(57)【要約】【課題】プラネタリギヤのサンギヤの回転数を抑制する。【解決手段】車両のパワートレーンは、リングギヤが車輪に連結されるプラネタリギアと、プラネタリギヤのサンギヤに連結される第１モータジェネレータと、プラネタリギヤのキャリアに連結されるエンジンと、ＥＶ走行モード中にエンジンの駆動を停止した状態において、リングギヤの回転数よりも低く、かつゼロよりも大きい回転数で、リングギヤの回転方向と同じ方向にキャリアを回転させる第３モータジェネレータを備える。【選択図】図４
2013001181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リングギヤが車輪に連結されるプラネタリギアと、
前記プラネタリギヤのサンギヤに連結される電動モータと、
前記プラネタリギヤのキャリアに連結されるエンジンと、
前記エンジンの駆動を停止した状態において、前記リングギヤの回転数よりも低く、かつゼロよりも大きい回転数で、前記リングギヤの回転方向と同じ方向に前記キャリアを回転させる回転装置とを備える、車両のパワートレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のパワートレーンに関し、特に、リングギヤが車輪に連結されるプラネタリギヤと、プラネタリギヤのサンギヤに連結される電動モータと、プラネタリギヤのキャリアに連結されるエンジンとが設けられた車両のパワートレーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンに加えて電動モータを搭載したハイブリッド車、および航続距離拡張機能を有する電気自動車が知られている。エンジンと電動モータとは、一例として、特開２００４−２７８３６７号公報（特許文献１）に記載のように、プラネタリギヤによって構成される差動装置により連結される。プラネタリギヤによってエンジンと電動モータとを連結した場合、エンジンの回転数と電動モータの回転数とは、共線図における直線によって定まる関係にある。
【０００３】
特開２００４−２７８３６７号公報は、さらに、電動モータのみを用いて走行するモードにおいて、プラネタリギヤをロックし、変速比を「１」にすることを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７８３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラネタリギヤによってエンジンと電動モータとを連結した場合、エンジンの回転数と電動モータの回転数とは、共線図における直線によって定まる。すなわち、プラネタリギヤのリングギヤの回転数、キャリアの回転数およびサンギヤの回転数が、共線図における直線上に位置する。よって、たとえばキャリアの回転数がゼロである状態でリングギヤの回転数が上昇すると、サンギヤの回転数が、リングギヤの回転方向とは逆方向に上昇する。その結果、サンギヤの回転数が過大となったり、サンギヤとリングギヤとの間に設けられたピニオンギヤの回転数が過大となり得る。
【０００６】
特開２００４−２７８３６７号公報に記載されたように、プラネタリギヤをロックし、変速比を「１」にした場合であっても、サンギヤの回転数は、リングギヤの回転数とともに上昇する。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、プラネタリギヤのサンギヤの回転数を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
車両のパワートレーンは、リングギヤが車輪に連結されるプラネタリギアと、プラネタリギヤのサンギヤに連結される電動モータと、プラネタリギヤのキャリアに連結されるエンジンと、記エンジンの駆動を停止した状態において、リングギヤの回転数よりも低く、かつゼロよりも大きい回転数で、リングギヤの回転方向と同じ方向にキャリアを回転させる回転装置とを備える。
【０００９】
この構成によると、ゼロよりも大きい回転数で、リングギヤの回転方向と同じ方向にキャリアを回転させることで、リングギヤの回転方向とは逆方向のサンギヤの回転数を低減できる。さらに、リングギヤの回転数よりも低い回転数で、リングギヤの回転方向と同じ方向にキャリアを回転させることで、リングギヤの回転方向と同じ方向にサンギヤが回転した場合であっても、サンギヤの回転数をリングギヤの回転数をキャリアの回転数よりも低くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ハイブリッド車を示す概略構成図である。
【図２】動力分割機構（プラネタリギヤ）の共線図を示す図である。
【図３】第１の実施の形態においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。
【図４】ＥＶ走行モードにおいて動力分割機構（プラネタリギヤ）のキャリアを回転させたときの共線図を示す図である。
【図５】第２の実施の形態におけるパワートレーンを示す図である。
【図６】第２の実施の形態においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態におけるパワートレーンの変形例（その１）を示す図である。
【図８】第２の実施の形態におけるパワートレーンの変形例（その２）を示す図である。
【図９】第２の実施の形態におけるパワートレーンの変形例（その３）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
以下の説明においては、一例としてハイブリッド車を用いているが、エンジンによる航続距離の拡張機能を有する電気自動車を用いるようにしてもよい。
【００１３】
図１を参照して、ハイブリッド車には、エンジン１００と、第１モータジェネレータ１１０と、第２モータジェネレータ１２０と、第３モータジェネレータ１２２と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とが搭載される。なお、以下の説明においては一例として外部の電源からの充電機能を有さないハイブリッド車について説明するが、外部の電源からの充電機能を有するプラグインハイブリッド車を用いてもよい。
【００１４】
エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０、第２モータジェネレータ１２０、第３モータジェネレータ１２２、バッテリ１５０は、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１７０により制御される。ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。
【００１５】
ハイブリッド車は、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。すなわち、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちのいずれか一方もしくは両方が、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択される。
【００１６】
たとえば、運転者がアクセルペダル１７２を操作した結果に応じて、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０が制御される。アクセルペダル１７２の操作量（アクセル開度）は、アクセル開度センサ（図示せず）により検出される。
【００１７】
アクセル開度が小さい場合および車速が低い場合などには、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源としてハイブリッド車が走行する。以下、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源とした走行モードをＥＶ走行モードとも記載する。ＥＶ走行モードにおいては、エンジン１００が停止される。ただし、発電などのためにエンジン１００が駆動する場合がある。
【００１８】
また、アクセル開度が大きい場合、車速が高い場合、バッテリ１５０の残存容量（ＳＯＣ：State  Of  Charge）が小さい場合などには、エンジン１００が駆動される。この場合、エンジン１００のみ、もしくはエンジン１００および第２モータジェネレータ１２０の両方を駆動源としてハイブリッド車が走行する。以下、このような走行モードをＨＶ走行モードとも記載する。
【００１９】
エンジン１００は、内燃機関である。エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０は、動力分割機構１３０を介してエンジン１００の出力軸（クランクシャフト）１０８に連結されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１モータジェネレータ１１０を駆動させて発電する経路である。
【００２０】
第１モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第１モータジェネレータ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０の残存容量の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力はそのまま第２モータジェネレータ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。
【００２１】
第１モータジェネレータ１１０が発電機として作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。第１モータジェネレータ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第２モータジェネレータ１２０についても同様である。
【００２２】
第２モータジェネレータ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第２モータジェネレータ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１モータジェネレータ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。
【００２３】
第２モータジェネレータ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２モータジェネレータ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２モータジェネレータ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。
【００２４】
ハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２モータジェネレータ１２０が駆動され、第２モータジェネレータ１２０が発電機として作動する。これにより第２モータジェネレータ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２モータジェネレータ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。
【００２５】
第３モータジェネレータ１２２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第３モータジェネレータ１２２は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１モータジェネレータ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。
【００２６】
第３モータジェネレータ１２２の駆動力は、動力分割機構のキャリア１３３に伝えられる。後述するように、第３モータジェネレータ１２２は、クラッチ１０２を解放した状態で、キャリア１３３を回転させるために用いられる。
【００２７】
動力分割機構１３０は、サンギヤ１３１と、ピニオンギヤ１３２と、キャリア１３３と、リングギヤ１３４とを含むプラネタリギヤである。ピニオンギヤ１３２は、サンギヤ１３１およびリングギヤ１３４と係合する。キャリア１３３は、ピニオンギヤ１３２が自転可能であるように支持する。サンギヤ１３１は第１モータジェネレータ１１０の回転軸に連結される。キャリア１３３はエンジン１００のクランクシャフトに連結される。
【００２８】
キャリア１３３とエンジン１００との間には、クラッチ１０２が設けられる。クラッチ１０２を係合することによりキャリア１３３とエンジン１００とが連結される。クラッチ１０２を解放すうことによりキャリア１３３とエンジン１００とが切断される。
【００２９】
リングギヤ１３４は第２モータジェネレータ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。リングギヤ１３４は、最終的には車輪１６０に連結される。
【００３０】
エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が、プラネタリギヤからなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の回転数は、図２で示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。
【００３１】
共線図から理解されるように、たとえばＥＶ走行モードにおいて、エンジン１００の回転数、すなわちキャリア１３３の回転数がゼロである状態でハイブリッド車が走行すると、サンギヤ１３１がリングギヤ１３４の回転方向とは逆方向に回転する。サンギヤ１３１の回転数は、リングギヤ１３４の回転数、すなわち車速が増大すると増大する。したがって、ＥＶ走行モードにおいては、サンギヤ１３１の回転数が過大になり得る。さらに、サンギヤ１３１の回転数とリングギヤ１３４の回転数との差、すなわちピニオンギヤ１３２の回転数が過大になり得る。
【００３２】
一方で、図２において破線で示すように、キャリア１３３の回転数を、リングギヤ１３４の回転方向と同じ方向に増大させることによって、リングギヤ１３４の回転方向とは逆の方向のサンギヤ１３１の回転数を減少させることができる。また、キャリア１３３の回転数をリングギヤ１３４の回転数よりも小さくすれば、リングギヤ１３４の回転方向と同じ方向にサンギヤ１３１が回転しても、サンギヤ１３１の回転数を、リングギヤ１３４の回転数およびキャリア１３３の回転数よりも低くできる。
【００３３】
そこで、本実施の形態においては、エンジン１００の駆動を停止した状態において、リングギヤ１３４の回転数よりも低く、かつゼロよりも大きい回転数で、リングギヤ１３４の回転方向と同じ方向にキャリア１３３が回転される。
【００３４】
具体的には、ＥＶ走行モード中にエンジン１００の駆動を停止した状態において、クラッチ１０２が解放されるとともに、第３モータジェネレータ１２２によって、リングギヤ１３４の回転数よりも低く、かつゼロよりも大きい回転数で、リングギヤ１３４の回転方向と同じ方向にキャリア１３３が回転される。
【００３５】
図３を参照して、本実施の形態においてＥＣＵ１７０が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現してもよい。
【００３６】
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＶ走行モードでハイブリッド車が走行中であるか否かが判断される。ＥＶ走行モードでハイブリッド車が走行中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、クラッチ１０２が解放されるとともに、Ｓ１０４にて、第３モータジェネレータ１２２によって、図４に示すように、リングギヤ１３４の回転数よりも低く、かつゼロよりも大きい回転数で、リングギヤ１３４の回転方向と同じ方向にキャリア１３３が回転される。
【００３７】
図３に戻って、ＥＶ走行モードでハイブリッド車が走行中でなければ（Ｓ１００にてＮＯ）、Ｓ１０６にて、クラッチ１０２が係合されるとともに、Ｓ１０８にて、第３モータジェネレータ１２２の駆動が停止される。
【００３８】
以上のように、本実施の形態においては、エンジン１００の駆動を停止した状態において、リングギヤ１３４の回転数よりも低く、かつゼロよりも大きい回転数で、リングギヤ１３４の回転方向と同じ方向にキャリア１３３が回転される。リングギヤ１３４の回転方向と同じ方向にキャリア１３３を回転させることによって、リングギヤ１３４の回転方向とは逆の方向のサンギヤ１３１の回転数を減少させることができる。また、キャリア１３３の回転数をリングギヤ１３４の回転数よりも小さくすることにより、リングギヤ１３４の回転方向と同じ方向のサンギヤ１３１の回転数を、リングギヤ１３４の回転数およびキャリア１３３の回転数よりも低くできる。
【００３９】
＜第２の実施の形態＞
図５に示すように、第３モータジェネレータを設けずに、クラッチ１０４を介して第２モータジェネレータ１２０をキャリア１３３に連結するようにしてもよい。この場合、図６に示すように、ＥＶ走行モードでハイブリッド車が走行中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１１２にて、エンジン１００側のクラッチ１０２が解放されるとともに、Ｓ１１４にて、第２モータジェネレータ１２０側のクラッチ１０４が係合される。ＥＶ走行モードでハイブリッド車が走行中でなければ（Ｓ１００にてＮＯ）、Ｓ１１６にて、クラッチ１０２が係合されるとともに、Ｓ１１８にて、第２モータジェネレータ１２０側のクラッチ１０４が解放される。
【００４０】
また、図７を参照して、リングギヤ１３４の回転軸と第２モータジェネレータ１２０の回転軸とを同軸にしてもよい。さらに、図８に示すように、クラッチ１０２を設けなくてもよい。さらに、図９に示すように、キャリア１３３とサンギヤ１３１とをクラッチ１０６を介して連結するようにしてもよい。
【００４１】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１００  エンジン、１０２，１０４，１０６  クラッチ、１１０  第１モータジェネレータ、１２０  第２モータジェネレータ、１２２  第３モータジェネレータ、１３０  動力分割機構、１３１  サンギヤ、１３２  ピニオンギヤ、１３３  キャリア、１３４  リングギヤ、１４０  減速機、１５０  バッテリ、１６０  前輪、１７０  ＥＣＵ。
【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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【図９】
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