JP3921901B2 - 動力出力装置および動力出力方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機と電動機とを備えて駆動軸に動力を出力する動力出力装置と動力出力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリンレシプロエンジンなどの原動機の燃費や排ガス浄化性能の飛躍的な向上を目的として、いわゆるハイブリッド車両の構成が提案されている。ハイブリッド車両は大きく分けると、原動機により発電機を駆動して発電を行ない、発電した電力で電動機を駆動して車両の推進力を得るシリーズハイブリッド方式のものと、駆動軸に原動機と電動機とをそれぞれ結合し、原動機と電動機とにより車両の推進力を得るパラレルハイブリッド方式のものとが知られている。
【０００３】
いずれの方式でも、原動機から出力された動力を、駆動軸に任意の回転速度およびトルクで出力することができることから、原動機は運転効率の高い動作点を選択して運転することが可能となる。こうした動力出力装置の一例として、特開平１０−９８８０５号公報に記載のものが提案されている。この動力出力装置は、アクセル開度で定まる運転者の要求動力を取り込んで、この要求動力に基づいて原動機の目標動力を運転効率の高い動作点上に決め、該目標動力で原動機の運転を制御するとともに、電動機を制御することにより、原動機から出力される動力で不足する分を電動機から出力される動力によって補うように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、運転者がアクセルペダルを操作して出力の変動を要求したとき、まず、その要求動力に基づいて原動機の目標動力が決められることから、上記要求動力の増大に素早く追従して原動機の運転状態（具体例としては回転速度）が切り替えられる。運転者によるアクセルペダルの操作は、微妙に変動するものであることから、原動機の運転状態は頻繁に切り替えられることになる。このために、原動機から煩雑に変化する騒音が発生する問題や、運転状態を頻繁に切り替えるための無駄なエネルギ消費を必要とするといった改善の余地が見い出された。
【０００５】
そこで、本発明の動力出力装置および動力出力方法は、要求動力が変動する過渡時において、原動機からの騒音の発生を抑え、また無駄なエネルギ消費を抑え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】
上記課題を解決するために、本発明の動力出力装置は、
原動機と電動機とを備えて駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
該設定された要求動力に基づいて前記原動機の運転状態を設定する運転状態設定手段と、
該設定された運転状態で前記原動機が運転されるように前記原動機を制御する原動機制御手段と、
該原動機制御手段による前記原動機の制御に伴って前記駆動軸から出力される動力に基づいて前記要求動力が前記駆動軸に出力されるように前記電動機を制御する電動機制御手段と
を備え、
前記原動機制御手段は、
前記要求動力が増大する過渡時における前記原動機の制御の応答の速さを抑制する遅れ制御を行なう遅れ制御手段
を備えることを要旨とする。
【０００７】
上記構成の動力出力装置では、駆動軸に出力すべき要求動力に基づいて原動機の運転状態が設定され、その設定された運転状態で原動機が運転されるように、原動機制御手段により原動機が制御されるとともに、その原動機の制御に伴って駆動軸から出力される動力に基づいて要求動力が駆動軸に出力されるように、電動機制御手段により電動機が制御される。さらに、原動機制御手段に設けられた遅れ制御手段により、要求動力が増大する過渡時における原動機の制御の応答の速さが抑制される。このために、要求動力が増大する過渡時においては、その要求動力の増大に緩やかに追従して原動機の制御がなされる。このとき、その緩やかに変動する原動機の制御に伴って駆動軸から出力される動力に基づいて電動機の制御がなされることから、原動機の運転状態を緩やかに変動させたことによって要求動力からみて不足する動力分が、電動機から出力される動力で補われることになる。
【０００８】
したがって、本発明の動力出力装置によれば、要求動力が増大する過渡時において、駆動軸への出力動力に不足が生じることもなしに、原動機の運転状態の急激な変動を抑えることができる。この結果、原動機の運転状態の変動によって原動機から発生する騒音を抑えることができる。また、原動機の運転状態の無駄な切り替えがなくなることから無駄なエネルギ消費を抑えることもできる。
【０００９】
上記構成の動力出力装置において、前記運転状態設定手段により設定する前記原動機の運転状態は、前記原動機の回転速度とすることができる。この構成によれば、原動機の回転速度を制御することで、原動機から出力される動力が制御される。
【００１０】
上記構成の動力出力装置において、前記電動機へ電力を供給する蓄電手段の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段を備え、前記遅れ制御手段は、前記蓄電状態検出手段により検出された前記蓄電状態に基づいて前記遅れ制御による遅れの時定数を設定する時定数設定手段を備える構成とすることができる。この構成によれば、遅れ制御による遅れの時定数が、電動機へ電力を供給する蓄電手段の蓄電状態に応じた大きさに設定される。遅れの時定数を大きくすることは、電動機による動力の負担増を招くことになり、蓄電手段が充分に蓄電されている必要がある。このため、蓄電状態に応じた大きさに遅れの時定数を設定することで、時定数を大きくし過ぎたことで、電動機による動力の負担が増大して蓄電手段の蓄電状態が悪化するといった不具合を防止することができる。
【００１１】
上記蓄電状態に基づいて遅れの時定数を設定する構成の動力出力装置において、前記時定数設定手段は、前記蓄電手段の蓄電量が大きい程に前記時定数が大きくなるように設定を行なう手段とすることができる。この構成によれば、蓄電手段の蓄電量が低下しているとき遅れ制御による遅れの時定数を大きくして電動機による動力の負担を増大させるようなことがなくなる。
【００１２】
上記構成の動力出力装置において、前記運転状態設定手段は、前記原動機の効率が高くなるように該原動機の運転状態を設定する手段とすることができる。この構成によれば、原動機の燃費効率を高めることができる。
【００１３】
上記構成の動力出力装置において、前記電動機は前記駆動軸に接続される構成であるとともに、回転軸を有し、該回転軸と動力のやり取りを行なう副電動機と、前記駆動軸と前記原動機の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を備え、前記原動機制御手段は、前記電動機および副電動機に対する電力のやりとりを通じて前記原動機の運転状態を制御する手段を備える構成とすることができる。この構成によれば、両電動機に対する電力のやり取りを行なうことで、原動機を所望の運転状態に保ちながらも要求動力を駆動軸に安定して出力することができる。
【００１４】
本発明の動力出力方法は、
原動機と電動機とを用いて駆動軸に動力を出力する動力出力方法であって、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定し、
該設定された要求動力に基づいて前記原動機の運転状態を設定し、
該設定された運転状態で前記原動機が運転されるように前記原動機を制御するとともに、
該原動機の制御に伴って前記駆動軸から出力される動力に基づいて前記要求動力が前記駆動軸に出力されるように前記電動機を制御し、
さらに、
前記原動機の制御において、前記要求動力が増大する過渡時における前記原動機の制御の応答の速さを抑制する遅れ制御を行なう
ことを要旨とする。
【００１５】
本発明の動力出力方法によれば、本発明の動力出力装置と同様に、要求動力が増大する過渡時において、駆動軸への出力動力に不足が生じることもなしに、原動機の運転状態の急激な変動を抑えることができ、この結果、原動機の運転状態の変動によって発生する原動機からの騒音を抑えることができる。また、原動機の運転状態の無駄な切り替えがなくなることから無駄なエネルギ消費を抑えることができる。
【００１６】
【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。図１は本発明の一実施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は実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図、図３は実施例の動力出力装置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。
【００１７】
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１６６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１６８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。
【００１８】
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１５６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、ＥＦＩＥＣＵ１７０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。上記回転数センサ１７６で検出する回転数は、所定時間当たりの回転数であり、回転速度に相当する。以下、回転数と呼ぶ物理量は回転速度を示すものとする。
【００１９】
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１８０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１６５ａ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。
【００２０】
図１に示すように、実施例の動力出力装置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ＭＧ１、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。
【００２１】
プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１，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１２６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。
【００２２】
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。
【００２３】
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１３４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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ＣＰＵ１９０、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ＣＰＵ１９０には、レゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５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（充電容量）を検出する充電容量検出器１９９からの充電容量ＳＯＣ、バッテリ温度検出器２００からのバッテリ温度Ｂｔなどが、入力ポートを介して入力されている。
【００２６】
なお、充電容量検出器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充電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充電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充電容量を検出するものなどが知られている。バッテリ温度検出器２００は、バッテリ１９４の外壁に固着されてバッテリ１９４の温度を検出するものである。
【００２７】
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Ｔｒ１６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）３４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。
【００２８】
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１９１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。
【００２９】
以上構成を説明した実施例の動力出力装置１１０の動作について説明する。実施例の動力出力装置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１５０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。
【００３０】
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。本実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。
【００３１】
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。
【００３２】
【数１】
【００３３】
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１２２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。
【００３４】
【数２】
【００３５】
次に、描かれた動作共線に、エンジン１５０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。
【００３６】
【数３】
【００３７】
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Ｔｍ２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。
【００３８】
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Ｐｒ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。
【００３９】
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Ｎｅ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Ｔｍ２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。
【００４０】
以上、実施例の動力出力装置１１０における基本的なトルク変換について説明したが、実施例の動力出力装置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１２６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ＭＧ１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。
【００４１】
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Ｐｅ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ＭＧ１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ＭＧ１，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。
【００４２】
次に、こうした実施例の動力出力装置１１０におけるトルク制御の実際について図７および図８に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチンは、運転者が運転の開始の指示、例えばイグニッションスイッチをオンとした後に、所定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。本ルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓはレゾルバ１３９により検出されるサンギヤ軸１２５の回転角度θｓから求めることができ、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒはレゾルバ１４９により検出される回転角度θｒから求めることができる。
【００４３】
続いて、充電容量検出器１９９によって検出されるバッテリ１９４の充電容量ＳＯＣと、バッテリ温度検出器２００によって検出されるバッテリ温度Ｂｔとを検出する処理を行なう（ステップＳ１０２）。さらに、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Ｓ１０３）。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。アクセルペダルポジションＡＰを読み込むと、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒと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Ｓ１０４）。ここで、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１１６，１１８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１１６，１１８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、実施例では、リングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係を示すマップを予めＲＯＭ１９０ｂ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とリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒ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。このマップの一例を図９に示す。
【００４４】
次に、導出したトルク指令値Ｔｒ＊とリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒ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Ｓ１０６）、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Ｓ１０８）。ここで、エンジン１５０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、実施例では、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、かつエネルギＰｒの変化に対してエンジン１５０の運転状態が滑らかに変化す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Ｎｅ＊との組み合わせをこのマップから導出するものとした。このマップについて、更に説明する。
【００４５】
図１０は、エンジン１５０の運転ポイントとエンジン１５０の効率との関係を示すグラフである。図中曲線Ｂはエンジン１５０の運転可能な領域の境界を示す。エンジン１５０の運転可能な領域には、その特性に応じて効率が同一の運転ポイントを示す曲線α１ないしα６のような等効率線を描くことができる。また、エンジン１５０の運転可能な領域には、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギが一定の曲線、例えば曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３を描くことができる。こうして描いたエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３に沿って各運転ポイントの効率をエンジン１５０の回転数Ｎｅを横軸として表わすと図１１のグラフのようになる。
【００４６】
図示するように、出力するエネルギが同じでも、どの運転ポイントで運転するかによってエンジン１５０の効率は大きく異なる。例えばエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１上では、エンジン１５０を運転ポイントＡ１（トルクＴｅ１，回転数Ｎｅ１）で運転することにより、その効率を最も高くすることができる。このような効率が最も高い運転ポイントは、出力エネルギ一定の曲線Ｃ２−Ｃ２およびＣ３−Ｃ３ではそれぞれ運転ポイントＡ２およびＡ３が相当するように、各エネルギ一定の曲線上に存在する。図１０中の曲線Ａは、これらのことに基づき各エネルギＰｒに対してエンジン１５０の効率ができる限り高くなる運転ポイントを連続する線で結んだものである。実施例では、この曲線Ａ上の各運転ポイント（トルクＴｅ，回転数Ｎｅ）とエネルギＰｒとの関係をマップとしたものを用いてエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定した。
【００４７】
ここで、曲線Ａを連続する曲線で結ぶのは、エネルギＰｒの変化に対して不連続な曲線によりエンジン１５０の運転ポイントを定めると、エネルギＰｒが不連続な運転ポイントを跨いで変化するときにエンジン１５０の運転状態が急変することになり、その変化の程度によっては、目標の運転状態にスムースに移行できずノッキングを生じたり停止してしまう場合があるからである。したがって、このように曲線Ａを連続する曲線で結ぶと、曲線Ａ上の各運転ポイントがエネルギ一定の曲線上で最も効率が高い運転ポイントとならない場合もある。なお、図１０中、トルクＴｅｍｉｎと回転数Ｎｅｍｉｎとにより表わされる運転ポイントＡｍｉｎは、エンジン１５０から出力可能な最小エネルギの運転ポイントである。
【００４８】
エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定すると、制御ＣＰＵ１９０は、上述した式（２）にエンジン１５０の回転数Ｎｅに代えてエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を代入することにより、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を計算する（ステップＳ１１０）。
【００４９】
続いて、制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１０２で取り込んだバッテリ１９４の充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔとに基づいて、バッテリ１９４が出力可能な最大出力容量Ｗｏｕｔを導出する処理を行なう（ステップＳ１１２）。具体的には、充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔと最大出力容量Ｗｏｕｔとの関係を示す３次元マップを予めＲＯＭ１９０ｂに記憶しておき、ステップＳ１０２で取り込んだ充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔとを用いて、ＲＯＭ１９０ｂに記憶した３次元マップを参照することでバッテリ１９４が出力可能な最大出力容量Ｗｏｕｔを導出するものとした。この３次元マップの一例を図１２に示した。図１２に示すように、最大出力容量Ｗｏｕｔは、充電容量ＳＯＣが大きい程、また、バッテリ温度ＢＴが高くも低くもない適温に近づく程、大きな値をとるように定められている。
【００５０】
続いて、制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１１２で導出したバッテリ１９４が出力可能な最大出力容量Ｗｏｕｔ０２に基づいて、後述する１次遅れ制御に用いる時定数Ｔ０を設定する処理を行なう（ステップＳ１１４）。具体的には、最大出力容量Ｗｏｕｔと時定数Ｔ０の関係を示す２次元マップを予めＲＯＭ１９０ｂに記憶しておき、ステップＳ１１２で導出した最大出力容量Ｗｏｕｔを用いて、ＲＯＭ１９０ｂに記憶した２次元マップを参照することで時定数Ｔ０を導出するものとした。この２次元マップの一例を図１３に示した。図１３に示すように、時定数Ｔ０は、最大出力容量Ｗｏｕｔが大きくなる程、大きな値をとるように定められている。
【００５１】
なお、この実施例では、ステップＳ１１２とステップＳ１１４の双方を用いて、バッテリ１９４の充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔとから時定数Ｔ０を求めているが、この構成に替えて、図１２と図１３の双方を考慮した、充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔと時定数ｔ０との関係を示す３次元マップを用いて、充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔとから時定数ｔ０を直接求める構成とすることもできる。
【００５２】
図７に戻り、ステップＳ１１４で時定数Ｔ０が設定されると、その後、制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１０６で求めたリングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒが増加中の状態にあるか否かを判別する。ここで、否定判別、すなわち、エネルギＰｒが増加中の状態にないと判別された場合には、ステップＳ１１４で求めた時定数Ｔ０を値０に一旦クリアする（ステップＳ１１８）とともに、時間カウンタ値ｔを値０にクリアする（ステップＳ１２０）。時間カウンタ値ｔは、エネルギＰｒが非増加中の状態から増加中の状態に切り替わった時点からの経過時間を示すもので、上述したように、エネルギＰｒが増加中の状態にないときに時間カウンタ値ｔをクリアすることで、上記経過時間の計時開始点を定めている。ステップＳ１２０の実行後、処理をステップＳ１２２に進める。一方、ステップＳ１１６で肯定判別、すなわち、エネルギＰｒが増加中の状態にあると判別された場合には、ステップＳ１１４で求めた時定数Ｔ０はそのままでステップＳ１２２に処理を進める。
【００５３】
ステップＳ１２２では、制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１１０で求めたサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊を時定数Ｔ０の１次遅れ制御によって変換する処理を行なう。この処理は、詳細には、次式（５）の右辺に、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊、時間カウンタ値ｔおよび時定数Ｔ０を代入することで、新たな目標回転数Ｎｅ＊を求めている。その後、制御ＣＰＵ１９０は、時間カウンタ値ｔを値１だけ更新する（ステップＳ１２４）。
【００５４】
【数４】
【００５５】
図１４は、ステップＳ１２２で実行される１次遅れ制御によって求められるサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊が時間の経過とともにどのように変化するかを示すグラフである。図示するように、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊は、時間カウンタ値ｔで示される時間、すなわち、エネルギＰｒが増加中の状態に切り替わってからの時間の経過に従って、最終値であるステップＳ１１０で計算された目標回転数Ｎｅ＊の１倍の大きさに近づく。原点における接線Lｔと最終値との交点Ｐまでの時間が時定数Ｔ０である。Ｔ０が小さければ変化を示す曲線の立ち上がりは急になり応答は速く、Ｔ０が大きければ立ち上がりは緩やかで応答は遅くなる。なお、ステップＳ１１８で時定数Ｔ０が値０に設定された場合には、この１次遅れ制御によって求められる値は、ステップＳ１１０で計算された目標回転数Ｎｅ＊の１倍の大きさ、すなわち、ステップＳ１１０で計算された値のままとなる。
【００５６】
制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１２４の実行後、図８のステップＳ１２６に処理を進めて、ステップＳ１２２で計算したサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊と導出したトルク指令値Ｔｒ＊とを用いて次式（６）によりモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を計算して設定する。ここで、式（６）中の右辺第１項は図５および図６の共線図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Ｎｓ＊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Ｔｒ＊×ρに等しく設定されることになる。なお、式（６）中のＫ１およびＫ２は、比例定数である。
【００５７】
【数５】
【００５８】
続いて、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓに基づいて次式（７）によりサンギヤ軸１２５の回転速度の変化率である角加速度ｄωｓを計算する（ステップＳ１２８）。ここで、「前回Ｎｓ」は、前回このルーチンが起動されたときにステップＳ１００で入力されたサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓであり、Δｔは本ルーチンの起動間隔時間Δｔである。式（７）の右辺の分子の「２π」は、サンギヤ軸１２５の角速度ωｓと回転数Ｎｓとが、ωｓ＝２π×Ｎｓ［ｒａｄ／ｓｅｃ］の関係にあることに基づく。なお、イグニッションスイッチがオンとされてから始めて本ルーチンが起動されたときには、本ルーチンが実行される前に実行される図示しない初期化ルーチンにより前回Ｎｓには値０が入力されるから、この値０が用いられる。
【００５９】
【数６】
【００６０】
こうしてサンギヤ軸１２５の角加速度ｄωｓを求めると、この角加速度ｄωｓを用いて次式（８）によりプラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒを計算する（ステップＳ１３０）。ここで、式（８）中の右辺分子第２項の「Ｉｍｅ」は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されたモータＭＧ１とエンジン１５０とからなる慣性系のモータＭＧ１からみたモータＭＧ１とエンジン１５０の慣性モーメントである。したがって、このモータＭＧ１からみた慣性モーメントＩｍｅにモータＭＧ１のロータ１３２の角加速度ｄωｓを乗じたものは、サンギヤ軸１２５に作用するトルク（以下、慣性トルクという）となり、式（８）の右辺分子はサンギヤ軸１２５に作用するトルクの合力となる。なお、慣性トルクは慣性の法則により運動の変化の方向に対して逆向きに作用するから、エンジン１５０の運転ポイントを回転数Ｎｅが大きな運転ポイントへ変更したときを考えると、慣性トルクは、回転数Ｎｅの上昇を抑制する方向に作用することになり、リングギヤ軸１２６に作用するトルクＴｅｒの計算式では負の符号をもつことになる。もとより、エンジン１５０の運転ポイントを回転数Ｎｅが小さな運転ポイントに変更するときには、慣性トルクは、回転数Ｎｅの減少を抑制する方向に作用する。また、エンジン１５０が定常運転状態にあるときには、サンギヤ軸１２５の角加速度ｄωｓは値０となるから、慣性トルクも値０となる。
【００６１】
【数７】
【００６２】
このようにプラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒを計算すると、モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊をトルク指令値Ｔｒ＊からこのトルクＴｅｒを減じて算出し設定する（ステップＳ１３２）。そして、設定した各設定値を用いてモータＭＧ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制御を行なう（ステップＳ１３４ないしＳ１３８）。実施例では、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、これらの制御は同時に平行的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ＥＦＩＥＣＵ１７０によりエンジン１５０の制御も同時に行なわせるのである。
【００６３】
モータＭＧ１の制御（図７のステップＳ１３４）は、図１５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１２５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１９５，１９６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（９）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。
【００６４】
【数８】
【００６５】
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Ｖｄ１，Ｖｑ１を求める処理を行なう（ステップＳ１８６）。すなわち、まず以下の式（１０）の演算を行ない、次に次式（１１）の演算を行なうのである。ここで、Ｋｐ１，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（１１）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。
【００６６】
【数９】
【００６７】
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，Ｖｖ１，Ｖｗ１を求める処理を行なう。各電圧は、次式（１２）により求める。
【００６８】
【数１０】
【００６９】
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（１２）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Ｓ１８９）。
【００７０】
ここで、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊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１５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Ｔｍ１＊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１５のモータＭＧ１の制御ルーチンにより行なうことができる。
【００７１】
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１５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Ｔｒ６のすべてをオフとする制御としてもよい。
【００７２】
次に、モータＭＧ２の制御処理（図８のステップＳ１３６）について図１６に例示するモータＭＧ２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Ｔｍ１＊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θｒをレゾルバ１４９を用いて検出し（ステップＳ１９０）、続いてモータＭＧ２の各相電流を電流検出器１９７，１９８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Ｖｄ２，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）。
【００７３】
ここで、モータＭＧ２もトルク指令値Ｔｍ２＊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ＭＧ１と同様に、力行制御も回生制御も共に図１６のモータＭＧ２の制御処理で行なうことができる。なお、実施例では、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。
【００７４】
次に、エンジン１５０の制御（図８のステップＳ１３８）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、上述した式（６）に示すように、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。
【００７５】
以上説明した実施例の動力出力装置１１０によれば、エンジン１５０の運転ポイントを変更したときに運転ポイントを変更するのに必要な慣性トルクを算出し、この慣性トルクを考慮してモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を算出し、モータＭＧ２を駆動するから、エンジン１５０の運転ポイントを変更する過渡時においても、運転者が欲するトルクをリングギヤ軸１２６、延いては駆動輪１１６，１１８に出力することができる。また、エンジン１５０が定常運転状態にあるときには、サンギヤ軸１２５の角加速度ｄωｓは値０となるから、プラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒは図５および図６の共線図における動作共線の釣り合いにより求められることになるから、運転者が欲するトルクをリングギヤ軸１２６に出力することができる。したがって、リングギヤ軸１２６にトルクショックの少ない滑らかな過渡特性を得ることができる。もとより、実施例の動力出力装置１１０によれば、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅを所望のトルクと回転数とからなる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。
【００７６】
特にこの実施例では、駆動軸１１２に出力すべき要求動力に相当する出力エネルギＰｒが増加する過渡時においては、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を１次遅れ制御により徐々に所望の値に移行するように目標回転数Ｎｓ＊の応答の速さを抑制していることから、その出力エネルギＰｒの増大に緩やかに追従して、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓの制御によって決まるエンジン１５０の回転数Ｎｅが変動することになる。このとき、そのモータＭＧ１およびエンジン１５０の制御に伴って駆動軸１１２から出力される動力に基づいてモータＭＧ２の制御がなされることから、エンジン１５０の回転数Ｎｅを緩やかに変動させたことによって要求動力からみて不足する動力分が、モータＭＧ２から出力される動力で補われることになる。
【００７７】
したがって、この実施例の動力出力装置１１０によれば、要求動力に相当する出力エネルギＰｒが増大する過渡時において、駆動軸１１２への出力動力に不足が生じることもなしに、エンジン１５０の回転数Ｎｅの急激な変動を抑えることができる。この結果、エンジン回転数Ｎｅの変動によって発生するエンジン１５０からの発生する騒音を抑えることができる。また、エンジン回転数Ｎｅの無駄な切り替えがなくなることからモータＭＧ１における無駄なエネルギ消費を抑えることもできる。さらに、アクセル踏込時のエンジン回転数の急変を抑えながらも、モータＭＧ２により駆動軸の出力が向上することから、運転者にとって静かでトルク感にあふれた乗り心地を提供することがができる。
【００７８】
なお、この実施例では、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１０３ないしＳ１０６により、この発明の要求動力設定手段の構成が実現されており、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１０８により、この発明の運転状態設定手段の構成が実現されており、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１１０〜Ｓ１３０、Ｓ１３４により、この発明の原動機制御手段の構成が実現されており、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１３２およびＳ１３６により、この発明の電動機制御手段の構成が実現されており、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１１２ないしＳ１２４により、この発明の遅れ制御手段の構成が実現されている。
【００７９】
この実施例の動力出力装置１１０では、サンギヤ軸１２５の角加速度ｄωｓを求め、これをモータＭＧ１からみたモータＭＧ１とエンジン１５０とからなる慣性系の慣性モーメントに乗じてサンギヤ軸１２５に作用する慣性トルクを算出し、プラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒを求めたが、クランクシャフト１５６の角加速度ｄωｅを求め、これをエンジン１５０からみたエンジン１５０とモータＭＧ１とからなる慣性系の慣性モーメントに乗じてクランクシャフト１５６に作用する慣性トルクを求め、これに基づいてトルクＴｅｒを算出するものとしてもよい。この場合、例えば、図７および図８に例示するトルク制御ルーチンのステップＳ１２８およびＳ１３０の処理に代えて、図１７に例示するトルク制御ルーチンのステップＳ２１４ないしＳ２１６の処理を実行するものとすればよい。この処理では、エンジン１５０の回転数Ｎｅを入力し（ステップＳ２１４）、入力した回転数Ｎｅに基づいてクランクシャフト１５６の角加速度ｄωｅを式（７）と同様な式により計算し（ステップＳ２１５）、この角加速度ｄωｅを用いて次式（１３）によりトルクＴｅｒを算出するのである（ステップＳ２１６）。式（１３）中の右辺第２項の「Ｉｅｍ」は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されたエンジン１５０とモータＭＧ１とからなる慣性系のエンジン１５０からみたエンジン１５０とモータＭＧ１の慣性モーメントである。なお、エンジン１５０の回転数Ｎｅは、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとから式（２）を変形して求めるものとしてもよいし、クランクシャフト１５６にレゾルバを設置してこのレゾルバから検出されるクランクシャフト１５６の回転角度から求めてもよい。また、ディストリビュータ１６０に取り付けられた回転数センサ１７６により検出される信号をＥＦＩＥＣＵ１７０からの通信により入力するものとしてもよい。
【００８０】
【数１１】
【００８１】
実施例の動力出力装置１１０では、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギ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＊とを設定し、これをエンジン１５０から出力されるエネルギＰｅにより賄うものとしたが、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒの一部をバッテリ１９４から供給される電気エネルギにより賄うものとしたり、エネルギＰｒより過剰なエネルギＰｅを出力するようエンジン１５０を運転し、残余のエネルギによりバッテリ１９４を充電するものとしてもよい。この場合、図７のトルク制御ルーチンのステップＳ１０８の計算式を次式（１４）とすればよい。なお、この式（１４）中のＰｂは、バッテリ１９４から充放電される電気エネルギであり、バッテリ１９４を充電するときには正の値で、バッテリ１９４から放電するときには負の値となる。こうすれば、バッテリ１９４の充放電を行ないながらでも、運転者の欲するトルクを安定してリングギヤ軸１２６に出力することができる。
【００８２】
Ｐｒ＋Ｐｂ＝Ｔｅ＊×Ｎｅ＊ …（１４）
【００８３】
なお、この構成の場合にも、上記実施例と同様に、出力エネルギＰｒが増加する過渡時においては、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を１次遅れ制御により徐々に所望の値に移行するように目標回転数Ｎｓ＊の変化の速さを抑制する。この構成により、第１実施例と同様の効果を奏することができる。
【００８４】
実施例の動力出力装置１１０では、エンジン１５０が継続して運転され、その運転ポイントが変更されたときについて説明したが、エンジン１５０の運転を停止する際の過渡時にも図７のトルク制御ルーチンを適用することができる。この場合、目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とに値０を設定すればよい。なお、エンジン１５０の運転を停止する場合には、例えば、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒがエンジン１５０から出力可能な最小のエネルギＰｅ（図１０中、トルクＴｅｍｉｎと回転数Ｎｅｍｉｎにより表わされる運転ポイントＡｍｉｎにおけるエネルギＰｅ）より小さいときや、環境保全等の目的のため運転者がエンジン１５０を停止する指示を与えたときなどがある。
【００８５】
実施例の動力出力装置１１０では、エンジン１５０の効率が高くなるよう目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定したが、エミッションが良くなるよう目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定するものや、エンジン１５０の音が小さくなるよう目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定するものとしてもよい。
【００８６】
実施例の動力出力装置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１８の変形例の動力出力装置１１０Ａに示すように、リングギヤ軸１２６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１９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１２０，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。
【００８７】
以上は、プラネタリギヤ１２０を用いた変形例であるが、図２０に示すように、プラネタリギヤ１２０を用いない構成をとってもよい。図２０に示す構成では、図１におけるモータＭＧ１およびプラネタリギヤ１２０に代えて、ロータ（インナロータ）２３４およびステータ（アウタロータ）２３２の双方が同じ軸中心に相対的に回転可能であり電磁継手として作用し得るクラッチモータＭＧ３を用いている。クラッチモータＭＧ３のアウタロータ２３２はエンジン１５０のクランクシャフト１５６に機械的に結合され、クラッチモータＭＧ３のインナロータ２３４およびモータＭＧ２のロータ１４２は駆動軸１１２Ａに結合されている。モータＭＧ２のステータ１４３はケース１１９に固定されている。
【００８８】
この構成では、プラネタリギヤ１２０に代えて、クラッチモータＭＧ３によりエネルギの分配を行なう。クラッチモータＭＧ３に入出力される電気的なエネルギにより、インナロータ２３４とアウタロータ２３２の相対的な回転を制御し、エンジン１５０の動力を駆動軸１１２Ａに伝達することができる。また、モータＭＧ２のロータ１３２が駆動軸１１２Ａに取り付けられているため、モータＭＧ２を駆動源とすることもできる。さらに、エンジン１５０の動力によりモータＭＧ３で発電することもできる。このような構成のハイブリッド車両でも、クラッチモータＭＧ３によりエンジン１５０の運転が制御され、モータＭＧ２により駆動軸に出力する動力のアシストがなされていることから、要求動力が増大する過渡時において、エンジン１５０の騒音が増大するため、本発明を適用することができる。
【００８９】
さらに、ハイブリッド車両は図２１に示すような、いわゆるシリーズ式の構成であっても構わない。シリーズ式のハイブリッド車両では、エンジン１５０の出力軸は発電機Ｇに機械的に結合されている。駆動輪１１６、１１８には、モータＭＧ４が動力伝達ギヤ１１１等を介して結合されているが、エンジン１５０は結合されてはいない。こうした構成をとるため、シリーズ式のハイブリッド車両では、エンジン１５０の動力は駆動輪１１６、１１８に伝達されることはなく発電機Ｇの運転に使われ、車両はバッテリ１９４の電力によりモータＭＧ４を動かすことにより駆動される。
【００９０】
こうのような構成のシリーズ式のハイブリッド車両では、制御ユニット１９０Ｂにより、要求動力の増大の過渡時に、エンジンの運転状態を変化させる速さを抑制するようなようなエンジンの運転制御を行なうことにより、本発明を適用することができる。シリーズ式のハイブリッド車両は、エンジン１５０および発電機Ｇのトルクが直接駆動軸３１２に伝達されることはないものの、発電機Ｇのトルクの急変に伴うショックは車体を通じて乗員に体感されることになるため、本発明によるショックの低減効果は有効である。
【００９１】
また、前記実施例のステップＳ１２２では、時定数Ｔ０の１次遅れの制御を行なっていたが、これに替えて、制御のゲインを切り替えたり、あるいは制御の不感帯を増加することで、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊ に対する応答の速さを遅くする構成とすることもできる。
【００９２】
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。
【００９３】
例えば、上述した実施例の動力出力装置１１０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。
【００９４】
また、実施例の動力出力装置１１０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。
【００９５】
さらに、実施例の動力出力装置１１０では、モータＭＧ１およびモータＭＧ２にＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet 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。
【００９６】
あるいは、実施例の動力出力装置１１０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 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を用いることもできる。
【００９７】
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。
【００９８】
以上の実施例では、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】本発明の一実施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】実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図である。
【図３】実施例の動力出力装置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】実施例の動力出力装置１１０の動作原理を説明するためのグラフである。
【図５】実施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】実施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】実施例の制御装置１８０により実行されるトルク制御ルーチンの前半部分を例示するフローチャートである。
【図８】そのトルク制御ルーチンの後半部分を例示するフローチャートである。
【図９】リングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係を例示する説明図である。
【図１０】エンジン１５０の運転ポイントと効率の関係を例示するグラフである。
【図１１】エネルギ一定の曲線に沿ったエンジン１５０の運転ポイントの効率とエンジン１５０の回転数Ｎｅとの関係を例示するグラフである。
【図１２】充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔと最大出力容量Ｗｏｕｔとの関係を示す３次元マップを例示するグラフである。
【図１３】最大出力容量Ｗｏｕｔと時定数Ｔ０の関係を示す２次元マップを例示するグラフである。
【図１４】１次遅れ制御によって求められるサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊が時間の経過とともにどのように変化するかを示すグラフである。
【図１５】制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０により実行されるモータＭＧ１の制御の基本的な処理を例示するフローチャートである。
【図１６】制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０により実行されるモータＭＧ２の制御の基本的な処理を例示するフローチャートである。
【図１７】変形例の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１８】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１９】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２０】電気分配式ハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【図２１】シリーズ式ハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１１０…動力出力装置
１１０Ａ〜１１０Ｃ…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…充電容量検出器
２００…バッテリ温度検出器
Ｌ１，Ｌ２…電源ライン
ＭＧ１…モータ
ＭＧ２…モータ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６…トランジスタ
Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６…トランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機と電動機とを備えて駆動軸に動力を出力する動力出力装置と動力出力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリンレシプロエンジンなどの原動機の燃費や排ガス浄化性能の飛躍的な向上を目的として、いわゆるハイブリッド車両の構成が提案されている。ハイブリッド車両は大きく分けると、原動機により発電機を駆動して発電を行ない、発電した電力で電動機を駆動して車両の推進力を得るシリーズハイブリッド方式のものと、駆動軸に原動機と電動機とをそれぞれ結合し、原動機と電動機とにより車両の推進力を得るパラレルハイブリッド方式のものとが知られている。
【０００３】
いずれの方式でも、原動機から出力された動力を、駆動軸に任意の回転速度およびトルクで出力することができることから、原動機は運転効率の高い動作点を選択して運転することが可能となる。こうした動力出力装置の一例として、特開平１０−９８８０５号公報に記載のものが提案されている。この動力出力装置は、アクセル開度で定まる運転者の要求動力を取り込んで、この要求動力に基づいて原動機の目標動力を運転効率の高い動作点上に決め、該目標動力で原動機の運転を制御するとともに、電動機を制御することにより、原動機から出力される動力で不足する分を電動機から出力される動力によって補うように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、運転者がアクセルペダルを操作して出力の変動を要求したとき、まず、その要求動力に基づいて原動機の目標動力が決められることから、上記要求動力の増大に素早く追従して原動機の運転状態（具体例としては回転速度）が切り替えられる。運転者によるアクセルペダルの操作は、微妙に変動するものであることから、原動機の運転状態は頻繁に切り替えられることになる。このために、原動機から煩雑に変化する騒音が発生する問題や、運転状態を頻繁に切り替えるための無駄なエネルギ消費を必要とするといった改善の余地が見い出された。
【０００５】
そこで、本発明の動力出力装置および動力出力方法は、要求動力が変動する過渡時において、原動機からの騒音の発生を抑え、また無駄なエネルギ消費を抑え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】
上記課題を解決するために、本発明の動力出力装置は、
原動機と電動機とを備えて駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
該設定された要求動力に基づいて前記原動機の運転状態を設定する運転状態設定手段と、
該設定された運転状態で前記原動機が運転されるように前記原動機を制御する原動機制御手段と、
該原動機制御手段による前記原動機の制御に伴って前記駆動軸から出力される動力に基づいて前記要求動力が前記駆動軸に出力されるように前記電動機を制御する電動機制御手段と
を備え、
前記原動機制御手段は、
前記要求動力が増大する過渡時における前記原動機の制御の応答の速さを抑制する遅れ制御を行なう遅れ制御手段
を備えることを要旨とする。
【０００７】
上記構成の動力出力装置では、駆動軸に出力すべき要求動力に基づいて原動機の運転状態が設定され、その設定された運転状態で原動機が運転されるように、原動機制御手段により原動機が制御されるとともに、その原動機の制御に伴って駆動軸から出力される動力に基づいて要求動力が駆動軸に出力されるように、電動機制御手段により電動機が制御される。さらに、原動機制御手段に設けられた遅れ制御手段により、要求動力が増大する過渡時における原動機の制御の応答の速さが抑制される。このために、要求動力が増大する過渡時においては、その要求動力の増大に緩やかに追従して原動機の制御がなされる。このとき、その緩やかに変動する原動機の制御に伴って駆動軸から出力される動力に基づいて電動機の制御がなされることから、原動機の運転状態を緩やかに変動させたことによって要求動力からみて不足する動力分が、電動機から出力される動力で補われることになる。
【０００８】
したがって、本発明の動力出力装置によれば、要求動力が増大する過渡時において、駆動軸への出力動力に不足が生じることもなしに、原動機の運転状態の急激な変動を抑えることができる。この結果、原動機の運転状態の変動によって原動機から発生する騒音を抑えることができる。また、原動機の運転状態の無駄な切り替えがなくなることから無駄なエネルギ消費を抑えることもできる。
【０００９】
上記構成の動力出力装置において、前記運転状態設定手段により設定する前記原動機の運転状態は、前記原動機の回転速度とすることができる。この構成によれば、原動機の回転速度を制御することで、原動機から出力される動力が制御される。
【００１０】
上記構成の動力出力装置において、前記電動機へ電力を供給する蓄電手段の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段を備え、前記遅れ制御手段は、前記蓄電状態検出手段により検出された前記蓄電状態に基づいて前記遅れ制御による遅れの時定数を設定する時定数設定手段を備える構成とすることができる。この構成によれば、遅れ制御による遅れの時定数が、電動機へ電力を供給する蓄電手段の蓄電状態に応じた大きさに設定される。遅れの時定数を大きくすることは、電動機による動力の負担増を招くことになり、蓄電手段が充分に蓄電されている必要がある。このため、蓄電状態に応じた大きさに遅れの時定数を設定することで、時定数を大きくし過ぎたことで、電動機による動力の負担が増大して蓄電手段の蓄電状態が悪化するといった不具合を防止することができる。
【００１１】
上記蓄電状態に基づいて遅れの時定数を設定する構成の動力出力装置において、前記時定数設定手段は、前記蓄電手段の蓄電量が大きい程に前記時定数が大きくなるように設定を行なう手段とすることができる。この構成によれば、蓄電手段の蓄電量が低下しているとき遅れ制御による遅れの時定数を大きくして電動機による動力の負担を増大させるようなことがなくなる。
【００１２】
上記構成の動力出力装置において、前記運転状態設定手段は、前記原動機の効率が高くなるように該原動機の運転状態を設定する手段とすることができる。この構成によれば、原動機の燃費効率を高めることができる。
【００１３】
上記構成の動力出力装置において、前記電動機は前記駆動軸に接続される構成であるとともに、回転軸を有し、該回転軸と動力のやり取りを行なう副電動機と、前記駆動軸と前記原動機の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を備え、前記原動機制御手段は、前記電動機および副電動機に対する電力のやりとりを通じて前記原動機の運転状態を制御する手段を備える構成とすることができる。この構成によれば、両電動機に対する電力のやり取りを行なうことで、原動機を所望の運転状態に保ちながらも要求動力を駆動軸に安定して出力することができる。
【００１４】
本発明の動力出力方法は、
原動機と電動機とを用いて駆動軸に動力を出力する動力出力方法であって、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定し、
該設定された要求動力に基づいて前記原動機の運転状態を設定し、
該設定された運転状態で前記原動機が運転されるように前記原動機を制御するとともに、
該原動機の制御に伴って前記駆動軸から出力される動力に基づいて前記要求動力が前記駆動軸に出力されるように前記電動機を制御し、
さらに、
前記原動機の制御において、前記要求動力が増大する過渡時における前記原動機の制御の応答の速さを抑制する遅れ制御を行なう
ことを要旨とする。
【００１５】
本発明の動力出力方法によれば、本発明の動力出力装置と同様に、要求動力が増大する過渡時において、駆動軸への出力動力に不足が生じることもなしに、原動機の運転状態の急激な変動を抑えることができ、この結果、原動機の運転状態の変動によって発生する原動機からの騒音を抑えることができる。また、原動機の運転状態の無駄な切り替えがなくなることから無駄なエネルギ消費を抑えることができる。
【００１６】
【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。図１は本発明の一実施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は実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図、図３は実施例の動力出力装置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。
【００１７】
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１６６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１６８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。
【００１８】
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１５６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、ＥＦＩＥＣＵ１７０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。上記回転数センサ１７６で検出する回転数は、所定時間当たりの回転数であり、回転速度に相当する。以下、回転数と呼ぶ物理量は回転速度を示すものとする。
【００１９】
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１８０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１６５ａ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。
【００２０】
図１に示すように、実施例の動力出力装置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ＭＧ１、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。
【００２１】
プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１，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１２６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。
【００２２】
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。
【００２３】
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１３４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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ＣＰＵ１９０、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ＣＰＵ１９０には、レゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５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（充電容量）を検出する充電容量検出器１９９からの充電容量ＳＯＣ、バッテリ温度検出器２００からのバッテリ温度Ｂｔなどが、入力ポートを介して入力されている。
【００２６】
なお、充電容量検出器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充電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充電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充電容量を検出するものなどが知られている。バッテリ温度検出器２００は、バッテリ１９４の外壁に固着されてバッテリ１９４の温度を検出するものである。
【００２７】
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Ｔｒ１６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）３４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。
【００２８】
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１９１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。
【００２９】
以上構成を説明した実施例の動力出力装置１１０の動作について説明する。実施例の動力出力装置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１５０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。
【００３０】
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。本実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。
【００３１】
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。
【００３２】
【数１】
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１２２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。
【００３４】
【数２】
次に、描かれた動作共線に、エンジン１５０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。
【００３６】
【数３】
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Ｔｍ２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。
【００３８】
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Ｐｒ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。
【００３９】
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Ｎｅ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Ｔｍ２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。
【００４０】
以上、実施例の動力出力装置１１０における基本的なトルク変換について説明したが、実施例の動力出力装置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１２６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ＭＧ１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。
【００４１】
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Ｐｅ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ＭＧ１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ＭＧ１，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。
【００４２】
次に、こうした実施例の動力出力装置１１０におけるトルク制御の実際について図７および図８に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチンは、運転者が運転の開始の指示、例えばイグニッションスイッチをオンとした後に、所定時間毎（例えば、４ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。本ルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓはレゾルバ１３９により検出されるサンギヤ軸１２５の回転角度θｓから求めることができ、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒはレゾルバ１４９により検出される回転角度θｒから求めることができる。
【００４３】
続いて、充電容量検出器１９９によって検出されるバッテリ１９４の充電容量ＳＯＣと、バッテリ温度検出器２００によって検出されるバッテリ温度Ｂｔとを検出する処理を行なう（ステップＳ１０２）。さらに、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Ｓ１０３）。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。アクセルペダルポジションＡＰを読み込むと、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒと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Ｓ１０４）。ここで、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１１６，１１８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１１６，１１８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、実施例では、リングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係を示すマップを予めＲＯＭ１９０ｂ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とリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒ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。このマップの一例を図９に示す。
【００４４】
次に、導出したトルク指令値Ｔｒ＊とリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒ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Ｓ１０６）、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Ｓ１０８）。ここで、エンジン１５０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、実施例では、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、かつエネルギＰｒの変化に対してエンジン１５０の運転状態が滑らかに変化す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Ｎｅ＊との組み合わせをこのマップから導出するものとした。このマップについて、更に説明する。
【００４５】
図１０は、エンジン１５０の運転ポイントとエンジン１５０の効率との関係を示すグラフである。図中曲線Ｂはエンジン１５０の運転可能な領域の境界を示す。エンジン１５０の運転可能な領域には、その特性に応じて効率が同一の運転ポイントを示す曲線α１ないしα６のような等効率線を描くことができる。また、エンジン１５０の運転可能な領域には、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギが一定の曲線、例えば曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３を描くことができる。こうして描いたエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３に沿って各運転ポイントの効率をエンジン１５０の回転数Ｎｅを横軸として表わすと図１１のグラフのようになる。
【００４６】
図示するように、出力するエネルギが同じでも、どの運転ポイントで運転するかによってエンジン１５０の効率は大きく異なる。例えばエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１上では、エンジン１５０を運転ポイントＡ１（トルクＴｅ１，回転数Ｎｅ１）で運転することにより、その効率を最も高くすることができる。このような効率が最も高い運転ポイントは、出力エネルギ一定の曲線Ｃ２−Ｃ２およびＣ３−Ｃ３ではそれぞれ運転ポイントＡ２およびＡ３が相当するように、各エネルギ一定の曲線上に存在する。図１０中の曲線Ａは、これらのことに基づき各エネルギＰｒに対してエンジン１５０の効率ができる限り高くなる運転ポイントを連続する線で結んだものである。実施例では、この曲線Ａ上の各運転ポイント（トルクＴｅ，回転数Ｎｅ）とエネルギＰｒとの関係をマップとしたものを用いてエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定した。
【００４７】
ここで、曲線Ａを連続する曲線で結ぶのは、エネルギＰｒの変化に対して不連続な曲線によりエンジン１５０の運転ポイントを定めると、エネルギＰｒが不連続な運転ポイントを跨いで変化するときにエンジン１５０の運転状態が急変することになり、その変化の程度によっては、目標の運転状態にスムースに移行できずノッキングを生じたり停止してしまう場合があるからである。したがって、このように曲線Ａを連続する曲線で結ぶと、曲線Ａ上の各運転ポイントがエネルギ一定の曲線上で最も効率が高い運転ポイントとならない場合もある。なお、図１０中、トルクＴｅｍｉｎと回転数Ｎｅｍｉｎとにより表わされる運転ポイントＡｍｉｎは、エンジン１５０から出力可能な最小エネルギの運転ポイントである。
【００４８】
エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定すると、制御ＣＰＵ１９０は、上述した式（２）にエンジン１５０の回転数Ｎｅに代えてエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を代入することにより、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を計算する（ステップＳ１１０）。
【００４９】
続いて、制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１０２で取り込んだバッテリ１９４の充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔとに基づいて、バッテリ１９４が出力可能な最大出力容量Ｗｏｕｔを導出する処理を行なう（ステップＳ１１２）。具体的には、充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔと最大出力容量Ｗｏｕｔとの関係を示す３次元マップを予めＲＯＭ１９０ｂに記憶しておき、ステップＳ１０２で取り込んだ充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔとを用いて、ＲＯＭ１９０ｂに記憶した３次元マップを参照することでバッテリ１９４が出力可能な最大出力容量Ｗｏｕｔを導出するものとした。この３次元マップの一例を図１２に示した。図１２に示すように、最大出力容量Ｗｏｕｔは、充電容量ＳＯＣが大きい程、また、バッテリ温度ＢＴが高くも低くもない適温に近づく程、大きな値をとるように定められている。
【００５０】
続いて、制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１１２で導出したバッテリ１９４が出力可能な最大出力容量Ｗｏｕｔ０２に基づいて、後述する１次遅れ制御に用いる時定数Ｔ０を設定する処理を行なう（ステップＳ１１４）。具体的には、最大出力容量Ｗｏｕｔと時定数Ｔ０の関係を示す２次元マップを予めＲＯＭ１９０ｂに記憶しておき、ステップＳ１１２で導出した最大出力容量Ｗｏｕｔを用いて、ＲＯＭ１９０ｂに記憶した２次元マップを参照することで時定数Ｔ０を導出するものとした。この２次元マップの一例を図１３に示した。図１３に示すように、時定数Ｔ０は、最大出力容量Ｗｏｕｔが大きくなる程、大きな値をとるように定められている。
【００５１】
なお、この実施例では、ステップＳ１１２とステップＳ１１４の双方を用いて、バッテリ１９４の充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔとから時定数Ｔ０を求めているが、この構成に替えて、図１２と図１３の双方を考慮した、充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔと時定数ｔ０との関係を示す３次元マップを用いて、充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔとから時定数ｔ０を直接求める構成とすることもできる。
【００５２】
図７に戻り、ステップＳ１１４で時定数Ｔ０が設定されると、その後、制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１０６で求めたリングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒが増加中の状態にあるか否かを判別する。ここで、否定判別、すなわち、エネルギＰｒが増加中の状態にないと判別された場合には、ステップＳ１１４で求めた時定数Ｔ０を値０に一旦クリアする（ステップＳ１１８）とともに、時間カウンタ値ｔを値０にクリアする（ステップＳ１２０）。時間カウンタ値ｔは、エネルギＰｒが非増加中の状態から増加中の状態に切り替わった時点からの経過時間を示すもので、上述したように、エネルギＰｒが増加中の状態にないときに時間カウンタ値ｔをクリアすることで、上記経過時間の計時開始点を定めている。ステップＳ１２０の実行後、処理をステップＳ１２２に進める。一方、ステップＳ１１６で肯定判別、すなわち、エネルギＰｒが増加中の状態にあると判別された場合には、ステップＳ１１４で求めた時定数Ｔ０はそのままでステップＳ１２２に処理を進める。
【００５３】
ステップＳ１２２では、制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１１０で求めたサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊を時定数Ｔ０の１次遅れ制御によって変換する処理を行なう。この処理は、詳細には、次式（５）の右辺に、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊、時間カウンタ値ｔおよび時定数Ｔ０を代入することで、新たな目標回転数Ｎｅ＊を求めている。その後、制御ＣＰＵ１９０は、時間カウンタ値ｔを値１だけ更新する（ステップＳ１２４）。
【００５４】
【数４】
図１４は、ステップＳ１２２で実行される１次遅れ制御によって求められるサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊が時間の経過とともにどのように変化するかを示すグラフである。図示するように、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊は、時間カウンタ値ｔで示される時間、すなわち、エネルギＰｒが増加中の状態に切り替わってからの時間の経過に従って、最終値であるステップＳ１１０で計算された目標回転数Ｎｅ＊の１倍の大きさに近づく。原点における接線Lｔと最終値との交点Ｐまでの時間が時定数Ｔ０である。Ｔ０が小さければ変化を示す曲線の立ち上がりは急になり応答は速く、Ｔ０が大きければ立ち上がりは緩やかで応答は遅くなる。なお、ステップＳ１１８で時定数Ｔ０が値０に設定された場合には、この１次遅れ制御によって求められる値は、ステップＳ１１０で計算された目標回転数Ｎｅ＊の１倍の大きさ、すなわち、ステップＳ１１０で計算された値のままとなる。
【００５６】
制御ＣＰＵ１９０は、ステップＳ１２４の実行後、図８のステップＳ１２６に処理を進めて、ステップＳ１２２で計算したサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊と導出したトルク指令値Ｔｒ＊とを用いて次式（６）によりモータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊を計算して設定する。ここで、式（６）中の右辺第１項は図５および図６の共線図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Ｎｓ＊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Ｔｒ＊×ρに等しく設定されることになる。なお、式（６）中のＫ１およびＫ２は、比例定数である。
【００５７】
【数５】
続いて、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓに基づいて次式（７）によりサンギヤ軸１２５の回転速度の変化率である角加速度ｄωｓを計算する（ステップＳ１２８）。ここで、「前回Ｎｓ」は、前回このルーチンが起動されたときにステップＳ１００で入力されたサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓであり、Δｔは本ルーチンの起動間隔時間Δｔである。式（７）の右辺の分子の「２π」は、サンギヤ軸１２５の角速度ωｓと回転数Ｎｓとが、ωｓ＝２π×Ｎｓ［ｒａｄ／ｓｅｃ］の関係にあることに基づく。なお、イグニッションスイッチがオンとされてから始めて本ルーチンが起動されたときには、本ルーチンが実行される前に実行される図示しない初期化ルーチンにより前回Ｎｓには値０が入力されるから、この値０が用いられる。
【００５９】
【数６】
こうしてサンギヤ軸１２５の角加速度ｄωｓを求めると、この角加速度ｄωｓを用いて次式（８）によりプラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒを計算する（ステップＳ１３０）。ここで、式（８）中の右辺分子第２項の「Ｉｍｅ」は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されたモータＭＧ１とエンジン１５０とからなる慣性系のモータＭＧ１からみたモータＭＧ１とエンジン１５０の慣性モーメントである。したがって、このモータＭＧ１からみた慣性モーメントＩｍｅにモータＭＧ１のロータ１３２の角加速度ｄωｓを乗じたものは、サンギヤ軸１２５に作用するトルク（以下、慣性トルクという）となり、式（８）の右辺分子はサンギヤ軸１２５に作用するトルクの合力となる。なお、慣性トルクは慣性の法則により運動の変化の方向に対して逆向きに作用するから、エンジン１５０の運転ポイントを回転数Ｎｅが大きな運転ポイントへ変更したときを考えると、慣性トルクは、回転数Ｎｅの上昇を抑制する方向に作用することになり、リングギヤ軸１２６に作用するトルクＴｅｒの計算式では負の符号をもつことになる。もとより、エンジン１５０の運転ポイントを回転数Ｎｅが小さな運転ポイントに変更するときには、慣性トルクは、回転数Ｎｅの減少を抑制する方向に作用する。また、エンジン１５０が定常運転状態にあるときには、サンギヤ軸１２５の角加速度ｄωｓは値０となるから、慣性トルクも値０となる。
【００６１】
【数７】
このようにプラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒを計算すると、モータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊をトルク指令値Ｔｒ＊からこのトルクＴｅｒを減じて算出し設定する（ステップＳ１３２）。そして、設定した各設定値を用いてモータＭＧ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制御を行なう（ステップＳ１３４ないしＳ１３８）。実施例では、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、これらの制御は同時に平行的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ＥＦＩＥＣＵ１７０によりエンジン１５０の制御も同時に行なわせるのである。
【００６３】
モータＭＧ１の制御（図７のステップＳ１３４）は、図１５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１２５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１９５，１９６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（９）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。
【００６４】
【数８】
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Ｖｄ１，Ｖｑ１を求める処理を行なう（ステップＳ１８６）。すなわち、まず以下の式（１０）の演算を行ない、次に次式（１１）の演算を行なうのである。ここで、Ｋｐ１，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（１１）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。
【００６６】
【数９】
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，Ｖｖ１，Ｖｗ１を求める処理を行なう。各電圧は、次式（１２）により求める。
【００６８】
【数１０】
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（１２）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Ｓ１８９）。
【００７０】
ここで、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１＊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１５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Ｔｍ１＊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１５のモータＭＧ１の制御ルーチンにより行なうことができる。
【００７１】
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１５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Ｔｒ６のすべてをオフとする制御としてもよい。
【００７２】
次に、モータＭＧ２の制御処理（図８のステップＳ１３６）について図１６に例示するモータＭＧ２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Ｔｍ１＊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θｒをレゾルバ１４９を用いて検出し（ステップＳ１９０）、続いてモータＭＧ２の各相電流を電流検出器１９７，１９８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Ｖｄ２，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）。
【００７３】
ここで、モータＭＧ２もトルク指令値Ｔｍ２＊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ＭＧ１と同様に、力行制御も回生制御も共に図１６のモータＭＧ２の制御処理で行なうことができる。なお、実施例では、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。
【００７４】
次に、エンジン１５０の制御（図８のステップＳ１３８）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、上述した式（６）に示すように、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。
【００７５】
以上説明した実施例の動力出力装置１１０によれば、エンジン１５０の運転ポイントを変更したときに運転ポイントを変更するのに必要な慣性トルクを算出し、この慣性トルクを考慮してモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を算出し、モータＭＧ２を駆動するから、エンジン１５０の運転ポイントを変更する過渡時においても、運転者が欲するトルクをリングギヤ軸１２６、延いては駆動輪１１６，１１８に出力することができる。また、エンジン１５０が定常運転状態にあるときには、サンギヤ軸１２５の角加速度ｄωｓは値０となるから、プラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒは図５および図６の共線図における動作共線の釣り合いにより求められることになるから、運転者が欲するトルクをリングギヤ軸１２６に出力することができる。したがって、リングギヤ軸１２６にトルクショックの少ない滑らかな過渡特性を得ることができる。もとより、実施例の動力出力装置１１０によれば、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅを所望のトルクと回転数とからなる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。
【００７６】
特にこの実施例では、駆動軸１１２に出力すべき要求動力に相当する出力エネルギＰｒが増加する過渡時においては、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を１次遅れ制御により徐々に所望の値に移行するように目標回転数Ｎｓ＊の応答の速さを抑制していることから、その出力エネルギＰｒの増大に緩やかに追従して、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓの制御によって決まるエンジン１５０の回転数Ｎｅが変動することになる。このとき、そのモータＭＧ１およびエンジン１５０の制御に伴って駆動軸１１２から出力される動力に基づいてモータＭＧ２の制御がなされることから、エンジン１５０の回転数Ｎｅを緩やかに変動させたことによって要求動力からみて不足する動力分が、モータＭＧ２から出力される動力で補われることになる。
【００７７】
したがって、この実施例の動力出力装置１１０によれば、要求動力に相当する出力エネルギＰｒが増大する過渡時において、駆動軸１１２への出力動力に不足が生じることもなしに、エンジン１５０の回転数Ｎｅの急激な変動を抑えることができる。この結果、エンジン回転数Ｎｅの変動によって発生するエンジン１５０からの発生する騒音を抑えることができる。また、エンジン回転数Ｎｅの無駄な切り替えがなくなることからモータＭＧ１における無駄なエネルギ消費を抑えることもできる。さらに、アクセル踏込時のエンジン回転数の急変を抑えながらも、モータＭＧ２により駆動軸の出力が向上することから、運転者にとって静かでトルク感にあふれた乗り心地を提供することがができる。
【００７８】
なお、この実施例では、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１０３ないしＳ１０６により、この発明の要求動力設定手段の構成が実現されており、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１０８により、この発明の運転状態設定手段の構成が実現されており、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１１０〜Ｓ１３０、Ｓ１３４により、この発明の原動機制御手段の構成が実現されており、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１３２およびＳ１３６により、この発明の電動機制御手段の構成が実現されており、制御ＣＰＵ１９０とその制御ＣＰＵ１９０によるステップＳ１１２ないしＳ１２４により、この発明の遅れ制御手段の構成が実現されている。
【００７９】
この実施例の動力出力装置１１０では、サンギヤ軸１２５の角加速度ｄωｓを求め、これをモータＭＧ１からみたモータＭＧ１とエンジン１５０とからなる慣性系の慣性モーメントに乗じてサンギヤ軸１２５に作用する慣性トルクを算出し、プラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に出力されるトルクＴｅｒを求めたが、クランクシャフト１５６の角加速度ｄωｅを求め、これをエンジン１５０からみたエンジン１５０とモータＭＧ１とからなる慣性系の慣性モーメントに乗じてクランクシャフト１５６に作用する慣性トルクを求め、これに基づいてトルクＴｅｒを算出するものとしてもよい。この場合、例えば、図７および図８に例示するトルク制御ルーチンのステップＳ１２８およびＳ１３０の処理に代えて、図１７に例示するトルク制御ルーチンのステップＳ２１４ないしＳ２１６の処理を実行するものとすればよい。この処理では、エンジン１５０の回転数Ｎｅを入力し（ステップＳ２１４）、入力した回転数Ｎｅに基づいてクランクシャフト１５６の角加速度ｄωｅを式（７）と同様な式により計算し（ステップＳ２１５）、この角加速度ｄωｅを用いて次式（１３）によりトルクＴｅｒを算出するのである（ステップＳ２１６）。式（１３）中の右辺第２項の「Ｉｅｍ」は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されたエンジン１５０とモータＭＧ１とからなる慣性系のエンジン１５０からみたエンジン１５０とモータＭＧ１の慣性モーメントである。なお、エンジン１５０の回転数Ｎｅは、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとから式（２）を変形して求めるものとしてもよいし、クランクシャフト１５６にレゾルバを設置してこのレゾルバから検出されるクランクシャフト１５６の回転角度から求めてもよい。また、ディストリビュータ１６０に取り付けられた回転数センサ１７６により検出される信号をＥＦＩＥＣＵ１７０からの通信により入力するものとしてもよい。
【００８０】
【数１１】
実施例の動力出力装置１１０では、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギ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＊とを設定し、これをエンジン１５０から出力されるエネルギＰｅにより賄うものとしたが、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒの一部をバッテリ１９４から供給される電気エネルギにより賄うものとしたり、エネルギＰｒより過剰なエネルギＰｅを出力するようエンジン１５０を運転し、残余のエネルギによりバッテリ１９４を充電するものとしてもよい。この場合、図７のトルク制御ルーチンのステップＳ１０８の計算式を次式（１４）とすればよい。なお、この式（１４）中のＰｂは、バッテリ１９４から充放電される電気エネルギであり、バッテリ１９４を充電するときには正の値で、バッテリ１９４から放電するときには負の値となる。こうすれば、バッテリ１９４の充放電を行ないながらでも、運転者の欲するトルクを安定してリングギヤ軸１２６に出力することができる。
【００８２】
Ｐｒ＋Ｐｂ＝Ｔｅ＊×Ｎｅ＊ …（１４）
【００８３】
なお、この構成の場合にも、上記実施例と同様に、出力エネルギＰｒが増加する過渡時においては、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を１次遅れ制御により徐々に所望の値に移行するように目標回転数Ｎｓ＊の変化の速さを抑制する。この構成により、第１実施例と同様の効果を奏することができる。
【００８４】
実施例の動力出力装置１１０では、エンジン１５０が継続して運転され、その運転ポイントが変更されたときについて説明したが、エンジン１５０の運転を停止する際の過渡時にも図７のトルク制御ルーチンを適用することができる。この場合、目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とに値０を設定すればよい。なお、エンジン１５０の運転を停止する場合には、例えば、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギＰｒがエンジン１５０から出力可能な最小のエネルギＰｅ（図１０中、トルクＴｅｍｉｎと回転数Ｎｅｍｉｎにより表わされる運転ポイントＡｍｉｎにおけるエネルギＰｅ）より小さいときや、環境保全等の目的のため運転者がエンジン１５０を停止する指示を与えたときなどがある。
【００８５】
実施例の動力出力装置１１０では、エンジン１５０の効率が高くなるよう目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定したが、エミッションが良くなるよう目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定するものや、エンジン１５０の音が小さくなるよう目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定するものとしてもよい。
【００８６】
実施例の動力出力装置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１８の変形例の動力出力装置１１０Ａに示すように、リングギヤ軸１２６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１９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１２０，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。
【００８７】
以上は、プラネタリギヤ１２０を用いた変形例であるが、図２０に示すように、プラネタリギヤ１２０を用いない構成をとってもよい。図２０に示す構成では、図１におけるモータＭＧ１およびプラネタリギヤ１２０に代えて、ロータ（インナロータ）２３４およびステータ（アウタロータ）２３２の双方が同じ軸中心に相対的に回転可能であり電磁継手として作用し得るクラッチモータＭＧ３を用いている。クラッチモータＭＧ３のアウタロータ２３２はエンジン１５０のクランクシャフト１５６に機械的に結合され、クラッチモータＭＧ３のインナロータ２３４およびモータＭＧ２のロータ１４２は駆動軸１１２Ａに結合されている。モータＭＧ２のステータ１４３はケース１１９に固定されている。
【００８８】
この構成では、プラネタリギヤ１２０に代えて、クラッチモータＭＧ３によりエネルギの分配を行なう。クラッチモータＭＧ３に入出力される電気的なエネルギにより、インナロータ２３４とアウタロータ２３２の相対的な回転を制御し、エンジン１５０の動力を駆動軸１１２Ａに伝達することができる。また、モータＭＧ２のロータ１３２が駆動軸１１２Ａに取り付けられているため、モータＭＧ２を駆動源とすることもできる。さらに、エンジン１５０の動力によりモータＭＧ３で発電することもできる。このような構成のハイブリッド車両でも、クラッチモータＭＧ３によりエンジン１５０の運転が制御され、モータＭＧ２により駆動軸に出力する動力のアシストがなされていることから、要求動力が増大する過渡時において、エンジン１５０の騒音が増大するため、本発明を適用することができる。
【００８９】
さらに、ハイブリッド車両は図２１に示すような、いわゆるシリーズ式の構成であっても構わない。シリーズ式のハイブリッド車両では、エンジン１５０の出力軸は発電機Ｇに機械的に結合されている。駆動輪１１６、１１８には、モータＭＧ４が動力伝達ギヤ１１１等を介して結合されているが、エンジン１５０は結合されてはいない。こうした構成をとるため、シリーズ式のハイブリッド車両では、エンジン１５０の動力は駆動輪１１６、１１８に伝達されることはなく発電機Ｇの運転に使われ、車両はバッテリ１９４の電力によりモータＭＧ４を動かすことにより駆動される。
【００９０】
こうのような構成のシリーズ式のハイブリッド車両では、制御ユニット１９０Ｂにより、要求動力の増大の過渡時に、エンジンの運転状態を変化させる速さを抑制するようなようなエンジンの運転制御を行なうことにより、本発明を適用することができる。シリーズ式のハイブリッド車両は、エンジン１５０および発電機Ｇのトルクが直接駆動軸３１２に伝達されることはないものの、発電機Ｇのトルクの急変に伴うショックは車体を通じて乗員に体感されることになるため、本発明によるショックの低減効果は有効である。
【００９１】
また、前記実施例のステップＳ１２２では、時定数Ｔ０の１次遅れの制御を行なっていたが、これに替えて、制御のゲインを切り替えたり、あるいは制御の不感帯を増加することで、サンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊ に対する応答の速さを遅くする構成とすることもできる。
【００９２】
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。
【００９３】
例えば、上述した実施例の動力出力装置１１０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。
【００９４】
また、実施例の動力出力装置１１０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。
【００９５】
さらに、実施例の動力出力装置１１０では、モータＭＧ１およびモータＭＧ２にＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet 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。
【００９６】
あるいは、実施例の動力出力装置１１０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 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を用いることもできる。
【００９７】
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。
【００９８】
以上の実施例では、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】本発明の一実施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】実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図である。
【図３】実施例の動力出力装置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】実施例の動力出力装置１１０の動作原理を説明するためのグラフである。
【図５】実施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】実施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】実施例の制御装置１８０により実行されるトルク制御ルーチンの前半部分を例示するフローチャートである。
【図８】そのトルク制御ルーチンの後半部分を例示するフローチャートである。
【図９】リングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係を例示する説明図である。
【図１０】エンジン１５０の運転ポイントと効率の関係を例示するグラフである。
【図１１】エネルギ一定の曲線に沿ったエンジン１５０の運転ポイントの効率とエンジン１５０の回転数Ｎｅとの関係を例示するグラフである。
【図１２】充電容量ＳＯＣとバッテリ温度Ｂｔと最大出力容量Ｗｏｕｔとの関係を示す３次元マップを例示するグラフである。
【図１３】最大出力容量Ｗｏｕｔと時定数Ｔ０の関係を示す２次元マップを例示するグラフである。
【図１４】１次遅れ制御によって求められるサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｅ＊が時間の経過とともにどのように変化するかを示すグラフである。
【図１５】制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０により実行されるモータＭＧ１の制御の基本的な処理を例示するフローチャートである。
【図１６】制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０により実行されるモータＭＧ２の制御の基本的な処理を例示するフローチャートである。
【図１７】変形例の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１８】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１９】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２０】電気分配式ハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【図２１】シリーズ式ハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１１０…動力出力装置
１１０Ａ〜１１０Ｃ…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…充電容量検出器
２００…バッテリ温度検出器
Ｌ１，Ｌ２…電源ライン
ＭＧ１…モータ
ＭＧ２…モータ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６…トランジスタ
Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６…トランジスタ
Claims (7)
- 原動機と電動機とを備えて駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定する要求動力設定手段と、
該設定された要求動力に基づいて前記原動機の運転状態を設定する運転状態設定手段と、
該設定された運転状態で前記原動機が運転されるように前記原動機を制御する原動機制御手段と、
該原動機制御手段による前記原動機の制御に伴って前記駆動軸から出力される動力に基づいて前記要求動力が前記駆動軸に出力されるように前記電動機を制御する電動機制御手段と
を備え、
前記原動機制御手段は、
前記要求動力が増大する過渡時における前記原動機の制御の応答の速さを抑制する遅れ制御を行なう遅れ制御手段
を備える動力出力装置。 - 前記運転状態設定手段により設定する前記原動機の運転状態は、前記原動機の回転速度である請求項１に記載の動力出力装置。
- 請求項１または２に記載の動力出力装置であって、
前記電動機へ電力を供給する蓄電手段の蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段
を備え、
前記遅れ制御手段は、
前記蓄電状態検出手段により検出された前記蓄電状態に基づいて前記遅れ制御による遅れの時定数を設定する時定数設定手段
を備える動力出力装置。 - 前記時定数設定手段は、前記蓄電手段の蓄電量が大きい程に前記時定数が大きくなるように設定を行なう手段である請求項３に記載の動力出力装置。
- 前記運転状態設定手段は、前記原動機の効率が高くなるように該原動機の運転状態を設定する手段である請求項１ないし４のいずれかに記載の動力出力装置。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の動力出力装置であって、
前記電動機は前記駆動軸に接続される構成であるとともに、
回転軸を有し、該回転軸と動力のやり取りを行なう副電動機と、
前記駆動軸と前記原動機の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
を備え、
前記原動機制御手段は、
前記電動機および副電動機に対する電力のやりとりを通じて前記原動機の運転状態を制御する手段
を備える動力出力装置。 - 原動機と電動機とを用いて駆動軸に動力を出力する動力出力方法であって、
前記駆動軸に出力すべき要求動力を設定し、
該設定された要求動力に基づいて前記原動機の運転状態を設定し、
該設定された運転状態で前記原動機が運転されるように前記原動機を制御するとともに、
該原動機の制御に伴って前記駆動軸から出力される動力に基づいて前記要求動力が前記駆動軸に出力されるように前記電動機を制御し、
さらに、
前記原動機の制御において、前記要求動力が増大する過渡時における前記原動機の制御の応答の速さを抑制する遅れ制御を行なう
動力出力方法。
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