(57)【要約】【課題】有段変速機を使用した車両において、失速感や空走感を抑制し、乗り心地を改善する。【解決手段】本発明は、車両駆動装置(10)であって、主駆動輪(2a)を駆動する内燃機関(12)と、この内燃機関の出力軸に接続された有段変速機(15)と、副駆動輪(2b)に駆動力を作用させ、又は有段変速機を介することなく主駆動輪に駆動力を作用させるように設けられたアシストモータ(20)と、このアシストモータが出力する駆動力を制御するモータ制御装置(24)と、を有し、有段変速機は、低速側への変速時には伝達する駆動力が途切れるが、高速側への変速時には実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式の変速機であり、モータ制御装置は、有段変速機による低速側への変速時において、アシストモータに駆動力を発生させ、変速時における駆動力の途切れを補完することを特徴としている。【選択図】図１
2020059379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を使用して車両を駆動する車両駆動装置であって、
上記車両の主駆動輪を駆動するための駆動力を発生する内燃機関と、
この内燃機関の出力軸に接続され、上記内燃機関の出力軸の回転数を変換して出力する有段変速機と、
副駆動輪に駆動力を作用させ、又は上記有段変速機を介することなく上記主駆動輪に駆動力を作用させるように設けられたアシストモータと、
このアシストモータが出力する駆動力を制御するモータ制御装置と、を有し、
上記有段変速機は、低速側への変速時には伝達する駆動力が途切れるが、高速側への変速時には実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式の変速機であり、
上記モータ制御装置は、上記有段変速機による低速側への変速時において、上記アシストモータに駆動力を発生させ、変速時における駆動力の途切れを補完することを特徴とする車両駆動装置。
【請求項２】
さらに、上記車両の車体に設けられ、上記主駆動輪に対する駆動力を発生する主駆動モータを有し、上記モータ制御装置は、上記主駆動モータ及び上記アシストモータが発生する駆動力を使用して上記車両を走行させる電動機走行モードを実行可能に構成され、上記モータ制御装置は、上記電動機走行モードにおいて、所定車速以上で上記車両を加速させる場合にのみ上記アシストモータに駆動力を発生させる請求項１記載の車両駆動装置。
【請求項３】
上記アシストモータは、上記主駆動輪又は上記副駆動輪に設けられたインホイールモータである請求項１又は２に記載の車両駆動装置。
【請求項４】
上記アシストモータは、その出力が変速されることなく、直接、上記副駆動輪を駆動するように設けられている請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両駆動装置。
【請求項５】
上記モータ制御装置は、上記内燃機関が発生する駆動力によって上記車両を走行させる内燃機関走行モードを実行可能に構成され、上記モータ制御装置は、上記内燃機関走行モードにおいては、上記主駆動モータによる駆動力を発生させない請求項２乃至４の何れか１項に記載の車両駆動装置。
【請求項６】
さらに、上記内燃機関が発生した駆動力を伝達するための動力伝達機構を有し、上記内燃機関は上記車両の前部に配置され、上記内燃機関が発生した駆動力は上記動力伝達機構によって主駆動輪である後輪に伝達される請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動装置に関し、特に、内燃機関を使用して車両を駆動する車両駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−２８７０８８号公報（特許文献１）には、自動変速機が記載されている。この自動変速機は、ギヤ式の手動変速機をベースとして変速操作が自動化されたものであり、変速時における変速段のシフト操作とセレクト操作が、アクチュエータにより自動的に実行される。また、このような自動変速機においては、ドライバが所望のギヤ段を選択し、選択されたギヤ段への変速をアクチュエータが実行するマニュアルモードを設定することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８７０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているような、ギヤ式の手動変速機をベースとして、変速操作が自動化された自動変速機では、変速時において伝達される駆動力が途切れることが避けられないという問題がある。即ち、車両が加速している状態で変速により駆動力が途切れると、一時的に加速度が低下し、乗員には「失速感」が与えられ、車両の乗り心地が悪化する。また、車両が減速し、内燃機関がブレーキとして作用している状態において変速が行われると、一時的に加速度が上昇し、乗員には「空走感」が与えられ、車両の乗り心地が悪化するという問題がある。
【０００５】
従って、本発明は、有段変速機を使用した車両において、変速時に乗員に与える「失速感」や「空走感」を抑制し、乗り心地を改善することができる車両駆動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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明は、内燃機関を使用して車両を駆動する車両駆動装置であって、車両の主駆動輪を駆動するための駆動力を発生する内燃機関と、この内燃機関の出力軸に接続され、内燃機関の出力軸の回転数を変換して出力する有段変速機と、副駆動輪に駆動力を作用させ、又は有段変速機を介することなく主駆動輪に駆動力を作用させるように設けられたアシストモータと、このアシストモータが出力する駆動力を制御するモータ制御装置と、を有し、有段変速機は、低速側への変速時には伝達する駆動力が途切れるが、高速側への変速時には実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式の変速機であり、モータ制御装置は、有段変速機による低速側への変速時において、アシストモータに駆動力を発生させ、変速時における駆動力の途切れを補完することを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明においては、内燃機関が、車両の主駆動輪を駆動する駆動力を発生すると共に、有段変速機は内燃機関の出力軸の回転数を変換して出力する。この有段変速機は、低速側への変速時には伝達する駆動力が途切れるが、高速側への変速時には実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式の変速機である。一方、アシストモータは、副駆動輪に駆動力を作用させ、又は有段変速機を介することなく主駆動輪に駆動力を作用させるように設けられており、モータ制御装置は、アシストモータの駆動力を制御する。また、モータ制御装置は、有段変速機による低速側への変速時において、アシストモータに駆動力を発生させ、変速時における駆動力の途切れを補完する。
【０００８】
このように構成された本発明によれば、モータ制御装置がアシストモータに駆動力を発生させ、変速時における駆動力の途切れを補完するので、乗員に与えられる「失速感」を抑制することができ、車両の乗り心地を良好にすることができる。ここで、変速時における駆動力の途切れが実質的に発生しない有段変速機として、デュアル・クラッチ・トランスミッション（ＤＣＴ）が知られている。しかしながら、このＤＣＴは、２組のトルク伝達系統を２つのクラッチで切り替える構造であるため、機構が複雑であると共に、重量が大きくなる。このため、変速機としてＤＣＴを採用すると、その重量のために車両の運動性能（加速性能、旋回性能等）が低下すると共に、コストが高くなるという問題が発生する。
【０００９】
また、変速時に駆動力が途切れる一般的な有段変速機と、モータとを組み合わせて使用することにより、変速時における駆動力の途切れを、モータの駆動力で補完することが考えられる。しかしながら、一般的な有段変速機において発生する駆動力の途切れをモータで補完するためには瞬間的に大きなトルクを発生することができる大出力モータが必要となり、モータの重量が大きくなると共に、コストが高くなるという問題が発生する。
【００１０】
これに対し、特許第５７０７１１９号公報等に記載されているシームレスシフト式の有段変速機は、比較的軽量に構成することができると共に、変速時における駆動力の途切れを実質的に排除することができる。ここで、同公報等に記載のシームレスシフト式の有段変速機では、低速側への変速又は高速側への変速時における駆動力の途切れを実質的に排除することができる。しかしながら、低速側及び高速側両方の変速時における駆動力の途切れを排除することが可能なシームレスシフト式の変速機は、製作が非常に困難である。
【００１１】
このような問題に直面した本件発明者は、車両の一般的な走行状態において、有段変速機を高速側に切り替える（シフトアップする）際に発生する駆動力の途切れを補完するには大きなトルクが必要となるが、低速側への切り替え（シフトダウン）は比較的小さな駆動力で補完可能であることを見出した。そこで本件発明者は、高速側への変速時において実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式の変速機と、低速側への変速時において駆動力の途切れを補完する比較的小型のアシストモータを組み合わせることを想到した。この結果、車両重量の大幅な増加による運動性能の低下や、大幅なコストアップを回避しながら、変速時における駆動力の途切れを抑制することにより、車両の乗り心地を良好にすることが可能になった。
【００１２】
本発明において、好ましくは、さらに、車両の車体に設けられ、主駆動輪に対する駆動力を発生する主駆動モータを有し、モータ制御装置は、主駆動モータ及びアシストモータが発生する駆動力を使用して車両を走行させる電動機走行モードを実行可能に構成され、モータ制御装置は、電動機走行モードにおいて、所定車速以上で車両を加速させる場合にのみアシストモータに駆動力を発生させる。
【００１３】
このように構成された本発明によれば、主駆動輪に対する駆動力を発生する主駆動モータを備えているので、内燃機関の駆動力を使用しない電動機走行モードを実現することができる。この結果、内燃機関による車両の走行が規制されている区域においても車両を走行させることができる。また、所定車速以上で車両を加速させる場合にアシストモータが駆動力を発生させるので、小型の主駆動モータで電動機走行モードを実現することが可能になり、車両全体を軽量化することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、アシストモータは、主駆動輪又は副駆動輪に設けられたインホイールモータである。
このように構成された本発明によれば、アシストモータがインホイールモータであるため、発生した駆動力が直接車輪に伝達されるので、駆動力が途切れるタイミングで車両に瞬時に駆動力を付加することができる。このため、駆動力の途切れにより乗員に与えられる失速感を、より効果的に抑制することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、アシストモータは、その出力が変速されることなく、直接、副駆動輪を駆動するように設けられている。
このように構成された本発明によれば、アシストモータの出力が変速されることなく、直接、副駆動輪が駆動されるので、アシストモータの回転出力を変速するための機構を設ける必要がなく、車両を軽量化することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、モータ制御装置は、内燃機関が発生する駆動力によって車両を走行させる内燃機関走行モードを実行可能に構成され、モータ制御装置は、内燃機関走行モードにおいては、主駆動モータによる駆動力を発生させない。
【００１７】
このように構成された本発明によれば、内燃機関走行モードにおいては、主駆動モータによる駆動力が発生されないので、車両は内燃機関が発生する駆動力によって駆動され、運転者は内燃機関で走行する車両の運転フィーリングを十分に楽しむことができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、さらに、内燃機関が発生した駆動力を伝達するための動力伝達機構を有し、内燃機関は車両の前部に配置され、内燃機関が発生した駆動力は動力伝達機構によって主駆動輪である後輪に伝達される。
【００１９】
このように構成された本発明によれば、車両の前部に配置された内燃機関が発生した駆動力が後輪に伝達され、後輪が駆動されるので、車両の運動性能を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の車両駆動装置によれば、有段変速機を使用した車両において、変速時に乗員に与える「失速感」や「空走感」を抑制し、乗り心地を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態による車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。
【図２】本発明の第１実施形態による車両駆動装置の電源構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態による車両駆動装置において、キャパシタに電力が回生された場合における電圧の変化の一例を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による車両駆動装置において使用されている各モータの出力と車速の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態による車両駆動装置において使用されている副駆動モータの構造を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の車両駆動装置に備えられているトランスミッションの作動原理を模式的に説明するための断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による車両駆動装置において、制御装置により実行される電動機走行モード及び内燃機関走行モードの動作の一例を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の第１実施形態による車両駆動装置において、トランスミッションをシフトアップした場合における車両の加速度を模式的に示したグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態による車両駆動装置において、トランスミッションをシフトダウンした場合における車両の加速度を模式的に示したグラフである。
【図１０】本発明の第１実施形態による車両駆動装置において、トランスミッションをシフトダウンした場合における車両の加速度を模式的に示したグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態による車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の第１実施形態による車両駆動装置を搭載した車両１は、運転席よりも前方の、車両の前部に内燃機関であるエンジン１２が搭載され、主駆動輪である左右１対の後輪２ａを駆動する所謂ＦＲ（Front engine, Rear drive）車である。また、後述するように、後輪２ａは主駆動電動機である主駆動モータによっても駆動され、副駆動輪である左右１対の前輪２ｂは、副駆動電動機である副駆動モータによって駆動される。
【００２４】
車両１に搭載された本発明の実施形態による車両駆動装置１０は、後輪２ａを駆動するエンジン１２と、後輪２ａに駆動力を伝達する動力伝達機構１４と、後輪２ａを駆動する主駆動モータ１６と、蓄電器であるバッテリ１８と、前輪２ｂを駆動するアシストモータである副駆動モータ２０と、キャパシタ２２と、モータ制御装置である制御装置２４と、を有する。
【００２５】
エンジン１２は、車両１の主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するための内燃機関である。本実施形態においては、エンジン１２として直列４気筒エンジンが採用されており、車両１の前部に配置されたエンジン１２が動力伝達機構１４を介して後輪２ａを駆動するようになっている。
【００２６】
動力伝達機構１４は、エンジン１２が発生した駆動力を主駆動輪である後輪２ａに伝達するように構成されている。動力伝達機構１４は、エンジン１２に接続されたプロペラシャフト１４ａ、クラッチ１４ｂ、及び有段変速機であるトランスミッション１５を備えている。プロペラシャフト１４ａは、車両１の前部に配置されたエンジン１２から、プロペラシャフトトンネル（図示せず）の中を車両１の後方へ向けて延びている。プロペラシャフト１４ａの後端は、クラッチ１４ｂを介してトランスミッション１５に接続されている。トランスミッション１５の出力軸は後輪２ａの車軸（図示せず）に接続され、後輪２ａを駆動する。
【００２７】
なお、本実施形態においては、トランスミッション１５として、低速側への変速時には伝達する駆動力が途切れるが、高速側への変速時には実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式の変速機が採用されている。また、本実施形態において、トランスミッション１５は、所謂トランスアクスル配置である。これにより、エンジン１２の直後の位置に外径の大きな変速機の本体が存在しなくなるので、フロアトンネル（プロペラシャフトトンネル）の幅を小さくすることができ、乗員の中央側足元空間を確保して乗員に真正面に正対した左右対称な下半身姿勢をとらせることが可能となる。更に、この乗員の姿勢を確保しつつ主駆動モータ１６の外径や、長さを出力に応じた十分な大きさにすることが容易になる。トランスミッション１５の詳細については後述する。
【００２８】
主駆動モータ１６は、主駆動輪に対する駆動力を発生するための電動機であり、エンジン１２の後ろ側に、エンジン１２に隣接して配置されている。また、主駆動モータ１６に隣接してインバータ（ＩＮＶ）１６ａが配置されており、このインバータ１６ａにより、バッテリ１８からの電流が交流に変換されて主駆動モータ１６に供給される。さらに、主駆動モータ１６はエンジン１２と直列に接続されており、主駆動モータ１６が発生した駆動力も動力伝達機構１４を介して後輪２ａに伝達される。或いは、主駆動モータ１６を動力伝達機構１４の途中に接続し、動力伝達機構１４の一部を介して駆動力が後輪２ａに伝達されるように本発明を構成することもできる。また、本実施形態においては、主駆動モータ１６として、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石電動機（永久磁石同期電動機）が採用されている。
【００２９】
バッテリ１８は、主として主駆動モータ１６を作動させる電力を蓄積するための蓄電器である。また、本実施形態においてバッテリ１８は、プロペラシャフトトンネル（図示せず）の中に収容されている。さらに、本実施形態においては、バッテリ１８として、４８Ｖ、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）が使用されている。
なお、上記のように、本実施形態においてはトランスアクスル配置が採用されているため、これにより生じたフロアトンネル（プロペラシャフトトンネル）前方の空間に向けて、バッテリ１８を収容する容積を拡大することができる。これにより、フロアトンネルの幅を大きくして乗員の中央側空間を狭めることなく、バッテリ１８容量の確保、拡大が可能になる。
【００３０】
副駆動モータ２０は、副駆動輪である前輪２ｂに対する駆動力を発生するように、車両１のバネ下に、前輪２ｂ各輪に設けられている。本実施形態においては、前輪２ｂ各輪はダブルウイッシュボーンタイプのサスペンションで支持され、アッパアーム、ロアアーム、スプリング、及びショックアブソーバ（以上、図示せず）により懸架されている。また、副駆動モータ２０はインホイールモータであり、前輪２ｂ各輪のホイール内に夫々収容されている。従って、副駆動モータ２０は、車両１の所謂「バネ下」に設けられて前輪２ｂを夫々駆動するように構成されている。また、図１に示すように、各副駆動モータ２０には、キャパシタ（ＣＡＰ）２２からの電流が、各インバータ２０ａにより夫々交流に変換されて供給される。さらに、本実施形態においては、副駆動モータ２０には減速機が設けられておらず、副駆動モータ２０の駆動力は前輪２ｂに直接伝えられる。また、本実施形態においては、各副駆動モータ２０として、１７ｋＷの誘導電動機が夫々採用されている。
【００３１】
キャパシタ（ＣＡＰ）２２は、副駆動モータ２０によって回生された電力を蓄積するように設けられている。また、キャパシタ２２はエンジン１２の直前に配置されると共に、車両１の前輪２ｂ各輪に設けられた副駆動モータ２０に電力を供給する。さらに、キャパシタ２２は、バッテリ１８よりも高い電圧で電荷を蓄積するように構成されると共に、副駆動輪である左右の前輪２ｂの間の領域内に配置される。主としてキャパシタ２２に蓄積された電力により駆動される副駆動モータ２０は、主駆動モータ１６よりも高い電圧で駆動される。
【００３２】
制御装置２４は、エンジン１２、主駆動モータ１６、及び副駆動モータ２０を制御して、電動機走行モード及び内燃機関走行モードを実行するように構成されている。また、制御装置２４は、トランスミッション１５を制御してギヤ段を変更すると共に、副駆動モータ２０を制御して変速に伴う駆動力の途切れを補完するように構成されている。具体的には、制御装置２４は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。制御装置２４による制御の詳細は後述する。
【００３３】
また、図１に示すように、キャパシタ２２の近傍には、電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ及び低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂが夫々配置されている。これらの高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａ、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂ、キャパシタ２２、及び２つのインバータ２０ａはユニット化され、統合ユニットを構成している。
【００３４】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の第１実施形態による車両駆動装置１０の電源構成、及び各モータによる車両１の駆動を説明する。
図２は、本発明の第１実施形態による車両駆動装置１０の電源構成を示すブロック図である。図３は、本実施形態の車両駆動装置１０において、キャパシタ２２に電力が回生された場合における電圧の変化の一例を模式的に示す図である。図４は、本実施形態の車両駆動装置１０において使用されている各モータの出力と車速の関係を示す図である。
【００３５】
まず、本発明の実施形態による車両駆動装置１０の電源構成を説明する。図２に示すように、車両駆動装置１０に備えられているバッテリ１８とキャパシタ２２は直列に接続されている。主駆動モータ１６はバッテリ１８の基準出力電圧である約４８Ｖで駆動され、副駆動モータ２０はバッテリ１８の出力電圧とキャパシタ２２の端子間電圧を合算した電圧で駆動され、４８Ｖよりも高い最大１２０Ｖの電圧で駆動される。このため、副駆動モータ２０は、常にキャパシタ２２を介して供給された電力によって駆動される。
【００３６】
また、主駆動モータ１６にはインバータ１６ａが取り付けられており、バッテリ１８の出力を交流に変換した上で永久磁石電動機である主駆動モータ１６が駆動される。同様に、各副駆動モータ２０にはインバータ２０ａが夫々取り付けられており、バッテリ１８及びキャパシタ２２の出力を交流に変換した上で誘導電動機である副駆動モータ２０が駆動される。なお、副駆動モータ２０は、主駆動モータ１６よりも高い電圧で駆動されるため、副駆動モータ２０に電力を供給するハーネス（図示せず）には高い絶縁性が要求される。しかしながら、各副駆動モータ２０に近接してキャパシタ２２が配置されているため、ハーネスの絶縁性を高くすることによる重量の増加を最小限に抑えることができる。
【００３７】
さらに、車両１の減速時等には、主駆動モータ１６及び各副駆動モータ２０は発電機として機能し、車両１の運動エネルギーを回生して電力を生成する。主駆動モータ１６によって回生された電力はバッテリ１８に蓄積され、各副駆動モータ２０によって回生された電力は主としてキャパシタ２２に蓄積される。
【００３８】
また、バッテリ１８とキャパシタ２２の間には電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａが接続されており、この高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａはキャパシタ２２に蓄積された電荷が不足しているとき（キャパシタ２２の端子間電圧が低下したとき）、バッテリ１８の電圧を昇圧してキャパシタ２２に充電する。一方、各副駆動モータ２０によるエネルギーの回生により、キャパシタ２２の端子間電圧が所定電圧以上に上昇した場合には、キャパシタ２２に蓄積された電荷を降圧してバッテリ１８に印加し、バッテリ１８の充電を行う。即ち、副駆動モータ２０によって回生された電力はキャパシタ２２に蓄積された後、蓄積された電荷の一部が、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａを介してバッテリ１８に充電される
【００３９】
さらに、バッテリ１８と車両１の１２Ｖ電装品の間には、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂが接続されている。車両駆動装置１０の制御装置２４や、車両１の電装品の多くは１２Ｖの電圧で作動するので、バッテリ１８に蓄積された電荷を低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ｂにより１２Ｖに降圧して、これらの機器に供給する。
【００４０】
次に、図３を参照して、キャパシタ２２に対する充電及び放電を説明する。
図３に示すように、キャパシタ２２の電圧は、バッテリ１８によるベース電圧と、キャパシタ２２自体の端子間電圧の合計となる。車両１の減速時等には、各副駆動モータ２０により電力の回生が行われ、回生された電力はキャパシタ２２に充電される。キャパシタ２２への充電が行われると比較的急激に端子間電圧が上昇する。充電によりキャパシタ２２の電圧が所定電圧以上に上昇すると、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａによりキャパシタ２２の電圧が降圧され、バッテリ１８への充電が行われる。図３に示すように、このキャパシタ２２からバッテリ１８への充電は、キャパシタ２２への充電よりも比較的緩やかに行われ、キャパシタ２２の電圧は適正電圧まで比較的緩やかに低下される。
【００４１】
即ち、各副駆動モータ２０により回生された電力は一時的にキャパシタ２２に蓄積され、その後、バッテリ１８へ緩やかに充電される。なお、回生が行われる期間によっては、各副駆動モータ２０による電力の回生と、キャパシタ２２からバッテリ１８への充電がオーバーラップして行われる場合もある。
一方、主駆動モータ１６によって回生された電力は、バッテリ１８に直接充電される。
【００４２】
次に、図４を参照して、本発明の実施形態による車両駆動装置１０における車速と各モータの出力の関係を説明する。図４は、本実施形態の車両駆動装置１０において、車両１の速度と、各速度における各モータの出力の関係を示すグラフである。図４において、主駆動モータ１６の出力を破線で示し、１つの副駆動モータ２０の出力を一点鎖線で、２つの副駆動モータ２０の出力の合計を二点鎖線で、全てのモータの出力の合計を実線で示している。
【００４３】
本実施形態においては主駆動モータ１６には永久磁石電動機が採用されているため、図４に破線で示すように、モータ回転数が低い低車速域で主駆動モータ１６の出力が大きく、車速が速くなるにつれて出力可能なモータ出力が減少する。即ち、本実施形態において、主駆動モータ１６は、約４８Ｖで駆動され、１０００ｒｐｍ程度まで最大トルクである約２００Ｎｍのトルクを出力し、約１０００ｒｐｍ以上で回転数の増加と共にトルクが低下する。また、本実施形態において、主駆動モータ１６は、最低速域において約２０ｋＷ程度の連続出力が得られ、最大出力約２５ｋＷが得られるように構成されている。
【００４４】
これに対して、副駆動モータ２０には誘導電動機が採用されているため、図４に一点鎖線及び二点鎖線で示すように、低い低車速域では副駆動モータ２０の出力は極めて小さく、車速が速くなるにつれて出力が増大し、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力が得られた後、モータ出力は減少する。本実施形態において、副駆動モータ２０は、約１２０Ｖで駆動され、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で１台当たり約１７ｋＷ、２台合計で約３４ｋＷの出力が得られるように構成されている。即ち、本実施形態において、副駆動モータ２０は、約６００乃至８００ｒｐｍでトルクカーブがピークをもち、最大トルク約２００Ｎｍが得られる。
【００４５】
図４の実線には、これら主駆動モータ１６及び２台の副駆動モータ２０の出力の合計が示されている。このグラフから明らかなように、本実施形態においては、車速約１３０ｋｍ／ｈ付近で最大出力約５３ｋＷが得られており、この車速における、この最大出力でＷＬＴＰ試験において要求される走行条件を満足することができる。なお、図４の実線では、低車速域においても２台の副駆動モータ２０の出力値が合算されているが、後述するように、実際には低車速域では各副駆動モータ２０が駆動されることはない。即ち、発進時及び低車速域においては主駆動モータ１６のみで車両が駆動され、高車速域で大出力が必要とされたとき（高車速域で車両１を加速させるとき等）のみ２台の副駆動モータ２０が出力を発生する。このように、高回転領域で大きな出力を発生することができる誘導電動機（副駆動モータ２０）を、高速域のみで使用することにより、車両重量の増加を低く抑えながら必要なとき（所定速度以上での加速時等）に十分な出力を得ることができる。
【００４６】
次に、図５を参照して、本発明の実施形態の車両駆動装置１０に採用されている副駆動モータ２０の構成を説明する。図５は、副駆動モータ２０の構造を模式的に示す断面図である。
図５に示すように、副駆動モータ２０は、ステータ２８と、このステータの周囲で回転するロータ３０から構成されたアウターロータタイプの誘導電動機である。
【００４７】
ステータ２８は、概ね円板状のステータベース２８ａと、このステータベース２８ａの中心から延びるステータシャフト２８ｂと、このステータシャフト２８ｂの周囲に取り付けられたステータコイル２８ｃと、を有する。また、ステータコイル２８ｃは電気絶縁液室３２に収納されており、この中に満たされた電気絶縁液３２ａに浸漬され、これにより沸騰冷却される。
【００４８】
ロータ３０は、ステータ２８の周囲を取り囲むように概ね円筒状に構成されており、一端が閉塞された概ね円筒形に構成されたロータ本体３０ａと、ロータ本体３０ａの内周壁面に配置されたロータコイル３０ｂと、を有する。ロータコイル３０ｂは、ステータコイル２８ｃが生成する回転磁界により誘導電流が発生するように、ステータコイル２８ｃに対向するように配置されている。また、ロータ３０は、ステータ２８の周囲で円滑に回転するように、ステータシャフト２８ｂの先端に取り付けられたベアリング３４によって支持されている。
【００４９】
ステータベース２８ａは、車両１の前輪を懸架するアッパアーム及びロアアーム（図示せず）によって支持されている。一方、ロータ本体３０ａは、前輪２ｂのホイール（図示せず）に直接固定されている。ステータコイル２８ｃには、インバータ２０ａによって交流に変換された交流電流が流され、回転磁界が生成される。この回転磁界によりロータコイル３０ｂに誘導電流が流れ、ロータ本体３０ａを回転させる駆動力が発生する。このように、各副駆動モータ２０による生成された駆動力は、直接、各前輪２ｂのホイール（図示せず）を回転駆動する。
【００５０】
次に、図６を参照して、トランスミッション１５の構成を説明する。
図６は、本発明の第１実施形態の車両駆動装置１０に備えられている有段変速機であるトランスミッション１５の作動原理を模式的に説明するための断面図である。なお、本実施形態においては、車両駆動装置１０に採用されているトランスミッション１５は６速の有段変速機であるが、ここでは簡単のため、或る低速ギヤからその上段の高速ギヤへの切り替え機構及び作用について例示的に説明する。また、低速側から高速側への変速は何れの段間においても同様の構成により実現することができる。
【００５１】
図６に示すように、トランスミッション１５は、エンジン１２の出力軸に接続されるメインシャフト３６と、トランスミッション１５の出力シャフトであるカウンターシャフト３８と、低速側ギヤ４０（例えば、１速ギヤ）と、低速側ギヤ４０よりもギヤ比が小さい高速側ギヤ４２（例えば、２速ギヤ）と、を有する。さらに、トランスミッション１５は、メインシャフト３６に設けられた低速側の噛合いクラッチ４４と、高速側の噛合いクラッチ４６と、噛合いクラッチ４４を操作するためのシフト・フォーク４８と、噛合いクラッチ４６を操作するためのシフト・フォーク５０と、を有する。
【００５２】
メインシャフト３６は、トランスミッション１５の入力軸であり、ミッションケース（図示せず）に対して回転可能に支持され、エンジン１２の出力軸に接続されている。なお、本実施形態においては、メインシャフト３６は、プロペラシャフト１４ａを介してエンジン１２の出力軸に接続されているが、エンジン１２の出力軸とメインシャフト３６は直結されていても良い。
【００５３】
カウンターシャフト３８は、トランスミッション１５の出力軸であり、ミッションケース（図示せず）に対して回転可能に支持されている。カウンターシャフト３８の回転は、車両１の後部に配置されたディファレンシャルギヤ（図示せず）に伝達され、主駆動輪である後輪２ａが駆動される。
【００５４】
低速側ギヤ４０は、メインシャフト３６に取り付けられたギヤ４０ａと、カウンターシャフト３８に取り付けられたギヤ４０ｂから構成され、これらのギヤ４０ａと４０ｂは、常時噛み合っている。カウンターシャフト３８のギヤ４０ｂは、カウンターシャフト３８に対して固定されており、常にカウンターシャフト３８と共に回転するように構成されている。これに対して、メインシャフト３６のギヤ４０ａは、メインシャフト３６に対して空動可能に取り付けられている（但し、軸方向には摺動しない）。これにより、ギヤ４０ａは、噛合いクラッチ４４によりメインシャフト３６に固定された状態において、動力を伝達することができる。
【００５５】
同様に、高速側ギヤ４２は、メインシャフト３６に取り付けられたギヤ４２ａと、カウンターシャフト３８に取り付けられたギヤ４２ｂから構成され、これらのギヤ４２ａと４２ｂは、常時噛み合っている。カウンターシャフト３８のギヤ４２ｂは、カウンターシャフト３８に対して固定されており、常にカウンターシャフト３８と共に回転するように構成されている。これに対して、メインシャフト３６のギヤ４２ａは、メインシャフト３６に対して空動可能に取り付けられており、噛合いクラッチ４６によりメインシャフト３６に固定された状態において、動力を伝達可能に構成されている。
【００５６】
低速側の噛合いクラッチ４４は、メインシャフト３６に固定されたクラッチ・カム・リング５２と、このクラッチ・カム・リング５２の外周に取り付けられたクラッチ・リング５４と、を有する。
クラッチ・カム・リング５２は円筒状の部材であり、メインシャフト３６の外周に取り付けられ、メインシャフト３６と一体となって回転するように構成されている。また、クラッチ・カム・リング５２の外周面には、概ね軸方向に延びるＶ字状のカム溝５２ａが、円周方向に等間隔に複数設けられている。
【００５７】
クラッチ・リング５４は、クラッチ・カム・リング５２の外周に配置されたドーナツ板状の円板であり、クラッチ・カム・リング５２に対して軸方向に摺動可能に取り付けられている。また、クラッチ・リング５４の内周には、半径方向内方に突出した、複数の円形断面のカム突部５４ａが、円周方向に等間隔に設けられている。これらのカム突部５４ａは、クラッチ・カム・リング５２の外周に設けられた複数のカム溝５２ａに夫々受け入れられている。この構成により、クラッチ・リング５４は、軸方向に摺動される際、クラッチ・カム・リング５２に設けられたＶ字状のカム溝５２ａに沿って円周方向にも移動される。
【００５８】
一方、クラッチ・リング５４の一方の面には、軸方向に突出するように複数のクラッチ歯５４ｂが設けられている。これらのクラッチ歯５４ｂは、クラッチ・リング５４の、ギヤ４０ａに対向する側の面に、放射方向に延びるように等間隔に形成されている。一方、ギヤ４０ａの、クラッチ・リング５４に対向する側の面にも複数のクラッチ歯４０ｃが放射方向に延びるように等間隔に形成されている。これらギヤ４０ａの各クラッチ歯４０ｃと、クラッチ・リング５４の各クラッチ歯５４ｂは、クラッチ・リング５４がギヤ４０ａに向けて軸方向に摺動されると、夫々係合するように形成されている。このようにクラッチ歯４０ｃとクラッチ歯５４ｂが互いに係合した状態においては、メインシャフト３６に対するギヤ４０ａの回転が阻止され、低速側ギヤ４０（ギヤ４０ａ及び４０ｂ）による動力の伝達が可能となる。なお、図６は、クラッチ・リング５４がギヤ４０ａに近接した位置へ摺動され、クラッチ歯４０ｃとクラッチ歯５４ｂが係合した状態を示している。
【００５９】
さらに、クラッチ・リング５４の外周縁部は、シフト・フォーク４８の先端に設けられた凹部４８ａに受け入れられている。このため、シフト・フォーク４８の移動によって、クラッチ・リング５４はクラッチ・カム・リング５２上を軸方向に摺動され、クラッチ・リング５４とギヤ４０ａの係合、解除が切り替えられる。
【００６０】
次に、高速側の噛合いクラッチ４６は、低速側の噛合いクラッチ４４と同様の構成を備えており、メインシャフト３６に固定されたクラッチ・カム・リング５６と、このクラッチ・カム・リング５６の外周に取り付けられたクラッチ・リング５８と、を有する。
クラッチ・カム・リング５６は円筒状の部材であり、その外周面には、概ね軸方向に延びるＶ字状のカム溝５６ａが、円周方向に等間隔に複数設けられている。
【００６１】
クラッチ・リング５８は、クラッチ・カム・リング５２の外周に配置されたドーナツ板状の円板であり、その内周には、半径方向内方に突出した、複数の円形断面のカム突部５８ａが、円周方向に等間隔に設けられている。これらのカム突部５８ａは、クラッチ・カム・リング５６の外周のカム溝５６ａに夫々受け入れられ、クラッチ・リング５８は、軸方向に摺動される際、Ｖ字状のカム溝５６ａに沿って円周方向にも移動される。
【００６２】
一方、クラッチ・リング５８の一方の面には、軸方向に突出するように複数のクラッチ歯５８ｂが設けられている。一方、ギヤ４２ａの、クラッチ・リング５８に対向する側の面にも複数のクラッチ歯４０ｃが放射方向に延びるように等間隔に形成されている。これらギヤ４２ａの各クラッチ歯４２ｃと、クラッチ・リング５８の各クラッチ歯５８ｂは夫々係合するように形成され、係合した状態においてはメインシャフト３６に対するギヤ４２ａの回転が阻止され、高速側ギヤ４２（ギヤ４２ａ及び４２ｂ）による動力の伝達が可能となる。なお、図６は、クラッチ・リング５８がギヤ４２ａから離間した位置へ摺動され、クラッチ歯４２ｃとクラッチ歯５８ｂの係合が解除された状態を示している。
【００６３】
さらに、クラッチ・リング５８の外周縁部は、シフト・フォーク５０の先端に設けられた凹部５０ａに受け入れられている。このため、シフト・フォーク５０の移動によって、クラッチ・リング５８はクラッチ・カム・リング５４上を軸方向に摺動され、クラッチ・リング５８とギヤ４２ａの係合、解除が切り替えられる。即ち、シフト・フォーク４８、５０の移動に伴って、クラッチ・リング５４とギヤ４０ａ、及びクラッチ・リング５８とギヤ４２ａの係合、解除が夫々切り替えられる。これにより、低速側ギヤ４０（ギヤ４０ａ及び４０ｂ）による動力の伝達と、高速側ギヤ４２（ギヤ４２ａ及び４２ｂ）による動力の伝達が、切り替えられる。
【００６４】
また、シフト・フォーク４８、５０は、円筒形のシフトドラム（図示せず）の外周面に設けられた溝（図示せず）に沿って、メインシャフト３６の軸線方向（図６の横方向）に移動可能に設けられている。これにより、アクチュエータ（図示せず）によってシフトドラム（図示せず）が回転されると、これに形成された溝（図示せず）に従って所定のパターンでシフト・フォーク４８及び５０が移動され、各ギヤの係合が切り替えられる。
【００６５】
次に、トランスミッション１５におけるギヤの切り替えを説明する。
トランスミッション１５による変速は、制御装置２４がアクチュエータ（図示せず）を制御して、シフトドラム（図示せず）を回転させ、各シフト・フォークを移動させることにより、自動的に行われる。また、制御装置２４により設定されるギヤ段は、エンジン１２の回転数や車両１の速度等に基づいて自動的に選択され（オートマチックモード）、或いは運転者の操作に基づいて選択される（マニュアルモード）。
【００６６】
上述したように、図６は、低速側ギヤ４０による動力の伝達が行われ、高速側ギヤ４２のギヤ４２ａは、メインシャフト３６に対して空転している状態を示している。図６に示す低速側ギヤ４０により動力が伝達されている状態から、高速側ギヤ４２による動力の伝達に切り替える（シフトアップする）場合には、シフトドラム（図示せず）に設けられた溝に沿ってシフト・フォーク４８、５０を移動させる。即ち、トランスミッション１５を高速側に切り替える場合には、シフト・フォーク４８をギヤ４０ａから離間させると共に、シフト・フォーク５０をギヤ４２ａに近接させる。
【００６７】
まず、低速側ギヤ４０により動力が伝達されている状態では、クラッチ・リング５４のクラッチ歯５４ｂとギヤ４０ａのクラッチ歯４０ｃが係合している。この状態では、メインシャフト３６、ギヤ４０ａ、クラッチ・カム・リング５２及びクラッチ・リング５４は一体的に、完全に同一の回転数で回転している。次に、トランスミッション１５を高速側に切り替えるべく、シフト・フォーク５０により高速側のクラッチ・リング５８をギヤ４２ａに近づける。これにより、クラッチ・リング５８のクラッチ歯５８ｂとギヤ４２ａのクラッチ歯４２ｃが接触して、瞬間的に高速側ギヤ４２によっても動力が伝達されるようになるため、メインシャフト３６及びカウンターシャフト３８の回転速度が僅かに変化する。
【００６８】
この回転速度の変化により、完全に一致していたクラッチ・カム・リング５２とクラッチ・リング５４の回転に、僅かな回転速度差が発生する。この回転速度差に基づいて、クラッチ・カム・リング５２に形成されたＶ字状のカム溝５２ａの斜面が、クラッチ・リング５４のカム突部５４ａを押圧する。このカム溝５２ａの斜面がカム突部５４ａを押圧する力の分力は、クラッチ歯５４ｂと４０ｃの係合を解除すると共に、クラッチ・リング５４をギヤ４０ａから引き離す方向に作用し、クラッチ・リング５４とギヤ４０ａの係合が解除される。一方、高速側のクラッチ・リング５８のクラッチ歯５８ｂと、ギヤ４２ａのクラッチ歯４２ｃが係合し、高速側ギヤ４２によって動力が伝達されるようになる。
【００６９】
このように、シフト・フォーク４８の移動に基づくクラッチ・リング５４とギヤ４０ａの係合の解除と、シフト・フォーク５０の移動に基づくクラッチ・リング５８とギヤ４２ａの係合が、ほぼ同時に行われる。これにより、低速側ギヤ４０から高速側ギヤ４２への変速が瞬時に実行され、実質的な駆動力の途切れが無い状態で高速側への変速が完了する。
【００７０】
なお、図６においては、各クラッチ・リングの片側にのみ係合すべきギヤが配置されていたが、各クラッチ・リングの両面にクラッチ歯を設けると共に、各クラッチ・リングの両側に選択的に係合すべきギヤが配置されるようにトランスミッションを構成することもできる。これにより、コンパクトな構成で多数の変速段を設けることができる。
【００７１】
次に、図７を参照して、制御装置２４により実行される電動機走行モード及び内燃機関走行モードの動作を説明する。図７は、各モードにおける動作の一例を示すタイムチャートである。
【００７２】
図７に示すタイムチャートは、上段から順に、車両１の速度、エンジン１２が発生するトルク、主駆動モータ１６が発生するトルク、副駆動モータ２０が発生するトルク、キャパシタ２２の電圧、キャパシタ２２電流、及びバッテリ１８電流を示している。なお、主駆動モータ１６のトルク、及び副駆動モータ２０のトルクを示すグラフにおいて、正の値は各モータがトルクを発生している状態を意味し、負の値は各モータが車両１の運動エネルギーを回生している状態を意味する。また、キャパシタ２２電流、及びバッテリ１８電流を示すグラフにおいて、負の値は各モータに電力を供給（放電）している状態を意味し、正の値は各モータにおいて回生された電力を充電している状態を意味する。
【００７３】
まず、図７の時刻ｔ1において、電動機走行モードにより、運転者が車両１を発進させ、加速している。この状態では、主駆動モータ１６がトルクを発生し、車速が上昇する（図１０の時刻ｔ1〜ｔ2）。この際、主駆動モータ１６に電力を供給するバッテリ１８から放電電流が流れる一方、副駆動モータ２０はトルクを発生させないため、キャパシタ２２からの放電電流はゼロのままであり、キャパシタ２２の電圧も変化しない。また、時刻ｔ1〜ｔ2では、電動機走行モードに設定されているため、エンジン１２は駆動されない（エンジン１２に燃料は供給されず、トルクを発生しない）。
【００７４】
図７に示す例では、時刻ｔ1〜ｔ2の間、車両１を加速させた後、時刻ｔ3まで車両１は定速走行されている。次に、時刻ｔ3において、運転者が車両１のブレーキペダル（図示せず）を操作すると、主駆動モータ１６による駆動が停止（トルクを発生しない）されると共に、副駆動モータ２０により、車両１の運動エネルギーが電力として回生される。運動エネルギーの回生により車両１は減速され、バッテリ１８からの放電電流がゼロとなる一方、副駆動モータ２０による電力の回生により、キャパシタ２２に充電電流が流れ、キャパシタ２２の電圧が上昇する。
【００７５】
図７の時刻ｔ4において、車両１が停止すると、キャパシタ２２への充電電流がゼロとなり、キャパシタ２２の電圧も一定になる。次いで、時刻ｔ5において再び車両１が発進され、低速走行に至った（時刻ｔ6）後、車両１の減速が開始（時刻ｔ7）されると、副駆動モータ２０による電力の回生が行われる。このように、市街地の中などで比較的低速で発進、停止が繰り返される間は、電動機走行モードに設定され、車両１は純粋に電気自動車（ＥＶ）として機能し、エンジン１２はトルクを発生しない。
【００７６】
さらに、図７の時刻ｔ8において車両１が発進されると、車両１が加速される。次いで、時刻ｔ9において、車両１の速度が所定の車速を超えると、主駆動モータ１６が駆動されると共に、副駆動モータ２０も駆動される。このように、電動機走行モードにおいて、所定値以上の車速で、所定値以上の加速が行われると、必要な動力を得るために主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０に電力が供給され、これらによって車両１が駆動される。この際、主駆動モータ１６にはバッテリ１８から電力が供給され、副駆動モータ２０にはキャパシタ２２から電力が供給される。このようにキャパシタ２２から電力が供給されることにより、キャパシタ２２の電圧は低下する。
【００７７】
図７の時刻ｔ10において、車両１が定速走行に移行する（アクセルペダルの操作が所定量未満になる）と、副駆動モータ２０による駆動が停止され（トルクを発生しなくなる）、主駆動モータ１６のみによって車両１が駆動される。このように、車両１が所定車速以上で走行している状態であっても、所定量以上の加速が行われていない状態では、主駆動モータ１６のみにより車両１が駆動される。
【００７８】
また、時刻ｔ9〜ｔ10の間の副駆動モータ２０の駆動により、キャパシタ２２の電圧が所定値以下に低下したため、時刻ｔ10において制御装置２４は高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａに信号を送り、キャパシタ２２への充電を行う。即ち、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａは、バッテリ１８に蓄積されている電荷を昇圧してキャパシタ２２に充電を行う。これにより、図７の時刻ｔ10〜ｔ11においては、主駆動モータ１６を駆動するための電流及びキャパシタ２２を充電するための電流が、バッテリ１８から放電される。なお、副駆動モータ２０により大きな電力が回生され、キャパシタ２２の電圧が所定値以上に上昇した場合には、制御装置２４は高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａに信号を送り、キャパシタ２２の電圧を降圧してバッテリ１８への充電を行う。このように、副駆動モータ２０により回生された電力は、副駆動モータ２０によって消費されるか、又はキャパシタ２２に一旦蓄積された後、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２６ａを介してバッテリ１８に充電される。
【００７９】
図７の時刻ｔ11において、車両１が減速する（ブレーキペダルが操作される）と、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０の両方で車両１の運動エネルギーが電力として回生される。主駆動モータ１６によって回生された電力はバッテリ１８へ蓄積され、副駆動モータ２０によって回生された電力はキャパシタ２２に蓄積される。このように、所定車速以上でブレーキペダルが操作された場合には、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０の両方で電力の回生が行われ、バッテリ１８及びキャパシタ２２に電荷が蓄積される。
【００８０】
次に、図７の時刻ｔ12において、運転者によってスイッチ（図示せず）が操作され、車両１が電動機走行モードから内燃機関走行モードに切り替えられると共に、アクセルペダル（図示せず）が踏み込まれる。車両１が内燃機関走行モードに切り替えられると、エンジン１２への燃料の供給が開始され、エンジン１２がトルクを発生するようになる。即ち、本実施形態においては、エンジン１２の出力軸（図示せず）は主駆動モータ１６の出力軸（図示せず）と直結されているため、エンジン１２の出力軸は常に主駆動モータ１６の駆動と共に回転されている。しかしながら、電動機走行モードにおいては、エンジン１２への燃料供給が行われないためエンジン１２はトルクを発生しておらず、内燃機関走行モードにおいて燃料供給が開始されることによりトルクを発生するようになる。
【００８１】
また、電動機走行モードから内燃機関走行モードに切り替えられた直後は、制御装置２４は、主駆動モータ１６によりエンジン始動用のトルクを発生させる（図７の時刻ｔ12〜ｔ13）。このエンジン始動用のトルクは、エンジン１２への燃料供給が開始された後、エンジン１２が実際にトルクを発生するようになるまでの間、車両１を走行させると共に、エンジン１２がトルクを発生する前後のトルクムラを抑制するために発生される。また、本実施形態においては、内燃機関走行モードに切り替えられた時点におけるエンジン１２の回転数が所定回転数未満の場合にはエンジン１２への燃料供給は開始されず、エンジン始動用のトルクによりエンジン１２が所定回転数以上になった時点で燃料供給が開始される。本実施形態においては、エンジン１２の回転数が２０００ｒｐｍ以上に上昇したとき、燃料供給が開始される。
【００８２】
エンジン１２が始動された後、内燃機関走行モードにおいては、車両１を駆動するための動力は専らエンジン１２から出力され、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０が車両１を駆動するための動力を出力することはない。このため、運転者は、内燃機関により駆動される車両１の運転フィーリングを楽しむことができる。
【００８３】
次いで、図７の時刻ｔ14において、運転者がブレーキペダル（図示せず）を操作すると、エンジン１２への燃料供給が停止され、燃料の消費が抑制される。さらに、主駆動モータ１６及び副駆動モータ２０により、車両１の運動エネルギーが電気エネルギーとして回生され、バッテリ１８及びキャパシタ２２に夫々充電電流が流れる。
【００８４】
なお、内燃機関走行モードにおける車両１の減速中において、制御装置２４は、有段変速機であるトランスミッション１５の切り替え時（変速時）に、副駆動モータ２０を駆動してトルク調整を実行する。このトルク調整トにより発生されるトルクは瞬間的にトルク抜け等を補完するものであり、車両１を駆動するトルクには該当しない。トルク調整の詳細については後述する。
【００８５】
一方、図７の時刻ｔ15において、車両１が停止すると、制御装置２４は、エンジン１２のアイドリングを維持するために必要な最小限の燃料を供給する。また、制御装置２４は、エンジン１２が低回転数でアイドリングを維持できるよう、主駆動モータ１６によりアシストトルクを発生させる。
【００８６】
本実施形態においては、エンジン１２はフライホイールレスエンジンであるが、主駆動モータ１６が発生するアシストトルクが擬似的なフライホイールとして作用し、エンジン１２は低回転数で滑らかなアイドリングを維持することができる。また、フライホイールレスエンジンを採用することにより、内燃機関走行モードの走行中には、エンジン１２の高い応答性が得られ、フィーリングの良い運転を楽しむことができる。
【００８７】
また、内燃機関走行モードにおいて車両１が停車している状態から発進する場合には、制御装置２４は主駆動モータ１６に信号を送り、主駆動モータ１６の回転数（＝エンジン１２の回転数）を所定回転数まで上昇させる。エンジン回転数が所定回転数まで上昇した後、制御装置２４は、エンジン１２にエンジン駆動用の燃料を供給して、エンジン１２による駆動を発生させ、内燃機関走行モードによる走行が行なわれる。
【００８８】
次に、図８乃至１０を参照して、トランスミッション１５の切り替え時（変速時）における車両１の加速度の変化を説明する。
図８は、トランスミッション１５を高速側へ切り替えた（シフトアップした）場合における車両１の加速度を、横軸を時間［Ｓｅｃ］、縦軸を加速度［ｍ／Ｓｅｃ2］として模式的に示したグラフである。同様に、図９及び図１０は、トランスミッション１５を低速側へ切り替えた（シフトダウンした）場合における車両１の加速度を、横軸を時間［Ｓｅｃ］、縦軸を加速度［ｍ／Ｓｅｃ2］として模式的に示したグラフである。
【００８９】
まず、図８は、車両１のアクセルペダル（図示せず）を全開まで踏み込んだ状態において、トランスミッション１５を１速から２速に切り替えた場合における車両１の加速度の変化を示している。ここで、図８に示す例において、変速前における車両１の加速度はＧ１［ｍ／Ｓｅｃ2］である。まず、図８の破線に示すように、有段変速機をアクチュエータによって自動的に切り替える所謂オートシフトマニュアル（ＡＳＭ）式の一般的なトランスミッションでは、変速に約３００〜８００［ｍＳｅｃ］（図８の例では約５００［ｍＳｅｃ］）の時間を要する。この間、車両の加速度は約０Ｇ程度まで低下し、乗員には「失速感」が与えられ、不快に感じられる。
【００９０】
これに対し、図８の一点鎖線に示すように、トルクコンバータを備えたオートマチックトランスミッションにおいては、１速から２速への変速時における加速度の落ち込みは極めて少なく、乗員が「失速感」を感じることはない。
さらに、図８の実線に示すように、本実施形態においては、トランスミッション１５として、高速側への変速時には実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式の変速機が採用されているため、変速時における加速度の低下が抑制されている。即ち、本実施形態においては、変速時における加速度の落ち込み量が、変速前の加速度Ｇ１に対してα％以下に抑えられている。この変速時におけるα％程度の加速度の落ち込みは、スポーツ仕様の車両の性能として十分なものであり、乗員が「失速感」を感じることは殆どない。
【００９１】
一方、図８の破線に示した一般的なオートシフトマニュアル式のトランスミッションにおける加速度の落ち込みを、モータの駆動力を使用して抑制することが考えられる。この場合、図８の破線に示す加速度の落ち込みを、実線に示す本実施形態の車両駆動装置１０程度の落ち込みまで抑制するために、瞬間的にΔＴ1［Ｎｍ］程度のトルクでアシストする必要がある。このアシストに要するモータトルクΔＴ1は大きなものであり、単独のモータで走行する電気自動車において必要とされるトルクに匹敵し、アシストのために大型のモータが必要とされてしまい、重量の大幅な増加に繋がる。
【００９２】
次に、図９は、車両１のアクセルペダル（図示せず）を踏み込んでいる状態において、トランスミッション１５を３速から２速に切り替えた場合における車両１の加速度の変化を示している。即ち、図９では、所定の車速から、アクセル開度が所定速度で増加するように車両１のアクセルペダル（図示せず）を踏み込んでいる状態において、トランスミッション１５が低速側に切り替えられ（シフトダウンされ）ている。
【００９３】
ここで、図９に示す例において、変速前における車両１の加速度はＧ２［ｍ／Ｓｅｃ2］である。まず、図９の破線に示すように、オートシフトマニュアル式の一般的なトランスミッションでは、変速に約３００〜１０００［ｍＳｅｃ］（図９の例では約６００［ｍＳｅｃ］）の時間を要する。この間、車両の加速度は約０Ｇ程度まで低下し、乗員には「失速感」が与えられ、不快に感じられる。
【００９４】
これに対し、図９の一点鎖線に示すように、トルクコンバータを備えたオートマチックトランスミッションにおいては、３速から２速への変速時における加速度の落ち込みは極めて少なく、乗員が「失速感」を感じることはない。
ここで、本実施形態においては、トランスミッション１５として、シームレスシフト式の変速機が採用されているが、低速側への変速（シフトダウン）時には駆動力の途切れが発生する。このため、本実施形態においては、低速側への変速時において、制御装置２４は各副駆動モータ２０に信号を送って駆動力を発生させ、駆動力の落ち込みを補完する。即ち、図９の実線に示すように、本実施形態においては、トランスミッション１５による低速側への変速時において、副駆動モータ２０に駆動力を発生させ、変速時における駆動力の途切れを補完して、加速度の落ち込みを防止している。このため、スポーツ仕様の車両として十分な性能が得られ、乗員が「失速感」を感じることはない。
【００９５】
このように、本実施形態においては、図９の破線に示した一般的なオートシフトマニュアル式のトランスミッションと同程度の加速度の落ち込みを、副駆動モータ２０の駆動力により補完している。ここで、加速度の落ち込みを、変速前の加速度Ｇ２に対してα％以下の落ち込みに抑制するために必要なトルクはΔＴ2［Ｎｍ］である。このトルクΔＴ2は、図８に例示した高速側への変速時に要求されるトルクよりも十分に小さく、比較的小型の副駆動モータ２０によって加速度の落ち込みを効果的に補完することができる。
【００９６】
また、本実施形態においては、シフトダウンに伴う主駆動輪（後輪２ａ）における駆動力の途切れを、インホイールモータである副駆動モータ２０により副駆動輪（前輪２ｂ）で補完している。このため、エンジン１２から主駆動輪に動力を伝達する動力伝達機構１４の動特性の影響を受けることなく、高い応答性で駆動力を補完することができる。また、トランスミッション１５の低速側への切り替え時における副駆動モータ２０による駆動力は、ごく短時間発生させるものであり、実質的に車両１を駆動するものではない。このため、副駆動モータ２０が発生する駆動力は、副駆動モータ２０によって回生され、キャパシタ２２に蓄積された電荷によって生成することができる。
【００９７】
次に、図１０は、車両１のアクセルペダル（図示せず）を踏まずに、エンジンブレーキにより減速している状態において、トランスミッション１５を３速から２速に切り替えた場合における車両１の減速度の変化を示している。図１０に示す例において、変速前における車両１の加速度は０よりも小さく、この状態でトランスミッション１５が低速側に変速されている。まず、図１０の破線に示すように、オートシフトマニュアル式の一般的なトランスミッションでは、変速に約３００〜１０００［ｍＳｅｃ］（図１０の例では約６００［ｍＳｅｃ］）の時間を要する。この間、エンジンブレーキによる減速度が作用しなくなるため、車両の加速度は約０Ｇ程度まで上昇し、乗員には「空走感」が与えられ、不快に感じられる。
【００９８】
これに対し、図１０の一点鎖線に示すように、トルクコンバータを備えたオートマチックトランスミッションにおいては、３速から２速への変速時における加速度の上昇は極めて少なく、乗員が「空走感」を感じることはない。
ここで、本実施形態においては、トランスミッション１５として、シームレスシフト式の変速機が採用されているが、低速側への変速（シフトダウン）時には所定時間エンジンブレーキが作用しなくなる。このため、本実施形態においては、車両１の減速時に低速側へ変速された場合には、制御装置２４は各副駆動モータ２０に信号を送って車両１の運動エネルギーの回生を行い、制動力を発生させる。即ち、図１０の実線に示すように、本実施形態においては、減速中においてトランスミッション１５が低速側へ切り替えられた場合には、副駆動モータ２０により運動エネルギーを回生させ、変速時における制動力の途切れを補完して、加速度の上昇を防止している。このため、スポーツ仕様の車両として十分な性能が得られ、乗員が「空走感」を感じることはない。
【００９９】
このように、本実施形態においては、図１０の破線に示した一般的なオートシフトマニュアル式のトランスミッションと同程度の加速度の上昇を、副駆動モータ２０の回生による制動力により抑制している。ここで、通常のエンジンブレーキと同等の制動力を得るために必要な制動トルクはΔＴ3［Ｎｍ］である。この制動トルクΔＴ3は、比較的小型の副駆動モータ２０の回生によって十分に得ることができ、「空走感」を効果的に抑制することができる。
【０１００】
本発明の第１実施形態の車両駆動装置１０によれば、制御装置２４がアシストモータである副駆動モータ２０に駆動力を発生させ、変速時における駆動力の途切れを補完する（図９）ので、乗員に与えられる「失速感」を抑制することができ、車両の乗り心地を良好にすることができる。また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、高速側への変速時において実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式のトランスミッション１５（図６）と、低速側への変速時において駆動力の途切れを補完する比較的小型の副駆動モータ２０を組み合わせている。このため、車両重量の大幅な増加による運動性能の低下や、大幅なコストアップを回避しながら、変速時における駆動力の途切れを抑制することにより、車両１の乗り心地を良好にすることができる。
【０１０１】
また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生する主駆動モータ１６を備えているので、エンジン１２の駆動力を使用しない電動機走行モード（図７）を実現することができる。この結果、エンジン１２による車両１の走行が規制されている区域においても車両１を走行させることができる。また、所定車速以上で車両１を加速させる場合に副駆動モータ２０が駆動力を発生させる（図７の時刻ｔ9）ので、小型の主駆動モータ１６で電動機走行モードを実現することが可能になり、車両全体を軽量化することができる。
【０１０２】
さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、副駆動モータ２０がインホイールモータ（図５）であるため、発生した駆動力が直接車輪に伝達されるので、駆動力が途切れるタイミングで車両１に瞬時に駆動力を付加することができる。このため、駆動力の途切れにより乗員に与えられる失速感を、より効果的に抑制することができる。
【０１０３】
また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、副駆動モータ２０がインホイールモータであり、モータの出力が変速されることなく、直接、副駆動輪である前輪２ｂが駆動される（図１）ので、副駆動モータ２０の回転出力を変速するための機構を設ける必要がなく、車両１を軽量化することができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、内燃機関走行モードにおいては、主駆動モータ１６による駆動力が発生されない（図７）ので、車両１はエンジン１２が発生する駆動力によって駆動され、運転者はエンジン１２で走行する車両１の運転フィーリングを十分に楽しむことができる。
【０１０５】
また、本実施形態の車両駆動装置１０によれば、車両１の前部に配置されたエンジン１２が発生した駆動力が後輪２ａに伝達され、後輪２ａが駆動されるので、車両１の運動性能を高めることができる。
【０１０６】
次に、図１１を参照して、本発明の第２実施形態による車両駆動装置を説明する。
図１１は、本発明の第２実施形態による車両駆動装置を搭載した車両のレイアウト図である。
【０１０７】
本実施形態による車両駆動装置は、エンジンが発生する駆動力の伝達構造、及び副駆動モータの配置が上述した第１実施形態とは異なっている。従って、ここでは、本実施形態による車両駆動装置の、第１実施形態とは異なる部分のみを説明し、同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
図８に示すように、本発明の第２実施形態による車両駆動装置１１０を搭載した車両１００は、運転席よりも前方の、車両の前部に内燃機関であるエンジン１１２が搭載されている。また、車両１００は、エンジン１１２の駆動力によって主駆動輪である左右１対の後輪２ａが駆動される所謂ＦＲ（Front Engine Rear Drive）車である。また、後述するように、後輪２ａは主駆動モータ１１６、及び副駆動モータ１２０によっても駆動される。
【０１０９】
車両１００に搭載された本発明の第２実施形態による車両駆動装置１１０は、後輪２ａを駆動するエンジン１１２と、有段変速機であるトランスミッション１１５と、後輪２ａを駆動する主駆動モータ１１６と、バッテリ１１８と、モータ制御装置である制御装置１２４と、を有する。さらに、車両駆動装置１１０は、左右の後輪２ａを駆動するアシストモータである副駆動モータ１２０と、その近傍に配置されたキャパシタ１２２と、を有する。
【０１１０】
エンジン１１２は、車両１００の主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するための内燃機関である。本実施形態においては、車両１００の前部に配置されたエンジン１１２の駆動力が、トランスミッション１１５、プロペラシャフト１１７ａ、カップリング１１７ｂ、及び後輪用のリヤディファレンシャルギヤ１１７ｃを介して左右の後輪２ａに伝達される。
【０１１１】
トランスミッション１１５は、エンジン１１２の出力軸の回転数を変換して出力する有段変速機であり、トランスミッション１１５の出力は、プロペラシャフト１１７ａ、カップリング１１７ｂ、及びリヤディファレンシャルギヤ１１７ｃを介して左右の後輪２ａに伝達される。また、本実施形態においても、トランスミッション１１５として、低速側への変速時には伝達する駆動力が途切れるが、高速側への変速時には実質的に駆動力が途切れないシームレスシフト式の変速機が採用されている。さらに、プロペラシャフト１１７ａは、車両１００の下部中央に、前後方向に延びるように形成されたトンネル部の中に通され、その後端部にカップリング１１７ｂが接続されている。カップリング１１７ｂは入力された駆動力をリヤディファレンシャルギヤ１１７ｃに伝達する。
【０１１２】
主駆動モータ１１６は、主駆動輪に対する駆動力を発生するための電動機であって、車両１００の車体上に設けられ、エンジン１１２の後方に、エンジン１１２に隣接して配置されている。また、車両１００のトンネル部の中にはインバータ１１６ａが配置されており、このインバータ１１６ａにより、バッテリ１１８の直流電圧が交流電圧に変換されて主駆動モータ１１６に供給される。さらに、図１１に示すように、主駆動モータ１１６はエンジン１１２と直列に接続されており、主駆動モータ１１６が発生した駆動力もトランスミッション１１５を介して後輪２ａに伝達される。本実施形態においては、主駆動モータ１１６として、４８Ｖで駆動される２５ｋＷの永久磁石電動機（永久磁石同期電動機）が採用されている。
【０１１３】
バッテリ１１８は、主として主駆動モータ１１６を作動させる電気エネルギーを蓄積するための蓄電器であり、トンネル部の中の、インバータ１１６ａの後ろ側に配置されている。さらに、本実施形態においては、バッテリ１１８として、４８Ｖ、３．５ｋＷｈのリチウムイオンバッテリ（ＬＩＢ）が使用されている。
【０１１４】
次に、副駆動モータ１２０は、主駆動輪である後輪２ａに対する駆動力を発生するように設けられ、カップリング１１７ｂ及び後輪用のリヤディファレンシャルギヤ１１７ｃと一体化されている。また、副駆動モータ１２０は車両１００の車体側に設けられたオンボードモータであり、トランスミッション１１５を介することなく、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｃを介して左右の後輪２ａに駆動力が伝達される。また、図１１に示すように、副駆動モータ１２０には、キャパシタ（ＣＡＰ）１２２からの電流が、副駆動モータ用のインバータ１２０ａにより交流に変換されて供給される。
【０１１５】
キャパシタ１２２は、副駆動モータ１２０によって回生された電力を蓄積するように設けられている。図１１に示すように、キャパシタ１２２及びインバータ１２０ａは、車両１００の幅方向中央に配置されたカップリング１１７ｂ、リヤディファレンシャルギヤ１１７ｃ、及び副駆動モータ１２０の近傍に隣接して配置されている。また、キャパシタ１２２はバッテリ１１８と直列に接続され、キャパシタ１２２からの電力は、インバータ１２０ａ、ワイヤハーネス１２２ａを介して副駆動モータ１２０に供給される。
【０１１６】
これにより、副駆動モータ１２０は、バッテリ１１８の端子間電圧よりも高い電圧で駆動される。さらに、キャパシタ１２２は、バッテリ１１８よりも高い電圧で電荷を蓄積するように構成される。なお、バッテリ１１８とキャパシタ１２２の間には電圧変換器である高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２６ａが接続されている。この高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２６ａにより、バッテリ１１８とキャパシタ１２２の間で双方向に充電を行うことができる。また、バッテリ１１８と車両１００の１２Ｖ電装品（図示せず）の間には、低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ１２６ｂが接続されており、バッテリ１１８に蓄積された電荷を１２Ｖに降圧して電装品等に供給することができる。
【０１１７】
一方、図１１に示すように、制御装置１２４は、エンジン１１２、主駆動モータ１１６及び副駆動モータ１２０を制御して、電動機走行モード及び内燃機関走行モードを実行するように構成されている。さらに、制御装置１２４は、トランスミッション１１５による低速側への変速時において、副駆動モータ１２０に駆動力を発生させ、変速時における駆動力の途切れを補完するように構成されている。具体的には、制御装置１２４は、マイクロプロセッサ、メモリ、インタフェイス回路、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等によって構成することができる。
【０１１８】
本発明の第２実施形態による車両駆動装置１１０は、このように構成されているため、アシストモータである副駆動モータ１２０が発生した駆動力が、トランスミッション１１５を介することなく主駆動輪である後輪２ａに作用する。即ち、副駆動モータ１２０は、エンジン１１２からの動力伝達系において、トランスミッション１１５よりも下流側に配置されているので、トランスミッション１１５を介することなく後輪２ａを駆動することができる。このため、本発明の第１実施形態による車両駆動装置１０と同様に、低速側への変速時において、副駆動モータ１２０に駆動力を発生させることにより、トランスミッション１１５による駆動力の途切れを補完することができる。
【０１１９】
本発明の第２実施形態の車両駆動装置１１０によれば、アシストモータである副駆動モータ１２０の駆動力により、変速時における駆動力の途切れを、主駆動輪である後輪２ａを駆動して補完することができる。即ち、本実施形態の車両駆動装置１１０においては、アシストモータである副駆動モータ１２０による駆動力は、エンジン１１２の駆動力と共に主駆動輪に作用される。しかしながら、副駆動モータ１２０の駆動力は、トランスミッション１１５を介することなく、トランスミッション１１５の下流側に加えられるので、トランスミッション１１５における駆動力の途切れを補完することができる。
【０１２０】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、本発明の車両駆動装置をＦＲ車に適用していたが、車両の前方部分にエンジンを配置して前輪を主駆動輪とする所謂ＦＦ車や、車両の後方部分にエンジンを配置して後輪を主駆動輪とする所謂ＲＲ車等、様々なタイプの車両に本発明を適用することができる。また、上述した実施形態においては、主駆動輪を駆動する主駆動モータが備えられていたが、主駆動モータを備えていない車両駆動装置に本発明を適用することもできる。
【０１２１】
また、上述した第１実施形態においては、インホイールモータをアシストモータ（副駆動モータ２０）として採用し、副駆動輪を駆動していたが、オンボードモータにより副駆動輪を駆動して駆動力の途切れを補完するように本発明を構成することもできる。さらに、上述した第２実施形態においては、オンボードモータをアシストモータ（副駆動モータ１２０）として採用し、主駆動輪を駆動していたが、インホイールモータにより主駆動輪を駆動して駆動力の途切れを補完するように本発明を構成することもできる。
【符号の説明】
【０１２２】
１    車両
２ａ  後輪（主駆動輪）
２ｂ  前輪（副駆動輪）
１０    車両駆動装置
１２    エンジン（内燃機関）
１４    動力伝達機構
１４ａ  プロペラシャフト
１４ｂ  クラッチ
１５    トランスミッション（有段変速機）
１６    主駆動モータ（主駆動電動機）
１６ａ  インバータ
１８    バッテリ（蓄電器）
２０    副駆動モータ（アシストモータ）
２０ａ  インバータ
２２    キャパシタ
２２ａ  ブラケット
２２ｂ  ハーネス
２４    制御装置（モータ制御装置）
２６ａ  高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換器）
２６ｂ  低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８    ステータ
２８ａ  ステータベース
２８ｂ  ステータシャフト
２８ｃ  ステータコイル
３０    ロータ
３０ａ  ロータ本体
３０ｂ  ロータコイル
３２    電気絶縁液室
３２ａ  電気絶縁液
３４    ベアリング
３６    メインシャフト
３８    カウンターシャフト
４０    低速側ギヤ
４０ａ  ギヤ
４０ｂ  ギヤ
４０ｃ  クラッチ歯
４２    高速側ギヤ
４２ａ  ギヤ
４２ｂ  ギヤ
４２ｃ  クラッチ歯
４４    噛合いクラッチ
４６    噛合いクラッチ
４８    シフト・フォーク
４８ａ  凹部
５０    シフト・フォーク
５０ａ  凹部
５２    クラッチ・カム・リング
５２ａ  カム溝
５４    クラッチ・リング
５４ａ  カム突部
５４ｂ  クラッチ歯
５６    クラッチ・カム・リング
５６ａ  カム溝
５８    クラッチ・リング
５８ａ  カム突部
５８ｂ  クラッチ歯
１００    車両
１１０    車両駆動装置
１１２    エンジン
１１５    トランスミッション（有段変速機）
１１６    主駆動モータ
１１６ａ  インバータ
１１７ａ  プロペラシャフト
１１７ｂ  カップリング
１１７ｃ  リヤディファレンシャルギヤ
１１８    バッテリ
１２０    副駆動モータ（アシストモータ）
１２０ａ  インバータ
１２２    キャパシタ
１２２ａ  ワイヤハーネス
１２４    制御装置（モータ制御装置）
１２６ａ  高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２６ｂ  低圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
【図１】
2020059379.tif 000003
【図２】
2020059379.tif 000004
【図３】
2020059379.tif 000005
【図４】
2020059379.tif 000006
【図５】
2020059379.tif 000007
【図６】
2020059379.tif 000008
【図７】
2020059379.tif 000009
【図８】
2020059379.tif 000010
【図９】
2020059379.tif 000011
【図１０】
2020059379.tif 000012
【図１１】
2020059379.tif 000013