| 【発明の名称】 |
ハイブリッド車用駆動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】鈴木 猛
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| 【要約】 |
【課題】モータの小型化，回生ブレーキの高効率化，ロック後の固定された無段変速機構の復帰の容易化を課題とする。
【解決手段】ハイブリッド車に装備する駆動装置であって、回転駆動する駆動軸２１を備えたエンジン２と、電力の供給により回転駆動する駆動軸３１を備え，この駆動軸３１を外部からトルクを印加すると発電を行うモータ３と、各駆動軸２１，３１の断続を自在に行う第一のクラッチ４と、同時に連動する入力軸５１と出力軸５２とを備えると共にこれらの軸の間の変速比を自在に調節する無段変速機５と、この無段変速機５の出力軸５２とハイブリッド車の駆動輪１１との間のトルク伝達を行う伝達機構６とを備え、モータ３の駆動軸３１と無段変速機構５の入力軸５１とを連結し、無段変速機構５の出力軸５２から駆動輪１１までの間に、これらの間のトルク伝達の断続を行う第二のクラッチ７を装備した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハイブリッド車に装備する駆動装置であって、回転駆動する駆動軸を備えたエンジンと、電力の供給により回転駆動する駆動軸を備え，この駆動軸を外部からトルクを印加すると発電を行うモータと、前記各駆動軸の断続を自在に行う第一のクラッチと、同時に連動する入力軸と出力軸とを備えると共にこれらの軸の間の変速比を自在に調節する無段変速機構と、この無段変速機構の出力軸と前記ハイブリッド車の駆動輪との間のトルク伝達を行う伝達機構とを備え、前記モータの駆動軸と前記無段変速機構の入力軸とを連結し、前記無段変速機構の出力軸から前記駆動輪までの間に、これらの間のトルク伝達の断続を行う第二のクラッチを装備したことを特徴とするハイブリッド車用駆動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関エンジン（以下、単に「エンジン」という。）と電気モータ（以下、単に「モータ」という。）とを搭載したハイブリッド自動車に関し、詳しくは、ハイブリッド車用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッド車は、内燃機関としてのエンジンとジェネレータとしても機能するモータとを備え、これらを必要に応じて同時或いはいずれか一方のみを駆動源として使用する。また、ハイブリッド車の制動時に、車体の運動エネルギーを利用して、ジェネレータとしても機能するモータを回転させて発電を行い、モータ用のバッテリーの充電を行っている。
【０００３】従来のハイブリッド車用駆動装置として、特開平９−７０１０２４号公報，特開平８−２５１７０８号公報及び特開平５−３８９５６号公報記載の発明が挙げられる。
【０００４】特開平９−７０１０２４号公報に示されるハイブリッド車用駆動装置１００は、図３に示すように、互いの駆動軸を連結されたエンジン１０１及びジェネレータとしても機能するモータ１０２と、これらの駆動軸にダンパー１０３を介して連結された伝達軸１０４と、この伝達軸１０４に伝達された回転動作を，前進方向又は後進方向の回転動作に切り換える前後進切換機構１０５と、この前後進切換機構１０５によりその入力軸の回転力が付勢されるベルト式無段変速機構１０６と、このベルト式無断変速機構１０６の出力軸側に設けられた減速ギヤ列１０７と、左右のそれぞれの駆動輪１０８Ｌ，１０８Ｒに回転力を伝達する差動装置１０９とを備えている。
【０００５】上記の前後進切換機構１０５は、遊星歯車機構１０５Ａと、前進クラッチ１０５Ｂと、後進ブレーキ１０５Ｃとから構成される。そして、前進クラッチ１０５Ｂの締結によりベルト式無段変速機構１０６の入力軸に各駆動輪１０８Ｌ，１０８Ｒを前進方向に駆動する回転力が伝えられ、後進ブレーキ１０５Ｃの締結によりベルト式無段変速機構１０６の入力軸に各駆動輪１０８Ｌ，１０８Ｒを後進方向に駆動する回転力が伝えられる。
【０００６】また、ベルト式無段変速機構１０６は、外部操作より、入力側と出力側のそれぞれのプーリのベルト受け面の半径を変えることができ、これにより、入力側から出力側への伝達回転数比（変速比）を自在に調整することが可能となっている。
【０００７】かかる構成からなるハイブリッド車用駆動装置１００では、モータ１０２のステータ巻線に所定周波数の電圧を印加して回転磁界を生じさせる。このとき、エンジン１０１の駆動軸の回転数よりも速い周波数の回転磁界を生ぜしめることにより、始動時においてはエンジン１０１に起動力を付与し、また、走行時においてはエンジン１０１を補助して加速力を付与したりする。
【０００８】また、モータ１０２のステータ巻線に、エンジン１０１の駆動軸の回転数よりも遅い周波数の回転磁界を生ぜしめることにより、走行時において、モータ１０２をジェネレータとして機能させ、図示しない蓄電池の充電を行う。
【０００９】次に、特開平８−２５１７０８号公報に示されるハイブリッド車用駆動装置１１０は、図４に示すように、互いの駆動軸をクラッチ１１３を介して連結されたエンジン１１１及びジェネレータとして機能するモータ１１２と、モータ１１２の駆動軸からその入力軸の回転力が付勢されるベルト式無段変速機構１１４と、このベルト式無段変速機構１１４の出力軸と減速ギヤ列１１５を介して左右のそれぞれの駆動輪１１６Ｌ，１１６Ｒに回転力を伝達する差動装置１１７とを備えている。
【００１０】さらに、このハイブリッド車用駆動装置１１０では、アクセル１１８Ａとブレーキ１１８Ｂの各々の踏み込み量と各駆動輪１１６Ｌ，１１６Ｒの回転数から、予め設定された駆動トルク又は制動トルクが各駆動輪１１６Ｌ，１１６Ｒに生じるようにベルト式無段変速機構１１４の伝達回転数比（変速比）を調節する制御部１１８を有している。
【００１１】かかるハイブリッド車用駆動装置１１０では、走行時においてはエンジン１１１又はモータ１１２のいずれか一方又は双方の協動により駆動輪を駆動する。また、制動時には、クラッチ１１３を切断してモータ１１２のみが各駆動輪１１６Ｌ，１１６Ｒと接続された状態とされ、モータ１１２への回転負荷により各駆動輪１１６Ｌ，１１６Ｒの制動トルクを印加する。また、このとき、モータ１１２の駆動軸に外部から回転力が印加されるため、モータ１１２はジェネレータとして機能し、インバータを介して蓄電池１１９の充電が行われる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハイブリッド車用駆動装置１００では、エンジン１０１とモータ１０２の相互の駆動軸が直結されているため、ハイブリッド車用駆動装置１００を装備したハイブリッド車の発進時におけるエンジン１０１の負荷は、無視できないものとなり、これに対抗するため、モータ１０２の容量を大きくせざるをえないという不都合があった。
【００１３】また、このハイブリッド車用駆動装置１００では、車両の減速時に、回生ブレーキとエンジンブレーキとが同時に作用するため、減速のブレーキ回生によるエネルギーの回収が効率良く行われず、蓄電池の充電が不十分となる場合があるという不都合があった。
【００１４】一方、ハイブリッド車用駆動装置１１０では、エンジン１１１とモータ１１２との間にクラッチ１１３を設けて、上記不都合の改善を図っているが、無段変速機１１４から各駆動輪１１６Ｌ，１１６Ｒまでの間が実質的に直結されている（常に同時に連動する）。この場合、急制動や滑り易い路面上で駆動輪がロックして、無段変速機１１４が戻り不良を起こし、走行状態のまま固定されてしまうと、大きな駆動力が必要となるため、再発進が困難になる可能性があった。具体的には、再発進時に、駆動輪により、走行時における変速比で無段変速機構が固定されているため、モータ出力が足りなければ発進できなくなり、モータ出力が足りる場合であっても、無段変速機構が急速に発進時の変速比に変更されるため、発進時の突発的な振動や、伝達ベルトの滑り等を発生し易いという不都合があった。
【００１５】また、モータ１１２から各駆動輪１１６Ｌ，１１６Ｒが実質的に直結されているため、ハイブリッド車用駆動装置１１０を装備したハイブリッド車の走行停止状態でエンジン１１１によってモータ１１２を駆動し、バッテリー１１９を充電することが困難であるという不都合があった。
【００１６】
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、モータの容量の小型化及び充電の高効率化を図ることを、その目的とする。また、本発明は、急制動等により固定された無段変速機構の解除，非走行時におけるバッテリーの充電を図り得るハイブリッド車用駆動装置を提供することを、その目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本願発明は、ハイブリッド車に装備する駆動装置であって、回転駆動する駆動軸を備えたエンジンと、電力の供給により回転駆動する駆動軸を備え，この駆動軸を外部からトルクを印加すると発電を行うモータと、各駆動軸の断続を自在に行う第一のクラッチと、同時に連動する入力軸と出力軸とを備えると共にこれらの軸の間の変速比を自在に調節する無段変速機と、この無段変速機の出力軸とハイブリッド車の駆動輪との間のトルク伝達を行う伝達機構とを備え、モータの駆動軸と無段変速機構の入力軸とを連結し、無段変速機構の出力軸から駆動輪までの間に、これらの間のトルク伝達の断続を行う第二のクラッチを装備するという構成を採っている。
【００１８】上記の構成では、まず、第一のクラッチを切断し、第二のクラッチを接続した状態で、モータの駆動を開始してハイブリッド車を発進する。そして、モータの出力を高めてハイブリッド車の一定の速度まで高めると、第一のクラッチを半クラッチ状態で接続してエンジンを始動させる。
【００１９】エンジンの出力をある程度まで高めた後に、第一のクラッチを完全に接続状態とする。一方、エンジンの出力が十分に高くなった後には、モータへの励磁電流の通電を切り、駆動を停止する。このとき、モータは通電が完全に断たれているので、エンジンの負荷とはならない。
【００２０】ハイブリッド車の減速の際には、第一のクラッチを切断し、エンジンをアイドリング又は停止状態とする。そして、モータに対して駆動の際とは逆の励磁電流を流し、これにより発電を行う。また、かかる状態によりモータに負荷トルクが生じ、エンジンブレーキに替えて回生ブレーキによりハイブリッド車は減速される。このとき、無段変速機構は、駆動輪に対して適度の制動力が生じるように、各軸間の変速比を調節する。
【００２１】また、急制動，駆動輪のロック等により、無段変速機の回転数比（変速比）が固定された場合でも、第二のクラッチを切断することにより無段変速機の駆動輪による固定状態が解除され、当該無段変速機構を発進時の変速比に戻すことができる。
【００２２】また、第一のクラッチを連結し、第二のクラッチを切断した状態で、ハイブリッド車を停車させた状態でエンジンによりモータを駆動し、充電を行うことができる。
【００２３】本発明は、上述した各構成によって前述した目的を達成しようとするものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。この実施形態は、ハイブリッド車に装備する駆動装置１０を示している。一般に、内燃機関のみで駆動する自動車のエネルギー効率は、出力が大きな領域で最高効率が得られるが、アイドリングや低速走行時には、極端に低下することが知られている。ハイブリッド車は、この効率の低い領域をモータでアシストすると共に、ハイブリッド車の減速時の運動エネルギーをモータによる回生ブレーキによって回収し、トータルの燃費向上を図っている。なお、ここに示すハイブリッド車は、モータによる回生ブレーキだけではなく、通常の機械的ブレーキも図示しないが装備されている。
【００２５】このハイブリッド車用駆動装置１０は、回転駆動する駆動軸２１を備えたエンジン２と、電力の供給により回転駆動する駆動軸３１を備え，この駆動軸３１を外部からトルクを印加すると発電を行うモータ３と、各駆動軸２１，３１の断続を自在に行う第一のクラッチ４と、同時に連動する入力軸５１と出力軸５２とを備えると共にこれらの軸の間の変速比を自在に調節する無段変速機５と、この無段変速機５の出力軸５２とハイブリッド車の駆動輪１１Ｌ，１１Ｒとの間のトルク伝達を行う伝達機構６とを備えている。
【００２６】各部を説明すると、エンジン２は、駆動軸２１に対して一定方向のトルクを印加するガソリンエンジン等の内燃機関である。なお、このエンジン２は、内燃機関に限定されず、スターリング機関等の外燃機関でも良い。
【００２７】エンジン２の駆動軸２１には、トルク吸収ダンパー２２が装備されており、これにより、エンジン２の一回転ごとに生じるトルク変動が抑制される。また、モータ３の駆動時には、上記トルク変動と逆位相のトルク変動を生する様に制御され、駆動軸２１を介してエンジン２のトルク変動の低減が行われる。
【００２８】モータ３は、中空の駆動軸３１を有し、その内部には、エンジンの駆動軸２１が同一の中心軸を通って遊挿されている。そして、これらの駆動軸２１，３１は、同じ側の端部でクラッチ４を介して連結されている。このクラッチ４は、外部からの操作により、駆動軸２１と駆動軸３１とを断続する。
【００２９】また、モータ３の駆動軸３１は、クラッチ４の断続動作とは無関係に、無段変速機構５の入力軸と直結されている。この無段変速機構５は、いわゆるＣＶＴであり、入力軸５１と出力軸５２とにプーリ５３，５４をそれぞれ装備しており、これらのプーリ５３，５４は、ベルト５５によって連結され、同時に回転を行う。
【００３０】符号５６は、オイルポンプである。上述した各プーリ５３，５４は、このオイルポンプ５６から供給されるオイルにより、個別に断面略Ｖ字状のベルト受け面の幅を変えることができる。このため、ベルト５５は、各プーリ５３，５４上での回転半径を自在に変えることができ、これにより、各プール５３，５４に連動する入力軸５１及び出力軸５２の回転数比（変速比）を自在に調節できる。
【００３１】無段変速機構５の出力軸５２のトルクは、伝達機構６と第二のクラッチ７を介してハイブリッド車の二つの駆動輪１１Ｌ，１１Ｒに伝達される。この伝達機構６は、ダブルピニオン式遊星歯車機構６１と、歯車列６２と、作動装置６３とを備えている。
【００３２】ダブルピニオン式遊星歯車機構６１は、出力軸５２を軸とする太陽歯車６１１と、この太陽歯車６１１と同一の中心軸上にある内歯車６１２と、互いに噛み合い且つ一方が太陽歯車６１１とも噛み合い，他方が内歯車６１２とも噛み合うダブルピニオン６１３，６１４と、これらダブルピニオン６１３，６１４を公転自在に保持するアーム６１５とを有する構成となっている。
【００３３】太陽歯車６１１は、前述の出力軸５２に接続されているため、当該出力軸５２と連動する。さらにこの出力軸５２は、第二のクラッチ７を介して断続自在にアーム６１５と接続されている。このアーム６１５は、前述したダブルピニオン６１３，６１４を中心軸を挟んで対称にもう一対保持している。一方、内歯車６１２は、その外側から回転を規制する後進ブレーキ６１６が併設されている。
【００３４】かかる構成により、第二のクラッチ７が接続され、後進ブレーキ６１６により内歯車６１２が回転を規制されてない状態において、太陽歯車６１１が回転すると、アーム６１５，内歯車６１２も一体となって同じ方向に回転する。このため、出力軸５２の回転は、そのまま下流側の歯車列６２に伝達される。
【００３５】一方、第二のクラッチ７が切断され、後進ブレーキ６１６により内歯車６１２が回転を規制された状態において、太陽歯車６１１が回転すると、当該太陽歯車６１１と内歯車６１２との間で、ダブルピニオン６１３，６１４は、太陽歯車６１１と逆方向に公転する。このため、出力軸５２の回転とは逆方向の回転が、下流側の歯車列６２に伝達される。
【００３６】歯車列６２に伝達された回転は、当該歯車列６２を構成する複数の歯車によって減速され、差動装置６３に伝えられる。この差動装置６３は、歯車列６２から伝達されたトルクを各駆動輪１１Ｌ，１１Ｒに伝達しつつも、カーブの走行で生じる各駆動輪１１Ｌ，１１Ｒの回転数差を許容する。
【００３７】また、図２に示す様に、ハイブリッド車用駆動装置１０には、上述した各部（モータ３，第一のクラッチ４，無段変速機構５，第二のクラッチ７，後進ブレーキ６１６，エンジン出力調整機構９６等）の動作制御を行う動作制御手段８を有している。この動作制御手段８は、モータ３に電力を供給し或いはモータ３の発電により充電を行うバッテリー９１とモータ３との間で、通電状態を制御するモータ制御部８１を備えている。なお、第一のクラッチ４及び第二のクラッチ７は、いずれも、動作制御手段８によりその断続が行われるが、外部操作（例えば、非常時には手動で）により断続を行うことができる。
【００３８】なお、図２に示されているアクセルセンサ９２は、ハイブリッド車の加速用のアクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサである（具体的には、直動変位量を検出するセンサ）。また、ブレーキセンサ９３は、ハイブリッド車の制動用のブレーキペダルの踏み込み量を検出するセンサである（アクセルセンサと同種のセンサ）。また、後進入力センサ９４は、ハイブリッド車の操縦者が後進の操作を入力した場合にこれを検出するセンサ（具体的には、マイクロスイッチ等）である。また、駆動輪回転センサ９５は、駆動輪１１Ｌの回転軸に装備され、その回転数を検出するセンサである（具体的には、エンコーダ等）。さらに、エンジン出力調整機構９６は、エンジンのスロットル回度を調整し、出力調整を行う機構である。
【００３９】以下、上記動作制御部８に基づくハイブリッド車用駆動装置１０の動作を説明する。
【００４０】ハイブリッド車の発進の際には、まず、第一のクラッチ４を切断し、第二のクラッチ７を接続した状態で、モータ３の駆動が開始される。モータ３の回転は、無段変速機構５及び伝達機構６を介して各駆動輪１１Ｌ，１１Ｒに前進方向の回転として伝達される。このとき、無段変速機構５では、予め、入力軸５１側のプーリ５３の回転半径は小さく、出力軸５２側のプーリ５４の回転半径は大きく設定されている。
【００４１】そして、駆動輪回転センサ９５により、ハイブリッド車の速度が，予め設定された一定値に達した状態が検出されるまでモータ３の出力を高める。このとき、車速とアクセルセンサ９２の出力に基づいて、モータ３の出力及び無段変速機構５の変速比が決定される。その後，第一のクラッチ４を半クラッチ状態で接続して、モータ３の駆動軸３１のトルクによりエンジン２を始動させる。
【００４２】エンジン２の出力をある程度まで高めた後に、第一のクラッチ４を完全に接続状態とする。一方、エンジン２の出力が十分に高くなった後には、モータ３への励磁電流の通電を切り、駆動を停止する。このとき、モータ３は通電が完全に断たれているので、エンジン２の負荷とはならず、また、モータ３が慣性マスの効果（例えば、フライホィールの様に作用する）を生ずる。このとき、エンジン出力調整手段９６の制御も車速とアクセルセンサ９２の出力に基づいて決定される。
【００４３】ハイブリッド車の減速の際には、第一のクラッチ４を切断し、エンジン２をアイドリング又は停止状態とする。そして、モータ３に対して駆動の際とは逆の励磁電流を流し、これにより発電を行う。また、かかる状態によりモータ３に負荷トルクが生じ、エンジンブレーキに替えて回生ブレーキによりハイブリッド車は減速される。このとき、無段変速機構５は、各駆動輪１１Ｌ，１１Ｒに対して適度の制動力が生じるように、各軸間の変速比を調節する。
【００４４】また、後進操作の入力が後進入力センサ９４により検出された場合には、後進ブレーキ６１６による内歯車６１２の制動が行われ、第二のクラッチ７の切断が行われる。その他の動作は、前述の発進時と同様に行われる。これにより、各駆動輪１１Ｌ，１１Ｒには、後進方向のトルクが伝達され、ハイブリッド車は後進する。
【００４５】また、突発的な急制動，駆動輪のロック等の発生により、無段変速機５の変速比が固定された場合でも、第二のクラッチ７を切断することにより無段変速機５の駆動輪１１Ｌ，１１Ｒによる固定状態が解除され、当該無段変速機構５を発進時の変速比に戻すことができる。
【００４６】また、第一のクラッチ４を連結し、第二のクラッチ７を切断することにより、ハイブリッド車を停車させた状態でエンジン２によりモータ３を駆動し、充電を行うことができる。
【００４７】なお、上述した動作制御手段８では、駆動輪１１Ｌに駆動輪回転センサ９５を装備して回転数に基づいてエンジン２，モータ３の出力の制御を行っていたが、駆動輪１１Ｌにトルクセンサを装備し、トルクに基づく制御を行っても良い。
【００４８】以上のように本実施形態では、エンジン２の駆動軸２１とモータ３の駆動軸３１との間に第一のクラッチ４を設けているため、第一のクラッチ４を切断しておくことによりハイブリッド車の発進時におけるエンジン２の負荷を受けずにモータを駆動させることができる。従って、モータ３の容量を過剰に大きくする必要がなくなった。
【００４９】また、このハイブリッド車用駆動装置１０では、車両の減速時に、第一のクラッチ４を切断しておくことにより、エンジンブレーキを駆動輪１１Ｌ，１１Ｒに作用させることなく、モータ３による回生ブレーキのみを作用させることができ、減速のブレーキ回生によるエネルギーの回収を効率良く行うことが可能となった。。
【００５０】また、本実施形態では、第二のクラッチ７を無段変速機構５より駆動輪１１Ｌ，１１Ｒ側に設けたため、急制動や滑り易い路面上で駆動輪がロックして、無段変速機構５が戻り不良を起こし、固定されてしまっても、第二のクラッチ７を切断することにより、無段変速機構５の固定状態を容易に脱することができ、再発進を容易に行うことが可能となった。
【００５１】さらに、第二のクラッチ７を切断し、第一のクラッチを接続した状態で、従来は困難だったハイブリッド車の停車時における充電が容易に行うことが可能となった。
【００５２】
【発明の効果】本発明は、エンジンの駆動軸とモータの駆動軸との間に第一のクラッチを設けているため、第一のクラッチを切断しておくことにより、本願発明を適用したハイブリッド車の発進時におけるエンジンの負荷を受けずにモータを駆動させることができる。従って、モータの容量を過剰に大きくする必要がなくなった。このため、装置の軽量化及び小型化を図ることも可能となった。
【００５３】また、このハイブリッド車用駆動装置により、車両の減速時に、第一のクラッチを切断しておくことにより、エンジンブレーキを駆動輪に作用させることなく、モータによる回生ブレーキのみを作用させることができ、減速のブレーキ回生によるエネルギーの回収を効率良く行うことが可能となった。従って、このハイブリッド車用駆動装置をハイブリッド車に装備することにより、充電不足による走行不良を有効に防止することが可能である。
【００５４】また、本発明では、第二のクラッチを無段変速機構より駆動輪側に設けたため、急制動や滑り易い路面上で駆動輪がロックして、無段変速機構が戻り不良を起こし、固定されてしまっても、第二のクラッチを切断することにより、無段変速機構の固定状態を容易に脱することができる。従って、本発明を装備したハイブリッド車は、再発進を容易に行うことが可能である。
【００５５】さらに、このハイブリッド車用駆動装置をハイブリッド車に装備することにより、第二のクラッチを切断し、第一のクラッチを接続した状態で、従来は困難だったハイブリッド車の停車時における充電が容易に行うことが可能となった。
【００５６】本発明は以上のように構成され機能するので、これによると、従来にない優れたハイブリッド車用駆動装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２０８２
【氏名又は名称】スズキ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年７月６日（１９９８．７．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７９１６４
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 勇
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２３３１３（Ｐ２０００−２３３１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１月２１日（２０００．１．２１） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２０５８６５ |
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