WO2013114594A1 - ハイブリッド車両用駆動装置 - Google Patents

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WO2013114594A1
WO2013114594A1 PCT/JP2012/052299 JP2012052299W WO2013114594A1 WO 2013114594 A1 WO2013114594 A1 WO 2013114594A1 JP 2012052299 W JP2012052299 W JP 2012052299W WO 2013114594 A1 WO2013114594 A1 WO 2013114594A1
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engine
power transmission
gear
clutch
transmission mechanism
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PCT/JP2012/052299
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English (en)
French (fr)
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智仁 大野
雄二 岩瀬
舟橋 眞
田端 淳
松原 亨
達也 今村
弘一 奥田
駒田 英明
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トヨタ自動車株式会社
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    • F16H3/728Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path with means to change ratio in the mechanical gearing
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H37/02Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • F16H2037/0866Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
    • F16H2037/0873Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft with switching, e.g. to change ranges
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16HGEARING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H2200/201Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with three sets of orbital gears
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y10S903/00Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/904Component specially adapted for hev
    • Y10S903/915Specific drive or transmission adapted for hev
    • Y10S903/917Specific drive or transmission adapted for hev with transmission for changing gear ratio
    • Y10S903/919Stepped shift

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid vehicle drive device.
  • Patent Document 1 discloses a transmission mechanism that shifts the rotation of an internal combustion engine and transmits it to a power distribution mechanism, a first transmission shaft that transmits power from the internal combustion engine to the transmission mechanism, and power output from the transmission mechanism.
  • the technology of the drive device of the hybrid vehicle provided with the 2nd transmission shaft which transmits to a power distribution mechanism is disclosed.
  • the transmission mechanism disclosed in Patent Document 1 includes a differential mechanism in which two sets of planetary gear mechanisms are combined, a first brake capable of stopping the rotation of the ring gear R1 of the differential mechanism, and the rotation of the ring gear R2.
  • a second brake and a clutch for intermittently transmitting power from the first transmission shaft to the ring gear R1.
  • the drive device In a hybrid vehicle having a mechanism capable of changing the rotation of the engine, it is desirable that the drive device can be simplified. For example, it is preferable that the configuration is simple and traveling using two rotating electric machines as power sources can be realized.
  • An object of the present invention is to provide a hybrid vehicle drive device that is capable of shifting the rotation of an engine and traveling using two rotating electric machines as a power source and having a simple configuration.
  • the hybrid vehicle drive device of the present invention is connected to an engine, and transmits a power transmission mechanism that transmits rotation of the engine, a differential mechanism that connects the power transmission mechanism and drive wheels, and shifts the power transmission mechanism.
  • a switching device wherein the differential mechanism includes a first rotating element connected to an output element of the power transmission mechanism, a second rotating element connected to the first rotating electric machine, a second rotating electric machine, and the drive And a third rotation element connected to the wheel, and the rotation of the output element of the power transmission mechanism is restricted by the switching device.
  • the power transmission mechanism can increase the rotation of the engine and output it.
  • the power transmission mechanism is capable of decelerating and outputting the rotation of the engine.
  • the hybrid vehicle drive device has a mode in which the switching device restricts rotation of the output element of the power transmission mechanism and travels using the first rotating electrical machine and the second rotating electrical machine as a power source.
  • the power transmission mechanism is a differential mechanism
  • the switching device restricts the differential of the power transmission mechanism and allows the differential of the power transmission mechanism. It is preferable to change the speed of the power transmission mechanism by switching.
  • the power transmission mechanism and the differential mechanism are simultaneously shifted.
  • the hybrid vehicle drive device when simultaneously shifting the power transmission mechanism and the differential mechanism, one of the power transmission mechanism and the differential mechanism is increased, and the other transmission ratio is decreased. It is preferable.
  • the power transmission mechanism is a differential mechanism, and the switching device restricts rotation of the rotation element of the power transmission mechanism and a clutch capable of connecting the rotation elements of the power transmission mechanism to each other. It is preferable to have a brake.
  • a drive device for a hybrid vehicle is connected to an engine and transmits a rotation of the engine, a differential mechanism that connects the power transmission mechanism and a drive wheel, and a switching device that shifts the power transmission mechanism.
  • the differential mechanism includes a first rotating element connected to the output element of the power transmission mechanism, a second rotating element connected to the first rotating electric machine, and a third rotating element connected to the second rotating electric machine and drive wheels. And have.
  • the hybrid vehicle drive device regulates the rotation of the output element of the power transmission mechanism by the switching device. According to the hybrid vehicle drive device of the present invention, it is possible to achieve shifting with a simple configuration while the engine is traveling and traveling using two rotating electric machines as power sources.
  • FIG. 1 is a skeleton diagram of a vehicle according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an input / output relationship diagram of the vehicle according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation engagement table of the hybrid vehicle drive device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a collinear diagram related to the single motor EV mode.
  • FIG. 5 is a collinear diagram related to the both-motor EV mode.
  • FIG. 6 is a collinear diagram related to the HV traveling mode in the low state.
  • FIG. 7 is a collinear diagram related to the HV driving mode in the high state.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating theoretical transmission efficiency lines according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart according to the engine start control of the embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart according to the engine start control of the embodiment.
  • FIG. 10 is a time chart according to the engine start control of the embodiment.
  • FIG. 11 is a skeleton diagram of the vehicle according to the first modification example of the embodiment.
  • FIG. 12 is a skeleton diagram of a vehicle according to a second modification example of the embodiment.
  • FIG. 13 is a skeleton diagram of a vehicle according to a third modification example of the embodiment.
  • FIG. 1 is a skeleton diagram of a vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an input / output relationship diagram of the vehicle according to the embodiment.
  • the vehicle 100 is a hybrid vehicle having the engine 1, the first rotating electrical machine MG1, and the second rotating electrical machine MG2 as power sources.
  • Vehicle 100 may be a plug-in hybrid vehicle that can be charged by an external power source.
  • the vehicle 100 includes an engine 1, a first planetary gear mechanism 10, a second planetary gear mechanism 20, a first rotating electrical machine MG1, a second rotating electrical machine MG2, a clutch CL1, a brake BK1, and an HV_ECU 50.
  • the MG_ECU 60 and the engine_ECU 70 are included.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 includes the first planetary gear mechanism 10, the second planetary gear mechanism 20, the clutch CL1, and the brake BK1.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 may further include control devices such as the ECUs 50, 60, and 70.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 can be applied to an FF (front engine front wheel drive) vehicle, an RR (rear engine rear wheel drive) vehicle, or the like.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 is mounted on the vehicle 100 such that the axial direction is the vehicle width direction, for example.
  • the transmission unit includes the first planetary gear mechanism 10, the clutch CL1, and the brake BK1. Further, a differential unit is configured including the second planetary gear mechanism 20. Further, a switching device for shifting the speed of the first planetary gear mechanism 10 is configured including the clutch CL1 and the brake BK1.
  • Engine 1 which is an engine converts the combustion energy of the fuel into a rotary motion of the output shaft and outputs it.
  • the output shaft of the engine 1 is connected to the input shaft 2.
  • the input shaft 2 is an input shaft of the power transmission device.
  • the power transmission device includes a first rotating electrical machine MG1, a second rotating electrical machine MG2, a clutch CL0, a brake BK0, a differential device 30, and the like.
  • the input shaft 2 is arranged coaxially with the output shaft of the engine 1 and on an extension line of the output shaft.
  • the input shaft 2 is connected to the first carrier 14 of the first planetary gear mechanism 10.
  • the first planetary gear mechanism 10 of the present embodiment is connected to the engine 1 and corresponds to a power transmission mechanism that transmits the rotation of the engine 1.
  • the first planetary gear mechanism 10 which is a differential mechanism is shown as an example of a power transmission mechanism.
  • the first planetary gear mechanism 10 is mounted on the vehicle 100 as a first differential mechanism.
  • the first planetary gear mechanism 10 is an input-side differential mechanism that is disposed closer to the engine 1 than the second planetary gear mechanism 20.
  • the first planetary gear mechanism 10 can change the rotation of the engine 1 and output it.
  • the first planetary gear mechanism 10 is a single pinion type and includes a first sun gear 11, a first pinion gear 12, a first ring gear 13, and a first carrier 14.
  • the first ring gear 13 is coaxial with the first sun gear 11 and is disposed on the radially outer side of the first sun gear 11.
  • the first pinion gear 12 is disposed between the first sun gear 11 and the first ring gear 13 and meshes with the first sun gear 11 and the first ring gear 13, respectively.
  • the first pinion gear 12 is rotatably supported by the first carrier 14.
  • the first carrier 14 is connected to the input shaft 2 and rotates integrally with the input shaft 2. Therefore, the first pinion gear 12 can rotate (revolve) together with the input shaft 2 around the central axis of the input shaft 2 and is supported by the first carrier 14 and rotated around the central axis of the first pinion gear 12 ( Rotation) is possible.
  • the clutch CL1 is a clutch device capable of connecting the first sun gear 11 and the first carrier 14.
  • the clutch CL1 can be, for example, a friction engagement type clutch, but is not limited thereto, and a known clutch device such as a meshing type clutch may be used as the clutch CL1.
  • the clutch CL1 is controlled by hydraulic pressure to engage or disengage.
  • the fully engaged clutch CL1 can connect the first sun gear 11 and the first carrier 14 and rotate the first sun gear 11 and the first carrier 14 together.
  • the fully engaged clutch CL ⁇ b> 1 regulates the differential of the first planetary gear mechanism 10.
  • the opened clutch CL1 disconnects the first sun gear 11 and the first carrier 14 and allows relative rotation between the first sun gear 11 and the first carrier 14. That is, the opened clutch CL1 allows the first planetary gear mechanism 10 to be differential.
  • the clutch CL1 can be controlled to a half-engaged state.
  • the brake BK1 is a brake device that can regulate the rotation of the first sun gear 11.
  • the brake BK1 has an engagement element connected to the first sun gear 11, and an engagement element connected to the vehicle body side, for example, a case of the power transmission device.
  • the brake BK1 may be a friction engagement type clutch device similar to the clutch CL1, but is not limited thereto, and a known clutch device such as a meshing type clutch may be used as the brake BK1.
  • the brake BK1 is engaged or released by being controlled by, for example, hydraulic pressure.
  • the fully engaged brake BK1 connects the first sun gear 11 and the vehicle body side and can regulate the rotation of the first sun gear 11.
  • the released brake BK1 separates the first sun gear 11 from the vehicle body side and allows the first sun gear 11 to rotate.
  • the brake BK1 can be controlled to be in a half-engaged state.
  • the second planetary gear mechanism 20 of the present embodiment corresponds to a differential mechanism that connects the first planetary gear mechanism 10 and the drive wheel 32.
  • the second planetary gear mechanism 20 is mounted on the vehicle 100 as a second differential mechanism.
  • the second planetary gear mechanism 20 is an output-side differential mechanism that is disposed closer to the drive wheel 32 than the first planetary gear mechanism 10.
  • the second planetary gear mechanism 20 is a single pinion type and includes a second sun gear 21, a second pinion gear 22, a second ring gear 23, and a second carrier 24.
  • the second planetary gear mechanism 20 is disposed coaxially with the first planetary gear mechanism 10 and faces the engine 1 with the first planetary gear mechanism 10 interposed therebetween.
  • the second ring gear 23 is coaxial with the second sun gear 21 and is disposed on the radially outer side of the second sun gear 21.
  • the second pinion gear 22 is disposed between the second sun gear 21 and the second ring gear 23 and meshes with the second sun gear 21 and the second ring gear 23, respectively.
  • the second pinion gear 22 is rotatably supported by the second carrier 24.
  • the second carrier 24 is connected to the first ring gear 13 and rotates integrally with the first ring gear 13.
  • the second pinion gear 22 can rotate (revolve) around the central axis of the input shaft 2 together with the second carrier 24, and is supported by the second carrier 24 to rotate (rotate) around the central axis of the second pinion gear 22. It is possible.
  • the first ring gear 13 is an output element of the first planetary gear mechanism 10, and can output the rotation input from the engine 1 to the first planetary gear mechanism 10 to the second carrier 24.
  • the second carrier 24 corresponds to the first rotating element connected to the output element of the first planetary gear mechanism 10.
  • the second sun gear 21 is connected to the rotary shaft 33 of the first rotary electric machine MG1.
  • the rotating shaft 33 of the first rotating electrical machine MG1 is disposed coaxially with the input shaft 2 and rotates integrally with the second sun gear 21.
  • the second sun gear 21 corresponds to a second rotating element connected to the first rotating electrical machine MG1.
  • a counter drive gear 25 is connected to the second ring gear 23.
  • the counter drive gear 25 is an output gear that rotates integrally with the second ring gear 23.
  • the second ring gear 23 corresponds to the third rotating element connected to the second rotating electrical machine MG ⁇ b> 2 and the drive wheel 32.
  • the second ring gear 23 is an output element that can output the rotation input from the first rotating electrical machine MG ⁇ b> 1 or the first planetary gear mechanism 10 to the drive wheels 32.
  • the counter drive gear 25 is meshed with the counter driven gear 26.
  • the counter driven gear 26 is connected to a drive pinion gear 28 via a counter shaft 27.
  • the counter driven gear 26 and the drive pinion gear 28 rotate integrally.
  • the counter driven gear 26 is engaged with a reduction gear 35.
  • the reduction gear 35 is connected to the rotating shaft 34 of the second rotating electrical machine MG2. That is, the rotation of the second rotating electrical machine MG ⁇ b> 2 is transmitted to the counter driven gear 26 via the reduction gear 35.
  • the reduction gear 35 has a smaller diameter than the counter driven gear 26, and reduces the rotation of the second rotating electrical machine MG ⁇ b> 2 and transmits it to the counter driven gear 26.
  • the drive pinion gear 28 meshes with the diff ring gear 29 of the differential device 30.
  • the differential device 30 is connected to drive wheels 32 via left and right drive shafts 31.
  • the second ring gear 23 is connected to the drive wheel 32 via a counter drive gear 25, a counter driven gear 26, a drive pinion gear 28, a differential device 30 and a drive shaft 31.
  • the second rotating electrical machine MG2 is connected to the power transmission path between the second ring gear 23 and the drive wheel 32, and can transmit power to the second ring gear 23 and the drive wheel 32, respectively. .
  • the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 each have a function as a motor (electric motor) and a function as a generator.
  • the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 are connected to a battery via an inverter.
  • the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 can convert the electric power supplied from the battery into mechanical power and output it, and are driven by the input power to convert the mechanical power into electric power. Can be converted.
  • the electric power generated by the rotating electrical machines MG1 and MG2 can be stored in the battery.
  • an AC synchronous motor generator can be used as the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2.
  • a rotating electrical machine MG1 is arranged.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 of the present embodiment is a multi-shaft type in which the input shaft 2 and the rotation shaft 34 of the second rotating electrical machine MG2 are arranged on different axes.
  • the vehicle 100 includes an HV_ECU 50, an MG_ECU 60, and an engine_ECU 70.
  • Each ECU 50, 60, 70 is an electronic control unit having a computer.
  • the HV_ECU 50 has a function of integrally controlling the entire vehicle 100.
  • MG_ECU 60 and engine_ECU 70 are electrically connected to HV_ECU 50.
  • MG_ECU 60 can control the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2. For example, the MG_ECU 60 adjusts the current value supplied to the first rotating electrical machine MG1, controls the output torque of the first rotating electrical machine MG1, and adjusts the current value supplied to the second rotating electrical machine MG2. The output torque of the second rotating electrical machine MG2 can be controlled.
  • Engine_ECU 70 can control engine 1.
  • the engine_ECU 70 can control, for example, the opening degree of the electronic throttle valve of the engine 1, perform ignition control of the engine by outputting an ignition signal, and control of fuel injection to the engine 1.
  • the engine_ECU 70 can control the output torque of the engine 1 by electronic throttle valve opening control, injection control, ignition control, and the like.
  • the HV_ECU 50 is connected to a vehicle speed sensor, an accelerator opening sensor, an MG1 rotational speed sensor, an MG2 rotational speed sensor, an output shaft rotational speed sensor, a battery sensor, and the like. With these sensors, the HV_ECU 50 obtains the vehicle speed, the accelerator opening, the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1, the rotational speed of the second rotating electrical machine MG2, the rotational speed of the output shaft of the power transmission device, the battery state SOC, and the like. Can do.
  • the HV_ECU 50 can calculate the required driving force, required power, required torque, and the like for the vehicle 100 based on the acquired information.
  • the HV_ECU 50 also describes the output torque of the first rotating electrical machine MG1 (hereinafter also referred to as “MG1 torque”) and the output torque of the second rotating electrical machine MG2 (hereinafter referred to as “MG2 torque”) based on the calculated request value.
  • MG1 torque the output torque of the second rotating electrical machine MG2
  • engine torque the output torque of the engine 1
  • the HV_ECU 50 outputs the MG1 torque command value and the MG2 torque command value to the MG_ECU 60. Further, the HV_ECU 50 outputs an engine torque command value to the engine_ECU 70.
  • the HV_ECU 50 controls the clutch CL1 and the brake BK1 based on a travel mode described later.
  • the HV_ECU 50 outputs a command value (PbCL1) of the supply hydraulic pressure for the clutch CL1 and a command value (PbBK1) of the supply hydraulic pressure for the brake BK1.
  • a hydraulic control device (not shown) controls the hydraulic pressure supplied to the clutch CL1 and the brake BK1 according to the command values PbCL1, PbBK1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an operation engagement table of the hybrid vehicle drive device 1-1 according to the present embodiment.
  • the vehicle 100 can selectively execute hybrid (HV) traveling or EV traveling.
  • the HV travel is a travel mode in which the vehicle 100 travels using the engine 1 as a power source.
  • the second rotating electrical machine MG2 may be used as a power source.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 includes, as the EV travel mode, the single motor EV mode in which the vehicle 100 travels using the second rotating electrical machine MG2 as a single power source, the first rotating electrical machine MG1, and the second rotating electrical machine MG1. It has a dual motor EV mode in which vehicle 100 travels using rotating electric machine MG2 as a power source.
  • FIG. 4 is a collinear diagram related to the single motor EV mode.
  • reference numerals S1, C1, and R1 indicate the first sun gear 11, the first carrier 14, and the first ring gear 13, respectively.
  • Reference numerals S2, C2, and R2 indicate the second sun gear 21 and the second carrier 24, respectively.
  • the 2nd ring gear 23 is shown.
  • the clutch CL1 and the brake BK1 are released.
  • the brake BK1 is opened, the rotation of the sun gear 11 is allowed, and when the clutch CL1 is opened, the first planetary gear mechanism 10 can be differentially operated.
  • the HV_ECU 50 causes the second rotating electrical machine MG2 to output a positive torque via the MG_ECU 60 to cause the vehicle 100 to generate a driving force in the forward direction.
  • the second ring gear 23 rotates forward in conjunction with the rotation of the drive wheel 32.
  • the normal rotation is the rotation direction of the second ring gear 23 when the vehicle 100 moves forward.
  • the HV_ECU 50 operates the first rotating electrical machine MG1 as a generator to reduce drag loss.
  • the HV_ECU 50 generates a power by applying a slight torque to the first rotating electrical machine MG1, and sets the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1 to 0. Thereby, the drag loss of the first rotating electrical machine MG1 can be reduced.
  • the first ring gear 13 rotates along with the second carrier 24 and rotates forward.
  • the neutral state of the first planetary gear mechanism 10 is a state in which no power is transmitted between the first ring gear 13 and the first carrier 14, that is, the engine 1 and the second planetary gear mechanism 20 are disconnected. In this state, power transmission is interrupted.
  • the first planetary gear mechanism 10 is connected to connect the engine 1 and the second planetary gear mechanism 20 when at least one of the transmission clutch CL1 and the transmission brake BK1 is engaged.
  • the battery When running in the single motor EV mode, the battery may be fully charged and regenerative energy may not be obtained. In this case, it is conceivable to use an engine brake together.
  • the engine 1 By engaging the clutch CL ⁇ b> 1 or the brake BK ⁇ b> 1, the engine 1 can be connected to the drive wheel 32 and the engine brake can be applied to the drive wheel 32.
  • the clutch CL1 or the brake BK1 is engaged in the single motor EV mode, the engine 1 is brought into a rotating state, and the engine speed is increased by the first rotating electrical machine MG1 to be in an engine braking state. be able to.
  • FIG. 5 is a collinear diagram related to the both-motor EV mode.
  • the clutch CL1 When the clutch CL1 is engaged, the differential of the first planetary gear mechanism 10 is restricted, and when the brake BK1 is engaged, the rotation of the first sun gear 11 is restricted. Accordingly, the rotation of all the rotating elements of the first planetary gear mechanism 10 is stopped. By restricting the rotation of the first ring gear 13 that is the output element, the second carrier 24 connected thereto is locked to zero rotation.
  • the HV_ECU 50 causes the first rotary electric machine MG1 and the second rotary electric machine MG2 to output driving driving torque, respectively. Since the rotation of the second carrier 24 is restricted, the second carrier 24 can take a reaction force against the torque of the first rotating electrical machine MG ⁇ b> 1 and output the torque of the first rotating electrical machine MG ⁇ b> 1 from the second ring gear 23.
  • the first rotating electrical machine MG1 can output a positive torque from the second ring gear 23 by outputting a negative torque and rotating negatively when moving forward. On the other hand, at the time of reverse travel, the first rotating electrical machine MG1 can output a negative torque from the second ring gear 23 by outputting a positive torque and rotating forward.
  • the second planetary gear mechanism 20 as a differential unit is basically based on an operating state, and the first planetary gear mechanism 10 as a transmission unit is switched between low and high.
  • 6 is a collinear diagram related to the HV driving mode in the low state (hereinafter also referred to as “HV low mode”), and FIG. 7 is also referred to as the HV driving mode in the high state (hereinafter referred to as “HV high mode”).
  • HV low mode the HV driving mode in the low state
  • HV high mode the HV high mode in the high state
  • the HV_ECU 50 engages the clutch CL1 and releases the brake BK1.
  • the clutch CL1 is engaged, the differential of the first planetary gear mechanism 10 is restricted, and the rotating elements 11, 13, and 14 rotate integrally. Accordingly, the rotation of the engine 1 is not accelerated or decelerated and is transmitted from the first ring gear 13 to the second carrier 24 at a constant speed.
  • the HV_ECU 50 releases the clutch CL1 and engages the brake BK1.
  • the engagement of the brake BK1 restricts the rotation of the first sun gear 11. Therefore, the first planetary gear mechanism 10 enters an overdrive (OD) state in which the rotation of the engine 1 input to the first carrier 14 is increased and output from the first ring gear 13.
  • the first planetary gear mechanism 10 can increase the rotation speed of the engine 1 and output it.
  • the gear ratio of the first planetary gear mechanism 10 during overdrive can be set to 0.7, for example.
  • the switching device including the clutch CL1 and the brake BK1 switches between a state in which the differential of the first planetary gear mechanism 10 is regulated and a state in which the differential of the first planetary gear mechanism 10 is allowed to switch.
  • the gear mechanism 10 is shifted.
  • the HV_ECU 50 selects the HV high mode at a high vehicle speed, and selects the HV low mode at a medium to low vehicle speed.
  • the HV_ECU 50 selects the HV high mode at a high vehicle speed, and selects the HV low mode at a medium to low vehicle speed.
  • FIG. 8 is a diagram showing a theoretical transmission efficiency line according to the present embodiment.
  • the horizontal axis represents the gear ratio
  • the vertical axis represents the theoretical transmission efficiency.
  • the transmission ratio is a ratio (reduction ratio) of the input side rotational speed to the output side rotational speed of the planetary gear mechanisms 10 and 20, for example, the rotation of the first carrier 14 with respect to the rotational speed of the second ring gear 23. Indicates the ratio of numbers.
  • the left side is the high gear side with a small gear ratio
  • the right side is the low gear side with a large gear ratio.
  • the theoretical transmission efficiency is 1.0 when the power input to the planetary gear mechanisms 10 and 20 is all transmitted to the counter drive gear 25 by mechanical transmission without passing through an electrical path.
  • the curve shown in FIG. 8 is a theoretical transmission efficiency line in the HV traveling mode when the HV high mode and the HV low mode are appropriately switched.
  • a high-efficiency mode is selected from the HV high mode and the HV low mode at the same gear ratio.
  • the right side is the theoretical transmission efficiency line in the HV low mode, and the left side is the theoretical transmission efficiency line in the HV high mode.
  • the transmission efficiency in the HV low mode becomes the maximum efficiency at the gear ratio ⁇ 1.
  • the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1 (second sun gear 21) is zero.
  • the speed ratio ⁇ 1 is a speed ratio on the overdrive side, that is, a speed ratio smaller than 1.
  • the speed ratio ⁇ 1 is also referred to as “first mechanical transmission speed ratio ⁇ 1”.
  • the theoretical transmission efficiency of the HV high mode is the maximum efficiency at the gear ratio ⁇ 2.
  • the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1 (second sun gear 21) becomes 0 at the gear ratio ⁇ 2, and power can be transmitted from the engine 1 to the counter drive gear 25 only by transmission of mechanical power.
  • the speed ratio ⁇ 2 is a speed ratio on the high gear side with respect to the first machine transmission speed ratio ⁇ 1.
  • the speed ratio ⁇ 2 is also referred to as “second mechanical transmission speed ratio ⁇ 2”.
  • the theoretical transmission efficiency in the HV traveling mode decreases as the gear ratio becomes a value on the low gear side from the first machine transmission gear ratio ⁇ 1. Further, the theoretical transmission efficiency in the HV traveling mode decreases as the gear ratio becomes a value on the high gear side with respect to the second machine transmission gear ratio ⁇ 2.
  • the theoretical transmission efficiency in the HV traveling mode is curved to the low efficiency side in the speed ratio region between the first machine transmission speed ratio ⁇ 1 and the second machine transmission speed ratio ⁇ 2.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 has two mechanical points on the high gear side with respect to the gear ratio 1.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 includes a transmission unit including the first planetary gear mechanism 10, the clutch CL 1, and the brake BK 1, so that the mechanical point (the first point) when the engine 1 is directly connected to the second carrier 24.
  • the second mechanical point (second machine transmission speed ratio ⁇ 2) can be generated on the higher gear side than the one machine transmission speed ratio ⁇ 1). Therefore, transmission efficiency during high gear operation can be improved. That is, it is possible to realize a hybrid system that can improve fuel efficiency by improving transmission efficiency during high-speed traveling.
  • the HV_ECU 50 executes coordinated shift control for simultaneously shifting the first planetary gear mechanism 10 and the second planetary gear mechanism 20 when switching between the HV high mode and the HV low mode.
  • the HV_ECU 50 increases one gear ratio of the first planetary gear mechanism 10 and the second planetary gear mechanism 20 and decreases the other gear ratio.
  • HV_ECU 50 changes the gear ratio of second planetary gear mechanism 20 to the high gear side in synchronization with the mode switching when switching from the HV high mode to the HV low mode.
  • the discontinuous change of the gear ratio in the whole from the engine 1 of the vehicle 100 to the drive wheel 32 can be suppressed or reduced, and the degree of the change of the gear ratio can be reduced.
  • the HV_ECU 50 shifts the first planetary gear mechanism 10 and the second planetary gear mechanism 20 in a coordinated manner so as to continuously change the gear ratio of the entire vehicle 100 to the low side.
  • the HV_ECU 50 when switching from the HV low mode to the HV high mode, changes the gear ratio of the second planetary gear mechanism 20 to the low gear side in synchronization with the mode switching. Thereby, the discontinuous change of the gear ratio in the entire vehicle 100 can be suppressed or reduced, and the degree of change of the gear ratio can be reduced.
  • the HV_ECU 50 shifts the first planetary gear mechanism 10 and the second planetary gear mechanism 20 in a coordinated manner so as to continuously change the gear ratio of the entire vehicle 100 to the high side.
  • the adjustment of the gear ratio of the second planetary gear mechanism 20 is performed, for example, by controlling the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1.
  • the HV_ECU 50 controls the first rotating electrical machine MG1 so as to change the speed ratio between the input shaft 2 and the counter drive gear 25 steplessly.
  • the entire transmission including the planetary gear mechanisms 10, 20, the first rotating electrical machine MG1, the clutch CL1, and the brake BK1, that is, the transmission including the differential unit and the transmission unit operates as an electric continuously variable transmission.
  • FIG. 9 is a flowchart according to the engine start control of the present embodiment
  • FIG. 10 is a time chart according to the engine start control of the present embodiment.
  • step S10 the HV_ECU 50 determines whether or not the state of charge SOC is less than the threshold value Sf.
  • the threshold value Sf is used to determine, for example, whether the engine 1 needs to be started and the battery needs to be charged.
  • step S10-Y if it is determined that the state of charge SOC is less than the threshold value Sf (step S10-Y), the process proceeds to step S20, and if not (step S10-N), the process proceeds to step S90.
  • the state of charge SOC becomes less than the threshold value Sf at time t1, and an affirmative determination is made in step S10.
  • step S20 the HV_ECU 50 determines whether or not it is the single motor EV mode by the second rotating electrical machine MG2.
  • the single motor EV mode by the second rotating electrical machine MG2 is selected.
  • the both-motor EV mode is selected.
  • step S30 the HV_ECU 50 switches the engagement of the clutch CL1.
  • the clutch CL1 In the single motor EV mode, in addition to the case where both the clutch CL1 and the brake BK1 are released, when the clutch CL1 is engaged and the brake BK1 is released, the clutch CL1 is released and the brake BK1 is engaged. There may be.
  • the HV_ECU 50 engages the clutch CL1 and switches to a state where the brake BK1 is released.
  • step S40 the HV_ECU 50 performs engine start control by controlling the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1.
  • the engine 1 is connected to the first rotating electrical machine MG1, the second rotating electrical machine MG2, and the drive wheels 32, and is brought into a rotated state.
  • the HV_ECU 50 sets the rotation speed of the second carrier 24 to 0 by controlling the rotation speed of the first rotating electrical machine MG1, and engages the transmission clutch CL1.
  • the HV_ECU 50 increases the engine speed by controlling the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1 when the transmission clutch CL1 is engaged.
  • the HV_ECU 50 supplies fuel to the engine 1 and starts the engine 1 by ignition control.
  • the HV_ECU 50 can smoothly engage the clutch CL1 by gradually increasing the supply hydraulic pressure to the clutch CL1 while rotating the second carrier 24 when the clutch CL1 is engaged.
  • the HV_ECU 50 increases the engine speed by controlling the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1 after the clutch CL1 is completely engaged or simultaneously with increasing the clutch torque capacity of the clutch CL1.
  • step S50 the HV_ECU 50 performs reaction force torque control of the second rotating electrical machine MG2.
  • the starting reaction torque is applied to the second ring gear 23 by the MG1 torque.
  • This starting reaction force torque is a torque in the negative direction and is a torque that reduces the driving force of the vehicle 100.
  • the HV_ECU 50 increases the torque of the second rotating electrical machine MG2 in the positive direction so as to suppress the loss of driving force due to the starting reaction force torque. That is, in the reaction force torque control, the second rotating electrical machine MG2 outputs a cancel torque for canceling the starting reaction force torque. As a result, a decrease in drivability due to torque fluctuation at the start of the engine is suppressed.
  • step S60 the HV_ECU 50 switches the release of the brake BK1.
  • the clutch CL1 and the brake BK1 are engaged.
  • the HV_ECU 50 releases the brake BK1 and switches to a state in which the clutch CL1 is engaged.
  • the release of the brake BK1 is started at time t2.
  • step S70 the HV_ECU 50 performs engine start control by controlling the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1. While releasing the brake BK1, the HV_ECU 50 sets the MG1 torque to zero from the previous negative torque. When the release of the brake BK1 is completed at time t3, the HV_ECU 50 sets the MG1 torque to a positive torque and changes the rotation of the first rotating electrical machine MG1 to the rotation in the positive direction. As the rotational speed of the first rotating electrical machine MG1 increases, the engine rotational speed increases. The MG1 torque at this time may be a constant value or may be changed based on the rotation speed of the first rotating electrical machine MG1.
  • step S70 the process proceeds to step S80.
  • step S80 the HV_ECU 50 performs reaction force torque control of the second rotating electrical machine MG2.
  • the reaction torque control in step S80 can be the same as the reaction torque control in step S50.
  • the MG2 torque increases by reaction force torque control at time t3.
  • the reaction torque control is terminated at time t4 when ignition of the engine 1 is started and engine torque starts to be output, and the MG2 torque is reduced.
  • step S80 is executed, this control flow ends.
  • step S90 the HV_ECU 50 continues the motor travel. Since HV_ECU 50 does not require engine start, HV_ECU 50 continues traveling in the EV traveling mode.
  • step S90 is executed, the control flow ends.
  • the hybrid vehicle drive device 1-1 can be switched between the HV high mode and the HV low mode by the transmission unit including the first planetary gear mechanism 10, the clutch CL1, and the brake BK1.
  • the transmission efficiency of the vehicle 100 can be improved.
  • a second planetary gear mechanism 20 as a differential unit is connected in series with the subsequent stage of the transmission unit. Since the first planetary gear mechanism 10 is overdriven, there is an advantage that the first rotating electrical machine MG1 does not have to be greatly increased in torque.
  • the rotation of the input element of the second planetary gear mechanism 20 can be restricted, and traveling in the both-motor EV mode can be performed. For this reason, it is not necessary to provide a separate clutch or the like in order to realize the both-motor EV mode, and the configuration is simplified.
  • the reduction ratio of the second rotating electrical machine MG2 can be increased. Further, a compact arrangement can be realized by the FF or RR layout.
  • the engine speed is maintained at substantially zero by releasing the clutch CL1 and the brake BK1 of the transmission unit to neutral. Therefore, a dedicated clutch for engine disconnection is unnecessary.
  • the fixing means for engaging the rotating elements of the transmission unit and fixing the engine rotational speed to 0 includes a plurality of engaging devices.
  • the fixing means of the present embodiment has two engagement devices of the clutch CL1 and the brake BK1.
  • the engine 1 is started from the both-motor EV mode
  • one of the plurality of engagement devices is engaged and the other engagement device is released to switch to the power transmission state. Since one engagement device is released, it is possible to easily control the engine speed to be increased by the first rotating electrical machine MG1 when starting the engine.
  • the HV high mode and the HV low mode can be switched by shifting the speed change unit during HV traveling. By taking two mechanical points by this shift, it is possible to suppress the occurrence of power circulation by selecting an appropriate gear ratio during high-speed travel. Further, by simultaneously shifting the second planetary gear mechanism 20 at the time of shifting of the transmission unit, it is possible to suppress a rapid change in the gear ratio.
  • the clutch CL1 is engaged and the brake BK1 is released when the engine is started from the single motor EV mode. Instead, the brake BK1 is engaged and the clutch CL1 is released. Then, the engine may be started.
  • the clutch CL1 of the present embodiment connects the first sun gear 11 and the first carrier 14, but is not limited to this.
  • the clutch CL1 only needs to be capable of regulating the differential of the first planetary gear mechanism 10 by connecting the rotating elements 11, 13, and 14 of the first planetary gear mechanism 10 to each other.
  • the brake BK1 is not limited to one that restricts the rotation of the first sun gear 11.
  • the brake BK1 may restrict the rotation of the other rotating elements of the first planetary gear mechanism 10.
  • the switching device only needs to be able to switch between a state in which the rotation of the output element of the first planetary gear mechanism 10 is restricted and a state in which the rotation of the output element is allowed, and the illustrated clutch CL1 and brake BK1. It is not limited to the combination.
  • the power transmission mechanism and the differential mechanism are the planetary gear mechanisms 10 and 20, respectively, but are not limited thereto.
  • the power transmission mechanism may be another known differential mechanism or a gear mechanism that can be switched to a plurality of gear ratios. Further, another known differential mechanism may be used as the output side differential mechanism.
  • the power transmission mechanism may be, for example, a twin clutch type.
  • the power transmission mechanism includes a first transmission unit that transmits the rotation of the engine 1 to the second planetary gear mechanism 20 at a first gear ratio via the first clutch, and a second transmission via the second clutch.
  • You may have a 2nd transmission part which transmits rotation of the engine 1 to the 2nd planetary gear mechanism 20 with a gear ratio.
  • the first gear ratio and the second gear ratio are different.
  • This power transmission mechanism is in a connected state in which power can be transmitted from the engine 1 to the second planetary gear mechanism 20 by engaging either the first clutch or the second clutch. Further, the power transmission mechanism restricts the rotation of the output element by engaging both the first clutch and the second clutch.
  • the power transmission mechanism is in a neutral state in which power transmission between the engine 1 and the second planetary gear mechanism 20 is impossible by opening both the first clutch and the second clutch.
  • the first gear is connected to the engine 1 via a first clutch
  • the second gear is connected to the engine 1 via a second clutch. Further, the number of teeth is different between the first gear and the second gear.
  • the first transmission unit includes a first gear, a first clutch, and an input gear.
  • the second transmission unit includes a second gear, a second clutch, and an input gear. When the first clutch is engaged, the rotation of the engine 1 is transmitted to the second planetary gear mechanism 20 by the first transmission unit at a gear ratio corresponding to the gear ratio between the first gear and the input gear.
  • the first transmission unit and the second transmission unit may further include a speed change mechanism.
  • the engine connected to the first planetary gear mechanism 10 is the engine 1, but another known engine may be connected to the first planetary gear mechanism 10 instead.
  • FIG. 11 is a skeleton diagram of the vehicle 100 according to the first modification.
  • the hybrid vehicle drive device 1-2 of the present modification differs from the hybrid vehicle drive device 1-1 of the above embodiment in that the first planetary gear mechanism 40 is underdrive shift and the clutch CL1. And the arrangement of the brake BK1.
  • the configuration of the first planetary gear mechanism 40 can be the same as that of the first planetary gear mechanism 10 of the above embodiment.
  • the first planetary gear mechanism 40 includes a first sun gear 41, a first pinion gear 42, a first ring gear 43, and a first carrier 44.
  • the input shaft 2 is connected to the first ring gear 43 of the first planetary gear mechanism 40.
  • the first carrier 44 of the first planetary gear mechanism 40 is connected to the second carrier 24. That is, in this modification, the input element of the first planetary gear mechanism 40 is the first ring gear 43 and the output element is the first carrier 44.
  • the clutch CL1 can connect the first sun gear 41 and the first carrier 44 as in the above embodiment. Further, the brake BK1 can regulate the rotation of the first sun gear 41 as in the above embodiment.
  • the clutch CL ⁇ b> 1 and the brake BK ⁇ b> 1 are disposed between the first planetary gear mechanism 40 and the second planetary gear mechanism 20.
  • the first planetary gear mechanism 40, the clutch CL1, the brake BK1, the counter drive gear 25, the second planetary gear mechanism 20, and the first rotating electrical machine MG1 are arranged on the same axis as the engine 1 from the side closer to the engine 1. Is arranged.
  • the first planetary gear mechanism 40 can decelerate the rotation of the engine 1 and output it from the first carrier 44.
  • the underdrive state is established in which the rotation speed of the first carrier 44 as the output element is lower than the rotation speed of the first ring gear 43 as the input element.
  • the gear ratio of the first planetary gear mechanism 40 at this time can be set to 1.4, for example.
  • the clutch CL1 is engaged and the brake BK1 is released, the rotation speed of the first ring gear 43 and the rotation speed of the first carrier 44 become equal.
  • the brake BK1 is engaged and the clutch CL1 is released in the HV low mode.
  • the clutch CL1 is engaged and the brake BK1 is released.
  • the second machine transmission speed ratio ⁇ 2 is a lower gear-side speed ratio than the first machine transmission speed ratio ⁇ 1, contrary to the above embodiment. It is to be noted that the first machine transmission speed ratio ⁇ 1 and the second machine transmission speed ratio ⁇ 2 are both higher gear ratios than the speed ratio 1 in common with the above embodiment.
  • FIG. 12 is a skeleton diagram of the vehicle 100 according to this modification.
  • the hybrid vehicle drive apparatus 1-3 includes an engine 1, a first planetary gear mechanism 10, a first rotating electrical machine MG1, a second planetary gear mechanism 80, and a second rotating electrical machine MG2. Is a single shaft type coaxially arranged.
  • a brake BK1, a clutch CL1, a first planetary gear mechanism 10, a first rotating electrical machine MG1, a second planetary gear mechanism 80, and a second rotating electrical machine MG2 are arranged in this order from the side closer to the engine 1.
  • the configuration of the transmission unit can be the same as the configuration of the transmission unit of the hybrid vehicle drive device 1-1 according to the above embodiment.
  • the rotating shaft 33 of the first rotating electrical machine MG1 is hollow, and a connecting shaft 85 is inserted therein.
  • the connecting shaft 85 connects the first ring gear 13 and the second carrier 84.
  • the second planetary gear mechanism 80 includes a second sun gear 81, a second pinion gear 82, a second ring gear 83, and a second carrier 84, and is the same as the second planetary gear mechanism 20 of the above embodiment. can do.
  • the second ring gear 83 is connected to the rotating shaft 34 of the second rotating electrical machine MG2.
  • the rotating shaft 34 is a propeller shaft.
  • the side opposite to the second ring gear 83 side of the rotation shaft 34 is connected to the drive wheels via a differential device and a drive shaft (not shown).
  • the hybrid vehicle drive device 1-3 according to this modification can be applied to, for example, an FR (front engine rear wheel drive) vehicle.
  • the hybrid vehicle drive device 1-4 according to the present modification is a single-shaft type and can be applied to FF vehicles or RR vehicles.
  • FIG. 13 is a skeleton diagram of the vehicle 100 according to the present modification.
  • the hybrid vehicle drive apparatus 1-4 includes an engine 1, a first planetary gear mechanism 10, a second planetary gear mechanism 20, a third planetary gear mechanism 90, a first rotating electrical machine.
  • the MG1 and the second rotating electrical machine MG2 are of a single axis type arranged coaxially. In order from the side closer to the engine 1, the brake BK1, the clutch CL1, the first planetary gear mechanism 10, the counter drive gear 25, the second planetary gear mechanism 20, the third planetary gear mechanism 90, the second rotating electrical machine MG2, and the first rotating electrical machine.
  • MG1 is arranged.
  • the configuration of the transmission unit can be the same as the configuration of the transmission unit of the hybrid vehicle drive device 1-1 according to the above embodiment.
  • the third planetary gear mechanism 90 is a single pinion type and includes a third sun gear 91, a third pinion gear 92, and a third ring gear 93.
  • the carrier that supports the third pinion gear 92 is fixed so as not to rotate.
  • the third ring gear 93 is connected to the second ring gear 23 and the counter drive gear 25.
  • the third sun gear 91 is connected to the rotating shaft 34 of the second rotating electrical machine MG2.
  • the third planetary gear mechanism 90 can decelerate the rotation of the second rotating electrical machine MG ⁇ b> 2 and output it from the third ring gear 93.
  • the first planetary gear mechanisms 10 and 40 and the second planetary gear mechanisms 20 and 80 are all single pinion types, but are not limited thereto.
  • at least one of the first planetary gear mechanisms 10 and 40 and the second planetary gear mechanisms 20 and 80 may be a double pinion type.
  • the first planetary gear mechanisms 10 and 40 can be double pinion planetary gear mechanisms.
  • the positions of the first ring gears 13 and 43 and the positions of the first carriers 14 and 44 are interchanged.
  • the overdrive and underdrive of the transmission unit are reversed.
  • the engine, the transmission unit, and the differential unit are provided, the output shaft of the engine is connected to the input shaft of the transmission unit, and the first element of the differential unit is It is connected to the output shaft of the transmission unit, the first rotating machine (electric motor) is connected to the second element, the second rotating machine (electric motor) is connected to the third element, and the engine rotates by engaging the elements of the transmission unit A driving device capable of fixing the number to zero is disclosed.

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Abstract

 機関(1)と接続され、機関の回転を伝達する動力伝達機構(10)と、動力伝達機構と駆動輪(32)とを接続する差動機構(20)と、動力伝達機構を変速させる切替装置(CL1,BK1)とを備え、差動機構は、動力伝達機構の出力要素(13)に接続された第一回転要素(24)と、第一回転電機(MG1)に接続された第二回転要素(21)と、第二回転電機(MG2)および駆動輪に接続された第三回転要素(23)とを有し、切替装置によって、動力伝達機構の出力要素の回転を規制する。

Description

ハイブリッド車両用駆動装置
 本発明は、ハイブリッド車両用駆動装置に関する。
 従来、変速機構を備えたハイブリッド車両が公知である。例えば、特許文献1には、内燃機関の回転を変速して動力分配機構へ伝達する変速機構と、内燃機関からの動力を変速機構に伝達する第1伝達軸と、変速機構から出力された動力を動力分配機構へ伝達する第2伝達軸とを備えたハイブリッド車の駆動装置の技術が開示されている。上記特許文献1の変速機構は、2組の遊星歯車機構が組み合わされた差動機構と、差動機構のリングギアR1の回転を停止可能な第1ブレーキと、リングギアR2の回転を停止可能な第2ブレーキと、第1伝達軸からリングギアR1への動力伝達を断続するクラッチとを有している。
特開2009-190694号公報
 機関の回転を変速可能な機構を備えたハイブリッド車両において、駆動装置を簡素化できることが望ましい。例えば、構成が簡素で、かつ2つの回転電機を動力源とする走行を実現できることが好ましい。
 本発明の目的は、機関の回転を変速すること、および2つの回転電機を動力源とする走行が可能であり、かつ構成が簡素なハイブリッド車両用駆動装置を提供することである。
 本発明のハイブリッド車両用駆動装置は、機関と接続され、前記機関の回転を伝達する動力伝達機構と、前記動力伝達機構と駆動輪とを接続する差動機構と、前記動力伝達機構を変速させる切替装置とを備え、前記差動機構は、前記動力伝達機構の出力要素に接続された第一回転要素と、第一回転電機に接続された第二回転要素と、第二回転電機および前記駆動輪に接続された第三回転要素とを有し、前記切替装置によって、前記動力伝達機構の出力要素の回転を規制することを特徴とする。
 上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構は、前記機関の回転を増速して出力することができることが好ましい。
 上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構は、前記機関の回転を減速して出力することができることが好ましい。
 上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記切替装置によって前記動力伝達機構の出力要素の回転を規制して、前記第一回転電機および前記第二回転電機を動力源として走行するモードを有することが好ましい。
 上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構は、差動機構であり、前記切替装置は、前記動力伝達機構の差動を規制する状態と、前記動力伝達機構の差動を許容する状態とを切り替えて前記動力伝達機構を変速させることが好ましい。
 上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構と前記差動機構とを同時に変速させることが好ましい。
 上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構と前記差動機構とを同時に変速させるときに、前記動力伝達機構および前記差動機構の一方の変速比を増加させ、他方の変速比を減少させることが好ましい。
 上記ハイブリッド車両用駆動装置において、前記動力伝達機構は、差動機構であり、前記切替装置は、前記動力伝達機構の回転要素同士を接続できるクラッチと、前記動力伝達機構の回転要素の回転を規制するブレーキとを有することが好ましい。
 本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置は、機関と接続され、機関の回転を伝達する動力伝達機構と、動力伝達機構と駆動輪とを接続する差動機構と、動力伝達機構を変速させる切替装置とを備える。差動機構は、動力伝達機構の出力要素に接続された第一回転要素と、第一回転電機に接続された第二回転要素と、第二回転電機および駆動輪に接続された第三回転要素とを有する。ハイブリッド車両用駆動装置は、切替装置によって、動力伝達機構の出力要素の回転を規制する。本発明に係るハイブリッド車両用駆動装置によれば、簡素な構成で、機関の走行中に変速をすること、および2つの回転電機を動力源として走行することを実現できるという効果を奏する。
図1は、実施形態に係る車両のスケルトン図である。 図2は、実施形態に係る車両の入出力関係図である。 図3は、実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置の作動係合表を示す図である。 図4は、単独モータEVモードに係る共線図である。 図5は、両モータEVモードに係る共線図である。 図6は、ロー状態のHV走行モードに係る共線図である。 図7は、ハイ状態のHV走行モードに係る共線図である。 図8は、実施形態に係る理論伝達効率線を示す図である。 図9は、実施形態のエンジン始動制御に係るフローチャートである。 図10は、実施形態のエンジン始動制御に係るタイムチャートである。 図11は、実施形態の第1変形例に係る車両のスケルトン図である。 図12は、実施形態の第2変形例に係る車両のスケルトン図である。 図13は、実施形態の第3変形例に係る車両のスケルトン図である。
 以下に、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態]
 図1から図10を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、ハイブリッド車両用駆動装置に関する。図1は、本発明の実施形態に係る車両のスケルトン図、図2は、実施形態に係る車両の入出力関係図である。
 本実施形態に係る車両100は、動力源としてエンジン1、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を有するハイブリッド車両である。車両100は、外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両であってもよい。図1および図2に示すように、車両100は、エンジン1、第一遊星歯車機構10、第二遊星歯車機構20、第一回転電機MG1、第二回転電機MG2、クラッチCL1、ブレーキBK1、HV_ECU50、MG_ECU60およびエンジン_ECU70を含んで構成されている。
 また、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1は、第一遊星歯車機構10、第二遊星歯車機構20、クラッチCL1およびブレーキBK1を含んで構成されている。ハイブリッド車両用駆動装置1-1は、更に、各ECU50,60,70等の制御装置を含んで構成されてもよい。ハイブリッド車両用駆動装置1-1は、FF(前置きエンジン前輪駆動)車両あるいはRR(後置きエンジン後輪駆動)車両等に適用可能である。ハイブリッド車両用駆動装置1-1は、例えば、軸方向が車幅方向となるように車両100に搭載される。
 本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1では、第一遊星歯車機構10、クラッチCL1およびブレーキBK1を含んで変速部が構成されている。また、第二遊星歯車機構20を含んで差動部が構成されている。また、クラッチCL1およびブレーキBK1を含んで第一遊星歯車機構10を変速させる切替装置が構成されている。
 機関であるエンジン1は、燃料の燃焼エネルギーを出力軸の回転運動に変換して出力する。エンジン1の出力軸は、入力軸2と接続されている。入力軸2は、動力伝達装置の入力軸である。動力伝達装置は、第一回転電機MG1、第二回転電機MG2、クラッチCL0、ブレーキBK0、差動装置30等を含んで構成されている。入力軸2は、エンジン1の出力軸と同軸上かつ出力軸の延長線上に配置されている。入力軸2は、第一遊星歯車機構10の第一キャリア14と接続されている。
 本実施形態の第一遊星歯車機構10は、エンジン1と接続され、エンジン1の回転を伝達する動力伝達機構に対応している。ここでは、動力伝達機構の一例として差動機構である第一遊星歯車機構10が示されている。第一遊星歯車機構10は、第一差動機構として車両100に搭載されている。第一遊星歯車機構10は、第二遊星歯車機構20よりもエンジン1側に配置された入力側差動機構である。第一遊星歯車機構10は、エンジン1の回転を変速して出力可能である。第一遊星歯車機構10は、シングルピニオン式であり、第一サンギア11、第一ピニオンギア12、第一リングギア13および第一キャリア14を有する。
 第一リングギア13は、第一サンギア11と同軸上であってかつ第一サンギア11の径方向外側に配置されている。第一ピニオンギア12は、第一サンギア11と第一リングギア13との間に配置されており、第一サンギア11および第一リングギア13とそれぞれ噛み合っている。第一ピニオンギア12は、第一キャリア14によって回転自在に支持されている。第一キャリア14は、入力軸2と連結されており、入力軸2と一体回転する。従って、第一ピニオンギア12は、入力軸2と共に入力軸2の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつ第一キャリア14によって支持されて第一ピニオンギア12の中心軸線周りに回転(自転)可能である。
 クラッチCL1は、第一サンギア11と第一キャリア14とを連結可能なクラッチ装置である。クラッチCL1は、例えば、摩擦係合式のクラッチとすることができるが、これに限らず、噛合い式のクラッチ等の公知のクラッチ装置がクラッチCL1として用いられてもよい。クラッチCL1は、例えば、油圧によって制御されて係合あるいは開放する。完全係合状態のクラッチCL1は、第一サンギア11と第一キャリア14とを連結し、第一サンギア11と第一キャリア14とを一体回転させることができる。完全係合状態のクラッチCL1は、第一遊星歯車機構10の差動を規制する。一方、開放状態のクラッチCL1は、第一サンギア11と第一キャリア14とを切り離し、第一サンギア11と第一キャリア14との相対回転を許容する。つまり、開放状態のクラッチCL1は、第一遊星歯車機構10の差動を許容する。なお、クラッチCL1は、半係合状態に制御可能である。
 ブレーキBK1は、第一サンギア11の回転を規制することができるブレーキ装置である。ブレーキBK1は、第一サンギア11に接続された係合要素と、車体側、例えば動力伝達装置のケースと接続された係合要素とを有する。ブレーキBK1は、クラッチCL1と同様の摩擦係合式のクラッチ装置とすることができるが、これに限らず、噛合い式のクラッチ等の公知のクラッチ装置がブレーキBK1として用いられてもよい。ブレーキBK1は、例えば、油圧によって制御されて係合あるいは開放する。完全係合状態のブレーキBK1は、第一サンギア11と車体側とを連結し、第一サンギア11の回転を規制することができる。一方、開放状態のブレーキBK1は、第一サンギア11と車体側とを切り離し、第一サンギア11の回転を許容する。なお、ブレーキBK1は、半係合状態に制御可能である。
 本実施形態の第二遊星歯車機構20は、第一遊星歯車機構10と駆動輪32とを接続する差動機構に対応している。第二遊星歯車機構20は、第二差動機構として車両100に搭載されている。第二遊星歯車機構20は、第一遊星歯車機構10よりも駆動輪32側に配置された出力側差動機構である。第二遊星歯車機構20は、シングルピニオン式であり、第二サンギア21、第二ピニオンギア22、第二リングギア23および第二キャリア24を有する。第二遊星歯車機構20は、第一遊星歯車機構10と同軸上に配置され、第一遊星歯車機構10を挟んでエンジン1と互いに対向している。
 第二リングギア23は、第二サンギア21と同軸上であってかつ第二サンギア21の径方向外側に配置されている。第二ピニオンギア22は、第二サンギア21と第二リングギア23との間に配置されており、第二サンギア21および第二リングギア23とそれぞれ噛み合っている。第二ピニオンギア22は、第二キャリア24によって回転自在に支持されている。第二キャリア24は、第一リングギア13と接続されており、第一リングギア13と一体回転する。第二ピニオンギア22は、第二キャリア24と共に入力軸2の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつ第二キャリア24によって支持されて第二ピニオンギア22の中心軸線周りに回転(自転)可能である。第一リングギア13は、第一遊星歯車機構10の出力要素であり、エンジン1から第一遊星歯車機構10に入力された回転を第二キャリア24に出力することができる。第二キャリア24は、第一遊星歯車機構10の出力要素に接続された第一回転要素に対応している。
 第二サンギア21には第一回転電機MG1の回転軸33が接続されている。第一回転電機MG1の回転軸33は、入力軸2と同軸上に配置されており、第二サンギア21と一体回転する。第二サンギア21は、第一回転電機MG1に接続された第二回転要素に対応している。第二リングギア23には、カウンタドライブギア25が接続されている。カウンタドライブギア25は、第二リングギア23と一体回転する出力ギアである。第二リングギア23は、第二回転電機MG2および駆動輪32に接続された第三回転要素に対応している。第二リングギア23は、第一回転電機MG1あるいは第一遊星歯車機構10から入力された回転を駆動輪32に出力することができる出力要素である。
 カウンタドライブギア25は、カウンタドリブンギア26と噛み合っている。カウンタドリブンギア26は、カウンタシャフト27を介してドライブピニオンギア28と接続されている。カウンタドリブンギア26とドライブピニオンギア28とは一体回転する。また、カウンタドリブンギア26には、リダクションギア35が噛み合っている。リダクションギア35は、第二回転電機MG2の回転軸34に接続されている。つまり、第二回転電機MG2の回転は、リダクションギア35を介してカウンタドリブンギア26に伝達される。リダクションギア35は、カウンタドリブンギア26よりも小径であり、第二回転電機MG2の回転を減速してカウンタドリブンギア26に伝達する。
 ドライブピニオンギア28は、差動装置30のデフリングギア29と噛み合っている。差動装置30は、左右の駆動軸31を介して駆動輪32と接続されている。第二リングギア23は、カウンタドライブギア25、カウンタドリブンギア26、ドライブピニオンギア28、差動装置30および駆動軸31を介して駆動輪32と接続されている。また、第二回転電機MG2は、第二リングギア23と駆動輪32との動力伝達経路に対して接続されており、第二リングギア23および駆動輪32に対してそれぞれ動力を伝達可能である。
 第一回転電機MG1および第二回転電機MG2は、それぞれモータ(電動機)としての機能と、発電機としての機能とを備えている。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2は、インバータを介してバッテリと接続されている。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2は、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。回転電機MG1,MG2によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2としては、例えば、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。
 本実施形態の車両100では、エンジン1と同軸上に、エンジン1から近い側から順に、ブレーキBK1、クラッチCL1、第一遊星歯車機構10、カウンタドライブギア25、第二遊星歯車機構20および第一回転電機MG1が配置されている。また、本実施形態のハイブリッド車両用駆動装置1-1は、入力軸2と、第二回転電機MG2の回転軸34とが異なる軸上に配置された複軸式とされている。
 図2に示すように、車両100は、HV_ECU50、MG_ECU60およびエンジン_ECU70を有する。各ECU50,60,70は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。HV_ECU50は、車両100全体を統合制御する機能を有している。MG_ECU60およびエンジン_ECU70は、HV_ECU50と電気的に接続されている。
 MG_ECU60は、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を制御することができる。MG_ECU60は、例えば、第一回転電機MG1に対して供給する電流値を調節し、第一回転電機MG1の出力トルクを制御すること、および第二回転電機MG2に対して供給する電流値を調節し、第二回転電機MG2の出力トルクを制御することができる。
 エンジン_ECU70は、エンジン1を制御することができる。エンジン_ECU70は、例えば、エンジン1の電子スロットル弁の開度を制御すること、点火信号を出力してエンジンの点火制御を行うこと、エンジン1に対する燃料の噴射制御等を行うことができる。エンジン_ECU70は、電子スロットル弁の開度制御、噴射制御、点火制御等によりエンジン1の出力トルクを制御することができる。
 HV_ECU50には、車速センサ、アクセル開度センサ、MG1回転数センサ、MG2回転数センサ、出力軸回転数センサ、バッテリセンサ等が接続されている。これらのセンサにより、HV_ECU50は、車速、アクセル開度、第一回転電機MG1の回転数、第二回転電機MG2の回転数、動力伝達装置の出力軸の回転数、バッテリ状態SOC等を取得することができる。
 HV_ECU50は、取得する情報に基づいて、車両100に対する要求駆動力や要求パワー、要求トルク等を算出することができる。HV_ECU50は、算出した要求値に基づいて、第一回転電機MG1の出力トルク(以下、「MG1トルク」とも記載する。)、第二回転電機MG2の出力トルク(以下、「MG2トルク」とも記載する。)およびエンジン1の出力トルク(以下、「エンジントルク」とも記載する。)を決定する。HV_ECU50は、MG1トルクの指令値およびMG2トルクの指令値をMG_ECU60に対して出力する。また、HV_ECU50は、エンジントルクの指令値をエンジン_ECU70に対して出力する。
 HV_ECU50は、後述する走行モード等に基づいて、クラッチCL1およびブレーキBK1をそれぞれ制御する。HV_ECU50は、クラッチCL1に対する供給油圧の指令値(PbCL1)およびブレーキBK1に対する供給油圧の指令値(PbBK1)をそれぞれ出力する。図示しない油圧制御装置は、各指令値PbCL1,PbBK1に応じてクラッチCL1およびブレーキBK1に対する供給油圧を制御する。
 図3は、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1の作動係合表を示す図である。車両100では、ハイブリッド(HV)走行あるいはEV走行を選択的に実行可能である。HV走行とは、エンジン1を動力源として車両100を走行させる走行モードである。HV走行では、エンジン1に加えて、更に第二回転電機MG2を動力源としてもよい。
 EV走行は、第一回転電機MG1あるいは第二回転電機MG2の少なくともいずれか一方を動力源として走行する走行モードである。EV走行では、エンジン1を停止して走行することが可能である。本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1は、EV走行モードとして、第二回転電機MG2を単独の動力源として車両100を走行させる単独モータEVモードと、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を動力源として車両100を走行させる両モータEVモードを有する。
 図3の係合表において、クラッチCL1の欄およびブレーキBK1の欄の丸印は、係合を示し、空欄は開放を示す。また、三角印は、係合/開放のいずれであっても実行可能なことを示す。単独モータEVモードは、例えば、クラッチCL1およびブレーキBK1を共に開放して実行される。図4は、単独モータEVモードに係る共線図である。共線図において、符号S1,C1,R1は、それぞれ第一サンギア11、第一キャリア14、第一リングギア13を示し、符号S2,C2,R2は、それぞれ第二サンギア21、第二キャリア24、第二リングギア23を示す。
 単独モータEVモードでは、クラッチCL1およびブレーキBK1が開放している。ブレーキBK1が開放していることで、サンギア11の回転が許容され、クラッチCL1が開放していることで、第一遊星歯車機構10は差動可能である。HV_ECU50は、MG_ECU60を介して第二回転電機MG2に正トルクを出力させて車両100に前進方向の駆動力を発生させる。第二リングギア23は、駆動輪32の回転と連動して正回転する。ここで、正回転とは、車両100の前進時の第二リングギア23の回転方向とする。HV_ECU50は、第一回転電機MG1をジェネレータとして作動させて引き摺り損失を低減させる。具体的には、HV_ECU50は、第一回転電機MG1にわずかなトルクをかけて発電させ、第一回転電機MG1の回転数を0回転とする。これにより、第一回転電機MG1の引き摺り損失を低減することができる。
 第一リングギア13は、第二キャリア24に連れ回り正回転する。第一遊星歯車機構10では、クラッチCL1およびブレーキBK1が開放されたニュートラルの状態であるため、エンジン1は連れ回されず、第一キャリア14は回転を停止する。よって回生量を大きく取ることが可能である。サンギア11は空転して負回転する。なお、第一遊星歯車機構10のニュートラル(中立)状態は、第一リングギア13と第一キャリア14との間で動力が伝達されない状態、すなわちエンジン1と第二遊星歯車機構20とが切り離され、動力の伝達が遮断された状態である。第一遊星歯車機構10は、変速部クラッチCL1あるいは変速部ブレーキBK1の少なくともいずれか一方が係合していると、エンジン1と第二遊星歯車機構20とを接続する接続状態となる。
 単独モータEVモードで走行時に、バッテリの充電状態がフルとなり、回生エネルギーが取れない場合が発生し得る。この場合、エンジンブレーキを併用することが考えられる。クラッチCL1あるいはブレーキBK1を係合することで、エンジン1を駆動輪32と接続し、エンジンブレーキを駆動輪32に作用させることができる。図3に三角印で示すように、単独モータEVモードでクラッチCL1あるいはブレーキBK1を係合すると、エンジン1を連れ回し状態とし、第一回転電機MG1でエンジン回転数を上げてエンジンブレーキ状態とすることができる。
 両モータEVモードでは、HV_ECU50は、クラッチCL1およびブレーキBK1を係合する。図5は、両モータEVモードに係る共線図である。クラッチCL1が係合することで、第一遊星歯車機構10の差動は規制され、ブレーキBK1が係合することで、第一サンギア11の回転が規制される。従って、第一遊星歯車機構10の全回転要素の回転が停止する。出力要素である第一リングギア13の回転が規制されることで、これと接続された第二キャリア24が0回転にロックされる。
 HV_ECU50は、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2にそれぞれ走行駆動用のトルクを出力させる。第二キャリア24は、回転が規制されていることで、第一回転電機MG1のトルクに対して反力を取り、第一回転電機MG1のトルクを第二リングギア23から出力させることができる。第一回転電機MG1は、前進時に負トルクを出力して負回転することで、第二リングギア23から正のトルクを出力させることができる。一方、後進時には、第一回転電機MG1は、正トルクを出力して正回転することで、第二リングギア23から負のトルクを出力させることができる。
 HV走行では、差動部としての第二遊星歯車機構20は作動状態を基本とし、変速部の第一遊星歯車機構10は、ロー/ハイの切り替えがなされる。図6は、ロー状態のHV走行モード(以下、「HVローモード」とも記載する。)に係る共線図、図7は、ハイ状態のHV走行モード(以下、「HVハイモード」とも記載する。)に係る共線図である。
 HVローモードでは、HV_ECU50は、クラッチCL1を係合し、ブレーキBK1を開放する。クラッチCL1が係合することにより、第一遊星歯車機構10は差動が規制され、各回転要素11,13,14が一体回転する。従って、エンジン1の回転は増速も減速もされず、等速で第一リングギア13から第二キャリア24に伝達される。
 一方、HVハイモードでは、HV_ECU50は、クラッチCL1を開放し、ブレーキBK1を係合する。ブレーキBK1が係合することにより、第一サンギア11の回転が規制される。よって、第一遊星歯車機構10は、第一キャリア14に入力されたエンジン1の回転が増速されて第一リングギア13から出力されるオーバドライブ(OD)状態となる。このように、第一遊星歯車機構10は、エンジン1の回転を増速して出力することができる。オーバドライブ時の第一遊星歯車機構10の変速比は、例えば、0.7とすることができる。
 このように、クラッチCL1およびブレーキBK1からなる切替装置は、第一遊星歯車機構10の差動を規制する状態と、第一遊星歯車機構10の差動を許容する状態とを切り替えて第一遊星歯車機構10を変速させる。
 HV_ECU50は、例えば、高車速ではHVハイモードを選択し、中低車速ではHVローモードを選択する。本実施形態では、HVハイモードとHVローモードとの切り替えによりエンジン1の回転を変速して出力することで、後述するメカニカルポイントが2つとなり、燃費を向上させることができる。図8は、本実施形態に係る理論伝達効率線を示す図である。
 図8において、横軸は変速比、縦軸は理論伝達効率を示す。ここで、変速比とは、遊星歯車機構10,20の出力側回転数に対する入力側回転数の比(減速比)であり、例えば、第二リングギア23の回転数に対する第一キャリア14の回転数の比を示す。横軸において、左側が変速比の小さいハイギア側であり、右側が変速比の大きいローギア側となる。理論伝達効率は、遊星歯車機構10,20に入力される動力が電気パスを介さずに機械的な伝達によって全てカウンタドライブギア25に伝達される場合に最大効率1.0となる。
 図8に示す曲線は、HVハイモードとHVローモードとを適宜切り替えた場合のHV走行モードの理論伝達効率線である。例えば、同じ変速比においてHVハイモードとHVローモードのいずれか高効率のモードが選択される。相対的に右側がHVローモード時の理論伝達効率線であり、左側がHVハイモード時の理論伝達効率線である。HVローモードの伝達効率は、変速比γ1において最大効率となる。変速比γ1では、第一回転電機MG1(第二サンギア21)の回転数が0となる。このため、変速比γ1では、第一回転電機MG1が反力を受けることによる電気パスは0であり、機械的な動力の伝達のみによってエンジン1からカウンタドライブギア25に動力を伝達することができる。この変速比γ1は、オーバドライブ側の変速比、すなわち1よりも小さな変速比である。本明細書では、この変速比γ1を「第一機械伝達変速比γ1」とも記載する。
 HVハイモードの理論伝達効率は、変速比γ2において最大効率となる。HVハイモードでは、変速比γ2において第一回転電機MG1(第二サンギア21)の回転数が0となり、機械的な動力の伝達のみによってエンジン1からカウンタドライブギア25に動力を伝達することができる。この変速比γ2は、第一機械伝達変速比γ1よりもハイギア側の変速比である。本明細書では、この変速比γ2を「第二機械伝達変速比γ2」とも記載する。
 HV走行モードの理論伝達効率は、変速比が第一機械伝達変速比γ1よりもローギア側の値となるに従い低下する。また、HV走行モードの理論伝達効率は、変速比が第二機械伝達変速比γ2よりもハイギア側の値となるに従い低下する。HV走行モードの理論伝達効率は、第一機械伝達変速比γ1と第二機械伝達変速比γ2との間の変速比の領域では、低効率側に湾曲している。
 このように、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1は、変速比1よりもハイギア側に2つのメカニカルポイントを有する。ハイブリッド車両用駆動装置1-1は、第一遊星歯車機構10とクラッチCL1とブレーキBK1とを含む変速部を有することで、エンジン1が第二キャリア24に直接連結される場合のメカニカルポイント(第一機械伝達変速比γ1)よりもハイギア側に第2のメカニカルポイント(第二機械伝達変速比γ2)を発生させることができる。従って、ハイギア動作時の伝達効率を向上させることができる。つまり、高速走行時の伝達効率向上による燃費の向上を図ることができるハイブリッドシステムを実現できる。
 HV_ECU50は、HVハイモードとHVローモードとの切り替えを行う場合、第一遊星歯車機構10と第二遊星歯車機構20とを同時に変速させる協調変速制御を実行する。HV_ECU50は、協調変速制御において、第一遊星歯車機構10および第二遊星歯車機構20の一方の変速比を増加させ、他方の変速比を減少させる。
 HV_ECU50は、HVハイモードからHVローモードに切り替える場合、モードの切り替えと同期して第二遊星歯車機構20の変速比をハイギア側に変化させる。これにより、車両100のエンジン1から駆動輪32までの全体での変速比の不連続な変化を抑制または低減し、変速比の変化の度合いを低減することができる。エンジン1から駆動輪32までの変速比の変化が抑制されることで、変速に伴うエンジン回転数の調節量を低減させ、あるいはエンジン回転数の調節を不要とすることができる。HV_ECU50は、例えば、車両100全体での変速比をロー側に連続的に変化させるように、第一遊星歯車機構10および第二遊星歯車機構20を協調して変速させる。
 一方、HV_ECU50は、HVローモードからHVハイモードに切り替える場合、モードの切り替えと同期して第二遊星歯車機構20の変速比をローギア側に変化させる。これにより、車両100全体での変速比の不連続な変化を抑制または低減し、変速比の変化の度合いを低減することができる。HV_ECU50は、例えば、車両100全体での変速比をハイ側に連続的に変化させるように、第一遊星歯車機構10および第二遊星歯車機構20を協調して変速させる。
 第二遊星歯車機構20の変速比の調節は、例えば、第一回転電機MG1の回転数の制御によって行われる。HV_ECU50は、例えば、入力軸2とカウンタドライブギア25との間の変速比を無段階に変化させるように第一回転電機MG1を制御する。これにより、遊星歯車機構10,20、第一回転電機MG1、クラッチCL1およびブレーキBK1を含む全体、すなわち差動部と変速部を含む変速装置が電気的無段変速機として作動する。
(エンジン始動制御)
 次に、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1のエンジン始動制御について説明する。HV_ECU50は、例えば、EV走行モードからHV走行モードに移行する場合、停止していたエンジン1を始動する。HV_ECU50は、例えば、第一回転電機MG1によってエンジン1を回転させ、エンジン1を始動する。図9を参照して、エンジン始動制御について説明する。図9は、本実施形態のエンジン始動制御に係るフローチャート、図10は、本実施形態のエンジン始動制御に係るタイムチャートである。図10において、(a)はエンジン回転数、(b)はMG1トルク、(c)は第一回転電機MG1の回転数、(d)はMG2トルク、(e)は第二回転電機MG2の回転数、(f)はクラッチCL1の油圧、(g)はブレーキBK1の油圧、(h)は充電状態SOCをそれぞれ示す。図9に示す制御フローは、例えば、EV走行モードで走行中に実行される。
 ステップS10では、HV_ECU50により、充電状態SOCが閾値Sf未満であるか否かが判定される。この閾値Sfは、例えば、エンジン1を始動してバッテリを充電する必要があるかを判定するものである。ステップS10の判定の結果、充電状態SOCが閾値Sf未満であると判定された場合(ステップS10-Y)にはステップS20に進み、そうでない場合(ステップS10-N)にはステップS90に進む。図10では、時刻t1に充電状態SOCが閾値Sf未満となり、ステップS10で肯定判定がなされる。
 ステップS20では、HV_ECU50により、第二回転電機MG2による単独モータEVモードであるか否かが判定される。車両100に対する要求駆動力が所定値P1よりも小さい場合、第二回転電機MG2による単独モータEVモードが選択される。一方、要求駆動力が所定値P1以上である場合、両モータEVモードが選択される。ステップS20の判定の結果、単独モータEVモードによる走行中であると判定された場合(ステップS20-Y)にはステップS30に進み、そうでない場合(ステップS20-N)にはステップS60に進む。
 ステップS30では、HV_ECU50により、クラッチCL1の係合切り替えがなされる。単独モータEVモードでは、クラッチCL1およびブレーキBK1が共に開放されている場合の他に、クラッチCL1が係合されてブレーキBK1が開放されている場合、クラッチCL1が開放されてブレーキBK1が係合されている場合がある。HV_ECU50は、クラッチCL1を係合し、ブレーキBK1を開放した状態に切り替える。ステップS30が実行されると、ステップS40に進む。
 ステップS40では、HV_ECU50は、第一回転電機MG1の回転数制御によりエンジン始動制御を実施する。クラッチCL1が係合すると、エンジン1は第一回転電機MG1、第二回転電機MG2および駆動輪32と接続され、連れ回される状態となる。HV_ECU50は、例えば、第一回転電機MG1の回転数制御により第二キャリア24の回転数を0とし、変速部クラッチCL1を係合させる。HV_ECU50は、変速部クラッチCL1を係合させると、第一回転電機MG1の回転数制御によってエンジン回転数を上昇させる。HV_ECU50は、エンジン回転数が所定の回転数まで上昇すると、エンジン1に対して燃料を供給し、点火制御によりエンジン1を始動する。ステップS40が実行されると、ステップS50に進む。
 なお、HV_ECU50は、クラッチCL1を係合させるときに、第二キャリア24を回転させたままでクラッチCL1に対する供給油圧を徐々に増加させてクラッチCL1をスムーズ係合させることができる。HV_ECU50は、クラッチCL1が完全係合した後、あるいはクラッチCL1のクラッチトルク容量を増加させるのと同時に、第一回転電機MG1の回転数制御により、エンジン回転数を増加させる。
 ステップS50では、HV_ECU50により、第二回転電機MG2の反力トルク制御がなされる。第一回転電機MG1の回転数制御によりエンジン回転数を上昇させる場合、MG1トルクによって、第二リングギア23には始動反力トルクが作用する。この始動反力トルクは、負方向のトルクであり、車両100の走行駆動力を減少させるトルクである。HV_ECU50は、始動反力トルクによる駆動力の抜けを抑制するように、第二回転電機MG2のトルクを正方向に増加させる。すなわち、反力トルク制御は、始動反力トルクをキャンセルするキャンセルトルクを第二回転電機MG2によって出力させるものである。これにより、エンジン始動時のトルク変動によるドライバビリティの低下が抑制される。ステップS50が実行されると、本制御フローは終了する。
 ステップS60では、HV_ECU50により、ブレーキBK1の開放切り替えがなされる。両モータEVモードでは、クラッチCL1およびブレーキBK1がそれぞれ係合されている。HV_ECU50は、ブレーキBK1を開放し、クラッチCL1が係合した状態に切り替える。図10では、時刻t2にブレーキBK1の開放が開始される。ステップS60が実行されると、ステップS70に進む。
 ステップS70では、HV_ECU50は、第一回転電機MG1の回転数制御によりエンジン始動制御を実施する。HV_ECU50は、ブレーキBK1を開放している間、MG1トルクをそれまでの負トルクから0にする。時刻t3にブレーキBK1の開放が完了すると、HV_ECU50は、MG1トルクを正トルクとし、第一回転電機MG1の回転を正方向の回転に変化させていく。第一回転電機MG1の回転数の上昇と共に、エンジン回転数が上昇する。このときのMG1トルクは一定値であっても、第一回転電機MG1の回転数に基づいて変化してもよい。時刻t4にエンジン回転数が所定の回転数に到達すると、HV_ECU50はエンジン1に燃料を供給し、点火する。エンジン1の自立運転が開始されると、MG1トルクは負トルクに切り替えられ、第一回転電機MG1はエンジン1の反力トルクを受ける。ステップS70が実行されると、ステップS80に進む。
 ステップS80では、HV_ECU50により、第二回転電機MG2の反力トルク制御がなされる。ステップS80の反力トルク制御は、ステップS50の反力トルク制御と同様のものであることができる。図10では、時刻t3に反力トルク制御によってMG2トルクが増加する。エンジン1に対する点火が開始されてエンジントルクが出力され始める時刻t4に反力トルク制御が終了し、MG2トルクが低減される。ステップS80が実行されると、本制御フローは終了する。
 ステップS90では、HV_ECU50により、モータ走行が継続される。HV_ECU50は、エンジン始動が不要であるため、EV走行モードによる走行を継続させる。ステップS90が実行されると、本制御フローは終了する。
 以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1は、第一遊星歯車機構10、クラッチCL1およびブレーキBK1を含む変速部によってHVハイモードとHVローモードとの切り替えが可能であり、車両100の伝達効率を向上させることができる。また、変速部の後段には、直列に差動部としての第二遊星歯車機構20が接続されている。第一遊星歯車機構10がオーバドライブであるため、第一回転電機MG1を大きく高トルク化しなくてもよいという利点がある。
 また、変速部のクラッチCL1およびブレーキBK1を係合することで、第二遊星歯車機構20の入力要素の回転を規制することができ、両モータEVモードによる走行を可能とできる。このため、両モータEVモードを実現するために別途クラッチ等を設ける必要がなく、構成が簡素化される。本実施形態のレイアウトでは、第二回転電機MG2の減速比を大きく取ることができる。また、FFあるいはRRレイアウトによりコンパクトな配置を実現できる。
 また、単独モータEVモードによる走行中は、変速部のクラッチCL1およびブレーキBK1を開放してニュートラルとすることでエンジン回転数が略0に維持される。よって、エンジン切離し用の専用のクラッチが不要である。
 また、変速部の回転要素同士を係合してエンジン回転数を0に固定する固定手段は、複数の係合装置からなる。具体的には、本実施形態の固定手段は、クラッチCL1およびブレーキBK1の2つの係合装置を有する。両モータEVモードからエンジン1を始動するときは、複数の係合装置の一方は係合のまま他方の係合装置を開放して動力伝達状態に切り替えられる。一つの係合装置の開放なので、エンジン始動時に第一回転電機MG1によってエンジン回転数を上昇させる制御を容易に行うことができる。
 また、HV走行時に変速部を変速させてHVハイモードとHVローモードとを切り替えることができる。この変速により、メカニカルポイントが2つ取れることで、高速走行時に適切な変速比を選択することで、動力循環の発生を抑制することができる。また、変速部の変速時に第二遊星歯車機構20を同時変速させることで、変速比の急激な変化を抑制することができる。
 なお、本実施形態では、単独モータEVモードからのエンジン始動ではクラッチCL1が係合状態、ブレーキBK1が開放状態とされたが、これに代えて、ブレーキBK1が係合状態、クラッチCL1が開放状態とされてエンジン始動がなされてもよい。
 本実施形態のクラッチCL1は、第一サンギア11と第一キャリア14とを接続するものであったが、これには限定されない。クラッチCL1は、第一遊星歯車機構10の各回転要素11,13,14を互いに接続することで第一遊星歯車機構10の差動を規制できるものであればよい。また、ブレーキBK1は、第一サンギア11の回転を規制するものには限定されない。ブレーキBK1は第一遊星歯車機構10の他の回転要素の回転を規制するものであってもよい。
 また、切替装置は、第一遊星歯車機構10の出力要素の回転を規制する状態と、出力要素の回転を許容する状態とを切り替えることができるものであればよく、例示したクラッチCL1とブレーキBK1との組合せには限定されない。
 本実施形態では、動力伝達機構および差動機構(出力側差動機構)がそれぞれ遊星歯車機構10,20であったが、これには限定されない。動力伝達機構は、他の公知の差動機構や複数のギア比に切り替えることが可能なギア機構であってもよい。また、出力側差動機構として、他の公知の差動機構が用いられてもよい。
 動力伝達機構は、例えば、ツインクラッチ式のものであってもよい。例えば、動力伝達機構は、第一のクラッチを介して第一の変速比でエンジン1の回転を第二遊星歯車機構20に伝達する第一伝達部と、第二のクラッチを介して第二の変速比でエンジン1の回転を第二遊星歯車機構20に伝達する第二伝達部とを有するものであってもよい。第一の変速比と、第二の変速比とは、異なる。この動力伝達機構は、第一のクラッチあるいは第二のクラッチのいずれかを係合することで、エンジン1から第二遊星歯車機構20に動力を伝達することができる接続状態となる。また、動力伝達機構は、第一クラッチおよび第二クラッチを共に係合することで出力要素の回転が規制される。また、動力伝達機構は、第一クラッチおよび第二クラッチを共に開放することで、エンジン1と第二遊星歯車機構20との動力伝達が不能な中立状態となる。
 こうした構成としては、例えば、第二遊星歯車機構20の入力要素に接続された一つの入力ギアと、この入力ギアにそれぞれ噛み合う第一ギアおよび第二ギアとを有するものがある。第一ギアは第一クラッチを介してエンジン1と接続されており、第二ギアは第二クラッチを介してエンジン1と接続されている。また、第一ギアと第二ギアとは歯数が異なる。第一伝達部は、第一ギア、第一クラッチおよび入力ギアを含んで構成される。第二伝達部は、第二ギア、第二クラッチおよび入力ギアを含んで構成される。第一クラッチが係合されると、第一伝達部によって、第一ギアと入力ギアとのギア比に応じた変速比でエンジン1の回転が第二遊星歯車機構20に伝達される。第二クラッチが係合されると、第二伝達部によって、第二ギアと入力ギアとのギア比に応じた変速比でエンジン1の回転が第二遊星歯車機構20に伝達される。また、第一クラッチおよび第二クラッチが共に係合された場合、第一伝達部と第二伝達部とのギア比の異なりにより入力ギアの回転が規制される。なお、第一伝達部および第二伝達部は、更に変速機構を含んでいてもよい。
 本実施形態では、第一遊星歯車機構10に接続される機関がエンジン1であったが、これに代えて、他の公知の機関が第一遊星歯車機構10に接続されてもよい。
[実施形態の第1変形例]
 実施形態の第1変形例について説明する。図11は、第1変形例に係る車両100のスケルトン図である。本変形例のハイブリッド車両用駆動装置1-2において、上記実施形態のハイブリッド車両用駆動装置1-1と異なる点は、第一遊星歯車機構40がアンダドライブ変速とされている点、およびクラッチCL1およびブレーキBK1の配置である。
 第一遊星歯車機構40の構成は、上記実施形態の第一遊星歯車機構10と同様のものとすることができる。第一遊星歯車機構40は、第一サンギア41、第一ピニオンギア42、第一リングギア43および第一キャリア44を有する。図11に示すように、入力軸2は、第一遊星歯車機構40の第一リングギア43と接続されている。また、第一遊星歯車機構40の第一キャリア44が第二キャリア24と接続されている。つまり、本変形例では、第一遊星歯車機構40の入力要素は第一リングギア43であり、出力要素は第一キャリア44である。
 クラッチCL1は、上記実施形態と同様に第一サンギア41と第一キャリア44とを連結可能である。また、ブレーキBK1は、上記実施形態と同様に第一サンギア41の回転を規制することができる。本変形例では、クラッチCL1およびブレーキBK1は、第一遊星歯車機構40と第二遊星歯車機構20との間に配置されている。本変形例では、エンジン1と同軸上に、エンジン1から近い側から順に、第一遊星歯車機構40、クラッチCL1、ブレーキBK1、カウンタドライブギア25、第二遊星歯車機構20および第一回転電機MG1が配置されている。
 第一遊星歯車機構40は、エンジン1の回転を減速して第一キャリア44から出力することができる。ブレーキBK1が係合され、かつクラッチCL1が開放されると、入力要素としての第一リングギア43の回転数よりも出力要素としての第一キャリア44の回転数が低いアンダドライブ状態となる。このときの第一遊星歯車機構40の変速比は、例えば、1.4とすることができる。
一方、クラッチCL1が係合され、かつブレーキBK1が開放されると、第一リングギア43の回転数と第一キャリア44の回転数とが等しくなる。
 従って、本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1-2では、HVローモードのときはブレーキBK1が係合され、かつクラッチCL1が開放される。HVハイモードのときは、クラッチCL1が係合され、かつブレーキBK1が開放される。
 本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1-2では、上記実施形態とは反対に、第二機械伝達変速比γ2は、第一機械伝達変速比γ1よりもローギア側の変速比となる。なお、第一機械伝達変速比γ1および第二機械伝達変速比γ2がいずれも変速比1よりもハイギア側の変速比であることは上記実施形態と共通である。
[実施形態の第2変形例]
 実施形態の第2変形例について説明する。上記実施形態および第1変形例のハイブリッド車両用駆動装置1-1,1-2は複軸式であったが、これに代えて単軸式とされてもよい。図12は、本変形例に係る車両100のスケルトン図である。
 図12に示すように、本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1-3は、エンジン1、第一遊星歯車機構10、第一回転電機MG1、第二遊星歯車機構80および第二回転電機MG2が同軸上に配置された単軸式のものである。エンジン1に近い側から順に、ブレーキBK1、クラッチCL1、第一遊星歯車機構10、第一回転電機MG1、第二遊星歯車機構80、第二回転電機MG2が配置されている。
 変速部の構成は、上記実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1の変速部の構成と同様とすることができる。第一回転電機MG1の回転軸33は、中空であり、その内部に連結軸85が挿入されている。連結軸85は、第一リングギア13と第二キャリア84とを接続している。第二遊星歯車機構80は、第二サンギア81、第二ピニオンギア82、第二リングギア83および第二キャリア84を有しており、上記実施形態の第二遊星歯車機構20と同様のものとすることができる。
 第二リングギア83は、第二回転電機MG2の回転軸34と接続されている。回転軸34は、プロペラシャフトである。回転軸34における第二リングギア83側と反対側は、図示しない差動装置および駆動軸を介して駆動輪と接続されている。本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1-3は、例えば、FR(前置きエンジン後輪駆動)車両に適用可能である。
[実施形態の第3変形例]
 実施形態の第3変形例について説明する。本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1-4は、単軸式であって、FF車両あるいはRR車両に適用可能なものである。図13は、本変形例に係る車両100のスケルトン図である。
 図13に示すように、本変形例に係るハイブリッド車両用駆動装置1-4は、エンジン1、第一遊星歯車機構10、第二遊星歯車機構20、第三遊星歯車機構90、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2が同軸上に配置された単軸式のものである。エンジン1に近い側から順に、ブレーキBK1、クラッチCL1、第一遊星歯車機構10、カウンタドライブギア25、第二遊星歯車機構20、第三遊星歯車機構90、第二回転電機MG2、第一回転電機MG1が配置されている。
 変速部の構成は、上記実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1-1の変速部の構成と同様とすることができる。第三遊星歯車機構90は、シングルピニオン式であり、第三サンギア91、第三ピニオンギア92、第三リングギア93を有する。第三ピニオンギア92を支持するキャリアは、回転不能に固定されている。第三リングギア93は、第二リングギア23およびカウンタドライブギア25と接続されている。第三サンギア91は、第二回転電機MG2の回転軸34と接続されている。第三遊星歯車機構90は、第二回転電機MG2の回転を減速して第三リングギア93から出力することができる。
[実施形態の第4変形例]
 上記実施形態および各変形例では、第一遊星歯車機構10,40および第二遊星歯車機構20,80はいずれもシングルピニオン式であったが、これには限定されない。例えば、第一遊星歯車機構10,40あるいは第二遊星歯車機構20,80の少なくともいずれか一方がダブルピニオン式とされてもよい。例えば、第一遊星歯車機構10,40をダブルピニオン式の遊星歯車機構とすることができる。この場合、各共線図において、第一リングギア13,43の位置と第一キャリア14,44の位置とが入れ替わる。シングルピニオン式とダブルピニオン式とでは、変速部のオーバドライブとアンダドライブとが逆転する。
 上記の実施形態および各変形例によれば、「機関と、変速部と、差動部とを備え、機関の出力軸が変速部の入力軸に連結され、この差動部の第1要素が変速部の出力軸に連結され、第2要素に第1回転機(電動機)が連結され、第3要素に第2回転機(電動機)が連結され、変速部の要素を係合して機関回転数を0に固定することが可能な駆動装置」が開示されている。
 上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行されることができる。
 1-1,1-2,1-3 ハイブリッド車両用駆動装置
 1 エンジン
 10,40 第一遊星歯車機構
 13,43 第一リングギア
 14,44 第一キャリア
 20,80 第二遊星歯車機構
 21,81 第二サンギア
 23,83 第二リングギア
 24,84 第二キャリア
 32 駆動輪
 50 HV_ECU
 60 MG_ECU
 70 エンジン_ECU
 100 車両
 BK1 ブレーキ
 CL1 クラッチ
 MG1 第一回転電機
 MG2 第二回転電機

Claims (8)

  1.  機関と接続され、前記機関の回転を伝達する動力伝達機構と、
     前記動力伝達機構と駆動輪とを接続する差動機構と、
     前記動力伝達機構を変速させる切替装置とを備え、
     前記差動機構は、前記動力伝達機構の出力要素に接続された第一回転要素と、第一回転電機に接続された第二回転要素と、第二回転電機および前記駆動輪に接続された第三回転要素とを有し、
     前記切替装置によって、前記動力伝達機構の出力要素の回転を規制する
     ことを特徴とするハイブリッド車両用駆動装置。
  2.  前記動力伝達機構は、前記機関の回転を増速して出力することができる
     請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  3.  前記動力伝達機構は、前記機関の回転を減速して出力することができる
     請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  4.  前記切替装置によって前記動力伝達機構の出力要素の回転を規制して、前記第一回転電機および前記第二回転電機を動力源として走行するモードを有する
     請求項1から3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  5.  前記動力伝達機構は、差動機構であり、
     前記切替装置は、前記動力伝達機構の差動を規制する状態と、前記動力伝達機構の差動を許容する状態とを切り替えて前記動力伝達機構を変速させる
     請求項1から3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  6.  前記動力伝達機構と前記差動機構とを同時に変速させる
     請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  7.  前記動力伝達機構と前記差動機構とを同時に変速させるときに、前記動力伝達機構および前記差動機構の一方の変速比を増加させ、他方の変速比を減少させる
     請求項6に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  8.  前記動力伝達機構は、差動機構であり、
     前記切替装置は、前記動力伝達機構の回転要素同士を接続できるクラッチと、前記動力伝達機構の回転要素の回転を規制するブレーキとを有する
     請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
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