(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共線図上に５個の入出力要素が配列される２自由度の差動装置を備え、
前記５個の要素に、回転速度順に、モータ／ジェネレータ、入力、ブレーキ、出力、モータ／ジェネレータを割り当てたこと
を特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記エンジンと入力要素との間にクラッチを設けた請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記ブレーキは、必要駆動力が大きいときに締結させるようにした請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記ブレーキ作動時に車速の上昇に合わせて、モータ／ジェネレータによる発生駆動力を低下させ、ブレーキオフの運転条件でブレーキでの伝達力がゼロ付近となるようにし、ブレーキオフ時の駆動力差が小さくするようにした請求項１に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記差動装置は、遊星歯車機構により構成されている請求項１に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記遊星歯車機構は、シングルピニオン形式の第１遊星歯車列と、ダブルピニオン形式の第２遊星歯車列とを備え、それぞれのサンギヤ、キャリア、リングギヤのうちの何れか２つの要素を共有化して２自由度の差動装置を構成する請求項５に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンまたはモータ等の動力源を複数搭載したハイブリッド車両に適した駆動装置に関し、より詳しくは遊星歯車機構等の差動装置により無段変速動作を行わせることが可能な駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
この種の差動装置を用いた駆動装置としては、例えば遊星歯車機構を構成するサンギヤ、プラネットキャリア、リングギヤの３要素に、発電機、エンジン、駆動系のモータをそれぞれ連結した構成のハイブリッド車用駆動装置が知られている（特開2000-142146号公報参照）。この駆動装置によれば、歯車の差動機能を利用してエンジン出力の一部を発電機の駆動に配分し、その発生電力をモータに供給することで、無段変速および出力トルクの増減を行うことができる。
【０００３】
しかしながら、このような従来の駆動装置では、機構上の制約から遊星歯車を通過する機械的エネルギを大きくしにくいため発電機およびモータをそれだけ大型のものにする必要がある。特に、差動装置を通過する動力に対して発電機およびモータを通過する動力の割合が低速側では１に近づいてそれ以上には大きくできないため、発進時の駆動力を十分に確保するためには発電機およびモータ側にエンジンと同程度の高出力のものが必要になり、それだけ駆動装置としての寸法や重量が大きくなり、効率も低いものとなる。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、３個以上の要素を有する２自由度の差動装置において、特定の要素にブレーキを設けて当該要素の回転を抑制可能とすることにより、停止状態から大きな駆動力が得られる駆動装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、共線図上に５個の入出力要素が配列される２自由度の差動装置を備え、前記５個の要素に、回転速度順に、モータ／ジェネレータ、入力、ブレーキ、出力、モータ／ジェネレータを割り当てた。
【０００６】
第２の発明は、前記エンジンと入力要素との間にクラッチを設けた。
【０００７】
第３の発明は、前記第１の発明のブレーキを、必要駆動力が大きいときに締結させるようにした。
【０００８】
第４の発明は、前記第１の発明において、ブレーキ作動時に車速の上昇に合わせて、モータ／ジェネレータによる発生駆動力を低下させ、ブレーキオフの運転条件でブレーキでの伝達力がゼロ付近となるようにし、ブレーキオフ時の駆動力差が小さくするようにした。
【０００９】
第５の発明は、前記第１の発明の差動装置を、遊星歯車機構により構成した。
【００１０】
第６の発明は、前記第５の発明の遊星歯車機構を、シングルピニオン形式の第１遊星歯車列と、ダブルピニオン形式の第２遊星歯車列とを備え、それぞれのサンギヤ、キャリア、リングギヤのうちの何れか２つの要素を共有化して２自由度の差動装置を構成するものとした。
【００１１】
【発明の効果】
第１の発明以下の各発明のように、４個以上の要素を有する２自由度の差動装置では、何れか２個の要素の速度を決定すれば他の要素の速度が決まる。このような差動装置において、駆動系統への出力を割り当てた要素以外の要素にブレーキを設けて当該要素を制動することにより、動力源と駆動系統との間に大きな減速比を設定することができ、これによりモータ／ジェネレータの容量を大きくすることなく発進性を向上させることができる。特に本発明では入出力間に位置する要素にブレーキを設けたことから、ブレーキ作動時に出力を逆転し、そのときのギヤ比率を低速ギヤとすることができるので車両後退時に大きな駆動力が得られる。このような２自由度の差動装置は、例えば第５または第６の発明として示したように遊星歯車機構により構成することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、クラッチによりエンジンを切り離した状態にできるので、エンジンをひきずらずにモータ／ジェネレータのみによる走行が可能になり、電動走行時の効率を向上できる。また、電動走行時にもブレーキを作動させることで大きな駆動力を発生できるが、同一のブレーキを作動させた状態で前進または後退を行うと、いずれか一方で入力の差動要素が逆回転をすることになる。このときにエンジンを切り離すことでエンジンの逆回転を防止することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、低車速で大きな駆動力が必要なときに、低速固定ギヤ比で、エンジン、２個のモータ／ジェネレータの少なくとも１つのトルクで駆動力を発生できるので、大きな駆動力が得られる。
【００１４】
第４の発明によれば、ブレーキオフ時に駆動力の変化が少なく、滑らかな駆動力特性が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明を前輪駆動車用の動力伝達装置（トランスアクスル）に適用した実施形態につき図面に基づいて説明する。図１と図２はそれぞれ異なる構成例について概略構成と共線図とを組み合わせて表している。
【００１６】
図１は５要素の差動装置の基本的作動を説明するための参考例であり、図２は本発明の実施形態である。それぞれ共通する部材には同一の符号を付して示してある。
各図においてＨｍはモータハウジング、Ｃｔは変速機ケーシング、Ｈｃはクラッチハウジング、Ｈａはアクスルハウジングである。クラッチハウジングＨｃにはエンジン出力軸Ｊｅと変速機入力軸Ｊｒ１とを接続または切り離すクラッチＣＬが設けられている。変速機の構成はシングルピニオンの遊星歯車列Ｐ１とダブルピニオンの遊星歯車列Ｐ２とを、互いのリングギヤＲとキャリアＣとを共有する態様で連結してケーシングＣｔに収装してある。前記クラッチＣＬが連結される入力軸Ｊｒ１は前記Ｐ１のリングギヤ軸である。図１では、前記入力軸Ｊｒ１には、エンジンの逆回転を防止するための一方向クラッチＣＬｏが設けられている。なお、遊星歯車列の構成要素を示す符号において、添数字の１は第１遊星歯車列Ｐ１のものを、２は第２遊星歯車列Ｐ２のものを示している。また、ダブルピニオン形式の遊星歯車列については便宜上２つのピニオン軸を通る断面で展開した図で構造を表してある（以下の各構成図につき同様）。
【００１７】
モータハウジングＨｍには、内側ロータＲｍｉと環状の外側ロータＲｍｏとが同軸的に支持されており、これらにより２個のモータ／ジェネレータＭＧｉ、ＭＧｏとして機能する小型の電気機械が構成されている。前記内外ロータＲｍｉとＲｍｏとの間には環状のコイルＣｍが設けられており、このコイルＣｍにより各ロータＲｍｉ，Ｒｍｏを個々に発電機またはモータとして作動させることができる。内側ロータ軸Ｊｍｉは、中空の外側ロータ軸Ｊｍｏを貫通してＰ１のサンギヤＳ１に連結し、外側ロータ軸ＪｍｏはＰ２のサンギヤＳ２に連結している。図１中のＳｓｉ，Ｓｓｏはそれぞれ内側ロータ軸Ｊｍｉ，外側ロータ軸Ｊｍｏの回転速度を計測するための回転センサである。なお、モータ／ジェネレータの構成要素を示す符号において、添字のｉは第１のモータ／ジェネレータＭＧｉのものを、ｏは第２のモータ／ジェネレータＭＧｏのものをそれぞれ示している。
【００１８】
アクスルハウジングＨａは、前記変速機ケーシングＣｔの側面に設けられており、その内部には前記遊星歯車機構と並列に減速機構ＦｉｎおよびドライブアクスルＤｒｖが支持されている。前記終減速装置Ｆｉｎに対しては、図１では減速機Ｒｇを介してキャリアＣの回転が伝達される。すなわちこの場合キャリア軸Ｊｃが駆動系統である終減速装置Ｆｉｎと接続する出力軸となっている。これに対して、図２では、第２遊星歯車列Ｐ２のリングギヤＲ２を出力に割り当て、その回転軸Ｊｒ２から減速機Ｒｇへと駆動力を取り出すようにしている。
【００１９】
図１において、Ｐ１のサンギヤＳ１にはＰ２と共通の内側ピニオンｐｉがかみ合い、この内側ピニオンｐｉとかみ合うＰ２の外側ピニオンｐｏには、Ｐ１のリングギヤＲと同軸的に支持されたリングギヤＲ３がかみ合わされると共に、このリングギヤＲ３の回転を制動するブレーキＢがケーシングＣｔに設けられている。これに対して、図２に示した本発明の実施形態では、第１遊星歯車列Ｐ１と第２遊星歯車列Ｐ２とで共通化したキャリアＣをブレーキＢで制動するようにした点が図１のものと異なる。
【００２０】
前記図１の構成において、ブレーキＢによりリングギヤＲ３を制動することにより、図１中の共線図および図３，４に示されるように、大きな減速比を設定することができるので、停止状態からの駆動力および発進性能を改善することができる。共線図上の符号ＥＶはモータ／ジェネレータのみによる走行時の特性、ＳＴＡＲＴはブレーキＢを作動させた発進時の特性、ＭＡＸは最高車速時の特性、ＲＥＶは後退時の特性をそれぞれ表している。また、符号Ｏｕｔは駆動系統への出力、Ｉｎはエンジンからの入力を表している。一方、図２に示した実施形態の構成においては、図１の共線図との比較からもわかるように、ブレーキＢを作動させたときに出力軸回転を逆転させることができ、そのとき大きな減速比を得て大きな駆動力を発揮させることが可能になる。
【００２１】
ここで共線図について説明すると、共線図とは、横軸上に歯数を配分し、歯数比で配分された点上にて縦軸方向に各要素の回転速度を表したものであり、各要素の回転速度は常に歯数比に比例した直線関係で表される。図のように、第１遊星歯車列Ｐ１のリングギヤとキャリアとを、第２遊星歯車列Ｐ２のリングギヤとキャリアに共通化する態様で２組の遊星歯車列を組み合わせると、入出力側に連結可能な要素として第１遊星歯車列Ｐ１のサンギヤＳ１、第２遊星歯車列Ｐ２のサンギヤＳ２、各遊星歯車列で共通化したキャリアＣ、リングギヤＲの４要素（リングギヤＲ３を加えれば５要素）となる。このような複合遊星歯車機構はいわゆるラヴィニョウ式遊星歯車装置(Ravigneawx planetary gear set)の一形式として知られている。この複合遊星歯車機構は２自由度であり、すなわち何れか２つの要素の回転速度を決めると他の要素の回転速度が決まる。
【００２２】
いまリングギヤＲ３以外の４要素の何れか２要素にエンジンからの入力と駆動系統への出力とを割り当て、残りの２要素のそれぞれにモータ／ジェネレータを連結すると、入力と出力との間にある速度比を与える２つのモータ／ジェネレータの速度の組み合わせは幅広く存在する。したがって、その組み合わせのなかからモータ／ジェネレータ側に負担させるエネルギができるだけ小さくなるような組み合わせを選択することが可能となる。特に本実施形態では、共線図の内側の２要素にエンジンからの入力Ｉｎと駆動系統への出力Ｏｕｔとを割り当て、これらを挟む外側の２要素のそれぞれにモータ／ジェネレータＭＧｏ，ＭＧｉを連結したので、エンジン出力に対してモータ／ジェネレータ側が負担するトルクをより小さくすることができ、換言すればモータ／ジェネレータを通過するエネルギをより小さくできるので、駆動装置としての伝達効率を効果的に向上させることができる。
【００２３】
一方、図１の５番目の要素であるリングギヤＲ３をブレーキＢにより制動した状態では、共線図のＳＴＡＲＴの特性線に見られるように３つの駆動源の回転をそれぞれ個別の減速比で減速した回転を駆動系統に連結するキャリアＣへ伝える減速機として機能するため、比較的小出力の動力源にて良好な発進性能を確保することが可能となる。
【００２４】
より詳しくは、前進時については、リングギヤＲ３を制動したブレーキオン状態では、第２のモータ／ジェネレータＭＧｏを正回転側へ、エンジン（入力Ｉｎ）を正回転側へ、第１のモータ／ジェネレータＭＧｉを逆回転側へトルクを発生させると、出力部Ｏｕｔに正方向のトルクを発生する。このときのトルクは、２個のモータ／ジェネレータＭＧｉ，ＭＧｏと入力Ｉｎから、それぞれ個別の比率で増幅したトルクを出力Ｏｕｔへ伝えられるのであり、これにより大きな駆動力が得られる。
【００２５】
なお、ブレーキオンで出力回転を上げようとすると、２個のモータ／ジェネレータＭＧｉ，ＭＧｏとエンジンが高回転となり、それぞれの回転限界から出力Ｏｕｔの回転を十分に上げることができない。そこで、この場合はリングギヤＲ３が回転可能なようにブレーキオフ状態とし、第１のモータ／ジェネレータＭＧｉの回転を逆転から停止、正転へと変化させることで入力Ｉｎ側の回転を上げることなく出力回転を上昇させることができる。
【００２６】
発生可能な最大駆動力は、ブレーキオンのほうがオフ時よりも大きいが、ブレーキオフに移るときの駆動力変化を小さくするように、モータ／ジェネレータの出力トルクを制御することで滑らかな駆動力特性にすることができる。
【００２７】
なお、ブレーキオンでは何れか１つの駆動源にトルクを発生させれば出力Ｏｕｔへトルクを伝えることが可能であり、両方のモータ／ジェネレータをから回し状態とすることもできる。
【００２８】
ブレーキオフでは、一方のモータ／ジェネレータで発電し、その電力で他方のモータ／ジェネレータを駆動する。このとき２個のモータ／ジェネレータの回転数とトルクを制御することにより電力の収支が釣り合った状態のまま任意の変速比（入力Ｉｎの回転数と出力Ｏｕｔの回転数の比）を得ることができる（共線図のＭＡＸ等参照）。また、駆動側の出力を大きくすることで、エンジンパワー以上の出力を出すことも可能である。
【００２９】
さらに、ブレーキオフでは、第１または第２のモータ／ジェネレータの回転がゼロとなる変速比が２点あり、この２点では電気的に動力を伝達することなく運転できる。また、この２点間の変速比では、変速機として伝達する動力に対して、機械的な伝達よりも効率が低い電気的に伝達する動力の割合を小さくできるので、伝達効率を向上させることができる。このほかに、２個のモータ／ジェネレータＭＧｉ，ＭＧｏを駆動に用いて出力を出すことも可能であり、電動走行ができる。このとき、入力クラッチＣＬの締結を解除することで、エンジンを引きずることなく低フリクションで運転することができる。
【００３０】
後退時については、ブレーキオンでは、第２のモータ／ジェネレータＭＧｏを逆回転側へ、第１のモータ／ジェネレータＭＧｉを正回転側へトルクを発生させることで出力Ｏｕｔに逆転方向にトルクを発生させることができる。これにより出力を逆転させると、エンジン回転も逆転方向となるので、このときクラッチオフとする。なお、このような使い方をするときには逆転防止のための一方向クラッチＣＬｏは設けない。
【００３１】
ブレーキ、クラッチともにオフの状態で、両方のモータ／ジェネレータＭＧｉ，ＭＧｏを逆回転方向に駆動することで電動走行ができる。クラッチオンでブレーキオフの状態では、第１のモータ／ジェネレータＭＧｉを逆回転方向へ駆動し、第２のモータ／ジェネレータＭＧｏで発電することで、電力の収支が釣り合った状態で運転することができる。
【００３２】
図３は前記構成をハイブリッド自動車に適用した場合の各種状態での最大駆動力を、図４は電力収支が釣り合った状態での伝達動力に対するモータ／ジェネレータ通過動力の比（出力分担比率）を表している。図３において、ａ１とａ２は、それぞれブレーキＢの不使用時にバッテリ電力を使用した場合と使用しなかった場合の最大駆動力特性である。これに対して、ｂ１とｂ２はブレーキＢを使用した時のバッテリ電力を使用した場合と使用しなかった場合の最大駆動力特性である。図示したようにブレーキ使用により発進を含む低速域にて大きな駆動力が得られる。なおｃはモータ／ジェネレータの動力のみを使用する電動走行時の最大駆動力特性、ｄは駆動力が滑らかに変化するように制御した場合の駆動力特性をそれぞれ示している。
【００３３】
一方、図２中の「特性(１)」「特性(２)」はそれぞれ車両の最終減速段の設定が互いに異なるのみであり、何れも大部分の車速域でモータ／ジェネレータの出力分担率を３０％以下の状態で運転することができる。これらの図からわかるように、前記差動装置を適用した場合、より低出力のモータ／ジェネレータを適用できると共に伝達効率を向上させることができる。なお図２中の「ＳＨＶ」はシリーズハイブリッド車両であり、エンジン出力の全部が発電機の駆動に用いられるため出力分担率は常に１になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する参考例の概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図３】前記参考例による各種状態での最大駆動力特性を示す特性線図。
【図４】前記参考例によるエンジン出力に対する電気機械系の出力分担特性を車速との関係で表した特性線図。
【符号の説明】
Ｐ１    第１遊星歯車列
Ｐ２    第２遊星歯車列
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２  サンギヤ
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２  リングギヤ
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２  キャリア（プラネットキャリア）
ｐ，ｐｉ，ｐｏ  ピニオン
ＣＬ      クラッチ
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２  ブレーキ
ＣＬｏ    一方向クラッチ
Ｆｗ      フライホイール
ＭＧｏ    第１（外側）モータジェネレータ
ＭＧｉ    第２（内側）モータジェネレータ
Ｃｍ，Ｃｍｉ，Ｃｍｏ  コイル
Ｈｃ      クラッチハウジング
Ｈｍ      モータハウジング
Ｃｔ      変速機ケーシング
Ｈａ      アクスルハウジング
Ｓｓｉ，Ｓｓｏ  回転センサ
Ｒｇ      減速機
Ｆｉｎ    終減速装置
Ｄｒｖ  ドライブアクスル
【図１】
0003578212.tif 000002
【図２】
0003578212.tif 000003
【図３】
0003578212.tif 000004
【図４】
0003578212.tif 000005