JP5612282B2

JP5612282B2 - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP5612282B2
Application number: JP2009163576A
Authority: JP
Inventors: 栗田　茂明; 茂明栗田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2029-07-10
Also published as: JP2011016485A

Description

本発明は、車両の動力源として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自動車に関する。

ハイブリッド自動車として、車両のエンジンと変速機との間に介設されたクラッチよりも動力伝達系の下流側にモータジェネレータを配設したパラレル式のハイブリッド自動車が知られている（特許文献１、２等）。

このようなハイブリッド自動車によれば、減速制動時には、クラッチを切ってエンジンを車輪（駆動輪）と切り離した状態として車輪の制動エネルギをモータジェネレータで回収してバッテリに蓄電し、発進時や加速時には、クラッチを繋いだ状態としモータジェネレータにより駆動力を発生させてエンジンによる車輪の駆動をアシストしてエンジンの負荷を軽減することで、燃費の向上を図ることができる。

また、パラレル式のハイブリッド自動車としては、変速機の入力軸にモータジェネレータを設けたフロントＰＴＯ式のものや、変速機の出力軸にモータジェネレータを設けたリアＰＴＯ式のものや、変速機のサイドＰＴＯ機構にモータジェネレータを設けたサイドＰＴＯ式のものがあるが、特にこのサイドＰＴＯ式のものは、既存のサイドＰＴＯ機構を利用できるため、他のものに比して構造の簡素化及びコストの低減を図ることができる。

特開２００３−１２９８７８号公報特開平１１−２８０５１３号公報

しかしながら、前記サイドＰＴＯ式のハイブリッド自動車においては、次のような欠点がある。

（１）クラッチを切ってエンジンを車輪と切り離し、モータジェネレータのみで車輪を駆動する電動走行が可能であるが、この電動走行時には発電を行うことができないため、バッテリの電力が枯渇すると、電動走行が困難となる。

（２）変速機の副軸にモータトルクを伝達する構造のため、シフトチェンジ（変速）中は、モータトルクが車輪に伝達されず、いわゆるトルク抜けが発生する。

（３）これらの問題を解決するために、変速機の出力軸側にもモータジェネレータを設置した２モータ式のいわゆるシリーズパラレル式のハイブリッド自動車が提案されているが、動力分割機構を有する専用の変速機が必要で、構造の複雑化及びコストの増大を招くという問題がある。

そこで、本発明の目的は、サイドＰＴＯ式のハイブリッド自動車でありながら、電動走行時のバッテリの電力の枯渇やシフトチェンジ時のトルク抜けを防止できるシリーズパラレル式のハイブリッド自動車を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド自動車は、車両のエンジンに第１のクラッチを介して設けられた変速機と、該変速機の出力軸にプロペラシャフト及びディファレンシャルギヤを介して設けられた車輪と、前記変速機にサイドＰＴＯ機構及び第２のクラッチを介して設けられた第１のモータジェネレータと、前記ディファレンシャルギヤに前記プロペラシャフトとは別に設けられた駆動軸と、該駆動軸に第３のクラッチを介して設けられた第２のモータジェネレータと、運転状態により前記エンジン、第１乃至第３のクラッチ、第１及び第２のモータジェネレータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置が、エンジンのクランキング開始時に前記第２のモータジェネレータを作動させて車両を発進させ、エンジン始動後にエンジンにより車輪を駆動し、電動走行時にエンジンを停止し、前記変速機をニュートラルにすると共に前記第３のクラッチを接にし、バッテリの電力で前記第２のモータジェネレータを作動させて車輪を駆動して走行し、バッテリの電力が不足した場合には、前記変速機をニュートラルにすると共に前記第１及び第２のクラッチを接にして前記エンジンで前記第１のモータジェネレータを駆動して発電させ、その電力を前記バッテリに蓄電し、そのバッテリの電力で前記第２のモータジェネレータを作動させて車両を電動走行するように構成されていることを特徴とする。

前記制御装置が、前記変速機の加速のシフトチェンジ時における少なくともギヤ抜きからギヤインまでの間、前記第３のクラッチを接にして前記第２のモータジェネレータを作動させるように構成されていることが好ましい。

本発明に係るハイブリッド自動車によれば、サイドＰＴＯ式のハイブリッド自動車でありながら、電動走行時のバッテリの電力の枯渇やシフトチェンジ時のトルク抜けを防止できる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド自動車の動力伝達系の概要を示す説明図である。図１の変速機及びその近傍の拡大図である。ディファレンシャルギヤの一例を示す断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。

図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド自動車は、車両に搭載されるエンジンＥに第１のクラッチＣ１を介して設けられた変速機ＴＭと、この変速機ＴＭの出力軸である主軸８にプロペラシャフト（推進軸）ＰＳ及びディファレンシャルギヤ（差動装置）ＤＧを介して設けられた車輪Ｔと、前記変速機ＴＭにサイドＰＴＯ機構Ｐ及び第２のクラッチＣ２を介して設けられた第１のモータジェネレータＭＧ１と、前記ディファレンシャルギヤＤＧに前記プロペラシャフトＰＳとは別に設けられた駆動軸３９と、該駆動軸３９に第３のクラッチＣ３を介して設けられた第２のモータジェネレータＭＧ２と、アイドル停止後の発進時、加速時、電動走行時などの運転状態により前記エンジンＥ、第１乃至第３のクラッチＣ１〜Ｃ３、第１及び第２のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する制御装置２８とを備えている。

本実施形態においては、エンジンＥのクランク軸と変速機ＴＭの入力軸７との間に、第１のクラッチＣ１に加えて流体継手ＦＣを介設し、発進時には変速機ＴＭを発進ギヤにギヤインし、第１のクラッチＣ１を接にし、流体継手ＦＣのクリープによって発進するようにしているが、流体継手ＦＣを省略し、第１のクラッチＣ１を半クラッチ制御することで発進するようにしてもよい。なお、ここでの流体継手ＦＣはトルクコンバーターを含む概念であり、第１のクラッチＣ１は湿式クラッチが用いられ、エンジンＥはディーゼルエンジンとなっている。

図２に示すように、流体継手ＦＣは、エンジンＥのクランク軸に連結されたポンプ羽根車１と、第１のクラッチＣ１の入力軸に連結されたタービン羽根車２と、ワンウェイクラッチ３を介してミッションケース等の固定系に支持されたステータ羽根車４とを有する。ポンプ羽根車１が取り付けられた部材とタービン羽根車２が取り付けられた部材との間には、ロックアップクラッチＲＣが介設されている。ロックアップクラッチＲＣは、車速が所定車速以下に落ちると、エンストを回避するために断にされ、爾後、車速が前記所定車速よりも速い別の所定車速以上に上がると、滑りを回避して効率を高めるために接にされる。

第１のクラッチＣ１は、流体継手ＦＣのタービン羽根車２に繋がる入力軸に設けられた入力プレート５と、変速機ＴＭの入力軸７に設けられた出力プレート６とを有し、これら入力プレート５と出力プレート６とがクラッチアクチュエータＣＡによって相対的に押し付けられると接にされ、その押し付けが解除されると断にされる。第１のクラッチＣ１は、変速機ＴＭにて変速操作を行う際に断にされ、変速完了後に接にされる。

変速機ＴＭは、第１のクラッチＣ１の出力軸に繋がる入力軸７と、その軸端から間隔を隔てて同軸に配置された主軸８と、これら入力軸７及び主軸８と平行に配置された副軸９とを有し、各軸はミッションケースに軸受を介して回転可能に支持されている。入力軸７には、入力ギヤ１０が回転不能に設けられている。副軸９には、入力ギヤ１０と噛合する入力副ギヤ１１、リバース副ギヤＧＲ、１速副ギヤＧ１、２速副ギヤＧ２、３速副ギヤＧ３、４速副ギヤＧ４が、夫々回転不能に、６速副ギヤＧ６が回転可能に設けられている。

主軸８には、リバース副ギヤＧＲに噛合されたアイドルギヤＩＲと噛合するリバース主ギヤＭＲ、１速副ギヤＧ１と噛合する１速主ギヤＭ１、２速副ギヤＧ２と噛合する２速主ギヤＭ２、３速副ギヤＧ３と噛合する３速主ギヤＭ３、４速副ギヤＧ４と噛合する４速主ギヤＭ４が、夫々回転可能に、６速副ギヤＧ６と噛合する６速主ギヤＭ６が回転不能に設けられている。また、主軸８には、１速／リバース用ハブＨ１Ｒ、２速／３速用ハブＨ２３、４速／５速用ハブＨ４５が、夫々回転不能に設けられ、副軸９には、６速用ハブＨ６が回転不能に設けられている。

そして、１速／リバース用ハブＨ１Ｒにスプライン噛合された１速／リバース用スリーブＳＲ１をリバース主ギヤＭＲに設けられたリバースドグＤＲに噛合させると、主軸８がリバース回転し、１速／リバース用スリーブＳＲ１を１速主ギヤＭ１に設けられた１速ドグＤ１に噛合すると主軸８が１速のギヤ比で回転する。２速／３速用ハブＨ２３にスプライン噛合された２速／３速用スリーブＳ２３を２速主ギヤＭ２に設けられた２速ドグＤ２に噛合させると、主軸８が２速のギヤ比で回転し、２速／３速用スリーブＳ２３を３速主ギヤＭ３に設けられた３速ドグＤ３に噛合すると主軸８が３速のギヤ比で回転する。

４速／５速用ハブＨ４５にスプライン噛合された４速／５速用スリーブＳ４５を４速主ギヤＭ４に設けられた４速ドグＤ４に噛合させると、主軸８が４速のギヤ比で回転し、４速／５速用スリーブＳ４５を入力軸７に設けられた５速ドグＤ５に噛合すると主軸８が入力軸７と直結されて（５速のギヤ比）回転する。６速用ハブＨ６にスプライン噛合された６速用スリーブＳ６を６速副ギヤＧ６に設けられた６速ドグＤ６に噛合させると、主軸８が６速のギヤ比で回転する。なお、各スリーブにはシンクロ機構が設けられている。

サイドＰＴＯ機構Ｐは、副軸９の３速副ギヤＧ３に噛合されたアイドルギヤ１５、アイドルギヤ１５に噛合するＰＴＯギヤ１６、ＰＴＯギヤ１６の回転軸１７に設けられたドグ１８、回転軸１７と同軸に配置されたドライブシャフト１９、ドライブシャフト１９の一端に設けられたハブ２０、ハブ２０にスプライン噛合されたスリーブ２１、ドライブシャフト１９の他端に設けられた減速ギヤ２２、減速ギヤ２２に噛合された第１のモータジェネレータＭＧ１のピニオン２３を備えている。

回転軸１７は、ＰＴＯギヤ１６、ドグ１８、ハブ２０及びスリーブ２１を収容するＰＴＯケース２９（図１参照）に軸受を介して回転可能に支持され、ドライブシャフト１９は、ユニバーサルジョイントが組み込まれていて、一端がＰＴＯケース２９に軸受を介して回転可能に支持され、他端が減速ギヤ２２及びピニオン２３を収容する減速機ケース３０（図１参照）に軸受を介して回転可能に支持されている。

このサイドＰＴＯ機構Ｐによれば、スリーブ２１をドグ１８に噛合させると３速副ギヤＧ３の回転が第１のモータジェネレータＭＧ１に伝達され、スリーブ２１をドグ１８から離脱させると第１のモータジェネレータＭＧ１が３速副ギヤＧ３の回転から切り離される。ドグ１８、ハブ２０、スリーブ２１は、ＰＴＯクラッチである第２のクラッチＣ２を構成する。この第２のクラッチＣ２は、通常、接にされ、変速機ＴＭが変速操作を行う際に各スリーブのシンクロの負担を軽減するため断にされ、また、エンジンＥのみで走行する場合も第１のモータジェネレータＭＧ１の引きずりトルクを回避するため断にされる。

第１のモータジェネレータＭＧ１には、その出力を調節するためのインバータＩＶ１を介して電源としてのバッテリ（リチウムイオン電池等）ＢＴが接続されている。

また、図２に示すように、このハイブリッド自動車は、アクセルペダル２５の開度を検出するアクセルセンサ２６と、第１のクラッチＣ１の回転数を検出する回転センサ２７と、スタータスイッチＳＷと、シフトセンサＳＳと、これらアクセルセンサ２６、回転センサ２７、スタータスイッチＳＷ、シフトセンサＳＳで検出された運転状態に応じて、第１乃至第３のクラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３、第１及び第２のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２及びエンジンＥへの燃料噴射量を制御する制御装置２８とを備えている。

アクセルセンサ２６は、アクセルペダル２５の角度を検出する角度センサからなり、その角度からアクセル開度を求める。回転センサ２７は、変速機ＴＭの入力軸７に設けられた入力ギヤ１０の回転を検出するものであり、この入力ギヤ１０の回転数は第１のクラッチＣ１の出力軸の回転数と一致する。すなわち、回転センサ２７が検出するクラッチ回転数とは、第１のクラッチＣ１の出力軸の回転数のことをいう。第１のクラッチＣ１の出力軸の回転数は、第１のクラッチＣ１が接で且つロックアップクラッチＲＣが接であれば、エンジンＥのクランク軸の回転数（エンジン回転数）と一致する。

スタータスイッチＳＷは、エンジンの始動と停止を行うものである。シフトセンサＳＳは、変速機のシフトチェンジ時のギヤ抜け位置（ニュートラル位置）とギヤイン位置を検出するものである。

車両の発進後、クリープが不要となる車速になればロックアップクラッチＲＣが接にされ、以降、エンストする程度にまで車速が落ちない限りロックアップクラッチＲＣは接のままであり、また、第１のクラッチＣ１は変速機ＴＭにて変速操作が行われるとき以外は接にされているので、第１のクラッチＣ１の出力軸の回転数は、発進時及び変速時以外の通常走行時には、エンジン回転数と一致する。

前記ディファレンシャルギヤＤＧは、図３に示すように、左右の後車軸３１の基端部に設けられた一対の差動大歯車３２を収容した差動歯車室３３と、この差動歯車室３３内に差動歯車軸３４を介して設けられ前記差動大歯車３２に噛合する複数個の差動遊星歯車３５と、前記差動歯車室３３の外周に設けられた環歯車３７とから主に構成されている。この環歯車３７にはプロペラシャフトＰＳの駆動歯車３８と、プロペラシャフトＰＳとは別の駆動軸３９の駆動歯車４０とが噛合されている。

前記ディファレンシャルギヤＤＧの駆動軸３９には第３のクラッチＣ３を介して第２のモータジェネレータＭＧ２が設けられている。この第２のモータジェネレータＭＧ２には、その出力を調節するためのインバータＩＶ２を介してバッテリＢＴが接続されている。なお、バッテリＢＴは、第１及び第２のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２ごとに個別に設けられていてもよいが、図示例のように共通のものとして設けられていることが好ましい。また、図示例では、前記駆動軸３９の他端が減速ギヤ４１及びピニオン４２を収容する減速機ケース４３に軸受を介して支持され、駆動軸３９が減速ギヤ４１に第２のモータジェネレータＭＧ２のピニオン４２が噛合されているが、減速ギヤ４１の代わりに増速ギヤ又は等速ギヤを採用してもよい。なお、減速ギヤ４１を採用せずに駆動軸３９に第３のクラッチＣ３を介して第２のモータジェネレータＭＧ２を設けてもよい。

前記制御装置２８は、前記変速機ＴＭをニュートラルにし、バッテリＢＴの電力で前記第２のモータジェネレータＭＧ２を作動させて電動走行する時に、前記第１及び第２のクラッチＣ１，Ｃ２を接にして前記エンジンＥで前記第１のモータジェネレータＭＧ１を駆動して発電させ、その電力を前記バッテリＢＴに蓄電するように構成されている。また、前記制御装置２８は、前記変速機ＴＭのシフトチェンジ時における少なくともギヤ抜きからギヤインまでの間、前記第３のクラッチＣ３を接にして前記第２のモータジェネレータＭＧ２を作動させるように構成されている。

次に、以上の構成からなるハイブリッド自動車の作用を述べる。先ず、アイドル停止後の発進時には、アクセルセンサ２６がオン、且つスタータスイッチＳＷがオンで、エンジンＥのクランキングが開始するが、エンジンＥを瞬時に始動させて車両を発進することが困難であるため、同時に第２のモータジェネレータＭＧ２の作動により車輪Ｔを駆動して発進し、エンジンＥの始動後、第１のクラッチＣ１を接にしてエンジンＥで車輪Ｔを駆動する。

加速時には、エンジンＥと、第２のモータジェネレータＭＧ２の作動により車輪Ｔを駆動する。変速機ＴＭのシフトチェンジ時には、エンジントルクが一時的に切り離されるが、シフトチェンジ時における少なくともギヤ抜きからギヤインまでの間、前記第３のクラッチＣ３を接にして前記第２のモータジェネレータＭＧ２を作動させて車輪Ｔを駆動しているため、第１のモータジェネレータＭＧ１で車輪Ｔを駆動している場合と異なり、変速機ＴＭのトルク抜けを防止することができる。

一方、電動走行時には、エンジンＥを停止し、変速機ＴＭをニュートラルにし、バッテリＢＴの電力で第２のモータジェネレータＭＧ２を作動させて車輪Ｔを駆動して車両を走行させる。バッテリＢＴの電力が不足した場合には、第１及び第２のクラッチＣ１，Ｃ２を接にし、エンジンＥによりサイドＰＴＯ機構Ｐを介して第１のモータジェネレータＭＧ１を駆動して発電させ、その電力で第２のモータジェネレータＭＧ２を作動させて車両を電動走行させる。

本実施形態によれば、車両のエンジンＥに第１のクラッチＣ１を介して設けられた変速機ＴＭと、該変速機ＴＭの出力軸にプロペラシャフトＰＳ及びディファレンシャルギヤＤＧを介して設けられた車輪Ｔと、前記変速機ＴＭにサイドＰＴＯ機構Ｐ及び第２のクラッチＣ２を介して設けられた第１のモータジェネレータＭＧ１と、前記ディファレンシャルギヤＤＧに前記プロペラシャフトＰＳとは別に設けられた駆動軸３９と、該駆動軸３９に第３のクラッチＣ３を介して設けられた第２のモータジェネレータＭＧ２と、運転状態により前記エンジンＥ、第１乃至第３のクラッチＣ１〜Ｃ３、第１及び第２のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する制御装置２８とを備えているため、サイドＰＴＯ式のハイブリッド自動車でありながら、バッテリＢＴの電力の枯渇や変速時のトルク抜けを防止できるシリーズパラレル式のハイブリッド自動車を提供することができる。

前記制御装置２８が、前記変速機ＴＭをニュートラルにし、バッテリＢＴの電力で前記第２のモータジェネレータＭＧ２を作動させて電動走行する時に、前記第１及び第２のクラッチＣ１，Ｃ２を接にして前記エンジンＥで前記第１のモータジェネレータＭＧ１を駆動して発電させ、その電力を前記バッテリＢＴに蓄電するように構成されているため、バッテリＢＴの電力の枯渇を防止することができる。

また、前記制御装置２８が、前記変速機ＴＭのシフトチェンジ時における少なくともギヤ抜きからギヤインまでの間、前記第３のクラッチＣ３を接にして前記第２のモータジェネレータＭＧ２を作動させるように構成されているため、変速時のトルク抜けを防止できる。

プロペラシャフトとは別に設けられた駆動軸を有するディファレンシャルギヤとしては、後輪２軸（タンデム）式のディファレンシャルギヤの前部側を利用することが可能である。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。

Ｅエンジン
ＴＭ変速機
ＰサイドＰＴＯ機構
Ｃ１第１のクラッチ
Ｃ２第２のクラッチ
Ｃ３第３のクラッチ
ＰＳプロペラシャフト
ＤＧディファレンシャルギヤ
ＭＧ１第１のモータジェネレータ
ＭＧ２第２のモータジェネレータ
ＢＴバッテリ
２８制御装置
３９駆動軸

Claims

車両のエンジンに第１のクラッチを介して設けられた変速機と、該変速機の出力軸にプロペラシャフト及びディファレンシャルギヤを介して設けられた車輪と、前記変速機にサイドＰＴＯ機構及び第２のクラッチを介して設けられた第１のモータジェネレータと、前記ディファレンシャルギヤに前記プロペラシャフトとは別に設けられた駆動軸と、該駆動軸に第３のクラッチを介して設けられた第２のモータジェネレータと、運転状態により前記エンジン、第１乃至第３のクラッチ、第１及び第２のモータジェネレータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置が、エンジンのクランキング開始時に前記第２のモータジェネレータを作動させて車両を発進させ、エンジン始動後にエンジンにより車輪を駆動し、電動走行時にエンジンを停止し、前記変速機をニュートラルにすると共に前記第３のクラッチを接にし、バッテリの電力で前記第２のモータジェネレータを作動させて車輪を駆動して走行し、バッテリの電力が不足した場合には、前記変速機をニュートラルにすると共に前記第１及び第２のクラッチを接にして前記エンジンで前記第１のモータジェネレータを駆動して発電させ、その電力を前記バッテリに蓄電し、そのバッテリの電力で前記第２のモータジェネレータを作動させて車両を電動走行するように構成されている
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
前記制御装置が、前記変速機のシフトチェンジ時における少なくともギヤ抜きからギヤインまでの間、前記第３のクラッチを接にして前記第２のモータジェネレータを作動させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド自動車。