以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例であるハイブリッド車両用駆動装置10(以下、駆動装置10と表す)を説明する骨子図である。図1において、駆動装置10は車体に取り付けられる非回転部材としてのトランスミッションケース12(以下、ケース12と表す)内において共通の軸心上に配設された入力回転部材としての駆動装置入力軸14と、この駆動装置入力軸14に直接に或いは図示しない脈動吸収ダンパ(振動減衰装置)などを介して間接に連結された差動機構としての動力分配機構16と、その動力分配機構16と駆動装置出力軸22との間で伝達部材18を介して直列に連結されている有段式の自動変速機20と、この自動変速機20に連結されている出力回転部材としての駆動装置出力軸22とを備えている。本実施例では、上記自動変速機20が、歯車装置すなわち回転装置である。
この駆動装置10は、車両において縦置きされるFR(フロントエンジン・リヤドライブ)型車両などに好適に用いられるものであり、図7に示すように、走行用の駆動力源としてのエンジン8と一対の駆動輪38との間に設けられて、動力を差動歯車装置(終減速機)36および一対の車軸等を順次介して一対の駆動輪38へ伝達する。なお、駆動装置10はその軸心に対して対称的に構成されているため、図1の駆動装置10を表す部分においてはその下側が省略されている。
動力分配機構16は、駆動装置入力軸14に入力されたエンジン8の出力を機械的に合成し或いは分配する機械的機構であって、エンジン8の出力を第1電動機M1および伝達部材18に分配し、或いはエンジン8の出力とその第1電動機M1の出力とを合成して伝達部材18へ出力する。本実施例の第1電動機M1および第2電動機M2は、発電機能をも有する所謂モータジェネレータであるが、第1電動機M1は反力を発生させるためのジェネレータ(発電)機能を少なくとも備え、第2電動機M2は駆動力を出力するためのモータ(電動機)機能を少なくとも備える。
動力分配機構16は、例えば「0.418」程度の所定のギヤ比ρ1を有するシングルピニオン型の第1遊星歯車装置24と、切換クラッチC0および切換ブレーキB0とを備えている。この第1遊星歯車装置24は、第1サンギヤS1、第1遊星歯車P1、その第1遊星歯車P1を自転および公転可能に支持する第1キャリヤCA1、第1遊星歯車P1を介して第1サンギヤS1と噛み合う第1リングギヤR1を回転要素(要素)として備えている。第1サンギヤS1の歯数をZS1、第1リングギヤR1の歯数をZR1とすると、上記ギヤ比ρ1はZS1/ZR1である。
この動力分配機構16においては、第1キャリヤCA1は駆動装置入力軸14すなわちエンジン8に連結され、第1サンギヤS1は第1電動機M1に連結され、第1リングギヤR1は伝達部材18に連結されている。また、切換ブレーキB0は第1サンギヤS1とケース12との間に設けられ、切換クラッチC0は第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1との間に設けられている。それら切換クラッチC0および切換ブレーキB0が解放されると、第1サンギヤS1、第1キャリヤCA1、第1サンギヤS1がそれぞれ相互に相対回転可能な差動作用が働く差動状態とされることから、エンジン8の出力が第1電動機M1と伝達部材18とに分配され、第1電動機M1に分配されたエンジン8の出力で第1電動機M1が発電され、その発電された電気エネルギや、蓄電されていた電気エネルギで第2電動機M2が回転駆動されるので、例えば無段変速状態とされて、エンジン8の所定回転に拘わらず伝達部材18の回転が連続的に変化させられる。すなわち、動力分配機構16が、電気的にその変速比γ0(駆動装置入力軸14の回転速度/伝達部材18の回転速度)が最小値γ0minから最大値γ0maxまで変化させられる差動状態例えば変速比γ0が最小値γ0minから最大値γ0maxまで連続的に変化させられる電気的な無段変速機として機能する差動状態例えば無段変速状態とされる。
この状態で、エンジン8の出力で車両走行中に上記切換クラッチC0が係合させられて第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1とが一体的に係合させられると、第1遊星歯車装置24の3要素S1、CA1、R1が一体回転させられるロック状態である非差動状態とされることから、エンジン8の回転と伝達部材18の回転速度とが一致する状態となるので、動力分配機構16は変速比γ0が「1」に固定された変速機として機能する定変速状態とされる。次いで、上記切換クラッチC0に替えて切換ブレーキB0が係合させられて第1サンギヤS1が非回転状態とされるロック状態である非差動状態とされると、第1リングギヤR1は第1キャリヤCA1よりも増速回転されるので、動力分配機構16は変速比γ0が「1」より小さい値例えば0.7程度に固定された増速変速機として機能する定変速状態とされる。このように、本実施例では、上記切換クラッチC0および切換ブレーキB0は、動力分配機構16を、差動状態例えば変速比が連続的変化可能な電気的な無段変速機として作動可能な差動状態(無段変速状態)と、非差動状態例えば電気的な無段変速機として作動させず無段変速作動を非作動として変速比変化をロックするロック状態、すなわち1または2種類の変速比の単段または複数段の変速機として作動可能な定変速状態とに選択的に切換える差動状態切換装置として機能している。
自動変速機20は、複数の遊星歯車装置、すなわち、シングルピニオン型の第2遊星歯車装置26、シングルピニオン型の第3遊星歯車装置28、およびシングルピニオン型の第4遊星歯車装置30を備えている。第2遊星歯車装置26は、第2サンギヤS2、第2遊星歯車P2、その第2遊星歯車P2を自転および公転可能に支持する第2キャリヤCA2、第2遊星歯車P2を介して第2サンギヤS2と噛み合う第2リングギヤR2を備えており、例えば「0.562」程度の所定のギヤ比ρ2を有している。第3遊星歯車装置28は、第3サンギヤS3、第3遊星歯車P3、その第3遊星歯車P3を自転および公転可能に支持する第3キャリヤCA3、第3遊星歯車P3を介して第3サンギヤS3と噛み合う第3リングギヤR3を備えており、例えば「0.425」程度の所定のギヤ比ρ3を有している。第4遊星歯車装置30は、第4サンギヤS4、第4遊星歯車P4、その第4遊星歯車P4を自転および公転可能に支持する第4キャリヤCA4、第4遊星歯車P4を介して第4サンギヤS4と噛み合う第4リングギヤR4を備えており、例えば「0.421」程度の所定のギヤ比ρ4を有している。第2サンギヤS2の歯数をZS2、第2リングギヤR2の歯数をZR2、第3サンギヤS3の歯数をZS3、第3リングギヤR3の歯数をZR3、第4サンギヤS4の歯数をZS4、第4リングギヤR4の歯数をZR4とすると、上記ギヤ比ρ2はZS2/ZR2、上記ギヤ比ρ3はZS3/ZR3、上記ギヤ比ρ4はZS4/ZR4である。
自動変速機20では、第2サンギヤS2と第3サンギヤS3とが一体的に連結されて第2クラッチC2を介して伝達部材18に選択的に連結されるとともに第1ブレーキB1を介してケース12に選択的に連結され、第2キャリヤCA2は第2ブレーキB2を介してケース12に選択的に連結され、第4リングギヤR4は第3ブレーキB3を介してケース12に選択的に連結され、第2リングギヤR2と第3キャリヤCA3と第4キャリヤCA4とが一体的に連結されて駆動装置出力軸22に連結され、第3リングギヤR3と第4サンギヤS4とが一体的に連結されて第1クラッチC1を介して伝達部材18に選択的に連結されるようになっている。
前記切換クラッチC0、第1クラッチC1、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、および第3ブレーキB3は従来の車両用自動変速機においてよく用いられている油圧式摩擦係合装置であって、互いに重ねられた複数枚の摩擦板が油圧アクチュエータにより押圧される湿式多板型や、回転するドラムの外周面に巻き付けられた1本または2本のバンドの一端が油圧アクチュエータによって引き締められるバンドブレーキなどにより構成され、それが介装されている両側の部材を選択的に連結するためのものである。
以上のように構成された駆動装置10では、例えば、図2の係合作動表に示されるように、前記切換クラッチC0、第1クラッチC1、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、および第3ブレーキB3が選択的に係合作動させられることにより、第1速ギヤ段(第1変速段)乃至第5速ギヤ段(第5変速段)のいずれか或いは後進ギヤ段(後進変速段)或いはニュートラルが選択的に成立させられ、略等比的に変化する変速比γ(=入力軸回転速度NIN/出力軸回転速度NOUT)が各ギヤ段毎に得られるようになっている。特に、本実施例では動力分配機構16に切換クラッチC0および切換ブレーキB0が備えられており、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかが係合作動させられることによって、動力分配機構16は前述した無段変速機として作動可能な無段変速状態に加え、1または2種類以上の変速比の単段または複数段の変速機として作動可能な定変速状態を構成することが可能とされている。したがって、駆動装置10では、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかを係合作動させることで定変速状態とされた動力分配機構16と自動変速機20とで有段変速機が構成され、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れも係合作動させないことで無段変速状態とされた動力分配機構16と自動変速機20とで無段変速機が構成される。
例えば、駆動装置10が有段変速機として機能する場合には、図2に示すように、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第3ブレーキB3の係合により、変速比γ1が最大値例えば「3.357」程度である第1速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第2ブレーキB2の係合により、変速比γ2が第1速ギヤ段よりも小さい値例えば「2.180」程度である第2速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第1ブレーキB1の係合により、変速比γ3が第2速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.424」程度である第3速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第2クラッチC2の係合により、変速比γ4が第3速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.000」程度である第4速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ5が第4速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.705」程度である第5速ギヤ段が成立させられる。また、第2クラッチC2および第3ブレーキB3の係合により、変速比γRが第1速ギヤ段と第2速ギヤ段との間の値例えば「3.209」程度である後進ギヤ段が成立させられる。なお、ニュートラル「N」状態とする場合には、例えば切換クラッチC0のみが係合される。
しかし、駆動装置10が無段変速機として機能する場合には、図2に示される係合表の切換クラッチC0および切換ブレーキB0が共に解放される。これにより、動力分配機構16が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速機20が有段変速機として機能することにより、自動変速機20の第1速、第2速、第3速、第4速の各ギヤ段に対しその自動変速機20に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって駆動装置10全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
図3は、無段変速部或いは第1変速部として機能する動力分配機構16と有段変速部或いは第2変速部として機能する自動変速機20とから構成される駆動装置10において、ギヤ段毎に連結状態が異なる各回転要素の回転速度の相対関係を直線上で表すことができる共線図である。この図3の共線図は、横軸方向において各遊星歯車装置24、26、28、30のギヤ比ρの相対関係を示し、縦軸方向において相対的回転速度を示す二次元座標であり、3本の横軸のうちの下側の横線X1が回転速度零を示し、上側の横線X2が回転速度「1.0」すなわち駆動装置入力軸14に連結されたエンジン8の回転速度NEを示し、横軸XGが伝達部材18の回転速度を示している。また、動力分配機構16の3本の縦線Y1、Y2、Y3は、左側から順に第2回転要素(第2要素)RE2に対応する第1サンギヤS1、第1回転要素(第1要素)RE1に対応する第1キャリヤCA1、第3回転要素(第3要素)RE3に対応する第1リングギヤR1の相対回転速度を示すものであり、それらの間隔は第1遊星歯車装置24のギヤ比ρ1に応じて定められている。すなわち、縦線Y1とY2との間隔を1に対応するとすると、縦線Y2とY3との間隔はギヤ比ρ1に対応するものとされる。さらに、自動変速機20の5本の縦線Y4、Y5、Y6、Y7、Y8は、左から順に、第4回転要素(第4要素)RE4に対応し且つ相互に連結された第2サンギヤS2および第3サンギヤS3を、第5回転要素(第5要素)RE5に対応する第2キャリヤCA2を、第6回転要素(第6要素)RE6に対応する第4リングギヤR4を、第7回転要素(第7要素)RE7に対応し且つ相互に連結された第2リングギヤR2、第3キャリヤCA3、第4キャリヤCA4を、第8回転要素(第8要素)RE8に対応し且つ相互に連結された第3リングギヤR3、第4サンギヤS4をそれぞれ表し、それらの間隔は第2、第3、第4遊星歯車装置26、28、30のギヤ比ρ2、ρ3、ρ4に応じてそれぞれ定められている。すなわち、図3に示すように、各第2、第3、第4遊星歯車装置26、28、30毎にそのサンギヤとキャリヤとの間が1に対応するものとされ、キャリヤとリングギヤとの間がρに対応するものとされる。
上記図3の共線図を用いて表現すれば、本実施例の駆動装置10は、動力分配機構(無段変速部)16において、第1遊星歯車装置24の3回転要素(要素)の1つである第1回転要素RE1(第1キャリヤCA1)が駆動装置入力軸14に連結されるとともに切換クラッチC0を介して他の回転要素の1つである第1サンギヤS1と選択的に連結され、その他の回転要素の1つである第2回転要素RE2(第1サンギヤS1)が第1電動機M1に連結されるとともに切換ブレーキB0を介してトランスミッションケース12に選択的に連結され、残りの回転要素である第3回転要素RE3(第1リングギヤR1)が伝達部材18および第2電動機M2に連結されて、駆動装置入力軸14の回転を前記伝達部材18を介して自動変速機(有段変速部)20へ伝達する(入力させる)ように構成されている。このとき、Y2とX2の交点を通る斜めの直線L0により第1サンギヤS1の回転速度と第1リングギヤR1の回転速度との関係が示される。
図4および図5は上記図3の共線図の動力分配機構16部分に相当する図である。図4は上記切換クラッチC0および切換ブレーキB0の解放により無段変速状態に切換えられたときの動力分配機構16の状態の一例を表している。例えば、第1電動機M1の発電による反力を制御することによって直線L0と縦線Y1との交点で示される第1サンギヤS1の回転が上昇或いは下降させられると、直線L0と縦線Y3との交点で示される第1リングギヤR1の回転速度が下降或いは上昇させられる。
また、図5は切換クラッチC0の係合により有段変速状態に切換えられたときの動力分配機構16の状態を表している。つまり、第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1とが連結されると、上記3回転要素が一体回転するので、直線L0は横線X2と一致させられ、エンジン回転速度NEと同じ回転で伝達部材18が回転させられる。或いは、切換ブレーキB0の係合によって第1サンギヤS1の回転が停止させられると、直線L0は図3に示す状態となり、その直線L0と縦線Y3との交点で示される第1リングギヤR1すなわち伝達部材18の回転速度は、エンジン回転速度NEよりも増速された回転で自動変速機20へ入力される。
また、自動変速機20において第4回転要素RE4は第2クラッチC2を介して伝達部材18に選択的に連結されるとともに第1ブレーキB1を介してケース12に選択的に連結され、第5回転要素RE5は第2ブレーキB2を介してケース12に選択的に連結され、第6回転要素RE6は第3ブレーキB3を介してケース12に選択的に連結され、第7回転要素RE7は駆動装置出力軸22に連結され、第8回転要素RE8は第1クラッチC1を介して伝達部材18に選択的に連結されている。
自動変速機20では、図3に示すように、第1クラッチC1と第3ブレーキB3とが係合させられることにより、第8回転要素RE8の回転速度を示す縦線Y8と横線X2との交点と第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6と横線X1との交点とを通る斜めの直線L1と、駆動装置出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第1速の駆動装置出力軸22の回転速度が示される。同様に、第1クラッチC1と第2ブレーキB2とが係合させられることにより決まる斜めの直線L2と駆動装置出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第2速の駆動装置出力軸22の回転速度が示され、第1クラッチC1と第1ブレーキB1とが係合させられることにより決まる斜めの直線L3と駆動装置出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第3速の駆動装置出力軸22の回転速度が示され、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが係合させられることにより決まる水平な直線L4と駆動装置出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第4速の駆動装置出力軸22の回転速度が示される。上記第1速乃至第4速では、切換クラッチC0が係合させられている結果、エンジン回転速度NEと同じ回転速度で第8回転要素RE8に動力分配機構16からの動力が入力される。しかし、切換クラッチC0に替えて切換ブレーキB0が係合させられると、動力分配機構16からの動力がエンジン回転速度NEよりも高い回転速度で入力されることから、第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる水平な直線L5と駆動装置出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第5速の駆動装置出力軸22の回転速度が示される。また、第2クラッチC2と第3ブレーキB3とが係合させられることにより決まる斜めの直線LRと駆動装置出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で後進Rの駆動装置出力軸22の回転速度が示される。
図6は、本実施例の駆動装置10を制御するための電子制御装置40に入力される信号及びその電子制御装置40から出力される信号を例示している。この電子制御装置40は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インターフェースなどから成る所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、RAMの一時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことによりエンジン8、電動機M1、M2に関するハイブリッド駆動制御、前記自動変速機20の変速制御等の駆動制御を実行するものである。
上記電子制御装置40には、図6に示す各センサやスイッチから、エンジン水温を示す信号、シフトポジションを表す信号、エンジン8の回転速度であるエンジン回転速度NEを表す信号、ギヤ比列設定値を示す信号、M(モータ走行)モードを指令する信号、エアコンの作動を示すエアコン信号、駆動装置出力軸22の回転速度に対応する車速信号、自動変速機20の作動油温を示す油温信号、サイドブレーキ操作を示す信号、フットブレーキ操作を示す信号、触媒温度を示す触媒温度信号、アクセルペダルの操作量を示すアクセル開度信号、カム角信号、スノーモード設定を示すスノーモード設定信号、車両の前後加速度を示す加速度信号、オートクルーズ走行を示すオートクルーズ信号、車両の重量を示す車重信号、各駆動輪の車輪速を示す車輪速信号、駆動装置10を有段変速機として機能させるために動力分配機構16を定変速状態に切り換えるための有段スイッチ操作の有無を示す信号、駆動装置10を無段変速機として機能させるために動力分配機構16を無段変速状態に切り換えるための無段スイッチ操作の有無を示す信号、第1電動機M1の回転速度NM1を表す信号、第2電動機M2の回転速度NM2を表す信号などが、それぞれ供給される。また、上記電子制御装置40からは、スロットル弁の開度を操作するスロットルアクチュエータへの駆動信号、過給圧を調整するための過給圧調整信号、電動エアコンを作動させるための電動エアコン駆動信号、エンジン8の点火時期を指令する点火信号、電動機M1およびM2の作動を指令する指令信号、シフトインジケータを作動させるためのシフトポジション(操作位置)表示信号、ギヤ比を表示させるためのギヤ比表示信号、スノーモードであることを表示させるためのスノーモード表示信号、制動時の車輪のスリップを防止するABSアクチュエータを作動させるためのABS作動信号、Mモードが選択されていることを表示させるMモード表示信号、動力分配機構16や自動変速機20の油圧式摩擦係合装置の油圧アクチュエータを制御するために油圧制御回路42に含まれる電磁弁を作動させるバルブ指令信号、上記油圧制御回路42の油圧源である電動油圧ポンプを作動させるための駆動指令信号、電動ヒータを駆動するための信号、クルーズコントロール制御用コンピュータへの信号等が、それぞれ出力される。
図7は、駆動装置10の制御方法すなわち電子制御装置40による制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。切換制御手段50は、例えば図8或いは図9に示す予め記憶された関係に基づいて、駆動装置10を無段変速状態とする無段制御領域内であるか或いは駆動装置10を有段変速状態とする有段制御領域内であるかを判定する。図8に示す関係(切換マップ)を用いる場合には、実際のエンジン回転速度NEとハイブリッド車両の駆動力に関連する駆動力関連値、例えばエンジン出力トルクTEとで表される車両状態に基づいて上記判定を行う。
図8に示される関係では、エンジン8の出力トルクTEが予め設定された所定値TE1以上の高トルク領域(高出力走行領域)、エンジン回転速度NEが予め設定された所定値NE1以上の高回転領域すなわちエンジン回転速度NEとトータル変速比γTとで一意的に決められる車両状態の1つである車速が所定値以上の高車速領域、或いはそれらエンジン8の出力トルクTEおよび回転速度NEから算出される出力が所定以上の高出力領域が、有段制御領域として設定されている。従って、エンジン8の比較的高出力トルク、比較的高回転速度、或いは比較的高出力時には有段変速制御は実行され、アップシフトに伴うエンジン回転速度NEの変化すなわち変速に伴うリズミカルなエンジン8の回転速度の変化が発生する。或いは、他の考え方として、この高出力走行においては燃費に対する要求より運転者の駆動力に対する要求が重視されるので、無段変速状態より有段変速状態(定変速状態)に切り換えられるのである。これによって、ユーザは、リズミカルなエンジン回転速度NEの変化を楽しむことができる。一方、エンジン8の比較的低出力トルク、比較的低回転速度、或いは比較的低出力時すなわちエンジン8の常用出力域では無段変速制御が実行されるようになっている。図8における有段制御領域と無段制御領域との間の境界線は、例えば高車速判定値の連なりである高車速判定線および高出力走行判定値の連なりである高出力走行判定線に対応している。
一方、図9に示す関係を用いる場合には、実際の車速Vと駆動力関連値である出力トルクTOUTとに基づいて上記判定を行う。図9では、破線が、無段変速を有段変速に切り換える所定条件を定める判定車速V1および判定出力トルクT1を示し、二点差線が、有段変速を無段変速に切り換える際の条件を示している。このように、有段制御領域と無段制御領域と切換の判定にヒステリシスが設けられている。なお、図9において、太線56で示す境界よりも低出力トルク側および低車速側は電動機の駆動力で走行するモータ走行領域である。また、図9には、車速Vと出力トルクTOUTとをパラーメタとする変速線図も示されている。
そして、切換制御手段50は、有段変速制御領域であると判定した場合は、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御或いは無段変速制御を不許可(禁止)とする信号を出力するとともに、有段変速制御手段54に対しては、予め設定された有段変速時の変速制御を許可する。このときの有段変速制御手段54は、前記判定が図8に基づいて行われた場合には、予め記憶された図示しない変速線図に従って自動変速制御を実行し、前記判定が図9に基づいて行われた場合には、その図9に示される変速線図に従って自動変速制御を実行する。
図2は、このときの変速制御において選択される油圧式摩擦係合装置すなわちC0、C1、C2、B0、B1、B2、B3の作動の組み合わせを示している。この有段自動変速制御モードの第1速乃至第4速では、切換クラッチC0が係合させられることにより動力分配機構16が固定の変速比γ0が1の副変速機として機能しているが、第5速では、その切換クラッチC0の係合に替えて切換ブレーキB0が係合させられることにより動力分配機構16が固定の変速比γ0が例えば0.7程度の副変速機として機能している。すなわち、この有段自動変速制御モードでは、副変速機として機能する動力分配機構16と自動変速機20とを含む駆動装置10全体が所謂自動変速機として機能している。
なお、前記駆動力関連値とは、車両の駆動力に1対1に対応するパラメータであって、駆動輪38での駆動トルク或いは駆動力のみならず、例えば自動変速機20の出力トルクTOUT、エンジン出力トルクTE、車両加速度や、例えばアクセル開度或いはスロットル開度(或いは吸入空気量、空燃比、燃料噴射量)とエンジン回転速度NEとによって算出されるエンジン出力トルクTEなどの実際値や、運転者のアクセルペダル操作量或いはスロットル開度に基づいて算出されるエンジン出力トルクTEや要求駆動力等の推定値であってもよい。また、上記駆動トルクは出力トルクTOUT等からデフ比、駆動輪38の半径等を考慮して算出されてもよいし、例えばトルクセンサ等によって直接検出されてもよい。上記他の各トルク等も同様である。
一方、上記切換制御手段50において無段制御領域内であると判定した場合は、前記動力分配機構16を電気的な無段変速可能とするように切換クラッチC0および切換ブレーキB0を解放させる指令を油圧制御回路42へ出力する。同時に、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御を許可する信号を出力するとともに、有段変速制御手段54には、予め設定された無段変速時の変速段に固定する信号を出力するか、或いは予め記憶された変速線図に従って自動変速することを許可する信号を出力する。後者の場合、有段変速制御手段54により、図2の係合表内において切換クラッチC0および切換ブレーキB0の係合を除いた作動により自動変速が行われる。このように、動力分配機構16が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速機20が有段変速機として機能することにより、適切な大きさの駆動力が得られると同時に、前述のように、自動変速機20の第1速、第2速、第3速、第4速の各ギヤ段に対しその自動変速機20に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって駆動装置10全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
上記ハイブリッド制御手段52は、エンジン8を効率のよい作動域で作動させる一方で、エンジン8と第1電動機M1および/または第2電動機M2との駆動力の配分を最適になるように変化させる。例えば、そのときの走行車速において、アクセルペダル操作量や車速から運転者の要求出力を算出し、運転者の要求出力と充電要求値から必要な駆動力を算出し、エンジンの回転速度とトータル出力とを算出し、そのトータル出力とエンジン回転速度NEとに基づいて、エンジン出力を得るようにエンジン8を制御するとともに第1電動機M1の発電量を制御する。ハイブリッド制御手段52は、その制御を自動変速機20の変速段を考慮して実行したり、或いは燃費向上などのために自動変速機20に変速指令を行う。このようなハイブリッド制御では、エンジン8を効率のよい作動域で作動させるために定まるエンジン回転速度NEと車速および自動変速機20の変速段で定まる伝達部材18の回転速度とを整合させるために、動力分配機構16が電気的な無段変速機として機能させられる。すなわち、ハイブリッド制御手段52は無段変速走行の時に運転性と燃費性とを両立した予め記憶された最適燃費率曲線に沿ってエンジン8が作動させられるように駆動装置10のトータル変速比γTの目標値を定め、その目標値が得られるように動力分配機構16の変速比γ0を制御し、トータル変速比γTをその変速可能な変化範囲内で制御することになる。
このとき、ハイブリッド制御手段52は、第1電動機M1により発電された電気エネルギをインバータ58を通して蓄電装置60や第2電動機M2へ供給するので、エンジン8の動力の主要部は機械的に伝達部材18へ伝達されるが、エンジン8の動力の一部は第1電動機M1の発電のために消費されてそこで電気エネルギに変換され、インバータ58を通して電気エネルギが第2電動機M2或いは第1電動機M1へ供給され、その第2電動機M2或いは第1電動機M1から伝達部材18へ伝達される。この電気エネルギの発生から第2電動機M2で消費されるまでに関連する機器により、エンジン8の動力の一部を電気エネルギに変換し、その電気エネルギを機械的エネルギに変換するまでの電気パスが構成される。また、ハイブリッド制御手段52は、エンジン8の停止又はアイドル状態に拘わらず、動力分配機構16の電気的CVT機能によってモータ走行させることができる。
上記切換制御手段50、ハイブリッド制御手段52、有段変速制御手段54により、車両の低中速走行および低中出力走行となるようなエンジンの常用出力域では動力分配機構16が無段変速状態とされてハイブリッド車両の燃費性能が確保されるが、高速走行或いはエンジン8の高回転域では動力分配機構16が定変速状態とされ専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて動力と電気との間の変換損失が抑制されて燃費が向上させられる。また、エンジン8の高出力域では動力分配機構16が定変速状態とされて無段変速状態として作動させる領域が車両の低中速走行および低中出力走行となるので、第1電動機M1が発生すべき電気的エネルギすなわちが第1電動機M1が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできて、換言すれば第1電動機M1の保障すべき電気的反力を小さくできてその第1電動機M1や第2電動機M2、或いはそれを含む駆動装置10が一層小型化される。
図10は、前記駆動装置10の一部の断面を示す要部断面図であり、図11は、前記駆動装置10の図10とは異なる断面を示す要部断面図である。これらの図に示すように、本実施例における歯車軸すなわち回転軸である自動変速機20の入力軸70の駆動装置出力軸22側(図右側)の端部には支持隔壁72が外嵌されている。この支持隔壁72は、軸方向に延び、軸心を前記入力軸70と同じくする内周側筒部72aと、内周端がその内周側筒部72aの第2電動機M2側の端に連結されて径方向の外側に向かう隔壁部72bと、その隔壁部72bの外周端に軸方向の一端が連結されて軸方向の第2電動機M2と対向する側へ延び、且つ、径方向にも比較的肉厚とされた外周側筒部72cとから構成されている。この支持隔壁72は、図11に示すように、第2の締結部材である複数(例えば3本)のボルト84が、その支持隔壁72を介挿した状態で同数のボルト孔92にそれぞれ螺合されることにより前記ケースに固定されている。
上記支持隔壁72に対して自動変速機20とは反対側に配置された第2電動機M2は、ステータ(固定子)74と、ロータ(回転子)76と、そのロータ76と一体回転するロータ支持軸78とを備えている。このロータ支持軸78の支持隔壁72側は、図10または図11に示すように、スプライン86により入力軸70に連結されているので、そのロータ支持軸78と入力軸70とは一体回転させられる。また、ロータ支持軸78の駆動装置出力軸22側の端は、前記内周側筒部72aの第2電動機M2側の内周面に当接させられたベアリング80を介して、支持隔壁72に支持されている。また、上記ステータ74は、図10に示すように、第1の締結部材である複数(例えば3本)のボルト82が、そのステータ74を介挿した状態で同数のボルト孔90にそれぞれ螺合されることにより前記ケース12に固定されている。
前記支持隔壁72は、ケース12に対してインロー構造となっている。すなわち、支持隔壁72の外周側筒部72cの外周面72dは、ケース12の内周面に形成された軸方向に平行な当接周面12aに対して当接させられており、ボルト82により固定されていない状態では、外周側筒部72cの外周面72dは当接周面12aに対して摺動可能となっている。すなわち、前記支持隔壁72の側では、外周側筒部72cの外周面72dがケース12との嵌合周面に相当し、ケース12の側では、その内周面に形成された当接周面12aが支持隔壁72との嵌合周面に相当する。このような構成により、支持隔壁72を圧入することなく、ケース12に嵌め入れることができる。
また、図11に示すように、外周側筒部72cの第2電動機M2とは反対側の側面72eは、上記当接周面12aの一端から径方向外側に向かうようにケース12に形成された第1当接面12bに当接させられている。従って、支持隔壁72は、外周側筒部72cの外周面72dおよび側面72eがそれぞれケース12の当接周面12aおよび第1当接面12bに当接するようにケース12に嵌め入れられるだけで、その軸方向および径方向の位置が精度良く定まる。前記入力軸70の駆動装置出力軸22側の端は、上記支持隔壁72の内周側筒部72aの内周に設けられたベアリング80を介して、その支持隔壁72の内周側筒部72aに相対回転可能に支持されている。
図12は、図10の駆動装置10を矢印XIIで示す方向から見た図であり、前記ケース12に固定された支持隔壁72におけるそのケース12との相対位置関係を説明する要部正面図である。この図12では、説明の便宜のために、前記ケース12と支持隔壁72との締結部位のみを示しており、前記入力軸70、ステータ74、ロータ76、及び前記ケース12の外縁等は省略している。また、前記ボルト82に関しては断面にてその締結部位を示している。この図12に示すように、第1の締結部材であるボルト82及び第2の締結部材であるボルト84は、前記支持隔壁72の回転周方向に関して異なる相対位置にて且つその回転軸心から略等しい距離rとなるように前記ケース12に締結されている。すなわち、回転軸心を中心とする半径rの円周上に互い違いに締結されている。この支持隔壁72の回転周方向は、前記入力軸70の軸心を中心とするものであり、換言すれば、前記ボルト82およびボルト84は、前記入力軸70の軸心を中心とする周方向に関して異なる相対位置にて且つその入力軸70の軸心から略等しい距離rとなるように前記ケース12に締結されている。ここで、略等しい距離とは、支持隔壁72の締結部位がステータ74の締結部位に対して内周側である場合には、第2電動機M2のケース12への収納に対して支障とならない程度の距離であり、外周側である場合には、本発明の効果である搭載性向上が抑制されない程度の距離である。このように、前記支持隔壁72の回転周方向に関して前記ボルト82およびボルト84の固定位置を相違させていることで、それらを径方向にオフセットする場合に比べ、径方向の寸法を小さく抑えることができる。
また、図10に示すように、前記ステータ74は、前記ケース12の支持隔壁72に対する当接周面72aの一端から径方向外側に向かうようにケース12に形成された第2当接面12cに当接させられることにより、そのケース12に対する軸方向の位置が定まるようになっている。このステータ74とケース12との当接部位である第2当接面12cは、前記入力軸70の軸方向(軸心方向)に関して前記支持隔壁72とケース12との当接部位すなわち第1当接面12bとは異なる位置であり、好適には、その第1当接面12bよりも前記ステータ74側である。斯かる構成により、ケース12に穿設されるボルト82を螺合するためのボルト孔90を設けるためにそのケース12の肉厚部分を延長する必要がなく、後方(すなわち図面向かって右方向)への延在を避けることができ、また、ボルト82がない部分は空洞とすることにより、装置を軽量化することができる。また、前記ステータ74をケース12にスペーサを介することなく直接固定する構成により、その固定が安定するという利点がある。
また、図11および図12に示すように、前記支持隔壁72とケース12との嵌合周面である当接周面12aは、第1の締結部材である複数のボルト84による支持隔壁72のケース12に対する締結部位よりも前記入力軸74側である。前述のようにステータ74がケース12に前記支持隔壁72を介装することなく当接させられた状態で固定される態様において、前記複数のボルト84による支持隔壁72のケース12に対する締結部位よりも外周側にインロー構造が形成されている場合には、そのインロー構造を周方向に分断する必要があることから、加工が困難になることに加え、嵌合長が十分に確保できない可能性がある。本実施例においては、前記複数のボルト84による支持隔壁72のケース12に対する締結部位よりも内周側にインロー構造が形成されているため、嵌合周面である前記外周面72dが周方向に連続しており、加工が容易であるという利点がある。
また、図11に示すように、前記支持隔壁72には、前記変速機20へ連通する油路88が穿設されている。図示しないオイルポンプから供給される油圧は、その油路88を介して前記変速機20へ供給されるようになっており、前記変速機20の潤滑に用いられたり、或いはその変速機20に含まれる摩擦係合装置を係合させるための作動油として用いられるようになっている。比較的小型の部材である支持隔壁72への油路の形成は、ケース12へ油路を形成する場合に比べて簡単であるため、斯かる構成により、変速機20への油路配策が容易となるという利点がある。
このように、本実施例によれば、前記第2電動機M2のロータ76及び/又は回転装置である前記変速機20の入力軸70をそれらの軸心まわりに回転可能に支持すると共に、前記ケース12に固定される支持隔壁72と、前記第2電動機M2のステータ74を前記ケース12に固定するための第1の締結部材であるボルト82と、前記支持隔壁72を前記ケース12に固定するための第2の締結部材であるボルト84とを、有し、前記ボルト82及びボルト84は、前記入力軸70の軸心を中心とする周方向に関して異なる相対位置にて且つその入力軸70の軸心から略等しい距離となるような締結部位にて前記ステータ74及び支持隔壁72を前記ケース12に締結するものであることから、前記ステータ74及び支持隔壁72の締結部位が前記入力軸70の回転方向で重ならず、装置のステータ74径方向の寸法を小さくできる。すなわち、装置を大型化することなく電動機及び回転装置を共通のケースに収納する駆動装置10を提供することができる。
また、前記回転装置は、原動機であるエンジン8の出力を変速して伝達するための変速機20であり、前記回転軸は、前記エンジン8の出力をその変速機20に入力するための入力軸70であるため、装置を大型化することなく第2電動機M2及び変速機20を共通のケースに収納する駆動装置10を提供することができる。
また、前記ステータ74とケース12との当接部位である第2当接面12cは、前記入力軸70の軸方向に関して前記支持隔壁72とケース12との当接部位である第1当接面12bとは異なる位置であるため、前記入力軸70の軸方向の寸法を小さくできるという利点がある。
また、前記支持隔壁72とケース12との嵌合周面である当接周面12aは、前記支持隔壁72のケース12に対する締結部位よりも内周側であるため、その支持隔壁72のケース12に対する当接面積を十分に確保できることに加え、加工が容易になるという利点がある。
また、前記支持隔壁72は、前記変速機20へ連通する油路88を備えたものであるため、前記ケース12とは異なる部材である前記支持隔壁72に油路88を形成することで、加工が容易になるという利点がある。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
例えば、前述の実施例の駆動装置10は、動力分配機構16が差動状態と非差動状態とに切り換えられることで電気的な無段変速機としての機能する無段変速状態と有段変速機として機能する有段変速状態とに切り換え可能に構成されていたが、無段変速状態と有段変速状態との切換えは動力分配機構16の差動状態と非差動状態との切換えにおける一態様であり、例えば動力分配機構16が差動状態であっても動力分配機構16の変速比を連続的ではなく段階的に変化させて有段変速機として機能させられてもよい。言い換えれば、駆動装置10(動力分配機構16)の差動状態/非差動状態と、無段変速状態/有段変速状態とは必ずしも一対一の関係にある訳ではないので、駆動装置10は必ずしも無段変速状態と有段変速状態とに切り換え可能に構成される必要はない。
また、前述の実施例の動力分配機構16では、第1キャリヤCA1がエンジン8に連結され、第1サンギヤS1が第1電動機M1に連結され、第1リングギヤR1が伝達部材18に連結されていたが、それらの連結関係は、必ずしもそれに限定されるものではなく、エンジン8、第1電動機M1、伝達部材18は、第1遊星歯車装置24の3要素CA1、S1、R1のうちのいずれと連結されていても差し支えない。
また、前述の実施例では、エンジン8は駆動装置入力軸14と直結されていたが、例えばギヤ、ベルト等を介して作動的に連結されておればよく、共通の軸心上に配置される必要もない。
また、前述の実施例では、第1電動機M1および第2電動機M2は、駆動装置入力軸14の回転中心を回転中心として配置されて、第1電動機M1は第1サンギヤS1に連結され、第2電動機M2は伝達部材18に連結されていたが、必ずしもそのように配置される必要はなく、例えばギヤ、ベルト等を介して作動的に第1電動機M1は第1サンギヤS1に連結され、第2電動機M2は伝達部材18に連結されてもよい。
また、前述の動力分配機構16には切換クラッチC0および切換ブレーキB0が備えられていたが、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の一方のみが備えられていてもよいし、両方とも備えられていなくてもよい。また、上記切換クラッチC0は、サンギヤS1とキャリヤCA1とを選択的に連結するものであったが、サンギヤS1とリングギヤR1との間や、キャリヤCA1とリングギヤR1との間を選択的に連結するものであってもよい。要するに、第1遊星歯車装置24の3要素のうちのいずれか2つを相互に連結するものであればよい。
また、前述の実施例の駆動装置10では、ニュートラル「N」とする場合には切換クラッチC0が係合されていたが、必ずしも係合される必要はない。
また、前述の実施例の切換クラッチC0および切換ブレーキB0などの油圧式摩擦係合装置が、パウダー(磁粉)クラッチ、電磁クラッチ、噛み合い型のドグクラッチなどの磁粉式、電磁式、機械式係合装置から構成されていてもよい。
また、前述の実施例では、駆動装置10はエンジン8以外に第1電動機M1或いは第2電動機M2のトルクによって駆動輪38が駆動されるハイブリッド車両用の駆動装置であったが、例えば、動力分配機構16がハイブリッド制御されない電気的CVTと称される無段変速機としての機能のみを有するような車両用の駆動装置であっても本発明は適用され得る。
また、前述の実施例の動力分配機構16は、例えばエンジンによって回転駆動されるピニオンと、そのピニオンに噛み合う一対のかさ歯車が第1電動機M1および第2電動機M2に作動的に連結された差動歯車装置であってもよい。
また、前述の実施例の動力分配機構16は、1組の遊星歯車装置から構成されていたが、2以上の遊星歯車装置から構成されて、定変速状態では3段以上の変速機として機能するものであってもよい。
また、前述の実施例では、第2歯車装置として、3つの遊星歯車装置26、28、30を有する自動変速機20が備えられていたが、第2歯車装置として、前記特許文献1のように、1つの遊星歯車装置を有する減速機構が備えられていてもよい。また、第2歯車装置として自動変速機が備えられる場合にも、自動変速機の構造は前述の実施例のものに限定されず、遊星歯車装置の数や、変速段数、およびクラッチC、ブレーキBが遊星歯車装置のどの要素と選択的に連結されているかなどに特に限定はない。
また、前述の実施例の支持隔壁72は、ポンプロータを収納するオイルポンプボデーとしても機能するものであってもよい。すなわち、前記ケース12に収納される回転装置は、変速機20に限定されるものではない。
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。