JP4151514B2 - ハイブリッド車の駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数種類の駆動力源を備えたハイブリッド車の駆動装置に関し、特に、駆動源と車輪との間に複数の変速比が設定可能な変速機を設けたハイブリッド車の駆動装置に関するものである。

周知のように、ハイブリッド車は内燃機関に加えて電動機やモータ・ジェネレータを駆動力源として備えた車両であって、内燃機関をできるだけ効率の良い状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキ力の過不足を電動機もしくはモータ・ジェネレータで補い、さらには減速時にエネルギの回生をおこなうことにより、内燃機関による排ガスを低減し、同時に燃費の向上を図るように構成された車両である。

ハイブリッド車の一例として二つのモータ・ジェネレータを使用して、トルクのアシストを行う例が特許文献１および特許文献２に記載されている。これらの特許文献に記載の方法は、動力分配機構よりエンジンのトルクを第１モータ・ジェネレータへの入力トルクと出力軸とに分配し、出力軸に第２モータ・ジェネレータのトルクを加減することにより、駆動トルクやエンジンブレーキトルクをアシストするように構成されている。

特許文献１には、第２モータ・ジェネレータの後ろに複数段の切替が可能な遊星歯車機構による機械式変速機を設け、その変速機への入力回転数とその変速機からの出力回転数との差をある所定の範囲に抑えるように機械的に変速比を設定することにより、動力循環を防止し、運転効率の低下を抑えるように構成された装置が記載されている。

また、特許文献２には、内燃機関が故障し、電動モータのみで走行する場合に電動モータのエネルギ変換効率と変速機の動力伝達効率との少なくとも一方を考慮して、電動モータで消費されるエネルギが最小となるように変速制御をおこなう装置が記載されている。
特開２０００−３４６１８７号公報 特開２００１−１４５２１０号公報

特許文献１の発明では、入力回転数と出力回転数との回転数差を所定の範囲に抑えることが可能となるが、さらに動力伝達効率などを考慮して燃費を向上させる必要がある。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、動力伝達効率を低下させずに変速を行うハイブリッド駆動装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、上記の目的を達成するために駆動装置の出力軸に複数段の変速比を設定可能な変速機を設けたものである。すなわち、請求項１の発明は、内燃機関と第１のアシスト動力源とが差動作用のある三要素歯車機構からなる動力分配機構を介して連結され、その動力分配機構の出力要素と出力軸との間に複数の変速段を設定可能な変速機が設けられ、前記内燃機関および前記第１のアシスト動力源からの出力トルクに対してトルクを加減補助する第２のアシスト動力源が設けられたハイブリッド車の駆動装置において、前記各変速段の間での変速の前後で、変速前の前記第１のアシスト動力源の回転方向に対して、変速後の前記第１のアシスト動力源の回転方向を反転するとともに、前記第１のアシスト動力源で発電した電力を前記第２のアシスト動力源に供給することによって前記第２のアシスト動力源を駆動する際の電気変換効率を含む前記内燃機関から前記出力軸への動力伝達効率が最も良くなるように前記変速機の変速段を選択する変速手段を備えていることを特徴とする駆動装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１において、前記変速機の前記動力伝達効率が各変速段毎に前記変速機の回転数に応じて変化することを特徴とする駆動装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２において、前記変速手段は、隣接する変速段間の変速を各変速段での前記動力伝達効率が一致する運転状態で実行する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。

また、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかにおいて、前記変速手段は、変速前の前記動力伝達効率と変速後の前記動力伝達効率との差が所定の範囲内に納まっている場合に変速を実行する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。
また、請求項５の発明は、請求項１から３のいずれかにおいて、前記変速手段は、前記動力伝達効率が低下する前に変速を実行する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。
そして、請求項６の発明は、請求項１から３のいずれかにおいて、前記変速手段は、変速前の変速段の動力伝達効率曲線と変速後の変速段の動力伝達効率曲線とが交差する変速点で変速を実行する手段を含むことを特徴とする駆動装置である。

さらに、請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかにおいて、走行中の変速の際にその変速の進行に合わせて前記内燃機関の回転数を所定の回転数に維持するように前記第１のアシスト動力源を制御する回転数制御手段をさらに備えていることを特徴とする駆動装置である。

さらに、請求項８の発明は、請求項１から７のいずれかにおいて、前記変速中の状態がトルク相である場合に前記出力軸の出力トルクを所定の値に維持するように前記第２のアシスト動力源のトルクを制御する第２トルク制御手段をさらに備えていることを特徴とする駆動装置である。
そして、請求項９の発明は、請求項１から８のいずれかにおいて、前記変速中の状態がトルク相である場合に前記出力軸の出力トルクを所定の値に維持するように前記第１のアシスト動力源のトルクを制御する第１トルク制御手段をさらに備えていることを特徴とする駆動装置である。

請求項１の発明によれば、変速機の動力伝達効率は回転数に応じて変化し、ピークとなる回転数が存在するが、ある回転数をピークとしてなだらかに低下する。しかし、伝達効率が低下する前に次の変速段に移るため、それ以上の伝達効率の低下を避けつつ変速を実行できる。したがって、燃費や動力性能が向上し、熱損失の増加を抑えることができる。さらに、動力伝達効率には、内燃機関で第１のアシスト駆動力源を駆動し、第１のアシスト駆動力源で発電した電力で、第２のアシスト駆動力源を駆動しトルクを発生させる場合の、電力から機械的エネルギに変換する電力変換効率も含まれる。つまり、どのような走行状態の場合であっても、電力変換効率を含んだ動力伝達効率が低下する前に次の変速段へ変速をおこなう。したがって、燃費や動力性能が向上し、熱損失の増加を抑えることができる。

さらに、請求項２の発明によれば、変速機の動力伝達効率は回転数に応じて変化し、ピークとなる回転数が存在するが、ある回転数をピークとしてなだらかに低下する。したがって、そのピークの前後で変速をおこなうことにより、伝達効率の低下を避けつつ変速を実行することができる。したがって、燃費や動力性能が向上し、熱損失の増加を抑えることができる。

また、請求項３の発明によれば、変速機の伝達効率は回転数に応じて変化し、ピークとなる回転数が存在するが、ある回転数をピークとしてなだらかに低下する。したがって、ある変速段の伝達効率曲線と次の変速段の伝達効率曲線が交差する点を変速点とすることにより、回転数の上昇に伴って伝達効率が低下する前に、次の変速段に確実に移ることができる。したがって、燃費や動力性能が向上し、熱損失の増加を抑えることができる。

さらに、請求項４ないし６の発明によれば、変速機の動力伝達効率は回転数に応じて変化し、ピークとなる回転数が存在するが、ある回転数をピークとしてなだらかに低下する。しかし、動力伝達効率が低下する前に次の変速段に移るため、それ以上の動力伝達効率の低下を避けつつ変速を実行できる。したがって、燃費や動力性能が向上し、熱損失の増加を抑えることができる。

また、請求項７の発明によれば、変速時に内燃機関の回転数を一定に保つことで、変速ショックを回避することで、スムーズな変速を実現することができる。また、内燃機関を常に運転効率の最も良い回転数で運転させることができるため、燃費が向上する。

また、請求項８の発明によれば、変速時のトルク相状態の時に第２のアシスト駆動力源の出力トルクを増大させることで、より確実に変速ショックを回避することができる。また、第２のアシスト駆動力源で消費される電力が増加するために、変速時における動力循環が防止され、伝達効率を向上させることができる。

さらに、請求項９の発明によれば、第２のアシスト駆動力源が最大出力の状態での変速時や、トルク相におけるトルクの落ち込みが第２のアシスト駆動力源の出力を超える場合には、変速時のトルク相の時に第１のアシスト駆動力源のトルクを制御することにより、動力分配機構を介して反力トルクを変化させ、その結果出力トルクに現れるトルクを増減させて、トルクの落ち込みを補償する。そのため、第２のアシスト駆動力源が最大出力の状態での変速時や、トルク相におけるトルクの落ち込みが第２のアシスト駆動力源の出力を超える場合でも、確実に変速ショックを回避することができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図１はこの発明の対象とする車両のパワートレーンの一例を示している。本パワートレーンは、エンジン１と、第１モータ・ジェネレータ２と、このエンジン１の動力を第１モータ・ジェネレータ２および伝達軸７に分配する動力分配機構４０と、第２モータ・ジェネレータ３とで構成されている。まず、エンジン１の後方に第１モータ・ジェネレータ２が配置され、第１モータ・ジェネレータ２の後方に動力分配機構４０が配置されている。さらに、その後方には第２モータジェネレータ３が配置されている。そして、第２モータ・ジェネレータ３の後方には変速機４１が配置されている。ここで、「後方」とは、車両の前後方向における後方という意味である。

エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の動力装置であって、スロットル開度（吸気量）や燃料供給量、着火時期などの運転状態を電気的に制御できるように構成されている。そのエンジン１の制御は、例えば、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置１００（ＥＣＵ）によっておこなうように構成されている。

また、第１モータ・ジェネレータ２は、例えば同期電動機を用いることが可能であり、この第１モータ・ジェネレータ２は、電動機としての機能と発電機としての機能とを生じるように構成されている。さらに第１モータ・ジェネレータ２にはインバータ７０を介してバッテリー７１とキャパシタ７２が電気的に接続されている。そして、前記インバータ７０を制御することにより、第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクあるいは回生トルクを適宜に設定するようになっている。なお、第１モータジェネレータ２のステータ１０はケーシング１２に固定されており、回転しないようになっている。

動力分配機構４０は、遊星歯車機構により構成されている。この遊星歯車機構は外歯歯車であるサンギヤ２０と、そのサンギヤ２０に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ２２と、これらサンギヤ２０とリングギヤ２２とに噛合しているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ２１とを三つの回転要素として差動作用を生じる公知の歯車機構である。前記エンジン１の出力軸が第１の回転要素であるキャリヤ２１に連結されている。言い換えれば、キャリヤ２１が入力要素となっている。

これに対して第２の回転要素であるサンギヤ２０に、第１モータ・ジェネレータ２のロータ１１が連結されている。したがってサンギヤ２０がエンジン１に対する反力要素となっており、また第３の回転要素であるリングギヤ２２が出力要素であって、伝達軸７に連結されている。

一方、変速機４１は、図１に示す例では、一組のラビニョ型遊星歯車機構によって構成されている。すなわちそれぞれ外歯歯車である第１サンギヤ（Ｓ１）３０と第２サンギヤ（Ｓ２）３２とが設けられており、その第１サンギヤ３０にショートピニオン３１が噛合するとともに、そのショートピニオン３１がこれより軸長の長いロングピニオン３３に噛合し、そのロングピニオン３３が前記各サンギヤ３０，３２と同心円上に配置されたリングギヤ（Ｒ）３４に噛合している。なお、各ピニオン３１，３３は、キャリヤ（Ｃ）３５によって自転かつ公転自在に保持されている。また、第２サンギヤ３２がロングピニオン３３に噛合している。したがって第１サンギヤ３０とリングギヤ３４とは、各ピニオン３１，３３と共にダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成し、また第２サンギヤ３２とリングギヤ３４とは、ロングピニオン３３と共にシングルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成している。

そして、第２サンギヤ３２を選択的に固定する第１ブレーキＢ１と、キャリア３５を選択的に固定する第２ブレーキＢ２とワンウェイクラッチＦ１とが設けられている。また、第２サンギヤ３２と伝達軸７とは、クラッチＣ１を介して接続されている。これらのブレーキＢ１，Ｂ２、クラッチＣ１は摩擦力によって係合力を生じるいわゆる摩擦係合装置であり、多板形式の係合装置あるいはバンド形式の係合装置を採用することができる。そして、これらのブレーキＢ１，Ｂ２、クラッチＣ１は、油圧や電磁力などによる係合力に応じてそのトルク容量が連続的に変化するように構成されている。さらに、第１サンギヤ３０に動力分配機構の出力要素であるリングギヤ２２が伝達軸７を介して接続され、またリングギヤ３４がディファレンシャル４を介してドライブシャフト６に接続され、さらにドライブシャフト６は車輪５に接続されている。したがって、上記の変速機４１は、第１サンギヤ３０がいわゆる入力要素であり、またリングギヤ３４が出力要素となっている。

変速機４１は、これらのブレーキＢ１，Ｂ２、ワンウェイクラッチＦ１、クラッチＣ１、の係合の組み合わせを変化させることで、複数の変速段を設定できるように構成されている。この各変速段の間での変速は、車速や要求駆動力（もしくはアクセル開度）などの走行状態に基づいて制御される。そして、その制御をおこなうためのマイクロコンピュータを主体とした電子制御装置１００（ＥＣＵ）が設けられている。この制御の具体例は後述する。

伝達軸７には第２モータ・ジェネレータ３のロータ１３が接続され、伝達軸７で伝達される伝達トルクに第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクを加減するようになっている。さらに前記第２モータ・ジェネレータ３は、インバータ７３を経由してバッテリー７４とキャパシタ７５に接続されている。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置１００（ＥＣＵ）によってインバータ７３を制御することにより、第２モータ・ジェネレータ３の力行および回生ならびにそれぞれの場合におけるトルクを制御するように構成されている。なお、第２モータ・ジェネレータ３のステータ１４はケーシング１２に固定されており、ステータ１４は回転しないようになっている。

エンジン１の最適燃費運転は、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を高低に変化させることにより、エンジン１の回転数を連続的に（無段階に）変化させて設定される。すなわち、エンジン１の回転数を例えば燃費が最もよい回転数に設定する無段変速制御を、第１モータ・ジェネレータ２および動力分配機構４０を制御することによっておこなうことができる。なお、このように遊星歯車機構により構成された動力分配機構４０を用いて動力を分割する方式のハイブリッド駆動装置は機械分配式ハイブリッド駆動装置と呼ばれる。

次に、各変速段の切替とブレーキ等の組み合わせについて図２の係合・解放の図表および図３の共線図を使用して説明する。なお、図２の「ＯＮ」は係合を表し、「ＯＦＦ」は解放を表す。また、図３の「ＭＧ１」は第１モータ・ジェネレータ２を表す。

車速が低い間は変速機４１の変速段は第１速が設定される。第１速はクラッチＣ１とブレーキＢ１を解放し、ワンウェイクラッチＦ１とブレーキＢ２とが係合することにより設定される。これにより、変速機４１のキャリア３５が選択的に固定されるので、図３の直線Ａに示す状態となり、変速機４１からの出力回転数が変速機４１への入力回転数よりも低回転数となる。

車速が上昇すると、変速機４１の変速段は第２速が設定される。第２速はクラッチＣ１とブレーキＢ２を解放し、ブレーキＢ１のみを係合することにより設定される。これにより、変速機４１の第２サンギヤ３２が選択的に固定されるので、図３の直線Ｂに示す状態となり、出力回転数は第１速時よりも高回転数となる。なお、変速比は“１”よりも大きくなる。

車速がさらに上昇すると、変速機４１の変速段は第３速が設定される。第３速はクラッチＣ１のみを係合し、ブレーキＢ１，Ｂ２を解放することにより設定される。これにより、第２サンギヤ３２が入力回転数と同じ回転数で回転するため、変速機４１の増減速作用は生じず、変速機４１への入力回転数と変速機４１からの出力回転数が同じ回転数となる。

これらの変速は変速機４１の伝達効率が常に最大となるように以下に述べる制御によって行われる。図７はその制御例を示すフローチャートである。

先ず、現在の変速機４１の変速比やエンジン１の回転数等から予め設定してあるマップにより変速機４１への入力トルクおよび出力トルクを算出し変速前の伝達効率η１を求める（ステップＳ１、ステップＳ２）。同様に、変速後の変速比やエンジン１の回転数等から予め設定してあるマップにより入力トルクおよび出力トルクを算出し、出力トルクと入力トルクの比から変速後の伝達効率η２を求める（ステップＳ３）。

次に、変速前伝達効率η１と変速後伝達効率η２との差の絶対値が所定値より小さいか否かが判断される（ステップＳ４）。すなわち、変速前伝達効率η１と変速後伝達効率η２の差が所定の範囲内に納まっている場合には変速点に達したものと判断される。なお、ステップＳ４で否定的に判断された場合、すなわち変速点に達していないと判断された場合には、このルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ４で肯定的に判断された場合、すなわち変速点に達したものと判断された場合には、変速が開始される（ステップＳ５）。変速が開始されると、上記クラッチやブレーキ等の係合状態の組み合わせが変更されると同時に、変速当初のトルク相におけるトルクの落ち込みを第２モータ・ジェネレータ３のトルクを増大することにより補償する（ステップＳ６）。なお、このトルク補償制御はクラッチやブレーキ等の油圧指令値に基づいたフィードフォワード制御によりおこなわれる。

変速がさらに進み、イナーシャ相の状態となると、変速機４１で回転数の変化が生じ、サンギヤ３０およびこれと一体の伝達軸７にその回転数を低下させるトルクが作用する。この伝達軸７は動力分配機構４０のリングギヤ２２に連結されているので、伝達軸７の回転数が低下すると、エンジン回転数も低下することになる。このようなエンジン１の回転数が低下するのを防止するため、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を増大させる（ステップＳ７）。その結果、エンジン１の回転数は常に一定に保たれる。なおこの回転数補償制御は、エンジン１の回転数に基づいたフィードバック制御によっておこなわれる。

その後、クラッチやブレーキ等の係合の切替が完全に終了すると、変速制御は終了し（ステップＳ８）、このルーチンを抜ける。

つぎに、図７で示す制御例を実行した場合のタイムチャートを図９に示す。このタイムチャートは第１速から第２速へと変速をおこなうアップシフトの場合のタイムチャートである。

変速が開始され（ｔ１時点、ステップＳ５に相当）、ワンウェイクラッチＦ１のトルクが低下し、ブレーキＢ１のトルクが増加し始めると（ｔ１からｔ２時点）、出力トルクが低下し始める。

そこで、図９の斜線部に示すような出力トルクの落ち込みを補償するように、第２モータ・ジェネレータ３のトルクを増大させる。（ｔ１からｔ２時点、ステップＳ６に相当）。これにより出力トルクの減少はｔ２時点を最低として増加に転じ、それ以上の出力トルクの低下が防止される。

また、エンジンの回転数の低下にあわせて第１モータ・ジェネレータ２の回転数を増加させる（ｔ２からｔ３時点、ステップＳ７に相当）。これにより、車両の走行状態が変化したとしても、エンジン１の回転数は一定に保たれる。

これらの制御を共線図で表すと、図１０に示すようになる。変速がおこなわれると、第２モータ・ジェネレータ３の回転数が減少する。そこで、エンジン回転数を一定に保つため、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を増加させる。（ｔ２からｔ３に相当）この間、出力回転数は一定に保たれている。

第２モータ・ジェネレータ３の出力側に変速機４１を設けて変速をおこなうことで、出力トルクの増大を図ることができる。したがって、第１モータ・ジェネレータ２と第２モータ・ジェネレータ３の小型化を図ることができ、そのため、駆動装置全体の小型化とコストダウンを図ることができる。

さらに、変速時の急激なトルクの変動を補償する場合に必要な瞬間的な大電流の発生にはキャパシタ７２を使用することで、バッテリ７１の大型化を抑制することができる。

また、ダウンシフトをおこなう場合とアップシフトをおこなう場合とで、変速点をはさんで前後にずらして変速を行うこともできる。すなわち変速動作にヒステリシスを持たせることもできる。したがって、車両の運転状態が変速点上で一定に保たれる場合などに不要な変速が繰り返される、いわゆるビジーシフトが低減され、耐久性が向上する。また、運転者の変速時の違和感も低減する事ができる。

変速機４１の動力伝達効率は、図８に示すように、入力回転数の上昇に伴って上昇するが、ある回転数をピークとしてなだらかに低下する。したがって、図７の制御例に示すように、変速機４１は動力伝達効率が低下する前に次の変速段に移ることで、図８に示すように、回転数に係わらず各変速段の伝達効率の最も高い領域を使用して変速がおこなわれる。そのため、それ以上の伝達効率の低下を避けつつ変速を実行できる。したがって、燃費や動力性能が向上し、熱損失の増加を抑えることができる。

変速機４１の伝達効率は、図８に示すように回転数の上昇に伴って上昇するが、ある回転数をピークとしてなだらかに低下する。図７に示す制御例では、ある変速段の伝達効率曲線と次の変速段の伝達効率曲線が交差する点を変速点としている。したがって、回転数の上昇に伴って伝達効率が低下する前に、次の変速段に確実に移ることができる。したがって、燃費や動力性能が向上し、熱損失の増加を抑えることができる。

なお伝達効率には、エンジン１で第１モータ・ジェネレータ２を駆動し、第１モータ・ジェネレータ２で発電した電力で、第２モータ・ジェネレータ３のアシスト駆動力源を駆動してトルクを発生する場合の、電力から機械的エネルギーへ変換する電力変換効率も含まれる。つまり、どのような走行状態であっても、電力変換効率を含んだ伝達効率が低下する前に次の変速段へ変速をおこなう。したがって、燃費や動力性能が向上し、熱損失の増加を抑えることができる。

また、変速時にエンジン１の回転数を一定に保つことで、変速ショックを回避し、スムーズな変速を実現することができる。また、エンジン１を常に運転効率の最も良い回転数で運転させることができるため、燃費が向上する。

さらに、変速時のトルク相状態の時に第２モータ・ジェネレータ３の出力トルクを増大させることで、より確実に変速ショックを回避することができる。また、第２モータ・ジェネレータ３で消費される電力が増加するために、変速時における動力循環が防止され、伝達効率を向上させることができる。

また、変速の前後でエンジン１の回転数が一致するため、有段変速にも係わらず無段変速のような変速感を得ることができる。また、エンジン１の回転数やエンジン１の出力トルクは一定に保たれる。したがって、エンジンの運転点を最適燃費線上に保ったまま、変速をおこなうことができる。

なお、第２モータ・ジェネレータ３が最大出力の状態での変速時や、トルク相におけるトルクの落ち込み量が第２モータ・ジェネレータ３の出力を超える場合には、変速時のトルク相の時に第１モータ・ジェネレータ２の出力トルクを増大させることで、第１モータ・ジェネレータ２の回転数を低下させ、エンジン１からイナーシャトルクを発生させることもできる。そして、そのイナーシャトルクによりトルクの落ち込みを補償する。そのため、第２モータ・ジェネレータ３が最大出力の状態での変速時や、トルク相におけるトルクの落ち込み量が第２モータ・ジェネレータ３の出力を超える場合でも、確実に変速ショックを回避することができる。

つぎに、この発明の対象となるパワートレーンの他の実施例を以下に説明する。図４は、この他の実施例の構成を示す具体例であり、変速機を二組の遊星歯車機構を組み合わせて構成した例である。なお、図４の実施例において図１の構成と同じ構成については図１と同じ符号を付してある。また、図４に示す実施例は、図１に示す実施例の変形例であり、図１の構成と同じ部分について得られる作用・効果は同一である。

図４に示す実施例においては、変速機６０は第１遊星歯車機構５７と第２遊星歯車機構５６とから構成されている。シングルピニオン型の第１遊星歯車機構５７におけるサンギヤ５３と同心円上に配置されている内歯歯車であるリングギヤ５４は固定されている。そして、これらサンギヤ５３とリングギヤ５４とに噛み合っている大ピニオンギヤ５５が、その中心軸線を中心に自転し、キャリヤ５０の自転によって公転するようにキャリヤ５０によって保持されている。

その大ピニオンギヤ５５は、いわゆるステップドピニオンギヤとして構成されている。すなわち、大ピニオンギヤ５５より小径の小ピニオンギヤ５１が、同一軸線上に並べて一体化されている。その小ピニオンギヤ５１が、前記第１遊星歯車機構５４におけるサンギヤ５３より大径の第２のサンギヤ５２に噛み合っている。すなわち第２のサンギヤ５２と、大小のピニオンギヤ５５，５１（すなわちステップドピニオンギヤ）と、これを保持しているキャリヤ５０と、前記リングギヤ５４とによって第２の遊星歯車機構５６が構成されている。したがって第１の遊星歯車機構５７におけるサンギヤ５３が第２の遊星歯車機構５６におけるサンギヤ５２より小径であり、かつリングギヤ５４を共用しているので、第１の遊星歯車機構５７におけるギヤ比（サンギヤとリングギヤとの歯数の比）ρ1 が、第２の遊星歯車機構５６のギヤ比ρ2 より小さくなっている。

第１遊星歯車機構５７におけるサンギヤ５３に第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３のロータ１３が連結されており、さらに、そのロータ１３はクラッチＣ４を介して伝達軸７と連結されている。またサンギヤ５２はクラッチＣ５を介して伝達軸７と連結されている。伝達軸７はクラッチＣ６を介してディファレンシャル４と連結されている。

変速機６０は、これらのクラッチＣ４，Ｃ５，Ｃ６の係合の組み合わせを変化させることで、複数の変速段を設定できるように構成されている。この各変速段の間での変速は、車速や要求駆動力（もしくはアクセル開度）などの走行状態に基づいて制御される。そして、その制御をおこなうためのマイクロコンピュータを主体とした電子制御装置１００（ＥＣＵ）が設けられている。

次に、各変速段の切替とブレーキ等の組み合わせについて図５の係合・解放の図表および図６の共線図を使用して説明する。なお、図５の「ＯＮ」は係合を表し、「ＯＦＦ」は解放を表す。

車速が低い間は変速機６０の変速段は第１速が設定される。第１速はクラッチＣ４を係合し、クラッチＣ５およびクラッチＣ６を解放することにより設定される。これにより、動力分配機構４０からの出力トルクはクラッチＣ４を経由してサンギヤ５３に入力される。リングギヤ５４は固定されているので、図６の直線Ａに示す状態となり、変速機６０の出力回転数が変速機４１への入力回転数よりも低い回転数が得られる。

車速が上昇すると、変速機６０の変速段は第２速が設定される。第２速はクラッチＣ５を係合し、クラッチＣ４およびＣ６を解放することにより設定される。これにより、動力分割装置４０からの出力トルクはクラッチＣ５を経由して第２のサンギヤ５２に入力される。リングギヤ５４は固定されているので、図６の直線Ｂに示す状態となり、出力回転数は第１速時よりも高回転数となる。

車速がさらに上昇すると、変速機６０の変速段は第３速が設定選択される。第３速はクラッチＣ６のみを係合し、クラッチＣ４およびクラッチＣ５を解放することで設定される。これにより、伝達軸７とディファレンシャル４とが、図６の直線Ｃに示す状態となり、動力分割装置４０からの出力トルクは、変速機６０を通過せずに直接車輪５を駆動する。したがって、変速機６０による動力損失を防止することができる。

ここで、上述した各具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、エンジン１が「内燃機関」に相当し、変速機４１および６０が「変速機」に相当する。また、第１モータ・ジェネレータ２が「第１のアシスト動力源」に相当し、伝達軸７が「出力軸」に相当する。さらに、第２モータ・ジェネレータ３が「第２のアシスト動力源」に相当し、動力分配機構４０が「動力分配機構」に相当する。加えて、ステップＳ５が「変速手段」に相当し、ステップＳ７が「回転数制御手段」に相当する。また、ステップＳ６が「第２トルク制御手段」に相当する。

なお、共線図から判るように、パワーオンダウンシフト時（例えば第２速から第１速へ変速する場合）に、第１モータ・ジェネレータ２のトルクを増大させると、その回転数が低下し、その回転数の低下分の慣性トルクすなわちイナーシャトルクが動力分配機構のサンギヤ２０に作用する。この結果、リングギヤ２２から出力されるいわゆる直達トルクが増大する。このような制御をトルク相でおこなうことにより駆動トルク（出力軸トルク）の落ち込みを抑制できる。すなわち変速中における、このような第１モータ・ジェネレータ２の制御を行う手段が「第１トルク制御手段」である。

また、ブレーキＢ１，Ｂ２およびクラッチＣ１，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６は油圧制御式、電磁制御式のいずれでもよい。また、本発明における「内燃機関」と「第２のアシスト駆動力源」とは、駆動力の発生の原理が異なる。本実施例では「内燃機関」を使用して熱エネルギーを運動エネルギーに変換したが、内燃機関の他に外燃機関等を用いてもよい。要は、熱エネルギーを運動エネルギーに変換する装置であればよい。

この発明の一例である車両を模式的に示すスケルトン図である。 図１に示す車両で選択できる各変速段とブレーキ、クラッチの入切動作との関係を示す図表である。 図１に示す駆動装置についての共線図である。 この発明の他の例である車両を模式的に示すスケルトン図である。 図４に示す車両で選択できる各変速段とブレーキ、クラッチの入切動作との関係を示す図表である。 図４に示す駆動装置についての共線図である。 アップシフト変速時の制御の流れを示すフローチャートである。 伝達効率と回転数比の関係を示す説明図である。 アップシフト変速時の制御の流れを示すタイムチャートである。 アップシフト変速時の状態を示す共線図である。

符号の説明

１…エンジン、 ２…第１モータ・ジェネレータ、 ３…第２モータ・ジェネレータ、 ７…伝達軸、 ４０…動力分配機構、 ４１，６０…変速機、 ５７…第１遊星歯車機構、 ５６…第２遊星歯車機構、 １００…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (9)

1. 内燃機関と第１のアシスト動力源とが差動作用のある三要素歯車機構からなる動力分配機構を介して連結され、その動力分配機構の出力要素と出力軸との間に複数の変速段を設定可能な変速機が設けられ、前記内燃機関および前記第１のアシスト動力源からの出力トルクに対してトルクを加減補助する第２のアシスト動力源が設けられたハイブリッド車の駆動装置において、
   前記各変速段の間での変速の前後で、変速前の前記第１のアシスト動力源の回転方向に対して、変速後の前記第１のアシスト動力源の回転方向を反転するとともに、前記第１のアシスト動力源で発電した電力を前記第２のアシスト動力源に供給することによって前記第２のアシスト動力源を駆動する際の電気変換効率を含む前記内燃機関から前記出力軸への動力伝達効率が最も良くなるように前記変速機の変速段を選択する変速手段を備えていることを特徴とするハイブリッド車の駆動装置。
2. 前記変速機の前記動力伝達効率が各変速段毎に前記変速機の回転数に応じて変化することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の駆動装置。
3. 前記変速手段は、隣接する変速段間の変速を各変速段での前記動力伝達効率が一致する運転状態で実行する手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車の駆動装置。
4. 前記変速手段は、変速前の前記動力伝達効率と変速後の前記動力伝達効率との差が所定の範囲内に納まっている場合に変速を実行する手段を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。
5. 前記変速手段は、前記動力伝達効率が低下する前に変速を実行する手段を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。
6. 前記変速手段は、変速前の変速段の動力伝達効率曲線と変速後の変速段の動力伝達効率曲線とが交差する変速点で変速を実行する手段を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。
7. 走行中の変速の際にその変速の進行に合わせて前記内燃機関の回転数を所定の回転数に維持するように前記第１のアシスト動力源を制御する回転数制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。
8. 前記変速中の状態がトルク相である場合に前記出力軸の出力トルクを所定の値に維持するように前記第２のアシスト動力源のトルクを制御する第２トルク制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。
9. 前記変速中の状態がトルク相である場合に前記出力軸の出力トルクを所定の値に維持するように前記第１のアシスト動力源のトルクを制御する第１トルク制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のハイブリッド車の駆動装置。

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