JP4254693B2 - 駆動装置およびこれを搭載する自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、駆動軸を駆動する駆動装置およびこれを搭載し前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車に関する。
従来、この種の駆動装置としては、駆動車輪に動力を出力するモータを駆動するインバータにコンデンサとバッテリとが各々リレーＡ，Ｂを介して並列接続されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、コンデンサの端子間電圧がバッテリの端子間電圧よりも大きいときにはリレーＡのみをＯＮしてコンデンサのみからモータへ給電し、コンデンサの端子間電圧がバッテリの端子間電圧以下となるとリレーＡをＯＦＦすると共にリレーＢをＯＮしてバッテリのみからモータへ給電し、コンデンサの端子間電圧がバッテリの端子間電圧以上であってモータに高出力が要求されているときにはリレーＡ，Ｂを共にＯＮしてコンデンサとバッテリの両方からモータへ給電している。
特開平９−９８５１４号公報
ところで、モータの高出力化に対応するためにバッテリの電圧を昇圧してインバータに供給可能なＤＣ／ＤＣコンバータを備えるタイプの駆動装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータによってインバータの入力側に作用させる電圧を自由に調節することができる。このタイプの駆動装置にバッテリとキャパシタとを組み合わせた電源システムを適用する場合、キャパシタの性能を十分に発揮させて駆動性能を向上させるためには、バッテリとキャパシタとの接続関係を適切なものとしたり、ＤＣ／ＤＣコンバータをより適切に駆動制御する必要がある。
本発明の駆動装置およびこれを搭載する自動車は、電圧変換器を介して電動機の駆動回路に接続された二次電池にキャパシタを組み合わせた駆動装置において要求動力により確実に対応することを目的の一つとする。また、本発明の駆動装置およびこれを搭載する自動車は、電圧変換器を介して電動機の駆動回路に接続された二次電池にキャパシタを組み合わせた駆動装置において電動機により回生された電力をより適切にキャパシタに充電させることを目的の一つとする。さらに、本発明の駆動装置およびこれを搭載する自動車は、電圧変換器を介して電動機の駆動回路に接続された二次電池にキャパシタを組み合わせた駆動装置において過剰な性能のキャパシタを用いることなく駆動性能をより向上させることを目的の一つとする。
本発明の駆動装置およびこれを搭載する自動車は、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。
本発明の駆動装置は、
駆動軸を駆動する駆動装置であって、
前記駆動軸に動力を入出力する発電可能な電動機と、
前記電動機を駆動する駆動回路と、
電圧変換器を介して前記駆動回路に接続された二次電池と、該電圧変換器と該駆動回路とを接続する電力系統と電力をやり取り可能なキャパシタと、該電力系統と該キャパシタとに介在する接続スイッチとを有する電源システムと、
前記駆動軸に要求される要求動力に基づく動力が該駆動軸に出力されるよう前記駆動回路と前記電圧変換器と前記接続スイッチとを駆動制御する駆動制御手段と
を備えることを要旨とする。
この本発明の駆動装置では、電圧変換器を介して電動機を駆動する駆動回路に接続された二次電池と電圧変換器と駆動回路とを接続する電力系統と電力をやり取り可能なキャパシタと電力系統とキャパシタとに介在する接続スイッチとを有する電源システムを搭載し、駆動軸に要求される要求動力に基づく動力が駆動軸に出力されるよう駆動回路と電圧変換器と接続スイッチとを駆動制御する。従って、電圧変換器を介して駆動回路に接続された二次電池にキャパシタを組み合わせた駆動装置において電圧変換器と接続スイッチとの駆動制御により要求動力により確実に対応することができる。
こうした本発明の駆動装置において、前記キャパシタの端子間電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記駆動制御手段は、前記接続スイッチが遮断されているときに前記電動機の回生制御が要求されたとき、該電動機が回生制御されるよう前記駆動回路を駆動制御すると共に前記電力系統に作用する電圧が前記検出されたキャパシタの端子間電圧に近づくよう前記電圧変換器を駆動制御し、該駆動制御した後に前記接続スイッチが接続されると共に前記電動機により回生された電力が前記キャパシタに充電されるよう前記接続スイッチと前記電圧変換器と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、電動機により回生された電力によりキャパシタを充電する際に突入電流が生じるのを抑制することができる。この態様の本発明の駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記電力系統に作用する電圧が前記検出されたキャパシタの端子間電圧に略一致するよう前記電圧変換器を駆動制御する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の駆動装置において、前記接続スイッチは、前記キャパシタを充電する方向に取り付けられた半導体スイッチと、該半導体スイッチに逆方向に並列接続されたダイオードとにより構成されてなるものとすることもできる。
接続スイッチを半導体スイッチとダイオードとにより構成してなる態様の本発明の駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記要求動力に基づいて前記二次電池および前記キャパシタの少なくとも一方から前記駆動回路に給電されるよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器と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、要求動力に基づいてキャパシタから駆動回路に給電することができる。この態様の本発明の駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記二次電池の出力制限の範囲内で前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力可能なときには前記二次電池から前記駆動回路に給電されると共に前記キャパシタから前記駆動回路に給電されないよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御し、前記二次電池の出力制限の範囲内で前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力可能でないときには前記二次電池および前記キャパシタから前記駆動回路に給電されるよう前記電圧変換器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、要求動力が比較的大きい場合でもより確実に対応することができると共にキャパシタの無駄な使用を回避することができる。この結果、過剰な性能のキャパシタを用いることなく駆動性能をより向上させることができる。
また、接続スイッチを半導体スイッチとダイオードとにより構成してなる態様の本発明の駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記キャパシタの端子間電圧が所定電圧未満のときには、該キャパシタが前記電力系統から電気的に遮断されるよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器と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、キャパシタを電気的に遮断して二次電池からの電圧を電圧変換器により所望の電圧に変換して駆動回路に供給できるから、キャパシタの電圧低下に伴って駆動回路に供給する電圧が低下して電動機から出力可能な動力が小さくなるのを抑制することができる。
本発明の駆動装置において、内燃機関と、該内燃機関からの動力により発電して前記駆動回路に供給可能な発電手段と、を備えるものとすることもできる。この態様の本発明の駆動装置において、前記接続スイッチは、前記キャパシタを充電する方向に取り付けられた半導体スイッチと、該半導体スイッチに逆方向に並列接続されたダイオードとにより構成されてなり、前記駆動制御手段は、前記要求動力が所定動力以上のとき、該要求動力を出力するために前記内燃機関と前記発電手段とを運転制御し、該内燃機関から出力されている動力と前記要求動力とに基づいて前記二次電池および前記キャパシタの少なくとも一方から前記駆動回路に給電されるよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御し、前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動回路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、要求動力に基づいてキャパシタから駆動回路に給電することができる。この態様の本発明の駆動装置において、前記駆動制御手段は、前記内燃機関から出力されている動力および前記二次電池の出力制限の範囲内で前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力可能なときには前記二次電池から前記駆動回路に給電されると共に前記キャパシタから前記駆動回路に給電されないよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御し、前記内燃機関から出力されている動力および前記二次電池の出力制限の範囲内で前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力可能でないときには前記二次電池および前記キャパシタから前記駆動回路に給電されるよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器と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、例えば要求動力の急増により内燃機関に応答遅れが生じる場合であっても要求動力により確実に対応することができると共にキャパシタの無駄な使用を回避することができる。この結果、過剰な性能のキャパシタを用いることなく駆動性能をより向上させることができる。これらの場合、前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づく動力を残余の１軸に入出力させる３軸式の動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であるものとすることもできるし、前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し該第１の回転子と該第２の回転子との電磁的な作用により両回転子を相対的に回転させる対回転子電動機であるものとすることもできる。
本発明の自動車は、
上述した各態様のいずれかの本発明の駆動装置、即ち、基本的には、駆動軸を駆動する駆動装置であって、前記駆動軸に動力を入出力する発電可能な電動機と、前記電動機を駆動する駆動回路と、電圧変換器を介して前記駆動回路に接続された二次電池と該電圧変換器と該駆動回路とを接続する電力系統と電力をやり取り可能なキャパシタと該電力系統と該キャパシタとに介在する接続スイッチとを有する電源システムと、前記駆動軸に要求される要求動力に基づく動力が該駆動軸に出力されるよう前記駆動回路と前記電圧変換器と前記接続スイッチとを駆動制御する駆動制御手段とを備える駆動装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する
ことを要旨とする。
この本発明の自動車では、上述した各態様のいずれかの本発明の駆動装置を搭載するから、本発明の駆動装置が奏する効果と同様の効果、例えば、電圧変換器を介して駆動回路に接続された二次電池にキャパシタを組み合わせた駆動装置において電圧変換器と接続スイッチの駆動制御により要求動力により確実に対応することができる効果や電動機により回生された電力をより適切にキャパシタに充電させることができる効果，過剰な性能のキャパシタを用いることなく駆動性能をより向上させることができる効果などを奏することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての駆動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としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１およびモータＭＧ２と電力をやり取りする電源システム５０と、車両の駆動系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。
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。
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にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５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、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２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を介して電源システム５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２と電源システム５０とを接続する電力ライン５１は、各インバータ４１，４２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、電源システム５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２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により電力収支のバランスをとるものとすれば、電源システム５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２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を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４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を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２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。
図２は、電源システム５０の構成の概略を示す構成図である。電源システム５０は、図示するように、インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線としての電力ライン５１にＤＣ／ＤＣコンバータ５３を介して接続されたバッテリ５２と、電力ライン５１と電力をやり取り可能なキャパシタ５４（例えば、電気二重層キャパシタなど）と、電力ライン５１とキャパシタ５４とに介在しキャパシタ５４を充電する方向に取り付けられたトランジスタＴＲ（例えば、ＩＧＢＴなど）及びこのトランジスタＴＲに逆並列接続されたダイオードＤＩからなる接続スイッチ５５とを備えており、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３およびトランジスタＴＲの駆動制御によってバッテリ５２からの電圧を所望の電圧に変換して電力ライン５１に出力できると共にキャパシタ５４の充放電を調整できるようになっている。電源システム５０は、電源用電子制御ユニット（以下、電源ＥＣＵという）５９によって管理されている。この電源ＥＣＵ５９には、電源システム５０を管理するために必要な信号、例えば、バッテリ５２の端子間に設置された電圧センサ５６ａからのバッテリ電圧Ｖｂａｔ，バッテリ５２の出力端子に接続された電流センサ５６ｂからのバッテリ電流Ｉｂａｔ，バッテリ５２に取り付けられた温度センサ５６ｃからのバッテリ温度Ｔｂａｔ，キャパシタ５４の端子間に設置された電圧センサ５７ａからのキャパシタ電圧Ｖｃａｐ，キャパシタ５４の出力端子に接続された電流センサ５７ｂからのキャパシタ電流Ｉｃａｐ，キャパシタ５４に取り付けられた温度センサ５７ｃからのキャパシタ温度Ｔｃａｐ，電力ライン５１に接続された平滑用コンデンサの端子間に設置された電圧センサ５８からのシステム電圧Ｖｓｙｓなどが入力されており、電源ＥＣＵ５９からは、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３へのスイッチング制御信号やトランジスタＴＲへの駆動信号などが出力されている。また、電源ＥＣＵ５９は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０に通信ポートを介して通信しており、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ＤＣ／ＤＣコンバータ５３やトランジスタＴＲを駆動制御すると共に必要に応じて電源システム５０の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に出力している。
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Ａｃｃ，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。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，電源ＥＣＵ５９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，電源ＥＣＵ５９と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力と電源システム５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共に電源システム５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
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の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動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、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
駆動制御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からのアクセル開度Ａｃｃや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，エンジン２２の回転数Ｎｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５２の残容量ＳＯＣ，バッテリ温度Ｔｂａｔ，バッテリ入力制限Ｗｂｉ，Ｗｂｏ，キャパシタ電圧Ｖｃａｐ，キャパシタ電流Ｉｃａｐ，キャパシタ温度Ｔｃａｐ，キャパシタ入出力制限Ｗｃｉ，Ｗｃｏ，システム電圧Ｖｓｙｓなどのデータを入力する処理を行なう（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、図示しない回転数センサにより検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。残容量ＳＯＣは、電流センサ５６ｂにより検出されたバッテリ電流Ｉｂａｔの積算値に基づいて設定されたものを電源ＥＣＵ５９から通信により入力するものとした。バッテリ温度Ｔｂａｔは、温度センサ５６ｃにより検出されたものを電源ＥＣＵ５９から通信により入力するものとした。バッテリ入出力制限Ｗｂｉ，Ｗｂｏは、バッテリ温度Ｔｂａｔと残容量ＳＯＣとに基づいて設定されたものを電源ＥＣＵ５９から通信により入力するものとした。キャパシタ電圧Ｖｃａｐやキャパシタ電流Ｉｃａｐ，キャパシタ温度Ｔｃａｐ，システム電圧Ｖｓｙｓは、それぞれ電圧センサ５７ａ，電流センサ５７ｂ，温度センサ５７ｃ，電圧センサ５８により検出されたものを電源ＥＣＵ５９から通信により入力するものとした。キャパシタ入出力制限Ｗｃｉ，Ｗｃｏは、キャパシタ電流Ｉｃａｐやキャパシタ電圧Ｖｃａｐ，キャパシタ温度Ｔｃａｐに基づいて設定されたものを電源ＥＣＵ５９から通信により入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度ＡｃｃとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｄｒｖ＊と要求パワーＰｄｒｖ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｄｒｖ＊は、実施例では、アクセル開度ＡｃｃとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖと要求トルクＴｄｒｖ＊との関係を予め求めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度ＡｃｃとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖとが与えられるとマップから対応する要求トルクＴｄｒｖ＊を導出することにより設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図４に示す。また、要求パワーＰｄｒｖ＊は、設定した要求トルクＴｄｒｖ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものを設定するものとした。ここで、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることにより計算したり、車速Ｖに換算係数を乗じることにより計算したりすることができる。
次に、要求パワーＰｄｒｖ＊が値０未満であるか否か（ステップＳ１２０）、要求パワーＰｄｒｖ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、所定パワーＰｒｅｆは、要求トルクＴｄｒｖ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するためにエンジン２２からのパワーだけでは不足が生じるか否か（電源システム５０からのアシストが必要か否か）を判定するためのものであり、エンジン２２の性能などにより定められる。要求パワーＰｄｒｖ＊が値０未満でなく且つ要求パワーＰｄｒｖ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上でもないと判定されたときには、図６に例示する通常時処理を実行し（ステップＳ１４０）、要求パワーＰｄｒｖ＊が値０未満と判定されたときには、図９に例示する回生時処理を実行し（ステップＳ１５０）、要求パワーＰｄｒｖ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上と判定されたときには、図１１に例示する大パワー出力時処理を実行する（ステップＳ１６０）。以下、図３の駆動制御ルーチンの説明を中断し、通常時処理，回生時処理，大パワー出力時処理を順番に説明するが、まず、前提となる電源システム５０が備えるトランジスタＴＲの動作について説明する。図５は、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行されるトランジスタ駆動処理の一例を示すフローチャートである。このトランジスタ駆動処理では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、キャパシタ５４の充電要求がなされているか否かを判定し（ステップＳ２００）、充電要求がなされているときにはトランジスタＴＲをＯＮし（ステップＳ２１０）、充電要求がなされていないときにはトランジスタＴＲをＯＦＦする（ステップＳ２２０）。即ち、キャパシタ５４を充電する場合に限ってトランジスタＴＲをＯＮしそれ以外はトランジスタＴＲをＯＦＦするのである。なお、キャパシタ５４の充電要求については後述する。
図６に例示する通常時処理では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐとキャパシタ電流Ｉｃａｐとキャパシタ温度Ｔｃａｐとに基づいてキャパシタ要求パワーＰｃａｐ＊を設定する処理を行なう（ステップＳ３００）。この処理は、実施例では、キャパシタ温度Ｔｃａｐに基づいてキャパシタ５４の内部抵抗Ｒｃａｐをマップにより導出し、導出した内部抵抗Ｒｃａｐとキャパシタ電圧Ｖｃａｐとキャパシタ電流Ｉｃａｐとに基づいて次式（１）によりキャパシタ開放電圧Ｖｏｃを計算し、計算したキャパシタ開放電圧Ｖｏｃに基づいてキャパシタ開放電圧Ｖｏｃが基準値より大きいときには大きいほど放電用のパワーが大きくなるように、且つ、キャパシタ開放電圧Ｖｏｃが基準値より小さいときには小さいほど充電用のパワーが大きくなるように予め定められたマップによりキャパシタ要求パワーＰｃａｐ＊を設定することにより行なうものとした。なお、キャパシタ要求パワーＰｃａｐ＊として充電用のパワーが設定されたときには、キャパシタ５４の充電要求がなされ、前述した図５のトランジスタ駆動処理でトランジスタＴＲがＯＮされることになる。キャパシタ要求パワーＰｃａｐ＊を設定すると、設定したキャパシタ要求パワーＰｃａｐ＊によりキャパシタ５４が充放電されるよう電圧指令Ｖ＊を設定する（ステップＳ３１０）。
Voc＝Vcap＋Icap・Rcap …（１）
そして、残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ５２が充放電すべきバッテリ要求パワーＰｂａｔ＊を設定する（ステップＳ３２０）。ここで、バッテリ要求パワーＰｂａｔ＊は、残容量ＳＯＣが基準値より大きいときには大きいほど放電用のパワーが大きくなるように、且つ、残容量ＳＯＣが基準値より小さいときには小さいほど充電用のパワーが大きくなるように予め定められたマップにより設定するものとした。
バッテリ要求パワーＰｂａｔ＊を設定すると、図３のステップＳ１１０で設定した要求パワーＰｄｒｖ＊とキャパシタ要求パワーＰｃａｐ＊とバッテリ要求パワーＰｂａｔ＊と損失Ｌｏｓｓとの和によりエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し（ステップＳ３３０）、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の運転ポイントとしての目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ３４０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊とに基づいて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定することにより行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図７に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。
エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（＝サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と入力した現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて次式（３）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ３５０）。動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図を図８に示す。図中、左のＳ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。前述したように、サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１でありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅであるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊はリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（２）により計算することができる。したがって、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。ここで、式（３）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（３）中、右辺第２項の「ＫＰ」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ＫＩ」は積分項のゲインである。なお、図８におけるＲ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。
Nm1*＝(Ne*・(1＋ρ)−k・V)/ρ …（２）
Tm1*＝前回Tm1*＋KP（Nm1*−Nm1)＋KI∫(Nm1*−Nm1)dt …（３）
モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、要求トルクＴｄｒｖ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとに基づいて要求トルクＴｄｒｖ＊をリングギヤ軸３２ａに作用させるためにモータＭＧ２から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ２＊を図８に例示する共線図のＲ軸上のトルクの関係から定まる次式（４）により設定して（ステップＳ３６０）、処理を終了する。
Tm2*＝(Tdrv*＋Tm1*/ρ)/Gr …（４）
図３のステップＳ１４０に戻って、こうして電圧指令Ｖ＊やエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、電圧指令Ｖ＊については電源ＥＣＵ５９に、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ１７０）、駆動制御ルーチンを終了する。電圧指令Ｖ＊を受信した電源ＥＣＵ５９は、電力ライン５１に作用する電圧が電圧指令Ｖ＊となるようＤＣ／ＤＣコンバータ５３のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。また、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。さらに、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
次に、図９に例示する回生時処理について説明する。回生時処理では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐとキャパシタ電流Ｉｃａｐとキャパシタ温度Ｔｃａｐとに基づいて前述した式（１）によりキャパシタ開放電圧Ｖｏｃを計算し（ステップＳ４００）、計算したキャパシタ開放電圧Ｖｏｃに基づいてキャパシタ５４が充電可能な否かを判定する（ステップＳ４１０）。この判定は、キャパシタ開放電圧Ｖｏｃが充電用基準値（キャパシタ５４の使用電圧範囲の上限値よりも小さい値）よりも小さいか否かを判定することにより行なうことができる。キャパシタ５４が充電可能でないと判定されると、キャパシタ５４への充電要求を行なうことなく、エンジン２２の目標トルクＴｅ＊に値０を設定すると共に（ステップＳ４５０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ４６０）、次式（５）に示すように図３のステップＳ１１０で設定した要求トルクＴｄｒｖ＊を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ったものをモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを設定すると共に（ステップＳ４７０）、次式（６）に示すようにバッテリ入力制限ＷｂｉをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ったものをモータＭＧ２から出力してもよいトルクの下限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎに設定し（ステップＳ４８０）、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎとのうち大きい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定して（ステップＳ４９０）、処理を終了する。その後、図３の駆動制御ルーチンに戻って各設定値を対応するＥＣＵに送信して（ステップＳ１７０）、駆動制御ルーチンを終了する。この場合、キャパシタ５４への充電要求はなされないからトランジスタＴＲはＯＦＦのままとなり、モータＭＧ２で回生された電力はすべてバッテリ５２に充電されることになる。このとき、モータＭＧ２からの回生電力はバッテリ入力制限Ｗｂｉの範囲内で制限される。
Tm2tmp＝Tdrv*/Gr …（５）
Tm2min＝Wbi/Nm2 …（６）
ステップＳ４１０でキャパシタ５４が充電可能と判定されると、続いて、システム電圧Ｖｓｙｓからキャパシタ電圧Ｖｃａｐを減じた電圧差（＝Ｖｓｙｓ−Ｖｃａｐ）が所定値βよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４２０）。ここで、所定値βは、システム電圧Ｖｓｙｓとキャパシタ電圧Ｖｃａｐとの電圧差が大きい状態でトランジスタＴＲをＯＮすることによって突入電流が生じるのを抑制するために予め定められた閾値である。電圧差が所定値βよりも大きいと判定されたときには、システム電圧Ｖｓｙｓがキャパシタ電圧Ｖｃａｐに一致するよう電圧指令Ｖ＊を設定して（ステップＳ４３０）、前述したステップＳ４５０以降の処理を行なう。その後、システム電圧Ｖｓｙｓとキャパシタ電圧Ｖｃａｐとの電圧差が所定値β以下となったときには（ステップＳ４２０）、キャパシタ５４への充電要求と共にキャパシタ５４が充電されるよう電圧指令Ｖ＊を設定して（ステップＳ４４０）、ステップＳ４５０以降の処理を行なう。このキャパシタ５４への充電要求により図５のトランジスタ駆動処理においてトランジスタＴＲはＯＮされるから、モータＭＧ２で回生された電力によりキャパシタ５４の充電が開始されることになる。このとき、バッテリ５２への充電電力とキャパシタ５４への充電電力の配分は電圧指令Ｖ＊を調節することにより行なうことができる。なお、キャパシタ５４の充電が開始されると、ステップＳ４８０でトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎには前述した式（６）に代えて次式（７）に示すようにバッテリ入力制限Ｗｂｉとキャパシタ入力制限Ｗｃｉとの和をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ったものが設定される。従って、キャパシタ５４が充電されるときには、モータＭＧ２からの回生電力はバッテリ入力制限Ｗｂｉおよびキャパシタ入力制限Ｗｃｉの範囲内で制限されることになる。
Tm2min＝(Wbi＋Wci)/Nm2 …（７）
図１０に回生要求の状態とシステム電圧ＶｓｙｓおよびキャパシタＶｃａｐとトランジスタＴＲの状態の時間変化の様子を示す説明図を示す。図示するように、時刻ｔ１に要求パワーＰｄｒｖ＊が値０未満となって回生時処理（回生要求）がなされるとき、まず、電力ライン５１のシステム電圧Ｖｓｙｓがキャパシタ電圧Ｖｃａｐに一致するようＤＣ／ＤＣコンバータ５３を駆動制御する。このとき、トランジスタＴＲはＯＦＦのままであるから、モータＭＧ２の回生電力はすべてバッテリ５２に充電される。システム電圧Ｖｓｙｓがキャパシタ電圧Ｖｃａｐに近づいてその電圧差が所定値β以下となると、トランジスタＴＲをＯＮしてキャパシタ５４への充電を開始する。従って、キャパシタ５４を充電させる際にシステム電圧Ｖｓｙｓとキャパシタ電圧Ｖｃａｐとの電圧差が大きい状態でトランジスタＴＲをＯＮすることによる突入電流は生じない。
次に、図１１に例示する大パワー出力時処理について説明する。大パワー出力時処理では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐとキャパシタ電流Ｉｃａｐとキャパシタ温度Ｔｃａｐとに基づいて前述した式（１）によりキャパシタ開放電圧Ｖｏｃを計算し（ステップＳ５００）、計算したキャパシタ開放電圧Ｖｏｃに基づいてキャパシタ５４が放電可能か否かを判定する（ステップＳ５１０）。この判定は、キャパシタ開放電圧Ｖｏｃが放電用基準値（キャパシタ５４の使用電圧範囲の下限値よりも大きい値）よりも大きいか否かを判定することにより行なうことができる。キャパシタ５４が放電可能でないと判定されたときには、キャパシタ５４が電力ライン５１から電気的に遮断されるよう電圧指令Ｖ＊を設定する（ステップＳ５２０）。ダイオードＤＩはキャパシタ５４から電力ライン５１に向かう電流のみを流しその逆電流は流れないようにするから、トランジスタＴＲがＯＦＦされているときにシステム電圧Ｖｓｙｓをキャパシタ電圧Ｖｃａｐよりも高圧の状態とすることにより、キャパシタ５４を電力ライン５１から電気的に遮断すことができる。こうしてキャパシタ５４を電力ライン５１から電気的に遮断する電圧指令Ｖ＊を設定すると、エンジン２２から出力可能な最大パワーＰｅｍａｘをエンジン要求パワーＰｅ＊に設定し（ステップＳ５８０）、図６のステップＳ３４０，Ｓ３５０と同様の処理により、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると共に（ステップＳ５９０）、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを設定する（ステップＳ６００）。そして、要求トルクＴｄｒｖ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとに基づいてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを前述した式（４）の「トルク指令Ｔｍ２＊」を「仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐ」に置き換えた次式（８）により計算すると共に（ステップＳ６１０）、次式（９）に示すようにバッテリ出力制限ＷｂｏからモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と回転数Ｎｍ１とを乗じたものを減じてこれをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍａｘを計算し（ステップＳ６２０）、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとトルク制限Ｔｍ２ｍａｘとのうち小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定して（ステップＳ６３０）、処理を終了する。その後、図３の駆動制御ルーチンに戻って、各設定値を対応するＥＣＵに送信して（ステップＳ１７０）、駆動制御ルーチンを終了する。この場合、キャパシタ５４は放電されずにバッテリ５２からの放電を伴ってモータＭＧ２からトルクが出力されるが、このモータＭＧ２から出力されるトルクはバッテリ出力制限Ｗｂｏの範囲内で制限されることになる。
Tm2tmp＝(Tdrv*＋Tm1*/ρ)/Gr …（８）
Tm2max＝(Wbo−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（９）
ステップＳ５１０でキャパシタ５４が放電可能と判定されると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の前回値とエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて次式（１０）により実際にエンジン２２から出力されているパワーとしての実エンジンパワーＰｅを計算し（ステップＳ５３０）、図３のステップＳ１１０で設定した要求パワーＰｄｒｖ＊から設定した実エンジンパワーＰｅを減じたものを電源システム５０が放電すべき放電要求パワーＰｄｃｈｇ＊に設定する（ステップＳ５４０）。
Pe＝(前回Tm1*・(1＋ρ)/ρ)×Ne …（１０）
放電要求パワーＰｄｃｈｇ＊を設定すると、設定した放電要求パワーＰｄｃｈｇ＊とバッテリ出力制限Ｗｂｏとを比較し（ステップＳ５５０）、放電要求パワーＰｄｃｈｇ＊がバッテリ出力制限Ｗｂｏよりも大きいときには、放電要求パワーＰｄｃｈｇ＊からバッテリ出力制限Ｗｂｏを減じたものをキャパシタ要求パワーＰｃａｐ＊に設定すると共に（ステップＳ５６０）、キャパシタ要求パワーＰｃａｐ＊でキャパシタ５４が放電されるよう電圧指令Ｖ＊を設定し（ステップＳ５７０）、放電要求パワーＰｄｃｈｇ＊がバッテリ出力制限Ｗｂｏ以下のときには、キャパシタ５４を放電させないためにキャパシタ５４が電力ライン５１から電気的に遮断されるよう電圧指令Ｖ＊を設定して（ステップＳ５２０）、前述したステップＳ５８０以降の処理を行なう。なお、キャパシタ５４を放電させるときには、ステップＳ６２０のトルク制限Ｔｍ２ｍａｘには前述した式（９）に代えて次式（１１）に示すようにバッテリ出力制限Ｗｂｏとキャパシタ出力制限Ｗｃｏとの和からモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と回転数Ｎｍ１とを乗じたものを減じてこれをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ったものが設定される。従って、この場合、モータＭＧ２からの出力されるトルクは、バッテリ出力制限Ｗｂｏおよびキャパシタ出力制限Ｗｃｏの範囲内で制限されることになる。
Tm2max＝(Wbo＋Wco−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（１１）
図１２は、アクセル開度Ａｃｃとシステム電圧Ｖｓｙｓおよびキャパシタ電圧ＶｃａｐとトランジスタＴＲの状態の時間変化の様子を示す説明図である。図示するように、時刻ｔ１にアクセルペダル８３が急激に踏み込まれたとき、図６の通常時処理から図１１の大パワー出力時処理に移行し、要求パワーＰｄｒｖ＊の急増に伴ってエンジン要求パワーＰｅ＊も急増するが、エンジン２２の応答遅れにより実際にエンジン２２から出力されるパワーはゆっくりとしか増加しない。この場合、バッテリ５２からの放電にキャパシタ５４からの放電が付加されてモータＭＧ２が駆動されるから、エンジン２２からエンジン要求パワーＰｅ＊どおりのパワーが出力されていないときでも要求パワーＰｄｒｖ＊を出力できる。時刻ｔ２にキャパシタ５４から電力が取り出されてキャパシタ電圧Ｖｃａｐが低下すると、ステップＳ５１０でキャパシタ５４は放電不能と判定されて電力ライン５１からキャパシタ５４が遮断される。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ５３を介してバッテリ５２が接続されたインバータ４１，４２が共用する電力ライン５１にキャパシタ５４を接続し、電力ライン５１とキャパシタ５４とに介在するようにキャパシタ５４を充電する方向にトランジスタＴＲを取り付けると共にこのトランジスタＴＲに逆並列にダイオードＤＩを接続して電源システム５０を構成するから、トランジスタＴＲおよびＤＣ／ＤＣコンバータ５３の駆動制御によりキャパシタ５４の充放電を適切に管理しながら要求トルクＴｄｒｖ＊を駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができる。この結果、走行性能をより向上させることができる。
また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、要求パワーＰｄｒｖ＊が値０未満で回生要求がなされているときには、モータＭＧ２を回生制御すると共にシステム電圧Ｖｓｙｓをキャパシタ電圧Ｖｃａｐに近づけてからトランジスタＴＲをＯＮしてキャパシタ５４への充電を開始するから、キャパシタ５４を充電させる際に突入電流が生じるのを抑制することができる。
さらに、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、要求パワーＰｄｒｖ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上のときには、要求パワーＰｄｒｖ＊から実エンジンパワーＰｅを減じた放電要求パワーＰｄｃｈｇ＊がバッテリ出力制限Ｗｂｏ以下のときには要求パワーＰｄｒｖ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するためにエンジン２２から出力されているパワーでは不足する分をバッテリ５２からの放電だけで賄い、放電要求パワーＰｄｃｈｇ＊がバッテリ出力制限Ｗｂｏよりも大きいときにはバッテリ５２からの放電にキャパシタ５４からの放電を付加するから、要求パワーＰｄｒｖ＊の急増に伴うエンジン２２の応答遅れ等によりエンジン２２から十分なパワーが出力されないときでも要求パワーＰｄｒｖ＊を出力することができる。しかも、キャパシタ５４の使用をバッテリ５２からの放電だけでは賄いきれない場合に限定したから、過剰な性能のキャパシタ５４を用いることなく要求パワーＰｄｒｖ＊に対応することができる。さらに、キャパシタ開放電圧Ｖｏｃが小さくなりキャパシタ５４が放電可能でないと判定されたときには、電力ライン５１からキャパシタ５４を電気的に遮断するから、システム電圧Ｖｓｙｓの低下に伴ってシステム電圧Ｖｓｙｓが低下することにより、モータＭＧ２からトルクを出力できない状態となるのを回避できる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１３の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１３における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１４の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。
実施例では、本発明の駆動装置をハイブリッド自動車に搭載するものとして説明したが、電源システム５０の充放電を伴ってモータにより駆動軸を駆動可能なものであれば、他の如何なる自動車たとえばエンジンを備えない電気自動車に搭載するものとしてもよいし、さらに自動車以外の列車などの車両や船舶，航空機などの移動体に搭載するものとしてもよく、建設機械の駆動装置として用いるなど、移動体以外の機器に組み込むものとしてもよい。
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。
本発明は、自動車産業に利用可能である。
本発明の一実施例である駆動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。 電源システム５０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のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示す説明図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 トランジスタ駆動処理の一例を示すフローチャートである。 通常時処理の一例を示すフローチャートである。 エンジン２２の動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す説明図である。 回生時処理の一例を示すフローチャートである。 回生要求の状態とシステム電圧ＶｓｙｓおよびキャパシタＶｃａｐとトランジスタＴＲの状態の時間変化の様子を示す説明図である。 大パワー出力時処理の一例を示すフローチャートである。 アクセル開度Ａｃｃとシステム電圧Ｖｓｙｓおよびキャパシタ電圧ＶｃａｐとトランジスタＴＲの状態の時間変化の様子を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
２０，１２０，２２０ 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）、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、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ 電源システム、５１ 電力ライン、５２ バッテリ、５３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５４ キャパシタ、５５ 接続スイッチ、５６ａ，５７ａ，５８ 電圧センサ、５６ｂ，５７ｂ 電流センサ、５６ｃ，５７ｃ 温度センサ、５９ 電源用電子制御ユニット（電源ＥＣＵ）、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、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、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、ＴＲ トランジスタ、ＤＩ ダイオード。

Claims (12)

  1. 駆動軸を駆動する駆動装置であって、
    前記駆動軸に動力を入出力する発電可能な電動機と、
    前記電動機を駆動する駆動回路と、
    電圧変換器を介して前記駆動回路に接続された二次電池と、該電圧変換器と該駆動回路とを接続する電力系統と電力をやり取り可能なキャパシタと、該電力系統と該キャパシタとに介在する接続スイッチとを有する電源システムと、
    前記駆動軸に要求される要求動力に基づく動力が該駆動軸に出力されるよう前記駆動回路と前記電圧変換器と前記接続スイッチとを駆動制御する駆動制御手段と、
    前記キャパシタの端子間電圧を検出する電圧検出手段と、
    を備え、
    前記駆動制御手段は、前記接続スイッチが遮断されているときに前記電動機の回生制御が要求されたとき、該電動機が回生制御されるよう前記駆動回路を駆動制御すると共に前記電力系統に作用する電圧が前記検出されたキャパシタの端子間電圧に近づくよう前記電圧変換器を駆動制御し、該駆動制御した後に前記接続スイッチが接続されると共に前記電動機により回生された電力が前記キャパシタに充電されるよう前記接続スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御する手段である
    駆動装置。
  2. 前記駆動制御手段は、前記電力系統に作用する電圧が前記検出されたキャパシタの端子間電圧に略一致するよう前記電圧変換器を駆動制御する手段である請求項１記載の駆動装置。
  3. 前記接続スイッチは、前記キャパシタを充電する方向に取り付けられた半導体スイッチと、該半導体スイッチに逆方向に並列接続されたダイオードとにより構成されてなる請求項１または２記載の駆動装置。
  4. 前記駆動制御手段は、前記要求動力に基づいて前記二次電池および前記キャパシタの少なくとも一方から前記駆動回路に給電されるよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御する手段である請求項３記載の駆動装置。
  5. 前記駆動制御手段は、前記二次電池の出力制限の範囲内で前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力可能なときには前記二次電池から前記駆動回路に給電されると共に前記キャパシタから前記駆動回路に給電されないよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御し、前記二次電池の出力制限の範囲内で前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力可能でないときには前記二次電池および前記キャパシタから前記駆動回路に給電されるよう前記電圧変換器を駆動制御する手段である請求項４記載の駆動装置。
  6. 前記駆動制御手段は、前記キャパシタの端子間電圧が所定電圧未満のときには、該キャパシタが前記電力系統から電気的に遮断されるよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御する手段である請求項３ないし５いずれか１項に記載の駆動装置。
  7. 請求項１ないし６いずれか１項に記載の駆動装置であって、
    内燃機関と、
    該内燃機関からの動力により発電して前記駆動回路に供給可能な発電手段と、
    を備える駆動装置。
  8. 請求項７記載の駆動装置であって、
    前記接続スイッチは、前記キャパシタを充電する方向に取り付けられた半導体スイッチと、該半導体スイッチに逆方向に並列接続されたダイオードとにより構成されてなり、
    前記駆動制御手段は、前記要求動力が所定動力以上のとき、該要求動力を出力するために前記内燃機関と前記発電手段とを運転制御し、該内燃機関から出力されている動力と前記要求動力とに基づいて前記二次電池および前記キャパシタの少なくとも一方から前記駆動回路に給電されるよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御し、前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記駆動回路を駆動制御する手段である
    駆動装置。
  9. 前記駆動制御手段は、前記内燃機関から出力されている動力および前記二次電池の出力制限の範囲内で前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力可能なときには前記二次電池から前記駆動回路に給電されると共に前記キャパシタから前記駆動回路に給電されないよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御し、前記内燃機関から出力されている動力および前記二次電池の出力制限の範囲内で前記要求動力に基づく動力を前記駆動軸に出力可能でないときには前記二次電池および前記キャパシタから前記駆動回路に給電されるよう前記半導体スイッチと前記電圧変換器とを駆動制御する手段である請求項８記載の駆動装置。
  10. 前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づく動力を残余の１軸に入出力させる３軸式の動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段である請求項７ないし９いずれか１項に記載の駆動装置。
  11. 前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し該第１の回転子と該第２の回転子との電磁的な作用により両回転子を相対的に回転させる対回転子電動機である請求項７ないし９いずれか１項に記載の駆動装置。
  12. 請求項１ないし１１いずれか１項に記載の駆動装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて
    走行する自動車。
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