(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
発電機及び電動機の両機能を備えた電気的回転駆動源と、
変速装置と、
第１軸に前記エンジンの出力軸が、第２軸に前記電気的回転駆動源の出力軸が、第３軸に前記変速装置が夫々接続された差動歯車装置と、
前記差動歯車装置の第１軸と第２軸との間を断続する第１締結装置と、
前記電気的回転駆動源と前記差動歯車装置の第２軸との間を断続する第２締結装置と、
前記差動歯車装置の第２軸と固定体との間に配置され、開放から締結まで締結力を調整可能な第３締結装置と、
を含んで構成したことを特徴とするハイブリッド車両の動力伝達装置。
【請求項２】
前記第３軸と固定体間に、該第３軸の逆転を阻止するワンウェイクラッチを備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
【請求項３】
車両発進時、前記第３締結装置の締結力を調整してスリップ制御し、所定車速以上の時にスリップ制御を停止して締結することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
【請求項４】
車両発進時、前記第１締結装置を締結し、前記第２締結装置を開放し、第３締結装置を締結し、前記電気的回転駆動源を電動機として作動してエンジンのトルクをアシストすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
【請求項５】
前記第１締結装置を締結し、前記第２締結装置を開放し、前記第３締結装置を締結し、前記電気的回転駆動源を発電機として作動して、該電気的回転駆動源の回転速度を増速し回生することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
【請求項６】
前記電気的回転駆動源に接続されるバッテリの残量が少ない時の回生時のみ、前記電気的回転駆動源の回転速度を増速させて回生を行うことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
【請求項７】
前記差動歯車装置が遊星歯車機構であり、前記第１軸はリングギアの回転軸、前記第２軸はサンギアの回転軸、前記第３軸はプラネタリキャリアの回転軸であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと、発電機を兼ねる電動機とを有し、これらの出力トルクを差動歯車装置を介して変速装置に伝達することにより、エンジン及び電動機の何れか一方又は双方で走行駆動力を得るようにしたパラレル式のハイブリッド車両の動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパラレル式ハイブリッド車両の動力伝達装置として、特開平１０−３０４５１３号公報に記載されたものがある。
このものは、差動歯車装置を構成する遊星歯車機構の第１軸（リングギア）にエンジンを、第２軸（サンギア）に電気的回転駆動源（発電機／電動機）を、第３軸（プラネタリキャリア）を変速装置にそれぞれ連結している。また、前記第１軸と第２軸を締結装置（直結クラッチ）で締結可能に構成し、前記変速装置の入力軸と固定体間にワンウェイクラッチを備えている。
【０００３】
また、別の従来のパラレル式ハイブリッド車両の動力伝達装置としては、米国特許第５２５８６５１号に記載されたものがある。
このものも、エンジン、電気的回転駆動源、変速装置が遊星歯車機構に同様に連結され、かつ、遊星歯車機構の電気的回転駆動源が連結される第２軸が第１のブレーキ装置とワンウェイクラッチを介して固定体（ケース）に連結され、該第２軸と第３軸（プラネタリキャリア）との間に第２の締結装置が連結されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、後に詳述するように、前記第１の従来例では、車両の発進時に電気的回転駆動源を発電機として作動し、発電トルクを反力としてクリープ発進するため、大容量の電気的回転駆動源が必要となる。また、電気的回転駆動源を電動機として作動させたトルクアシストができず、発進駆動力をエンジントルクに頼るしかない。また、発電機を増速させた回生（充電）も行えない。
【０００５】
また、前記第２の従来例では、クリープ発進時は前記ブレーキ装置をスリップ制御することにより行うので、特に問題ないが、ブレーキ装置締結後の電動機によるトルクアシストができず、発電機を増速させた回生（充電）も行えないことは同様である。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、電気的回転駆動源を特別大容量とする必要なく、クリープ発進を行え、その後電動機によりトルクアシストされた発進が行え、かつ、発電機を増速させた回生も行えるようにしたハイブリッド車両の動力伝達装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、
エンジンと、
発電機及び電動機の両機能を備えた電気的回転駆動源と、
変速装置と、
第１軸に前記エンジンの出力軸が、第２軸に前記電気的回転駆動源の出力軸が、第３軸に前記変速装置が夫々接続された差動歯車装置と、
前記差動歯車装置の第１軸と第２軸との間を断続する第１締結装置と、
前記電気的回転駆動源と前記差動歯車装置の第２軸との間を断続する第２締結装置と、
前記差動歯車装置の第２軸と固定体との間に配置され、開放から締結まで締結力を調整可能な第３締結装置と、
と、を含んで構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項1に係る発明によると、
上記第１締結装置、第２締結装置、第３締結装置の作動を運転条件に応じて切り換えることにより、エンジン始動、クリープ・発進、加速・定常、減速時の回生（充電）を良好に行え、発進時に電気的回転駆動源を電動機として駆動してエンジントルクをアシストすることができ、回生時に発電機として作動する電気的回転駆動源を増速して効率良く回生することも可能となる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、
前記第３軸と固定体間に、該第３軸の逆転を阻止するワンウェイクラッチを備えたことを特徴とする。
請求項２に係る発明によると、
エンジン始動（クランキング）時、変速装置がニュートラルのときなど駆動輪側からの反力が得られないときでも、第３軸の逆転を阻止して確実に固定できるので、確実に始動トルクを得ることができる
また、請求項３に係る発明は、
車両発進時、前記第３締結装置の締結力を調整してスリップ制御し、所定車速以上の時にスリップ制御を停止して締結することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明によると、
第３締結装置のスリップ制御による反力で、変速装置に適度な駆動トルクを発生させて滑らかなクリープ発進を行うことができる。
また、前記第１の従来例のように電気的回転駆動源の発電トルクを利用するよなことがないので、電気的回転駆動源を特別大型化する必要もない。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、
車両発進時、前記第１締結装置を締結し、前記第２締結装置を開放し、第３締結装置を締結し、前記電気的回転駆動源を電動機として作動してエンジンのトルクをアシストすることを特徴とする。
請求項４に係る発明によると、
第１締結装置の締結により、エンジンと電動機のトルクが加わって差動歯車装置の第１軸に伝達され、第２軸は第３締結装置の締結により固定されるので、エンジントルクと電動機トルクを合わせたトルクが、第１軸を入力側、第３軸を出力側としたときのギア比で増幅されて出力される。これにより、電動機によりトルクアシストされた強力な発進駆動トルクが得られる。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、
前記第１締結装置を締結し、前記第２締結装置を開放し、前記第３締結装置を締結し、前記電気的回転駆動源を発電機として作動して、該電気的回転駆動源の回転速度を増速し回生することを特徴とする。
請求項５に係る発明によると、
第１締結装置を締結し、第２締結装置を開放し、第３締結装置を締結することにより、差動歯車装置の第３軸を入力側、第１軸を出力側とするギア比で、発電機として作動する電気的回転駆動源の回転速度が増速され、効率良く回生（充電）することができる。
【００１２】
また、請求項６に係る発明は、
前記電気的回転駆動源に接続されるバッテリの残量が少ない時の回生時のみ、前記電気的回転駆動源の回転速度を増速させて回生を行うことを特徴とする。
請求項６に係る発明によると、
バッテリの残量が少ない時の回生時のみ、前記増速回生を行うことで効率良く回生して速やかにバッテリ残量を回復させることができ、それ以外の回生時は第１締結装置、第２締結装置を締結して差動歯車装置の第１軸,第２軸,第３軸を等速回転した通常の回生を行うことでバッテリの過充電を防止する。
【００１３】
また、請求項７に係る発明は、
前記差動歯車装置が遊星歯車機構であり、前記第１軸はリングギアの回転軸、前記第２軸はサンギアの回転軸、前記第３軸はプラネタリキャリアの回転軸であることを特徴とする。
請求項７に係る発明によると、
遊星歯車機構を用いることでコンパクトでギア比のレンジが大きい差動歯車装置が得られ、各運転性能を十分高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であり、エンジン１及び発電機及び電動機として作用する電気的回転駆動源２の出力側が、それぞれ差動歯車装置３の入力側の第１軸３１及び第２軸３２に連結され、この差動歯車装置３の出力側の第３軸３３が変速装置４の入力側に連結され、該変速装置４の出力側が図示しない終減速装置等を介して駆動輪５に連結されている。
【００１５】
前記エンジン１は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）６によって制御される。電気的回転駆動源２は、蓄電装置７に接続されたＭ／Ｇ・ＣＵ（電動機／発電機コントロールユニット）８によって制御され、発電機として作動するときは前記蓄電装置７を充電する。変速装置４は、ＴＭＣＵ（変速装置用コントロールユニット）９によって制御される。
【００１６】
また、差動歯車装置３は、図２に示すように、サンギアＳと、その外周側に等角間隔で噛合する複数のプラネタリギアＰと、各プラネタリギアＰを連結するプラネタリキャリアＣと、プラネタリギアＰの外側に噛合するリングギヤＲとを有する遊星歯車機構で構成され、リングギヤＲが第１軸３１を介してエンジン１の出力軸に連結され、サンギアＳが第２軸３２を介して電気的回転駆動源２の出力軸に連結され、プラネタリキャリアＣが第３軸３３を介して変速装置４の入力側に連結されている。
【００１７】
また、本発明に係る締結システムとして、前記第１軸３１と第２軸３２との間を断続する第１クラッチ（第１締結装置）１１と、前記電気的回転駆動源２と前記第２軸３２との間を断続する第２クラッチ（第２締結装置）１２と、前記第２軸と変速装置４のケース（固定体）３４との間に配置されたブレーキ（第３締結装置）１３と、を備え、さらに、前記第３軸３３と前記ケース３４との間に、前記第３軸３３の逆転を阻止するワンウェイクラッチ１４を連結する。
【００１８】
このように構成された本発明に係る動力伝達装置の作動を、前記第１，第２の従来例と比較して説明する。
まず、始動時について説明する。図３（Ａ）は、始動時の機能ブロック図を示す。図３（Ａ）以下の機能ブロック図において、黒塗りの締結要素は作動（締結状態：ワンウェイクラッチ１４は第３軸３３の逆転を阻止して固定している状態）を示し、白抜きの締結要素は非作動（非締結状態：ワンウェイクラッチ１４は第３軸３３の正転を許容している状態）を示す。また、ブレーキ１３については、スリップ制御しているときはハッチングで示す。
【００１９】
始動時は、第２クラッチ１２を締結し、第１クラッチ１１、ブレーキ１３は開放して電気的回転駆動源２を電動機として駆動する。これにより、第２軸３２を介してサンギアＳが回転する。ここで、ワンウェイクラッチ１４により第３軸３３すなわちプラネタリキャリアＣは逆転が阻止されて固定された状態なので、アイドラーとして機能するプラネタリギアＰの遊転を介して、リングギアＲが回転する。すなわち、電動機として作動する電気的回転駆動源２により、エンジン１が回転駆動され、クランキングされる。
【００２０】
図３（Ｂ）は、該始動時のレバー図である。ここで、入力側をリングギアＲ、出力側をサンギアＳとしたときのリングギアＲとサンギアＳの歯数ＺR、Ｚsで定まるギア比をγ（＝Ｚs／Ｚ＜１）とすると、電気的回転駆動源２の出力トルクＴM/Gは次式のように算出される。
ＴE＝（１／γ）・ＴM/G・・・(1)
すなわち、電気的回転駆動源２に連結される入力側をサンギアＳ、エンジン１に連結される出力側をリングギアＲとして、ギア比１／γで増幅されたトルクＴEでエンジン１が駆動される。
【００２１】
なお、始動時については、第１、第２の従来例も同様に機能するので説明を省略する。
次に、クリープ発進時について説明する。
まず、第１の従来例の場合を図４（Ｃ）、（Ｄ）に基づいて説明する。このものは、エンジンＥ、電気的回転駆動源Ｍ／Ｇ、変速機ＡＴが、本実施形態同様に差動歯車装置の第１軸〜第３軸に連結される。また、差動歯車装置の第１軸と第２軸との間を断続するクラッチ、第３軸とケース（固定体）との間にワンウェイクラッチを連結していることも本実施形態と同様である。さらに、前記クラッチと並列して電気的回転駆動源Ｍ／ＧからエンジンＥへの駆動力のみの伝達を許容するワンウェイクラッチを連結している。
【００２２】
クリープ発進時は、図４（Ｃ）に示すように全ての締結要素が非作動状態とされ、エンジン駆動状態で電動機／発電機を発電機として作動し、発電トルクＴM/GをエンジントルクＴEに対する反力として発生することにより発進する。
図４（Ｄ）はクリープ発進時のレバー図を示し、変速装置の駆動トルクＴATは、次式のように求められる。
【００２３】
ＴAT＝｛（１＋γ）／γ｝・ＴM/G・・・(2)
この方式では、発進駆動力としてエンジントルクＴEを大きくすると、その反力として大きな発電トルクＴM/Gが必要となり、大容量の電動機／発電機が必要となる。
次に、本実施形態のクリープ発進時の作動を説明する。クリープ・発進時は図４（Ａ）に示すように、第１クラッチ１１を締結し、第２クラッチ１２を開放し、ブレーキ１３をスリップ制御（半締結状態で滑らせる）しつつエンジン１を駆動する。これにより、サンギアＳに加わるブレーキ１３の反力によってプラネタリキャリアＣが回転し、第３軸３３を介して変速装置４が駆動され、クリープ発進する。
【００２４】
図４（Ｂ）のレバー図で説明すると、サンギアＳに加わるブレーキトルクをＴBとすると、変速装置４の駆動トルクＴATが次式のように算出される。
ＴAT＝｛（１＋γ）／γ｝・ＴB・・・(3)
すなわち、ブレーキトルクＴBを反力とて受ける入力側をサンギアＳ、変速装置４に連結される出力側をプラネタリキャリアＣとして、ギア比（１＋γ）／γで増幅された駆動トルクＴATが得られる。
【００２５】
この方式では、電気的回転駆動源２を発電機として用いることなく発進するため、電気的回転駆動源２の容量が発進駆動力としてのエンジントルクＴEに影響を受けないので、電気的回転駆動源２を特別大型化する必要がない。なお、電気的回転駆動源２を電動機として駆動してエンジントルクをアシストすることはできる。
【００２６】
なお、第２の従来例については、クリープ発進時は本発明と同様に機能するので説明を省略する。
前記クリープ発進により発進し、車速が所定値以上に達すると、ブレーキ１３を完全に締結した発進に切り換える。
該発進時は、エンジントルクＴEが入力されるリングギアＲを入力側とし、プラネタリキャリアＣを出力側として、次式のようにエンジントルクＴEをギア比（１＋γ）で増幅した変速装置４の駆動トルクＴATが得られる。
【００２７】
ＴAT＝（１＋γ）・ＴE・・・(4)
そして、本実施形態では図５（Ａ）に示すように、上記の状態で前記第１クラッチ１１を作動して第１軸３１と第２軸３２間を締結し、電気的回転駆動源２を電動機として駆動すると、該電動機の駆動トルクＴM/GがエンジントルクＴEをアシストしてさらに変速装置４の駆動トルクＴATを増大することができる。
【００２８】
すなわち、図５（Ｂ）のレバー図に示すように、リングギアＲに作用するトルクＴRとしたとき変速装置４の駆動トルクＴATは次式で算出される。
ＴAT＝（１＋γ）・ＴR
ＴR＝ＴE＋ＴM/G
∴ＴAT＝（１＋γ）・（ＴE＋ＴM/G）・・・(5)
これを従来例と比較すると、第１の従来例では前記クリープ発進時の(2)式において、発電トルクＴM/Gを反力としてエンジントルクＴEを完全に支えた場合、ＴM/G＝ＴE／γとなって、変速装置の駆動トルクＴATは前記(4)式と同じく次式のように算出される。
【００２９】
ＴAT＝（１＋γ）・ＴE・・・(6)
しかし、発進時には上記のように電気的回転駆動源２をエンジントルクＴEの反力を支持するため発電機として用いるので、電動機として駆動することができず、電動機の駆動トルクでアシストすることができない。
次に、第２の従来例と比較する。図５（Ｃ）の機能ブロック図に示すように、第2の従来例も、エンジンＥ、電気的回転駆動源Ｍ／Ｇ、変速機ＡＴは、本実施形態同様に差動歯車装置の第１軸〜第３軸に連結される。また、差動歯車装置の第２軸と第３軸との間をクラッチで連結すると共に、第２軸がブレーキと第２軸の逆転防止機能を持つワンウェイクラッチを介してケース（固定体）に連結されている。
【００３０】
そして、前記クリープ発進時は前記ブレーキをスリップ制御し、該ブレーキを完全に締結すると、エンジントルクＴEをギア比（１＋γ）で増幅した変速装置の駆動トルクＴATが得られる。
しかし、このものも、発進時には第３軸を固定することでエンジントルクＴEを最大限活かしただけの駆動トルクＴATしか得られず、電気的回転駆動源Ｍ／Ｇを電動機として駆動してアシストすることはできない。
【００３１】
次に、本実施形態において上記のように、差動歯車装置３を用いて増幅した駆動トルクＴATで発進を行った後の定常・加速時は、図６（Ａ）の機能ブロック図に示すように、第１クラッチ１１、第２クラッチ１２を共に締結し、ブレーキ１３は開放する。すなわち、発進時ほど大きな駆動トルクＴATが必要ないので、差動歯車装置３によるトルク増幅を行うことなく、サンギアＳ、プラネタリギアＰ、リングギアＲを相対回転させることなく、第１軸、第２軸、第３軸を一体に等速回転させる。
【００３２】
図６（Ｂ）は、レバー図を示し、駆動トルクＴATは、次式のように算出される。
ＴAT＝ＴE（エンジンのみ駆動時）又はＴE＋ＴM/G（エンジンと電動機駆動時）・・・(7)
該定常・加速時は第１,第２の従来例も同様である。
【００３３】
次に、減速時について説明する。減速時には電気的回転駆動源Ｍ／Ｇを発電機として作動し、回生（充電）を行う。本実施形態では以下のように等速回生と増速回生との２通りの回生が可能である。
バッテリの残量が所定以上あるときの減速時は、以下のように等速回生を行う。
【００３４】
図７（Ａ）に示すように、各締結要素については前記定常・加速時と同様、第１クラッチ１１、第２クラッチ１２を共に締結し、ブレーキ１３は開放して、差動歯車装置３の第１軸、第２軸、第３軸を一体に等速回転させるが、エンジン１はエンジンブレーキ作用により負のエンジントルクＴEを生じ、電気的回転駆動源Ｍ／Ｇを発電機として作動するので、負のトルクＴM/Gとなる。
【００３５】
図７（Ｂ）は、レバー図を示し、変速装置４のトルクＴATとエンジントルクＴE、電気的回転駆動源２のトルクＴM/Gの関係は、前記(7)式と同一に示されるが、駆動輪側からのトルクＴATでエンジン１と発電機としての電気的回転駆動源２を駆動している。
上記等速回生については、第１、第２の従来例も同様に行われる。
【００３６】
バッテリの残量が不足しているときは、以下のように増速回生を行う。
図８（Ａ）に示すように、第１クラッチ１１を締結し、第２クラッチ１２を開放し、ブレーキ１３を締結する。減速操作により、負のエンジントルクＴEを生じ、発電機として作動する電気的回転駆動源２が負のトルクＴM/Gを生じることは等速回生と同様である。
【００３７】
図８（Ｂ）は、レバー図を示す。変速装置のトルクＴATとエンジントルクＴE、電気的回転駆動源Ｍ／ＧのトルクＴM/Gの関係は、次式のようになる。
ＴAT＝（１＋γ）・（ＴE＋ＴM/G）・・・(8)
この関係は、前記発進時の(5)式と同じであるが、回生時であるので駆動輪側からのトルクＴATにより発電機として駆動される電気的回転駆動源２の負荷トルクＴM/Gが、等速回生時と比較して１／（１＋γ）分に減少し、電気的回転駆動源２の回転速度は（１＋γ）倍に増速されることを表している。
【００３８】
このように、バッテリの残量が不足しているときは、上記増速回生を行うことにより、電気的回転駆動源２を増速させて効率よく回生を行うことができると共に、常に増速回生を行うことがないので、増速回生への制御切り換え時のトルクショックの発生頻度を少なくすることができる。
前記第１の従来例、第２の従来例では、本実施形態の第１クラッチとブレーキとを同時に備えていないため、上記増速回生を行えない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同上実施形態のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】同上実施形態の始動時の機能ブロック図及びレバー図である。
【図４】同上実施形態と第1の従来例のクリープ発進時の機能ブロック図及びレバー図である。
【図５】同上実施形態と第２の従来例の発進時の機能ブロック図及びレバー図である。
【図６】同上実施形態の加速・定常時の機能ブロック図及びレバー図である。
【図７】同上実施形態の等速回生時の機能ブロック図及びレバー図である。
【図８】同上実施形態の増速回生時の機能ブロック図及びレバー図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  電気的回転駆動源
３  差動歯車装置
４  変速装置
１１  第１クラッチ
１２  第２クラッチ
１３  ブレーキ
３１  第１軸
３２  第２軸
３３  第３軸
３４  ワンウェイクラッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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