれの場合におけるトルクを制御するように構成されている。なお、第２モータ・ジェネレータ８のステータ（図示せず）はケーシング（図示せず）に固定されており、ステータ（図示せず）は回転しないようになっている。

エンジン１の最適燃費運転はリングギヤ３の回転数（出力回転数）を一定とした場合、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を高低に変化させることにより、エンジン１の回転数を連続的に（無段階に）変化させることでおこなわれる。すなわち、エンジン１の回転数を例えば燃費が最もよい回転数に設定する無段変速制御を、第１モータ・ジェネレータ２および動力分配装置５０を制御することによっておこなうことができる。なお、このように遊星歯車機構により構成された動力分配装置５０を用いて動力を分割する方式のハイブリッド駆動装置は機械分配式ハイブリッド駆動装置と呼ばれる。

図２に各走行モードとブレーキ・クラッチの入切との関係を示す。これらのブレーキ・クラッチの入切の制御は図５に示す電子制御装置１００によりおこなわれる。したがって、次に述べる走行モードの切替もこの電子制御装置１００により制御される。まず、第１のモードである通常四輪駆動モードについて述べる。この通常四輪駆動モードは四輪駆動車が、例えば舗装路を走行する場合に選択されるモードである。

この通常四輪駆動モードが選択された場合、ブレーキＢ１およびクラッチＣ２は解放され、クラッチＣ１、クラッチＣ３が係合される。すると、エンジン１から出力されたトルクの一部は、第１動力分配装置５０により第１モータ・ジェネレータ２へ伝達されて、第１モータ・ジェネレータ２により反力が生じるとともに、エンジントルクの一部はリングギヤ３から出力軸１８に出力される。出力軸１８のトルクはクラッチＣ３を経由し、さらにリヤディファレンシャル１９を経由し、リヤドライブシャフト２７を駆動し、後輪２２を駆動する。このように、通常四輪駆動モードが選択された場合は、エンジントルクは後輪２２に伝達され、前輪２１には伝達されない。

一方、通常四輪駆動モードが選択されると、第２モータ・ジェネレータ８から出力されたトルクは、第２動力分配装置５１により、出力軸１７と出力軸１６とに分配される。出力軸１７に分配されたトルクは、クラッチＣ１を経由して、チェーン駆動装置６に伝達される。チェーン駆動装置６に伝達されたトルクは、フロントプロペラシャフト１５を駆動し、フロントディファレンシャル２０、フロントドライブシャフト２６を経由して、前輪２１を駆動する。出力軸１６に分配されたトルクはリヤディファレンシャル１９、リヤドライブシャフト２７を経由して後輪２２を駆動する。すなわち、第２モータ・ジェネレータ８の出力トルクは前後輪２１，２２の両方を駆動する。

なお、通常四輪駆動モードが選択された場合は、クラッチＣ２が解放されるため、第２動力分配装置５１の機能により出力軸１６と出力軸１７との相対回転が許容される。

次に、第２の四輪駆動モードについて述べる。この第２の四輪駆動モードは、四輪駆動車が、不整地を走行する時等に使用するモードである。この第２の四輪駆動モードを選択すると、クラッチＣ１、クラッチＣ２、クラッチＣ３が係合され、ブレーキＢ１は解放される。クラッチＣ２、クラッチＣ３が係合されると、第２動力分配機構５１を構成する遊星歯車機構全体が一体回転する。そのため、前輪２１または後輪２２がスリップした場合でも、出力軸１６と出力軸１７とが同じ回転数となる。つまり、このモードを選択した場合は、前後輪２１，２２の駆動力配分が均等になる。この第２の四輪駆動モードにおいても、エンジン１および第２モータ・ジェネレータ８の両方によって前後輪２１，２２が駆動される。

次に、第３のモードである高速走行時二輪モードが選択された場合について述べる。すなわち、高速走行時のように、車両の慣性力が大きく、高い駆動力が必要ない場合に第３のモードが選択される。第３のモードが選択されると、エンジン１によって後輪２２が駆動される。このとき、第２モータ・ジェネレータ８は第１モータジェネレータ２やバッテリー（図示せず）の状態等によっては力行・回生してもよい。なお、このモードを選択すると、ブレーキＢ１およびクラッチＣ２が係合され、クラッチＣ１およびクラッチＣ３は解放される。

この高速走行時二輪駆動モードを選択した時の共線図を図３に示す。なお、数字は各要素の符号を示しており、上段のかっこ付きで示してある数字が図４の実施例の場合であり、下段のかっこなしで示してある数字が図１の実施例の場合である。

ブレーキＢ１によって出力軸１７が固定されると、サンギヤ１１が固定される。したがって遊星歯車機構４１の共線図は図３の直線Ａに示すようになり、キャリア１２の回転数よりも、リングギア１０の回転数が高速となる。また、遊星歯車機構４０の共線図は図３の直線Ｂに示すようになり、エンジン１の回転数よりもリングギヤ３の方が高回転数となる。なお、クラッチＣ１が解放されているので、前輪２１に駆動力が伝達されることはない。すなわち、後輪２２のみが駆動される。

上記のように、第１のモードが選択された場合、エンジントルクは、第２動力分配装置５１を経由せずに後輪２２を駆動する。つまり、エンジン１からの動力伝達経路中における動力の損失を抑制でき、駆動力の伝達効率を向上させることができる。

また、第２動力分配装置５１は第２モータ・ジェネレータ８の後方に設置される。したがって、第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ８とを近づけることができる。そのため駆動装置のねじり剛性が向上し、駆動装置で発生する振動の周波数と、駆動装置の共振周波数とが一致することを回避できる。そのため、不要な共振等を抑制することができる。

さらに、チェーン駆動装置６は、車両の前後方向で第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ８の間に配置されている。したがって、フロントプロペラシャフト１５は短くてすむ。そのため、駆動装置全体を小型化することができる。

また、第３のモードが選択されたとき、すなわち、高速走行時二輪駆動モードが選択された場合は、エンジン１の出力は第１動力分配装置５０により増速され、第２動力分配装置５１により更に増速されて出力軸１６に出力される。したがって、出力軸１６の回転数に比べてエンジン１の回転数を低く抑えることができ、高速走行時の燃費を低く抑えることができる。

さらに、第３のモードである高速走行時二輪駆動モードが選択された場合には、動力循環状態、すなわち、「第２モータ・ジェネレータ８で発電した電力が、第１モータ・ジェネレータ２でトルクに変換され、このトルクがさらに第２モータ・ジェネレータ８に伝達され、第２モータ・ジェネレータ８で発電するという状態」が抑制される。すなわち、車輪２１，２２に動力が出力されないという状態が防止され、燃費をさらに向上させることができる。

また、第２動力分配装置５１は第２モータ・ジェネレータ８で発生したトルクを前後輪に分配するトランスファの機能を有しているとともに、ブレーキＢ１を係合することで、二輪走行モード時にキャリア１２の回転速度よりもリングギヤ１０の回転速度を早くする増速機としても動作する。つまり動力分配の機能と、増速の機能との二つの機能を併せ持っている。そのため、専用の機能を有する装置を別個に用意する場合に比べて、部品点数の増加を抑制することができる。

さらに、前輪２１、後輪２２の駆動は、フロントプロペラシャフト１５や出力軸１６を使用しておこなわれる。そのため、リヤドライブシャフト２７に第２モータ・ジェネレータ８を連結したり、リアディファレンシャル１９内に第２モータ・ジェネレータ８を配置したりすることがない。そのため、ディファレンシャル１９，２０、ドライブシャフト２６，２７等は既存のものを流用することができる。

つぎに、この発明の対象となる四輪駆動車のパワートレーンの他の実施例を以下に説明する。図４は、この他の実施例の構成を示す具体例であり、動力分配装置を二組の遊星歯車機構を組み合わせて構成した例である。なお、図４の実施例において図１の構成と同じ構成については図１と同じ符号を付してある。また、図４に示す実施例は、図１に示す実施例の変形例であり、図１の構成と同じ部分ついて得られる作用・効果は同一のものである。

第１動力分配装置５０は遊星歯車機構より構成され、遊星歯車機構のリングギヤ３には、クラッチＣ１を経由しチェーン駆動装置６が接続されている。

一方、遊星歯車機構４０のリングギヤ３は、出力軸１８およびクラッチＣ３を経由して第２動力分配装置５１にも連結されている。第２動力分配装置５１はダブルピニオン型遊星歯車機構によって構成されている。すなわちサンギヤ１１とリングギヤ１０とが同心円上に配置され、サンギヤ１１とリングギヤ１０との間には、互い噛み合った状態でキャリヤ１２によって保持されたピニオンギヤ１３，１４が配置されている。その一方のピニオンギヤ１４がサンギヤ１１に噛み合い、かつ他方のピニオンギヤ１３がリングギヤ１０に噛み合っている。また、第２モータ・ジェネレータ８のロータ（図示せず）は減速ギヤ９を経由してリングギヤ１０に連結されている。さらに、出力軸１８との間の動力伝達経路にクラッチＣ２が設けられている。

リングギヤ１０は第２モータ・ジェネレータ８に減速ギヤ９を経由して連結されている。そして、そのキャリヤ１２がクラッチＣ３を経由して出力軸１８に連結されているとともに、ブレーキＢ１によってキャリア１２の回転が選択的に阻止されるように構成されている。また、サンギヤ１１には出力軸１６、リヤディファレンシャル１９、およびリヤドライブシャフト２７を経由して、後輪２２が接続されている。

各走行モードとブレーキ・クラッチの入切との関係は、図２に示す関係と同様である。まず、第１のモードである通常四輪駆動モードについて述べる。通常四輪駆動モードではクラッチＣ１とＣ３とが係合される。したがって、エンジン１から出力されたトルクは第１動力分配装置５０により第１モータ・ジェネレータ２へ伝達されて第１モータ・ジェネレータ２により反力が生じるとともに、エンジントルクの一部はリングギヤ３を経由してが出力軸１８に出力される。出力軸１８のトルクはクラッチＣ３を経由し、さらにリヤディファレンシャル１９を経由し、リヤドライブシャフト２７を駆動し、後輪２２を駆動する。また、クラッチＣ１を経由してチェーン駆動装置６を経由してフロントプロペラシャフト１５、フロントディファレンシャル２０およびフロントドライブシャフト２６を経由して前輪２１を駆動する。すなわち、エンジン１から出力されたエンジントルクは、前後輪２１，２２の両方を駆動する。また、エンジン１から前輪２１に伝達される動力は第２動力分配装置５１を通過しないことになる。

一方、第２モータ・ジェネレータ８から出力されたトルクは、第２動力分配装置５１を経由して、出力軸１６に伝達される。出力軸１６に伝達されたトルクは、リヤディファレンシャル１９、リヤドライブシャフト２７を経由して後輪２２を駆動する。すなわち、第２モータ・ジェネレータ８の出力トルクは後輪２２のみを駆動する。

次に、第２のモードである不整地走行四輪駆動モードについて述べる。このモードを選択すると、クラッチＣ１、クラッチＣ２、クラッチＣ３が係合される。クラッチＣ２、クラッチＣ３が係合され、エンジントルクおよび第２モータ・ジェネレータ８のトルクが第２動力分配装置５１へ伝達されると、第２動力分配装置５１を構成する遊星歯車機構が一体回転する。そのため、出力軸１６と出力軸１８が同じ回転数となる。また、このモードを選択した場合は、前後輪の駆動力配分が均等になる。なお、エンジン１から前輪２１に伝達される動力は第２動力分配装置５１は通過しない。

次に、第３のモードである高速走行時二輪駆動モードについて述べる。この高速走行時二輪駆動モードを選択するとブレーキＢ１およびクラッチＣ２が係合される。この高速走行時二輪駆動モードを選択した時の共線図を図３に示す。

ブレーキＢ１によってキャリア１２が固定されると、遊星歯車機構４１の共線図は図３の直線Ａに示すようになり、リングギヤ１０の回転数よりも高速な回転数をサンギヤ１１に得ることができる。また、遊星歯車機構４０の共線図は図３の直線Ｂに示すようになり、エンジン１の回転数よりも高速な回転数をリングギヤ３に得ることができる。また、クラッチＣ１が解放されているので、前輪２１に駆動力が伝達されることはない。すなわち、後輪２２のみが駆動される。

リングギヤ１０にはエンジン１がクラッチＣ２を経由して連結されており、クラッチＣ２は係合されている。すなわち、遊星歯車機構４０の出力要素であるサンギヤ１１がリングギヤ１０に連結されているので、リングギヤ１０はエンジン１によって駆動されることになる。したがって、第２モータ・ジェネレータ８は、サンギヤ１１で得られた回転数で空転することになる。したがって、エンジントルクのみで後輪２２が駆動されることになる。

図５の実施例においても、第１のモードである通常四輪駆動モードや第２のモードである不整地走行四輪駆動モードが選択された場合には、エンジン１の動力の一部が第２動力分配装置５１を経由せずに前輪２１へ伝達される。したがって、動力損失を抑制することができる。

ここで、上述した各具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、エンジン１が「第１の駆動力源」に相当し、第２モータ・ジェネレータ８が「第２の駆動力源」に相当する。また、第１モータ・ジェネレータ２が「回転装置」に相当する。また、前輪２１または後輪２２が「車輪」および「第１の車輪」および「第２の車輪」に相当する。さらに第１動力分配装置５０が「第１の動力分配装置」に相当し、第２動力分配装置５１が「第２の動力分配装置」に相当する。また、クラッチＣ１が、この発明の第１のクラッチに相当し、クラッチＣ２が、この発明の第２のクラッチに相当し、クラッチＣ３が、この発明の第３のクラッチに相当する。さらに、キャリヤ４が、この発明の第１のキャリヤに相当し、サンギヤ５が、この発明の第１のサンギヤに相当し、リングギヤ３が、この発明の第１リングギヤに相当する。さらに、キャリヤ１２が、この発明の第２のキャリヤに相当し、サンギヤ１１が、この発明の第２のサンギヤに相当し、リングギヤ１０が、この発明の第２リングギヤに相当し、ピニオンギヤ１４が、この発明の第１のピニオンギヤに相当し、ピニオンギヤ１３が、この発明の第２のピニオンギヤに相当する。また、出力軸１８が、この発明の第１の出力軸に相当し、出力軸１７が、この発明の第２の出力軸に相当し、出力軸１６が、この発明の第３の出力軸に相当する。また、図１のクラッチＣ３および図５のクラッチＣ１が、この発明の「伝動装置」を兼ねる。また、第３のモード、すなわち高速走行時二輪駆動モードが「モード」に相当する。

なお、ブレーキＢ１およびクラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３は油圧制御式、電磁制御式のいずれでもよい。また、本発明における「第１の駆動力源」と「第２の駆動力源」とは、駆動力の発生の原理が異なる。本実施例では「第１の駆動力源」として熱エネルギーを運動エネルギーに変換する内燃機関を用い、「第２の駆動力源」としては電気エネルギーと運動エネルギーとを相互に変換するモータ・ジェネレータを使用する場合を述べている。なお、「第１の駆動力源」は内燃機関の他に外燃機関等を用いてもよい。要は、「第１の駆動力源」は熱エネルギーを運動エネルギーに変換する装置であればよい。

ここで、再度、本発明の構成を記すと、外歯歯車であるサンギヤと、そのサンギヤに対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤと、これらサンギヤとリングギヤとに噛合しているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤとを三つの回転要素として差動作用を生じる遊星歯車機構を有するハイブリッド車の駆動装置において、第１の駆動力源が第２のクラッチを介して前記遊星歯車機構のキャリヤに連結され、第２の駆動力源が前記遊星歯車のキャリヤに連結され、前記遊星歯車機構のサンギアが第１の車輪に第１のクラッチを介して連結され、前記遊星歯車機構のリングギヤが第２の車輪に第２の出力軸を介して連結され、前記サンギヤと前記第１の車輪とを連結する第１の出力軸の回転を止めるブレーキを有し、前記第２の出力軸と、前記第１の駆動力源とが第３のクラッチを介して接続され、かつ、前記ブレーキおよび前記第１ないし第３のクラッチの係合・解放の組み合わせを変化させることにより、前記第１の駆動力源の出力トルクが前記第１の車輪のみを駆動し前記第２の駆動力源の出力トルクが前記第１の車輪と前記第２の車輪との両方を駆動する第１のモードと、前記第１の駆動力源と前記第２の駆動力源とがいずれも前記第１の車輪と前記第２の車輪との両方を駆動する第２のモードと、前記第１の駆動力源のみが前記第２の車輪のみを駆動する第３のモードとを切り替えることが可能なことを特徴とするハイブリッド車の駆動装置である。

また、本発明の図４に示す実施例は、サンギヤとリングギヤとが同心円上に配置され、サンギヤとリングギヤとの間に、互い噛み合った状態でキャリヤによって保持された二つのピニオンギヤが配置されており、その一方のピニオンギヤがサンギヤに噛み合い、かつ他方のピニオンギヤがリングギヤに噛み合っている遊星歯車機構を有するハイブリッド車の駆動装置において、第１の駆動力源が第３のクラッチを介して前記遊星歯車機構のキャリヤに連結され、第２の駆動力源が前記遊星歯車のリングギヤに連結され、前記遊星歯車機構のサンギヤが第２の車輪に連結され、前記遊星歯車機構のキャリヤと前記第１の駆動力源とを連結する第１の出力軸と第１の車輪とが第１のクラッチを介して連結され、前記第２の駆動力源と前記遊星歯車機構のリングギヤとを接続する第２の出力軸と前記第１の出力軸とが第２のクラッチを介して連結され、前記キャリヤを選択的に固定するブレーキを有し、かつ、前記ブレーキおよび前記第１ないし第３のクラッチの係合・解放の組み合わせを変化させることにより、前記第２の駆動力源の出力トルクが前記第２の車輪のみを駆動し前記第１の駆動力源の出力トルクが前記第１の車輪と前記第２の車輪との両方を駆動する第１のモードと、前記第１の駆動力源と前記第２の駆動力源とがいずれも前記第１の車輪と前記第２の車輪との両方を駆動する第２のモードと、前記第１の駆動力源のみが前記第２の車輪のみを駆動する第３のモードとを切り替えることが可能なことを特徴とするハイブリッド車の駆動装置である。

この発明の一例である四輪駆動車を模式的に示すスケルトン図である。四輪駆動車で選択できる各走行モードと、ブレーキ・クラッチの入切動作との関係を示す図表である。図１または図４に示す駆動装置についての共線図である。この発明の他の例を模式的に示すスケルトン図である。ブレーキおよびクラッチＣ１からクラッチＣ３の制御系の接続図である。

符号の説明

１…エンジン（第１の駆動力源）、２…第１モータ・ジェネレータ（回転装置）、５０…第１動力分配装置（動力分配装置）、５１…第２動力分配装置（動力分配装置）、１６，１７…出力軸、１８…出力軸（動力伝達経路）、８…第２モータ・ジェネレータ（第２の駆動力源）、４，１２…キャリヤ、５，１１…サンギヤ、３，１０…リングギヤ、１３，１４…ピニオンギヤ、１５…フロントプロペラシャフト、Ｂ１…ブレーキ、６…チェーン駆動装置、Ｃ１，Ｃ３…クラッチ（伝動装置）、Ｃ２…クラッチ、１９…リヤディファレンシャル、２２…後輪（車輪）、２０…フロントディファレンシャル、２１…前輪（車輪）、６０…回転軸線、２７…リヤドライブシャフト、２６…フロントドライブシャフト、２３，２４…スプロケット、２５…チェーン、９…減速ギヤ、１００…電子制御装置。

Claims

第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、
前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、
前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、
前記回転装置の回転軸線と、前記第２の駆動力源の回転軸線とが同軸上に配置され、
前記伝動装置は、前記回転軸線方向で、前記回転装置と前記第２の駆動力源との間に配置されていることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。
前記第２の駆動力源から前記第１の車輪および前記第２の車輪の一方に至る動力の伝達を遮断し、かつ、前記第１の駆動力源の動力を、前記第２の動力分配装置を経由させて前記第１の車輪および前記第２の車輪の他方に伝達するモードを選択可能であり、前記第１の動力分配装置から、前記第２の動力分配装置に入力される動力の入力回転数よりも、前記第２の動力分配装置から出力される動力の出力回転数の方が高速となるように増速する機能を、前記第２の動力分配装置が兼備していることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の駆動装置。
前記第１の動力分配装置は、第１のキャリヤおよび第１のサンギヤおよび第１のリングギヤが差動作用を生じるように連結された歯車機構により構成されており、前記第１のキャリヤが前記第１の駆動力源に連結され、前記第１のサンギヤが前記回転装置に連結され、前記第１のリングギヤが第１の出力軸に連結されており、
前記第２の動力分配装置は、同心上に配置された第２のサンギヤおよび第２のリングギヤと、前記第２のサンギヤに噛合された第１のピニオンギヤと前記第２のリングギヤおよび前記第１のピニオンギヤに噛合された第２のピニオンギヤと、前記第１のピニオンギヤおよび第２のピニオンギヤを保持する第２のキャリヤとが、差動作用を生じるように連結された歯車機構により構成されており、前記第２のサンギヤが前記第２の車輪である後輪に連結され、前記第２のリングギヤが前記第２の駆動力源に連結されており、
前記第１のリングギヤと前記第１の車輪である前輪とを係合・解放する第１のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のリングギヤとを係合・解放する第２のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のキャリヤとを係合・解放する第３のクラッチと、前記第２のキャリヤの回転・固定を制御するブレーキとが設けられており、前記第１のクラッチが前記伝動装置であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の駆動装置。
第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、
前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、
前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、
前記第２の動力分配装置が、差動作用を生じる三つの回転要素を備えた歯車機構により構成されており、
前記回転装置の回転軸線と、前記第２の駆動力源の回転軸線とが同軸上に配置され、前記伝動装置は、前記回転軸線方向で、前記回転装置と前記第２の駆動力源との間に配置されていることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。
第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、
前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、
前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、
前記第２の動力分配装置が、差動作用を生じる三つの回転要素を備えた歯車機構により構成されており、
前記第２の駆動力源から前記第１の車輪および前記第２の車輪の一方に至る動力の伝達を遮断し、かつ、前記第１の駆動力源の動力を、前記第２の動力分配装置を経由させて前記第１の車輪および前記第２の車輪の他方に伝達するモードを選択可能であり、前記第１の動力分配装置から、前記第２の動力分配装置に入力される動力の入力回転数よりも、前記第２の動力分配装置から出力される動力の出力回転数の方が高速となるように増速する機能を、前記第２の動力分配装置が兼備していることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。
第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、
前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、
前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、
前記第２の動力分配装置が、差動作用を生じる三つの回転要素を備えた歯車機構により構成されており、
前記第１の動力分配装置は、第１のキャリヤおよび第１のサンギヤおよび第１のリングギヤが差動作用を生じるように連結された歯車機構により構成されており、前記第１のキャリヤが前記第１の駆動力源に連結され、前記第１のサンギヤが前記回転装置に連結され、前記第１のリングギヤが第１の出力軸に連結されており、
前記第２の動力分配装置を構成する歯車機構は、前記三つの回転要素として第２のキャリヤおよび第２のサンギヤおよび第２のリングギヤを有しており、前記第２のキャリヤが前記第２の駆動力源に連結され、前記第２のサンギヤが、第２の出力軸を介して前記第１の車輪である前輪に連結され、前記第２のリングギヤが、第３の出力軸を介して前記第２の車輪である後輪に連結されており、
前記第２の出力軸と前記前輪を係合・解放する第１のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のキャリヤとを係合・解放する第２のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第３の出力軸とを係合・解放する第３のクラッチと、前記第２のサンギヤの回転・固定を制御するブレーキとが設けられており、前記第３のクラッチが前記伝動装置であることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。
第１の駆動力源および第２の駆動力源と、前記第１の駆動力源の動力を車輪および回転装置に分配する第１の動力分配装置とを有するハイブリッド車の駆動装置において、
前記第２の駆動力源の動力を第１の車輪および第２の車輪に分配する第２の動力分配装置と、
前記第１の駆動力源から前記第１の動力分配装置に伝達された動力の一部または全部を、前記第２の動力分配装置とは異なる動力伝達経路を経由して前記第１の車輪または前記第２の車輪のいずれか一方に伝達する伝動装置とが設けられているとともに、
前記第２の動力分配装置が、差動作用を生じる三つの回転要素を備えた歯車機構により構成されており、
前記第１の動力分配装置は、第１のキャリヤおよび第１のサンギヤおよび第１のリングギヤが差動作用を生じるように連結された歯車機構により構成されており、前記第１のキャリヤが前記第１の駆動力源に連結され、前記第１のサンギヤが前記回転装置に連結され、前記第１のリングギヤが第１の出力軸に連結されており、
前記第２の動力分配装置を構成する歯車機構は、同心上に配置された第２のサンギヤおよび第２のリングギヤと、前記第２のサンギヤに噛合された第１のピニオンギヤと、前記第２のリングギヤおよび前記第１のピニオンギヤに噛合された第２のピニオンギヤと、前記第１のピニオンギヤおよび第２のピニオンギヤを保持する第２のキャリヤとを有し、前記第２のサンギヤおよび前記第２のリングギヤおよび前記第２のキャリヤが差動作用を生じるように連結されており、前記第２のサンギヤが前記第２の車輪である後輪に連結され、前記第２のリングギヤが前記第２の駆動力源に連結されており、
前記第１のリングギヤと前記第１の車輪である前輪とを係合・解放する第１のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のリングギヤとを係合・解放する第２のクラッチと、前記第１の出力軸と前記第２のキャリヤとを係合・解放する第３のクラッチと、前記第２のキャリヤの回転・固定を制御するブレーキとが設けられており、前記第１のクラッチが前記伝動装置であることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。