| 【発明の名称】 |
パラレルハイブリッド電気自動車 |
| 【発明者】 |
【氏名】浅野雅樹
【住所又は居所】藤沢市土棚８番地 いすゞ自動車株式会社藤沢工場内
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| 【要約】 |
【課題】従来のパラレルハイブリッド電気自動車では、エンジン駆動系統とモータ駆動系統とが、直列接続関係に配設されるようになっていたり、駆動力を伝達するために湿式多板クラッチが用いられていた。直列接続関係に配設されていると、回生制動をする際、エンジンをフリクションに抗して回転させるために運動エネルギーを消費してしまうので、回生効率が悪くなっていた。また、湿式多板クラッチを操作するためには油圧を必要とするので、油圧ポンプに付随した装置および油圧ポンプ稼動のための電力を必要としていた。
【解決手段】エンジン５を駆動源とし、クラッチ，トランスミッションを経て後輪を駆動するエンジン駆動系統と、モータ１２を駆動源とし、クラッチ手段を内蔵した減速機部１３，ファイナルドライブ装置１４を経て前輪を駆動するモータ駆動系統とを、互いに独立して設けた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車両駆動源としてエンジンとモータとを搭載するパラレルハイブリッド電気自動車において、エンジンを駆動源とし、少なくともクラッチ，トランスミッションを経て後輪を駆動するエンジン駆動系統と、モータを駆動源とし、途中に少なくともクラッチ手段を介在させて前輪を駆動するモータ駆動系統とを具えたことを特徴とするパラレルハイブリッド電気自動車。
【請求項２】 モータ駆動系統を、インバータを介してバッテリと接続されたモータと、該モータの回転出力を減速する減速機構とドグクラッチ付きのシンクロメッシュ機構とを具えた減速機部と、差動装置を含み、前記減速機部からの回転出力を左右の車輪に伝えるファイナルドライブ装置とを具えるよう構成したことを特徴とする請求項１記載のパラレルハイブリッド電気自動車。
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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、車両駆動源としてエンジンとモータとを使用するパラレルハイブリッド電気自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】（第１の従来例）図３は、パラレルハイブリッド電気自動車の第１の従来例を示す図である。図３において、１Ａ，１Ｂは前輪、２Ａ，２Ｂは後輪、３Ａ，３Ｂはフロントアクスル、４はリアアクスル、５はエンジン、８はプロペラシャフト、９は差動装置、１０はバッテリ、１１はインバータ、１２Ａは第１モータ、１２Ｂは第２モータ、１５Ａ，１５Ｂはステータ、１６Ａ，１６Ｂはロータ、１７はクラッチ、１８は動力結合部、１９はエンジン出力軸である。
【０００３】動力結合部１８は、第１モータ１２Ａとクラッチ１７と第２モータ１２Ｂとで構成されている。第１モータ１２Ａはステータ１５Ａとロータ１６Ａとから成り、第２モータ１２Ｂはステータ１５Ｂとロータ１６Ｂとから成っている。そして、ロータ１６Ａとロータ１６Ｂとは、クラッチ１７を介して連結されている。クラッチ１７としては、湿式多板のクラッチ（ロックアップクラッチ）が用いられる。ステータ１５Ａはエンジン出力軸１９に連結され、ロータ１６Ｂはプロペラシャフト８に連結されている。
【０００４】ステータ１５Ａ，ステータ１５Ｂは、それぞれインバータ１１に接続されており、インバータ１１はバッテリ１０と接続されている。インバータ１１は、バッテリ１０からステータ１５Ａ，１５Ｂへ給電する際の直流交流変換をすると共に、第１，第２モータを発電運転する場合の交流直流変換をする。なお、クラッチ１７の断接の制御，インバータ１１を経ての給電制御は、図示しないコントローラにより行われる。
【０００５】車両の駆動は、次のようにして行われる。
（１）発進時や低速走行クラッチ１７を断しておき、バッテリ１０から第２モータ１２Ｂに給電してモータ運転し、その回転力をプロペラシャフト８，差動装置９，リアアクスル４を経て後輪２Ａ，２Ｂに伝え、車両を駆動する。バッテリ１０の電力が不足するようであれば、エンジン５により第１モータ１２Ａを発電運転し、電力を補う（シリーズハイブリッド）。
【０００６】（２）中，高速走行クラッチ１７を接とし、エンジン５の回転力を動力結合部１８を介してプロペラシャフト８に伝え、車両を駆動する。駆動力が不足する場合には、バッテリ１０から第２モータ１２Ｂに給電してモータ運転し、その回転力で駆動力を補う。エンジン出力軸１９が機械的に接続されているのはステータ１５Ａであり、ロータ１６Ａはそれと磁気的に結合されている。即ち、ステータ１５Ａがエンジン５により回転させられると、ロータ１６Ａは磁気的な力で引きづられる形で回転する。変速は、この磁気的結合部分での両者の回転数の差を制御することにより、行われる。
（３）減速走行クラッチ１７を接とした状態でモータを発電運転すれば、エンジンブレーキを効かせつつ回生制動が出来る。クラッチ１７を断として第２モータ１２Ｂを発電運転すれば、エンジンのフリクション克服のために運動エネルギーを消耗することなく、回生制動をすることが出来る。
【０００７】（第２の従来例）図４は、パラレルハイブリッド電気自動車の第２の従来例を示す図である。符号は図３のものに対応し、１２はモータ、２０は動力伝達部である。動力伝達部２０には、トランスミッションも含まれている。この従来例では、エンジン５とモータ１２（例、ＤＣブラシレスモータ）とが直結され、そこからの出力が、動力伝達部２０を経てフロントアクスル３Ａ，３Ｂ、前輪１Ａ，１Ｂへと伝えられる。なお、モータ１２は、インバータ１１を介してバッテリ１０と電気的に接続されている。この従来例は、駆動部分を小型，軽量化したことを特徴とするものである。
【０００８】車両の駆動は、次のようにして行われる。
（１）発進時，低速走行エンジン５を動作させると共に、バッテリ１０からモータ１２に給電してモータ運転する。これにより、エンジン５による回転力とモータ１２による回転力とにより、車両は駆動される。モータ１２は、補助動力源として作用する。なお、モータ１２により発生される回転力の制御は、運転状況（例、アクセル開度），車両状況（例、エンジンの負荷状態）等に応じて、インバータ１１を制御することにより行われる。
（２）中，高速走行中速走行は、エンジン５のみで行う。高速走行は、再びモータ１２も動員し、エンジン５とモータ１２とにより行う。
（３）減速走行車両の運動エネルギーによりモータ１２を発電運転することにより、減速走行する。発電された電力は、インバータ１１により直流に変換され、バッテリ１０に充電される（回生制動）。
【０００９】なお、パラレルハイブリッド電気自動車に関する従来の文献としては、例えば、特開平８−３３１１７号公報，特開平１０−３２７５０４号公報，特開２０００−２９５７０８号公報等がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】（問題点）前記した従来の技術には、次のような問題点があった。第１の従来例（図３）は、エンジン５と第１，第２モータ１２Ａ，１２Ｂとが直列接続関係に配列され、湿式多板のクラッチ１７で連結されているものである。しかし、湿式多板クラッチでは半クラッチ動作させることが出来ないので、モータが失陥してエンジンのみで駆動するという場合、所要の走行が出来なくなるという問題点があった。また、湿式多板クラッチを操作するためには油圧を必要とするので、油圧ポンプに付随した装置および油圧ポンプ稼動のための電力を必要とするという問題点があった。
【００１１】第２の従来例（図４）は、モータ失陥時にエンジン５のみで走行することは出来るが、小型軽量化を図るためにエンジン５は小さいものとされている。しかるに、そのフライホイールにモータ１２のロータが直結されて負荷が大となっているので、充分な走行が出来ないという問題点があった。また、制動時には、モータ１２のロータのみならず、それと直列接続関係に配設されているエンジンも、必ず回転させなければならないので、回生制動の他にエンジンブレーキによる制動が同時に行われることとなる。そのため、エンジンを回転させるのに使われるエネルギー分だけ、回生効率が悪くなるという問題点があった。本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため、本発明では、車両駆動源としてエンジンとモータとを搭載するパラレルハイブリッド電気自動車において、エンジンを駆動源とし、少なくともクラッチ，トランスミッションを経て後輪を駆動するエンジン駆動系統と、モータを駆動源とし、途中に少なくともクラッチ手段を介在させて前輪を駆動するモータ駆動系統とを具えることとした。なお、前記のモータ駆動系統は、インバータを介してバッテリと接続されたモータと、該モータの回転出力を減速する減速機構とドグクラッチ付きのシンクロメッシュ機構とを具えた減速機部と、差動装置を含み、前記減速機部からの回転出力を左右の車輪に伝えるファイナルドライブ装置とを具えるよう構成することが出来る。
【００１３】（解決する動作の概要）前輪はモータで駆動され、後輪はエンジンで駆動される。モータ駆動系統の途中にはクラッチ手段が介在されているので、モータが失陥した場合、該クラッチ手段を断としてモータを切り離してしまうことが出来る。そして、エンジン出力のみで従来のエンジン車両と同様に走行することが出来る。制動時にはモータを発電運転して回生制動することが出来るが、その回生制動を効率良く行うことが出来る。その理由は、モータ駆動系統とエンジン駆動系統とが、直列接続関係とならないよう配設されているので、制動時の運動エネルギーがエンジンを回すために消費されることがなく、その分も回生に回されるからである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のパラレルハイブリッド電気自動車を示す図である。符号は図３，図４のものに対応し、６はクラッチ、７はトランスミッション、１３は減速機部、１４はファイナルドライブ装置である。エンジン５の出力は、クラッチ６→トランスミッション７→プロペラシャフト８等の経路を経て、後輪２Ａ，２Ｂに伝達される。一方、モータ１２の出力は、減速機部１３→ファイナルドライブ装置１４の経路を経て、前輪１Ａ，１Ｂに伝達される。つまり、本発明では、車両駆動源としてエンジンとモータとを搭載するが、エンジン出力は後輪のみに伝達され、モータ出力は前輪のみに伝達されるようにし、エンジン出力とモータ出力とが、直列接続関係になって伝達されないようにしてある。
【００１５】図２は、本発明の前輪への駆動力伝達部分を示す図である（図１の減速機部１３，ファイナルドライブ装置１４の部分の詳細図）。符号は図１のものに対応し、２１はモータ出力軸、２２，２３は歯車、２４は減速軸、２５はシフトフォーク、２６はアクチュエータ、２７はシンクロメッシュ機構、２８はファイナルドライブピニオン、２９はクラウンギア、３０は差動装置である。減速機部１３は、モータ出力軸２１の先端に取り付けられた歯車２２、それと噛み合わされた歯車２３、該歯車２３が取り付けられた減速軸２４、該減速軸２４に取り付けられたシンクロメッシュ機構２７（ドグクラッチ付き）およびそれに付随する装置であるシフトフォーク２５等から構成されている。ファイナルドライブ装置１４は、シンクロメッシュ機構２７の出力側に連結されたファイナルドライブピニオン２８、それと噛み合わされたクラウンギア２９、および差動装置３０から構成されている。
【００１６】これの動作は、次の通りである。モータ１２が、図１のバッテリ１０からインバータ１１を介して給電され、モータ運転されると、モータ出力軸２１が回転される。その回転は、モータ出力軸２１の歯車２２から減速軸２４の歯車２３へと伝えられ、減速軸２４の回転速度は、歯車２２，２３の歯数の比に応じて減速された速度となる。減速軸２４の回転は、ドグクラッチ付きのシンクロメッシュ機構２７を介して、ファイナルドライブピニオン２８に伝達される。アクチュエータ２６，シフトフォーク２５は、シンクロメッシュ機構２７の断接を制御するためのものである。
【００１７】ファイナルドライブピニオン２８に伝達された回転は、クラウンギア２９に伝達され、フロントアクスル３Ｂを経て前輪１Ｂに伝えられる一方、クラウンギア２９の回転軸より、差動装置３０→フロントアクスル３Ａの経路を経て、前輪１Ａに伝えられる。なお、モータ１２による前輪の駆動を行わない時は、シンクロメッシュ機構２７を断としておく。これらの制御は、図示しないコントローラによって行われる。なお、図１，図２では、前輪はモータにより駆動され、後輪はエンジンにより駆動されるものを示したが、これとは逆に、前輪はエンジンにより駆動され、後輪はモータにより駆動されるものとすることも出来る。
【００１８】図５は、本発明におけるモータ作動状況と車両駆動状況を示す図である。図５の（イ）は車両速度の変化を示す図、（ロ）は駆動エネルギーの変化を示す図、（ハ）はモータの作動状況を示す図、（ニ）はシンクロメッシュ機構の断接状況を示す図であり、いずれの図でも横軸は時間を表している。
（１）時刻ｔ0 からｔ1 までこの間は、モータ１２はモータ運転され、シンクロメッシュ機構２７は接とされ、モータ１２の駆動力は前輪１Ａ，１Ｂに伝達される。一方、エンジン５も駆動され、その駆動力は後輪２Ａ，２Ｂに伝達される。従って、車両は、モータ１２による駆動エネルギーと、エンジン５による駆動エネルギーとにより駆動される。図５（ロ）の時刻ｔ0 〜ｔ1 における、斜線部分ＥM と白地部分とは、そのことを表している。即ち、斜線部分ＥM はモータ１２の駆動エネルギーを表し、白地部分はエンジン５の駆動エネルギーを表している。
【００１９】（２）時刻ｔ1 からｔ2 まで時刻ｔ1 で、モータ１２による駆動は停止される。それ以後時刻ｔ2 までは加速が続けられるが、それはエンジン５のみによって行われる。
（３）時刻ｔ2 からｔ3 まで時刻ｔ2 で加速が終了され、それ以後時刻ｔ3 までは定速走行が行われる。その定速走行は、やはりエンジン５のみによって行われる。
（４）時刻ｔ3 からｔ4 まで時刻ｔ3 で定速走行が終了され、制動が開始される。制動を行うわけであるから、当然、エンジン５から駆動エネルギーは供給されないようにされる（エンジンによる駆動エネルギー＝０）。一方、回生制動を行うため、シンクロメッシュ機構２７は接とされ、モータ１２は発電運転される。図５（ロ）の斜線部分ＥGは、モータ１２の発電運転によって回生されるエネルギーを表している。時刻ｔ4 は、車両が停止した時刻を表している。
【００２０】上述したことからも分かるように、本発明による回生制動は、エンジン５が関与して来ないよう配設されたモータ駆動系統内で行われる。そのため、制動時の運動エネルギーは、エンジンフリクションにより消耗されることなく、全てモータ１２での発電に供されるので、回生効率が従来例に比して格段に良くなる。これは、モータとエンジンとが直列接続関係とならないように配設したお蔭である。
【００２１】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明のパラレルハイブリッド電気自動車によれば、次のような効果を奏する。
■ モータ駆動系統とエンジン駆動系統とが、直列接続関係とならないよう配設されているので、制動時の運動エネルギーがエンジンを回すために消費されることがなく、回生制動の回生効率を上げることが出来る。
■ 湿式多板クラッチを使用していないので、油圧ポンプを付設する必要がない。そのため、油圧ポンプに付随した装置も不用であり、油圧ポンプ稼動のための電力も不用である。
■ モータ失陥時にも、エンジンによる駆動力で、従来のエンジン車両と同様に走行することが可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００１７０
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
【住所又は居所】東京都品川区南大井６丁目２６番１号
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| 【出願日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９３６１０
【弁理士】
【氏名又は名称】本庄 富雄
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１８７０８（Ｐ２００３−１８７０８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１月１７日（２００３．１．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１９８３０２（Ｐ２００１−１９８３０２） |
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