JP4136978B2 - ハイブリッド車両の動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は有段式変速機を搭載するハイブリッド車両の動力伝達装置に関する。

車両の駆動源としてガソリンエンジンなどの内燃機関と電動モータとを併用するハイブリッド車両の駆動方式には、シリーズ式とパラレル式とシリーズ・パラレル式とがある。シリーズ式は発電機として作動する電動モータ（発電用モータ）により発電される電力をバッテリに充電し、駆動源として作動する電動モータ（駆動用モータ）により車両を駆動させる駆動方式であり、エンジンは発電用モータを駆動するために使用される。パラレル式はエンジンを駆動源の主体とし、エンジンに負荷がかかる発進時や加速時には電動モータを駆動源として作動させて駆動力を補助し、軽負荷時には電動モータを発電機として作動させてバッテリの充電を行なわせる駆動方式である。シリーズ・パラレル式は、エンジンに加えて、発電用モータと駆動用モータとを独立に有する車両の駆動方式である。シリーズ・パラレル式は駆動用モータ作動中でもエンジンにより発電用モータを作動させて発電し得る点でパラレル式と相違する一方、車両の走行状況に応じて、エンジン単体による駆動と、駆動用モータ単体による駆動と、双方を駆動源とする駆動とに切り換えて走行する点でパラレル式と共通する。

パラレル式やシリーズ・パラレル式の駆動方式を採用するハイブリッド車両の動力伝達装置には、車両の走行状況に応じてエンジン動力を効率良く伝達するため、複数の変速歯車列により構成される常時噛合い式の有段式変速機を搭載したものがある。たとえば、特許文献１に開示されるハイブリッド車両においては、同期切換機構つまりシンクロナイザーにより低速段と高速段の二段に切り換わる常時噛合い式の有段式変速機が組み込まれている。

一般のハイブリッド車両と同様、有段式変速機を搭載するハイブリッド車両においても、所定の車速以上で走行する車両を減速させる際には、電動モータを回生ブレーキとして作動させることによりバッテリの充電を行なっている。このとき、車両を減速させる運動エネルギーを発電により電気エネルギーに変換して制動力を得ていることから、エネルギーの回生量が大きいほど車両の減速度も大きくなる。これまでに、変速比の大小に係わらず回生量を同一に設定している車両や、特許文献１に開示されるように変速比のアップシフト時とダウンシフト時とで相違するように回生量を設定している車両がある。
特開２０００−２３２７号公報

有段式変速機を搭載するハイブリッド車両においては、車両を減速させる際または降坂路を走行する際にはエンジンブレーキを作動させることができる。しかしながら、変速比が高速側だとエンジンブレーキが利きにくいため減速度もその分だけ小さく、逆に低速側だとエンジンブレーキが利きやすいため減速度もその分だけ大きく、この変速比の大小に伴う減速度のばらつきが乗員の快適性を損なっていた。

従来、この減速度のばらつきを緩和するため、変速比が高速側に設定された状態でエンジンブレーキを作動させる際には所定の燃料カットを行なって駆動力の発生を抑制するようにした技術や、変速比が低速側に設定された状態での減速度を緩和するために変速比が低速側のときの減速度に合わせて電動モータによる回生制動を一律に小さく設定するようにした技術が提案されている。しかしながら、前者の技術は燃料カットの範囲が高速側の変速比に制限されていることから燃料消費量の改善を図る上では十分な技術とは言えず、後者の技術はエネルギーの回生効率の改善を図る上では十分な技術とは言えない。

本発明の目的は、変速比の大小に係わらず、一定の減速度が得られるハイブリッド車両の動力伝達装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、燃料消費量およびエネルギー回生効率の改善を図ることが可能なハイブリッド車両の動力伝達装置を提供することにある。

本発明のハイブリッド車両の動力伝達装置は、エンジン動力が入力される変速機入力軸と、モータ動力が入力されるとともに前記変速機入力軸との間で複数の変速歯車列が構成される変速機出力軸とを備えるハイブリッド車両の動力伝達装置であって、前記変速歯車列を介さずに前記変速機出力軸に接続され、駆動力および回生制動力を発生させる駆動用モータが装着されるモータ駆動軸と、エンジン動力を前記変速歯車列に伝達する動力伝達状態とエンジン動力の伝達を遮断する遮断状態とに切り換わる同期切換機構と、減速度が等アクセル開度等車速で一定となるように、前記駆動用モータによる回生量を変速比の小さい前記変速歯車列が動力伝達状態にあるときよりも変速比の大きい前記変速歯車列が動力伝達状態にあるときの方を小さくする回生量制御手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、運転条件が等アクセル開度等車速のときに、変速比の小さい変速歯車列が動力伝達状態にあるときよりも変速比の大きい変速歯車列が動力伝達状態にあるときの方を小さく設定することにより、エンジンブレーキの大小による減速度のばらつきを緩和することができ、変速比の大小に係わらず一定の減速度を得ることができる。

本発明によれば、変速歯車列を介さずに駆動用モータが装着されるモータ駆動軸を変速機出力軸に直結することにより、回生制動時に動力伝達状態にある変速歯車列の変速比の大小に係わらず、所定の回生制動を行なうことができる。

本発明によれば、減速度のばらつきを緩和するため高速側の変速比に狭められていた燃料カットの範囲を低速側にも広げることができるので、燃料消費量の改善を図ることができる。また、変速比が高速側の時は回生量が大きく設定されるので、エネルギーの回生効率の改善を図ることができる。

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動力伝達装置の一部を示すスケルトン図である。

動力伝達装置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、このエンジン２０は車両の進行方向に向けて配置されたクランク軸２０ａを備える縦置きエンジンとなっている。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そして有段式変速機２４が設けられている。また、ギヤケース２７に組み込まれる有段式変速機２４は相互に平行となる変速機入力軸２５と変速機出力軸２６とを備えており、変速機入力軸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、変速機出力軸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が収容されている。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はクランク軸２０ａに連結されているため、エンジン２０を駆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と変速機入力軸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機入力軸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。

変速機入力軸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、変速機出力軸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とは常時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、変速機入力軸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同期切換機構３３が設けられている。この同期切換機構３３はシンクロメッシュ機構となっており、変速機入力軸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。シンクロスリーブ３３ｂは図示しないシフトリンクを介してシフトアクチュエータに連結されており、シフトアクチュエータの駆動力によってエンジン動力を伝達する動力伝達状態とエンジン動力の伝達を遮断する遮断状態とに切り換わるようになっている。

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、変速機出力軸２６はエンジン動力によって駆動される。このような変速機出力軸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、変速機出力軸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内には変速機出力軸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が変速機出力軸２６に固定されている。なお、変速機出力軸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、変速機出力軸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、変速機出力軸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４６が収容されている。このカップリング４６はトランスファ出力軸４４のスプライン部に結合される連結軸４７を備え、この連結軸４７に固定されたハブ４７ａには摩擦プレート４８が装着されている。摩擦プレート４８に接触する摩擦プレート４９が後輪出力軸５０に固定されたドラム５０ａに装着されている。後輪出力軸５０にはスプラインが設けられ、このスプライン部にはジョイント５１がスプライン結合されており、このジョイント５１には図示しないリヤディファレンシャル機構を駆動するプロペラシャフトが連結されている。トランスファケース４１内には電磁コイル５２が組み込まれており、カップリング４６は、電磁コイル５２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５２を励磁してカップリング４６を締結状態に切り換えることにより、前輪だけでなく後輪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５２に対する通電電流の大きさに応じてカップリング４６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。

駆動用モータ２１を駆動制御するため、駆動用モータ２１にはインバータ５３を介して高電圧バッテリ５４が接続されている。高電圧バッテリ５４からの直流電流は、インバータ５３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５３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。また、発電用モータ２２のステータコイル２２ｃもインバータ５３を介して高電圧バッテリ５４に接続されており、発電された交流電流はインバータ５３によって直流電流に変換されて高電圧バッテリ５４に充電されるようになっている。さらには、インバータ５３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もできる。

このような動力伝達装置１０が搭載されたハイブリッド車両は、エンジン２０と駆動用モータ２１とを動力源とし、車両の走行状況に応じて、駆動用モータ２１のみで車両を駆動するモータ走行モードとエンジン２０のみで車両を駆動するエンジン走行モードと、両方の動力を用いて車両を駆動するパラレル走行モードとに選択的に切り換えて走行することができる。たとえば、駆動トルクが要求される発進時には駆動用モータ２１を用いてモータ走行モードで車両を駆動し、車速の上昇とともにエンジン２０を用いてエンジン走行モードで車両を駆動する。高速走行中に加速する場合などの高負荷時には、駆動用モータ２１とエンジン２０とを併用したパラレル走行モードで車両を駆動する。一方、低負荷走行時には、エンジン動力を動力源として発電用モータ２２により発電し、発電された電力エネルギーをバッテリ５４に充電することができる。エンジン２０の始動時には発電用モータ２２を駆動源として作動させてクランク軸２０ａを回転させることができ、更に制動時には駆動用モータ２１を発電機として作動させることにより回生された電力をバッテリ５４に充電することができる。

モータ駆動軸２１ｃは伝達歯車３７，３８により変速機出力軸２６に直結されているので、エンジン動力が変速機出力軸２６に伝達されるときには、エンジン動力はモータ駆動軸２１ｃにも伝達される。そして、モータ駆動軸２１ｃはトランスファ出力軸４４に連結されているので、エンジン動力はモータ駆動軸２１ｃを介してトランスファ出力軸４４に伝達され、図示しないプロペラシャフトおよび後輪用の差動歯車機構を介してエンジン動力が後輪に伝達される。モータ駆動軸２１ｃには駆動用モータ２１が装着されているので、モータ動力をモータ駆動軸２１ｃに直接伝達し、モータ動力のみ又はこれにエンジン動力を付加して後輪に伝達することもできる。

図２は図１に示す動力伝達装置の制御回路を示すブロック図であり、ハイブリッドシステムを制御するハイブリッドＥＣＵ（Ｈ−ＥＣＵ） ５５と変速操作を制御するトランスミッションＥＣＵ（Ｔ−ＥＣＵ）５６とを有する回生量制御手段としての制御部５７には、車速を検出する車速センサ５８、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ５９、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ６０、バッテリ５４の残量を検出するバッテリセンサ６１、およびブレーキペダルの踏み込み量に応じて発生するマスターシリンダー内の油圧を検出するブレーキセンサ６２その他のセンサから検出信号が入力されるようになっている。

これらの検出信号をもとに、ハイブリッドＥＣＵ５５では、要求される駆動力に対してエンジン２０および駆動用モータ２１のそれぞれが分担するトルクを算出してエンジン２０のスロットル開度や駆動用モータ２１の回転を制御したり、バッテリ５４の残量に応じて発電用モータ２２およびエンジン出力を制御する。一方、トランスミッションＥＣＵ５６では、車速やアクセル開度等の検出信号をもとに、入力クラッチ２８の締結状態を制御したり、上述のシフトアクチュエータ６３を作動させて有段式変速機２４で設定される変速比を制御したりする。これらの制御を行なうため、制御部５７には制御信号を演算するマイクロプロセッサ、制御プログラム、演算式、およびマップデータなどを格納するＲＯＭや一時的にデータを格納するＲＡＭなどが設けられており、ハイブリッドＥＣＵ５５およびトランスミッションＥＣＵ５６の間では、ブレーキ要求、車速、アクセル開度、変速段などのデータが相互に通信可能となっている。

エンジン動力を変速機出力軸２６に伝達する場合には、シンクロスリーブ３３ｂを低速段の変速歯車列を構成する駆動歯車３１ａか、高速段の変速歯車列を構成する駆動歯車３２ａのいずれかに噛み合わせる。一方、変速歯車列のいずれかが動力伝達状態にあるときには、動力伝達状態にある変速歯車列を介してエンジンブレーキを作動させることができる。このときのエンジンブレーキによる減速度は、変速比の小さい高速側だと小さく、逆に変速比の大きい低速側だと大きくなる。本発明にあっては、変速比の大小に係わらず一定の減速度を得るために、駆動用モータ２１による回生制動を変速比が高速側の時は大きく低速側の時は小さく設定することにより、エンジンブレーキの大小による減速度のばらつきを緩和させる。

図３は本発明の動力伝達装置における回生量制御の処理手順を示すフローチャートである。車両がパラレル走行モードで走行されるときに実行される（ステップＳ１参照）。ステップＳ２では、車速やブレーキ踏み込み量などに基づいて設定される回生条件が成立しているか否かの判断がなされる。この回生条件が成立している場合にはエンジンブレーキによる制動に加えて駆動用モータ２１による回生制動が行なわれることになる。なお、本発明はエンジンブレーキを作動させることが可能な状態つまり変速歯車列のいずれかが動力伝達状態にあれば適用することができるので、パラレル走行モードで走行する場合（ステップＳ１参照）に限られることなく、エンジン走行モードで走行する場合にも適用することができる。

ステップＳ３ではトランスミッションＥＣＵ５６よりハイブリッドＥＣＵ５５へ変速比に関するデータが伝達され、続くステップＳ４では変速比に関するデータに基づいて駆動用モータ２１による回生量の算出が行なわれる。上述の通り、本発明にあっては、変速比の大小に係わらず一定の減速度が得られるように、変速比の大小により変化するエンジンブレーキの利き具合に応じて、エンジンブレーキの差に起因する減速度の大小を埋めるように駆動用モータ２１による回生量を制御する。図１に示す動力伝達装置１０では二段の変速歯車列が構成されエンジンブレーキの利き具合も二段階に分かれているので、それぞれの段階に応じて回生量が算出されることになる。ハイブリッドＥＣＵ５５では、この算出された回生量に基づいてステータコイル２１ｄに対する通電電流を制御し、駆動用モータ２１による回生量を制御する。モータ駆動軸２１ｃは変速歯車列を介さずに変速機出力軸２６に直結されているので、回生制動時に噛み合わされている変速歯車列の変速比の大小に係わらず、変速段に応じて所定の回生制動を行なうことができる。

本発明によれば、運転条件が等アクセル開度等車速のときに、変速比が高速側の時は回生量を大きく低速側の時は回生量を小さく設定することにより、エンジンブレーキの大小による減速度のばらつきが緩和することができ、変速比の大小に係わらず一定の減速度を得ることができる。これより、車両を減速させる際または降坂路を走行する際に狭められる燃料カットの範囲を低速側に広げても減速度にばらつきを生じることがなく、燃料消費量の改善を図ることができる。上述の通り、変速比が高速側の時は回生量が大きく設定されるので、エネルギーの回生効率の改善を図ることができる。

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、図示する動力伝達装置１０は、シリーズ・パラレル式のハイブリッド車両に搭載される動力伝達装置１０であるが、パラレル式のハイブリッド車両に搭載される動力伝達装置に本発明を適用するようにしても良い。さらに、四輪駆動用の動力伝達装置１０に限られることはなく、二輪駆動用の動力伝達装置に本発明を適用しても良い。

本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の動力伝達装置の一部を示すスケルトン図である。 図１に示す動力伝達装置の制御回路を示すブロック図である。 本発明の動力伝達装置における回生量制御の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 動力伝達装置
２０ エンジン
２１ 駆動用モータ
２１ｃ モータ駆動軸
２２ 発電用モータ
２４ 有段式変速機
２５ 変速機入力軸
２６ 変速機出力軸
３３ 同期切換機構
５３ インバータ
５４ 高電圧バッテリ
５５ ハイブリッドＥＣＵ（Ｈ−ＥＣＵ）
５６ トランスミッションＥＣＵ（Ｔ−ＥＣＵ）
５７ 制御部

Claims (1)

1. エンジン動力が入力される変速機入力軸と、モータ動力が入力されるとともに前記変速機入力軸との間で複数の変速歯車列が構成される変速機出力軸とを備えるハイブリッド車両の動力伝達装置であって、
   前記変速歯車列を介さずに前記変速機出力軸に接続され、駆動力および回生制動力を発生させる駆動用モータが装着されるモータ駆動軸と、
   エンジン動力を前記変速歯車列に伝達する動力伝達状態とエンジン動力の伝達を遮断する遮断状態とに切り換わる同期切換機構と、
   減速度が等アクセル開度等車速で一定となるように、前記駆動用モータによる回生量を変速比の小さい前記変速歯車列が動力伝達状態にあるときよりも変速比の大きい前記変速歯車列が動力伝達状態にあるときの方を小さくする回生量制御手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両の動力伝達装置。

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