(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記出力軸または前記駆動軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置であって、
トルクと回転数との関係で表される動作領域において、前記エンジンの動作点を決定する際に用いるエンジン動作線として、第１の動作線、及び、前記第１の動作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが高い第２の動作線のうち、何れか一方を選択する動作線選択手段と、
前記動作領域を前記第１及び第２の動作線によって分割して得られる、前記第１の動作線に主として隣接する第１の領域と、前記第１及び第２の動作線に挟まれた第２の領域と、前記第２の動作線に主として隣接する第３の領域のうち、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第１の領域である場合には、前記動作線選択手段によって、前記エンジン動作線として前記第１の動作線を選択させ、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第３の領域である場合には、前記動作線選択手段によって、前記エンジン動作線として前記第２の動作線を選択させる制御手段と、
をさらに備える動力出力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動力出力装置において、
前記動力調整装置は、前記出力軸に結合された第１のロータと、前記駆動軸に結合された第２のロータとを有する対ロータ電動機を備えることを特徴とする動力出力装置。
【請求項３】
請求項１に記載の動力出力装置において、
前記動力調整装置は、
ロータ軸を有する発電機と、
３つの回転軸を有し、各回転軸が前記出力軸、駆動軸、及びロータ軸にそれぞれ結合されたプラネタリギヤと、
を備えることを特徴とする動力出力装置。
【請求項４】
出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記出力軸または前記駆動軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）トルクと回転数との関係で表される動作領域において、前記エンジンの動作点を決定する際に用いるエンジン動作線として、第１の動作線、及び、前記第１の動作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが高い第２の動作線を用意する工程と、
（ｂ）前記動作領域を前記第１及び第２の動作線によって分割して得られる、前記第１の動作線に主として隣接する第１の領域と、前記第１及び第２の動作線に挟まれた第２の領域と、前記第２の動作線に主として隣接する第３の領域のうち、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第１の領域である場合には、前記エンジン動作線として前記第１の動作線を選択し、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第３の領域である場合には、前記エンジン動作線として前記第２の動作線を選択する工程と、
を備える動力出力装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源としてエンジンと電動機とを備える動力出力装置およびその制御方法に関し、詳しくは、上記電動機を上記エンジンの出力軸と駆動軸とに切り換えて結合可能な結合手段を有する動力出力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンと電動機とを動力源とする動力出力装置を搭載したハイブリッド車両が提案されている（例えば特開平９−４７０９４に記載の技術等）。ハイブリッド車両の一種としていわゆるパラレルハイブリッド車両がある。パラレルハイブリッド車両では、搭載した動力出力装置によって、エンジンから出力された動力は、一部が動力調整装置により駆動軸に伝達され、残余の動力が電力として回生される。この電力はバッテリに蓄電されたり、エンジン以外の動力源としての電動機を駆動するのに用いられる。このような動力出力装置は、上述の動力の伝達過程において、動力調整装置および電動機を制御することによって、エンジンから出力された動力を任意の回転数およびトルクで駆動軸に出力することができる。駆動軸から出力すべき要求出力に関わらずエンジンは運転効率の高い運転ポイントを選択して運転することができるため、ハイブリッド車両はエンジンのみを駆動源とする従来の車両に比べて省資源性および排気浄化性に優れている。
【０００３】
上記の動力出力装置おける電動機の結合先は、駆動軸とエンジンの出力軸の２通りが可能である。これらの結合について、電動機を駆動軸に結合した構成では、エンジンの回転数よりも駆動軸の回転数が低いアンダードライブ動作時（アンダードライブ走行時）に運転効率が高くなる特性がある。電動機をエンジンの出力軸に結合した構成は、逆に、エンジンの回転数よりも駆動軸の回転数が高いオーバードライブ動作時（オーバードライブ走行時）に運転効率が高くなる特性がある。これらの特性は、以下に示す動力の循環の発生に基づくものである。
【０００４】
最初に電動機を駆動軸に結合した場合について動力の伝達の様子を図１３および図１４に基づいて説明する。ここでは、動力調整装置としての対ロータ電動機ＣＭを介してエンジンＥＧの出力軸ＣＳと駆動軸ＤＳとを結合し、駆動軸ＤＳにはアシストモータＡＭが結合されている場合を例にとって説明する。図１３に、クランクシャフトＣＳの回転を低減するとともにトルクを増大して駆動軸ＤＳから出力するアンダードライブ時の動力の流れを模式的に示した。エンジンＥＧから出力された動力ＰＵ１は、対ロータ電動機ＣＭによって回転数が低減された動力ＰＵ２として伝達される。この際、対ロータ電動機では、２つのロータ間に相対的な滑りが生じるから、両ロータ間の回転数差に基づいて発電が行われ、エンジンＥＧから出力された動力の一部が電力ＥＵ１として回生される。この電力によってアシストモータＡＭを力行し、不足分のトルクを調整することによって、要求された回転数およびトルクからなる動力ＰＵ３が駆動軸ＤＳに出力される。
【０００５】
クランクシャフトＣＳの回転を増大するとともにトルクを低減して駆動軸ＤＳから出力するオーバードライブ時の動力の流れを図１４に模式的に示した。このときは、エンジンＥＧから出力された動力ＰＵ１は、対ロータ電動機ＣＭを力行することによって回転数が増速された動力ＰＵ４として伝達される。次に、アシストモータＡＭで負荷を与えることにより、余剰のトルクを調整することによって、要求された回転数およびトルクからなる動力ＰＵ５が駆動軸ＤＳに出力される。アシストモータＡＭでは動力ＰＵ４の一部を電力ＥＵ２として回生することによって負荷を与える。この電力は対ロータ電動機ＣＭに供給される。
【０００６】
両者を比較すると、アンダードライブ時には、エンジンＥＧから出力された動力が駆動軸ＤＳに伝達される経路において、上流側に位置する対ロータ電動機ＣＭで回生された電力が下流側に位置するアシストモータＡＭに供給される。オーバードライブ時には、逆に、下流側に位置するアシストモータＡＭで回生された電力が上流側に位置する対ロータ電動機ＣＭに供給される。対ロータ電動機ＣＭに供給された電力は、再び機械的な動力として下流側に位置するアシストモータＡＭに供給される。こうしてオーバードライブ時には、図示する動力の循環γ１が生じる。かかる循環γ１が生じると、エンジンＥＧから出力された動力のうち、有効に駆動軸ＤＳに伝達される動力が低減するため、ハイブリッド車両の運転効率は低下する。
【０００７】
電動機をエンジンの出力軸に結合した場合の動力の伝達の様子を図１５および図１６に示す。図１５はアンダードライブ時の動力の伝達の様子を示し、図１６はオーバードライブ時の動力の伝達の様子を示している。かかる構成では、電動機を駆動軸に結合した場合とは逆の現象が起きる。アンダードライブ時には、下流側に位置する対ロータ電動機ＣＭで回生された電力ＥＯ１が上流側に位置するアシストモータＡＭに供給される。オーバードライブ時には、上流側に位置するアシストモータＡＭにより回生されたＥＯ２が下流側に位置する対ロータ電動機ＣＭに供給される。従って、電動機をエンジンの出力軸に結合した状態では、アンダードライブ時に図１５に示す動力の循環γ２が生じ、ハイブリッド車両の運転効率は低下する。
【０００８】
かかる特性に鑑み、電動機の結合状態を、駆動軸側とエンジンの出力軸側とで切り替え可能に構成した動力出力装置を搭載するハイブリッド車両が提案されている（例えば、特開平１０−７５５０１記載のハイブリッド車両）。かかる動力出力装置では、電動機とエンジンの出力軸との結合および解放を行う第１のクラッチ、およびこの電動機と駆動軸との結合および解放を行う第２のクラッチを設けている。エンジンの回転数が駆動軸の回転数よりも大きくなった場合には、第１のクラッチを解放するとともに、第２のクラッチを結合することによって、電動機を駆動軸側に結合する。逆の場合には、第１のクラッチを結合するとともに、第２のクラッチを解放することによって、電動機をエンジンの出力軸側に結合する。こうすることによってアンダードライブ動作、オーバードライブ動作の双方において、効率の高い運転を実現している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したような電動機の結合状態を切り換え可能な動力出力装置においては、従来、運転効率をさらに向上させるために、エンジンの動作点を、アンダードライブ動作時，オーバードライブ動作時に関わらず、常に、エンジンの効率が最高となる動作線（即ち、エンジンの燃費が最適となる動作線）に沿うように設定していた。
【００１０】
このため、アンダードライブ動作時においては、駆動軸から出力され得る最大トルクとして或る程度のトルクを確保するために、上記した電動機の最大負荷容量を大きくすると共に、その電動機を駆動するためのインバータ回路の最大電流値も大きくする必要があった。
【００１１】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、電動機の最大負荷容量を軽減すると共に、その電動機を駆動するためのインバータ回路の最大電流値も低減することの可能な動力出力装置およびその制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の動力出力装置は、出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記出力軸または前記駆動軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置であって、
トルクと回転数との関係で表される動作領域において、前記エンジンの動作点を決定する際に用いるエンジン動作線として、第１の動作線、及び、前記第１の動作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが高い第２の動作線のうち、何れか一方を選択する動作線選択手段と、
前記動作領域を前記第１及び第２の動作線によって分割して得られる、前記第１の動作線に主として隣接する第１の領域と、前記第１及び第２の動作線に挟まれた第２の領域と、前記第２の動作線に主として隣接する第３の領域のうち、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第１の領域である場合には、前記動作線選択手段によって、前記エンジン動作線として前記第１の動作線を選択させ、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第３の領域である場合には、前記動作線選択手段によって、前記エンジン動作線として前記第２の動作線を選択させる制御手段と、
をさらに備えることを要旨とする。
【００１３】
また、本発明の動力出力装置の制御方法は、出力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記出力軸または前記駆動軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）トルクと回転数との関係で表される動作領域において、前記エンジンの動作点を決定する際に用いるエンジン動作線として、第１の動作線、及び、前記第１の動作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが高い第２の動作線を用意する工程と、
（ｂ）前記動作領域を前記第１及び第２の動作線によって分割して得られる、前記第１の動作線に主として隣接する第１の領域と、前記第１及び第２の動作線に挟まれた第２の領域と、前記第２の動作線に主として隣接する第３の領域のうち、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第１の領域である場合には、前記エンジン動作線として前記第１の動作線を選択し、前記駆動軸の動作点の存在する領域が前記第３の領域である場合には、前記エンジン動作線として前記第２の動作線を選択する工程と、
を備えることを要旨とする。
【００１４】
このように、本発明の動力出力装置またはその制御方法では、トルクと回転数との関係で表される動作領域において、エンジンの動作点を決定する際に用いるエンジン動作線として、第１の動作線、及び、第１の動作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが高い第２の動作線のうち、何れか一方を選択する。そして、動作領域を第１及び第２の動作線によって分割して得られる第１ないし第３のうち、駆動軸の動作点の存在する領域が第１の領域である場合には、エンジン動作線として第１の動作線を選択させ、駆動軸の動作点の存在する領域が第３の領域である場合には、エンジン動作線として第２の動作線を選択させる。ここで、第１の領域はオーバードライブ動作領域に含まれ、第３の領域はアンダードライブ動作領域に含まれるので、駆動軸の動作点が第３の領域に存在する場合は、アンダードライブ動作となる。従って、アンダードライブ動作時には、エンジン動作線として第２の動作線を用いて、エンジンの動作点が決定されることになる。一方、アンダードライブ動作時においては、駆動軸から出力されるトルクは、電動機から出力されるトルクとエンジンから出力されるトルクとの和に相当する。従って、エンジンの動作線として、第１の動作線よりも所定の回転数範囲においてトルクが高い第２の動作線を用いることにより、エンジンから出力されるトルクは大きくなるため、その分、電動機から出力されるトルクを小さくしても、駆動軸から出力されるトルク（特に、最大トルク）としては、従来と同様の値を確保することができる。
【００１５】
従って、本発明の動力出力装置またはその制御方法によれば、アンダードライブ動作時において、駆動軸から出力され得る最大トルクとして或る程度のトルクを確保しながら、電動機の最大負荷容量を軽減することができると共に、その電動機を駆動するためのインバータ回路の最大電流値も低減することができる。従って、電動機の大きさを小さくしたり、インバータ回路のコストを低減したりすることができる。
【００１６】
本発明の動力出力装置において、前記動力調整装置は、前記出力軸に結合された第１のロータと、前記駆動軸に結合された第２のロータとを有する対ロータ電動機を備えるようにしても良いし、ロータ軸を有する発電機と、３つの回転軸を有し、各回転軸が前記出力軸、駆動軸、及びロータ軸にそれぞれ結合されたプラネタリギヤと、を備えるようにしても良い。
【００１７】
このように、動力調整装置としては、対ロータ電動機を用いて電気分配型の構成を採ることもできるし、プラネタリギヤなどを用いて機械分配型の構成を採ることもできる。
【００１８】
以上で説明した本発明は、直接には、動力出力装置およびその制御方法に適用されている。その他、そのような動力出力装置を搭載した種々の装置、例えば、ハイブリッド車両として本発明を構成することも可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
（１）実施例の構成：
はじめに、実施例の構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。
【００２０】
本実施例の動力出力装置１０は、動力系統であるエンジン５０およびハイブリッドユニット２０と、制御系統である燃料噴射制御ユニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと言う）および制御ユニット９０と、を主として備えている。
【００２１】
これらのうち、動力系統であるエンジン５０は、通常のガソリンエンジンであり、出力軸であるクランクシャフト５６を回転させる。
【００２２】
エンジン５０の運転は、制御系統であるＥＦＩＥＣＵ７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ７０は内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、主に、エンジン５０の燃料噴射量、吸排気バルブの進角制御、その他の制御を実行する。これらの制御を可能とするために、ＥＦＩＥＣＵ７０には、燃料噴射弁５１，スロットルバルブ５３の開度を制御するスロットルバルブモータ５４，あるいは吸排気バルブ（図示せず）の開閉タイミングを制御するＶＶＴ５７などが設けられている。また、ＥＦＩＥＣＵ７０には、これらの制御を行なうために必要なセンサであって、エンジン５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。その一つとしてクランクシャフト５６の回転数を検出する回転数センサ５２がある。その他のセンサおよびスイッチなどの図示は省略した。
【００２３】
エンジン５０のクランクシャフト５６と、車輪２６を駆動するための動力を出力する伝達軸２２との間には、ハイブリッドユニット２０が配設されている。ハイブリッドユニット２０内には、主として、対ロータ電動機であるクラッチモータ３０と、電動機であるアシストモータ４０と、そのアシストモータ４０のロータ軸４３の結合先を選択的に切り換える切換装置８０と、が設けられている。
【００２４】
これらのうち、クラッチモータ３０は、基本的には永久磁石を用いた同期電動機として構成されているが、磁界を発生させる三相コイルが巻回された部材が、ケースに固定されたいわゆるステータではなく、回転可能なロータとして構成されている点で通常の電動機と異なる。即ち、クラッチモータ３０では、通常の電動機におけるロータに相当するインナロータ３２のみならず、三相コイル３６が巻回されたアウタロータ３４も、自由に回転することができる。このように構成された電動機を前述したように対ロータ電動機と呼ぶ。このような対ロータ電動機では、三相コイル３６が設けられたアウタロータ３４も回転するから、回転するコイル３６に対して電力を供給するための機構が必要になる。本実施例では、この機構としてスリップリング３８を設けて、三相コイル３６への電力を供給しているが、スリップリング３８に代えて、差動トランスなど、他の構成を用いることも可能である。クラッチモータ３０では、インナロータ３２に備えられた永久磁石による磁界とアウタロータ３４に備えられた三相コイル３６によって形成される磁界との相互作用により、両者は相対的に回転する。なお、かかる作用は、可逆的なものなので、クラッチモータ３０を発電機として動作させ、両ロータの回転数差に応じた電力を、クラッチモータ３０から回生することもできる。
【００２５】
クラッチモータ３０のインナロータ３２には、インナロータ軸３３が結合されており、アウタロータ３４には、駆動軸であるアウタロータ軸３５が結合されている。インナロータ軸３３は、図示しないダンパを介してクランクシャフト５６に結合されている。アウタロータ軸３５は、出力用ギヤ２１，チェーン２３を介して伝達軸２２に結合されている。この伝達軸２２は、更に減速機２４およびディファレンシャルギヤ２５を介して、駆動輪２６Ｒ，２６Ｌを備えた車軸２６に結合されている。
【００２６】
クラッチモータ３０はインナロータ３２とアウタロータ３４の双方が回転可能であるため、インナロータ軸３３およびアウタロータ軸３５の一方から入力された動力を他方に伝達することができる。クラッチモータ３０自体では、トルクは作用・反作用の関係にあるため変えられないが、クラッチモータ３０を電動機として力行運転すれば他方の軸の回転数は高くなり、結果的に他方の軸から出力する動力（＝回転数×トルク）は高くなる。クラッチモータ３０を発電機として回生運転すれば他方の軸の回転数は低くなり、回転数差に対応した電力（＝回転数差×トルク）が取り出される。即ち、クラッチモータ３０を用いることで、動力の一部を電力の形で取り出しつつ残余の動力を伝達することができる。また、力行運転も回生運転も行なわなければ、動力が伝達されない状態となる。この状態は機械的なクラッチを解放にした状態に相当することから、この対ロータ電動機を、クラッチモータと呼ぶのである。
【００２７】
一方、ハイブリッドユニット２０内に設けられているアシストモータ４０も、クラッチモータ３０と同様に、永久磁石を用いた同期電動機として構成されており、本実施例では、ロータ４２側に永久磁石が、ステータ４４側に三相コイル４６が、それぞれ設けられている。アシストモータ４０のステータ４４はケースに固定され、ロータ４２は中空のロータ軸４３に結合されている。中空のロータ軸４３の軸中心は、クランクシャフト５６に結合されたインナロータ軸３３が貫通している。
【００２８】
上述したクラッチモータ３０およびアシストモータ４０を駆動するために、バッテリ９４に接続された第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２が設けられている。第１の駆動回路９１は、内部にスイッチング素子としてのトランジスタを複数備えたトランジスタインバータであり、制御ユニット９０と電気的に接続されている。制御ユニット９０が第１の駆動回路９１のトランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御すると、バッテリ９４とクラッチモータ３０のアウタロータ３４に巻回された三相コイル３６との間には、両者に接続された第１の駆動回路９１およびスリップリング３８を介して、三相交流が流れる。この三相交流によりアウタロータ３４には回転磁界が形成され、クラッチモータ３０の回転は制御される。この結果、バッテリ９４の電力を用いてクラッチモータ３０を力行する動作や、あるいはクラッチモータ３０から回生する電力をバッテリ９４に蓄える動作などを行なうことができる。
【００２９】
他方、アシストモータ４０は、第２の駆動回路９２を介してバッテリ９４に接続されている。第２の駆動回路９２もトランジスタインバータにより構成されており、制御ユニット９０に接続されて、その制御を受けて動作する。制御ユニット９０の制御信号により駆動回路９２のトランジスタをスイッチングすると、ステータ４４に巻回された三相コイル４６に三相交流が流れて回転磁界を生じ、アシストモータ４０は回転する。アシストモータ４０も、回生動作を行なうことができることは勿論である。
【００３０】
また、ハイブリッドユニット２０内に設けられている切換装置８０は、アシストモータ４０のロータ軸４３を、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５およびインナロータ軸３３のうち、何れか一方の軸に結合させるか、あるいは何れの軸にも結合させない状態にするかを切り換えるものである。
【００３１】
この切換装置８０の構成について説明する。切換装置８０は、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５に結合された第１ギヤ８１と、インナロータ軸３３に結合された第２ギヤ８２と、何れの軸にも結合されていない第３ギヤ８３と、可動部材８７と、で構成されている。可動部材８７の片側には、第１ないし第３ギヤ８１〜８３に噛合し得る可動ギヤ８４が設けられおり、他の片側はスプライン８５を介してアシストモータ４０のロータ軸４３に摺動自在に結合されている。したがって、可動ギヤ８４は、ロータ軸４３と回転を共にしながら、ロータ軸４３に対してその軸方向に移動することができる。切換装置８０には、可動部材８７を駆動して、可動ギヤ８４の位置を切り換えるアクチュエータ８６が設けられている。アクチュエータ８６は、モータあるいはソレノイドなどにより実現可能であり、制御ユニット９０により制御される。
【００３２】
可動ギヤ８４が、図１中の位置ａにあるときは、第１ギヤ８１と可動ギヤ８４とが噛合し、アシストモータ４０のロータ軸４３は、駆動軸であるクラッチモータ３０のアウタロータ軸３５に結合されることになる。この結果、エンジン５０から出力された動力は、クラッチモータ３０を経て、駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力されるが、このアウタロータ軸３５に対して、アシストモータ４０が動力をやり取りすることが可能となる。この構成を模式的に示したのが図２である。切換装置８０が、可動ギヤ８４を位置ａに切り換えたときは、図２の構成と等価である。以下、この結合状態をアンダードライブ結合と呼ぶ。
【００３３】
他方、切換装置８０が可動ギヤ８４を、図１中の位置ｃに切り換えたときは、第２ギヤ８２と可動ギヤ８４とが噛合し、アシストモータ４０のロータ軸４３はクラッチモータ３０のインナロータ軸３３に結合され、延いてはエンジン５０のクランクシャフト５６に結合されることになる。この結果、エンジン５０からクラッチモータ３０を経て駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力される動力の出力系統に対して、アシストモータ４０はインナロータ軸３３やクランクシャフト５６との間で動力のやり取りを行なうことが可能となる。この構成を模式的に示したのが図３である。切換装置８０が可動ギヤ８４を位置ｃに切り換えたときは、図３の構成と等価である。以下、この結合状態をオーバードライブ結合と呼ぶ。
【００３４】
切換装置８０は、可動ギヤ８４を、第３ギヤ８３と噛合する位置ｂに切り換えることも可能である。この位置では、可動ギヤ８４は、第１ギヤ８１および第２ギヤ８２のいずれとも噛合してない中立状態になる。このときエンジン５０から出力された動力は、クラッチモータ３０を経てそのまま駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力される。
【００３５】
制御ユニット９０は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、後述するように、切換装置８０を制御して、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合先を切り換える。
【００３６】
なお、本実施例において用いられる切換装置８０は、複数のクラッチにより構成することも可能である。つまり、第１ないし第３ギヤ８１〜８３と可動ギヤ８４との組み合わせに代えて、アウタロータ軸３５とロータ軸４３の結合および解放を行う第１のクラッチを設け、またインナロータ軸３３とロータ軸４３の結合および解放を行う第２のクラッチを設けるものとしてもよい。この場合、スプライン８５を設ける必要はない。
【００３７】
本実施例において、ハイブリッド車両の運転状態は制御ユニット９０により制御されている。制御ユニット９０もＥＦＩＥＣＵ７０と同様、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、後述する種々の制御処理を行うよう構成されている。これらの制御を可能とするために、制御ユニット９０には、各種のセンサおよびスイッチが電気的に接続されている。制御ユニット９０に接続されているセンサおよびスイッチとしては、アクセルペダル６５の踏み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ６５ａ、シフトレバー６６のポジションを検出するためのシフトポジションセンサ６６ａ等がある。
【００３８】
制御ユニット９０は、ＥＦＩＥＣＵ７０とも通信回線により接続されており、ＥＦＩＥＣＵ７０との間で種々の情報を、通信によってやりとりしている。制御ユニット９０からエンジン５０の制御に必要な情報をＥＦＩＥＣＵ７０に出力することにより、エンジン５０を間接的に制御することができる。逆にエンジン５０の回転数などの情報をＥＦＩＥＣＵ７０から入力することもできる。
【００３９】
図１に示す動力出力装置１０は、エンジン１５０から出力された動力を電力のやりとりによって増減して伝達する動力調整装置として、クラッチモータ３０を適用しており、動力の分配をそのクラッチモータ３０のインナロータ３２とアウタロータ３４との滑りにより実現する。エンジン５０からの動力の一部は、クラッチモータ３０を介して駆動軸であるアウタロータ軸３５に機械的な形態で直接出力され、一部は、二つのロータ３２，３４の滑り回転によりクラッチモータ３０から電力の形態で取り出される。電気的に取り出されたエネルギは、バッテリ９４に蓄積することもできるし、もう一つのモータであるアシストモータ４０に出力し、駆動軸であるアウタロータ軸３５のトルクアップに用いることもできる。即ち、この動力出力装置１０は、動力を出力するエンジン５０、滑り回転により動力をやり取りするクラッチモータ３０、力行・回生可能なアシストモータ４０の三者により、アウタロータ軸３５に出力する動力を自由に制御することができるのである。
【００４０】
（２）一般的動作：
次に、本実施例の動力出力装置の一般的動作として、エンジン５０から出力された動力を要求された回転数およびトルクに変換して駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力する動作について説明する。本実施例の動力出力装置１０では、エンジン５０の回転数Ｎｅとアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄとの大小関係、およびアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態に応じて、上記変換の経路が異なる。
【００４１】
最初にアンダードライブ結合状態（図２）において、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図４に示す。図４は、横軸に回転数Ｎ、縦軸にトルクＴを採り、エンジン５０の動作点Ｐｅとアウタロータ軸３５の動作点Ｐｄを示した図である。図４中の曲線Ｐは動力、つまり回転数とトルクの積が一定の曲線である。回転数Ｎｅ、トルクＴｅでエンジン５０から出力された動力Ｐｅを、Ｎｅよりも低い回転数Ｎｄ、Ｔｅよりも高いトルクＴｄの動力Ｐｄに変換してアウタロータ軸３５から出力する場合を考える。
【００４２】
図４に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい。クラッチモータ４０はアウタロータが回転数Ｎｄで回転し、インナロータがそれよりも高い回転数Ｎｅで回転するから、クラッチモータ３０は、相対的に逆転することになり、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃは負の値となる。クラッチモータ３０のトルクＴｃは作用・反作用の原理からエンジン５０の出力トルクＴｅと等しく、正の値である。つまり、クラッチモータ３０はエンジン５０から出力された動力の一部を駆動軸であるアウタロータ軸３５に伝達しつつ、残りを電力として回生する状態で運転される。このとき、回生される電力はクラッチモータ１３０の回転数ＮｃとトルクＴｃの積に等しく、図４中のハッチングを施した領域ＧＵ１の面積に等しい。
【００４３】
一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも大きい。従って、アシストモータ４０は正のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ４０は電力の供給を受け力行される。このとき供給される電力はアシストモータ４０の回転数とトルクの積に等しく、図４中のハッチングを施した領域ＡＵ１の面積に等しい。両モータでの運転効率を１００％と仮定すれば、クラッチモータ３０で回生される電力とアシストモータ４０に供給される電力とは等しくなる。つまり、クラッチモータ３０で領域ＧＵ１に相当する分のエネルギを電力の形で取り出し、領域ＡＵ１に相当する分のエネルギとして供給することによりエンジン５０の動作点Ｐｅで表される動力を、動作点Ｐｄの状態に変換する。実際には運転効率が１００％になることはないため、バッテリ９４からの電力の持ち出しを伴ったり、損失に相当する動力をエンジン５０から余分に出力したりして、上記変換を実現する。かかる変換では、先に図１３で述べたとおり、上流側に位置するクラッチモータ３０で回生された電力が下流側に位置するアシストモータ４０に供給される。
【００４４】
次に、アンダードライブ結合において、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも高い場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図５に示した。図５に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きい。従って、クラッチモータ３０は、正の回転数Ｎｃ、正のトルクＴｃで回転する。つまり、クラッチモータ３０は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される電力はクラッチモータ３０の回転数とトルクの積に等しく、図５中のハッチングを施した領域「ＧＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、アシストモータ４０は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ４０は回生運転される。このとき回生される電力はアシストモータ４０の回転数とトルクの積に等しく、図５中のハッチングを施した領域「ＡＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。両モータでの運転効率を１００％と仮定すれば、アシストモータ４０で回生される電力とクラッチモータ３０に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、先に図１４において述べたとおり、下流側に位置するアシストモータ４０から上流側に位置するクラッチモータ３０に電力が供給されるため、動力の循環が生じる。
【００４５】
アンダードライブ結合において、上述の変換を実現するための、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の動作点は、それぞれ以下の通りとなる。
【００４６】
クラッチモータ３０の回転数Ｎｃ＝Ｎｄ−Ｎｅ；
トルクＴｃ＝Ｔｅ；
アシストモータ４０の回転数Ｎａ＝Ｎｄ；
トルクＴａ＝Ｔｄ−Ｔｅ；・・・（１）
【００４７】
次に、オーバードライブ結合の場合（図３）において、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図６に示した。図６に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい。従って、クラッチモータ３０は、負の回転数Ｎｃ、正のトルクＴｃで回転する。つまり、クラッチモータ３０は回生運転される。このとき、回生される電力はクラッチモータ３０の回転数とトルクの積に等しく、図６中のハッチングを施した領域「ＧＯ１＋ＧＯ２」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも大きい。従って、アシストモータ４０は正のトルク、正の回転数で運転される。このとき、供給される電力はクラッチモータ３０の回転数とトルクの積に等しく、図５中のハッチングを施した領域「ＧＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、アシストモータ４０は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ４０は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される電力はアシストモータ４０の回転数とトルクの積に等しく、図６中のハッチングを施した領域「ＡＵ１＋ＧＵ２」の面積に等しい。両モータでの運転効率を１００％と仮定すれば、クラッチモータ３０で回生される電力とアシストモータ４０に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、先に図１５において述べたとおり、下流側に位置するクラッチモータ３０から上流側に位置するアシストモータ４０に電力が供給されるため、動力の循環が生じる。
【００４８】
次に、オーバードライブ結合の場合において、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも高い場合について説明する。かかる場合におけるトルクの変換の様子を図７に示す。図７に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きい。従って、クラッチモータ３０は、正の回転数Ｎｃ、正のトルクＴｃで回転する。つまり、クラッチモータ３０は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される電力はクラッチモータ３０の回転数とトルクの積に等しく、図７中のハッチングを施した領域「ＧＯ３」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、アシストモータ４０は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ４０は回生運転される。このとき回生される電力はアシストモータ４０の回転数とトルクの積に等しく、図７中のハッチングを施した領域「ＡＯ２」の面積に等しい。両モータでの運転効率を１００％と仮定すれば、アシストモータ４０で回生される電力とクラッチモータ３０に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、先に図１６で述べたとおり、上流側に位置するアシストモータ４０で回生された電力が下流側に位置するクラッチモータ３０に供給される。
【００４９】
オーバードライブ結合において、上述の変換を実現するための、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の運転ポイントは、次の通りとなる。
【００５０】
クラッチモータ３０の回転数Ｎｃ＝Ｎｄ−Ｎｅ；
トルクＴｃ＝Ｔｄ；
アシストモータ４０の回転数Ｎａ＝Ｎｅ；
トルクＴａ＝Ｔｄ−Ｔｅ；  ・・・（２）
【００５１】
以上で説明した通り、本実施例の動力出力装置１０は、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態、およびアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄとエンジン５０の回転数Ｎｅとの大小関係に応じて、エンジン５０から出力された動力を要求された回転数およびトルクからなる動力に変換して、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力することができる。
【００５２】
しかし、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きいオーバードライブ動作時に、アンダードライブ結合で動作させると、動力の循環が生じ、車両の運転効率が低下する。また、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さいアンダードライブ動作時に、オーバードライブ結合で動作させると、同様に、動力の循環が生じ、車両の運転効率が低下する。従って、運転効率を向上させるためには、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きいオーバードライブ動作時には、オーバードライブ結合となるように、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さいアンダードライブ動作時には、アンダードライブ結合となるように、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を制御した方がよい。ここで、エンジン５０の回転数Ｎｅとアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄが等しくなる境界は、エンジン５０の動作点を決定する際に用いるエンジン５０の動作線である。
【００５３】
（３）動作線選択および結合状態切り換え制御：
図８は駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点とエンジン５０の動作線との関係を示す説明図である。図８において、縦軸はトルクであり、横軸は回転数である。図８はいわば本実施例の動力出力装置１０の動作特性を示している。
【００５４】
図８において、曲線Ｌ１，Ｌ２は、何れも、エンジン５０の動作点を決定する際に用いる動作線である。エンジン５０の動作点は、エンジン５０のトルクと回転数の組み合わせとして表される。制御ユニット９０は、後述するように、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態やアウタロータ軸３５の動作点の位置などに応じて、動作線Ｌ１，Ｌ２の何れかに沿うように、エンジン５０の動作点を決定する。２つの動作線Ｌ１，Ｌ２のうち、動作線Ｌ１は、エンジン５０の効率が最高となる動作線であり、この動作線Ｌ１に従ってエンジン５０の動作点を決定すると、エンジン５０の燃費は最適となるため、この動作線Ｌ１を、以下、燃費最適ラインと呼ぶ。他方の動作線Ｌ２は、エンジン５０から出力されるトルクが最大となる動作線であり、エンジン５０におけるスロットルバルブ５３を全開にした場合の動作線に相当するため、この動作線Ｌ２を、以下、ＷＯＴ（Wide Open Throttle）ラインと呼ぶ。なお、これら２つの動作線Ｌ１，Ｌ２は、予め、実験的に求めて、制御ユニット９０内のＲＯＭにマップとして記憶しておく。
【００５５】
また、図８において、曲線ＬＩＭは、本実施例の動力出力装置１０の最大出力線である。従って、トルク軸である縦軸と回転数軸である横軸とこの曲線ＬＩＭとで囲まれる領域が、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点の採り得る範囲、即ち、動力出力装置１０の動作可能領域である。また、曲線ＤＤは、走行抵抗０％を表す曲線である。
【００５６】
本実施例では、上記したように、エンジン５０の動作線として、燃費最適ラインＬ１とＷＯＴラインＬ２の２つの動作線を用いている。そして、原則として、燃費最適ラインＬ１よりもトルクが低い側の領域では、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態をオーバードライブ結合にして動作させ、ＷＯＴラインＬ２よりもトルクが高い側の領域では、アンダードライブ結合にして動作させるようにしている。なお、燃費最適ラインＬ１よりもトルクが高くＷＯＴラインＬ２よりもトルクが低い領域（即ち、燃費最適ラインＬ１とＷＯＴラインＬ２とに挟まれた領域；図８中の斜線部）では、後述するように、オーバードライブ結合にして動作させる場合と、アンダードライブ結合にして動作させる場合と、がある。
【００５７】
また、図８において、曲線ＤＵ，ＤＯは駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点の軌跡である。アウタロータ軸３５の動作点は、アウタロータ軸３５のトルクと回転数の組み合わせとして表される。言うなれば、動力出力装置１０の出力動作点である。これらのうち、曲線ＤＵは、駆動軸であるアウタロータ軸３５から０％走行抵抗ＤＤよりも大きなトルクを出力して、車両を加速させ、その後、加速とともに、アウタロータ軸３５の出力トルクが低下し、アウタロータ軸３５からの出力トルクと０％走行抵抗ＤＤとが釣り合った速度で、車両を定常走行させる場合の軌跡である。また、曲線ＤＯは、車両を定常走行させている場合に、運転者がアクセルを踏み込み、アウタロータ軸３５からの出力トルクを増加して、車両を加速させる場合の軌跡である。
【００５８】
それでは、本実施例の動作について、アウタロータ軸３５の動作点が曲線ＤＯに沿って移動する場合と曲線ＤＵに沿って移動する場合とを例として、それぞれ、説明する。
【００５９】
図９は本実施例におけるエンジン，アシストモータおよびクラッチモータの動作制御処理の処理手順を示すフローチャート、図１０は本実施例におけるアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態切り換え処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、これらの処理ルーチンは、制御ユニット９０のＣＰＵが、ＲＯＭ内に記憶されている処理プログラムに従って動作することによって、各々別個に、所定の時間間隔毎に繰り返し実行される。
【００６０】
まず、アウタロータ軸３５の動作点が曲線ＤＯに沿って移動している場合について説明する。アウタロータ軸３５の動作点は、今、曲線ＤＯ上の点ｂ１にあるものとする。従って、アウタロータ軸３５の動作点は、燃費最適ラインＬ１よりもトルクが低い側の領域にあるため、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態はオーバードライブ結合状態にある。
【００６１】
そこで、図９に示す処理ルーチンが開始されると、まず、制御ユニット９０は、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態がオーバードライブ結合状態であるか、アンダードライブ結合状態であるかを判定する（ステップＳ１０２）。前述したように、制御ユニット９０は、アクチュエータ８６を駆動して、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合先を切り換え得るので、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態が今どのような状態であるを常に把握している。従って、制御ユニット９０は、その把握している状態に応じて、上記判定を下す。
【００６２】
アウタロータ軸３５の動作点が点ｂ１にある状態では、上述したように、結合状態はオーバードライブ結合状態であるので、制御ユニット９０は、ステップＳ１０２においてオーバードライブ結合状態であると判定を下し、続いて、制御ユニット９０は、上記したＷＯＴラインＬ２をオーバードライブ領域とアンダードライブ領域の境界として設定する（ステップＳ１０４）。
【００６３】
ここで、オーバードライブ領域とは、図８に示した動力出力装置１０の動作可能領域のうち、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態をオーバードライブ結合状態にすべき領域のことであり、アンダードライブ領域とは、アンダードライブ結合状態にすべき領域のことである。前述したように、燃費最適ラインＬ１よりもトルクが低い領域はオーバードライブ結合状態にするため、オーバードライブ領域に含まれることは確実であり、また、ＷＯＴラインＬ２よりもトルクが高い側の領域は、アンダードライブ結合状態にするため、アンダードライブ領域に含まれることは確実である。しかし、燃費最適ラインＬ１よりもトルクが高くＷＯＴラインＬ２よりもトルクが低い領域は、オーバードライブ結合状態にも、アンダードライブ結合状態にも成り得る不定領域であるため、この領域をオーバードライブ領域に含めるか、アンダードライブ領域に含めるかを決定する必要がある。そこで、ステップＳ１０４や後述するステップＳ１２０では、オーバードライブ領域とアンダードライブ領域の境界を設定して、上記不定領域がオーバードライブ領域に属するか、アンダードライブ領域に属するかを決定するである。
【００６４】
ステップＳ１０４では、ＷＯＴラインＬ２をオーバードライブ領域とアンダードライブ領域の境界として設定して、上記不定領域がオーバードライブ領域に含まれるものと決定する。
【００６５】
次に、制御ユニット９０は、アクセルペダルポジションセンサ６５ａにより検出されたアクセルペダル６５の踏み込み量に基づいて、運転者から要求された要求出力を求め、その要求出力からさらに駆動軸であるアウタロータ軸３５の目標動作点を決定する（ステップＳ１０６）。要求出力は、アウタロータ軸３５から出力すべき動力に相当し、アウタロータ軸３５の目標回転数と目標トルクの積で表される。従って、アウタロータ軸３５の目標動作点は、アウタロータ軸３５の目標回転数と目標トルクの組み合わせとして決定される。
【００６６】
次に、制御ユニット９０は、駆動軸であるアウタロータ軸３５の目標動作点がアンダードライブ領域にあるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。
【００６７】
今、アウタロータ軸３５の動作点が点ｂ１にあって、決定したアウタロータ軸３５の目標動作点が、例えば、点ｂ２や点ｂ３であるすると、点ｂ２や点ｂ３はオーバードライブ領域内であるので、ステップＳ１１０に進み、制御ユニット９０は、エンジン５０の動作線として、２つの動作線Ｌ１，Ｌ２のうち、燃費最適ラインＬ１を選択する（ステップＳ１１０）。このように、現在のアシストモータ４０の結合状態がオーバードライブ結合状態であって、かつ、アウタロータ軸３５の目標動作点もオーバードライブ領域にある場合には、エンジン５０の動作線として、従来の場合と同様に、エンジン５０の効率が最も高い燃費最適ラインＬ１を用いる。
【００６８】
こうして、エンジン５０の動作線を選択すると、次に、制御ユニット９０は、そのエンジン５０の動作線に基づいてエンジン５０の目標動作点を決定し、さらに、その決定したエンジン５０の目標動作点を基にして、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の目標動作点を決定する（ステップＳ１１２）。具体的には、次のようにして決定する。
【００６９】
即ち、制御ユニット９０は、まず、充放電電力および補機駆動電力をそれぞれ算出し、各々の算出結果を、ステップＳ１０６で求めた運転者からの要求出力に加算して、その総和をエンジン５０に対する要求動力として求める。ここで、充放電電力とは、バッテリ９４の充放電に要するエネルギであり、バッテリ９４を充電する必要がある場合には正の値、放電する必要がある場合には負の値を採る。また、補機駆動電力とは、エアコンなどの補機を駆動するために必要となるエネルギである。なお、本明細書でエネルギという場合は、全て単位時間当たりのエネルギを意味するものとする。この意味で、本明細書においては、機械的なエネルギは動力と同義であり、電気的なエネルギは電力と同義である。
【００７０】
次に、制御ユニット９０は、こうして求めたエンジン５０に対する要求動力が、先に選択したエンジン５０の動作線上のどこに当たるかを求めて、エンジン５０の目標動作点を決定する。即ち、エンジン５０に対する要求動力はエンジン５０の目標回転数と目標トルクとの積として表されるため、回転数とトルクとの積が要求動力の値と等しくなるエンジン５０の動作線上の点を求めれば、それがエンジン５０の目標動作点となる。具体的には、制御ユニット９０内のＲＯＭに記憶された２つのマップのうち、選択された動作線（この例の場合、燃費最適ラインＬ１）に対応するマップから、要求動力に応じた動作点を読み込むことで、エンジン５０の目標動作点を決定する。
【００７１】
次に、制御ユニット９０は、その決定したエンジン５０の目標動作点を基にして、前述した式（１）または（２）に従って、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の目標動作点、即ち、アシストモータ４０の目標回転数および目標トルク、並びにクラッチモータ３０の目標回転数および目標トルクを決定する。なお、式（１）を用いるか、式（２）を用いるかは、現在のアシストモータ４０の結合状態に従って決定する。即ち、結合状態がアンダードライブ結合状態である場合には、式（１）を用い、オーバードライブ結合状態である場合には、式（２）を用いる。従って、この例の場合、前述したように結合状態はオーバードライブ結合状態であるので、式（２）を用いることになる。
【００７２】
以上のようにして決定したエンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の各目標動作点に基づいて、制御ユニット９０は、エンジン５０、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の動作を制御する（ステップＳ１１４）。各モータ３０，４０の動作制御処理は、同期モータの制御として周知の処理を適用することができる。本実施例では、いわゆる比例積分制御による制御を実行している。つまり、各モータの現在のトルクを検出し、目標トルクとの偏差および目標回転数に基づいて、各相に印加する電圧指令値を設定する。印加される電圧値は上記偏差の比例項、積分項、累積項によって設定される。それぞれの項にかかる比例係数は実験などにより適切な値が設定される。こうして設定された電圧は、駆動回路９１，９２を構成するトランジスタインバータのスイッチングのデューティに置換され、いわゆるＰＷＭ制御により各モータに印加される。
【００７３】
制御ユニット９０は、駆動回路９１，９２のスイッチングを制御することによって、上述の通り、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０の動作を直接制御する。これに対し、エンジン１５０の動作は現実にはＥＦＩＥＣＵ７０が実施する処理である。従って、制御ユニット９０はＥＦＩＥＣＵ７０に対してエンジン５０の動作点の情報を出力することで、間接的にエンジン５０の動作を制御する。
【００７４】
一方、アウタロータ軸３５の動作点が点ｂ１にあって、ステップＳ１０６で決定したアウタロータ軸３５の目標動作点が、例えば、点ｂ５であるとすると、点ｂ５はアンダードライブ領域内であるので、制御ユニット９０は、ステップＳ１０８において、アウタロータ軸３５の目標動作点はアンダードライブ領域にあると判定し、エンジン５０の動作線として、２つの動作線Ｌ１，Ｌ２のうち、ＷＯＴラインＬ２を選択する（ステップＳ１１６）。このように、現在のアシストモータ４０の結合状態がオーバードライブ結合状態であって、かつ、アウタロータ軸３５の目標動作点がアンダードライブ領域にある場合には、エンジン５０の動作線として、従来の場合と異なり、エンジン５０の出力が最大となるＷＯＴラインＬ２を用いる。
【００７５】
そして、制御ユニット９０は、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換えるべく、切換指令フラグを立てる（ステップＳ１１８）。この切換指令フラグは、後述するアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態切り換え処理において用いる。
【００７６】
次に、制御ユニット９０は、エンジン５０の動作線として選択したＷＯＴラインＬ２を用いて、エンジン５０の目標動作点を決定し、さらに、その決定したエンジン５０の目標動作点を基にして、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の目標動作点を決定する（ステップＳ１１２）。そして、その決定したエンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の各目標動作点に基づいて、エンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の動作を制御する（ステップＳ１１４）。なお、ステップＳ１１２およびＳ１１４の処理については、先に詳細に述べたので、説明は省略する。
【００７７】
一方、図９に示す処理ルーチンに並行して、図１０に示す処理ルーチンが開始されると、まず、制御ユニット９０は、切換指令フラグが立っているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。判定の結果、切換指令フラグが立っていなければ、図１０に示す処理ルーチンを終了し、切換指令フラグが立っていれば、ステップＳ２０４以降の処理を実行する。
【００７８】
上記した例の場合、制御ユニット９０は、ステップＳ１１８において、切換指令フラグを立てたので、ステップＳ２０４に進み、まず、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３の回転数とアウタロータ軸３５の回転数との偏差ｄを求める（ステップＳ２０４）。次に、制御ユニット９０は、その求めた回転数偏差ｄが所定の範囲内（即ち、−Ｎlim＜ｄ＜Ｎlim）にあるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。
【００７９】
切換装置８０において、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を、例えば、オーバードライブ結合状態（即ち、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３に結合されている状態）からアンダードライブ結合状態（即ち、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５に結合されている状態）に切り換える際、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３の回転数とアウタロータ軸３５の回転数との偏差ｄがゼロに近いほど、スムーズに切り換えることができる。そこで、本実施例では、上記の所定の範囲（−Ｎlim＜ｄ＜Ｎlim）が、そのスムーズに切り換え得る範囲となるように、予め、所定値Ｎlimを決定しておく。
【００８０】
従って、制御ユニット９０は、判定の結果、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３とアウタロータ軸３５との間の回転数偏差ｄが上記範囲（−Ｎlim＜ｄ＜Ｎlim）内にない場合には、そのまま待機する。
【００８１】
なお、このとき、エンジン５０の動作線としては、前述したようにステップＳ１１６においてＷＯＴラインＬ２を選択しているので、エンジン５０の動作点は、ＷＯＴラインＬ２上を徐々に移動している。一方、アウタロータ軸３５の動作点も、点ｂ１から点ｂ５（目標動作点）に向かって曲線ＤＯ上を徐々に移動している。その後、アウタロータ軸３５の動作点が、エンジン５０の動作線であるＷＯＴラインＬ２とアウタロータ軸３５の動作点の軌跡である曲線ＤＯとの交点ｂ４に来たときに、エンジン５０の動作点も、その交点ｂ４に来て、両者の動作点は一致する。従って、このとき、エンジン５０の回転数とアウタロータ軸３５の回転数は一致し、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３の回転数とアウタロータ軸３５の回転数は一致するため、両者の回転数偏差ｄはゼロになる。
【００８２】
よって、エンジン５０の動作点がＷＯＴラインＬ２に沿って交点ｂ４に近づき、アウタロータ軸３５の動作点も曲線ＤＯに沿って交点ｂ４に近づいたときに、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３とアウタロータ軸３５との間の回転数偏差ｄは上記範囲（−Ｎlim＜ｄ＜Ｎlim）内に入ることになる。このように、回転数偏差ｄが上記範囲（−Ｎlim＜ｄ＜Ｎlim）内に入ると、制御ユニット９０は、アクチュエータ８６を駆動して、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を、オーバードライブ結合状態からアンダードライブ結合状態に切り換える（ステップＳ２０８）。その後、制御ユニット９０は、切換指令フラグを降ろし（ステップＳ２１０）、図１０の処理ルーチンを終了する。
【００８３】
こうして、アウタロータ軸３５の動作点が点ｂ１から曲線ＤＯに沿って交点ｂ４に至ると、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態は、オーバードライブ結合状態からアンダードライブ結合状態に切り換わる。
【００８４】
その後、アウタロータ軸３５の動作点が交点ｂ４から、例えば、点ｂ５に移動し、改めて、図９に示す処理ルーチンが開始されると、次のような処理となる。制御ユニット９０は、まず、前述したとおり、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態がオーバードライブ結合状態であるか、アンダードライブ結合状態であるかを判定するが（ステップＳ１０２）、結合状態はオーバードライブ状態からアンダードライブ結合状態に切り換わったので、制御ユニット９０は、アンダードライブ結合状態であると判定を下し、今度は、燃費最適ラインＬ１をオーバードライブ領域とアンダードライブ領域の境界として設定する（ステップＳ１２０）。
【００８５】
次に、制御ユニット９０は、ステップＳ１０６の処理と同様に、運転者から要求された要求出力を求めて、その要求出力から駆動軸であるアウタロータ軸３５の目標動作点を決定する（ステップＳ１２２）。そして、制御ユニット９０は、その決定したアウタロータ軸３５の目標動作点がオーバードライブ領域にあるか否かを判定する（ステップＳ１２４）。今、アウタロータ軸３５の動作点が点ｂ５にあって、決定したアウタロータ軸３５の目標動作点が、例えば、点ｂ６であるすると、点ｂ６はアンダードライブ領域内であるので、ステップＳ１２６に進み、制御ユニット９０は、エンジン５０の動作線としてＷＯＴラインＬ２を選択する（ステップＳ１２６）。このように、現在のアシストモータ４０の結合状態がアンダードライブ結合状態であって、かつ、アウタロータ軸３５の目標動作点もアンダードライブ領域にある場合には、エンジン５０の動作線として、引き続きＷＯＴラインＬ２を用いる。
【００８６】
こうして、エンジン５０の動作線として引き続きＷＯＴラインＬ２を選択すると、制御ユニット９０は、そのＷＯＴラインＬ２を用いてエンジン５０の目標動作点を決定し、さらに、その決定したエンジン５０の目標動作点を基にして、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の目標動作点を決定する（ステップＳ１１２）。そして、その決定したエンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の各目標動作点に基づいて、エンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の動作を制御する（ステップＳ１１４）。
【００８７】
以上、アウタロータ軸３５の動作点が曲線ＤＯに沿って移動している場合について説明したが、次に、アウタロータ軸３５の動作点が曲線ＤＵに沿って移動している場合について説明する。アウタロータ軸３５の動作点は、今、曲線ＤＵ上の点ａ１にあるものとする。よって、アウタロータ軸３５の動作点は、ＷＯＴラインＬ２よりもトルクが高い側の領域にあるため、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態はアンダードライブ結合状態にある。
【００８８】
そこで、図９に示す処理ルーチンが開始されると、制御ユニット９０は、まず、前述したとおり、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態がオーバードライブ結合状態であるか、アンダードライブ結合状態であるかを判定するが（ステップＳ１０２）、この場合、結合状態はアンダードライブ結合状態であるので、制御ユニット９０は、アンダードライブ結合状態であると判定を下し、燃費最適ラインＬ１をオーバードライブ領域とアンダードライブ領域の境界として設定する（ステップＳ１２０）。従って、上記した不定領域（即ち、燃費最適ラインＬ１よりもトルクが高くＷＯＴラインＬ２よりもトルクが低い領域）は、今度は、アンダードライブ領域に含まれるものと決定することになる。
【００８９】
次に、制御ユニット９０は、前述したとおり、運転者から要求された要求出力を求めて、その要求出力から駆動軸であるアウタロータ軸３５の目標動作点を決定し（ステップＳ１２２）。さらに、その決定したアウタロータ軸３５の目標動作点がオーバードライブ領域にあるか否かを判定する（ステップＳ１２４）。
【００９０】
今、アウタロータ軸３５の動作点が点ａ１にあって、決定したアウタロータ軸３５の目標動作点が、例えば、点ａ２や点ａ３であるすると、点ａ２や点ａ３はアンダードライブ領域内であるので、ステップＳ１２６に進むことになる。従って、この場合の処理は、前述した、アウタロータ軸３５の動作点が点ｂ５にあり、目標動作点が点ｂ６にある場合の処理と同様となるので、以降の説明は省略する。
【００９１】
一方、アウタロータ軸３５の動作点が点ａ１にあって、ステップＳ１２２で決定したアウタロータ軸３５の目標動作点が、例えば、点ａ５であるとすると、点ａ５はオーバードライブ領域内であるので、制御ユニット９０は、ステップＳ１２４において、アウタロータ軸３５の目標動作点はオーバードライブ領域にあると判定し、エンジン５０の動作線として、今度は、燃費最適ラインＬ１を選択する（ステップＳ１２８）。このように、現在のアシストモータ４０の結合状態がアンダードライブ結合状態であって、かつ、アウタロータ軸３５の目標動作点がオーバードライブ領域にある場合には、エンジン５０の動作線として燃費最適ラインＬ１を用いる。
【００９２】
そして、制御ユニット９０は、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を、アンダードライブ結合からオーバードライブ結合に切り換えるべく、切換指令フラグを立てる（ステップＳ１３０）。
【００９３】
次に、制御ユニット９０は、エンジン５０の動作線として選択した燃費最適ラインＬ１を用いて、エンジン５０の目標動作点を決定し、さらに、その決定したエンジン５０の目標動作点を基にして、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の目標動作点を決定する（ステップＳ１１２）。そして、その決定したエンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の各目標動作点に基づいて、エンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の動作を制御する（ステップＳ１１４）。
【００９４】
一方、図９に示す処理ルーチンに並行して、図１０に示す処理ルーチンが開始されると、まず、制御ユニット９０は、前述したとおり、切換指令フラグが立っているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。上記した例の場合、制御ユニット９０は、ステップＳ１３０において、切換指令フラグを立てたので、ステップＳ２０４に進み、前述したとおり、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３の回転数とアウタロータ軸３５の回転数との偏差ｄを求めて（ステップＳ２０４）、その回転数偏差ｄが所定の範囲内（−Ｎlim＜ｄ＜Ｎlim）にあるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。
【００９５】
なお、このとき、エンジン５０の動作線としては、前述したようにステップＳ１２８において燃費最適ラインＬ１を選択しているので、エンジン５０の動作点は、燃費最適ラインＬ１上を徐々に移動している。一方、アウタロータ軸３５の動作点は、点ａ１から点ａ５（目標動作点）に向かって曲線ＤＵ上を徐々に移動している。
【００９６】
その後、アウタロータ軸３５の動作点が燃費最適ラインＬ１と曲線ＤＵとの交点ａ４に来たときに、エンジン５０の動作点も、その交点ａ４に来るため、両者の動作点は一致する。従って、このとき、エンジン５０の回転数とアウタロータ軸３５の回転数は一致するため、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３の回転数とアウタロータ軸３５の回転数も一致して、両者の回転数偏差ｄはゼロになる。
【００９７】
よって、エンジン５０の動作点が燃費最適ラインＬ１に沿って交点ａ４に近づき、アウタロータ軸３５の動作点も曲線ＤＵに沿って交点ａ４に近づいたときに、クラッチモータ３０のインナロータ軸３３とアウタロータ軸３５との間の回転数偏差ｄは上記範囲（−Ｎlim＜ｄ＜Ｎlim）内に入り、それによって、制御ユニット９０は、アクチュエータ８６を駆動して、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を、アンダードライブ結合状態からオーバードライブ結合状態に切り換える（ステップＳ２０８）。その後、制御ユニット９０は、切換指令フラグを降ろし（ステップＳ２１０）、図１０の処理ルーチンを終了する。
【００９８】
こうして、アウタロータ軸３５の動作点が点ａ１から曲線ＤＵに沿って交点ａ４に至ると、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態は、アンダードライブ結合状態からオーバードライブ結合状態に切り換わる。
【００９９】
その後、アウタロータ軸３５の動作点が交点ａ４から、例えば、点ａ５に移動し、改めて、図９に示す処理ルーチンが開始されると、制御ユニット９０は、まず、前述したとおり、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態がオーバードライブ結合状態であるか、アンダードライブ結合状態であるかを判定するが（ステップＳ１０２）、結合状態はアンダードライブ状態からオーバードライブ結合状態に切り換わったので、制御ユニット９０は、オーバードライブ結合状態であると判定を下し、今度は、ＷＯＴラインＬ２をオーバードライブ領域とアンダードライブ領域の境界として設定する（ステップＳ１０４）。
【０１００】
次に、制御ユニット９０は、運転者から要求された要求出力を求めて、その要求出力から駆動軸であるアウタロータ軸３５の目標動作点を決定し（ステップＳ１０６）、その決定したアウタロータ軸３５の目標動作点がアンダードライブ領域にあるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。今、アウタロータ軸３５の動作点が点ａ５にあって、決定したアウタロータ軸３５の目標動作点が、例えば、点ａ６であるすると、点ａ６はオーバードライブ領域内であるので、ステップＳ１１０に進み、制御ユニット９０は、エンジン５０の動作線として燃費最適ラインＬ１を選択する（ステップＳ１１０）。このように、現在のアシストモータ４０の結合状態がオーバードライブ結合状態であって、かつ、アウタロータ軸３５の目標動作点もオーバードライブ領域にある場合には、エンジン５０の動作線として、引き続き燃費最適ラインＬ１を用いる。
【０１０１】
こうして、エンジン５０の動作線として引き続き燃費最適ラインＬ１を選択すると、制御ユニット９０は、そのＷＯＴラインＬ２を用いてエンジン５０の目標動作点を決定し、さらに、その決定したエンジン５０の目標動作点を基にして、アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の目標動作点を決定する（ステップＳ１１２）。そして、その決定したエンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の各目標動作点に基づいて、エンジン５０，アシストモータ４０およびクラッチモータ３０の動作を制御する（ステップＳ１１４）。
【０１０２】
（４）実施例の効果：
以上説明したように、本実施例においては、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点がアンダードライブ領域にある場合には、エンジン５０の動作点を決定する際に用いる動作線として、エンジン５０のトルクが最大となるＷＯＴラインＬ２を主として用いている。従って、アウタロータ軸３５の動作点がアンダードライブ領域にある場合には、エンジン５０から出力されるトルクは、従来に比較して、より大きなものとなる。
【０１０３】
また、アウタロータ軸３５の動作点がアンダードライブ領域にある場合には、アシストモータ４０のトルクＴａは、アウタロータ軸３５のトルクをＴｄ、エンジン５０のトルクをＴｅとすると、式（１）で示したとおり、Ｔａ＝Ｔｄ−Ｔｅとなる。従って、この式を変形すると、Ｔｄ＝Ｔａ＋Ｔｅとなるため、アウタロータ軸３５から出力されるトルクＴｄは、アシストモータ４０から出力されるトルクＴａとエンジン５０から出力されるトルクＴｅとの和に等しくなる。なお、ちなみに、式（１）から明らかなように、エンジン５０のトルクＴｅはクラッチモータのトルクＴｃと等しい。
【０１０４】
よって、アウタロータ軸３５の動作点がアンダードライブ領域にある場合には、従来に比較して、エンジン５０から出力されるトルクＴａが大きくなった分、アシストモータ４０から出力されるトルクＴａを小さくしても、アウタロータ軸３５から出力されるトルクＴｄ（特に、最大トルク）としては、従来と同様の値を確保することができる。
【０１０５】
従って、本実施例によれば、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点がアンダードライブ領域にある場合に、アウタロータ軸３５から出力され得る最大トルクとして或る程度のトルクを確保しながら、アシストモータ４０の最大負荷容量を軽減することができると共に、そのアシストモータ４０を駆動するためのインバータ回路（即ち、駆動回路９１）の最大電流値も低減することができる。従って、アシストモータ４０の大きさを小さくしたり、インバータ回路のコストを低減したりすることができる。
【０１０６】
図１１はアシストモータなどの特性を本発明と従来例とで比較して示した説明図である。図１１において、（ａ）は図８と同様に動力出力装置の動作特性を示し、（ｂ）はアシストモータの出力特性を示し、（ｃ）はアシストモータの電流−トルク特性を示している。また、（ａ），（ｂ）において、縦軸はトルクであり、横軸は回転数である。（ｃ）において、縦軸はトルクであり、横軸は電流である。さらにまた、（ａ）〜（ｃ）の図中において、Ｉｎｖは本発明の場合を、Ｐｒｉは従来例の場合をそれぞれ示している。
【０１０７】
図１１（ａ）に示すように、駆動軸の動作点がアンダードライブ領域にあり、かつ、駆動軸から出力されるトルクが最大トルクである場合に、本発明と従来例とを比較すると、従来例ではエンジンの動作線として燃費最適ラインＬ１を用いているのに対し、本発明ではＷＯＴラインＬ２を用いているため、エンジンから出力されるトルクＴｅを大きくすることができる。従って、本発明では、エンジンから出力されるトルクＴｅ（言い換えれば、クラッチモータから出力されるトルクＴｃ）が大きくなった分、アシストモータから出力すべきトルクＴａは、従来例に比較して、小さくすることができる。
【０１０８】
従って、図１１（ｂ）に示すように、アシストモータの出力特性としても、本発明では、アシストモータの最大トルクＴａｍａｘを、従来例に比較して小さくすることができ、アシストモータの最大負荷容量を軽減することができる。また、図１１（ｃ）に示すように、アシストモータの電流特性としても、本発明では、アシストモータの最大トルクＴａｍａｘが小さくなった分、従来例に比較して、アシストモータに供給する最大電流Ｉａｍａｘも少なくて済むため、アシストモータを駆動するためのインバータ回路の最大電流値を低減することができる。
【０１０９】
また、本実施例においては、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点がオーバードライブ領域にある場合には、アシストモータ４０の最大負荷容量やインバータ回路の最大電流値等を考慮しなくて良いため、エンジン５０の動作点を決定する際に用いる動作線として、エンジン５０の効率が最高となる燃費最適ラインＬ１を主として用いている。従って、アウタロータ軸３５の動作点がオーバードライブ領域にある場合には、エンジン５０を効率が最大となるように動作させることができるため、動力出力装置１０全体の運転効率を向上させることができる。
【０１１０】
また、本実施例では、エンジン５０の動作線の切り換えおよびアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態の切り換えを、オーバードライブ領域とアンダードライブ領域との境界を基準として行なっている。しかし、本実施例では、その境界を、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態がオーバードライブ結合状態である場合には、ＷＯＴラインＬ２とし、アンダードライブ結合状態である場合には、燃費最適ラインＬ１としており、オーバードライブ結合状態からアンダードライブ結合状態へ移行する場合とアンダードライブ結合状態からオーバードライブ結合状態へと移行する場合とで、上記境界を違えている。これは、エンジン５０の動作線の切り換え処理およびアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態の切り換え処理に、それぞれ、ヒステリシスを持たせるためである。つまり、オーバードライブ結合状態からアンダードライブ結合状態へ移行する場合とアンダードライブ結合状態からオーバードライブ結合状態へと移行する場合とで、エンジン５０の動作線の切り換え処理およびアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態の切り換え処理の基準となる上記境界を何れか一方に統一すると、アウタロータ軸３５の動作点がその境界近傍に留まるような動作状態が持続する場合、上記切り換え処理が頻繁に行なわれる可能性がある。そこで、本実施例では、このような上記切り換え処理が頻繁に行なわれるのを回避するために、オーバードライブ結合状態からアンダードライブ結合状態へ移行する場合とアンダードライブ結合状態からオーバードライブ結合状態へと移行する場合とで上記境界を違えて、上記切り換え処理にヒステリシスを持たせているのである。
【０１１１】
さて、図１に示した動力出力装置１０では、エンジン１５０から出力された動力を電力のやりとりによって増減して伝達する動力調整装置として、クラッチモータ３０を適用していた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、動力調整装置として、クラッチモータ３０の代わりに、図１２に示すように、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０を適用するようにしても良い。
【０１１２】
図１２は図１の動力出力装置の変形例を示す構成図である。この変形例の構成は、動力調整装置としてプラネタリギヤ２００と電動発電機２１０を用いた以外は、図１に示した動力出力装置の構成と基本的に同じである。なお、図１２においては、切換装置８０に代えて、切換装置８０と基本構成が同じな切換装置１８０を用いている。また、図１では図示しなかったが、図１２ではダンパ５８が図示されている。
【０１１３】
さて、プラネタリギヤ２００は、中心で回転するサンギヤ２０１、サンギヤ２０１の外周を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤを備えるプラネタリキャリア２０３と、更にその外周で回転するリングギヤ２０２とから構成されている。サンギヤ２０１、プラネタリキャリア２０３，およびリングギヤ２０２はそれぞれ別々の回転軸を有している。サンギヤ２０１の回転軸であるサンギヤ軸２０４は中空になっており、電動発電機２１０のロータ２１２に結合されている。プラネタリキャリア２０３の回転軸であるプラネタリキャリア軸２０６はダンパ５８を介してエンジン５０のクランクシャフト５６と結合されている。リングギヤ２０２の回転軸であるリングギヤ軸２０５は、駆動軸であって、出力用ギヤ２１，チェーン２３を介して伝達軸２２に結合されている。この伝達軸２２は、更に減速機２４およびディファレンシャルギヤ２５を介して、駆動輪２６Ｒ，２６Ｌを備えた車軸２６に結合されている。
【０１１４】
プラネタリギヤ２００は、サンギヤ軸２０４，プラネタリキャリア軸２０６およびリングギヤ軸２０５の３軸の回転数およびトルクに以下の関係が成立することが機構学上よく知られている。即ち、上記３つの回転軸のうち２つの回転軸の動力状態が決定されると、以下の関係式に基づいて残余の一つの回転軸の動力状態が決定される。
【０１１５】
Ｎｓ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｃ−Ｎｒ／ρ；
Ｎｃ＝ρ／（１＋ρ）×Ｎｓ＋Ｎｒ／（１＋ρ）；
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｔｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）＝ρＴｒ；
Ｔｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）；
ρ＝サンギヤ２０１の歯数／リングギヤ２０２の歯数；    ・・・（３）
【０１１６】
ここで、
Ｎｓはサンギヤ軸２０４の回転数；
Ｔｓはサンギヤ軸２０４のトルク；
Ｎｃはプラネタリキャリア軸２０６の回転数（即ちＮｅ）；
Ｔｃはプラネタリキャリア軸２０６のトルク（即ちＴｅ）；
Ｎｒはリングギヤ軸２０５の回転数（即ちＮｄ）；
Ｔｒはリングギヤ軸２０５のトルク（即ちＴｄ）；
である。
【０１１７】
電動発電機２１０は、アシストモータ４０と同様の構成をしている。つまり、電動発電機２１０はステータ２１４にコイルが巻回され、ロータ２１２に永久磁石が貼付された三相同期モータとして構成されている。ステータ２１４はケースに固定されている。ステータ２１４に巻回されたコイルに三相交流を流すと回転磁界が生じ、ロータ２１２に貼付された永久磁石との相互作用によってロータ２１２が回転する。電動発電機２１０は、ロータ２１２が外力によって回転されると、その動力を電力として回生する発電機としての機能も奏する。なお、電動発電機２１０のステータ２１４に巻回されたコイルは、図１のクラッチモータ３０と同様に、駆動回路９１と電気的に接続されている。制御ユニット９０が駆動回路９１のトラジスタをオン・オフすることにより電動発電機２１０の運転を制御することができる。
【０１１８】
この変形例では、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０の組み合わせにより、図１に示したクラッチモータ３０と同等の機能を奏することができる。クラッチモータ３０のインナロータ軸３３に相当するのがプラネタリキャリア軸２０６であり、駆動軸であったアウタロータ軸３５に相当するのがリングギヤ軸２０５である。この変形例では、これらの組み合わせにより、以下に示す通り、動力調整装置としての機能を奏する。
【０１１９】
エンジン５０からプラネタリキャリア軸２０６に動力が入力されると、上式（３）に従い、リングギヤ２０２およびサンギヤ２０１が回転する。リングギヤ２０２およびサンギヤ２０１のいずれか一方の回転を止めることも可能である。リングギヤ２０２が回転することにより、エンジン５０から出力された動力の一部を駆動軸であるリングギヤ軸２０５に機械的な形で伝達することができる。また、サンギヤ２０１が回転することにより、エンジン５０から出力された動力の一部を電動発電機２１０により電力として回生することができる。一方、電動発電機２１０を力行すれば、電動発電機２１０から出力されたトルクは、サンギヤ２０１、プラネタリキャリア２０３およびリングギヤ２０２を介して駆動軸であるリングギヤ軸２０５に機械的に伝達することができる。従って、電動発電機２１０を力行することにより、エンジン５０から出力されたトルクを増大して駆動軸であるリングギヤ軸２０５に出力することも可能である。このように、この変形例では、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０の組み合わせにより、図１に示したクラッチモータ３０と同様の機能を奏することができるのである。
【０１２０】
この変形例においても、アシストモータ４０のロータ軸４３をプラネタリギヤ２００のリングギヤ軸２０５に結合させるか、プラネタリキャリア軸２０６に結合させるかを、第１ギヤ１１１，第２ギヤ１１２，第３ギヤ１１３を備えた切換装置１８０により切り換えている。切換装置１８０には、図１に示した切換装置８０と同様、切り換え用のアクチュエータが設けられており、制御ユニット９０に接続されているが、図示は省略した。
【０１２１】
この変形例でも、これらギヤの噛合状態に応じて種々の構成を採ることができる。例えば、第１ギヤ１１１と第３ギヤ１１３とを噛合すると、アシストモータ４０のロータ軸４３はプラネタリギヤ２００のリングギヤ軸２０５と結合する。従って、エンジン５０から出力された動力は、プラネタリギヤ２００、アシストモータ４０を経て駆動軸であるリングギヤ軸２０５に伝達される。これは、図１の構成におけるアンダードライブ結合（図２）に相当する結合状態である。
【０１２２】
他方、切換装置１８０を制御して、第２ギヤ１１２と第３ギヤ１１３とを噛合すると、アシストモータ４０のロータ軸４３はプラネタリギヤ２００のプラネタリキャリア軸２０６と結合する。従って、エンジン５０から出力された動力は、アシストモータ４０、プラネタリギヤ２００を経て駆動軸であるリングギヤ軸２０５に伝達される。これは、図１の構成におけるオーバードライブ結合（図３）に相当する結合状態である。
【０１２３】
従って、以上のような構成において、図９に示したエンジン，アシストモータおよびクラッチモータの動作制御処理や図１０に示したアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態切り換え処理をそのまま実行することによって、この変形例においても、図１に示した実施例と同様の効果を奏することは可能である。但し、図９において、クラッチモータの代わりに、電動発電機２１０の動作制御を行なう必要がある。
【０１２４】
また、本発明は４輪駆動車に適用することもできる。実施例（図１）または変形例（図１２）の構成による動力系統を車両の前輪に適用し、後輪の車軸に別途駆動用の電動機を設けることによって４輪駆動可能なハイブリッド車両を構成することができる。かかる車両でも、駆動軸の回転数とエンジン５０の回転数の大小関係に応じて、結合状態を切り換えることにより効率の高い運転を行うことができる。従って、かかる切り換えの制御に本発明を適用するものとすれば、先に実施例で説明した種々の効果を得ることができる。
【０１２５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等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、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上述した実施例においては、エンジン５０としてガソリンにより運転されるガソリンエンジンを用いていたが、その他にも、ディーゼルエンジン等のレシプロエンジンの他、タービンエンジンや、ジェットエンジン、ロータリエンジンなど各種内燃或いは外燃機関を用いることができる。
【０１２６】
また、モータとしては、ＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期電動機を用いたが、回生動作及び力行動作を行なわせるのであれば、その他にも、ＶＲ形（可変リラクタンス形；Variable Reluctance type）同期電動機や、バーニアモータや、直流電動機や、誘導電動機や、超電導モータなどを用いることができる。また、力行動作のみ行なわせるのであれば、直流モータやステップモータなどを用いることもできる。
【０１２７】
クラッチモータ３０における、インナロータ，アウタロータと外部の回転軸との関係は、逆にすることも可能である。また、アウタロータとインナロータの代わりに、互いに対向する円盤状のロータを用いるようにしても良い。
【０１２８】
第１及び第２の駆動回路９１，９２としては、トランジスタインバータを用いていたが、その他にも、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ；Insulated Gate Bipolar mode Transistor）インバータや、サイリスタインバータや、電圧ＰＷＭ（パルス幅変調；Pulse Width Modulation）インバータや、方形波インバータ（電圧形インバータ，電流形インバータ）や、共振インバータなどが用いることができる。
【０１２９】
二次電池であるバッテリ９４としてはＰｂバッテリ，ＮｉＭＨバッテリ，Ｌｉバッテリなどを用いることができるが、バッテリ９４に代えてキャパシタを用いることもできる。また、本実施例では、種々の制御処理をＣＰＵがソフトウェアを実行することにより実現しているが、かかる制御処理をハード的に実現することもできる。
【０１３０】
以上の実施例では、動力出力装置をハイブリッド車両に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２つの出力軸を有するものであれば、船舶，航空機などの交通手段や、工作機械などの各種産業機械などに搭載することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。
【図２】  図１における動力出力装置において、アンダードライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図３】  図１における動力出力装置において、オーバードライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図４】  アンダードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図５】  アンダードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図６】  オーバードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図７】  オーバードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図８】  図１における動力出力装置において、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点とエンジン５０の動作線との関係を示す説明図である。
【図９】  図１の動力出力装置におけるエンジン，アシストモータおよびクラッチモータの動作制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】  図１の動力出力装置におけるアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態切り換え処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】  アシストモータなどの特性を本発明と従来例とで比較して示した説明図である。
【図１２】  図１の動力出力装置の変形例を示す構成図である。
【図１３】  従来の動力出力装置について、アシストモータを駆動軸に結合した場合における、アンダードライブ動作時の動力の伝達の様子を示す説明図である。
【図１４】  従来の動力出力装置について、アシストモータを駆動軸に結合した場合における、オーバードライブ動作時の動力の伝達の様子を示す説明図である。
【図１５】  従来の動力出力装置について、アシストモータを出力軸に結合した場合における、アンダードライブ動作時の動力の伝達の様子を示す説明図である。
【図１６】  従来の動力出力装置について、アシストモータを出力軸に結合した場合における、オーバードライブ動作時の動力の伝達の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…動力出力装置
２０…ハイブリッドユニット
２１…出力用ギヤ
２２…伝達軸
２３…チェーン
２４…減速機
２５…ディファレンシャルギヤ
２６…車軸
２６Ｒ，２６Ｌ…駆動輪
３０…クラッチモータ
３２…インナロータ
３３…インナロータ軸
３４…アウタロータ
３５…アウタロータ軸
３６…三相コイル
３８…スリップリング
４０…アシストモータ
４２…ロータ
４３…ロータ軸
４４…ステータ
４６…三相コイル
５０…エンジン
５１…燃料噴射弁
５２…回転数センサ
５３…スロットルバルブ
５４…スロットルバルブモータ
５６…クランクシャフト
５７…ＶＶＴ
５８…ダンパ
６５…アクセルペダル
６５ａ…アクセルペダルポジションセンサ
６６…シフトレバー
６６ａ…シフトポジションセンサ
７０…ＥＦＩＥＣＵ
８０…切換装置
８１…第１ギヤ
８２…第２ギヤ
８３…第３ギヤ
８４…可動ギヤ
８５…スプライン
８６…アクチュエータ
８７…可動部材
９０…制御ユニット
９１…第１の駆動回路
９２…第２の駆動回路
９４…バッテリ
１１１…第１ギヤ
１１２…第２ギヤ
１１３…第３ギヤ
１８０…切換装置
２００…プラネタリギヤ
２０１…サンギヤ
２０２…リングギヤ
２０３…プラネタリキャリア
２０４…サンギヤ軸
２０５…リングギヤ軸
２０６…プラネタリキャリア軸
２１０…電動発電機
２１２…ロータ
２１４…ステータ
【図１】
0003651468.tif 000002
【図２】
0003651468.tif 000003
【図３】
0003651468.tif 000004
【図４】
0003651468.tif 000005
【図５】
0003651468.tif 000006
【図６】
0003651468.tif 000007
【図７】
0003651468.tif 000008
【図８】
0003651468.tif 000009
【図９】
0003651468.tif 000010
【図１０】
0003651468.tif 000011
【図１１】
0003651468.tif 000012
【図１２】
0003651468.tif 000013
【図１３】
0003651468.tif 000014
【図１４】
0003651468.tif 000015
【図１５】
0003651468.tif 000016
【図１６】
0003651468.tif 000017