(57)【要約】【課題】装置の小型化が可能な構成で駆動軸を両方向に回転させることができるようにする。【解決手段】シフトポジションに応じて、動力軸３２ａに取り付けられたリングギヤ軸側ギヤ６２と駆動軸６５に取り付けられた第１駆動軸側ギヤ６５ａとに第２中間ギヤ６４ａを噛合させる前進走行用伝達状態と、リングギヤ軸側ギヤ６２に噛合する第１中間ギヤ６３と駆動軸６５に取り付けられた第２駆動軸側ギヤ６５ｂとに第３中間ギヤ６４ｂを噛合させる後進走行用伝達状態と、のいずれかの状態として車両が走行できるようにする。これにより、リングギヤ軸３２ａと駆動軸６５との間にクラッチやブレーキ，ワンウェイクラッチなどを有する変速機を備えるものに比してより簡易な構成且つ小型化を図ることが可能な構成でシフトポジションＳＰに応じて走行することができる。【選択図】図１
2008222059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸とは異なる動力軸を所定方向に回転させるための動力を出力可能な内燃機関と、
前記動力軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記動力軸に取り付けられた動力軸側ギヤと前記駆動軸に取り付けられた駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による偶数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第１伝達状態と、前記動力軸側ギヤと前記駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による奇数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第２伝達状態と、のいずれかの状態で前記動力軸に出力された動力を前記駆動軸に伝達する動力伝達手段と、
を備える動力出力装置。
【請求項２】
請求項１記載の動力出力装置であって、
前記動力伝達手段は、前記動力軸側ギヤと、前記駆動軸側ギヤと、前記動力軸側ギヤに噛合する第１中間ギヤと、前記動力軸側ギヤおよび前記駆動軸側ギヤに噛合または噛合の解除が可能な第２中間ギヤと、前記第２中間ギヤに結合軸を介して接続され該第１中間ギヤおよび前記駆動軸側ギヤに噛合または噛合の解除が可能な第３中間ギヤと、を備える手段であり、
前記第１伝達状態は、前記第２中間ギヤが前記動力軸側ギヤおよび前記駆動軸側ギヤに噛み合う状態であり、
前記第２伝達状態は、前記第３中間ギヤが前記第１中間ギヤおよび前記駆動軸側ギヤに噛み合う状態である
動力出力装置。
【請求項３】
前記動力軸に接続されると共に該動力軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記動力軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段を備える請求項１または２記載の動力出力装置。
【請求項４】
前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能な発電機と、前記動力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、を備える手段である請求項３記載の動力出力装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に接続されてなる車両。
【請求項６】
請求項５記載の車両であって、
シフトポジションを検出するシフトポジション検出手段と、
前記検出されたシフトポジションに基づいて前記第１伝達状態と前記第２伝達状態との切替を行なう切替制御手段と、
を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力出力装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の動力出力装置としては、車両に搭載され、エンジンと、エンジンにキャリアが接続された遊星歯車装置と、遊星歯車装置のサンギヤに接続された第一の電動発電機（ＭＧ１）と、遊星歯車装置のリングギヤに接続された第二の電動発電機（ＭＧ２）と、遊星歯車装置のリングギヤと駆動輪に連結された駆動軸とに接続され二つの遊星歯車機構と二つのクラッチと二つのブレーキと一つのワンウェイクラッチとを有し前進３段と後進段とを形成できる変速機と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１２７６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、動力出力装置は、車両などに搭載される場合には、装置の小型化が可能な構成で駆動軸を両方向に回転させることができるようにすることが望まれる。上述の構成でも、駆動軸を両方向に回転させることはできるが、二つの遊星歯車機構と二つのクラッチと二つのブレーキと一つのワンウェイクラッチとを有するため、装置の小型化を図ることが難しい。
【０００４】
本発明の動力出力装置および車両は、装置の小型化が可能な構成で駆動軸を両方向に回転させることができるようにすることを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の動力出力装置および車両は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸とは異なる動力軸を所定方向に回転させるための動力を出力可能な内燃機関と、
前記動力軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記動力軸に取り付けられた動力軸側ギヤと前記駆動軸に取り付けられた駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による偶数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第１伝達状態と、前記動力軸側ギヤと前記駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による奇数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第２伝達状態と、のいずれかの状態で前記動力軸に出力された動力を前記駆動軸に伝達する動力伝達手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の動力出力装置は、駆動軸とは異なる動力軸に取り付けられた動力軸側ギヤと駆動軸に取り付けられた駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による偶数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第１伝達状態と、動力軸側ギヤと駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による奇数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第２伝達状態と、のいずれかの状態で動力軸に出力された動力を駆動軸に伝達する。したがって、動力軸側ギヤと駆動軸側ギヤとの間で、ギヤの噛合による偶数回または奇数回の回転方向の反転を伴って動力軸に出力される動力を駆動軸に伝達するから、遊星歯車機構やクラッチ，ブレーキなどを備える変速機を動力軸と駆動軸との間に備えるものに比して装置の小型化を図ることができる構成で駆動軸を両方向に回転させることができる。
【０００８】
こうした本発明の動力出力装置において、前記動力伝達手段は、前記動力軸側ギヤと、前記駆動軸側ギヤと、前記動力軸側ギヤに噛合する第１中間ギヤと、前記動力軸側ギヤおよび前記駆動軸側ギヤに噛合または噛合の解除が可能な第２中間ギヤと、前記第２中間ギヤに結合軸を介して接続され該第１中間ギヤおよび前記駆動軸側ギヤに噛合または噛合の解除が可能な第３中間ギヤと、を備える手段であり、前記第１伝達状態は前記第２中間ギヤが前記動力軸側ギヤおよび前記駆動軸側ギヤに噛み合う状態であり、前記第２伝達状態は前記第３中間ギヤが前記第１中間ギヤおよび前記駆動軸側ギヤに噛み合う状態であるものとすることもできる。この構成では、第２中間ギヤと第３中間ギヤとが結合軸を介して接続されるため、第２中間ギヤと第３中間ギヤとが分離しているものに比して第１伝達状態と第２伝達状態との切替をより容易に行なうことが可能となる。
【０００９】
また、本発明の車両において、前記動力軸に接続されると共に該動力軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記動力軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段を備えるものであるものとすることもできる。この場合、前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能な発電機と、前記動力軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、を備える手段であるものとすることもできる。
【００１０】
本発明の車両は、前述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、前記駆動軸とは異なる動力軸を所定方向に回転させるための動力を出力可能な内燃機関と、前記動力軸に動力を入出力可能な電動機と、前記動力軸に取り付けられた動力軸側ギヤと前記駆動軸に取り付けられた駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による偶数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第１伝達状態と、前記動力軸側ギヤと前記駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による奇数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第２伝達状態と、のいずれかの状態で前記動力軸に出力された動力を前記駆動軸に伝達する動力伝達手段と、を搭載し、車軸が前記駆動軸に接続されてなることを要旨とする。
【００１１】
本発明の車両は、前述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、遊星歯車機構やクラッチ，ブレーキなどを備える変速機を動力軸と駆動軸との間に備えるものに比して装置の小型化を図ることができる構成で駆動軸を両方向に回転させることができる効果などを奏することができる。
【００１２】
こうした本発明の車両において、シフトポジションを検出するシフトポジション検出手段と、前記検出されたシフトポジションに基づいて前記第１伝達状態と前記第２伝達状態との切替を行なう切替制御手段と、を備えるものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された動力軸としてのリングギヤ軸３２ａに接続されたモータＭＧ２と、リングギヤ軸３２ａと駆動輪６９ａ，６９ｂにデファレンシャルギヤ６８を介して接続された駆動軸６５との間で動力を伝達する動力伝達機構６０と、動力出力装置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７０とを備える。
【００１５】
エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により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により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４には、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、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン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用電子制御ユニット７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。
【００１６】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介してモータＭＧ２がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。
【００１７】
動力伝達機構６０は、リングギヤ軸３２ａに取り付けられたリングギヤ軸側ギヤ６２と、駆動軸６５に取り付けられた第１駆動軸側ギヤ６５ａおよび第２駆動軸側ギヤ６５ｂと、リングギヤ軸側ギヤ６２に噛合する第１中間ギヤ６３と、リングギヤ軸側ギヤ６２および第１駆動軸側ギヤ６５ａに噛合または噛合の解除が可能な第２中間ギヤ６４ａと、第２中間ギヤ６４ａに結合軸６４を介して接続され第１中間ギヤ６３および第２駆動軸側ギヤ６５ｂに噛合またはその解除が可能な第３中間ギヤ６４ｂと、を備える。この動力伝達機構６０は、アクチュエータ１００の駆動により、結合軸６４と第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとを一体として図１中左右に移動させて、第２中間ギヤ６４ａをリングギヤ軸側ギヤ６２および第１駆動軸側ギヤ６５ａに噛合させる状態（以下、この状態を前進走行用伝達状態という）または第３中間ギヤ６４ｂを第１中間ギヤ６３および第２駆動軸側ギヤ６５ｂに噛合させる状態（以下、この状態を後進走行用伝達状態という）にする。図１では、前進走行用伝達状態を図示している。前進走行用伝達状態では、リングギヤ軸３２ａに出力される駆動力は、リングギヤ軸側ギヤ６２，第２中間ギヤ６４ａ，第１駆動軸側ギヤ６５ａを介して２回の回転方向の反転を伴って即ちリングギヤ軸３２ａと同一方向の駆動力として駆動軸６５に伝達される。一方、後進走行用伝達状態では、リングギヤ軸３２ａに出力される駆動力は、リングギヤ軸側ギヤ６２，第１中間ギヤ６３，第３中間ギヤ６４ｂ，第２駆動軸側ギヤ６５ｂを介して３回の回転方向の反転を伴って即ちリングギヤ軸３２ａとは逆方向の駆動力となって駆動軸６５に伝達される。なお、前進走行用伝達状態でリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とを接続したときには、動力伝達機構６０の変速比Ｇｒ（リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ／駆動軸６５の回転数）は、リングギヤ軸３２ａの歯数と第２中間ギヤ６４ａの歯数と第１駆動軸側ギヤ６５ａの歯数とから得られる変速比Ｇ１（正の値）となり、後進走行用伝達状態でリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とを接続したときには、動力伝達機構６０の変速比Ｇｒは、リングギヤ軸３２ａの歯数と第１中間ギヤ６３の歯数と第３中間ギヤ６４ｂの歯数と第２駆動軸側ギヤ６５ｂの歯数とから得られる変速比Ｇ２（負の値）となる。こうして動力伝達機構６０を介してリングギヤ軸３２ａから駆動軸６５に伝達された動力は、ギヤ機構６７，デファレンシャルギヤ６８を介して駆動輪６９ａ，６９ｂに出力される。
【００１８】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる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４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２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のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいず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る。なお、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、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０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４３，４４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などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータ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用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。
【００１９】
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０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５０の出力端子に接続された電力ライン５４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５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０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）を演算したり、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
【００２０】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０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。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ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８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２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ＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２１】
なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションセンサ８２により検出するシフトレバー８１のポジションとしては、駐車ポジション（Ｐポジション）や中立ポジション（Ｎポジション），ドライブポジション（Ｄポジション），リバースポジション（Ｒポジション）などがある。
【００２２】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【００２３】
次に、こうして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５はハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２４】
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、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や車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２など制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。
【００２５】
こうしてデータを入力すると、入力したシフトポジションＳＰを調べ（ステップＳ１１０）、シフトポジションＳＰがドライブポジションのときには、リングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とが前進走行用伝達状態で接続されるようアクチュエータ１００を駆動制御し（ステップＳ１２０）、シフトポジションＳＰがリバースポジションのときには、リングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とが後進走行用伝達状態で接続されるようアクチュエータ１００を駆動制御する（ステップＳ１３０）。即ち、シフトポジションＳＰがドライブポジションのときには、リングギヤ軸３２ａに出力される動力がリングギヤ軸側ギヤ６２，第２中間ギヤ６４ａ，駆動軸６５を介して正の変速比Ｇ１で駆動軸６５に出力されるようにし、シフトポジションＳＰがリバースポジションのときには、リングギヤ軸３２ａに出力される動力がリングギヤ軸側ギヤ６２，第１中間ギヤ６３，第３中間ギヤ６４ｂを介して負の変速比Ｇ２で駆動軸６５に出力されるようにするのである。ここで、第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとは結合軸６４を介して接続されているため、アクチュエータ１００の駆動により、第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとが一体となって図１中左右方向に移動する。このため、第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとが分離しているもの、即ち結合軸６４を有さないものに比して前進走行用接続状態と後進走行用接続状態との切り替えをより容易に行なうことができる。
【００２６】
続いて、シフトポジションＳＰとアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動軸６５に出力すべき要求トルクＴｄ＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１４０）。要求トルクＴｄ＊は、実施例では、シフトポジションＳＰとアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｄ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、シフトポジションＳＰとアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｄ＊を導出して設定するものとした。図３にシフトポジションＳＰがドライブポジションのときの要求トルク設定用マップの一例を示す。シフトポジションＳＰがリバースポジションのときには、例えば、図３のマップの横軸を「−Ｖ」，縦軸を「−Ｔｄ＊」と置き換えることにより、要求トルクＴｄ＊を設定することができる。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｄ＊に駆動軸６５の回転数Ｎｏを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、駆動軸６５の回転数Ｎｏは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じること（Ｎｏ＝ｋ・Ｖ）によって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２（＝リングギヤ軸３２ａの回転数）を動力伝達機構６０の変速比Ｇｒ（Ｇ１またはＧ２）で除すること（Ｎｍ２／Ｇｒ）によって求めたりすることができる。
【００２７】
そして、設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１５０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーＰｅ＊とに基づいて行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図４に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。
【００２８】
次に、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とエンジン２２の目標トルクＴｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（２）によりモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊を計算し（ステップＳ１６０）、要求トルクＴｄ＊と動力伝達機構６０の変速比ＧｒとモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて式（３）によりモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１７０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。前進走行用接続状態でリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とを接続して前進走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図５に示し、後進走行用接続状態でリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とを接続して後進走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図５および図６中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２であるリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。また、図５中、６４軸は第２中間ギヤ６４ａ（結合軸６４）の回転数を示し、６５軸は第１駆動軸側ギヤ６５ａ（駆動軸６５）の回転数を示す。図６中、６３軸は第１中間ギヤ６３の回転数を示し、６４軸は第３中間ギヤ６４ｂ（結合軸６４）の回転数を示し、６５軸は第１駆動軸側ギヤ６５ａ（駆動軸６５）の回転数を示す。なお、図５および図６中、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクＴｍ２とを示し、図５および図６中、６５軸の太線矢印は、動力軸としてのリングギヤ軸３２ａから駆動軸６５に伝達されるトルクを示す。式（１）および式（３）は、図５および図６共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。
【００２９】
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ    (1)
Tm1*=-ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt  (2)
Tm2*=Td*/Gr+Tm1*/ρ            (3)
【００３０】
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信し（ステップＳ１８０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、シフトポジションＳＰがドライブポジションのときには前進走行用伝達状態でリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とを接続し、シフトポジションＳＰがリバースポジションのときには後進走行用伝達状態でリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とを接続し、エンジン２２を効率よく運転して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｄ＊を出力して走行することができる。実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションＳＰに応じて、リングギヤ軸３２ａと駆動軸６５との間に介在するギヤの個数を変更することにより、リングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とが同一方向または逆方向に回転するようにするから、遊星歯車機構やクラッチ，ブレーキなどを有する変速機をリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５との間に備えるものに比してより簡易な構成且つ小型化を図ることが可能な構成で駆動軸６５を両方向に回転させることができる。しかも、エンジン２２を運転しながら車両を後進走行させる際を考えると、リングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とが同一となる構成、即ち、リングギヤ軸３２ａと駆動軸６５との間にギヤを有さない構成では、モータＭＧ２から出力されるトルクの一部がエンジン２２から動力分配統合機構３０を介してリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクにより打ち消されることになるの対し、実施例の構成では、リングギヤ軸３２ａに出力される動力全てを回転方向を反転して駆動軸６５に出力することができるから、後進走行にエンジン２２からの動力を用いることができる。
【００３１】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、シフトポジションＳＰに応じて、動力軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられたリングギヤ軸側ギヤ６２と駆動輪６９ａ，６９ｂに連結された駆動軸６５に取り付けられた第１駆動軸側ギヤ６５ａとに第２中間ギヤ６４ａを噛合させる前進走行用伝達状態と、リングギヤ軸側ギヤ６２に噛合する第１中間ギヤ６３と駆動軸６５に取り付けられた第２駆動軸側ギヤ６５ｂとに第３中間ギヤ６４ｂを噛合させる後進走行用伝達状態と、のいずれかの状態として車両が走行できるようにするから、遊星歯車機構やクラッチ，ブレーキなどを有する変速機をリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５との間に備えるものに比してより簡易な構成且つ小型化を図ることが可能な構成でシフトポジションＳＰに応じて前進走行または後進走行をすることができる。
【００３２】
しかも、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、動力伝達機構６０は、第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとは結合軸６４を介して接続されるものとしたから、第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとが分離しているものに比して前進走行用接続状態と後進走行用接続状態との切り替えをより容易に行なうことができる。
【００３３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、動力伝達機構６０は、第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとが接続されるものとしたが、分離している即ち結合軸６４を有さないものとしてもよい。この場合、シフトポジションＳＰがドライブポジションのときには、第２中間ギヤ６４ａがリングギヤ軸側ギヤ６２と第１駆動軸側ギヤ６５ａとに噛合すると共に第３中間ギヤ６４ｂが第１中間ギヤ６３と第２駆動軸側ギヤ６５ｂとに噛合しないよう第２中間ギヤ６４ａ用のアクチュエータと第３中間ギヤ６４ｂ用のアクチュエータとを駆動制御し、シフトポジションＳＰがリバースポジションのときには、第２中間ギヤ６４ａがリングギヤ軸側ギヤ６２と第１駆動軸側ギヤ６５ａとに噛合しないようにすると共に第３中間ギヤ６４ｂが第１中間ギヤ６３と第２駆動軸側ギヤ６５ｂとに噛合するよう各アクチュエータを駆動制御すればよい。
【００３４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、動力伝達機構６０は、リングギヤ軸３２ａに出力される駆動力が２回の回転方向の反転を伴って即ちリングギヤ軸３２ａと同一方向の駆動力として駆動軸６５に伝達される前進走行用伝達状態またはリングギヤ軸３２ａに出力される駆動力が３回の回転方向の反転を伴って即ちリングギヤ軸３２ａとは逆方向の駆動力となって駆動軸６５に伝達される後進走行用伝達状態になるものとしたが、回転方向の反転回数は２回または３回に限られず、リングギヤ軸３２ａに出力される駆動力が偶数回の回転方向の反転を伴って駆動軸６５に伝達される第１伝達状態またはリングギヤ軸３２ａに出力される駆動力が奇数回の回転方向の反転を伴って駆動軸６５に伝達される第２伝達状態にできるものであればよい。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して動力軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ１３２と動力軸３２ｂに接続されたアウターロータ１３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を動力軸３２ｂに伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機１３０を備えるものとしてもよい。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、動力軸としてのリングギヤ軸３２ａに動力分配統合機構３０を介してエンジン２２およびモータＭＧ１が接続されると共にリングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２が接続されるものとしたが、エンジン２２からリングギヤ軸３２ａに動力を出力可能であれば、動力分配統合機構３０やモータＭＧ１を備えないものとしてもよい。
【００３７】
また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、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動力出力装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた動力出力装置の形態としても構わない。
【００３８】
ここで、実施例や変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、動力伝達機構６０が「動力伝達手段」に相当する。また、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とが「電力動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当する。さらに、シフトポジションセンサ８２が「シフトポジション検出手段」に相当し、シフトポジションＳＰに応じて、動力軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられたリングギヤ軸側ギヤ６２と駆動輪６９ａ，６９ｂに連結された駆動軸６５に取り付けられた第１駆動軸側ギヤ６５ａとに第２中間ギヤ６４ａを噛合させる前進走行用伝達状態と、リングギヤ軸側ギヤ６２に噛合する第１中間ギヤ６３と駆動軸６５に取り付けられた第２駆動軸側ギヤ６５ｂとに第３中間ギヤ６４ｂを噛合させる後進走行用伝達状態と、のいずれかの状態になるようアクチュエータ１００を駆動制御する図２の駆動制御ルーチンのステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「切替制御手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど、駆動軸とは異なる動力軸を所定方向に回転させるための動力を出力可能なものであれば如何なるタイプの内燃機関であって構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「動力伝達手段」としては、リングギヤ軸３２ａに取り付けられたリングギヤ軸側ギヤ６２と、駆動軸６５に取り付けられた第１駆動軸側ギヤ６５ａおよび第２駆動軸側ギヤ６５ｂと、リングギヤ軸側ギヤ６２に噛合する第１中間ギヤ６３と、リングギヤ軸側ギヤ６２および第１駆動軸側ギヤ６５ａに噛合または噛合の解除が可能な第２中間ギヤ６４ａと、第２中間ギヤ６４ａに結合軸６４を介して接続され第１中間ギヤ６３および第２駆動軸側ギヤ６５ｂに噛合またはその解除が可能な第３中間ギヤ６４ｂと、を備え、アクチュエータ１００の駆動により、結合軸６４と第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとを一体として移動させて、第２中間ギヤ６４ａをリングギヤ軸側ギヤ６２および第１駆動軸側ギヤ６５ａに噛合させる状態または第３中間ギヤ６４ｂを第１中間ギヤ６３および第２駆動軸側ギヤ６５ｂに噛合させる状態にするものに限定されるものでなく、第２中間ギヤ６４ａと第３中間ギヤ６４ｂとが結合されていないものとしたり、リングギヤ軸３２ａに出力される駆動力が偶数回の回転方向の反転を伴って駆動軸６５に伝達される第１伝達状態またはリングギヤ軸３２ａに出力される駆動力が奇数回の回転方向の反転を伴って駆動軸６５に伝達される第２伝達状態にするものなど、動力軸に取り付けられた動力軸側ギヤと駆動軸に取り付けられた駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による偶数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第１伝達状態と、動力軸側ギヤと駆動軸側ギヤとの間でギヤの噛合による奇数回の回転方向の反転を伴って動力を伝達する第２伝達状態と、のいずれかの状態で動力軸に出力された動力を駆動軸に伝達するものであれば如何なるものとしても構わない。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とを組み合わせたものや対ロータ電動機２３０に限定されるされるものではなく、動力軸に接続されると共に動力軸とは独立に回転可能に内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って動力軸と出力軸とに動力を入出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と出力軸と発電機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちのいずれかに軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「シフトポジション検出手段」としては、シフトポジションセンサ８２に限定されるものではなく、シフトポジションを検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「切替制御手段」としては、シフトポジションＳＰに応じて、動力軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられたリングギヤ軸側ギヤ６２と駆動輪６９ａ，６９ｂに連結された駆動軸６５に取り付けられた第１駆動軸側ギヤ６５ａとに第２中間ギヤ６４ａを噛合させる前進走行用伝達状態と、リングギヤ軸側ギヤ６２に噛合する第１中間ギヤ６３と駆動軸６５に取り付けられた第２駆動軸側ギヤ６５ｂとに第３中間ギヤ６４ｂを噛合させる後進走行用伝達状態と、のいずれかの状態になるようアクチュエータ１００を駆動制御するものに限定されるものではなく、シフトポジションに基づいて第１伝達状態と第２伝達状態との切替を行なうものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例や変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３９】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、動力出力装置や車両の製造産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を示す説明図である。
【図５】前進走行用接続状態でリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とを接続して前進走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図６】後進走行用接続状態でリングギヤ軸３２ａと駆動軸６５とを接続して後進走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。
【図７】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
２０，１２０  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  動力分配統合機構、３１  サンギヤ、３２  リングギヤ、３２ａ，３２ｂ  リングギヤ軸、３３  ピニオンギヤ、３４  キャリア、４０  モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２  インバータ、４３，４４  回転位置検出センサ、５０  バッテリ、５１  温度センサ、５２  バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４  電力ライン、６０  動力伝達機構、  ６２  リングギヤ軸側ギヤ、６３  第１中間ギヤ、６４  結合軸、６４ａ  第２中間ギヤ、６４ｂ  第３中間ギヤ、６５  駆動軸、６５ａ  第１駆動軸側ギヤ、６５ｂ  第２駆動軸側ギヤ、６７  ギヤ機構、６８  デファレンシャルギヤ、６９ａ，６９ｂ  駆動輪、７０  ハイブリッド用電子制御ユニット、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、８８  車速センサ、１００  アクチュエータ、１３０  対ロータ電動機、１３２  インナーロータ  １３４  アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【図１】
2008222059.tif 000003
【図２】
2008222059.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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