JP4158122B2 - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンに接続された入力軸と、車輪に接続された出力軸と、回転電機と、第一遊星歯車装置と、第二遊星歯車装置とを備え、電気式トルクコンバータとして機能する状態を有するハイブリッド駆動装置に関する。
電気式トルクコンバータとして機能する状態を有するハイブリッド駆動装置に関して、例えば下記の特許文献1には、図42に示すような構成が記載されている。このハイブリッド駆動装置は、エンジンに接続された入力軸Iと、車輪に接続された出力軸Oと、第一回転電機M1と、第二回転電機M2と、ダブルピニオン型の遊星歯車装置PGを有する動力分配機構SPと、この動力分配機構SPと出力軸Oとの間で伝達部材Tを介して直列に連結されている自動変速機ATとを備えている。ここで、遊星歯車装置PGは、サンギヤss、互いに噛み合う複数組のピニオンギヤを支持するキャリアcas、前記ピニオンギヤを介してサンギヤssと噛み合うリングギヤrsを回転要素として備えている。そして、キャリアcasは入力軸I及びエンジンに接続され、サンギヤssは第一回転電機M1に接続され、リングギヤrsは伝達部材T及び第二回転電機M2に接続されている。また、サンギヤssとケースDsとの間に切換ブレーキB0が設けられ、サンギヤssとキャリアcasとの間に切換クラッチC0が設けられている。これら切換クラッチC0および切換ブレーキB0が解放された状態では、遊星歯車装置PGは、変速比が連続的に変化する無段変速機として機能する。
ここで、遊星歯車装置PGはダブルピニオン型であるため、回転速度の順序は、キャリアcas、リングギヤrs、サンギヤssの順となる。したがって、サンギヤssに接続された第一回転電機M1が入力軸I(エンジン)の回転トルクの反力受けとして機能する場合、キャリアcasに接続された入力軸I(エンジン)の回転は減速されてリングギヤrsに伝達される。そして、このリングギヤrsの回転が伝達部材Tを介して自動変速機AT側に伝達され、出力軸Oから出力される。ここで、遊星歯車装置PGのギヤ比(サンギヤssとリングギヤrsとの歯数比=〔サンギヤssの歯数〕/〔リングギヤrsの歯数〕)をλとした場合、エンジントルク:遊星歯車装置PGの出力トルク:第一回転電機M1のトルク=(1−λ):1:λという関係が成立する。したがって、例えばギヤ比λ=0.5程度の場合、エンジントルクと同等のトルクを第一回転電機M1が分担することにより、エンジントルクの約2倍のトルクがキャリアcasから出力される。そして、第一回転電機M1のトルクを次第に増大させて反力を大きくすることにより、エンジントルクの約1/(1−λ)倍の出力トルクで車両を滑らかに発進させることができる。これにより、この遊星歯車装置PGは、第一回転電機M1のトルクによりエンジンの回転トルクを増幅して出力しつつ車両を発進させる電気式トルクコンバータとして機能する。
特開2005−206136号公報(第37−38頁、第17図)
上記のハイブリッド駆動装置では、第一回転電機M1が発生する回転トルクが、遊星歯車装置PGにおいて入力軸I(エンジン)の回転トルクに対する反力となる。したがって、第一回転電機M1が発生する回転トルクの上限と遊星歯車装置PGのギヤ比λとにより、遊星歯車装置PGから伝達部材T側、すなわち出力軸O側に伝達可能な回転トルクの上限が定まる。ここで、遊星歯車装置PGのギヤ比λを小さくすることにより出力軸O側に伝達可能な回転トルクの上限を高めると、電気式トルクコンバータとしてのエンジントルクの増幅率が低下する。そのため、エンジントルクの増幅率を変更せずに大きな回転トルクを出力軸O側に伝達可能にするためには、第一回転電機M1として出力トルクが大きい回転電機を使用する必要があった。しかしながら、出力トルクが大きい回転電機は外形及び重量が大きく、コストも高い等の欠点がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気式トルクコンバータとして機能する状態を有するハイブリッド駆動装置であって、比較的出力トルクが小さい回転電機を使用した場合であっても、大きな回転トルクを出力軸側へ伝達することが可能なハイブリッド駆動装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る、エンジンに接続された入力軸と、車輪に接続された出力軸と、回転電機と、第一遊星歯車装置と、第二遊星歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置の特徴構成は、前記第二遊星歯車装置における前記入力軸の回転が伝達される回転要素に、前記回転電機の回転を選択的に伝達する第一クラッチを備え、電気式トルクコンバータモードで、前記第一遊星歯車装置は、前記回転電機の回転速度の絶対値を減速して前記第二遊星歯車装置に伝達し、前記第二遊星歯車装置は、前記第一遊星歯車装置から伝達される回転と前記入力軸の回転とを合成し、前記入力軸の回転速度の絶対値を減速して前記出力軸に伝達し、前記第一クラッチの係合状態で、前記入力軸と前記回転電機とを直結したパラレルモードとなる点にある。
なお、本願では、「接続」は、回転の伝達を直接的に行う構造を含むほか、1又は2以上の部材を介して回転の伝達を間接的に行う構造も含む。また、「回転速度の順」は、高速側から低速側に向かう順、又は低速側から高速側に向かう順のいずれかであり、各遊星歯車装置の回転状態によりいずれともなり得るが、いずれの場合にも回転要素の順は変わらない。また、本願では、サンギヤ、キャリア、リングギヤの三つの回転要素を備えた遊星歯車機構に関し、当該遊星歯車機構単独で、若しくは複数の遊星歯車機構を組み合わせて得られる装置を「遊星歯車装置」と呼ぶ。また、本願では、「回転電機」は、電動モータ、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・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。
この特徴構成によれば、ハイブリッド駆動装置が電気式トルクコンバータとして機能する電気式トルクコンバータモードで、前記第一遊星歯車装置により前記回転電機の回転速度の絶対値が減速されて前記第二遊星歯車装置に伝達される。そして、前記第二遊星歯車装置で、前記第一遊星歯車装置から伝達される回転トルクを反力として前記入力軸(エンジン)の回転トルクが増幅されて前記出力軸に伝達される。したがって、比較的出力トルクが小さい回転電機を使用した場合であっても、前記第一遊星歯車装置により当該回転電気の回転トルクを増幅したトルクを反力とすることができるので、電気式トルクコンバータとしてのエンジントルクの増幅率を低下させることなく、大きな回転トルクを出力軸側へ伝達することが可能となる。また、前記第一クラッチを係合することで前記入力軸と前記回転電機とを直結し、前記電気式トルクコンバータモードで働くものと同じ前記回転電機を用いて、前記入力軸(エンジン)の回転トルクを前記回転電機の回転トルクにより補助しつつ走行するパラレルモードを実現することが可能となる。
また、前記電気式トルクコンバータモードから前記パラレルモードへのモード切替に際して、前記第一クラッチの入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で前記第一クラッチの係合を行う同期切替が可能に構成されていると好適である。
このように構成すれば、前記電気式トルクコンバータモードから前記パラレルモードへのモード切替の際に、前記第一クラッチの係合による衝撃を非常に小さくすることができる。
また、前記パラレルモードは、複数の変速段を有する構成とすると好適である。
このように構成すれば、幅広い走行速度域においてパラレルモードでの走行が可能となる。
また、前記パラレルモードは、前記入力軸の回転速度の絶対値を増速して前記出力軸に伝達するとともに、前記回転電機の回転速度の絶対値を減速して前記出力軸に伝達する増速変速段を更に備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、より高い走行速度での走行が可能となる。また、そのような増速変速段でも前記回転電機の回転速度の絶対値を減速して前記出力軸に伝達する構成としているので、増速変速段であっても回生制動を行う際に、前記回転電機に十分な回生トルクを伝達することができる。したがって、前記回転電機による発電の効率を高めることができる。
また、前記入力軸の回転を前記第二遊星歯車装置の前記回転要素に選択的に伝達する第二クラッチを備え、前記第一クラッチの係合状態であって前記第二クラッチの係合解除状態で、前記入力軸を前記出力軸から切り離し、前記回転電機の回転を前記出力軸に伝達する電気走行モードとなる構成とすると好適である。
このように構成すれば、前記第一クラッチを係合して前記第二クラッチを係合解除することで、前記電気式トルクコンバータモードで働くものと同じ前記回転電機を用いて、前記エンジンを停止した状態で前記回転電機の回転トルクのみにより走行する電気走行モードを実現することが可能となる。
また、前記第一遊星歯車装置及び前記第二遊星歯車装置は、前記電気走行モードで複数の変速段を有する構成とすると好適である。
このように構成すれば、幅広い走行速度域において電気走行モードでの走行が可能となる。
本発明に係る、エンジンに接続された入力軸と、車輪に接続された出力軸と、回転電機と、第一遊星歯車装置と、第二遊星歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置のもう一つの特徴構成は、前記第一遊星歯車装置及び前記第二遊星歯車装置は、それぞれ回転速度の順に少なくとも第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素を備え前記第一遊星歯車装置は、第一回転要素に前記回転電機が接続され、第二回転要素が非回転部材に固定され、その状態で第三回転要素の回転速度の絶対値が前記第一回転要素の回転速度の絶対値に対して減速されるようにギヤ比が設定され、前記第二遊星歯車装置は、第一回転要素に前記入力軸が接続され、第二回転要素に前記出力軸が接続され、第三回転要素に前記第一遊星歯車装置の第三回転要素が接続され、前記第一遊星歯車装置の第一回転要素と前記第二遊星歯車装置の第一回転要素とを選択的に接続する第一クラッチを備える点にある。
この特徴構成によれば、前記第一遊星歯車装置を介して前記第二遊星歯車装置に伝達される前記回転電機の回転トルクを反力とし、前記第二遊星歯車装置により前記反力と前記入力軸の回転とを合成し、前記入力軸の回転速度の絶対値を減速して前記出力軸に伝達することができる。したがって、このハイブリッド駆動装置は、前記回転電機の回転トルクを次第に増大させて反力を大きくすることにより、エンジンの回転トルクを増幅して出力しつつ車両を発進させる電気式トルクコンバータとして機能させることができる。
またこの際、前記第一遊星歯車装置により前記回転電機の回転速度の絶対値を減速することにより増幅した回転トルクを反力として前記入力軸(エンジン)の回転トルクを増幅して前記出力軸に伝達することができる。したがって、比較的出力トルクが小さい回転電機を使用した場合であっても、電気式トルクコンバータとしてのエンジントルクの増幅率を低下させることなく、大きな回転トルクを出力軸側へ伝達することが可能となる。
また、この特徴構成によれば、前記第一クラッチを係合することで、前記入力軸と前記回転電機とを直結することができる。したがって、このハイブリッド駆動装置は、前記電気式トルクコンバータとして機能させる際に働くものと同じ前記回転電機を用いて、前記入力軸(エンジン)の回転トルクを前記回転電機の回転トルクにより補助しつつ走行するパラレル方式のハイブリッド駆動装置として機能させることができる。
また、このハイブリッド駆動装置は、前記第一クラッチを係合して電気式トルクコンバータとして機能する状態からパラレル方式のハイブリッド駆動装置として機能する状態に切り替える際に、前記第一クラッチの入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で前記第一クラッチの係合を行う同期切替が可能に構成されている。したがって、当該状態切替の際に、前記第一クラッチの係合による衝撃を非常に小さくすることができる。
また、前記第二遊星歯車装置の第一回転要素と前記入力軸との接続を選択的に行う第二クラッチを備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、前記第二クラッチを係合解除することで、前記入力軸を前記第二遊星歯車装置から切り離すことができる。したがって、このハイブリッド駆動装置は、前記電気式トルクコンバータとして機能させる際に働くものと同じ前記回転電機を用いて、前記エンジンを停止した状態で前記回転電機の回転トルクのみにより走行する電気走行用の駆動装置として機能させることができる。
また、前記第一遊星歯車装置の第二回転要素と前記入力軸とを選択的に接続する第三クラッチ、前記第一遊星歯車装置の第二回転要素の前記非回転部材への固定を選択的に行う第一ブレーキ、及び互いに接続されている前記第一遊星歯車装置の第三回転要素及び前記第二遊星歯車装置の第三回転要素を非回転部材に選択的に固定する第二ブレーキのいずれか一つ以上を備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、このハイブリッド駆動装置をパラレル方式のハイブリッド駆動装置又は電気走行用の駆動装置として機能させる際に、複数の変速段を有する構成とすることができる。
また、前記第二遊星歯車装置は、回転速度の順で前記第二回転要素と前記第三回転要素との間に中間回転要素を備え、前記第二遊星歯車装置の前記中間回転要素を非回転部材に選択的に固定する第三ブレーキを備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、このハイブリッド駆動装置をパラレル方式のハイブリッド駆動装置又は電気走行用の駆動装置として機能させる際に、より多くの変速段を有する構成とすることができる。
また、前記第二遊星歯車装置は、回転速度の順で前記第二回転要素と前記第三回転要素との間に中間回転要素を備え、前記第二遊星歯車装置の前記中間回転要素と前記入力軸とを選択的に接続する第四クラッチを備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、このハイブリッド駆動装置をパラレル方式のハイブリッド駆動装置として機能させる際に、後進変速段を有する構成とすることができる。
本発明に係る、エンジンに接続された入力軸と、車輪に接続された出力軸と、回転電機と、第一遊星歯車装置と、第二遊星歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置の更にもう一つの特徴構成は、前記第一遊星歯車装置及び前記第二遊星歯車装置は、それぞれ回転速度の順に少なくとも第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素を備え前記第一遊星歯車装置は、第一回転要素に前記回転電機が接続され、第三回転要素が非回転部材に固定され、前記第二遊星歯車装置は、第一回転要素に前記入力軸が接続され、第二回転要素に前記出力軸が接続され、第三回転要素に前記第一遊星歯車装置の第二回転要素が接続されている点にある。
この特徴構成によれば、前記第一遊星歯車装置を介して前記第二遊星歯車装置に伝達される前記回転電機の回転トルクを反力とし、前記第二遊星歯車装置により前記反力と前記入力軸の回転とを合成し、前記入力軸の回転速度の絶対値を減速して前記出力軸に伝達することができる。したがって、このハイブリッド駆動装置は、前記回転電機の回転トルクを次第に増大させて反力を大きくすることにより、エンジンの回転トルクを増幅して出力しつつ車両を発進させる電気式トルクコンバータとして機能させることができる。
またこの際、前記第一遊星歯車装置により前記回転電機の回転速度の絶対値を減速することにより増幅した回転トルクを反力として前記入力軸(エンジン)の回転トルクを増幅して前記出力軸に伝達することができる。したがって、比較的出力トルクが小さい回転電機を使用した場合であっても、電気式トルクコンバータとしてのエンジントルクの増幅率を低下させることなく、大きな回転トルクを出力軸側へ伝達することが可能となる。
ここで、前記第一遊星歯車装置の第一回転要素と前記第二遊星歯車装置の第一回転要素とを選択的に接続する第一クラッチを備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、前記第一クラッチを係合することで、前記入力軸と前記回転電機とを直結することができる。したがって、このハイブリッド駆動装置は、前記電気式トルクコンバータとして機能させる際に働くものと同じ前記回転電機を用いて、前記入力軸(エンジン)の回転トルクを前記回転電機の回転トルクにより補助しつつ走行するパラレル方式のハイブリッド駆動装置として機能させることができる。
また、このハイブリッド駆動装置は、前記第一クラッチを係合して電気式トルクコンバータとして機能する状態からパラレル方式のハイブリッド駆動装置として機能する状態に切り替える際に、前記第一クラッチの入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で前記第一クラッチの係合を行う同期切替が可能に構成されている。したがって、当該状態切替の際に、前記第一クラッチの係合による衝撃を非常に小さくすることができる。
また、前記第二遊星歯車装置の第一回転要素と前記入力軸との接続を選択的に行う第二クラッチを備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、前記第二クラッチを係合解除することで、前記入力軸を前記第二遊星歯車装置から切り離すことができる。したがって、このハイブリッド駆動装置は、前記電気式トルクコンバータとして機能させる際に働くものと同じ前記回転電機を用いて、前記エンジンを停止した状態で前記回転電機の回転トルクのみにより走行する電気走行用の駆動装置として機能させることができる。
また、前記第一遊星歯車装置の第三回転要素の前記非回転部材への固定を選択的に行う第一ブレーキ、互いに接続されている前記第一遊星歯車装置の第二回転要素及び前記第二遊星歯車装置の第三回転要素を非回転部材に選択的に固定する第二ブレーキのいずれか一つ以上を備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、このハイブリッド駆動装置をパラレル方式のハイブリッド駆動装置又は電気走行用の駆動装置として機能させる際に、複数の変速段を有する構成とすることができる。
また、このハイブリッド駆動装置は、前記回転電機の回転トルクを用いず、前記入力軸(エンジン)の回転トルクのみにより走行するエンジン走行用の駆動装置として機能させることもできる。また、このハイブリッド駆動装置は、前記第二ブレーキを係合して電気式トルクコンバータとして機能する状態からエンジン走行用の駆動装置として機能する状態に切り替える際に、前記第二ブレーキの入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で前記第二ブレーキの係合を行う同期切替が可能に構成されている。したがって、当該状態切替の際に、前記第二ブレーキの係合による衝撃を非常に小さくすることができる。
また、互いに接続されている前記第一遊星歯車装置の第二回転要素及び前記第二遊星歯車装置の第三回転要素と前記入力軸とを選択的に接続する第三クラッチを備える構成、又は前記第二遊星歯車装置は、回転速度の順で前記第二回転要素と前記第三回転要素との間に中間回転要素を備え、前記第二遊星歯車装置の前記中間回転要素と前記入力軸とを選択的に接続する第三クラッチを備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、このハイブリッド駆動装置をパラレル方式のハイブリッド駆動装置として機能させる際に、より多くの変速段を有する構成とすることができる。
また、前記第二遊星歯車装置は、回転速度の順で前記第二回転要素と前記第三回転要素との間に中間回転要素を備え、前記第二遊星歯車装置の前記中間回転要素を非回転部材に選択的に固定する第三ブレーキを備える構成とすると好適である。
このように構成すれば、このハイブリッド駆動装置をパラレル方式のハイブリッド駆動装置又は電気走行用の駆動装置として機能させる際に、より多くの変速段を有する構成とすることができる。
また、このハイブリッド駆動装置は、前記回転電機の回転トルクを用いず、前記入力軸(エンジン)の回転トルクのみにより走行するエンジン走行用の駆動装置として機能させることもできる。また、このハイブリッド駆動装置は、前記第三ブレーキを係合して電気式トルクコンバータとして機能する状態からエンジン走行用の駆動装置として機能する状態に切り替える際に、前記第三ブレーキの入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で前記第三ブレーキの係合を行う同期切替が可能に構成されている。したがって、当該状態切替の際に、前記第三ブレーキの係合による衝撃を非常に小さくすることができる。
1.第一の実施形態
まず、本発明の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図である。また、図2は、本実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置Hのシステム構成を示す模式図である。なお、図2において、二重の実線は駆動力の伝達経路を示し、二重の破線は電力の伝達経路を示し、白抜きの矢印は作動油の流れを示している。また、実線の矢印は各種情報の伝達経路を示している。これらの図に示すように、このハイブリッド駆動装置Hは、エンジンEに接続された入力軸Iと、車輪Wに接続された出力軸Oと、モータ・ジェネレータMGと、第一遊星歯車装置P1と、第二遊星歯車装置P2と、を備えている。そして、これらの構成は、車体に固定される非回転部材としての駆動装置ケースDs(以下、単に「ケースDs」という。)内に収納されている。なお、このモータ・ジェネレータMGが本発明における「回転電機」に相当する。
1−1.ハイブリッド駆動装置Hの各部の構成
図1に示すように、入力軸Iは、エンジンEに接続されている。ここで、エンジンEとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の各種エンジンを用いることができる。本例では、入力軸IはエンジンEのクランクシャフト等の出力回転軸と一体的に接続されている。なお、入力軸IがエンジンEの出力回転軸との間にダンパやクラッチ等を介して接続された構成としても好適である。出力軸Oは、本実施形態では、外歯歯車Ogと一体的に構成されており、この外歯歯車Ogに係合する図示しないギヤ列や図2に示すディファレンシャル装置17等を介して車輪Wに回転駆動力を伝達可能に接続されている。
モータ・ジェネレータMGは、ケースDsに固定されたステータStと、このステータStの径方向内側に回転自在に支持されたロータRoと、を有している。このモータ・ジェネレータMGのロータRoは、第一遊星歯車装置P1のキャリアca1と一体回転するように接続されている。図2に示すように、モータ・ジェネレータMGは、インバータ12を介して蓄電装置としてのバッテリ11に電気的に接続されている。そして、モータ・ジェネレータMGは、電力の供給を受けて動力を発生するモータとしての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータとしての機能の両方を果すことが可能とされている。具体的には、モータ・ジェネレータMGは、エンジンEによる入力軸Iの回転や車両の減速時の慣性力による出力軸Oの回転がキャリアca1に伝達されて回転駆動されることにより発電を行い、バッテリ11を充電する。また、モータ・ジェネレータMGは、車両の走行用の駆動力を補助する駆動モータとして機能する。
第一遊星歯車装置P1は、入力軸Iと同軸状に配置されたダブ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、第一遊星歯車装置P1は、複数組のピニオンギヤを支持するキャリアca1と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤs1及びリングギヤr1とを回転要素として有している。キャリアca1は、モータ・ジェネレータMGと一体回転するように接続されている。また、リングギヤr1は、第一ブレーキB1を介してケースDsに選択的に固定され、第三クラッチC3を介して入力軸Iに選択的に接続される。また、サンギヤs1は、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2と一体回転するように接続されている。これらのサンギヤs1及びs2は、第二ブレーキB2を介してケースDsに選択的に固定される。そして、この第一遊星歯車装置P1のギヤ比は、第一ブレーキB1によりリングギヤr1をケースDsに固定した状態で、サンギヤs1の回転速度の絶対値がキャリアca1の回転速度の絶対値に対して減速されるように設定されている。本実施形態においては、これらのキャリアca1、リングギヤr1、及びサンギヤs1が、それぞれ本発明における第一遊星歯車装置P1の「第一回転要素(1)」、「第二回転要素(2)」、及び「第三回転要素(3)」に相当する。
第二遊星歯車装置P2は、入力軸I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、第二遊星歯車装置P2は、複数のピニオンギヤを支持するキャリアca2と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤs2及びリングギヤr2とを回転要素として有している。リングギヤr2は、第一クラッチC1を介して第一遊星歯車装置P1のキャリアca1に選択的に接続され、第二クラッチC2を介して入力軸Iに選択的に接続される。すなわち、このリングギヤr2は、第二クラッチC2により入力軸Iの回転が選択的に伝達され、第一クラッチC1によりモータ・ジェネレータMGの回転が選択的に伝達される。また、キャリアca2は、出力軸Oと一体回転するように接続されている。また、サンギヤs2は、第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1と一体回転するように接続されている。上記のとおり、このサンギヤs1及びs2は、第二ブレーキB2を介してケースDsに選択的に固定される。本実施形態においては、これらのリングギヤr2、キャリアca2、及びサンギヤs2が、それぞれ本発明における第二遊星歯車装置P2の「第一回転要素(1)」、「第二回転要素(2)」、及び「第三回転要素(3)」に相当する。
上記のとおり、このハイブリッド駆動装置Hは、摩擦係合要素として、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第三クラッチC3と、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2を備えている。これらの摩擦係合要素としては、いずれも油圧により動作する多板式クラッチや多板式ブレーキを用いることができる。図2に示すように、これらの摩擦係合要素に供給される油圧は、制御装置ECUからの制御指令により動作する油圧制御装置13により制御される。この油圧制御装置13への作動油の供給は、エンジンEの動作中は機械式オイルポンプ14により行われ、エンジンEの停止中は電動オイルポンプ15により行われる。ここで、機械式オイルポンプ14は、入力軸Iの回転駆動力により駆動される。また、電動オイルポンプ15は、電動オイルポンプ用インバータ16を介して供給されるバッテリ11からの電力(供給経路は図示省略)により駆動される。なお、図2では、各摩擦係合要素C1、C2、C3、B1、B2は第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2に含まれることとして図示を省略している。
図3は、このハイブリッド駆動装置Hの各構成要素の接続状態をより簡略化して表した模式図である。この図では、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各回転要素を、回転速度の順に横方向に配置するとともに破線で接続して表し、これらの各回転要素に接続される構成要素を実線で接続して表している。この図に示すように、第一遊星歯車装置P1は、回転速度の順にキャリアca1、リングギヤr1、サンギヤs1を有している。また、第二遊星歯車装置P2は、回転速度の順にリングギヤr2、キャリアca2、サンギヤs2を有している。ここで、第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1と第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2とが一体回転するように接続されている。
そして、第一遊星歯車装置P1のキャリアca1は、モータ・ジェネレータMGと一体回転するように接続されているとともに、第一クラッチC1を介して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に選択的に接続可能とされている。第一遊星歯車装置P1のリングギヤr1は、第一ブレーキB1を介してケースDsに選択的に固定可能とされているとともに、第三クラッチC3を介して入力軸Iに選択的に接続可能とされている。第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2は、第一クラッチC1を介して第一遊星歯車装置P1のキャリアca1に選択的に接続可能とされているとともに、第二クラッチC2を介して入力軸Iに選択的に接続可能とされている。第二遊星歯車装置のキャリアca2は出力軸Oと一体回転するように接続されている。そして、互いに接続されている第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1及び第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2は、第二ブレーキB2を介してケースDsに選択的に固定可能とされている。
1−2.ハイブリッド駆動装置Hの制御システムの構成
また、図2に示すように、制御装置ECUは、車両の各部に設けられたセンサSe1〜Se6で取得される情報を用いて、エンジンE、モータ・ジェネレータMG、油圧制御装置13を介して第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各摩擦係合要素、並びに電動オイルポンプ15等の動作制御を行う。これらのセンサとして、本例では、エンジン回転速度センサSe1、モータ・ジェネレータ回転速度センサSe2、バッテリ状態検出センサSe3、車速センサSe4、アクセル操作検出センサSe5、及びブレーキ操作検出センサSe6が設けられている。
ここで、エンジン回転速度センサSe1は、エンジンEの出力回転軸の回転速度を検出するためのセンサである。モータ・ジェネレータ回転速度センサSe2は、モータ・ジェネレータMGのロータRoの回転速度を検出するためのセンサである。バッテリ状態検出センサSe3は、バッテリ11の充電量等の状態を検出するためのセンサである。車速センサSe4は、車速を検出するために出力軸Oの回転速度を検出するためのセンサである。アクセル操作検出センサSe5は、アクセルペダル18の操作量を検出するためのセンサである。ブレーキ操作検出センサSe6は、図示しないホイールブレーキに連動するブレーキペダル19の操作量を検出するためのセンサである。
また、制御装置ECUは、エンジン制御手段31、モータ・ジェネレータ制御手段32、バッテリ状態検出手段33、モータ・ジェネレータ回転検出手段34、車速検出手段35、切替制御手段36、モード・変速段選択手段37、電動オイルポンプ制御手段38、エンジン回転検出手段39、要求駆動力検出手段40、及びエンジン停止条件判定手段41を備えている。制御装置ECUにおけるこれらの各手段は、CPU等の演算処理装置を中核部材として、入力されたデータに対して種々の処理を行うための機能部がハードウエア又はソフトウエア(プログラム)或いはその両方により実装されて構成されている。
エンジン制御手段31は、エンジンEの動作開始、停止、回転速度制御、出力トルク制御等の動作制御を行う。モータ・ジェネレータ制御手段32は、インバータ12を介して、モータ・ジェネレータMGの回転速度制御、回転トルク制御等の動作制御を行う。バッテリ状態検出手段33は、バッテリ状態検出センサSe3の出力に基づいて、バッテリ11の充電量等の状態を検出する。モータ・ジェネレータ回転検出手段34は、モータ・ジェネレータ回転速度センサSe2の出力に基づいて、モータ・ジェネレータMGの回転速度を検出する。車速検出手段35は、車速センサSe4からの出力に基づいて車速を検出する。切替制御手段36は、モード・変速段選択手段37により選択された動作モード及び変速段に従い、油圧制御装置13の動作を制御することにより、ハイブリッド駆動装置Hの各摩擦係合要素C1、C2、C3、B1、B2の係合又は係合解除を行い、ハイブリッド駆動装置Hの動作モード及び変速段を切り替える制御を行う。
モード・変速段選択手段37は、図6に示すような制御マップに従って、動作モード及び変速段の選択を行う。図6は、車両の速度(車速)及び要求駆動力と電気式トルクコンバータモード及びパラレルモードの各変速段の受け持ち範囲との関係を規定した制御マップの一例を示す図である。この図において横軸は車速であり、縦軸は要求駆動力である。モード・変速段選択手段37は、車速及び要求駆動力に応じて、この制御マップに従い適切な動作モード及び変速段の選択を行う。具体的には、モード・変速段選択手段37は、車速の情報を車速検出手段35から取得する。また、モード・変速段選択手段37は、要求駆動力の情報を要求駆動力検出手段40から取得する。そして、モード・変速段選択手段37は、図に示す制御マップに従って、取得された車速及び要求駆動力に応じて規定された動作モード及び変速段を選択する。具体的には、モード・変速段選択手段37は、車両の発進加速中や車速が非常に低い状態では電気式トルクコンバータモード選択する。また、それ以外の状態では、モード・変速段選択手段37は、車速及び要求駆動力等に応じて、パラレルモード又は電気走行モードの各変速段を選択する。なお、電気走行モードは、エンジン停止条件判定手段41によりエンジン停止条件を満たすと判定された場合に選択される。
電動オイルポンプ制御手段38は、電動オイルポンプ用インバータ16を介して電動オイルポンプ15の動作制御を行う。エンジン回転検出手段39は、エンジン回転速度センサSe1からの出力に基づいて、エンジンEの出力回転軸の回転速度を検出する。要求駆動力検出手段40は、アクセル操作検出センサSe5及びブレーキ操作検出センサSe6からの出力に基づいて、運転者による要求駆動力を演算して取得する。エンジン停止条件判定手段41は、エンジン停止条件を満たすか否かの判定を行う。ここで、エンジン停止条件は、例えば、車速、要求駆動力、バッテリ11の充電量、冷却水温度、潤滑油温度、排気触媒温度、エンジン始動からの経過時間等の各種条件の組み合わせにより、エンジンEを停止することが適切な状態を表すものとして規定されている。
1−3.ハイブリッド駆動装置Hの動作モード
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hにより実現可能な動作モードについて説明する。図4は、複数の動作モード及び各動作モードが備える1又は2以上の変速段での各摩擦係合要素C1、C2、C3、B1、B2の作動状態を示す作動表である。この図において、「○」は各摩擦係合要素が係合状態にあることを示している。一方、「無印」は、各摩擦係合要素が係合解除状態にあること示している。また、図5は、切替可能な動作モード及び変速段の関係を示す図である。なお、この図における白抜き矢印は同期切替が可能な関係を示している。図6は、上記のとおり、モード・変速段選択手段37において動作モード及び変速段の選択を行うために用いる制御マップの一例を示す図である。
そして、図7及び図8は、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の速度線図を示しており、図7は、電気式トルクコンバータモードでの速度線図、図8は、パラレルモードでの速度線図を示している。なお、図8の「1st」及び「2nd」は、電気走行モードでの速度線図と共通となる。これらの速度線図において、縦軸は、各回転要素の回転速度に対応している。すなわち、縦軸に対応して記載している「0」は回転速度がゼロであることを示しており、上側が正、下側が負である。そして、並列配置された複数本の縦線のそれぞれが、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各回転要素に対応している。すなわち、各縦線の上側に記載されている「ca1」、「r1」、「s1」はそれぞれ第一遊星歯車装置P1のキャリアca1、リングギヤr1、サンギヤs1に対応し、「r2」、「ca2」、「s2」はそれぞれ第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2、キャリアca2、サンギヤs2に対応している。また、各回転要素に対応する縦線の間隔は、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のギヤ比に対応している。そして、図7においては、直線L1が第一遊星歯車装置P1の動作状態を示し、直線L2が第二遊星歯車装置P2の動作状態を示している。また、図8においては、各直線が各変速段における第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の動作状態を示している。なお、これらの速度線図上において、「○」はモータ・ジェネレータMGの回転速度、「△」は入力軸I(エンジンE)の回転速度、「☆」は出力軸Oの回転速度、「×」はブレーキをそれぞれ示している。
なお、これらの図4〜図8において、「1st」、「2nd」は、パラレルモード及び電気走行モードの前進1速段、前進2速段をそれぞれ示している。また、「3rd」、「4th」はパラレルモードの前進3速段、前進4速段をそれぞれ示している。
これらの図4〜図8に示すように、このハイブリッド駆動装置Hは、一つのモータ・ジェネレータMGを用いて、「電気式トルクコンバータモード」、「パラレルモード」、「電気走行モード」の3つの動作モードを切替可能に構成されている。そして、このハイブリッド駆動装置Hは、パラレルモードでは4段の変速段を有し、電気走行モードでは2段の変速段を有している。そして、これらの動作モード及び各動作モード内での変速段の切り替えは、図6に示す制御マップに従って制御装置ECUのモード・変速段選択手段37により動作モード及び変速段の選択を行い、その選択結果に従って切替制御手段36からの制御指令により油圧制御装置13を制御して各摩擦係合要素C1、C2、C3、B1、B2を係合又は係合解除することにより行われる。なお、この際、制御装置ECUは、モータ・ジェネレータMGの回転速度及び回転トルクの制御、エンジンEの回転速度及び回転トルクの制御等も行う。以下、各動作モードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について詳細に説明する。
1−4.電気式トルクコンバータモード
電気式トルクコンバータモードは、モータ・ジェネレータMGの回転トルクを利用して入力軸I(エンジンE)の回転トルクを増幅して出力しつつ車両を発進させることが可能なモードである。この電気式トルクコンバータモードでは、図4に示すように、第二クラッチC2及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。これにより、第一遊星歯車装置P1のリングギヤr1はケースDsに固定され、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2は入力軸Iと一体回転するように接続される。
このとき、第一遊星歯車装置P1は、図7にL1として示すように、回転速度の順で中間となるリングギヤr1の回転速度がゼロになる。したがって、モータ・ジェネレータMGと一体回転するように接続されているキャリアca1の回転に対してサンギヤs1は逆回転する。ここでは、モータ・ジェネレータMGは入力軸I(エンジンE)と同じく正回転(回転速度が正)しているので、サンギヤs1は負回転(回転速度が負)となる。またこの際、第一遊星歯車装置P1のギヤ比λ1(サンギヤs1とリングギヤr1との歯数比=〔サンギヤs1の歯数〕/〔リングギヤr1の歯数〕)は、サンギヤs1の回転速度の絶対値がキャリアca1の回転速度の絶対値に対して減速されるように設定している。すなわち、本実施形態では第一遊星歯車装置P1はダブルピニオン型であるので、ギヤ比λ1の関係は図7の下部に示すようになる。したがって、サンギヤs1の回転速度の絶対値がキャリアca1の回転速度の絶対値に対して減速されるようにするためには、ギヤ比λ1を0.5より大きく設定すればよい。なお、このギヤ比λ1は、例えば0.55〜0.65程度に設定するとより好適である。ここで、第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1と第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2とは一体回転するように接続されている。したがって、第一遊星歯車装置P1は、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2に伝達する。これにより、第一遊星歯車装置P1による変速比に応じて増幅されたモータ・ジェネレータMGの回転トルクが第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2に伝達される。具体的には、この第一遊星歯車装置P1では、キャリアca1(モータ・ジェネレータMG)の回転トルク:リングギヤr1の回転トルク:サンギヤs1の回転トルク=(1−λ1):1:λ1という関係が成立する。したがって、例えば第一遊星歯車装置P1のギヤ比λ1が約0.6の場合、モータ・ジェネレータMGの回転トルクの約1.5倍の回転トルクがサンギヤs1を介して第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2に伝達される。
また、第二遊星歯車装置P2は、図7にL2として示すように、回転速度の順で中間となるキャリアca2が出力軸Oと一体回転し、回転速度の順で一方側となるリングギヤr2が入力軸Iと一体回転する。そして、回転速度の順で他方側となるサンギヤs2に、上記のように第一遊星歯車装置P1で減速されたモータ・ジェネレータMGの回転が伝達される。したがって、第二遊星歯車装置P2は、減速後のモータ・ジェネレータMGの回転と、入力軸I(エンジンE)の回転とを合成して出力軸Oに伝達する。すなわち、第二遊星歯車装置P2では、第一遊星歯車装置P1を介してサンギヤs2に伝達されるモータ・ジェネレータMGの回転トルクが、リングギヤr2に伝達される入力軸I(エンジンE)の回転トルクの反力となることで、これらの回転トルクが合成されて出力軸Oに伝達される。この際、第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1と一体回転するサンギヤs2は負回転であり、エンジンE及び入力軸Iと一体回転するリングギヤr2は正回転であるので、回転速度の順でこれらの中間にあるキャリアca2の回転速度の絶対値は、リングギヤr2の回転速度の絶対値に対して減速される。したがって、第二遊星歯車装置P2は、入力軸Iの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する。これにより、入力軸Iの回転トルクが増幅されて出力軸Oに伝達される。具体的には、本実施形態では第二遊星歯車装置P2はシングルピニオン型であるので、図7の下部に示すように、第二遊星歯車装置P2のギヤ比(サンギヤs2とリングギヤr2との歯数比=〔サンギヤs2の歯数〕/〔リングギヤr2の歯数〕)をλ2とした場合、リングギヤr2(入力軸I)の回転トルク:キャリアca2(出力軸O)の回転トルク:サンギヤs2の回転トルク=1:(1+λ2):λ2という関係が成立する。したがって、例えばギヤ比λ2=0.33程度の場合、リングギヤr2(入力軸I)の回転トルクの約1/3倍の回転トルクをサンギヤs2(増幅されたモータ・ジェネレータMGの回転トルク)が分担することにより、入力軸I(エンジンE)の回転トルクの約1.33倍の回転トルクが出力軸Oに伝達される。なお、このギヤ比λ2は、エンジンE及びモータ・ジェネレータMGの特性や車両重量等を考慮して適宜設定することができる。
そして、このハイブリッド駆動装置Hは、以下のように動作することで、電気式トルクコンバータとして機能する。すなわち、車両の発進時には、正回転しているモータ・ジェネレータMGに発電を行わせて負方向の回転トルクを次第に増大させることで、負回転している第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2の正方向の回転トルクを次第に増大させて反力を大きくし、このサンギヤs2の回転速度を上昇(負方向の回転速度の絶対値を減少)させる。これにより、出力軸Oに接続されている第二遊星歯車装置P2のキャリアca2の回転速度を次第に増加させて車両を滑らかに発進させることができる。この際、出力軸Oには、エンジントルクの約(1+λ2)倍の出力トルクを伝達することができる。また、この際、第一遊星歯車装置P1により増幅されたモータ・ジェネレータMGの回転トルクが反力となるので、比較的出力トルクが小さいモータ・ジェネレータMGを使用した場合であっても、十分な反力トルクを得ることができる。なお、図7の各回転要素の横に示す上方向又は下方向の矢印は、このような発進時における各回転要素の回転トルクの方向を示している。
また、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hでは、図5に示すように、電気式トルクコンバータモードからパラレルモードの前進1速段へのモード切替に際して、第一クラッチC1の入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で第一クラッチC1の係合を行う同期切替が可能に構成されている。具体的には、図1に示すように、本実施形態では、入力軸I(エンジンE)と一体回転する第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2と、モータ・ジェネレータMGと一体回転する第一遊星歯車装置P1のキャリアca1とが、第一クラッチC1の入力側回転部材及び出力側回転部材に相当する。そして、電気式トルクコンバータモードにおいて、図7に示す状態から更にモータ・ジェネレータMGの負方向の回転トルクを次第に増大させて回転速度を低下させることにより、図8の速度線図の前進1速段の状態を表す直線に示すように、モータ・ジェネレータMGの回転速度と入力軸Iの回転速度とが一致した状態とすることができる。この状態では、第一クラッチC1の入力側回転部材及び出力側回転部材となる、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2の回転速度と第一遊星歯車装置P1のキャリアca1の回転速度とが一致しているので、衝撃等を発生させることなく第一クラッチC1を係合することができる。そして、図4に示すように、第一クラッチC1を係合状態とすることで、電気式トルクコンバータモードからパラレルモードの前進1速段に切り替えることができ、したがって、これらの間での同期切替を実現できる。なお、このように、モータ・ジェネレータMGの回転速度と入力軸Iの回転速度とが一致する状態は、電気式トルクコンバータモードでの走行時に、出力軸Oの回転速度を増加させる過程で実現される。すなわち、車両の発進加速中に、電気式トルクコンバータモードからパラレルモードの前進1速段への同期切替を行うことができるので、このモード切替に際して、第一クラッチC1の係合に伴う衝撃を発生させることなく、滑らかな切り替えを行うことができる。
1−5.パラレルモード
パラレルモードは、入力軸I(エンジンE)の回転トルクとモータ・ジェネレータMGの回転トルクの双方を出力軸Oに伝達して走行することが可能なモードである。本実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hは、パラレルモードでは、入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成される複数の変速段に加えて、入力軸Iの回転速度の絶対値を増速して出力軸Oに伝達するとともに、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する増速変速段を有している。具体的には、このハイブリッド駆動装置Hは、パラレルモードでは、入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成される減速変速段としての前進1速段及び前進2速段、同じく入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成され、入力軸Iの回転速度を同速で出力軸Oに伝達する直結段としての前進3速段、並びに入力軸Iの回転速度の絶対値を増速して出力軸Oに伝達するとともに、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する増速変速段としての前進4速段を有している。以下、各変速段でのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について説明する。
図4に示すように、前進1速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。図5に示すとおり、この前進1速段は、電気式トルクコンバータモード、並びにパラレルモードの前進2速段及び前進3速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、前進1速段は、電気式トルクコンバータモードから第一クラッチC1を係合することにより実現される。上記のとおり、この電気式トルクコンバータモードから前進1速段への切り替えは同期切替により行うことが可能となっている。また、前進1速段は、前進2速段から第二ブレーキB2を係合解除し、第一ブレーキB1を係合することにより実現される。また、前進1速段は、前進3速段から第三クラッチC3を係合解除し、第一ブレーキB1を係合することにより実現される。また、パラレルモードは電気走行モードとの間でも切り替え可能となっている。そして、パラレルモードの前進1速段から第二クラッチC2を係合解除することにより、電気走行モードの前進1速段が実現される。
そして、図1及び図8に示すように、前進1速段では、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第一ブレーキB1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のキャリアca2に伝達され、出力軸Oから出力される。パラレルモードの複数の変速段の中では、この前進1速段の変速比が最も大きくなるように設定されている。
図4に示すように、前進2速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。図5に示すとおり、この前進2速段は、パラレルモードの前進1速段、前進3速段、及び前進4速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、前進2速段は、前進1速段から第一ブレーキB1を係合解除し、第二ブレーキB2を係合することにより実現される。また、前進2速段は、前進3速段から第三クラッチC3を係合解除し、第二ブレーキB2を係合することにより実現される。また、前進2速段は、前進4速段から第三クラッチC3を係合解除し、第二クラッチC2を係合することにより実現される。また、パラレルモードは電気走行モードとの間でも切り替え可能となっている。そして、パラレルモードの前進2速段から第二クラッチC2を係合解除することにより、電気走行モードの前進2速段が実現される。
そして、図1及び図8に示すように、前進2速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第二ブレーキB2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のキャリアca2に伝達され、出力軸Oから出力される。この前進2速段の変速比は、前進1速段の変速比より小さくなるように設定されている。
図4に示すように、前進3速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第三クラッチC3が係合状態とされる。図5に示すとおり、この前進3速段は、パラレルモードの前進1速段、前進2速段、及び前進4速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、前進3速段は、前進1速段から第一ブレーキB1を係合解除し、第三クラッチC3を係合することにより実現される。また、前進3速段は、前進2速段から第二ブレーキB2を係合解除し、第三クラッチC3を係合することにより実現される。また、前進3速段は、前進4速段から第二ブレーキB2を係合解除し、第二クラッチC2を係合することにより実現される。なお、パラレルモードは電気走行モードとの間でも切り替え可能となっているが、本例では、このパラレルモードの前進3速段からは直接的には電気走行モードに切り替えることはできない。これは、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hが、入力軸I(エンジンE)を切り離した状態で変速比が1の変速段を実現できない構成となっていることによるものである。したがって、パラレルモードの前進3速段から電気走行モードに切り替える際には、パラレルモードの前進2速段又は前進4速段に切り替えた後、電気走行モードに切り替える制御を行う。この制御処理については、後の「1−6.特殊な制御処理」においてフローチャートを用いて詳細に説明する。
そして、図1及び図8に示すように、前進3速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。更に、第三クラッチC3が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2は、全体が一体回転する直結状態となり、入力軸I及びモータ・ジェネレータMGの回転速度が同速のまま出力軸Oに伝達され出力される。したがって、この前進3速段の変速比は1となる。
図4に示すように、前進4速段では、第一クラッチC1、第三クラッチC3、及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。図5に示すとおり、この前進4速段は、パラレルモードの前進2速段、及び前進3速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、前進4速段は、前進2速段から第二クラッチC2を係合解除し、第三クラッチC3を係合することにより実現される。また、前進4速段は、前進3速段から第二クラッチC2を係合解除し、第二ブレーキB2を係合することにより実現される。また、パラレルモードは電気走行モードとの間でも切り替え可能となっている。そして、パラレルモードの前進4速段から第三クラッチC3を係合解除することにより、電気走行モードの前進2速段が実現される。
そして、図1及び図8に示すように、前進4速段では、第一クラッチC1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2にモータ・ジェネレータMGが直結され一体回転する状態となる。そして、第三クラッチC3及び第二ブレーキB2が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1を介して入力軸I(エンジンE)の回転速度の絶対値が増速して第一遊星歯車装置P1のキャリアca1に伝達され、モータ・ジェネレータMGの回転と共に第一クラッチC1を介して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達される。そして、第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のキャリアca2に伝達され、出力軸Oから出力される。この際、入力軸Iの回転速度の絶対値が増速して第二遊星歯車装置P2のキャリアca2に伝達されるように、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のギヤ比が設定されている。したがって、この前進4速段の変速比は1未満となる。
1−6.電気走行モード
電気走行モードは、入力軸I(エンジンE)を出力軸Oから切り離し、モータ・ジェネレータMGの回転を出力軸Oに伝達して走行することが可能なモードである。本実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hは、電気走行モードでは、複数の変速段、具体的には、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する減速変速段としての前進1速段及び前進2速段を有している。これらの電気走行モードの前進1速段及び前進2速段は、第二クラッチC2が係合解除状態とされることにより、入力軸Iが第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2から切り離されていること以外は、上記パラレルモードの前進1速段及び前進2速段と同じである。
そして、上記のとおり、電気走行モードの前進1速段は、パラレルモードの前進1速段から第二クラッチC2を係合解除することにより実現される。また、電気走行モードの前進2速段は、パラレルモードの前進2速段から第二クラッチC2を係合解除し、又はパラレルモードの前進4速段から第三クラッチC3を係合解除することにより実現される。また、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2のいずれかを係合することにより、電気走行モードの前進1速段と前進2速段とを切り替えることができる。
1−7.特殊な制御処理
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hが、パラレルモードの前進3速段(変速比が1の変速段)からは直接的に電気走行モードに切り替えることはできないことに伴って必要となる特殊な制御処理について説明する。図9は、この制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、概略的には、パラレルモードの前進3速段から電気走行モードに切り替える際には、所定の条件に従ってパラレルモードのまま他の変速段、ここでは前進2速段又は前進4速段に切り替えた後、電気走行モードに切り替える制御処理である。この制御処理は、制御装置ECUが車両の各部からの情報に基づいて判断を行い、油圧制御装置13等のハイブリッド駆動装置Hの各部に命令信号を出力することにより行われる。以下、詳細に説明する。
まず、制御装置ECUは、ハイブリッド駆動装置Hの現在の状態がパラレルモードの前進3速段であるか否かを判断する(ステップ#01)。現在の状態がパラレルモードの前進3速段でない場合には(ステップ#01:No)、この制御処理を行う必要がないので、処理は終了する。そして、現在の状態がパラレルモードの前進3速段である場合には(ステップ#01:Yes)、次に、制御装置ECUは、エンジン停止条件判定手段41によりエンジン停止条件を満足するか否かを判断する(ステップ#02)。そして、エンジン停止条件を満足する場合には(ステップ#02:Yes)、次に、制御装置ECUは、車速検出手段35により検出された車速が所定値以上であるか否かを判断する(ステップ#03)。ここで判断基準となる所定値は、例えば、パラレルモードの前進2速段が通常受け持つ車速と前進4速段が通常受け持つ車速との中間の車速とすることができる。
そして、車速が所定値以上である場合には(ステップ#03:Yes)、制御装置ECUは、切替制御手段36により油圧制御装置13を動作させ、ハイブリッド駆動装置Hをパラレルモードの前進4速段にシフトアップする(ステップ#04)。その後、制御装置ECUは、切替制御手段36により油圧制御装置13を動作させ、第三クラッチC3を係合解除する(ステップ#05)。これにより、ハイブリッド駆動装置Hは、電気走行モードの前進2速段に切り替えられる。一方、車速が所定値未満である場合には(ステップ#03:No)、制御装置ECUは、切替制御手段36により油圧制御装置13を動作させ、ハイブリッド駆動装置Hをパラレルモードの前進2速段にシフトダウンする(ステップ#06)。その後、制御装置ECUは、切替制御手段36により油圧制御装置13を動作させ、第二クラッチC2を係合解除する(ステップ#07)。これにより、ハイブリッド駆動装置Hは、電気走行モードの前進2速段に切り替えられる。その後、制御装置ECUは、エンジン制御手段31によりエンジンEを停止させる(ステップ#08)。以上で処理は終了する。
一方、上記エンジン停止条件を満足しない場合には(ステップ#02:No)、制御装置ECUは、要求駆動力がゼロ未満、すなわち減速要求があるか否かを判断する(ステップ#09)。この要求駆動力がゼロ未満であるか否かの判断は、要求駆動力検出手段40により、例えば、車両のアクセルペダルが操作されていない状態、及びブレーキペダルが操作されている状態の一方又は双方に基づいて行うことができる。そして、要求駆動力がゼロ以上である場合には(ステップ#09:No)、減速は必要ない状態であって、パラレルモードの前進3速段でそのまま走行すればよいので、処理は終了する。
一方、要求駆動力がゼロ未満である場合には(ステップ#09:Yes)、制御装置ECUは、バッテリ状態検出手段33により、バッテリ11の充電量が所定値以上であるか否かを判断する(ステップ#10)。ここで、判断基準となるバッテリ充電量は、例えば、バッテリ11がほとんど充電する必要がない状態にあるときの充電量、すなわち、バッテリ11の使用範囲における充電量の上限値付近に設定すると好適である。そして、バッテリ11の充電量が所定値以上である場合には(ステップ#10:Yes)、パラレルモードの前進3速段のまま、制御装置ECUは、エンジン制御手段31によりエンジンEを停止させる(ステップ#08)。これにより、入力軸I及びエンジンEを出力軸Oに接続したままの状態で、車輪から出力軸Oを介して伝達される回転トルクにより停止したエンジンEを回転させながら回生制動を行い、バッテリ11を充電する。なお、このときのエネルギーの回収効率は、停止しているエンジンEを回転させる分だけ悪くなるが、バッテリ11の充電量が所定値以上であるので、それで十分であることからこのような制御を行う。一方、バッテリ11の充電量が所定値未満である場合には(ステップ#10:No)、ステップ#03へ進み、車速に応じてシフトアップ又はシフトダウンを行った後、入力軸I(エンジンE)を出力軸Oから切り離し、エンジンEを停止させる(ステップ#08)。これにより、入力軸I及びエンジンEを出力軸Oから切り離した状態で回生制動を行い、高い効率でエネルギーを回収してバッテリ11を充電することができる。以上で処理は終了する。
2.第二の実施形態
次に、本発明の第二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Hは、上記第一の実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hと類似の構成であるが、パラレルモード及び電気走行モードを更に多段化した構成となっており、パラレルモードで後進段を含めて7段の変速段を有し、電気走行モードで3段の変速段を有している。以下、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hについて、上記第一の実施形態との相違点を中心として説明する。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hのシステム構成は図2と同様であるのでその点についての説明は省略する。また、その他の構成についても、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とする。
2−1.ハイブリッド駆動装置Hの各部の構成
図10は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図である。この図に示すように、このハイブリッド駆動装置Hも、上記第一の実施形態と同様に、エンジンEに接続された入力軸Iと、車輪W(図2参照)に接続された出力軸Oと、モータ・ジェネレータMGと、第一遊星歯車装置P1と、第二遊星歯車装置P2と、を備えている。そして、これらの構成は、車体に固定される非回転部材としてのケースDs内に収納されている。但し、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、第一遊星歯車装置P1の構成は、上記第一の実施形態と同様であるが、第二遊星歯車装置P2が4つの回転要素を有する構成となっており、この点が上記第一の実施形態とは異なっている。また、それに伴って摩擦係合要素の数も上記第一の実施形態よりも多くなっている。
本実施形態に係る第二遊星歯車装置P2は、入力軸Iと同軸状に配置されたラビニョ型の遊星歯車装置により構成されている。すなわち、第二遊星歯車装置P2は、第一サンギヤs2及び第二サンギヤs3の2つのサンギヤと、リングギヤr2と、第一サンギヤs2及びリングギヤr2の双方に噛み合うロングピニオンギヤ並びにこのロングピニオンギヤ及び第二サンギヤs3に噛み合うショートピニオンギヤを支持する共通のキャリアca2とを回転要素として有している。リングギヤr2は、出力軸Oと一体回転するように接続されている。また、第一サンギヤs2は、第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1と一体回転するように接続されている。これらのサンギヤs1及びs2は、第二ブレーキB2を介してケースDsに選択的に固定される。また、第二サンギヤs3は、第一クラッチC1を介して第一遊星歯車装置P1のキャリアca1に選択的に接続され、第二クラッチC2を介して入力軸Iに選択的に接続される。すなわち、この第二サンギヤs3は、第二クラッチC2により入力軸Iの回転が選択的に伝達され、第一クラッチC1によりモータ・ジェネレータMGの回転が選択的に伝達される。また、キャリアca2は、第三ブレーキB3を介してケースDsに選択的に固定され、第四クラッチC4を介して入力軸Iに選択的に接続される。本実施形態においては、第二サンギヤs3、リングギヤr2、及び第一サンギヤs2が、それぞれ本発明における第二遊星歯車装置P2の「第一回転要素(1)」、「第二回転要素(2)」、及び「第三回転要素(3)」に相当する。また、キャリアca2が、本発明における第二遊星歯車装置P2の「中間回転要素(m)」に相当する。
なお、第四クラッチC4及び第三ブレーキB3については、上記第一の実施形態に係る各摩擦係合要素と同様に、油圧制御装置13を介して供給される油圧により動作する多板式クラッチや多板式ブレーキを用いることができる。
2−2.ハイブリッド駆動装置Hの動作モード
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hにより実現可能な動作モードについて説明する。図11は、複数の動作モード及び各動作モードが備える1又は2以上の変速段での各摩擦係合要素C1、C2、C3、C4、B1、B2、B3の作動状態を示す作動表である。また、図12及び図13は、上記第一の実施形態に関する図7及び図8にそれぞれ対応している。すなわち、これらの図は、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の速度線図を示しており、図12は、電気式トルクコンバータモードでの速度線図、図13は、パラレルモードでの速度線図を示している。なお、図13の「1st」、「2nd」、及び「3rd」は、電気走行モードでの速度線図と共通となる。これらの速度線図においても図7及び図8と同様に、並列配置された複数本の縦線のそれぞれが、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各回転要素に対応している。すなわち、各縦線の上側に記載されている「ca1」、「r1」、「s1」はそれぞれ第一遊星歯車装置P1のキャリアca1、リングギヤr1、サンギヤs1に対応し、「s3」、「r2」、「ca2」、「s2」はそれぞれ第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3、リングギヤr2、キャリアca2、第一サンギヤs2に対応している。そして、図12においては、直線L1が第一遊星歯車装置P1の動作状態を示し、直線L2が第二遊星歯車装置P2の動作状態を示している。また、図13においては、各直線が各変速段における第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の動作状態を示している。
なお、これらの図11〜図13において、「1st」、「2nd」、「3rd」は、パラレルモード及び電気走行モードの前進1速段、前進2速段、前進3速段をそれぞれ示している。また、「4th」、「5th」、「6th」、「REV」はパラレルモードの前進4速段、前進5速段、前進6速段、後進段をそれぞれ示している。
これらの図11〜図13に示すように、このハイブリッド駆動装置Hが、一つのモータ・ジェネレータMGを用いて、「電気式トルクコンバータモード」、「パラレルモード」、及び「電気走行モード」の3つの動作モードを切替可能に構成されている点は上記第一の実施形態と同様である。一方、このハイブリッド駆動装置Hは、上記第一の実施形態よりも多くの変速段を有しており、具体的には、パラレルモードでは後進段を含めて7段の変速段を有し、電気走行モードでは3段の変速段を有している。以下、各動作モードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について詳細に説明する。
2−3.電気式トルクコンバータモード
本実施形態においても、電気式トルクコンバータモードでは、図11に示すように、第二クラッチC2及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。これにより、第一遊星歯車装置P1のリングギヤr1はケースDsに固定され、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3は入力軸Iと一体回転するように接続される。そして、上記第一の実施形態と同様に、第一遊星歯車装置P1のギヤ比λ1(サンギヤs1とリングギヤr1との歯数比=〔サンギヤs1の歯数〕/〔リングギヤr1の歯数〕)は、サンギヤs1の回転速度の絶対値がキャリアca1の回転速度の絶対値に対して減速されるように設定している。したがって、第一遊星歯車装置P1は、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2に伝達する。これにより、第一遊星歯車装置P1による変速比に応じて増幅されたモータ・ジェネレータMGの回転トルクが第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2に伝達される。
また、第二遊星歯車装置P2は、図12にL2として示すように、回転速度の順で2番目となるリングギヤr2が出力軸Oと一体回転し、回転速度の順で1番目となる第二サンギヤs3が入力軸Iと一体回転する。そして、回転速度の順で4番目となる第一サンギヤs2に、第一遊星歯車装置P1で減速されたモータ・ジェネレータMGの回転が伝達される。このモードでは、回転速度の順で3番目となるキャリアca2は自由に回転可能な状態となっている。なお、「回転速度の順」は、ここでは、基本的には高速側から低速側に向かう順であり、パラレルモードの後進段では低速側から高速側に向かう順としている。このように構成されることにより、第二遊星歯車装置P2は、減速後のモータ・ジェネレータMGの回転と、入力軸I(エンジンE)の回転とを合成して出力軸Oに伝達する。すなわち、第二遊星歯車装置P2では、第一遊星歯車装置P1を介して第一サンギヤs2に伝達されるモータ・ジェネレータMGの回転トルクが、第二サンギヤs3に伝達される入力軸I(エンジンE)の回転トルクの反力となることで、これらの回転トルクが合成されて出力軸Oに伝達される。この際、第一サンギヤs2は負回転であり、エンジンE及び入力軸Iと一体回転する第二サンギヤs3は正回転であるので、回転速度の順でこれらの中間にあるリングギヤr2の回転速度の絶対値は、第二サンギヤs3の回転速度の絶対値に対して減速される。したがって、上記第一の実施形態と同様に、第二遊星歯車装置P2は、入力軸Iの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する。これにより、入力軸Iの回転トルクが増幅されて出力軸Oに伝達される。
そして、このハイブリッド駆動装置Hは、上記第一の実施形態と同様に動作することで、電気式トルクコンバータとして機能する。また、このハイブリッド駆動装置Hでも、上記第一の実施形態と同様に動作することで、電気式トルクコンバータモードからパラレルモードの前進1速段へのモード切替に際して、第一クラッチC1の入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で第一クラッチC1の係合を行う同期切替が可能に構成されている。
2−4.パラレルモード
本実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hは、パラレルモードでは、入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成される減速変速段としての前進1速段、前進2速段、及び前進3速段、同じく入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成され、入力軸Iの回転速度を同速で出力軸Oに伝達する直結段としての前進4速段、入力軸Iの回転速度の絶対値を増速して出力軸Oに伝達するとともに、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する増速変速段としての前進5速段、及び前進6速段、並びに後進段を有している。以下、各変速段でのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について説明する。
図11に示すように、前進1速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。そして、図10及び図13に示すように、前進1速段では、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第一ブレーキB1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。パラレルモードの複数の変速段の中では、この前進1速段の変速比が最も大きくなるように設定されている。
図11に示すように、前進2速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第三ブレーキB3が係合状態とされる。そして、図10及び図13に示すように、前進2速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第三ブレーキB3が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。この前進2速段の変速比は、前進1速段の変速比より小さくなるように設定されている。
図11に示すように、前進3速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。そして、図10及び図13に示すように、前進3速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第二ブレーキB2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。この前進3速段の変速比は、前進2速段の変速比より小さくなるように設定されている。
図11に示すように、前進4速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第三クラッチC3が係合状態とされる。そして、図10及び図13に示すように、前進4速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。更に、第三クラッチC3が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2は、全体が一体回転する直結状態となり、入力軸I及びモータ・ジェネレータMGの回転速度が同速のまま出力軸Oに伝達され出力される。したがって、この前進4速段の変速比は1となる。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hも、上記第一の実施形態と同様に、入力軸I(エンジンE)を切り離した状態で変速比が1の変速段を実現できない構成となっており、パラレルモードの前進4速段から直接的に電気走行モードに切り替えることはできない。したがって、上記第一の実施形態に係る「1−6.特殊な制御処理」において説明した制御処理と同様に、パラレルモードの前進4速段から電気走行モードに切り替える際には、パラレルモードの前進3速段又は前進5速段に切り替えた後、電気走行モードに切り替える制御を行う。
図11に示すように、前進5速段では、第一クラッチC1、第三クラッチC3、及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。そして、図10及び図13に示すように、前進5速段では、第一クラッチC1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3にモータ・ジェネレータMGが直結され一体回転する状態となる。そして、第三クラッチC3及び第二ブレーキB2が係合状態とされることで、入力軸I(エンジンE)の回転速度の絶対値が増速して第一遊星歯車装置P1のキャリアca1に伝達され、モータ・ジェネレータMGの回転と共に第一クラッチC1を介して第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に伝達される。そして、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。この際、入力軸Iの回転速度の絶対値が増速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達されるように、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のギヤ比が設定されている。したがって、この前進5速段の変速比は1未満となる。
図11に示すように、前進6速段では、第一クラッチC1、第三クラッチC3、及び第三ブレーキB3が係合状態とされる。そして、図10及び図13に示すように、前進6速段では、第一クラッチC1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3にモータ・ジェネレータMGが直結され一体回転する状態となる。そして、第三クラッチC3及び第三ブレーキB3が係合状態とされることで、入力軸I(エンジンE)の回転速度の絶対値が増速して第一遊星歯車装置P1のキャリアcaに伝達され、モータ・ジェネレータMGの回転と共に第一クラッチC1を介して第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に伝達される。そして、第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。この際、入力軸Iの回転速度の絶対値が増速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達されるように、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のギヤ比が設定されている。また、この前進6速段の変速比は、前進5速段の変速比よりも小さくなるように設定されている。
図11に示すように、後進段では、第一クラッチC1、第四クラッチC4、及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。そして、図10及び図13に示すように、後進段では、第四クラッチC4が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のキャリアca2に入力軸I(エンジンE)が直結され一体回転する状態となる。そして、第一ブレーキB1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のキャリアca2の回転が逆転してリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。この際、第一クラッチC1が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1のキャリアca1及びモータ・ジェネレータMGも逆回転することになる。
2−5.電気走行モード
本実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hは、電気走行モードでは、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する減速変速段としての前進1速段、前進2速段、及び前進3速段を有している。これらの電気走行モードの前進1速段、前進2速段、及び前進3速段は、第二クラッチC2が係合解除状態とされることにより、入力軸Iが第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3から切り離されていること以外は、上記パラレルモードの前進1速段、前進2速段、及び前進3速段と同じである。
2−6.その他の構成
本実施形態においては、第二遊星歯車装置P2の回転要素を4つにすることにより、パラレルモード及び電気走行モードにおいて上記第一の実施形態よりも多くの変速段を実現することができる構成について説明した。このようにパラレルモード及び電気走行モードが有する変速段を上記第一の実施形態よりも多段化するための構成は、上記図10〜図13に記載された構成に限られない。そこで、第一遊星歯車装置P1又は第二遊星歯車装置P2のいずれかの回転要素を4つにすることにより、上記第一の実施形態よりも多段化することが可能な構成のその他の例について、図14〜図19に示す電気式トルクコンバータモードでの速度線図を用いて以下に説明する。なお、これらの速度線図上においても、「○」はモータ・ジェネレータMGの回転速度、「△」は入力軸I(エンジンE)の回転速度、「☆」は出力軸Oの回転速度、「×」はブレーキをそれぞれ示している。
ここで、図14〜図16は、第一遊星歯車装置P1が3つの回転要素を有し、第二遊星歯車装置P2が4つの回転要素を有する例を示しており、図17〜図19は、第一遊星歯車装置P1が4つの回転要素を有し、第二遊星歯車装置P2が3つの回転要素を有する例を示している。但し、これらの全ての例において、以下の点が共通している。すなわち、第一遊星歯車装置P1は、第一回転要素(1)にモータ・ジェネレータMGが接続され、第二回転要素(2)がブレーキによりケースDsに固定され、その状態で第三回転要素(3)の回転速度の絶対値が第一回転要素(1)の回転速度の絶対値に対して減速されるようにギヤ比が設定されている。また、第二遊星歯車装置P2は、第一回転要素(1)に入力軸Iが接続され、第二回転要素(2)に出力軸Oが接続され、第三回転要素(3)に第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)が接続されている。なお、これらの速度線図における、各回転要素に対応する縦線の配置は、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のギヤ比の設定により定まる。また、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各回転要素の具体的構成は、各例で必要とされる回転要素の数を実現可能な各種の構成を適用することができる。
図14に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「a1」、「b1」、「c1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの下段に、回転速度の順に配置された「A2」、「B2」、「C2」、「D2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、中間回転要素(m)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図14に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、回転速度の高速側から低速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の中間回転要素(m)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。
なお、これと同じように表現すると、図12に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、回転速度の高速側から低速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の中間回転要素(m)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。したがって、図14に示す例は、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線と第二遊星歯車装置P2の中間回転要素(m)に対応する縦線の配置、すなわち回転速度の高速側から低速側に向かって3番目の縦線と4番目の縦線の配置が入れ替わっている点で、図12に示す例と異なっている。
図15に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「a1」、「b1」、「c1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの下段に、回転速度の順に配置された「A2」、「B2」、「C2」、「D2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、中間回転要素(m)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図15に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、回転速度の高速側から低速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の中間回転要素(m)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図15に示す例は、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線と第二遊星歯車装置P2の中間回転要素(m)に対応する縦線の位置が一致している点で、図12に示す例と異なっている。
図16に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「a1」、「b1」、「c1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの下段に、回転速度の順に配置された「A2」、「B2」、「C2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。なお、「D2」は、回転速度の順で第三回転要素(3)の次になるので、ここでは第四回転要素(4)とする。そして、この図16に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、回転速度の高速側から低速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第四回転要素(4)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図16に示す例は、第二遊星歯車装置P2が中間回転要素(m)に代えて、回転速度の順で第三回転要素(3)の次の第四回転要素(4)を有している点で、図12に示す例と異なっている。
図17に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「A1」、「B1」、「C1」、「D1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、中間回転要素(m)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの下段に、回転速度の順に配置された「a2」、「b2」、「c2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図17に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、回転速度の高速側から低速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の中間回転要素(m)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図17に示す例は、第一遊星歯車装置P1が中間回転要素(m)を有し、それが第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線と第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線との間に配置されている点で、図12に示す例と異なっている。
図18に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「A1」、「B1」、「C1」、「D1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、中間回転要素(m)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの下段に、回転速度の順に配置された「a2」、「b2」、「c2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図18に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、回転速度の高速側から低速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の中間回転要素(m)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図18に示す例は、第一遊星歯車装置P1が中間回転要素(m)を有し、それが第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線と第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線との間に配置されている点で、図12に示す例と異なっている。
図19に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「A1」、「B1」、「C1」、「D1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、中間回転要素(m)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの下段に、回転速度の順に配置された「a2」、「b2」、「c2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図19に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、回転速度の高速側から低速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の中間回転要素(m)及び第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図19に示す例は、第一遊星歯車装置P1が中間回転要素(m)を有し、それが第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線と一致するように配置されている点で、図12に示す例と異なっている。
3.第三の実施形態
次に、本発明の第三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Hは、第一遊星歯車装置P1の「第二回転要素(2)」であるキャリアca1と第二遊星歯車装置P2の「第三回転要素(3)」であるキャリアca2とが一体回転するように接続され、第一遊星歯車装置P1の「第三回転要素(3)」であるリングギヤr1が第一ブレーキB1によりケースDsに選択的に固定される構成となっている。この点で、上記第一の実施形態の構成、すなわち、第一遊星歯車装置P1の「第三回転要素(3)(サンギヤs1)」と第二遊星歯車装置P2の「第三回転要素(3)(サンギヤs2)」とが一体回転するように接続され、第一遊星歯車装置P1の「第二回転要素(2)(リングギヤr1)」が第一ブレーキB1によりケースDsに選択的に固定される構成と異なっている。
また、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、第一遊星歯車装置P1がシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成され、第二遊星歯車装置P2がダブルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている点でも上記第一の実施形態とは異なっている。そして、このような構成の変更に伴い、モータ・ジェネレータMGをエンジンE側に配置し、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2を隣接して配置することが可能な構成となっている点でも上記第一の実施形態とは異なっている。以下、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hについて、上記第一の実施形態との相違点を中心として説明する。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hのシステム構成は図2と同様であるのでその点についての説明は省略する。また、その他の構成についても、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とする。
3−1.ハイブリッド駆動装置Hの各部の構成
図20は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図である。この図に示すように、このハイブリッド駆動装置Hも、上記第一の実施形態と同様に、エンジンEに接続された入力軸Iと、車輪W(図2参照)に接続された出力軸Oと、モータ・ジェネレータMGと、第一遊星歯車装置P1と、第二遊星歯車装置P2と、を備えている。そして、これらの構成は、車体に固定される非回転部材としてのケースDs内に収納されている。但し、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の構成が上記第一の実施形態とは異なっている。
第一遊星歯車装置P1は、入力軸I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、第一遊星歯車装置P1は、複数のピニオンギヤを支持するキャリアca1と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤs1及びリングギヤr1とを回転要素として有している。サンギヤs1は、モータ・ジェネレータMGと一体回転するように接続されている。また、キャリアca1は、第二遊星歯車装置P2のキャリアca2と一体回転するように接続されている。これらのキャリアca1及びca2は、第二ブレーキB2を介してケースDsに選択的に固定され、第三クラッチC3を介して入力軸Iに選択的に接続される。また、リングギヤr1は、第一ブレーキB1を介してケースDsに選択的に固定される。本実施形態においては、これらのサンギヤs1、キャリアca1、及びリングギヤr1が、それぞれ本発明における第一遊星歯車装置P1の「第一回転要素(1)」、「第二回転要素(2)」、及び「第三回転要素(3)」に相当する。
第二遊星歯車装置P2は、入力軸Iと同軸状に配置されたダブ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、第二遊星歯車装置P2は、複数組のピニオンギヤを支持するキャリアca2と、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤs2及びリングギヤr2とを回転要素として有している。サンギヤs2は、第一クラッチC1を介して第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1に選択的に接続され、第二クラッチC2を介して入力軸Iに選択的に接続される。すなわち、このサンギヤs2は、第二クラッチC2により入力軸Iの回転が選択的に伝達され、第一クラッチC1によりモータ・ジェネレータMGの回転が選択的に伝達される。また、リングギヤr2は、出力軸Oと一体回転するように接続されている。また、キャリアca2は、第一遊星歯車装置P1のキャリアca1と一体回転するように接続されている。上記のとおり、これらのキャリアca1及びca2は、第二ブレーキB2を介してケースDsに選択的に固定され、第三クラッチC3を介して入力軸Iに選択的に接続される。本実施形態においては、これらのサンギヤs2、リングギヤr2、及びキャリアca2が、それぞれ本発明における第二遊星歯車装置P2の「第一回転要素(1)」、「第二回転要素(2)」、及び「第三回転要素(3)」に相当する。
図21は、このハイブリッド駆動装置Hの各構成要素の接続状態をより簡略化して表した模式図である。この図では、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各回転要素を、回転速度の順に横方向に配置するとともに破線で接続して表し、これらの各回転要素に接続される構成要素を実線で接続して表している。この図に示すように、第一遊星歯車装置P1は、回転速度の順にサンギヤs1、キャリアca1、リングギヤr1を有している。また、第二遊星歯車装置P2は、回転速度の順にサンギヤs2、リングギヤr2、キャリアca2を有している。ここで、第一遊星歯車装置P1のキャリアca1と第二遊星歯車装置P2のキャリアca2とが一体回転するように接続されている。
そして、第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1は、モータ・ジェネレータMGと一体回転するように接続されているとともに、第一クラッチC1を介して第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2に選択的に接続可能とされている。互いに接続されている第一遊星歯車装置P1のキャリアca1及び第二遊星歯車装置P2のキャリアca2は、第三クラッチC3を介して入力軸Iに選択的に接続可能とされているとともに、第二ブレーキB2を介してケースDsに選択的に固定可能とされている。第一遊星歯車装置P1のリングギヤr1は、第一ブレーキB1を介してケースDsに選択的に固定可能とされている。第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2は、第一クラッチC1を介して第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1に選択的に接続可能とされているとともに、第二クラッチC2を介して入力軸Iに選択的に接続可能とされている。第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2は、出力軸Oと一体回転するように接続されている。
このハイブリッド駆動装置Hは、以上のような構成を採用したことにより、図20に示すように、モータ・ジェネレータMGをエンジンE側に配置し、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2を隣接して配置されている。これにより、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2等のギヤトレインに対して一般的に大径となるモータ・ジェネレータMGをエンジンE側における、従来の自動変速機のトルクコンバータに対応する位置に配置することが可能となる。したがって、従来の自動変速機との互換性の高いハイブリッド駆動装置Hとすることが可能となる。また、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2等のギヤトレインをモータ・ジェネレータMGと分けたユニットにすることが可能となるので、ハイブリッド駆動装置Hの組立性を良くすることができる。
3−2.ハイブリッド駆動装置Hの動作モード
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hにより実現可能な動作モードについて説明する。図22は、複数の動作モード及び各動作モードが備える1又は2以上の変速段での各摩擦係合要素C1、C2、C3、B1、B2の作動状態を示す作動表である。この図において、「○」は各摩擦係合要素が係合状態にあることを示している。一方、「無印」は、各摩擦係合要素が係合解除状態にあること示している。また、図23は、切替可能な動作モード及び変速段の関係を示す図である。なお、この図における白抜き矢印は同期切替が可能な関係を示している。図24は、車両の速度(車速)及び要求駆動力と電気式トルクコンバータモード及びパラレルモードの各変速段の受け持ち範囲との関係を規定した制御マップの一例を示す図である。この図においても横軸は車速であり、縦軸は運転者のアクセル操作等に基づく要求駆動力である。
そして、図25、図26及び図27は、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の速度線図を示しており、図25は、電気式トルクコンバータモードでの速度線図、図26は、パラレルモードでの速度線図、図27はエンジン走行モードでの速度線図を示している。なお、図26の「1st」及び「2nd」は、電気走行モードでの速度線図と共通となる。これらの速度線図において、縦軸は、各回転要素の回転速度に対応している。すなわち、縦軸に対応して記載している「0」は回転速度がゼロであることを示しており、上側が正、下側が負である。そして、並列配置された複数本の縦線のそれぞれが、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各回転要素に対応している。すなわち、各縦線の上側に記載されている「s1」、「ca1」、「r1」はそれぞれ第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1、キャリアca1、リングギヤr1に対応し、「s2」、「r2」、「ca2」はそれぞれ第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2、リングギヤr2、キャリアca2に対応している。また、各回転要素に対応する縦線の間隔は、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のギヤ比に対応している。そして、図25及び図27においては、直線L1が第一遊星歯車装置P1の動作状態を示し、直線L2が第二遊星歯車装置P2の動作状態を示している。また、図26においては、各直線が各変速段における第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の動作状態を示している。なお、これらの速度線図上においても、「○」はモータ・ジェネレータMGの回転速度、「△」は入力軸I(エンジンE)の回転速度、「☆」は出力軸Oの回転速度、「×」はブレーキをそれぞれ示している。
なお、これらの図22〜図27において、「1st」は、パラレルモード、電気走行モード及びエンジン走行モードの前進1速段を示している。また、「2nd」は、パラレルモード及び電気走行モードの前進2速段を示している。そして、「3rd」、「4th」はパラレルモードの前進3速段、前進4速段をそれぞれ示している。
これらの図22〜図27に示すように、このハイブリッド駆動装置Hは、「電気式トルクコンバータモード」、「パラレルモード」、及び「電気走行モード」の3つの動作モードを有するとともに、更にモータ・ジェネレータMGを用いずにエンジンEの駆動力のみにより走行可能な「エンジン走行モード」を有しており、合計で4つの動作モードを切替可能に構成されている。そして、このハイブリッド駆動装置Hは、パラレルモードでは4段の変速段を有し、電気走行モードでは2段の変速段を有している。そして、これらの動作モード及び各動作モード内での変速段の切り替えは、図24に示す制御マップに従って、制御装置ECUのモード・変速段選択手段37により動作モード及び変速段の選択を行い、その選択結果に従って切替制御手段36からの制御指令により油圧制御装置13を制御して各摩擦係合要素C1、C2、C3、B1、B2を係合又は係合解除することにより行われる。なお、この際、制御装置ECUは、モータ・ジェネレータMGの回転速度及び回転トルクの制御、エンジンEの回転速度及び回転トルクの制御等も行う。本実施形態においては、モード・変速段選択手段37は、図24に示す制御マップに従って、車速検出手段35及び要求駆動力検出手段40により取得された車速及び要求駆動力に応じて規定された動作モード及び変速段を選択する。具体的には、モード・変速段選択手段37は、車両の発進加速中や車速が非常に低い状態では電気式トルクコンバータモードを選択する。また、それ以外の状態では、モード・変速段選択手段37は、車速及び要求駆動力等に応じて、パラレルモード又は電気走行モードの各変速段を選択する。なお、電気走行モードは、エンジン停止条件判定手段41によりエンジン停止条件を満たすと判定された場合に選択される。また、エンジン走行モードは、電気式トルクコンバータモードでの発進加速中であってバッテリ充電量が少ない等の条件を満たす場合に選択される。以下、各動作モードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について詳細に説明する。
3−3.電気式トルクコンバータモード
電気式トルクコンバータモードでは、図22に示すように、第二クラッチC2及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。これにより、第一遊星歯車装置P1のリングギヤr1はケースDsに固定され、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2は入力軸Iと一体回転するように接続される。
このとき、第一遊星歯車装置P1は、図25にL1として示すように、回転速度の順で一方側となるサンギヤs1に対して他方側となるリングギヤr1の回転速度がゼロになる。したがって、モータ・ジェネレータMGと一体回転するように接続されているサンギヤs1の回転速度の絶対値は減速されて、回転速度の順で中間となるキャリアca1に伝達される。なお、このときモータ・ジェネレータMGは、入力軸I(エンジンE)とは反対に負回転(回転速度が負)しているので、キャリアca1も負回転する。ここで、第一遊星歯車装置P1のキャリアca1と第二遊星歯車装置P2のキャリアca2とは一体回転するように接続されている。したがって、第一遊星歯車装置P1は、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して第二遊星歯車装置P2のキャリアca2に伝達する。これにより、第一遊星歯車装置P1による変速比に応じて増幅されたモータ・ジェネレータMGの回転トルクが第二遊星歯車装置P2のキャリアca2に伝達される。具体的には、本実施形態では第一遊星歯車装置P1はシングルピニオン型であるので、図25の下部に示すように、第一遊星歯車装置P1のギヤ比(サンギヤs1とリングギヤr1との歯数比=〔サンギヤs1の歯数〕/〔リングギヤr1の歯数〕)をλ1とした場合、リングギヤr2の回転トルク:キャリアca2の回転トルク:サンギヤs2(モータ・ジェネレータMG)の回転トルク=1:(1+λ1):λ1という関係が成立する。したがって、例えばギヤ比λ1=0.5程度の場合、モータ・ジェネレータMGの回転トルクの約3倍の回転トルクがキャリアca1を介して第二遊星歯車装置P2のキャリアca2に伝達される。なお、このギヤ比λ1は、モータ・ジェネレータMGの特性や車両重量等を考慮して適宜設定することができる。
また、第二遊星歯車装置P2は、図25にL2として示すように、回転速度の順で中間となるリングギヤr2が出力軸Oと一体回転し、回転速度の順で一方側となるサンギヤs2が入力軸Iと一体回転する。そして、回転速度の順で他方側となるキャリアca2に、上記のように第一遊星歯車装置P1で減速されたモータ・ジェネレータMGの回転が伝達される。したがって、第二遊星歯車装置P2は、減速後のモータ・ジェネレータMGの回転と、入力軸I(エンジンE)の回転とを合成して出力軸Oに伝達する。すなわち、第二遊星歯車装置P2では、第一遊星歯車装置P1を介してキャリアca2に伝達されるモータ・ジェネレータMGの回転トルクが、サンギヤs2に伝達される入力軸I(エンジンE)の回転トルクの反力となることで、これらの回転トルクが合成されて出力軸Oに伝達される。この際、第一遊星歯車装置P1のキャリアca1と一体回転するキャリアca2は負回転であり、エンジンE及び入力軸Iと一体回転するサンギヤs2は正回転であるので、回転速度の順でこれらの中間にあるリングギヤr2の回転速度の絶対値は、サンギヤs2の回転速度の絶対値に対して減速される。したがって、第二遊星歯車装置P2は、入力軸Iの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する。これにより、入力軸Iの回転トルクが増幅されて出力軸Oに伝達される。具体的には、本実施形態では第二遊星歯車装置P2はダブルピニオン型であるので、図25の下部に示すように、第二遊星歯車装置P2のギヤ比(サンギヤs2とリングギヤr2との歯数比=〔サンギヤs2の歯数〕/〔リングギヤr2の歯数〕)をλ2とした場合、キャリアca2の回転トルク:リングギヤr2(出力軸O)の回転トルク:サンギヤs1(入力軸I)の回転トルク=(1−λ2):1:λ2という関係が成立する。したがって、例えばギヤ比λ2=0.5程度の場合、サンギヤs2(入力軸I)の回転トルクの約半分の回転トルクをキャリアca2(増幅されたモータ・ジェネレータMGの回転トルク)が分担することにより、入力軸I(エンジンE)の回転トルクの約2倍の回転トルクが出力軸Oに伝達される。なお、このギヤ比λ2は、エンジンE及びモータ・ジェネレータMGの特性や車両重量等を考慮して適宜設定することができる。
そして、このハイブリッド駆動装置Hは、以下のように動作することで、電気式トルクコンバータとして機能する。すなわち、車両の発進時には、負回転しているモータ・ジェネレータMGの発電を行わせて正方向の回転トルクを次第に増大させることで、負回転している第二遊星歯車装置P2のキャリアca2の正方向の回転トルクを次第に増大させて反力を大きくし、このキャリアca2の回転速度を上昇(負方向の回転速度の絶対値を減少)させる。これにより、出力軸Oに接続されている第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2の回転速度を次第に増加させて車両を滑らかに発進させることができる。この際、出力軸Oには、エンジントルクの約(1/λ2)倍の出力トルクを伝達することができる。また、この際、第一遊星歯車装置P1により増幅されたモータ・ジェネレータMGの回転トルクが反力となるので、比較的出力トルクが小さいモータ・ジェネレータMGを使用した場合であっても、十分な反力トルクを得ることができる。なお、図25の各回転要素の横に示す上方向又は下方向の矢印は、このような発進時における各回転要素の回転トルクの方向を示している。
また、このハイブリッド駆動装置Hでは、図23に示すように、電気式トルクコンバータモードからパラレルモードの前進2速段へのモード切替に際して、第一クラッチC1の入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で第一クラッチC1の係合を行う同期切替が可能に構成されている。更に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hでは、エンジン走行モードの前進1速段へのモード切替に際しても、第二ブレーキB2の回転側部材の回転速度をゼロとした状態で第二ブレーキB2の係合を行う同期切替が可能に構成されている。具体的には、図20に示すように、本実施形態では、入力軸I(エンジンE)と一体回転する第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2と、モータ・ジェネレータMGと一体回転する第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1とが、第一クラッチC1の入力側回転部材及び出力側回転部材に相当する。また、一体回転する第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のキャリアca1及びca2が、第二ブレーキB2の回転側部材に相当する。
電気式トルクコンバータモードにおいて、図25に示す状態から更にモータ・ジェネレータMGの正方向の回転トルクを増大させて回転速度を上昇(負方向の回転速度の絶対値を減少)させることにより、図27に示すように、モータ・ジェネレータMGの回転速度をゼロとすることができる。このとき、第一ブレーキB1は係合状態のままであるので、直線L1は水平となり、第一遊星歯車装置P1の3つの回転要素の全てが回転せずに停止した状態となる。したがって、第二ブレーキB2の回転側部材となる、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のキャリアca1及びca2の回転速度もゼロとなっているので、衝撃等を発生させることなく第二ブレーキB2を係合することができる。そして、図22に示すように、第二ブレーキB2を係合状態とすることで、電気式トルクコンバータモードからエンジン走行モードの前進1速段に切り替えることができ、したがって、これらの間での同期切替を実現できる。
また、図27に示すように直線L1が水平となった状態から、第二ブレーキB2を係合させることなく更にモータ・ジェネレータMGを力行させて正方向の回転トルクを増大させて回転速度を上昇させることにより、図26の速度線図の前進2速段の状態を表す直線のように、モータ・ジェネレータMGの回転速度と入力軸Iの回転速度とが一致した状態とすることができる。この状態では、第一クラッチC1の入力側回転部材及び出力側回転部材となる、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2の回転速度と第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1の回転速度とが一致しているので、衝撃等を発生させることなく第一クラッチC1を係合することができる。そして、図22に示すように、第一クラッチC1を係合状態とすることで、電気式トルクコンバータモードからパラレルモードの前進2速段に切り替えることができ、したがって、これらの間での同期切替を実現できる。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hでは、モータ・ジェネレータMGに正方向の回転トルクを発生させた状態でパラレルモードに移行する同期切替を行うことができる。すなわち、この構成によれば、電気式トルクコンバータモードからパラレルモードへの切り替えの際にモータ・ジェネレータMGの回転トルクの方向が変化しない。したがって、第一遊星歯車装置P1の歯車の噛み合い方向の変化によるギヤ鳴りを防止でき、より静粛で滑らかな同期切替を行うことができる。
なお、これらの第二ブレーキB2を係合することによる同期切替及び第一クラッチC1を係合することによる同期切替は、いずれも電気式トルクコンバータモードでの走行時に、モータ・ジェネレータMGの回転速度を上昇させて出力軸Oの回転速度を増加させる過程で実現される。すなわち、本実施形態によれば、車両の発進加速中に、まず電気式トルクコンバータモードからエンジン走行モードの前進1速段への同期切替が可能な状態となり、ここでモード切替を行わずに更に加速すると電気式トルクコンバータモードからパラレルモードの前進2速段への同期切替が可能な状態となる。そして、これらのいずれのモード切替に際しても、係合要素の係合に伴う衝撃を発生させることなく、滑らかな切り替えを行うことができる。なお、電気式トルクコンバータモードからのモード切替に際して、エンジン走行モードの前進1速段とパラレルモードの前進2速段とのいずれを選択するかを決定するための制御処理については、後の「3−7.特殊な制御処理」においてフローチャートを用いて詳細に説明する。
3−4.エンジン走行モード
エンジン走行モードは、モータ・ジェネレータMGを用いずにエンジンEの駆動力のみにより走行することが可能なモードである。本実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hは、エンジン走行モードでは前進1速段のみを有している。図22に示すように、エンジン走行モードの前進1速段では、第二クラッチC2、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。図23に示すとおり、このエンジン走行モードの前進1速段は、電気式トルクコンバータモード及びパラレルモードの前進1速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、エンジン走行モードの前進1速段は、電気式トルクコンバータモードから第二ブレーキB2を係合することにより実現される。上記のとおり、この電気式トルクコンバータモードから前進1速段への切り替えは同期切替により行うことが可能となっている。また、エンジン走行モードの前進1速段は、パラレルモードの前進1速段から第一クラッチC1を係合解除し、第一ブレーキB1を係合することにより実現される。
そして、図20及び図27に示すように、エンジン走行モードの前進1速段では、第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2に入力軸I(エンジンE)が直結され一体回転する状態となる。そして、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1の全ての回転要素の回転が停止される。この状態では、第二ブレーキB2によりケースDsに固定された第二遊星歯車装置P2のキャリアca2が入力軸I(エンジンE)の回転トルクの反力受けとなり、モータ・ジェネレータMGの回転トルクが不要な状態となる。そして、入力軸Iが接続された第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。
3−5.パラレルモード
本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hのパラレルモードの各変速段は、上記第一の実施形態とほぼ同様の構成となっている。すなわち、このハイブリッド駆動装置Hは、パラレルモードでは、入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成される減速変速段としての前進1速段及び前進2速段、同じく入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成され、入力軸Iの回転速度を同速で出力軸Oに伝達する直結段としての前進3速段、並びに入力軸Iの回転速度の絶対値を増速して出力軸Oに伝達するとともに、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する増速変速段としての前進4速段を有している。以下、各変速段でのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について説明する。
図22に示すように、パラレルモードの前進1速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。図23に示すとおり、この前進1速段は、エンジン走行モードの前進1速段、並びにパラレルモードの前進2速段及び前進3速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、パラレルモードの前進1速段は、エンジン走行モードの前進1速段から第一ブレーキB1を係合解除し、第一クラッチC1を係合することにより実現される。また、パラレルモードの前進1速段は、パラレルモードの前進2速段から第一ブレーキB2を係合解除し、第二ブレーキB2を係合することにより実現される。また、パラレルモードの前進1速段は、前進3速段から第三クラッチC3を係合解除し、第二ブレーキB2を係合することにより実現される。また、パラレルモードは電気走行モードとの間でも切り替え可能となっている。そして、パラレルモードの前進1速段から第二クラッチC2を係合解除することにより、電気走行モードの前進1速段が実現される。
そして、図20及び図26に示すように、パラレルモードの前進1速段では、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第二ブレーキB2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。パラレルモードの複数の変速段の中では、この前進1速段の変速比が最も大きくなるように設定されている。また、この変速比は、エンジン走行モードの前進1速段と同じになっている。
図22に示すように、パラレルモードの前進2速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。図23に示すとおり、この前進2速段は、電気式トルクコンバータモード、並びにパラレルモードの前進1速段、前進3速段、及び前進4速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、パラレルモードの前進2速段は、電気式トルクコンバータモードから第一クラッチC1を係合することにより実現される。また、パラレルモードの前進2速段は、パラレルモードの前進1速段から第二ブレーキB2を係合解除し、第一ブレーキB1を係合することにより実現される。また、パラレルモードの前進2速段は、前進3速段から第三クラッチC3を係合解除し、第一ブレーキB1を係合することにより実現される。また、パラレルモードの前進2速段は、前進4速段から第三クラッチC3を係合解除し、第二クラッチC2を係合することにより実現される。また、パラレルモードは電気走行モードとの間でも切り替え可能となっている。そして、パラレルモードの前進2速段から第二クラッチC2を係合解除することにより、電気走行モードの前進2速段が実現される。
そして、図20及び図26に示すように、パラレルモードの前進2速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第一ブレーキB1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。このパラレルモードの前進2速段の変速比は、パラレルモードの前進1速段の変速比より小さくなるように設定されている。
図22に示すように、前進3速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第三クラッチC3が係合状態とされる。図23に示すとおり、この前進3速段は、パラレルモードの前進1速段、前進2速段、及び前進4速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、前進3速段は、パラレルモードの前進1速段から第二ブレーキB2を係合解除し、第三クラッチC3を係合することにより実現される。また、前進3速段は、パラレルモードの前進2速段から第一ブレーキB1を係合解除し、第三クラッチC3を係合することにより実現される。また、前進3速段は、前進4速段から第一ブレーキB1を係合解除し、第二クラッチC2を係合することにより実現される。なお、パラレルモードは電気走行モードとの間でも切り替え可能となっているが、本実施形態においても上記第一の実施形態と同様に、パラレルモードの前進3速段からは直接的には電気走行モードに切り替えることはできない。したがって、パラレルモードの前進3速段から電気走行モードに切り替える際には、パラレルモードの前進2速段又は前進4速段に切り替えた後、電気走行モードに切り替える制御を行う。この際の制御処理は、上記第一の実施形態に係る「1−6.特殊な制御処理」において説明したのと同様に行うことができる。
そして、図20及び図26に示すように、前進3速段では、パラレルモードの前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。更に、第三クラッチC3が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2は、全体が一体回転する直結状態となり、入力軸I及びモータ・ジェネレータMGの回転速度が同速のまま出力軸Oに伝達され出力される。したがって、この前進3速段の変速比は1となる。
図22に示すように、前進4速段では、第一クラッチC1、第三クラッチC3、及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。図23に示すとおり、この前進4速段は、パラレルモードの前進2速段、及び前進3速段との間で切り替え可能となっている。すなわち、前進4速段は、前進2速段から第二クラッチC2を係合解除し、第三クラッチC3を係合することにより実現される。また、前進4速段は、前進3速段から第二クラッチC2を係合解除し、第一ブレーキB1を係合することにより実現される。また、パラレルモードは電気走行モードとの間でも切り替え可能となっている。そして、パラレルモードの前進4速段から第三クラッチC3を係合解除することにより、電気走行モードの前進2速段が実現される。
そして、図20及び図26に示すように、前進4速段では、第一クラッチC1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2にモータ・ジェネレータMGが直結され一体回転する状態となる。そして、第三クラッチC3及び第一ブレーキB1が係合状態とされることで、入力軸I(エンジンE)の回転速度の絶対値が増速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。したがって、この前進4速段の変速比は1未満となる。
3−6.電気走行モード
本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの電気走行モードの各変速段は、上記第一の実施形態とほぼ同様の構成となっている。すなわち、このハイブリッド駆動装置Hは、電気走行モードでは、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する減速変速段としての前進1速段及び前進2速段を有している。これらの電気走行モードの前進1速段及び前進2速段は、第二クラッチC2が係合解除状態とされることにより、入力軸Iが第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2から切り離されていること以外は、本実施形態に係る上記パラレルモードの前進1速段及び前進2速段と同じである。
そして、上記のとおり、電気走行モードの前進1速段は、パラレルモードの前進1速段から第二クラッチC2を係合解除することにより実現される。また、電気走行モードの前進2速段は、パラレルモードの前進2速段から第二クラッチC2を係合解除し、又はパラレルモードの前進4速段から第三クラッチC3を係合解除することにより実現される。また、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2のいずれかを係合することにより、電気走行モードの前進1速段と前進2速段とを切り替えることができる。
3−7.特殊な制御処理
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hが、電気式トルクコンバータモードからのモード切替に際して、同期切替が可能な動作モード及び変速段が複数ある場合に、そのいずれを選択するかを決定するための制御処理について説明する。具体的には、本実施形態では、電気式トルクコンバータモードからの同期切替が可能な動作モード及び変速段として、エンジン走行モードの前進1速段とパラレルモードの前進2速段とがあるので、これらのいずれを選択するかを決定するための制御処理を行う。図28は、この制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、概略的には、モータ・ジェネレータMGの回転方向に応じて異なるバッテリ充電量の閾値を用い、バッテリ充電量がこの閾値より高い場合にはモータ・ジェネレータMGの駆動力を用いるパラレルモードの前進2速段を選択し、バッテリ充電量がこの閾値以下である場合にはモータ・ジェネレータMGの駆動力を用いないエンジン走行モードの前進1速段を選択する制御を行う。この制御処理は、制御装置ECUが車両の各部からの情報に基づいて判断を行い、油圧制御装置13等のハイブリッド駆動装置Hの各部に命令信号を出力することにより行われる。以下、詳細に説明する。
まず、制御装置ECUは、ハイブリッド駆動装置Hの現在の状態が電気式トルクコンバータモードであるか否かを判断する(ステップ#21)。現在の状態が電気式トルクコンバータモードでない場合には(ステップ#21:No)、この制御処理を行う必要がないので、処理は終了する。そして、現在の状態が電気式トルクコンバータモードである場合には(ステップ#21:Yes)、次に、制御装置ECUは、モータ・ジェネレータ回転検出手段34により検出されたモータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロ未満(回転速度が負)であるか否かを判断する(ステップ#22)。モータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロ未満である場合には(ステップ#22:Yes)、ハイブリッド駆動装置Hは図25の速度線図に示すような状態にあることになる。したがって、この状態からエンジン走行モードの前進1速段に切り替えるためには、モータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロになるまで、すなわち図27に示す状態になるまでモータ・ジェネレータMGに発電をさせつつ回転速度を上昇させる必要がある。一方、この状態からパラレルモードの前進2速段に切り替えるためには、モータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロの状態(図27に示す状態)にした後、更にモータ・ジェネレータMGを力行させて、図26の速度線図の前進2速段の状態を表す直線に示すように、モータ・ジェネレータMGの回転速度を入力軸I(エンジンE)の回転速度と一致するまで上昇させる必要がある。すなわち、電気式トルクコンバータモードからパラレルモードの前進2速段に切り替えるためには、バッテリ11に充電された電力を用いてモータ・ジェネレータMGを力行させることが必要となる。
そこで、制御装置ECUは、バッテリ状態検出手段33により検出されたバッテリ充電量が所定の第一閾値以上であるか否かを判断する(ステップ#23)。ここで、第一閾値は、バッテリ11の使用範囲における充電量の下限値に対して、ある程度の余裕分を考慮した値に設定とすると好適である。そして、バッテリ充電量が所定の第一閾値未満である場合には(ステップ#23:No)、バッテリ11の充電量が少ない状態と判断できるので、モード・変速段選択手段37は、バッテリ11の電力を消費しないエンジン走行モードの前進1速段を切替目標に設定する(ステップ#24)。一方、バッテリ充電量が所定の第一閾値以上である場合には(ステップ#23:Yes)、バッテリ11の充電量が十分にある状態と判断できるので、エンジン走行モードを介さず直接的にパラレルモードに移行すべく、モード・変速段選択手段37は、パラレルモードの前進2速段を切替目標に設定する(ステップ#25)。そして、切替目標に設定された動作モードの切替点に到達したときに(ステップ#26)、当該動作モードへの同期切替を実行する(ステップ#27)。ここで、切替目標に設定された動作モードの切替点とは、エンジン走行モードの前進1速段が切替目標に設定されている場合には、図27の速度線図に示すように、モータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロになる点であり、パラレルモードの前進2速段が切替目標に設定されている場合には、図26の速度線図の前進2速段の状態を表す直線に示すように、モータ・ジェネレータMGの回転速度とエンジンEの回転速度が一致する点である。なお、切替目標に設定された動作モードの切替点に到達するまでは、処理はステップ#22から#26を繰り返し行い、その時点のバッテリ充電量に応じた切替目標の設定を行う。
一方、モータ・ジェネレータ回転検出手段34により検出されたモータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロ以上である場合には(ステップ#22:Yes)、ハイブリッド駆動装置Hは図27の速度線図に示すような状態よりもモータ・ジェネレータMGの回転速度が高い状態にあることになる。したがって、この状態からパラレルモードの前進2速段に切り替えるためには、その状態から更にモータ・ジェネレータMGを力行させて、図26の速度線図の前進2速段の状態を表す直線に示すように、モータ・ジェネレータMGの回転速度を入力軸I(エンジンE)の回転速度と一致するまで上昇させる必要がある。一方、この状態からエンジン走行モードの前進1速段に切り替えるためには、モータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロになるまで、すなわち図27に示す状態になるまでモータ・ジェネレータMGに発電をさせつつ回転速度を低下させる必要がある。
そこで、制御装置ECUは、バッテリ状態検出手段33により検出されたバッテリ充電量が所定の第二閾値以上であるか否かを判断する(ステップ#28)。ここで、第二閾値は、前記第一閾値よりも低い値に設定することができる。すなわち、モータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロ以上の状態では、モータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロ未満の状態からパラレルモードの前進2速段に切り換える場合と比較して、切替までに必要な電力が少なく済むため、その分バッテリ11の余裕分を少なく設定できるからである。具体的には、この第二閾値は、例えば、バッテリ11の使用範囲における充電量の下限値に対して、図27の速度線図に示すようにモータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロの状態から、モータ・ジェネレータMGの回転速度をエンジンEの回転速度に一致するまで上昇させるために必要な電力量を確保できる程度の余裕を考慮した値に設定すると好適である。なお、これらの第一閾値及び第二閾値の設定は単なる一例であり、これ以外の値に設定することも当然に可能である。そして、バッテリ充電量が所定の第二閾値以上である場合には(ステップ#28:Yes)、バッテリ11の充電量が必要以上に確保されている状態と判断できるので、そのままモータ・ジェネレータMGの回転速度を上昇させてパラレルモードに移行すべく、モード・変速段選択手段37は、パラレルモードの前進2速段を切替目標に設定する(ステップ#25)。
一方、バッテリ充電量が所定の第二閾値未満である場合には(ステップ#28:No)、バッテリ11の充電量が非常に少ない状態と判断できるので、バッテリ11の電力消費を抑えるべく、モード・変速段選択手段37は、エンジン走行モードの前進1速段を切替目標に設定する(ステップ#29)。但し、この場合、モータ・ジェネレータMGの回転速度をゼロにするためにモータ・ジェネレータMGに負方向の回転トルクを発生させると、車速が低下するためそのままの走行状態を維持できないことになる。そこで、この場合には、制御装置ECUは、モータ・ジェネレータMGの回転トルクを維持したまま、エンジンEの回転速度を上昇させる(ステップ#30)。これにより、回転速度の順で一方側となる第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2(入力軸I)の回転速度が上昇し、回転速度の順で中間となる第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2(出力軸O)の回転速度を一定に保ったまま、回転速度の順で他方側となる第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のキャリアca1及びca2の回転速度が低下する。これにより、第一ブレーキB1により固定されている第一遊星歯車装置P1のリングギヤr1を支点として第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1及びそれに接続されているモータ・ジェネレータMGの回転速度が低下する。そして、動作モードの切替点、すなわち、モータ・ジェネレータMGの回転速度がゼロになる点に到達したときに(ステップ#31)、エンジン走行モードの前進1速段への同期切替を実行する(ステップ#27)。なお、動作モードの切替点に到達するまでは、処理はステップ#30の処理を継続して行う。以上で処理は終了する。
4.第四の実施形態
次に、本発明の第四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Hは、上記第三の実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hと類似の構成であるが、パラレルモード、電気走行モード、及びエンジン走行モードを更に多段化した構成となっており、パラレルモードで6段の変速段を有し、電気走行モードで3段の変速段を有し、エンジン走行モードで2段の変速段を有している。以下、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hについて、上記第三の実施形態との相違点を中心として説明する。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hのシステム構成は図2と同様であるのでその点についての説明は省略する。また、その他の構成についても、特に説明しない点については、上記第三の実施形態と同様とする。
4−1.ハイブリッド駆動装置Hの各部の構成
図29は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hの構成を示すスケルトン図である。この図に示すように、このハイブリッド駆動装置Hも、上記の各実施形態と同様に、エンジンEに接続された入力軸Iと、車輪W(図2参照)に接続された出力軸Oと、モータ・ジェネレータMGと、第一遊星歯車装置P1と、第二遊星歯車装置P2と、を備えている。そして、これらの構成は、車体に固定される非回転部材としてのケースDs内に収納されている。但し、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hは、第一遊星歯車装置P1の構成は、キャリアca1が第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に接続されている点以外は上記第三の実施形態と同様であるが、第二遊星歯車装置P2が4つの回転要素を有する構成となっており、この点が上記第三の実施形態とは異なっている。また、それに伴って摩擦係合要素の数も上記第三の実施形態よりも多くなっている。
本実施形態に係る第二遊星歯車装置P2は、入力軸Iと同軸状に配置されたラビニョ型の遊星歯車装置により構成されている。すなわち、第二遊星歯車装置P2は、第一サンギヤs2及び第二サンギヤs3の2つのサンギヤと、リングギヤr2と、第一サンギヤs2及びリングギヤr2の双方に噛み合うロングピニオンギヤ並びにこのロングピニオンギヤ及び第二サンギヤs3に噛み合うショートピニオンギヤを支持する共通のキャリアca2とを回転要素として有している。リングギヤr2は、出力軸Oと一体回転するように接続されている。また、第一サンギヤs2は、第一クラッチC1を介して第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1に選択的に接続され、第二クラッチC2を介して入力軸Iに選択的に接続される。すなわち、この第一サンギヤs2は、第二クラッチC2により入力軸Iの回転が選択的に伝達され、第一クラッチC1によりモータ・ジェネレータMGの回転が選択的に伝達される。第二サンギヤs3は、第一遊星歯車装置P1のキャリアca1と一体回転するように接続されている。これらの第二サンギヤs3及び第一遊星歯車装置P1のキャリアca1は、第二ブレーキB2を介してケースDsに選択的に固定される。また、キャリアca2は、第三ブレーキB3を介してケースDsに選択的に固定され、第三クラッチC3を介して入力軸Iに選択的に接続される。本実施形態においては、第一サンギヤs2、リングギヤr2、及び第二サンギヤs3が、それぞれ本発明における第二遊星歯車装置P2の「第一回転要素(1)」、「第二回転要素(2)」、及び「第三回転要素(3)」に相当する。また、キャリアca2が、本発明における第二遊星歯車装置P2の「中間回転要素(m)」に相当する。
なお、第三ブレーキB3については、上記の各実施形態に係る各摩擦係合要素と同様に、油圧制御装置13を介して供給される油圧により動作する多板式ブレーキを用いることができる。
4−2.ハイブリッド駆動装置Hの動作モード
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hにより実現可能な動作モードについて説明する。図30は、複数の動作モード及び各動作モードが備える1又は2以上の変速段での各摩擦係合要素C1、C2、C3、B1、B2、B3の作動状態を示す作動表である。また、図31、図32及び図33は、上記第三の実施形態に関する図25、図26及び図27にそれぞれ対応している。すなわち、これらの図は、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の速度線図を示しており、図31は、電気式トルクコンバータモードでの速度線図、図32は、パラレルモードでの速度線図、図33はエンジン走行モードでの速度線図を示している。なお、図32の「1st」、「2nd」、及び「3rd」は、電気走行モードでの速度線図と共通となる。これらの速度線図においても図25、図26及び図27と同様に、並列配置された複数本の縦線のそれぞれが、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各回転要素に対応している。すなわち、各縦線の上側に記載されている「s1」、「ca1」、「r1」はそれぞれ第一遊星歯車装置P1のサンギヤs1、キャリアca1、リングギヤr1に対応し、「s2」、「r2」、「ca2」、「s3」はそれぞれ第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2、リングギヤr2、キャリアca2、第二サンギヤs3に対応している。そして、図31及び図33においては、直線L1が第一遊星歯車装置P1の動作状態を示し、直線L2が第二遊星歯車装置P2の動作状態を示している。また、図32においては、各直線が各変速段における第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の動作状態を示している。
なお、これらの図30〜図33において、「1st」、「2nd」は、パラレルモード、電気走行モード及びエンジン走行モードの前進1速段、前進2速段をそれぞれ示している。また、「3rd」は、パラレルモード及び電気走行モードの前進3速段を示している。そして、「4th」、「5th」、「6th」はパラレルモードの、前進4速段、前進5速段、前進6速段をそれぞれ示している。
これらの図30〜図33に示すように、このハイブリッド駆動装置Hが、一つのモータ・ジェネレータMGを用いて、「電気式トルクコンバータモード」、「パラレルモード」、「電気走行モード」、及び「エンジン走行モード」の4つの動作モードを切替可能に構成されている点は上記第三の実施形態と同様である。一方、このハイブリッド駆動装置Hは、上記第三の実施形態よりも多くの変速段を有しており、具体的には、パラレルモードでは6段の変速段を有し、電気走行モードでは3段の変速段を有し、エンジン走行モードでは2段の変速段を有している。以下、各動作モードでのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について詳細に説明する。
4−3.電気式トルクコンバータモード
本実施形態においても、電気式トルクコンバータモードでは、図30に示すように、第二クラッチC2及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。これにより、第一遊星歯車装置P1のリングギヤr1はケースDsに固定され、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2は入力軸Iと一体回転するように接続される。このとき、第一遊星歯車装置P1は、図31に直線L1として示すように、回転速度の順で一方側となるサンギヤs1に対して他方側となるリングギヤr1の回転速度がゼロになる。したがって、モータ・ジェネレータMGと一体回転するように接続されているサンギヤs1の回転速度の絶対値は減速されて、回転速度の順で中間となるキャリアca1に伝達される。したがって、第一遊星歯車装置P1は、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に伝達する。これにより、第一遊星歯車装置P1による変速比に応じて増幅されたモータ・ジェネレータMGの回転トルクが第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3に伝達される。
また、第二遊星歯車装置P2は、図31にL2として示すように、回転速度の順で2番目となるリングギヤr2が出力軸Oと一体回転し、回転速度の順で1番目となる第一サンギヤs2が入力軸Iと一体回転する。そして、回転速度の順で4番目となる第二サンギヤs3に、第一遊星歯車装置P1で減速されたモータ・ジェネレータMGの回転が伝達される。このモードでは、回転速度の順で3番目となるキャリアca2は自由に回転可能な状態となっている。なお、「回転速度の順」は、ここでは、高速側から低速側に向かう順としている。このように構成されることにより、第二遊星歯車装置P2は、減速後のモータ・ジェネレータMGの回転と、入力軸I(エンジンE)の回転とを合成して出力軸Oに伝達する。すなわち、第二遊星歯車装置P2では、第一遊星歯車装置P1を介して第二サンギヤs3に伝達されるモータ・ジェネレータMGの回転トルクが、第一サンギヤs2に伝達される入力軸I(エンジンE)の回転トルクの反力となることで、これらの回転トルクが合成されて出力軸Oに伝達される。この際、第二サンギヤs3は負回転であり、エンジンE及び入力軸Iと一体回転する第一サンギヤs2は正回転であるので、回転速度の順でこれらの中間にあるリングギヤr2の回転速度の絶対値は、第一サンギヤs2の回転速度の絶対値に対して減速される。したがって、上記第三の実施形態と同様に、第二遊星歯車装置P2は、入力軸Iの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する。これにより、入力軸Iの回転トルクが増幅されて出力軸Oに伝達される。
そして、このハイブリッド駆動装置Hは、上記第三の実施形態と同様に動作することで、電気式トルクコンバータとして機能する。また、このハイブリッド駆動装置Hでも、上記第三の実施形態と同様に動作することで、電気式トルクコンバータモードからのモード切替に際して、パラレルモードの前進3速段、及びエンジン走行モードの前進2速段への同期切替が可能に構成されている。なお、本実施形態においては、パラレルモードの前進3速段が上記第三の実施形態におけるパラレルモードの前進2速段に対応し、エンジン走行モードの前進2速段が上記第三の実施形態におけるエンジン走行モードの前進1速段に対応している。また、本実施形態においては、更に、電気式トルクコンバータモードからエンジン走行モードの前進1速段へのモード切替に際しても、第三ブレーキB3の回転側部材の回転速度をゼロとした状態で第三ブレーキB3の係合を行う同期切替が可能に構成されている。ここでは、第二遊星歯車装置P2のキャリアca2が第三ブレーキB3の回転側部材に相当する。
電気式トルクコンバータモードにおいて、図31に示す状態から更にモータ・ジェネレータMGの正方向の回転トルクを増大させて回転速度を上昇(負方向の回転速度の絶対値を減少)させることにより、図33の速度線図の前進1速段の状態を表す直線L2に示すように、第三ブレーキB3の回転側部材となる、第二遊星歯車装置P2のキャリアca2の回転速度をゼロとすることができる。したがって、衝撃等を発生させることなく第三ブレーキB3を係合することができる。そして、図30に示すように、第三ブレーキB3を係合状態とすることで、電気式トルクコンバータモードからエンジン走行モードの前進1速段に切り替えることができ、したがって、これらの間での同期切替を実現できる。
4−4.エンジン走行モード
本実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hは、エンジン走行モードでは前進1速段及び前進2速段を有している。図30に示すように、エンジン走行モードの前進1速段では、第二クラッチC2、第一ブレーキB1及び第三ブレーキB3が係合状態とされる。そして、図29及び図33に示すように、エンジン走行モードの前進1速段では、第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2に入力軸I(エンジンE)が直結され一体回転する状態となる。そして、第一ブレーキB1及び第三ブレーキB3が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1のリングギヤr1及び第二遊星歯車装置P2のキャリアca2の回転が停止される。この状態では、第三ブレーキB3によりケースDsに固定された第二遊星歯車装置P2のキャリアca2が入力軸I(エンジンE)の回転トルクの反力受けとなり、モータ・ジェネレータMGの回転トルクが不要な状態となる。そして、入力軸Iが接続された第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。
また、図30に示すように、エンジン走行モードの前進2速段では、第二クラッチC2、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。そして、図29及び図33に示すように、エンジン走行モードの前進2速段では、第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2に入力軸I(エンジンE)が直結され一体回転する状態となる。そして、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1の全ての回転要素の回転が停止される。この状態では、第二ブレーキB2によりケースDsに固定された第二遊星歯車装置P2の第二サンギヤs3が入力軸I(エンジンE)の回転トルクの反力受けとなり、モータ・ジェネレータMGの回転トルクが不要な状態となる。そして、入力軸Iが接続された第二遊星歯車装置P2のサンギヤs2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。
4−5.パラレルモード
本実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hは、パラレルモードでは、入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成される減速変速段としての前進1速段、前進2速段、及び前進3速段、同じく入力軸Iとモータ・ジェネレータMGとを直結した状態で構成され、入力軸Iの回転速度を同速で出力軸Oに伝達する直結段としての前進4速段、並びに入力軸Iの回転速度の絶対値を増速して出力軸Oに伝達するとともに、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する増速変速段としての前進5速段、及び前進6速段を有している。以下、各変速段でのハイブリッド駆動装置Hの動作状態について説明する。
図30に示すように、前進1速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第三ブレーキB3が係合状態とされる。そして、図29及び図32に示すように、前進1速段では、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第三ブレーキB3が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。パラレルモードの複数の変速段の中では、この前進1速段の変速比が最も大きくなるように設定されている。
図30に示すように、前進2速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。そして、図29及び図32に示すように、前進2速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第二ブレーキB2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。この前進2速段の変速比は、前進1速段の変速比より小さくなるように設定されている。
図30に示すように、前進3速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。そして、図29及び図32に示すように、前進3速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。そして、第一ブレーキB1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2の回転速度の絶対値が減速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。この前進3速段の変速比は、前進2速段の変速比より小さくなるように設定されている。
図30に示すように、前進4速段では、第一クラッチC1、第二クラッチC2、及び第三クラッチC3が係合状態とされる。そして、図29及び図32に示すように、前進4速段では、前進1速段と同様に、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2に入力軸I(エンジンE)とモータ・ジェネレータMGとが直結され、これらが一体回転する状態となる。更に、第三クラッチC3が係合状態とされることで、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2は、全体が一体回転する直結状態となり、入力軸I及びモータ・ジェネレータMGの回転速度が同速のまま出力軸Oに伝達され出力される。したがって、この前進4速段の変速比は1となる。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hも、上記第一の実施形態と同様に、入力軸I(エンジンE)を切り離した状態で変速比が1の変速段を実現できない構成となっており、パラレルモードの前進4速段から直接的に電気走行モードに切り替えることはできない。したがって、上記第一の実施形態に係る「1−6.特殊な制御処理」において説明した制御処理と同様に、パラレルモードの前進4速段から電気走行モードに切り替える際には、パラレルモードの前進3速段又は前進5速段に切り替えた後、電気走行モードに切り替える制御を行う。
図30に示すように、前進5速段では、第一クラッチC1、第三クラッチC3、及び第一ブレーキB1が係合状態とされる。そして、図29及び図32に示すように、前進5速段では、第一クラッチC1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2にモータ・ジェネレータMGが直結され一体回転する状態となる。そして、第三クラッチC3及び第一ブレーキB1が係合状態とされることで、入力軸I(エンジンE)の回転速度の絶対値が増速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。したがって、この前進5速段の変速比は1未満となる。
図30に示すように、前進6速段では、第一クラッチC1、第三クラッチC3、及び第二ブレーキB2が係合状態とされる。そして、図29及び図32に示すように、前進6速段では、第一クラッチC1が係合状態とされることで、第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2にモータ・ジェネレータMGが直結され一体回転する状態となる。そして、第三クラッチC3及び第二ブレーキB2が係合状態とされることで、入力軸I(エンジンE)の回転速度の絶対値が増速して第二遊星歯車装置P2のリングギヤr2に伝達され、出力軸Oから出力される。この前進6速段の変速比は、前進5速段の変速比よりも小さくなるように設定されている。
4−6.電気走行モード
本実施形態においては、ハイブリッド駆動装置Hは、電気走行モードでは、モータ・ジェネレータMGの回転速度の絶対値を減速して出力軸Oに伝達する減速変速段としての前進1速段、前進2速段、及び前進3速段を有している。これらの電気走行モードの前進1速段、前進2速段、及び前進3速段は、第二クラッチC2が係合解除状態とされることにより、入力軸Iが第二遊星歯車装置P2の第一サンギヤs2から切り離されていること以外は、上記パラレルモードの前進1速段、前進2速段、及び前進3速段と同じである。
4−7.その他の構成
本実施形態においては、第二遊星歯車装置P2の回転要素を4つにすることにより、パラレルモード、電気走行モード、及びエンジン走行モードにおいて上記第三の実施形態よりも多くの変速段を実現することができる構成について説明した。このようにパラレルモード及び電気走行モードが有する変速段を上記第三の実施形態よりも多段化するための構成は、上記図29〜図33に記載された構成に限られない。そこで、第一遊星歯車装置P1又は第二遊星歯車装置P2のいずれかの回転要素を4つにすることにより、上記第一の実施形態よりも多段化することが可能な構成のその他の例について、図34〜図40に示す電気式トルクコンバータモードでの速度線図を用いて以下に説明する。なお、これらの速度線図上においても、「○」はモータ・ジェネレータMGの回転速度、「△」は入力軸I(エンジンE)の回転速度、「☆」は出力軸Oの回転速度、「×」はブレーキをそれぞれ示している。
ここで、図34〜図36は、第一遊星歯車装置P1が3つの回転要素を有し、第二遊星歯車装置P2が4つの回転要素を有する例を示しており、図37〜図40は、第一遊星歯車装置P1が4つの回転要素を有し、第二遊星歯車装置P2が3つの回転要素を有する例を示している。但し、これらの全ての例において、以下の点が共通している。すなわち、第一遊星歯車装置P1は、第一回転要素(1)にモータ・ジェネレータMGが接続され、第三回転要素(3)がブレーキによりケースDsに固定されている。また、第二遊星歯車装置P2は、第一回転要素(1)に入力軸Iが接続され、第二回転要素(2)に出力軸Oが接続され、第三回転要素(3)に第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)が接続されている。なお、これらの速度線図における、各回転要素に対応する縦線の配置は、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2のギヤ比の設定により定まる。また、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の各回転要素の具体的構成は、各例で必要とされる回転要素の数を実現可能な各種の構成を適用することができる。
図34に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「a1」、「b1」、「c1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの上段に、回転速度の順に配置された「A2」、「B2」、「C2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。なお、「D2」は、回転速度の順で第三回転要素(3)の次になるので、ここでは第四回転要素(4)とする(図35及び図36に示す例についても同じ)。そして、この図34に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、第一遊星歯車装置P1についての回転速度の低速側から高速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第四回転要素(4)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。
なお、これと同じように表現すると、図31に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、第一遊星歯車装置P1についての回転速度の低速側から高速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の中間回転要素(m)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。したがって、図34に示す例は、第二遊星歯車装置P2が中間回転要素(m)に代えて、回転速度の順で第三回転要素(3)の次の第四回転要素(4)を有しし、この第四回転要素(4)に対応する縦線が、回転速度の順で第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線と第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線との間に配置されている点で、図31に示す例と異なっている。
図35に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「a1」、「b1」、「c1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの上段に、回転速度の順に配置された「A2」、「B2」、「C2」、「D2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)、第四回転要素(4)に対応している。そして、この図35に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、第一遊星歯車装置P1についての回転速度の低速側から高速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第四回転要素(4)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図35に示す例は、第二遊星歯車装置P2が中間回転要素(m)に代えて回転速度の順で第三回転要素(3)の次の第四回転要素(4)を有し、この第四回転要素(4)に対応する縦線が、回転速度の順で第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線の次に配置されている点で、図31に示す例と異なっている。
図36に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「a1」、「b1」、「c1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの上段に、回転速度の順に配置された「A2」、「B2」、「C2」、「D2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)、第四回転要素(4)に対応している。そして、この図36に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、第一遊星歯車装置P1についての回転速度の低速側から高速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)及び第二遊星歯車装置P2の第四回転要素(4)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図35に示す例は、第二遊星歯車装置P2が中間回転要素(m)に代えて回転速度の順で第三回転要素(3)の次の第四回転要素(4)を有し、この第四回転要素(4)に対応する縦線が、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線と一致するように配置されている点で、図31に示す例と異なっている。
図37に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「A1」、「B1」、「C1」、「D1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、中間回転要素(m)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの上段に、回転速度の順に配置された「a2」、「b2」、「c2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図37に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、第一遊星歯車装置P1についての回転速度の低速側から高速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の中間回転要素(m)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図37に示す例は、第一遊星歯車装置P1が中間回転要素(m)を有し、それが第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線と第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線との間に配置されている点で、図31に示す例と異なっている。
図38に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「A1」、「B1」、「C1」、「D1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、中間回転要素(m)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの上段に、回転速度の順に配置された「a2」、「b2」、「c2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図38に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、第一遊星歯車装置P1についての回転速度の低速側から高速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の中間回転要素(m)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図38に示す例は、第一遊星歯車装置P1が中間回転要素(m)を有し、それが第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線と第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線との間に配置されている点で、図31に示す例と異なっている。
図39に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「A1」、「B1」、「C1」、「D1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、中間回転要素(m)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの上段に、回転速度の順に配置された「a2」、「b2」、「c2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図39に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、第一遊星歯車装置P1についての回転速度の低速側から高速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の中間回転要素(m)に対応する縦線、第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図38に示す例は、第一遊星歯車装置P1が中間回転要素(m)を有し、それが第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線と第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線との間に配置されている点で、図31に示す例と異なっている。
図40に示す速度線図の各縦線の上側に記載されている回転速度の順に配置された「A1」、「B1」、「C1」、「D1」は、それぞれ第一遊星歯車装置P1の第一回転要素(1)、中間回転要素(m)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。また、これらの上段に、回転速度の順に配置された「a2」、「b2」、「c2」は、それぞれ第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)、第二回転要素(2)、第三回転要素(3)に対応している。そして、この図40に示す例では、各回転要素に対応する縦線の配置が、第一遊星歯車装置P1についての回転速度の低速側から高速側(図における右側から左側)に向かって、第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の第一回転要素(1)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の中間回転要素(m)及び第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第二回転要素(2)及び第二遊星歯車装置P2の第三回転要素(3)に対応する縦線、第一遊星歯車装置P1の第三回転要素(3)に対応する縦線の順となっている。すなわち、この図40に示す例は、第一遊星歯車装置P1が中間回転要素(m)を有し、それが第二遊星歯車装置P2の第二回転要素(2)に対応する縦線と一致するように配置されている点で、図31に示す例と異なっている。
5.その他の実施形態
(1)上記の各実施形態では、回転電機としてのモータ・ジェネレータMGを一個だけ備える構成について説明したが、ハイブリッド駆動装置Hが、2個以上のモータ・ジェネレータMGを備える構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。例えば、図41に示すように、第二モータ・ジェネレータMG2を更に備え、この第二モータ・ジェネレータMG2のロータRo2が入力軸Iに接続された構成とすると好適である。この構成によれば、パラレルモードで、2個のモータ・ジェネレータMG及びMG2による回転トルクを利用した走行を行うことができる。なお、図41には、第二モータ・ジェネレータMG2のロータRo2が入力軸Iに直結された構成を例示しているが、このロータRo2は、ギヤやベルト等の駆動伝達部材を介して入力軸Iに接続される構成としてもよい。
(2)上記第一及び第二の実施形態では、ハイブリッド駆動装置Hは、電気式トルクコンバータモード、パラレルモード及び電気走行モードの3つの動作モードを切替可能に構成された場合の例について説明した。また、上記第三及び第四の実施形態では、ハイブリッド駆動装置Hは、これら3つの動作モードに加えて更にエンジン走行モードにも切替可能に構成された場合の例について説明した。しかし、本発明の適用範囲となるハイブリッド駆動装置Hの構成はこれらに限定されない。すなわち、ハイブリッド駆動装置Hは、電気式トルクコンバータモードのみを実現可能とし、或いは、電気式トルクコンバータモードとパラレルモード及び電気走行モードのいずれか一方のみを実現可能とした構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(3)上記の各実施形態では、パラレルモード及び電気走行モードでハイブリッド駆動装置Hが複数の変速段を有する場合を例として説明した。しかし、本発明の適用範囲はこれに限定されない。したがって、パラレルモード及び電気走行モードの一方又は双方において、変速段が一つのみとした構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
(4)また、上記の各実施形態において説明した第一遊星歯車装置P1及び第二遊星歯車装置P2の構成、並びにこれらの各回転要素に対する摩擦係合要素の配置構成は単なる例示であり、上記以外の構成によっても本発明の構成を実現することが可能な全ての構成が、本発明の適用範囲に含まれる。
本発明は、ハイブリッド車両の駆動装置として利用することができる。
本発明の第一の実施形態に係るハイブリッド駆動装置のスケルトン図 第一の実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置のシステム構成図 第一の実施形態の各構成要素の接続状態を表す模式図 第一の実施形態の作動表を示す図 第一の実施形態の切替可能な動作モード及び変速段の関係を示す図 第一の実施形態の制御マップの一例を示す図 第一の実施形態の電気式トルクコンバータモードでの速度線図 第一の実施形態のパラレルモードでの速度線図 第一の実施形態の特殊な制御処理のフローチャートを示す図 本発明の第二の実施形態に係るハイブリッド駆動装置のスケルトン図 第二の実施形態の作動表を示す図 第二の実施形態の電気式トルクコンバータモードでの速度線図 第二の実施形態のパラレルモードでの速度線図 第二の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(1) 第二の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(2) 第二の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(3) 第二の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(4) 第二の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(5) 第二の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(6) 本発明の第三の実施形態に係るハイブリッド駆動装置のスケルトン図 第三の実施形態の各構成要素の接続状態を表す模式図 第三の実施形態の作動表を示す図 第三の実施形態の切替可能な動作モード及び変速段の関係を示す図 第三の実施形態の制御マップの一例を示す図 第三の実施形態の電気式トルクコンバータモードでの速度線図 第三の実施形態のパラレルモードでの速度線図 第三の実施形態のエンジン走行モードでの速度線図 第三の実施形態の特殊な制御処理のフローチャートを示す図 本発明の第四の実施形態に係るハイブリッド駆動装置のスケルトン図 第四の実施形態の作動表を示す図 第四の実施形態の電気式トルクコンバータモードでの速度線図 第四の実施形態のパラレルモードでの速度線図 第四の実施形態のエンジン走行モードでの速度線図 第四の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(1) 第四の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(2) 第四の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(3) 第四の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(4) 第四の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(5) 第四の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(6) 第四の実施形態のその他の構成例を示す速度線図(7) 本発明のその他の実施形態に係るハイブリッド駆動装置のスケルトン図 背景技術に係るハイブリッド駆動装置のスケルトン図
符号の説明
H:ハイブリッド駆動装置
E:エンジン
I:入力軸
O:出力軸
MG:モータ・ジェネレータ
P1:第一遊星歯車装置
P2:第二遊星歯車装置
Ds:ケース
C1:第一クラッチ
C2:第二クラッチ
C3:第三クラッチ
C4:第四クラッチ
B1:第一ブレーキ
B2:第二ブレーキ
B3:第三ブレーキ
(1):第一回転要素
(2):第二回転要素
(3):第三回転要素
(m):中間回転要素
(4):第四回転要素

Claims (21)

  1. エンジンに接続された入力軸と、車輪に接続された出力軸と、回転電機と、第一遊星歯車装置と、第二遊星歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、
    前記第二遊星歯車装置における前記入力軸の回転が伝達される回転要素に、前記回転電機の回転を選択的に伝達する第一クラッチを備え、
    電気式トルクコンバータモードで、前記第一遊星歯車装置は、前記回転電機の回転速度の絶対値を減速して前記第二遊星歯車装置に伝達し、前記第二遊星歯車装置は、前記第一遊星歯車装置から伝達される回転と前記入力軸の回転とを合成し、前記入力軸の回転速度の絶対値を減速して前記出力軸に伝達し、
    前記第一クラッチの係合状態で、前記入力軸と前記回転電機とを直結したパラレルモードとなるハイブリッド駆動装置。
  2. 前記電気式トルクコンバータモードから前記パラレルモードへのモード切替に際して、前記第一クラッチの入力側回転部材と出力側回転部材の回転速度が同じ状態で前記第一クラッチの係合を行う同期切替が可能に構成されている請求項に記載のハイブリッド駆動装置。
  3. 前記パラレルモードは、複数の変速段を有する請求項又はに記載のハイブリッド駆動装置。
  4. 前記パラレルモードは、前記入力軸の回転速度の絶対値を増速して前記出力軸に伝達するとともに、前記回転電機の回転速度の絶対値を減速して前記出力軸に伝達する増速変速段を更に備える請求項からのいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  5. 記入力軸の回転を前記第二遊星歯車装置の前記回転要素に選択的に伝達する第二クラッチを備え、
    前記第一クラッチの係合状態であって前記第二クラッチの係合解除状態で、前記入力軸を前記出力軸から切り離し、前記回転電機の回転を前記出力軸に伝達する電気走行モードとなる請求項1から4のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  6. 前記第一遊星歯車装置及び前記第二遊星歯車装置は、前記電気走行モードで複数の変速段を有する請求項に記載のハイブリッド駆動装置。
  7. エンジンに接続された入力軸と、車輪に接続された出力軸と、回転電機と、第一遊星歯車装置と、第二遊星歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、
    前記第一遊星歯車装置及び前記第二遊星歯車装置は、それぞれ回転速度の順に少なくとも第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素を備え、
    前記第一遊星歯車装置は、第一回転要素に前記回転電機が接続され、第二回転要素が非回転部材に固定され、その状態で第三回転要素の回転速度の絶対値が前記第一回転要素の回転速度の絶対値に対して減速されるようにギヤ比が設定され、
    前記第二遊星歯車装置は、第一回転要素に前記入力軸が接続され、第二回転要素に前記出力軸が接続され、第三回転要素に前記第一遊星歯車装置の第三回転要素が接続され
    前記第一遊星歯車装置の第一回転要素と前記第二遊星歯車装置の第一回転要素とを選択的に接続する第一クラッチを備えるハイブリッド駆動装置。
  8. 前記第二遊星歯車装置の第一回転要素と前記入力軸との接続を選択的に行う第二クラッチを備える請求項に記載のハイブリッド駆動装置。
  9. 前記第一遊星歯車装置の第二回転要素と前記入力軸とを選択的に接続する第三クラッチを備える請求項7又は8に記載のハイブリッド駆動装置。
  10. 前記第一遊星歯車装置の第二回転要素の前記非回転部材への固定を選択的に行う第一ブレーキを備える請求項からのいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  11. 互いに接続されている前記第一遊星歯車装置の第三回転要素及び前記第二遊星歯車装置の第三回転要素を非回転部材に選択的に固定する第二ブレーキを備える請求項から10のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  12. 前記第二遊星歯車装置は、回転速度の順で前記第二回転要素と前記第三回転要素との間に中間回転要素を備え、
    前記第二遊星歯車装置の前記中間回転要素を非回転部材に選択的に固定する第三ブレーキを備える請求項から11のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  13. 前記第二遊星歯車装置は、回転速度の順で前記第二回転要素と前記第三回転要素との間に中間回転要素を備え、
    前記第二遊星歯車装置の前記中間回転要素と前記入力軸とを選択的に接続する第四クラッチを備える請求項から11のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  14. エンジンに接続された入力軸と、車輪に接続された出力軸と、回転電機と、第一遊星歯車装置と、第二遊星歯車装置と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、
    前記第一遊星歯車装置及び前記第二遊星歯車装置は、それぞれ回転速度の順に少なくとも第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素を備え、
    前記第一遊星歯車装置は、第一回転要素に前記回転電機が接続され、第三回転要素が非回転部材に固定され、
    前記第二遊星歯車装置は、第一回転要素に前記入力軸が接続され、第二回転要素に前記出力軸が接続され、第三回転要素に前記第一遊星歯車装置の第二回転要素が接続されているハイブリッド駆動装置。
  15. 前記第一遊星歯車装置の第一回転要素と前記第二遊星歯車装置の第一回転要素とを選択的に接続する第一クラッチを備える請求項14に記載のハイブリッド駆動装置。
  16. 前記第二遊星歯車装置の第一回転要素と前記入力軸との接続を選択的に行う第二クラッチを備える請求項14又は15に記載のハイブリッド駆動装置。
  17. 前記第一遊星歯車装置の第三回転要素の前記非回転部材への固定を選択的に行う第一ブレーキを備える請求項14から16のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  18. 互いに接続されている前記第一遊星歯車装置の第二回転要素及び前記第二遊星歯車装置の第三回転要素を非回転部材に選択的に固定する第二ブレーキを備える請求項14から17のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  19. 互いに接続されている前記第一遊星歯車装置の第二回転要素及び前記第二遊星歯車装置の第三回転要素と前記入力軸とを選択的に接続する第三クラッチを備える請求項14から18のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  20. 前記第二遊星歯車装置は、回転速度の順で前記第二回転要素と前記第三回転要素との間に中間回転要素を備え、
    前記第二遊星歯車装置の前記中間回転要素と前記入力軸とを選択的に接続する第三クラッチを備える請求項14から18のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
  21. 前記第二遊星歯車装置は、回転速度の順で前記第二回転要素と前記第三回転要素との間に中間回転要素を備え、
    前記第二遊星歯車装置の前記中間回転要素を非回転部材に選択的に固定する第三ブレーキを備える請求項14から18のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
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