(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関を駆動源とする車両において、電動モータを利用して発進加速性能を向上させるとともに、発進後の電動モータによる動力伝達系の効率低下や耐久性低下を防止できるようにしたトルクアシスト装置を提供する。【解決手段】内燃機関１と、内燃機関１に連結された変速機４と、変速機４に連結され左右の駆動輪に駆動力を分配する差動機構６とを備えた車両に装備され、差動機構６の入力歯車６１にトルクを付与してトルクアシストする電動モータ８と、電動モータ８の出力軸８１と入力歯車６１との間に、車両の発進開始状態では出力軸８１から入力歯車６１へトルクを伝達し、発進開始状態が完了したら出力軸８１から入力歯車６１へトルクの伝達を遮断する動力断接機構９と、を備える。【選択図】図１
2020131866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、前記内燃機関に連結された変速機と、前記変速機に連結され左右の駆動輪に駆動力を分配する差動機構とを備えた車両に装備され、
前記差動機構の入力歯車にトルクを付与してトルクアシストする電動モータと、
前記電動モータの出力軸と前記入力歯車との間に設けられ、前記車両の発進開始状態には前記出力軸から前記入力歯車へ前記トルクを伝達するトルク伝達状態とし、前記発進開始状態が完了したら前記出力軸から前記入力歯車への前記トルクの伝達を遮断するトルク伝達遮断状態とする動力断接機構と、を備えている
ことを特徴とするトルクアシスト装置。
【請求項２】
前記発進開始状態とは、前記車両の発進が開始されてから、前記車両が加速途中の所定速度に達するまでの状態であって、
前記動力断接機構は、前記車両の停止時には前記トルク伝達状態に切り替わり、前記車両の速度が発生して前記所定速度に達したら前記トルク伝達遮断状態に切り替わる
ことを特徴とする請求項１に記載のトルクアシスト装置。
【請求項３】
前記発進開始状態とは、前記車両の発進が開始されてから、前記車両の加速している時間が所定時間経過するまでの状態であって、
前記動力断接機構は、前記車両の停止時には前記トルク伝達状態に切り替わり、前記車両の速度が発生してから所定時間が経過したら前記トルク伝達遮断状態に切り替わる
ことを特徴とする請求項１に記載のトルクアシスト装置。
【請求項４】
前記電動モータは、前記発進開始状態でのみ作動して前記入力歯車にトルクを付与する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトルクアシスト装置。
【請求項５】
前記電動モータによる前記トルクアシストを実施可能とするアシスト許可状態と、前記電動モータによる前記トルクアシストを実施不能とするアシスト禁止状態とを切り替えるオンオフスイッチを装備している
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のトルクアシスト装置。
【請求項６】
前記電動モータに電力を供給するキャパシタと、前記車両に搭載された電源の電力により前記キャパシタを所定蓄電量まで充電する充電制御部と、を備え、
前記所定蓄電量は、前記発進開始状態が完了するのに対応して前記キャパシタの電荷が放出されきるように設定されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトルクアシスト装置。
【請求項７】
前記電動モータ及び前記キャパシタは２４Ｖ規格であり、前記電源は１２Ｖ規格である
ことを特徴とする請求項６に記載のトルクアシスト装置。
【請求項８】
前記変速機は、ベルト式無段変速機である
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のトルクアシスト装置。
【請求項９】
前記電動モータは、前記動力断接機構を兼備するスタータモータである
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のトルクアシスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を主要な駆動源とする車両に用いて好適のトルクアシスト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、エンジンとも言う）を駆動源とする車両の発進時において、ドライバが加速不足を感じる場合がある。これは、車両の発進時には大きな駆動力が必要になるのに対して、発進時のようにエンジンの回転が上昇する途上ではエンジントルクも上昇途上であるため十分な駆動力が得られないことに起因する。
【０００３】
これに対して、発進時に電動モータによって車両の駆動をアシストする技術が開発されている。例えば特許文献１には、エンジンに連結された変速機にギヤを介してモータジェネレータを連結し、発進時に、このモータジェネレータによって短時間だけトルクアシストを実施することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２５８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、発進時に電動モータによってトルクアシストする技術は、発進時の加速感を向上させる上で有効であるが、特許文献１のように電動モータが動力伝達系に常時連結されていると、電動モータによるトルクアシストが終了して電動モータのトルクが不要になると、走行中に連れ回るモータが不要なエンジン負荷となる。このため、動力伝達効率の低下による燃費の低下や、電動モータに連結されたギヤ等の連れ回りによる発熱に起因する動力伝達系の耐久性の低下を招くおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目して創案されたもので、内燃機関を駆動源とする車両において、電動モータを利用して発進加速性能を向上させるとともに、発進後の電動モータによる動力伝達系の効率低下や耐久性低下を防止できるようにしたトルクアシスト装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のトルクアシスト装置は、内燃機関と、前記内燃機関に連結された変速機と、前記変速機に連結され左右の駆動輪に駆動力を分配する差動機構とを備えた車両に装備され、前記差動機構の入力歯車にトルクを付与してトルクアシストする電動モータと、前記電動モータの出力軸と前記入力歯車との間に設けられ、前記車両の発進開始状態には前記出力軸から前記入力歯車へ前記トルクを伝達するトルク伝達状態とし、前記発進開始状態が完了したら前記出力軸から前記入力歯車への前記トルクの伝達を遮断するトルク伝達遮断状態とする動力断接機構と、を備えていることを特徴としている。
【０００８】
前記発進開始状態とは、前記車両の発進が開始されてから、前記車両が加速途中の所定速度に達するまでの状態であって、前記動力断接機構は、前記車両の停止時には前記トルク伝達状態に切り替わり、前記車両の速度が発生して前記所定速度に達したら前記トルク伝達遮断状態に切り替わることが好ましい。
前記発進開始状態とは、前記車両の発進が開始されてから、前記車両の加速している時間が所定時間経過するまでの状態であって、前記動力断接機構は、前記車両の停止時には前記トルク伝達状態に切り替わり、前記車両の速度が発生してから所定時間が経過したら前記トルク伝達遮断状態に切り替わることが好ましい。
前記電動モータは、前記発進開始状態でのみ作動して前記入力歯車にトルクを付与することが好ましい。
前記電動モータによる前記トルクアシストを実施可能とするアシスト許可状態と、前記電動モータによる前記トルクアシストを実施不能とするアシスト禁止状態とを切り替えるオンオフスイッチを装備していることが好ましい。
前記電動モータに電力を供給するキャパシタと、前記車両に搭載された電源の電力により前記キャパシタを所定蓄電量まで充電する充電制御部と、を備え、前記所定蓄電量は、前記発進開始状態が完了するのに対応して前記キャパシタの電荷が放出されきるように設定されていることが好ましい。
前記電動モータ及び前記キャパシタは２４Ｖ規格であり、前記電源は１２Ｖ規格であることが好ましい。
前記変速機は、ベルト式無段変速機であることが好ましい。
前記電動モータは、前記動力断接機構を兼備するスタータモータであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、車両の発進開始状態では電動モータの出力軸と差動機構の入力歯車との間がトルク伝達状態となるので、電動モータのトルクを差動機構の入力歯車へ伝達し、発進加速性能を向上させることができる。発進開始状態が完了したら電動モータの出力軸と差動機構の入力歯車との間がトルク伝達遮断状態となるので、作動を停止した電動モータが入力歯車を介して連れ回りされることが防止され、動力伝達系の効率低下や耐久性低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態にかかる車両の駆動系を示す構成図である。
【図２】一実施形態にかかる変速機内の各軸の配置を示す変速機の模式的断面図である。
【図３】一実施形態にかかるトルクアシスト装置による効果を説明する加速特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することや適宜組み合わせることが可能である。
【００１２】
〔車両の駆動系の概略構成〕
図１に示すように、本実施形態にかかる車両は、駆動源としてエンジン（内燃機関）１を備えている。エンジン１の出力回転は、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ２，ギヤ列（ドライブカウンタギヤ、ドリブンカウンタギヤ）３，変速機４，終減速ギヤ５，差動機構６を介して図示しない左右の駆動輪へと分配され伝達される。
【００１３】
変速機４は、ベルト式無段変速機構（単に、ＣＶＴともいう）２０と、副変速機構３０とを備え、これらが、エンジン１から駆動輪（図示略）に至るまでの動力伝達経路において直列に設けられている。
ＣＶＴ２０は、プライマリプーリ２１と、セカンダリプーリ２２と、これらのプーリ２１，２２の間に掛け回されるＶベルト２３とを備える。
副変速機構３０は、詳細は図示しないが、前進２段・後進１段の変速機構である。
【００１４】
また、図１，図２に示すように、トルクコンバータ２，ギヤ列３，変速機４，終減速ギヤ５，差動機構６は変速機ケース４０内の装備されている。図２に示すように、トルクコンバータ２の入力軸（エンジン１の回転軸と同一軸心）である第１軸（軸心Ｏ１）、ＣＶＴ２０の入力軸（プライマリプーリ２１の回転軸）である第２軸（軸心Ｏ２）、ＣＶＴ２０の出力軸（セカンダリプーリ２２の回転軸）である第３軸（軸心Ｏ３）、差動機構６の出力軸（ドライブシャフト）である第４軸（軸心Ｏ４）を備えている。
【００１５】
また、エンジン１を制御するエンジン制御ユニット（エンジンＥＣＵ）１Ｃが備えられている。エンジンＥＣＵ１Ｃは、ブレーキオン，アクセルオフ及び車両停止の各条件がともに成立したらエンジンを自動停止し、エンジンの自動停止後にブレーキオフになったらエンジンを再始動するアイドリングストップ制御を実施する。
【００１６】
〔トルクアシスト装置の構成〕
本車両の駆動系には、車両の発進時に駆動トルクをアシストするトルクアシスト装置７が装備されている。
トルクアシスト装置７は、終減速ギヤ５が噛合する差動機構６の入力歯車６１にトルクを付与してトルクアシストする電動モータ８と、この電動モータ８の出力軸８１と入力歯車６１との間に介装された動力断接機構９とを備えて構成される。
【００１７】
なお、本実施形態では、電動モータ８と入力歯車６１との配置上の関係から、電動モータ８は、図１，図２に示すように、ギヤ８２，８３ａ，８３ｂ，８４を介して入力歯車６１に連結されている。ギヤ８２は、第５軸８２Ｓ（軸心Ｏ５）に固設され入力歯車６１と噛合する。ギヤ８３ａは、第６軸８３Ｓ（軸心Ｏ６）に固設されギヤ８２と噛合する。第６軸８３Ｓにはさらにギヤ８３ｂが固設され、ギヤ８３ｂは、電動モータ８の出力軸（第７軸）８１（軸心Ｏ７）に固設されたギヤ８４と噛合する。ギヤ８２，８３ａ，８３ｂ，８４は、電動モータ８の回転方向と入力歯車６１の回転方向とを合わせるのと共に、電動モータ８の回転速度を減速して入力歯車６１に伝達する。
【００１８】
本実施形態では、電動モータ８に、動力断接機構が付設されたスタータモータが用いられている。通常、スタータモータには、エンジン始動時にモータ出力軸に連結されたピニオンを突出させてエンジンのフライホイールに設けられたギヤに連結させる動力断接機構が装備されるが、本装置では、車両が発進開始状態のときに、モータ出力軸８１に連結されたギヤ８４を軸方向に移動させてギヤ８３ｂに連結させると共に電動モータ８を作動させるように構成されている。
【００１９】
また、電動モータ８に電力を供給するために、キャパシタ７１が装備されている。
さらに、車両の状態に応じて、キャパシタ７１，電動モータ８を制御するトルクアシスト制御ユニット（トルクアシスト用ＥＣＵ，制御装置）１００が備えられている。
【００２０】
制御装置１００は、アイドリングストップ制御によってエンジンが自動停止したら車両に搭載された電源（電源バッテリ）１０からキャパシタ７１を所定蓄電量まで充電する充電制御部１０１と、アイドリングストップ制御によりエンジンの再始動が行われた後に、アクセルペダルのオン（または、アイドルスイッチのオフ）を検知したら電動モータ８にキャパシタ７１の電力を供給するモータ制御部１０２とを備えている。
【００２１】
また、電動モータ８によるトルクアシストを実施可能とするアシスト許可状態と、電動モータ８によるトルクアシストを実施不能とするアシスト禁止状態とを切り替えるオンオフスイッチ１１０が装備される。制御装置１００は、このオンオフスイッチ１１０の設定に基づいて、オンオフスイッチ１１０がオン（トルクアシストを実施可能）にセットされたことを条件にトルクアシスト制御を実施する。
【００２２】
また、本電動モータ８には、バスやトラック等（いわゆる大型車）に装備されている比較的大出力の２４ボルト規格のスタータモータが用いられている。このため、キャパシタ７１も２４ボルト規格のものが適用されている。
これに対して、本車両の搭載される電気機器類は、一般的な乗用車（いわゆる小型車）に装備される１２ボルト規格のものであり、電源バッテリ１０は１２ボルトバッテリが単独あるいは並列接続されたもので１２ボルト電源になっている。
したがって、本装置では１２ボルトのバッテリの電圧を変圧して２４ボルトのキャパシタ７１に充電を行う。
【００２３】
本実施形態において発進開始状態とは、車速がない状態で車両の発進が開始されてから車両が発進して加速していく発進初期段階に相当する。具体的には、車両の発進が開始されてから車両が所定速度（例えば、３０ｋｍ／ｈ）に達するまでの間（車速の立ち上がりを起点とし、車両が所定速度に達したときを終点とする期間）を発進開始状態として規定することができる。また、車両の発進が開始されてから所定の加速時間（例えば、１．６ｓｅｃ）が経過するまでの間（車速の立ち上がりを起点とし、車速の立ち上がり後に所定時間（例えば、１．６ｓｅｃ）が経過したときを終点とする期間）を発進開始状態として規定することができる。
【００２４】
上記のように、発進開始状態とは、車両の発進開始が起点となるが、電動モータ８によるトルクアシストはこの車両の発進開始に遅れることなく開始したい。実施形態で適用したスタータモータによる動力断接機構９では、電動モータ８（スタータモータ）に電力を供給すると、瞬時にギヤ８４を突出させてギヤ８３ｂに噛合わせることができるので、発進開始に遅れることはない。
また、車両の発進開始状態が完了したら、制御装置１００は、電動モータ８への電力供給を遮断することにより、動力断接機構９をトルク伝達遮断状態に切り替えることができる。  
【００２５】
〔作用及び効果〕
本実施形態にかかるトルクアシスト装置は、上記のように構成されており、車両の発進時には、電動モータ８の出力トルクを差動機構６の入力歯車６１に付与するので、図３に示すように、車両の発進加速性能が向上する。
図３において、破線はトルクアシストを適用しない場合の特性であり、実線は本トルクアシスト装置によるトルクアシストを適用した場合の特性である。
【００２６】
トルクアシストを適用しない場合、エンジン１は回転速度の上昇に対応してトルクが上昇するため、エンジン１の始動直後の回転速度が上昇する途上では十分なエンジントルクが発生しない。また、このエンジン１の回転速度が上昇する途上では、エンジントルクの一部が動力伝達系のイナーシャに消費されることから車両の加速度が鈍る状況が生じる。この結果、破線で示すように、発進加速は緩やかとなり十分な発進加速性能が得られない。
【００２７】
一方、本トルクアシスト装置によるトルクアシストを適用すると、電動モータ８は低速回転から大きなトルクを発生するため、実線で示すように、発進加速は大きくなり十分な発進加速性能が得られるようになる。このため、発進開始状態という車両の発進開始から限られた僅かな期間だけトルクアシストを行っただけで、十分に発進加速性能を向上させることができる。
【００２８】
なお、破線で示すトルクアシストを適用しない場合は、実線で示すトルクアシストを適用した場合よりも、最高加速度が大きくなっているが、これは発進加速不足からより加速を得ようとして運転者がアクセルペダルをより深く踏み込んだため、遅れて加速が増大したものであ。一方、トルクアシストを適用した場合、発進加速度が十分に得られるので、運転者によるアクセルペダルの踏み込みが抑えられる。このため、トルクアシストを適用した場合の方が、結果的に最高加速度が低くなるが、加速感の不足は感じられておらず、加速感を得るための踏み増し、踏込みも抑制され、燃費の悪化を抑制することもできる。
【００２９】
また、このように発進開始状態という限られた僅かな期間だけトルクアシストを行い、発進開始状態が完了したら動力断接機構９がトルク伝達遮断状態に切り替えられるので、作動を停止した電動モータ８が入力歯車６１によって連れ回りされることが防止され、動力伝達系の効率低下や耐久性低下を防止することができる。また、電動モータ８を効率よくトルクアシストに用いることができ、電動モータ８による電力消費を抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、変速機にＣＶＴ２０を適用しているため、ベルト２３の滑りが発生するとエンジントルクが効率よく車両駆動力として伝達されないが、本装置では、電動モータ８をＣＶＴ２０よりも下流の差動機構６の入力歯車６１に伝達するので、ベルト２３の滑りの影響を受けることなくトルクアシストを実施することができ、発進加速性能を確実に向上させることができる。
【００３１】
さらに、車載機器が電圧１２Ｖ規格の車両に対して、電動モータ８に電圧２４Ｖ規格のスタータモータを適用しているので、電動モータ８から大きな出力トルクを得やすくなり、大きなアシストトルクを用いてトルクアシストを実施することができ、発進加速性能を確実に向上させることができる。２４Ｖ規格のスタータモータには普及している既存のものが適用できるので装置コスト増も抑えることができる。
【００３２】
さらに、電動モータ８の電源に、バッテリに比べて小型軽量で低コストのキャパシタ７１を用いているので、車載が容易であり、装置コスト増も抑えることができる。
また、アイドリングストップ制御によってエンジンが自動停止した車両の停止時からエンジンを再始動して車両を発進させる場合、発進にもたつき感が生じやすく発進加速性能が不足しやすいが、トルクアシストを行うことでもたつき感が回避され、発進加速性能の不足を感じにくくなる。
もちろん、エンジン１がアイドリング状態で車両が停止している場合からの発進時にも、トルクアシストにより、発進加速性能を確実に向上させることができる。
【００３３】
〔その他〕
以上実施形態を説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を適宜変形して実施することもできる。
例えば、上記実施形態では、発進開始状態の完了を、車両の発進後の車両の速度や、車両の発進後の経過時間から判定して、電動モータ８の作動停止を制御しているが、キャパシタ７１に充電する電力量を、発進開始状態が完了するのに対応してキャパシタ７１の電荷が放出されきるような所定電力量に設定しておくことにより、電動モータ８の作動停止を制御しなくても、電動モータ８を自動的に作動停止にすることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、電動モータ８として動力断接機構９を内包したスタータモータを用いたが、一般的な電動モータを用いることも可能である。この場合、モータとギヤ８４との間に電磁式クラッチ等を介装し、同クラッチの断接を制御装置１００で制御するように構成すればよい。
【００３５】
また、本実施形態では、変速機４にＣＶＴ２０を用いた車両を例に説明したが、本装置は有段変速機を用いた車両に適用することもできる。
また、本実施形態では、電動モータ８が、ギヤ８２，８３ａ，８３ｂ，８４を介して入力歯車６１に連結されているが、電動モータ８と入力歯車６１との配置自由度があれば、電動モータ８と入力歯車６１とを１つのギヤ８２で連結してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン（内燃機関）
１Ｃ  エンジン制御ユニット（エンジンＥＣＵ）
２  ロックアップクラッチ付きトルクコンバータ
３  ギヤ列（ドライブカウンタギヤ、ドリブンカウンタギヤ）
４  変速機
５  終減速装置
６  差動機構
７  トルクアシスト装置
８  電動モータ
９  動力断接機構
１０  電源（電源バッテリ）
２０  ベルト式無段変速機構（ＣＶＴ）
３０  副変速機構
２１  プライマリプーリ
２２  セカンダリプーリ
２３  Ｖベルト
４０  変速機ケース
６１  差動機構６の入力歯車
７１  キャパシタ
８２，８３ａ，８３ｂ，８４  ギヤ
１００  トルクアシスト制御ユニット（トルクアシスト用ＥＣＵ，制御装置）
１０１充電制御部
１０２  モータ制御部
１１０  オンオフスイッチ
【図１】
2020131866.tif 000003
【図２】
2020131866.tif 000004
【図３】
2020131866.tif 000005