JP5838884B2 - 車両用変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機と有段変速機とを備えた車両用変速装置に関する。

従来、この種の無段と有段の２種類の変速機を備えた車両用変速装置が知られている。例えば、この車両用変速装置としては、入力軸にエンジントルクが入力されるベルト式の無段変速機と、この無段変速機の出力軸と駆動輪との間に介在させた高低２段の有段変速機と、を備えるものが下記の特許文献１に記載されている。この特許文献１の有段変速機は、ラビニヨ型の遊星歯車機構と、変速段の切り替えの際に遊星歯車機構の各回転要素の連係状態を変える複数の摩擦締結要素と、を備える。

特開２０１１−２１７２１号公報

ところで、この種の車両用変速装置においては、スルー変速比（無段変速機と有段変速機の夫々の変速比の乗算値）を一定の大きさに保ったまま無段変速機と有段変速機を共に変速させることがある。その協調変速制御の際、有段変速機は、無段変速機からの入力に対する反力を摩擦締結要素で受け持っている。ここで、上記の無段変速機と有段変速機とを比較すると、無段変速機は、有段変速機と比べて変速速度が遅く、有段変速機と同時期に変速動作を始めたとしても、この有段変速機よりも変速が完了するまでに時間がかかる。これが為、無段変速機と有段変速機の協調変速制御を行う際、有段変速機においては、無段変速機の変速期間中に摩擦締結要素を半係合状態にして滑らせている。従って、従来、有段変速機は、入力に対する反力を受け持っている協調変速制御時の摩擦締結要素の負荷を軽減する為、変速比幅（最小変速比と最大変速比との間の幅）を狭く設定している。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、有段変速機の変速比幅を広く設定可能な無段変速機と有段変速機とを備えた車両用変速装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、本発明は、入力軸にエンジン側からのトルクが入力される無段変速機と、前記無段変速機の出力軸と駆動輪との間に配置され、該無段変速機の出力軸側に接続された回転要素、自らの前記駆動輪側への出力軸に接続された回転要素及びモータ／ジェネレータの回転軸側に接続された回転要素を含む相互間での相対回転が可能な少なくとも４つの回転要素を有する差動機構を備えた有段変速機と、を有し、前記有段変速機は、前記差動機構の共線図上で前記無段変速機の出力軸側と前記モータ／ジェネレータの回転軸側との間に前記駆動輪側への出力軸が配置されるように、前記各回転要素を当該無段変速機の出力軸側と当該モータ／ジェネレータの回転軸側と当該駆動輪側への出力軸とに接続することを特徴としている。

ここで、前記モータ／ジェネレータと繋がる二次電池の入出力制限時には、エンジン回転数制御と前記有段変速機の変速制御とでスルー変速比の変速制御を行うことが望ましい。

また、前記有段変速機は、前記各回転要素の内の所定のものを係合対象として係合させることで前記差動機構の差動状態を変える係合制御部を備え、該係合制御部で前記差動機構の差動状態を変えることによって２つの変速段の切り替えを行うことが望ましい。

また、前記係合制御部は、ドグクラッチであることが望ましい。

本発明に係る車両用変速装置は、無段変速機と有段変速機の協調変速制御を行う際に、従来は有段変速機の摩擦締結要素を滑らせながら取っていた無段変速機からの入力に対する反力をモータ／ジェネレータで受け持つことができる。これが為、本発明に係る車両用変速装置は、その協調変速制御の際に摩擦締結要素を滑らせる必要が無いので、有段変速機の変速比幅を従来よりも広く設定することができる。従って、この車両用変速装置においては、無段変速機の変速比幅を狭く設定できるので、この無段変速機の小型化を図ることができる。また、この車両用変速装置では、滑りの生じる摩擦締結要素に替えて、滑りを生じさせる必要の無いドグクラッチを適用できるので、引き摺り損失の発生を低く抑え、燃費を向上させることができる。

図１は、本発明に係る車両用変速装置と当該車両用変速装置が搭載される車両の構成を示す図である。 図２は、実施例の有段変速機の具体的な構成の一例を示す図である。 図３は、実施例の有段変速機における断接装置の構成と動作について説明する図である。 図４は、実施例の有段変速機における断接装置の具体的な構成と動作について説明する図である。 図５は、実施例の有段変速機における断接装置の構成と動作について説明する図である。 図６は、実施例の有段変速機における断接装置の具体的な構成と動作について説明する図である。 図７は、実施例におけるクラッチ及びブレーキの状態と車両の走行モードとの対応関係について説明する図である。 図８は、実施例のエンジン走行時で且つ前進時における共線図である。 図９は、実施例のエンジン走行時で且つ後進時における共線図である。 図１０は、実施例のＥＶ走行時で且つ前進時における共線図である。 図１１は、実施例のＥＶ走行時で且つ後進時における共線図である。 図１２は、実施例の停車発電時における共線図である。 図１３は、スルー変速比幅とＣＶＴ変速比幅とＡＴ変速比幅の関係について従来のものと比較した図である。 図１４は、実施例の無段変速機と有段変速機の協調変速制御時における共線図である。 図１５は、実施例の無段変速機と有段変速機の協調変速制御時におけるタイムチャートである。 図１６は、ＣＶＴ変速比幅とＡＴ変速比幅とが同じ場合の課題について説明する図である。 図１７は、ＣＶＴ変速比幅とＡＴ変速比幅のオーバーラップ領域について説明する図である。 図１８は、実施例の車両用変速装置の変速制御について説明するフローチャートである。 図１９は、変形例の有段変速機の具体的な構成の一例を示す図である。 図２０は、変形例のエンジン走行時で且つ前進時における共線図である。

以下に、本発明に係る車両用変速装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［実施例］
本発明に係る車両用変速装置の実施例を図１から図２０に基づいて説明する。

図１の符号１は、本実施例の車両用変速装置を示す。この車両用変速装置１は、無段変速機１０と有段変速機２０とを備えたものであり、その有段変速機２０を無段変速機１０の副変速機として利用することで、無段変速機１０の体格を小型化しつつもスルー変速比の範囲の拡大を図ったものである。尚、スルー変速比とは、この車両用変速装置１の全体の変速比であり、無段変速機１０の変速比と有段変速機２０の変速比の乗算値となる。

無段変速機１０は、プライマリプーリ１１、セカンダリプーリ１２及びプライマリプーリ１１とセカンダリプーリ１２との間に巻き掛けたベルト１３を有し、プライマリプーリ１１又はセカンダリプーリ１２の内の少なくとも一方の可動シーブを固定シーブに対して移動させることで変速比を無段階に変化させるベルト式の無段変速機である。この無段変速機１０は、入力軸１４が歯車群（歯車５１，５２）、トルクコンバータ６１やロックアップクラッチ６２等を介してエンジンＥＮＧに接続されている。また、その歯車５２とトルクコンバータ６１の間には、その間のトルク伝達を可能又は不能にする断接装置（クラッチＣＬ０）が配置されている。無段変速機１０は、これらを介してエンジンＥＮＧとの間でトルク伝達を行うことができる。

ここで、そのクラッチＣＬ０は、摩擦材を利用した摩擦締結要素として構成されたものである。従って、このクラッチＣＬ０は、図示しないアクチュエータによって半係合状態、完全係合状態又は半係合状態に制御される。半係合状態では、滑りを発生させながら歯車５２とトルクコンバータ６１との間でトルク伝達を行う。完全係合状態では、滑りを発生させることなく歯車５２とトルクコンバータ６１との間でトルク伝達を行う。

一方、有段変速機２０は、相互間での相対回転が可能な複数の回転要素を備えた差動機構を有するものであり、この差動機構の差動状態を変えることで複数の変速段の切り替えを行う。これが為、この有段変速機２０には、差動機構の各回転要素の内の所定のものを係合対象として係合させることで当該差動機構の差動状態を変える係合制御部４０が設けられている。以下に、この有段変速機２０の具体的な構成について一例を挙げて説明する。ここでは、この有段変速機２０が高低２つの変速段を有するものとして説明する。

この有段変速機２０は、その入力軸２１が無段変速機１０の出力軸１５に直接又は歯車群等の動力伝達機構などを介して接続されており、その無段変速機１０との間でトルク伝達を行うことができる。また、この有段変速機２０は、その出力軸２２が歯車５３を介して差動装置（デファレンシャルギヤ）の減速歯車５４に接続されている。

この有段変速機２０の差動機構は、相互間での相対回転が可能な少なくとも４つの回転要素と遊星要素とを備えた遊星機構である。つまり、この差動機構は、その４つの回転要素に対応する４本の軸からなる共線図で表すことのできるものである。より具体的に、この例示の差動機構は、遊星歯車機構を用いて構成したものであり、ラビニヨ型の遊星歯車機構、遊星歯車機構を２つ繋ぐことで４つの回転要素が構成されたもの等が考えられる。本実施例では、ラビニヨ型の遊星歯車機構を例に挙げて説明する。尚、後者の２つの遊星歯車機構を繋いだものについては、後で変形例として説明する。

そのラビニヨ型の遊星歯車機構は、図２に示す様に、第１サンギヤＳ１、第２サンギヤＳ２、リングギヤＲ、第２サンギヤＳ２とリングギヤＲとに噛合する複数のロングピニオンギヤＰＬ、第１サンギヤＳ１とロングピニオンギヤＰＬとに噛合する複数のショートピニオンギヤＰＳ並びに各ロングピニオンギヤＰＬと各ショートピニオンギヤＰＳとを自転且つ公転自在に保持するキャリアＣを備える。つまり、この遊星歯車機構は、４つの回転要素として、第１サンギヤＳ１、第２サンギヤＳ２、リングギヤＲ及びキャリアＣを備えている。

ここで、この有段変速機２０では、図２に示す様に、その入力軸２１が２つの第１及び第２の入力軸２１Ａ，２１Ｂで構成されている。この例示では、その第１及び第２の入力軸２１Ａ，２１Ｂが夫々に差動機構における第１及び第２のサンギヤＳ１，Ｓ２に接続される。また、この第１及び第２の入力軸２１Ａ，２１Ｂは、断接装置３０を介して無段変速機１０の出力軸１５に連結される。

その断接装置３０は、２つのクラッチＣＬ１，ＣＬ２を構成するものであり、無段変速機１０の出力軸１５を第１及び第２の入力軸２１Ａ，２１Ｂの内の何れか一方だけに連結させる。クラッチＣＬ１は、第１入力軸２１Ａと出力軸１５との間のトルク伝達を可能又は不能にするものである。一方、クラッチＣＬ２は、第２入力軸２１Ｂと出力軸１５との間のトルク伝達を可能又は不能にするものである。ここで例示する夫々のクラッチＣＬ１，ＣＬ２としては、ドグクラッチ構造のものを用いる。

この断接装置３０は、第１入力軸２１Ａに接続された第１被係合部３１、第２入力軸２１Ｂに接続された第２被係合部３２及び無段変速機１０の出力軸１５に接続された第３被係合部３３を備える。更に、この断接装置３０は、第１入力軸２１Ａと出力軸１５とを連結させる又は第２入力軸２１Ｂと出力軸１５とを連結させる係合部材３４も備える。

その係合部材３４は、第１被係合部３１と第３被係合部３３とに同時に係合することが可能な第１係合部３４ａと（図３及び図４）、この第１係合部３４ａが第３被係合部３３のみに係合している状態で第２被係合部３２に係合する第２係合部３４ｂと（図５及び図６）、を有する。つまり、この断接装置３０においては、第１被係合部３１と第３被係合部３３と係合部材３４における第１係合部３４ａとでクラッチＣＬ１を構成し、第２被係合部３２と第３被係合部３３と係合部材３４における第１及び第２の係合部３４ａ，３４ｂとでクラッチＣＬ２を構成している。

この係合部材３４は、図示しないアクチュエータによって軸線方向（第１及び第２の入力軸２１Ａ，２１Ｂの軸線方向）に往復移動する。従って、この断接装置３０においては、第１係合部３４ａが第１被係合部３１と第３被係合部３３とに係合するよう係合部材３４を移動させることで、クラッチＣＬ１が係合状態（クラッチＣＬ１：ＯＮ）に制御され、且つ、クラッチＣＬ２が解放状態（クラッチＣＬ２：ＯＦＦ）に制御され、第１入力軸２１Ａと出力軸１５とを連結させる。この場合には、第１入力軸２１Ａと出力軸１５との間でトルク伝達が可能になる。一方、この断接装置３０では、第１係合部３４ａが第３被係合部３３に係合し且つ第２係合部３４ｂが第２被係合部３２に係合するよう係合部材３４を移動させることで、クラッチＣＬ２が係合状態（クラッチＣＬ２：ＯＮ）に制御され、且つ、クラッチＣＬ１が解放状態（クラッチＣＬ１：ＯＦＦ）に制御され、第２入力軸２１Ｂと出力軸１５とを連結させる。この場合には、第２入力軸２１Ｂと出力軸１５との間でトルク伝達が可能になる。

この様に、この断接装置３０では、２つのクラッチＣＬ１，ＣＬ２において、第１及び第２の係合部３４ａ，３４ｂが１つの係合部材３４で構成されると共に、アクチュエータが共用されており、部品点数の減少に伴う原価の低減や体格の小型化を図ることができる。

差動機構においては、キャリアＣが出力軸２２接続される。この差動機構においては、そのキャリアＣが係合制御部４０の係合対象になっている。また、この差動機構では、リングギヤＲについても係合制御部４０の係合対象になっている。その係合制御部４０は、リングギヤＲの回転を禁止させるブレーキＢ０と、リングギヤＲとキャリアＣとを一体になって回転できるよう係合させるクラッチＣＬ３と、を構成するものである。ここで例示するブレーキＢ０及びクラッチＣＬ３としては、ドグクラッチ構造のものを用いる。

この係合制御部４０は、ケース等の筐体ＣＡに固定された第１被係合部４１と、リングギヤＲに接続された第２被係合部４２と、キャリアＣに接続された第３被係合部４３と、を備える。更に、この係合制御部４０は、筐体ＣＡとリングギヤＲとを連結させる又はリングギヤＲとキャリアＣとを連結させる係合部４４も備える。その係合部４４は、図示しないアクチュエータによって軸線方向（第１及び第２の入力軸２１Ａ，２１Ｂの軸線方向）に往復移動する。

この係合制御部４０においては、係合部４４を第１被係合部４１と第２被係合部４２とに係合するよう移動させることで、ブレーキＢ０が係合状態（ブレーキＢ０：ＯＮ）に制御され、且つ、クラッチＣＬ３が解放状態（クラッチＣＬ３：ＯＦＦ）に制御され、筐体ＣＡとリングギヤＲとを連結させる。この場合には、リングギヤＲの回転が禁止される。一方、係合部４４を第２被係合部４２と第３被係合部４３とに係合するよう移動させることで、クラッチＣＬ３が係合状態（クラッチＣＬ３：ＯＮ）に制御され、且つ、ブレーキＢ０が解放状態（ブレーキＢ０：ＯＦＦ）に制御され、リングギヤＲとキャリアＣとを結合させる。この場合には、リングギヤＲとキャリアＣとが一体になって回転できる。この有段変速機２０では、ブレーキＢ０を係合状態に制御することで低速側の変速段に変速され、クラッチＣＬ３を係合状態に制御することで高速側の変速段に変速される。

この様に、この係合制御部４０では、ブレーキＢ０とクラッチＣＬ３において係合部４４とアクチュエータが共用されており、部品点数の減少に伴う原価の低減や体格の小型化を図ることができる。

ここで、この車両用変速装置１においては、有段変速機２０の第１入力軸２１Ａにモータ／ジェネレータＭＧが連結されている。そのモータ／ジェネレータＭＧは、力行駆動時にモータ（電動機）として機能して、二次電池６５から供給された電気エネルギを機械エネルギに変換し、回転軸から機械的な動力（モータトルク）を出力する。一方、回生駆動時には、ジェネレータ（発電機）として機能して、第１入力軸２１ＡからＭＧ回転軸に機械的な動力（モータトルク）が入力された際に機械エネルギを電気エネルギに変換し、これを電力として二次電池６５に蓄えることができる。つまり、この車両は、エンジンＥＮＧに加えてモータ／ジェネレータＭＧも動力源として利用できるハイブリッド車両となる。この例示では、第１入力軸２１Ａとモータ／ジェネレータＭＧとが歯車群（歯車５５，５６）を介して連結されている（図２）。

この車両においては、停車時とＥＶ（電気自動車）走行中の低速走行時に、クラッチＣＬ０を解放させた状態で、スタータモータ６３でエンジンＥＮＧを始動させる。そして、この場合、エンジン始動完了後には、そのクラッチＣＬ０を完全係合させ、エンジントルクを用いて走行する。一方、ＥＶ走行中の高速走行時には、クラッチＣＬ０を半係合させて滑らせながら駆動輪Ｗ側のトルクをエンジンＥＮＧに伝え、これによりエンジン回転数を持ち上げる。この駆動輪Ｗ側のトルクでエンジンＥＮＧの押しがけを行った場合、エンジン始動完了後には、その半係合状態のクラッチＣＬ０を完全係合させ、エンジントルクを用いて走行する。

この車両においては、エンジン走行時で且つ前進時にクラッチＣＬ０，ＣＬ２を係合させる。更に、この車両においては、有段変速機２０が低速段（Ｌｏ）のときにブレーキＢ０を係合させ、高速段（Ｈｉ）のときにクラッチＣＬ３を係合させる。この場合には、エンジントルクが無段変速機１０等を介して有段変速機２０のサンギヤＳ２に入力する。また、高速段のときには、クラッチＣＬ３の係合によってリングギヤＲとキャリアＣとが結合される。図７及び図８には、この場合のクラッチＣＬ０等の状態と車両の走行モードとの対応関係及び有段変速機２０の共線図を各々示している。図７においては、「○」が係合状態を表し、「−」が解放状態を表している。

一方、エンジン走行時で且つ後進時（Ｒｅｖ）には、クラッチＣＬ０，ＣＬ１とブレーキＢ０を係合させる。従って、この場合には、前進時とは異なり、エンジントルクが無段変速機１０等を介して有段変速機２０のサンギヤＳ１に入力するので、車両を後進させることができる。図７及び図９には、この場合のクラッチＣＬ０等の状態と車両の走行モードとの対応関係及び有段変速機２０の共線図を各々示している。

また、ＥＶ走行時で且つ前進時には、クラッチＣＬ２を係合させる。更に、この車両においては、有段変速機２０が低速段（Ｌｏ）のときにブレーキＢ０を係合させ、高速段（Ｈｉ）のときにクラッチＣＬ３を係合させる。低速段のときには、負のモータトルクが負回転で有段変速機２０のサンギヤＳ１に入力する。一方、高速段のときには、正のモータトルクが正回転で有段変速機２０のサンギヤＳ１に入力する。この高速段のときには、クラッチＣＬ３の係合によってリングギヤＲとキャリアＣとが結合される。図７及び図１０には、この場合のクラッチＣＬ０等の状態と車両の走行モードとの対応関係及び有段変速機２０の共線図を各々示している。

一方、ＥＶ走行時で且つ後進時（Ｒｅｖ）には、クラッチＣＬ１とブレーキＢ０を係合させる。これが為、この場合には、正のモータトルクが正回転で有段変速機２０のサンギヤＳ１に入力するので、車両を後進させることができる。図７及び図１１には、この場合のクラッチＣＬ０等の状態と車両の走行モードとの対応関係及び有段変速機２０の共線図を各々示している。

尚、ＥＶ走行中には、車速に応じて無段変速機１０の変速比を制御し、解放状態にあるクラッチＣＬ０の無段変速機１０側の回転数（つまり歯車５２の回転数）を低回転に抑えておくことが望ましい。何故ならば、その回転数が高回転になっている場合には、低速走行時のエンジン始動であれば、その回転数に合わせてエンジン始動後にエンジン回転数を上昇させ、この同期の後でクラッチＣＬ０を係合させる必要があるので、搭乗者にエンジン始動時の吹け上がりを感じさせる可能性があるからである。また、高速走行時のエンジン始動においては、クラッチＣＬ０のエンジンＥＮＧ側と無段変速機１０側とで回転差が大きいので、クラッチＣＬ０をこのまま係合させてしまうと、クラッチＣＬ０の耐久性を低下させ、また、クラッチＣＬ０の係合に伴う騒音や振動を発生させてしまう可能性があるからである。一方、クラッチＣＬ０の無段変速機１０側の回転数を低く抑えておくことで、この車両においては、その様な不都合を回避できるので、エンジン始動時にクラッチＣＬ０を滑らかに係合させ、静かにエンジンＥＮＧを始動させることができる。従って、このときの無段変速機１０の変速比は、クラッチＣＬ０の無段変速機１０側の回転数が上記の不都合を生じさせない低回転となるように制御する。

更に、ＥＶ走行中には、無段変速機１０の変速や後のエンジン始動を応答性良く行う為に油圧を加えておくことが望ましい。しかしながら、その油圧はエンジンＥＮＧの回転に連動するオイルポンプを用いて発生させるので、ＥＶ走行中は、その油圧を確保できない。これが為、この車両には、エンジン停止時にも油圧を発生させることができるように、エンジンＥＮＧの回転の有無に影響されない油圧発生装置を設けることが好ましい。例えば、その油圧発生装置としては、電動オイルポンプ、エンジン走行中に蓄えた油圧をエンジン停止後に供給可能な蓄圧装置、車軸や差動装置（デファレンシャルギヤ）の回転に連動して油圧を発生させるオイルポンプ等が考えられる。

また、この車両では、停車中に発電させる際、クラッチＣＬ０，ＣＬ１を係合させる。従って、この場合には、エンジントルクが有段変速機２０のサンギヤＳ１に入力するので、このサンギヤＳ１に連結されているモータ／ジェネレータＭＧを発電させることができる。図７及び図１２には、この場合のクラッチＣＬ０等の状態と車両の走行モードとの対応関係及び有段変速機２０の共線図を各々示している。

ここで、この車両用変速装置１においては、エンジン走行時やＥＶ走行時においてスルー変速比を無段で変速させる。従って、有段変速機２０を変速させる際には、スルー変速比を一定の大きさに保つべく、無段変速機１０の変速比も同時に変速させる。この車両用変速装置１では、その無段変速機１０と有段変速機２０の協調変速制御を終えた後、無段変速機１０の変速比を変えることで、スルー変速比を無段で変速させる。

この車両用変速装置１においては、有段変速機２０の第１入力軸２１Ａにモータ／ジェネレータＭＧが連結されており、無段変速機１０と有段変速機２０の協調変速制御を行う際に、そのモータ／ジェネレータＭＧで無段変速機１０からの入力に対する反力を受け持ちながら有段変速機２０を変速させる。従って、その有段変速機２０では、その協調変速制御時における有段変速機２０の変速の際にブレーキＢ０及びクラッチＣＬ３並びにクラッチＣＬ１，ＣＬ２を滑らせる必要が無く、前述した従来の様にブレーキＢ０等に過大な負荷が掛からないので、ブレーキＢ０及びクラッチＣＬ３並びにクラッチＣＬ１，ＣＬ２の耐久性を気にして変速比幅を狭く設定しなくともよい。つまり、本実施例の有段変速機２０は、変速比幅を広く設定することができる。例えば、同じスルー変速比の変速比幅（スルー変速比幅）に設定する場合、本実施例の車両用変速装置１と従来のものとでは、図１３に示す様に、本実施例の方が有段変速機２０の変速比幅（ＡＴ変速比幅）を広く設定できるので、無段変速機１０の変速比幅（ＣＶＴ変速比幅）を従来よりも狭く設定することができる。これが為、この車両用変速装置１では、無段変速機１０の小型化が可能になる。尚、その図１３では、比較する上での便宜上、変速比幅の一例を示している。

更に、この車両用変速装置１では、その様な滑りを必要としないので、ブレーキＢ０及びクラッチＣＬ３並びにクラッチＣＬ１，ＣＬ２として上述したドグクラッチを適用できる。従って、この車両用変速装置１においては、そのブレーキＢ０等における引き摺り損失の発生を低く抑えることができ、燃費を向上させることができる。

その協調変速制御について、エンジン走行中を例に挙げて説明する。ここで例示する協調変速制御は、有段変速機２０を低速段（Ｌｏ）から高速段（Ｈｉ）に変速させる際に、無段変速機１０の変速比γ_ＣＶＴを高速側（Ｈｉ）から低速側（Ｌｏ）に変速させるものである。図１４及び図１５には、各々この協調変速制御における有段変速機２０の共線図とエンジン回転数等のタイムチャートを示す。図１５において、「Ｎｗ」は駆動輪Ｗの回転数を示し、「Ｔｗ」は駆動輪Ｗの駆動トルクを示す。「Ｎｅ」はエンジン回転数を示し、「Ｔｅ」はエンジントルクを示す。「Ｎｍｇ」はモータ回転数を示し、「Ｔｍｇ」はモータトルクを示す。「γ」は、スルー変速比を示す。尚、このタイムチャートでは、二次電池６５のＳＯＣ（State of Charge）についても示している。この協調変速制御は、車両の制御装置（ＥＣＵ）が駆動輪Ｗの回転数Ｎｗや駆動トルクＴｗを一定に保ったまま実行する。

先ず、変速動作を始める前にトルクの調整を行う。この車両の制御装置は、エンジン回転数Ｎｅとモータ回転数Ｎｍｇを一定に保ったまま、エンジントルクＴｅと正のモータトルクＴｍｇを増加させていく。ここでは、有段変速機２０を変速させる際にモータ／ジェネレータＭＧが受け持つ反力に相当する大きさへと正のモータトルクＴｍｇを増加させていくが、モータ回転数Ｎｍｇが負回転なので、駆動トルクＴｗを増減させないようにエンジントルクＴｅを増加させていく。尚、このときのモータ／ジェネレータＭＧは、電力の回生を行っている。

制御装置は、有段変速機２０の低速段（Ｌｏ）から高速段（Ｈｉ）への変速動作を始めさせると共に、無段変速機１０の変速比γ_ＣＶＴを高速側（Ｈｉ）から低速側（Ｌｏ）に変速させる。この変速の過程において、エンジンＥＮＧには、エンジン回転数Ｎｅを一定に保持させたまま、エンジントルクＴｅを減少させていく。また、モータ／ジェネレータＭＧにおいては、モータトルクＴｍｇを一定に保持したまま、モータ回転数Ｎｍｇを正回転に切り替えていく。尚、これに伴い、モータ／ジェネレータＭＧは、回生駆動から力行駆動に切り替わる。この車両用変速装置１においては、この様にしてモータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持ちながら協調変速制御を行う。

無段変速機１０と有段変速機２０の変速動作を終えた後、再びトルクの調整を行う。ここでは、モータ／ジェネレータＭＧが受け持っていた反力に相当する正のモータトルクＴｍｇ分だけ、モータ回転数Ｎｍｇを一定の正回転に保ったままモータトルクＴｍｇを減少させていく。ここでは、モータ／ジェネレータＭＧが力行駆動を行っているので、そのモータトルクＴｍｇの減少に合わせて、エンジン回転数Ｎｅを一定に保ったまま、駆動トルクＴｗを増減させないようにエンジントルクＴｅを増加させていく。

ところで、上記の例示では、無段変速機１０の変速比幅と有段変速機２０の変速比幅を同じ大きさに設定している。これが為、図１６に示すスルー変速比幅の中央付近のスルー変速比が繰り返し使用される場合には、有段変速機２０における低速段（Ｌｏ）と高速段（Ｈｉ）との間の切り替えと無段変速機１０における最大変速比γ_{ＣＶＴ−ｍａｘ}と最小変速比γ_{ＣＶＴ−ｍｉｎ}との間の変速が繰り返される可能性があり、無段変速機１０や有段変速機２０の耐久性を低下させる虞がある。

従って、無段変速機１０の変速比幅と有段変速機２０の変速比幅とに図１７に示すオーバーラップ領域を設けることが好ましい。例えば、無段変速機１０の変速比幅を基準にして考える場合には、有段変速機２０の変速比幅を無段変速機１０の変速比幅よりも狭く設定することが望ましい（図１７）。また、有段変速機２０の変速比幅を基準にして考える場合には、無段変速機１０の変速比幅を有段変速機２０の変速比幅よりも広く設定することが望ましい（図１７）。但し、無段変速機１０の変速比幅を拡げると云うことは、この無段変速機１０の体格を大きくしてしまうことにも繋がる。このことから、無段変速機１０の変速比幅は、上記の繰り返しの協調変速制御が実行されない又は実行され難い広さで且つ無段変速機１０の体格が搭載スペース等を考慮した許容範囲内に収まる広さに設定することが望ましい。

また、二次電池６５においては、電力の入出力を制限するときがある。例えば、二次電池６５は、ＳＯＣが満充電又はこれに近い状態のとき、ＳＯＣが空又は空に近い状態のとき、若しくは二次電池６５の温度が過度に低温又は高温になっているときに、電力の入出力を禁止させる又は入出力量を制限する。ここで、上記の例示では、協調変速制御を行う際に、モータ／ジェネレータＭＧで反力を取っている。しかしながら、二次電池６５の入出力制限時には、モータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持つことができない。そして、上記の例示では、クラッチＣＬ１等がドグクラッチ構造を採っているので、モータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持つことができなければ、協調変速制御を行うことができない。

そこで、入出力が制限されないように二次電池６５のＳＯＣを管理することが好ましいが、もし二次電池６５の入出力が制限される場合には、モータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持たせずに、エンジン回転数の制御によってクラッチＣＬ１等の入出力回転数を同期させてから当該クラッチＣＬ１等の係合制御（つまり有段変速機２０の変速制御）を行えばよい。但し、その際には、エンジン回転数の急激な変化やトルク抜けが起こり、変速ショックを発生させてしまう虞がある。従って、ここでは、二次電池６５のＳＯＣに応じて、できる限り変速ショックを低減させる。以下、この点について図１８のフローチャートを用いて説明する。

先ず、制御装置は、有段変速機２０の変速要求の有無を判定する（ステップＳＴ１）。ここでは、変速要求が無ければ、この判定を繰り返す。

有段変速機２０の変速要求がある場合、制御装置は、その変速に必要なモータ／ジェネレータＭＧの出力（必要モータ出力）を算出する（ステップＳＴ２）。その必要モータ出力とは、協調変速制御を行う際にモータ／ジェネレータＭＧが受け持つ反力の大きさに応じて決まる。また、このステップＳＴ２では、その必要モータ出力に応じた二次電池６５の必要電池出力を算出してもよい。

制御装置は、現状の二次電池６５のＳＯＣで必要モータ出力（又は必要電池出力）を賄えるのか否かを判定する（ステップＳＴ３）。賄うことが可能であれば、この制御装置は、その必要モータ出力（又は必要電池出力）に応じて、上述した通常の協調変速制御を実行する（ステップＳＴ４）。

一方、現状のＳＯＣで必要モータ出力（又は必要電池出力）を賄えないと判定した場合、制御装置は、そのＳＯＣが所定値よりも大きいのか否かを判定する（ステップＳＴ５）。このステップＳＴ５では、ＳＯＣが満充電又はこれに近い状態であるのか否かを判定している。

現状のＳＯＣが満充電又はこれに近い状態の場合、制御装置は、モータ／ジェネレータＭＧが正回転か否かを判定する（ステップＳＴ６）。現状のＳＯＣが満充電又はこれに近い状態の場合には、二次電池６５への充電が難しい一方で、この二次電池６５からの電力供給は可能なので、モータ／ジェネレータＭＧを回生駆動させることは難しいが、力行駆動させることはできる。

従って、モータ／ジェネレータＭＧが正回転の場合には、正のモータトルクの出力によりモータ／ジェネレータＭＧを力行駆動させ、このモータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持つことができる。これが為、制御装置は、正回転と判定した場合、ステップＳＴ４に進み、必要モータ出力（又は必要電池出力）に応じた通常の協調変速制御を実行する。これに対して、モータ／ジェネレータＭＧが正回転でない（つまり負回転）の場合には、負のモータトルクを出力させる必要がある。しかしながら、この場合、負のモータトルクを出力できず、モータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持つことができないので、制御装置は、モータ／ジェネレータＭＧで反力を取らずに、エンジン回転数の制御により有段変速機２０の差動機構における回転数の同期を行い、この有段変速機２０だけを変速させることでスルー変速比の変速制御を行う（ステップＳＴ７）。

次に、ステップＳＴ５で現状のＳＯＣが満充電又はこれに近い状態ではないと判定された場合、制御装置は、そのＳＯＣが所定値よりも小さいのか否かを判定する（ステップＳＴ８）。このステップＳＴ８では、ＳＯＣが空又は空に近い状態であるのか否かを判定している。

現状のＳＯＣが空又は空に近い状態の場合、制御装置は、モータ／ジェネレータＭＧが負回転か否かを判定する（ステップＳＴ９）。現状のＳＯＣが空又は空に近い状態の場合には、二次電池６５からの電力供給が難しい一方で、この二次電池６５への充電は可能なので、モータ／ジェネレータＭＧを力行駆動させることは難しいが、回生駆動させることはできる。

従って、モータ／ジェネレータＭＧが負回転の場合には、正のモータトルクの出力によりモータ／ジェネレータＭＧを回生駆動させ、このモータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持つことができる。これが為、制御装置は、負回転と判定した場合、ステップＳＴ４に進み、必要モータ出力（又は必要電池出力）に応じた通常の協調変速制御を実行する。これに対して、モータ／ジェネレータＭＧが負回転でない（つまり正回転）の場合には、負のモータトルクを出力させる必要がある。しかしながら、この場合、負のモータトルクを出力できず、モータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持つことができないので、制御装置は、ステップＳＴ７に進み、エンジン回転数の制御により有段変速機２０の差動機構の回転数同期制御を行いながら、有段変速機２０だけを変速させる。

続いて、ステップＳＴ８で否定判定され、現状のＳＯＣが満充電又はこれに近い状態でなく、また、空又は空に近い状態でもない場合、二次電池６５においては、電力供給も充電も可能である。そして、この場合には、モータ／ジェネレータＭＧを力行駆動させることも回生駆動させることもできる。これが為、制御装置は、必要モータ出力（又は必要電池出力）に応じた通常の協調変速制御を実行したときとエンジン回転数制御による有段変速機２０のみの変速を実行したときとで、どちらの方が変速ショックが小さいのか判断する（ステップＳＴ１０）。その変速ショックの大きさについては、双方の変速制御における変速ショックのマップを予め用意しておき、このマップを利用して判断すればよい。そのマップは、例えば二次電池６５のＳＯＣや温度をパラメータとする。

制御装置は、その結果、通常の協調変速制御の方が変速ショックが小さいのか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。そして、協調変速制御の方が変速ショックが小さければ、制御装置は、ステップＳＴ４に進み、必要モータ出力（又は必要電池出力）に応じた通常の協調変速制御を実行する。一方、協調変速制御の方が変速ショックが大きければ、制御装置は、ステップＳＴ７に進み、エンジン回転数の制御により有段変速機２０の差動機構の回転数同期制御を行いながら、有段変速機２０だけを変速させる。

この様に、この車両用変速装置１においては、通常の協調変速制御が実行できない状況下や当該協調変速制御よりも変速ショックが小さくなるときに限って、エンジン回転数制御と有段変速機２０のみの変速制御とによるスルー変速比の変速制御を行うので、可能な限り変速ショックの発生を抑えることができる。

［変形例］
前述した実施例においては、有段変速機２０の差動機構としてラビニヨ型の遊星歯車機構を例に挙げた。この変形例では、実施例の車両用変速装置１において、そのラビニヨ型の遊星歯車機構に替えて、２つの遊星歯車機構で４つの回転要素を作り出したものを有段変速機２０の差動機構とする。

本変形例の差動機構は、回転要素が３つの遊星歯車機構を２つ繋いで構成する。具体的には、図１９に示す様に、２つのシングルピニオン型の遊星歯車機構１２１，１２２を繋ぐ。遊星歯車機構１２１は、サンギヤＳ１、リングギヤＲ１、キャリアＣ１及びピニオンギヤＰ１を備える。遊星歯車機構１２２は、サンギヤＳ２、リングギヤＲ２、キャリアＣ２及びピニオンギヤＰ２を備える。

遊星歯車機構１２１，１２２は、リングギヤＲ１とキャリアＣ２とを連結させ且つキャリアＣ１とリングギヤＲ２とを連結させることで繋げる。そのリングギヤＲ１とキャリアＣ２は、一体になって回転することができる。また、キャリアＣ１とリングギヤＲ２についても、一体になって回転することができる。

遊星歯車機構１２１においては、サンギヤＳ１が第２入力軸２１Ｂに接続される。また、キャリアＣ１は、歯車５３とクラッチＣＬ３の被係合部４３と遊星歯車機構１２２のリングギヤＲ２に接続されている。また、リングギヤＲ１については、遊星歯車機構１２２のキャリアＣ２を介して、ブレーキＢ０及びクラッチＣＬ３の被係合部４２に連結されている。

遊星歯車機構１２２においては、サンギヤＳ２が第１入力軸２１Ａに接続される。また、キャリアＣ２は、ブレーキＢ０及びクラッチＣＬ３の被係合部４２と遊星歯車機構１２１のリングギヤＲ１に接続されている。また、リングギヤＲ２は、クラッチＣＬ３の被係合部４３と遊星歯車機構１２１のキャリアＣ１に接続されている。

この差動機構においては、ブレーキＢ０が係合制御された際に、遊星歯車機構１２１のリングギヤＲ１と遊星歯車機構１２２のキャリアＣ２の回転が禁止される。また、この差動機構では、クラッチＣＬ３が係合制御された際に、遊星歯車機構１２１のリングギヤＲ１及びキャリアＣ１並びに遊星歯車機構１２２のリングギヤＲ２及びキャリアＣ２が結合され、夫々の遊星歯車機構１２１，１２２が差動動作を行わずに一体になって回転する。

この様に構成した差動機構を用いたとしても、この変形例の車両用変速装置においては、無段変速機１０と有段変速機２０の協調変速制御を実行する際に、モータ／ジェネレータＭＧで反力を受け持ちながら有段変速機２０の変速段の切り替えを行うことができる。従って、この変形例の車両用変速装置においても、有段変速機２０の変速比幅を広く設定することができるので、無段変速機１０の変速比幅を狭く設定することで、この無段変速機１０の小型化を図ることができる。

図２０には、この変形例の差動機構のエンジン走行時における共線図を示している。尚、この図２０の共線図は、実施例の図８の共線図において、サンギヤＳ２の軸をサンギヤＳ１の軸と読み替え、キャリアＣの軸をキャリアＣ１及びリングギヤＲ２の軸と読み替え、リングギヤＲの軸をリングギヤＲ１及びキャリアＣ２の軸と読み替え、且つ、サンギヤＳ１の軸をサンギヤＳ２の軸と読み替えたものに相当する。ここでは、これと同じ読み替えを図９から図１２及び図１４の共線図で行ったものが、この変形例の差動機構のＥＶ走行等における共線図に相当するので、具体的な図示を省略する。

１ 車両用変速装置
１０ 無段変速機
１４ 入力軸
１５ 出力軸
２０ 有段変速機
２１ 入力軸
２１Ａ 第１入力軸
２１Ｂ 第２入力軸
２２ 出力軸
３０ 断接装置
４０ 係合制御部
６３ スタータモータ
６５ 二次電池
１２１，１２２ ピニオンギヤ型の遊星歯車機構
Ｂ０ ブレーキ
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２ キャリア
ＣＬ０，ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３ クラッチ
ＥＮＧ エンジン
ＭＧ モータ／ジェネレータ
Ｐ１，Ｐ２ ピニオンギヤ
ＰＬ ロングピニオンギヤ
ＰＳ ショートピニオンギヤ
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ リングギヤ
Ｓ１，Ｓ２ サンギヤ
Ｗ 駆動輪

Claims (4)

1. 入力軸にエンジン側からのトルクが入力される無段変速機と、
   前記無段変速機の出力軸と駆動輪との間に配置され、該無段変速機の出力軸側に接続された回転要素、自らの前記駆動輪側への出力軸に接続された回転要素及びモータ／ジェネレータの回転軸側に接続された回転要素を含む相互間での相対回転が可能な少なくとも４つの回転要素を有する差動機構を備えた有段変速機と、
   を有し、
   前記有段変速機は、前記差動機構の共線図上で前記無段変速機の出力軸側と前記モータ／ジェネレータの回転軸側との間に前記駆動輪側への出力軸が配置されるように、前記各回転要素を当該無段変速機の出力軸側と当該モータ／ジェネレータの回転軸側と当該駆動輪側への出力軸とに接続し、
   当該車両用変速装置は、前記無段変速機と前記有段変速機との協調変速を行う際に、前記モータ／ジェネレータで前記無段変速機からの入力に対する反力を受け持ちながら前記有段変速機を変速させる
   ことを特徴とした車両用変速装置。
2. 前記モータ／ジェネレータと繋がる二次電池の入出力制限時には、エンジン回転数制御と前記有段変速機の変速制御とでスルー変速比の変速制御を行うことを特徴とした請求項１記載の車両用変速装置。
3. 前記有段変速機は、前記各回転要素の内の所定のものを係合対象として係合させることで前記差動機構の差動状態を変える係合制御部を備え、該係合制御部で前記差動機構の差動状態を変えることによって２つの変速段の切り替えを行うことを特徴とした請求項１又は２に記載の車両用変速装置。
4. 前記係合制御部は、ドグクラッチであることを特徴とした請求項３記載の車両用変速装置。

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