(57)【要約】【課題】装置の小型化を図ると共に装置のエネルギ効率の向上を図る。【解決手段】プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２（に連結された伝達軸５１）との間に介在する変速機構４０と、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２をロック可能なブレーキＢ１とを備える。そして、後進走行時には、変速機構４０によりプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２とを切り離すと共にブレーキＢ１によりプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２を固定して、その状態で、エンジン２２の運転を伴ってモータＭＧ１により発電された電力を用いてモータＭＧ２からパワーを出力して走行する（駆動装置をいわゆるシリーズハイブリッドとして機能させる）。また、前進走行時には、変速機構４０により、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２との間で変速段を変更しながら動力を伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、車軸に連結された駆動軸を駆動する駆動装置であって、
エンジンと、
第１モータと、
３つの回転要素を有し、前記第１モータの回転軸に第１回転要素が接続されると共に前記エンジンの出力軸に第２回転要素が接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力する第２モータと、
前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやりとりするバッテリと、
前記プラネタリギヤの第３回転要素と前記駆動軸との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および前記第３回転要素と前記駆動軸との接続の解除を行なう変速手段と、
前記第３回転要素の固定および固定の解除を行なう固定手段と、
後進走行時には、前記第３回転要素と前記駆動軸との接続が解除されるよう前記変速手段を制御すると共に前記第３回転要素が固定されるよう前記固定手段を制御し、その状態で、前記エンジンの運転を伴って前記第１モータにより発電された電力を用いて前記第２モータから前記駆動軸に動力が出力されるよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、
を備える駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、車両に搭載され、車軸に連結された駆動軸を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の駆動装置としては、内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、第１モータジェネレータと内燃機関と出力軸とがサンギヤとキャリアとリングギヤとに接続された動力分割機構と、第１ドライブギヤを含み駆動輪を正方向に回転可能な第１伝達機構と、第２ドライブギヤを含みその入力を変速させて駆動輪を逆方向に回転可能な第２伝達機構と、出力軸と第１ドライブギヤとが結合した状態と出力軸と第２ドライブギヤとが結合した状態とを切り替える第１クラッチと、第２モータ・ジェネレータの動力の出力先を出力軸と第２ドライブギヤとの間で切り替え可能な第２，第３クラッチと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置では、こうした構成とすることにより、後進走行時に利用する第２伝達機構を前進走行時に第２モータ・ジェネレータの減速機として兼用することができる。この結果、第２モータ・ジェネレータに対する専用の変速機の搭載を不要にすることができ、装置の大型化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２６９７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の駆動装置では、後進走行時に利用する第２伝達機構を前進走行時に第２モータ・ジェネレータの減速機として兼用しているが、この第２伝達機構により、装置が若干大型化する。車両の限られたスペースへの搭載性を考えると、装置のより小型化を図ることが要請される。また、こうした駆動装置では、装置のエネルギ効率の向上を図ることが要請されている。
【０００５】
本発明の駆動装置は、装置の小型化を図ると共に装置のエネルギ効率の向上を図ることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の駆動装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の駆動装置は、
車両に搭載され、車軸に連結された駆動軸を駆動する駆動装置であって、
エンジンと、
第１モータと、
３つの回転要素を有し、前記第１モータの回転軸に第１回転要素が接続されると共に前記エンジンの出力軸に第２回転要素が接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力する第２モータと、
前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやりとりするバッテリと、
前記プラネタリギヤの第３回転要素と前記駆動軸との間の変速段の変更を伴う動力の伝達および前記第３回転要素と前記駆動軸との接続の解除を行なう変速手段と、
前記第３回転要素の固定および固定の解除を行なう固定手段と、
後進走行時には、前記第３回転要素と前記駆動軸との接続が解除されるよう前記変速手段を制御すると共に前記第３回転要素が固定されるよう前記固定手段を制御し、その状態で、前記エンジンの運転を伴って前記第１モータにより発電された電力を用いて前記第２モータから前記駆動軸に動力が出力されるよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置では、後進走行時には、プラネタリギヤの第３回転要素と駆動軸との接続が解除されるよう変速手段を制御すると共に第３回転要素が固定されるよう固定手段を制御し、その状態で、エンジンの運転を伴って第１モータにより発電された電力を用いて第２モータから駆動軸に動力が出力されるようエンジンと第１モータと第２モータとを制御する。即ち、後進走行時には、駆動装置をいわゆるシリーズハイブリッドとして機能させるのである。これにより、プラネタリギヤと駆動軸との間に後進走行用の伝達機構を設ける必要がなく、装置の簡素化および小型化を図ることができる。なお、この場合、第１モータの発電電力と第２モータの消費電力との差分の電力がバッテリに入出力される。また、この本発明の駆動装置では、前進走行時には、プラネタリギヤの第３回転要素と駆動軸との間で変速段の変更を伴って動力を伝達することにより、装置のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例としての駆動装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例としての駆動装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン２２と、例えば同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１と、エンジン２２のクランクシャフト２６に複数のピニオンギヤ３３を連結したキャリア３４が接続されると共にモータＭＧ１の回転軸にサンギヤ３１が接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて図示しない駆動輪にデファレンシャル機構７０を介して連結された駆動軸７２に動力を入出力するモータＭＧ２と、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２（に連結された伝達軸５１）との間で変速段の変更を伴う動力の伝達および両者の接続の解除を行なう変速機構４０と、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２のロック（固定）およびロックの解除を行なうブレーキＢ１と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ８１，８２と、インバータ８１，８２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ８４と、車両全体を制御する電子制御ユニット９０と、を備える。ここで、駆動軸７２と伝達軸５１とは、駆動軸７２に固定された伝達ギヤ７３と、伝達軸５１に固定された伝達ギヤ７４と、の噛合によって連結されている。また、モータＭＧ２は、その回転軸に固定された伝達ギヤ７５が伝達ギヤ７４を介して伝達ギヤ７３と噛合することによって駆動軸７２に連結されている。
【００１２】
変速機構４０は、エンジン２２のクランクシャフト２６や駆動軸７２と平行に延在する伝達軸４１に固定されると共にプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と噛合する伝達ギヤ４２と、伝達軸４１に固定される伝達ギヤ４３，４４と、それぞれ伝達ギヤ４３，４４と噛合する伝達ギヤ４５、４６に連結された伝達ギヤ４７，４８と、伝達軸４１や駆動軸７２と平行に延在する伝達軸５１に固定された伝達ギヤ５２と、伝達ギヤ４７と伝達ギヤ５２とを接続する第１状態，伝達ギヤ４８と伝達ギヤ５２とを接続する第２状態，伝達ギヤ４７，４８と伝達ギヤ５２との接続を解除する第３状態を切り替えるドグクラッチ６０と、を備える。ここで、伝達ギヤ４３〜４６は、伝達ギヤ４３，４５間の変速比（減速比）が伝達ギヤ４４，４６間の変速比より大きくなるよう、伝達ギヤ４３，４５間のギヤ比と伝達ギヤ４４，４６間のギヤ比とが調節されている。したがって、ドグクラッチ６０を図中左側に移動させて第１状態とすれば、リングギヤ３２の動力を比較的大きな変速比で変速して伝達軸５１（駆動軸７２）に伝達する（以下、この状態を「Ｌｏギヤ状態」という）ことができ、ドグクラッチ６０を図中右側に移動させて第２状態とすれば、リングギヤ３２の動力を比較的小さな変速比で変速して伝達軸５１（駆動軸７２）に伝達する（以下、この状態を「Ｈｉギヤ状態」という）ことができる。また、ドグクラッチ６０を図中中央として第３状態とすれば、リングギヤ３２と伝達軸５１（駆動軸７２）とを切り離す（以下、この状態を「接続解除状態」という）ことができる。
【００１３】
電子制御ユニット９０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。電子制御ユニット９０には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号，モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号，バッテリ８４を管理するのに必要な各種センサからの信号，イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）からの信号，シフトレバーの操作位置を検出するセンサからのシフトポジションＳＰ，アクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサからのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するセンサからのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサからの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット９０からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号，インバータ８１，８２のスイッチング素子へのスイッチング制御信号，ドグクラッチ６０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトレバーの操作位置（シフトポジションＳＰ）としては、駐車時に用いる駐車ポジション（Ｐポジション），後進走行用のリバースポジション（Ｒポジション），中立のニュートラルポジション（Ｎポジション），前進走行用のドライブポジション（Ｄポジション）などがある。
【００１４】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２の運転を停止して走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）や、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）で走行する。
【００１５】
ＥＶ走行モードで前進走行や後進走行する際には、電子制御ユニット９０は、ドグクラッチ６０を第３状態とすることによって変速機構４０を接続解除状態とすると共にブレーキＢ１をオフとする。そして、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定すると共に設定した要求トルクＴｒ＊が駆動軸７２に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、モータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ８２の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御する。この場合、変速機構４０を接続解除状態とする、即ち、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２（伝達軸５１）とを切り離すことにより、リングギヤ３２と駆動軸７２とを切り離すことができない構成に比して、エンジン２２やモータＭＧ１が回転することによる損失を抑制することができ、車両（駆動装置）のエネルギ効率を向上させることができる。
【００１６】
ＨＶ走行モードで前進走行する際には、電子制御ユニット９０は、ブレーキＢ１をオフとする。そして、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定すると共に設定した要求トルクＴｒ＊と駆動軸７２の回転数とバッテリ８４が要求する充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ８４から放電するときが正の値）とに基づいて車両が要求する要求パワーＰｅ＊を設定する。そして、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖなどに基づいて変速機構４０の目標状態（Ｌｏギヤ状態またはＨｉギヤ状態）を設定し、要求パワーＰｅ＊がエンジン２２から出力されると共に要求トルクＴｒ＊が駆動軸７２に出力されるようエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。そして、変速機構４０が目標状態となるようドグクラッチ６０を駆動制御し、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行ない、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ８１，８２のスイッチング素子をスイッチング制御する。
【００１７】
ここで、変速機構４０の目標状態の設定方法について説明する。まず、変速機構４０がＬｏギヤ状態／Ｈｉギヤ状態のときのプラネタリギヤ３０の各回転要素における回転数およびトルクの関係（共線図）について説明する。プラネタリギヤ３０の共線図において、サンギヤ３１，キャリア３４，リングギヤ３２は、この順にギヤ比（サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）に対応する間隔で並んでおり、キャリア３４には、その回転数を大きくする方向のトルクがエンジン２２から作用し、サンギヤ３１には、その回転数を小さくする（エンジン２２の回転数を押さえ込む）方向のトルクがモータＭＧ１から作用する。そして、変速機構４０がＬｏギヤ状態のときとＨｉギヤ状態のときとを比較すると、Ｌｏギヤ状態のときに、Ｈｉギヤ状態のときに比してリングギヤ３２の回転数が高くなる。したがって、エンジン２２をある運転ポイント（回転数Ｎｅ１，トルクＴｅ１）で運転するときを考えると、Ｌｏギヤ状態のときに、Ｈｉギヤの状態のときに比してサンギヤ３１の回転数が低くなる。
【００１８】
このため、高車速では、変速機構４０がＬｏギヤ状態のときに、Ｈｉギヤ状態のときに比して、モータＭＧ１が負回転しやすい。モータＭＧ１が負回転するときには、モータＭＧ１が電動機として機能すると共にモータＭＧ２が発電機として機能することにより、モータＭＧ２で発電された電力がモータＭＧ１で消費される動力循環が発生し、車両（駆動装置）のエネルギ効率が低下してしまう。したがって、実施例では、変速機構４０をＬｏギヤ状態とするとモータＭＧ１が負回転するときには、変速機構４０をＨｉギヤ状態とするものとした。これにより、動力循環の発生を抑制することができ、車両（駆動装置）のエネルギ効率を向上させることができる。
【００１９】
また、変速機構４０がＬｏギヤ状態のときに、Ｈｉギヤ状態のときに比してリングギヤ３２の回転数が高くなるから、モータＭＧ１の回転数が上限回転数に至るときのエンジン２２の回転数は、Ｌｏギヤ状態のときに、Ｈｉギヤ状態のときに比して大きい。このため、実施例では、低車速では、変速機構４０をＬｏギヤ状態とするものとした。これにより、エンジン２２からより大きなパワーを出力することができる。
【００２０】
さらに、低車速などでの加速時には、要求パワーＰｅ＊が大きくなり、エンジン２２を比較的高回転数高トルク側の運転ポイントで運転することになるが、このときに、変速機構４０がＨｉギヤ状態だとＬｏギヤ状態のときに比してモータＭＧ１が大きな回転数で回転することから、モータＭＧ１の発電電力が大きくなることによってモータＭＧ１での動力−電力の変換時のロスが大きくなり、車両（駆動装置）のエネルギ効率が大きく低下する場合がある。したがって、実施例では、こうしたときには、変速機構４０をＬｏギヤ状態とするものとした。これにより、車両（駆動装置）のエネルギ効率を向上させることができる。
【００２１】
ＨＶ走行モードで後進走行する際には、電子制御ユニット９０は、ドグクラッチ６０を第３状態とすることによって変速機構４０を接続解除状態とすると共に、ブレーキＢ１をオンとすることによってプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２を固定する。そして、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定すると共に設定した要求トルクＴｒ＊が駆動軸７２に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、エンジン２２を効率のよい運転ポイントで運転しながらそのパワーを用いてモータＭＧ１が発電できるようにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。そして、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行なうと共に、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ８１，８２のスイッチング素子をスイッチング制御する。この場合、駆動装置は、いわゆるシリーズハイブリッドとして機能する。したがって、後進走行用の伝達機構を設けずに後進走行を行なうことができ、装置の簡素化および小型化を図ることができる。また、エンジン２２からの動力によって後進走行用のトルクが小さくなることがないから、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２とを切り離すことができない構成に比して、後進走行の走行性能を向上させることができる。なお、この場合、モータＭＧ１の発電電力とモータＭＧ２の消費電力との差分の電力がバッテリ８４に入出力される。
【００２２】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０が備える駆動装置では、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２（に連結された伝達軸５１）との間に介在する変速機構４０と、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２をロック可能なブレーキＢ１とを備える。そして、後進走行時には、変速機構４０によりプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２とを切り離すと共にブレーキＢ１によりプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２を固定して、その状態で、エンジン２２の運転を伴ってモータＭＧ１により発電された電力を用いてモータＭＧ２からパワーを出力して走行する（駆動装置をいわゆるシリーズハイブリッドとして機能させる）から、後進走行用の伝達機構を設ける必要がなく、装置の簡素化および小型化を図ることができる。また、前進走行時には、変速機構４０により、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２と駆動軸７２との間で変速段を変更しながら動力を伝達することができるから、装置のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【００２３】
実施例のハイブリッド自動車２０が備える駆動装置では、特に説明していないが、ブレーキＢ１は、パーキングロック機構の一部として兼用するものとしてもよい。こうすれば、装置のより小型化を図ることできる。この場合、シフトポジションＳＰがＰポジションのときに、ドグクラッチ６０を第１状態または第２状態とすることによって変速機構４０をＬｏギヤ状態またはＨｉギヤ状態とすると共に、ブレーキＢ１によりプラネタリギヤ３０のリングギヤ３２をロックすることにより、駆動軸７２を間接的にロックすることができる。
【００２４】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「プラネタリギヤ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、変速機構４０が「変速手段」に相当し、ブレーキＢ１が「固定手段」に相当し、電子制御ユニット９０が「制御手段」に相当する。
【００２５】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００２６】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、駆動装置の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２８】
２０  ハイブリッド自動車、２２  エンジン、２６  クランクシャフト、３０  プラネタリギヤ、３１  サンギヤ、３２  リングギヤ、３３  ピニオンギヤ、３４  キャリア、４０  変速機構、４１，５１  伝達軸、４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，５２，７３，７４，７５  伝達ギヤ、６０  ドグクラッチ、７０  デファレンシャル機構、７２  駆動軸、８１，８２  インバータ、８４  バッテリ、９０  電子制御ユニット、Ｂ１  ブレーキ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【図１】
2015155248.tif 000003