JP5232042B2

JP5232042B2 - ハイブリッド車両の駆動装置

Info

Publication number: JP5232042B2
Application number: JP2009039841A
Authority: JP
Inventors: 茂奥脇; 英治前田; 光正福村; 秀幹中園; 大祐石井; 泰幸酒井
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: JP2010195102A

Description

本発明は、内燃機関の出力軸がダンパーを介して差動機構の回転要素と接続されたハイブリッド車両の駆動装置に関する。

内燃機関及び複数の回転電機と、相互に差動可能な複数の回転要素を有する差動機構とを備え、内燃機関の出力軸及び各回転電機の出力軸が互いに異なる回転要素に接続されたハイブリッド車両の駆動装置が知られている。このような駆動装置においては、内燃機関の出力軸が内燃機関のトルク変動を吸収させるためのダンパーを介して差動機構の回転要素と接続されている。そのため、差動機構から内燃機関に回転電機の回転が伝達される場合はダンパーを介してその回転が伝達される。一方、内燃機関の出力軸を回転電機で回転駆動する場合などは、回転数制御の精度などを考慮すると内燃機関の出力軸が回転電機の出力軸と直接接続されるほうが望ましい。そこで、ハイブリッド車両に搭載される駆動装置として、第１の回転要素に内燃機関の出力軸がダンパーを介して接続され、第２の回転要素に第１の回転電機が接続され、第３の回転要素に駆動軸が接続された差動機構と、駆動軸に接続された第２の回転電機と、内燃機関の出力軸にダンパーを介さずに接続された第３の回転電機を備えたものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。

特開２００４−３３６９８３号公報特開２００２−１３５９１０号公報特開平１１−２０５９０７号公報

特許文献１の装置では、差動機構や駆動軸に接続する第１及び第２の回転電機の他に第３の回転電機が必要となるため、装置が大型化するおそれがある。

そこで、本発明は、内燃機関の出力軸を回転電機の出力軸と直接接続することができ、かつ小型化に有利なハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、内燃機関と、第１回転電機と、車両の駆動輪に動力を出力するための出力部材と、相互に差動可能な３つの回転要素を有する差動機構と、を備え、前記内燃機関の出力軸がダンパーを介して前記差動機構の第１回転要素と接続され、前記第１回転電機の出力軸が前記差動機構の第２回転要素と接続され、前記出力部材が前記差動機構の第３回転要素と接続されているハイブリッド車両の駆動装置において、第２回転電機と、前記第２回転電機の出力軸が前記内燃機関の出力軸又は前記第３回転要素のいずれか一方と選択的に接続されるように前記第２回転電機の出力軸の接続先を切り替える接続切替手段と、を備え、前記接続切替手段は、前記第２回転電機の出力軸と前記内燃機関の出力軸とが前記ダンパーを介さずに直接接続されるように前記第２回転電機の出力軸と前記内燃機関の出力軸とを接続することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の駆動装置によれば、接続切替手段によって内燃機関の出力軸と第２回転電機の出力軸とを直接接続することができる。そのため、内燃機関を第２回転電機で回転駆動する場合などに内燃機関の回転数の制御精度を向上させることができる。また、内燃機関の出力軸がダンパーを介して第１回転要素と接続されているので、内燃機関の動力を差動機構に伝達する場合などは内燃機関のトルク変動をダンパーにて吸収できる。本発明の駆動装置では、第２回転電機を内燃機関の出力軸と接続するので、第１回転電機及び第２回転電機の他に回転電機を設ける必要がない。そのため、装置の小型化を図ることができる。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置の一形態において、前記第２回転電機は、前記第１回転電機よりも出力が大きく、前記第１回転電機及び前記第２回転電機が前記内燃機関の出力軸と同軸に配置されるとともに、前記第２回転電機が前記第１回転電機よりも前記内燃機関側に配置されていてもよい（請求項２）。このように出力の大きい第２回転電機を内燃機関寄りに配置することにより、第２回転電機の出力軸と内燃機関の出力軸とを接続する際の動力伝達経路の距離を短縮することができる。そのため、第２回転電機によって内燃機関の回転数を制御する場合などにその回転数制御の制御精度を向上させることができる。

本発明のハイブリッド車両の駆動装置の一形態において、前記内燃機関は、前記車両の速度が所定の判定速度以上であり、かつアクセルペダルが踏まれていない場合に燃料の供給が停止されるフューエルカット制御の適用対象であり、前記内燃機関に対して前記フューエルカット制御が実行されている場合、前記第２回転電機の出力軸が前記内燃機関の出力軸と接続されるように前記接続切替手段の動作を制御するとともに、前記内燃機関の出力軸が所定の回転数で回転駆動され、かつその回転駆動時に発生する前記内燃機関の出力軸の回転数変動が相殺されるように前記第２回転電機の動作を制御する制御手段をさらに備えていてもよい（請求項３）。内燃機関に対する燃料の供給を停止し、この状態で内燃機関を回転電機が回転駆動するとポンピングロスに伴う回転数変動が発生する。そして、この回転数変動は、内燃機関を低回転で回転駆動する場合に大きくなり易い。そこで、このように内燃機関を回転電機で回転駆動する場合はその際に発生する回転数変動が相殺されるように回転電機を制御する。これにより、車両の振動を抑制しつつ内燃機関を低回転で回転駆動できる。また、内燃機関の回転数を低く抑えることができるので、内燃機関を回転駆動するために第２回転電機で消費されるエネルギを低減することができる。

以上に説明したように、本発明のハイブリッド車両の駆動装置によれば、差動機構の回転要素とダンパーと介して接続された内燃機関の出力軸を接続切替手段にて第２回転電機の出力軸と直接接続することができる。また、第２回転電機を内燃機関の出力軸と接続するので、装置の小型化を図ることができる。

本発明の第１の形態に係る駆動装置の概略を示す図。図１のＭＧＣＵが実行する切替制御ルーチンを示すフローチャート。本発明の第２の形態に係る駆動装置の概略を示す図。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る駆動装置の概略図を示している。この駆動装置１Ａは、ハイブリッド車両に搭載されるものであり、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）２と、第１回転電機としての第１モータジェネレータ（以下、第１ＭＧと略称することがある。）３と、第２回転電機としての第２モータジェネレータ（以下、第２ＭＧと略称することがある。）４とを備えている。この図に示したように第１ＭＧ３及び第２ＭＧ４は、エンジン２の出力軸２ａと同軸に設けられている。第１ＭＧ３及び第２ＭＧ４は、電動機及び発電機として機能し、ハイブリッド車に搭載される周知のものと同じでよいため、詳細な説明は省略する。なお、第２ＭＧ４は、第１ＭＧ３よりも出力が大きく、体格が大きい。エンジン２は、ハイブリッド車に搭載される周知のものと同じでよいため、詳細な説明は省略する。エンジン２、第１ＭＧ３、及び第２ＭＧ４は、動力分配機構５と接続されている。動力分配機構５は、エンジン２、第１ＭＧ３、及び第２ＭＧ４の接続状態を切り替えてエンジン２、第１ＭＧ３、及び第２ＭＧ４から出力された動力の伝達先を切り替える。動力分配機構５には、駆動輪１２に動力を出力するための出力部材としての出力ギヤ６が接続されている。動力分配機構５から駆動輪１２までの動力伝達経路には、カウンタギヤ７及びドライブギヤ８が一体回転するように設けられているカウンタシャフト９と、ドライブギヤ８の回転が伝達されるディファレンシャル機構１０と、ドライブシャフト１１とが設けられている。カウンタシャフト９は、カウンタギヤ７が出力ギヤ６と噛み合うように設けられている。そのため、動力分配機構５から出力された動力は、出力ギヤ６、カウンタギヤ、カウンタシャフト９、ドライブギヤ８を介してディファレンシャル機構１０に伝達される。ディファレンシャル機構１０に伝達された動力は、その後ドライブシャフト１１を介して駆動輪１２に伝達される。

動力分配機構５は、差動機構としての遊星歯車機構２０と、第２ＭＧ４の出力軸４ａの接続先を切り替える接続切替手段としての接続切替装置２１とを備えている。遊星歯車機構２０は、軸線ＣＬ回りに回転可能なサンギヤＳと、サンギヤＳと噛み合いつつその周囲を公転する複数の遊星ギヤ（プラネタリギヤ）Ｐと、サンギヤＳと同軸に設けられて各遊星ギヤＰと噛み合うリングギヤＲと、各遊星ギヤＰをサンギヤＳの軸線ＣＬ回りに回転自在に支持するキャリアＣとを備えている。図１に示したようにサンギヤＳには、第１ＭＧ３の出力軸３ａが一体回転するように接続されている。キャリアＣには、エンジン２の出力軸２ａがダンパー１３を介して接続されている。ダンパー１３は、エンジン２のトルク変動を吸収させるための周知のものでよいため、詳細な説明を省略する。このように遊星歯車機構２０とエンジン２の出力軸２ａ及び第１ＭＧ３の出力軸３ａが接続されるので、サンギヤＳが本発明の第２回転要素に相当し、キャリアＣが本発明の第１回転要素に相当する。

リングギヤＲには、出力ギヤ６が一体回転するように接続されている。そのため、リングギヤＲが本発明の第３回転要素に相当する。また、リングギヤＲには、第２ＭＧ４の出力軸４ａが接続切替装置２１を介して接続されている。接続切替装置２１は、第１係合ディスク２２と、第２係合ディスク２３と、操作ディスク２４と、操作ディスク２４を駆動するアクチュエータ２５とを備えている。操作ディスク２４は、第１係合ディスク２２及び第２係合ディスク２３と係合可能なように構成されている。このディスク同士の係合は、クラッチで一般に用いられる周知の機構で行えばよく、例えば乾式や湿式の係合機構、又は各ディスクにそれぞれドグ歯を設け、ドグ歯同士を噛み合わせてディスク同士を係合させるドグ機構を適用すればよい。

第１係合ディスク２２は、リングギヤＲと一体に回転するようにリングギヤＲと接続されている。第２係合ディスク２３は、エンジン２の出力軸２ａと一体に回転するように設けられている。この図に示したようにエンジン２の出力軸２ａには、第１ＭＧ３、遊星歯車機構２０、及び第２ＭＧ４の中心を通過して接続切替装置２１まで延びる延長軸２ｂが設けられている。この延長軸２ｂは、出力軸２ａと一体回転するように設けられている。そして、第２係合ディスク２３は、この延長軸２ｂに一体回転するように設けられている。操作ディスク２４は、第２ＭＧ４の出力軸４ａに一体回転するように設けられている。また、操作ディスク２４は、第１係合ディスク２２と係合する第１係合位置と第２係合ディスク２３と係合する第２係合位置との間で軸線ＣＬ方向に移動可能なように出力軸４ａに設けられている。すなわち、操作ディスク２４は、軸線ＣＬ方向に移動可能、かつ出力軸４ａと一体回転するように出力軸４ａに設けられている。このように操作ディスク２４を軸線ＣＬ方向に移動可能とするため、出力軸４ａと操作ディスク２４とは不図示のスプライン機構を介して接続されている。アクチュエータ２５は、操作ディスク２４を第１係合位置と第２係合位置との間で駆動する。

アクチュエータ２５の動作は、モータジェネレータコントロールユニット（ＭＧＣＵ）３０にて制御される。ＭＧＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、例えば車両に要求される駆動力及び第１ＭＧ３、第２ＭＧ４に接続されたバッテリ（不図示）の充電状態などに基づいて第１ＭＧ３及び第２ＭＧ４が電動機又は発電機として機能するようにその動作を切り替える。また、ＭＧＣＵ３０は車両の走行状態などに応じて各ＭＧ３、４の各回転数を制御するが、これら制御方法は周知の制御方法と同様でよいため、詳細な説明は省略する。ＭＧＣＵ３０には、アクセルペダルの開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３１等が接続されている。

エンジン２の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０にて制御される。ＥＣＵ４０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだ周知のコンピュータユニットとして構成され、エンジン２に設けられた各種のセンサの出力信号に基づいてエンジン２の運転状態を制御する周知のものである。ＥＣＵ４０は、例えば車両の速度が予め設定した判定速度以上であり、かつアクセル開度が０％、すなわちアクセルペダルが踏まれていない場合はエンジン２への燃料の供給を停止するフューエルカット制御を実行する。すなわち、エンジン２は、フューエルカット制御の適用対象である。ＥＣＵ４０には、エンジン２のクランク軸の回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ４１、及び車両の速度に対応する信号を出力する車速センサ４２などが接続されている。この他にもＥＣＵ４０には各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。図１に示したようにＭＧＣＵ３０とＥＣＵ４０とは、互いの情報を共有可能なように接続されている。

図２は、ＭＧＣＵ３０がアクチュエータ２５の動作を制御するために実行する切替制御ルーチンを示している。この切替制御ルーチンは、車両の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。この切替制御ルーチンを実行することにより、ＭＧＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。図２の制御ルーチンにおいてＭＧＣＵ３０はまずステップＳ１１で車両の走行状態及びエンジン２の運転状態を取得する。車両の走行状態としては、例えば車両の速度が取得される。エンジン２の運転状態としては例えばエンジン２の回転数、及びアクセル開度が取得される。次のステップＳ１２においてＭＧＣＵ３０はエンジン２に対してフューエルカット制御が実行されているか否か判断する。フューエルカット制御が実行中か否かは、車両の速度及びアクセル開度にて判断すればよい。フューエルカット制御が実行されていないと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＭＧＣＵ３０は操作ディスク２４が第１係合位置に移動するようにアクチュエータ２５を制御する。これにより、第２ＭＧ４と遊星歯車機構２０のリングギヤＲとが直接接続される。なお、既に操作ディスク２４が第１係合位置に移動していた場合はその状態を維持する。続くステップＳ１４においてＭＧＣＵ３０は、第２ＭＧ４に対する制御を車両の走行状態に応じて第２ＭＧ４の回転方向及び回転数を制御する通常制御に切り替える。このように第２ＭＧ４を制御することにより、第２ＭＧ４にて駆動輪１２に出力される動力を制御できる。なお、既に第２ＭＧ４に対する制御が通常制御であった場合はその状態を維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、フューエルカット制御の実行中と判断した場合はステップＳ１５に進み、ＭＧＣＵ３０は、ＭＧＣＵ３０は操作ディスク２４が第２係合位置に移動するようにアクチュエータ２５を制御する。これにより、エンジン２の出力軸２ａと第２ＭＧ４とが直接接続される。なお、既に操作ディスク２４が第２係合位置に移動していた場合はその状態を維持する。続くステップＳ１６においてＭＧＣＵ３０は、第２ＭＧ４に対する制御をモータリング制御に切り替える。このモータリング制御では、第２ＭＧ４によってエンジン２を所定回転数（例えば、５００回転／分）で回転駆動する。また、この際にポンピングロスなどに伴って生じるエンジン２の回転数変動が相殺されるように第２ＭＧ４の動作が制御される。すなわち、モータリング制御では、エンジン２が所定回転数で回転駆動され、かつその際に発生する回転数変動が相殺されるように第２ＭＧ４が制御される。なお、既に第２ＭＧ４に対する制御がモータリング制御であった場合はその状態を維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

第１の形態の駆動装置１Ａでは、操作ディスク２４を第２係合位置に移動させることによってエンジン２の出力軸２ａと第２ＭＧ４の出力軸４ａとを直接接続することができる。そのため、第２ＭＧ４によってエンジン２を回転駆動する際の回転数制御の制御精度を向上させることができる。これにより第２ＭＧ４にてエンジン２を低い回転数で安定に回転駆動することができる。また、この際にエンジン２で発生する回転数変動を第２ＭＧ４で相殺できるので、車両の振動を抑制できる。さらに、このようにエンジン２を低い回転数で回転駆動することにより第２ＭＧ４で消費されるエネルギを低減できるので、車両のエネルギ効率を向上させることができる。

また、エンジン２の出力軸２ａは、ダンパー１３を介して遊星歯車機構２０のキャリアＣと接続されている。そのため、エンジン２が運転されてエンジン２の動力が遊星歯車機構２０に伝達される場合はエンジン２のトルク変動をダンパー１３で吸入できる。この駆動装置１Ａによれば、接続切替装置２１にて第２ＭＧ４の出力軸４ａの接続先を切り替え、これによりエンジン２の出力軸２ａと第２ＭＧ４の出力軸４ａとを直接接続させることができる。そのため、エンジン２の出力軸２ａを駆動するための駆動源を他に設ける必要がない。従って、装置の小型化を図ることができる。

（第２の形態）
図３は、本発明の第２の形態に係る駆動装置１Ｂの概略を示している。なお、図３において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この形態では、図３に示したようにエンジン２に近い側から軸線ＣＬ方向に沿って接続切替装置２１、第２ＭＧ４、遊星歯車機構２０、第１ＭＧ３、ダンパー１３の順に配置されている。すなわち、第１ＭＧ３よりも第２ＭＧ４がエンジン２側に配置され、接続切替装置２１がエンジン２と第２ＭＧ４の間に配置されている。このように第２ＭＧ４をエンジン２の近くに配置したので、遊星歯車機構２０のキャリアＣは、延長軸２ｂ及びダンパー１３を介してエンジン２の出力軸２ａと接続される。そして、接続切替装置２１の第２係合ディスク２３がエンジン２の出力軸２ａに設けられる。

第２の形態に係る駆動装置１Ｂによれば、第２ＭＧ４をエンジン２の近くに配置したので、第２ＭＧ４の出力軸４ａとエンジン２の出力軸２ａとを直接接続したときの動力伝達経路を短縮できる。そのため、例えばこの動力伝達経路中の捻り剛性を向上させ、第２ＭＧ４によるエンジン２の回転数制御の制御精度をさらに向上させるおとができる。そのため、第２ＭＧ４でエンジン２を回転駆動する際の回転数をさらに低下させることができる。これにより、車両のエネルギ効率をさらに向上させることができる。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、操作ディスクは、フューエルカット制御の実行時以外の時期に第２係合位置に移動させてもよい。例えば、エンジンの始動時などに操作ディスクを第２係合位置に移動させてもよい。この場合、第１ＭＧより出力の大きい第２ＭＧでエンジンを始動できるので、エンジンを速やかに始動できる。エンジン及び各ＭＧは、同軸に配置されていなくてもよい。例えば、第１ＭＧや第２ＭＧが回転軸線に対してオフセットした状態で配置されていてもよい。また、動力分配機構が備える遊星歯車機構は１つに限定されず、複数の遊星歯車機構を備えていてもよい。動力分配機構に設けられる差動機構は、遊星歯車機構に限定されず、遊星ローラ機構でもよい。

１Ａ、１Ｂ駆動装置
２内燃機関
２ａ出力軸
３第１モータジェネレータ（第１回転電機）
３ａ出力軸
４第２モータジェネレータ（第２回転電機）
４ａ出力軸
６出力ギヤ（出力部材）
１２駆動輪
１３ダンパー
２０遊星歯車機構（差動機構）
２１接続切替装置（接続切替手段）
３０モータジェネレータコントロールユニット（制御手段）
Ｓサンギヤ（第２回転要素）
Ｒリングギヤ（第３回転要素）
Ｃキャリア（第１回転要素）

Claims

内燃機関と、第１回転電機と、車両の駆動輪に動力を出力するための出力部材と、相互に差動可能な３つの回転要素を有する差動機構と、を備え、前記内燃機関の出力軸がダンパーを介して前記差動機構の第１回転要素と接続され、前記第１回転電機の出力軸が前記差動機構の第２回転要素と接続され、前記出力部材が前記差動機構の第３回転要素と接続されているハイブリッド車両の駆動装置において、
第２回転電機と、前記第２回転電機の出力軸が前記内燃機関の出力軸又は前記第３回転要素のいずれか一方と選択的に接続されるように前記第２回転電機の出力軸の接続先を切り替える接続切替手段と、を備え、
前記接続切替手段は、前記第２回転電機の出力軸と前記内燃機関の出力軸とが前記ダンパーを介さずに直接接続されるように前記第２回転電機の出力軸と前記内燃機関の出力軸とを接続することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
前記第２回転電機は、前記第１回転電機よりも出力が大きく、
前記第１回転電機及び前記第２回転電機が前記内燃機関の出力軸と同軸に配置されるとともに、前記第２回転電機が前記第１回転電機よりも前記内燃機関側に配置されている請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動装置。
前記内燃機関は、前記車両の速度が所定の判定速度以上であり、かつアクセルペダルが踏まれていない場合に燃料の供給が停止されるフューエルカット制御の適用対象であり、
前記内燃機関に対して前記フューエルカット制御が実行されている場合、前記第２回転電機の出力軸が前記内燃機関の出力軸と接続されるように前記接続切替手段の動作を制御するとともに、前記内燃機関の出力軸が所定の回転数で回転駆動され、かつその回転駆動時に発生する前記内燃機関の出力軸の回転数変動が相殺されるように前記第２回転電機の動作を制御する制御手段をさらに備えている請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の駆動装置。