JP3991875B2

JP3991875B2 - ハイブリッド変速機

Info

Publication number: JP3991875B2
Application number: JP2003025755A
Authority: JP
Inventors: 裕介皆川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2023-02-03
Also published as: JP2004239278A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン等の主動力源とモータ／ジェネレータとを搭載したハイブリッド車両に有用なハイブリッド変速機、特に、これら主動力源とモータ／ジェネレータとの間における差動装置により無段変速動作を行わせることが可能なハイブリッド変速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種ハイブリッド変速機としては、例えば特許文献１に記載のように、共線図上に配置される回転メンバとして４個の回転メンバを有した２自由度・４要素の差動装置を具え、これら回転メンバにそれぞれ主動力源からの入力、駆動系への出力、および２個のモータ／ジェネレータを結合したものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２９５６１５号公報
【０００４】
このような差動装置を用いたハイブリッド変速機は、例えば図１の略線図で示すように構成することができる。
エンジンENGに隣り合わせて、４要素、２自由度の差動装置を成すラビニョオ型プラネタリギヤセット１を設け、これを、ロングピニオンP1およびリングギヤRsを共有するシングルピニオン遊星歯車組２およびダブルピニオン遊星歯車組３の同軸配置により構成する。
シングルピニオン遊星歯車組２はサンギヤSsおよびリングギヤRsにロングピニオンP1を噛合させた構造とし、ダブルピニオン遊星歯車組３はサンギヤSdおよびロングピニオンP1に大径のショートピニオンP2を噛合させた構造とする。
そして遊星歯車組２，３のピニオンP1,P2を全て、共通なキャリアCにより回転自在に支持する。
【０００５】
エンジンENGから遠いラビニョオ型プラネタリギヤセット１の側に、ステータ4sおよび内側ロータ4riよりなる第１モータ／ジェネレータMG1と、ステータ4sおよび外側ロータ4roよりなる第２モータ／ジェネレータMG2とを設け、
サンギヤSdにモータ／ジェネレータMG1を、また、サンギヤSsにモータ／ジェネレータMG2を結合する。
リングギヤRsにはメインクラッチCL1を介してエンジンENGを結合し、キャリアCには出力歯車５を結合し、この歯車への変速機出力回転をカウンターシャフト６およびディファレンシャルギヤ装置７を経て駆動車輪に伝達するようになす。
【０００６】
図１の構成になるハイブリッド変速機の共線図は図２に示すように表すことができ、ラビニョオ型プラネタリギヤセット１の４個の回転メンバには、回転速度順に、つまりサンギヤSd、リングギヤRs、キャリアC、サンギヤSsの順に、第1モータ／ジェネレータMG1、主動力源であるエンジンENG、ディファレンシャギヤ装置７を含む車輪駆動系への出力（Out）、第2モータ／ジェネレータMG2がそれぞれ結合されている。
図２において、α，βは、ラビニョオ型プラネタリギヤセット１を構成する遊星歯車組２，３のギヤ比を、入出力間の距離を「１」とした場合の比として示し、
エンジンENGの回転数をNe、トルクをTeで、また、変速機の出力回転数をNo、トルクをToで、更に、モータ／ジェネレータMG1の回転数をNm1、トルクをTm1で、また、モータ／ジェネレータMG2の回転数をNm2、トルクをTm2で示した。
【０００７】
図２において、エンジン回転数Neおよび変速比i＝（Ne/No）が決まっている場合、出力回転数NoはNo=Ne×(1/i)により求めることができ、モータ／ジェネレータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、エンジン回転数Neおよび出力回転数Noから次式の回転バランス式により求めることができる。
Nm1=Ne+α (Ne-No) ・・・（１）
Nm2=No−β(Ne-No) ・・・（２）
また、図２に示す共線図上のトルクバランスは下記の３つの式で表すことができる。
先ず、トルク上下方向のバランスについては、
To=Tm1+Tm2+Te ・・・（３）
また、モータパワーのバランスについては、
Nm1・Tm1＋Nm2・Tm2=Pb ・・・（４）
更に、レバー回転方向のバランスについては、
αTm1+ To= (1+β)Tm2 ・・・（５）
が得られる。
これら３つの式を解いて、Pb=0とすると、図２の共線図におけるトルクバランス式は次式で表される。
Tm1=[Nm2/{βNm1＋(α+1)Nm2}]・Te ・・・（６）
Tm2=[Nm1/{βNm1＋(α+1)Nm2}]・Te ・・・（７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように４要素、２自由度の差動装置を用いたハイブリッド変速機においては、速度比（１／変速比ｉ）対トルク特性が図３のごときものとなり（図３では、エンジンの回転数およびトルクを１に正規化した時のモータ／ジェネレータMG1,MG2の回転数およびトルクを出力トルクToおよび電気パワーPeと共に示す）、この図３におけるモータ／ジェネレータMG1,MG2のトルクの和値（Tm1＋Tm2）に関する線図から明らかなように、ロー側変速比やハイ側変速比、特にロー側変速比においてモータ／ジェネレータMG1,MG2の要求トルクが大きくなり、この傾向が特に、ロー側変速比になるほど問題となる。
【０００９】
このことは、変速比をロー側やハイ側に拡大しようとすると、特にロー側への変速比の拡大時に、大きなトルクを発生し得るモータ／ジェネレータMG1,MG2が要求されることを意味する。
しかしこの場合、モータ／ジェネレータMG1,MG2が大型となって車載上の制約とか、コスト上の制約の要求を満足し得ず、これらの制約を満足するモータ／ジェネレータMG1,MG2を用いざるを得ない。
これがため実際上は、モータ／ジェネレータMG1,MG2の発生可能なトルクにより決定される変速比の幅を大きくすることができず、電気変速レンジが狭くなってハイブリッド変速機の使用に制限が掛かるという問題があった。
例えば、エンジンの作動速度レンジが狭ければハイブリッド変速機の変速レンジを広くすることで高速走行が可能になるが、ハイブリッド変速機の変速レンジが上記のごとく狭いことからこの要求を満足させることができず、エンジンの制約やエンジン動作点の制約、駆動力不足などがあると、これをハイブリッド変速機により補うといったような利用ができない。
【００１０】
本発明は、大トルクを発生する大型のモータ／ジェネレータを用いずとも電気変速レンジを広くし得て、エンジンの制約やエンジン動作点の制約、駆動力不足などがある場合でも、これを大きな変速レンジにより補い得るようにしたハイブリッド変速機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的のため本発明によるハイブリッド変速機は、請求項１に記載のごとく、
前記したと同じく４要素、２自由度の差動装置をなす回転メンバのうち、共線図上の内側に位置する２個の回転メンバの一方に主動力源からの入力、他方に駆動系への出力をそれぞれ結合し、共線図上の外側に位置する２個の回転メンバのうち、共線図上で前記入力に近い回転メンバに第 1 モータ / ジェネレータを結合し、共線図上で前記出力に近い回転メンバに第 2 モータ / ジェネレータを結合したハイブリッド変速機を要旨構成の基礎前提とし、
サンギヤ、リングギヤおよびキャリアの 3 要素よりなり、これら 3 要素のうち共線図上の中央に位置する要素を固定した状態では、共線図上の両側に位置する要素のうち一方の要素へのトルクを、共線図上の両側に位置する要素のうち他方の要素へトルク増大下に伝達する遊星歯車組を具え、
該遊星歯車組の前記一方の要素に前記第 2 モータ／ジェネレータを結合すると共に、該第 2 モータ／ジェネレータを結合すべき前記差動装置の回転メンバに遊星歯車組の前記他方の要素を結合することにより、第 2モータ／ジェネレータと、該第 2モータ／ジェネレータを結合すべき前記差動装置の回転メンバとの間を、前記遊星歯車組を介して結合し、
該遊星歯車組を２要素の結合により直結状態にする直結クラッチと、該遊星歯車組の共線図上の中央に位置する要素の前記固定を行う制動手段とを設けたものである。
【００１２】
【発明の効果】
かかる本発明のハイブリッド変速機によれば、上記第 2モータ／ジェネレータから、これに遊星歯車組を介して結合した差動装置の回転メンバへトルクを伝達するに際し、遊星歯車組の共線図上の中央に位置する要素を制動手段により固定しておくことで、遊星歯車組が前記一方の要素へ入力された第 2 モータ / ジェネレータからのトルクを増大下に遊星歯車組の前記他方の要素を経て第 2 モータ／ジェネレータに係わる上記差動装置の回転メンバへ伝達し得ることから、
遊星歯車組の共線図上の中央に位置する要素を制動手段により固定して達成するロー側変速比の選択中において当該第 2モータ/ジェネレータの要求トルクをその分小さくすることができ、上記の共線図で表されるハイブリッド変速機に特有な前記した問題を解消し得て、第 2モータ／ジェネレータの要求トルクが大きくなるロー側変速比においても小さなモータ／ジェネレータで足りることとなる。
【００１３】
従って、第 2モータ／ジェネレータが車載上の制約とか、コスト上の制約で大きくし得ない場合においても、ハイブリッド変速機の変速比をロー側に拡大して変速比の幅を大きくすることができ、電気変速レンジの拡大によりハイブリッド変速機の応用範囲を拡大することができる。
例えば、エンジンの作動速度レンジが狭くてもこれを、ハイブリッド変速機の変速レンジの拡大により補って高速走行が可能になる。
つまり本発明によれば、大トルクを発生する大型の第 2モータ／ジェネレータを用いずとも電気変速レンジを広くし得て、エンジンの制約やエンジン動作点の制約、駆動力不足などがある場合でも、これを大きな変速レンジにより補うことができてハイブリッド変速機の応用範囲を広げることができる。
ところで、第 2 モータ / ジェネレータから、これに係わる上記差動装置の回転メンバへトルクを、上記のような遊星歯車組により増大して伝達する構成にあっては、制動手段により遊星歯車組の対応する要素を固定したままだと、ロー側変速比からハイ側変速比への移行後に、上記のトルク増大を司るトルク増大比によって第 2 モータ / ジェネレータが過回転される傾向となる。
しかし、上記した本発明の構成によればこの時、制動手段による遊星歯車組の対応する要素の固定を解除すると共に、直結クラッチにより遊星歯車組の 2 要素を結合して遊星歯車組を直結状態にすることで、第 2 モータ / ジェネレータの過回転を防止しつつハイ側変速比を選択することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図４は、本発明の一実施の形態になるハイブリッド変速機を示し、これを本実施の形態においては、前輪駆動車（ＦＦ車）用のトランスアクスルとして用いるのに有用な以下に詳述する構成とする。
【００１５】
ハイブリッド変速機の主軸線方向（図の左右方向）右側（エンジンENGに近い前側）にラビニョオ型プラネタリギヤセット１を、また図の左側（エンジンENGから遠い後側）に例えば複合電流２層モータ４を可とするモータ／ジェネレータ組を配置する。
これらラビニョオ型プラネタリギヤセット１および複合電流２層モータ４は上記の主軸線上に同軸に配置するが、この主軸線からオフセットさせて平行にカウンターシャフト６およびディファレンシャルギヤ装置７を設ける。
【００１６】
ラビニョオ型プラネタリギヤセット１は図１につき前述したと同様に、ロングピニオンP1およびリングギヤRsを共有するシングルピニオン遊星歯車組２およびダブルピニオン遊星歯車組３の組み合わせになり、シングルピニオン遊星歯車組２はサンギヤSsにロングピニオンP1を噛合させ、ロングピニオンP1にリングギヤRsを噛合させた構造とし、ダブルピニオン遊星歯車組３はサンギヤSdおよびロングピニオンP1にそれぞれ大径のショートピニオンP2を噛合させた構造とする。
そして遊星歯車組２，３のピニオンP1,P2を全て、共通なキャリアCにより回転自在に支持する。
【００１７】
以上の構成になるラビニョオ型プラネタリギヤセット１は、サンギヤSd、サンギヤSs、リングギヤRs、およびキャリアCの４個の回転メンバを主たる要素とし、これら４個の回転メンバのうち２個のメンバの回転速度を決定すると他のメンバの回転速度が決まる２自由度の差動装置を構成する。
そして４個の回転メンバの回転速度順は、図５の共線図により示した通りサンギヤSd、リングギヤRs、キャリアC、サンギヤSsの順番である。
なお差動装置は、本実施の形態で用いるラビニョオ型プラネタリギヤセット１に限られず、任意のものを用いることができるのは言うまでもない。
【００１８】
複合電流２層モータ４は、内側ロータ4riと、これを包囲する環状の外側ロータ4roとを、変速機ケース１内に同軸に回転自在に支持して具え、これら内側ロータ4riおよび外側ロータ4ro間における環状空間に同軸に配置した環状ステ-タ４ｓを変速機ケース１に固設して構成する。
環状コイル４ｓと内側ロータ4riとで内側のモータ／ジェネレータである第１のモータ／ジェネレータMG1を構成し、環状コイル４ｓと外側ロータ4roとで外側のモータ／ジェネレータである第２のモータ／ジェネレータMG2を構成する。
ここでモータ／ジェネレータMG1,MG2はそれぞれ、ステータ4sへの複合電流をモータ側が負荷として供給される時は供給電流に応じた個々の方向の、また供給電流に応じた個々の速度（停止を含む）の回転を出力するモータとして機能し、ステータ4sへの複合電流を発電機側が負荷として印加した時は外力による回転に応じた電力を発生する発電機として機能する。
【００１９】
なお上記ではモータ／ジェネレータMG1,MG2を複合電流２層モータ４で構成したが、これに限られるものではなく、ステータを個別に持つモータ／ジェネレータを平行にオフセットさせて配置した構成のものでもよいことはいうまでもない。
【００２０】
ラビニョオ型プラネタリギヤセット１の上記した４個の回転メンバには、回転速度順に、つまり図５の共線図にも示したがサンギヤSd、リングギヤRs、キャリアC、サンギヤSsの順に、第1モータ／ジェネレータMG1、主動力源であるエンジンENG、ディファレンシャギヤ装置６を含む車輪駆動系への出力（Out）、第2モータ／ジェネレータMG2をそれぞれ結合する。
しかして、第2モータ／ジェネレータMG2とサンギヤSsとの間の結合に当っては、図4に示すごとくエンジンENGから遠い後端に配した単純遊星歯車組8を介して当該結合を行い、単純遊星歯車組８は、サンギヤS3と、リングギヤR3と、これらサンギヤS3およびリングギヤR3に噛合するぴピニオンP3を回転自在に支持したキャリアC3との3要素で構成する。
【００２１】
単純遊星歯車組８のサンギヤS3にサンギヤSsを結合し、リングギヤR3に第２モータ／ジェネレータMG2のロータ4roを結合し、キャリアC3を制動手段としてのブレーキBRにより固定可能にする。
ブレーキBRによりキャリアC3を固定した状態では、外ロータ4roからのトルクがピニオンP3を介しサンギヤS3（サンギヤSs）へ増大下に伝達される。
キャリアC3は更に、直結クラッチCL2によりリングギヤR3に結合可能とし、クラッチCL2の締結でキャリアC3およびリングギヤR3間を結合した状態では、単純遊星歯車組８の全ての要素が一体回転回転する直結状態になる。
【００２２】
かかる単純遊星歯車組８の3要素（サンギヤS3、リングギヤR3、キャリアC3）は、ラビニョオ型プラネタリギヤセット１の4要素に対し、共線図上において図５に示すごとき関係にある。
なお図５におけるα，βは、ラビニョオ型プラネタリギヤセット１を構成する遊星歯車組２，３のギヤ比を、入出力間の距離を「１」とした場合の比として示すもので、またγは、単純遊星歯車組８のギヤ比を、キャリアC3およびサンギヤS3間の距離を「１」とした場合の比として示すものである。
また図５では、エンジンENGの回転数をNe、トルクをTeで、また、変速機の出力回転数をNo、トルクをToで示し、更に、モータ／ジェネレータMG1の回転数をNm1、トルクをTm1で、また、サンギヤSs（サンギヤS3）の回転数をNm2、トルクをTm2で、また、モータ／ジェネレータMG2の回転数をNm2’、トルクをTm2’で示す。
【００２３】
各要素間の結合を図４に基づき更に詳述するに、リングギヤRsを前記の通りエンジン（ENG）回転が入力される入力要素とするため、このリングギヤRsをメインクラッチCL1を介してエンジンENGのクランクシャフト９に結合する。
サンギヤSdは中空軸１１を介して第１モータ／ジェネレータMG1の内側ロータ４riに結合し、中空軸１１およびモータ／ジェネレータMG1を貫通して後方に延在する中心軸１２を介してサンギヤSsをサンギヤS3に結合し、リングギヤR3は第２モータ／ジェネレータMG2の外側ロータ４roに結合する。
【００２４】
キャリアCを前記のごとく、車輪駆動系(Out)へ回転を出力する出力要素とするため、このキャリアCに中空軸１３を介して出力歯車５を結合し、これをカウンターシャフト６上のカウンター歯車１４に噛合させる。
カウンターシャフト６には別にファイナルドライブピニオン１５を一体的に設け、これを、ディファレンシャルギヤ装置７に設けたファイナルドライブリングギヤ１６に噛合させる。
ハイブリッド変速機からの出力回転は、出力歯車５からカウンターシャフト６を経て、ファイナルドライブピニオン１５およびファイナルドライブリングギヤ１６により構成されるファイナルドライブギヤ組を経てディファレンシャルギヤ装置７に至り、このディファレンシャルギヤ装置により図6に示す左右駆動輪１７に分配されるものとする。
【００２５】
上記の構成になるハイブリッド変速機は図５に示すような共線図により表すことができ、この場合においても、回転バランス式は、図1および図2につき前述した（１）式および（２）式により表され、トルクバランス式も、図1および図2につき前述した（６）式および（７）式により表され、
モータ／ジェネレータMG2の回転数Nm2’およびトルクTm2’は、サンギヤSs（サンギヤS3）の回転数Nm2およびトルクTm2と、ブレーキBRまたはクラッチCL2のいずれが締結されているかに応じて異なる単純遊星歯車組８のギヤ比とにより求めることができる。
【００２６】
上記したハイブリッド変速機の変速制御システムは図６に示すごとく、ハイブリッドコントローラ２１を具え、このハイブリッドコントローラ２１は目標エンジントルクtTeに関する指令をエンジンコントローラ２２に供給し、エンジンコントローラ２２はエンジンENGを当該目標トルクが発生するよう運転させる。
【００２７】
ハイブリッドコントローラ２１は更に、モータ／ジェネレータMG1の回転数指令tNm1およびモータ／ジェネレータMG2のトルク指令tTm2’の組み合わせに関する信号をモータコントローラ２３に供給し、モータコントローラ２３はインバータ２４およびバッテリ２５によりモータ／ジェネレータMG1,MG2をそれぞれ、上記した回転数指令tNm1およびトルク指令tTm2’の組み合わせが達成されるよう制御する。
【００２８】
これがためハイブリッドコントローラ２１には、アクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）APOを検出するアクセル開度センサ２６からの信号と、車速VSPを検出する車速センサ２７からの信号と、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転センサ２８からの信号とを入力する。
ハイブリッドコントローラ２１は、これら入力情報をもとに基本的には以下に概略説明する周知の要領で、上記の目標エンジントルクtTeと、モータ／ジェネレータMG1,MG2の回転数指令tNm1およびトルク指令tTm2’の組み合わせを決定する。
【００２９】
先ずハイブリッドコントローラ２１は、アクセル開度APOおよび車速VSPから運転者が要求している車輪の目標駆動トルクを周知のマップ検索などの手法により求める。
次いでハイブリッドコントローラ２１は、車速VSPに車輪タイヤ半径などで決まる定数を掛けて車輪駆動軸回転数を求め、これと上記目標駆動トルクとの乗算により車輪の目標駆動力（目標エンジン出力）を求める。（便宜上、損失を０とする）
ハイブリッドコントローラ２１は、この目標エンジン出力を最低燃費で発生させるための目標エンジントルクｔTeおよび目標エンジン回転数ｔNeの組み合わせをエンジン動作点（tTe，tNe）として決定し、目標エンジントルクｔTeをエンジンコントローラ２２に供給する。
【００３０】
またハイブリッドコントローラ２１は、上記車輪駆動軸回転数にファイナルギヤ比を掛けて求め得る変速機出力回転数No、および上記目標エンジン回転数ｔNeから、第１モータ/ジェネレータMG1の目標回転数ｔNm1を、前記（１）式に対応する次の回転バランス式
tNm1=tNe+α (tNe-No) ・・・（８）
の演算により求め、
更に、同じく変速機出力回転数Noおよび目標エンジン回転数ｔNeから、サンギヤSs（サンギヤS3）の目標回転数ｔNm2を、前記（２）式に対応する次の回転バランス式
tNm2=No−β(tNe-No) ・・・（９）
の演算により求める。
【００３１】
次いでハイブリッドコントローラ２１は、これら目標回転数ｔNm1, ｔNm2と、前記目標エンジントルクｔTeとから、サンギヤSs（サンギヤS3）の目標トルクtTm2を、前記（７）式に対応する次のトルクバランス式
tTm2=[tNm1/{βtNm1＋(α+1)tNm2}]・tTe ・・・（10）
の演算により求め、
この目標トルクtTm2と、単純遊星歯車組８の状態（クラッチCL2が締結しているのか、ブレーキBRが締結しているのか）とに応じて、第２モータ／ジェネレータMG2の目標トルクtTm2’を以下のごとくに決定する。
つまり、クラッチCL2が締結している場合、単純遊星歯車組８が直結状態であるから第２モータ／ジェネレータMG2の目標トルクtTm2’をtTm2’＝tTm2とし、ブレーキBRが締結している場合、単純遊星歯車組８がリングギヤR3からサンギヤSs（サンギヤS3）へのトルクをギヤ比γで増大させているから第２モータ／ジェネレータMG2の目標トルクtTm2’をtTm2’＝tTm2×（１／γ）とする。
【００３２】
ハイブリッドコントローラ２１は、かようにして求めた第２モータ／ジェネレータMG2の目標トルクtTm2’と、上記（８）式の演算により求めた第１モータ/ジェネレータMG1の目標回転数ｔNm1との組み合わせをモータコントローラ２３に供給する。
これにより、第２モータ／ジェネレータMG2が目標トルクtTm2’となるよう制御され、第１モータ/ジェネレータMG1が目標回転数ｔNm1となるよう制御され、エンジンコントローラ２２を介した目標エンジントルクtTeの実現と相まって、前記の目標駆動トルクを最適燃費制御により最低燃費で発生させることができる。
【００３３】
上記の構成になるハイブリッド変速機は、本発明の目的を達成するため、図５につき以下に詳述するような変速制御を行わせ、同図（ａ）〜（ｃ）は、前進（正）回転出力時の変速動作を示し、同図（ｄ）は、後進（逆）回転出力時の変速動作を示す。
先ず、前進（正）回転出力時の変速動作を説明するに、発進に際して必要な最ロー変速比を選択するときは、図５（ａ）に示すように、メインクラッチCL1を解放してエンジン出力なしに、モータ／ジェネレータMG1の正回転モータ駆動、およびモータ／ジェネレータMG2の正回転ジェネレータ（発電）作動（Tm2’<０）により、サンギヤSs（サンギヤS3）の逆転駆動（Nm2<０）下に車両を最ロー変速比で発進可能とする。
これがため、かかる（Tm2’<０）および（Nm2<０）が要求される最ロー変速比では、ブレーキBRを締結させてキャリアC3を固定することにより、単純遊星歯車組８のリングギヤR3からサンギヤS3（サンギヤSs）へのトルクがγ倍に増大されて伝わるようにしておく。
【００３４】
かかる構成によれば、図３につき前述したごとく大きなモータ／ジェネレータトルクを要求される最ロー近辺の変速比において、単純遊星歯車組８のリングギヤR3からサンギヤS3（サンギヤSs）へのトルクがγ倍に増大されるため、
単純遊星歯車組８に係わるモータ／ジェネレータMG2の要求トルクをその分小さくして１／γにすることができ、
モータ／ジェネレータの要求トルクが大きくなるロー側変速比においても小さなモータ／ジェネレータで足りることとなる。
【００３５】
従って、モータ／ジェネレータMG1,MG2が車載上の制約とか、コスト上の制約で大きくし得ない場合においても、ハイブリッド変速機の変速比をロー側に拡大して変速比の幅を大きくすることができ、電気変速レンジの拡大によりハイブリッド変速機の応用範囲を拡大することができる。
例えば、エンジンENGの作動速度レンジが狭くてもこれを、ハイブリッド変速機の変速レンジの上記拡大により補うことが可能になり、大トルクを発生する大型のモータ／ジェネレータを用いずとも電気変速レンジを広くし得て、ハイブリッド変速機の応用範囲を広げることができる。
【００３６】
同じ前進（正）回転出力時の変速動作でも、発進後の中間的な変速比を選択するときは、図５（ｂ）に示すように、メインクラッチCL1を解放してエンジン出力なしに、若しくはメインクラッチCL1を締結してエンジン出力をも用いて、モータ／ジェネレータMG1の正回転モータ駆動、およびモータ／ジェネレータMG2の以下に説明する制御により中間的変速比を選択させる。
図５（ａ）の発進状態から出力回転数Noが上昇している間継続的に（全域で）ブレーキBRを締結させておくと、単純遊星歯車組８のギヤ比γによりモータ／ジェネレータMG2が過回転される。
そこで、サンギヤSs（サンギヤS3）の回転速度Nm2が負回転から０になった時に、図５（ｂ）のごとくブレーキBRを解放し、クラッチCL2を締結させて単純遊星歯車組８を直結状態にする。
【００３７】
前進（正）回転出力時に変速比を更にハイ側にするに当たっては図５（ｃ）に示すごとく、クラッチCL2の締結により単純遊星歯車組８を直結させた状態で、メインクラッチCL1の締結によりエンジン出力をも用いて、モータ／ジェネレータMG1の逆回転ジェネレータ作動（Tm1<０）、およびモータ／ジェネレータMG2（サンギヤSs,S3）の正回転モータ駆動により、車両をハイ側変速比で高速走行とする。
この高速走行時に単純遊星歯車組８がブレーキBRの解放とクラッチCL2の締結とで直結状態にされているため、そのギヤ比γによりモータ／ジェネレータMG2が過回転されるのを回避することができる。
【００３８】
次に後進（逆）回転出力時の変速動作を説明するに、後進に際しては図５（ｄ）に示すように、メインクラッチCL1を解放してエンジン出力なしに、モータ／ジェネレータMG1の逆回転モータ駆動、およびモータ／ジェネレータMG2の以下に説明する制御により後進変速比で発進可能とする。
つまり、後進（逆）回転出力時は無条件にブレーキBRを解放し、クラッチCL2の締結により単純遊星歯車組８を直結状態にする。
そして、モータ／ジェネレータMG2の回転速度Nm2’が０に保たれるようモータ／ジェネレータMG2のトルクTm2’を制御し、これによりモータ／ジェネレータMG2をトルク反力受けとしてモータ／ジェネレータMG2が上記の逆回転モータ駆動により車両を後進電気(EV)走行させるものとする。
【００３９】
上記した本実施の形態になるハイブリッド変速機の速度比（１／変速比ｉ）対トルク特性は図８のごときものとなり（図８でも図３と同様に、エンジンの回転数およびトルクを１に正規化してトルクおよび電気パワーPeを示す）、この図中、図３におけると同様の特性を同一符号にて示す。
この図８から明らかなように、従来はモータ／ジェネレータMG1,MG2のトルクの和値が図３につき前述した（Tm1＋Tm2）のごときものであったのに対し、本実施の形態によればモータ／ジェネレータMG1,MG2のトルクの和値を（Tm1＋Tm2’）のごときものにすることができる。
【００４０】
よって、（Tm1＋Tm2）の特性上のＡ点につき注視するに、本実施の形態によれば、Ａ点と同じ変速比を、（Tm1＋Tm2’）の特性上のＢ点における小さな（従来の半分ほどの）モータ／ジェネレータトルクにより達成することができ、モータ／ジェネレータの定格（大きさ）を半分にし得る。
なお、Ａ点と同じモータ／ジェネレータトルクで、Ａ点に対応した変速比よりもロー側の変速比、つまり（Tm1＋Tm2’）の特性上のＤ点におけるロー側の変速比を達成することができ、モータ／ジェネレータの定格（大きさ）を小さくする必要がない場合、モータ／ジェネレータMG1,MG2を用いた電気変速レンジをロー側に拡大することができる。
【００４１】
図７は、本発明の他の実施の形態を示し、本実施の形態においては、図４におけるブレーキBRをワンウェイクラッチＯＷＣに置換し、これで制動手段を構成する。
このワンウェイクラッチＯＷＣは、図４におけるブレーキBRと同様、図５（ａ）につき前述した最ロー変速比の選択時にキャリアC3を対応方向に回転しないようにロックして、単純遊星歯車組８がキャリアC3を反力受けとしてトルク増大機能を果たし得るようにするためのもので、この機能が得られるような向きにワンウェイクラッチＯＷＣを配置する。
かかる構成になるハイブリッド変速機は、ワンウェイクラッチＯＷＣが図４におけるブレーキBRと同様の役目を果たして前記したと同様の作用効果を奏するのに加えて、以下に説明する作用効果をも奏し得る。
【００４２】
つまり、前記した実施の形態においては図５（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態への移行時に、ブレーキBRを解放すると共に直結クラッチCL2を締結するという摩擦要素の締結掛け替えが必要であり、この際、ブレーキBRの解放タイミングと直結クラッチCL2の締結タイミングとを良好に調時させないと、エンジンENGの空吹けやトルクの引き込みショックを生ずる。
しかし本実施の形態においては、図５（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態への移行時に直結クラッチCL2を締結させると、これに呼応してワンウェイクラッチＯＷＣが自動的にフリーランニングにより解放され、図５（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態への変速が行われるから、直結クラッチCL2の締結とワンウェイクラッチＯＷＣの解放とが常時確実に調時されることとなり、何ら面倒なタイミング制御なしにエンジンENGの空吹けやトルクの引き込みショックを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が要旨構成の基礎前提とする４要素、２自由度の差動装置を用いたハイブリッド変速機を例示する線図的構成図である。
【図２】同ハイブリッド変速機の回転バランス式およびトルクバランス式を求めるのに用いた共線図である。
【図３】同ハイブリッド変速機の速度比（１／変速比）に対する動作特性を示す特性線図である。
【図４】本発明の一実施の形態になるハイブリッド変速機の線図的構成図である。
【図５】同ハイブリッド変速機の共線図を示し、
（ａ）は、前進最ロー変速比を選択した時のレバー状態を示す共線図、
（ｂ）は、前進中間変速比を選択した時のレバー状態を示す共線図、
（ｃ）は、前進ハイ側変速比を選択した時のレバー状態を示す共線図、
（ｄ）は、後進変速比を選択した時のレバー状態を示す共線図である。
【図６】同ハイブリッド変速機の制御システムを示すブロック線図である。
【図７】本発明の一実施の形態になるハイブリッド変速機の線図的構成図である。
【図８】図４および図７に示すハイブリッド変速機の速度比（１／変速比）に対する動作特性を示す特性線図である。
【符号の説明】
ENG エンジン
１ラビニョオ型プラネタリギヤセット
P1 ロングピニオン
Rs リングギヤ
２シングルピニオン遊星歯車組
３ダブルピニオン遊星歯車組
Ss サンギヤ
Sd サンギヤ
P2 ショートピニオン
C キャリア
4s ステータ
4ri 内側ロータ
MG1 第１（内側）モータ／ジェネレータ
4ro 外側ロータ
MG2 第２（外側）モータ／ジェネレータ
CL1 メインクラッチ
４複合電流２層モータ
５出力歯車
６カウンターシャフト
７ディファレンシャルギヤ装置
８単純遊星歯車組
S3 サンギヤ
R3 リングギヤ
C3 キャリア
BR ブレーキ（制動手段）
CL2 直結クラッチ
OWC ワンウェイクラッチ
21 ハイブリッドコントローラ
22 エンジンコントローラ
23 モータコントローラ
24 インバータ
25 バッテリ
26 アクセル開度センサ
27 車速センサ
28 エンジン回転センサ

Claims

共線図上に配置される回転メンバとして４個の回転メンバを有し、これら回転メンバのうち２個のメンバの回転状態を決定すると他のメンバの回転状態が決まる２自由度の差動装置を具え、前記回転メンバのうち、共線図上の内側に位置する２個の回転メンバの一方に主動力源からの入力、他方に駆動系への出力をそれぞれ結合し、共線図上の外側に位置する２個の回転メンバのうち、共線図上で前記入力に近い回転メンバに第 1 モータ / ジェネレータを結合し、共線図上で前記出力に近い回転メンバに第 2 モータ / ジェネレータを結合したハイブリッド変速機において、
サンギヤ、リングギヤおよびキャリアの 3 要素よりなり、これら 3 要素のうち共線図上の中央に位置する要素を固定した状態では、共線図上の両側に位置する要素のうち一方の要素へのトルクを、共線図上の両側に位置する要素のうち他方の要素へトルク増大下に伝達する遊星歯車組を具え、
該遊星歯車組の前記一方の要素に前記第 2 モータ／ジェネレータを結合すると共に、該第 2 モータ／ジェネレータを結合すべき前記差動装置の回転メンバに遊星歯車組の前記他方の要素を結合することにより、第 2モータ／ジェネレータと、該第 2モータ／ジェネレータを結合すべき前記差動装置の回転メンバとの間を、前記遊星歯車組を介して結合し、
該遊星歯車組を２要素の結合により直結状態にする直結クラッチと、該遊星歯車組の共線図上の中央に位置する要素の前記固定を行う制動手段とを設けたことを特徴とするハイブリッド変速機。
請求項１に記載のハイブリッド変速機において、
前記遊星歯車組を介して第 2モータ／ジェネレータを結合すべき前記差動装置の回転メンバが前記主動力源の回転方向とは逆の方向に回転され、且つ、該第 2モータ／ジェネレータが回転数を低下される発電負荷を受ける時、前記直結クラッチを解放すると共に前記制動手段を締結させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド変速機。
請求項１または２に記載のハイブリッド変速機において、
前記遊星歯車組を介して第 2モータ／ジェネレータを結合すべき前記差動装置の回転メンバが前記主動力源の回転方向と同じ方向に回転される時、前記制動手段を解放すると共に前記直結クラッチを締結させるよう構成したことを特徴とするハイブリッド変速機。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のハイブリッド変速機において、
前記制動手段をワンウェイクラッチで構成し、前記遊星歯車組の共線図上の中央に位置する要素が前記トルク増大下での伝動時に反力受けとして機能し得るよう対応方向へ回転されるのを阻止する向きに該ワンウェイクラッチを配置したことを特徴とするハイブリッド変速機。