JP2016145021A - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動力伝達のロスや動力循環のロス等を低減して適切な動力伝達状態を実現する。【解決手段】差動歯車装置PGの第1回転要素e1が、第1回転電機MG1に駆動連結され、第2回転要素e2及び第3回転要素e3の何れか一方が、内燃機関Eに駆動連結される入力部材INに駆動連結され、何れか他方が、車輪Wに駆動連結される出力部材OUT及び第2回転電機MG2に駆動連結されるハイブリッド駆動装置1は、係合状態において第1回転要素e1と第1回転電機MG1との間の動力伝達を行い、解放状態においてその動力伝達を遮断する第1係合要素C1と、係合状態において差動歯車装置PGの3つの回転要素e1,e2,e3の何れか2つが一体回転するように連結固定し、解放状態において3つの回転要素e1,e2,e3の相対回転を許容する第2係合要素C2と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関及び複数の回転電機を備えたハイブリッド駆動装置に関する。
特開平8−183347号公報(特許文献1)には、内燃機関と、主に発電機として機能する回転電機と、主に電動機として機能する回転電機と、差動歯車装置とを有するハイブリッド駆動装置を備えたハイブリッド型車両が開示されている。差動歯車装置は、少なくとも3つの回転要素を備えた遊星歯車機構を備えて構成されている。差動歯車装置のサンギヤは発電機のロータに駆動連結され、キャリアは内燃機関に駆動連結され、リングギヤは、カウンタギヤ機構を介して電動機に駆動連結されると共に出力用差動歯車装置を介して車輪に駆動連結されている。このハイブリッド駆動装置では、1つの動作モードにおいて、内燃機関の動力により発電機に発電を行わせると共に、発電された電力により駆動される電動機の出力及び内燃機関の出力を動力として車両の駆動輪を駆動する。この際、内燃機関は、効率が良く排気ガスの少ない状態(一般に最適燃費特性に沿うように)に制御されて正方向の内燃機関トルクを出力する。また、発電機は、正回転しつつ負方向のトルクを発生して発電を行う。電動機は、発電機が発電して得られた電力により必要に応じて力行し、正方向のトルクを出力して車輪へ伝達される内燃機関トルクを補助する。即ち、発電機の回転速度を制御することによって、最適燃費特性に沿うように制御される内燃機関の回転を無段階に変速して駆動輪へ伝達する。
ここで、例えば、車速(車輪の回転速度)が高くなると、発電機が負回転しつつ負方向のトルクを発生する状態、つまり力行する状態となる。この場合には、発電機を力行させるための電力を得るために、電動機が正回転しつつ負方向のトルクを発生して発電を行う。つまり、発電機のトルクの一部が電動機による発電のために消費され、電動機により発電された電力が、発電機が力行するために用いられるという動力循環が発生し、エネルギー効率が悪化する。また、発進時など、内燃機関を停止させた状態で直流電源に蓄電された電力により電動機を駆動して駆動輪を駆動する場合(いわゆるEV(Electric Vehicle)走行させる場合)、カウンタギヤ機構を介して発電機も回転するため、動力のロスが生じる。
上記背景に鑑みて、動力伝達のロスを低減したり、動力循環によるエネルギーロスを低減したりして適切な動力伝達状態を実現することができるハイブリッド駆動装置の提供が望まれる。
1つの態様として、上記に鑑みたハイブリッド駆動装置は、内燃機関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1回転電機と、第2回転電機と、速度線図における配置順に少なくとも第1回転要素、第2回転要素、第3回転要素を有する差動歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、
前記第1回転要素が、前記第1回転電機に駆動連結され、
前記第2回転要素及び前記第3回転要素の何れか一方が、前記入力部材に駆動連結され、
前記第2回転要素及び前記第3回転要素の何れか他方が、前記出力部材及び前記第2回転電機に駆動連結され、
係合状態において前記第1回転要素と前記第1回転電機との間の動力伝達を行い、解放状態において前記第1回転要素と前記第1回転電機との間の動力伝達を遮断する第1係合要素と、
係合状態において前記差動歯車装置の3つの回転要素の何れか2つが一体回転するように連結固定し、解放状態において前記差動歯車装置の3つの回転要素の相対回転を許容する第2係合要素と、を備える。
前記第1回転要素が、前記第1回転電機に駆動連結され、
前記第2回転要素及び前記第3回転要素の何れか一方が、前記入力部材に駆動連結され、
前記第2回転要素及び前記第3回転要素の何れか他方が、前記出力部材及び前記第2回転電機に駆動連結され、
係合状態において前記第1回転要素と前記第1回転電機との間の動力伝達を行い、解放状態において前記第1回転要素と前記第1回転電機との間の動力伝達を遮断する第1係合要素と、
係合状態において前記差動歯車装置の3つの回転要素の何れか2つが一体回転するように連結固定し、解放状態において前記差動歯車装置の3つの回転要素の相対回転を許容する第2係合要素と、を備える。
上述した構成によれば、第1係合要素を係合状態、第2係合要素を解放状態とすることで、通常のいわゆるスプリット方式のハイブリッド駆動装置の動力伝達状態、即ち、差動歯車装置によって内燃機関の動力を第1回転電機と出力部材とに分配する動作モードであるスプリットモードを実現することができる。さらに、以下に例示するように、適宜、第1係合要素を解放状態としたり、第2係合要素を係合状態としたりすることによって、動力伝達のロスや、動力循環などを抑制することができる。即ち、本構成のハイブリッド駆動装置によれば、動力伝達のロスを低減したり、動力循環によるエネルギーロスを低減したりして適切な動力伝達状態を実現することができる。
例えば、第2回転電機を動力源としてEV走行を行う場合に、第1係合要素を解放状態とすることによって、第1回転電機を差動歯車装置から切り離し、動力のロスを低減することができる。また、第2係合要素を係合状態とすることで、差動歯車装置をいわゆる直結状態として、第1回転電機のトルクを用いることなく内燃機関のトルクを出力部材に伝達することができる。従って、必要に応じて第1係合要素を解放状態とすることによって、第1回転電機を差動歯車装置から切り離すことができる。そこで、例えば、上記スプリットモードにおいて出力部材の回転速度が高くなり、第1回転電機が逆方向に回転して力行する状態になる前に、第2係合要素を係合状態とすることで、動力循環によるエネルギーロスを低減することができる。更に、このように第2係合要素を係合状態とした動作モードにおいて、大きな車輪駆動トルクが必要ない場合には、第1係合要素を解放状態として第1回転電機を差動歯車装置から切り離すことで、第1回転電機の回転による動力のロスを低減することができる。一方、第2係合要素を係合状態とした動作モードにおいて、大きな車輪駆動トルクが必要である場合には、第1係合要素を係合状態とすることで、出力部材に内燃機関のトルク、第1回転電機のトルク、及び、第2回転電機のトルクを伝達することができる。即ち、この場合には、最大出力で出力部材(車輪)を駆動することができる。
1.第1の実施形態
以下、ハイブリッド駆動装置の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、ハイブリッド駆動装置1(車両用駆動装置)の機械的構成を示すスケルトン図である。図1に示すように、ハイブリッド駆動装置1は、駆動力源として内燃機関E及び2つの回転電機(MG1,MG2)を備えている。より詳しくは、ハイブリッド駆動装置1は、内燃機関Eに駆動連結される入力部材INと、車輪Wに駆動連結される出力部材OUTと、第1回転電機MG1と、第2回転電機MG2と、速度線図(共線図)における配置順に少なくとも第1回転要素e1、第2回転要素e2、第3回転要素e3を有する差動歯車装置PG(遊星歯車装置)と、を備えている。また、ハイブリッド駆動装置1は、さらに、カウンタギヤ機構CGと、カウンタギヤ機構CGを介して伝達される回転及び駆動力を複数の車輪Wに分配する出力用差動歯車装置DFとを備えている。このように、本実施形態のハイブリッド駆動装置1は、差動歯車装置PGにより、内燃機関Eの駆動力を第1回転電機MG1と、カウンタギヤ機構CGの側(出力用差動歯車装置DFの側)とに分配する、いわゆる2モータスプリット方式のハイブリッド車両用の駆動装置である。
以下、ハイブリッド駆動装置の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、ハイブリッド駆動装置1(車両用駆動装置)の機械的構成を示すスケルトン図である。図1に示すように、ハイブリッド駆動装置1は、駆動力源として内燃機関E及び2つの回転電機(MG1,MG2)を備えている。より詳しくは、ハイブリッド駆動装置1は、内燃機関Eに駆動連結される入力部材INと、車輪Wに駆動連結される出力部材OUTと、第1回転電機MG1と、第2回転電機MG2と、速度線図(共線図)における配置順に少なくとも第1回転要素e1、第2回転要素e2、第3回転要素e3を有する差動歯車装置PG(遊星歯車装置)と、を備えている。また、ハイブリッド駆動装置1は、さらに、カウンタギヤ機構CGと、カウンタギヤ機構CGを介して伝達される回転及び駆動力を複数の車輪Wに分配する出力用差動歯車装置DFとを備えている。このように、本実施形態のハイブリッド駆動装置1は、差動歯車装置PGにより、内燃機関Eの駆動力を第1回転電機MG1と、カウンタギヤ機構CGの側(出力用差動歯車装置DFの側)とに分配する、いわゆる2モータスプリット方式のハイブリッド車両用の駆動装置である。
なお、以下の説明において、「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1又は2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である。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。また、このような伝動部材として、回転及び駆動力を選択的に伝達する係合装置、例えば摩擦係合装置や噛み合い式係合装置等が含まれていてもよい。但し、差動歯車装置の各回転要素について「駆動連結」という場合には、当該差動歯車装置が備える3つ以上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、「速度線図における配置順」とは、速度線図(共線図)における各回転要素に対応する軸が、当該軸に直交する方向に沿って配置される順番のことである。速度線図(共線図)における各回転要素に対応する軸の配置方向は、速度線図の描き方によって異なるが、その配置順は差動歯車装置の構造によって定まるものであるため一定となる。「各回転要素の速度線図における配置順」は、各回転要素の回転状態における回転速度の順を表している。ここで、各回転要素の回転速度の順とは、各回転要素の回転状態における回転速度の順番のことである。各回転要素の回転速度は、差動歯車機構の回転状態によって変化するが、各回転要素の回転速度の高低の並び順は、差動歯車機構の構造によって定まるものであるため一定となる。
ここでは、例えばサンギヤ、キャリア、リングギヤを備えた遊星歯車機構等のような3つの回転要素を備えた差動歯車機構を用い、当該差動歯車機構単独で、若しくは複数の差動歯車機構を組み合わせて得られる装置を差動歯車装置と呼ぶ。また、「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・ジェネレータの何れをも含む概念である。
1−1.機械的構成
まず、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1の機械的構成について説明する。このハイブリッド駆動装置1では、内燃機関Eに駆動連結された入力部材IN、第1回転電機MG1、及び差動歯車装置PGが同軸上に配置されている。そして、第2回転電機MG2、カウンタギヤ機構CG、及び出力用差動歯車装置DFが、それぞれ入力部材INと平行な軸上に配置されている。ここで、内燃機関E(内燃機関)は、燃料の燃焼により駆動される動力機関であり、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の各種エンジンを用いることができる。入力部材INは、ダンパDPを介して内燃機関Eのクランクシャフト等の出力回転軸EIと駆動連結されている。尚、入力部材INは、更に内燃機関Eの出力回転軸EIとの間にクラッチ等を介して駆動連結される構成であってもよい。
まず、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1の機械的構成について説明する。このハイブリッド駆動装置1では、内燃機関Eに駆動連結された入力部材IN、第1回転電機MG1、及び差動歯車装置PGが同軸上に配置されている。そして、第2回転電機MG2、カウンタギヤ機構CG、及び出力用差動歯車装置DFが、それぞれ入力部材INと平行な軸上に配置されている。ここで、内燃機関E(内燃機関)は、燃料の燃焼により駆動される動力機関であり、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の各種エンジンを用いることができる。入力部材INは、ダンパDPを介して内燃機関Eのクランクシャフト等の出力回転軸EIと駆動連結されている。尚、入力部材INは、更に内燃機関Eの出力回転軸EIとの間にクラッチ等を介して駆動連結される構成であってもよい。
第1回転電機MG1は、不図示のケース(駆動装置ケース)に固定された第1ステータSt1と、この第1ステータSt1の径方向内側に回転支持された第1ロータRt1とを有している。第1ロータRt1は、後述する第1クラッチC1(第1係合要素)を介して差動歯車装置PGのサンギヤSと一体回転するように駆動連結されている。第2回転電機MG2も、不図示のケース(駆動装置ケース)に固定された第2ステータSt2と、この第2ステータSt2の径方向内側に回転自在に支持された第2ロータRt2とを有している。第2ロータRt2は、第2回転電機出力ギヤ53と一体回転するように連結されている。第2回転電機出力ギヤ53は、カウンタギヤ機構CGの第1カウンタギヤ51と噛み合っており、第2回転電機MG2の回転及び駆動力がカウンタギヤ機構CGに伝達される構成となっている。
本実施形態において、第1回転電機MG1及び第2回転電機MG2は、交流の回転電機である。第1回転電機MG1は、不図示の第1回転電機用インバータを介して不図示の直流電源に電気的に接続され、第2回転電機は、不図示の第2回転電機用インバータを介して当該直流電源に電気的に接続されている。第1回転電機用インバータ及び第2回転電機用インバータは、直流電源の直流と、回転電機(MG1,MG2)の交流との間で電力を変換する。直流電源は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池(バッテリ)や、電気二重層キャパシタなどである。両回転電機(MG1,MG2)は、ジェネレータとして機能する場合には、発電した電力を直流電源に供給して充電し(回生動作)、モータとして機能する場合には、直流電源に蓄電された電力の供給を受けて力行する。
上述したように、第1回転電機MG1は、差動歯車装置PGを介して入力部材IN及びカウンタギヤ機構CGに駆動連結されている。第1回転電機MG1は、主にサンギヤSを介して入力された動力により発電を行うジェネレータとして機能する。発電された電力は、直流電源の充電や、第2回転電機MG2の駆動に用いられる。但し、車両が高速で走行する場合や内燃機関Eの始動時等には、第1回転電機MG1が、駆動力を出力するモータとして機能する場合もある。一方、上述したように、第2回転電機MG2は、カウンタギヤ機構CGを介して差動歯車装置PG及び出力用差動歯車装置DFに駆動連結されている。第2回転電機MG2は、主に車両の走行用の駆動力を補助するモータとして機能する。但し、車両が減速する場合等には、第2回転電機MG2もジェネレータとして機能する場合がある。即ち、第2回転電機MG2は、車の慣性力を電気エネルギーとして回生するジェネレータとして機能する場合もある。これら第1回転電機MG1及び第2回転電機MG2の動作は、不図示の制御装置(電子制御ユニット)からの制御指令に従ってインバータを介して行われる。
図1に示すように、差動歯車装置PGは、入力部材INと同軸状に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、差動歯車装置PGは、複数のピニオンギヤを支持するキャリアCAと、ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤS及びリングギヤRとを回転要素(e1,e2,e3)として有している。入力部材IN、出力部材OUTに駆動連結されているカウンタギヤ機構CG、及び第1回転電機MG1が、それぞれ差動歯車装置PGの異なる回転要素に駆動連結されている。
本実施形態においては、入力部材IN、カウンタギヤ機構CG、及び第1回転電機MG1は、差動歯車装置PGのサンギヤS、キャリアCA、及びリングギヤRの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、以下のように各回転要素に駆動連結されている。具体的には、サンギヤSは、後述する第1クラッチC1(第1係合要素)が係合している状態において、第1回転電機MG1の第1ロータRo1と一体回転するように駆動連結されている。キャリアCAは、入力部材INと一体回転するように駆動連結されている。リングギヤRは、カウンタドライブギヤ50と一体回転するように駆動連結されている。そして、カウンタドライブギヤ50は、カウンタギヤ機構CGの第1カウンタギヤ51に噛み合っている。これらの差動歯車装置PGの3つの回転要素は、回転速度の順に、サンギヤS、キャリアCA、リングギヤRである。従って、本実施形態においては、この差動歯車装置PGのサンギヤSが差動歯車装置PGの第1回転要素e1に相当し、キャリアCAが第2回転要素e2に相当し、リングギヤRが第3回転要素e3に相当する。
図1に示すように、カウンタギヤ機構CGのカウンタ軸には、第1回転電機MG1及び第2回転電機MG2側に第1カウンタギヤ51が固定され、内燃機関E側に第2カウンタギヤ52が固定されている。第1カウンタギヤ51は、カウンタドライブギヤ50と第2回転電機出力ギヤ53とに噛み合っており、第2カウンタギヤ52は、出力用差動歯車装置DFの差動入力ギヤ54に噛み合っている。これにより、カウンタギヤ機構CGは、差動歯車装置PG(リングギヤR)と、第2回転電機MG2と、出力用差動歯車装置DF(差動入力ギヤ54)とを駆動連結している。本実施形態では、差動入力ギヤ54を出力部材OUTに対応させている。出力用差動歯車装置DFは、一般的に用いられるものであり、例えば互いに噛み合う複数の傘歯車を用いた差動歯車機構を有して構成されている。そして、出力用差動歯車装置DFは、差動入力ギヤ54に伝達された回転及び駆動力を左右の駆動輪となる車輪Wに分配する。
1−2.動作モード
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1により実現できる動作モードについて説明する。図2は、動力分配用の差動歯車装置PGの動作状態を表す速度線図(共線図)である。以下、図2等の速度線図において、並列配置された複数本の縦線のそれぞれが、差動歯車装置PGの各回転要素に対応しており、各縦線の上側には、差動歯車装置PGのサンギヤS、キャリアCA、リングギヤRを対応させている。これらの縦軸上の位置は、各回転要素(e1〜e3)の回転速度に対応している。ここでは、横軸上は回転速度がゼロであり、上側が正回転、下側が負回転である。また、各回転要素に対応する縦線の間隔は、差動歯車装置PGのギヤ比λ(サンギヤSとリングギヤRとの歯数比=〔サンギヤの歯数〕/〔リングギヤの歯数〕)に対応している。各縦線の下側には、各回転要素(e1〜e3)に対して駆動連結されている入出力部材(IN,OUT)及び動力源(E,MG1,MG2)を示している。また、速度線図上において、「△」は内燃機関Eの回転速度、「〇」は第1回転電機MG1の回転速度、「☆」はリングギヤRの回転速度をそれぞれ示している。
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1により実現できる動作モードについて説明する。図2は、動力分配用の差動歯車装置PGの動作状態を表す速度線図(共線図)である。以下、図2等の速度線図において、並列配置された複数本の縦線のそれぞれが、差動歯車装置PGの各回転要素に対応しており、各縦線の上側には、差動歯車装置PGのサンギヤS、キャリアCA、リングギヤRを対応させている。これらの縦軸上の位置は、各回転要素(e1〜e3)の回転速度に対応している。ここでは、横軸上は回転速度がゼロであり、上側が正回転、下側が負回転である。また、各回転要素に対応する縦線の間隔は、差動歯車装置PGのギヤ比λ(サンギヤSとリングギヤRとの歯数比=〔サンギヤの歯数〕/〔リングギヤの歯数〕)に対応している。各縦線の下側には、各回転要素(e1〜e3)に対して駆動連結されている入出力部材(IN,OUT)及び動力源(E,MG1,MG2)を示している。また、速度線図上において、「△」は内燃機関Eの回転速度、「〇」は第1回転電機MG1の回転速度、「☆」はリングギヤRの回転速度をそれぞれ示している。
ここで、ハイブリッド駆動装置1の動作について説明する。初めに、いわゆるスプリットモードでの動作状態について説明する。スプリットモードは、差動歯車装置PGの3つの回転要素(e1〜e3)が相対回転可能な状態で、内燃機関Eの動作中に、第1回転電機MG1の回転を制御することにより、内燃機関E(入力部材IN)の回転を無段階に変速して出力部材OUTの側に伝達するモードである。スプリットモードでは、差動歯車装置PGは、内燃機関Eによる回転駆動力を出力部材OUTと第1回転電機MG1とに分配する。即ち、図2の速度線図において実線で示すように、回転速度の順で3つの回転要素の中間となる第2回転要素e2(キャリアCA)が内燃機関E(入力部材IN)と一体的に回転する。第2回転要素e2(キャリアCA)の回転は、回転速度の順で3つの回転要素の両端となる第1回転要素e1(サンギヤS)と第3回転要素e3(リングギヤR)とに分配される。第1回転要素e1(サンギヤS)に分配された回転は、第1回転電機MG1に伝達される。第3回転要素e3(リングギヤR)に分配された回転は、第2回転電機MG2に伝達されると共に出力部材OUTに伝達される。
この際、内燃機関Eは、効率が高く排気ガスの少ない状態(一般に最適燃費特性に沿うような状態)に維持されるよう制御され、正方向の内燃機関トルクTEを出力する。この内燃機関トルクTEは、入力部材INを介してキャリアCAに伝達される。第1回転電機MG1は、負方向の第1回転電機トルクT1を出力することにより、内燃機関トルクTEの反力をサンギヤSに伝達する。すなわち、第1回転電機MG1は、内燃機関トルクTEの反力を支持する反力受けとして機能し、それにより内燃機関トルクTEが出力部材OUTの側であるリングギヤR1に分配される。この際、第1回転電機MG1の回転速度を制御することにより、リングギヤR1及び出力部材OUTの回転速度に対して、キャリアCAの回転速度、すなわち内燃機関Eの回転速度が決定される。このように、第1回転電機MG1の回転速度を制御することにより、内燃機関Eの回転を無段階に変速して出力部材OUTに伝達する電気的無段変速が実現される。
このようなスプリットモードにおける車両の通常走行時には、第1回転電機MG1は、正回転しつつ負方向のトルクT1を発生して発電を行う。そして、第2回転電機MG2は、必要に応じて第1回転電機MG1が発電した電力を消費して力行し、正方向のトルクを出力して第2回転電機トルクT2を出力部材OUTに伝達することにより、内燃機関トルクTEを補助する。これにより、ハイブリッド駆動装置1は、出力部材OUTを介して車輪W側から伝達される車輪反力トルクTOに抗して車両を前進方向に加速させ、或いは定常走行を行わせる。尚、車両の減速時には、第2回転電機MG2は、必要に応じて、正回転しつつ負方向のトルクを発生して回生制動を行って発電する。
一方、車速(出力部材OUTの回転速度)が高くなり、リングギヤR1の回転速度が一定以上に高くなると、図2の速度線図に一点鎖線で示すように、第1回転電機MG1が、負回転しつつ負方向のトルクT1を発生して力行を行う状態となる。この場合、第1回転電機MG1を力行させるための電力を発電すべく、第2回転電機MG2は正回転しつつ負方向のトルクを発生して発電を行う。即ち、第1回転電機トルクT1の一部が、動力伝達系の下流側(出力部材OUT側)にある第2回転電機MG2により発電のために消費され、第2回転電機MG2で発電された電力が第1回転電機MG1の力行のために消費されるという動力循環が発生し、エネルギー効率が悪化する。詳細は後述するが、本実施形態のハイブリッド駆動装置1は、このような動力循環によるエネルギー効率の悪化を抑制するための特徴的な構成を有している。
ハイブリッド駆動装置1は、上述したスプリットモードの他、直流電源の充電量が充分な場合などに、直流電源の電力を消費して回転電機(ここでは第2回転電機MG2)の回転駆動力のみにより車両を走行させるEV(Electric Vehicle)走行を行うモードでの動作も可能である。EV走行モードでは、内燃機関Eを停止状態とし、第1回転電機MG1を非駆動状態にすると共に、第2回転電機MG2からの第2回転電機トルクT2を出力部材OUTに伝達する。第2回転電機MG2は、正回転しつつ正方向のトルクを発生して力行する。第2回転電機MG2のトルクは、カウンタギヤ機構CGを介して、出力部材OUTと差動歯車装置PGの第3回転要素e3(リングギヤR)に分配される。この際、内燃機関Eは停止しており、差動歯車装置PGの第2回転要素e2(キャリアCA)の回転はゼロである。図2の速度線図において破線で示すように、第1回転要素e1(サンギヤS)は、負方向に回転し、サンギヤSに駆動連結された第1回転電機MG1も、負方向に回転する。つまり、非駆動状態の第1回転電機MG1も回転するため、第2回転電機MG2のトルクの利用にロスが生じることになる。
本実施形態のハイブリッド駆動装置1は、このようなEV走行モードにおけるロス、並びに、上述したようなスプリットモードにおける動力循環によるエネルギー効率の悪化を抑制するための特徴的な構成を有している。具体的には、ハイブリッド駆動装置1は、係合状態において第1回転要素e1(サンギヤS)と第1回転電機MG1との間の動力伝達を行い、解放状態において第1回転要素e1(サンギヤS)と第1回転電機MG1との間の動力伝達を遮断する第1クラッチC1(第1係合要素)を有して構成されている。
1つの好適な態様として、第1クラッチC1は、スリーブDS(係合移動部材)と、当該スリーブDSに噛み合うドグギヤ(少なくとも10及び11)とを有した噛み合い式係合装置DC(ドグクラッチ)により構成されている。差動歯車装置側ギヤ10は、差動歯車装置PGのサンギヤSに連結されており、回転電機側ギヤ11は第1回転電機MG1の第1ロータRt1に連結されている。スリーブDSは、互いに平行状に配置された第1回転要素e1の回転軸と、第2回転要素e2の回転軸と、第3回転要素e3の回転軸とに沿った方向に平行移動する。そして、スリーブDSの位置に応じて、スリーブDSにより差動歯車装置側ギヤ10と回転電機側ギヤ11とが係合されて一体回転する状態(係合状態)と、差動歯車装置側ギヤ10と回転電機側ギヤ11とが離れて独立した状態(解放状態)とが切り替えられる。例えば、図1は、第1クラッチC1が係合状態である場合のスケルトン図を例示しており、図3は、第1クラッチC1が解放状態である場合のスケルトン図を例示している。
また、ハイブリッド駆動装置1は、第1クラッチC1(第1係合要素)に加えて、第2クラッチC2(第2係合要素)も有して構成されている。第2クラッチC2は、係合状態において差動歯車装置PGの3つの回転要素(e1,e2,e3)の何れか2つが一体回転するように連結固定し、解放状態において差動歯車装置PGの3つの回転要素(e1,e2,e3)の相対回転を許容する。第2クラッチC2の機能については後述するが、第2クラッチC2も、第1クラッチC1と同様に、スリーブDS(係合移動部材)と、当該スリーブDSに噛み合うドグギヤ(少なくとも10及び12)とを有した噛み合い式係合装置DCにより構成されている。入力部材側ギヤ12は差動歯車装置PGのキャリアCAに連結されており、上述したように差動歯車装置側ギヤ10は、差動歯車装置PGのサンギヤSに連結されている。そして、図1等に例示する本実施形態では、第1クラッチC1と第2クラッチC2とは、共通のスリーブDSを有する噛み合い式係合装置DCとして構成されている。
図3に示すように、第1クラッチC1が解放状態の場合には、差動歯車装置PGと第1回転電機MG1との連結が解消される。従って、例えば内燃機関Eが停止した状態で、第2回転電機MG2が正回転しつつ正方向のトルクを発生して力行して、第2回転電機トルクT2を出力部材OUTに伝達する場合(EV走行モードの場合)に、第2回転電機MG2のトルクの利用にロスが生じることが抑制される。つまり、第2回転電機MG2のトルクは、カウンタギヤ機構CGを介して差動歯車装置PGの第3回転要素e3(リングギヤR)に分配され、第1回転要素e1(サンギヤS)を負方向に回転させるが、その回転は第1回転電機MG1には伝達されない。第1クラッチC1が解放状態の場合には、第1回転要素e1(サンギヤS)と、第1回転電機MG1との動力伝達が遮断されている。このため、図2を参照して上述したように第1回転電機MG1が第2回転電機MG2のトルクによって負方向に回転することはなく、第1回転電機MG1の回転速度をゼロにすることができる。この場合の速度線図は、図4に示すような形態となり、第2回転電機MG2のトルクのほとんど全てが出力部材OUTに第2回転電機トルクT2として伝達される。従って、第2回転電機MG2のトルクの利用にロスが生じることを抑制することができる。
また、スプリットモードにおいて、図2に一点鎖線で示すような動力循環が発生するような場合においても、第1回転電機MG1を切り離すことによって、動力循環を遮断し、エネルギー効率の悪化を抑制することができる。尚、詳細は後述するが、この場合、図5のスケルトン図に示すように、第1クラッチC1を解放状態とすると共に第2クラッチC2を係合状態とするとよい。
上述したように、第2クラッチC2は、スリーブDS(係合移動部材)と、当該スリーブDSに噛み合うドグギヤ(少なくとも10及び12)とを有した噛み合い式係合装置DCである。本例では、入力部材側ギヤ12は差動歯車装置PGのキャリアCAに連結されており、差動歯車装置側ギヤ10は、差動歯車装置PGのサンギヤSに連結されている。スリーブDSは、第1回転要素e1の回転軸(第2回転要素e2の回転軸、第3回転要素e3の回転軸)に平行に移動する。スリーブDSの位置に応じて、スリーブDSにより差動歯車装置側ギヤ10と入力部材側ギヤ12とが係合されて一体回転する状態(係合状態)と、差動歯車装置側ギヤ10と入力部材側ギヤ12とが離れて独立した状態(解放状態)とが切り替えられる。例えば、図1及び図3は、第2クラッチC2が解放状態である場合のスケルトン図を例示しており、図5は、第2クラッチC2が係合状態である場合のスケルトン図を例示している。
図5に示すように、第2クラッチC2が係合状態である場合には、差動歯車装置PGの3つの回転要素が一体回転する状態(いわゆる直結状態)となるため、内燃機関Eの回転はそのまま第3回転要素e3(リングギヤR)及びカウンタドライブギヤ50に伝達される。従って、第1クラッチC1が解放状態であり第1回転電機MG1が差動歯車装置PGから切り離された状態であっても、内燃機関EのトルクTEを出力部材OUTに伝達することができる。この場合でも、第2回転電機MG2は、カウンタギヤ機構CGを介して出力部材OUTに駆動連結されているため、第2回転電機MG2のトルクT2も出力部材OUTに伝達することができる。これにより、いわゆるパラレル方式のハイブリッド駆動装置の動力伝達状態である、パラレルモードが実現できる。図6は、この場合の速度線図を例示している。ここでは、第1回転電機MG1は回転を停止し、トルクも出力しない状態である。
図1、図3、図5に例示した形態では、第1クラッチC1と第2クラッチC2とは、共通のスリーブDSを有する噛み合い式係合装置DCである。そして、スリーブDSは、第1回転要素e1の回転軸に平行に移動することで、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の係合状態と解放状態とを切り替える。具体的には、スリーブDSは、平行移動することによって、第1クラッチC1のみが係合状態となる第1状態(図1参照)と、第2クラッチC2のみが係合状態となる第2状態(図5参照)と、第1クラッチC1及び第2クラッチC2が共に解放状態となる第3状態(図3参照)との3つの状態を形成することができる。そして、本実施形態では、噛み合い式係合装置DCが第1状態(図1参照)である場合にスプリットモードを実行し、第3状態(図3参照)である場合にEV走行モードを実行し、第2状態(図5参照)である場合にパラレルモードを実行する。すなわち、本実施形態においては、噛み合い式係合装置DCのスリーブDSが、第1回転電機MG1側(図における左側)の位置から差動歯車装置PG側(図における右側)に向かって段階的に移動するのに応じて、第1状態(スプリットモード)、第3状態(EV走行モード)、第2状態(パラレルモード)の順に切り替わる。尚、本実施形態では、後述する第2の実施形態とは異なり、スリーブDSは、回転電機側ギヤ11と入力部材側ギヤ12との双方に同時に噛み合うことがない軸方向長さに設定されている。すなわち、本実施形態では、後述する第2の実施形態の噛み合い式係合装置DCに比べてスリーブDSの軸方向長さが短い、ショートスリーブ型の噛み合い式係合装置DCを用いている。
図7は、スプリットモード、EV走行モード、及びパラレルモードの各モードの適用領域の一例を示している。ここでは、各モードの適用領域は、車輪に伝達することが要求されるトルク、すなわち車輪要求トルク(縦軸)と、車輪の回転速度、すなわち車速(横軸)と、の関係に応じて規定されている。なお、車輪要求トルクは、車両の運転者によるアクセル開度やブレーキ操作量などに応じて決定される(以下同じ)。図7において、実線L1は、ハイブリッド駆動装置1が車速に応じて出力可能な最大トルクを示しており、一点鎖線L2は、第2回転電機MG2が車速に応じて出力可能な最大トルク、すなわちEV走行モードで出力可能な最大トルクを示しており、破線L3は、パラレルモードの適用領域の車速の下限を示している。そして、本実施形態では、実線L1と一点鎖線L2と破線L3とにより囲まれた低車速側の領域A1では、スプリットモードが実行される。一点鎖線L2と破線L3とにより囲まれた低車速側の領域A2では、直流電源の充電状態等に応じて、EV走行モード又はスプリットモードが実行される。実線L1と一点鎖線L2と破線L3とにより囲まれた高車速側の領域A3では、パラレルモードが実行される。一点鎖線L2と破線L3とにより囲まれた高車速側の領域A4では、直流電源の充電状態等に応じて、EV走行モード又はパラレルモードが実行される。
1−3.モード移行
1−3−1.EV走行モードからスプリットモードへの移行
次に、上述した各動作モードを変更するためのモード移行について説明する。まず、図8及び図9に基づいて、EV走行モードからスプリットモードに移行する場合の動作制御について説明する。図8に示すように、EV走行モードでは、内燃機関Eは停止されている。また、第1回転電機MG1を回転させることによるエネルギーロスを低減するため、噛み合い式係合装置DCは第3状態(図3参照)とされ、第1回転電機MG1は差動歯車装置PGから切り離され、第1回転電機MG1の回転速度はゼロとされている。そして、第2回転電機トルクT2が出力部材OUTに伝達され、当該第2回転電機トルクT2によって車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させる。
1−3−1.EV走行モードからスプリットモードへの移行
次に、上述した各動作モードを変更するためのモード移行について説明する。まず、図8及び図9に基づいて、EV走行モードからスプリットモードに移行する場合の動作制御について説明する。図8に示すように、EV走行モードでは、内燃機関Eは停止されている。また、第1回転電機MG1を回転させることによるエネルギーロスを低減するため、噛み合い式係合装置DCは第3状態(図3参照)とされ、第1回転電機MG1は差動歯車装置PGから切り離され、第1回転電機MG1の回転速度はゼロとされている。そして、第2回転電機トルクT2が出力部材OUTに伝達され、当該第2回転電機トルクT2によって車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させる。
このEV走行モードからスプリットモードに移行する場合、まず、図8において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、差動歯車装置PGの第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度に同期させる。そして、第1回転電機MG1の回転速度が第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度に同期した後、噛み合い式係合装置DCを第3状態(図3参照)から第1状態(図1参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を解放状態に維持したまま、第1クラッチC1を解放状態から係合状態に変化させる。このモード移行では、第1クラッチC1が変更係合要素CSに相当する。これにより、第1回転電機MG1は第1回転要素e1(サンギヤS)に連結される。その後、第1回転電機MG1の回転速度を上昇させることにより、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度を上昇させ、内燃機関Eを始動させる。この間、第2回転電機MG2のトルクを制御して、車輪要求トルクに相当する第2回転電機トルクT2を出力部材OUTに伝達させる。内燃機関Eが始動した後は、第1回転電機MG1は、正方向の内燃機関トルクTEの反力として負方向の第1回転電機トルクT1を出力する。第2回転電機MG2は、内燃機関Eから出力部材OUTに伝達されるトルクと合わせて車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される状態となる。これにより、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度が、第1回転電機MG1の回転速度に応じて無段階に変速されて出力部材OUTに伝達される電気的無段変速の状態となり、内燃機関トルクTEと第2回転電機トルクT2とによって車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させるスプリットモードが実現される。
1−3−2.スプリットモードからパラレルモードへの移行
次に、図10及び図11に基づいて、スプリットモードからパラレルモードに移行する場合の動作制御について説明する。上記のように実現されたスプリットモードから、パラレルモードに移行する場合、本実施形態では、まず、図10に示すように、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。スプリットモードでは、第1回転電機MG1は内燃機関トルクTEの反力を出力しているので、内燃機関トルクTEを減少させると第1回転電機トルクT1の大きさも減少する。一方、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御されることで、第2回転電機トルクT2を増加させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、当該第1回転電機MG1と一体回転する第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度を第2回転要素e2(キャリアCA)の回転速度に同期させる。その後、噛み合い式係合装置DCを第1状態(図1参照)から第2状態(図5参照)に移行させる。すなわち、第1クラッチC1を係合状態から解放状態に変化させ、第2クラッチC2を解放状態から係合状態に変化させる。このモード移行では、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の双方が変更係合要素CSに相当する。尚、本実施形態では、「内燃機関トルクTEの減少の完了」とは、第2回転要素e2(キャリアCA)に伝達される内燃機関トルクTEがゼロ付近に設定された減少完了判定域内になった状態又は当該状態になったと推定される状態である(以下同じ)。
次に、図10及び図11に基づいて、スプリットモードからパラレルモードに移行する場合の動作制御について説明する。上記のように実現されたスプリットモードから、パラレルモードに移行する場合、本実施形態では、まず、図10に示すように、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。スプリットモードでは、第1回転電機MG1は内燃機関トルクTEの反力を出力しているので、内燃機関トルクTEを減少させると第1回転電機トルクT1の大きさも減少する。一方、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御されることで、第2回転電機トルクT2を増加させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、当該第1回転電機MG1と一体回転する第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度を第2回転要素e2(キャリアCA)の回転速度に同期させる。その後、噛み合い式係合装置DCを第1状態(図1参照)から第2状態(図5参照)に移行させる。すなわち、第1クラッチC1を係合状態から解放状態に変化させ、第2クラッチC2を解放状態から係合状態に変化させる。このモード移行では、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の双方が変更係合要素CSに相当する。尚、本実施形態では、「内燃機関トルクTEの減少の完了」とは、第2回転要素e2(キャリアCA)に伝達される内燃機関トルクTEがゼロ付近に設定された減少完了判定域内になった状態又は当該状態になったと推定される状態である(以下同じ)。
これにより、第1回転電機MG1が第1回転要素e1(サンギヤS)から分離され、差動歯車装置PGの3つの回転要素が一体回転する状態(いわゆる直結状態)となる。本実施形態の噛み合い式係合装置DCの構成では、第1状態(図1参照)から第2状態(図5参照)に移行させる間で、第1回転要素e1(サンギヤS)がいずれにも連結されない第3状態(図3参照)を通過する。しかし、上記のように内燃機関トルクTEが減少された状態とされていることにより、内燃機関E(入力部材IN)及び当該内燃機関Eが連結された第2回転要素e2(キャリアCA)の不必要な回転上昇を抑えることができる。その後、内燃機関トルクTEを増加させると共に、当該内燃機関トルクTEの増加による出力部材OUTに伝達されるトルクの増加に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を減少させる。また、図11において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度をゼロにして第1回転電機MG1を停止させる。
噛み合い式係合装置DCの第2状態(図5参照)では、差動歯車装置PGの3つの回転要素が一体回転する状態となるため、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度及び内燃機関トルクTEは、そのまま第3回転要素e3(リングギヤR)に伝達される。従って、第1回転電機MG1が差動歯車装置PGから切り離された状態でも、内燃機関トルクTEは出力部材OUTに伝達される。この際、第2回転電機MG2は、出力部材OUTに駆動連結されており、車輪要求トルクに合わせて必要に応じてトルクを出力する。これにより、固定変速比の状態で内燃機関トルクTEと第2回転電機トルクT2とを出力部材OUTに伝達し、車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させるパラレルモードが実現できる。尚、本実施形態では、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、第1回転電機MG1と一体回転する第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度を第2回転要素e2(キャリアCA)の回転速度に同期させる動作を行っているが、これらの順序を逆にしてもよい。すなわち、第1回転電機MG1と一体回転する第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度を第2回転要素e2(キャリアCA)の回転速度に同期させた後、内燃機関トルクTEを減少させると共に第2回転電機トルクT2を増加させ、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第1状態(図1参照)から第2状態(図5参照)に移行させてもよい。
1−3−3.パラレルモードからスプリットモードへの移行
次に、図12及び図13に基づいて、パラレルモードからスプリットモードに移行する場合の動作制御について説明する。上記のように実現されたパラレルモードから、スプリットモードに移行する場合、本実施形態では、まず、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。この際、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される。また、図12において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、差動歯車装置PGの第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度に同期させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第2状態(図5参照)から第1状態(図1参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を係合状態から解放状態に変化させ、第1クラッチC1を解放状態から係合状態に変化させる。このモード移行では、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の双方が変更係合要素CSに相当する。
次に、図12及び図13に基づいて、パラレルモードからスプリットモードに移行する場合の動作制御について説明する。上記のように実現されたパラレルモードから、スプリットモードに移行する場合、本実施形態では、まず、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。この際、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される。また、図12において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、差動歯車装置PGの第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度に同期させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第2状態(図5参照)から第1状態(図1参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を係合状態から解放状態に変化させ、第1クラッチC1を解放状態から係合状態に変化させる。このモード移行では、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の双方が変更係合要素CSに相当する。
これにより、差動歯車装置PGの3つの回転要素が相対回転する状態となり、第1回転電機MG1が第1回転要素e1(サンギヤS)に連結される。本実施形態の噛み合い式係合装置DCの構成では、第2状態(図5参照)から第1状態(図1参照)に移行させる間で、第1回転要素e1(サンギヤS)がいずれにも連結されない第3状態(図3参照)を通過する。しかし、上記のように内燃機関トルクTEが減少された状態とされていることにより、内燃機関E(入力部材IN)及び当該内燃機関Eが連結された第2回転要素e2(キャリアCA)の不必要な回転上昇を抑えることができる。その後、内燃機関トルクTEを増加させると共に、第1回転電機MG1に内燃機関トルクTEの反力を出力させる。すなわち、正方向の内燃機関トルクTEの増加に応じて負方向の第1回転電機トルクT1の大きさを増加させる。そして、当該内燃機関トルクTE及び第1回転電機トルクT1の大きさの増加による、出力部材OUTに伝達されるトルクの増加に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を減少させる。その後、第2回転電機MG2は、内燃機関Eから出力部材OUTに伝達されるトルクと合わせて車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される状態となる。
噛み合い式係合装置DCの第1状態(図1参照)では、差動歯車装置PGの3つの回転要素が相対回転する状態となるため、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度が、第1回転電機MG1の回転速度に応じて無段階に変速されて出力部材OUTに伝達される電気的無段変速の状態となり、内燃機関トルクTEと第2回転電機トルクT2とによって車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させるスプリットモードが実現される。尚、このパラレルモードからスプリットモードへの移行でも、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の双方が変更係合要素CSに相当する。
1−3−4.スプリットモードからEV走行モードへの移行
次に、図14及び図15に基づいて、スプリットモードからEV走行モードに移行する場合の動作制御について説明する。上記のように実現されたスプリットモードから、EV走行モードに移行する場合、本実施形態では、まず、図14に示すように、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。スプリットモードでは、第1回転電機MG1は内燃機関トルクTEの反力を出力しているので、内燃機関トルクTEを減少させると第1回転電機トルクT1の大きさも減少する。一方、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御されることで、第2回転電機トルクT2を増加させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、図14において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度をゼロにして内燃機関Eを停止させる。その後、噛み合い式係合装置DCを第1状態(図1参照)から第3状態(図3参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を解放状態に維持したまま、第1クラッチC1を係合状態から解放状態に変化させる。このモードへの移行では、第1クラッチC1が変更係合要素CSに相当する。これにより、第1回転電機MG1は第1回転要素e1(サンギヤS)から分離される。その後、図15において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度をゼロにして第1回転電機MG1を停止させる。
次に、図14及び図15に基づいて、スプリットモードからEV走行モードに移行する場合の動作制御について説明する。上記のように実現されたスプリットモードから、EV走行モードに移行する場合、本実施形態では、まず、図14に示すように、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。スプリットモードでは、第1回転電機MG1は内燃機関トルクTEの反力を出力しているので、内燃機関トルクTEを減少させると第1回転電機トルクT1の大きさも減少する。一方、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御されることで、第2回転電機トルクT2を増加させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、図14において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度をゼロにして内燃機関Eを停止させる。その後、噛み合い式係合装置DCを第1状態(図1参照)から第3状態(図3参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を解放状態に維持したまま、第1クラッチC1を係合状態から解放状態に変化させる。このモードへの移行では、第1クラッチC1が変更係合要素CSに相当する。これにより、第1回転電機MG1は第1回転要素e1(サンギヤS)から分離される。その後、図15において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度をゼロにして第1回転電機MG1を停止させる。
1−3−5.パラレルモードからEV走行モードへの移行
次に、図16及び図17に基づいて、スプリットモードを実質的に介さずに、パラレルモードから直接EV走行モードに移行する場合の動作制御について説明する。上記のように実現されたパラレルモードからEV走行モードに移行する場合、本実施形態では、まず、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。この際、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される。また、図16において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、差動歯車装置PGの第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度に同期させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第2状態(図5参照)から第1状態(図1参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を係合状態から解放状態に変化させ、第1クラッチC1を解放状態から係合状態に変化させる。
次に、図16及び図17に基づいて、スプリットモードを実質的に介さずに、パラレルモードから直接EV走行モードに移行する場合の動作制御について説明する。上記のように実現されたパラレルモードからEV走行モードに移行する場合、本実施形態では、まず、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。この際、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される。また、図16において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、差動歯車装置PGの第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度に同期させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第2状態(図5参照)から第1状態(図1参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を係合状態から解放状態に変化させ、第1クラッチC1を解放状態から係合状態に変化させる。
これにより、差動歯車装置PGの3つの回転要素が相対回転する状態となり、第1回転電機MG1が第1回転要素e1(サンギヤS)に連結される。本実施形態の噛み合い式係合装置DCの構成では、第2状態(図5参照)から第1状態(図1参照)に移行させる間で、第1回転要素e1(サンギヤS)がいずれにも連結されない第3状態(図3参照)を通過する。しかし、上記のように内燃機関トルクTEが減少された状態とされていることにより、内燃機関E(入力部材IN)及び当該内燃機関Eが連結された第2回転要素e2(キャリアCA)の不必要な回転上昇を抑えることができる。その後、図17において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度をゼロにして内燃機関Eを停止させる。そして、噛み合い式係合装置DCを第1状態(図1参照)から第3状態(図3参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を解放状態に維持したまま、第1クラッチC1を係合状態から解放状態に変化させる。これにより、第1回転電機MG1は第1回転要素e1(サンギヤS)から分離される。その後、図17において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度をゼロにして第1回転電機MG1を停止させる。このモード移行では、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の双方が変更係合要素CSに相当する。なお、このモード移行において、噛み合い式係合装置DCが第1状態で内燃機関Eが動作中の期間は、形式的にはスプリットモードとなるが、内燃機関トルクTEを減少させた状態を維持したまま第1回転電機MG1の回転速度制御によって内燃機関Eを停止させるため、実質的には内燃機関トルクTEは出力部材OUTに伝達されない。従って、実質的にはスプリットモードを介さずに、パラレルモードから直接EV走行モードに移行することができる。
1−3−6.まとめ
以上のように、本実施形態では、スプリットモードからパラレルモードへの移行、パラレルモードからスプリットモードへの移行、スプリットモードからEV走行モードへの移行、パラレルモードからEV走行モードへの移行、のそれぞれにおいて、噛み合い式係合装置DCの状態移行が、内燃機関(E)のトルク(TE)を減少させた状態で行われている。更にこの際、内燃機関(E)のトルク(TE)の減少分を補うように第2回転電機(MG2)から出力部材(OUT)に伝達するトルク(T2)を増加させている。従って、上述した各モード移行のために噛み合い式係合装置DCの状態移行を行う場合においても、内燃機関Eから出力部材OUTに伝達されるトルクと第2回転電機トルクT2とを合わせて、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達される状態を維持することができる。すなわち、出力部材(OUT)に伝達されるトルクの変動を低減することができる。また、上記のように、噛み合い式係合装置DCの状態移行の途中で、第1回転要素e1(サンギヤS)がいずれにも連結されない第3状態(図3参照)となり、第2回転要素e2(キャリアCA)が自由に回転できる状態となるタイミングが存在する場合であっても、内燃機関(E)のトルク(TE)を減少させていることにより、内燃機関E(入力部材IN)の不必要な回転上昇を抑えることができる。
以上のように、本実施形態では、スプリットモードからパラレルモードへの移行、パラレルモードからスプリットモードへの移行、スプリットモードからEV走行モードへの移行、パラレルモードからEV走行モードへの移行、のそれぞれにおいて、噛み合い式係合装置DCの状態移行が、内燃機関(E)のトルク(TE)を減少させた状態で行われている。更にこの際、内燃機関(E)のトルク(TE)の減少分を補うように第2回転電機(MG2)から出力部材(OUT)に伝達するトルク(T2)を増加させている。従って、上述した各モード移行のために噛み合い式係合装置DCの状態移行を行う場合においても、内燃機関Eから出力部材OUTに伝達されるトルクと第2回転電機トルクT2とを合わせて、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達される状態を維持することができる。すなわち、出力部材(OUT)に伝達されるトルクの変動を低減することができる。また、上記のように、噛み合い式係合装置DCの状態移行の途中で、第1回転要素e1(サンギヤS)がいずれにも連結されない第3状態(図3参照)となり、第2回転要素e2(キャリアCA)が自由に回転できる状態となるタイミングが存在する場合であっても、内燃機関(E)のトルク(TE)を減少させていることにより、内燃機関E(入力部材IN)の不必要な回転上昇を抑えることができる。
更に、本実施形態では、上記のように、第1クラッチC1(第1係合要素)を係合状態として第1回転電機MG1の回転速度制御により内燃機関Eの回転速度を変更する場合に、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、内燃機関E(入力部材IN)及び第1回転電機MG1の回転速度を変化させる制御をおこなっている。従って、内燃機関E及び第1回転電機MG1の回転速度を変化させる間における第1回転電機トルクT1も、減少完了後の内燃機関トルクTEに応じて小さく抑えることができる。このため、第1回転電機MG1が発電している状況においては、その発電量を低減することが可能となる。よって、直流電源に充電する余地が少ない場合に電力の行き先がなくなる事態が生じることを防止できる。また、第1回転電機MG1が力行している状況においては、無駄な電力消費を低減することができる。なお、第1回転電機MG1が発電しており、直流電源に充電可能な場合や積極的に発電量を多くしたい場合などにおいては、内燃機関E(入力部材IN)及び第1回転電機MG1の回転速度を変化させた後、第2クラッチC2(第2係合要素)の係合の状態を変更する前に、内燃機関EのトルクTEを減少させてもよい。
2.第2の実施形態
次に、ハイブリッド駆動装置1の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1クラッチC1(第1係合要素)及び第2クラッチC2(第2係合要素)が、共通のスリーブDS(係合移動部材)を備える噛み合い式係合装置DCにより構成されている点は上記第1の実施形態と同様であるが、スリーブDSが、上記第1の実施形態のものよりも軸方向長さが長いロングスリーブ型となっている点で、上記第一の実施形態とは異なっている。以下、上記第一の実施形態との相違点を中心に説明する。特に説明しない点については、上記第一の実施形態と同様の構成とすることができる。
次に、ハイブリッド駆動装置1の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1クラッチC1(第1係合要素)及び第2クラッチC2(第2係合要素)が、共通のスリーブDS(係合移動部材)を備える噛み合い式係合装置DCにより構成されている点は上記第1の実施形態と同様であるが、スリーブDSが、上記第1の実施形態のものよりも軸方向長さが長いロングスリーブ型となっている点で、上記第一の実施形態とは異なっている。以下、上記第一の実施形態との相違点を中心に説明する。特に説明しない点については、上記第一の実施形態と同様の構成とすることができる。
2−1.第一の実施形態との相違点
図18に示すように、本実施形態におけるスリーブDSは、3つのドグギヤ(10,11,12)と同時に係合可能な長尺のスリーブ部材を有している。上記のとおり、3つのドグギヤとは、差動歯車装置側ギヤ10、回転電機側ギヤ11、及び、入力部材側ギヤ12である。3つのドグギヤ(10,11,12)とスリーブDSとが同時に係合状態となると、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが共に係合状態となる第4状態(図18参照)が形成される。すなわち、本実施形態のハイブリッド駆動装置1では、上述したように、スプリットモードを実行可能な第1状態、EV走行モードを実行可能な第3状態、及びパラレルモードを実行可能な第2状態に加えて、第4状態を形成することができる。
図18に示すように、本実施形態におけるスリーブDSは、3つのドグギヤ(10,11,12)と同時に係合可能な長尺のスリーブ部材を有している。上記のとおり、3つのドグギヤとは、差動歯車装置側ギヤ10、回転電機側ギヤ11、及び、入力部材側ギヤ12である。3つのドグギヤ(10,11,12)とスリーブDSとが同時に係合状態となると、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが共に係合状態となる第4状態(図18参照)が形成される。すなわち、本実施形態のハイブリッド駆動装置1では、上述したように、スプリットモードを実行可能な第1状態、EV走行モードを実行可能な第3状態、及びパラレルモードを実行可能な第2状態に加えて、第4状態を形成することができる。
図19は、この第4状態で実現できるパラレルモード(2モータ・パラレルモード)での速度線図を例示している。この第4状態でも、第2状態と同様、差動歯車装置PGの3つの回転要素が一体回転する状態(いわゆる直結状態)となり、内燃機関E(入力部材IN)の回転はそのまま第3回転要素e3(リングギヤR)及びカウンタドライブギヤ50に伝達される。また、第2回転電機MG2は、カウンタギヤ機構CGを介して出力部材OUTに駆動連結されているため、第2回転電機MG2のトルクT2も出力部材OUTに伝達される。更に、この第4状態では、第2状態とは異なり、第1回転電機MG1も差動歯車装置PGの第1回転要素e1(サンギヤS)に連結されるため、第1回転電機MG1のトルクT1も、直結状態の差動歯車装置PGを介して出力部材OUTに伝達される。すなわち、第4状態では、差動歯車装置PGの固定変速比状態(直結状態では差動歯車装置PGの変速比は「1」)で、内燃機関トルクTE、第1回転電機トルクT1、及び第2回転電機トルクT2の全てが、出力部材OUTに伝達されるパラレルモードが実現できる。つまり、このハイブリッド駆動装置1による最大出力モードを実現することができる。第2状態で実現されるパラレルモードが、第1回転電機トルクT1を用いず第2回転電機トルクT2を用いるものであるため、これを1モータ・パラレルモードと称するとすれば、第4状態で実現されるパラレルモードは、第1回転電機トルクT1と第2回転電機トルクT2との双方を用いることができる2モータ・パラレルモードと称される。
本実施形態では、図20に実線で示すように、スリーブDSが、最も第1回転電機MG1側(図における左側)に移動した場合、或いは、図20に破線で示すように、最も差動歯車装置PG側(図における右側)に移動した場合に、3つのドグギヤ(10,11,12)の何れもが互いに連結されず、第1クラッチC1及び第2クラッチC2が共に解放状態となる第3状態(EV走行モード)となる。図21に示すように、スリーブDSが、図20に実線で示された位置よりも1段階差動歯車装置PG側(図における右側)に位置し、スリーブDSが差動歯車装置側ギヤ10と回転電機側ギヤ11とに係合され、入力部材側ギヤ12に係合されない状態では、差動歯車装置側ギヤ10と回転電機側ギヤ11とが連結され、第1クラッチC1が係合状態、第2クラッチC2が解放状態となる第1状態(スプリットモード)となる。図18に示すように、スリーブDSが、図21に示された位置よりも1段階差動歯車装置PG側(図における右側)に位置し、スリーブDSが差動歯車装置側ギヤ10と回転電機側ギヤ11と入力部材側ギヤ12との3つに係合された状態では、上記のとおり、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが共に係合状態となる第4状態(2モータ・パラレルモード)となる。図22に示すように、スリーブDSが、図18に示された位置よりも1段階差動歯車装置PG側(図における右側)に位置し、スリーブDSが差動歯車装置側ギヤ10と入力部材側ギヤ12とに係合され、回転電機側ギヤ11に係合されない状態では、差動歯車装置側ギヤ10と入力部材側ギヤ12とが連結され、第1クラッチC1が解放状態、第2クラッチC2が係合状態となる第2状態(1モータ・パラレルモード)となる。
2−2.モード移行
次に、本実施形態におけるモード移行について説明する。上記のとおり、本実施形態においては、噛み合い式係合装置DCのスリーブDSが、最も第1回転電機MG1側(図における左側)の位置から差動歯車装置PG側(図における右側)に向かって段階的に移動するのに応じて、第3状態(EV走行モード)、第1状態(スプリットモード)、第4状態(2モータ・パラレルモード)、第2状態(1モータ・パラレルモード)の順に切り替わる。ここで、EV走行モードからスプリットモードに移行する場合、及び、スプリットモードからEV走行モードに移行する場合の動作制御については、図8、図9、図14、図15に基づいて説明した上記第1の実施形態と同様である。
次に、本実施形態におけるモード移行について説明する。上記のとおり、本実施形態においては、噛み合い式係合装置DCのスリーブDSが、最も第1回転電機MG1側(図における左側)の位置から差動歯車装置PG側(図における右側)に向かって段階的に移動するのに応じて、第3状態(EV走行モード)、第1状態(スプリットモード)、第4状態(2モータ・パラレルモード)、第2状態(1モータ・パラレルモード)の順に切り替わる。ここで、EV走行モードからスプリットモードに移行する場合、及び、スプリットモードからEV走行モードに移行する場合の動作制御については、図8、図9、図14、図15に基づいて説明した上記第1の実施形態と同様である。
2−2−1.スプリットモードからパラレルモードへの移行
スプリットモードから1モータ・パラレルモードに移行する場合の動作制御についても、基本的には、図10及び図11に基づいて説明した上記第1の実施形態と同様である。但し、本実施形態では、スリーブDSが差動歯車装置PG側(図における右側)に向かって段階的に移動するのに応じて、第1状態(スプリットモード)、第4状態(2モータ・パラレルモード)、第2状態(1モータ・パラレルモード)の順に切り替わるため、このスリーブDSの動きに合わせて、スプリットモードから2モータ・パラレルモードを介して1モータ・パラレルモードに移行する。1モータ・パラレルモードからスプリットモードに移行する場合の動作制御についても、基本的には、図12及び図13に基づいて説明した上記第1の実施形態と同様である。但し、本実施形態では、スリーブDSが第1回転電機MG1側(図における左側)に向かって段階的に移動するのに応じて、第2状態(1モータ・パラレルモード)、第4状態(2モータ・パラレルモード)、第1状態(スプリットモード)の順に切り替わるため、このスリーブDSの動きに合わせて、1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードを介してスプリットモードに移行する。いずれの場合にも、本実施形態では、上記第1の実施形態のように、スプリットモードから1モータ・パラレルモード又は1モータ・パラレルモードからスプリットモードに移行する途中で第3状態(EV走行モード)となることがない。そのため、内燃機関EがトルクTEを出力している状態でこれらのモード移行を行っても、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度が不必要に上昇することがない。
スプリットモードから1モータ・パラレルモードに移行する場合の動作制御についても、基本的には、図10及び図11に基づいて説明した上記第1の実施形態と同様である。但し、本実施形態では、スリーブDSが差動歯車装置PG側(図における右側)に向かって段階的に移動するのに応じて、第1状態(スプリットモード)、第4状態(2モータ・パラレルモード)、第2状態(1モータ・パラレルモード)の順に切り替わるため、このスリーブDSの動きに合わせて、スプリットモードから2モータ・パラレルモードを介して1モータ・パラレルモードに移行する。1モータ・パラレルモードからスプリットモードに移行する場合の動作制御についても、基本的には、図12及び図13に基づいて説明した上記第1の実施形態と同様である。但し、本実施形態では、スリーブDSが第1回転電機MG1側(図における左側)に向かって段階的に移動するのに応じて、第2状態(1モータ・パラレルモード)、第4状態(2モータ・パラレルモード)、第1状態(スプリットモード)の順に切り替わるため、このスリーブDSの動きに合わせて、1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードを介してスプリットモードに移行する。いずれの場合にも、本実施形態では、上記第1の実施形態のように、スプリットモードから1モータ・パラレルモード又は1モータ・パラレルモードからスプリットモードに移行する途中で第3状態(EV走行モード)となることがない。そのため、内燃機関EがトルクTEを出力している状態でこれらのモード移行を行っても、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度が不必要に上昇することがない。
以下、本実施形態においてスプリットモードから2モータ・パラレルモードを経て1モータ・パラレルモードまで移行する場合の動作制御について、図10及び図11を用いて説明する。まず、スプリットモードから2モータ・パラレルモードへ移行する場合、本実施形態では、図10に示すように、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。スプリットモードでは、第1回転電機MG1は内燃機関トルクTEの反力を出力しているので、内燃機関トルクTEを減少させると第1回転電機トルクT1の大きさも減少する。一方、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御されることで、第2回転電機トルクT2を増加させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、当該第1回転電機MG1と一体回転する第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度を第2回転要素e2(キャリアCA)の回転速度に同期させる。その後、噛み合い式係合装置DCを第1状態(図21参照)から第4状態(図18参照)に移行させる。すなわち、第1クラッチC1を係合状態に維持したまま、第2クラッチC2を解放状態から係合状態に変化させる。スプリットモードから2モータ・パラレルモードへの移行では、第2クラッチC2が変更係合要素CSに相当する。尚、本実施形態では、「内燃機関トルクTEの減少の完了」とは、第2回転要素e2(キャリアCA)に伝達される内燃機関トルクTEがゼロ付近に設定された減少完了判定域内になった状態又は当該状態になったと推定される状態である(以下同じ)。
これにより、第1回転電機MG1が第1回転要素e1(サンギヤS)に連結された状態のまま、差動歯車装置PGの3つの回転要素が一体回転する状態(いわゆる直結状態)となる。その後、内燃機関トルクTEを増加させると共に、当該内燃機関トルクTEの増加による出力部材OUTに伝達されるトルクの増加に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を減少させる。尚、車輪要求トルクに応じて、内燃機関トルクTEに加えて、最大の第2回転電機トルクT2を出力部材OUTに伝達することや、更に、第1回転電機トルクT1を出力部材OUTに伝達することもできる。これにより、固定変速比の状態で内燃機関トルクTEと第1回転電機トルクT1と第2回転電機トルクT2とを出力部材OUTに伝達し、車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させる2モータ・パラレルモードが実現できる。尚、このモード移行に際して、内燃機関トルクTEの減少と、第1回転要素e1(サンギヤS)と第2回転要素e2(キャリアCA)との同期動作との順序を逆にし、第1回転電機MG1と一体回転する第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度を第2回転要素e2(キャリアCA)の回転速度に同期させた後、内燃機関トルクTEを減少させると共に第2回転電機トルクT2を増加させ、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第1状態から第4状態に移行させてもよい。
噛み合い式係合装置DCを、2モータ・パラレルモードを実現する第4状態から第2状態に移行させると、第1回転電機MG1は第1回転要素e1(サンギヤS)から分離され、1モータ・パラレルモードが実現される。この2モータ・パラレルモードから1モータ・パラレルモードへの移行に際しては、まず、第1回転電機トルクT1をゼロとし、その後、スリーブDSを移動させ、噛み合い式係合装置DCを第4状態(図18参照)から第2状態(図22参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を係合状態に維持したまま、第1クラッチC1を係合状態から解放状態に変化させる。2モータ・パラレルモードから1モータ・パラレルモードへの移行では、第1クラッチC1が変更係合要素CSに相当する。これにより、差動歯車装置PGの3つの回転要素が一体回転する状態(いわゆる直結状態)のまま、第1回転電機MG1が第1回転要素e1(サンギヤS)から分離される。その後、図11において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度をゼロにして第1回転電機MG1を停止させる。これにより、固定変速比の状態で内燃機関トルクTEと第2回転電機トルクT2とを出力部材OUTに伝達し、車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させる1モータ・パラレルモードが実現できる。
2−2−2.パラレルモードからスプリットモードへの移行
次に、本実施形態において1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードを経てスプリットモードまで移行する場合の動作制御について、図12及び図13を用いて説明する。まず、1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードへ移行する場合、本実施形態では、図12に示すように、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。この際、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される。また、図12において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、差動歯車装置PGの第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度に同期させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第2状態(図22参照)から第4状態(図18参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を係合状態に維持したまま、第1クラッチC1を解放状態から係合状態に変化させる。1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードへの移行では、第1クラッチC1が変更係合要素CSに相当する。
次に、本実施形態において1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードを経てスプリットモードまで移行する場合の動作制御について、図12及び図13を用いて説明する。まず、1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードへ移行する場合、本実施形態では、図12に示すように、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。この際、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される。また、図12において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、差動歯車装置PGの第1回転要素e1(サンギヤS)の回転速度に同期させる。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第2状態(図22参照)から第4状態(図18参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を係合状態に維持したまま、第1クラッチC1を解放状態から係合状態に変化させる。1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードへの移行では、第1クラッチC1が変更係合要素CSに相当する。
これにより、差動歯車装置PGの3つの回転要素が一体回転する状態(いわゆる直結状態)に維持されたまま、第1回転電機MG1が第1回転要素e1(サンギヤS)に連結される。その後、内燃機関トルクTEを増加させると共に、当該内燃機関トルクTEの増加による出力部材OUTに伝達されるトルクの増加に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を減少させる。これにより、固定変速比の状態で内燃機関トルクTEと第1回転電機トルクT1と第2回転電機トルクT2とを出力部材OUTに伝達し、車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させる2モータ・パラレルモードが実現できる。
噛み合い式係合装置DCの第4状態で実現される2モータ・パラレルモードから、噛み合い式係合装置DCを第1状態に移行させると、スプリットモードが実現される。2モータ・パラレルモードからスプリットモードに移行する場合、本実施形態では、まず、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。この際、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第4状態(図18参照)から第1状態(図21参照)に移行させる。すなわち、第1クラッチC1を係合状態に維持したまま、第2クラッチC2を係合状態から解放状態に変化させる。2モータ・パラレルモードからスプリットモードへの移行では、第2クラッチC2が変更係合要素CSに相当する。
これにより、第1回転電機MG1が第1回転要素e1(サンギヤS)に連結された状態のまま、差動歯車装置PGの3つの回転要素が相対回転する状態となる。その後、内燃機関トルクTEを増加させると共に、第1回転電機MG1に内燃機関トルクTEの反力を出力させる。すなわち、正方向の内燃機関トルクTEの増加に応じて負方向の第1回転電機トルクT1の大きさを増加させる。そして、当該内燃機関トルクTE及び第1回転電機トルクT1の大きさの増加による、出力部材OUTに伝達されるトルクの増加に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を減少させる。その後、第2回転電機MG2は、内燃機関Eから出力部材OUTに伝達されるトルクと合わせて車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される状態となる。噛み合い式係合装置DCの第1状態(図21参照)では、差動歯車装置PGの3つの回転要素が相対回転する状態となるため、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度が、第1回転電機MG1の回転速度に応じて無段階に変速されて出力部材OUTに伝達される電気的無段変速の状態となり、内燃機関トルクTEと第2回転電機トルクT2とによって車輪反力トルクTOに抗して車両を走行させるスプリットモードが実現される。
2−2−3.パラレルモードからEV走行モードへの移行
次に、本実施形態において1モータ・パラレルモード又は2モータ・パラレルモードから、スプリットモードを実質的に介さずに直接EV走行モードに移行する場合の動作制御について、図16及び図17を用いて説明する。1モータ・パラレルモードからEV走行モードに移行する場合は、2モータ・パラレルモードを介して移行することになる。なお、1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードへ移行する場合の動作制御は、上記「2−2−2.パラレルモードからスプリットモードへの移行」において説明した制御と同様である。
次に、本実施形態において1モータ・パラレルモード又は2モータ・パラレルモードから、スプリットモードを実質的に介さずに直接EV走行モードに移行する場合の動作制御について、図16及び図17を用いて説明する。1モータ・パラレルモードからEV走行モードに移行する場合は、2モータ・パラレルモードを介して移行することになる。なお、1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードへ移行する場合の動作制御は、上記「2−2−2.パラレルモードからスプリットモードへの移行」において説明した制御と同様である。
そして、2モータ・パラレルモードからEV走行モードに移行する場合、噛み合い式係合装置DCを第4状態(図18参照)から第1状態(図21参照)に移行させる前に、内燃機関トルクTEを減少させると共に、当該内燃機関トルクTEの減少による出力部材OUTに伝達されるトルクの減少に応じて、第2回転電機MG2から出力部材OUTに伝達する第2回転電機トルクT2を増加させる。この際、第2回転電機MG2は、内燃機関トルクTEの減少分を補い、車輪要求トルクに相当するトルクが出力部材OUTに伝達されるようにトルク制御される。尚、1モータ・パラレルモードから2モータ・パラレルモードへの移行を経ている場合等、既に内燃機関トルクTEの減少が完了している場合には、ここでの内燃機関トルクTEの減少制御は行わない。そして、内燃機関トルクTEの減少の完了後に、噛み合い式係合装置DCを第4状態(図18参照)から第1状態(図21参照)に移行させる。すなわち、第1クラッチC1を係合状態に維持したまま、第2クラッチC2を係合状態から解放状態に変化させる。
これにより、第1回転電機MG1が第1回転要素e1(サンギヤS)に連結された状態のまま、差動歯車装置PGの3つの回転要素が相対回転する状態となる。その後、図17において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度を制御し、内燃機関E(入力部材IN)の回転速度をゼロにして内燃機関Eを停止させる。そして、噛み合い式係合装置DCを第1状態(図21参照)から第3状態(図20参照)に移行させる。すなわち、第2クラッチC2を解放状態に維持したまま、第1クラッチC1を係合状態から解放状態に変化させる。これにより、第1回転電機MG1は第1回転要素e1(サンギヤS)から分離される。その後、図17において破線矢印で動きを示すように、第1回転電機MG1の回転速度をゼロにして第1回転電機MG1を停止させる。このモード移行では、第1クラッチC1及び第2クラッチC2の双方が変更係合要素CSに相当する。なお、このモード移行において、噛み合い式係合装置DCが第1状態で内燃機関Eが動作中の期間は、形式的にはスプリットモードとなるが、内燃機関トルクTEを減少させた状態を維持したまま第1回転電機MG1の回転速度制御によって内燃機関Eを停止させるため、実質的には内燃機関トルクTEは出力部材OUTに伝達されない。従って、実質的にはスプリットモードを介さずに、2モータ・パラレルモードから直接EV走行モードに移行することができる。
2−2−4.その他
上記では、スプリットモードから1モータ・パラレルモードへの移行、及び1モータ・パラレルモードからスプリットモードへの移行の双方について、途中で一旦2モータ・パラレルモードを介するモード移行動作の例を説明した。しかし、内燃機関トルクTEの減少の完了後にスリーブDSを移動させて1モータ・パラレルモードと2モータ・パラレルモードとの相互のモード移行を行い、噛み合い式係合装置DCが第4状態となった状態で、内燃機関トルクTEを増加させず、そのままスリーブDSを更に次のモードに対応する位置に移動させる制御を行うこともできる。このように制御することにより、形式的には噛み合い式係合装置DCが第4状態となる状態を介するが、実質的には2モータ・パラレルモードを介することなく、スプリットモードから1モータ・パラレルモードへの移行や、1モータ・パラレルモードからスプリットモードへの移行を行うことができる。このような制御を行う場合、噛み合い式係合装置DCが第4状態となっている状態では、第1回転電機MG1及び内燃機関Eは、差動歯車装置PGに対するトルク伝達を実質的に行わず、噛み合い式係合装置DCの状態移行のための回転同期制御など、回転速度制御のみが行われる状態となる。
上記では、スプリットモードから1モータ・パラレルモードへの移行、及び1モータ・パラレルモードからスプリットモードへの移行の双方について、途中で一旦2モータ・パラレルモードを介するモード移行動作の例を説明した。しかし、内燃機関トルクTEの減少の完了後にスリーブDSを移動させて1モータ・パラレルモードと2モータ・パラレルモードとの相互のモード移行を行い、噛み合い式係合装置DCが第4状態となった状態で、内燃機関トルクTEを増加させず、そのままスリーブDSを更に次のモードに対応する位置に移動させる制御を行うこともできる。このように制御することにより、形式的には噛み合い式係合装置DCが第4状態となる状態を介するが、実質的には2モータ・パラレルモードを介することなく、スプリットモードから1モータ・パラレルモードへの移行や、1モータ・パラレルモードからスプリットモードへの移行を行うことができる。このような制御を行う場合、噛み合い式係合装置DCが第4状態となっている状態では、第1回転電機MG1及び内燃機関Eは、差動歯車装置PGに対するトルク伝達を実質的に行わず、噛み合い式係合装置DCの状態移行のための回転同期制御など、回転速度制御のみが行われる状態となる。
また、本実施形態の構成では、上記第一の実施形態の構成とは異なり、噛み合い式係合装置DCが第1状態(スプリットモード)から第2状態(1モータ・パラレルモード)に移行し、或いは第2状態(1モータ・パラレルモード)から第1状態(スプリットモード)に移行する間で、第3状態(EV走行モード)となることがない。そのため、モード移行の際に、内燃機関トルクTEを減少させる制御を行わなくても、内燃機関E(入力部材IN)及び当該内燃機関Eが連結された第2回転要素e2(キャリアCA)が不必要に回転上昇することはない。従って、スリーブDSがトルクを伝達している状況でも状態移行(軸方向移動)を行うことができるスリーブ駆動機構を備えている場合には、内燃機関トルクTEを減少させる制御を行うことなく、モード移行を行う構成とすることも可能である。
3.第3の実施形態
次に、ハイブリッド駆動装置1の第3の実施形態について説明する。上記第1及び第2の実施形態においては、図1や図18等を参照して説明したように、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが共通のスリーブDSを備える噛み合い式係合装置DCにより構成されていた。これに対して、本実施形態では、例えば図7に示すように、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが、それぞれ独立したスリーブ(第1スリーブDS1,第2スリーブDS2)を有する噛み合い式係合装置DCにより構成されている。この構成によっても、上記第2の実施形態と同様、スプリットモードを実行可能な第1状態、1モータ・パラレルモードを実行可能な第2状態、EV走行モードを実行可能な第3状態、及び、2モータ・パラレルモードを実行可能な第4状態の4つの状態を形成することができる。
次に、ハイブリッド駆動装置1の第3の実施形態について説明する。上記第1及び第2の実施形態においては、図1や図18等を参照して説明したように、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが共通のスリーブDSを備える噛み合い式係合装置DCにより構成されていた。これに対して、本実施形態では、例えば図7に示すように、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが、それぞれ独立したスリーブ(第1スリーブDS1,第2スリーブDS2)を有する噛み合い式係合装置DCにより構成されている。この構成によっても、上記第2の実施形態と同様、スプリットモードを実行可能な第1状態、1モータ・パラレルモードを実行可能な第2状態、EV走行モードを実行可能な第3状態、及び、2モータ・パラレルモードを実行可能な第4状態の4つの状態を形成することができる。
4.第4の実施形態
次に、ハイブリッド駆動装置1の第4の実施形態について説明する。本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1は、上述した第1クラッチC1及び第2クラッチC2に加えて、図24に示すように、係合状態において第2回転電機MG2と差動歯車装置PG及び出力部材OUTとの間の動力伝達を行い、解放状態において第2回転電機MG2と差動歯車装置PG及び出力部材OUTとの間の動力伝達を遮断する第3クラッチC3(第3係合要素)を備えている。図24に示す例では、図1に示す第1の実施形態と同様の構成に、第3クラッチC3を付加した形態を例示している。しかし、この形態に限らず、図18に示す第2の実施形態と同様の構成や、図23に示す第3の実施形態と同様の構成に、第3クラッチC3が付加されてもよい。
次に、ハイブリッド駆動装置1の第4の実施形態について説明する。本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1は、上述した第1クラッチC1及び第2クラッチC2に加えて、図24に示すように、係合状態において第2回転電機MG2と差動歯車装置PG及び出力部材OUTとの間の動力伝達を行い、解放状態において第2回転電機MG2と差動歯車装置PG及び出力部材OUTとの間の動力伝達を遮断する第3クラッチC3(第3係合要素)を備えている。図24に示す例では、図1に示す第1の実施形態と同様の構成に、第3クラッチC3を付加した形態を例示している。しかし、この形態に限らず、図18に示す第2の実施形態と同様の構成や、図23に示す第3の実施形態と同様の構成に、第3クラッチC3が付加されてもよい。
図24は、第1クラッチC1を解放状態、第2クラッチC2を係合状態、第3クラッチC3を解放状態とした場合を例示しており、この際の速度線図の一例を図25に示す。この速度線図に示す状態では、差動歯車装置PGが直結状態となり、第1回転電機MG1及び第2回転電機MG2の双方が動力伝達経路から切り離され、内燃機関トルクTEのみが出力部材OUTに伝達される、いわゆる内燃機関走行モードとなっている。図15において「□」は、差動歯車装置PGの第3回転要素e3(リングギヤR)での回転速度に換算した第2回転電機MG2の回転速度を示している。このように、動力伝達経路上において第2回転電機MG2を差動歯車装置PG及び出力部材OUTから分離して内燃機関走行モードが実現可能であると、例えば、車両の最高速度に対応する回転速度まで第2回転電機MG2を動作させる必要がなくなるため、第2回転電機MG2の動作領域を限定することができる。その結果、第2回転電機MG2の小型化や低コスト化が可能となり、ハイブリッド駆動装置1の小型化や低コスト化が実現できる可能性がある。
図26は、ハイブリッド駆動装置1が第3クラッチC3を備えていない場合のスプリットモードでの内燃機関Eと第2回転電機MG2との動作領域を示し、図27は、ハイブリッド駆動装置1が第3クラッチC3を備える場合のスプリットモードでの内燃機関Eと第2回転電機MG2との動作領域及び差動歯車装置PGの直結状態での内燃機関Eの動作領域を示している。図26における領域E2はスプリットモードでの動力分配後の内燃機関Eによるトルクの分担領域を示しており、領域E1は、スプリットモードでの第2回転電機MG2によるトルクの分担領域を示している。図27における領域E2はスプリットモードでの動力分配後の内燃機関Eによるトルクの分担領域を示しており、領域E11は、スプリットモードでの第2回転電機MG2によるトルクの分担領域を示しており、領域E12は差動歯車装置PGの直結状態での内燃機関Eによるトルクの分担領域を示している。
図26と図27とを比較すれば、図27の方が第2回転電機MG2による動作領域が領域E12の分だけ減少し、その部分を差動歯車装置PGの直結状態での内燃機関Eによる動作領域でカバーしていることがわかる。具体的には、高速度・高駆動力領域において内燃機関Eの動作領域が拡大し、その分、第2回転電機MG2の動作領域が減少している。換言すれば、第2回転電機MG2は、高速度・高駆動力領域までの動作に対応する必要がなくなるので、小型化や低コスト化が可能となる。
5.第5の実施形態
次に、ハイブリッド駆動装置1の第5の実施形態について説明する。上記第1から第4の実施形態では、図1等に示したように、差動歯車装置PGにシングルピニオン型の遊星歯車機構を用い、第1回転要素e1であるサンギヤSが、第1回転電機MG1に駆動連結され、第2回転要素e2であるキャリアCAが、入力部材INに駆動連結され、第3回転要素e3であるリングギヤRが、出力部材OUT及び第2回転電機MG2に駆動連結された構成を例示した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。差動歯車装置PGの第2回転要素e2と第3回転要素e3との連結関係を入れ替え、第2回転要素e2が出力部材OUT及び第2回転電機MG2に駆動連結され、第3回転要素e3が入力部材INに駆動連結された構成としても好適である。
次に、ハイブリッド駆動装置1の第5の実施形態について説明する。上記第1から第4の実施形態では、図1等に示したように、差動歯車装置PGにシングルピニオン型の遊星歯車機構を用い、第1回転要素e1であるサンギヤSが、第1回転電機MG1に駆動連結され、第2回転要素e2であるキャリアCAが、入力部材INに駆動連結され、第3回転要素e3であるリングギヤRが、出力部材OUT及び第2回転電機MG2に駆動連結された構成を例示した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。差動歯車装置PGの第2回転要素e2と第3回転要素e3との連結関係を入れ替え、第2回転要素e2が出力部材OUT及び第2回転電機MG2に駆動連結され、第3回転要素e3が入力部材INに駆動連結された構成としても好適である。
そこで、本実施形態では、図28に示すように、差動歯車装置PGにダブルピニオン型の遊星歯車機構を用いる。そして、第1回転要素e1であるサンギヤSが、第1回転電機MG1に駆動連結され、第2回転要素e2であるリングギヤRが、出力部材OUT及び第2回転電機MG2に駆動連結され、第3回転要素e3であるキャリアCAが、入力部材INに駆動連結された構成としている。その他の機械的構成は、上記第1の実施形態と同様である。
図29は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1のスプリットモードでの動作状態を示す速度線図である。本実施形態では、上記第1の実施形態とは異なり、第2回転要素e2と第3回転要素e3との連結関係が入れ替わっているため、スプリットモードでは、差動歯車装置PGは、内燃機関トルクTEを増幅して出力部材OUTに伝達する。すなわち、内燃機関E(入力部材IN)からキャリアCAに伝達される正方向の内燃機関トルクTEに応じて、第1回転電機MG1は、正方向の第1回転電機トルクT1を出力することにより、内燃機関トルクTEの反力をサンギヤSに伝達する。これにより、内燃機関トルクTEが出力部材OUTの側であるリングギヤR1に増幅されて伝達される電気的無段変速、いわゆる電気的トルクコンバータモードが実現される。
このモードにおける車両の通常走行時には、第1回転電機MG1は負回転しつつ正方向のトルクT1を発生して発電を行い、第2回転電機MG2が必要に応じて第1回転電機MG1が発電した電力を消費して力行する。一方、車速(出力部材OUTの回転速度)が高くなり、リングギヤR1の回転速度が一定以上に高くなると、図29の速度線図に一点鎖線で示すように、第1回転電機MG1が正回転しつつ正方向のトルクT1を発生して力行する状態となる。この場合、第1回転電機MG1を力行させるための電力を発電すべく、第2回転電機MG2は正回転しつつ負方向のトルクを発生して発電を行う。この状態では、上記第1の実施形態に係る図2の速度線図に一点鎖線で示す状態と同様、第1回転電機トルクT1の一部が第2回転電機MG2により発電のために消費され、第2回転電機MG2で発電された電力が第1回転電機MG1の力行のために消費されるという動力循環が発生し、エネルギー効率が悪化する。また、内燃機関Eを停止状態とすると共に、第1回転電機MG1を非駆動状態にし、第2回転電機トルクT2を出力部材OUTに伝達して走行するEV走行モードには、図29の速度線図に破線で示すように、第1回転電機MG1を第1回転要素e1(サンギヤS)から分離しなければ、非駆動状態の第1回転電機MG1が正方向に回転するため、第2回転電機MG2のトルクの利用にロスが生じる。
そこで、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置1も、このようなEV走行モードにおけるロス、並びに、上述したようなスプリットモードにおける動力循環によるエネルギー効率の悪化を抑制するための構成を備えている。すなわち、このハイブリッド駆動装置1は、第1クラッチC1(第1係合要素)及び第2クラッチC2(第2係合要素)を備えることにより、第1回転電機MG1を第1回転要素e1(サンギヤS)から分離したEV走行モード、及び差動歯車装置PGの3つの回転要素を一体回転する状態(いわゆる直結状態)とするパラレルモードを実現できる構成となっている。図30の速度線図において、破線がEV走行モードの動作状態を示し、実線がパラレルモードの動作状態を示している。図28に示す例では、上記第1の実施形態と同様、第1クラッチC1と第2クラッチC2とは、共通のスリーブDSを有する、ショートスリーブ型の噛み合い式係合装置DCにより構成されている。
尚、上記第2の実施形態と同様に、第1クラッチC1と第2クラッチC2とを、共通のスリーブDSを備えるロングスリーブ型の噛み合い式係合装置DCにより構成してもよい。或いは、上記第3の実施形態と同様に、第1クラッチC1と第2クラッチC2とを、独立したスリーブ(第1スリーブDS1,第2スリーブDS2)を有する噛み合い式係合装置DCにより構成してもよい。これらの構成とすれば、上記のとおり、パラレルモードとして、1モータ・パラレルモードと2モータ・パラレルモードの2つを実行可能となる。また、上記第4の実施形態と同様、第2回転電機MG2を、差動歯車装置PG及び出力部材OUTから分離するための第3クラッチC3を備えた構成としてもよい。
6.その他の実施形態
以下、ハイブリッド駆動装置1のその他の実施形態について説明する。
以下、ハイブリッド駆動装置1のその他の実施形態について説明する。
(1)差動歯車装置PGの構成は、上述した各実施形態の構成に限定されない。例えば、差動歯車装置PGとしてシングルピニオン型の遊星歯車機構を用いた場合において、第1回転要素e1であるサンギヤSが、第1回転電機MG1に駆動連結され、第2回転要素e2であるキャリアCAが、出力部材OUT及び第2回転電機MG2に駆動連結され、第3回転要素e3であるリングギヤRが、入力部材INに駆動連結された構成としてもよい。この場合における差動歯車装置PGの速度線図は、ギヤ比の関係が異なる以外は上記第5の実施形態の場合と同様となる。また、例えば、差動歯車装置PGとしてダブルピニオン型の遊星歯車機構を用いた場合において、第1回転要素e1であるサンギヤSが、第1回転電機MG1に駆動連結され、第2回転要素e2であるリングギヤRが、入力部材INに駆動連結され、第3回転要素e3であるキャリアCAが、出力部材OUT及び第2回転電機MG2に駆動連結された構成としてもよい。この場合における差動歯車装置PGの速度線図は、ギヤ比の関係が異なる以外は上記第1の実施形態の場合と同様となる。或いは、遊星歯車機構以外の差動歯車機構を用いて差動歯車装置PGを構成してもよい。
(2)上記においては、図5等に示したように、第2クラッチC2が、係合状態において第1回転要素e1(サンギヤS)と第2回転要素e2(キャリアCA)とを連結固定する形態を例示した。しかし、第2クラッチC2は、係合状態において、3つの回転要素(e1,e2,e3)の内の他の組合せを連結固定するものであってもよい。例えば、第1回転要素e1(サンギヤS)と第3回転要素e3(リングギヤ)とを連結固定する形態であってもよく、第2回転要素e2(キャリアCA)と第3回転要素e3(リングギヤ)とを連結固定する形態であってもよい。つまり、第2クラッチC2は、係合状態において差動歯車装置PGの入力と出力とをいわゆる直結状態にできればよい。即ち、第2クラッチC2は、係合状態において差動歯車装置PGの3つの回転要素(e1,e2,e3)の何れか2つが一体回転するように連結固定し、解放状態において差動歯車装置PGの3つの回転要素(e1,e2,e3)の相対回転を許容するものであればよい。
(3)上記の各実施形態においては、第1クラッチC1(第1係合要素)及び第2クラッチC2(第2係合要素)を、噛み合い式係合装置DCにより構成する例について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されず、第1クラッチC1(第1係合要素)及び第2クラッチC2(第2係合要素)の少なくとも一方を、摩擦係合装置により構成してもよい。同様に、上述した第3クラッチ(第3係合要素)も、摩擦係合装置により構成してもよい。
(4)なお、上述した各実施形態で開示された構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示された構成と組み合わせて適用することも可能である。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で単なる例示に過ぎない。従って、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜、種々の改変を行うことが可能である。
〔上記実施形態の概要〕
以下、上記において説明したハイブリッド駆動装置(1)の概要について説明する。
以下、上記において説明したハイブリッド駆動装置(1)の概要について説明する。
このハイブリッド駆動装置(1)は、内燃機関(E)に駆動連結される入力部材(IN)と、車輪(W)に駆動連結される出力部材(OUT)と、第1回転電機(MG1)と、第2回転電機(MG2)と、速度線図における配置順に少なくとも第1回転要素(e1)、第2回転要素(e2)、第3回転要素(e3)を有する差動歯車装置(PG)と、を備えたハイブリッド駆動装置(1)であって、
前記第1回転要素(e1)が、前記第1回転電機(MG1)に駆動連結され、
前記第2回転要素(e2)及び前記第3回転要素(e3)の何れか一方が、前記入力部材(IN)に駆動連結され、
前記第2回転要素(e2)及び前記第3回転要素(e3)の何れか他方が、前記出力部材(OUT)及び前記第2回転電機(MG2)に駆動連結され、
係合状態において前記第1回転要素(e1)と前記第1回転電機(MG1)との間の動力伝達を行い、解放状態において前記第1回転要素(e1)と前記第1回転電機(MG1)との間の動力伝達を遮断する第1係合要素(C1)と、
係合状態において前記差動歯車装置(PG)の3つの回転要素(e1,e2,e3)の何れか2つが一体回転するように連結固定し、解放状態において前記差動歯車装置(PG)の3つの回転要素(e1,e2,e3)の相対回転を許容する第2係合要素(C2)と、を備える。
前記第1回転要素(e1)が、前記第1回転電機(MG1)に駆動連結され、
前記第2回転要素(e2)及び前記第3回転要素(e3)の何れか一方が、前記入力部材(IN)に駆動連結され、
前記第2回転要素(e2)及び前記第3回転要素(e3)の何れか他方が、前記出力部材(OUT)及び前記第2回転電機(MG2)に駆動連結され、
係合状態において前記第1回転要素(e1)と前記第1回転電機(MG1)との間の動力伝達を行い、解放状態において前記第1回転要素(e1)と前記第1回転電機(MG1)との間の動力伝達を遮断する第1係合要素(C1)と、
係合状態において前記差動歯車装置(PG)の3つの回転要素(e1,e2,e3)の何れか2つが一体回転するように連結固定し、解放状態において前記差動歯車装置(PG)の3つの回転要素(e1,e2,e3)の相対回転を許容する第2係合要素(C2)と、を備える。
この構成によれば、第1係合要素(C1)を係合状態、第2係合要素(C2)を解放状態とすることで、通常のいわゆるスプリット方式のハイブリッド駆動装置(1)の動力伝達状態、即ち、差動歯車装置(PG)によって内燃機関(E)の動力を第1回転電機(MG1)と出力部材(OUT)とに分配する動作モードであるスプリットモードを実現することができる。さらに、以下に例示するように、適宜、第1係合要素(C1)を解放状態としたり、第2係合要素(C2)を係合状態としたりすることによって、動力伝達のロスや、動力循環などを抑制することができる。即ち、本構成のハイブリッド駆動装置(1)によれば、動力伝達のロスを低減したり、動力循環によるエネルギーロスを低減したりして適切な動力伝達状態を実現することができる。
例えば、第2回転電機(MG2)を動力源としてEV走行を行う場合に、第1係合要素(C1)を解放状態とすることによって、第1回転電機(MG1)を差動歯車装置(PG)から切り離し、動力のロスを低減することができる。また、第2係合要素(C2)を係合状態とすることで、差動歯車装置(PG)をいわゆる直結状態として、第1回転電機(MG1)のトルクを用いることなく内燃機関(E)のトルクを出力部材(OUT)に伝達することができる。従って、必要に応じて第1係合要素(C1)を解放状態とすることによって、第1回転電機(MG1)を差動歯車装置(PG)から切り離すことができる。そこで、例えば、上記スプリットモードにおいて出力部材(OUT)の回転速度が高くなり、第1回転電機(MG1)が逆方向に回転して力行する状態になる前に、第2係合要素(C2)を係合状態とすることで、動力循環によるエネルギーロスを低減することができる。更に、このように第2係合要素(C2)を係合状態とした動作モードにおいて、大きな車輪駆動トルクが必要ない場合には、第1係合要素(C1)を解放状態として第1回転電機(MG1)を差動歯車装置(PG)から切り離すことで、第1回転電機(MG1)の回転による動力のロスを低減することができる。一方、第2係合要素(C2)を係合状態とした動作モードにおいて、大きな車輪駆動トルクが必要である場合には、第1係合要素(C1)を係合状態とすることで、出力部材(OUT)に内燃機関(E)のトルク、第1回転電機(MG1)のトルク、及び、第2回転電機(MG2)のトルクを伝達することができる。即ち、この場合には、最大出力で出力部材(車輪)を駆動することができる。
ここで、前記第1回転要素(e1)の回転軸と、前記第2回転要素(e2)の回転軸と、前記第3回転要素(e3)の回転軸とは、互いに平行状であり、前記第1係合要素(C1)と前記第2係合要素(C2)とは、共通の係合移動部材(DS)を有する噛み合い式係合装置(DC)であり、前記係合移動部材(DS)が、前記第1回転要素(e1)の回転軸に平行に移動することで、前記第1係合要素(C1)及び前記第2係合要素(C2)の係合状態と解放状態とを切り替えるものであると好適である。
この構成によれば、第1係合要素(C1)と第2係合要素(C2)とが共通の係合移動部材(DS)を有して構成されるので、係合移動部材(DS)を駆動するための駆動機構も共通化できる。従って、第1係合要素(C1)と第2係合要素(C2)とのそれぞれが係合移動部材(DS)を備える場合に比べて、2つの係合要素(C1,C2)の構成を簡略化でき、ハイブリッド駆動装置(1)が大型化することが抑制される。また、第1係合要素(C1)及び第2係合要素(C2)として噛み合い式係合装置(DC)を用いているので、摩擦係合式の係合装置を用いる場合のように係合又は解放の状態を維持するための油圧や電磁力等が必要なくなり、オイルポンプを駆動するための動力のロスや電磁力を発生させるための電力のロス等を低減することができるという利点もある。
前記第1係合要素(C1)と前記第2係合要素(C2)とが、共通の係合移動部材(DS)を有する噛み合い式係合装置(DC)である場合、前記係合移動部材(DS)は、前記第1係合要素(C1)のみが係合状態となる第1状態と、前記第2係合要素(C2)のみが係合状態となる第2状態と、前記第1係合要素(C1)及び前記第2係合要素(C2)が共に解放状態となる第3状態との3つの状態を形成すると好適である。
この構成によれば、第1状態において、差動歯車装置(PG)によって内燃機関(E)の動力を第1回転電機(MG1)と出力部材(OUT)とに分配する動作モードであるスプリットモードが実現できる。また、第2状態において、第1回転電機(MG1)を差動歯車装置(PG)から切り離すと共に、差動歯車装置(PG)をいわゆる直結状態として、内燃機関(E)の動力を出力部材(OUT)に伝達する動作モードであるパラレルモードが実現できる。また、第3状態において、内燃機関(E)の回転を停止させ、第1回転電機(MG1)を差動歯車装置(PG)から切り離し、第2回転電機(MG2)を駆動することで、第2回転電機(MG2)のトルクのみによりEV走行を行う動作モードであるEV走行モードが実現できる。この際、第1回転電機(MG1)が差動歯車装置(PG)から切り離されているので、第1回転電機(MG1)が回転することに起因する動力のロスを低減することができる。このように3つの状態が実現可能であれば、動力伝達のロスを低減したり、動力循環によるエネルギーロスを低減したりして適切な動力伝達状態を実現することができる。
ここで、さらに、前記係合移動部材(DS,LS)が、前記第1係合要素(C1)及び前記第2係合要素(C2)が共に係合状態となる第4状態を形成すると好適である。
上述したように、第4状態においては、差動歯車装置(PG)をいわゆる直結状態とすると共に、内燃機関E、第1回転電機(MG1)、及び第2回転電機(MG2)の全てが出力部材(OUT)に駆動連結された状態となる。従って、出力部材(OUT)に内燃機関(E)のトルク、第1回転電機(MG1)のトルク、第2回転電機(MG2)のトルクを出力部材(OUT)に伝達して、最大出力で出力部材(OUT)(車輪(W))を駆動することが可能となる。
また、ハイブリッド駆動装置(1)は、係合状態において前記第2回転電機(MG2)と前記差動歯車装置(PG)及び前記出力部材(OUT)との間の動力伝達を行い、解放状態において前記第2回転電機(MG2)と前記差動歯車装置(PG)及び前記出力部材(OUT)との間の動力伝達を遮断する第3係合要素(C3)をさらに備えると好適である。
この構成によれば、第2回転電機(MG2)のトルクを必要としない場合に、第2回転電機(MG2)を動力伝達系から切り離すことができる。従って、例えば、第3係合要素(C3)を解放状態とすると共に、第1係合要素(C1)を解放状態とし、第2係合要素(C2)を係合状態とすることによって、内燃機関(E)のトルクのみを出力部材(OUT)に伝達する動作モードである内燃機関走行モードが実現できる。例えば、出力部材(OUT)が高回転速度及び高駆動力で回転する領域においてこの内燃機関走行モードとすれば、出力部材(OUT)から切り離される第2回転電機(MG2)には、高回転速度・高駆動力領域での動作が要求されない。従って、第2回転電機(MG2)の小型化や低コスト化が可能となり、ハイブリッド駆動装置(1)の小型化や低コスト化にも貢献する。また、上記スプリットモードにおいても、車輪(W)に要求されるトルクが小さい場合等、第2回転電機(MG2)のトルクを必要としない場合に、第2回転電機(MG2)を動力伝達系から切り離すことで、第2回転電機(MG2)が回転することに起因する動力のロスを低減することができる。
また、このハイブリッド駆動装置(1)において、前記第1係合要素(C1)及び前記第2係合要素(C2)の少なくとも一方である変更係合要素(CS)について、前記係合状態から前記解放状態又は前記解放状態から前記係合状態に係合の状態を変更する場合であって、前記変更係合要素(CS)が前記係合状態で前記内燃機関(E)からのトルク(TE)を伝達する場合に、前記内燃機関(E)のトルク(TE)を減少させると共に、当該内燃機関(E)のトルク(TE)の減少による前記出力部材(OUT)に伝達されるトルクの減少に応じて、前記第2回転電機(MG2)から前記出力部材(OUT)に伝達するトルク(T2)を増加させ、前記内燃機関(E)のトルク(TE)の減少の完了後に、前記変更係合要素(CS)の係合の状態を変更すると好適である。
この構成によれば、変更係合要素(CS)における係合の状態の変更が、当該変更係合要素(CS)により伝達する内燃機関(E)のトルク(TE)を減少させた状態で行われることになる。更にこの際、内燃機関(E)のトルク(TE)の減少分を補うように第2回転電機(MG2)から出力部材(OUT)に伝達するトルク(T2)を増加させる。従って、上述したモードの移行のために変更係合要素(CS)の係合の状態の変更を行う場合に、出力部材(OUT)(車輪(W))に伝達されるトルクの変動を低減することができる。また、上述したモードの移行の際に第1係合要素(C1)及び第2係合要素(C2)の双方が解放状態となるタイミングが存在する場合であっても、内燃機関(E)のトルク(TE)を減少させていることにより、内燃機関(E)の不必要な回転上昇を抑えることができる。
更に好適な制御の例として、第1係合要素(C1)を係合状態として第1回転電機(MG1)の回転速度制御により内燃機関(E)の回転速度を変更する場合において、内燃機関(E)のトルク(TE)の減少の完了後に、内燃機関(E)及び第1回転電機(MG1)の回転速度を変化させる場合には、このような内燃機関(E)及び第1回転電機(MG1)の回転速度の変化中における第1回転電機(MG1)のトルク(T1)を小さく抑えることができる。従って、回転速度の変化中の第1回転電機(MG1)による無駄な発電や電力消費を低減することができる。
更に、上記のように前記変更係合要素(CS)の係合の状態を変更した後、前記内燃機関(E)のトルク(TE)を増加させると共に、当該内燃機関(E)のトルク(TE)の増加による前記出力部材(OUT)に伝達されるトルクの増加に応じて、前記第2回転電機(MG2)から前記出力部材(OUT)に伝達するトルク(T2)を減少させると好適である。
この構成によれば、上記のようなモード移行を実現するために、内燃機関(E)のトルク(TE)の減少分を第2回転電機(MG2)に負担させる状態から、再び内燃機関(E)にも出力部材(OUT)に伝達するトルクを負担させる状態に、円滑に移行させることができる。
本開示に係る技術は、内燃機関及び複数の回転電機を備えたハイブリッド駆動装置に利用することができる。
1 :ハイブリッド駆動装置
C1 :第1クラッチ(第1係合要素)
C2 :第2クラッチ(第2係合要素)
C3 :第3クラッチ(第3係合要素)
DS :スリーブ(係合移動部材)
E :内燃機関
IN :入力部材
LS :ロングスリーブ(係合移動部材)
MG1 :第1回転電機
MG2 :第2回転電機
OUT :出力部材
PG :差動歯車装置
W :車輪
e1 :第1回転要素
e2 :第2回転要素
e3 :第3回転要素
C1 :第1クラッチ(第1係合要素)
C2 :第2クラッチ(第2係合要素)
C3 :第3クラッチ(第3係合要素)
DS :スリーブ(係合移動部材)
E :内燃機関
IN :入力部材
LS :ロングスリーブ(係合移動部材)
MG1 :第1回転電機
MG2 :第2回転電機
OUT :出力部材
PG :差動歯車装置
W :車輪
e1 :第1回転要素
e2 :第2回転要素
e3 :第3回転要素
Claims (7)
- 内燃機関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1回転電機と、第2回転電機と、速度線図における配置順に少なくとも第1回転要素、第2回転要素、第3回転要素を有する差動歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、
前記第1回転要素が、前記第1回転電機に駆動連結され、
前記第2回転要素及び前記第3回転要素の何れか一方が、前記入力部材に駆動連結され、
前記第2回転要素及び前記第3回転要素の何れか他方が、前記出力部材及び前記第2回転電機に駆動連結され、
係合状態において前記第1回転要素と前記第1回転電機との間の動力伝達を行い、解放状態において前記第1回転要素と前記第1回転電機との間の動力伝達を遮断する第1係合要素と、
係合状態において前記差動歯車装置の3つの回転要素の何れか2つが一体回転するように連結固定し、解放状態において前記差動歯車装置の3つの回転要素の相対回転を許容する第2係合要素と、を備えるハイブリッド駆動装置。 - 前記第1回転要素の回転軸と、前記第2回転要素の回転軸と、前記第3回転要素の回転軸とは、互いに平行状であり、
前記第1係合要素と前記第2係合要素とは、共通の係合移動部材を有する噛み合い式係合装置であり、
前記係合移動部材は、前記第1回転要素の回転軸に平行に移動することで、前記第1係合要素及び前記第2係合要素の係合状態と解放状態とを切り替える請求項1に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記係合移動部材は、前記第1係合要素のみが係合状態となる第1状態と、前記第2係合要素のみが係合状態となる第2状態と、前記第1係合要素及び前記第2係合要素が共に解放状態となる第3状態との3つの状態を形成する請求項2に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記係合移動部材は、更に、前記第1係合要素及び前記第2係合要素が共に係合状態となる第4状態を形成する請求項3に記載のハイブリッド駆動装置。
- 係合状態において前記第2回転電機と前記差動歯車装置及び前記出力部材との間の動力伝達を行い、解放状態において前記第2回転電機と前記差動歯車装置及び前記出力部材との間の動力伝達を遮断する第3係合要素を更に備える請求項1から4の何れか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第1係合要素及び前記第2係合要素の少なくとも一方である変更係合要素について、前記係合状態から前記解放状態又は前記解放状態から前記係合状態に係合の状態を変更する場合であって、前記変更係合要素が前記係合状態で前記内燃機関からのトルクを伝達する場合に、
前記内燃機関のトルクを減少させると共に、当該内燃機関のトルクの減少による前記出力部材に伝達されるトルクの減少に応じて、前記第2回転電機から前記出力部材に伝達するトルクを増加させ、前記内燃機関のトルクの減少の完了後に、前記変更係合要素の係合の状態を変更する請求項1から5の何れか一項に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記変更係合要素の係合の状態を変更した後、前記内燃機関のトルクを増加させると共に、当該内燃機関のトルクの増加による前記出力部材に伝達されるトルクの増加に応じて、前記第2回転電機から前記出力部材に伝達するトルクを減少させる請求項6に記載のハイブリッド駆動装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015014290 | 2015-01-28 | ||
JP2015014290 | 2015-01-28 |
Publications (1)
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JP2016145021A true JP2016145021A (ja) | 2016-08-12 |
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Family Applications (1)
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JP2015070017A Pending JP2016145021A (ja) | 2015-01-28 | 2015-03-30 | ハイブリッド駆動装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2016145021A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108327514A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-27 | 合肥工业大学 | 一种多模式混合动力传动装置 |
WO2022209650A1 (ja) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 株式会社アイシン | 車両用駆動装置 |
-
2015
- 2015-03-30 JP JP2015070017A patent/JP2016145021A/ja active Pending
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CN108327514A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-27 | 合肥工业大学 | 一种多模式混合动力传动装置 |
WO2022209650A1 (ja) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 株式会社アイシン | 車両用駆動装置 |
JP7363848B2 (ja) | 2021-03-30 | 2023-10-18 | 株式会社アイシン | 車両用駆動装置 |
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