JP4297120B2 - 車両用ハイブリッド自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、モータを有する自動変速機及び自動車に係る。

従来の自動変速機は遊星歯車式あるいは平行軸式変速機構が用いられ、変速比の異なるギア段に個別に設けられたクラッチを選択的に締結して変速する方法が一般的である（例えば特許文献１参照）。

上記従来技術を解析した結果は以下の通りである。この解析結果は従来技術をそのまま述べたものではなく、あくまで解析結果である。

シフトアップする場合は、次段クラッチを締結開始して半クラッチ状態でトルク伝達力を次第に増していくと、前段クラッチの伝達トルクが次第に減少するいわゆるトルクフェーズのトルク遷移が起こり、全トルクが次段クラッチに遷移した時に前段クラッチを解放すると、エンジン回転数が次段ギアの入力回転数に向けて減少するいわゆるイナーシャフェーズの回転数遷移が起こる。

シフトダウンする場合は、次段クラッチの伝達トルクを増加させても、仕事率の低いハイギヤから仕事率の高いローギヤへのトルク遷移を行うことは原理的にできないので、まず前段クラッチを滑らせてエンジン回転数を上昇させる回転数遷移を行い、次段クラッチが同期したところでクラッチを掛け変えてトルク遷移を行う。

このように従来の変速制御においては、クラッチの摩擦制御によりトルクフェーズにおけるトルク遷移や、イナーシャフェーズにおける慣性エネルギの放出を行っていた。しかしこの方法ではクラッチ板の摩擦による損傷が生じて寿命が短くなるという不都合があった。またこの方法によればトルク伝達力の加減を摩擦力の調整によって行うが、摩擦力は滑り速度に対して負性抵抗特性を有しているので、トルク伝達力を所定の値に安定に制御することは極めて難しく、ジャダが発生して変速ショックを生じたり、ひどい場合にはクラッチ板が波状に摩耗して損傷することさえあった。

特にアクセルペダルを踏み込んで加速しようとするときのダウンシフトにおいては、原理的に初めにトルク遷移を行うことができず、仕方なく回転数合わせを先に行うため、踏み込んでからトルクが出てくるまでの応答が遅く運転性が悪いという問題があった。

このような不都合をなくし、摩擦に頼らない滑らかで応答性のよい変速制御を行いながら、電動走行および回生制動も可能にするため、本出願人は新しい自動車用変速制御システムを提案し、数件の出願を行った（例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

特開平１０−８９４５６号公報 国際公開第０１／６６９７１号パンフレット 特開２００２−２０４５０４号公報 特開２００３−１１３９３４号公報

このような自動車用変速制御システムでは摩擦制御の代わりに回転電機のトルク制御を用いて変速を行うので、安定で応答性の良い変速を行うことができるが、回転電機を停止させたままの状態で所定時間トルクを発生させるモードがあることから、インバータの熱容量を大きく設計する必要があり、コスト高になることが問題であった。

上記課題は、内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、該第１のクラッチの出力軸に設けられた第１の変速ギア列と、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、該第２のクラッチの出力軸に設けられた第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および第２の変速ギア列の出力を駆動輪に伝達する変速機出力軸と、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸とに差動入力軸を接続した差動歯車と、前記差動歯車の差動回転出力軸に接続された回転電機と、を有し、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸の回転数が等しい時に前記差動歯車の出力軸の回転数が０とは異なる回転数になるように、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸と前記差動歯車の間の接続ギア比が設定されている車両用ハイブリッド自動変速機によって解決される。

上記課題は、内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、該第１のクラッチの出力軸に設けられた第１の変速ギア列と、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、該第２のクラッチの出力軸に設けられた第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および第２の変速ギア列の出力を駆動輪に伝達する変速機出力軸と、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸とに差動入力軸を接続された差動歯車と、前記差動歯車の差動回転出力軸に接続された回転電機と、を有し、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸の回転数が等しい時に、前記回転電機のトルクが、前記回転電機の回転数が所定回転数以下の領域である回転電機電流制限領域とは異なる領域で出力されるように、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸と前記差動歯車の間の接続ギア比が設定されている車両用ハイブリッド自動変速機によって解決される。

上記課題は、内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有し、前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、該第１のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段を含む第１の変速ギア列と、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、該第２のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段と後退変速段を含む第２の変速ギア列と、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸が、２つの差動入力軸に接続された差動歯車と、該差動歯車の差動回転出力軸に接続された回転電機と、前記第１の変速ギア列および第２の変速ギア列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸の回転数が等しい時に前記差動歯車の出力軸の回転数が０とは異なる回転数になるように、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸と前記差動歯車の間の接続ギア比が設定されている自動車によって解決される。

上記課題は、内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有し、前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、該第１のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段を含む第１の変速ギア列と、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、該第２のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段と後退変速段を含む第２の変速ギア列と、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸が、２つの差動入力軸に接続された差動歯車と、該差動歯車の差動回転出力軸に接続された回転電機と、前記第１の変速ギア列および第２の変速ギア列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸の回転数が等しい時に、前記回転電機のトルクが、前記回転電機の回転数が所定回転数以下の領域である回転電機電流制限領域とは異なる領域で出力されるように、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸と前記差動歯車の間の接続ギア比が設定されている自動車によって解決される。

第１の発明によれば、第１および第２の動力伝達経路ともに開閉クラッチを用いるので、従来周知のツインクラッチ式自動化マニュアルトランスミッションに比べて、大型で構成の複雑な摩擦クラッチを用いることなく、安価で信頼性の高い構成とすることができる。

第２の発明によれば、変速時におけるトルクフェーズのトルク遷移を回転電機の発生トルクにより、イナーシャフェーズの回転数遷移を前記回転電機の回転数制御により行うことで、クラッチの摩擦制御に頼らない滑らかで応答性のよい変速制御を行うことができる。

第３の発明によれば、遊星歯車の第３軸に回転電機を接続したので、ロータ、ステータともに回転する特殊な電動機を用いる必要がなく、ステータが固定された安価な普通型電動機を用いることができる。

第４の発明によれば、第１および第２の開閉クラッチよりも駆動軸側の回転軸の回転数が等しくなっても回転電機の回転数が０にならないので、回転電機を駆動するインバータの周波数が０にならず、インバータの放熱容量を小さく設計でき、安価なインバータを用いることができる。

本発明は車両の動力伝達装置に係り、特にエンジンの他に電動機を付加してエンジン及び電動機による駆動力の切り換え、或いはエンジンの駆動力不足に対する電動機による駆動力の補佐或いは電動機による減速時の車両運動エネルギの回生、さらには電動機の駆動力による有段変速機の変速といった機能を備えた車両用動力伝達装置に関係する。

本発明の第１の実施形態は以下の通りである。

エンジンに接続固定された外殻と、前記外殻内に配置され前記エンジンのエンジン軸からエンジン回転が伝えられる第１の開閉クラッチと、該第１の開閉クラッチ出力回転が伝えられる奇数段の変速ギアが設けられた第１の入力軸と、前記エンジンのエンジン軸からエンジン回転が伝えられる第２の開閉クラッチと、該第２の開閉クラッチ出力回転が伝えられる偶数段の変速ギアが設けられた第２の入力軸と、前記第１及び前記第２の入力軸の変速ギアと噛み合う奇数段の変速ギア及び偶数段の変速ギアを有し前記入力軸の回転を車輪に伝える出力軸等よりなる変速機構と、前記外殻の外部に配置され前記入力軸の奇数段及び偶数段の変速ギアに対して付加回転力を与える電動機とよりなり、前記入力軸又は前記出力軸には前記奇数段及び偶数段の変速ギアを選択するクラッチスリーブが配置され、前記第１入力軸及び第２入力軸は遊星歯車機構を介して前記電動機から付加回転力が与えられ、前記第１入力軸及び第２入力軸の回転数が等しくなった時に前記電動機の回転数が０にならないように、前記第１入力軸及び第２入力軸と前記遊星歯車機構との結合比が設定されているものである。

本発明の第２の実施形態は以下の通りである。

エンジンに接続固定され前記エンジン側からみて電動機室と変速機室を順に並べた外殻と、前記変速機室内に配置され前記エンジンのエンジン軸からエンジン回転が伝えられる第１及び第２の開閉クラッチと、該第１及び第２の開閉クラッチ出力回転が伝えられる奇数段の変速ギア及び偶数段の変速ギアが設けられた第１の入力軸及び第２の入力軸と、前記第１及び前記第２の入力軸の変速ギアと噛み合う奇数段の変速ギア及び偶数段の変速ギアを有し前記入力軸の回転を車輪に伝える出力軸と、前記奇数段の変速ギア及び偶数段の変速ギアを各々の軸に選択結合するクラッチスリーブ等よりなる変速機構と、前記電動機室内に配置され前記入力軸の奇数段及び偶数段の変速ギアに対して付加回転力を与える電動機とよりなり、前記電動機の電動軸、前記エンジン軸及び前記出力軸は同軸軸上に配置され、前記第１及び第２の入力軸は前記出力軸と平行に配置され、前記第１入力軸及び第２入力軸は遊星歯車機構を介して前記電動機から付加回転力が与えられ、前記第１入力軸及び第２入力軸の回転数が等しくなった時に前記電動機の回転数が０にならないように、前記第１入力軸及び第２入力軸と前記遊星歯車機構との結合比が設定されているものである。

図１は本発明の第１の実施形態を示す構成図である。自動車４７のエンジン１には変速機４８が接続され、その出力軸２１はデファレンシャルギヤ４９を介してタイヤ５０を駆動する。変速機４８の中には電動機３０が内蔵されている。該電動機３０にはモータ制御装置３４が接続され、該モータ制御装置３４の電源としてバッテリ３５が搭載されている。エンジン１には電子制御スロットル弁５１が設けられており要求信号でエンジン出力を制御することが出来る。

変速制御装置３３はモータ制御装置３４を介して電動機３０のトルクや回転数を制御すると共に、エンジン制御装置５２および電子制御スロットル弁５１を介してエンジン１の出力を制御する。また後述するシフトアクチュエータ５５〜５８およびクラッチアクチュエータ５３、５４に対して動作を指令する。

図２に変速機４８の原理構成図を示す。エンジン１の出力軸２はクラッチ結合ギア３および４を介して噛み合いクラッチ５、６に接続されている。クラッチはいわゆるツインクラッチを形成し、第１クラッチ５の出力が第１入力軸７に、第２クラッチ６の出力が第２入力軸８に接続されている。従来知られたツインクラッチでは摩擦クラッチを用いるが、必ずしも摩擦クラッチである必要はなく、コストの低い噛み合いクラッチで充分である。各クラッチ５、６はクラッチアクチュエータ５３、５４により、個別に締結制御される。クラッチアクチュエータ５３、５４は小型の電動アクチュエータを用いるのが適しているが、油圧式、空気圧式など噛み合いスリーブを移動させる推力を発生するものなら何でもよい。

第１入力軸７には１速ギヤ１０、３速ギヤ１２および５速ギヤ１４が回転自在に取り付けられ、第２入力軸８には２速ギヤ１６および４速ギヤ１８および後退ギヤ２０が回転自在に取り付けられている。これらの変速ギア１０、１２、１４、１６、１８、２０に噛み合っている各段の従動ギアは、出力軸２１上に配置されている。変速ギア１０、１２、１４、１６、１８、２０には各々噛み合いクラッチ９、１１、１３、１５、１７、１９が付いており、各々のシャフトに結合するようになっている。噛み合いクラッチ９、１１、１３、１５、１７、１９はそれぞれシフトアクチュエータ５５、５６、５７、５８によりスリーブを目的のギアの方にスライドされて噛み合う。シフトアクチュエータは各噛み合いクラッチを個別に制御してもよいし、各入力軸ごとに切換リンク機構を設けて目的のスリーブを選択し、それぞれ１個のシフトアクチュエータによりスライドさせても良い。このシフトアクチュエータもまた、小型の電動アクチュエータを用いるのが適しているが、油圧式、空気圧式など噛み合いスリーブを移動させる推力を発生するものなら何でもよい。

一般的なツインクラッチ式自動変速機として、類似の構造のものが例えば特開平１０−８９４５６号公報に示されている。しかしこれはあくまで摩擦クラッチを用いてその摩擦制御のみにより変速させるものである。したがって噛み合いクラッチのみで構成することは不可能である。

それに対して本実施形態においては第１入力軸７と第２入力軸８の間にモータ３０を接続し、モータ３０の発生トルクを二つの入力軸７、８に相対的に加えるのが特徴である。図２に示した原理構成図では理解し易くするために、モータのステータを第１入力軸７に、ロータを第２入力軸８に接続するように描いているが、実際には図中の等価構成図に示すように、遊星歯車４１を用いてそのリングギアを第１入力軸７の結合歯車４２に、キャリアを第２入力軸８の結合歯車４３に接続し、サンギアをモータ３０に接続してある。このようにすると、モータ３０のトルクにより第１入力軸７と第２入力軸８は互いに逆方向に捻られる。
各結合歯車のギア比を下式のように設定すると、モータ回転数は二つの入力軸７と８の差の回転数となる。

遊星歯車４１のサンギアの歯数をＺｓ、リングギアの歯数をＺｒとすれば、一般的に遊星歯車のキャリヤ回転数Ｎｃは（式１）で表される。

Ｎｓ＝Ｎｃ＊（Ｚｓ＋Ｚｒ）／Ｚｓ−Ｎｒ＊Ｚｒ／Ｚｓ …（式１）
リングギヤと第１入力軸７の結合歯車４２および３１の結合比をＫ１とするとＮｒ＝Ｋ１＊Ｎ１である。キャリアと第２入力軸８の結合歯車４３および３２の結合比をＫ２とするとＮｃ＝Ｋ２＊Ｎ２である。

これらの関係を（式１）に代入すると
Ｎｓ＝Ｋ２＊Ｎ２＊（Ｚｓ＋Ｚｒ）／ＺｓＫ１＊Ｎ１＊Ｚｒ／Ｚｓ …（式２）
ここでＫ１＝−（Ｚｓ／Ｚｒ）、Ｋ２＝−Ｚｓ／（Ｚｓ＋Ｚｒ）に設定するとモータ回転数すなわちサンギア回転数はＮｍ＝Ｎｓ＝Ｎ１−Ｎ２となり、上記の関係の結合ギア比を設定すると、等価構成図の動作は原理構成図と全く等価になる。

したがって、本実施形態の動作原理の説明は、分かりやすい原理構成図を用いて行う。

図３にモータ制御系を示す。モータ３０は例えば永久磁石同期電動機であれば、モータ制御装置３４により３相交流Ｕ、Ｖ、Ｗを供給される。モータ制御装置３４のインバータの各相アームには高速スイッチング素子３７が設けられ、バッテリ３５の直流電圧を可変周波数の３相交流に変換する。インバータ制御装置３６は、変速制御装置３３からのトルク指令および回転数指令を受けてインバータの通流率を制御すると共に、各アームの電流センサ３８の出力および回転子の角度検出用位置センサ３９の出力をフィードバックして、モータ３０のトルクと回転数を指令通りになるように制御する。このような制御はパワーエレクトロニクスの分野で公知の技術であるので詳しい説明は省略する。

図４はアップシフトにおける制御システムのフローチャートである。図５は１→２パワーオンアップシフトを例に、トルク伝達経路の変化と噛み合いクラッチ動作の状況、および各部のトルクと回転数のタイムチャートを、図４のＳｔｅｐに対応させて示したものである。図４、５を用いて１→２アップシフト時の動作を説明する。

Ｓｔｅｐ１では、図５（ａ）のように１速ギア１０が結合して走行中に、モータ回転数を制御して第２入力軸８の回転数を変化させる。

Ｓｔｅｐ２で第２入力軸８の回転数が２速ギア１６の回転数Ｎ２と同期状態になったことを判定する。

Ｓｔｅｐ３で噛み合いクラッチ１５を図５（ａ）の左方向に移動させて２速ギア１６を結合すると、モータ３０は（Ｎ１−Ｎ２）の回転数で回される。
すなわち
Ｎ１＝Ｇ１×Ｎｏ …（式３）
Ｎ２＝Ｇ２×Ｎｏ …（式４）
であるからＮ１＞Ｎ２であり、（Ｎ１−Ｎ２）は正の値である。ここでＧ１は１速ギア１０のギア比、Ｇ２は２速ギア１６のギア比、Ｎｏは出力軸２１の回転数である。

Ｓｔｅｐ４で負の方向（出力軸に対しては駆動力となりエンジンに対しては負荷となる方向）にモータトルクを増加すると、図５のタイムチャートに示すように２速ギア１６の入力トルクが増加し、１速ギア１０の入力トルクが減少する。これはトルクフェーズと呼ばれるトルク遷移１の過程である。

Ｓｔｅｐ５で変速制御装置３３はトルク遷移１の終了判定を行う。１速ギア１０の入力トルクが０になったことを判定するものであるが、ギアの入力トルクを直接検出することが出来ない場合が多いので、モータの実トルクがエンジントルクの絶対値と等しくなったときにギアの入力トルク＝０と看做すことができる。このためにはエンジントルクＴｅを検出あるいは計算によって求めておく必要があるが、その具体的方法は例えば本出願人による特開平５−２４００７３号公報、特開平６−３１７２４２号公報等に示したのでここでは省略する。

Ｓｔｅｐ６では図５（ｂ）に示すように、変速制御装置３３がシフトアクチュエータ５５を動作させて１速ギア１０を第１入力軸７から解放する。トルク０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。１速ギアが解放されるとエンジン回転数は変化できるようになる。

Ｓｔｅｐ７で変速制御装置３３がモータ回転数変化指令を発生すると、エンジン回転数が２速ギアの入力回転数に向かって変化する。これはイナーシャフェーズと呼ばれる回転数遷移過程である。

１→２アップシフトの場合、図５タイムチャートの回転数遷移に示すようにモータトルクを一定に保ったままモータ回転数を０まで低減すると、第１入力軸７の回転数が下がる。このときエンジンの慣性モーメントにより慣性分トルクが発生し、実際には出力軸トルクが増大するのであるが、ここでは説明を分かり易くするため慣性分トルクを省略して説明する。

Ｓｔｅｐ８で変速制御装置３３は回転数遷移終了判定を行うが、エンジン回転数が第２入力軸８の回転数すなわち２速ギア１６の回転数に同期したことにより判定する。

Ｓｔｅｐ９で変速制御装置３３がクラッチアクチュエータ５４を動作させてクラッチ６を締結する。同期状態であるから容易に締結でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

Ｓｔｅｐ１０で図５（ｃ）に示すように、変速制御装置３３がモータトルク低減指令を発生して、図５タイムチャートのトルク遷移２に示すようにモータトルクを０にすると、クラッチ５からモータ３０を通して２速ギア１６に伝達していたエンジントルクがクラッチ６に移動する。

Ｓｔｅｐ１１で変速制御装置３３はモータトルクが０になったことによりトルク遷移２の終了を判定する。

Ｓｔｅｐ１２で変速制御装置３３がクラッチアクチュエータ５３を動作させ、クラッチ５を解放して変速を終了する。モータトルクが０の状態であるから容易に解放でき、変速機の動作には何の変化も生じない。

図６にモータのトルクと回転数の関係を示す。以下の説明においてモータトルクの向きは、図２のモータの上向きトルクすなわちエンジントルクを助ける方向を正とする。

１速と２速間の変速を例に説明する。エンジントルクで加速しながらアップシフトするいわゆるパワーオンアップシフトの場合、変速直前のモータ回転数は両入力軸の回転数差（Ｎ１−Ｎ２）になっている（モータ結合ギア比を１として）ので、動作点はＡ点にある。

Ｓｔｅｐ４のトルクフェーズでモータトルクを発生させると、動作点はＡ点からＢ点に移動し、Ｓｔｅｐ６で前段ギアを解放すると回転数を変えられるようになるので、Ｓｔｅｐ７のイナーシャフェーズで動作点はＢ点からＣ点に移動する。Ｓｔｅｐ１０でモータトルクを低減すると、変速終了時に動作点は原点０に移動する。また、足戻しアップシフトの場合はエンジンブレーキになるのでトルクの大きさは小さいが向きが逆であり、トルクフェーズで動作点はＡ点からＨ′点に移動し、さらにイナーシャフェーズでＦ′点に、変速終了時には原点０に移動する。

なお、パワーオンダウンシフトの場合は図５（ｄ）に示す向きにモータトルクを発生させるので、動作点はＡ点からスタートして、トルクフェーズでＨ点に、イナーシャフェーズでＦ点に移動し、原点０で変速を終了する。コーストダウンの場合にはエンジンブレーキを掛けながら変速するので、図５（ｄ）に対してトルクの大きさは小さく向きが逆であり、動作点はＡ点からスタートしてトルクフェーズでＢ′点に、さらにイナーシャフェーズでＣ′点に移動し、原点０で変速を終了する。

２速と３速間の変速の場合変速直前のモータ回転数は、両入力軸の回転数差（Ｎ３−Ｎ２）になっており、Ｎ２の方が大きいので動作点はＤ点にある。パワーオンアップシフトの場合、Ｓｔｅｐ４のトルクフェーズでモータトルクを発生させると、動作点はＤ点からＥ点に移動し、Ｓｔｅｐ７のイナーシャフェーズで動作点はＥ点からＦ点に移動する。足戻しアップシフトの場合はトルクの大きさは小さく向きが逆であり、トルクフェーズで動作点はＤ点からＧ′点に移動し、さらにイナーシャフェーズでＣ′点に、変速終了時には原点０に移動する。

なお、パワーオンダウンシフトの場合は図５（ａ）に示す向きにモータトルクを発生させるので、動作点はＤ点からスタートして、トルクフェーズでＧ点に、イナーシャフェーズでＣ点に移動し、原点０で変速を終了する。コーストダウンの場合にはエンジンブレーキを掛けながら変速するので、トルクの大きさは小さく向きが逆であり、動作点はＤ点からスタートしてトルクフェーズでＥ′点に、さらにイナーシャフェーズでＦ′点に移動し、原点０で変速を終了する。

このようにモータ御装置３４により、モータのトルクと回転数が図６に示すようないわゆる４象限制御される。このような４象限制御を行うことができるものであれば、電動機の種類は永久磁石同期電動機に限られたものではなく誘導電動機や直流電動機であってもよいことは言うまでもない。

ところでモータが同期電動機や誘導電動機の場合、図３に示したようにインバータ３４により三相交流電圧が印加されるが、このインバータの特性の制約から図６の４象限動作が制限されることがある。

すなわちモータ回転数が下がるに連れてインバータ周波数が低くなると、高速スイッチング素子３７の動作時間が長くなって発熱が大きくなる。極端な場合、周波数０では特定の高速スイッチング素子３７のみ導通し続けることになる。この発熱に耐えるだけの放熱設計を行えば、停止状態（周波数０）でも最大トルクを発生し続けることは出来るが、それでは冷却構造が大掛かりになりコストが大きく上昇してしまう。

このため所定の回転数Ｎａ以下では電流を制限して発熱を押さえる方法が用いられる。この場合のトルク特性は図７に示すように±Ｎａ以下でＶ字型にトルクが低下する特性になる。ただし起動時に最大トルクを発生できないと困るので、高速スイッチング素子３７の温度が低い時、所定時間以下は図７の破線で示すように最大トルクを発生出来るようにしてある。

このようなインバータを用いて変速を行うと、高速スイッチング素子３７の温度によっては、図５のタイムチャートのモータトルクに破線で示したように、Ｓｔｅｐ８の終了時にトルクが制限されて、変速が終了できなくなってしまう恐れがある。すなわち変速終了時には、例えば１→２アップシフトの場合第２クラッチ６を同期させるために、数百ｍｓの間モータの微小な回転数制御を行う必要があり、所定時間を経過してしまう恐れが大きい。

そこで本実施例においては変速終了時に第１入力軸７と第２入力軸８の回転数差がゼロになった時に、モータ回転数がゼロにならないようにした。すなわち図８に示すように、第１入力軸７の結合歯車４２および３１の結合比Ｋ１、第２入力軸８の結合歯車４３および３２の結合比Ｋ２、モータのリダクションギア比をＲｓとして、Ｋ１＝−（Ｚｓ／Ｚｒ）＊α、Ｋ２＝−｛Ｚｓ／（Ｚｓ＋Ｚｒ）｝＊βに設定して（式２）に代入すると、変速終了時のモータ回転数は（式５）のようになる。

Ｎｍ＝ＲｓＮｓ＝Ｒｓ（αＮ１−βＮ２） …（式５）
Ｎ１＝Ｎ２の時にＮｍ＞Ｎａとなる様にα、βを選ぶ（α、βともに１に近い値）。

このようにするとモータの動作点は図９に示すように、変速終了時にトルク制限領域を避けることが出来る。Ｈ点からＦ点への動作タイムチャートを図１０に示す。両入力軸の回転数差がゼロの時、すなわちエンジン回転数がＮ２になった時にモータ回転数はＮａ以上になっている。

この方式で実際に設計した例を図１１に示す。○で囲った部分に示すように両入力軸の回転数差（Ｎ１−Ｎ２）がゼロの時に、変速終了時のモータ回転数Ｎｍは１００回転以上になっている。このように本実施例においては、変速終了時のモータ回転数がトルク制限領域以外になるので、変速終了時の微小な回転数制御を行っている時にトルクが低下する恐れがなく、信頼性の高い変速を行うことが出来る。

ところで、変速のためのモータ容量Ｐｍは図１１から、１→２変速の時に６３２６８Ｗ、２→３変速の時に５３２０２Ｗなので、６３.３ｋＷ以上のモータが必要であることが判る。

図２の原理構成図および等価構成図ではα＝β＝１の場合に相当するが、図１２に示すように変速のためのモータ容量Ｐｍは、１→２変速の時に６１６１８Ｗ、２→３変速の時に５５３１３Ｗなので、６１.７ｋＷ以上のモータですむ。このように必要モータ容量が原理構成図の場合より多少大きくなる理由は次のように考えられる。すなわち図９において動作点ＨおよびＢの時にモータ出力は最大になるが、原理構成図では点線で示すモータ容量（６１。７ｋＷ）で済んだのに、本実施例の方式では動作領域が全体に１００回転以上プラス側にずれるので、実線で示すモータ容量（６３.３ｋＷ）が必要になる。
そこで次の方法で改良することにした。

図１３は自動車の駆動力特性の例を示すものである。各ギア比は図中の表に示すように配分されているが、ギア比の比は一様ではなく高速段になるほど小さくなっている。これは人間工学的に心地良い変速フィーリングが得られるよう等比級数的に配分されるのであるが、車種により設定値は調整される。

一般的に１→２変速の段間比が一番大きいのでここに着目して、変速終了時のモータ回転数が−Ｎａ以下になるように（式５）のα、βを選ぶと、図１４に示すように、モータの動作領域が全体に中心に寄ってきて、必要モータ容量が小さくなる。
このときのＨ点からＦ点への動作タイムチャートを図１５に示す。両入力軸の回転数差がゼロの時、すなわちエンジン回転数がＮ２になった時に、モータ回転数は−Ｎａより小さくなる。

実際に図１６に示すように変速終了時のモータ回転数が−１００回転以下になるように設定すると、変速のためのモータ容量Ｐｍは、１→２変速の時に５９９４１Ｗ、２→３変速の時に５７３８９Ｗなので、６０.０ｋＷ以上のモータで済む。

すなわち原理構成図における必要モータ容量（６１.７ｋＷ）よりも小さくて良いことが判る。

なお、３→４変速時には４５.８ｋＷ、４→５変速時には３８.３ｋＷとなるので、必要モータ容量は段間差の大きな１→２変速により決まる。

このように本実施例の方法に依れば、段間のギア比配分の違いを利用して、モータの動作領域を中心に寄せることで、必要モータ容量を低減することが出来る。

なお、図９におけるＥ点からＦ点への動作、あるいはＧ点からＣ点への動作、および図１４におけるＨ点からＦ点への動作、あるいはＢ点からＣ点への動作時には、回転数が±Ｎａ以内の領域を通過するのでトルクが低減することになるが、所定時間以内に通過するのでトルクが制限されることなく問題はない。

本発明の実施形態を示す自動車の構成図である。 本発明の実施形態を示す変速機の構成図である。 本発明の実施形態を示すモータ制御系の構成図である。 本発明の実施形態を示す制御フローチャートである。 本発明の実施形態を示す変速機の動作説明図およびタイムチャートである。 本発明の実施形態におけるモータの動作点を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるモータのトルク特性を示す説明図である。 本発明の実施形態における第一の実施例のモータ接続ギア列を示す構成図である。 本発明の実施形態における第一の実施例で改良されたモータの動作点を示す説明図である。 本発明の実施形態における第一の実施例で改良された変速機動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における第一の実施例の実際の設計例を示す計算結果である。 本発明の実施形態における原理構成の場合の計算結果である。 一般的な自動車の駆動力を示す特性図である。 本発明の実施形態における第二の実施例で改良されたモータの動作点を示す説明図である。 本発明の実施形態における第二の実施例で改良された変速機動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における第二の実施例の実際の設計例を示す計算結果である。

符号の説明

１…エンジン、２…エンジン出力軸、３および４…クラッチ結合ギア、５…第１入力噛合いクラッチ、６…第２入力噛み合いクラッチ、７…第１入力軸、８…第２入力軸、１０…１速ドライブギア、１２…３速ドライブギア、１４…５速ドライブギア、１６…２速ドライブギア、１８…４速ドライブギア、２０…後退ドライブギア、２１…出力軸、３０…電動機、３１…第１入力軸結合ギア、３２…第２入力軸結合ギア、３３…変速機制御装置、３４…モータ制御装置、４１…遊星歯車、４２…遊星リングギア接続ギア、４３…遊星キャリア接続ギア、４８…変速機。

Claims (20)

1. 内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、該第１のクラッチの出力軸に設け
   られた第１の変速ギア列と、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、該
   第２のクラッチの出力軸に設けられた第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および
   第２の変速ギア列の出力を駆動輪に伝達する変速機出力軸と、前記第１のクラッチの出力
   軸と前記第２のクラッチの出力軸とに差動入力軸を接続した差動歯車と、前記差動歯車の
   差動回転出力軸に接続された回転電機と、を有し、
   前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸の回転数が等しい時に前記
   差動歯車の出力軸の回転数が０とは異なる回転数になるように、前記第１のクラッチの出
   力軸と前記第２のクラッチの出力軸と前記差動歯車の間の接続ギア比が設定されている車
   両用ハイブリッド自動変速機。
2. 請求項１に記載の車両用ハイブリッド自動変速機であって、
   前記差動歯車は遊星歯車である車両用ハイブリッド自動変速機。
3. 請求項２に記載の車両用ハイブリッド自動変速機であって、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のリングギヤが結合され、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のサンギアが増速結合されてい
   る車両用ハイブリッド自動変速機。
4. 請求項２に記載の車両用ハイブリッド自動変速機であって、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のリングギヤが結合され、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のキャリアが減速結合されてい
   る車両用ハイブリッド自動変速機。
5. 請求項２に記載の車両用ハイブリッド自動変速機であって、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のキャリアが結合され、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のサンギアが増速結合されてい
   る車両用ハイブリッド自動変速機。
6. 内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、該第１のクラッチの出力軸に設けられた第１の変速ギア列と、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、該第２のクラッチの出力軸に設けられた第２の変速ギア列と、前記第１の変速ギア列および第２の変速ギア列の出力を駆動輪に伝達する変速機出力軸と、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸とに差動入力軸を接続された差動歯車と、前記差動歯車の差動回転出力軸に接続された回転電機と、を有し、
   前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸の回転数が等しい時に、前記回転電機のトルクが、前記回転電機の回転数が所定回転数以下の領域である回転電機電流制限領域とは異なる領域で出力されるように、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸と前記差動歯車の間の接続ギア比が設定されている車両用ハイブリッド自動変速機。
7. 請求項６に記載の車両用ハイブリッド自動変速機であって、
   前記差動歯車が遊星歯車である車両用ハイブリッド自動変速機。
8. 請求項７に記載の車両用ハイブリッド自動変速機であって、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のリングギヤが結合され、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のサンギアが増速結合されている車両用ハイブリッド自動変速機。
9. 請求項７に記載の車両用ハイブリッド自動変速機であって、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のリングギヤが結合され、
   前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のキャリアが減速結合されてい
   る車両用ハイブリッド自動変速機。
10. 請求項７に記載の車両用ハイブリッド自動変速機であって、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のキャリアが結合され、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のサンギアが増速結合されてい
    る車両用ハイブリッド自動変速機。
11. 内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを
    有し、
    前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、該第１の
    クラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段を含む第１の変速ギア
    列と、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、該第２のクラッチの出力
    軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段と後退変速段を含む第２の変速ギア列と
    、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸が、２つの差動入力軸に接
    続された差動歯車と、該差動歯車の差動回転出力軸に接続された回転電機と、前記第１の
    変速ギア列および第２の変速ギア列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し
    、
    前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸の回転数が等しい時に前記
    差動歯車の出力軸の回転数が０とは異なる回転数になるように、前記第１のクラッチの出
    力軸と前記第２のクラッチの出力軸と前記差動歯車の間の接続ギア比が設定されている自
    動車。
12. 請求項１１に記載の自動車であって、
    前記差動歯車が遊星歯車である自動車。
13. 請求項１２に記載の自動車であって、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のリングギヤが結合され、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のサンギアが増速結合されてい
    る自動車。
14. 請求項１２に記載の自動車であって、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のリングギヤが結合され、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のキャリアが減速結合されてい
    る自動車。
15. 請求項１２に記載の自動車であって、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のキャリアが結合され、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のサンギアが増速結合されてい
    る自動車。
16. 内燃機関と、自動変速機と、前記内燃機関と前記自動変速機とを制御する制御装置とを有し、
    前記自動変速機は、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第１のクラッチと、該第１のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの奇数番目の変速段を含む第１の変速ギア列と、前記内燃機関の出力を伝達／遮断する第２のクラッチと、該第２のクラッチの出力軸に設けられ、少なくとも一つの偶数番目変速段と後退変速段を含む第２の変速ギア列と、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸が、２つの差動入力軸に接続された差動歯車と、該差動歯車の差動回転出力軸に接続された回転電機と、前記第１の変速ギア列および第２の変速ギア列に接続され、動力を駆動輪に伝達する出力軸とを有し、
    前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸の回転数が等しい時に、前記回転電機のトルクが、前記回転電機の回転数が所定回転数以下の領域である回転電機電流制限領域とは異なる領域で出力されるように、前記第１のクラッチの出力軸と前記第２のクラッチの出力軸と前記差動歯車の間の接続ギア比が設定されている自動車。
17. 請求項１６に記載の自動車であって、
    前記差動歯車が遊星歯車である自動車。
18. 請求項１７に記載の自動車であって、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のリングギヤが結合され、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のサンギアが増速結合されてい
    る自動車。
19. 請求項１７に記載の自動車であって、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のリングギヤが結合され、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のキャリアが減速結合されてい
    る自動車。
20. 請求項１７に記載の自動車であって、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の一方と前記遊星歯車のキャリアが結合され、
    前記第１，第２クラッチの出力軸の他方と前記遊星歯車のサンギアが増速結合されてい
    る自動車。

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