JP3812425B2

JP3812425B2 - 動力出力装置およびこれを備える自動車

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Publication number: JP3812425B2
Application number: JP2001358760A
Authority: JP
Inventors: 豊多賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-11-26
Also published as: JP2003164007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置およびこれを備える自動車に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを備える自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、プラネタリギヤの３軸に内燃機関の出力軸と駆動軸と発電可能な電動機の回転軸とを接続すると共に駆動軸に動力を出力可能な電動機を備えるものが提案されている（例えば、特開平２０００−１９７２０８号公報など）。この装置では、駆動軸に要求される要求動力に見合う動力を効率よく出力する運転ポイントで運転された内燃機関からの動力をプラネタリギヤと２つの電動機によりトルク変換して要求動力として駆動軸に出力する。このとき、内燃機関の運転ポイントは、要求動力に見合う動力を出力できる運転ポイントであれば如何なる運転ポイントでも運転することができるから、最も効率の良い運転ポイントを選択して運転することにより、装置全体としての効率を向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力出力装置では、電動機は駆動軸に要求される最大要求動力に対応できるように設計されるから、要求動力が比較的低負荷のときには、電動機も低負荷領域で運転する必要から、効率の良い運転領域で電動機を運転することができない場合が生じる。こうした問題は、電動機を低負荷領域でも高負荷領域でも効率よく運転できるよう設計することにより回避することができるが、こうした設計の電動機についての報告は今のところ知られていない。
【０００４】
本発明の動力出力装置は、装置全体の効率を更に向上させることを目的とする。また、本発明の自動車は、エネルギ効率を高くして燃費の向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【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これを備える自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
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、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸とに接続され、該３軸のうちの２軸に入出力される動力に基づいて定まる動力を残余の軸に入出力する３軸式動力入出力手段と、
前記回転軸に動力を入出力可能な第１電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第３電動機と、
前記第１電動機，前記第２電動機，前記第３電動機のいずれとも電力のやり取りが可能な二次電池と、
前記駆動軸に要求される要求動力に基づいて前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機と前記第３電動機とを運転制御する運転制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の動力出力装置では、内燃機関から出力された動力を３軸式動力入出力手段と第１電動機と第２電動機と第３電動機とによりトルク変換して駆動軸に出力することができる。また、第２電動機と第３電動機とにより駆動軸に動力を入出力することができるから、低負荷時には第２電動機か第３電動機の一方を効率の良い運転領域として運転するなどの制御を行なうこともできる。即ち、第２電動機や第３電動機の運転制御により、装置全体の効率を向上させることができる。
【０００８】
こうした本発明の動力出力装置において、前記運転制御手段は、前記要求動力が所定動力以下のときには、前記第２電動機から動力が出力されると共に前記第３電動機から動力が出力されないよう該第２電動機と該第３電動機とを運転制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求動力が所定動力以下の低負荷時には、第２電動機を効率の良い運転領域で運転すると共に第３電動機の運転を停止することができる。この結果、装置全体の効率を向上させることができる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記第３電動機と前記駆動軸との機械的な接続および接続の解除を司る接続手段を備え、前記運転制御手段は、前記要求動力が前記所定動力以下のときには、前記第３電動機と前記駆動軸との機械的な接続が解除されるよう前記接続手段を駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求動力が所定動力以下の低負荷時には第３電動機が駆動軸から機械的に切り離されるから、第３電動機のロータを回転させるエネルギをも節約することができる、この結果、装置全体の効率を更に向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の動力出力装置において、前記第１電動機は、最大発電電力が前記第２電動機の最大消費電力と前記第３電動機の最大消費電力との和に略等しいように構成されてなるものとすることもできる。こうすれば、第１電動機と第２電動機と第３電動機とを電力収支的にバランスのとれたものとすることができる。
【００１０】
さらに、本発明の動力出力装置において、前記第２電動機および前記第３電動機は、該第２電動機の最大消費電力と該第３電動機の最大消費電力との和が前記第１電動機の最大発電電力と前記二次電池の最大放電電力との和に略等しいように構成されてなるものとすることもできる。こうすれば、第１電動機と第２電動機と第３電動機と二次電池とを電力収支的にバランスのとれたものとすることができる。
【００１１】
あるいは、本発明の動力出力装置において、前記第２電動機は、前記第３電動機と略同等の最大パワーとなるよう設計されてなるものとすることもできる。こうすれば、第２電動機として第３電動機と同一の電動機を用いることができる。
【００１２】
また、本発明の動力出力装置において、前記第２電動機は、前記第３電動機より最大パワーが小さくなるよう設計されてなるものとすることもできる。こうすれば、要求動力が小さい低負荷領域でも装置全体の効率を更に向上させることができる。
【００１３】
本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の動力出力装置を備え、前記駆動軸が車軸に機械的に接続されてなること、即ち、基本的には、内燃機関と、該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸とに接続され該３軸のうちの２軸に入出力される動力に基づいて定まる動力を残余の軸に入出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な第１電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第３電動機と、前記第１電動機，前記第２電動機，前記第３電動機のいずれとも電力のやり取りが可能な二次電池と、前記駆動軸に要求される要求動力に基づいて前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機と前記第３電動機とを運転制御する運転制御手段と、を備える動力出力装置を備え、この動力出力装置の駆動軸が車軸に機械的に接続されてなることを要旨とする。
【００１４】
この本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を備えるから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、装置全体の効率を向上させることができる効果を奏することができる。この結果、自動車の燃費の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸３６に動力を入出力可能なモータＭＧ２と、駆動軸３６にクラッチＣＬと回転軸３７とを介して接続されるモータＭＧ３と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１６】
エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００１７】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはモータＭＧ２およびモータＭＧ３から動力の入出力が可能な駆動軸３６がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、駆動軸３６およびデファレンシャルギヤ３８を介して、最終的には車両の駆動輪３９ａ，３９ｂに出力される。
【００１８】
モータＭＧ１，モータＭＧ２およびモータＭＧ３は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２，４３を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２，４３とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２，４３が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４４，４５，４６からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２，４３へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００１９】
実施例では、モータＭＧ１で発電した電力のすべてをモータＭＧ２とモータＭＧ３とで消費することができるようにモータＭＧ１による最大発電電力がモータＭＧ２の最大消費電力とモータＭＧ３の最大消費電力の和にほぼ一致するようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３が設計されている。また、車両に要求される要求動力が小さい低負荷時に、モータＭＧ３を切り離して効率よく走行できるようモータＭＧ２の最大出力がモータＭＧ３の最大出力より小さくなるよう設計されている。
【００２０】
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば，バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。
【００２１】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３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８４からのアクセル開度ＡＰ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、クラッチＣＬのアクチュエータ６２への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２２】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にトルク制御の際の動作について説明する。実施例のハイブリッド自動車２０の可能な走行パターンとしては、エンジン２２の運転を停止してバッテリ５０からの電力によりモータＭＧ２かモータＭＧ３の一方または双方を電動機として駆動して駆動軸３６に動力を出力して走行する走行パターン１や、モータＭＧ２とモータＭＧ３とを駆動せずにモータＭＧ１を発電機として駆動してバッテリ５０の充電を伴いながらエンジン２２からの動力を駆動軸３６に出力して走行する走行パターン２、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２またはモータＭＧ３の一方あるいは双方を電動機として駆動してバッテリ５０の充放電を伴いながらエンジン２２からの動力を駆動軸３６に出力して走行する走行パターン３、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２またはモータＭＧ３の一方あるいは双方を電動機として駆動してバッテリ５０の充放電なしにエンジン２２からの動力を駆動軸３６に出力して走行する走行パターン４がある。運転者が要求する要求駆動力を駆動軸３６に出力する制御は、走行パターン１では、その要求駆動力に基づいてバッテリ５０からの電力を用いてモータＭＧ２とモータＭＧ３とを駆動制御すればよく、走行パターン２では、要求駆動力に基づいてエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御すればよい。走行パターン４では、バッテリ５０を充放電する電力に相当する動力分だけ走行パターン３におけるエンジン２２からの動力を増減すればよい。従って、実施例のハイブリッド自動車２０において基本となる走行パターンはパターン３であり、運転者が要求する要求駆動力を走行パターン３により駆動軸３６に出力する制御が基本となる。以下、走行パターン３によるトルク制御について説明する。
【００２３】
図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるトルク制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、走行パターン３の制御とされたときに、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４により検出されるアクセル開度ＡＰや車速センサ８８により検出される車速Ｖ，バッテリＥＣＵ５２により演算されるバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）を読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。そして、読み込んだアクセル開度ＡＰと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に要求される要求駆動力としての要求トルクＴ＊と要求動力Ｐ＊とを計算する（ステップＳ１０２）。要求トルクＴ＊の計算は、実施例では、アクセル開度ＡＰと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を実験などにより設定して予めマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度ＡＰと車速Ｖとが与えられると、記憶したマップから対応する要求トルクＴ＊が導出されるものとした。アクセル開度ＡＰと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係の一例を示すマップを図３に示す。また、要求動力Ｐ＊の計算は、次式（１）により求めるものとした。式（１）中、Ｇｖは車速Ｖを駆動軸３６の回転数に変換する変換係数である。
【００２４】
【数１】
Ｐ＊＝Ｔ＊×Ｖ・Ｇｖ（１）
【００２５】
こうして要求トルクＴ＊と要求動力Ｐ＊とを求めると、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいてバッテリ５０の充放電電力Ｐｂを設定する（ステップＳ１０４）。実施例では、充放電電力Ｐｂを残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定するものとしたが、残容量（ＳＯＣ）だけでなく、車両の走行状態やこれから走行が予定されている地形や道路の状態などにより充放電電力Ｐｂを設定するものとしてもよい。
【００２６】
バッテリ５０の充放電電力Ｐｂを設定すると、要求動力Ｐ＊と充放電電力Ｐｂとの和を動力出力装置全体の効率ηａで除してエンジン２２から出力すべき目標動力Ｐｅ＊として計算すると共にこの目標動力Ｐｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを決定する（ステップＳ１０６）。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、エンジン２２から目標動力Ｐｅ＊を出力可能な運転ポイントのうちエンジン２２が最も効率よく運転できる運転ポイントとして設定される。なお、こうした目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との決定は、実施例では、エンジン２２が最も効率よく運転できる運転ポイントとしての出力動力と回転数とトルクとを実験などにより求めて予めマップとしてＲＯＭ８４に記憶しておき、目標動力Ｐｅ＊が与えられると、記憶したマップから対応する回転数とトルクとを目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊として導出するものとした。
【００２７】
目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを決定すると、目標回転数Ｎｅ＊と車速Ｖとに基づいてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に目標トルクＴｅ＊に基づいてトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１０８）。いま、ハイブリッド自動車２０が車速Ｖで走行し、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で回転している状態を考える。この状態では、動力分配統合機構３０のキャリア３４は目標回転数Ｎｅ＊で回転し、リングギヤ３２は車速Ｖに換算係数を乗じた回転数で回転する。遊星歯車機構は、３軸のうちの２軸の回転状態が決まれば残余の１軸の回転状態は、２軸の回転状態にギヤ比を考慮すれば一義的に決まるから、モータＭＧ１が取り付けられたサンギヤ３１の回転数は、キャリア３４の回転数とリングギヤ３２の回転数、即ち目標回転数Ｎｅ＊と車速Ｖとにより計算できる。また、目標回転数Ｎｅ＊で回転するキャリア３４に目標トルクＴｅ＊が入力されてその積で表わされる動力、即ちエンジン２２からの目標動力Ｐｅ＊がサンギヤ３１とリングギヤ３２とに分配されて出力される状態を考えれば、キャリア３４に入力されたトルクはその大きさとギヤ比により一義的にサンギヤ３１とリングギヤ３２とに分配できるから、目標トルクＴｅ＊とギヤ比によりサンギヤ３１に分配されるトルクを計算することができる。従って、このサンギヤ３１に分配されるトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とすれば、トルク指令Ｔｍ１＊を目標トルクＴｅ＊に基づいて計算することができる。
【００２８】
次に、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とにより運転されているエンジン２２から出力される動力のうちリングギヤ３２に出力されるトルク、即ち駆動軸３６に出力される駆動軸分配トルクＴｄｅを計算する（ステップＳ１１０）。前述したように、キャリア３４に入力されたトルクはその大きさとギヤ比により一義的にサンギヤ３１とリングギヤ３２とに分配できるから、目標トルクＴｅ＊とギヤ比によりリングギヤ３２に分配されるトルクを計算することができる。そして、要求トルクＴ＊から計算した駆動軸分配トルクＴｄｅを減じたものに車速Ｖと換算係数Ｇｖとを乗じてモータＭＧ２とモータＭＧ３とにより出力すべきモータ動力Ｐｍを計算し（ステップＳ１１２）、モータ動力Ｐｍと所定動力Ｐｓｅｔとを比較する（ステップＳ１１４）。ここで、所定動力Ｐｓｅｔは、実施例では、モータＭＧ２の最大出力に相当するものとして設定されている。
【００２９】
モータ動力Ｐｍが所定動力Ｐｓｅｔ以下のときには、クラッチＣＬを解除して回転軸３７を駆動軸３６から切り離し（ステップＳ１１６）、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に要求トルクＴ＊と駆動軸分配トルクＴｄｅとの偏差を設定すると共に（ステップＳ１１８）、モータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊に値０を設定する（ステップＳ１２０）。一方、モータ動力Ｐｍが所定動力Ｐｓｅｔ以下のときには、クラッチＣＬを接続して回転軸３７を駆動軸３６に接続し（ステップＳ１２２）、所定動力Ｐｓｅｔを駆動軸３６の回転数（車速Ｖに換算係数Ｇｖを乗じたもの）で除して得られる値をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定すると共に（ステップＳ１２４）、モモータ動力Ｐｍと所定動力Ｐｓｅｔの偏差を駆動軸３６の回転数（車速Ｖに換算係数Ｇｖを乗じたもの）で除して得られる値をータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊に設定する（ステップＳ１２６）。
【００３０】
そして、設定したエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊，モータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ７０に出力して（ステップＳ１２８）、本ルーチンを終了する。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊を入力したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とからなる運転ポイントで運転されるよう燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を行なう。また、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊，モータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊を入力したモータＥＣＵ７０は、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようモータＭＧ１を駆動制御すると共にモータＭＧ２およびモータＭＧ３からトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊のトルクが出力されるようモータＭＧ２およびモータＭＧ３を駆動制御する。
【００３１】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、トルク制御ルーチンを実行することにより、走行パターン３、即ち、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２またはモータＭＧ３の一方あるいは双方を電動機として駆動してバッテリ５０の充放電を伴いながらエンジン２２からの動力を駆動軸３６に出力して走行することができる。しかも、要求動力Ｐ＊が比較的小さくてモータ動力Ｐｍが所定動力Ｐｓｅｔ以下のとき、即ち、モータＭＧ２やモータＭＧ３により駆動軸３６に出力する動力が比較的小さいときには、最大出力が大きく設計されたモータＭＧ３を駆動軸３６から切り離し、モータＭＧ２からモータ動力Ｐｍに相当する動力を出力するから、モータＭＧ３を備えずに最大出力が大きく設計されたモータＭＧ２を低負荷運転する場合に比して、車両全体の効率を高くすることができる。この結果、ハイブリッド自動車２０の燃費を向上させることができる。
【００３２】
上述したトルク制御ルーチンは、走行パターン３によるものであるが、バッテリ５０の充放電電力Ｐｂを値０として設定すれば、走行パターン４によるものとなる。この走行パターン４の場合でも走行パターン３と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００３３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、クラッチＣＬにより回転軸３７と駆動軸３６とを接続したり接続を解除したりしてモータＭＧ３を駆動軸３６に接続したり切り離したりしたが、クラッチＣＬを備えないものとしても構わない。この場合、要求動力Ｐ＊が比較的小さくてモータＭＧ２とモータＭＧ３とにより駆動軸３６に出力する動力が比較的小さいときには、モータＭＧ３の運転を停止すると共にモータＭＧ２からモータ動力Ｐｍに相当する動力を出力すればよい。モータＭＧ３のロータをつれ回すことになるから、車両全体の効率は、実施例に比して僅かではあるが低下するが、モータＭＧ３を備えずに最大出力が大きく設計されたモータＭＧ２を低負荷運転する場合に比して、高くなる。
【００３４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１で発電した電力のすべてをモータＭＧ２とモータＭＧ３とで消費することができるようにモータＭＧ１による最大発電電力がモータＭＧ２の最大消費電力とモータＭＧ３の最大消費電力の和にほぼ一致するようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３が設計したが、モータＭＧ１の最大発電電力がモータＭＧ２の最大消費電力とモータＭＧ３の最大消費電力との和に等しくないようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を設計するものとしてもよい。この場合、モータＭＧ２の最大消費電力とモータＭＧ３の最大消費電力との和がモータＭＧ１の最大発電電力とバッテリ５０の最大放電電力との和にほぼ一致するようモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３，バッテリ５０を設計するものとしてもよい。こうすれば、より大きな駆動力を得ることができる。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の最大出力がモータＭＧ３の最大出力より小さくなるようモータＭＧ２とモータＭＧ３とを設計したが、モータＭＧ２の最大出力をモータＭＧ３の最大出力と同一となるようモータＭＧ２とモータＭＧ３とを設計するものとしてもよい。この場合、モータＭＧ２とモータＭＧ３とを同一の種類の電動機としてもよい。こうすれば、車両を構成する部品数を少なくすることができる。また、モータＭＧ２の最大出力がモータＭＧ３の最大出力より大きくなるようモータＭＧ２とモータＭＧ３とを設計するものとしてもよい。
【００３６】
実施例では、エンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０，モータＭＧ１，モータＭＧ２，モータＭＧ３を用いて駆動軸３６に出力する動力出力装置を車両に搭載したハイブリッド自動車２０の形態として説明したが、車両以外の移動体、例えば、船舶や航空機，建設機械などに搭載するものとしても差し支えない。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるトルク制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】アクセル開度ＡＰと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）２４、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０動力分配統合機構、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３３ピニオンギヤ、３４キャリア、３６駆動軸、３７回転軸、３８デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ駆動輪、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２，４３インバータ、４４，４５，４６回転位置検出センサ、５０バッテリ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４電力ライン、６２アクチュエータ、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ。

Claims

駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸とに接続され、該３軸のうちの２軸に入出力される動力に基づいて定まる動力を残余の軸に入出力する３軸式動力入出力手段と、
前記回転軸に動力を入出力可能な第１電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第３電動機と、
前記第１電動機，前記第２電動機，前記第３電動機のいずれとも電力のやり取りが可能な二次電池と、
前記駆動軸に要求される要求動力が所定動力以下のときには前記第２電動機から動力が出力されると共に前記第３電動機から動力が出力されないよう前記要求動力に基づいて前記内燃機関と前記第１電動機と前記第２電動機と前記第３電動機とを運転制御する運転制御手段と、
を備える動力出力装置。
請求項１記載の動力出力装置であって、
前記第３電動機と前記駆動軸との機械的な接続および接続の解除を司る接続手段を備え、
前記運転制御手段は、前記要求動力が前記所定動力以下のときには、前記第３電動機と前記駆動軸との機械的な接続が解除されるよう前記接続手段を駆動制御する手段である
動力出力装置。
前記第１電動機は、最大発電電力が前記第２電動機の最大消費電力と前記第３電動機の最大消費電力との和に略等しいように構成されてなる請求項１または２記載の動力出力装置。
前記第２電動機および前記第３電動機は、該第２電動機の最大消費電力と該第３電動機の最大消費電力との和が前記第１電動機の最大発電電力と前記二次電池の最大放電電力との和に略等しいように構成されてなる請求項１または２記載の動力出力装置。
前記第２電動機は、前記第３電動機と略同等の最大パワーとなるよう設計されてなる請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置。
前記第２電動機は、前記第３電動機より最大パワーが小さくなるよう設計されてなる請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置。
前記駆動軸に車軸が機械的に接続されてなる請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置を備える自動車。