JP2000358303A - 動力出力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原動機から出力される動力を用いて原動機の
出力軸の回転方向と逆向きの動力を駆動軸に出力する。 【解決手段】 動力出力装置１１０Ｄは、プラネタリギ
ヤ１２０と、そのプラネタリキャリアにクランクシャフ
ト１５６が結合されたエンジン１５０と、サンギヤに取
り付けられたモータＭＧ１と、リングギヤに取り付けら
れたモータＭＧ２とを備え、クランクシャフト１５６に
前後進切換ギヤユニット２５０を有する。エンジン１５
０から出力されるトルクは、前後進切換ギヤユニット２
５０により逆向きの動力に切り換えられた状態で後段の
動力取出ギヤ１２８に出力される。この結果、エンジン
１５０のクランクシャフトとは逆向きの動力をリングギ
ヤに出力することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動軸に動力を出
力する動力出力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、原動機から出力される動力をトル
ク変換して駆動軸に出力する動力出力装置としては、流
体を利用したトルクコンバータと変速機とを組み合わせ
てなるものが用いられていた。このトルクコンバータで
は、動力の入力軸と出力軸とが完全にロックされないた
め、両軸間に滑りが生じ、この滑りに応じたエネルギ損
失が発生していた。このエネルギ損失は、正確には、両
軸の回転数差とその時に動力の出力軸に伝達されるトル
クとの積で表わされ、熱として消費されるものである。

【０００３】また、この動力出力装置では、原動機の出
力軸の回転方向とは逆向きに駆動軸を回転させる場合に
は、変速機を原動機の出力軸の回転を逆転して伝達する
リバースギヤとして機能させることにより行なう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、こうした
動力出力装置を動力源として搭載する車両では、発進時
や登り勾配を低速で走行するときなどのように大パワー
が要求されるときには、トルクコンバータでのエネルギ
損失が大きくなり、エネルギ効率が低いものとなってし
まう。また、定常走行時であっても、トルクコンバータ
における動力の伝達効率は１００パーセントにならない
から、例えば、手動式のトランスミッションと較べて、
その燃費は低くならざるを得ない。

【０００５】本発明は、上述の問題を解決し、原動機か
ら出力される動力を高効率に駆動軸に出力する動力出力
装置を提供することを目的の一つとする。

【０００６】なお、出願人は、上述の問題に鑑み、流体
を用いたトルクコンバータを用いるのではなく、原動機
と遊星歯車装置と発電機と電動機とバッテリとを備え、
原動機から出力される動力やバッテリに蓄えられた電力
を用いて電動機から出力される動力を駆動軸に出力する
ものを提案している（特開昭第５０−３０２２３号公
報）。しかし、この提案の出願では、原動機から出力さ
れる動力を用いて、原動機の出力軸の回転方向と逆向き
の動力を駆動軸に出力する手法については明示されてい
なかった。

【０００７】そこで、本発明の動力出力装置は、原動機
から出力される動力を用いて原動機の出力軸の回転方向
と逆向きの動力を駆動軸に出力することを目的の一つと
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の動力出力装置およびその制御方法は、上述の目的
の少なくとも一部を達成するために次の手段を採った。
本発明の動力出力装置は、駆動軸に動力を出力する動力
出力装置であって、出力軸を有する原動機と、回転軸を
有し、該回転軸に動力を入出力する第１の電動機と、前
記駆動軸に動力を入出力する第２の電動機と、前記駆動
軸と前記出力軸と前記回転軸とに各々結合される３軸を
有し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出力された
とき、該入出力された動力に基づいて定まる動力を残余
の１軸へ入出力する３軸式動力入出力手段と、前記原動
機の出力軸に設けられ、所定の逆転要求に応じて該出力
軸の回転動力を逆転させて後段に伝達する逆転伝達手段
とを備えることを要旨とする。

【０００９】この本発明の動力出力装置は、３軸式動力
入出力手段が、第２の電動機により動力が入出力される
駆動軸と原動機の出力軸と第１の電動機により動力が入
出力される回転軸とに各々結合される３軸を有し、この
３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出力されたとき、入
出力された動力に基づいて定まる動力を残余の１軸へ入
出力する。原動機の出力軸に設けられた逆転伝達手段
は、所定の逆転要求に応じて原動機の出力軸の回転動力
を逆転させて後段に伝達する。

【００１０】こうした本発明の動力出力装置によれば、
原動機から出力される動力を回転方向が逆向きの動力と
して後段に伝達、すなわち３軸式動力入出力手段に出力
するから、原動機の出力軸の回転方向とは逆向きの動力
を駆動軸に出力することができる。この結果、駆動軸の
回転方向を問わず同じ大きさの動力を駆動軸に出力する
ことができる。

【００１１】この本発明の動力出力装置において、前記
逆転伝達手段に代えて、前記駆動軸に設けられ、所定の
逆転要求に応じて該駆動軸の回転動力を逆転させて後段
に伝達する逆転伝達手段を備えるものとすることもでき
る。

【００１２】

【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。まず、実施例の説明に先立ち、
参考例について説明する。図１は本発明の実施例に対す
る参考例としての動力出力装置１１０の概略構成を示す
構成図、図２は参考例の動力出力装置１１０の部分拡大
図、図３は参考例の動力出力装置１１０を組み込んだ車
両の概略構成を示す構成図である。説明の都合上、まず
図３を用いて、車両全体の構成から説明する。

【００１３】図３に示すように、この車両は、ガソリン
を燃料として動力を出力するエンジン１５０を備える。
このエンジン１５０は、吸気系からスロットルバルブ１
６６を介して吸入した空気と燃料噴射弁１５１から噴射
されたガソリンとの混合気を燃焼室１５２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１５４の
運動をクランクシャフト１５６の回転運動に変換する。
ここで、スロットルバルブ１６６はアクチュエータ１６
８により開閉駆動される。点火プラグ１６２は、イグナ
イタ１５８からディストリビュータ１６０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。

【００１４】このエンジン１５０の運転は、電子制御ユ
ニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと呼ぶ）１７０により制御
されている。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。例え
ば、スロットルバルブ１６６の開度（ポジション）を検
出するスロットルバルブポジションセンサ１６７、エン
ジン１５０の負荷を検出する吸気管負圧センサ１７２、
エンジン１５０の水温を検出する水温センサ１７４、デ
ィストリビュータ１６０に設けられクランクシャフト１
５６の回転数と回転角度を検出する回転数センサ１７６
及び回転角度センサ１７８などである。なお、ＥＦＩＥ
ＣＵ１７０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１７９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。

【００１５】エンジン１５０のクランクシャフト１５６
は、後述するプラネタリギヤ１２０やモータＭＧ１，モ
ータＭＧ２を介して駆動軸１１２を回転軸とする動力伝
達ギヤ１１１に機械的に結合されており、この動力伝達
ギヤ１１１はディファレンシャルギヤ１１４にギヤ結合
されている。したがって、動力出力装置１１０から出力
された動力は、最終的に左右の駆動輪１１６，１１８に
伝達される。モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、制御
装置１８０に電気的に接続されており、この制御装置１
８０によって駆動制御される。制御装置１８０の構成は
後で詳述するが、内部には制御ＣＰＵが備えられてお
り、シフトレバー１８２に設けられたシフトポジション
センサ１８４やアクセルペダル１６４に設けられたアク
セルペダルポジションセンサ１６４ａ，ブレーキペダル
１６５に設けられたブレーキペダルポジションセンサ１
６５ａなども接続されている。また、制御装置１８０
は、上述したＥＦＩＥＣＵ１７０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。

【００１６】図１に示すように、参考例の動力出力装置
１１０は、大きくは、エンジン１５０、エンジン１５０
のクランクシャフト１５６にプラネタリキャリア１２４
が機械的に結合されたプラネタリギヤ１２０、プラネタ
リギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたモータＭＧ
１、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合さ
れたモータＭＧ２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制
御する制御装置１８０から構成されている。

【００１７】プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ
１，ＭＧ２の構成について、図２により説明する。プラ
ネタリギヤ１２０は、クランクシャフト１５６に軸中心
を貫通された中空のサンギヤ軸１２５に結合されたサン
ギヤ１２１と、クランクシャフト１５６と同軸のリング
ギヤ軸１２６に結合されたリングギヤ１２２と、サンギ
ヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ
１２１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリ
ピニオンギヤ１２３と、クランクシャフト１５６の端部
に結合され各プラネタリピニオンギヤ１２３の回転軸を
軸支するプラネタリキャリア１２４とから構成されてい
る。このプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，
リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４にそ
れぞれ結合されたサンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２
６およびクランクシャフト１５６の３軸が動力の入出力
軸とされ、３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力
が決定されると、残余の１軸に入出力される動力は決定
された２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。な
お、このプラネタリギヤ１２０の３軸への動力の入出力
についての詳細は後述する。

【００１８】リングギヤ１２２には、動力の取り出し用
の動力取出ギヤ１２８が結合されている。この動力取出
ギヤ１２８は、チェーンベルト１２９により動力伝達ギ
ヤ１１１に接続されており、動力取出ギヤ１２８と動力
伝達ギヤ１１１との間で動力の伝達がなされる。

【００１９】モータＭＧ１は、同期電動発電機として構
成され、外周面に複数個の永久磁石１３５を有するロー
タ１３２と、回転磁界を形成する三相コイル１３４が巻
回されたステータ１３３とを備える。ロータ１３２は、
プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたサ
ンギヤ軸１２５に結合されている。ステータ１３３は、
無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、ケ
ース１１９に固定されている。このモータＭＧ１は、永
久磁石１３５による磁界と三相コイル１３４によって形
成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆
動する電動機として動作し、永久磁石１３５による磁界
とロータ１３２の回転との相互作用により三相コイル１
３４の両端に起電力を生じさせる発電機として動作す
る。なお、サンギヤ軸１２５には、その回転角度θｓを
検出するレゾルバ１３９が設けられている。

【００２０】モータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に同
期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁
石１４５を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する
三相コイル１４４が巻回されたステータ１４３とを備え
る。ロータ１４２は、プラネタリギヤ１２０のリングギ
ヤ１２２に結合されたリングギヤ軸１２６に結合されて
おり、ステータ１４３はケース１１９に固定されてい
る。モータＭＧ２のステータ１４３も無方向性電磁鋼板
の薄板を積層して形成されている。このモータＭＧ２も
モータＭＧ１と同様に、電動機あるいは発電機として動
作する。なお、リングギヤ軸１２６には、その回転角度
θｒを検出するレゾルバ１４９が設けられている。

【００２１】次に、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御す
る制御装置１８０について説明する。図１に示すよう
に、制御装置１８０は、モータＭＧ１を駆動する第１の
駆動回路１９１、モータＭＧ２を駆動する第２の駆動回
路１９２、両駆動回路１９１，１９２を制御する制御Ｃ
ＰＵ１９０、二次電池であるバッテリ１９４から構成さ
れている。制御ＣＰＵ１９０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ＲＡＭ１９０ａ、処
理プログラムを記憶したＲＯＭ１９０ｂ、入出力ポート
（図示せず）およびＥＦＩＥＣＵ１７０と通信を行なう
シリアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御Ｃ
ＰＵ１９０には、レゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２
５の回転角度θｓ、レゾルバ１４９からのリングギヤ軸
１２６の回転角度θｒ、アクセルペダルポジションセン
サ１６４ａ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１６５ａからのブレーキペダルポジション（ブレーキ
ペダルの踏込量）ＢＰ、シフトポジションセンサ１８４
からのシフトポジションＳＰ、第１の駆動回路１９１に
設けられた２つの電流検出器１９５，１９６からの電流
値Ｉｕ１，Ｉｖ２、第２の駆動回路１９２に設けられた
２つの電流検出器１９７，１９８からの電流値Ｉｕ２，
Ｉｖ２、バッテリ１９４の残容量を検出する残容量検出
器１９９からの残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して
入力されている。なお、残容量検出器１９９は、バッテ
リ１９４の電解液の比重またはバッテリ１９４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。

【００２２】また、制御ＣＰＵ１９０からは、第１の駆
動回路１９１に設けられたスイッチング素子である６個
のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を駆動する制御信号
ＳＷ１と、第２の駆動回路１９２に設けられたスイッチ
ング素子としての６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴ
ｒ１６を駆動する制御信号ＳＷ２とが出力されている。
第１の駆動回路１９１内の６個のトランジスタＴｒ１な
いしＴｒ６は、トランジスタインバータを構成してお
り、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対してソ
ース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、
その接続点に、モータＭＧ１の三相コイル（ＵＶＷ）３
４の各々が接続されている。電源ラインＬ１，Ｌ２は、
バッテリ１９４のプラス側とマイナス側に、それぞれ接
続されているから、制御ＣＰＵ１９０により対をなすト
ランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間の割合を制御
信号ＳＷ１により順次制御し、三相コイル１３４の各コ
イルに流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦
波にすると、三相コイル１３４により、回転磁界が形成
される。

【００２３】他方、第２の駆動回路１９２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１９
１と同様に配置されていて、対をなすトランジスタの接
続点は、モータＭＧ２の三相コイル１４４の各々に接続
されている。したがって、制御ＣＰＵ１９０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１４４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１４４により、回転磁界が形成される。

【００２４】以上構成を説明した参考例の動力出力装置
１１０の動作について説明する。参考例の動力出力装置
１１０の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の通り
である。エンジン１５０を回転数Ｎｅ，トルクＴｅの運
転ポイントＰ１で運転し、このエンジン１５０から出力
されるエネルギＰｅと同一のエネルギであるが異なる回
転数Ｎｒ，トルクＴｒの運転ポイントＰ２でリングギヤ
軸１２６を運転する場合、すなわち、エンジン１５０か
ら出力される動力をトルク変換してリングギヤ軸１２６
に作用させる場合について考える。この時のエンジン１
５０とリングギヤ軸１２６の回転数およびトルクの関係
を図４に示す。

【００２５】プラネタリギヤ１２０の３軸（サンギヤ軸
１２５，リングギヤ軸１２６およびプラネタリキャリア
１２４（クランクシャフト１５６））における回転数や
トルクの関係は、機構学の教えるところによれば、図５
および図６に例示する共線図と呼ばれる図として表わす
ことができ、幾何学的に解くことができる。なお、プラ
ネタリギヤ１２０における３軸の回転数やトルクの関係
は、上述の共線図を用いなくても各軸のエネルギを計算
することなどにより数式的に解析することもできる。本
参考例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。

【００２６】図５における縦軸は３軸の回転数軸であ
り、横軸は３軸の座標軸の位置の比を表わす。すなわ
ち、サンギヤ軸１２５とリングギヤ軸１２６の座標軸
Ｓ，Ｒを両端にとったとき、プラネタリキャリア１２４
の座標軸Ｃは、軸Ｓと軸Ｒを１：ρに内分する軸として
定められる。ここで、ρは、リングギヤ１２２の歯数に
対するサンギヤ１２１の歯数の比であり、次式（１）で
表わされる。

【００２７】

【数１】

【００２８】いま、エンジン１５０が回転数Ｎｅで運転
されており、リングギヤ軸１２６が回転数Ｎｒで運転さ
れている場合を考えているから、エンジン１５０のクラ
ンクシャフト１５６が結合されているプラネタリキャリ
ア１２４の座標軸Ｃにエンジン１５０の回転数Ｎｅを、
リングギヤ軸１２６の座標軸Ｒに回転数Ｎｒをプロット
することができる。この両点を通る直線を描けば、この
直線と座標軸Ｓとの交点で表わされる回転数としてサン
ギヤ軸１２５の回転数Ｎｓを求めることができる。以
下、この直線を動作共線と呼ぶ。なお、回転数Ｎｓは、
回転数Ｎｅと回転数Ｎｒとを用いて比例計算式（次式
（２））により求めることができる。このようにプラネ
タリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２
２およびプラネタリキャリア１２４のうちいずれか２つ
の回転を決定すると、残余の１つの回転は、決定した２
つの回転に基づいて決定される。

【００２９】

【数２】

【００３０】次に、描かれた動作共線に、エンジン１５
０のトルクＴｅをプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃ
を作用線として図中下から上に作用させる。このとき動
作共線は、トルクに対してはベクトルとしての力を作用
させたときの剛体として取り扱うことができるから、座
標軸Ｃ上に作用させたトルクＴｅは、平行な２つの異な
る作用線への力の分離の手法により、座標軸Ｓ上のトル
クＴｅｓと座標軸Ｒ上のトルクＴｅｒとに分離すること
ができる。このときトルクＴｅｓおよびＴｅｒの大きさ
は、次式（３）および（４）によって表わされる。

【００３１】

【数３】

【００３２】動作共線がこの状態で安定であるために
は、動作共線の力の釣り合いをとればよい。すなわち、
座標軸Ｓ上には、トルクＴｅｓと大きさが同じで向きが
反対のトルクＴｍ１を作用させ、座標軸Ｒ上には、リン
グギヤ軸１２６に出力するトルクＴｒと同じ大きさで向
きが反対のトルクとトルクＴｅｒとの合力に対し大きさ
が同じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させるのであ
る。このトルクＴｍ１はモータＭＧ１により、トルクＴ
ｍ２はモータＭＧ２により作用させることができる。こ
のとき、モータＭＧ１では回転の方向と逆向きにトルク
を作用させるから、モータＭＧ１は発電機として動作す
ることになり、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わ
される電気エネルギＰｍ１をサンギヤ軸１２５から回生
する。モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの方向と
が同じであるから、モータＭＧ２は電動機として動作
し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気
エネルギＰｍ２を動力としてリングギヤ軸１２６に出力
する。

【００３３】ここで、電気エネルギＰｍ１と電気エネル
ギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ２で消費する電
力のすべてをモータＭＧ１により回生して賄うことがで
きる。このためには、入力されたエネルギのすべてを出
力するものとすればよいから、エンジン１５０から出力
されるエネルギＰｅとリングギヤ軸１２６に出力される
エネルギＰｒとを等しくすればよい。すなわち、トルク
Ｔｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギＰｅと、
トルクＴｒと回転数Ｎｒとの積で表わされるエネルギＰ
ｒとを等しくするのである。図４に照らせば、運転ポイ
ントＰ１で運転されているエンジン１５０から出力され
るトルクＴｅと回転数Ｎｅとで表わされる動力を、トル
ク変換して、同一のエネルギでトルクＴｒと回転数Ｎｒ
とで表わされる動力としてリングギヤ軸１２６に出力す
るのである。前述したように、リングギヤ軸１２６に出
力された動力は、動力取出ギヤ１２８および動力伝達ギ
ヤ１１１により駆動軸１１２に伝達され、ディファレン
シャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に伝達
される。したがって、リングギヤ軸１２６に出力される
動力と駆動輪１１６，１１８に伝達される動力とにはリ
ニアな関係が成立するから、駆動輪１１６，１１８に伝
達される動力は、リングギヤ軸１２６に出力される動力
を制御することにより制御することができる。

【００３４】図５に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の
回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎ
ｅとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとによっては、図
６に示す共線図のように負となる場合もある。このとき
には、モータＭＧ１では、回転の方向とトルクの作用す
る方向とが同じになるから、モータＭＧ１は電動機とし
て動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされ
る電気エネルギＰｍ１を消費する。一方、モータＭＧ２
では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になる
から、モータＭＧ２は発電機として動作し、トルクＴｍ
２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２
をリングギヤ軸１２６から回生することになる。この場
合、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１とモー
タＭＧ２で回生する電気エネルギＰｍ２とを等しくすれ
ば、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１をモー
タＭＧ２で丁度賄うことができる。

【００３５】以上、参考例の動力出力装置１１０におけ
る基本的なトルク変換について説明したが、参考例の動
力出力装置１１０は、こうしたエンジン１５０から出力
される動力のすべてをトルク変換してリングギヤ軸１２
６に出力する動作の他に、エンジン１５０から出力され
る動力（トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積）と、モータＭ
Ｇ１により回生または消費される電気エネルギＰｍ１
と、モータＭＧ２により消費または回生される電気エネ
ルギＰｍ２とを調節することにより、余剰の電気エネル
ギを見い出してバッテリ１９４を放電する動作とした
り、不足する電気エネルギをバッテリ１９４に蓄えられ
た電力により補う動作など種々の動作とすることもでき
る。

【００３６】なお、以上の動作原理では、プラネタリギ
ヤ１２０やモータＭＧ１，モータＭＧ２，トランジスタ
Ｔｒ１ないしＴｒ１６などによる動力の変換効率を値１
（１００％）として説明した。実際には、値１未満であ
るから、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅを
リングギヤ軸１２６に出力するエネルギＰｒより若干大
きな値とするか、逆にリングギヤ軸１２６に出力するエ
ネルギＰｒをエンジン１５０から出力されるエネルギＰ
ｅより若干小さな値とする必要がある。例えば、エンジ
ン１５０から出力されるエネルギＰｅを、リングギヤ軸
１２６に出力されるエネルギＰｒに変換効率の逆数を乗
じて算出される値とすればよい。また、モータＭＧ２の
トルクＴｍ２を、図５の共線図の状態ではモータＭＧ１
により回生される電力に両モータの効率を乗じたものか
ら算出される値とし、図６の共線図の状態ではモータＭ
Ｇ１により消費される電力を両モータの効率で割ったも
のから算出すればよい。なお、プラネタリギヤ１２０で
は機械摩擦などにより熱としてエネルギを損失するが、
その損失量は全体量からみれば極めて少なく、モータＭ
Ｇ１，ＭＧ２に用いた同期電動機の効率は値１に極めて
近い。また、トランジスタＴｒ１ないしＴｒ１６のオン
抵抗もＧＴＯなど極めて小さいものが知られている。し
たがって、動力の変換効率は値１に近いものとなるか
ら、以下の説明でも、説明の容易のため、明示しない限
り値１（１００％）として取り扱う。

【００３７】次にこうした参考例の動力出力装置１１０
において、クランクシャフト１５６の回転方向とは逆向
きにリングギヤ軸１２６を回転駆動する動作、すなわち
車両を後進させる際の動作について、バッテリ１９４に
蓄えられた電気エネルギを用いてモータＭＧ２により後
進させる動作と、エンジン１５０から出力される動力を
トルク変換することにより後進させる動作とに分けて説
明する。

【００３８】バッテリ１９４に蓄えられた電気エネルギ
を用いてモータＭＧ２により後進させる動作は、エンジ
ン１５０を停止すると共にモータＭＧ１のトルクＴｍ１
を値０とした状態で、モータＭＧ２からリングギヤ軸１
２６に車両が後進する方向の動力を出力することにより
行なう。このとき動作共線は、エンジン１５０を空回り
させるのに必要なエネルギとモータＭＧ１を空回りさせ
るのに必要なエネルギの和の最も小さい状態に落ち着
く。参考例の動力出力装置１１０では、エンジン１５０
として４サイクルのガソリンエンジンを用いているか
ら、エンジン１５０を空回りさせるのに必要なエネル
ギ、すなわち、エンジン１５０のピストンの摩擦や圧縮
等に要するエネルギは、モータＭＧ１のロータ１３２を
空回りさせるのに必要なエネルギよりも大きくなる。し
たがって、動作共線は、図７の共線図に示すように、エ
ンジン１５０が停止し、モータＭＧ１が空回りする状態
となる。

【００３９】エンジン１５０から出力される動力をトル
ク変換することにより後進させる動作は、図５および図
６の共線図を用いて説明した動作を、リングギヤ軸１２
６の回転数ＮｒとモータＭＧ２のトルクＴｍ２が共に負
の値のものに適用することにより行なわれる。このとき
の共線図を図８に示す。図示するように、動作共線にお
ける座標軸Ｃ上に作用するトルクと座標軸Ｓ上に作用す
るトルクは、図５および図６の共線図で説明したとおり
である。動作共線における座標軸Ｒ上には、エンジン１
５０から座標軸Ｃ上に出力されたトルクＴｅに基づくト
ルクＴｅｒが作用するから、リングギヤ軸１２６に負の
トルク（クランクシャフト１５６の回転方向と逆向きの
トルク）を作用させるには、このトルクＴｅｒより大き
な逆向きのトルクを作用させればよい。すなわち、モー
タＭＧ２から大きさがトルクＴｅｒより大きい負のトル
クを出力すればよい。

【００４０】このとき、モータＭＧ１は、サンギヤ軸１
２５の回転に対して逆向きのトルクを作用させているか
ら発電機として動作し、モータＭＧ２はリングギヤ軸１
２６の回転に対して同じ向きのトルクを出力しているか
ら電動機として動作する。したがって、モータＭＧ１に
より回生される電気エネルギＰｍ１とモータＭＧ２によ
り消費する電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、エン
ジン１５０から出力された動力を負の回転の動力にトル
ク変換してリングギヤ軸１２６に出力することができ
る。また、モータＭＧ１により回生される電気エネルギ
Ｐｍ１をモータＭＧ２により消費する電気エネルギＰｍ
２より大きくすれば、余剰の電気エネルギを生み出すこ
とができ、これによりバッテリ１９４を充電することが
できる。さらに、モータＭＧ１により回生される電気エ
ネルギＰｍ１をモータＭＧ２により消費する電気エネル
ギＰｍ２より小さくすれば、電気エネルギが不足するこ
ととなり、この不足分をバッテリ１９４からの放電によ
り賄うことができる。このように参考例の動力出力装置
１１０では、モータＭＧ１により回生される電気エネル
ギＰｍ１とモータＭＧ２により消費する電気エネルギＰ
ｍ２とを調整することによりバッテリ１９４の残容量Ｂ
RMを調整することができるのである。

【００４１】次に、こうした参考例の動力出力装置１１
０における後進時のトルク制御について図９に例示する
後進時トルク制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチ
ンは、運転者がシフトレバー１８２をリバースの位置に
セットしたのをシフトポジションセンサ１８４によって
検出されたときに実行され、シフトレバー１８２がリバ
ースの位置にある間、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ
毎）に実行される。本ルーチンが実行されると、制御装
置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、アクセルペダル
ポジションセンサ１６４ａによって検出されるアクセル
ペダルポジションＡＰを入力する処理を行なう（ステッ
プＳ１００）。アクセルペダル１６４は運転者が出力ト
ルクが足りないと感じたときに踏み込まれるものである
から、アクセルペダルポジションＡＰは運転者の欲して
いる出力トルク（すなわち、駆動輪１１６，１１８に出
力すべきトルク）に対応するものとなる。

【００４２】続いて、読み込まれたアクセルペダルポジ
ションＡＰに基づいてリングギヤ軸１２６に出力すべき
トルクの目標値であるトルク指令値Ｔｒ＊を導出する処
理を行なう（ステップＳ１０２）。ここで、アクセルペ
ダルポジションＡＰに基づいて駆動輪１１６，１１８に
出力すべきトルクを導出せずに、リングギヤ軸１２６に
出力すべきトルクを導出するのは、リングギヤ軸１２６
は動力取出ギヤ１２８，動力伝達ギヤ１１１およびディ
ファレンシャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１
８に機械的に結合されているから、リングギヤ軸１２６
に出力すべきトルクを導出すれば、駆動輪１１６，１１
８に出力すべきトルクを導出する結果となるからであ
る。なお、参考例では、トルク指令値Ｔｒ＊とアクセル
ペダルポジションＡＰとの関係を示すマップを予めＲＯ
Ｍ１９０ｂに記憶しておき、アクセルペダルポジション
ＡＰが読み込まれると、読み込まれたアクセルペダルポ
ジションＡＰとＲＯＭ１９０ｂに記憶したマップとに基
づいてトルク指令値Ｔｒ＊の値を導出するものとした。
なお、本ルーチンは、シフトレバー１８２がリバースの
位置に設定されるときに実行されるものであるから、ト
ルク指令値Ｔｒ＊は負の値である。

【００４３】次に、残容量検出器１９９により検出され
るバッテリ１９４の残容量ＢRMを入力し（ステップＳ１
０４）、入力した残容量ＢRMを閾値Ｂｒｅｆと比較する
（ステップＳ１０６）。ここで、閾値Ｂｒｅｆは、バッ
テリ１９４に蓄えられた電気エネルギを用いて所定時間
モータＭＧ２により後進させることができる電力量とし
て設定されるものであり、車両の重量や車両の使用目的
などによって定められる。

【００４４】バッテリ１９４の残容量ＢRMが閾値Ｂｒｅ
ｆより大きいときには、バッテリ１９４の残容量ＢRMが
十分にあると判断して、エンジン１５０の運転を停止す
る信号を通信によりＥＦＩＥＣＵ１７０に出力し（ステ
ップＳ１０８）、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊
に値０を設定すると共に（ステップＳ１１０）、モータ
ＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊にトルク指令値Ｔｒ＊の
値を設定する（ステップＳ１１２）。そして、モータＭ
Ｇ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制御を行
なう（ステップＳ１１４ないしＳ１１８）。参考例で
は、図示の都合上、モータＭＧ１，モータＭＧ２および
エンジン１５０の各制御を別々のステップとして記載し
たが、実際には、これらの制御は平行にかつ総合的に行
なわれる。例えば、制御ＣＰＵ１９０が割り込み処理を
利用して、モータＭＧ１とモータＭＧ２の制御を同時に
平行して実行すると共に、通信により指示を受けたＥＦ
ＩＥＣＵ１７０によりエンジン１５０の制御も同時に行
なわせるのである。

【００４５】モータＭＧ１の制御（図９のステップＳ１
１４）は、図１１に例示するモータＭＧ１の制御ルーチ
ンによりなされる。このルーチンが実行されると、制御
装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、サンギヤ軸１
２５の回転角度θｓをレゾルバ１３９から入力する処理
を行なう（ステップＳ１８０）。続いて、電流検出器１
９５，１９６により、モータＭＧ１の三相コイル１３４
のＵ相とＶ相に流れている電流Ｉｕ１，Ｉｖ１を検出す
る処理を行なう（ステップＳ１８２）。電流はＵ，Ｖ，
Ｗの三相に流れているが、その総和はゼロなので、二つ
の相に流れる電流を測定すれば足りる。こうして得られ
た三相の電流を用いて座標変換（三相−二相変換）を行
なう（ステップＳ１８４）。座標変換は、永久磁石型の
同期電動機のｄ軸，ｑ軸の電流値に変換することであ
り、次式（５）を演算することにより行なわれる。ここ
で座標変換を行なうのは、永久磁石型の同期電動機にお
いては、ｄ軸およびｑ軸の電流が、トルクを制御する上
で本質的な量だからである。もとより、三相のまま制御
することも可能である。

【００４６】

【数４】

【００４７】次に、２軸の電流値に変換した後、モータ
ＭＧ１におけるトルク指令値Ｔｍ１＊から求められる各
軸の電流指令値Ｉｄ１＊，Ｉｑ１＊と実際各軸に流れた
電流Ｉｄ１，Ｉｑ１と偏差を求め、各軸の電圧指令値Ｖ
ｄ１，Ｖｑ１を求める処理を行なう（ステップＳ１８
６）。すなわち、まず以下の式（６）の演算を行ない、
次に次式（７）の演算を行なうのである。ここで、Ｋｐ
１，Ｋｐ２，Ｋｉ１，Ｋｉ２は、各々係数である。これ
らの係数は、適用するモータの特性に適合するよう調整
される。なお、電圧指令値Ｖｄ１，Ｖｑ１は、電流指令
値Ｉ＊との偏差ΔＩに比例する部分（式（７）右辺第１
項）と偏差ΔＩのｉ回分の過去の累積分（右辺第２項）
とから求められる。

【００４８】

【数５】

【００４９】その後、こうして求めた電圧指令値をステ
ップＳ１８４で行なった変換の逆変換に相当する座標変
換（二相−三相変換）を行ない（ステップＳ１８８）、
実際に三相コイル１３４に印加する電圧Ｖｕ１，Ｖｖ
１，Ｖｗ１を求める処理を行なう。各電圧は、次式
（８）により求める。

【００５０】

【数６】

【００５１】実際の電圧制御は、第１の駆動回路１９１
のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオンオフ時間によ
りなされるから、式（８）によって求めた各電圧指令値
となるよう各トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時
間をＰＷＭ制御する（ステップＳ１９９）。

【００５２】ここで、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ
１＊の符号を図５や図６の共線図におけるトルクＴｍ１
の向きを正とすれば、同じ正の値のトルク指令値Ｔｍ１
＊が設定されても、図５の共線図の状態のようにトルク
指令値Ｔｍ１＊の作用する向きとサンギヤ軸１２５の回
転の向きとが異なるときには回生制御がなされ、図６の
共線図の状態のように同じ向きのときには力行制御がな
される。しかし、モータＭＧ１の力行制御と回生制御
は、トルク指令値Ｔｍ１＊が正であれば、ロータ１３２
の外周面に取り付けられた永久磁石１３５と三相コイル
１３４に流れる電流により生じる回転磁界とにより正の
トルクがサンギヤ軸１２５に作用するよう第１の駆動回
路１９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を制御する
ものであるから、同一のスイッチング制御となる。すな
わち、トルク指令値Ｔｍ１＊の符号が同じであれば、モ
ータＭＧ１の制御が回生制御であっても力行制御であっ
ても同じスイッチング制御となる。したがって、図１１
のモータＭＧ１の制御ルーチンで回生制御と力行制御の
いずれも行なうことができる。また、トルク指令値Ｔｍ
１＊が負のときには、ステップＳ１８０で読み込むサン
ギヤ軸１２５の回転角度θｓの変化の方向が逆になるだ
けであるから、このときの制御も図１１のモータＭＧ１
の制御ルーチンにより行なうことができる。

【００５３】なお、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１
＊に値０が設定されたときでも、図１１のモータＭＧ１
の制御ルーチンによりモータＭＧ１を制御することは可
能であるが、このときにはトランジスタＴｒ１ないしＴ
ｒ６のすべてをオフとする制御としてもよい。

【００５４】次に、モータＭＧ２の制御処理（図９のス
テップＳ１１６）について図１２に例示するモータＭＧ
２の制御ルーチンに基づき説明する。モータＭＧ２の制
御処理は、モータＭＧ１の制御処理うちトルク指令値Ｔ
ｍ１＊とサンギヤ軸１２５の回転角度θｓに代えてトル
ク指令値Ｔｍ２＊とリングギヤ軸１２６の回転角度θｒ
とを用いる点を除き、モータＭＧ１の制御処理と全く同
一である。すなわち、リングギヤ軸１２６の回転角度θ
ｒをレゾルバ１４９を用いて検出し（ステップＳ１９
０）、続いてモータＭＧ２の各相電流を電流検出器１９
７，１９８を用いて検出し（ステップＳ１９２）、その
後、座標変換（ステップＳ１９４）および電圧指令値Ｖ
ｄ２，Ｖｑ２の演算を行ない（ステップＳ１９６）、更
に電圧指令値の逆座標変換（ステップＳ１９８）を行な
って、モータＭＧ２の第２の駆動回路１９２のトランジ
スタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオンオフ制御時間を求
め、ＰＷＭ制御を行なう（ステップＳ１９９）。

【００５５】ここで、モータＭＧ２もトルク指令値Ｔｍ
２＊の向きとリングギヤ軸１２６の回転の向きとにより
力行制御されたり回生制御されたりするが、モータＭＧ
１と同様に、力行制御も回生制御も共に図１５のモータ
ＭＧ２の制御処理で行なうことができる。なお、参考例
では、モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊の符号は、
図５の共線図の状態のときのトルクＴｍ２の向きを正と
した。

【００５６】次に、エンジン１５０の制御（図９のステ
ップＳ１１８）について説明する。エンジン１５０は、
その目標とする運転ポイントが目標トルクＴｅ＊と目標
回転数Ｎｅ＊とによって設定されると、設定された運転
ポイントで定常運転状態となるようエンジン１５０のト
ルクＴｅと回転数Ｎｅとが制御される。具体的には、制
御ＣＰＵ１９０から通信によりＥＦＩＥＣＵ１７０に指
示を送信し、燃料噴射弁１５１からの燃料噴射量やスロ
ットルバルブ１６６の開度を増減して、エンジン１５０
の出力トルクが目標トルクＴｅ＊に、回転数が目標回転
数Ｎｅ＊になるように徐々に調整するのである。なお、
図１０のステップＳ１３０の処理で後述するが、エンジ
ン１５０の回転数ＮｅはモータＭＧ１によるサンギヤ軸
１２５の回転数Ｎｓの制御によって行なわれるから、エ
ンジン１５０の制御では、エンジン１５０から目標トル
クＴｅ＊が出力されるようスロットルバルブ１６６の制
御および吸入空気量に対する空燃比制御となる。なお、
エンジン１５０の運転の停止指令が制御ＣＰＵ１９０か
ら出力されたときには、スロットルバルブ１６６を全閉
すると共に燃料噴射の停止および点火の停止の処理とな
る。

【００５７】こうした各制御によりステップＳ１０６で
バッテリ１９４の残容量ＢRMが閾値Ｂｒｅｆより大きい
ときには、エンジン１５０を停止すると共にモータＭＧ
１のトルクＴｍ１を値０とした状態で、モータＭＧ２か
らリングギヤ軸１２６に車両が後進する方向で値がＴｒ
のトルクＴｍ１が出力される。このときの動作共線は、
前述したように、図７の共線図に示すとおりとなる。な
お、モータＭＧ２により消費される電気エネルギはバッ
テリ１９４から放電される電力によることは勿論であ
る。

【００５８】一方、ステップＳ１０６でバッテリ１９４
の残容量ＢRMが閾値Ｂｒｅｆ以下のときには、バッテリ
１９４の残容量ＢRMは十分でないと判断して、エンジン
１５０から出力される動力を逆向きの動力にトルク変換
してリングギヤ軸１２６に出力する処理としてステップ
Ｓ１２０ないしＳ１３２の処理を行なう。この処理で
は、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、リン
グギヤ軸１２６の回転数Ｎｒを読み込む処理を行なう
（ステップＳ１２０）。リングギヤ軸１２６の回転数Ｎ
ｒは、レゾルバ１４９により検出されるリングギヤ軸１
２６の回転角度θｒから求めることができる。続いて、
読み込まれたリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとステッ
プＳ１０２で導き出されたトルク指令値Ｔｒ＊とから、
リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒを計算
（Ｐｒ＝Ｔｒ＊×Ｎｒ）により求め（ステップＳ１２
２）、求めたエネルギＰｒに基づいてエンジン１５０の
目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定する処理
を行なう（ステップＳ１２４）。ここで、エンジン１５
０から出力するエネルギＰｅはそのトルクＴｅと回転数
Ｎｅとの積に等しいから、リングギヤ軸１２６に出力す
べきエネルギＰｒとエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊
および目標回転数Ｎｅ＊との関係はＰｒ＝Ｐｅ＝Ｔｅ＊
×Ｎｅ＊となる。この関係を満足するエンジン１５０の
目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組み合せは無
数に存在する。そこで、参考例では、実験などにより各
エネルギＰｒに対してエンジン１５０ができる限り効率
の高い状態で運転される運転ポイントを目標トルクＴｅ
＊と目標回転数Ｎｅ＊との組み合わせとして求め、これ
を予めＲＯＭ１９０ｂにマップとして記憶しておき、エ
ネルギＰｒに対応する目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎ
ｅ＊との組み合わせをこのマップから導出するものとし
た。

【００５９】次に、レゾルバ１３９により検出されるサ
ンギヤ軸１２５の回転角度θｓから求められるサンギヤ
軸１２５の回転数Ｎｓを読み込み（ステップＳ１２
６）、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ
軸１２６の回転数Ｎｒとを用いて次式（９）によりサン
ギヤ軸１２５の回転数の目標値である目標回転数Ｎｓ＊
を計算する（ステップＳ１２８）。この式（９）は、上
述した式（２）と同様の式である。

【００６０】

【数７】

【００６１】続いて、次式（１０）により計算される値
をモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊として設定する
（ステップＳ１３０）。ここで、式（１０）中の右辺第
１項は図８における動作共線の釣り合いから求められ、
右辺第２項は回転数Ｎｓの目標回転数Ｎｓ＊からの偏差
を打ち消す比例項であり、右辺第３項は定常偏差をなく
す積分項である。したがって、モータＭＧ１のトルク指
令値Ｔｍ１＊は、定常状態（回転数Ｎｓの目標回転数Ｎ
ｓ＊からの偏差が値０のとき）では、動作共線の釣り合
いから求められる右辺第１項のＴｅ＊／（１＋ρ）に等
しく設定されることになる。なお、式（１０）中のＫ１
およびＫ２は、比例定数である。

【００６２】

【数８】

【００６３】そして、次式（１１）により計算される値
をモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊に設定する（ス
テップＳ１３２）。ここで、式（１１）は、動作共線が
図８の状態で定常状態となったときにリングギヤ軸１２
６にトルク指令値Ｔｒ＊のトルクを出力するものとして
求められる。この式（１１）で設定されるモータＭＧ２
のトルク指令値Ｔｍ２＊は、エンジン１５０の目標トル
クＴｅ＊は正の値であり、トルク指令値Ｔｒ＊は負の値
であることから、トルク指令値Ｔｒ＊の絶対値と目標ト
ルクＴｅ＊の絶対値との和の値に負の符号を付したもの
となり、エンジン１５０から出力されるトルクＴｅに基
づいてリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒよ
り大きさが大きくて逆向きのトルクとなる。

【００６４】

【数９】

【００６５】こうした式（１０）および式（１１）によ
る両モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ１＊，Ｔ
ｍ２＊の設定は、図８の共線図の状態で定常状態になる
と、モータＭＧ１により回生される電気エネルギＰｍ１
がそのままモータＭＧ２により消費される電気エネルギ
Ｐｍ２として用いられる値となり、エンジン１５０から
出力されるエネルギＰｅをトルク変換してリングギヤ軸
１２６に出力することになる。

【００６６】こうしてエンジン１５０の目標トルクＴｅ
＊と目標回転数Ｎｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク
指令値Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、この設定値を
用いてエンジン１５０，モータＭＧ１およびモータＭＧ
２の各制御を行なう（ステップＳ１１４ないしＳ１１
８）。

【００６７】以上説明した参考例の動力出力装置１１０
によれば、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅ
をトルク変換してリングギヤ軸１２６、延いては駆動輪
１１６，１１８に出力することができる。したがって、
バッテリ１９４からの放電なしに車両を後進させること
ができる。また、参考例の動力出力装置１１０によれ
ば、バッテリ１９４の残容量ＢRMに基づいて、バッテリ
１９４に蓄えられた電気エネルギをモータＭＧ２によっ
て機械エネルギに変換してリングギヤ軸１２６に出力す
るか、エンジン１５０から出力される機械エネルギをト
ルク変換してリングギヤ軸１２６に出力するかを選択す
るから、バッテリ１９４の過放電を防止することができ
る。

【００６８】参考例の動力出力装置１１０では、バッテ
リ１９４の残容量ＢRMが閾値Ｂｒｅｆ以下のときには、
エンジン１５０から出力するエネルギＰｅをリングギヤ
軸１２６に出力すべきエネルギＰｒに等しくしてエンジ
ン１５０を運転し、エンジン１５０から出力されるエネ
ルギＰｅをトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力す
るものとしたが、エンジン１５０から出力するエネルギ
Ｐｅをリングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒよ
り大きくしてエンジン１５０を運転し、モータＭＧ１で
回生される電力の一部によりバッテリ１９４を充電する
ものとしてもよい。例えば、図９および図１０の後進時
トルク制御ルーチンのステップＳ１２４のエンジン１５
０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊の設定処
理に代えて、図１３に例示するステップＳ２２４および
Ｓ２２５の処理を実行すればよい。ステップＳ２２４で
は、バッテリ１９４の残容量ＢRMの状態に基づいてバッ
テリ１９４を充電するエネルギＰｂｉを設定し、ステッ
プＳ２２５では、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネ
ルギＰｒに設定した充電エネルギＰｂｉを加えたものを
エンジン１５０から出力すべきエネルギＰｅとして目標
トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊を設定するのであ
る。このように設定すると、モータＭＧ１により回生さ
れる電気エネルギＰｍ１とモータＭＧ２により消費され
る電気エネルギＰｍ２とに偏差が生じて、余剰の電気エ
ネルギが見出され、この余剰の電気エネルギによりバッ
テリ１９４が充電される。このように充電エネルギＰｂ
ｉを考慮してエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および
目標回転数Ｎｅ＊を設定すれば、車両を後進しながらバ
ッテリ１９４を充電することができる。また、こうした
バッテリ１９４の充電によりバッテリ１９４の残容量Ｂ
RMが閾値Ｂｒｅｆより大きくなると、図９のステップＳ
１０６の判定でバッテリ１９４の充電は不要と判断さ
れ、ステップＳ１０８ないしＳ１１８の処理が実行され
るから、バッテリ１９４の残容量ＢRMを閾値Ｂｒｅｆ以
上の範囲内にすることができる。

【００６９】参考例の動力出力装置１１０では、バッテ
リ１９４の残容量ＢRMが閾値Ｂｒｅｆ未満のときにはエ
ンジン１５０の運転を停止するものとしたが、エンジン
１５０の目標回転数Ｎｅ＊に所定の回転数、例えばアイ
ドル回転数を設定し、エンジン１５０を所定の回転数で
運転するものとしてもよい。この場合にも、モータＭＧ
１のトルク指令値Ｔｍ１＊に値０を設定することによ
り、モータＭＧ１は空回りすることになる。こうすれ
ば、エンジン１５０の運転を停止する場合に比して、エ
ンジン１５０の運転ポイントの変更を容易に行なうこと
ができる。

【００７０】参考例の動力出力装置１１０では、リング
ギヤ軸１２６に出力された動力をリングギヤ１２２に結
合された動力取出ギヤ１２８を介してモータＭＧ１とモ
ータＭＧ２との間から取り出したが、図１４の変形例の
動力出力装置１１０Ａに示すように、リングギヤ軸１２
６を延出してケース１１９から取り出すものとしてもよ
い。また、図１５の変形例の動力出力装置１１０Ｂに示
すように、エンジン１５０側からプラネタリギヤ１２
０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順になるよう配置し
てもよい。この場合、サンギヤ軸１２５Ｂは中空でなく
てもよく、リングギヤ軸１２６Ｂは中空軸とする必要が
ある。こうすれば、リングギヤ軸１２６Ｂに出力された
動力をエンジン１５０とモータＭＧ２との間から取り出
すことができる。

【００７１】参考例の動力出力装置１１０およびその変
形例では、ＦＲ型あるいはＦＦ型の２輪駆動の車両に適
用するものとしたが、図１６の変形例の動力出力装置１
１０Ｃに示すように、４輪駆動の車両に適用するものと
してもよい。この構成では、リングギヤ軸１２６に結合
していたモータＭＧ２をリングギヤ軸１２６より分離し
て、車両の後輪部に独立して配置し、このモータＭＧ２
によって後輪部の駆動輪１１７，１１９を駆動する。一
方、リングギヤ軸１２６は動力取出ギヤ１２８および動
力伝達ギヤ１１１を介してディファレンシャルギヤ１１
４に結合されて前輪部の駆動輪１１６，１１８を駆動す
る。このような構成の下においても、前述した後進時ト
ルク制御ルーチンを実行することは可能である。

【００７２】次に本発明の実施例である動力出力装置１
１０Ｄについて説明する。図１７は、実施例の動力出力
装置１１０Ｄを組み込んだ車両の概略構成を示す構成図
である。図示するように、実施例の動力出力装置１１０
Ｄは、エンジン１５０のクランクシャフト１５６に前後
進切換ギヤユニット２５０が取り付けられている点を除
いて上記の参考例の動力出力装置１１０と同一の構成を
している。したがって、実施例の動力出力装置１１０Ｄ
の構成のうち参考例の動力出力装置１１０と同一の構成
については同一の符号を付し、その説明は省略する。な
お、明示しない限り参考例の説明の際に用いた符号はそ
のまま同じ意味で用いる。

【００７３】図１８は、前後進切換ギヤユニット２５０
の構成の概略を例示する概略構成図である。実施例の動
力出力装置１１０Ｄが備える前後進切換ギヤユニット２
５０は、図示するように、クランクシャフト１５６のエ
ンジン１５０側とプラネタリギヤ１２０側にそれぞれ取
り付けられた出力軸動力ギヤ２５２ａ，２５２ｂと、順
方向ギヤ２５４および逆方向ギヤ２５５からなる前後進
切換ギヤ２５３と、出力軸動力ギヤ２５２ｂと噛合する
反転ギヤ２５６と、前後進切換ギヤ２５３を軸方向に駆
動するアクチュエータ２５８とを備える。前後進切換ギ
ヤ２５３の順方向ギヤ２５４は、出力軸動力ギヤ２５２
ａと噛合しており、アクチュエータ２５８により前後進
切換ギヤ２５３が前進時の位置（図１８において前後進
切換ギヤ２５３が右側へ移動したときの位置）とされた
ときには出力軸動力ギヤ２５２ｂと噛合し、後進時の位
置（図１８における前後進切換ギヤ２５３の位置）とさ
れたときには出力軸動力ギヤ２５２ｂとの噛合が解除さ
れるよう、その歯が軸方向に長く形成されている。前後
進切換ギヤ２５３の逆方向ギヤ２５５は、順方向ギヤ２
５４より径が若干小さく形成されており、アクチュエー
タ２５８により前後進切換ギヤ２５３が後進時の位置と
されたときには反転ギヤ２５６と噛合し、前進時の位置
とされたときには反転ギヤ２５６との噛合が解除される
ようになっている。

【００７４】前後進切換ギヤ２５３が後進時の位置とさ
れたときの逆方向ギヤ２５５と反転ギヤ２５６および出
力軸動力ギヤ２５２ｂが噛合している状態を図１９に示
す。逆方向ギヤ２５５の径をできる限り大きくして順方
向ギヤ２５４の径と略同一とするために、反転ギヤ２５
６を、その回転軸が逆方向ギヤ２５５の回転軸とクラン
クシャフト１５６とを結ぶ直線上から外して設置してい
る。なお、前後進切換ギヤ２５３の回転軸の端部は、ア
クチュエータ２５８に嵌挿されており、アクチュエータ
２５８によりその軸方向の位置が変更されるようになっ
ている。また、アクチュエータ２５８は、導電ラインに
より制御装置１８０に接続されており、制御装置１８０
による駆動制御を受けるようになっている。

【００７５】次に、こうして構成された実施例の動力出
力装置１１０Ｄにおける後進時のトルク制御について図
２０に例示する後進時トルク制御ルーチンに基づき説明
する。本ルーチンは、シフトレバー１８２がリバース位
置にセットされたのをシフトポジションセンサ１８４に
より検出されたときに実行される。本ルーチンが実行さ
れると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、
前後進切換ギヤユニット２５０をリバースにセットする
（ステップＳ３００）。即ち、前後進切換ギヤユニット
２５０のアクチュエータ２５８に駆動信号を出力して、
前後進切換ギヤ２５３が後進時の位置となるようアクチ
ュエータ２５８を動作させるのである。なお、実施例の
動力出力装置１１０Ｄでは、車両の前進状態および停止
状態では、通常、前後進切換ギヤ２５３の順方向ギヤ２
５４が出力軸動力ギヤ２５２ａおよび出力軸動力ギヤ２
５２ｂに噛合している状態となっている。

【００７６】続いて、アクセルペダルポジションセンサ
１６４ａにより検出されるアクセルペダルポジションＡ
Ｐを読み込み（ステップＳ３０２）、読み込んだアクセ
ルペダルポジションＡＰを用いてリングギヤ軸１２６に
出力すべきトルク指令値Ｔｒ＊を導出する処理を行なう
（ステップＳ３０４）。そして、図９および図１０の後
進時トルク制御ルーチンにおけるステップＳ１２０ない
しＳ１３２の処理およびステップＳ１１４ないしＳ１１
８の処理と同様の処理であるステップＳ３０６ないしＳ
３２４の処理を行なう。なお、ステップＳ３１４，Ｓ３
１６およびＳ３１８の処理では、前後進切換ギヤユニッ
ト２５０がリバースにセットされているために、プラネ
タリギヤ１２０のプラネタリキャリア１２４に入力され
る動力はエンジン１５０から出力される動力に対してそ
の回転が逆向きとなるから、計算の必要上、エンジン１
５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊にマイ
ナス１を乗じた。また、実施例でも、図示の都合上、モ
ータＭＧ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制
御を別々のステップとして記載したが、参考例と同様
に、これらの制御は同時に並行して総合的に行なわれ
る。

【００７７】前後進切換ギヤユニット２５０がリバース
にセットされたときの共線図の一例を図２１に示す。図
示するように、エンジン１５０がトルクＴｅおよび回転
数Ｎｅの運転ポイントＰ３で運転されているものとする
と、エンジン１５０の回転数ＮｅとトルクＴｅは、クラ
ンクシャフト１５６に設けられた前後進切換ギヤユニッ
ト２５０により回転方向およびトルクの向きが逆となる
から、共線図上では横軸を鏡面とした際に運転ポイント
Ｐ３の鏡像として現われる運転ポイントＰ４にプロット
される。リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒも負の値であ
るから。図２１の共線図は、天地を入れ替えることによ
り図５の共線図の状態と等価なものとなり、同様に解析
することができる。

【００７８】以上説明した実施例の動力出力装置１１０
Ｄによれば、前後進切換ギヤユニット２５０を備えるこ
とにより、車両を後進させるときにも、前進させるとき
と同様のトルクを出力することができる。

【００７９】実施例の動力出力装置１１０では、エンジ
ン１５０から出力するエネルギＰｅをリングギヤ軸１２
６に出力すべきエネルギＰｒに等しくしてエンジン１５
０を運転し、エンジン１５０から出力されるエネルギＰ
ｅをトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力するもの
としたが、バッテリ１９４の残容量ＢRMの状態に応じ
て、エンジン１５０から出力するエネルギＰｅをリング
ギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒより大きくした
り小さくしてエンジン１５０を運転し、モータＭＧ１で
回生される電力の一部によりバッテリ１９４を充電した
り、モータＭＧ２により消費される電力の一部をバッテ
リ１９４からの放電により賄うものとしてもよい。

【００８０】また、実施例の動力出力装置１１０Ｄで
は、前後進切換ギヤユニット２５０をクランクシャフト
１５６に取り付けたが、前後進切換ギヤユニット２５０
をリングギヤ軸１２６より後段の駆動軸１１２などに取
り付けてもよい。例えば、図１４の変形例の動力出力装
置１１０Ａにおけるリングギヤ軸１２６のモータＭＧ２
の図中左側に前後進切換ギヤユニット２５０を設けるも
のとすることができる。この場合の共線図の一例を図２
２に示す。図示するように、この場合の共線図は、車両
を前進させるときの図５の共線図と同一であるが、前後
進切換ギヤユニット２５０の後段側のリングギヤ軸１２
６は、前後進切換ギヤユニット２５０によりその回転方
向とトルクの向きが逆にされるから、リングギヤ１２２
の運転ポイントＰ５の鏡像の位置にある運転ポイントＰ
６で運転されることになり、車両を後進させることがで
きる。

【００８１】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【００８２】例えば、上述した各実施例では、エンジン
１５０としてガソリンエンジンを用いたが、その他に、
ディーゼルエンジンや、タービンエンジンや、ジェット
エンジンなど各種の内燃あるいは外燃機関を用いること
もできる。

【００８３】また、各実施例では、３軸式動力入出力手
段としてプラネタリギヤ１２０を用いたが、一方はサン
ギヤと他方はリングギヤとギヤ結合すると共に互いにギ
ヤ結合しサンギヤの外周を自転しながら公転する２つ１
組の複数組みのプラネタリピニオンギヤを備えるダブル
ピニオンプラネタリギヤを用いるものとしてもよい。こ
の他、３軸式動力入出力手段として３軸のうちいずれか
２軸に入出力される動力を決定すれば、この決定した動
力に基づいて残余の１軸に入出力される動力を決定され
るものであれば如何なる装置やギヤユニット等、例え
ば、ディファレンシャルギヤ等を用いることもできる。

【００８４】さらに、各実施例では、モータＭＧ１およ
びモータＭＧ２にＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magn
et type）同期電動機を用いたが、回生動作および力行
動作の双方が可能なものであれば、その他にも、ＶＲ形
（可変リラクタンス形；Variable Reluctance type）同
期電動機や、バーニアモータや、直流電動機や、誘導電
動機や、超電導モータや、ステップモータなどを用いる
こともできる。

【００８５】あるいは、各実施例では、第１および第２
の駆動回路１９１，１９２としてトランジスタインバー
タを用いたが、その他に、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポ
ーラモードトランジスタ；Insulated Gate Bipolar mod
e 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 Modulati
on）インバータや、方形波インバータ（電圧形インバー
タ，電流形インバータ）や、共振インバータなどを用い
ることもできる。

【００８６】また、バッテリ１９４としては、Ｐｂバッ
テリ，ＮｉＭＨバッテリ，Ｌｉバッテリなどを用いるこ
とができるが、バッテリ１９４に代えてキャパシタを用
いることもできる。

【００８７】以上の各実施例では、動力出力装置を車両
に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、船舶，航空機などの交通手段
や、その他各種産業機械などに搭載することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に対する参考例としての動力出
力装置１１０の概略構成を示す構成図である。

【図２】参考例の動力出力装置１１０の部分拡大図であ
る。

【図３】参考例の動力出力装置１１０を組み込んだ車両
の概略の構成を例示する構成図である。

【図４】参考例の動力出力装置１１０の動作原理を説明
するためのグラフである。

【図５】参考例におけるプラネタリギヤ１２０に結合さ
れた３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。

【図６】参考例におけるプラネタリギヤ１２０に結合さ
れた３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。

【図７】モータＭＧ２から出力される後進方向の動力の
みをリングギヤ軸１２６に出力する際の共線図である。

【図８】エンジン１５０から出力される動力を後進方向
の動力にトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力する
際の共線図である。

【図９】参考例の制御装置１８０により実行される後進
時トルク制御ルーチンの一部を例示するフローチャート
である。

【図１０】参考例の制御装置１８０により実行される後
進時トルク制御ルーチンの一部を例示するフローチャー
トである。

【図１１】参考例の制御装置１８０により実行されるモ
ータＭＧ１の制御ルーチンを例示するフローチャートで
ある。

【図１２】参考例の制御装置１８０により実行されるモ
ータＭＧ２の制御ルーチンを例示するフローチャートで
ある。

【図１３】変形例の後進時トルク制御ルーチンの一部を
例示するフローチャートである。

【図１４】変形例の動力出力装置１１０Ａの概略構成を
示す構成図である。

【図１５】変形例の動力出力装置１１０Ｂの概略構成を
示す構成図である。

【図１６】参考例の動力出力装置１１０を４輪駆動車に
適用したときの具体例である動力出力装置１１０Ｃを組
み込んだ車両の概略構成を示す構成図である。

【図１７】実施例の動力出力装置１１０Ｄを組み込んだ
車両の概略構成を示す構成図である。

【図１８】前後進切換ギヤユニット２５０の構成の概略
を例示する概略構成図である。

【図１９】前後進切換ギヤ２５３が後進時の位置とされ
たときの逆方向ギヤ２５５と反転ギヤ２５６と出力軸動
力ギヤ２５２ｂとの噛合状態を例示する説明図である。

【図２０】実施例の制御装置１８０により実行される後
進時トルク制御ルーチンを例示するフローチャートであ
る。

【図２１】実施例の後進時の動作共線の状態を例示する
共線図である。

【図２２】実施例の変形例の後進時の動作共線の状態を
例示する共線図である。

【符号の説明】

１１０…動力出力装置 １１０Ａ〜１１０Ｄ…動力出力装置 １１１…動力伝達ギヤ １１２…駆動軸 １１４…ディファレンシャルギヤ １１６，１１８…駆動輪 １１７，１１９…駆動輪 １１９…ケース １２０…プラネタリギヤ １２１…サンギヤ １２２…リングギヤ １２３…プラネタリピニオンギヤ １２４…プラネタリキャリア １２５…サンギヤ軸 １２６…リングギヤ軸 １２８…動力取出ギヤ １２９…チェーンベルト １３２…ロータ １３３…ステータ １３４…三相コイル １３５…永久磁石 １３９…レゾルバ １４２…ロータ １４３…ステータ １４４…三相コイル １４５…永久磁石 １４９…レゾルバ １５０…エンジン １５１…燃料噴射弁 １５２…燃焼室 １５４…ピストン １５６…クランクシャフト １５８…イグナイタ １６０…ディストリビュータ １６２…点火プラグ １６４…アクセルペダル １６４ａ…アクセルペダルポジションセンサ １６５…ブレーキペダル １６５ａ…ブレーキペダルポジションセンサ １６６…スロットルバルブ １６７…スロットルバルブポジションセンサ １６８…アクチュエータ １７０…ＥＦＩＥＣＵ １７２…吸気管負圧センサ １７４…水温センサ １７６…回転数センサ １７８…回転角度センサ １７９…スタータスイッチ １８０…制御装置 １８２…シフトレバー １８４…シフトポジションセンサ １９０…制御ＣＰＵ １９０ａ…ＲＡＭ １９０ｂ…ＲＯＭ １９１…第１の駆動回路 １９２…第２の駆動回路 １９４…バッテリ １９５，１９６…電流検出器 １９７，１９８…電流検出器 １９９…残容量検出器 ２５０…前後進切換ギヤユニット ２５２ａ，２５２ｂ…出力軸動力ギヤ ２５３…前後進切換ギヤ ２５４…順方向ギヤ ２５５…逆方向ギヤ ２５６…反転ギヤ ２５８…アクチュエータ ＡＰ…アクセルペダルポジション ＢRM…残容量 Ｌ１，Ｌ２…電源ライン ＭＧ１…モータ ＭＧ２…モータ Ｔｒ１〜Ｔｒ６…トランジスタ Ｔｒ１１〜トルクＴｒ１６…トランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸に動力を出力する動力出力装置で
   あって、 出力軸を有する原動機と、 回転軸を有し、該回転軸に動力を入出力する第１の電動
   機と、 前記駆動軸に動力を入出力する第２の電動機と、 前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸とに各々結合され
   る３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出
   力されたとき、該入出力された動力に基づいて定まる動
   力を残余の１軸へ入出力する３軸式動力入出力手段と、 前記原動機の出力軸に設けられ、所定の逆転要求に応じ
   て該出力軸の回転動力を逆転させて後段に伝達する逆転
   伝達手段とを備える動力出力装置。
2. 【請求項２】 前記逆転伝達手段に代えて、前記駆動軸
   に設けられ、所定の逆転要求に応じて該駆動軸の回転動
   力を逆転させて後段に伝達する逆転伝達手段を備える動
   力出力装置。