JP4179266B2

JP4179266B2 - ハイブリッド４輪駆動システム

Info

Publication number: JP4179266B2
Application number: JP2004323400A
Authority: JP
Inventors: 大記田中; 杉原　　淳
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2024-11-08
Also published as: JP2006131132A; US20060108166A1; US7467678B2

Description

本発明は、エンジンとモータジェネレータとを備えたハイブリッド４輪駆動システムに関し、特に、車輌の前輪と後輪との駆動力配分に対する制御性を向上するに好適なハイブリッド４輪駆動システムに関するものである。

従来から車輌前部にエンジンを配置する一方、車輌後部に変速機を配置したトランスアクスル方式のパワートレーンは知られている（特許文献１参照）。

これは、エンジンの出力をプロペラシャフトを介して後部終減速機と一体化させた変速機に入力し、変速出力により後部終減速機を介して後輪駆動軸を駆動する一方、変速出力を再度プロペラシャフトを介して前部終減速機に入力して前輪駆動軸を駆動するようにしている。この構成は、車両後部の変速機により後軸荷重を増加させ、駆動輪である後輪のスリップ限界を上昇させ、路面に伝達可能な駆動力を増大させる特徴を備える。

また、モータを備えるハイブリッドシステムの４輪駆動システムも提案されている（特許文献２参照）。これは、２つのモータジェネレータと、４要素を持つラビーニョ型遊星歯車を用いて、電気的に無段変速機を構成したハイブリッドシステムであり、リングギアにエンジン駆動力、小径サンギアにモータジェネレータ（ＭＧ１）、大径サンギアにモータジェネレータ（ＭＧ２）、小径サンギアと噛合うダブルピニオン遊星歯車と、大径サンギアと噛合うシングルピニオン歯車と、それら２種類のピニオンギアを締結するキャリアによって構成されており、エンジンと２つのモータジェネレータの差動によって発生する駆動力をキャリアから車輌前後の駆動輪に伝達するようにしている。また、低速時の駆動トルクを稼ぐためのローモードと、高速巡航を可能にするハイモードが設定されており、それらの切換えを、多板湿式クラッチを用いてリングギアをケースに締結するブレーキのオン・オフによって行っている。
特開平６-１０７００５号公報特開２００３-０３４１５３号公報

しかしながら、特許文献１の４輪駆動システムでは、２本の長軸なプロペラシャフトが近距離において異なる回転数で回るため、安全性確保のための重厚設計や、レイアウト性の悪化、製造コストの増加、車輌重量の増加等の原因となっていた。また、後輪駆動をベースとした４輪駆動車であるため、後輪軸に入力されるエンジンからのトルクを前輪駆動軸に分配するため、前輪軸が後輪軸以上のトルクで走行することができず、制御性に限界があった。

また、特許文献２に示す４輪駆動システムでは、変速後の駆動力をセンターデフアレンシャル装置を介して車輌前後の駆動輪に伝達するものであるため、前後輪への駆動力配分に対する制御性が低いものであった。また、２つのモータジェネレータが互いに動力を循環しあうことによって、変速比を維持しているため、システム効率の悪化やモータによる最大駆動力の低下に繋がっていた。さらに、低速では駆動トルクが不十分なこともあり、クラッチ機構を用いてローモードを設定しているため、油圧クラッチ、オイルポンプ、制御バルブ等の多数の部品点数を必要とする。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、前後輪への駆動力配分に対する制御性が高く且つ経済的で安価なハイブリッド４輪駆動システムを提供することを目的とする。

本発明は、４個以上の入出力要素を有し、前記要素の１つにエンジンからの入力及び前輪若しくは後輪の一方の駆動系統への出力を、他の１つの要素に前記前輪若しくは後輪の他方の駆動系統への出力を、残りの２個の要素に夫々モータジェネレータを割り当てる差動機構と、前記差動機構の前記前輪若しくは後輪の一方の駆動系統への出力要素の回転を変速して前輪若しくは後輪の一方の駆動系統に出力する変速機と、前記エンジンおよび２個のモータジェネレータの駆動力を制御する制御手段と、を備え、前記差動機構から出力される駆動力と前記変速機から出力される駆動力とにより車輌の前輪および後輪を夫々駆動するようにした。

したがって、本発明では、４個以上の入出力要素を有し、前記要素の１つにエンジンからの入力及び前輪若しくは後輪の一方の駆動系統への出力を、他の１つの要素に前記前輪若しくは後輪の他方の駆動系統への出力を、残りの２個の要素に夫々モータジェネレータを割り当てる差動機構と、前記差動機構の前記前輪若しくは後輪の一方の駆動系統への出力要素の回転を変速して前輪若しくは後輪の一方の駆動系統に出力する変速機とを備えるため、変速機を後輪車軸装置と一体化させたトランスアクスルレイアウトのフロントエンジン・後輪駆動のＦＲプラットフォームにフロントエンジン・前輪駆動のＦＦ用ハイブリッドユニットを縦置きに追加するのみで、変速機、ハイブリッドユニット、ディファレンシャル等の専用設計を必要とすることなく、ハイブリッド４輪駆動システムを構成することができ、安価に提供できる。

以下、本発明のハイブリッド４輪駆動システムを一実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明を適用したハイブリッド４輪駆動システムの第１実施形態を示すシステム構成図である。

図１において、ハイブリッド４輪駆動システムは、３個以上の入出力要素を備え、これらの要素をエンジン１からの入力、前輪駆動系統４への出力、２つ以上のモータジェネレータに割り当てる差動機構２と、前記差動機構２を経由することなくエンジン１の駆動力が入力されて後輪駆動系統５に変速出力する変速機３と、前記差動機構２から出力される駆動力を車輌の前輪６に伝達する前輪駆動系統４と、前記変速機３から出力される駆動力を車両の後輪７に伝達する後輪駆動系統５と、を備える。また、４輪駆動システムは、前記差動機構２を制御する主コントローラ８、変速機３を制御する変速コントローラ９、エンジン１の始動および停止並びにエンジントルクを制御するエンジンコントローラ１０を備え、これらコントローラ８〜１０は、互いをバス接続している。エンジンコントローラ１０は、アクセルペダル１１の踏込み開度に応じてスロットルバルブを制御するアクチュエータ１２によりエンジントルクを制御する。

前記差動機構２は、図２に詳細に示すように、２つ以上のモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と、エンジン１からの駆動力およびモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動力に応じて、前輪駆動系統４および／または後輪駆動系統５への駆動出力を可変制御可能な差動遊星歯車組Ｇとを備える。前記差動遊星歯車組Ｇは、リングギヤＲとキャリアＣを共有し、異径のプラネタリギアおよびサンギアを備える第１、２遊星歯車列Ｐ１、Ｐ２からなるラビニョウ（Ｒａｖｉｇｎａｗｘ）型差動遊星歯車組を用いている。ダブルピニオン形式の第１遊星歯車列Ｐ１は、図３に展開して示すように、サンギヤＳ１とこのサンギヤＳ１に噛合うアイドラピニオンＩＰおよびアイドラピニオンＩＰに噛合うピニオンＰを備え、ピニオンＰを第２遊星歯車列Ｐ２のリングギヤＲに噛合わせており、シングルピニオン形式の第２遊星歯車列Ｐ２は、前記ピニオンＰに噛合うサンギヤＳ２を備える。サンギヤＳ１はサンギヤＳ２より小径としている。このような差動遊星歯車組ＧおよびモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２で構成するハイブリッドユニットは、前輪駆動車用ハイブリッドユニットの流用が行える。

前記差動遊星歯車組Ｇには、エンジン１からの駆動力がクラッチ機構１５を介してリングギヤＲへ入力され、モータジェネレータＭＧ１の駆動力は小径のサンギアＳ１へ入力され、モータジェネレータＭＧ２の駆動力は大径のサンギアＳ２へと入力される。モータジェネレータＭＧ１から駆動されたサンギアＳ１はダブルピニオンギアを介してエンジン１からの駆動力によって回転するリングギアＲとの差動によって、キャリアＣに駆動力を発生し、また、モータジェネレータＭＧ２から駆動されたサンギアＳ２はシングルピニオンギアＰを介して前記リングギアＲとの差動によってキャリアＣに駆動力を発生する。従って、キャリアＣの最終的な駆動力は、エンジン１とモータジェネレータＭＧ１とモータジェネレータＭＧ２の三つの駆動力のバランスによって決定される。前記モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、夫々インバータ１６を経由してバッテリ１７に電気的に接続され、主コントローラ８によりインバータ１６を制御することにより、バッテリ１７よりの供給電力により駆動制御され、また、その回生電力は夫々インバータ１６を介してバッテリ１７に蓄電される。

図４は、前記差動遊星歯車組Ｇの共線図を示し、サンギヤＳ１とリングギヤＲおよびキャリアＣとでダブルピニオンギヤを備える第１遊星歯車列Ｐ１を構成し、サンギヤＳ２とキャリアＣおよびリングギヤＲとでシングルピニオンギヤを備える第２遊星歯車列Ｐ２を構成し、キャリアＣおよびリングギヤＲは第１遊星歯車列Ｐ１と第２遊星歯車列Ｐ２とで共有された関係となっている。なお、サンギヤＳ１、リングギヤＲ、キャリアＣおよびサンギヤＳ２の各間隔は、第１遊星歯車列Ｐ１および第２遊星歯車列Ｐ２のギヤレシオにより設定される。そして、各要素の回転方向および回転数の釣合いは、図示するように、４つの要素の回転数が必ず直線で結ばれる関係になる。この直線は、いずれかの２要素の回転数が決まれば、残りの要素の回転数、即ち、全ての要素の回転数が一義的に決定する関係となる。また、前記差動機構２では、各要素のトルクを動作共線に働く力に置き換えたとき、後述するように、動作共線が剛体として釣り合いが保たれるという性質を有している。

前記変速機３は、前記差動機構２のリングギヤＲに連結されたプロペラシャフト２０を介して入力されるエンジン１の駆動力を変速して後輪駆動系統５へ出力する。この変速機３は、後輪駆動系統５を構成する後部終減速機２１と一体となったトランスアクスル方式の後輪駆動ユニットを構成している。前記変速機３は、無段階に変速可能な無段変速機、若しくは、段階的に変速する有段変速機のいずれであってもよい。その変速比は車速とアクセル開度により予め設定した変速パターンに基づき変速機コントローラ９により自動的に設定するよう構成する。変速機コントローラ９は、主コントローラ８とバス接続される。また、変速機３には、プロペラシャフト２０により駆動されて作動油圧を発生する油圧ポンプが設けられる。この油圧ポンプ２２は、図１に示すように、プロペラシャフト２０で駆動することなく、電動モータ２３で駆動するようにしてもよい。

前記前輪駆動系統４は、前記差動機構２のキャリアＣから出力される駆動力を車輌の前輪６に伝達するものであり、差動機構２に隣接して配置した前輪駆動用スプロケット２５と差動機構２のキャリアＣに設けたスプロケット２６とに巻掛けて係合するベルト或いはチェーン伝動装置２７と、前輪駆動用スプロケット２５に前輪プロペラシャフト２８を介して連結された前部終減速機２９および前部終減速機２９に内蔵されたフロントデファレンシャル装置と、このフロントデファレンシャル装置の左右出力を左右各前輪６に伝達するドライブシャフト３０と、を備える。

前記後輪駆動系統５は、変速機３から出力される駆動力を車両の後輪７に伝達するものであり、変速機３の出力により駆動される後部終減速機２１および後部終減速機２１に内蔵したリアデファレンシャル装置と、このリアデファレンシャル装置の左右出力を左右各後輪７に伝達するドライブシャフト３１と、を備える。なお、後部終減速機２１は、変速機３と一体に形成してトランスアクスルを構成する。この場合、プロペラシャフト２０から後方（変速機３、後部終減速機２１、リアディファレンシャル、ドライブシャフト３１、プラットフォーム形状）は、通常のトランスアクスル方式の後輪駆動ユニットの流用が可能である。

前記主コントローラ８には、前後左右のドライブシャフト３０、３１の回転速度を検出する回転速度センサ３３の検出信号、アクセルペダルの踏込み開度センサ１１よりのアクセルペダル開度信号、ブレーキペダル３４の踏込みによるブレーキ信号、バッテリ１７のＳＯＣ信号、Ｇセンサ３５による前後加速度信号および左右加速度信号、等が入力される。前記主コントローラ８は、前記各信号に基づいて、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２のインバータ１６を制御し、エンジンコントローラ１０および変速コントローラ９が必要とする指令を出力する。

以上の構成の４輪駆動システムの動作について以下に説明する。

前記モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が駆動力を発生しておらず、エンジン１の駆動力のみで走行している運転時においては、エンジン１からプロペラシャフト２０を介して変速機３に入力された駆動力は、変速機３によって増幅または減少され、リアディファレンシャル装置を介して後輪７へのドライブシャフト３１を駆動する。すなわち、全てのエンジン駆動力が後輪７を駆動するため、この場合は通常のトランスアクスル式後輪駆動車と同等に作用する。

前記差動機構２のリングギヤＲはプロペラシャフト２０と同速で回転し、差動機構２のキャリアＣは前輪６へのドライブシャフト３０の回転数に前輪駆動系統４に固有のギア比を乗算した回転数で回転する（図５Ａ参照）。サンギヤＳ１、Ｓ２も、前記リングギヤＲとキャリアＣとの回転数で決定した共線図の直線上の回転数で夫々自由回転する。即ち、サンギアＳ１,Ｓ２がモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２による駆動力を発生していないため、キャリアＣ、即ち、前輪６には駆動力が伝わらない。また、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２は、変速比を維持するための駆動力を必要としない。

次に、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２が駆動力を発生させた場合について説明する。エンジン１の駆動力によって、後輪駆動系統５を駆動させた状態において、駆動力が後輪タイヤ７のスリップ限界を超えて滑り始めると、前輪６と後輪７に回転数差が生じる。コントローラ８は、各駆動輪６、７若しくは各ドライブシャフト３０、３１に設けた回転センサ３３から出力される回転数信号に基づき前記回転数差を検知すると、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２が発生すべき必要駆動力を演算し、インバータ１６へ出力する。インバータ１６は、コントローラ８から出力された指令信号に基づいて必要電力を発生させ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２により差動遊星歯車ＧのサンギアＳ１，Ｓ２をそれぞれ駆動する。

例えば、後輪７がタイヤのスリップ限界を超え、前輪６による駆動が必要な場合には、図５Ｂに示すように、モータジェネレータＭＧ２を駆動させ、モータジェネレータＭＧ１の駆動力をモータジェネレータＭＧ２の駆動力より小さく発生させるか、或いは、モータジェネレータＭＧ１を回生作動させる。

これにより、エンジン駆動力の一部を差動機構２内に導入することで後輪７側へ変速機３を介して後輪７側に伝達させるエンジン駆動力を相対的に低減させることができ、図５Ｂの破線で示すように、共線図上で、前輪駆動力を増加させる方向（図中の反時計方向）にモーメントを働かせて、前車輪駆動力を増加させることが可能となる。この場合のモータジェネレータＭＧ２の発生トルクＴ２はモータジェネレータＭＧ１の発生トルクＴ１より大きい（Ｔ２＞Ｔ１）。

また、差動遊星歯車Ｇ内において、モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２で発生するトルクＴ１、Ｔ２によって、エンジン１の駆動力を完全にキャンセルさせた場合、即ち、エンジン１の駆動力の全てを差動機構２側に導入した場合には、エンジン１とモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２とで発生する駆動力は全て前輪６のみへ伝達させることができ、完全なＦＦ駆動とすることができる。この場合には、変速機３の各変速歯車は、エンジン１および後輪７により駆動トルクを伝達することなく回転されている状態となる。

上記した駆動状態は、エンジン駆動力の一部および全部を前輪６への駆動力として差動機構２に導入する場合であるが、後輪７へのエンジン駆動力はそのまま維持しつつ、独立して前輪６をモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２により駆動することもできる。即ち、図５Ｂの共線図において、エンジン回転数を中心として、共線図を回転させるよう、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動し、キャリアＣの駆動力のみを増加させることにより、エンジン駆動力と無関係に前輪駆動系統４をモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動力のみで駆動制御することも可能である。

前記した図５Ｂとは反対に、後輪７の駆動力がエンジン１の駆動力のみでは不足している場合には、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動させることによって、後輪７の駆動力のみをアシストすることも可能である。即ち、この場合には、図５Ｃの共線図に示すように、モータジェネレータＭＧ１の駆動力Ｔ１をモータジェネレータＭＧ２の駆動力Ｔ２より大きく発生させるか或いはモータジェネレータＭＧ２を回生作動させる。この時、それぞれのモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は駆動分配率を緻密に制御して駆動または回生を行ない、キャリアＣから出力される前輪６への駆動回転数の変動を抑制して前輪６へのブレーキ効果がでないようにする。これは図５Ｃの共線図上で点線で記載したように、前輪駆動系統４と連結したキャリアＣを中心として、エンジン駆動力のみが増加するようなモーメントをモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の駆動トルクＴ１およびＴ２にて発生させることによって可能となる。この場合には、後部プロペラシャフト２０を介して変速機３には、エンジントルクとモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動トルクとの総和のトルクが入力される状態となり、完全なＦＲ駆動が維持される。前輪駆動系統４は、駆動トルクを伝達することなく回転されている状態となる。

以上に説明したように、本実施形態のハイブリッド４輪駆動システムでは、差動機構２のモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の作動状態の制御により、車両の前後駆動力配分を任意に制御することができる。本実施形態のハイブリッド４輪駆動システムのその他の走行状態における適用例を、以下に説明する。

本実施形態のハイブリッド４輪駆動システムの適用例として、前記変速機３がステップ的なギヤ比を備える有段の変速機である場合には、前輪駆動系統４に影響を与えることなく後輪駆動力のみを変化させることにより、変速機３の変速ショックを低減させるように差動機構２を作動させることができる。

例えば、いま変速機３がアップシフトする場合には、エンジン１からはエンジン回転数の減少に伴ったイナーシャが車両に伝達されようとする。即ち、変速機３がアップシフトする場合には、エンジン１の回転数を減速させるためのイナーシャが車両を加速させようとする現象を生じる。従って、この現象を抑制するようモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を稼動させることで、アップシフト時の変速ショックを抑制できる。具体的には、図５Ｂに示すように、前輪駆動系統４へのブレーキ効果などの影響が出ないようキャリアＣの回転数は増減させることなくそのまま維持しつつ、モータジェネレータＭＧ１を回生させ、および／または、モータジェネレータＭＧ２を駆動することによって、エンジン１の回転数をモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２によって減少させ、車両に伝わる変速ショックを吸収させることができる。

また、逆に、変速機３がダウンシフトする場合には、変速の進行に伴いエンジン回転数の加速を必要とし、エンジン１からはエンジン回転数の加速に伴うイナーシャが車輌に伝達されようとして、車両には減速しようとする現象が生じる。従って、この現象を抑制するようモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を稼動させることで、ダウンシフト時の変速ショックを抑制できる。具体的には、図５Ｃに示すように、前輪駆動系統４へのブレーキ効果などの影響が出ないようキャリアＣの回転数は増減させることなくそのまま維持しつつ、モータジェネレータＭＧ１を駆動させ、および／または、モータジェネレータＭＧ２を回生せることによって、エンジン１の回転数をモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２によって増加させ、車両に伝わる変速ショックを吸収させることができる。

また、本実施形態のハイブリッド４輪駆動システムの適用例として、コーナリング走行中において、車両の挙動を安定させるように、差動機構２を作動させることができる。即ち、車両中央付近にＧセンサ３５を設置し、このＧセンサ３５により所定値を超えるコーナリングＧを検知した場合に、コーナリング走行中の車両の挙動を安定させるべく、前輪６に必要な駆動トルクをコントローラ８により演算し、図５Ｂに示すように、前輪駆動系統４に駆動力を分配することもできる。またさらに、左右輪の駆動分配率を電子制御により可変可能なリミテッドディファレンシャル（ＬＳＤ）を前後のデファレンシャル装置に設け、各車輪回転センサ３３と、Ｇセンサ３５とを組合わせることで、コーナリング中の加速時に車両がスピンモードに入る状況を検知し、車両の旋回方向に対して、反対に作用するモーメントを付与して、スピンモードを回避可能なシステムを構成することも可能である。

例えば、図６Ａに示すように、車両が右方向に旋回を行いながら加速している場合に、右後輪７が駆動力過大のために滑り出すと、右後輪７の回転センサ３３がそのスピン状態を検知し、リアリミテッドディファレンシャルを締結（ロック）することにより、左後輪軸３１の駆動力を増加させる。同時に、車両姿勢を安定させるべく、図５Ｂに示す要領で、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動作動および回生作動を開始させ、前輪駆動系統４を経由して前輪６を駆動させる力を発生させる。車両姿勢がスピンモードに近づくと、図６Ｂに示すように、右旋回を行おうとする車両のモーメントを打消すように、この場合、右前輪６の駆動力を両モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２とフロントリミテッドディファレンシャルの統合制御によって、増加させることが可能である。これにより、エンジン１とモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動力を損なうことなく、安定したコーナリングが可能となる。

さらに、本実施形態のハイブリッド４輪駆動システムの適用例として、加速時には、図７Ａに示すように、変速機３によって決定された変速比を維持するようバランスを取りながら両モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動させ、減速時には、図７Ｂに示すように、変速機３によって決定された変速比を維持するようバランスを取りながら両モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を回生させることで、燃費を重視したハイブリッド走行を実現できる。しかも、バッテリ１７の充電量（ＳＯＣ）が低下した場合には、モータジェネレータＭＧ１に多めに回生させながらモータジェネレータＭＧ２を駆動させ、エンジン１に負荷をかけることによって、充電を行いながら走行することも可能である。

このハイブリッド走行においては、従来例（特許文献２）のように、変速比を維持するために両モータジェネレータが動力循環を行いながら駆動・回生を行うエネルギーを必要としないため、従来例（特許文献２）に対し、燃費のより一層の向上が可能となる。また、同じ理由により、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２による駆動および回生可能な駆動力を、従来例（特許文献２）に比較して上回らせることができる。また、従来例（特許文献２）においては、低速時に変速比を維持しながら十分な駆動力を発生させることができず、リングギアＲをブレーキによって固定し、機械的に変速比を作るローモードを設けていたため、差動機構２内に多板湿式クラッチおよび油圧ポンプを必要とするが、本実施形態のハイブリッド４輪駆動システムでは、ローモード機能は変速機３にて賄えるため、差動機構２には湿式クラッチおよび油圧ポンプを設ける必要がなく、装置を簡素化できる。

さらにまた、本実施形態のハイブリッド４輪駆動システムの適用例として、エンジン１と差動機構２との間に動力伝達を遮断可能なクラッチ１５を設け、エンジン１からの駆動力をクラッチ１５により遮断してモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２により前輪６を駆動して車両を前後進させるようにすることもできる。

即ち、極低速時はエンジン１を停止させ、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２により前輪駆動系統４を駆動する（ＥＶ走行）ことにより、変速機３内に設けられている発進要素（トルクコンバータ）を削減することが可能であり、しかも、エンジン１のアイドリングストップが可能となり、燃費をさらに向上させることができる。しかも、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は回転方向を逆転させることができるため、エンジン停止状態で、前輪駆動によるＥＶ走行を行う場合には、後進も可能となり、エンジン駆動による後進走行時に必要としていた変速機３内の前後進切換機構を削減することが可能となり、変速機３を簡素化できる。

さらに、変速機３に独自の電動式油圧ポンプを設ける場合には、エンジン停止時においても電動ポンプ２２、２３による油圧により変速機３での動力伝達が可能となるため、前輪駆動によるＥＶ走行中においても、後輪駆動を加えて４輪駆動を可能とできる。

図８は、ハイブリッド４輪駆動システムにおける差動機構２の第２実施例を示すギヤトレーン図である。本実施例においては、ラビーニョ差動遊星歯車の代わりに２段のシングルピニオン遊星歯車Ｇにより差動機構２を構成している。なお、図１と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図８において、前記差動機構２は、２つ以上のモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と、エンジン１からの駆動力およびモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動力に応じて、前輪駆動系統４および／または後輪駆動系統５への駆動出力を可変制御可能な差動遊星歯車組Ｇとを備える構成では、第１実施形態と同様である。前記差動遊星歯車組Ｇは、２段のシングルピニオン遊星歯車Ｐ１、Ｐ２により構成している。即ち、第１遊星歯車列Ｐ１のリングギヤＲ１と第２遊星歯車列Ｐ２のキャリアＣ２とが結合され、第１遊星歯車列Ｐ１のリングギヤＲ１は外周側で前輪駆動用ギヤ２５Ａと噛合うことで前輪駆動系統４と連結されている。第２遊星歯車列Ｐ２のリングギヤＲ２はケースに固定され、モータジェネレータＭＧ１は第１遊星歯車列Ｐ１のサンギヤＳ１に連結され、モータジェネレータＭＧ２は第２遊星歯車列Ｐ２のサンギヤＳ２に連結されている。エンジン１からの駆動力は第１遊星歯車列Ｐ１のキャリアＣ１に入力される。エンジン１の出力は、同時に差動機構２を貫通して、プロペラシャフト２０を介して車両後方に設置されている変速機３へと出力される。

図９は、前記差動遊星歯車組Ｇの共線図を示し、第１遊星歯車列Ｐ１を構成する直線と第２遊星歯車列Ｐ２を構成する直線とが、第１遊星歯車列Ｐ１のリングギヤＲ１と第２遊星歯車列Ｐ２のキャリアＣ２とで連結され、且つ第２遊星歯車列Ｐ２のリングギヤＲ２が回転ゼロに固定された構成となる。この差動遊星歯車組Ｇにおいても、いずれかの２要素の回転数が決まれば、残りの要素の回転数、即ち、全ての要素の回転数が一義的に決定する関係となる。また、モータジェネレータＭＧ２の駆動トルクは、第２遊星歯車列Ｐ２により増幅してから第１遊星歯車列Ｐ１のリングギヤＲ１に入力するため、差動機構２の駆動出力を大きくすることができる。

この構成の差動機構２においても、図１、２に示す差動機構２と同様に、エンジン１と車輪６、７の回転数の関係は変速機３によって決定され、各モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動および回生の割合により、車両の前後駆動力配分を１００％前輪駆動から１００％後輪駆動まで無段階に任意に制御することができる。従って、第１実施形態と同様に、前後駆動力配分の制御により、変速機３での変速ショックの低減作動、コーナリング走行中の車両挙動の安定作動、燃費重視モードでの加減速運転作動、および、ＥＶ走行作動を行わせることができる。

なお、この差動機構２では、第１遊星歯車列Ｐ１のリングギヤＲ１と第２遊星歯車列Ｐ２のキャリアＣ２とを締結するため、第１、２遊星歯車列Ｐ１、Ｐ２の間に締結のための間隔を必要とし、差動機構２の軸長が伸びるが、ラビーニョ型差動遊星歯車組ではダブルピニオンとシングルピニオンで構成されて部品点数が多くなるのに対し、シングルピニオンのみで構成することができるため、部品点数を削減することができる。

図１０は、ハイブリッド４輪駆動システムにおける差動機構の第３実施例を示すギヤトレーン図である。本実施例においては、１列のシングルピニオン遊星歯車組Ｇにより差動機構２を構成している。なお、図１と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

図１０において、前記差動機構２は、２つ以上のモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と、エンジン１からの駆動力およびモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動力に応じて、前輪駆動系統４および／または後輪駆動系統５への駆動出力を可変制御可能な差動遊星歯車組Ｇとを備える構成では、第１実施形態と同様である。前記差動遊星歯車組Ｇは、１段のシングルピニオン遊星歯車により構成している。即ち、遊星歯車列のリングギヤＲ１は外周側で前輪駆動用ギヤ２５Ａと噛合うことで前輪駆動系統４と連結され且つモータジェネレータＭＧ２にも連結されている。モータジェネレータＭＧ１は遊星歯車列のサンギヤＳ１に連結され、エンジン１からの駆動力は遊星歯車列のキャリアＣ１に入力される。エンジン１の出力は、同時に差動機構２を貫通して、プロペラシャフト２０を介して車両後方に設置されている変速機３へと出力される。図１１は、上記差動機構２を構成する差動遊星歯車組Ｇの共線図であり、いずれかの２要素の回転数が決まれば、残りの要素の回転数、即ち、全ての要素の回転数が一義的に決定する関係となる。また、モータジェネレータＭＧ２の駆動トルクは、増幅されずに直接遊星歯車列ＧのリングギヤＲ１に入力するため、モータジェネレータＭＧ２自体が大トルクを発生させる必要がある。このような差動機構２を備えるハイブリッド４輪駆動システムは、前輪６に分配するトルク容量が少ない車両に対しては、適用可能である。

この構成の差動機構２では、遊星歯車を１段に削減することが可能となり、構成が簡素化できる。また、モータジェネレータＭＧ２が前輪駆動系統４と直接連結されるリングギアＲ１に直接締結されていることから、前輪６とモータジェネレータＭＧ２の間の動力損失要素が少なく、駆動および回生効率を向上できる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）３個以上の入出力要素を有し、前記要素の１つにエンジン１からの入力を、他の１つの要素に前輪６若しくは後輪７への駆動系統４への出力を、残りの要素を含む２個の要素に夫々モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を割り当てる差動機構２と、前記差動機構２のエンジン１から入力される要素の回転を差動機構２を経由することなく変速して後輪７若しくは前輪６への駆動系統５に出力する変速機３とを備えるため、変速機３を後輪車軸装置５と一体化させたトランスアクスルレイアウトのフロントエンジン・後輪駆動のＦＲプラットフォームにフロントエンジン・前輪駆動のＦＦ用ハイブリッドユニットを縦置きに追加するのみで、変速機、ハイブリッドユニット、ディファレンシャル等の専用設計を必要とすることなく、ハイブリッド４輪駆動システムを構成することができ、安価に提供できる。

また、差動機構２は、電気的に変速比を維持する必要がないため、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２間の動力循環が減少し、電気的効率を向上させることができる。このため、ＦＦ用ハイブリッドユニットを流用しながらも、電気変速を行う場合より燃費向上および高出力トルクを発生することができる。

（イ）また、前輪６および後輪７のタイヤの滑り率を検知する検知手段３３を設けて、前輪６あるいは後輪７のタイヤ滑り率が検知された場合には、制御手段であるコントローラ８により、滑り率に応じてモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動させるようにすると、エンジン１およびモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動力を自在に前後輪６、７に分配し、不安定になった車輌姿勢を安定させて、走行性能を向上させることができる。

（ウ）差動機構２は、図２に示すように、要素の速度順にモータジェネレータＭＧ１、エンジン１入力回転、駆動出力回転、モータジェネレータＭＧ２の４要素から構成することにより、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を通過するトルクを低く抑えられると同時に、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の出力トルクを増幅させることができ、搭載するモータＭＧ１、ＭＧ２を小型化できる。

（エ）差動機構２の複数のモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、制御手段であるコントローラ８により差動機構２から出力される駆動輪トルクを変化させることなく、差動機構２に入力されたエンジントルクを増大または減少させるよう制御すると、前輪６への駆動トルクとは独立して後輪７への駆動トルクを増減させることができる。

また、差動機構２の複数のモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、制御手段であるコントローラ８により差動機構２に入力されたエンジントルクを変化させることなく、差動機構２から出力される駆動輪トルクを増大または減少させるよう制御すると、後輪７への駆動トルクとは独立して前輪６への駆動トルクを増減させることができる。

従って、上記両者を組合わせることにより、前後輪６、７のトルク分配率を０：１００から１００：０まで無段階に制御することができ、４輪駆動車としての制御性を向上させることができる。

（オ）制御手段であるコントローラ８により、変速機３の変速時に少なくとも１つ以上のモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２が差動機構２から出力される駆動力を変化させることなく駆動または回生を行うよう制御すると、変速機３が有段変速機であった場合の変速ショックを低減させることができる。この場合、増速変速時には、変速機３に入力されるエンジントルクが減少するように、また、減速変速時には、変速機３に入力されるエンジントルクが増大するように、スパイク状のトルクをモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の駆動および回生によって発生させる。

（カ）差動機構２は、エンジン１との間にクラッチ１５を備えるようにすると、クラッチ１５により差動機構２をエンジン１から切離すことにより、アイドリングストップ、ＥＶ走行、および後退走行が可能となる。よって、トルクコンバータ等の発進要素を削減でき構造を簡易化でき、変速機３にあっては前後進切換機構が削減でき、同時にアイドリングストップとＥＶ走行の効果によって、燃費の向上が可能となる。

（キ）変速機３の作動用油圧を発生させるポンプ２２を電動モータ２３により駆動することにより、前記効果（カ）のＥＶ走行または後退走行時においても、４輪全てで駆動および回生が可能となる。

（ク）また、車両の中央付近に加速度センサ３５を設け、制御手段であるコントローラ８により加速度センサ３５の出力に基づいて前後輪６、７への駆動分配を制御するようモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を作動させると、車両のコーナリング時に不安定となる車輌姿勢をアクティブに制御し、安定させることができる。

なお、上記実施形態において、後輪７を変速機３出力により駆動し、前輪６を差動機構２の出力により駆動する４輪駆動システムについて説明したが、図示はしないが、前輪６を変速機出力により駆動し、後輪７を差動機構の出力により駆動する４輪駆動システムであってもよい。

本発明の一実施形態を示すハイブリッド４輪駆動システムのシステム構成図。同じく差動機構の概略構成図。差動機構の差動遊星歯車組の展開概念図。差動機構の共線図。差動機構の作動状態（Ａ）〜（Ｃ）を共線図により説明する説明図。コーナリング走行時の車両挙動状態（Ａ）、（Ｂ）を説明する説明図。モータジェネレータによる駆動作動（Ａ）および回生作動（Ｂ）を説明する説明図。ハイブリッド４輪駆動システムの差動機構の第２実施例を説明する概略構成図。図８の差動機構の共線図。ハイブリッド４輪駆動システムの差動機構の第３実施例を説明する概略構成図。図１０の差動機構の共線図。

符号の説明

ＭＧ１、ＭＧ２モータジェネレータ
Ｇ差動遊星歯車組
Ｐ１、Ｐ２第１、第２遊星歯車列
１エンジン
２差動機構
３変速機
４前輪駆動系統
５後輪駆動系統
６前輪
７後輪
８主コントローラ（制御手段）
９変速コントローラ
１０エンジンコントローラ

Claims

４個以上の入出力要素を有し、前記要素の１つにエンジンからの入力及び前輪若しくは後輪の一方の駆動系統への出力を、他の１つの要素に前記前輪若しくは後輪の他方の駆動系統への出力を、残りの２個の要素に夫々モータジェネレータを割り当てる差動機構と、
前記差動機構の前記前輪若しくは後輪の一方の駆動系統への出力要素の回転を変速して前輪若しくは後輪の一方の駆動系統に出力する変速機と、
前記エンジンおよび２個のモータジェネレータの駆動力を制御する制御手段と、を備え、
前記差動機構から出力される駆動力と前記変速機から出力される駆動力とにより車両の前輪および後輪を夫々駆動することを特徴とするハイブリッド４輪駆動システム。
前輪および後輪タイヤの滑り率を検知する検知手段を設け、前記制御手段は、前輪あるいは後輪のタイヤ滑り率が検知された場合には、滑り率に応じてモータジェネレータを駆動させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド４輪駆動システム。
前記差動機構は、要素の速度順にモータジェネレータ、エンジン入力回転、駆動出力回転、モータジェネレータの４要素から構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド４輪駆動システム。
前記差動機構の複数のモータジェネレータは、制御手段により差動機構から出力される駆動輪トルクを変化させることなく、差動機構に入力されたエンジントルクを増大または減少させるよう制御されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のハイブリッド４輪駆動システム。
前記差動機構の複数のモータジェネレータは、制御手段により差動機構に入力されたエンジントルクを変化させることなく、差動機構から出力される駆動輪トルクを増大または減少させるよう制御されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のハイブリッド４輪駆動システム。
前記制御手段は、前記変速機の変速時に少なくとも１つ以上のモータジェネレータが差動機構から出力される駆動力を変化させることなく駆動または回生を行うよう制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のハイブリッド４輪駆動システム。
前記差動機構は、エンジンとの間にクラッチを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のハイブリッド４輪駆動システム。
前記変速機は、作動用油圧を発生させるポンプを電動により駆動することを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド４輪駆動システム。
車両の中央付近に加速度センサを設け、前記制御手段は加速度センサの出力に基づいて前後輪への駆動分配を制御するようモータジェネレータを作動させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載のハイブリッド４輪駆動システム。