JP5892180B2 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両用駆動装置に関する。
従来、変速機構を備えたハイブリッド車両が公知である。例えば、特許文献1には、内燃機関の回転を変速して動力分配機構へ伝達する変速機構と、内燃機関からの動力を変速機構に伝達する第1伝達軸と、変速機構から出力された動力を動力分配機構へ伝達する第2伝達軸とを備えたハイブリッド車の駆動装置の技術が開示されている。上記特許文献1の変速機構は、2組の遊星歯車機構が組み合わされた差動機構と、差動機構のリングギアR1の回転を停止可能な第1ブレーキと、リングギアR2の回転を停止可能な第2ブレーキと、第1伝達軸からリングギアR1への動力伝達を断続するクラッチとを有している。
特開2009−190694号公報
機関の回転を変速可能な機構を備えたハイブリッド車両において、駆動装置を簡素化できることが望ましい。例えば、構成が簡素で、かつ2つの回転電機を動力源とする走行を実現できることが好ましい。
本発明の目的は、機関の回転を変速すること、および2つの回転電機を動力源とする走行が可能であり、かつ構成が簡素なハイブリッド車両用駆動装置を提供することである。
本発明のハイブリッド車両用駆動装置は、機関と接続され、前記機関の回転を伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構と駆動輪とを接続する出力側差動機構と、前記動力伝達機構を変速させる切替装置とを備え、前記出力側差動機構は、前記動力伝達機構の出力要素に接続された第一回転要素と、第一回転電機に接続された第二回転要素と、第二回転電機および前記駆動輪に接続された第三回転要素とを有し、前記切替装置によって、前記動力伝達機構の出力要素の回転を規制して、前記第一回転電機および前記第二回転電機を動力源として走行するモードを有し、前記動力伝達機構は、入力側差動機構であり、前記切替装置は、前記動力伝達機構の回転要素同士を接続できるクラッチと、前記動力伝達機構の回転要素の回転を規制するブレーキとを有し、前記入力側差動機構と、前記クラッチと、前記ブレーキとによって変速部が構成されていることを特徴とする。
上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構は、前記機関の回転を増速して出力することができることが好ましい。
上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構は、前記機関の回転を減速して出力することができることが好ましい。
上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記切替装置は、前記動力伝達機構の差動を規制する状態と、前記動力伝達機構の差動を許容する状態とを切り替えて前記動力伝達機構を変速させることが好ましい。
上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構と前記出力側差動機構とを同時に変速させることが好ましい。
上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構と前記出力側差動機構とを同時に変速させるときに、前記動力伝達機構および前記出力側差動機構の一方の変速比を増加させ、他方の変速比を減少させることが好ましい。
本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置は、機関と接続され、機関の回転を伝達する動力伝達機構と、動力伝達機構と駆動輪とを接続する差動機構と、動力伝達機構を変速させる切替装置とを備える。差動機構は、動力伝達機構の出力要素に接続された第一回転要素と、第一回転電機に接続された第二回転要素と、第二回転電機および駆動輪に接続された第三回転要素とを有する。ハイブリッド車両用駆動装置は、切替装置によって、動力伝達機構の出力要素の回転を規制して、第一回転電機および第二回転電機を動力源として走行するモードを有する。本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置によれば、簡素な構成で、機関の走行中に変速をすること、および2つの回転電機を動力源として走行することを実現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スケルトン図である。 図2は、実施形態に係る車両の入出力関係図である。 図3は、実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置の作動係合表を示す図である。 図4は、単独モータEVモードに係る共線図である。 図5は、両モータEVモードに係る共線図である。 図6は、ロー状態のHV走行モードに係る共線図である。 図7は、ハイ状態のHV走行モードに係る共線図である。 図8は、実施形態に係る理論伝達効率線を示す図である。 図9は、実施形態のエンジン始動制御に係るフローチャートである。 図10は、実施形態のエンジン始動制御に係るタイムチャートである。 図11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12は、実施形態の第2変形例に係る車両のスケルトン図である。 図13は、実施形態の第3変形例に係る車両のスケルトン図である。
以下に、本発明の実施形態に係るハイブリッド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10を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、ハイブリッド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のスケルトン図、図2は、実施形態に係る車両の入出力関係図である。
本実施形態に係る車両100は、動力源としてエンジン1、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を有するハイブリッド車両である。車両100は、外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両であってもよい。図1および図2に示すように、車両100は、エンジン1、第一遊星歯車機構10、第二遊星歯車機構20、第一回転電機MG1、第二回転電機MG2、クラッチCL1、ブレーキBK1、HV_ECU50、MG_ECU60およびエンジン_ECU70を含んで構成されている。
また、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1は、第一遊星歯車機構10、第二遊星歯車機構20、クラッチCL1およびブレーキBK1を含んで構成されている。ハイブリッド車両用駆動装置1−1は、更に、各ECU50,60,70等の制御装置を含んで構成されてもよい。ハイブリッド車両用駆動装置1−1は、FF(前置きエンジン前輪駆動)車両あるいはRR(後置きエンジン後輪駆動)車両等に適用可能である。ハイブリッド車両用駆動装置1−1は、例えば、軸方向が車幅方向となるように車両100に搭載される。
本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1では、第一遊星歯車機構10、クラッチCL1およびブレーキBK1を含んで変速部が構成されている。また、第二遊星歯車機構20を含んで差動部が構成されている。また、クラッチCL1およびブレーキBK1を含んで第一遊星歯車機構10を変速させる切替装置が構成されている。
機関であるエンジン1は、燃料の燃焼エネルギーを出力軸の回転運動に変換して出力する。エンジン1の出力軸は、入力軸2と接続されている。入力軸2は、動力伝達装置の入力軸である。動力伝達装置は、第一回転電機MG1、第二回転電機MG2、クラッチCL1、ブレーキBK1、差動装置30等を含んで構成されている。入力軸2は、エンジン1の出力軸と同軸上かつ出力軸の延長線上に配置されている。入力軸2は、第一遊星歯車機構10の第一キャリア14と接続されている。
本実施形態の第一遊星歯車機構10は、エンジン1と接続され、エンジン1の回転を伝達する動力伝達機構に対応している。ここでは、動力伝達機構の一例として差動機構である第一遊星歯車機構10が示されている。第一遊星歯車機構10は、第一差動機構として車両100に搭載されている。第一遊星歯車機構10は、第二遊星歯車機構20よりもエンジン1側に配置された入力側差動機構である。第一遊星歯車機構10は、エンジン1の回転を変速して出力可能である。第一遊星歯車機構10は、シングルピニオン式であり、第一サンギア11、第一ピニオンギア12、第一リングギア13および第一キャリア14を有する。
第一リングギア13は、第一サンギア11と同軸上であってかつ第一サンギア11の径方向外側に配置されている。第一ピニオンギア12は、第一サンギア11と第一リングギア13との間に配置されており、第一サンギア11および第一リングギア13とそれぞれ噛み合っている。第一ピニオンギア12は、第一キャリア14によって回転自在に支持されている。第一キャリア14は、入力軸2と連結されており、入力軸2と一体回転する。従って、第一ピニオンギア12は、入力軸2と共に入力軸2の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつ第一キャリア14によって支持されて第一ピニオンギア12の中心軸線周りに回転(自転)可能である。
クラッチCL1は、第一サンギア11と第一キャリア14とを連結可能なクラッチ装置である。クラッチCL1は、例えば、摩擦係合式のクラッチとすることができるが、これに限らず、噛合い式のクラッチ等の公知のクラッチ装置がクラッチCL1として用いられてもよい。クラッチCL1は、例えば、油圧によって制御されて係合あるいは開放する。完全係合状態のクラッチCL1は、第一サンギア11と第一キャリア14とを連結し、第一サンギア11と第一キャリア14とを一体回転させることができる。完全係合状態のクラッチCL1は、第一遊星歯車機構10の差動を規制する。一方、開放状態のクラッチCL1は、第一サンギア11と第一キャリア14とを切り離し、第一サンギア11と第一キャリア14との相対回転を許容する。つまり、開放状態のクラッチCL1は、第一遊星歯車機構10の差動を許容する。なお、クラッチCL1は、半係合状態に制御可能である。
ブレーキBK1は、第一サンギア11の回転を規制することができるブレーキ装置である。ブレーキBK1は、第一サンギア11に接続された係合要素と、車体側、例えば動力伝達装置のケースと接続された係合要素とを有する。ブレーキBK1は、クラッチCL1と同様の摩擦係合式のクラッチ装置とすることができるが、これに限らず、噛合い式のクラッチ等の公知のクラッチ装置がブレーキBK1として用いられてもよい。ブレーキBK1は、例えば、油圧によって制御されて係合あるいは開放する。完全係合状態のブレーキBK1は、第一サンギア11と車体側とを連結し、第一サンギア11の回転を規制することができる。一方、開放状態のブレーキBK1は、第一サンギア11と車体側とを切り離し、第一サンギア11の回転を許容する。なお、ブレーキBK1は、半係合状態に制御可能である。
本実施形態の第二遊星歯車機構20は、第一遊星歯車機構10と駆動輪32とを接続する差動機構に対応している。第二遊星歯車機構20は、第二差動機構として車両100に搭載されている。第二遊星歯車機構20は、第一遊星歯車機構10よりも駆動輪32側に配置された出力側差動機構である。第二遊星歯車機構20は、シングルピニオン式であり、第二サンギア21、第二ピニオンギア22、第二リングギア23および第二キャリア24を有する。第二遊星歯車機構20は、第一遊星歯車機構10と同軸上に配置され、第一遊星歯車機構10を挟んでエンジン1と互いに対向している。
第二リングギア23は、第二サンギア21と同軸上であってかつ第二サンギア21の径方向外側に配置されている。第二ピニオンギア22は、第二サンギア21と第二リングギア23との間に配置されており、第二サンギア21および第二リングギア23とそれぞれ噛み合っている。第二ピニオンギア22は、第二キャリア24によって回転自在に支持されている。第二キャリア24は、第一リングギア13と接続されており、第一リングギア13と一体回転する。第二ピニオンギア22は、第二キャリア24と共に入力軸2の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつ第二キャリア24によって支持されて第二ピニオンギア22の中心軸線周りに回転(自転)可能である。第一リングギア13は、第一遊星歯車機構10の出力要素であり、エンジン1から第一遊星歯車機構10に入力された回転を第二キャリア24に出力することができる。第二キャリア24は、第一遊星歯車機構10の出力要素に接続された第一回転要素に対応している。
第二サンギア21には第一回転電機MG1の回転軸33が接続されている。第一回転電機MG1の回転軸33は、入力軸2と同軸上に配置されており、第二サンギア21と一体回転する。第二サンギア21は、第一回転電機MG1に接続された第二回転要素に対応している。第二リングギア23には、カウンタドライブギア25が接続されている。カウンタドライブギア25は、第二リングギア23と一体回転する出力ギアである。第二リングギア23は、第二回転電機MG2および駆動輪32に接続された第三回転要素に対応している。第二リングギア23は、第一回転電機MG1あるいは第一遊星歯車機構10から入力された回転を駆動輪32に出力することができる出力要素である。
カウンタドライブギア25は、カウンタドリブンギア26と噛み合っている。カウンタドリブンギア26は、カウンタシャフト27を介してドライブピニオンギア28と接続されている。カウンタドリブンギア26とドライブピニオンギア28とは一体回転する。また、カウンタドリブンギア26には、リダクションギア35が噛み合っている。リダクションギア35は、第二回転電機MG2の回転軸34に接続されている。つまり、第二回転電機MG2の回転は、リダクションギア35を介してカウンタドリブンギア26に伝達される。リダクションギア35は、カウンタドリブンギア26よりも小径であり、第二回転電機MG2の回転を減速してカウンタドリブンギア26に伝達する。
ドライブピニオンギア28は、差動装置30のデフリングギア29と噛み合っている。差動装置30は、左右の駆動軸31を介して駆動輪32と接続されている。第二リングギア23は、カウンタドライブギア25、カウンタドリブンギア26、ドライブピニオンギア28、差動装置30および駆動軸31を介して駆動輪32と接続されている。また、第二回転電機MG2は、第二リングギア23と駆動輪32との動力伝達経路に対して接続されており、第二リングギア23および駆動輪32に対してそれぞれ動力を伝達可能である。
第一回転電機MG1および第二回転電機MG2は、それぞれモータ(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。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2は、インバータを介してバッテリと接続されている。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2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MG1,MG2によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2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。
本実施形態の車両100では、エンジン1と同軸上に、エンジン1から近い側から順に、ブレーキBK1、クラッチCL1、第一遊星歯車機構10、カウンタドライブギア25、第二遊星歯車機構20および第一回転電機MG1が配置されている。また、本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置1−1は、入力軸2と、第二回転電機MG2の回転軸34とが異なる軸上に配置された複軸式とされている。
図2に示すように、車両100は、HV_ECU50、MG_ECU60およびエンジン_ECU70を有する。各ECU50,60,70は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。HV_ECU50は、車両100全体を統合制御する機能を有している。MG_ECU60およびエンジン_ECU70は、HV_ECU50と電気的に接続されている。
MG_ECU60は、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を制御することができる。MG_ECU60は、例えば、第一回転電機MG1に対して供給する電流値を調節し、第一回転電機MG1の出力トルクを制御すること、および第二回転電機MG2に対して供給する電流値を調節し、第二回転電機MG2の出力トルクを制御することができる。
エンジン_ECU70は、エンジン1を制御することができる。エンジン_ECU70は、例えば、エンジン1の電子スロットル弁の開度を制御すること、点火信号を出力してエンジンの点火制御を行うこと、エンジン1に対する燃料の噴射制御等を行うことができる。エンジン_ECU70は、電子スロットル弁の開度制御、噴射制御、点火制御等によりエンジン1の出力トルクを制御することができる。
HV_ECU50には、車速センサ、アクセル開度センサ、MG1回転数センサ、MG2回転数センサ、出力軸回転数センサ、バッテリセンサ等が接続されている。これらのセンサにより、HV_ECU50は、車速、アクセル開度、第一回転電機MG1の回転数、第二回転電機MG2の回転数、動力伝達装置の出力軸の回転数、バッテリ状態SOC等を取得することができる。
HV_ECU50は、取得する情報に基づいて、車両100に対する要求駆動力や要求パワー、要求トルク等を算出することができる。HV_ECU50は、算出した要求値に基づいて、第一回転電機MG1の出力トルク(以下、「MG1トルク」とも記載する。)、第二回転電機MG2の出力トルク(以下、「MG2トルク」とも記載する。)およびエンジン1の出力トルク(以下、「エンジントルク」とも記載する。)を決定する。HV_ECU50は、MG1トルクの指令値およびMG2トルクの指令値をMG_ECU60に対して出力する。また、HV_ECU50は、エンジントルクの指令値をエンジン_ECU70に対して出力する。
HV_ECU50は、後述する走行モード等に基づいて、クラッチCL1およびブレーキBK1をそれぞれ制御する。HV_ECU50は、クラッチCL1に対する供給油圧の指令値(PbCL1)およびブレーキBK1に対する供給油圧の指令値(PbBK1)をそれぞれ出力する。図示しない油圧制御装置は、各指令値PbCL1,PbBK1に応じてクラッチCL1およびブレーキBK1に対する供給油圧を制御する。
図3は、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1の作動係合表を示す図である。車両100では、ハイブリッド(HV)走行あるいはEV走行を選択的に実行可能である。HV走行とは、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。HV走行では、エンジン1に加えて、更に第二回転電機MG2を動力源としてもよい。
EV走行は、第一回転電機MG1あるいは第二回転電機MG2の少なくともいずれか一方を動力源として走行する走行モードである。EV走行では、エンジン1を停止して走行することが可能である。本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1は、EV走行モードとして、第二回転電機MG2を単独の動力源として車両100を走行させる単独モータEVモードと、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を動力源として車両100を走行させる両モータEVモードを有する。
図3の係合表において、クラッチCL1の欄およびブレーキBK1の欄の丸印は、係合を示し、空欄は開放を示す。また、三角印は、係合/開放のいずれであっても実行可能なことを示す。単独モータEVモードは、例えば、クラッチCL1およびブレーキBK1を共に開放して実行される。図4は、単独モータEVモードに係る共線図である。共線図において、符号S1,C1,R1は、それぞれ第一サンギア11、第一キャリア14、第一リングギア13を示し、符号S2,C2,R2は、それぞれ第二サンギア21、第二キャリア24、第二リングギア23を示す。
単独モータEVモードでは、クラッチCL1およびブレーキBK1が開放している。ブレーキBK1が開放していることで、サンギア11の回転が許容され、クラッチCL1が開放していることで、第一遊星歯車機構10は差動可能である。HV_ECU50は、MG_ECU60を介して第二回転電機MG2に正トルクを出力させて車両100に前進方向の駆動力を発生させる。第二リングギア23は、駆動輪32の回転と連動して正回転する。ここで、正回転とは、車両100の前進時の第二リングギア23の回転方向とする。HV_ECU50は、第一回転電機MG1をジェネレータとして作動させて引き摺り損失を低減させる。具体的には、HV_ECU50は、第一回転電機MG1にわずかなトルクをかけて発電させ、第一回転電機MG1の回転数を0回転とする。これにより、第一回転電機MG1の引き摺り損失を低減することができる。
第一リングギア13は、第二キャリア24に連れ回り正回転する。第一遊星歯車機構10では、クラッチCL1およびブレーキBK1が開放されたニュートラルの状態であるため、エンジン1は連れ回されず、第一キャリア14は回転を停止する。よって回生量を大きく取ることが可能である。サンギア11は空転して負回転する。なお、第一遊星歯車機構10のニュートラル(中立)状態は、第一リングギア13と第一キャリア14との間で動力が伝達されない状態、すなわちエンジン1と第二遊星歯車機構20とが切り離され、動力の伝達が遮断された状態である。第一遊星歯車機構10は、変速部クラッチCL1あるいは変速部ブレーキBK1の少なくともいずれか一方が係合していると、エンジン1と第二遊星歯車機構20とを接続する接続状態となる。
単独モータEVモードで走行時に、バッテリの充電状態がフルとなり、回生エネルギーが取れない場合が発生し得る。この場合、エンジンブレーキを併用することが考えられる。クラッチCL1あるいはブレーキBK1を係合することで、エンジン1を駆動輪32と接続し、エンジンブレーキを駆動輪32に作用させることができる。図3に三角印で示すように、単独モータEVモードでクラッチCL1あるいはブレーキBK1を係合すると、エンジン1を連れ回し状態とし、第一回転電機MG1でエンジン回転数を上げてエンジンブレーキ状態とすることができる。
両モータEVモードでは、HV_ECU50は、クラッチCL1およびブレーキBK1を係合する。図5は、両モータEVモードに係る共線図である。クラッチCL1が係合することで、第一遊星歯車機構10の差動は規制され、ブレーキBK1が係合することで、第一サンギア11の回転が規制される。従って、第一遊星歯車機構10の全回転要素の回転が停止する。出力要素である第一リングギア13の回転が規制されることで、これと接続された第二キャリア24が0回転にロックされる。
HV_ECU50は、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2にそれぞれ走行駆動用のトルクを出力させる。第二キャリア24は、回転が規制されていることで、第一回転電機MG1のトルクに対して反力を取り、第一回転電機MG1のトルクを第二リングギア23から出力させることができる。第一回転電機MG1は、前進時に負トルクを出力して負回転することで、第二リングギア23から正のトルクを出力させることができる。一方、後進時には、第一回転電機MG1は、正トルクを出力して正回転することで、第二リングギア23から負のトルクを出力させることができる。
HV走行では、差動部としての第二遊星歯車機構20は作動状態を基本とし、変速部の第一遊星歯車機構10は、ロー/ハイの切り替えがなされる。図6は、ロー状態のHV走行モード(以下、「HVローモード」とも記載する。)に係る共線図、図7は、ハイ状態のHV走行モード(以下、「HVハイモード」とも記載する。)に係る共線図である。
HVローモードでは、HV_ECU50は、クラッチCL1を係合し、ブレーキBK1を開放する。クラッチCL1が係合することにより、第一遊星歯車機構10は差動が規制され、各回転要素11,13,14が一体回転する。従って、エンジン1の回転は増速も減速もされず、等速で第一リングギア13から第二キャリア24に伝達される。
一方、HVハイモードでは、HV_ECU50は、クラッチCL1を開放し、ブレーキBK1を係合する。ブレーキBK1が係合することにより、第一サンギア11の回転が規制される。よって、第一遊星歯車機構10は、第一キャリア14に入力されたエンジン1の回転が増速されて第一リングギア13から出力されるオーバドライブ(OD)状態となる。このように、第一遊星歯車機構10は、エンジン1の回転を増速して出力することができる。オーバドライブ時の第一遊星歯車機構10の変速比は、例えば、0.7とすることができる。
このように、クラッチCL1およびブレーキBK1からなる切替装置は、第一遊星歯車機構10の差動を規制する状態と、第一遊星歯車機構10の差動を許容する状態とを切り替えて第一遊星歯車機構10を変速させる。
HV_ECU50は、例えば、高車速ではHVハイモードを選択し、中低車速ではHVローモードを選択する。本実施形態では、HVハイモードとHVローモードとの切り替えによりエンジン1の回転を変速して出力することで、後述するメカニカルポイントが2つとなり、燃費を向上させることができる。図8は、本実施形態に係る理論伝達効率線を示す図である。
図8において、横軸は変速比、縦軸は理論伝達効率を示す。ここで、変速比とは、遊星歯車機構10,20の出力側回転数に対する入力側回転数の比(減速比)であり、例えば、第二リングギア23の回転数に対する第一キャリア14の回転数の比を示す。横軸において、左側が変速比の小さいハイギア側であり、右側が変速比の大きいローギア側となる。理論伝達効率は、遊星歯車機構10,20に入力される動力が電気パスを介さずに機械的な伝達によって全てカウンタドライブギア25に伝達される場合に最大効率1.0となる。
図8に示す曲線は、HVハイモードとHVローモードとを適宜切り替えた場合のHV走行モードの理論伝達効率線である。例えば、同じ変速比においてHVハイモードとHVローモードのいずれか高効率のモードが選択される。相対的に右側がHVローモード時の理論伝達効率線であり、左側がHVハイモード時の理論伝達効率線である。HVローモードの伝達効率は、変速比γ1において最大効率となる。変速比γ1では、第一回転電機MG1(第二サンギア21)の回転数が0となる。このため、変速比γ1では、第一回転電機MG1が反力を受けることによる電気パスは0であり、機械的な動力の伝達のみによってエンジン1からカウンタドライブギア25に動力を伝達することができる。この変速比γ1は、オーバドライブ側の変速比、すなわち1よりも小さな変速比である。本明細書では、この変速比γ1を「第一機械伝達変速比γ1」とも記載する。
HVハイモードの理論伝達効率は、変速比γ2において最大効率となる。HVハイモードでは、変速比γ2において第一回転電機MG1(第二サンギア21)の回転数が0となり、機械的な動力の伝達のみによってエンジン1からカウンタドライブギア25に動力を伝達することができる。この変速比γ2は、第一機械伝達変速比γ1よりもハイギア側の変速比である。本明細書では、この変速比γ2を「第二機械伝達変速比γ2」とも記載する。
HV走行モードの理論伝達効率は、変速比が第一機械伝達変速比γ1よりもローギア側の値となるに従い低下する。また、HV走行モードの理論伝達効率は、変速比が第二機械伝達変速比γ2よりもハイギア側の値となるに従い低下する。HV走行モードの理論伝達効率は、第一機械伝達変速比γ1と第二機械伝達変速比γ2との間の変速比の領域では、低効率側に湾曲している。
このように、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1は、変速比1よりもハイギア側に2つのメカニカルポイントを有する。ハイブリッド車両用駆動装置1−1は、第一遊星歯車機構10とクラッチCL1とブレーキBK1とを含む変速部を有することで、エンジン1が第二キャリア24に直接連結される場合のメカニカルポイント(第一機械伝達変速比γ1)よりもハイギア側に第2のメカニカルポイント(第二機械伝達変速比γ2)を発生させることができる。従って、ハイギア動作時の伝達効率を向上させることができる。つまり、高速走行時の伝達効率向上による燃費の向上を図ることができるハイブリッドシステムを実現できる。
HV_ECU50は、HVハイモードとHVローモードとの切り替えを行う場合、第一遊星歯車機構10と第二遊星歯車機構20とを同時に変速させる協調変速制御を実行する。HV_ECU50は、協調変速制御において、第一遊星歯車機構10および第二遊星歯車機構20の一方の変速比を増加させ、他方の変速比を減少させる。
HV_ECU50は、HVハイモードからHVローモードに切り替える場合、モードの切り替えと同期して第二遊星歯車機構20の変速比をハイギア側に変化させる。これにより、車両100のエンジン1から駆動輪32までの全体での変速比の不連続な変化を抑制または低減し、変速比の変化の度合いを低減することができる。エンジン1から駆動輪32までの変速比の変化が抑制されることで、変速に伴うエンジン回転数の調節量を低減させ、あるいはエンジン回転数の調節を不要とすることができる。HV_ECU50は、例えば、車両100全体での変速比をロー側に連続的に変化させるように、第一遊星歯車機構10および第二遊星歯車機構20を協調して変速させる。
一方、HV_ECU50は、HVローモードからHVハイモードに切り替える場合、モードの切り替えと同期して第二遊星歯車機構20の変速比をローギア側に変化させる。これにより、車両100全体での変速比の不連続な変化を抑制または低減し、変速比の変化の度合いを低減することができる。HV_ECU50は、例えば、車両100全体での変速比をハイ側に連続的に変化させるように、第一遊星歯車機構10および第二遊星歯車機構20を協調して変速させる。
第二遊星歯車機構20の変速比の調節は、例えば、第一回転電機MG1の回転数の制御によって行われる。HV_ECU50は、例えば、入力軸2とカウンタドライブギア25との間の変速比を無段階に変化させるように第一回転電機MG1を制御する。これにより、遊星歯車機構10,20、第一回転電機MG1、クラッチCL1およびブレーキBK1を含む全体、すなわち差動部と変速部を含む変速装置が電気的無段変速機として作動する。
(エンジン始動制御)
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1のエンジン始動制御について説明する。HV_ECU50は、例えば、EV走行モードからHV走行モードに移行する場合、停止していたエンジン1を始動する。HV_ECU50は、例えば、第一回転電機MG1によってエンジン1を回転させ、エンジン1を始動する。図9を参照して、エンジン始動制御について説明する。図9は、本実施形態のエンジン始動制御に係るフローチャート、図10は、本実施形態のエンジン始動制御に係るタイムチャートである。図10において、(a)はエンジン回転数、(b)はMG1トルク、(c)は第一回転電機MG1の回転数、(d)はMG2トルク、(e)は第二回転電機MG2の回転数、(f)はクラッチCL1の油圧、(g)はブレーキBK1の油圧、(h)は充電状態SOCをそれぞれ示す。図9に示す制御フローは、例えば、EV走行モードで走行中に実行される。
ステップS10では、HV_ECU50により、充電状態SOCが閾値Sf未満であるか否かが判定される。この閾値Sfは、例えば、エンジン1を始動してバッテリを充電する必要があるかを判定するものである。ステップS10の判定の結果、充電状態SOCが閾値Sf未満であると判定された場合(ステップS10−Y)にはステップS20に進み、そうでない場合(ステップS10−N)にはステップS90に進む。図10では、時刻t1に充電状態SOCが閾値Sf未満となり、ステップS10で肯定判定がなされる。
ステップS20では、HV_ECU50により、第二回転電機MG2による単独モータEVモードであるか否かが判定される。車両100に対する要求駆動力が所定値P1よりも小さい場合、第二回転電機MG2による単独モータEVモードが選択される。一方、要求駆動力が所定値P1以上である場合、両モータEVモードが選択される。ステップS20の判定の結果、単独モータEVモードによる走行中であると判定された場合(ステップS20−Y)にはステップS30に進み、そうでない場合(ステップS20−N)にはステップS60に進む。
ステップS30では、HV_ECU50により、クラッチCL1の係合切り替えがなされる。単独モータEVモードでは、クラッチCL1およびブレーキBK1が共に開放されている場合の他に、クラッチCL1が係合されてブレーキBK1が開放されている場合、クラッチCL1が開放されてブレーキBK1が係合されている場合がある。HV_ECU50は、クラッチCL1を係合し、ブレーキBK1を開放した状態に切り替える。ステップS30が実行されると、ステップS40に進む。
ステップS40では、HV_ECU50は、第一回転電機MG1の回転数制御によりエンジン始動制御を実施する。クラッチCL1が係合すると、エンジン1は第一回転電機MG1、第二回転電機MG2および駆動輪32と接続され、連れ回される状態となる。HV_ECU50は、例えば、第一回転電機MG1の回転数制御により第二キャリア24の回転数を0とし、変速部クラッチCL1を係合させる。HV_ECU50は、変速部クラッチCL1を係合させると、第一回転電機MG1の回転数制御によってエンジン回転数を上昇させる。HV_ECU50は、エンジン回転数が所定の回転数まで上昇すると、エンジン1に対して燃料を供給し、点火制御によりエンジン1を始動する。ステップS40が実行されると、ステップS50に進む。
なお、HV_ECU50は、クラッチCL1を係合させるときに、第二キャリア24を回転させたままでクラッチCL1に対する供給油圧を徐々に増加させてクラッチCL1をスムーズ係合させることができる。HV_ECU50は、クラッチCL1が完全係合した後、あるいはクラッチCL1のクラッチトルク容量を増加させるのと同時に、第一回転電機MG1の回転数制御により、エンジン回転数を増加させる。
ステップS50では、HV_ECU50により、第二回転電機MG2の反力トルク制御がなされる。第一回転電機MG1の回転数制御によりエンジン回転数を上昇させる場合、MG1トルクによって、第二リングギア23には始動反力トルクが作用する。この始動反力トルクは、負方向のトルクであり、車両100の走行駆動力を減少させるトルクである。HV_ECU50は、始動反力トルクによる駆動力の抜けを抑制するように、第二回転電機MG2のトルクを正方向に増加させる。すなわち、反力トルク制御は、始動反力トルクをキャンセルするキャンセルトルクを第二回転電機MG2によって出力させるものである。これにより、エンジン始動時のトルク変動によるドライバビリティの低下が抑制される。ステップS50が実行されると、本制御フローは終了する。
ステップS60では、HV_ECU50により、ブレーキBK1の開放切り替えがなされる。両モータEVモードでは、クラッチCL1およびブレーキBK1がそれぞれ係合されている。HV_ECU50は、ブレーキBK1を開放し、クラッチCL1が係合した状態に切り替える。図10では、時刻t2にブレーキBK1の開放が開始される。ステップS60が実行されると、ステップS70に進む。
ステップS70では、HV_ECU50は、第一回転電機MG1の回転数制御によりエンジン始動制御を実施する。HV_ECU50は、ブレーキBK1を開放している間、MG1トルクをそれまでの負トルクから0にする。時刻t3にブレーキBK1の開放が完了すると、HV_ECU50は、MG1トルクを正トルクとし、第一回転電機MG1の回転を正方向の回転に変化させていく。第一回転電機MG1の回転数の上昇と共に、エンジン回転数が上昇する。このときのMG1トルクは一定値であっても、第一回転電機MG1の回転数に基づいて変化してもよい。時刻t4にエンジン回転数が所定の回転数に到達すると、HV_ECU50はエンジン1に燃料を供給し、点火する。エンジン1の自立運転が開始されると、MG1トルクは負トルクに切り替えられ、第一回転電機MG1はエンジン1の反力トルクを受ける。ステップS70が実行されると、ステップS80に進む。
ステップS80では、HV_ECU50により、第二回転電機MG2の反力トルク制御がなされる。ステップS80の反力トルク制御は、ステップS50の反力トルク制御と同様のものであることができる。図10では、時刻t3に反力トルク制御によってMG2トルクが増加する。エンジン1に対する点火が開始されてエンジントルクが出力され始める時刻t4に反力トルク制御が終了し、MG2トルクが低減される。ステップS80が実行されると、本制御フローは終了する。
ステップS90では、HV_ECU50により、モータ走行が継続される。HV_ECU50は、エンジン始動が不要であるため、EV走行モードによる走行を継続させる。ステップS90が実行されると、本制御フローは終了する。
以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1は、第一遊星歯車機構10、クラッチCL1およびブレーキBK1を含む変速部によってHVハイモードとHVローモードとの切り替えが可能であり、車両100の伝達効率を向上させることができる。また、変速部の後段には、直列に差動部としての第二遊星歯車機構20が接続されている。第一遊星歯車機構10がオーバドライブであるため、第一回転電機MG1を大きく高トルク化しなくてもよいという利点がある。
また、変速部のクラッチCL1およびブレーキBK1を係合することで、第二遊星歯車機構20の入力要素の回転を規制することができ、両モータEVモードによる走行を可能とできる。このため、両モータEVモードを実現するために別途クラッチ等を設ける必要がなく、構成が簡素化される。本実施形態のレイアウトでは、第二回転電機MG2の減速比を大きく取ることができる。また、FFあるいはRRレイアウトによりコンパクトな配置を実現できる。
また、単独モータEVモードによる走行中は、変速部のクラッチCL1およびブレーキBK1を開放してニュートラルとすることでエンジン回転数が略0に維持される。よって、エンジン切離し用の専用のクラッチが不要である。
また、変速部の回転要素同士を係合してエンジン回転数を0に固定する固定手段は、複数の係合装置からなる。具体的には、本実施形態の固定手段は、クラッチCL1およびブレーキBK1の2つの係合装置を有する。両モータEVモードからエンジン1を始動するときは、複数の係合装置の一方は係合のまま他方の係合装置を開放して動力伝達状態に切り替えられる。一つの係合装置の開放なので、エンジン始動時に第一回転電機MG1によってエンジン回転数を上昇させる制御を容易に行うことができる。
また、HV走行時に変速部を変速させてHVハイモードとHVローモードとを切り替えることができる。この変速により、メカニカルポイントが2つ取れることで、高速走行時に適切な変速比を選択することで、動力循環の発生を抑制することができる。また、変速部の変速時に第二遊星歯車機構20を同時変速させることで、変速比の急激な変化を抑制することができる。
なお、本実施形態では、単独モータEVモードからのエンジン始動ではクラッチCL1が係合状態、ブレーキBK1が開放状態とされたが、これに代えて、ブレーキBK1が係合状態、クラッチCL1が開放状態とされてエンジン始動がなされてもよい。
本実施形態のクラッチCL1は、第一サンギア11と第一キャリア14とを接続するものであったが、これには限定されない。クラッチCL1は、第一遊星歯車機構10の各回転要素11,13,14を互いに接続することで第一遊星歯車機構10の差動を規制できるものであればよい。また、ブレーキBK1は、第一サンギア11の回転を規制するものには限定されない。ブレーキBK1は第一遊星歯車機構10の他の回転要素の回転を規制するものであってもよい。
また、切替装置は、第一遊星歯車機構10の出力要素の回転を規制する状態と、出力要素の回転を許容する状態とを切り替えることができるものであればよく、例示したクラッチCL1とブレーキBK1との組合せには限定されない。
本実施形態では、動力伝達機構および差動機構(出力側差動機構)がそれぞれ遊星歯車機構10,20であったが、これには限定されない。動力伝達機構は、他の公知の差動機構や複数のギア比に切り替えることが可能なギア機構であってもよい。また、出力側差動機構として、他の公知の差動機構が用いられてもよい。
動力伝達機構は、例えば、ツインクラッチ式のものであってもよい。例えば、動力伝達機構は、第一のクラッチを介して第一の変速比でエンジン1の回転を第二遊星歯車機構20に伝達する第一伝達部と、第二のクラッチを介して第二の変速比でエンジン1の回転を第二遊星歯車機構20に伝達する第二伝達部とを有するものであってもよい。第一の変速比と、第二の変速比とは、異なる。この動力伝達機構は、第一のクラッチあるいは第二のクラッチのいずれかを係合することで、エンジン1から第二遊星歯車機構20に動力を伝達することができる接続状態となる。また、動力伝達機構は、第一クラッチおよび第二クラッチを共に係合することで出力要素の回転が規制される。また、動力伝達機構は、第一クラッチおよび第二クラッチを共に開放することで、エンジン1と第二遊星歯車機構20との動力伝達が不能な中立状態となる。
こうした構成としては、例えば、第二遊星歯車機構20の入力要素に接続された一つの入力ギアと、この入力ギアにそれぞれ噛み合う第一ギアおよび第二ギアとを有するものがある。第一ギアは第一クラッチを介してエンジン1と接続されており、第二ギアは第二クラッチを介してエンジン1と接続されている。また、第一ギアと第二ギアとは歯数が異なる。第一伝達部は、第一ギア、第一クラッチおよび入力ギアを含んで構成される。第二伝達部は、第二ギア、第二クラッチおよび入力ギアを含んで構成される。第一クラッチが係合されると、第一伝達部によって、第一ギアと入力ギアとのギア比に応じた変速比でエンジン1の回転が第二遊星歯車機構20に伝達される。第二クラッチが係合されると、第二伝達部によって、第二ギアと入力ギアとのギア比に応じた変速比でエンジン1の回転が第二遊星歯車機構20に伝達される。また、第一クラッチおよび第二クラッチが共に係合された場合、第一伝達部と第二伝達部とのギア比の異なりにより入力ギアの回転が規制される。なお、第一伝達部および第二伝達部は、更に変速機構を含んでいてもよい。
本実施形態では、第一遊星歯車機構10に接続される機関がエンジン1であったが、これに代えて、他の公知の機関が第一遊星歯車機構10に接続されてもよい。
[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11は、第1変形例に係る車両100のスケルトン図である。本変形例のハイブリッド車両用駆動装置1−2において、上記実施形態のハイブリッド車両用駆動装置1−1と異なる点は、第一遊星歯車機構40がアンダドライブ変速とされている点、およびクラッチCL1およびブレーキBK1の配置である。
第一遊星歯車機構40の構成は、上記実施形態の第一遊星歯車機構10と同様のものとすることができる。第一遊星歯車機構40は、第一サンギア41、第一ピニオンギア42、第一リングギア43および第一キャリア44を有する。図11に示すように、入力軸2は、第一遊星歯車機構40の第一リングギア43と接続されている。また、第一遊星歯車機構40の第一キャリア44が第二キャリア24と接続されている。つまり、本変形例では、第一遊星歯車機構40の入力要素は第一リングギア43であり、出力要素は第一キャリア44である。
クラッチCL1は、上記実施形態と同様に第一サンギア41と第一キャリア44とを連結可能である。また、ブレーキBK1は、上記実施形態と同様に第一サンギア41の回転を規制することができる。本変形例では、クラッチCL1およびブレーキBK1は、第一遊星歯車機構40と第二遊星歯車機構20との間に配置されている。本変形例では、エンジン1と同軸上に、エンジン1から近い側から順に、第一遊星歯車機構40、クラッチCL1、ブレーキBK1、カウンタドライブギア25、第二遊星歯車機構20および第一回転電機MG1が配置されている。
第一遊星歯車機構40は、エンジン1の回転を減速して第一キャリア44から出力することができる。ブレーキBK1が係合され、かつクラッチCL1が開放されると、入力要素としての第一リングギア43の回転数よりも出力要素としての第一キャリア44の回転数が低いアンダドライブ状態となる。このときの第一遊星歯車機構40の変速比は、例えば、1.4とすることができる。
一方、クラッチCL1が係合され、かつブレーキBK1が開放されると、第一リングギア43の回転数と第一キャリア44の回転数とが等しくなる。
従って、本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1−2では、HVローモードのときはブレーキBK1が係合され、かつクラッチCL1が開放される。HVハイモードのときは、クラッチCL1が係合され、かつブレーキBK1が開放される。
本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1−2では、上記実施形態とは反対に、第二機械伝達変速比γ2は、第一機械伝達変速比γ1よりもローギア側の変速比となる。なお、第一機械伝達変速比γ1および第二機械伝達変速比γ2がいずれも変速比1よりもハイギア側の変速比であることは上記実施形態と共通である。
[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変形例のハイブリッド車両用駆動装置1−1,1−2は複軸式であったが、これに代えて単軸式とされてもよい。図12は、本変形例に係る車両100のスケルトン図である。
図12に示すように、本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1−3は、エンジン1、第一遊星歯車機構10、第一回転電機MG1、第二遊星歯車機構80および第二回転電機MG2が同軸上に配置された単軸式のものである。エンジン1に近い側から順に、ブレーキBK1、クラッチCL1、第一遊星歯車機構10、第一回転電機MG1、第二遊星歯車機構80、第二回転電機MG2が配置されている。
変速部の構成は、上記実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1の変速部の構成と同様とすることができる。第一回転電機MG1の回転軸33は、中空であり、その内部に連結軸85が挿入されている。連結軸85は、第一リングギア13と第二キャリア84とを接続している。第二遊星歯車機構80は、第二サンギア81、第二ピニオンギア82、第二リングギア83および第二キャリア84を有しており、上記実施形態の第二遊星歯車機構20と同様のものとすることができる。
第二リングギア83は、第二回転電機MG2の回転軸34と接続されている。回転軸34は、プロペラシャフトである。回転軸34における第二リングギア83側と反対側は、図示しない差動装置および駆動軸を介して駆動輪と接続されている。本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1−3は、例えば、FR(前置きエンジン後輪駆動)車両に適用可能である。
[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。本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1−4は、単軸式であって、FF車両あるいはRR車両に適用可能なものである。図13は、本変形例に係る車両100のスケルトン図である。
図13に示すように、本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1−4は、エンジン1、第一遊星歯車機構10、第二遊星歯車機構20、第三遊星歯車機構90、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2が同軸上に配置された単軸式のものである。エンジン1に近い側から順に、ブレーキBK1、クラッチCL1、第一遊星歯車機構10、カウンタドライブギア25、第二遊星歯車機構20、第三遊星歯車機構90、第二回転電機MG2、第一回転電機MG1が配置されている。
変速部の構成は、上記実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1−1の変速部の構成と同様とすることができる。第三遊星歯車機構90は、シングルピニオン式であり、第三サンギア91、第三ピニオンギア92、第三リングギア93を有する。第三ピニオンギア92を支持するキャリアは、回転不能に固定されている。第三リングギア93は、第二リングギア23およびカウンタドライブギア25と接続されている。第三サンギア91は、第二回転電機MG2の回転軸34と接続されている。第三遊星歯車機構90は、第二回転電機MG2の回転を減速して第三リングギア93から出力することができる。
[実施形態の第4変形例]
上記実施形態および各変形例では、第一遊星歯車機構10,40および第二遊星歯車機構20,80はいずれもシングルピニオン式であったが、これには限定されない。例えば、第一遊星歯車機構10,40あるいは第二遊星歯車機構20,80の少なくともいずれか一方がダブルピニオン式とされてもよい。例えば、第一遊星歯車機構10,40をダブルピニオン式の遊星歯車機構とすることができる。この場合、各共線図において、第一リングギア13,43の位置と第一キャリア14,44の位置とが入れ替わる。シングルピニオン式とダブルピニオン式とでは、変速部のオーバドライブとアンダドライブとが逆転する。
上記の実施形態および各変形例によれば、「機関と、変速部と、差動部とを備え、機関の出力軸が変速部の入力軸に連結され、この差動部の第1要素が変速部の出力軸に連結され、第2要素に第1回転機(電動機)が連結され、第3要素に第2回転機(電動機)が連結され、変速部の要素を係合して機関回転数を0に固定することが可能な駆動装置」が開示されている。
上記の実施形態および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 ハイブリッド車両用駆動装置
1 エンジン
10,40 第一遊星歯車機構
13,43 第一リングギア
14,44 第一キャリア
20,80 第二遊星歯車機構
21,81 第二サンギア
23,83 第二リングギア
24,84 第二キャリア
32 駆動輪
50 HV_ECU
60 MG_ECU
70 エンジン_ECU
100 車両
BK1 ブレーキ
CL1 クラッチ
MG1 第一回転電機
MG2 第二回転電機

Claims (6)

  1. 機関と接続され、前記機関の回転を伝達する動力伝達機構と、
    前記動力伝達機構と駆動輪とを接続する出力側差動機構と、
    前記動力伝達機構を変速させる切替装置とを備え、
    前記出力側差動機構は、前記動力伝達機構の出力要素に接続された第一回転要素と、第一回転電機に接続された第二回転要素と、第二回転電機および前記駆動輪に接続された第三回転要素とを有し、
    前記切替装置によって、前記動力伝達機構の出力要素の回転を規制して、前記第一回転電機および前記第二回転電機を動力源として走行するモードを有し、
    前記動力伝達機構は、入力側差動機構であり、
    前記切替装置は、前記動力伝達機構の回転要素同士を接続できるクラッチと、前記動力伝達機構の回転要素の回転を規制するブレーキとを有し、
    前記入力側差動機構と、前記クラッチと、前記ブレーキとによって変速部が構成されている
    ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
  2. 前記動力伝達機構は、前記機関の回転を増速して出力することができる
    請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  3. 前記動力伝達機構は、前記機関の回転を減速して出力することができる
    請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  4. 記切替装置は、前記動力伝達機構の差動を規制する状態と、前記動力伝達機構の差動を許容する状態とを切り替えて前記動力伝達機構を変速させる
    請求項1から3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  5. 前記動力伝達機構と前記出力側差動機構とを同時に変速させる
    請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  6. 前記動力伝達機構と前記出力側差動機構とを同時に変速させるときに、前記動力伝達機構および前記出力側差動機構の一方の変速比を増加させ、他方の変速比を減少させる
    請求項5に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
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