(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、該原動機の出力軸および駆動軸に結合され原動機から出力された動力を電力のやりとりによって増減して駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、切り替え装置によって結合先を前記出力軸と前記駆動軸に切り替えて結合し得る電動機とを備えるハイブリッド車両であって、
前記原動機の出力軸の回転数と駆動軸の回転数との差分に基づいて前記切り替え装置を制御して、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも大きい場合には前記結合先を前記駆動軸側とし、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも小さい場合には前記結合先を前記出力軸側とする切り替え制御手段と、
アクセルの踏み込み量の変化率に基づいて、前記差分の絶対値が、前記アクセルの踏み込み量の変化率に応じて定まる所定値よりも大きくなるまで前記切り替えを抑制する抑制手段とを備えるハイブリッド車両。
【請求項２】
前記所定値は前記アクセルの踏み込み量の変化率が増加するにつれて、単調増加する関係にある請求項１記載のハイブリッド車両。
【請求項３】
請求項１または２に記載のハイブリッド車両であって、
前記所定のパラメータはさらに、前記切り替え制御手段による切り替えの条件が成立してからの経過期間を含み、
前記切り替え抑制手段は、前記経過期間が所定の値より大きくなると、前記アクセルの踏み込み量の変化にかかわらず前記切り替えを実行するハイブリッド車両。
【請求項４】
原動機と、該原動機の出力軸および駆動軸に結合され原動機から出力された動力を電力のやりとりによって増減して駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、切り替え装置によって結合先を前記出力軸と前記駆動軸に切り替えて結合し得る電動機とを備えるハイブリッド車両であって、
前記原動機の出力軸の回転数と駆動軸の回転数との差分に基づいて前記切り替え装置を制御して、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも大きい場合には前記結合先を前記駆動軸側とし、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも小さい場合には前記結合先を前記出力軸側とする切り替え制御手段と、
該ハイブリッド車両の走行に関与する所定のパラメータに基づいて、前記切り替えを抑制する抑制手段と、
前記ハイブリッド車両が出力すべき要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
前記動力調整装置が伝達可能なトルクよりも前記要求トルクが大きい場合には、前記抑制手段による切り替えのうち、前記電動機を駆動軸に結合する切り替えの抑制を回避する回避手段とを備えるハイブリッド車両。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４いずれかに記載のハイブリッド車両であって、
前記動力調整装置は、前記原動機の出力軸に結合されたロータと、前記駆動軸に結合されたロータとを備える対ロータ電動機であるハイブリッド車両。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４いずれかに記載のハイブリッド車両であって、
前記動力調整装置は、
回転軸を有する電動発電機と、
前記原動機の出力軸と、前記駆動軸と、前記回転軸とにそれぞれ結合された３軸を有するプラネタリギヤから構成されるハイブリッド車両。
【請求項７】
原動機と、該原動機の出力軸および駆動軸に結合され原動機から出力された動力を電力のやりとりによって増減して駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、切り替え装置によって結合先を前記出力軸と前記駆動軸に切り替えて結合し得る電動機とを備えるハイブリッド車両において前記切り替え装置の動作を制御する制御方法であって、
（ａ）前記原動機の出力軸の回転数と、前記駆動軸の回転数と、アクセルの踏み込み量の変化率を検出する工程と、
（ｂ）前記差分値が、前記アクセルの踏み込み量の変化率に応じて設定された所定の値よりも大きくなったときに、前記結合先の切り替えを行うべきと判断する工程と、
（ｃ）切り替えを行うと判断された場合において、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも大きいときは前記結合先を前記駆動軸側に切り替え、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも小さいときは前記結合先を前記出力軸側に切り替える工程とを備える制御方法。
【請求項８】
請求項７記載の制御方法であって、
前記所定のパラメータはさらに、前記原動機の出力軸と駆動軸の回転数との大小関係が逆転してからの経過期間を含み、
前記結合先の切り替えを行うべきと判断する工程は、前記経過期間が所定の値以上になると、前記アクセルの踏み込み量の変化にかかわらず前記結合先の切り替えを実行すべきと判断する工程である制御方法。
【請求項９】
原動機と、該原動機の出力軸および駆動軸に結合され原動機から出力された動力を電力のやりとりによって増減して駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、切り替え装置によって結合先を前記出力軸と前記駆動軸に切り替えて結合し得る電動機とを備えるハイブリッド車両において前記切り替え装置の動作を制御する制御方法であって、
（ａ）前記原動機の出力軸の回転数と、前記駆動軸の回転数と、該ハイブリッド車両の走行に関与する所定のパラメータを検出する工程と、
（ｂ）前記結合先の切り替えを行うか否かを、前記原動機の出力軸および駆動軸の回転数の差分値のみならず前記所定のパラメータを考慮して判断する工程と、
（ｃ）切り替えを行うと判断された場合において、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも大きいときは前記結合先を前記駆動軸側に切り替え、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも小さいときは前記結合先を前記出力軸側に切り替える工程と、
前記ハイブリッド車両が出力すべき要求トルクを設定する工程とを備え、
前記結合先の切り替えを行うか否かを判断する工程（ｂ）は、
前記動力調整装置が伝達可能なトルクよりも、前記要求トルクが大きい場合、電動機を駆動軸に結合する切り替えについては、前記ハイブリッド車両の走行に関与する所定のパラメータの値に関わらず、前記差分値のみに基づいて切り替えを行うか否かを判断し、
その他の場合には、前記差分値のみならず前記所定のパラメータを考慮して切り替えを行うか否かを判断するする工程である制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源として原動機と電動機を備えるハイブリッド車両およびその制御方法に関し、詳しくは、前記電動機の結合位置を前記原動機の出力軸と駆動軸とに切り替え可能な切り替え装置を有するハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンと電動機とを動力源とするハイブリッド車両が提案されている（例えば特開平９−４７０９４に記載の技術等）。ハイブリッド車両の一種としていわゆるパラレルハイブリッド車両がある。パラレルハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力の一部は動力調整装置により駆動軸に伝達される。残余の動力は動力調整装置によって電力に変換される。この電力はバッテリに蓄電されたり、エンジン以外の動力源としての電動機を駆動するのに用いられる。かかる構成により、パラレルハイブリッド車両はエンジンから出力された動力を任意の回転数およびトルクで出力軸に出力することができる。エンジンは運転効率の高い運転ポイントを選択して運転することができるため、ハイブリッド車両はエンジンのみを駆動源とする従来の車両に比べて省資源性および排気浄化性に優れている。
【０００３】
パラレルハイブリッド車両における電動機の結合は、２通り考えられる。一つは駆動軸に結合する場合である。かかる結合では、エンジンから出力された動力は、動力調整装置を経て伝達された後、電動機で不足分のトルクの調整等を受けることによって要求された回転数およびトルクに変換されて駆動軸に出力される。他方は、電動機をエンジンの出力軸に結合する場合である。かかる結合では、エンジンから出力された動力は、電動機によってトルクの調整を受けた後、動力調整装置によって要求された回転数およびトルクに変換されて駆動軸に出力される。
【０００４】
ハイブリッド車両の走行状態には、エンジンの回転数よりも駆動軸の回転数が低いアンダードライブ走行と、その逆のオーバードライブ走行とがある。一般に、電動機を駆動軸に結合した前者の結合状態は、オーバードライブ走行時に運転効率が高くなる特性がある。逆に電動機をエンジンの出力軸に結合した後者の結合状態は、アンダードライブ走行時に運転効率が高くなる特性がある。これらの特性は、以下に示す動力の循環の発生に基づくものである。
【０００５】
電動機を駆動軸に結合した場合を考える。アンダードライブ走行時は、エンジンから出力された動力は、回転数を下げトルクを増した状態に変換されて駆動軸に出力される。従って、駆動軸に結合された電動機は、トルクをアシストするために、いわゆる力行運転される。力行には、動力調整装置がエンジンから出力された動力の一部を回生した電力が用いられる。一方、オーバードライブ走行時には、エンジンから出力された動力は、回転数を上げトルクを減じた状態に変換されて駆動軸に出力される。従って、駆動軸に結合された電動機は、トルクを低減させるするために、いわゆる回生運転される。動力調整装置は回転数を増速するために力行運転がされる。動力調整装置の力行運転には電動機で回生された電力が用いられる。
【０００６】
両者を比較する。アンダードライブ走行時には、エンジンから出力された動力が駆動軸に伝達される経路において、上流側に位置する動力調整装置で回生された電力が下流側に位置する電動機に供給される。オーバードライブ走行時には、逆に、下流側に位置する電動機で回生された電力が上流側に位置する動力調整装置に供給される。動力調整装置に供給された電力は、再び機械的な動力として下流側に位置する電動機に供給される。従って、オーバードライブ走行時には、動力の循環が生じることになる。かかる循環が生じると、エンジンから出力された動力のうち、有効に駆動軸に伝達される動力が低減するため、ハイブリッド車両の運転効率は低下する。
【０００７】
電動機をエンジンの出力軸に結合した状態では、上述とは逆の現象が起きる。アンダードライブ走行時には、下流側に位置する動力調整装置で回生された電力が上流側に位置する電動機に供給される。オーバードライブ走行時には、上流側に位置する電動機により回生された電力が下流側に位置する動力調整装置に供給される。従って、かかる電動機をエンジンの出力軸に結合した状態では、アンダードライブ時にハイブリッド車両の運転効率は低下する。
【０００８】
かかる特性に鑑み、電動機の結合状態を、駆動軸側とエンジンの出力軸側とで切り替え可能に構成したハイブリッド車両も提案されている（例えば、特開平１０−７５５０１記載のハイブリッド車両）。かかる車両では、電動機とエンジンの出力軸との結合および解放を行う第１のクラッチ、およびこの電動機と駆動軸との結合および解放を行う第２のクラッチを設けている。エンジンの回転数が駆動軸の回転数よりも大きくなった場合には、第１のクラッチを解放するとともに、第２のクラッチを結合することによって、電動機を駆動軸側に結合する。逆の場合には、第１のクラッチを結合するとともに、第２のクラッチを解放することによって、電動機をエンジンの出力軸側に結合する。こうすることによってアンダードライブ走行、オーバードライブ走行の双方において、効率の高い運転を実現している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電動機の結合状態を切り替え可能なハイブリッド車両として、従来から提案されている車両では、走行中に結合の切り替えが非常に頻繁に行われることがあった。例えば、エンジンの回転数と駆動軸の回転数とがほぼ同じ状態でハイブリッド車両が走行している場合を考える。実際の走行時には、エンジンの回転数および駆動軸の回転数ともに所定の範囲で変動を伴うから、両者の大小関係は頻繁に逆転する。従来のハイブリッド車両では、両者の大小関係の変動に併せて、頻繁に電動機の結合の切り替えを行うことになる。結合状態の切り替えの制御にはヒステリシスが設けられるのが通常であるが、実際の走行ではその幅を超える変動が頻繁に起きることがあった。
【００１０】
また、結合状態の頻繁な切り替えは、運転者の操作によっても起きることがあった。例えば、加速したい場合、アクセルを踏み込むとエンジンの回転数が上がるため、それに応じて電動機の結合が切り替わる。この加速が一時的なものである場合には、運転者は所望の速度に達した時点でアクセルを緩める。この結果、エンジンの回転数が下がり、電動機の結合が加速前の状態に再度切り替わることがあった。
【００１１】
電動機の結合の切り替えが頻繁に行われた場合は、結合を切り替えるためのクラッチその他の装置の寿命を短くする可能性があった。また、結合状態の切り替えには何らかのショックが伴うことが多いため、頻繁に切り替えが行われるとハイブリッド車両の乗り心地を損なうこともあった。さらに、切り替えが完了するまでの過渡期においては、要求した回転数およびトルクからなる動力の出力が制限されることもあるため、ハイブリッド車両の応答性を損なうこともあった。
【００１２】
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされ、過度の切り替えが行われることによって、切り替え装置の寿命、車両の乗り心地、応答性などを損ねることを回避しつつ、高効率な運転を実現するハイブリッド車両及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【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ために、本発明では以下の構成を採った。
本発明のハイブリッド車両は、
原動機と、該原動機の出力軸および駆動軸に結合され原動機から出力された動力を電力のやりとりによって増減して駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、切り替え装置によって結合先を前記出力軸と前記駆動軸に切り替えて結合し得る電動機とを備えるハイブリッド車両であって、
前記原動機の出力軸の回転数と駆動軸の回転数との差分に基づいて前記切り替え装置を制御して、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも大きい場合には前記結合先を前記駆動軸側とし、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも小さい場合には前記結合先を前記出力軸側とする切り替え制御手段と、
該ハイブリッド車両の走行に関与する所定のパラメータに基づいて、前記切り替えを抑制する抑制手段とを備えることを要旨とする。
【００１４】
上記ハイブリッド車両において、電動機の結合先を駆動軸側とした場合、既に説明した通り、オーバードライブ走行時に動力の循環を生じることなく動力を出力することが可能となり、効率よく車両を運転することができる。逆に電動機の結合先を原動機の出力軸とした場合、アンダードライブ走行時に効率よく車両を運転することができる。上記ハイブリッド車両は、オーバードライブ走行かアンダードライブ走行かに応じて、原則的にはそれぞれ効率のよい結合状態を実現する。例えば、原動機の出力軸の回転数から駆動軸の回転数引いた差分が正の値となる場合にはアンダードライブ走行と判断して電動機を駆動軸側に結合し、負となる場合にはオーバードライブ走行と判断して電動機を原動機の出力軸側に結合する切り替えを行う。従って、切り替えが行われた場合には高い効率で車両を運転することができる。
【００１５】
一方、上記ハイブリッド車両では、抑制手段により車両の走行に関与する所定のパラメータに基づいて、過度な切り替えを抑制することができる。かかる切り替えの抑制は、原動機の出力軸の回転数と駆動軸の回転数に応じて切り替えを行う際に単純にヒステリシスを設けるものとは異なる。ハイブリッド車両の走行に関与する所定のパラメータに基づいて、切り替えの抑制を行うのである。従って、過度な切り替えが行われない範囲で、車両の走行状態に併せて適切に結合の切り替えを行うことができる。この結果、本発明のハイブリッド車両によれば、過度な切り替えが行われることによる弊害を回避しつつ、ハイブリッド車両を高効率で運転することができる。
【００１６】
本発明のハイブリッド車両において、
前記所定のパラメータは、アクセルの踏み込み量の変化率であり、
前記切り替え抑制手段は、前記差分の絶対値が、前記アクセルの踏み込み量の変化率に応じて定まる所定値よりも大きくなるまで前記切り替えを抑制する手段であるものとすることができ、
さらにこの場合には、
前記所定値は前記アクセルの踏み込み量の変化率が増加するにつれて、単調増加する関係にあるものとすることができる。
【００１７】
かかるハイブリッド車両では、アクセルの踏み込み量の変化率をパラメータとして、電動機の結合状態の切り替えを抑制する。アクセルは、運転者が車両の走行状態を制御するために踏み込むものであるから、この踏み込みの変化率をパラメータとすることにより、運転者の意図を適切に反映した切り替えの制御が可能となる。
【００１８】
例えば、運転者が車両を加速したい場合には、アクセルを踏み込んで出力トルクを増大するため、踏み込み量の変化率が大きくなる。かかる場合、ハイブリッド車両が所望の速度に達した後は、再びアクセルが緩められる可能性が高い。このような場合、加速中に電動機の結合状態を切り替えれば、アクセルが緩められた後に再びもとの結合状態に戻す必要が生じる可能性もある。かかる事情を踏まえて、例えばアクセルの踏み込み量の変化率が大きい場合には、切り替えを行うか否かの判断基準となる値を大きくし切り替えのタイミングを遅らせるようにすれば、上述した無駄な切り替えを回避することができる。また、結合状態の切り替えに伴う車両の応答の遅れを回避することもでききる。
【００１９】
一方、踏み込み量の変化率が比較的小さい場合には、概ね定常的な走行状態にあるといえる。かかる場合には、例えば切り替えを行うか否かの判断基準となる値を小さくし、原動機の回転数と駆動軸の回転数との差分に応じて切り替えが行われやすいようにする。こうしておけば、早期に効率の高い結合状態に移行することができる。上記ハイブリッド車両では、このようにアクセルの踏み込み量の変化率をパラメータとして切り替えの抑制を行うことにより、適切な切り替えを実現することができる。なお、踏み込み量の変化率と、切り替えの判断基準となる値との関係については、変化率の増加とともに判断基準となる値が増加する関係の他、種々の関係が設定可能であることはいうまでもない。この関係は、アクセルの踏み込み量の変化率と運転者の意図との関係を反映して、実験などにより設定することができる。
【００２０】
また、本発明のハイブリッド車両において、
前記所定のパラメータは、前記切り替え制御手段による切り替えの条件が成立してからの経過期間であり、
前記切り替え抑制手段は、前記経過期間が所定の値より大きくなるまで前記切り替えを抑制する手段であるものとすることもできる。
【００２１】
先に説明した通り、切り替え制御手段は、原則的には原動機の回転数と駆動軸の回転数との差分に基づいて切り替えを制御する。原動機の回転数から駆動軸の回転数を引いた差分が正の場合、即ち原動機の回転数の方が駆動軸の回転数よりも大きい場合には、電動機を駆動軸側に結合する。差分が負の場合、つまり原動機の回転数の方が駆動軸の回転数よりも低い場合には、電動機を原動機の出力軸側に結合する。上記ハイブリッド車両では、切り替え条件が成立してからの経過期間が所定の値を超えた場合には、切り替えを行うべき状態が定常的に続くものと予測して切り替えを実行する。経過期間が所定の値を超えない間は、切り替え条件が不成立になる可能性があるため、切り替えを延期する。このように切り替え条件が成立してからの経過期間が所定の値より大きくなるまで切り替えを抑制することによって、過度の切り替えを回避することができる。
【００２２】
切り替えの抑制に関与する所定の値は、過度の切り替えを回避しつつ、高い効率での運転が行われるように実験などにより設定することができる。なお、経過期間および所定の値は、必ずしも時間である必要はない。例えば、経過期間の計測処理がサンプリング的に実行されるような場合には、その間に実行された処理のステップ数で期間及び所定の値を特定するものとしてもよい。
【００２３】
また、本発明のハイブリッド車両において、さらに、
前記ハイブリッド車両が出力すべき要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
前記動力調整装置が伝達可能なトルクよりも前記要求トルクが大きい場合には、前記抑制手段による切り替えのうち、前記電動機を駆動軸に結合する切り替えの抑制を回避する回避手段とを備えるものとすることもできる。
【００２４】
かかるハイブリッド車両では、動力調整装置が伝達可能なトルクに制限がある場合に適切な切り替えを行うことができる。動力調整装置が伝達可能なトルク以上のトルクが要求された場合、要求トルクを出力するためには、電動機を駆動軸側に結合することによって動力調整装置が伝達可能なトルクを超えるトルクをアシストする必要がある。かかる場合に、先に説明した種々のパラメータによって結合状態の切り替えが抑制されれば、車両の応答性を低下させることになる。上記ハイブリッド車両では、動力調整装置が伝達可能なトルク以上のトルクが要求された場合に、先に説明した切り替えの抑制を回避し、原則的な切り替え条件が成立した時点で速やかに切り替えを実行する。こうすることによって、車両の応答性を確保し得る適切な切り替えを実現することができる。
【００２５】
以上で説明したハイブリッド車両には、種々の動力調整装置が適用可能である。
例えば、前記動力調整装置は、前記原動機の出力軸に結合されたロータと、前記駆動軸に結合されたロータとを備える対ロータ電動機であるものとすることができる。
また、前記動力調整装置は、
回転軸を有する電動発電機と、
前記原動機の出力軸と、前記駆動軸と、前記回転軸とにそれぞれ結合された３軸を有するプラネタリギヤから構成されるものとすることもできる。
【００２６】
対ロータ電動機では、既に知られている通り、２つのロータ間の回転数差、即ちすべり量を制御することによって、一方のロータから他方のロータに機械的な動力を伝達しつつ、残余の動力を電力として取り出すことができる。また、電力を供給することによって、機械的な動力を増加させつつ他方のロータに伝達することもできる。プラネタリギヤは、周知の通り、３軸のうち２軸の回転数およびトルクが決まると残余の回転軸の回転数およびトルクが決まる性質を有している。かかる性質に基づき、例えば原動機の出力軸に結合された回転軸から入力された機械的な動力の一部を駆動軸に出力しつつ、残る回転軸に結合された電動発電機によって残余の動力を電力として取り出すことができる。また、この電動発電機に電力を供給することにより、原動機から出力された動力を増大して駆動軸に伝達することも可能である。
【００２７】
以下に示す通り、本発明は、ハイブリッド車両の切り替え装置の動作を制御する制御方法の発明として構成することもできる。
本発明の制御方法は、
原動機と、該原動機の出力軸および駆動軸に結合され原動機から出力された動力を電力のやりとりによって増減して駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、切り替え装置によって結合先を前記出力軸と前記駆動軸に切り替えて結合し得る電動機とを備えるハイブリッド車両において前記切り替え装置の動作を制御する制御方法であって、
（ａ）前記原動機の出力軸の回転数と、前記駆動軸の回転数と、該ハイブリッド車両の走行に関与する所定のパラメータを検出する工程と、
（ｂ）前記結合先の切り替えを行うか否かを、前記原動機の出力軸および駆動軸の回転数の差分値のみならず前記所定のパラメータを考慮して判断する工程と、
（ｃ）切り替えを行うと判断された場合において、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも大きいときは前記結合先を前記駆動軸側に切り替え、前記原動機の出力軸の回転数が駆動軸の回転数よりも小さいときは前記結合先を前記出力軸側に切り替える工程とを備えることを要旨とする。
【００２８】
上記制御方法において、
前記所定のパラメータは、アクセルの踏み込み量の変化率であり、
前記工程（ｂ）は、前記差分値が、前記アクセルの踏み込み量の変化率に応じて設定された所定の値よりも大きくなったときに、切り替えを行うべきと判断する工程であるものとすることができる。
【００２９】
また、上記制御方法において、
前記所定のパラメータは、前記原動機の出力軸と駆動軸の回転数との大小関係が逆転してからの経過時間であり、
前記工程（ｂ）は、前記経過時間が所定の値以上となったときに切り替えを行うべきと判断する工程であるものとすることができる。
【００３０】
また、上記制御方法において、
さらに、前記ハイブリッド車両が出力すべき要求トルクを設定する工程を備え、
前記工程（ｂ）は、
前記動力調整装置が伝達可能なトルクよりも、前記要求トルクが大きい場合、電動機を駆動軸に結合する切り替えについては、前記ハイブリッド車両の走行に関与する所定のパラメータの値に関わらず、前記差分値のみに基づいて切り替えを行うか否かを判断し、
その他の場合には、前記差分値のみならず前記所定のパラメータを考慮して切り替えを行うか否かを判断するする工程である制御方法であるものとすることができる。
【００３１】
以上の各制御方法によれば、先にハイブリッド車両の発明で説明したのと同じ作用により、電動機の結合位置の切り替えについて適切な制御を実現することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
（１）実施例の構成：
はじめに、実施例の構成について図１を用いて説明する。図１は本実施例の動力出力装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。このハイブリッド車両の動力系統は、次の構成から成っている。動力系統に備えられた原動機としてのエンジン１５０は通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト１５６を回転させる。エンジン１５０の運転はＥＦＩＥＣＵ１７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ１７０は内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、エンジン１５０の燃料噴射料その他の制御を実行する。これらの制御を可能とするために、ＥＦＩＥＣＵ１７０にはエンジン１５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。その一つとしてクランクシャフト１５６の回転数を検出する回転数センサ１５２がある。その他のセンサおよびスイッチなどの図示は省略した。
【００３３】
エンジン１５０のクランクシャフト１５６はクラッチモータ１３０に結合されている。クラッチモータ１３０は、インナロータ軸１３３に結合されたインナロータ１３２とアウタロータ軸１３５に結合されたアウタロータ１３４を備え、両者が相対的に回転可能な対ロータ電動機である。クラッチモータ１３０のインナロータ軸１３３はダンパ１５７を介してクランクシャフト１５６に結合されている。アウタロータ軸１３５はディファレンシャルギヤ１１４を介して、駆動輪１１６Ｒ，１１６Ｌを備えた車軸１１６に結合されている。また、アシストモータ１４０と結合するために、アウタロータ軸１３５には第１ギヤ１１１が設けられており、インナロータ軸１３３には第２ギヤ１１２が設けられている。
【００３４】
本実施例のハイブリッド車両では、さらにアシストモータ１４０が設けられている。アシストモータ１４０はステータ１４４がケースに固定され、ロータ１４２は上述した中空のロータ軸１４３を有している。このロータ軸１４３には上述した第１ギヤ１１１，第２ギヤ１１２と噛合する第３ギヤ１１３が設けられている。ロータ軸１４３はスプラインにより支持されており、回転するとともに軸方向にスライド可能になっている。その作動は制御ユニット１９０により制御される。
【００３５】
ロータ軸１４３が、図１中の破線で示した位置ＵＤにあるときは、第１ギヤ１１１と第３ギヤ１１３とが噛合する。図１中の位置ＵＤにあるときは、アシストモータ１４０のロータ１４２はアウタロータ軸１３５にのみ結合された状態となる。この結果、エンジン１５０から出力された動力は、クラッチモータ１３０、アシストモータ１４０をこの順に経て前車軸１１６に出力される。この構成を模式的に示したのが図２である。ロータ軸１４３が位置ＵＤにあるときは、図２の構成と等価である。以下、この結合状態をアンダードライブ結合と呼ぶ。
【００３６】
ロータ軸１４３が、図１中の実線で示した位置ＯＤにあるときは、第２ギヤ１１２と第３ギヤ１１３とが噛合する。図１中の位置ＯＤにあるときは、アシストモータ１４０のロータ１４２はインナロータ軸１３３にのみ結合された状態となる。この結果、エンジン１５０から出力された動力は、アシストモータ１４０、クラッチモータ１３０をこの順に経て前車軸１１６に出力される。この構成を模式的に示したのが図３である。ロータ軸１４３が位置ＯＤにあるときは、図３の構成と等価である。以下、この結合状態をオーバードライブ結合と呼ぶ。
【００３７】
アンダードライブ結合とオーバードライブ結合との切り替えの過渡期においては、第３ギヤ１１３が第１ギヤ１１１および第２ギヤ１１２のいずれとも噛合してない中立状態になることがある。このときエンジン１５０から出力された動力は、クラッチモータ１３０を経て前車軸１１６に出力される。この構成を模式的に示したのが図４である。ロータ軸１４３が中立状態にあるときは、図５の構成と等価である。
【００３８】
本実施例では、ロータ軸１４３の位置に応じて図２〜図４の３つの構成を採るものとした。さらに第３ギヤ１１３を第１ギヤ１１１および第２ギヤ１１２の双方に結合可能としてもよい。かかる結合は、第３ギヤ１１３の軸方向の長さを十分大きくすること等により実現可能である。かかる結合状態では、かかる結合状態では、インナロータ軸１３３とアウタロータ軸１３５は同じ回転数で回転するため、クラッチモータ１３０は機能しない。この結果、エンジン１５０から出力された動力は、アシストモータ１４０を経て前車軸１１６に出力される。この構成を模式的に示したのが図５である。
【００３９】
上述した各結合状態は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて切り替えられる。車両の走行状態とアシストモータ１４０の結合状態との関係を図６に示す。図６は、横軸に車速をとり、縦軸にトルクを採って車両が走行する領域を示したものである。図６中の曲線ＬＩＭで示される範囲がハイブリッド車両が走行可能な状態を示している。ハッチングを付して示した領域ＯＤがオーバードライブ結合により走行する領域である。その他の領域ＵＤがアンダードライブ結合により走行する領域である。後述する通り、両者の境界は車両の運転状態に応じて変化する。領域ＥＶはエンジン１５０を停止し、アシストモータ１４０のみを動力源として走行する領域である。エンジン１５０を停止した状態での走行はオーバードライブ結合でも可能であるが、本実施例では制御が容易なアンダードライブ結合で行うものとした。本実施例のハイブリッド車両は、このように走行状態に応じてアシストモータ１４０の結合状態を切り替えながら走行する。図６中に平地を走行する際の走行抵抗を破線ＤＤで示した。車両がこの破線に沿って運転される場合には、最初ＥＶ走行し、ある時点でオーバードライブ結合による走行がされる。各結合状態と走行状態との関係は後に詳述する。後述する通り、図６は原則的な切り替え状態を示したものに過ぎない。
【００４０】
なお、本実施例における第１ギヤ１１１，第２ギヤ１１２，第３ギヤ１１３を２つのクラッチに置き換えることも可能である。つまり、これらのギヤに代えて、アウタロータ軸１３５とロータ軸１４３の結合および解放を行う第１のクラッチを設け、またインナロータ軸１３３とロータ軸１４３の結合および解放を行う第２のクラッチを設けるものとしてもよい。この場合、ロータ１４２はスプラインではなく、通常の軸受けで軸支すれば済む。
【００４１】
次に、クラッチモータ１３０、アシストモータ１４０の構成について説明する。クラッチモータ１３０は、既に説明した通り、対ロータの同期電動電動発電機として構成されており、外周面に複数個の永久磁石を有するインナロータ１３２と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたアウタロータ１３４とを備える。アウタロータ１３４とインナロータ１３２とは、共に相対的に回転可能に軸支されている。クラッチモータ１３０はインナロータ１３２に備えられた永久磁石による磁界とアウタロータ１３４に備えられた三相コイルによって形成される磁界との相互作用により両者が相対的に回転駆動する電動機として動作し、場合によってはこれらの相互作用によりアウタロータ１３４に巻回された三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。
【００４２】
クラッチモータ１３０はインナロータ１３２とアウタロータ１３４の双方が回転可能であるため、インナロータ軸１３３およびアウタロータ軸１３５の一方から入力された動力を他方に伝達することができる。クラッチモータ１３０を電動機として力行運転すれば他方の軸にはトルクが付加された動力が伝達されることになるし、電動発電機として回生運転すれば動力の一部を電力の形で取り出しつつ残余の動力を伝達することができる。また、力行運転も回生運転も行わなければ、動力が伝達されない状態となる。この状態は機械的なクラッチを解放にした状態に相当する。
【００４３】
クラッチモータ１３０のアウタロータ１３４はスリップリングおよび駆動回路１９１を介してバッテリ１９４に電気的に接続されている。駆動回路１９１は内部にスイッチング素子としてのトランジスタを複数備えたトランジスタインバータであり、制御ユニット１９０と電気的に接続されている。制御ユニット１９０が駆動回路１９１のトランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御するとバッテリ１９４を電源とする三相交流がスリップリング１３８を介してクラッチモータ１３０のアウタロータ１３４に流れる。この三相交流によりアウタロータ１３４には回転磁界が形成されクラッチモータ１３０は回転する。
【００４４】
アシストモータ１４０も、クラッチモータ１３０と同様に同期電動電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータ１４４とを備える。ステータ１４４がケースに固定されている点で、クラッチモータ１３０とは異なっている。アシストモータ１４０は駆動回路１９２を介してバッテリ１９４に接続されている。駆動回路１９２もトランジスタインバータにより構成されており、制御ユニット１９０に電気的に接続されている。制御ユニット１９０の制御信号により駆動回路１９２のトランジスタをスイッチングすると、ステータ１４４に三相交流が流れて回転磁界を生じ、アシストモータ１４０は回転する。
【００４５】
本実施例のハイブリッド車両の運転状態は制御ユニット１９０により制御されている。制御ユニット１９０もＥＦＩＥＣＵ１７０と同様、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、後述する種々の制御処理を行うよう構成されている。これらの制御を可能とするために、制御ユニット１９０には、各種のセンサおよびスイッチが電気的に接続されている。制御ユニット１９０に接続されているセンサおよびスイッチとしては、アクセルペダルの操作量を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ１６５、車軸１１６の回転数を検出する回転数センサ１１７等が挙げられる。制御ユニット１９０は、ＥＦＩＥＣＵ１７０とも電気的に接続されており、ＥＦＩＥＣＵ１７０との間で種々の情報を、通信によってやりとりしている。制御ユニット１９０からエンジン１５０の制御に必要な情報をＥＦＩＥＣＵ１７０に出力することにより、エンジン１５０を間接的に制御することができる。逆にエンジン１５０の回転数などの情報をＥＦＩＥＣＵ１７０から入力することもできる。この制御ユニット１９０は、本発明における切り替え制御手段、抑制手段、回避手段として機能する。
【００４６】
（２）運転制御処理：
次に、本実施例のハイブリッド車両の運転制御処理について説明する。本実施例のハイブリッド車両は、種々の運転モードにより走行することができる。図６を用いて説明した通り、例えば、エンジン１５０を停止してアシストモータ１４０を動力源として走行することができる。当然、エンジン１５０からの動力を利用して走行することもできる（以下、この運転モードを通常走行と呼ぶ）。また、車軸の回転を電力として回生しながら制動をかけることもできる。制御ユニット１９０内のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」という）は車両の走行状態に応じて運転モードを判定し、それぞれのモードについてエンジン１５０、クラッチモータ１３０、アシストモータ１４０等の制御を実行する。これらの制御は種々の制御処理ルーチンを周期的に実行することにより行われる。以下では、これらの運転モードのうち、本発明に最も関連の深い通常走行モードについてトルク制御処理の内容を説明する。
【００４７】
図７は、通常走行時のトルク制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。この処理が開始されるとＣＰＵは駆動軸から出力すべきエネルギＰｄを設定する（ステップＳ１０）。この動力は、アクセルペダルポジションセンサ１６５により検出されたアクセルの踏み込み量に基づいて設定される。駆動軸から出力すべきエネルギＰｄは、駆動軸１１６の回転数ＮｄとトルクＴｄの積で表される。フローチャートには図示を省略したが、駆動軸から出力すべきエネルギＰｄの設定とともに駆動軸１１６の目標回転数Ｎｄおよび目標トルクＴｄの組み合わせも設定されている。次に、充放電電力Ｐｂおよび補機駆動エネルギＰｈを算出する（ステップＳ１５，Ｓ２０）。充放電電力Ｐｂとは、バッテリ１９４の充放電に要するエネルギであり、バッテリ１９４を充電する必要がある場合には正の値、放電する必要がある場合には負の値を採る。補機駆動エネルギＰｈとは、エアコンなどの補機を駆動するために必要となる電力である。こうして算出された電力の総和が要求動力Ｐｅとなる（ステップＳ２５）。
【００４８】
なお、トルク制御ルーチンでは、単位時間当たりのエネルギ収支を考慮してエンジン１５０等の制御を実行する。従って、本明細書でエネルギという場合は、全て単位時間当たりのエネルギを意味するものとする。この意味で、本明細書においては、機械的なエネルギは動力と同義であり、電気的なエネルギは電力と同義である。
【００４９】
次に、こうして設定された要求動力Ｐｅに基づいてエンジン１５０の運転ポイントを設定する（ステップＳ３０）。運転ポイントとは、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅと目標トルクＴｅの組み合わせをいう。エンジン１５０の運転ポイントは、予め定めたマップに従って、基本的にはエンジン１５０の運転効率を優先して設定する。
【００５０】
図８はかかるマップの例である。図８はエンジンの回転数Ｎｅを横軸に、トルクＴｅを縦軸にとりエンジン１５０の運転状態を示している。図８中の曲線Ｂはエンジン１５０の運転が可能な限界範囲を示している。曲線α１からα６まではエンジン１５０の運転効率が一定となる運転ポイントを示している。α１からα６の順に運転効率は低くなっていく。また、曲線Ｃ１からＣ３はそれぞれエンジン１５０から出力される動力（回転数×トルク）が一定となるラインを示している。
【００５１】
エンジン１５０は図８に示す通り、回転数およびトルクに応じて、運転効率が大きく相違する。図８中の曲線Ｃ１〜Ｃ３に相当する動力を出力する場合のエンジン１５０の回転数Ｎｅと効率αの関係を図９に示す。エンジン１５０から曲線Ｃ１に相当する動力を出力する場合には、図８および図９中のＡ１点に相当する運転ポイント（回転数およびトルク）でエンジン１５０を運転するときが最も運転効率が高くなる。同様に曲線Ｃ２およびＣ３に相当する動力を出力する場合には図８および図９中のＡ２およびＡ３点で運転する場合が最も効率が高くなる。出力すべき動力ごとに最も運転効率が高くなる運転ポイントを選択すると、図８中の曲線Ａが得られる。これを動作曲線と呼ぶ。
【００５２】
図７のステップＳ３０における運転ポイントの設定では、予め実験的に求められた動作曲線を制御ユニット１９０内のＲＯＭにマップとして記憶しておき、かかるマップから要求動力Ｐｅに応じた運転ポイントを読み込んで、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅおよび目標トルクＴｅを設定するのである。こうすることにより、最も運転効率の高い運転ポイントを設定することができる。
【００５３】
こうして設定されたエンジン１５０の運転ポイントに応じて、ＣＰＵは結合状態切り替え制御処理を行う（ステップＳ１００）。この処理内容は後述する。この処理では、ハイブリッド車両の走行状態に応じて第３ギヤ１１３が噛合する先を第１ギヤ１１１、第２ギヤ１１２に切り替える処理である。本実施例では、この処理を実行することにより、アシストモータ１４０はクラッチモータ１３０のインナロータ軸１３３側に結合された状態（図２のアンダードライブ結合）またはアウタロータ軸１３５側に結合された状態（図３のオーバードライブ結合）のいずれかを採る。もちろん、これらの結合状態の他、両者から中立した状態（図４の状態）や両者に結合した状態（図５の状態）を採るものとしても構わない。
【００５４】
次にＣＰＵはクラッチモータ１３０およびアシストモータ１４０のトルクおよび回転数の指令値を設定する（ステップＳ２００）。この設定は、アンダードライブ結合かオーバードライブ結合かによって異なる。それぞれの結合状態について、トルクおよび回転数の指令値の設定方法を説明する。
【００５５】
アンダードライブ結合の場合、図２の構成図から明らかな通り、アシストモータ１４０の回転数Ｎａは駆動軸１１６の回転数Ｎｄと等しい。クラッチモータ１３０の回転数Ｎｃは、駆動軸１１６の回転数Ｎｄとエンジン１５０の回転数Ｎｅとの差分となる。一方、トルクは次の通り設定される。作用・反作用の原理から明らかな通り、クラッチモータ１３０のトルクＴｃは、エンジン１５０のトルクＴｅに等しい。アシストモータ１４０のトルクＴａは、駆動軸１１６の目標トルクＴｄとエンジン１５０のトルクＴｅとの差分となる。以上より、アンダードライブ結合の場合には、アシストモータ１４０及びクラッチモータ１３０の回転数、トルクは次式（１）の通り設定される。
0003826249.tif 000002
【００５６】
アンダードライブ結合では、各モータの回転数およびトルクを上式（１）の通り設定することにより、エンジン１５０から出力された動力を駆動軸１１６の目標回転数ＮｄおよびトルクＴｄに変換して出力する。この変換の様子を図１０〜図１３を用いて場合を分けて説明する。図１０、図１１は、エンジン１５０の運転ポイントＰｅと駆動軸１１６の回転ポイントＰｄを、横軸に回転数Ｎ、縦軸にトルクＴを採って示した図である。図１０は、エンジン１５０から出力された動力Ｐｅを、回転数が低くトルクが高い状態に変換して駆動軸１１６から出力する場合を示している。図１１は、逆にエンジン１５０から出力された動力Ｐｅを回転数が高くトルクが低い状態に変換して駆動軸１１６から出力する場合を示している。図１２、図１３はこうした回転数およびトルクの変換の様子を模式的に示した図である。図１２は図１０に示した変換を行う際の様子を示したものであり、図１３は図１１に示した変換を行う際の様子を示したものである。
【００５７】
図１０に示した変換を行う場合、駆動軸１１６の回転数Ｎｄはエンジン１５０の回転数Ｎｅよりも小さい。従って、クラッチモータ１３０の回転数Ｎｃは負の値となる。クラッチモータ１３０のトルクＴｃは正の値である。つまり、クラッチモータ１３０はエンジン１５０から出力された動力の一部を駆動軸１１６に伝達しつつ、残りを電力として回生する状態で運転される。このとき、回生される電力はクラッチモータ１３０の回転数とトルクの積に等しく、図１０中のハッチングを施した領域ＧＵ１の面積に等しい。一方、駆動軸１１６のトルクＴｄはエンジン１５０のトルクＴｅよりも大きい。従って、アシストモータ１４０は正のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ１４０は電力の供給を受け力行される。このとき供給される電力はアシストモータ１４０の回転数とトルクの積に等しく、図１０中のハッチングを施した領域ＣＵ１の面積に等しい。両モータでの運転効率を１００％と仮定すればクラッチモータ１３０で回生される電力と、アシストモータ１４０に供給される電力とは等しくなる。つまり、クラッチモータ１３０で領域ＧＵ１に相当する分のエネルギを電力の形で取り出し、領域ＣＵ１に相当する分のエネルギとして供給することによりエンジン１５０の運転ポイントＰｅで表される動力を、ポイントＰ２の状態に変換しているのである。
【００５８】
この様子を図１２に基づいて説明する。エンジン１５０から出力された動力ＰＵ１は、クラッチモータ１３０で２つに分配され、一部の動力ＰＵ２はアシストモータ１４０が結合される駆動軸側に伝達される。残りのエネルギは電力ＥＵとして取り出される。この電力ＥＵはアシストモータ１４０に供給される。アシストモータ１４０では、機械的に伝達されたエネルギＰＵ２と電力ＥＵとを併合して、動力ＰＵ３を駆動軸に出力する。なお、電力ＥＵのやりとりにはバッテリ１９４への充放電が関与することもあるが、以上の説明および図１２では省略した。
【００５９】
図１１に示した変換を行う場合、駆動軸１１６の回転数Ｎｄはエンジン１５０の回転数Ｎｅよりも大きい。従って、クラッチモータ１３０の回転数Ｎｃは正の値となる。クラッチモータ１３０のトルクＴｃは正の値である。つまり、クラッチモータ１３０は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される電力はクラッチモータ１３０の回転数とトルクの積に等しく、図１１中のハッチングを施した領域「ＧＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。一方、駆動軸１１６のトルクＴｄはエンジン１５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、アシストモータ１４０は負のトルク、正の回転数で運転される。つまり、アシストモータ１４０は回生運転される。このとき回生される電力はアシストモータ１４０の回転数とトルクの積に等しく、図１１中のハッチングを施した領域「ＣＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。両モータでの運転効率を１００％と仮定すればクラッチモータ１３０で回生される電力と、アシストモータ１４０に供給される電力とは等しくなる。実際には運転効率が１００％になることはないため、バッテリ１９４からの電力の持ち出しを伴ったり、損失に相当する動力をエンジン１５０から余分に出力したりして、上記変換を実現する。
【００６０】
この様子を図１３に基づいて説明する。エンジン１５０から出力された動力ＰＵ１は、クラッチモータ１３０により増大され、動力ＰＵ２としてアシストモータ１４０が結合される駆動軸側に伝達される。アシストモータ１４０は伝達された動力の一部の動力ＰＵ３を駆動軸に出力するとともに、残りのエネルギは電力ＥＵとして取り出す。この電力ＥＵはクラッチモータ１３０に供給される。なお、電力ＥＵのやりとりにはバッテリ１９４への充放電が関与することもあるが、以上の説明および図１２では省略した。
【００６１】
以上の運転状態を比較すると、エンジン１５０の回転数Ｎｅよりも駆動軸の回転数Ｎｄが低い場合、つまりアンダードライブ走行時には、回生された電力ＥＵは、エンジン１５０から出力された動力が駆動軸に伝達される上流側から下流側に供給されている（図１２参照）。上流側とはクラッチモータ１３０であり、下流側とはアシストモータ１４０である。これに対し、エンジン１５０の回転数Ｎｅよりも駆動軸の回転数Ｎｄが高い場合、つまりオーバードライブ走行時には、回生された電力ＥＵは下流側から上流側に供給されている（図１３参照）。この結果、後者の変換では、動力の循環γ１が生じることになる。動力の循環γ１が生じている場合には、エンジン１５０から出力される動力のうち駆動軸に有効に出力されない動力が生じることを意味するため、ハイブリッド車両の運転効率は低下する。つまり、アンダードライブ結合（図２の状態）では、「エンジン１５０の回転数Ｎｅ＞駆動軸の回転数Ｎｄ」の場合に高い効率で車両を運転することができる。
【００６２】
次に、オーバードライブ結合の場合におけるトルクおよび回転数の指令値の設定について説明する。オーバードライブ結合の場合、図３の構成図から明らかな通り、アシストモータ１４０の回転数Ｎａはエンジン１５０の回転数Ｎｅと等しい。クラッチモータ１３０の回転数Ｎｃは、駆動軸１１６の回転数Ｎｄとエンジン１５０の回転数Ｎｅとの差分となる。一方、トルクは次の通り設定される。作用・反作用の原理から明らかな通り、クラッチモータ１３０のトルクＴｃは、駆動軸１１６の目標トルクＴｄと等しい。アシストモータ１４０のトルクＴａは、駆動軸１１６の目標トルクＴｄとエンジン１５０のトルクＴｅとの差分となる。以上より、オーバードライブ結合の場合には、アシストモータ１４０及びクラッチモータ１３０の回転数、トルクは次式（２）の通り設定される。
0003826249.tif 000003
【００６３】
オーバードライブ結合では、各モータの回転数およびトルクを上式（２）の通り設定することにより、エンジン１５０から出力された動力を駆動軸１１６の目標回転数ＮｄおよびトルクＴｄに変換して出力している。この変換の様子を図１４〜図１７を用い、場合を分けて説明する。図１４は、エンジン１５０から出力された動力Ｐｅを回転数が低く、トルクが高い状態に変換して駆動軸１１６から出力する場合のエネルギの関係を示している。図１５は、逆にエンジン１５０から出力された動力Ｐｅを回転数が高く、トルクが低い状態に変換して駆動軸１１６から出力する場合を示している。図１６、図１７はこうした回転数およびトルクの変換の様子を模式的に示した図である。図１６は図１４に示した変換を行う際の様子を示したものであり、図１７は図１５に示した変換を行う際の様子を示したものである。
【００６４】
図１４に示した変換を行う場合、クラッチモータ１３０は回生運転される。回生される電力は図１４中のハッチングを施した領域「ＧＯ１＋ＧＯ２」の面積に等しい。アシストモータ１４０は電力の供給を受け力行される。供給される電力は図１４中のハッチングを施した領域ＣＯ１の面積に等しい。両モータでの運転効率を１００％と仮定すればクラッチモータ１３０で回生される電力と、アシストモータ１４０に供給される電力とは等しくなる。
【００６５】
この様子を図１６に基づいて説明する。エンジン１５０から出力された動力ＰＯ１は、アシストモータ１４０で増大され、動力ＰＯ２としてクラッチモータ１３０に伝達される。クラッチモータ１３０は、アシストモータ１４０から伝達されたエネルギＰＯ２の一部を動力ＰＯ３として駆動軸に出力しつつ、残りを電力ＥＵとして回生する。この電力は、アシストモータ１４０に供給される。従って、「エンジン１５０の回転数Ｎｅ＞駆動軸の回転数Ｎｄ」のときは、図１６に示す通り、動力の循環γ２が生じる。
【００６６】
図１５に示した変換を行う場合、クラッチモータ１３０は電力の供給を受けて力行される。供給される電力は図１５中のハッチングを施した領域ＧＯ３の面積に等しい。アシストモータ１４０は回生運転される。回生される電力は図１５中のハッチングを施した領域ＣＯ２の面積に等しい。両モータでの運転効率を１００％と仮定すればクラッチモータ１３０に供給される電力と、アシストモータ１４０で回生される電力とは等しくなる。
【００６７】
この様子を図１７に基づいて説明する。エンジン１５０から出力された動力ＰＯ１は、アシストモータ１４０により２つに分配され、一部を動力ＰＯ２としてクラッチモータ１３０に伝達されるとともに、残りを電力ＥＯとして回生される。クラッチモータ１３０は伝達された動力に電力ＥＯを併合して、動力ＰＯ３を駆動軸に出力する。従って、「エンジン１５０の回転数Ｎｅ＜駆動軸の回転数Ｎｄ」のときは、動力の循環は生じない。以上より、オーバードライブ結合では、「エンジン１５０の回転数Ｎｅ＜駆動軸の回転数Ｎｄ」の場合に高い効率で車両を運転することができる。
【００６８】
以上で説明した通り、アンダードライブ結合の場合、上式（１）に基づいて各モータのトルクおよび回転数の指令値を設定すれば、アンダードライブ走行中であるかオーバードライブ走行中であるかに関わらず、エンジンから出力される動力を要求された回転数およびトルクに変換して出力することができる。但し、オーバードライブ走行時には動力循環の発生により運転効率が低下する。オーバードライブ結合の場合は、上式（２）に基づいて各モータのトルクおよび回転数の指令値を設定すれば、アンダードライブ走行中であるかオーバードライブ走行中であるかに関わらず、エンジンから出力される動力を要求された回転数およびトルクに変換して出力することができる。但し、アンダードライブ走行時には動力循環の発生により運転効率が低下する。
【００６９】
こうしてアシストモータ１４０の結合状態に応じて設定されたトルク指令値および回転数指令値に基づいて、ＣＰＵはクラッチモータ１３０、アシストモータ１４０、エンジン１５０の運転を制御する（ステップＳ２０５）。モータの運転制御処理は、同期モータの制御として周知の処理を適用することができる。本実施例では、いわゆる比例積分制御による制御を実行している。つまり、各モータの現在のトルクを検出し、目標トルクとの偏差および目標回転数に基づいて、各相に印加する電圧指令値を設定する。印加される電圧値は上記偏差の比例項、積分項、累積項によって設定される。それぞれの項にかかる比例係数は実験などにより適切な値が設定される。こうして設定された電圧は、駆動回路１９１，１９２を構成するトランジスタインバータのスイッチングのデューティに置換され、いわゆるＰＷＭ制御により各モータに印加される。
【００７０】
ＣＰＵは駆動回路１９１，１９２のスイッチングを制御することによって、上述の通り、クラッチモータ１３０およびアシストモータ１４０の運転を直接制御する。これに対し、エンジン１５０の運転は現実にはＥＦＩＥＣＵ１７０が実施する処理である。従って、制御ユニット１９０のＣＰＵはＥＦＩＥＣＵ１７０に対してエンジン１５０の運転ポイントの情報を出力することで、間接的にエンジン１５０の運転を制御する。
【００７１】
以上の処理を周期的に実行することにより、本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１５０から出力された動力を所望の回転数およびトルクに変換して駆動軸から出力し、走行することができる。
【００７２】
次に、図１８のフローチャートに基づいて、本実施例の結合状態切り替え制御について説明する。既に説明した通り、本実施例のハイブリッド車両では、運転効率の観点から、「エンジン１５０の回転数Ｎｅ＞駆動軸の回転数Ｎｄ」の場合にはアンダードライブ結合（図２の状態）で走行することが望ましく、逆の場合にはオーバードライブ結合（図３の状態）で走行することが望ましい。図１８に示した結合状態切り替え制御は、基本的にはかかる切り替えを実現する処理である。但し、切り替えが過度に行われるのを回避するため、エンジン１５０の回転数Ｎｅと駆動軸の回転数Ｎｄとの差分以外の種々の条件も加味して切り替えの制御を行っている。
【００７３】
この処理が開始されると、ＣＰＵはアクセルポジションＡＰの読み込み、エンジン回転数Ｎｅ、駆動軸の回転数Ｎｄの読み込みを行う（ステップＳ１０５、Ｓ１１０）。アクセルポジションＡＰはアクセルポジションセンサ１６５により検出される。エンジン回転数Ｎｅおよび駆動軸の回転数Ｎｄは、それぞれ回転数センサ１５２，１１７により検出される。読み込まれたアクセルポジションＡＰは、駆動軸の要求トルクＴｄの算出に使用される。
【００７４】
次に、アクセルポジションの変化率ΔＡＰを算出する（ステップＳ１１５）。結合状態の切り替え制御ルーチンは、周期的に実行されるルーチンである。変化率ΔＡＰは、前回このルーチンが実行された際に検出されたアクセルポジションＡＰと、今回ステップＳ１０５において検出したアクセルポジションＡＰとの差分を、このルーチンを実行するタイムステップで除することによって算出される。
【００７５】
こうして算出された変化率ΔＡＰに基づいて、ＣＰＵはヒステリシス量αを求める（ステップＳ１２０）。本実施例では、ヒステリシス量αと変化率ΔＡＰとの関係を与えるテーブルを予め制御ユニット１９０内のＲＯＭに記憶しておき、このテーブルを参照することによって、ヒステリシス量αを設定するものとした。ヒステリシス量αを与えるテーブルの例を図１９に示す。本実施例では、図示する通り、変化率ΔＡＰが大きくなるにつれて、ヒステリシス量αが大きくなるテーブルを用いている。但し、ΔＡＰが正の側では、ヒステリシス量αはΔＡＰ３で最大値となり、それ以上のΔＡＰに対しては値０となっている。かかる設定の理由について図２０を用いて説明する。
【００７６】
図２０はハイブリッド車両の駆動軸の回転ポイントの変化と結合の切り替えタイミングとの関係を示した説明図である。図中の曲線Ａは先に図８で説明した動作曲線である。エンジン１５０は原則的には動作曲線Ａ上のポイントで運転する。ハイブリッド車両が動作曲線Ａよりも低トルクの領域で走行しているとき、エンジン１５０の動力は低トルク、高回転の状態に変換される。かかる変換は、オーバドライブ結合状態のとき効率よく行うことができる。従って、動作曲線よりも低トルクの領域では、ハイブリッド車両は原則としてオーバドライブ結合で走行する。逆に動作曲線よりも高トルクの領域では、ハイブリッド車両は原則としてアンダードライブ結合で走行する。
【００７７】
先に図６を用いてアンダードライブ結合で走行する領域ＵＤとオーバードライブ結合で走行する領域ＯＤとを示したが、両者の境界が動作曲線Ａに一致する。従って、この領域に忠実に結合状態の切り替えを行うものとすれば、ハイブリッド車両の走行状態が動作曲線Ａを横切る際にオーバードライブ結合とアンダードライブ結合との切り替えが行われる。走行状態が動作曲線Ａを横切るときは、駆動軸の回転数と、エンジン１５０の回転数とが一致している。従って、エンジン１５０の回転数Ｎｅから駆動軸の回転数Ｎｄを引いた差分が正負逆転したときに結合を切り替えるものとすれば、動作曲線Ａを横切る際の切り替えが実現される。
【００７８】
次に、ヒステリシス量αが関与する切り替えについて説明する。例えば、ハイブリッド車両が最初、運転ポイントＤｉ１またはＤｉ２で走行しており、運転者がアクセルを踏み込んだ結果、運転ポイントＤｆ１で走行することが要求されている場合を考える。運転ポイントＤｉ１，Ｄｉ２はオーバードライブ結合で走行すべき領域にあり、運転ポイントＤｆ１はアンダードライブ結合で走行すべき領域にある。運転ポイントＤｉ１からＤｆ１に移行する場合は、車速およびトルクの変化が比較的緩やかであり、アクセル踏み込み量の変化率は比較的小さい。これに対し、運転ポイントＤｉ２からＤｆ１に移行する場合は、アクセル踏み込み量の変化率は比較的大きい。図１９によりそれぞれのヒステリシス量を設定する。運転ポイントＤｉ１から移行する場合のアクセル踏み込み量の変化率がΔＡＰ１であるとすれば、比較的小さいヒステリシス量α１が図１９のテーブルにより設定される。運転ポイントＤｉ２から移行する場合のアクセル踏み込み量の変化率がΔＡＰ２であるとすれば、比較的大きいヒステリシス量α２が図１９のテーブルにより設定される。
【００７９】
オーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切り替えの場合、ヒステリシス量αは切り替えを遅らせるための量であり、エンジンの回転数Ｎｅから駆動軸の回転数Ｎｄを引いた差分がαより大きくなったときに切り替えが行われる。この様子を図２０で説明する。ヒステリシス量αが値０である場合には、車両の走行状態が動作曲線Ａを横切る際に切り替えが行われるのに対し、ヒステリシス量αが０よりも大きい値となった場合には、動作曲線よりも高トルク側にひかれた曲線Ａ１，Ａ２を横切る際に切り替えを実施することになる。例えば、ヒステリシス量が比較的小さい値α１である場合には、動作曲線よりも若干高トルク側に位置する曲線Ａ１を横切る際に切り替えが行われることになり、ヒステリシス量が比較的大きい値α２である場合には、さらに高トルク側に位置する曲線Ａ２を横切る際に切り替えが行われることになる。これらの曲線の位置はヒステリシス量αの大きさによって変化する。この結果、運転ポイントＤｉ１から運転ポイントＤｆ１に移行する際には、曲線Ａ１を横切るポイントＤＣ１で切り替えが行われ、運転ポイントＤｉ２から運転ポイントＤｆ１に移行する際には、曲線Ａ２を横切るポイントＤＣ２で切り替えが行われる。
【００８０】
ヒステリシス量αを用いることで、アクセルの踏み込み量の変化率に応じて切り替えタイミングを変更している理由について説明する。踏み込み量の変化率が比較的小さいときは、運転ポイントＤｉ１からＤｆ１に移行する場合のように運転ポイントの変化も緩やかである。これに対し、踏み込み量の変化率が比較的高いときは、運転ポイントＤｉ２からＤｆ１に移行する場合のように運転ポイントの変化も比較的急である。踏み込み量の変化率が大きく、運転ポイントが比較的急に移行する場合、運転者は加速などのために一時的にトルクを要求していることが多い。かかる場合には、所望の速度に達した時点でアクセルが緩められる可能性が高い。このように一時的にトルクが要求された場合において、早期にアンダードライブ結合への切り替えを行うと、アクセルが緩められた後、再びオーバードライブ結合への切り替えを行う必要が生じることがある。
【００８１】
一方、踏み込み量の変化率が小さく、運転ポイントが比較的緩やかに移行する場合、運転者は登坂中など、概ね定常的にやや高いトルクを要求していることが多い。かかる場合には、高トルクの状態が比較的長く続く可能性が高い。このように定常的に高トルクが要求されている場合には、早期にアンダードライブ結合への切り替えを実施して効率のよい状態で運転することが望ましい。以上の観点から、本実施例では、アクセルの踏み込み量の変化率が大きい場合には結合の切り替えタイミングを遅らせて過度の切り替えを回避するためにヒステリシス量αを大きく設定し、逆に変化率が小さい場合には結合の切り替えタイミングをあまり遅らせないようにして運転効率を高めるためにヒステリシス量を小さく設定しているのである。
【００８２】
ヒステリシス量αと切り替えタイミングの関係を別の形で示したのが図２１である。図２１は、横軸にエンジンの回転数Ｎｅから駆動軸の回転数Ｎｄを引いた差分値をとり、縦軸には結合状態をとって示した切り替えチャートである。チャートが図２１の上半分の領域にある場合には、オーバードライブ結合が採られることを示し、下半分の領域にある場合にはアンダードライブ結合が採られることを示している。動作曲線Ａ上で切り替えが行われる場合には、図２１中のａ１で示すように、上記差分が値０になったところでオーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切り替えが行われる。本実施例では、ヒステリシス量αに応じて切り替えが行われるタイミングが変化する。図２１に示す通り、ヒステリシス量αが大きくなるにつれて、図中の右側に切り替えタイミングは移行する。比較のため、同様の形式で従来の切り替え制御によるチャートを図２２に示す。図示する通り、従来は、差分値が０となる時点でのみ切り替えが行われていた。このように結合状態の切り替えタイミングが車両の走行状態に応じて変わる点が本実施例による結合切り替え制御ルーチンの大きな特徴である。
【００８３】
次に、図１９のテーブルにおいて、踏み込み量の変化率ΔＡＰが正の値ΔＡＰ３以上の範囲でヒステリシス量αが値０になっている理由について説明する。図３の結合状態から明らかな通り、オーバードライブ結合の場合は、駆動軸のトルクＴｄとクラッチモータ１３０のトルクＴｃは等しい。従って、オーバードライブ結合では、クラッチモータ１３０が伝達可能なトルク、つまりクラッチモータ１３０の定格トルク以上のトルクは出力することができない。
【００８４】
クラッチモータ１３０が出力可能な定格トルクをＴｌｉｍとして図２０に示した。アクセルの踏み込み量の変化率が極端に大きくなった場合には、図２０中に示す運転ポイントＤｆ２のようにクラッチモータ１３０の定格トルクを上回るトルクが要求される場合がある。かかるトルクは、オーバードライブ結合では出力することができないため、アンダードライブ結合に切り替える必要がある。最終的にアンダードライブ結合に切り替える必要があるのであれば、可能な限り早期に切り替えを行った方が、運転効率の観点からは好ましい。従って、本実施例では、クラッチモータ１３０の出力可能なトルクを超えるトルクが要求されるほどの変化率でアクセルが踏み込まれた場合には、ヒステリシス量αを値０とすることによって、動作曲線Ａを横切った時点で切り替えが行われるようにしているのである。この結果、図２０に示す通り、運転ポイントＤｉ２から運転ポイントＤｆ２に移行する際には、動作曲線Ａ上の点ＤＣ３で切り替えが行われる。
【００８５】
一方、アンダードライブ結合の場合は図２の構成から明らかな通り、上述の制限は生じない。従って、図１９のテーブルでもアンダードライブ時に参照される領域、つまりΔＡＰが負の領域ではヒステリシス量αが値０になる領域を設けていない。
【００８６】
図１８に戻り、結合状態の切り替え制御ルーチンの内容を説明する。ヒステリシス量αを設定した後、ＣＰＵはエンジンの回転数Ｎｅと駆動軸の回転数Ｎｄとの大小関係が逆転した後の経過時間ｔｈを検出する（ステップＳ１２５）。例えば、オーバードライブ結合時において、ある時点でエンジン１５０の回転数Ｎｅが駆動軸の回転数Ｎｄよりも高くなったとすれば、その時点からの経過時間を計測するのである。途中で再びエンジン１５０の回転数Ｎｅの方が駆動軸の回転数Ｎｄよりも低くなった場合には、経過時間ｔｈは値０にリセットされる。アンダードライブ結合時も同様である。言い換えれば、ヒステリシス量αを加味しない切り替え条件、つまり動作曲線Ａを横切ることによる切り替え条件が成立してからの経過時間を計測するのである。経過時間ｔｈの意味については後述する。
【００８７】
次にＣＰＵは現在の結合状態が、オーバードライブ結合であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。現在の結合状態によって、切り替えを実行するか否かの条件が異なるからである。
【００８８】
現在の結合状態がオーバードライブ結合である場合の処理は次の通りである。ＣＰＵは駆動軸の要求トルクＴｄとクラッチモータ１３０が出力可能なトルクの上限値Ｔｌｉｍとの大小関係を比較する（ステップＳ１５０）。既に説明した通り、オーバードライブ結合では、定格トルクＴｌｉｍ以上のトルクは出力することができない。この処理を実行した時点で駆動軸に要求されているトルクＴｄがこの定格トルクＴｌｉｍを超えている場合、要求トルクＴｄを出力するためには、アンダードライブ結合に速やかに切り替える必要がある。従って、要求トルクＴｄが値Ｔｌｉｍよりも大きい場合には、ＣＰＵはアンダードライブ結合への切り替えを実行する（ステップＳ１６５）。
【００８９】
要求トルクＴｄが定格トルクＴｌｉｍ以下である場合には、ＣＰＵはエンジン１５０の回転数Ｎｅと駆動軸の回転数Ｎｄとの大小関係に応じて切り替えを行うか否かを判断する。この判断には、先にステップＳ１２０で設定されたヒステリシス量αも関与する。具体的には、エンジン１５０の回転数Ｎｅから駆動軸の回転数Ｎｄを引いた差分値がヒステリシス量αよりも大きいか否かを判定する。この差分値がヒステリシス量αよりも大きい場合には、ＣＰＵは結合状態の切り替えを行うべきと判断して、アンダードライブ結合への切り替えを実行する（ステップＳ１６５）。
【００９０】
上記差分値がヒステリシス量αよりも小さい場合、ＣＰＵはステップＳ１２５で検出した経過時間ｔｈが所定の閾値ｔｃｏよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ１６０）、大きくなった場合にはアンダードライブ結合への切り替えを実行する（ステップＳ１６５）。この処理の意味について図２０を用いて説明する。例えば、図２０中の運転ポイントＤｉ１から運転ポイントＤｆ３に移行する場合を考える。この移行は比較的緩やかな移行である。
【００９１】
このときアクセルの踏み込み量の変化率から設定されたヒステリシス量は図１９に示したα１相当の値とする。つまり、ヒステリシス量αは、車両の走行ポイントが図２０中の曲線Ａ１を横切る際に切り替えが行われる値に設定されているものとする。運転ポイントＤ１ｉからＤｆ３への移行は、曲線Ａ１を横切っていないため、結合状態の切り替えは実行されない。しかし、緩やかに移行しているため、運転ポイントが動作曲線よりも高トルク側の領域に存在する時間、言い換えればオーバードライブ結合では運転効率が低下する状態で走行する時間が長くなる。この時間が長くなれば、車両の運転効率を低下させることになるため、好ましくない。本実施例では、かかる観点からステップＳ１２５で経過時間ｔｈを計測し、その値が所定の閾値ｔｃｏを超えた場合には、アンダードライブ結合への切り替えを実行するものとしている。所定の閾値ｔｃｏの値は、車両の運転効率を極端に低下させない範囲で、結合状態の過度の切り替えを回避できる値を実験的に設定する。本実施例では閾値ｔｃｏは一定値としているが、運転ポイントなどによって変化するものとしてもよい。
【００９２】
以上の３つの判断処理によって切り替えを行うべき判断がなされなかった場合には、切り替えを実行せずに結合切り替え制御ルーチンを終了する。
【００９３】
次に、現在の結合状態が、アンダードライブ結合である場合の切り替えの判断処理について説明する。図２から明らかな通り、アンダードライブ結合の場合には、出力可能なトルクに制限はない。従って、要求トルクに基づく判断は行われない。
【００９４】
アンダードライブ結合の場合は、エンジンの回転数Ｎｅから駆動軸の回転数Ｎｄを引いた差分値がヒステリシス量αよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１３５）。アンダードライブ結合からオーバードライブ結合への切り替えは、エンジンの回転数Ｎｅが駆動軸の回転数Ｎｄよりも小さい領域で行われるから、上記差分値は負の値となる。また、この切り替えは、アクセルの踏み込み量を緩めた場合、つまり踏み込み量の変化率が負の場合に行われるから、図１９のテーブルによればヒステリシス量も負の値が設定される。ＣＰＵは上記差分値がヒステリシス量αよりも小さい値となったときは、結合の切り替えを行うべきと判断し、オーバードライブ結合への切り替えを実行する（ステップＳ１４５）。この結果、図２０中の曲線Ａ３のようにヒステリシス量αに応じて動作曲線Ａよりも低トルク側に現れる曲線を横切った時点で結合の切り替えが行われる。
【００９５】
上記差分値がヒステリシス量α以上である場合は、ステップＳ１２５で検出した経過時間ｔｈが所定の閾値ｔｃｕよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１４０）。所定の閾値ｔｃｕの意味は、オーバードライブ結合時の閾値ｔｃｏと同じである。但し、閾値ｔｃｕとｔｃｏは同じ値にする必要はない。
【００９６】
以上の３つの判断処理によって切り替えを行うべき判断がなされなかった場合には、切り替えを実行せずに結合切り替え制御ルーチンを終了する。
【００９７】
以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、オーバードライブ結合とアンダードライブ結合とを切り替えて使用することにより、効率よく車両を運転することができる。また、ヒステリシス量αや経過時間ｔｈなどハイブリッド車両の走行状態に関与するパラメータを用いて結合状態の切り替えを判断することにより、結合状態の切り替えが過度に行われることを回避できる。
【００９８】
この結果、以下に示す種々の効果を得ることができる。第１に切り替え機構を構成するギヤ１１１，１１２，１１３の寿命を不必要に低減させることを回避できる。第２に結合状態の切り替えによるショックが生じる回数が減るため、車両の乗り心地を改善することができる。第３に結合状態の切り替えを抑制することにより、車両の応答性を向上させることができる。結合状態を切り替える制御を実行している間は運転者が要求したトルクが出力されるまでに時間を要する可能性があるが、切り替えの実行を抑制することにより、かかる時間遅れを回避することができるようになるからである。
【００９９】
なお、本実施例のハイブリッド車両には、種々の変形例によって実現可能である。例えば、車両を図２３に示す構成としてもよい。変形例としてのハイブリッド車両は、動力系統におけるクラッチモータ１３０に代えて、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０が用いられている。その他の構成は、第１実施例のハイブリッド車両（図１参照）と同じである。
【０１００】
プラネタリギヤ２００は、中心で回転するサンギヤ２０１、サンギヤ２０１の外周を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤを備えるプラネタリキャリア２０３と、更にその外周で回転するリングギヤ２０２とから構成されている。サンギヤ２０１、プラネタリキャリア２０３，およびリングギヤ２０２はそれぞれ別々の回転軸を有している。サンギヤ２０１の回転軸であるサンギヤ軸２０４は中空になっており、電動発電機２１０のロータ２１２に結合されている。プラネタリキャリア２０３の回転軸であるプラネタリキャリア軸２０６はエンジン１５０のクランクシャフト１５６と結合されている。リングギヤ２０２の回転軸であるリングギヤ軸２０５はディファレンシャルギヤ１１４を介して前車軸１１６に結合されている。
【０１０１】
プラネタリギヤ２００は、サンギヤ軸２０４，プラネタリキャリア軸２０６およびリングギヤ軸２０５の３軸の回転数およびトルクに以下の関係が成立することが機構学上よく知られている。即ち、上記３つの回転軸のうち２つの回転軸の動力状態が決定されると、以下の関係式に基づいて残余の一つの回転軸の動力状態が決定される。
Ｎｓ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｃ−Ｎｒ／ρ；
Ｎｃ＝ρ／（１＋ρ）×Ｎｓ＋Ｎｒ／（１＋ρ）；
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｔｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）＝ρＴｒ；
Ｔｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）；
ρ＝サンギヤ１２１の歯数／リングギヤ１２２の歯数    ・・・（１）；
【０１０２】
ここで、
Ｎｓはサンギヤ軸２０４の回転数；
Ｔｓはサンギヤ軸２０４のトルク；
Ｎｃはプラネタリキャリア軸２０６の回転数；
Ｔｃはプラネタリキャリア軸２０６のトルク；
Ｎｒはリングギヤ軸２０５の回転数；
Ｔｒはリングギヤ軸２０５のトルク；
である。
【０１０３】
電動発電機２１０は、アシストモータ１４０と同様の構成をしている。つまり、電動発電機２１０はステータ２１４にコイルが巻回され、ロータ２１２に永久磁石が貼付された三相同期モータとして構成されている。ステータ２１４はケースに固定されている。ステータ２１４に巻回されたコイルに三相交流を流すと回転磁界が生じ、ロータ２１２に貼付された永久磁石との相互作用によってロータ２１２が回転する。電動発電機２１０は、ロータ２１２が外力によって回転されると、その動力を電力として回生する発電機としての機能も奏する。なお、電動発電機２１０のステータ２１４に巻回されたコイルは、インバータ１９１と電気的に接続されている。制御ユニット１９０がインバータ１９１のトラジスタをオン・オフすることにより電動発電機２１０の運転を制御することができる。
【０１０４】
本発明の実施例（図１）におけるクラッチモータ１３０は、インナロータ１３２とアウタロータ１３４の間の相対的な滑りによって、インナロータ１３２に入力された動力の一部を電力として回生しつつ、残余の動力をアウタロータ１３４に伝達する機能を奏することができた。また、クラッチモータ１３０を力行することにより、インナロータ１３２から入力された動力を増大してアウタロータ１３４に伝達することもできた。このように、クラッチモータ１３０は一方の軸から入力された動力を電力のやりとりを通じて増減し、他方の軸に伝達する動力調整装置としての機能を奏するものであった。
【０１０５】
変形例のハイブリッド車両では、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０の組み合わせにより、クラッチモータ１３０と同等の機能を奏することができる。クラッチモータ１３０のインナロータ軸１３３に相当するのがプラネタリキャリア軸２０６であり、アウタロータ軸１３５に相当するのがリングギヤ軸２０５である。変形例では、これらの組み合わせにより動力調整装置としての機能を奏する。
【０１０６】
エンジン１５０からプラネタリキャリア軸２０６に動力が入力されると、上式（１）に従い、リングギヤ２０２およひサンギヤ２０１が回転する。リングギヤ２０２およびサンギヤ２０１のいずれか一方の回転を止めることも可能である。リングギヤ２０２が回転することにより、エンジン１５０から出力された動力の一部を前車軸１１６に機械的な形で伝達することができる。また、サンギヤ２０１が回転することにより、エンジン１５０から出力された動力の一部を電動発電機２１０により電力として回生することができる。一方、電動発電機２１０を力行すれば、電動発電機２１０から出力されたトルクは、サンギヤ２０１、プラネタリキャリア２０３およびリングギヤ２０２を介して車軸１１６に機械的に伝達することができる。従って、電動発電機２１０を力行することにより、エンジン１５０から出力されたトルクを増大して前車軸１１６に出力することも可能である。このように、第２実施例では、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０の組み合わせにより、クラッチモータ１３０と同様の機能を奏することができるのである。
【０１０７】
変形例においても、第１ギヤ１１１，第２ギヤ１１２，第３ギヤ１１３の噛合状態に応じて、種々の構成を採ることができる。この構成を模式的に示したのが図２４および図２５である。図２４は、第１ギヤ１１１と第３ギヤ１１３を噛合した状態を示している。アシストモータ１４０のロータ１４２はプラネタリギヤ２００のリングギヤ軸２０５と結合する。従って、図２４に示す通り、エンジン１５０から出力された動力は、プラネタリギヤ２００、アシストモータ１４０を経て駆動軸１１６に伝達される。これは、実施例におけるアンダードライブ結合（図２）に相当する結合状態である。
【０１０８】
図２５は、第２ギヤ１１２と第３ギヤ１１３を噛合した状態を示している。アシストモータ１４０のロータ１４２はプラネタリギヤ２００のプラネタリキャリア軸２０６と結合する。従って、図２５に示す通り、エンジン１５０から出力された動力は、アシストモータ１４０、プラネタリギヤ２００を経て駆動軸１１６に伝達される。これは、実施例におけるオーバードライブ結合（図３）に相当する結合状態である。
【０１０９】
このようにプラネタリギヤ２００を用いた構成を採用した場合でも、アンダードライブ結合とオーバードライブ結合の双方の結合状態を実現可能であるため、本発明を適用することができる。かかる構成を採用した場合には、ヒステリシス量αを与えるテーブルや切り替えの判断に使用される閾値ｔｃｏ，ｔｃｕなどは実施例と異なる値になるが、実施例で説明した趣旨に沿って、それぞれ実験的に設定可能である。変形例において、本発明の切り替え制御を適用すれば、先に実施例について説明したのと同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
また、本発明は４輪駆動車に適用することもできる。実施例（図１）または変形例（図２３）の構成による動力系統を車両の前輪に適用し、後輪の車軸に別途駆動用の電動機を設けることによって４輪駆動可能なハイブリッド車両を構成することができる。かかる車両でも、前車軸の回転数とエンジン１５０の回転数の大小関係に応じて、結合状態を切り替えることにより効率の高い運転を行うことができる。従って、かかる切り替えの制御に本発明を適用するものとすれば、先に実施例で説明した種々の効果を得ることができる。
【０１１１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例のハイブリッド車両では、原動機としてガソリンエンジン１５０を用いたが、ディーゼルエンジンその他の動力源となる装置を用いることができる。また、本実施例では、モータとして全て三相同期モータを適用したが、誘導モータその他の交流モータおよび直流モータを用いるものとしてもよい。また、本実施例では、種々の制御処理をＣＰＵがソフトウェアを実行することにより実現しているが、かかる制御処理をハード的に実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例としてのハイブリッド車両の全体構成を示す説明図である。
【図２】実施例のハイブリッド車両について、アンダードライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図３】実施例のハイブリッド車両について、オーバードライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図４】実施例のハイブリッド車両について、アシストモータ１４０を中立位置にした場合の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図５】実施例のハイブリッド車両について、アシストモータ１４０をエンジン１５０と駆動軸の双方に結合時の前輪動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図６】実施例のハイブリッド車両について、結合状態と車両の走行状態との関係を示す説明図である。
【図７】トルク制御ルーチンのフローチャートである。
【図８】エンジンの運転ポイントと運転効率との関係を示す説明図である。
【図９】出力動力が一定の場合について、エンジンの回転数と運転効率との関係を示す説明図である。
【図１０】アンダードライブ結合時にエンジン１５０の回転数を低回転の状態に変換して出力する様子を示す説明図である。
【図１１】アンダードライブ結合時にエンジン１５０の回転数を高回転の状態に変換して出力する様子を示す説明図である。
【図１２】アンダードライブ結合時にエンジン１５０の回転数を低回転の状態に変換して出力する際の動力のやりとりを示す説明図である。
【図１３】アンダードライブ結合時にエンジン１５０の回転数を高回転の状態に変換して出力する際の動力のやりとりを示す説明図である。
【図１４】オーバードライブ結合時にエンジン１５０の回転数を低回転の状態に変換して出力する様子を示す説明図である。
【図１５】オーバードライブ結合時にエンジン１５０の回転数を高回転の状態に変換して出力する様子を示す説明図である。
【図１６】オーバードライブ結合時にエンジン１５０の回転数を低回転の状態に変換して出力する際の動力のやりとりを示す説明図である。
【図１７】オーバードライブ結合時にエンジン１５０の回転数を高回転の状態に変換して出力する際の動力のやりとりを示す説明図である。
【図１８】結合状態切り替え制御ルーチンのフローチャートである。
【図１９】ヒステリシス量αを与えるテーブルを示す説明図である。
【図２０】本実施例による切り替えポイントと車両の走行ポイントとの関係を示す説明図である。
【図２１】本実施例による切り替えタイミングを示す説明図である。
【図２２】従来技術による切り替えタイミングを示す説明図である。
【図２３】変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図２４】変形例としてのハイブリッド車両について、アンダードライブ結合時の構成を示す説明図である。
【図２５】変形例としてのハイブリッド車両について、オーバードライブ結合時の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１１１…第１ギヤ
１１２…第２ギヤ
１１３…第３ギヤ
１１４…ディファレンシャルギヤ
１１６…車軸
１１６Ｒ，１１６Ｌ…駆動輪
１１７…回転数センサ
１３０…クラッチモータ
１３２…インナロータ
１３３…インナロータ軸
１３４…アウタロータ
１３５…アウタロータ軸
１４０…アシストモータ
１４２…ロータ
１４３…ロータ軸
１４４…ステータ
１５０…エンジン
１５２…回転数センサ
１５６…クランクシャフト
１５７…ダンパ
１６５…アクセルペダルポジションセンサ
１７０…ＥＦＩＥＣＵ
１９０…制御ユニット
１９１，１９２…インバータ
１９４…バッテリ
２００…プラネタリギヤ
２０１…サンギヤ
２０２…リングギヤ
２０３…プラネタリキャリア
２０４…サンギヤ軸
２０５…リングギヤ軸
２０６…プラネタリキャリア軸
２１０…電動電動発電機
２１２…ロータ
２１４…ステータ
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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