JP4038469B2 - ハイブリッド車両の車両構造 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の車両構造に関し、特に、プロペラシャフトを介して駆動輪に動力を伝達するハイブリッド車両において、プロペラシャフトと共にフロアトンネル内に配設された通電ケーブルを保護するために適用して有効な技術に関する。

ハイブリッド車両には、動力源としてのエンジンや駆動用モータが搭載されており、エンジン動力によって駆動される発電用モータが搭載されている。また、ハイブリッド車両には、駆動用モータに電力を供給するとともに、発電用モータからの電力を充電するため、高電圧バッテリが搭載されている。

このように、ハイブリッド車両には、エンジン、駆動用モータ、発電用モータ、高電圧バッテリなどの大型装置が搭載されるため、これら大型装置を搭載する様々なハイブリッド車両の車両構造が開発されている。たとえば、車両前部のエンジンルームにエンジンを搭載する一方、車両後部に駆動用モータを搭載し、車室の床下に高電圧バッテリを搭載するようにしたハイブリッド車両が開発されている（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、このようなレイアウトは、従来の車両構造を一新するものであり、車両の開発コストを増大させることになっていた。

そこで、エンジンや駆動用モータを分けて搭載することなく、エンジンと駆動用モータとを備えた一体型の駆動装置を、エンジンルームに搭載するようにしたハイブリッド車両が開発されている。このハイブリッド車両にあっては、車両後部に高電圧バッテリが搭載され、モータとバッテリとを接続する通電ケーブルが車体のフロアトンネル内に配設される。また、エンジンルームに搭載された一体型の駆動装置は、前輪駆動車に適用されるだけでなく、フロアトンネル内に収容されたプロペラシャフトを介して、駆動装置のトランスファ機構と後輪に連結されたディファレンシャル機構とを連結することにより、後輪駆動車や四輪駆動車に適用することができる。
特開２００２−１４４８８８号公報（第３−４頁、図１）

しかしながら、通電ケーブルとプロペラシャフトとを、共にフロアトンネル内に収容した場合には、回転するプロペラシャフトによって通電ケーブルに不具合が生じることがある。つまり、車両の走行時には、小石、泥、雪、水などの物体が、車輪等によって路面から跳ね上げられた後に、回転するプロペラシャフトに接触して跳ね返されることがあるが、この跳ね返された物体が、通電ケーブルに衝突した場合には、通電ケーブルを被覆するチューブを損傷させてしまうだけでなく、衝突速度によっては通電ケーブルに断線等を生じさせるおそれがある。

たとえば、走行速度が１０Km/hの場合に、車輪直径を６００mm、終減速比を４、プロペラシャフトのフランジ直径を１００mmとすると、プロペラシャフトのフランジ部における回転速度は約６.６Km/hとなる。このように、プロペラシャフトは高速で回転しており、接触した物体を高速で跳ね返すことになるため、プロペラシャフトに跳ね返される物体の軌跡を考慮して、通電ケーブルの配設位置を設定することが必要である。特に、通電ケーブルには高電圧の電流が流れるため、車両の安全性を確保する観点からも、通電ケーブルの損傷を回避することが重要となっている。

また、ハイブリッド車両のフロアトンネル内には、通電ケーブルやプロペラシャフトだけでなく、エンジンからの燃焼ガスを排出する排気管も収容されるため、排気管からの放射熱により通電ケーブルの温度が上昇し、通電ケーブルに不具合を生じさせてしまうおそれもある。

本発明の目的は、走行中に物体が跳ね上がる場合であっても、通電ケーブルに対する物体の接触を回避するようにしたハイブリッド車両の車両構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、排気管からの放射熱による通電ケーブルの温度上昇を抑制するようにしたハイブリッド車両の車両構造を提供することにある。

本発明のハイブリッド車両の車両構造は、エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の車両構造であって、車室を区画するフロアパネルに形成され、前記車室側に張り出すとともに車両の前後方向に延びるフロアトンネルと、前記フロアトンネル内に収容され、前記モータに接続される通電ケーブルと、前記フロアトンネル内に収容され、駆動輪に動力を伝達するプロペラシャフトとを有し、車両後方から見て前記プロペラシャフトの左側に前記通電ケーブルを配設するときには、前進時における前記プロペラシャフトの回転方向を車両後方から見て反時計回りに設定する一方、車両後方から見て前記プロペラシャフトの右側に前記通電ケーブルを配設するときには、前進時における前記プロペラシャフトの回転方向を車両後方から見て時計回りに設定することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の車両構造は、前記エンジンの排気管を前記フロアトンネル内に収容し、前記プロペラシャフトを介して前記通電ケーブルの反対側に前記排気管を配設することを特徴とする。

本発明によれば、車両後方から見てプロペラシャフトの左側に通電ケーブルを配設するときには、プロペラシャフトの回転方向を車両後方から見て反時計回りに設定する一方、車両後方から見てプロペラシャフトの右側に通電ケーブルを配設するときには、プロペラシャフトの回転方向を車両後方から見て時計回りに設定するようにしたので、走行中に泥、雪、水、小石などの物体が跳ね上がってプロペラシャフトに接触した場合であっても、通電ケーブルから離れる方向に物体を跳ね返すことができ、物体の衝突による通電ケーブルの損傷を回避することができる。

また、プロペラシャフトを介して通電ケーブルの反対側にエンジンの排気管を配設するようにしたので、プロペラシャフトの回転により通電ケーブルから排気管に向けて外気の流れを発生させることができ、排気管からの放射熱による通電ケーブルの温度上昇を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の車両構造を示す概略図であり、図２はハイブリッド車両に搭載される駆動装置１０の一部を示すスケルトン図である。

図１に示すように、車両前部にはエンジンルーム１２が形成されており、車両後部にはトランクルーム１３が形成されている。これらエンジンルーム１２とトランクルーム１３との間には車室１４が形成されており、エンジンルーム１２と車室１４とはダッシュパネル１５やフロアパネル１６によって区画され、トランクルーム１３と車室１４とはシートバックサポート１７やシェルフパネル１８によって区画されている。また、フロアパネル１６には、車室１４側に張り出すとともに車両の前後方向に延びるフロアトンネル１９がプレス加工によって形成されており、このフロアトンネル１９に入り込むようにエンジンルーム１２からフロアトンネル１９にかけて駆動装置１０が縦置きに搭載されている。

図２に示すように、駆動装置１０は２つの動力源としてエンジン２０と駆動用モータ２１とを備えており、エンジン２０と駆動用モータ２１との間には、発電用モータ２２、フロントディファレンシャル機構２３そして変速機２４が設けられている。ギヤケース２７に組み込まれる変速機２４は相互に平行となる変速入力軸２５と変速出力軸２６とを備えており、変速入力軸２５には入力クラッチ２８と発電用モータ２２とを介してエンジン２０が連結される一方、変速出力軸２６にはフロントディファレンシャル機構２３と駆動用モータ２１とが連結されている。

ギヤケース２７の車両前方側にはジェネレータケース２９が組み付けられており、このジェネレータケース２９内に発電用モータ２２が組み込まれている。発電用モータ２２はロータ２２ａとステータ２２ｂとを備えており、ロータ２２ａはエンジン２０のクランク軸２０ａに連結され、ステータ２２ｂはロータ２２ａを囲むようにジェネレータケース２９に固定されている。ロータ２２ａはエンジン動力によって回転駆動されるため、エンジン２０を始動することによって発電が可能となる。

また、クランク軸２０ａにはロータ２２ａを介してエンジン出力軸３０が連結されており、エンジン出力軸３０はエンジン動力によって駆動される。エンジン出力軸３０と変速入力軸２５との間には入力クラッチ２８が設けられており、入力クラッチ２８を締結することによってエンジン動力が変速入力軸２５に伝達され、締結を解除することによってエンジン動力の伝達は遮断される。なお、この入力クラッチ２８は、電磁コイル２８ａを励磁することによって締結状態に切り換えられ、励磁を解除することにより遮断状態に切り換えられる電磁クラッチとなっている。

変速入力軸２５には２つの駆動歯車３１ａ，３２ａが回転自在に設けられており、変速出力軸２６には２つの従動歯車３１ｂ，３２ｂが固定されている。それぞれの駆動歯車３１ａ，３２ａと従動歯車３１ｂ，３２ｂは相互に噛み合って低速段と高速段の変速歯車列を形成しており、変速入力軸２５には低速段と高速段のいずれかを動力伝達状態に切り換える切換機構３３が設けられている。この切換機構３３はシンクロメッシュ機構となっており、変速入力軸２５に固定されるシンクロハブ３３ａと、これに常時噛み合うシンクロスリーブ３３ｂとを備えている。シンクロスリーブ３３ｂを駆動歯車３１ａに噛み合わせると低速段が動力伝達状態となり、駆動歯車３２ａに噛み合わせると高速段が動力伝達状態となる。

入力クラッチ２８を締結するとともに、低速段または高速段を動力伝達状態に切り換えることにより、変速出力軸２６はエンジン動力によって駆動される。このような変速出力軸２６の一端には、フロントディファレンシャル機構２３のリングギヤ３４に噛み合うドライブピニオンギヤ３５が固定されており、変速出力軸２６を経たエンジン動力がフロントディファレンシャル機構２３を介して左右の前輪５０ｆに分配されるようになっている。

また、ギヤケース２７内には変速出力軸２６に平行となって連結軸３６が回転自在に収容されている。連結軸３６には伝達歯車３７が固定されており、この伝達歯車３７に常時噛み合う伝達歯車３８が変速出力軸２６に固定されている。なお、変速出力軸２６と連結軸３６とは車幅方向にずれており、作図の便宜上、図２において連結軸３６と伝達歯車３７とは破線で示している。

ギヤケース２７の車両後方側にはモータケース４０が取り付けられており、このモータケース４０内に駆動用モータ２１が組み込まれている。駆動用モータ２１はロータ２１ａとステータ２１ｂとを備えており、ステータ２１ｂはロータ２１ａを囲むようにモータケース４０に固定されている。ロータ２１ａに固定されるモータ駆動軸２１ｃは、ロータ２１ａの両端からそれぞれ突出するようになっており、モータ駆動軸２１ｃの一端が連結軸３６にスプライン結合されている。このように、変速出力軸２６にはモータ駆動軸２１ｃが連結されており、駆動用モータ２１を駆動することによって、変速出力軸２６にはエンジン動力だけでなくモータ動力の伝達が可能となっている。

また、モータケース４０の車両後方側にはトランスファケース４１が取り付けられており、トランスファケース４１内には後輪５０ｒに対して動力を伝達するトランスファ機構４２が組み込まれている。トランスファ機構４２は、モータ駆動軸２１ｃの他端にスプライン結合されるトランスファ入力軸４３と、これに平行に配置されるトランスファ出力軸４４とを備えている。トランスファ入力軸４３とトランスファ出力軸４４とは歯車列４５を介して噛み合っており、モータ駆動軸２１ｃからの動力はトランスファ出力軸４４に伝達されるようになっている。

トランスファケース４１より突出するトランスファ出力軸４４の端部には、ジョイント４８がスプライン結合されており、図１に示すように、このジョイント４８には、リヤディファレンシャル機構４９を介して駆動輪としての後輪５０ｒに動力を伝達するプロペラシャフト５１が連結されている。また、トランスファケース４１内にはトルク配分機構として、トランスファ出力軸４４上に組み込まれる電子制御式のカップリング５２が収容されている。このカップリング５２は電磁コイル５２ａを励磁することによって締結状態に切り換えられ、励磁を解除することにより遮断状態に切り換えられる電磁クラッチとなっている。

電磁コイル５２ａを励磁してカップリング５２を締結状態に切り換えることにより、前輪５０ｆだけでなく後輪５０ｒに対しても動力を伝達することができる。しかも、電磁コイル５２ａに対する通電電流の大きさに応じてカップリング５２の締結力を制御することができるため、車両の走行状態に応じて前後輪間のトルク分配比を１００：０〜５０：５０の範囲で設定することができる。

図３はハイブリッド車両を上方から示す概略図であり、動力伝達系と電気制御系とを示している。図３に示すように、駆動装置１０に組み込まれた駆動用モータ２１を駆動制御するため、駆動用モータ２１はインバータ６０を介して高電圧バッテリ６１に接続されている。高電圧バッテリ６１からの直流電流は、インバータ６０によって交流電流に変換された後に駆動用モータ２１のステータコイル２１ｄに供給される。インバータ６０はステータコイル２１ｄに供給する電力の周波数や電圧を調整することにより、走行状況に応じて駆動用モータ２１の駆動状態を制御することができる。なお、高電圧バッテリ６１に代えてキャパシタを搭載しても良い。

また、発電用モータ２２のステータコイル２２ｃもインバータ６０を介して高電圧バッテリ６１に接続されており、発電された交流電流はインバータ６０によって直流電流に変換されて高電圧バッテリ６１に充電される。さらには、インバータ６０を介して発電用モータ２２に電力を供給することができるため、発電用モータ２２をスタータモータとして作動させることができ、発電用モータ２２によってエンジン２０を始動させることができる。なお、各種電装品６２にはＤＣ／ＤＣコンバータ６３を介して高電圧バッテリ６１が接続されており、各種電装品６２に供給される電力はＤＣ／ＤＣコンバータ６３によって所定の電圧（たとえば、１２Ｖ）に降圧される。

駆動用モータ２１や発電用モータ２２に接続されるインバータ６０は車両後部に搭載されており、発電用モータ２２のステータコイル２２ｃとインバータ６０とを接続する通電ケーブル６４は、図１および図３に示すように、車両の前後方向を向いてフロアトンネル１９内に配設されている。同様に、駆動用モータ２１のステータコイル２１ｄとインバータ６０とを接続する通電ケーブル６５も、車両の前後方向を向いてフロアトンネル１９内に配設されている。なお、高電圧バッテリ６１と各種電装品６２との間に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータ６３も、インバータ６０と同様に車両後部に搭載されている。

以下、プロペラシャフト５１による通電ケーブル６４，６５の保護機能について説明する。図４は図１のＡ−Ａ線に沿ってフロアトンネル１９内の車両構造を示す断面図であり、走行中に跳ね上げられた物体αの移動軌跡を示している。

まず、図３および図４に示すように、フロアトンネル１９内にはプロペラシャフト５１が車両の前後方向を向いて収容されており、このプロペラシャフト５１は車幅方向のほぼ中央に配置されている。また、フロアトンネル１９内には通電ケーブル６４，６５とエンジン２０の排気管６６とが収容されており、通電ケーブル６４，６５は車両後方から見てプロペラシャフト５１の左側に配置される一方、排気管６６は車両後方から見てプロペラシャフト５１の右側に配置されている。そして、図３および図４に矢印Ａで示すように、前進時におけるプロペラシャフト５１の回転方向は車両後方から見て反時計回り（左回り）に設定される。

このように、プロペラシャフト５１の左側に通電ケーブル６４，６５が配設されるハイブリッド車両にあっては、プロペラシャフト５１の回転方向を反時計回りに設定するようにしたので、図４に示すように、車輪５０ｆ，５０ｒ等により路面から泥、雪、水、小石などの物体αが跳ね上げられてプロペラシャフト５１に接触する場合には、反時計回りに回転するプロペラシャフト５１により、物体αを通電ケーブル６４，６５から離れる方向に跳ね返すことができるため、通電ケーブル６４，６５に対する物体αの衝突を抑制することができ、通電ケーブル６４，６５の損傷を回避することができる。これにより、コストをかけることなく、通電ケーブル６４，６５の不具合を防止することができ、車両の安全性を向上させることができる。

なお、図示するハイブリッド車両とは逆に、車両後方から見てプロペラシャフト５１の右側に通電ケーブル６４，６５が配設されるハイブリッド車両にあっては、前進時におけるプロペラシャフト５１の回転方向を、車両後方から見て時計回り（右回り）に設定することにより、通電ケーブル６４，６５から離れる方向に物体αを跳ね返すことができ、物体αの衝突による通電ケーブル６４，６５の損傷を回避することができる。

続いて、図５は図１のＡ−Ａ線に沿ってフロアトンネル１９内の車両構造を示す断面図であり、走行中のフロアトンネル１９内における外気の流れを示している。また、図６は走行中のフロアトンネル１９内における外気の流れを示す概略斜視図である。

図５および図６に示すように、通電ケーブル６４，６５とプロペラシャフト５１との位置関係に応じて、前述と同様にプロペラシャフト５１の回転方向（矢印Ａ）を設定した上で、プロペラシャフト５１を介して通電ケーブル６４，６５の反対側に排気管６６を配設すると、排気管６６からの放射熱による通電ケーブル６４，６５の温度上昇を抑制することができる。

つまり、車両を前進させる際には、プロペラシャフト５１の回転によりプロペラシャフト５１の周囲には回転に伴う外気の流れが発生するとともに、フロアトンネル１９内には車速に応じた流速で車両後方に向かう外気の流れが発生する。このため、車両の前進時には、図６に矢印Ｂで示すように、２つの流れが組み合わされ、プロペラシャフト５１の周りに車両後方に向かう螺旋状の流れが発生することになる。このような螺旋状の流れによりプロペラシャフト５１の下面側には、図５および図６に矢印Ｃで示すように、通電ケーブル６４，６５から排気管６６に向かう外気の流れが発生するため、排気管６６の放射熱による通電ケーブル６４，６５の温度上昇を抑制することができる。これにより、通電ケーブル６４，６５の熱による劣化を防ぐことができるので長寿命化が図れる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図示する駆動装置１０は、シリーズ・パラレル式の駆動装置１０であるが、シリーズ式やパラレル式の駆動装置を搭載するようにしても良い。また、四輪駆動用の駆動装置に限られることはなく、二輪駆動用の駆動装置を搭載しても良い。

また、車両前部にエンジン２０や駆動用モータ２１を搭載し、プロペラシャフト５１を介して後輪５０ｒに動力を伝達しているが、車両後部にエンジンや駆動用モータを搭載し、プロペラシャフトを介して駆動輪としての前輪５０ｆに動力を伝達するようにしても良い。

さらに、車両前部に駆動用モータ２１や発電用モータ２２を搭載し、車両後部に高電圧バッテリ６１やインバータ６０を搭載しているが、この搭載位置に限られることはなく、車両後部に発電用モータや駆動用モータを搭載し、車両前部に高電圧バッテリやインバータを搭載するようにしても良い。

なお、発電用モータ２２や駆動用モータ２１としては、三相交流モータが用いられているが、単相交流モータ、多相交流モータ、さらには直流モータであっても良い。

本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の車両構造を示す概略図である。 ハイブリッド車両に搭載される駆動装置の一部を示すスケルトン図である。 ハイブリッド車両を上方から示す概略図である。 図１のＡ−Ａ線に沿ってフロアトンネル内の車両構造を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿ってフロアトンネル内の車両構造を示す断面図である。 走行中のフロアトンネル内における外気の流れを示す概略斜視図である。

符号の説明

１４：車室
１６：フロアパネル
１９：フロアトンネル
２０：エンジン
２１：駆動用モータ（モータ）
２２：発電用モータ（モータ）
５０ｒ：後輪（駆動輪）
５１：プロペラシャフト
６４，６５：通電ケーブル
６６：排気管

Claims (2)

1. エンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の車両構造であって、
   車室を区画するフロアパネルに形成され、前記車室側に張り出すとともに車両の前後方向に延びるフロアトンネルと、
   前記フロアトンネル内に収容され、前記モータに接続される通電ケーブルと、
   前記フロアトンネル内に収容され、駆動輪に動力を伝達するプロペラシャフトとを有し、
   車両後方から見て前記プロペラシャフトの左側に前記通電ケーブルを配設するときには、前進時における前記プロペラシャフトの回転方向を車両後方から見て反時計回りに設定する一方、
   車両後方から見て前記プロペラシャフトの右側に前記通電ケーブルを配設するときには、前進時における前記プロペラシャフトの回転方向を車両後方から見て時計回りに設定することを特徴とするハイブリッド車両の車両構造。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の車両構造において、前記エンジンの排気管を前記フロアトンネル内に収容し、前記プロペラシャフトを介して前記通電ケーブルの反対側に前記排気管を配設することを特徴とするハイブリッド車両の車両構造。
   
   

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