JP2012001094A - ハイブリッド車両の変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド車両がエンジンの駆動力のみによって走行している場合に、車両の駆動力の減少を抑制可能な変速機を提供する。
【解決手段】 変速機は、モータＭＧ１の駆動力及びエンジンＥＮＧの駆動力が入力される第１入力軸１１及び第２入力軸１２と、モータＭＧ１の駆動力を第２入力軸１２に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第３クラッチＣ３と、モータＭＧ１の駆動力を第１入力軸１１に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第４クラッチＣ４とを備える。エンジンＥＮＧの駆動力による走行中に、第３クラッチＣ３及び第４クラッチＣ４を非伝達状態にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関及び電動機を備えたハイブリッド車両の変速機に関する。

従来、内燃機関（エンジン）と電動機（モータ）とを駆動源とするハイブリッド車両のデュアルクラッチ式変速機を含む駆動装置が知られている（特許文献１）。

この駆動装置は、エンジンの駆動力が第１クラッチを介して入力される第１出力軸と、第２クラッチを介して入力される第２出力軸とを備え、モータが第２出力軸に接続されている。

特開平９−１２３７７３号公報

しかしながら、第２クラッチを締結して、モータが接続されている第２出力軸にエンジンの駆動力を伝達して走行するときには、第２出力軸を介してモータが回転させられる。従って、モータによる回転抵抗力が発生し、車両の駆動力は、エンジンの駆動力からこの回転抵抗力分減少する。

そこで、本発明では、ハイブリッド車両がエンジンの駆動力のみによって走行している場合に、車両の駆動力の減少を抑制可能な変速機を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関と電動機とを駆動源とするハイブリッド車両の変速機であって、
前記電動機の駆動力及び前記内燃機関の駆動力が入力される第１入力軸と、
前記電動機の駆動力及び前記内燃機関の駆動力が入力される第２入力軸と、
前記内燃機関の駆動力を前記第１入力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第１クラッチと、
前記内燃機関の駆動力を前記第２入力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第２クラッチと、
前記電動機の駆動力を前記第２入力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第３クラッチと、
前記電動機の駆動力を前記第１入力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第４クラッチと、
前記第１入力軸又は前記第２入力軸に入力された駆動力を変速するための複数の駆動ギアと、
前記複数の駆動ギアと噛合する複数の従動ギアと、
前記駆動ギア及び前記従動ギアを介して変速された駆動力を出力する出力軸と、
前記第１入力軸又は前記第２入力軸に入力された駆動力を前記駆動ギア及び前記従動ギアを介して前記出力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切替可能な断接手段とを備え、
前記複数の駆動ギアは、前記従動ギアと噛合うことで決定される変速比の大きさの順に、前記第１入力軸と前記第２入力軸とに交互に配置されることを特徴とする（第１発明）。

本発明の変速機によれば、第３クラッチ及び第４クラッチを非伝達状態にすると、電動機が第１入力軸及び第２入力軸から切り離される。従って、第１クラッチ又は第２クラッチを伝達状態にして内燃機関の駆動力で走行するときは、第３クラッチ及び第４クラッチを非伝達状態にすると、内燃機関の駆動力は電動機に伝達されず、従来のように内燃機関の駆動力で電動機が回転することがなくなる。よって、内燃機関の駆動力による走行中に、車両の駆動力の低下が抑えられる。

また、本発明によれば、第１クラッチ及び第３クラッチを伝達状態にし、且つ第２クラッチ及び第４クラッチを非伝達状態にすることで、内燃機関の駆動力は第１入力軸に、電動機の駆動力は第２入力軸にそれぞれ伝達可能となる。このとき、第１入力軸に配置された駆動ギア及びこの駆動ギアに噛合う従動ギアによって、内燃機関の駆動力を変速して出力軸に伝達し、且つ、第２入力軸に配置された駆動ギア及びこの駆動ギアに噛合う従動ギアによって、電動機の駆動力を変速して出力軸に伝達可能な状態となる。

あるいは、第２クラッチ及び第４クラッチを伝達状態にし、且つ第１クラッチ及び第３クラッチを非伝達状態にすることで、内燃機関の駆動力は第２入力軸に、電動機の駆動力は第１入力軸にそれぞれ伝達可能となる。このとき、第１入力軸に配置された駆動ギア及びこの駆動ギアに噛合う従動ギアによって、電動機の駆動力を変速して出力軸に伝達し、且つ、第２入力軸に配置された駆動ギア及びこの駆動ギアに噛合う従動ギアによって、内燃機関の駆動力を変速して出力軸に伝達可能な状態となる。

本発明によれば、駆動ギアと従動ギアとが噛合うことで決定される変速比の大きさの順に、第１入力軸と第２入力軸とに交互に駆動ギアが配置されるため、第１入力軸の駆動ギア及びこの駆動ギアに噛合う従動ギアによる変速比と、第２入力軸の駆動ギア及びこの駆動ギアに噛合う従動ギアによる変速比とは異なる。

従って、上記２つの伝達可能状態のいずれでも、内燃機関の駆動力と電動機の駆動力とを異なる変速比で変速して出力できるため、内燃機関の駆動力出力効率が最大になる変速比と電動機の駆動力出力効率が最大になる変速比とを選択することにより、車両を高い効率で走行させることができる。

上記第１発明において、前記内燃機関の出力軸に接続される前記電動機とは別の電動機を備え、前記別の電動機は、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチと前記内燃機関との間に設けられることが好ましい（第２発明）。

これによれば、内燃機関の出力軸に別の電動機が接続されているため、この別の電動機を駆動することによって内燃機関の出力軸の回転数を制御できる。

従って、第１クラッチを伝達状態にするときに、内燃機関の出力軸の回転数を第１入力軸の回転数に合わせることができるため、第１クラッチの摩耗を抑制できる。また、第２クラッチを伝達状態にするときに、内燃機関の出力軸の回転数を第２入力軸の回転数に合わせることができるため、第２クラッチの摩耗を抑制できる。

更に、断接手段を伝達状態にするときに、内燃機関の出力軸の回転数を第１入力軸又は第２入力軸の回転数に合わせることができるため、断接手段の摩耗を抑制できる。また、断接手段として、摩擦によって回転数を合わせる同期機構（いわゆる、シンクロ機構）を搭載する必要がなくなる。

また、第３クラッチ又は第４クラッチを伝達状態にして、電動機の駆動力で走行しているときに、第１クラッチ及び第２クラッチを非伝達状態にして、内燃機関を駆動させることで、走行に影響を与えることなく別の電動機を回生発電させることができる。

また、別の電動機を駆動することにより、内燃機関を回転させて点火することで内燃機関を始動することができる。従って、内燃機関の始動専用のスタータモータの搭載が不要となる。

上記第１発明又は第２発明において、前記出力軸は、前記第１入力軸の駆動ギアに噛合う前記従動ギアを備える第１出力軸と、前記第２入力軸の駆動ギアに噛合う前記従動ギアを備える第２出力軸とによって構成されることが好ましい（第３発明）。

これによれば、第１出力軸及び第２出力軸の２つの出力軸で構成しているため、１つの出力軸の従動ギアの数を減らすことができる。

第１入力軸、第２入力軸及び出力軸の配置は、駆動ギア及び従動ギアによる変速比を決定する要素（歯数や大きさなど）に応じて決定する必要がある。出力軸の従動ギアの数が増加すると、各軸の距離などの構造上の理由により希望する変速比に設定できない可能性が高くなる。

従って、出力軸を２つ設けることで、１つの出力軸に備える従動ギアを減らし、各変速段の変速比の設定自由度を高くできる。

上記第１発明から第３発明のいずれかにおいて、前記第３クラッチ及び前記第４クラッチは、前記駆動源としての電動機の内側に設けられることが好ましい（第４発明）。

これによれば、第３クラッチ及び第４クラッチを電動機の内側に設けることで、第１入力軸や第２入力軸の軸方向の長さを短縮することができる。

上記第２発明において、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチは、前記別の電動機の内側に設けられることが好ましい（第５発明）。

これによれば、第１クラッチ及び第２クラッチを別の電動機の内側に設けることで、第１入力軸や第２入力軸の軸方向の長さを短縮することができる。

本発明におけるハイブリッド車両の変速機の概略構成を示す図。 図１の変速機において、ＥＮＧ走行時又はＥＶ走行時の各変速段を確立するときの、クラッチＣ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と噛合機構ＳＭ１及びＳＭ２の状態を示す図。 図１の変速機において、ＨＥＶ走行時の各変速段を確立するときの、クラッチＣ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４と噛合機構ＳＭ１及びＳＭ２の状態を示す図。 図１の変速機において、ＨＥＶ走行時のエンジンＥＮＧ（１速段）とモータＭＧ１（１速段）の駆動力の伝達経路を示す図。 図１の変速機において、ＨＥＶ走行時のエンジンＥＮＧ（１速段）とモータＭＧ１（２速段）の駆動力の伝達経路を示す図。

図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の変速機の概略構成を示す図である。

本実施形態のハイブリッド車両は、駆動源としてエンジンからなる内燃機関ＥＮＧと、電動機（モータ）ＭＧ１とを備える。モータＭＧ１は、ステータＭＧ１ａとロータＭＧ１ｂとを備える。モータＭＧ１の電源であるバッテリＢＡＴＴから電力を供給されて駆動すると共に、モータＭＧ１を回生発電することでバッテリＢＡＴＴを充電可能である。

変速機は、第１入力軸１１及び第２入力軸１２の２つの入力軸と、第１出力軸２１及び第２出力軸２２の２つの出力軸と、ファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して駆動輪としての左右の前輪に動力を出力する出力ギアからなる出力部２３と、変速比の異なる複数のギア列Ｇ１〜Ｇ４とを備える。第１入力軸１１はエンジンＥＮＧの出力軸と同一軸線上に配置され、第１出力軸２１及び第２出力軸２２は、第１入力軸１１に平行に配置されている。

第１入力軸１１には、変速比順位で奇数番目の各変速段を確立する奇数番ギア列Ｇ１、Ｇ３の駆動ギアＧ１ａ、Ｇ３ａが固定される。第２入力軸１２には、変速比順位で偶数番目の変速段を確立する偶数番ギア列Ｇ２、Ｇ４の駆動ギアＧ２ａ、Ｇ４ａが固定される。すなわち、各変速段の駆動ギアは、駆動ギアと従動ギアとが噛合うことで決定される変速比の大きさ順に、第１入力軸１１と第２入力軸とに交互に配置されている。

第１出力軸２１には、駆動ギアＧ１ａ、Ｇ３ａと噛合する従動ギアＧ１ｂ、Ｇ３ｂが回転可能に軸支される。第２出力軸２２には、駆動ギアＧ２ａ、Ｇ４ａと噛合する従動ギアＧ２ｂ、Ｇ４ｂが回転可能に軸支される。また、第１出力軸２１に固定された第１出力ギアＧｏ１と第２出力軸２２に固定された第２出力ギアＧｏ２とが出力部２３のファイナルディファレンシャルギアＧＦと噛合する。

第１入力軸１１は、第１クラッチＣ１を介してエンジンＥＮＧの駆動力が入力されると共に、第４クラッチＣ４を介してモータＭＧ１の駆動力が入力される。第２入力軸１２は、第２クラッチＣ２を介してエンジンＥＮＧの駆動力が入力されると共に、第３クラッチＣ３を介してモータＭＧ１の駆動力が入力される。

第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第３クラッチＣ３、及び第４クラッチＣ４は、油圧作動型の乾式摩擦クラッチ又は湿式摩擦クラッチで構成される。

第１クラッチＣ１は、エンジンＥＮＧの駆動力を第１入力軸１１に伝達度合いを変化させて伝達することができる伝達状態と、この伝達を断つ非伝達状態とに切替可能に構成されている。第２クラッチＣ２は、エンジンＥＮＧの駆動力を第２入力軸１２に伝達度合いを変化させて伝達することができる伝達状態と、この伝達を断つ非伝達状態とに切替可能に構成されている。

第３クラッチＣ３は、モータＭＧ１の駆動力を第２入力軸１２に伝達度合いを変化させて伝達することができる伝達状態と、この伝達を断つ非伝達状態とに切替可能に構成されている。第４クラッチＣ４は、モータＭＧ１の駆動力を第１入力軸１１に伝達度合いを変化させて伝達することができる伝達状態と、この伝達を断つ非伝達状態とに切替可能に構成されている。

また、駆動源としてのモータＭＧ１とは別にモータＭＧ２を備える。モータＭＧ２は、ステータＭＧ２ａとロータＭＧ２ｂとを備える。

モータＭＧ２はエンジンＥＮＧの回転数を制御可能に接続されており、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２とエンジンＥＮＧとの間に構成される。モータＭＧ２は、エンジンＥＮＧの駆動力によって、モータＭＧ２の電源であるバッテリＢＡＴＴへの回生発電が可能である。このバッテリＢＡＴＴはモータＭＧ１の電源と共用している。

また、モータＭＧ２を駆動し、エンジンＥＮＧを回転させて点火することで、エンジンＥＮＧを始動できる。従って、エンジン始動用の専用のスタータモータを搭載する必要がなく、車両の軽量化、コストダウンを実現できる。

モータＭＧ２が、第２発明における別の電動機に相当する。

第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２は、モータＭＧ２の内側に配置されている（第５発明に相当）。また、第３クラッチＣ３及び第４クラッチＣ４は、モータＭＧ１の内側に配置されている（第４発明に相当）。これによって、変速機の軸長の短縮化を図ることができる。なお、本実施形態では、軸長の短縮化を図るためにクラッチＣ１〜Ｃ４を、モータＭＧ１、ＭＧ２の内側に配置しているが、軸長の短縮化が必要ない場合には、内側に配置しなくてもよい。

第１出力軸２１には、シンクロメッシュ機構で構成され、１速従動ギアＧ１ｂと第１出力軸２１とを連結（伝達状態）した１速側連結状態、３速従動ギアＧ３ｂと第１出力軸２１とを連結（伝達状態）した３速側連結状態、１速従動ギアＧ１ｂ及び３速従動ギアＧ３ｂと第１出力軸２１との連結を断つ（非伝達状態）ニュートラル状態の何れかの状態に切換選択可能な第１断接手段である第１噛合機構ＳＭ１が設けられている。

第２出力軸２２には、シンクロメッシュ機構で構成され、２速従動ギアＧ２ｂと第２出力軸２２とを連結（伝達状態）した２速側連結状態、４速従動ギアＧ４ｂと第２出力軸２２とを連結（伝達状態）した４速側連結状態、２速従動ギアＧ２ｂ及び４速従動ギアＧ４ｂと第２出力軸２２との連結を断つ（非伝達状態）ニュートラル状態の何れかの状態に切換選択可能な第２断接手段である第２噛合機構ＳＭ２が設けられている。

第１噛合機構ＳＭ１及び第２噛合機構ＳＭ２が本発明における断接手段に相当する。

上述のように、本実施形態では、第１出力軸２１及び第２出力軸２２の２つの出力軸を設けている（第３発明の出力軸の構成に相当）。出力軸が１つのみの場合には、駆動ギア及び従動ギアによって確立される変速段の変速比を決定する要素（ギアの歯数や大きさ）について、全ての変速段を考慮した上で、入力軸及び出力軸の配置を決定する必要がある。出力軸の従動ギアの数が増加すると、各軸の距離などの構造上の理由により希望する変速比に設定できない可能性が増加する。

そこで、出力軸を２つ設けることで、１つの出力軸に配置する変速段を分散させる。こうすることで、１つの出力軸の変速段が減り、各変速段の変速比の設定自由度が高くなる。

従って、出力軸を２つ設けることで、変速機を搭載する車両のコンセプト（例えば、燃費優先、走行性重視など）に合う変速比に対する設定自由度を高めることができる。

本実施形態の変速機を備えた車両は、エンジンＥＮＧのみの駆動力によるＥＮＧ走行、モータＭＧ１を駆動させて、エンジンＥＮＧの駆動力を補助するＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）走行、モータＭＧ１のみの駆動力で走行するＥＶ（Electric Vehicle）走行を行なうことができる。また、ＥＮＧ走行時に、モータＭＧ１を回生させて、モータＭＧ１の蓄電池を充電することもできる。

これらの走行の切り替えは、モータＭＧ１の蓄電池の蓄電量や車両の走行速度に応じて、車両に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit。図示省略）によって制御される。このＥＣＵは走行の切り替えのみではなく変速機の変速段の切り替えも行なう。

上記のように構成された変速機の作動について図２及び図３を参照しながら説明する。

図２は、ＥＮＧ走行及びＥＶ走行によって各変速段を確立するときの、クラッチＣ１〜Ｃ４及び噛合機構ＳＭ１、ＳＭ２の状態を示す。また、図３は、ＨＥＶ走行によって各変速段を確立するときの、クラッチＣ１〜Ｃ４及び第１噛合機構ＳＭ１、ＳＭ２の状態を示す。クラッチＣ１〜Ｃ４の列は、「○」が伝達状態になっているクラッチを表し、噛合機構ＳＭ１、ＳＭ２の列は、第１出力軸２１又は第２出力軸２２に連結される従動ギア（Ｇ１ｂ、Ｇ２ｂ、Ｇ３ｂ、Ｇ４ｂ）が記載されている。

また、１ｓｔは１速段、２ｎｄは２速段、３ｒｄは３速段、４ｔｈは４速段を表す。「Ｎ」は変速段が確立されていないニュートラル状態を表し、ＥＮＧ走行時のモータＭＧ１及びＥＶ走行時のエンジンＥＮＧは、駆動力を出力しないためＮとしている。

ＥＮＧ走行の１速段を確立する場合には、図２に示されるように、第１噛合機構ＳＭ１を１速従動ギアＧ１ｂと第１出力軸２１とを連結させた１速側連結状態とし、第１クラッチＣ１を伝達状態とする。エンジンＥＮＧの駆動力が、第１クラッチＣ１、第１入力軸１１、１速ギア列Ｇ１、第１出力軸２１、第１出力ギアＧｏ１、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

ＥＶ走行の１速段を確立する場合には、図２に示されるように、ＥＮＧ走行の１速段を確立する場合に比べて、第１クラッチＣ１ではなく第４クラッチＣ４を伝達状態とする。モータＭＧ１の駆動力が、第４クラッチＣ４、第１入力軸１１、１速ギア列Ｇ１、第１出力軸２１、第１出力ギアＧｏ１、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

１速段によるＨＥＶ走行をする場合又は減速回生をする場合には、図３に示されるように、第１噛合機構ＳＭ１を１速従動ギアＧ１ｂと第１出力軸２１とを連結させた１速側連結状態とし、第１クラッチＣ１及び第４クラッチＣ４を伝達状態とする。このとき、モータＭＧ１から駆動力を伝達させればＨＥＶ走行を行なうことができ、図４に示されるように、エンジンＥＮＧの駆動力の伝達経路はＥＮＧ走行時と同じく、第１クラッチＣ１、第１入力軸１１、１速ギア列Ｇ１、第１出力軸２１、第１出力ギアＧｏ１、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力され、モータＭＧ１の駆動力の伝達経路はＥＶ走行時と同じく、第４クラッチＣ４、第１入力軸１１、１速ギア列Ｇ１、第１出力軸２１、第１出力ギアＧｏ１、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。また、モータＭＧによりブレーキをかければ減速回生を行なうことができる。

１速段において、ＥＣＵがアップシフトを予測している場合には、第２噛合機構ＳＭ２を２速従動ギアＧ２ｂと第２出力軸２２とを連結させた２速側連結状態としたプレシフト状態とする。これにより、アップシフトを、第２クラッチＣ２又は第３クラッチＣ３を伝達状態とし、第１クラッチＣ１又は第４クラッチＣ４を非伝達状態とするだけで行なうことができ、変速段の切り換えを駆動力が途切れることなくスムーズに行うことができる。

ＥＮＧ走行の２速段を確立する場合には、図２に示されるように、第２噛合機構ＳＭ２を２速従動ギアＧ２ｂと第２出力軸２２とを連結させた２速側連結状態とし、第２クラッチＣ２を伝達状態とする。エンジンＥＮＧの駆動力が、第２クラッチＣ２、第２入力軸１２、２速ギア列Ｇ２、第２出力軸２２、第２出力ギアＧｏ２、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

ＥＶ走行の２速段を確立する場合には、図２に示されるように、ＥＮＧ走行の２速段を確立する場合に比べて、第２クラッチＣ２ではなく、第３クラッチＣ３を伝達状態とする。モータＭＧ１の駆動力が、第３クラッチＣ３、第２入力軸１２、２速ギア列Ｇ２、第２出力軸２２、第２出力ギアＧｏ２、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

２速段によるＨＥＶ走行をする場合又は減速回生をする場合には、図３に示されるように、第２噛合機構ＳＭ２を２速従動ギアＧ２ｂと第２出力軸２２とを連結させた２速側連結状態とし、第２クラッチＣ２及び第３クラッチＣ３を伝達状態とする。このとき、モータＭＧ１から駆動力を伝達させればＨＥＶ走行を行なうことができ、エンジンＥＮＧの駆動力の伝達経路はＥＮＧ走行時と同じになり、モータＭＧ１の駆動力の伝達経路はＥＶ走行時と同じになる。また、モータＭＧによりブレーキをかければ減速回生を行なうことができる。

２速段において、ＥＣＵがアップシフトを予測している場合には、第１噛合機構ＳＭ１を３速従動ギアＧ３ｂと第１出力軸２１とを連結させた３速側連結状態としたプレシフト状態とする。これにより、アップシフトを、第１クラッチＣ１又は第４クラッチＣ４を伝達状態とし、第２クラッチＣ２又は第３クラッチＣ３を非伝達状態とするだけで行なうことができ、変速段の切り換えを駆動力が途切れることなくスムーズに行うことができる。

逆に、２速段において、ＥＣＵがダウンシフトを予測している場合には、第１噛合機構ＳＭ１を１速従動ギアＧ１ｂと第１出力軸２１とを連結させた１速側連結状態としたプレシフト状態とする。これにより、ダウンシフトを、第１クラッチＣ１又は第４クラッチＣ４を伝達状態とし、第２クラッチＣ２又は第３クラッチＣ３を非伝達状態とするだけで行なうことができ、変速段の切り換えを駆動力が途切れることなくスムーズに行うことができる。

ＥＮＧ走行の３速段を確立する場合には、図２に示されるように、第１噛合機構ＳＭ１を３速従動ギアＧ３ｂと第１出力軸２１とを連結させた３速側連結状態とし、第１クラッチＣ１を伝達状態とする。エンジンＥＮＧの駆動力が、第１クラッチＣ１、第１入力軸１１、３速ギア列Ｇ３、第１出力軸２１、第１出力ギアＧｏ１、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

ＥＶ走行の３速段を確立する場合には、図２に示されるように、ＥＮＧ走行の３速段を確立する場合に比べて、第１クラッチＣ１ではなく、第４クラッチＣ４を伝達状態とする。モータＭＧ１の駆動力が、第４クラッチＣ４、第１入力軸１１、３速ギア列Ｇ３、第１出力軸２１、第１出力ギアＧｏ１、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

３速段によるＨＥＶ走行をする場合又は減速回生をする場合には、図３に示されるように、第１噛合機構ＳＭ１を３速従動ギアＧ３ｂと第１出力軸２１とを連結させた３速側連結状態とし、第１クラッチＣ１及び第４クラッチＣ４を伝達状態とする。このとき、モータＭＧ１から駆動力を伝達させればＨＥＶ走行を行なうことができ、エンジンＥＮＧの駆動力の伝達経路はＥＮＧ走行時と同じになり、モータＭＧ１の駆動力の伝達経路はＥＶ走行時と同じになる。また、モータＭＧによりブレーキをかければ減速回生を行なうことができる。

３速段において、ＥＣＵがアップシフトを予測している場合には、第２噛合機構ＳＭ２を４速従動ギアＧ４ｂと第２出力軸２２とを連結させた４速側連結状態としたプレシフト状態とする。これにより、アップシフトを、第２クラッチＣ２又は第３クラッチＣ３を伝達状態とし、第１クラッチＣ１又は第４クラッチＣ４を非伝達状態とするだけで行なうことができ、変速段の切り換えを駆動力が途切れることなくスムーズに行うことができる。

逆に、３速段において、ＥＣＵがダウンシフトを予測している場合には、第２噛合機構ＳＭ２を２速従動ギアＧ２ｂと第２出力軸２２とを連結させた２速側連結状態としたプレシフト状態とする。これにより、ダウンシフトを、第２クラッチＣ２又は第３クラッチＣ３を伝達状態とし、第１クラッチＣ１又は第４クラッチＣ４を非伝達状態とするだけで行なうことができ、変速段の切り換えを駆動力が途切れることなくスムーズに行うことができる。

ＥＮＧ走行の４速段を確立する場合には、図２に示されるように、第２噛合機構ＳＭ２を４速従動ギアＧ４ｂと第２出力軸２２とを連結させた４速側連結状態とし、第２クラッチＣ２を伝達状態とする。エンジンＥＮＧの駆動力が、第２クラッチＣ２、第２入力軸１２、４速ギア列Ｇ４、第２出力軸２２、第２出力ギアＧｏ２、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

ＥＶ走行の４速段を確立する場合には、図２に示されるように、ＥＮＧ走行の４速段を確立する場合に比べて、第２クラッチＣ２ではなく、第３クラッチＣ３を伝達状態とする。モータＭＧ１の駆動力が、第３クラッチＣ３、第２入力軸１２、４速ギア列Ｇ４、第２出力軸２２、第２出力ギアＧｏ２、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

４速段によるＨＥＶ走行をする場合又は減速回生をする場合には、図３に示されるように、第２噛合機構ＳＭ２を４速従動ギアＧ４ｂと第２出力軸２２とを連結させた４速側連結状態とし、第２クラッチＣ２及び第３クラッチＣ３を伝達状態とする。このとき、モータＭＧ１から駆動力を伝達させればＨＥＶ走行を行なうことができ、エンジンＥＮＧの駆動力の伝達経路はＥＮＧ走行時と同じになり、モータＭＧ１の駆動力の伝達経路はＥＶ走行時と同じになる。また、モータＭＧによりブレーキをかければ減速回生を行なうことができる。

４速段において、ＥＣＵがダウンシフトを予測している場合には、第１噛合機構ＳＭ１を３速従動ギアＧ３ｂと第１出力軸２１とを連結させた３速側連結状態としたプレシフト状態とする。これにより、ダウンシフトを、第１クラッチＣ１又は第４クラッチＣ４を伝達状態とし、第２クラッチＣ２又は第３クラッチＣ３を非伝達状態とするだけで行なうことができ、変速段の切り換えを駆動力が途切れることなくスムーズに行うことができる。

また、エンジンＥＮＧとモータＭＧ１とが異なる変速段によるＨＥＶ走行もできる。

１速側連結状態及び２速側連結状態のときに、第１クラッチＣ１及び第３クラッチＣ３を連結状態にすることで、エンジンＥＮＧを１速段、モータＭＧ１を２速段としたＨＥＶ走行を行なうことができ、第２クラッチＣ２及び第４クラッチＣ４を連結状態にすることで、エンジンＥＮＧを２速段、モータＭＧ１を１速段としたＨＥＶ走行を行なうことができる。

図５は、エンジンＥＮＧを１速段、モータＭＧ１を２速段としたＨＥＶ走行の各駆動力の伝達経路を示す。エンジンＥＮＧの駆動力は、１速段のＥＮＧ走行と同じく、第１クラッチＣ１、第１入力軸１１、１速ギア列Ｇ１、第１出力軸２１、第１出力ギアＧｏ１、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。モータＭＧ１の駆動力は、２速段のＥＶ走行と同じく、第３クラッチＣ３、第２入力軸１２、２速ギア列Ｇ２、第２出力軸２２、第２出力ギアＧｏ２、及びファイナルディファレンシャルギアＧＦを介して、出力部２３から出力される。

２速側連結状態及び３速側連結状態のときに、第２クラッチＣ２及び第４クラッチＣ４を連結状態にすることで、エンジンＥＮＧを２速段、モータＭＧ１を３速段としたＨＥＶ走行を行なうことができ、第１クラッチＣ１及び第３クラッチＣ３を連結状態にすることで、エンジンＥＮＧを３速段、モータＭＧ１を２速段としたＨＥＶ走行を行なうことができる。

３速側連結状態及び４速側連結状態のときに、第１クラッチＣ１及び第３クラッチＣ３を連結状態にすることで、エンジンＥＮＧを３速段、モータＭＧ１を４速段としたＨＥＶ走行を行なうことができ、第２クラッチＣ２及び第４クラッチＣ４を連結状態にすることで、エンジンＥＮＧを４速段、モータＭＧ１を３速段としたＨＥＶ走行を行なうことができる。

上記のようなエンジンＥＮＧとモータＭＧ１とが異なる変速段の場合に、モータＭＧ１から駆動力を伝達するのではなく、モータＭＧ１によりブレーキをかければ減速回生もできる。

このように、本実施形態の変速機は、モータＭＧ１を第３クラッチＣ３及び第４クラッチＣ４によって、エンジンＥＮＧから切り離すことが可能であるため、モータＭＧ１とエンジンＥＮＧの変速段を自由に選択できる。そのため、車両の走行状態やバッテリＢＡＴＴの状態などに応じて、減速回生時の制動力の制御やモータＭＧ１又はエンジンＥＮＧの駆動力出力効率を重視した走行などに柔軟な対応ができる。

また、モータＭＧ１の駆動力を各変速段によって変速ができるので、大きな駆動力を出力する必要がないため、モータＭＧ１の出力を小さくすることが可能になり、車両の軽量化ができる。

例えば、３速段でＥＮＧ走行中に減速する場合、バッテリＢＡＴＴの残容量が低くて充電を優先したいときには、２速段連結状態で減速回生をさせることができる。

本実施形態では、第１噛合機構ＳＭ１で１速側連結状態及び３速側連結状態のいずれかを実現させ、第２噛合機構ＳＭ２で２速側連結状態及び４速側連結状態のいずれかを実現させているが、各変速段毎に噛合機構を用意してもよい。こうすることで、１速段と３速段とによるＨＥＶ走行や２速段と４速段とによるＨＥＶ走行を実現することもでき、より自由度の高い変速段の選択が可能になる。従って、車両の走行状態やバッテリＢＡＴＴの状態などに応じて、減速回生時の制動力の制御やモータＭＧ１又はエンジンＥＮＧの駆動力出力効率を重視した走行などに更に柔軟な対応ができる。

また、各変速段においてＥＮＧ走行中に、第３クラッチＣ３及び第４クラッチＣ４を非伝達状態にすることで、モータＭＧ１を完全に切り離すことができる。従って、車両の走行のための駆動力に加え、モータＭＧ１を回転させるための駆動力をエンジンＥＮＧが出力する必要がなく、車両の駆動力の減少を抑制でき、更に、燃費の悪化を抑制できる。

また、エンジンＥＮＧの回転数を制御するためのモータＭＧ２は、駆動源としてのモータＭＧ１よりも出力する駆動力を小さくできるため、小型にできる。従って、モータＭＧ２の回転抵抗をモータＭＧ１より低くすることができ、車両の駆動力の減少を抑制でき、更に、燃費の悪化を抑制できる。

また、各変速段のＥＶ走行時において、エンジンＥＮＧの駆動力を第１入力軸１１及び第２入力軸１２に伝達されないように第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を非伝達状態として、エンジンＥＮＧの駆動によってモータＭＧ２を回転させて回生を行なえる。これによって、走行に影響を与えることなく、モータＭＧ１及びモータＭＧ２の電源であるバッテリＢＡＴＴを充電することが可能である。

また、本実施形態では、モータＭＧ１が第３クラッチＣ３及び第４クラッチＣ４によって、エンジンＥＮＧと完全に切り離すことができるため、第１噛合機構ＳＭ１及び第２噛合機構ＳＭ２をシンクロメッシュ機構ではなく、シンクロ機構のないドグクラッチで構成してもよい。ドグクラッチで構成されている場合には、これから確立する変速段の出力軸の回転数に応じて、モータＭＧ１の回転数を制御する。

例えば、２速段から３速段に変速する場合には、２速段で走行することで、第２出力軸２２の第２出力ギアＧｏ２、ファイナルディファレンシャルギアＧＦ、第１出力ギアＧｏ１を介して第１出力軸２１が回転している。第４クラッチＣ４を伝達状態として、モータＭＧ１を回転することで、第１入力軸１１、３速駆動ギアＧ３ａを介して３速従動ギアＧ３ｂが回転している。この３速従動ギアＧ３ｂと第１出力軸２１との回転数が合うようにモータＭＧ１の回転数を制御して、第１噛合機構ＳＭ１を伝達状態にする。

このように、エンジンＥＮＧをモータＭＧ１とを完全に切り離せるため、変速ギアを固定する噛合機構としてシンクロ機構のないドグクラッチを採用することができ、コストダウンを実現することができる。

また、モータＭＧ２によってエンジンＥＮＧの回転数を制御可能に構成されているため、第１噛合機構ＳＭ１及び第２噛合機構ＳＭ２をシンクロ機構のないドグクラッチで構成してもよい。ドグクラッチで構成されている場合には、これから確立する変速段の出力軸の回転数に応じて、モータＭＧ２によってエンジンＥＮＧの回転数を制御する。

例えば、３速段から２速段に変速する場合には、３速段で走行することで、第１出力軸２１の第１出力ギアＧｏ１、ファイナルディファレンシャルギアＧＦ、第２出力ギアＧｏ２を介して第２出力軸２２が回転している。また、第２クラッチＣ２を伝達状態として、エンジンＥＮＧを駆動することで、第２入力軸１２、２速駆動ギアＧ２ａを介して２速従動ギアＧ２ｂが回転している。この２速従動ギアと第２出力軸２２との回転数が合うようにエンジンＥＮＧの回転数を制御して、第２噛合機構ＳＭ２を伝達状態にする。

このように、エンジンＥＮＧの回転数をモータＭＧ２で制御可能なため、変速ギアを固定する噛合機構としてシンクロ機構のないドグクラッチを採用することができ、コストダウンを実現することができる。

本実施形態では、変速機を１速段から４速段までの４速段変速機としているが、変速段の数はいくつであってもよい。例えば、５速段変速機、７速段変速機であってもよい。

１１…第１入力軸、１２…第２入力軸、２１…第１出力軸、２２…第２出力軸、Ｃ１…第１クラッチ、Ｃ２…第２クラッチ、Ｃ３…第３クラッチ、Ｃ４…第４クラッチ、ＥＮＧ…エンジン（内燃機関）、Ｇ１ａ…１速駆動ギア（第１入力軸の駆動ギア）、Ｇ１ｂ…１速従動ギア、Ｇ２ａ…２速駆動ギア（第２入力軸の駆動ギア）、Ｇ２ｂ…２速従動ギア、Ｇ３ａ…３速駆動ギア（第１入力軸の駆動ギア）、Ｇ３ｂ…３速従動ギア、Ｇ４ａ…４速駆動ギア（第２入力軸の駆動ギア）、Ｇ４ｂ…４速従動ギア、ＭＧ１…モータ（電動機）、ＭＧ２…別のモータ、ＳＭ１…第１噛合機構（断接手段）、ＳＭ２…第２噛合機構（断接手段）。

Claims (5)

1. 内燃機関と電動機とを駆動源とするハイブリッド車両の変速機であって、
   前記電動機の駆動力及び前記内燃機関の駆動力が入力される第１入力軸と、
   前記電動機の駆動力及び前記内燃機関の駆動力が入力される第２入力軸と、
   前記内燃機関の駆動力を前記第１入力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第１クラッチと、
   前記内燃機関の駆動力を前記第２入力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第２クラッチと、
   前記電動機の駆動力を前記第２入力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第３クラッチと、
   前記電動機の駆動力を前記第１入力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切換可能な第４クラッチと、
   前記第１入力軸又は前記第２入力軸に入力された駆動力を変速するための複数の駆動ギアと、
   前記複数の駆動ギアと噛合する複数の従動ギアと、
   前記駆動ギア及び前記従動ギアを介して変速された駆動力を出力する出力軸と、
   前記第１入力軸又は前記第２入力軸に入力された駆動力を前記駆動ギア及び前記従動ギアを介して前記出力軸に伝達する伝達状態及びこの伝達を断つ非伝達状態に切替可能な断接手段とを備え、
   前記複数の駆動ギアは、前記従動ギアと噛合うことで決定される変速比の大きさの順に、前記第１入力軸と前記第２入力軸とに交互に配置されることを特徴とする変速機。
2. 請求項１に記載の変速機において、
   前記内燃機関の出力軸に接続される前記電動機とは別の電動機を備え、
   前記別の電動機は、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチと前記内燃機関との間に設けられることを特徴とする変速機。
3. 請求項１又は２に記載の変速機において、
   前記出力軸は、
   前記第１入力軸の駆動ギアに噛合う前記従動ギアを備える第１出力軸と、
   前記第２入力軸の駆動ギアに噛合う前記従動ギアを備える第２出力軸とによって構成されることを特徴とする変速機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の変速機において、前記第３クラッチ及び前記第４クラッチは、前記駆動源としての電動機の内側に設けられることを特徴とする変速機。
5. 請求項２に記載の変速機において、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチは、前記別の電動機の内側に設けられることを特徴とする変速機。

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