(57)【要約】【課題】内燃機関と変速機との間のクラッチを廃し、電動モータを搭載しても全体の大型化を抑制できる動力伝達装置を提供する。【解決手段】本発明の動力伝達装置１０は、内燃機関２の出力軸２１に直結される入力軸３１と入力軸３１から入力された回転動力を切替可能な複数の減速比にて変換して出力する出力軸３２とをもつ有段変速機構３と、有段変速機構３の出力軸３２に接続されるロータ４２及びロータ４２の外周側のステータ４１から成る回転電機４と、内燃機関２を始動するスタータと、有段変速機構３、回転電機４及びスタータを制御する制御部とを有し、制御部は内燃機関２によって車両を発進させる発進モードと、有段変速機構３の出力軸３２の回転数に内燃機関２の出力軸２１の回転数を一致させるように内燃機関２の出力を調節後に有段変速機構３の変速段に切り替える変速モードと、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力軸に直結される入力軸と前記入力軸から入力された前記回転動力を切替可能な複数の減速比にて変換して出力する出力軸とをもつ有段変速機構と、
前記有段変速機構の出力軸に接続されるロータと前記ロータの外周側に配設されるステータとから成る回転電機と、
前記内燃機関を始動するスタータと、
前記有段変速機構、前記回転電機及び前記スタータを制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記有段変速機構をニュートラル状態に切り替える停止モードと、
前記有段変速機構を前記ニュートラル状態に保持した状態で前記回転電機に電力を供給し、前記内燃機関が停止している場合に、車速が所定車速以上になると前記内燃機関を前記スタータで始動する発進モードと、
次の変速段と前記有段変速機構の前記出力軸の回転数とから前記有段変速機構の前記入力軸の回転数を算出する回転数算出ステップと、前記内燃機関の前記出力軸の回転数を算出したその回転数に応じて調節した後に、前記有段変速機構を前記次の変速段に切り替える変速ステップとをもつ変速モードと、を有することを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記回転電機は、
前記内燃機関と前記有段変速機構との間に配設されており、
前記ロータ及び前記ステータは前記内燃機関の前記出力軸及び前記有段変速機構の前記入力軸に対して同軸に配置され、
前記ロータは一体的に回転する回転電機側出力ギヤをもち、
前記有段変速機構は、前記入力軸及び前記出力軸が前記内燃機関側に突設されており、前記出力軸は最終減速ギヤ及び前記回転電機側出力ギヤの双方に噛合する出力ギヤをもつ請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
前記制御部の前記変速モードは、前記有段変速機構の変速段の切り替え時に、前記有段変速機構が前記ニュートラル状態にある間、前記回転電機に電力を供給する請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手動式変速機構又は自動化した手動式変速機構を用いる動力伝達装置に関し、特に電動モータを動力源として併せ持つハイブリッド車の動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、ガソリンや軽油を燃やし、燃焼の圧力による往復運動をクランク機構で回転運動に変えて出力軸から回転動力として出力する。そして、内燃機関の回転動力を変速機（例えば手動式変速機構）において、車輪を回転させるための適正な回転動力に変換させた上で車輪に伝達する。内燃機関の出力軸と変速機の入力軸とは、回転数に差が生じるため、クラッチ（動力断続機構）として摩擦面同士を突き合わせる機構を採用し、その摩擦面を滑らせながら徐々に結合することで両者の回転数を一致させる。特に、車両を発進する際は、変速機の入力軸は回転していないため、その変速機の入力軸を回転させるためには、クラッチの結合を大きく滑らせる必要があるのでクラッチが回転動力を伝達する容量を大きくする必要がある。クラッチの容量は最大負荷となる車両の発進時の負荷で決定される。
【０００３】
ところで、近年、内燃機関に加え、電動モータ（回転電機）を動力源として併せ持つハイブリッド車が開発されている。ハイブリッド車は内燃機関と電動モータとを用い、それぞれが効率の良い運転領域を利用することにより燃費の向上を図ることが可能にある。しかし、電動モータを新たに組み合わせると、電動モータを追加する分全体として大型化し車両への搭載性が悪化し、かつ重量も増大するという問題がある。例えば、非特許文献１に示されるように、車両に搭載されている動力伝達装置は、内燃機関、クラッチ、電動モータ、変速機の順で配置されており、電動モータの分、明らかに全長が長くなっている（図３参照）。
【非特許文献１】”キャンター  エコハイブリッド・ハイブリッドテクノロジー”、（２）薄型ハイパワーモータを搭載、[online]、三菱ふそうトラック・バス株式会社、[２００７年１０月３日]、インターネット、<ＵＲＬ：http://www.mitsubishi-fuso.com/jp/lineup/truck/canter_ehybrid/hybrid/mai.html>
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、内燃機関と変速機との間のクラッチを廃し、電動モータを搭載しても全体の大型化を抑制できる動力伝達装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、内燃機関の出力軸に直結される入力軸と前記入力軸から入力された前記回転動力を切替可能な複数の減速比にて変換して出力する出力軸とをもつ有段変速機構と、
前記有段変速機構の出力軸に接続されるロータと前記ロータの外周側に配設されるステータとから成る回転電機と、
前記内燃機関を始動するスタータと、
前記有段変速機構、前記回転電機及び前記スタータを制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記有段変速機構をニュートラル状態に切り替える停止モードと、
前記有段変速機構を前記ニュートラル状態に保持した状態で前記回転電機に電力を供給し、前記内燃機関が停止している場合に、車速が所定車速以上になると前記内燃機関を前記スタータで始動する発進モードと、
次の変速段と前記有段変速機構の前記出力軸の回転数とから前記有段変速機構の前記入力軸の回転数を算出する回転数算出ステップと、前記内燃機関の前記出力軸の回転数を算出したその回転数に応じて調節した後に、前記有段変速機構を前記次の変速段に切り替える変速ステップとをもつ変速モードと、を有することである。
【０００６】
また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記回転電機は、前記内燃機関と前記有段変速機構との間に配設されており、前記ロータ及び前記ステータは前記内燃機関の前記出力軸及び前記有段変速機構の前記入力軸に対して同軸に配置され、前記ロータは一体的に回転する回転電機側出力ギヤをもち、前記有段変速機構は、前記入力軸及び前記出力軸が前記内燃機関側に突設されており、前記出力軸は最終減速ギヤ及び前記回転電機側出力ギヤの双方に噛合する出力ギヤをもつことである。
【０００７】
また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記制御部の前記変速モードは、前記有段変速機構の変速段の切り替え時に、前記有段変速機構が前記ニュートラル状態にある間、前記回転電機に電力を供給することである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明においては、内燃機関の出力が常に有段変装機構に入力され、通常内燃機関の出力軸と有段変速機構の入力軸との接続及び断続を行うクラッチを配置しないため、クラッチ本体及びクラッチ操作系が不要となり、大幅なコストダウン及び重量の軽減が実現できる。そして、発進時には有段変速機構をニュートラル状態にした上で、回転電機の出力のみで車両を発進させるため、燃費効率が向上する。また、内燃機関の始動後は、有段変速機構の出力軸と次に変速する変速段とから算出される適正な回転数に、内燃機関の回転数を制御した後に、有段変速機構を次の変速段に切り替えるため、いわゆる変速ショックを抑制できる。
【０００９】
請求項２に係る発明においては、内燃機関の出力軸と有段変速機構の入力軸との接続及び断続を行うクラッチが通常配置されていた内燃機関と有段変速機構との間のスペースに回転電機を配置するため、通常使用しているケース内に回転電機を収めることができる。よって、動力伝達装置の全長が延長することの抑制、大型化及び重量の増大を抑制することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明においては、変速を行う際に、制御部の変速モードが回転電機の駆動させて車両を走行させるため、変速を行っている間の空走感を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施形態１）
本実施形態に係る動力伝達装置は、例えば自動車などに搭載される自動化した手動型有段変速機構（ＡＭＴ）としてのマニュアルトランスミッションを組み込んだ動力伝達装置を一部改良することで実現することができる。
【００１２】
本実施形態１の動力伝達装置１０は、図１に示すように、内燃機関２と、有段変速機構３と、回転電機４と、制御部（図示略）とを有する。
【００１３】
内燃機関２としてはガソリンエンジンやディーゼルエンジン等が挙げられる。内燃機関は、図１において、後述する有段変速機構３側に位置し、有段変速機構３の入力軸３１に直結される出力軸２１を有する。
【００１４】
有段変速機構３は、入力軸３１と出力軸３２とを有し、入力軸３１から入力される回転動力を切替可能な複数の減速比に変換して出力することができる複数の変速段からなる歯車式の有段変速機構である。前進方向で５速あるいは６速の変速段と後進方向で１段の変速段とを有するものが挙げられる。有段変速機構３はセレクト操作とシフト操作との組み合わせにより変速段の選択を行う機構であり、それぞれセレクト操作とシフト操作とを行うアクチュエータ（図略）をもつ。アクチュエータは外部からの制御信号に基づき、それぞれの操作を行うことで変速段の選択を行う。本有段変速機構３の構成はいわゆるＡＭＴの構成と類似する。変速段の切替は有段変速機構制御装置（図略）により制御され、次の変速段の選択は車速や操作者の操作（アクセル操作、ブレーキ操作、明示的な変速操作など）などにより決定される。有段変速機構３は入出力軸３１及び３２の回転数を検知して回転数信号として出力する回転数センサー（図略）をもつ。
【００１５】
入力軸３１は内燃機関２の出力軸２１に一体的に直結されることにより、内燃機関２の出力軸２１から出力される回転動力が常時入力される。出力軸３２には最終減速ギヤ（図示略）に噛合する出力ギヤ（図示略）が結合している。最終減速ギヤは差動機構（図示略）が結合されており、差動機構は車両の両駆動輪（図示略）が結合された左右の車軸（図示略）に連結されている。出力軸が回転すると、出力ギヤ、最終減速ギヤを経て、差動機構から両方の車軸を介して両駆動輪が回転し、車両が走行する。
【００１６】
回転電機４は、外周側に位置し回転しないステータ４１と、ステータ４１の内周側に位置し、回転するリンク状のロータ４２とを有する。ロータ４２は、有段変速機構３の出力軸３２の外周側に位置し出力軸３２に回転自在に支承されており、ロータと一体的に回転する回転電機側出力ギヤ４２１を有する。ロータ４２の回転軸は有段変速機構３の出力軸３２と同軸である。なお、回転電機４は発電機及び電動機として用いられ、回転電機制御装置（図示略）によって制御される。また、回転電機４は蓄電装置（図示略）を電力源とする。回転電機４によって発電された電力は蓄電装置に蓄電され、その制御は回転電機制御装置によって行われる。
【００１７】
制御部は、内燃機関２の始動と停止の制御、回転電機４の駆動と回生の制御を行い、停止モード、発進モード及び変速モードとを有する。制御部は、車両に通常搭載されるＥＣＵや新たに設けられるＥＣＵなどに、以下に示す制御を行うロジックを追加することで実現できる。制御部は内燃機関２、有段変速機構３からそれぞれ出力される回転数信号と本装置が搭載された車両の速度を示す車速信号と車両を操作するアクセルやブレーキの操作量を示す操作信号とが入力され、内燃機関２及び有段変速機構３に制御信号を出力する装置である。
【００１８】
停止モードは、有段変速機構３をニュートラル状態に切り替える又は有段変速機構３がニュートラル状態であればその状態を維持する制御信号を有段変速機構３のアクチュエータに出力するモードである。そして、ある車速以下になったとき（例えば停止したとき）に内燃機関を停止する。内燃機関の停止はある車速以下になったときにすぐに行っても良いし、ある車速以下にある程度の時間留まったときに行うこともできる。
【００１９】
発進モードは、回転電機に電力を供給する制御信号を回転電機制御装置に出力し、内燃機関２が停止している場合に、車両の車速が所定車速以上になると内燃機関２をスタータで始動する制御信号を出力するモードである。
【００２０】
変速モードは、次の変速段と回転数センサーが出力した有段変速機構３の出力軸３２の回転数とから有段変速機構３の入力軸３１の回転数を算出する回転数算出ステップと、内燃機関２の出力軸２１の回転数を算出した回転数に応じて調節した後に有段変速機構を次の変速段に切り替える変速ステップとを有する。次の変速段は、有段変速機構制御装置から取得する。
【００２１】
次に、本動力伝達装置１０の動作について説明する。
（１）内燃機関の停止
内燃機関２は、有段変速機構３がニュートラル状態で、車両の車速が停止車速以下に留まる時間が所定時間以上になったときに駆動が停止する。例えば、車速が数Ｋｍ／時速以下に１０秒以上留まると内燃機関２が停止する。停止車速の速度としては０Ｋｍ／時速以下で、所定時間としては０秒とし、すぐに内燃機関２を停止する制御とすることも考えられる。
（２）内燃機関の始動
内燃機関２は、発進モードによって車両の車速が所定車速以上で、内燃機関２が停止状態にあれば、スタータで始動される。
（３）停車
車速信号により車両が停止していると判断されるときであって、アクセルなどの操作が行われていない場合には停止モードで有段変速機構３をニュートラル状態にし、回転電機への電力の供給を停止する。そして、内燃機関２は、内燃機関２の停止条件に従い、駆動が停止することもある。
（４）発進
アクセルなどの操作から操作者が車両を発進させようとしていることが検知された場合には制御部の発進モードによって以下の制御を行う。
【００２２】
有段変速機構３をニュートラル状態に保持し、回転電機４に電力を供給し回転電機４のみを駆動する。回転電機４からの出力は回転電機側出力ギヤ４２１から有段変速機構３の出力軸３２に入力され、出力軸３２の回転により最終減速ギヤに伝達され、車両は回転電機４の出力のみによって発進する。なお、通常のＭＴあるいはＡＭＴのクラッチにて行われるいわゆる半クラッチの操作が不要になる。
（５）有段変速機構の変速段の切替
制御部は、有段変速機構３の変速段の切替を変速モードによって以下のように行う。
（ａ）内燃機関と回転電機とで走行中における切替
変速を行う信号を取得すると、まず、有段変速機構３をニュートラル状態にし、回転電機４への電力供給を続行する。回転数算出ステップで変速する次の変速段と有段変速機構の出力軸３２の回転数とから有段変速機構３の入力軸３１の回転数を算出する。変速ステップで算出された回転数に応じて内燃機関２の出力軸２１の回転数を調節し、有段変速機構３の変速段の切替を実行する。
（ｂ）内燃機関のみで走行中における切替
変速を行う信号を取得すると、まず、回転電機４に電力を供給し、有段変速機構３をニュートラル状態にする。回転数算出ステップで変速する次の変速段と有段変速機構の出力軸３２の回転数とから有段変速機構３の入力軸３１の回転数算出する。変速ステップで算出された回転数に応じて内燃機関２の出力軸２１の回転数を調節し、有段変速機構３の変速段の切替を実行する。
（６）通常走行時（蓄電）
車両が内燃機関２の駆動によって通常走行しているときは、回転電機４への電力供給を停止し、内燃機関２のみで走行する。しかし、内燃機関２を燃費最適域で維持させることを目的として、有段変速機構３の減速比はそのままで回転電機４を加算的に駆動し、回転電機４への供給電力を制御し出力部からの出力を変化させることで有段変速機構３の各減速比の間を補い、有段変速機構３の変速を可及的に少なくすることが望ましい。
【００２３】
また、蓄電装置に蓄えられた電力量が所定量以下の場合には、回転電機４の電力供給を停止されていても、内燃機関２の駆動によって有段変速機構３の出力軸３２に接続されているロータ４２が回転するため、蓄電が可能である。蓄電する場合には蓄電装置側への回路を接続し、蓄電が十分な場合には蓄電装置側への回路の接続を切断する切替機構を有することが望ましい。
（７）回生時（減速時）
ブレーキの操作やアクセルを戻すなどの操作から車速を低下させることが検知された場合には、停止モードで有段変速機構３をニュートラル状態とし、回転電機４のロータ４２を回転させることで発電を行う。有段変速機構３をニュートラル状態とすることで、内燃機関２によるエンジンブレーキを排除し、回転電機４の発電（回生）効率を増大させることができる。
（８）その他の制御
なお、本実施形態の動力伝達装置１０を搭載した車両のリバースは、回転電機４を逆回転させることで可能である。その場合には、有段変速機構３のリバース機能と同じ機能を回転電機４で行うことになり、有段変速機構３のリバース用ギヤを省略することができる。その上、リバースも発進と同様にリバース方向への発進であるため、回転電機４で行うことで燃費効率を向上させることができる。
（実施形態１の作用効果）
本実施形態の動力伝達装置１０によれば、内燃機関２と有段変速機構３との間に通常配置されるクラッチを有していないので、クラッチ本体及びクラッチ操作係が不要となり、大幅なコストダウン及び重量が軽減される。そして、回転電機４が搭載されてもクラッチがないため、全長の延長や大型化が抑制される。
【００２４】
また、車両の発進を回転電機４の駆動のみで行うため、燃費効率が向上する。
【００２５】
また、制御部の変速モードによって、内燃機関２の出力軸２１（有段変速機構３の入力軸３１）と有段変速機構３の出力軸３２との接続、つまり有段変速機構３の変速段の選択が、内燃機関２の出力軸２１の回転数を適正に制御してから実行するため、いわゆる変速ショックが抑制される。
【００２６】
更に、変速を行う際に、回転電機４の駆動で車両を走行させることで、変速を行っている間の空走感を回避することができる。
（実施形態２）
本発明の実施形態２について具体的に説明する。本実施形態２は実施形態１と基本的には同様の構成及び同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心に説明する。
【００２７】
本実施形態２の動力伝達装置１１は、通常クラッチを配置する位置に、回転電機４を配置する。回転電機４は、内燃機関２と有段変速機構３との間に位置し、回転電機４のステータ４１及びロータ４２は内燃機関２の出力軸２１及び有段変速機構３の入力軸３１に対して同軸で配置される。そして、有段変速機構３の入力軸３１及び出力軸３２は内燃機関２及び回転電機４側に突設されており、出力ギヤ５１は最終減速ギヤ５２と回転電機側出力ギヤ４２１との双方に噛合している。
（実施形態２の作用効果）
通常クラッチがある場所に回転電機４を配置するため、回転電機４を追加搭載しても全長が長くならない。そのため、回転電機４を搭載しない車両のケースを用いてハイブリッド車を実現することができる。
（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、有段変速機構３として、変速段の切替がＭＴのように自動化されておらず、操作者が手動で行う場合が挙げられる。その場合には、操作者が変速を行おうとしている意思及び次の変速段を取得する方法として次のような方法が考えられる。まず、変速が行われようとしていることを取得するには、運転者がシフトレバーに接触した、シフトレバーを操作しようとして力を入れたあるいはシフトレバーがゲートの現変速段の位置から移動したことを検知することで変速段の切り替えが行われようとしていることを検知することができる。シフトレバーに接触したことを検知する手段としては、シフトレバーの先端部分に手が触れたことを感知する接触感知センサーや熱感知センサー等が考えられる。シフトレバーに力が加わったことを検知する手段としては、棒状部分における歪発生を検知する等の方法が考えられる。そして、ゲートの現変速段の位置から移動したことを検知する手段としては、ゲート途中にシフトレバーの棒状部分が通過したことを検知するセンサーを用いることが考えられる。
【００２８】
そして、次の変速段は、シフトレバーがゲートのニュートラル位置から次の変速段に入れられてその変速段のゲートを通過したことを検知することで取得できる。この検知は、変速による運転者の操作感を考慮すると、検知はなるべく早いことが望ましいため、シフトレバーがニュートラル位置から次の変速段に入れられた直後、つまりシフトレバーを各変速段の奥まで押し込む状態になる前にできるだけ早く次変速段を取得できる位置で検知することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施例１の動力伝達装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】本実施例２の動力伝達装置１１の構成を示す模式図である。
【図３】従来の動力伝達装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０，１１：動力伝達装置、
２：内燃機関、２１：出力軸、
３：有段変速機構、３１：入力軸、３２：出力軸、
４：回転電機、４１：ステータ、４２：ロータ、４２１：回転電機側出力ギヤ、
５１：出力ギヤ、５２：最終減速ギヤ。
【図１】
2009096399.tif 000003
【図２】
2009096399.tif 000004
【図３】
2009096399.tif 000005