(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機から第１の駆動軸に至る間で動力の制御が可能であり、かつ該第１の駆動軸とは異なる第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力伝達装置であって、
前記原動機の出力軸および前記第１の駆動軸に機械的に関連付けられ、該両軸に入出力される動力の差分の動力をやり取り可能な第１の電動機と、
前記出力軸から前記第１の駆動軸までのいずれかの箇所に結合され、動力のやり取りが可能な第２の電動機と、
前記第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な第３の電動機と、
電動機の電力制御を行なう２組の電力制御回路と、
該２組の電力制御回路と前記第１の電動機，第２の電動機，第３の電動機との結線を切り換えて、該３つの電動機のうちのいずれか二つの電動機を駆動可能とする結線切換装置と、
該結線切換装置および前記２組の電力制御回路を駆動して、前記二つの電動機による動力のやり取りを制御する制御装置と
を備えた動力制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第１の電動機は、相対的に回転可能な２つのロータを備え、一方のロータを前記原動機の出力軸に結合し、他方のロータを前記第１の駆動軸に結合した対ロータ電動機である動力制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第１の電動機は、３軸を有する遊星歯車機構の１軸に結合されており、該遊星歯車機構の他の２軸のうち一つは前記原動機の出力軸に結合され、残りの１軸は前記第１の駆動軸に結合された動力制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第２の電動機は、前記原動機の出力軸に結合され、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線し、他の一つを前記第１の電動機に結線した状態で、前記第２の電動機により前記原動機の動力の一部を回生し、前記第１の電動機を力行して、前記第１の駆動軸を前記出力軸より高い回転数で運転する手段である
動力制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第２の電動機は、前記第１の駆動軸に結合され、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線し、他の一つを前記第１の電動機に結線した状態で、前記第１の電動機により前記原動機の動力の一部を回生し、前記第２の電動機を力行して、前記第１の駆動軸を前記出力軸より高いトルクで運転する手段である
動力制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを前記第２の電動機に結線し、他の一つを前記第１の電動機に結線した状態で、前記第１の駆動軸に結合された側の電動機により電力を回生する手段である
動力制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを前記第２の電動機に結線し、他の一つを前記第１の電動機に結線した状態で、該両電動機を共に力行する手段である
動力制御装置。
【請求項８】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを前記第１の電動機に結線し、他の一つを前記第３の電動機に結線した状態で、前記第１の電動機によって前記原動機の動力の一部を電力として回生し、該回生した電力の少なくとも一部によって前記第３の電動機を駆動して、前記第２の駆動軸に動力を出力する手段である
動力制御装置。
【請求項９】
請求項１記載の動力制御装置であって、
電力を蓄積可能なバッテリを前記電力制御回路に結線し、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを前記第１の電動機に結線し、他の一つを前記第３の電動機に結線した状態で、前記原動機から前記第１の駆動軸に出力される動力の残余の動力を前記第１の電動機により電力として回生し、該回生した電力の少なくとも一部を前記バッテリに蓄える手段である
動力制御装置。
【請求項１０】
請求項１記載の動力制御装置であって、
電力を蓄積可能なバッテリを前記電力制御回路に結線し、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを前記第１の電動機に結線し、他の一つを前記第３の電動機に結線した状態で、前記バッテリに蓄積された電力を用いて前記第１の電動機を力行し、前記第１の駆動軸を前記原動機の出力軸より高い回転数で駆動する手段である
動力制御装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の動力制御装置であって、
前記制御装置は、更に、前記バッテリに蓄積された電力を用いて、前記第３の電動機を力行し、前記第２の駆動軸に動力を出力する手段を備える
動力制御装置。
【請求項１２】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第２の電動機は、前記原動機の出力軸に結合され、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線し、他の一つを前記第３の電動機に結線した状態で、前記第２の電動機により前記原動機の動力を電力として回生し、前記第３の電動機を力行して、前記第２の駆動軸を駆動する手段である
動力制御装置。
【請求項１３】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第２の電動機は、前記原動機の出力軸に結合され、
電力を蓄積可能なバッテリを備え、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを前記第２の電動機に結線し、他の一つを前記第３の電動機に結線した状態で、前記第２の電動機により前記原動機の動力を電力として回生し、該回生した電力の少なくとも一部を前記バッテリに蓄える手段である
動力制御装置。
【請求項１４】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第２の電動機は、前記第１の駆動軸に結合され、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線し、他の一つを前記第３の電動機に結線した状態で、前記第２の電動機と前記第１の駆動軸との間の動力のやり取りと、前記第３の電動機と前記第２の駆動軸との間の動力のやり取りとを制御する手段である
動力制御装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の動力制御装置であって、
電力を蓄積可能なバッテリを備え、
前記制御装置は、前記第２および第３の電動機の少なくとも一方の電動機により電力を回生し、該回生した電力を前記バッテリに蓄える手段である
動力制御装置。
【請求項１６】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記原動機は、燃料の供給を受けて運転されるエンジンであり、
前記第２の電動機は、前記エンジンの出力軸に結合され、
該エンジンの運転を制御するエンジン制御装置を設けると共に、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線した状態で、前記エンジンの出力軸と前記第１の駆動軸との動力上の結合を断ち、前記第２の電動機により前記エンジンをクランキングすると共に前記エンジン制御装置を駆動して、該エンジンを起動する手段を備えた
動力制御装置。
【請求項１７】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記原動機は、燃料の供給を受けて運転されるエンジンであり、
前記第２の電動機は、前記第１の駆動軸に結合され、
該エンジンの運転を制御するエンジン制御装置を設けると共に、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線し、他の一つを前記第１の電動機に結線した状態で、前記第１の電動機により前記エンジンをクランキングすると共に前記エンジン制御装置を駆動して、該エンジンを起動し、同時に前記第２の電動機を制御して、前記第１の駆動軸に出力される動力の変動を抑制する手段を備えた
動力制御装置。
【請求項１８】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第２の電動機は、前記原動機の出力軸に結合され、
前記制御装置は、前記電動機駆動回路が、前記２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線し、他の一つを前記第３の電動機に結線した状態で、前記第２の電動機により前記原動機の動力を回生し、前記第３の電動機を力行して、前記第２の駆動軸を、前記原動機によって前記第１の駆動軸が回転される方向とは逆方向に回転する手段である
動力制御装置。
【請求項１９】
請求項１記載の動力制御装置であって、
前記第２の電動機を、前記原動機の出力軸または前記第１の駆動軸のいずれか一方に結合するよう切り換える結合軸切換装置を設け、
前記制御装置は、該結合軸切換装置を駆動可能とした
動力制御装置。
【請求項２０】
前記電力制御回路は、複数のスイッチング素子を備えたインバータである請求項１記載の動力伝達装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の動力伝達装置であって、
前記第３の電動機は、直流型電動機であり、
前記結線切換装置は、該直流型電動機の各端子と、前記電力制御回路のインバータを構成するスイッチング素子の一部の素子との間に設けられた接点であり、該接点をオン・オフすることにより、前記第１，第２の電動機に代えて前記第３の電動機である直流型電動機を駆動する動力伝達装置。
【請求項２２】
原動機から第１の駆動軸に至る間で動力の制御が可能であり、かつ該第１の駆動軸とは異なる第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力伝達系を制御する方法であって、
前記原動機の出力軸および前記第１の駆動軸に機械的に関連付けられた第１の電動機を、該両軸に入出力される動力の差分の動力をやり取り可能とし、
前記出力軸から前記第１の駆動軸までのいずれかの箇所に、動力のやり取りが可能な第２の電動機を結合し、
前記第２の駆動軸には、該駆動軸との間で動力のやり取りが可能な第３の電動機を設け、
電動機の電力制御を行なう２組の電力制御回路と前記第１の電動機，第２の電動機，第３の電動機との結線を切り換えて、該３つの電動機のうちのいずれか二つの電動機を駆動可能とし、
該二つの電動機による動力のやり取りを制御する
動力伝達系の制御方法。
【請求項２３】
出力軸を有する原動機と、前輪および後輪をそれぞれ駆動する第１および第２の駆動軸と、前記原動機と前記第１，第２の駆動軸との間で動力のやり取りを行なう動力伝達装置とを備えた四輪駆動車輌であって、
前記原動機の出力軸および前記第１の駆動軸に機械的に関連付けられ、該両軸に入出力される動力の差分の動力をやり取り可能な第１の電動機と、
前記出力軸から前記第１の駆動軸までのいずれかの箇所に結合され、動力のやり取りが可能な第２の電動機と、
前記第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な第３の電動機と、
２組の電力制御回路と、
車輌の走行状態を含む運転状態を検出する運転状態検出装置と、
該検出された走行状態を含む運転状態に基づいて、前記２組の電力制御回路と前記第１の電動機，第２の電動機，第３の電動機との結線を切り換えて、該３つの電動機のうちのいずれか二つの電動機を駆動する電動機駆動回路と
を備えた四輪駆動車輌。
【請求項２４】
出力軸を有する原動機と、前輪および後輪をそれぞれ駆動する第１および第２の駆動軸とを備えた四輪駆動車輌であって、
請求項１ないし２０記載のいずれか記載の動力制御装置と、
車輌の走行状態を含む運転状態を検出する運転状態検出装置と
を備えると共に、
前記該検出された走行状態を含む運転状態に基づいて、前記動力制御装置の結線切換装置を駆動して、前記２組の電力制御回路と前記第１の電動機，第２の電動機，第３の電動機との結線を切り換えると共に、前記走行状態に基づいて、前記動力制御装置の制御装置を駆動して、前記結線された二つの電動機を駆動して動力のやり取りを行なう電動機駆動回路と
を備えた四輪駆動車輌。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力伝達装置，動力伝達系の制御方法およびこれを用いた四輪駆動車輌に関し、詳しくは原動機から第１の駆動軸に至る間で動力の制御が可能であり、かつ第１の駆動軸とは異なる第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力伝達系を制御することで、原動機の動力を効率的に伝達または利用する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関などの原動機の出力トルクを変換して動力を伝達する装置として、近年、流体を利用したトルクコンバータに代えて、遊星歯車機構による動力分配と電動機を組み合わせた構成や相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機を用いロータ間の滑りを利用して動力を分配する構成などが提案されている。かかる動力伝達装置を用いて、複数の駆動軸に動力を伝達するものとしては、例えば特開平９−１７５２０３号公報に示した構成が知られている。かかる動力伝達装置は、動力を流体などに変換することがないので、効率が高いという利点が得られる優れたものである。なお、この装置では、単に原動機の動力を駆動軸側に出力するだけではなく、必要に応じて駆動軸側からのエネルギの回生等を行なうように構成することも可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二つの異なる駆動軸に動力を出力する動力伝達装置では、二つの駆動軸へ出力する動力の大きさを広い範囲で自由に制御しようとすると、少なくとも３つの電動機を設けなければならず、この電動機を駆動するための電力制御回路も３つ用意しなければならないという問題があった。３つの電動機が必要となる理由について、簡単に説明する。例えば、対ロータ電動機を用いた場合、対ロータ電動機を前輪駆動軸とエンジンとの間に配置し、もう一つの電動機を後輪駆動軸に配置することが考えられる。かかる配置で、エンジンの出力軸の回転数と前輪駆動軸の回転数とに差があれば、この差が対ロータ電動機の滑り回転数となり、トルク×回転数差のエネルギが対ロータ電動機から回生されることになる。この回生されたエネルギを用いて、後輪駆動軸に配置された電動機を駆動すれば、簡易な四輪駆動車輌が構成可能である。しかし、この場合には、対ロータ電動機の構成上、エンジンの出力軸のトルクはそのまま前輪駆動軸に出力されてしまう。エンジンのトルクを、対ロータ電動機が受け止めており、このトルクと等しい反力トルクが他方のロータに生じて、前輪駆動軸にそのまま出力されるからである。このため、前輪駆動軸のトルクと回転数を共に広い範囲で制御しようとする場合には、もう一つの電動機を前輪駆動軸に設け、前輪駆動軸のトルクと回転数とを自由に制御可能とする構成を採用せざる得ない。
【０００４】
この場合、３つの電動機を用いるため、これを駆動する電力制御回路（電動機が多相交流モータの場合にはいわゆるインバータ）も３組設けなければならない。四輪駆動車輌などでは、各駆動軸に出力すべき動力は大きいので、インバータなどの電力制御回路も大型化、高重量化しやすいという問題があった。このため、搭載スペースの限られた車輌等では、二つの駆動軸に動力を出力する動力伝達装置の搭載が困難になるという問題も考えられた。
【０００５】
本発明の動力伝達装置，動力伝達系の制御方法およびこれを用いた四輪駆動車輌は、こうした問題を解決し、電力制御回路を２組に押さえて、装置の小型化、重量の低減、更には部品点数の低減などを図ることを目的としてなされ、次の構成を採った。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決する本発明の動力伝達装置は、
原動機から第１の駆動軸に至る間で動力の制御が可能であり、かつ該第１の駆動軸とは異なる第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力伝達装置であって、
前記原動機の出力軸および前記第１の駆動軸に機械的に関連付けられ、該両軸に入出力される動力の差分の動力をやり取り可能な第１の電動機と、
前記出力軸から前記第１の駆動軸までのいずれかの箇所に結合され、動力のやり取りが可能な第２の電動機と、
前記第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な第３の電動機と、
電動機の電力制御を行なう２組の電力制御回路と、
該２組の電力制御回路と前記第１の電動機，第２の電動機，第３の電動機との結線を切り換えて、該３つの電動機のうちのいずれか二つの電動機を駆動可能とする結線切換装置と、
該結線切換装置および前記２組の電力制御回路を駆動して、前記二つの電動機による動力のやり取りを制御する制御装置と
を備えたことを要旨とする。
【０００７】
また、この動力伝達装置に対応した動力伝達系の制御方法の発明は、
原動機から第１の駆動軸に至る間で動力の制御が可能であり、かつ該第１の駆動軸とは異なる第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力伝達系を制御する方法であって、
前記原動機の出力軸および前記第１の駆動軸に機械的に関連付けられた第１の電動機を、該両軸に入出力される動力の差分の動力をやり取り可能とし、
前記出力軸から前記第１の駆動軸までのいずれかの箇所に、動力のやり取りが可能な第２の電動機を結合し、
前記第２の駆動軸には、該駆動軸との間で動力のやり取りが可能な第３の電動機を設け、
電動機の電力制御を行なう２組の電力制御回路と前記第１の電動機，第２の電動機，第３の電動機との結線を切り換えて、該３つの電動機のうちのいずれか二つの電動機を駆動可能とし、
該二つの電動機による動力のやり取りを制御する
ことを要旨としている。
【０００８】
かかる動力伝達装置および動力伝達系の制御方法では、原動機の出力軸および第１の駆動軸に機械的に関連付けられた第１の電動機と、出力軸から第１の駆動軸までのいずれかの箇所に結合された第２の電動機と、第２の駆動軸に設けられ第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な第３の電動機とを備えながら、電力制御回路としては２組しか設けない。かかる構成において、結線を切り換えることで、第１ないし第３の電動機のうちいずれか二つの電動機を駆動可能とし、この二つの電動機による動力のやり取りを制御して、第１，第２の駆動軸における動力を制御する。この結果、電力制御回路の数を２組としながら、第１，第２の駆動軸における動力の種々のやり取りの状態を実現することができる。
【０００９】
ここで、第１の電動機は、相対的に回転可能な２つのロータを備える対ロータ電動機とすることができ、その２つのロータの一方を原動機の出力軸に結合し、他方のロータを第１の駆動軸に結合した構成とすることができる。対ロータ電動機の場合、この電動機と電力制御回路との結線を切り離せば、負荷となることがなく、好適である。もとより、第１の電動機を通常の電動機とし、これを、３軸を有する遊星歯車機構の１軸に結合し、この遊星歯車機構の他の２軸のうち一つを原動機の出力軸に結合し、残りの１軸を第１の駆動軸に結合した構成を考えることもできる。
【００１０】
上記構成において、第２の電動機は、前記原動機の出力軸もしくは第１の駆動軸に結合することが可能である。更に、第１ないし第３の電動機のうちのどの電動機を選択するかは、３通りの組み合わせが存在する。即ち、第１の電動機と第２の電動機を２組の電力制御回路の各々に結線した場合、第１の電動機と第３の電動機を２組の電力制御回路の各々に結線した場合、第２の電動機と第３の電動機を２組の電力制御回路の各々に結線した場合である。これらの組み合わせにより、様々な動力の入出力状態か可能となる。以下、これらの組み合わせのいくつかについて説明する。
【００１１】
第１の電動機を原動機の出力軸に結合し、２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線し、他の一つを第１の電動機に結線した状態とした場合には、制御装置によって、第２の電動機により原動機の動力の一部を回生し、第１の電動機を力行して、第１の駆動軸を原動機の出力軸より高い回転数で運転することができる。この場合には、第１の駆動軸のみから動力が出力され、この軸については、いわゆるオーバドライブ状態を現出することができる。
【００１２】
他方、第２の電動機を第１の駆動軸に結合し、２組の電力制御回路の一つを該第２の電動機に結線し、他の一つを第１の電動機に結線した場合には、制御装置によって、第１の電動機により原動機の動力の一部を回生し、第２の電動機を力行して、第１の駆動軸を出力軸より高いトルクで運転することができる。この場合には、第１の駆動軸のみから動力が出力され、この軸については、いわゆるアンダドライブ状態を現出することができる。
【００１３】
なお、２組の電力制御回路の一つを第２の電動機に結線し、他の一つを第１の電動機に結線した状態で、第１の駆動軸に結合された側の電動機により単に電力を回生する構成を採ることも可能である。この場合には、第１の駆動軸からエネルギを回生しており、第１の駆動軸に対しては、回生を行なっている電動機が制動をかけていることになる。
【００１４】
他方、２組の電力制御回路の一つを第２の電動機に結線し、他の一つを第１の電動機に結線した状態で、該両電動機を共に力行することも可能である。この場合には、両電動機により、第１の駆動軸は、原動機の出力軸より、高トルク高回転数で運転される。
【００１５】
次に、第１の電動機と第３の電動機とを、電力制御回路に結線する場合について説明する。かかる結線をとった状態では、第１の電動機が原動機のトルクを受け止めることになるので、第１の駆動軸には原動機のトルクと釣り合ったトルクが出力される。したがって、原動機の出力軸の回転数と第１の駆動軸の回転数との差分にトルクを乗じたものが、この第１の電動機により入出力される動力の大きさとなる。第１の電動機は、電力を回生することも、電力により力行することも可能である。第１の電動機により前記原動機の動力を電力として回生した場合には、その回生した電力の少なくとも一部によって第３の電動機を力行して、第２の駆動軸に動力を出力することができる。他方、バッテリを設けて、回生した電力をすべて充電するものとしてもよい。
【００１６】
第１の電動機は、バッテリに蓄積された電力を用いて力行運転することも可能である。この場合には、第１の駆動軸を原動機の出力軸より高い回転数で駆動することができる。このとき、第３の電動機は、運転しなくても良いし、バッテリの電力を用いて運転しても差し支えない。
【００１７】
次に、第２の電動機と第３の電動機とを、電力制御回路に結線する場合について説明する。第２の電動機を、原動機の出力軸に結合し、２組の電力制御回路の一つを第２の電動機に結線し、他の一つを第３の電動機に結線した場合には、第２の電動機により原動機の動力を電力として回生し、第３の電動機を力行して、第２の駆動軸を駆動することができる。この場合、原動機の動力は第１の駆動軸には出力されず、第２の電動機により電力として回生される。したがって、原動機の動力を第２の電動機により一旦電気エネルギに変換してから、第３の電動機により第２の駆動軸に動力として出力することになり、いわばシリーズハイブリッドタイプの動力伝達装置として使用することができる。
【００１８】
他方、第２および第３の電動機を共に電力の回生に用いる構成も可能である。この場合は、回生した電力を蓄積可能なバッテリを備える必要があり、第２の電動機により原動機の動力を電力として回生し、該回生した電力の少なくとも一部をバッテリに蓄えることになる。バッテリを備える構成において、バッテリの残容量などが低下して、充電を優先する場合などの使い方に相当する。第３の電動機は必要に応じて力行してもよいし、自由回転としても良い、電力を回生するものとして負荷に対して制動力を働かせるものとしてもよい。
【００１９】
本発明の動力伝達装置は、原動機が、燃料の供給を受けて運転されるエンジンである場合、その起動装置として用いることも可能である。例えば、第２の電動機がエンジンの出力軸に結合されている場合には、エンジンの運転を制御するエンジン制御装置を設けておき、２組の電力制御回路の一つを第２の電動機に結線した状態で、エンジンの出力軸と第１の駆動軸との動力上の結合を断ち、第２の電動機により前記エンジンをクランキングすると共にエンジン制御装置を駆動して、エンジンを起動することができる。この場合、エンジンと第１の駆動軸との結合は断たれているから、第１の駆動軸の運転に影響を与えることなく、エンジンを起動することができる。
【００２０】
他方、第２の電動機が第１の駆動軸に結合されている場合には、第１の電動機によりエンジンをクランキングして起動すると同時に、第２の電動機を制御して、前記第１の駆動軸に出力される動力の変動を抑制するものとすればよい。この場合にも、第１の駆動軸の運転に影響を与えることなく、エンジンを起動することができる。
【００２１】
更に、本発明の動力伝達装置は、第２の駆動軸を通常の運転方向と逆に回転するという用い方も可能である。この場合、第２の電動機を原動機の出力軸に結合し、２組の電力制御回路の一つを第２の電動機に結線し、他の一つを第３の電動機に結線した状態で、第２の電動機により原動機の動力を回生し、第３の電動機を力行する。第３の電動機を力行する際、第２の駆動軸を、原動機によって第１の駆動軸が回転される方向とは逆方向に回転すればよい。
【００２２】
以上の説明では、第２の電動機は、ある運転モードでは原動機の出力軸に結合され、あるいは第１の駆動軸に結合された。第２の電動機は、両軸のいずれか一方に予め結合されているものとしても良いが、両軸のいずれか一方に結合するよう切り換える結合軸切換装置を設け、制御装置により、結合軸切換装置を駆動して、必要に応じて、両軸のいずれか一方に結合するよう切り換える構成とすることもできる。かかる切換を行なうことにより、例えばオーバドライブ状態とアンダドライブ状態と言った相反する運転状態のいずれも実現することができるなど、運転状態を広範に制御することが可能となる。
【００２３】
なお、電力制御回路としては、複数のスイッチング素子を備えたインバータを採用することができるが、タップ切換のトランスなどを用いることも可能である。
【００２４】
上述した第１ないし第３の電動機は、通常同期機や誘導機が用いられるが、装置の簡略化を図って、第３の電動機を直流型電動機とすることも可能である。この場合、結線切換装置は、直流型電動機の各端子と、電力制御回路であるインバータを構成するスイッチング素子の一部の素子との間に設けられた接点により構成することができる。この接点をオン・オフすることにより、第１，第２の電動機に対しては多相交流を印可するインバータを、第３の電動機である直流型電動機に対しては直流電圧を印可する装置として用い、第３の電動機を駆動することができる。
【００２５】
上述した動力伝達装置は、種々の目的に用いることができるが、その一つは、二つの軸出力を有する四輪駆動車輌である。四輪駆動車輌としては、様々な形態が採用可能であるが、その一つは、
出力軸を有する原動機と、前輪および後輪をそれぞれ駆動する第１および第２の駆動軸と、前記原動機と前記第１，第２の駆動軸との間で動力のやり取りを行なう動力伝達装置とを備えた四輪駆動車輌であって、
前記原動機の出力軸および前記第１の駆動軸に機械的に関連付けられ、該両軸に入出力される動力の差分の動力をやり取り可能な第１の電動機と、
前記出力軸から前記第１の駆動軸までのいずれかの箇所に結合され、動力のやり取りが可能な第２の電動機と、
前記第２の駆動軸との間で動力のやり取りが可能な第３の電動機と、
２組の電力制御回路と、
車輌の走行状態を含む運転状態を検出する運転状態検出装置と、
該検出された走行状態を含む運転状態に基づいて、前記２組の電力制御回路と前記第１の電動機，第２の電動機，第３の電動機との結線を切り換えて、該３つの電動機のうちのいずれか二つの電動機を駆動する電動機駆動回路と
を備えた四輪駆動車輌の構成を要旨としている。
【００２６】
かかる四輪駆動車輌は、３つの電動機に対して２組の電力制御回路を備えるだけで済み、電力制御回路のスペース、重量などを低減することができる。したがって、限られた車輌容積を効率よく利用することができる。
【００２７】
なお、かかる四輪駆動車輌は、上述した各種の動力伝達装置を採用した形態で実現することも可能である。この場合には、上記の動力伝達装置に加えて、車輌の走行状態を含む運転状態を検出し、検出された走行状態を含む運転状態に基づいて、２組の電力制御回路と第１の電動機，第２の電動機，第３の電動機との結線を切り換えると共に、走行状態に基づいて、動力制御装置の制御装置を駆動して、前記結線された二つの電動機を駆動して動力のやり取りを行なう構成とすればよい。この場合には、上述した動力伝達装置の特性を生かした四輪駆動車輌を構成することができる。動力伝達装置における電力制御回路が２組で済むことから、動力伝達装置の小型化、低重量化を図ることができ、車輌の容積を効率よく使用できることは勿論である。
【００２８】
【発明の他の態様】
本発明の四輪駆動車輌は、「前輪」および「後輪」にそれぞれ結合された第１および第２の駆動軸を有するものとしたが、ここで「前輪」および「後輪」は、相対的なものであって、例えば大型車両のように６輪以上の車輪を有する場合には、車輌後部に設けられた二組の車輪であっても差し支えない。もとより、前後輪独立懸架の二輪車に適用することも可能である。また、結合軸切換装置を採用した構成では、第２の電動機を原動機の出力軸か第１の駆動軸のいずれか一方に結合するものとしたが、両方に結合する状態を採り得るものとすることもできる。
【００２９】
【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は本発明の第１の実施例としての動力伝達装置２０を組み込んだ四輪駆動車輌１０の概略構成を示す構成図、図２はこの四輪駆動車輌１０についてエンジン５０を含む概略構成を示す構成図、図３は図１の構成を電気的に詳しく描いた構成図、である。
【００３０】
Ａ．装置構成：
各図に示すように、この車輌１０には、実施例としての動力伝達装置２０が搭載されており、この動力伝達装置２０は、第１の電動機であるクラッチモータ３０、第２の電動機であるアシストモータ４０、ガソリンにより運転される原動機であるエンジン５０、このエンジン５０を制御する電子制御ユニット７０、第３の電動機である後輪用モータ８０、各モータを制御する制御装置１００などが備えられている。図２を用いて、まず車輌全体の構成から説明する。
【００３１】
車輌全体の動力を最終的に賄うエネルギを出力するエンジン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はモータ６６ａにより開閉駆動される。点火プラグ５３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。この爆発燃焼により取り出されるエネルギが、この車輌を駆動する動力源となる。
【００３２】
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の開度を検出するスロットルポジションセンサ６７や、原動機の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及び回転角度センサ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。
【００３３】
エンジン５０のクランクシャフト５６は、その構成を後で詳しく説明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２２Ａに結合されている。駆動軸２２Ａは、図１に示すように、減速ギヤ２３Ａを介して前輪駆動用のディファレンシャルギヤ２４に結合されており、駆動軸２２Ａから出力されるトルクは最終的に左右の前輪２６，２８に伝達される。他方、後輪２７，２９には、後輪用のディファレンシャルギヤ２５を介して、後輪用モータ８０が結合されている。即ち、この車輌１０では、前輪２６，２８は、エンジン５０およびクラッチモータ３０，アシストモータ４０により、他方後輪２７，２９は、後輪用モータ８０により、各々駆動される四輪駆動車輌として構成されている。
【００３４】
これらのクラッチモータ３０，アシストモータ４０および後輪用モータ８０は、制御装置１００により制御されている。制御装置１００の構成は後で詳述するが、図１に示したように、この制御装置１００には、シフトレバー６２に設けられたシフトポジションセンサ６３やアクセルペダル６４に設けられその操作量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６５、ブレーキペダル６８の操作量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６９、更には前後輪に設けられた車輪速度センサ１６，１８および１７，１９なども接続されている。また、制御装置１００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。
【００３５】
動力伝達装置２０の構成について説明する。図１および図３に示すように、動力伝達装置２０は、大きくは、動力を発生するエンジン５０のクランクシャフト５６の一端にダンパ５５を介して結合されたクラッチモータ３０、このクラッチモータ３０のインナロータ側の軸またはアウタロータ側の軸に結合状態が切り換えられるアシストモータ４０、後輪の駆動軸２２Ｂに結合された後輪用モータ８０およびこれらのモータ３０，４０，８０を駆動・制御する制御装置１００から構成されている。
【００３６】
クラッチモータ３０は、図１，図３に示すように、インナロータ３１の外周面に永久磁石３２を備え、アウタロータ３３に形成されたスロットに三相のコイル３４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３４への電力は、スリップリング３５を介して供給される。アウタロータ３３において三相コイル３４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。永久磁石３２は、実施例では８個（Ｎ極，Ｓ極が各４個）設けられており、インナロータ３１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３２と僅かなギャップにより対向するアウタロータ３３の三相コイル３４は、アウタロータ３３に設けられた計１２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３４の各々は、スリップリング３５から電力の供給を受けるよう接続されている。このスリップリング３５は、駆動軸２２Ａに固定された回転リング３５ａとブラシ３５ｂとから構成されている。なお、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の電流をやり取りするために、スリップリング３５には三相分の回転リング３５ａとブラシ３５ｂとが用意されている。
【００３７】
隣接する一組の永久磁石３２が形成する磁界と、アウタロータ３３に設けられた三相コイル３４が形成する回転磁界との相互作用により、インナロータ３１とアウタロータ３３とは種々の振る舞いを示す。通常は、三相コイル３４に流す三相交流の周波数は、クランクシャフト５６に直結されたインナロータ３１の回転数とアウタロータ３３の回転数との偏差の周波数としている。
【００３８】
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４９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４１は、クランクシャフト５６と同軸の中空軸であるロータ回転軸３８に取り付けられており、ロータ４１の外周面には、複数個の永久磁石４２が設けられている。アシストモータ４０では、この永久磁石４２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４１が回転する。ロータ回転軸３８は、アシストモータ４０とクラッチモータ３０との間に配置された第１クラッチ４５により、クランクシャフト５６に機械的に接続されたりその接続が解除される。また、第１クラッチ４５とは独立に動作する第２クラッチ４６により、回転軸３８は、クラッチモータ３０のアウタロータ３３を介して駆動軸２２Ａに機械的に接続されたり、その接続が解除される。
【００３９】
図３では、実際のクラッチモータ３０，アシストモータ４０の配置に従って、両者はエンジン５０のクランクシャフト５６と同軸に直列に配置した状態で描いてあるが、図１では、理解の便を図って、アシストモータ４０をクラッチモータ３０と並列に配置して描いた。第１，第２クラッチ４５，４６の動作により、アシストモータ４０の回転軸３８が、クラッチモータ３０のインナロータ３１側であるクランクシャフト５６、あるいはクラッチモータ３０のアウタロータ３３側の駆動軸２２Ａのいずれかに結合される様子が理解される。なお、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６は、制御装置１００により制御される油圧回路（図示省略）により動作する。
【００４０】
前輪用の駆動軸２２Ａ，ロータ回転軸３８，クランクシャフト５６および後輪用の駆動軸２２Ｂには、その回転角度θｆ，θｒ，θｅおよびθｒを検出するレゾルバ３７，４７，５７および８８が設けられている。クランクシャフト５６の回転角度θｅを検出するレゾルバ５７は、ディストリビュータ６０に設けられた回転角度センサ７８と兼用することも可能である。
【００４１】
クラッチモータ３０とアシストモータ４０の配置は後述するようにエンジン５０側からクラッチモータ３０，アシストモータ４０とする配置も可能であるが、実施例の動力伝達装置２０のようにアシストモータ４０をエンジン５０とクラッチモータ３０とで挟持するように配置したのは、後述するようにアシストモータ４０のみで車両を駆動する場合があることから、クラッチモータ３０に比してアシストモータ４０が大きくなるため、大きなアシストモータ４０をより大きなエンジン５０に隣接させることにより動力伝達装置２０をまとまりのあるものとするためである。また、第１クラッチ４５と第２クラッチ４６の配置も後述するように種々の配置が可能であるが、実施例の動力伝達装置２０のようにアシストモータ４０とクラッチモータ３０との間に配置したのは、これら両クラッチ４５，４６は比較的小さいため、アシストモータ４０とクラッチモータ３０との間に生じる隙間に入れて動力伝達装置２０をよりコンパクトなものとするためである。
【００４２】
次に、後輪用モータ８０について説明する。後輪用モータ８０は、前輪用の駆動軸２２Ａに設けられたクラッチモータ３０およびアシストモータ４０とは別体に設けられているが、これらのモータと共に、動力伝達装置２０を構成している。このモータ８０は、アシストモータ４０同様、同期電動機として構成されており、回転磁界を形成する三相コイル８４は、ケース８５に固定されたステータ８３に巻回されている。このステータ８３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８２の外周面には、複数個の永久磁石８６が設けられている。後輪用モータ８０では、力行時には、この永久磁石８６により磁界と三相コイル８４が形成する磁界との相互作用により、ロータ８２が回転する。回生時には、このロータ８２の回転により三相コイル８４から電力が取り出される。このロータ８２が結合された駆動軸２２Ｂは、減速機２３Ｂを介して、後輪２７，２９用のディファレンシャルギヤ２５に結合されている。駆動軸２２Ｂの回転は、このディファレンシャルギヤ２５を介して、後輪２７，２９に分配される。駆動軸２２Ｂの回転角度θｒを検出するレゾルバ８８は、駆動軸２２Ｂを軸支するベアリング８９の近傍に設けられている（図３参照）。
【００４３】
次に、クラッチモータ３０，アシストモータ４０あるいは後輪用モータ８０を駆動制御する制御装置１００について説明する。制御装置１００は、第１の駆動回路９１と、第２の駆動回路９２と、第１の駆動回路９１の出力の接続先を切り換える切換器９３と、両駆動回路９１，９２を制御すると共に第１クラッチ４５および第２クラッチ４６を駆動制御する制御ＣＰＵ９０と、二次電池であるバッテリ９４等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。切換器９３は、第１の駆動回路９１をクラッチモータ３０の三相コイル３４に接続するか、後輪用モータ８０の三相コイル８４に接続するかを切り換えるものであり、本件実施の形態に特有の構成である。
【００４４】
制御ＣＰＵ９０には、レゾルバ３７からの駆動軸２２Ａの回転角度θｆ、レゾルバ４７からのロータ回転軸３８の回転角度θａ、レゾルバ５７からのエンジン５０の回転角度θｅ、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、ブレーキペダルポジションセンサ６９からのブレーキペダルポジション（ブレーキペダル６８の踏込量）ＢＰ、シフトポジションセンサ６３からのシフトポジションＳＰ、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６からの両クラッチのオン・オフ信号、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。
【００４５】
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、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、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６を駆動する駆動信号などが出力されている。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Ｐ１，Ｐ２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もしくは後輪用モータ８０の三相コイル（ＵＶＷ）３４または８４の各々が、切換器９３を介して接続されている。電源ラインＰ１，Ｐ２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３４または８４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３４または８４により、回転磁界が形成される。
【００４６】
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おり、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。
【００４７】
Ｂ．動作原理：
以上説明したように、本実施例の動力伝達装置２０を備えた車輌１０は、次の特徴的な構成を有する。
（１）前輪用の駆動軸２２Ａに対して、クラッチモータ３０とアシストモータ４０とを備え、第１，第２クラッチ４５，４６により、アシストモータ４０をクランクシャフト５６か駆動軸２２Ａか、いずれかに結合し得る構成を備える。
（２）後輪用の駆動軸２２Ｂに、後輪用モータ８０を備える。
（３）切換器９３により、第１の駆動回路９１により、クラッチモータ３０もしくは後輪用モータ８０のいずれか一方を駆動することができる。
【００４８】
上記の構成を有する結果、この動力伝達装置２０は、以下の種々の運転状態を採ることができる。
（Ａ）切換器９３により第１の駆動回路９１をクラッチモータ３０に結線した場合：
この場合には、車輌１０は、前輪２６，２８の駆動軸２２Ａとの間で動力のやり取りを行なうことになり、駆動力も前輪２６，２８にのみ付与され得る前輪駆動車として走行する。このとき、車輌１０では、エンジン５０が運転・非運転、クラッチモータ３０を力行・フリー・回生、アシストモータ４０を力行・フリー・回生、第１，第２クラッチ４５，４６のオン・オフなど、種々の状態に制御することにより、様々な運転モードを採ることができる。このうち、代表的なものを以下に挙げて説明するが、その他の組み合わせも採用可能である。第１，第２クラッチ４５，４６のオン・オフは、ロータ回転軸３８をクランクシャフト５６に結合するか、駆動軸２２Ａに結合するかとして表示する。
【００４９】
0003783415.tif 000002
【００５０】
（Ｂ）切換器９３により第１の駆動回路９１を後輪用モータ８０に結線した場合：
この場合には、車輌１０は、前輪２６，２８の駆動軸２２Ａと後輪２７，２９の駆動軸２２Ｂとの間で、動力のやり取りが可能となる。従って、駆動力も前後輪に付与可能となり、必要に応じて四輪駆動車として走行する。このとき、車輌１０では、エンジン５０が運転・非運転、クラッチモータ３０を力行・フリー・回生、アシストモータ４０を力行・フリー・回生、第１，第２クラッチ４５，４６のオン・オフなど、種々の状態に制御することにより、様々な運転モードを採ることができることは、（Ａ）の場合と同様である。このうち、代表的なものを以下に挙げて説明するが、その他の組み合わせも採用可能である。
【００５１】
0003783415.tif 000003
【００５２】
これらの運転モードはすべて使用するというものではないが、必要に応じて、用いることができる。そこで、次に実際の運転時の制御の一例について説明する。図４は、本実施例における制御の一例を示すフローチャートである。この制御ルーチンが起動されると、最初は、切換器９３を駆動して、第１の駆動回路９１をクラッチモータ３０に接続し、第１，第２クラッチ４５，４６を切り換えて、アシストモータ４０を駆動軸２２Ａまたはクランクシャフト５６に接続する。この状態では、四輪駆動車輌１０は、前輪駆動車輌として走行し、エンジン５０が運転している場合には、モード１ないしモード７のいずれかの状態で、エンジン５０が停止している場合には、モード９ないし１１の状態で運転される（ステップＳ２００）。この場合、前輪２６，２８による駆動トルクＴｆは、Ｔｆ＝Ｔｍｇ１＋Ｔｍｇ２、即ち、クラッチモータ３０とアシストモータ４０による各トルクＴｍｇ１とＴｍｇ２との和として与えられる。運転モードによっては、各モータ３０，４０のトルクが正の場合（力行時）のみならず、ゼロの場合（フリー）や、マイナスの値を採る場合（制動／回生時）も存在する。
【００５３】
前輪駆動の状態で、制御装置１００は、各車輪速度センサ１６〜１９からの信号を入力し、前後輪２６〜２９の回転速度を検出する処理を行なう（ステップＳ２１０）。前輪２６，２８に設けられた車輪速度センサ１６，１８の検出値を平均することにより、前輪回転速度Ｎｆを、後輪２７，２９に設けられた車輪速度センサ１７，１９の検出値を平均することにより、後輪回転速度Ｎｒを、それぞれ求めるのである。次に、こうして求めた前輪回転速度Ｎｆと後輪回転速度Ｎｒとの偏差ΔＮを求め、この偏差ΔＮが、予め設定された偏差ΔＮｆｒを越えているか否かの判断を行なう（ステップＳ２２０）。この偏差ΔＮｆｒは、駆動輪である前輪２６，２８がスリップ状態となっているか否かを判定するために予め用意された閾値である。Ｎｆ−Ｎｒ≦ΔＮｆｒとなっている場合には、スリップ状態とはなっていないと判断し、ステップＳ２００に戻って、前輪駆動による走行を継続する。
【００５４】
他方、Ｎｆ−Ｎｒ＞ΔＮｆｒとなっている場合、即ち前輪がスリップして回転数が上昇し、従動輪である後輪２７，２９の回転速度Ｎｒから見て、前輪２６，２８がスリップ状態となっていると判断された場合には、ステップＳ２３０以下に移行して、次の処理を行なう。まず、クラッチモータ３０とエンジン５０を制御して、クラッチモータ３０に流れる電流をゼロ（出力トルクＴｍｇ１＝０）とし、更にエンジン５０を停止する処理を行なう（ステップＳ２３０）。エンジン５０の制御は、ＥＦＩＥＣＵ７０と通信することにより、ＥＦＩＥＣＵ７０を介して行なう。と同時に、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６を制御して、アシストモータ４０を駆動軸２２Ａに結合する（ステップＳ２３５）。なお、前輪にスリップが生じるのは、前輪から高い駆動力を出力している場合なので、通常アシストモータ４０はアシスト状態、即ち駆動軸２２Ａに結合されている。したがって、アシストモータ４０が既に駆動軸２２Ａに結合されている場合には、この処理は必要ない。アシストモータ４０が駆動軸２２Ａに結合されていれば、前輪２６，２８は、アシストモータ４０により、トルクＴｍｇ２で駆動され続ける。エンジン５０が停止し、クラッチモータ３０に流れる電流がゼロになった後、切換器９３を駆動して、第１の駆動回路９１の結線を、クラッチモータ３０から後輪用モータ８０に切り換える処理を行なう（ステップＳ２４０）。切換が完了した後、第１の駆動回路９１を介して、後輪用モータ８０に電流を流し、トルクＴｍｇ３を出力させる処理を行なう（ステップＳ２５０）。このときのトルクＴｍｇ３は、スリップ発生前に、前輪にクラッチモータ３０から出力されていたトルクＴｍｇ１と等しいトルクである。
【００５５】
上記の処理により、前後輪に出力される駆動力がどのように変化するかを示したのが、図５および図６である。図５，図６において、●は、それぞれ、前後輪の運転ポイントを示している。図５は、前輪駆動状態での運転状態を示す説明図である。図示するように、前輪駆動状態（ステップＳ２００ないしＳ２２０）では、エンジン５０は、エンジンの最適動作ライン上で運転されており、エンジン５０からの出力（回転数Ｎｅ，トルクＴｅ）の一部をクラッチモータ３０によりの回生し、このエネルギでアシストモータ４０を駆動している。クラッチモータ３０により回生されるエネルギは、クラッチモータ３０の滑り回転数（Ｎｅ−Ｎｆ）とエンジン５０のトルクＴｅとの積算値と等しい。したがって、回生されたエネルギがすべてアシストモータ４０に出力されているとすれば、アシストモータ４０によりアシストされるトルクＴｍｇ２は、Ｔｍｇ２＝Ｔｅ×（Ｎｅ−Ｎｆ）／Ｎｆとなる。即ち、図５においてハッチングを施した二つの矩形領域の面積は、互いに等しい。このとき、後輪２７，２９に出力される駆動力Ｔｒは、後輪用モータ８０が駆動されていないことから、当然値０である。なお、駆動輪である前輪２６，２８にスリップが生じていれば、厳密にはＮｆ＝Ｎｒとはならないが、図５，図６では前後輪は同じ速度で運転されているとみなしている。
【００５６】
図６は、切換器９３により切換がなされて、後輪用モータ８０が運転されている場合の動作状態を示す説明図である。この状態では、エンジン５０は停止されており、前輪２６，２８は、アシストモータ４０により回転数Ｎｆ，トルクＴｍｇ２で駆動され、後輪２７，２９は、後輪用モータ８０により回転数Ｎｒ（＝Ｎｆ），トルクＴｍｇ３で駆動される。四輪駆動車輌１０の走行用のトルクが、スリップの発生前後で等しいとすれば、図６のハッチングを施した面積は、図５においてエンジン５０が出力しているエネルギを示す矩形領域の面積（Ｎｅ×Ｔｅ）と等しくなる。
【００５７】
上記の処理を行なうことにより、駆動輪である前輪２６，２８がスリップ状態となったときには、前輪駆動の状態から四輪駆動の状態に切り換えられることになる。この状態では、上記の運転モード２３ないし２６により車輌を運転することが可能となるが、この実施例では、前輪にスリップが生じたことにより四輪駆動の状態に切り換えているので、運転モード２５が採用され、四輪駆動状態となる。そこで、四輪駆動において前後輪にトルクを配分する処理を行なう。まず、各車輪２６〜２９に配設された車輪速度センサ１６〜１９からの信号を読み込み、前後輪の回転速度の偏差と所定の閾値ΔＮｆｒとの大小関係を判定する処理を行なう（ステップＳ２６０）。なお、この場合、大小関係の判定は、符号を含めて行なう。この結果、Ｎｆ−Ｎｒ＞ΔＮｆｒとなっていると判定された場合には、前輪の回転速度が大きすぎることから、前輪がスリップ状態にあると判断し、前輪のトルクＴｍｇ２をΔＴだけ漸減し、逆に後輪のトルクＴｍｇ３をΔＴだけ漸増する処理を行なう（ステップＳ２７０）。他方、後輪がスリップ状態になっていると判断した場合（Ｎｆ−Ｎｒ＜−ΔＮｆｒ）には、後輪のトルクＴｍｇ３をΔＴだけ漸減し、逆に前輪のトルクＴｍｇ２をΔＴだけ漸増する処理を行なう（ステップＳ２８０）。
【００５８】
以上の処理を行なうことで、やがて前後輪のトルク配分は、スリップが生じない状態に収束する筈であるが、以上の処理は、エンジン５０を停止して行なっているので、基本的にはバッテリ９４に蓄えられた電力を用いて行なうことになる。したがって、前後輪に出力しているトルクＴｍｇ２＋Ｔｍｇ３に対応した電力Ｐｍｇ２３が、予め定めた電力限界値Ｐｂ０より大きくならいように制限する処理を行なっている（ステップＳ２９０以下）。即ち、Ｐｍｇ２３と電力限界値Ｐｂ０との大小関係を判定し（ステップＳ２９０）、Ｐｍｇ２３＞Ｐｂ０であれば、バッテリ９４の残容量から見てオーバワークになっていると判断して、バッテリ９４から持ち出す電力Ｐｍｇ２３が電力限界値Ｐｂ０より小さくなるよう、両モータ４０，８０からの出力トルクＴｍｇ２，Ｔｍｇ３を低下する処理を行なう（ステップＳ３００）。その後、回転速度差に基づくスリップ状態の判定（ステップＳ２６０）から、上記の処理を繰り返す。なお、電力限界値Ｐｂ０は、一律に定めても良いが、バッテリ９４の残容量ＢRMにより定めるものとしても良い。一般に残容量ＢRMが大きければ、電力限界値Ｐｂ０も大きな値に設定することができる。
【００５９】
前後輪のトルク配分を制御した結果、両輪ともスリップのない状態になったと判断すると（ステップＳ２６０）、四輪駆動の状態から前輪駆動の状態に戻すための処理を開始する。即ち、まず後輪に出力される後輪用モータ８０のトルクＴｍｇ３をトルクΔＴｆだけ漸減し、かつ前輪に出力されるアシストモータ４０のトルクＴｍｇ２をトルクΔＴｆだけ漸増する処理を行なう（ステップＳ３１０）。後輪のトルクＴｒを低減した結果、後輪に出力される後輪用モータ８０のトルクＴｍｇ３が値０以下となったか否かを判断する（ステップＳ３２０）。後輪に出力されるトルクＴｍｇ３が値０以下となっていれば、前輪駆動が可能な状態となっていると判断できるからである。
【００６０】
Ｔｍｇ３≦０となるまでは、ステップＳ２６０に戻って、上述した処理を繰り返す。なお、後輪のトルクを漸減してゆく過程で仮に前輪にスリップが発生すれば（ステップＳ２６０）、処理は、ステップＳ２７０以下に移行し、再度トルク配分の調整が行なわれることになる。
【００６１】
前後輪にスリップが発生しておらず、後輪に出力するトルクＴｍｇ３が、値０以下になれば、前輪のみで車輌を駆動できると判断し（ステップＳ３２０）、切換器９３を駆動して、第１の駆動回路９１の結線を、後輪用モータ８０からクラッチモータ３０に切り換える処理を行なう（ステップＳ３３０）。その後、エンジン５０を起動し、クラッチモータ３０とアシストモータ４０とにより、前輪の回転数およびトルクを制御する前輪駆動車輌としての運転モード（ステップＳ２００以下）に復帰する。エンジン５０の起動は、既述した運転モード８または１２により行なえばよい。
【００６２】
以上説明した第１実施例の四輪駆動車輌１０では、２組のインバータである第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２により、３つのモータ３０，４０，８０を切り換えて使用しており、スリップが生じていない状態では、前輪駆動車輌として走行し、スリップが生じた場合には、四輪駆動車輌として走行することができる。いわば、スタンバイ４Ｄとしての構成を３組のインバータを用いることなく実現することができるのである。この車輌１０では、前輪駆動状態では、車輌に要求されるトルクと回転数を、エンジン５０の出力のみならず、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０を用いて実現することができるから、図５に示したように、エンジン５０を最適動作ライン上で運転することができる。この結果、燃費に優れ、排気浄化性にも優れた車輌を実現することができる。しかも、前輪駆動の状態で駆動輪にスリップが生じた場合には、走行モードを四輪駆動に切り換え、かつ前後輪のトルク配分を適正に補正して走行するから、走行安定性にも優れる。
【００６３】
以上説明した実施例では、スリップ発生時に、エンジン５０の運転を停止すると共に、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６を切り換えて、アシストモータ４０を車輌の駆動軸２２Ａに結合したが、スリップの発生時にアシストモータ４０をエンジン５０のクランクシャフト５６に結合し、エンジン５０を運転する構成とすることも可能である。この場合、クラッチモータ３０への通電は行なわれないから、クラッチモータ３０は空回りすることになり、クラッチモータ３０を介して、エンジン５０から駆動軸２２Ａにトルクが出力されることはない。
【００６４】
かかる車輌の運転制御ルーチンを、第２実施例として、図７に示す。スリップの発生を判定し、スリップの発生までは前輪駆動により車輌を走行させる点は、第１実施例と同様である（ステップＳ４００ないしＳ４２０）。前輪にスリップが発生したと判断された場合には（ステップＳ４２０）、第１実施例同様、クラッチモータ３０の電流をゼロにしてそのトルクＴｍｇ１を値０とし（ステップＳ４３０）、切換器９３により第１の駆動回路９１の結線をクラッチモータ３０から後輪用モータ８０に切り換える（ステップ４４０）。続いて、第１クラッチ４５と第２クラッチ４６を駆動し、アシストモータ４０をクランクシャフト５６に結合する処理を行なう（ステップＳ４４５）。
【００６５】
第１クラッチ４５および第２クラッチ４６を駆動して、それまで駆動軸２２Ａに結合されていたアシストモータ４０をクランクシャフト５６に結合する場合、エンジン５０から見た負荷は変動する。したがって、クラッチモータ３０に流す電流をゼロにする際に、一旦エンジン５０を停止し、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６によるアシストモータ４０の結合の切換が終わってから、アシストモータ４０によりエンジン５０を起動し、運転するものとしても良い。クラッチモータ３０の電流制御（ステップＳ４３０）に先立って、アシストモータ４０の結合状態をクランクシャフト５６側に切り換え、クラッチモータ３０に流れる電流を漸減して行くのに合わせて、アシストモータ４０の電流を制御し、エンジン５０を所定の運転ポイントで継続的に運転するものとしても良い。
【００６６】
いずれの場合でも、最終的には、切換器９３により第１の駆動回路９１の結線は、後輪用モータ８０側に切り換えられ、アシストモータ４０はエンジン５０のクランクシャフト５６に結合された状態となり、エンジン５０は運転される。即ち、車輌は、既述した運転モード２１または２２で運転されることになる。このとき、クラッチモータ３０はに結線されておらず、クラッチモータ３０を介してエンジン５０の動力が駆動軸２２Ａに出力されることはないので、車輌の走行に必要なトルクは、後輪用モータ８０のみで賄われる。そこで、後輪用モータ８０から後輪の駆動軸２２Ｂに出力されるトルクＴｍｇ３を、切換前まで、前輪の駆動軸２２Ａに出力されていたトルクＴｆ（＝Ｔｍｇ１＋Ｔｍｇ２）に設定し（ステップＳ４５０）、更にこのトルクＴｆを回転数Ｎｒで回転している駆動軸２２Ｂに出力するために必要なエネルギを、エンジン５０に結合されたアシストモータ４０により発電するよう、エンジン５０および第２の駆動回路９２を制御する（ステップＳ４６０）。
【００６７】
前輪走行状態から後輪走行状態への切換に伴う動作状態の変化の様子を図８および図９に示した。図８は、車輌はオーバドライブ状態にあり、前輪２６，２８は、エンジン５０の回転数Ｔｅより高い回転数Ｎｆで回転している。このとき、前輪に出力されているトルクをＴｆとする。エンジン５０は最適動作ライン上で運転されており、その出力トルクはＴｅである。エンジン５０の出力するエネルギ（Ｎｅ×Ｔｅ）の一部（Ｎｅ×（Ｔｅ−Ｔｆ）をアシストモータ４０により回生し、クラッチモータ３０に出力することで、オーバドライブ状態を実現している。即ち、この状態では、アシストモータ４０により回生されるエネルギと、クラッチモータ３０を力行するのに用いられるエネルギとは平衡している。数式で表現すれば、
Ｎｅ×（Ｔｅ−Ｔｆ）＝（Ｎｆ−Ｎｅ）×Ｔｆ
である。このとき、後輪にはトルクは出力されていない。図８，図９中、「●」は、前後輪の駆動ポイントを示している。
【００６８】
後輪走行状態に切り替わると、エンジン５０はそのまま運転を継続するものとすると、エンジン５０から出力されるエネルギは、Ｎｅ×Ｔｅで変わらないが、前輪にはトルクは出力されず、駆動力はすべて後輪から出力されることになる。したがって、アシストモータ４０により回生されるエネルギがすべて後輪用モータ８０に出力されて後輪を駆動するものとすれば、
Ｎｅ×Ｔｅ＝Ｎｒ×Ｔｍｇ３
が成り立つことになる。
【００６９】
次に、この状態で後輪にスリップが生じているか否かを判断し（ステップＳ４７０）、後輪にスリップが生じていると判断され場合には、後輪に出力されるトルクＴｍｇ３をトルクΔＴだけ漸減する処理を行ない（ステップＳ４８０）、後輪のスリップが生じなくなるまで、このトルクの出力に必要な電力の発電制御（ステップＳ４６０）、スリップの判定（ステップＳ４７０）、後輪トルクの漸減（ステップＳ４８０）などの処理を繰り返す。
【００７０】
後輪にもはやスリップが生じていないと判断された場合には、次に、前輪駆動に戻せる条件が成立しているか否かの判断を行なう（ステップＳ５００）。前輪駆動に戻せる条件としては、例えば後輪駆動で一定時間スリップが生じていないとか、運転者により明示の指示があった場合等が考えられる。前輪駆動に復帰する条件が整ったと判断された場合には、切換器９３を駆動して第１の駆動回路９１の結線を後輪用モータ８０からクラッチモータ３０に切り換え（ステップＳ５１０）、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６を駆動して、必要があれば、アシストモータ４０とクランクシャフト５６との結合を解除し、アシストモータ４０を駆動軸２２Ａに結合する（ステップＳ５２０）。この結果、車輌は、後輪駆動状態から前輪駆動状態に復帰する。なお、アシストモータ４０を駆動軸２２Ａないしクランクシャフト５６のいずれに結合するかは、車輌の走行状態がアンダドライブ状態（エンジン５０の回転数より駆動軸２２Ａの回転数の方が低い状態）か、オーバドライブ（エンジン５０の回転数より駆動軸２２Ａの回転数の方が高い状態）かにより切り換えれば良い。
【００７１】
この実施例では、前輪にスリップが生じた場合、後輪駆動に切り換えてスリップの発生を防ぎ、安定な車輌の走行を実現する。スリップの発生は、単に駆動軸２２Ａに出力される駆動力過多のみならず、タイヤや路面の状態、コーナリングの状況など様々な条件により影響を受けるので、前輪がスリップした場合に、後輪駆動に切り換えることで、スリップの発生を防止することも可能である。この実施例でも、第１実施例と同様、２組の第１の駆動回路９１，９２により、前輪に二つのモータ３０，４０が結合されて、エンジン５０の動力を効率よく取り出して走行する状態を実現できる。しかもスリップ発生時に後輪駆動に切り換えた場合には、後輪走行に必要な電気エネルギをエンジン５０を動力源としてアシストモータ４０により発電することができる。したがって、後輪走行が長時間に亘っても、バッテリ９４からの電力の持ち出しが許容できないものとなることがない。
【００７２】
上述した第１実施例と第２実施例を組み合わせ、前輪にスリップが生じた場合に、まずエンジン５０を停止して第１実施例に示した四輪駆動の状態に移行し、バッテリ９４の残容量が低下した場合に、エンジン５０を起動して第２実施例に示した後輪駆動の状態に移行することも可能である。この場合には、低下したバッテリ９４の残容量を回復できる程度の電力を発電するようエンジン５０およびアシストモータ４０を制御すればよい。なお、スリップ状態が発生した場合に限らず、運転者の指示等に基づいて、上述した前輪走行状態、四輪走行状態、後輪走行状態を切り換えるものとすることも可能である。これらの走行状態を通じて、エンジン５０は効率を優先して運転されるから、バッテリ９４の残容量や運転モードの切換に伴って、起動、停止が繰り返されることがあり得る。こうした場合、停止されたエンジン５０を起動するには、既述した運転モード８や運転モード２７を用いれば良い。
【００７３】
次に、本発明の第３実施例について説明する。第３実施例の車輌１０Ａは、図１０に示したハードウェア構成を備える。この構成と第１実施例との相違は、以下の点にある。まず、本実施例では、基本的な構成要素は第１実施例と同一であるが、切換器９３Ａを第２の駆動回路９２側に設け、アシストモータ４０および後輪用モータ８０との間の結線を切り換える構成としている。即ち、この実施例では、インバータである第１の駆動回路９１は、常時クラッチモータ３０に結線されており、もう一つのインバータである第２の駆動回路９２が、アシストモータ４０または後輪用モータ８０にその結線を切り換えられる。この結果、第２の駆動回路９２が、アシストモータ４０に結線されている場合には、第１実施例において第１の駆動回路９１がクラッチモータ３０に結線されていた場合と同様、エンジン５０の動力は、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０により、エネルギの分配・合成を経て、駆動軸２２Ａに出力される。即ち、この状態では、第三実施例の車輌１０Ａは、前輪駆動車輌として動作し、効率優先で運転されるエンジン５０からのエネルギを、一時的にバッテリ９４に蓄えるなどして、無駄なく駆動力に変えることができる。しかも、この実施例でも、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６は設けられているから、アシストモータ４０を駆動軸２２Ａに結合したり、クランクシャフト５６に結合したり、自由に制御することができ、エンジン５０の出力するエネルギの一部をクラッチモータ３０により回生してアシストモータ４０に出力し、駆動軸２２Ａにトルクを負荷するアンダドライブＵ／Ｄ状態の運転域、あるいはこの逆にエンジン５０の出力するエネルギの一部をクランクシャフト５６に結合されたアシストモータ４０により回生してクラッチモータ３０に出力し、駆動軸２２Ａの回転数を高めるオーバドライブＯ／Ｄ状態の運転域などで、車輌を運転することができる。
【００７４】
かかる構成の第３実施例では、切換器９３Ａを切り換えることにより、前輪の駆動軸２２Ａには、第１の駆動回路９１に結線されたクラッチモータ３０が結合され、後輪の駆動軸２２Ｂには、第２の駆動回路９２に切換器９３Ａを介して結合された後輪用モータ８０が結合されることになる。
【００７５】
そこで、図１１に示した駆動力制御ルーチンによって、この実施例における各モータの制御ならびに駆動力制御について説明する。図１１に示した処理ルーチンは、図４に示した第１実施例の処理ルーチンと同様の処理を行なっており、後輪用モータ８０と切り換えられるモータがアシストモータ４０である点、およびこれに付随して各モータの制御が異なる点以外は、第１実施例と同様である。
【００７６】
モータの制御を、図１１のフローチャートにより説明する。スリップの発生を判定し、スリップの発生までは前輪駆動により車輌を走行させる点は、第１実施例と同様である（ステップＳ６００ないしＳ６２０）。前輪にスリップが発生したと判断された場合には（ステップＳ６２０）、アシストモータ４０を制御し、アシストモータ４０の出力トルクＴｍｇ２を値ゼロとする（ステップＳ６３０）。なお、このアシストモータ４０への通電の制御に併せてエンジン５０の制御も行なう。これは、アシストモータ４０を制御するとエンジン５０から見た負荷は変化するからである。アシストモータ４０の出力トルクＴｍｇ２を値０とした後、切換器９３Ａにより第２の駆動回路９２の結線をアシストモータ４０から後輪用モータ８０に切り換える（ステップ６４０）。
【００７７】
切換が完了した後、第１の駆動回路９１，第２の駆動回路９２を用いて、二つのモータ３０，８０を制御する処理を行なう（ステップＳ６５０）。この状態では、前輪２６，２８には、エンジン５０がクラッチモータ３０を介して結合されている。クラッチモータ３０の特性上、エンジン５０のトルクＴｅがそのまま駆動軸２２Ａに出力されることから、車輌の走行に寄与するトルク等の制御は次のように行なわれる。まず、前輪２６，２８に出力されるトルクが、前後輪のトルク配分上適正と考えられるトルクＴｍｇ１となるよう、クラッチモータ３０およびエンジン５０の動作点を制御する。と同時に、後輪用モータ８０に電流を流し、トルクＴｍｇ３を出力させる処理を行なう。エンジン５０の制御は、ＥＦＩＥＣＵ７０と通信することにより行なうことは既に説明した。
【００７８】
上述した状態では、エンジン５０の出力するエネルギの一部をクラッチモータ３０で回生しており、回生したエネルギが後輪用モータ８０に出力されるものとすると、その動作は次のように理解することができる。図１２に示すように、エンジン５０がトルクＴｅ，回転数Ｎｅで運転されているとする。このとき、エンジン５０から取り出されたエネルギ（トルクＴｅ×回転数Ｎｅ）は、クラッチモータ３０を介して駆動軸２２Ａに伝達されるが、クラッチモータ３０に滑り回転を生じさせた場合には、この回転数差（ΔＮ＝Ｎｅ−Ｎｄ）×伝達トルクＴｄに対応したエネルギが、クラッチモータ３０の三相コイル３６から回生される。ここで、Ｎｄは、駆動軸２２Ａの回転数、Ｔｄは、駆動軸２２Ａに伝達されるトルクであり、クラッチモータ３０の反力トルクになることから、Ｔｄ＝Ｔｅである。このエネルギΔＰ＝ΔＮ×Ｔｅ＝ΔＮ×Ｔｄは、スリップリング３５から第１の駆動回路９１を介して回収され、バッテリ９４に蓄えられる。
【００７９】
他方、第２の駆動回路９２に結線された後輪用モータ８０では、このクラッチモータ３０を介して駆動軸２２Ａに出力されたトルクを勘案し、所定のトルクを発生する。このトルクは、バッテリ９４に蓄えられたエネルギもしくはクラッチモータ３０により回生されたエネルギにより、後輪用モータ８０を力行することにより得られる。仮に、エネルギ変換に伴うロスがないものとし、クラッチモータ３０で回生されたエネルギだけがすべて後輪用モータ８０により消費されるものとすれば、後輪用モータ８０により出力されるエネルギＰｒは、クラッチモータ３０により回生されるエネルギΔＰに等しくなり、前後の駆動軸２２Ａ，２２Ｂの回転数Ｎｄが等しいとすれば、Ｐｒ＝ΔＰ＝Ｎｄ×Ｔｒとなる。この場合、前輪２６，２８と後輪２７，２９とには、それぞれＴｅ，Ｔｒのトルクが配分されることになる。エンジン５０の動作点を制御するのは、前輪の駆動軸２２Ａには、クラッチモータ３０を介してエンジン５０のトルクがそのまま出力されてしまうからである。したがって、クラッチモータ３０のトルクＴｍｇ１は、エンジン５０のトルクＴｅと等しくなる。
【００８０】
上記の処理したように、駆動輪である前輪２６，２８がスリップ状態となったときには、前輪駆動の状態から四輪駆動の状態に切り換えられ、前輪および後輪のトルクは配分は、トルクＴｅ，Ｔｒとなる。この状態では、既述した運転モード２１または２２により車輌を運転することが可能となるが、この実施例では、前輪にスリップが生じたことにより四輪駆動の状態に切り換えているので、運転モード２１が採用され、四輪駆動状態となっている。そこで、四輪駆動において前後輪にトルクを配分する処理を行なう。まず、各車輪２６〜２９に配設された車輪速度センサ１６〜１９からの信号を読み込み、前後輪の回転速度の偏差と所定の閾値ΔＮｆｒとの大小関係を判定する処理を行なう（ステップＳ６６０）。なお、以下の処理は、制御の対象となるモータがアシストモータ４０ではなくクラッチモータ３０である点を除けば、第１実施例とほぼ同様であるため、簡略に説明する。
【００８１】
前後輪のスリップ状態を判定し、前輪または後輪に所定以上のスリップが生じていれば、バッテリ９４の残容量から見て許される範囲内で、スリップが生じている側の車輪のトルクをΔＴだけ漸減し、他方の車輪のトルクをΔＴだけ増加する処理を行なう（ステップＳ６６０ないし７００）。後輪用モータ８０が結合された後輪２７，２９側は、単に後輪用モータ８０の電流を増減すれば、トルクを制御することはできるが、前輪２６，２８側のトルクは、エンジン５０のトルクＴｅがクラッチモータ３０を介してそのまま出力されるので、エンジン５０とクラッチモータ３０の両方を制御することは、既に説明した通りである。
【００８２】
前後輪にスリップが発生していない状態となれば、以後は、前輪駆動に戻すべく、後輪の駆動トルクＴｍｇ３がゼロになるまでこれを漸減し、他方、前輪の駆動トルクを漸増する（ステップＳ７１０，７２０）。後輪のトルクＴｍｇ３がゼロになれは、前輪駆動に戻して良いと判断し、切換器９３Ａを駆動して、第２の駆動回路９２をアシストモータ４０に結線するよう切換を行なう（ステップＳ７３０）。その後は、前輪駆動車輌としての制御に復する（ステップＳ６００）。
【００８３】
以上説明した第３実施例の四輪駆動車輌１０Ａでは、２組のインバータである第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２により、３つのモータ３０，４０，８０を切り換えて使用することにより、スリップが生じていない状態では、前輪駆動車輌として走行し、スリップが生じた場合には、四輪駆動車輌として走行することができる。いわば、スタンバイ４Ｄとしての構成を３組みのインバータを用いることなく実現することができるのである。この車輌１０Ａは、その他、第１実施例とほぼ同様の効果を奏する上、四輪駆動状態でもエンジン５０を運転できるので、前輪の付与するトルクの条件が許す範囲内でクラッチモータ３０を用いて電力を回生することができ、バッテリ９４に対する負担を小さくすることができるという利点が得られる。
【００８４】
次に本発明の第４実施例について説明する。図１３は、第４実施例としての四輪駆動車輌１０Ｂの構成を、第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２Ｂを中心に示す説明図である。図示するように、この実施例では、切換器９３に相当するものとし、接点Ｘ１，Ｘ２が用意されている。また、後輪用モータ８０Ｂとして、ブラシモータまたはインダクションモータを用い、これを、第２の駆動回路９２ＢのＶ相およびＷ相に接続した構成を採っている。更に、接点Ｘ１は、第２の駆動回路９２ＢのＶ相から後輪用モータ８０Ｂへのラインの一方に挿入されており、接点Ｘ２は、第２の駆動回路９２ＢのＷ相からアシストモータ４０のＷ相へのラインに挿入されている。第２の駆動回路９２ＢのＷ相には、後輪用モータ８０Ｂの他のラインが結線されている。
【００８５】
この実施例でも、モータに対する電力制御を行なうインバータである駆動回路は、２組しか設けられていない。かかる構成を採用した第４実施例の車輌１０Ｂでは、図１４のフローチャートに示すように、まず前輪駆動の状態で車輌を走行し、前輪がスリップしたか否かを判断する（ステップＳ８００）。スリップが検出されるまでは、接点Ｘ１をオフ（開放状態）、接点Ｘ２をオン（接続状態）とし（ステップＳ８１０）、第１の駆動回路９１を介してクラッチモータ３０を制御し、かつ第２の駆動回路９２Ｂを介してアシストモータ４０を制御し（ステップＳ８２０）、第１ないし第３実施例で説明した通り、エンジン５０の運転効率および前輪２６，２８のトルクおよび回転数を適正に制御する（ステップＳ８７０）。
【００８６】
スリップの発生を検出すると（ステップＳ８００）、接点Ｘ１をオン（接続状態）、接点Ｘ２をオフ（開放状態）とし（ステップＳ８５０）、第１の駆動回路９１を介してクラッチモータ３０を制御する一方で、第２の駆動回路９２Ｂのうち、トランジスタＴｒ１３およびＴｒ１６、またはトランジスタＴｒ１４およびＴｒ１５を駆動して後輪用モータ８０Ｂを、正転または逆転方向に運転する（ステップＳ８６０）。この場合は、第１実施例で説明した通り、スリップが生じないように、前後輪２６〜２９のトルクおよび回転数を適正に制御する（ステップＳ８７０）。
【００８７】
以上の処理の結果、本実施例の車輌は、第１実施例で説明したように、スリップが生じていない場合には前輪駆動で走行され、スリップが生じると四輪駆動走行に切り換えられる。かかる制御を行なうために２組のインバータを用意するだけで済み、しかも本実施例では、後輪用モータ８０Ｂの構成を構成が簡略な直流モータとすることができるので、部品点数の低減、制御の簡略化等を図ることができる。結線の切換もわずか二つの接点で済むなど、構成を簡略化できる利点は大きい。
【００８８】
以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、様々な態様での実施が可能である。例えば、上記実施例では、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６を設けて、アシストモータ４０を駆動軸２２Ａまたはクランクシャフト５６のいずれかに結合可能としたが、こうした切換機構を有しない構成でも、本発明は適用可能である。また、両クラッチ４５，４６が同時に結合され状態を採りうるものであっても差し支えない。
【００８９】
更に、クラッチモータ３０とアシストモータ４０の構成・配置や第１クラッチ４５および第２クラッチ４６の構成・配置については、様々なバリエーションが可能である。以下、本発明の他の実施例について簡略に説明するが、基本構成は同一なので、構成部品のうち、第１ないし第３実施例で説明した部材と対応関係にあるものは、「クラッチモータ３０Ｃ」のように、符号の後ろに英字を付けて記載する。対応関係の明瞭なものについては、細かな説明は省略する。
【００９０】
図１５に示すように、第１クラッチ４５Ａと第２クラッチ４６Ｂとをエンジン５０とアシストモータ４０との間に配置したり、図１６に示すように、第１クラッチ４５Ｂをエンジン５０とアシストモータ４０との間に配置し、第２クラッチ４６Ｂをアシストモータ４０とクラッチモータ３０との間に配置するものとしてもよい。また、図１７に示すように、クラッチモータ３０Ｃを、エンジン５０とアシストモータ４０との間に配置するものとしてもよい。この例では、クランクシャフト５６にはクラッチモータ３０Ｃの永久磁石３２Ｃを内周面に備えるアウタロータ３１Ｃが結合され、駆動軸２２には三相コイル３４を巻回したインナロータ３３Ｃが結合されている。この相違は、第１クラッチ４５Ｃおよび第２クラッチ４６Ｃをクラッチモータ３０Ｃとアシストモータ４０との間に配置するためである。クラッチモータ３０，アシストモータ４０，第１クラッチ４５，第２クラッチ４６およびスリップリング３５の配置が異なるものとしては、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０の配置が２通り、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６の配置が３通り、スリップリング３５の配置が３通りで、合計１８（２×３×３）通りの構成を考えることができる。
【００９１】
第１ないし第３実施例では、クラッチモータ３０とアシストモータ４０とを別体に構成したが、図１８に示すように、アシストモータ４０を、クラッチモータ３０Ｄの径方向外側に配置して一体化するものとしてもよい。この構成では、クラッチモータ３０Ｄとアシストモータ４０Ｄは、内側から、クランクシャフト５６に結合され永久磁石３２Ｄが外周面に貼り付けられたクラッチモータ３０Ｄのインナロータ３１Ｄ、三相コイル３４Ｄが巻回されたクラッチモータ３０Ｄのアウタロータ３３Ｄ、ロータ回転軸３８Ｄに結合され外周面に永久磁石４２Ｄが貼り付けられたアシストモータ４０Ｄのロータ４１Ｄ、ケース４９に固定され三相コイル４４Ｄが巻回されたステータ４３Ｄの順に配置される。このようにアシストモータ４０をクラッチモータ３０の径方向外側に配置することにより、装置の軸方向の長さを大幅に短くすることができる。この結果、装置全体をよりコンパクトなものとすることができる。なお、こうしたアシストモータ４０Ｄをクラッチモータ３０の径方向外側に配置した構成においても、更に、第１クラッチ４５Ｄおよび第２クラッチ４６Ｄの配置の自由度およびスリップリング３５の配置の自由度がある。
【００９２】
更に、クラッチモータとアシストモータとは、図３に示したように、回転軸方向に並べて配置する構成に代えて、図１に模式的に示したように、クラッチモータとアシストモータとを、平行に配置し、両モータ間を動力伝達機構により結合するものとしても良い。例えば、図１９に示した例では、エンジン５０とクラッチモータ３０Ｅとを同軸上に配置し、アシストモータ４０Ｅを異なる軸上に配置し、クラッチモータ３０Ｅのアウタロータ３３Ｅはベルト２２Ｅにより駆動軸２２Ａに結合されており、更にクランクシャフト５６はベルト５６Ｅにより第１クラッチ４５Ｅを介してロータ回転軸３８Ｅに結合されている。また、図２０に示した変形例では、エンジン５０とアシストモータ４０Ｆとを同軸上に配置し、クラッチモータ３０Ｆを異なる軸上に配置しており、クラッチモータ３０Ｆのアウタロータ３３Ｅはベルト５６Ｅによりクランクシャフト５６に結合されており、駆動軸２２はベルト２２Ｆにより第２クラッチ４６Ｆを介してロータ回転軸３８Ｆに結合されている。これらの変形例のようにクラッチモータ３０とアシストモータ４０とを異なる軸上に配置するものとすれば、装置の軸方向の長さを大幅に短くすることができる。この結果、装置を前輪駆動の車両に搭載するのに有利なものとすることができる。こうしたクラッチモータ３０とアシストモータ４０とを異なる軸上に配置するものも、第１クラッチ４５および第２クラッチ４６などの配置の自由度がある。
【００９３】
以上の実施例および変形例では、前輪用の動力伝達装置２０は、アシストモータ４０と二つのロータを有するクラッチモータ３０とを組み合わせて構成し、エンジン５０の動力の配分をクラッチモータ３０における滑り回転数により行なった。これに対して、３軸間で動力の配分が可能なプラネタリギヤＰＧを用いて動力の配分を行なう構成を採用することも容易である。これを、電気的な形態で動力の配分を行なう電気分配式に対して機械分配式の構成と呼ぶ。
【００９４】
機械分配式の構成も様々な変形例が可能である。図２１は、機械分配式の構成の一例を示す構成図である。この例では、エンジン５０のクランクシャフト５６をプラネタリギヤＰＧのプラネタリキャリア軸に結合し、クラッチモータ３０に相当する第１の電動機ＭＧ１をプラネタリギヤＰＧのサンギヤ軸に結合している。また、プラネタリギヤＰＧのリングギヤ軸が駆動軸に結合されており、アシストモータ４０に相当する第２の電動機ＭＧ２が、第１クラッチ４５Ｇまたは第２クラッチ４６Ｇにより、このリングギヤ軸またはプラネタリキャリア軸に結合される構成となっている。かかる構成を第１ないし第３実施例の動力伝達装置２０と置き換え、第１または第２の電動機ＭＧ１，ＭＧ２の駆動回路を、後輪用モータの駆動回路と共用することにより、上記の実施例と同様の制御を行なうことができる。機械分配式の構成は、電気分配式の構成と比べて、プラネタリギヤＰＧが必要となるものの、クラッチモータ３０に相当する電動機とＭＧ１として、二つのロータを有する構成に代えて通常のモータを採用することができ、モータの構成を簡略化することができるという利点がある。また、スリップリング３５なども不要となる。
【００９５】
かかる機械分配式の構成も、様々な変形例が構成可能である。例えば、図２２に示すように、プラネタリギヤＰＧを第１の電動機ＭＧ１と第２の電動機ＭＧ２との間に置き、第１クラッチ４５Ｈと第２クラッチ４６Ｈとを第２の電動機ＭＧ２の両側に配置した構成を採ることもできる。また、図２３に示すように、プラネタリギヤＰＧを第１の電動機ＭＧ１と第２の電動機ＭＧ２との間に置き、クランクシャフト５６をプラネタリギヤＰＧのプラネタリキャリア軸に、第１の電動機ＭＧ１をサンギヤ軸に、それぞれ結合した構成とすることもできる。この場合には、第２の電動機ＭＧ２は、第１クラッチ４５Ｊと第２クラッチ４６Ｊとにより、サンギヤ軸もしくはリングギヤ軸のいずれかに結合される。更に、これ以外の構成も種々可能である。
【００９６】
上述した各実施例においては、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、原動機としては、この他にも、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あるいは外燃機関を用いることができる。
【００９７】
また、クラッチモータ３０及びアシストモータ４０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。
【００９８】
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を採用することができる。
【００９９】
二次電池であるバッテリ９４としては鉛バッテリ，ニッケル水素（ＮｉＭＨ）バッテリ，リチウム（Ｌｉ）バッテリなどを用いることができる。更に、バッテリ９４に代えてキャパシタを用いることも可能である。
【０１００】
以上の各実施例では、動力伝達装置を車輌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つ以上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、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】本発明の第１の実施例としての四輪駆動車輌１０の概略構成を示す構成図である。
【図２】図１の車輌１０の概略構成をエンジン５０を中心に示す構成図である。
【図３】図１の四輪駆動車輌１０における動力伝達装置２０を電気的な接続を含めて示す概略構成図である。
【図４】第１実施例における車輌駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第１実施例での前輪駆動状態における前後輪の駆動力の様子を示す説明図である。
【図６】第１実施例での四輪駆動状態に切り換えた後の前後輪の駆動力の様子を示す説明図である。
【図７】第２実施例における車輌駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第２実施例での前輪駆動状態における前後輪の駆動力の様子を示す説明図である。
【図９】第２実施例での後輪駆動状態に切り換えた後の前後輪の駆動力の様子を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３実施例としての四輪駆動車輌１０Ａの概略構成を示す構成図である。
【図１１】第３実施例における車輌駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】第３実施例における前後輪の駆動力の分配の様子示す説明図である。
【図１３】本発明の第４実施例の概略構成を示す構成図である。
【図１４】第４実施例における車輌駆動制御の概略を示すフローチャートである。
【図１５】各モータの配置に関する第１の変形例の概略構成を示す構成図である。
【図１６】各モータの配置に関する第２の変形例の概略構成を示す構成図である。
【図１７】各モータの配置に関する第３の変形例の概略構成を示す構成図である。
【図１８】各モータの配置に関する第４の変形例の概略構成を示す構成図である。
【図１９】各モータの配置に関する第５の変形例の概略構成を示す構成図である。
【図２０】各モータの配置に関する第６の変形例の概略構成を示す構成図である。
【図２１】エンジンとクラッチモータＭＧ１，アシストモータＭＧ２との動力のやり取りを、プラネタリギヤＰＧで行なう場合の構成を示す概略構成図である。
【図２２】エンジンとクラッチモータＭＧ１，アシストモータＭＧ２との動力のやり取りを、プラネタリギヤＰＧで行なう場合の他の構成を示す概略構成図である。
【図２３】エンジンとクラッチモータＭＧ１，アシストモータＭＧ２との動力のやり取りを、プラネタリギヤＰＧで行なう場合の他の構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０…四輪駆動車輌
１０Ａ…四輪駆動車輌
１０Ｂ…四輪駆動車輌
１６〜１９…車輪速度センサ
２０…動力伝達装置
２２Ａ，２２Ｂ…駆動軸
２２Ｅ…ベルト
２２Ｆ…ベルト
２３Ａ…減速ギヤ
２３Ｂ…減速機
２４…ディファレンシャルギヤ
２５…ディファレンシャルギヤ
２６，２８…前輪
２７，２９…後輪
３０…クラッチモータ
３０Ｃ…クラッチモータ
３０Ｄ…クラッチモータ
３０Ｅ…クラッチモータ
３０Ｆ…クラッチモータ
３１…インナロータ
３１Ｃ…アウタロータ
３１Ｄ…インナロータ
３２…永久磁石
３２Ｃ…永久磁石
３２Ｄ…永久磁石
３３…アウタロータ
３３Ｃ…インナロータ
３３Ｄ…アウタロータ
３３Ｅ…アウタロータ
３４…三相コイル
３４Ｄ…三相コイル
３５…スリップリング
３５ａ…回転リング
３５ｂ…ブラシ
３６…三相コイル
３７，４７，５７…レゾルバ
３８…ロータ回転軸
３８Ｄ…ロータ回転軸
３８Ｅ…ロータ回転軸
３８Ｆ…ロータ回転軸
４０…アシストモータ
４０Ｄ…アシストモータ
４０Ｅ…アシストモータ
４０Ｆ…アシストモータ
４１…ロータ
４１Ｄ…ロータ
４２…永久磁石
４２Ｄ…永久磁石
４３…ステータ
４３Ｄ…ステータ
４４…三相コイル
４４Ｄ…三相コイル
４５…第１クラッチ
４５Ａ…第１クラッチ
４５Ｂ…第１クラッチ
４５Ｃ…第１クラッチ
４５Ｄ…第１クラッチ
４５Ｅ…第１クラッチ
４５Ｇ…第１クラッチ
４５Ｈ…第１クラッチ
４５Ｊ…第１クラッチ
４６…第２クラッチ
４６Ｂ…第２クラッチ
４６Ｃ…第２クラッチ
４６Ｄ…第２クラッチ
４６Ｆ…第２クラッチ
４６Ｇ…第２クラッチ
４６Ｈ…第２クラッチ
４６Ｊ…第２クラッチ
４９…ケース
５０…エンジン
５１…燃料噴射弁
５２…燃焼室
５３…点火プラグ
５４…ピストン
５５…ダンパ
５６…クランクシャフト
５６Ｅ…ベルト
５８…イグナイタ
６０…ディストリビュータ
６２…シフトレバー
６３…シフトポジションセンサ
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
６６ａ…モータ
６７…スロットルポジションセンサ
６８…ブレーキペダル
６９…ブレーキペダルポジションセンサ
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…後輪用モータ
８０Ｂ…後輪用モータ
８２…ロータ
８３…ステータ
８４…三相コイル
８５…ケース
８６…永久磁石
８８…レゾルバ
８９…ベアリング
９０…制御ＣＰＵ
９０ａ…ＲＡＭ
９０ｂ…ＲＯＭ
９１…第１の駆動回路
９２…第２の駆動回路
９２Ｂ…第２の駆動回路
９３…切換器
９３Ａ…切換器
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
１００…制御装置
ＭＧ１…第１の電動機
ＭＧ２…第２の電動機
【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】
0003783415.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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