JPWO2014184853A1 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の駆動装置(10A)は、キャリア(C1)が内燃機関(11)と接続され、サンギヤ(S1)が第1MG12と接続され、リングギヤ(R1)が第1ドライブギヤ(24)及び第1ドリブンギヤ(25)を介してカウンタ軸(15)と回転伝達可能に接続された第1遊星歯車機構(21)と、サンギヤ(S2)にブレーキ(23)が設けられ、キャリア(C2)が内燃機関(11)と接続され、リングギヤ(R2)が第2ドライブギヤ(26)及び第2ドリブンギヤ(27)を介してカウンタ軸(15)と回転伝達可能に接続された第2遊星歯車機構(22)と、を備えている。そして、第1ドライブギヤ(24)と第1ドリブンギヤ(25)のギヤ比(γ1)には、第2ドライブギヤ(26)と第2ドリブンギヤ(27)のギヤ比(γ2)より大きい値が設定されている。

Description

本発明は、差動機構及びモータ・ジェネレータにて内燃機関の回転を変速して駆動輪に伝達可能なハイブリッド車両用駆動装置に関する。
内燃機関、モータ・ジェネレータ、及び出力軸を遊星歯車機構の互いに異なる回転要素と接続し、遊星歯車機構及びモータ・ジェネレータで内燃機関の回転数と出力軸の回転数との比、すなわち変速比を連続的に変化させるハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両の駆動装置として、2つの遊星歯車機構とブレーキとを備え、これらにより変速比を連続的に変化させる無段変速状態と、内燃機関の回転数が出力軸の回転数より小さくなるオーバードライブ状態とを実現する装置が知られている(特許文献1参照)。この特許文献1の装置では、無段変速状態の場合に、回転伝達に使用される遊星歯車機構が2つの遊星歯車機構のうちの一方のみになる。そのため、機械損失が抑制される。
特開2004−345527号公報
特許文献1の装置では、オーバードライブ状態の場合に2つの遊星歯車機構の両方を用いて内燃機関の回転が出力軸に伝達される。そのため、機械損失をさらに低減する余地がある。
そこで、本発明は、従来よりも機械損失を低減することが可能なハイブリッド車両用駆動装置を提供することを目的とする。
本発明の駆動装置は、内燃機関と、モータ・ジェネレータと、駆動輪と動力伝達可能に接続された出力部材と、相互に差動回転可能な第1回転要素、第2回転要素、及び第3回転要素を有し、共線図上において前記第1回転要素と前記第2回転要素の間に前記第3回転要素が配置される第1差動機構と、相互に差動回転可能な第1回転要素、第2回転要素、及び第3回転要素を有し、共線図上において前記第1回転要素と前記第2回転要素の間に前記第3回転要素が配置される第2差動機構と、前記第2差動機構の第1回転要素を回転不能にロックするロック状態と、前記第2差動機構の第1回転要素の回転を許容する解放状態とに切り替え可能なロック手段と、を備え、前記内燃機関の出力軸、前記第1差動機構の第3回転要素、及び前記第2差動機構の第3回転要素が一体回転するように連結され、前記モータ・ジェネレータの出力軸と前記第1差動機構の第1回転要素とが一体回転するように連結され、前記第1差動機構の第2回転要素が、前記出力部材と第1回転伝達経路を介して回転伝達可能に接続され、前記第2差動機構の第2回転要素が、前記出力部材と第2回転伝達経路を介して回転伝達可能に接続され、前記第1回転伝達経路は、前記第1差動機構の第2回転要素から前記出力部材に回転が第1変速比で変速されて伝達されるように形成され、前記第2回転伝達経路は、前記第2差動機構の第2回転要素から前記出力部材に回転が前記第1変速比より小さい第2変速比で変速されて伝達されるように形成されている。
本発明の駆動装置では、ロック手段を解放状態に切り替え、モータ・ジェネレータで反力を発生させることにより、第1差動機構のみを介して内燃機関の回転を出力部材に伝達できる。そして、この場合には、モータ・ジェネレータの回転数を変化させることにより、内燃機関の回転数と出力部材の回転数との間の変速比を連続的に変更できる。すなわち、駆動装置を無段変速状態にすることができる。一方、ロック手段をロック状態に切り替え、モータ・ジェネレータのトルクをゼロにすることにより、第2差動機構のみを介して内燃機関の回転を出力部材に伝達できる。そして、このようにロック手段をロック状態に切り替えることにより、内燃機関の回転数を出力部材の回転数より低くできる。そのため、駆動装置をオーバードライブ状態にすることができる。このように本発明の駆動装置によれば、無段変速状態及びオーバードライブ状態のいずれの状態でも内燃機関の回転が一方の差動機構のみを介して伝達される。そのため、従来よりも機械損失を低減できる。
本発明の駆動装置の一形態においては、前記内燃機関、前記モータ・ジェネレータ、前記第1差動機構、前記第2差動機構、及び前記ロック手段が、同軸に配置され、前記第1差動機構及び前記第2差動機構は、前記内燃機関と前記モータ・ジェネレータとの間に配置され、前記ロック手段は、前記モータ・ジェネレータ、前記第1差動機構、及び前記第2差動機構を挟んで前記内燃機関と反対の側に配置されていてもよい。この形態によれば、ロック手段がモータ・ジェネレータと内燃機関との間に配置されないので、ロック手段の外径を小さくできる。そのため、ロック手段を小型化できる。
本発明の駆動装置の一形態においては、前記車両の速度が予め設定した所定の判定速度以上の場合に、前記ロック手段を前記ロック状態に切り替えるとともに前記モータ・ジェネレータのトルクをゼロにする制御手段をさらに備えていてもよい。このようにロック手段及びモータ・ジェネレータを制御することにより、車両が高速走行しているときに駆動装置をオーバードライブ状態にすることができる。これにより内燃機関の回転数を低下させることができるので、燃費を向上させることができる。
本発明の第1の形態に係る駆動装置を示す図。 第1の形態に係る駆動装置が無段変速モードのときの共線図の一例を示す図。 第1の形態に係る駆動装置がオーバードライブモードのときの共線図の一例を示す図。 本発明の第2の形態に係る駆動装置を示す図。
(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スケルトン図を示している。この駆動装置10Aは、ハイブリッド車両1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。)11と、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。)12と、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。)13とを備えている。エンジン11は、ハイブリッド車両に搭載される周知の火花点火式内燃機関である。そのため、詳細な説明を省略する。第1MG12及び第2MG13は、電動機及び発電機として機能する周知のモータ・ジェネレータである。第1MG12は、ロータ軸12aと一体回転するロータ12bと、ロータ12bの外周に同軸に配置されてケース(不図示)に固定されたステータ12cとを備えている。第2MG13も同様に、ロータ軸13aと一体回転するロータ13bと、ロータ13bの外周に同軸に配置されてケースに固定されたステータ13cとを備えている。
エンジン11の出力軸11a及び第1MG12のロータ軸12aは、動力分割機構20と接続されている。動力分割機構20には、車両1の駆動輪2に動力を出力するための出力部14も接続されている。出力部14は、出力部材としてのカウンタ軸15と、カウンタ軸15と一体に回転する出力ギヤ16とを備えている。出力ギヤ16は、デファレンシャル機構17のケースに設けられたリングギヤ17aと噛み合っている。デファレンシャル機構17は、リングギヤ17aに伝達された動力を左右の駆動輪2に分配する周知の機構である。
動力分割機構20は、第1遊星歯車機構21と、第2遊星歯車機構22とを備えている。これらの遊星歯車機構21、22はシングルピニオン型の遊星歯車機構である。第1遊星歯車機構21は、外歯歯車であるサンギヤS1と、サンギヤS1に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギヤR1と、これらのギヤS1、R1に噛み合うピニオンギヤP1を自転可能かつサンギヤS1の周囲を公転可能に保持するキャリアC1とを備えている。以降では、これら第1遊星歯車機構21のサンギヤS1を第1サンギヤS1と呼び、リングギヤR1を第1リングギヤR1と呼び、キャリアC1を第1キャリアC1と呼ぶことがある。第2遊星歯車機構22も同様に、外歯歯車であるサンギヤS2と、サンギヤS2に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギヤR2と、これらのギヤS2、R2に噛み合うピニオンギヤP2を自転可能かつサンギヤS2の周囲を公転可能に保持するキャリアC2とを備えている。以降では、これら第2遊星歯車機構22のサンギヤS2を第2サンギヤS2と呼び、リングギヤR2を第2リングギヤR2と呼び、キャリアC2を第2キャリアC2と呼ぶことがある。第1遊星歯車機構21及び第2遊星歯車機構22は、サンギヤ、キャリア、及びリングギヤの間の変速比が互いに同じになるように構成されている。
この図に示すように、第1キャリアC1及び第2キャリアC2は、エンジン11の出力軸11aと一体回転するように連結されている。第1サンギヤS1は、第1MG12のロータ軸12aと連結されている。第2サンギヤS2は、ブレーキ23と連結されている。このブレーキ23は、第2サンギヤS2を回転不能にロックするロック状態と、第2サンギヤS2の回転を許容する解放状態とに切り替えることができる。なお、ブレーキ23には周知の摩擦ブレーキ等を使用すればよい。そのため、ブレーキ23の詳細な説明は省略する。
この図に示すようにエンジン11、第1MG12、第1遊星歯車機構21、第2遊星歯車機構22、及びブレーキ23は、同軸に配置される。そして、第1遊星歯車機構21及び第2遊星歯車機構22は、エンジン11と第1MG12の間に配置される。ブレーキ23は、第1MG12、第1遊星歯車機構21、及び第2遊星歯車機構22を挟んでエンジン11と反対の側に配置される。すなわち、ブレーキ23はエンジン11と第1MG12とに挟まれないように配置される。
第1リングギヤR1は、第1ドライブギヤ24と一体回転するように連結されている。この第1ドライブギヤ24は、カウンタ軸15に設けられた第1ドリブンギヤ25と噛み合っている。また、第2リングギヤR2は、第2ドライブギヤ26と一体回転するように連結されている。第2ドライブギヤ26は、カウンタ軸15に設けられた第2ドリブンギヤ27と噛み合っている。第1ドライブギヤ24と第1ドリブンギヤ25のギヤ比γ1には、第2ドライブギヤ26と第2ドリブンギヤ27のギヤ比γ2より大きい値が設定されている。すなわち、これらのギヤ比はγ1>γ2の関係を有している。
第2MG13のロータ軸13aには、第3ドライブギヤ28が設けられている。ドライブギヤ28は、カウンタ軸15に設けられた第3ドリブンギヤ29と噛み合っている。
この駆動装置10Aでは、ブレーキ23の状態を切り替えることにより無段変速モード及びオーバードライブモードが実現される。無段変速モードでは、ブレーキ23を解放状態に切り替える。図2は、無段変速モードのときの駆動装置10Aの共線図の一例を示している。この図において、「ENG」はエンジン11を示し、「OUT」はカウンタ軸15を示し、「MG1」は第1MG12を示している。そして、実線L1は第1遊星歯車機構21の各回転要素の関係を示し、破線L2は第2遊星歯車機構22の各回転要素の関係を示している。「ρ」は第1キャリアC1と第1リングギヤR1との間の変速比を示している。この図に示すように第1サンギヤS1と第1キャリアC1との間の変速比を「1」とした場合に、変速比ρには1より小さい値が設定される。なお、この図では第1MG12の回転数が0のときの共線図を示している。
上述したように無段変速モードではブレーキ23を解放状態に切り替えるので、第2サンギヤS2が空転する。そのため、エンジン11の回転は、第1遊星歯車機構21のみを介してカウンタ軸15に伝達される。そして、この場合には、第1MG12の回転数を適宜に調整することにより、エンジン11の回転数とカウンタ軸15の回転数との比(変速比)を連続的に変更できる。一方、第2サンギヤS2が空転するため、第2遊星歯車機構22はエンジン11の回転の伝達に寄与しない。
オーバードライブモードでは、ブレーキ23をロック状態に切り替える。そして、第1MG12のトルクをゼロにする。すなわち、第1MG12を空転させる。図3は、オーバードライブモードのときの駆動装置10Aの共線図の一例を示している。なお、この図において図2と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。このモードでは、ブレーキ23をロック状態に切り替えるので、第2サンギヤS2が回転不能にロックされる。そして、第1MG12が空転するので、エンジン11の回転は第2遊星歯車機構22のみを介してカウンタ軸15に伝達される。この図に示したように、オーバードライブモードでは、カウンタ軸15の回転数がエンジン11の回転数よりも高くなる。そのため、駆動装置10Aは、オーバードライブ状態になる。一方、第1MG12が空転するため、第1遊星歯車機構21はエンジン11の回転の伝達に寄与しない。なお、上述したように第2サンギヤS2と第2キャリアC2との間の変速比を1とした場合に、第2キャリアC2と第2リングギヤR2との間の変速比ρには1より小さい値が設定される。そのため、オーバードライブモードに切り替えた場合に、第2サンギヤS2の回転数と第1サンギヤS1の回転数との差を小さくできる。従って、第1MG12の回転数を小さくできる。
上述したように無段変速モードでは、第1遊星歯車機構21からトルクが出力される。一方、オーバードライブモードでは、第2遊星歯車機構22からトルクが出力される。ただし、いずれのモードでもトルクは最終的に同一のカウンタ軸15に入力される。第1遊星歯車機構21の回転数及び第2遊星歯車機構22の回転数は、いずれのモードでも同じになる。そのため、カウンタ軸15の出力としては変化しない。ただし、オーバードライブモードでは、エンジン11の回転数が低下する。そのため、第2遊星歯車機構22の3つの回転要素でオーバードライブ状態を作っていることになる。
ブレーキ23は、車両制御装置30にて制御される。車両制御装置30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ユニットとして構成されている。車両制御装置30は、車両1を適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。車両制御装置30は、これらのプログラムを実行することによりエンジン11及び各MG12、13等の制御対象に対する制御を行っている。車両制御装置30には、車両1に係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。車両制御装置30には、例えば車速センサ31が接続されている。車速センサ31は、車両1の速度(車速)に対応した信号を出力する。この他にも車両制御装置30には種々のセンサやスイッチ等が接続されているが、それらの図示は省略した。
車両制御装置30は、車速に基づいて駆動装置10Aのモードを切り替える。車両制御装置30は、車速が予め設定した判定速度以上の場合にブレーキ23をロック状態に切り替える。これにより駆動装置10Aのモードがオーバードライブモードに切り替わる。なお、判定速度は、車両1が高速走行しているか否か判定する基準として設定される。一方、車両制御装置30は、車速が判定速度未満の場合にブレーキ23を解放状態に切り替える。これにより駆動装置10Aのモードが無段変速モードに切り替わる。
以上に説明したように、この形態では、図3に示したように実質的に第2遊星歯車機構22の3つの回転要素でオーバードライブモードが実現できる。また、無段変速モードも、第1遊星歯車機構21の3つの回転要素で実現できる。そのため、無段変速モード及びオーバードライブモードのいずれのモードでもエンジン11の回転が1つの遊星歯車機構のみを介してカウンタ軸15に伝達される。従って、機械損失を低減することができる。
また、図1に示したようにブレーキ23は、エンジン11と第1MG12とに挟まれないように配置される。この場合、ブレーキ23の外径を小さくすることができる。そのため、ブレーキ23を小型化することができる。
車両1が高速走行している場合には、ブレーキ23をロック状態に切り替え、かつ第1MG12のトルクをゼロにする。これにより駆動装置10Aのモードがオーバードライブモードに切り替えるので、エンジン11の回転数を低下させることができる。そのため、燃費を向上させることができる。
この形態では、第1MG12が本発明のモータ・ジェネレータに対応する。第1遊星歯車機構21が本発明の第1差動機構に対応する。第1サンギヤS1が本発明の第1差動機構の第1回転要素に対応する。第1リングギヤR1が本発明の第1差動機構の第2回転要素に対応する。第1キャリアC1が本発明の第1差動機構の第3回転要素に対応する。第2遊星歯車機構22が本発明の第2差動機構に対応する。第2サンギヤS2が本発明の第2差動機構の第1回転要素に対応する。第2リングギヤR2が本発明の第2差動機構の第2回転要素に対応する。第2キャリアC2が本発明の第2差動機構の第3回転要素に対応する。ブレーキ23が本発明のロック手段に対応する。車両制御装置30が本発明の制御手段に対応する。この形態では、第1ドライブギヤ24及び第1ドリブンギヤ25にて、本発明の第1回転伝達経路が形成される。また、第2ドライブギヤ26及び第2ドリブンギヤ27にて、本発明の第2回転伝達経路が形成される。
(第2の形態)
次に図4を参照して本発明の第2の形態に係る駆動装置について説明する。図4は、この形態に係る駆動装置10Bのスケルトン図を示している。なお、この図において図1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、第1リングギヤR1の外周面に外歯T1が設けられている。以下、この外歯T1を第1外歯と称することがある。また、第2リングギヤR2の外周面にも外歯T2が設けられている。以下、この外歯T2を第2外歯と称することがある。また、第1リングギヤR1は、第2リングギヤR2よりも外径が小さくなるように形成されている。そのため、第1外歯T1の歯数は、第2外歯T2の歯数より少ない。なお、第1リングギヤR1の内径と第2リングギヤR2の内径とは同じであり、これらリングギヤR1、R2の内歯の歯数は同じである。
この図に示すように、第1リングギヤR1及び第2リングギヤR2の径方向外側には、それらリングギヤR1、R2の軸線と平行になるように伝達軸40が設けられている。伝達軸40には、第1中間ギヤ41及び第2中間ギヤ42が設けられている。第1中間ギヤ41は、第1外歯T1と噛み合っている。第2中間ギヤ42は、第2外歯T2と噛み合っている。そして、第1外歯T1と第1中間ギヤ41のギヤ比γ11には、第2外歯T2と第2中間ギヤ42のギヤ比γ12より大きい値が設定されている。すなわち、これらのギヤ比は、γ11>γ12の関係を有している。そのため、第1リングギヤR1の回転数は、第2リングギヤR2の回転数よりも低くなる。
この駆動装置10Bでも、ブレーキ23の状態を切り替えることにより無段変速モード及びオーバードライブモードとが実現される。無段変速モードでは、ブレーキ23を解放状態に切り替える。そのため、第2サンギヤS2が空転する。この場合、エンジン11の回転は、第1遊星歯車機構21、伝達軸40、第2リングギヤR2、及び第2ドライブギヤ26を介してカウンタ軸15に伝達される。この際、第2リングギヤR2は、第2中間ギヤ42の回転を第2ドライブギヤ26に伝達する部材としてしか機能しない。そのため、この無段変速モードでも、第2遊星歯車機構22はエンジン11の回転の伝達に寄与しない。
オーバードライブモードでは、ブレーキ23をロック状態に切り替える。そして、第1MG12のトルクをゼロにする。この場合、エンジン11の回転は、第2遊星歯車機構22及び第2ドライブギヤ26を介してカウンタ軸15に伝達される。そのため、第1遊星歯車機構21はエンジン11の回転の伝達に寄与しない。
なお、この形態でも、ブレーキ23は車両制御装置30にて制御される。車両制御装置30は、車速が判定速度以上の場合にブレーキ23をロック状態に切り替える。これにより駆動装置10Bのモードがオーバードライブモードに切り替わる。一方、車両制御装置30は、車速が判定速度未満の場合にブレーキ23を解放状態に切り替える。これにより駆動装置10Bのモードが無段変速モードに切り替わる。
以上に説明したように、この形態でも、無段変速モード及びオーバードライブモードの両方のモードでエンジン11の回転が1つの遊星歯車機構のみを介してカウンタ軸15に伝達される。従って、機械損失を低減することができる。また、ブレーキ23がエンジン11と第1MG12とに挟まれないように配置される。そのため、ブレーキ23を小型化することができる。そして、車両1が高速走行している場合には、駆動装置10Bのモードがオーバードライブモードに切り替えるので、燃費を向上させることができる。
この形態では、第1中間ギヤ41、伝達軸40、第2中間ギヤ42、第2リングギヤR2、第2ドライブギヤ26、及び第2ドリブンギヤ27にて本発明の第1の回転伝達経路が形成される。
本発明は、上述した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、本発明の駆動装置に設けられる遊星歯車機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構に限定されない。本発明の駆動装置では、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を使用してもよい。ただし、この場合には各形態におけるリングギヤとキャリアの接続先が適宜に変更される。

Claims (3)

  1. 内燃機関と、
    モータ・ジェネレータと、
    駆動輪と動力伝達可能に接続された出力部材と、
    相互に差動回転可能な第1回転要素、第2回転要素、及び第3回転要素を有し、共線図上において前記第1回転要素と前記第2回転要素の間に前記第3回転要素が配置される第1差動機構と、
    相互に差動回転可能な第1回転要素、第2回転要素、及び第3回転要素を有し、共線図上において前記第1回転要素と前記第2回転要素の間に前記第3回転要素が配置される第2差動機構と、
    前記第2差動機構の第1回転要素を回転不能にロックするロック状態と、前記第2差動機構の第1回転要素の回転を許容する解放状態とに切り替え可能なロック手段と、を備え、
    前記内燃機関の出力軸、前記第1差動機構の第3回転要素、及び前記第2差動機構の第3回転要素が一体回転するように連結され、
    前記モータ・ジェネレータの出力軸と前記第1差動機構の第1回転要素とが一体回転するように連結され、
    前記第1差動機構の第2回転要素が、前記出力部材と第1回転伝達経路を介して回転伝達可能に接続され、
    前記第2差動機構の第2回転要素が、前記出力部材と第2回転伝達経路を介して回転伝達可能に接続され、
    前記第1回転伝達経路は、前記第1差動機構の第2回転要素から前記出力部材に回転が第1変速比で変速されて伝達されるように形成され、
    前記第2回転伝達経路は、前記第2差動機構の第2回転要素から前記出力部材に回転が前記第1変速比より小さい第2変速比で変速されて伝達されるように形成されている、ハイブリッド車両用駆動装置。
  2. 前記内燃機関、前記モータ・ジェネレータ、前記第1差動機構、前記第2差動機構、及び前記ロック手段が、同軸に配置され、
    前記第1差動機構及び前記第2差動機構は、前記内燃機関と前記モータ・ジェネレータとの間に配置され、
    前記ロック手段は、前記モータ・ジェネレータ、前記第1差動機構、及び前記第2差動機構を挟んで前記内燃機関と反対の側に配置されている請求項1に記載の駆動装置。
  3. 前記車両の速度が予め設定した所定の判定速度以上の場合に、前記ロック手段を前記ロック状態に切り替えるとともに前記モータ・ジェネレータのトルクをゼロにする制御手段をさらに備えている請求項1又は2に記載の駆動装置。
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