JP5321517B2

JP5321517B2 - 車両の駆動装置

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Publication number: JP5321517B2
Application number: JP2010075814A
Authority: JP
Inventors: 英明駒田; 弘章江渕; 岐宣鈴木; 弘達北畠; 直志藤吉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP2011207301A

Description

本発明は、内燃機関に加えて回転電機が走行用動力源として設けられ、回転電機にて後進走行を行うことが可能な車両の駆動装置に関する。

内燃機関と電動機とが走行用動力源として設けられた車両用駆動装置が知られている。例えば、内燃機関の動力が遊星歯車機構を介して伝達される出力ギア及び電動機の動力が伝達される電動機出力ギアが共通のアイドラギアとそれぞれ噛み合っているとともに出力ギアと遊星歯車機構の回転要素との間の動力伝達経路中に回転要素を制動可能なブレーキと回転要素から出力ギアへの動力伝達は許容し、その逆の動力伝達は阻止する一方向クラッチが設けられた駆動装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。

特開２００２−３１６５４２号公報特開２００６−２９０１３２号公報特開２０００−２０９７０６号公報

特許文献１の駆動装置では、後進走行を行う場合に電動機でアイドラギアを駆動するが、この際にブレーキによって回転要素が制動されていた場合は一方向クラッチによって出力ギアの回転が阻止されるので、後進走行を行うことができない。ブレーキによる制動が解除されていた場合には電動機による後進走行は可能となるが、この際に内燃機関が運転されていると内燃機関の動力がアイドラギアに伝達されて動力損失が発生するおそれがある。

そこで、本発明は、回転電機による後進走行時に動力損失が発生することを抑制可能な車両の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の車両の駆動装置は、相互に差動回転可能な第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を有し、前記第１回転要素が内燃機関と連結され、前記第２回転要素が第１回転電機と連結され、前記第３回転要素が２方向クラッチを介して出力部材と連結された差動機構と、前記出力部材との間で相互に動力を伝達可能なように前記出力部材から車両の駆動輪までの動力伝達経路中に設けられた伝達部材と、前記伝達部材に動力を出力できる第２回転電機と、前記第３回転要素を回転不能に制動する制動状態及びその制動を解除する制動解除状態に切り替え可能なブレーキ手段と、前記内燃機関で前記第１回転電機を駆動して発電を行いつつ前記伝達部材が前記車両の前進走行時に回転する正転方向とは逆の逆転方向に回転されるように前記第２回転電機を駆動させて前記車両を後進走行させる場合に、前記ブレーキ手段を前記制動状態に切り替える制御手段と、を備え、前記２方向クラッチは、前記出力部材側から動力が入力された場合には前記第３回転要素と前記出力部材との間の動力の伝達が遮断される解放状態に切り替わり、前記第３回転要素側から動力が入力された場合には前記第３回転要素と前記出力部材との間で動力が伝達される伝達状態に切り替わるように動作する（請求項１）。

本発明の駆動装置によれば、第２回転電機で車両を後進走行させる場合にはブレーキ手段を制動状態に切り替えるので、第３回転要素が回転不能となる。これにより内燃機関の動力が出力部材に伝達されることを防止できるので、動力損失が発生することを抑制できる。また、このように第３回転要素が制動された状態で出力部材が伝達部材によって回転駆動されると２方向クラッチが解放状態に切り替わるので、第３回転要素が停止していても出力部材は回転可能な状態になる。すなわち、２方向クラッチによって第３回転要素と出力部材とが切り離される。そのため、第２回転電機で伝達部材を回転させて車両を後進走行させることができる。

本発明の駆動装置の一形態において、前記２方向クラッチは、前記伝達状態として、前記第３回転要素から前記出力部材に前記伝達部材を前記正転方向に回転させる正方向の回転を伝達する正転伝達状態と、前記第３回転要素から前記出力部材に前記伝達部材を前記逆転方向に回転させる前記正方向とは逆の逆方向の回転を伝達する逆転伝達状態とが設定され、かつ前記第３回転要素から前記正方向の回転が入力された場合に前記逆転伝達状態から前記正転伝達状態に切り替わり、前記第３回転要素から前記逆方向の回転が入力された場合に前記正転伝達状態から前記逆転伝達状態に切り替わるように動作してもよい（請求項２）。このように状態が正転伝達状態及び逆転伝達状態に切り替わることにより、２方向クラッチにて正方向及び逆方向の回転が伝達される。

この形態において、前記制御手段は、前記２方向クラッチの状態を前記正転伝達状態及び前記逆転伝達状態の一方の状態から他方の状態に切り替える所定の切替条件が成立した場合に、前記ブレーキ手段を前記制動解除状態に切り替えてもよい（請求項３）。第３回転要素がブレーキ手段によって制動されたままでは２方向クラッチの状態を切り替えることができない。この形態では、所定の切替条件が成立した場合にはブレーキ手段を制動解除状態に切り替えるので、２方向クラッチの状態を確実に切り替えることができる。

切替条件が成立した場合にブレーキ手段が制動解除状態に切り替えられる本発明の駆動装置の一形態において、前記制御手段は、前記切替条件が成立した場合に、前記第３回転要素の回転数が予め設定した所定回転数以下に制限されるように前記内燃機関の運転状態を制御してもよい（請求項４）。また、前記制御手段は、前記切替条件が成立した場合に、前記内燃機関をアイドリング状態に制御してもよい（請求項５）。このように内燃機関の運転状態を制御することにより、ブレーキ手段を制動状態から制動解除状態に切り替えたときに内燃機関の回転数が大きく変動する、いわゆる回転吹きを抑制できる。

第３回転要素から入力された回転に応じて２方向クラッチの状態が切り替わる本発明の駆動装置の一形態において、前記制御手段は、前記車両が停止中であり、かつ前記内燃機関が停止しているときに前記２方向クラッチの状態を前記正転伝達状態及び前記逆転伝達状態の一方の状態から他方の状態に切り替える所定の切替条件が成立した場合は、前記ブレーキ手段を前記制動解除状態に切り替え、その後前記２方向クラッチが前記一方の状態から前記他方の状態に切り替わるように前記第３回転要素を前記第１回転電機で回転させてもよい（請求項６）。このように車両の停止中に２方向クラッチの状態を切り替えておくことにより、車両の発進時に２方向クラッチの状態が切り替わることを防止できる。また、車両の発進時に２方向クラッチが誤った状態に切り替わることを防止できる。そのため、車両をスムーズに発進させることができる。

この形態において、前記制御手段は、前記２方向クラッチが前記一方の状態から前記他方の状態に切り替わるように前記第３回転要素を前記第１回転電機で回転させる場合、前記内燃機関のクランク軸は停止状態に維持され、かつ前記第３回転要素は回転するように前記第１回転電機の出力を制御してもよい（請求項７）。この場合、２方向クラッチの状態を切り替えるときに内燃機関が運転状態時に回転する方向とは逆方向に回転駆動されることを防止できる。

制御手段が所定の切替条件の成立時に制御を行う本発明の駆動装置の一形態において、前記車両には、前進走行レンジ及び後進走行レンジを含む複数のレンジ間で切り替え操作可能なシフト操作手段が設けられ、前記制御手段は、前記シフト操作手段が前記前進走行レンジ及び前記後進走行レンジの一方のレンジから他方のレンジに切り替えられた場合に前記切替条件が成立したと判断してもよい（請求項８）。この場合、切替条件が成立したか否か判断するために複雑な制御を実行する必要がない。そのため、制御内容を簡略化できる。

２方向クラッチが正転伝達状態で正方向の回転を伝達し、逆転伝達状態で逆方向の回転を伝達する本発明の駆動装置の一形態において、前記制御手段は、前記車両の発進時に、前記伝達部材が回転駆動されるべき方向が前記正転方向であり、かつ前記２方向クラッチが前記正転伝達状態である場合、又は前記伝達部材が回転駆動されるべき方向が前記逆転方向であり、かつ前記２方向クラッチが前記逆転伝達状態である場合は、前記ブレーキ手段を前記制動状態に切り替え、前記第２回転電機で前記伝達部材を回転駆動して前記車両を発進させてもよい（請求項９）。このようにブレーキ手段を制動状態に切り替えることにより、２方向クラッチによって第３回転要素と出力部材とが接続され、第３回転要素側からの動力によって出力部材が車両の発進時に回転すべき方向と逆の方向に駆動されることを防止できる。また、第２回転電機の動力で発進させるので、車両をスムーズに発進させることができる。

以上に説明したように、本発明の車両の駆動装置によれば、第２回転電機で後進走行する場合にはブレーキ手段を制動状態に切り替えるので、内燃機関の動力が伝達部材に伝達されることを防止できる。そのため、動力損失が発生することを抑制できる。

本発明の第１の形態に係る駆動装置のスケルトン図。２方向クラッチの断面の一部を拡大して示す図。スプラグが正転伝達状態に切り替わって入力軸と出力軸とが連結された状態を示す図。スプラグが正転伝達状態であり、かつ入力軸と出力軸とが連結されていない状態を示す図。スプラグが逆転伝達状態に切り替わって入力軸と出力軸とが連結された状態を示す図。２方向クラッチにおいて入力軸と出力軸とがスプラグで連結される条件を説明するための図。駆動装置の前進走行時における各動作モードにおけるエンジン、ブレーキ、及び２方向クラッチの作動係合表を示す図。シリーズＨＶモード及びＥＶモードにおける駆動装置の共線図。パワースプリットＨＶモードにおける駆動装置の共線図。駆動装置の後進走行時における各動作モードにおけるエンジン、ブレーキ、及び２方向クラッチの作動係合表を示す図。高ＳＯＣモード及び低ＳＯＣモードにおける駆動装置の共線図。本発明の第２の形態に係る駆動装置の制御装置が実行するクラッチ制御ルーチンを示すフローチャート。第２の形態のクラッチ制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。本発明の第３の形態に係る駆動装置の制御装置が実行するクラッチ制御ルーチンを示すフローチャート。２方向クラッチの状態が正転伝達状態から逆転伝達状態に切り替えられるように第１ＭＧの動作が制御されたときの駆動装置の共線図。２方向クラッチの状態が逆転伝達状態から正転伝達状態に切り替えられるように第１ＭＧの動作が制御されたときの駆動装置の共線図。本発明の第４の形態に係る駆動装置の制御装置が実行する発進制御ルーチンを示すフローチャート。本発明の駆動装置の変形例を示す図。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る駆動装置のスケルトン図を示している。この駆動装置１０は、ハイブリッド車両１に搭載されるものであり、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１１と、第１回転電機としての第１モータジェネレータ（以下、第１ＭＧと称することがある。）１２と、第２回転電機としての第２モータジェネレータ（以下、第２ＭＧと称することがある。）１３とを備えている。エンジン１１は、ハイブリッド車両に動力源として搭載される周知のものであるため、詳細な説明は省略する。第１ＭＧ１２は、ケース２に回転不能に固定されるステータ１２ａと、そのステータ１２ａの内周側に同軸に配置されたロータ１２ｂとを備えている。第２ＭＧ１３も同様にケース２に回転不能に固定されるステータ１３ａと、そのステータ１３ａの内周側に同軸に配置されたロータ１３ｂとを備えている。これら第１ＭＧ１２及び第２ＭＧ１３は、それぞれ電動機及び発電機として機能する周知のものであるため、詳細な説明は省略する。

エンジン１１のクランク軸１１ａ及び第１ＭＧ１２のロータ１２ｂは、動力分割機構１４と接続されている。エンジン１１のクランク軸１１ａはオイルポンプＯＰにも接続されている。また、動力分割機構１４には、車両１の駆動輪３に動力を出力するための出力部１５も接続されている。出力部１５は、出力部材としての第１ドライブギア１６と、第１ドライブギア１６と噛み合う伝達部材としてのカウンタギア１７と、カウンタギア１７と一体に回転する中間ギア１８と、中間ギア１８の回転が伝達されるディファレンシャル装置１９とを備えている。ディファレンシャル装置１９は、伝達された動力を左右の駆動輪３に分配する周知のものである。

動力分割機構１４は、差動機構としての遊星歯車機構２０を備えている。遊星歯車機構２０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、外歯歯車であるサンギアＳと、そのサンギアＳに対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンギアＰを自転可能かつサンギアＳの周囲を公転可能に保持するキャリアＣとを備えている。キャリアＣにはエンジン１１のクランク軸１１ａが連結されている。サンギアＳには第１ＭＧ１２のロータ１２ｂが連結されている。リングギアＲには、２方向クラッチ２１を介して第１ドライブギア１６が連結されている。そのため、サンギアＳが本発明の第２回転要素に、キャリアＣが本発明の第１回転要素に、リングギアＲが本発明の第３回転要素にそれぞれ相当する。

図２は、２方向クラッチ２１の断面の一部を拡大して示している。この図に示すように２方向クラッチ２１は、円筒状の入力軸２２と、入力軸２２の内側に設けられた円筒状の出力軸２３とを備えている。入力軸２２と出力軸２３とは、共通の軸線の回りに相対回転可能に設けられている。入力軸２２と出力軸２３との間には複数（図２では１つのみを示す。）のスプラグ２４と、各スプラグ２４を自転可能に保持するインナーリテーナ２５及びアウターリテーナ２６とが設けられている。インナーリテーナ２５は、入力軸２２及び出力軸２３のそれぞれと相対回転可能に設けられている。アウターリテーナ２６は入力軸２２の内周面に一体回転するように固定されている。インナーリテーナ２５には、径方向外側に突出するストッパピン２５ａが設けられている。アウターリテーナ２６には、ストッパピン２５ａが挿入される凹部２６ａが設けられている。凹部２６ａの周方向の長さは、ストッパピン２５ａの周方向の厚さより大きく設定されている。インナーリテーナ２５には、スプラグ２４が周方向両側から付勢されるように一対の板バネ２７が設けられている。インナーリテーナ２５は、摩擦クラッチ２８を介してスイッチングプレート２９と連結されている。スイッチングプレート２９には径方向外側に突出する凸部２９ａが設けられている。その凸部２９ａは、ハウジング３０に設けられた凹部３０ａ内に配置されている。この図に示すように凹部３０ａの周方向の長さは、凸部２９ａの周方向の幅よりも大きく設定されている。

次に図２〜図６を参照して２方向クラッチ２１の動作について説明する。この２方向クラッチ２１では、入力軸２２に固定されているアウターリテーナ２６に対してインナーリテーナ２５を相対回転させ、各スプラグ２４を左右に傾けることによって動力伝達方向を切り替える。なお、図２〜図５においては矢印Ｆで示した左回りの回転を正回転とし、矢印Ｂで示した右回りの回転を逆回転とする。そして、各軸２２、２３の回転数は正回転時をプラスとし、逆回転時をマイナスとする。そのため、逆回転時は、回転速度が速いほど回転数は小さくなる。

図２及び図３を参照して入力軸２２が正回転する場合について説明する。以降ではこの矢印Ｆの方向を正方向と称することがある。この際、入力軸２２の回転数Ｎｉｎが出力軸２３の回転数Ｎｏｕｔよりも大きい場合は、図３に示すように入力軸２２が出力軸２３に対して正方向に相対回転するので、スプラグ２４が傾いて入力軸２２及び出力軸２３と噛み合う。また、ストッパピン２５ａが凹部２６ａの回転方向後側の壁面に接する。そのため、入力軸２２と出力軸２３との間で動力が伝達される。以降、図３に示した２方向クラッチ２１の状態及びスプラグ２４の状態を正転伝達状態と称することがある。一方、入力軸２２の回転数Ｎｉｎが出力軸２３の回転数Ｎｏｕｔ以下の場合は、スプラグ２４が図２に示した状態に維持される。この場合、スプラグ２４が出力軸２３と噛み合わないため、入力軸２２と出力軸２３との間の動力の伝達は遮断される。

次に図４及び図５を参照して入力軸２２が逆回転する場合について説明する。以降ではこの矢印Ｂ方向を逆方向と称することがある。この際、入力軸２２の回転数Ｎｉｎが出力軸２３の回転数Ｎｏｕｔよりも小さい場合、すなわち入力軸２２の回転速度の方が出力軸２３の回転速度よりも速い場合は、図５に示すように入力軸２２が出力軸２３に対して逆方向に相対回転するので、スプラグ２４が傾いて入力軸２２及び出力軸２３と噛み合う。また、ストッパピン２５ａが凹部２６ａの回転方向後側の壁面に接する。そのため、入力軸２２と出力軸２３との間で動力が伝達される。以降、図５に示した２方向クラッチ２１の状態及びスプラグ２４の状態を逆転伝達状態と称することがある。一方、入力軸２２の回転数Ｎｉｎが出力軸２３の回転数Ｎｏｕｔ以上の場合、すなわち入力軸２２の回転速度が出力軸２３の回転速度と同じ又は遅い場合には、スプラグ２４が図４に示した状態に維持される。この場合、スプラグ２４が出力軸２３と噛み合わないため、入力軸２２と出力軸２３との間の動力の伝達は遮断される。なお、以下では図２及び図４における２方向クラッチ２１の状態、すなわち入力軸２２と出力軸２３との間の動力の伝達が遮断される状態を解放状態と呼ぶことがある。

このように２方向クラッチ２１では、入力軸２２が正方向に回転しており、かつ入力軸２２の回転数Ｎｉｎが出力軸２３の回転数Ｎｏｕｔより大きい場合に、入力軸２２と出力軸２３との間で動力が伝達される。また、入力軸２２が逆方向に回転しており、かつ入力軸２２の回転数Ｎｉｎが出力軸２３の回転数Ｎｏｕｔより小さい場合にも入力軸２２と出力軸２３との間で動力が伝達される。図６は、この関係を示している。なお、図６において斜線で示した部分は、この２方向クラッチ２１では存在しない領域を示している。この斜線の領域の条件では、スプラグ２４が傾いて入力軸２２と出力軸２３とが連結されるので、入力軸２２の回転数Ｎｉｎと出力軸２３の回転数Ｎｏｕｔとが同じになる。そのため、この図に示した線Ａ上になる。

この２方向クラッチ２１は、入力軸２２がリングギアＲと連結され、出力軸２３が第１ドライブギア１６と連結されるように設けられている。また、この２方向クラッチ２１は、正転伝達状態の場合にリングギアＲから第１ドライブギア１６に第１ドライブギア１６が車両１の前進走行時に回転する方向の回転が伝達されるようにリングギアＲと第１ドライブギア１６との間に設けられている。すなわち、上述した２方向クラッチ２１の正方向が、車両１の前進走行時に第１ドライブギア１６が回転する方向になるようにリングギアＲと第１ドライブギア１６との間に設けられている。このように２方向クラッチ２１を設けることにより、リングギアＲ側から２方向クラッチ２１に動力が入力された場合にはリングギアＲと第１ドライブギア１６との間で動力が伝達される。一方、第１ドライブギア１６側から動力が入力された場合にはリングギアＲと第１ドライブギア１６との間の動力の伝達が遮断される。

図１に戻って駆動装置１０の説明を続ける。駆動装置１０は、リングギアＲを回転不能に制動する制動状態と、その制動を解除する制動解除状態とに切り替え可能なブレーキ手段としてのブレーキ３１を備えている。第２ＭＧ１３のロータ１３ｂは、カウンタギア１７と噛み合う第２ドライブギア３２と一体回転するように接続されている。第１ＭＧ１２及び第２ＭＧ１３は、バッテリ３３と電気的に接続されている。バッテリ３３には、バッテリ３３の充電状態、言い換えれば蓄電率を検出するためのＳＯＣセンサ３４が設けられている。

駆動装置１０の動作は、制御手段としての制御装置４０にて制御される。制御装置４０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成され、車両１の走行状態、エンジン１１の運転状態、及びバッテリ３３の充電状態等に応じて駆動装置１０の動作を制御する。制御装置４０には、車両１の走行状態及びエンジン１１の運転状態を検出するためのセンサとして車両１の速度に対応する信号を出力する車速センサ４１、及びエンジン１１のクランク軸１１ａの回転速度に対応した信号を出力するクランク角センサ４２等が接続されている。また、制御装置４０には、上述したＳＯＣセンサ３４も接続されている。この他にも制御装置４０には各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。制御装置４０には、センサの他にシフト操作手段としてのシフト操作装置４３が接続されている。シフト操作装置４３は、前進走行レンジとしてのドライブレンジ（Ｄレンジ）、及び後進走行レンジとしてのリバースレンジ（Ｒレンジ）を含む複数のレンジ間で切り替え操作可能な周知のものである。

次に図７〜図１１を参照して駆動装置１０の動作モードについて説明する。まず、車両１を前進走行させる場合について説明する。この駆動装置１０では、車両１を前進走行させる際は、ＥＶモード、シリーズＨＶモード、又はパワースプリットＨＶモードに動作モードが切り替えられる。また、これらに加えて回生モードにも切り替えられる。ＥＶモードでは、エンジン１を停止させ、第２ＭＧ１３で車両１を走行させる。回生モードでは、駆動輪３の回転で第２ＭＧ１３を回転駆動して発電を行う。シリーズＨＶモードでは、エンジン１１で第１ＭＧ１２を回転駆動して発電を行い、第２ＭＧ１３で車両１を走行させる。パワースプリットＨＶモードでは、エンジン１１及び第２ＭＧ１３で車両１を走行させる。図７は、これらの動作モードにおけるエンジン１１、ブレーキ３１、及び２方向クラッチ２１の状態を示す作動係合表である。なお、ＥＶモードと回生モードとはまとめて示している。この図においてエンジン１１の欄の「○」はエンジン１１を運転することを示し、「×」はエンジン１１を停止することを示している。また、ブレーキ３１の欄の「○」はブレーキ３１を制動状態に切り替えることを示し、「×」はブレーキ３１を制動解除状態に切り替えることを示している。２方向クラッチ２１の欄の「○」は２方向クラッチ２１が正転伝達状態であることを示し、「×」は２方向クラッチ２１が解放状態であることを示している。なお、この図には上述した各動作モードの他に、ＥＶモードからエンジン１１を始動する場合、及び回生モードにおいてバッテリ３３への充電量を制限する電池受入制限時の場合のエンジン１１、ブレーキ３１、及び２方向クラッチ２１の状態も示した。

図７に示したようにＥＶモード又は回生モードでは、エンジン１１が停止され、ブレーキ３１が制動解除状態に切り替えられ、２方向クラッチ２１は解放状態になる。なお、これらのモードでは、車両１の走行状態によってはブレーキ３１を制動状態にするため、図中に括弧付きで「○」を示した。図８の線Ｌ１はＥＶモードにおける共線図を示している。なお、この図において「ＥＮＧ」はエンジン１１を、「ＭＧ１」は第１ＭＧ１２を、「ＭＧ２」は第２ＭＧ１３を、「ＯＵＴ」は第１ドライブギア１６をそれぞれ示している。また、「Ｓ」、「Ｃ」、「Ｒ」は、それぞれ遊星歯車機構２０のサンギアＳ、キャリアＣ、リングギアＲを示している。この図に示すようにＥＶモードでは、第２ＭＧ１３の動力で車両１を駆動する。図７に示すようにＥＶモードからエンジン１１を始動する場合は、ブレーキ３１を制動状態にする。これにより出力部５側からの動力の伝達が遮断された状態でエンジン１１が始動される。電池受入制限時の回生モードでは、第１ＭＧ１２によってエンジン１１を回転させる、いわゆるモータリングを行って第２ＭＧ１３で回生発電したエネルギを消費し、バッテリ３３が過度に充電されることを防止する。この場合の共線図を図８の線Ｌ２に示す。

図７に示すようにシリーズＨＶモードでは、エンジン１１が運転され、ブレーキ３１が制動状態に切り替えられ、２方向クラッチ２１は解放状態になる。これによりエンジン１１で第１ＭＧ１２を回転駆動して発電を行うことができる。そして、車両１の走行は第２ＭＧ１３によって行われる。この場合の共線図も図８の線Ｌ２となる。図７に示すようにパワースプリットＨＶモードでは、エンジン１１が運転され、ブレーキ３１が制動解除状態に切り替えられ、２方向クラッチ２１は正転伝達状態になる。この場合、カウンタギア１７にエンジン１１の動力の少なくとも一部及び第２ＭＧ１３の動力がそれぞれ伝達されるので、これら両方の動力によって車両１の走行が行われる。図９は、このパワースプリットＨＶモードにおける共線図を示している。

次に車両１を後進走行させる場合について説明する。この駆動装置１０では、第２ＭＧ１３にてカウンタギア１７を車両１の前進走行時に回転させる正転方向とは逆の逆転方向に回転させて車両１を後進走行させる。上述したように第１ドライブギア１６はカウンタギア１７と噛み合っているため、第１ドライブギア１６も車両１の前進走行時に回転する方向とは逆の方向に回転する。車両１を後進走行させる場合、駆動装置１０は、バッテリ３３の蓄電率に応じて動作モードを切り替える。バッテリ３３の蓄電率が所定の判定値以上である場合は高ＳＯＣモードに、蓄電率が判定値未満である場合には低ＳＯＣモードに動作モードが切り替えられる。図１０は、これらの高ＳＯＣモード及び低ＳＯＣモードにおけるエンジン１１、ブレーキ３１、及び２方向クラッチ２１の状態を示す作動係合表である。なお、この表中の「○」、「×」の意味は図７と同じである。

この図に示したように高ＳＯＣモードでは、エンジン１１が停止され、ブレーキ３１が制動解除状態に切り替えられ、２方向クラッチ２１は解放状態になる。なお、このモードでは、車両１の走行状態によってはブレーキ３１を制動状態にするため、図中に括弧付きで「○」を示した。図１１の線Ｌ３は、高ＳＯＣモードにおける共線図を示している。この図に示したように高ＳＯＣモードでは、エンジン１１及び第１ＭＧ１２の回転数が０に維持され、第２ＭＧ１３によって車両１が後進走行される。一方、図１０に示すように低ＳＯＣモードでは、エンジン１１が運転され、ブレーキ３１が制動状態に切り替えられ、２方向クラッチ２１は解放状態になる。そのため、エンジン１１で第１ＭＧ１２を回転駆動して発電しつつ第２ＭＧ１３で車両１を後進走行させることができる。図１１の線Ｌ４は、この低ＳＯＣモードにおける共線図を示している。

制御装置４０は、車両１の走行状態、エンジン１１の運転状態、バッテリ３３の充電状態、及びシフト操作装置４３の出力信号等に基づいてエンジン１１、第１ＭＧ１２、第２ＭＧ１３、及びブレーキ３１の動作を制御し、これにより駆動装置１０の動作モードを上述した各モードに切り替える。

以上に説明したように、この第１の形態の駆動装置１０によれば、エンジン１１で第１ＭＧ１２を駆動して発電を行いつつ第２ＭＧ１３で車両１を後進走行させる低ＳＯＣモードにおいては、ブレーキ３１を制動状態に切り替える。これによりエンジン１の動力がカウンタギア１７に伝達されることを防止できる。そのため、動力損失が発生することを抑制できる。また、この低ＳＯＣモードでは２方向クラッチ２１が解放状態になる。この場合、２方向クラッチ２１によってリングギアＲと第１ドライブギア１６とが切り離されるので、車両１を後進走行させることができる。

（第２の形態）
次に図１２を参照して本発明の第２の形態に係る駆動装置１０において説明する。なお、この形態においても駆動装置１０の構成については図１が参照される。また、この形態でも制御装置４０によって駆動装置１０の動作モードが切り替えられる。図１２は、この形態において制御装置４０が２方向クラッチ２１の状態を制御するために実行するクラッチ制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１の走行状態及びエンジン１１の運転状態に拘わらず所定の周期で繰り返し実行される。

この制御ルーチンにおいて制御装置４０は、まずステップＳ１１でシフト操作装置４３の状態を取得する。次のステップＳ１２において制御装置４０は、シフト操作装置４３のレンジがＤレンジからＲレンジに、又はＲレンジからＤレンジに切り替えられたか否か判定する。Ｄレンジ及びＲレンジの一方のレンジから他方のレンジに切り替えられていないと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、Ｄレンジ及びＲレンジの一方のレンジから他方のレンジに切り替えられたと判定した場合はステップＳ１３に進み、制御装置４０はブレーキ３１を制動解除状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

第１の形態で説明したように、２方向クラッチ２１は入力軸２２の回転速度が出力軸２３の回転速度より大きい場合に正転伝達状態及び逆転伝達状態の一方の状態から他方の状態に変化する。ブレーキ３１が制動状態では入力軸２２が回転不能に制動されているので、２方向クラッチ２１の状態を切り替えることができない。そのため、例えばブレーキ３１が制動状態に切り替えられる動作モード、例えばシリーズＨＶモード等から車両１を後進走行させる場合には、２方向クラッチ２１の状態が切り替わらずに、カウンタギア１７が回転不能にロックされるおそれがある。この形態では、Ｄレンジ及びＲレンジの一方のレンジから他方のレンジに切り替えられたと判定した場合、すなわち２方向クラッチ２１の状態を正転伝達状態及び逆転伝達状態の一方の状態から他方の状態に切り替える必要がある場合にはブレーキ３１を制動解除状態に切り替えるので、２方向クラッチ２１の状態を確実に切り替えることができる。そのため、カウンタギア１７が回転不能にロックされるおそれがない。なお、このように２方向クラッチ２１の状態を切り替えるか否か判定するため、シフト操作装置４３のレンジがＤレンジ及びＲレンジの一方のレンジから他方のレンジに切り替えられた場合が本発明の切替条件が成立した場合に相当する。

図１３は、この形態のクラッチ制御ルーチンの変形例を示している。なお、図１３において図１２と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。この制御ルーチンにおいて制御装置４０は、まずステップＳ２１で駆動装置１０の動作モードが低ＳＯＣモードか否か判定する。低ＳＯＣモードではないと判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。低ＳＯＣモードであると判定した場合はステップＳ１１に進み、以降ステップＳ１２まで図１２と同様に処理を進める。

ステップＳ１２においてシフト操作装置４３のレンジがＤレンジ及びＲレンジの一方のレンジから他方のレンジに切り替えられたと判定した場合はステップＳ２２に進み、制御装置４０はエンジン１１の運転状態をアイドリング状態に制御する。続くステップＳ１３において制御装置４０はブレーキ３１を制動解除状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

この変形例では、エンジン１１の運転中に２方向クラッチ２１の状態を正転伝達状態及び逆転伝達状態の一方の状態から他方の状態に切り替える場合には、エンジン１１をアイドリング状態にする。そのため、ブレーキ３１を制動解除状態に切り替えた際にエンジン１１の回転数が大きく変動する、いわゆる回転吹きを抑制できる。なお、この変形例のステップＳ２２においてエンジン１１が制御されるべき運転状態はアイドリング状態に限定されない。この処理では、リングギアＲの回転数が予め設定した所定回転数以下に制限される種々の運転状態にエンジン１１を制御してよい。エンジン１１の運転状態をこのような運転状態にすることによってもブレーキ３１を制動解除状態に切り替えた際にエンジン１１の回転数が大きく変動することを抑制できる。

（第３の形態）
次に図１４を参照して本発明の第３の形態に係る駆動装置１０について説明する。なお、この形態においても駆動装置１０の構成については図１が参照される。また、この形態でも制御装置４０によって駆動装置１０の動作モードが切り替えられる。図１４は、この形態において制御装置４０が２方向クラッチの状態を制御するために実行するクラッチ制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１の走行状態及びエンジン１１の運転状態に拘わらず所定の周期で繰り返し実行される。なお、図１４において図１２又は図１３と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。

図１４の制御ルーチンにおいて制御装置４０は、まずステップＳ３１で車両が停止中か否か判定する。車両１が走行中と判定した場合には今回の制御ルーチンを終了する。一方、車両１が停止中と判定した場合にはステップＳ３２に進み、エンジン１１が停止中か否か判定する。エンジン１１が運転中と判定した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、エンジン１１が運転中と判定した場合にはステップＳ１１に進み、制御装置４０はシフト操作装置４３の状態を取得する。次のステップＳ３３において制御装置４０は、シフト操作装置４３のレンジがＤレンジからＲレンジに切り替えられたか否か判定する。ＤレンジからＲレンジに切り替えられたと判定した場合にはステップＳ３４に進み、制御装置４０は後進切替制御を実行する。この後進切替制御では、まずブレーキ３１が制動解除状態に切り替えられる。その後、リングギアＲが逆方向に回転して２方向クラッチ２１の状態が正転伝達状態から逆転伝達状態に切り替えられるように第１ＭＧ１２の動作が制御される。図１５は、このように第１ＭＧ１２の動作を制御したときの共線図を示している。この図に示したように第１ＭＧ１２の出力は、エンジン１の回転数が０の状態、すなわちエンジン１のクランク軸１１ａは停止状態に維持され、かつリングギアＲは逆方向に回転するように制御される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ＤレンジからＲレンジに切り替えられていないと判定した場合はステップＳ３５に進み、制御装置４０はシフト操作装置４３のレンジがＲレンジからＤレンジに切り替えられたか否か判定する。ＲレンジからＤレンジに切り替えられていないと判定した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、ＲレンジからＤレンジに切り替えられたと判定した場合にはステップＳ３６に進み、制御装置４０は前進切替制御を実行する。この前進切替制御では、まずブレーキ３１が制動解除状態に切り替えられる。その後、リングギアＲが正方向に回転して２方向クラッチ２１の状態が逆転伝達状態から正転伝達状態に切り替えられるように第１ＭＧ１２の動作が制御される。図１６は、このように第１ＭＧ１２の動作を制御したときの共線図を示している。この図に示したように第１ＭＧ１２は、エンジン１の回転数が０の状態、すなわちエンジン１のクランク軸１１ａは停止状態に維持され、かつリングギアＲは正方向に回転するように制御される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように第３の形態に係る駆動装置１０では、シフト操作装置４３のレンジがＤレンジからＲレンジに切り替えられた場合には車両１の停止中に第１ＭＧ１２で２方向クラッチ２１の状態を正転伝達状態から逆転伝達状態に切り替える。この場合、車両１の発進時に２方向クラッチ２１の状態が切り替わることを防止できる。また、車両１の発進時に２方向クラッチ２１が誤った状態に切り替わることも防止できる。そのため、車両１をスムーズに発進させることができる。シフト操作装置４３のレンジがＲレンジからＤレンジに切り替えられた場合は車両１の停止中に第１ＭＧ１２で２方向クラッチ２１の状態を逆転伝達状態から正転伝達状態に切り替えるので、同様の理由により車両１をスムーズに発進させることができる。

（第４の形態）
図１７を参照して本発明の第４の形態に係る駆動装置１０について説明する。なお、この形態においても駆動装置１０の構成については図１が参照される。また、この形態でも制御装置４０によって駆動装置１０の動作モードが切り替えられる。図１７は、制御装置４０が発進時の車両１の駆動状態を制御するために実行する発進制御ルーチンを示している。この発進制御ルーチンは、車両１の停止中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、この制御ルーチンにおいて上述した各制御ルーチンと同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。

図１７の制御ルーチンにおいて制御装置４０は、まずステップＳ４１で車両１を発進させるべき発進条件が成立したか否か判定する。発進条件は、例えば車両１のアクセルが開けられた場合に成立したと判定される。発進条件が不成立と判定した場合には今回の制御ルーチンを終了する。一方、発進条件が成立したと判定した場合にはステップＳ１１に進み、制御装置４０はシフト操作装置４３の状態を取得する。続くステップＳ４２において制御装置４０は２方向クラッチ２１の状態を取得する。２方向クラッチ２１の状態は、例えば車両１が停止されるまでに車両１が前進走行又は後進走行のいずれで運転されていたかに基づいて推定できる。例えば、前進走行の場合は正転伝達状態、後進走行の場合は逆転伝達状態と推定できる。

次のステップＳ４３において制御装置４０は、シフト操作装置４３のレンジがＤレンジであり、かつ２方向クラッチ２１の状態が正転伝達状態であるか否か判定する。Ｄレンジであり、かつ正転伝達状態であると判定した場合はステップＳ４４に進み、制御装置４０はモータ前進制御を実行する。このモータ前進制御では、まずブレーキ３１が制動状態に切り替えられる。次に第２ＭＧ１３によってカウンタギア１７を正転方向に回転させて車両１を発進させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ４３が否定判定された場合はステップＳ４５に進み、制御装置４０はシフト操作装置４３のレンジがＲレンジであり、かつ２方向クラッチ２１の状態が逆転伝達状態であるか否か判定する。ステップＳ４５が否定判定された場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、ステップＳ４５が肯定判定された場合はステップＳ４６に進み、制御装置４０はモータ後進制御を実行する。このモータ前進制御では、まずブレーキ３１が制動状態に切り替えられる。次に第２ＭＧ１３によってカウンタギア１７を逆転方向に回転させて車両１を発進させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

この形態によれば、シフト操作装置４３のレンジがＤレンジであり、かつ２方向クラッチ２１が正転伝達状態の場合、又はシフト操作装置４３のレンジがＲレンジであり、かつ２方向クラッチ２１が逆転伝達状態の場合、すなわち車両１の発進時にカウンタギア１７が回転する方向と２方向クラッチ２１の動力伝達方向とが同じ場合にはブレーキ３１を制動状態にし、第２ＭＧ１３で車両１を発進させる。この場合、リングギアＲと第１ドライブギア１６とが接続されてリングギアＲ側の動力により第１ドライブギア１６が車両１の発進時に回転すべき方向と逆方向に駆動されることを抑制できる。また、第２ＭＧ１３で発進させることにより、車両１をスムーズに発進させることができる。なお、この形態は、上述した第１〜第３の形態と組み合わせて実施してもよい。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の駆動装置に設けられる２方向クラッチは、上述した形態で示した２方向クラッチに限定されない。例えば、入力軸と出力軸との連結及びその解除を電磁力で制御することが可能な２方向クラッチを設けてもよい。この２方向クラッチにおいても上述した形態と同様に、入力軸が正方向に回転しており、かつ入力軸の回転数が出力軸の回転数より大きい場合、又は入力軸が逆方向に回転しており、かつ入力軸の回転数が出力軸の回転数より小さい場合に、入力軸と出力軸との間で動力が伝達されるように制御される。

上述した形態では、エンジンの出力軸にオイルポンプを連結させたが、図１８に示すようにオイルポンプは、一方向クラッチ５０を介して第１ＭＧ１２のロータ１２ｂと連結されていてもよい。一方向クラッチ５０は、第１ＭＧ１２がエンジン１１のクランク軸１１ａの回転方向である正転方向に回転している場合は動力を伝達し、第１ＭＧ１２が逆の逆転方向に回転している場合には動力の伝達を遮断する。なお、図１８において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示した駆動装置１０では、パワースプリットＨＶモードの運転領域のうち動力循環により伝達効率が悪化する運転領域においてブレーキ３１を制動状態に切替、第１ＭＧ１２で発電した電力で第２ＭＧ１３を駆動してもよい。この場合、動力循環を抑制できるので、燃費悪化を抑制できる。

１車両
３駆動輪
１０駆動装置
１１内燃機関
１１ａクランク軸
１２第１モータジェネレータ（第１回転電機）
１３第２モータジェネレータ（第２回転電機）
１６第１ドライブギア（出力部材）
１７カウンタギア（伝達部材）
２０遊星歯車機構（差動機構）
３１ブレーキ（ブレーキ手段）
４０制御装置（制御手段）
４３シフト操作装置（シフト操作手段）
Ｓサンギア（第２回転要素）
Ｒリングギア（第３回転要素）
Ｃキャリア（第１回転要素）

Claims

相互に差動回転可能な第１回転要素、第２回転要素、及び第３回転要素を有し、前記第１回転要素が内燃機関と連結され、前記第２回転要素が第１回転電機と連結され、前記第３回転要素が２方向クラッチを介して出力部材と連結された差動機構と、前記出力部材との間で相互に動力を伝達可能なように前記出力部材から車両の駆動輪までの動力伝達経路中に設けられた伝達部材と、前記伝達部材に動力を出力できる第２回転電機と、前記第３回転要素を回転不能に制動する制動状態及びその制動を解除する制動解除状態に切り替え可能なブレーキ手段と、前記内燃機関で前記第１回転電機を駆動して発電を行いつつ前記伝達部材が前記車両の前進走行時に回転する正転方向とは逆の逆転方向に回転されるように前記第２回転電機を駆動させて前記車両を後進走行させる場合に、前記ブレーキ手段を前記制動状態に切り替える制御手段と、を備え、
前記２方向クラッチは、前記出力部材側から動力が入力された場合には前記第３回転要素と前記出力部材との間の動力の伝達が遮断される解放状態に切り替わり、前記第３回転要素側から動力が入力された場合には前記第３回転要素と前記出力部材との間で動力が伝達される伝達状態に切り替わるように動作する車両の駆動装置。
前記２方向クラッチは、前記伝達状態として、前記第３回転要素から前記出力部材に前記伝達部材を前記正転方向に回転させる正方向の回転を伝達する正転伝達状態と、前記第３回転要素から前記出力部材に前記伝達部材を前記逆転方向に回転させる前記正方向とは逆の逆方向の回転を伝達する逆転伝達状態とが設定され、かつ前記第３回転要素から前記正方向の回転が入力された場合に前記逆転伝達状態から前記正転伝達状態に切り替わり、前記第３回転要素から前記逆方向の回転が入力された場合に前記正転伝達状態から前記逆転伝達状態に切り替わるように動作する請求項１に記載の車両の駆動装置。
前記制御手段は、前記２方向クラッチの状態を前記正転伝達状態及び前記逆転伝達状態の一方の状態から他方の状態に切り替える所定の切替条件が成立した場合に、前記ブレーキ手段を前記制動解除状態に切り替える請求項２に記載の車両の駆動装置。
前記制御手段は、前記切替条件が成立した場合に、前記第３回転要素の回転数が予め設定した所定回転数以下に制限されるように前記内燃機関の運転状態を制御する請求項３に記載の車両の駆動装置。
前記制御手段は、前記切替条件が成立した場合に、前記内燃機関をアイドリング状態に制御する請求項４に記載の車両の駆動装置。
前記制御手段は、前記車両が停止中であり、かつ前記内燃機関が停止しているときに前記２方向クラッチの状態を前記正転伝達状態及び前記逆転伝達状態の一方の状態から他方の状態に切り替える所定の切替条件が成立した場合は、前記ブレーキ手段を前記制動解除状態に切り替え、その後前記２方向クラッチが前記一方の状態から前記他方の状態に切り替わるように前記第３回転要素を前記第１回転電機で回転させる請求項２に記載の車両の駆動装置。
前記制御手段は、前記２方向クラッチが前記一方の状態から前記他方の状態に切り替わるように前記第３回転要素を前記第１回転電機で回転させる場合、前記内燃機関のクランク軸は停止状態に維持され、かつ前記第３回転要素は回転するように前記第１回転電機の出力を制御する請求項６に記載の車両の駆動装置。
前記車両には、前進走行レンジ及び後進走行レンジを含む複数のレンジ間で切り替え操作可能なシフト操作手段が設けられ、
前記制御手段は、前記シフト操作手段が前記前進走行レンジ及び前記後進走行レンジの一方のレンジから他方のレンジに切り替えられた場合に前記切替条件が成立したと判断する請求項３〜７のいずれか一項に記載の車両の駆動装置。
前記制御手段は、前記車両の発進時に、前記伝達部材が回転駆動されるべき方向が前記正転方向であり、かつ前記２方向クラッチが前記正転伝達状態である場合、又は前記伝達部材が回転駆動されるべき方向が前記逆転方向であり、かつ前記２方向クラッチが前記逆転伝達状態である場合は、前記ブレーキ手段を前記制動状態に切り替え、前記第２回転電機で前記伝達部材を回転駆動して前記車両を発進させる請求項２〜８のいずれか一項に記載の車両の駆動装置。