JP2013133020A - 動力伝達装置および車両用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の大型化の抑制と回転数の抑制とを両立できる動力伝達装置および車両用駆動装置を提供すること。
【解決手段】第一遊星歯車機構１１は、第一ブレーキ１６に接続された回転要素Ｒ１の回転が規制された状態で第二回転電機ＭＧ２の回転数を減速して出力軸３１に出力する。第二遊星歯車機構１２は、エンジン１の動力を出力軸と反力要素Ｓ２とに分配する。第三遊星歯車機構１３は、反力要素、第一回転電機ＭＧ１、第二ブレーキ１６にそれぞれ接続された回転要素を有し、第二ブレーキに接続された回転要素Ｒ３の回転が規制された状態で第一回転電機の回転数を減速して反力要素に出力する。クラッチ１５は、係合することにより第三遊星歯車機構の各回転要素を一体回転させる。第一ブレーキおよび第二ブレーキを開放し、かつクラッチを係合することで第一遊星歯車機構および第二遊星歯車機構が独立した４つの回転要素の差動機構として機能する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力伝達装置および車両用駆動装置に関する。

従来、クラッチやブレーキによってモードを切り替え可能な動力伝達装置が提案されている。例えば、特許文献１には、内燃機関と発電機と出力部材とに連結された第１遊星歯車機構と、電動機と出力部材とに連結された第２遊星歯車機構と、ブレーキ機構と、クラッチ機構とを備えたハイブリッド駆動装置が開示されている。特許文献１のハイブリッド駆動装置では、低速モードと高速モードとの切替がなされる。

特開２００８−１１４８１１号公報

回転電機のトルクを抑制して回転電機の大型化を抑制できることや、回転電機の回転数が過大となることを抑制できることが望ましい。例えば、モードに応じて回転電機のトルクや回転数を適切に制御できることが好ましい。

本発明の目的は、回転電機の大型化の抑制と回転数の抑制とを両立できる動力伝達装置および車両用駆動装置を提供することである。

本発明の動力伝達装置は、第一遊星歯車機構と、第二遊星歯車機構と、第三遊星歯車機構と、第一ブレーキと、第二ブレーキと、クラッチとを備え、前記第一遊星歯車機構は、出力軸に接続された回転要素と、前記第一ブレーキに接続された回転要素と、第二回転電機に接続された回転要素とを有し、前記第一ブレーキに接続された回転要素の回転が規制された状態で前記第二回転電機の回転数を減速して前記出力軸に出力し、前記第二遊星歯車機構は、前記出力軸に接続された回転要素と、エンジンに接続された回転要素と、反力要素とを有し、前記エンジンの動力を前記出力軸と前記反力要素とに分配し、前記第三遊星歯車機構は、前記反力要素に接続された回転要素と、第一回転電機に接続された回転要素と、前記第二ブレーキに接続された回転要素とを有し、前記第二ブレーキに接続された回転要素の回転が規制された状態で前記第一回転電機の回転数を減速して前記反力要素に出力し、前記クラッチは、係合することにより前記第三遊星歯車機構の各回転要素を一体回転させ、前記第一ブレーキおよび前記第二ブレーキを開放し、かつ前記クラッチを係合することで前記第一遊星歯車機構および前記第二遊星歯車機構が独立した４つの回転要素の差動機構として機能することを特徴とする。

上記動力伝達装置において、１つのブレーキが前記第一ブレーキと前記第二ブレーキとを兼ねていることが好ましい。

本発明の車両用駆動装置は、上記動力伝達装置を備え、前記第一ブレーキおよび前記第二ブレーキを開放し、かつ前記クラッチを係合して走行するときに、前記第一回転電機のトルクを抑制する制御を行うことを特徴とする。

本発明に係る動力伝達装置は、第一遊星歯車機構と、第二遊星歯車機構と、第三遊星歯車機構と、第一ブレーキと、第二ブレーキと、クラッチとを備える。第一遊星歯車機構は、出力軸に接続された回転要素と、第一ブレーキに接続された回転要素と、第二回転電機に接続された回転要素とを有し、第一ブレーキに接続された回転要素の回転が規制された状態で第二回転電機の回転数を減速して出力軸に出力する。

第二遊星歯車機構は、出力軸に接続された回転要素と、エンジンに接続された回転要素と、反力要素とを有し、エンジンの動力を出力軸と反力要素とに分配する。第三遊星歯車機構は、反力要素に接続された回転要素と、第一回転電機に接続された回転要素と、第二ブレーキに接続された回転要素とを有し、第二ブレーキに接続された回転要素の回転が規制された状態で第一回転電機の回転数を減速して反力要素に出力する。クラッチは、係合することにより第三遊星歯車機構の各回転要素を一体回転させる。第一ブレーキおよび第二ブレーキを開放し、かつクラッチを係合することで第一遊星歯車機構および第二遊星歯車機構が独立した４つの回転要素の差動機構として機能する。

本発明に係る動力伝達装置によれば、第一回転電機の回転数を減速して反力要素に出力する状態と、等速で反力要素に出力する状態とをクラッチによって切り替えることができ、回転電機の大型化の抑制と回転数の抑制とを両立できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両の概略構成を示すスケルトン図である。 図２は、入力スプリットモードの動力伝達装置の共線図である。 図３は、入力スプリットモードの動力伝達装置の他の共線図である。 図４は、モード切替時の動力伝達装置の共線図である。 図５は、複合スプリットモードの動力伝達装置の低車速時の共線図である。 図６は、複合スプリットモードの動力伝達装置の高車速時の共線図である。 図７は、各回転電機のトルクと減速比との関係を示す図である。 図８は、各回転電機の回転数と減速比との関係を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る動力伝達装置および車両用駆動装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１から図８を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、動力伝達装置および車両用駆動装置に関する。図１は、本発明の実施形態に係る車両の概略構成を示すスケルトン図である。

図１に示す車両１００は、エンジン１、第一遊星歯車機構１１、第二遊星歯車機構１２、第三遊星歯車機構１３、クラッチ１５、ブレーキ１６、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、駆動輪３８およびＥＣＵ５０を含んで構成されている。本実施形態の動力伝達装置２０は、第一遊星歯車機構１１、第二遊星歯車機構１２、第三遊星歯車機構１３、クラッチ１５、ブレーキ１６およびＥＣＵ５０を含んで構成されている。また、本実施形態の車両用駆動装置３０は、動力伝達装置２０、エンジン１、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２を含んで構成されている。

エンジン１は、燃料の燃焼エネルギーを回転軸の回転運動に変換して出力する。エンジン１の回転軸は、動力伝達装置２０の入力軸２と接続されている。入力軸２は、エンジン１の回転軸と同軸上に配置されている。入力軸２は、第二遊星歯車機構１２のキャリアである第二キャリアＣ２に接続されている。

第一遊星歯車機構１１、第二遊星歯車機構１２および第三遊星歯車機構１３は、入力軸２の回転軸線Ｘと同軸上に隣接して配置されている。回転軸線Ｘと同軸上には、エンジン１に近い側から順に、第二回転電機ＭＧ２、第一遊星歯車機構１１、第二遊星歯車機構１２、第三遊星歯車機構１３、第一回転電機ＭＧ１が配置されている。第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とは、遊星歯車機構１１，１２，１３を挟んで軸方向において互いに対向している。

なお、本明細書では、特に記載しない限り、「軸方向」とは回転軸線Ｘの方向を示し、「径方向」とは回転軸線Ｘを中心として、回転軸線Ｘと直交する半径方向を示し、「周方向」とは回転軸線Ｘ周りの回転方向を示すものとする。

第一遊星歯車機構１１は、第一サンギアＳ１、第一ピニオンギアＰ１、第一リングギアＲ１および第一キャリアＣ１を有する。第二遊星歯車機構１２は、第二サンギアＳ２、第二ピニオンギアＰ２、第二リングギアＲ２および第二キャリアＣ２を有する。第三遊星歯車機構１３は、第三サンギアＳ３、第三ピニオンギアＰ３、第三リングギアＲ３および第三キャリアＣ３を有する。

第一遊星歯車機構１１および第三遊星歯車機構１３は、シングルピニオン式の遊星歯車機構である。第一サンギアＳ１および第三サンギアＳ３は、回転軸線Ｘと同軸上に回転自在に支持されている。リングギアＲ１，Ｒ３は、それぞれサンギアＳ１，Ｓ３の径方向外側でかつサンギアＳ１，Ｓ３と同軸上に回転自在に配置されている。ピニオンギアＰ１，Ｐ３は、それぞれサンギアＳ１，Ｓ３とリングギアＲ１，Ｒ３との間に配置されており、サンギアＳ１，Ｓ３およびリングギアＲ１，Ｒ３と噛み合っている。

第一キャリアＣ１および第三キャリアＣ３は、入力軸２と同軸上に回転自在に配置されている。第一キャリアＣ１は第一ピニオンギアＰ１を回転自在に支持している。第一ピニオンギアＰ１は、第一ピニオンギアＰ１の回転軸線を回転中心として回転（自転）可能であると共に、第一キャリアＣ１と一体となって入力軸２の回転軸線Ｘを回転中心として回転（公転）可能である。

第三キャリアＣ３は第三ピニオンギアＰ３を回転自在に支持している。第三ピニオンギアＰ３は、第三ピニオンギアＰ３の回転軸線を回転中心として回転（自転）可能であると共に、第三キャリアＣ３と一体となって入力軸２の回転軸線Ｘを回転中心として回転（公転）可能である。

第二遊星歯車機構１２は、ダブルピニオン式の遊星歯車機構である。第二サンギアＳ２は、回転軸線Ｘと同軸上に回転自在に支持されている。第二リングギアＲ２は、第二サンギアＳ２の径方向外側でかつ第二サンギアＳ２と同軸上に回転自在に配置されている。第二ピニオンギアＰ２は、第二サンギアＳ２と第二リングギアＲ２との間に配置されている。第二ピニオンギアＰ２は、互いに噛み合う一対のギアを有する。一対のギアは、相対的に径方向内側に配置され、第二サンギアＳ２と噛み合う内側ギアと、相対的に径方向外側に配置され、第二リングギアＲ２と噛み合う外側ギアとを有する。

第二キャリアＣ２は、外側ギアおよび内側ギアを回転自在に支持している。外側ギアおよび内側ギアは、それぞれの回転軸線を回転中心として回転（自転）可能であると共に、第二キャリアＣ２と一体となって入力軸２の回転軸線Ｘを回転中心として回転（公転）可能である。

第一サンギアＳ１には、第二回転電機ＭＧ２が接続されている。つまり、第一サンギアＳ１は、第二回転電機ＭＧ２に接続された回転要素であり、第二回転電機ＭＧ２の動力が入力される入力要素である。また、第三サンギアＳ３には、第一回転電機ＭＧ１が接続されている。つまり、第三サンギアＳ３は、第一回転電機ＭＧ１が接続された回転要素であり、第一回転電機ＭＧ１の動力が入力される入力要素である。

第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、インバータを介してバッテリと接続されている。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２は、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２としては、例えば、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。

第一回転電機ＭＧ１は、回転軸４、ステータ５およびロータ６を有する。回転軸４は、回転軸線Ｘと同軸上に配置されており、第三サンギアＳ３と接続されている。従って、ロータ６は、第三サンギアＳ３と一体回転する。

第二回転電機ＭＧ２は、回転軸７、ステータ８およびロータ９を有する。回転軸７は、回転軸線Ｘと同軸上に配置されており、第一サンギアＳ１と接続されている。従って、ロータ９は、第一サンギアＳ１と一体回転する。第一キャリアＣ１は、カウンタドライブギア３１および第二リングギアＲ２と接続されている。第一キャリアＣ１は、接続部材１０を介して第二リングギアＲ２と接続されている。これにより、第一キャリアＣ１と第二リングギアＲ２とは一体回転する。

カウンタドライブギア３１は、出力軸に配置され、駆動輪３８と接続された出力ギアである。遊星歯車機構１１，１２，１３によって分配され、あるいは合成された動力は、カウンタドライブギア３１を介して駆動輪３８に出力される。第一キャリアＣ１および第二リングギアＲ２は、それぞれ出力軸に接続された回転要素である。

カウンタドライブギア３１は、第一遊星歯車機構１１の径方向外側に配置されており、第一キャリアＣ１および第二リングギアＲ２と一体回転する。カウンタドライブギア３１は、第二回転電機ＭＧ２との干渉を避けて第二回転電機ＭＧ２よりも軸方向の第一回転電機側に配置されている。

第一リングギアＲ１は、接続部材１４を介して第三リングギアＲ３と接続されている。接続部材１４は、円筒形状をなしており、第二遊星歯車機構１２の径方向外側に配置されている。第一リングギアＲ１と第三リングギアＲ３とは一体回転する。

第二キャリアＣ２は、入力軸２を介してエンジン１と接続されている。つまり、第二キャリアＣ２は、エンジン１に接続された回転要素であり、エンジン１の動力が入力される入力要素である。

第二サンギアＳ２は、反力が入力される反力要素である。エンジン１から第二キャリアＣ２に対して入力されるエンジントルクは、第二リングギアＲ２と第二サンギアＳ２とに分配される。第二サンギアＳ２には、エンジントルクに対する反力が入力される。第二サンギアＳ２がエンジントルクに対する反力受けとなることで、エンジントルクが第二リングギアＲ２から出力軸に出力される。第二サンギアＳ２は、第三キャリアＣ３と接続されている。第二サンギアＳ２の回転軸３は、第三キャリアＣ３と接続されており、第二サンギアＳ２と第三キャリアＣ３とは一体回転する。第三キャリアＣ３は、反力要素としての第二サンギアＳ２に接続された回転要素である。

カウンタドライブギア３１は、カウンタドリブンギア３２と噛み合っている。カウンタドリブンギア３２は、カウンタシャフト３３を介してドライブピニオンギア３４と接続されている。つまり、ドライブピニオンギア３４は、カウンタドリブンギア３２と同軸上に配置されており、かつカウンタドリブンギア３２と一体回転する。ドライブピニオンギア３４は、差動機構３６のデフリングギア３５と噛み合っている。差動機構３６は、駆動軸３７を介して左右の駆動輪３８と接続されている。

ＥＣＵ５０は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ５０は、車両１００の各部を制御する制御装置としての機能を有している。ＥＣＵ５０は、エンジン１、クラッチ１５、ブレーキ１６、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２と接続されており、エンジン１、クラッチ１５、ブレーキ１６、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２をそれぞれ制御する。

車両１は、ＥＶ走行あるいはＨＶ走行を選択的に実行することができる。ＥＶ走行は、エンジン１の動力によらずに、第二回転電機ＭＧ２を動力源として車両１を走行させる走行モードである。また、ＥＣＵ５０は、車両１００の運転状態等に基づいて、車両１００をＨＶ走行モードで走行させることができる。ＨＶ走行モードは、少なくともエンジン１を動力源として車両１００を走行させる走行モードである。ＨＶ走行モードでは、エンジン１の動力によって車両１００を走行させるエンジン走行、あるいはエンジン１の動力および第二回転電機ＭＧ２の動力によって車両１００を走行させるＨＶ走行を実施することができる。

クラッチ１５は、第三遊星歯車機構１３の回転要素である第三サンギアＳ３、第三キャリアＣ３および第三リングギアＲ３が差動回転可能な状態と差動回転不能な状態とを切り替える。言い換えると、クラッチ１５は、第三サンギアＳ３と第三キャリアＣ３と第三リングギアＲ３とが相対回転可能な状態と一体回転する状態とを切り替える。具体的には、クラッチ１５は、第一リングギアＲ１および第三リングギアＲ３と、第三サンギアＳ３とを接続し、あるいは切り離す噛合い式のクラッチ装置である。

クラッチ１５は、クラッチスリーブ２１、ドグ歯２２、ドグ歯２３および図示しないアクチュエータを含んで構成されている。ドグ歯２２は、支持部材２５を介して第一回転電機ＭＧ１の回転軸４と接続されている。ドグ歯２２は、径方向の外側に向けて突出する外歯である。ドグ歯２２の歯筋が延在する方向は、軸方向である。

ドグ歯２３は、支持部材２６を介して接続部材１４と接続されている。ドグ歯２３は、接続部材１４の径方向外側に配置されている。ドグ歯２３は径方向の外側に向けて突出する外歯である。ドグ歯２３の歯筋が延在する方向は、軸方向である。ドグ歯２３とドグ歯２２とは、軸方向において隣接して配置され、かつ側面が互いに対向している。ドグ歯２２は、ドグ歯２３に対して軸方向の第一回転電機側に配置されている。ドグ歯２２とドグ歯２３とは外径が等しい。

クラッチスリーブ２１は、ドグ歯２２およびドグ歯２３と噛み合うドグ歯２１ａを有している。ドグ歯２１ａは、クラッチスリーブ２１の内周に配置された内歯である。ドグ歯２１ａの歯筋が延在する方向は、軸方向である。クラッチスリーブ２１は、アクチュエータから与えられる駆動力によって軸方向に移動する。クラッチ１５は、クラッチスリーブ２１のドグ歯２１ａがドグ歯２２およびドグ歯２３と噛み合う係合状態と、ドグ歯２１ａがドグ歯２２と噛み合わず、かつドグ歯２３と噛み合う開放状態と、に切り替え可能である。

係合状態のクラッチ１５は、ドグ歯２２とドグ歯２３とを相対回転不能に接続する。従って、クラッチ１５が係合状態であると、第一回転電機ＭＧ１および第三サンギアＳ３と、第一リングギアＲ１および第三リングギアＲ３とが一体回転する。クラッチ１５が係合状態であると、第三サンギアＳ３と第三リングギアＲ３とが接続され、第三遊星歯車機構１３の各回転要素Ｓ３，Ｃ３，Ｒ３は一体回転する。従って、第三遊星歯車機構１３は、第一回転電機ＭＧ１の回転を等速で第三サンギアＳ３から第三キャリアＣ３に伝達する。言い換えると、クラッチ１５が係合状態であると、第三遊星歯車機構１３では変速がなされないこととなり、第二サンギアＳ２に対して第一回転電機ＭＧ１が直接に接続されている場合と同様にして第一回転電機ＭＧ１の回転が第二サンギアＳ２に伝達される。

一方、クラッチ１５が開放状態であると、第一回転電機ＭＧ１および第三サンギアＳ３と、第一リングギアＲ１および第三リングギアＲ３との相対回転が許容される。開放状態のクラッチ１５は、第三遊星歯車機構１３の各回転要素Ｓ３，Ｃ３，Ｒ３の相対回転を許容する。

ブレーキ１６は、第一リングギアＲ１および第三リングギアＲ３の回転を許容する状態と、リングギアＲ１，Ｒ３の回転を規制する状態とを切り替える。ブレーキ１６は、車体と接続部材１４とを接続し、あるいは切り離す噛合い式のクラッチ装置である。ブレーキ１６は、第一リングギアＲ１の回転を規制する第一ブレーキとしての機能と、第三リングギアＲ３の回転を規制する第二ブレーキとしての機能とを兼ね備えている。つまり、本実施形態では、１つのブレーキ１６が、第一ブレーキと第二ブレーキとを兼ねている。第一リングギアＲ１は、第一ブレーキとしてのブレーキ１６に接続された回転要素である。また、第三リングギアＲ３は、第二ブレーキとしてのブレーキ１６に接続された回転要素である。

ブレーキ１６は、クラッチスリーブ２１、ドグ歯２３、ドグ歯２４および図示しないアクチュエータを含んで構成されている。クラッチ１５のアクチュエータと、ブレーキ１６のアクチュエータとは共用されている。ドグ歯２４は、車体と接続されている。ドグ歯２４は、支持部材２７を介して車体側、例えば、動力伝達装置２０のケースに対して固定されている。従って、ドグ歯２４は、回転軸線Ｘ周りに回転不能である。ドグ歯２４は、径方向外側に向けて突出する外歯である。ドグ歯２４の歯筋が延在する方向は、軸方向である。ドグ歯２４とドグ歯２３とは、軸方向において隣接して配置され、かつ側面が互いに対向している。ドグ歯２４は、ドグ歯２３を挟んでドグ歯２２と軸方向において互いに対向している。ドグ歯２４とドグ歯２３とは外径が等しい。

ブレーキ１６は、クラッチスリーブ２１のドグ歯２１ａがドグ歯２３およびドグ歯２４と噛み合う係合状態と、ドグ歯２１ａがドグ歯２４と噛み合わず、かつドグ歯２３と噛み合う開放状態と、に切り替え可能である。係合状態のブレーキ１６は、ドグ歯２４とドグ歯２３とを相対回転不能に接続する。従って、ブレーキ１６が係合状態であると、第一リングギアＲ１および第三リングギアＲ３の回転が規制される。本実施形態では、クラッチスリーブ２１のドグ歯２１ａがドグ歯２４と噛み合う位置では、ドグ歯２１ａはドグ歯２２とは噛み合わない。つまり、クラッチ１５とブレーキ１６とが同時に係合状態とならないように、クラッチスリーブ２１が構成されている。

従って、ブレーキ１６が係合状態であると、クラッチ１５は開放状態である。この場合、ブレーキ１６の係合によって第三リングギアＲ３の回転が規制され、クラッチ１５の開放によって第三遊星歯車機構１３の各回転要素の差動回転が許容される。従って、第三サンギアＳ３に入力される第一回転電機ＭＧ１の回転は、減速されて第三キャリアＣ３に出力される。つまり、第三遊星歯車機構１３は、ブレーキ１６に接続された第三リングギアＲ３の回転が規制された状態で第一回転電機ＭＧ１の回転数を減速して第三キャリアＣ３から第二サンギアＳ２に出力する減速歯車装置として機能する。

クラッチ１５が開放状態かつブレーキ１６が係合状態のときは、エンジン１から第二キャリアＣ２に入力される動力が、第二遊星歯車機構１２において出力軸と第一回転電機ＭＧ１とに分配される。以下の説明では、動力伝達装置２０においてクラッチ１５が開放状態かつブレーキ１６が係合状態であるモードを「入力スプリットモード」あるいは「Ｌｏモード」と記載する。入力スプリットモードでは、第一リングギアＲ１の回転が規制されている。第一遊星歯車機構１１は、ブレーキ１６に接続された第一リングギアＲ１の回転が規制された状態で、第二回転電機ＭＧ２の回転数を減速して第一キャリアＣ１から出力軸に出力する。つまり、クラッチ１５が開放状態かつブレーキ１６が係合状態のモードは、「入力スプリット＋ＭＧ２減速」モードとなる。

図２および図３は、入力スプリットモードであるときの動力伝達装置２０の共線図である。図２には、車両１００の発進時の状態、図３には走行中の状態が示されている。入力スプリットモードは、車両１００の発進時や比較的低速で走行するときに選択されるモードである。図２において、符号４１は第一遊星歯車機構１１の各回転要素の回転数の関係、符号４２は第二遊星歯車機構１２の各回転要素の回転数の関係、符号４３は第三遊星歯車機構１３の各回転要素の回転数の関係を示す。また、符号Ｅはエンジン１、符号Ｇは第一回転電機ＭＧ１、符号Ｍは第二回転電機ＭＧ２、符号Ｏはカウンタドリブンギア３２、符号Ｂはブレーキ１６、符号Ｃはクラッチ１５をそれぞれ示している。

共線図上における第一遊星歯車機構１１および第二遊星歯車機構１２の各回転要素の並び順は、第一リングギアＲ１および第二サンギアＳ２、第一キャリアＣ１および第二リングギアＲ２、第二キャリアＣ２、第一サンギアＳ１の順である。

入力スプリットモードでは、ブレーキ１６が係合状態であることから第一リングギアＲ１および第三リングギアＲ３の回転数は０である。また、第一キャリアＣ１と第二リングギアＲ２とカウンタドリブンギア３２とは互いに接続されており、回転数が同一である。また、入力スプリットモードでは、各遊星歯車機構１１，１２，１３はそれぞれ差動回転可能である。第一回転電機ＭＧ１のトルクは、第三サンギアＳ３から第三キャリアＣ３を介して第二サンギアＳ２に入力される。第二サンギアＳ２に入力されるトルクは、エンジン１から第二キャリアＣ２に入力されるトルクに対する反力トルクとなり、エンジントルクを第二リングギアＲ２からカウンタドライブギア３１に出力させることができる。

一方、ブレーキ１６が開放状態であると、第一リングギアＲ１および第三リングギアＲ３の回転が許容される。本実施形態では、クラッチスリーブ２１のドグ歯２１ａがドグ歯２２と噛み合う位置では、ドグ歯２１ａがドグ歯２４とは噛み合わない。従って、クラッチ１５が係合状態であると、ブレーキ１６は開放状態である。この場合、ブレーキ１６の開放によって第三リングギアＲ３の回転が許容されていることから、第三遊星歯車機構１３の各回転要素である第三サンギアＳ３、第三キャリアＣ３および第三リングギアＲ３は、第一回転電機ＭＧ１の回転と共に一体回転することができる。

動力伝達装置２０において、クラッチ１５が係合状態かつブレーキ１６が開放状態のモードを「複合スプリットモード」あるいは「Ｈｉモード」と記載する。図４は、モード切替時の動力伝達装置２０の共線図、図５および図６は、複合スプリットモードであるときの動力伝達装置２０の共線図である。図５には、相対的に低車速の状態、図６には、相対的に高車速の状態が示されている。

複合スプリットモードでは、クラッチ１５が係合していることにより、第一リングギアＲ１と、第三遊星歯車機構１３の３つの回転要素（第三リングギアＲ３、第三キャリアＣ３、第三サンギアＳ３）と、第二サンギアＳ２とが一体に連結される。第一リングギアＲ１と第二サンギアＳ２とが連結されることから、第一遊星歯車機構１１および第二遊星歯車機構１２は４要素プラネタリとして機能する。図４乃至図６に示すように、同一の直線上に、第一リングギアＲ１および第二サンギアＳ２の回転数を示す点、第一キャリアＣ１および第二リングギアＲ２の回転数を示す点、第二キャリアＣ２の回転数を示す点、第一サンギアＳ１の回転数を示す点がこの順で並ぶ。

つまり、本実施形態の動力伝達装置２０では、ブレーキ１６を開放し、かつクラッチ１５を係合することで、第一遊星歯車機構１１および第二遊星歯車機構１２が独立した４つの回転要素の差動機構として機能する。また、第三遊星歯車機構１３の３つの回転要素は、第一リングギアＲ１および第二サンギアＳ２と同じ回転数で一体回転する。

複合スプリットモードでは、エンジン１の出力する動力に対して、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２のいずれによっても反力を受けることができる。エンジン１の反力を第一回転電機ＭＧ１あるいは第二回転電機ＭＧ２の一方または両方でトルクを分担して受けることが可能となり、効率の良い動作点で動作させたり、熱によるトルク制限等の制約を緩和したりすることが可能となる。よって、車両１００の高効率化が可能となる。例えば、第一回転電機ＭＧ１および第二回転電機ＭＧ２のうち、効率良く動作できる方の回転電機によって優先的に反力を受けるようにすれば、効率の向上を図ることができる。また、いずれか一方の回転電機において熱によるトルク制限がなされた場合に、他方の回転電機の回生（あるいは出力）によってアシストすることで、必要な反力を満足させることが可能となる。

入力スプリットモードと複合スプリットモードとの切り替えは、図４に示すように、第一回転電機ＭＧ１の回転数が０のときになされる。入力スプリットモードから複合スプリットモードへの切り替えを例に説明すると、発進時には図２に示すようにカウンタドライブギア３１の回転数（出力回転数）が小であり、エンジン回転数と出力回転数との比である減速比ｉが大きい。この場合、符号４２で示す直線の傾きが大きく、第二サンギアＳ２の回転数が大きなものとなるため、これに対応して第一回転電機ＭＧ１の回転数も大きくなる。入力スプリットモードでは、エンジン回転数が出力回転数よりも大きいアンダードライブとなる。

車速が増加して出力回転数が増加すると、図３に示すように符号４２で示す直線の傾きは小さくなり、これに対応して第一回転電機ＭＧ１の回転数が減少する。ＥＣＵ５０は、第一回転電機ＭＧ１の回転数が０となると、動力伝達装置２０を入力スプリットモードから複合スプリットモードに切り替える。具体的には、クラッチ１５およびブレーキ１６の共通のアクチュエータに対して、ブレーキ１６を開放し、クラッチ１５を係合する指令を出力する。アクチュエータは、クラッチスリーブ２１を第一回転電機側に移動させ、ドグ歯２１ａと車体側のドグ歯２４との係合を解除してドグ歯２１ａを第一回転電機側のドグ歯２２に係合させる。これにより、ブレーキ１６が開放され、クラッチ１５が係合されて複合スプリットモードが実現される。ブレーキ開放、クラッチ係合の同期切替制御となり、回転電機のトルク反転もないので、制御性が良好である。

複合スプリットモードにおいて、低車速の領域では、図５に示すようにエンジン回転数が出力回転数を上回るアンダードライブの状態となる。アンダードライブの状態では、第一回転電機ＭＧ１の回転数は、出力回転数よりも小さく、第二回転電機ＭＧ２の回転数は、出力回転数よりも大きい。一方、高車速の領域では、図６に示すようにエンジン回転数が出力回転数を下回るオーバードライブの状態となる。オーバードライブの状態では、第一回転電機ＭＧ１の回転数は、出力回転数よりも大きく、第二回転電機ＭＧ２の回転数は、出力回転数よりも小さい。

本実施形態の動力伝達装置２０では、入力スプリットモードと複合スプリットモードとのモード切替時に、第一回転電機ＭＧ１の変速比が変更される。入力スプリットモードでは、第一回転電機ＭＧ１の回転は、第三遊星歯車機構１３によって減速して第二サンギアＳ２に伝達される。これに対して、複合スプリットモードでは、第一回転電機ＭＧ１の回転は、第三遊星歯車機構１３によって等速で第二サンギアＳ２に伝達される。このように、モードに応じて第一回転電機ＭＧ１から第二サンギアＳ２への変速比が適切に切り替えられることにより、第一回転電機ＭＧ１の回転数が過大になることが抑制され、適正な回転数が維持される。また、第一回転電機ＭＧ１に対して要求されるトルクが低減され、第一回転電機ＭＧ１の体格の増大や損失の増加が抑制される。

図７は、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２のトルクと減速比との関係、図８は、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転数と減速比との関係を示す図である。図７において、横軸は減速比ｉ（＝エンジン回転数／出力回転数）、縦軸はトルク比（＝回転電機ＭＧ１，ＭＧ２のトルク／エンジントルク）を示す。図８において、横軸は減速比ｉ、縦軸は回転数比（＝回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の回転数／エンジン回転数）を示す。

図７および図８に示すように、本実施形態の動力伝達装置２０は、所定の減速比ｉ_０よりも低速側の減速比の領域では入力スプリットモード（Ｌｏモード）が選択され、所定の減速比ｉ_０よりも高速側の減速比の領域では複合スプリットモード（Ｈｉモード）が選択される。

図７において、符号２０１ａは、Ｌｏモードにおける第一回転電機ＭＧ１のトルク比、２０１ｂは、Ｈｉモードにおける第一回転電機ＭＧ１のトルク比を示す。符号２０２ａは、Ｌｏモードにおける第二回転電機ＭＧ２のトルク比、２０２ｂは、Ｈｉモードにおける第二回転電機ＭＧ２のトルク比を示す。また、符号２０３は、第一回転電機ＭＧ１が第三遊星歯車機構１３を介さずに第二サンギアＳ２に接続された場合のＬｏモードにおける第一回転電機ＭＧ１のトルク比を示す。

図８において、符号２０４ａは、Ｌｏモードにおける第一回転電機ＭＧ１の回転数比、２０４ｂは、Ｈｉモードにおける第一回転電機ＭＧ１の回転数比を示す。また、符号２０５ａは、Ｌｏモードにおける第二回転電機ＭＧ２の回転数比、２０５ｂは、Ｈｉモードにおける第二回転電機ＭＧ２の回転数比を示す。また、符号２０６は、第一回転電機ＭＧ１が第三遊星歯車機構１３を介さずに第二サンギアＳ２に接続された場合のＬｏモードにおける第一回転電機ＭＧ１の回転数比を示す。

本実施形態の動力伝達装置２０では、入力スプリットモード（Ｌｏモード）において、第一回転電機ＭＧ１の回転数は、第三遊星歯車機構１３によって減速されて第二サンギアＳ２に出力される。従って、Ｌｏモードにおける第一回転電機ＭＧ１の回転数比２０４ａは、符号２０６に示す回転数比、すなわち第三遊星歯車機構１３を介さずに第一回転電機ＭＧ１が第二サンギアＳ２に接続された場合の回転数比よりも大きな値（絶対値が大きい高速の回転数比）となる。これにより、Ｌｏモードにおける第一回転電機ＭＧ１の出力トルクが抑制され、第一回転電機ＭＧ１の体格の増加や損失の増加が抑制される。図７に矢印Ｙ１で示すように、本実施形態のＬｏモードにおける第一回転電機ＭＧ１のトルク比２０１ａは、第三遊星歯車機構１３を介さずに第一回転電機ＭＧ１が第二サンギアＳ２に接続された場合のトルク比２０３よりも低減される。

また、本実施形態の動力伝達装置２０では、複合スプリットモード（Ｈｉモード）において、第一回転電機ＭＧ１の回転数は、第三遊星歯車機構１３によって等速で第二サンギアＳ２に出力される。従って、Ｈｉモードにおいて第一回転電機ＭＧ１の回転数が過大となることが抑制される。Ｈｉモードにおいて、Ｌｏモードと同様に第三遊星歯車機構１３によって第一回転電機ＭＧ１が増速されると、第一回転電機ＭＧ１の最高回転数が過大になる可能性がある。しかしながら、本実施形態では、ＬｏモードからＨｉモードへの切り替え時に第一回転電機ＭＧ１の変速比が切り替えられる。変速比の切り替えによって、動力伝達装置２０は、第一回転電機ＭＧ１の回転を第二サンギアＳ２の回転に対して増速する状態から、第一回転電機ＭＧ１の回転を第二サンギアＳ２の回転と等速とする状態に変化する。

このように、本実施形態の動力伝達装置２０によれば、第一回転電機ＭＧ１に対する要求トルクが抑制されることで第一回転電機ＭＧ１の大型化や損失の増加が抑制され、かつ第三遊星歯車機構１３において変速比の切り替えがなされることで第一回転電機ＭＧ１の回転数が過大となることが抑制される。

なお、本実施形態の動力伝達装置２０では、第一リングギアＲ１の回転を規制する第一ブレーキと、第三リングギアＲ３の回転を規制する第二ブレーキとを１つのブレーキ１６が兼ねているが、これに代えて、第一ブレーキと第二ブレーキとが独立して設けられてもよい。本実施形態では、第一ブレーキと第二ブレーキとを１つのブレーキ１６が兼ねることで、動力伝達装置２０の小型化、低コスト化が図られている。

また、本実施形態の車両用駆動装置３０は、Ｈｉモードでブレーキ１６を開放し、かつクラッチ１５を係合して走行するときに、第一回転電機ＭＧ１のトルクを抑制する制御を行う。本実施形態の動力伝達装置２０では、Ｌｏモードにおいて第一回転電機ＭＧ１の回転が減速して第二サンギアＳ２に伝達される。これにより、図７を参照して説明したように、Ｌｏモードにおける第一回転電機ＭＧ１に対する要求トルクが低減される。

しかしながら、図７に符号２０１ｃで示すように、ＬｏモードからＨｉモードに切り替えた直後は第一回転電機ＭＧ１のトルクが大きなものとなる。これは、ＬｏモードからＨｉモードへの切り替えによって第三遊星歯車機構１３の変速比が変更されることに対応している。Ｈｉモードにおいて、低速側の減速比ｉの領域では、Ｌｏモードの場合よりも第一回転電機ＭＧ１のトルク比が大きく、減速比ｉが高速側の値となるに従い第一回転電機ＭＧ１のトルク比が減少する。低速側の領域での第一回転電機ＭＧ１のトルクを低減することができれば、全減速比の領域で第一回転電機ＭＧ１のトルクを低減することができる。これにより、第一回転電機ＭＧ１の最大トルク性能を低減させ、第一回転電機ＭＧ１の小型化に寄与することができる。

Ｈｉモードにおける第一回転電機ＭＧ１のトルクを抑制し低減する制御として、ＥＣＵ５０は、エンジン１のトルクを低減することができる。例えば、アクセル開度と車速とに基づいて算出される運転者の要求トルクからエンジントルクを決定する場合に、同じ要求トルクに対して、符号２０１ｃで示す領域で決定されるエンジントルクは、他の領域で決定されるエンジントルクよりも低トルクとされる。これにより、エンジントルクの反力を受ける第一回転電機ＭＧ１のトルクが低減する。

以上説明したように、本実施形態では、第一遊星歯車機構１１および第二遊星歯車機構１２の各一要素が連結し、第一遊星歯車機構１１の他の要素にブレーキが連結され、第二遊星歯車機構１２の他の要素に第三遊星歯車機構１３を介して第一回転電機ＭＧ１が連結され、第一回転電機ＭＧ１の回転数が０であるときにブレーキ１６を開放し、かつクラッチ１５を係合することによってモード切替と共に第一回転電機ＭＧ１の変速比を同時に変更する動力伝達装置２０の一例が開示されている。

この動力伝達装置２０では、二つのモードによって必要な第一回転電機ＭＧ１の回転数が異なる場合に、モード切替と同時に第一回転電機ＭＧ１の変速比を適切に切り替えることにより、第一回転電機ＭＧ１の回転数が過大となることを抑制することができ、かつ第一回転電機ＭＧ１のトルクを低減することができる。

より具体的には、遊星歯車機構１１，１２の互いに連結した要素が出力軸と連結しており、第一遊星歯車機構１１の残りの要素はブレーキ１６、第二回転電機ＭＧ２とそれぞれ連結され、第二遊星歯車機構１２の残りの要素は、エンジン１、第三遊星歯車機構１３を介した第一回転電機ＭＧ１とそれぞれ連結されている。第一回転電機ＭＧ１の回転数が０であるときに、ブレーキ１６を開放し、第三遊星歯車機構１３を一体回転させるクラッチ１５を係合することによって、入力スプリットモードから複合スプリットモードに切り替えられ、かつ第三遊星歯車機構１３での第一回転電機ＭＧ１の変速比は、第一回転電機ＭＧ１から見て減速から等速に変更される。

本実施形態の具体例は、こうした動力伝達装置の一例であり、各部の構成については適宜変更可能である。例えば、各遊星歯車機構１１，１２，１３の配列や、各回転要素とエンジン１、回転電機ＭＧ１,ＭＧ２、クラッチ１５、ブレーキ１６との対応関係などは、本実施形態で例示したものと異なるものであってもよい。

また、本実施形態では、クラッチ１５およびブレーキ１６がドグクラッチにより構成されているが、これに代えて、他の係合装置によってクラッチ１５あるいはブレーキ１６が構成されてもよい。

［実施形態の第１変形例］
上記実施形態では、符号２０１ｃで示す減速比の領域においてエンジントルクを低減することにより、第一回転電機ＭＧ１のトルクが抑制された。本変形例では、エンジントルクを低減することに代えて、エンジン回転数を低減することにより第一回転電機ＭＧ１のトルクを低減する。この場合、例えば、車速と運転者の要求駆動力とに基づいて予めマップ等に定められた回転数よりもエンジン回転数を低減するようにしてもよい。エンジン回転数が低減されることにより、図７に矢印Ｙ２で示すように、動作点が高速側の減速比ｉの点にずらされる。これにより、第一回転電機ＭＧ１のトルクが低減する。

本変形例の制御によれば、バッテリの充放電収支を保ったまま第二回転電機ＭＧ２のトルクを増大し、かつ第一回転電機ＭＧ１のトルクを低減することができる。

［実施形態の第２変形例］
実施形態の第２変形例では、第二回転電機ＭＧ２に発電をさせることによって第一回転電機ＭＧ１のトルクを低減する。ＥＣＵ５０は、符号２０１ｃで示す減速比の領域において、第二回転電機ＭＧ２に発電をさせてバッテリを充電する。例えば、減速比ｉ以外の運転条件等に基づいて第二回転電機ＭＧ２による発電が要求されない場合であっても第二回転電機ＭＧ２に発電を行わせる。あるいは、減速比ｉ以外の運転条件等に基づいて要求される第二回転電機ＭＧ２の発電量に対して、第二回転電機ＭＧ２に対する発電量の指令値を大きなものとする。言い換えると、符号２０１ｃで示す減速比の領域では、第二回転電機ＭＧ２の発電量を増加させることにより、第二回転電機ＭＧ２のトルク分担を大きくする。第二回転電機ＭＧ２のトルクが増大することにより、第一回転電機ＭＧ１のトルクが低減される。

［実施形態の第３変形例］
実施形態の第３変形例では、クラッチ１５とブレーキ１６とを同時係合することで固定ギア段を形成し、図７に矢印Ｙ３で示すように、第一回転電機ＭＧ１のトルクを０とする。クラッチ１５とブレーキ１６とを同時に係合した場合、第一リングギアＲ１および第三遊星歯車機構１３の各回転要素の回転が規制される。また、第二サンギアＳ２の回転も規制される。従って、第二サンギアＳ２は、ブレーキ１６によって回転が規制されていることで、第一回転電機ＭＧ１のトルクを必要とせずにエンジントルクの反力受けとして機能することができる。第二遊星歯車機構１２では、第二サンギアＳ２の回転がブレーキ１６によって規制されることで固定ギア段が形成される。

よって、本変形例によれば、第一回転電機ＭＧ１のトルクを低減することができる。なお、クラッチ１５とブレーキ１６とを同時に係合可能とする方法としては、例えば、クラッチスリーブ２１のドグ歯２１ａをドグ歯２２，２３，２４に同時に係合可能なものとすればよい。このようにすれば、ドグ歯２１ａがドグ歯２２，２３と係合し、かつドグ歯２４とは係合しない状態（クラッチ係合、ブレーキ開放）と、ドグ歯２１ａがドグ歯２２，２３，２４と係合する状態（クラッチ係合、ブレーキ係合）と、ドグ歯２１ａがドグ歯２３，２４と係合し、かつドグ歯２２とは係合しない状態（クラッチ開放、ブレーキ係合）とを切り替えることが可能となる。

あるいは、ブレーキ１６とは別に、第一回転電機ＭＧ１の回転軸４や第二サンギアＳ２の回転軸３や接続部材１４等の回転を規制するブレーキを設けるようにしてもよい。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ エンジン
１１ 第一遊星歯車機構
１２ 第二遊星歯車機構
１３ 第三遊星歯車機構
１５ クラッチ
１６ ブレーキ
２０ 動力伝達装置
３０ 車両用駆動装置
３１ カウンタドライブギア
３８ 駆動輪
５０ ＥＣＵ
Ｓ１ 第一サンギア
Ｓ２ 第二サンギア
Ｓ３ 第三サンギア
Ｐ１ 第一ピニオンギア
Ｐ２ 第二ピニオンギア
Ｐ３ 第三ピニオンギア
Ｒ１ 第一リングギア
Ｒ２ 第二リングギア
Ｒ３ 第三リングギア
Ｃ１ 第一キャリア
Ｃ２ 第二キャリア
Ｃ３ 第三キャリア

Claims (3)

1. 第一遊星歯車機構と、第二遊星歯車機構と、第三遊星歯車機構と、第一ブレーキと、第二ブレーキと、クラッチとを備え、
   前記第一遊星歯車機構は、出力軸に接続された回転要素と、前記第一ブレーキに接続された回転要素と、第二回転電機に接続された回転要素とを有し、前記第一ブレーキに接続された回転要素の回転が規制された状態で前記第二回転電機の回転数を減速して前記出力軸に出力し、
   前記第二遊星歯車機構は、前記出力軸に接続された回転要素と、エンジンに接続された回転要素と、反力要素とを有し、前記エンジンの動力を前記出力軸と前記反力要素とに分配し、
   前記第三遊星歯車機構は、前記反力要素に接続された回転要素と、第一回転電機に接続された回転要素と、前記第二ブレーキに接続された回転要素とを有し、前記第二ブレーキに接続された回転要素の回転が規制された状態で前記第一回転電機の回転数を減速して前記反力要素に出力し、
   前記クラッチは、係合することにより前記第三遊星歯車機構の各回転要素を一体回転させ、
   前記第一ブレーキおよび前記第二ブレーキを開放し、かつ前記クラッチを係合することで前記第一遊星歯車機構および前記第二遊星歯車機構が独立した４つの回転要素の差動機構として機能する
   ことを特徴とする動力伝達装置。
2. １つのブレーキが前記第一ブレーキと前記第二ブレーキとを兼ねている
   請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 請求項１または２に記載の動力伝達装置を備え、
   前記第一ブレーキおよび前記第二ブレーキを開放し、かつ前記クラッチを係合して走行するときに、前記第一回転電機のトルクを抑制する制御を行う
   ことを特徴とする車両用駆動装置。

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