JP2007326422A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

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Japan
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motor
power
generator
transmission
gear
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Hidehiro Oba
秀洋 大庭
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/727—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path
    • F16H3/728—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path with means to change ratio in the mechanical gearing
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    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
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Abstract

【課題】変速比の広範囲に亘り、動力伝達効率を向上させることの可能なハイブリッド駆動装置を提供する。
【解決手段】動力分割機構にエンジンおよび第１のモータ・ジェネレータおよび第２のモータ・ジェネレータが連結されているとともに、第１のモータ・ジェネレータを車輪に動力伝達可能に接続する第１の動力伝達経路が設けられ、第２のモータ・ジェネレータを車輪に動力伝達可能に接続する第２の動力伝達経路が設けられているハイブリッド駆動装置において、第１の動力伝達経路に第１の変速機が設けられ、第２の動力伝達経路に第２の変速機が設けられているとともに、第１の変速機は動力伝達・動力遮断を切り替え可能な機構を有しており、第２の変速機は動力伝達・動力遮断を切り替える機構を有している。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンおよびモータ・ジェネレータが、動力分割機構の回転要素に連結されている構成のハイブリッド駆動装置に関するものである。
従来、複数の駆動力源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータを搭載したハイブリッド車が知られており、このようなハイブリッド車においては、エンジンおよびモータ・ジェネレータの持つ特性を生かしつつ、燃費を向上し、かつ、排気ガスの低減を図ることが可能である。このように、複数の駆動力源としてエンジンおよびモータ・ジェネレータを有するハイブリッド車の一例が、特許文献１に記載されている。
この特許文献１に記載されているハイブリッド車は、エンジンおよび第１モータ・ジェネレータおよび第２モータ・ジェネレータを有している。また、これらのエンジンおよび第１モータ・ジェネレータおよび第２モータ・ジェネレータが連結される動力分配機構が設けられている。この動力分配機構は遊星歯車機構により構成されており、反力要素であるサンギヤが前記第１モータ・ジェネレータに連結され、入力要素であるキャリヤがエンジンに連結され、出力要素であるリングギヤが第１中間軸に連結されている。この第１中間軸からアクスル軸に至る経路にはクラッチが設けられている。一方、前記第２モータ・ジェネレータは、減速機を介して第１中間軸ギヤに連結されている、この減速機は遊星歯車機構により構成されており、そのサンギヤに第２モータ・ジェネレータが連結され、リングギヤが第１中間軸に連結され、キャリヤが固定されている。さらに前記第１モータ・ジェネレータには第２中間軸が連結されており、その第２中間軸から前記アクスル軸に至る経路にはクラッチが設けられている。そして、２つのクラッチの係合・解放を制御することにより、前記動力分配機構のサンギヤ（反力要素）またはリングギヤ（出力要素）を、前記アクスル軸に対して選択的に連結することができる。その結果、動力循環状態などの動力伝達損失の大きい状態が回避されると記載されている。
特開２００５−１２５８７６号公報
しかしながら、上記の特許文献１に記載されているハイブリッド車においては、より広範囲な走行領域（変速比の制御範囲）にて動力伝達効率を向上させる必要があった。
この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、駆動装置全体として変速比の広範囲に亘り、動力伝達効率を向上させることの可能なハイブリッド駆動装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために請求項１の発明は、差動回転可能に連結された第１の回転要素および第２の回転要素および第３の回転要素を有する動力分割機構が設けられ、エンジンが前記第１の回転要素に連結され、第１のモータ・ジェネレータが前記第２の回転要素に連結され、第２のモータ・ジェネレータが前記第３の回転要素に連結されているとともに、前記エンジンの動力を前記第１の回転要素に入力し、かつ、前記第２の回転要素または第３の回転要素から出力して車輪に伝達する場合に、前記第１のモータ・ジェネレータまたは第２のモータ・ジェネレータのいずれか一方でエンジントルクの反力を受け持つように構成されており、前記第１のモータ・ジェネレータおよび前記第２の回転要素を前記車輪に動力伝達可能に接続する第１の動力伝達経路が設けられ、前記第２のモータ・ジェネレータおよび前記第３の回転要素を前記車輪に動力伝達可能に接続する第２の動力伝達経路が設けられているハイブリッド駆動装置において、前記第１の動力伝達経路に第１の変速機が設けられ、前記第２の動力伝達経路に第２の変速機が設けられているとともに、前記第１の変速機は、前記第１のモータ・ジェネレータの動力を前記車輪に伝達する場合に動力伝達可能となる機構と、前記エンジントルクの反力を前記第１のモータ・ジェネレータで受け持つ場合に動力伝達を遮断する機構とを有しており、前記第２の変速機は、前記第２のモータ・ジェネレータの動力を前記車輪に伝達する場合に動力伝達可能となる機構と、前記エンジントルクの反力を前記第２のモータ・ジェネレータで受け持つ場合に動力伝達を遮断する機構とを有していることを特徴とするものである。
請求項１の発明によれば、エンジンの動力が動力分割機構の入力要素に入力され、その動力分割機構の出力要素から出力された動力が車輪に伝達される。また、前記動力分割機構においてはエンジントルクの反力が、第１のモータ・ジェネレータまたは第２のモータ・ジェネレータにより選択的に受け持たれる。そして、反力を受け持つモータ・ジェネレータの回転数を制御することにより、エンジン回転数と前記動力分割機構の出力要素の回転数との変速比を無段階に制御することが可能である。さらに、前記第１のモータ・ジェネレータまたは前記第２のモータ・ジェネレータのうち、反力を受け持たない方のモータ・ジェネレータの動力を、変速機を経由させて前記車輪に伝達することが可能である。前記動力分割機構における変速に加えて、第１の変速機または第２の変速機でも変速をおこなうことができる。このような制御および作用によって、前記エンジンの動力の一部を一方のモータ・ジェネレータにより回収して電力に変換し、その電力を、エンジントルクの反力を受け持つモータ・ジェネレータに供給して力行制御する現象、すなわち、動力循環を回避できる。したがって、駆動装置全体として変速比の広範囲に亘り、動力伝達効率を向上させることができる。さらに、第１の変速機および第２の変速機が、共に動力伝達・動力遮断を切り換える機構を有しているため、部品点数の増加が抑制されて、構造を簡素化できる。
この発明においては車両の駆動力源としてエンジンおよび第１のモータ・ジェネレータおよび第２のモータ・ジェネレータが設けられている。このエンジンは熱エネルギを運動エネルギに変換する動力装置である。つまり、エンジンは燃料を燃焼させて熱エネルギを発生させ、その熱エネルギを運動エネルギに変換する動力装置である内燃機関を用いることが可能である。より具体的には、内燃機関として、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジン、メタノールエンジンなどを用いることができる。前記モータ・ジェネレータは電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電力に変換する回生機能とを兼備している。すなわち、エンジンとモータ・ジェネレータとでは動力の発生原理が異なる。
この発明では、動力分割機構としてダブルピニオン式の遊星歯車機構またはシングルピニオン式の遊星歯車機構、ラビニョ型遊星歯車機構などを用いることが可能である。また、エンジンおよび第１のモータ・ジェネレータおよび第２のモータ・ジェネレータが前記動力分割機構、より具体的には、動力分割機構の第１の回転要素および第２の回転要素および第３の回転要素に連結される。そして、第１の回転要素が入力要素として機能し、第２の回転要素または第３の回転要素のいずれか一方が反力要素となり、他方が出力要素となる。すなわち、前記エンジンの動力を入力要素に入力し、かつ出力要素から出力する場合に、前記第１のモータ・ジェネレータまたは前記第２のモータ・ジェネレータのいずれか一方により、前記エンジンの反力を受け持つ。さらに、反力を受け持つモータ・ジェネレータで発生した電力を、他のモータ・ジェネレータに供給して力行制御をおこなうことが可能である。
また、この発明において、エンジンと車輪との間に、第１の動力伝達経路と第２の動力伝達経路とが並列に配置されている。さらに、第１の変速機および第２の変速機は、いずれも入力回転数と出力回転数との比である変速比を変更可能な機構である。さらに、前記第１の変速機および第２の変速機は、変速比を段階的（不連続）に変更可能な有段変速機、または変速比を無段階（連続的）に変更可能な無段変速機のいずれでもよい。ここで、前記有段変速機としては、例えば、選択歯車式変速機、遊星歯車式変速機などを用いることができる。前記選択式歯車変速機、遊星歯車変速式変速機を用いる場合、その変速比を切り換える機構としてクラッチ機構を用いることが可能である。さらに、第１の変速機および第２の変速機においては、クラッチ機構を制御することにより伝達トルクが制御される構成を有している。上記クラッチ機構としては、例えば、噛み合いクラッチ、電磁クラッチ、摩擦クラッチなどを用いることが可能である。また、前記摩擦クラッチとしては湿式クラッチ、乾式クラッチなどを用いることが可能である。これに対して、前記無段変速機としては、トロイダル式無段変速機、ベルト式無段変速機などを用いることが可能である。さらに、この発明において、前記第１の変速機で選択される変速比と、前記第２の変速機で選択される変速比とが異なる。
つぎに、この発明を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、車両１のパワートレーンの構成例を示す。図１に示された車両１は、Ｆ・Ｆ（フロントエンジン・フロントドライブ；エンジン前置き前輪駆動）形式のハイブリッド車である。図１に示された車両１では、エンジン２およびモータ・ジェネレータＭＧ１およびモータ・ジェネレータＭＧ２が、駆動力源として搭載されている。前記エンジン２は、燃料を燃焼させてその熱エネルギを運動エネルギに変換する動力装置である。このエンジン２は、吸排気装置、燃料噴射装置などを有する公知のものであり、ガソリンエンジンであれば、電子スロットルバルブの開度、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期などを制御することによりエンジン出力、すなわち、エンジン回転数およびエンジントルクを制御することが可能である。また、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備した回転装置である。
これらの、エンジン２およびモータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が動力伝達可能に連結された動力分割機構３が設けられている。図１において、この動力分割機構３は、ダブルピニオン式の遊星歯車機構により構成されている。具体的には、サンギヤ４と、このサンギヤ４と同軸上に配置され、かつ、このサンギヤ４の周囲を取り囲むように配置されたリングギヤ５と、前記サンギヤ４に噛合されたピニオンギヤ５５と、このピニオンギヤ５５および前記リングギヤ５に噛合された他のピニオンギヤ５６と、これらのピニオンギヤ５５，５６を自転可能、かつ、公転可能に支持するキャリヤ５７とを有している。このように、３個の回転要素、つまり、前記サンギヤ４および前記リングギヤ５および前記キャリヤ５７が、相互に差動回転可能となっている。
また、前記動力分割機構３を構成する第１の回転要素ないし第３の回転要素のうち、第１の回転要素が入力要素である。また、第２の回転要素および第３の回転要素は、いずれか一方が反力要素となり、他方が出力要素となる。第１の回転要素ないし第３の回転要素は、回転要素の個数が３個に限定されるわけではなく、４個以上ある回転要素のうち、いずれかが、反力要素として選択され、その他の回転要素が出力要素として選択される構成でもよい。この動力分割機構３の回転要素に対する前記エンジン２および前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の連結関係を説明する。まず、前記リングギヤ５は、前記エンジン２のクランクシャフト８に動力伝達可能に連結されている。また、前記サンギヤ４と一体回転する入力軸９が設けられている。この入力軸９は、前記エンジン２のクランクシャフト８と同軸上に配置されている。前記入力軸９および前記クランクシャフト８の回転軸線Ｂ１は、車両１の幅方向に配置されている。さらに、前記モータ・ジェネレータＭＧ１は、ステータ１１およびロータ１２を有しており、前記ステータ１１がケーシング（図示せず）に固定されている。また前記ロータ１２が前記入力軸９に連結されている。さらに、前記入力軸９の回転軸線方向で、前記エンジン２と前記モータ・ジェネレータＭＧ１との間に、前記モータ・ジェネレータ２が設けられている。また、前記回転軸線方向で、前記エンジン２と前記モータ・ジェネレータＭＧ２との間に前記動力分割機構３が配置されている。このモータ・ジェネレータＭＧ２は、ステータ１５およびロータ１６を有している。このステータ１５がケーシングに固定され、前記ロータ１６が前記キャリヤ５７と一体回転するように連結されている。
さらに、前記入力軸９と同軸上に他の入力軸１７が設けられている。この入力軸１７は中空に構成されており、この入力軸１７内に前記入力軸９が配置されている。すなわち、２本の入力軸９，１７は、共通の回転軸線Ｂ１を中心として相対回転可能である。そして、前記入力軸１７が、前記ロータ１６およびキャリヤ５７と一体回転するように連結されている。一方、前記回転軸線Ｂ１と平行な他の回転軸線Ｃ１を中心として回転可能なカウンタ軸１８が設けられている。そして、前記モータ・ジェネレータＭＧ２と前記カウンタ軸１８との間の動力伝達経路に第１の変速機１９Ａが設けられ、前記モータ・ジェネレータＭＧ１と前記カウンタ軸１８との間の動力伝達経路に第２の変速機１９Ｂが設けられている。前記第１の変速機１９Ａは、前記２のモータ・ジェネレータＭＧ２およびキャリヤ５７の回転数と、前記カウンタ軸１８の回転数との比を制御する機構である。また、前記第２の変速機１９Ｂは、前記モータ・ジェネレータＭＧ１およびサンギヤ４の回転数と、前記カウンタ軸１８の回転数との比を制御する機構である。前記第１の変速機１９Ａは、第１速用ギヤ対２０および第３速用ギヤ対２２を有し、前記第２の変速機１９Ｂは、第２速用ギヤ対２１および第４速用ギヤ対２３を有している。前記第１速用ギヤ対２０は、相互に噛合された第１速用駆動ギヤ２５および第１速用従動ギヤ２６を有している。また、第３速用ギヤ対２２は、相互に噛合された第３速用駆動ギヤ２７および第３速用従動ギヤ２８を有している。そして、前記第１速用駆動ギヤ２５および前記第３速用駆動ギヤ２７が、前記入力軸１７と一体回転するように設けられている。
これに対して、前記１速用従動ギヤ２６および前記第３速用従動ギヤ２８が、前記カウンタ軸１８に取り付けられており、前記１速用従動ギヤ２６および前記第３速用従動ギヤ２８は共に、前記カウンタ軸１８に対して相対回転可能に構成されている。また、第２速用ギヤ対２１は、相互に噛合された第２速用駆動ギヤ２９および第２速用従動ギヤ３１を有しており、第４速用ギヤ対２３は相互に噛合された第４速用駆動ギヤ３０および第４速用従動ギヤ３２を有している。そして、第２速用駆動ギヤ２９および前記第４速用駆動ギヤ３０が、前記入力軸９と一体回転するように連結されている。これに対して、前記２速用従動ギヤ３１および前記第４速用従動ギヤ３２が、前記カウンタ軸１８に取り付けられている。前記２速用従動ギヤ３１および前記第４速用従動ギヤ３２は共に、前記カウンタ軸１８に対して相対回転可能に構成されている。
つぎに、前記第１の変速機１９Ａおよび第２の変速機１９Ｂにおいて、その変速比を制御する機構、より具体的には、前記第１速用ギヤ対２０ないし第４速用ギヤ対２３を、前記カウンタ軸１８に対して動力伝達可能に連結・遮断するクラッチ機構について説明する。まず、第１のクラッチ機構Ｓ１が設けられており、この第１のクラッチ機構Ｓ１により、前記第１速用ギヤ対２０および第３速用ギヤ対２２の動力伝達状態が制御される。この第１のクラッチ機構Ｓ１は、前記第１速用従動ギヤ２６または前記第３速用従動ギヤ２８のいずれか一方を、前記カウンタ軸１８に対して動力伝達可能に連結するとともに、前記第１速用従動ギヤ２６および前記第３速用従動ギヤ２８の両方を、前記カウンタ軸１８に対して動力伝達不可能な状態とする構成を有している。この第１のクラッチ機構Ｓ１としては、例えば、ドグクラッチなどの噛み合いクラッチを用いることが可能であり、この実施例では、前記カウンタ軸１８の回転数に対して、前記第１速用従動ギヤ２６または前記第３速用従動ギヤ２８の回転数を一致させる同期機構（シンクロナイザー機構）を有するクラッチ機構を用いている。
また、第２のクラッチ機構Ｓ２が設けられており、この第２のクラッチ機構Ｓ２により、前記第２速用ギヤ対２１および第４速用ギヤ対２３の動力伝達状態が制御される。この第２のクラッチ機構Ｓ２は、前記第２速用従動ギヤ３１または前記第４速用従動ギヤ３２のいずれか一方を、前記カウンタ軸１８に対して動力伝達可能に連結するとともに、前記第２速用従動ギヤ３１および前記第４速用従動ギヤ３２の両方を、前記カウンタ軸１８に対して動力伝達不可能な状態とする構成を有している。この第２のクラッチ機構Ｓ２としては、例えば、ドグクラッチなどの噛み合いクラッチを用いることが可能であり、この実施例では、前記カウンタ軸１８の回転数に対して、前記第２速用従動ギヤ３１または前記第４速用従動ギヤ３２の回転数を一致させる同期機構（シンクロナイザー機構）を有するクラッチ機構を用いている。さらに前記第１のクラッチ機構Ｓ１および前記第２のクラッチ機構Ｓ２を制御するアクチュエータ３９が設けられている。このアクチュエータ３９としては、油圧制御式アクチュエータまたは電磁制御式アクチュエータなどを用いることが可能である。
前記第１の変速機１９Ａの変速比は、前記第１速用ギヤ対２０の歯数比、および前記第３速用ギヤ対２２の歯数比により決定される。また、前記第２の変速機１９Ｂの変速比は、前記第２速用ギヤ対２１の歯数比、および前記第４速用ギヤ対２３の歯数比により決定される。具体的には、前記第１速用ギヤ対２０の変速比が最大であり、前記第２速用ギヤ対２１の変速比は前記第１速用ギヤ対２０の変速比よりも小さく構成され、前記第３速用ギヤ対２２の変速比は前記第２速用ギヤ対２１の変速比よりも小さく構成され、前記第４速用ギヤ対２３の変速比は前記第３速用ギヤ対２２の変速比よりも小さく構成されている。
一方、前記カウンタ軸１８にはファイナルピニオンギヤ３７が形成されており、そのファイナルピニオンギヤ３７が噛合するリングギヤ４０が設けられている。このファイナルピニオンギヤ３７およびリングギヤ４０により、最終減速機が構成されている。また、このリングギヤ４０はデフケース５０と一体回転するように構成されており、このデフケース５０と車輪（前輪）５１とが、ドライブシャフト５２により動力伝達可能に連結されている。さらに、前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間で電力の授受をおこなう電力供給装置５３が設けられている。この電力供給装置５３は、二次電池などの蓄電装置（図示せず）を有しており、蓄電装置としてはバッテリまたはキャパシタを用いることができる。この蓄電装置と前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とがインバータ（図示せず）を介して接続されている。また、電力供給装置５３は、蓄電装置の他に、燃料電池システム（図示せず）を備えていてもよい。この燃料電池システムは、水素と酸素を反応させて起電力を得るシステムであり、発生した電力をモータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に供給するか、または蓄電装置に充電することができる。さらに、前記電力供給装置５３は、モータ・ジェネレータＭＧ１とモータ・ジェネレータＭＧ２とを接続する電気回路を有しており、前記蓄電装置を経由することなく、前記モータ・ジェネレータＭＧ１とモータ・ジェネレータＭＧ２との間で直接電力の授受をおこなうことが可能である。
つぎに車両の制御系統について説明すると、コントローラとしての電子制御装置５４が設けられており、この電子制御装置５４には、各種のセンサやスイッチなどの検知信号、例えば、加速要求、制動要求、エンジン回転数、前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数、前記入力軸９，１７の回転数、前記カウンタ軸１８の回転数などが入力される一方、この電子制御装置５４からは、前記エンジン２を制御する信号、前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する信号、前記電力供給装置５３における発電状態・充電状態・放電状態などを示す信号、前記アクチュエータ３９を制御する信号などが出力される。
図１に示す車両１において、エンジントルクが前記動力分割機構３のリングギヤ５に入力されるとともに、いずれか一方のモータ・ジェネレータでエンジントルクの反力を受け持つ制御が実行される。具体的には、前記サンギヤ４に連結されたモータ・ジェネレータＭＧ１で反力を受け持つ場合は、前記キャリヤ５７が前記動力分割機構３の出力要素となる。これに対して、前記キャリヤ５７に連結されたモータ・ジェネレータＭＧ２で反力を受け持つ場合は、前記サンギヤ４が前記動力分割機構３の出力要素となる。ここで、エンジントルクの反力を受け持つモータ・ジェネレータが正回転する場合は、そのモータ・ジェネレータが回生制御される。これに対して、エンジントルクの反力を受け持つモータ・ジェネレータが逆回転する場合は、そのモータ・ジェネレータが力行制御される。
また、反力トルクを受け持つモータ・ジェネレータが回生制御される場合は、発生した電力を前記蓄電装置に充電したり、他方のモータ・ジェネレータに供給して、そのモータ・ジェネレータで力行制御を実行することも可能である。これに対して、反力トルクを受け持つモータ・ジェネレータが力行制御される場合は、前記蓄電装置の電力を、反力を受け持つモータ・ジェネレータに供給したり、他方のモータ・ジェネレータを回生制御して、発生した電力を反力を受け持つモータ・ジェネレータに供給することも可能である。そして、前記動力分割機構３においては、エンジントルクの反力を受け持つモータ・ジェネレータの回転数を制御すると、前記サンギヤ４およびリングギヤ５およびキャリヤ５７の差動作用により、エンジン回転数と出力要素の回転数との比を無段階（連続的）に制御することが可能である。すなわち、前記動力分割機構３が無段変速機として作用する。
この動力分割機構３の変速比の制御について簡単に説明すると、まず、前記電子制御装置に入力される信号が処理され、目標駆動力および目標エンジン出力などが求められる。例えば、車速およびアクセル開度（加速要求）に基づいて、目標駆動力が求められ、この目標駆動力に基づいて、前記エンジン２で負担する目標エンジン出力が求められる。この目標エンジン出力に基づいて前記エンジン２の出力を制御する場合、前記エンジン２の燃費が最適燃費となるように、最適燃費曲線に応じた目標エンジン回転数および目標エンジントルクが求められる。そして、前記動力分割機構３の変速比を制御することにより、実エンジン回転数を目標エンジン回転数に近づけることが可能であり、電子スロットルバルブの開度などを制御することにより、実エンジントルクを目標エンジントルクに近づけることが可能である。
一方、前記動力分割機構３で反力を受け持つモータ・ジェネレータを選択したり、目標駆動力に応じたアシストトルクをモータ・ジェネレータで発生させることなどを目的として、前記第１の変速機１９Ａおよび前記第２の変速機１９Ｂの制御が実行される。この第１の変速機１９Ａおよび前記第２の変速機１９Ｂを制御するモードとして選択的に切り換え可能な前進ポジションについて説明する。前記前進ポジションとは、車両１を前進させる向きの駆動力を発生させる場合に用いるポジションである。この前進ポジションでは図２に示すモード（ｍｏｄｅ）、具体的には変速制御モード１（１ｓｔ）および変速制御モード２（２ｎｄ）および変速制御モード３（３ｒｄ）および変速制御モード４（４ｔｈ）を選択的に切り替えることが可能である。これらの変速制御モードは、前記第１の変速機１９Ａおよび前記第２の変速機１９Ｂの変速比を制御し、かつ、前記第１の変速機１９Ａおよび前記第２の変速機１９Ｂにおける動力伝達状態を制御するものである。前記変速制御モード１および変速制御モード３は、エンジントルクを前記リングギヤ５から前記入力軸１７に伝達する場合に選択される変速制御モードである。
図２には、変速制御モード１（１ｓｔ）および変速制御モード２（２ｎｄ）および変速制御モード３（３ｒｄ）および変速制御モード４（４ｔｈ）のそれぞれについて、前記第１のクラッチ機構Ｓ１の係合により連結されるギヤ、前記第２のクラッチ機構Ｓ２の係合により連結されるギヤが示されている。まず、前記変速制御モード１または変速制御モード３が選択された場合は、前記モータ・ジェネレータＭＧ１により反力トルクが受け持たれる。具体的に説明すると、変速制御モード１が選択された場合は、前記第１のクラッチ機構Ｓ１が係合されて、前記カウンタ軸１８と前記第１速用従動ギヤ２６とが連結され、かつ、前記カウンタ軸１８と前記第３速用従動ギヤ２８との間の動力伝達が遮断される。また、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が解放されて、前記カウンタ軸１８に対する前記第２速用従動ギヤ３１および第４速用従動ギヤ３２の動力伝達が共に遮断される。このようにして、前記変速制御モード１が選択された場合は、エンジントルクが前記第１速用ギヤ対２０を経由して前記カウンタ軸１８に伝達される。
また、前記変速制御モード３が選択された場合は、前記第１のクラッチ機構Ｓ１が係合されて、前記カウンタ軸１８と前記第３速用従動ギヤ２８とが連結され、かつ、前記カウンタ軸１８と前記第１速用従動ギヤ２６との間の動力伝達が遮断される。また、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が解放されて、前記カウンタ軸１８に対する前記第２速用従動ギヤ３１および第４速用従動ギヤ３２の動力伝達が共に遮断される。このようにして、前記変速制御モード３が選択された場合は、前記動力分割機構３のキャリヤ５７から出力されたトルクが、前記第３速用ギヤ対２２を経由して前記カウンタ軸１８に伝達される。
つぎに、前記変速制御モード２および変速制御モード４について説明する。この変速制御モード２および変速制御モード４は、エンジントルクを前記サンギヤ４から前記入力軸９に伝達する場合に選択されるモードであり、この変速制御モード２または変速制御モード４が選択された場合は、前記モータ・ジェネレータＭＧ２により反力トルクが受け持たれる。具体的に説明すると、前記変速制御モード２が選択された場合は、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が係合されて、前記カウンタ軸１８と前記第２速用従動ギヤ３１とが連結され、かつ、前記カウンタ軸１８と前記第４速用従動ギヤ３２との間の動力伝達が遮断される。また、前記第１のクラッチ機構Ｓ１が解放されて、前記カウンタ軸１８に対する前記第１速用従動ギヤ２６および第３速用従動ギヤ２８の動力伝達が共に遮断される。このようにして、前記変速制御モード２が選択された場合は、前記動力分割機構３のサンギヤ４から出力されたトルクが、前記第２速用ギヤ対２１を経由して前記カウンタ軸１８に伝達される。
これに対して、前記変速制御モード４が選択された場合は、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が係合されて、前記カウンタ軸１８と前記第４速用従動ギヤ３２とが連結され、かつ、前記カウンタ軸１８と前記第２速用従動ギヤ３１との間の動力伝達が遮断される。また、前記第１のクラッチ機構Ｓ１が解放されて、前記カウンタ軸１８に対する前記第１速用従動ギヤ２６および第３速用従動ギヤ２８の動力伝達が共に遮断される。このようにして、前記変速制御モード４が選択された場合は、前記動力分割機構３のサンギヤ４から出力されたトルクが、前記第４速用ギヤ対２３を経由して前記カウンタ軸１８に伝達される。このように、複数の変速制御モードを選択的に切り替えることにより、前記第１の変速機１９Ａでは、前記入力軸１７の回転数と、前記カウンタ軸１８との間の回転数の比である変速比を、段階的に変更することができるとともに、前記第２の変速機１９Ｂでは、前記入力軸９の回転数と、前記カウンタ軸１８との間の回転数の比である変速比を、段階的に変更することができる。なお、図２において「×」印は、前記第１のクラッチ機構Ｓ１または前記第２のクラッチ機構Ｓ２が解放されることを示す。
以上のようにして、カウンタ軸１８にトルクが伝達されるとともに、そのトルクがドライブシャフト５２を経由して車輪５１に伝達され、駆動力が発生する。そして、図１に示す車両においては、前記動力分割機構３の変速比の制御と、前記第１の変速機１９Ａまたは第２の変速機１９Ｂの変速比の制御とを並行して実行することにより、エンジン回転数と前記カウンタ軸１８の回転数との比で表される「駆動装置（パワートレーン）全体の変速比」を制御することができる。
つぎに、「駆動装置の変速比」を制御する場合に用いられる複数の駆動モードについて説明する。この実施例においては、駆動モード１ないし駆動モード４を選択的に切替可能である。具体的には、駆動モード１が選択された場合は、前記変速制御モード１が用いられ、駆動モード２が選択された場合は、前記変速制御モード２が用いられ、駆動モード３が選択された場合は、前記変速制御モード３が用いられ、駆動モード４が選択された場合は、前記変速制御モード４が用いられる。すなわち、駆動モードとは、前記駆動装置の変速比を制御する場合に選択される車両全体としての制御モードであり、この実施例では、各駆動モード毎に前記駆動装置の変速比の制御範囲が異なる。いずれの駆動モードを選択するかは、車速、アクセル開度、目標駆動力などに基づいて電子制御装置５４により決定される。
つぎに、前記した前進ポジションが選択された場合に実行可能な前記第１の変速機１９Ａおよび第２の変速機１９Ｂの制御、および前記エンジン２の制御、および前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を図３ないし図６の共線図により説明する。これらの共線図上において、前記モータ・ジェネレータＭＧ１と前記モータ・ジェネレータＭＧ２との間に、前記エンジン２（ＥＮＧ）が配置されている。まず、前記車両１の発進時には前記変速制御モード１が選択される。また、図３に示すように、前記エンジン２が正回転し、かつ、前記モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転し、かつ、回生制御されてエンジントルクの反力を受け持つ。このモータ・ジェネレータＭＧ１の回生制御により得られた電力を、前記モータ・ジェネレータＭＧ２に供給して力行制御し、かつ、正回転する向きのトルクが発生される。すなわち、動力分割機構３のキャリヤ５７が出力要素となる。
その後、車速が上昇して、前記モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数が低下するとともに、そのモータ・ジェネレータＭＧ１の回転数が、その時点の車速および第２速用ギヤ対２１の変速比に応じた回転数に等しくなると、変速制御モード１から車速変速制御モード２に変更可能である。この変速制御モード１から変速制御モード２に変更する途中では、前記第１のクラッチ機構Ｓ１の係合により、前記第１速用従動ギヤ２６と前記カウンタ軸１８とが連結されていることに加えて、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が係合されて、前記第２速用従動ギヤ３１と前記カウンタ軸１８とが連結される。そして、図４の共線図に示すように、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を共に空転させる制御がおこなわれる。つまり、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は力行も回生もおこなわない無負荷状態となる。そして、前記第１のクラッチ機構Ｓ１が解放され、かつ、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が係合状態に維持されて、変速制御モード２が達成される。この変速制御モード２が達成された場合は、図５の共線図に示すように、前記モータ・ジェネレータＭＧ２が正回転し、かつ、回生制御されてエンジントルクの反力を受け持ち、動力分割機構３のサンギヤ４が出力要素となる。また、前記モータ・ジェネレータＭＧ２で発生した電力が前記モータ・ジェネレータＭＧ１に供給されて、そのモータ・ジェネレータＭＧ１が力行制御される。
前記変速制御モード２が選択されてから、車速がさらに上昇して、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数が、その時点の車速および第３速用ギヤ対２２の変速比に応じた回転数に等しくなると、前記第１のクラッチ機構Ｓ１が係合されて、第３速用従動ギヤ２８と前記カウンタ軸１８とが連結される。すなわち、第１のクラッチ機構Ｓ１および第２のクラッチ機構Ｓ２が共に係合される。また、図６の共線図に示すように、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が共に空転される。ついで、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が解放され、かつ、前記第１のクラッチ機構Ｓ１が係合状態に維持されて、変速制御モード３が達成される。この変速制御モード３が達成された場合は、前記モータ・ジェネレータＭＧ１が正回転し、かつ、回生制御されてエンジントルクの反力を受け持ち、動力分割機構３のキャリヤ５７が出力要素となる。また、前記モータ・ジェネレータＭＧ１で発生した電力をモータ・ジェネレータＭＧ２に供給し、そのモータ・ジェネレータＭＧ２が力行制御される。
前記変速制御モード３が選択されてから、車速がさらに上昇して、モータ・ジェネレータＭＧ１の回転数が、その時点の車速および第４速用ギヤ対２３の変速比に応じた回転数に等しくなると、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が係合されて、第４速用従動ギヤ３２が前記カウンタ軸１８に連結される。すなわち、第１のクラッチ機構Ｓ１および第２のクラッチ機構Ｓ２が共に係合される。また、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が共に空転される。そして、前記第１のクラッチ機構Ｓ１が解放され、かつ、前記第２のクラッチ機構Ｓ２が係合状態に維持されて、変速制御モード４が達成される。この変速制御モード４が達成された場合は、前記モータ・ジェネレータＭＧ２が回生制御されてエンジントルクの反力を受け持ち、動力分割機構３のサンギヤ４が出力要素となる。また、前記モータ・ジェネレータＭＧ２で発生した電力をモータ・ジェネレータＭＧ１に供給し、そのモータ・ジェネレータＭＧ１が力行制御される。なお、この実施例において、変速制御モード４から変速制御モード３に変更する制御、および変速制御モード３から変速制御モード２に変更する制御、および変速制御モード２から変速制御モード１に変更する制御も実行可能である。
つぎに、前記各駆動モードの特性を図７の線図に基づいて説明する。図７においては、エンジン回転数と前記カウンタ軸１８の回転数との比である変速比（ｉ）が横軸に示され、理論伝達効率が縦軸に示されている。ここで、理論伝達効率とは、前記エンジン２の動力が機械的にカウンタ軸１８に伝達される割合である。ここに示す理論伝達効率は、前記電力供給装置５３からモータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に電力が供給されないことを前提とするものである。
前記モータ・ジェネレータが停止された場合を、理論伝達効率が１．０として表している。理論伝達効率が１．０未満になるということは、前記エンジン２の動力が電気エネルギに変換されたり、電気エネルギがモータ・ジェネレータの動力に変換されたりして、電力供給装置５３における電気流通量が増加すること、つまり、車両１における全体としての電気依存度が大きく（高く）なることを意味する。また、図７には、駆動モード１ないし駆動モード４が特性線で示されている。各駆動モードに対応する特性線は、上向きに突出された山形の特性を備えている。各駆動モードを示す特性線の頂点で、いずれも、電気エネルギの理論伝達効率が１．０となっている。これに対して、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で力行制御または回生制御が実行される場合は、機械的エネルギと電気エネルギとの変換がおこなわれるため、理論伝達効率が１．０未満となっている。
また、各駆動モードを示す特性線の頂点を境として、左側の領域がモータ・ジェネレータＭＧ１が逆回転し、かつ、力行制御されることを示し、右側領域がモータ・ジェネレータＭＧ１が正回転し、かつ、回生制御されることを示している。図７に示すように、各駆動モード毎に、前記変速比（ｉ）の制御範囲が異なる。具体的には、駆動モード２における変速比（ｉ）の制御範囲は、駆動モード１における変速比（ｉ）の制御範囲よりも小さな変速比の領域である。また、駆動モード３における変速比（ｉ）の制御範囲は、前記駆動モード２に対応する変速比（ｉ）の制御範囲よりも小さな変速比の領域である。さらに、駆動モード４における変速比（ｉ）の制御範囲は、前記駆動モード３に対応する変速比（ｉ）の制御範囲よりも小さな変速比の領域である。
以上のように、図１の車両１においては、前記動力分割機構３の変速比を制御するとともに、前記エンジン２の反力トルクを、モータ・ジェネレータＭＧ１またはモータ・ジェネレータＭＧ２により選択的に受け持つ制御を実行可能である。さらには、前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２からカウンタ軸１８に至る動力伝達経路に、前記第１の変速機１９Ａおよび前記第２の変速機１９Ｂが設けられており、前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数とカウンタ軸１８の回転数との比をそれぞれ制御することができる。これらの制御により、駆動装置の変速比（ｉ）の選択範囲（レンジ）を拡大することができる。また、エンジントルクの反力を受けるモータ・ジェネレータを力行制御（特に逆回転で）させ、かつ、前記動力分割機構３の出力要素に連結されるモータ・ジェネレータで回生制御をおこない、その回生制御で得られた電力を、力行制御するモータ・ジェネレータに供給する現象、いわゆる動力循環を抑制することができる。したがって、エンジン２から車輪５１に伝達される機械的な動力伝達量を増加させ、電力の流通量を低減させることができ、駆動装置全体における動力伝達効率が向上する。
また、前記モータ・ジェネレータＭＧ１のトルクが、第２の変速機１９Ｂを経由して車輪５１に伝達され、前記モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクが、第１の変速機１９Ａを経由して車輪５１に伝達されるように構成されている。このため、第１の変速機１９Ａおよび第２の変速機１９Ｂで回転速度が減速される場合は伝達トルクが増幅されるため、前記モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の最大トルクを低減し、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の小型化を図ることができる。さらに、前記動力分割機構３および第１の変速機１９Ａおよび第２の変速機１９Ｂを組み合わせて用いているため、第１の変速機１９Ａおよび第２の変速機１９Ｂの変速比を制御することにより、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の最高回転数を低減することができる。
さらに、図１においては、前記動力分割機構３をダブルピニオン式の遊星歯車機構により構成しているため、共線図上でエンジン２の両側にモータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が別々に配置されている。したがって、いずれのモータ・ジェネレータによりエンジントルクの反力を受け持つ場合でも、その反力トルクの大きさを略同程度とすることができる。したがって、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２として同程度の機能や体格を有するものを用いることができる。なお、図１において、前記第１のクラッチ機構Ｓ１および第２のクラッチ機構Ｓ２としては、摩擦クラッチの一種である湿式多板クラッチでもよいが、これらのクラッチ機構の油圧を制御する油圧室に圧油を供給する油圧源がオイルポンプである場合、そのクラッチ機構のスリップによる動力損失が少ない機械式噛み合いクラッチの方がよい。さらに、第１の変速機１９Ａおよび第２の変速機１９Ｂが、共に動力伝達・動力遮断を切り換える機構を有しているため、部品点数の増加が抑制されて、構造を簡素化できる。
なお、図１に示された変速機は、変速制御モード１ないし４を選択的に切り替えて、第１の変速機１９Ａおよび第２の変速機１９Ｂで、４種類の異なる変速比を段階的に切り替えることが可能な有段変速機であるが、両方の変速機で、３種類の変速段または５種類以上の変速段を切替可能に構成された有段変速機を有する車両であってもよい。この場合、変速段の数に応じた変速制御モードを選択可能となる。さらに、図１の例では、車両を後進させる向きの駆動力を発生させるための後進用ギヤ列が省略されている。
ここで、実施例で説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、リングギヤ５が、この発明の第１の回転要素に相当し、サンギヤ４が、この発明の第２の回転要素に相当し、キャリヤ５７が、この発明の第３の回転要素に相当し、入力軸９およびカウンタ軸１８により、この発明の第１の動力伝達経路が構成されており、入力軸１７およびカウンタ軸１８により、この発明の第２の動力伝達経路が構成されている。また、第１のクラッチ機構Ｓ１が、この発明の第１の変速機を動力伝達を可能とし、かつ、動力伝達を遮断する機構に相当し、第２のクラッチ機構Ｓ２が、この発明の第２の変速機を動力伝達を可能とし、かつ、動力伝達を遮断する機構に相当する。さらにモータ・ジェネレータＭＧ１が、この発明の第１のモータ・ジェネレータに相当し、モータ・ジェネレータＭＧ２が、この発明の第２のモータ・ジェネレータに相当する。
この発明のハイブリッド駆動装置を有する車両のパワートレーンおよび制御系統の一例を示す概念図である。 図１に示された変速機の変速制御モードにおけるクラッチ機構の作動を示す図表である。 図１に示された動力分割機構の共線図である。 図１に示された動力分割機構の共線図である。 図１に示された動力分割機構の共線図である。 図１に示された動力分割機構の共線図である。 図１に示されたハイブリッド駆動装置において、動力の理論伝達効率と、駆動装置全体の変速比との関係を示す線図である。
符号の説明
１…車両、 ２…エンジン、 ３…動力分割機構、 ４…サンギヤ、 ５…リングギヤ、 ５５，５６…ピニオンギヤ、 ５７…キャリヤ、 ９，１７…入力軸、 １８…カウンタ軸、 １９Ａ…第１の変速機、 １９Ｂ…第２の変速機、 ５１…車輪、 ＭＧ１，ＭＧ２…モータ・ジェネレータ、 Ｓ１…第１のクラッチ機構、 Ｓ２…第２のクラッチ機構。

Claims (1)

  1. 差動回転可能に連結された第１の回転要素および第２の回転要素および第３の回転要素を有する動力分割機構が設けられ、エンジンが前記第１の回転要素に連結され、第１のモータ・ジェネレータが前記第２の回転要素に連結され、第２のモータ・ジェネレータが前記第３の回転要素に連結されているとともに、前記エンジンの動力を前記第１の回転要素に入力し、かつ、前記第２の回転要素または第３の回転要素から出力して車輪に伝達する場合に、前記第１のモータ・ジェネレータまたは第２のモータ・ジェネレータのいずれか一方でエンジントルクの反力を受け持つように構成されており、前記第１のモータ・ジェネレータおよび前記第２の回転要素を前記車輪に動力伝達可能に接続する第１の動力伝達経路が設けられ、前記第２のモータ・ジェネレータおよび前記第３の回転要素を前記車輪に動力伝達可能に接続する第２の動力伝達経路が設けられているハイブリッド駆動装置において、
    前記第１の動力伝達経路に第１の変速機が設けられ、前記第２の動力伝達経路に第２の変速機が設けられているとともに、
    前記第１の変速機は、前記第１のモータ・ジェネレータの動力を前記車輪に伝達する場合に動力伝達可能となる機構と、前記エンジントルクの反力を前記第１のモータ・ジェネレータで受け持つ場合に動力伝達を遮断する機構とを有しており、
    前記第２の変速機は、前記第２のモータ・ジェネレータの動力を前記車輪に伝達する場合に動力伝達可能となる機構と、前記エンジントルクの反力を前記第２のモータ・ジェネレータで受け持つ場合に動力伝達を遮断する機構と
    を有していることを特徴とするハイブリッド駆動装置。
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