(57)【要約】【課題】  エネルギ循環や電動機のロスや鉄損を抑制してエネルギ効率を向上させる。【解決手段】  第１プラネタリギヤＰ１のサンギヤ３１にモータＭＧ１、リングギヤ３２にギヤ機構６６、キャリア３４にエンジン２２のクランクシャフト２６、第２プラネタリギヤＰ２のサンギヤ３６にモータＭＧ２、リングギヤ３７にリングギヤ３２、キャリア３９に増速ギヤ４０を接続し、増速ギヤ４０をクラッチＣ１を介してエンジン２２のクランクシャフト２６に接続すると共にキャリア３９をブレーキＢ１を介してケースに接続する。通常時はクラッチＣ１がオフでブレーキＢ１がオンの状態で走行し、モータＭＧ１が逆回転してエネルギ循環が生じる際には、クラッチＣ１がオンでブレーキＢ１がオフの状態としてエネルギ循環を抑制し、モータＭＧ２の回転数を小さくする。この結果、エネルギ効率を向上させることができる。【選択図】        図１
2005199942.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、
内燃機関と、
動力の入出力が可能な第１電動機と、
動力の入出力が可能な第２電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸と前記第２電動機の回転軸とに接続された４軸を含む複数軸を有し、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの動力を回転数を変換して前記駆動軸に伝達する第１の伝達状態と、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関から出力され回転数の変換された動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達する第２の伝達状態と、を含む複数の伝達状態を切り替えて前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力を変換して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、
前記第１の伝達状態は、前記第２電動機からの動力を減速した回転数の動力として前記駆動軸に伝達する状態であり、
前記第２の伝達状態は、前記内燃機関から出力された動力を増速した回転数の動力の一部を前記駆動軸に伝達する状態である
動力出力装置。
【請求項３】
前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか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第１の３軸式動力入出力手段と、前記駆動軸と前記第２電動機の回転軸と伝達軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか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第２の３軸式動力入出力手段と、前記内燃機関からの動力を回転数を変速して前記伝達軸に伝達する該内燃機関の出力軸と該伝達軸との接続および該接続の解除を行なう接続伝達手段と、前記伝達軸の回転を停止した状態で固定可能な固定手段と、を備える手段である請求項１または２記載の動力出力装置。
【請求項４】
前記第１電動機が正回転で駆動されるときには前記第１の伝達状態により前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力が変換されて前記駆動軸に伝達されるよう前記動力伝達手段を制御し、前記第１電動機が負回転で駆動されるときには前記第２の伝達状態により前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力が変換されて前記駆動軸に伝達されるよう前記動力伝達手段を制御する伝達制御手段を備える請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
【請求項５】
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、
動力の入出力が可能な第１電動機と、
動力の入出力が可能な第２電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか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第１の３軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸と前記第２電動機の回転軸と伝達軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか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第２の３軸式動力入出力手段と、
前記内燃機関からの動力を回転数を変速して前記伝達軸に伝達する該内燃機関の出力軸と該伝達軸との接続および該接続の解除を行なう接続伝達手段と、
前記伝達軸の回転を停止した状態で固定可能な固定手段と、
を備える動力出力装置。
【請求項６】
前記第２の３軸式動力入出力手段は、前記固定手段により前記伝達軸が固定されたときには前記第２電動機からの動力を回転数を減速して前記駆動軸に出力する手段である請求項５記載の動力出力装置。
【請求項７】
前記接続伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記伝達軸とを接続するときには該内燃機関からの動力を回転数を増速して前記伝達軸に伝達する手段である請求項５または６記載の動力出力装置。
【請求項８】
前記第１電動機が正回転で駆動されるときには前記内燃機関の出力軸と前記伝達軸との接続が解除されると共に前記伝達軸が固定されるよう前記接続伝達手段と前記固定手段とを制御し、前記第１電動機が負回転で駆動されるときには前記内燃機関の出力軸と前記伝達軸とが接続されると共に前記伝達軸が固定されないよう前記接続伝達手段と前記固定手段とを制御する切替制御手段を備える請求項５ないし７いずれか記載の動力出力装置。
【請求項９】
前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段を備える請求項１ないし８いずれか記載の動力出力装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか記載の動力出力装置であって、
操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
該設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とを制御する駆動制御手段と、
を備える動力出力装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が連結されてなる自動車。
【請求項１２】
内燃機関の出力軸と駆動軸と第１電動機の回転軸と第２電動機の回転軸とに接続された４軸を含む複数軸を有し、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの動力を回転数を変換して前記駆動軸に伝達する第１の伝達状態と、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関から出力され回転数の変換された動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達する第２の伝達状態と、を含む複数の伝達状態を切り替えて前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力を変換して前記駆動軸に伝達する動力伝達装置。
【請求項１３】
内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達する動力伝達装置であって、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか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第１の３軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸と第２電動機の回転軸と伝達軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか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第２の３軸式動力入出力手段と、
前記内燃機関からの動力を回転数を変速して前記伝達軸に伝達する該内燃機関の出力軸と該伝達軸との接続および該接続の解除を行なう接続伝達手段と、
前記伝達軸の回転を停止した状態で固定可能な固定手段と、
を備える動力伝達装置。
【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これを搭載する自動車並びに動力伝達装置に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを備える自動車並びに内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達する動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の動力出力装置としては、エンジンの出力軸を遊星歯車機構を介して車軸に連結された駆動軸に接続すると共に遊星歯車機構の回転要素に発電機を接続し、駆動軸に変速機を介して電動機を接続した自動車に搭載されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、変速機の変速段を車速に応じて変更することにより電動機からの動力を車速に応じた動力にして駆動軸に出力している。
【特許文献１】特開２００２−２２５５７８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の動力出力装置では、その駆動軸に要求される動力によっては、発電機が負回転して電動機として駆動されると共に電動機を発電機として駆動され、発電機によって出力した動力の一部を電動機により発電し、この発電電力を発電機に供給するという動力−電力−動力のエネルギ循環が生じ、装置全体のエネルギ効率を低下させる場合がある。また、駆動軸を高速で回転駆動するときには、電動機を高回転で回転駆動させる必要があるため、電動機の引き摺りロスや鉄損などの増加を招く。
【０００４】
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、動力−電力−動力のエネルギ循環を抑制して装置や自動車のエネルギ効率の向上を図ることを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車は、駆動軸を高速で回転駆動するときでも電動機の回転数を低くしてロスや鉄損の増加を抑制し、装置や自動車のエネルギ効率を向上させることを目的の一つとする。本発明の動力伝達装置は、動力−電力−動力のエネルギ循環を抑制して内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達することを目的の一つとする。また、本発明の動力伝達装置は、効率よく内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達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これを搭載する自動車並びに動力伝達装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１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、
内燃機関と、
動力の入出力が可能な第１電動機と、
動力の入出力が可能な第２電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸と前記第２電動機の回転軸とに接続された４軸を含む複数軸を有し、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの動力を回転数を変換して前記駆動軸に伝達する第１の伝達状態と、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関から出力され回転数の変換された動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達する第２の伝達状態と、を含む複数の伝達状態を切り替えて前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力を変換して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】
この本発明の第１の動力出力装置では、動力伝達手段により、第１電動機からの電力の入出力を伴って内燃機関からの動力の少なくとも一部を駆動軸に伝達すると共に第２電動機からの動力を回転数を変換して駆動軸に伝達する第１の伝達状態と、第１電動機からの電力の入出力を伴って内燃機関からの動力の少なくとも一部を駆動軸に伝達すると共に第２電動機からの電力の入出力を伴って内燃機関から出力され回転数の変換された動力の少なくとも一部を駆動軸に伝達する第２の伝達状態と、を含む複数の伝達状態を切り替えて内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達する。したがって、内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力の駆動軸への伝達を第１の伝達状態と第２の伝達状態とを含む複数の伝達状態から選択することができるから、適当に伝達状態を選択することにより、動力−電力−動力のエネルギ循環を抑制することができると共に第１電動機や第２電動機を高回転で回転駆動するのを抑制することができる。この結果、装置のエネルギ効率を向上させることができる。
【０００８】
この本発明の第１の動力出力装置において、前記第１の伝達状態は前記第２電動機からの動力を減速した回転数の動力として前記駆動軸に伝達する状態であり、前記第２の伝達状態は前記内燃機関から出力された動力を増速した回転数の動力の一部を前記駆動軸に伝達する状態であるものとすることもできる。こうすれば、第１の伝達状態では第２電動機を高回転低トルク領域を多く用いて駆動することができ、第２の伝達状態では内燃機関の回転数を増速したものとして動力変換を行なうことができる。この結果、装置のエネルギ効率を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の第１の動力出力装置において、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか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第１の３軸式動力入出力手段と、前記駆動軸と前記第２電動機の回転軸と伝達軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか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第２の３軸式動力入出力手段と、前記内燃機関からの動力を回転数を変速して前記伝達軸に伝達する該内燃機関の出力軸と該伝達軸との接続および該接続の解除を行なう接続伝達手段と、前記伝達軸の回転を停止した状態で固定可能な固定手段と、を備える手段であるものとすることもできる。この場合、接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸との接続を解除すると共に固定手段により伝達軸を固定することにより第１の伝達状態とすることができ、接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸とを接続すると共に固定手段により伝達軸の固定を解除することにより第２の伝達状態とすることができる。ここで、第１の３軸式動力入出力手段や第２の３軸式動力入出力手段としては、遊星歯車機構を用いることができる。
【００１０】
さらに、本発明の第１の動力出力装置において、前記第１電動機が正回転で駆動されるときには前記第１の伝達状態により前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力が変換されて前記駆動軸に伝達されるよう前記動力伝達手段を制御し、前記第１電動機が負回転で駆動されるときには前記第２の伝達状態により前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力が変換されて前記駆動軸に伝達されるよう前記動力伝達手段を制御する伝達制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、動力−電力−動力のエネルギ循環をより有効に抑制することができる。
【００１１】
本発明の第２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、
内燃機関と、
動力の入出力が可能な第１電動機と、
動力の入出力が可能な第２電動機と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか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第１の３軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸と前記第２電動機の回転軸と伝達軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか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第２の３軸式動力入出力手段と、
前記内燃機関からの動力を回転数を変速して前記伝達軸に伝達する該内燃機関の出力軸と該伝達軸との接続および該接続の解除を行なう接続伝達手段と、
前記伝達軸の回転を停止した状態で固定可能な固定手段と、
を備えることを要旨とする。
【００１２】
この本発明の第２の動力出力装置では、接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸との接続を解除すると共に固定手段により伝達軸を固定すると、第２の３軸式動力入出力手段は第２電動機の回転数を変速して駆動軸に出力するものとなるから、駆動軸には、第１の３軸式動力入出力手段による内燃機関と第１電動機とからの動力に基づく動力と第２の３軸式動力入出力手段による第２電動機からの動力を変速した動力との和の動力が出力される。接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸とを接続すると共に固定手段により伝達軸の固定を解除すると、第２の３軸式動力入出力手段は内燃機関からの動力を変速した動力と第２電動機からの動力とに基づく動力を駆動軸に出力するものとなるから、駆動軸には、この第２の３軸式動力入出力手段による動力と第１の３軸式動力入出力手段による内燃機関と第１電動機とからの動力に基づく動力との和の動力が出力される。接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸とを接続すると共に固定手段により伝達軸を固定すると、内燃機関の出力軸は伝達軸を介して固定され、第１の３軸式動力出力手段は第１電動機の回転数を変速して駆動軸に出力するものとなり、第２の３軸式動力出力手段は第２電動機の回転数を変速して駆動軸に出力するものとなるから、駆動軸には、第１の３軸式動力入出力手段による第１電動機からの動力を変速した動力と第２の３軸式動力入出力手段による第２電動機からの動力を変速した動力との和の動力が出力される。即ち、第１電動機と第２電動機からの動力を変換して駆動軸に出力するのである。接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸との接続を解除すると共に固定手段により伝達軸の固定を解除すると、伝達軸は自由に回転することができるようになるから、第２の３軸式動力入出力手段は動力の入出力を行なうことができないようになり、駆動軸には、第１の３軸式動力入出力手段による内燃機関と第１電動機とからの動力に基づく動力が出力される。即ち、第２電動機を切り離した状態にすることができるのである。このように、接続伝達手段と固定手段との状態により４つの状態によって駆動軸に動力を出力することができるから、適当に状態を選択することにより、動力−電力−動力のエネルギ循環を抑制することができると共に第１電動機や第２電動機を高回転で回転駆動するのを抑制することができる。この結果、装置のエネルギ効率を向上させることができる。ここで、第１の３軸式動力入出力手段や第２の３軸式動力入出力手段としては、遊星歯車機構を用いることができる。
【００１３】
こうした本発明の第２の動力出力装置において、前記第２の３軸式動力入出力手段は、前記固定手段により前記伝達軸が固定されたときには前記第２電動機からの動力を回転数を減速して前記駆動軸に出力する手段であるものとすることもできるし、前記接続伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記伝達軸とを接続するときには該内燃機関からの動力を回転数を増速して前記伝達軸に伝達する手段であるものとすることもできる。こうすれば、第２電動機を高回転低トルク領域を多く用いて駆動することができ、内燃機関の回転数を増速したものとして動力変換を行なうことができる。これらの結果、装置のエネルギ効率を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の第２の動力出力装置において、前記第１電動機が正回転で駆動されるときには前記内燃機関の出力軸と前記伝達軸との接続が解除されると共に前記伝達軸が固定されるよう前記接続伝達手段と前記固定手段とを制御し、前記第１電動機が負回転で駆動されるときには前記内燃機関の出力軸と前記伝達軸とが接続されると共に前記伝達軸が固定されないよう前記接続伝達手段と前記固定手段とを制御する切替制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、動力−電力−動力のエネルギ循環をより有効に抑制することができる。
【００１５】
これら本発明の第１または第２の動力出力装置において、前記第１電動機および前記第２電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、過剰に出力された内燃機関の動力を電力に変換して蓄電手段に蓄えたり、内燃機関の動力では不足する動力を蓄電手段からの電力により賄うことができる。この結果、内燃機関の運転を効率よく行なうことができる。
【００１６】
また、本発明の第１または第２の動力出力装置において、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、該設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とを制御する駆動制御手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、操作者の操作に基づく動力を駆動軸に出力することができる。
【００１７】
本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の第１または第２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、内燃機関と、動力の入出力が可能な第１電動機と、動力の入出力が可能な第２電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸と前記第２電動機の回転軸とに接続された４軸を含む複数軸を有し、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの動力を回転数を変換して前記駆動軸に伝達する第１の伝達状態と、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関から出力され回転数の変換された動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達する第２の伝達状態と、を含む複数の伝達状態を切り替えて前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力を変換して前記駆動軸に伝達する動力伝達手段と、を備える本発明の第１の動力出力装置、または、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、動力の入出力が可能な第１電動機と、動力の入出力が可能な第２電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか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第１の３軸式動力入出力手段と、前記駆動軸と前記第２電動機の回転軸と伝達軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか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第２の３軸式動力入出力手段と、前記内燃機関からの動力を回転数を変速して前記伝達軸に伝達する該内燃機関の出力軸と該伝達軸との接続および該接続の解除を行なう接続伝達手段と、前記伝達軸の回転を停止した状態で固定可能な固定手段と、を備える本発明の第２の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が連結されてなることを要旨とする。
【００１８】
この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の第１または第２の動力出力装置を搭載するから、本発明の第１または第２の動力出力装置が奏する効果、例えば、動力−電力−動力のエネルギ循環を抑制することができる効果や第１電動機や第２電動機を高回転で回転駆動するのを抑制することができる効果，これらの効果の結果としての装置のエネルギ効率を向上させることができる効果などと同様の効果を奏することができる。
【００１９】
本発明の第１の動力伝達装置は、
内燃機関の出力軸と駆動軸と第１電動機の回転軸と第２電動機の回転軸とに接続された４軸を含む複数軸を有し、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの動力を回転数を変換して前記駆動軸に伝達する第１の伝達状態と、前記第１電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達すると共に前記第２電動機からの電力の入出力を伴って前記内燃機関から出力され回転数の変換された動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達する第２の伝達状態と、を含む複数の伝達状態を切り替えて前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機とからの動力を変換して前記駆動軸に伝達する
ことを要旨とする。
【００２０】
この本発明の第１の動力伝達装置では、第１電動機からの電力の入出力を伴って内燃機関からの動力の少なくとも一部を駆動軸に伝達すると共に第２電動機からの動力を回転数を変換して駆動軸に伝達する第１の伝達状態と、第１電動機からの電力の入出力を伴って内燃機関からの動力の少なくとも一部を駆動軸に伝達すると共に第２電動機からの電力の入出力を伴って内燃機関から出力され回転数の変換された動力の少なくとも一部を駆動軸に伝達する第２の伝達状態と、を含む複数の伝達状態を切り替えて内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達する。したがって、内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力の駆動軸への伝達を第１の伝達状態と第２の伝達状態とを含む複数の伝達状態から選択することができるから、適当に伝達状態を選択することにより、動力−電力−動力のエネルギ循環を抑制することができると共に第１電動機や第２電動機を高回転で回転駆動するのを抑制することができる。この結果、効率よく内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達することができる。
【００２１】
本発明の第２の動力伝達装置は、
内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達する動力伝達装置であって、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記第１電動機の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか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第１の３軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸と第２電動機の回転軸と伝達軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか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第２の３軸式動力入出力手段と、
前記内燃機関からの動力を回転数を変速して前記伝達軸に伝達する該内燃機関の出力軸と該伝達軸との接続および該接続の解除を行なう接続伝達手段と、
前記伝達軸の回転を停止した状態で固定可能な固定手段と、
を備えることを要旨とする。
【００２２】
この本発明の第２の動力伝達装置では、接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸との接続を解除すると共に固定手段により伝達軸を固定すると、第２の３軸式動力入出力手段は第２電動機の回転数を変速して駆動軸に出力するものとなるから、駆動軸には、第１の３軸式動力入出力手段による内燃機関と第１電動機とからの動力に基づく動力と第２の３軸式動力入出力手段による第２電動機からの動力を変速した動力との和の動力が出力される。接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸とを接続すると共に固定手段により伝達軸の固定を解除すると、第２の３軸式動力入出力手段は内燃機関からの動力を変速した動力と第２電動機からの動力とに基づく動力を駆動軸に出力するものとなるから、駆動軸には、この第２の３軸式動力入出力手段による動力と第１の３軸式動力入出力手段による内燃機関と第１電動機とからの動力に基づく動力との和の動力が出力される。接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸とを接続すると共に固定手段により伝達軸を固定すると、内燃機関の出力軸は伝達軸を介して固定され、第１の３軸式動力出力手段は第１電動機の回転数を変速して駆動軸に出力するものとなり、第２の３軸式動力出力手段は第２電動機の回転数を変速して駆動軸に出力するものとなるから、駆動軸には、第１の３軸式動力入出力手段による第１電動機からの動力を変速した動力と第２の３軸式動力入出力手段による第２電動機からの動力を変速した動力との和の動力が出力される。即ち、第１電動機と第２電動機からの動力を変換して駆動軸に出力するのである。接続伝達手段により内燃機関の出力軸と伝達軸との接続を解除すると共に固定手段により伝達軸の固定を解除すると、伝達軸は自由に回転することができるようになるから、第２の３軸式動力入出力手段は動力の入出力を行なうことができないようになり、駆動軸には、第１の３軸式動力入出力手段による内燃機関と第１電動機とからの動力に基づく動力が出力される。即ち、第２電動機を切り離した状態にすることができるのである。このように、接続伝達手段と固定手段との状態により４つの状態によって駆動軸に動力を出力することができるから、適当に状態を選択することにより、動力−電力−動力のエネルギ循環を抑制することができると共に第１電動機や第２電動機を高回転で回転駆動するのを抑制することができる。この結果、効率よく内燃機関と第１電動機と第２電動機とからの動力を変換して駆動軸に伝達することができる。ここで、第１の３軸式動力入出力手段や第２の３軸式動力入出力手段としては、遊星歯車機構を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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】
【００２４】
図１は、本発明の実施例としての動力出力装置を搭載する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のクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続されると共に駆動輪６９ａ，６９ｂにデファレンシャルギヤ６８とギヤ機構６６とを介して接続された動力分配統合機構３０と、この動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、同じく動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ２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。
【００２５】
エンジン２２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であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力する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。
【００２６】
動力分配統合機構３０は、２つのプラネタリギヤＰ１，Ｐ２と増速ギヤ４０とクラッチＣ１とブレーキＢ１とにより構成されている。第１プラネタリギヤＰ１のサンギヤ３１にはモータＭＧ１の回転軸が、リングギヤ３２にはギヤ機構６６が、ピニオンギヤ３３を連結するキャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６がそれぞれ接続されている。第１プラネタリギヤＰ１のリングギヤ３２は、上述したようにギヤ機構６６に接続され、最終的には駆動輪６９ａ，６９ｂに接続されているから、その回転軸を説明の都合上、「駆動軸」６５と呼ぶことにする。第２プラネタリギヤＰ２のサンギヤ３６にはモータＭＧ２の回転軸が、リングギヤ３７にはリングギヤ３２とギヤ機構６６とが、ピニオンギヤ３８を連結するキャリア３９には増速ギヤ４０がそれぞれ接続されている。増速ギヤ４０は、クラッチＣ１を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されており、クラッチＣ１をオンとすることによりエンジン２２の回転数を増速して第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９に入力できるようになっている。また、キャリア３９はブレーキＢ１を介してケースに接続されている。
【００２７】
こうして構成された動力分配統合機構３０は、クラッチＣ１をオフとすると共にブレーキＢ１をオンとすることにより、エンジン２２からの動力をモータＭＧ１で反力をとることにより駆動軸６５（リングギヤ３２およびリングギヤ３７の回転軸）に出力すると共にモータＭＧ２からの動力を減速して駆動軸６５に出力することができる。クラッチＣ１をオフとすると共にブレーキＢ１をオンとした状態で駆動軸６５に動力を出力している際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図２に示す。図中、左からＳ１軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１である第１プラネタリギヤＰ１のサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ１軸はエンジン２２の回転数Ｎｅである第１プラネタリギヤＰ１のキャリア３４の回転数を示し、Ｒ１，Ｒ２軸は駆動軸６５、即ち第１プラネタリギヤＰ１のリングギヤ３２および第２プラネタリギヤＰ２のリングギヤ３７の回転数を示し、Ｃ２軸は第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９の回転数を示し、Ｓ２軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２である第２プラネタリギヤＰ２のサンギヤ３６の回転数を示す。なお、共線図は、各回転要素（各軸）に作用するトルクを共線を梁に見立てたときにこの梁に作用する力と同一視することができるものである。図２の状態では、クラッチＣ１がオフとされていることから、第１プラネタリギヤＰ１はサンギヤ３１，リングギヤ３２，キャリア３４を回転要素として機能し、エンジン２２から出力されたトルクＴｅの一部をモータＭＧ１からトルクＴｍ１を出力することによって駆動軸６５に出力する。このとき、駆動軸６５に出力されるトルクは、ρ１を第１プラネタリギヤＰ１のギヤ比（サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）とするとＴｍ１／ρ１により表わされる。また、ブレーキＢ１がオンとされていることから、第２プラネタリギヤＰ２はモータＭＧ２の動力を減速して駆動軸６５に伝達する減速ギヤとして機能し、モータＭＧ２からのトルクＴｍ２を増大して駆動軸６５に出力する。このとき、駆動軸６５に出力されるトルクは、ρ２を第２プラネタリギヤＰ２のギヤ比（サンギヤ３６の歯数／リングギヤ３７の歯数）とするとＴｍ２／ρ２により表わされる。したがって、駆動軸６５（リングギヤ３２およびリングギヤ３７の回転軸）に出力されるトルクは、第１プラネタリギヤＰ１とモータＭＧ１とにより伝達されるエンジン２２からのトルクの一部と第２プラネタリギヤＰ２により増出して出力されるモータＭＧ２からのトルクの和となる。
【００２８】
また、動力分配統合機構３０は、クラッチＣ１をオンとすると共にブレーキＢ１をオフとすることにより、エンジン２２からの動力をモータＭＧ１とモータＭＧ２とで反力をとることにより駆動軸６５（リングギヤ３２およびリングギヤ３７の回転軸）に出力することができる。この状態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図３に示す。第１プラネタリギヤＰ１の状態についてはキャリア３４に作用するトルク（エンジン２２からのトルク）の大きさが異なるだけでその力学的関係は上述したとおりである。クラッチＣ１がオンとされると共にブレーキＢ１がオフとされていることから、エンジン２２からのトルクは第１プラネタリギヤＰ１のキャリア３４だけでなく増速ギヤ４０を介して第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９にも入力される。したがって、第２プラネタリギヤＰ２の状態は、キャリア３９に作用するトルク（増速ギヤ４０を介して作用するエンジン２２からのトルク）の大きさが異なるだけで力学的関係は第１プラネタリギヤＰ１と同様になり、モータＭＧ２で反力としてのトルクＴｍ２を出力することにより、エンジン２２から出力されたトルクＴｅの一部を駆動軸６５に出力する。このとき、駆動軸６５に出力されるトルクは、Ｔｍ２／ρ２により表わされる。エンジン２２からのトルクＴｅは第１プラネタリギヤＰ１のキャリア３４にも第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９にも作用させることができるが、その反力をモータＭＧ２ですべて受け持てばモータＭＧ１からのトルクの出力は必要なくなり、その反力をモータＭＧ１ですべて受け持てばモータＭＧ２からのトルクの出力は必要なくなる。即ち、この状態では、エンジン２２の回転数ＮｅについてのコントロールはモータＭＧ１によってもモータＭＧ２によっても行なうことができる。また、ブレーキＢ１がオフとされることにより、ブレーキＢ１をオンとした状態に比してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は小さくなる。車両が高速で走行している状態を考えると、ブレーキＢ１をオンとした状態ではモータＭＧ２は高回転数で回転駆動させなければならないが、ブレーキＢ１をオフとすることによりモータＭＧ２を低回転数で回転駆動させることができる。したがって、モータＭＧ２における引き摺りロスや鉄損の増加を抑制することができる。
【００２９】
さらに、動力分配統合機構３０は、クラッチＣ１とブレーキＢ１とを共にオンとすることにより、エンジン２２のクランクシャフト２６を第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９を介してケースに固定した状態とすることができる。この状態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図４に示す。この状態では、エンジン２２のクランクシャフト２６が回転不能に固定されたことにより、第１プラネタリギヤＰ１はモータＭＧ１の動力を減速して駆動軸６５（リングギヤ３２およびリングギヤ３７の回転軸）に伝達する減速ギヤとして機能し、モータＭＧ１からのトルクＴｍ１を増大して駆動軸６５に出力する。このとき、駆動軸６５に出力されるトルクは、Ｔｍ１／ρ１により表わされる。前述したように、ブレーキＢ１をオンとすることにより第２プラネタリギヤＰ２も減速ギヤとして機能するから、モータＭＧ２からのトルクＴｍ２を増大して駆動軸６５に出力することができる。したがって、この状態では、駆動軸には、第１プラネタリギヤＰ１により減速されたモータＭＧ１の動力と第２プラネタリギヤＰ２により減速されたモータＭＧ２の動力の和が出力される。
【００３０】
加えて、動力分配統合機構３０は、クラッチＣ１とブレーキＢ１とを共にオフとすることにより、モータＭＧ２を切り離すことができる。この状態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は、図２における第１プラネタリギヤＰ１側だけとなる。なお、上述したクラッチＣ１やブレーキＢ１のオンオフ制御は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により行なわれる。
【００３１】
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５１，５２を介してバッテリ６０と電力のやりとりを行なう。インバータ５１，５２とバッテリ６０とを接続する電力ライン６４は、各インバータ５１，５２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６０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６０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）５０により駆動制御されている。モータＥＣＵ５０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５３，５４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ＥＣＵ５０からは、インバータ５１，５２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ５０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。
【００３２】
バッテリ６０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）６２によって管理されている。バッテリＥＣＵ６２には、バッテリ６０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ６０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６０の出力端子に接続された電力ライン６４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６０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ６０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。なお、バッテリＥＣＵ６２では、バッテリ６０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く残容量（ＳＯＣ）やこの残容量（ＳＯＣ）と電池温度とに基づく入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなども演算または設定している。
【００３３】
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。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、クラッチＣ１への駆動信号やブレーキＢ１への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。更に、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ＥＣＵ５０，バッテリＥＣＵ６２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ＥＣＵ５０，バッテリＥＣＵ６２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００３４】
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６５に出力すべき駆動要求トルクＴｒ＊を計算し、この駆動要求トルクＴｒ＊に対応する要求動力が効率よく駆動軸６５に出力されるように、クラッチＣ１とブレーキＢ１とがオンオフ制御されると共にこれに伴ってエンジン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駆動軸６５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６０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６０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駆動軸６５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ＭＧ１やモータＭＧ２から要求動力に見合う動力を駆動軸６５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。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードはバッテリ６０の充放電を行なうか否かの差があるだけで実質的な制御における差違はない。
【００３５】
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８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００３６】
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，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ６０を充放電するための要求充放電パワーＰｂ＊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、エンジン２２の回転数Ｎｅは、図示しないクランクポジションセンサにより検出されたクランクシャフト２６の回転位置に基づいて計算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ５３，５４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ５０から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ６０を充放電するための要求充放電パワーＰｂ＊は、残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ６２から通信により入力するものとした。
【００３７】
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度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に出力すべき駆動要求トルクＴｒ＊と車両に要求される車両要求パワーＰ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。駆動要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと駆動要求トルクＴｒ＊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、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駆動要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図６に駆動要求トルク設定用マップの一例を示す。車両要求パワーＰ＊は、設定した駆動要求トルクＴｄ＊に駆動軸６５の回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ６０が要求する要求充放電パワー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Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めることができる。
【００３８】
駆動要求トルクＴｒ＊と車両要求パワーＰ＊とを設定すると、設定した車両要求パワーＰ＊に基づいてエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ１２０）。エンジン要求パワーＰｅ＊の設定は、エンジン２２の応答性がモータＭＧ１，ＭＧ２などに比して遅いことから、いままでにこのルーチンが実行されて設定されたエンジン要求パワーＰｅ＊と今回設定された車両要求パワーＰ＊とを用いて車両要求パワーＰ＊がいずれエンジン要求パワーＰｅ＊として設定されるようなまし処理やレート処理を用いてエンジン要求パワーＰｅ＊を設定する。続いて、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１３０）。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エンジン要求パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する。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７に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインとエンジン要求パワー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。
【００３９】
次に、エンジン要求パワーＰｅ＊を閾値Ｐｒｅｆと比較する（ステップＳ１４０）。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、エンジン２２を停止するか否かを判定するために設定されるものである。エンジン要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときには、エンジン２２を停止してモータＭＧ２からのトルクだけで走行するためにクラッチＣ１をオフとすると共にブレーキＢ１をオンとし（ステップＳ１５０）、エンジン２２の運転を停止するためにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに値０を設定し（ステップＳ１６０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊にも値０を設定すると共に駆動要求トルクＴｒ＊を第２プラネタリギヤＰ２のギヤ比ρ２で除してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ１７０）、設定したエンジン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に送信すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２６０）、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における燃料噴射制御や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ＥＣＵ５０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５１，５２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。なお、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とには値０が設定されているから、エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が運転されているときには燃料噴射制御や点火制御などの制御を停止してエンジン２２の運転を停止し、エンジン２２が停止しているときにその状態（停止状態）を保持する。ここで、このルーチンでは、モータ走行するときにはクラッチＣ１をオフとすると共にブレーキＢ１をオンとしてモータＭＧ２からのトルクＴｍ２だけで走行するものとしているが、クラッチＣ１をオンとすると共にブレーキＢ１をオンとして図４に例示した共線図の状態とし、モータＭＧ２からのトルクＴｍ２に加えてモータＭＧ１からのトルクＴｍ１を駆動軸６５に出力して走行するものとしてもよい。実施例でモータ走行の際にクラッチＣ１をオフとする理由については後述する。
【００４０】
エンジン要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ以上のときには、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０未満であるか否かを判定する（ステップＳ１８０，Ｓ１９０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆは、比較的高速で走行しているか否かを判定するものであり、例えば６０ｋｍ／ｈとか８０ｋｍ／ｈなどの値を用いることができる。モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０未満のときには、エンジン２２からのトルクを駆動軸６５に出力するためにはモータＭＧ２を負の回転数で電動機として機能させる必要がある。このとき電力の収支をとれば、モータＭＧ２は発電機として駆動することになる。この状態は、エンジン２２とモータＭＧ１とから駆動軸６５に出力された動力の一部を用いてモータＭＧ２により発電し、この発電電力をモータＭＧ１に供給する動力−電力−動力のエネルギ循環が生じる状態となり、エネルギ効率の低下を招く。このエネルギ循環を生じる状態は、車速Ｖが小さい低速走行のときには、アクセルペダル８３の踏み込みなどにより短時間で解消するが、車速Ｖが大きな比較的高速走行しているとき、特に高速巡航走行しているときには、短時間で解消されない。したがって、こうした高速巡航走行している状態におけるエネルギ循環は燃費の向上の観点から抑制する必要がある。実施例のステップＳ１８０およびＳ１９０の判定は、こうした観点から、比較的高速で走行しているときにエネルギ循環が生じているか否かを判定しているのである。
【００４１】
車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ未満のときや車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上のときでもモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０以上のときには、エネルギ循環が生じていないかエネルギ循環が生じていても車速Ｖが低いために一時的なものと判断し、クラッチＣ１をオフとすると共にブレーキＢ１をオンとして図２に例示した状態とする（ステップＳ２００）。このクラッチＣ１をオフとすると共にブレーキＢ１をオンとする状態は、通常の状態と考えることができる。前述したモータ走行の際にクラッチＣ１をオフとしたのは、エンジン２２を始動して通常の状態とするのにクラッチＣ１の操作を不要とするためである。したがって、モータ走行から移行する場合には、クラッチＣ１の操作もブレーキＢ１の操作も行なう必要がない。続いて、設定した目標回転数Ｎｅ＊と駆動軸６５の回転数Ｎｒと第１プラネタリギヤＰ１のギヤ比ρ１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＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２１０）。ここで、式（１）は、第１プラネタリギヤＰ１の回転要素に対する力学的な関係式であり、図２の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。
【００４２】
Nm1*＝Ne*・(1+ρ1)/ρ1−Nr/ρ1                        (1)
Tm1*＝前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt  (2)
そして、駆動要求トルクＴｒ＊と設定したトルク指令Ｔｍ１＊と第２プラネタリギヤＰ２のギヤ比ρ２とを用いて次式（３）によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を計算し（ステップＳ２２０）、設定したエンジン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に送信すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２６０）、駆動制御ルーチンを終了する。エンジンＥＣＵ２４による制御などについては上述した。
【００４３】
Tm2*＝−(Tr*+Tm1*/ρ1)/ρ2   (3)
ステップＳ１８０およびＳ１９０で車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上でモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０未満であると判定されたときには、比較的高速で走行している状態でエネルギ循環が生じていると判断し、クラッチＣ１をオンとすると共にブレーキＢ１をオフとして図３に例示した状態とする（ステップＳ２３０）。クラッチＣ１がオフでブレーキＢ１がオンの状態からクラッチＣ１がオンでブレーキＢ１がオフの状態に移行させるときには、まず、ブレーキＢ１をオフとし、第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９の回転数がエンジン２２の回転数Ｎｅを増速ギヤ４０で増速した回転数となるようモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を調整し、その後、クラッチＣ１をオンとする。これにより、クラッチＣ１やブレーキＢ１の操作に伴うトルクショックを低減することができる。なお、逆にクラッチＣ１がオンでブレーキＢ１がオフの状態からクラッチＣ１がオフでブレーキＢ１がオンの状態に移行させるときには、まず、クラッチＣ１をオフとし、第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９の回転数が値０となるようモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を調整し、その後、ブレーキＢ１をオンとする。
【００４４】
続いて上述した式（１）および次式（４）を用いてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算し（ステップＳ２４０）、式（５）および式（６）を用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を計算し（ステップＳ２５０）、設定したエンジン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に送信すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２６０）、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、式（５）および式（６）は上述した式（１）および式（２）をモータＭＧ２に適用したものであり、式（４）は上述の式（２）の右辺に値０以上値１未満の係数ｓを乗じたものである。係数ｓは、モータＭＧ１による回転数制御とモータＭＧ２による回転数制御によるエンジン２２の回転数ＮｅのコントロールにおけるモータＭＧ１による回転数制御の比重の程度を設定するものであり、値０に近づくほど比重が小さくなる。即ち、係数ｓが小さいほどモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が値０に近づきモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が大きくなるのである。上述したように、エンジン２２からのトルクＴｅは第１プラネタリギヤＰ１のキャリア３４にも第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９にも作用させることができるが、その反力をモータＭＧ２ですべて受け持てばモータＭＧ１からのトルクの出力は必要なくなり、その反力をモータＭＧ１ですべて受け持てばモータＭＧ２からのトルクの出力は必要なくなるから、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を値０としてモータＭＧ２を回転数制御することもできるし、逆にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を値０としてモータＭＧ１を回転数制御することもできる。エネルギ循環の状態を考えれば、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を値０としてモータＭＧ２を回転数制御する方が逆の場合よりエネルギ効率の観点からは有利なものとなる。実施例のステップＳ２４０とＳ２５０の処理は、こうした観点からモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を値０に近づけると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を大きくしてエネルギ循環を抑制し、これによりエネルギ効率を向上させるのである。また、ブレーキＢ１がオフとされることにより、ブレーキＢ１をオンとした状態に比してモータＭＧ２を低回転数で回転駆動させるから、モータＭＧ２における引き摺りロスや鉄損の増加を抑制することができる。なお、式（５）中、右辺第１項の「Ｇ」は増速ギヤ４０のギヤ比である。第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９には、エンジン２２の回転数Ｎｅが増速ギヤ４０により増速されて入力されるからである。式（６）中、右辺第２項の「ｋ３」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ４」は積分項のゲインである。
【００４５】
Tm1*＝s・[前回Tm1*＋k1(Nm1*−Nm1)＋k2∫(Nm1*−Nm1)dt｝  (4)
Nm2*＝Ne*・G・(1+ρ2)/ρ2−Nr/ρ2                       (5)
Tm2*＝前回Tm2*＋k3(Nm2*−Nm2)＋k4∫(Nm2*−Nm2)dt        (6)
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、通常走行時には、クラッチＣ１をオフとすると共にブレーキＢ１をオンとすることにより、エンジン２２からの動力をモータＭＧ１で反力をとることにより駆動軸６５（リングギヤ３２およびリングギヤ３７の回転軸）に出力すると共にモータＭＧ２からの動力を減速して駆動軸６５に出力することができる。そして、比較的高速で走行しているときにエネルギ循環が生じたときには、クラッチＣ１をオンとすると共にブレーキＢ１をオフとすることにより、エンジン２２からの動力をモータＭＧ１とモータＭＧ２とで反力をとって駆動軸６５（リングギヤ３２およびリングギヤ３７の回転軸）に出力し、エネルギ循環を抑制してエネルギ効率を向上させることができる。しかも、係数ｓを用いてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を値０に近づけると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を大きくすることによりエネルギ循環を抑制し、これによりエネルギ効率を向上させることができる。また、ブレーキＢ１をオフとすることにより、ブレーキＢ１をオンとした状態に比してモータＭＧ２を低回転数で回転駆動させ、モータＭＧ２における引き摺りロスや鉄損の増加を抑制することができる。もとより、運転者の要求する駆動要求トルクＴｒ＊を駆動軸６５（リングギヤ３２およびリングギヤ３７の回転軸）に出力して車両を走行させることができる。
【００４６】
また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、クラッチＣ１がオフでブレーキＢ１がオンの状態からクラッチＣ１がオンでブレーキＢ１がオフの状態に移行させるときには、ブレーキＢ１をオフとし、第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９の回転数がエンジン２２の回転数Ｎｅを増速ギヤ４０で増速した回転数となるようモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を調整し、その後、クラッチＣ１をオンとし、逆にクラッチＣ１がオンでブレーキＢ１がオフの状態からクラッチＣ１がオフでブレーキＢ１がオンの状態に移行させるときには、クラッチＣ１をオフとし、第２プラネタリギヤＰ２のキャリア３９の回転数が値０となるようモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を調整し、その後、ブレーキＢ１をオンとするから、クラッチＣ１やブレーキＢ１の操作に伴うトルクショックを低減することができる。
【００４７】
ここで、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２が内燃機関に相当し、モータＭＧ１が第１電動機とに相当し、モータＭＧ２が第２電動機に相当し、第１プラネタリギヤＰ１が第１の３軸式動力入出力手段に相当し、第２プラネタリギヤＰ２が第２の３軸式動力入出力手段に相当し、増速ギヤ４０とクラッチＣ１とが接続伝達手段に相当し、ブレーキＢ１が固定手段に相当する。
【００４８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、比較的高速で走行している状態でエネルギ循環が生じているか否かにより、クラッチＣ１とブレーキＢ１との操作により、エンジン２２からの動力をモータＭＧ１で反力をとることにより駆動軸６５に出力すると共にモータＭＧ２からの動力を減速して駆動軸６５に出力する状態とエンジン２２からの動力をモータＭＧ１とモータＭＧ２とで反力をとって駆動軸６５に出力する状態とを切り替えるものとしたが、比較的高速で走行していないときでもエネルギ循環が生じていないときでも、これらの状態を切り替えるものとしても構わない。
【００４９】
実施例のハイブリッド自動車２０では、比較的高速で走行している状態でエネルギ循環が生じているときには、係数ｓを用いてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を小さくすると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を大きくするものとしたが、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定するものとしてもよいし、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に比較的小さな所定値を設定するものとしてもよい。
【００５０】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときにエンジン２２を停止するものとしたが、エンジン２２を停止しないものとしても差し支えない。また、エンジン要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときには、クラッチＣ１をオフとすると共にブレーキＢ１をオンとしたが、クラッチＣ１もブレーキＢ１もオンとするものとしてもよい。
【００５１】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを直線上に配置するものとしたが、異なる直線上に配置するものとしてもよい。例えば、図８の変形例に示すように、エンジン２２とモータＭＧ１とを直線上に配置し、モータＭＧ２を異なる直線上に配置するものとしてもよい。この場合、第１プラネタリギヤＰ１のリングギヤ３２と第２プラネタリギヤＰ２のリングギヤ３７とをギヤ比をもって接続するものとしてもよい。なお、図８中の破線矢印はギヤ接続を示す。
【００５２】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２のクランクシャフト２６を直接第１プラネタリギヤＰ１のキャリア３４に接続するものとしたが、増速ギヤを介してキャリア３４と接続するものとしてもよい。この場合、クランクシャフト２６を増速ギヤを介して接続するか増速ギヤを介さずに接続するかを選択できるように構成するのが好ましい。
【００５３】
実施例では、本発明をハイブリッド自動車２０として説明したが、駆動軸６５までの動力出力装置として適用してもよいし、エンジン２２やモータＭＧ１やモータＭＧ２などを備えない動力伝達装置として適用してもよい。この場合、動力出力装置や動力伝達装置は、自動車以外の列車などの車両に搭載されるものとしてもよいし、船舶や航空機に搭載されるものとしてもよい。また、建設機械などに組み込まれるものとしても構わない。
【００５４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載する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】クラッチＣ１がオフでブレーキＢ１がオンの状態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３】クラッチＣ１がオンでブレーキＢ１がオフの状態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４】クラッチＣ１もブレーキＢ１も共にオンの状態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５】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６】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図７】エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。
【図８】変形例の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
２０  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、３１，３６  サンギヤ、３２，３７  リングギヤ、３３，３８  ピニオンギヤ、３４，３９  キャリア、４０  増速ギヤ、５０  モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、５１，５２  インバータ、５３，５４  回転位置検出センサ、６０  バッテリ、６２  バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、６４  電力ライン、６５  駆動軸、６６  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、Ｐ１，Ｐ２  プラネタリギヤ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ、Ｃ１  クラッチ、Ｂ１  ブレーキ。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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