JP5786692B2

JP5786692B2 - ハイブリッド車両の駆動装置

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Publication number: JP5786692B2
Application number: JP2011264479A
Authority: JP
Inventors: 弘章江渕; 谷口　真; 真谷口; 寛之柴田; 直志藤吉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: JP2013116664A

Description

本発明は、内燃機関と電動機とを備え、内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に変速機が設けられたハイブリッド車両の駆動装置に関する。

内燃機関と電動機とが搭載され、内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に変速機が設けられたハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両の駆動装置として、内燃機関と変速機との間に遊星歯車機構が設けられ、その遊星歯車機構のサンギアに電動機が、リングギアに内燃機関が、キャリアに変速機の入力軸がそれぞれ接続されるとともにサンギアをロック可能なブレーキと、サンギアとキャリアとを係合可能なクラッチとを備えた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２００３−２２０８４４号公報特開２０１１−０３１８５５号公報特開２００５−０２４０７１号公報

特許文献１の装置では、各回転要素を共線図上に配列した場合に一端にサンギア及び電動機が、他端にリングギア及び内燃機関が、それらの間にキャリア及び変速機の入力軸がそれぞれ位置する。そのため、特許文献１の装置では、ブレーキでサンギアをロックした場合には変速機の入力軸の回転数が内燃機関の回転数よりも低くなり、遊星歯車機構では減速が行われる。従って、この場合には変速機を最高変速段にした場合に内燃機関の回転数が最も増速される。すなわち、この場合には変速段を最高変速段にしたとき以上の増速を行うことができない。電動機の回転数を内燃機関の回転数より高くすれば変速機の入力軸の回転数を内燃機関の回転数より高くできるが、この場合には電動機で消費されるエネルギが増加する。このように特許文献１の装置では、車両を高速走行させているときの燃費を向上させることができない。

そこで、本発明は、車両を高速走行させているときの燃費を向上させることが可能なハイブリッド車両の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の駆動装置は、内燃機関と電動機とを備え、前記内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に、変速比を変更することが可能な複数の変速段を有する変速機と、差動機構とが設けられたハイブリッド車両の駆動装置において、前記差動機構は、前記変速機と前記駆動輪との間に配置されており、相互に差動回転する第１サンギア、第１リングギア及び第１キャリアを有するシングルピニオン式の第１の遊星歯車機構と、相互に差動回転する第２サンギア、第２リングギア及び第２キャリアを有するダブルピニオン式の第２の遊星歯車機構とが、前記第１キャリアと前記第２リングギアとが一体回転するように、前記第１リングギアと前記第２サンギアとが一体回転するようにそれぞれ連結された状態で組み合わされることにより、相互に差動回転する第１回転要素、第２回転要素、第３回転要素、及び第４回転要素が構成され、これら回転要素を共線図上に配列したときに前記第４回転要素、前記第１回転要素、前記第２回転要素、前記第３回転要素の順番で並び、かつ、前記第１回転要素が前記第２キャリアであり、前記第２回転要素が前記第１キャリア及び前記第２リングギアであり、前記第３回転要素が前記第１リングギア及び前記第２サンギアであり、第４回転要素が前記第１サンギアであり、前記第１回転要素が前記電動機と接続され、前記第２回転要素が前記動力伝達経路中において前記差動機構よりも前記内燃機関側に設けられた回転部材と動力伝達可能に接続され、前記第３回転要素が前記動力伝達経路中において前記差動機構よりも前記駆動輪側に設けられた回転部材と動力伝達可能に接続され、前記第４回転要素を回転不能にロック可能なロック位置と、前記第１回転要素、前記第２回転要素、前記第３回転要素、及び前記第４回転要素を一体回転可能な係合位置と、を切り替えるクラッチをさらに備えている。

本発明の駆動装置によれば、第１回転要素の回転数を第２回転要素の回転数よりも低くすることにより、第３回転要素の回転数を第２回転要素の回転数よりも高くできる。そのため、内燃機関から伝達された回転を差動機構で増速することができる。従って、差動機構で増速を行わない場合と比較して車両を高速走行させているときの内燃機関の出力を低下させることができる。また、差動機構で増速を行う場合には第１回転要素の回転数を低下させればよいので、電動機で消費されるエネルギが小さい。そのため、車両を高速走行させているときの燃費を向上させることができる。また、差動機構に第４回転要素を設けたので、回転不能にロックする回転要素と電動機が接続される回転要素とを別にすることができる。この場合、クラッチで第４回転要素をロックしても電動機からトルクを出力して駆動輪を駆動したり、駆動輪からの動力を利用して電動機で回生発電を行ったりすることができる。

本発明の第１の形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示す図。スリーブを係合位置に動かしたときの第２クラッチを拡大して示す図。スリーブをロック位置に動かしたときの第２クラッチを拡大して示す図。第２変速機構の遊星歯車機構の共線図。制御装置が実行する第２クラッチ制御ルーチンを示すフローチャート。制御装置が実行する変速アシスト制御ルーチンを示すフローチャート。制御装置により内燃機関が制御される運転領域を示す図。制御装置が実行する上限トルク変更ルーチンを示すフローチャート。制御装置が実行するＳＯＣ調整制御ルーチンを示すフローチャート。本発明の第２の形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示す図。第２の形態における第２変速機構の共線図。本発明の第３の形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示す図。第３の形態における第２変速機構の共線図。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示している。この車両１はいわゆるハイブリッド車両として構成されている。駆動装置１０Ａは、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１１と、電動機としてのモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと略称することがある。）１２とを備えている。エンジン１１は、ハイブリッド車両に搭載される周知のものであるため、詳細な説明を省略する。ＭＧ１２は、電動機及び発電機として機能する周知のものである。ＭＧ１２は、バッテリ１３と電気的に接続されている。

駆動装置１０Ａは、変速機としての第１変速機構１４と、第２変速機構１５とを備えている。第１変速機構１４は前進４速の変速段を有している。また、第１変速機構１４は、入力軸１６と、出力軸１７とを備えている。入力軸１６と出力軸１７との間には、第１〜第４変速ギア対Ｇ１〜Ｇ４が設けられている。第１変速ギア対Ｇ１は互いに噛み合う第１ドライブギア１８及び第１ドリブンギア１９にて構成され、第２変速ギア対Ｇ２は互いに噛み合う第２ドライブギア２０及び第２ドリブンギア２１にて構成されている。第３変速ギア対Ｇ３は互いに噛み合う第３ドライブギア２２及び第３ドリブンギア２３にて構成され、第４変速ギア対Ｇ４は互いに噛み合う第４ドライブギア２４及び第４ドリブンギア２５にて構成されている。第１〜第４変速ギア対Ｇ１〜Ｇ４は、ドライブギアとドリブンギアとが常時噛み合うように設けられている。各変速ギア対Ｇ１〜Ｇ４には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、第１変速ギア対Ｇ１、第２変速ギア対Ｇ２、第３変速ギア対Ｇ３、第４変速ギア対Ｇ４の順に小さくなるように設定されている。そのため、第１変速ギア対Ｇ１が１速に対応し、第２変速ギア対が２速に対応する。また、第３変速ギア対Ｇ３が３速に対応し、第４変速ギア対Ｇ４が４速に対応する。

第１〜第４ドライブギア１８、２０、２２、２４は、入力軸１６に対して相対回転可能なように入力軸１６に支持されている。そのため、これらドライブギアが本発明の一方のギアに相当する。図示は省略したが入力軸１６には、複数のスリーブが設けられている。これらのスリーブは入力軸１６と第１ドライブギア１８とが一体に回転する１速状態と、入力軸１６と第２ドライブギア２０とが一体に回転する２速状態と、入力軸１６と第３ドライブギア２２とが一体に回転する３速状態と、入力軸１６と第４ドライブギア２４とが一体に回転する４速状態と、入力軸１６が全てのドライブギアと切り離されるニュートラル状態とに切替可能に構成されている。第１変速機構１４には、複数のスリーブを駆動するためのアクチュエータ（不図示）が設けられている。アクチュエータは、１速〜４速状態及びニュートラル状態のいずれか１つの状態に選択的に切り替わるように各スリーブを駆動する。一方、第１〜第４ドリブンギア１９、２１、２３、２５は、出力軸１７と一体に回転するように出力軸１７に固定されている。そのため、これらドリブンギアが本発明の他方のギアに相当する。

入力軸１６は、第１クラッチ２７を介してエンジン１１の出力軸１１ａと接続されている。第１クラッチ２７は、出力軸１１ａと入力軸１６とが一体に回転する係合状態と、出力軸１１ａと入力軸１６とが別々に回転するように切り離される解放状態とに切り替え可能な周知のものである。出力軸１７には、第１中間ギア２８が一体回転するように固定されている。第１中間ギア２８は、第２変速機構１５の第２中間ギア２９と噛み合っている。

第２変速機構１５は、差動機構としての遊星歯車機構３０を備えている。遊星歯車機構３０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としてのリングギア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。この図に示すようにサンギアＳは、ＭＧ１２のロータ軸１２ａと一体回転するように連結されている。キャリアＣは、第２中間ギア２９と一体回転するように連結されている。リングギアＲは、外歯歯車としての出力ギア３１と一体回転するように連結されている。出力ギア３１は、デファレンシャル機構３２のケースに設けられたリングギア３２ａと噛み合っている。デファレンシャル機構３２は、伝達された動力を左右の駆動輪２に分配する周知のものである。なお、このように遊星歯車機構３０の各回転要素が連結されることにより、サンギアＳが本発明の第１回転要素に対応し、キャリアＣが本発明の第２回転要素に対応し、リングギアＲが本発明の第３回転要素に対応する。また、第２中間ギア２９が本発明の差動機構よりも内燃機関側に設けられた回転部材に相当し、出力ギア３１が本発明の差動機構よりも駆動輪側に設けられた回転部材に相当する。

第２変速機構１５は、状態切替手段としての第２クラッチ３３を備えている。第２クラッチ３３は、第１係合部材３４、第２係合部材３５、及び第３係合部材３６を備えている。第１係合部材３４は、ＭＧ１２のロータ軸１２ａに一体回転するように固定されている。第２係合部材３５は、キャリアＣに一体回転するように固定されている。第３係合部材３６は、第２変速機構１５が収容されているケース３に回転不能に固定されている。各係合部材３４〜３６は外径が同じになるように形成されている。また、各係合部材３４〜３６の外周面にはこの図の左右方向に延びるスプラインがそれぞれ形成されている。そして、第１係合部材３４の外周面には、スリーブ３７がスプライン係合されている。スリーブ３７は、図１に示すように第１係合部材３４のみと係合する解放位置、図２に示すように第１係合部材３４及び第２係合部材３５のそれぞれと係合する係合位置及び図３に示すように第１係合部材３４及び第３係合部材３６のそれぞれと係合するロック位置に移動可能に設けられている。このように第２クラッチ３３はドグクラッチとして構成されている。なお、図示は省略したが、第２クラッチ３３には、スリーブ３７を上述した解放位置、係合位置及びロック位置に駆動するためのアクチュエータが設けられている。なお、スリーブ３７が係合位置にある場合が本発明の係合状態に相当し、スリーブ３７がロック位置にある場合が本発明のロック状態に相当する。そして、スリーブ３７が解放位置にある場合が本発明の解放状態に相当する。

図４は、遊星歯車機構３０の共線図を示している。この図において「ＩＮ」は第２中間ギア２９を、「ＭＧ」はＭＧ１２を、「ＯＵＴ」は出力ギア３１を、「ＥＮＧ」はエンジン１１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３０のサンギアＳ、キャリアＣ、リングギアＲを示している。この図の線Ｌ１は第２クラッチ３３のスリーブ３７をロック位置に動かした場合の各回転要素の関係を示している。この図に示すようにこの場合には第２中間ギア２９の回転数よりも出力ギア３１の回転数の方が高くなる。そのため、第１変速機構１４から伝達された回転を第２変速機構１５でさらに増速させることができる。一方、線Ｌ２はスリーブ３７を係合位置に動かした場合の各回転要素の関係を示している。この場合には遊星歯車機構３０のサンギアＳ、リングギアＲ及びキャリアＣが一体に回転する。そのため、第２中間ギア２９の回転数と出力ギア３１の回転数とが同じになる。すなわち、この場合には第２変速機構１５で変速が行われない。そして、スリーブ３７を解放位置に動かした場合にはＭＧ１２の回転数を変更することにより、第２中間ギア２９の回転数に対する出力ギア３１の回転数を適宜に調整できる。

エンジン１１、ＭＧ１２、第１変速機構１４、第１クラッチ２７及び第２クラッチ３３の動作は、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の状態等に応じて駆動装置１０Ａの動作を制御する。制御装置４０には、車両１の状態を検出するための種々のセンサが接続されている。例えば、車両１の速度（車速）に対応した信号を出力する車速センサ４１、アクセルの開度に対応した信号を出力するアクセル開度センサ４２及びバッテリ１３の充電状態（蓄電率）に対応した信号を出力するＳＯＣセンサ４３等が接続されている。この他にも制御装置４０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。また、制御装置４０には運転者が操作する種々のレバー、ペダル及びスイッチ等が接続されている。制御装置４０には、例えば運転者が第１変速機構１４の変速段を選択するためのシフトレバー４４等が接続されている。

次に制御装置４０が実行する制御について説明する。制御装置４０は、運転者によってシフトレバー４４が操作された場合に、第１変速機構１４の状態が操作によって選択された変速段の状態になるように第１クラッチ２７及び第１変速機構１４のアクチュエータを制御する。この際に制御装置４０は、まず第１クラッチ２７を解放状態に切り替える。次に制御装置４０は第１変速機構１４の状態を現在の変速段の状態からニュートラル状態に切り替え、その後運転者が選択した変速段の状態に切り替える。最後に制御装置４０は第１クラッチ２７を係合状態に切り替える。このように第１変速機構１４はいわゆるセミオートマチック式の変速機として構成されている。

（第２クラッチ制御）
上述したように第２クラッチ３３のスリーブ３７をロック位置に動かすことにより第２変速機構１５で回転を増速させることができる。すなわち、駆動装置１０Ａは、第１変速機構１４の各変速段に加えて第２変速機構１５の遊星歯車機構３０分の変速段（以下、Ｅｘ変速段と称することがある。）を有している。このＥｘ変速段は第１変速機構１４の各変速段に追加することができるため、駆動装置１０Ａでは第１変速機構１４の各変速段で変速された回転を第２変速機構１５でさらに増速することができる。一方、スリーブ３７を係合位置に動かした場合には第２変速機構１５による増速を禁止できる。

そこで、制御装置４０は車両１の走行状態に応じてエンジン１１の回転が適切な変速比で駆動輪２に伝達されるように第２クラッチ３３の動作を制御する。具体的には、例えば運転者からの要求駆動力を第１変速機構１４の各変速段の変速比で発生させることが可能な場合にはスリーブ３７を係合位置に動かす。一方、第１変速機構１４の各変速段の変速比のみでは要求駆動力を発生させることができない場合にはスリーブ３７をロック位置に動かす。また、車両１が高速走行している場合等にもスリーブ３７をロック位置に動かす。図５は制御装置４０がこのように第２クラッチ３３の動作を制御するために実行する第２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の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。この制御を実行することにより、制御装置４０が本発明の制御手段として機能する。

この制御ルーチンにおいて制御装置４０は、まずステップＳ１１で車両１の状態を取得する。車両１の状態としては車速、アクセル開度及びバッテリ１３の蓄電率等が取得される。また、この処理では現在の第１変速機構１４の状態、例えば現在の変速段や変速段の切替中か否か等も取得される。次のステップＳ１２において制御装置４０は、第２変速機構１５にてエンジン１１の動力を増速させる必要があるか否か判定する。増速が必要か否かは上述したように運転者からの要求駆動力に基づいて判定すればよい。なお、要求駆動力はアクセル開度等に基づいて周知の方法で推定すればよい。

第２変速機構１５による増速が不要と判定した場合はステップＳ１３に進み、制御装置４０は第２クラッチ３３のスリーブ３７が係合位置にあるか否か判定する。スリーブ３７が係合位置にあると判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、スリーブ３７が係合位置にないと判定した場合はステップＳ１４に進み、制御装置４０はスリーブ３７を係合位置に動かす係合位置切替制御を実行する。スリーブ３７が係合位置にない場合にはＥｘ変速段が使用されているため、スリーブ３７はロック位置にある。この場合、遊星歯車機構３０の各回転要素の関係は図４の線Ｌ１の関係になる。そこで、この制御ではまずスリーブ３７を解放位置に動かす。続いてエンジン１１の出力トルクを増加させる。また、この出力トルクの増加と並行してＭＧ１２を発電機として機能させ、リングギアＲの回転数が変化せず、かつサンギアＳの回転数及びキャリアＣの回転数がリングギアＲの回転数と同じになるようにＭＧ１２の発電量を調整する。なお、エンジン１１の出力トルクが不足する場合にはＭＧ１２を電動機として機能させ、ＭＧ１２の出力トルクも用いて回転数を調整してもよい。そして、サンギアＳ、キャリアＣ及びリングギアＲがそれぞれほぼ同じ回転数になるとスリーブ３７が係合位置に動かされる。これにより係合位置切替制御が完了する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、第２変速機構１５による増速が必要と判定した場合はステップＳ１５に進み、制御装置４０は第２クラッチ３３のスリーブ３７がロック位置にあるか否か判定する。スリーブ３７がロック位置にあると判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、スリーブ３７がロック位置にないと判定した場合はステップＳ１６に進み、制御装置４０はスリーブ３７をロック位置に動かすロック位置切替制御を実行する。スリーブ３７がロック位置にない場合にはＥｘ変速段が使用されていないため、スリーブ３７は係合位置にある。この場合、遊星歯車機構３０の各回転要素の関係は図４の線Ｌ２の関係になる。そこで、この制御ではまずスリーブ３７を解放位置に動かす。続いてＭＧ１２を発電機として機能させ、リングギアＲの回転数を維持しつつサンギアＳの回転数が０になるようにＭＧ１２の発電量を調整する。そして、サンギアＳの回転数が０になるとスリーブ３７が係合位置に動かされる。これによりスリーブ３７の位置の変更が完了する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

（変速段切り替え時のアシスト制御）
制御装置４０は第１変速機構１４の動作に基づいても第２クラッチ３３の動作を制御する。上述したように第１変速機構１４の変速段の切り替え時には第１クラッチ２７が解放状態になる。また、変速段を切り替える際には第１変速機構１４が一旦ニュートラル状態になる。そのため、これらの間は駆動輪２にエンジン１１の動力を伝達することができない。そこで、制御装置４０はこの変速段の切り替え時に駆動輪２に伝達されるトルクの変動が抑制されるように第２クラッチ３３及びＭＧ１２の動作を制御する。図６は、制御装置４０がこのように第２クラッチ３３及びＭＧ１２の動作を制御するために実行する変速アシスト制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンは制御装置４０が実行する他のルーチンを並行に実行される。なお、図６において図５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Ｓ１１で車両１の状態を取得する。次のステップＳ２１において制御装置４０は第１変速機構１４が変速段の切替中か否か判定する。変速段の切替中ではない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、変速段の切替中と判定した場合はステップＳ２２に進み、制御装置４０は第２クラッチ３３のスリーブ３７を解放位置に動かす。次のステップＳ２３において制御装置４０はトルク変動抑制制御を実行する。このトルク変動抑制制御では、駆動輪２に伝達されるトルクが変動しないようにＭＧ１２を制御する。続くステップＳ２４において制御装置４０は変速段の切替が完了したか否か判定する。変速段の切替が継続中と判定した場合にはステップＳ２３に戻り、変速段の切替が完了するまでステップＳ２３、Ｓ２４を繰り返し実行する。一方、変速段の切替が完了したと判定した場合はステップＳ２５に進み、制御装置４０はスリーブ３７を解放位置に動かす前の位置に戻す。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

なお、この制御ルーチンを実行することにより制御装置４０が本発明のブレーキ制御手段として機能する。また、第２クラッチ３３が本発明のブレーキ手段に対応する。

（エンジン制御）
制御装置４０は、Ｅｘ変速段を使用しているか否かに応じてエンジン１１の制御を変更する。上述したようにスリーブ３７をロック位置から係合位置に動かす場合にはエンジン１１の出力トルクを増加させてサンギアＳ、リングギアＲ及びキャリアＣの回転数を同じにする。そのため、Ｅｘ変速段の使用時にはサンギアＳ及びキャリアＣの回転数を上昇させることができるようにエンジン１１の出力トルクに余裕を設ける必要がある。そこで、制御装置４０はＥｘ変速段を使用している場合にはエンジン１１が最大トルクで運転されないようにエンジン１１の出力トルクを制限する。図７は、制御装置４０によりエンジン１１が制御される運転領域を示している。なお、図中の「Ｎｉ」はエンジン１１のアイドリング回転数を示している。Ｅｘ変速段を使用していない場合にはエンジン１１を最大トルクで運転することができる。そこで、この場合にはエンジン１１を運転することが可能な運転領域として斜線を付した領域Ａａを含む領域Ａ１が設定される。そのため、この場合にエンジン１１から出力されるトルクの上限値にはこの図に線Ｔ１の線で示したトルクが設定される。一方、Ｅｘ変速段を使用している場合にはエンジン１１を運転することが可能な運転領域として斜線を付した範囲Ａａを含まない領域Ａ２が設定される。そのため、この場合にエンジン１１から出力されるトルクの上限値にはこの図に線Ｔ２の線で示したトルクが設定される。このようにＥｘ変速段を使用している場合には使用していない場合と比較してエンジン１１から出力されるトルクの上限値を低くする。

図８は、制御装置４０がこのようにエンジン１１の制御を切り替えるために実行する上限トルク変更ルーチンを示している。このルーチンは車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図８において図５と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。このルーチンを実行することにより制御装置４０が本発明の機関制御手段として機能する。

このルーチンにおいて制御装置４０は、まずステップＳ１１で車両１の状態を取得する。次のステップＳ３１において制御装置４０はＥｘ変速段を使用しているか否か判定する。Ｅｘ変速段を使用していると判定した場合はステップＳ３２に進み、制御装置４０はエンジン１１の制御を上限トルク制限制御に切り替える。この上限トルク制限制御では、エンジン１１が図７の領域Ａ２内で運転される。その後、今回のルーチンを終了する。一方、Ｅｘ変速段を使用していないと判定した場合はステップＳ３３に進み、制御装置４０はエンジン１１の制御を通常制御に切り替える。この通常制御では、エンジン１１が図７の領域Ａ１内で運転される。その後、今回のルーチンを終了する。

なお、この制御におけるエンジン１１の運転領域の切り替えは、スリーブ３７の位置の変更と同時に行われる。上述したようにスリーブ３７をロック位置から係合位置に切り替える場合にはサンギアＳの回転数を０からリングギアＲの回転数に上昇させる。一方、スリーブ３７を係合位置からロック位置に切り替える場合にはサンギアＳの回転数をリングギアＲの回転数から０に低下させる。エンジン１１の運転領域の切り替えは、このサンギアＳの回転数の調整に併せて徐々に行われる。具体的に説明すると、例えばスリーブ３７をロック位置から係合位置に切り替える場合には、サンギアＳの回転数を上昇させるに従ってエンジン１１から出力できるトルクの上限値を図７の線Ｔ２から線Ｔ１に徐々に上昇させる。一方、スリーブ３７を係合位置からロック位置に切り替える場合には、サンギアＳの回転数を低下させるに従ってエンジン１１から出力できるトルクの上限値を図７の線Ｔ１から線Ｔ２に徐々に低下させる。このように運転領域を切り替えることによりエンジン１１のトルクの急な低下や上昇を防止できる。

（ＳＯＣ調整制御）
上述したように第２クラッチ３３のスリーブ３７の位置を変更する場合にはＭＧ１２により発電を行う。そのため、この際には発生した電気を受け入れることが可能なようにバッテリ１３の蓄電率が所定値以下になっている必要がある。そこで、制御装置４０は、スリーブ３７をロック位置から係合位置に変更した後にバッテリ１３の蓄電率が所定値以下になるようにＭＧ１２を動作させる。具体的には、ＭＧ１２を電動機として機能させ、エンジン１１及びＭＧ１２の両方で車両１を走行させる。図９は制御装置４０がこのようにバッテリ１３の蓄電率を調整するために実行するＳＯＣ調整制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンは制御装置４０が実行する他のルーチンと並行に実行される。なお、図９において図５と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。この制御ルーチンを実行することにより制御装置４０が本発明のＭＧ制御手段として機能する。

この制御ルーチンにおいて制御装置４０はまずステップＳ１１で車両１の状態を取得する。次のステップＳ４１において制御装置４０はＥｘ変速段を使用しているか否か判定する。Ｅｘ変速段を使用し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、Ｅｘ変速段を使用していると判定した場合はステップＳ４２に進み、制御装置４０は図５のステップＳ１４の係合位置切替制御が実行されたか否か判定する。係合位置切替制御が実行されていないと判定した場合は、係合位置切替制御が実行されるまでこの処理を繰り返し実行する。一方、係合位置切替制御が実行されたと判定した場合はステップＳ４３に進み、制御装置４０はバッテリ１３の蓄電率が予め設定した判定値以下か否か判定する。判定値には、スリーブ３７の位置の変更時にＭＧ１２で発生した電気を受け入れることが可能な蓄電率が設定される。なお、このような蓄電率はバッテリ１３の容量に応じて適宜に設定すればよい。バッテリ１３の蓄電率が判定値以下と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、バッテリ１３の蓄電率が判定値より大きいと判定した場合はステップＳ４４に進み、制御装置４０はＭＧ力行制御を実行する。このＭＧ力行制御では、ＭＧ１２を電動機として機能させ、ＭＧ１２からトルクを出力する。なお、ＭＧ力行制御の実行時にはスリーブ３７が係合位置にあるため、ＭＧ１２から出力されたトルクは駆動輪２に伝達される。そこで、この際には駆動輪２に伝達されるトルクが急に変動しないようにＭＧ１２から出力されたトルクに応じてエンジン１１の出力トルクを低下させる。なお、このＭＧ力行制御の実行時においても駆動輪２に伝達されるトルクは、運転者が車両１に対して要求する駆動力に応じて適宜に調整される。すなわち、エンジン１１の出力トルクとＭＧ１２の出力トルクの合計が運転者の要求駆動量に応じたトルクになるようにエンジン１１及びＭＧ１２が制御される。

次のステップＳ４５において制御装置４０は、バッテリ１３の蓄電率が判定値以下か否か判定する。なお、この判定値はステップＳ４３で使用した判定値と同じものである。蓄電率が判定値より大きいと判定した場合はステップＳ４４に戻り、蓄電率が判定値以下になるまでステップＳ４４、Ｓ４５が繰り返し実行される。一方、蓄電率が判定値以下と判定した場合はステップＳ４６に進み、制御装置４０は通常走行制御を実行する。この通常走行制御では、エンジン１１の出力トルクのみを用いて駆動輪２を駆動する。なお、ＭＧ力行制御から通常走行制御に制御を切り替える際には、ＭＧ１２の出力トルクを徐々に低下させつつそれによる駆動輪２への伝達トルクの低下が防止されるようにエンジン１１の出力トルクを徐々に上昇させる。そして、これをＭＧ１２の出力トルクが０になるまで行う。なお、この場合においても駆動輪２に伝達されるトルクは、運転者が車両１に対して要求する駆動力に応じて適宜に調整される。このようにエンジン１１及びＭＧ１２を制御することで車速の急な変化を防止できる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上説明したように、第１の形態の駆動装置１０Ａによれば、第２変速機構１５によるＥｘ変速段にて第１変速機構１４から出力された回転をさらに増速させることができる。これにより、Ｅｘ変速段が無い場合と比較して車両１を高速走行させているときのエンジン１１の出力を低下させることができるので、燃費を向上させることができる。

この駆動装置１０Ａでは、第２変速機構１５を第１変速機構１４と駆動輪２との間に設けた。そのため、第２変速機構１５には、エンジン１１のトルクが第１変速機構１４で小さく増速されてから伝達される。従って、ＭＧ１２で受けるべき反力を小さくできる。

また、この駆動装置１０Ａでは、第１変速機構１４の変速段を切り替える際にはＭＧ１２により駆動輪２に伝達されるトルクを補償するので、変速段の切替時に車速が急に変化することを防止できる。

駆動装置１０Ａでは、Ｅｘ変速段を使用しているときはＥｘ変速段を使用していないときと比較してエンジン１１の出力トルクの上限値を小さくする。そのため、スリーブ３７をロック位置から係合位置に切り替える場合にエンジン１１の出力トルクでサンギアＳの回転数をリングギアＲの回転数まで上昇させることができる。

駆動装置１０Ａでは、スリーブ３７をロック位置から係合位置に変更した場合には、ＭＧ力行制御を実行してバッテリ１３の蓄電率を判定値以下に調整する。これによりバッテリ１３に電気を受け入れる余裕ができるので、スリーブ３７の位置を変更する際にＭＧ１２で発生した電気をバッテリ１３に充電することができる。

なお、図５、図６、図８及び図９のルーチンには優先順位が付されており、共通の制御対象の制御に関しては優先順位の高いルーチンの制御が優先される。例えば、図６の制御ルーチンの優先順位が図５の制御ルーチンの優先順位よりも高い場合、図５の制御ルーチンと図６の制御ルーチンとが同じタイミングでスリーブ３７を制御しようとすると、図５の制御ルーチンによる制御よりも図６の制御ルーチンによる制御が優先される。なお、各ルーチンの優先順位は適宜に設定してよい。

この駆動装置１０Ａでは、第１変速機構１４の変速段のうちＥｘ変速段を使用可能な変速段を最高変速段の４速のみに制限してもよい。エンジン１１から出力されるトルクを同じとした場合、第１変速機構１４が最高変速段のときに第１変速機構１４から出力されるトルクは他の変速段のときに第１変速機構１４から出力されるトルクよりも小さい。そのため、このようにＥｘ変速段の使用を最高変速段のみに制限することで、スリーブ３７の位置を切り替える際にＭＧ１２で受けるべき反力を小さくできる。従って、ＭＧ１２を小型化できる。また、このようにＥｘ変速段の使用を制限することによりＭＧ１２で発電が行われる機会が減少する。そのため、バッテリ１３の容量を低減できる。このような制御は、例えば図５のステップＳ１２の判定条件として第１変速機構１４が最高変速段であることを追加すればよい。このような制御を実行することにより制御装置４０が本発明の状態切替制限手段として機能する。

（第２の形態）
図１０及び図１１を参照して本発明の第２の形態に係る駆動装置を説明する。図１０は第２の形態に係る駆動装置１０Ｂを示している。なお、この形態において第１の形態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１１は、この形態における第２変速機構１５の共線図を示している。図１０に示したようにこの形態では、第２変速機構１５が第１遊星歯車機構３０及び第２遊星歯車機構５０を備えている点が異なり、それ以外は第１の形態と同じである。なお、第１遊星歯車機構３０は第１の形態の遊星歯車機構３０と同じであるため、説明を省略する。以降では、この第１遊星歯車機構３０のサンギアＳを第１サンギアＳ、リングギアＲを第１リングギアＲ、キャリアＣを第１キャリアＣと称することがある。

第２遊星歯車機構５０は、ダブ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’に対して同軸に配置された内歯歯車としてのリングギアＲ’とを備えている。また、第２遊星歯車機構５０は、サンギアＳ’と噛み合う第１ピニオンギアＰ１及びリングギアＲ’と噛み合う第２ピニオンギアＰ２を相互に噛み合わせた状態で各ピニオンギアＰ１、Ｐ２を自転可能かつサンギアＳ’の回りを公転可能に支持するキャリアＣ’を備えている。以降では、第２遊星歯車機構５０のサンギアＳ’を第２サンギアＳ’、リングギアＲ’を第２リングギアＲ’、キャリアＣ’を第２キャリアＣ’と称することがある。図１１の「Ｓ’」、「Ｃ’」、「Ｒ’」は、これら第２サンギアＳ’、第２リングギアＲ’及び第２キャリアＣ’を示している。それ以外は、図４と同じである。

図１０に示すように第１キャリアＣは第２リングギアＲ’と一体回転するように連結されている。また、第１キャリアＣは第２クラッチ３３の第２係合部材３５と一体回転するように連結されている。第１リングギアＲは第２サンギアＳ’と一体回転するように連結されている。ＭＧ１２のロータ軸１２ａは第２キャリアＣ’と連結されている。第１サンギアＳは、第２クラッチ３３の第１係合部材３４と一体回転するように連結されている。このように第１遊星歯車機構３０の各回転要素と第２遊星歯車機構５０の各回転要素とを連結することにより、図１１に示すように第２変速機構１５には４つの回転要素が設けられる。

この形態においても第２変速機構１５にてＥｘ変速段を形成できる。図１１に示すように第２クラッチ３３のスリーブ３７をロック位置に動かして第１サンギアＳをロックすることにより、第２変速機構１５に入力された回転を増速することができる。この場合、第２変速機構１５の各回転要素の関係は線Ｌ１１で示した関係になる。一方、スリーブ３７を係合位置に動かして第１遊星歯車機構３０の各回転要素を一体回転させることにより第２変速機構１５による変速を禁止できる。この場合の各回転要素の関係は線Ｌ１２で示した関係になる。

なお、この形態においても制御装置４０は、第１の形態と同様に図５、６、８、９の各制御ルーチンを実行する。

第２の形態の駆動装置１０Ｂでは、第２変速機構１５において回転不能に固定する回転要素とＭＧ１２が接続される回転要素とを別にした。そのため、Ｅｘ変速段を使用している場合及び使用していない場合のいずれの場合においてもＭＧ１２で車両１を駆動したり回生発電を行ったりすることができる。

（第３の形態）
図１２及び図１３を参照して本発明の第３の形態に係る駆動装置を説明する。図１２は第３の形態に係る駆動装置１０Ｃを示している。なお、この形態において第１の形態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、この形態における第２変速機構１５の共線図を示している。

図１２に示すようにこの形態では、第２変速機構１５がエンジン１１と第１変速機構１４との間に設けられている点が上述した各形態と異なる。第２変速機構１５をこのような位置に設けたので、この形態では第２中間ギア２９と出力ギア３１とが一体回転するように連結されている。この図に示したようにこの形態では、エンジン１１の出力軸１１ａと遊星歯車機構３０のキャリアＣとが一体回転するように連結される。また、遊星歯車機構３０のサンギアＳが接続部材６３及び第１クラッチ２７を介して第１変速機構１４の入力軸１６と接続されている。遊星歯車機構３０のリングギアＲには外歯歯車のドリブンギア６１が設けられている。このドリブンギア６１には、ＭＧ１２のロータ軸１２ａに設けられたドライブギア６２が噛み合わされている。また、リングギアＲには、第１係合部材３４が一体回転するように設けられている。なお、この形態では、第１の形態と同様にスリーブ３７が第１係合部材３４のみと係合する位置を解放位置と称し、スリーブ３７が第１係合部材３４及び第２係合部材３５のそれぞれと係合する位置を係合位置と称する。そして、スリーブ３７が第１係合部材３４及び第３係合部材３６のそれぞれと係合する位置をロック位置と称する。なお、この形態においては、エンジン１１の出力軸１１ａが本発明の差動機構よりも内燃機関側に設けられた回転部材に相当し、接続部材６３が本発明の差動機構よりも駆動輪側に設けられた回転部材に相当する。

図１３は、この形態における遊星歯車機構３０の共線図を示している。この図において「ＩＮ」はエンジン１１の出力軸１１ａを示し、「ＯＵＴ」は接続部材６３を示している。それ以外は、図４と同じである。この図の線Ｌ２１はスリーブ３７をロック位置に動かした場合の各回転要素の関係を示している。この線Ｌ２１から明らかなようにこの形態でも第２変速機構１５においてＥｘ変速段を形成できる。線Ｌ２２はスリーブ３７を係合位置に動かした場合の各回転要素の関係を示している。この場合には第２変速機構１５での変速が禁止される。

この形態では、第１の形態と同様に制御装置４０が図５、８、９の各ルーチンを実行する。ただし、この形態では第２変速機構１５がエンジン１１と第１クラッチ２７との間にあるため、図６のルーチンは実行しない。

この形態の駆動装置１０Ｃによれば、エンジン１１の回転を第２変速機構１５で増速し、その後第１変速機構１４に出力することができる。これにより車両１を高速走行させているときのエンジン１１の出力を低下させることができるので、燃費を改善することができる。

また、この形態の駆動装置１０Ｃにおいても図８のルーチンを実行し、Ｅｘ変速段を使用しているときはＥｘ変速段を使用していないときと比較してエンジン１１の出力トルクの上限値を小さくする。そのため、スリーブ３７をロック位置から係合位置に切り替える場合にエンジン１１の出力トルクでサンギアＳの回転数をリングギアＲの回転数まで上昇させることができる。

さらにこの形態の駆動装置１０Ｃにおいても、スリーブ３７をロック位置から係合位置に変更した場合には、ＭＧ力行制御を実行してバッテリ１３の蓄電率を判定値以下に調整する。そのため、スリーブ３７の位置を変更する際にＭＧ１２で発生した電気をバッテリ１３に充電することができる。

この形態においても第１変速機構１４の変速段のうちＥｘ変速段を使用可能な変速段を最高変速段の４速のみに制限してもよい。これによりＭＧ１２を小型化できる。また、バッテリ１３の容量を低減できる。

なお、この形態においても第２の形態のように第２変速機構１５に遊星歯車機構を追加して、第２変速機構１５に４つの回転要素を持たせてもよい。

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、第１変速機構の変速段の数は４速に限定されない。変速段の数は３速以下でもよいし５速以上でもよい。

また、本発明の駆動装置に設けられる第１変速機構は、セミオートマチック式の変速機に限定されない。第１変速機構は、運転者が第１クラッチの操作及び変速段の切り替えをそれぞれ行うマニュアル式の変速機であってもよい。また、第１クラッチの代わりにトルクコンバータが設けられ、制御装置が車速及びアクセル開度に基づいて変速段の切り替えを行うオートマチック式の変速機であってもよい。さらに変速段のうち奇数段のドリブンギアと偶数段のドリブンギアとが別々の出力軸に設けられるとともにそれぞれの出力軸にクラッチが設けられた、いわゆるデュアルクラッチ式の変速機であってもよい。

１車両
２駆動輪
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ駆動装置
１１内燃機関
１１ａ出力軸（差動機構よりも内燃機関側に設けられた回転部材）
１２モータ・ジェネレータ（電動機）
１３バッテリ
１４第１変速機構（変速機）
１６入力軸
１７出力軸
１８第１ドライブギア（一方のギア）
１９第１ドリブンギア（他方のギア）
２０第２ドライブギア（一方のギア）
２１第２ドリブンギア（他方のギア）
２２第３ドライブギア（一方のギア）
２３第３ドリブンギア（他方のギア）
２４第４ドライブギア（一方のギア）
２５第４ドリブンギア（他方のギア）
２９第２中間ギア（差動機構よりも内燃機関側に設けられた回転部材）
３０遊星歯車機構（差動機構）
３１出力ギア（差動機構よりも駆動輪側に設けられた回転部材）
３３第２クラッチ（ブレーキ手段、状態切替手段）
４０制御装置（ブレーキ制御手段、制御手段、機関制御手段、ＭＧ制御手段、状態切替制限手段）
６３接続部材（差動機構よりも駆動輪側に設けられた回転部材）
Ｇ１〜Ｇ４第１〜第４変速ギア対
Ｓサンギア（第１回転要素）
Ｒリングギア（第３回転要素）
Ｃキャリア（第２回転要素）

Claims

内燃機関と電動機とを備え、前記内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に、変速比を変更することが可能な複数の変速段を有する変速機と、差動機構とが設けられたハイブリッド車両の駆動装置において、
前記差動機構は、前記変速機と前記駆動輪との間に配置されており、相互に差動回転する第１サンギア、第１リングギア及び第１キャリアを有するシングルピニオン式の第１の遊星歯車機構と、相互に差動回転する第２サンギア、第２リングギア及び第２キャリアを有するダブルピニオン式の第２の遊星歯車機構とが、前記第１キャリアと前記第２リングギアとが一体回転するように、前記第１リングギアと前記第２サンギアとが一体回転するようにそれぞれ連結された状態で組み合わされることにより、相互に差動回転する第１回転要素、第２回転要素、第３回転要素、及び第４回転要素が構成され、これら回転要素を共線図上に配列したときに前記第４回転要素、前記第１回転要素、前記第２回転要素、前記第３回転要素の順番で並び、かつ、前記第１回転要素が前記第２キャリアであり、前記第２回転要素が前記第１キャリア及び前記第２リングギアであり、前記第３回転要素が前記第１リングギア及び前記第２サンギアであり、第４回転要素が前記第１サンギアであり、
前記第１回転要素が前記電動機と接続され、
前記第２回転要素が前記動力伝達経路中において前記差動機構よりも前記内燃機関側に設けられた回転部材と動力伝達可能に接続され、
前記第３回転要素が前記動力伝達経路中において前記差動機構よりも前記駆動輪側に設けられた回転部材と動力伝達可能に接続され、
前記第４回転要素を回転不能にロック可能なロック位置と、前記第１回転要素、前記第２回転要素、前記第３回転要素、及び前記第４回転要素を一体回転可能な係合位置と、を切り替えるクラッチをさらに備えている駆動装置。