JP5227043B2 - 動力出力装置および車両 - Google Patents

Description

本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置および駆動軸に連結された駆動輪を有する車両に関する。

従来から、無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせて構成される無限変速機（ＩＶＴ：Infinitely Variable Transmission）を利用した動力出力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この動力出力装置は、エンジンに連結されるハイブリッド車用の駆動装置として用いられるものであり、モータと、無段変速機と、第１の入力要素としてのサンギヤと第２の入力要素としてのキャリアと出力要素としてのリングギヤとを有する遊星歯車機構と、遊星歯車機構のサンギヤを装置の出力軸に係脱連結するハイクラッチと、遊星歯車機構のリングギヤを装置の出力軸に係脱連結するロークラッチとを備える。この場合、無段変速機の入力軸は、エンジンに連結されると共に遊星歯車機構のキャリアに平行軸式のギヤ列を介して連結される。また、無段変速機の出力軸は、遊星歯車機構のサンギヤに連結されると共にモータに連結される。このように構成される従来の動力出力装置では、ハイクラッチが解放されると共にロークラッチの係合により遊星歯車機構のリングギヤと装置の出力軸とが接続された状態でエンジンを作動させると、ギヤ列、無段変速機および遊星歯車機構によりトルク循環を生じさせる動力の循環ループが形成される。そして、この際に、無段変速機の変速比を適宜調整すれば、エンジンや無段変速機の入力軸と遊星歯車機構のリングギヤとの間の変速比が理論上無限大となるニュートラル状態を設定可能となり、このようなニュートラル状態のもとでは、ギヤ列、遊星歯車機構および無段変速機により遊星歯車機構のリングギヤが拘束されるので、エンジンが作動（回転）していても装置の出力軸の回転を停止させておくことができる。更に、この動力出力装置では、ニュートラル状態から無段変速機の変速比を変化させていけば、装置の出力軸に比較的大きなトルクを出力しながら装置の出力軸（リングギヤ）の速度比を負速度比Ａｏ（逆転状態）から、ある程度の増速速度比Ｂｏまで変化させることが可能となる。
特開２００４−１７５３２０号公報

ここで、上記従来の動力出力装置がニュートラル状態にあるとき、あるいは装置の出力軸の回転速度が低いときには、トルク循環を生じた状態で大きなトルクが無段変速機や各ギヤ等に作用する。従って、このような状態で例えばエンジンの出力が急変したり、何らかの要因により装置の出力軸に外部から力が加えられてしまったりすると、無段変速機や何れかのギヤ等に許容値を超える過大なトルクが作用してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、駆動軸に大きな動力を効率よく出力可能であると共に、構成部品に過大な力が作用することを抑制して信頼性をより向上させることができる動力出力装置およびそれを備えた車両の提供を主目的とする。

本発明による動力出力装置および車両は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明による動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
所定の回転要素に動力を出力可能な動力発生源と、
前記回転要素に接続され得る入力軸と、出力軸とを有し、前記入力軸に入力される動力を無段階に変速して前記出力軸に出力可能な無段変速装置と、
前記無段変速装置の前記出力軸に接続される第１の入力要素と、前記回転要素と連動して該回転要素とは逆方向に回転可能な第２の入力要素と、前記駆動軸に接続される出力要素とを含む遊星歯車機構と、
前記無段変速装置の前記入力軸に少なくとも動力を出力可能な電動機と、
前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
前記回転要素と前記無段変速装置と前記遊星歯車機構とにより形成される動力の循環ループ内に設けられ、該循環ループにおける所定値以上の力の伝達を制限する動力伝達制限手段と、
を備えるものである。

この動力出力装置では、回転要素、無段変速装置および遊星歯車機構が互いに協働して、いわゆる無限変速機（ＩＶＴ）として機能し、回転要素、無段変速装置および遊星歯車機構によってトルク循環を生じさせる動力の循環ループが形成される際に無段変速装置の変速状態を調整することにより、回転要素と遊星歯車機構の出力要素との間の変速比を理論上無限大に設定することができる。これにより、無段変速装置を用いて回転要素と遊星歯車機構の出力要素との間の変速比を実質的に無限大に設定しておけば、動力発生源等が例えば効率をより向上させることができる任意の回転速度で運転されていても出力要素および駆動軸の回転を停止させておくこと（拘束しておくこと）ができる。そして、このような変速比が実質的に無限大である状態から無段変速装置の変速状態を変更すれば、出力要素と駆動軸とを正転側または逆転側に回転させることが可能となり、特に駆動軸の回転速度が低いときに動力発生源と電動機との少なくとも何れかからのトルクを増幅して駆動軸に大きなトルクを出力することができる。また、この動力出力装置では、回転要素と無段変速装置と遊星歯車機構とにより形成される動力の循環ループ内に所定値以上の力の伝達を制限する動力伝達制限手段が設けられているので、回転要素と遊星歯車機構の出力要素との間の変速比が実質的に無限大に設定されているときや、駆動軸の回転速度が低いときに、動力発生源等の出力が急変したり、駆動軸に外部から力が加えられてしまったりしても、循環ループにおける動力の循環を制限して無段変速装置や遊星歯車機構の構成要素等に過大な力が作用するのを抑制することができる。従って、この動力出力装置では、駆動軸に大きな動力を効率よく出力すると共に、構成部品に過大な力が作用することを抑制して信頼性をより向上させることが可能となる。

また、前記動力伝達制限手段は、前記回転要素と前記無段変速装置の前記入力軸との接続および該接続の解除を実行すると共に、前記回転要素と前記入力軸との間における所定値以上の力の伝達を制限する接続断接手段であってもよい。これにより、回転要素と遊星歯車機構の出力要素との間の変速比が実質的に無限大に設定されているときや、駆動軸の回転速度が低いときに、動力発生源等の出力が急変したり、駆動軸に外部から力が加えられてしまったりしても、回転要素と無段変速装置の入力軸との間で動力の循環を制限して無段変速装置や遊星歯車機構の構成要素等に過大な力が作用するのを抑制することができる。更に、接続断接手段により回転要素と無段変速装置の入力軸との接続が解除されれば、電動機により無段変速装置の入力軸を回転要素の回転とは無関係に回転させることが可能となる。従って、回転要素と無段変速装置の入力軸との接続が解除されると共に動力発生源が動力を出力している状態で、無段変速装置の入力軸に接続された電動機の回転を制御し、更には無段変速装置の変速状態を適宜変化させることにより、回転要素すなわち動力発生源や電動機と遊星歯車機構の出力要素（駆動軸）との間の変速比をより小さく（増速比をより大きく）することが可能となる。この結果、この動力出力装置では、動力発生源や電動機と駆動軸との間の変速比幅をより大きくして、駆動軸の回転速度が低い低速域から当該回転速度が高まる高速域までの極めて広範な運転領域においてエネルギ効率やトルク特性を向上させることが可能となる。

更に、前記接続断接手段は、前記回転要素と前記入力軸との間で伝達されるトルクが所定値以上になると前記回転要素と前記入力軸とを互いに滑らせるものであってもよい。

また、前記駆動軸は、前記遊星歯車機構の前記出力要素が前記回転要素とは逆方向に回転するときに正転するものであってもよい。これにより、第１の入力要素の回転速度を値０を含む範囲内で連続的に変化させることで遊星歯車機構の各要素（特に第１の入力要素）の回転速度が過大になることを抑制しながら、駆動軸の正転および逆転を可能とすると共に、内燃機関や電動機と駆動軸との間の変速比幅をより大きくして駆動軸の正転側の広範な運転領域においてエネルギ効率やトルク特性を向上させることが可能となる。

また、前記動力発生源は内燃機関であってもよい。すなわち、本発明による動力出力装置は、内燃機関と１体の電動機とを組み合わせた、いわゆる１モータ−１エンジン式の動力出力装置として構成されてもよい。

更に、前記動力発生源は前記電動機とは異なる第２の電動機であってもよい。すなわち、本発明による動力出力装置は、いわゆる２モータ式の動力出力装置として構成されてもよい。

また、前記動力発生源は、内燃機関と、前記電動機とは異なる第２の電動機とであってもよい。すなわち、本発明による動力出力装置は、いわゆる２モータ−１エンジン式の動力出力装置として構成されてもよい。

本発明による車両は、
駆動軸に連結された駆動輪を有する車両であって、
所定の回転要素に動力を出力可能な動力発生源と、
前記回転要素に接続され得る入力軸と、出力軸とを有し、前記入力軸に入力される動力を無段階に変速して前記出力軸に出力可能な無段変速装置と、
前記無段変速装置の前記出力軸に接続される第１の入力要素と、前記回転要素と連動して該回転要素とは逆方向に回転可能な第２の入力要素と、前記駆動軸に接続される出力要素とを含む遊星歯車機構と、
前記無段変速装置の前記入力軸に少なくとも動力を出力可能な電動機と、
前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
前記回転要素と前記無段変速装置と前記遊星歯車機構とにより構成される動力の循環ループ内に設けられ、該循環ループにおける所定値以上の力の伝達を制限する動力伝達制限手段と、
を備えるものである。

この車両では、回転要素、無段変速装置および遊星歯車機構が互いに協働して、いわゆる無限変速機（ＩＶＴ）として機能し、回転要素、無段変速装置および遊星歯車機構によってトルク循環を生じさせる動力の循環ループが形成される際に無段変速装置の変速状態を調整することにより、回転要素と遊星歯車機構の出力要素との間の変速比を理論上無限大に設定することができる。これにより、無段変速装置を用いて回転要素と遊星歯車機構の出力要素との間の変速比を実質的に無限大に設定しておけば、動力発生源等が例えば効率を向上させることができる任意の回転速度で運転されていても出力要素および駆動軸の回転を停止させて車両を停止させておくことができる。そして、このような変速比が実質的に無限大である状態から無段変速装置の変速状態を変更すれば、出力要素と駆動軸とを正転側または逆転側に回転させて車両を前進方向または後進方向に走行させることが可能となり、特に駆動軸の回転速度が低いときに動力発生源と電動機との少なくとも何れかからのトルクを増幅して駆動軸に大きなトルクを出力することができる。また、この車両では、回転要素と無段変速装置と遊星歯車機構とにより形成される動力の循環ループ内に所定値以上の力の伝達を制限する動力伝達制限手段が設けられているので、回転要素と遊星歯車機構の出力要素との間の変速比が実質的に無限大に設定されているときや、駆動軸の回転速度が低いときに、動力発生源等の出力が急変したり、駆動軸に外部から力が加えられてしまったりしても、循環ループにおける動力の循環を制限して無段変速装置や遊星歯車機構の構成要素等に過大な力が作用するのを抑制することができる。従って、この車両では、駆動軸に大きな動力を効率よく出力すると共に、構成部品に過大な力が作用することを抑制して信頼性を向上させることが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０は、動力発生源としてのエンジン２２や、１体のモータＭＧ、モータＭＧと電力をやり取り可能なバッテリ３５、いわゆる無限変速機を構成するドライブギヤ（回転要素）２５とベルト式の無段変速ユニット（以下「ＣＶＴ」という）４０と３要素式の遊星歯車機構５０、ハイブリッド自動車２０の全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０等を含むものである。

エンジン２２は、ガソリンや軽油といった炭化水素系燃料の供給を受けて基本的に一方向に回転することにより動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４による燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４には、例えばクランクシャフト２３に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサといったエンジン２２に対して設けられて当該エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号や上記センサからの信号等に基づいてエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。また、エンジン２２のクランクシャフト２３には、ギヤ列を介してエンジンＥＣＵ２４により制御されるスタータモータ２９が接続されている。

モータＭＧは、発電機として作動すると共に電動機として作動可能な同期発電電動機であり、インバータ３１を介して二次電池であるバッテリ３５と電力のやり取りを行なう。すなわち、バッテリ３５は、モータＭＧにより消費または発電される電力に応じて充放電されることになる。モータＭＧは、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）３０により駆動制御される。モータＥＣＵ３０には、モータＭＧを駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧの回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３３からの信号や、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧに印加される相電流等が入力されており、モータＥＣＵ３０からは、インバータ３１へのスイッチング制御信号等が出力される。また、モータＥＣＵ３０は、回転位置検出センサ３３から入力した信号に基づいて図示しない回転速度算出ルーチンを実行し、モータＭＧの回転子の回転速度Ｎｍを計算している。更に、モータＥＣＵ３０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号等に基づいてモータＭＧを駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧの運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。

バッテリ３５は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）３６によって管理されている。バッテリＥＣＵ３６には、バッテリ３５を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ３５の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ３５の出力端子に接続された電力ライン３９に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ３５に取り付けられた図示しない温度センサからのバッテリ温度Ｔｂ等が入力されている。また、バッテリＥＣＵ３６は、必要に応じてバッテリ３５の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２４に出力する。そして、実施例のバッテリＥＣＵ３６は、バッテリ３５を管理するために、電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量ＳＯＣを算出したり、当該残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ３５の充放電要求パワーＰｂ＊を算出したり、残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ３５の充電に許容される電力である充電許容電力としての入力制限Ｗｉｎとバッテリ３５の放電に許容される電力である放電許容電力としての出力制限Ｗｏｕｔとを算出したりする。なお、バッテリ３５の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定すると共に、バッテリ３５の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定可能である。なお、バッテリ３５には、図示しないＤＣ／ＤＣコンバータを介して低圧バッテリが接続されており、上述のスタータモータ２９といった補機類は当該低圧バッテリからの電力により駆動される。

ＣＶＴ４０は、モータＭＧ（その回転子）に接続される駆動側回転軸（入力軸）としてのプライマリシャフト４１と、プライマリシャフト４１と平行に延在すると共に遊星歯車機構５０に接続される従動側回転軸（出力軸）としてのセカンダリシャフト４２と、プライマリシャフト４１に対して設けられたプライマリプーリ４３と、セカンダリシャフト４２に対して設けられたセカンダリプーリ４４と、プライマリプーリ４３とセカンダリプーリ４４に対して巻き掛けられたベルト４７とを含む。プライマリプーリ４３は、プライマリシャフト４１と一体に形成された固定シーブと、プライマリシャフト４１にボールスプライン等を介して軸方向に摺動自在に支持される可動シーブとにより構成される。プライマリプーリ４３の可動シーブの背後には、プライマリプーリ４３の溝幅を変更するための油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）４５が形成される。また、セカンダリプーリ４４は、セカンダリシャフト４２と一体に形成された固定シーブと、セカンダリシャフト４２にボールスプラインやリターンスプリング等を介して軸方向に摺動自在に支持される可動シーブとにより構成される。セカンダリプーリ４４の可動シーブの背後には、セカンダリプーリ４４の溝幅を変更するための油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）４６が形成される。更に、実施例のＣＶＴ４０では、セカンダリプーリ４４に対して、油圧シリンダ４６の背後にキャンセル室を画成する図示しないキャンセルプレートが設けられている。このキャンセルプレート等により画成されるキャンセル室に作動流体を導入することで、油圧シリンダ４６に作用する遠心油圧をキャンセル室内の作動流体に作用する遠心油圧によりキャンセルすることが可能となる。そして、プライマリプーリ４３側の油圧シリンダ４５やセカンダリプーリ４４側の油圧シリンダ４６、キャンセル室に対しては、図示しない電動オイルポンプにより昇圧された作動流体が複数の制御弁を含む油圧回路４８により調圧された上で供給され、それにより、プライマリプーリ４３およびセカンダリプーリ４４の溝幅を変更して、プライマリシャフト４１に入力される動力を無段階に変速しながらセカンダリシャフト４２に出力することが可能となる。油圧回路４８は、ＣＶＴ用電子制御ユニット（以下「ＣＶＴＥＣＵ」という）４９により制御される。ＣＶＴＥＣＵ４９は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信すると共に、図示しない回転位置検出センサにより検出されるプライマリシャフト４１の回転速度Ｎｉやセカンダリシャフト４２の回転速度Ｎｏ等を受け取り、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号や回転速度Ｎｉ，Ｎｏ等に基づいてＣＶＴ４０による変速比γが目標値に設定されるように油圧回路４８への駆動信号を生成・出力する。また、ＣＶＴＥＣＵ４９は、必要に応じてＣＶＴ４０に関連するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。なお、ＣＶＴ４０は、油圧回路４８を駆動源とするものに限られず、例えば電動アクチュエータといった油圧回路４８以外の他のアクチュエータにより駆動されるものであってもよい。

遊星歯車機構５０は、外歯歯車のサンギヤ（第１の入力要素）５１と、このサンギヤ５１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ（第２の入力要素）５２と、サンギヤ５１と噛合すると共にリングギヤ５２と噛合する複数のピニオンギヤ５３と、複数のピニオンギヤ５３を自転かつ公転自在に保持するキャリア（出力要素）５４とを有し、サンギヤ５１とリングギヤ５２とキャリア５４とを回転要素として差動作用を行うものである。そして、遊星歯車機構５０の第１の入力要素であるサンギヤ５１には、上述のＣＶＴ４０のセカンダリシャフト４２が接続され、遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４には、駆動軸としてのキャリア軸５５が接続される。そして、キャリア軸５５に出力された動力は、当該キャリア軸５５からギヤ列５６およびデファレンシャルギヤ５７を介して最終的に駆動輪である左右の車輪ＤＷに出力されることになる。また、実施例では、遊星歯車機構５０の第２の入力要素であるリングギヤ５２の外周に外歯が形成されており、リングギヤ５２は、当該外歯を介して外歯歯車であるドライブギヤ２５と噛合する。これにより、ドライブギヤ２５と連動して当該ドライブギヤ２５とは逆方向に回転することができる。なお、リングギヤ５２は、複数のギヤを含むギヤ列やベルトを介してドライブギヤ２５と連結されてもよい。

上述のＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０と共に無限変速機を構成するドライブギヤ２５は、図１に示すように、ドライブギヤ軸２６に固定されており、このドライブギヤ軸２６は、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２３に接続されている。また、ドライブギヤ軸２６は、ＣＶＴ４０側に延出されてクラッチＣ１によりプライマリシャフト４１と接続可能とされている。実施例において、クラッチＣ１は、例えば図示しない油圧式、電磁式あるいは電気式のアクチュエータにより駆動される圧着式（摩擦式）のクラッチであり、クラッチＣ１をオンすればドライブギヤ軸２６（ドライブギヤ２５）とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１とを接続することが可能となり、クラッチＣ１をオフすればドライブギヤ軸２６とプライマリシャフト４１との接続を解除することができる。また、実施例のクラッチＣ１は、ドライブギヤ軸２６とプライマリシャフト４１との間で伝達されるトルクが所定値（例えば、最大エンジントルクの４倍程度の値）以上になるとドライブギヤ軸２６とプライマリシャフト４１とを互いに滑らせるトルクリミット機能を有している。クラッチＣ１に加えて、実施例のハイブリッド自動車２０には、ＣＶＴ４０のセカンダリシャフト４２を介して遊星歯車機構５０の第１の入力要素であるサンギヤ５１を回転不能に固定するためのブレーキＢ１と、ドライブギヤ軸２６を回転不能に固定するためのブレーキＢ２とが設けられている。実施例において、ブレーキＢ１は、例えば図示しない油圧式、電磁式あるいは電気式のアクチュエータにより駆動される圧着式（摩擦式）のブレーキであり、ブレーキＢ１をオンすればセカンダリシャフト４２およびサンギヤ５１を図示しないトランスミッションケースに対して回転不能に固定すると共にＣＶＴ４０をロックすることができる。また、ブレーキＢ２は、例えば図示しない油圧式、電磁式あるいは電気式のアクチュエータにより駆動される圧着式（摩擦式）のブレーキであり、ブレーキＢ２をオンすればドライブギヤ軸２６を図示しないトランスミッションケースに対して回転不能に固定して遊星歯車機構５０の第２の入力要素であるリングギヤ５２やエンジン２２のクランクシャフト２３をロックすることができる。

ここで、図２を参照しながら、無限変速機としてのドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０によりトルク循環を生じさせる動力の循環ループが形成される際に無限大変速比を設定する手順について説明する。なお、図２において、２５軸は、エンジン２２の回転速度Ｎｅと一致するドライブギヤ２５やドライブギヤ軸２６の回転速度Ｎｄを、４１軸は、モータＭＧの回転速度Ｎｍと一致するＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１の回転速度Ｎｉを、Ｒ軸は、遊星歯車機構５０のリングギヤ５２の回転速度Ｎｒを、Ｃ，５５軸は、キャリア軸５５の回転速度と一致する遊星歯車機構５０のキャリア５４の回転速度Ｎｃを、Ｓ，４２軸は、ＣＶＴ４０のセカンダリシャフト４２の回転速度Ｎｏと一致する遊星歯車機構５０のサンギヤ５１の回転速度Ｎｓをそれぞれ示す。また、これらの図面におけるρは、遊星歯車機構５０のギヤ比（サンギヤ５１の歯数／リングギヤ５２の歯数）を示す。

図２に示すように、クラッチＣ１がオンされてドライブギヤ軸２６（ドライブギヤ２５）とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１とが接続されているときに、ドライブギヤ軸２６にトルクＴｄが、サンギヤ５１にトルクＴｓが、リングギヤ５２にトルクＴｒが、キャリア５４にトルクＴｃがそれぞれ作用していると仮定する。更に、ＣＶＴ４０による変速比をγ（＝Ｎｉ／Ｎｓ＝Ｎｍ／Ｎｓ）とすれば、次式（１）〜（３）のトルクの釣合に関する関係式が成立すると共に次式（４）〜（６）の回転速度に関する関係式が成立し、これらの式（１）〜（６）を整理すれば、次式（７）〜（１０）の関係式が得られる。そして、式（７）は、回転要素としてのドライブギヤ２５と遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４（キャリア軸５５）との間の変速比αを示すものであり、かかる変速比αは、ＣＶＴ４０による変速比γが遊星歯車機構５０のギヤ比ρと一致するときに（γ＝ρ）無限大となり、このときには、ドライブギヤ２５が如何なる回転速度で回転していてもキャリア５４は回転することなく停止し、式（８）〜（１０）からわかるように、遊星歯車機構５０の各要素に作用するトルクは理論上無限大となる。従って、クラッチＣ１によりドライブギヤ軸２６がＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１と接続されている状態では、エンジン２２からの動力によりドライブギヤ２５が回転していても、ＣＶＴ４０による変速比γが遊星歯車機構５０のギヤ比ρと一致するようにＣＶＴ４０を制御すれば、駆動軸としてのキャリア軸５５の回転を停止させて（拘束して）ハイブリッド自動車２０を停止状態に維持することができる。

Tr = Tc /(1+ρ) …（１）
Ts = ρ・Tc / (1+ρ) …（２）
Td = Ts /γ-Tr …（３）

Nr = (1+ρ)・Nc-ρ・Ns …（４）
Nd = γ・Ns …（５）
Nr = -Nd …（６）

Nd / Nc = (1+ρ) / (ρ/γ-1) = α …（７）
Tc = Td・(1+ρ) / (ρ/γ-1) …（８）
Ts = Td・ρ / (ρ/γ-1) …（９）
Tr = Td / (ρ/γ-1) …（１０）

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、図２からわかるように、エンジン２２を作動させれば、回転要素としてのドライブギヤ２５は、エンジン２２のクランクシャフト２３と同方向に回転し、ドライブギヤ２５と噛合する遊星歯車機構５０のリングギヤ５２は、ドライブギヤ２５と逆方向に回転することになる。この際、遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４は、遊星歯車機構５０の第１の入力要素であるサンギヤ５１の回転方向に応じてドライブギヤ２５と同方向にも逆方向にも回転し得ることになるが、実施例では、遊星歯車機構５０の各要素（特にサンギヤ５１）の回転速度が過大になることを抑制する観点から、遊星歯車機構５０のキャリア５４がドライブギヤ２５と逆方向（リングギヤ５２と同方向）に回転するときに、出力要素としてのキャリア５４に接続（直結）された駆動軸としてのキャリア軸５５が正転すると共に、キャリア軸５５にギヤ列５６やデファレンシャルギヤ５７等を介して連結された駆動輪である車輪ＤＷがハイブリッド自動車２０を前進させる方向に回転するようにしている。

そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等とを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）８０からのイグニッション信号、シフトレバー８１の操作位置であるシフトポジションＳＰを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量（ストローク）を検出するブレーキペダルストロークセンサ８６からのブレーキペダルストロークＢＳ、車速センサ８７からの車速Ｖが入力ポートを介して入力される。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、バッテリＥＣＵ３６、ＣＶＴＥＣＵ４９と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、バッテリＥＣＵ３６、ＣＶＴＥＣＵ４９と各種制御信号やデータのやり取りを行なう。また、実施例では、クラッチＣ１、ブレーキＢ１およびＢ２の図示しないアクチュエータもハイブリッドＥＣＵ７０により制御される。

上述のように構成されるハイブリッド自動車２０の走行時には、ハイブリッドＥＣＵ７０によって運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのキャリア軸５５に出力すべき要求トルクが設定されると共に、要求トルクに基づくトルク（例えば、要求トルクをバッテリ３５の入出力制限により制限した値であって基本的には要求トルクと一致する値）が駆動軸としてのキャリア軸５５に出力されるようにエンジン２２の運転ポイントやモータＭＧに対するトルク指令、ＣＶＴ４０の目標変速比が設定される。こうして設定されるエンジン２２の運転ポイントやモータＭＧに対するトルク指令、目標変速比を示す制御信号は、ハイブリッドＥＣＵ７０からエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、ＣＶＴＥＣＵ４９へと送信される。各ＥＣＵは、それぞれハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号に従ってエンジン２２やモータＭＧ、ＣＶＴ４０を個別に制御する。また、ハイブリッドＥＣＵ７０は、必要に応じてクラッチＣ１、ブレーキＢ１およびＢ２をオンオフ制御する。そして、ハイブリッド自動車２０における運転制御モードには、図３に示すように、後進走行モード、低速前進走行モード、中速移行モード、巡航走行モードおよび高速走行モード等が含まれ、その他にエンジン２２を停止させると共にモータＭＧを用いて駆動軸としてのキャリア軸５５に動力を出力するモータ走行モードが含まれる。

次に、上記ハイブリッド自動車２０の動作について説明する。

さて、ハイブリッド自動車２０が停止している状態で運転者によりイグニッションスイッチ８０がオンされると、モータ走行モードのもとでハイブリッド自動車２０を発進させる場合を除き、ハイブリッドＥＣＵ７０の統括的な制御のもとでスタータモータ２９を用いたエンジン２２の始動処理が実行される。ここで、ハイブリッド自動車２０の停止時には、クラッチＣ１がオフされた状態と、クラッチＣ１がオンされた状態との双方の状態でエンジン２２を始動させることができる。クラッチＣ１がオフされてドライブギヤ軸２６とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続が解除された状態でエンジン２２を始動させる場合には、図示しない低圧バッテリからの電力を利用してエンジン２２をクランキングするようにスタータモータ２９が制御されると共に、スタータモータ２９によるエンジン２２のクランキングに伴って出力要素としてのキャリア５４に作用するトルクをキャンセルしてキャリア軸５５が停止状態に維持されるようにモータＭＧ（必要に応じてＣＶＴ４０）が制御される。また、クラッチＣ１がオンされてドライブギヤ軸２６とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１とが接続された状態でエンジン２２を始動させる場合には、図示しない低圧バッテリからの電力を利用してエンジン２２をクランキングするようにスタータモータ２９が制御されると共に、スタータモータ２９によるエンジン２２のクランキングに伴ってＣＶＴ４０を介して遊星歯車機構５０のサンギヤ５１に出力されるトルクに基づいて出力要素としてのキャリア５４に作用するトルクがキャンセルされるようにＣＶＴ４０が制御される。

こうしてエンジン２２が始動されると、必要に応じてドライブギヤ軸２６とプライマリシャフト４１との回転同期後にクラッチＣ１がオンされ、更にドライブギヤ軸２６やプライマリシャフト４１の回転速度Ｎｉが予め定められた発進時の回転速度になると共に駆動軸としてのキャリア軸５５が停止状態に維持されるようにエンジン２２とモータＭＧとＣＶＴ４０とが制御される。以下、図４に示すように、クラッチＣ１がオンされてドライブギヤ２５と遊星歯車機構５０のキャリア５４（キャリア軸５５）との間の変速比αが実質的に無限大に設定されると共に、ドライブギヤ２５の回転速度Ｎｄ（回転速度Ｎｅ，Ｎｍ）が発進時における回転速度に設定される状態を「ニュートラル状態」という。また、図５に、ニュートラル状態におけるドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０の各回転要素の主に回転速度の力学的な関係を表す共線図の一例を太い実線で示す。ここで、ハイブリッド自動車２０がニュートラル状態にあるときに、図４において点線で示すようにドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０により動力の循環ループが形成され、トルク循環を生じた状態で大きなトルクがＣＶＴ４０の各プーリ４３，４４やベルト４７、遊星歯車機構５０の各ギヤ５１〜５３、更にはドライブギヤ２５等に作用する。従って、このような状態で、例えばエンジン２２の出力が急変したり、何らかの要因により駆動軸としてのキャリア軸５５に外部から力が加えられてしまったりすると、ＣＶＴ４０の各プーリ４３，４４やベルト４７、遊星歯車機構５０の各ギヤ５１〜５３、更にはドライブギヤ２５等に許容値を超える過大なトルクが作用してしまうおそれがあるが、実施例のハイブリッド自動車２０では、ドライブギヤ軸２６とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との間のクラッチＣ１がトルクリミット機能を有していることから、ＣＶＴ４０や遊星歯車機構５０の各要素に過大なトルクが作用するのを抑制することができる。

上述のようにしてエンジン２２が始動されると共にニュートラル状態が設定されると、運転者は、シフトポジションを通常走行用のＤポジションまたは後進走行用のＲポジションに設定すると共にアクセルペダル８３を踏み込むことによりハイブリッド自動車２０を「低速前進走行モード」または「後進走行モード」のもとで発進させることができる。以下、「後進走行モード」について説明した後、「低速前進走行モード」、「中速移行モード」、「巡航走行モード」および「高速走行モード」について順番に説明する。

〔後進走行モード〕
ニュートラル状態のもとで運転者によりＲポジションが設定されてアクセルペダル８３が踏み込まれた場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＶＴ４０による変速比γが遊星歯車機構５０のギヤ比ρよりも小さくなるように、すなわちＣＶＴ４０によってセカンダリシャフト４２および遊星歯車機構５０のサンギヤ５１がより増速されるようにＣＶＴＥＣＵ４９に制御信号を与え、ＣＶＴＥＣＵ４９は、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号に従って油圧回路４８を制御する。これにより、図５において二点鎖線で示すように、ドライブギヤ２５の回転方向と同方向におけるサンギヤ５１の回転速度Ｎｓが高まり、遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４は、ドライブギヤ２５の回転方向と同方向に回転することになるので、駆動軸としてのキャリア軸５５を逆転させてハイブリッド自動車２０を後進方向に走行させることが可能となる。そして、この際には、上記式（８）からわかるように、エンジン２２およびモータＭＧの少なくとも何れかからドライブギヤ軸２６に出力されるトルク（Ｔｄ）が増幅されて駆動軸としてのキャリア軸５５に出力されることになる。このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、その後進走行に際して、効率よくエンジン２２を運転しながら駆動軸としてのキャリア軸５５に大きなトルクを出力することが可能となる。従って、ハイブリッド自動車２０では、後進走行時のエネルギ効率やトルク特性をより向上させることができる。また、後進走行モードのもとで、特に駆動軸としてのキャリア軸５５の回転速度すなわち車速Ｖが低いときに、例えばエンジン２２の出力が急変したり、何らかの要因により駆動軸としてのキャリア軸５５に外部から力が加えられてしまったりしても、クラッチＣ１のトルクリミット機能によりＣＶＴ４０や遊星歯車機構５０の各要素に許容値を超える過大なトルクが作用するのを抑制することができる。

〔低速前進走行モード〕
ニュートラル状態のもとで運転者によりＤポジションが設定されてアクセルペダル８３が踏み込まれた場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＶＴ４０による変速比γが遊星歯車機構５０のギヤ比ρよりも大きくなるように、すなわちＣＶＴ４０によってセカンダリシャフト４２および遊星歯車機構５０のサンギヤ５１がより減速されるようにＣＶＴＥＣＵ４９に制御信号を与え、ＣＶＴＥＣＵ４９は、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号に従って油圧回路４８を制御する。これにより、図５において破線で示すように、ドライブギヤ２５の回転方向と同方向におけるサンギヤ５１の回転速度Ｎｓが低下し、遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４は、ドライブギヤ２５とは逆方向に回転することになるので、駆動軸としてのキャリア軸５５を正転させてハイブリッド自動車２０を前進方向に発進させることが可能となる。そして、この際には、上記式（８）からわかるように、エンジン２２およびモータＭＧの少なくとも何れかからドライブギヤ軸２６に出力されるトルク（Ｔｄ）が増幅されて駆動軸としてのキャリア軸５５に出力されることになる。このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、前進方向への発進に際して、効率よくエンジン２２を運転しながら駆動軸としてのキャリア軸５５に大きなトルクを出力することが可能となる。従って、実施例のハイブリッド自動車２０では、発進時のエネルギ効率やトルク特性をより向上させることができる。そして、発進後には、変速比γがより大きくなるようにＣＶＴ４０を制御することで、駆動軸としてのキャリア軸５５に大きなトルクを出力しながら、図５において細い実線で示すようにハイブリッド自動車２０を前進方向に加速させていくことができる。また、低速前進走行モードのもとで、特に駆動軸としてのキャリア軸５５の回転速度すなわち車速Ｖが低いときに、例えばエンジン２２の出力が急変したり、何らかの要因により駆動軸としてのキャリア軸５５に外部から力が加えられてしまったりしても、クラッチＣ１のトルクリミット機能によりＣＶＴ４０や遊星歯車機構５０の各要素に許容値を超える過大なトルクが作用するのを抑制することができる。このような低速前進走行モードは、例えばＣＶＴ４０による変速比γが所定値（例えば最大変速比）まで低下したことを含む第１の移行条件が成立するまで継続され、当該移行条件が成立すると、ハイブリッド自動車２０の運転モードは、低速前進走行モードから中速移行モードへと移行する。

〔中速移行モード〕
運転者によるアクセルペダル８３の操作等に応じて上記移行条件が成立すると、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ドライブギヤ軸２６とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続が解除されるようにクラッチＣ１のアクチュエータに制御信号を与える。こうして、ドライブギヤ軸２６とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続が解除されれば、プライマリシャフト４１をドライブギヤ軸２６とは独立に回転させることが可能となり、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＶＴ４０による変速比γが上記所定値に保たれると共にモータＭＧの回転速度Ｎｍ（回転速度Ｎｉ）が低下し、かつ要求トルクに基づくトルクが駆動軸としてのキャリア軸５５に出力されるようにエンジン２２の運転ポイントやモータＭＧのトルク指令、ＣＶＴ４０の目標変速比を設定する。また、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、ＣＶＴＥＣＵ４９は、それぞれハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号に従ってエンジン２２やモータＭＧ、ＣＶＴ４０を制御する。これにより、図６において破線で示すようにモータＭＧの減速に伴って、ＣＶＴ４０を介してモータＭＧに接続された遊星歯車機構５０のサンギヤ５１の回転速度Ｎｓが低下していくことから、キャリア軸５５の回転速度（車速Ｖ）を正転側（前進側）に増加させながら、同図において実線で示すようにモータＭＧを一旦停止させることによりＣＶＴ４０のセカンダリシャフト４２に接続された遊星歯車機構５０のサンギヤ５１の回転速度Ｎｓを値０にすることができる。なお、かかる中速移行モードのもとでは、モータＭＧは、図６において下向きのトルクを出力することから発電を実行し、モータＭＧにより発電された電力は、バッテリ３５の充電に供される。また、中速移行モードのもとでハイブリッド自動車２０を減速させる場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＶＴ４０による変速比γが上記所定値に保たれると共にモータＭＧの回転速度Ｎｍ（回転速度Ｎｉ）が高まり（加速され）、かつ要求トルクに基づくトルクが駆動軸としてのキャリア軸５５に出力されるようにエンジン２２の運転ポイントやモータＭＧのトルク指令、ＣＶＴ４０の目標変速比を設定する。

〔巡航走行モード〕
上述の中速移行モードのもとでモータＭＧと遊星歯車機構５０のサンギヤ５１との回転が停止された際の走行状態や運転者の要求（例えばアクセル開度Ａｃｃやその変動度合等）が第２の移行条件を満たしている場合、モータＭＧが停止されたままハイブリッドＥＣＵ７０によりブレーキＢ１がオンされてＣＶＴ４０がロックされ、運転モードが中速移行モードから巡航移行モードへと移行する。すなわち、ブレーキＢ１により遊星歯車機構５０のサンギヤ５１を回転不能に固定すれば、図６において実線で示すように、ＣＶＴ４０を用いることなくエンジン２２によりドライブギヤ軸２６に出力されるトルクをドライブギヤ２５および遊星歯車機構５０を介して駆動軸としてのキャリア軸５５に伝達することが可能となる。従って、巡航移行モードのもとでは、ハイブリッドＥＣＵ７０は、要求トルクに基づくトルクが駆動軸としてのキャリア軸５５に出力されるようにエンジン２２の運転ポイントを設定し、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号に従ってエンジン２２を制御する。これにより、巡航走行モードのもとでは、ＣＶＴ４０での損失を無くしながらエンジン２２によりドライブギヤ軸２６に出力される動力を比較的効率よく駆動軸としてのキャリア軸５５に伝達することができるので、エネルギ効率をより向上させることが可能となる。

〔高速走行モード〕
上述の中速移行モードのもとでモータＭＧが停止されると共に遊星歯車機構５０のサンギヤ５１の回転が停止された際に上記第２の移行条件とは異なる第３の移行条件が成立した場合や、巡航走行モードのもとで運転者により加速要求がなされたような場合、ハイブリッド自動車２０の運転モードは、中速移行モードまたは巡航走行モードから高速走行モードへと移行する。ハイブリッド自動車２０の運転モードを高速走行モードへと移行させる場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ブレーキＢ１がオンされていれば遊星歯車機構５０のサンギヤ５１やＣＶＴ４０のロックが解除されるようにブレーキＢ１のアクチュエータに制御信号を与え、ブレーキＢ１がオフされた状態で、モータＭＧが上述の低速前進走行モード等とは逆方向すなわち遊星歯車機構５０のリングギヤ５２やキャリア５４と同方向に回転すると共に要求トルクに基づくトルクが駆動軸としてのキャリア軸５５に出力されるようにエンジン２２の運転ポイントやモータＭＧに対するトルク指令、ＣＶＴ４０の目標変速比を設定する。また、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、ＣＶＴＥＣＵ４９は、それぞれハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号に従ってエンジン２２やモータＭＧ、ＣＶＴ４０を制御する。すなわち、クラッチＣ１によりドライブギヤ軸２６とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続が解除されている状態では、モータＭＧによりプライマリシャフト４１をドライブギヤ軸２６とは逆方向に回転させることが可能であり、図７において実線で示すように、モータＭＧの回転速度Ｎｍ（回転速度Ｎｉ）をドライブギヤ２５の回転方向とは逆方向すなわち遊星歯車機構５０のリングギヤ５２等と同方向に高くしていけば、ＣＶＴ４０のセカンダリシャフト４２に接続された遊星歯車機構５０のサンギヤ５１をドライブギヤ２５とは逆方向すなわちリングギヤ５２やキャリア５４と同方向に回転させると共にその回転速度Ｎｓを高くしていくことができる。加えて、ＣＶＴ４０による変速比γをより小さくしていけば、図７において二点鎖線で示すように、遊星歯車機構５０のサンギヤ５１の回転速度Ｎｓをドライブギヤ２５とは逆方向により一層高くすることができる。そして、遊星歯車機構５０のサンギヤ５１のドライブギヤ２５とは逆方向における回転速度Ｎｓが高くなればなるほど、ドライブギヤ２５と遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４すなわち駆動軸としてのキャリア軸５５との間の変速比αをより小さく（増速比をより大きく）してキャリア軸５５の正転側における回転速度すなわち車速Ｖをより高くすることが可能となる。

上述のように、実施例のハイブリッド自動車２０では、遊星歯車機構５０のサンギヤ５１の回転速度Ｎｓを値０を含む範囲内で連続的に変化させることで遊星歯車機構５０の各要素（特に第１の入力要素であるサンギヤ５１）の回転速度が過大になることを抑制しながら、駆動軸としてのキャリア軸５５の正転および逆転すなわちハイブリッド自動車２０の前進方向および後進方向への走行を可能とすると共に、前進走行時におけるドライブギヤ２５すなわちエンジン２２やモータＭＧと駆動軸としてのキャリア軸５５との間の変速比幅をより大きくとることができる。なお、高速走行しているハイブリッド自動車２０を減速させていくときには、基本的に上記手順とは逆の手順に従ってエンジン２２やモータＭＧ、ＣＶＴ４０、クラッチＣ１およびブレーキＢ１を制御すればよい。

〔モータ走行モード〕
続いて、エンジン２２を停止した状態で駆動軸としてのキャリア軸５５にモータＭＧから動力を出力しながらハイブリッド自動車２０を走行させるモータ走行モードについて説明する。

実施例のハイブリッド自動車２０をモータ走行モードのもとで走行させる場合には、クラッチＣ１がオフされてドライブギヤ軸２６とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続が解除されると共に、ブレーキＢ２がオンされて遊星歯車機構５０の第２の入力要素であるリングギヤ５２やエンジン２２のクランクシャフト２３が回転不能に固定（ロック）される（ただし、ブレーキＢ１はオフされる）。これにより、エンジン２２を連れ回すことなく、モータＭＧからの動力を駆動軸としてのキャリア軸５５に出力することが可能となる。そして、このようにクラッチＣ１がオフされると共にブレーキＢ２がオンされた状態で、モータＭＧを停止させることによりモータ走行モードにおける「ニュートラル状態」を設定することができる。そして、かかるニュートラル状態のもとで、ＣＶＴ４０の変速比γを所定値（例えば減速側の小さな値）に設定すると共に、バッテリ３５からの電力によりモータＭＧをエンジン２２の運転時における回転方向と同方向に回転すると共に共線図上で上向きのトルクを出力するように駆動制御（力行運転）すれば、遊星歯車機構５０のサンギヤ５１がモータＭＧと同方向すなわちエンジン２２の運転時における回転方向に回転し、それに伴って遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４（キャリア軸５５）もエンジン２２の運転時における回転方向に回転することになるので、駆動軸としてのキャリア軸５５を逆転させてハイブリッド自動車２０を後進方向に走行させることが可能となる。また、モータ走行モードにおけるニュートラル状態のもとで、バッテリ３５からの電力によりモータＭＧをエンジン２２の運転時における回転方向とは逆方向に回転すると共に共線図上で下向きのトルクを出力するように駆動制御（力行運転）すれば、遊星歯車機構５０のサンギヤ５１がモータＭＧと同方向すなわちエンジン２２の運転時における回転方向とは逆方向に回転し、それに伴って遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４（キャリア軸５５）もエンジン２２の運転時における回転方向とは逆方向に回転することになるので、駆動軸としてのキャリア軸５５を正転させてハイブリッド自動車２０を前進方向に走行させることが可能となる。また、この際に、ＣＶＴ４０による変速比γをより小さくしていけば、駆動軸としてのキャリア軸５５の回転速度すなわち車速Ｖをより高くすることが可能となる。なお、モータ走行モードのもとで停止されているエンジン２２を始動させる際には、クラッチＣ１がオフされたまま、図示しない低圧バッテリからの電力を利用してエンジン２２をクランキングするようにスタータモータ２９が制御されると共に、スタータモータ２９によるエンジン２２のクランキングに伴って出力要素としてのキャリア５４に作用するトルクをキャンセルしつつ駆動軸としてのキャリア軸５５に要求トルクに基づくトルクが出力されるようにモータＭＧおよびＣＶＴ４０が制御される。

〔その他の動作〕
実施例のハイブリッド自動車２０は、モータＭＧを備えるものであるから、走行中に運転者によりブレーキペダル８５が踏み込まれたときには、モータＭＧの回生により運動エネルギを電気エネルギに変換することで駆動軸としてのキャリア軸５５に制動力（制動トルク）を出力することができる。そして、運転者によりブレーキペダル８５が踏み込まれたときにクラッチＣ１をオフしてドライブギヤ軸２６とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続を解除すれば、モータＭＧにより効率よくエネルギを回収することが可能となる。すなわち、運転者によりブレーキペダル８５が踏み込まれたときにクラッチＣ１をオフすると共にＣＶＴ４０を用いてモータＭＧの回転速度Ｎｍを高く保つことで、通常であれば回生制動が実行し得なくなる程度にまでキャリア軸５５の回転速度すなわち車速Ｖが低下した時点においてもモータＭＧによるエネルギ回収を続行し、それによりハイブリッド自動車２０のエネルギ効率を向上させることが可能となる。

以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０では、ドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０が互いに協働して、いわゆる無限変速機（ＩＶＴ）として機能し、ドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０によってトルク循環を生じさせる動力の循環ループが形成される際にＣＶＴ４０の変速比γを調整することにより、ドライブギヤ２５と遊星歯車機構５０のキャリア５４との間の変速比αを実質的に無限大に設定することができる。これにより、ＣＶＴ４０を用いてドライブギヤ２５と遊星歯車機構５０のキャリア５４との間の変速比αを実質的に無限大に設定しておけば（ニュートラル状態）、エンジン２２やモータＭＧ等が例えば効率をより向上させることができる任意の回転速度Ｎｅ，Ｎｍで運転されていてもキャリア５４および駆動軸としてのキャリア軸５５の回転を停止させておくこと（拘束しておくこと）ができる。そして、このような変速比αが実質的に無限大であるニュートラル状態からＣＶＴ４０の変速比γを変更すれば、キャリア５４と駆動軸としてのキャリア軸５５とを正転側または逆転側に回転させてハイブリッド自動車２０を前進方向または後進方向に走行させることが可能となり、特に駆動軸としてのキャリア軸５５の回転速度すなわち車速Ｖが低いときにエンジン２２とモータＭＧとの少なくとも何れかからのトルクを増幅して駆動軸としてのキャリア軸５５に大きなトルクを出力することができる。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、ドライブギヤ２５とＣＶＴ４０と遊星歯車機構５０とにより形成される動力の循環ループ内に所定値以上の力（トルク）の伝達を制限する動力伝達制限手段としてのクラッチＣ１が設けられているので、ドライブギヤ２５と遊星歯車機構５０のキャリア５４との間の変速比αが実質的に無限大に設定されるニュートラル状態のもと、あるいは発信後のキャリア軸５５の回転速度すなわち車速Ｖが低いときに、エンジン２２等の出力が急変したり、駆動軸としてのキャリア軸５５に外部から力が加えられてしまったりしても、循環ループにおけるトルクの循環を制限してＣＶＴ４０の各プーリ４３，４４やベルト４７、遊星歯車機構５０の各ギヤ５１〜５３、更にはドライブギヤ２５等に許容値を超える過大なトルクが作用するのを抑制することができる。従って、ハイブリッド自動車２０では、駆動軸としてのキャリア軸５５に大きなトルクを効率よく出力すると共に、構成部品に過大なトルクが作用することを抑制して信頼性をより向上させることが可能となる。

また、動力伝達制限手段としてのクラッチＣ１は、ドライブギヤ２５とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との間で伝達されるトルクが所定値以上になるとドライブギヤ２５とプライマリシャフト４１とを互いに滑らせ、ドライブギヤ２５とプライマリシャフト４１との間における当該所定値以上のトルクの伝達を制限すると共に、ドライブギヤ２５とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続および当該接続の解除を実行するものである。これによりドライブギヤ２５と遊星歯車機構５０のキャリア５４との間の変速比αが実質的に無限大に設定されているとき（ニュートラル状態）や、駆動軸としてのキャリア軸５５の回転速度すなわち車速Ｖが低いときに、エンジン２２等の出力が急変したり、駆動軸としてのキャリア軸５５に外部から力が加えられてしまったりしても、ドライブギヤ２５とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との間でトルクの循環を制限してＣＶＴ４０や遊星歯車機構５０の構成要素等に過大な力が作用するのを抑制することができる。更に、クラッチＣ１によりドライブギヤ２５とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続が解除されれば、モータＭＧによりＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１をドライブギヤ２５の回転とは無関係に回転させることが可能となる。従って、ドライブギヤ２５とＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１との接続が解除されると共にエンジン２２が動力を出力している状態で、ＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１に接続されたモータＭＧの回転を制御し、更にはＣＶＴ４０の変速比γを適宜変化させることにより、ドライブギヤ２５と遊星歯車機構５０のキャリア５４（駆動軸としてのキャリア軸５５）との間の変速比αをより小さく（増速比をより大きく）することが可能となる。この結果、ハイブリッド自動車２０では、エンジン２２やモータＭＧと駆動軸としてのキャリア軸５５との間の変速比幅をより大きくして、キャリア軸５５の回転速度すなわち車速Ｖが低い低車速域から当該回転速度が高まる高車速域までの極めて広範な運転領域においてエネルギ効率やトルク特性を向上させることが可能となる。

また、実施例のハイブリッド自動車２０において、駆動軸としてのキャリア軸５５は、遊星歯車機構５０の出力要素であるキャリア５４がドライブギヤ２５とは逆方向に回転するときに正転するものである。これにより、サンギヤ５１の回転速度Ｎｓを値０を含む範囲内で連続的に変化させることで遊星歯車機構５０の各要素（特にサンギヤ５１）の回転速度が過大になることを抑制しながら、キャリア軸５５の正転および逆転すなわちハイブリッド自動車２０の前進方向および後進方向への走行を可能とすると共に、エンジン２２やモータＭＧとキャリア軸５５との間の変速比幅をより大きくしてキャリア軸５５の正転側すなわちハイブリッド自動車２０の前進側の広範な運転領域においてエネルギ効率やトルク特性を向上させることが可能となる。そして、遊星歯車機構５０として、第１の入力要素としてのサンギヤ５１と、第２の入力要素としてのリングギヤ５２と、サンギヤ５１とリングギヤ５２との双方と噛合するピニオンギヤ５３を保持する出力要素としてのキャリア５４とを含むシングルピニオン式遊星歯車機構を用いれば、部品点数の増加を抑制しつつハイブリッド自動車２０をコンパクトに構成することが可能となる。

図８は、本発明の変形例に係る車両である電気自動車２００の概略構成図である。同図に示す電気自動車２００は、上述のハイブリッド自動車２０のモータＭＧをモータＭＧ１とすると共に、エンジン２２をモータＭＧ２で置き換えて当該モータＭＧ２（その回転子）をドライブギヤ軸２６（ドライブギヤ２５）に接続したものに相当する。電気自動車２００において、モータＭＧ２は、発電機として作動すると共に電動機として作動可能な図８の例ではモータＭＧ１と同一諸元の同期発電電動機であり、インバータ３２を介してバッテリ３５と電力のやり取りを行なう。また、モータＭＧ２には、その回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３４が設けられている。このように構成される電気自動車２００では、上記ハイブリッド自動車２０におけるエンジン２２の代わりにドライブギヤ軸２６に接続されたモータＭＧ２が動力発生源として機能する。すなわち、電気自動車２００では、モータＭＧ２を動力発生源として用いると共にモータＭＧ１を上述のハイブリッド自動車２０のモータＭＧと同様に動作させることにより、上述のハイブリッド自動車２０における後進走行モード、低速前進走行モード、中速移行モード、巡航走行モードおよび高速走行モードと同様の走行モードのもとでの走行を実現することができる。

また、図９に示す、他の変形例に係るハイブリッド自動車２０Ｂのように、本発明による車両としてのハイブリッド自動車は、２体の電動機を備えるものであってもよい。すなわち、図９に示すハイブリッド自動車２０Ｂは、上述のハイブリッド自動車２０のモータＭＧをモータＭＧ１とすると共に、ドライブギヤ軸２６に第２の電動機としてのモータＭＧ２を接続し、更にモータＭＧ２とエンジン２２との間に、ドライブギヤ軸２６（ドライブギヤ２５）とエンジン２２のクランクシャフト２３との接続および当該接続の解除を実行するクラッチＣ２を配置したものに相当する。この場合、モータＭＧ２は、発電機として作動すると共に電動機として作動可能な図９の例ではモータＭＧ１と同一諸元の同期発電電動機であり、インバータ３２を介して二次電池であるバッテリと電力のやり取りを行なう。また、クラッチＣ２は、図示しない油圧式、電磁式あるいは電気式のアクチュエータにより駆動される圧着式（摩擦式）のクラッチである。このように構成されたハイブリッド自動車２０Ｂでは、エンジン２２をアシストするようにモータＭＧ２に動力を出力させたり、エンジン２２からの動力の一部を用いて発電するようにモータＭＧ２を制御すると共にモータＭＧ２の発電により得られた電力を用いてＣＶＴ４０のセカンダリシャフト４２に駆動トルクを出力するようにモータＭＧ１を制御したりすることができる。更に、変形例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、モータ走行モードのもとで２体のモータＭＧ１およびＭＧ２の双方から駆動軸としてのキャリア軸５５に駆動トルクを出力することができる。

図１０に示す他の変形例に係るハイブリッド自動車２０Ｃは、上記ハイブリッド自動車２０Ｂに対して、モータＭＧ２とドライブギヤ２５との間に両者の接続および当該接続の解除を実行するクラッチＣ３が追設されたものに相当する。このようなハイブリッド自動車２０Ｃでは、クラッチＣ３をオフすればエンジン２２およびモータＭＧ２を同時にモータＭＧ１，ＣＶＴ４０等から切り離すことが可能となるので、停止時やモータ走行モードのもとでエンジン２２の始動処理を容易かつスムースに実行することができる。そして、ハイブリッド自動車２０Ｂでは、エンジン２２の連れ回しを回避すべく、基本的にモータ走行モードのもとではクラッチＣ３をオフしてモータＭＧ１のみから動力を出力することになる。この際、ハイブリッド自動車２０Ｂでは、クラッチＣ３をオフすることでエンジン２２およびモータＭＧ２を同時にモータＭＧ１等から切り離すことができることから、クラッチＣ３をオフした状態でモータＭＧ２にエンジン２２からの動力のすべてを用いて発電させ、得られた電力でモータＭＧ１を駆動したり、バッテリ３５を充電したりすることにより、ハイブリッド自動車２０Ｂをいわゆるシリーズ式のハイブリッド自動車として機能させることが可能となる。更に、ハイブリッド自動車２０Ｃでは、クラッチＣ２をオフしてモータＭＧ２からエンジン２２を切り離せば、モータ走行モードのもとでエンジン２２の連れ回しを回避しつつモータＭＧ１およびＭＧ２の走行から動力を出力させることができる。

なお、上記ハイブリッド自動車２０，２０Ｂおよび２０Ｃや電気自動車２００において、ブレーキＢ１は省略されてもよい。更に、上記実施例のハイブリッド自動車２０Ｂに対してエンジン２２を始動させるためのスタータ（スタータモータ）を備えてもよいことはいうまでもない。また、上記ハイブリッド自動車２０，２０Ｂおよび２０Ｃや電気自動車２００は、運転席を含むキャビン全体を回転させる形式の車両として構成されてもよい。そして、上記実施例や変形例においては、動力出力装置をハイブリッド自動車２０等に搭載されるものとして説明したが、本発明による動力出力装置は、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載されるものであってもよく、建設設備などの固定設備に組み込まれるものであってもよい。

ここで、上記実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例および変形例では、ドライブギヤ２５に動力を出力可能な「内燃機関」としてのエンジン２２や「第２の電動機」としてのモータＭＧ２が「動力発生源」に相当し、ドライブギヤ２５に接続され得るプライマリシャフト４１と、セカンダリシャフト４２とを有し、プライマリシャフト４１に入力される動力を無段階に変速してセカンダリシャフト４２に出力可能なＣＶＴ４０が「無段変速装置」に相当し、ＣＶＴ４０のセカンダリシャフト４２に接続されるサンギヤ５１と、ドライブギヤ２５と連動して当該ドライブギヤ２５とは逆方向に回転可能なリングギヤ５２と、駆動軸としてのキャリア軸５５に接続されるキャリア５４とを含む遊星歯車機構５０が「遊星歯車機構」に相当し、ＣＶＴ４０のプライマリシャフト４１に少なくとも動力を出力可能なモータＭＧが「電動機」に相当し、モータＭＧ（ＭＧ１）やモータＭＧ２と電力をやり取り可能なバッテリ３５が「蓄電手段」に相当し、ドライブギヤ２５とＣＶＴ４０と遊星歯車機構５０とにより形成される動力の循環ループ内に設けられ、当該循環ループにおける所定値以上の力の伝達を制限するクラッチＣ１が「動力伝達制限手段」に相当する。

ただし、「内燃機関」は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力するエンジン２２に限られず、水素エンジンといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「無段変速装置」は、ベルト式のＣＶＴ４０に限られず、入力軸に入力される動力を無段階に変速して出力軸に出力可能なものであればトロイダル式無段変速機や対回転子電動機からなる電気式無段変速装置といったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「遊星歯車機構」は、無段変速装置の出力軸に接続される第１の入力要素と、回転要素と連動して当該回転要素とは逆方向に回転可能な第２の入力要素と、駆動軸に接続される出力要素とを含むものであればシングルピニオン式の遊星歯車機構５０以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。「電動機」および「第２の電動機」は、モータＭＧ，ＭＧ１，ＭＧ２のような同期発電電動機に限られず、誘導電動機といったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「蓄電手段」は、バッテリ３５のような二次電池に限られず、第１および第２の電動機と電力をやり取り可能なものであればキャパシタといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「動力制限伝達手段」や「接続断接手段」は、回転要素と無段変速装置と遊星歯車機構とにより形成される動力の循環ループ内に設けられ、当該循環ループにおける所定値以上の力の伝達を制限するものであれば、圧着式クラッチ以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。何れにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、動力出力装置や車両の製造産業等において利用可能である。

本発明の一実施例に係る車両であるハイブリッド自動車２０の概略構成図である。 ドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０の各要素における回転速度等の関係を表す共線図を例示する説明図である。 実施例のハイブリッド自動車２０の動作モードを例示する説明図である。 実施例のハイブリッド自動車２０の後進走行モードや低速前進走行モードを説明するための説明図である。 後進走行モードや低速前進走行モードにおけるドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０の各要素における回転速度等の関係を表す共線図を例示する説明図である。 中速移行モードや巡航走行モードにおけるドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０の各要素における回転速度等の関係を表す共線図を例示する説明図である。 高速走行モードにおけるドライブギヤ２５、ＣＶＴ４０および遊星歯車機構５０の各要素における回転速度等の関係を表す共線図を例示する説明図である。 変形例に係る電気自動車２００の概略構成図である。 他の変形例に係るハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図である。 更に他の変形例に係るハイブリッド自動車２０Ｃの概略構成図である。

符号の説明

２０，２０Ｂ，２０Ｃ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクシャフト、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２５ ドライブギヤ、２６ ドライブギヤ軸、２８ ダンパ、２９ スタータモータ、３０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、３１，３２ インバータ、３３，３４ 回転位置検出センサ、３５ バッテリ、３６ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、３９ 電力ライン、４０ 無段変速ユニット（ＣＶＴ）、４１ プライマリシャフト、４２ セカンダリシャフト、４３ プライマリプーリ、４４ セカンダリプーリ、４５，４６ 油圧シリンダ、４７ ベルト、４８ 油圧回路、４９ ＣＶＴ用電子制御ユニット（ＣＶＴＥＣＵ）、５０ 遊星歯車機構、５１ サンギヤ、５２ リングギヤ、５３ ピニオンギヤ、５４ キャリア、５５ キャリア軸（駆動軸）、５６ ギヤ列、５７ デファレンシャルギヤ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルストロークセンサ、８７ 車速センサ、２００ 電気自動車、Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ クラッチ、ＤＷ 車輪、ＭＧ，ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (7)

1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
   所定の回転要素に動力を出力可能な動力発生源と、
   前記回転要素に接続され得る入力軸と、出力軸とを有し、前記入力軸に入力される動力を無段階に変速して前記出力軸に出力可能な無段変速装置と、
   前記無段変速装置の前記出力軸に接続されて該出力軸と同方向に回転可能な第１の入力要素と、前記回転要素と連動して該回転要素とは逆方向に回転可能な第２の入力要素と、前記駆動軸に接続される出力要素とを含む遊星歯車機構と、
   前記無段変速装置の前記入力軸に少なくとも動力を出力可能な電動機と、
   前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
   前記回転要素と前記無段変速装置と前記遊星歯車機構とにより形成される動力の循環ループ内に設けられ、該循環ループにおける所定値以上の力の伝達を制限する動力伝達制限手段と、
   を備え、
   前記動力伝達制限手段は、前記回転要素と前記無段変速装置の前記入力軸との接続および該接続の解除を実行すると共に、前記回転要素と前記入力軸との間における所定値以上の力の伝達を制限する接続断接手段であり、
   前記接続断接手段により前記回転要素と前記無段変速装置の前記入力軸とが接続された状態では、前記駆動軸に要求される要求トルクに基づく動力が前記駆動軸に出力されるように前記動力発生源と前記電動機と前記無段変速装置とが制御されると共に、前記接続断接手段により前記回転要素と前記無段変速装置の前記入力軸との接続が解除された状態では、前記電動機が減速するか、または前記電動機が前記回転要素とは逆方向に回転すると共に要求トルクに基づく動力が前記駆動軸に出力されるように前記動力発生源と前記電動機と前記無段変速装置とが制御される、
   動力出力装置。
2. 請求項１に記載の動力出力装置において、
   前記接続断接手段は、前記回転要素と前記入力軸との間で伝達されるトルクが所定値以上になると前記回転要素と前記入力軸とを互いに滑らせる動力出力装置。
3. 請求項１または２に記載の動力出力装置において、
   前記駆動軸は、前記遊星歯車機構の前記出力要素が前記回転要素とは逆方向に回転するときに正転する動力出力装置。
4. 前記動力発生源は内燃機関である請求項１から３の何れか一項に記載の動力出力装置。
5. 前記動力発生源は前記電動機とは異なる第２の電動機である請求項１から３の何れか一項に記載の動力出力装置。
6. 前記動力発生源は、内燃機関と、前記電動機とは異なる第２の電動機とである請求項１から３の何れか一項に記載の動力出力装置。
7. 駆動軸に連結された駆動輪を有する車両であって、
   所定の回転要素に動力を出力可能な動力発生源と、
   前記回転要素に接続され得る入力軸と、出力軸とを有し、前記入力軸に入力される動力を無段階に変速して前記出力軸に出力可能な無段変速装置と、
   前記無段変速装置の前記出力軸に接続されて該出力軸と同方向に回転可能な第１の入力要素と、前記回転要素と連動して該回転要素とは逆方向に回転可能な第２の入力要素と、前記駆動軸に接続される出力要素とを含む遊星歯車機構と、
   前記無段変速装置の前記入力軸に少なくとも動力を出力可能な電動機と、
   前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
   前記回転要素と前記無段変速装置と前記遊星歯車機構とにより形成される動力の循環ループ内に設けられ、該循環ループにおける所定値以上の力の伝達を制限する動力伝達制限手段と、
   を備え、
   前記動力伝達制限手段は、前記回転要素と前記無段変速装置の前記入力軸との接続および該接続の解除を実行すると共に、前記回転要素と前記入力軸との間における所定値以上の力の伝達を制限する接続断接手段であり、
   前記接続断接手段により前記回転要素と前記無段変速装置の前記入力軸とが接続された状態では、前記駆動軸に要求される要求トルクに基づく動力が前記駆動軸に出力されるように前記動力発生源と前記電動機と前記無段変速装置とが制御されると共に、前記接続断接手段により前記回転要素と前記無段変速装置の前記入力軸との接続が解除された状態では、前記電動機が減速するか、または前記電動機が前記回転要素とは逆方向に回転すると共に要求トルクに基づく動力が前記駆動軸に出力されるように前記動力発生源と前記電動機と前記無段変速装置とが制御される、
   車両。
   

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