JP7184182B2 - ハイブリッド電気自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車に関する。
下記特許文献１は、ハイブリッド電気自動車の内燃機関及びモータを開示している。内燃機関及びモータは、車体の前部、即ち、エンジンコンパートメント内に搭載されている。モータは、回生発電を行う発電機としても機能する（従って、モータジェネレータ[motor-generator]とも呼ばれる）。エンジンコンパートメント内には、ステアリングギアボックスも搭載される。内燃機関及び電動機が大きなスペースを占めるので、ステアリングギアボックスは内燃機関及び電動機の後方に配置されている。より具体的には、駆動源である内燃機関及びモータから駆動輪である前輪へと延在するドライブシャフトよりも後方に配置されている。従って、転舵輪[steered road wheel]でもある前輪は、ドライブシャフトよりも後側でステアリングギアボックスのタイロッドによって押し引きされる。
日本国特開２０１６－７８６７２号公報
「操安性[driving stability]」、「操舵フィーリング[steering feeling]」及び「音振性能[noise and vibration]」の観点から、前輪（転舵輪）は、それらの中心よりも前側でステアリングギアボックスのタイロッドによって押し引きされるのが好ましいことが一般的に知られている。即ち、前輪駆動車の場合は、ドライブシャフトよりも前方にステアリングギアボックスを配置すると、上述した性能を高レベルにバランスさせることができる。しかし、特許文献１に開示されたハイブリッド電気自動車を含め、前輪駆動車ではエンジンコンパートメント内のスペース上の制約で、ドライブシャフトよりも前方にステアリングギアボックスを配置できない場合もある。
従って、本発明の目的は、操安性、操舵フィール及び音振性能を高レベルにバランスさせることのできる、前輪駆動形式のハイブリッド自動車を提供することである。
本発明の特徴によるハイブリッド電気自動車は、内燃機関で発電した電力を用いて、モータジェネレータでドライブシャフトを介して前輪を駆動する。内燃機関の下部が、モータジェネレータの下部に対して、車体の前方に離間して配置されている。ステアリングギアボックスが、内燃機関とモータジェネレータの間で、かつ、ドライブシャフトよりも前方に配置されている。
図１は、実施形態に係るハイブリッド電気自動車における車体の前部の概略平面図である。 図２は、上記前部の概略側面図である。 図３は、上記前部における内燃機関などのマウント位置を示す概略平面図である。 図４は、上記前部における内燃機関などのマウント位置を示す概略側面図である。
以下、図１～図４を参照しつつ実施形態に係るハイブリッド電気自動車について説明する。
本実施形態のハイブリッド電気自動車[hybrid electric vehicle]（ＨＥＶ）１は、図１及び図２に示されるように、車両の前部[front section]に、具体的にはエンジンコンパートメント内に、内燃機関（ＩＣＥ）２と、発電機[generator]３と、モータジェネレータ[motor-generator]（ＭＧ）４と、インバータ５とを備えている。発電機３は、増速ギアボックス６Ａを介してＩＣＥ２と機械的に接続されている。図１及び図２中の矢印ＦＲは、車体の前方を示している。ＭＧ４は、減速ギアボックス６Ｂを介して駆動輪[driving wheels]（前輪）９と機械的に接続されている。インバータ５は、発電機３及びＭＧ４の双方と電気的に接続されている。インバータ５は、図示されない高電圧バッテリとも電気的に接続されている。なお、ＨＥＶ１は、補機用の低電圧（１２Ｖ）バッテリも備えている。低電圧バッテリは、インバータ５に内蔵されたＤＣ／ＤＣコンバータを介して、高電圧バッテリと電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータからの出力は、低電圧バッテリを充電したり、補機に直接供給されたりする。電気的接続のためのワイヤリングハーネスは図示されていない。
エンジンコンパートメント内には、転舵輪としての前輪９を転舵させるステアリングギアボックス７も搭載されている。ステアリングギアボックス７は、車体の前部の下部に取り付けられたサスペンションメンバ８に取り付けられている。より詳しくは、サスペンションメンバ８は、車体の幅方向[lateral direction]に延在するクロスメンバ８Ａを有しており、ステアリングギアボックス７はクロスメンバ８Ａ上に設けられている。図示されていないが、サスペンションメンバ８には、前輪９のハブキャリアに連結されたサスペンションアームなども取り付けられている。ステアリングギアボックス７の両端からはタイロッド７Ａが導出されており、各タイロッド７Ａの外側端が前輪９のハブキャリアに接続されている。また、ステアリングギアボックス７には、ステアリングホイールの回転を伝えるステアリングシャフト７Ｂも接続されている。
本実施形態のＨＥＶ１は、前輪駆動車である。従って、駆動輪としての前輪９には、ドライブシャフト１０の外側端がそれぞれ接続されている。ドライブシャフト１０の内側端は、上述した減速ギアボックス６Ｂに接続されている。ＭＧ４の出力（駆動力）は、減速ギアボックス６Ｂ及びドライブシャフト１０を介して、前輪（駆動輪）９に伝達される。即ち、ＭＧ４は、ドライブシャフト１０（及び減速ギアボックス６Ｂ）を介して、前輪９と機械的に接続されている。なお、ＨＥＶ１の減速時にＭＧ４で回生発電された電力も、インバータ５を介して高電圧バッテリに供給され得る。
本実施形態のＨＥＶ１は、シリーズハイブリッドシステムを採用している。ＩＣＥ２の出力（駆動力）は前輪（駆動輪）９に伝達されることはなく、増速ギアボックス６Ａを介して発電機３に伝達される。即ち、発電機３は、ＩＣＥ２と機械的に接続されている。発電機３によって発電された電力は、インバータ５を介して、ＭＧ４又は（及び）高電圧バッテリに供給される。高電圧バッテリに蓄えられた電力をＭＧ４に供給することもできる。本実施形態のＩＣＥ２の出力（駆動力）は、ＨＥＶ１を駆動することはなく、発電にのみ用いられる。従って、ＩＣＥ２は、発電装置の一部として機能している。
発電機３のアルミ合金製のハウジングは、増速ギアボックス６Ａのアルミ合金製のハウジングと剛結されている[rigidly attached]。ＩＣＥ２のアルミ合金製（又は鋳鉄製）のエンジンブロックも、発電機３とは反対側で、増速ギアボックス６Ａのハウジングと剛結されている。ＭＧ４のアルミ合金製のハウジングは、減速ギアボックス６Ｂのアルミ合金製のハウジングと剛結されている。インバータ５もアルミ合金製のハウジングを有している。インバータ５は、発電機３及びＭＧ４の双方と電気的に接続されるため、発電機３及びＭＧ４の双方の上方に配置されている。
図３及び図４（模式図）を参照しつつ、ＩＣＥ２、発電機３及びＭＧ４などの車体へのマウントについて説明する。直列に剛結されたＩＣＥ２、増速ギアボックス６Ａ及び発電機３の両端は、車体の前後方向[longitudinal]に延在する一対のサイドメンバ１２にマウントされる。具体的には、発電機３が発電機マウント１３Ａを介して左サイドメンバ１２にマウントされ、ＩＣＥ２がエンジンマウント１３Ｂを介して右サイドメンバ１２にマウントされる。また、真ん中の増速ギアボックス６Ａの底部が、ギアボックスマウント１３Ｃを介して、サイドメンバ１２下方のサスペンションメンバ８の前縁（即ち、クロスメンバ８Ａ：図１参照）にマウントされる。ギアボックスマウント１３Ｃは、いわゆるトルクロッドとして機能し、発進時や加減速時のＩＣＥ２の前後方向の揺動を規制する。
一方、互いに剛結されたＭＧ４及び減速ギアボックス６Ｂは、車体の左側に、即ち、発電機３の後方に配置されている。ＭＧ４の左前底部が、ＭＧマウント１３Ｄを介してサスペンションメンバ８にマウントされる。同様に、減速ギアボックス６Ｂの右前底部が、ギアボックスフロントマウント１３Ｅを介してサスペンションメンバ８にマウントされ、減速ギアボックス６Ｂ左後底部が、ギアボックスリアマウント１３Ｆを介してサスペンションメンバ８にマウントされる。ＭＧ４及び減速ギアボックス６Ｂは、前輪９からのトルク反力によって発進時や加減速時に前後方向に瑶動するが、ギアボックスフロントマウント１３Ｅ及びギアボックスリアマウント１３Ｆでこの揺動を規制する。
次に、ＩＣＥ２、発電機３及びＭＧ４などの配置について説明する。本実施形態では、発電装置としてのＩＣＥ２及び発電機３は、駆動機構としてのＭＧ４と分離されている[separated]。（発電装置と駆動機構とは、ワイヤリングハーネスなどを介して電気的には接続されている。）このため、ＩＣＥ２の振動と、駆動系の振動（ＭＧ４の振動及び路面からの振動）を分離することができる。２つの振動が互いに干渉することがないので、音振性能上都合がいい。また、ＩＣＥ２は始動時や停止時にはシェイクするし、ＭＧ４及び減速ギアボックス６Ｂはトルク反力によって前後に揺動する。このため、発電装置と駆動機構とを分離することで両者の接触を確実に防止できる。
ここで、図２に示されるように、ＭＧ４及び減速ギアボックス６Ｂ（並びにインバータ５）は前傾されており、ＩＣＥ２の下部とＭＧ４の下部とが離間されている[distanced]。言い換えれば、ＩＣＥ２の下部が、ＭＧ４の下部に対して、車体の前方に離間して配置されている。このため、ＩＣＥ２の下部とＭＧ４の下部との間に、ステアリングギアボックス７を幅方向に延在させるための空間が形成される。この結果、ドライブシャフト１０よりも前方にステアリングギアボックス７を配置でき、操安性、操舵フィール及び音振性能を高レベルにバランスさせることができる。
ＩＣＥ２の下部とＭＧ４の下部とが離間されるのと同様に、ＩＣＥ２の上部とＭＧ４の上部とも離間されている（接触・結合していない）。言い換えれば、ＩＣＥ２の上部が、ＭＧ４の上部に対して、車体の前方に離間して配置されている。しかし、上述したように、ＭＧ４及び減速ギアボックス６Ｂが前傾されているので、ＩＣＥ２の上部とＭＧ４の上部との前後方向の距離は、ＩＣＥ２の下部とＭＧ４の下部との前後方向の距離よりも短い。この結果、ＭＧ４（及びインバータ５）の後方に空間を形成できる。本実施形態のＨＥＶ１は左前席が運転席であるので、ＭＧ４の後方空間にブレーキのマスタシリンダを配置しても、上述したＭＧ４の揺動でＭＧ４とマスタシリンダとが接触することがない。
本実施形態のＩＣＥ２は発電に特化されており、小排気量のレスシリンダエンジンである（例えば、１．２～１．５リッターの３気筒）。しかし、内燃機機関であるので、発電機３やＭＧ４よりも大きな質量を有している。従って、本実施形態では、ＩＣＥ２を車体の右側に搭載するとともに、発電機３及びＭＧ４を左側に搭載している。即ち、ＭＧ４の前方に発電機３が配されている。この結果、車体の前部の左右の質量をバランスさせることができる。この質量バランスは、操安性や操舵フィールに都合がいい。また、ＩＣＥ２の後方、かつ、ＭＧ４の右側にスペースを形成でき、このスペースにＩＣＥ２の排気系を配置できる。近年の排気系では早期暖気のためにＩＣＥ２のすぐ下流に体積の大きな排気浄化触媒が配置されるので、エンジンコンパートメント内のスペース効率が向上する。
本実施形態に係るＨＥＶ１では、ＩＣＥ２の下部がＭＧ４の下部に対して前方に離間して配置され、かつ、ステアリングギアボックス７が、ＩＣＥ２とＭＧ４の間で、かつ、ドライブシャフト１０よりも前方に配置されている。即ち、ＩＣＥ２の下部とＭＧ４の下部との間に形成された空間にステアリングギアボックス７が配置され、ドライブシャフト１０はステアリングギアボックス７よりも後方に位置する。このようにすることで、ステアリング機構各部の取り付け剛性を低下させることなく、旋回外側前輪にコンプライアンスステアによるトーアウトを実現でき、操安性、操舵フィール及び音振性能を高レベルにバランスさせることができる。これらの３つの性能は、トレードオフの関係にあるが、本実施形態によれば、高レベルにバランスさせることができる。
また、本実施形態に係るＨＥＶ１では、ＩＣＥ２の上部もＭＧ４の上部に対して前方に離間して配置され、上部でのＩＣＥ２とＭＧ４との前後方向の距離が、下部でのＩＣＥ２とＭＧ４との前後方向の距離よりも短い。従って、下部ではステアリングギアボックス７の搭載のためにＩＣＥ２とＭＧ４とが離間されたが、上部ではＩＣＥ２とＭＧ４との間の距離を短くして、エンジンコンパートメント内のスペース効率を向上させることができる。また、ＩＣＥ２及びＭＧ４の前後方向の揺動を考慮すると、上部周囲に空間的余裕を設けることができる。
さらに、本実施形態に係るＨＥＶ１では、ＭＧ４の前方に発電機３が配されている。ＩＣＥ２はサイドメンバ１２の一方にマウントされ、発電機３はサイドメンバ１２の他方にマウントされている。ステアリングギアボックス７はサスペンションメンバ８のクロスメンバ８Ａに取り付けられている。ＭＧ４及び減速ギアボックス６Ｂがサスペンションメンバ８にマウントされている。車体の幅方向に一側に質量の大きなＩＣＥ２を搭載すると共に他側に発電機３及びＭＧ４を搭載することで、車体の前部の左右の質量をバランスさせることができる。この質量バランスは、操安性や操舵フィールに都合がいい。
さらに、ＭＧ４に付随する減速ギアボックス６Ｂにドライブシャフト１０が接続されるが、減速ギアボックス６Ｂを幅方向のほぼ中央に搭載できる。従って、一対のドライブシャフト１０の長さを同じにできる。これも、操安性や操舵フィールに都合がいい。そして、ドライブシャフト１０が接続され、前輪（駆動輪）９からトルク反力を受ける減速ギアボックス６Ｂ（及びＭＧ４）をサスペンションメンバ８にマウントすることで、駆動系の振動を吸収・減衰できる。特に、ＭＧ４は回転開始時から高トルクが得られるので、減速ギアボックス６Ｂ（及びＭＧ４）をサスペンションメンバ８にマウントすることは音振性能に都合がいい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。上記実施形態では、ＩＣＥ２が車体の右側に搭載され、ＭＧ４が左側に搭載された。しかし、ＩＣＥ２が車体の左側に搭載され、ＭＧ４が右側に搭載されてもよい。また、いずれの場合も、運転席は、左前席でもよいし、右前席でもよい。さらに、上記実施形態では、発電機３とＭＧ４とは完全に分離されていた。上述したように音振性能の観点からはこのような構成が好ましいが、ステアリングギアボックス７の搭載のためにＩＣＥ２（発電機３）の下部とＭＧ４の下部とが離間されてさえいれば、それらの上部が結合されてもよい。例えば、ＩＣＥ２のエンジンブロック、並びに、増速ギアボックス６Ａ、発電機３、ＭＧ４及びインバータ５のハウジングが、一体的に形成されたり剛結されたりしていてもよい。
１ ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）
２ 内燃機関（ＩＣＥ）
３ 発電機
４ モータジェネレータ（ＭＧ）
６Ａ 増速ギアボックス
６Ｂ 減速ギアボックス
７ ステアリングギアボックス
８ サスペンションメンバ
８Ａ クロスメンバ
９ 前輪（駆動輪：転舵輪）
１０ ドライブシャフト
１２ サイドメンバ
１３Ａ 発電機マウント
１３Ｂ エンジンマウント
１３Ｃ ギアボックスマウント
１３Ｄ ＭＧマウント
１３Ｅ ギアボックスフロントマウント
１３Ｆ ギアボックスリアマウント

Claims (3)

  1. ハイブリッド電気自動車であって、
    車体の前部に搭載された、ドライブシャフトを介して駆動輪である前輪と機械的に接続されたモータジェネレータと、
    前記車体の前記前部に搭載され、前記モータジェネレータに供給される電力を発電するための内燃機関と、
    前記車体の幅方向に延在する、前記前輪を転舵させるステアリングギアボックスと、を備えており、
    前記内燃機関の下部が、前記モータジェネレータの下部に対して、前記車体の前方に離間して配置され、
    前記ステアリングギアボックスが、前記車体の前後方向において前記内燃機関と前記モータジェネレータの間で、かつ、前記ドライブシャフトよりも前記車体の前方に配置されている、ハイブリッド電気自動車。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド電気自動車であって、
    前記内燃機関の上部が、前記モータジェネレータの上部に対して、前記車体の前方に離間して配置され、
    前記内燃機関の前記上部と前記モータジェネレータの前記上部との前記前後方向の距離が、前記内燃機関の前記下部と前記モータジェネレータの前記下部との前記前後方向の距離よりも短い、ハイブリッド電気自動車。
  3. 請求項２に記載のハイブリッド電気自動車であって、
    前記車体の前記前部に、前記前後方向に延在する一対のサイドメンバと、
    前記一対のサイドメンバの下方で前記車体に取り付けられたサスペンションメンバと、
    増速ギアボックスを介して前記内燃機関と剛結された発電機と、
    前記モータジェネレータと剛結され、前記ドライブシャフトが接続される減速ギアボックスと、をさらに備えており、
    前記サスペンションメンバが、前記ステアリングギアボックスが取り付けられた、前記幅方向に延在するクロスメンバを有しており、
    前記モータジェネレータの前記車体の前方に、前記発電機が配されており、
    前記内燃機関は前記サイドメンバの一方にマウントされ、
    前記発電機が前記サイドメンバの他方にマウントされ、
    前記モータジェネレータ及び前記減速ギアボックスが前記サスペンションメンバにマウントされている、ハイブリッド電気自動車。
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