(57)【要約】【課題】比較的小型の電動機でもって発進時等に大きな駆動力を発揮できるとともに、高速域での電動機による回生が可能な車輌駆動装置を提供することにある。【解決手段】変速機構８は、発電電動機９の出力軸に連結されるとともに、少なくとも２種類の変速比を有する。連結手段７は、変速機構８の出力軸に一方の軸が連結される。クラッチ６は、連結手段７の他方の軸に一方の軸が連結され、他方の軸がエンジン５の出力軸に接続されるとともに、連結手段８とエンジン５の連結を結合開放可能である。【選択図】図１
2007331632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動され、発電機として動作するとともに、供給された電力により駆動力を発生する電動機として動作する発電電動機を有する車輌駆動装置であって、
前記発電電動機の出力軸に連結され、少なくとも２種類の変速比を有する変速機構と、
前記変速機構の出力軸に一方の軸が連結される連結手段と、
前記連結手段の他方の軸に一方の軸が連結され、他方の軸が前記エンジンの出力軸に接続されるとともに、前記連結手段と前記エンジンの連結を結合開放可能なクラッチとを備えることを特徴とする車輌駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の車輌駆動装置において、
前記エンジンの出力軸に接続されるトランスミッションに対して、前記トランスミッションが接続される出力軸の一端と反対側の端部に、前記クラッチが接続されることを特徴とする車輌駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載の車輌駆動装置において、
前記エンジンの出力軸に対して、前記発電電動機と前記変速機構の軸が平行に配置されることを特徴とする車輌駆動装置。
【請求項４】
エンジンによって駆動され、発電機として動作するとともに、供給された電力により駆動力を発生する電動機として動作する発電電動機を有する車輌駆動装置であって、
前記発電電動機の出力軸に連結され、少なくとも２種類の増減速比を有する増減速機構と、
前記増減速変速機構の出力軸に一方の軸が連結され、他方の軸が前記エンジンの出力軸に接続されるとともに、前記連結手段と前記エンジンの連結を結合開放可能なクラッチとを備えることを特徴とする車輌駆動装置。
【請求項５】
エンジンによって駆動され、発電機として動作するとともに、供給された電力により駆動力を発生する電動機として動作する発電電動機と、この発電電動機を制御する制御手段を有する車輌駆動システムであって、
前記発電電動機の出力軸に連結され、少なくとも２種類の変速比を有する変速機構と、
前記変速機構の出力軸に一方の軸が連結される連結手段と、
前記連結手段の他方の軸に一方の軸が連結され、他方の軸が前記エンジンの出力軸に接続されるとともに、前記連結手段と前記エンジンの連結を結合開放可能なクラッチとを備え、
前記制御手段は、車輌の運転状態に応じて、前記発電電動機の発電回生と、前記変速機構の変速比と、前記クラッチの結合開放を制御することを特徴とする車輌駆動システム。
【請求項６】
請求項５記載の車輌駆動装置において、
前記制御手段は、車速が低速状態においては、前記発電電動機の出力トルクが前記エンジンに減速して伝達される変速比となるように前記変速機構の変速比を制御し、
車輌が減速状態においては、前記発電電動機の回転数が前記エンジンの回転よりも増大するように、前記変速機構の変速比を制御することを特徴とする車輌駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輌駆動装置及び車輌駆動システムに係り、特に、内燃エンジンと電動機を組み合わせたハイブリッド車輌に用いるに好適な車輌駆動装置及び車輌駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃エンジンと電動機を組み合わせたハイブリッド車輌が、各種開発されている。その代表的な方式としては、内燃エンジンと電動機の動力がそれぞれ独立して駆動輪に伝わるパラレルハイブリッド方式、内燃エンジンで発電機を駆動し、その時発生した電力で電動機を駆動するシリーズハイブリッド方式、および、車輌の動作状態ごとに燃費が最適になるように前記２方式を組み合わせたシリーズ・パラレル方式が挙げられる。
【０００３】
ハイブリッド車輌は内燃エンジンのみを駆動源とする車輌に比べ、燃費が低く、環境に優しい車として注目されている。かくしてハイブリッド車輌の性能は、従来の内燃エンジン車輌に比べて優れていると言えるが、一方で、内燃エンジンの駆動機構に加えて新たな電気部品が付加されるので、内燃エンジン車輌に比べて製造コストが増加し、車上スペースも圧迫されるという問題がある。
【０００４】
コストを抑えるためには、既に普及している内燃エンジン車輌の駆動機構をできるだけ流用してハイブリッド化することが有効な一手段である。このようなハイブリッド車輌の構成例としては、内燃エンジンの駆動力をクラッチを介して、電動機に伝達し、この電動機は、発進時等内燃エンジンの出力が不十分なときに動力を付加するために駆動するとともに、車輌減速時には、駆動輪側から被動することによりエネルギー回生が可能なＢＡＳハイブリッドが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＢＡＳハイブリッドは、電動機が内燃エンジンとベルト機構を介して接続されている比較的シンプルな構造で、既存の内燃エンジンで設計された駆動機構を流用し易い構造となっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平２００５−１４７４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の方式は、内燃エンジンと電動機とが常時一体に連動するようにした構成で、しかも、内燃エンジンに対し電動機の回転数比が小さい場合、例えば車輌の発進時に必要な大きな駆動力を得るためには、大きなトルクを有する電動機と、大電流を流せる電力変換器と、同じく大電流に対応したバッテリー（電源）が必要となる。その結果、車輌に搭載する装置全体が非常に大型化し、かつ重く高価なものとなる。従って、車輌の有効空間の確保や、燃費、動力性能の上で好ましくない。特に、信号待ち等の車輌の停止中に燃料供給を停止し、その後、アクセルペダルが踏み込まれた時点で、内燃エンジンを再始動するとともに、電動機の駆動力により車輌の発進を開始するようにしたいわゆるアイドルストップの技術を適用しようとすると、発進直後の僅かな期間は、電動機の駆動力のみで車輌を動かさなければならないので、電動機の大小が発進性能を大きく左右することになる。
【０００７】
一方、内燃エンジンと電動機とが常時一体に連動するようにした構成であっても、内燃エンジンに対し電動機の回転数比が大きい場合は、発進時のように大きな駆動力が必要となる場合でも、電動機は比較的小さなトルクが発生できるものでよく、電力変換回路、バッテリーも電流容量は小さくても良いので、車輌に搭載する装置は小型化する。しかし、このような場合には、車輌が高速走行したときに、電動機が過度に高速回転となり、許容回転数を越えてしまう恐れがある。また、クラッチ機構を介装し、高速時に電動機を切り離すようにすると、電動機を保護できる反面、減速時のエネルギー回生をある程度車速が低下した段階でしか開始できないことになり、エネルギー効率の点で好ましくない。
【０００８】
本発明の目的は、比較的小型の電動機でもって発進時等に大きな駆動力を発揮できるとともに、高速域での電動機による回生が可能な車輌駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、エンジンによって駆動され、発電機として動作するとともに、供給された電力により駆動力を発生する電動機として動作する発電電動機を有する車輌駆動装置であって、前記発電電動機の出力軸に連結され、少なくとも２種類の変速比を有する変速機構と、前記変速機構の出力軸に一方の軸が連結される連結手段と、前記連結手段の他方の軸に一方の軸が連結され、他方の軸が前記エンジンの出力軸に接続されるとともに、前記連結手段と前記エンジンの連結を結合開放可能なクラッチとを備えるようにしたものである。  
かかる構成により、比較的小型の電動機でもって発進時等に大きな駆動力を発揮できるとともに、高速域での電動機による回生が可能となる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記エンジンの出力軸に接続されるトランスミッションに対して、前記トランスミッションが接続される出力軸の一端と反対側の端部に、前記クラッチを接続したものである。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記エンジンの出力軸に対して、前記発電電動機と前記変速機構の軸が平行に配置されるものである。
【００１２】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、エンジンによって駆動され、発電機として動作するとともに、供給された電力により駆動力を発生する電動機として動作する発電電動機を有する車輌駆動装置であって、前記発電電動機の出力軸に連結され、少なくとも２種類の増減速比を有する増減速機構と、前記増減速変速機構の出力軸に一方の軸が連結され、他方の軸が前記エンジンの出力軸に接続されるとともに、前記連結手段と前記エンジンの連結を結合開放可能なクラッチとを備えるようにしたものである。  
かかる構成により、比較的小型の電動機でもって発進時等に大きな駆動力を発揮できるとともに、高速域での電動機による回生が可能となる。
【００１３】
（５）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、エンジンによって駆動され、発電機として動作するとともに、供給された電力により駆動力を発生する電動機として動作する発電電動機と、この発電電動機を制御する制御手段を有する車輌駆動システムであって、前記発電電動機の出力軸に連結され、少なくとも２種類の変速比を有する変速機構と、前記変速機構の出力軸に一方の軸が連結される連結手段と、前記連結手段の他方の軸に一方の軸が連結され、他方の軸が前記エンジンの出力軸に接続されるとともに、前記連結手段と前記エンジンの連結を結合開放可能なクラッチとを備え、前記制御手段は、車輌の運転状態に応じて、前記発電電動機の発電回生と、前記変速機構の変速比と、前記クラッチの結合開放を制御するようにしたものである。  
かかる構成により、比較的小型の電動機でもって発進時等に大きな駆動力を発揮できるとともに、高速域での電動機による回生が可能となる。
【００１４】
（６）上記（５）において、好ましくは、前記制御手段は、車速が低速状態においては、前記発電電動機の出力トルクが前記エンジンに減速して伝達される変速比となるように前記変速機構の変速比を制御し、車輌が減速状態においては、前記発電電動機の回転数が前記エンジンの回転よりも増大するように、前記変速機構の変速比を制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、比較的小型の電動機でもって発進時等に大きな駆動力を発揮できるとともに、高速域での電動機による回生が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態による車輌駆動装置の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による車輌駆動装置の構成及び動作について説明する。本例では、車輌駆動装置の一例として、駆動源に内燃エンジンと電動機を用いたハイブリッド動力伝達機構に適用した場合の全体構成を示している。  
図１は、本発明の一実施形態による車輌駆動装置を用いたハイブリッド車輌の構成を示すシステムブロック図である。
【００１７】
ハイブリッド動力伝達機構は、一対の駆動輪１，２と、ディファレンシャルギア３と、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）４と、内燃エンジン５と、クラッチ６と、連結手段７と、変速機構８と、発電電動機（Ｍ／Ｇ）９と、電力変換器１０と、蓄電池１１と、を備える。なお、連結手段７と変速機構８とによって、増減速機構２０が構成されている。
【００１８】
エンジン５の一方の出力軸は、トランスミッション４に連結されている。トランスミッション４は、例えば、遊星歯車機構を組み込んだトランスミッション、ベルト式無段変速機構いわゆるＣＶＴ、又は、複数の嵌合する歯車列を組み込んだマニュアルトランスミッション等の幾つかの可変比率トランスミッション設計のうち任意のものである。
【００１９】
エンジン５の出力は、トランスミッション４によって変速され、ディファレンシャルギア３を介して、駆動輪１，２に伝達される。エンジン５の出力は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１０によって制御される。トランスミッション４の変速比は、トランスミッションコントロールユニット（ＴＣＵ）１２０によって制御される。ＥＣＵ１１０とＴＣＵ１２０は、通信線によって接続され、データ信号や指令信号が授受される。なお、ＥＣＵ１１０とＴＣＵ１２０とは一体的に構成してもよいものである。
【００２０】
エンジン５の他方の出力軸は、クラッチ７を介して、連結手段７に接続されている。クラッチ６は、電磁クラッチ又は他の選択的に係合可能なクラッチである。クラッチ６のオン・オフは、モータコントロールユニット（ＭＣＵ）１００により制御される。連結手段７は、２つのプーリー７ａ，７ｃと、ベルトもしくはチェーンからなる伝達機構７ｂで構成されている。プーリー７ａの伝達軸はクラッチ６に連結され、プーリー７ｃの伝達軸は変速機構８の一方の軸に連結されている。
【００２１】
変速機構８は、少なくとも２つの変速比を有する機構である。変速機構８の一方の軸は、連結手段７に連結され、他方の軸は、発電電動機（Ｍ／Ｇ）９に連結されている。変速機構８の変速比は、モータコントロールユニット（ＭＣＵ）１００により制御される。ＭＣＵ１００は、車輌の走行状態に応じて、変速機構８の変速比を切り替える。
【００２２】
変速機構８の他方の軸は、発電電動機（Ｍ／Ｇ）９に連結されている。発電電動機９は、エンジン５により駆動され、発電機として動作し、また、電動機として動作して、エンジン５の駆動をアシストする。
【００２３】
発電電動機９は、モータコントロールユニット（ＭＣＵ）１００により制御される。ＭＣＵ１００は、電力変換器１０を制御して、蓄電池１１の直流電流を３相交流電流に変換して発電電動機９に供給される電機子電流を可変し、発電電動機９の駆動トルクを制御する。また、発電電動機９が発電機として動作しているときは、ＭＣＵ１００は、電力変換器１０を制御して、発電機の出力電流を直流電流に変換し、蓄電池１１に蓄積する。さらに、ＭＣＵ１００は、発電電動機９の界磁巻線に流す界磁電流を制御する。ＭＣＵ１００とＥＣＵ１１０は、通信線によって接続され、データ信号や指令信号が授受される。ＭＣＵ１００には、車輌の状態を示す信号として、車速センサ１０２によって検出された車速信号Ｖが入力する。また、運転者の意図を示す信号として、アクセル開度センサ１０４によって検出されたアクセル開度信号θthが入力する。
【００２４】
次に、具体例に基づいて、本実施形態のハイブリッド動力伝達機構の動作について説明する。例えば、エンジン５の最高実用回転数を６０００ｒｐｍとし、発電電動機９の最高実用回転数を３０００ｒｐｍとする。ここで、最高実用回転数は、発電電動機と電力変換器の損失を低く抑えることができる運転範囲から与えられる。発電電動機９の最大出力トルクは、最高１０ｋＷ程度の小形のものとする。
【００２５】
また、連結手段７の減速比は２とし、プーリー７ａの回転数は１／２に減速されて、プーリー７ｃに伝達される。変速機構８は、変速比１：１と、１：６の２種類とする。変速比１：１の場合には、プーリー７ｃの伝達軸と発電電動機９の出力軸の回転数は同じである。変速比１：６の場合には、プーリー７ｃの伝達軸の回転数は、６倍に増速されて、発電電動機９の出力軸に伝達される。ここで、増減速機構２０の増減速比についてみると、２：１と、１：３の２種類となる。変速機構８の変速比が１：１の場合、増減速機構２０の増減速比についてみると、２：１となる。変速機構８の変速比が１：６の場合、増減速機構２０の増減速比についてみると、１：３となる。増減速機構２０の増減速比が２：１の場合、プーリー７ａの伝達軸の回転数は、１／２に減速されて、発電電動機９の出力軸に伝達される。すなわち、発電電動機９は３０００ｒｐｍで回転する際、エンジン５が６０００ｒｐｍで回転する。また、増減速機構２０の増減速比が１：３の場合、プーリー７ａの伝達軸の回転数は、３倍に増速されて、発電電動機９の出力軸に伝達される。すなわち、エンジン５が１０００ｒｐｍで回転する際、発電電動機９は３０００ｒｐｍで回転する。なお、以上の各数値はあくまで一例であり、エンジン５や発電電動機９の特性に応じて、任意の数値とすることができる。
【００２６】
ＭＣＵ１００は、車速センサ１０２によって検出された車速信号Ｖにより、車速を判定する。発進時や低速時のように、例えば、車速が２０ｋｍ／ｈ以下の時、ＭＣＵ１００は、変速機構８の変速比を１：６とする。また、クラッチ６はオンとする。これによって、増減速機構２０の増減速比は１：３となり、発電電動機９は３０００ｒｐｍで回転する際、エンジン５が１０００ｒｐｍで回転する。発進時は、エンジン５はアイドル回転数（例えば、６００ｒｐｍ）から徐々に上昇するため、ＭＣＵ１００は、それに応じて、発電電動機９の回転数も増加させる。発電電動機９を電動機として用いる場合、電動機の回転数を増減速機構２０を介して減速させることにより、トルクは増大する。上記の例では、増減速機構２０の増減速比を１：３とすることで、発電電動機９の回転数は１／３に減速されてエンジン５に伝達されるため、発電電動機９の出力トルクは増大されて伝達される。したがって、発電電動機９として、小形で低出力トルクのものを用いたとしても、エンジン５の出力トルクに加えて、増大された発電電動機９の出力トルクで車輌を駆動できるため、発進時及び低速時の加速度を向上することができる。
【００２７】
一方、車速が２０ｋｍ／ｈ以上になると、ＭＣＵ１００は、増減速機構２０の増減速比を１：１とする。これによって、発電電動機９の回転数は２倍に増速されてエンジン５に伝達されることになる。この時点では、エンジン５の回転数も上がっており、発電電動機９の回転数も上がるため、発電電動機９の出力トルクも小さく、トルクアシストの効果は小さいが、例えば、車輌が減速状態となると、発電電動機９はエンジン５によって駆動され、回生動作することで、蓄電池１１に充電することができる。このとき、ＭＣＵ１００は、発電電動機９に発電機としての指令を与えることができ、エンジンに制動トルクを加えることができる。なお、車輌の減速状態は、車速信号Ｖの微分値がマイナスになったことで判定したり、ブレーキペダルからのペダルが踏み込まれた信号によって判定することができる。なお、車輌が高速状態（例えば、１００ｋｍ／ｈ以上）となると、エンジン５によって発電電動機９が連れ回され、エンジン５の駆動トルクのロスが生じるため、ＭＣＵ１００は、クラッチ６をオフする。
【００２８】
また、アイドルストップを採用する場合には、車輌が停止して、エンジン５を停止した後、再始動する際には、ＭＣＵ１００は、変速機構８の変速比を１：６とし、クラッチ６はオンとする。これによって、増減速機構２０の増減速比は１：３となり、発電電動機９の出力トルクは増大されて伝達されるので、エンジン５の再始動が可能となる。エンジン５の再始動条件は、例えば、車速信号Ｖが０ｋｍ／ｈで、アクセル開度信号θthによってアクセルペダルが踏み込まれたことを検出することで判定できる。
【００２９】
次に、図２を用いて、本実施形態による車輌駆動装置に用いる変速機構８の構成の一例について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による車輌駆動装置に用いる変速機構の構成を示すスケルトン図である。
【００３０】
変速機構８は、連結手段７の伝達軸７ｆと連結されている太陽歯車部材８ａと、リング歯車部材８ｃと、遊星歯車部材８ｂと、キャリア部材８ｄと、クラッチ８ｅ．８ｆ（それぞれ電磁クラッチ又は他の選択的に係合可能なクラッチ）とから構成されている。
【００３１】
太陽歯車部材８ａと、リング歯車部材８ｃと、遊星歯車部材８ｂとは、互いに噛み合っている。遊星歯車部材８ｂは、キャリア部材８ｄに回転可能に取り付けられた複数のピニオンギアである。また、キャリア部材８ｄは、電動機９の回転軸９ａに接続される。また、クラッチ８ｅの一方の軸はリング歯車部材８ｃに連結され、他方の軸はキャリア部材８ｄに連結されている。クラッチ８ｆの一方の軸はリング歯車部材８ｃに連結され、他方の軸は発電電動機９の固定子９ｂに連結されている。
【００３２】
クラッチ８ｅが結合し、クラッチ８ｆが開放されている状態では、連結手段７の伝達軸７ｆと電動機９の回転軸９ａは一体となって回転する。クラッチ８ｅが開放し、クラッチ８ｆが結合されている状態では、連結手段７の伝達軸７ｆの回転角速度と電動機９の回転軸９ａの回転角速度は、遊星歯車機構８によって予め規定された速度比を以って回転する。すなわち、クラッチ８ｅ，８ｆをそれぞれ断接することによって、変速機構８は２段の変速機構として機能する。
【００３３】
ここで、変速機構８は、図示したように遊星歯車機構を利用した有段の変速機を用いるのが好適である、ベルト式無段変速機構いわゆるＣＶＴを用いることもでき、要するに、入力と出力の変速比を２段以上変化できるものであればよいものである。
【００３４】
また、連結手段７としては、図１に示したように、プーリーとベルトやチェーンで構成するものの他に、２つの嵌合する歯車から構成することも可能である。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、内燃エンジンと電動機との間に変速機構を介装することで、比較的小型の電動機でもって発進時等に十分に大きな駆動力を発揮できるとともに、高速走行時における電動機の過回転を防止でき、高速域から減速時のエネルギー回生を行うことができる。従って、電力変換回路やバッテリー等をも含めて装置全体の小型軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態による車輌駆動装置を用いたハイブリッド車輌の構成を示すシステムブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による車輌駆動装置に用いる変速機構の構成を示すスケルトン図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…駆動輪
２…駆動輪
３…ディファレンシャルギア
４…トランスミッション
５…内燃エンジン
６…クラッチ
７…連結手段
８…変速機構
９…電動機
１０…電力変換器
１１…蓄電池
２０…増減速機構
１００…ＭＣＵ
１０２…車速センサ
１０４…アクセル開度センサ
１１０…ＥＣＵ
１２０…ＴＣＵ
【図１】
2007331632.tif 000003
【図２】
2007331632.tif 000004