JP2006183760A - ハイブリッド自動車の変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 要求駆動力が大きくなっても電動機への要求出力を小さく抑えることで、大排気量エンジンの搭載を可能にすることができるハイブリッド自動車の変速機を提供すること。
【解決手段】 車両を駆動するための動力源として内燃機関Ｅと電動機MGを有し、この内燃機関Ｅと電動機MGの回転を増幅もしくは減速する変速機を備えたハイブリッド自動車において、前記変速機は、２入力（In1,In2）／１出力(Out)であり、１つの出力回転数に対し５以上の異なる入力回転数を設定可能とした。前記変速機は、第１ラビニョ型遊星歯車PG1と、摩擦締結要素としての第１ブレーキB1と、第２ブレーキB2と、第１クラッチCL1と、により構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両を駆動するための動力源として内燃機関と電動機を有し、この内燃機関と電動機の回転を増幅もしくは減速する変速機を備えたハイブリッド自動車の変速機に関する。

従来、ハイブリッドシステムとして、エンジンの出力を遊星歯車にて制御用電動機出力と走行分出力に分配して、前記制御用電動機が発電した電力を使って駆動用電動機がトルクを出し、上記遊星歯車の出力トルクと合成して出力軸に出力することで無段変速を可能とするシステムを搭載した自動車（登録商標名「プリウス」）が実用化されている。

しかし、大排気量エンジンを搭載した車両に上記ハイブリッドシステムを適用すると、要求車両駆動力が大きくなるため、電動機要求駆動力も大きくなってしまう。そこで、電動機に対する要求トルク・出力を下げる案が提案されている。提案されたハイブリッド自動車は、変速機を、内燃機関の出力のみを変速する位置、電動機の出力のみを変速する位置、内燃機関と電動機の出力を同時に変速する位置、にそれぞれ配置している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２７６８１号公報

しかしながら、従来のハイブリッド自動車の変速機のうち、内燃機関の出力のみを変速するタイプと、内燃機関と電動機の出力を同時に変速するタイプは、内燃機関トルクの増幅比よりも電動機トルクを大きく増幅させたい場合、別途、電動機トルクを増幅するためのギヤ機構が必要である。また、内燃機関の出力のみを変速するタイプは、電動機に対する要求トルクが大きくなるか、もしくは、減速比が大きくなり、減速比が大きくなると大減速比を達成するギヤ機構が大型化し、レイアウト性が悪化する、という問題がある。

また、ギヤ機構を大きくすること無く減速比を大きくするためにラビニョ型遊星歯車を使う構成が、特開２００４−６６８９８号公報に提案されている。しかし、提案された変速機は、１入力／１出力であり、内燃機関と電動機の増幅比を変えるには、別途、減速機を追加する必要がある、という問題が残る。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、要求駆動力が大きくなっても電動機への要求出力を小さく抑えることで、大排気量エンジンの搭載を可能にすることができるハイブリッド自動車の変速機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、車両を駆動するための動力源として内燃機関と電動機を有し、この内燃機関と電動機の回転を増幅もしくは減速する変速機を備えたハイブリッド自動車において、
前記変速機は、２入力／１出力であり、１つの出力回転数に対し５以上の異なる入力回転数を設定可能としたことを特徴とする。

よって、本発明のハイブリッド自動車の変速機にあっては、内燃機関と電動機を異なる変速比で増減速可能となり、例えば、内燃機関に対して電動機の減速比を大きくすることで電動機への要求トルクを小さくできる。また、内燃機関も減速させることができるというように、内燃機関駆動力と電動機駆動力との和により要求駆動力を達成する際の設定自由度が大幅に増す。したがって、要求駆動力が大きくなっても電動機への要求出力を小さく抑えることで、大排気量エンジンの搭載を可能にすることができる。

以下、本発明のハイブリッド自動車の変速機を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例４に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１のハイブリッド自動車の変速機を示すスケルトン図である。
実施例１のハイブリッド自動車は、車両を駆動するための動力源として内燃機関Ｅと電動機MGを有し、この内燃機関Ｅと電動機MGの回転を増幅もしくは減速する変速機を備えている。

前記変速機は、２入力（In1,In2）／１出力(Out)であり、１つの出力回転数に対し５以上の異なる入力回転数を設定可能としている。

前記変速機は、第１ラビニョ型遊星歯車PG1（ラビニョ型遊星歯車）と、第１ブレーキB1（摩擦締結要素）と、第２ブレーキB2（摩擦締結要素）と、第１クラッチCL1（摩擦締結要素）と、により構成している。

前記第１ラビニョ型遊星歯車PG1は、第１サンギヤS1と、第１リングギヤR1と、１つのロングピニオンLPにそれぞれ噛み合う第１ショートピニオンSP1と第２ショートピニオンSP2とを支持する共通キャリアＣと、第２リングギヤR2と、第２サンギヤS2と、の５つの回転要素を有する。

前記変速機は、前記第１サンギヤS1を電動機MGに連結し、前記第１リングギヤR1を内燃機関Ｅに連結し、前記共通キャリアＣを出力軸OS（出力部材）に連結すると共に第１クラッチCL1を介して内燃機関Ｅに連結し、前記第２リングギヤR2を第１ブレーキB1を介して変速機ケースTCに連結し、第２サンギヤS2を第２ブレーキB2を介して変速機ケースTCに連結して構成している。

上記連結関係により、図２の最上段に示すように、ダブルピニオン型遊星歯車を構成する遊星１において、共線図の横軸には各回転要素がS1−R1−Ｃの順に配列され、図２の最下段に示すように、ダブルピニオン型遊星歯車を構成する遊星２において、共線図の横軸には各回転要素がＣ−R2−S2の順に配列され、図２の中段に示すように、シングルピニオン型遊星歯車を構成する遊星１，２のクロス方向において、共線図の横軸には各回転要素がR1−Ｃ−S2の順に配列される。ちなみに、ダブルピニオン型遊星歯車は、Ｓ−Ｒ−ＣまたはＣ−Ｒ−Ｓという配列を示し、シングルピニオン型遊星歯車は、Ｓ−Ｃ−ＲまたはＲ−Ｃ−Ｓという配列を示す。

そして、第１リングギヤR1と共通キャリアＣと第２サンギヤS2とは、共線図上の横軸において同じ位置になることで、変速機の５つの回転要素は、図２に示すように、S1（第２入力回転数In2）−R1（第１入力回転数In1）−Ｃ（出力回転数Out）−R2−S2の順に配列される。これにより、第１ラビニョウ型遊星歯車列PGR1の動的な動作を１つの剛体レバーにより簡易的に表せる剛体レバーモデルを導入することができる。ここで、「共線図」とは、差動歯車のギヤ比や要素回転数を考える場合、式により求める方法に代え、より簡単で分かりやすい作図により求める方法で用いられる速度線図であり、縦軸に各回転要素の回転数（回転速度）をとり、横軸に各回転要素をとり、各回転要素の間隔をサンギヤとリングギヤの歯数比に基づき、共線図レバー比になるように配置したものである（図３参照）。

実施例１の変速機は、前記第１ブレーキB1を締結し他の締結要素を解放する１速（図３(a1)）と、前記第２ブレーキB2を締結し他の締結要素を解放する２速（図３(a2)）と、前記第１クラッチCL1を締結し他の締結要素を解放する３速（図３(a3)）と、を切り替える２入力／１出力変速パターン（図３(a)）により、１つの出力回転数Outに対し５つの異なる入力回転数In1,In2を発生可能である。

次に、作用を説明する。
［背景技術］
従来、ハイブリッドシステムとして、エンジンの出力を遊星歯車にて制御用電動機出力と走行分出力に分配して、前記制御用電動機が発電した電力を使って駆動用電動機がトルクを出し、上記遊星歯車の出力トルクと合成して出力軸に出力することで無段変速を可能とするシステムを搭載した自動車（登録商標名「プリウス」）が実用化されている。

しかし、大排気量エンジンを搭載した車両に上記ハイブリッドシステムを適用すると、要求車両駆動力が大きくなるため、電動機要求駆動力も大きくなってしまう。すなわち、実用化されているハイブリッドシステムでは、遊星歯車にて出力回転に対するエンジン回転をハイギヤ相当に固定することで、エンジン効率の良い点でエンジンを動作させているので、電動機に対する要求トルク・出力も増大することになる。したがって、図４に示すように、電動機要求駆動力が大きくなると、電動機トルクを大きくするか、変速機を配置してその変速比を大きくする必要がある。車速が下がるにつれ車両要求駆動力も大きくなる。

そこで、電動機に対する要求トルク・出力を下げる変速機を用いた案が特開２００３−１２７６８１号公報で提案されている。しかし、内燃機関の出力のみを変速するタイプと、内燃機関と電動機の出力を同時に変速するタイプの変速機は、内燃機関トルクの増幅比よりも電動機トルクを大きく増幅させたい場合、別途、電動機トルクを増幅するためのギヤ機構が必要である。また、内燃機関の出力のみを変速するタイプの変速機は、電動機に対する要求トルクが大きくなるか、もしくは、減速比が大きくなり、減速比が大きくなると大減速比を達成するギヤ機構が大型化し、レイアウト性が悪化する。

また、ギヤ機構を大きくすること無く減速比を大きくするためにラビニョ型遊星歯車を使う構成が、特開２００４−６６８９８号公報に提案されている。しかし、提案された変速機は、１入力／１出力であり、内燃機関と電動機の増幅比を変えるには、別途、減速機を追加する必要がある。

［車両要求駆動力の分配作用］
実施例１のハイブリッド自動車の変速機は、車両要求駆動力が大きくなっても電動機MGへの要求出力を小さく抑えることで、内燃機関Ｅとして大排気量エンジンの搭載を可能にすることを目的とし、２入力（In1,In2）／１出力(Out)であり、１つの出力回転数に対し５以上の異なる入力回転数を設定可能としたものである。

すなわち、第１ブレーキB1を締結し第２ブレーキB2と第１クラッチCL1とを解放する１速を選択した場合には、図３(a1)に示すように、１つの出力回転に対して、出力回転数Out<第１入力回転数In1<第２入力回転数In2の関係となる。この時には、入力回転数In1,In2に対する出力回転数Outの差が最大、つまり、ギヤ比が最大となる最ローとなる。

また、第２ブレーキB2を締結し第１ブレーキB1と第１クラッチCL1とを解放する２速を選択した場合、図３(a2)に示すように、回転数の関係は１速選択時と同様に、出力回転数Out<第１入力回転数In1<第２入力回転数In2の関係となる。しかし、この２速選択時、出力回転数Outが１速選択時と同じであるとすると、第１入力回転数In1と第２入力回転数In2は１速選択時より低回転数となる。

さらに、第１クラッチCL1を締結し第１ブレーキB1と第２ブレーキB2を解放する３速を選択した場合には、図３(a3)に示すように、回転数の関係は、出力回転数Out＝第１入力回転数In1＝第２入力回転数In2の関係となり、ギヤ比が１となる。そして、この３速選択時、出力回転数Outが１，２速選択時と同じであるとすると、第１入力回転数In1と第２入力回転数In2は１，２速選択時より低回転数となる。

この１速と２速と３速の選択により、１つの同じ出力回転数Outに対し、１速時における２つの入力回転数In1(1),In2(1)と、２速時における２つの入力回転数In1(2),In2(2)と、３速時における１つの入力回転数In1(3)＝In2(3)と、の５つの異なる回転数を発生させることが可能となり、内燃機関Ｅの回転数（第１入力回転数In1）と電動機MGの回転数（第２入力回転数In2）を異なる変速比で変速させることが可能となる。

これにより、図５に示すように、車両要求駆動力に対し、低車速域では１速を選択し、中速域では２速を選択し、高速域では３速を選択することで、車速が低速であるほど内燃機関駆動力が大きくなり、電動機MGへの要求駆動力を小さく抑えることができる。また、電動機MGの変速比を内燃機関Ｅのより大きくすることで、電動機MGへの要求駆動力を達成するための電動機トルクを小さくすることが可能となる。このように、車両要求駆動力が大きくなっても電動機MGへの要求出力を小さく抑えることで、内燃機関Ｅとして大排気量エンジンの搭載を可能にすることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のハイブリッド自動車の変速機にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 車両を駆動するための動力源として内燃機関Ｅと電動機MGを有し、この内燃機関Ｅと電動機MGの回転を増幅もしくは減速する変速機を備えたハイブリッド自動車において、前記変速機は、２入力（In1,In2）／１出力(Out)であり、１つの出力回転数に対し５以上の異なる入力回転数を設定可能としたため、車両要求駆動力が大きくなっても電動機MGへの要求出力を小さく抑えることで、内燃機関Ｅとして大排気量エンジンの搭載を可能にすることができる。

(2) 前記変速機は、第１ラビニョ型遊星歯車PG1と、摩擦締結要素B1,B2,CL1と、により構成したため、遊星歯車を３列設ける場合に比べ、遊星歯車の２列分の軸方向寸法を確保するだけで遊星歯車を３列分の機能を発揮することで、軸方向寸法の短縮を図ったコンパクトな変速機とすることができる。

(3) 前記ラビニョ型遊星歯車は、第１サンギヤS1と、第１リングギヤR1と、１つのロングピニオンLPにそれぞれ噛み合う第１ショートピニオンSP1と第２ショートピニオンSP2とを支持する共通キャリアＣと、第２リングギヤR2と、第２サンギヤS2と、の５つの回転要素を有する第１ラビニョ型遊星歯車PG1であり、前記変速機は、前記第１サンギヤS1を電動機MGに連結し、前記第１リングギヤR1を内燃機関Ｅに連結し、前記共通キャリアＣを出力軸OSに連結すると共に第１クラッチCL1を介して内燃機関Ｅに連結し、前記第２リングギヤR2を第１ブレーキB1を介して変速機ケースTCに連結し、第２サンギヤS2を第２ブレーキB2を介して変速機ケースTCに連結して構成したため、コンパクトな変速機構成としながら、３段階の変速比による２入力／１出力変速パターンを達成することができる。

(4) 前記変速機は、前記第１ブレーキB1を締結し他の締結要素を解放する１速と、前記第２ブレーキB2を締結し他の締結要素を解放する２速と、前記第１クラッチCL1を締結し他の締結要素を解放する３速と、を切り替える２入力／１出力変速パターンを有するため、１つの出力回転数Outに対し５つの異なる入力回転数In1,In2を発生可能であり、全車速域において電動機MGへの要求出力を小さく抑えることができる。

実施例２は、実施例１において内燃機関Ｅと第１リングギヤR1との間に第２クラッチCL2を設定した例である。

まず、構成を説明すると、実施例２のハイブリッド自動車の変速機は、図６に示すように、実施例１と同じ第１ラビニョ型遊星歯車PG1を採用している。

前記第１ラビニョ型遊星歯車PG1は、第１サンギヤS1と、第１リングギヤR1と、１つのロングピニオンLPにそれぞれ噛み合う第１ショートピニオンSP1と第２ショートピニオンSP2とを支持する共通キャリアＣと、第２リングギヤR2と、第２サンギヤS2と、の５つの回転要素を有する。

前記変速機は、前記第１サンギヤS1を電動機MGに連結し、前記第１リングギヤR1を第２クラッチCL2を介して内燃機関Ｅに連結し、前記共通キャリアＣを出力軸OSに連結すると共に第１クラッチCL1を介して内燃機関Ｅに連結し、前記第２リングギヤR2を第１ブレーキB1を介して変速機ケースTCに連結し、第２サンギヤS2を第２ブレーキB2を介して変速機ケースTCに連結して構成している。

上記連結関係により、図７の最上段に示すように、ダブルピニオン型遊星歯車を構成する遊星１において、共線図の横軸には各回転要素がS1−R1−Ｃの順に配列され、図７の最下段に示すように、ダブルピニオン型遊星歯車を構成する遊星２において、共線図の横軸には各回転要素がＣ−R2−S2の順に配列され、図７の中段に示すように、シングルピニオン型遊星歯車を構成する遊星１，２のクロス方向において、共線図の横軸には各回転要素がR1−Ｃ−S2の順に配列される。

そして、第１リングギヤR1と共通キャリアＣと第２サンギヤS2とは、共線図上の横軸において同じ位置になることで、変速機の５つの回転要素は、図７に示すように、S1（第２入力回転数In2）−R1（第１入力回転数In1）−Ｃ（出力回転数Out）−R2−S2の順に配列される。これにより、第１ラビニョウ型遊星歯車列PGR1の動的な動作を、共線図上の１つの剛体レバーにより簡易的に表せる剛体レバーモデルを導入することができる（図８参照）。

実施例２の変速機は、前記第２クラッチCL2と前記第１ブレーキB1を締結し他の締結要素を解放する１速（図８(a1)）と、前記第２クラッチCL2と前記第２ブレーキB2を締結し他の締結要素を解放する２速（図８(a2)）と、前記第１クラッチCL1と前記第２クラッチCL2を締結し他の締結要素を解放する３速（図８(a3)）とによって、１つの出力回転数Outに対し２つの入力回転数In1,In2を異ならせるを切り替える２入力／１出力変速パターン（図８(a)）を有する。加えて、前記第１クラッチCL1と第１ブレーキB1を締結し他の締結要素を解放する１速（図８(b1)）と、前記第１クラッチCL1と第２ブレーキB2を締結し他の締結要素を解放する２速（図８(b2)）とによって、１つの出力回転数Outに対し第２入力回転数In2のみを異ならせる１入力／１出力変速パターンと、を有する。

そして、前記２つの変速パターンのうち、車両要求駆動力が大のときは２入力／１出力変速パターンに切り替え、車両要求駆動力が小のときは１入力／１出力変速パターンに切り替える図外の統合コントローラ等により構成される変速制御手段を設けている。なお、他の構成は実施例１と同様であるので対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明する。
新たに追加した第２クラッチCL2を締結した場合には、実施例１のハイブリッド自動車の変速機と同様に、１速（図８(a1)）と２速（図８(a2)）と３速（図８(a3)）の選択により、１つの同じ出力回転数Outに対し、１速時における２つの入力回転数In1(1),In2(1)と、２速時における２つの入力回転数In1(2),In2(2)と、３速時における１つの入力回転数In1(3)＝In2(3)と、の５つの異なる回転数を発生させることが可能となり、内燃機関Ｅの回転数（第１入力回転数In1）と電動機MGの回転数（第２入力回転数In2）を異なる変速比で変速させることが可能となる。

一方、新たに追加した第２クラッチCL2を解放し、第１クラッチCL1を締結した場合には、図８(b)に示すように、内燃機関Ｅが出力軸OSと直結状態となり、電動機MGの第２入力回転数In2のみが変速されることとなる。つまり、第１クラッチCL1と第１ブレーキB1を締結し第２ブレーキB2と第２クラッチCL2とを解放する１速を選択した場合には、図８(b1)に示すように、１つの出力回転に対して、出力回転数Out＝第１入力回転数In1<第２入力回転数In2の関係となる。この時には、第２入力回転数In2に対する出力回転数Outの差が最大、つまり、ギヤ比が最大となる最ローとなる。

また、第１クラッチCL1と第２ブレーキB2を締結し第１ブレーキB1と第２クラッチCL2とを解放する２速を選択した場合、図８(b2)に示すように、回転数の関係は１速選択時と同様に、出力回転数Out＝第１入力回転数In1<第２入力回転数In2の関係となる。しかし、この２速選択時、出力回転数Outが１速選択時と同じであるとすると、第２入力回転数In2は１速選択時より低回転数となる。

この１入力／１出力変速パターンでの１速と２速の選択により、１つの同じ出力回転数Outに対し、１速時（ローギヤ）における第２入力回転数In2(1)と、２速時（ハイギヤ）における第２入力回転数I2(2)との２つの異なる第２入力回転数In2を発生させることが可能となる。

ここで、内燃機関Ｅは、例えば、出力軸OSと直結のハイギヤ比になれば効率が良くなることが周知であるが、電動機MGは、図９の電動機回転数−電動機トルクの関係特性に示すように、同じ出力を得る場合、ローギヤの方がハイギヤよりも効率が良くなる場合もある。

したがって、車両要求駆動力が小であり、１入力／１出力変速パターンに切り替えることで、内燃機関Ｅが出力回転に対して直結モードのハイギヤで走行している場合には、電動機MGを１速のローギヤで動作させることで燃費が向上する。

次に、効果を説明する。
実施例２のハイブリッド自動車の変速機にあっては、実施例１の(1),(2)の効果に加えて、下記に列挙する効果を得ることができる。

(5) 前記ラビニョ型遊星歯車は、第１サンギヤS1と、第１リングギヤR1と、１つのロングピニオンLPにそれぞれ噛み合う第１ショートピニオンSP1と第２ショートピニオンSP2とを支持する共通キャリアＣと、第２リングギヤR2と、第２サンギヤS2と、の５つの回転要素を有する第１ラビニョ型遊星歯車PG1であり、前記変速機は、前記第１サンギヤS1を電動機MGに連結し、前記第１リングギヤR1を第２クラッチCL2を介して内燃機関Ｅに連結し、前記共通キャリアＣを出力軸OSに連結すると共に第１クラッチCL1を介して内燃機関Ｅに連結し、前記第２リングギヤR2を第１ブレーキB1を介して変速機ケースTCに連結し、第２サンギヤS2を第２ブレーキB2を介して変速機ケースTCに連結して構成したため、コンパクトな変速機構成としながら、３段階の変速比による２入力／１出力変速パターンと、２段階の変速比による１入力／１出力変速パターンと、を達成することができる。

(6) 前記変速機は、前記第２クラッチCL2と前記第１ブレーキB1を締結し他の締結要素を解放する１速と、前記第２クラッチCL2と前記第２ブレーキB2を締結し他の締結要素を解放する２速と、前記第１クラッチCL1と前記第２クラッチCL2を締結し他の締結要素を解放する３速とによって、１つの出力回転数Outに対し２つの入力回転数In1,In2を異ならせるを切り替える２入力／１出力変速パターンと、前記第１クラッチCL1と第１ブレーキB1を締結し他の締結要素を解放する１速と、前記第１クラッチCL1と第２ブレーキB2を締結し他の締結要素を解放する２速とによって、１つの出力回転数Outに対し第２入力回転数In2のみを異ならせる１入力／１出力変速パターンと、を有するため、内燃機関Ｅと出力軸OSとを直結して１入力とすることで、電動機MGのみ減速させることができ、電動機MGの作動点と内燃機関Ｅとを独立して制御することができる。

(7) 前記２つの変速パターンのうち、車両要求駆動力が大のときは２入力／１出力変速パターンに切り替え、車両要求駆動力が小のときは１入力／１出力変速パターンに切り替える変速制御手段を設けたため、１入力／１出力変速パターンが選択される低負荷領域時、電動機MGの作動点のみを電動機MGの効率の良い点に変更することで、燃費を向上させることができる。

実施例３は、実施例２の機能を第２ラビニョ型遊星歯車PG2により達成するようにした例である。

まず、構成を説明すると、実施例３のハイブリッド自動車の変速機は、図１０に示すように、実施例１，２と異なる第２ラビニョ型遊星歯車PG2を採用している。

前記第２ラビニョ型遊星歯車PG2は、第１サンギヤS1と、互いに噛み合うロングピニオンLPと第２ショートピニオンSP2を支持する共通キャリアC'と、第１リングギヤR1と第２リングギヤR2と第３リングギヤR3とを兼用する共通リングギヤＲと、第３ショートピニオンSP3を支持する第３キャリアC3と、第２サンギヤS2と第３サンギヤS3とを兼用する共通サンギヤS'と、の５つの回転要素を有する。

前記変速機は、前記第１サンギヤS1に電動機MGを連結し、前記共通キャリアC'に第２クラッチCL2を介して内燃機関Ｅを連結すると共に第２クラッチCL2及び第１クラッチCL1を介して出力軸OSを連結し、前記共通リングギヤＲに出力軸OSを連結し、前記第３キャリアC3に第１ブレーキB1を介して変速機ケースTCを連結し、前記共通サンギヤS'に第２ブレーキB2を介して変速機ケースTCを連結し、前記電動機MGと内燃機関Ｅの回転を第２ラビニョ型遊星歯車PG2に対して同じ方向から入力する構成としている。

上記連結関係により、図１１の最上段に示すように、シングルピニオン型遊星歯車を構成する遊星１において、共線図の横軸には各回転要素がS1−C1−R1の順に配列され、図１１の中段に示すように、ダブルピニオン型遊星歯車を構成する遊星２において、共線図の横軸には各回転要素がC2−R2−S2の順に配列され、図１１の最下段に示すように、シングルピニオン型遊星歯車を構成する遊星３において、共線図の横軸には各回転要素がR3−C3−S3の順に配列される。

そして、第１キャリアC1と第２キャリアC2、第１リングギヤR1と第２リングギヤR2と第３リングギヤR3、第２サンギヤS2と第３サンギヤS3とは、共線図上の横軸において同じ位置になることで、変速機の５つの回転要素は、図１１に示すように、S1（第２入力回転数In2）−C'（第１入力回転数In1）−Ｒ（出力回転数Out）−C3−S'の順に配列される。これにより、第２ラビニョウ型遊星歯車列PGR2の動的な動作を、共線図上の１つの剛体レバーにより簡易的に表せる剛体レバーモデルを導入することができる（図８参照）。なお、他の構成は実施例１と同様であるので対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明すると、実施例３のハイブリッド自動車の変速機によれば、電動機MGと内燃機関Ｅの回転を第２ラビニョ型遊星歯車PG2に対して同じ方向から入力する構成としたことで、ＦＲ車（フロントエンジン・リヤドライブ車）等に搭載する場合、レイアウト性が良くなる。一般的にＦＲ車用のトランスミッションは、車両後方に向かうほど径が小さくなるため、電動機MGをなるべく前方に配置した方がレイアウト性は良くなる。なお、クラッチとブレーキのオンオフと変速比の関係を含む他の作用は、実施例２と同じであるため、説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例３のハイブリッド自動車の変速機にあっては、実施例２の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(8) 前記ラビニョ型遊星歯車は、第１サンギヤS1と、互いに噛み合うロングピニオンLPと第２ショートピニオンSP2を支持する共通キャリアC'と、第１リングギヤR1と第２リングギヤR2と第３リングギヤR3とを兼用する共通リングギヤＲと、第３ショートピニオンSP3を支持する第３キャリアC3と、第２サンギヤS2と第３サンギヤS3とを兼用する共通サンギヤS'と、の５つの回転要素を有する第２ラビニョ型遊星歯車PG2であり、前記変速機は、前記第１サンギヤS1に電動機MGを連結し、前記共通キャリアC'に第２クラッチCL2を介して内燃機関Ｅを連結すると共に第２クラッチCL2及び第１クラッチCL1を介して出力軸OSを連結し、前記共通リングギヤＲに出力軸OSを連結し、前記第３キャリアC3に第１ブレーキB1を介して変速機ケースTCを連結し、前記共通サンギヤS'に第２ブレーキB2を介して変速機ケースTCを連結し、前記電動機MGと内燃機関Ｅの回転を第２ラビニョ型遊星歯車PG2に対して同じ方向から入力する構成としたため、ＦＲ車等に搭載する場合、レイアウト性を向上させることができる。

実施例４は、実施例１をベースとし、内燃機関Ｅからの第１入力系に電動機とクラッチを追加し、電動機MGからの第２入力系にブレーキを追加した例である。

まず、構成を説明する。
図１２は実施例４のハイブリッド自動車の変速機を示すスケルトン図である。実施例４では、実施例１の構成に対し、第１ラビニョウ型遊星歯車PG1の第１リングギヤR1と内燃機関Ｅとの間に、主に内燃機関Ｅの始動及び発電に使用する第２電動機MG2と、第１入力回転数In1が入力される第１リングギヤR1への接続を断続する第２クラッチCL2と、第１ラビニョウ型遊星歯車PG1の第１サンギヤS1を変速機ケースTCに固定するための第３ブレーキB3と、を備えている。前記第１サンギヤS1へは、第１電動機MG1（実施例１の電動機MG相当）からの第２入力回転数In2が入力される。なお、他の構成は実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。

次に、作用を説明する。
［ＨＥＶ走行モード］
実施例４のハイブリッド自動車の変速機では、内燃機関Ｅによる駆動力と、電動機MG1,MG2の少なくとも一方によるアシスト駆動力と、により走行するハイブリッド車走行モード（「ＨＥＶ走行モード」）において、下記の４速のうち何れかを選択する。

第２クラッチCL2と第１ブレーキB1を締結し第２ブレーキB2と第３ブレーキB3と第１クラッチCL1とを解放する１速を選択した場合には、図１３(a1)に示すように、１つの出力回転に対して、出力回転数Out<第１入力回転数In1<第２入力回転数In2の関係となる。この時には、入力回転数In1,In2に対する出力回転数Outの差が最大、つまり、ギヤ比が最大となる最ローの１速相当ギヤ比が得られる。

また、第２クラッチCL2と第２ブレーキB2を締結し第１ブレーキB1と第３ブレーキB3と第１クラッチCL1とを解放する２速を選択した場合、図１３(a2)に示すように、回転数の関係は１速選択時と同様に、出力回転数Out<第１入力回転数In1<第２入力回転数In2の関係となる。しかし、この２速選択時、出力回転数Outが１速選択時と同じであるとすると、第１入力回転数In1と第２入力回転数In2は１速選択時より低回転数となり、２速相当ギヤ比が得られる。

さらに、第１クラッチCL1と第２クラッチCL2を締結し第１ブレーキB1と第２ブレーキB2と第３ブレーキB3を解放する３速を選択した場合には、図１３(a3)に示すように、回転数の関係は、出力回転数Out＝第１入力回転数In1＝第２入力回転数In2の関係となり、ギヤ比が１となる。そして、この３速選択時、出力回転数Outが１，２速選択時と同じであるとすると、第１入力回転数In1と第２入力回転数In2は１，２速選択時より低回転数となる。

加えて、第２クラッチCL2と第３ブレーキB3を締結し第１クラッチCL1と第１ブレーキB1と第２ブレーキB2を解放する４速を選択した場合には、図１３(a4)に示すように、回転数の関係は、出力回転数Out>第１入力回転数In1>第２入力回転数In2＝０の関係となり、４速相当のオーバドライブギヤ比となる。なお、このとき、第１電動機MG1は動力源とはならず、内燃機関Ｅのみ、もしくは、内燃機関Ｅと第２電動機MG2とが動力源となる。

この１速と２速と３速と４速の選択により、１つの同じ出力回転数Outに対し、１速時における２つの入力回転数In1(1),In2(1)と、２速時における２つの入力回転数In1(2),In2(2)と、３速時における１つの入力回転数In1(3)＝In2(3)と、４速時における１つの入力回転数In1(4)と、の６つの異なる回転数を発生させることが可能となる。そして、この「ＨＥＶ走行モード」での、アシスト、発電、回生は、第１電動機MG1と第２電動機MG2のうち、どちらか一方、もしくは、両方で行う。

［ＥＶ走行モード］
実施例４のハイブリッド自動車の変速機では、第１電動機MG1のみで駆動力を出す電気自動車走行モード（「ＥＶ走行モード」）において、下記の３速のうち何れかを選択する。

第１ブレーキB1を締結し第２クラッチCL2と第２ブレーキB2と第３ブレーキB3と第１クラッチCL1とを解放する「ＥＶ走行モード」の１速を選択した場合には、出力回転数Out<第２入力回転数In2の関係となり、１速相当ギヤ比が得られる（図１３(a1)参照）。

また、第２ブレーキB2を締結し第２クラッチCL2と第１ブレーキB1と第３ブレーキB3と第１クラッチCL1とを解放する「ＥＶ走行モード」の２速を選択した場合、出力回転数Out<第２入力回転数In2の関係となり、２速相当ギヤ比が得られる（図１３(a2)参照）。

さらに、第１クラッチCL1を締結し第２クラッチCL2と第１ブレーキB1と第２ブレーキB2と第３ブレーキB3を解放する「ＥＶ走行モード」の３速を選択した場合には、出力回転数Out＝第２入力回転数In2の関係となり、ギヤ比が１となる（図１３(a3)参照）。

このように、「ＥＶ走行モード」では、第２クラッチCL2を解放とし、内燃機関Ｅを切り離すことで、内燃機関Ｅのフリクションがタイヤ軸に伝わらなくすることができる。この「ＥＶ走行モード」においては、第２電動機MG2をジェネレータとして内燃機関Ｅにより駆動させ、動力源として用いている第１電動機MG1のバッテリを充電することで、シリーズ型ハイブリッド自動車モードとすることもできる。

さらに、「ＥＶ走行モード」から「ＨＥＶ走行モード」へのモード遷移時には、「ＥＶ走行モード」において、第２電動機MG2にて内燃機関Ｅを始動し、第２クラッチCL2の出力回転数と内燃機関Ｅの回転数が同じになるように第２電動機MG2にて内燃機関Ｅの回転数を調整し、回転数が同等となったタイミングにて第２クラッチCL2を締結することで、「ＨＥＶ走行モード」への円滑なモード遷移を行うことができる。なお、「ＥＶ走行モード」での回生は、第１電動機MG1にて行う。

したがって、高速走行時等においては、「ＥＶ走行モード」を選択することにより、第２電動機MG2が高回転で回転しているときに発生する連れ回り損失（高速走行時等ではバッテリが過充電状態となり、第２電動機MG2のトルクを必要としないため、０トルクとなるように制御するために電流を流す。この時の損失である。）を有効に低減することができる。

次に、効果を説明する。
実施例４のハイブリッド自動車の変速機にあっては、実施例１の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(9) 前記内燃機関Ｅからの第１入力系に第２電動機MG2と第２クラッチCL2を追加し、前記第１電動機MG1からの第２入力系に第３ブレーキB3を追加したため、有段変速機に減速機付きの第２電動機MG2を内蔵でき、第２電動機MG2が高回転で回転しているときに発生する連れ回り損失を低減することができる。

以上、本発明のハイブリッド自動車の変速機を実施例１〜実施例４に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１〜４では、変速機をラビニョ型遊星歯車とブレーキやクラッチの摩擦締結要素により構成した例を示したが、ラビニョ型遊星歯車以外に複数列の単純遊星歯車等を用いたものでも良い。

実施例４では、実施例１をベースとし、内燃機関からの第１入力系に電動機とクラッチを追加し、電動機からの第２入力系にブレーキを追加した例を示したが、実施例２または実施例３をベースとし、内燃機関からの第１入力系に電動機とクラッチを追加し、電動機からの第２入力系にブレーキを追加しても同じ効果を得ることができる。

実施例４において、内燃機関Ｅからの第１入力系に、遊星歯車を１個追加して、５速変速もしくは６速変速として使用することも容易に考えられる。

実施例１〜４では、車両を駆動するための動力源として内燃機関と１つの電動機または２つの電動機を有するハイブリッド自動車への適用例を示したが、要するに、車両を駆動するための動力源として内燃機関と電動機を有し、この内燃機関と電動機の回転を増幅もしくは減速する変速機を備えたハイブリッド自動車であれば適用することができる。

実施例１のハイブリッド自動車の変速機を示すスケルトン図である。 実施例１の変速機の第１ラビニョ型遊星歯車における回転数関係をあらわす共線図での回転要素配列を示す図である。 実施例１の変速機において１出力／２入力による１速・２速・３速の各ギヤ位置での回転数関係をあらわす共線図である。 車速を横軸・駆動力を縦軸とした場合にエンジン駆動力と電動機駆動力にて分担される従来の車両要求駆動力特性を示す図である。 車速を横軸・駆動力を縦軸とした場合にエンジン駆動力と電動機駆動力にて分担される実施例１の車両要求駆動力特性を示す図である。 実施例２のハイブリッド自動車の変速機を示すスケルトン図である。 実施例２の変速機の第１ラビニョ型遊星歯車における回転数関係をあらわす共線図での回転要素配列を示す図である。 実施例２の変速機において１出力／２入力による１速・２速・３速の各ギヤ位置での回転数関係と１出力／１入力による１速・２速の各ギヤ位置での回転数関係をあらわす共線図である。 電動機回転数を横軸・電動機トルクを縦軸とした場合にギヤ比をパラメータとして電動機効率の良否をあらわす電動機効率特性図である。 実施例３のハイブリッド自動車の変速機を示すスケルトン図である。 実施例３の変速機の第２ラビニョ型遊星歯車における回転数関係をあらわす共線図での回転要素配列を示す図である。 実施例４のハイブリッド自動車の変速機を示すスケルトン図である。 実施例４の変速機において「ＨＥＶ走行モード」による１速・２速・３速・４速の各ギヤ位置での回転数関係をあらわす共線図である。

符号の説明

Ｅ 内燃機関
MG 電動機
MG1 第１電動機
MG2 第２電動機
OS 出力軸（出力部材）
PGR1 第１ラビニョ型遊星歯車（ラビニョ型遊星歯車）
S1 第１サンギヤ
R1 第１リングギヤ
Ｃ 共通キャリア
R2 第２リングギヤ
S2 第２サンギヤ
PGR2 第２ラビニョ型遊星歯車（ラビニョ型遊星歯車）
S1 第１サンギヤ
C' 共通キャリア
Ｒ 共通リングギヤ
C3 第３キャリア
S' 共通サンギヤ
TC 変速機ケース
CL1 第１クラッチ（摩擦締結要素）
CL2 第２クラッチ（摩擦締結要素）
B1 第１ブレーキ（摩擦締結要素）
B2 第２ブレーキ（摩擦締結要素）
B3 第３ブレーキ（摩擦締結要素）
In1 第１入力
In2 第２入力
Out 出力

Claims (9)

1. 車両を駆動するための動力源として内燃機関と電動機を有し、この内燃機関と電動機の回転を増幅もしくは減速する変速機を備えたハイブリッド自動車において、
   前記変速機は、２入力／１出力であり、１つの出力回転数に対し５以上の異なる入力回転数を設定可能としたことを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。
2. 請求項１に記載されたハイブリッド自動車の変速機において、
   前記変速機は、ラビニョ型遊星歯車と摩擦締結要素により構成したことを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。
3. 請求項２に記載されたハイブリッド自動車の変速機において、
   前記ラビニョ型遊星歯車は、第１サンギヤと、第１リングギヤと、１つのロングピニオンにそれぞれ噛み合う第１ショートピニオンと第２ショートピニオンとを支持する共通キャリアと、第２リングギヤと、第２サンギヤと、の５つの回転要素を有する第１ラビニョ型遊星歯車であり、
   前記変速機は、前記第１サンギヤを電動機に連結し、前記第１リングギヤを内燃機関に連結し、前記共通キャリアを出力部材に連結すると共に第１クラッチを介して内燃機関に連結し、前記第２リングギヤを第１ブレーキを介して変速機ケースに連結し、前記第２サンギヤを第２ブレーキを介して変速機ケースに連結して構成したことを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。
4. 請求項３に記載されたハイブリッド自動車の変速機において、
   前記変速機は、前記第１ブレーキを締結し他の締結要素を解放する１速と、前記第２ブレーキを締結し他の締結要素を解放する２速と、前記第１クラッチを締結し他の締結要素を解放する３速と、を切り替える２入力／１出力変速パターンを有することを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。
5. 請求項２に記載されたハイブリッド自動車の変速機において、
   前記ラビニョ型遊星歯車は、第１サンギヤと、第１リングギヤと、１つのロングピニオンにそれぞれ噛み合う第１ショートピニオンと第２ショートピニオンを支持する共通キャリアと、第２リングギヤと、第２サンギヤと、の５つの回転要素を有する第１ラビニョ型遊星歯車であり、
   前記変速機は、前記第１サンギヤに電動機を連結し、前記第１リングギヤに第２クラッチを介して内燃機関を連結し、前記共通キャリアに出力部材を連結すると共に第１クラッチを介して内燃機関を連結し、前記第２リングギヤに第１ブレーキを介して変速機ケースを連結し、前記第２サンギヤに第２ブレーキを介して変速機ケースを連結して構成したことを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。
6. 請求項２に記載されたハイブリッド自動車の変速機において、
   前記ラビニョ型遊星歯車は、第１サンギヤと、互いに噛み合うロングピニオンと第２ショートピニオンを支持する共通キャリアと、第１リングギヤと第２リングギヤと第３リングギヤとを兼用する共通リングギヤと、第３ショートピニオンを支持する第３キャリアと、第２サンギヤと第３サンギヤとを兼用する共通サンギヤと、の５つの回転要素を有する第２ラビニョ型遊星歯車であり、
   前記変速機は、前記第１サンギヤに電動機を連結し、前記共通キャリアに第２クラッチを介して内燃機関を連結すると共に第２クラッチ及び第１クラッチを介して出力部材を連結し、前記共通リングギヤに出力部材を連結し、前記第３キャリアに第１ブレーキを介して変速機ケースを連結し、前記共通サンギヤに第２ブレーキを介して変速機ケースを連結し、前記電動機と内燃機関の回転を第２ラビニョ型遊星歯車に対して同じ方向から入力する構成としたことを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。
7. 請求項５または６に記載されたハイブリッド自動車の変速機において、
   前記変速機は、前記第２クラッチと第１ブレーキを締結し他の締結要素を解放する１速と、前記第２クラッチと第２ブレーキを締結し他の締結要素を解放する２速と、前記第１クラッチと第２クラッチを締結し他の締結要素を解放する３速とによって、１つの出力回転数に対し２つの入力回転数を異ならせる２入力／１出力変速パターンと、前記第１クラッチと第１ブレーキを締結し他の締結要素を解放する１速と、前記第１クラッチと第２ブレーキを締結し他の締結要素を解放する２速とによって、１つの出力回転数に対し第２入力回転数のみを異ならせる１入力／１出力変速パターンと、を有することを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。
8. 請求項７に記載されたハイブリッド自動車の変速機において、
   前記２つの変速パターンのうち、車両要求駆動力が大のときは２入力／１出力変速パターンに切り替え、車両要求駆動力が小のときは１入力／１出力変速パターンに切り替える変速制御手段を設けたことを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。
9. 請求項１乃至７の何れか１項に記載のハイブリッド自動車の変速機において、
   前記内燃機関からの第１入力系に電動機とクラッチを追加し、前記電動機からの第２入力系にブレーキを追加したことを特徴とするハイブリッド自動車の変速機。

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