(57)【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、
出力軸を有する原動機と、
第１の回転軸を有し、該第１の回転軸に動力を入出力する第１の電動機と、
前記駆動軸に結合される第２の回転軸を有し、該第２の回転軸に動力を入出力する第２の電動機と、
前記出力軸と前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とに各々結合される３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力を決定したとき該決定された動力に基づいて残余の１軸へ入出力される動力が決定される所定の動力関係を有する３軸式動力入出力手段と、
前記第１の回転軸の回転速度を検出する第１の回転速度検出手段と、
前記第２の回転軸の回転速度を検出する第２の回転速度検出手段と、
前記第１の回転速度検出手段および前記第２の回転速度検出手段により各々検出された回転速度と前記３軸式動力入出力手段における前記所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算する回転速度演算手段と、
前記回転速度演算手段により演算される前記原動機の出力軸の回転速度が所定値以上となるよう前記第１の電動機を駆動制御する電動機制御手段と
を備える動力出力装置。
【請求項２】
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
出力軸を有する原動機と、
第１の回転軸を有し、該第１の回転軸に動力を入出力する第１の電動機と、
前記駆動軸に結合される第２の回転軸を有し、該第２の回転軸に動力を入出力する第２の電動機と、
前記出力軸と前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とに各々結合される３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力を決定したとき該決定された動力に基づいて残余の１軸へ入出力される動力が決定される所定の動力関係を有する３軸式動力入出力手段と、
前記第１の回転軸の回転速度を検出する第１の回転速度検出手段と、
前記第２の回転軸の回転速度を検出する第２の回転速度検出手段と、
前記第１の回転速度検出手段および前記第２の回転速度検出手段により各々検出された回転速度と前記３軸式動力入出力手段における前記所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算する回転速度演算手段と、
操作者の指示に基づいて前記原動機の出力軸の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、
前記回転速度演算手段により演算される前記原動機の出力軸の回転速度が前記目標回転速度になるよう前記第１の電動機を駆動制御する電動機制御手段と
を備える動力出力装置。
【請求項３】
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
出力軸を有する原動機と、
第１の回転軸を有し、該第１の回転軸に動力を入出力する第１の電動機と、
前記駆動軸に結合される第２の回転軸を有し、該第２の回転軸に動力を入出力する第２の電動機と、
前記出力軸と前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とに各々結合される３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力を決定したとき該決定された動力に基づいて残余の１軸へ入出力される動力が決定される所定の動力関係を有する３軸式動力入出力手段と、
前記第１の回転軸の回転速度を検出する第１の回転速度検出手段と、
前記第２の回転軸の回転速度を検出する第２の回転速度検出手段と、
前記第１の回転速度検出手段および前記第２の回転速度検出手段により各々検出された回転速度と前記３軸式動力入出力手段における前記所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算し、その演算結果から、前記原動機の前記出力軸の回転方向を判断する回転速度演算手段と、
該出力軸が逆回転していると判断された場合には、該出力軸が正回転するのに必要なトルクを、前記第１，第２の電動機により出力する手段と
を備える動力出力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置に関し、詳しくは、原動機から出力される動力を効率よく駆動軸に出力する動力出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、車両に搭載される装置であって、原動機の出力軸と電動機のロータに結合された駆動軸とを電磁継手により電磁的に結合して原動機の動力を駆動軸に伝達するものが提案されている（例えば、特開昭５３−１３３８１４号公報等）。この動力出力装置では、電動機により車両の走行を開始し、電動機の回転数が所定の回転数になったら、電磁継手へ励磁電流を与えて原動機をクランキングすると共に原動機への燃料供給や火花点火を行なって原動機を始動する。原動機が始動した後は、原動機からの動力を電磁継手の電磁的な結合により駆動軸に伝達して車両を走行させる。電動機は、電磁継手により駆動軸に伝達される動力では駆動軸に必要な動力が不足する場合に駆動され、この不足分を補う。電磁継手は、駆動軸に動力を伝達している際、その電磁的な結合の滑りに応じた電力を回生する。この回生された電力は、走行の開始の際に用いられる電力としてバッテリに蓄えられたり、駆動軸の動力の不足分を補う電動機の動力として用いられる。こうした動力出力装置が備える原動機の出力軸の回転数（原動機の回転数ともいう）は、一般に、原動機の出力軸に取り付けられた回転角センサの出力パルスに基づいて算出する。回転角センサとしては、例えば、出力軸に取り付けられた歯車状の回転体と、この回転体の外周面（歯車の形成面）に配置されたコイルと磁石とからなる電磁ピックとにより構成され、回転体の回転に伴ってコイルに生じる鎖交磁束の変化に基づいて電圧パルスを出力するもの、例えば、クランク角センサがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この動力出力装置では、所定時間内に回転角センサから出力されるパルスをカウントすることにより原動機の出力軸の回転数を求めるため、原動機の出力軸の回転方向を検出することができず、原動機を通常の回転方向と逆に回転させてしまう場合を検出することができないという問題があった。原動機は、その出力軸に一方向の回転動力を出力するものであることなどから、通常、一方向の回転しか許さない。上述の動力出力装置では、電磁継手は、原動機からその出力軸に出力された動力を駆動軸に伝達する動作の他に、駆動軸の動力を原動機の出力軸に伝達する動作も可能であるから、原動機を通常の回転方向とは逆に回転させる動力を伝達することもある。例えば、車両が後進しているときに電磁継手に電磁的な結合を与えて駆動軸に制動力を作用させる場合等である。
【０００４】
本発明の動力出力装置は、原動機の出力軸の回転数をその回転方向を含めて検出すると共に、原動機を通常の回転方向とは逆に回転させないようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
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、
出力軸を有する原動機と、
第１の回転軸を有し、該第１の回転軸に動力を入出力する第１の電動機と、
前記駆動軸に結合される第２の回転軸を有し、該第２の回転軸に動力を入出力する第２の電動機と、
前記出力軸と前記第１の回転軸と前記第２の回転軸とに各々結合される３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力を決定したとき該決定された動力に基づいて残余の１軸へ入出力される動力を決定する３軸式動力入出力手段と、
前記第１の回転軸の回転速度を検出する第１の回転速度検出手段と、
前記第２の回転軸の回転速度を検出する第２の回転速度検出手段と、
前記第１の回転速度検出手段および前記第２の回転速度検出手段により各々検出された回転速度と前記３軸式動力入出力手段における前記所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算する回転速度演算手段と
を備えることを要旨とする。
【０００６】
この動力出力装置は、原動機の出力軸と第１の電動機の第１の回転軸と第２の電動機の第２の回転軸とに各々結合される３軸を有する３軸式動力入出力手段が、所定の動力関係により、この３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されたとき、この決定された動力に基づいて残余の１軸へ入出力される動力を決定する。回転数演算手段は、第１の回転速度検出手段により検出された第１の回転軸の回転速度と、第２の回転速度検出手段により検出される第２の回転軸の回転速度と３軸式動力入出力手段における所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算する。
【０００７】
こうした動力出力装置によれば、第１の電動機の回転速度と第２の電動機の回転速度と３軸式動力入出力手段における所定の動力関係とに基づいて原動機の出力軸の回転速度を求めることができる。
【０００８】
こうした動力出力装置において、操作者の指示に基づいて前記原動機の出力軸の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、前記回転速度演算手段により演算される前記原動機の出力軸の回転速度が前記目標回転速度になるよう前記第１の電動機を駆動制御する電動機制御手段とを備えるものとすることもできる。この態様の第１または第２の動力出力装置は、電動機制御手段が、回転速度演算手段により演算される原動機の出力軸の回転速度が目標回転速度設定手段により設定される原動機の出力軸の目標回転速度になるよう第１の電動機を駆動制御する。こうすれば、原動機の出力軸を目標回転速度で安定して回転させることができる。
【０００９】
また、動力出力装置において、前記回転速度演算手段により演算される前記原動機の出力軸の回転速度が所定値以上となるよう前記第１の電動機を駆動制御する電動機制御手段を備えるものとすることもできる。この態様の第１または第２の動力出力装置は、電動機制御手段が、回転速度演算手段により演算される原動機の出力軸の回転速度が所定値以上となるよう第１の電動機を駆動制御する。こうすれば、原動機の回転軸を常に所定値以上とすることができる。ここで、この所定値を値０とすれば、原動機の逆回転を防止するものとなり、所定値をアイドル回転数に等しいものとすれば、原動機の非所望の運転停止を防止するものとなる。
【００１０】
もとより、原動機の回転速度の演算結果により、原動機の出力軸の回転方向を判断し、出力軸が逆回転していると判断した場合には、出力軸が正回転するのに必要なトルクを、第１，第２の電動機により出力するものとしても良い。
【００１１】
【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。図１は動力をクラッチモータとよばれるモータを用いて分配する動力出力装置２０を第１実施例として説明するための概略構成図、図２は図１の動力出力装置２０が構成として備えるクラッチモータ３０およびアシストモータ４０の構造を示す断面図、図３は図１の動力出力装置２０を組み込んだ車両の概略構成を示す構成図である。説明の都合上、まず図３を用いて、車両全体の構成から説明する。
【００１２】
図３に示すように、この車両には、動力源であるエンジン５０としてガソリンにより運転されるガソリンエンジンが備えられている。このエンジン５０は、吸気系からスロットルバルブ６６を介して吸入した空気と燃料噴射弁５１から噴射されたガソリンとの混合気を燃焼室５２に吸入し、この混合気の爆発により押し下げられるピストン５４の運動をクランクシャフト５６の回転運動に変換する。ここで、スロットルバルブ６６はアクチュエータ６８により開閉駆動される。点火プラグ６２は、イグナイタ５８からディストリビュータ６０を介して導かれた高電圧によって電気火花を形成し、混合気はその電気火花によって点火されて爆発燃焼する。
【００１３】
このエンジン５０の運転は、電子制御ユニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと呼ぶ）７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ７０には、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。例えば、スロットルバルブ６６の開度（ポジション）を検出するスロットルバルブポジションセンサ６７、エンジン５０の負荷を検出する吸気管負圧センサ７２、エンジン５０の水温を検出する水温センサ７４、ディストリビュータ６０に設けられクランクシャフト５６の回転数と回転角度を検出する回転数センサ７６および回転角度センサ７８などである。なお、ＥＦＩＥＣＵ７０には、この他、例えばイグニッションキーの状態ＳＴを検出するスタータスイッチ７９なども接続されているが、その他のセンサ，スイッチなどの図示は省略した。
【００１４】
エンジン５０のクランクシャフト５６には、後述するクラッチモータ３０およびアシストモータ４０を介して駆動軸２２が結合されている。駆動軸２２は、ディファレンシャルギヤ２４に結合されており、動力出力装置２０からのトルクは最終的に左右の駆動輪２６，２８に伝達される。このクラッチモータ３０およびアシストモータ４０は、制御装置８０により制御されている。制御装置８０の構成は後で詳述するが、内部には制御ＣＰＵが備えられており、シフトレバー８２に設けられたシフトポジションセンサ８４やアクセルペダル６４に設けられたアクセルペダルポジションセンサ６５なども接続されている。また、制御装置８０は、上述したＥＦＩＥＣＵ７０と通信により、種々の情報をやり取りしている。これらの情報のやり取りを含む制御については、後述する。
【００１５】
図１に示すように、動力出力装置２０は、大きくは、エンジン５０、エンジン５０のクランクシャフト５６にアウタロータ３２が機械的に結合されたクラッチモータ３０、このクラッチモータ３０のインナロータ３４に機械的に結合されたロータ４２を有するアシストモータ４０およびクラッチモータ３０とアシストモータ４０を駆動・制御する制御装置８０から構成されている。
【００１６】
各モータの概略構成について、図１により説明する。クラッチモータ３０は、図１に示すように、アウタロータ３２の内周面に永久磁石３５を備え、インナロータ３４に形成されたスロットに三相のコイル３６を巻回する同期電動機として構成されている。この三相コイル３６への電力は、回転トランス３８を介して供給される。インナロータ３４において三相コイル３６用のスロットおよびティースを形成する部分は、無方向性電磁鋼板の薄板を積層することで構成されている。なお、インナロータ３４のエンジン５０側の端部には、インナロータ３４のアウタロータ３２に対する相対的な回転角度（クラッチモータ３０の回転角度）θｃをその回転方向と共に検出するレゾルバ３９が設けられている。このレゾルバ３９からの検出信号は、回転トランス３８に並設されたスリップリング３９Ａを介して制御装置８０に入力される。
【００１７】
他方、アシストモータ４０も同期電動機として構成されているが、回転磁界を形成する三相コイル４４は、ケース４５に固定されたステータ４３に巻回されている。このステータ４３も、無方向性電磁鋼板の薄板を積層することで形成されている。ロータ４２の外周面には、複数個の永久磁石４６が設けられている。アシストモータ４０では、この永久磁石４６により磁界と三相コイル４４が形成する磁界との相互作用により、ロータ４２が回転する。ロータ４２が機械的に結合された軸は、動力出力装置２０のトルクの出力軸である駆動軸２２であり、この駆動軸２２にはロータ４２の回転角度（アシストモータ４０の回転角度）θａをその回転方向と共に検出するレゾルバ４８が設けられている。また、駆動軸２２は、ケース４５に設けられたベアリング４９により軸支されている。
【００１８】
係るクラッチモータ３０とアシストモータ４０とは、クラッチモータ３０のインナロータ３４がアシストモータ４０のロータ４２、延いては駆動軸２２に機械的に結合されている。したがって、エンジン５０と両モータ３０，４０との関係を簡略に言えば、エンジン５０からクランクシャフト５６に出力された軸トルクがクラッチモータ３０のアウタロータ３２およびインナロータ３４を介して駆動軸２２に出力され、アシストモータ４０からのトルクがこれに加減算されるということになる。
【００１９】
アシストモータ４０は、通常の永久磁石型三相同期モータとして構成されているが、クラッチモータ３０は、永久磁石３５を有するアウタロータ３２も三相コイル３６を備えたインナロータ３４も、共に回転するよう構成されている。そこで、クラッチモータ３０の構成の詳細について、図２を用いて補足する。クラッチモータ３０のアウタロータ３２は、クランクシャフト５６に嵌合されたホイール５７の外周端に圧入ピン５９ａおよびネジ５９ｂにより取り付けられている。ホイール５７の中心部は、軸形状に突設されており、ここにベアリング３７Ａ，３７Ｂを用いてインナロータ３４が回転自在に取り付けられている。また、インナロータ３４のアシストモータ４０側の端部には駆動軸２２の一端が固定されている。なお、このインナロータ３４のホイール５７側の端部には、クラッチモータ３０の回転角度θｃを検出するレゾルバ３９が設けられていることは説明した。
【００２０】
アウタロータ３２に設けられた永久磁石３５は、実施例では４個設けられており、アウタロータ３２の内周面に貼付されている。その磁化方向はクラッチモータ３０の軸中心に向かう方向であり、一つおきに磁極の方向は逆向きになっている。この永久磁石３５と僅かなギャップにより対向するインナロータ３４の三相コイル３６は、インナロータ３４に設けられた計２４個のスロット（図示せず）に巻回されており、各コイルに通電すると、スロットを隔てるティースを通る磁束を形成する。各コイルに三相交流を流すと、この磁界は回転する。三相コイル３６の各々は、回転トランス３８から電力の供給を受けるよう接続されている。この回転トランス３８は、ケース４５に固定された一次巻線３８Ａとインナロータ３４に結合された駆動軸２２に取り付けられた二次巻線３８Ｂとからなり、電磁誘導により、一次巻線３８Ａと二次巻線３８Ｂとの間で、双方向に電力をやり取りすることができる。なお、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の電流をやり取りするために、回転トランス３８には三相分の巻線が用意されている。なお、この回転トランス３８には、前述したようにレゾルバ３９からの検出信号を取り出すための駆動軸２２に取り付けられたリング３９Ｂとケース４５に固定されたブラシ３９Ｃとからなるスリップリング３９Ａが並設されている。
【００２１】
隣接する一組の永久磁石３５が形成する磁界と、インナロータ３４に設けられた三相コイル３６が形成する回転磁界との相互作用により、アウタロータ３２とインナロータ３４とは種々の振る舞いを示す。通常は、三相コイル３６に流す三相交流の周波数は、クランクシャフト５６に直結されたアウタロータ３２に対するインナロータ３４の相対的な回転数の周波数としている。なお、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０の制御の詳細については、後でフローチャートを用いて詳しく説明する。
【００２２】
次に、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０を駆動・制御する制御装置８０について説明する。制御装置８０は、クラッチモータ３０を駆動する第１の駆動回路９１、アシストモータ４０を駆動する第２の駆動回路９２、両駆動回路９１，９２を制御する制御ＣＰＵ９０、二次電池であるバッテリ９４から構成されている。制御ＣＰＵ９０は、１チップマイクロプロセッサであり、内部に、ワーク用のＲＡＭ９０ａ、処理プログラムを記憶したＲＯＭ９０ｂ、入出力ポート（図示せず）およびＥＦＩＥＣＵ７０と通信を行なうシリアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御ＣＰＵ９０には、レゾルバ３９からのクラッチモータ３０の回転角度θｃ、レゾルバ４８からのアシストモータ４０の回転角度θａ、アクセルペダルポジションセンサ６５からのアクセルペダルポジション（アクセルペダルの踏込量）ＡＰ、シフトポジションセンサ８４からのシフトポジションＳＰ、第１の駆動回路９１に設けられた２つの電流検出器９５，９６からのクラッチ電流値Ｉｕｃ，Ｉｖｃ、第２の駆動回路に設けられた２つの電流検出器９７，９８からのアシスト電流値Ｉｕａ，Ｉｖａ、バッテリ９４の残容量を検出する残容量検出器９９からの残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して入力されている。なお、残容量検出器９９は、バッテリ９４の電解液の比重またはバッテリ９４の全体の重量を測定して残容量を検出するものや、充電・放電の電流値と時間を演算して残容量を検出するものや、バッテリの端子間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測ることにより残容量を検出するものなどが知られている。
【００２３】
また、制御ＣＰＵ９０からは、第１の駆動回路９１に設けられたスイッチング素子である６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を駆動する制御信号ＳＷ１と、第２の駆動回路９２に設けられたスイッチング素子としての６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６を駆動する制御信号ＳＷ２とが出力されている。第１の駆動回路９１内の６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６は、トランジスタインバータを構成しており、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点に、クラッチモータ３０の三相コイル（ＵＶＷ）３６の各々が、回転トランス３８を介して接続されている。電源ラインＬ１，Ｌ２は、バッテリ９４のプラス側とマイナス側に、それぞれ接続されているから、制御ＣＰＵ９０により対をなすトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間の割合を制御信号ＳＷ１により順次制御し、各コイル３６に流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル３６により、回転磁界が形成される。
【００２４】
他方、第２の駆動回路９２の６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６も、トランジスタインバータを構成しており、それぞれ、第１の駆動回路９１と同様に配置されていて、対をなすトランジスタの接続点は、アシストモータ４０の三相コイル４４の各々に接続されている。従って、制御ＣＰＵ９０により対をなすトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間を制御信号ＳＷ２により順次制御し、各コイル４４に流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル４４により、回転磁界が形成される。
【００２５】
以上構成を説明した動力出力装置２０の動作について説明する。動力出力装置２０の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の通りである。エンジン５０が、ＥＦＩＥＣＵ７０により所定の回転数Ｎ１で運転されているとする。このとき、制御装置８０が回転トランス３８を介してクラッチモータ３０の三相コイル３６に何等電流を流していないとすれば、即ち第１の駆動回路９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６が常時オフ状態であれば、三相コイル３６には何等の電流も流れないから、クラッチモータ３０のアウタロータ３２とインナロータ３４とは電磁的に全く結合されていない状態となり、エンジン５０のクランクシャフト５６は空回りしている状態となる。この状態では、トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６がオフとなっているから、三相コイル３６からの回生も行なわれない。即ち、エンジン５０はアイドル回転をしていることになる。
【００２６】
制御装置８０の制御ＣＰＵ９０が制御信号ＳＷ１を出力してトランジスタをオンオフ制御すると、エンジン５０のクランクシャフト５６の回転数（エンジン５０の回転数）Ｎｅと駆動軸２２の回転数Ｎｄとの偏差（言い換えれば、クラッチモータ３０のアウタロータ３２に対するインナロータ３４の相対的な回転数（クラッチモータ３０の回転数）Ｎｃ（Ｎｅ−Ｎｄ））に応じて、クラッチモータ３０の三相コイル３６に一定の電流が流れる。即ち、クラッチモータ３０は発電機として機能し、電流が第１の駆動回路９１を介して回生され、バッテリ９４が充電される。この時、アウタロータ３２とインナロータ３４とは一定の滑りが存在する結合状態となる。即ち、エンジン５０の回転数Ｎｅよりは低い回転数Ｎｄでインナロータ３４は回転する。この状態で、回生された電気エネルギと等しいエネルギがアシストモータ４０で消費されるように、制御ＣＰＵ９０が第２の駆動回路９２を制御すると、アシストモータ４０の三相コイル４４に電流が流れ、アシストモータ４０においてトルクが発生する。
【００２７】
図４に照らせば、エンジン５０が回転数Ｎ１およびトルクＴ１で運転されているときに、領域Ｇ１で表わされるエネルギをクラッチモータ３０から回生し、これをアシストモータ４０に付与することにより、駆動軸２２を回転数Ｎ２およびトルクＴ２で運転することができるのである。こうして、クラッチモータ３０における滑りに応じたエネルギをトルクとして駆動軸２２に付与して、エンジン５０から出力される動力のトルクの変換を行なうのである。
【００２８】
次に、エンジン５０が所定の回転数Ｎ２およびトルクＴ２で運転されており、駆動軸２２が回転数Ｎ２より大きな回転数Ｎ１で回転している場合を考える。この状態では、クラッチモータ３０のインナロータ３４は、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃ（Ｎｅ−Ｎｄ）の絶対値で示される回転数で駆動軸２２の回転方向に回転するから、クラッチモータ３０は、通常のモータとして機能し、バッテリ９４からの電力により駆動軸２２に回転エネルギを与える。一方、制御ＣＰＵ９０によりアシストモータ４０により電力を回生するよう第２の駆動回路９２を制御すると、アシストモータ４０のロータ４２とステータ４３との間の滑りにより三相コイル４４に回生電流が流れる。ここで、アシストモータ４０により回生される電力がクラッチモータ３０により消費されるよう制御ＣＰＵ９０により第１および第２の駆動回路９１，９２を制御すれば、クラッチモータ３０を、バッテリ９４に蓄えられた電力を用いることなく駆動することができる。
【００２９】
図４に照らせば、エンジン５０が回転数Ｎ２およびトルクＴ２で運転されているときに、領域Ｇ２と領域Ｇ３の和で表わされるエネルギをアシストモータ４０から回生し、これをクラッチモータ３０に付与することにより、駆動軸２２を回転数Ｎ１およびトルクＴ１で運転することができるのである。
【００３０】
なお、実施例の動力出力装置２０では、こうしたトルク変換に加えて、エンジン５０から出力される動力（トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積）と、クラッチモータ３０により回生または消費される電気エネルギと、アシストモータ４０により消費または回生される電気エネルギとを調節することにより、余剰の電気エネルギを見い出してバッテリ９４を放電したり、不足する電気エネルギをバッテリ９４に蓄えられた電力により補ったりして、エンジン５０から出力される動力をより効率よく駆動軸２２に出力することができる。
【００３１】
次に、実施例の動力出力装置２０により実行されるトルク制御処理について図５に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。図５のトルク制御ルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まずクラッチモータ３０の回転数Ｎｃおよびアシストモータ４０の回転数Ｎａを入力する処理を行なう（ステップＳ１００，Ｓ１０２）。ここで、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃは、レゾルバ３９から読み込んだクラッチモータ３０の回転角度θｃから求めることができ、アシストモータ４０の回転数Ｎａは、レゾルバ４８から読み込んだアシストモータ４０の回転角度θａから求めることができる。なお、レゾルバ３９およびレゾルバ４８は、その回転角度θｃおよびθａと共にその回転方向をも検出するから、実施例では、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃは、アウタロータ３２の回転数からインナロータ３４の回転数を減じたときに正の値となるときを正とし、アシストモータ４０の回転数Ｎａは、車両が前進しているときのロータ４２の回転を正とした。
【００３２】
次に、入力したクラッチモータ３０の回転数Ｎｃにアシストモータ４０の回転数Ｎａを加えてエンジン５０の回転数Ｎｅを計算する（ステップＳ１０４）。ここで、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃにアシストモータ４０の回転数Ｎａを加えてエンジン５０の回転数Ｎｅが計算できるのは、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃがアウタロータ３２とインナロータ３４との相対的な回転数、即ちエンジン５０のクランクシャフト５６と駆動軸２２との相対的な回転数であり、アシストモータ４０の回転数Ｎａが駆動軸２２の回転数Ｎｄであり、かつ、上述したようにその符号を定めたからである。
【００３３】
エンジン５０の回転数Ｎｅを計算すると、この回転数Ｎｅを値０や所定値Ｎｅｍｉｎと比較する（ステップＳ１０６，Ｓ１０８）。ここで所定値Ｎｅｍｉｎは、エンジン５０が安定して回転できる最低の回転数か或いはこの最低の回転数より若干高い回転数である。エンジン５０の回転数Ｎｅが所定値Ｎｅｍｉｎ以上のときには、エンジン５０は正常な回転状態にあると判定して回転状態判定フラグＦに値０をセットする（ステップＳ１１２）。エンジン５０の回転数Ｎｅが所定値Ｎｅｍｉｎ未満のときには、エンジン５０の停止命令が出力されているかを調べ（ステップＳ１１０）、停止命令が出力されているときには、エンジン５０は正常な回転状態にあると判定して回転状態判定フラグＦに値０をセットする（ステップＳ１１２）。なお、エンジン５０の停止命令の出力は、運転者が図示しない運転停止スイッチをオンとしたときや、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０が車両の状態に基づいてエンジン５０を停止する判定を行なったとき、制御ＣＰＵ９０のＲＡＭ９０ａの所定アドレスに所定の信号が書き込まれることにより行なわれる。したがって、制御ＣＰＵ９０は、ＲＡＭ９０ａの所定アドレスを調べることによりエンジン５０の停止命令が出力されているかを判断することができる。
【００３４】
一方、エンジン５０の回転数Ｎｅが負のときや、エンジン５０の回転数Ｎｅは値０以上であるが所定値Ｎｅｍｉｎ未満のときでかつエンジン５０の停止命令が出力されていないときには、エンジン５０は正常な回転状態にないと判定して回転状態判定フラグＦに値１をセットする（ステップＳ１１４）。
【００３５】
続いて、アクセルペダルポジションセンサ６５により検出されるアクセルペダルポジションＡＰを読み込む処理を行なう（ステップＳ１１６）。アクセルペダル６４は運転者が出力トルクが足りないと感じたときに踏み込まれるものである。したがって、アクセルペダルポジションＡＰの値は運転者の欲している出力トルク（すなわち、駆動軸２２に出力すべきトルク）に対応するものである。アクセルペダルポジションＡＰが読み込まれると、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰに応じて駆動軸２２に出力すべきトルクの目標値（以下、トルク指令値という）Ｔｄ＊を導出する処理を行なう（ステップＳ１１８）。実施例では、各アクセルペダルポジションＡＰに対応する出力トルク指令値Ｔｄ＊を予めマップとしてＲＯＭ９０ｂに記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰが読み込まれると、そのアクセルペダルポジションＡＰに対応する出力トルク指令値Ｔｄ＊をこのマップから導出するものとした。
【００３６】
次に、導き出された出力トルク指令値Ｔｄ＊と入力されたアシストモータ４０の回転数Ｎａとから、駆動軸２２に出力すべきエネルギＰｄを計算（Ｐｄ＝Ｔｄ＊×Ｎａ）により求める処理を行なう（ステップＳ１２０）。そして、この求めた出力エネルギＰｄに基づいて、エンジン５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊を設定する処理を行なう（ステップＳ１２２）。ここで、駆動軸２２に出力すべきエネルギＰｄの全てをエンジン５０から出力される動力によって賄うものとすると、エンジン５０から出力されるエネルギがそのトルクＴｅと回転数Ｎｅとの積に等しいため、出力エネルギＰｄとエンジン５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊との関係はＰｄ＝Ｔｅ＊×Ｎｅ＊となる。しかし、かかる関係を満足するエンジン５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組合せは無数に存在する。そこで、実施例では、エンジン５０ができる限り効率の高い状態で動作するようにエンジン５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組合せを設定するものとした。
【００３７】
こうして、回転状態判定フラグＦやエンジン５０の目標トルクＴｅ＊や目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した値を用いてクラッチモータ３０の制御（ステップＳ１２４）とアシストモータ４０の制御（ステップＳ１２６）とエンジン５０の制御（ステップＳ１２８）とを行なう。実施例では、図示の都合上、各制御は別々のステップとして記載したが、実際には、これらの制御は総合的に行なわれる。例えば、制御ＣＰＵ９０が割り込み処理を利用して、クラッチモータ３０とアシストモータ４０の制御を同時に実行すると共に、通信によりＥＦＩＥＣＵ７０に指示を送信して、ＥＦＩＥＣＵ７０によりエンジン５０の制御も同時に行なわせるのである。以下に、各制御について説明する。
【００３８】
クラッチモータ３０の制御（図５のステップＳ１２４）は、図６に例示するクラッチモータ制御ルーチンによりなされる。本ルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まず、回転状態判定フラグＦの値を調べ（ステップＳ１３０）、回転状態判定フラグＦが値０のときには、エンジン５０は正常に回転していると判断し、次式（１）によりクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を計算して設定する（ステップＳ１３２）。この式（１）の右辺第２項は、エンジン５０の回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｅ＊との偏差を解消する比例項であり、右辺第３項は、エンジン５０の回転数Ｎｅの目標回転数Ｎｅ＊に対する定常偏差を解消するための積分項である。なお、式（１）中のＫ１およびＫ２は定数である。このようにクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を設定してクラッチモータ３０を制御することにより、エンジン５０が目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊の運転ポイントで運転されるよう制御することができるのである。
【００３９】
【数１】
0003932826.tif 000002
【００４０】
一方、回転状態判定フラグＦが値１のときには、エンジン５０は逆回転しているか失速していると判断し、エンジン５０を強制的に正回転させるようクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊に所定値Ｔｃ０を設定する（ステップＳ１３４）。ここで、所定値Ｔｃ０は、エンジン５０を強制的に正回転させるトルクの値として設定されるものであり、実施例では、燃料噴射が停止されているエンジン５０を所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で回転させることができるトルクの値として設定されている。
【００４１】
クラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊を設定すると、続いて、レゾルバ３９により検出されるクラッチモータ３０の回転角度θｃを入力すると共に（ステップＳ１３６）、クラッチモータ３０の三相コイル３６のＵ相とＶ相とに流れている電流Ｉｕｃ，Ｉｖｃを電流検出器９５，９６により検出する処理を行なう（ステップＳ１３８）。電流はＵ，Ｖ，Ｗの三相に流れているが、その総和はゼロとなるので、二つの相に流れる電流を測定すれば足りる。次に、こうして得られた三相の電流を用いて座標変換（三相−二相変換）を行なう（ステップＳ１４０）。座標変換は、永久磁石型の同期電動機のｄ軸，ｑ軸の電流値に変換することであり、次式（２）を演算することにより行なわれる。ここで座標変換を行なうのは、永久磁石型の同期電動機においては、ｄ軸及びｑ軸の電流がトルクを制御する上で本質的な量だからである。もとより、三相のまま制御することも可能である。
【００４２】
【数２】
0003932826.tif 000003
【００４３】
次に、２軸の電流値に変換した後、クラッチモータ３０におけるトルク指令値Ｔｃ＊から求められる各軸の電流指令値Ｉｄｃ＊，Ｉｑｃ＊と実際各軸に流れた電流Ｉｄｃ，Ｉｑｃとの偏差を求め、各軸の電圧指令値Ｖｄｃ，Ｖｑｃを求める処理を行なう（ステップＳ１４２）。即ち、まず以下の式（３）の演算を行ない、次に次式（４）の演算を行なうのである。ここで、Ｋｐ１，２およびＫｉ１，２は、各々係数である。これらの係数は、適用するモータの特性に適合するよう調整される。電圧指令値Ｖｄｃ，Ｖｑｃは、電流指令値Ｉ＊との偏差ΔＩに比例する部分（式（４）右辺第１項）と偏差ΔＩのｉ回分の過去の累積分（右辺第２項）とから求められる。
【００４４】
【数３】
0003932826.tif 000004
【００４５】
【数４】
0003932826.tif 000005
【００４６】
その後、こうして求めた電圧指令値をステップＳ１４０で行なった変換の逆変換に相当する座標変換（二相−三相変換）を行ない（ステップＳ１４４）、実際に三相コイル３６に印加する電圧Ｖｕｃ，Ｖｖｃ，Ｖｗｃを求める処理を行なう。各電圧は、次式（５）により求める。
【００４７】
【数５】
0003932826.tif 000006
【００４８】
実際の電圧制御は、第１の駆動回路９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオンオフ時間によりなされるから、式（５）によって求めた各電圧指令値となるよう各トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間をＰＷＭ制御する（ステップＳ１４６）。
【００４９】
なお、クラッチモータ３０の制御は、トルク指令値Ｔｃ＊の符号を駆動軸２２にクランクシャフト５６の回転方向に正のトルクが作用するときを正とすると、正の値のトルク指令値Ｔｃ＊が設定されても、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃが正の値のとき（エンジン５０の回転数Ｎｅが駆動軸２２の回転数Ｎｄより大きいとき）にはエンジン５０のクランクシャフト５６の回転に対して制動トルクを作用させて回生電流を発生させる回生制御がなされ、回転数Ｎｃが負の値のとき（回転数Ｎｅが回転数Ｎｄより小さいとき）にはインナロータ３４をアウタロータ３２に対して回転数Ｎｃで駆動軸２２の回転方向に回転駆動する力行制御がなされることになる。クラッチモータ３０の回生制御と力行制御は、トルク指令値Ｔｃ＊が正の値であれば、共にアウタロータ３２に取り付けられた永久磁石３５と、インナロータ３４の三相コイル３６に流れる電流により生じる回転磁界とにより正の値のトルクが駆動軸２２に作用するよう第１の駆動回路９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を制御するものであるから、同一のスイッチング制御となる。即ち、トルク指令値Ｔｃ＊の符号が同じであれば、クラッチモータ３０の制御が回生制御であっても力行制御であっても同じスイッチング制御となる。したがって、図８のクラッチモータ制御処理でいずれの制御も行なうことができる。また、トルク指令値Ｔｃ＊が負の値のとき、即ち駆動軸２２を制動しているときや車両を後進させているときは、ステップＳ１３６の回転角度θｃの変化の方向が逆になるから、この際の制御も図６のクラッチモータ制御処理により行なうことができる。
【００５０】
次に、アシストモータ４０の制御（図５のステップＳ１２６）について図６に例示するアシストモータ制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチンが実行されると、制御装置８０の制御ＣＰＵ９０は、まず、回転状態判定フラグＦの値を調べ（ステップＳ１５０）、回転状態判定フラグＦが値０のときには、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を計算（Ｋｓ×Ｔｃ＊×Ｎｃ）により計算して設定し（ステップＳ１５２）、回転状態判定フラグＦが値１のときには、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を計算（Ｔｄ＊＋Ｔｃ＊）により計算して設定する（ステップＳ１５４）。ここで、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊を計算する際に用いたＫｓはクラッチモータ３０とアシストモータ４０の総合効率である。
【００５１】
続いて、レゾルバ４８により検出されるアシストモータ４０の回転角度θａを入力すると共に（ステップＳ１５６）、アシストモータ４０の各相の電流を電流検出器９７，９８を用いて検出する処理を行なう（ステップＳ１５８）。その後、クラッチモータ３０と同様の座標変換（ステップＳ１６０）および電圧指令値Ｖｄａ，Ｖｑａの演算を行ない（ステップＳ１６２）、更に電圧指令値の逆座標変換（ステップＳ１６４）を行なって、アシストモータ４０の第２の駆動回路９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオンオフ制御時間を求め、ＰＷＭ制御を行なう（ステップＳ１６６）。これらの処理は、クラッチモータ３０について行なったものと全く同一である。
【００５２】
ここで、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊は、クラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊と回転数Ｎｃとを含む演算により求められるから、駆動軸２２が車両が前進する方向に回転しておれば、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃが正のとき（エンジン５０の回転数Ｎｅが駆動軸２２の回転数Ｎｄより大きいとき）にはトルク指令値Ｔａ＊には正の値が設定されて力行制御がなされ、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃが負のとき（エンジン５０の回転数Ｎｅが駆動軸２２の回転数Ｎｄより小さいとき）にはトルク指令値Ｔａ＊には負の値が設定されて回生制御がなされる。しかし、アシストモータ４０の力行制御と回生制御は、クラッチモータ３０の制御と同様に、共に図７のアシストモータ制御ルーチンで行なうことができる。また、駆動軸２２が車両が後進する方向に回転しているときも同様である。なお、アシストモータ４０のトルク指令値Ｔａ＊の符号は、車両が前進する方向に駆動軸２２を加速するトルクが作用するときを正とした。
【００５３】
次に、エンジン５０の制御（図５のステップＳ１２８）について説明する。エンジン５０は、図５のステップＳ１２２において設定された目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊の運転ポイントで定常運転状態となるよう制御される。具体的には、制御ＣＰＵ９０から通信によりＥＦＩＥＣＵ７０に指示を送信し、指示を受信したＥＦＩＥＣＵ７０により燃料噴射弁５１からの燃料噴射量の制御やスロットルバルブ６６の開度の制御がなされるのである。すなわち、エンジン５０を目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊の運転ポイントで定常運転するためのスロットルバルブ６６の開度をＥＦＩＥＣＵ７０の図示しない内部ＲＯＭに記憶されたマップから導出してアクチュエータ６８によりスロットルバルブ６６を駆動すると共に、エンジン５０の燃焼室５２への吸入空気量に応じて燃料噴射量を調整するのである。
【００５４】
こうした各制御により、エンジン５０をより効率の良い運転ポイントで運転することができ、エンジン５０から出力されるエネルギＰｄをクラッチモータ３０とアシストモータ４０とによりトルク変換して駆動軸２２に出力することができる。
【００５５】
以上説明した実施例の動力出力装置２０によれば、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃとアシストモータ４０の回転数Ｎａとに基づいてエンジン５０の回転数Ｎｅを求めることができる。しかも、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃとアシストモータ４０の回転数Ｎａは正回転と逆回転とを検出可能なレゾルバ３９，４８により検出される回転角度θｃ，θａに基づいて求められる正負の符号付きの値であるから、エンジン５０の回転数Ｎｅも正負の符号付きの値として求めることができる。この結果、エンジン５０が逆回転するといった異常な回転状態を検出することができる。
【００５６】
また、実施例の動力出力装置２０によれば、エンジン５０が逆回転するといった異常な回転状態を検出したり、エンジン５０の停止命令が出力されていないにも拘わらずその回転数Ｎｅが所定値Ｎｅｍｉｎより小さい回転状態となるのを検出したときには、エンジン５０を所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で回転させることができるトルクの値をクラッチモータ３０のトルク指令値Ｔｃ＊に設定することにより、エンジン５０を所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で正回転させることができる。この結果、エンジン５０の逆回転を防止することができると共に、エンジン５０の非所望の失速を防止することができる。しかも、こうしたエンジン５０の逆回転や失速を防止する処理の際でも、アシストモータ４０からはアクセルペダル６４の踏込量に応じたトルクとクラッチモータ３０によるエンジン５０の回転に要するトルクを打ち消すトルクとの和のトルクが駆動軸２２に出力されるから、運転者はこうした処理にも拘わらずスムースに車両を運転することができると共に非所望のトルクショックを受けることがない。
【００５７】
実施例の動力出力装置２０では、アシストモータ４０を駆動軸２２に直接取り付けるものとしたが、図８に例示する変形例の動力出力装置２０Ａのように、アシストモータ４０Ａをエンジン５０とクラッチモータ３０Ａとの間に設置し、アシストモータ４０Ａのロータ４２Ａを駆動軸２２に連結されたクラッチモータ３０Ａのアウタロータ３２Ａに結合するものとしてもよい。この変形例では、実施例の動力出力装置２０のクラッチモータ３０と異なり、クラッチモータ３０Ａのインナロータ３４Ａにエンジン５０のクランクシャフト５６を結合し、アウタロータ３２Ａに駆動軸２２を結合しているから、アウタロータ３２Ａに三相コイル３６Ａを、インナロータ３４Ａに永久磁石３５Ａを取り付けるものとした。
【００５８】
また、実施例の動力出力装置２０では、クラッチモータ３０とアシストモータ４０とをそれぞれ別個に駆動軸２２に取り付けたが、図９に例示する変形例の動力出力装置２０Ｂのように、クラッチモータとアシストモータとが一体となるよう構成してもよい。この動力出力装置２０Ｂの構成について以下に簡単に説明する。図示するように、この動力出力装置２０Ｂのクラッチモータ３０Ｂは、クランクシャフト５６に結合したインナロータ３４Ｂと、駆動軸２２に結合したアウタロータ３２Ｂとから構成され、インナロータ３４Ｂには三相コイル３６Ｂが取り付けられており、アウタロータ３２Ｂには永久磁石３５Ｂがその外周面側の磁極と内周面側の磁極とが異なるよう嵌め込まれている。一方、アシストモータ４０Ｂは、このクラッチモータ３０Ｂのアウタロータ３２Ｂと、三相コイル４４が取り付けられたステータ４３とから構成される。すなわち、クラッチモータ３０Ｂのアウタロータ３２Ｂがアシストモータ４０Ｂのロータを兼ねる構成となっている。なお、クランクシャフト５６に結合したインナロータ３４Ｂに三相コイル３６Ｂが取り付けられているから、クラッチモータ３０Ｂの三相コイル３６Ｂに電力を供給する回転トランス３８は、クランクシャフト５６に取り付けられている。
【００５９】
この変形例の動力出力装置２０Ｂでは、アウタロータ３２Ｂに嵌め込まれた永久磁石３５Ｂの内周面側の磁極に対してインナロータ３４Ｂの三相コイル３６Ｂに印加する電圧を制御することにより、クラッチモータ３０とアシストモータ４０とを駆動軸２２に別個に取り付けた実施例の動力出力装置２０のクラッチモータ３０と同様に動作する。また、アウタロータ３２Ｂに嵌め込まれた永久磁石３５Ｂの外周面側の磁極に対してステータ４３の三相コイル４４に印加する電圧を制御することにより、実施例の動力出力装置２０のアシストモータ４０と同様に動作する。したがって、上述した実施例の動力出力装置２０の総ての動作、即ち図５に例示するトルク制御ルーチンや図６に例示するクラッチモータ制御ルーチンおよび図７に例示するアシストモータ制御ルーチンを、そのまま変形例の動力出力装置２０Ｂで実行することができる。
【００６０】
こうした変形例の動力出力装置２０Ｂによれば、アウタロータ３２Ｂがクラッチモータ３０Ｂのロータの一方とアシストモータ４０Ｂのロータとを兼ねるから、動力出力装置の小型化および軽量化を図ることができる。
【００６１】
次に、本発明に対応した実施例である動力出力装置１１０を、第２の実施例として説明する。図１０は本発明の実施例としての動力出力装置１１０の概略構成を示す構成図、図１１は図１０の動力出力装置１１０の部分拡大図、図１２は動力出力装置１１０を搭載した車両の概略構成を示す構成図である。
【００６２】
第２実施例の動力出力装置１１０は、図１０および図１２に示すように、クランクシャフト１５６にクラッチモータ３０とアシストモータ４０とが取り付けられている代わりにプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ１およびモータＭＧ２が取り付けられている点を除いて第１実施例の動力出力装置２０（図１および図３）と同一の構成をしている。したがって、同一の構成には、値１００を加えた符号を付し、その説明は省略する。なお、第２実施例の動力出力装置１１０の説明でも、明示しない限り第１実施例の動力出力装置２０の説明の際に用いた符号はそのまま同じ意味で用いる。
【００６３】
図１０に示すように、第２実施例の動力出力装置１１０は、大きくは、エンジン１５０、エンジン１５０のクランクシャフト１５６にプラネタリキャリア１２４が機械的に結合されたプラネタリギヤ１２０、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたモータＭＧ１、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合されたモータＭＧ２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する制御装置１８０から構成されている。
【００６４】
プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１，ＭＧ２の構成について、図１１により説明する。プラネタリギヤ１２０は、クランクシャフト１５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸１２５に結合されたサンギヤ１２１と、クランクシャフト１５６と同軸のリングギヤ軸１２６に結合されたリングギヤ１２２と、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ１２１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギヤ１２３と、クランクシャフト１５６の端部に結合され各プラネタリピニオンギヤ１２３の回転軸を軸支するプラネタリキャリア１２４とから構成されている。このプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４にそれぞれ結合されたサンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびクランクシャフト１５６の３軸が動力の入出力軸とされ、３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残余の１軸に入出力される動力は決定された２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。なお、このプラネタリギヤ１２０の３軸への動力の入出力についての詳細は後述する。
【００６５】
リングギヤ１２２には、動力の取り出し用の動力取出ギヤ１２８がモータＭＧ１側に結合されている。この動力取出ギヤ１２８は、チェーンベルト１２９により動力伝達ギヤ１１１に接続されており、動力取出ギヤ１２８と動力伝達ギヤ１１１との間で動力の伝達がなされる。図１２に示すように、この動力伝達ギヤ１１１はディファレンシャルギヤ１１４にギヤ結合されている。したがって、動力出力装置１１０から出力された動力は、最終的に左右の駆動輪１１６，１１８に伝達される。
【００６６】
モータＭＧ１は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石１３５を有するロータ１３２と、回転磁界を形成する三相コイル１３４が巻回されたステータ１３３とを備える。ロータ１３２は、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたサンギヤ軸１２５に結合されている。ステータ１３３は、無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、ケース１１９に固定されている。このモータＭＧ１は、永久磁石１３５による磁界と三相コイル１３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆動する電動機として動作し、永久磁石１３５による磁界とロータ１３２の回転との相互作用により三相コイル１３４の両端に起電力を生じさせる発電機として動作する。なお、サンギヤ軸１２５には、その回転角度θｓを検出するレゾルバ１３９が設けられている。
【００６７】
モータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石１４５を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する三相コイル１４４が巻回されたステータ１４３とを備える。ロータ１４２は、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合されたリングギヤ軸１２６に結合されており、ステータ１４３はケース１１９に固定されている。モータＭＧ２のステータ１４３も無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されている。このモータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に、電動機あるいは発電機として動作する。なお、リングギヤ軸１２６には、その回転角度θｒを検出するレゾルバ１４９が設けられている。
【００６８】
図１０に示すように、第２実施例の動力出力装置１１０が備える制御装置１８０は、第１実施例の動力出力装置２０が備える制御装置８０と同様に構成されている。即ち、制御装置１８０は、モータＭＧ１を駆動する第１の駆動回路１９１、モータＭＧ２を駆動する第２の駆動回路１９２、両駆動回路１９１，１９２を制御する制御ＣＰＵ１９０、二次電池であるバッテリ１９４から構成されており、制御ＣＰＵ１９０は、内部に、ワーク用のＲＡＭ１９０ａ、処理プログラムを記憶したＲＯＭ１９０ｂ、入出力ポート（図示せず）およびＥＦＩＥＣＵ１７０と通信を行なうシリアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御ＣＰＵ１９０には、レゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５の回転角度θｓ、レゾルバ１４９からのリングギヤ軸１２６の回転角度θｒ、アクセルペダルポジションセンサ１６５からのアクセルペダルポジションＡＰ、シフトポジションセンサ１８４からのシフトポジションＳＰ、第１の駆動回路１９１に設けられた２つの電流検出器１９５，１９６からの電流値Ｉｕ１，Ｉｖ２、第２の駆動回路１９２に設けられた２つの電流検出器１９７，１９８からの電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２、バッテリ１９４の残容量を検出する残容量検出器１９９からの残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して入力されている。
【００６９】
また、制御ＣＰＵ１９０からは、第１の駆動回路１９１に設けられたスイッチング素子である６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を駆動する制御信号ＳＷ１と、第２の駆動回路１９２に設けられたスイッチング素子としての６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６を駆動する制御信号ＳＷ２とが出力されている。この第１の駆動回路１９１および第２の駆動回路１９２内の各々６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６，トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６は、それぞれトランジスタインバータを構成しており、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点に、第１の駆動回路１９１ではモータＭＧ１の三相コイル１３４の各々が、第２の駆動回路１９２ではモータＭＧ２の三相コイル１４４の各々が接続されている。電源ラインＬ１，Ｌ２はバッテリ１９４のプラス側とマイナス側にそれぞれ接続されているから、制御ＣＰＵ１９０により対をなすトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６，トランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間の割合を制御信号ＳＷ１，ＳＷ２により順次制御することにより、三相コイル１３４，１４４に流れる電流をＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波とすることができ、この結果、三相コイル１３４，１４４により回転磁界が形成される。
【００７０】
次に第２実施例の動力出力装置１１０の動作について説明する。第２実施例の動力出力装置１１０の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の通りである。図１３に示すように、エンジン１５０を回転数Ｎｅ，トルクＴｅの運転ポイントＰ１で運転し、このエンジン１５０から出力されるエネルギＰｅと同一のエネルギであるが異なる回転数ＮｒとトルクＴｒの運転ポイントＰ２でリングギヤ軸１２６を運転する場合、すなわち、エンジン１５０から出力される動力をトルク変換してリングギヤ軸１２６に作用させる場合について考える。
【００７１】
プラネタリギヤ１２０の３軸（サンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびプラネタリキャリア１２４）における回転数やトルクの関係は、機構学の教えるところによれば、図１４および図１５に例示する共線図と呼ばれる図として表わすことができ、幾何学的に解くことができる。なお、プラネタリギヤ１２０における３軸の回転数やトルクの関係は、上述の共線図を用いなくても各軸のエネルギを計算することなどにより数式的に解析することもできる。第２実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。
【００７２】
図１４における縦軸は３軸の回転数軸であり、横軸は３軸の座標軸の位置の比を表わす。すなわち、サンギヤ軸１２５とリングギヤ軸１２６の座標軸Ｓ，Ｒを両端にとったとき、プラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃは、軸Ｓと軸Ｒを１：ρに内分する軸として定められる。ここで、ρは、リングギヤ１２２の歯数に対するサンギヤ１２１の歯数の比であり、次式（６）で表わされる。
【００７３】
【数６】
0003932826.tif 000007
【００７４】
今、エンジン１５０が回転数Ｎｅで運転されており、リングギヤ軸１２６が回転数Ｎｒで運転されている場合を考えているから、エンジン１５０のクランクシャフト１５６が結合されているプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃにエンジン１５０の回転数Ｎｅを、リングギヤ軸１２６の座標軸Ｒに回転数Ｎｒをプロットすることができる。この両点を通る直線を描けば、この直線と座標軸Ｓとの交点で表わされる回転数としてサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓを求めることができる。以下、この直線を動作共線と呼ぶ。なお、回転数Ｎｓは、回転数Ｎｅと回転数Ｎｒとを用いて比例計算式（次式（７））により求めることができる。このようにプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４のうちいずれか２つの回転を決定すると、残余の１つの回転は、決定した２つの回転に基づいて決定される。
【００７５】
【数７】
0003932826.tif 000008
【００７６】
次に、描かれた動作共線に、エンジン１５０のトルクＴｅをプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃを作用線として図中下から上に作用させる。このとき動作共線は、トルクに対してはベクトルとしての力を作用させたときの剛体として取り扱うことができるから、座標軸Ｃ上に作用させたトルクＴｅは、向きが同じで異なる作用線への力の分離の手法により、座標軸Ｓ上のトルクＴｅｓと座標軸Ｒ上のトルクＴｅｒとに分離することができる。このときトルクＴｅｓおよびＴｅｒの大きさは、次式（８）および式（９）によって表わされる。
【００７７】
【数８】
0003932826.tif 000009
【００７８】
動作共線がこの状態で安定であるためには、動作共線の力の釣り合いをとればよい。すなわち、座標軸Ｓ上には、トルクＴｅｓと大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ１を作用させ、座標軸Ｒ上には、リングギヤ軸１２６に出力すべきトルクＴｒと同じ大きさで向きが反対のトルクとトルクＴｅｒとの合力に対し大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させるのである。このトルクＴｍ１はモータＭＧ１により、トルクＴｍ２はモータＭＧ２により作用させることができる。このとき、モータＭＧ１では回転の方向と逆向きにトルクを作用させるから、モータＭＧ１は発電機として動作することになり、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１をサンギヤ軸１２５から回生する。モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの方向とが同じであるから、モータＭＧ２は電動機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２を動力としてリングギヤ軸１２６に出力する。
【００７９】
ここで、電気エネルギＰｍ１と電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ２で消費する電力のすべてをモータＭＧ１により回生して賄うことができる。このためには、入力されたエネルギのすべてを出力するものとすればよいから、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅとリングギヤ軸１２６に出力されるエネルギＰｒとを等しくすればよい。すなわち、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギＰｅと、トルクＴｒと回転数Ｎｒとの積で表わされるエネルギＰｒとを等しくするのである。図１３に照らせば、運転ポイントＰ１で運転されているエンジン１５０から出力されるトルクＴｅと回転数Ｎｅとで表わされる動力を、トルク変換して、同一のエネルギでトルクＴｒと回転数Ｎｒとで表わされる動力としてリングギヤ軸１２６に出力するのである。前述したように、リングギヤ軸１２６に出力された動力は、動力取出ギヤ１２８および動力伝達ギヤ１１１により駆動軸１１２に伝達され、ディファレンシャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に伝達される。したがって、リングギヤ軸１２６に出力される動力と駆動輪１１６，１１８に伝達される動力とにはリニアな関係が成立するから、駆動輪１１６，１１８に伝達される動力を、リングギヤ軸１２６に出力される動力を制御することにより制御することができる。
【００８０】
図１４に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎｅとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとによっては、図１５に示す共線図のように負となる場合もある。このときには、モータＭＧ１では、回転の方向とトルクの作用する方向とが同じになるから、モータＭＧ１は電動機として動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１を消費する。一方、モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になるから、モータＭＧ２は発電機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２をリングギヤ軸１２６から回生することになる。この場合、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１とモータＭＧ２で回生する電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１をモータＭＧ２で丁度賄うことができる。
【００８１】
なお、第２実施例の動力出力装置１１０では、こうしたトルク変換に加えて、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅ（トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積）と、モータＭＧ１により回生または消費される電気エネルギＰｍ１と、モータＭＧ２により消費または回生される電気エネルギＰｍ２とを調節することにより、余剰の電気エネルギを見い出してバッテリ１９４を放電したり、不足する電気エネルギをバッテリ１９４に蓄えられた電力により補ったりして、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅをより効率よく動力としてリングギヤ軸１２６に出力することができる。
【００８２】
第２実施例の動力出力装置１１０における以上の動作原理では、プラネタリギヤ１２０やモータＭＧ１，モータＭＧ２，トランジスタＴｒ１ないしＴｒ１６などによる動力の変換効率を値１（１００％）として説明した。実際には、値１未満であるから、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅをリングギヤ軸１２６に出力するエネルギＰｒより若干大きな値とするか、逆にリングギヤ軸１２６に出力するエネルギＰｒをエンジン１５０から出力されるエネルギＰｅより若干小さな値とする必要がある。例えば、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅを、リングギヤ軸１２６に出力されるエネルギＰｒに変換効率の逆数を乗じて算出される値とすればよい。また、モータＭＧ２のトルクＴｍ２を、図１４の共線図の状態ではモータＭＧ１により回生される電力に両モータの効率を乗じたものから算出される値とし、図１５の共線図の状態ではモータＭＧ１により消費される電力を両モータの効率で割ったものから算出すればよい。なお、プラネタリギヤ１２０では機械摩擦などにより熱としてエネルギを損失するが、その損失量は全体量からみれば極めて少なく、モータＭＧ１，ＭＧ２に用いた同期電動機の効率は値１に極めて近い。また、トランジスタＴｒ１ないしＴｒ１６のオン抵抗もＧＴＯなど極めて小さいものが知られている。したがって、動力の変換効率は値１に近いものとなるから、以下の説明でも、説明の容易のため、明示しない限り値１（１００％）として取り扱う。
【００８３】
次に、こうして構成される第２実施例の動力出力装置１１０により実行されるトルク制御処理について図１６に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。図１６のトルク制御ルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、レゾルバ１３９により検出される回転角度θｒに基づいて算出されるリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒと、レゾルバ１４９により検出される回転角度θｓに基づいて算出されるサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓを入力する処理を実行する（ステップＳ２００，Ｓ２０２）。そして、入力したリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓとを用いてエンジン１５０の回転数Ｎｅを次式（１０）により算出する（ステップＳ２０４）。なお、式（１０）は、上式（７）をＮｅについて解いたものである。
【００８４】
【数９】
0003932826.tif 000010
【００８５】
こうしてエンジン１５０の回転数Ｎｅを算出すると、第１実施例の動力出力装置２０が実行する図５のトルク制御ルーチンのステップＳ１０６ないしＳ１１４の処理と同様の処理であるステップＳ２０６ないしＳ２１４の処理を実行する。すなわち、エンジン１５０の回転数Ｎｅを値０や所定値Ｎｅｍｉｎと比較すると共に（ステップＳ２０６，Ｓ２０８）、エンジン１５０の停止命令が出力されているから調べ（ステップＳ２１０）、エンジン５０の回転数Ｎｅが所定値Ｎｅｍｉｎ以上のときや回転数Ｎｅが所定値Ｎｅｍｉｎ未満ではあるがエンジン５０の停止命令が出力されているときには、エンジン５０は正常な回転状態にあると判定して回転状態判定フラグＦに値０をセットし（ステップＳ２１２）、エンジン５０の回転数Ｎｅが負のときや回転数Ｎｅは値０以上であるが所定値Ｎｅｍｉｎ未満のときでかつエンジン５０の停止命令が出力されていないときには、エンジン５０は正常な回転状態にないと判定して回転状態判定フラグＦに値１をセットするのである（ステップＳ２１４）。
【００８６】
続いて、アクセルペダルポジションセンサ１６５により検出されるアクセルペダルポジションＡＰを入力し（ステップＳ２１６）、入力したアクセルペダルポジションＡＰに基づいてリングギヤ軸１２６に出力すべきトルクの指令値（以下、出力トルク指令値という）Ｔｒ＊を設定する（ステップＳ２１８）。ここで、アクセルペダルポジションＡＰから出力トルク指令値Ｔｒ＊を導出する手法は、第１実施例の出力トルク指令値Ｔｄ＊を導出する手法と同様である。
【００８７】
次に、設定した出力トルク指令値Ｔｒ＊にリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒを乗じてリングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒを算出し（ステップＳ２２０）、この算出したエネルギＰｒがエンジン１５０から出力されるようエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊を設定する（ステップＳ２２２）。この目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊の設定手法についても第１実施例における設定手法と同様である。
【００８８】
こうして回転状態判定フラグＦやエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した値を用いてモータＭＧ１の制御（ステップＳ２２４）とモータＭＧ２の制御（ステップＳ２２６）とエンジン１５０の制御（ステップＳ２２８）とを行なう。第２実施例でも、第１実施例と同様に、図示の都合上、各制御は別々のステップとして記載したが、実際には、これらの制御は総合的に行なわれる。なお、ステップＳ２２８のエンジン１５０の制御は、第１実施例の動力出力装置２０におけるエンジン５０の制御と同一の制御であるから、ここでの説明は省略する。以下、モータＭＧ１およびモータＭＧ２の制御について説明する。
【００８９】
モータＭＧ１の制御（図１６のステップＳ２２４）は、図１７に例示するモータＭＧ１の制御ルーチンによりなされる。このルーチンが実行されると、制御ＣＰＵ１９０は、まず、回転状態判定フラグＦの値を調べ（ステップＳ２３０）、回転状態判定フラグＦが値０のときには、エンジン１５０は正常に回転していると判断し、次式（１１）によりモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を計算して設定する（ステップＳ２３２）。この式（１１）の右辺第１項は、上式（８）と同様に図１４または図１５の共線図における動作共線の釣り合いの関係から求められるものである。なお、右辺第２項および右辺第３項は、エンジン１５０の回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｅ＊との偏差を解消する比例項およびエンジン１５０の回転数Ｎｅの目標回転数Ｎｅ＊に対する定常偏差を解消するための積分項であり、式中のＫ３およびＫ４は定数である。
【００９０】
【数１０】
0003932826.tif 000011
【００９１】
一方、回転状態判定フラグＦが値１のときには、エンジン１５０は逆回転しているか失速していると判断し、エンジン１５０を強制的に正回転させるようモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊に所定値Ｔｍ０を設定する（ステップＳ２３４）。ここで、所定値Ｔｍ０は、エンジン１５０を強制的に正回転させるトルクの値として設定されるものであり、第２実施例では、燃料噴射が停止されているエンジン１５０を所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で回転させることができるトルクの値として設定されている。
【００９２】
次に、サンギヤ軸１２５の回転角度θｓをレゾルバ１３９から入力すると共に（ステップＳ２３６）、モータＭＧ１の三相コイル１３４のＵ相とＶ相に流れている電流Ｉｕ１，Ｉｖ１を電流検出器１９５，１９６により検出する処理を行なう（ステップＳ２３８）。電流はＵ，Ｖ，Ｗの三相に流れているが、その総和はゼロなので、二つの相に流れる電流を測定すれば足りるのは、第１実施例でも記載した。その後、第１実施例のクラッチモータ３０の制御（図６）で説明した座標変換（ステップＳ２４０）および電圧指令値Ｖｄ１，Ｖｑ１の演算を行ない（ステップＳ２４２）、更に電圧指令値の逆座標変換（ステップＳ２４２）を行なって、モータＭＧ１の第１の駆動回路１９２のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオンオフ制御時間を求め、ＰＷＭ制御を行なう（ステップＳ２４６）。
【００９３】
ここで、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊の符号を図１４や図１５の共線図におけるトルクＴｍ１の向きを正とすれば、同じ正の値のトルク指令値Ｔｍ１＊が設定されても、図１４の共線図の状態のようにトルク指令値Ｔｍ１＊の作用する向きとサンギヤ軸１２５の回転の向きとが異なるときには回生制御がなされ、図１５の共線図の状態のように同じ向きのときには力行制御がなされる。しかし、モータＭＧ１の力行制御と回生制御は、トルク指令値Ｔｍ１＊が正であれば、ロータ１３２の外周面に取り付けられた永久磁石１３５と三相コイル１３４に流れる電流により生じる回転磁界とにより正のトルクがサンギヤ軸１２５に作用するよう第１の駆動回路１９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を制御するものであるから、同一のスイッチング制御となる。すなわち、トルク指令値Ｔｍ１＊の符号が同じであれば、モータＭＧ１の制御が回生制御であっても力行制御であっても同じスイッチング制御となる。したがって、図１７のモータＭＧ１の制御処理で回生制御と力行制御のいずれも行なうことができる。また、トルク指令値Ｔｍ１＊が負のときには、ステップＳ２３６で読み込むサンギヤ軸１２５の回転角度θｓの変化の方向が逆になるだけであるから、このときの制御も図１７のモータＭＧ１の制御処理により行なうことができる。
【００９４】
モータＭＧ２の制御（図１６のステップＳ２２６）について図１８に例示するモータＭＧ２の制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチンを実行すると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、回転状態判定フラグＦの値を調べ（ステップＳ２３０）、回転状態判定フラグＦが値０のときには、モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を次式（１２）により算出して設定し（ステップＳ２５２）、回転状態判定フラグＦが値１のときには、モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊に次式（１３）により算出して設定する（ステップＳ２５４）。ここで、式（１２）は、図１４および図１５の共線図における動作共線の釣り合いから導き出される。式（１３）は、エンジン１５０が逆回転しているか失速している状態をエンジン１５０への燃料噴射が停止されているときにモータＭＧ１とモータＭＧ２とによりエンジン１５０を所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で回転させる際のトルクを与えるものとして導出されるものである。すなわち、右辺第１項は、モータＭＧ２のみでリングギヤ軸１２６に出力すべきトルクＴｒ＊を賄う際のトルクであり、右辺第２項は、エンジン１５０をモータＭＧ１とモータＭＧ２とにより強制的に所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で回転するのに必要なトルクである。
【００９５】
【数１１】
0003932826.tif 000012
【００９６】
続いて、リングギヤ軸１２６の回転角度θｒをレゾルバ１４９から検出する処理を実行し（ステップＳ２５２）、図１７のモータＭＧ１の制御ルーチンにおけるステップＳ２３８ないしＳ２４６の処理と同様の処理であるステップＳ２５８ないしＳ２６６の処理を実行する。すなわち、モータＭＧ２の各相電流を電流検出器１９７，１９８を用いて検出し（ステップＳ２５８）、座標変換（ステップＳ２６０）および電圧指令値Ｖｄ２，Ｖｑ２の演算を行ない（ステップＳ２６２）、更に電圧指令値の逆座標変換（ステップＳ２６４）を行なって、モータＭＧ２の第２の駆動回路１９２のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオンオフ制御時間を求め、ＰＷＭ制御を行なう（ステップＳ２６６）。
【００９７】
ここで、モータＭＧ２もトルク指令値Ｔｍ２＊の向きとリングギヤ軸１２６の回転の向きとにより力行制御されたり回生制御されたりするが、モータＭＧ１と同様に、力行制御も回生制御も共に図１８のモータＭＧ２の制御処理で行なうことができる。なお、実施例では、モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊の符号は、図１４の共線図の状態のときのトルクＴｍ２の向きを正とした。
【００９８】
こうした各制御により、エンジン１５０をより効率の良い運転ポイントで運転することができ、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅをプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ１およびモータＭＧ２によりトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力することができる。
【００９９】
以上説明した第２実施例の動力出力装置１１０によれば、サンギヤ軸１２５回転数Ｎｓとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとに基づいてエンジン１５０の回転数Ｎｅを求めることができる。しかも、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒは正回転と逆回転とを検出可能なレゾルバ１３９，１４９により検出される回転角度θｓ，θｒに基づいて求められる正負の符号付きの値であるから、エンジン１５０の回転数Ｎｅも正負の符号付きの値として求めることができる。この結果、エンジン１５０が逆回転するといった異常な回転状態を検出することができる。
【０１００】
また、第２実施例の動力出力装置１１０によれば、エンジン１５０が逆回転するといった異常な回転状態を検出したり、エンジン１５０の停止命令が出力されていないにも拘わらずその回転数Ｎｅが所定値Ｎｅｍｉｎより小さい回転状態となるのを検出したときには、エンジン１５０を所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で回転させることができるトルクの値をモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊に設定することにより、エンジン１５０を所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で正回転させることができる。この結果、エンジン１５０の逆回転を防止することができると共に、エンジン１５０の非所望の失速を防止することができる。しかも、こうしたエンジン１５０の逆回転や失速を防止する処理の際でも、モータＭＧ２からはアクセルペダル１６４の踏込量に応じたトルクとモータＭＧ１とによりエンジン５０を所定値Ｎｅｍｉｎ以上の回転数で回転させるのに要するトルクとの和のトルクがリングギヤ軸１２６に出力されるから、運転者はこうした処理にも拘わらずスムースに車両を運転することができると共に非所望のトルクショックを受けることがない。
【０１０１】
第２実施例の動力出力装置１１０では、リングギヤ軸１２６に出力された動力をリングギヤ１２２に結合された動力取出ギヤ１２８を介してモータＭＧ１とモータＭＧ２との間から取り出したが、図１９に例示する変形例の動力出力装置１１０Ａのように、リングギヤ軸１２６を延出してケース１１９から取り出すものとしてもよい。また、図５０に例示する変形例の動力出力装置１１０Ｂのように、エンジン１５０側からプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順になるよう配置してもよい。この場合、サンギヤ軸１２５Ｂは中空でなくてもよく、リングギヤ軸１２６Ｂは中空軸とする必要がある。こうすれば、リングギヤ軸１２６Ｂに出力された動力をエンジン１５０とモータＭＧ２との間から取り出すことができる。
【０１０２】
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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【０１０３】
ところで、上述した各実施例では、エンジン５０およびエンジン１５０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たが、その他に、ディーゼルエンジンや、タービンエンジンや、ジェットエンジンなど各種の内燃或いは外燃機関を用いることもできる。
【０１０４】
また、第１実施例のクラッチモータ３０およびアシストモータ４０として、あるいは、第２実施例のモータＭＧ１およびモータＭＧ２として、ＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期電動機を用いたが、回生動作および力行動作を行なわせるものであれば、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、超電導モータや、ステップモータなどを用いることもできる。
【０１０５】
さらに、第１実施例では、クラッチモータ３０に対する電力の伝達手段として回転トランス３８を用いたが、その他、スリップリング−ブラシ接触、スリップリング−水銀接触、或いは磁気エネルギの半導体カップリング等を用いることもできる。
【０１０６】
第１実施例の第１および第２の駆動回路９１，９２として、あるいは、第２実施例の第１および第２の駆動回路１９１，１９２としてトランジスタインバータを用いたが、その他に、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を用いることもできる。
【０１０７】
また、第１実施例のバッテリ９４として、あるいは、第２実施例のバッテリ１９４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９４，１９４に代えてキャパシタを用いることもできる。
【０１０８】
各実施例では、動力出力装置を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、船舶，航空機などの交通手段や、その他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】クラッチモータにより動力の配分を行なう動力出力装置２０の構成を、第１の実施例として示す概略構成図である。
【図２】第１実施例の動力出力装置２０を構成するクラッチモータ３０およびアシストモータ４０の構造を示す断面図である。
【図３】第１実施例の動力出力装置２０を搭載した車両の概略構成を示す構成図である。
【図４】第１実施例の動力出力装置２０の動作原理を説明するためのグラフである。
【図５】第１実施例の制御装置８０により実行されるトルク制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図６】第１実施例の制御装置８０により実行されるクラッチモータ制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図７】第１実施例の制御装置８０により実行されるアシストモータ制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図８】第１実施例の動力出力装置２０の変形例である動力出力装置２０Ａの概略構成を示す構成図である。
【図９】第１実施例の動力出力装置２０の変形例である動力出力装置２０Ｂの概略構成を示す構成図である。
【図１０】本発明の実施例としての動力出力装置１１０を第２の実施例として示す概略構成図である。
【図１１】第２実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図である。
【図１２】第２実施例の動力出力装置１１０を搭載した車両の概略構成を示す構成図である。
【図１３】第２実施例の動力出力装置１１０の動作原理を説明するためのグラフである。
【図１４】プラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図１５】プラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図１６】第２実施例の制御装置１８０により実行されるトルク制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図１７】第２実施例の制御装置１８０により実行されるモータＭＧ１の制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図１８】第２実施例の制御装置１８０により実行されるモータＭＧ２の制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図１９】第２実施例の動力出力装置１１０の変形例である動力出力装置１１０Ａの概略構成を示す構成図である。
【図２０】第２実施例の動力出力装置１１０の変形例である動力出力装置１１０Ｂの概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
２０…動力出力装置
２０Ａ，２０Ｂ…動力出力装置
２２…駆動軸
２４…ディファレンシャルギヤ
２６，２８…駆動輪
３０…クラッチモータ
３２…アウタロータ
３４…インナロータ
３５…永久磁石
３６…三相コイル
３７Ａ，３７Ｂ…ベアリング
３８…回転トランス
３８Ａ…一次巻線
３８Ｂ…二次巻線
３９…レゾルバ
３９Ａ…スリップリング
３９Ｂ…リング
３９Ｃ…ブラシ
４０…アシストモータ
４２…ロータ
４３…ステータ
４４…三相コイル
４５…ケース
４６…永久磁石
４８…レゾルバ
４９…ベアリング
５０…エンジン
５１…燃料噴射弁
５２…燃焼室
５４…ピストン
５６…クランクシャフト
５７…ホイール
５８…イグナイタ
５９ａ…圧入ピン
５９ｂ…ネジ
６０…ディストリビュータ
６２…点火プラグ
６４…アクセルペダル
６５…アクセルペダルポジションセンサ
６６…スロットルバルブ
６７…スロットルバルブポジションセンサ
６８…アクチュエータ
７０…ＥＦＩＥＣＵ
７２…吸気管負圧センサ
７４…水温センサ
７６…回転数センサ
７８…回転角度センサ
７９…スタータスイッチ
８０…制御装置
８２…シフトレバー
８４…シフトポジションセンサ
９０…制御ＣＰＵ
９０ａ…ＲＡＭ
９０ｂ…ＲＯＭ
９１…第１の駆動回路
９２…第２の駆動回路
９４…バッテリ
９５，９６…電流検出器
９７，９８…電流検出器
９９…残容量検出器
１１０…動力出力装置
１１０Ａ，１１０Ｂ…動力出力装置
１１１…動力伝達ギヤ
１１２…駆動軸
１１４…ディファレンシャルギヤ
１１６，１１８…駆動輪
１１９…ケース
１２０…プラネタリギヤ
１２１…サンギヤ
１２２…リングギヤ
１２３…プラネタリピニオンギヤ
１２４…プラネタリキャリア
１２５…サンギヤ軸
１２６…リングギヤ軸
１２８…動力取出ギヤ
１２９…チェーンベルト
１３２…ロータ
１３３…ステータ
１３４…三相コイル
１３５…永久磁石
１３９…レゾルバ
１４２…ロータ
１４３…ステータ
１４４…三相コイル
１４５…永久磁石
１４９…レゾルバ
１５０…エンジン
１５６…クランクシャフト
１６４…アクセルペダル
１６５…アクセルペダルポジションセンサ
１７０…ＥＦＩＥＣＵ
１８０…制御装置
１８４…シフトポジションセンサ
１９０…制御ＣＰＵ
１９０ａ…ＲＡＭ
１９０ｂ…ＲＯＭ
１９１…第１の駆動回路
１９２…第２の駆動回路
１９４…バッテリ
１９５，１９６…電流検出器
１９７，１９８…電流検出器
１９９…残容量検出器
Ｌ１，Ｌ２…電源ライン
ＭＧ１…モータ
ＭＧ２…モータ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６…トランジスタ
Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６…トランジスタ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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