特許 7697415 ハイブリッド車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-16

(45)【発行日】2025-06-24

(54)【発明の名称】ハイブリッド車両

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/20 20160101AFI20250617BHJP

   B60K 6/445 20071001ALI20250617BHJP

   B60K 6/30 20071001ALI20250617BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20250617BHJP

   B60K 6/40 20071001ALI20250617BHJP

   B60W 10/02 20060101ALI20250617BHJP

   B60W 20/10 20160101ALI20250617BHJP

【ＦＩ】

B60W20/20

B60K6/445 ZHV

B60K6/30

B60W10/08 900

B60K6/40

B60W10/02 900

B60W20/10

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022103285

(22)【出願日】2022-06-28

(65)【公開番号】P2024003921

(43)【公開日】2024-01-16

【審査請求日】2024-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083998

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 丈夫

(74)【代理人】

【識別番号】100096644

【弁理士】

【氏名又は名称】中本 菊彦

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 悟

(72)【発明者】

【氏名】宮里 佳明

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 陽介

【審査官】結城 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００８／０３０５９０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－３５９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５００９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－３９４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１１２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ ６／２０，

Ｂ６０Ｗ １０／００，２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、前記エンジンの出力軸に連結されたフライホイールと、モータと、前記フライホイールの出力軸に連結された第１回転要素、前記モータに連結された第２回転要素、および駆動輪に連結された第３回転要素の少なくとも三つの回転要素が差動回転する動力分割機構とを備えたハイブリッド車両であって、
前記フライホイールは外歯を有し、
前記外歯に噛み合うロック位置と、前記外歯との噛み合いが解消された解放位置とに移動可能に設けられるとともに、前記外歯に噛み合うことにより前記外歯のトルクに対抗した制動トルクを前記外歯に作用させるロック用ギヤと、
前記ロック用ギヤを前記ロック位置と前記解放位置とに切り替えるアクチュエータとを更に備え、
前記ロック用ギヤを前記ロック位置に移動させて前記外歯に噛み合わせ、前記モータから駆動トルクを出力して走行する第１走行モードと、前記ロック用ギヤを解放位置に移動させて前記外歯との噛み合いを解消した状態で走行する第２走行モードとの少なくとも二つの走行モードを設定可能に構成され、更に、
前記モータを制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記ロック用ギヤを前記解放位置から前記ロック位置に移動させ始めてから予め定められた期間内に前記ロック用ギヤが前記ロック位置まで移動しない場合には、前記フライホイールを回転させるように前記モータからトルクを出力する
ことを特徴とするハイブリッド車両。

【請求項2】

請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
前記ロック用ギヤは、前記フライホイールの回転中心軸線に平行な軸線に沿って前記ロック位置と前記解放位置とに移動するように構成されている
ことを特徴とするハイブリッド車両。

【請求項3】

請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
前記ロック用ギヤに作用するトルクが予め定められた上限トルク未満の場合に、前記ロック用ギヤの回転を禁止し、前記ロック用ギヤに作用するトルクが前記上限トルク以上の場合に、前記ロック用ギヤの回転を許可するトルクリミッタを更に備えている
ことを特徴とするハイブリッド車両。

【請求項4】

請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
前記駆動輪または他の駆動輪にトルク伝達可能に連結された他のモータを更に備え、
前記第１走行モードは、前記モータと前記他のモータとからトルクを出力して走行するモードを含む
ことを特徴とするハイブリッド車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンと、モータとを駆動力源として備えたハイブリッド車両に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、エンジンのトルクを第１モータと駆動輪とに分割して伝達する動力分割機構を備え、その駆動輪に第２モータが連結されたハイブリッド車両が記載されている。このハイブリッド車両は、第１モータのトルクを駆動輪に伝達して走行するために、動力分割機構の入力要素を選択的に固定する係合装置を備えている。その係合装置は、エンジンの出力軸に連結されたフライホイールおよび動力分割機構の入力要素に連結されたダンパ機構のそれぞれに形成された外歯に噛み合う二つの歯車と、それらの歯車を選択的に係合および解放する噛み合いクラッチと、ダンパ機構の外歯に噛み合う歯車が一方側のみに回転することを許容するワンウェイクラッチとを備えている。そして、噛み合いクラッチを解放した状態で第１モータから駆動トルクを出力することにより、ワンウェイクラッチが係合し、第１モータのトルクを駆動輪に伝達するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－０３５５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されたハイブリッド車両は、エンジンから駆動輪にトルクを伝達して走行する場合には、噛み合いクラッチを係合してフライホイールとダンパ機構とを連結する。その場合、エンジンの出力軸からフライホイール、フライホイールの外歯に噛み合う歯車、噛み合いクラッチ、ダンパ機構の外歯に噛み合う歯車、およびダンパ機構の順にトルクが伝達される。それらの噛み合い面には、歯車の滑りなどに応じた機械的な損失が少なからず生じるため、エンジンを駆動した走行時における燃費が悪化する可能性がある。

【0005】

本発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、エンジンのトルクを駆動輪に伝達した走行時における動力損失を低減することができるハイブリッド車両を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記の目的を達成するために、エンジンと、前記エンジンの出力軸に連結されたフライホイールと、モータと、前記フライホイールの出力軸に連結された第１回転要素、前記モータに連結された第２回転要素、および駆動輪に連結された第３回転要素の少なくとも三つの回転要素が差動回転する動力分割機構とを備えたハイブリッド車両であって、前記フライホイールは外歯を有し、前記外歯に噛み合うロック位置と、前記外歯との噛み合いが解消された解放位置とに移動可能に設けられるとともに、前記外歯に噛み合うことにより前記外歯のトルクに対抗した制動トルクを前記外歯に作用させるロック用ギヤと、前記ロック用ギヤを前記ロック位置と前記解放位置とに切り替えるアクチュエータとを更に備え、前記ロック用ギヤを前記ロック位置に移動させて前記外歯に噛み合わせ、前記モータから駆動トルクを出力して走行する第１走行モードと、前記ロック用ギヤを解放位置に移動させて前記外歯との噛み合いを解消した状態で走行する第２走行モードとの少なくとも二つの走行モードを設定可能に構成され、更に、前記モータを制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記ロック用ギヤを前記解放位置から前記ロック位置に移動させ始めてから予め定められた期間内に前記ロック用ギヤが前記ロック位置まで移動しない場合には、前記フライホイールを回転させるように前記モータからトルクを出力することを特徴としている。

【0007】

本発明においては、前記ロック用ギヤは、前記フライホイールの回転中心軸線に平行な軸線に沿って前記ロック位置と前記解放位置とに移動するように構成されていてよい。

【0009】

本発明においては、前記ロック用ギヤに作用するトルクが予め定められた上限トルク未満の場合に、前記ロック用ギヤの回転を禁止し、前記ロック用ギヤに作用するトルクが前記上限トルク以上の場合に、前記ロック用ギヤの回転を許可するトルクリミッタを更に備えていてよい。

【0010】

本発明においては、前記駆動輪または他の駆動輪にトルク伝達可能に連結された他のモータを更に備え、前記第１走行モードは、前記モータと前記他のモータとからトルクを出力して走行するモードを含んでよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、動力分割機構の第１回転要素に連結されたフライホイールに外歯が形成され、その外歯に噛み合うロック位置と、外歯との噛み合いが解消された解放位置とに移動可能にロック用ギヤが設けられている。また、そのロック用ギヤは、外歯に噛み合うことにより外歯のトルクに対抗した制動トルクを外歯に作用させることができるように構成されている。そして、ロック用ギヤとフライホイールの外歯とを噛み合わせることにより、モータから動力分割機構にトルクが入力された場合に、そのトルクを駆動輪に伝達して走行することができる。また、ロック用ギヤとフライホイールの外歯との噛み合いを解消することにより、エンジンから動力分割機構を介して駆動輪にトルクを伝達して走行することができる。そのようにエンジンから動力分割機構を介して駆動輪にトルクを伝達して走行するモードを設定した場合には、ロック用ギヤを連れ回すなどの動力損失が生じることを抑制できる。また、比較的外径の大きいフライホイールに外歯を形成し、その外歯にロック用ギヤを噛み合わせてフライホイールの回転を制限するため、ロック用ギヤに作用する荷重を低減することができ、ロック用ギヤを小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の一例を説明するためのスケルトン図である。

【図2】ブレーキ機構の一例を説明するための斜視図である。

【図3】図２におけるIII-III線に沿う断面図である。

【図4】フライホイールギヤとロック用ギヤとの位置関係を示す模式図であって、（ａ）はフライホイールギヤとロック用ギヤとが噛み合った状態、（ｂ）はフライホイールギヤとロック用ギヤとの噛み合いが解消した状態、（ｃ）はフライホイールギヤとロック用ギヤとが軸線方向で接触した状態を示す図である。

【図5】ＥＣＵの構成を機能ブロックで示す図である。

【図6】ロック用モータおよび第１モータの制御の一例を説明するためのフローチャートである。

【図7】デュアルＥＶ走行モードへの切り替え時に図６に示すフローチャートを実行した場合におけるロック用モータのトルク、ロック用ギヤの位置、第１モータのトルクなどの変化を説明するためのタイムチャートである。

【図8】デュアルＥＶ走行モードから他の走行モードへの切り替え時に図６に示すフローチャートを実行した場合におけるロック用モータのトルク、ロック用ギヤの位置などの変化を説明するためのタイムチャートである。

【図9】ブレーキ機構の他の構成の一例を説明するための模式図であり、（ａ）は解放状態を示し、（ｂ）は係合状態を示した図である。

【図10】ロック用ギヤの構造を説明するための断面図であり、（ａ）は第１モータからフライホイールにトルクが伝達された場合にロック用ギヤに作用する荷重の向きを示し、（ｂ）はエンジンからフライホイールにトルクが伝達された場合にロック用ギヤに作用する荷重の向きを示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明を図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態は本発明を具体化した場合の一例に過ぎないのであって、本発明を限定するものではない。

【0014】

図１は、本発明の実施形態におけるハイブリッド車両（以下、車両と記す。）の一例を示しており、この車両Ｖｅは、エンジン（ＥＮＧ）１と、第１モータ（ＭＧ１）２と、第２モータ（ＭＧ２）３とを駆動力源として備えている。

【0015】

エンジン１は、従来のガソリンエンジンやディーゼルエンジンと同様に構成することができ、供給される空気と燃料との混合気を燃焼することによってトルクを発生するように構成されている。

【0016】

また、各モータ２，３は、従来の電気自動車やハイブリッド車両に設けられた駆動力源としてのモータと同様に、電力が通電されることによって駆動トルクを出力するモータとしての機能に加えて、トルクが入力されて連れ回されることにより電力を発生する発電機としての機能を備えている。具体的には、永久磁石式の同期モータや誘導モータなどによって構成されている。

【0017】

エンジン１の出力軸４には、フライホイール５が連結され、そのフライホイール５にバネダンパ６を介して、後述する動力分割機構７の入力軸８が連結されている。なお、フライホイール５とバネダンパ６との間には、予め定められた制限トルク以上のトルクが作用した場合に、フライホイール５とバネダンパ６とを相対回転させることにより、伝達するトルクを制限トルク未満とするためのトルクリミッタ９が設けられている。

【0018】

入力軸８は、エンジン１の出力軸４と同一直線上に配置され、その先端に機械式のオイルポンプ１０が連結されている。また、入力軸８の軸線方向における中間部分には、動力分割機構７が連結されている。すなわち、入力軸８は、動力分割機構７を貫通している。

【0019】

動力分割機構７は、入力軸８のトルクを第１モータ２と駆動輪１１とに分割するように構成された差動機構であって、図１に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。すなわち、サンギヤ１２と、サンギヤ１２と同心円上に配置されたリングギヤ１３と、サンギヤ１２およびリングギヤ１３に噛み合い、かつ入力軸８の円周方向に並んで配置された複数のピニオンギヤ１４と、各ピニオンギヤ１４を入力軸８の回転中心軸線を中心に公転可能に保持するとともに、各ピニオンギヤ１４を自転可能に保持するキャリヤ１５とによって構成されている。つまり、サンギヤ１２とリングギヤ１３とキャリヤ１５とが差動回転するように構成されている。そして、キャリヤ１５に入力軸８が連結され、サンギヤ１２に第１モータ２が連結されている。なお、第１モータ２が、本発明の実施形態における「モータ」に相当し、キャリヤ１５が、本発明の実施形態における「第１回転要素」に相当し、サンギヤ１２が、本発明の実施形態における「第２回転要素」に相当し、リングギヤ１３が、本発明の実施形態における「第３回転要素」に相当する。

【0020】

リングギヤ１３の外周面には出力ギヤ１６が形成されていて、その出力ギヤ１６にドリブンギヤ１７が噛み合っている。このドリブンギヤ１７は、入力軸８と平行に配置されたカウンタシャフト１８の一方の端部に取り付けられ、カウンタシャフト１８の他方の端部には、カウンタドライブギヤ１９が取り付けられている。そのカウンタドライブギヤ１９には、デファレンシャルギヤユニット２０のリングギヤ２１が噛み合い、デファレンシャルギヤユニット２０に左右の駆動輪１１が連結されている。なお、便宜上、図１には、一方の駆動輪１１のみを示してある。

【0021】

上記のドリブンギヤ１７には、そのドリブンギヤ１７よりも小径のドライブギヤ２２が更に噛み合っていて、そのドライブギヤ２２に第２モータ３が連結されている。すなわち、第２モータ３の出力軸２３の先端にドライブギヤ２２が取り付けられている。つまり、第２モータ３と駆動輪１１とがトルク伝達可能に連結されている。ている。この第２モータ３が、本発明の実施形態における「他のモータ」に相当する。

【0022】

上述したように構成された車両Ｖｅは、エンジン１から動力分割機構７に入力されるトルク（以下、エンジントルクと記す。）に応じた反力トルクを第１モータ２から出力することによって、エンジントルクの一部を駆動輪１１に伝達して走行することができる。すなわち、エンジン１の動力によって車両Ｖｅが走行する場合には、キャリヤ１５が入力要素となり、サンギヤ１２が反力要素となり、リングギヤ１３が出力要素となるように構成されている。その場合、第２モータ３のトルクをドリブンギヤ１７の部分で加えて走行するなどしてもよい。このエンジントルクを駆動輪１１に伝達して走行するモードを、以下の説明では、ＨＶ走行モードと記す。

【0023】

また、図１に示す車両Ｖｅは、エンジン１による混合気の燃焼を停止するとともに、第１モータ２への通電を停止し、第２モータ３から駆動トルクを出力して走行するシングルＥＶ走行モードを設定することもできる。なお、エンジン１のイナーシャが第１モータ２のイナーシャよりも大きいことにより、シングルＥＶ走行モードでは、エンジン１の回転が停止し、車速と動力分割機構７のギヤ比とに応じた回転数で第１モータ２が空転する。

【0024】

さらに、図１に示す車両Ｖｅは、エンジン１による混合気の燃焼を停止するとともに、第１モータ２から駆動トルクを出力して走行するデュアルＥＶ走行モードを設定することができるように構成されている。すなわち、ＨＶ走行モードでは入力要素として機能するキャリヤ１５を、デュアルＥＶ走行モードでは反力要素として機能させ、ＨＶ走行モードでは反力要素として機能するサンギヤ１２を、デュアルＥＶ走行モードでは入力要素として機能させることができるように、フライホイール５の回転を選択的に禁止するブレーキ機構２４が設けられている。なお、デュアルＥＶ走行モードが、本発明の実施形態における「第１走行モード」に相当し、ＨＶ走行モードやシングルＥＶ走行モードが、本発明の実施形態における「第２走行モード」に相当する。

【0025】

具体的には、フライホイール５の外周面に外歯２５が形成され、出力軸４や入力軸８と平行な軸線に沿って移動可能に設けられたロック用ギヤ２６が、外歯２５に噛み合い可能に設けられている。このロック用ギヤ２６は、モータなどのアクチュエータ２７によって軸線方向に移動可能に支持されるとともに、ケースなどの固定部材に保持され、フライホイール５の外歯２５と噛み合うことにより、その外歯２５のトルクに対抗した制動トルクを作用させるように構成されている。なお、以下の説明では、外歯２５をフライホイールギヤ２５と記す。

【0026】

したがって、ロック用ギヤ２６をフライホイールギヤ２５に噛み合わせることによってキャリヤ１５の回転が禁止され、第１モータ２から駆動トルクを出力することにより、第１モータ２の駆動トルクと動力分割機構７のギヤ比とに応じたトルクを駆動輪１１に伝達することができる。なお、第１モータ２から駆動トルクを出力する場合には、通常、第２モータ３の駆動トルクをドリブンギヤ１７の部分で加える。そのため、この走行モードをデュアルＥＶ走行モードと称している。

【0027】

上記のロック用ギヤ２６を軸線方向に移動させるアクチュエータ２７を備えたブレーキ機構２４の一例を説明するための斜視図を図２に示し、図２におけるIII-III線に沿う断面図を図３に示してある。図２および図３に示すブレーキ機構２４は、アクチュエータ２７としてのロック用モータ２７ａと、ロック用モータ２７ａの回転運動を軸線方向の直線運動に変換するためのカム部２８と、ロック用ギヤ２６に作用するトルクの反力を受けてロック用ギヤ２６の回転を禁止するとともに、予め定められた上限トルク以上のトルクがロック用ギヤ２６に作用した場合に、ロック用ギヤ２６の回転を許可するように構成されたトルクリミッタ部２９と、ロック用ギヤ２６を収容する収容部３０とによって構成されている。

【0028】

ロック用モータ２７ａは、図示しないバッテリから直流電流が通電されることによりトルクを発生する直流モータによって構成することができ、カム部２８を収容するカムハウジング３１の側面３１ａに取り付けられている。ロック用モータ２７ａの出力軸３２は、カムハウジング３１の内側まで延出しており、その先端には、ウォームギヤ３３が一体回転可能に取り付けられている。このウォームギヤ３３の先端は、カムハウジング３１の内側に設けられた隔壁部３４によって回転自在に保持されている。

【0029】

カムハウジング３１の下方側には、ウォームギヤ３３の回転中心軸に交差する軸線を中心として回転自在にホイールギヤ３５が設けられ、そのホイールギヤ３５とウォームギヤ３３とが噛み合っている。すなわち、ロック用モータ２７ａから出力されたトルクを増幅してホイールギヤ３５に伝達するとともに、ロック用モータ２７ａの回転数（または回転角）に対して、ホイールギヤ３５の回転数（または回転角）を低回転数とする減速機構を構成している。なお、このブレーキ機構２４は、図２および図３におけるカムハウジング３１の上方部分が、図示しないエンジンボディに当接されて封止されるように構成されているため、図２および図３に示す例では、カムハウジング３１の上方部分が解放している。

【0030】

カムハウジング３１のうちのロック用モータ２７ａが取り付けられた側面３１ａに対向した側面３１ｂには、貫通孔が形成されている。その側面３１ｂには、円筒状のリミッタハウジング３６が、その中空部と貫通孔とが連通するように取り付けられている。

【0031】

リミッタハウジング３６の内部には、摩擦係合部３７が設けられている。この摩擦係合部３７は、ロック用ギヤ２６を支持する支持シャフト３８に摩擦力を作用させることにより、支持シャフト３８に作用するトルクが上限トルクを超えた場合に、支持シャフト３８が相対回転するように構成されている。言い換えると、支持シャフト３８に作用するトルクが上限トルク未満の場合には、支持シャフト３８と一体化され、支持シャフト３８の回転を禁止するように構成されている。

【0032】

この摩擦係合部３７は、例えば、支持シャフト３８の軸線方向に並んで所定の間隔を空けた環状プレートを支持シャフト３８に一体に形成し、その環状プレートと交互に配置された支持プレートをリミッタハウジング３６の内面に一体に形成し、それらのプレートを摩擦接触させることによって支持シャフト３８の回転を禁止するように構成することができる。

【0033】

また、摩擦係合部３７は、支持シャフト３８と一体となって支持シャフト３８の軸線方向に移動可能に構成され、摩擦係合部３７とホイールギヤ３５とがリンクバー３９によって連結されている。具体的には、リンクバー３９の一方の端部が、ホイールギヤ３５の回転中心軸とは半径方向にズレた位置（偏心した位置）に回転自在に連結され、他方の端部が、摩擦係合部３７に取り付けられている。したがって、図２に示す例では、ホイールギヤ３５が反時計回りに回動することによって、摩擦係合部３７が図２における左側に移動するように構成されている。なお、摩擦係合部３７が、上記のようにプレート部材を接触させる構成の場合には、互いに対向するプレート部材の間隔を、支持シャフト３８の予め定められた移動量と同等に形成し、支持シャフト３８と一体化された環状プレートを押圧することにより、環状プレートと支持プレートとの摩擦力が所定の摩擦力となるように構成されている。

【0034】

リミッタハウジング３６におけるカムハウジング３１とは反対側の端部には、収容部３０が連結されている。この収容部３０は、エンジンボディにボルト固定される固定部４０と、ロック用ギヤ２６の一部が外部に露出するように形成された先端部４１とによって構成されている。

【0035】

固定部４０は、略菱形に形成されていて、図２および図３における上下両側に、図示しないボルトが挿入される貫通孔４２が形成されている。また、固定部４０には、リミッタハウジング３６に連通した中空部４３が形成され、その中空部４３にロック用ギヤ２６が収容されている。すなわち、中空部４３の内径は、ロック用ギヤ２６の外径よりも大きく形成され、かつ摩擦係合部３７の先端の一部を収容可能に形成されている。

【0036】

先端部４１は、ロック用ギヤ２６が軸線方向に移動した場合に、ロック用ギヤ２６の一部が外部に露出するように構成されている。具体的には、先端部４１は、円錐状に形成され、その一部に切り欠き部４４が形成されている。そして、切り欠き部４４にフライホイールギヤ２５の一部が挿入されている。すなわち、ロック用ギヤ２６が軸線方向に移動することにより、切り欠き部４４に挿入されたフライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが噛み合うように構成されている。

【0037】

上述したブレーキ機構２４は、フライホイール５の回転を禁止することが要求された場合には、図２における反時計回りにホイールギヤ３５を回動させる。そのようにホイールギヤ３５を回動させることによって、リンクバー３９を介して摩擦係合部３７が図２における左側に押圧され、摩擦係合部３７と一体に支持シャフト３８が軸線方向に移動する。その結果、ロック用ギヤ２６が切り欠き部４４まで移動することにより、ロック用ギヤ２６とフライホイールギヤ２５とが噛み合う。また、上述したようにトルクリミッタ部２９が互いに対向するプレート部材を接触させて支持シャフト３８の回転を禁止する構成の場合には、ロック用ギヤ２６が切り欠き部４４まで移動することにより、プレート部材同士が接触して支持シャフト３８に作用するトルクに対抗した制動トルクを発生させることができる。

【0038】

図４は、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６との位置関係を示す図であって、（ａ）はフライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが噛み合った状態、（ｂ）はフライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６との噛み合いが解消されている状態、（ｃ）はフライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが軸線方向で接触した状態を示している。

【0039】

上述したようにロック用モータ２７ａを作動させることによって、ロック用ギヤ２６が軸線方向に移動することにより、図４（ａ）や図４（ｂ）に示すようにフライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが噛み合い、またその噛み合いが解消される。一方、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが噛み合っていない状態から、ロック用ギヤ２６をフライホイールギヤ２５に噛み合わせるために移動させた場合に、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６との位相が一致していると、図４（ｃ）に示すようにフライホイールギヤ２５の側面にロック用ギヤ２６が接触する。そのような場合には、図４（ｃ）に矢印で示すようにフライホイール５にトルクを作用させて、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とを相対回転させることにより、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とを噛み合わせる。

【0040】

具体的には、第１モータ２からトルクを出力することにより、動力分割機構７を介してフライホイール５にトルクを作用させる。その結果、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが相対回転することにより、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とを噛み合わせることができる。なお、上記のように第１モータ２からトルクを出力した場合には、そのトルクの一部は、駆動輪１１に作用することになるため、車両Ｖｅを駆動させる方向、すなわち、ドライブレンジの場合には、車両Ｖｅを前進走行させる方向であり、リバースレンジの場合には、車両Ｖｅを後進走行させる方向に、トルクを出力することが好ましい。そのように走行レンジに併せて第１モータ２から出力するトルクの向きを定めることによって、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが噛み合うと同時に、車両Ｖｅを意図した方向に駆動させることができ、またその制御を簡素化することができる。

【0041】

本発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、上記のようにロック用モータ２７ａおよび第１モータ２を制御するための電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す。）４５を備えている。このＥＣＵ４５は、従来のＥＣＵと同様に、マイクロコンピュータを主体に構成されている。すなわち、ＥＣＵ４５は、車両Ｖｅに設けられた種々のセンサから信号が入力され、その信号と予め記憶されている演算式やマップなどとに基づいて、ロック用モータ２７ａや第１モータ２に信号を出力するように構成されている。なお、ＥＣＵ４５が、本発明の実施形態における「コントローラ」に相当する。

【0042】

図５は、ＥＣＵ４５の構成を機能的に示すブロック図である。図５に示す例では、ＥＣＵ４５には、車速、要求駆動力、図示しない蓄電装置の充電残量（ＳＯＣ）、蓄電装置の温度、ロック用ギヤ２６の位置などの信号が入力されるように構成されている。なお、従来の車両と同様に車速センサによって車速を検出することができ、アクセル開度センサなどによって要求駆動力を検出することができる。また、蓄電装置は、第１モータ２や第２モータ３に電気的に接続された、いわゆるハイブリッドバッテリであって、充電残量は、蓄電装置の出力電圧に基づいて検出することができる。さらに、蓄電装置の温度は、サーミスタなどによって検出することができる。またさらに、ロック用ギヤ２６の位置は、ロック用モータ２７ａの回転角や、ホイールギヤ３５の回転角に基づいて検出してもよく、直接ロック用ギヤ２６の移動量を検出してもよい。

【0043】

このＥＣＵ４５は、走行モード設定部４６、ギヤ位置判定部４７、ロック用モータ制御部４８、ＭＧ１トルク制御部４９によって構成されている。走行モード設定部４６は、車速、要求駆動力、ＳＯＣ、蓄電装置の温度などに基づいて走行モードを設定するように構成されている。具体的に例を挙げるとすれば、ＳＯＣが所定値以上であり、かつ蓄電装置の温度が所定温度未満の場合には、シングルＥＶ走行モードとデュアルＥＶ走行モードとのいずれかの走行モードを設定するように構成され、さらに、そのような場合には、低車速でかつ要求駆動力が低い走行時にシングルＥＶ走行モードを設定し、高車速または要求駆動力が高い走行時にデュアルＥＶ走行モードを設定するように構成されている。

【0044】

ギヤ位置判定部４７は、ロック用ギヤ２６の位置を判定するものであって、ＥＣＵ４５に入力されるロック用ギヤ２６の位置に相当するデータを検出するセンサ、例えば、ロック用モータ２７ａあるいはホイールギヤ３５の回転角や、ロック用ギヤ２６の移動量を検出する信号に基づいて、ロック用ギヤ２６の位置を判定するように構成されている。すなわち、ロック用ギヤ２６の位置が、フライホイールギヤ２５と噛み合うロック位置であるか、フライホイールギヤ２５との噛み合いが解消された解放位置であるかを判定するように構成されている。

【0045】

ロック用モータ制御部４８は、走行モード設定部４６によって設定された走行モードに対応する位置にロック用ギヤ２６を移動させるように構成されている。すなわち、走行モード設定部４６によってデュアルＥＶ走行モードが設定され、かつギヤ位置判定部４７によってロック用ギヤ２６の位置が解放位置であることが判定された場合には、ロック用ギヤ２６をロック位置に移動させる方向の電力をロック用モータ２７ａに通電するように構成されている。同様に、走行モード設定部４６によってデュアルＥＶ走行モード以外の走行モードが設定され、かつギヤ位置判定部４７によってロック用ギヤ２６の位置がロック位置であることが判定された場合には、ロック用ギヤ２６を解放位置に移動させる方向の電力をロック用モータ２７ａに通電するように構成されている。

【0046】

ＭＧ１トルク制御部４９は、上述したようにフライホイールギヤ２５にロック用ギヤ２６が接触することにより、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが噛み合うことができない場合に、第１モータ２に通電する信号を出力するように構成されている。

【0047】

図６は、上記ＥＣＵ４５によって実行される制御の一例を説明するためのフローチャートであり、まず、デュアルＥＶ走行モードへの切り替えが判定されたか否かを判断する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、上記の走行モード設定部４６によって設定される走行モードが、デュアルＥＶ走行モード以外の走行モードからデュアルＥＶ走行モードに切り替わったか否かに基づいて判断することができる。

【0048】

デュアルＥＶ走行モードへの切り替えが判定されたことによりステップＳ１で肯定的に判断された場合は、ロック用ギヤ２６の位置がロック位置であるか否かを判断する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、上記のギヤ位置判定部４７によって判定されたロック用ギヤ２６の位置に基づいて判断することができる。

【0049】

ロック用ギヤ２６の位置がロック位置であることによりステップＳ２で肯定的に判断された場合は、ロック用モータ２７ａを停止する要求と、ロック用ギヤ２６とフライホイールギヤ２５とを噛み合わせるための第１モータ２の駆動を停止する要求とを出力して（ステップＳ３）、このルーチンを一旦終了する。すなわち、直前に実行されたルーチンによってロック用モータ２７ａに通電し、またはロック用ギヤ２６とフライホイールギヤ２５とを噛み合わせるためのトルクを第１モータ２から出力していた場合には、ロック用モータ２７ａへの通電を停止し、または第１モータ２への通電を停止する。

【0050】

それとは反対に、ロック用ギヤ２６の位置がロック位置でないことによりステップＳ２で否定的に判断された場合は、ロック用モータ２７ａを駆動する要求（ロック側）を出力する（ステップＳ４）。すなわち、図２および図３に示す例であれば、ホイールギヤ３５を反時計回りに回動させる方向のトルクをロック用モータ２７ａから出力するように通電を開始する。

【0051】

ついで、ロック用ギヤ２６の位置がロック位置でない期間が所定期間以上継続しているか否かを判断する（ステップＳ５）。このステップＳ５は、フライホイールギヤ２５の側面と、ロック用ギヤ２６とが接触することにより、ロック用ギヤ２６がロック位置まで移動できないか否かを判断するためのステップである。したがって、ステップＳ５では、ロック用モータ２７ａに通電し始めてから、ロック用ギヤ２６がロック位置に到達するために要する時間を、ブレーキ機構２４の摺動抵抗などを考慮して予め定めておき、ステップＳ４を実行し始めてからのカウントされた時間が、上記の時間を超過したか否かを判断する。

【0052】

ロック用ギヤ２６の位置がロック位置でない期間が所定期間以上継続していることによりステップＳ５で肯定的に判断された場合は、フライホイールギヤ２５の側面にロック用ギヤ２６が接触していることが想定される。そのため、上述したようにＭＧ１トルク制御部４９によって、第１モータ２を駆動する要求を出力して（ステップＳ６）、このルーチンを一旦終了する。それとは反対に、ロック用ギヤ２６の位置がロック位置でない期間が所定期間未満であることによりステップＳ５で否定的に判断された場合は、そのままこのルーチンを一旦終了する。

【0053】

一方、デュアルＥＶ走行モードから他の走行モードへの切り替え判定時などであって、デュアルＥＶ走行モードへの切り替えが判定されていないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合は、ロック用ギヤ２６の位置がロック位置であるか否かを判断する（ステップＳ７）。このステップＳ７は、ステップＳ２と同様に判断することができる。

【0054】

ロック用ギヤ２６の位置がロック位置であることによりステップＳ７で肯定的に判断された場合は、ロック用モータ２７ａを駆動する要求（解放側）を出力して（ステップＳ８）、このルーチンを一旦終了する。すなわち、図２および図３に示す例であれば、ホイールギヤ３５を時計回りに回動させる方向のトルクをロック用モータ２７ａから出力するように通電を開始する。

【0055】

それとは反対に、ロック用ギヤ２６の位置がロック位置でないことによりステップＳ７で否定的に判断された場合は、ロック用モータ２７ａを停止する要求を出力して（ステップＳ９）、このルーチンを一旦終了する。

【0056】

デュアルＥＶ走行モードへの切り替える時に図６に示すフローチャートを実行した場合におけるロック用モータ２７ａのトルク、ロック用ギヤ２６の位置、第１モータ２のトルクなどの変化を説明するためのタイムチャートを図７に示してある。

【0057】

図７に示す例では、ｔ０時点でデュアルＥＶ走行モード以外の走行モードが設定されていることにより、ロック用ギヤ２６の位置が解放位置にある。ｔ１時点でデュアルＥＶ走行モードへの切り替えが判定されている。ｔ１時点では、ロック用ギヤ２６の位置が解放位置であるため、図６におけるステップＳ２で否定的に判断される。したがって、ロック用モータ２７ａの駆動要求が出力される。すなわち、ロック用モータ２７ａの駆動要求フラグがオンに切り替わり、その結果、ロック用モータ２７ａのトルクが次第に増加している。

【0058】

ロック用モータ２７ａが駆動することによってロック用ギヤ２６がロック位置側に向けて移動を開始するとともに、ロック位置でない期間のカウントが開始される。なお、ｔ１時点では、そのカウントが閾値（所定期間）未満であるため、図６におけるステップＳ５で否定的に判断される。したがって、ｔ１時点では、ロック用ギヤ２６とフライホイールギヤ２５とを噛み合わせるための第１モータ２の駆動要求を示すフラグ（ＭＧ１駆動要求フラグ）がオフとなっており、ここでは、第１モータ２が停止している。なお、他の制御などにより第１モータ２を駆動する要求がある場合には、その要求に応じたトルクを第１モータ２から出力してもよい。

【0059】

図７では、フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが接触することにより、ロック用ギヤ２６をロック位置に移動させることができない例を示してある。したがって、図７では、ｔ２時点でフライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが接触することにより、ｔ２時点以降では、ロック用ギヤ２６の位置が所定位置に維持されている。

【0060】

フライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６とが接触した状態が解消することなく、ロック用ギヤ２６がロック位置に移動できない期間が所定期間経過すると（ｔ３時点）、図６におけるステップＳ５で肯定的に判断される。したがって、ｔ３時点でＭＧ１駆動要求フラグがオンに切り替わり、第１モータ２からトルクを出力している。その結果、ｔ４時点で、フライホイール５が回転することによりフライホイールギヤ２５とロック用ギヤ２６との位相がズレてロック用ギヤ２６が更にロック側に移動し始めている。なお、図７に示す例では、第１モータ２をエンジン１とは反対方向に回転させる方向のトルク（すなわち、車両Ｖｅを前進させる方向の駆動トルク）が出力されている。

【0061】

そして、ロック用ギヤ２６がロック位置まで移動したことによって（ｔ５時点）、ロック用モータ２７ａの駆動要求フラグがオフに切り替わる。そのため、ロック用モータ２７ａの通電が停止されて、ロック用モータ２７ａのトルクが０トルクまで低下している。同様に、ＭＧ１駆動要求フラグがオフに切り替わることにより、第１モータ２のトルクが０トルクに制御されている。

【0062】

デュアルＥＶ走行モードから他の走行モードへの切り替え時に図６に示すフローチャートを実行した場合におけるロック用モータ２７ａのトルク、ロック用ギヤ２６の位置などの変化を説明するためのタイムチャートを図８に示してある。

【0063】

図８に示す例では、ｔ１０時点でデュアルＥＶ走行モードが設定されていることにより、ロック用ギヤ２６の位置がロック位置にある。ｔ１１時点でデュアルＥＶ走行モード以外の走行モードが選択されることにより、図６におけるステップＳ８が実行される。したがって、ロック用モータ２７ａの駆動要求が出力される。すなわち、ロック用モータ２７ａの駆動要求フラグがオンに切り替わり、その結果、ロック用モータ２７ａのトルクが次第に増加している。

【0064】

ロック用モータ２７ａが駆動することによってロック用ギヤ２６が解放位置側に向けて移動を開始し、ｔ１２時点で、ロック用ギヤ２６が解放位置に到達している。そのため、ｔ１２時点で、ロック用モータ２７ａの通電が停止されて、ロック用モータ２７ａのトルクが０トルクまで低下している。

【0065】

上述したようにロック用ギヤ２６をロック位置と解放位置とに切り替えるように構成することにより、ロック用ギヤ２６を解放位置に切り替えた状態での走行モード、具体的には、ＨＶ走行モードやシングルＥＶ走行モードでの走行時に、ロック用ギヤ２６を連れ回すなどの動力損失が生じることを抑制できる。

【0066】

また、比較的外径の大きいフライホイール５に外歯２５を形成し、その外歯２５にロック用ギヤ２６を噛み合わせてフライホイール５の回転を制限するため、ロック用ギヤ２６に作用する荷重を低減することができる。そのため、ロック用ギヤ２６を小型化することができる。

【0067】

さらに、フライホイール５の回転中心軸線に平行な軸線方向にロック用ギヤ２６を移動可能に構成することによって、そのロック用ギヤ２６を移動させるためのアクチュエータ２７をエンジン１の外面に取り付けることができ、アクチュエータ２７の搭載性を向上させることができる。

【0068】

なお、本発明の実施形態におけるアクチュエータは、上記のロック用モータ２７ａに限らず、例えば、ソレノイドを使用したアクチュエータであってもよい。ソレノイドを使用したブレーキ機構２４の一例を図９に模式的に示してある。図９に示すブレーキ機構２４は、図２に示すブレーキ機構２４と同様に、フライホイールギヤ２５に噛み合うロック位置と、その噛み合いが解消された解放位置とに移動可能にロック用ギヤ５０が設けられている。

【0069】

このロック用ギヤ５０は、円筒状に形成されていて、その内面にスプライン歯が形成されている。そのロック用ギヤ５０には、支持シャフト５１が挿入されている。この支持シャフト５１は、ケースなどの固定部材５２に連結されており、その先端にスプライン歯が形成されている。すなわち、ロック用ギヤ５０と支持シャフト５１とは、スプライン係合している。

【0070】

このロック用ギヤ５０を軸線方向に押圧するようにフォーク５３が連結されている。すなわち、ロック用ギヤ５０の外周面に環状の溝を形成し、その溝にフォーク５３の一方の端部が係合するように構成されている。

【0071】

このフォーク５３は、支持シャフト５１の中心軸線に交差する方向に延出し、その中央部分が固定部材５２に回転可能に保持されている。フォーク５３の他方の端部には、磁性体によって構成されたプランジャ５４が取り付けられている。すなわち、プランジャ５４が前後動することによって、フォーク５３が回動し、それに伴ってロック用ギヤ５０が前後動するように構成されている。

【0072】

このプランジャ５４は、アクチュエータ２７として機能するソレノイド２７ｂに貫通して配置され、かつ軸線方向に移動可能に設けられている。すなわち、ソレノイド２７ｂに通電することにより、プランジャ５４がフォーク５３の他方の端部を一方側に押圧するように構成されている。さらに、ソレノイド２７ｂに通電することによってプランジャ５４に作用する電磁力とは反対方向の荷重をプランジャ５４に作用させるようにリターンスプリングなどの図示しない反力機構が設けられている。

【0073】

上記のように構成されたブレーキ機構２４は、ソレノイド２７ｂに通電していない場合には、反力機構からプランジャ５４が荷重を受けることにより、図９（ａ）に示すようにプランジャ５４が左側に移動し、それに伴って、ロック用ギヤ５０がフライホイールギヤ２５から離隔する方向（すなわち、解放位置側）に移動する。一方、ソレノイド２７ｂに通電している場合には、その電力に応じた電磁力がプランジャ５４に作用する。したがって、反力機構からプランジャ５４が受ける荷重以上の電磁力がプランジャ５４に作用することによって、プランジャ５４が図９（ｂ）に示すように右側に移動し、それに伴って、ロック用ギヤ５０がフライホイールギヤ２５に噛み合う。すなわち、ロック用ギヤ５０がロック位置に移動する。

【0074】

そのようにロック用ギヤ５０とフライホイールギヤ２５とが噛み合った状態で、第１モータ２から駆動トルクを出力することによって車両Ｖｅを走行させることができる。一方、ロック用ギヤ５０とフライホイールギヤ２５とが噛み合った状態を維持するためにソレノイド２７ｂに通電し続けると、車両Ｖｅの電力消費量が増加する。そのため、車両Ｖｅを前進走行させる方向に第１モータ２から駆動トルクを出力し、そのトルクがフライホイール５に作用した場合に、ソレノイド２７ｂに通電することなく、ロック用ギヤ５０とフライホイールギヤ２５との噛み合い状態を維持できるように構成されている。

【0075】

具体的には、ロック用ギヤ５０と支持シャフト５１とのそれぞれのスプライン歯が、支持シャフト５１の軸線方向に対して所定角度捩れて形成されている。すなわち、図１０（ａ）に示すようにフライホイール５にトルクが作用し、ロック用ギヤ５０と支持シャフト５１とのスプライン歯が接触した場合に、ロック用ギヤ５０に形成されたスプライン歯が、支持シャフト５１に形成されたスプライン歯から受ける反力荷重のうちのロック用ギヤ５０の軸線方向の成分が、ロック用ギヤ５０とフライホイールギヤ２５との噛み合い状態を維持する方向（図１０における左側）となるように構成されている。したがって、ソレノイド２７ｂに通電することなく、ロック用ギヤ５０をロック位置に維持することができる。

【0076】

また、エンジン１からトルクを出力した場合には、図１０（ｂ）に示すようにフライホイール５には、デュアルＥＶ走行モード時にフライホイール５に作用するトルクの向きとは反対方向のトルクが作用する。したがって、デュアルＥＶ走行モードからＨＶ走行モードに切り替える場合には、ロック用ギヤ５０とフライホイールギヤ２５との噛み合いが解消することを待つことなく、エンジン１を駆動させることができる。すなわち、デュアル走行モードからＨＶ走行モードへの切り替えを迅速に行うことができる。

【0077】

なお、図１０に示す例では、ロック用ギヤ５０に作用するトルクによって、ロック用ギヤ５０とフライホイールギヤ２５との噛み合い状態を維持するように構成しているものの、他の保持機構などを設けてロック用ギヤ５０とフライホイールギヤ２５との噛み合いを維持するように構成してもよい。

【0078】

本発明の実施形態における動力分割機構は、図１に示すシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されたものに限らず、ダブルピニオン型の遊星歯車機構などの他の差動機構であってもよく、また複数の遊星歯車機構を連結した複合遊星歯車機構によって構成されたもの、すなわち、差動回転する回転要素が四つ以上の差動機構であってもよい。また、第２モータ３は、エンジン１や第１モータ２からトルクが伝達される駆動輪１１に連結されたものに限らず、他の駆動輪に連結されていてもよい。

【符号の説明】

【0079】

１ エンジン
２，３ モータ
４，２３，３２ 出力軸
５ フライホイール
７ 動力分割機構
８ 入力軸
１１ 駆動輪
１２ サンギヤ
１３，２１ リングギヤ
１４ ピニオンギヤ
１５ キャリヤ
２４ ブレーキ機構
２５ フライホイールギヤ（外歯）
２６，５０ ロック用ギヤ
２７ アクチュエータ
２７ａ ロック用モータ
２７ｂ ソレノイド
２９ トルクリミッタ部
４５ 電子制御装置（ＥＣＵ）
Ｖｅ 車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】