JP5083633B2 - ハイブリッド駆動装置 - Google Patents
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Description
また、本願では、「回転電機」は、モータ(電動機)、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。
また、上記の特徴構成では、第一変速装置と第二変速装置とは、第一変速装置の第三回転要素と第二変速装置の第二回転要素とが駆動連結されているだけなので、これらを独立して動作させることができる。そのため、第一変速装置及び第二変速装置のうちの一方の変速比のみを変更することでモード間の切り替えを行うことができる。つまり、モード切替に際して、第一変速装置及び第二変速装置のうちの一方で変速比の変更を行うとともに、第一変速装置及び第二変速装置のうちの他方を変速比を一定に維持させ、当該変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができる。そして、変速比が一定に維持される方の変速装置に駆動連結される回転電機を、変速比が変更される方の変速装置の動作に合わせて適切に制御することで、モード間を切り替える際のトルク変動を低減させることができる。したがって、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができるハイブリッド駆動装置を提供することができる。
また、第二変速装置が直結段と減速段とを切替可能に備えるので、車両の要求駆動力に対して動力分配装置の出力回転要素のトルクが不足する場合には、必要に応じて第二回転電機のトルクを適切に増幅して出力部材に伝達することができる。また、第二変速装置により第二回転電機のトルクを増幅して出力することが可能であるので、第二回転電機から出力可能な最大トルクの大きさを一定としつつ小型化することができる。したがって、出力部材に伝達可能なトルクの増大と第二回転電機の小型化との一方又は双方を図ることができる。
同様に、第二変速装置が直結段を形成したまま(変速比を一定の状態に維持したまま)で、第一変速装置が直結段を形成した状態から増速段を形成した状態となるように切り替える(変速比の切替動作を行う)ことにより、第二直結モードと増速モードとの間の切り替えが実行されるので、第二直結モードと増速モードとの間の切り替えの際に、一方回転電機としての第二回転電機の回転速度を一定に維持することができる。よって、第二変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができるので、一方回転電機としての第二回転電機による、他方回転電機としての第一回転電機のトルク変動を低減させる制御が容易となる。
したがって、第一直結モードと第二直結モードとの間、及び第二直結モードと増速モードとの間のモード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができる。
また、それぞれ3つの回転要素を備える第一変速装置及び第二変速装置を、4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態とすることで、そのような大きな駆動力を出力可能な状態とすることができる。よって、各変速装置における2つの回転要素どうしを駆動連結するための構成以外には、特別な構成要素を別途追加する必要がない。したがって、製造コストの上昇を抑制しつつ、上述したような効果を得ることができる。
また、この構成では、前記四要素状態における動力分配装置からの出力回転要素、出力部材、及び第二回転電機の駆動連結関係を適切に設定することにより、動力分配装置の出力回転要素の回転及び第二回転電機の回転の双方を減速して出力部材に伝達させることができる。したがって、その場合には、入力部材及び第二回転電機の双方のトルクを適切に増幅して出力部材に伝達し、大きな駆動力を出力することができる。
また、この構成によれば、第一変速装置が直結段を形成するとともに第二変速装置が減速段を形成することにより第一直結モードを実現することができる。また、第一変速装置及び第二変速装置の双方が直結段を形成することにより第二直結モードを実現することができる。また、第一変速装置が増速段を形成するとともに第二変速装置が直結段を形成することにより増速モードを実現することができる。そして、これらの各モードのうち、第一直結モードと第二直結モードとの間、及び第二直結モードと増速モードとの間でモード間の切り替えが可能な構成とすることで、第一変速装置及び第二変速装置のいずれか一方では変速比を一定の状態に維持したままとすることができるので、各モードの切替前後で、第一回転電機及び第二回転電機のいずれか一方の回転速度を一定に維持することができる。よって、変速比が一定に維持される方の変速装置を介して出力部材に駆動力を伝達する動力伝達系の状態を一定の状態に維持させることができるので、第一回転電機及び第二回転電機のいずれか他方の回転電機におけるトルク変動を低減させる制御が容易となる。したがって、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができる。
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の機械的構成を示すスケルトン図である。なお、この図1は、中心軸に対称な下半分の構成を省略して示している。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。
図1及び図2に示すように、入力軸Iは、エンジンEに駆動連結されている。ここで、エンジンEは、燃料の燃焼により駆動される内燃機関であり、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービン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駆動連結されている。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駆動連結された構成としても好適である。図2に示すように、出力軸Oは、出力用差動歯車装置17等を介して車輪Wに駆動力を伝達可能に駆動連結されている。本例では、出力軸Oは入力軸Iと同軸上に配置されている。
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〜Se7で取得される情報を用いて、エンジンE、第一回転電機MG1、第二回転電機MG2、油圧制御装置13を介して動力分配装置P1、第一変速装置P2及び第二変速装置P3の各係合要素C1、C2、C3、B1、B2、B3(図1を参照)、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、第一回転電機回転センサSe1、第二回転電機回転センサSe2、エンジン回転センサSe3、バッテリ状態検出センサSe4、車速センサSe5、アクセル操作検出センサSe6、及びブレーキ操作検出センサSe7が設けられている。
次に、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置Hにより実現可能なモードについて説明する。図3は、各モードでの各係合要素C1、C2、C3、B1、B2、B3の作動状態を示す作動表である。この図において、「○」は各係合要素が係合状態にあることを示しており、「無印」は、各係合要素が解放(係合解除)状態にあることを示している。本実施形態においては、低速モードが本発明における「第一直結モード」に相当し、中速モードが本発明における「第二直結モード」に相当する。また、高速モードが本発明における「増速モード」に相当し、高速固定モードが本発明における「第二増速モード」に相当する。
スプリットモードは、入力軸Iの駆動力が動力分配装置P1を介して第一回転電機MG1と出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1とに分配されるモードである。スプリットモードでは、動力分配装置P1は、図4〜図9の左側の速度線図に示すように、回転速度の順で中間となる第一キャリヤca1(第二回転要素)が入力軸Iに駆動連結され、この第一キャリヤca1に伝達された入力軸I(エンジンE)の駆動力(エンジントルクTE)が回転速度の順で一方端となる第一サンギヤs1(第一回転要素)と他方端となる第一リングギヤr1(第三回転要素)とに分配される。そして、第一サンギヤs1には、当該第一サンギヤs1に分配された入力軸I(エンジンE)のトルクに対する反力トルクとなる第一回転電機MG1のトルク(MG1トルクT1)が伝達される。一方、出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1に分配されたトルクは、第一変速装置P2を介して出力軸Oに伝達される。この際、エンジンEは、高い効率で排ガスの少ない状態に(一般に最適燃費特性に沿うように)維持されるよう制御されつつ正方向のエンジントルクTEを出力する。
減速モードは、第一変速装置P2が備える3つの回転要素のうちの2つと第二変速装置P3が備える3つの回転要素のうちの2つが駆動連結されることにより、第一変速装置P2と第二変速装置P3とが4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態とされ、この四要素状態で、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転、及び第二回転電機MG2のロータRo2の回転の双方を減速して出力軸Oに伝達するモードである。減速モードでは、図3に示すように、第三クラッチC3及び第二ブレーキB2が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。本実施形態では、上記のとおり第一変速装置P2の第二リングギヤr2と第二変速装置P3の第三キャリヤca3とが一体回転するように駆動連結されている。この状態で第三クラッチC3を係合状態とすることにより、更に第一変速装置P2の第二サンギヤs2と第二変速装置P3の第三サンギヤs3とが一体回転するように駆動連結される。本実施形態においては、第三クラッチC3が本発明における「一体化クラッチ」に相当する。これにより、第一変速装置P2が備える3つの回転要素のうちの2つ(第二リングギヤr2及び第二サンギヤs2)と第二変速装置P3が備える3つの回転要素のうちの2つ(第三キャリヤca3及び第三サンギヤs3)が駆動連結されて四要素状態が形成される。
低速モードは、第一変速装置P2が直結段を形成するとともに第二変速装置P3が減速段を形成して実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転をそのまま出力軸Oに伝達するとともに第二回転電機MG2の回転を減速して出力軸Oに伝達するモードである。低速モードでは、図3に示すように、第一クラッチC1及び第二ブレーキB2が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。本実施形態では、上記のとおり第一変速装置P2の第二リングギヤr2と第二変速装置P3の第三キャリヤca3とが一体回転するように駆動連結されている。しかし、低速モードでは第三クラッチC3が解放(係合解除)状態とされており、第一変速装置P2の残余の回転要素のうちの一つと第二変速装置P3の残余の回転要素のうちの一つとはいずれも一体回転するように駆動連結されることがない。よって、この低速モードでは、第一変速装置P2と第二変速装置P3とが独立して動作する状態となる。なお、以下の中速モード、高速モード、高速固定モード、及び後進モードについても同様である。
中速モードは、第一変速装置P2及び第二変速装置P3の双方が直結段を形成して実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転及び第二回転電機MG2の回転をそのまま出力軸Oに伝達するモードである。中速モードでは、図3に示すように、第一クラッチC1及び第二クラッチC2が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。この中速モードでも、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは独立して動作する状態となっている。
高速モードは、第一変速装置P2が増速段を形成するとともに第二変速装置P3が直結段を形成して実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転を増速して出力軸Oに伝達するとともに第二回転電機MG2の回転をそのまま出力軸Oに伝達するモードである。高速モードでは、図3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、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。この高速モードでも、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは独立して動作する状態となっている。
高速固定モードは、第一変速装置P2が増速段を形成するとともに第二回転電機MG2がケースDcに固定されて実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転のみを増速して出力軸Oに伝達するモードである。高速固定モードでは、図3に示すように、第三クラッチC3及び第一ブレーキB1が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。この高速固定モードでも、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは独立して動作する状態となっている。
後進モードは、第一変速装置P2が増速段を形成するとともに第二変速装置P3が減速段を形成して実現されるモードであり、動力分配装置P1の出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1の回転を増速して出力軸Oに伝達するとともに第二回転電機MG2の回転を減速して出力軸Oに伝達するモードである。後進モードでは、図3に示すように、第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。この後進モードでも、第一変速装置P2と第二変速装置P3とは独立して動作する状態となっている。なお、この後進モードでは、図9の左側の速度線図に示すように、動力分配装置P1で第一回転電機MG1が高速回転する状態となって出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1からは負回転(負方向の回転)が出力される。
エンジン走行モードは、第一回転電機MG1のロータRo1が固定され、入力軸I(エンジンE)の駆動力が動力分配装置P1を介して固定された変速比で変速されて出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1に伝達されるモードである。エンジン走行モードでは、図3に示すように、第三クラッチC3、第一ブレーキB1及び第三ブレーキB3が係合状態とされ、その他の係合要素は解放(係合解除)状態とされる。エンジン走行モードでは、動力分配装置P1は、図10の左側の速度線図に示すように、回転速度の順で中間となる第一キャリヤca1(第二回転要素)に入力軸Iが駆動連結されている。また、第一キャリヤca1(第二回転要素)に対して回転速度の順で一方端となる第一サンギヤs1(第一回転要素)が第三ブレーキB3によりケースDcに固定される。これにより、回転速度の順で他方端となる出力回転要素Eoとしての第一リングギヤr1(第三回転要素)には、入力軸I(エンジンE)の回転速度が増速するとともにエンジントルクTEが減衰して出力される。
次に、上記で説明した各モード間の切り替え動作について説明する。図11〜図14は、それぞれ減速モードから低速モードへの切り替え、低速モードから中速モードへの切り替え、中速モードから高速モードへの切り替え、高速モードから高速固定モードへの切り替えの際の状態変化を示す説明図である。これらの図に示すように、上記の各モード間での切り替えの際には、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のいずれか一方の変速装置(一方変速装置)の変速比を一定の状態に維持したままで、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のいずれか他方の変速装置(他方変速装置)の変速比の切替動作が行われる。これにより、モード間を切り替える際の変速ショックの発生を抑制することができるようになっている。以下では、各モード間での切り替えの際における、動力分配装置P1、第一変速装置P2、及び第二変速装置P3の各回転要素、並びにこれらに駆動連結される第一回転電機MG1及び第二回転電機MG2の回転及びトルクの状態変化について詳細に説明する。
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図15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り、図1と同様に、中心軸に対称な下半分の構成を省略して示している。このハイブリッド駆動装置Hは、係合状態となることにより第一変速装置P2の第二サンギヤs2と第二変速装置P3の第三サンギヤs3とを選択的に駆動連結する、一体化クラッチとしての第三クラッチC3を備えていない点で、上記第一の実施形態と相違している。また、そのような第三クラッチC3を備えないことに起因して、スプリットモードが備えるモード数が上記第一の実施形態と比べて少なくなっている。以下では、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、特に明記しない点については、上記第一の実施形態と同様である。
(1)上記の各実施形態においては、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のうちの一方の変速装置が変速比の切替動作を行う際に、当該変速比の切替動作に伴って出力軸Oに伝達されるトルク変動を打ち消すように、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のうちの他方の変速装置に駆動連結される回転電機が出力するトルクを補正する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば動力分配装置P1を介して第一変速装置P2に駆動連結される第一回転電機MG1が出力するMG1トルクT1を補正する場合は、これに加えて更にエンジンEのエンジントルクTEも合わせて補正す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。
また、第一変速装置P2及び第二変速装置P3のうちの一方の変速装置が変速比の切替動作を行う際に、当該変速比の切替動作に伴って出力軸Oに伝達されるトルク変動が打ち消されることになるように、当該変速比の切替動作を行う前に予め、変速比の切替動作を行う変速装置に駆動連結された回転電機が出力するトルクを補正す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。
また、これらの場合において、変速比の切替動作に伴って出力軸Oに伝達されるトルク変動を、必ずしも完全に打ち消すように出力トルクを補正する必要はなく、少なくともトルク変動を低減するように出力トルクを補正す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。
Dc ケース(非回転部材)
E エンジン
I 入力軸(入力部材)
O 出力軸(出力部材)
W 車輪
MG1 第一回転電機
MG2 第二回転電機
P1 動力分配装置
s1 第一サンギヤ(第一回転要素)
ca1 第一キャリヤ(第二回転要素)
r1 第一リングギヤ(第三回転要素)
P2 第一変速装置
s2 第二サンギヤ(第一回転要素)
ca2 第二キャリヤ(第二回転要素)
r2 第二リングギヤ(第三回転要素)
P3 第二変速装置
s3 第三サンギヤ(第一回転要素)
ca3 第三キャリヤ(第二回転要素)
r3 第三リングギヤ(第三回転要素)
C1 第一クラッチ(直結クラッチ)
C2 第二クラッチ(直結クラッチ)
C3 第三クラッチ(一体化クラッチ)
B1 第一ブレーキ
B2 第二ブレーキ
B3 第三ブレーキ
B4 第四ブレーキ(固定機構)
Claims (13)
- エンジンに駆動連結される入力部材と、車輪に駆動連結される出力部材と、第一回転電機と、第二回転電機と、前記入力部材の駆動力を前記第一回転電機と前記出力部材に駆動連結される出力回転要素とに分配する動力分配装置と、を備えたハイブリッド駆動装置であって、
第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素の3つの回転要素をそれぞれ有するとともに、係合状態で3つの回転要素のうちの2つを一体回転させる直結クラッチをそれぞれ有する第一変速装置及び第二変速装置を備え、
前記第一変速装置の第一回転要素は第一ブレーキにより非回転部材に選択的に固定され、第二回転要素は前記出力回転要素に駆動連結され、第三回転要素は前記出力部材に駆動連結されるとともに前記第二変速装置の第二回転要素に駆動連結され、
前記第二変速装置の第一回転要素は前記第二回転電機に駆動連結され、第二回転要素は前記出力部材に駆動連結され、第三回転要素は第二ブレーキにより非回転部材に選択的に固定され、
前記出力回転要素の回転を、変更可能に備える複数の変速比のうちの一つで変速して前記出力部材に伝達する前記第一変速装置と、前記第二回転電機の回転を、変更可能に備える複数の変速比のうちの一つで変速して前記出力部材に伝達する前記第二変速装置と、を独立して動作可能に備え、
前記第一変速装置及び前記第二変速装置のうちのいずれか一方を一方変速装置とするとともに、いずれか他方を他方変速装置とし、
前記一方変速装置の変速比を一定の状態に維持したままで、前記他方変速装置が変速比の切替動作を行うことにより切替可能な複数のモードを備えたハイブリッド駆動装置。 - 前記他方変速装置が変速比の切替動作を行う際に、当該変速比の切替動作に伴って前記出力部材に伝達されるトルク変動を打ち消すように、前記一方変速装置に駆動連結される回転電機が出力するトルクを補正する請求項1に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一変速装置及び前記第二変速装置は、それぞれ3つの回転要素の回転状態を切り替えることにより、
前記第一変速装置は、前記出力回転要素の回転をそのまま前記出力部材に伝達する直結段と、前記出力回転要素の回転を増速して前記出力部材に伝達する増速段と、を切り替え可能に備えるとともに、
前記第二変速装置は、前記第二回転電機の回転を減速して前記出力部材に伝達する減速段と、前記第二回転電機の回転をそのまま前記出力部材に伝達する直結段と、を切り替え可能に備えた請求項1又は2に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記第一変速装置が前記直結段を形成するとともに前記第二変速装置が前記減速段を形成して実現される第一直結モードと、
前記第一変速装置及び前記第二変速装置の双方が前記直結段を形成して実現される第二直結モードと、
前記第一変速装置が前記増速段を形成するとともに前記第二変速装置が前記直結段を形成して実現される増速モードと、を備え、
前記第一直結モードと前記第二直結モードとの間、及び前記第二直結モードと前記増速モードとの間で、モード間の切り替えが実行可能に構成された請求項3に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記第一変速装置が備える3つの回転要素のうちの2つと前記第二変速装置が備える3つの回転要素のうちの2つが駆動連結されることにより、前記第一変速装置と前記第二変速装置とが4つの回転要素を有して一体的に動作する四要素状態とされ、
前記四要素状態で、前記出力回転要素の回転及び前記第二回転電機の回転の双方を減速して前記出力部材に伝達する減速モードを更に備えた請求項3又は4に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記第二回転電機が、非回転部材に選択的に固定可能とされ、
前記第一変速装置が前記増速段を形成するとともに前記第二回転電機が非回転部材に固定されて実現される第二増速モードを更に備えた請求項3から5のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。 - 前記第一回転電機が、非回転部材に選択的に固定可能とされている請求項1から6のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一変速装置は、前記第一回転電機が非回転部材に固定された状態で、前記動力分配装置により前記入力部材の回転を増速して出力する請求項7に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一変速装置の第一回転要素と前記第二変速装置の第一回転要素とを選択的に駆動連結する一体化クラッチを更に備えた請求項1から8のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第二変速装置の第一回転要素を非回転部材に選択的に固定する固定機構を更に備えた請求項1から9のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記第一変速装置及び前記第二変速装置の3つの回転要素は、それぞれ回転速度の順に第一回転要素、第二回転要素、第三回転要素とされている請求項1から10のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記動力分配装置は、回転速度の順に第一回転要素、第二回転要素、及び第三回転要素となる3つの回転要素を有し、第一回転要素は前記第一回転電機に駆動連結され、第二回転要素は前記入力部材に駆動連結され、第三回転要素は前記出力回転要素とされている請求項1から11のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動装置。
- 前記動力分配装置の第一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更に備えた請求項12に記載のハイブリッド駆動装置。
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