(57)【要約】【課題】必要に応じて電動機のロータを回転させて駆動輪にトルクを伝達し、車両の走行フィーリングを向上する。【解決手段】エンジン出力軸４１は変速機入力軸１にクラッチＣ１を介して係合され、電動機Ｍのロータ４４はクラッチＣ２を介して変速機入力軸１に接続され、ロータ４４は２つのクラッチＣ１，Ｃ２を介してエンジン出力軸４１に連結される。変速機出力軸２には伝達軸５０が連結され、伝達軸５０はロータ４４にクラッチＣ３を介して連結される。変速機入力軸１と変速機出力軸２との間には複数の変速歯車列が設けられ、機械式クラッチ３１〜３３により複数の変速歯車列のうちトルク伝達を行う変速歯車列が選択される。車両の発進時にはエンジントルクに加えてモータトルクが駆動輪に伝達され、変速時にはモータトルクが伝達軸５０を介して変速機出力軸２に直接伝達される。【選択図】    図１
2004306826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと電動機とを有し、車両の走行状況に応じて前記エンジンと前記電動機との一方または両方のトルクを駆動輪に伝達するハイブリッド車両の駆動装置であって、
前記トルクが入力される変速機入力軸と、前記変速機入力軸に設けられた複数の変速歯車に常時噛合って変速歯車列をなす複数の変速歯車が設けられ駆動輪にトルクを伝達する変速機出力軸とを備える変速機と、
エンジン出力軸と前記変速機入力軸との間を断続する第１のクラッチと、
前記変速機入力軸と前記電動機のロータとの間を断続する第２のクラッチと、
前記変速機出力軸に動力伝達可能に連結された伝達軸と前記ロータとの間を断続する第３のクラッチとを有することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記変速機入力軸と前記変速機出力軸とが平行に配置され、複数の前記変速歯車列のうちトルク伝達を行う歯車列を設定する複数の機械式クラッチを有することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記ロータの回転軸芯と前記エンジン出力軸の軸芯と前記伝達軸の軸心とを同一軸心上に配設することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記電動機を前記エンジンと前記変速機との間に配設することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記第１ないし第３のクラッチは油圧もしくは電磁力により作動する多板クラッチであることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、発進時や加速時に、前記第１のクラッチを係合させて前記電動機のトルクを前記駆動輪に伝達するモードと、前記第１のクラッチと前記第２のクラッチとの双方を係合させて前記エンジンと前記電動機の双方のトルクを合成して前記駆動輪に伝達するモードとを有することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、前記電動機が駆動されるかまたは車両が走行状態であって前記第１のクラッチが解放された状態のもとで、前記第１のクラッチを係合させることにより前記エンジンを始動させることを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、エンジンブレーキや運転者のブレーキ操作により車両が減速されているときには、前記第１のクラッチを解放状態にし、かつ前記第２または第３のクラッチを係合して駆動輪の回転エネルギーにより前記電動機を駆動し、バッテリに充電することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、バッテリ充電時には少なくとも前記第１のクラッチと前記第２のクラッチを係合することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、変速時には前記第３のクラッチを係合して前記伝達軸を介して前記電動機のトルクを前記変速機出力軸に伝達するとともに、前記第１のクラッチを解放して前記エンジンから前記変速機入力軸への動力伝達を遮断することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の駆動装置において、車両発進時には前記第１のクラッチによる伝達トルクを制御し、変速時には前記第１のクラッチを解放してエンジントルクを遮断して前記機械式クラッチを操作することを特徴とするハイブリッド車両の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動輪を駆動するための動力源としてエンジンと電動機とを有するハイブリッド車両の駆動技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動力源としてエンジンと電動機とを有するハイブリッド車両には、エンジンと変速機との間のフライホイール装着部に発電機と電動機を兼用する発電電動機を備え、発進時に電動機の動力つまりモータトルクをエンジントルクに付加する動力アシストを行うようにしたものが開発されている。そのような車両には、排気量がたとえば１３００ｃｃ程度の比較的小型のエンジンにモータを搭載し、電力エネルギーの充電効率を向上させ、同時にエンジン動力にモータ動力をアシスト（発進時に最大６０〜５０Ｎｍのトルク）して駆動装置の小型軽量化を図ったものがある。つまり、エンジンを主動力として発進時や加速時などの走行状況に応じてモータの動力をエンジン動力にアシストする方式であり、エンジンとモータの合計トルクを１５０Ｎｍ程度としている（たとえば、特許文献１参照）。このようなアシストハイブリッド車両には、ディーゼルエンジンに４２Ｖ電源を利用したアシストを行うようにして、排出ガス低減と車の燃料消費を向上させるようにしたものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２４１４７０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術にあっては、モータトルクをエンジントルクにアシストしてトルク特性を補うものであるが、トルクコンバータ付きの自動変速機に比べ燃費性能は大幅に向上して経済性を強調できる反面、トルクコンバータのトルク増幅作用程にはモータアシストが得られず、動力性能は我慢せざるを得ない状況にあり、低速トルク向上が不可欠となっている。このため、この技術を四輪駆動車などに適用すると、登坂性能や走破性、悪路でのトラクションなどが従来のトルクコンバータ付きの四輪駆動車に比較すると大幅に低下するという不都合がある。特に、車両を牽引する場合には、顕著な差が生じるという不都合がある。
【０００５】
上記従来技術のハイブリッド車両においては、同期型発電機に永久磁石を使用するので、駆動装置を小型化することができる反面、ロータが高速回転中に発電作用を起こし、ロータとステータのギャップ間に引きずりトルクが作用する。この引きずりトルクはステータとロータ間でロータとは反対方向にトルクが生じるので、エンジントルクに対する抵抗力となる。このため、エンジンで駆動していると、高速運転中の馬力損失が生じ、動力性能の低下や燃料消費を悪化させる要因になる。特に、比較的排気量の大きいエンジンを持つハイブリッド車両には、応分の動力アシストが必要なことから、直径の大きなロータを持つ電動機を使ってトルク容量を増加させることになるので、高速走行中の発電作用による抵抗トルクは更に大きくなり、高速走行頻度の高い車両にとっては益々不都合となる。
【０００６】
この対策として、引きずり分のトルクをキャンセルさせるような制御をさせることがある。しかし、トルクキャンセル制御が作動している間は、消費電流により発電電動機が発熱して、駆動装置の耐久性や信頼性に影響を与えるので、装置周辺を冷却して所定の温度に保つようにする必要がある。これは、高速道路での連続、高速運転などを想定すると、冷却装置を大型化したり、トルクキャンセル制御で消費電力が嵩み、結果として燃料消費の悪化につながる。この傾向は、定格出力の大きな発電電動機およびロータやステータが比較的大きな直径を有する構造程不利になる。さらに、発電効率を上げるためにロータとステータとの間のギャップを小さくすると、高速運転中には引きずりトルクが多くなるという矛盾も生じる。また、ディーゼルエンジンよりもエンジン回転範囲が高速となるガソリンエンジンなどの場合には不利になり易いという課題がある。
【０００７】
本発明の目的は、必要に応じて電動機のロータを回転させて駆動輪にトルクを伝達し、車両の走行フィーリングを向上することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、サイズを大型化することなく、既存の車両用駆動装置に格納することができるように駆動装置の車両搭載性を向上することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンと電動機とを有し、車両の走行状況に応じて前記エンジンと前記電動機との一方または両方のトルクを駆動輪に伝達するハイブリッド車両の駆動装置であって、前記トルクが入力される変速機入力軸と、前記変速機入力軸に設けられた複数の変速歯車に常時噛合って変速歯車列をなす複数の変速歯車が設けられ駆動輪にトルクを伝達する変速機出力軸とを備える変速機と、エンジン出力軸と前記変速機入力軸との間を断続する第１のクラッチと、前記変速機入力軸と前記電動機のロータとの間を断続する第２のクラッチと、前記変速機出力軸に動力伝達可能に連結された伝達軸と前記ロータとの間を断続する第３のクラッチとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記変速機入力軸と前記変速機出力軸とが平行に配置され、複数の前記変速歯車列のうちトルク伝達を行う歯車列を設定する複数の機械式クラッチを有することを特徴とし、前記ロータの回転軸芯と前記エンジン出力軸の軸芯と前記伝達軸の軸心とを同一軸心上に配設することを特徴とし、前記電動機を前記エンジンと前記変速機との間に配設したことを特徴とし、さらに前記第１ないし第３のクラッチは油圧もしくは電磁力により作動する多板クラッチであることを特徴とする。
【００１１】
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、発進時や加速時に、前記第１のクラッチを係合させて前記電動機のトルクを前記駆動輪に伝達するモードと、前記第１のクラッチと前記第２のクラッチとの双方を係合させて前記エンジンと前記電動機の双方のトルクを合成して前記駆動輪に伝達するモードとを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、前記電動機が駆動されるかまたは車両が走行状態であって前記第１のクラッチが解放された状態のもとで、前記第１のクラッチを係合させることにより前記エンジンを始動させることを特徴とする。
【００１３】
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、エンジンブレーキや運転者のブレーキ操作により車両が減速されているときには、前記第１のクラッチを解放状態にし、かつ前記第２または第３のクラッチを係合して駆動輪の回転エネルギーにより前記電動機を駆動し、バッテリに充電することを特徴とする。
【００１４】
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、バッテリ充電時には少なくとも前記第１のクラッチと前記第２のクラッチを係合することを特徴とする。
【００１５】
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、変速時には前記第３のクラッチを係合して前記伝達軸を介して前記電動機のトルクを前記変速機出力軸に伝達するとともに、前記第１のクラッチを解放して前記エンジンから前記変速機入力軸への動力伝達を遮断することを特徴とする。
【００１６】
本発明のハイブリッド車両の駆動装置は、車両発進時には前記第１のクラッチによる伝達トルクを制御し、変速時には前記第１のクラッチを解放してエンジントルクを遮断して前記機械式クラッチを操作することを特徴とする。
【００１７】
本発明にあっては、３つのクラッチを断続することによって、エンジンと電動機と変速機出力軸との相互間に、多数の動力伝達経路を選択的に設定することができる。つまり、第１のクラッチを係合するとクラッチエンジンのトルクを変速機入力軸を介して駆動輪に伝達する経路が形成され、第２のクラッチを係合すると、電動機のモータトルクを変速機入力軸を介して駆動輪に伝達する経路が形成される。また、第１と第２のクラッチを係合すると、エンジンと電動機の両方のトルクを変速機入力軸を介して駆動輪に伝達する経路が形成され、第３のクラッチを係合すると、電動機のトルクを変速機入力軸を介することなく、直接変速機出力軸にバイパスさせて駆動輪に伝達する経路が設定される。さらに、機械式クラッチを遮断した状態のもとで、第１と第２のクラッチを係合すると、エンジンと電動機間に動力伝達経路が形成され、電動機のトルクをエンジンに伝達させてエンジンを始動させることができる一方、エンジントルクを電動機に伝達させて電動機を発電機としてバッテリへ充電することもできる。
【００１８】
このような動力伝達経路のいずれかを車両の走行状況に応じて、さらには車両の走行状況に加えて運転者の意思に応じて設定することができ、必要に応じて電動機のロータを回転させて駆動輪にトルクを伝達し、車両の走行フィーリングを向上することができる。また、エンジンによる車両駆動時に電動機のロータを停止状態とすることができ、引きずりトルクの発生を防止して、冷却装置が不要な小型の駆動装置が得られる。さらに、変速機出力軸に伝達軸を介してモータトルクを伝達することにより、機械式クラッチを作動して変速段の切換を行う際に、トルク切れの発生を防止して円滑な変速操作を行うことができる。
【００１９】
上述した動力伝達経路の選択により、この制御装置は、第１のクラッチのみを係合することによりエンジン動力を第１のクラッチを介して変速機入力軸に伝達するエンジン走行モードとなる。このエンジン走行モードでは、機械式クラッチにより所定の変速段を選択することによって変速歯車列を介して駆動輪にエンジン動力が伝達される。このときには、第２のクラッチが解放されているので、走行中にロータの回転は停止しており、高速走行中におけるロータの引きずりトルクの発生を防止することができる。
【００２０】
エンジンが停止した状態のもとで第２のクラッチを係合して電動機のモータトルクを変速機入力軸に伝達すると、駆動装置は電動機走行モードになる。さらに、第１と第２のクラッチを係合すると、駆動装置はエンジントルクと電動機トルクとを合成して変速機入力軸に伝達するトルク合成走行モードとなる。一方、機械式クラッチを作動させて自動変速させるときには、駆動装置は自動変速機モードに設定され、電動機のモータトルクを直接変速機出力軸に伝達し、変速段の切換をトルク切れを発生させることなく円滑に行うことができる。
【００２１】
一方、第１と第２のクラッチを係合した状態のもとで電動機を発電機として機能させると、駆動装置はエンジン動力が駆動輪と電動機とに伝達され、車両を走行しながらバッテリに充電する充電走行モードとなる。さらにこの充電走行モードにおいて、全ての機械式クラッチを中立位置つまりニュートラルに設定すると、エンジントルクは駆動輪に伝達されることなく、電動機に伝達されることになり、駆動装置はエンジン動力を全て発電に利用する充電モードとなる。
【００２２】
車両の減速時やブレーキ操作をした時などには、第１のクラッチを切断してエンジンブレーキが利かないようにし、第２のクラッチを係合状態とすると、駆動輪により電動機を発電機として機能させることができ、駆動装置はブレーキ作動時にエネルギー回生モードに設定される。
【００２３】
この駆動装置は第１のクラッチを滑らせながら車両をエンジンにより始動させることができるので、電気回路を電動機に対する高電圧系と機械式クラッチを制御するための電磁弁などに対する低電圧系とにより構成すれば、電動機の高電圧系が故障しても、エンジン始動系を機能させることができるリンプホームモードに設定することができる。さらに、車両の始動は、エンジンでも電動機でもいずれでも行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置を示す概略図であり、図２は図１における矢印Ａ方向から見た電動機と変速機入力軸との配置関係を示す概略図である。この駆動装置は変速機入力軸１とこれに平行となって配置される変速機出力軸２とを備えており、これらはケース３内に組み込まれ変速機４を構成している。この変速機４は変速機入力軸１と変速機出力軸２とがそれぞれ車両の進行方向を向くようにして縦置きに車両に搭載される。この変速機４の前方には、エンジン５とモータつまり電動機Ｍとが配置され、車両の走行状況に応じてエンジン５と電動機Ｍとの一方または両方のトルクが変速機４を介して駆動輪に伝達される。この電動機Ｍは発電機としての機能を有し、発電電動機となっており、回生エネルギーを吸収することができるが、この明細書では電動機Ｍと表現されている。
【００２５】
図１に示す変速機４は、変速機入力軸１と変速機出力軸２とが平行となってケース３内に配置されており、平行軸式の有段自動変速機となっている。変速機入力軸１には、第１速と第２速の駆動歯車１１，１２が一体に設けられ、第３速から第５速までの駆動歯車１３〜１５が回転自在に設けられている。変速機出力軸２には、第１速と第２速の被駆動歯車２１，２２が回転自在に取り付けられ、第３速から第５速までの被駆動歯車２３〜２５が一体に設けられている。それぞれの駆動歯車１１〜１５は対応する被駆動歯車２１〜２５に常時噛み合って変速歯車列となっており、複数の変速歯車列の中からトルクを伝達することになる変速歯車列を切り換えることによって変速動作が行われる。変速機入力軸１にはさらに後退用の駆動歯車１６が一体に設けられている。
【００２６】
変速機出力軸２には、第１速の被駆動歯車２１と第２速の被駆動歯車２２との間に第１の噛合いクラッチつまり機械式クラッチ３１が設けられている。一方、変速機入力軸１には第３速の駆動歯車１３と第４速の駆動歯車１４との間に第２の機械式クラッチ３２が設けられ、第５速の駆動歯車１５に隣接させて第３の機械式クラッチ３３が設けられている。これらの機械式クラッチはそれぞれ同期噛合機構つまりシンクロメッシュにより構成されている。ただし、第１の機械式クラッチ３１を変速機入力軸１に設け、第２および第３の機械式クラッチを変速機出力軸２に設けるようにしても良い。
【００２７】
機械式クラッチ３１は変速機出力軸２に固定されたシンクロハブつまり切換ハブ３１ａと、これに常時噛み合うシンクロスリーブつまり切換スリーブ３１ｂとを有し、この切換スリーブ３１ｂを第１速の被駆動歯車２１に設けられた外歯２１ａに噛み合わせると変速比は第１速に設定され、逆に第２速の被駆動歯車２２に設けられた外歯２２ａに噛み合わせると第２速に設定される。それぞれの外歯２１ａ，２２ａは、歯車２１，２２に形成されたスプライン歯部と、シンクロナイザリングに形成された歯部とにより形成される。
【００２８】
他の機械式クラッチ３２，３３も同様の構造であり、変速機入力軸１に固定された切換ハブ３２ａ，３３ａと、それらにそれぞれ常時噛み合う切換スリーブ３２ｂ，３３ｂとを有し、それぞれ対応する外歯１３ａ，１４ａ，１５ａのいずれかに噛み合わせることにより、変速比は第３速から第５速のいずれかに設定される。それぞれの切換スリーブ３１ｂ，３２ｂおよび３３ｂの軸方向の噛合移動は、図示しない油圧アクチュエータによって自動的に行われる。
【００２９】
第１の機械式クラッチ３１の切換スリーブ３１ｂには後退用の被駆動歯車２６が取り付けられ、変速機入力軸１と変速機出力軸２とに平行となったアイドラ軸１７には、後退用の駆動歯車１６と被駆動歯車２６とに噛み合う位置と、噛み合いを離脱する位置とに移動自在にアイドラ歯車１８が軸方向に摺動自在に装着されている。したがって、切換スリーブ３１ｂが中立位置のもとで、アイドラ歯車１８を摺動させると、アイドラ歯車１８は後退用の駆動歯車１６と被駆動歯車２６とに噛み合い、変速機入力軸１の回転は変速機出力軸２に逆方向となって伝達される。
【００３０】
変速機出力軸２は中空軸となっており、内部には前輪駆動軸３４が組み込まれ、変速機出力軸２はセンタデファレンシャル３５を介して前輪駆動軸３４に連結されている。前輪駆動軸３４はフロントデファレンシャル３６を介して前輪用のドライブシャフト（図示省略）に連結され、このドライブシャフトにより前輪が駆動される。また、センタデファレンシャル３５の後輪出力軸３７はこれに設けられた駆動歯車３７ａと被駆動歯車３８ａとを介して後輪駆動軸３８に連結されており、後輪駆動軸３８は図示しないリヤデファレンシャルを介して後輪用のドライブシャフト（図示省略）に連結され、このドライブシャフトにより後輪が駆動される。このように、前輪と後輪がともに駆動輪となっており、それぞれの駆動輪にトルクが伝達される。
【００３１】
エンジン５のクランク軸５ａはダンパ４０を介してエンジン出力軸４１に連結され、このエンジン出力軸４１は変速機入力軸１と同軸上となっている。エンジン出力軸４１と変速機入力軸１との間には、エンジン出力軸４１と変速機入力軸１とを接続状態つまり係合状態と切断状態つまり解放状態とに断続の切換を行う第１のクラッチＣ１が設けられている。クラッチＣ１は変速機入力軸１に固定されるクラッチ用円筒体４２を有し、エンジン出力軸４１側にはクラッチディスク４３ａが設けられ、クラッチ用円筒体４２の内側にはクラッチディスク４３ａと密着係合するクラッチディスク４３ｂが設けられている。したがって、クラッチＣ１を係合させると、エンジン出力軸４１は変速機入力軸１に接続される状態となり、係合を解くと変速機入力軸１はエンジン出力軸４１に対して切断された状態となる。
【００３２】
前述した電動機Ｍはエンジン５と変速機４との間であって、クラッチ用円筒体４２の径方向外方に配設され、電動機Ｍは永久磁石が組み込まれたロータ４４と、ケース３に固定されコイルが組み込まれたステータ４５とを有している。この電動機Ｍは、駆動輪に伝達されるトルクをアシストするとともに、ロータ４４をエンジン５により駆動すれば、発電機としても機能させてバッテリに充電することができ、車両の制動時に回生エネルギーを吸収することができ、さらにはエンジン５を始動させるためのスタータとしても機能させることができる。
【００３３】
図２に示すように、変速機入力軸１の軸芯とエンジン出力軸４１とロータ４４の回転軸芯は、後輪駆動軸３８の中心Ｇ１と同一軸芯上となっており、変速機出力軸２は後輪出力軸３７の中心Ｇ２と同一軸芯上となっている。このようにロータ４４をエンジン出力軸４１と同一軸芯上に配置することにより、支持軸を別途設ける必要が無く、駆動装置を複雑化したり大型化することなく、コンパクトな駆動装置が得られる。
【００３４】
ロータ４４と変速機入力軸１との間には、ロータ４４と変速機入力軸１との断続の切換を行う第２のクラッチＣ２が設けられている。このクラッチＣ２は、クラッチ用円筒体４２よりも大径であり、この径方向外方に配設されるクラッチ用円筒体４６を有し、クラッチ用円筒体４６の内側にはクラッチディスク４７ａが装着され、クラッチ用円筒体４２の外側にはクラッチディスク４７ａと密着係合するクラッチディスク４７ｂが装着されている。
【００３５】
したがって、クラッチＣ２を係合させると、ロータ４４はクラッチＣ１のクラッチ用円筒体４２を介して変速機入力軸１に接続される状態となり、係合を解くと変速機入力軸１はロータ４４に対して切断された状態となる。さらに、このクラッチＣ２のクラッチディスク４７ｂはクラッチ用円筒体４２の外側に装着されているので、クラッチＣ２が係合状態となると、クラッチＣ１のクラッチ用円筒体４２とロータ４４は係合状態となる。これにより、電動機Ｍを発電機として機能させる際には、クラッチＣ１，Ｃ２を係合させることにより、エンジントルクをロータ４４に伝達することになる。一方、クラッチＣ２を切断すれば、エンジン５が駆動されているときに、エンジン回転をロータ４４に伝達しないようにすることができる。したがって、エンジン５のみで車両を走行する際には、ロータ４４の回転を停止させることができるので、ロータ４４を回転させた際におけるロータ４４の重量、摩擦に起因したエネルギーロスおよび引きずりトルクの発生を防止できる。
【００３６】
変速機入力軸１にはその外側に中空の伝達軸５０が回転自在に装着され、この伝達軸５０に設けられた連結歯車５１は、変速機出力軸２に設けられた連結歯車５２に常時噛み合い、伝達軸５０は連結歯車５１，５２を介して変速機出力軸２に連結されている。この伝達軸５０とロータ４４との間には、伝達軸５０とロータ４４との断続の切換を行う第３のクラッチＣ３が設けられている。このクラッチＣ３は、伝達軸５０に装着されるクラッチディスク５３ａと、クラッチ用円筒体４６の内側に装着されてクラッチディスク５３ａと密着係合するクラッチディスク５３ｂとを有している。したがって、クラッチＣ３を係合させると、ロータ４４はクラッチＣ３を介して伝達軸５０に接続される状態となり、クラッチＣ３の係合を解くと伝達軸５０はロータ４４に対して切断された状態になる。クラッチＣ３が係合状態になると、電動機Ｍのトルクは、変速機入力軸１を介することなく、伝達軸５０により変速機出力軸２にバイパスして直接伝達される。
【００３７】
図３は図１に示された駆動装置の一部を拡大して示す断面図であり、ダンパ４０の出力部４０ａはエンジン出力軸４１にスプライン結合され、ロータ４４は出力部４０ａの外周に回転自在に装着された回転板５４に固定されている。第１のクラッチＣ１のクラッチディスク４３ａは、エンジン出力軸４１にスプライン結合されたクラッチ用円筒体５５を介してエンジン出力軸４１に設けられており、変速機入力軸１に固定されたクラッチ用円筒体４２とクラッチ用円筒体５５の間には、クラッチディスク４３ａ，４３ｂを係合状態と係合を解く状態とに切り換えるための油圧アクチュエータ５６が装着されている。油圧アクチュエータ５６とクラッチ用円筒体４２とにより形成された油室５７に作動油を供給する油路５８ａが変速機入力軸１に形成されており、油路５８ａから油室５７に油圧が供給されると、戻しばね５９ａのばね力に抗して油圧アクチュエータ５６が前進移動し、クラッチディスク４３ａ，４３ｂは係合状態となる。
【００３８】
第２のクラッチＣ２のクラッチディスク４７ａ，４７ｂを係合状態と係合を解く状態とに切り換えるために、変速機入力軸１に固定された油圧シリンダ６１には油圧アクチュエータ６２が組み込まれている。油圧アクチュエータ６２と油圧シリンダ６１とにより形成された油室６３に作動油を供給する油路５８ｂが変速機入力軸１に形成されており、油路５８ｂから油室６３に油圧が供給されると、戻しばね５９ｂのばね力に抗して油圧アクチュエータ６２が前進移動し、クラッチディスク４７ａ，４７ｂは係合状態となる。
【００３９】
第３のクラッチＣ３のクラッチ用円筒体４６は図３に示すように小径部４６ａと大径部４６ｂとを有し、大径部４６ｂに一体となった油圧シリンダ６４は中空の伝達軸５０の外周に回転自在に装着されている。第３のクラッチＣ３のクラッチディスク５３ａ，５３ｂを係合状態と係合を解く状態とに切り換えるために、油圧シリンダ６４には油圧アクチュエータ６５が組み込まれ、油圧アクチュエータ６５と油圧シリンダ６４とにより形成された油室６６に作動油を供給するための油路５８ｃが変速機入力軸１と伝達軸５０との間に形成されている。したがって、油路５８ｃから油室６６に油圧が供給されると、戻しばね５９ｃのばね力に抗して油圧アクチュエータ６５が前進移動し、クラッチディスク５３ａ，５３ｂは係合状態となる。なお、図３において符号６７はステアリング用のタイロッドを示す。
【００４０】
図３に示すように、これらのクラッチＣ１〜Ｃ３は摩擦式多板クラッチであり、クラッチディスクの密着度を調整することにより、クラッチの入力側要素から出力側要素に対する伝達トルク容量を制御することができる。なお、それぞれのクラッチＣ１〜Ｃ３は図３に示すように油圧式であるが、電磁クラッチを用いるようにしても良い。
【００４１】
上述のように図示する駆動装置には３つのクラッチＣ１〜Ｃ３が設けられているので、これらのクラッチＣ１〜Ｃ３を断続制御することによって、エンジン５と電動機Ｍと変速機出力軸２との相互間に多数の動力伝達経路を形成することができ、動力伝達経路を選択することによって駆動装置の作動モードを動力伝達経路に応じて以下のように設定することができる。
【００４２】
（エンジン走行モード）
まず、第１のクラッチＣ１のみを係合し、他のクラッチＣ２，Ｃ３を切断した状態とすると、駆動装置はエンジン動力をクラッチＣ１を介して変速機入力軸１に伝達するエンジン走行モードとなる。このエンジン走行モードでは、機械式クラッチ３１〜３３により所定の変速段を選択することによって特定の変速歯車列を介して駆動輪にエンジン動力が伝達される。このときには、第２のクラッチＣ２が解放されているので、走行中にロータ４４の回転は停止しており、高速走行中におけるロータ４４の引きずりトルクの発生を防止することができる。
【００４３】
（電動機走行モード）
エンジン５が停止した状態のもとで第２のクラッチＣ２を係合し、他のクラッチＣ１，Ｃ３を切断した状態とするとして電動機のモータトルクを変速機入力軸１に伝達すると、駆動装置は電動機走行モードになる。この電動機走行モードにおいても、機械式クラッチ３１〜３３により所定の変速段を選択することによって変速歯車列を介して駆動輪にエンジン動力が伝達される。
【００４４】
（トルク合成走行モード）
第１と第２のクラッチＣ１，Ｃ２を係合し、第３のクラッチＣ３を切断した状態とすると、駆動装置はエンジントルクと電動機のモータトルクとを合成して変速機入力軸１に伝達するトルク合成走行モードとなる。このトルク合成走行モードでは、機械式クラッチ３１〜３３により所定の変速段を選択することによって変速歯車列を介して駆動輪にエンジントルクとモータトルクとが合成されて伝達される。
【００４５】
（自動変速機モード）
機械式クラッチ３１〜３３を作動させて自動変速させるときには、駆動装置は自動変速機モードに設定される。この自動変速機モードでは、第１のクラッチＣ１を解放してエンジントルクの変速機入力軸１への伝達を遮断する一方、第３のクラッチＣ３を係合することによって、電動機のモータトルクは変速機入力軸１を介することなく、直接、変速機出力軸２に伝達される。このときの変速段の切換は、機械式クラッチ３１〜３３を操作することによって変速歯車列の切換が駆動輪に対してトルク切れを発生させることなく自動的に行われる。
【００４６】
（充電走行モード）
第１と第２のクラッチＣ１，Ｃ２を係合し、第３のクラッチＣ３を切断した状態のもとで電動機Ｍを発電機として機能させると、駆動装置はエンジン動力を駆動輪と電動機Ｍとに伝達し、車両を走行しながらバッテリに充電する充電走行モードとなる。このモードにおいても変速段の切換は、機械式クラッチ３１〜３３を操作することによって自動的に変速歯車列を切り換えることができる。
【００４７】
（充電モード）
上述した充電走行モードにおいては、機械式クラッチ３１〜３３によって変速機入力軸１はいずれかの変速機歯車列を介して変速機出力軸２にエンジントルクが伝達されるが、エンジン５を駆動した状態のもとで、全ての機械式クラッチ３１〜３３を中立位置つまりニュートラルに設定すると、エンジントルクは駆動輪に伝達されることなく、電動機Ｍに伝達されることになり、駆動装置はエンジン動力を全て発電に利用する充電モードとなる。
【００４８】
（エネルギー回生モード）
車両の減速時やブレーキ操作をした時などには、第１のクラッチＣ１を切断してエンジンブレーキが利かないようにし、第２のクラッチＣ２を係合状態とすると、駆動輪により電動機Ｍを発電機として機能させることができ、駆動装置はブレーキ作動時にエネルギー回生モードに設定される。このエネルギー回生モードにあっては、従来のようにブレーキ時にエンジンのポンピングロスを軽減して回生効率を向上させるために気筒休止を行う必要がなく、第１のクラッチＣ１を解放することによってエンジン駆動を解放することができる。これにより、エネルギー回生モードを複雑な気筒休止を行うことなく、簡単な制御で行うことができる。さらに、クラッチＣ１の操作によりエネルギー回生モードに設定することができるので、急ブレーキ時におけるエンストの発生を回避できる。すなわち、滑り易い道で強くブレーキを踏むと、ホイールロックやエンストの原因となるが、これを防止することができる。ＡＢＳ付きの車両においては、ブレーキとＡＢＳの作動に応じてクラッチＣ１を制御することにより、エンストを防止することができる。
【００４９】
（リンプホームモード）
駆動装置における電気回路を、電動機Ｍに対する高電圧系と機械式クラッチ３１〜３３を制御するための電磁弁などに対する低電圧系とにより構成し、電動機Ｍの高電圧系が故障しても、エンジン始動系が機能するようにすれば、駆動装置は第１のクラッチＣ１を滑らせながら車両をエンジンにより始動させることができるリンプホームモードとすることができる。このモードにあっては、変速時にはエンジントルクを遮断して機械式クラッチ３１〜３３によって所定の変速段を選択することができる。
【００５０】
（車両スタートモード）
車両の始動は、エンジン５でも電動機Ｍでもいずれでも行うことができる。エンジン５により車両を始動させる際には、第１と第２のクラッチＣ１，Ｃ２を係合し、第３のクラッチＣ３を切断状態として電動機Ｍのモータトルクをクランク軸５ａに伝達し、エンジン５を始動させる。このときには、全ての機械式クラッチ３１〜３３は中立位置に切り換えられることになる。エンジンが始動した後には機械式クラッチ３１により低速段の変速歯車列を動力伝達状態とするとともにクラッチＣ１を滑らせながらエンジン５により車両を始動させることができる。なお、エンジンにより車両を発進させる際には、第１速の変速段とすることなく、クラッチＣ１を滑らせることにより任意の変速段のもとで変速することができる。一方、電動機Ｍにより車両を始動させるときには、第２のクラッチＣ２を係合し、他のクラッチＣ１，Ｃ３を切断状態とすることによってモータトルクを変速歯車列を介して駆動輪に伝達する。
【００５１】
特に、動力性能を高めた走行が要求される場合には、エンジン５をアイドル停止させて燃費性能を確保するようにし、アクセルペダルが全開状態に操作されたときに、まず、第２のクラッチＣ２を係合して電動機Ｍのモータトルクで車両を始動させ、変速機入力軸１がエンジン始動可能な回転数、たとえば４００〜５００ｒｐｍとなったときに第１のクラッチＣ１を係合すると、エンジン５が始動する。したがって、モータトルクに加えてエンジン全開トルクを駆動輪に伝達することができ、強力な加速が得られることになる。このような走行モードにおいては、変速操作時に適宜第３のクラッチＣ３を係合しながら機械式クラッチ３１〜３３を切り換えることによって、モータトルクで変速機のトルク切れを発生させることなく、トルクの谷を埋めて円滑に自動変速を達成することができる。高速走行中などの所定の速度で第２のクラッチＣ２を解放すれば、ロータ４４による抵抗トルクの発生を回避できる。
【００５２】
この駆動装置は、車両の走行状態に応じて上述のような代表的なモードに設定することができるとともに、任意のモードに設定するための操作部材を車室内に設けることによって運転者の意思に応じても何れかのモードを選択することができる。
【００５３】
図４は車両の走行状況に応じた３つのクラッチＣ１〜Ｃ３と電動機Ｍのオンオフ制御の一例を示す作動表であり、クラッチＣ１〜Ｃ３については係合された状態が○で示され、電動機Ｍについては駆動された状態が○で示されている。
【００５４】
図４に示す制御例では、発進時には第１のクラッチＣ１を係合してエンジン５のトルクを変速機入力軸１に伝達し、さらに第２のクラッチＣ２を係合するとともに電動機Ｍを駆動して電動機Ｍのトルクを変速機入力軸１に伝達する。これにより、発進時にはエンジントルクに加えて電動機のトルクがアシストされて円滑に車両を発進させることができる。特に、エンジン５が過給機付きの場合には、車両の発進時にターボラグに起因してエンジン出力トルクが不足しても、電動機Ｍのトルクをアシストすることにより発進時のトルク不足を補うことができる。なお、クラッチの断続を制御することにより、エンジントルクのみあるいは電動機のモータトルクのみにより車両を発進させるようにしても良い。エンジンのみで走行する際には、クラッチＣ２を係合することによって電動機を発電機として機能させ、バッテリに充電することができ、車両の制動時には回生エネルギーを回収することができる。
【００５５】
図５は車両の発進時にエンジントルクと電動機Ｍのモータトルクとを駆動輪に伝達するようにした場合における車速に応じたエンジントルクとモータトルクの変化を示す特性線図であり、発進時にはエンジントルクに加えて電動機Ｍのモータトルクが駆動輪に伝達されることになる。
【００５６】
車両が所定の車速以上となったときには、電動機Ｍを停止させてエンジントルクのみにより車両を走行させる。車速が変化する過程で、変速段の切換操作が行われる際には、第１のクラッチＣ１を切断してエンジントルクを変速機入力軸１に伝達しない状態のもとで、第３のクラッチＣ３を係合して電動機のトルクを変速機出力軸２に伝達する。このように、変速歯車列の切換操作が行われるときに、クラッチＣ１を切断するとエンジントルクが変速機入力軸１に伝達されないが、走行用の電動機Ｍを利用して変速時に変速機出力軸２にモータトルクを伝達するので、変速操作時、特に低速段の変速時に加速度の変動を小さくして運転者に違和感を与えることなく円滑に変速を行うことができる。
【００５７】
特に、車両が走行しているときには変速機出力軸２とクラッチＣ３のクラッチディスク５３ａは回転しており、変速が行われる前に予めクラッチＣ３を係合しておくと、ロータ４４は変速機出力軸２により駆動されることになるので、変速時には迅速に電動機Ｍを駆動させて電動機Ｍのトルクを変速機出力軸２に伝達することができる。
【００５８】
図６は変速操作が行われる際における駆動輪への伝達トルクの変化を示すグラフである。図６（Ａ）は比較例として電動機によるトルクのアシストを行わないで第１速から第３速まで変速した場合における伝達トルクの変化を示し、図６（Ｂ）は本発明の駆動装置における伝達トルクの変化を示す。図６（Ａ）に示すように、電動機によるトルクのアシストを行わない場合には、変速時にトルク切れが発生して変速操作が完了するまでに伝達トルクが大きく変化するが、図６（Ｂ）に示すように電動機トルクを加えることにより変速操作時にはトルク変動が小さくなる。
【００５９】
図７は駆動装置の制御回路を示すブロック図であり、制御回路は制御手段としてのコントロールユニット７１を有し、このコントロールユニット７１には、運転者のセレクトレバー操作により選択された走行レンジを検出するインヒビタースイッチ７２、イグニッションスイッチ７３、車速センサ７４、およびアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ７５の信号が送られる。さらに、コントロールユニット７１には、バッテリ電圧センサ７６、モータ回転数センサ７７、エンジン回転数センサ７８、および加速度センサ７９の信号が送られる。なお、車両の加速度の検出は、車速センサ７４からの信号を演算して求めるようにしても良く、その場合には加速度センサ７９は不要となる。
【００６０】
コントロールユニット７１からはバッテリ８０、エンジン出力制御リレー８１、モータ出力制御リレー８２およびそれぞれのクラッチＣ１〜Ｃ３に対して制御信号が送られる。さらに、コントロールユニット７１からはバッテリ充放電制御リレー８３、およびトランスミッションコントロールユニット（変速機制御ユニット）ＴＣＵ８４に制御信号が送られる。
【００６１】
図８は車両発進時における駆動装置の制御手順の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１でイグニッションスイッチ７３がオンされたことが判定されると、エンジン５が始動される（ステップＳ２）。エンジンが始動した状態のもとで、バッテリの残量が所定値以上となっていることがステップＳ３で判定され、ドライブレンジ（Ｄレンジ）が運転者により選択されたことがステップＳ４で判定され、さらにアクセルセンサからの信号によりアクセルペダルが所定値以上踏み込まれたことがステップＳ５で判定されたときには、ステップＳ６が実行されてモータ出力制御リレー８２がオンされ電動機Ｍは駆動される。
【００６２】
次いで、ステップＳ７が実行されて第１と第２のクラッチＣ１，Ｃ２が係合される。これにより、駆動輪にはエンジントルクとモータトルクが伝達される。ステップＳ８において車速が所定値以上の高速となったことが判定され、ステップＳ９においてモータ回転数Ｎｍとエンジン回転数Ｎｅとが同一となったとことが判定されたときには、ステップＳ１０でクラッチＣ２が切断され、ステップＳ１１でモータ出力制御リレー８２がオフされて電動機Ｍが停止する。これにより、所定の車速以上ではエンジントルクにより車両が駆動される。ただし、エンジン回転数がロータの回転数よりも高くなったときにクラッチＣ２を切断するようにしても良い。
【００６３】
一方、ステップＳ３においてバッテリ８０の残量が所定値以下であると判定されたときには、Ｄレンジが選択され（ステップＳ１２）、アクセルペダルが所定値以上踏み込まれると（ステップＳ１３）、ステップＳ１４が実行されて第１のクラッチＣ１が係合される。これにより、エンジン５のトルクのみにより車両が発進する。
【００６４】
図９は変速操作が行われる際における駆動装置の制御手順の一例を示すフローチャートである。ステップＳ２１でエンジン回転数Ｎｅを検出し、ステップＳ２２で車速を検出し、ステップＳ２３で現在の変速段を検出する。これらの検出結果に基づいてステップＳ２４では変速操作を実行するか否かが判定される。変速操作を実行することが判定されると、車両の加速度が検出され（ステップＳ２５）、第３のクラッチＣ３が係合され（ステップＳ２６）、モータ出力制御リレー８２がオンされる（ステップＳ２７）。これにより、モータトルクが伝達軸５０を介して変速機出力軸２に直接伝達されることになり、変速時のトルク切れの発生が防止される。
【００６５】
モータ回転数Ｎｍが次の変速段にとしての所定の回転数に達したことがステップＳ２８により判定されたら、ステップＳ２９で第１のクラッチＣ１を切断し、ステップＳ３０で設定変速段に変速操作が行われる。この操作は変速段に応じて３つの機械式クラッチ３１〜３３のいずれが駆動される。変速操作が行われると、ステップＳ３１で第１のクラッチＣ１が係合されてエンジントルクが変速機入力軸１に伝達される。
【００６６】
そして、変速操作が終了した後には、ステップＳ３２においてモータ出力制御リレー８２がオフされ、ステップＳ３３において第３のクラッチＣ３が切断される。このように、変速操作が行われるときには、モータトルクが変速機出力軸２に直接伝達されるので、変速時のトルク切れの発生が防止されて円滑な変速操作が行われる。
【００６７】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々のドライブトレーンに適用可能である。たとえば、図１に示す駆動装置は四輪駆動用の車両に適用されるものであるが、センタデファレンシャル３５を用いずに変速機出力軸２から直接フロントデファレンシャル３６の終減速歯車にトルク伝達を行うようにすれば、前輪駆動用の駆動装置となる。また、エンジンと駆動装置が車両の前方のエンジン房内に、車幅方向に搭載される横置き配置にも本発明の駆動装置を適用することとができる。さらに、エンジンが車両の前部に配置され、車両の後輪側に配置されたリヤデファレンシャルへ動力伝達するようにしたＦＲ方式にも本発明の駆動装置を適応させることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、動力源としてエンジンと電動機とを有するハイブリッド車両において、これらの動力源と駆動輪との間を複数のクラッチを断続させることによって複数の動力伝達経路の中から走行状態や運転者の意思に応じて最適な動力伝達経路を選択できるので、エンジンと電動機のトルクを合成して車両の動力性能を向上させることができる。また、電動機のトルクで車両を走行したり、高速走行時には電動機の引きずりトルクの発生を回避して燃費向上を達成することができる。さらに、変速時に電動機のトルクを変速機出力軸に伝達することによってトルク切れのない円滑なシフト品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるハイブリッド車両の駆動装置を示す概略図である。
【図２】図１における矢印Ａ方向から見た電動機と変速機入力軸との配置関係を示す概略図である。
【図３】図１の駆動装置における一部を拡大して示す断面図である。
【図４】車両の走行状況に応じたクラッチと電動機のオンオフ制御の一例を示す作動表である。
【図５】車速に応じたエンジントルクとモータトルクの変化を示す特性線図である。
【図６】変速操作が行われる際における駆動輪への伝達トルクの変化を示すグラフである。（Ａ）は比較例として電動機トルクのアシストを行わないで第１速から第３速まで変速した場合における伝達トルクの変化を示し、（Ｂ）は本発明の駆動装置における伝達トルクの変化を示す。
【図７】駆動装置の制御回路を示すブロック図である。
【図８】車両発進時における駆動装置の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】変速操作が行われる際における駆動装置の制御手順の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    変速機入力軸
２    変速機出力軸
４    変速機
５    エンジン
１１〜１５    駆動歯車
２１〜２５    被駆動歯車
３１〜３３    機械式クラッチ
４１    エンジン出力軸
４４    ロータ
４５    ステータ
５０    伝達軸
５１    駆動歯車
５２    被駆動歯車
Ｃ１    クラッチ（第１のクラッチ）
Ｃ２    クラッチ（第２のクラッチ）
Ｃ３    クラッチ（第３のクラッチ）
Ｍ      電動機（発電電動機、モータ）
【図１】
2004306826.tif 000003
【図２】
2004306826.tif 000004
【図３】
2004306826.tif 000005
【図４】
2004306826.tif 000006
【図５】
2004306826.tif 000007
【図６】
2004306826.tif 000008
【図７】
2004306826.tif 000009
【図８】
2004306826.tif 000010
【図９】
2004306826.tif 000011