JP2003018708A

JP2003018708A - パラレルハイブリッド電気自動車

Info

Publication number: JP2003018708A
Application number: JP2001198302A
Authority: JP
Inventors: Masaki Asano; 浅野雅樹
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【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。

Description

【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、３
Ａ，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、１６
Ａ，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１６
Ｂとから成っている。そして、ロータ１６Ａとロータ１
６Ｂ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１
７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１
２（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３
Ａ，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８−３３１
１７号公報，特開平１０−３２７５０４号公報，特開２
０００−２９５７０８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２
３、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１
２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１
Ａ，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Ｅ_Mと白地部分と
は、そのことを表している。即ち、斜線部分Ｅ_M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Ｅ_G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ｔ ₄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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパラレルハイブリッド電気自動車を
示す図

【図２】本発明の前輪への駆動力伝達部分を示す図

【図３】第１の従来例を示す図

【図４】第２の従来例を示す図

【図５】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

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ…前輪、２Ａ，２Ｂ…後輪、３Ａ，３Ｂ…フ
ロントアクスル、４…リアアクスル、５…エンジン、６
…クラッチ、７…トランスミッション、８…プロペラシ
ャフト、９…差動装置、１０…バッテリ、１１…インバ
ータ、１２…モータ、１２Ａ…第１モータ、１２Ｂ…第
２モータ、１３…減速機部、１４…ファイナルドライブ
装置、１５Ａ，１５Ｂ…ステータ、１６Ａ，１６Ｂ…ロ
ータ、１７…クラッチ、１８…動力結合部、１９…エン
ジン出力軸、２０…動力伝達部、２１…モータ出力軸、
２２，２３…歯車、２４…減速軸、２５…シフトフォー
ク、２６…アクチュエータ、２７…シンクロメッシュ機
構、２８…ファイナルドライブピニオン、２９…クラウ
ンギア、３０…差動装置

フロントページの続きＦターム(参考） 3D039 AA01 AA02 AA03 AA04 AA05 AB27 AC04 AC21 AC24 AC32 AD02 AD11 5H115 PA11 PC06 PG04 PI16 PI29 PU08 PU19 PU22 PU25 PV09 SE04 SE08 SE09

Claims

【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。