一般に、無段変速機は車両の燃費を良くする装置として知られている一方、有段変速機のような歯車式伝動装置は伝達効率が良い装置として知られている。しかし、それ等の長所を兼ね備えた動力伝達機構は未だ存在しなかった。例えば、上記のような従来の車両用駆動装置の制御装置では、第1電動機から第2電動機への電気エネルギの電気パスすなわち車両の駆動力の一部を電気エネルギで伝送する伝送路を含むため、エンジンの高出力化に伴ってその第1電動機を大型化させねばならないとともに、その第1電動機から出力される電気エネルギにより駆動される第2電動機も大型化させねばならないので、駆動装置が大きくなるという問題があった。或いは、エンジンの出力の一部が一旦電気エネルギに変換されて駆動輪に伝達されるように制御されるので、高速走行などのような車両の走行条件によってはかえって燃費が悪化する可能性があった。
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、駆動装置を小型化できたり、燃費が向上させられる車両用駆動装置の制御装置を提供することにある。
本発明者等は、以上の課題を解決するために種々検討を重ねた結果、第1電動機および第2電動機は、エンジン出力が比較的小さい常用出力域ではそれほどの大きさを要しないが、高出力走行時のようにエンジンの高出力域例えば最大出力域であるときにはそれに見合う容量或いは出力を備えるために大きなものが必要となることから、そのようなエンジンの出力が大きい領域であるときには、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力を駆動輪へ伝達するような状態とすると、第1電動機および第2電動機が小型となって車両の駆動装置がコンパクトとなるという点を見いだした。また、同様に専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力を駆動輪へ伝達するような状態とすると、高速走行時には、エンジンの出力の一部が第1電動機により一旦電気エネルギに変換されて第2電動機により駆動輪に動力伝達するための電気パスが無くなって動力と電気との間の変換損失が抑制されるので燃費が一層向上するという点を見いだした。本発明は、このような知見に基づいて為されたものである。
すなわち、請求項1にかかる発明の要旨とするところは、エンジンの出力を駆動輪へ伝達する車両用駆動装置の制御装置であって、(a) 電気的な無段変速機として作動可能な無段変速状態と有段の変速機として作動可能な有段変速状態とに切り換え可能な変速状態切換型変速機構と、(b) 前記エンジンから前記駆動輪に至る動力伝達経路の一部に配置された変速部と、(c) 前記駆動輪に動力伝達可能に連結された第2電動機と、(d) 車両の所定条件に基づいてその変速状態切換型変速機構を前記無段変速状態と前記有段変速状態とのいずれかに選択的に切り換え、それによって前記変速状態切換型変速機構および前記変速部から成る動力伝達機構全体を無段変速機または有段変速機として機能させる切換制御手段とを、含み、(e) 前記変速状態切換型変速機構は、前記エンジンに連結された第1要素と、第1電動機に連結された第2要素と、伝達部材に連結された第3要素とを有する動力分配機構を備え、(f) その動力分配機構は、前記変速状態切換型変速機構を前記無段変速状態および前記有段変速状態のいずれかの状態に切換可能とするための差動状態切換装置を有し、(g) 前記切換制御手段は、その差動状態切換装置を制御することで前記無段変速状態と前記有段変速状態とを選択的に切り換えるものであり、(h) 前記車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値及び高出力走行判定値に基づいて定められたものであり、(i) 車速によって前記有段変速状態とする出力走行域が異なるものであり、(j) 前記切換制御手段は、実際の車速が前記高速走行判定値を越えたときに車両の駆動力関連値が前記高出力走行判定値以内となる低出力走行域では、前記第1電動機が連結される前記第2要素を非回転状態とすることにより前記変速状態切換型変速機構を高車速側変速比に固定することで前記無段変速状態を禁止するものであることにある。
このようにすれば、電気的な無段変速機として作動可能な無段変速状態と有段の変速機として作動可能な有段変速状態とに切り換え可能な変速状態切換型変速機構が、切換制御手段により上記無段変速状態と有段変速状態とのいずれかに車両の所定条件に基づいて選択的に切り換えられ、それによって前記変速状態切換型変速機構および前記変速部から成る動力伝達機構全体を無段変速機または有段変速機として機能させられることから、電気的な無段変速機の燃費改善効果と機械的に動力を伝達する有段変速機の高い伝達効率との両長所を兼ね備えた駆動装置が得られる。例えば、車両の低中速走行および低中出力走行では、上記変速状態切換型変速機構が無段変速状態とされて車両の燃費性能が確保されるが、高速走行では変速状態切換型変速機構が有段の変速機として作動可能な有段変速状態とされ専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な無段変速機として作動させる場合に発生する動力と電気エネルギとの間の変換損失が抑制されるので、燃費が向上させられる。また、高出力走行では上記変速状態切換型変速機構が有段変速状態とされるので、電気的な無段変速機として作動させる領域が車両の低中速走行および低中出力走行となって、電動機が発生すべき電気的エネルギ換言すれば電動機が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
ここで、好適には、前記変速状態切換型変速機構は、第1電動機と、前記エンジンの出力をその第1電動機および伝達部材へ分配する動力分配機構と、その伝達部材と前記駆動輪との間に設けられた第2電動機とを備える。好適には、前記動力分配機構は、前記エンジンに連結された第1要素と、第1電動機に連結された第2要素と、第2電動機および伝達部材に連結された第3要素とを有する。その動力分配機構は、前記変速状態切換型変速機構を前記無段変速状態および前記有段変速状態のいずれかの状態に切換可能とするための差動状態切換装置を有し、前記切換制御手段は、その差動状態切換装置を制御することで前記無段変速状態と前記有段変速状態とを選択的に切り換えるものである。このようにすれば、切換制御手段により差動状態切換装置が制御されることにより、車両の駆動装置内の変速状態切換型変速機構が無段変速機として作動可能な無段変速状態と、有段変速機として作動可能な有段変速状態とに簡単に切り換えられる。
また、好適には、前記差動状態切換装置は、前記変速状態切換型変速機構を前記無段変速状態および前記有段変速状態のいずれかに切換え、且つその有段変速状態における複数変速段のいずれかへ切換えるものであり、前記切換制御手段は、前記無段変速状態から前記有段変速状態へ切り換えるとともに、車両の所定条件に応じて前記差動状態切換装置を制御することで有段変速状態での複数段のいずれかを変更するものでもある。このようにすれば、切換制御手段により差動状態切換装置が制御されることにより、車両の駆動装置内の変速状態切換型変速機構が無段変速機として作動可能な無段変速状態から有段変速状態に切り換えられるとともに、車両の所定条件に応じて前記差動状態切換装置が制御されることで有段変速状態での複数段のいずれかが変更される。例えば、車両の低中速走行および低中出力走行では、変速状態切換型変速機構が無段変速状態とされて車両の燃費性能が確保され、高速走行では変速状態切換型変速機構が有段の変速機として作動可能な高速走行に応じた有段変速状態とされ専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な無段変速機として作動させる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので、燃費が向上させられる。また、高出力走行では上記変速状態切換型変速機構が高出力走行に応じた有段変速状態とされて電気的な無段変速機として作動させる領域が車両の低中速走行および低中出力走行となるので、電動機が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。よって、切換制御手段により無段変速状態から有段変速状態へ切り換えられるとともに、車両の所定条件に応じて前記差動状態切換装置が制御されることで有段変速状態での複数段のいずれかが変更されるので、高速走行や高出力走行等の車両走行状況に合わせた適切な有段変速状態が得られる。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、実際の車速が前記高速走行判定値を越えたときに前記変速状態切換型変速機構を前記有段変速状態とするものである。このようにすれば、例えば実際の車速が高車速側に設定された高速走行判定値を越えると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて、電気的な無段変速機として作動させる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので燃費が向上させられる。また、上記高速走行判定値は、車両の高速走行を判定するために予め設定された値である。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、実際の車速が前記高速走行判定値を越えたときに前記変速状態切換型変速機構の無段変速状態を禁止するものである。このようにすれば、例えば実際の車速が高車速側に設定された高速走行判定値を越えると、変速状態切換型変速機構の無段変速状態が禁止されて、電気的な無段変速機として作動させる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて、車両の燃費が向上させられる。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高出力走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、車両の駆動力関連値が前記高出力走行判定値を越えたときに前記変速状態切換型変速機構を前記有段変速状態とするものである。このようにすれば、例えば要求駆動力或いは実際の駆動力などの駆動力関連値が比較的高出力側に設定された高出力走行判定値を越えると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な無段変速機として作動させる場合の電動機が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。ここで、上記駆動力関連値は、エンジンの出力トルク、変速機の出力トルク、駆動輪の駆動トルク等の動力伝達経路における伝達トルクや回転力、それを要求するスロットル開度など、車両の駆動力に直接或いは間接的に関連するパラメータである。また、上記高出力走行判定値は、車両の高出力走行を判定するために予め設定された値である。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高出力走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、車両の駆動力関連値が前記高出力走行判定値を越えたときに前記変速状態切換型変速機構の無段変速状態を禁止するものである。このようにすれば、例えば要求駆動力或いは実際の駆動力などの駆動力関連値が比較的高出力側に設定された高出力走行判定値を越えると、変速状態切換型変速機構の無段変速状態が禁止されて、電気的な無段変速機として作動させる場合の電動機が伝える電気的エネルギの最大値が小さくされるので、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて、その電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
また、好適には、前記車両の所定条件は、高速走行判定線および高出力走行判定線を含む、車速と車両の駆動力とをパラメータとする予め記憶された切換線図から実際の車速と車両の駆動力関連値とに基づいて定められるものである。このようにすれば、高車速判定または高トルク判定が簡単に判定される。
また、好適には、前記車両の所定条件は、前記変速状態切換型変速機構を前記電気的な無段変速状態とするための制御機器の機能低下を判定する故障判定条件であり、前記切換制御手段は前記故障判定条件が成立した場合に前記変速状態切換型変速機構を前記有段変速状態とするものである。このようにすれば、前記変速状態切換型変速機構が通常は無段変速状態とされる場合であっても優先的に有段変速状態とされることで、有段走行ではあるが無段走行と略同様の車両走行が確保される。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された前記故障判定条件に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、前記故障判定条件が成立した場合に前記変速状態切換型変速機構の無段変速状態を禁止するものである。このようにすれば、例えば電気的な無段変速状態とするための制御機器の機能低下が判定されると、変速状態切換型変速機構の無段変速状態が禁止されるので、前記変速状態切換型変速機構が無段変速状態とされない場合でも有段変速状態とされることで、有段走行ではあるが無段走行と略同様の車両走行が確保される。
また、好適には、前記動力分配機構は、前記エンジンに連結された第1要素と前記第1電動機に連結された第2要素と前記伝達部材に連結された第3要素とを有するものであり、前記差動状態切換装置は、前記第1要素乃至第3要素のうちのいずれか2つを相互におよび/またはその第2要素を非回転部材に連結する係合装置例えば摩擦係合装置であり、前記切換制御手段は、前記係合装置を解放してその第1要素、第2要素、および第3要素を相互に相対回転可能とすることにより前記無段変速状態とし、前記係合装置を係合してその第1要素、第2要素、および第3要素のうちの少なくとも2つを相互に連結するか或いはその第2要素を非回転状態とすることにより前記有段変速状態とするものである。このようにすれば、動力分配機構が簡単に構成されるとともに切換制御手段により無段変速状態と有段変速状態とが簡単に制御される。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、前記実際の車速が前記高速走行判定値を越えたときに前記第2要素を非回転状態とするように前記係合装置を制御するものである。このようにすれば、例えば実際の車速が高車速側に設定された高速走行判定値を越えると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な無段変速機として作動させる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので燃費が向上させられる。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高出力走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、前記駆動力関連値が前記高出力走行判定値を越えたときに前記第1要素、第2要素、および第3要素のうちの少なくとも2つを相互に連結するように前記係合装置を制御するものである。このようにすれば、例えば要求駆動力或いは実際の駆動力のような駆動力関連値が高出力側に設定された高出力走行判定値を越えると、動力分配機構の3要素のうちの少なくとも2つが相互に連結されるので、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な無段変速機として作動させる場合の電動機が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
また、好適には、前記動力分配機構は遊星歯車装置であり、前記第1要素はその遊星歯車装置のキャリヤであり、前記第2要素はその遊星歯車装置のサンギヤであり、前記第3要素はその遊星歯車装置のリングギヤであり、前記係合装置は、前記キャリヤ、サンギヤ、リングギヤのうちのいずれか2つを相互に連結するクラッチおよび/またはそのサンギヤを非回転部材に連結するブレーキを備えたものである。このようにすれば、動力分配機構の軸方向寸法が小さくなるとともに、1つの遊星歯車装置によって簡単に構成される。
また、好適には、前記遊星歯車装置はシングルピニオン型遊星歯車装置である。このようにすれば、動力分配機構の軸方向寸法が小さくなるとともに、動力分配機構が1つのシングルピニオン型遊星歯車装置によって簡単に構成される。
また、好適には、前記切換制御手段は、前記シングルピニオン型遊星歯車装置を変速比が1である変速機とするために前記キャリヤとサンギヤを相互に連結するか、或いは前記シングルピニオン型遊星歯車装置を変速比が1より小さい増速変速機とするために前記サンギヤを非回転状態とするように前記係合装置を制御するものである。このようにすれば、動力分配機構が1つのシングルピニオン型遊星歯車装置による単段または複数段の定変速比を有する変速機として前記切換制御手段によって簡単に制御される。
また、好適には、前記遊星歯車装置はダブルピニオン型遊星歯車装置である。このようにすれば、動力分配機構の軸方向寸法が小さくなるとともに、動力分配機構が1つのダブルピニオン型遊星歯車装置によって簡単に構成される。
また、好適には、前記切換制御手段は、前記ダブルピニオン型遊星歯車装置を変速比が1である変速機とするために前記キャリヤとサンギヤを相互に連結するか、或いは前記ダブルピニオン型遊星歯車装置を変速比が1より大きい減速変速機とするために前記サンギヤを非回転状態とするように前記係合装置を制御するものである。このようにすれば、動力分配機構が1つのダブルピニオン型遊星歯車装置による単段または複数段の定変速比を有する変速機として前記切換制御手段によって簡単に制御される。
また、好適には、前記変速状態切換型変速機構は、前記伝達部材と前記駆動輪との間において前記動力分配機構と直列に設けられた自動変速機を含み、その自動変速機の変速比に基づいて前記変速状態切換型変速機構の変速比が形成されるものである。このようにすれば、自動変速機の変速比を利用することによって駆動力が幅広く得られるようになる。
また、好適には、前記動力分配機構の変速比と前記自動変速機の変速比とに基づいて前記変速状態切換型変速機構の総合変速比が形成されるものである。このようにすれば、自動変速機の変速比を利用することによって駆動力が幅広く得られるようになるので、動力分配機構における無段変速制御の効率が一層高められる。また、好適には、前記自動変速機は有段式自動変速機である。このようにすれば、前記変速状態切換型変速機構において動力分配機構と有段式自動変速機とで無段変速状態としての無段変速機が構成され、動力分配機構と有段式自動変速機とで有段変速状態としての有段式自動変速機が構成される。
また、好適には、前記有段式自動変速機の変速は、予め記憶された変速線図に基づいて実行されるものである。このようにすれば、有段式自動変速機の変速が容易に実行される。
また、好適には、前記切換制御手段は、前記変速状態切換型変速機構の前記無段変速状態を車両状態の一部の領域すなわち車両走行中の一部の走行領域においてのみ使用し、他の走行領域には使用しないものである。このようにすれば、車両の走行領域において、例えば無段変速走行に適した一部の走行領域において変速状態切換型変速機構が電気的な無段変速状態とされるので、車両の燃費が向上させられる。
また、好適には、前記変速状態切換型変速機構において、第2電動機が前記伝達部材に直接に連結される。このようにすれば、前記自動変速機の出力軸に対して低トルクの出力でよいので、第2電動機が一層小型化される。
また、前記目的を達成するための請求項20に係る発明の要旨とするところは、複数の駆動源からの出力を駆動輪へ伝達する車両用駆動装置の制御装置であって、(a) 前記複数の駆動源から前記駆動輪までの動力伝達経路に介挿され、ロック状態と非ロック状態とに切り換え可能な切換型差動歯車装置と、(b) 前記複数の駆動源から前記駆動輪に至る動力伝達経路の一部に配置された変速部と、(c) 前記駆動輪に動力伝達可能に連結された第2電動機と、(d) 車両の所定条件に基づいてその切換型差動歯車装置を前記ロック状態と前記非ロック状態とのいずれかに選択的に切り換え、それによって前記切換型差動歯車装置および前記変速部から成る動力伝達機構全体を無段変速機または有段変速機として機能させる切換制御手段とを、含み、(e) 前記切換型差動歯車装置は、前記駆動源に連結された第1要素と、第1電動機に連結された第2要素と、伝達部材に連結された第3要素とを有する動力分配機構を備え、(f) その動力分配機構は、前記切換型差動歯車装置を前記非ロック状態および前記ロック状態のいずれかの状態に切換可能とするための差動状態切換装置を有し、(g) 前記切換制御手段は、その差動状態切換装置を制御することで前記非ロック状態と前記ロック状態とを選択的に切り換えるものであり、(h) 前記車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値及び高出力走行判定値に基づいて定められたものであり、(i) 車速によって前記ロック状態とする出力走行域が異なるものであり、(j) 前記切換制御手段は、実際の車速が前記高速走行判定値を越えたときに車両の駆動力関連値が前記高出力走行判定値以内となる低出力走行域では、前記第1電動機が連結される前記第2要素を非回転状態とすることにより前記切換型差動歯車装置を高車速側変速比に固定することで前記非ロック状態を禁止するものであることにある。このようにすれば、切換型差動歯車装置が、切換制御手段により上記非ロック状態とロック状態とのいずれかに車両の所定条件に基づいて選択的に切り換えられ、それによって前記切換型差動歯車装置および前記変速部から成る動力伝達機構全体を無段変速機または有段変速機として機能させることから、一方の駆動源で走行するロック状態における高い伝達効率と他方の駆動源で走行する非ロック状態における燃費改善効果との両長所を兼ね備えた駆動装置が得られるので、燃費が向上させられる。また、高出力走行では上記切換型差動歯車装置がロック状態とされることにより、非ロック状態として作動させる領域が車両の低中速走行および低中出力走行となり、非ロック状態で他の駆動源として電動機が用いられる場合には、その電動機が発生すべき電気的エネルギの最大値を小さくできてその電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
また、好適には、前記切換型差動歯車装置は、第1電動機と、前記エンジンの出力をその第1電動機および伝達部材へ分配する動力分配機構と、その伝達部材と前記駆動輪との間に設けられた第2電動機とを備える。好適には、前記動力分配機構は、前記エンジンに連結された第1要素と、第1電動機に連結された第2要素と、第2電動機および伝達部材に連結された第3要素とを有する。その動力分配機構は、前記切換型差動歯車装置を電気的な差動装置として作動可能な前記非ロック状態および電気的な差動装置として作動しない前記ロック状態のいずれかの状態に切換可能とするための差動状態切換装置を有し、前記切換制御手段は、その差動状態切換装置を制御することで前記非ロック状態と前記ロック状態とを選択的に切り換えるものである。このようにすれば、切換制御手段により差動状態切換装置が制御されることにより、車両の駆動装置内の切換型差動歯車装置が電気的な差動装置として作動可能な非ロック状態と、電気的な差動装置として作動しないロック状態とに簡単に切り換えられる。
また、好適には、前記差動状態切換装置は、前記切換型差動歯車装置を前記非ロック状態および前記ロック状態のいずれかに切換え、且つそのロック状態における複数変速段のいずれかへ切換えるものであり、前記切換制御手段は、前記非ロック状態から前記ロック状態へ切り換えるとともに、車両の所定条件に応じて前記差動状態切換装置を制御することでロック状態での複数段のいずれかを変更するものでもある。このようにすれば、切換制御手段により差動状態切換装置が制御されることにより、車両の駆動装置内の切換型差動歯車装置が電気的な差動装置として作動可能な非ロック状態からロック状態に切り換えられるとともに、車両の所定条件に応じて前記差動状態切換装置が制御されることでロック状態での複数段のいずれかが変更される。例えば、車両の低中速走行および低中出力走行では、切換型差動歯車装置が非ロック状態とされて車両の燃費性能が確保され、高速走行では切換型差動歯車装置が電気的な差動装置として作動しない高速走行に応じたロック状態とされ専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な差動装置として作動させる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので、燃費が向上させられる。また、高出力走行では上記切換型差動歯車装置が高出力走行に応じたロック状態とされて電気的な差動装置として作動させる領域が車両の低中速走行および低中出力走行となるので、電動機が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。よって、切換制御手段により非ロック状態からロック状態へ切り換えられるとともに、車両の所定条件に応じて前記差動状態切換装置が制御されることでロック状態での複数段のいずれかが変更されるので、高速走行や高出力走行等の車両走行状況に合わせた適切なロック状態が得られる。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、実際の車速が前記高速走行判定値を越えたときに前記切換型差動歯車装置を前記ロック状態とするものである。このようにすれば、例えば実際の車速が高車速側に設定された高速走行判定値を越えると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて、電気的な差動装置として作動させる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので燃費が向上させられる。また、上記高速走行判定値は、車両の高速走行を判定するために予め設定された値である。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、実際の車速が前記高速走行判定値を越えたときに前記切換型差動歯車装置の非ロック状態を禁止するものである。このようにすれば、例えば実際の車速が高車速側に設定された高速走行判定値を越えると、切換型差動歯車装置の非ロック状態が禁止されて、電気的な差動装置として作動させる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて、車両の燃費が向上させられる。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高出力走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、車両の駆動力関連値が前記高出力走行判定値を越えたときに前記切換型差動歯車装置を前記ロック状態とするものである。このようにすれば、例えば要求駆動力或いは実際の駆動力などの駆動力関連値が比較的高出力側に設定された高出力走行判定値を越えると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な差動装置として作動させる場合の電動機が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。ここで、上記駆動力関連値は、エンジンの出力トルク、変速機の出力トルク、駆動輪の駆動トルク等の動力伝達経路における伝達トルクや回転力、それを要求するスロットル開度など、車両の駆動力に直接或いは間接的に関連するパラメータである。また、上記高出力走行判定値は、車両の高出力走行を判定するために予め設定された値である。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高出力走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、車両の駆動力関連値が前記高出力走行判定値を越えたときに前記切換型差動歯車装置の非ロック状態を禁止するものである。このようにすれば、例えば要求駆動力或いは実際の駆動力などの駆動力関連値が比較的高出力側に設定された高出力走行判定値を越えると、切換型差動歯車装置の非ロック状態が禁止されて、電気的な差動装置として作動させる場合の電動機が伝える電気的エネルギの最大値が小さくされるので、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて、その電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
また、好適には、前記車両の所定条件は、高速走行判定線および高出力走行判定線を含む、車速と車両の駆動力とをパラメータとする予め記憶された切換線図から実際の車速と車両の駆動力関連値とに基づいて定められるものである。このようにすれば、高車速判定または高トルク判定が簡単に判定される。
また、好適には、前記車両の所定条件は、前記切換型差動歯車装置を前記電気的な非ロック状態とするための制御機器の機能低下を判定する故障判定条件であり、前記切換制御手段は前記故障判定条件が成立した場合に前記切換型差動歯車装置を前記ロック状態とするものである。このようにすれば、前記切換型差動歯車装置が通常は非ロック状態とされる場合であっても優先的にロック状態とされることで、ロック状態における走行ではあるが非ロック状態における走行と略同様の車両走行が確保される。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された前記故障判定条件に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、前記故障判定条件が成立した場合に前記切換型差動歯車装置の非ロック状態を禁止するものである。このようにすれば、例えば電気的に差動状態とするための制御機器の機能低下が判定されると、切換型差動歯車装置の非ロック状態が禁止されるので、前記切換型差動歯車装置が非ロック状態とされない場合でもロック状態とされることで、ロック状態における走行ではあるが非ロック状態における走行と略同様の車両走行が確保される。
また、好適には、前記動力分配機構は、前記エンジンに連結された第1要素と前記第1電動機に連結された第2要素と前記伝達部材に連結された第3要素とを有するものであり、前記差動状態切換装置は、前記第1要素乃至第3要素のうちのいずれか2つを相互におよび/またはその第2要素を非回転部材に連結する係合装置例えば摩擦係合装置であり、前記切換制御手段は、前記係合装置を解放してその第1要素、第2要素、および第3要素を相互に相対回転可能とすることにより前記非ロック状態とし、前記係合装置を係合してその第1要素、第2要素、および第3要素のうちの少なくとも2つを相互に連結するか或いはその第2要素を非回転状態とすることにより前記ロック状態とするものである。このようにすれば、動力分配機構が簡単に構成されるとともに切換制御手段により非ロック状態とロック状態とが簡単に制御される。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、前記実際の車速が前記高速走行判定値を越えたときに前記第2要素を非回転状態とするように前記係合装置を制御するものである。このようにすれば、例えば実際の車速が高車速側に設定された高速走行判定値を越えると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な差動装置として作動させる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので燃費が向上させられる。
また、好適には、前記車両の所定条件は、予め設定された高出力走行判定値に基づいて定められたものであり、前記切換制御手段は、前記駆動力関連値が前記高出力走行判定値を越えたときに前記第1要素、第2要素、および第3要素のうちの少なくとも2つを相互に連結するように前記係合装置を制御するものである。このようにすれば、例えば要求駆動力或いは実際の駆動力のような駆動力関連値が高出力側に設定された高出力走行判定値を越えると、動力分配機構の3要素のうちの少なくとも2つが相互に連結されるので、専ら機械的な動力伝達経路でエンジンの出力が駆動輪へ伝達されて電気的な差動装置として作動させる場合の電動機が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその電動機或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
また、好適には、前記動力分配機構は遊星歯車装置であり、前記第1要素はその遊星歯車装置のキャリヤであり、前記第2要素はその遊星歯車装置のサンギヤであり、前記第3要素はその遊星歯車装置のリングギヤであり、前記係合装置は、前記キャリヤ、サンギヤ、リングギヤのうちのいずれか2つを相互に連結するクラッチおよび/またはそのサンギヤを非回転部材に連結するブレーキを備えたものである。このようにすれば、動力分配機構の軸方向寸法が小さくなるとともに、1つの遊星歯車装置によって簡単に構成される。
また、好適には、前記遊星歯車装置はシングルピニオン型遊星歯車装置である。このようにすれば、動力分配機構の軸方向寸法が小さくなるとともに、動力分配機構が1つのシングルピニオン型遊星歯車装置によって簡単に構成される。
また、好適には、前記切換制御手段は、前記シングルピニオン型遊星歯車装置を変速比が1である変速機とするために前記キャリヤとサンギヤを相互に連結するか、或いは前記シングルピニオン型遊星歯車装置を変速比が1より小さい増速変速機とするために前記サンギヤを非回転状態とするように前記係合装置を制御するものである。このようにすれば、動力分配機構が1つのシングルピニオン型遊星歯車装置による単段または複数段の定変速比を有する変速機として前記切換制御手段によって簡単に制御される。
また、好適には、前記遊星歯車装置はダブルピニオン型遊星歯車装置である。このようにすれば、動力分配機構の軸方向寸法が小さくなるとともに、動力分配機構が1つのダブルピニオン型遊星歯車装置によって簡単に構成される。
また、好適には、前記切換制御手段は、前記ダブルピニオン型遊星歯車装置を変速比が1である変速機とするために前記キャリヤとサンギヤを相互に連結するか、或いは前記ダブルピニオン型遊星歯車装置を変速比が1より大きい減速変速機とするために前記サンギヤを非回転状態とするように前記係合装置を制御するものである。このようにすれば、動力分配機構が1つのダブルピニオン型遊星歯車装置による単段または複数段の定変速比を有する変速機として前記切換制御手段によって簡単に制御される。
また、好適には、前記切換型差動歯車装置を備えた前記車両用駆動装置は、前記伝達部材と前記駆動輪との間において自動変速機をさらに含み、その自動変速機の変速比に基づいて前記車両用駆動装置の変速比が形成されるものである。このようにすれば、その自動変速機の変速比を利用することによって駆動力が幅広く得られるようになる。
また、好適には、前記動力分配機構の変速比すなわち前記切換型差動歯車装置の変速比と前記自動変速機の変速比とに基づいて前記車両用駆動装置の総合変速比が形成されるものである。このようにすれば、自動変速機の変速比を利用することによって駆動力が幅広く得られるようになるので、前記切換型差動歯車装置における電気的な差動装置としての制御の効率が一層高められる。また、好適には、前記自動変速機は有段式自動変速機である。このようにすれば、前記車両用駆動装置において非ロック状態とされた前記切換型差動歯車装置とその有段式自動変速機と無段変速機が構成され、ロック状態とされた切換型差動歯車装置と有段式自動変速機とで有段式自動変速機が構成される。
また、好適には、前記有段式自動変速機の変速は、予め記憶された変速線図に基づいて実行されるものである。このようにすれば、有段式自動変速機の変速が容易に実行される。
また、好適には、上記切換制御手段は、前記切換型差動歯車装置の非ロック状態すなわち差動状態を車両状態の一部の領域すなわち車両走行中の一部の走行領域においてのみ使用し、他の走行領域には使用しないものである。このようにすれば、車両の走行領域において、電気的な差動装置として作動可能な差動状態での走行例えば無段変速走行に適した一部の走行領域において差動歯車装置が差動状態とされるので、車両の燃費が向上させられる。
また、好適には、前記切換型差動歯車装置において、第2電動機が前記伝達部材に直接に連結される。このようにすれば、前記自動変速機の出力軸に対して低トルクの出力でよいので、第2電動機が一層小型化される。
図1は、本発明の一実施例である制御装置が適用されるハイブリッド車両の駆動装置としての変速状態切換型変速機構10(以下、変速機構10という)を説明する骨子図である。図1において、変速機構10は車体に取り付けられる非回転部材としてのトランスミッションケース12(以下、ケース12という)内において共通の軸心上に配設された入力回転部材としての入力軸14と、この入力軸14に直接に或いは図示しない脈動吸収ダンパー(振動減衰装置)などを介して間接に連結された切換型変速部11と、その切換型変速部11と駆動輪38(図5参照)との間の動力伝達経路で伝達部材(伝動軸)18を介して直列に連結されている有段式の自動変速機として機能する自動変速部20と、この自動変速部20に連結されている出力回転部材としての出力軸22とを直列に備えている。この変速機構10は、車両において縦置きされるFR(フロントエンジン・リヤドライブ)型車両に好適に用いられるものであり、走行用の駆動力源としてのエンジン8と一対の駆動輪38との間に設けられて、図5に示すように動力を差動歯車装置(終減速機)36および一対の車軸等を順次介して一対の駆動輪38へ伝達する。なお、変速機構10はその軸心に対して対称的に構成されているため、図1の変速機構10を表す部分においてはその下側が省略されている。以下の各実施例についても同様である。
切換型変速部11は、第1電動機M1と、入力軸14に入力されたエンジン8の出力を機械的に分配する機械的機構であってエンジン8の出力を第1電動機M1および伝達部材18に分配する差動機構としての動力分配機構16と、伝達部材18と一体的に回転するように設けられている第2電動機M2とを備えている。なお、この第2電動機M2は伝達部材18から出力軸22までの間のいずれの部分に設けられてもよい。本実施例の第1電動機M1および第2電動機M2は発電機能をも有する所謂モータジェネレータであるが、第1電動機M1は反力を発生させるためのジェネレータ(発電)機能を少なくとも備え、第2電動機M2は駆動力を出力するためのモータ(電動機)機能を少なくとも備える。
動力分配機構16は、例えば「0.418」程度の所定のギヤ比ρ1を有するシングルピニオン型の第1遊星歯車装置24と、切換クラッチC0および切換ブレーキB0とを主体的に備えている。この第1遊星歯車装置24は、第1サンギヤS1、第1遊星歯車P1、その第1遊星歯車P1を自転および公転可能に支持する第1キャリヤCA1、第1遊星歯車P1を介して第1サンギヤS1と噛み合う第1リングギヤR1を回転要素(要素)として備えている。第1サンギヤS1の歯数をZS1、第1リングギヤR1の歯数をZR1とすると、上記ギヤ比ρ1はZS1/ZR1である。
この動力分配機構16においては、第1キャリヤCA1は入力軸14すなわちエンジン8に連結され、第1サンギヤS1は第1電動機M1に連結され、第1リングギヤR1は伝達部材18に連結されている。また、切換ブレーキB0は第1サンギヤS1とトランスミッションケース12との間に設けられ、切換クラッチC0は第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1との間に設けられている。それら切換クラッチC0および切換ブレーキB0が解放されると、動力分配機構16は第1遊星歯車装置24の3要素である第1サンギヤS1、第1キャリヤCA1、第1リングギヤR1がそれぞれ相互に相対回転可能とされて差動作用が作動可能なすなわち差動作用が働く差動状態とされることから、エンジン8の出力が第1電動機M1と伝達部材18とに分配されるとともに、分配されたエンジン8の出力の一部で第1電動機M1から発生させられた電気エネルギで蓄電されたり第2電動機M2が回転駆動されるので、切換型変速部11は電気的な差動装置として機能させられて例えば所謂無段変速状態(電気的CVT状態)とされて、エンジン8の所定回転に拘わらず伝達部材18の回転が連続的に変化させられる。すなわち、動力分配機構16が差動状態とされると切換型変速部11も差動状態とされ、切換型変速部11はその変速比γ0(入力軸14の回転速度/伝達部材18の回転速度)が最小値γ0min から最大値γ0max まで連続的に変化させられる電気的な無段変速機として機能する無段変速状態とされる。
この状態で、エンジン8の出力で車両走行中に上記切換クラッチC0或いは切換ブレーキB0が係合させられると動力分配機構16は前記差動作用をしない非差動状態すなわちロック状態とされる。具体的には、上記切換クラッチC0が係合させられて第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1とが一体的に係合させられると、動力分配機構16は第1遊星歯車装置24の3要素である第1サンギヤS1、第1キャリヤCA1、第1リングギヤR1が共に回転すなわち一体回転させられるロック状態すなわち前記差動作用をしない非差動状態とされて、切換型変速部11も非差動状態とされる。また、エンジン8の回転と伝達部材18の回転速度とが一致する状態となるので、切換型変速部11は変速比γ0が「1」に固定された変速機として機能する定変速状態すなわち有段変速状態とされる。次いで、上記切換クラッチC0に替えて切換ブレーキB0が係合させられて第1サンギヤS1がトランスミッションケース12に連結させられると、動力分配機構16は第1サンギヤS1が非回転状態とさせられるロック状態すなわち前記差動作用をしない非差動状態とされて、切換型変速部11も非差動状態とされる。また、第1リングギヤR1は第1キャリヤCA1よりも増速回転されるので、動力分配機構16は増速機構として機能するものであり、切換型変速部11は変速比γ0が「1」より小さい値例えば0.7程度に固定された増速変速機として機能する定変速状態すなわち有段変速状態とされる。
このように、本実施例では、上記切換クラッチC0および切換ブレーキB0は、動力分配機構16を差動状態すなわち非ロック状態と、非差動状態(ロック状態)とに選択的に切換える差動状態切換装置として機能している。すなわち、切換クラッチC0および切換ブレーキB0は、切換型変速部11を、電気的な差動装置として作動可能な非ロック状態(差動状態)例えば変速比が連続的変化可能な無段変速機として作動可能な非ロック状態すなわち電気的な無段変速作動可能な無段変速状態と、電気的な差動装置として作動しないロック状態(非差動状態)例えば無段変速機として作動させず無段変速作動を非作動として変速比変化を一定にロックするロック状態すなわち1または2種類以上の変速比の単段または複数段の変速機として作動可能な定変速状態(非差動状態)換言すれば変速比が一定の1段または複数段の変速機として作動可能な定変速状態とに選択的に切換える差動状態切換装置として機能している。切換型変速部11は、切換クラッチC0或いは切換ブレーキB0を有する動力分配機構16を備えることで、ロック状態と非ロック状態とに切り換え可能な切換型差動歯車装置である。
自動変速部20は、シングルピニオン型の第2遊星歯車装置26、シングルピニオン型の第3遊星歯車装置28、およびシングルピニオン型の第4遊星歯車装置30を備えている。第2遊星歯車装置26は、第2サンギヤS2、第2遊星歯車P2、その第2遊星歯車P2を自転および公転可能に支持する第2キャリヤCA2、第2遊星歯車P2を介して第2サンギヤS2と噛み合う第2リングギヤR2を備えており、例えば「0.562」程度の所定のギヤ比ρ2を有している。第3遊星歯車装置28は、第3サンギヤS3、第3遊星歯車P3、その第3遊星歯車P3を自転および公転可能に支持する第3キャリヤCA3、第3遊星歯車P3を介して第3サンギヤS3と噛み合う第3リングギヤR3を備えており、例えば「0.425」程度の所定のギヤ比ρ3を有している。第4遊星歯車装置30は、第4サンギヤS4、第4遊星歯車P4、その第4遊星歯車P4を自転および公転可能に支持する第4キャリヤCA4、第4遊星歯車P4を介して第4サンギヤS4と噛み合う第4リングギヤR4を備えており、例えば「0.421」程度の所定のギヤ比ρ4を有している。第2サンギヤS2の歯数をZS2、第2リングギヤR2の歯数をZR2、第3サンギヤS3の歯数をZS3、第3リングギヤR3の歯数をZR3、第4サンギヤS4の歯数をZS4、第4リングギヤR4の歯数をZR4とすると、上記ギヤ比ρ2はZS2/ZR2、上記ギヤ比ρ3はZS3/ZR3、上記ギヤ比ρ4はZS4/ZR4である。
自動変速部20では、第2サンギヤS2と第3サンギヤS3とが一体的に連結されて第2クラッチC2を介して伝達部材18に選択的に連結されるとともに第1ブレーキB1を介してケース12に選択的に連結され、第2キャリヤCA2は第2ブレーキB2を介してケース12に選択的に連結され、第4リングギヤR4は第3ブレーキB3を介してケース12に選択的に連結され、第2リングギヤR2と第3キャリヤCA3と第4キャリヤCA4とが一体的に連結されて出力軸22に連結され、第3リングギヤR3と第4サンギヤS4とが一体的に連結されて第1クラッチC1を介して伝達部材18に選択的に連結されている。
前記切換クラッチC0、第1クラッチC1、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、および第3ブレーキB3は従来の車両用自動変速機においてよく用いられている油圧式摩擦係合装置であって、互いに重ねられた複数枚の摩擦板が油圧アクチュエータにより押圧される湿式多板型や、回転するドラムの外周面に巻き付けられた1本または2本のバンドの一端が油圧アクチュエータによって引き締められるバンドブレーキなどにより構成され、それが介装されている両側の部材を選択的に連結するためのものである。
以上のように構成された変速機構10では、例えば、図2の係合作動表に示されるように、前記切換クラッチC0、第1クラッチC1、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、第1ブレーキB1、第2ブレーキB2、および第3ブレーキB3が選択的に係合作動させられることにより、第1速ギヤ段(第1変速段)乃至第5速ギヤ段(第5変速段)のいずれか或いは後進ギヤ段(後進変速段)或いはニュートラルが選択的に成立させられ、略等比的に変化する変速比γ(=入力軸回転速度NIN/出力軸回転速度NOUT )が各ギヤ段毎に得られるようになっている。特に、本実施例では動力分配機構16に切換クラッチC0および切換ブレーキB0が備えられており、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかが係合作動させられることによって、切換型変速部11は前述した無段変速機として作動可能な無段変速状態に加え、変速比が一定の変速機として作動可能な定変速状態を構成することが可能とされている。したがって、変速機構10では、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかを係合作動させることで定変速状態とされた切換型変速部11と自動変速部20とで有段変速機として作動可能な有段変速状態が構成され、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れも係合作動させないことで無段変速状態とされた切換型変速部11と自動変速部20とで電気的な無段変速機として作動可能な無段変速状態が構成される。言い換えれば、変速機構10は、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかを係合作動させることで有段変速状態に切り換えられ、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れも係合作動させないことで無段変速状態に切り換えられる。また、切換型変速部11も有段変速状態と無段変速状態とに切り換え可能な変速機であると言える。
例えば、変速機構10が有段変速機として機能する場合には、図2に示すように、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第3ブレーキB3の係合により、変速比γ1が最大値例えば「3.357」程度である第1速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第2ブレーキB2の係合により、変速比γ2が第1速ギヤ段よりも小さい値例えば「2.180」程度である第2速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第1ブレーキB1の係合により、変速比γ3が第2速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.424」程度である第3速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0、第1クラッチC1および第2クラッチC2の係合により、変速比γ4が第3速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.000」程度である第4速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ5が第4速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.705」程度である第5速ギヤ段が成立させられる。また、第2クラッチC2および第3ブレーキB3の係合により、変速比γRが第1速ギヤ段と第2速ギヤ段との間の値例えば「3.209」程度である後進ギヤ段が成立させられる。なお、ニュートラル「N」状態とする場合には、例えば切換クラッチC0のみが係合される。
しかし、変速機構10が無段変速機として機能する場合には、図2に示される係合表の切換クラッチC0および切換ブレーキB0が共に解放される。これにより、切換型変速部11が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、自動変速部20の第1速、第2速、第3速、第4速の各ギヤ段に対しその自動変速部20に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構10全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
図3は、無段変速部或いは第1変速部として機能する切換型変速部11と有段変速部或いは第2変速部として機能する自動変速部20とから構成される変速機構10において、ギヤ段毎に連結状態が異なる各回転要素の回転速度の相対関係を直線上で表すことができる共線図を示している。この図3の共線図は、横軸方向において各遊星歯車装置24、26、28、30のギヤ比ρの相対関係を示し、縦軸方向において相対的回転速度を示す二次元座標であり、3本の横軸のうちの下側の横線X1が回転速度零を示し、上側の横線X2が回転速度「1.0」すなわち入力軸14に連結されたエンジン8の回転速度NEを示し、横軸XGが伝達部材18の回転速度を示している。また、切換型変速部11を構成する動力分配機構16の3つの要素に対応する3本の縦線Y1、Y2、Y3は、左側から順に第2回転要素(第2要素)RE2に対応する第1サンギヤS1、第1回転要素(第1要素)RE1に対応する第1キャリヤCA1、第3回転要素(第3要素)RE3に対応する第1リングギヤR1の相対回転速度を示すものであり、それらの間隔は第1遊星歯車装置24のギヤ比ρ1に応じて定められている。すなわち、縦線Y1とY2との間隔を1に対応するとすると、縦線Y2とY3との間隔はギヤ比ρ1に対応するものとされる。さらに、自動変速部20の5本の縦線Y4、Y5、Y6、Y7、Y8は、左から順に、第4回転要素(第4要素)RE4に対応し且つ相互に連結された第2サンギヤS2および第3サンギヤS3を、第5回転要素(第5要素)RE5に対応する第2キャリヤCA2を、第6回転要素(第6要素)RE6に対応する第4リングギヤR4を、第7回転要素(第7要素)RE7に対応し且つ相互に連結された第2リングギヤR2、第3キャリヤCA3、第4キャリヤCA4を、第8回転要素(第8要素)RE8に対応し且つ相互に連結された第3リングギヤR3、第4サンギヤS4をそれぞれ表し、それらの間隔は第2、第3、第4遊星歯車装置26、28、30のギヤ比ρ2、ρ3、ρ4に応じてそれぞれ定められている。すなわち、図3に示すように、各第2、第3、第4遊星歯車装置26、28、30毎にそのサンギヤとキャリヤとの間が1に対応するものされ、キャリヤとリングギヤとの間がρに対応するものとされる。
上記図3の共線図を用いて表現すれば、本実施例の変速機構10は、動力分配機構(無段変速部)16において、第1遊星歯車装置24の3回転要素(要素)の1つである第1キャリヤCA1が入力軸14に連結されるとともに切換クラッチC0を介して他の回転要素の1つである第1サンギヤS1と選択的に連結され、その他の回転要素の1つである第1サンギヤS1が第1電動機M1に連結されるとともに切換ブレーキB0を介してトランスミッションケース12に選択的に連結され、残りの回転要素である第1リングギヤR1が伝達部材18および第2電動機M2に連結されて、入力軸14の回転を前記伝達部材18を介して自動変速部(有段変速部)20へ伝達する(入力させる)ように構成されている。このとき、Y2とX2の交点を通る斜めの直線L0により第1サンギヤS1の回転速度と第1リングギヤR1の回転速度との関係が示される。例えば、上記切換クラッチC0および切換ブレーキB0の解放により無段変速状態に切換えられたときは、第1電動機M1の発電による反力を制御することによって直線L0と縦線Y1との交点で示される第1サンギヤS1の回転が上昇或いは下降させられると、直線L0と縦線Y3との交点で示される第1リングギヤR1の回転速度が下降或いは上昇させられる。また、切換クラッチC0の係合により第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1とが連結されると、上記3回転要素が一体回転するので、直線L0は横線X2と一致させられ、エンジン回転速度NEと同じ回転で伝達部材18が回転させられる。また、切換ブレーキB0の係合によって第1サンギヤS1の回転が停止させられると、直線L0は図3に示す状態となり、その直線L0と縦線Y3との交点で示される第1リングギヤR1すなわち伝達部材18の回転速度は、エンジン回転速度NEよりも増速された回転で自動変速部20へ入力される。
自動変速部20では、図3に示すように、第1クラッチC1と第3ブレーキB3とが係合させられることにより、第8回転要素RE8の回転速度を示す縦線Y8と横線X2との交点と第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6と横線X1との交点とを通る斜めの直線L1と、出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第1速の出力軸22の回転速度が示される。同様に、第1クラッチC1と第2ブレーキB2とが係合させられることにより決まる斜めの直線L2と出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第2速の出力軸22の回転速度が示され、第1クラッチC1と第1ブレーキB1とが係合させられることにより決まる斜めの直線L3と出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第3速の出力軸22の回転速度が示され、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが係合させられることにより決まる水平な直線L4と出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第4速の出力軸22の回転速度が示される。上記第1速乃至第4速では、切換クラッチC0が係合させられている結果、エンジン回転速度NEと同じ回転速度で第8回転要素RE8に切換型変速部11すなわち動力分配機構16からの動力が入力される。しかし、切換クラッチC0に替えて切換ブレーキB0が係合させられると、切換型変速部11からの動力がエンジン回転速度NEよりも高い回転速度で入力されることから、第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる水平な直線L5と出力軸22と連結された第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7との交点で第5速の出力軸22の回転速度が示される。
図4は、本実施例の変速機構10を制御するための電子制御装置40に入力される信号及びその電子制御装置40から出力される信号を例示している。この電子制御装置40は、CPU、ROM、RAM、及び入出力インターフェースなどから成る所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、RAMの一時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことによりエンジン8、電動機M1、M2に関するハイブリッド駆動制御、前記自動変速部20の変速制御等の駆動制御を実行するものである。
上記電子制御装置40には、図4に示す各センサやスイッチから、エンジン水温を示す信号、シフトポジションを表す信号、エンジン8の回転速度であるエンジン回転速度NE を表す信号、ギヤ比列設定値を示す信号、M(モータ走行)モードを指令する信号、エアコンの作動を示すエアコン信号、出力軸22の回転速度に対応する車速信号、自動変速部20の作動油温を示す油温信号、サイドブレーキ操作を示す信号、フットブレーキ操作を示す信号、触媒温度を示す触媒温度信号、アクセルペダルの操作量を示すアクセル開度信号、カム角信号、スノーモード設定を示すスノーモード設定信号、車両の前後加速度を示す加速度信号、オートクルーズ走行を示すオートクルーズ信号、各車輪についての車輪車速信号などが、それぞれ供給される。また、上記電子制御装置40からは、スロットル弁の開度を操作するスロットルアクチュエータへの駆動信号、過給圧を調整するための過給圧調整信号、電動エアコンを作動させるための電動エアコン駆動信号、エンジン8の点火時期を指令する点火信号、電動機M1およびM2の作動を指令する指令信号、シフトインジケータを作動させるためのシフト位置表示信号、ギヤ比を表示させるためのギヤ比表示信号、スノーモードであることを表示させるためのスノーモード表示信号、制動時の車輪のスリップを防止するABSアクチュエータを作動させるためのABS作動信号、Mモードが選択されていることを表示させるMモード表示信号、動力分配機構16や自動変速部20の油圧式摩擦係合装置の油圧アクチュエータを制御するために油圧制御回路42に含まれる電磁弁を作動させるバルブ指令信号、上記油圧制御回路42の油圧源である電動油圧ポンプを作動させるための駆動指令信号、電動ヒータを駆動するための信号、クルーズコントロール制御用コンピュータへの信号等が、それぞれ出力される。
図5は、電子制御装置40による制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。切換制御手段50は、例えば図6に示す予め記憶された関係から実際のエンジン回転速度NEとエンジン出力トルクTEとに基づいて、それらのエンジン回転速度NEとエンジン出力トルクTEとで表される車両状態が変速機構10を無段変速状態とする無段制御領域内であるか或いは変速機構10を有段変速状態とする有段制御領域内であるかを判定する。すなわち、切換制御手段50は、車両状態のうちの実線にて囲まれた一部の領域においてのみ無段変速状態すなわち動力分配機構16の差動状態を選択する。そして、切換制御手段50は、有段変速制御領域であると判定した場合は、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御或いは切換型変速部11の動力分配機構16の電気的な無段変速制御を不許可すなわち禁止する信号を出力するとともに、有段変速制御手段54に対しては、予め設定された有段変速時の変速制御を許可する。このときの有段変速制御手段54は変速線図記憶手段56に予め記憶された図示しない変速線図に従って自動変速制御を実行する。図2は、このときの変速制御において選択される油圧式摩擦係合装置すなわちC0、C1、C2、B0、B1、B2、B3の作動の組み合わせを示している。この有段自動変速制御モードの第1速乃至第4速では、切換クラッチC0が係合させられることにより切換型変速部11が固定の変速比γ0が1の副変速機として機能しているが、第5速では、その切換クラッチC0の係合に替えて切換ブレーキB0が係合させられることにより切換型変速部11が固定の変速比γ0が0.7の副変速機として機能している。すなわち、この有段自動変速制御モードでは、副変速機として機能する切換型変速部11と自動変速部20とを含む変速機構10全体が所謂有段式自動変速機として機能している。
しかし、上記切換制御手段50において、エンジン回転速度NEとエンジン出力トルクTEとで表される車両状態が無段制御領域内であると判定した場合は、前記切換型変速部11を電気的な無段変速可能とするように切換クラッチC0および切換ブレーキB0を解放させる指令を油圧制御回路42へ出力する。同時に、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御を許可する信号を出力するとともに、有段変速制御手段54には、予め設定された無段変速時の変速段に固定する信号を出力するか、或いは変速線図記憶手段56に予め記憶された図示しない変速線図に従って自動変速することを許可する信号を出力する。後者の場合、有段変速制御手段54により、図2の係合表内において切換クラッチC0および切換ブレーキB0の係合を除いた作動により自動変速が行われる。このように、切換型変速部11が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、適切な大きさの駆動力が得られると同時に、前述のように、自動変速部20の第1速、第2速、第3速、第4速の各ギヤ段に対しその自動変速部20に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構10全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
上記ハイブリッド制御手段52は、エンジン8を効率のよい作動域で作動させる一方で、エンジン8と第1電動機M1および/または第2電動機M2との駆動力の配分を最適になるように変化させる。例えば、そのときの走行車速において、アクセルペダル操作量や車速から運転者の要求出力を算出し、運転者の要求出力と充電要求値から必要な駆動力を算出し、エンジンの回転速度とトータル出力とを算出し、そのトータル出力とエンジン回転速度NEとに基づいて、エンジン出力を得るようにエンジン8を制御するとともに第1電動機M1の発電量を制御する。ハイブリッド制御手段52は、その制御を自動変速部20の変速段を考慮して実行したり、或いは燃費向上などのために自動変速部20に変速指令を行う。このようなハイブリッド制御では、エンジン8を効率のよい作動域で作動させるために定まるエンジン回転速度NEと車速および自動変速部20の変速段で定まる伝達部材18の回転速度とを整合させるために、切換型変速部11が電気的な無段変速機として機能させられる。すなわち、ハイブリッド制御手段52は無段変速走行の時に運転性と燃費性とを両立した予め記憶された最適燃費率曲線に沿ってエンジン8が作動させられるように変速機構10のトータル変速比γTの目標値を定め、その目標値が得られるように切換型変速部11の変速比γ0を制御し、トータル変速比γTをその変速可能な変化範囲内例えば13〜0.5の範囲内で制御する。
このとき、ハイブリッド制御手段52は、第1電動機M1により発電された電気エネルギをインバータ58を通して蓄電装置60や第2電動機M2へ供給するので、エンジン8の動力の主要部は機械的に伝達部材18へ伝達されるが、エンジン8の動力の一部は第1電動機M1の発電のために消費されてそこで電気エネルギに変換され、インバータ58を通して電気エネルギが第2電動機M2或いは第1電動機M1へ供給され、その第2電動機M2或いは第1電動機M1から伝達部材18へ伝達される。この電気エネルギの発生から第2電動機M2で消費されるまでに関連する機器により、エンジン8の動力の一部を電気エネルギに変換し、その電気エネルギを機械的エネルギに変換するまでの電気パスが構成される。
また、ハイブリッド制御手段52は、エンジン8の停止又はアイドル状態に拘わらず、切換型変速部11の電気的CVT機能(差動作用)によって電動機のみ例えば第2電動機M2のみを走行用の駆動力源として車両を発進および走行させる所謂モータ発進およびモータ走行させることができる。このモータ発進およびモータ走行は、一般的にエンジン効率が高トルク域に比較して悪いとされる比較的低出力トルクTOUT域すなわち低エンジントルクTE域、或いは車速Vの比較的低車速域すなわち低負荷域で実行される(図8の実線Aによる領域区分参照)。よって、通常はモータ発進がエンジン発進に優先して実行される。
前記図6の関係に示されるように、エンジン8の出力トルクTEが予め設定された所定値TE1以上の高トルク領域(高出力走行領域)、エンジン回転速度NEが予め設定された所定値NE1以上の高回転領域(高車速領域)、或いはそれらエンジン8の出力トルクTEおよび回転速度NEから算出される出力が所定以上の高出力領域が、有段制御領域として設定されているので、前記有段変速制御がエンジン8の比較的高出力トルク、比較的高回転速度、或いは比較的高出力時において実行され、前記無段変速制御がエンジン8の比較的低出力トルク、比較的低回転速度、或いは比較的低出力時すなわちエンジン8の常用出力域において実行されるようになっている。図6における有段制御領域と無段制御領域との間の境界線は、高車速判定値の連なりである高車速判定線および高出力走行判定値の連なりである高出力走行判定線に対応している。
図7は、他の例の電子制御装置40の制御作動の要部を示す機能ブロック線図であり、変速段判断手段67および増速側ギヤ段判定手段68をさらに備え、切換制御手段50が高車速判定手段62、高出力走行判定手段64、電気パス機能判定手段66を備えて図8に示す関係に基づいて切換制御する点が、図5の実施例との主な相違点である。
図7において、高車速判定手段62は、ハイブリッド車両の実際の車速Vが高速走行を判定するための予め設定された高速走行判定値である判定車速V1以上の高車速となったか否かを判定する。高出力走行判定手段64は、ハイブリッド車両の駆動力に関連する駆動力関連値例えば自動変速部20の出力トルクTout が高出力走行を判定するための予め設定された高出力走行判定値である判定出力トルクT1以上の高トルク(高駆動力)走行となったか否かを判定する。電気パス機能判定手段66は、変速機構10を無段変速状態とするための制御機器の機能低下が判定される故障判定条件の判定を、例えば第1電動機M1における電気エネルギの発生からその電気エネルギが機械的エネルギに変換されるまでの電気パスに関連する機器の機能低下すなわち第1電動機M1、第2電動機M2、インバータ58、蓄電装置60、それらを接続する伝送路などの故障(フェイル)や故障とか低温による機能低下の発生に基づいて判定する。
上記駆動力関連値とは、車両の駆動力に1対1に対応するパラメータであって、駆動輪38での駆動トルク或いは駆動力のみならず、例えば自動変速部20の出力トルクTout 、エンジントルクTe 、車両加速度や、例えばアクセル開度或いはスロットル開度(或いは吸入空気量、空燃比、燃料噴射量)とエンジン回転速度NEとによって算出されるエンジンの出力トルクTe などの実際値や、運転者のアクセルペダル操作量或いはスロットル開度に基づいて算出される要求駆動力等の推定値であってもよい。また、上記駆動トルクは出力トルクTout 等からデフ比、駆動輪38の半径等を考慮して算出されてもよいし、例えばトルクセンサ等によって直接検出されてもよい。上記他の各トルク等も同様である。つまり、高出力走行判定手段64では車両の駆動力を直接或いは間接的に示す駆動力関連パラメータに基づいて車両の高出力走行が判定される。
変速段判断手段67は、変速機構10が有段変速状態に切り換えられて切換型変速部11と自動変速部20とで変速機構10全体が有段式自動変速機として機能させられる場合に変速機構10がいずれの変速段とされるかを、例えば変速線図記憶手段56に予め記憶された図8に示す変速線図から車速Vおよび出力トルクTout で示される車両状態に基づいて変速機構10の変速すべき変速段を判断する。変速段判断手段67により判断された変速段は有段変速制御手段54による自動変速部20の変速制御の基になるものであり、また増速側ギヤ段判定手段68による増速側ギヤ段判定の基になるものでもある。
増速側ギヤ段判定手段68は、変速機構10を有段変速状態とする際に切換クラッチC0および切換ブレーキB0のいずれを係合させるかを判定するために、変速段判断手段67により判断された変速機構10の変速されるべき変速段が増速側ギヤ段例えば第5速ギヤ段であるか否かを判定する。これは、変速機構10全体が有段式自動変速機として機能させられる場合に、第1速乃至第4速では切換クラッチC0が係合させられ、或いは第5速では切換ブレーキB0が係合させられるようにするためである。
切換制御手段50は、所定条件としての上記高車速判定手段62による高車速判定、高出力走行判定手段64による高出力走行判定、電気パス機能判定手段66による電気パス機能低下の判定の少なくとも1つが発生した場合は、有段変速制御領域であると判定して、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御或いは無段変速制御を不許可すなわち禁止とする信号を出力するとともに、有段変速制御手段54に対して例えば変速段判断手段67により判断された変速段に従って実行される自動変速部20の変速制御を許可し、増速側ギヤ段判定手段68による第5速ギヤ段判定に基づいて切換クラッチC0および切換ブレーキB0のいずれか係合させる指令を油圧制御回路42へ出力する。よって、変速機構10全体すなわち切換型変速部11および自動変速部20が所謂有段式自動変速機として機能し、図2に示す係合表に従って変速段が達成される。
例えば、高車速判定手段62による高車速判定、増速側ギヤ段判定手段68による第5速ギヤ段判定、或いは高出力走行判定手段64による高出力走行判定であっても増速側ギヤ段判定手段68により第5速ギヤ段が判定される場合には、変速機構10全体として変速比が1.0より小さな増速側ギヤ段所謂オーバードライブギヤ段が得られるために切換制御手段50は切換型変速部11が固定の変速比γ0例えば変速比γ0が0.7の副変速機として機能させられるように切換クラッチC0を解放させ且つ切換ブレーキB0を係合させる指令を油圧制御回路42へ出力する。また、高出力走行判定手段64による高出力走行判定或いは増速側ギヤ段判定手段68により第5速ギヤ段でないと判定される場合には、変速機構10全体として変速比が1.0以上の減速側ギヤ段が得られるために切換制御手段50は切換型変速部11が固定の変速比γ0例えば変速比γ0が1の副変速機として機能させられるように切換クラッチC0を係合させ且つ切換ブレーキB0を解放させる指令を油圧制御回路42へ出力する。このように、切換制御手段50によって所定条件に基づいて変速機構10が有段変速状態に切り換えられるとともに、その有段変速状態における2種類の変速段のいずれかとなるように選択的に切り換えられて、切換型変速部11が副変速機として機能させられ、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、変速機構10全体が所謂有段式自動変速機として機能させられる。
例えば、判定車速V1は、高速走行において変速機構10が無段変速状態とされるとかえって燃費が悪化するのを抑制するように、その高速走行において変速機構10が有段変速状態とされるように設定されている。また、判定トルクT1は、車両の高出力走行において第1電動機M1の反力トルクをエンジンの高出力域まで対応させないで第1電動機M1を小型化するために、例えば第1電動機M1からの電気エネルギの最大出力を小さくして配設可能とされた第1電動機M1の特性に応じて設定されることになる。また、他の考え方として、この高出力走行においては燃費に対する要求より運転者の駆動力に対する要求が重視されるので、無段変速状態より有段変速状態(定変速状態)を選択するのである。これによって、高出力走行では変速に伴うリズミカルなエンジン回転速度NEの変化が発生する。
しかし、上記高車速判定手段62による高車速判定、高出力走行判定手段64による高出力走行判定、電気パス機能判定手段66による電気パス機能低下の判定のいずれも発生しないときは、変速機構10全体として無段変速状態が得られるために切換制御手段50は、前記切換型変速部11を無段変速状態として無段変速可能とするように切換クラッチC0および切換ブレーキB0を解放させる指令を油圧制御回路42へ出力する。同時に、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御を許可する信号を出力するとともに、有段変速制御手段54には予め設定された無段変速時の変速段に固定する信号を出力するか或いは変速段判断手段67により判断された変速段に従って自動変速部20を自動変速することを許可する信号を出力する。このように、切換制御手段50により所定条件に基づいて無段変速状態に切り換えられた切換型変速部11が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、適切な大きさの駆動力が得られると同時に、自動変速部20の第1速、第2速、第3速、第4速の各ギヤ段に対しその自動変速部20に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構10全体として無段変速状態となりトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
図8は、自動変速部20の変速判断の基となる変速線図記憶手段56に予め記憶された変速線図(関係)であり、車速Vと駆動力関連値である出力トルクTout とをパラメータとする二次元座標で構成された変速線図(変速マップ)の一例である。図8の実線はアップシフト線であり一点鎖線はダウンシフト線である。また、図8の破線は切換制御手段50による有段制御領域と無段制御領域との判定のための所定条件を定める判定車速V1および判定出力トルクT1を示しており、高車速判定値である判定車速V1の連なりと高出力走行判定値である判定出力トルクT1の連なりである高車速判定線と高出力走行判定線を示している。さらに、図8の破線に対して二点鎖線に示すように有段制御領域と無段制御領域との判定にヒステリシスが設けられている。この図8は判定車速V1および判定出力トルクT1を含む、車速Vと出力トルクTout とをパラメータとして切換制御手段50により有段制御領域と無段制御領域とのいずれであるかを領域判定するための予め記憶された切換線図(切換マップ、関係)でもある。よって車両の所定条件は、この切換線図から実際の車速Vと出力トルクTout とに基づいて定められてもよい。すなわち、この図8は変速マップと所定条件との関係を示す図であるともいえる。なお、この切換線図を含めて変速マップとして変速線図記憶手段56に予め記憶されてもよい。また、この切換線図は判定車速V1および判定出力トルクT1の少なくとも1つを含むものであってもよいし、車速Vおよび出力トルクTout の何れかをパラメータとする予め記憶された切換線であってもよい。上記変速線図や切換線図等は、実際の車速Vと判定車速V1とを比較する判定式、出力トルクTout と判定出力トルクT1とを比較する判定式等として記憶されてもよい。
また、上記図8に示す有段制御領域と無段制御領域とは前記図6に示すようにエンジン8の出力トルクTEとエンジン回転速度NEとで設定される有段制御領域と無段制御領域との別の実施例でもあり、出力トルクTout が予め設定された判定出力トルクT1以上の高トルク領域、或いは車速Vが予め設定された判定車速V1以上の高車速領域が有段制御領域として設定されているので、有段変速走行がエンジン8の比較的高出力トルクとなる高駆動トルク時、或いはエンジン8の比較的高回転速度となる高車速時において実行され、無段変速走行がエンジン8の比較的低出力トルクとなる低駆動トルク時、或いはエンジン8の比較的低回転速度となる低車速時すなわちエンジン8の常用出力域において実行されるようになっている。
図9は、電子制御装置40の制御作動の要部すなわち図7の実施例における変速機構10の切換制御作動を示すフローチャートであり、例えば数msec乃至数十msec程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行されるものである。
先ず、高車速判定手段62に対応するステップ(以下、ステップを省略する)S1において、ハイブリッド車両の実際の車速Vが予め設定された判定車速V1以上の高車速となったか否かが判定される。このS1の判断が否定される場合は高出力走行判定手段64に対応するS2において、ハイブリッド車両の実際の駆動トルク或いは自動変速部20の出力トルクTout が予め設定された判定トルクT1以上の高トルク(高駆動力)となったか否かが判定される。このS2の判断が否定される場合は電気パス機能判定手段66に対応するS3において、第1電動機M1における電気エネルギの発生からその電気エネルギが機械的エネルギに変換されるまでの電気パス(電気エネルギ伝達経路)に関連する機器の機能低下が、例えば第1電動機M1、第2電動機M2、インバータ58、蓄電装置60、それらを接続する伝送路などの機能低下、例えば故障(フェイル)とか低温による機能低下が発生したか否かで判定される。
上記S3の判断が否定される場合は切換制御手段50に対応するS4において、切換型変速部11が無段変速可能とされるように切換クラッチC0および切換ブレーキB0を解放させる指令が油圧制御回路42へ出力される。同時に、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御を許可する信号が出力されるとともに、有段変速制御手段54には、変速段判断手段67により判断された変速段に従って自動変速部20を自動変速することを許可する信号が出力される。したがって、切換型変速部11が無段変速機として機能させられ、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、適切な大きさの駆動力が得られると同時に、自動変速部20の第1速、第2速、第3速、第4速の各ギヤ段に対しその自動変速部20に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構10全体としてトータル変速比γTが無段階となる無段変速状態が得られるようになる。
上記S1、S2、S3の判断のうちで少なくとも1つが肯定される場合は変速段判断手段67に対応するS5において、変速機構10がいずれの変速段とされるかが例えば車両状態に基づいて変速線図記憶手段56に予め記憶された図8に示す変速線図に従って判断される。そして、増速側ギヤ段判定手段68に対応するS6において、上記S5において判断された変速機構10の変速されるべき変速段が増速側ギヤ段例えば第5速ギヤ段であるか否かが判定される。
上記S6の判断が肯定される場合には切換制御手段50に対応するS8において、切換型変速部11が固定の変速比γ0例えば変速比γ0が0.7の副変速機として機能させられるように切換クラッチC0を解放させ且つ切換ブレーキB0を係合させる指令が油圧制御回路42へ出力される。同時に、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御或いは無段変速制御が不許可すなわち禁止とする信号が出力されるとともに、有段変速制御手段54には、S5において判断された変速段に従って変速機構10全体として第5速ギヤ段とされるように自動変速部20を第4速ギヤ段に自動変速することを許可する信号が出力される。また、上記S6の判断が否定される場合には切換制御手段50に対応するS7において、切換型変速部11が固定の変速比γ0例えば変速比γ0が1の副変速機として機能させられるように切換クラッチC0を係合させ且つ切換ブレーキB0を解放させる指令が油圧制御回路42へ出力される。同時に、ハイブリッド制御手段52に対してハイブリッド制御或いは無段変速制御が不許可すなわち禁止とする信号が出力されるとともに、有段変速制御手段54には、S5において判断された変速段に従って第1速ギヤ段乃至第4速ギヤ段の範囲で自動変速部20を自動変速することを許可する信号が出力される。したがって、S7およびS8において切換型変速部11が副変速機として機能させられ、それに直列の自動変速部20が有段変速機として機能することにより、変速機構10全体が有段変速状態となり所謂有段自動変速機として機能させられる。
上述のように、本実施例によれば、エンジン8の出力を第1電動機M1および伝達部材18へ分配する動力分配機構16に加えて、その動力分配機構16には変速機構10を変速比が連続的変化可能な電気的な無段変速機として作動可能な無段変速状態と有段の変速機として作動可能な有段変速状態とに選択的に切換えるための差動状態切換装置としての切換クラッチC0および切換ブレーキB0が設けられ、切換制御手段50によって所定条件に基づいて変速機構10が無段変速状態および有段変速状態のいずれかに自動的に切り替えられることから、電気的な無段変速機の燃費改善効果と機械的に動力を伝達する有段変速機の高い伝達効率との両長所を兼ね備えた駆動装置が得られる。すなわち、エンジンの常用出力域例えば図6に示す無段制御領域或いは図8に示す車速Vが判定車速V1以下且つ出力トルクTout が判定出力トルクT1以下となる無段制御領域では変速機構10が無段変速状態とされてハイブリッド車両の通常の市街地走行すなわち車両の低中速走行および低中出力走行での燃費性能が確保されると同時に、高速走行例えば図8に示す車速Vが判定車速V1以上となる有段制御領域では変速機構10が有段変速状態とされ専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて無段変速状態とされた場合の動力と電気エネルギとの間の変換損失が抑制されるので、燃費が向上させられる。また、高出力走行例えば図8に示す実際の出力トルクTout が判定出力トルクT1以上となる有段制御領域では変速機構10が有段変速状態とされ専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて無段変速状態として作動させる領域が車両の低中速走行および低中出力走行となるので、第1電動機M1が発生すべき電気的エネルギすなわちが第1電動機M1が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその第1電動機M1や第2電動機M2、或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
また、本実施例によれば、切換制御手段50により車両の所定条件に基づいて変速機構10が無段変速状態から有段変速状態へ切り換えられるとき、その車両の所定条件に応じて切換制御手段50により差動状態切換装置として機能するブレーキB0或いはクラッチC0が制御されることで有段変速状態での複数段のいずれかへの切換先が変更されるので、高速走行や高出力走行等の車両走行状況に合わせた適切な変速段が得られる。
また、本実施例によれば、車両の所定条件は、予め設定された高速走行判定値である判定車速V1に基づいて定められたものであり、切換制御手段50は実際の車速Vがその判定車速V1を越えたときに変速機構10を有段変速状態とするものであるので、例えば実際の車速Vが高車速側に設定された判定車速V1を越えるような高速走行となると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて変速機構10が電気的な無段変速機として作動させられる場合に発生する動力と電気エネルギとの間の変換損失が抑制されるので燃費が向上させられる。
また、本実施例によれば、車両の所定条件は、予め設定された高出力走行判定値である判定出力トルクT1に基づいて定められたものであり、切換制御手段50は実際の出力トルクTout がその判定出力トルクT1を越えたときに変速機構10を有段変速状態とするものであるので、例えば実際の出力トルクTout が高出力側に設定された判定出力トルクT1を越えるような高出力走行となると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて変速機構10が電気的な無段変速機として作動させられる場合は専ら低中出力走行となるので、第1電動機M1が発生すべき電気的エネルギの最大値を小さくできてすなわち第1電動機M1の保障すべき出力容量を小さくできてその第1電動機M1や第2電動機M2、或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
また、本実施例によれば、車両の所定条件は、判定車速V1および判定出力トルクT1を含む、車速Vと出力トルクTout とをパラメータとする予め記憶された切換線図から実際の車速Vと出力トルクTout とに基づいて定められるものであるので、切換制御手段50による高車速判定または高出力走行判定が簡単に判定される。
また、本実施例によれば、車両の所定条件は、変速機構10を無段変速状態とするための制御機器の機能低下を判定する故障判定条件であり、切換制御手段50はその故障判定条件が成立した場合に変速機構10を有段変速状態とするものであるので、変速機構10が無段変速状態とされない場合でも有段変速状態とされることで、有段走行ではあるが無段走行と略同様の車両走行が確保される。
また、本実施例によれば、切換制御手段50は実際の車速Vが前記判定車速V1を越えたときに前記第2要素(第1サンギヤS1)を非回転状態とするように前記差動状態切換装置としての油圧式摩擦係合装置である切換ブレーキB0を係合するものであるので、例えば実際の車速Vが高車速側に設定されたその判定車速V1を越えると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて変速機構10が電気的な無段変速機として作動させられる場合に発生する動力と電気との間の変換損失が抑制されるので燃費が向上させられる。
また、本実施例によれば、切換制御手段50は実際の出力トルクTout が前記判定出力トルクT1を越えたときに第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1とを相互に連結するように前記差動状態切換装置としての油圧式摩擦係合装置である切換クラッチC0を係合するものであるので、例えば実際の出力トルクTout が高出力側に設定された判定出力トルクT1を越えると、専ら機械的な動力伝達経路でエンジン8の出力が駆動輪38へ伝達されて変速機構10が電気的な無段変速機として作動させる場合の第1電動機M1が伝える電気的エネルギの最大値を小さくできてその第1電動機M1や第2電動機M2、或いはそれを含む車両の駆動装置が一層小型化される。
また、本実施例によれば、動力分配機構16が、第1キャリヤCA1、第1サンギヤS1、第1リングギヤR1を3要素とするシングルピニオン型の第1遊星歯車装置24によって簡単に且つ動力分配機構16の軸方向寸法が小さく構成される利点がある。さらに、動力分配機構16には油圧式摩擦係合装置すなわち第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1とを相互に連結する切換クラッチC0および第1サンギヤS1をトランスミッションケース12に連結する切換ブレーキB0が設けられているので、切換制御手段50により変速機構10の無段変速状態と有段変速状態とが簡単に制御される。
また、本実施例によれば、動力分配機構16と駆動輪38との間に自動変速部20が直列に介装されており、その動力分配機構16の変速比すなわち切換型変速部11の変速比とその自動変速部20の変速比とに基づいて変速機構10の総合変速比が形成されることから、その自動変速部20の変速比を利用することによって駆動力が幅広く得られるようになるので、切換型変速部11における無段変速制御すなわちハイブリッド制御の効率が一層高められる。
また、本実施例によれば、変速機構10が有段変速状態とされるとき、切換型変速部11が自動変速部20の一部であるかの如く機能して変速比が1より小さいオーバドライブギヤ段である第5速が得られる利点がある。
また、本実施例によれば、第2電動機M2が自動変速部20の入力回転部材である伝達部材18に連結されていることから、その自動変速部20の出力軸22に対して低トルクの出力でよくなるので、第2電動機M2が一層小型化される利点がある。
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図13は本発明の他の実施例における変速機構80の構成を説明する骨子図、図14はその変速機構80の有段変速作動のために変速段と油圧式摩擦係合装置の係合の組み合わせとの関係を示す係合表、図15はその変速機構80の有段変速作動を説明する共線図、図16はその変速機構80の無段変速作動のために変速段と油圧式摩擦係合装置の係合の組み合わせとの関係を示す係合表、図17はその変速機構80の無段変速作動を説明する共線図である。
変速機構80は、前述の実施例と同様に第1電動機M1、動力分配機構84、および第2電動機M2を備えている切換型変速部81と、その切換型変速部81と出力軸22との間で伝達部材18を介して直列に連結されている前進7段の自動変速部86とを備えている。動力分配機構84は、ダブルピニオン型の第1遊星歯車装置82と切換クラッチC0および切換ブレーキB0とを有し、そのダブルピニオン型の第1遊星歯車装置82は、第1サンギヤS1、互いに噛み合う第1遊星歯車P1および第2遊星歯車P2、それら第1遊星歯車P1および第2遊星歯車P2を自転および公転可能に支持する第1キャリヤCA1、第1遊星歯車P1および第2遊星歯車P2を介して第1サンギヤS1と噛み合う第1リングギヤR1を回転要素として備えており、例えば「0.425」程度の所定のギヤ比ρ1を有している。この動力分配機構84においては、前記動力分配機構16と同様に、第1キャリヤCA1は入力軸14すなわちエンジン8に連結され、第1サンギヤS1は第1電動機M1に連結され、第1リングギヤR1は伝達部材18に連結されている。また、切換ブレーキB0は第1サンギヤS1とトランスミッションケース12との間に設けられ、切換クラッチC0は第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1との間に設けられており、それら切換クラッチC0および切換ブレーキB0が解放されると、切換型変速部81は変速比γ0が連続的に変化させられる電気的な無段変速機として機能する無段変速状態とされる一方、切換クラッチC0が係合させられると、切換型変速部81は変速比γ0が「1」に固定された変速機として機能する定変速状態とされ、切換クラッチC0に替えて切換ブレーキB0が係合させられると、切換型変速部81は変速比γ0が「1」より大きい例えば1.7程度に固定された減速変速機として機能する定変速状態とされる。このように、本実施例でも、上記切換クラッチC0および切換ブレーキB0は、切換型変速部81を、変速比が連続的変化可能な無段変速機として作動可能な無段変速状態と、変速比が一定の変速機として作動可能な定変速状態とに選択的に切換える差動状態切換装置として機能している。
自動変速部86は、例えば「0.550」程度の所定のギヤ比ρ2を有するシングルピニオン型の第2遊星歯車装置88と例えば「0.462」程度の所定のギヤ比ρ3を有するダブルピニオン型の第3遊星歯車装置28とを備えている。ダブルピニオン型の第3遊星歯車装置90において、第3キャリヤCA3によって回転可能に支持された互いに噛み合う一対のピニオンP1およびP2を備えており、外周側のピニオンP2が第2遊星歯車装置88のピニオンと共通の部材で構成されるとともに、そのピニオンP2と噛み合う第3リングギヤR3および第3キャリヤCA3は第2遊星歯車装置88の第2リングギヤR2および第2キャリヤCA2と共通化されている。第3遊星歯車装置90の第3サンギヤS3は第1クラッチC1を介して伝達部材18に選択的に連結され、第2遊星歯車装置88の第2サンギヤS2は第1ブレーキB1を介してトランスミッションケース12に選択的に連結されるとともに第3クラッチC3を介して伝達部材18に選択的に連結され、第2キャリヤCA2および第3キャリヤCA3は第2ブレーキB2を介してトランスミッションケース12と選択的に連結されるとともに第2クラッチC2を介して入力軸14と選択的に連結され、第2リングギヤR2および第3リングギヤR3は出力軸22と一体的に連結されている。
以上のように構成された変速機構80では、例えば、図14の係合作動表に示すように、前記切換クラッチC0、第1クラッチC1、第2クラッチC2、第3クラッチC3、切換ブレーキB0、第1ブレーキB1、および第2ブレーキB2が選択的に係合作動させられることにより、第1速ギヤ段(第1変速段)乃至第7速ギヤ段(第7変速段)のいずれか或いは後進ギヤ段(後進変速段)或いはニュートラルが選択的に成立させられ、略等比的に変化する変速比γが各ギヤ段毎に得られるようになっている。特に、本実施例では動力分配機構84に切換クラッチC0および切換ブレーキB0が備えられており、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかが係合作動させられることによって、切換型変速部81は前述した無段変速機として作動可能な無段変速状態に加え、変速比が一定の変速機として作動可能な定変速状態を構成することが可能とされている。したがって、変速機構80では、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかを係合作動させることで定変速状態とされた切換型変速部81と自動変速部86とで有段変速機として作動可能な有段変速状態が構成され、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れも係合作動させないことで無段変速状態とされた切換型変速部81と自動変速部86とで電気的な無段変速機として作動可能な無段変速状態が構成される。言い換えれば、変速機構80は、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れかを係合作動させることで有段変速状態に切り換えられ、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の何れも係合作動させないことで無段変速状態に切り換えられる。
例えば、変速機構80が有段変速機として機能する場合には、図14に示すように、第1クラッチC1、第2ブレーキB2、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ1が最大値例えば「3.763」程度である第1速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1の係合により、変速比γ2が第1速ギヤ段よりも小さい値例えば「2.457」程度である第2速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、第3クラッチC3、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ3が第2速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.739」程度である第3速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ4が第3速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.244」程度である第4速ギヤ段が成立させられ、切換クラッチC0および第2クラッチC2の係合により、変速比γ5が「1.000」である第5速ギヤ段が成立させられ、第2クラッチC2、第3クラッチC3、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ6が第5速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.811」程度である第6速ギヤ段が成立させられ、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1の係合により、変速比γ7が第6速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.645」程度である第7速ギヤ段が成立させられる。また、第3クラッチC3、切換ブレーキB0、および第2ブレーキB2の係合により、変速比γRが第1速ギヤ段と第2速ギヤ段との間の値例えば「3.162」程度である後進ギヤ段が成立させられる。
しかし、変速機構80が無段変速機として機能する場合には、例えば図16に示されるように、係合表の切換クラッチC0および切換ブレーキB0が常時解放されることにより、切換型変速部81が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部86が前進3速の有段変速機として機能することにより、自動変速部86の第1速、第2速、第3速の各ギヤ段に対しその自動変速部86に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構80全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
図15は、切換型変速部81と自動変速部86から構成される変速機構80において、切換クラッチC0および切換ブレーキB0のいずれかが係合させられることによって達成される有段変速時の各ギヤ段毎に連結状態が異なる各回転要素の回転速度の相対関係を直線上で表す共線図を示している。
図15において、切換型変速部81では、第1遊星歯車装置82の第1サンギヤS1(第2回転要素RE2)の回転を示す縦軸Y1、第1リングギヤR1(第3回転要素RE3)の回転を示す縦軸Y2、第1キャリヤCA1(第1回転要素RE1)の回転を示す縦軸Y3によって相対回転速度の関係が示される。第1速ギヤ段乃至第4速ギヤ段、および第6速ギヤ段乃至第7速ギヤ段において切換ブレーキB0が係合させられると、第1サンギヤS1の回転速度が零とされ且つ第1キャリヤCA1の回転速度がエンジン回転速度NEとされるので、横軸X1と縦軸Y1との交点と、エンジン回転速度NEを示す横軸X2と縦軸Y3との交点とを結ぶ直線L0と、縦軸Y2との交点が、第1リングギヤR1の相対回転速度すなわち伝達部材18の相対回転速度を示す。このときの伝達部材18の相対回転速度はエンジン回転速度NEを示す横軸X2よりも低いので、切換型変速部81が減速機として機能している。縦線Y4乃至縦線Y7では横線X3によってその減速回転速度が示される。また、第5速ギヤ段において切換ブレーキB0に替えて切換クラッチC0が係合させられると、第1遊星歯車装置82の第1サンギヤS1、第1リングギヤR1、および第1キャリヤCA1がエンジン回転速度NEと同じ回転速度で一体回転するので、横軸X2と縦軸Y2との交点が、第1リングギヤR1の相対回転速度すなわち伝達部材18の相対回転速度を示す。このときの伝達部材18の相対回転速度はエンジン回転速度NEと同じであるので、切換型変速部81が変速比が1の固定変速機として機能している。縦線Y4乃至縦線Y7では横線X2によって回転速度が示される。
図15の共線図において、自動変速部86では、第1クラッチC1、切換ブレーキB0、および第2ブレーキB2が係合させられることにより、第7回転要素RE7(S3)の回転速度を示す縦線Y7と横線X3との交点と第5回転要素RE5(CA2,CA3)の回転速度を示す縦線Y5と横線X1との交点とを通る斜めの直線L1と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(R2,R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第1速の出力軸22の回転速度が示される。同様に、第1クラッチC1、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1が係合させられることにより決まる斜めの直線L2と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第2速の出力軸22の回転速度が示され、第1クラッチC1、第3クラッチC3、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる水平な直線L3と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第3速の出力軸22の回転速度が示される。第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0が係合させられることにより、入力軸14の回転を示す横線X2と第5回転要素RE5の回転を示す縦線Y5との交点と第7回転要素RE7の回転速度を示す縦線Y7と横線X3との交点とを結ぶ斜めの直線L4と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第4速の出力軸22の回転速度が示される。また、切換クラッチC0および第2クラッチC2が係合させられることにより、横軸X2と重なる直線L5と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第5速の出力軸22の回転速度が示される。第2クラッチC2、第3クラッチC3、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる斜めの直線L6と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第6速の出力軸22の回転速度が示される。第2クラッチC2、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1が係合させられることにより決まる斜めの直線L7と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第7速の出力軸22の回転速度が示される。なお、図14或いは図15に示す第7速において、必ずしも切換ブレーキB0が係合させられる必要はない。また、同様に第5速において、第1クラッチC1または第3クラッチC3がさらに係合させられてもよい。
図16は変速機構80が無段変速状態とされたときにおいて自動変速部86の変速制御作動を示す係合表であり、図17はそのときの作動を説明する共線図である。切換クラッチC0および切換ブレーキB0が共に解放される切換型変速部81の無段変速状態では、第1電動機M1の反力を制御することによってその回転速度は広範囲に制御され得ることから、直線L0は横線X2と縦線Y3との交点を回動中心として矢印に示す範囲で回動させられるので、その直線L0と縦線Y2との交点で示される第1リングギヤR1すなわち伝達部材18の回転速度はエンジン回転速度NEを挟んで上下の範囲で変化させられる。このときの自動変速部86は、図16に示されるように、第1クラッチC1と第2ブレーキB2とが係合させられることにより、第7回転要素RE7(S3)の回転速度を示す縦線Y7と横線X3との交点と第5回転要素RE5(CA2、CA3)の回転速度を示す縦線Y5と横線X1との交点とを通る斜めの直線L1と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(CA2,R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第1速の出力軸22の回転速度が示される。同様に、第1クラッチC1と第1ブレーキB1とが係合させられることにより決まる斜めの直線L2と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第2速の出力軸22の回転速度が示され、第1クラッチC1と第3クラッチC3とが係合させられることにより決まる水平な直線L3と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第3速の出力軸22の回転速度が示される。この結果、切換型変速部81が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部86が有段変速機として機能することにより、自動変速部86の第1速、第2速、第3速の各ギヤ段に対しその自動変速部86に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構80全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
本実施例の変速機構80においても、無段変速部或いは第1変速部として機能する切換型変速部81と有段変速部或いは第2変速部として機能する自動変速部86とから構成されるので、前述の実施例と同様の効果が得られる。
図18は本発明の他の実施例における変速機構92の構成を説明する骨子図、図19はその変速機構92の有段変速作動のために変速段と油圧式摩擦係合装置の係合の組み合わせとの関係を示す係合表、図20はその変速機構92の有段変速作動を説明する共線図、図21はその変速機構92の無段変速作動のために変速段と油圧式摩擦係合装置の係合の組み合わせとの関係を示す係合表、図22はその変速機構92の無段変速作動を説明する共線図である。
変速機構92は、前述の実施例と同様に第1電動機M1、動力分配機構94、および第2電動機M2を備えている切換型変速部93と、その切換型変速部93と出力軸22との間で伝達部材18を介して直列に連結されている前進8段の自動変速部96とを備えている。動力分配機構94は、図1、図10と同様の、例えば「0.590」程度の所定のギヤ比ρ1を有するシングルピニオン型の第1遊星歯車装置24と切換ブレーキB0とを有している。本実施例の動力分配機構94では、第1遊星歯車装置24の第1サンギヤS1をトランスミッションケース12に選択的に連結するための切換ブレーキB0が設けられているが、第1サンギヤS1と第1キャリヤCA1とを選択的に連結するための切換クラッチC0は設けられていない。動力分配機構94は、切換ブレーキB0が係合されているときには、第1リングギヤR1が第1キャリヤCA1に対して増速回転させられるので、切換型変速部93は変速比γ0が「1」より小さい例えば0.63程度に固定された増速変速機として機能する定変速状態とされる。このように、本実施例では、上記切換ブレーキB0は、切換型変速部93を、変速比γ0が連続的変化可能な無段変速機として作動可能な無段変速状態と、変速比γ0が1より小さい単段の変速機として作動可能な定変速状態とに選択的に切換える差動状態切換装置として機能している。
自動変速部96は、例えば「0.435」程度の所定のギヤ比ρ2を有するダブルピニオン型の第2遊星歯車装置98と例えば「0.435」程度の所定のギヤ比ρ3を有するシングルピニオン型の第3遊星歯車装置100とを備えている。ダブルピニオン型の第2遊星歯車装置98において、第2キャリヤCA2によって回転可能に支持された互いに噛み合う一対のピニオンP1およびP2を備えており、外周側のピニオンP2が第3遊星歯車装置100のピニオンと共通の部材で構成されるとともに、そのピニオンP2と噛み合う第2リングギヤR2および第2キャリヤCA2は第3遊星歯車装置100の第3リングギヤR3および第3キャリヤCA3とそれぞれ共通化されている。第2遊星歯車装置98の第2サンギヤS2は第1クラッチC1を介して伝達部材18に選択的に連結されるとともに第1ブレーキB1を介してトランスミッションケース12に選択的に連結され、第3遊星歯車装置100の第3サンギヤS3は第2クラッチC2を介して伝達部材18に選択的に連結されるとともに第4クラッチC4を介して入力軸14と選択的に連結され、第2キャリヤCA2および第3キャリヤCA3は第3クラッチC3を介して入力軸14と選択的に連結されるとともに第2ブレーキB2を介してトランスミッションケース12に選択的に連結され、第2リングギヤR2および第3リングギヤR3は出力軸22と一体的に連結されている。
以上のように構成された変速機構92では、例えば、図19の係合作動表に示すように、第1クラッチC1、第2クラッチC2、第3クラッチC3、第4クラッチC4、切換ブレーキB0、第1ブレーキB1、および第2ブレーキB2が選択的に係合作動させられることにより、第1速ギヤ段(第1変速段)乃至第8速ギヤ段(第8変速段)のいずれか或いは後進ギヤ段(後進変速段)或いはニュートラルが選択的に成立させられ、略等比的に変化する変速比γが各ギヤ段毎に得られるようになっている。特に、本実施例では動力分配機構94に切換ブレーキB0が備えられており、切換ブレーキB0が係合作動させられることによって、切換型変速部93は前述した無段変速機として作動可能な無段変速状態に加え、一種類の変速比の単段の増速変速機として作動可能な定変速状態を構成することが可能とされている。したがって、変速機構92では、切換ブレーキB0を係合作動させることで定変速状態とされた切換型変速部93と自動変速部96とで有段変速機として作動可能な有段変速状態が構成され、切換ブレーキB0を係合作動させないことで無段変速状態とされた切換型変速部93と自動変速部96とで電気的な無段変速機として作動可能な無段変速状態が構成される。言い換えれば、変速機構92は、切換ブレーキB0を係合作動させることで有段変速状態に切り換えられ、切換ブレーキB0を係合作動させないことで無段変速状態に切り換えられる。
例えば、変速機構92が有段変速機として機能する場合には、図19に示すように、第4クラッチC4、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1の係合により、変速比γ1が最大値例えば「3.538」程度である第1速ギヤ段が成立させられ、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1の係合により、変速比γ2が第1速ギヤ段よりも小さい値例えば「2.226」程度である第2速ギヤ段が成立させられ、第3クラッチC3、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1の係合により、変速比γ3が第2速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.769」程度である第3速ギヤ段が成立させられ、第2クラッチC2、第3クラッチC3、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ4が第3速ギヤ段よりも小さい値例えば「1.345」程度である第4速ギヤ段が成立させられ、第3クラッチC3、第4クラッチC4、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ5が第4速ギヤ段よりも小さい値「1.000」である第5速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、第3クラッチC3、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ6が第5速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.796」程度である第6速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、第4クラッチC4、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ7が第6速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.703」程度である第7速ギヤ段が成立させられ、第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0の係合により、変速比γ8が第7速ギヤ段よりも小さい値例えば「0.629」程度である第8速ギヤ段が成立させられる。また、第4クラッチC4、切換ブレーキB0、および第2ブレーキB2の係合により、変速比γRが第1速ギヤ段と第2速ギヤ段との間の値例えば「2.300」程度である後進ギヤ段が成立させられる。
しかし、変速機構92が無段変速機として機能する場合には、例えば図21に示されるように、係合表の切換ブレーキB0が常時解放されることにより、切換型変速部93が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部96が前進2速の有段変速機として機能することにより、自動変速部96の第2速、第8速の各ギヤ段に対しその自動変速部96に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構92全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
図20は、切換型変速部93と自動変速部96から構成される変速機構92において、切換ブレーキB0が係合させられることによって達成される有段変速時の各ギヤ段毎に連結状態が異なる各回転要素の回転速度の相対関係を直線上で表す共線図を示している。
図20において、切換型変速部93では、図3および図12と同様に、第1遊星歯車装置24の第1サンギヤS1(第2回転要素RE2)の回転を示す縦軸Y1、第1キャリヤCA1(第1回転要素RE1)の回転を示す縦軸Y2、第1リングギヤR1(第3回転要素RE3)の回転を示す縦軸Y3によって相対回転速度の関係が示される。有段変速時には切換ブレーキB0が各ギヤ段において係合させられて第1サンギヤS1の回転速度が零とされ、且つ第1キャリヤCA1の回転速度がエンジン回転速度NEとされるので、横軸X1と縦軸Y1との交点とエンジン回転速度NEを示す横軸X2と縦軸Y2との交点とを結ぶ直線L0と、縦軸Y3との交点が、第1リングギヤR1の相対回転速度すなわち伝達部材18の相対回転速度を示す。このときの伝達部材18の相対回転速度はエンジン回転速度NEを示す横軸X2よりも高いので、切換型変速部93が増速機として機能する。縦線Y4乃至縦線Y7では横線X3によってその増速回転速度が示される。
図20の共線図において、自動変速部96では、第4クラッチC4、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1が係合させられることにより、第4回転要素RE4(S3)の回転速度を示す縦線Y4と横線X2との交点と第7回転要素RE7(S2)の回転速度を示す縦線Y7と横線X1との交点とを通る斜めの直線L1と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(R2,R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第1速の出力軸22の回転速度が示される。同様に、第2クラッチC2、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1が係合させられることにより決まる斜めの直線L2と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第2速の出力軸22の回転速度が示され、第3クラッチC3、切換ブレーキB0、および第1ブレーキB1が係合させられることにより決まる斜めの直線L3と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第3速の出力軸22の回転速度が示され、第2クラッチC2、第3クラッチC3、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる斜めの直線L4と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(R2,R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第4速の出力軸22の回転速度が示される。第3クラッチC3、第4クラッチC4、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる水平な直線L5と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(R2,R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第5速の出力軸22の回転速度が示される。第1クラッチC1、第3クラッチC3、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる斜めの直線L6と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(R2,R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第6速の出力軸22の回転速度が示される。第1クラッチC1、第4クラッチC4、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる斜めの直線L7と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(R2,R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第7速の出力軸22の回転速度が示される。第1クラッチC1、第2クラッチC2、および切換ブレーキB0が係合させられることにより決まる斜めの直線L8と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(R2、R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第8速の出力軸22の回転速度が示される。なお、図19或いは図20に示す第1速、第3速、第5速、後進Rにおいては、必ずしも切換ブレーキB0が係合させられる必要はない。
図21は変速機構92が無段変速状態とされたときにおいて自動変速部96の変速制御作動を示す係合表であり、図22はそのときの作動を説明する共線図である。切換ブレーキB0が解放される切換型変速部93の無段変速状態では、第1電動機M1の反力を制御することによってその回転速度は広範囲に制御され得ることから、直線L0は横線X2と縦線Y2との交点を回動中心として矢印に例示する範囲で回動させられるので、その直線L0と縦線Y3との交点で示される第1リングギヤR1すなわち伝達部材18の回転速度はエンジン回転速度NEを挟んで上下の範囲で変化させられる。このときの自動変速部96は、図21に示されるように、第2クラッチC2と第1ブレーキB1とが係合させられる低速段により、第7回転要素RE7(S2)の回転速度を示す縦線Y7と横線X1との交点と第4回転要素RE5(S3)の回転速度を示す縦線Y4と横線X3との交点とを通る斜めの直線L2と、出力軸22と連結された第6回転要素RE6(R2、R3)の回転速度を示す縦線Y6との交点で第2速の出力軸22の回転速度が示される。同様に、第1クラッチC1と第2クラッチC2とが係合させられる高速段により、水平な直線L8と出力軸22と連結された第6回転要素RE6の回転速度を示す縦線Y6との交点で第8速の出力軸22の回転速度が示される。このとき、上記低速段では、例えば直線L0が破線に示す位置に回動させられると、直線L2が破線に示す位置まで回動させられて縦線Y6との交点も移動し、出力軸22の回転速度が無段階に変化させられる。同様に、高速段では、例えば直線L0が破線に示す位置に回動させられると、直線L8が破線に示す位置まで平行移動(下降)させられて縦線Y6との交点も移動し、出力軸22の回転速度が無段階に変化させられる。この結果、切換型変速部93が無段変速機として機能し、それに直列の自動変速部96が高速段および低速段の2段の有段変速機として機能することにより、自動変速部96の第2速、第8速の各ギヤ段に対しその自動変速部96に入力される回転速度すなわち伝達部材18の回転速度が無段的に変化させられて各ギヤ段は無段的な変速比幅が得られる。したがって、その各ギヤ段の間が無段的に連続変化可能な変速比となって変速機構92全体としてのトータル変速比γTが無段階に得られるようになる。
本実施例の変速機構92においても、無段変速部或いは第1変速部として機能する切換型変速部93と固定段の変速部或いは第2変速部として機能する自動変速部96とから構成されるので、前述の実施例と同様の効果が得られる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
例えば、前述の実施例の変速機構10、70、80、92は、切換型変速部11、81、93(動力分配機構16、84、94)が電気的な無段変速機として作動可能な差動状態とそれを非作動とする非差動状態(ロック状態)とに切り換えられることで無段変速状態と有段変速状態とに切り換え可能に構成され、この無段変速状態と有段変速状態との切換えは切換型変速部11、81、93が差動状態と非差動状態とに切換えられることによって行われていたが、例えば切換型変速部11、81、93が差動状態のままであっても切換型変速部11、81、93の変速比を連続的ではなく段階的に変化させることにより有段変速機として機能させられ得る。言い換えれば、切換型変速部11、81、93の差動状態/非差動状態と、変速機構10、70、80、92の無段変速状態/有段変速状態とは必ずしも一対一の関係にある訳ではないので、切換型変速部11、81、93は必ずしも無段変速状態と有段変速状態とに切換可能に構成される必要はなく、変速機構10、70、80、92(切換型変速部11、81、93、動力分配機構16、84、94)が差動状態と非差動状態とに切換え可能に構成されれば本発明は適用され得る。
また、前述の実施例の動力分配機構16、84、94では、第1キャリヤCA1がエンジン8に連結され、第1サンギヤS1が第1電動機M1に連結され、第1リングギヤR1が伝達部材18に連結されていたが、それらの連結関係は、必ずしもそれに限定されるものではなく、エンジン8、第1電動機M1、伝達部材18は、第1遊星歯車装置24或いは第1遊星歯車装置82の3要素CA1、S1、R1のうちのいずれと連結されていても差し支えない。
また、前述の実施例では、エンジン8は入力軸14と直結されていたが、例えばギヤ、ベルト等を介して作動的に連結されておればよく、共通の軸心上に配置される必要もない。
また、前述の実施例では、第1電動機M1および第2電動機M2は、入力軸14に同心に配置されて第1電動機M1は第1サンギヤS1に連結され第2電動機M2は伝達部材18に連結されていたが、必ずしもそのように配置される必要はなく、例えばギヤ、ベルト等を介して作動的に第1電動機M1は第1サンギヤS1に連結され、第2電動機M2は伝達部材18に連結されてもよい。
また、前述の動力分配機構16、84には切換クラッチC0および切換ブレーキB0が備えられていたが、切換クラッチC0および切換ブレーキB0は必ずしも両方備えられる必要はなく、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の一方のみが備えられていてもよい。また、動力分配機構94には切換ブレーキB0が備えられていたが、切換クラッチC0および切換ブレーキB0の両方や、切換クラッチC0のみが備えられていてもよい。また、上記切換クラッチC0は、サンギヤS1とキャリヤCA1とを選択的に連結するものであったが、サンギヤS1とリングギヤR1との間や、キャリヤCA1とリングギヤR1との間を選択的に連結するものであってもよい。要するに、第1遊星歯車装置24の3要素のうちのいずれか2つを相互に連結するものであればよい。
また、前述の実施例の変速機構10、70では、ニュートラル「N」とする場合には切換クラッチC0が係合されていたが、必ずしも係合される必要はない。
また、前述の実施例では、切換クラッチC0および切換ブレーキB0などの油圧式摩擦係合装置は、パウダー(磁粉)クラッチ、電磁クラッチ、噛み合い型のドグクラッチなどの磁粉式、電磁式、機械式係合装置から構成されていてもよい。
また、前述の実施例では、第2電動機M2が伝達部材18に連結されていたが、出力軸22に連結されていてもよいし、自動変速部20、72、86、96内の回転部材に連結されていてもよい。
また、前述の実施例では、切換型変速部11、81、93すなわち動力分配機構16、84、94の出力部材である伝達部材18と駆動輪38との間の動力伝達経路に、自動変速部20、72、86、96が介装されていたが、例えば自動変速機の一種である無段変速機(CVT)、手動変速機としてよく知られた常時噛合式平行2軸型ではあるがセレクトシリンダおよびシフトシリンダによりギヤ段が自動的に切換られることが可能な自動変速機等の他の形式の動力伝達装置が設けられていてもよいし、必ずしも設けられていなくてもよい。その無段変速機(CVT)の場合には、動力分配機構16、84、94が定変速状態とされることで全体として有段変速状態とされる。有段変速状態とは、電気パスを用いないで専ら機械的伝達経路で動力伝達することである。
また、前述の実施例では、変速機構10、70、80、92はエンジン8以外に第1電動機M1或いは第2電動機M2のトルクによって駆動輪38が駆動されるハイブリッド車両用の駆動装置であったが、例えば変速機構10、70、80、92を構成する切換型変速部11、81、93すなわち動力分配機構16、84、94がハイブリッド制御されない電気的CVTと称される無段変速機としての機能のみを有するような車両用の駆動装置であっても本発明は適用され得る。
また、前述の実施例では、自動変速部20、72、86、96は伝達部材18を介して切換型変速部11、81、93と直列に連結されていたが、入力軸14と平行にカウンタ軸が設けられそのカウンタ軸上に同心に自動変速部20、72、86、96が配設されてもよい。この場合には、切換型変速部11、81、93と自動変速部20、72、86、96とは、例えば伝達部材18としてのカウンタギヤ対、スプロケットおよびチェーンで構成される1組の伝達部材などを介して動力伝達可能に連結される。
また、前述の実施例の動力分配機構16、84、94は、例えばエンジンによって回転駆動されるピニオンと、そのピニオンに噛み合う一対のかさ歯車が第1電動機M1および第2電動機M2に接続された差動歯車装置であってもよい。
また、前述の実施例の動力分配機構16、84、94は、1組の遊星歯車装置から構成されていたが、2以上の遊星歯車装置から構成されて、定変速状態では3段以上の変速機として機能するものであってもよい。
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更,改良を加えた態様で実施することができる。