しかし、特許文献1に記載されたハイブリッド駆動装置の構成では、動力分配装置の出力回転要素と第二回転電機とが一体回転するように駆動連結されているので、変速装置による変速段(モード)の切り替えに伴って出力回転要素の回転速度が変化する際に、当該出力回転要素に駆動連結された第二回転電機、及び動力分配装置に駆動連結された第一回転電機の双方において、いずれも回転速度及びトルクが変化する。ところが、同時に変化するこれら二つの回転電機の回転速度及びトルクを、互いに変化する他方の回転電機の回転速度及びトルクとの関係をも考慮した上でそれぞれ適切に制御するのは容易ではない。したがって、特許文献1に記載されたハイブリッド駆動装置の構成では、変速段(モード)の切り替え時に変速ショックが生じ易かった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数のモードを切替可能に備えるとともに、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができるハイブリッド駆動装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するための、本発明に係るエンジンに駆動連結される入力部材と、車輪に駆動連結される出力部材と、第一回転電機と、第二回転電機と、前記入力部材の駆動力を前記第一回転電機と前記出力部材に駆動連結される出力回転要素とに分配する動力分配装置と、を備えたハイブリッド駆動装置の特徴構成は、前記出力回転要素の回転を、変更可能に備える複数の変速比のうちの一つで変速して前記出力部材に伝達する第一変速装置と、前記第二回転電機の回転を、変更可能に備える複数の変速比のうちの一つで変速して前記出力部材に伝達する第二変速装置と、を独立して動作可能に備えた点にある。
なお、本願において「駆動連結」とは、2つの回転要素が駆動力を伝達可能に連結された状態を指し、当該2つの回転要素が一体的に回転するように連結された状態、或いは当該2つの回転要素が一又は二以上の伝動部材を介して駆動力を伝達可能に連結された状態を含む概念として用いている。このような伝動部材としては、回転を同速で又は変速して伝達する各種の部材が含まれ、例えば、軸、歯車機構、ベルト、チェーン等が含まれる。但し、各差動歯車機構の各回転要素について「駆動連結」という場合には、当該差動歯車機構が備える3つの回転要素に関して互いに他の回転要素を介することなく駆動連結されている状態を指すものとする。
また、本願では、「回転電機」は、モータ(電動機)、ジェネレータ(発電機)、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。
上記の特徴構成によれば、動力分配装置の出力回転要素の回転を複数の変速比のうちの一つで変速して出力部材に伝達する第一変速装置と、第二回転電機の回転を複数の変速比のうちの一つで変速して出力部材に伝達する第二変速装置とを、独立して動作させることができるので、第一変速装置及び第二変速装置のうちの一方の変速比のみを変更することでモード間の切り替えを行うことができる。つまり、モード切替に際して、第一変速装置及び第二変速装置のうちの一方で変速比の変更を行うとともに、第一変速装置及び第二変速装置のうちの他方を変速比を一定に維持させ、当該変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができる。そして、変速比が一定に維持される方の変速装置に駆動連結される回転電機を、変速比が変更される方の変速装置の動作に合わせて適切に制御することで、モード間を切り替える際のトルク変動を低減させることができる。したがって、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができるハイブリッド駆動装置を提供することができる。
ここで、前記第一変速装置及び前記第二変速装置のうちのいずれか一方を一方変速装置とするとともに、いずれか他方を他方変速装置とし、前記一方変速装置の変速比を一定の状態に維持したままで、前記他方変速装置が変速比の切替動作を行うことにより切替可能な複数のモードを備えた構成とすると好適である。
なお、この構成では、少なくとも、第一変速装置の変速比を一定の状態に維持したままで、第二変速装置が変速比の切替動作を行うことにより切替可能な二つのモード、或いは、第二変速装置の変速比を一定の状態に維持したままで、第一変速装置が変速比の切替動作を行うことにより切替可能な二つのモードを備えることになる。
この構成によれば、モード間の切替を行う際には、一方変速装置では変速比を一定の状態に維持したままとすることができるので、モードの切替前後で当該一方変速装置に駆動連結された回転電機(以下、一方回転電機とする)の回転速度を一定に維持することができる。よって、一方変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができるので、一方回転電機による、他方変速装置となる変速装置に駆動連結された回転電機(以下、他方回転電機とする)におけるトルク変動を低減させる制御が容易となる。したがって、モード間を切り替える際の変速ショックの発生をより有効に抑制することができる。
また、前記他方変速装置が変速比の切替動作を行う際に、当該変速比の切替動作に伴って前記出力部材に伝達されるトルク変動を打ち消すように、前記一方変速装置に駆動連結される回転電機が出力するトルクを補正する構成とすると好適である。
この構成によれば、一方回転電機が出力するトルクを補正することで、他方変速装置による変速比の切替動作に伴って出力部材に伝達されるトルク変動を打ち消すことができる。よって、モード間を切り替える際にトルク変動が出力部材に伝達されるのを抑制することができ、変速ショックの発生をより確実に抑制して走行状態を安定させることができる。
また、前記第一変速装置及び前記第二変速装置は、それぞれ3つの回転要素を備えた遊星歯車機構からなり、それぞれ3つの回転要素の回転状態を切り替えることにより、前記第一変速装置は、前記出力回転要素の回転をそのまま前記出力部材に伝達する直結段と、前記出力回転要素の回転を増速して前記出力部材に伝達する増速段と、を切り替え可能に備えるとともに、前記第二変速装置は、前記第二回転電機の回転を減速して前記出力部材に伝達する減速段と、前記第二回転電機の回転をそのまま前記出力部材に伝達する直結段と、を切り替え可能に備えた構成とすると好適である。
この構成によれば、第一変速装置が直結段と増速段とを切替可能に備えるので、車両の走行速度及び要求駆動力等に応じて、動力分配装置の出力回転要素の回転を適切な変速比で変速して出力部材に伝達することができる。
また、第二変速装置が直結段と減速段とを切替可能に備えるので、車両の要求駆動力に対して動力分配装置の出力回転要素のトルクが不足する場合には、必要に応じて第二回転電機のトルクを適切に増幅して出力部材に伝達することができる。また、第二変速装置により第二回転電機のトルクを増幅して出力することが可能であるので、第二回転電機から出力可能な最大トルクの大きさを一定としつつ小型化することができる。したがって、出力部材に伝達可能なトルクの増大と第二回転電機の小型化との一方又は双方を図ることができる。
また、前記第一変速装置が前記直結段を形成するとともに前記第二変速装置が前記減速段を形成して実現される第一直結モードと、前記第一変速装置及び前記第二変速装置の双方が前記直結段を形成して実現される第二直結モードと、前記第一変速装置が前記増速段を形成するとともに前記第二変速装置が前記直結段を形成して実現される増速モードと、を備え、前記第一直結モードと前記第二直結モードとの間、及び前記第二直結モードと前記増速モードとの間で、モード間の切り替えが実行可能な構成とすると好適である。
この構成によれば、第一変速装置が直結段を形成したまま(変速比を一定の状態に維持したまま)で、第二変速装置が減速段を形成した状態から直結段を形成した状態となるように切り替える(変速比の切替動作を行う)ことにより、第一直結モードと第二直結モードとの間の切り替えが実行されるので、第一直結モードと第二直結モードとの間の切り替えの際に、一方回転電機としての第一回転電機の回転速度を一定に維持することができる。よって、第一変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができるので、一方回転電機としての第一回転電機による、他方回転電機としての第二回転電機のトルク変動を低減させる制御が容易となる。
同様に、第二変速装置が直結段を形成したまま(変速比を一定の状態に維持したまま)で、第一変速装置が直結段を形成した状態から増速段を形成した状態となるように切り替える(変速比の切替動作を行う)ことにより、第二直結モードと増速モードとの間の切り替えが実行されるので、第二直結モードと増速モードとの間の切り替えの際に、一方回転電機としての第二回転電機の回転速度を一定に維持することができる。よって、第二変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができるので、一方回転電機としての第二回転電機による、他方回転電機としての第一回転電機のトルク変動を低減させる制御が容易となる。
したがって、第一直結モードと第二直結モードとの間、及び第二直結モードと増速モードとの間のモード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができる。
また、前記第一変速装置が備える3つの回転要素のうちの2つと前記第二変速装置が備える3つの回転要素のうちの2つが駆動連結されることにより、前記第一変速装置と前記第二変速装置とが4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態とされ、前記四要素状態で、前記出力回転要素の回転及び前記第二回転電機の回転の双方を減速して前記出力部材に伝達する減速モードを更に備えた構成とすると好適である。
この構成によれば、出力回転要素の回転及び第二回転電機の回転の双方を減速するとともに、動力分配装置の出力回転要素のトルク及び第二回転電機のトルクの双方を増幅して出力部材に伝達することができる。よって、要求駆動力が比較的大きい場合等に、減速モードを実現して、入力部材及び第二回転電機の双方のトルクを適切に増幅して出力部材に伝達し、大きな駆動力を出力することができる。
また、それぞれ3つの回転要素を備える第一変速装置及び第二変速装置を、4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態とすることで、そのような大きな駆動力を出力可能な状態とすることができる。よって、各変速装置における2つの回転要素どうしを駆動連結するための構成以外には、特別な構成要素を別途追加する必要がない。したがって、製造コストの上昇を抑制しつつ、上述したような効果を得ることができる。
また、前記第二回転電機が、非回転部材に選択的に固定可能とされ、前記第一変速装置が前記増速段を形成するとともに前記第二回転電機が非回転部材に固定されて実現される第二増速モードを更に備えた構成とすると好適である。
この構成によれば、高速巡航時等、動力分配装置の出力回転要素の回転を増速して出力しつつ、第二回転電機のトルクを出力部材に伝達することが必要とされない低負荷走行状態で、第二増速モードを実現して第二回転電機のロータを固定することができる。よって、そのような場合に、第二回転電機のロータの回転による動力損失(引き摺り損失)の発生を抑制することができる。また、第二回転電機のロータの回転による鉄損の発生を抑制することができる。したがって、エネルギー効率を向上させることができる。
また、前記第一回転電機が、非回転部材に選択的に固定可能とされている構成とすると好適である。
この構成によれば、第一回転電機が発電を行う必要がない場合等、動力分配装置において入力部材の駆動力を第一回転電機と出力回転要素とに分配する必要がない場合に、第一回転電機を非回転部材に選択的に固定することができる。よって、入力部材の駆動力の全てを動力分配装置の出力回転要素に伝達する状態とすることができ、エンジンの駆動力のみで車両を走行させることができる。また、第一回転電機を固定することで、第一回転電機のロータの回転による動力損失(引き摺り損失)や鉄損の発生を抑制することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
また、前記第一変速装置は、前記第一回転電機が非回転部材に固定された状態で、前記動力分配装置により前記入力部材の回転を増速して出力する構成とすると好適である。
例えば高速巡航時等、第二回転電機のトルクを出力部材に伝達することが必要とされない低負荷走行状態にある場合には、第二回転電機を力行させる必要がないため、第一回転電機に発電を行わせる必要性も低い。よって、上記の構成のように、第一回転電機が非回転部材に固定された状態で入力部材の回転が動力分配装置により増速して出力される構成とすれば、高速巡航状態を適切に形成しつつ、エネルギー効率を向上させることができる。
また、前記第一変速装置及び前記第二変速装置は、第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素をそれぞれ有するとともに、係合状態で各変速装置の3つの回転要素のうちの2つを一体回転させる直結クラッチをそれぞれ備え、前記第一変速装置の第一回転要素は第一ブレーキにより非回転部材に選択的に固定され、第二回転要素は前記出力回転要素に駆動連結され、第三回転要素は前記出力部材に駆動連結されるとともに前記第二変速装置の第二回転要素に駆動連結され、前記第二変速装置の第一回転要素は前記第二回転電機に駆動連結され、第二回転要素は前記出力部材に駆動連結され、第三回転要素は第二ブレーキにより非回転部材に選択的に固定される構成とすると好適である。
この構成によれば、第一変速装置において、直結クラッチ及び第一ブレーキのいずれか一方を選択的に係合状態とすることにより、動力分配装置の出力回転要素の回転を二つの異なる変速比のうちの一つで変速して出力部材に伝達することができる。また、第二変速装置において、直結クラッチ及び第二ブレーキのいずれか一方を選択的に係合状態とすることにより、第二回転電機の回転を二つの異なる変速比のうちの一つで変速して出力部材に伝達することができる。よって、車両の走行速度及び要求駆動力等に応じて、動力分配装置の出力回転要素及び第二回転電機の回転を適切な変速比で変速して出力部材に伝達することができる。
また、上記の構成では、第一変速装置と第二変速装置とは、第一変速装置の第三回転要素と第二変速装置の第二回転要素とが駆動連結されているだけなので、これらを独立して動作させることができる。そのため、第一変速装置及び第二変速装置のうちの一方の変速比のみを変更することでモード間の切り替えを行うことができる。つまり、モード切替に際して、第一変速装置及び第二変速装置のうちの一方で変速比の変更を行うとともに、第一変速装置及び第二変速装置のうちの他方を変速比を一定に維持させ、当該変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができる。そして、変速比が一定に維持される方の変速装置に駆動連結される回転電機を、変速比が変更される方の変速装置の動作に合わせて適切に制御することで、モード間を切り替える際のトルク変動を低減させることができる。したがって、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができる。
また、前記第一変速装置の第一回転要素と前記第二変速装置の第一回転要素とを選択的に駆動連結する一体化クラッチを更に備えた構成とすると好適である。
この構成によれば、一体化クラッチを係合状態とすることにより、それぞれ3つの回転要素を備える第一変速装置及び第二変速装置を、4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態とすることができる。また、そのような一体化クラッチを設けるだけの簡単な構成で、第一変速装置及び第二変速装置を、独立して動作する状態と四要素状態とを切り替え可能とすることができる。したがって、製造コストの上昇を抑制することができる。
また、この構成では、前記四要素状態における動力分配装置からの出力回転要素、出力部材、及び第二回転電機の駆動連結関係を適切に設定することにより、動力分配装置の出力回転要素の回転及び第二回転電機の回転の双方を減速して出力部材に伝達させることができる。したがって、その場合には、入力部材及び第二回転電機の双方のトルクを適切に増幅して出力部材に伝達し、大きな駆動力を出力することができる。
本発明に係る、エンジンに駆動連結される入力部材と、車輪に駆動連結される出力部材と、第一回転電機と、第二回転電機と、前記入力部材の駆動力を前記第一回転電機と前記出力部材に駆動連結される出力回転要素とに分配する動力分配装置と、を備えたハイブリッド駆動装置のもう一つの特徴構成は、第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素をそれぞれ有するとともに、係合状態で3つの回転要素のうちの2つを一体回転させる第一クラッチ及び第二クラッチをそれぞれ有する第一変速装置及び前記第二変速装置を備え、前記第一変速装置の第一回転要素は第一ブレーキにより非回転部材に選択的に固定され、第二回転要素は前記出力回転要素に駆動連結され、第三回転要素は前記出力部材に駆動連結されるとともに前記第二変速装置の第二回転要素に駆動連結され、前記第二変速装置の第一回転要素は前記第二回転電機に駆動連結され、第二回転要素は前記出力部材に駆動連結され、第三回転要素は第二ブレーキにより非回転部材に選択的に固定される点にある。
この特徴構成によれば、第一変速装置において、第一クラッチ及び第一ブレーキのいずれか一方を選択的に係合状態とすることにより、動力分配装置の出力回転要素の回転を二つの異なる変速比のうちの一つで変速して出力部材に伝達することができる。また、第二変速装置において、第二クラッチ及び第二ブレーキのいずれか一方を選択的に係合状態とすることにより、第二回転電機の回転を二つの異なる変速比のうちの一つで変速して出力部材に伝達することができる。よって、車両の走行速度及び要求駆動力等に応じて、動力分配装置の出力回転要素及び第二回転電機の回転を適切な変速比で変速して出力部材に伝達することができる。
また、上記の特徴構成では、第一変速装置と第二変速装置とは、第一変速装置の第三回転要素と第二変速装置の第二回転要素とが駆動連結されているだけなので、これらを独立して動作させることができる。そのため、切替可能な複数のモードを備える場合において、第一変速装置及び第二変速装置のうちの一方の変速比のみを変更することでモード間の切り替えを行うことができる。つまり、モード切替に際して、第一変速装置及び第二変速装置のうちの一方で変速比の変更を行うとともに、第一変速装置及び第二変速装置のうちの他方を変速比を一定に維持させ、当該変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができる。そして、変速比が一定に維持される方の変速装置に駆動連結される回転電機を、変速比が変更される方の変速装置の動作に合わせて適切に制御することで、モード間を切り替える際のトルク変動を低減させることができる。したがって、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができるハイブリッド駆動装置を提供することができる。
ここで、前記第一変速装置の第一回転要素と前記第二変速装置の第一回転要素とを選択的に駆動連結する第三クラッチを更に備えた構成とすると好適である。
この構成によれば、第三クラッチを係合状態とすることにより、それぞれ3つの回転要素を備える第一変速装置及び第二変速装置を、4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態とすることができる。また、そのような第三クラッチを設けるだけの簡単な構成で、第一変速装置及び第二変速装置を、独立して動作する状態と四要素状態とを切り替え可能とすることができる。したがって、製造コストの上昇を抑制することができる。
また、この構成では、前記四要素状態における動力分配装置からの出力回転要素、出力部材、及び第二回転電機の駆動連結関係を適切に設定することにより、動力分配装置の出力回転要素の回転及び第二回転電機の回転の双方を減速して出力部材に伝達させることができる。したがって、その場合には、入力部材及び第二回転電機の双方のトルクを適切に増幅して出力部材に伝達し、大きな駆動力を出力することができる。
また、前記第二変速装置の第一回転要素を非回転部材に選択的に固定する固定機構を更に備えた構成とすると好適である。
この構成によれば、固定機構により第二回転電機のロータを固定することができる。よって、例えば高速巡航時等、第二変速装置の第一回転要素に駆動連結される第二回転電機のトルクを出力部材に伝達することが必要とされない低負荷走行状態で、第二回転電機のロータの回転による動力損失(引き摺り損失)の発生を抑制することができる。また、第二回転電機のロータの回転による鉄損の発生を抑制することができる。したがって、エネルギー効率を向上させることができる。
また、前記第一変速装置及び前記第二変速装置の3つの回転要素は、それぞれ回転速度の順に第一回転要素、第二回転要素、第三回転要素とされている構成とすると好適である。
なお、本願では、「回転速度の順」は、高速側から低速側に向かう順、又は低速側から高速側に向かう順のいずれかであり、各差動歯車機構の回転状態によりいずれともなり得るが、いずれの場合にも回転要素の順は変わらない。
この構成によれば、第一変速装置において、第一クラッチを係合状態として直結段を形成することができるとともに、第一ブレーキを係合状態として増速段を形成することができる。また、第二変速装置において、第二ブレーキを係合状態として減速段を形成することができるとともに、第二クラッチを係合状態として直結段を形成することができる。そして、車両の走行速度及び要求駆動力等に応じて、動力分配装置の出力回転要素及び第二回転電機の回転を、適切な変速段における変速比で変速して出力部材に伝達することができる。
また、この構成によれば、第一変速装置が直結段を形成するとともに第二変速装置が減速段を形成することにより第一直結モードを実現することができる。また、第一変速装置及び第二変速装置の双方が直結段を形成することにより第二直結モードを実現することができる。また、第一変速装置が増速段を形成するとともに第二変速装置が直結段を形成することにより増速モードを実現することができる。そして、これらの各モードのうち、第一直結モードと第二直結モードとの間、及び第二直結モードと増速モードとの間でモード間の切り替えが可能な構成とすることで、第一変速装置及び第二変速装置のいずれか一方では変速比を一定の状態に維持したままとすることができるので、各モードの切替前後で、第一回転電機及び第二回転電機のいずれか一方の回転速度を一定に維持することができる。よって、変速比が一定に維持される方の変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができるので、第一回転電機及び第二回転電機のいずれか他方の回転電機におけるトルク変動を低減させる制御が容易となる。したがって、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができる。
また、前記動力分配装置は、回転速度の順に第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素となる3つの回転要素を有し、第一回転要素は前記第一回転電機に駆動連結され、第二回転要素は前記入力部材に駆動連結され、第三回転要素は前記出力回転要素とされている構成とすると好適である。
この構成によれば、動力分配装置に、入力部材の駆動力を第一回転電機と出力回転要素とに分配する動作を適切に行なわせることができる。
また、前記動力分配装置の第一回転要素を非回転部材に選択的に固定する第三ブレーキを更に備えた構成とすると好適である。
この構成によれば、第三ブレーキにより、第一回転電機を非回転部材に選択的に固定することができる。よって、例えば第一回転電機が発電を行う必要がない場合等、動力分配装置において入力部材の駆動力を第一回転電機と出力回転要素とに分配する必要がない場合に、入力部材の駆動力の全てを動力分配装置の出力回転要素に伝達して、エンジンの駆動力のみで車両を走行させることができる。また、第一回転電機を固定することで、第一回転電機のロータの回転による動力損失(引き摺り損失)や鉄損の発生を抑制することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの機械的構成を示すスケルトン図である。なお、この図1は、中心軸に対称な下半分の構成を省略して示している。また、図2は、本実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置Hのシステム構成を示す模式図である。なお、図2において、二重の実線は駆動力の伝達経路を示し、二重の破線は電力の伝達経路を示し、白抜きの矢印は作動油の流れを示している。また、実線の矢印は各種情報の伝達経路を示している。
これらの図に示すように、ハイブリッド駆動装置Hは、エンジンEに駆動連結される入力軸Iと、車輪Wに駆動連結される出力軸Oと、第一回転電機MG1と、第二回転電機MG2と、入力軸Iの駆動力を第一回転電機MG1と出力軸Oに駆動連結される出力回転要素Eoとに分配する動力分配装置P1と、を備えている。また、このハイブリッド駆動装置Hは、第一変速装置P2と第二変速装置P3とを更に備えた構成となっている。これらの第一変速装置P2と第二変速装置P3とは、独立して動作可能とされている。これらの構成は、車体に固定される非回転部材としての駆動装置ケースDc(以下、単に「ケースDc」という。)内に収容されている。なお、本実施形態においては、入力軸Iが本発明における「入力部材」に相当し、出力軸Oが本発明における「出力部材」に相当する。
1.ハイブリッド駆動装置の各部の構成
図1及び図2に示すように、入力軸Iは、エンジンEに駆動連結されている。ここで、エンジンEは、燃料の燃焼により駆動される内燃機関であり、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンエンジン等の公知の各種エンジンを用いることができる。本例では、入力軸IはエンジンEのクランクシャフト等の出力回転軸と一体的に駆動連結されている。なお、入力軸Iが、エンジンEの出力回転軸との間にダンパやクラッチ等を介して駆動連結された構成としても好適である。図2に示すように、出力軸Oは、出力用差動歯車装置17等を介して車輪Wに駆動力を伝達可能に駆動連結されている。本例では、出力軸Oは入力軸Iと同軸上に配置されている。
図1に示すように、第一回転電機MG1は、ケースDcに固定されたステータSt1と、このステータSt1の径方向内側に回転自在に支持されたロータRo1と、を有している。この第一回転電機MG1のロータRo1は、動力分配装置P1の第一サンギヤs1と一体回転するように駆動連結されている。また、第二回転電機MG2は、ケースDcに固定されたステータSt2と、このステータSt2の径方向内側に回転自在に支持されたロータRo2と、を有している。この第二回転電機MG2のロータRo2は、第二変速装置P3の第三サンギヤs3と一体回転するように駆動連結されている。第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2は、図2に示すように、それぞれインバータ12を介して蓄電装置としてのバッテリ11に電気的に接続されている。なお、バッテリ11は蓄電装置の一例であり、キャパシタなどの他の蓄電装置を用い、或いは複数種類の蓄電装置を併用することも可能である。
そして、第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2は、それぞれ電力の供給を受けて動力を発生するモータ(電動機)としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ(発電機)としての機能を果たすことが可能とされている。ここで、ジェネレータとして機能する方の回転電機MG1、MG2は、エンジンEの駆動力により発電を行い、バッテリ11を充電し、或いはモータとして機能する方の回転電機MG1、MG2を駆動するための電力を供給する。一方、モータとして機能する方の回転電機MG1、MG2は、主に車両の走行用の駆動力を補助するために力行するが、車両の減速のための回生制動時等にはジェネレータとして機能する。これら第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2の動作は、制御装置ECUから制御指令に従ってインバータ12を介して行われる。
動力分配装置P1は、シングルピニオン型の遊星歯車機構とされている。すなわち、動力分配装置P1は、複数のピニオンギヤを支持する第一キャリヤca1と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第一サンギヤs1及び第一リングギヤr1とを回転要素として有している。第一サンギヤs1は、第一回転電機MG1のロータRo1と一体回転するように駆動連結されているとともに、第三ブレーキB3によりケースDcに選択的に固定される。第一キャリヤca1は、入力軸Iと一体回転するように駆動連結されている。第一リングギヤr1は、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとされており、第一変速装置P2の第二キャリヤca2と一体回転するように駆動連結されている。図4〜図14に示すように、動力分配装置P1のこれら3つの回転要素は、回転速度の順に、第一サンギヤs1、第一キャリヤca1、第一リングギヤr1となっている。したがって、本実施形態では、これらの第一サンギヤs1、第一キャリヤca1、第一リングギヤr1が、それぞれ動力分配装置P1の「第一回転要素」、「第二回転要素」、「第三回転要素」に相当する。この動力分配装置P1は、入力軸I(エンジンE)の駆動力を第一回転電機MG1と出力軸Oに駆動連結される出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1とに分配する機能を果たす。
第一変速装置P2は、シングルピニオン型の遊星歯車機構とされている。すなわち、第一変速装置P2は、複数のピニオンギヤを支持する第二キャリヤca2と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第二サンギヤs2及び第二リングギヤr2とを回転要素として有している。第二サンギヤs2は、第三クラッチC3を介して第二変速装置P3の第三サンギヤs3及び第二回転電機MG2のロータRo2に選択的に駆動連結されるとともに、第一ブレーキB1によりケースDcに選択的に固定される。第二キャリヤca2は、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1と一体回転するように駆動連結されている。第二リングギヤr2は、出力軸O及び第二変速装置P3の第三キャリヤca3と一体回転するように駆動連結されている。図4〜図14に示すように、第一変速装置P2のこれら3つの回転要素は、回転速度の順に、第二サンギヤs2、第二キャリヤca2、第二リングギヤr2となっている。したがって、本実施形態では、これらの第二サンギヤs2、第二キャリヤca2、第二リングギヤr2が、それぞれ第一変速装置P2の「第一回転要素」、「第二回転要素」、「第三回転要素」に相当する。
また、第一変速装置P2が有するこれら3つの回転要素のうち、第二サンギヤs2と第二リングギヤr2とが第一クラッチC1により選択的に駆動連結されて一体回転させられる。この第一クラッチC1の係合状態では、第二サンギヤs2と第二リングギヤr2とが駆動連結され、第一変速装置P2が有するこれら3つの回転要素の全てが一体回転する直結状態となる。本実施形態においては、第一クラッチC1が第一変速装置P2における「直結クラッチ」に相当する。第一変速装置P2は、動力分配装置P1の出力回転要素Eo(第一リングギヤr1)の回転を、変更可能に備える複数の変速比のうちの一つで変速して出力軸Oに伝達する機能を果たす。本例では、第一変速装置P2は、第一クラッチC1及び第一ブレーキB1のいずれか一方を選択的に係合状態として3つの回転要素の回転状態を切り替えることにより、直結段及び増速段の二つの変速段を切り替え可能に備え、これらに対応する二つの変速比のうちの一つで出力回転要素Eoの回転を変速して出力軸Oに伝達する。
第二変速装置P3は、シングルピニオン型の遊星歯車機構とされている。すなわち、第二変速装置P3は、複数のピニオンギヤを支持する第三キャリヤca3と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第三サンギヤs3及び第三リングギヤr3とを回転要素として有している。第三サンギヤs3は、第二回転電機MG2のロータRo2と一体回転するように駆動連結されているとともに、第三クラッチC3を介して第二変速装置P3の第二サンギヤs2に選択的に駆動連結される。第三キャリヤca3は、出力軸O及び第一変速装置P2の第二リングギヤr2と一体回転するように駆動連結されている。第三リングギヤr3は、第二ブレーキB2によりケースDcに選択的に固定される。図4〜図14に示すように、第二変速装置P3のこれら3つの回転要素は、回転速度の順に、第三サンギヤs3、第三キャリヤca3、第三リングギヤr3となっている。したがって、本実施形態では、これらの第三サンギヤs3、第三キャリヤca3、第三リングギヤr3が、それぞれ第二変速装置P3の「第一回転要素」、「第二回転要素」、「第三回転要素」に相当する。
また、第二変速装置P3が有するこれら3つの回転要素のうち、第三サンギヤs3と第三キャリヤca3とが第二クラッチC2により選択的に駆動連結されて一体回転させられる。この第二クラッチC2の係合状態では、第三サンギヤs3と第三キャリヤca3とが駆動連結され、第二変速装置P3が有するこれら3つの回転要素の全てが一体回転する直結状態となる。本実施形態においては、第二クラッチC2が第二変速装置P3における「直結クラッチ」に相当する。第二変速装置P3は、第二回転電機MG2の回転を、変更可能に備える複数の変速比のうちの一つで変速して出力軸Oに伝達する機能を果たす。本例では、第二変速装置P3は、第二クラッチC2及び第二ブレーキB2のいずれか一方を選択的に係合状態として3つの回転要素の回転状態を切り替えることにより、減速段及び直結段の二つの変速段を切り替え可能に備え、これらに対応する二つの変速比のうちの一つで第二回転電機MG2の回転を変速して出力軸Oに伝達する。
上記のとおり、このハイブリッド駆動装置Hは、係合要素として、第一クラッチC1、第二クラッチC2、第三クラッチC3、第一ブレーキB1、第二ブレーキB2及び第三ブレーキB3を備えている。これらの係合要素としては、いずれも油圧により動作する多板式クラッチや多板式ブレーキ等の摩擦係合要素を用いることができる。図2では、各係合要素は動力分配装置P1、第一変速装置P2及び第二変速装置P3に含まれることとして図示を省略しているが、この図に示すように、これらの係合要素に供給される油圧は、制御装置ECUからの制御指令により動作する油圧制御装置13により制御される。この油圧制御装置13への作動油の供給は、エンジンEの動作中は機械式オイルポンプ14により行われ、エンジンEの停止中は電動オイルポンプ15により行われる。ここで、機械式オイルポンプ14は、入力軸Iの駆動力により駆動される。また、電動オイルポンプ15は、電動オイルポンプ用インバータ16を介して供給されるバッテリ11からの電力(供給経路は図示省略)により駆動される。
2.ハイブリッド駆動装置の制御システムの構成
図2に示すように、制御装置ECUは、車両の各部に設けられたセンサSe1〜Se7で取得される情報を用いて、エンジンE、第一回転電機MG1、第二回転電機MG2、油圧制御装置13を介して動力分配装置P1、第一変速装置P2及び第二変速装置P3の各係合要素C1、C2、C3、B1、B2、B3(図1を参照)、並びに電動オイルポンプ15等の動作制御を行う。これらのセンサとして、本例では、第一回転電機回転センサSe1、第二回転電機回転センサSe2、エンジン回転センサSe3、バッテリ状態検出センサSe4、車速センサSe5、アクセル操作検出センサSe6、及びブレーキ操作検出センサSe7が設けられている。
ここで、第一回転電機回転センサSe1は、第一回転電機MG1のロータRo1の回転速度を検出するためのセンサである。第二回転電機回転センサSe2は、第二回転電機MG2のロータRo2の回転速度を検出するためのセンサである。エンジン回転センサSe3は、エンジンEの出力回転軸の回転速度を検出するためのセンサである。ここで、入力軸IはエンジンEの出力回転軸と一体回転するので、このエンジン回転センサSe3により検出されるエンジンEの回転速度は入力軸Iの回転速度と一致する。バッテリ状態検出センサSe4は、バッテリ11の充電量等の状態を検出するためのセンサである。車速センサSe5は、車速を検出するために出力軸Oの回転速度を検出するためのセンサである。アクセル操作検出センサSe6は、アクセルペダル18の操作量を検出するためのセンサである。ブレーキ操作検出センサSe7は、図示しないホイールブレーキに連動するブレーキペダル19の操作量を検出するためのセンサである。
また、制御装置ECUは、エンジン制御手段31、回転電機制御手段32、バッテリ状態検出手段33、回転電機回転検出手段34、車速検出手段35、切替制御手段36、電動オイルポンプ制御手段37、エンジン回転検出手段38、モード選択手段39、及び要求駆動力検出手段40を備えている。制御装置ECUにおけるこれらの各手段は、CPU等の演算処理装置を中核部材として、入力されたデータに対して種々の処理を行うための機能部がハードウエア又はソフトウエア(プログラム)或いはその両方により実装されて構成されている。
エンジン制御手段31は、エンジンEの動作開始、停止、回転速度制御、出力トルク制御等の動作制御を行う。回転電機制御手段32は、インバータ12を介して、第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2の回転速度制御、出力トルク制御等の動作制御を行う。バッテリ状態検出手段33は、バッテリ状態検出センサSe4の出力に基づいて、バッテリ11の充電量等の状態を検出する。回転電機回転検出手段34は、第一回転電機回転センサSe1、及び第二回転電機回転センサSe2の出力に基づいて、第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2の回転速度を検出する。車速検出手段35は、車速センサSe5からの出力に基づいて車速を検出する。切替制御手段36は、油圧制御装置13の動作を制御することにより、ハイブリッド駆動装置Hの各係合要素C1、C2、C3、B1、B2、B3(図1を参照)のそれぞれの係合又は解放(係合解除)を行い、ハイブリッド駆動装置Hのモードを切り替える制御を行う。電動オイルポンプ制御手段37は、電動オイルポンプ用インバータ16を介して電動オイルポンプ15の動作制御を行う。エンジン回転検出手段38は、エンジン回転センサSe3からの出力に基づいて、エンジンEの出力回転軸及び入力軸Iの回転速度を検出する。
モード選択手段39は、車速及び要求駆動力などの走行条件に応じて、所定の制御マップに従い適切なモードの選択を行う。すなわち、モード選択手段39は、車速の情報を車速検出手段35から取得するとともに、要求駆動力の情報を要求駆動力検出手段40から取得する。そして、モード選択手段39は、所定の制御マップに従って、取得された車速及び要求駆動力に応じて規定されたモードを選択する。ここで、選択されるモードとしては、後述するように、スプリットモード及びエンジン走行モードの2つのモードがある。スプリットモードは、更に減速モード、低速モード、中速モード、高速モード、高速固定モード、及び後進モード、の6つのモードを備えている。したがって、本実施形態では、モード選択手段39は上記7つのモードの中から一つのモードを選択する。なお、モード選択の際に参照される走行条件としては、車速及び要求駆動力の他にも、バッテリ充電量、冷却水温度、油温等の各種条件を用いても好適である。要求駆動力検出手段40は、アクセル操作検出センサSe6及びブレーキ操作検出センサSe7からの出力に基づいて、運転者による要求駆動力を演算して取得する。
3.ハイブリッド駆動装置のモード
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hにより実現可能なモードについて説明する。図3は、各モードでの各係合要素C1、C2、C3、B1、B2、B3の作動状態を示す作動表である。この図において、「○」は各係合要素が係合状態にあることを示しており、「無印」は、各係合要素が解放(係合解除)状態にあることを示している。本実施形態においては、低速モードが本発明における「第一直結モード」に相当し、中速モードが本発明における「第二直結モード」に相当する。また、高速モードが本発明における「増速モード」に相当し、高速固定モードが本発明における「第二増速モード」に相当する。
図4〜図14は、動力分配装置P1及び各変速装置P2、P3を構成する遊星歯車機構の速度線図を示している。これらの速度線図において、縦軸は、各回転要素の回転速度に対応している。すなわち、縦軸に対応して記載している「0」は回転速度がゼロであることを示しており、上側が正、下側が負である。そして、並列配置された複数本の縦線のそれぞれが、動力分配装置P1、第一変速装置P2、及び第二変速装置P3の各回転要素に対応している。また、各回転要素に対応する縦線の間隔は、動力分配装置P1、第一変速装置P2、及び第二変速装置P3のそれぞれの歯数比に対応している。図4〜図14の下部には、動力分配装置P1、第一変速装置P2、第二変速装置P3の歯数比(サンギヤとリングギヤとの歯数比=〔サンギヤの歯数〕/〔リングギヤの歯数〕)をそれぞれλ1、λ2、λ3として示している。なお、これらの歯数比λ1、λ2、λ3は、エンジンE、第一回転電機MG1、及び第二回転電機MG2の特性や車両重量等を考慮して適宜設定される。
各図において、左側の速度線図において細実線で示される直線は動力分配装置P1の動作状態を示している。また、右側の速度線図において、太実線で示される直線は第一変速装置P2の動作状態を示し、太破線で示される直線は第二変速装置P3の動作状態を示している。これらの速度線図上において、「○」は第一回転電機MG1の回転速度、「□」は第二回転電機MG2の回転速度、「△」は入力軸I(エンジンE)の回転速度、「☆」は出力軸Oの回転速度、「×」はブレーキB1、B2、B3によるケースDcへの固定状態をそれぞれ示している。以下、各モードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について詳細に説明する。
3−1.スプリットモード
スプリットモードは、入力軸Iの駆動力が動力分配装置P1を介して第一回転電機MG1と出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1とに分配されるモードである。スプリットモードでは、動力分配装置P1は、図4〜図9の左側の速度線図に示すように、回転速度の順で中間となる第一キャリヤca1(第二回転要素)が入力軸Iに駆動連結され、この第一キャリヤca1に伝達された入力軸I(エンジンE)の駆動力(エンジントルクTE)が回転速度の順で一方端となる第一サンギヤs1(第一回転要素)と他方端となる第一リングギヤr1(第三回転要素)とに分配される。そして、第一サンギヤs1には、当該第一サンギヤs1に分配された入力軸I(エンジンE)のトルクに対する反力トルクとなる第一回転電機MG1のトルク(MG1トルクT1)が伝達される。一方、出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1に分配されたトルクは、第一変速装置P2を介して出力軸Oに伝達される。この際、エンジンEは、高い効率で排ガスの少ない状態に(一般に最適燃費特性に沿うように)維持されるよう制御されつつ正方向のエンジントルクTEを出力する。
第一回転電機MG1は、負方向のMG1トルクT1を出力して第一サンギヤs1に伝達し、エンジントルクTEの反力受けとして機能する。これにより、動力分配装置P1は、エンジントルクTEを出力回転要素Eoと第一回転電機MG1とに分配し、MG1トルクT1を反力として入力トルクTEに対して減衰したトルクを出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1に伝達する。第一回転電機MG1は、通常の走行状態では、正回転(回転速度が正)しつつ負方向のMG1トルクT1を発生して発電を行う。一方、車速が高い(出力軸Oの回転速度が高い)状態では第一回転電機MG1は、負回転(回転速度が負)しつつ負方向のMG1トルクT1を発生して力行を行う。なお、第二回転電機MG2は、第一回転電機MG1が発電する状態ではロータRo2の回転方向と同方向のMG2トルクT2を出力して力行し、走行用の駆動力をアシストする。一方、第一回転電機MG1が力行する状態では、第二回転電機MG2は、ロータRo2の回転方向とは逆方向のMG2トルクT2を発生して発電を行う。なお、このスプリットモードでは、反力受けとなる第一回転電機MG1の回転速度を変化させることにより入力軸Iの回転速度を無段階に変速して出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1に伝達することが可能となっている。
動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1には、第一変速装置P2が駆動連結されている。第一変速装置P2は直結段及び増速段の二つの変速段を有しており、出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転は、第一変速装置P2を介してそのまま又は増速されて出力軸Oに伝達される。また、第二回転電機MG2のロータRo2には、第二変速装置P3が駆動連結されている。第二変速装置P3は減速段及び直結段の二つの変速段を有しており、ロータRo2の回転は、第二変速装置P3を介して減速されて又はそのまま出力軸Oに伝達される。スプリットモードでは、第一変速装置P2が備える直結段及び増速段の二つの変速段の状態と、第二変速装置P3が備える減速段及び直結段の二つの変速段の状態とを適宜組み合わせることにより、低速モード、中速モード、高速モード、及び後進モードの各モードを実現することができる。また、本実施形態では、高速モードにおいて第二回転電機MG2のロータRo2をケースDcに固定することにより高速固定モードを実現することができる。更に、本実施形態では、第三クラッチC3を係合状態として第一変速装置P2と第二変速装置P3とを一体的に動作する状態とすることにより減速モードを実現することができる。以下では、スプリットモードにおける各モードでの動作状態について説明する。
3−1−1.減速モード
減速モードは、第一変速装置P2が備える3つの回転要素のうちの2つと第二変速装置P3が備える3つの回転要素のうちの2つが駆動連結されることにより、第一変速装置P2と第二変速装置P3とが4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態とされ、この四要素状態で、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転、及び第二回転電機MG2のロータRo2の回転の双方を減速して出力軸Oに伝達するモードである。減速モードでは、図3に示すように、第三クラッチC3及び第二ブレーキB2が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。本実施形態では、上記のとおり第一変速装置P2の第二リングギヤr2と第二変速装置P3の第三キャリヤca3とが一体回転するように駆動連結されている。この状態で第三クラッチC3を係合状態とすることにより、更に第一変速装置P2の第二サンギヤs2と第二変速装置P3の第三サンギヤs3とが一体回転するように駆動連結される。本実施形態においては、第三クラッチC3が本発明における「一体化クラッチ」に相当する。これにより、第一変速装置P2が備える3つの回転要素のうちの2つ(第二リングギヤr2及び第二サンギヤs2)と第二変速装置P3が備える3つの回転要素のうちの2つ(第三キャリヤca3及び第三サンギヤs3)が駆動連結されて四要素状態が形成される。
なお、図4に示すように、この四要素状態では、4つの回転要素は回転速度の順に、一体的に回転する第二サンギヤs2及び第三サンギヤs3、第二キャリヤca2、一体的に回転する第二リングギヤr2及び第三キャリヤca3、第三リングギヤr3、となっている。したがって、本実施形態では、これらの、一体的に回転する第二サンギヤs2及び第三サンギヤs3、第二キャリヤca2、一体的に回転する第二リングギヤr2及び第三キャリヤca3、第三リングギヤr3が、それぞれ第一変速装置P2及び第二変速装置P3が一体化されて形成される複合変速装置の「第一回転要素」、「第二回転要素」、「第三回転要素」、「第四回転要素」となる。
この四要素状態では、図4の右側の速度線図に示すように、第一変速装置P2を表す直線と第二変速装置P3を表す直線とが同一直線状となる。動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転は、複合変速装置の4つの回転要素のうち、第二回転要素、第三回転要素、第四回転要素の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、これら3つの回転要素のうち、回転速度の順で中間となる第二リングギヤr2及び第三キャリヤca3(第三回転要素)に出力軸Oが駆動連結されている。更に、この第二リングギヤr2及び第三キャリヤca3(第三回転要素)に対して、回転速度の順で一方側となる第二キャリヤca2(第二回転要素)に出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1が駆動連結され、回転速度の順で他方側となる第三リングギヤr3(第四回転要素)が第二ブレーキB2によりケースDcに固定される。これにより、回転速度の順で中間となる第二リングギヤr2及び第三キャリヤca3(第三回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、出力回転要素Eoの回転速度が減速するとともにトルクが増幅して出力される。このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する、出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転速度の比)は、全てのモードの中で最も大きい。
第二回転電機MG2の回転は、複合変速装置の4つの回転要素のうち、第一回転要素、第三回転要素、第四回転要素の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、これら3つの回転要素のうち、回転速度の順で中間となる第二リングギヤr2及び第三キャリヤca3(第三回転要素)に出力軸Oが駆動連結されている。更に、この第二リングギヤr2及び第三キャリヤca3(第三回転要素)に対して、回転速度の順で一方側となる第二サンギヤs2及び第三サンギヤs3(第一回転要素)に第二回転電機MG2が駆動連結され、回転速度の順で他方側となる第三リングギヤr3(第四回転要素)が第二ブレーキB2によりケースDcに固定される。これにより、回転速度の順で中間となる第二リングギヤr2及び第三キャリヤca3(第三回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、第二回転電機MG2の回転速度が減速するとともにMG2トルクT2が増幅して出力される。このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する第二回転電機MG2の回転速度の比)は、上記の出力回転要素Eoの回転に対する変速比よりも更に大きくなっている。
このような減速モードでは、動力分配装置P1の出力回転要素Eoのトルク及び第二回転電機MG2のトルクの双方を増幅して出力軸Oに伝達することができる。よって、車両の要求駆動力が比較的大きい場合等に、入力軸I(エンジンE)及び第二回転電機MG2の双方のトルクを適切に増幅して出力軸Oに伝達し、大きな駆動力を出力することが可能となっている。したがって、この減速モードは、車両の発進時等、大きな駆動力が必要となる場合に適したモードとなっている。
ここで、本実施形態では、第一変速装置P2及び第二変速装置P3が一体化されて四要素状態となる複合変速装置が形成され、第二回転要素に動力分配装置P1の出力回転要素Eo、第一回転要素に第二回転電機MG2、第三回転要素に出力軸O、が駆動連結されている。このような場合には、例えば動力分配装置P1の出力回転要素Eoに対して第二回転電機MG2のロータRo2が一体回転するように駆動連結されたような構成と比較して、第二回転電機MG2のトルクをより大きく増幅して出力軸Oに伝達し、大きな駆動力を出力することができる。或いは、第二回転電機MG2の体格を、出力可能な最大トルクの大きさを一定としつつ小型化することができる。したがって、出力軸Oに伝達可能なトルクの増大と第二回転電機MG2の小型化との一方又は双方を図ることができるようになっている。
3−1−2.低速モード
低速モードは、第一変速装置P2が直結段を形成するとともに第二変速装置P3が減速段を形成して実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転をそのまま出力軸Oに伝達するとともに第二回転電機MG2の回転を減速して出力軸Oに伝達するモードである。低速モードでは、図3に示すように、第一クラッチC1及び第二ブレーキB2が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。本実施形態では、上記のとおり第一変速装置P2の第二リングギヤr2と第二変速装置P3の第三キャリヤca3とが一体回転するように駆動連結されている。しかし、低速モードでは第三クラッチC3が解放(係合解除)状態とされており、第一変速装置P2の残余の回転要素のうちの一つと第二変速装置P3の残余の回転要素のうちの一つとはいずれも一体回転するように駆動連結されることがない。よって、この低速モードでは、第一変速装置P2と第二変速装置P3とが独立して動作する状態となる。なお、以下の中速モード、高速モード、高速固定モード、及び後進モードについても同様である。
低速モードでは、図5の右側の速度線図に示すように、第一変速装置P2を表す直線と第二変速装置P3を表す直線とは別の直線となる。動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転は、第一変速装置P2の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、第二キャリヤca2(第二回転要素)に出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1が駆動連結されている。また、低速モードでは第一クラッチC1が係合状態となることにより第二サンギヤs2(第一回転要素)と第二リングギヤr2(第三回転要素)とが一体回転するように駆動連結される。これにより、第一変速装置P2の全体が一体回転する直結状態となる。したがって、第二リングギヤr2(第三回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、出力回転要素Eoの回転速度及びトルクがそのまま出力される。なお、このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する、出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転速度の比)は「1」であり、減速モードにおけるものよりも小さい。
第二回転電機MG2の回転は、第二変速装置P3の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、回転速度の順で中間となる第三キャリヤca3(第二回転要素)に出力軸Oが駆動連結されている。更に、この第三キャリヤca3(第二回転要素)に対して、回転速度の順で一方側となる第三サンギヤs3(第一回転要素)に第二回転電機MG2が駆動連結され、回転速度の順で他方側となる第三リングギヤr3(第三回転要素)が第二ブレーキB2によりケースDcに固定される。これにより、回転速度の順で中間となる第三キャリヤca3(第二回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、第二回転電機MG2の回転速度が減速するとともにMG2トルクT2が増幅して出力される。このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する第二回転電機MG2の回転速度の比)は、減速モードにおけるものに等しい。
このような低速モードでは、動力分配装置P1の出力回転要素Eoのトルクはそのままで、第二回転電機MG2のMG2トルクT2を増幅して出力軸Oに伝達することができる。よって、車両の要求駆動力が中程度である場合等に、入力軸I(エンジンE)のトルクはそのままで、第二回転電機MG2のMG2トルクT2を適切に増幅して出力軸Oに伝達し、比較的大きな駆動力を出力することが可能となっている。したがって、この低速モードは、車両の発進後における加速時等、比較的大きな駆動力が必要となる場合に適したモードとなっている。
3−1−3.中速モード
中速モードは、第一変速装置P2及び第二変速装置P3の双方が直結段を形成して実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転及び第二回転電機MG2の回転をそのまま出力軸Oに伝達するモードである。中速モードでは、図3に示すように、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。この中速モードでも、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは独立して動作する状態となっている。
中速モードでは、図6の右側の速度線図に示すように、第一変速装置P2を表す直線と第二変速装置P3を表す直線とが同一直線状となる。ただし、これら2本の直線はあくまで互いに独立であり、減速モードの場合とは異なり四要素状態を形成している訳ではない。動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転は、第一変速装置P2の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、第二キャリヤca2(第二回転要素)に出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1が駆動連結されている。また、中速モードでは第一クラッチC1が係合状態となることにより第二サンギヤs2(第一回転要素)と第二リングギヤr2(第三回転要素)とが一体回転するように駆動連結される。これにより、第一変速装置P2の全体が一体回転する直結状態となる。したがって、第二リングギヤr2(第三回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、出力回転要素Eoの回転速度及びトルクがそのまま出力される。なお、このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する、出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転速度の比)は「1」であり、低速モードにおけるものに等しい。
第二回転電機MG2の回転は、第二変速装置P3の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、第三サンギヤs3(第一回転要素)に第二回転電機MG2が駆動連結されている。また、中速モードでは第二クラッチC2が係合状態となることにより第三サンギヤs3(第一回転要素)と第三キャリヤca3(第二回転要素)とが一体回転するように駆動連結される。これにより、第二変速装置P3の全体が一体回転する直結状態となる。したがって、第三キャリヤca3(第二回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、第二回転電機MG2の回転速度及びMG2トルクT2がそのまま出力される。このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する第二回転電機MG2の回転速度の比)は「1」であり、減速モードや低速モードにおけるものよりも小さい。
このような中速モードでは、動力分配装置P1の出力回転要素Eoのトルク及び第二回転電機MG2のMG2トルクT2がそのまま出力軸Oに伝達される。すなわち、この中速モードが実現された状態では、動力分配装置P1の出力回転要素Eoに第二回転電機MG2のロータRo2が一体的に駆動連結されている構成に等しい。よって、エンジンEを高い効率で排ガスの少ない状態に(一般に最適燃費特性に沿うように)維持しつつ、必要な場合には第二回転電機MG2のMG2トルクT2により車両の駆動力をアシストすることが可能となっている。したがって、この中速モードは、定常走行時等に適したモードとなっている。
3−1−4.高速モード
高速モードは、第一変速装置P2が増速段を形成するとともに第二変速装置P3が直結段を形成して実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転を増速して出力軸Oに伝達するとともに第二回転電機MG2の回転をそのまま出力軸Oに伝達するモードである。高速モードでは、図3に示すように、第二クラッチC2及び第一ブレーキB1が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。この高速モードでも、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは独立して動作する状態となっている。
高速モードでは、図7の右側の速度線図に示すように、第一変速装置P2を表す直線と第二変速装置P3を表す直線とは別の直線となる。動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転は、第一変速装置P2の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、回転速度の順で中間となる第二キャリヤca2(第二回転要素)に出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1が駆動連結されている。更に、この第二キャリヤca2(第二回転要素)に対して回転速度の順で一方側となる第二サンギヤs2(第一回転要素)が第一ブレーキB1によりケースDcに固定される。これにより、回転速度の順で他方側となる第二リングギヤr2(第三回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、出力回転要素Eoの回転速度が増速するとともにトルクが減衰して出力される。なお、このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する、出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転速度の比)は、低速モードや中速モードにおけるものよりも小さい。
第二回転電機MG2の回転は、第二変速装置P3の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、第三サンギヤs3(第一回転要素)に第二回転電機MG2が駆動連結されている。また、高速モードでは第二クラッチC2が係合状態となることにより第三サンギヤs3(第一回転要素)と第三キャリヤca3(第二回転要素)とが一体回転するように駆動連結される。これにより、第二変速装置P3の全体が一体回転する直結状態となる。したがって、第三キャリヤca3(第二回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、第二回転電機MG2の回転速度及びMG2トルクT2がそのまま出力される。このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する第二回転電機MG2の回転速度の比)は「1」であり、中速モードにおけるものに等しい。
このような高速モードでは、動力分配装置P1の出力回転要素Eoの回転速度が増速されて出力軸Oに伝達される。よって、エンジンEの回転速度を比較的低い状態に維持して燃費向上を図りつつ、車速を比較的高い状態に維持させることができる。したがって、この高速モードは、高速巡航時等に適したモードとなっている。
3−1−5.高速固定モード
高速固定モードは、第一変速装置P2が増速段を形成するとともに第二回転電機MG2がケースDcに固定されて実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転のみを増速して出力軸Oに伝達するモードである。高速固定モードでは、図3に示すように、第三クラッチC3及び第一ブレーキB1が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。この高速固定モードでも、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは独立して動作する状態となっている。
高速固定モードにおける速度線図は、第二回転電機MG2が駆動連結された第三サンギヤs3が第一ブレーキB1によりケースDcに固定される点を除いては、基本的には高速モードにおける速度線図と同様である。よって、このときの変速比(出力軸Oの回転速度に対する、出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転速度の比)は、高速モードにおけるものに等しい。ただし、この高速固定モードでは第二回転電機MG2のロータRo2が、いずれも係合状態とされる第三クラッチC3及び第一ブレーキB1を介してケースDcに固定される。そのため、第二回転電機MG2は回転を停止し、MG2トルクT2を出力することもない。なお、本実施形態においては、第三クラッチC3と第一ブレーキB1とが協働して本発明における「固定機構」を構成している。
このような高速固定モードでは、動力分配装置P1の出力回転要素Eoの回転速度が増速されて出力軸Oに伝達される。よって、エンジンEの回転速度を比較的低い状態に維持して燃費向上を図りつつ、車速を比較的高い状態に維持させることができる。また、上記のとおり、高速固定モードでは第二回転電機MG2はMG2トルクT2を出力することはない。したがって、この高速固定モードは、高速巡航時等であって、特に駆動力が必要とされない低負荷走行時に適したモードとなっている。なお、第二回転電機MG2をケースDcに固定することにより、第二回転電機MG2のロータRo2の回転による動力損失(引き摺り損失)の発生や鉄損の発生を抑制することができる。したがって、高速固定モードでは、エネルギー効率を向上させることができる。
3−1−6.後進モード
後進モードは、第一変速装置P2が増速段を形成するとともに第二変速装置P3が減速段を形成して実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転を増速して出力軸Oに伝達するとともに第二回転電機MG2の回転を減速して出力軸Oに伝達するモードである。後進モードでは、図3に示すように、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。この後進モードでも、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは独立して動作する状態となっている。なお、この後進モードでは、図9の左側の速度線図に示すように、動力分配装置P1で第一回転電機MG1が高速回転する状態となって出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1からは負回転(負方向の回転)が出力される。
後進モードでは、図9の右側の速度線図に示すように、第一変速装置P2を表す直線と第二変速装置P3を表す直線とは別の直線となる。動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転(負回転)は、第一変速装置P2の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、回転速度の順で中間となる第二キャリヤca2(第二回転要素)に出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1が駆動連結されている。更に、この第二キャリヤca2(第二回転要素)に対して回転速度の順で一方側となる第二サンギヤs2(第一回転要素)が第一ブレーキB1によりケースDcに固定される。これにより、回転速度の順で他方側となる第二リングギヤr2(第三回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、出力回転要素Eoの回転速度が増速するとともにトルクが減衰して出力される。
第二回転電機MG2の回転は、第二変速装置P3の3つの回転要素の回転状態に基づいて変速される。すなわち、回転速度の順で中間となる第三キャリヤca3(第二回転要素)に出力軸Oが駆動連結されている。更に、この第三キャリヤca3(第二回転要素)に対して、回転速度の順で一方側となる第三サンギヤs3(第一回転要素)に第二回転電機MG2が駆動連結され、回転速度の順で他方側となる第三リングギヤr3(第三回転要素)が第二ブレーキB2によりケースDcに固定される。これにより、回転速度の順で中間となる第三キャリヤca3(第二回転要素)に駆動連結された出力軸Oには、第二回転電機MG2の回転速度が減速するとともにMG2トルクT2が増幅して出力される。
ところで、車両を後進させる場合には、上記の減速モードや低速モードを利用することも考えられる。しかし、減速モードを利用する場合には、動力分配装置P1の出力回転要素Eoのトルクが増幅されて出力軸Oに伝達される。すなわち、出力回転要素Eoのトルクに対して増幅された正方向のトルクが出力軸Oに伝達される。また、低速モードを利用する場合には、動力分配装置P1の出力回転要素Eoの正方向のトルクがそのまま出力軸Oに伝達される。これらの場合には、第二回転電機MG2のMG2トルクT2に対して増幅されて出力軸Oに伝達される負方向のトルクを打ち消すように作用するトルクが比較的大きくなる。
これに対して、本実施形態に係る後進モードでは、出力軸Oには、出力回転要素Eoの正方向のトルクが減衰して伝達されるとともに、第二回転電機MG2の負方向のMG2トルクT2が増幅して伝達される。すなわち、出力回転要素Eoのトルクに対して減衰された正方向のトルクが出力軸Oに伝達されるので、第二回転電機MG2のMG2トルクT2に対して増幅された負方向のトルクを打ち消すように作用するトルクを比較的小さくすることができる。本実施形態では、このような後進モードを備えることにより、後進の際にもより大きな駆動力を出力することが可能となっている。
3−2.エンジン走行モード
エンジン走行モードは、第一回転電機MG1のロータRo1が固定され、入力軸I(エンジンE)の駆動力が動力分配装置P1を介して固定された変速比で変速されて出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1に伝達されるモードである。エンジン走行モードでは、図3に示すように、第三クラッチC3、第一ブレーキB1及び第三ブレーキB3が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。エンジン走行モードでは、動力分配装置P1は、図10の左側の速度線図に示すように、回転速度の順で中間となる第一キャリヤca1(第二回転要素)に入力軸Iが駆動連結されている。また、第一キャリヤca1(第二回転要素)に対して回転速度の順で一方端となる第一サンギヤs1(第一回転要素)が第三ブレーキB3によりケースDcに固定される。これにより、回転速度の順で他方端となる出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1(第三回転要素)には、入力軸I(エンジンE)の回転速度が増速するとともにエンジントルクTEが減衰して出力される。
本実施形態においては、エンジン走行モードでは更に第二回転電機MG2のロータRo2が、いずれも係合状態とされる第三クラッチC3及び第一ブレーキB1を介してケースDcに固定される。これにより、第一回転電機MG1のロータRo1及び第二回転電機MG2のロータRo2の双方がケースDcに固定される。なお、第一変速装置P2は増速段を形成する。したがって、本実施形態では、エンジン走行モードにおける右側の速度線図はスプリットモードの高速固定モードにおける速度線図と同一である。よってここでは詳細な説明は省略する。
このようなエンジン走行モードでは、第一回転電機MG1のロータRo1を固定することにより、エンジンEの回転速度を比較的低い状態に維持して燃費向上を図りつつ、高速巡航状態を適切に形成することができる。よって、このエンジン走行モードは、高速巡航時等に適したモードとなっている。なお、第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2の双方をケースDcに固定することにより、第一回転電機MG1のロータRo1及び第二回転電機MG2のロータRo2の回転による動力損失(引き摺り損失)の発生や鉄損の発生を抑制することができる。したがって、エンジン走行モードでは、エネルギー効率を向上させることができる。
4.各モード間の切替動作
次に、上記で説明した各モード間の切り替え動作について説明する。図11〜図14は、それぞれ減速モードから低速モードへの切り替え、低速モードから中速モードへの切り替え、中速モードから高速モードへの切り替え、高速モードから高速固定モードへの切り替えの際の状態変化を示す説明図である。これらの図に示すように、上記の各モード間での切り替えの際には、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のいずれか一方の変速装置(一方変速装置)の変速比を一定の状態に維持したままで、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のいずれか他方の変速装置(他方変速装置)の変速比の切替動作が行われる。これにより、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができるようになっている。以下では、各モード間での切り替えの際における、動力分配装置P1、第一変速装置P2、及び第二変速装置P3の各回転要素、並びにこれらに駆動連結される第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2の回転及びトルクの状態変化について詳細に説明する。
図11は、減速モードから低速モードへの切り替えの際の状態変化を示す説明図である。この図においては、低速モードにおける動力分配装置P1、第一変速装置P2、及び第二変速装置P3の速度線図を、図5と同様にそれぞれ細実線、太実線、及び太破線で示している。また、減速モードにおける動力分配装置P1及び第一変速装置P2の速度線図を、いずれも一点鎖線で示している。減速モードから低速モードへの切り替えに際しては、第二ブレーキB2が係合状態に維持されたままで第三クラッチC3が解放(係合解除)状態とされるとともに第一クラッチC1が係合状態とされ、いわゆるクラッチツークラッチ切り替えが実行される(図3を参照)。
第三クラッチC3が解放(係合解除)状態とされると、第一変速装置P2の第二サンギヤs2と第二変速装置P3の第三サンギヤs3との間での駆動連結状態が解除される。これにより、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは第二リングギヤr2と第三キャリヤca3とが駆動連結されただけの状態となり、独立して動作する状態となる。その後、第一クラッチC1が係合状態とされると、第一変速装置P2の全体が一体回転する直結状態となって、第一変速装置P2の速度線図は一点鎖線で示した状態から太実線で示した状態へと変化する。なお、このとき第二変速装置P3の速度線図は変化しない。つまり本例では、減速モードから低速モードへの切替時においては、第一変速装置P2が「他方変速装置」、第二変速装置P3が「一方変速装置」となっている。
ところで、クラッチツークラッチ切り替えの前後では、車速(出力軸Oの回転速度)は略一定に維持されることから、第一変速装置P2の3つの回転要素の回転状態が、速度線図において一点鎖線で示した状態から太実線で示した状態に変化するのに伴って、第一変速装置P2の第二キャリヤca2の回転速度、及び当該第二キャリヤca2に駆動連結された動力分配装置P1の第一リングギヤr1の回転速度が変化する。また、その際、エンジンE(入力軸I)の回転速度も略一定に維持されることから、第一リングギヤr1の回転速度が変化するのに伴って、動力分配装置P1の第一サンギヤs1及びこれに駆動連結された第一回転電機MG1のロータRo1の回転速度が変化する。図示の例では、第二キャリヤca2及び第一リングギヤr1の回転速度が低下するとともに、第一回転電機MG1のロータRo1の回転速度が上昇している。
このように、動力分配装置P1においては、モード間の切り替えの前後で第一サンギヤs1及び出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の双方の回転が変化する場合がある。そのため、従来技術として例示したような、動力分配装置P1の第一サンギヤs1に第一回転電機MG1、出力回転要素Eoに第二回転電機MG2が一体回転するように駆動連結されたような構成では、出力軸Oに対して常に駆動力が伝達される状態でモード間の切り替えを行おうとすれば、第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2の双方の回転速度及びトルクが変化することになる。ところが、同時に変化するこれら二つの回転電機MG1、MG2の回転速度及びトルクを、互いに変化する他方の回転電機MG1、MG2の回転速度及びトルクとの関係をも考慮した上でそれぞれ適切に制御するのは容易ではない。そのため、上記従来のハイブリッド駆動装置の構成では、モード間の切り替え時に変速ショックが生じ易いという問題がある。
これに対して、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hでは、減速モードから低速モードへの切り替えの際には、他方変速装置としての第一変速装置P2の動作状態が変化して第一回転電機MG1の回転速度及びMG1トルクT1は変化するが、一方変速装置としての第二変速装置P3の動作状態は一定の状態に維持されて第二回転電機MG2の回転速度は変化しない。よって、第二変速装置P3を介した第二回転電機MG2から出力軸Oまでの動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができる。そして、一方変速装置としての第二変速装置P3に駆動連結される第二回転電機MG2を、他方変速装置としての第一変速装置P2の動作状態の変化に合わせて適切に制御することで、減速モードから低速モードへ切り替える際のトルク変動を低減させることができる。トルク変動を低減させるための第二回転電機MG2の制御の具体的内容については後述する。なお、ここでは減速モードから低速モードへの切り替えに関して説明したが、低速モードから減速モードへの切り替えに関しても同様である。
図12は、低速モードから中速モードへの切り替えの際の状態変化を示す説明図である。この図においては、中速モードにおける動力分配装置P1、第一変速装置P2、及び第二変速装置P3の速度線図を、図6と同様にそれぞれ細実線、太実線、及び太破線で示している。また、低速モードにおける第二変速装置P3の速度線図を一点鎖線で示している。低速モードから中速モードへの切り替えに際しては、第一クラッチC1が係合状態に維持されたままで第二ブレーキB2が解放(係合解除)状態とされるとともに第二クラッチC2が係合状態とされ、いわゆるクラッチツークラッチ切り替えが実行される(図3を参照)。
上記のとおり、低速モードにおいては第一変速装置P2と第二変速装置P3とが独立して動作する状態となっている。第二ブレーキB2が解放されるとともに第二クラッチC2が係合状態とされると、第二変速装置P3の全体が一体回転する直結状態となって、第二変速装置P3の速度線図は一点鎖線で示した状態から太破線で示した状態へと変化する。これに伴い、第二変速装置P3の第三サンギヤs3及びこれに駆動連結された第二回転電機MG2のロータRo2の回転速度が変化する。図示の例では、第二回転電機MG2のロータRo2の回転速度が低下している。なお、このとき第一変速装置P2の速度線図は変化しない。よって、第二キャリヤca2の回転速度が変化しないので、動力分配装置P1の各回転要素の回転速度も変化しない。本例では、低速モードから中速モードへの切替時においては、第一変速装置P2が「一方変速装置」、第二変速装置P3が「他方変速装置」となっている。
このように、低速モードから中速モードへの切り替えの際には、他方変速装置としての第二変速装置P3の動作状態が変化して第二回転電機MG2の回転速度及びMG2トルクT2は変化するが、一方変速装置としての第一変速装置P2の動作状態は一定の状態に維持されて第一回転電機MG1の回転速度は変化しない。よって、第一変速装置P2を介した動力分配装置P1(入力軸I及び第一回転電機MG1)から出力軸Oまでの動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができる。そして、一方変速装置としての第一変速装置P2に動力分配装置P1を介して駆動連結される第一回転電機MG1を、他方変速装置としての第二変速装置P3の動作状態の変化に合わせて適切に制御することで、低速モードから中速モードへ切り替える際のトルク変動を低減させることができる。トルク変動を低減させるための第一回転電機MG1の制御の具体的内容については後述する。なお、ここでは低速モードから中速モードへの切り替えに関して説明したが、中速モードから低速モードへの切り替えに関しても同様である。
図13は、中速モードから高速モードへの切り替えの際の状態変化を示す説明図である。この図においては、高速モードにおける動力分配装置P1、第一変速装置P2、及び第二変速装置P3の速度線図を、図7と同様にそれぞれ細実線、太実線、及び太破線で示している。また、中速モードにおける動力分配装置P1及び第一変速装置P2の速度線図を、いずれも一点鎖線で示している。中速モードから高速モードへの切り替えに際しては、第二クラッチC2が係合状態に維持されたままで第一クラッチC1が解放(係合解除)状態とされるとともに第一ブレーキB1が係合状態とされ、いわゆるクラッチツークラッチ切り替えが実行される(図3を参照)。
上記のとおり、中速モードにおいては第一変速装置P2と第二変速装置P3とが独立して動作する状態となっている。第一クラッチC1が解放されるとともに第一ブレーキB1が係合状態とされると、第一変速装置P2の各回転要素が互いに相対回転する差動状態となって、第一変速装置P2の速度線図は一点鎖線で示した状態から太実線で示した状態へと変化する。よって、第二キャリヤca2及び第一リングギヤr1の回転速度が変化し、更に第一回転電機MG1の回転速度が変化する。図示の例では、第二キャリヤca2及び第一リングギヤr1の回転速度が低下するとともに、第一回転電機MG1のロータRo1の回転速度が上昇している。なお、このとき第二変速装置P3の速度線図は変化しない。本例では、中速モードから高速モードへの切替時においては、第一変速装置P2が「他方変速装置」、第二変速装置P3が「一方変速装置」となっている。
このように、中速モードから高速モードへの切り替えの際には、他方変速装置としての第一変速装置P2の動作状態が変化して第一回転電機MG1の回転速度及びMG1トルクT1は変化するが、一方変速装置としての第二変速装置P3の動作状態は一定の状態に維持されて第二回転電機MG2の回転速度は変化しない。よって、第二変速装置P3を介した第二回転電機MG2から出力軸Oまでの動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができる。そして、一方変速装置としての第二変速装置P3に駆動連結される第二回転電機MG2を、他方変速装置としての第一変速装置P2の動作状態の変化に合わせて適切に制御することで、中速モードから高速モードへ切り替える際のトルク変動を低減させることができる。トルク変動を低減させるための第二回転電機MG2の制御の具体的内容については後述する。なお、ここでは中速モードから高速モードへの切り替えに関して説明したが、高速モードから中速モードへの切り替えに関しても同様である。
図14は、高速モードから高速固定モードへの切り替えの際の状態変化を示す説明図である。この図においては、高速固定モードにおける動力分配装置P1、第一変速装置P2、及び第二変速装置P3の速度線図を、図8と同様にそれぞれ細実線、太実線、及び太破線で示している。また、高速モードにおける第二変速装置P3の速度線図を一点鎖線で示している。高速モードから高速固定モードへの切り替えに際しては、第一ブレーキB1が係合状態に維持されたままで第二クラッチC2が解放(係合解除)状態とされるとともに第三クラッチC3が係合状態とされ、いわゆるクラッチツークラッチ切り替えが実行される(図3を参照)。
上記のとおり、高速モードにおいては第一変速装置P2と第二変速装置P3とが独立して動作する状態となっている。第二クラッチC2が解放されるとともに第三クラッチC3が係合状態とされると、第二変速装置P3の各回転要素が互いに相対回転する差動状態となって、第二変速装置P3の速度線図は一点鎖線で示した状態から太破線で示した状態へと変化する。これに伴い、第二変速装置P3の第三サンギヤs3及びこれに駆動連結された第二回転電機MG2のロータRo2の回転速度が変化する。本例では、第二回転電機MG2のロータRo2が第三クラッチC3及び第一ブレーキによりケースDcに固定されて回転速度がゼロとなる。なお、このとき第一変速装置P2の速度線図は変化しない。よって、第二キャリヤca2の回転速度が変化しないので、動力分配装置P1の動作状態は一定の状態に維持されて第一回転電機MG1の回転速度は変化しない。したがって、モード間を切り替える際に変速ショックが生じるのを抑制することができる。本例では、高速モードから高速固定モードへの切替時においては、第一変速装置P2が「一方変速装置」、第二変速装置P3が「他方変速装置」となっている。なお、ここでは高速モードから高速固定モードへの切り替えに関して説明したが、高速固定モードから高速モードへの切り替えに関しても同様である。
上記のとおり、減速モードと低速モードとの間の切り替え、低速モードと中速モードとの間の切り替え、及び中速モードと高速モードとの間の切り替えの際には、各切替時における一方変速装置に駆動連結される第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2のいずれか一方(各切替時における一方変速装置に駆動連結される方の回転電機)は、各切替時における他方変速装置の動作状態の変化に合わせて、出力軸Oに伝達されるトルク変動を低減させるように制御される。本実施形態においては、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のうちの「他方変速装置」が、動作状態(変速段)を変化させて変速比の切替動作を行う際に、当該変速比の切替動作に伴って出力軸Oに伝達されるトルク変動を打ち消すように、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のうちの「一方変速装置」に駆動連結される回転電機が出力するトルクが補正される。
例えば、上記の中速モードから高速モードへの切替時(図13を参照)における例では、一方変速装置としての第二変速装置P3に駆動連結される回転電機である第二回転電機MG2のMG2トルクT2が補正される。より具体的には、第二回転電機MG2から出力軸Oまでの動力伝達系のギヤ比も考慮した上で、第一変速装置P2の動作状態の変化に起因して出力軸Oに伝達されるトルク変動と大きさが等しく向きが反対のトルクが加算されて出力軸Oに伝達されるように、第二回転電機MG2の出力トルクが補正される。また、例えば上記の低速モードから中速モードへの切替時(図12を参照)のように、第一変速装置P2が「一方変速装置」、第二変速装置P3が「他方変速装置」となる場合には、第一回転電機MG1から出力軸Oまでの動力伝達系のギヤ比も考慮した上で、第二変速装置P3の動作状態の変化に起因して出力軸Oに伝達されるトルク変動と大きさが等しく向きが反対のトルクが加算されて出力軸Oに伝達されるように、第一回転電機MG1の出力トルクが補正される。このような第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2の出力トルクの補正は、制御装置ECUが備える回転電機制御手段32により実行される。なお、本実施形態においては、回転電機制御手段32は出力トルク補正手段としても機能しているが、出力トルク補正手段として機能する機能部を回転電機制御手段32とは別に制御装置ECUに備える構成としても良い。
以上のように、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hによれば、モード間の切り替えの際には、他方変速装置の動作状態が変化して、これに駆動連結される他方回転電機の回転速度及びトルクは変化するが、一方変速装置の動作状態は一定の状態に維持されてこれに駆動連結される一方回転電機の回転速度は変化しない。よって、一方変速装置を介して出力軸Oに駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができる。そして、一方変速装置に駆動連結される一方回転電機を、他方変速装置の動作状態の変化に起因して出力軸Oに伝達されるトルク変動を打ち消すように制御することで、モード間の切り替えの際にトルク変動が出力軸Oに伝達されるのを有効に抑制することができる。したがって、変速ショックの発生を有効に抑制して車両の走行状態を安定させることができる。
〔第二の実施形態〕
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図15は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図であり、図1と同様に、中心軸に対称な下半分の構成を省略して示している。このハイブリッド駆動装置Hは、係合状態となることにより第一変速装置P2の第二サンギヤs2と第二変速装置P3の第三サンギヤs3とを選択的に駆動連結する、一体化クラッチとしての第三クラッチC3を備えていない点で、上記第一の実施形態と相違している。また、そのような第三クラッチC3を備えないことに起因して、スプリットモードが備えるモード数が上記第一の実施形態と比べて少なくなっている。以下では、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hについて、上記第一の実施形態との相違点を中心として説明する。なお、特に明記しない点については、上記第一の実施形態と同様である。
本実施形態においては、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは、第二リングギヤr2と第三キャリヤca2とが駆動連結されているだけであり、常時独立に動作するように構成されている。第一変速装置P2は、複数のピニオンギヤを支持する第二キャリヤca2と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第二サンギヤs2及び第二リングギヤr2とを回転要素として有している。第二サンギヤs2は、第一ブレーキB1によりケースDcに選択的に固定される。第二キャリヤca2は、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1と一体回転するように駆動連結されている。第二リングギヤr2は、出力軸O及び第二変速装置P3の第三キャリヤca3と一体回転するように駆動連結されている。第一変速装置P2が有するこれら3つの回転要素のうち、第二サンギヤs2と第二リングギヤr2とが第一クラッチC1により選択的に駆動連結されて一体回転させられる。この第一クラッチC1の係合状態では、第二サンギヤs2と第二リングギヤr2とが駆動連結され、第一変速装置P2が有するこれら3つの回転要素の全てが一体回転する直結状態となる。本例でも、第一変速装置P2は、第一クラッチC1及び第一ブレーキB1のいずれか一方を選択的に係合状態として3つの回転要素の回転状態を切り替えることにより、直結段及び増速段の二つの変速段を切り替え可能に備え、これらに対応する二つの変速比のうちの一つで変速して出力回転要素Eoの回転を出力軸Oに伝達する。
第二変速装置P3は、複数のピニオンギヤを支持する第三キャリヤca3と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合う第三サンギヤs3及び第三リングギヤr3とを回転要素として有している。第三サンギヤs3は、第二回転電機MG2のロータRo2と一体回転するように駆動連結されているとともに、第四ブレーキB4により選択的にケースDcに固定される。第三キャリヤca3は、出力軸O及び第一変速装置P2の第二リングギヤr2と一体回転するように駆動連結されている。第三リングギヤr3は、第二ブレーキB2によりケースDcに選択的に固定される。第二変速装置P3が有するこれら3つの回転要素のうち、第三サンギヤs3と第三キャリヤca3とが第二クラッチC2により選択的に駆動連結されて一体回転させられる。この第二クラッチC2の係合状態では、第三サンギヤs3と第三キャリヤca3とが駆動連結され、第二変速装置P3が有するこれら3つの回転要素の全てが一体回転する直結状態となる。本例でも、第二変速装置P3は、第二クラッチC2及び第二ブレーキB2のいずれか一方を選択的に係合状態として3つの回転要素の回転状態を切り替えることにより、減速段及び直結段の二つの変速段を切り替え可能に備え、これらに対応する二つの変速比のうちの一つで変速して第二回転電機MG2の回転を出力軸Oに伝達する。
上記のとおり、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、係合要素として第三クラッチC3を備えていない。そのため、本実施形態においては図16に示すように、スプリットモードでは低速モード、中速モード、高速モード、高速固定モード、及び後進モード、の5つのモードのみを備え、減速モードを備えていない。よって、本実施形態においては、スプリットモードにおける全てのモードで第一変速装置P2と第二変速装置P3とが独立して動作する状態となり、第一変速装置P2と第二変速装置P3とが4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態となることはない。また、本実施形態においては、高速固定モードでは、第四ブレーキB4を係合状態とすることにより第二回転電機MG2のロータRo2がケースDcに固定される。本実施形態においては、第四ブレーキB4が本発明における「固定機構」に相当する。
各モードでの動力分配装置P1及び各変速装置P2、P3を構成する遊星歯車機構の速度線図は、上記第一の実施形態と同様である。また、各モード間における切り替え動作も上記第一の実施形態と同様である。したがって、本実施形態においても、モード間の切り替えの際にトルク変動が出力軸Oに伝達されるのを抑制することができ、変速ショックの発生を有効に抑制して車両の走行状態を安定させることができる。
〔その他の実施形態〕
(1)上記の各実施形態においては、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のうちの一方の変速装置が変速比の切替動作を行う際に、当該変速比の切替動作に伴って出力軸Oに伝達されるトルク変動を打ち消すように、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のうちの他方の変速装置に駆動連結される回転電機が出力するトルクを補正する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば動力分配装置P1を介して第一変速装置P2に駆動連結される第一回転電機MG1が出力するMG1トルクT1を補正する場合は、これに加えて更にエンジンEのエンジントルクTEも合わせて補正する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
また、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のうちの一方の変速装置が変速比の切替動作を行う際に、当該変速比の切替動作に伴って出力軸Oに伝達されるトルク変動が打ち消されることになるように、当該変速比の切替動作を行う前に予め、変速比の切替動作を行う変速装置に駆動連結された回転電機が出力するトルクを補正する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
また、これらの場合において、変速比の切替動作に伴って出力軸Oに伝達されるトルク変動を、必ずしも完全に打ち消すように出力トルクを補正する必要はなく、少なくともトルク変動を低減するように出力トルクを補正する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
(2)上記の各実施形態においては、第一変速装置P2が直結段及び増速段の二つの変速段を切り替え可能に備えるとともに、第二変速装置P3が減速段及び直結段の二つの変速段を切り替え可能に備える場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば第一変速装置P2が減速段及び直結段の二つの変速段を切り替え可能に備えるとともに、第二変速装置P3が直結段及び増速段の二つの変速段を切り替え可能に備える構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、それに応じて、スプリットモードが備える複数のサブモードについても、適宜変更が可能である。
(3)上記の各実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hにより実現可能なモードとして、スプリットモードとエンジン走行モードを備える場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば上記の各実施形態におけるスプリットモードの各モードにおいて、第三ブレーキB3を係合状態として第一回転電機MG1のロータRo1をケースDcに固定して、1モータパラレルモードを実現可能な構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、例えば第三ブレーキB3を備えず、スプリットモードのみを実現可能な構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
(4)上記の各実施形態においては、第一変速装置P2及び第二変速装置P3がそれぞれ3つの回転要素を備えた遊星歯車機構からなる場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、第一変速装置P2及び第二変速装置P3の一方又は双方に、例えば複数の歯車機構を有して構成される有段変速装置や、無段変速装置等を採用する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
(5)上記の各実施形態においては、第一変速装置P2及び第二変速装置P3がそれぞれシングルピニオン型の遊星歯車機構とされている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、第一変速装置P2及び第二変速装置P3の一方又は双方が、ダブルピニオン型の遊星歯車機構とされた構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
(6)上記の各実施形態においては、動力分配装置P1がシングルピニオン型の遊星歯車機構とされ、第一回転要素としての第一サンギヤs1に第一回転電機MG1が駆動連結され、第二回転要素としての第一キャリヤca1に入力軸I(エンジンE)が駆動連結され、第三回転要素としての第一リングギヤr1が出力回転要素Eoとされるとともに、回転速度の順に第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素とされている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、3つの回転要素の回転速度の順を同一としたまま、例えば第一回転要素としての第一サンギヤs1に第一回転電機MG1が駆動連結され、第三回転要素としての第一リングギヤr1に入力軸I(エンジンE)が駆動連結され、第二回転要素としての第一キャリヤca1が出力回転要素Eoとされた構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合、動力分配装置P1によりエンジンEの回転が減速されるとともに駆動力(エンジントルクTE)が増幅されて出力回転要素Eoとしての第一キャリヤca1に伝達されることになる。