JP2000225861A - 動力出力装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オーバードライブ結合からアンダードライブ
結合へ切り換える場合に、その切換時間を短縮する。 【解決手段】 制御ユニット９０は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換指令を出し（Ｓ２
０２）、これにより直ちに、切換装置８０のアクチュエ
ータ８６を始動する（Ｓ２０４）。制御ユニット９０は
アクチュエータ８６を制御してアシストモータ４０のロ
ータ軸４３をエンジン５０のクランクシャフト５６から
切り離す（Ｓ２０６）。制御ユニット９０はアシストモ
ータ４０を制御して、アシストモータ４０の回転を加速
させ、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数を上
昇させ、ロータ軸４３の回転数を駆動軸であるアウタロ
ータ軸３５の回転数に合わせ込むように、回転数の同期
化を図る（Ｓ２０８）。制御ユニット９０はロータ軸４
３の回転数がアウタロータ軸３５の回転数に一致した
ら、アクチュエータ８６を制御して、ロータ軸４３をア
ウタロータ軸３５に結合させる（Ｓ２１２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力源としてエン
ジンと電動機とを備える動力出力装置およびその制御方
法に関し、詳しくは、上記電動機を上記エンジンの出力
軸と駆動軸とに切り換えて結合可能な結合手段を有する
動力出力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンと電動機とを動力源とす
る動力出力装置を搭載した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、搭載した動力出力装置によって、エンジンから出力
された動力は、一部が動力調整装置により駆動軸に伝達
され、残余の動力が電力として回生される。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。このような動力出
力装置は、上述の動力の伝達過程において、動力調整装
置および電動機を制御することによって、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駆動軸に
出力することができる。駆動軸から出力すべき要求出力
に関わらずエンジンは運転効率の高い動作点を選択して
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】上記の動力出力装置おける電動機の回転軸
の結合先は、駆動軸とエンジンの出力軸の２通りが可能
である。これらの結合について、電動機の回転軸を駆動
軸に結合した構成では、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動作時（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。電動機
の回転軸をエンジンの出力軸に結合した構成は、逆に、
エンジンの回転数よりも駆動軸の回転数が高いオーバー
ドライブ動作時（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。

【０００４】そこで、従来では、電動機の回転軸の結合
状態を、駆動軸側とエンジンの出力軸側とで切り換え可
能に構成した動力出力装置を搭載するハイブリッド車両
が提案されている（例えば、特開平１０−７５５０１記
載のハイブリッド車両）。かかる動力出力装置では、電
動機の回転軸と駆動軸またはエンジンの出力軸との結合
／切り離しを、クラッチを備えた切換装置や、シンクロ
ナイズドギヤを備えた切換装置を用いて行なっていた。
ここで、シンクロナイズドギヤとは、軸方向に直列に配
置された２つ以上のギヤと、これらのギヤと選択的に噛
合可能な可動ギヤとから構成される機構をいう。

【０００５】それでは、このような動力出力装置におけ
る結合状態の切換装置について簡単に説明する。なお、
ここでは、動力調整装置として、対ロータ電動機である
クラッチモータ３０を用い、切換装置として、シンクロ
ナイズドギヤを備えた装置を用いる場合を例にとって説
明する。

【０００６】図１２は電動機の回転軸の結合状態を切り
換え可能に構成した一般的な動力出力装置の要部を示す
構成図である。

【０００７】図１２に示すように、エンジン５０の出力
軸であるクランクシャフト５６と、車輪２６を駆動する
ための動力を出力する伝達軸２２との間には、ハイブリ
ッドユニット２０が配設されている。ハイブリッドユニ
ット２０内には、対ロータ電動機であるクラッチモータ
３０と、電動機であるアシストモータ４０と、そのアシ
ストモータ４０のロータ軸４３の結合先を選択的に切り
換える切換装置８０と、が設けられている。

【０００８】これらのうち、クラッチモータ３０は、イ
ンナロータ３２とアウタロータ３４とを備えており、通
常の電動機におけるロータに相当するインナロータ３２
のみならず、アウタロータ３４も自由に回転することが
できる。クラッチモータ３０のインナロータ３２には、
インナロータ軸３３が結合されており、アウタロータ３
４には、駆動軸であるアウタロータ軸３５が結合されて
いる。インナロータ軸３３は、図示しないダンパを介し
てクランクシャフト５６に結合されている。アウタロー
タ軸３５は、出力用ギヤ２１，チェーン２３を介して伝
達軸２２に結合されている。この伝達軸２２は、更に減
速機２４およびディファレンシャルギヤ２５を介して、
駆動輪２６Ｒ，２６Ｌを備えた車軸２６に結合されてい
る。

【０００９】アシストモータ４０はロータ４２とステー
タ４４とを備えている。このうち、ステータ４４はケー
スに固定され、ロータ４２は中空のロータ軸４３に結合
されている。中空のロータ軸４３の軸中心は、クランク
シャフト５６に結合されたインナロータ軸３３が貫通し
ている。

【００１０】切換装置８０はシンクロナイズドギヤであ
って、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５に結合
された第１ギヤ８１と、インナロータ軸３３に結合され
た第２ギヤ８２と、何れの軸にも結合されていない第３
ギヤ８３と、可動部材８７と、で構成されている。可動
部材８７の片側には、第１ないし第３ギヤ８１〜８３に
噛合し得る可動ギヤ８４が設けられおり、他の片側はス
プライン８５を介してアシストモータ４０のロータ軸４
３に摺動自在に結合されている。したがって、可動ギヤ
８４は、ロータ軸４３と回転を共にしながら、ロータ軸
４３に対してその軸方向に移動することができる。切換
装置８０には、可動部材８７を駆動して、可動ギヤ８４
の位置を切り換えるアクチュエータ８６が設けられてい
る。アクチュエータ８６は、モータあるいはソレノイド
などにより実現可能であり、図示していない制御ユニッ
トにより制御される。

【００１１】可動ギヤ８４が、図１２中の位置ａにある
ときは、第１ギヤ８１と可動ギヤ８４とが噛合し、アシ
ストモータ４０のロータ軸４３は、駆動軸であるクラッ
チモータ３０のアウタロータ軸３５に結合されることに
なる。この結果、エンジン５０から出力された動力は、
クラッチモータ３０を経て、駆動軸であるアウタロータ
軸３５に出力されるが、このアウタロータ軸３５に対し
て、アシストモータ４０が動力をやり取りすることが可
能となる。この構成を模式的に示したのが図１３であ
る。切換装置８０が、可動ギヤ８４を位置ａに切り換え
たときは、図１３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。

【００１２】他方、切換装置８０が可動ギヤ８４を、図
１２中の位置ｃに切り換えたときは、第２ギヤ８２と可
動ギヤ８４とが噛合し、アシストモータ４０のロータ軸
４３はクラッチモータ３０のインナロータ軸３３に結合
され、延いてはエンジン５０の出力軸であるクランクシ
ャフト５６に結合されることになる。この結果、エンジ
ン５０からクラッチモータ３０を経て駆動軸であるアウ
タロータ軸３５に出力される動力の出力系統に対して、
アシストモータ４０はインナロータ軸３３やクランクシ
ャフト５６との間で動力のやり取りを行なうことが可能
となる。この構成を模式的に示したのが図１４である。
切換装置８０が可動ギヤ８４を位置ｃに切り換えたとき
は、図１４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。

【００１３】切換装置８０は、可動ギヤ８４を、第３ギ
ヤ８３と噛合する位置ｂに切り換えることも可能であ
る。この位置では、可動ギヤ８４は、第１ギヤ８１およ
び第２ギヤ８２のいずれとも噛合してない中立状態にな
る。このときエンジン５０から出力された動力は、クラ
ッチモータ３０を経てそのまま駆動軸であるアウタロー
タ軸３５に出力される。

【００１４】制御ユニット（図示せず）は、ハイブリッ
ド車両の走行状態に応じて、切換装置８０を制御して、
アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を切り換
える。基本的には、エンジン５０の回転数が駆動軸であ
るアウタロータ軸３５の回転数よりも大きくなった場合
には、切換装置８０を制御して、アンダードライブ結合
（アシストモータ４０のロータ軸４３を駆動軸であるア
ウタロータ軸３５に結合）にする。逆に、エンジン５０
の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数よ
りも小さくなった場合には、オーバードライブ結合（ア
シストモータ４０のロータ軸４３をエンジン５０の出力
軸であるクランクシャフト５６に結合）にする。こうす
ることによってアンダードライブ動作、オーバードライ
ブ動作の双方において、効率の高い運転を実現してい
る。

【００１５】さて、このような電動機の回転軸の結合状
態を切り換え可能な動力出力装置においては、電動機の
回転軸の結合状態を、オーバードライブ結合からアンダ
ードライブ結合に切り換える場合、従来では、次のよう
な手順で行なっていた。

【００１６】図１５は従来の動力出力装置におけるオー
バードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換え
る際の各構成要素の動作状態の時間的推移を示すタイミ
ングチャートである。

【００１７】このようなオーバードライブ結合からアン
ダードライブ結合へ切り換えは、例えば、ハイブリッド
車両を定常走行させている場合に、運転者がアクセルペ
ダルを踏み込んで、駆動軸であるアウタロータ軸３５か
らの出力トルクを増加して、車両を加速させる場合など
に生じる。

【００１８】図１５において、ａは制御ユニットが出す
切換指令、ｂ，ｃは制御ユニットの制御モード、ｄ，
ｅ，ｆは切換装置８０の動作状態、ｇはエンジン出力、
ｈはエンジン５０、駆動軸であるアウタロータ軸３５，
アシストモータ（ＡＭ）４０の回転数、ｉ，ｊ，ｋはク
ラッチモータ（ＣＭ）３０の動作状態、ｌ，ｍ，ｎはア
シストモータ（ＡＭ）４０の動作状態をそれぞれ示す。
なお、切換装置８０の切換許容差速範囲は約３００r.p.
m以下であるとする。切換装置８０において、可動ギヤ
８４にはアシストモータ４０のロータ軸４３が、第２ギ
ヤ８２にはエンジン５０のクランクシャフト５６及びク
ラッチモータ３０のインナロータ軸３３が、第１ギヤ８
１にはクラッチモータ３０のアウタロータ軸３５が、そ
れぞれにつながっているため、何れも、イナーシャが大
きくなっている。従って、可動ギヤ８４を第２ギヤ８２
または第１ギヤ８１に結合させる場合、可動ギヤ８４と
第２ギヤ８２または第１ギヤ８１との差速があまりに大
きいと、両者の間で大きな磨耗が生じてしまう。そのた
め、切換装置８０には、上記したような切換許容差速範
囲が設定されている。

【００１９】それでは、図１５を用いて、切り換え手順
を順次説明する。運転者がアクセルペダルを踏み込む
（キックダウン）と、制御ユニットは、その踏込量か
ら、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力すべき要
求出力を算出し、その要求出力が所定の条件を満たして
いる場合に切換指令を発する（ａの手順）。

【００２０】次に、制御ユニットは、図示せざる燃料噴
射制御ユニットを介してエンジン５０の出力をアップす
る（ｇの手順）。続いて、制御ユニットは、駆動軸で
あるアウタロータ軸３５とエンジン５０の出力軸である
クランクシャフト５６との差速が切換許容差速範囲であ
る約３００r.p.m以下になったかどうかを判定し、差速
が約３００r.p.m以下になったら（ｈの手順）、切換
装置８０のアクチュエータ８６を始動し（ｄの手順
）、オーバードライブ（ＯＤ）結合状態から中立状態
へ移行させるために、可動ギヤ８４を第２ギヤ８２から
切り離す。そのとき同時に、制御ユニットは、アシスト
モータ４０を発電状態から（ｎ参照）、発電（回生）も
駆動（力行）も行なわれないニュートラル状態に移行さ
せ、可動ギヤ８４の第２ギヤ８２からの切り離しがスム
ーズに行なわれるようにする（ｍの手順）。

【００２１】次に、制御ユニットは、アクチュエータ８
６を制御して、可動ギヤ８４を第３ギヤ８３に結合さ
せ、中立状態に移行させる（ｅの手順）。また、この
間、制御ユニットは、アシストモータ４０を駆動状態に
して（ｌ参照）、アシストモータ４０を一定のトルクで
回転数を徐々に上昇させる（ｈ参照）。そして、制御ユ
ニットは、アクチュエータ８６を制御して、可動ギヤ８
４を第３ギヤ８３から切り離し（ｅの手順）、第１ギ
ヤ８１へ結合して、中立状態からアンダードライブ（Ｕ
Ｄ）結合状態に移行させる（ｆの手順）。そして、制
御ユニットは、アシストモータ４０のトルクアップを図
るとともに（ｌ参照）、エンジン５０の回転数が駆動軸
であるアウタロータ軸３５の回転数に一致したら（ｈの
手順）、クラッチモータ３０を駆動状態から発電状態
へと移行させる（ｉおよびｋ参照）。

【００２２】以上のようにして、従来においては、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換
えを行なっていた。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来において
は、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ
の切り換える際に、制御ユニットにおいて、算出した要
求出力が所定の条件を満たし後、駆動軸であるアウタロ
ータ軸３５とエンジン５０の出力軸であるクランクシャ
フト５６との差速が、切換装置８０の切換許容差速範囲
内になるのを確認してから、切換装置８０のアクチュエ
ータ８６を始動していたので、その分、切換時間が長く
なるという問題があった。また、そのため、運転者がア
クセルペダルを踏み込んでから、その踏込量に見合った
トルクが駆動軸であるアウタロータ軸３５から実際に出
力されるまでに、１秒以上もの長い時間がかかってしま
い、運転者にとってレスポンスの悪いものとなってい
た。

【００２４】従って、本発明の目的は、上記した従来技
術の問題点を解決し、オーバードライブ結合からアンダ
ードライブ結合へ切り換える場合に、その切換時間を短
縮することが可能な動力出力装置およびその制御方法を
提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明
の動力出力装置は、出力軸を有するエンジンと、動力を
出力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合
され電力のやりとりによって前記エンジンから出力され
た動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置
と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記
駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可
能な結合手段と、を備えた動力出力装置であって、前記
結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結
合されている場合に、外部から要求された要求出力に基
づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記
駆動軸に結合させるべきか否かを判定する判定手段と、
該判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合さ
せるべきであると判定した場合に、前記結合手段を制御
して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべ
く、前記結合手段の駆動を開始させる切り離し制御手段
と、前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された
場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前
記駆動軸の回転数に合わせ込む同期化手段と、前記電動
機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しく
なった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の
回転軸を前記駆動軸に結合させる結合制御手段と、をさ
らに備えることを要旨とする。

【００２６】従って、本発明の動力出力装置によれば、
判定手段が電動機の回転軸を駆動軸に結合させるべきで
あると判定した場合に、エンジンの出力軸と駆動軸の差
速が切換許容差速範囲内になるのを確認することなく、
直ちに、結合手段の駆動を開始させるため、従来に比較
して、電動機の回転軸の結合状態を切り換える際の切換
時間を短縮することができる。また、電動機の回転軸が
出力軸から切り離された場合に、電動機の回転軸の回転
数を上昇させて、駆動軸の回転数に合わせ込むよう、積
極的に回転数の同期化を図り、できる限り早く、電動機
の回転軸を駆動軸に結合させるようにしているため、さ
らに上記切換時間を短縮することができる。

【００２７】また、本発明の動力出力装置において、前
記判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合さ
せるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御
して、該エンジンから出力される動力を上昇させる動力
上昇手段をさらに備えるようにしても良い。

【００２８】このように、電動機の回転軸の結合先を出
力軸から駆動軸に切り換える際に、エンジンから出力さ
れる動力を上昇させ、そのエンジンから得られたトルク
を動力調整装置を介してそのまま駆動軸に伝達させるこ
とにより、駆動軸においてトルク抜けが生じるのを防ぐ
ことができる。

【００２９】また、本発明の動力出力装置において、ト
ルクと回転数との関係で表される前記動力出力装置の動
作領域を、所定の境界によって分割して、前記電動機の
回転軸を前記出力軸に結合させて動作させるべき第１の
領域と前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させて動
作させるべき第２の領域とを設定する領域設定手段をさ
らに備えると共に、前記決定手段は、前記要求動力から
前記駆動軸の目標動作点を設定する目標動作点設定手段
と、設定した前記駆動軸の目標動作点が前記境界を越え
て前記第２の領域にある場合に、前記電動機の回転軸を
前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきである
と決定する切換決定手段と、を備えることが好ましい。

【００３０】このように、要求出力から駆動軸の目標動
作点を設定し、その設定した目標動作点が境界を越えて
第２の領域にある場合に、電動機の回転軸を駆動軸に結
合させるべきと決定することによって、要求出力に基づ
いて電動機の回転軸を的確に切り換えることができる。

【００３１】本発明における動力調整装置としては種々
の装置を適用可能である。例えば、前記動力調整装置
は、前記出力軸に結合された第１のロータと、前記駆動
軸に結合された第２のロータとを有する対ロータ電動機
を備えるものとすることができる。

【００３２】かかる対ロータ電動機によれば、第１のロ
ータと第２のロータとの電磁的な結合により一方のロー
タから他方のロータに動力を伝達することが可能であ
る。また、両者間の相対的な滑りによって動力の一部を
電力として回生することも可能である。上述の対ロータ
電動機は、これらの２つの作用によって動力調整装置と
して機能することができる。

【００３３】また、前記動力調整装置は、ロータ軸を有
する発電機と、３つの回転軸を有し、該回転軸が前記出
力軸、駆動軸、およびロータ軸にそれぞれ結合されたプ
ラネタリギヤとを備えるものとすることもできる。

【００３４】かかる構成によれば、プラネタリギヤの一
般的な動作に基づいて、出力軸の回転による動力を駆動
軸とロータ軸に分配して伝達することができる。従っ
て、出力軸に入力された動力の一部を駆動軸に伝達する
とともに、ロータ軸に分配された動力を発電機によって
電力として回生することができる。上述の装置は、これ
らの２つの作用によって動力調整装置として機能するこ
とができる。

【００３５】本発明は、以下に示す動力出力装置の制御
方法として構成することもできる。本発明の動力出力装
置の制御方法は、出力軸を有するエンジンと、動力を出
力するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合さ
れ電力のやりとりによって前記エンジンから出力された
動力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置
と、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記
駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可
能な結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であ
って、（ａ）前記結合手段によって前記電動機の回転軸
が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求さ
れた要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出
力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定
する工程と、（ｂ）前記電動機の回転軸を前記駆動軸に
結合させるべきであると判定した場合に、前記結合手段
を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り
離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる工程と、
（ｃ）前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離され
た場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、
前記駆動軸の回転数に合わせ込む工程と、（ｄ）前記電
動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等し
くなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機
の回転軸を前記駆動軸に結合させる工程と、を備えるこ
とを要旨とする。

【００３６】従って、かかる制御方法によれば、上記し
た本発明の動力出力装置と同様に、電動機の回転軸の結
合状態を切り換える際の切換時間を短縮することができ
る。

【００３７】また、本発明の動力出力装置の制御方法に
おいて、（ｅ）前記工程（ａ）にて前記電動機の回転軸
を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合
に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力され
る動力を上昇させる工程をさらに備えるようにしても良
い。

【００３８】従って、かかる制御方法によれば、上記し
た本発明の動力出力装置と同様に、駆動軸においてトル
ク抜けが生じるのを防ぐことができる。

【００３９】以上で説明した本発明は、直接には、動力
出力装置およびその制御方法に適用されている。その
他、そのような動力出力装置を搭載した種々の装置、例
えば、ハイブリッド車両として本発明を構成することも
可能である。

【００４０】

【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は本発明の一実施例として
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
を示す構成図である。なお、前述の図１２に示した構成
要素と同一のものには、同一の符号を付してある。

【００４１】本実施例の動力出力装置１０は、動力系統
であるエンジン５０およびハイブリッドユニット２０
と、制御系統である燃料噴射制御ユニット（以下、ＥＦ
ＩＥＣＵと言う）と、制御ユニット９０と、を主として
備えている。

【００４２】これらのうち、動力系統であるエンジン５
０は、通常のガソリンエンジンであり、出力軸であるク
ランクシャフト５６を回転させる。

【００４３】エンジン５０の運転は、制御系統であるＥ
ＦＩＥＣＵ７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ７
０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、主に、エンジン５０の燃料
噴射量、吸排気バルブの進角制御、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、ＥＦＩＥＣＵ
７０には、燃料噴射弁５１，スロットルバルブ５３の開
度を制御するスロットルバルブモータ５４，あるいは吸
排気バルブ（図示せず）の開閉タイミングを制御するＶ
ＶＴ５７などが設けられている。また、ＥＦＩＥＣＵ７
０には、これらの制御を行なうために必要なセンサであ
って、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。その一つとしてクランクシャフト５６の
回転数を検出する回転数センサ５２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。

【００４４】エンジン５０のクランクシャフト５６と、
車輪２６を駆動するための動力を出力する伝達軸２２と
の間には、図１２の場合と同様に、ハイブリッドユニッ
ト２０が配設されている。ハイブリッドユニット２０内
には、主として、対ロータ電動機であるクラッチモータ
３０と、電動機であるアシストモータ４０と、そのアシ
ストモータ４０のロータ軸４３の結合先を選択的に切り
換える切換装置８０と、が設けられている。

【００４５】これらのうち、クラッチモータ３０は、基
本的には永久磁石を用いた同期電動機として構成されて
いるが、磁界を発生させる三相コイルが巻回された部材
が、ケースに固定されたいわゆるステータではなく、回
転可能なロータとして構成されている点で通常の電動機
と異なる。即ち、クラッチモータ３０では、図１２で述
べたとおり、通常の電動機におけるロータに相当するイ
ンナロータ３２のみならず、三相コイル３６が巻回され
たアウタロータ３４も、自由に回転することができる。
このように構成された電動機を前述したように対ロータ
電動機と呼ぶ。このような対ロータ電動機では、三相コ
イル３６が設けられたアウタロータ３４も回転するか
ら、回転するコイル３６に対して電力を供給するための
機構が必要になる。本実施例では、この機構としてスリ
ップリング３８を設けて、三相コイル３６への電力を供
給しているが、スリップリング３８に代えて、差動トラ
ンスなど、他の構成を用いることも可能である。クラッ
チモータ３０では、インナロータ３２に備えられた永久
磁石による磁界とアウタロータ３４に備えられた三相コ
イル３６によって形成される磁界との相互作用により、
両者は相対的に回転する。なお、かかる作用は、可逆的
なものなので、クラッチモータ３０を発電機として動作
させ、両ロータの回転数差に応じた電力を、クラッチモ
ータ３０から回生することもできる。

【００４６】また、図１２の場合と同様に、クラッチモ
ータ３０のインナロータ３２には、インナロータ軸３３
が結合されており、アウタロータ３４には、駆動軸であ
るアウタロータ軸３５が結合されている。インナロータ
軸３３は、図示しないダンパを介してクランクシャフト
５６に結合されている。アウタロータ軸３５は、出力用
ギヤ２１，チェーン２３を介して伝達軸２２に結合され
ている。この伝達軸２２は、更に減速機２４およびディ
ファレンシャルギヤ２５を介して、駆動輪２６Ｒ，２６
Ｌを備えた車軸２６に結合されている。

【００４７】クラッチモータ３０はインナロータ３２と
アウタロータ３４の双方が回転可能であるため、インナ
ロータ軸３３およびアウタロータ軸３５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３０自体では、トルクは作用・反作用の関係にある
ため変えられないが、クラッチモータ３０を電動機とし
て力行運転すれば他方の軸の回転数は高くなり、結果的
に他方の軸から出力する動力（＝回転数×トルク）は高
くなる。クラッチモータ３０を発電機として回生運転す
れば他方の軸の回転数は低くなり、回転数差に対応した
電力（＝回転数差×トルク）が取り出される。即ち、ク
ラッチモータ３０を用いることで、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なわなければ、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ことから、この対ロータ電動
機を、クラッチモータと呼ぶのである。

【００４８】一方、ハイブリッドユニット２０内に設け
らているアシストモータ４０も、クラッチモータ３０と
同様に、永久磁石を用いた同期電動機として構成されて
おり、本実施例では、ロータ４２側に永久磁石が、ステ
ータ４４側に三相コイル４６が、それぞれ設けられてい
る。図１２の場合と同様に、アシストモータ４０のステ
ータ４４はケースに固定され、ロータ４２は中空のロー
タ軸４３に結合されている。中空のロータ軸４３の軸中
心は、クランクシャフト５６に結合されたインナロータ
軸３３が貫通している。

【００４９】上述したクラッチモータ３０およびアシス
トモータ４０を駆動するために、バッテリ９４に接続さ
れた第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２が設
けられている。第１の駆動回路９１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９０と電気的に接続
されている。制御ユニット９０が第１の駆動回路９１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９４とクラッチモータ３０のアウタロータ３４
に巻回された三相コイル３６との間には、両者に接続さ
れた第１の駆動回路９１およびスリップリング３８を介
して、三相交流が流れる。この三相交流によりアウタロ
ータ３４には回転磁界が形成され、クラッチモータ３０
の回転は制御される。この結果、バッテリ９４の電力を
用いてクラッチモータ３０を力行する動作や、あるいは
クラッチモータ３０から回生する電力をバッテリ９４に
蓄える動作などを行なうことができる。

【００５０】他方、アシストモータ４０は、第２の駆動
回路９２を介してバッテリ９４に接続されている。第２
の駆動回路９２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９０に接続されて、その制御を
受けて動作する。制御ユニット９０の制御信号により駆
動回路９２のトランジスタをスイッチングすると、ステ
ータ４４に巻回された三相コイル４６に三相交流が流れ
て回転磁界を生じ、アシストモータ４０は回転する。ア
シストモータ４０も、回生動作を行なうことができるこ
とは勿論である。

【００５１】また、ハイブリッドユニット２０内に設け
られている切換装置８０は、シンクロナイズドギヤであ
って、アシストモータ４０のロータ軸４３を、クラッチ
モータ３０のアウタロータ軸３５およびインナロータ軸
３３のうち、何れか一方の軸に結合させるか、あるいは
何れの軸にも結合させない状態にするかを切り換えるも
のである。なお、この切換装置８０の構成およびその動
作については、図１２の場合と同様であるので、説明は
省略する。

【００５２】制御ユニット９０は、ハイブリッド車両の
走行状態に応じて、後述するように、切換装置８０を制
御して、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合先を
切り換える。これにより、アシストモータ４０のロータ
軸４３が、駆動軸であるクラッチモータ３０のアウタロ
ータ軸３５に結合された場合は、図１３に示したような
アンダードライブ結合となり、アシストモータ４０のロ
ータ軸４３がクラッチモータ３０のインナロータ軸３３
に、延いてはエンジン５０の出力軸であるクランクシャ
フト５６に結合された場合は、図１４に示したようなオ
ーバードライブ結合になる。

【００５３】なお、本実施例において用いられる切換装
置８０は、複数のクラッチにより構成することも可能で
ある。つまり、第１ないし第３ギヤ８１〜８３と可動ギ
ヤ８４との組み合わせに代えて、アウタロータ軸３５と
ロータ軸４３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３３とロータ軸４３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、スプライン８５を設ける必要はない。

【００５４】本実施例において、ハイブリッド車両の運
転状態は制御ユニット９０により制御されている。制御
ユニット９０もＥＦＩＥＣＵ７０と同様、内部にＣＰ
Ｕ、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９０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９０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６５の踏
み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセ
ンサ６５ａや、シフトレバー６６のポジションを検出す
るためのシフトポジションセンサ６６ａの他、図示して
はいないアウタロータ軸３５の回転数を検出する回転数
センサや、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数
を検出する回転数センサなどがある。

【００５５】制御ユニット９０は、ＥＦＩＥＣＵ７０と
も通信回線により接続されており、ＥＦＩＥＣＵ７０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９０からエンジン５０の制御に必要な情報
をＥＦＩＥＣＵ７０に出力することにより、エンジン５
０を間接的に制御することができる。逆にエンジン５０
の回転数などの情報をＥＦＩＥＣＵ７０から入力するこ
ともできる。

【００５６】図１に示す動力出力装置１０は、エンジン
１５０から出力された動力を電力のやりとりによって増
減して伝達する動力調整装置として、クラッチモータ３
０を適用しており、動力の分配をそのクラッチモータ３
０のインナロータ３２とアウタロータ３４との滑りによ
り実現する。エンジン５０からの動力の一部は、クラッ
チモータ３０を介して駆動軸であるアウタロータ軸３５
に機械的な形態で直接出力され、一部は、二つのロータ
３２，３４の滑り回転によりクラッチモータ３０から電
力の形態で取り出される。電気的に取り出されたエネル
ギは、バッテリ９４に蓄積することもできるし、もう一
つのモータであるアシストモータ４０に出力し、駆動軸
であるアウタロータ軸３５のトルクアップに用いること
もできる。即ち、この動力出力装置１０は、動力を出力
するエンジン５０、滑り回転により動力をやり取りする
クラッチモータ３０、力行・回生可能なアシストモータ
４０の三者により、駆動軸であるアウタロータ軸３５に
出力する動力を自由に制御することができるのである。

【００５７】（２）一般的動作：次に、本実施例の動力
出力装置の一般的動作として、エンジン５０から出力さ
れた動力を要求された回転数およびトルクに変換して駆
動軸であるアウタロータ軸３５に出力する動作について
説明する。本実施例の動力出力装置１０では、エンジン
５０の回転数Ｎｅとアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄと
の大小関係、およびアシストモータ４０のロータ軸４３
の結合状態に応じて、上記変換の経路が異なる。

【００５８】最初にアンダードライブ結合（図１３）に
おいて、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄ
がエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい場合について
説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図２に示
す。図２は、横軸に回転数Ｎ、縦軸にトルクＴを採り、
エンジン５０の動作点Ｐｅとアウタロータ軸３５の動作
点Ｐｄを示した図である。図２中の曲線Ｐは動力、つま
り回転数とトルクの積が一定の曲線である。回転数Ｎ
ｅ、トルクＴｅでエンジン５０から出力された動力Ｐｅ
を、Ｎｅよりも低い回転数Ｎｄ、Ｔｅよりも高いトルク
Ｔｄの動力Ｐｄに変換してアウタロータ軸３５から出力
する場合を考える。

【００５９】図２に示した変換を行う場合、アウタロー
タ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅより
も小さい。クラッチモータ４０はアウタロータが回転数
Ｎｄで回転し、インナロータがそれよりも高い回転数Ｎ
ｅで回転するから、クラッチモータ３０は、相対的に逆
転することになり、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃは
負の値となる。クラッチモータ３０のトルクＴｃは作用
・反作用の原理からエンジン５０の出力トルクＴｅと等
しく、正の値である。つまり、クラッチモータ３０はエ
ンジン５０から出力された動力の一部を駆動軸であるア
ウタロータ軸３５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ＮｃとトルクＴｃの積に等
しく、図２中のハッチングを施した領域ＧＵ１の面積に
等しい。

【００６０】一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄは
エンジン５０のトルクＴｅよりも大きい。従って、アシ
ストモータ４０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４０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４
０の回転数とトルクの積に等しく、図２中のハッチング
を施した領域ＡＵ１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３０で回
生される電力とアシストモータ４０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３０で領域ＧＵ
１に相当する分のエネルギを電力の形で取り出し、領域
ＡＵ１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５０の動作点Ｐｅで表される動力を、動作点
Ｐｄの状態に変換する。実際には運転効率が１００％に
なることはないため、バッテリ９４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５０から
余分に出力したりして、上記変換を実現する。かかる変
換では、上流側に位置するクラッチモータ３０で回生さ
れた電力が下流側に位置するアシストモータ４０に供給
される。

【００６１】次に、アンダードライブ結合において、駆
動軸であるアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン
５０の回転数Ｎｅよりも高い場合について説明する。か
かる場合のトルクの変換の様子を図３に示した。図３に
示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎ
ｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きい。従って、
クラッチモータ３０は、正の回転数Ｎｃ、正のトルクＴ
ｃで回転する。つまり、クラッチモータ３０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３０の回転数とトルクの積に等しく、図３
中のハッチングを施した領域「ＧＵ２＋ＧＵ３」の面積
に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエ
ンジン５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、アシス
トモータ４０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４０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４０の回転数とトル
クの積に等しく、図３中のハッチングを施した領域「Ａ
Ｕ２＋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、アシストモータ４０で回生さ
れる電力とクラッチモータ３０に供給される電力とが等
しくなる。かかる変換では、下流側に位置するアシスト
モータ４０で回生された電力が上流側に位置するクラッ
チモータ３０に供給され、そのクラッチモータ３０に供
給された電力が、再び機械的な動力として下流側に位置
するアシストモータ４０に供給されるため、動力の循環
が生じる。動力の循環が生じると、エンジン５０から出
力された動力のうち、有効に駆動軸であるアウタロータ
軸３５に伝達される動力が低減するため、動力出力装置
１０の運転効率は低下する。

【００６２】アンダードライブ結合において、上述の変
換を実現するための、アシストモータ４０およびクラッ
チモータ３０の動作点は、それぞれ以下の通りとなる。

【００６３】 クラッチモータ３０の回転数Ｎｃ＝Ｎｄ−Ｎｅ； トルクＴｃ＝Ｔｅ； アシストモータ４０の回転数Ｎａ＝Ｎｄ； トルクＴａ＝Ｔｄ−Ｔｅ；・・・（１）

【００６４】次に、オーバードライブ結合の場合（図１
４）において、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転
数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい場合に
ついて説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図
４に示した。図４に示した変換を行う場合、アウタロー
タ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅより
も小さい。従って、クラッチモータ３０は、負の回転数
Ｎｃ、正のトルクＴｃで回転する。つまり、クラッチモ
ータ３０は回生運転される。このとき、回生される電力
はクラッチモータ３０の回転数とトルクの積に等しく、
図４中のハッチングを施した領域「ＧＯ１＋ＧＯ２」の
面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄ
はエンジン５０のトルクＴｅよりも大きい。従って、ア
シストモータ４０は正のトルク、正の回転数で運転され
る。このとき、供給される電力はクラッチモータ３０の
回転数とトルクの積に等しく、図４中のハッチングを施
した領域「ＧＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。一方、ア
ウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルク
Ｔｅよりも小さい。従って、アシストモータ４０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４０は電力の供給を受けて力行される。このとき、
供給される電力はアシストモータ４０の回転数とトルク
の積に等しく、図４中のハッチングを施した領域「ＡＵ
１＋ＧＵ２」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３０で回生され
る電力とアシストモータ４０に供給される電力とが等し
くなる。かかる変換では、下流側に位置するクラッチモ
ータ３０で回生された電力が上流側に位置するアシスト
モータ４０に供給されるため、この場合も動力の循環が
生じ、動力出力装置１０の運転効率は低下する。

【００６５】次に、オーバードライブ結合の場合におい
て、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエ
ンジン５０の回転数Ｎｅよりも高い場合について説明す
る。かかる場合におけるトルクの変換の様子を図５に示
す。図５に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５
の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大き
い。従って、クラッチモータ３０は、正の回転数Ｎｃ、
正のトルクＴｃで回転する。つまり、クラッチモータ３
０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３０の回転数とトルクの積に
等しく、図５中のハッチングを施した領域「ＧＯ３」の
面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄ
はエンジン５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、ア
シストモータ４０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４０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４０の回転数と
トルクの積に等しく、図５中のハッチングを施した領域
「ＡＯ２」の面積に等しい。両モータでの運転効率を１
００％と仮定すれば、アシストモータ４０で回生される
電力とクラッチモータ３０に供給される電力とが等しく
なる。かかる変換では、上流側に位置するアシストモー
タ４０で回生された電力が下流側に位置するクラッチモ
ータ３０に供給される。

【００６６】オーバードライブ結合において、上述の変
換を実現するための、アシストモータ４０およびクラッ
チモータ３０の運転ポイントは、次の通りとなる。

【００６７】 クラッチモータ３０の回転数Ｎｃ＝Ｎｄ−Ｎｅ； トルクＴｃ＝Ｔｄ； アシストモータ４０の回転数Ｎａ＝Ｎｅ； トルクＴａ＝Ｔｄ−Ｔｅ； ・・・（２）

【００６８】以上で説明した通り、本実施例の動力出力
装置１０は、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合
状態、およびアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄとエンジ
ン５０の回転数Ｎｅとの大小関係に応じて、エンジン５
０から出力された動力を要求された回転数およびトルク
からなる動力に変換して、駆動軸であるアウタロータ軸
３５から出力することができる。

【００６９】しかし、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄ
がエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きいオーバードラ
イブ動作時に、アンダードライブ結合で動作させると、
動力の循環が生じ、車両の運転効率が低下する。また、
アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転
数Ｎｅよりも小さいアンダードライブ動作時に、オーバ
ードライブ結合で動作させると、同様に、動力の循環が
生じ、車両の運転効率が低下する。そこで、本実施例で
は、運転効率を向上させるために、基本的に、アウタロ
ータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよ
りも大きいオーバードライブ動作時には、オーバードラ
イブ結合となるように、アウタロータ軸３５の回転数Ｎ
ｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さいアンダード
ライブ動作時には、アンダードライブ結合となるよう
に、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を制
御する。

【００７０】図６は図１の動力出力装置の動作領域と基
本的にオーバードライブ結合とする領域とアンダードラ
イブ結合とする領域とを示す説明図である。図６におい
て、縦軸はトルクであり、横軸は回転数である。

【００７１】また、曲線ＬＩＭは、本実施例の動力出力
装置１０の最大出力線である。従って、トルク軸である
縦軸と回転数軸である横軸とこの曲線ＬＩＭとで囲まれ
る領域が、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点の
採り得る範囲、即ち、動力出力装置１０の動作領域であ
る。なお、動作点はトルクと回転数の組み合わせとして
表現される。

【００７２】曲線Ｌ１はエンジン５０の目標動作点を決
定する際に用いる動作線である。この動作線Ｌ１は、エ
ンジン５０の効率が最高となる動作線であり、この動作
線Ｌ１に従ってエンジン５０の目標動作点を決定する
と、エンジン５０の燃費は最適となる。なお、実際に
は、この動作線は、制御ユニット９０内のＲＯＭにマッ
プとして記憶されている。

【００７３】また、一般に、エンジン５０の動作線は、
エンジン５０の回転数Ｎｅと駆動軸であるアウタロータ
軸３５の回転数Ｎｄが等しくなる境界となる。従って、
本実施例では、基本的に、動作線Ｌ１よりもトルクが低
い側の領域では、アシストモータ４０のロータ軸４３の
結合状態をオーバードライブ結合にして動作させ、動作
線Ｌ１よりもトルクが高い側の領域では、アンダードラ
イブ結合にして動作させるようにしている。なお、以
下、動作線Ｌ１よりもトルクが低い側の領域をオーバー
ドライブ領域と呼び、動作線Ｌ１よりもトルクが高い側
の領域をアンダードライブ領域と呼ぶ。

【００７４】曲線ＤＯは、駆動軸であるアウタロータ軸
３５の動作点の軌跡である。この曲線ＤＯは、例えば、
車両を定常走行させている場合に、運転者がアクセルを
踏み込み、駆動軸であるアウタロータ軸３５からの出力
トルクを増加して、車両を加速させる場合の軌跡であ
る。

【００７５】その他、曲線ＤＤは、走行抵抗０％を表す
曲線であり、曲線Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ、動力が或る
一定値となる曲線である。

【００７６】ここで、オーバードライブ結合時およびア
ンダードライブ結合時における、エンジン５０、アシス
トモータ４０、クラッチモータ３０に対する一般的な制
御動作について簡単に説明する。

【００７７】図１に示す制御ユニット９０は、まず、駆
動軸であるアウタロータ軸３５から出力すべき要求出
力、充放電電力および補機駆動エネルギをそれぞれ算出
し、それらを加算して、エンジン５０に対する要求動力
を設定する。ここで、駆動軸であるアウタロータ軸３５
から出力すべき要求出力は、運転者から要求された、ア
ウタロータ軸３５から出力すべき動力に相当し、アウタ
ロータ軸３５の目標回転数と目標トルクの積で表され
る。この要求出力は、後述するように、アクセルペダル
ポジションセンサ６５ａにより検出されたアクセルペダ
ル６５の踏込量に基づいて設定される。また、充放電電
力とは、バッテリ９４の充放電に要するエネルギであ
り、バッテリ９４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
動エネルギとは、エアコンなどの補機（図示せず）を駆
動するために必要となる電力である。

【００７８】次に、制御ユニット９０は、こうして設定
された要求動力に基づいて、エンジン５０の目標動作点
を設定する。この目標動作点は、前述したエンジン５０
の動作線に対応したマップに従って、エンジン５０の運
転効率を優先して設定される。

【００７９】次に、制御ユニット９０は、クラッチモー
タ３０およびアシストモータ４０の目標動作点を設定す
る。これらの目標動作点（即ち、目標回転数と目標トル
クの組み合わせ）は、オーバードライブ結合時か、アン
ダードライブ結合時かに応じて、先に示した式（１），
（２）に従い設定される。

【００８０】以上のようにして設定された目標トルクお
よび目標回転数に基づいて、制御ユニット９０は、クラ
ッチモータ３０、アシストモータ４０、エンジン５０の
動作を制御する。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９
１，９２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。

【００８１】制御ユニット９０は、駆動回路９１，９２
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３０およびアシストモータ４０の動作を
直接制御する。これに対し、エンジン５０の動作制御
は、実際には、ＥＦＩＥＣＵ７０が実施する処理であ
る。従って、制御ユニット９０は、ＥＦＩＥＣＵ７０に
対してエンジン５０の目標動作点の情報を出力すること
で、間接的にエンジン５０の動作を制御する。

【００８２】以上の処理を周期的に実行することによ
り、本実施例の動力出力装置１０は、エンジン５０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、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力すること
ができる。

【００８３】（３）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換時の制御：次に、アシストモータ
４０のロータ軸４３の結合状態をオーバードライブ結合
からアンダードライブ結合に切り換える際の動作につい
て、説明する。

【００８４】図７は図１の動力出力装置１０におけるオ
ーバードライブ結合からアンダードライブ結合への切換
時の制御の処理手順を示すフローチャートである。な
お、この処理ルーチンは、制御ユニット９０のＣＰＵ
が、ＲＯＭ内に記憶されている処理プログラムに従って
動作することによって実行される。

【００８５】ここでは、駆動軸であるアウタロータ軸３
５の動作点が図６の曲線ＤＯに沿って移動する際に、オ
ーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換
わる場合を例として説明する。例えば、車両が走行抵抗
０％で定常走行していて、アウタロータ軸３５の動作点
が、今、曲線ＤＯ上の点ｄ１にあるものとする。従っ
て、アウタロータ軸３５の動作点はオーバードライブ領
域にあるため、アシストモータ４０のロータ軸４３の結
合状態はオーバードライブ結合となっている。また、エ
ンジン５０の動作点は、動作線Ｌ１上の点ｅ１にあるも
のとする。

【００８６】従って、アシストモータ４０のロータ軸４
３の結合状態はオーバードライブ結合となっているた
め、制御ユニット９０は、エンジン５０、アシストモー
タ４０、クラッチモータ３０に対し、前述したようなオ
ーバードライブ結合時の制御処理を行なうことになる
（ステップＳ１０２）。

【００８７】続いて、制御ユニット９０は、アクセルペ
ダルポジションセンサ６５ａにより検出されたアクセル
ペダル６５の踏込量に基づいて、駆動軸であるアウタロ
ータ軸３５から出力すべき要求出力を求め、その要求出
力からさらにアウタロータ軸３５の目標動作点を決定す
る（ステップＳ１０４）。

【００８８】次に、制御ユニット９０は、決定したアウ
タロータ軸３５の目標動作点がアンダードライブ領域に
あるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。従って、
運転者が未だアクセルペダル６５を踏み込んでおらず、
アウタロータ軸３５の目標動作点がまだオーバードライ
ブ領域にある場合には、再びステップＳ１０２に戻っ
て、制御ユニット９０は、上記したのと同様の処理を繰
り返す。しかし、運転者がアクセルペダル６５を踏み込
んで、アウタロータ軸３５の目標動作点がエンジン５０
の動作線Ｌ２を越えアンダードライブ領域にある場合に
は、制御ユニット９０は、ステップＳ１０８以降の処理
を実行する。

【００８９】例えば、ステップＳ１０４で決定したアウ
タロータ軸３５の目標動作点が点ｅ３であるすると、点
ｅ３はアンダードライブ領域にあるので、処理はステッ
プＳ１０８に進み、制御ユニット９０は、図８に示すよ
うなオーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ
の切換処理ルーチンを開始する（ステップＳ１０８）。

【００９０】図８は図７における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換処理ルーチンを示す
フローチャート、図９は図１の動力出力装置１０におけ
るエンジン５０、アシストモータ４０及び駆動軸である
アウタロータ軸３５の回転数の時間変化を示すタイミン
グチャートである。図９において、縦軸は回転数であ
り、横軸は時間である。また、曲線ＥＲがエンジン５０
の回転数の、曲線ＡＲがアシストモータ４０の回転数
の、曲線ＤＲが駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転
数の、それぞれ時間変化を示している。なお、図９で
は、タイミングｔ０において、運転者がアクセルペダル
６５を踏み込んだものとし、このタイミングｔ０を横軸
に示す時間の原点としている。従って、図９における点
ｅ１，ｄ１はそれぞれ図６に示した点ｅ１，ｄ１と対応
している。

【００９１】図８に示す切換処理ルーチンが開始される
と、制御ユニット９０は、図９に示すタイミングｔ１
で、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ
の切換指令を出し（ステップＳ２０２）、これにより、
制御ユニット９０は、直ちに、切換装置８０のアクチュ
エータ８６を始動する（ステップＳ２０４）。そして、
制御ユニット９０は、アクチュエータ８６を制御して、
タイミングｔ２で、アシストモータ４０のロータ軸４３
をエンジン５０のクランクシャフト５６から切り離す
（ステップＳ２０６）。具体的には、切換装置８０にお
いて、アクチュエータ８６を駆動して、図１中の位置ｃ
にある可動ギヤ８４を位置ｂに向かって移動させ、可動
ギヤ８４の第２ギヤ８２との噛合を外すことによって行
なわれる。

【００９２】これによって、エンジン５０のクランクシ
ャフト５６と同じ回転数で回転していたアシストモータ
４０のロータ軸４３は、クランクシャフト５６との結合
から解放され、独自に自由に回転することが可能とな
る。

【００９３】そこで、次に、制御ユニット９０は、駆動
回路９２を介して、アシストモータ４０を制御して、ア
シストモータ４０の回転を加速させ、アシストモータ４
０のロータ軸４３の回転数を上昇させる。そして、アシ
ストモータ４０のロータ軸４３の回転数を駆動軸である
アウタロータ軸３５の回転数に合わせ込むように、回転
数の同期化を図る（ステップＳ２０８）。これによっ
て、図９の曲線ＡＲで示すように、アシストモータ４０
のロータ軸４３の回転数は、エンジン５０のクランクシ
ャフト５６の回転数から離れて、駆動軸であるアウタロ
ータ軸３５の回転数に向かって上昇する。

【００９４】回転数の同期化は、例えば、次のようにし
て行なう。制御ユニット９０は、まず、アシストモータ
４０の目標動作点（即ち、目標トルクと目標回転数の組
み合わせ）を設定するに当たり、図示せざる回転数セン
サからアシストモータ４０のロータ軸４３の回転数とア
ウタロータ軸３５の回転数をそれぞれ検出し、その検出
したロータ軸４３の回転数がアウタロータ軸３５の回転
数に近づくように、アシストモータ４０の目標トルクと
目標回転数を設定する。そして、制御ユニット９０は、
その設定したアシストモータ４０の目標動作点に基づい
て、アシストモータ４０の動作を制御する。

【００９５】次に、制御ユニット９０は、アシストモー
タ４０のロータ軸４３の回転数が駆動軸であるアウタロ
ータ軸３５の回転数に一致したかどうかを判定し（ステ
ップＳ２１０）、一致していなければ、一致するまで、
回転数の同期化処理を継続する。

【００９６】その後、ロータ軸４３の回転数がアウタロ
ータ軸３５の回転数に一致した場合には、制御ユニット
９０は、アクチュエータ８６を制御して、タイミングｔ
３で、アシストモータ４０のロータ軸４３を駆動軸であ
るアウタロータ軸３５に結合させる（ステップＳ２１
２）。具体的には、切換装置８０において、アクチュエ
ータ８６を駆動して、図１中の位置ｂにある可動ギヤ８
４を位置ａに向かって移動させ、可動ギヤ８４を第１ギ
ヤ８１に噛合させることによって行なわれる。このと
き、ロータ軸４３の回転数はアウタロータ軸３５の回転
数に一致しているので、切換装置８０において、可動ギ
ヤ８４と第１ギヤ８１との差速はほぼゼロであり、当然
に切換許容差速範囲内にあり、従って、両者の間で大き
な磨耗を生じる恐れはない。こうして、アシストモータ
４０のロータ軸４３をアウタロータ軸３５に結合させる
ことにより、結合状態はアンダードライブ結合となる。
図９において、この結合の行なわれた点ｄ２は、図６に
おける曲線ＤＯ上の点ｄ２に対応する。

【００９７】その後、制御ユニット９０は、アクチュエ
ータ８６を介して、確実にアンダー結合状態になってい
るかを確認した上で（ステップＳ２１４）、駆動軸であ
るアウタロータ軸３５から、ステップＳ１０４で決定し
た目標トルクが出力されるように、アシストモータ４０
の目標トルクを算出し（ステップＳ２１６）、駆動回路
９２を介してアシストモータ４０を制御して、アシスト
モータ４０から、算出した目標トルクを出力させる（ス
テップＳ２１８）。具体的には、アンダードライブ結合
の場合、アシストモータ４０のトルクＴａは、前述の式
（１）に示すように、駆動軸であるアウタロータ軸３５
のトルクＴｄとエンジン５０のトルクＴａとの差である
ため（Ｔａ＝Ｔｄ−Ｔｅ）、アウタロータ軸３５の目標
トルクからエンジン５０のトルク分を差し引いたもの
を、アシストモータ４０の目標トルクとして設定するよ
うにすれば良い。

【００９８】以上のようにして、制御ユニット９０によ
る切換装置８０及びアシストモータ４０に対する制御処
理は行なわれる。

【００９９】ここで、アシストモータ４０に対する制御
シーケンスについて、さらに詳しく説明する。図１０は
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
換時のアシストモータ４０に対する制御シーケンスを示
すタイミングチャートである。図１０において、縦軸は
アシストモータ４０に対する制御内容を示し、横軸は時
間を示している。なお、横軸に示す時間は、図９に示し
たそれと完全に対応しており、タイミングｔ０〜ｔ３は
図９で述べたものと同じである。

【０１００】まず、運転者がアクセルペダル６５を踏み
込み、制御ユニット９０が切換指令を出すまでは、制御
ユニット９０は、アシストモータ４０に対しオーバード
ライブ結合時の制御を行なっている（制御内容１）。こ
れにより、アシストモータ４０は、前述したとおり、発
電状態（回生状態）となって、負のトルクを出力してい
る。そこで、制御ユニット９０は、切換指令を出した後
に、アシストモータ４０に対し、まず、出力しているト
ルクをゼロにするように制御する（制御内容２）。

【０１０１】しかしながら、アシストモータ４０からの
トルクをゼロにしても、アシストモータ４０自体、引き
ずりトルクを持っているため、制御ユニット９０は、ア
シストモータ４０に対して、次に、この引きずりトルク
をキャンセルするように、引きずりトルクと逆向きのト
ルクをわずかに発生させる（制御内容３）。これによ
り、アシストモータ４０のロータ軸４３はエンジン５０
のクランクシャフト５６に対し何らトルクを受けも加え
もしていないので、切換装置８０において、可動ギヤ８
４の第２ギヤ８２との噛合を外す際に、スムーズに外す
ことができる。

【０１０２】こうして、アシストモータ４０のロータ軸
４３がエンジン５０のクランクシャフト５６から切り離
されると、制御ユニット９０は、アシストモータ４０に
対して、前述したように、加速及び同期化を行なうよう
に制御する（制御内容４）。その後、アシストモータ４
０のロータ軸４３の回転数が駆動軸であるアウタロータ
軸３５の回転数に近づいて来たら、制御ユニット９０
は、アシストモータ４０を制御して、アシストモータ４
０から出力されるトルクを再びゼロにする（制御内容
５）。このようにアシストモータ４０のロータ軸４３に
生じるトルクをゼロにすることにより、その後、アシス
トモータ４０のロータ軸４３の回転数がアウタロータ軸
３５の回転数と一致し、切換装置８０において可動ギヤ
８４を第１ギヤ８１に噛合する際に、両者の間に無理な
力が加わって破損が生じたりすることがないようにする
ことができる。

【０１０３】こうして、アシストモータ４０のロータ軸
４３が駆動軸であるアウタロータ軸３５に結合される
と、制御ユニット９０は、アシストモータ４０に対し、
アンダードライブ結合時の制御を行なう（制御内容
６）。

【０１０４】以上のように、アシストモータ４０を制御
することによって、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換を支障なく、スムーズに行なうこ
とができる。

【０１０５】さて、一方、以上のような切換装置８０及
びアシストモータ４０に対する制御処理に並行して、制
御ユニット９０は、エンジン５０及びクラッチモータ３
０に対しても、次のような制御処理を行なう。

【０１０６】即ち、制御ユニット９０は、まず、エンジ
ン５０を制御して、エンジン５０から出力される動力を
上昇させる（ステップＳ２２０）。具体的には、エンジ
ン５０に対する要求動力を増加させて、その増加した要
求動力に基づいてエンジン５０の目標動作点を設定する
ようにする。こうして、エンジン５０からの動力を上昇
させることにより、エンジン５０は吹き上がり、エンジ
ン５０の回転数は図９に示すように上昇する。そして、
ついには、エンジン５０の回転数は、交点ｅｄで駆動軸
であるアウタロータ軸３５の回転数を上回り、実質的に
アンダードライブ動作状態となる。なお、図９における
交点ｅｄは、図６における交点ｅｄと対応している。

【０１０７】次に、制御ユニット９０は、クラッチモー
タ３０の目標トルクを算出し（ステップＳ２２２）、駆
動回路９１を介してクラッチモータ３０を制御して、ク
ラッチモータ３０から、算出した目標トルクを出力させ
る（ステップＳ２２４）。この場合、クラッチモータ３
０の目標トルクＴｃ＊は、次の式（３）に従って算出す
る。

【０１０８】 Ｔｃ＊＝Ｔｅ＋｛（Ｎｅ−Ｎｅｉｎｉ）・（Ｔｅ＊−Ｔｃｉｎｉ）／（Ｎｄｉｎ ｉ−Ｎｅｉｎｉ）｝； ・・・（３）

【０１０９】但し、Ｔｅはエンジン５０の現在のトル
ク、Ｎｅはエンジン５０の現在の回転数、Ｎｅｉｎｉは
切換指令発生時のエンジン５０のトルク、Ｔｅ＊はエン
ジン５０の目標トルク、Ｔｃｉｎｉは切換指令発生時の
クラッチモータ３０のトルクである。

【０１１０】このように、式（３）に従ってクラッチモ
ータ３０の目標トルクＴｃ＊を算出することにより、ク
ラッチモータ３０から出力されるトルクＴｃはエンジン
５０から出力されるトルクＴｅに次第に近づき、最終的
に、そのトルクＴｅと等しくなる（ステップＳ２２
６）。

【０１１１】こうして、制御ユニット９０により並行し
て行なわれる切換装置８０およびアシストモータ４０に
対する制御処理と、エンジン５０およびクラッチモータ
３０に対する制御処理がそれぞれ終了したら、図７に示
す処理ルーチンに戻る。そして、アシストモータ４０の
ロータ軸４３の結合状態はアンダードライブ結合となっ
ているため、制御ユニット９０は、エンジン５０、アシ
ストモータ４０、クラッチモータ３０に対し、前述した
ようなアンダードライブ結合時の制御処理を行なうこと
になる（ステップＳ１１０）。

【０１１２】アシストモータ４０のロータ軸４３の結合
状態をオーバードライブ結合からアンダードライブ結合
に切り換える際には、以上説明したようにして、制御処
理が行なわれる。

【０１１３】従って、本実施例によれば、制御ユニット
９０は、運転者がアクセルペダル６５を踏み込んで、駆
動軸であるアウタロータ軸３５の目標動作点がエンジン
５０の動作線Ｌ２を越えアンダードライブ領域にある
と、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ
の切換指令を出し、直ちに、切換装置８０のアクチュエ
ータ８６を始動して、アシストモータ４０のロータ軸４
３をエンジン５０のクランクシャフト５６から切り離す
ので、従来に比較して切換時間を短縮することができ
る。つまり、従来においては、制御ユニット９０は、駆
動軸であるアウタロータ軸３５とエンジン５０の出力軸
であるクランクシャフト５６との差速が切換許容差速範
囲内になったことを確認してから、切換装置８０のアク
チュエータ８６を始動していたが、本実施例では、その
ような確認をすることなく直ちに、アクチュエータ８６
を始動するので、その分、切換時間が短くなる。

【０１１４】また、本実施例によれば、制御ユニット９
０は、アシストモータ４０のロータ軸４３をエンジン５
０のクランクシャフト５６から切り離すと、アシストモ
ータ４０の回転を加速させ、ロータ軸４３の回転数を駆
動軸であるアウタロータ軸３５の回転数に合わせ込むよ
うに、回転数の同期化を図るため、従来に比べて、さら
に切換時間を短くすることができる。つまり、従来にお
いては、制御ユニットは、アシストモータ４０のロータ
軸４３をエンジン５０のクランクシャフト５６から切り
離した後、アシストモータ４０を駆動状態にして、アシ
ストモータ４０を一定のトルクで回転数を徐々に上昇さ
せていたのに対し、本実施例では、アシストモータ４０
の回転を積極的に加速させて、ロータ軸４３の回転数を
図９に示すように急速に上昇させ、駆動軸であるアウタ
ロータ軸３５の回転数との同期化を図っているので、ロ
ータ軸４３の回転数を早期にアウタロータ軸３５の回転
数に一致させることができ、ロータ軸４３とアウタロー
タ軸３５との結合を早めることができる。このため、本
実施例では、図９に矢印ＡＴとして示すように、切換装
置８０のアクチュエータ８６の駆動時間は、約０．２５
秒とすることができる。また、従来では、ロータ軸４３
とアウタロータ軸３５との結合は、図６において、交点
ｅｄで完了していたが、本実施例では、それよりも早い
点ｄ２で完了することになる。また、本実施例では、ア
シストモータ４０のロータ軸４３を駆動軸であるアウタ
ロータ軸３５に結合させる時点で、ロータ軸４３の回転
数とアウタロータ軸３５の回転数はほぼ一致しているた
め、切換装置８０において、可動ギヤ８４と第１ギヤ８
１との差速はほぼゼロとなって、切換許容差速範囲内に
あり、従って、両者の間で大きな磨耗を生じる恐れはな
い。

【０１１５】また、以上のように切換時間を短縮したこ
とによって、本実施例によれば、運転者がアクセルペダ
ルを踏み込んでから、その踏込量に見合ったトルクが駆
動軸であるアウタロータ軸３５から実際に出力されるま
でに、かかる時間を約０．６秒程度とすることができる
ため、運転者にとってレスポンスの良いものとすること
ができる。

【０１１６】さらにまた、本実施例では、オーバードラ
イブ結合からアンダードライブ結合に切り換える際に、
エンジン５０から出力される動力を上昇させると共に、
このエンジン５０の出力するトルクをクラッチモータ３
０で受けて、駆動軸であるアウタロータ軸３５にトルク
伝達させているので、駆動軸でのトルク抜けを防止する
ことができる。

【０１１７】さて、図１に示した動力出力装置１０で
は、エンジン５０から出力された動力を電力のやりとり
によって増減して伝達する動力調整装置として、クラッ
チモータ３０を適用していた。しかし、本発明はこれに
限定されるものではなく、動力調整装置として、クラッ
チモータ３０の代わりに、図１１に示すように、プラネ
タリギヤ２００と電動発電機２１０を適用するようにし
ても良い。

【０１１８】図１１は図１の動力出力装置の変形例を示
す構成図である。この変形例の構成は、動力調整装置と
してプラネタリギヤ２００と電動発電機２１０を用いた
以外は、図１に示した動力出力装置の構成と基本的に同
じである。なお、図１１においては、切換装置８０に代
えて、切換装置８０と基本構成が同じな切換装置１８０
を用いている。また、図１では図示しなかったが、図１
１ではダンパ５８が図示されている。

【０１１９】さて、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はダンパ５８を介してエンジン５０のクランク
シャフト５６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、駆動軸であって、出
力用ギヤ２１，チェーン２３を介して伝達軸２２に結合
されている。この伝達軸２２は、更に減速機２４および
ディファレンシャルギヤ２５を介して、駆動輪２６Ｒ，
２６Ｌを備えた車軸２６に結合されている。

【０１２０】プラネタリギヤ２００は、サンギヤ軸２０
４，プラネタリキャリア軸２０６およびリングギヤ軸２
０５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。

【０１２１】 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２０１の歯数／リングギヤ２０２の歯数； ・・・（４）

【０１２２】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（即ちＮｅ）；Ｔｃはプラ
ネタリキャリア軸２０６のトルク（即ちＴｅ）；Ｎｒは
リングギヤ軸２０５の回転数（即ちＮｄ）；Ｔｒはリン
グギヤ軸２０５のトルク（即ちＴｄ）；である。

【０１２３】電動発電機２１０は、アシストモータ４０
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２１
０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、図１のクラッチモータ３０と同様に、駆
動回路９１と電気的に接続されている。制御ユニット９
０が駆動回路９１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。

【０１２４】この変形例では、プラネタリギヤ２００と
電動発電機２１０の組み合わせにより、図１に示したク
ラッチモータ３０と同等の機能を奏することができる。
クラッチモータ３０のインナロータ軸３３に相当するの
がプラネタリキャリア軸２０６であり、駆動軸であった
アウタロータ軸３５に相当するのがリングギヤ軸２０５
である。この変形例では、これらの組み合わせにより、
以下に示す通り、動力調整装置としての機能を奏する。

【０１２５】エンジン５０からプラネタリキャリア軸２
０６に動力が入力されると、上式（４）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５０から出力された動力の一部を
駆動軸であるリングギヤ軸２０５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５０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２１
０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を介して駆動
軸であるリングギヤ軸２０５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５０から出力されたトルクを増大して駆動
軸であるリングギヤ軸２０５に出力することも可能であ
る。このように、この変形例では、プラネタリギヤ２０
０と電動発電機２１０の組み合わせにより、図１に示し
たクラッチモータ３０と同様の機能を奏することができ
るのである。

【０１２６】この変形例においても、アシストモータ４
０のロータ軸４３をプラネタリギヤ２００のリングギヤ
軸２０５に結合させるか、プラネタリキャリア軸２０６
に結合させるかを、第１ギヤ１１１，第２ギヤ１１２，
第３ギヤ１１３を備えた切換装置１８０により切り換え
ている。切換装置１８０には、図１に示した切換装置８
０と同様、切り換え用のアクチュエータが設けられてお
り、制御ユニット９０に接続されているが、図示は省略
した。

【０１２７】この変形例でも、これらギヤの噛合状態に
応じて種々の構成を採ることができる。例えば、第１ギ
ヤ１１１と第３ギヤ１１３とを噛合すると、アシストモ
ータ４０のロータ軸４３は、駆動軸であるプラネタリギ
ヤ２００のリングギヤ軸２０５と結合する。従って、エ
ンジン５０から出力された動力は、プラネタリギヤ２０
０、アシストモータ４０を経て駆動軸であるリングギヤ
軸２０５に伝達される。これは、図１の構成におけるア
ンダードライブ結合（図１３）に相当する結合状態であ
る。

【０１２８】他方、切換装置１８０を制御して、第２ギ
ヤ１１２と第３ギヤ１１３とを噛合すると、アシストモ
ータ４０のロータ軸４３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、エンジン
５０から出力された動力は、アシストモータ４０、プラ
ネタリギヤ２００を経て駆動軸リングギヤ軸２０５に伝
達される。これは、図１の構成におけるオーバードライ
ブ結合（図１４）に相当する結合状態である。

【０１２９】従って、以上のような構成において、図７
及び図８に示したオーバードライブ結合からアンダード
ライブ結合への切換時の制御処理をそのまま実行するこ
とによって、この変形例においても、図１に示した実施
例と同様の効果を奏することは可能である。但し、図９
において、クラッチモータの代わりに、電動発電機２１
０の動作制御を行なう必要がある。

【０１３０】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１１）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、駆動軸の回転数とエンジン５０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。

【０１３１】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、上述した実施例においては、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、その他にも、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或いは外燃機関を用
いることができる。

【０１３２】また、モータとしては、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 Relucta
nce 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。

【０１３３】クラッチモータ３０における、インナロー
タ，アウタロータと外部の回転軸との関係は、逆にする
ことも可能である。また、アウタロータとインナロータ
の代わりに、互いに対向する円盤状のロータを用いるよ
うにしても良い。

【０１３４】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ていたが、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が用いることができる。

【０１３５】二次電池であるバッテリ９４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に代えてキャパシタを
用いることもできる。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。

【０１３６】以上の実施例では、動力出力装置をハイブ
リッド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、２つの出力軸を有す
るものであれば、船舶，航空機などの交通手段や、工作
機械などの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】本発明の一実施例として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構成図である。

【図２】アンダードライブ結合状態において、エンジン
から出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の
様子を示す説明図である。

【図３】アンダードライブ結合状態において、エンジン
から出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の
様子を示す説明図である。

【図４】オーバードライブ結合状態において、エンジン
から出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の
様子を示す説明図である。

【図５】オーバードライブ結合状態において、エンジン
から出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の
様子を示す説明図である。

【図６】図１の動力出力装置の動作領域と基本的にオー
バードライブ結合とする領域とアンダードライブ結合と
する領域とを示す説明図である。

【図７】図１の動力出力装置１０におけるオーバードラ
イブ結合からアンダードライブ結合への切換時の制御の
処理手順を示すフローチャートである。

【図８】図７における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換処理ルーチンを示すフローチャ
ートである。

【図９】図１の動力出力装置１０におけるエンジン５
０、アシストモータ４０及び駆動軸であるアウタロータ
軸３５の回転数の時間変化を示すタイミングチャートで
ある。

【図１０】オーバードライブ結合からアンダードライブ
結合への切換時のアシストモータ４０に対する制御シー
ケンスを示すタイミングチャートである。

【図１１】図１の動力出力装置の変形例を示す構成図で
ある。

【図１２】電動機の回転軸の結合状態を切り換え可能に
構成した一般的な動力出力装置の要部を示す構成図であ
る。

【図１３】図１または図１２における動力出力装置にお
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１４】図１または図１２における動力出力装置にお
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１５】従来の動力出力装置におけるオーバードライ
ブ結合からアンダードライブ結合へ切り換える際の各構
成要素の動作状態の時間的推移を示すタイミングチャー
トである。

【符号の説明】

１０…動力出力装置 ２０…ハイブリッドユニット ２１…出力用ギヤ ２２…伝達軸 ２３…チェーン ２４…減速機 ２５…ディファレンシャルギヤ ２６…車軸 ２６Ｒ，２６Ｌ…駆動輪 ３０…クラッチモータ ３２…インナロータ ３３…インナロータ軸 ３４…アウタロータ ３５…アウタロータ軸 ３６…三相コイル ３８…スリップリング ４０…アシストモータ ４２…ロータ ４３…ロータ軸 ４４…ステータ ４６…三相コイル ５０…エンジン ５１…燃料噴射弁 ５２…回転数センサ ５３…スロットルバルブ ５４…スロットルバルブモータ ５６…クランクシャフト ５７…ＶＶＴ ５８…ダンパ ６５…アクセルペダル ６５ａ…アクセルペダルポジションセンサ ６６…シフトレバー ６６ａ…シフトポジションセンサ ７０…ＥＦＩＥＣＵ ８０…切換装置 ８１…第１ギヤ ８２…第２ギヤ ８３…第３ギヤ ８４…可動ギヤ ８５…スプライン ８６…アクチュエータ ８７…可動部材 ９０…制御ユニット ９１…第１の駆動回路 ９２…第２の駆動回路 ９４…バッテリ １１１…第１ギヤ １１２…第２ギヤ １１３…第３ギヤ １８０…切換装置 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…電動発電機 ２１２…ロータ ２１４…ステータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｈ 61/02 (72)発明者 高木 伸芳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 金森 彰彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山田 英治 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小出 訓 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 永松 茂隆 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 福丸 健一郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3D039 AA01 AA03 AB27 AC21 AC23 AD11 3G093 AA03 AA04 AA07 AA16 AB00 AB01 BA15 DA01 DA06 DB01 DB11 EA01 EB00 EB02 EC02 FA10 FA11 FA12 FB01 3J052 AA04 DB10 EA04 FA01 FB32 FB33 GA18 GB03 GC01 GC13 GD11 HA01 KA07 KA09 LA01 5H115 PG04 PI16 PI29 PO17 PU10 PU22 PU24 PU25 PV10 PV23 QN03 RB08 RB22 RE03 RE05 SE04 SE06 TB01 TE02 TO21 TO30

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力軸を有するエンジンと、動力を出力
   するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され
   電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動
   力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、
   回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動
   軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な
   結合手段と、を備えた動力出力装置であって、 前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸
   に結合されている場合に、外部から要求された要求出力
   に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて
   前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する判定手段
   と、 該判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合さ
   せるべきであると判定した場合に、前記結合手段を制御
   して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべ
   く、前記結合手段の駆動を開始させる切り離し制御手段
   と、 前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合
   に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆
   動軸の回転数に合わせ込む同期化手段と、 前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほ
   ぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記
   電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる結合制御手段
   と、 をさらに備える動力出力装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の動力出力装置におい
   て、 前記判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合
   させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制
   御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる動
   力上昇手段をさらに備える動力出力装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の動力出
   力装置において、 トルクと回転数との関係で表される前記動力出力装置の
   動作領域を、所定の境界によって分割して、前記電動機
   の回転軸を前記出力軸に結合させて動作させるべき第１
   の領域と前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させて
   動作させるべき第２の領域とを設定する領域設定手段を
   さらに備えると共に、 前記判定手段は、 前記要求動力から前記駆動軸の目標動作点を設定する目
   標動作点設定手段と、 設定した前記駆動軸の目標動作点が前記境界を越えて前
   記第２の領域にある場合に、前記電動機の回転軸を前記
   出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきであると決
   定する切換決定手段と、 を備える動力出力装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のうちの任意の
   一つに記載の動力出力装置において、 前記動力調整装置は、前記出力軸に結合された第１のロ
   ータと、前記駆動軸に結合された第２のロータとを有す
   る対ロータ電動機を備えることを特徴とする動力出力装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のうちの任意の
   一つに記載の動力出力装置において、 前記動力調整装置は、 ロータ軸を有する発電機と、 ３つの回転軸を有し、各回転軸が前記出力軸、駆動軸、
   及びロータ軸にそれぞれ結合されたプラネタリギヤと、 を備えることを特徴とする動力出力装置。
6. 【請求項６】 出力軸を有するエンジンと、動力を出力
   するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され
   電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動
   力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置と、
   回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動
   軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な
   結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であっ
   て、 （ａ）前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記
   出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要
   求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に
   代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する工
   程と、 （ｂ）前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべ
   きであると判定した場合に、前記結合手段を制御して、
   前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前
   記結合手段の駆動を開始させる工程と、 （ｃ）前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離され
   た場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、
   前記駆動軸の回転数に合わせ込む工程と、 （ｄ）前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転
   数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御し
   て、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる工程
   と、 を備える動力出力装置の制御方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の制御方法において、 （ｅ）前記工程（ａ）にて前記電動機の回転軸を前記駆
   動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エ
   ンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上
   昇させる工程をさらに備える動力出力装置の制御方法。