JP2010285012A - ハイブリッド車両用の自動変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両用自動変速機の、運転者の操作に対する追従性を向上させ、燃費を向上させる。
【解決手段】自動変速機１は、駆動ギヤＧ３ａ，Ｇ５ａを軸支する第１駆動ギヤ軸４と入力軸２とを連結自在な第１クラッチＣ１と、駆動ギヤＧ２ａ，Ｇ４ａを軸支する第２駆動ギヤ軸５と入力軸２とを連結自在な第２クラッチＣ２と、駆動ギヤＧ３ａ，Ｇ５ａを第１駆動ギヤ軸４に連結自在な第１噛合機構ＳＭ１と、駆動ギヤＧ２ａ，Ｇ４ａを第２駆動ギヤ軸５に連結自在な第２噛合機構ＳＭ２と、プラネタリギヤ機構ＰＧの第３要素Ｒａを変速機ケース７に固定自在なブレーキＢ１と、電動機ＭＧを第１要素Ｓａに連結する状態または電動機ＭＧを第３要素Ｒａに連結する状態に切換自在な切換機構８とを備える。第１要素Ｓａと第１駆動ギヤ軸４とが連結され、第２要素Ｃａと駆動ギヤＧ３ａとが連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両用の自動変速機に関する。

従来、内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両用の自動変速機が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のものは、デュアル・クラッチ・トランスミッション（ＤＣＴ）を用いて、変速比順位で奇数番目の変速段で走行中の場合は、変速比順位で偶数番目の変速段の何れか１のギヤ列を用いて、電動機を適切な回転数で回転させて回生又はアシストを行い、変則比順位で偶数番目の変速段で走行中の場合は、変速比順位で奇数番目の変速段の何れか１のギヤ列を用いて、電動機を適切な回転数で回転させて回生又はアシストを行うものである。

特許第３６４７３９９号公報

従来の自動変速機は、例えば、急発進ができるように、発進時において大きな駆動力を出せるように発進段のギヤ列のギヤ比を設定すると、発進時の燃費が悪くなる。逆に、発進時において燃費が向上されるように発進段のギヤ列のギヤ比を設定すると、大きな駆動力が出し難くなり、運転者の操作に対する追従性（ドライバビリティ）が低下する。

本発明は、以上の点に鑑み、運転者の操作に対する追従性（ドライバビリティ）を向上させると共に、燃費を向上させることができる自動変速機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両用の自動変速機であって、前記内燃機関の動力が伝達される入力軸の回転を複数のギヤ列を介して複数段に変速して出力部材から出力するものにおいて、変速比順位で奇数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第１駆動ギヤ軸と、変速比順位で偶数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第２駆動ギヤ軸と、前記入力軸と前記第１駆動ギヤ軸とを解除自在に連結する第１クラッチと、前記入力軸と前記第２駆動ギヤ軸とを解除自在に連結する第２クラッチと、変速比順位で奇数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを第１駆動ギヤ軸に選択的に連結する第１噛合機構と、変速比順位で偶数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを第２駆動ギヤ軸に選択的に連結する第２噛合機構と、サンギヤとキャリアとリングギヤとの３つの要素を備えるプラネタリギヤ機構と、前記プラネタリギヤ機構の前記サンギヤ、キャリア、リングギヤからなる３つの要素を、速度線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に夫々第１要素、第２要素、第３要素として、前記第３要素を変速機ケースに解除自在に固定するブレーキと、前記電動機のロータを前記プラネタリギヤ機構の第１要素に接続する状態、前記電動機のロータを前記プラネタリギヤ機構の第３要素に接続する状態の何れかの状態に切換自在な切換機構とを備え、前記第１要素と前記第１駆動ギヤ軸とが連結され、前記第２要素と前記第１駆動ギヤ軸に軸支される何れか１つの駆動ギヤとが連結されることを特徴とする。

本発明によれば、切換機構により、電動機のロータをプラネタリギヤ機構の第１要素に連結する状態と、電動機のロータをプラネタリギヤ機構の第３要素に連結する状態とに切換自在とされている。

これにより、切換機構を電動機のロータとプラネタリギヤ機構の第３要素とを連結する状態とし、第１クラッチを係合させて内燃機関の駆動力をプラネタリギヤ機構の第１要素に伝達させることにより、第３要素に伝達される電動機の駆動力と、第１要素に伝達される内燃機関の駆動力とを合成して第２要素から第２要素に連結される駆動ギヤを有するギヤ列を介して出力部材から出力させることができ、車両発進時の駆動力（トルク）を高めることができる。

又、切換機構を電動機のロータとプラネタリギヤ機構の第１要素とを連結する状態とし、ブレーキで第３要素を変速機ケースに固定することにより、第１要素に伝達される内燃機関の回転速度をプラネタリギヤ機構のギヤ比（リングギヤの歯数／サンギヤの歯数）及び第２要素に連結する駆動ギヤを備えるギヤ列のギヤ比（従動ギヤの歯数／駆動ギヤの歯数）で設定される所定の出力速度で出力部材から出力させることができる。

従って、プラネタリギヤ機構のギヤ比及び第２要素に連結する駆動ギヤを備えるギヤ列のギヤ比を燃費を重視して設定しておけば、運転状態に応じて上記２つのうち何れかを選択して車両を発進させることができ、運転者の操作に対する追従性（ドライバビリティ）を向上させると共に、燃費を向上させることができる
本発明においては、切換機構を、プラネタリギヤ機構の第１要素又は第３要素の何れの連結も断つ状態に切換自在に構成されることが好ましい。かかる構成によれば、電動機を完全に切り離すことができる。これにより、電動機を用いていない場合に、全ての変速段において、電動機を切り離すことができ、電動機のイナーシャ（慣性）による燃費の低下を防止することができる。

又、電動機の故障を検知する故障検知機構を設け、故障検知機構が電動機の故障を検知した場合には、切換機構をプラネタリギヤ機構の第１要素又は第３要素の何れの連結も断つ状態に切り換えれば、故障した電動機の影響を受けることなく内燃機関による車両の走行が可能となる。

本発明においては、切換機構を、切換スリーブと、直動アクチュエータにより切換スリーブ内を進退自在なロッドとで構成し、切換スリーブと電動機のロータとを連結し、切換スリーブに、径方向に貫通する第１と第２の２つの貫通孔が互いに切換スリーブの軸方向に間隔を存して設けられ、第１貫通孔に第１突出部材を内挿し、第２貫通孔に第２突出部材を内挿し、２つの貫通孔内には、突出部材を径方向内方へ付勢する弾性部材を夫々配置し、ロッドに次第に径方向外方へ拡径する拡径部を設けることにより第１と第２の２つのテーパ面を形成し、ロッドが直動アクチュエータにより前進又は後退され第１テーパ面が第１突出部材に接触することにより、第１突出部材が弾性部材の付勢力に抗して切換スリーブから径方向外方に突出し、第１突出部材がプラネタリギヤの第１要素に連結された第１凹部に係合して、切換機構が電動機のロータを第１要素に接続する状態となり、ロッドが直動アクチュエータにより後退又は前進され第２テーパ面が第２突出部材に接触することにより、第２突出部材が弾性部材の付勢力に抗して切換スリーブから径方向外方に突出し、第２突出部材がプラネタリギヤ機構の第３要素に連結された第２凹部に係合して、切換機構が電動機のロータを第３要素に接続する状態となるように、切換機構を構成することができる。

又、本発明においては、切換機構を、切換スリーブと、直動アクチュエータにより軸方向に進退自在なロッドと、ロッドの進退運動を回転運動に切り換える円筒溝カムと、円筒溝カムに連結され第１と第２の２つの板カムが固定されるカム軸とを備え、切換スリーブと電動機のロータとを連結し、切換スリーブに、径方向に貫通する第１と第２の２つの貫通孔を互いに軸方向に間隔を存して設け、第１貫通孔に第１突出部材を内挿し、第２貫通孔に第２突出部材を内挿し、両貫通孔内に、突出部材を径方向内方へ付勢する弾性部材を配置し、第１カムが第１突出部材を弾性部材の付勢力に抗して突き出し、第１凹部に係合させて、切換機構が電動機のロータをプラネタリギヤ機構の第１要素に接続する状態となり、第２カムが第２突出部材を弾性部材の付勢力に抗して突き出し、第２凹部に係合させて、切換機構が電動機のロータをプラネタリギヤ機構の第３要素に接続する状態となるように、切換機構を構成することもできる。

又、本発明においては、二次電池の充電率が所定値未満であり、内燃機関の駆動力を用いて車両を発進させる場合には、切換機構は前記電動機のロータをプラネタリギヤ機構の第３要素に接続する状態に切り換えられ、第１クラッチを係合して、内燃機関の駆動力をプラネタリギヤ機構の第１要素に伝達させると共に、逆転（後進方向の回転）する第３要素の回転を電動機で抑制して、第２要素及びこれに連結される駆動ギヤを備えるギヤ列を介して出力部材から動力を出力することが好ましい。

かかる構成によれば、電動機で発電し二次電池に充電する回生を行いながら内燃機関の駆動力により発進することができる。

又、本発明においては、車両速度が所定速度未満の低速走行状態であり、二次電池の充電率が所定値以上であって且つ外気温が所定温度以下の低温環境である場合には、切換機構は電動機のロータをプラネタリギヤ機構の第１要素に接続する状態に切り換えられることが好ましい。

寒冷地等で外気温が所定温度以下の低温度環境のため暖機が十分でなく、且つ車両速度が所定速度未満の低速走行状態である場合には、運転者の意図に関わらず内燃機関が停止するエンジンストール（所謂エンスト）が発生する虞がある。この場合、上記の如く、切換機構により、電動機のロータをプラネタリギヤ機構の第１要素に接続する状態に切り換えれば、電動機と内燃機関とが第１要素及び第１クラッチを介して直結できるため、電動機の駆動力を用いてエンストの発生を防止することができる。

本発明の自動変速機の実施形態を示すスケルトン図。 実施形態の切換機構を示す説明図。 実施形態の切換機構の変更例を示す説明図。 実施形態の切換機構の変更例の作動を示す説明図。 実施形態のプラネタリギヤ機構の１速段における速度線図。

図を参照して、本発明の自動変速機の実施形態を説明する。図１に示す自動変速機１は、エンジンからなる内燃機関ＥＮＧの動力が伝達される入力軸２と、図外のディファレンシャルギヤを介して駆動輪としての左右の前輪に動力を出力する出力ギヤからなる出力部材３と、変速比の異なる複数のギヤ列Ｇ２〜Ｇ５とを備える。

又、自動変速機１は、変速比順位で奇数番目の各変速段のギヤ列Ｇ３，Ｇ５の駆動ギヤＧ３ａ，Ｇ５ａを回転自在に軸支する第１駆動ギヤ軸４と、変速比順位で偶数番目の変速段のギヤ列Ｇ２，Ｇ４の駆動ギヤＧ２ａ，Ｇ４ａを回転自在に軸支する第２駆動ギヤ軸５と、リバースギヤＧＲを回転自在に軸支するリバース軸６を備える。

又、自動変速機１は、第１駆動ギヤ軸４に回転自在に軸支されたアイドル駆動ギヤＧｉａと、リバース軸６に固定されアイドル駆動ギヤＧｉａに噛合する第１アイドル従動ギヤＧｉｂと、第２駆動ギヤ軸５に固定された第２アイドル従動ギヤＧｉｃとで構成されるアイドルギヤ列Ｇｉを備える。

第１駆動ギヤ軸４は入力軸２と同一軸線上に配置されており、第２駆動ギヤ軸５は第１駆動ギヤ軸４と平行に配置されている。入力軸２の回転は、第１クラッチＣ１を介して第１駆動ギヤ軸４に解除自在に伝達される。又、入力軸２の回転は、第２クラッチＣ２を介してアイドル駆動ギヤＧｉａに解除自在に伝達される。即ち、入力軸２の回転は、第２クラッチＣ２及びアイドルギヤ列Ｇｉを介して第２駆動ギヤ軸５に解除自在に伝達される。

又、入力軸２と同軸上にプラネタリギヤ機構ＰＧが配置されている。プラネタリギヤ機構ＰＧは、サンギヤＳａと、リングギヤＲａと、サンギヤＳａ及びリングギヤＲａに噛合するピニオンＰａを自転及び公転自在に軸支するキャリアＣａとからなるシングルピニオン型で構成される。

プラネタリギヤ機構ＰＧのサンギヤＳａ、キャリアＣａ、リングギヤＲａからなる３つの要素を、図５に示す速度線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に左側から夫々第１要素、第２要素、第３要素とすると、第１要素はサンギヤＳａ、第２要素はキャリアＣａ、第３要素はリングギヤＲａとなる。

第１要素たるサンギヤＳａは、第１駆動ギヤ軸４に固定されている。第２要素たるキャリアＣａは、３速ギヤ列Ｇ３の３速駆動ギヤＧ３ａに連結されている。第３要素たるリングギヤＲａは、ブレーキＢ１により変速機ケース７に解除自在に固定される。

ブレーキＢ１は、正転（前進方向の回転）を許容し逆転（後進方向の回転）を阻止する状態、又は正転を阻止し逆転を許容する状態の何れかの状態に切換自在な２ウェイクラッチで構成されている。尚、ブレーキＢ１は、２ウェイクラッチに限らず、湿式多板ブレーキ、ハブブレーキ、バンドブレーキ等の他のもので構成してもよい。

プラネタリギヤ機構ＰＧの径方向外方には、中空の電動機ＭＧ（モータ・ジェネレータ）が配置されている。換言すれば、プラネタリギヤ機構ＰＧは、中空の電動機ＭＧの内方に配置されている。電動機ＭＧは、ステータＭＧａとロータＭＧｂとを備える。

又、電動機ＭＧは、コントローラＥＣＵの指示信号に基づき、パワードライブユニットＰＤＵを介して制御され、コントローラＥＣＵは、パワードライブユニットＰＤＵを、二次電池ＢＡＴＴの電力を消費して電動機ＭＧを駆動させる駆動状態と、ロータＭＧｂの回転力を抑制させて発電し、発電した電力をパワードライブユニットＰＤＵを介して二次電池ＢＡＴＴに充電する回生状態とに適宜切り換える。

自動変速機１は、ロータＭＧｂとサンギヤＳａとを連結した状態、ロータＭＧｂとリングギヤＲｂとを連結した状態、ロータＭＧｂをサンギヤＳａ及びリングギヤＲａから切り離した状態の何れか１の状態の切換自在な切換機構８を備える。

リバース軸６には、リバースギヤＧＲが回転自在に軸支されている。出力部材３を軸支する出力軸３ａには、２速駆動ギヤＧ２ａ及び３速駆動ギヤＧ３ａに噛合する第１従動ギヤＧｏ１が回転自在に軸支されている。又、出力軸３ａには、４速駆動ギヤＧ４ａ及び５速駆動ギヤＧ５ａに噛合する第２従動ギヤＧｏ２が固定されている。

このように、２速ギヤ列Ｇ２と３速ギヤ列Ｇ３の従動ギヤ、及び４速ギヤ列Ｇ４と５速ギヤ列Ｇ５の従動ギヤとを夫々１つのギヤＧｏ１，Ｇｏ２で構成することにより、自動変速機の軸長を短くすることができ、ＦＦ（前輪駆動）方式の車両への搭載性を向上させることができる。

第１駆動ギヤ軸４には、シンクロメッシュ機構で構成され、３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態、５速駆動ギヤＧ５ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態、３速駆動ギヤＧ３ａ及び５速駆動ギヤＧ５ａと第１駆動ギヤ軸４との連結を断つ状態の何れかの状態に切換自在な第１噛合機構ＳＭ１が設けられている。

第２駆動ギヤ軸５には、シンクロメッシュ機構で構成され、２速駆動ギヤＧ２ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結した状態、４速駆動ギヤＧ５ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結した状態、２速駆動ギヤＧ２ａ及び４速駆動ギヤＧ５ａと第２駆動ギヤ軸５との連結を断つ状態の何れかの状態に切換自在な第２噛合機構ＳＭ２が設けられている。

出力軸３ａには、シンクロメッシュ機構で構成され、第１従動ギヤＧｏ１と出力軸３ａとを連結した状態と、この連結を断つ状態の何れかの状態に切換自在な第３噛合機構ＳＭ３が設けられている。リバース軸６には、シンクロメッシュ機構で構成され、リバースギヤＧＲとリバース軸６とを連結した状態と、この連結を断つ状態の何れかの状態に切換自在な第４噛合機構ＳＭ４が設けられている。

次に、図１及び図２を参照して、切換機構８を説明する。ここで、プラネタリギヤ機構ＰＧのサンギヤＳａは筒状に構成されており、その内周面には第１凹部Ｓａ１が設けられている。

リングギヤＲａには、プラネタリギヤ機構ＰＧと同一軸線上に配置された連結スリーブ８１が連結されている。連結スリーブ８１の内径は筒状のサンギヤＳａの内径と同一に設定されている。連結スリーブ８１の内周面には、第２凹部８１ａが設けられている。

連結スリーブ８１とサンギヤＳａには、電動機ＭＧのロータＭＧｂに連結された切換スリーブ８２が内挿されている。切換スリーブ８２には、凹部Ｓａ１，８１ａの位置に対応させて径方向に貫通する第１と第２の２つの貫通孔８３ａ，８３ｂが切換スリーブ８２の軸方向に間隔を存して設けられている。第１貫通孔８３ａには、第１突出部材８４ａが内挿され、第２貫通孔８３ｂには、第２突出部材８４ｂが内挿されている。

切換スリーブ８２には、直動アクチュエータ８５により進退自在なロッド８６が内挿されている。ロッド８６には、軸方向一端に第１テーパ面８７ａ、軸方向他端に第２テーパ面８７ｂを備える拡径部８７が形成されている。ロッド８６は、常時は拡径部８７が第１突出部材８４ａと第２突出部材８４ｂとの間に位置するように配置される。

突出部材８４ａ，８４ｂの内端部には、夫々、拡径部８７のテーパ面８７ａ，８７ｂに対向するテーパ面が形成されている。又、突出部材８４ａ，８４ｂは、弾性部材たるスプリングの付勢力により径方向内方へ付勢されており、常時は貫通孔８３ａ，８３ｂから突出していない非突出状態とされている（図２（ａ）参照）。

図２（ｂ）に示すように、直動アクチュエータ８５によりロッド８６を内燃機関ＥＮＧ側に押し進めると、拡径部８７の第１テーパ面８７ａが第１突出部材８４ａをスプリングの付勢力に抗して径方向外方へ突出させる。これにより、第１突出部材８４ａと第１凹部Ｓａ１とが係合し、ロータＭＧｂがサンギヤＳａと連結した状態となる。

逆に、図２（ｃ）に示すように、直動アクチュエータ８５によりロッド８６を後退させると、拡径部８７の第２テーパ面８７ｂが第２突出部材８４ｂをスプリングの付勢力に抗して径方向外方へ突出させる。これにより、第２突出部材８４ｂと第２凹部８１ａとが係合し、ロータＭＧｂがリングギヤＲａと連結した状態となる。

又、図２（ａ）に示すように、拡径部８７の両テーパ面８７ａ，８７ｂが両突出部材８４ａ，８４ｂの何れにも非接触となる位置となるように、直動アクチュエータ８５によりロッド８６を位置させれば、プラネタリギヤ機構ＰＧとロータＭＧｂとの連結が断たれた状態となる。

又、本実施形態の自動変速機１は、ロータＭＧｂの回転数を検出する回転数検出機構（図示省略）を備え、回転数検出機構により検出されたロータＭＧｂの回転数はコントローラＥＣＵに送信される。コントローラＥＣＵは、回転数検出機構で検出されるロータＭＧｂの回転数が異常な回転数となっている場合には、電動機ＭＧが故障していると判定し、切換機構８を、プラネタリギヤ機構ＰＧとロータＭＧｂとの連結が断たれた状態に切り換える。これにより、故障した電動機ＭＧの影響を受けることなく、内燃機関ＥＮＧでの走行を行うことができる。本実施形態においては、回転数検出機構とコントローラＥＣＵとにより、本発明の故障検知機構を構成している。

尚、故障検知機構は、電動機ＭＧの故障を検知できれば、他の構成を用いてもよい。例えば、回転数検出機構に代えて、電動機ＭＧの温度を測定する温度測定機構を用い、コントローラＥＣＵが温度測定機構で測定された温度が異常な温度である場合に、切換機構８を、プラネタリギヤ機構ＰＧとロータＭＧｂとの連結が断たれた状態に切り換えるようにして構成してもよい。

又、切換機構８は、図２に示す本実施形態のものに限らず、切換自在であれば他の構成を用いてもよい。例えば、カム機構を用いて回転方向の位相を変化させることにより、第１突出部材８４ａが突出する状態、第２突出部材８４ｂが突出する状態、第１及び第２突出部材８４ａ，８４ｂの何れもが突出しない状態に切換自在となるように構成してもよい。

このカム機構を用いた切換機構８の例を図３及び図４を参照して説明する。尚、図２に示す切換機構８と同一の構成は同一の符号を付すと共にその説明を省略する。

図３及び図４に示すカム機構を用いた切換機構８は、直動アクチュエータ８５により進退自在なロッド８６の先端部を摺動自在に内挿する円筒溝カム８８を備える。円筒溝カム８８には、周面を斜めに切り欠いたカム溝８８ａが形成されている。又、ロッド８６の先端部には、カム溝８８ａ内に位置させて突出する突起部８６ａが設けられている。

又、円筒溝カム８８の内燃機関ＥＮＧ側の端部にはカム軸８９が延設されている。カム軸８９は切換スリーブ８２に回転自在に且つ軸方向への移動が阻止された状態で内挿されている。カム軸８９には、第１突出部材８４ａに対応する位置に第１板カム８９ａが固定され、第２突出部材８４ｂに対応する位置に第２板カム８９ｂが固定されている。

直動アクチュエータ８５によりロッド８６を後退させると、円筒溝カム８８及び突起部８６ａによりカム軸８９が回転し、図４（ｂ）に示すように、第１板カム８９ａが第１突出部材８４ａをスプリングの付勢力に抗して径方向外方へ押し出し、第１突出部材８４ａが第１凹部Ｓａ１に係合する。このとき、第２突出部材８４ｂは、図４（ｃ）に示すように、第２板カム８９ｂで押し出されず、第２凹部８１ａと係合しない。この状態が本発明の第１位相に相当する。

逆に、直動アクチュエータ８５によりロッド８６を前進させると、円筒溝カム８８及び突起部８６ａによりカム軸８９が反対側に回転し、図４（ｅ）に示すように、第２板カム８９ｂが第２突出部材８４ｂをスプリングの付勢力に抗して径方向外方へ押し出し、第２突出部材８４ｂが第２凹部８１ａに係合する。このとき、第１突起部材８４ａは、図４（ｄ）に示すように、第１板カム８９ｂで押し出されず、第１凹部Ｓａ１と係合しない。この状態が本発明の第２位相に相当する。

直動アクチュエータ８５で、突起部８６ａがカム溝８８ａの軸方向中央部に配置されるようにロッド８６を位置させると、図４（ａ）に示すように、両突出部材８４ａ，８４ｂの何れもが両凹部Ｓａ１，８１ａに係合しない状態となる。

次に、上記の如く構成される自動変速機１の作動について説明する。尚、本実施形態の自動変速機１では、車両が駐車状態であるときには、切換機構８を電動機ＭＧとサンギヤＳａとを連結させた状態とし、第１クラッチＣ１を係合させることにより、電動機ＭＧを駆動させて内燃機関ＥＮＧを始動させることができる。

先ず、内燃機関ＥＮＧの駆動力を用いて１速段を確立する際には、第３噛合機構ＳＭ３を第１従動ギヤＧｏ１と出力軸３ａとを連結させた状態とし、ブレーキＢ１によりプラネタリギヤ機構ＰＧのリングギヤＲａを変速機ケース７に固定し、第１クラッチＣ１を係合させる。

内燃機関ＥＮＧの駆動力は、入力軸２、第１クラッチＣ１、第１駆動ギヤ軸４を介して、プラネタリギヤ機構ＰＧのサンギヤＳａに入力され、入力軸２に入力された内燃機関ＥＮＧの回転速度がプラネタリギヤ機構ＰＧのギヤ比（リングギヤＲａの歯数／サンギヤＳａの歯数）をｇとして１／（ｇ＋１）に減速されて、キャリアＣａを介し３速駆動ギヤＧ３ａに伝達される。

３速駆動ギヤＧ３ａ及び第１従動ギヤＧｏ１で構成される３速ギヤ列Ｇ３のギヤ比（３速駆動ギヤＧ３ａの歯数／第１従動ギヤＧｏ１の歯数）をｉとして、１／ｉ（ｇ＋１）に変速されて出力部材３から出力され、１速段が確立される。

１速段においては、電動機ＭＧを用いない場合には、切換機構８は、サンギヤＳａ及びリングギヤＲａの連結を断つ状態とする。これにより、電動機ＭＧのイナーシャ（慣性）による回転損失を防止することができる。

又、電動機ＭＧの故障を検知している場合にも、切換機構８を、サンギヤＳａ及びリングギヤＲａの連結を断つ状態としてもよい。

回生運転を行う場合には、切換機構８により、電動機ＭＧをサンギヤＳａに連結させ、電動機ＭＧでブレーキをかけることにより回生を行うことができる。

又、切換機構８により、電動機ＭＧとサンギヤＳａとを連結させた状態で、電動機ＭＧを駆動させて、内燃機関ＥＮＧの駆動力をアシストするアシスト走行、又は電動機ＭＧの駆動力のみで走行するＥＶ（Electric Vehicle）走行を行うことができる。

又、ＥＶ走行中であって車両速度が所定速度以上の場合には、第１クラッチＣ１を係合させることにより、内燃機関ＥＮＧを始動させることができる。

又、ブレーキＢ１によるリングギヤＲａの固定を解除し、電動機ＭＧを切換機構８によりリングギヤＲａに連結させて、回生運転を行うこともできる。ブレーキＢ１によるリングギヤＲａの固定を解除して、電動機ＭＧをリングギヤＲａに連結させている場合、出力部材３に連結するキャリアＣａは、電動機ＭＧが連結されたリングギヤＲａよりも遥かにイナーシャが大きくなる。

このため、発進時では、図３のプラネタリギヤ機構ＰＧの速度線図に破線で示すように、内燃機関ＥＮＧの動力が伝達されるサンギヤＳａの回転速度Ｎｅに対して、キャリアＣａの回転速度が略０になり、リングギヤＲａが逆回転（後進方向側の回転。図３のＮ１。）する。そして、リングギヤＲａの回転速度がＮ１からＮ２になるように電動機ＭＧでブレーキをかけて発電し回生運転を行うことにより、キャリアＣａに正転側（前進方向側）の駆動力が発生する（図３の一点鎖線参照）。

これにより、通常の１速段よりも出力速度の低く駆動力（トルク）の大きい発進段を確立できる。

又、電動機ＭＧにより正転側の駆動力を発生させれば、内燃機関ＥＮＧの駆動力と電動機ＭＧの駆動力とがキャリアＣａで合成されて出力部材３から出力される。従って、大きな駆動力を出し易くなり、運転者の操作に対する追従性（ドライバビリティ）を向上させることができる。

尚、１速段で走行中に２速段にアップシフトされることをコントローラＥＣＵが車両速度等の車両情報から予測した場合には、第２噛合機構ＳＭ２を２速駆動ギヤＧ２ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結させる状態又はこの状態に近付けるプリシフト状態とする。

又、実施形態の自動変速機１では、プラネタリギヤ機構ＰＧのギヤ比ｇと３速ギヤ列Ｇ３のギヤ比ｉを燃費を重視して比較的小さい値に設定している。そして、コントローラＥＣＵは、アシスト走行する場合には、アクセルペダルの踏み込み量等の車両情報に基づいて、燃費を重視した発進を行うときには、電動機ＭＧのロータＭＧｂをサンギヤＳａに接続してアシスト走行させ、駆動力（トルク）を重視した発進を行うときには、電動機ＭＧのロータＭＧｂをリングギヤＲａに接続してアシスト走行させる。

内燃機関ＥＮＧの駆動力を用いて２速段を確立する場合には、第２噛合機構ＳＭ２を２速駆動ギヤＧ２ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結させた状態とし、第３噛合機構ＳＭ３を第１従動ギヤＧｏ１と出力軸３ａとを連結させた状態とし、第２クラッチＣ２を係合させる。

コントローラＥＣＵがアップシフトを予測している場合には、第１噛合機構ＳＭ１を３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態又はこの状態に近付けるプリシフト状態とする。

車両が減速状態にあり、且つ二次電池ＢＡＴＴの充電率ＳＯＣが所定値未満であるときには、コントローラＥＣＵは、減速回生を行う。２速段の減速回生では、ブレーキＢ１を係合させ、第１従動ギヤＧｏ１に噛合する３速駆動ギヤＧ３ａと共に回転するキャリアＣａの回転速度を、切換機構８によりリングギヤＲａに連結させた電動機ＭＧにより発電させることによりブレーキをかけて、回生を行う。

又は、コントローラＥＣＵがアップシフトを予測している場合には、第１噛合機構ＳＭ１を３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結させた状態として、プラネタリギヤ機構ＰＧの３つの要素を相対回転不能なロック状態として、切換機構８により電動機ＭＧをサンギヤＳａ又はリングギヤＲａに連結させて、電動機ＭＧによりブレーキをかけ減速回生を行ってもよい。

これにより、車両が減速状態から加速状態に直ちに移行した場合であっても、速やかに３速段へアップシフトすることができる。

又、電動機ＭＧによりアシスト走行する場合には、第１噛合機構ＳＭ１を３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結させた状態として、プラネタリギヤ機構ＰＧをロック状態とし、切換機構８により電動機ＭＧをサンギヤＳａ又はリングギヤＲａに連結させて、電動機ＭＧの駆動力を３速ギヤ列Ｇ３を介して出力部材３に伝達する。

内燃機関ＥＮＧの駆動力を用いて３速段を確立する場合には、第１噛合機構ＳＭ１を３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結させた状態として、第１クラッチＣ１を係合させる。これにより、内燃機関ＥＮＧの駆動力は、入力軸２、第１クラッチＣ１、第１駆動ギヤ軸４、第１噛合機構ＳＭ１、３速ギヤ列Ｇ３を介して、出力部材３に伝達され、１／ｉの回転速度で出力される。

３速段においては、第１噛合機構ＳＭ１が３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結させた状態となっているため、プラネタリギヤ機構ＰＧのサンギヤＳａとキャリアＣａとが同一回転となる。従って、プラネタリギヤ機構ＰＧの各要素が相対回転不能なロック状態となり、電動機ＭＧで切換機構８によりサンギヤＳａ又はリングギヤＲａにブレーキをかければ減速回生となり、電動機ＭＧでサンギヤＳａ又はリングギヤＲａに駆動力を伝達させれば、アシスト走行を行うことができる。

又、第１クラッチＣ１を開放して、電動機ＭＧの駆動力のみで走行するＥＶ走行も可能である。

コントローラＥＣＵは、車両情報に基づきダウンシフトが予測される場合には、第２噛合機構ＳＭ２を２速駆動ギヤＧ２ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結する状態、又はこの状態に近づけるプリシフト状態とし、アップシフトが予測される場合には、第２噛合機構ＳＭ２を４速駆動ギヤＧ４ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結する状態、又はこの状態に近づけるプリシフト状態とする。これにより、第２クラッチＣ２を係合させ、第１クラッチＣ１を開放するだけで、変速段の切換えを行うことができ、変速をスムーズに行うことができる。

内燃機関ＥＮＧの駆動力を用いて４速段を確立する場合には、第２噛合機構ＳＭ２を４速駆動ギヤＧ４ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結させた状態とし、第２クラッチＣ２を係合させる。

４速段で走行中は、コントローラＥＣＵが車両情報からダウンシフトを予測している場合には、第１噛合機構ＳＭ１を３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態、又はこの状態に近づけるプリシフト状態とし、第３噛合機構ＳＭ３を第１従動ギヤＧｏ１と出力軸３ａとを連結した状態とする。

逆に、コントローラＥＣＵが車両情報からアップシフトを予測している場合には、第１噛合機構ＳＭ１を５速駆動ギヤＧ５ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態、又は、この状態に近づけるプリシフト状態とする。これにより、第１クラッチＣ１を係合し、第２クラッチＣ２を開放するだけで、ダウンシフト又はアップシフトを行うことができ、変速をスムーズに行うことができる。

４速段で走行中に減速回生又はアシスト走行を行う場合には、コントローラＥＣＵがダウンシフトを予測しているときには、第１噛合機構ＳＭ１を３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態とし、第３噛合機構ＳＭ３を第１従動ギヤＧｏ１と出力軸３ａとを連結した状態とする。

そして、減速回生を行う場合には、電動機ＭＧによりブレーキをかけ減速回生を行う。このとき、プラネタリギヤ機構ＰＧがロック状態にあるため、切換機構８は、ロータＭＧｂをサンギヤＳａ又はリングギヤＲａに連結させた状態にすればよい。

アシスト走行を行う場合には、電動機ＭＧを駆動させ、第１駆動ギヤ軸４、３速ギヤ列を介して、出力部材３に電動機ＭＧの駆動力を伝達させる。

コントローラＥＣＵがアップシフトを予測しているときには、第１噛合機構ＳＭ１を５速駆動ギヤＧ５ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態とし、切換機構８を電動機ＭＧのロータＭＧｂとサンギヤＳａとを連結した状態とする。

そして、減速回生を行う場合には、電動機ＭＧによりブレーキをかけ減速回生を行い、アシスト走行を行う場合には、電動機ＭＧの駆動力を、サンギヤＳａ、第１駆動ギヤ軸４、５速ギヤ列を介して、出力部材３に伝達させる。

内燃機関ＥＮＧの駆動力を用いて５速段を確立する場合には、第１噛合機構ＳＭ１を５速駆動ギヤＧ５ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態とする。

電動機ＭＧを用いて回生、アシスト走行、又は、電動機ＭＧの駆動力のみを用いたＥＶ走行を行う場合には、切換機構８により電動機ＭＧのロータＭＧｂをサンギヤＳａに連結させる。ＥＶ走行を行う場合には、第１クラッチＣ１を開放させる。尚、５速段でのＥＶ走行中に、第１クラッチＣ１を徐々に係合させることにより、内燃機関ＥＮＧの始動を行うこともできる。

コントローラＥＣＵは、５速段で走行中に車両情報から４速段へのダウンシフトが予測される場合には、第２噛合機構ＳＭ２を４速駆動ギヤＧ４ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結させた状態、又はこの状態に近付けるプリシフト状態とする。これにより、４速段へのダウンシフトをスムーズに行うことができる。

コントローラＥＣＵは、５速段で走行中に、車両情報から４速段へのダウンシフトが予測されておらず、且つ二次電池ＢＡＴＴの充電率ＳＯＣが所定値未満であり、車両が加速状態又はクルーズ（一定速度）走行状態の場合には、第２噛合機構ＳＭ２を２速駆動ギヤＧ２ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結した状態とし、切換機構８をロータＭＧｂとリングギヤＲａとを連結した状態として、電動機ＭＧにより、リングギヤＲａを所定の回転速度で回転させる。

この状態で、第２クラッチＣ２を係合させ、第１クラッチＣ１を開放させることにより、内燃機関ＥＮＧの駆動力が、アイドルギヤ列Ｇｉ、第２駆動ギヤ軸５、第２噛合機構ＳＭ２、２速ギヤ列Ｇ２、３速ギヤ列Ｇ３を介して、プラネタリギヤ機構ＰＧのキャリアＣａに伝達される。

このときに、電動機ＭＧで発電させて回生を行うことにより、内燃機関ＥＮＧの駆動力が出力部材３に連結するサンギヤＳａとリングギヤＲａとに分散される。又、プラネタリギヤ機構ＰＧの速度線図において、サンギヤＳａとキャリアＣａとの間の間隔は、キャリアＣａとリングギヤＲａとの間の間隔よりも広いため、キャリアＣａに伝達される内燃機関ＥＮＧの駆動力は、出力部材３に連結するサンギヤＳａに伝達され難い。このため、５速段における燃費を向上させることができる。

又、コントローラＥＣＵは、５速段でのＥＶ走行中において、車両情報から４速段へのダウンシフトが予測されておらず、二次電池ＢＡＴＴの充電率ＳＯＣが所定値以上であり、車両が加速状態又はクルーズ（一定速度）走行状態の場合には、第１クラッチＣ１を係合させて、内燃機関ＥＮＧを始動させ、内燃機関ＥＮＧの駆動力のみでの走行状態に切り換えることもできる。

又、５速段でのＥＶ走行中に、ブレーキＢ１を係合させて、リングギヤＲａの回転速度を０とし、第２噛合機構ＳＭ２を２速駆動ギヤＧ２ａと第２駆動ギヤ軸５とを連結した状態とする。そして、第２クラッチＣ２を係合させて、内燃機関ＥＮＧの駆動力をキャリアＣａに伝達させて、電動機ＭＧの駆動力を内燃機関ＥＮＧの駆動力で補助するアシスト走行を行うこともできる。

内燃機関ＥＮＧの駆動力を用いて後進段を確立する場合には、第３噛合機構ＳＭ３を２速駆動ギヤＧ２ｂと出力軸３ａとを連結した状態とし、第４噛合機構ＳＭ４をリバースギヤＧＲとリバース軸６とを連結した状態として、第２クラッチＣ２を係合させる。これにより、入力軸２の回転速度が、［アイドル駆動ギヤＧｉａの歯数／第１アイドル従動ギヤＧｉｂの歯数］×［リバースギヤＧＲの歯数／第１従動ギヤＧｏ１の歯数］の回転速度のマイナス回転（後進方向の回転）に変速されて、出力部材３から出力される。

後進段において、減速回生、アシスト走行を行う場合には、第１噛合機構ＳＭ１を３速駆動ギヤＧ３ａと第１駆動ギヤ軸４とを連結した状態とし、プラネタリギヤ機構ＰＧをロック状態とする。そして、逆転しているロータＭＧｂに、正転側の駆動力を発生させれば（ブレーキをかければ）、減速回生となり、逆転側の駆動力を発生させれば、アシスト走行となる。

実施形態の自動変速機１によれば、切換機構８により、電動機ＭＧをサンギヤＳａに連結させた状態、電動機ＭＧをリングギヤＲａに連結させた状態、電動機ＭＧをプラネタリギヤ機構ＰＧから切り離した状態の何れかの状態に切り換えることができる。

これにより、１速段において、二次電池ＢＡＴＴの充電率ＳＯＣが所定値未満であっても、切換機構８により電動機ＭＧをリングギヤＲａに連結させ、回生を行いつつ車両を発進させることができる。

又、図３の一点鎖線で示すように、図３の実線で示す通常の１速段よりも出力される回転速度が低い発進段を確立することができ、車両状態に応じてより適切な発進段を選択することができるため、運転者の操作に対する追従性（ドライバビリティ）を向上させると共に、燃費を向上させることができる。

１…自動変速機、２…入力軸、３…出力部材（出力ギヤ）、３ａ…出力軸、４…第１駆動ギヤ軸、５…第２駆動ギヤ軸、６…リバース軸、７…変速機ケース、８…切換機構、８１…連結スリーブ、８２…切換スリーブ、Ｃ１…第１クラッチ、Ｃ２…第２クラッチ、Ｓ１…第１噛合機構、Ｓ２…第２噛合機構、Ｇ２…２速ギヤ列、Ｇ２ａ…２速駆動ギヤ、Ｇ３…３速ギヤ列、Ｇ３ａ…３速駆動ギヤ、Ｇ４…４速ギヤ列、Ｇ４ａ…４速駆動ギヤ、Ｇ５…５速ギヤ列、Ｇ５ａ…５速駆動ギヤ、Ｇｏ１…第１従動ギヤ（２速・３速の従動ギヤ）、Ｇｏ２…第２従動ギヤ（４速・５速の従動ギヤ）、Ｇｉ…アイドルギヤ列、ＧＲ…リバースギヤ。

Claims (7)

1. 内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両用の自動変速機であって、前記内燃機関の動力が伝達される入力軸の回転を複数のギヤ列を介して複数段に変速して出力部材から出力するものにおいて、
   変速比順位で奇数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第１駆動ギヤ軸と、
   変速比順位で偶数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを軸支する第２駆動ギヤ軸と、
   前記入力軸と前記第１駆動ギヤ軸とを解除自在に連結する第１クラッチと、
   前記入力軸と前記第２駆動ギヤ軸とを解除自在に連結する第２クラッチと、
   変速比順位で奇数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを第１駆動ギヤ軸に選択的に連結する第１噛合機構と、
   変速比順位で偶数番目の変速段を確立する各ギヤ列の駆動ギヤを第２駆動ギヤ軸に選択的に連結する第２噛合機構と、
   サンギヤとキャリアとリングギヤとの３つの要素を備えるプラネタリギヤ機構と、
   前記プラネタリギヤ機構の前記サンギヤ、キャリア、リングギヤからなる３つの要素を、速度線図におけるギヤ比に対応する間隔での並び順に夫々第１要素、第２要素、第３要素として、
   前記第３要素を変速機ケースに解除自在に固定するブレーキと、
   前記電動機のロータを前記プラネタリギヤ機構の第１要素に接続する状態、前記電動機のロータを前記プラネタリギヤ機構の第３要素に接続する状態の何れかの状態に切換自在な切換機構とを備え、
   前記第１要素と前記第１駆動ギヤ軸とが連結され、
   前記第２要素と前記第１駆動ギヤ軸に軸支される何れか１つの駆動ギヤとが連結されることを特徴とする自動変速機。
2. 請求項１記載の自動変速機において、
   前記切換機構は、前記プラネタリギヤ機構の第１要素又は第３要素の何れの連結も断つ状態に切換自在に構成されることを特徴とする自動変速機。
3. 請求項２記載の自動変速機において、
   前記電動機の故障を検知する故障検知機構を備え、
   該故障検知機構が前記電動機の故障を検知した場合には、前記切換機構は前記プラネタリギヤ機構の第１要素又は第３要素の何れの連結も断つ状態に切り換えられることを特徴とする自動変速機。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の自動変速機において、
   前記切換機構は、切換スリーブと、直動アクチュエータにより該切換スリーブ内を進退自在なロッドとを備え、
   前記切換スリーブと前記電動機のロータとが連結され、
   前記切換スリーブには、径方向に貫通する第１と第２の２つの貫通孔が互いに切換スリーブの軸方向に間隔を存して設けられ、該第１貫通孔には第１突出部材が内挿され、該第２貫通孔には第２突出部材が内挿され、
   該２つの貫通孔内には、該突出部材を径方向内方へ付勢する弾性部材が夫々配置され、
   前記ロッドには、次第に径方向外方へ拡径する拡径部を設けることにより第１と第２の２つのテーパ面が形成され、
   前記ロッドが前記直動アクチュエータにより前進又は後退され前記第１テーパ面が前記第１突出部材に接触することにより、前記第１突出部材が弾性部材の付勢力に抗して前記切換スリーブから径方向外方に突出し、前記第１突出部材が前記プラネタリギヤ機構の第１要素に連結された第１凹部に係合して、前記切換機構が前記電動機のロータを前記第１要素に接続する状態となり、
   前記ロッドが前記直動アクチュエータにより後退又は前進され前記第２テーパ面が前記第２突出部材に接触することにより、前記第２突出部材が弾性部材の付勢力に抗して前記切換スリーブから径方向外方に突出し、前記第２突出部材が前記プラネタリギヤ機構の第３要素に連結された第２凹部に係合して、前記切換機構が前記電動機のロータを前記第３要素に接続する状態となることを特徴とする自動変速機。
5. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の自動変速機において、
   前記切換機構は、切換スリーブと、直動アクチュエータにより軸方向に進退自在なロッドと、該ロッドの進退運動を回転運動に切り換える円筒溝カムと、該円筒溝カムに連結され第１と第２の２つの板カムが固定されるカム軸とを備え、
   前記切換スリーブと前記電動機のロータとが連結され、
   前記切換スリーブには、径方向に貫通する第１と第２の２つの貫通孔が互いに軸方向に間隔を存して設けられ、該第１貫通孔には第１突出部材が内挿され、該第２貫通孔には第２突出部材が内挿され、
   該２つの貫通孔内には、該突出部材を径方向内方へ付勢する弾性部材が夫々配置され、
   前記円筒溝カムは、前記ロッドの進退運動により、前記第１板カムが第１突出部材を弾性部材の付勢力に抗して突き出させ、前記第１突出部材が前記プラネタリギヤ機構の第１要素に連結された第１凹部に係合する第１位相、又は前記第２板カムが第２突出部材を弾性部材の付勢力に抗して突き出させ、前記第２突出部材が前記プラネタリギヤ機構の第３要素に連結された第２凹部に係合する第２位相に切換自在に構成されることを特徴とする自動変速機。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の自動変速機において、
   二次電池の充電率が所定値未満であり、内燃機関の駆動力を用いて車両を発進させる場合には、
   前記切換機構は前記電動機のロータを前記プラネタリギヤ機構の第３要素に接続する状態に切り換えられ、
   前記第１クラッチを係合して、前記内燃機関の駆動力を前記プラネタリギヤ機構の第１要素に伝達させると共に、逆転する前記第３要素の回転を前記電動機で抑制して、前記第２要素及びこれに連結される駆動ギヤを備えるギヤ列を介して出力部材から動力を出力することを特徴とする自動変速機。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の自動変速機において、
   車両速度が所定速度未満の低速走行状態であり、二次電池の充電率が所定値以上であって且つ外気温が所定温度以下の低温環境である場合には、
   前記切換機構は前記電動機のロータを前記プラネタリギヤ機構の第１要素に接続する状態に切り換えられることを特徴とする自動変速機。

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