JPH1098805A - 動力出力装置およびその制御方法 - Google Patents

動力出力装置およびその制御方法

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JPH1098805A
JPH1098805A JP27411296A JP27411296A JPH1098805A JP H1098805 A JPH1098805 A JP H1098805A JP 27411296 A JP27411296 A JP 27411296A JP 27411296 A JP27411296 A JP 27411296A JP H1098805 A JPH1098805 A JP H1098805A
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motor
shaft
torque
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哲也 阿部
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正明 山岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 原動機の運転状態が変更される過渡時でも安
定して目標動力を駆動軸に出力する。 【解決手段】 動力出力装置１１０は、プラネタリギ
ヤ１２０と、そのプラネタリキャリアにクランクシャフ
ト１５６が結合されたエンジン１５０と、サンギヤに取
り付けられたモータＭＧ１と、リングギヤに取り付けら
れたモータＭＧ２とを備える。アクセルペダル１６４が
踏み込まれてエンジン１５０の運転ポイントが変更され
る際、サンギヤの回転角加速度を求め、これとモータＭ
Ｇ１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とを乗じてエンジン１５０の運
転ポイントを変更する際に用いられるトルクを算出し、
このトルクを考慮してモータＭＧ２を駆動する。この結
果、過渡時においても所望のトルクを出力することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動力出力装置およ
びその制御方法に関し、詳しくは、原動機から出力され
る動力を効率的に駆動軸に出力する動力出力装置および
その制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、原動機から出力される動力をトル
ク変換して駆動軸に出力する動力出力装置としては、流
体を利用したトルクコンバータと変速機とを組み合わせ
てなるものが用いられていた。この装置におけるトルク
コンバータは、原動機の出力軸と変速機に結合された回
転軸との間に配置され、封入された流体の流動を介して
両軸間の動力の伝達を行なう。このようにトルクコンバ
ータでは、流体の流動により動力を伝達するため、両軸
間に滑りが生じ、この滑りに応じたエネルギ損失が発生
する。このエネルギ損失は、正確には、両軸の回転数差
とその時に動力の出力軸に伝達されるトルクとの積で表
わされ、熱として消費される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、こうした
動力出力装置を動力源として搭載する車両では、両軸間
の滑りが大きくなるとき、例えば発進時や登り勾配を低
速で走行するときなどのように大パワーが要求されると
きには、トルクコンバータでのエネルギ損失が大きくな
り、エネルギ効率が低いものとなるという問題があっ
た。また、定常走行時であっても、トルクコンバータに
おける動力の伝達効率は１００パーセントにならないか
ら、例えば、手動式のトランスミッションと較べて、そ
の燃費は低くならざるを得ない。
【０００４】本発明の動力出力装置およびその制御方法
は、上述の問題を解決し、原動機から出力される動力を
高効率に駆動軸に出力する装置およびその制御方法を提
供することを目的の一つとする。
【０００５】なお、出願人は、上述の問題に鑑み、流体
を用いたトルクコンバータを用いるのではなく、原動機
と遊星歯車装置と発電機と電動機とバッテリとを備え、
原動機から出力される動力やバッテリに蓄えられた電力
を用いて電動機から出力される動力を駆動軸に出力する
ものを提案している（特開昭第５０−３０２２３号公
報）。しかし、この提案では、原動機の目標とする運転
状態が変更されたときの過渡時の制御については明示さ
れていない。
【０００６】そこで、本発明の動力出力装置およびその
制御方法は、原動機の目標とする運転状態が変更された
過渡時でも安定して目標動力を駆動軸に出力する装置お
よびその制御方法を提供することを目的の一つとする。
【０００７】本発明の動力出力装置およびその制御方法
は、上述の目的の少なくとも一部を解決するために以下
の手段を採った。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の動力出力装置は、駆動軸に動力を出力する動力出
力装置であって、出力軸を有する原動機と、回転軸を有
し、該回転軸に動力を入出力する第１の電動機と、前記
駆動軸に動力を入出力する第２の電動機と、前記駆動軸
と前記出力軸と前記回転軸とに各々結合される３軸を有
し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出力されたと
き、該入出力された動力に基づいて定まる動力を残余の
１軸へ入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第１の
電動機による動力の入出力に用いられる電力の充放電
と、前記第２の電動機による動力の入出力に用いられる
電力の充放電とが可能な蓄電手段と、前記駆動軸に出力
すべき目標動力を設定する目標動力設定手段と、該設定
された目標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該原動機と前記第１の電動機を
制御する運転制御手段と、該運転制御手段による前記原
動機と前記第１の電動機の制御に伴って３軸式動力入出
力手段を介して前記駆動軸に入出力される動力を演算す
る動力演算手段と、該演算された動力と前記目標動力と
に基づいて該目標動力が前記駆動軸に出力されるよう前
記第２の電動機を制御する電動機制御手段とを備えるこ
とを要旨とする。
【０００９】この本発明の動力出力装置は、第２の電動
機により動力の入出力が行なわれる駆動軸と原動機の出
力軸と第１の電動機により動力の入出力が行なわれる回
転軸とに各々結合される３軸を有する３軸式動力入出力
手段が、この３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出力さ
れたとき、入出力された動力に基づいて定まる動力を残
余の１軸へ入出力する。蓄電手段は、必要に応じて、第
１の電動機による動力の入出力に用いられる電力の充放
電と、第２の電動機による動力の入出力に用いられる電
力の充放電とを行なう。運転状態設定手段は、目標動力
設定手段により駆動軸に出力すべき動力として設定され
た目標動力に基づいて原動機の運転状態を設定し、運転
制御手段は、この設定された運転状態で原動機が運転さ
れるよう原動機と第１の電動機を制御する。動力演算手
段は、運転制御手段による原動機と第１の電動機の制御
に伴って３軸式動力入出力手段を介して駆動軸に入出力
される動力を演算し、電動機制御手段は、この演算され
た動力と目標動力とに基づいて目標動力が駆動軸に出力
されるよう第２の電動機を制御する。
【００１０】こうした本発明の動力出力装置によれば、
原動機と第１の電動機の制御に伴って３軸式動力入出力
手段を介して駆動軸に入出力される動力を演算し、この
演算された動力と目標動力とに基づいて目標動力が駆動
軸に出力されるよう第２の電動機を制御することができ
る。このため、原動機の運転状態が変更された直後の過
渡時でも、目標動力を駆動軸に安定して出力することが
できる。この結果、原動機の運転状態の変更に伴って駆
動軸に出力される動力の変動を防止することができる。
もとより、原動機から出力される動力をトルク変換して
駆動軸に出力することができる。
【００１１】この本発明の動力出力装置において、前記
動力演算手段は、前記原動機の出力軸の回転速度の変化
率に基づいて演算する手段であるものとしたり、前記動
力演算手段は、前記第１の電動機の回転軸の回転速度の
変化率に基づいて演算する手段であるものとしたりする
こともできる。このように、原動機の出力軸の回転速度
の変化率や第１の電動機の回転軸の回転速度の変化率に
基づいて演算できるのは、原動機の運転状態の変化は原
動機の出力軸の回転速度の変化率として現われるし、３
軸式動力入出力手段により第１の回転軸の回転速度の変
化率としても現われるからである。
【００１２】本発明の動力出力装置において、前記運転
状態設定手段は、前記目標動力に相当する動力が前記原
動機から出力されるよう該原動機の運転状態を設定する
手段であるものとすることもできる。こうすれば、原動
機から出力される動力をトルク変換して駆動軸に出力す
ることができる。この態様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
う該原動機の運転状態を設定する手段であるものとする
こともできる。こうすれば、装置全体の効率をより高く
することができる。
【００１３】また、本発明の動力出力装置において、前
記運転状態設定手段は、前記目標動力が所定値未満のと
き又は操作者の所定の指示があったとき、前記原動機の
運転状態として運転の停止状態を設定する手段であるも
のとすることもできる。こうすれば、原動機の停止の際
にも目標動力を駆動軸に出力することができる。
【００１４】本発明の動力出力装置の制御方法は、出力
軸を有する原動機と、回転軸を有し、該回転軸に動力を
入出力する第１の電動機と、駆動軸に動力を入出力する
第２の電動機と、前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸
とに各々結合される３軸を有し、該３軸のうちいずれか
２軸へ動力が入出力されたとき、該入出力された動力に
基づいて定まる動力を残余の１軸へ入出力する３軸式動
力入出力手段と、前記第１の電動機による動力の入出力
に用いられる電力の充放電と、前記第２の電動機による
動力の入出力に用いられる電力の充放電とが可能な蓄電
手段とを備え、前記駆動軸に動力を出力する動力出力装
置の制御方法であって、前記駆動軸に出力すべき目標動
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該原動機と
前記第１の電動機を制御すると共に、前記原動機と前記
第１の電動機の制御に伴って３軸式動力入出力手段を介
して前記駆動軸に入出力される動力を演算し、該演算さ
れた動力と前記目標動力とに基づいて該目標動力が前記
駆動軸に出力されるよう前記第２の電動機を制御するこ
とを要旨とする。
【００１５】この本発明の動力出力装置の制御方法によ
れば、原動機と第１の電動機の制御に伴って３軸式動力
入出力手段を介して駆動軸に入出力される動力を演算
し、この演算された動力と目標動力とに基づいて目標動
力が駆動軸に出力されるよう第２の電動機を制御するこ
とができる。このため、原動機の運転状態が変更された
直後の過渡時でも、目標動力を駆動軸に安定して出力す
ることができる。この結果、原動機の運転状態の変更に
伴って駆動軸に出力される動力の変動を防止することが
できる。もとより、原動機から出力される動力をトルク
変換して駆動軸に出力することもできる。
【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１
６６を介して吸入した空気と燃料噴射弁１５１から噴射
されたガソリンとの混合気を燃焼室１５２に吸入し、こ
の混合気の爆発により押し下げられるピストン１５４の
運動をクランクシャフト１５６の回転運動に変換する。
ここで、スロットルバルブ１６６はアクチュエータ１６
８により開閉駆動される。点火プラグ１６２は、イグナ
イタ１５８からディストリビュータ１６０を介して導か
れた高電圧によって電気火花を形成し、混合気はその電
気火花によって点火されて爆発燃焼する。
【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１
５６の回転数と回転角度を検出する回転数センサ１７６
及び回転角度センサ１７８などである。なお、ＥＦＩＥ
ＣＵ１７０には、この他、例えばイグニッションキーの
状態ＳＴを検出するスタータスイッチ１７９なども接続
されているが、その他のセンサ，スイッチなどの図示は
省略した。
【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１
８０によって駆動制御される。制御装置１８０の構成は
後で詳述するが、内部には制御ＣＰＵが備えられてお
り、シフトレバー１８２に設けられたシフトポジション
センサ１８４やアクセルペダル１６４に設けられたアク
セルペダルポジションセンサ１６４ａ，ブレーキペダル
１６５に設けられたブレーキペダルポジションセンサ１
６５ａなども接続されている。また、制御装置１８０
は、上述したＥＦＩＥＣＵ１７０と通信により、種々の
情報をやり取りしている。これらの情報のやり取りを含
む制御については、後述する。
【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ＭＧ
１、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合さ
れたモータＭＧ２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制
御する制御装置１８０から構成されている。
【００２１】プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ
１，ＭＧ２の構成について、図２により説明する。プラ
ネタリギヤ１２０は、クランクシャフト１５６に軸中心
を貫通された中空のサンギヤ軸１２５に結合されたサン
ギヤ１２１と、クランクシャフト１５６と同軸のリング
ギヤ軸１２６に結合されたリングギヤ１２２と、サンギ
ヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ
１２１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリ
ピニオンギヤ１２３と、クランクシャフト１５６の端部
に結合され各プラネタリピニオンギヤ１２３の回転軸を
軸支するプラネタリキャリア１２４とから構成されてい
る。このプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，
リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４にそ
れぞれ結合されたサンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２
６およびクランクシャフト１５６の３軸が動力の入出力
軸とされ、３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力
が決定されると、残余の１軸に入出力される動力は決定
された２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。な
お、このプラネタリギヤ１２０の３軸への動力の入出力
についての詳細は後述する。
【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１
３４の両端に起電力を生じさせる発電機として動作す
る。なお、サンギヤ軸１２５には、その回転角度θｓを
検出するレゾルバ１３９が設けられている。
【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Ｃ
ＰＵ１９０、二次電池であるバッテリ１９４から構成さ
れている。制御ＣＰＵ１９０は、１チップマイクロプロ
セッサであり、内部に、ワーク用のＲＡＭ１９０ａ、処
理プログラムを記憶したＲＯＭ１９０ｂ、入出力ポート
（図示せず）およびＥＦＩＥＣＵ１７０と通信を行なう
シリアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御Ｃ
ＰＵ１９０には、レゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２
５の回転角度θｓ、レゾルバ１４９からのリングギヤ軸
１２６の回転角度θｒ、アクセルペダルポジションセン
サ１６４ａからのアクセルペダルポジション（アクセル
ペダルの踏込量）ＡＰ、ブレーキペダルポジションセン
サ１６５ａからのブレーキペダルポジション（ブレーキ
ペダルの踏込量）ＢＰ、シフトポジションセンサ１８４
からのシフトポジションＳＰ、第１の駆動回路１９１に
設けられた２つの電流検出器１９５，１９６からの電流
値Ｉｕ１，Ｉｖ２、第２の駆動回路１９２に設けられた
２つの電流検出器１９７，１９８からの電流値Ｉｕ２，
Ｉｖ２、バッテリ１９４の残容量を検出する残容量検出
器１９９からの残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して
入力されている。なお、残容量検出器１９９は、バッテ
リ１９４の電解液の比重またはバッテリ１９４の全体の
重量を測定して残容量を検出するものや、充電・放電の
電流値と時間を演算して残容量を検出するものや、バッ
テリの端子間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部
抵抗を測ることにより残容量を検出するものなどが知ら
れている。
【００２６】また、制御ＣＰＵ１９０からは、第１の駆
動回路１９１に設けられたスイッチング素子である６個
のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を駆動する制御信号
ＳＷ１と、第２の駆動回路１９２に設けられたスイッチ
ング素子としての６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴ
ｒ１６を駆動する制御信号ＳＷ２とが出力されている。
第１の駆動回路１９１内の６個のトランジスタＴｒ１な
いしＴｒ６は、トランジスタインバータを構成してお
り、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対してソ
ース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、
その接続点に、モータＭＧ１の三相コイル（ＵＶＷ）３
４の各々が接続されている。電源ラインＬ１，Ｌ２は、
バッテリ１９４のプラス側とマイナス側に、それぞれ接
続されているから、制御ＣＰＵ１９０により対をなすト
ランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間の割合を制御
信号ＳＷ１により順次制御し、三相コイル１３４の各コ
イルに流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦
波にすると、三相コイル１３４により、回転磁界が形成
される。
【００２７】他方、第２の駆動回路１９２の６個のトラ
ンジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６も、トランジスタイン
バータを構成しており、それぞれ、第１の駆動回路１９
１と同様に配置されていて、対をなすトランジスタの接
続点は、モータＭＧ２の三相コイル１４４の各々に接続
されている。したがって、制御ＣＰＵ１９０により対を
なすトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間を
制御信号ＳＷ２により順次制御し、各コイル１４４に流
れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にする
と、三相コイル１４４により、回転磁界が形成される。
【００２８】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１
５０とリングギヤ軸１２６の回転数およびトルクの関係
を図４に示す。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】
【数１】
【００３２】いま、エンジン１５０が回転数Ｎｅで運転
されており、リングギヤ軸１２６が回転数Ｎｒで運転さ
れている場合を考えているから、エンジン１５０のクラ
ンクシャフト１５６が結合されているプラネタリキャリ
ア１２４の座標軸Ｃにエンジン１５０の回転数Ｎｅを、
リングギヤ軸１２６の座標軸Ｒに回転数Ｎｒをプロット
することができる。この両点を通る直線を描けば、この
直線と座標軸Ｓとの交点で表わされる回転数としてサン
ギヤ軸１２５の回転数Ｎｓを求めることができる。以
下、この直線を動作共線と呼ぶ。なお、回転数Ｎｓは、
回転数Ｎｅと回転数Ｎｒとを用いて比例計算式（次式
（２））により求めることができる。このようにプラネ
タリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２
２およびプラネタリキャリア１２４のうちいずれか２つ
の回転を決定すると、残余の１つの回転は、決定した２
つの回転に基づいて決定される。
【００３３】
【数２】
【００３４】次に、描かれた動作共線に、エンジン１５
０のトルクＴｅをプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃ
を作用線として図中下から上に作用させる。このとき動
作共線は、トルクに対してはベクトルとしての力を作用
させたときの剛体として取り扱うことができるから、座
標軸Ｃ上に作用させたトルクＴｅは、平行な２つの異な
る作用線への力の分離の手法により、座標軸Ｓ上のトル
クＴｅｓと座標軸Ｒ上のトルクＴｅｒとに分離すること
ができる。このときトルクＴｅｓおよびＴｅｒの大きさ
は、次式（３）および（４）によって表わされる。
【００３５】
【数３】
【００３６】動作共線がこの状態で安定であるために
は、動作共線の力の釣り合いをとればよい。すなわち、
座標軸Ｓ上には、トルクＴｅｓと大きさが同じで向きが
反対のトルクＴｍ１を作用させ、座標軸Ｒ上には、リン
グギヤ軸１２６に出力するトルクＴｒと同じ大きさで向
きが反対のトルクとトルクＴｅｒとの合力に対し大きさ
が同じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させるのであ
る。このトルクＴｍ１はモータＭＧ１により、トルクＴ
ｍ２はモータＭＧ２により作用させることができる。こ
のとき、モータＭＧ１では回転の方向と逆向きにトルク
を作用させるから、モータＭＧ１は発電機として動作す
ることになり、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わ
される電気エネルギＰｍ１をサンギヤ軸１２５から回生
する。モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの方向と
が同じであるから、モータＭＧ２は電動機として動作
し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気
エネルギＰｍ２を動力としてリングギヤ軸１２６に出力
する。
【００３７】ここで、電気エネルギＰｍ１と電気エネル
ギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ２で消費する電
力のすべてをモータＭＧ１により回生して賄うことがで
きる。このためには、入力されたエネルギのすべてを出
力するものとすればよいから、エンジン１５０から出力
されるエネルギＰｅとリングギヤ軸１２６に出力される
エネルギＰｒとを等しくすればよい。すなわち、トルク
Ｔｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギＰｅと、
トルクＴｒと回転数Ｎｒとの積で表わされるエネルギＰ
ｒとを等しくするのである。図４に照らせば、運転ポイ
ントＰ１で運転されているエンジン１５０から出力され
るトルクＴｅと回転数Ｎｅとで表わされる動力を、トル
ク変換して、同一のエネルギでトルクＴｒと回転数Ｎｒ
とで表わされる動力としてリングギヤ軸１２６に出力す
るのである。前述したように、リングギヤ軸１２６に出
力された動力は、動力取出ギヤ１２８および動力伝達ギ
ヤ１１１により駆動軸１１２に伝達され、ディファレン
シャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に伝達
される。したがって、リングギヤ軸１２６に出力される
動力と駆動輪１１６，１１８に伝達される動力とにはリ
ニアな関係が成立するから、駆動輪１１６，１１８に伝
達される動力は、リングギヤ軸１２６に出力される動力
を制御することにより制御することができる。
【００３８】図５に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の
回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎ
ｅとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとによっては、図
６に示す共線図のように負となる場合もある。このとき
には、モータＭＧ１では、回転の方向とトルクの作用す
る方向とが同じになるから、モータＭＧ１は電動機とし
て動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされ
る電気エネルギＰｍ１を消費する。一方、モータＭＧ２
では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になる
から、モータＭＧ２は発電機として動作し、トルクＴｍ
２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２
をリングギヤ軸１２６から回生することになる。この場
合、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１とモー
タＭＧ２で回生する電気エネルギＰｍ２とを等しくすれ
ば、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１をモー
タＭＧ２で丁度賄うことができる。
【００３９】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１２
６に出力する動作の他に、エンジン１５０から出力され
る動力（トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積）と、モータＭ
Ｇ１により回生または消費される電気エネルギＰｍ１
と、モータＭＧ２により消費または回生される電気エネ
ルギＰｍ２とを調節することにより、余剰の電気エネル
ギを見い出してバッテリ１９４を放電する動作とした
り、不足する電気エネルギをバッテリ１９４に蓄えられ
た電力により補う動作など種々の動作とすることもでき
る。
【００４０】なお、以上の動作原理では、プラネタリギ
ヤ１２０やモータＭＧ１，モータＭＧ２，トランジスタ
Ｔｒ１ないしＴｒ１６などによる動力の変換効率を値１
（１００％）として説明した。実際には、値１未満であ
るから、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅを
リングギヤ軸１２６に出力するエネルギＰｒより若干大
きな値とするか、逆にリングギヤ軸１２６に出力するエ
ネルギＰｒをエンジン１５０から出力されるエネルギＰ
ｅより若干小さな値とする必要がある。例えば、エンジ
ン１５０から出力されるエネルギＰｅを、リングギヤ軸
１２６に出力されるエネルギＰｒに変換効率の逆数を乗
じて算出される値とすればよい。また、モータＭＧ２の
トルクＴｍ２を、図５の共線図の状態ではモータＭＧ１
により回生される電力に両モータの効率を乗じたものか
ら算出される値とし、図６の共線図の状態ではモータＭ
Ｇ１により消費される電力を両モータの効率で割ったも
のから算出すればよい。なお、プラネタリギヤ１２０で
は機械摩擦などにより熱としてエネルギを損失するが、
その損失量は全体量からみれば極めて少なく、モータＭ
Ｇ１，ＭＧ２に用いた同期電動機の効率は値１に極めて
近い。また、トランジスタＴｒ１ないしＴｒ１６のオン
抵抗もＧＴＯなど極めて小さいものが知られている。し
たがって、動力の変換効率は値１に近いものとなるか
ら、以下の説明でも、説明の容易のため、明示しない限
り値１（１００％）として取り扱う。
【００４１】次に、こうした実施例の動力出力装置１１
０におけるトルク制御の実際について図７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Ｓ１０
０）。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。
【００４２】続いて、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Ｓ１０２）。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１
２６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８に示す。
【００４３】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１２
６に出力すべきエネルギＰｒを計算（Ｐｒ＝Ｔｒ＊×Ｎ
ｒ）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Ｓ
１０８）。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。
【００４４】図９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Ｃ
３−Ｃ３に沿って各運転ポイントの効率をエンジン１５
０の回転数Ｎｅを横軸として表わすと図１０のグラフの
ようになる。
【００４５】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Ａ
１（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９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。
【００４６】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９中、トルクＴｅｍｉｎと回転数Ｎｅｍ
ｉｎ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。
【００４７】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）。そして、計算したサンギヤ軸１
２５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（５）によりモータＭＧ１のトルク指令
値Ｔｍ１＊を計算して設定する（ステップＳ１１２）。
ここで、式（５）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Ｔ
ｍ１＊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（５）中のＫ１およびＫ２は、比
例定数である。
【００４８】
【数４】
【００４９】続いて、サンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓに
基づいて次式（６）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Ｓ
１１４）。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、△ｔは本ルーチンの
起動間隔時間△ｔである。式（６）の右辺の分子の「２
π」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。
【００５０】
【数５】
【００５１】こうしてサンギヤ軸１２５の角加速度ｄω
ｓを求めると、この角加速度ｄωｓを用いて次式（７）
によりプラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２
６に出力されるトルクＴｅｒを計算する（ステップＳ１
１６）。ここで、式（７）中の右辺分子第２項の「Ｉｍ
ｅ」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１
２５に作用するトルク（以下、慣性トルクという）とな
り、式（７）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。
【００５２】
【数６】
【００５３】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Ｓ１１８）。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１５
０の各制御を行なう（ステップＳ１２０ないしＳ１２
４）。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ＣＰＵ
１９０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。
【００５４】モータＭＧ１の制御（図７のステップＳ１
２０）は、図１１に例示するモータＭＧ１の制御ルーチ
ンによりなされる。このルーチンが実行されると、制御
装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、サンギヤ軸１
２５の回転角度θｓをレゾルバ１３９から入力する処理
を行なう（ステップＳ１８０）。続いて、電流検出器１
９５，１９６により、モータＭＧ１の三相コイル１３４
のＵ相とＶ相に流れている電流Ｉｕ１，Ｉｖ１を検出す
る処理を行なう（ステップＳ１８２）。電流はＵ，Ｖ，
Ｗの三相に流れているが、その総和はゼロなので、二つ
の相に流れる電流を測定すれば足りる。こうして得られ
た三相の電流を用いて座標変換（三相−二相変換）を行
なう（ステップＳ１８４）。座標変換は、永久磁石型の
同期電動機のｄ軸，ｑ軸の電流値に変換することであ
り、次式（８）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。
【００５５】
【数７】
【００５６】次に、２軸の電流値に変換した後、モータ
ＭＧ１におけるトルク指令値Ｔｍ１＊から求められる各
軸の電流指令値Ｉｄ１＊，Ｉｑ１＊と実際各軸に流れた
電流Ｉｄ１，Ｉｑ１と偏差を求め、各軸の電圧指令値Ｖ
ｄ１，Ｖｑ１を求める処理を行なう（ステップＳ１８
６）。すなわち、まず以下の式（９）の演算を行ない、
次に次式（１０）の演算を行なうのである。ここで、Ｋ
ｐ１，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△Ｉに比例する部分（式（１０）右辺
第１項）と偏差△Ｉのｉ回分の過去の累積分（右辺第２
項）とから求められる。
【００５７】
【数８】
【００５８】その後、こうして求めた電圧指令値をステ
ップＳ１８４で行なった変換の逆変換に相当する座標変
換（二相−三相変換）を行ない（ステップＳ１８８）、
実際に三相コイル１３４に印加する電圧Ｖｕ１，Ｖｖ
１，Ｖｗ１を求める処理を行なう。各電圧は、次式（１
１）により求める。
【００５９】
【数９】
【００６０】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（１１）によって求めた各電圧指令
値となるよう各トランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン
時間をＰＷＭ制御する（ステップＳ１９９）。
【００６１】ここで、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ
１＊の符号を図５や図６の共線図におけるトルクＴｍ１
の向きを正とすれば、同じ正の値のトルク指令値Ｔｍ１
＊が設定されても、図５の共線図の状態のようにトルク
指令値Ｔｍ１＊の作用する向きとサンギヤ軸１２５の回
転の向きとが異なるときには回生制御がなされ、図６の
共線図の状態のように同じ向きのときには力行制御がな
される。しかし、モータＭＧ１の力行制御と回生制御
は、トルク指令値Ｔｍ１＊が正であれば、ロータ１３２
の外周面に取り付けられた永久磁石１３５と三相コイル
１３４に流れる電流により生じる回転磁界とにより正の
トルクがサンギヤ軸１２５に作用するよう第１の駆動回
路１９１のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を制御する
ものであるから、同一のスイッチング制御となる。すな
わち、トルク指令値Ｔｍ１＊の符号が同じであれば、モ
ータＭＧ１の制御が回生制御であっても力行制御であっ
ても同じスイッチング制御となる。したがって、図１１
のモータＭＧ１の制御ルーチンで回生制御と力行制御の
いずれも行なうことができる。また、トルク指令値Ｔｍ
１＊が負のときには、ステップＳ１８０で読み込むサン
ギヤ軸１２５の回転角度θｓの変化の方向が逆になるだ
けであるから、このときの制御も図１１のモータＭＧ１
の制御ルーチンにより行なうことができる。
【００６２】なお、モータＭＧ１のトルク指令値Ｔｍ１
＊に値０が設定されたときでも、図１１のモータＭＧ１
の制御ルーチンによりモータＭＧ１を制御することは可
能であるが、このときにはトランジスタＴｒ１ないしＴ
ｒ６のすべてをオフとする制御としてもよい。
【００６３】次に、モータＭＧ２の制御処理（図７のス
テップＳ１２２）について図１２に例示するモータＭＧ
２の制御ルーチンに基づき説明する。モータＭＧ２の制
御処理は、モータＭＧ１の制御処理うちトルク指令値Ｔ
ｍ１＊とサンギヤ軸１２５の回転角度θｓに代えてトル
ク指令値Ｔｍ２＊とリングギヤ軸１２６の回転角度θｒ
とを用いる点を除き、モータＭＧ１の制御処理と全く同
一である。すなわち、リングギヤ軸１２６の回転角度θ
ｒをレゾルバ１４９を用いて検出し（ステップＳ１９
０）、続いてモータＭＧ２の各相電流を電流検出器１９
７，１９８を用いて検出し（ステップＳ１９２）、その
後、座標変換（ステップＳ１９４）および電圧指令値Ｖ
ｄ２，Ｖｑ２の演算を行ない（ステップＳ１９６）、更
に電圧指令値の逆座標変換（ステップＳ１９８）を行な
って、モータＭＧ２の第２の駆動回路１９２のトランジ
スタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオンオフ制御時間を求
め、ＰＷＭ制御を行なう（ステップＳ１９９）。
【００６４】ここで、モータＭＧ２もトルク指令値Ｔｍ
２＊の向きとリングギヤ軸１２６の回転の向きとにより
力行制御されたり回生制御されたりするが、モータＭＧ
１と同様に、力行制御も回生制御も共に図１２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。
【００６５】次に、エンジン１５０の制御（図７のステ
ップＳ１２４）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（５）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。
【００６６】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１２
６、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１２
６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１２
６にトルクショックのない滑らかな過渡特性を得ること
ができる。
【００６７】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。
【００６８】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ＭＧ
１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に例示するトルク制御ルー
チンのステップＳ１１４およびＳ１１６の処理に代え
て、図１３に例示するトルク制御ルーチンのステップＳ
２１４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（６）
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（１２）によりトルクＴｅｒ
を算出するのである（ステップＳ２１６）。式（１２）
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Ｍ
Ｇ１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Ｅ
ＦＩＥＣＵ１７０からの通信により入力するものとして
もよい。
【００６９】
【数１０】
【００７０】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、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から放電される
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（１３）とすれ
ばよい。なお、この式（１３）中のＰｂは、バッテリ１
９４から充放電される電気エネルギであり、バッテリ１
９４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。
【００７１】 Ｐｒ＋Ｐｂ＝Ｔｅ＊×Ｎｅ＊ …（１３）
【００７２】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１
５０から出力可能な最小のエネルギＰｅ（図９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。
【００７３】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。
【００７４】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１４の変形例の
動力出力装置１１０Ａに示すように、リングギヤ軸１２
６を延出してケース１１９から取り出すものとしてもよ
い。また、図１５の変形例の動力出力装置１１０Ｂに示
すように、エンジン１５０側からプラネタリギヤ１２
０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順になるよう配置し
てもよい。この場合、サンギヤ軸１２５Ｂは中空でなく
てもよく、リングギヤ軸１２６Ｂは中空軸とする必要が
ある。こうすれば、リングギヤ軸１２６Ｂに出力された
動力をエンジン１５０とモータＭＧ２との間から取り出
すことができる。
【００７５】実施例の動力出力装置１１０およびその変
形例では、ＦＲ型あるいはＦＦ型の２輪駆動の車両に適
用するものとしたが、図１６の変形例の動力出力装置１
１０Ｃに示すように、４輪駆動の車両に適用するものと
してもよい。この構成では、リングギヤ軸１２６に結合
していたモータＭＧ２をリングギヤ軸１２６より分離し
て、車両の後輪部に独立して配置し、このモータＭＧ２
によって後輪部の駆動輪１１７，１１９を駆動する。一
方、リングギヤ軸１２６は動力取出ギヤ１２８および動
力伝達ギヤ１１１を介してディファレンシャルギヤ１１
４に結合されて前輪部の駆動輪１１６，１１８を駆動す
る。このような構成の下においても、前述した図７のト
ルク制御ルーチンを実行することは可能である。
【００７６】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。
【００７７】例えば、上述した実施例の動力出力装置１
１０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。
【００７８】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。
【００７９】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；Variab
le 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。
【００８０】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；Insulate
d 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；Puls
e 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。
【００８１】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。
【００８２】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
ク制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】変形例の動力出力装置１１０Ａの概略構成を
示す構成図である。
【図１５】変形例の動力出力装置１１０Ｂの概略構成を
示す構成図である。
【図１６】実施例の動力出力装置１１０を４輪駆動車に
適用したときの具体例である動力出力装置１１０Ｃを組
み込んだ車両の概略構成を示す構成図である。
【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…残容量検出器 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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 29/06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動軸に動力を出力する動力出力装置で
    あって、 出力軸を有する原動機と、 回転軸を有し、該回転軸に動力を入出力する第１の電動
    機と、 前記駆動軸に動力を入出力する第２の電動機と、 前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸とに各々結合され
    る３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出
    力されたとき、該入出力された動力に基づいて定まる動
    力を残余の１軸へ入出力する３軸式動力入出力手段と、 前記第１の電動機による動力の入出力に用いられる電力
    の充放電と、前記第２の電動機による動力の入出力に用
    いられる電力の充放電とが可能な蓄電手段と、 前記駆動軸に出力すべき目標動力を設定する目標動力設
    定手段と、 該設定された目標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該
    原動機と前記第１の電動機を制御する運転制御手段と、 該運転制御手段による前記原動機と前記第１の電動機の
    制御に伴って３軸式動力入出力手段を介して前記駆動軸
    に入出力される動力を演算する動力演算手段と、 該演算された動力と前記目標動力とに基づいて該目標動
    力が前記駆動軸に出力されるよう前記第２の電動機を制
    御する電動機制御手段とを備える動力出力装置。
  2. 【請求項２】 前記動力演算手段は、前記原動機の出力
    軸の回転速度の変化率に基づいて演算する手段である請
    求項１記載の動力出力装置。
  3. 【請求項３】 前記動力演算手段は、前記第１の電動機
    の回転軸の回転速度の変化率に基づいて演算する手段で
    ある請求項１記載の動力出力装置。
  4. 【請求項４】 前記運転状態設定手段は、前記目標動力
    に相当する動力が前記原動機から出力されるよう該原動
    機の運転状態を設定する手段である請求項１ないし３い
    ずれか記載の動力出力装置。
  5. 【請求項５】 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該原動機の運転状態を設定する手段
    である請求項４記載の動力出力装置。
  6. 【請求項６】 前記運転状態設定手段は、前記目標動力
    が所定値未満のとき又は操作者の所定の指示があったと
    き、前記原動機の運転状態として運転の停止状態を設定
    する手段である請求項１ないし３いずれか記載の動力出
    力装置。
  7. 【請求項７】 出力軸を有する原動機と、 回転軸を有し、該回転軸に動力を入出力する第１の電動
    機と、 駆動軸に動力を入出力する第２の電動機と、 前記駆動軸と前記出力軸と前記回転軸とに各々結合され
    る３軸を有し、該３軸のうちいずれか２軸へ動力が入出
    力されたとき、該入出力された動力に基づいて定まる動
    力を残余の１軸へ入出力する３軸式動力入出力手段と、 前記第１の電動機による動力の入出力に用いられる電力
    の充放電と、前記第２の電動機による動力の入出力に用
    いられる電力の充放電とが可能な蓄電手段とを備え、前
    記駆動軸に動力を出力する動力出力装置の制御方法であ
    って、 前記駆動軸に出力すべき目標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該
    原動機と前記第１の電動機を制御すると共に、 前記原動機と前記第１の電動機の制御に伴って３軸式動
    力入出力手段を介して前記駆動軸に入出力される動力を
    演算し、 該演算された動力と前記目標動力とに基づいて該目標動
    力が前記駆動軸に出力されるよう前記第２の電動機を制
    御する動力出力装置の制御方法。
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