JP3668830B2 - 動力伝達装置およびこれを用いたハイブリット車輌 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力伝達装置，動力出力方法およびハイブリッド車輌に関し、詳しくは原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な動力伝達装置および動力出力方法、更には動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な原動機と駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力調整装置とを備えたハイブリッド車輌に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関などの原動機の出力トルクを変換して動力を伝達する装置として、近年、流体を利用したトルクコンバータに代えて、遊星歯車機構による動力分配と電動機を組み合わせた構成や相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機を用いロータ間の滑りを利用して動力を分配する構成などが提案されている。かかる動力伝達装置を用いて、複数の駆動軸に動力を伝達するものとしては、例えば特開平９−１７５２０３号公報に示した構成が知られている。かかる動力伝達装置は、動力を流体などに変換することがないので、効率が高いという利点が得られる優れたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる動力伝達装置では、駆動軸を逆回転する場合に、十分なトルクが得られないことがあるという問題があった。これは、次の理由による。原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な動力伝達装置の場合、駆動軸を逆転する場合でも、原動機であるエンジンなどを逆転することは通常できない。したがって、エンジンは正転させながら駆動軸を逆転するという制御を行なうことになる。動力伝達装置がバッテリを備え、バッテリに蓄えた電力を用いるだけで済む場合には、エンジンを停止し、電動機のトルクだけで駆動軸を逆転すれば良いが、バッテリに蓄えた電力だけで対応できない場合やバッテリの充電状態が低い場合などには、エンジンの動力を用いて発電を行ないつつ電動機を逆転して、駆動軸を逆回転することが必要になる。こうした場合、駆動軸に出力されるトルクは、駆動軸に結合された電動機による逆転方向のトルクからエンジンによる正転方向の出力トルクを差し引いたものになってしまう。
【０００４】
かかる問題は、こうした形態の動力伝達装置を車輌に搭載したいわゆるハイブリッド車輌では、特に車輌後退時に高いトルクを得ることができないことになり、看過するとができない。原動機の出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力する動力伝達装置としては、相対的に回転する対ロータを有する電動機を用いて動力の分配を行なう電気分配型のものであれ、プラネタリギアなどの三軸式の動力分配機を用いた機械分配型のものであれ、同様の問題を生じる。なお、後者の場合で動力の分配にプラネタリギアを採用した場合には、各軸の回転数およびトルクが歯数により決まる単純な比例関係をとることから、駆動軸が逆転しておりかつ原動機の回転数・トルクが高いと、他の一軸の回転数やトルクが許容範囲をはずれてしまうという問題もあり、この点からも駆動軸の回転数やトルクが制限されていた。
【０００５】
本発明の動力伝達装置，動力出力方法およびこれを用いたハイブリッド車輌は、こうした問題を解決し、駆動軸を逆転する場合に、駆動軸の回転数やトルクの制御の自由度を高くすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決する本発明の動力伝達装置は、
原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な動力伝達装置であって、
前記原動機から出力される動力の状態を調整する原動機調整手段と、
該原動機に、該原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生可能に結合された発電機と、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合され、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転する正回転およびその逆方向に回転する逆回転が可能な電動機と、
前記駆動軸を逆回転する際には、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機調整手段を制御して、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正回転する場合より低い動力に制御する逆回転時制御手段と
を備えたことを要旨としている。
【０００７】
また、この動力伝達装置に対応した動力出力方法の発明は、
原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力する動力出力方法であって、
前記原動機から出力される動力の状態を調整し、
該原動機の出力軸に結合された発電機により、該原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生し、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合された電動機により、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転し、あるいはその逆方向に回転し、前記駆動軸を逆方向に回転する際には、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正方向に回転する場合より低い動力に制御すること
を要旨としている。
【０００８】
かかる動力伝達装置および動力出力方法によれば、駆動軸を逆方向に回転する際には、発電機により回生したエネルギを用いて電動機を原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、原動機から出力される動力の状態を、駆動軸を正方向に回転する場合より低い動力に制御している。したがって、駆動軸から出力される逆方向の動力を高くすることができる。
【０００９】
さらにこうした動力伝達装置等において、発電機を、相対的に回転可能な二つのロータを備えた対ロータ電動機とし、対ロータのうちの一方を原動機の出力軸に結合し、対ロータの他方を駆動軸に結合するものとしても良い。発電機として対ロータ電動機を用いた場合、動力の分配は、対ロータの相対的に回転数である滑り回転数に対応したものが電気的なエネルギとして取り出され、残余のエネルギが機械的な形態で駆動軸に出力されることになり、装置を小型化することができる。
【００１０】
なお、こうした電動機を、原動機の出力軸および駆動軸の一方に選択的に結合可能とし、駆動軸を逆回転する際には、電動機を駆動軸に結合するものとしても良い。この場合には、電動機を原動機の出力軸に結合して、いわゆるオーバドライブ状態を実現したり、電動機を駆動軸に結合して、いわゆるアンダドライブ状態としたりすることができる。電動機を結合する軸を切り換える構成を備えることで、いずれの場合にも、エネルギの再循環を生じることがない。駆動軸を逆転する場合には、原動機の回転数（回転方向を含む）を上回る回転数で駆動軸を回転することはあり得ないから、こうした場合には、電動機を駆動軸に結合するものとしておけばよい。
【００１１】
更に、こうした原動機としては、吸気バルブを介して吸入した空気と燃料とを混合して爆発燃焼を行なう内燃機関が採用可能である。燃料としては、ガソリンや軽油、アルコール、プロパンガス、天然ガスなど、各種の燃料が使用可能である。もとより、ガスタービンなどの他の原動機も利用可能である。原動機として内燃機関を用いた場合には、原動機の動力の状態を調整する手段として、吸入する空気量と前記吸気バルブの開閉タイミングとを制御する手段を設けるものとしても良い。
【００１２】
こうした動力伝達装置に、発電機により回生された電力を蓄えるバッテリを儲け、逆転時制御手段が、駆動軸を逆転する際に、回生された電力に加えてバッテリに蓄えられた電力の少なくとも一部を用いて電動機を駆動するものとしても良い。回生される電力に加えてバッテリの電力を用いることで、バッテリの残容量の許す範囲内で、高い動力を駆動軸に出力することができる。
【００１３】
原動機からの動力を分配する他の構成としては、いわゆる機械分配の形態がある。これは、３つの軸を備え、そのうちの２つの軸に入出力される動力により残余の一軸に入出力される動力が決定される三軸式動力伝達機構を用い、この機構の３軸の一つを原動機の出力軸に結合し、他の一軸を駆動軸に結合し、残余の一軸を発電機を結合する。更に、電動機は、駆動軸に結合する。こうすることにより、原動機の出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力することが可能となる。かかる機械分配式の構成を用いれば、対ロータ電動機を用いる必要がなく、構成を簡略化することができる。
【００１４】
本発明のハイブリッド車輌は、
動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な原動機と、前記駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力調整装置とを備えたものであり、
前記原動機から出力される動力の状態を調整する原動機調整手段を備えると共に、
前記動力調整装置は、
前記原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生可能な発電機と、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合され、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転する正回転およびその逆方向に回転する逆回転が可能な電動機と、
車輌後退時に、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機調整手段を制御して、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正回転する場合より低い動力に制御する後退時制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１５】
このハイブリッド車輌では、車輌後退時には、原動機調整手段を制御して原動機から出力される動力の状態を駆動軸を正回転する場合より低い動力に制御している。したがって、駆動軸を逆回転する場合、電動機のトルクと原動機のトルクとの差分として取り出される駆動軸の駆動トルクは、原動機を制御しない状態と比べて大きくすることができ、後退時の動力の状態を、所望の動力に近づけることができる。
【００１６】
【発明の他の態様】
本願発明は、四輪駆動車輌としてのハイブリッド車輌に用いることもできる。また、車輌に限らず、船舶，工作機械その他の機器に用いることも可能である。
【００１７】
【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輌の概略構成を示す説明図である。このハイブリッド車輌の動力系統は、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５０は通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト５６を回転させる。エンジン５０の運転は、専用の燃料噴射制御ユニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと言う）７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ７０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、ＥＦＩＥＣＵ７０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ＶＶＴ５７などが設けられている。また、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。冷却水温Ｔｗを検出する水温センサなど、その他のセンサおよびスイッチなどの図示は省略した。
【００１８】
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駆動軸２２との間には、動力伝達装置２０が配設されている。動力伝達装置２０は、基本的にはエンジン５０の動力を駆動軸２２に伝達する装置であり、大きくは、クラッチモータ３０，アシストモータ４０およびアシストモータ４０が結合される軸を切り換える切換装置８０から構成されている。
【００１９】
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（モータ）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モータと異なる。即ち、クラッチモータ３０では、通常のモータ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。このようなモータを対ロータ電動機と呼ぶ。こうしたタイプの電動機では、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機構が必要になる。本実施例では、スリップリング３８を設けて、三相コイル３６への電力を供給するものとしたが、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。
【００２０】
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、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を介して駆動軸２２に結合されている。この駆動軸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。したがって、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５の回転数・トルクと車軸２６の回転数・トルクとは、直接的な対応関係を有することになる。
【００２１】
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、この電動発電機を、クラッチモータと呼ぶのである。
【００２２】
動力伝達装置２０を構成するもう一つのモータであるアシストモータ４０も、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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
動力伝達装置２０には、以上詳しく説明したクラッチモータ３０およびアシストモータ４０の他に、切換装置８０が設けられている。この切換装置８０は、アシストモータ４０を、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５またはインナロータ軸３３のいずれかに結合し、あるいはいずれの軸にも結合されていない状態に切り換えるものである。この切換装置８０の構成について説明する。切換装置８０は、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、インナロータ軸３３に結合された第２ギヤ８２、いずれの軸にも結合されていない第３ギヤ８３、およびこれらのギヤに噛合される可動ギヤ８４が設けられている。可動ギヤ８４は、一方がロータ軸４３に固定されたスプライン軸８５の他方の部材に結合されている。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摺動することができる。切換装置８０には、このスプライン軸８５における可動ギヤ８４の摺動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、制御ユニット９０により制御される。
【００２６】
可動ギヤ８４が、図１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２２に出力されるが、この駆動軸２２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２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。
【００２７】
他方、切換装置８０が可動ギヤ８４を、図１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に結合されることになる。この結果、エンジン１５０からクラッチモータ３０を経て駆動軸２２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３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。
【００２８】
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２２に出力される。
【００２９】
上述した切換装置８０により各ギヤの各結合状態は、ハイブリッド車輌１０の走行状態に応じて切り替えられる。車輌１０の走行状態とアシストモータ４０の結合状態との関係を図４に示す。図４は、横軸に車速をとり、縦軸にトルクを採って車輌が走行する領域を示したものである。図４中の曲線ＬＩＭで示される範囲がハイブリッド車輌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。更に、領域ＥＶはエンジン５０を停止し、アシストモータ４０のみを動力源として走行する領域である。実施例のハイブリッド車輌１０は、このように走行状態に応じてアシストモータ４０の結合状態を切換装置８０により切り替えながら走行する。
【００３０】
なお、本実施例における切換装置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、スプライン軸８５を設ける必要はない。
【００３１】
本実施例のハイブリッド車輌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６５ａ、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等がある。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５０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。この制御ユニット９０は、本発明における逆回転時制御手段として機能する。
【００３２】
本実施例の動力伝達装置２０の動作について簡略に説明する。動力伝達装置２０は、動力の分配を、クラッチモータ３０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の動力の一部は、クラッチモータ３０を介して駆動軸２２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、後述するバッテリ９４に蓄積することもできるし、動力伝達装置２０を構成する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２２のトルクアップに用いることもできる。即ち、この動力伝達装置２０は、動力を出力するかもしくは停止しているエンジン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２２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。
【００３３】
通常の運転状態おけるエンジン５０の制御は、効率を優先して行なわれる。この様子を図５および図６に示した。エンジン５０に対する要求動力Ｐｅが制御ユニット９０からＥＦＩＥＣＵ７０に対して出力されると、ＥＦＩＥＣＵ７０は、この要求動力Ｐｅに基づいてエンジン５０の運転ポイントを設定する。運転ポイントとは、エンジン５０の目標回転数Ｎｅと目標トルクＴｅの組み合わせをいう。図５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５０の運転状態を示している。図５中の曲線Ｂはエンジン５０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５０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５０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。
【００３４】
エンジン５０は図５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５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５０の回転数Ｎｅと効率αの関係を図６に示す。エンジン５０から曲線Ｃ１に相当する動力を出力する場合には、図５および図６中の点Ａ１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５および図６中の点Ａ２およびＡ３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５中の曲線Ａが得られる。これを動作曲線と呼ぶ。
【００３５】
実施例における運転ポイントの設定は、予め実験的に求められた動作曲線を制御ユニット９０内のＲＯＭにマップとして記憶しておき、かかるマップを参照することにより要求動力Ｐｅに応じた運転ポイントを読み出し、エンジン５０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、エンジン５０を常に運転効率の高い運転ポイントで運転することができる。
【００３６】
なお、これらの制御を行なうために、制御ユニット９０は、各軸の回転数はもとより、各軸のトルクを、センサにより検出している。各軸の回転数は、各軸に設けられたレゾルバにより、またトルクは第１の駆動回路９１，第２の駆動回路９２に設けられた電流検出器により、それぞれ検出しているが、図１におけるこれらのセンサの図示は省略した。
【００３７】
（２）後退制御処理：
次に、本実施例のハイブリッド車輌１０の運転制御処理のうち、後退制御について説明する。図７は、本実施例において制御ユニット９０が実行する後退処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンが開始されると、まずシフトポジションセンサ６６ａが検出したシフトポジションＳＰが、リア位置か否かの判別を行なう（ステップＳ１００）。シフトレバー６６がリア位置に入れられ、かかる判断が「ＹＥＳ」となった場合には、次に切換装置８０のアクチュエータ８６を駆動して、切換装置８０の可動ギヤ８４を位置ａに切り換える処理を行なう（ステップＳ１１０）。この結果、アシストモータ４０のロータ軸４３は、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り、動力伝達装置２０は、いわゆるアンダードライブ状態（図２参照）となる。
【００３８】
次に、クラッチモータ３０をロックアップする処理を行なう（ステップＳ１２０）。アシストモータ４０のロータ４２が回転しないように、その三相コイル４６にロックアップ電流を流す制御を行なうのである。この結果、アシストモータ４０に結合されている駆動軸２２は固定され、車輪２６Ｒ，２６Ｌが動くこともない。シフトレバー６６をリア位置に入れた途端に車輌が動き出すことがないよう、車軸２６をアシストモータ４０によりロックしているのである。
【００３９】
次に、アクセルペダルが踏み込まれ、アクセルペダルポジションセンサ６５ａがこれを検出した否かの判断を行なう（ステップＳ１３０）。アクセルペダルが踏み込まれてたことが検出されない限りは、車輌１０を後退させないからである。アクセルペダルが踏み込まれていなければ、ステップＳ１００に戻って、上述した処理（ステップＳ１００ないし１３０）を繰り返す。なお、その間に、シフトレバー６６がリア位置以外に切り換えられれば（ステップ１００）、切換装置８０も可動ギヤ８４を制御上必要な他の位置に切り換え（ステップＳ１４０）、本ルーチンを一旦終了する。
【００４０】
シフトレバー６６がリア位置にあり、アクセルペダルが踏み込まれると、次に、バッテリ９４の出力が十分にあるか否かの判断を行なう（ステップＳ１５０）。バッテリ９４の残容量が十分にあれば、バッテリ９４からの電力のみを用い、アシストモータ４０を駆動することで、車輌１０を後退することができるからである。この場合には、まずクラッチモータ３０をフリーに制御し（ステップＳ１６０）、その後、アクセルペダルの踏み込み量に応じてアシストモータ４０を制御する（ステップＳ１９０）。したがって、この場合には、後退に際して強いトルクが要求されれば、アシストモータ４０の定格の許す範囲で、要求されたトルクを車軸２６に出力することができる。なお、この場合のアシストモータ４０の回転方向は、車輌１０前進時の回転方向と逆であることは言うまでもない。
【００４１】
他方、バッテリ９４の出力が十分にはないと判断された場合には（ステップＳ１５０）、クラッチモータ３０によりエンジン５０を起動する処理を行なう（ステップＳ１７０）。この処理は、具体的には、アシストモータ４０をロックアップした状態で、クラッチモータ３０を駆動し、クランクシャフト５６を約１０００回転まで駆動することにより行なう。エンジン５０のクランクシャフト５６の回転数が１０００回転まで上昇するまでは、ＶＶＴ５７により、吸排気バルブを、圧縮比が最も小さい状態、即ちポンプ仕事によるエネルギロスが小さい状態としておく。回転数が上昇した後、燃料噴射弁５１から燃料の噴射を開始し、図示しないイグナイタにより混合気に点火することにより、エンジン５０を容易に始動することができる。
【００４２】
こうしてエンジン５０が始動すると、続いてエンジン５０の制御に移行する（ステップＳ１８０）。エンジン５０は、通常、図５および図６により説明したように、効率優先の動作線Ａに従って運転される。しかし、後退時には、この動作線より、低トルク側に設定された動作線に沿って制御される。これ動作線を図８に示した。図８に示すように、後退時には、エンジン５０は、効率優先の動作線Ａよりも低トルク側に設定された後退時動作線Ｂに沿って制御される。エンジン５０をこの動作線Ｂに沿って運転するには、燃料噴射弁５１から噴射される燃料量、スロットルバルブ５３により調整される吸入空気量およびＶＶＴ５７により調整される吸排気バルブの開閉タイミング（進角値）を制御すればよい。更に、点火時期を制御することも差し支えない。かかるエンジン５０の制御は、実際には、ＥＦＩＥＣＵ７０により行なわれるから、制御ユニット９０は、実際には、エンジン５０が動作すべき動作線を、ＥＦＩＥＣＵ７０に指示するだけである。
【００４３】
こうしてエンジン５０の制御をＥＦＩＥＣＵ７０に指示した後、アクセルペダルの踏み込み量に応じてアシストモータ４０を制御する処理に移行する（ステップＳ１９０）。エンジン５０が停止している場合には、アシストモータ４０の出力するトルクがそのまま駆動軸２２に出力されるが、エンジン５０が運転されている場合には、駆動軸２２の回転方向（後退方向）とクランクシャフト５６の回転方向が反対であることから、駆動軸２２に出力されるトルクＴｄは、アシストモータ４０の出力トルクＴａから、エンジン５０からの出力トルクＴｅを減じたものになる。このとき、クラッチモータ３０は、回生状態となり、エンジン５０から出力される動力を電気的な形態で回生する。回生されるエネルギＰｅは、エンジントルクＴｅと両ロータ３２，３４の回転数差ΔＮの積を最大値とする大きさである。エンジン５０の出力するエネルギは、大部分クラッチモータ３０により回生され、バッテリ９４に蓄えられ、後述するアシストモータ４０の駆動に用いられる。但し、作用・反作用の関係から、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５側には、インナロータ軸３３に加わっているエンジントルクＴｅがそのまま現われる。
【００４４】
車輌後退時においてエンジン５０を低トルク側の動作線Ｂに沿って運転している場合には、エンジン５０の回転数がＮ１のとき、エンジン５０のトルクはＴＢとなる。したがって、駆動軸２２に出力されるトルクＴｄは、
Ｔｄ＝Ｔａ−ＴＢ
となる。ここで、Ｔａは、アシストモータ４０の出力トルクであり、図８に実線ＭＡとして示したモータのトルク線から求められる。なお、エンジン５０が停止している場合には、駆動軸２２に出力されるトルクＴｄは、アシストモータ４０のトルクＴａに等しくなるから、エンジン５０が運転されている場合には、駆動軸２２に出力されるトルクはその分だけ小さくなることが了解される。
【００４５】
以上の処理を行なった後、アクセルペダルがオフにされたか否かを判断し（ステップＳ１９５）、アクセルペダルが戻されていない限りは、上述した処理（ステップＳ１５０ないし１９５）を繰り返す。アクセルペダルがオフになった時点で、「ＥＮＤ」に抜けて、本ルーチンを終了する。
【００４６】
以上説明した本実施例によれば、車輌１０を後退する場合には、切換装置８０の可動ギヤ８４を位置ａに切り換え、バッテリ９４の残容量に応じて、エンジン５０を停止または起動し、エンジン５０を起動する場合には、車輌１０を前進する場合より低いトルクの動作線Ｂに沿ってエンジン５０を運転する。この結果、車輌１０を後退する場合に、従来と比べて強いトルクを得ることができる。従来の効率優先の動作線Ａでエンジン５０を運転した場合には、回転数Ｎ１におけるエンジン５０のトルクはＴＡとなり、駆動軸２２から出力できるトルクＴｄは、
Ｔｄ＝Ｔａ−ＴＡ
となる。ＴＡ＞＞ＴＢであることに鑑みれば、本実施例では、従来と比べて、後退時に駆動軸２２から極めて大きなトルクを出力することができることがわかる。この結果、本実施例では、後退時においても大きな登坂力を得ることができる。かかる効果は、図８に示したように、駆動軸２２の回転数が大きくなるほど顕著である。アシストモータ４０は、モータの一般的な出力特性にしたがって、回転数が高くなると、出力できるトルクは急速に低下する。従来の効率優先の動作線Ａとアシストモータ４０の特性線ＭＡとが交差する運転ポイントでは、従来の制御では、駆動軸２２からはもはや後退のためのトルクを得ることはできないが、本実施例では、なお、Ｔｄ＝Ｔａ２−ＴＢ２のトルクを得ることができるのである。
【００４７】
したがって、本実施例によれば、車輌後退時に、登坂用の高いトルクを実現し、かつエンジン５０を動力源としてクラッチモータ３０により発電を行なって、バッテリ９４からの電力の持ち出しを最小限に押さえることができる。バッテリ９４の出力が十分に得られない場合でも、車輌後退時に高い登坂力を、十分な時間に亘って確保することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２実施例のハイブリッド車輌１１０は、図９に示すように、いわゆる機械分配タイプの動力伝達装置１２０を備える。このハイブリッド車輌１１０は、第１実施例において動力の分配を司ったクラッチモータ３０に代えて、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０を採用している。その他の構成は、第１実施例のハイブリッド車輌（図１参照）とほぼ同様であり、装置全体を制御する制御ユニット１９０、エンジン１５０を制御するＥＦＩＥＣＵ１７０、後述する各モータを駆動する第１，第２の駆動回路１９１，１９２、電力の供給・蓄積を行なうバッテリ１９４、制御ユニット１９０に接続されアクセルペダル１６５の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ１６５ａ、同じくシフトレバー１６６の位置を検出するシフトポジションセンサ１６６ａなどを備える。
【００４９】
この実施例において、動力伝達装置１２０に設けられたプラネタリギヤ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。
【００５０】
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。以下、この関係式を示すが、式（１）は各軸の回転数の関係を、式（２）は各軸のトルクの関係を、式（３）はギヤ比を、それぞれ示す式である。
【００５１】
ここで、
Ｎｓはサンギヤ軸２０４の回転数；
Ｔｅｓ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（従ってエンジン回転数Ｎｅと等しい）；
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；
Ｔｅｒはリングギヤ軸２０５のトルク；
である。
【００５２】
電動発電機２１０は、アシストモータ２４０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。
【００５３】
第１実施例（図１）では、動力の分配は、クラッチモータ３０におけるインナロータ３２とアウタロータ３４の間の相対的な滑りによって、インナロータ３２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３４に伝達することにより行なった。また、クラッチモータ３０を力行することにより、インナロータ３２から入力された動力を増大してアウタロータ３４に伝達することもできた。このように、クラッチモータ３０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。
【００５４】
第２実施例のハイブリッド車輌では、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０の組み合わせにより、第１実施例のクラッチモータ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、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。この実施例では、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。
【００５５】
エンジン５０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）ないし（３）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３０と同様の機能を奏することができるのである。
【００５６】
この実施例では、アシストモータ２４０をエンジン１５０の出力軸（クランクシャフト）に結合するか、駆動軸側に結合するかは、第１ギヤ１１１，第２ギヤ１１２，第３ギヤ１１３を備えた切換装置１８０により設定している。切換装置１８０には、第１実施例同様、切替用のアクチュエータが設けられており、制御ユニット１９０に結合されているが、図示は省略した。この実施例でも、このギヤの噛合状態に応じて、動力伝達装置１２０は、種々の構成を採ることができる。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２４０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、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２４０を経て駆動軸１１６に伝達される。これは、第１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。
【００５７】
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２４０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、エンジン１５０から出力された動力は、アシストモータ２４０、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。
【００５８】
切換装置１８０を切り換えてアンダードライブ状態にしたときの、プラネタリギヤ２００の各軸の状態を示したのが、図１０である。図中、符号Ｔｍ１は、電動発電機２１０により付加されるトルクを、符号Ｔｍ２は、アシストモータ２４０により付加されるトルクを、それぞれ示している。即ち、車輌が定速走行をしている場合には、エンジン１５０の回転数Ｎｅ、トルクＴｅに対して、各モータのトルクＴｍ１，Ｔｍ２が付与されることにより、３軸回りのバランスが成立する。図１０において、Ｔｒは、車輌をその速度で走行するのに必要な駆動トルクである。
【００５９】
かかる構成においても、図７に示した後退制御をそのまま実行することができるが、第２実施例では、車輌を後退する場合には、エンジン１５０を、効率を優先した動作線（図８実線Ａ）より、低トルク側の動作線（図８実線Ｂ）に沿って運転する。この結果、上述した式（２）に従い、車軸１１６側にもトルクＴｅｒが現われるが、このトルクＴｅｒより大きな逆向きのトルクＴｍ２を、アシストモータ２４０から出力することにより、車軸１１６は、逆回転し、車輌１１０は後退する。即ち、リングギヤ２０２でのトルクの釣り合いは、
Ｔｒ＝Ｔｍ２−Ｔｅｒ
であり、アシストモータ２４０から出力されるトルクＴｍ２とエンジン１５０から分配されるトルクＴｅｒとの差分が、車輌１１０を後退させるトルクとして得られることになる。エンジン１５０を、トルクの低い動作ポイントで運転する結果、車軸１１６に大きなトルクを出力することができるのである。
【００６０】
更に、この実施例では、エンジンの制御（図７ステップ１８０）において、エンジン１５０を低回転域で運転するものとしている。この関係を図１１に示した。即ち、図１０に示した回転数Ｎｅ，トルクＴｅの運転ポイントＱ１でエンジン１５０を運転したのでは、サンギヤ２０１の回転数Ｎｓ１は極めて高くなってしまう。このサンギヤ２０１の回転数Ｎｓ１，トルクＴｅｓに対して、電動発電機２１０の回転数とトルクを釣り合うように制御することから、電動発電機２１０の動作ポイントも高回転側となる。これらの関係は、図１１に破線Ｃで示したプラネタリギヤ２００の動作共線から直ちに理解される。これに対して、エンジン１５０の動作ポイントを低回転数側に変更し、回転数Ｎｅ２，トルクＴｅの運転ポイントＱ２で運転すると、後退のために車軸１１６に出力される回転数Ｎｒ，トルクＴｒが同一の場合のサンギヤ２０１の回転数Ｎｓ２は、大幅に低くなる。この結果、これに釣り合う電動発電機２１０の回転数も低くすることができる。この関係は、図１１に実線Ｄで示したプラネタリギヤ２００の動作共線から理解される。エンジン１５０の回転数をΔＮだけ低くすると、サンギヤ２０１の回転数は、式（１）に従い、ΔＮ（１＋ρ）／ρだけ低くすることができる。
【００６１】
機械分配式の動力伝達装置１２０では、もともとエンジン１５０のトルクＴｅは、プラネタリギヤ２００の働きにより、その１／（１＋ρ）だけが、車軸１１６側に現われる。したがって、アシストモータ２４０から出力するトルクＴｍ２が同じであっても、エンジンのトルクＴｅがそのまま現われる電気分配式の動力伝達装置１２０より、後退時のトルクを高くすることができる。しかし、回転数による制限がプラネタリギヤ２００には存在するため、同じトルクであれば、エンジン１５０の回転数を低くすることにより、車軸１１６の後退時の回転数（したがって車速）を高い領域まで可能とすることができる。
【００６２】
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、上述した各実施例においては、エンジン５０としてガソリンにより運転されるガソリンエンジンを用いていたが、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。
【００６３】
また、クラッチモータ３０及びアシストモータ４０としては、ＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期電動機を用いたが、回生動作及び力行動作を行なわせるのであれば、その他にも、ＶＲ形（可変リラクタンス形；Variable Reluctance type）同期電動機や、バーニアモータや、直流電動機や、誘導電動機や、超電導モータなどを用いることができる。また、力行動作のみ行なわせるのであれば、直流モータやステップモータなどを用いることもできる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
以上の各実施例では、動力伝達装置を車輌に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２つの出力軸を有するものであれば、船舶，航空機などの交通手段や、その他各種産業機械などに搭載することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのハイブリッド車輌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輌について、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輌について、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輌について、結合状態と車輌の走行状態との関係を示す説明図である。
【図５】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６】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７】車輌後退時の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】エンジン５０の運転制御の相違を示す説明図である。
【図９】第２実施例の動力伝達装置１２０とこれを搭載した車輌１１０の概略構成図である。
【図１０】第２実施例の動力伝達装置１２０の動作状態を示す共線図である。
【図１１】後退時の動作状態を示す共線図である。
【符号の説明】
１０…車輌
２０…動力伝達装置
２１…出力用ギヤ
２２…駆動軸
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
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…スプライン軸
８６…アクチュエータ
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
１１０…車輌
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…駆動軸
１２０…動力伝達装置
１４２…ロータ
１５０…エンジン
１５６…クランクシャフト
１６５…アクセルペダル
１６５ａ…アクセルペダルポジションセンサ
１６６…シフトレバー
１６６ａ…シフトポジションセンサ
１７０…ＥＦＩＥＣＵ
１８０…切換装置
１９０…制御ユニット
１９１，１９２…第２の駆動回路
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…電動発電機
２１２…ロータ
２１４…ステータ
２４０…アシストモータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力伝達装置，動力出力方法およびハイブリッド車輌に関し、詳しくは原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な動力伝達装置および動力出力方法、更には動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な原動機と駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力調整装置とを備えたハイブリッド車輌に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関などの原動機の出力トルクを変換して動力を伝達する装置として、近年、流体を利用したトルクコンバータに代えて、遊星歯車機構による動力分配と電動機を組み合わせた構成や相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機を用いロータ間の滑りを利用して動力を分配する構成などが提案されている。かかる動力伝達装置を用いて、複数の駆動軸に動力を伝達するものとしては、例えば特開平９−１７５２０３号公報に示した構成が知られている。かかる動力伝達装置は、動力を流体などに変換することがないので、効率が高いという利点が得られる優れたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる動力伝達装置では、駆動軸を逆回転する場合に、十分なトルクが得られないことがあるという問題があった。これは、次の理由による。原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な動力伝達装置の場合、駆動軸を逆転する場合でも、原動機であるエンジンなどを逆転することは通常できない。したがって、エンジンは正転させながら駆動軸を逆転するという制御を行なうことになる。動力伝達装置がバッテリを備え、バッテリに蓄えた電力を用いるだけで済む場合には、エンジンを停止し、電動機のトルクだけで駆動軸を逆転すれば良いが、バッテリに蓄えた電力だけで対応できない場合やバッテリの充電状態が低い場合などには、エンジンの動力を用いて発電を行ないつつ電動機を逆転して、駆動軸を逆回転することが必要になる。こうした場合、駆動軸に出力されるトルクは、駆動軸に結合された電動機による逆転方向のトルクからエンジンによる正転方向の出力トルクを差し引いたものになってしまう。
【０００４】
かかる問題は、こうした形態の動力伝達装置を車輌に搭載したいわゆるハイブリッド車輌では、特に車輌後退時に高いトルクを得ることができないことになり、看過するとができない。原動機の出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力する動力伝達装置としては、相対的に回転する対ロータを有する電動機を用いて動力の分配を行なう電気分配型のものであれ、プラネタリギアなどの三軸式の動力分配機を用いた機械分配型のものであれ、同様の問題を生じる。なお、後者の場合で動力の分配にプラネタリギアを採用した場合には、各軸の回転数およびトルクが歯数により決まる単純な比例関係をとることから、駆動軸が逆転しておりかつ原動機の回転数・トルクが高いと、他の一軸の回転数やトルクが許容範囲をはずれてしまうという問題もあり、この点からも駆動軸の回転数やトルクが制限されていた。
【０００５】
本発明の動力伝達装置，動力出力方法およびこれを用いたハイブリッド車輌は、こうした問題を解決し、駆動軸を逆転する場合に、駆動軸の回転数やトルクの制御の自由度を高くすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決する本発明の動力伝達装置は、
原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な動力伝達装置であって、
前記原動機から出力される動力の状態を調整する原動機調整手段と、
該原動機に、該原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生可能に結合された発電機と、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合され、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転する正回転およびその逆方向に回転する逆回転が可能な電動機と、
前記駆動軸を逆回転する際には、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機調整手段を制御して、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正回転する場合より低い動力に制御する逆回転時制御手段と
を備えたことを要旨としている。
【０００７】
また、この動力伝達装置に対応した動力出力方法の発明は、
原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力する動力出力方法であって、
前記原動機から出力される動力の状態を調整し、
該原動機の出力軸に結合された発電機により、該原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生し、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合された電動機により、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転し、あるいはその逆方向に回転し、前記駆動軸を逆方向に回転する際には、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正方向に回転する場合より低い動力に制御すること
を要旨としている。
【０００８】
かかる動力伝達装置および動力出力方法によれば、駆動軸を逆方向に回転する際には、発電機により回生したエネルギを用いて電動機を原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、原動機から出力される動力の状態を、駆動軸を正方向に回転する場合より低い動力に制御している。したがって、駆動軸から出力される逆方向の動力を高くすることができる。
【０００９】
さらにこうした動力伝達装置等において、発電機を、相対的に回転可能な二つのロータを備えた対ロータ電動機とし、対ロータのうちの一方を原動機の出力軸に結合し、対ロータの他方を駆動軸に結合するものとしても良い。発電機として対ロータ電動機を用いた場合、動力の分配は、対ロータの相対的に回転数である滑り回転数に対応したものが電気的なエネルギとして取り出され、残余のエネルギが機械的な形態で駆動軸に出力されることになり、装置を小型化することができる。
【００１０】
なお、こうした電動機を、原動機の出力軸および駆動軸の一方に選択的に結合可能とし、駆動軸を逆回転する際には、電動機を駆動軸に結合するものとしても良い。この場合には、電動機を原動機の出力軸に結合して、いわゆるオーバドライブ状態を実現したり、電動機を駆動軸に結合して、いわゆるアンダドライブ状態としたりすることができる。電動機を結合する軸を切り換える構成を備えることで、いずれの場合にも、エネルギの再循環を生じることがない。駆動軸を逆転する場合には、原動機の回転数（回転方向を含む）を上回る回転数で駆動軸を回転することはあり得ないから、こうした場合には、電動機を駆動軸に結合するものとしておけばよい。
【００１１】
更に、こうした原動機としては、吸気バルブを介して吸入した空気と燃料とを混合して爆発燃焼を行なう内燃機関が採用可能である。燃料としては、ガソリンや軽油、アルコール、プロパンガス、天然ガスなど、各種の燃料が使用可能である。もとより、ガスタービンなどの他の原動機も利用可能である。原動機として内燃機関を用いた場合には、原動機の動力の状態を調整する手段として、吸入する空気量と前記吸気バルブの開閉タイミングとを制御する手段を設けるものとしても良い。
【００１２】
こうした動力伝達装置に、発電機により回生された電力を蓄えるバッテリを儲け、逆転時制御手段が、駆動軸を逆転する際に、回生された電力に加えてバッテリに蓄えられた電力の少なくとも一部を用いて電動機を駆動するものとしても良い。回生される電力に加えてバッテリの電力を用いることで、バッテリの残容量の許す範囲内で、高い動力を駆動軸に出力することができる。
【００１３】
原動機からの動力を分配する他の構成としては、いわゆる機械分配の形態がある。これは、３つの軸を備え、そのうちの２つの軸に入出力される動力により残余の一軸に入出力される動力が決定される三軸式動力伝達機構を用い、この機構の３軸の一つを原動機の出力軸に結合し、他の一軸を駆動軸に結合し、残余の一軸を発電機を結合する。更に、電動機は、駆動軸に結合する。こうすることにより、原動機の出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力することが可能となる。かかる機械分配式の構成を用いれば、対ロータ電動機を用いる必要がなく、構成を簡略化することができる。
【００１４】
本発明のハイブリッド車輌は、
動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な原動機と、前記駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力調整装置とを備えたものであり、
前記原動機から出力される動力の状態を調整する原動機調整手段を備えると共に、
前記動力調整装置は、
前記原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生可能な発電機と、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合され、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転する正回転およびその逆方向に回転する逆回転が可能な電動機と、
車輌後退時に、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機調整手段を制御して、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正回転する場合より低い動力に制御する後退時制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１５】
このハイブリッド車輌では、車輌後退時には、原動機調整手段を制御して原動機から出力される動力の状態を駆動軸を正回転する場合より低い動力に制御している。したがって、駆動軸を逆回転する場合、電動機のトルクと原動機のトルクとの差分として取り出される駆動軸の駆動トルクは、原動機を制御しない状態と比べて大きくすることができ、後退時の動力の状態を、所望の動力に近づけることができる。
【００１６】
【発明の他の態様】
本願発明は、四輪駆動車輌としてのハイブリッド車輌に用いることもできる。また、車輌に限らず、船舶，工作機械その他の機器に用いることも可能である。
【００１７】
【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輌の概略構成を示す説明図である。このハイブリッド車輌の動力系統は、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５０は通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト５６を回転させる。エンジン５０の運転は、専用の燃料噴射制御ユニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと言う）７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ７０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、ＥＦＩＥＣＵ７０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ＶＶＴ５７などが設けられている。また、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。冷却水温Ｔｗを検出する水温センサなど、その他のセンサおよびスイッチなどの図示は省略した。
【００１８】
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駆動軸２２との間には、動力伝達装置２０が配設されている。動力伝達装置２０は、基本的にはエンジン５０の動力を駆動軸２２に伝達する装置であり、大きくは、クラッチモータ３０，アシストモータ４０およびアシストモータ４０が結合される軸を切り換える切換装置８０から構成されている。
【００１９】
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（モータ）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モータと異なる。即ち、クラッチモータ３０では、通常のモータ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。このようなモータを対ロータ電動機と呼ぶ。こうしたタイプの電動機では、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機構が必要になる。本実施例では、スリップリング３８を設けて、三相コイル３６への電力を供給するものとしたが、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。
【００２０】
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、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を介して駆動軸２２に結合されている。この駆動軸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。したがって、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５の回転数・トルクと車軸２６の回転数・トルクとは、直接的な対応関係を有することになる。
【００２１】
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、この電動発電機を、クラッチモータと呼ぶのである。
【００２２】
動力伝達装置２０を構成するもう一つのモータであるアシストモータ４０も、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。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
動力伝達装置２０には、以上詳しく説明したクラッチモータ３０およびアシストモータ４０の他に、切換装置８０が設けられている。この切換装置８０は、アシストモータ４０を、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５またはインナロータ軸３３のいずれかに結合し、あるいはいずれの軸にも結合されていない状態に切り換えるものである。この切換装置８０の構成について説明する。切換装置８０は、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、インナロータ軸３３に結合された第２ギヤ８２、いずれの軸にも結合されていない第３ギヤ８３、およびこれらのギヤに噛合される可動ギヤ８４が設けられている。可動ギヤ８４は、一方がロータ軸４３に固定されたスプライン軸８５の他方の部材に結合されている。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摺動することができる。切換装置８０には、このスプライン軸８５における可動ギヤ８４の摺動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、制御ユニット９０により制御される。
【００２６】
可動ギヤ８４が、図１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２２に出力されるが、この駆動軸２２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２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。
【００２７】
他方、切換装置８０が可動ギヤ８４を、図１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に結合されることになる。この結果、エンジン１５０からクラッチモータ３０を経て駆動軸２２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３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。
【００２８】
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２２に出力される。
【００２９】
上述した切換装置８０により各ギヤの各結合状態は、ハイブリッド車輌１０の走行状態に応じて切り替えられる。車輌１０の走行状態とアシストモータ４０の結合状態との関係を図４に示す。図４は、横軸に車速をとり、縦軸にトルクを採って車輌が走行する領域を示したものである。図４中の曲線ＬＩＭで示される範囲がハイブリッド車輌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。更に、領域ＥＶはエンジン５０を停止し、アシストモータ４０のみを動力源として走行する領域である。実施例のハイブリッド車輌１０は、このように走行状態に応じてアシストモータ４０の結合状態を切換装置８０により切り替えながら走行する。
【００３０】
なお、本実施例における切換装置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、スプライン軸８５を設ける必要はない。
【００３１】
本実施例のハイブリッド車輌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６５ａ、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等がある。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５０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。この制御ユニット９０は、本発明における逆回転時制御手段として機能する。
【００３２】
本実施例の動力伝達装置２０の動作について簡略に説明する。動力伝達装置２０は、動力の分配を、クラッチモータ３０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の動力の一部は、クラッチモータ３０を介して駆動軸２２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、後述するバッテリ９４に蓄積することもできるし、動力伝達装置２０を構成する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２２のトルクアップに用いることもできる。即ち、この動力伝達装置２０は、動力を出力するかもしくは停止しているエンジン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２２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。
【００３３】
通常の運転状態おけるエンジン５０の制御は、効率を優先して行なわれる。この様子を図５および図６に示した。エンジン５０に対する要求動力Ｐｅが制御ユニット９０からＥＦＩＥＣＵ７０に対して出力されると、ＥＦＩＥＣＵ７０は、この要求動力Ｐｅに基づいてエンジン５０の運転ポイントを設定する。運転ポイントとは、エンジン５０の目標回転数Ｎｅと目標トルクＴｅの組み合わせをいう。図５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５０の運転状態を示している。図５中の曲線Ｂはエンジン５０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５０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５０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。
【００３４】
エンジン５０は図５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５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５０の回転数Ｎｅと効率αの関係を図６に示す。エンジン５０から曲線Ｃ１に相当する動力を出力する場合には、図５および図６中の点Ａ１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５および図６中の点Ａ２およびＡ３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５中の曲線Ａが得られる。これを動作曲線と呼ぶ。
【００３５】
実施例における運転ポイントの設定は、予め実験的に求められた動作曲線を制御ユニット９０内のＲＯＭにマップとして記憶しておき、かかるマップを参照することにより要求動力Ｐｅに応じた運転ポイントを読み出し、エンジン５０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、エンジン５０を常に運転効率の高い運転ポイントで運転することができる。
【００３６】
なお、これらの制御を行なうために、制御ユニット９０は、各軸の回転数はもとより、各軸のトルクを、センサにより検出している。各軸の回転数は、各軸に設けられたレゾルバにより、またトルクは第１の駆動回路９１，第２の駆動回路９２に設けられた電流検出器により、それぞれ検出しているが、図１におけるこれらのセンサの図示は省略した。
【００３７】
（２）後退制御処理：
次に、本実施例のハイブリッド車輌１０の運転制御処理のうち、後退制御について説明する。図７は、本実施例において制御ユニット９０が実行する後退処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンが開始されると、まずシフトポジションセンサ６６ａが検出したシフトポジションＳＰが、リア位置か否かの判別を行なう（ステップＳ１００）。シフトレバー６６がリア位置に入れられ、かかる判断が「ＹＥＳ」となった場合には、次に切換装置８０のアクチュエータ８６を駆動して、切換装置８０の可動ギヤ８４を位置ａに切り換える処理を行なう（ステップＳ１１０）。この結果、アシストモータ４０のロータ軸４３は、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り、動力伝達装置２０は、いわゆるアンダードライブ状態（図２参照）となる。
【００３８】
次に、クラッチモータ３０をロックアップする処理を行なう（ステップＳ１２０）。アシストモータ４０のロータ４２が回転しないように、その三相コイル４６にロックアップ電流を流す制御を行なうのである。この結果、アシストモータ４０に結合されている駆動軸２２は固定され、車輪２６Ｒ，２６Ｌが動くこともない。シフトレバー６６をリア位置に入れた途端に車輌が動き出すことがないよう、車軸２６をアシストモータ４０によりロックしているのである。
【００３９】
次に、アクセルペダルが踏み込まれ、アクセルペダルポジションセンサ６５ａがこれを検出した否かの判断を行なう（ステップＳ１３０）。アクセルペダルが踏み込まれてたことが検出されない限りは、車輌１０を後退させないからである。アクセルペダルが踏み込まれていなければ、ステップＳ１００に戻って、上述した処理（ステップＳ１００ないし１３０）を繰り返す。なお、その間に、シフトレバー６６がリア位置以外に切り換えられれば（ステップ１００）、切換装置８０も可動ギヤ８４を制御上必要な他の位置に切り換え（ステップＳ１４０）、本ルーチンを一旦終了する。
【００４０】
シフトレバー６６がリア位置にあり、アクセルペダルが踏み込まれると、次に、バッテリ９４の出力が十分にあるか否かの判断を行なう（ステップＳ１５０）。バッテリ９４の残容量が十分にあれば、バッテリ９４からの電力のみを用い、アシストモータ４０を駆動することで、車輌１０を後退することができるからである。この場合には、まずクラッチモータ３０をフリーに制御し（ステップＳ１６０）、その後、アクセルペダルの踏み込み量に応じてアシストモータ４０を制御する（ステップＳ１９０）。したがって、この場合には、後退に際して強いトルクが要求されれば、アシストモータ４０の定格の許す範囲で、要求されたトルクを車軸２６に出力することができる。なお、この場合のアシストモータ４０の回転方向は、車輌１０前進時の回転方向と逆であることは言うまでもない。
【００４１】
他方、バッテリ９４の出力が十分にはないと判断された場合には（ステップＳ１５０）、クラッチモータ３０によりエンジン５０を起動する処理を行なう（ステップＳ１７０）。この処理は、具体的には、アシストモータ４０をロックアップした状態で、クラッチモータ３０を駆動し、クランクシャフト５６を約１０００回転まで駆動することにより行なう。エンジン５０のクランクシャフト５６の回転数が１０００回転まで上昇するまでは、ＶＶＴ５７により、吸排気バルブを、圧縮比が最も小さい状態、即ちポンプ仕事によるエネルギロスが小さい状態としておく。回転数が上昇した後、燃料噴射弁５１から燃料の噴射を開始し、図示しないイグナイタにより混合気に点火することにより、エンジン５０を容易に始動することができる。
【００４２】
こうしてエンジン５０が始動すると、続いてエンジン５０の制御に移行する（ステップＳ１８０）。エンジン５０は、通常、図５および図６により説明したように、効率優先の動作線Ａに従って運転される。しかし、後退時には、この動作線より、低トルク側に設定された動作線に沿って制御される。これ動作線を図８に示した。図８に示すように、後退時には、エンジン５０は、効率優先の動作線Ａよりも低トルク側に設定された後退時動作線Ｂに沿って制御される。エンジン５０をこの動作線Ｂに沿って運転するには、燃料噴射弁５１から噴射される燃料量、スロットルバルブ５３により調整される吸入空気量およびＶＶＴ５７により調整される吸排気バルブの開閉タイミング（進角値）を制御すればよい。更に、点火時期を制御することも差し支えない。かかるエンジン５０の制御は、実際には、ＥＦＩＥＣＵ７０により行なわれるから、制御ユニット９０は、実際には、エンジン５０が動作すべき動作線を、ＥＦＩＥＣＵ７０に指示するだけである。
【００４３】
こうしてエンジン５０の制御をＥＦＩＥＣＵ７０に指示した後、アクセルペダルの踏み込み量に応じてアシストモータ４０を制御する処理に移行する（ステップＳ１９０）。エンジン５０が停止している場合には、アシストモータ４０の出力するトルクがそのまま駆動軸２２に出力されるが、エンジン５０が運転されている場合には、駆動軸２２の回転方向（後退方向）とクランクシャフト５６の回転方向が反対であることから、駆動軸２２に出力されるトルクＴｄは、アシストモータ４０の出力トルクＴａから、エンジン５０からの出力トルクＴｅを減じたものになる。このとき、クラッチモータ３０は、回生状態となり、エンジン５０から出力される動力を電気的な形態で回生する。回生されるエネルギＰｅは、エンジントルクＴｅと両ロータ３２，３４の回転数差ΔＮの積を最大値とする大きさである。エンジン５０の出力するエネルギは、大部分クラッチモータ３０により回生され、バッテリ９４に蓄えられ、後述するアシストモータ４０の駆動に用いられる。但し、作用・反作用の関係から、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５側には、インナロータ軸３３に加わっているエンジントルクＴｅがそのまま現われる。
【００４４】
車輌後退時においてエンジン５０を低トルク側の動作線Ｂに沿って運転している場合には、エンジン５０の回転数がＮ１のとき、エンジン５０のトルクはＴＢとなる。したがって、駆動軸２２に出力されるトルクＴｄは、
Ｔｄ＝Ｔａ−ＴＢ
となる。ここで、Ｔａは、アシストモータ４０の出力トルクであり、図８に実線ＭＡとして示したモータのトルク線から求められる。なお、エンジン５０が停止している場合には、駆動軸２２に出力されるトルクＴｄは、アシストモータ４０のトルクＴａに等しくなるから、エンジン５０が運転されている場合には、駆動軸２２に出力されるトルクはその分だけ小さくなることが了解される。
【００４５】
以上の処理を行なった後、アクセルペダルがオフにされたか否かを判断し（ステップＳ１９５）、アクセルペダルが戻されていない限りは、上述した処理（ステップＳ１５０ないし１９５）を繰り返す。アクセルペダルがオフになった時点で、「ＥＮＤ」に抜けて、本ルーチンを終了する。
【００４６】
以上説明した本実施例によれば、車輌１０を後退する場合には、切換装置８０の可動ギヤ８４を位置ａに切り換え、バッテリ９４の残容量に応じて、エンジン５０を停止または起動し、エンジン５０を起動する場合には、車輌１０を前進する場合より低いトルクの動作線Ｂに沿ってエンジン５０を運転する。この結果、車輌１０を後退する場合に、従来と比べて強いトルクを得ることができる。従来の効率優先の動作線Ａでエンジン５０を運転した場合には、回転数Ｎ１におけるエンジン５０のトルクはＴＡとなり、駆動軸２２から出力できるトルクＴｄは、
Ｔｄ＝Ｔａ−ＴＡ
となる。ＴＡ＞＞ＴＢであることに鑑みれば、本実施例では、従来と比べて、後退時に駆動軸２２から極めて大きなトルクを出力することができることがわかる。この結果、本実施例では、後退時においても大きな登坂力を得ることができる。かかる効果は、図８に示したように、駆動軸２２の回転数が大きくなるほど顕著である。アシストモータ４０は、モータの一般的な出力特性にしたがって、回転数が高くなると、出力できるトルクは急速に低下する。従来の効率優先の動作線Ａとアシストモータ４０の特性線ＭＡとが交差する運転ポイントでは、従来の制御では、駆動軸２２からはもはや後退のためのトルクを得ることはできないが、本実施例では、なお、Ｔｄ＝Ｔａ２−ＴＢ２のトルクを得ることができるのである。
【００４７】
したがって、本実施例によれば、車輌後退時に、登坂用の高いトルクを実現し、かつエンジン５０を動力源としてクラッチモータ３０により発電を行なって、バッテリ９４からの電力の持ち出しを最小限に押さえることができる。バッテリ９４の出力が十分に得られない場合でも、車輌後退時に高い登坂力を、十分な時間に亘って確保することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。第２実施例のハイブリッド車輌１１０は、図９に示すように、いわゆる機械分配タイプの動力伝達装置１２０を備える。このハイブリッド車輌１１０は、第１実施例において動力の分配を司ったクラッチモータ３０に代えて、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０を採用している。その他の構成は、第１実施例のハイブリッド車輌（図１参照）とほぼ同様であり、装置全体を制御する制御ユニット１９０、エンジン１５０を制御するＥＦＩＥＣＵ１７０、後述する各モータを駆動する第１，第２の駆動回路１９１，１９２、電力の供給・蓄積を行なうバッテリ１９４、制御ユニット１９０に接続されアクセルペダル１６５の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ１６５ａ、同じくシフトレバー１６６の位置を検出するシフトポジションセンサ１６６ａなどを備える。
【００４９】
この実施例において、動力伝達装置１２０に設けられたプラネタリギヤ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。
【００５０】
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。以下、この関係式を示すが、式（１）は各軸の回転数の関係を、式（２）は各軸のトルクの関係を、式（３）はギヤ比を、それぞれ示す式である。
ここで、
Ｎｓはサンギヤ軸２０４の回転数；
Ｔｅｓ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（従ってエンジン回転数Ｎｅと等しい）；
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；
Ｔｅｒはリングギヤ軸２０５のトルク；
である。
【００５２】
電動発電機２１０は、アシストモータ２４０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。
【００５３】
第１実施例（図１）では、動力の分配は、クラッチモータ３０におけるインナロータ３２とアウタロータ３４の間の相対的な滑りによって、インナロータ３２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３４に伝達することにより行なった。また、クラッチモータ３０を力行することにより、インナロータ３２から入力された動力を増大してアウタロータ３４に伝達することもできた。このように、クラッチモータ３０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。
【００５４】
第２実施例のハイブリッド車輌では、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０の組み合わせにより、第１実施例のクラッチモータ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、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。この実施例では、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。
【００５５】
エンジン５０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）ないし（３）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３０と同様の機能を奏することができるのである。
【００５６】
この実施例では、アシストモータ２４０をエンジン１５０の出力軸（クランクシャフト）に結合するか、駆動軸側に結合するかは、第１ギヤ１１１，第２ギヤ１１２，第３ギヤ１１３を備えた切換装置１８０により設定している。切換装置１８０には、第１実施例同様、切替用のアクチュエータが設けられており、制御ユニット１９０に結合されているが、図示は省略した。この実施例でも、このギヤの噛合状態に応じて、動力伝達装置１２０は、種々の構成を採ることができる。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２４０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、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２４０を経て駆動軸１１６に伝達される。これは、第１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。
【００５７】
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２４０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、エンジン１５０から出力された動力は、アシストモータ２４０、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。
【００５８】
切換装置１８０を切り換えてアンダードライブ状態にしたときの、プラネタリギヤ２００の各軸の状態を示したのが、図１０である。図中、符号Ｔｍ１は、電動発電機２１０により付加されるトルクを、符号Ｔｍ２は、アシストモータ２４０により付加されるトルクを、それぞれ示している。即ち、車輌が定速走行をしている場合には、エンジン１５０の回転数Ｎｅ、トルクＴｅに対して、各モータのトルクＴｍ１，Ｔｍ２が付与されることにより、３軸回りのバランスが成立する。図１０において、Ｔｒは、車輌をその速度で走行するのに必要な駆動トルクである。
【００５９】
かかる構成においても、図７に示した後退制御をそのまま実行することができるが、第２実施例では、車輌を後退する場合には、エンジン１５０を、効率を優先した動作線（図８実線Ａ）より、低トルク側の動作線（図８実線Ｂ）に沿って運転する。この結果、上述した式（２）に従い、車軸１１６側にもトルクＴｅｒが現われるが、このトルクＴｅｒより大きな逆向きのトルクＴｍ２を、アシストモータ２４０から出力することにより、車軸１１６は、逆回転し、車輌１１０は後退する。即ち、リングギヤ２０２でのトルクの釣り合いは、
Ｔｒ＝Ｔｍ２−Ｔｅｒ
であり、アシストモータ２４０から出力されるトルクＴｍ２とエンジン１５０から分配されるトルクＴｅｒとの差分が、車輌１１０を後退させるトルクとして得られることになる。エンジン１５０を、トルクの低い動作ポイントで運転する結果、車軸１１６に大きなトルクを出力することができるのである。
【００６０】
更に、この実施例では、エンジンの制御（図７ステップ１８０）において、エンジン１５０を低回転域で運転するものとしている。この関係を図１１に示した。即ち、図１０に示した回転数Ｎｅ，トルクＴｅの運転ポイントＱ１でエンジン１５０を運転したのでは、サンギヤ２０１の回転数Ｎｓ１は極めて高くなってしまう。このサンギヤ２０１の回転数Ｎｓ１，トルクＴｅｓに対して、電動発電機２１０の回転数とトルクを釣り合うように制御することから、電動発電機２１０の動作ポイントも高回転側となる。これらの関係は、図１１に破線Ｃで示したプラネタリギヤ２００の動作共線から直ちに理解される。これに対して、エンジン１５０の動作ポイントを低回転数側に変更し、回転数Ｎｅ２，トルクＴｅの運転ポイントＱ２で運転すると、後退のために車軸１１６に出力される回転数Ｎｒ，トルクＴｒが同一の場合のサンギヤ２０１の回転数Ｎｓ２は、大幅に低くなる。この結果、これに釣り合う電動発電機２１０の回転数も低くすることができる。この関係は、図１１に実線Ｄで示したプラネタリギヤ２００の動作共線から理解される。エンジン１５０の回転数をΔＮだけ低くすると、サンギヤ２０１の回転数は、式（１）に従い、ΔＮ（１＋ρ）／ρだけ低くすることができる。
【００６１】
機械分配式の動力伝達装置１２０では、もともとエンジン１５０のトルクＴｅは、プラネタリギヤ２００の働きにより、その１／（１＋ρ）だけが、車軸１１６側に現われる。したがって、アシストモータ２４０から出力するトルクＴｍ２が同じであっても、エンジンのトルクＴｅがそのまま現われる電気分配式の動力伝達装置１２０より、後退時のトルクを高くすることができる。しかし、回転数による制限がプラネタリギヤ２００には存在するため、同じトルクであれば、エンジン１５０の回転数を低くすることにより、車軸１１６の後退時の回転数（したがって車速）を高い領域まで可能とすることができる。
【００６２】
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、上述した各実施例においては、エンジン５０としてガソリンにより運転されるガソリンエンジンを用いていたが、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。
【００６３】
また、クラッチモータ３０及びアシストモータ４０としては、ＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期電動機を用いたが、回生動作及び力行動作を行なわせるのであれば、その他にも、ＶＲ形（可変リラクタンス形；Variable Reluctance type）同期電動機や、バーニアモータや、直流電動機や、誘導電動機や、超電導モータなどを用いることができる。また、力行動作のみ行なわせるのであれば、直流モータやステップモータなどを用いることもできる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
以上の各実施例では、動力伝達装置を車輌に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２つの出力軸を有するものであれば、船舶，航空機などの交通手段や、その他各種産業機械などに搭載することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのハイブリッド車輌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輌について、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輌について、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輌について、結合状態と車輌の走行状態との関係を示す説明図である。
【図５】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６】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７】車輌後退時の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】エンジン５０の運転制御の相違を示す説明図である。
【図９】第２実施例の動力伝達装置１２０とこれを搭載した車輌１１０の概略構成図である。
【図１０】第２実施例の動力伝達装置１２０の動作状態を示す共線図である。
【図１１】後退時の動作状態を示す共線図である。
【符号の説明】
１０…車輌
２０…動力伝達装置
２１…出力用ギヤ
２２…駆動軸
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
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…スプライン軸
８６…アクチュエータ
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
１１０…車輌
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…駆動軸
１２０…動力伝達装置
１４２…ロータ
１５０…エンジン
１５６…クランクシャフト
１６５…アクセルペダル
１６５ａ…アクセルペダルポジションセンサ
１６６…シフトレバー
１６６ａ…シフトポジションセンサ
１７０…ＥＦＩＥＣＵ
１８０…切換装置
１９０…制御ユニット
１９１，１９２…第２の駆動回路
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…電動発電機
２１２…ロータ
２１４…ステータ
２４０…アシストモータ
Claims (8)
- 原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な動力伝達装置であって、
前記原動機から出力される動力の状態を調整する原動機調整手段と、
該原動機に、該原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生可能に結合された発電機と、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合され、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転する正回転およびその逆方向に回転する逆回転が可能な電動機と、
前記駆動軸を逆回転する際には、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機調整手段を制御して、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正回転する場合より低い動力が得られる特性に従って運転制御する逆回転時制御手段と
を備えた動力伝達装置。 - 請求項１記載の動力伝達装置であって、
前記発電機は、相対的に回転可能な二つのロータを備えた対ロータ電動機であり、該対ロータのうちの一方が前記原動機の出力軸に結合され、前記対ロータの他方が前記駆動軸に結合された動力伝達装置。 - 請求項２記載の動力伝達装置であって、
前記電動機を、前記原動機の出力軸および前記駆動軸の一方に選択的に結合可能な切換手段を有し、
前記逆回転時制御手段は、前記駆動軸を逆回転する際には、該切換手段を切り換えて、前記電動機を前記駆動軸に結合する手段を備える
動力伝達装置。 - 請求項１記載の動力伝達装置であって、
前記原動機は、吸気バルブを介して吸入した空気と燃料とを混合して爆発燃焼を行なう内燃機関であり、
前記原動機調整手段は、前記吸入する空気量と前記吸気バルブの開閉タイミングとを制御する手段である
動力伝達装置。 - 請求項１記載の動力伝達装置であって、
前記発電機により回生された電力を蓄えるバッテリを有し、
前記逆転時制御手段は、前記駆動軸を逆転する際に、前記回生された電力に加えて前記バッテリに蓄えられた電力の少なくとも一部を用いて前記電動機を駆動する手段である
動力伝達装置。 - 請求項１記載の動力伝達装置であって、
３つの軸を備え、そのうちの２つの軸に入出力される動力により残余の一軸に入出力される動力が決定される三軸式動力伝達機構を、該機構の３軸の一つを前記原動機の出力軸に結合し、他の一軸を前記駆動軸に結合し、残余の一軸を前記発電機を結合し、
前記電動機は、前記駆動軸に結合した
動力伝達装置。 - 原動機が出力する動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力する動力出力方法であって、
前記原動機から出力される動力の状態を調整し、
該原動機の出力軸に結合された発電機により、該原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生し、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合された電動機により、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転し、あるいはその逆方向に回転し、
前記駆動軸を逆方向に回転する際には、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正方向に回転する場合より低い動力が得られる特性に従 って運転制御する
動力出力方法。 - 動力の少なくとも一部を機械的な形態で駆動軸に出力可能な原動機と、前記駆動軸との間で動力のやり取りが可能な動力調整装置とを備えたハイブリッド車輌であって、
前記原動機から出力される動力の状態を調整する原動機調整手段を備えると共に、
前記動力調整装置は、
前記原動機からの動力の少なくとも一部を電気的に回生可能な発電機と、
前記原動機の出力軸から前記駆動軸までに結合され、前記駆動軸を、前記出力軸の回転方向と同方向に回転する正回転およびその逆方向に回転する逆回転が可能な電動機と、
車輌後退時に、前記発電機により回生したエネルギを用いて前記電動機を前記原動機の出力軸とは逆方向に回転駆動すると共に、前記原動機調整手段を制御して、前記原動機から出力される動力の状態を、前記駆動軸を正回転する場合より低い動力が得られる特性に従って運転制御する後退時制御手段と
を備えるハイブリッド車輌。
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