JP6243646B2 - ハイブリッド自動車の動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明はハイブリッド自動車の動力伝達装置に係り、より詳しくは、自由なギヤ歯数の変更で車両別最適のギヤ比が設定でき、要求性能条件に合うようにギヤ歯数の変更が可能で発進性能を向上させることができるハイブリッド自動車の動力伝達装置に関する。

自動車の親環境技術は未来自動車産業の生存が左右される核心技術であって、多数の先進自動車メーカーは環境および燃費規制を達成するための親環境自動車の開発に総力を傾けている。

これにより、各自動車メーカーは電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの未来型自動車技術を開発している。

上記のような未来型自動車は、重量および原価などの様々な技術的制約があるために、自動車メーカーでは排気ガス規制を満足させ、燃費性能の向上のための現実的な問題の代案としてハイブリッド自動車に注目しており、これを実用化するために熾烈な競争を繰り広げている。

ハイブリッド自動車は２つ以上のエネルギー源（Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ）を使用する自動車であり、ハイブリッド自動車のエネルギー源としては化石燃料を使用するガソリンエンジンまたはディゼルエンジンと、電気エネルギーによって駆動されるモータ／ゼネレータが主に使用される。

このようなハイブリッド自動車は、低速で相対的に低速トルク特性が良いモータ／ゼネレータを主動力源として使用し、高速では相対的に高速トルク特性が良いエンジンを主動力源として使用する。

これにより、ハイブリッド自動車は低速区間で化石燃料を使用するエンジンの作動が停止しモータ／ゼネレータを使用するために、燃費改善と排気ガスの低減に優れた効果がある。

そして前記のようなハイブリッド自動車の動力伝達装置は単一モード方式と多重モード方式に分類される。

前記単一モード方式は、変速制御のためのクラッチおよびブレーキのようなトルク伝達機構が必要でないという長所はあるが、高速走行時に効率が低下して燃費が低く大型自動車に適用するためには付加的なトルク増倍装置が必要であるという短所がある。

前記多重モード方式は、高速走行時に効率が高く、自律的にトルク増倍が可能であるように設計することができて、中大型自動車への適用が可能であるという長所がある。

これにより、最近は単一モード方式よりは多重モード方式を主に採択しており、それによる研究が活発に行われている。

前記多重モード方式の動力伝達装置は、複数の遊星ギヤセットと、モータおよび発電機として使用される複数のモータ／ゼネレータと、前記遊星ギヤセットの回転要素を制御することができる複数のトルク伝達機構（摩擦要素）と、前記モータ／ゼネレータの動力源として使用されるバッテリーなどを含んでなる。

このような多重モード方式の動力伝達装置は前記遊星ギヤセット、モータ／ゼネレータ、トルク伝達機構の連結構成によって相違した作動メカニズムを有する。

また、前記多重モード方式の動力伝達装置はその連結構成によって耐久性、動力伝達効率、大きさなどが変わる特性があるために、ハイブリッド自動車の動力伝達装置分野ではより堅固で、動力損失がなく、コンパクトな動力伝達装置を実現するための研究開発が続けられている。

本発明の実施形態は、自由なギヤ歯数の変更で車両別最適のギヤ比が設定でき、要求性能条件に合うようにギヤ歯数の変更が可能で発進性能を向上させることができるハイブリッド自動車の動力伝達装置の提供を目的とする。

本発明の一つの様相によるハイブリッド自動車の動力伝達装置は、エンジンの動力の伝達を受ける入力軸と、
前記入力軸と一定の間隔をおいて平行に配置される出力軸と、
前記入力軸上に配置されており、第１モータ／ゼネレータと連結される第１回転要素、出力要素として作動する第２回転要素、および前記入力軸と直接連結されると同時に第２モータ／ゼネレータと選択的に連結される第３回転要素を保有する第１遊星ギヤセットと、
前記出力軸上に配置されており、前記第３回転要素と選択的に連結されると同時に前記第２モータ／ゼネレータと常に連結される第４回転要素、前記第２回転要素と連結されると同時に出力軸と連結される第５回転要素、および変速機ハウジングと選択的に連結される第６回転要素を保有する第２遊星ギヤセットと、
前記第２遊星ギヤセットの３つの回転要素のうちの２つの回転要素を選択的に連結する直結手段と、
前記第２回転要素と第５回転要素の間に配置される第１トランスファギヤと、第３回転要素と第４回転要素の間に配置される第２トランスファギヤと
選択された回転要素を選択されたトランスファギヤに選択的に連結するか、選択された回転要素を変速機ハウジングと選択的に連結する複数の摩擦要素と、
を含んでなることを特徴とする。

多様な実施形態で、前記第１遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１遊星キャリア、第３回転要素は第１リングギヤに設定され、前記第２遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２遊星キャリア、第６回転要素は第２リングギヤに設定され得る。

多様な実施形態で、前記第１遊星ギヤセットはダブルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１リングギヤ、第３回転要素は第１遊星キャリアに設定され、前記第２遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２遊星キャリア、第６回転要素は第２リングギヤに設定され得る。

多様な実施形態で、前記第１遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１遊星キャリア、第３回転要素は第１リングギヤに設定され、前記第２遊星ギヤセットはダブルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２リングギヤ、第６回転要素は第２遊星キャリアに設定され得る。

多様な実施形態で、前記直結手段は第４回転要素と第５回転要素の間に配置される第１クラッチからなり得る。

多様な実施形態で、前記直結手段は第４回転要素と第６回転要素の間に配置される第１クラッチからなり得る。

多様な実施形態で、前記直結手段は第５回転要素と第６回転要素の間に配置される第１クラッチからなり得る。

多様な実施形態で、前記複数の摩擦要素は第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキと、第３回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチとを含むことができる。

多様な実施形態で、前記複数の摩擦要素は前記第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキと、前記第４回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチとを含むことができる。

前記直結手段は第１クラッチを含み、前記複数の摩擦要素はブレーキおよび第２クラッチを含み、
前記第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキの作動により第６回転要素が固定要素として作動し、第２モータ／ゼネレータを作動させて第４回転要素に第２モータ／ゼネレータの動力が入力され、第２モータ／ゼネレータの動力が変換されて第５回転要素を通じて出力される第１ＥＶモードと、
前記第１ＥＶモードでブレーキの作動を解除し、第２遊星ギヤセットを直結させることにより実現される第２ＥＶモードと、
第１ＥＶモードで第１モータ／ゼネレータを用いてエンジンを作動させることにより開始する第１ハイブリッド作動モードと、
第１ハイブリッド作動モードでブレーキの作動を解除し、第１クラッチを作動させることにより開始する第２ハイブリッド作動モードと、
第１ハイブリッド作動モードでブレーキの作動を解除するかまたは第２ハイブリッド作動モードで第１クラッチの作動を解除し、第２クラッチを作動させることにより開始する第３ハイブリッド作動モードと、
第２クラッチとブレーキを作動させてエンジンの速度が第２トランスファギヤを通じて第２ 遊星ギヤセットに伝達され、第４回転要素がエンジンと逆方向に回転して第６回転要素が停止する第１エンジンモードと、
第１エンジンモードでブレーキの作動を解除し、第１クラッチを作動させることにより開始する第２エンジンモードと、を実現可能であることを特徴とする。

また、本発明は、エンジンの動力の伝達を受ける入力軸と、
前記入力軸と一定の間隔をおいて平行に配置される出力軸と、
前記入力軸上に配置されており、第１モータ／ゼネレータと連結される第１回転要素、第２回転要素、および前記入力軸と直接連結されると同時に第２モータ／ゼネレータと選択的に連結される第３回転要素を保有する第１遊星ギヤセットと、
前記出力軸上に配置されており、前記第３回転要素と選択的に連結されると同時に前記第２モータ／ゼネレータと常に連結される第４回転要素、前記第２回転要素と連結されると同時に出力軸と連結される第５回転要素、および変速機ハウジングと選択的に連結される第６回転要素を保有する第２遊星ギヤセットと、
前記第２遊星ギヤセットの３つの回転要素のうちの２つの回転要素を選択的に連結する第１クラッチと、
第２回転要素と第５回転要素の間に配置される第１トランスファギヤと、
第３回転要素と第４回転要素の間に配置される第２トランスファギヤと、
第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキ、
第３回転要素または第４回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチを含む複数の摩擦要素と、
を含んでなることを特徴とする。

多様な実施形態で、前記第１遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１遊星キャリア、第３回転要素は第１リングギヤに設定され、前記第２遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２遊星キャリア、第６回転要素は第２リングギヤに設定され得る。

多様な実施形態で、前記第１遊星ギヤセットはダブルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１リングギヤ、第３回転要素は第１遊星キャリアに設定され、前記第２遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２遊星キャリア、第６回転要素は第２リングギヤに設定され得る。

多様な実施形態で、前記第１遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１遊星キャリア、第３回転要素は第１リングギヤに設定され、前記第２遊星ギヤセットはダブルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２リングギヤ、第６回転要素は第２遊星キャリアに設定され得る。

多様な実施形態で、前記第１クラッチは第４回転要素と第５回転要素の間に配置され得る。

多様な実施形態で、前記第１クラッチは第４回転要素と第６回転要素の間に配置され得る。

多様な実施形態で、前記第１クラッチは第５回転要素と第６回転要素の間に配置され得る。

多様な実施形態で、前記複数の摩擦要素は第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキと、第３回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチとを含むことができる。

多様な実施形態で、前記複数の摩擦要素は前記第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキと、前記第４回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチとを含むことができる。

本発明の実施形態によれば、２つの遊星ギヤセットと２つのトランスファギヤ、３つの摩擦要素と２つのモータ／ゼネレータの組み合わせで、２つのＥＶモードと、３つのハイブリッド作動モードと、２つのエンジンモードが実現できる。

また、遊星ギヤセット以外に外接ギヤである２つのトランスファギヤを適用することによって、自由なギヤ歯数の変更で車両別最適のギヤ比を設定することができ、要求性能条件に合うようにギヤ歯数の変更が可能で発進性能が向上できる。

そしてＷＯＴ（Ｗｉｄｅ Ｏｐｅｎ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）発進時に十分な動力性能を提供してエンジンモードへの変換を抑制し、ハイブリッド入力分岐モードと複合分岐モードの変換時、エンジンの最大動力を使用することができる。

また、エンジン動力の分岐時、機械的動力伝達経路の比重を高めて電気負荷を減らしエンジンの最大動力が使用できるようにし、発進時にモード変換回数を減らし、モード変換時にすべての回転要素の回転数変化を最少化することができる。

そしてエンジンモードを提供して、高速走行時にモータ／ゼネレータの電気負荷なしに走行が可能であるようにして燃費を向上させることができる。

本発明の第１実施形態による動力伝達装置の構成図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置に適用される複数の摩擦要素の各作動モード別作動表である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の第１ＥＶモードでのレバー解釈図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の第２ＥＶモードでのレバー解釈図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の第１ハイブリッド作動モードでのレバー解釈図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の第２ハイブリッド作動モードでのレバー解釈図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の第３ハイブリッド作動モードでのレバー解釈図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の第１エンジンモードでのレバー解釈図である。 本発明の第１実施形態による動力伝達装置の第２エンジンモードでのレバー解釈図である。 本発明の第２実施形態による動力伝達装置の構成図である。 本発明の第３実施形態による動力伝達装置の構成図である。 本発明の第４実施形態による動力伝達装置の構成図である。 本発明の第５実施形態による動力伝達装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態を添付した図面により詳細に説明する。

但し、本発明の実施形態を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な図面符号を適用して説明する。

下記の説明で構成の名称を第１、第２などに区分したことはその構成の名称が同一でこれを区分するためであり、必ずしもその順序に限定されるのではない。

図１は本発明の第１実施形態によるハイブリッド自動車の動力伝達装置の構成図である。

図１に示す通り、本発明の第１実施形態によるハイブリッド自動車の動力伝達装置は、入力軸ＩＳ上に配置される第１遊星ギヤセットＰＧ１と、前記入力軸ＩＳと平行に配置される出力軸ＯＳ上に配置される第２遊星ギヤセットＰＧ２と、２つのトランスファギヤＴＦ１、ＴＦ２と、２つのクラッチＣＬ１、ＣＬ２と１つのブレーキＢＫからなる摩擦要素と、２つのモータ／ゼネレータＭＧ１、ＭＧ２を含んでなる。

これにより、前記第１、第２遊星ギヤセットＰＧ１、ＰＧ２は入力軸ＩＳから入力されるエンジンＥＮＧの回転動力と、第１、第２モータ／ゼネレータＭＧ１、ＭＧ２の回転動力を変速して変速された回転動力を前記出力軸ＯＳを通じて出力する。

前記入力軸ＩＳは入力部材としてエンジンＥＮＧの回転動力の伝達を受け、前記出力軸ＯＳは出力部材として差動装置（図示せず）を通じて駆動輪に駆動力を伝達する。

前記第１遊星ギヤセットＰＧ１はシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１サンギヤＳ１からなる第１回転要素Ｎ１と、前記第１サンギヤＳ１と外接でかみ合う第１ピニオンＰ１を支持する第１遊星キャリアＰＣ１からなる第２回転要素Ｎ２と、前記第１ピニオンＰ１と内接でかみ合う第１リングギヤＲ１からなる第３回転要素Ｎ３を含んでなる。

前記第２遊星ギヤセットＰＧ２はシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第２サンギヤＳ２からなる第４回転要素Ｎ４と、前記第２サンギヤＳ２と外接でかみ合う第２ピニオンＰ２を支持する第２遊星キャリアＰＣ２からなる第５回転要素Ｎ５と、前記第２ピニオンＰ２と内接でかみ合う第２リングギヤＲ２からなる第６回転要素Ｎ６を含んでなる。

前記第１遊星ギヤセットＰＧ１の第３回転要素Ｎ３が入力軸ＩＳと直接連結され、前記第２遊星ギヤセットＰＧ２の第５回転要素Ｎ５が出力軸ＯＳと直接連結される。

前記第１、第２遊星ギヤセットＰＧ１、ＰＧ２は、第１、第２トランスファギヤＴＦ１、ＴＦ２と第１、第２クラッチＣＬ１、ＣＬ２、そしてブレーキＢＫによって組み合わせられる。

前記第１、第２トランスファギヤＴＦ１、ＴＦ２はそれぞれ互いに外接する第１、第２トランスファドライブギヤＴＦ１ａ、ＴＦ２ａと、第１、第２トランスファドリブンギヤＴＦ１ｂ、ＴＦ２ｂを含んでなる。

前記第１トランスファギヤＴＦ１は、第２回転要素Ｎ２と第５回転要素Ｎ５を外接で連結することができるように配置される。

前記第２トランスファギヤＴＦ２は、入力軸ＩＳを含む第３回転要素Ｎ３と第４回転要素Ｎ４を外接で連結することができるように配置される。

これにより、前記第１、第２トランスファギヤＴＦ１、ＴＦ２によって連結される複数の回転要素は第１、第２トランスファギヤＴＦ１、ＴＦ２のギヤ比によって相互反対方向に回転する。

そして、摩擦要素である第１、２クラッチＣＬ１、ＣＬ２とブレーキＢＫは次の通り配置される。

前記第１クラッチＣＬ１は、第４回転要素Ｎ４と第５回転要素Ｎ５を選択的に連結することができるように配置されて第２遊星ギヤセットＰＧ２の直結手段として作用する。

前記第２クラッチＣＬ２は、入力軸ＩＳを含む第３回転要素Ｎ３と第２トランスファギヤＴＦ２を選択的に連結することができるように配置される。

これにより、前記第１クラッチＣＬ１は第２遊星ギヤセットＰＧ２の２つの回転要素を選択的に連結して、第２遊星ギヤセットＰＧ２が選択的に直結の状態になるようにする直結手段であり、第２クラッチＣＬ２は入力軸ＩＳの回転動力を選択的に第４回転要素Ｎ４に伝達されるようにする。

また、前記ブレーキＢＫは、第６回転要素Ｎ６と変速機ハウジングＨを選択的に連結することができるように配置される。

前記第１、第２クラッチＣＬ１、ＣＬ２とブレーキＢＫからなる複数の摩擦要素は油圧によって摩擦結合される多板式油圧摩擦結合ユニットからなり得る。

前記第１モータ／ゼネレータＭＧ１と第２モータ／ゼネレータＭＧ２はそれぞれ独立的な動力源であって、モータとゼネレータ機能を有する。

前記第１モータ／ゼネレータＭＧ１は、前記第１遊星ギヤセットＰＧ１の第１回転要素Ｎ１と連結されて第１回転要素Ｎ１に回転動力を供給するモータとして作動するか、前記第１回転要素Ｎ１の回転力によって電気を生成する発電機役割を果たす。

前記第２モータ／ゼネレータＭＧ２は、前記第２トランスファドライブギヤＴＦ２ａと連結されて第２トランスファドライブギヤＴＦ２ａに回転動力を供給するモータとして作動するか、前記第２トランスファドライブギヤＴＦ２ａの回転力によって電気を生成する発電機役割を果たす。

このために前記第１モータ／ゼネレータＭＧ１と第２モータ／ゼネレータＭＧ２の複数の固定子は変速機ハウジングＨに固定され、複数の回転子は前記第１回転要素Ｎ１および第２トランスファドライブギヤＴＦ２ａにそれぞれ連結される。

図２は本発明の第１実施形態による遊星ギヤトレインに適用される複数の摩擦要素の各作動モード別作動表である。

図２に示す通り、第１ＥＶモードはブレーキＢＫの作動によって達成される。

第２ＥＶモードは、第１クラッチＣＬ１の作動によって達成される。

第１ハイブリッド作動モードは、ブレーキＢＫの作動によって達成される。

第２ハイブリッド作動モードは、第１クラッチＣＬ１の作動によって達成される。

第３ハイブリッド作動モードは、第２クラッチＣＬ２の作動によって達成される。

第１エンジンモードは、第２クラッチＣＬ２とブレーキＢＫの同時作動によって達成される。

第２エンジンモードは、第１クラッチＣＬ１と第２クラッチＣＬ２の同時作動によって達成される。

前記のように本発明の第１実施形態による動力伝達装置は、２つのＥＶモードと、３つのハイブリッド作動モードと、２つのエンジンモードを実現することができる。

図３乃至図６は本発明の第１実施形態による動力伝達装置の複数のモードをレバー解釈法で説明するための図面である。

図３乃至図６に示す通り、第１遊星ギヤセットＰＧ１の３つの縦線は左側から第１、第２、第３回転要素Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３に設定され、第２遊星ギヤセットＰＧ２の３つの縦線は左側から第６、第５、第４回転要素Ｎ６、Ｎ５、Ｎ４に設定される。中間の横線は回転速度“０”を示し、上側の複数の横線は正回転を示し、下側の複数の横線は逆回転を示す。

前記逆回転はエンジンの回転方向と反対方向に回転することを意味し、入力軸ＩＳおよび第１遊星ギヤセットＰＧ１が第２遊星ギヤセットＰＧ２とアイドリングギヤ（Ｉｄｌｉｎｇ Ｇｅａｒ）なしに第１、第２トランスファギヤＴＦ１、ＴＦ２を通じて外接で連結するためである。

また、前記第１、第２遊星ギヤセットＰＧ１、ＰＧ２の複数の縦線の間の間隔は第１、第２遊星ギヤセットＰＧ１、ＰＧ２のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）によって設定される。

［第１ＥＶモード］
図３Ａは第１ＥＶモードに対するレバー解釈図である。

ＥＶモードは、エンジンが停止した状態でバッテリーの電源をモータ／ゼネレータに供給してモータ／ゼネレータの動力で車両を走行させるモードを意味する。エンジンが停止しているため燃費向上に大きい影響を与え、別途の後進装置なくても後進走行が可能であるという長所がある。

ＥＶモードは、停止した状態で車両が出発したり車両が低速で走行する時に活用され、登り坂道での後進防止または速い加速のために動力源が出力部材より速く回転する減速変速比が要求される。

このような条件で第１ＥＶモードではブレーキＢＫの作動で第６回転要素Ｎ６が固定要素として作動し、第２モータ／ゼネレータＭＧ２を作動させて第４回転要素Ｎ４に第２モータ／ゼネレータＭＧ２の動力が入力される。したがって、第２遊星ギヤセットＰＧ２のギヤ比によって第２モータ／ゼネレータＭＧ２の動力が変換されて第５回転要素Ｎ５を通じて出力される。

この時、第１遊星ギヤセットＰＧ１は変速には関与しないが、第３回転要素Ｎ３がエンジンと共に停止した状態を維持し、第２回転要素Ｎ２が第５回転要素Ｎ５と第１トランスファギヤＴＦ１を通じて連結されているために第１、第２回転要素Ｎ１、Ｎ２が空転する。

［第２ＥＶモード］
図３Ｂは第２ＥＶモードに対するレバー解釈図である。

モータ／ゼネレータは、回転速度とトルクによってその効率が変わる特性を有する。これは、同一な電流を供給しても回転速度とトルクによって電気エネルギーが機械的エネルギーに変換される比率が異なるということを意味する。

即ち、ＥＶモードで使用されるバッテリーの電流はエンジンで燃料の燃焼によるか回生制動によって蓄積されたエネルギーであるが、エネルギー発生方法と関係なく蓄積されたエネルギーを効率的に使用することは燃費向上に直接影響を与える。

このような理由で最近は電気自動車でも２つの変速段以上を実現する変速機を装着する傾向であり、ハイブリッド自動車のＥＶモードでも２ケ以上の変速段を有するのが有利である。したがって、本発明の実施形態では２つのＥＶモードが実現できるようになっている。

このような点を考慮して第２ＥＶモードへの変速過程を見てみると次の通りである。前記第１ＥＶモードで走行中に、車速が増加して第２モータ／ゼネレータＭＧ２の効率が悪い地点で、ブレーキＢＫの作動を解除し、第１クラッチＣＬ１を作動させると第２ＥＶモードが実現される。

そうすれば、第２遊星ギヤセットＰＧ２の直結手段である第１クラッチＣＬ１が作動するので、第２遊星ギヤセットＰＧ２は直結の状態になって第２遊星ギヤセットＰＧ２のすべての回転要素Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６が同一な速度で回転しながら第５回転要素Ｎ５を通じて出力が行われる。

この時、第１遊星ギヤセットＰＧ１は変速には関与しないが、第３回転要素Ｎ３がエンジンと共に停止した状態を維持し、第１、第２回転要素Ｎ１、Ｎ２が空転する。

［第１ハイブリッド作動モード］
図４Ａは第１ハイブリッド作動モードに対するレバー解釈図である。

ハイブリッド入力分岐モードではエンジンの動力が機械的経路と電気的経路を通じて出力部材に伝達され、このようなエンジンの動力分配は遊星ギヤセットによって行われる。前記遊星ギヤセットに連結されたエンジンとモータ／ゼネレータは車速に関係なく回転速度を任意に調節することができるため、ハイブリッド入力分岐モードでの動力伝達装置は電子式無段変速機役割を果たす。

既存の変速機では与えられた車速でエンジン速度とトルクが固定されるが、電子式無段変速機では与えられた車速でエンジン速度とトルクを自由に変更することができる。したがって、エンジンの運転効率を極大化させることができ、燃費向上を図ることができる。

このような点を考慮して第１ハイブリッド作動モードへの変速過程を見てみると次の通りである。前記ＥＶモードでは第２回転要素Ｎ２が第１トランスファギヤＴＦ１を通じて第５回転要素Ｎ５に連結されているが、第１、第２回転要素Ｎ１、Ｎ２は空転をする。

前記状態で、第１モータゼネレータＭＧ１を用いてエンジンＥＮＧを作動させれば、車速に関係なくエンジンＥＮＧと第１モータ／ゼネレータＭＧ１の速度を制御することができる。

これにより、エンジンＥＮＧと第１モータ／ゼネレータＭＧ１を制御すれば、エンジンのトルクと第１モータ／ゼネレータＭＧ１のトルクが合わせられて第１トランスファギヤＴＦ１を通じて出力要素である第５回転要素Ｎ５に伝達される。したがって、高い駆動力を発生させることができる。

この時、第２遊星ギヤセットＰＧ２ではブレーキＢＫが作動しながら第６回転要素Ｎ６が固定要素として作動して第５回転要素Ｎ５を通じて出力が行われ、第４回転要素Ｎ４は第２モータ／ゼネレータＭＧ２の動力を受けて空転する。

このように第１ハイブリッド作動モードではエンジンＥＮＧと第１モータ／ゼネレータＭＧ１を独立的に制御することができるため、燃費と動力性能が非常に優れている。

［第２ハイブリッド作動モード］
図４Ｂは第２ハイブリッド作動モードに対するレバー解釈図である。

車両が前記第１ハイブリッド作動モードで走行中に車速が増加すれば、第１遊星ギヤセットＰＧ１の複数の回転要素の回転速度を全体的に低下させるためにブレーキＢＫの作動を解除し、第１クラッチＣＬ１を作動させる。これにより、第２ハイブリッド作動モードが始まる。

第２遊星ギヤセットＰＧ２の直結手段である第１クラッチＣＬ１が作動するので第２遊星ギヤセットＰＧ２は直結の状態になり、第２遊星ギヤセットＰＧ２のすべての回転要素Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６が同一な速度で回転しながら駆動力が第５回転要素Ｎ５を通じて出力される。

第２ハイブリッド作動モードでは、第１ハイブリッド作動モードと同様に、エンジンＥＮＧと第１モータ／ゼネレータＭＧ１を独立的に制御することができるため、燃費と動力性能が非常に優れている。

［第３ハイブリッド作動モード］
図５は第３ハイブリッド作動モードに対するレバー解釈図である。

前記ハイブリッド入力分岐モードでは出力部材に連結されたモータ／ゼネレータの回転速度が車速に拘束されていて、モータ／ゼネレータの効率的な運用が難しいだけでなく、モータ／ゼネレータの容量を減らすのも難しい。

特に、車速が高くて車速に拘束されたモータ／ゼネレータの回転速度が高い時にはモータ／ゼネレータの効率が悪化するため、最適の燃費が実現できない。

このような条件でエンジンＥＮＧに連結された第１遊星ギヤセットＰＧ１の二つの回転要素と出力軸ＯＳに連結された第２遊星ギヤセットＰＧ２の二つの回転要素を互いに結合させて、エンジンＥＮＧの回転速度と２つのモータ／ゼネレータＭＧ１、ＭＧ２の回転速度を車速と関係なく制御することができるようにすれば、前記動力伝達装置は無段変速機の役割を果たし、燃費向上を図ることができる。

第２クラッチＣＬ２を作動させれば、第２トランスファギヤＴＦ２を通じて第３回転要素Ｎ３と第４回転要素Ｎ４が連結されるので、第３、第４回転要素Ｎ３、Ｎ４の速度とトルクが互いに拘束を受ける。

そして第１、第２モータ／ゼネレータＭＧ１、ＭＧ２の電気エネルギーが平衡をなさなければならないので、第３ハイブリッド作動モードでは第１、第２遊星ギヤセットＰＧ１、ＰＧ２のすべての回転要素の速度とトルクが互いに連関を有しながら前記動力伝達装置は電子式無段変速機役割を果たす。

前記第３ハイブリッド作動モードは、第１ハイブリッド作動モードと第２ハイブリッド作動モードから変換が可能である。即ち、前記第１ハイブリッド作動モードと第２ハイブリッド作動モードから第３ハイブリッド作動モードに変換しようとする時には、エンジンＥＮＧと第１モータ／ゼネレータＭＧ１を制御して第１遊星ギヤセットＰＧ１の複数の回転要素と第２遊星ギヤセットＰＧ２の複数の回転要素が同期されるようにした後、第２クラッチＣＬ２を作動させる。

そして第１ハイブリッド作動モードから第３ハイブリッド作動モードに変換する時には第２クラッチＣＬ２を作動させブレーキＢＫを解除し、第２ハイブリッド作動モードから第３ハイブリッド作動モードに変換する時には第２クラッチＣＬ２を作動させ第１クラッチＣＬ１を解除すれば良い。

第３ハイブリッド作動モードでは第６回転要素Ｎ６がトルクを受けることができないために、第４回転要素Ｎ４に入力されるトルクの合計と第５回転要素Ｎ５に入力されるトルクの合計がそれぞれ“０”にならなければならない。

即ち、前記第４回転要素Ｎ４は、第２モータ／ゼネレータＭＧ２のトルクと第２トランスファギヤＴＦ２から入力される外部トルクが平衡をなす。

また、前記第５回転要素Ｎ５は、走行抵抗によって入力されるトルクと第１トランスファギヤＴＦ１から入力される外部トルクが平衡をなす。

［第１エンジンモード］
図６Ａは第１エンジンモードに対するレバー解釈図である。

ハイブリッド自動車の燃費向上のための核心技術は制動エネルギーの回収および再使用とエンジン運転点の自由な制御と言える。

そしてエンジン運転点の制御にはエンジンの機械的エネルギーがモータ／ゼネレータで電気的エネルギーに変換される過程と、モータ／ゼネレータの電気的エネルギーがモータ／ゼネレータで再び機械的エネルギーに変換される二回のエネルギー変換過程を伴う。

このようなエネルギー変換過程で入力された全てのエネルギーが出力されず中間に損失が発生する。

したがって、ある運転条件ではハイブリッドモードよりむしろエンジンのみで駆動されるエンジンモードでの燃費が優れていることがあるので、本発明の実施形態では２つのエンジンモードを提供する。

即ち、第１エンジンモードでは第２クラッチＣＬ２とブレーキＢＫを締結すれば、エンジンＥＮＧの速度が第２トランスファギヤＴＦ２を通じて第２遊星ギヤセットＰＧ２に伝達されて、第４回転要素Ｎ４がエンジンＥＮＧと反対方向に回転し、第６回転要素Ｎ６が停止するため、減速変速比が形成される。

この時、第１、第２モータ／ゼネレータＭＧ１、ＭＧ２はトルクを提供する必要がないため、エンジンＥＮＧの動力のみで車両が駆動される第１エンジンモードが実現される。

即ち、エンジンＥＮＧのトルクは第２トランスファギヤＴＦ２を通じて第４回転要素Ｎ４に伝達され、すべての走行抵抗は第５回転要素Ｎ５に伝達される。

そして、第６回転要素Ｎ６はブレーキＢＫから負のトルクを受けながら第１エンジンモードが実現される。

［第２エンジンモード］
図６Ｂは第２エンジンモードに対するレバー解釈図である。

前記第１エンジンモードで走行中に車速が増加すれば、第１クラッチＣＬ１と第２クラッチＣ２を作動させて第２エンジンモードに進入する。

そうすれば、エンジンＥＮＧの速度が第２トランスファギヤＴＦ２を通じて第２遊星ギヤセットＰＧ２に伝達されて第４回転要素Ｎ４がエンジンＥＮＧと反対方向に回転し、第１クラッチＣＬ１の作動によって第２遊星ギヤセットＰＧ２のすべての回転要素Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６が同一な速度で回転する。

この時、エンジンＥＮＧより第２モータ／ゼネレータＭＧ２が速く回転するように第２トランスファギヤＴＦ２のギヤ比が設定されているので、増速変速比が形成される。また、第１、第２モータ／ゼネレータＭＧ１、ＭＧ２はトルクを提供する必要がないため、エンジンＥＮＧの動力のみで車両が駆動される第２エンジンモードが成立する。

本発明の第１実施形態によれば、２つの遊星ギヤセットＰＧ１、ＰＧ２と２つのトランスファギヤＴＦ１、ＴＦ２、３つの摩擦要素ＣＬ１、ＣＬ２、ＢＫと２つのモータ／ゼネレータＭＧ１、ＭＧ２の組み合わせで、２つのＥＶモードと、３つのハイブリッド作動モードと、２つのエンジンモードを実現することができる。

また、遊星ギヤセット以外に外接ギヤである２つのトランスファギヤを適用することによって、自由なギヤ歯数の変更で車両別最適のギヤ比を設定することができ、要求性能条件に合うようにギヤ歯数の変更が可能で発進性能を向上させることができる。

そしてＷＯＴ（Ｗｉｄｅ Ｏｐｅｎ Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）発進時に十分な動力性能を提供してエンジンモードへの変換を抑制し、ハイブリッド入力分岐モードと複合分岐モードの変換時にエンジンの最大動力を使用することができる。

また、エンジン動力の分岐時、機械的動力伝達経路の比重を高めて電気負荷を減らしエンジンの最大動力が使用できるようにし、発進時にモード変換回数を減らし、モード変換時にすべての回転要素の回転数変化を最少化することができる。

そしてエンジンモードを提供して、高速走行時にモータ／ゼネレータの電気負荷なしに走行が可能であるようにして燃費を向上させることができる。

図７は本発明の第２実施形態による動力伝達装置の構成図である。

図７に示す通り、第１実施形態では第１クラッチＣＬ１を第４回転要素Ｎ４と第５回転要素Ｎ５の間に配置しているが、第２実施形態では第１クラッチＣＬ１を第４回転要素Ｎ４と第６回転要素Ｎ６の間に配置している。

このような第２実施形態の場合、前記第１実施形態と比較して第１クラッチＣＬ１の配置位置のみ異なるだけでその作動が同一であるので、詳細な説明は省略する。

図８は本発明の第３実施形態による動力伝達装置の構成図である。

図８に示す通り、第１実施形態では第１クラッチＣＬ１を第４回転要素Ｎ４と第５回転要素Ｎ５の間に配置しているが、第３実施形態では第１クラッチＣＬ１を第５回転要素Ｎ５と第６回転要素Ｎ６の間に配置している。

このような第３実施形態の場合、前記第１実施形態と比較して第１クラッチＣＬ１の配置位置のみ異なるだけでその作動が同一であるので、詳細な説明は省略する。

図９は本発明の第４実施形態による動力伝達装置の構成図である。

図９に示す通り、第１実施形態では第１遊星ギヤセットＰＧ１をシングルピニオン遊星ギヤセットで構成しているが、第４実施形態では第１遊星ギヤセットＰＧ１をダブルピニオン遊星ギヤセットで構成している。

これにより、第１回転要素Ｎ１が第１サンギヤＳ１、第２回転要素Ｎ２が第１リングギヤＲ１、第３回転要素Ｎ３が第１遊星キャリアＰＣ１に設定される。

このような第４実施形態の場合、前記第１実施形態と比較して第２、第３回転要素Ｎ２、Ｎ３を構成する複数の回転要素が変わるだけでその作動が同一であるので、詳細な説明は省略する。

図１０は本発明の第５実施形態による動力伝達装置の構成図である。

図１０に示す通り、第１実施形態では第２遊星ギヤセットＰＧ２をシングルピニオン遊星ギヤセットで構成しているが、第５実施形態では第２遊星ギヤセットＰＧ２をダブルピニオン遊星ギヤセットで構成している。

これにより、第４回転要素Ｎ４が第２サンギヤＳ２、第５回転要素Ｎ５が第２リングギヤＲ２、第６回転要素Ｎ６が第２遊星キャリアＰＣ２に設定される。

このような第５実施形態の場合、前記第１実施形態と比較して第５、第６回転要素Ｎ５、Ｎ６を構成する複数の回転要素が変わるだけでその作動が同一であるので、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の実施形態から当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって容易に変更されて均等であると認められる範囲のすべての変更を含む。

ＢＫ：ブレーキ
ＣＬ１、ＣＬ２：第１、第２クラッチ
ＩＳ：入力軸
ＯＳ：出力軸
ＭＧ１、ＭＧ２：第１、第２モータ／ゼネレータ
ＰＧ１、ＰＧ２：第１、第２遊星ギヤセット
Ｓ１、Ｓ２：第１、第２サンギヤ
ＰＣ１、ＰＣ２：第１、第２遊星キャリア
Ｒ１、Ｒ２：第１、第２リングギヤ

Claims (19)

1. エンジンの動力の伝達を受ける入力軸と、
   前記入力軸と一定の間隔をおいて平行に配置される出力軸と、
   前記入力軸上に配置されており、第１モータ／ゼネレータと連結される第１回転要素、出力要素として作動する第２回転要素、および前記入力軸と直接連結されると同時に第２モータ／ゼネレータと選択的に連結される第３回転要素を保有する第１遊星ギヤセットと、
   前記出力軸上に配置されており、前記第３回転要素と選択的に連結されると同時に前記第２モータ／ゼネレータと常に連結される第４回転要素、前記第２回転要素と連結されると同時に出力軸と連結される第５回転要素、および変速機ハウジングと選択的に連結される第６回転要素を保有する第２遊星ギヤセットと、
   前記第２遊星ギヤセットの３つの回転要素のうちの２つの回転要素を選択的に連結する直結手段と、
   前記第２回転要素と第５回転要素の間に配置される第１トランスファギヤと、第３回転要素と第４回転要素の間に配置される第２トランスファギヤと
   選択された回転要素を選択されたトランスファギヤに選択的に連結するか、選択された回転要素を変速機ハウジングと選択的に連結する複数の摩擦要素と、
   を含んでなることを特徴とするハイブリッド自動車の動力伝達装置。
2. 前記第１遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１遊星キャリア、第３回転要素は第１リングギヤに設定され、
   前記第２遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２遊星キャリア、第６回転要素は第２リングギヤに設定されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
3. 前記第１遊星ギヤセットはダブルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１リングギヤ、第３回転要素は第１遊星キャリアに設定され、
   前記第２遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２遊星キャリア、第６回転要素は第２リングギヤに設定されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
4. 前記第１遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１遊星キャリア、第３回転要素は第１リングギヤに設定され、
   前記第２遊星ギヤセットはダブルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２リングギヤ、第６回転要素は第２遊星キャリアに設定されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
5. 前記直結手段は、第４回転要素と第５回転要素の間に配置される第１クラッチからなることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
6. 前記直結手段は、第４回転要素と第６回転要素の間に配置される第１クラッチからなることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
7. 前記直結手段は、第５回転要素と第６回転要素の間に配置される第１クラッチからなることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
8. 前記複数の摩擦要素は、
   第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキと、
   第３回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
9. 前記複数の摩擦要素は、
   前記第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキと、
   前記第４回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
10. 前記直結手段は第１クラッチを含み、前記複数の摩擦要素はブレーキおよび第２クラッチを含み、
    前記第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキの作動により第６回転要素が固定要素として作動し、第２モータ／ゼネレータを作動させて第４回転要素に第２モータ／ゼネレータの動力が入力され、第２モータ／ゼネレータの動力が変換されて第５回転要素を通じて出力される第１ＥＶモードと、
    前記第１ＥＶモードでブレーキの作動を解除し、第２遊星ギヤセットを直結させることにより実現される第２ＥＶモードと、
    第１ＥＶモードで第１モータ／ゼネレータを用いてエンジンを作動させることにより開始する第１ハイブリッド作動モードと、
    第１ハイブリッド作動モードでブレーキの作動を解除し、第１クラッチを作動させることにより開始する第２ハイブリッド作動モードと、
    第１ハイブリッド作動モードでブレーキの作動を解除するかまたは第２ハイブリッド作動モードで第１クラッチの作動を解除し、第２クラッチを作動させることにより開始する第３ハイブリッド作動モードと、
    第２クラッチとブレーキを作動させてエンジンの速度が第２トランスファギヤを通じて第２ 遊星ギヤセットに伝達され、第４回転要素がエンジンと逆方向に回転して第６回転要素が停止する第１エンジンモードと、
    第１エンジンモードでブレーキの作動を解除し、第１クラッチを作動させることにより開始する第２エンジンモードと、を実現可能であることを特徴とするハイブリッド自動車の動力伝達装置。
11. エンジンの動力の伝達を受ける入力軸と、
    前記入力軸と一定の間隔をおいて平行に配置される出力軸と、
    前記入力軸上に配置されており、第１モータ／ゼネレータと連結される第１回転要素、第２回転要素、および前記入力軸と直接連結されると同時に第２モータ／ゼネレータと選択的に連結される第３回転要素を保有する第１遊星ギヤセットと、
    前記出力軸上に配置されており、前記第３回転要素と選択的に連結されると同時に前記第２モータ／ゼネレータと常に連結される第４回転要素、前記第２回転要素と連結されると同時に出力軸と連結される第５回転要素、および変速機ハウジングと選択的に連結される第６回転要素を保有する第２遊星ギヤセットと、
    前記第２遊星ギヤセットの３つの回転要素のうちの２つの回転要素を選択的に連結する第１クラッチと、
    第２回転要素と第５回転要素の間に配置される第１トランスファギヤと、
    第３回転要素と第４回転要素の間に配置される第２トランスファギヤと、
    第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキ、
    第３回転要素または第４回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチを含む複数の摩擦要素と、
    を含んでなることを特徴とするハイブリッド自動車の動力伝達装置。
12. 前記第１遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１遊星キャリア、第３回転要素は第１リングギヤに設定され、
    前記第２遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２遊星キャリア、第６回転要素は第２リングギヤに設定されることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
13. 前記第１遊星ギヤセットはダブルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１リングギヤ、第３回転要素は第１遊星キャリアに設定され、
    前記第２遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２遊星キャリア、第６回転要素は第２リングギヤに設定されることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
14. 前記第１遊星ギヤセットはシングルピニオン遊星ギヤセットであって、第１回転要素は第１サンギヤ、第２回転要素は第１遊星キャリア、第３回転要素は第１リングギヤに設定され、
    前記第２遊星ギヤセットはダブルピニオン遊星ギヤセットであって、第４回転要素は第２サンギヤ、第５回転要素は第２リングギヤ、第６回転要素は第２遊星キャリアに設定されることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
15. 前記第１クラッチは、第４回転要素と第５回転要素の間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
16. 前記第１クラッチは、第４回転要素と第６回転要素の間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
17. 前記第１クラッチは、第５回転要素と第６回転要素の間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
18. 前記複数の摩擦要素は、
    第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキと、
    第３回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチと、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。
19. 前記複数の摩擦要素は、
    前記第６回転要素と変速機ハウジングの間に配置されるブレーキと、
    前記第４回転要素と第２トランスファギヤの間に配置される第２クラッチと、
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド自動車の動力伝達装置。

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