JP2008056184A - 動力出力装置およびハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで搭載性に優れており、主に後輪を駆動して走行する車両に好適な動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車の提供。
【解決手段】ハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、モータＭＧ１に接続されるサンギヤ４１とモータＭＧ２に接続されるキャリア４５とエンジン２２に接続されるリングギヤ４２とを有する動力分配統合機構４０と、動力分配統合機構４０のキャリア４５に接続されるサンギヤ６１と駆動軸６９に接続されるキャリア６４とリングギヤ６２とを有する遊星歯車機構ＰＧ１と、リングギヤ６２を固定可能なブレーキＢ１と、動力分配統合機構４０のサンギヤ４１に接続されるサンギヤ６５と遊星歯車機構ＰＧ１と共通のキャリア６４とリングギヤ６６とを有する遊星歯車機構ＰＧ２と、リングギヤ６６を固定可能なブレーキＢ２とを含む変速機６０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車に関する。

従来から、この種の動力出力装置として、内燃機関と、２体の電動機と、いわゆるラビニヨ型の遊星歯車機構と、遊星歯車機構の２つの出力要素を選択的に出力軸に連結可能な平行軸式変速機とを備えた動力出力装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この動力出力装置は前輪駆動車両を対象としたものであり、この動力出力装置では、内燃機関が横置きに配置されると共に、内燃機関および遊星歯車機構、２体の電動機および平行軸式変速機の回転軸が互いに平行に延在することになる。また、従来から、内燃機関に接続される入力要素および２つの出力要素を含む遊星歯車装置と、当該遊星歯車機構の対応する出力要素にそれぞれ接続されるカウンタシャフトを含む平行軸式変速機とを備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。この動力出力装置では、遊星歯車装置の２つの出力要素が電気駆動部の対応したロータの内周にそれぞれ固定されている。なお、従来から、内燃機関に接続された入力要素と、第１モータ・ジェネレータに接続された反力要素と、第２モータ・ジェネレータに接続された出力要素とを含む動力分配機構と、出力部材としてのアクスル軸を動力分配機構の出力要素と反力要素とに選択的に接続させるための２つのクラッチとを備えたものも知られている（例えば、特許文献３参照）。この動力出力装置では、第１モータ・ジェネレータが負回転で力行するようになると、動力分配機構の反力要素が出力部材に接続されると共に出力要素と出力部材との接続が解除されるように２つのクラッチが制御され、それにより、出力部材の動力の一部を用いて第２モータ・ジェネレータが発電した電力により第１モータ・ジェネレータを駆動する動力循環の発生が抑制される。
特開２００５−１５５８９１号公報 特開２００３−１０６３８９号公報 特開２００５−１２５８７６号公報

ここで、主に後輪を駆動して走行する車両、すなわち、一般的な後輪駆動車両や後輪駆動ベースの４輪駆動車両等に対して上記特許文献１に記載の動力出力装置を採用することは、搭載スペース等の関係から困難である。また、上記特許文献２に記載の動力出力装置は、後輪駆動車両を対象としたものと考えられるが、平行軸式変速機を用いる関係上、軸方向および径方向の寸法が大きく、車両への搭載性に劣るといわざるを得ない。また、特許文献２に記載の動力出力装置は、径の大きいロータを要求するものであって電気駆動部の搭載性に問題を有しており、そもそも実現性が低いものである。一方、この種の動力出力装置を主に後輪を駆動して走行する車両に適用するに際しても、より広範な走行領域において動力の伝達効率を向上させる必要があり、この点で、従来の動力出力装置には、なお改善の余地がある。

そこで、本発明は、コンパクトで搭載性に優れており、主に後輪を駆動して走行する車両に好適な動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車の提供を目的の一つとする。また、本発明は、より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上させることができる動力出力装置およびそれを備えたハイブリッド自動車の提供を目的の一つとする。

本発明による動力出力装置およびハイブリッド自動車は、上述の目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明による動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
動力を入出力可能な第１電動機と、
動力を入出力可能な第２電動機と、
前記第１電動機の回転軸に接続される第１要素と前記第２電動機の回転軸に接続される第２要素と前記内燃機関の機関軸に接続される第３要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された動力分配統合機構と、
前記動力分配統合機構の前記第１要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された第１変速用差動回転機構と、前記動力分配統合機構の前記第２要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された第２変速用差動回転機構と、前記第１変速用差動回転機構の前記固定可能要素を回転不能に固定可能な第１固定手段と、前記第２変速用差動回転機構の前記固定可能要素を回転不能に固定可能な第２固定手段とを含む変速伝達手段と、
を備えるものである。

この動力出力装置は、何れも３要素式の第１変速用差動回転機構および第２変速用差動回転機構を含む変速伝達手段を備えている。この変速伝達手段は、内燃機関、第１および第２電動機、動力分配機構の下流側にこれらと同軸に配置可能であると共に、例えば平行軸式の変速伝達手段に比べて軸方向および径方向の寸法を小さくすることができるものである。従って、この動力出力装置は、コンパクトで搭載性に優れて主に後輪を駆動して走行する車両に極めて好適なものとなる。そして、この変速伝達手段によれば、第１固定手段によって第１変速用差動回転機構の固定可能要素を回転不能に固定することにより、動力分配統合機構の第１要素を出力要素とすると共に当該第１要素に接続される第１電動機を電動機として機能させ、かつ反力要素となる第２要素に接続される第２電動機を発電機として機能させることが可能となる。また、この変速伝達手段によれば、第２固定手段によって第２変速用差動回転機構の固定可能要素を回転不能に固定することにより、動力分配統合機構の第２要素を出力要素とすると共に当該第２要素に接続される第２電動機を電動機として機能させ、かつ反力要素となる第１要素に接続される第１電動機を発電機として機能させることが可能となる。従って、この動力出力装置では、第１固定手段による第１変速用差動回転機構の固定可能要素の固定と第２固定手段による第２変速用差動回転機構の固定可能要素の固定との切り換えを適宜実行することにより、特に電動機として機能する第１または第２電動機の回転数が高まったときに、発電機として機能する第２または第１電動機の回転数が負の値にならないようにして、いわゆる動力循環の発生を抑制することができる。更に、この変速伝達手段によれば、第１固定手段と第２固定手段とによって第１変速用差動回転機構の固定可能要素と第２変速用差動回転機構の固定可能要素との双方を回転不能に固定することにより、内燃機関からの動力を固定された変速比で機械的（直接）に駆動軸へと伝達することが可能となる。この結果、この動力出力装置によれば、より広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。

この場合、前記変速伝達手段の前記第１変速用差動回転機構および前記第２変速用差動回転機構は、３要素式遊星歯車機構であってもよい。そして、前記第１変速用差動回転機構は、前記動力分配統合機構の前記第１要素に接続されるサンギヤと、前記第１固定手段により回転不能に固定され得るリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを少なくとも１つ保持すると共に前記駆動軸に接続されるキャリアとを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であってもよく、前記第２変速用差動回転機構は、前記動力分配統合機構の前記第２要素に接続されるサンギヤと、前記第２固定手段により回転不能に固定され得るリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを少なくとも１つ保持すると共に前記第１変速用差動回転機構のキャリアおよび前記駆動軸に接続されるキャリアとを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であってもよい。これにより、第１変速用差動回転機構のリングギヤが固定されたときには、動力分配機構の第１要素からの動力を第１変速用差動回転機構のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）に基づく変速比で変速して駆動軸に伝達することができる。また、第２変速用差動回転機構のリングギヤが固定されたときには、動力分配機構の第２要素からの動力を第２変速用差動回転機構のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）に基づく変速比で変速して駆動軸に伝達することができる。

また、前記変速伝達手段は、前記第１変速用差動回転機構および前記第２変速用差動回転機構の何れか一方の前記出力要素と前記固定可能要素との接続および該接続の解除を実行可能な変速用接続断接手段を更に含むものであってもよい。このような変速伝達手段によれば、第１変速用差動回転機構および第２変速用差動回転機構の何れか一方の出力要素と固定可能要素とを接続すると共に、第１変速用差動回転機構および第２変速用差動回転機構の他方の固定可能要素を回転不能に固定することにより、第１変速用差動回転機構の固定可能要素と第２変速用差動回転機構の固定可能要素との双方を回転不能に固定したときとは異なる固定の変速比で内燃機関からの動力を機械的（直接）に駆動軸へと伝達することが可能となる。そして、この状態で第１変速用差動回転機構および第２変速用差動回転機構の他方の固定可能要素を回転可能とすれば、変速用接続断接手段により第１変速用差動回転機構および第２変速用差動回転機構の一方の各要素が実質的にロックされて一体に回転することから、動力分配統合機構の第１要素または第２要素からの動力を駆動軸に直接伝達することができる。これにより、かかる構成のもとでは、より一層広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。

この場合、本発明による動力出力装置は、前記動力分配統合機構の前記第１要素および前記第２要素の何れか一方を回転不能に固定可能な第３固定手段を更に備えてもよい。これにより、第１変速用差動回転機構および第２変速用差動回転機構の何れか一方の出力要素と固定可能要素とを接続したときに発電機として機能する第１または第２電動機と接続されている動力分配統合機構の第１または第２要素（反力要素）を回転不能に固定すれば、第１および第２変速用差動回転機構の固定可能要素の双方を回転不能に固定したときや、第１または第２変速用差動回転機構の出力要素と固定可能要素とを接続したときと異なる固定の変速比で内燃機関からの動力を機械的（直接）に駆動軸へと伝達することが可能となる。従って、かかる構成によれば、より一層広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。

また、本発明による動力出力装置は、前記第１電動機と前記第１要素との接続および該接続の解除と、前記第２電動機と前記第２要素との接続および該接続の解除と、前記内燃機関と前記第３要素との接続および該接続の解除との何れかを実行可能な接続断接手段を更に備えてもよい。このような接続断接手段を備えた動力出力装置では、接続断接手段に上記接続を解除させれば、差動回転機構の機能により内燃機関を実質的に第1および第２電動機や変速伝達手段から切り離すことが可能となる。これにより、この動力出力装置では、接続断接手段に上記接続を解除させると共に内燃機関を停止させれば、第１および第２電動機の少なくとも何れかからの動力を変速伝達手段の変速比の変更を伴って駆動軸に効率よく伝達することが可能となる。従って、この動力出力装置によれば、第１および第２電動機に要求される最大トルク等を低下させることが可能となり、第１および第２電動機のより一層の小型化を図ることができる。なお、接続断接手段は、第１電動機と第１要素との間または第２電動機と第２要素との間に配置されて対応する第１または第２電動機と第１または第２要素との接続および該接続の解除を実行可能であると共に、変速伝達手段は、接続断接手段による上記接続が解除されているときに該接続断接手段に対応した第１または第２電動機からの動力を駆動軸に伝達可能であってもよい。

また、前記動力分配統合機構は、前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と同軸に配置されてもよい。このように、動力分配統合機構を互いに同軸に配置される第１および第２電動機の間に両電動機と同軸に配置すれば、第１および第２電動機として径方向のサイズがより小さいものを採用することが可能となる。これにより、コンパクトで搭載性に優れて主に後輪を駆動して走行する車両に好適な動力出力装置を実現することができる。そして、前記動力分配統合機構は、３要素式遊星歯車機構であってもよく、これにより、動力分配統合機構を小型化して動力出力装置をより一層コンパクトかつ搭載性に優れたものとすることができる。

本発明によるハイブリッド自動車は、上記何れかの動力出力装置を備え、前記駆動軸からの動力により駆動される駆動輪を含むものである。このハイブリッド自動車に搭載される動力出力装置は、コンパクトで主に後輪を駆動するのに好適であると共により広範な運転領域において動力の伝達効率を向上可能なものであるから、このハイブリッド自動車では、燃費と走行性能とを良好に向上させることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０は、後輪駆動車両として構成されており、車両前部に配置されるエンジン２２と、エンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６に接続された動力分配統合機構（差動回転機構）４０と、動力分配統合機構４０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、このモータＭＧ１と同軸に配置されると共に減速ギヤ機構５０を介して動力分配統合機構４０に接続された発電可能なモータＭＧ２と、動力分配統合機構４０からの動力を変速比の変更を伴って駆動軸６９に伝達可能な変速機６０と、ハイブリッド自動車２０の全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０等とを備えるものである。

エンジン２２は、ガソリンや軽油といった炭化水素系燃料の供給を受けて動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４から燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２に対して設けられて当該エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号や上記センサからの信号等に基づいてエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、何れも発電機として作動すると共に電動機として作動可能な周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ３１，３２を介して二次電池であるバッテリ３５と電力のやり取りを行なう。インバータ３１，３２とバッテリ３５とを接続する電力ライン３９は、各インバータ３１，３２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れか一方により発電される電力を他方のモータで消費できるようになっている。従って、バッテリ３５は、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになり、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば充放電されないことになる。モータＭＧ１，ＭＧ２は、何れもモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）３０により駆動制御される。モータＥＣＵ３０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３３，３４からの信号や、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流等が入力されており、モータＥＣＵ３０からは、インバータ３１，３２へのスイッチング制御信号等が出力される。モータＥＣＵ３０は、回転位置検出センサ３３，３４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンを実行し、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。また、モータＥＣＵ３０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号等に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。

バッテリ３５は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）３６によって管理されている。バッテリＥＣＵ３６には、バッテリ３５を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ３５の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧、バッテリ３５の出力端子に接続された電力ライン３９に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流、バッテリ３５に取り付けられた温度センサ３７からのバッテリ温度Ｔｂ等が入力されている。バッテリＥＣＵ３６は、必要に応じてバッテリ３５の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２４に出力する。更に、バッテリＥＣＵ３６は、バッテリ３５を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量ＳＯＣも算出している。

動力分配統合機構４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２、減速ギヤ機構５０、変速機６０と共に図示しないトランスミッションケースに収容され、エンジン２２から所定距離を隔ててクランクシャフト２６と同軸に配置される。実施例の動力分配統合機構４０は、外歯歯車のサンギヤ４１と、このサンギヤ４１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ４２と、互いに噛合すると共に一方がサンギヤ４１と他方がリングギヤ４２と噛合する２つのピニオンギヤ４３，４４の組を自転かつ公転自在に少なくとも１組保持するキャリア４５とを有するダブルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ４１（第２要素）とリングギヤ４２（第３要素）とキャリア４５（第１要素）とが互いに差動回転できるように構成されている。実施例において、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１には、当該サンギヤ４１からエンジン２２とは反対側（車両後方）に延びる中空のサンギヤ軸４１ａおよび中空の第１モータ軸４６を介して第２電動機としてのモータＭＧ１（中空のロータ）が接続されている。また、第１要素たるキャリア４５には、動力分配統合機構４０とエンジン２２との間に配置される減速ギヤ機構５０および当該減速ギヤ機構５０（サンギヤ５１）からエンジン２２に向けて延びる中空の第２モータ軸５５を介して第１電動機としてのモータＭＧ２（中空のロータ）が接続されている。更に、第３要素たるリングギヤ４２には、第２モータ軸５５およびモータＭＧ２を通って延びるリングギヤ軸４２ａおよびダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

また、図１に示すように、サンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との間には、両者の接続および当該接続の解除を実行するクラッチＣ０（接続断接手段）が設けられている。実施例において、クラッチＣ０は、例えば、サンギヤ軸４１ａの先端に固定されたドグと第１モータ軸４６の先端に固定されたドグとをより少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成されており、電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ８８により駆動される。クラッチＣ０によりサンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との接続を解除した際には、第２電動機としてのモータＭＧ１と動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１との接続が解除されることになり、動力分配統合機構４０の機能によりエンジン２２を実質的にモータＭＧ１，ＭＧ２や変速機６０から切り離すことが可能となる。

そして、このように動力分配統合機構４０のサンギヤ４１にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４６は、モータＭＧ１からエンジン２２とは反対側（車両後方）に更に延出され、変速機６０に接続される。また、動力分配統合機構４０のキャリア４５からは、中空のサンギヤ軸４１ａや第１モータ軸４６を通してエンジン２２とは反対側（車両後方）にキャリア軸（連結軸）４５ａが延出されており、このキャリア軸４５ａも変速機６０に接続される。これにより、実施例において、動力分配統合機構４０は互いに同軸に配置されたモータＭＧ１およびモータＭＧ２の間に両モータＭＧ１，ＭＧ２と同軸に配置され、エンジン２２はモータＭＧ２に同軸に並設されると共に動力分配統合機構４０を挟んで変速機６０と対向することになる。すなわち、実施例では、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配統合機構４０および変速機６０という動力出力装置の構成要素が、車両前方から、エンジン２２、モータＭＧ２、（減速ギヤ機構５０）、動力分配統合機構４０、モータＭＧ１、変速機６０という順番で配置されることになる。これにより、動力出力装置をコンパクトで搭載性に優れて主に後輪を駆動して走行するハイブリッド自動車２０に好適なものとすることができる。

また、実施例では、上述のように、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１がサンギヤ軸４１ａ、クラッチＣ０および第１モータ軸４６を介して変速機６０に接続されると共に、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５がキャリア軸４５ａを介して変速機６０に接続される。これにより、ハイブリッド自動車２０では、動力分配統合機構４０のサンギヤ４１およびキャリア４５の何れか一方をエンジン２２から出力されるトルクの反力を受け持つ反力要素とすると共に、他方を出力要素として変速機６０に動力を出力することができる。そして、サンギヤ４１を反力要素とすれば、モータＭＧ１が発電機として機能することになり、この際、動力分配統合機構４０は、リングギヤ４２を介して入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ４１側とキャリア４５側とにそのギヤ比に応じて分配すると共に、エンジン２２からの動力と電動機として機能するモータＭＧ２からの動力とを統合してキャリア４５側に出力する。また、キャリア４５を反力要素とすれば、モータＭＧ２が発電機として機能することになり、この際、動力分配統合機構４０は、リングギヤ４２を介して入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ４１側とキャリア４５側とにそのギヤ比に応じて分配すると共に、エンジン２２からの動力と電動機として機能するモータＭＧ１からの動力とを統合してサンギヤ４１側に出力する。

減速ギヤ機構５０は、外歯歯車のサンギヤ５１と、このサンギヤ５１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ５２と、サンギヤ５１およびリングギヤ５２の双方と噛合する複数のピニオンギヤ５３と、複数のピニオンギヤ５３を自転かつ公転自在に保持するキャリア５４とを備えるシングルピニオン式遊星歯車機構である。減速ギヤ機構５０のサンギヤ５１は、上述の第２モータ軸５５を介してモータＭＧ２のロータに接続されている。また、減速ギヤ機構５０のリングギヤ５２は、動力分配統合機構４０のキャリア４５に固定され、これにより減速ギヤ機構５０は動力分配統合機構４０と実質的に一体化される。そして、減速ギヤ機構５０のキャリア５４は、トランスミッションケースに対して固定されている。従って、減速ギヤ機構５０の作用により、モータＭＧ２からの動力が減速されて動力分配統合機構４０のキャリア４５に入力されると共に、キャリア４５からの動力が増速されてモータＭＧ２に入力されることになる。なお、実施例のように、減速ギヤ機構５０をモータＭＧ２と動力分配統合機構４０との間に配置して動力分配統合機構４０と一体化させれば、動力出力装置をより一層コンパクト化することができる。

変速機６０は、複数段階に変速比を設定可能な遊星歯車式自動変速機として構成されており、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５にキャリア軸４５ａを介して接続される第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１にクラッチＣ０を介して接続され得る第１モータ軸４６に接続される第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１に対して設けられたブレーキＢ１（第１固定手段）、第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２に対して設けられたブレーキＢ２（第２固定手段）、ブレーキＢ３（第３固定手段）およびクラッチＣ１（変速用接続断接手段）等を含む。図１に示すように、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１は、キャリア軸４５ａに接続されたサンギヤ６１と、このサンギヤ６１と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ６２と、サンギヤ６１およびリングギヤ６２の双方と噛合するピニオンギヤ６３を複数保持すると共に駆動軸６９に接続されたキャリア６４とを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ６１（入力要素）とリングギヤ６２（固定可能要素）とキャリア６４（出力要素）とが互いに差動回転できるように構成されている。また、第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２は、第１モータ軸４６に接続されたサンギヤ６５と、このサンギヤ６５と同心円上に配置される内歯歯車のリングギヤ６６と、サンギヤ６１およびリングギヤ６２の双方と噛合するピニオンギヤ６７を複数保持する第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１と共通のキャリア６４とを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、サンギヤ６５（入力要素）とリングギヤ６６（固定可能要素）とキャリア６４（出力要素）とが互いに差動回転できるように構成されている。実施例では、第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２が、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１に対して同軸かつそれよりも車両前方に位置するように並設されており、第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のギヤ比（サンギヤ６５の歯数／リングギヤ６６の歯数）は、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のギヤ比（サンギヤ６１の歯数／リングギヤ６２の歯数）ρ１よりも多少大きく設定されている（図２参照）。ブレーキＢ１は、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すると共に当該リングギヤ６２を解放して回転自在にすることができるものであり、上述の電気式、電磁式あるいは油圧式のアクチュエータ８８により駆動される。また、ブレーキＢ２は、第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すると共に当該リングギヤ６６を解放して回転自在にすることができるものであり、ブレーキＢ１と同様にアクチュエータ８８により駆動される。更に、ブレーキＢ３は、第１モータ軸４６に固定された固定子６８を介して第１モータ軸４６すなわち動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すると共に固定子６８を解放して第１モータ軸４６を回転自在にすることができるものであり、ブレーキＢ１，Ｂ２と同様にアクチュエータ８８により駆動される。また、クラッチＣ１は、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１の出力要素であるキャリア６４と固定可能要素であるリングギヤ６２との接続および当該接続の解除を実行可能なものであり、ブレーキＢ１〜Ｂ３と同様にアクチュエータ８８により駆動される。クラッチＣ１は、例えば、キャリア６４に固定されたドグとリングギヤ６２に固定されたドグとをより少ない損失で噛み合わせると共に両者の噛み合いを解除することができるドグクラッチとして構成され得る。そして、変速機６０のキャリア６４から駆動軸６９に伝達された動力は、デファレンシャルギヤＤＦを介して最終的に駆動輪としての後輪ＲＷａ，ＲＷｂに出力されることになる。

このように構成される変速機６０は、例えば平行軸式の変速機に比べて軸方向および径方向の寸法を大幅に小さくすることが可能なものである。また、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１および第２変速用遊星歯車機構Ｐ２は、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２および動力分配統合機構４０の下流側にこれらと同軸に配置可能であるから、変速機６０を用いれば、軸受を簡素化すると共に軸受の数を減らすことができる。そして、この変速機６０では、次のようにして変速比を複数段階に設定することができる。すなわち、ブレーキＢ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すれば、キャリア軸４５ａからの動力を第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のギヤ比ρ１に基づく変速比（ρ１／（１＋ρ１））で変速して駆動軸６９に伝達することができる。また、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６をトランスミッションケースに対して回転不能に固定すれば、第１モータ軸４６からの動力を第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のギヤ比ρ２に基づく変速比（ρ２／（１＋ρ２））で変速して駆動軸６９に伝達することができる。更に、クラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のキャリア６４とリングギヤ６２とを接続すれば、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１を構成するサンギヤ６１、リングギヤ６２およびキャリア６４が実質的に一体化されることになるので、キャリア軸４５ａからの動力を変速比１で駆動軸６９に伝達することができる。以下、ブレーキＢ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２をトランスミッションケースに対して回転不能に固定する状態を変速機６０の「第１変速状態（１速）」という。また、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６をトランスミッションケースに対して回転不能に固定する状態を変速機６０の「第２変速状態（２速）」という。更に、クラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１を構成するキャリア６４とリングギヤ６２とを接続する状態を変速機６０の「第３変速状態（３速）」という。

そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）８０からのイグニッション信号、シフトレバー８１の操作位置であるシフトポジションＳＰを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８７からの車速Ｖが入力ポートを介して入力される。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、バッテリＥＣＵ３６と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３０、バッテリＥＣＵ３６と各種制御信号やデータのやり取りを行なっている。また、クラッチＣ０や変速機６０のブレーキＢ１〜Ｂ３およびクラッチＣ１を駆動するアクチュエータ８８もハイブリッドＥＣＵ７０により制御される。

次に、上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作について説明する。

図２から図７は、エンジン２２の運転を伴ってハイブリッド自動車２０を走行させる場合に車速変化に応じて変速機６０の変速比をシフトアップ方向に変化させていくときの動力分配統合機構４０および変速機６０の主たる要素の回転数やトルクの関係を例示する説明図である。ハイブリッド自動車２０が図２から図７に示す状態で走行する際には、アクセルペダル８３の踏み込み量や車速Ｖに基づくハイブリッドＥＣＵ７０の統括的な制御のもと、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２が、モータＥＣＵ３０によりモータＭＧ１，ＭＧ２が制御され、アクチュエータ８８（クラッチＣ０、変速機６０のブレーキＢ１〜Ｂ３およびクラッチＣ１）はハイブリッドＥＣＵ７０により直接制御される。なお、図２から図７において、Ｓ軸は動力分配統合機構４０のサンギヤ４１の回転数（モータＭＧ１すなわち第１モータ軸４６の回転数Ｎｍ１）を、Ｒ軸は動力分配統合機構４０のリングギヤ４２の回転数（エンジン２２の回転数Ｎｅ）を、Ｃ軸は動力分配統合機構４０のキャリア４５（キャリア軸４５ａおよび減速ギヤ機構５０のリングギヤ５２）の回転数を、５４軸は減速ギヤ機構５０のキャリア５４の回転数を、５１軸は減速ギヤ機構５０のサンギヤ５１の回転数（モータＭＧ２すなわち第２モータ軸５５の回転数Ｎｍ２）をそれぞれ示す。また、６１，６５軸は変速機６０の第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のサンギヤ６１および第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のサンギヤ６５の回転数を、６４軸は変速機６０のキャリア６４（駆動軸６９）の回転数を、６２軸は第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２の回転数を、６６軸は第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６の回転数をそれぞれ示す。

図２に示すように、ハイブリッド自動車２０の発進時には、クラッチＣ０が繋がれると共に、ブレーキＢ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２がトランスミッションケースに対して回転不能に固定されて変速機６０が第１変速状態に設定される。これにより、動力分配統合機構４０のキャリア４５が出力要素となって当該キャリア４５に接続されたモータＭＧ２が電動機として機能し、かつ反力要素となるサンギヤ４１に接続されたモータＭＧ１が発電機として機能するようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することが可能となる。以下、モータＭＧ１が発電機として機能すると共にモータＭＧ２が電動機として機能するモードを「第１トルク変換モード」という。このような第１トルク変換モードにおける動力分配統合機構４０の各要素と減速ギヤ機構５０の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を図８に示す。なお、図８においてＳ軸、Ｒ軸、Ｃ軸、５４軸および５１軸は、図２から図７と同様のものを示し、ρは動力分配統合機構４０のギヤ比（サンギヤ４１の歯数／リングギヤ４２の歯数）を、ρｒは減速ギヤ機構５０の減速比（サンギヤ５１の歯数／リングギヤ５２の歯数）をそれぞれ示す。かかる第１トルク変換モードのもとでは、エンジン２２からの動力が動力分配統合機構４０とモータＭＧ１およびＭＧ２とによってトルク変換されてキャリア４５に出力され、モータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン２２の回転数と出力要素たるキャリア４５の回転数との比を無段階かつ連続的に変化させることができる。そして、キャリア４５（キャリア軸４５ａ）に出力された動力は、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のギヤ比ρ１に基づく変速比（ρ１／（１＋ρ１））で変速（減速）された上で駆動軸６９へと出力されることになる。

図２に示す状態すなわち変速機６０が第１変速状態にあると共にトルク変換モードが第１トルク変換モードである状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、やがて、モータＭＧ１（サンギヤ４１および第１モータ軸４６）の回転数Ｎｍ１の低下に伴い、それまで負の値を示していた第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６の回転数が値０に概ね一致するようになる。これにより、図３に示すように、ブレーキＢ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２を回転不能に固定したまま、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６を回転不能に固定することが可能となる。そして、ブレーキＢ１，Ｂ２により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２と第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６との双方を回転不能に固定した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、モータＭＧ１およびＭＧ２は、力行および回生の何れをも実行せずに空転し、エンジン２２からの動力（トルク）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく、固定された（一定の）変速比（第１変速状態の変速比と第２変速状態の変速比との間の値）で機械的（直接）に駆動軸６９へと伝達されることになる。以下、このように、ブレーキＢ１，Ｂ２により変速機６０の第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２と第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６との双方を回転不能に固定するようなモードを「同時係合モード」といい、特に、図３に示す状態を「１−２速同時係合状態」という。

図３に示す１−２速同時係合状態のもとで、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６を回転不能に固定したままブレーキＢ１を解放状態として第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２を回転自在とすれば、図４に示すように、変速機６０を第２変速状態に設定することができる。そして、かかる第２変速状態のもとでは、動力分配統合機構４０のサンギヤ４１が出力要素となって当該サンギヤ４１に接続されたモータＭＧ１が電動機として機能し、かつ反力要素となるキャリア４５に接続されたモータＭＧ２が発電機として機能するようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することが可能となる。以下、モータＭＧ２が発電機として機能すると共にモータＭＧ１が電動機として機能するモードを「第２トルク変換モード」という。このような第２トルク変換モードにおける動力分配統合機構４０の各要素と減速ギヤ機構５０の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を図９に示す。なお、図９における符号は図２のものと同様である。かかる第２トルク変換モードのもとでは、エンジン２２からの動力が動力分配統合機構４０とモータＭＧ１およびＭＧ２とによってトルク変換されてサンギヤ４１に出力され、モータＭＧ２の回転数を制御することにより、エンジン２２の回転数と出力要素たるサンギヤ４１の回転数との比を無段階かつ連続的に変化させることができる。そして、サンギヤ４１（第１モータ軸４６）に出力された動力は、第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のギヤ比ρ２に基づく変速比（ρ２／（１＋ρ２））で変速（減速）された上で駆動軸６９へと出力されることになる。

図４に示す状態すなわち変速機６０が第２変速状態にあると共にトルク変換モードが第２トルク変換モードである状態でハイブリッド自動車２０の車速Ｖが高まると、やがて第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１を構成するサンギヤ６１、リングギヤ６２およびキャリア６４の回転数が互いに概ね一致し、これらの要素が一体となって回転するようになる。これにより、図５に示すように、クラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のキャリア６４とリングギヤ６２とを接続することが可能となる。そして、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６を回転不能に固定したままクラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のキャリア６４とリングギヤ６２とを接続した状態で、モータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、モータＭＧ１およびＭＧ２は、力行および回生の何れをも実行せずに空転し、エンジン２２からの動力（トルク）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく、固定された（一定の）変速比（第２変速状態の変速比と第３変速状態での変速比との間の値）で機械的（直接）に駆動軸６９へと伝達されることになる。以下、このように、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６を回転不能に固定したまま第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のキャリア６４とリングギヤ６２とをクラッチＣ１により接続するようなモードも「同時係合モード」といい、特に、図５に示す状態を「２−３速同時係合状態」という。

図５に示す２−３速同時係合状態のもとで、ブレーキＢ２を解放状態として第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６を回転自在とすれば、図６に示すように、変速機６０を第３変速状態に設定することができる。かかる第３変速状態のもとでは、クラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のサンギヤ６１、リングギヤ６２およびキャリア６４が実質的にロックされて一体に回転することから、図６に示すように、動力分配統合機構４０のキャリア４５からの動力がキャリア軸４５ａや各要素が一体に回転する第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２等を介して駆動軸６９に直接（変速比１で）伝達されることになる。そして、この場合には、動力分配統合機構４０のキャリア４５が出力要素となると共にサンギヤ４１が反力要素となってトルク変換モードが上記第１トルク変換モードとなることから、モータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン２２の回転数と出力要素たるキャリア４５に直結された駆動軸６９の回転数との比を無段階かつ連続的に変化させることができる。

図６に示す状態すなわち変速機６０が第３変速状態にあると共にトルク変換モードが第１トルク変換モードである状態で車速Ｖが高まると、やがてモータＭＧ１、第１モータ軸４６、サンギヤ４１および第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のサンギヤ６１の回転数が値０に近づくことになる。これにより、図７に示すように、ブレーキＢ３により固定子６８および第１モータ軸４６を介して動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１を回転不能に固定することが可能となる。そして、クラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のキャリア６４とリングギヤ６２とを接続したままブレーキＢ３により第１モータ軸４６を回転不能に固定した状態でモータＭＧ１およびＭＧ２に対するトルク指令を値０に設定すれば、モータＭＧ１およびＭＧ２は、力行および回生の何れをも実行せずに空転し、エンジン２２からの動力（トルク）は、電気エネルギへの変換を伴うことなく、固定された（一定の）変速比（第３変速状態の変速比よりも増速側の値）で変速された上で駆動軸６９へと直接伝達されることになる。以下、このように、クラッチＣ１によりキャリア６４とリングギヤ６６とを接続して変速機６０の第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１を実質的にロックしたままブレーキＢ３により第１モータ軸４６（モータＭＧ１）を回転不能に固定するモードも「同時係合モード」といい、特に、図７に示す状態を「３速固定状態」という。なお、変速機６０の変速比をシフトダウン方向に変化させる場合には、基本的に上記説明と逆の手順を実行すればよい。

このように、実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０の変速比の変更すなわち第１〜第３変速状態の切り換えに伴って第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとが交互に切り換えられるので、特に電動機として機能するモータＭＧ２またはＭＧ１の回転数Ｎｍ２またはＮｍ１が高まったときに、発電機として機能するモータＭＧ１またはＭＧ２の回転数Ｎｍ１またはＮｍ２が負の値にならないようにすることができる。従って、ハイブリッド自動車２０では、第１トルク変換モードのもとで、モータＭＧ１の回転数が負になることに伴いキャリア軸４５ａに出力される動力の一部を用いてモータＭＧ２が発電すると共にモータＭＧ２により発電された電力をモータＭＧ１が消費して動力を出力するという動力循環や、第２トルク変換モードのもとで、モータＭＧ２の回転数が負になることに伴い第１モータ軸４６に出力される動力の一部を用いてモータＭＧ１が発電すると共にモータＭＧ１により発電された電力をモータＭＧ２が消費して動力を出力するという動力循環の発生を抑制することが可能となり、より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上させることができる。また、このような動力循環の抑制に伴いモータＭＧ１，ＭＧ２の最高回転数を抑えることができるので、それによりモータＭＧ１，ＭＧ２を小型化することも可能となる。更に、上述の同時係合モードのもとでハイブリッド自動車２０を走行させれば、１−２速同時係合状態、２−３速同時係合状態および３速固定状態のそれぞれに固有の変速比でエンジン２２からの動力を機械的（直接）に駆動軸６９へと伝達することができるので、電気エネルギへの変換を伴うことなくエンジン２２から駆動軸６７に動力を機械的に出力する機会を増やして、より広範な運転領域において動力の伝達効率をより一層向上させることができる。一般に、エンジンと２体の電動機と遊星歯車機構のような動力分配統合機構とを用いた動力出力装置では、エンジンと駆動軸との間の減速比が比較的大きいときにエンジンの動力が電気エネルギにより多く変換されるので動力の伝達効率が悪化すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２の発熱を招く傾向にあることから、上述の同時係合モードは、特にエンジン２２と駆動軸との間の減速比が比較的大きい場合に特に有利なものとなる。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、変速機６０の変速比を変更する際に、第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとの間で一旦同時係合モードが実行されることから、変速比の変更時におけるいわゆるトルク抜けを生じることはなく、変速比の変更すなわち第１トルク変換モードと第２トルク変換モードとの切り換えを極めてスムースかつショック無く実行することが可能となる。

続いて、図１０を参照しながら、エンジン２２を停止させた状態でバッテリ３５からの電力を用いてモータＭＧ１やモータＭＧ２に動力を出力させ、それによりハイブリッド自動車２０を走行させるモータ走行モードについて説明する。実施例のハイブリッド自動車２０において、モータ走行モードは、モータＭＧ２のみに動力を出力させる第１モータ走行モードと、モータＭＧ１のみに動力を出力させる第２モータ走行モードと、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方に動力を出力させる第３モータモードとに大別される。これら第１〜第３モータ走行モードを実行する際には、クラッチＣ０が解放状態とされ、サンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との接続が解除される。

第１モータ走行モードを実行する際には、例えばクラッチＣ０を解放状態とすると共にブレーキＢ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２をトランスミッションケースに対して回転不能に固定して変速機６０を第１変速状態に設定するか、あるいはクラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１を構成するキャリア６４とリングギヤ６２とを接続して変速機６０を第３変速状態に設定し、モータＭＧ２のみを駆動制御する。これにより、図１０において一点鎖線で示すように、モータＭＧ２からキャリア４５に対して動力が出力され、この動力はキャリア軸４５ａから第１変速状態あるいは第３変速状態にある変速機６０を介して駆動軸６９に伝達されることになる。この際、クラッチＣ０が解放状態とされてサンギヤ４１と第１モータ軸４６との接続が解除されていることから動力分配統合機構４０の機能により停止されたエンジン２２のクランクシャフト２６の連れ回しが回避されると共に、第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２の機能によりモータＭＧ１の連れ回しが回避され（図１０参照）、それにより動力の伝達効率の低下を抑制することができる。また、第２モータ走行モードを実行する際には、例えばクラッチＣ０を解放すると共に、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６をトランスミッションケースに対して回転不能に固定して変速機６０を第２変速状態に設定し、モータＭＧ１のみを駆動制御する。これにより、図１０において二点鎖線で示すように、モータＭＧ１からサンギヤ４１に対して動力が出力され、この動力はサンギヤ軸４１ａや第１モータ軸４６、第２変速状態にある変速機６０を介して駆動軸６９に伝達されることになる。この際、クラッチＣ０が解放状態とされてサンギヤ４１と第１モータ軸４６との接続が解除されていることから動力分配統合機構４０の機能により停止されたエンジン２２のクランクシャフト２６の連れ回しが回避されると共に、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１の機能によりモータＭＧ２の連れ回しが回避され（図１０参照）、それにより動力の伝達効率の低下を抑制することができる。更に、第３モータ走行モードを実行する際には、ブレーキＢ１，Ｂ２およびクラッチＣ１の何れか２つを用いて変速機６０を上述の１−２速同時係合状態または２−３速同時係合状態に設定し、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方を駆動制御する。これにより、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方から動力を出力させ、モータ走行モードのもとで大きな動力を駆動軸６９に伝達することが可能となるので、モータ走行時におけるトーイング性能等を良好に確保することができる。なお、第１モータ走行モードおよび第２モータ走行モードにおいて、クラッチＣ０を繋いだまま一方の停止しているモータＭＧ１またはＭＧ２を連れ回した状態で他方のモータＭＧ１またはＭＧ２に動力を出力させてもよいことはいうまでもない。

そして、実施例のハイブリッド自動車２０では、第１〜第３モータ走行モード間でのモード変更を行うことにより、モータ走行に際して変速機６０の変速比を変更しながら動力を効率よく駆動軸６７に伝達することができる。すなわち、ブレーキＢ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２をトランスミッションケースに固定して変速機６０を第１変速状態に設定すると共にモータＭＧ２のみを駆動制御する第１モータ走行モードのもとで変速機６０の変速比をシフトアップ側に変更するときには、まずモータＭＧ１を駆動制御して第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６の回転数を値０に近づける。次いで、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６をトランスミッションケースに固定すれば、上述の第３モータ走行モードすなわち上述の１−２速同時係合状態へと移行することができる。その後、ブレーキＢ１を解放状態として第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２を回転自在とすれば、モータＭＧ１のみを駆動制御する第２モータ走行モードへと移行すると共に変速機６０を第２変速状態に設定してその変速比をシフトアップ側（２速）に変更することができる。また、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６をトランスミッションケースに固定して変速機６０を第２変速状態に設定すると共にモータＭＧ１のみを駆動制御する第２モータ走行のもとで変速機６０の変速比をシフトアップ側に変更するときには、まずモータＭＧ２を駆動制御して第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２の回転数をキャリア６４（駆動軸６９）の回転数と同期させる。次いで、クラッチＣ１により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のキャリア６４とリングギヤ６２とを接続すれば、第３モータ走行モードすなわち上述の２−３速同時係合状態へと移行することができる。その後、ブレーキＢ２を解放状態として第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６を回転自在とすれば、モータＭＧ２のみを駆動制御する第１モータ走行モードへと移行すると共に変速機６０を第３変速状態に設定してその変速比をシフトアップ側（３速）に変更することができる。この結果、実施例のハイブリッド自動車２０では、モータ走行モードのもとでも、変速機６０を用いてキャリア軸４５ａまたは第１モータ軸４６の回転数を減速してトルクを増幅することができるので、モータＭＧ１，ＭＧ２に要求される最大トルクを低下させることが可能となり、モータＭＧ１，ＭＧ２の小型化を図ることができる。また、このようなモータ走行中における変速機６０の変速比の変更に際しても、一旦第３モータ走行モードすなわち同時係合モードが実行されることから、変速比の変更時におけるいわゆるトルク抜けを生じることはなく、変速比の変更を極めてスムースかつショック無く実行することが可能となる。

なお、モータ走行モードのもとで変速機６０の変速比をシフトダウン方向に変化させる場合には、基本的に上記説明と逆の手順を実行すればよい。また、モータＭＧ２のみに動力を出力させる第１モータ走行モードまたはモータＭＧ１のみに動力を出力させる第２モータ走行モードのもとで要求駆動力が高まったり、バッテリ３５の残容量ＳＯＣが低下したりしたような場合には、それまで動力を出力していなかったモータＭＧ１またはＭＧ２を駆動制御してその回転数Ｎｍ１またはＮｍ２を動力分配統合機構４０のサンギヤ４１またはキャリア４５の回転数と同期させた上でクラッチＣ０を繋ぎ、当該モータＭＧ１またはＭＧ２によるエンジン２２のモータリングを実行してエンジン２２を始動させればよい。これにより、駆動軸６９に動力を滑らかに伝達しながら、エンジン２２を始動させることが可能となる。更に、モータＭＧ１およびＭＧ２の双方に動力を出力させる第３モータモードのもとでエンジン２２を始動させる場合には、まず変速機６０の目標変速比等に応じて継続して動力を出力させる一方のモータＭＧ１またはＭＧ２を選択した上で、継続して動力を出力させない他方のモータＭＧ２またはＭＧ１による動力を上記一方のモータＭＧ１またはＭＧ２に出力させる動力移換処理を実行する。そして、動力移換処理の完了後にブレーキＢ２またはＢ１を解放状態とすることにより継続して動力を出力させない他方のモータＭＧ２またはＭＧ１を変速機６０から切り離した上で、当該他方のモータＭＧ２またはＭＧ１を駆動制御してその回転数Ｎｍ２またはＮｍ１を動力分配統合機構４０のキャリア４５またはサンギヤ４１の回転数と同期させた上でクラッチＣ０を繋ぎ、当該モータＭＧ２またはＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを実行してエンジン２２を始動させればよい。これにより、駆動軸６９に動力を滑らかに伝達しながら、エンジン２２を始動させることが可能となる。また、第１モータ走行モードおよび第２モータ走行モードにおいて、クラッチＣ０を繋いだまま一方の停止しているモータＭＧ１またはＭＧ２を連れ回した状態で他方のモータＭＧ１またはＭＧ２に動力を出力させているときには、停止していた一方のモータＭＧ１またはＭＧ２によるエンジン２２のモータリングを実行すれば、エンジン２２を始動させることができる。

以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０は、何れも３要素式の第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１および第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２を含む変速機６０を備えている。かかる変速機６０は、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２および動力分配統合機構４０の下流側（車両後方側）にこれらと同軸に配置可能であると共に、例えば平行軸式の変速機に比べて軸方向および径方向の寸法を大幅に小さくすることができるものである。従って、上述のエンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配統合機構４０および変速機６０を備えた動力出力装置は、コンパクトで搭載性に優れて主に後輪を駆動して走行するハイブリッド自動車２０車両に極めて好適なものとなる。

そして、変速機６０によれば、第１固定手段としてのブレーキＢ１によって第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２を回転不能に固定することにより、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５を出力要素とすると共に当該キャリア４５に接続されるモータＭＧ２を電動機として機能させ、かつ反力要素となる動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１に接続されるモータＭＧ１を発電機として機能させることが可能となる。また、変速機６０によれば、第２固定手段としてのブレーキＢ２によって第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２の固定可能要素たるリングギヤ６６を回転不能に固定することにより、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１を出力要素とすると共に当該サンギヤ４１に接続されるモータＭＧ１を電動機として機能させ、かつ反力要素となる動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５に接続されるモータＭＧ２を発電機として機能させることが可能となる。従って、ハイブリッド自動車２０では、ブレーキＢ１による第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２の固定とブレーキＢ２による第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６の固定との切り換えを適宜実行することにより、特に電動機として機能するモータＭＧ２またはＭＧ１の回転数Ｎｍ２またはＮｍ１が高まったときに、発電機として機能するモータＭＧ１またはＭＧ２の回転数Ｎｍ１またはＮｍ２が負の値にならないようにして、いわゆる動力循環の発生を抑制することができる。更に、変速機６０によれば、ブレーキＢ１，Ｂ２によって第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２と第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６との双方を回転不能に固定することにより、エンジン２２からの動力を固定された変速比で機械的に駆動軸６９へと伝達することが可能となる。この結果、ハイブリッド自動車２０では、より広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。

また、変速機６０は、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１の出力要素であるキャリア６４と固定可能要素であるリングギヤ６２との接続および当該接続の解除を実行可能な変速用接続断接手段としてのクラッチＣ１を含むものある。従って、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のキャリア６４とリングギヤ６２とを接続すると共に、ブレーキＢ２により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２の固定可能要素たるリングギヤ６６を回転不能に固定して変速機６０を２−３速同時係合状態に設定することにより、ブレーキＢ１，Ｂ２により第１変速用遊星歯車機構のリングギヤ６２と第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤとの双方を回転不能に固定した１−２速同時係合状態とは異なる固定の変速比でエンジン２２からの動力を機械的に駆動軸６９へと伝達することが可能となる。そして、かかる２−３速同時係合状態のもとでブレーキＢ２を解放状態として第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６を回転可能とすることにより変速機６０を第３変速状態に設定すれば、クラッチＣ１により第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２の各要素が実質的にロックされて一体に回転することから、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５からの動力を駆動軸６９に直接伝達することができる。これにより、ハイブリッド自動車２０では、より一層広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。なお、変速機６０は、第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２の出力要素となるキャリア６４と固定可能要素であるリングギヤ６６との接続および当該接続の解除を実行可能なクラッチを含むものとして構成されてもよい。

更に、実施例のハイブリッド自動車２０では、動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１を回転不能に固定可能な第３固定手段としてのブレーキＢ３が変速機６０に含まれている。これにより、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１の出力要素であるキャリア６４と固定可能要素であるリングギヤ６２とを接続して変速機６０を第３変速状態に設定したときに発電機として機能するモータＭＧ１と接続されている動力分配統合機構４０の第２要素たるサンギヤ４１（反力要素）を回転不能に固定すれば、ブレーキＢ１，Ｂ２により第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のリングギヤ６２と第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のリングギヤ６６との双方が回転不能に固定される１−２速同時係合状態や、第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１のキャリア６４とリングギヤ６２とが接続される２−３速同時係合状態と異なる固定の変速比でエンジン２２からの動力を機械的に駆動軸６９へと伝達することが可能となる。従って、ハイブリッド自動車２０では、より一層広範な運転領域において動力の伝達効率を良好に向上させることが可能となる。なお、第３固定手段としてのブレーキＢ３は、変速機６０が第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２の出力要素となるキャリア６４と固定可能要素であるリングギヤ６６との接続および当該接続の解除を実行可能なクラッチを含む場合、動力分配統合機構４０の第１要素たるキャリア４５を回転不能に固定可能に構成されてもよい。また、ブレーキＢ３は、変速機６０から分離して設けられてもよい。

そして、実施例のハイブリッド自動車２０は、サンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６、すなわち、サンギヤ４１とモータＭＧ１との接続および当該接続の解除を実行するクラッチＣ０を備えている。これにより、ハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ０によるサンギヤ軸４１ａと第１モータ軸４６との接続を解除すれば、動力分配統合機構４０の機能によりエンジン２２を実質的にモータＭＧ１，ＭＧ２や変速機６０から切り離すことが可能となる。従って、ハイブリッド自動車２０では、クラッチＣ０を解放状態とすると共にエンジン２２を停止させれば、モータＭＧ１およびＭＧ２の少なくとも何れかから動力を変速機６０の変速比の変更を伴って駆動軸６９に効率よく伝達することができる。この結果、ハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１およびＭＧ２に要求される最大トルクを低下させることが可能となり、モータＭＧ１およびＭＧ２のより一層の小型化を図ることができる。ただし、クラッチＣ０は、サンギヤ４１とモータＭＧ１との接続および当該接続の解除を実行するものに限られない。すなわち、クラッチＣ０は、キャリア４５（第１要素）とキャリア軸４５ａ（モータＭＧ２）との接続および当該接続の解除を実行するものであってもよく、エンジン２２のクランクシャフト２６とリングギヤ４２（第３要素）との接続および当該接続の解除を実行するものであってもよい。

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、動力分配統合機構４０がモータＭＧ１およびＭＧ２の間に両者と同軸に配置されることから、モータＭＧ１，ＭＧ２として径方向のサイズがより小さいものを採用することが可能となる。これにより、動力出力装置をコンパクトで搭載性に優れて主に後輪を駆動して走行するハイブリッド自動車２０に好適なものとすることができる。そして、動力分配統合機構４０を３要素式遊星歯車機構とすることにより、それを小型化して動力出力装置をより一層コンパクトかつ搭載性に優れたものとすることができる。

このように、実施例のハイブリッド自動車２０は、上述のエンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配統合機構４０および変速機６０を含む動力出力装置を備えて駆動軸６９からの動力により後輪ＲＷａ，ＲＷｂを駆動するものであり、このような動力出力装置は、コンパクトで主に後輪を駆動するのに好適であると共に、より広範な運転領域において動力の伝達効率を向上可能なものであるから、ハイブリッド自動車２０では、燃費と走行性能とを良好に向上させることができる。

図１１は、変形例に係るハイブリッド自動車２０Ａの概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０Ａでは、ダブルピニオン式遊星歯車機構である動力分配統合機構４０に代えて、動力分配統合機構９０が採用されている。この動力分配統合機構９０は、図１１に示すように、互いに異なる歯数をもった第１サンギヤ９１および第２サンギヤ９２と、第１サンギヤ９１と噛合する第１ピニオンギヤ９３と第２サンギヤ９２と噛合する第２ピニオンギヤ９４とを連結してなる段付ギヤ９６を複数保持するキャリア９５とを有する３要素式遊星歯車機構である。この場合、第１サンギヤ９１（第３要素）には、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続され、第２サンギヤ９２（第２要素）には、当該第２サンギヤ９２からエンジン２２とは反対側（車両後方）に延びる中空のサンギヤ軸９２ａ、クラッチＣ０および中空の第１モータ軸４６を介して第２電動機としてのモータＭＧ１（中空のロータ）が接続されている。また、キャリア９５（第１要素）には、減速ギヤ機構５０および当該減速ギヤ機構５０（サンギヤ５１）からエンジン２２に向けて延びる中空の第２モータ軸５５を介して第１電動機としてのモータＭＧ２（中空のロータ）が接続されている。そして、キャリア９５からは、サンギヤ軸９２ａおよび第１モータ軸４６を通って延びるキャリア軸９５ａがエンジン２２とは反対側（車両後方）に延出されており、このキャリア軸９５ａは、変速機６０の第１変速用遊星歯車機構ＰＧ１の入力要素であるサンギヤ６１に接続されている。また、第２サンギヤ９２にクラッチＣ０を介して連結され得る第１モータ軸４６は、モータＭＧ１からエンジン２２とは反対側（車両後方）に更に延出され、変速機６０の第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２のサンギヤ６５に接続される。これにより、変形例において、動力分配統合機構９０は、互いに同軸に配置されたモータＭＧ１およびモータＭＧ２の間に両モータＭＧ１，ＭＧ２と同軸に配置され、エンジン２２、モータＭＧ１，ＭＧ２、動力分配統合機構９０および変速機６０という構成要素は、車両前方から、エンジン２２、モータＭＧ２、（減速ギヤ機構５０）、動力分配統合機構９０、モータＭＧ１、変速機６０という順番で配置されることになる。このような動力分配統合機構９０を備えたハイブリッド自動車２０Ａにおいても、上述のハイブリッド自動車２０と同様の作用効果を得ることができる。また、２つのサンギヤ９１，９２、段付ギヤ９６およびキャリア９５を有する遊星歯車機構を採用すれば、特に動力分配統合機構９０の径方向サイズをより小さくすることができるので、動力出力装置をより一層コンパクト化することが可能となる。

なお、上述のハイブリッド自動車２０，２０Ａは、何れも後輪駆動ベースの４輪駆動車両として構成されてもよい。また、変速機６０の第１変速用遊星歯車ＰＧ１および第２変速用遊星歯車機構ＰＧ２は、ダブルピニオン式遊星歯車機構であってもよい。更に、上記実施例においては、動力出力装置をハイブリッド自動車２０、２０Ａに搭載されるものとして説明したが、本発明による動力出力装置は、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載されるものであってもよく、建設設備などの固定設備に組み込まれるものであってもよい。

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

本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。 実施例のハイブリッド自動車２０をエンジン２２の運転を伴って走行させる場合に車速変化に応じて変速機６０の変速比をシフトアップ方向に変化させていくときの動力分配統合機構４０および変速機６０の主たる要素の回転数やトルクの関係を例示する説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 図２と同様の説明図である。 モータＭＧ１が発電機として機能すると共にモータＭＧ２が電動機として機能するときの動力分配統合機構４０の各要素と減速ギヤ機構５０の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を示す説明図である。 モータＭＧ２が発電機として機能すると共にモータＭＧ１が電動機として機能するときの動力分配統合機構４０の各要素と減速ギヤ機構５０の各要素とにおける回転数やトルクの関係を表す共線図の一例を示す説明図である。 実施例のハイブリッド自動車２０におけるモータ走行モードを説明するための説明図である。 変形例のハイブリッド自動車２０Ａの概略構成図である。

符号の説明

２０，２０Ａ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、３１，３２ インバータ、３３，３４ 回転位置検出センサ、３５ バッテリ、３６ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、３７ 温度センサ、３９ 電力ライン、４０、９０ 動力分配統合機構、４１，５１ サンギヤ、４１ａ サンギヤ軸、４２，５２ リングギヤ、４２ａ リングギヤ軸、４３，４４，５３ ピニオンギヤ、４５，５４ キャリア、４５ａ キャリア軸、４６ 第１モータ軸、５０ 減速ギヤ機構、５５ 第２モータ軸、６０ 変速機、６１，６５ サンギヤ、６２，６６ リングギヤ、６３、６７ ピニオンギヤ、６４ キャリア、６８ 固定子、６９ 駆動軸、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８７ 車速センサ、８８ アクチュエータ、９１ 第１サンギヤ、９２ 第２サンギヤ、９２ａ サンギヤ軸、９３ 第１ピニオンギヤ、９４ 第２ピニオンギヤ、９５ キャリア、９５ａ キャリア軸、９６ 段付ギヤ、Ｂ１ ブレーキ、Ｂ２ ブレーキ、Ｂ３ ブレーキ、Ｃ１ クラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、ＰＧ１ 第１変速用遊星歯車機構、ＰＧ２ 第２変速用遊星歯車機構、ＲＷａ，ＲＷｂ 後輪。

Claims (9)

1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   動力を入出力可能な第１電動機と、
   動力を入出力可能な第２電動機と、
   前記第１電動機の回転軸に接続される第１要素と前記第２電動機の回転軸に接続される第２要素と前記内燃機関の機関軸に接続される第３要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された動力分配統合機構と、
   前記動力分配統合機構の前記第１要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された第１変速用差動回転機構と、前記動力分配統合機構の前記第２要素に接続される入力要素と前記駆動軸に接続される出力要素と固定可能要素とを有すると共にこれら３つの要素が互いに差動回転できるように構成された第２変速用差動回転機構と、前記第１変速用差動回転機構の前記固定可能要素を回転不能に固定可能な第１固定手段と、前記第２変速用差動回転機構の前記固定可能要素を回転不能に固定可能な第２固定手段とを含む変速伝達手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記変速伝達手段の前記第１変速用差動回転機構および前記第２変速用差動回転機構は、３要素式遊星歯車機構である請求項１に記載の動力出力装置。
3. 前記第１変速用差動回転機構は、前記動力分配統合機構の前記第１要素に接続されるサンギヤと、前記第１固定手段により回転不能に固定され得るリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを少なくとも１つ保持すると共に前記駆動軸に接続されるキャリアとを有するシングルピニオン式遊星歯車機構であり、前記第２変速用差動回転機構は、前記動力分配統合機構の前記第２要素に接続されるサンギヤと、前記第２固定手段により回転不能に固定され得るリングギヤと、該サンギヤおよび該リングギヤの双方と噛合するピニオンギヤを少なくとも１つ保持すると共に前記第１変速用差動回転機構のキャリアおよび前記駆動軸に接続されるキャリアとを有するシングルピニオン式遊星歯車機構である請求項２に記載の動力出力装置。
4. 前記変速伝達手段は、前記第１変速用差動回転機構および前記第２変速用差動回転機構の何れか一方の前記出力要素と前記固定可能要素との接続および該接続の解除を実行可能な変速用接続断接手段を更に含む請求項１から３の何れかに記載の動力出力装置。
5. 前記動力分配統合機構の前記第１要素および前記第２要素の何れか一方を回転不能に固定可能な第３固定手段を更に備える請求項４に記載の動力出力装置。
6. 前記第１電動機と前記第１要素との接続および該接続の解除と、前記第２電動機と前記第２要素との接続および該接続の解除と、前記内燃機関と前記第３要素との接続および該接続の解除との何れかを実行可能な接続断接手段を更に備える請求項１から５の何れかに記載の動力出力装置。
7. 前記動力分配統合機構は、前記第１電動機と前記第２電動機との間に両電動機と同軸に配置される請求項１から６の何れかに記載の動力出力装置。
8. 前記動力分配統合機構は、３要素式遊星歯車機構である請求項１から７の何れかに記載の動力出力装置。
9. 請求項１から８の何れかに記載の動力出力装置を備え、前記駆動軸からの動力により駆動される駆動輪を含むハイブリッド自動車。