JP2005163946A

JP2005163946A - 自動車の駆動装置および駆動方法

Info

Publication number: JP2005163946A
Application number: JP2003405310A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sakamoto; 宏之坂本; Masahiko Ibamoto; 正彦射場本; Hiroshi Kuroiwa; 弘黒岩
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-04
Also published as: EP1541900A3; JP4375001B2; EP1541900B1; US7632209B2; US20070074595A1; DE602004029325D1; US20050120817A1; EP1541900A2; US7165470B2

Abstract

【課題】
モータにより動力伝達を行う変速システムでは、ギア比の差が小さい程モータの出力を小さくできる。しかし、ギア比を小さくするためにギアの個数を増やさなければならない。ギアの個数が多くなると噛み合い音などの問題が大きくなってくる。ギア個数の増加とモータ出力の増加を共に抑えることが必要である。
【解決手段】
本発明は、二つの中間軸を持つ変速システムの第１の中間軸と第２の中間軸の間に単に変速用動力装置を設けるのではなく、変速用動力装置の一方を車両駆動用動力装置に接続し、他の一方に動力伝達切換クラッチを設けて、第１もしくは第２の中間軸に減速装置を介して接続されるように構成することで、ギア個数の増加を最小限にして変速用動力装置の出力を減少させることが可能なシステムである。
【選択図】図１

Description

本発明は自動変速機，自動変速機の制御装置，自動変速機の制御方法，自動変速システム、及びそれを用いた自動車に関する。

従来の自動変速機は遊星歯車式あるいは平行軸式変速機構が用いられ、変速比の異なるギア段に個別に設けられたクラッチを選択的に締結して変速する方法が一般的である（例えば特許文献１参照）。また、本出願人は、２つの入力軸を持つ平行軸式変速機構にモータを組み合わせた特願２００２−３５６１２４５号に示すようなアクティブに変速を行う装置を提案している。

特開平１０−８９４５６号公報

前記特願２００２−３５６１２４５号に示すシステムでは、２つの入力軸に配置されたギア列を各々相違するギア比とすることで変速時の回転変化を低減し、変速用動力装置の出力を低減可能である。しかし、これによりギアの個数が２倍になり噛み合い音，質量，重量の増加が懸念される。

しかし、ギアの個数を低減すると変速用動力装置の出力が増加してしまう。

さらに特願２００２−３５６１２４５号では、変速用動力装置により車両駆動用動力装置の始動を行う場合に出力軸と接続されている何れかのギア締結を必ず行わなければならず、起動時のショックが車両に伝達されてしまう。

本発明の目的はかかる不都合をなくし、経済効果の高い自動車の駆動システムを提供することである。

本発明は、入力軸と中間軸の間に単に変速用動力装置を設けるのではなく、入力軸から第１の中間軸と第２の中間軸に動力を伝達，遮断する機構を設け、変速用動力装置の一方を入力軸に接続し、他の一方を動力伝達切換クラッチに接続して第１もしくは第２の中間軸に減速装置を介して接続されるように構成することで、ギア個数の増加を最小限にして変速用動力装置の出力を減少させることが可能なシステムである。

本発明の方法によれば、変速装置の減速ギアとは相違するギア比を共通化して設けることとなり、コストの高いモータの容量を増加させずに、ギア個数を低減することが出来るので、大きな経済的効果が得られる。

また、第１もしくは第２の中間軸と入力軸の間に変速用動力装置を設けていることから、出力軸に接続されたギアを締結せずに車両駆動用動力装置を始動することが可能なため、始動時のショックが車両に伝達せず、静粛性の高い運転性を得ることができる。

図１は本発明の第１の実施形態を示す構成図である。車両駆動用動力装置１は、変速機２の入力軸３００に結合されている。ここで車両駆動用動力装置１は、内燃機関が一般的に考えられるが、モータなど回転軸を持つ動力装置を接続することが可能である。変速機２の出力軸３は図示しない車輪に接続される。入力軸３００は、ドッグクラッチ１０３により第１の中間軸１３と第２の中間軸１７に駆動力を伝達／遮断できる。中間軸１３を選択するときは直結ギア１０１によって入力軸に締結され、中間軸１７を選択するときは直結ギア１０２で入力軸に締結される。第１の中間軸と第２の中間軸は、各々ドッグクラッチ２１，２２，２３を介して各変速ギア１４，１５，１６，１８，１９，２０により出力軸３に接続されている。

前記ドッグクラッチは、シフトアクチュエータ２５，２６，２７，２９，３０に接続されアクチュエータの推進力により締結，解放が行えるものである。アクチュエータは、一般的な自動化用のものでありモータや油圧などの駆動方式が適用できる。ドッグクラッチとアクチュエータは、共に公知の技術であるので詳しい説明は省略する。

さらに入力軸３００は、変速用動力装置２００の一方の軸に接続されている。変速用動力装置２００のもう一方の軸はドッグクラッチ１１３を介して第１の中間軸１３と第２の中間軸１７にモータギア１１１及びモータギア１１２により接続されている。この構成が本発明の特徴である。ここで変速用動力装置２００は、電動モータを用いることを前提に以下の説明を行うが、電動モータ以外に摩擦クラッチを用いてもよい。すなわち、２つの軸を持ち動力を伝達もしくは発生可能な装置であればよい。

変速用動力装置２００は、電気モータ５と遊星歯車機構３１より構成する。モータの回転軸は遊星歯車機構のプラネタリギアに接続し、入力軸をサンギアに接続し、リングギアをドッグクラッチ１１３の切替スリーブ側に接続する。これによりモータの動力は入力軸と第１もしくは第２の中間軸に作用することになる。モータの動力が入力軸側と中間軸側に対して逆方向に作用するようにしておく。例えばモータに正のトルクを印加した場合、入力軸の回転速度を上昇させる接続となっている場合は、中間軸側へのトルクは回転速度を低下させる側に働くように接続する。電気モータがステータとロータの両方とも回転できる構成であれば、図１の等価構成に記載のようにモータ単体で取り付け可能である。

図２は本発明を自動車に搭載した形態を示す構成図である。自動車の車両駆動用動力装置１には変速機２が接続され、その出力軸３はデファレンシャルギアを介してタイヤ４を駆動する。変速機２の中には電動機５が内蔵されている。該電動機５にはモータ制御装置７が接続され、該モータ制御装置７の電源としてバッテリ６が搭載されている。バッテリは、自動車の多くが鉛畜電池を使用しているが本システムでは充放電回数が多く、劣化の原因となる。本システムでは、変速時に充放電が必ず発生するため、変速前後の蓄電量の変化は少ない。そこで、近年販売の進められている大容量キャパシタを搭載することも可能である。搭載方法は、バッテリと並列でも単独でも蓄電容量と出力容量が十分であれば問題ない。

車両駆動用動力装置１には電子制御スロットル弁１０が設けられており要求信号で車両駆動用動力装置１の出力を制御することが出来る。

変速制御装置８はモータ制御装置７を介して電動機５のトルクや回転数を制御すると共に、車両駆動用動力制御装置９および電子制御スロットル弁１０を介して車両駆動用動力装置１の出力を制御する。また前述したシフトアクチュエータ２５〜２７，２９〜３０に対して動作を指令する。

変速用動力装置２００としてモータを用いる場合の制御系を図３に示す。モータ５は例えば永久磁石同期電動機であり、モータ制御装置７により３相交流Ｕ，Ｖ，Ｗを供給される。モータ制御装置７のインバータの各相アームには高速スイッチング素子３９が設けられ、バッテリ６の直流電圧を可変周波数の３相交流に変換する。インバータ制御装置３８は、変速制御装置８からのトルク指令および回転数指令を受けてインバータの通流率を制御すると共に、各アームの電流センサ４０の出力および回転子の角度検出用位置センサ
４１の出力をフィードバックして、モータ５のトルクと回転数を指令通りになるように制御する。このような制御はパワーエレクトロニクスの分野で公知の技術であるので詳しい説明は省略する。

図４は、車両駆動用動力装置１に内燃機関（エンジン）を用いた場合にエンジン始動を行うためのドッグクラッチの締結部位とトルクの伝達経路を示す。

図４（ａ）では、ドッグクラッチ２１，２２を同時に締結することで第１の中間軸は固定され、ドッグクラッチ１１３を第１の中間軸側に締結させればモータのトルクはすべてエンジン１側に印加される。このためエンジン１の始動方向へトルクを印加すればエンジン１は回転を始め自力回転可能となる。

しかし、このように出力軸のギアを締結している場合、第１の中間軸が固定されていてもバックラッシュなどの振動要素を全く無くすことはできない。本発明では、図４（ｂ）のようにモータ５とエンジン１の間で循環するトルク伝達経路とすれば出力軸のギアを締結していなくてもエンジン１を始動することが可能である。この原理は、変速用動力装置２００の両軸のギア比が相違しているために、入力軸３００に掛かるトルクに差ができることを利用している。変速用動力装置２００の一方の軸は入力軸に直結(ギア比１：１)であり、もう一方の軸はギア１１１を介して入力軸に接続されている。よって、ギア１１１のギア比が例えば１.４であれば差は１.４−１で０.４となる。よってモータトルクに
１００Ｎｍを印加すれば４０Ｎｍのトルクが入力軸に印加されエンジンは始動を始める。エンジンは常温で５０Ｎｍ程度あれば始動可能であるため、モータトルクとして１２５
Ｎｍを印加すればよいことになる。

図５はアップシフトにおける制御システムのフローチャートである。１→２パワーオンアップシフトを例に、ギアの切換状況とトルク遷移の状況を示す。図６にトルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況を図５のＳｔｅｐに対応させて示す。図７に各部のトルクと回転数のタイムチャートを示す。

１速ギア１４が結合して走行中に、Ｓｔｅｐ１ａでモータ回転数を制御してＳｔｅｐ
１ｂでモータ回転数Ｎｍがエンジン回転数Ｎｅ−第２の中間軸回転数Ｎａの関係が同期状態を判定するまでモータ回転数を変化させる。Ｓｔｅｐ１ｃでドッグクラッチ１１３を操作してギア１１２を締結する。

次にＳｔｅｐ２ａでモータ回転数を制御してＳｔｅｐ２ｂで２速ギア１８の同期状態を判定するまでモータ回転数を変化させる。Ｓｔｅｐ２ｃで２速ギア１８を結合すると、モータ５は（Ｎ１−Ｎ２）の回転数で空回りする。

Ｎ２＝Ｇ１.５×Ｎｏ …（式１）
Ｎ１＝Ｇ１×Ｎｏ …（式２）
であるからＮ１＞Ｎ２であり、(Ｎ１−Ｎ２）は正の値である。ここでＧ１.５は２速ギア１８とモータギア１１２のギア比の積、Ｇ１は１速ギアのギア比である。

Ｓｔｅｐ３ａで負の方向（出力軸に対しては駆動力となりエンジンに対しては負荷となる方向）にモータトルクを増加すると、２速ギアの入力トルクが増加し、１速ギアの入力トルクが減少する。これはトルクフェーズと呼ばれるトルク遷移過程である。

中間軸１３から中間軸１７へのトルク遷移であり、モータトルクＴｍを負の値にするので、２速ギア１８の入力トルクＴ２が増加し、１速ギア１４の入力トルクＴ１が減少し、Ｔｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０，Ｔ２＝Ｔｅとなる。

Ｓｔｅｐ３ｂで変速制御装置８はトルクフェーズの終了判定を行う。１速ギア１４の入力トルクが０になったことを判定するものであるが、ギアの入力トルクを直接検出することが出来ない場合が多いので、電動機の実トルクがエンジントルクの絶対値と等しくなったとき（Ｔｍ＝｜Ｔｅ｜）にギアの入力トルク＝０と看做すことができる。このためにはエンジントルクＴｅを検出あるいは計算によって求めておく必要があるが、その具体的方法は例えば本出願人によって出願された特開平５−２４００７３号公報，特開平６−
３１７２４２号公報等に示したのでここでは省略する。

Ｓｔｅｐ３ｃで１速ギアを解放する。Ｔ１＝０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。また、２速直結のために直結ギア１０１も解放しておく。

１速ギアが解放されるとエンジン回転数は変化できるようになる。

Ｓｔｅｐ４ａで変速制御装置８がモータ回転数変化指令を発生すると、エンジン回転数が２速ギアの入力回転数に向かって変化する。これはイナーシャフェーズと呼ばれる回転数遷移過程である。

１→２アップシフトの場合、Ｔｍ＝−Ｔｅに保ったままモータ回転数を低減すると、モータの回転数が下がり、回転方向が反転して負の方向に上昇する。

Ｓｔｅｐ４ｂで変速制御装置８はイナーシャフェーズ終了判定を行うが、エンジン回転数が次段ギアの入力回転数に同期したことにより判定する。

Ｓｔｅｐ４ｃで変速制御装置８がドッグクラッチ１０３を操作して直結ギア１０２を締結する。同期状態であるから容易に締結でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

Ｓｔｅｐ５ａで変速制御装置８がモータトルク低減指令を発生して、モータトルクを０にすると、モータ５を介してＧ１.５に伝達していたエンジントルクＴｅが、２速ギアに移動する。

Ｓｔｅｐ５ｂで変速制御装置８はモータトルクＴｍ＝０になったことにより第２トルクフェーズの終了を判定する。

Ｓｔｅｐ５ｃで変速制御装置８がモータギア１１２を解放して変速を終了する。Ｔｍ＝０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

図８にダウンシフトにおける制御システムのフローチャートを示す。図９に２→１踏み込みダウンシフトを例に、トルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況を示す。図１０に各部のトルクと回転数のタイムチャートを示す。

２速ギアが結合して走行中に、Ｓｔｅｐ１ａでモータ回転数を制御してＳｔｅｐ１ｂでモータギア１１２の同期状態を判定するまでモータ回転数を変化させる。

Ｓｔｅｐ１ｃでモータギア１１２を結合すると、モータ５は（Ｎ１−Ｎ２）の回転数で空回りする。

Ｎ２＝Ｇ１.５×Ｎｏ …（式３）
Ｎ１＝Ｇ２×Ｎｏ …（式４）
であるからＮ１＜Ｎ２であり、（Ｎ１−Ｎ２）は負の値である。

Ｓｔｅｐ２ａで負の方向（出力軸に対しては駆動力となりエンジンに対しては負荷となる方向）にモータトルクを増加すると、１速ギアの入力トルクが増加し、２速ギアの入力トルクが減少する。これはトルクフェーズと呼ばれるトルク遷移過程である。

中間軸１７から中間軸１３へのトルク遷移であるから、モータトルクを負の方向に増加させることになり、１速ギア１４の入力トルクＴ２が増加し、２速ギア１８の入力トルクＴ１が減少し、Ｔｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０，Ｔ２＝Ｔｅとなる。

Ｓｔｅｐ２ｂで変速制御装置８はトルクフェーズの終了判定を行う。２速ギア１８の入力トルクが０になったことを判定するものであるが、ギアの入力トルクを直接検出することが出来ない場合には、電動機の実トルクがエンジントルクの絶対値と等しくなったこと（Ｔｍ＝｜Ｔｅ｜）により判断できる。

Ｓｔｅｐ２ｃで変速制御装置８がドッグクラッチ１０３を動作させて直結ギア１０２を解放する。また、Ｓｔｅｐ３ａでさらにドッグクラッチ１０３を動作させて直結ギア101を締結する。Ｔ１＝０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

直結ギア１０２が解放されるとエンジン回転数は変化できるようになる。

Ｓｔｅｐ４ａで変速制御装置８がモータ回転数変化指令を発生すると、エンジン回転数が１速ギアの入力回転数に向かって変化する。これはイナーシャフェーズと呼ばれる回転数遷移過程である。

２→１ダウンシフトの場合、Ｔｍ＝−Ｔｅに保ったままモータ回転数を増加すると、モータの回転数が上がり、回転方向が反転して正の方向に上昇する。

Ｓｔｅｐ４ｃで変速制御装置８がドッグクラッチ２２を動作させて１速ギア１４を締結する。同期状態であるから容易に締結でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

Ｓｔｅｐ５ａで変速制御装置８がモータトルク低減指令を発生して、モータトルクを０にすると、モータ５を介してモータギア１１２に伝達していたエンジントルクＴｅが、１速ギア１４に移動する。

Ｓｔｅｐ５ｃで変速制御装置８がドッグクラッチ１１３と２３を動作させ、モータギア１１２と２速ギア１８を解放して変速を終了する。Ｔｍ＝０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

これまで１−２アップシフトと２−１ダウンシフトを述べたが、１−２アップシフトを行う場合に２−１ダウンシフトの手順で変速を行うことも可能であり、逆に２−１ダウンシフトを行うときに１−２アップシフトの手順で変速を行うこともできる。但し、モータと第１および第２の中間軸のギアのギア比によってはこのように逆の手順で変速を行うとモータの出力は低減できない。要するに、モータギア１１１と１１２のどちらを選択しても変速を行えるが、回転遷移中のモータギアと変速ギアのギア比の積が変速前後のギア比の間に入るようにすることで変速時のモータ出力は最大１／２まで低減できる。実際の数値で説明すると、例えば１速ギア比＝３.０，２速ギア比＝１.０，モータギア比＝２.０として回転遷移時に使用するギアを１速とする。ギア比の積は３.０×２.０＝６.０であり、１速ギア比と２速ギア比の間にはない。よって、この場合はモータ出力を低減できない。２速ギアを回転遷移中に使用すれば、ギア比の積は１.０×２.０＝２.０であり１速ギアと２速ギアの丁度半分であるため、モータ出力は１／２で変速可能である。

他の変速段についても同様に、どちらの手順を使用するかの区別を行わなければ、前述した制御手順で隣り合う段への変速（例えば３速走行中ならば３−２変速と３−４変速）は全て行うことが可能である。また、例えば２−３変速の場合はアップシフトであり、１−２アップシフトの手順で変速を行うが、第２の中間軸から第１の中間軸への変速となるため、当然記載されギアは相違し、軸は第１と第２が逆になる。

このように、変速時のギア比の積によってモータ出力を変更させることが可能であるため、最適な変速を行えるようにモータギアの変速比を変化させて使用する。このギア比を約１.０から１.５の間で設定すれば現在のほとんどの乗用車に適用可能である。

また、上記説明では直結ギアを１：１で使用することを前提としているが、ここにギア比を持たせることで、エンジン始動時のモータトルクを低減することが可能である。例えばモータギア比を１.４として直結ギア比を１.２程度とするとエンジンを５０Ｎｍで始動するモータのトルクは約７４Ｎｍである。直結ギア比を１.０としたときよりも５１Ｎｍも低減できる。

コーストダウンシフトの場合も図８のアルゴリズムがそのまま使える。図９に対してトルクの方向が逆であるがマイナストルクを考えれば同一である。また、噛合いクラッチ動作の状況も同一である。

Ｓｔｅｐ１ａからＳｔｅｐ１ｃは踏み込みダウンシフトと全く同じである。

Ｓｔｅｐ２ａで正の方向（出力軸に対しては制動力となりエンジン出力を助ける方向）にモータトルクを増加すると、１速ギアの負のトルクが増加し、２速ギアの負のトルクが減少する。これはトルクフェーズと呼ばれるトルク遷移過程である。

中間軸１７から中間軸１３へのトルク遷移であり、モータトルクＴｍを負の値にするので、このとき１速ギア１４の入力トルクが増加し、２速ギア１８の入力トルクが減少し、Ｔｍ＝−Ｔｅに達するとＴ１＝０，Ｔ２＝Ｔｅとなる。

Ｓｔｅｐ２ｂで変速制御装置８はトルクフェーズの終了判定を行う。

Ｓｔｅｐ２ｃでドッグクラッチ１０３を動作させて直結ギア１０２を解放する。また、Ｓｔｅｐ３ａでさらにドッグクラッチ１０３を動作させて直結ギア１０１を締結する。
Ｔ１＝０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

Ｓｔｅｐ４ａでモータ回転数変化指令を発生すると、エンジン回転数が１速ギアの入力回転数に向かって変化する。これはイナーシャフェーズと呼ばれる回転数遷移過程である。

２→１コーストダウンシフトの場合モータ回転数を増加すると、モータの回転数が上がり、回転方向が反転して正の方向に上昇する。

Ｓｔｅｐ４ｃでドッグクラッチ２２を動作させて１速ギア１４の噛み合いクラッチを締結する。同期状態であるから容易に締結でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

Ｓｔｅｐ５ａでモータトルク低減指令を発生して、モータトルクを０にすると、モータ５を介して２速ギア１８に伝達していたエンジントルクＴｅが、１速ギア１４に移動する。

Ｓｔｅｐ５ｂでモータトルクＴｍ＝０になったことにより第２トルクフェーズの終了を判定する。

Ｓｔｅｐ５ｃで変速制御装置８がドッグクラッチ１１３を動作させ、モータギア１１２と２速ギア１８を解放して変速を終了する。Ｔｍ＝０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

以上から解る通り踏み込みダウンシフトに比べてトルクの向きが逆になっているだけであり、回転数の関係は全く同じである。

図５から図１０は隣の変速段への変速方法を例に説明したが、本方式によれば飛び越し変速も可能である。図１１は４→２踏み込みダウンシフトの場合を例に、トルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況を示したものである。

（ａ）は４速で走行している状態である。
（ｂ）でモータの回転速度を第１の中間軸１３の回転速度に同期させ、モータギア111を結合する。さらに
（モータの回転速度）＝（中間軸１３の回転速度）×（モータギア１１１のギア比）
に制御することでドッグクラッチ２２の相対回転速度が０となったら３速ギア１５を締結する。
（ｃ）のようにトルクの伝達経路が２通りできる。モータトルクを印加すると前述のダウンシフト同様、第２中間軸から第１中間軸へ伝達トルクが遷移し４速ギア１９を解放する。
（ｄ）で変速用動力装置の軸に掛かるトルクは３速ギア比とモータギア比の積となる。この積が２速と３速のギア比の間になるように設定すればモータの出力は低減できる。さらにエンジン回転速度が上昇する側にモータトルクを増加すると変速比は４速から２速方向に変化する。
（ｅ）２速ギア比となったところで２速ギア１８をドッグクラッチ２３により締結する。回転が同期しているため締結時にショックは出ない。
（ｆ）モータギア１１２と３速ギア１５を解放して変速を終了する。

変速先のギア段が２速と４速のように離れていても、モータギア１１１もしくは１１２を用いて第２中間軸から第１中間軸を介して変速出来ることが分かる。

従来の例えばツインクラッチ変速機などでは、飛び越し変速のときはパワーオンシフトすることが出来ないためトルク中断して変速するしかなかったが、本方式によれば完全な方法で変速できるので、運転性が向上する。

本実施形態の方法によると下記のように大きな効果が得られる。
変速時に必要なモータ出力は、
Ｐｍ＝｜Ｎ１−Ｎ２｜×Ｔｅ …（式５）
で表される。

変速に必要なエネルギはＰｍ×時間で表されるが、モータ回転速度とモータトルクの正負が相違している場合は、回生状態でありバッテリに充電され、モータ回転速度とモータトルクの正負が同じ場合は、バッテリから供給される。すなわちパワーオンアップシフトの場合は変速の前半でバッテリは充電され、後半でバッテリは放電することになる。踏み込みダウンシフトの場合は反対に、変速の前半ではバッテリから放電され、後半ではバッテリに充電されることになる。足戻しアップシフトおよびコーストダウンシフトの場合も同様に一変速中に充電と放電が行われる。このように１回の変速が終わるとバッテリは元の状態に戻るので、変速に必要なバッテリ容量は、一回の変速エネルギを充放電できるだけあればよいことになる。

従来の類似の電動変速方式では、一回の変速全てがアップシフトでは充電領域にあり、ダウンシフトでは放電領域にある。このため５速までアップシフトして１速までダウンシフトさせると、５回分の充電を続けた後５回分の放電を続けることになり、バッテリ容量は５倍が必要で、これに比べれば本方式は１／１０のバッテリ容量で済むため、大きな経済効果が得られる。

また、本出願人による特願２００２−３５６１２４５号のシステムでは前進６段，後退１段の変速機とすると出力軸に設けるギアを共通化してもギア個数が２７個，ドッグクラッチとアクチュエータが各々７個も必要であるのに対して本発明では、ギア個数が２１個，ドッグクラッチとアクチュエータが各々６個で構成できるため、さらに経済効果が高いものである。この構成要素の差はギア段の多段化により増加する。マニュアルトランスミッションの動向では３速→４速→５速→６速と段数が増加してきた経緯があり、トラックなどでは１０段を超えるものも存在する。オートマティックトランスミッションにしても同様に多段化で６速のものが近年開発されてきている。このような動向を考慮すれば本発明が非常に重要であることは容易に判断できる。

以上のように、本発明は構成要素と変速用動力装置の出力を抑えて変速を行うことができる。

また、図１２に示すように第１の中間軸を固定する機構を設けることで、車両駆動装置が停止した状態のまま、変速用動力装置の出力で車両を走行させることが可能である。以下に、図１２を用いて動作を説明する。

まず、変速ギア１８とモータギア１１２と直結ギア１０１を締結する。ドッグクラッチ５０１を中間軸回転固定装置５００側に締結すると中間軸は回転しないため、モータから負のトルクを出力するとエンジン１側の入力軸には回転速度を低下させる方向へのトルクが印加される。入力軸は中間軸回転固定装置５００が締結されている第１の中間軸に接続された状態のため回転しない。よって、モータの全トルクは、モータギア１１２から変速ギア１８を通り出力軸３を増速する方向に伝達される。これにより、車輪が回転しエンジンを始動しなくても車両を発進できる。さらに入力軸に示したクラッチ４００のような動力を伝達／遮断可能な機構を取り付けておくことで、モータによる走行中にクラッチ400を解放（動力を遮断）してエンジンを始動しておくことも可能である。

エンジンが始動していれば中間軸回転固定装置５００を解放してクラッチ４００を締結すれば１−２変速中の状態となるためエンジンでの走行に移行可能である。このクラッチ４００は、摩擦クラッチだけでなくドッグクラッチやリターダでも適用可能である。

変速用動力装置は、モータと遊星歯車機構で構成した実施例をのべたが図１３（ａ）のように摩擦クラッチを用いても実施可能である。直結ギア１０１，１０２とモータギア
１１１，１１２のギア比を全て１：１とすることで次段の変速比に中間軸が到達すれば変速用動力装置の２つの軸の回転速度は必ず０となる。このため、摩擦クラッチで締結することで目標とするギアに変速可能である。当然この場合は磨耗による耐久性の悪化はまぬがれないが、モータを使用するよりも低価格で実現可能である。また、リターダと呼ばれる電気ブレーキに使用される機構をもちいれば磨耗の影響も少なく、電気による滑らかな制御も可能である。リターダは回転速度を０まで制御することはできないため、図１３
（ｂ）に示すように変速用動力装置の入力軸側に増速装置を設けて回転差を必ずもたせるようにすれば達成できる。また、変速用動力装置の両軸は正負の回転速度が入るため、増速装置は回転方向を反転可能にしておく必要がある。そこでドッグクラッチ２３１と正転ギア２０５と反転ギア２０６を図１３（ｂ）のようにリターダ２０３に接続しリターダ制御装置２０４により制御することで実現可能である。

本発明の第１実施形態の構成図を示す。図１を自動車に搭載した形態図を示す。図１の制御系に関する構成図を示す。図１のエンジン始動時のトルク伝達経路図を示す。アップシフトにおける制御システムのフローチャートを示す。アップシフトにおけるトルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況を示す。アップシフトにおけるトルクと回転数のタイムチャートを示す。ダウンシフトにおける制御システムのフローチャートを示す。ダウンシフトにおけるトルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況を示す。ダウンシフトにおけるトルクと回転数のタイムチャートを示す。飛び越し変速におけるトルク伝達経路の変化と噛合いクラッチ動作の状況を示す。本発明の第２実施形態を示す本発明の第３実施形態を示す

符号の説明

１…車両駆動用動力装置、２…変速機、３…出力軸、４…車輪、５…モータ、６…バッテリ、７…インバータ、８…変速制御装置、９…車両駆動用動力制御装置、１０…電子制御スロットル弁、１３…第１中間軸、１４…１速ギア、１５…３速ギア、１６…５速ギア、１７…第２中間軸、１８…２速ギア、１９…４速ギア、２０…後退ギア、２１…１速−３速切替えドッグクラッチ、２２…５速−Ｒ速切替えドッグクラッチ、２３…２速−４速切替えドッグクラッチ、２５…１速−３速切替えアクチュエータ、２６…５速−Ｒ速切替えアクチュエータ、２７…２速−４速切替えアクチュエータ、２９…直結ギア切替えアクチュエータ、３０…モータギア切替えアクチュエータ、３１…遊星歯車機構、３８…インバータ制御装置、３９…高速スイッチング素子、４０…電流センサ、４１…角度検出用位置センサ、１０１…第１中間軸直結ギア、１０２…第２中間軸直結ギア、１０３…直結ギア用ドッグクラッチ、１１１…第１中間軸モータギア、１１２…第２中間軸モータギア、１１３…モータギア用ドッグクラッチ、２００…変速用動力装置、２０１…変速用摩擦クラッチ、２０３…リターダ、２０４…リターダ制御装置、２０５…リターダ正方向増速ギア、２０６…リターダ負方向増速ギア、２３１…リターダ正負切替え用アクチュエータ、３００…入力軸、４００…摩擦クラッチ、５００…中間軸回転固定装置、５０１…中間軸回転固定用ドッグクラッチ、５０２…中間軸回転固定用アクチュエータ。

Claims

車両駆動用動力装置と、
２つの回転軸を持つ変速用動力装置と、
該車両駆動用動力装置に接続された入力軸と、
前記入力軸に設けられ該入力軸と締結／解放可能な２つの入力ギアと、
第１の中間軸と、
前記第１の中間軸に設けられ該入力ギアの１つに噛合う第１の従動ギアと、
第２の中間軸と、
前記第２の中間軸に設けられ該入力ギアの他の１つに噛合う第２の従動ギアと、
該第１の中間軸に設けられ該第１の中間軸と締結／解放可能な第１の変速ギア列と、
該第２の中間軸に設けられ該第２の中間軸と締結／解放可能な第２の変速ギア列と、
前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列に噛合う第３の従動ギア列と、
前記第３の従動ギア列に共通的に接続された出力軸を備えた自動車の駆動装置であって、
前記車両駆動用動力装置に前記変速用動力装置の一方の軸を接続し、他の一方の軸を前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とにギアを介して切り替えられるように接続された自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記変速用動力装置は回転電機と遊星歯車機構で構成される自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記第１または第２のいずれかの変速ギア列のギアを複数同時に締結して前記第１または第２の中間軸の回転を固定し、当該固定した中間軸と前記変速用動力装置を締結して前記変速用動力装置からトルクを出力することにより前記車両駆動用動力装置を始動する自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記変速ギア列をすべて開放した状態で前記第１の中間軸または第２の中間軸と前記入力軸を締結するとともに、締結された前記中間軸と前記変速用動力装置の軸を締結して前記変速用動力装置からトルクを出力することにより前記車両駆動用動力装置を始動する自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記第１の中間軸または第２の中間軸に、回転を固定する機構を設けた自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記車両駆動用動力装置と前記入力軸の間に、動力を伝達／遮断可能な機構を設けた自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記変速用動力装置と前記第１の中間軸または第２の中間軸を接続するギアのギア比が１：１であり、かつ前記変速用動力装置に摩擦クラッチを用いた自動車の駆動装置。
請求項７記載の自動車の駆動装置であって、
前記変速用動力装置と前記第１の中間軸または第２の中間軸を接続するギアのギア比が１：１であり、かつ前記変速用動力装置にリターダを用いた自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアと前記第１の中間軸に接続された入力軸の第１の入力ギアを締結して駆動している際に、
前記変速用動力装置と第２の中間軸の間に設けられたギアと前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結し、
前記モータのトルクを増加することにより、前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアの伝達トルクを前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアに移し替え、
前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアの伝達トルクがほぼゼロになったところで、該第１の変速ギアと前記入力軸の第１の入力ギアを解放し、
前記モータにより出力軸トルクを保持しながら、前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアの回転速度を前記入力軸の回転速度に漸近させ、同期したところで前記入力軸の第２の入力ギアを締結すると共に、
前記モータの発生トルクを０にして前記変速用動力装置と第２の中間軸の間に設けられたギアを解放して変速を行う自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアと前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアを締結して駆動している際に、
前記第２の変速用動力装置と第２の中間軸の間に設けられたギアを締結し、
前記モータのトルクを増加することにより、前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアの伝達トルクを前記変速用動力装置と第２の中間軸の間に設けられたギアに移し替え、
前記入力軸の第２の入力ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで、該入力軸の第２の入力ギアを解放し、
前記モータにより出力軸トルクを保持しながら、前記第１の中間軸に接続された入力軸の第１の入力ギアを締結し、前記第１の中間軸の回転速度を前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアの回転速度に漸近させ、同期したところで前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結すると共に、
前記モータの発生トルクを０にして前記変速用動力装置と第１の中間軸の間に設けられたギアと前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアを解放して変速を行う自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアと前記第１の中間軸に接続された入力軸の第１の入力ギアを締結して駆動している際に、
前記変速用動力装置と第１の中間軸の間に設けられたギアを締結し、
前記モータのトルクを増加することにより、前記入力軸の第１の入力ギアの伝達トルクを前記変速用動力装置と第１の中間軸の間に設けられたギアに移し替え、
前記入力軸の第１の入力ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで、該入力軸の第１の入力ギアを解放し、
前記モータにより出力軸トルクを保持しながら、前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアを締結し、前記第２の中間軸の回転速度を前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアの回転速度に漸近させ、同期したところで前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結すると共に、
前記モータの発生トルクを０にして前記第２の変速用動力装置と第１の中間軸の間に設けられたギアと前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアを解放して変速を行う自動車の駆動装置。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアと前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアを締結して駆動している際に、
前記第２の変速用動力装置と第１の中間軸の間に設けられたギアと前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結し、
前記モータのトルクを増加することにより、前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアの伝達トルクを前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアに移し替え、
前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで、該第２の変速ギアと前記入力軸の第１の入力ギアを解放し、
前記モータにより出力軸トルクを保持しながら、前記第１の中間軸に接続された入力軸の第１の入力ギアの回転速度を前記入力軸の回転速度に漸近させ、同期したところで前記入力軸の第１の入力ギアを締結すると共に、
前記モータの発生トルクを０にして前記変速用動力装置と第１の中間軸の間に設けられたギアを解放して変速を行う自動車の駆動方法。
請求項１記載の自動車の駆動装置であって、
前記変速用動力装置により自動車が駆動される自動車の駆動装置。
車両駆動用動力装置と、２つの回転軸を持つ変速用動力装置と、該車両駆動用動力装置に接続された入力軸と、前記入力軸に設けられ該入力軸と締結／解放可能な２つの入力ギアと、第１の中間軸と、前記第１の中間軸に設けられ該入力ギアの１つに噛合う第１の従動ギアと、第２の中間軸と、前記第２の中間軸に設けられ該入力ギアの他の１つに噛合う第２の従動ギアと、該第１の中間軸に設けられ該第１の中間軸と締結／解放可能な第１の変速ギア列と、該第２の中間軸に設けられ該第２の中間軸と締結／解放可能な第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列に噛合う第３の従動ギア列と、前記第３の従動ギア列に共通的に接続された出力軸を備えた自動車の駆動装置であって、前記車両駆動用動力装置に前記変速用動力装置の一方の軸を接続し、他の一方の軸を前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とにギアを介して切り替えられるように接続された自動車の駆動方法であって、
前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアと前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアを締結して駆動している際に、
前記第２の変速用動力装置と第２の中間軸の間に設けられたギアを締結し、
前記モータのトルクを増加することにより、前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアの伝達トルクを前記変速用動力装置と第２の中間軸の間に設けられたギアに移し替え、
前記入力軸の第２の入力ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで、該入力軸の第２の入力ギアを解放し、
前記モータにより出力軸トルクを保持しながら、前記第１の中間軸に接続された入力軸の第１の入力ギアを締結し、前記第１の中間軸の回転速度を前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアの回転速度に漸近させ、同期したところで前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結すると共に、
前記モータの発生トルクを０にして前記変速用動力装置と第１の中間軸の間に設けられたギアと前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアを解放して変速を行う自動車の駆動方法。
車両駆動用動力装置と、２つの回転軸を持つ変速用動力装置と、該車両駆動用動力装置に接続された入力軸と、前記入力軸に設けられ該入力軸と締結／解放可能な２つの入力ギアと、第１の中間軸と、前記第１の中間軸に設けられ該入力ギアの１つに噛合う第１の従動ギアと、第２の中間軸と、前記第２の中間軸に設けられ該入力ギアの他の１つに噛合う第２の従動ギアと、該第１の中間軸に設けられ該第１の中間軸と締結／解放可能な第１の変速ギア列と、該第２の中間軸に設けられ該第２の中間軸と締結／解放可能な第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および前記第２の変速ギア列に噛合う第３の従動ギア列と、前記第３の従動ギア列に共通的に接続された出力軸を備えた自動車の駆動装置であって、前記車両駆動用動力装置に前記変速用動力装置の一方の軸を接続し、他の一方の軸を前記第１の中間軸と前記第２の中間軸とにギアを介して切り替えられるように接続された自動車の駆動方法であって、
前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアと前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアを締結して駆動している際に、
前記第２の変速用動力装置と第２の中間軸の間に設けられたギアを締結し、
前記モータのトルクを増加することにより、前記第２の中間軸に接続された入力軸の第２の入力ギアの伝達トルクを前記変速用動力装置と第２の中間軸の間に設けられたギアに移し替え、
前記入力軸の第２の入力ギアの伝達トルクがほぼ０になったところで、該入力軸の第２の入力ギアを解放し、
前記モータにより出力軸トルクを保持しながら、前記第１の中間軸に接続された入力軸の第１の入力ギアを締結し、前記第１の中間軸の回転速度を前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアの回転速度に漸近させ、同期したところで前記第１の変速ギア列の中の第１の変速ギアを締結すると共に、
前記モータの発生トルクを０にして前記変速用動力装置と第１の中間軸の間に設けられたギアと前記第２の変速ギア列の中の第１の変速ギアを解放して変速を行う自動車の駆動装置。