JP5867589B2 - 車両用駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用駆動装置に関する。
従来、動力を伝達可能な複数の軸を備えた車両が公知である。例えば、特許文献1には、第1中間軸の第1クラッチが係合不能になった場合、第2中間軸から第1中間軸を介して出力軸にエンジンのトルクを出力するハイブリッド車両用動力伝達システムの制御方法の技術が開示されている。
特開2009−36354号公報
ここで、動力を伝達可能な軸を複数備える場合、伝達効率の低下が生じる場合がある。例えば、動力循環による伝達効率の低下が生じる虞がある。伝達効率の低下を抑制できることが望まれている。
本発明の目的は、伝達効率の低下を抑制できる車両用駆動装置を提供することである。
本発明の車両用駆動装置は、回転電機と、それぞれに駆動軸と接続された第1軸および第2軸と、前記回転電機に接続された回転要素と、前記第1軸に接続された回転要素と、前記第2軸に接続された回転要素とを有する差動機構とを備え、前記第1軸および前記第2軸のそれぞれに変速機構を有し、前記第1軸および前記第2軸がそれぞれ変速段を形成し、前記第1軸および前記第2軸を介して前記回転電機と前記駆動軸とを接続し、前記差動機構に力の釣り合いを発生させて前記回転電機から前記駆動軸にトルクを伝達させるEV走行モードと、前記第2軸を介した動力伝達を遮断し、かつ前記差動機構の差動を規制して前記第1軸を介して前記回転電機と前記駆動軸とを接続する所定モードを備えることを特徴とする。
上記車両用駆動装置において、前記第1軸の変速機構の変速比と前記第2軸の変速機構の変速比との比率が所定範囲の値である場合に、前記所定モードとすることが好ましい。
上記車両用駆動装置において、前記第1軸の変速機構の変速比と前記第2軸の変速機構の変速比との比率から決まる伝達効率に基づいて前記所定モードとすることが好ましい。
上記車両用駆動装置において、前記所定モードにおいて前記回転電機による回生を行うことが好ましい。
上記車両用駆動装置において、車両の後進時に、前記所定モードとすることが好ましい。
上記車両用駆動装置において、更に、前記第1軸と接続された機関を備え、前記差動機構の差動が規制されることにより、前記機関から前記第1軸を介して前記駆動軸に伝達される回転の回転方向が、前記車両を後進させる回転方向に切り替わることが好ましい。
上記車両用駆動装置において、更に、クラッチを介して前記第1軸および前記第2軸と接続された機関を備え、前記クラッチを係合して前記機関を動力源として走行中に、前記クラッチを開放して前記回転電機による回生を行うときに前記所定モードとすることが好ましい。
本発明に係る車両用駆動装置は、回転電機と、それぞれに駆動軸と接続された第1軸および第2軸と、回転電機に接続された回転要素と、第1軸に接続された回転要素と、第2軸に接続された回転要素とを有する差動機構とを備え、第1軸および第2軸のそれぞれに変速機構を有し、第1軸および第2軸がそれぞれ変速段を形成し、差動機構に力の釣り合いを発生させて回転電機から駆動軸にトルクを伝達させるEV走行モードと、第2軸を介した動力伝達を遮断し、かつ差動機構の差動を規制して第1軸を介して回転電機と駆動軸とを接続する所定モードを備える。本発明に係る車両用駆動装置によれば、所定モードによって動力循環の発生を抑制し、伝達効率の低下を抑制できるという効果を奏する。
図1は、実施形態に係る車両の概略構成図である。 図2は、シングルピニオン式の遊星歯車機構を備える場合の構成例を示す図である。 図3は、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を備える場合の構成例を示す図である。 図4は、実施形態に係る車両のスケルトン図である。 図5は、回転電機の回転数が0であるときの差動機構の共線図である。 図6は、変速比の比率γが1+ρよりも大であるときの動力伝達の説明図である。 図7は、変速比の比率γが1+ρよりも大であるときの共線図である。 図8は、変速比の比率γが1+ρよりも小であるときの動力伝達の説明図である。 図9は、変速比の比率γが1+ρよりも小であるときの共線図である。 図10は、変速比の比率γと、動力循環割合δとの関係を示す図である。 図11は、ダウンシフト待機状態のエンジン走行の説明図である。 図12は、ダウンシフト待機状態のエンジン走行の共線図である。 図13は、回生時の動力循環の説明図である。 図14は、回生時の共線図である。 図15は、第二変速部の中立状態への切り替えを示す図である。 図16は、回転電機による回転数制御を示す共線図である。 図17は、所定モードによる回生の説明図である。 図18は、所定モードの車両の等価図である。 図19は、所定モードによる回生に係る共線図である。 図20は、EVリバース走行に係る共線図である。 図21は、EVリバース走行からエンジンリバース走行への移行手順の説明図である。 図22は、EVリバース走行からエンジンリバース走行への移行に係る共線図である。 図23は、エンジンリバース走行の説明図である。 図24は、エンジンリバース走行に係る共線図である。 図25は、所定モードによる後進走行の説明図である。 図26は、実施形態の第1変形例に係る車両のスケルトン図である。 図27は、回転電機の回転数が0であるときの差動機構の共線図である。 図28は、変速比の比率γが1よりも大であるときの動力伝達の説明図である。 図29は、変速比の比率γが1よりも大であるときの共線図である。 図30は、変速比の比率γが1よりも小であるときの動力伝達の説明図である。 図31は、変速比の比率γが1よりも小であるときの共線図である。 図32は、変速比の比率γと、動力循環割合δとの関係を示す図である。 図33は、実施形態の第1変形例に係る車両の所定モードの等価図である。 図34は、第1変形例の所定モードによる回生に係る共線図である。 図35は、第1変形例の所定モードによる後進走行の説明図である。 図36は、実施形態の第2変形例に係る車両の概略構成図である。 図37は、第2変形例に係る車両のスケルトン図である。 図38は、第2変形例に係る車両の所定モードの等価図である。 図39は、第2変形例の所定モードによる後進走行の説明図である。 図40は、車両用駆動装置のギア比の一例を示す図である。 図41は、車両のトータルギア比の一例を示す図である。 図42は、変速比の比率γに対する総伝達効率ηおよび動力循環率δを示す図である。 図43は、各変速段の待機状態に係る動力循環率δおよび総伝達効率ηを示す図である。 図44は、実施形態の第1変形例に係る車両の各変速段の待機状態に係る動力循環率δおよび総伝達効率ηの一例を示す図である。 図45は、実施形態の第2変形例に係る車両の各変速段の待機状態に係る動力循環率δおよび総伝達効率ηの一例を示す図である。
以下に、本発明の実施形態に係る車両用駆動装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態]
図1から図32を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、車両用駆動装置に関する。図1は、本発明の実施形態に係る車両100の概略構成図、図2は、シングルピニオン式の遊星歯車機構を備える場合の構成例を示す図、図3は、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を備える場合の構成例を示す図、図4は、本実施形態に係る車両100のスケルトン図である。
図1に示すように、車両100は、エンジン1、クラッチ2、回転電機3、差動機構10、第一変速部20、第二変速部30、駆動軸45および駆動輪46を含んで構成されている。また、本実施形態に係る車両用駆動装置1−1は、回転電機3、第一変速部20、第二変速部30および差動機構10を含んで構成されている。なお、車両用駆動装置1−1は、更に、エンジン1や後述するECU50を含んで構成されてもよい。
回転電機3、第一変速部20の入力軸6、第二変速部30の入力軸17と差動機構10との接続構成としては、例えば、図2に示すシングルピニオン式の遊星歯車機構を用いた接続構成や、図3に示すダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いた接続構成が適用可能である。本実施形態に係る車両用駆動装置1−1の差動機構10は、図4に示すように、シングルピニオン式の遊星歯車機構である。
エンジン1は、燃料の燃焼エネルギーを回転軸1aの回転運動に変換して出力する。なお、車両100の機関として、エンジン1に代えて他の公知の機関が搭載されてもよい。エンジン1の回転軸1aは、クラッチ2を介して回転軸4と接続されている。回転軸4は、エンジン1の回転軸1aと同軸上でかつ回転軸1aの延長線上に配置されている。
クラッチ2は、自動式のクラッチ装置である。クラッチ2は、回転軸1aに連結された入力側係合部材と、回転軸4に連結された出力側係合部材とを有する。クラッチ2は、油圧等により作動するアクチュエータによって、係合あるいは開放する。クラッチ2は、供給される油圧に応じて、完全係合状態、半係合状態あるいは開放状態に制御可能である。
回転電機3は、回転軸4と同軸上でかつ回転軸4の径方向外側に配置されている。回転電機3の回転軸3aは、回転軸4に対して相対回転可能に支持されている。回転軸4には、ドライブギア5が設けられている。ドライブギア5は、回転軸4におけるエンジン1側と反対側の端部に配置されている。ドライブギア5は、ドリブンギア7と噛み合っている。ドリブンギア7は、第一変速部20の入力軸6に設けられている。
入力軸6には、エンジン1側から順に、ドリブンギア7、ドライブギア21、スリーブ27、ドライブギア22,23、スリーブ28、ドライブギア24,25、スリーブ29、ドライブギア26aが配置されている。
差動機構10は、サンギア11、ピニオンギア12、リングギア13およびキャリア14を有する。リングギア13は、サンギア11と同軸上でかつサンギア11の径方向外側に配置されている。ピニオンギア12は、サンギア11とリングギア13との間に配置されており、サンギア11およびリングギア13とそれぞれ噛み合っている。ピニオンギア12は、キャリア14によって回転自在に支持されている。
サンギア11は、回転電機3の回転軸3aと接続された回転要素であり、回転軸3aと一体回転する。回転電機3は、モータ(電動機)としての機能と、発電機としての機能とを備えている。回転電機3は、インバータを介してバッテリと接続されている。回転電機3は、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。回転電機3によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。回転電機3としては、例えば、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。
回転電機3は、力行時には電力を消費してトルクを出力し、出力トルクによってサンギア11を回転駆動することができる。また、回転電機3は、回生時にはサンギア11を介して伝達されるトルクによって回転駆動されて発電を行い、発電負荷に応じた負荷トルクをサンギア11に作用させることができる。
キャリア14は、回転軸4と接続されており、回転軸4と一体回転する。キャリア14は、回転軸4およびドライブギア5を介して第一変速部20に接続された回転要素である。ピニオンギア12は、キャリア14と共に回転軸4の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつキャリア14によって支持されて、ピニオンギア12の中心軸線周りに回転(自転)可能である。リングギア13には、円筒部材15を介してドライブギア16が接続されている。円筒部材15は、リングギア13よりも小径の円筒形状の部材である。円筒部材15は、リングギア13に対して軸方向のエンジン側と反対側に接続されている。ドライブギア16は、円筒部材15の外周面に配置されている。ドライブギア16は、ドリブンギア18と噛み合っている。
ドリブンギア18は、第二変速部30の入力軸17に設けられている。つまり、リングギア13は、ドライブギア16を介して第二変速部30に接続された回転要素である。第一変速部20の入力軸6と、第二変速部30の入力軸17と、出力軸19とは、互いに平行に配置されている。ドライブギア5とドリブンギア7のギア比と、ドライブギア16とドリブンギア18のギア比とは等しい。
ロック機構40は、差動機構10のサンギア11とキャリア14との相対回転を規制する機能を有する。本実施形態に係るロック機構40は、噛合い式のドグクラッチである。ロック機構40は、スリーブ41と、回転軸4に連結されたドグ歯42と、回転電機3の回転軸3aに連結されたドグ歯43とを有する。ドグ歯42とドグ歯43とは、軸方向に隣接して配置されている。スリーブ41は、ドグ歯42,43の径方向外側に配置されており、軸方向に移動可能である。スリーブ41は、ドグ歯42,43と噛み合う内歯を有している。ロック機構40は、スリーブ41を図示しないアクチュエータによって駆動して軸方向に移動させることにより、係合状態と開放状態とに切り替わる。
係合状態のロック機構40は、スリーブ41がドグ歯42,43とそれぞれ噛み合い、ドグ歯42,43の相対回転を規制する。すなわち、係合状態のロック機構40は、サンギア11とキャリア14との相対回転を規制し、差動機構10を差動不能にロックする。これに対して、開放状態のロック機構40は、スリーブ41がドグ歯42,43のいずれか一方と噛合い、他方との噛合いが解除されている。従って、開放状態のロック機構40は、サンギア11とキャリア14との相対回転を許容し、差動機構10の差動を許容する。なお、ロック機構40によって係合される回転要素の組合せは、サンギア11とキャリア14には限定されない。ロック機構40は、差動機構10のサンギア11、リングギア13、キャリア14の差動を規制するように、いずれか2つ以上の回転要素を連結するものであればよい。
第一変速部20は、入力軸6と、各速変速段のドライブギア21,22,23,24,25と、後進用のドライブギア26aと、アイドラギア26bと、スリーブ27,28,29と、ドリブンギア51,52,53,54,55,56と、出力軸19とを含んで構成されている。第一変速部20の変速機構は、ドライブギア21,22,23,24,25と、後進用のドライブギア26aと、アイドラギア26bと、スリーブ27,28,29と、ドリブンギア51,52,53,54,55,56とを含んで構成される。
ドライブギア21,22,23,24,25,26aは、それぞれ入力軸6に対して相対回転可能に支持されている。ドリブンギア51,52,53,54,55,56は、それぞれ出力軸19と連結されており、出力軸19と一体回転する。
ドライブギア21とドリブンギア51は、互いに噛み合う第1速変速段のギア対であり、ドライブギア22とドリブンギア52は、互いに噛み合う第2速変速段のギア対であり、ドライブギア23とドリブンギア53は、互いに噛み合う第3速変速段のギア対であり、ドライブギア24とドリブンギア54は、互いに噛み合う第4速変速段のギア対であり、ドライブギア25とドリブンギア55は、互いに噛み合う第5速変速段のギア対である。後進用のドライブギア26aは、アイドラギア26bを介してドリブンギア56と接続されている。
第一変速部20は、アクチュエータによりスリーブ27,28,29を駆動して軸方向に移動させることにより、ドライブギア21,22,23,24,25のいずれかと入力軸6とを連結することができる。これにより、第1速変速段から第5速変速段までのいずれかのギア対を介して入力軸6と出力軸19とを接続し、当該ギア対の変速比で回転を伝達することができる。また、第一変速部20は、第1速から第5速までの変速段に代えて、後進用のギア群26a,26b,56を介して入力軸6と出力軸19とを接続し、出力軸19を後進時の回転方向に回転させることができる。また、第一変速部20は、スリーブ27,28,29を軸方向に移動させることにより、全てのドライブギア21,22,23,24,25,26aを開放して中立状態とすることができる。中立状態の第一変速部20は、入力軸6と出力軸19との動力の伝達を遮断する。
第二変速部30は、入力軸17と、各速変速段のドライブギア31,32,33,34と、スリーブ35,36と、ドリブンギア51,52,53,54と、出力軸19とを含んで構成されている。第二変速部30の変速機構は、ドライブギア31,32,33,34と、スリーブ35,36と、ドリブンギア51,52,53,54とを含んで構成される。
ドライブギア31,32,33,34は、それぞれ入力軸17に対して相対回転可能に支持されている。第二変速部30は、第一変速部20の第1速から第4速までの変速段と同等の変速段を有する。図4に示すように、出力軸19と入力軸6との中心軸線間の距離L1と、出力軸19と入力軸17との中心軸線間の距離L2とは等しい。
ドライブギア31とドリブンギア51は、互いに噛み合う第1速変速段のギア対である。ドライブギア32とドリブンギア52は、互いに噛み合う第2速変速段のギア対である。ドライブギア33とドリブンギア53は、互いに噛み合う第3速変速段のギア対である。ドライブギア34とドリブンギア54は、互いに噛み合う第4速変速段のギア対である。
第二変速部30は、アクチュエータによりスリーブ35,36を駆動して軸方向に移動させることにより、ドライブギア31,32,33,34のいずれかと入力軸17とを連結することができる。これにより、第1速変速段から第4速変速段までのいずれかのギア対を介して入力軸17と出力軸19とを接続し、当該ギア対の変速比で回転を伝達することができる。また、第二変速部30は、スリーブ35,36を軸方向に移動させることにより、全てのドライブギア31,32,33,34を開放して中立状態とすることができる。中立状態の第二変速部30は、入力軸17と出力軸19との動力の伝達を遮断する。
第一変速部20および第二変速部30は、共通の出力軸19を介して、それぞれ車両100の駆動軸45と接続されている。具体的には、出力軸19におけるエンジン1側と反対側の端部は、デファレンシャル装置44を介して左右の駆動軸45と接続されている。駆動軸45には、駆動輪46が接続されている。
本実施形態では、第一変速部20が主変速機としての機能を有し、第二変速部30が副変速機としての機能を有する。第一変速部20は、MMT(マルチモードマニュアルトランスミッション)であり、変速段の切り替えおよびクラッチ2の係合/開放が自動制御される。第一変速部20の目標変速段は、例えば、ユーザによるシフト操作に基づいて決定されることや、走行状態に基づいて自動的に決定されることができる。第二変速部30は、例えば、エンジン走行時に第一変速部20において変速段の切り替えがなされるときに第一変速部20に代わって動力を伝達する。第二変速部30は、変速段の切り替えおよびクラッチ2の係合/開放が自動制御される。以下の説明では、第一変速部20の変速段を主変速段とも称し、第二変速部30の変速段を副変速段とも称する。
車両100には、ECU50が搭載されている。ECU50は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。ECU50は、車両100の各部を制御する制御装置としての機能を有する。ECU50は、エンジン1、クラッチ2、回転電機3、ロック機構40、第一変速部20および第二変速部30と電気的に接続されており、エンジン1、クラッチ2、回転電機3、ロック機構40、第一変速部20および第二変速部30を制御することができる。
本実施形態に係る車両100では、エンジン走行およびEV走行を実行することができる。エンジン走行は、クラッチ2を係合し、エンジン1を動力源として車両100を走行させる走行モードである。エンジン走行では、第一変速部20あるいは第二変速部30のいずれか一方を介してエンジントルクを駆動軸45に伝達して車両100を走行させることができる。
EV走行は、回転電機3を動力源として車両100を走行させる走行モードである。EV走行では、クラッチ2を開放し、エンジン1を停止して車両100を走行させることができる。EV走行では、回転電機3が力行してトルクを出力し、駆動輪46を回転駆動して車両100を走行させること、および回転電機3が駆動輪46から伝達されるトルクによって回転駆動されて発電する回生を行うことができる。EV走行時には、第一変速部20および第二変速部30がそれぞれ変速段を形成し、差動機構10に力の釣り合いを発生させて回転電機3から駆動軸45にトルクを伝達させることができる。
ECU50は、要求駆動力や車速、バッテリの充電状態等に基づいて適宜エンジン走行とEV走行とを切り替えることができる。また、ユーザの要求に基づいてエンジン走行とEV走行との切り替えがなされてもよい。また、ECU50は、車両100の減速時に回転電機3による回生を行わせることができる。例えば、ブレーキペダルが踏み込まれた場合に回生を実行し、回生制動力を発生させることができる。
また、ECU50は、第一変速部20および第二変速部30の変速制御を実行することができる。ECU50は、目標変速段を検知すると、目標変速段に応じてスリーブ27,28,29を適宜動かして、ドライブギア21,22,23,24,25,26aの中から目標変速段に対応するギアと入力軸6とを連結する。このときに、ECU50は、第一変速部20の変速段を現変速段から目標変速段に切り替える間、第二変速部30の副変速段を介して駆動輪46にエンジントルクやモータトルクを伝達する。なお、目標変速段は、ユーザのシフト操作に基づくものであっても、走行状態に基づいて自動的に選択されるものであってもよい。
ECU50は、例えば、第一変速部20において第1速変速段から第2速変速段にアップシフトする際に、予め第二変速部30において第1速の変速段を形成しておく。これにより、第一変速部20の変速段を切り替える間、第二変速部30を介してトルクを駆動輪46に伝達することができる。また、ECU50は、例えば、第一変速部20を第5速変速段から第4速変速段にダウンシフトする際に、予め第二変速部30において第4速の変速段を形成しておく。これにより、第一変速部20をダウンシフトさせる間、第二変速部30を介してトルクを駆動輪46に伝達することができる。このように、本実施形態の車両用駆動装置1−1によれば、変速時のトルクの抜けが抑制され、ドライバビリティが向上する。
ECU50は、更に、回転電機3によって変速時の変速ショックを抑制することができる。例えば、変速時に回転電機3の回転数制御によって、第一変速部20の入力軸6の回転数や第二変速部30の入力軸17の回転数を調節することにより、変速ショックを抑制することが可能である。
ここで、本実施形態に係る車両100のように、差動機構10の各回転要素に回転電機3、第一変速部20、第二変速部30が接続され、かつ第一変速部20および第二変速部30がそれぞれ駆動軸45と接続されている場合、以下に説明するように、走行中に動力循環が生じ、伝達効率が低下する場合がある。
図5は、回転電機3の回転数が0であるときの差動機構10の共線図である。図5において、S軸はサンギア11および回転電機3の回転数を示し、C軸はキャリア14の回転数を示し、R軸はリングギア13の回転数を示す。差動機構10のギア比(サンギア11の歯数/リングギア13の歯数)ρは、例えば、0.3とすることができる。
ある車速で走行しているときの出力軸19の回転数をN、第一変速部20の変速比をG1、第二変速部30の変速比をG2としたとき、第一変速部20の入力軸6の回転数Nは、下記式(1)で算出され、第二変速部30の入力軸17の回転数Nは、下記式(2)で算出される。
=G1×N…(1)
=G2×N…(2)
回転電機3の回転数が0となるときは、下記式(3)が成立する。
=N×(1+ρ)…(3)
第二変速部30の変速比G2と第一変速部20の変速比G1との比率(G2/G1)をγとすると、上記式(1)、式(2)および式(3)から下記式(4)が導かれる。
γ=G2/G1=1+ρ…(4)
第一変速部20および第二変速部30がそれぞれ変速段を形成している場合、変速比の比率γが1+ρに対して大きいか小さいかで回転電機3と駆動輪46との間の動力の向きが異なる。図6は、変速比の比率γが1+ρよりも大であるときの動力伝達の説明図、図7は、変速比の比率γが1+ρよりも大であるときの共線図、図8は、変速比の比率γが1+ρよりも小であるときの動力伝達の説明図、図9は、変速比の比率γが1+ρよりも小であるときの共線図である。図6および図8には、それぞれEV走行時の車両100の状態が示されている。EV走行時には、クラッチ2は開放され、エンジン1と回転電機3および各変速部20,30との動力の伝達が遮断されている。
(γ>1+ρの場合)
変速比の比率γが1+ρよりも大である場合、図6に示すように、回転電機3のトルク(モータトルク)は、第二変速部30および駆動軸45を介して駆動輪46に伝達される。モータトルクの一部は、出力軸19から第一変速部20を介してキャリア14に伝達され、動力循環が生じる。
ここで、入力軸6のトルクの大きさをT、入力軸17のトルクの大きさをT、第一変速部20の変速段を介して出力軸19に出力されるトルク(図28のC部のトルク)の大きさをT、第二変速部30の変速段を介して出力軸19に出力されるトルク(図28のD部のトルク)の大きさをTとし、回転電機3のモータトルクの大きさをTMGとすると、下記式(5)、(6)、(7)、(8)の関係が成り立つ。
=TMG×(1+ρ)/ρ…(5)
=TMG×1/ρ…(6)
=T×G1…(7)
=T×G2…(8)
駆動輪46に伝達されるトルクTは、下記式(9)で算出される。式(9)に式(5)乃至式(8)を代入すると、下記式(10)が得られる。式(10)は、回転電機3から駆動輪46のギア比が1/ρ×G2−(1+ρ)/ρ×G1であることを示している。
=T−T…(9)
={1/ρ×G2−(1+ρ)/ρ×G1}×TMG…(10)
ここで、動力循環割合δ=T/Tと定義すると、上記式(5)乃至式(8)から下記式(11)が導かれる。
δ=(1+ρ)/γ…(11)
(γ<1+ρの場合)
変速比の比率γが1+ρよりも小である場合、図8に示すように、モータトルクは第一変速部20を介して駆動軸45から駆動輪46へ伝達される。モータトルクの一部は、第二変速部30を介してリングギア13に伝達され、動力循環が生じる。駆動輪46に伝達されるトルクTは、下記式(12)で算出される。
=T−T
={(1+ρ)/ρ×G1−1/ρ×G2}×TMG…(12)
また、動力循環割合δは、下記式(13)で算出される。
δ=T/T=γ/(1+ρ)…(13)
上記式(11)および式(13)から、変速比の比率γと、動力循環割合δとの関係を示す図10が得られる。図10において、横軸は変速比の比率γ、縦軸は動力循環割合δを示す。動力循環率が100%となるのは、動力循環割合δが1のときである。これは、式(11)および式(13)から、変速比の比率γ=1+ρのときである。このときの共線図は、図5に示すものとなり、駆動輪46に動力が伝わらない状態となる。なお、ここまで、動力循環について回転電機3から駆動輪46への動力の流れ(EV力行時)について説明したが、回生時は動力の流れの向きが逆となる。しかしながら、変速比の比率γと動力循環割合δとの関係はEV時と回生時とで不変である。
図10に示すように、動力循環割合δは、変速比の比率γが1+ρのときに最大となり、変速比の比率γが1+ρからずれるに従い小さくなる。動力循環割合δが高いと伝達効率が悪くなるため、EV力行時や回生時には可能な限り動力循環割合δが小さくなる変速比の比率γを選択することが望ましい。
EV走行の場合、動力循環割合δが小さくなる主変速段と副変速段との組み合わせで走行するようにすれば、力行から回生へ移行する際に、変速をすることなく小さな動力循環割合δを維持することができる。例えば、EV力行時に第一変速部20の変速段を第5速変速段、第二変速部30の変速段を第2速変速段といった組合せにすれば、エンジン始動時のドライバビリティの向上を図ることができる。また、比較的変速比の比率γが大きく、動力循環割合δが低い。このため、力行時も回生時も伝達効率の低下が問題となりにくい。
一方で、エンジン走行からの回生では、動力循環割合δが大きくなる主変速段と副変速段との組合せで回生をしなければならない状況が生じ得る。図11は、ダウンシフト待機状態のエンジン走行の説明図、図12は、ダウンシフト待機状態のエンジン走行の共線図、図13は、回生時の動力循環の説明図、図14は、回生時の共線図である。
図11に示すように、エンジン走行時には、クラッチ2が係合状態とされ、車両100はエンジン1を動力源として走行する。エンジン走行時には、第一変速部20が次にアップシフトするかダウンシフトするかに応じて第二変速部30の変速段が決定される。第一変速部20のアップシフトが予測されると、第二変速部30の変速段は、第一変速部20の変速前の変速段と目標変速段とを繋ぐ変速段、ここでは第一変速部20の変速前と同じ変速段とされる。例えば、第一変速部20を第2速変速段として走行中に、アップシフトが予測されると、第二変速部30は第2速変速段とされて待機する。
一方、第一変速部20のダウンシフトが予測されると、第二変速部30の変速段は、第一変速部20の変速前の変速段と目標変速段とを繋ぐ変速段、ここでは第一変速部20の変速前の変速段よりも1段低速側の変速段とされる。これにより、ダウンシフト待機状態では、図11に示すように、第一変速部20の変速段が第二変速部30の変速段よりも相対的に高速側の変速段となる。例えば、第一変速部20を第2速変速段として走行中に、ダウンシフトが予測されると、第二変速部30は第1速変速段とされて待機する。このように、変速比の比率γは、走行状況によって変化するものであり、その待機状態においてユーザがブレーキを踏んだ場合、そのときの変速比の比率γにて回生を行う必要がある。動力循環割合δが大きい主変速段と副変速段との組合せで変速待機中に回生の判断がなされ、そのまま回生に移行すると、損失が大きなものとなってしまう。
本実施形態に係る車両用駆動装置1−1は、第2軸を介した動力伝達を遮断し、かつ差動機構10の差動を規制して第1軸を介して回転電機3と駆動軸45とを接続する所定モードを備えている。本実施形態の所定モードでは、例えば、第一変速部20が第1軸に対応し、第二変速部30が第2軸に対応している。なお、第一変速部20の入力軸6あるいは第二変速部30の入力軸17が第1軸や第2軸に対応するものとされてもよい。
本実施形態では、第1軸および第2軸がそれぞれ変速部であるが、これには限定されない。第1軸および第2軸は、それぞれ動力を伝達可能な軸であり、差動機構10の回転要素と車両100の駆動軸45とを接続するものであればよい。第2軸は、動力の伝達を遮断可能な断接機構を備えており、所定モードでは第2軸を介した動力伝達を遮断する。本実施形態の断接機構は、第二変速部30のスリーブ35,36およびドライブギア31,32,33,34を含んで構成されている。
図15から図19を参照して、本実施形態に係る所定モードによる走行について説明する。図15は、第二変速部30の中立状態への切り替えを示す図、図16は、回転電機3による回転数制御を示す共線図、図17は、所定モードによる回生の説明図、図18は、所定モードの車両100の等価図、図19は、所定モードによる回生に係る共線図である。
ECU50は、ダウンシフト待機状態において回生の判断がなされると、図15に示すように第二変速部30をOFFとし、中立状態とする。これにより、第二変速部30を介した動力伝達が遮断される。
また、ECU50は、図16に矢印Y1で示すように、回転電機3の回転数制御によって、第二変速部30の入力軸17の回転数Nを第一変速部20の入力軸6の回転数Nと同期させる。ECU50は、入力軸6の回転数Nと入力軸17の回転数Nとが同期すると、ロック機構40を係合状態とし、差動機構10の差動を規制する。これにより、サンギア11とキャリア14とが連結され、差動機構10では、サンギア11とキャリア14とリングギア13とが一体回転する。ECU50は、差動機構10をロックすると、図17に示すようにクラッチ2を開放して回転電機3による回生を実行する。回生中には、エンジン1を停止することができる。
差動機構10の差動がロックされることで、車両100の駆動系は、図18に示すものと同等となる。すなわち、回転電機3と、第一変速部20の入力軸6と、第二変速部30の入力軸17とが互いに連結された状態となる。差動機構10の差動がロックされた状態で、第一変速部20あるいは第二変速部30のいずれか一方を中立状態とし、他方の変速部を介して回転電機3と駆動軸45とを接続すれば、動力循環を発生させずに動力を伝達することができる。本実施形態では、第二変速部30が中立状態とされる。第二変速部30が中立状態であるため、動力循環が発生せず、高い伝達効率で駆動輪46から第一変速部20を介して回転電機3に動力が伝達される。回生時には、図19に示すように、駆動輪46からキャリア14に伝達されるトルクと、回生によって回転電機3が発生させるトルクとが釣り合う。
なお、所定モードは、第二変速部30を中立状態とすることに代えて、第一変速部20を中立状態とし、第二変速部30を介して回転電機3と駆動軸45とを接続するものであってもよい。つまり、第二変速部30が第1軸とされ、第一変速部20が第2軸とされてもよい。
なお、図11に示すエンジン走行状態から、図17に示す所定モードによる回生の状態までの変形には、ある程度の時間を要する。このため、所定モードに移行するまでの間、機械式ブレーキと協調してユーザに違和感を与えないように制御することが好ましい。例えば、ブレーキペダルが踏み込まれて回生の判断をした場合に、所定モードに移行するまでの間、機械式ブレーキによって要求制動力を発生させ、所定モードに移行した後は、機械式ブレーキによる制動力と回生による制動力とによって要求制動力を発生させることができる。所定モードに移行した後の制動力は、全て回生によって発生させるようにしてもよい。
また、本実施形態に係る車両用駆動装置1−1は、EVリバース走行からエンジンリバース走行への移行時のもたつきやトルク抜けを抑制することができる。本実施形態に係る車両100において、ロック機構40を有していない場合には、EVリバース走行からエンジンリバース走行に移行する際は、以下の動作が必要となる。
図20は、EVリバース走行に係る共線図、図21は、EVリバース走行からエンジンリバース走行への移行手順の説明図、図22は、EVリバース走行からエンジンリバース走行への移行に係る共線図、図23は、エンジンリバース走行の説明図、図24は、エンジンリバース走行に係る共線図である。
EVリバース走行は、回転電機3を動力源として車両100を後進させる走行モードである。EVリバース走行では、例えば、回転電機3の回転方向およびトルクを前進EV走行時と逆方向とすることで車両100を後進させることができる。図20に示すように、回転電機3に正トルクで力行させ、正回転させることにより、入力軸6および入力軸17を負回転させることができる。第一変速部20の変速段と第二変速部30の変速段との組合せは、例えば、5速変速段と2速変速段とすることができる。
エンジンリバース走行は、エンジン1を動力源として車両100を後進させる走行モードである。エンジンリバース走行では、第一変速部20の変速段を後進用の変速段とする必要がある。このため、ECU50は、モータトルクを0とし、図21に示すように第一変速部20を中立状態とする。次に、ECU50は、図22に矢印Y2で示すように、第一変速部20の入力軸6の回転数Nを後進用の変速段と同期する回転数N*に変化させる。この回転数の調節は、回転電機3によってなされる。回転数の調節がなされると、ECU50は、第一変速部20の変速段を後進用の変速段に切り替える。
次に、ECU50は、エンジン1をスタータによって始動し、クラッチ2を係合する。これにより、図23に示すエンジンリバース走行が実現される。このように、EVリバース走行からエンジンリバース走行へ移行するには、第一変速部20の変速や回転数の調節が必要となり、またモータトルクが0となる期間が生じるため、もたつき感やトルク抜けによるドライバビリティの低下の虞がある。
もたつき感やトルク抜けを抑制する方法として、EVリバース走行でも後進用の変速段を使用することが考えられる。しかしながら、この場合、第一変速部20だけでなく第二変速部30にも後進用のギアを配置する必要がある。これは、第一変速部20および第二変速部30の両方をリバースギアとしなければ差動機構10の力の釣り合いが成立せず、モータトルクを伝達できないためである。後進用のギアを2組設けると、コスト増を招いてしまう。
これに対して、本実施形態に係る車両用駆動装置1−1は、車両100の後進時に所定モードとし、所定モードにおいて車両100を後進させる。図25は、所定モードによる後進走行の説明図である。図25に示すように、後進走行時には差動機構10がロック機構40によってロックされ、かつ第一変速部20は後進用の変速段、第二変速部30は中立状態とされる。これにより、EVリバース走行ではクラッチ2を開放して回転電機3を動力源として車両100を後進させることができる。エンジンリバース走行では、クラッチ2を係合してエンジン1を動力源として車両100を後進させることができる。つまり、変速段の切り替えや回転数制御を必要とせずにEVリバース走行とエンジンリバース走行とに相互に移行することができる。
例えば、EVリバース走行からエンジンリバース走行に移行する場合、スタータによってエンジン1を始動し、始動後にクラッチ2を係合することでスムーズにエンジンリバース走行に移行することができる。また、後進時に第二変速部30は中立状態とされるため、第二変速部30に後進用の変速段を設ける必要がない。後進用の変速段は第一変速部20に設ける1組で済むため、コストが低減される。また、動力循環が生じないため、伝達効率の低下が抑制される。
なお、本実施形態では、差動機構10として遊星歯車機構が用いられたがこれに限らず、他の公知の差動機構が採用されてもよい。また、変速部20,30として、他の公知の変速機構が採用されてもよい。また、所定モードは、本実施形態で開示された以外の場面で実施されてもよい。
また、回転電機3、第一変速部20および第二変速部30と差動機構10との接続形態は、例示したものには限定されない。例えば、サンギア11、キャリア14およびリングギア13に対して、回転電機3、第一変速部20および第二変速部30のいずれを接続するかの対応関係は、適宜定めることができる。
[実施形態の第1変形例]
実施形態の第1変形例について説明する。図26は、第1変形例に係る車両100のスケルトン図である。本変形例に係る車両用駆動装置1−2において、上記実施形態の車両用駆動装置1−1と異なる点は、ダブルピニオン式の差動機構60を備える点である。本変形例に係る車両用駆動装置1−2では、後進用の変速段を不要とすることができる。
差動機構60は、第一変速部70の入力軸6と同軸上に配置されている。入力軸6には、エンジン1側から順に、差動機構60、ロック機構40、ドリブンギア7、ドライブギア71、スリーブ76、ドライブギア72,73、スリーブ77、ドライブギア74,75、スリーブ78が配置されている。
差動機構60は、サンギア61、第一ピニオンギア62a、第二ピニオンギア62b、リングギア63およびキャリア64を有する。リングギア63は、サンギア61と同軸上でかつサンギア61の径方向外側に配置されている。第一ピニオンギア62aおよび第二ピニオンギア62bは、サンギア61とリングギア63との間に配置されている。第一ピニオンギア62aは、サンギア61および第二ピニオンギア62bとそれぞれ噛み合っている。第二ピニオンギア62bは、第一ピニオンギア62aおよびリングギア63とそれぞれ噛み合っている。第一ピニオンギア62aおよび第二ピニオンギア62bは、キャリア64によって回転自在に支持されている。
サンギア61は、入力軸6と同軸上に入力軸6に対して相対回転自在に支持されている。サンギア61の回転軸には、ドライブギア16が設けられている。ドライブギア16は、第二変速部80の入力軸17に配置されたドリブンギア18と噛み合っている。ドライブギア16とドリブンギア18のギア比は1である。従って、入力軸17は、サンギア61と同じ回転速度でサンギア61の回転方向と反対方向に回転する。
キャリア64は、入力軸6と連結されており、入力軸6と一体回転する。従って、第一ピニオンギア62aは、キャリア64と共に入力軸6の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつキャリア64によって支持されて、第一ピニオンギア62aの中心軸線周りに回転(自転)可能である。また、第二ピニオンギア62bは、キャリア64と共に入力軸6の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつキャリア64によって支持されて、第二ピニオンギア62bの中心軸線周りに回転(自転)可能である。
リングギア63の外周面には、入力ギア65が設けられている。入力ギア65は、回転電機3の回転軸3aに設けられた出力ギア3bと噛み合っている。回転電機3は、力行時には電力を消費してトルクを出力し、出力トルクによって入力ギア65を回転駆動することができる。また、回転電機3は、回生時には入力ギア65から出力ギア3bに伝達されるトルクによって回転駆動されて発電を行い、発電負荷に応じた負荷トルクを入力ギア65に作用させることができる。
ロック機構40は、差動機構60のサンギア61とキャリア64との相対回転を規制する機能を有する。ロック機構40は、例えば、上記実施形態のロック機構40と同様の噛合い式のドグクラッチである。ロック機構40は、スリーブ41と、入力軸6に連結されたドグ歯42と、サンギア61に連結されたドグ歯43とを有する。ロック機構40は、スリーブ41を図示しないアクチュエータによって駆動して軸方向に移動させることにより、係合状態と開放状態とに切り替わる。
係合状態のロック機構40は、サンギア61とキャリア64との相対回転を規制し、差動機構60を差動不能にロックする。これに対して、開放状態のロック機構40は、サンギア61とキャリア64との相対回転を許容し、差動機構60の差動を許容する。なお、ロック機構40によって係合される回転要素の組合せは、サンギア61とキャリア64には限定されない。ロック機構40は、差動機構60のサンギア61、リングギア63、キャリア64の差動を規制するように、いずれか2つ以上の回転要素を係合するものであればよい。
第一変速部70は、上記実施形態の第一変速部20のドライブギア21,22,23,24,25に代えて各速のドライブギア71,72,73,74,75を有する。また、上記実施形態の第一変速部20のスリーブ27,28,29に代えてスリーブ76,77,78を有する。なお、上記実施形態の第一変速部20とは異なり、第一変速部70は後進用の変速段を備えていない。
第一変速部70は、アクチュエータによりスリーブ76,77,78を駆動して軸方向に移動させることにより、ドライブギア71,72,73,74,75のいずれかと入力軸6とを連結することができる。これにより、第1速から第5速のいずれかのギア対を介して入力軸6と出力軸19とを接続し、当該ギア対の変速比で回転を伝達することができる。また、第一変速部70は、スリーブ76,77,78を軸方向に移動させることにより、全てのドライブギア71,72,73,74,75を開放して中立状態とすることができる。中立状態の第一変速部70は、入力軸6と出力軸19との動力の伝達を遮断する。
第二変速部80は、各速のドライブギア81,82,83,84と、スリーブ85,86と、各速のドリブンギア51,52,53,54とを含んで構成されている。ドライブギア81,82,83,84は、それぞれ入力軸17に対して相対回転可能に支持されている。第二変速部80は、中間段の変速部であり、第一変速部70の各速の変速比に対する中間の変速比で回転を伝達することができる。出力軸19と入力軸17との中心軸線間の距離L2は、出力軸19と入力軸6との中心軸線間の距離L1よりも大きい。第一変速部70と第二変速部80とでドリブンギア51,52,53,54が共通化されていることで、同じドリブンギア51,52,53,54に対応する第二変速部80の変速段のギア比は、第一変速部70の変速段のギア比よりも小さい。
ドライブギア81とドリブンギア51は、互いに噛み合う第1.5速変速段のギア対であり、第一変速部70の第1速と第2速との間の変速比、例えば第1速と第2速との中間の変速比を実現する。ドライブギア82とドリブンギア52は、互いに噛み合う第2.5速変速段のギア対であり、第一変速部70の第2速と第3速との間の変速比、例えば第2速と第3速との中間の変速比を実現する。ドライブギア83とドリブンギア53は、互いに噛み合う第3.5速変速段のギア対であり、第一変速部70の第3速と第4速との間の変速比、例えば第3速と第4速との中間の変速比を実現する。ドライブギア84とドリブンギア54は、互いに噛み合う第4.5速変速段のギア対であり、第一変速部70の第4速と第5速との間の変速比、例えば第4速と第5速との中間の変速比を実現する。
第二変速部80は、アクチュエータによりスリーブ85,86を駆動して軸方向に移動させることにより、ドライブギア81,82,83,84のいずれかと入力軸17とを連結することができる。これにより、第1.5速から第4.5速のいずれかのギア対を介して入力軸17と出力軸19とを接続し、当該ギア対の変速比で回転を伝達することができる。また、第二変速部80は、スリーブ85,86を軸方向に移動させることにより、全てのドライブギア81,82,83,84を開放して中立状態とすることができる。中立状態の第二変速部80は、入力軸17と出力軸19との動力の伝達を遮断する。
第一変速部70および第二変速部80は、共通の出力軸19を介して、車両100の駆動軸45と接続されている。本変形例では、第一変速部70が主変速機としての機能を有し、第二変速部80が副変速機としての機能を有する。第一変速部70および第二変速部80は、変速段の切り替えおよびクラッチ2の係合/開放が自動制御される。本変形例に係る第二変速部80は、上記実施形態の第二変速部30の機能に加えて、後進時にエンジントルクを駆動輪46に伝達する機能を有する。
ECU50は、第一変速部70を変速する際に、第二変速部80の変速段を第一変速部70の変速前の変速段と目標変速段との中間の変速段とする。例えば、第一変速部70において第1速変速段から第2速変速段にアップシフトする際に、予め第二変速部80において第1.5速の変速段を形成しておく。これにより、第一変速部70の変速段を切り替える間、第二変速部80を介してトルクを駆動輪46に伝達することができる。また、ECU50は、例えば、第一変速部70を第5速変速段から第4速変速段にダウンシフトする際に、予め第二変速部80において第4.5速の変速段を形成しておく。これにより、第一変速部70をダウンシフトさせる間、第二変速部80を介してトルクを駆動輪46に伝達することができる。
また、第二変速部80の変速比は、第一変速部70の変速前の変速比と変速後の変速比との中間の変速比とされている。これにより、変速時のトルク変動や回転変動が抑制される。ECU50は、更に、回転電機3によって変速時の変速ショックを抑制することができる。例えば、変速時に回転電機3の回転数制御によって、第一変速部70の入力軸6の回転数や第二変速部80の入力軸17の回転数を調節することにより、変速ショックを抑制することが可能である。
ここで、本変形例に係る車両用駆動装置1−2において発生する動力循環および伝達効率について説明する。図27は、回転電機3の回転数が0であるときの差動機構60の共線図である。図27において、最も左側の縦軸は、第二変速部80の入力軸17の回転数を示し、S軸はサンギア61の回転数を示し、R軸はリングギア63の回転数を示し、C軸はキャリア64の回転数を示す。差動機構60のギア比(サンギア61の歯数/リングギア63の歯数)ρは、例えば、0.5とされている。
回転電機3の回転数が0となるときは、リングギア63の回転数が0となるときである。このときの入力軸6の回転数Nと入力軸17の回転数Nとの関係は、下記式(14)となる。
=N…(14)
変速比の比率G2/G1をγとすると、上記式(1)、式(2)、式(14)より、下記式(15)が導かれる。つまり、変速比の比率γ=1のときに回転電機3の回転数が0となる。
γ=1…(15)
変速比の比率γが1よりも大の場合と、γが1よりも小の場合とで、回転電機3から駆動輪46までの動力の伝達経路、すなわちトルクの伝達方向が異なる。図28は、変速比の比率γが1よりも大のときの動力伝達の説明図、図29は、変速比の比率γが1よりも大のときの共線図、図30は、変速比の比率γが1よりも小のときの動力伝達の説明図、図31は、変速比の比率γが1よりも小のときの共線図である。
(変速比の比率γ>1の場合)
図28に示すように、変速比の比率γが1よりも大のときは、回転電機3のトルク(モータトルク)は、第二変速部80を介して駆動軸45から駆動輪46へ伝達される。モータトルクの一部は、第一変速部70を介してキャリア64に伝達され、動力循環が生じる。ここで、入力軸6のトルクの大きさTは下記式(16)となり、入力軸17のトルクの大きさTは下記式(17)となる。
=TMG×(1−ρ)…(16)
=TMG×ρ…(17)
駆動輪46に伝達されるトルクTは、下記式(18)で算出される。式(18)に上記式(7)、式(8)、式(16)、式(17)を代入し、ρに1/2を代入すると、下記式(19)が得られる。
=T−T…(18)
=(G2−G1)×1/2×TMG…(19)
動力循環割合δ=T/Tと定義すると、上記式(7)、式(8)、式(16)、式(17)から下記式(20)が導かれる。
δ=1/γ…(20)
(変速比の比率γ<1の場合)
図30に示すように、変速比の比率γが1より小のときは、回転電機3のトルクは、第一変速部70を介して駆動軸45から駆動輪46へ伝達される。モータトルクの一部は、第二変速部80を介してサンギア61に伝達され、動力循環が生じる。駆動輪46に伝達されるトルクTは、下記式(21)で算出される。
=T−T=(G1−G2)×1/2×TMG…(21)
また、動力循環割合δは、下記式(22)で算出される。
δ=T/T=γ…(22)
上記式(20)および式(22)から、変速比の比率γと、動力循環割合δとの関係を示す図32が得られる。動力循環率が100%となるのは、動力循環割合δが1のときである。これは、式(20)および式(22)から変速比の比率γ=1のときである。このときの共線図は、図27に示すものとなり、駆動輪46に動力が伝わらない状態となる。なお、ここまで、動力循環について回転電機3から駆動輪46への動力の流れ(EV力行時)について説明したが、回生時は動力の流れの向きが逆となる。しかしながら、変速比の比率γと動力循環割合δとの関係はEV力行時と回生時とで不変である。図32に示すように、動力循環割合δは、変速比の比率γが1のときに最大となり、変速比の比率γが1からずれるに従い小さくなる。
本変形例に係る車両用駆動装置1−2は、上記実施形態の車両用駆動装置1−1と同様に、所定モードを備えている。車両用駆動装置1−2は、所定モードでは、第二変速部80を中立状態とし、かつロック機構40によって差動機構60の差動を規制して第一変速部70を介して回転電機3と駆動軸45とを接続する。図33は、第1変形例に係る車両100の所定モードの等価図、図34は、第1変形例の所定モードによる回生に係る共線図である。
エンジン走行時に回生を開始する場合、一例として、ダウンシフト待機状態から回生を開始する場合、ECU50は、第二変速部80を中立状態とし、回転電機3の回転数制御によって、サンギア61の回転数をキャリア64の回転数と同じ回転数とする。これにより、図34に示すように、第二変速部80の入力軸17の回転数Nは、第一変速部70の入力軸6の回転数Nと大きさが同じであり、かつ入力軸6の回転数Nと逆符号の回転数となる。車両用駆動装置1−2は、サンギア61の回転数がキャリア64の回転数と同期すると、ロック機構40によってサンギア61とキャリア64とを連結する。
差動機構60の差動がロックされることで、車両100の駆動系は、図33に示すものと同等となる。すなわち、回転電機3と、第一変速部70の入力軸6とが直結され、かつ第二変速部80の入力軸17は、入力軸6に対してカウンタギア(Rev)を介して接続された状態となる。これにより、入力軸6と入力軸17とは互いに反対方向に回転する。差動機構60の差動がロックされた状態で、第一変速部70あるいは第二変速部80のいずれか一方を中立状態とし、他方の変速部を介して回転電機3と駆動軸45とを接続すれば、動力循環を発生させずに動力を伝達することができる。本変形例では、回生時には第二変速部80が中立状態とされ、第一変速部70を介して回転電機3と駆動軸45とが接続される。第二変速部80が中立状態であるため、動力循環が発生せず、高い伝達効率で駆動輪46から第一変速部70を介して回転電機3に動力が伝達される。
車両用駆動装置1−2は、車両100の後進時には、ロック機構40によって差動機構60の差動をロックし、第一変速部70を中立状態として、第二変速部80において適当な変速段を係合する。図35は、第1変形例の所定モードによる後進走行の説明図である。図33に示すように、本変形例に係る車両用駆動装置1−2の所定モードでは、エンジン1や回転電機3と第二変速部80の入力軸17とがカウンタギアを介して接続されているのと等価である。つまり、差動機構60の差動を規制することにより、エンジン1から第二変速部80を介して駆動軸45に伝達される回転の回転方向が、車両100を後進させる回転方向に切り替わる。言い換えると、差動機構60の差動が規制されているときに、エンジン1から第二変速部80を介して駆動軸45に伝達される回転の回転方向は、車両100を後進させる回転方向である。従って、後進時には第二変速部80を介してエンジントルクやモータトルクを駆動軸45に伝達するようにすれば、後進用の変速段が不要である。
つまり、後進時の所定モードでは、第一変速部70が第2軸に対応し、第二変速部80が第1軸に対応する。このように、所定モードでは、第一変速部70と第二変速部80のいずれを第1軸とするかを適宜変更することが可能である。
[実施形態の第2変形例]
実施形態の第2変形例について説明する。上記実施形態および第1変形例に係る車両100は、変速部としてMMTを備えていたが、変速部の構成はこれには限定されない。本変形例に係る車両200は、変速部としてDCT(Dual Clutch Transmission)を備える。図36は、第2変形例に係る車両200の概略構成図、図37は、第2変形例に係る車両200のスケルトン図である。
図36に示すように、DCTは、第一変速部110、第二変速部120、第一クラッチ101および第二クラッチ102を含んで構成されている。また、第2変形例に係る車両用駆動装置1−3は、回転電機3、第一変速部110、第二変速部120を含んで構成される。なお、車両用駆動装置1−3は、更に第一クラッチ101および第二クラッチ102やECU150を含んで構成されてもよい。
第一クラッチ101は、回転軸4と第一変速部110の入力軸6とを断接するクラッチ装置である。第一変速部110は、奇数段の変速段を形成する変速部である。第二クラッチ102は、回転軸4と第二変速部120の入力軸17とを断接するクラッチ装置である。第二変速部120は、偶数段の変速段を形成する変速部である。回転電機3と、第一変速部110の入力軸6と、第二変速部120の入力軸17とは差動機構60を介して互いに接続されている。また、第一変速部110と第二変速部120とは、共通の出力軸19を介して駆動軸45と接続されている。
図37に示すように、差動機構60は、上記第1変形例の差動機構60と同様のダブルピニオン式の遊星歯車機構とすることができる。また、ロック機構40は、上記第1変形例のロック機構40と同様にサンギア61とキャリア64とを連結可能なものとすることができる。
回転軸4には、ドライブギア5,8が設けられている。ドライブギア5は、第一クラッチ101を介して第一変速部110の入力軸6と接続されている。具体的には、第一クラッチ101は、スリーブ101a、ドリブンギア101bおよび固定係合要素101cを有する。固定係合要素101cは、入力軸6と連結されており、入力軸6と一体回転する係合要素である。ドリブンギア101bは、入力軸6と同軸上に配置されており、入力軸6に対して相対回転可能に支持されている。ドリブンギア101bは、ドライブギア5と噛み合っている。スリーブ101aは、アクチュエータに駆動されて軸方向に移動することにより、固定係合要素101cとドリブンギア101bの係合要素とを係合あるいは開放する。
固定係合要素101cとドリブンギア101bとが係合された場合、ドリブンギア101bと入力軸6とが連結され、ドリブンギア101bと入力軸6とが一体回転する。従って、この場合、回転軸4と入力軸6との間で動力が伝達される。
第一変速部110は、入力軸6、ドライブギア111,112,113、スリーブ114,115、ドリブンギア51,53,55および出力軸19を含んで構成されている。ドライブギア111,112,113は、それぞれ入力軸6に対して相対回転可能に支持されている。ドリブンギア51,53,55は、それぞれ出力軸19と連結されており、出力軸19と一体回転する。
ドライブギア111とドリブンギア51は、互いに噛み合う第1速変速段のギア対であり、ドライブギア112とドリブンギア53は、互いに噛み合う第3速変速段のギア対であり、ドライブギア113とドリブンギア55は、互いに噛み合う第5速変速段のギア対である。
第一変速部110は、アクチュエータによりスリーブ114,115を駆動して軸方向に移動させることにより、ドライブギア111,112,113のいずれかと入力軸6とを連結することができる。これにより、奇数段である第1速変速段、第3速変速段、第5速変速段のいずれかのギア対を介して入力軸6と出力軸19とを接続し、当該ギア対の変速比で回転を伝達することができる。また、第一変速部110は、全てのドライブギア111,112,113を開放して中立状態とすることができる。
回転軸4のドライブギア8は、第二クラッチ102を介して第二変速部120の入力軸17と接続されている。具体的には、第二クラッチ102は、スリーブ102a、ドリブンギア102bおよび固定係合要素102cを有する。固定係合要素102cは、入力軸17と連結されており、入力軸17と一体回転する係合要素である。ドリブンギア102bは、入力軸17と同軸上に配置されており、入力軸17に対して相対回転可能に支持されている。ドリブンギア102bは、ドライブギア8と噛み合っている。スリーブ102aは、アクチュエータに駆動されて軸方向に移動することにより、固定係合要素102cとドリブンギア102bの係合要素とを係合あるいは開放する。
固定係合要素102cとドリブンギア102bとが係合された場合、ドリブンギア102bと入力軸17とが連結され、ドリブンギア102bと入力軸17とが一体回転する。従って、この場合、回転軸4と入力軸17との間で動力が伝達される。
第二変速部120は、入力軸17、ドライブギア121,122、スリーブ123、ドリブンギア52,54および出力軸19を含んで構成されている。ドライブギア121,122は、それぞれ入力軸17に対して相対回転可能に支持されている。ドリブンギア52,54は、それぞれ出力軸19と連結されており、出力軸19と一体回転する。
ドライブギア121とドリブンギア52は、互いに噛み合う第2速変速段のギア対であり、ドライブギア122とドリブンギア54は、互いに噛み合う第4速変速段のギア対である。
第二変速部120は、アクチュエータによりスリーブ123を駆動して軸方向に移動させることにより、ドライブギア121,122のいずれかと入力軸17とを連結することができる。これにより、偶数段である第2速変速段あるいは第4速変速段のいずれかのギア対を介して入力軸17と出力軸19とを接続し、当該ギア対の変速比で回転を伝達することができる。また、第二変速部120は、全てのドライブギア121,122を開放して中立状態とすることができる。
このように、奇数段が第一変速部110に、偶数段が第二変速部120に配置されているため、動力を伝達する変速部を第一変速部110から第二変速部120へ、あるいは第二変速部120から第一変速部110へと切り替えることにより、アップシフトやダウンシフトを行うことができる。よって、変速の応答性が向上すると共に、変速時の駆動力の抜けが抑制され、ドライバビリティが向上する。
ECU150は、エンジン走行時等にアップシフトやダウンシフトが予測されると、予め変速後の目標変速段を形成して待機させることができる。例えば、ECU150は、第1速変速段で走行中にアップシフトが予測されると、第二変速部120に第2速変速段を形成させ、第二クラッチ102を開放して待機させておくことができる。アップシフトを実行するときには、第二クラッチ102を係合し、第一クラッチ101を開放することで速やかにアップシフトすることができる。ダウンシフト時も同様であり、現在動力を伝達していない変速部に、変速後の目標変速段を形成させて待機させることができる。
本変形例に係る車両用駆動装置1−3は、上記実施形態の車両用駆動装置1−1および第1変形例の車両用駆動装置1−2と同様に、所定モードを備える。図38は、第2変形例に係る車両200の所定モードの等価図である。エンジン走行中に回生を開始する場合、例えば、ダウンシフト待機状態から回生を開始する場合、ECU150は、回転電機3の回転数制御によって、サンギア61の回転数をキャリア64の回転数と同じ回転数とする。ECU150は、サンギア61の回転数がキャリア64の回転数と同期すると、ロック機構40によってサンギア61とキャリア64とを連結する。
差動機構60の差動がロックされることで、車両200の駆動系は、図38に示すものと同等となる。すなわち、回転電機3と第一変速部110の入力軸6とが直結され、かつ第二変速部120の入力軸17は、入力軸6に対してカウンタギアを介して接続された状態となり、入力軸6の回転方向と逆方向に回転する。差動機構60の差動がロックされた状態で、第一変速部110あるいは第二変速部120のいずれか一方を中立状態とし、他方の変速部を介して回転電機3と駆動軸45とを接続すれば、動力循環を発生させずに動力を伝達することができる。
奇数段で回生を行う場合、例えば、第二クラッチ102を開放し、第二変速部120を中立状態とする。この場合、第二変速部120が第2軸に対応する。一方、偶数段で回生を行う場合、例えば、第一クラッチ101を開放し、第一変速部110を中立状態とする。この場合、第一変速部110が第2軸に対応する。
図39は、第2変形例の所定モードによる後進走行の説明図である。ECU150は、車両200を後進させる場合、第一クラッチ101を開放し、第二クラッチ102を係合し、かつ第二変速部120を中立状態として、第一変速部110を介して駆動軸45に動力を伝達する。これにより、変速部110,120の変速段の切り替えやクラッチ101,102の係合/開放の切り替え等を必要とせずにEVリバース走行からエンジンリバース走行へ、あるいはエンジンリバース走行からEVリバース走行へ移行することができる。よって、EVリバース走行とエンジンリバース走行とを切り替えるときの駆動力の抜けやもたつき感の発生が抑制される。
[実施形態の第3変形例]
実施形態の第3変形例について説明する。上記実施形態および各変形例では、エンジン走行から回生に移行する場合に所定モードで回生が実行されたが、エンジン走行から回生に移行する場合であっても、予測される伝達効率等の状況に応じて所定モードを実行しないようにしてもよい。ここでは、上記実施形態の車両用駆動装置1−1を搭載する車両100を例にして、所定モードによる回生を実行するか否かの判定について説明する。
図40は、車両用駆動装置1−1のギア比の一例を示す図、図41は、車両100のトータルギア比の一例を示す図、図42は、変速比の比率γに対する総伝達効率η(%)および動力循環率δ(%)を示す図、図43は、各変速段における待機状態に係る動力循環率δおよび総伝達効率ηを示す図である。
図40に示すように第一変速部20および第二変速部30の各変速段のギア比およびデフ比が定められている場合、トータルギア比(各変速段のギア比×デフ比)は、図41で示すようになる。また、変速比の比率γと、総伝達効率ηおよび動力循環率δとの関係は、図42で示すようになる。図42の横軸は、変速比の比率γを示し、縦軸は動力循環率δ(%)および総伝達効率η(%)を示す。ここで、総伝達効率ηは、所定モードにおける回転電機3と駆動輪46との間の伝達効率である。総伝達効率ηは、第一変速部20および第二変速部30のギア伝達効率がそれぞれ98%である場合を前提としている。なお、本変形例では、差動機構10のギア比ρが0.3とされている。図42からわかる通り、変速比の比率γが(ρ+1)=1.3に近づくに従い、総伝達効率ηが急激に低下する。
図43には、第一変速部20の変速前の変速段(現在段)に対して、アップシフトあるいはダウンシフトが予測された場合に選択される第二変速部30の変速段(中間段)が示されている。また、現在段と中間段との組合せにおける変速比の比率γ、動力循環率δ、総伝達効率ηがそれぞれ示されている。
例えば、現在段が第2速変速段(2nd)であり、次にダウンシフトが発生すると予測された場合、中間段として第1速変速段(1st)が選択される。この現在段と中間段との組合せでは、所定モードとせずにそのままの変速段で回転電機3による回生や力行を実行する場合の変速比の比率γ=1.84、動力循環率δ=70.6%、総伝達効率η=88.4%と算出される。他の待機状態についても同様にして変速比の比率γ、動力循環率δおよび総伝達効率ηを算出することができる。なお、総伝達効率ηがマイナスの値を示している現在段と中間段との組合せでは、回転電機3と駆動輪46との間で動力が伝達できないことを意味している。
このようにして算出される動力循環率δや総伝達効率ηに基づいて、所定モードへの変形を実行するか否かを決定することができる。例えば、総伝達効率ηがマイナスとなる現在段と中間段との組合せの待機状態では、そのままでは回生ができないため、所定モードによる回生を実行することが必要となる。また、変速比の比率γと動力循環率δや総伝達効率ηとには、所定の対応関係があり、動力循環率δや総伝達効率ηは変速比の比率γから決まる。このため、例えば、変速比の比率γが所定範囲の値である場合に、所定モードとするようにしてもよい。あるいは、総伝達効率η等の伝達効率に基づいて所定モードとするようにしてもよい。
また、所定モードへの変形に要する時間、言い換えると所定モードへの移行に要する時間に基づいて、所定モードへの変形を実行するか否かが決定されてもよい。例えば、アップシフトが予測される場合、図43に示すように現在段と中間段とが同じ変速段とされる。従って、アップシフト待機状態から所定モードへの変形が短時間で完了する。
具体的には、エンジン走行のアップシフト待機状態において、第一変速部20の入力軸6の回転数Nと第二変速部30の入力軸17の回転数Nとが同じ回転数となっている。このため、ダウンシフト待機状態から所定モードへの移行には以下の(i)から(iii)の3つの手順が必要であるのに対し、アップシフト待機状態からは、手順(iii)のみで所定モードに移行することができる。
(i)第二変速部30を中立状態とする。
(ii)回転電機3の回転数制御によって第二変速部30の入力軸17の回転数Nを第一変速部20の入力軸6の回転数Nと同じにする。
(iii)ロック機構40によって差動機構10の差動をロックする。
従って、車両用駆動装置1−1のアップシフト待機状態では、所定モードによる回生を積極的に実施することが好ましい。なお、車両用駆動装置1−1のアップシフト待機時には、差動機構10の差動をロックした状態で待機するようにしてもよい。回生はいきなり発生するものであるため、予め差動機構10の差動をロックして待機するようにすれば、回生を100%取ることが可能となる。また、差動機構10の差動をロックして待機しているときに変速実行の判定がなされた場合は、差動機構10の差動ロックを解除して変速するようにすればよい。
また、車両用駆動装置1−1のダウンシフト待機状態では、総伝達効率ηに基づいて所定モードによる回生を実行するか否かを判定することができる。所定モードによる回生では、動力循環が生じないため、回転電機3と駆動輪46との間の損失は、第一変速部20の損失のみである。従って、本変形例の場合、総伝達効率ηは98%となる。従って、所定モードへ移行した後は、所定モードに移行せずに回生を行う場合よりも回生時の伝達効率を高めることができる。一方、所定モードへの移行には時間を要し、上記手順(i)乃至(iii)を実行している間は回生ができないというマイナス面がある。
このため、所定モードに移行してから回生を行う場合と、所定モードに移行せずに回生を行う場合とでそれぞれ燃費を予測し、高燃費が予測される回生方法を実行するようにしてもよい。判定に用いるパラメータは、例えば、予測される回生量、バッテリの充電状態、要求制動力、前方の車両や障害物、前方の交通状況、目的地までの走行ルート、その他車両100の周辺環境等が挙げられる。
図44は、上記第1変形例に係る車両100の各変速段の待機状態に係る動力循環率δおよび総伝達効率ηの一例を示す図である。上記第1変形例に係る車両100において、動力循環割合δや総伝達効率ηに基づいて所定モードへの変更を行うか否かを決定するようにしてもよい。
図45は、上記第2変形例に係る車両200の各変速段の待機状態に係る動力循環率δおよび総伝達効率ηの一例を示す図である。上記第2変形例に係る車両200において、動力循環割合δや総伝達効率ηに基づいて所定モードへの変更を行うか否かを決定するようにしてもよい。
上記の実施形態および各変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行されることができる。
1−1,1−2,1−3 車両用駆動装置
1 エンジン
3 回転電機
6 入力軸
10,60 差動機構
11 サンギア
12 ピニオンギア
13 リングギア
14 キャリア
17 入力軸
19 出力軸
20,70,110 第一変速部
30,80,120 第二変速部
40 ロック機構
45 駆動軸
46 駆動輪
50 ECU
100 車両
γ 変速比の比率
δ 動力循環割合
η 総伝達効率

Claims (7)

  1. 回転電機と、
    それぞれに駆動軸と接続された第1軸および第2軸と、
    前記回転電機に接続された回転要素と、前記第1軸に接続された回転要素と、前記第2軸に接続された回転要素とを有する差動機構と
    を備え、
    前記第1軸および前記第2軸のそれぞれに変速機構を有し、
    前記第1軸および前記第2軸がそれぞれ変速段を形成し、前記第1軸および前記第2軸を介して前記回転電機と前記駆動軸とを接続し、前記差動機構に力の釣り合いを発生させて前記回転電機から前記駆動軸にトルクを伝達させるEV走行モードと、
    前記第2軸を介した動力伝達を遮断し、かつ前記差動機構の差動を規制して前記第1軸を介して前記回転電機と前記駆動軸とを接続する所定モードを備える
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  2. 記第1軸の変速機構の変速比と前記第2軸の変速機構の変速比との比率が所定範囲の値である場合に、前記所定モードとする
    請求項1に記載の車両用駆動装置。
  3. 記第1軸の変速機構の変速比と前記第2軸の変速機構の変速比との比率から決まる伝達効率に基づいて前記所定モードとする
    請求項1に記載の車両用駆動装置。
  4. 前記所定モードにおいて前記回転電機による回生を行う
    請求項1から3のいずれか1項に記載の車両用駆動装置。
  5. 車両の後進時に、前記所定モードとする
    請求項1に記載の車両用駆動装置。
  6. 更に、前記第1軸と接続された機関を備え、
    前記差動機構の差動が規制されることにより、前記機関から前記第1軸を介して前記駆動軸に伝達される回転の回転方向が、前記車両を後進させる回転方向に切り替わる
    請求項5に記載の車両用駆動装置。
  7. 更に、クラッチを介して前記第1軸および前記第2軸と接続された機関を備え、
    前記クラッチを係合して前記機関を動力源として走行中に、前記クラッチを開放して前記回転電機による回生を行うときに前記所定モードとする
    請求項1に記載の車両用駆動装置。
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