JP4228954B2 - Hybrid vehicle drive system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車両の走行のための動力源として複数種類の動力装置を備えているハイブリッド車に関し、特に内燃機関とモータ・ジェネレータなどの電動動力源ならびに出力部材との間でのトルクの分配や合成あるいは伝達を、複数組の遊星歯車機構を介しておこなうように構成されたハイブリッド車の駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a hybrid vehicle including a plurality of types of power units as a power source for traveling of the vehicle, and in particular, torque distribution between an internal combustion engine and an electric power source such as a motor / generator and an output member. The present invention relates to a hybrid vehicle drive device configured to perform composition or transmission via a plurality of planetary gear mechanisms.
周知のように、内燃機関の最も効率の良い運転状態と車両に要求される走行を満足するための内燃機関の運転状態とは必ずしも一致しないので、内燃機関を動力源とする車両の燃費を向上させ、また排ガスを削減するために、変速機などの他の駆動機構を併用する必要がある。その一例が発電機および電動機を内燃機関と併用したハイブリッド車であり、内燃機関を効率の良い運転点で運転し、かつ車両に要求される駆動トルクを電動機で付加でき、しかも減速時にエネルギー回生をおこなってその電力を走行のために使用できるので、走行に対する要求を満たしつつ燃費を向上させることができる。 As is well known, the most efficient driving state of the internal combustion engine does not necessarily match the driving state of the internal combustion engine for satisfying the travel required by the vehicle, so that the fuel consumption of the vehicle using the internal combustion engine as a power source is improved. In order to reduce exhaust gas, it is necessary to use another drive mechanism such as a transmission together. One example is a hybrid vehicle that uses a generator and an electric motor in combination with an internal combustion engine. The internal combustion engine can be operated at an efficient operating point, and the driving torque required for the vehicle can be added by the electric motor. Since the electric power can be used for traveling, the fuel efficiency can be improved while satisfying the demand for traveling.
ハイブリッド車において内燃機関と電動機や発電機とを組み合わせる形式は多様であり、エネルギー回生およびトルクアシストにモータ・ジェネレータを使用するだけでなく、内燃機関の回転数制御およびトルクアシストのための電力の発電にモータ・ジェネレータもしくは発電機を使用する形式のハイブリッド車が提案されている。その一例が、特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載された装置は、三組の遊星歯車機構を相互に連結して入力要素および反力要素ならびに出力要素とされる要素を五つ備えた歯車機構を構成し、所定の入力要素に内燃機関を連結するとともに、所定の反力要素に第1のモータ・ジェネレータを連結し、さらに残る三つの要素を選択的に出力部材に連結することによりこれらの三つの要素を選択的に出力要素とするように構成されている。そして、いずれかの出力要素に第2のモータ・ジェネレータが連結されている。
There are various types of combinations of an internal combustion engine and an electric motor or generator in a hybrid vehicle. In addition to using a motor / generator for energy regeneration and torque assist, power generation for controlling the rotational speed of the internal combustion engine and torque assist is also possible. A hybrid vehicle using a motor / generator or a generator has been proposed. An example thereof is described in
したがって特許文献1に記載された装置では、出力要素の回転数が、内燃機関の連結された入力要素の回転数と第1のモータ・ジェネレータが連結された反力要素の回転数との中間の回転数となる場合と、出力要素の回転数が、前記入力要素の回転数と前記反力要素の回転数とのうちの高回転数よりも更に高回転数となる場合との少なくとも二つの駆動状態を設定することができる。前者の場合には、出力要素の回転数が入力回転数より低回転数となるので、出力要素もしくはこれが連結される出力部材には、内燃機関の出力トルクがいわゆる増幅された状態で現れる。また反対に後者の場合には、出力部材に現れるトルクが内燃機関の出力トルクより小さくなる。
上記の特許文献1に記載された装置では、内燃機関の出力トルクを第1のモータ・ジェネレータと出力要素とに分配する前記歯車機構が、出力要素の選択の仕方によって、実質的な変速比が変化する変速機として機能する。そのため、内燃機関から出力部材に伝達されるトルクの割合を変化させることができるので、内燃機関の運転状態を特に大きく変化させたり、第2のモータ・ジェネレータによるアシストトルクを特に大きくしたりすることなく、走行に対する要求をある程度満たすことができる。
In the device described in
しかしながら、上記の特許文献1に記載された装置では、差動作用をなす三要素の遊星歯車機構を三組組み合わせて五要素の歯車機構を構成し、そのうちの三つの要素を選択的に出力要素とするようになっているため、歯車機構の構成が大型化および複雑化する問題があった。
However, in the apparatus described in the above-mentioned
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、車載に優れ、しかも動力損失を抑制することの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。 The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and has as its object to provide a drive device for a hybrid vehicle that is excellent in a vehicle and that can suppress power loss.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、内燃機関と発電機とを、差動作用のある分配機構を介して出力部材に連結し、前記内燃機関から前記分配機構に入力されたトルクに対して前記発電機によって反力トルクを与えて、前記出力部材にトルクを出力するハイブリッド車の駆動装置において、前記分配機構が、二組の遊星歯車機構を組み合わせて四つの回転要素を有する歯車機構として構成され、前記回転要素のいずれかが前記内燃機関からトルクが入力される入力要素とされるとともに、他のいずれかの要素が前記入力要素のトルクに対する反力トルクが前記発電機から入力される反力要素とされ、前記入力要素と前記反力要素と共に差動作用をなす他の二つの要素が出力要素とされ、これら二つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する連結機構を備え、前記連結機構を制御して前記二つの出力要素を前記出力部材に同時に連結し、機械直結変速段を形成する制御手段を備えていることを特徴とする駆動装置である。なお、その発電機は、電動機と発電機との機能を併せ持ったモータ・ジェネレータあるいはこれに類する装置を含む。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an internal combustion engine and a generator are connected to an output member via a distribution mechanism having a differential action, and input from the internal combustion engine to the distribution mechanism. In the hybrid vehicle drive device that applies a reaction torque to the output torque by the generator and outputs the torque to the output member, the distribution mechanism combines four planetary gear mechanisms into four rotating elements. The rotating element is an input element to which torque is input from the internal combustion engine, and any of the other elements has a reaction torque against the torque of the input element. The other two elements that make a differential action with the input element and the reaction force element are output elements, and these two output elements are selected as the output members. To e Bei a coupling mechanism for coupling, the coupling mechanism controlled by the connecting simultaneously the two output elements to the output member, characterized by comprising control means for forming a mechanical direct gear stage driven Device. The generator includes a motor / generator having both functions of an electric motor and a generator, or a similar device.
また、請求項2の発明は、内燃機関と発電機とを、差動作用のある分配機構を介して出力部材に連結し、前記内燃機関から前記分配機構に入力されたトルクに対して前記発電機によって反力トルクを与えて、前記出力部材にトルクを出力するハイブリッド車の駆動装置において、前記分配機構が、二組の遊星歯車機構を組み合わせて四つの回転要素を有する歯車機構として構成され、前記回転要素のいずれかが前記内燃機関からトルクが入力される入力要素とされるとともに、他のいずれかの要素が前記入力要素のトルクに対する反力トルクが前記発電機から入力される反力要素とされ、前記入力要素と前記反力要素と共に差動作用をなす他の二つの要素が出力要素とされ、これら二つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する連結機構を備えており、前記分配機構と前記出力部材との間に、少なくとも二段に変速比を変化させることのできる変速機が設けられ、前記連結機構が、前記反力要素の回転数に対して前記入力要素の回転数が高回転数の場合にその入力要素より更に高回転数となる一方の出力要素を、変速比が最も大きい低速変速比の状態の前記変速機を介して前記出力部材に連結する機構と、前記反力要素と前記入力要素との中間の回転数となる他方の出力要素を、変速比が前記低速変速比より小さい他の変速比の状態の前記変速機を介して前記出力部材に連結する機構とを有しており、前記四つの回転要素の相互関係を、前記各遊星歯車機構のギヤ比に基づく間隔を空けて相互に平行に配置した四本の線分で表す共線図において、前記反力要素と前記入力要素とがいずれか一つの出力要素を挟んだ両側に位置し、かつ他の出力要素が前記入力要素を挟んで前記一つの出力要素とは反対側に位置するように構成されており、前記連結機構を制御して前記二つの出力要素を前記出力部材に同時に連結し、前記変速機で機械直結変速段を形成する制御手段を備えていることを特徴とする駆動装置である。 According to a second aspect of the present invention , an internal combustion engine and a generator are connected to an output member via a distribution mechanism having a differential action, and the power generation is performed with respect to torque input from the internal combustion engine to the distribution mechanism. In the hybrid vehicle drive device that applies reaction force torque by a machine and outputs torque to the output member, the distribution mechanism is configured as a gear mechanism having four rotating elements by combining two planetary gear mechanisms, Any one of the rotating elements is an input element to which torque is input from the internal combustion engine, and any one of the other elements is a reaction force element in which a reaction torque with respect to the torque of the input element is input from the generator The other two elements having a differential action together with the input element and the reaction force element are output elements, and a coupling mechanism that selectively couples the two output elements to the output member Provided and, between the output member and the dispensing mechanism, transmission capable of varying a speed ratio at least two stages are provided, the coupling mechanism, the relative rotational speed of said reaction element When the rotation speed of the input element is high, one output element having a higher rotation speed than that of the input element is connected to the output member via the transmission in the state of the low speed gear ratio with the largest speed ratio. And the other output element having an intermediate rotational speed between the reaction force element and the input element through the transmission in a state where the speed ratio is lower than the low speed speed ratio. A mechanism connected to the member, and the mutual relationship between the four rotating elements is represented by four line segments arranged parallel to each other at intervals based on the gear ratio of each planetary gear mechanism. In the diagram, the reaction force element and the input element It is located on both sides of any one output element, and the other output element is located on the opposite side of the one output element with the input element in between, and controls the coupling mechanism Then, the driving device is characterized by comprising control means for simultaneously connecting the two output elements to the output member and forming a mechanical direct-coupled gear stage with the transmission .
さらに、請求項3の発明は、内燃機関と発電機とを、差動作用のある分配機構を介して出力部材に連結し、前記内燃機関から前記分配機構に入力されたトルクに対して前記発電機によって反力トルクを与えて、前記出力部材にトルクを出力するハイブリッド車の駆動装置において、前記分配機構が、二組の遊星歯車機構を組み合わせて四つの回転要素を有する歯車機構として構成され、前記回転要素のいずれかが前記内燃機関からトルクが入力される入力要素とされるとともに、他のいずれかの要素が前記入力要素のトルクに対する反力トルクが前記発電機から入力される反力要素とされ、前記入力要素と前記反力要素と共に差動作用をなす他の二つの要素が出力要素とされ、これら二つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する連結機構を備えており、前記遊星歯車機構が二つのサンギヤとそれぞれ一つのキャリヤおよびリングギヤを有するラビニョ型遊星歯車機構によって構成され、前記内燃機関が前記リングギヤに連結されるとともに、前記発電機が前記リングギヤと共にシングルピニオン型遊星歯車機構を形成する第1サンギヤに連結され、前記変速機が、変速比の異なる第1速用および第2速用の少なくとも二対のギヤ対を有し、前記連結機構が、前記リングギヤと共にダブルピニオン型遊星歯車機構を形成する第2サンギヤに、前記第1速用ギヤ対を介して前記出力部材を選択的に連結する機構と、前記キャリヤに第2速用ギヤ対を介して前記出力部材を選択的に連結する機構とを有しており、前記四つの回転要素の相互関係を、前記各遊星歯車機構のギヤ比に基づく間隔を空けて相互に平行に配置した四本の線分で表す共線図において、前記反力要素と前記入力要素とがいずれか一つの出力要素を挟んだ両側に位置し、かつ他の出力要素が前記入力要素を挟んで前記一つの出力要素とは反対側に位置するように構成され、前記連結機構が、前記一つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する第1クラッチ機構と、前記他の出力要素を前記出力部材に選択的に連結する第2クラッチ機構とを有し、前記第1クラッチ機構と第2クラッチ機構とを同時に係合させて、機械直結変速段を形成する制御手段を更に備えていることを特徴とする駆動装置である。
Furthermore, the invention of
さらに、請求項4の発明は、内燃機関と発電機とを、差動作用のある分配機構を介して出力部材に連結し、前記内燃機関から前記分配機構に入力されたトルクに対して前記発電機によって反力トルクを与えて、前記出力部材にトルクを出力するハイブリッド車の駆動装置において、前記分配機構が、二組の遊星歯車機構を組み合わせて四つの回転要素を有する歯車機構として構成され、前記回転要素のいずれかが前記内燃機関からトルクが入力される入力要素とされるとともに、他のいずれかの要素が前記入力要素のトルクに対する反力トルクが前記発電機から入力される反力要素とされ、前記入力要素と前記反力要素と共に差動作用をなす他の二つの要素が出力要素とされ、これら二つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する連結機構を備えているとともに、前記四つの回転要素の相互関係を、前記各遊星歯車機構のギヤ比に基づく間隔を空けて相互に平行に配置した四本の線分で表す共線図において、前記反力要素と前記入力要素とがいずれか一つの出力要素を挟んだ両側に位置し、かつ他の出力要素が前記入力要素を挟んで前記一つの出力要素とは反対側に位置するように構成されており、前記連結機構を制御して前記二つの出力要素を前記出力部材に同時に連結して、機械直結変速段を形成する制御手段を備えていることを特徴とするものである。
さらにまた、請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれかの構成に加えて、前記他の出力要素もしくは該他の出力要素と一体の部材に連結されて駆動トルクを補助する動力を出力する電動機がさらに設けられており、前記制御手段は、前記発電機もしくは前記電動機の負荷が相対的に大きいときに、前記機械直結変速段を形成する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。
Et al is, the invention of
Furthermore, the invention of
そして、請求項6の発明は、請求項1ないし4のいずれかの構成に加えて、前記他の出力要素もしくは該他の出力要素と一体の部材に連結されて駆動トルクを補助する動力を出力する電動機がさらに設けられており、前記制御手段は、前記発電機もしくは前記電動機を含む電気系統の温度、もしくは前記連結機構の温度が所定値以上の場合に、前記機械直結変速段を形成する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。
In addition to the structure of any one of
また、請求項7の発明は、請求項1ないし5のいずれかの構成に加えて、前記制御手段は、車両が停止状態を維持する場合に前記連結機構を制御して前記機械直結変速段を設定する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。 According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the structure of any of the first to fifth aspects, the control means controls the coupling mechanism to change the mechanical direct-coupled gear stage when the vehicle maintains a stopped state. a driving device which is characterized that you comprising means for setting.
そしてさらに、請求項8の発明は、請求項1ないし7のいずれかの発明において、前記制御手段は、車両の車速が予め定めた所定の範囲内であり、かつ、車速と要求駆動力との変化が所定値以下の定常走行状態にあり、かつ、前記機械直結変速段を選択すると燃費がよい場合は、その機械直結変速段を形成する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。
Further, the invention according to
請求項9の発明は、請求項1ないし8のいずれかの構成に加えて、前記制御手段は、車両の運転者の手動操作によって前記機械直結変速段が選択された時に、その機械直結変速段を形成する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, in addition to the structure of any one of the first to eighth aspects, the control means is configured such that when the mechanical direct connection speed is selected by a manual operation of a vehicle driver, the mechanical direct connection speed is selected. a driving device which is characterized that you includes means for forming a.
請求項10の発明は、請求項1ないし9のいずれかの構成に加えて、前記制御手段は、ナビゲーション装置や通信手段で得られた道路情報が、車両が高速道路などの定常走行もしくはこれに近い走行を維持する道路の時に、前記機械直結変速段を形成する手段を含む
ことを特徴とする駆動装置である。
According to a tenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any of the first to ninth aspects, the control means may be configured such that the road information obtained by the navigation device or the communication means indicates that the vehicle is in a steady traveling state such as an expressway or the like. Including means for forming the mechanically connected gear when the road is maintained close to the road
A driving device which is characterized and this.
請求項11の発明は、請求項1ないし4のいずれかの構成に加えて、前記他の出力要素もしくは該他の出力要素と一体の部材に連結されて駆動トルクを補助する動力を出力する電動機がさらに設けられており、前記制御手段は、前記機械直結変速段を形成する場合に、前記発電機または電動機のうち、低温であり、かつ発熱量が少ないか、または、許容温度が高い方により、トルクアシストをおこなうか、もしくはエネルギの回生をおこなう手段を含むことを特徴とする駆動装置である。
In addition to the structure of any one of
請求項12の発明は、請求項11の発明において、前記制御手段は、前記変速機で高速側の変速段を選択する場合に、前記電動機または発電機のいずれか一方によりトルクアシストをおこない、前記変速機で低速側の変速段を選択する場合に、前記電動機または発電機のいずれか一方により、エネルギの回生をおこなう手段を含むことを特徴とする駆動装置である。 According to a twelfth aspect of the invention, in the invention of the eleventh aspect, the control means performs torque assist by either the electric motor or the generator when the high speed side gear stage is selected by the transmission. The drive device includes means for regenerating energy by either the electric motor or the generator when selecting a low-speed gear stage in the transmission .
さらに、請求項13の発明は、請求項1ないし12のいずれかの構成に加えて、前記反力要素を所定の固定部に連結して回転しないように固定する固定係合機構を更に備えていることを特徴とする駆動装置である。
Further, the invention of
請求項1の発明によれば、二つの出力要素のうちの一方を出力部材に連結した状態と、他方の出力要素を出力部材に連結した状態とでは、入力要素にトルクを入力する内燃機関の回転数と出力部材との回転数との比率が異なる。すなわち、内燃機関の出力したトルクのうち出力部材に伝達されるトルクの割合を、出力部材に連結する出力要素を切り換えることにより変更することができる。そのため、駆動形態(運転モード)が複数になって走行要求に適した駆動形態を選択でき、それに伴ってエネルギー効率の良い走行が可能になり、しかも二組の遊星歯車機構で分配機構を構成できるので、装置の全体としての構成を簡素化および小型化することができる。また、連結機構を制御して二つの出力要素を出力部材に同時に連結し、機械直結変速段を形成すると、一つの出力要素と出力部材との間の変速比、および前記他の出力要素と出力部材との間の変速比、ならびに出力部材の回転数に応じて、前記四つの回転要素の回転数が決まり、それに伴って前記発電機による前記反力要素を介した内燃機関の回転数制御をおこなわないことになる。その結果、運動エネルギと電気エネルギとの変換やそれに伴うエネルギ損失が回避され、燃費の向上に有利になる。 According to the first aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine that inputs torque to the input element in a state in which one of the two output elements is connected to the output member and a state in which the other output element is connected to the output member. The ratio between the rotational speed and the rotational speed of the output member is different. That is, the ratio of the torque transmitted to the output member out of the torque output from the internal combustion engine can be changed by switching the output element connected to the output member. For this reason, a plurality of drive modes (operation modes) can be selected to select a drive mode suitable for the travel request, and accordingly, energy efficient travel is possible, and a distribution mechanism can be configured with two sets of planetary gear mechanisms. Therefore, the overall configuration of the apparatus can be simplified and miniaturized . In addition, when the two output elements are connected to the output member at the same time by controlling the connecting mechanism to form a mechanical direct connection speed, the transmission ratio between one output element and the output member, and the other output element and the output The number of rotations of the four rotating elements is determined according to the gear ratio with the member and the number of rotations of the output member, and accordingly, the number of revolutions of the internal combustion engine is controlled by the generator via the reaction force element. It will not be done. As a result, conversion between kinetic energy and electric energy and the accompanying energy loss are avoided, which is advantageous for improving fuel efficiency.
また、請求項2の発明によれば、二つの出力要素のうちの一方を出力部材に連結した状態と、他方の出力要素を出力部材に連結した状態とでは、入力要素にトルクを入力する内燃機関の回転数と出力部材との回転数との比率が異なる。すなわち、内燃機関の出力したトルクのうち出力部材に伝達されるトルクの割合を、出力部材に連結する出力要素を切り換えることにより変更することができる。そのため、駆動形態(運転モード)が複数になって走行要求に適した駆動形態を選択でき、それに伴ってエネルギー効率の良い走行が可能になり、しかも二組の遊星歯車機構で分配機構を構成できるので、装置の全体としての構成を簡素化および小型化することができる。また、連結機構を制御して二つの出力要素を出力部材に同時に連結し、機械直結変速段を形成すると、一つの出力要素と出力部材との間の変速比、および前記他の出力要素と出力部材との間の変速比、ならびに出力部材の回転数に応じて、前記四つの回転要素の回転数が決まり、それに伴って前記発電機による前記反力要素を介した内燃機関の回転数制御をおこなわないことになる。その結果、運動エネルギと電気エネルギとの変換やそれに伴うエネルギ損失が回避され、燃費の向上に有利になる。さらに、反力要素よりも入力要素の回転数が高回転数の状態でその入力要素より更に高回転数の出力要素が、低速変速比状態の変速機を介して出力部材に連結されるので、分配機構による実質的な変速比を、発電機によって連続的に変化させてスムースな発進および変速をおこなうことができる。
According to the invention of
さらに、請求項3の発明によれば、第1および第2のクラッチ機構を同時に係合させることにより、二つの出力要素のうちの一方を出力部材に連結した状態と、他方の出力要素を出力部材に連結した状態とでは、入力要素にトルクを入力する内燃機関の回転数と出力部材との回転数との比率が異なる。すなわち、内燃機関の出力したトルクのうち出力部材に伝達されるトルクの割合を、出力部材に連結する出力要素を切り換えることにより変更することができる。そのため、駆動形態(運転モード)が複数になって走行要求に適した駆動形態を選択でき、それに伴ってエネルギー効率の良い走行が可能になり、しかも二組の遊星歯車機構で分配機構を構成できるので、装置の全体としての構成を簡素化および小型化することができる。また、連結機構を制御して二つの出力要素を出力部材に同時に連結して、変速機で機械直結変速段を形成すると、一つの出力要素と出力部材との間の変速比、および前記他の出力要素と出力部材との間の変速比、ならびに出力部材の回転数に応じて、前記四つの回転要素の回転数が決まり、それに伴って前記発電機による前記反力要素を介した内燃機関の回転数制御をおこなわないことになる。その結果、運動エネルギと電気エネルギとの変換やそれに伴うエネルギ損失が回避され、燃費の向上に有利になる。さらに、分配機構の構成を簡素化あるいは小型化することができ、また変速機にいわゆる平行ギヤを採用できるので、変速比の設定の自由度を向上させることができる。
Further, according to the invention of
請求項4の発明によれば、二つの出力要素のうちの一方を出力部材に連結した状態と、他方の出力要素を出力部材に連結した状態とでは、入力要素にトルクを入力する内燃機関の回転数と出力部材との回転数との比率が異なる。すなわち、内燃機関の出力したトルクのうち出力部材に伝達されるトルクの割合を、出力部材に連結する出力要素を切り換えることにより変更することができる。そのため、駆動形態(運転モード)が複数になって走行要求に適した駆動形態を選択でき、それに伴ってエネルギー効率の良い走行が可能になり、しかも二組の遊星歯車機構で分配機構を構成できるので、装置の全体としての構成を簡素化および小型化することができる。また、連結機構を制御して二つの出力要素を出力部材に同時に連結し、機械直結変速段を形成すると、一つの出力要素と出力部材との間の変速比、および前記他の出力要素と出力部材との間の変速比、ならびに出力部材の回転数に応じて、前記四つの回転要素の回転数が決まり、それに伴って前記発電機による前記反力要素を介した内燃機関の回転数制御をおこなわないことになる。その結果、運動エネルギと電気エネルギとの変換やそれに伴うエネルギ損失が回避され、燃費の向上に有利になる。
さらに、請求項5の発明によれば、請求項1ないし4のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、発電機や電動機が力行動作や回生動作をおこなわないので、電気系統での損失(発熱)がなくなり、その結果、各機構の温度や潤滑油の温度を低下させ、あるいは温度上昇を抑制することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine that inputs torque to the input element in a state in which one of the two output elements is connected to the output member and a state in which the other output element is connected to the output member. The ratio between the rotational speed and the rotational speed of the output member is different. That is, the ratio of the torque transmitted to the output member among the torque output from the internal combustion engine can be changed by switching the output element connected to the output member. For this reason, a plurality of drive modes (operation modes) can be selected to select a drive mode suitable for travel requirements, and accordingly, energy efficient travel is possible, and a distribution mechanism can be configured with two sets of planetary gear mechanisms. Therefore, the overall configuration of the apparatus can be simplified and miniaturized. In addition, when the two output elements are connected to the output member at the same time by controlling the connecting mechanism to form a mechanical direct connection speed, the transmission ratio between one output element and the output member, and the other output element and the output The number of rotations of the four rotating elements is determined according to the gear ratio with the member and the number of rotations of the output member, and accordingly, the number of revolutions of the internal combustion engine is controlled by the generator via the reaction force element. It will not be done. As a result, conversion between kinetic energy and electric energy and the accompanying energy loss are avoided, which is advantageous for improving fuel efficiency.
Furthermore, according to the invention of
一方、請求項6の発明によれば、請求項1ないし4のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、機械直結変速段を設定することにより、電気エネルギの損失およびそれに伴う発熱を抑制することができ、その結果、発電機や電動機あるいは連結機構もしくはそのオイルなどの温度の上昇を防止することができる。 On the other hand, according to the sixth aspect of the invention, in addition to obtaining the same effect as any of the first to fourth aspects of the invention, by setting the mechanical direct connection gear stage, the loss of electric energy and the accompanying heat generation can be reduced. As a result, it is possible to prevent an increase in temperature of the generator, the electric motor, the coupling mechanism or the oil thereof.
また、請求項7の発明によれば、請求項1ないし6のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、出力部材と内燃機関とが直結状態となり、そのため車両を停止状態に維持するための制動力として内燃機関の慣性力や摩擦力を利用することができる。 According to the seventh aspect of the invention, in addition to obtaining the same effect as that of any of the first to sixth aspects, the output member and the internal combustion engine are directly connected, so that the vehicle is maintained in a stopped state. For this purpose, the inertial force and frictional force of the internal combustion engine can be used.
そして、請求項8の発明によれば、上述した請求項1ないし7のいずれかの発明による効果と同様の効果を得られることに加えて、内燃機関の燃費を向上することができる。
According to the invention of
請求項9の発明によれば、上述した請求項1ないし8のいずれかの発明による効果と同様の効果を得られることに加えて、運転者の手動操作により機械直結変速段が形成される。 According to the ninth aspect of the invention, in addition to obtaining the same effect as that of any of the first to eighth aspects of the invention described above, the mechanical direct connection speed stage is formed by the manual operation of the driver.
請求項10の発明によれば、上述した請求項1ないし9のいずれかの発明による効果と同様の効果を得られることに加えて、ナビゲーション装置や通信手段で得られた道路情報が、車両が高速道路などの定常走行もしくはこれに近い走行を維持する道路の時に、機械直結変速段が形成される。
According to the invention of
請求項11の発明によれば、上述した請求項1ないし4のいずれかの発明による効果と同様の効果を得られることに加えて、発電機または電動機のうち、低温であり、かつ発熱量が少ないか、または、許容温度が高い方により、トルクアシストをおこなうか、もしくはエネルギの回生をおこなう。
According to the invention of
請求項12の発明によれば、上述した請求項11の発明による効果と同様の効果を得られることに加えて、変速機で高速側の変速段を選択する場合に、電動機または発電機のいずれか一方によりトルクアシストをおこない、前記変速機で低速側の変速段を選択する場合に、電動機または発電機のいずれか一方により、エネルギの回生をおこなう。したがって、バッテリーなどの蓄電装置における充電容量を所定範囲に維持しつつ、車両の走行を継続することができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, in addition to obtaining the same effect as that of the above-described eleventh aspect of the present invention , when selecting the high speed side gear stage with the transmission, either the electric motor or the generator is selected. When torque assist is performed by one of them and a low speed side gear is selected by the transmission, energy is regenerated by either the motor or the generator. Therefore, it is possible to continue traveling of the vehicle while maintaining the charging capacity of the power storage device such as a battery within a predetermined range.
さらに、請求項13の発明によれば、上述した請求項1から12のいずれかの発明による効果と同様の効果を得られることに加えて、反力要素を固定することにより発電機を機能させない駆動状態とすることができ、その場合には、電気的な動力の伝達が生じないので、エネルギの変化に伴う損失や電気エネルギの伝達時の損失を回避し、燃費の向上に有利になる。
Furthermore, according to the invention of
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図1にこの発明に係る駆動装置の一例をスケルトン図で示してあり、ここに示す例は、内燃機関1と、第1および第2のモータ・ジェネレータ2,3とを動力装置として備え、内燃機関1の出力トルクを分配機構4によって第1モータ・ジェネレータ(MG1)2と出力側とに分配するとともに、第2モータ・ジェネレータ(MG2)3によって駆動トルクのアシスト(補助)をおこなうように構成されており、これは、いわゆる機械分配式2モータハイブリッド駆動装置である。
Next, the present invention will be described based on specific examples. FIG. 1 is a skeleton diagram showing an example of a drive device according to the present invention. The example shown here includes an
その内燃機関1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼して動力を出力する動力機関であり、好ましくはスロットル開度などの負荷を電気的に制御でき、また所定の負荷に対して回転数を制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できる内燃機関である。以下、内燃機関1をエンジン1と記す。
The
各モータ・ジェネレータ2,3としては、永久磁石式同期電動機を使用でき、電動機および発電機として機能させることができる。図1に示す具体例では、第1モータ・ジェネレータ2が主として発電機として機能し、したがってこの第1モータ・ジェネレータ2がこの発明の発電機に相当している。
As each of the
分配機構4は、実質的に二組の遊星歯車機構を組み合わせて構成されており、図1に示す例では、シングルピニオン型遊星歯車機構とダブルピニオン型遊星歯車機構とを組み合わせたラビニョ型遊星歯車機構が使用されている。具体的には、外歯歯車である第1サンギヤ(S1)5と、この第1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(R)6との間に、これら第1サンギヤ5とリングギヤ6とに噛み合っているロングピニオン7が配置されており、これら第1サンギヤ5とリングギヤ6とロングピニオン7との三者でシングルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。また、第1サンギヤ5に隣接して第2サンギヤ(S2)8が同一軸線上に配置され、この第2サンギヤ8に噛み合っているショートピニオン9が、前記ロングピニオン7に噛み合っており、したがって第2サンギヤ8と各ピニオン9,7とリングギヤ6との四者でダブルピニオン型遊星歯車機構が構成されている。そして、互いに噛み合っているロングピニオン7とショートピニオン9とは複数対設けられており、これらのピニオン7,9がキャリヤ(C)10によって自転かつ公転するように保持されている。
The
この分配機構4におけるリングギヤ6にエンジン1からトルクが入力されるように構成されている。したがってリングギヤ6がこの発明の入力要素となっている。図1では、エンジン1がリングギヤ6に直接連結された構成が示されているが、エンジン1とリングギヤ6との間にトルクコンバータや発進用のクラッチ(それぞれ図示せず)を設けてもよい。また、分配機構4における第1サンギヤ5に、第1モータ・ジェネレータ2からトルクを伝達するように構成されており、したがってこの第1サンギヤ5がこの発明の反力要素となっている。具体的には、エンジン1と同一軸線上に反力軸11が配置されており、この反力軸11のエンジン1側とは反対側の端部が、ギヤ対12を介して第1モータ・ジェネレータ2のロータに連結されている。なお、第1モータ・ジェネレータ2のステータは、ケーシング13などの固定部に連結されて固定されている。
Torque is input from the
上述した分配機構4は、入力要素となっているリングギヤ6と、反力要素となっている第1サンギヤ5と、第2サンギヤ8と、キャリヤ10との四つの要素を回転要素とするものであり、したがって第2サンギヤ8とキャリヤ10とが選択的に出力要素とされる。そして、リングギヤ6と、第1サンギヤ5あるいは第2サンギヤ8と、キャリヤ10との三者で差動作用を生じるように構成されている。
The
これらの出力要素と出力部材との間に、両者の間で選択的にトルクを伝達させる連結機構が設けられている。図1に示す具体例では、変速機における同期連結機構が、この発明の連結機構に相当している。具体的に説明すると、上記の反力軸11の外周側に、それぞれ中空軸である第1および第2の中間軸14,15が、回転自在に嵌合されている。外周側の第2中間軸15が、前記キャリヤ10に連結されており、内周側の第1中間軸14が、前記第2サンギヤ8に連結されるとともに、第2中間軸15の先端側(エンジン1とは反対側)に突出している。
A coupling mechanism for selectively transmitting torque between the output element and the output member is provided. In the specific example shown in FIG. 1, the synchronous coupling mechanism in the transmission corresponds to the coupling mechanism of the present invention. More specifically, first and second
これらの中間軸14,15から所定寸法離れ、かつこれらの中間軸14,15に対して平行に、この発明の出力部材に相当する出力軸16が回転自在に配置されている。そして、前記第1中間軸14と出力軸16との間に、第1速用ギヤ対17と、第3速用ギヤ対18とが配置されている。これらのギヤ対17,18は、軸線方向において互いに隣接して配置されている。また、前記第2中間軸15と出力軸16との間に、第2速用ギヤ対19と、第4速用ギヤ対20とが配置されている。これらのギヤ対19,20は、軸線方向において互いに隣接して配置されている。これらのギヤ対17,18,19,20のそれぞれは、各中間軸14,15側の駆動ギヤと、これに常時噛み合っている出力軸16側の従動ギヤとから構成されており、駆動ギヤの歯数に対する従動ギヤの歯数の比率が、第1速用ギヤ対17から第4速用ギヤ対20の順に次第に小さくなるように設定されている。したがってこれらのギヤ対17,〜20がいわゆる平行ギヤ式の変速機を構成し、その第1速用ギヤ対17がこの発明における低速変速比を設定することになる。
An
上記の各ギヤ対17,〜20における従動ギヤは、出力軸16に対して回転自在に保持されている。そして、これらの従動ギヤを出力軸16に対して選択的に連結する同期連結機構(シンクロナイザー)21,22が設けられており、そのうちの第1の同期連結機構21が、第1速用ギヤ対17と第3速用ギヤ対18との間に配置され、また第2の同期連結機構22が、第2速用ギヤ対19と第4速用ギヤ対20との間に配置されている。これらの同期連結機構21,22は従来知られているものと同様の構成であって、出力軸16に一体化させたハブ21h,22hの外周側にスリーブ21s,22sをスプライン嵌合させ、そのスリーブ21s,22sを軸線方向に移動させることにより、隣接する従動ギヤに形成されているスプラインに嵌合させて、ハブ21h,22hすなわち出力軸16と従動ギヤとをトルク伝達可能に連結するように構成されている。
The driven gears in each of the gear pairs 17 to 20 are held rotatably with respect to the
上記の出力軸16に取り付けた出力ギヤ23が、デファレンシャル(終減速機)24のリングギヤ25に噛み合っている。さらに出力軸16と前記第2モータ・ジェネレータ3のロータとがギヤ対26を介して連結されている。なお、第2モータ・ジェネレータ3のステータはケーシング13などの固定部に連結されて固定されている。したがって、第2モータ・ジェネレータ3は出力部材に対して直接トルクを伝達するようになっている。
An
なお、特には図示しないが、各モータ・ジェネレータ2,3はバッテリーなどの蓄電装置およびインバータに接続されていて、その力行および回生を電気的に制御されるとともに、各モータ・ジェネレータ2,3の間で電力を授受できるようになっている。また、同期連結機構21,22の切換制御を手動によっておこなうように構成することもできるが、適宜のアクチュエータを使用して電気的に制御することもできる。その切換制御は、例えばマイクロコンピュータを主体として電子制御装置によっておこなうことができ、その電子制御装置もしくは前記切換制御を実行する機能的手段が、この発明の切換手段に相当する。
Although not specifically shown, each motor /
つぎに上記の駆動装置の作用について説明する。上述したように分配機構4は、出力要素として第2サンギヤ8とキャリヤ10とを選択的に使用することができる。その出力要素の選択は、図1に示す例では、同期連結機構21,22によっておこなう。そして、この選択の仕方によって、すなわち第2サンギヤ8を出力要素とした場合とキャリヤ10を出力要素とした場合とでは、エンジン1の出力トルクに対する駆動トルクあるいは出力軸16に現れる出力軸トルクとの関係が変化する。言い換えれば、駆動装置の全体としての運転モードが変化する。
Next, the operation of the above drive device will be described. As described above, the
図2は、前述した同期連結機構21,22の動作状態(すなわちスリーブ21s,22sの位置)と設定される変速段との関係をまとめて示す図表である。図2において、「17側」、「18側」などの表示は、各スリーブ21s,22sが移動して係合している方向を示し、×印はスリーブ21s,22sがいずれにも係合していない中立状態を示す。
FIG. 2 is a chart collectively showing the relationship between the operation states of the
先ず、第1速は、第1同期連結機構21のスリーブ21sを第1速用ギヤ対17側に移動してその従動ギヤを出力軸16に連結することにより設定される。この状態では、第2サンギヤ8が出力要素となり、第1速用ギヤ対17を介して出力軸16に連結される。これを共線図で示すと、図3の(A)の状態となり、分配機構4における出力要素である第2サンギヤ8の回転数は、反力要素である第1サンギヤ5の回転数より入力要素であるリングギヤ6の回転数を高回転数とした場合には、その入力要素であるリングギヤ6の回転数より更に高回転数になる。そして、出力軸16の回転数は、第1速用ギヤ対17によるギヤ比に従って、第2サンギヤ8の回転数を減速した回転数となる。
First, the first speed is set by moving the sleeve 21 s of the first
この第1速は通常、車両の発進時に設定され、停止状態からの発進を全て上記の駆動装置によって制御するとすれば、エンジン1を燃費の良好な回転数に制御しておき、その状態で第1モータ・ジェネレータ2の回転数をエンジン回転数より大幅に高くして、出力要素である第2サンギヤ8の回転を止めておく。その状態から第1モータ・ジェネレータ2の回転数を次第に低下させると、エンジン1の回転数を一定に維持すれば、第2サンギヤ8の回転数が次第に増大し、車両が発進する。その場合、第1モータ・ジェネレータ2は回転数を低下させるように制御されて発電をおこない、その電力が第2モータ・ジェネレータ3に供給されて、第2モータ・ジェネレータ3が電動機として機能することにより駆動トルクのアシスト(補助)をおこなう。
This first speed is normally set when the vehicle starts, and if all the starting from the stop state is controlled by the above drive device, the
こうして出力要素である第2サンギヤ8の回転数を増大させるために第1モータ・ジェネレータ2の回転数を低下させると、車速の増大に伴って、ついには第1モータ・ジェネレータ2の回転数が、従前とは反対の負回転となる。図3の(A)にはその状態を実線で示してあり、この状態では、第1モータ・ジェネレータ2は要求される反力トルクを発生するために負回転方向に増速するように制御することになる。すなわち、第1モータ・ジェネレータ2が電動機として作用することになる。これは、第1モータ・ジェネレータ2が電力を消費する状態であって、エネルギー効率の悪い状態であるから、これを避けるために、運転モードが変更される。具体的には、第1速から第2速に変速される。
When the rotational speed of the first motor /
第2速では、キャリヤ10が出力要素となる。上記の図1に示す構成では、一例として、図3に示すように第1モータ・ジェネレータ2の回転数を負回転方向に制御して設定すると、第2速用ギヤ対19における従動ギヤの回転数と出力軸16との回転数が一致する(すなわち同期する)。この同期状態で、第1同期連結機構21が中立状態になり、かつ第2同期連結機構22におけるスリーブ22sが、第2速用ギヤ対19側に移動してその従動ギヤと出力軸16とを係合させる。第2速の状態での共線図を図3の(B)に示してある。したがってキャリヤ10が出力要素となるとともに、第2速用ギヤ対19を介してキャリヤ10が出力軸16に連結される。このような切り換えは、互いに連結され、また連結が解かれる部材の相対回転数が一致している同期状態で実行されるので、ショックが生じず、少なくともショックが抑制される。
In the second speed, the
キャリヤ10を出力要素とした運転モード、すなわち第2速の状態では、入力要素であるリングギヤ6と反力要素である第1サンギヤ5との中間の回転数であるキャリヤ10が出力要素となるので、そのキャリヤ10に現れるトルクは、エンジン1の出力トルクより大きくなる。言い換えれば、分配機構4がトルクコンバータとして機能する。
In the operation mode in which the
第2速で設定される運転モードでは、エンジン回転数を一定に維持した場合、反力要素である第1サンギヤ5の回転数を増大させることにより、出力要素であるキャリヤ10の回転数が増大する。すなわち、第1モータ・ジェネレータ2を負回転・力行状態からその回転数を次第に低下させて正回転状態とし、さらに発電機として機能させつつその回転数を増大させることにより、キャリヤ10の回転数、すなわち車速が増大する。この場合、第1モータ・ジェネレータ2で生じた電力が第2モータ・ジェネレータ3に供給されてこれが電動機として機能するので、その出力トルクによって駆動トルクがアシストされる。
In the operation mode set at the second speed, when the engine speed is kept constant, the rotation speed of the
第2速の状態で第1モータ・ジェネレータ2の回転数を次第に増大させると、キャリヤ10の回転数が次第に増大するとともに第1サンギヤ5の回転数が次第に低下する。そのため、図4の(A)に示す状態になると、第3速用ギヤ対18における従動ギヤの回転数と出力軸16との回転数が一致する(すなわち同期する)。この同期状態で、第2同期連結機構22が中立状態になり、かつ第1同期連結機構21におけるスリーブ21sが、第3速用ギヤ対18側に移動してその従動ギヤと出力軸16とを連結する。第3速の状態での共線図を図4の(B)に示してある。したがって第2サンギヤ8が出力要素となるとともに、第3速用ギヤ対18を介して第2サンギヤ8が出力軸16に連結される。このような切り換えは、互いに連結され、また連結が解かれる部材の相対回転数が一致している同期状態で実行されるので、ショックが生じず、少なくともショックが抑制される。
When the rotation speed of the first motor /
第3速では第2サンギヤ8が出力要素となっているので、前述した第1速の場合と同様の運転モードであり、したがって第1モータ・ジェネレータ2の回転数を低下させることにより出力要素である第2サンギヤ8の回転数が増大する。すなわち車速の増大に応じて第1モータ・ジェネレータ2の回転数を低下させることになる。そして、車速がある程度増大すると、第1モータ・ジェネレータ2が負回転・力行状態になることがある。図1に示す具体例では、第4速に同期した状態で第1モータ・ジェネレータ2が負回転・力行状態となる。その例を図5に示してある。
Since the
図5の(A)は第3速の状態を示しており、車速の増大に伴って出力要素である第2サンギヤ8の回転数が増大していることにより、反力要素である第1サンギヤ5に連結されている第1モータ・ジェネレータ2が逆回転し、力行状態となる。この状態では、第4速用ギヤ対20における従動ギヤと出力軸16との回転数が一致(同期)する。したがって、この同期状態で第1同期連結機構21が中立状態に切り換えられ、かつ第2同期連結機構22におけるスリーブ22sが、第4速用ギヤ対20側に移動させられて、その従動ギヤと出力軸16とを連結する。こうして、ショックを悪化させることなく、運転モードが切り換えられる。
FIG. 5A shows the state of the third speed, and the first sun gear which is a reaction force element is obtained by increasing the rotation speed of the
この第4速を設定している運転モードは、上述した第2速を設定している運転モードと同様であるから、車速の増大に伴って第1モータ・ジェネレータ2の回転数を増大させることになる。その場合、第1モータ・ジェネレータ2は発電機として機能するので、その電力を第2モータ・ジェネレータ3に供給して第2モータ・ジェネレータ3によって駆動トルクのアシストをおこなうことができる。
Since the operation mode in which the fourth speed is set is the same as the operation mode in which the second speed is set as described above, the rotation speed of the first motor /
このように、この発明に係る上記の駆動装置では、車速の増大に伴って反力要素の回転数を低下させる運転モードと、これとは反対に反力要素の回転数を増大させる運転モードとに切り換えることができる。そのため、反力要素である第1サンギヤ5に連結されている第1モータ・ジェネレータ2を過度に負回転・力行状態に制御したり、あるいは過度に正回転・回生状態に制御したりする必要がなくなる。特に、上記の具体例のように変速機が3段以上の多段であれば、変速機でトルクを増大させることができるので、第1モータ・ジェネレータ2の回転数の制御幅を抑制することができる。その結果、エンジン1が出力したトルクのうち多くの部分が電力に変換されることなく出力軸16に伝達され、いわゆるエンジン直達分が増大するので、エネルギー損失が抑制され、また第1モータ・ジェネレータ2として比較的容量の小さい小型のものを使用でき、ひいてはこの第1モータ・ジェネレータ2から電力を受けて電動機として機能する第2モータ・ジェネレータ3を比較的小さい容量の小型のものとすることができる。すなわちこの発明に係る駆動装置によれば、分配機構4が二組の遊星歯車機構を組み合わせて小型化できることと相まって、車載性の良好な駆動装置とすることができる。
As described above, in the drive device according to the present invention, the operation mode in which the rotation speed of the reaction force element is decreased as the vehicle speed increases, and the operation mode in which the rotation speed of the reaction force element is increased on the contrary. Can be switched to. Therefore, it is necessary to control the first motor /
ところで、上述した具体例における各中間軸14,15と出力軸16との間に設けられるギヤ対の配列に特に制約はないのであって、第1中間軸14と出力軸16との間に、奇数段のギヤ対を設ける替わりに偶数段のギヤ対を設け、また第2中間軸15と出力軸16との間に、偶数段のギヤ対を設ける替わりに奇数段のギヤ対を設けてもよい。その一例を図6に示してある。
By the way, there is no particular restriction on the arrangement of the gear pairs provided between the
図6に示す駆動装置では、キャリヤ10に連結されている第2中間軸15と出力軸16との間に、第1速用ギヤ対17と第3速用ギヤ対18とが設けられてとともに、これに対応して第1同期連結機構21が、出力軸16と同軸上でかつ各ギヤ対17,18の間に配置されている。また、第1中間軸14と出力軸16との間には、第2速用ギヤ対19が設けられ、かつ第4速用ギヤ対20に替えて後進段用ギヤ対27が設けられている。なお、後進段用ギヤ対27は駆動ギヤに対して従動ギヤを反対方向に回転させる必要があるので、アイドルギヤを駆動ギヤと従動ギヤとの間に介在させた三つのギヤによって構成されている。そして、これら第2速用ギヤ対19と後進段用ギヤ対27との間に第2同期連結機構22が配置されている。他の構成は、図1に示す構成と同様であり、図6に図1と同様の符号を付してその説明を省略する。
In the drive device shown in FIG. 6, a first
図6に示す構成の駆動装置では、主として発進時に使用される第1速は、図7に作動係合表として示すように、第1同期連結機構21のスリーブ21sを第1速用ギヤ対17側に移動させてその従動ギヤと出力軸16とを連結することにより設定される。その場合、第1速用ギヤ対17が連結されているキャリヤ10が出力要素となる。このキャリヤ10の回転数が、第1モータ・ジェネレータ2の回転数をエンジン回転数より低回転数とすることにより、エンジン回転数より低回転数となるので、出力要素であるキャリヤ10に現れるトルクは、エンジントルクより大きくなる。すなわち、発進時の駆動トルクとしてエンジントルクを増幅したトルクを発生させることができるので、発進加速性が良好になる。
In the drive device having the configuration shown in FIG. 6, the first speed used mainly at the start is the first
また、図6に示す構成では、後進段用のギヤ対27を備えているので、主としてエンジントルクを使用して後進走行することができ、バッテリーなどの蓄電装置の負荷を低減できるとともに、後進走行時の動力損失を低減もしくは防止することができる。なお、図6に示す構成の駆動装置であっても、二種類の運転モードを設定できること、そのためにエネルギー効率の良好な走行をおこなうことができること、各モータ・ジェネレータ2,3を小型化できること、分配機構4の構成を簡素化して小型化できること、運転モードの切り換えを同期状態でおこなうことによりショックを防止できることなど、前述した図1に示す例と同様の作用・効果を得ることができる。
Further, in the configuration shown in FIG. 6, since the reverse gear pair 27 is provided, the vehicle can travel backward using mainly engine torque, the load on the power storage device such as a battery can be reduced, and the vehicle can travel backward. Power loss at the time can be reduced or prevented. In addition, even in the drive device having the configuration shown in FIG. 6, it is possible to set two types of operation modes, to be able to travel with good energy efficiency, and to reduce the size of each
さらに、この発明の他の具体例について説明する。上述した各具体例では、第2モータ・ジェネレータ3をギヤ対26を介して出力軸16に連結した構成としたが、以下の具体例では、エンジン1から出力軸16に向けたトルクの伝達方向での出力軸16よりいわゆる上流側の部材に第2モータ・ジェネレータ3からトルクが伝達されるように構成されている。これは、前述した各具体例の構成では、第2モータ・ジェネレータ3と出力軸16との間の変速比がギヤ対26による変速比に固定されるのに対して、第2モータ・ジェネレータ3と出力軸16との間の変速比を変化させるための構成である。
Furthermore, another specific example of the present invention will be described. In each of the specific examples described above, the second motor /
図8に示す例は、前述した図6に示す構成の一部を変更したものであって、第2モータ・ジェネレータ3がギヤ対26を介して第1中間軸14に連結されており、また後進段を設定するギヤ対に替えて第4速を設定するギヤ対20が設けられており、さらに第1速および第3速では第2中間軸15からトルクを出力し、第2速および第4速では第1中間軸14からトルクを出力するように構成されている。
The example shown in FIG. 8 is obtained by changing a part of the configuration shown in FIG. 6, and the second motor /
すなわち、第2中間軸15と出力軸16との間に、第1速用ギヤ対17および第3速用ギヤ対18ならびにこれらのギヤ対17,18を出力軸16に対して選択的に連結する第1同期連結機構21が設けられている。また、第1中間軸14と出力軸16との間に、第2速用ギヤ対19および第4速用ギヤ対20ならびにこれらのギヤ対19,20を出力軸16に対して選択的に連結する第2同期連結機構22が設けられている。そして、第1中間軸14上で第2速用ギヤ対19と第4速用ギヤ対20との間に、第2モータ・ジェネレータ3を第1中間軸14に連結するためのギヤ対26が配置されている。なお、このギヤ対26は、チェーンなどの他の伝動機構に変更してもよい。その第1中間軸14は分配機構4を構成している遊星歯車機構における第2サンギヤ8に連結されているから、結局、駆動力を補助するための第2モータ・ジェネレータ3が、出力要素もしくはこれに一体の部材にトルクを伝達するように構成されている。なお、図8において符号28はダンパー機構を示し、エンジン1の出力軸とリングギヤ6との間に介在されている。他の構成は図6に示す構成と同様であるから、図8に図6と同じ符号を付してその説明を省略する。
That is, the first
したがって図8に示す遊星歯車機構の構成および出力軸16にトルクを伝達する変速機ならびに連結機構の構成は、各変速段でトルクを出力する要素が異なるものの基本的には、前述した図6もしくは図1に示す構成と同様であるから、図8に示す駆動装置における遊星歯車機構についての作動係合表は前述した図2と同様になる。また、上記の分配機構4を構成している遊星歯車機構における四つの回転要素の相互の関係を、遊星歯車機構のギヤ比(サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比)に相当する間隔で相互に平行に引いた線分で表す共線図では、出力要素であるキャリヤ10を挟んだ両側に、発電機である第1モータ・ジェネレータ2が連結されている反力要素としての第1サンギヤ5とエンジン1が連結されている入力要素であるリングギヤ6とが位置し、そのリングギヤ6を挟んでキャリヤ10とは反対側に、この発明の電動機に相当する第2モータ・ジェネレータ3が連結されている他の出力要素である第2サンギヤ8が位置している。
Therefore, the configuration of the planetary gear mechanism and the configuration of the transmission and the coupling mechanism that transmit torque to the
図8に示す駆動装置の作用を図9の共線図を参照して説明すると、発進には第1速を設定するので、キャリヤ10の回転を止めた状態からその回転数を次第に増大させる。すなわち、エンジン1を所定の回転数に設定した状態で第1モータ・ジェネレータ2をエンジン1とは逆方向に回転させることにより、キャリヤ10の回転を止めておき、その状態でスリーブ21sを第1速用ギヤ対17側に係合させる。そして、第1モータ・ジェネレータ2の回転数を次第に低下させると、キャリヤ10の回転数が次第に増大し、第2中間軸15および第1速用ギヤ対17を介して出力軸16にトルクが伝達されて車両が発進する。その場合、第1モータ・ジェネレータ2の回転数を低下させるように制御するから、第1モータ・ジェネレータ2は発電をおこなう。そして、第1モータ・ジェネレータ2の回転数がゼロの状態では、エンジン1の出力したトルクが遊星歯車機構やギヤ対などの機械的構成要素を介して出力軸16に伝達される。言い換えれば、エンジン1の出力した動力が電力に変換されることなく走行のために使用され、エンジン1から出力軸16へのいわゆる直達分が増大するので、動力損失を防止もしくは低減できる。
The operation of the driving device shown in FIG. 8 will be described with reference to the collinear diagram of FIG. 9. Since the first speed is set for starting, the rotation speed is gradually increased from the state where the rotation of the
車速が増大して第2速に切り換える場合、第2速では第2サンギヤ8を出力要素として第1中間軸14からトルクを出力することになり、第1モータ・ジェネレータ2およびこれが連結されている第1サンギヤ5を固定している状態では、第1速での出力要素であるキャリヤ10と第2サンギヤ8との回転数が相違している。したがって、その変速中には、第1モータ・ジェネレータ2の回転数を増大させてキャリヤ10と第2サンギヤ8との回転数を近づけ、第1速用ギヤ対17と第2速用ギヤ対19とのそれぞれにおける従動ギヤの回転数を同期させる。その状態で、第1同期連結機構21におけるスリーブ21sをニュートラル状態に外し、かつ第2同期連結機構22におけるスリーブ22sを第2速用ギヤ対19側に移動して、第2速用ギヤ対19と出力軸16とを連結する。その結果、各同期連結機構21,22での連結状態の切り換えに伴って回転数の変動が生じないので、ショックのない変速をおこなうことができる。
When the vehicle speed increases to switch to the second speed, torque is output from the first
第2サンギヤ8およびそれに連結された第1中間軸14からトルクを出力する駆動モードにおいても、第1モータ・ジェネレータ2を固定した状態では、運動エネルギと電気的エネルギとの変換をおこなわないので、動力損失を防止もしくは低減できる。その状態では、第2速用ギヤ対19における従動ギヤの回転数すなわち出力軸16の回転数と第3速用ギヤ対18における従動ギヤの回転数とが異なっている。そこで、第2速と第3速との間での変速をおこなう場合、第1モータ・ジェネレータ2を逆回転方向に制御して、キャリヤ10と第1サンギヤ5との回転数の比率が、第2速用ギヤ対19のギヤ比と第3速用ギヤ対18のギヤ比との比率に対応した比率となるように制御する。こうすることにより、各ギヤ対18,19における従動ギヤの回転数が同期するので、その時点で、第2同期連結機構22におけるスリーブ22sをニュートラル状態に切り換え、かつ第1同期連結機構21におけるスリーブ21sを第3速用ギヤ対18側に移動して、そのギヤ対18を出力軸16に連結することにより第3速を設定する。したがってこのような変速の場合においても、変速ショックの発生することを防止することができる。
Even in the drive mode in which torque is output from the
そして、図8に示す駆動装置では、第2速と第4速とで出力軸16に対するトルクの伝達をおこなう第1中間軸14に、いわゆるアシスト動力源としての第2モータ・ジェネレータ3がギヤ対26を介して連結されているので、各変速段において、第2モータ・ジェネレータ3が出力するトルクによって駆動トルクを補助することができる。その場合、各変速段では、ギヤ対26のみならず、第2速用ギヤ対19あるいは第4速用ギヤ対20のギヤ比(変速比)もしくは分配機構4を構成している遊星歯車機構のギヤ比(サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比)に応じて、第2モータ・ジェネレータ3のトルクが増大させられて出力軸16に伝達される。すなわち、第2モータ・ジェネレータ3の出力トルクを増大させて出力軸16に伝達でき、しかもその変速比すなわち増大率を変化させることができるので、その変速比を適当な値に設定することにより、第2モータ・ジェネレータ3を高回転数・低トルクで駆動することにより、車両に対する駆動要求を満たすことが可能になる。モータ・ジェネレータの体格はその出力トルク容量に大きく依存して決まるので、第2モータ・ジェネレータ3が高回転数・低トルク型でよいことにより、小型のものを採用でき、その結果、駆動装置の全体を小型・軽量化することが可能になる。
In the drive device shown in FIG. 8, the second motor /
ところで、この発明における連結機構としては、上述した各同期連結機構21,22以外に適宜の構造のものを採用することができる。その一例として、いわゆる歯の噛み合いにより係合するドグクラッチを採用してもよい。このようなドグクラッチは完全係合と完全解放との二つの状態しか存在しないのでは、変速過渡時にエネルギを吸収することがないが、上述したように、第1モータ・ジェネレータ2を制御することにより各変速段のギヤ対の回転数を同期させることができるので、変速ショックのない変速が可能である。また、ドグクラッチは摩擦クラッチと比較した場合、係合状態を維持するための外力(例えば油圧)を必要としないので、例えば油圧ポンプを駆動することによる動力損失を回避でき、また摩擦クラッチにおけるような引き摺り損失を回避できる。
By the way, as a connection mechanism in this invention, the thing of an appropriate structure other than each
なお、図8に示すように、出力軸16側に同期連結機構22を配置し、その同期連結機構22の外周側に、ギヤ対26を配置すれば、同期連結機構22を設けることにより生じる軸線方向での空間部分を有効利用してギヤ対26を配置できる。そのため、軸線方向に並ぶ部材の数が少なくなって、駆動装置の全体としての軸長を短くでき、あるいはスペースの有効利用により、駆動装置を小型化し、車載性を向上させることができる。
As shown in FIG. 8, if the
上述した各具体例におけるハイブリッド車の駆動装置では、複数対の変速用ギヤ対からなる歯車変速機構が、四つの回転要素を有するいわゆる複合式の遊星歯車機構の出力側に連結されている。したがって二つの出力要素のそれぞれが出力軸16に対して同時に連結されても出力軸16に対するトルクの伝達の点で矛盾が生じず、駆動装置の全体の回転が止まることはない。このような状態は、第1同期連結機構21を第1速側もしくは第3速側に動作させると同時に、第2同期連結機構22を第2速側もしくは第4速側に動作させることにより設定され、これを、仮に機械直結変速段と称する。
In the hybrid vehicle driving apparatus in each of the specific examples described above, a gear transmission mechanism including a plurality of pairs of transmission gears is connected to an output side of a so-called composite planetary gear mechanism having four rotating elements. Therefore, even if each of the two output elements is connected to the
その機械直結変速段をも設定するように構成した場合の作動係合表を図10に示してある。図10に示す例では、第1同期連結機構21を第1速側に作用させると同時に第2同期連結機構22を第2速側に作用させる「1−2ロック」段と、第2同期連結機構22を第2速側に作用させると同時に第1同期連結機構21を第3速側に作用させる「2−3ロック」段と、第1同期連結機構21を第3速側に作用させると同時に第2同期連結機構22を第4速側に作用させる「3−4ロック」段との三つの機械直結変速段を、第1速から第4速の変速段に加えて設定するように構成されている。そして、これらの機械直結変速段の変速比は、機械直結変速段以外の変速段の変速比の中間の値になる。
FIG. 10 shows an operation engagement table in the case where the mechanical direct connection speed is set. In the example shown in FIG. 10, the “1-2 lock” stage that causes the first
機械直結変速段では、分配機構4を構成している遊星歯車機構の二つの出力要素8,10が単一の出力軸16に連結されるので、遊星歯車機構および変速機は特定の動作状態に固定される。言い換えれば、エンジン1と出力軸16とが機械的に直結された状態となる。したがってその状態では、第1モータ・ジェネレータ2による発電およびその電力を使用した第2モータ・ジェネレータ3の力行をおこなわせないように制御することにより、電力を介した動力の伝達がおこなわれないので、動力の伝達効率が向上し、ひいては車両の全体としての燃費が向上する。
In the mechanically connected gear stage, the two
なお、機械直結変速段以外の変速段では、二つの出力要素のうちのいずれか一方のみが出力軸16に連結されているので、遊星歯車機構が差動作用をおこなうことができ、したがって第1モータ・ジェネレータ2によるいわゆる反力トルクを制御することにより、エンジン1と出力軸16との間の回転数比(すなわち変速比)を連続的に変化させることができる。これを図10には「電気CVT」と記載してある。
It should be noted that at any gear other than the mechanical direct gear, only one of the two output elements is connected to the
このように機械直結変速段を併用するように構成すれば、更に多様な駆動状態を選択することが可能になるので、乗り心地や動力性能を損なうことなく燃費を向上させることができる。 Thus, if it comprises so that a mechanical direct connection gear stage may be used together, it will become possible to select a more various drive state, Therefore A fuel consumption can be improved, without impairing riding comfort and power performance.
上述したように機械直結変速段は、エンジン1と出力軸16とを機械的に直結し、これらの間の遊星歯車機構や変速機の動作状態を特定の状態に固定する変速段である。したがってそのような動作状態の特性を活かすことのできる車両の走行状態で機械直結変速段を設定することが望ましい。そのためには、車速やアクセル開度などの車両の走行状態から所定の条件の成立を判断し、その判断の結果に基づいて機械直結変速段を設定し、もしくは他の変速段(電気CVT変速段)を設定するように構成することが好ましい。
As described above, the mechanically connected gear stage is a gear stage that mechanically directly connects the
図11のその判断をおこなうためのフローチャートを示している。なお、このフローチャートに基づく制御を実行する手段(例えば図示しない電子制御装置)が、この発明の制御手段に相当する。図11において、先ず、機械直結変速段を設定するための条件の成立が判断される(ステップS1)。その条件の一例は、車速が予め定めた所定の範囲内であり、かつ車速と要求駆動力との変化が所定値以下の定常走行状態にあり、さらに機械直結変速段の方が燃費がよいことである。他の条件の例は、運転者の手動操作によって機械直結変速段が選択されていることである。更に他の条件は、ナビゲーション装置や通信手段などで得られた道路情報が、高速道路などの定常走行もしくはこれに近い走行を維持する道路であることを示している場合である。 FIG. 12 shows a flowchart for making the determination in FIG. Note that a means for executing control based on this flowchart (for example, an electronic control device not shown) corresponds to the control means of the present invention. In FIG. 11, first, it is determined whether a condition for setting the mechanical direct connection gear is established (step S1). An example of the condition is that the vehicle speed is within a predetermined range, the change between the vehicle speed and the required driving force is in a steady running state that is a predetermined value or less, and that the mechanically connected gear stage has better fuel efficiency. It is. An example of another condition is that the mechanical direct connection gear is selected by the driver's manual operation. Yet another condition is a case where the road information obtained by the navigation device, the communication means, or the like indicates that the road maintains a steady running such as an expressway or a running close to this.
これらいずれかの条件もしくはいずれか複数の条件が成立した場合に、ステップS1で肯定的に判断され、機械直結変速段が設定される(ステップS2)。なお、設定される機械直結変速段は、車速などの車両の走行状態に適した前述の三つの機械直結変速段のいずれかである。これとは反対にステップS1で否定的に判断された場合には、第1速、第2速、第3速、第4速の電気CVT変速段のいずれかが、車両の走行状態に基づいて設定される(ステップS3)。 If any of these conditions or any of a plurality of conditions are satisfied, an affirmative determination is made in step S1, and a mechanical direct connection speed is set (step S2). Note that the mechanically directly connected shift speed that is set is any one of the above-described three mechanically directly connected shift speeds that are suitable for the traveling state of the vehicle such as the vehicle speed. On the contrary, if a negative determination is made in step S1, any one of the first, second, third, and fourth speed electric CVT gears is determined based on the traveling state of the vehicle. It is set (step S3).
機械直結変速段を選択する条件として、上記の車両の走行状態に基づく条件以外に、駆動装置の状況に基づく条件を採用することもできる。その一例は、各モータ・ジェネレータ2,3の負荷が大きく、また遊星歯車機構もしくは変速機の温度が高いことである。このような条件が成立した場合に、機械直結変速段が設定される。機械直結変速段では、モータ・ジェネレータ2,3が力行動作や回生動作をおこなわないので、電気系統での損失(発熱)がなくなり、その結果、各機構の温度や潤滑油の温度を低下させ、あるいは温度上昇を抑制することができる。
As a condition for selecting the mechanical direct connection gear position, a condition based on the state of the drive device can be adopted in addition to the condition based on the traveling state of the vehicle. One example is that the load on each of the
上記の各モータ・ジェネレータ2,3は、発電機および電動機のいずれとしても動作させることができ、また機械直結変速段はモータ・ジェネレータ2,3を使用して設定する変速段ではないので、これらのモータ・ジェネレータ2,3を発電機および電動機のいずれとしても動作させることができる。したがって、上記の温度を条件として機械直結変速段を設定する場合、低温でありかつ発熱量が少なく、また許容温度が高いなどの温度条件の緩い方のモータ・ジェネレータ2,3によってトルクアシストをおこない、もしくはエネルギの回生をおこなう。このようにすれば、駆動力の段差を緩和できるので、変速が頻繁に生じるいわゆるシフトハンチングを回避もしくは抑制することができる。また、エネルギ回生をおこなうことにより燃費を向上させることができる。
Each of the
また、いずれかのモータ・ジェネレータ2,3を使用してトルクアシストとエネルギ回生とをおこなう場合、高速側の変速段でトルクアシストをおこない、かつ低速側の変速段で回生をおこなうことにより、電力収支を調整することとしてもよい。このようにすれば、バッテリーなどの蓄電装置における充電容量(SOC)を所定範囲に維持しつつ走行を継続することができる。
Also, when torque assist and energy regeneration are performed using any of the
図11のステップS1での条件の更に他の例は、車速がゼロで、車両のメインスイッチがオフが成立することである。すなわち、車両が停止状態を維持することの条件が成立することである。その場合の機械直結変速段は、第1速と第2速との中間の変速比の機械直結変速段である。前述したように機械直結変速段では、エンジン1と出力軸16とが機械的に直結された状態となるので、エンジン1の慣性力および摩擦力が、出力軸16の回転を止める方向に作用する。
Yet another example of the condition in step S1 of FIG. 11 is that the vehicle speed is zero and the vehicle main switch is turned off. That is, the condition for maintaining the vehicle in a stopped state is satisfied. In this case, the mechanical direct connection speed is a mechanical direct connection speed with an intermediate gear ratio between the first speed and the second speed. As described above, since the
したがって車両が停止状態を維持する条件が成立したことにより機械直結変速段を設定すれば、エンジン1の慣性力や摩擦力によって車両を停止状態に維持でき、いわゆるパーキングブレーキの作用を生じさせることができる。そのため出力軸を噛み合い機構などによって固定する従来のパーキングロック機構を廃止できるなど、駆動装置の構成を簡素化することが可能になる。また、シフトケーブルの取り回しを簡素化でき、さらにアクチュエータなどの追加をおこなうことなくシフトバイワイヤ化が可能であるから、商品性を向上させることができる。
Therefore, if the mechanical direct connection gear position is set when the condition for maintaining the vehicle in the stopped state is established, the vehicle can be maintained in the stopped state by the inertial force or frictional force of the
さらに、パーキング状態での機械直結変速段を第1速と第2速との間の変速比とすることにより、大きい制動力を生じさせることができると同時に、第2同期連結機構22のスリーブ22sをニュートラル状態とすることにより、直ちに第1速を設定できる。そのため、発進応答性が良好になる。なお、連結機構として噛み合い式のドグクラッチを採用した場合、車両停止状態で機械直結変速段を設定する際に第1モータ・ジェネレータ2をモータとして機能させることにより、エンジン1が停止していてもギヤを回転させて、ドグクラッチの噛み合いを確実に達成することができる。
Furthermore, a large braking force can be generated and the sleeve 22s of the second
ところで、上述した図8に示す駆動装置は、第2モータ・ジェネレータ3をギヤ対26によって第1中間軸14に連結した構成となっているが、これに替えて図12に示すように構成してもよい。すなわち、図12に示す駆動装置では、第2モータ・ジェネレータ3の出力軸が第4速用ギヤ対20に、ギヤ対26を介して連結されている。その第4速用ギヤ対20は、第1中間軸14に常時連結され、出力軸16には、第2同期連結機構22によって選択的に連結されるように構成されているので、第2モータ・ジェネレータ3は、結局、第1中間軸14に常時連結されている。
Incidentally, the drive device shown in FIG. 8 described above has a configuration in which the second motor /
したがって図12に示すような構成では、図8に示す構成と比較して、第1中間軸14に取り付けるギヤの数を減らすことができるので、構成部品を少なくできると同時に、軸線方向に並べて配置する部品の数が少なくなって全体としての軸長を短くすることができ、ひいては駆動装置の全体としての構成を簡素化することができる。
Accordingly, in the configuration as shown in FIG. 12, the number of gears attached to the first
図8を参照して説明したように、エンジン1から出力軸16に向けたトルクの伝達方向で変速機より上流側に、駆動トルクを補助する機能を有する動力源である第2モータ・ジェネレータ3を設けることにより、その出力トルクを複数の変速比で変化させることが可能になる。そして、そのような機能を有効に活かすことにより第2モータ・ジェネレータ3を高回転・低トルク型として小型化を図ることができる。このような作用・効果は、要は、第2モータ・ジェネレータ3が変速機より上流側に配置されていることにより得られるのであるから、第2モータ・ジェネレータ3は第1中間軸14に連結する以外に、例えば入力要素であるリングギヤ6に連結してもよい。その例を図13に示してある。なお、図13に示す構成における遊星歯車機構の四要素の共線図上での配列は、反力要素である第1サンギヤ5(第1モータ・ジェネレータ2)、出力要素であるキャリヤ10、入力要素であるリングギヤ6(エンジン1および第2モータ・ジェネレータ3)、出力要素である第2サンギヤ8の順になる。
As described with reference to FIG. 8, the second motor /
したがって図13に示すように構成しても、図8に示す構成の駆動装置と同様の作用・効果を得ることができる。また、図13に示す構成における第2モータ・ジェネレータ3の配置位置は、従来の一般の車両における発進クラッチやトルクコンバータが配置されていた位置であり、したがって既存の変速機もしくは駆動装置を大幅に変更することなく、あるいは大型化することなく、図13の構成の駆動装置を得ることができる。
Therefore, even when configured as shown in FIG. 13, the same operations and effects as those of the driving apparatus configured as shown in FIG. 8 can be obtained. Further, the arrangement position of the second motor /
この発明の更に他の具体例を図14に示す。この図14に示す駆動装置は、前述した図8に示す構成のうち、第2モータ・ジェネレータ3およびこれに関連するギヤ対26を省くとともに、第1モータ・ジェネレータ2をケーシング13などの所定の固定部に選択的に連結して固定する固定係合機構29を設け、他の構成は図8と同様にしたものである。なお、固定係合機構29は、ケーシング13に一体化された固定ハブ29hと第1モータ・ジェネレータ2の出力軸に一体化されて回転ハブ30hとに、軸線方向に移動可能なスリーブ29sを係合させることにより、第1モータ・ジェネレータ2を固定するように構成されている。
Yet another embodiment of the present invention is shown in FIG. The drive device shown in FIG. 14 omits the second motor /
したがって、図14に示す構成における遊星歯車機構の四要素の共線図上での配列は、反力要素である第1サンギヤ5(第1モータ・ジェネレータ2)、出力要素であるキャリヤ10、入力要素であるリングギヤ6(エンジン1)、出力要素である第2サンギヤ8の順になる。
Therefore, the arrangement on the collinear diagram of the four elements of the planetary gear mechanism in the configuration shown in FIG. 14 is the first sun gear 5 (first motor / generator 2) as the reaction element, the
図14に示す構成の駆動装置では、分配機構4を構成する四要素の遊星歯車機構が差動作用を生じるので、エンジン1からリングギヤ6にトルクが入力している状態で、第1モータ・ジェネレータ2から第1サンギヤ5に反力トルクを入力することにより、出力要素であるキャリヤ10もしくは第2サンギヤ8に現れるトルクを適宜に制御でき、また同時にエンジン回転数を適宜に制御できる。そして、キャリヤ10もしくは第2サンギヤ8から出力されたトルクを、いずれかの変速段用ギヤ対を介して出力軸6に伝達し、所望の駆動力を発生させることができる。これは、いわゆる電気的な無段変速の状態である。
In the drive device having the configuration shown in FIG. 14, the four-element planetary gear mechanism constituting the
その場合、第1モータ・ジェネレータ2が反力トルクを発生し、あるいは駆動トルクを出力すれば、機械的な動力を一旦電力に変化することになり、それに伴う動力損失が生じる可能性がある。したがっていずれか一つの変速段用ギヤ対を介してトルクを出力している場合には、第1モータ・ジェネレータ2を停止させて、機械的動力と電力との変換をおこなわないことが好ましく、これに適する変速段を選択すると同時に前記固定係合機構29によって第1モータ・ジェネレータ2を固定する。その状態を図15の作動係合表に(〇)のシンボルで示してある。
In that case, if the first motor /
他方、図14に示す構成であっても、前述した具体例と同様に機械直結変速段を設定することが可能である。その機械直結変速段は、前述したように第1同期連結機構21と第2同期連結機構22とのそれぞれを、いずれかの変速段を設定するように動作させることによって設定され、図15には、これを第2速(2nd)、第4速(4th)、第6速(6th)として示してある。これらの変速段では、基本的には、第1モータ・ジェネレータ2を発電機および電動機のいずれとしても動作させる必要はないので、電力損失などの形での損失を防止でき、燃費を向上させることができる。なお、機械直結変速段では、反力要素である第1サンギヤ5を含む四つの各回転要素が、エンジン回転数もしくは出力軸16の回転数とギヤ比とに応じた回転数で回転する。したがって、前記固定係合機構29は、解放状態として第1モータ・ジェネレータ2の回転を許容する。なおその場合、第1モータ・ジェネレータ2を発電機として機能させてエネルギ回生をおこない、あるいは電動機として機能させてトルクアシストをおこなってもよいことは、上述した具体例と同様である。
On the other hand, even in the configuration shown in FIG. 14, it is possible to set the mechanical direct connection gear as in the specific example described above. The mechanical direct coupling speed is set by operating each of the first
したがって図14に示す構成の駆動装置は、分配機構4を構成している遊星歯車機構の差動機能を利用して第1モータ・ジェネレータ2によってエンジン回転数を制御し、また第1モータ・ジェネレータ2を回生および力行できるいわゆるハイブリッド機能を備えているので、車両全体としての燃費を向上させることができる。また、変速機が有段式のものであっても、変速比の切り換え時には、第1モータ・ジェネレータ2による回転数制御によって変速段用ギヤ対の回転数を同期回転数に設定できるから、いわゆるトルク抜けや変速ショックのない変速が可能になる。さらに、このような回転数制御が可能であることにより、摩擦係合装置やこれを制御する流体制御装置が不要であり、しかも特別な発進装置も不要であるから、駆動装置およびその制御装置を簡素化することができる。
Therefore, the drive device having the configuration shown in FIG. 14 uses the differential function of the planetary gear mechanism constituting the
さらに上述した複数の機械直結変速段を設定できるので、電力を介した駆動状態を少なくして燃費を向上させることができると同時に電力収支の調整が容易になり、しかも機械直結変速段の数が多いことにより変速段毎のトルク段差が小さくなり、その結果、変速の際のトルク変化が小さくなってドライバビリティが向上するとともに、機械直結変速段でのエンジン1の運転点が最適燃費運転点に近くなり、この点でも燃費を向上させることができる。
Furthermore, since the above-described plurality of mechanically connected gear stages can be set, it is possible to improve the fuel economy by reducing the driving state via electric power, and at the same time, the adjustment of the power balance is facilitated, and the number of mechanically directly connected gear stages is As a result, the torque step at each shift stage is reduced, and as a result, the change in torque at the time of shift is reduced to improve drivability, and the operating point of the
ところで、上記の第1モータ・ジェネレータ2がこの発明の発電機に相当するが、この発明は上述した各具体例に限定されないのであり、この発明における発電機は、電動機としての機能を有していないものであってもよく、あるいは電動機と並列に用いられるように構成された発電機であってもよい。またこの発明の連結機構は上記の同期連結機構以外に、多板クラッチや噛み合いクラッチ(ドグクラッチ)などの他の構成のものであってもよい。また、この発明の変速機は、上述したいわゆる平行ギヤ式の歯車列を有する変速機に限らず、遊星歯車機構などの他の歯車列を備えたもの、あるいは無段階に変速比を変化させることのできる変速機であってもよい。
The first motor /
1…内燃機関(エンジン)、 2,3…モータ・ジェネレータ、 4…分配機構、 5…第1サンギヤ、 6…リングギヤ、 8…第2サンギヤ、 10…キャリヤ、 16…出力軸、 17,18,19,20,27…(変速段用)ギヤ対、 21,22…同期連結機構、 29…固定係合機構。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記分配機構が、二組の遊星歯車機構を組み合わせて四つの回転要素を有する歯車機構として構成され、
前記回転要素のいずれかが前記内燃機関からトルクが入力される入力要素とされるとともに、他のいずれかの要素が前記入力要素のトルクに対する反力トルクが前記発電機から入力される反力要素とされ、前記入力要素と前記反力要素と共に差動作用をなす他の二つの要素が出力要素とされ、
これら二つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する連結機構を備え、
前記連結機構を制御して前記二つの出力要素を前記出力部材に同時に連結し、機械直結変速段を形成する制御手段を備えている
ことを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。 An internal combustion engine and a generator are connected to an output member via a distribution mechanism having a differential action, and a reaction force torque is applied by the generator to the torque input from the internal combustion engine to the distribution mechanism, In the hybrid vehicle drive device that outputs torque to the output member,
The distribution mechanism is configured as a gear mechanism having four rotating elements by combining two sets of planetary gear mechanisms,
Any one of the rotating elements is an input element to which torque is input from the internal combustion engine, and any one of the other elements is a reaction force element in which a reaction torque with respect to the torque of the input element is input from the generator And the other two elements having a differential action together with the input element and the reaction force element are output elements,
A connection mechanism for selectively connecting the two output elements to the output member ;
A hybrid vehicle drive device comprising control means for controlling the connecting mechanism to simultaneously connect the two output elements to the output member to form a mechanical direct connection speed .
前記分配機構が、二組の遊星歯車機構を組み合わせて四つの回転要素を有する歯車機構として構成され、
前記回転要素のいずれかが前記内燃機関からトルクが入力される入力要素とされるとともに、他のいずれかの要素が前記入力要素のトルクに対する反力トルクが前記発電機から入力される反力要素とされ、前記入力要素と前記反力要素と共に差動作用をなす他の二つの要素が出力要素とされ、
これら二つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する連結機構を備えており、
前記分配機構と前記出力部材との間に、少なくとも二段に変速比を変化させることのできる変速機が設けられ、
前記連結機構が、前記反力要素の回転数に対して前記入力要素の回転数が高回転数の場合にその入力要素より更に高回転数となる一方の出力要素を、変速比が最も大きい低速変速比の状態の前記変速機を介して前記出力部材に連結する機構と、前記反力要素と前記入力要素との中間の回転数となる他方の出力要素を、変速比が前記低速変速比より小さい他の変速比の状態の前記変速機を介して前記出力部材に連結する機構とを有しており、
前記四つの回転要素の相互関係を、前記各遊星歯車機構のギヤ比に基づく間隔を空けて相互に平行に配置した四本の線分で表す共線図において、前記反力要素と前記入力要素とがいずれか一つの出力要素を挟んだ両側に位置し、かつ他の出力要素が前記入力要素を挟んで前記一つの出力要素とは反対側に位置するように構成されており、
前記連結機構を制御して前記二つの出力要素を前記出力部材に同時に連結し、機械直結変速段を形成する制御手段を備えている
ことを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。 An internal combustion engine and a generator are connected to an output member via a distribution mechanism having a differential action, and a reaction force torque is applied by the generator to the torque input from the internal combustion engine to the distribution mechanism, In the hybrid vehicle drive device that outputs torque to the output member,
The distribution mechanism is configured as a gear mechanism having four rotating elements by combining two sets of planetary gear mechanisms,
Any one of the rotating elements is an input element to which torque is input from the internal combustion engine, and any one of the other elements is a reaction force element in which a reaction torque with respect to the torque of the input element is input from the generator And the other two elements having a differential action together with the input element and the reaction force element are output elements,
A coupling mechanism for selectively coupling the two output elements to the output member;
Between the output member and the front SL distribution mechanism, the transmission is provided that can change the speed ratio in at least two stages,
When the rotational speed of the input element is higher than the rotational speed of the reaction force element, the connecting mechanism has one output element that has a higher rotational speed than that of the input element. A mechanism that is connected to the output member via the transmission in the state of a gear ratio, and the other output element that has an intermediate rotational speed between the reaction force element and the input element, the gear ratio is greater than the low speed gear ratio. A mechanism for connecting to the output member via the transmission in a state of a small other speed ratio ,
In the collinear diagram showing the interrelationship of the four rotating elements with four line segments arranged parallel to each other with an interval based on the gear ratio of each planetary gear mechanism, the reaction force element and the input element Are located on both sides of any one output element, and the other output element is located on the opposite side of the one output element across the input element,
Control means for controlling the coupling mechanism to simultaneously couple the two output elements to the output member to form a mechanical direct coupling gear.
Hybrid vehicle driving apparatus characterized by.
前記分配機構が、二組の遊星歯車機構を組み合わせて四つの回転要素を有する歯車機構として構成され、
前記回転要素のいずれかが前記内燃機関からトルクが入力される入力要素とされるとともに、他のいずれかの要素が前記入力要素のトルクに対する反力トルクが前記発電機から入力される反力要素とされ、前記入力要素と前記反力要素と共に差動作用をなす他の二つの要素が出力要素とされ、
これら二つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する連結機構を備えており、
前記遊星歯車機構が二つのサンギヤとそれぞれ一つのキャリヤおよびリングギヤを有するラビニョ型遊星歯車機構によって構成され、
前記内燃機関が前記リングギヤに連結されるとともに、前記発電機が前記リングギヤと共にシングルピニオン型遊星歯車機構を形成する第1サンギヤに連結され、
前記変速機が、変速比の異なる第1速用および第2速用の少なくとも二対のギヤ対を有し、
前記連結機構が、前記リングギヤと共にダブルピニオン型遊星歯車機構を形成する第2サンギヤに、前記第1速用ギヤ対を介して前記出力部材を選択的に連結する機構と、前記キャリヤに第2速用ギヤ対を介して前記出力部材を選択的に連結する機構とを有しており、
前記四つの回転要素の相互関係を、前記各遊星歯車機構のギヤ比に基づく間隔を空けて相互に平行に配置した四本の線分で表す共線図において、前記反力要素と前記入力要素とがいずれか一つの出力要素を挟んだ両側に位置し、かつ他の出力要素が前記入力要素を挟んで前記一つの出力要素とは反対側に位置するように構成され、
前記連結機構が、前記一つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する第1クラッチ機構と、前記他の出力要素を前記出力部材に選択的に連結する第2クラッチ機構とを有し、
前記第1クラッチ機構と第2クラッチ機構とを同時に係合させて、機械直結変速段を形成する制御手段を更に備えている
ことを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。 An internal combustion engine and a generator are connected to an output member through a distribution mechanism having a differential action, and a reaction force torque is applied by the generator to the torque input from the internal combustion engine to the distribution mechanism, In the hybrid vehicle drive device that outputs torque to the output member,
The distribution mechanism is configured as a gear mechanism having four rotating elements by combining two sets of planetary gear mechanisms,
Any one of the rotating elements is an input element to which torque is input from the internal combustion engine, and any one of the other elements is a reaction force element in which a reaction torque with respect to the torque of the input element is input from the generator And the other two elements having a differential action together with the input element and the reaction force element are output elements,
A coupling mechanism for selectively coupling the two output elements to the output member;
The planetary gears on mechanism is constituted by a Ravigneaux type planetary gear mechanism having a carrier and a ring gear of the respective one and two of the sun gear,
The internal combustion engine is connected to the ring gear, and the generator is connected to a first sun gear that forms a single pinion planetary gear mechanism together with the ring gear;
The transmission has at least two gear pairs for the first speed and the second speed having different gear ratios,
The coupling mechanism selectively couples the output member to the second sun gear that forms a double pinion type planetary gear mechanism together with the ring gear via the first speed gear pair; and the second speed to the carrier. And a mechanism for selectively connecting the output member via a gear pair ,
In the collinear diagram representing the mutual relationship between the four rotating elements as four line segments arranged parallel to each other with an interval based on the gear ratio of each planetary gear mechanism, the reaction force element and the input element Is located on both sides of any one output element, and the other output element is located on the opposite side of the one output element across the input element,
The connection mechanism includes a first clutch mechanism that selectively connects the one output element to the output member; and a second clutch mechanism that selectively connects the other output element to the output member;
Control means for simultaneously engaging the first clutch mechanism and the second clutch mechanism to form a direct gear shift stage is further provided.
Hybrid vehicle driving apparatus characterized by.
前記分配機構が、二組の遊星歯車機構を組み合わせて四つの回転要素を有する歯車機構として構成され、
前記回転要素のいずれかが前記内燃機関からトルクが入力される入力要素とされるとともに、他のいずれかの要素が前記入力要素のトルクに対する反力トルクが前記発電機から入力される反力要素とされ、前記入力要素と前記反力要素と共に差動作用をなす他の二つの要素が出力要素とされ、
これら二つの出力要素を前記出力部材に選択的に連結する連結機構を備えているとともに、
前記四つの回転要素の相互関係を、前記各遊星歯車機構のギヤ比に基づく間隔を空けて相互に平行に配置した四本の線分で表す共線図において、前記反力要素と前記入力要素とがいずれか一つの出力要素を挟んだ両側に位置し、かつ他の出力要素が前記入力要素を挟んで前記一つの出力要素とは反対側に位置するように構成されており、
前記連結機構を制御して前記二つの出力要素を前記出力部材に同時に連結して、機械直結変速段を形成する制御手段を備えている
ことを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。 An internal combustion engine and a generator are connected to an output member via a distribution mechanism having a differential action, and a reaction force torque is applied by the generator to the torque input from the internal combustion engine to the distribution mechanism, In the hybrid vehicle drive device that outputs torque to the output member,
The distribution mechanism is configured as a gear mechanism having four rotating elements by combining two sets of planetary gear mechanisms,
Any one of the rotating elements is an input element to which torque is input from the internal combustion engine, and any one of the other elements is a reaction force element in which a reaction torque with respect to the torque of the input element is input from the generator And the other two elements having a differential action together with the input element and the reaction force element are output elements,
With a connection mechanism that selectively connects these two output elements to the output member,
In the collinear diagram representing the mutual relationship between the four rotating elements as four line segments arranged parallel to each other with an interval based on the gear ratio of each planetary gear mechanism, the reaction force element and the input element Are located on both sides of any one output element, and the other output element is located on the opposite side of the one output element across the input element,
Control means for controlling the connecting mechanism to simultaneously connect the two output elements to the output member to form a mechanical direct-coupled gear stage.
Hybrid vehicle driving apparatus characterized by.
前記制御手段は、前記発電機もしくは前記電動機の負荷が相対的に大きいときに、前記機械直結変速段を形成する手段を含む
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。 An electric motor connected to the other output element or a member integrated with the other output element to output power for assisting driving torque is further provided;
The control means includes means for forming the mechanically connected gear when the load on the generator or the electric motor is relatively large.
The hybrid vehicle drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the drive device is a hybrid vehicle.
前記制御手段は、前記発電機もしくは前記電動機を含む電気系統の温度、もしくは前記連結機構の温度が所定値以上の場合に、前記機械直結変速段を形成する手段を含む
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。 An electric motor connected to the other output element or a member integrated with the other output element to output power for assisting driving torque is further provided;
The control means includes means for forming the mechanically connected gear when the temperature of the electric system including the generator or the electric motor or the temperature of the coupling mechanism is equal to or higher than a predetermined value.
The hybrid vehicle drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the drive device is a hybrid vehicle.
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。 The control means includes means for controlling the coupling mechanism and setting the mechanical direct coupling speed when the vehicle maintains a stopped state.
The hybrid vehicle drive device according to any one of claims 1 to 6, wherein the drive device is a hybrid vehicle.
ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。 When the vehicle speed of the vehicle is within a predetermined range, the change in the vehicle speed and the required driving force is in a steady running state that is equal to or less than a predetermined value, and the mechanical direct-coupled gear stage is selected. If the fuel efficiency is good, include means to form the direct gear shift stage
The hybrid vehicle drive device according to claim 1 , wherein the drive device is a hybrid vehicle drive device.
ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。 The control means includes means for forming a mechanical direct connection speed when the mechanical direct connection speed is selected by a manual operation of a vehicle driver.
9. The hybrid vehicle drive device according to claim 1 , wherein the drive device is a hybrid vehicle.
ことを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。 The control means includes means for forming the mechanically connected gear stage when the road information obtained by the navigation device or the communication means is a road where the vehicle maintains steady running such as an expressway or running close thereto.
A drive device for a hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 9 .
前記制御手段は、前記機械直結変速段を形成する場合に、前記発電機または電動機のうち、低温であり、かつ発熱量が少ないか、または、許容温度が高い方により、トルクアシストをおこなうか、もしくはエネルギの回生をおこなう手段を含む
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。 An electric motor connected to the other output element or a member integrated with the other output element to output power for assisting driving torque is further provided;
The control means, when forming the mechanical direct-coupled shift stage, whether to perform torque assist at a low temperature and a low calorific value of the generator or motor, or a higher allowable temperature, Or include means to regenerate energy
The hybrid vehicle drive device according to claim 1 , wherein the drive device is a hybrid vehicle.
ことを特徴とする請求項11に記載のハイブリッド車の駆動装置。 The control means performs torque assist with either the electric motor or the generator when selecting a high speed side gear stage with the transmission, and when selecting a low speed side gear stage with the transmission, Including means for regenerating energy by either the electric motor or the generator
The drive device for a hybrid vehicle according to claim 11 .
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