JP2000343964A - 動力出力装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド車両の運転可能領域を拡張する
とともに、高効率での運転を実現する。 【解決手段】 クラッチモータ１３０を介して、エンジ
ン１５０と車軸１１６とを結合する。プラネタリギヤ２
００のサンギヤ２０１にブレーキ２２０、プラネタリキ
ャリア２０３にクラッチモータ１３０、リングギヤ２０
４にアシストモータ１４０を結合する。更に、アシスト
モータとエンジンを結合するクラッチ２１０を設ける。
高速走行時にはクラッチをオン、ブレーキをオフにし
て、アシストモータをエンジンに直結する。低速・高ト
ルク走行時にはクラッチをオフ、ブレーキをオンにし
て、所定の減速比でクラッチモータに結合する。こうす
ることで、アシストモータから出力可能な動力範囲を車
両の走行状態に応じて高速側または高トルク側に移行す
ることができ、車両の運転可能領域を拡張することがで
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、動力源としてエン
ジンと電動機とを備えるハイブリッド車両に関し、詳し
くは、前記電動機の結合先を前記エンジンの出力軸と駆
動軸とに切り替え可能な切替機構を有するハイブリッド
車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンと電動機とを動力源とす
るハイブリッド車両が提案されている（例えば特開平９
−４７０９４に記載の技術等）。ハイブリッド車両の一
種としていわゆるパラレルハイブリッド車両がある。パ
ラレルハイブリッド車両は、エンジンから駆動軸に伝達
される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能
な動力調整装置を備える。エンジンから出力された動力
は、その一部が動力調整装置により駆動軸に伝達され、
残余の動力が電力として回生される。この電力はバッテ
リに蓄電されたり、エンジン以外の動力源としての電動
機を駆動するのに用いられる。パラレルハイブリッド車
両は、上述の動力の伝達過程において、動力調整装置お
よび電動機を制御することによって、エンジンから出力
された動力を任意の回転数およびトルクで駆動軸に出力
することができる。駆動軸から出力すべき要求動力に関
わらずエンジンは運転効率の高い運転ポイントを選択し
て運転することができるため、ハイブリッド車両はエン
ジンのみを駆動源とする従来の車両に比べて省資源性お
よび排気浄化性に優れている。

【０００３】パラレルハイブリッド車両における電動機
の結合先は、駆動軸とエンジンの出力軸の２通りが可能
である。電動機を駆動軸に結合した場合は、エンジン側
からエンジン、動力調整装置、電動機の順に結合された
構成となる。図２１は電動機を駆動軸に結合したハイブ
リッド車両の概略構成を示す説明図である。ここでは、
動力調整装置として、相対的に回転可能なインナロータ
ＩＲとアウタロータＯＲとを備える対ロータ電動機ＣＭ
を適用した場合を示した。図示する通り、エンジンＥＧ
の出力軸ＣＳに、動力調整装置としての対ロータ電動機
ＣＭが結合され、駆動軸ＤＳに電動機ＡＭが結合され
る。かかる構成では、エンジンの回転数よりも駆動軸の
回転数が低いアンダードライブ走行時に運転効率が高く
なる特性がある。

【０００４】図２２はアンダードライブ結合において、
エンジンの回転数が駆動軸の回転数よりも高い状態にお
ける動力の伝達の様子を示す説明図である。エンジンＥ
Ｇから出力される動力は、回転を低減するとともにトル
クを増大して駆動軸ＤＳから出力される。エンジンＥＧ
から出力された動力ＰＵ１は、対ロータ電動機ＣＭによ
って回転数のみが低減された動力ＰＵ２として伝達され
る。この際、対ロータ電動機ＣＭでは、２つのロータ間
に相対的な滑りが生じるから、両ロータ間の回転数差に
基づいて発電が行われる。この結果、エンジンＥＧから
出力された動力の一部は電力ＥＵ１として回生される。
この電力によってアシストモータＡＭを力行し、不足分
のトルクを補償することによって、要求された回転数お
よびトルクからなる動力ＰＵ３が駆動軸ＤＳに出力され
る。

【０００５】図２３はアンダードライブ結合において、
エンジンの回転数が駆動軸の回転数よりも低い状態にお
ける動力の伝達の様子を示す説明図である。エンジンＥ
Ｇから出力された動力ＰＵ１は、対ロータ電動機ＣＭを
力行することによって回転数のみが増速された動力ＰＵ
４として伝達される。次に、アシストモータＡＭで負荷
を与えて、余剰のトルクを低減することによって、要求
された回転数およびトルクからなる動力ＰＵ３が駆動軸
ＤＳに出力される。アシストモータＡＭでは動力ＰＵ４
の一部を電力ＥＵ２として回生することによって負荷を
与える。この電力は対ロータ電動機ＣＭの力行に用いら
れる。

【０００６】両者を比較すると、エンジンＥＧの回転数
が駆動軸の回転数よりも高い場合（図２２）では、エン
ジンから出力された動力が駆動軸に伝達される経路にお
いて、上流側に位置する対ロータ電動機ＣＭで回生され
た電力が下流側に位置するアシストモータＡＭに供給さ
れる。エンジンＥＧの回転数が駆動軸の回転数よりも低
い場合（図２３）では、逆に、下流側に位置するアシス
トモータＡＭで回生された電力が上流側に位置する対ロ
ータ電動機ＣＭに供給される。対ロータ電動機ＣＭに供
給された電力は、再び機械的な動力として下流側に位置
するアシストモータＡＭに供給される。この結果、図２
３中に示す動力の循環γ１が生じる。動力の循環γ１が
生じると、エンジンＥＧから出力された動力のうち、有
効に駆動軸ＤＳに伝達される動力が低減するため、ハイ
ブリッド車両の運転効率が低下する。

【０００７】逆に、電動機を出力軸に結合した場合は、
エンジン、電動機、動力調整装置の順に結合した構成と
なる。図２４は電動機を出力軸に結合したハイブリッド
車両の概略構成を示す説明図である。図示する通り、エ
ンジンＥＧの出力軸ＣＳに電動機ＡＭが結合され、駆動
軸ＤＳに動力調整装置としての対ロータ電動機ＣＭが結
合される。かかる構成では、逆に、エンジンの回転数よ
りも駆動軸の回転数が高いオーバードライブ走行時に運
転効率が高くなる特性がある。

【０００８】図２５はオーバードライブ結合において、
エンジンの回転数が駆動軸の回転数よりも高い状態にお
ける動力の伝達の様子を示す説明図である。図２６はオ
ーバードライブ結合において、エンジンの回転数が駆動
軸の回転数よりも低い状態における動力の伝達の様子を
示す説明図である。伝達される動力について、回転数の
調整は対ロータ電動機ＣＭでのみ可能であるため、オー
バードライブ結合では、アンダードライブ結合の場合と
逆の現象が起きる。エンジンＥＧの回転数が駆動軸の回
転数よりも低い場合（図２５）では、下流側に位置する
対ロータ電動機ＣＭで回生された電力ＥＯ１が上流側に
位置するアシストモータＡＭに供給される。逆に、エン
ジンＥＧの回転数が駆動軸の回転数よりも高い場合（図
２６）では、上流側に位置するアシストモータＡＭによ
り回生されたＥＯ２が下流側に位置する対ロータ電動機
ＣＭに供給される。従って、電動機をエンジンの出力軸
に結合した状態では、前者の場合に図２５に示す動力の
循環γ２が生じ、ハイブリッド車両の運転効率が低下す
る。

【０００９】このようにハイブリッド車両では、車速お
よび出力トルクで表される車両の運転領域において、電
動機ＡＭの結合先によって効率が高くなる領域が変動す
る。ハイブリッド車両では、目的とする車両の走行領域
を考慮して、可能な限り広範囲で高効率での運転を実現
できるよう、電動機の結合先を決定する必要がある。

【００１０】一方、ハイブリッド車両では、以下の理由
から変速ギヤを設けるのが通常である。図２１では、電
動機ＡＭが直接車軸に結合された状態で概略構成を図示
した。実際には、電動機ＡＭと車軸との間（図中の領域
ＴＧ部）において、変速ギヤが設けられる。変速ギヤの
ギヤ比は電動機ＡＭの定格を考慮して設定される。ハイ
ブリッド車両では、上述の通り、電動機ＡＭも動力源と
して使用する。ここで、電動機ＡＭの大きさは車両に搭
載可能な範囲に抑える必要がある。このため、高トルク
が要求される走行状態においては、電動機ＡＭから直接
出力されるトルクでは不足するのが通常である。従来の
ハイブリッド車両では、高トルクが要求された場合に電
動機ＡＭから十分なトルクを車軸に出力することができ
るよう、ＴＧ部に減速ギヤが設けられている。減速ギヤ
の作用により、電動機ＡＭから出力された動力は、回転
数を低減し、トルクを増大した動力に変換されて車軸に
伝達されるため、高トルクを出力することが可能とな
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッド車
両では、車両の運転可能領域を十分に広げることに対し
２つの制約があった。第１の制約は運転効率である。先
に説明した通り、アンダードライブ結合（図２１）では
エンジンＥＧの回転数が駆動軸ＤＳの回転数よりも高い
運転状態において効率が高く、その逆の運転状態におい
ては効率が低くなる特性がある。オーバードライブ結合
（図２１）では、エンジンＥＧの回転数が駆動軸ＤＳの
回転数よりも低い運転状態において効率が高く、その逆
の運転状態においては効率が低くなる特性がある。いず
れの結合状態で設定しても、エンジンＥＧの回転数が駆
動軸ＤＳとの回転数よりも高い場合および低い場合の双
方で高効率の運転を維持することはできない。

【００１２】第２の制約は減速ギヤの設定およびモータ
の定格に起因する制限である。上述の通り、高トルクの
要求に対して十分なトルクを出力するためには電動機Ａ
Ｍと車軸との間に減速ギヤを設ける必要があった。しか
しながら、減速ギヤを設けた場合には、高速走行が困難
である。車軸を高い回転数で回転させるためには、電動
機ＡＭを車軸よりも更に高い回転数で回転させる必要が
生じる。電動機ＡＭの回転数および対ロータ電動機ＣＭ
の回転数には上限が存在するのが通常であるから、車軸
はこの上限値に減速ギヤのギヤ比を乗じた範囲までしか
回転し得ない。特に対ロータ電動機ＣＭでは、回転中の
アウタロータＯＲに電力を供給する必要があるため、回
転の上限値は比較的低い。かかる要因によって、従来の
ハイブリッド車両では高速側の運転領域にも制限が存在
した。

【００１３】もちろん、十分高速運転することができる
ように減速ギヤのギヤ比を設定することも可能ではあ
る。このように設定されたギヤ比は、低速時において出
力可能なトルクの上限値が抑制されることになる。ＴＧ
部にギヤ比を変速可能な変速機構を設けることもできる
が、構成が複雑になるという別の課題を生じることにな
る。また、図２１および図２４の構成は、動力調整装置
ＣＭおよび電動機ＡＭの作用によってエンジンＥＧの出
力軸ＣＳの回転数およびトルクを任意に変換して駆動軸
ＤＳに出力可能な構成である。このように変速作用を奏
する構成を有しているにも関わらず、更に変速機を備え
ることは、装置としての無駄が大きく、装置の大きさお
よび製造コストを不必要に増大させるものであるため、
好ましくない。上記説明では、動力調整装置として対ロ
ータ電動機ＣＭを搭載した場合を例示したが、これらの
課題はかかる構成に限定されるものではない。

【００１４】本発明はこれらの課題を解決するためにな
され、広範な領域で高効率での運転を実現可能なハイブ
リッド車両を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は以
下の構成を採用した。本発明のハイブリッド車両は、出
力軸を有するエンジンと、動力を出力するための駆動軸
と、前記出力軸及び駆動軸に結合され電力のやりとりに
よって前記エンジンから出力された動力を増減して前記
駆動軸に伝達可能な動力調整装置とを備えるハイブリッ
ド車両であって、回転軸を有する電動機と、該電動機の
回転軸を前記出力軸と前記駆動軸とに切り替えて結合す
る機構であって、該出力軸および駆動軸に異なる変速比
で結合する切替機構とを備えることを要旨とする。

【００１６】先に説明した通り、エンジン、動力調整装
置、および電動機とを備えるハイブリッド車両では、運
転領域によって、換言すればエンジンの出力軸と駆動軸
との回転状態に応じて動力の循環が生じ、運転効率が低
下する。動力の循環の発生は電動機の結合状態に関連す
る。上記ハイブリッド車両によれば、電動機の結合先を
出力軸と駆動軸とで切り換え可能である。電動機の結合
先を適宜切り換えることにより、動力の循環を抑制する
ことができ、広範囲の運転領域で高い効率での運転を実
現することができる。

【００１７】また、上記ハイブリッド車両は電動機の運
転可能な範囲による制約を抑制し、広範囲の運転領域で
走行することができる。ハイブリッド車両に高トルクが
要求されている場合、十分なトルクを出力するために
は、減速しつつトルクを増大する減速機を介して電動機
を結合することが好ましい。一方、ハイブリッド車両を
高速で走行する場合、高い回転数で駆動軸を回転するた
めには、トルクを低減しつつ増速する増速機を介して電
動機を結合することが好ましい。上記ハイブリッド車両
では、電動機の結合先を切り換えるとともに、結合時の
変速比をも切り換えることができる。従って、ハイブリ
ッド車両の運転状態に応じて好ましい変速比で電動機を
結合することができる。

【００１８】しかも、本発明のハイブリッド車両は、電
動機の結合先の切り換えと、変速比の変更とを上記切替
機構により同時に実現することができる。従って、結合
先の切り換えを行う機構と、変速比を変更する機構とを
個別に備える場合に比較して装置の構成を単純化するこ
とができる。これに伴い、装置のサイズおよび製造コス
トを抑制することも可能となる。

【００１９】なお、本発明のハイブリッド車両では、電
動機の変速比を少なくとも２通りに変更可能であればよ
い。即ち、出力軸および駆動軸の両者について、それぞ
れ変速して電動手段を介して結合することは要求され
ず、少なくとも一方に変速手段が介在していればよい。
つまり、出力軸および駆動軸の一方については変速手段
を介することなく電動機を直結状態とし、他方の回転軸
に結合する際に変速手段を介して結合する態様を採るも
のとしてもよい。

【００２０】本発明のハイブリッド車両において、切替
機構は、種々の構成を適用可能である。例えば、前記切
替機構は、３つの回転軸のうち、２つの回転軸に前記電
動機および動力調整装置がそれぞれ結合されたプラネタ
リギヤと、該プラネタリギヤの残余の回転軸について、
選択的に回転および制止可能な制止手段と、前記電動機
の回転軸と前記出力軸とを選択的に結合および解放可能
な結合手段とを備える機構であるものとすることができ
る。もちろん、かかる機構に限定されるものではない。

【００２１】プラネタリギヤは、中心で回転するサンギ
ヤ、サンギヤの外周を自転しながら公転するプラネタリ
ピニオンギヤを備えるプラネタリキャリアと、更にその
外周で回転するリングギヤとから構成される。上述の３
つの回転軸とは、サンギヤ、プラネタリキャリア、リン
グギヤにそれぞれ結合された回転軸を意味する。周知の
事実であるが、プラネタリギヤは、これらの３つの回転
軸のうち２つの回転軸の回転状態が決まると残余の回転
軸の回転状態が決まるという特性を有している。

【００２２】上記構成の切替機構の作用について説明す
る。電動機の回転軸と出力軸とを解放した場合を考え
る。電動機はエンジンの出力軸とは切り離された状態と
なる。このとき、上記制止手段によってプラネタリギヤ
の一つの回転軸の回転を制止する。この結果、電動機お
よび動力調整装置の一方の回転状態が決まれば他方の回
転状態も決まるため、両者はギヤで結合されたのと等価
な状態になる。結合のギヤ比は、プラネタリギヤのギヤ
比によって定まる。

【００２３】一方、上記結合手段によって電動機の回転
軸と出力軸とを結合した場合を考える。電動機はエンジ
ンの出力軸に結合された状態となる。エンジンに結合さ
れる変速比は結合手段によって定まる。このとき、上記
制止手段を解放してプラネタリギヤの一つの回転軸を解
放し、自由に回転可能とする。この結果、電動機および
動力調整装置の一方の回転状態が決定しても、他方の回
転状態は決まらなくなる。換言すれば、電動機と動力調
整装置とは共に任意の回転状態で回転可能となり、両者
間の結合が切り離されたのと等価な状態になる。

【００２４】このように上記構成の切替機構によれば、
結合手段および制止手段を操作することにより、電動機
の結合先を出力軸と駆動軸とで切り換えることができ
る。また、プラネタリギヤの変速比および結合手段の変
速比に応じて、それぞれ任意の変速比で電動機を結合す
ることが可能となる。上記切替機構によれば、これらの
作用を一つのまとまった機構で実現することができる点
でも好ましい。なお、プラネタリギヤの３つの回転軸へ
の結合状態については、種々の態様が選択可能である。

【００２５】本発明のハイブリッド車両において、電動
機を出力軸および駆動軸に結合する際の変速比は目的と
する運転領域を考慮して種々設定することが可能である
が、特に、前記切替機構は、前記回転軸を前記出力軸に
結合する際の変速比よりも大きい変速比で、前記回転軸
を前記駆動軸に結合する機構であるものとすることが望
ましい。

【００２６】先に説明した通り、ハイブリッド車両の運
転効率向上のためには、エンジンの出力軸の回転数が駆
動軸の回転数よりも高い状態、即ち比較的低速での走行
状態において電動機を駆動軸側に結合することが好まし
い。低速走行時には高トルクが要求される場合が多い。
従って、比較的大きな変速比、即ち電動機の動力を、回
転数を低減しトルクを増大する態様で出力することがで
きる変速比を実現することが好ましい。

【００２７】一方、出力軸の回転数が駆動軸の回転数よ
りも低い状態、即ち比較的高速での走行状態において
は、電動機を出力軸側に結合することが好ましい。高速
走行時には当然、高回転での運転が要求される。従っ
て、比較的小さな変速比、即ち電動機の動力を、トルク
を低減しつつ回転数を増大する態様で出力することがで
きる変速比を実現することが好ましい。

【００２８】上記構成の切替機構によれば、電動機を出
力軸に対しては小さい変速比で結合し、駆動軸に対して
は大きい変速比で結合することができる。従って、ハイ
ブリッド車両の運転効率を向上しつつ、運転可能な領域
を低速・高トルク側および高速側の双方に拡張すること
ができる。

【００２９】本発明のハイブリッド車両においては、前
記切替機構を手動で操作することで電動機の結合先を切
り換えるものとすることも可能であるが、さらに、該車
両の運転状態を検出する検出手段と、該運転状態に応じ
て前記切替機構を制御して、前記電動機の結合先を切り
替える切替制御手段とを備えるものとすることが望まし
い。さらに、かかる制御の許可・禁止を指定する操作部
を設けることも可能である。

【００３０】こうすれば、車両の運転状態に応じて電動
機の結合先を適切に切り換えることができ、広範な運転
領域で高効率の運転を実現することができる。当然、運
転者が結合先の切替操作を行う必要がなくなるため、運
転時の負担を軽減することもできる。

【００３１】本発明のハイブリッド車両において、前記
動力調整装置は、種々の構成を適用可能である。例え
ば、前記動力調整装置は、前記出力軸に結合された第１
のロータと、前記駆動軸に結合された第２のロータとを
有する対ロータ電動機であるものとすることができる。

【００３２】かかる対ロータ電動機によれば、第１のロ
ータと第２のロータとの電磁的な結合により一方のロー
タから他方のロータに動力を伝達することが可能であ
る。また、両者間の相対的な滑りによって動力の一部を
電力として回生することも可能である。上述の対ロータ
電動機は、これらの２つの作用によって動力調整装置と
して機能することができる。

【００３３】また、前記動力調整装置は、ロータ軸を有
する発電機と、３つの回転軸を有し、該回転軸が前記出
力軸、駆動軸、およびロータ軸にそれぞれ結合されたプ
ラネタリギヤとを備える装置であるものとすることもで
きる。

【００３４】かかる構成によれば、プラネタリギヤの一
般的な動作に基づいて、出力軸の回転による動力を駆動
軸とロータ軸に分配して伝達することができる。従っ
て、出力軸に入力された動力の一部を駆動軸に伝達する
とともに、ロータ軸に分配された動力を発電機によって
電力として回生することができる。上述の装置は、これ
らの２つの作用によって動力調整装置として機能するこ
とができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。 （１）実施例の構成：はじめに、実施例の構成について
図１を用いて説明する。図１は本実施例のハイブリッド
車両の概略構成を示す説明図である。このハイブリッド
車両の動力系統は、次の構成から成っている。動力系統
に備えられたエンジン１５０は通常のガソリンエンジン
であり、クランクシャフト１５６を回転させる。エンジ
ン１５０の運転はＥＦＩＥＣＵ１７０により制御されて
いる。ＥＦＩＥＣＵ１７０は内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであ
り、ＲＯＭに記録されたプログラムに従いＣＰＵがエン
ジン１５０の燃料噴射料その他の制御を実行する。これ
らの制御を可能とするために、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。その一つとしてクランクシャフト１５６の回
転数を検出する回転数センサ１５２がある。その他のセ
ンサおよびスイッチなどの図示は省略した。なお、ＥＦ
ＩＥＣＵ１７０は、制御ユニット１９０とも電気的に接
続されており、制御ユニット１９０との間で種々の情報
を、通信によってやりとりしている。ＥＦＩＥＣＵ１７
０は、制御ユニット１９０からエンジン１５０の運転状
態に関する種々の指令値を受けてエンジン１５０を制御
している。

【００３６】エンジン１５０のクランクシャフト１５６
はクラッチモータ１３０に結合されている。クラッチモ
ータ１３０は、インナロータ軸１３３に結合されたイン
ナロータ１３２とアウタロータ軸１３５に結合されたア
ウタロータ１３４を備え、両者が相対的に回転可能な対
ロータ電動機である。クラッチモータ１３０のインナロ
ータ軸１３３はダンパ１５７を介してクランクシャフト
１５６に結合されている。アウタロータ軸１３５はディ
ファレンシャルギヤ１１４を介して、駆動輪１１６Ｒ，
１１６Ｌを備えた車軸１１６に結合されている。

【００３７】本実施例のハイブリッド車両の動力系統に
は、さらにアシストモータ１４０が設けられている。ア
シストモータ１４０はステータ１４４がケースに固定さ
れ、ロータ１４２は中空のロータ軸１４３を有してい
る。

【００３８】動力系統について、エンジン側を上流、車
軸１１６側を下流と呼ぶものとすると、本実施例のハイ
ブリッド車両は、アシストモータ１４０の結合先をクラ
ッチモータ１３０の上流側と下流側とに切り換えるため
の切替機構を有している。切替機構は、プラネタリギヤ
２００、クラッチ２１０、およびブレーキ２２０から構
成される。以下、この切替機構の構成について説明す
る。

【００３９】プラネタリギヤ２００は遊星歯車とも呼ば
れる機構であり、中心で回転するサンギヤ２０１、サン
ギヤの外周を自転しながら公転するプラネタリピニオン
ギヤ２０２を備えるプラネタリキャリア２０３と、更に
その外周で回転するリングギヤ２０４とから構成され
る。本実施例では、図示する通り、クラッチモータ１３
０のアウタロータ軸１３５がプラネタリキャリア２０３
に結合され、アシストモータ１４０のロータ軸１４３が
リングギヤ２０４に結合されている。サンギヤ２０１
は、ブレーキ２２０により回転を制止可能に構成されて
いる。また、ロータ軸１４３はクラッチ２１０によって
インナロータ軸１３３に結合可能となっている。

【００４０】プラネタリギヤ２００は、サンギヤ２０
１，プラネタリキャリア２０３およびリングギヤ２０４
のそれぞれに結合された回転軸の回転数およびトルクに
以下の関係が成立することが機構学上よく知られてい
る。即ち、上記３つの回転軸のうち２つの回転軸の動力
状態が決定されると、以下の関係式に基づいて残余の一
つの回転軸の動力状態が決定される。 Ｎｓ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｃ−Ｎｒ／ρ； Ｎｃ＝ρ／（１＋ρ）×Ｎｓ＋Ｎｒ／（１＋ρ）； Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ； Ｔｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）＝ρＴｒ； Ｔｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）； ρ＝サンギヤ２０１の歯数／リングギヤ２０２の歯数 ・・・（１） ；

【００４１】ここで、Ｎｓはサンギヤ２０１の回転数；
Ｔｓはサンギヤ２０１のトルク；Ｎｃはプラネタリキャ
リア２０３の回転数；Ｔｃはプラネタリキャリア２０３
のトルク；Ｎｒはリングギヤ２０４の回転数；Ｔｒはリ
ングギヤ２０４のトルク；である。

【００４２】クラッチモータ１３０、アシストモータ１
４０の構成について説明する。クラッチモータ１３０
は、既に説明した通り、対ロータの同期電動発電機とし
て構成されており、外周面に複数個の永久磁石を有する
インナロータ１３２と、回転磁界を形成する三相コイル
が巻回されたアウタロータ１３４とを備える。アウタロ
ータ１３４とインナロータ１３２とは、共に相対的に回
転可能に軸支されている。クラッチモータ１３０はイン
ナロータ１３２に備えられた永久磁石による磁界とアウ
タロータ１３４に備えられた三相コイルによって形成さ
れる磁界との相互作用により両者が相対的に回転駆動す
る電動機として動作し、場合によってはこれらの相互作
用によりアウタロータ１３４に巻回された三相コイルの
両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。な
お、クラッチモータ１３０は、インナロータ１３２とア
ウタロータ１３４との間の磁束密度が円周方向に正弦分
布する正弦波着磁モータを適用することも可能である
が、本実施例では、比較的大きなトルクを出力可能な非
正弦波着磁モータを採用した。

【００４３】クラッチモータ１３０はインナロータ１３
２とアウタロータ１３４の双方が回転可能であるため、
インナロータ軸１３３およびアウタロータ軸１３５の一
方から入力された動力を他方に伝達することができる。
クラッチモータ１３０を電動機として力行運転すれば他
方の軸にはトルクが付加された動力が伝達されることに
なるし、電動発電機として回生運転すれば動力の一部を
電力の形で取り出しつつ残余の動力を伝達することがで
きる。また、力行運転も回生運転も行わなければ、動力
が伝達されない状態となる。この状態は機械的なクラッ
チを解放にした状態に相当する。

【００４４】クラッチモータ１３０のアウタロータ１３
４はスリップリング１３８および駆動回路１９１を介し
てバッテリ１９４に電気的に接続されている。駆動回路
１９１は内部にスイッチング素子としてのトランジスタ
を複数備えたトランジスタインバータであり、制御ユニ
ット１９０と電気的に接続されている。制御ユニット１
９０が駆動回路１９１のトランジスタのオン・オフの時
間をＰＷＭ制御するとバッテリ１９４を電源とする三相
交流がスリップリング１３８を介してクラッチモータ１
３０のアウタロータ１３４に流れる。この三相交流によ
りアウタロータ１３４には回転磁界が形成されクラッチ
モータ１３０は回転する。

【００４５】アシストモータ１４０も、クラッチモータ
１３０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を有するロータ１４２と、回転磁界
を形成する三相コイルが巻回されたステータ１４４とを
備える。ステータ１４４がケースに固定されている点
で、クラッチモータ１３０とは異なっている。アシスト
モータ１４０は駆動回路１９２を介してバッテリ１９４
に接続されている。駆動回路１９２もトランジスタイン
バータにより構成されており、制御ユニット１９０に電
気的に接続されている。制御ユニット１９０の制御信号
により駆動回路１９２のトランジスタをスイッチングす
ると、ステータ１４４に三相交流が流れて回転磁界を生
じ、アシストモータ１４０は回転する。本実施例では、
アシストモータ１４０として非正弦波着磁モータを適用
した。

【００４６】本実施例のハイブリッド車両の運転状態は
制御ユニット１９０により制御されている。制御ユニッ
ト１９０もＥＦＩＥＣＵ１７０と同様、内部にＣＰＵ、
ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピ
ュータであり、ＲＯＭに記録されたプログラムに従い、
ＣＰＵが後述する種々の制御処理を行うよう構成されて
いる。これらの制御を可能とするために、制御ユニット
１９０には、各種のセンサおよびスイッチが電気的に接
続されている。制御ユニット１９０に接続されているセ
ンサおよびスイッチとしては、アクセルペダルの操作量
を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ１６
５、車軸１１６の回転数を検出する回転数センサ１１
７、およびアシストモータ１４０の回転数を検出する回
転数センサ１４５等が挙げられる。制御ユニット１９０
は、ＥＦＩＥＣＵ１７０とも電気的に接続されており、
ＥＦＩＥＣＵ１７０との間で種々の情報を、通信によっ
てやりとりしている。制御ユニット１９０からエンジン
１５０の制御に必要な情報をＥＦＩＥＣＵ１７０に出力
することにより、エンジン１５０を間接的に制御するこ
とができる。逆にエンジン１５０の回転数などの情報を
ＥＦＩＥＣＵ１７０から入力することもできる。

【００４７】本実施例のハイブリッド車両は、プラネタ
リギヤ２００の作用により、上記クラッチ２１０および
ブレーキ２２０のオン・オフを変更することにより、ア
シストモータ１４０の結合状態を種々変更することがで
きる。図２はアシストモータ１４０の結合状態について
示す説明図である。クラッチ２１０のオン・オフおよび
ブレーキ２２０のオン・オフで実現される４通りの組合
せについて示した。なお、クラッチ２１０およびブレー
キ２２０のオン・オフは制御ユニット１９０により制御
される。

【００４８】左上には、結合状態Ａとして、クラッチ２
１０およびブレーキ２２０を共にオンにした場合の状態
を示した。ブレーキ２２０がオンとなっているため、サ
ンギヤ２０１の回転は制止され、回転数は値０となる。
この結果、上式（１）から明らかな通り、プラネタリキ
ャリア２０３の回転数はリングギヤ２０４の回転数に応
じて一義的に定まる。一方、クラッチ２１０が結合され
ているため、アシストモータ１４０はインナロータ軸、
即ちエンジン１５０の出力軸側に結合される。アシスト
モータ１４０はリングギヤ２０４にも結合されているか
ら、リングギヤ２０４はエンジン１５０と同じ回転数で
回転することになる。従って、結合状態Ａでは、エンジ
ン１５０の回転数に対して一義的に定まる回転数で車軸
は回転することになる。結合状態Ａでは、エンジン１５
０から出力された動力の回転状態を任意に変更して車軸
に出力することはできない。

【００４９】右上には、結合状態Ｂとして、クラッチ２
１０をオフにし、ブレーキ２２０をオンにした場合の結
合状態を示した。ブレーキ２２０がオンになっているた
め、プラネタリギヤ２００についての回転状態は、結合
状態Ａと同じである。一方、クラッチ２１０がオフにな
っているため、アシストモータ１４０はエンジン１５０
の回転数とは異なる回転数で回転可能である。車軸の目
標回転数に応じてクラッチモータ１３０のアウタロータ
軸の回転数Ｎｄが決定されると、上式（１）に従ってリ
ングギヤ２０４の回転数Ｎｕは、「Ｎｕ＝（１＋ρ）Ｎ
ｄ」で与えられる。即ち、アシストモータ１４０は減速
比が１＋ρで与えられる固定のギヤを介してアウタロー
タ軸に結合された状態と等価である。

【００５０】図３はクラッチ２１０をオフにし、ブレー
キ２２０をオンにした場合と等価な結合状態を模式的に
示す説明図である。等価な構成においては、図示する通
り、アシストモータ１４０は固定の変速ギヤＴＧ１，Ｔ
Ｇ２を介してアウタロータ軸１３５に結合される。変速
ギヤＴＧ１，ＴＧ２の変速比は「１＋ρ」である。即
ち、アシストモータ１４０の回転数は、「１／（１＋
ρ）」倍に減速されてアウタロータ軸１３５に伝達され
る。逆にトルクは（１＋ρ）倍されてアウタロータ軸１
３５に伝達される。図２１との比較から明らかな通り、
この結合状態は、アンダードライブ結合に相当する。従
って、以下の説明では、結合状態Ｂをアンダードライブ
結合と称する。

【００５１】図２の左下には、結合状態Ｃとして、クラ
ッチ２１０をオンにし、ブレーキ２２０をオフにした場
合の結合状態を示した。ブレーキ２２０がオフになって
いるため、サンギヤ２０１は自由に回転することができ
る。先に示した（１）式から明らかな通り、プラネタリ
キャリア２０３に結合されたアウタロータまたはリング
ギヤ２０４に結合されたアシストモータ１４０の一方の
回転状態を特定しても、他方の回転状態は特定され得な
い。つまり、アシストモータ１４０とクラッチモータ１
３０とは結合が解放された状態と等価になる。一方、結
合状態Ｃではクラッチ２１０がオンになっているため、
アシストモータ１４０がエンジン１５０の出力軸に直結
される。図４はクラッチ２１０をオンにし、ブレーキ２
２０をオフにした場合と等価な結合状態を模式的に示す
説明図である。この結合状態は、図２１に示した結合状
態と同じであり、オーバードライブ結合に相当する。従
って、以下の説明では、結合状態Ｃをオーバードライブ
結合と称する。

【００５２】図２の右下には、結合状態Ｄとして、クラ
ッチ２１０およびブレーキ２２０を共にオフとした場合
の結合状態を示した。ブレーキ２２０がオフになってい
るため、プラネタリギヤ２００の結合状態は結合状態Ｃ
の場合と同じである。即ち、クラッチモータ１３０とア
シストモータ１４０とは解放された状態となる。一方、
クラッチ２１０も解放されているため、アシストモータ
１４０とエンジン１５０の結合も解放されている。従っ
て、アシストモータ１４０は動力の伝達経路から完全に
切り離された状態に相当する。

【００５３】本実施例のハイブリッド車両は、上述の通
り、クラッチ２１０およびブレーキ２２０のオン・オフ
によって４通りの結合状態をとり得る。但し、上述の通
り、ハイブリッド車両の走行に実質的に有効なのは、結
合状態Ｂ（アンダードライブ結合）と結合状態Ｃ（オー
バードライブ結合）である。従って、本実施例では、図
２中の４通りの結合状態のうち、これら２通りの結合状
態を車両の走行状態に応じて使い分けている。

【００５４】（２）一般的動作：次に、本実施例のハイ
ブリッド車両の一般的動作として、エンジン１５０から
出力された動力を要求された回転数およびトルクに変換
して車軸１１６に出力する動作について説明する。以下
では、説明の容易のため、ディファレンシャルギヤ１１
４のギヤ比は値１であるものとして説明する。つまり、
車軸１１６の回転数およびトルクとアウタロータ軸１３
５の回転数およびトルクは等しいものとする。

【００５５】本実施例のハイブリッド車両では、エンジ
ン１５０の回転数Ｎｅと車軸１１６の回転数Ｎｄとの大
小関係、およびアシストモータ１４０の結合状態に応じ
て、上記変換の経路が異なる。以下、それぞれの場合に
ついて個別に説明する。

【００５６】最初にアンダードライブ結合（図３参照）
について説明する。図５はアンダードライブ結合につい
て、「車軸１１６の回転数Ｎｄ＜エンジン１５０の回転
数Ｎｅ」の場合におけるトルク変換の様子を示す説明図
である。横軸に回転数Ｎ、縦軸にトルクＴを採り、エン
ジン１５０の運転ポイントＰｅと車軸１１６の回転ポイ
ントＰｄを示した。図６中の曲線Ｐは動力、つまり回転
数とトルクの積が一定の曲線である。回転数Ｎｅ、トル
クＴｅでエンジン１５０から出力された動力Ｐｅを、Ｎ
ｅよりも低い回転数Ｎｄ、Ｔｅよりも高いトルクＴｄの
動力Ｐｄに変換して車軸１１６から出力する場合を考え
る。

【００５７】図５に示した変換を行う場合、車軸１１６
の回転数Ｎｄはエンジン１５０の回転数Ｎｅよりも小さ
い。クラッチモータ１３０はアウタロータが回転数Ｎｄ
で回転し、インナロータがそれよりも高い回転数Ｎｅで
回転するから、クラッチモータ１３０は、相対的に逆転
することになり、クラッチモータ１３０の回転数Ｎｃは
負の値となる。クラッチモータ１３０のトルクＴｃは作
用・反作用の原理からエンジン１５０の出力トルクＴｅ
と等しく、正の値である。つまり、クラッチモータ１３
０はエンジン１５０から出力された動力の一部を車軸１
１６に伝達しつつ、残りを電力として回生する状態で運
転される。このとき、回生される電力はクラッチモータ
１３０の回転数ＮｃとトルクＴｃの積に等しく、図５中
のハッチングを施した領域ＧＵ１の面積に等しい。

【００５８】一方、車軸１１６のトルクＴｄはエンジン
１５０のトルクＴｅよりも大きい。従って、アシストモ
ータ１４０は正のトルク、正の回転数で運転される。つ
まり、アシストモータ１４０は電力の供給を受け力行さ
れる。このとき供給される電力はアシストモータ１４０
が出力する動力、即ち回転数とトルクの積に等しい。図
３に示した通り、アンダードライブ結合時には、アシス
トモータ１４０はギヤ比「１＋ρ」の変速ギヤＴＧ１，
ＴＧ２を介してアウタロータ軸１３５に結合されたのと
等価な状態である。変速ギヤＴＧ１，ＴＧ２の回転数は
アウタロータ軸１３５の回転数Ｎｄに等しい。また、変
速ギヤＴＧ１，ＴＧ２からアウタロータ軸１３５に付加
されるトルクは車軸１１６のトルクＴｄとエンジンのト
ルクＴｅとの差分に等しい。変速ギヤＴＧ１，ＴＧ２か
ら出力される動力とアシストモータ１４０から出力され
る動力とは実質的に同一である。従って、アシストモー
タ１４０に供給される電力は、図５中のハッチングを施
した領域ＡＵ１の面積に等しい。

【００５９】両モータでの運転効率を１００％と仮定す
れば、クラッチモータ１３０で回生される電力とアシス
トモータ１４０に供給される電力とは等しくなる。つま
り、クラッチモータ１３０で領域ＧＵ１に相当する分の
エネルギを電力の形で取り出し、領域ＡＵ１に相当する
分のエネルギとして供給することによりエンジン１５０
の運転ポイントＰｅで表される動力を、ポイントＰｄの
状態に変換する。実際には運転効率が１００％になるこ
とはないため、バッテリ１９４からの電力の持ち出しを
伴ったり、損失に相当する動力をエンジン１５０から余
分に出力したりして、上記変換を実現する。説明の容易
のため、以下では、運転効率を１００％として本実施例
の動作について説明する。

【００６０】図６はアンダードライブ結合について、
「車軸１１６の回転数Ｎｄ＞エンジン１５０の回転数Ｎ
ｅ」の場合におけるトルク変換の様子を示す説明図であ
る。図６に示した変換を行う場合、車軸１１６の回転数
Ｎｄはエンジン１５０の回転数Ｎｅよりも大きい。従っ
て、クラッチモータ１３０は、正の回転数Ｎｃ、正のト
ルクＴｃで回転する。つまり、クラッチモータ１３０は
電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される
電力はクラッチモータ１３０の回転数とトルクの積に等
しく、図６中のハッチングを施した領域「ＧＵ２＋ＧＵ
３」の面積に等しい。一方、車軸１１６のトルクＴｄは
エンジン１５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、ア
シストモータ１４０は負のトルク、正の回転数で運転さ
れる。つまり、アシストモータ１４０は回生運転され
る。このとき回生される電力は変速ギヤＴＧ１の回転数
とトルクの積に等しく、図６中のハッチングを施した領
域「ＡＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。両モータでの運
転効率を１００％と仮定すれば、クラッチモータ１３０
で回生される電力とアシストモータ１４０に供給される
電力とが等しくなる。かかる変換では、先に図２３で示
したのと同様、下流側に位置するアシストモータ１４０
から上流側に位置するクラッチモータ１３０に電力が供
給されるため、動力の循環が生じる。図６中の領域ＧＵ
３が循環する動力に相当する。

【００６１】アンダードライブ結合において、上述の変
換を実現するための、アシストモータ１４０およびクラ
ッチモータ１３０の運転ポイントは、それぞれ以下の通
りとなる。アシストモータ１４０の回転数およびトルク
は、変速ギヤＴＧ１の回転数およびトルクに変速比「１
＋ρ」を反映させて求めることができる。 クラッチモータ１３０の回転数Ｎｃ＝Ｎｄ−Ｎｅ； トルクＴｃ＝Ｔｅ； 変速ギヤＴＧ１の回転数Ｎｔｇ＝Ｎｄ； トルクＴｔｇ＝Ｔｄ−Ｔｅ； アシストモータ１４０の回転数Ｎａ＝Ｎｔｇ／（１＋ρ） ＝Ｎｄ／（１＋ρ）； トルクＴａ＝Ｔｔｇ×（１＋ρ） ＝（Ｔｄ−Ｔｅ）×（１＋ρ）； ・・・（２）

【００６２】図７はオーバードライブ結合について、
「車軸１１６の回転数Ｎｄ＜エンジン１５０の回転数Ｎ
ｅ」の場合におけるトルク変換の様子を示す説明図であ
る。図７に示した変換を行う場合、車軸１１６のトルク
Ｔｄはエンジン１５０のトルクＴｅよりも大きい。従っ
て、アシストモータ１４０は電力の供給を受け力行され
る。供給される電力はアシストモータ１４０の回転数と
トルクの積に等しく、図７中のハッチングを施した領域
「ＡＯ１＋ＡＯ２」の面積に等しい。

【００６３】一方、車軸１１６の回転数Ｎｄはエンジン
１５０の回転数Ｎｅよりも小さい。このとき、クラッチ
モータ１３０は図５の場合と同様、相対的に逆転する。
従って、クラッチモータ１３０は回生運転となる。回生
される電力はクラッチモータ１３０の回転数Ｎｃとトル
クＴｃの積に等しく、図７中のハッチングを施した領域
「ＡＯ２＋ＧＯ１」の面積に等しい。クラッチモータ１
３０で回生された電力は、アシストモータ１４０の力行
のために供給される。回生された電力と供給される電力
とは等しくなる。かかる変換では、先に図２５で示した
のと同様、下流側に位置するクラッチモータ１３０から
上流側に位置するアシストモータ１４０に電力が供給さ
れるため、動力の循環が生じる。図７中の領域ＡＯ２が
循環する動力に相当する。

【００６４】図８はオーバードライブ結合について、
「車軸１１６の回転数Ｎｄ＞エンジン１５０の回転数Ｎ
ｅ」の場合におけるトルク変換の様子を示す説明図であ
る。図８に示した変換を行う場合、車軸１１６のトルク
Ｔｄはエンジン１５０のトルクＴｅよりも小さい。従っ
て、アシストモータ１４０は負荷を与えてエンジン１５
０からの出力トルクを低減するため、回生運転される。
回生される電力はアシストモータ１４０の回転数とトル
クの積に等しく、図８中のハッチングを施した領域「Ａ
Ｏ３」の面積に等しい。

【００６５】一方、車軸１１６の回転数Ｎｄはエンジン
１５０の回転数Ｎｅよりも大きい。このとき、クラッチ
モータ１３０は相対的に正転し、力行運転となる。供給
される電力はクラッチモータ１３０の回転数Ｎｃとトル
クＴｃの積に等しく、図８中のハッチングを施した領域
「ＧＯ２」の面積に等しい。クラッチモータ１３０には
アシストモータ１４０で回生された電力が供給される。
回生された電力と供給される電力とは等しい。かかる変
換では、先に図２６で示したのと同様、上流側に位置す
るアシストモータ１４０から下流側に位置するクラッチ
モータ１３０に電力が供給されるため、動力の循環は生
じない。

【００６６】オーバードライブ結合において、上述の変
換を実現するための、アシストモータ１４０およびクラ
ッチモータ１３０の運転ポイントは、次の通りとなる。 クラッチモータ１３０の回転数Ｎｃ＝Ｎｄ−Ｎｅ； トルクＴｃ＝Ｔｄ； アシストモータ１４０の回転数Ｎａ＝Ｎｅ； トルクＴａ＝Ｔｄ−Ｔｅ； ・・・（３）

【００６７】以上で説明した通り、本実施例のハイブリ
ッド車両は、アシストモータ１４０の結合状態、および
車軸１１６の回転数Ｎｄとエンジン１５０の回転数Ｎｅ
との大小関係に応じて、エンジン１５０から出力された
動力を要求された回転数およびトルクからなる動力に変
換して、車軸１１６から出力することができる（以下、
この運転モードを通常走行と呼ぶ）。この他、エンジン
１５０を停止してアシストモータ１４０を動力源として
走行することも可能である（以下、この運転モードをＥ
Ｖ走行とよぶ）。ＥＶ走行はアンダードライブ結合で行
われる。また、停車中にエンジン１５０の動力でアシス
トモータ１４０を回生運転して発電することも可能であ
る。この発電はオーバードライブ結合で行われる。

【００６８】図６に示した通り、車軸１１６の回転数Ｎ
ｄがエンジン１５０の回転数Ｎｅよりも大きい走行時
（以下、オーバードライブ走行とよぶ）に、アンダード
ライブ結合で走行すれば、動力の循環が生じ、車両の運
転効率が低下する。図７に示した通り、車軸１１６の回
転数Ｎｄがエンジン１５０の回転数Ｎｅよりも小さい走
行時（以下、アンダードライブ走行と呼ぶ）に、オーバ
ードライブ結合で走行すれば、動力の循環が生じ、車両
の運転効率が低下する。本実施例のハイブリッド車両
は、運転効率を向上するため、基本的にアンダードライ
ブ走行時にはアンダードライブ結合で走行し、オーバー
ドライブ走行時にはオーバードライブ結合で走行するよ
うにアシストモータ１４０の結合状態を制御する。

【００６９】図９は本実施例のハイブリッド車両におけ
る各種走行モードの使い分けの様子を示す説明図であ
る。図中の曲線ＬＩＭはハイブリッド車両が走行可能な
領域を示している。図示する通り、車速およびトルクが
比較的低い領域では、ＥＶ走行を行う。車速およびトル
クが所定値以上の領域では、通常走行を行う。図中の曲
線Ａはエンジン１５０の回転数Ｎｅと車軸１１６の回転
数Ｎｄが等しくなる境界を示している。かかる曲線Ａよ
りもトルクが低い側の領域では原則としてオーバードラ
イブ結合により走行し、高い側の領域ではアンダードラ
イブ結合または中立状態により走行する。例えば、図１
０中の曲線ＤＤに沿って車両の走行状態が変化していく
場合には、当初ＥＶ走行を行った後、オーバードライブ
結合による走行に移行することになる。

【００７０】（３）運転制御処理：次に、本実施例のハ
イブリッド車両の運転制御処理について説明する。先に
説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は、ＥＶ走
行、通常走行など種々の運転モードにより走行すること
ができる。制御ユニット１９０内のＣＰＵ（以下、単に
「ＣＰＵ」という）は車両の走行状態に応じて運転モー
ドを判定し、それぞれのモードについてエンジン１５
０、クラッチモータ１３０、アシストモータ１４０、ク
ラッチ２１０、ブレーキ２２０の制御を実行する。これ
らの制御は種々の制御処理ルーチンを周期的に実行する
ことにより行われる。以下では、これらの運転モードの
うち、通常走行モードについてトルク制御処理の内容を
説明する。

【００７１】図１０は通常走行時のトルク制御ルーチン
のフローチャートである。この処理が開始されるとＣＰ
Ｕは駆動軸、つまり車軸１１６から出力すべきエネルギ
Ｐｄを設定する（ステップＳ１０）。この動力は、アク
セルペダルポジションセンサ１６５により検出されたア
クセルの踏み込み量および車速に基づいて設定される。
駆動軸から出力すべきエネルギＰｄは、車軸１１６の回
転数Ｎｄ＊と目標トルクＴｄ＊の積で表される。目標ト
ルクＴｄ＊はアクセル開度および車速に応じたテーブル
として予め設定されている。

【００７２】次に、充放電電力Ｐｂおよび補機駆動エネ
ルギＰｈを算出する（ステップＳ１５，Ｓ２０）。充放
電電力Ｐｂとは、バッテリ１９４の充放電に要するエネ
ルギであり、バッテリ１９４を充電する必要がある場合
には正の値、放電する必要がある場合には負の値を採
る。補機駆動エネルギＰｈとは、エアコンなどの補機を
駆動するために必要となる電力である。こうして算出さ
れた電力の総和が要求動力Ｐｅとなる（ステップＳ２
５）。

【００７３】なお、トルク制御ルーチンでは、単位時間
当たりのエネルギ収支を考慮してエンジン１５０等の制
御を実行する。従って、本明細書でエネルギという場合
は、全て単位時間当たりのエネルギを意味するものとす
る。この意味で、本明細書においては、機械的なエネル
ギは動力と同義であり、電気的なエネルギは電力と同義
である。

【００７４】次に、ＣＰＵは、こうして設定された要求
動力Ｐｅに基づいてエンジン１５０の運転ポイントを設
定する（ステップＳ３０）。運転ポイントとは、エンジ
ン１５０の目標回転数Ｎｅと目標トルクＴｅの組み合わ
せをいう。エンジン１５０の運転ポイントは、予め定め
たマップに従って、基本的にはエンジン１５０の運転効
率を優先して設定する。

【００７５】図１１はエンジンの運転ポイントと運転効
率との関係について示す説明図である。回転数Ｎｅを横
軸に、トルクＴｅを縦軸にとりエンジン１５０の運転状
態を示している。図中の曲線Ｂはエンジン１５０の運転
が可能な限界範囲を示している。曲線α１からα６まで
はエンジン１５０の運転効率が一定となる運転ポイント
を示している。α１からα６の順に運転効率は低くなっ
ていく。また、曲線Ｃ１からＣ３はそれぞれエンジン１
５０から出力される動力（回転数×トルク）が一定とな
るラインを示している。

【００７６】エンジン１５０は図示する通り、回転数お
よびトルクに応じて、運転効率が大きく相違する。エン
ジン１５０から曲線Ｃ１に相当する動力を出力する場合
には、図中のＡ１点に相当する運転ポイント（回転数お
よびトルク）が最も高効率となる。同様に曲線Ｃ２およ
びＣ３に相当する動力を出力する場合には図中のＡ２点
およびＡ３点で運転する場合が最も高効率となる。出力
すべき動力ごとに最も運転効率が高くなる運転ポイント
を選択すると、図中の曲線Ａが得られる。これを動作曲
線と呼ぶ。なお、この曲線Ａは先に図９に示した曲線Ａ
と同じである。

【００７７】図１０のステップＳ３０における運転ポイ
ントの設定では、予め実験的に求められた動作曲線Ａを
制御ユニット１９０内のＲＯＭにマップとして記憶して
おき、かかるマップから要求動力Ｐｅに応じた運転ポイ
ントを読み込むことで、エンジン１５０の目標回転数Ｎ
ｅおよび目標トルクＴｅを設定する。こうすることによ
り、エンジン１５０について効率の高い運転ポイントを
設定することができる。

【００７８】こうして設定されたエンジン１５０の運転
ポイントに応じて、ＣＰＵは結合状態切り替え制御処理
を行う（ステップＳ１００）。この処理は、ハイブリッ
ド車両の走行状態に応じてアンダードライブ結合（図２
の結合状態Ｂ）とオーバードライブ結合（図２の結合状
態Ｃ）とで切り替える処理である。処理内容の詳細は後
述する。この処理を実行することにより、アシストモー
タ１４０はアンダードライブ結合またはオーバードライ
ブ結合のいずれかの結合状態を採る。

【００７９】次にＣＰＵはクラッチモータ１３０および
アシストモータ１４０のトルクおよび回転数の指令値を
設定する（ステップＳ２００）。アンダードライブ結合
時には、先に示した式（２）において、車軸の回転数Ｎ
ｄ、トルクＴｄにそれぞれ目標回転数Ｎｄ＊、Ｔｄ＊を
代入し、エンジンの回転数Ｎｅ、トルクＴｅにステップ
Ｓ３０で設定した目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊
を代入して設定される。オーバードライブ結合の場合に
は、先に示した式（３）において、それぞれ上記諸量を
代入することにより設定される。

【００８０】こうして設定されたトルク指令値および回
転数指令値に基づいて、ＣＰＵはクラッチモータ１３
０、アシストモータ１４０、エンジン１５０の運転を制
御する（ステップＳ２０５）。モータの運転制御処理
は、同期モータの制御として周知の処理を適用すること
ができる。本実施例では、いわゆる比例積分制御による
制御を実行している。つまり、各モータの現在のトルク
を検出し、目標トルクとの偏差および目標回転数に基づ
いて、各相に印加する電圧指令値を設定する。印加され
る電圧値は上記偏差の比例項、積分項、累積項によって
設定される。それぞれの項にかかる比例係数は実験など
により適切な値が設定される。こうして設定された電圧
は、駆動回路１９１，１９２を構成するトランジスタイ
ンバータのスイッチングのデューティに置換され、いわ
ゆるＰＷＭ制御により各モータに印加される。

【００８１】ＣＰＵは駆動回路１９１，１９２のスイッ
チングを制御することによって、上述の通り、クラッチ
モータ１３０およびアシストモータ１４０の運転を直接
制御する。これに対し、エンジン１５０の運転は現実に
はＥＦＩＥＣＵ１７０が実施する処理である。従って、
制御ユニット１９０のＣＰＵはＥＦＩＥＣＵ１７０に対
してエンジン１５０の運転ポイントの情報を出力するこ
とで、間接的にエンジン１５０の運転を制御する。

【００８２】以上の処理を周期的に実行することによ
り、本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１５０か
ら出力された動力を所望の回転数およびトルクに変換し
て駆動軸から出力し、走行することができる。

【００８３】次に、結合状態の切り替えについて説明す
る。図１２は結合状態切り換え制御ルーチンのフローチ
ャートである。本ルーチンが開始されると、ＣＰＵは車
軸１１６の目標運転ポイント、即ち目標回転数Ｎｄ＊お
よび目標トルクＴｄ＊を読み込む（ステップＳ１０
２）。次に、車軸１１６の目標運転ポイントに基づい
て、ＣＰＵは結合状態の切換が必要であるか否かを判定
する（ステップＳ１０４）。切り替えの判断について具
体例で説明する。

【００８４】図１３はアンダードライブ結合からオーバ
ードライブ結合への切り替えの判断を示す説明図であ
る。図１３中の曲線Ａは先に示した図９中の曲線Ａに対
応しており、アンダードライブ結合に適した走行領域Ｕ
Ｄとオーバードライブ結合に適した走行領域ＯＤとの境
界に相当する。曲線ＤＵはハイブリッド車両の走行中に
おける車速とトルクの変遷を示している。図中の矢印で
示す通り、車両は走行抵抗ＤＤよりも大きなトルクを出
力して加速される。加速とともに出力トルクが低下し、
やがて出力トルクと走行抵抗ＤＤとが釣り合った速度で
定常的に走行する。アンダードライブ結合からオーバー
ドライブ結合への切り替えは、例えばこうした加速の過
程で生じる。車速の変化に伴って車軸１１６の回転状態
が、図中の矢印で示されるように変化し、曲線Ａと交差
するポイントＰＤ１に至ったとき、ＣＰＵはオーバード
ライブ結合への切り換えを行うべきと判断する。

【００８５】図１４はオーバードライブ結合からアンダ
ードライブ結合への切り替えの判断を示す説明図であ
る。曲線ＤＤは勾配のない道路を定常走行している状態
での車速とトルクとの関係である。ある車速で定常走行
している状態が図中の点ＰＯ０に相当する。この状態で
走行中に運転者がアクセルを踏み込むと、車両の出力ト
ルクは図中の曲線ＤＯに示すように増加し車両は加速す
る。オーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ
の切り替えは、例えばこうした過程で生じる。図中の矢
印に従って車軸１１６の回転状態が変化し、曲線Ａと交
差するポイントＰＯ１に至ったとき、ＣＰＵはアンダー
ドライブ結合への切り替えを行うべきと判断する。

【００８６】このようにＣＰＵは車速およびトルクが動
作曲線を横切るか否かに基づいて切り替えの必要性を判
断する。なお、本実施例では、結合状態の切り替えが頻
繁に行われるのを回避するため、切り替えの判断処理に
一定のヒステリシスを持たせている。つまり、アンダー
ドライブ結合からオーバードライブ結合への切り替え
は、図１３中に示す通り、曲線Ａと横切った後、領域Ｏ
Ｄ内に設定された所定の境界線ＵＬに至った場合に切り
替えが必要と判断する。オーバードライブ結合からアン
ダードライブ結合への切り替えば、図１４中に示す通
り、曲線Ａと横切った後、領域ＵＤ内に設定された所定
の境界線ＨＬに至った場合に切り替えが必要と判断す
る。ヒステリシスの幅、即ち、曲線ＵＬ，ＨＬの位置は
車両の運転効率や頻繁な切り替えによって生じる乗り心
地の低下などを考慮して、任意に設定することができ
る。

【００８７】ステップＳ１０４において、切り替えが必
要と判断された場合には、切り替え処理が実行され（ス
テップＳ１０６）、切り替え不要と判断された場合に
は、この処理をスキップして結合状態切り替え制御ルー
チンを終了する。図２に示した通り、アンダードライブ
結合（結合状態Ｂ）は、クラッチ２１０をオフ、ブレー
キ２２０をオンにした結合状態である。オーバードライ
ブ結合（結合状態Ｃ）は、クラッチ２１０をオン、ブレ
ーキ２２０をオフにした結合状態である。両者間の切り
替えは、いわゆる半クラッチ状態を経て行われる。アン
ダードライブ結合からオーバードライブ結合への切り替
えは、ブレーキ２２０の油圧を徐々に低減しつつ、クラ
ッチ２１０の油圧を徐々に増大させることによって行わ
れる。オーバードライブ結合からアンダードライブ結合
への切り替えは、逆に、ブレーキ２２０の油圧を徐々に
増大させつつ、クラッチ２１０の油圧を徐々に低減させ
ることによって行われる。もちろん、クラッチ２１０、
ブレーキ２２０の双方を一旦オフにした状態を経てか
ら、いずれか一方をオンにする態様で切り替えを行うも
のとしても構わない。

【００８８】以上で説明した本実施例のハイブリッド車
両によれば、車軸１１６とエンジン１５０の回転数の大
小関係に応じてアシストモータ１４０の結合先を切り替
えることによって、動力の循環を抑制した高い効率でハ
イブリッド車両を運転することができる。

【００８９】また、本実施例のハイブリッド車両では、
オーバードライブ結合時とアンダードライブ結合時と
で、アシストモータ１４０を異なる変速比で結合させる
ことができる。図３に示した通り、アンダードライブ結
合時にはアシストモータ１４０を変速比１＋ρの変速ギ
ヤＴＧ１，ＴＧ２を介してアウタロータ軸１３５に結合
したのと等価な状態となる。オーバードライブ結合時に
は図４に示した通り、アシストモータ１４０をクランク
シャフト１５６に直結したのと等価な状態となる。アン
ダードライブ結合時の方が大きな変速比でアシストモー
タ１４０は結合されることになる。このように異なる変
速比でアシストモータ１４０を結合させることにより、
本実施例のハイブリッド車両は、高効率で運転できる領
域を拡大することができる。以下、かかる効果について
説明する。

【００９０】図１５はエンジンから出力された動力をト
ルク変換して出力する様子を示す説明図である。図中の
曲線Ａはエンジンの動作曲線である。エンジンはこの曲
線上の運転ポイントで運転される。曲線Ｐは動力が一定
となる状態を示す曲線である。既に説明した通り、クラ
ッチモータ１３０およびアシストモータ１４０の作用に
より、本実施例のハイブリッド車両は、エンジンから出
力された動力の回転数およびトルクを種々の値に変換し
て車軸１１６に出力することができる。例えば、エンジ
ンから出力されている動力が曲線Ａ、Ｐの交点、即ち、
図中のＰｅで運転されている場合、バッテリ１９４の充
放電を伴わないものとすれば、曲線Ｐ上の種々の点で表
される動力を車軸１１６から出力することができる。

【００９１】曲線Ｐ上の点のうち、図中の点Ｐｕ１，Ｐ
ｕ２で表される動力を出力する場合を考える。これら
は、エンジン１５０の回転数を低減し、トルクを増大す
る場合、即ちアンダードライブ走行に相当する。既に説
明した通り、かかる変換は、アンダードライブ結合で実
現される。エンジンから出力される動力Ｐｅを点Ｐｕ
１，Ｐｕ２で表される動力に変換する場合、不足分のト
ルクＴａ１，Ｔａ２はそれぞれアシストモータ１４０で
出力する。

【００９２】エンジン１５０から出力される動力をアン
ダードライブ走行側に変換可能な限界は、アシストモー
タ１４０でトルクを増大可能な限界によって決定され
る。例えば、アシストモータ１４０を変速ギヤを介する
ことなくアウタロータ軸１３５に結合している場合、ア
シストモータ１４０が出力可能なトルクの上限値がＴａ
１であるものとすれば、それよりも大きなトルクＴａ２
の出力を要する点Ｐｕ２への変換は実現できない。

【００９３】これに対し、本実施例のハイブリッド車両
は、アンダードライブ結合時には変速比１＋ρの変速ギ
ヤＴＧ１，ＴＧ２を介してアシストモータ１４０を結合
したのと等価な構成となる。従って、アシストモータ１
４０が上限値Ｔａ１に相当するトルクを出力することに
よって、実際には、Ｔａ１×（１＋ρ）のトルクを付加
することができる。この値はトルクＴａ２に相当するも
のとすれば、本実施例のハイブリッド車両は、図中の点
Ｐｕ２までの変換を実現することができる。即ち、アン
ダードライブ結合において、変速ギヤＴＧ１，ＴＧ２を
介した構成を実現することにより、アンダードライブ走
行側の運転領域を、点Ｐｕ１から、より高トルクを出力
可能な点Ｐｕ２まで拡張することができる。

【００９４】曲線Ｐ上の点のうち、図中の点Ｐｏ１，Ｐ
ｏ２で表される動力を出力する場合を考える。これら
は、エンジン１５０の回転数を増大し、トルクを低減す
る場合、即ちオーバードライブ走行に相当する。既に説
明した通り、かかる変換は、オーバードライブ結合で実
現される。エンジンから出力される動力Ｐｅを点Ｐｏ
１，Ｐｏ２で表される動力に変換する場合、回転数の増
速はクラッチモータ１３０で行われる。

【００９５】エンジン１５０から出力される動力をオー
バードライブ走行側に変換可能な限界は、クラッチモー
タ１３０、アシストモータ１４０の最大回転数によって
決定される。例えば、アンダードライブ結合時に実現さ
れる変速比１＋ρの変速ギヤを介したままの状態でアシ
ストモータ１４０がエンジン側に結合された場合を考え
る。このときは、エンジンを点Ｐｅに相当する回転数Ｎ
ｅで回転させると、アシストモータは（１＋ρ）×Ｎｅ
で回転することになる。アシストモータ１４０の上限回
転数がこの回転数よりも低い場合、エンジンを点Ｐｅで
運転させることができない。アシストモータ１４０の上
限回転数の範囲では、エンジンを図中の点Ｐｅ’など回
転数Ｎｅよりも低い状態で運転する必要が生じる。

【００９６】一方、先に説明した通り、オーバードライ
ブ走行時に、エンジンの回転数から車軸１１６の回転数
への増速は、クラッチモータ１３０によって実現され
る。クラッチモータ１３０の回転数の上限値が図中のＮ
ｃｌｉｍに相当するとする。この場合は、エンジンが点
Ｐｅに相当する回転数で運転されていれば、車軸の回転
を点Ｐｏ２に相当する状態まで増速することが可能であ
る。これに対し、アシストモータ１４０の上限回転数に
起因してエンジン１５０を図中の点Ｐｅ’で運転せざる
を得ない場合には、クラッチモータ１３０の増速可能な
範囲を超えるため、車軸の回転を点Ｐｏ２に相当する状
態まで増速することはできない。つまり、アンダードラ
イブ結合時と同じ変速比でアシストモータ１４０をエン
ジンに結合した場合には、オーバードライブ走行側への
増速可能な領域が狭くなる。これに対し、本実施例のハ
イブリッド車両は、オーバードライブ結合時には変速ギ
ヤを介することなくアシストモータ１４０を直結した構
成を実現する。従って、上述の制約を受けることなく、
点Ｐｏ２に相当する動力を出力することができる。

【００９７】アンダードライブ結合時に十分高トルクで
の動力を出力する目的であれば、アシストモータ１４０
の下流側に変速ギヤを設けて車軸１１６に動力を出力す
る構成も可能である。つまり、図２１の領域ＴＧ部に固
定の減速ギヤを設けることも可能である。かかる構成に
おいて実現されるオーバードライブ結合は、図２１に示
す通す領域ＴＧ部に減速ギヤを設けた構成となる。この
構成によって、エンジンから出力される動力（図１５中
の点Ｐｅ）をオーバードライブ走行側に変換して出力す
る場合を考える。この構成では、オーバードライブ走行
時も、減速ギヤの作用によってクラッチモータ１３０の
アウタロータ軸の回転数が減速されて車軸１１６に伝達
される。逆に言えば、アウタロータの上限回転数よりも
低い回転数で車軸１１６は回転することになる。従っ
て、アウタロータの上限回転数が図１５中の値Ｎｏ２に
相当するものとすれば、これよりも低い回転数Ｎｏ１が
車軸１１６の上限回転数となる。アンダードライブ結合
時に十分高トルクでの動力を出力可能な減速ギヤを介し
て車軸１１６に動力を出力する構成を採った場合には、
オーバードライブ走行側の動力はアウタロータの上限回
転数Ｎｏ２よりも低い回転数Ｎｏ１までの範囲に制限さ
れる。これに対し、本実施例のハイブリッド車両は、ア
ンダードライブ結合時に、変速比の大きい減速ギヤを介
して車軸１１６に動力を出力する必要がない。従って、
オーバードライブ走行時にも、上述の制約を受けること
なく十分高速での運転を実現することができる。

【００９８】図１６はハイブリッド車両の運転可能領域
の制限を示す説明図である。図中の一点鎖線はアンダー
ドライブ結合時において車軸１１６から出力可能な回転
数、トルクの範囲を示している。実線はオーバードライ
ブ結合時において車軸１１６から出力可能な回転数、ト
ルクの範囲を示している。先に説明した通り、本実施例
のハイブリッド車両はアンダードライブ結合時に、変速
比１＋ρの変速ギヤを用いたのと等価な構成を実現する
ことにより、点Ｐｕ２に相当するトルクを出力すること
ができる。これは、変速ギヤを用いない場合の上限トル
ク（点Ｐｕ１に対応するトルク）よりも高い。換言すれ
ば、変速ギヤを用いない構成において、点Ｐｕ１に相当
するトルクを出力可能な状態でアシストモータ１４０を
運転することによって、それよりも高いトルクに対応し
た点Ｐｕ２に相当するトルクの出力を実現することがで
きる。

【００９９】一方、オーバードライブ結合時には変速ギ
ヤを介することなくエンジンに結合したのと等価な構成
を実現することにより、点Ｐｏ２に相当する回転数の動
力を出力することができる。アンダードライブ結合時に
相当する変速比でオーバードライブ結合を実現した場合
には、アシストモータ１４０およびクラッチモータ１３
０の上限回転数に起因して、図中の点Ｐｏ１に相当する
回転数が出力可能な動力の上限値となる。点Ｐｏ２の回
転数は点Ｐｏ１の回転数よりも高い。

【０１００】このように変速ギヤを介してアシストモー
タ１４０を結合すれば、図中の一点鎖線で示した範囲の
動力を出力することができる。変速ギヤを介することな
くアシストモータ１４０を結合すれば、図中の実線で示
した範囲の動力を出力することができる。本実施例のハ
イブリッド車両は、アンダードライブ結合時とオーバー
ドライブ結合時とで異なる変速比でアシストモータ１４
０を結合することにより、図中の一点鎖線で示した領域
と実線で示した領域とを適宜使い分けることができる。
従って、より広範な領域でハイブリッド車両を運転する
ことができる。運転可能な領域を拡張できる範囲は、変
速比ρによって定まる。車両に要求される最大トルク、
最大車速およびアシストモータ１４０，クラッチモータ
１３０の運転可能な範囲などに応じて適切な変速比を設
定すればよい。

【０１０１】更に、本実施例のハイブリッド車両によれ
ば、動力系統の構成を簡略化することができる利点もあ
る。アシストモータ１４０を常に直結する構成のハイブ
リッド車両においては、アンダードライブ結合において
十分な出力トルクを確保するために、ディファレンシャ
ルギヤ１１４の直前に固定の減速ギヤを設ける必要が生
じるのが通常である。即ち、図２１の領域ＴＧ部に固定
の減速ギヤを設ける必要が生じる。この結果、動力を出
力する系統について、減速ギヤの分だけ、構成が複雑化
するとともに、装置が大型化することが多い。これに対
し、本実施例のハイブリッド車両では、アンダードライ
ブ結合時に十分な出力トルクを確保することができるか
ら、固定の減速ギヤを設ける必要性が低い。切替機構と
してのプラネタリギヤ２００は、比較的小型の装置であ
る。従って、本実施例のハイブリッド車両によれば、装
置の小型化および簡略化を図ることができる。

【０１０２】上述のハイブリッド車両では、プラネタリ
ギヤ２００を用いた切替機構によってアシストモータ１
４０の結合先を切り替える場合を例示した。上述の例で
は、プラネタリギヤ２００のサンギヤ２０１にブレーキ
２２０、プラネタリキャリア２０３にクラッチモータ１
３０、リングギヤ２０４にアシストモータ１４０を結合
した場合を例示した。プラネタリギヤ２００とブレーキ
２２０、クラッチモータ１３０、アシストモータ１４０
の結合は、これに限らず種々の態様を採りうる。

【０１０３】図１７は第１の変形例としてのハイブリッ
ド車両の概略構成を示す説明図である。実施例（図１）
の構成に対し、プラネタリギヤ２００とブレーキ２２
０、クラッチモータ１３０、アシストモータ１４０との
結合が相違する。第１の変形例では、サンギヤ２０１に
アシストモータ１４０、プラネタリキャリア２０３にク
ラッチモータ１３０、リングギヤ２０４にブレーキ２２
０を結合する。その他の構成は、実施例と同じである。

【０１０４】第１の変形例のハイブリッド車両では、ブ
レーキ２２０によってリングギヤ２０４の回転を制止す
ることにより、実施例と同様、アシストモータ１４０を
所定の変速比でクラッチモータ１３０に結合することが
できる。先に示した式（１）によれば、「Ｎｃ＝ρ／
（１＋ρ）×Ｎｓ」なる関係があるから、実現される変
速比は、「（１＋ρ）／ρ」となる。プラネタリギヤで
は、ρは０＜ρ＜１なる範囲である。従って、第１の変
形例のハイブリッド車両では、実施例のハイブリッド車
両の変速比（１＋ρ）よりも大きい変速比を実現するこ
とができる。図示を省略するが、プラネタリギヤ２００
とブレーキ２２０、クラッチモータ１３０、アシストモ
ータ１４０との結合は、実施例および第１の変形例に示
した例に限らず、種々の組み合わせを採ることができ
る。

【０１０５】実施例および第１の変形例では、クラッチ
モータ１３０を動力調整装置として適用した場合を例示
した。動力調整装置とは、エンジン１５０から出力され
た動力の大きさを電力のやりとりによって変更可能な装
置をいう。クラッチモータ１３０は電力の供給を受けて
回転数を増速したり、電力を回生することで回転数を低
減したりして、エンジン１５０から出力された動力の大
きさを変更しつつ、車軸１１６側に伝達することができ
る。動力調整装置は、かかる作用を奏する構成であれ
ば、クラッチモータ１３０に限らず種々の装置を適用す
ることができる。異なる構成の動力調整装置を適用した
場合を第２の変形例として例示する。

【０１０６】図１８は第２の変形例のハイブリッド車両
の概略構成を示す説明図である。ここでは、動力をやり
とりする要素についてのみ示した。制御ユニットや駆動
回路等の電気系統は図示を省略した。第２の変形例は、
クラッチモータ１３０に代えてプラネタリギヤ２３０と
電動発電機２４０とが用いられる。その他の構成は、第
１実施例のハイブリッド車両（図１参照）と同じであ
る。

【０１０７】プラネタリギヤ２３０のサンギヤ２３１
は、電動発電機２４０のロータ２４２に結合されてい
る。プラネタリキャリア２３３は、エンジン１５０のク
ランクシャフト１５６と結合されている。リングギヤ２
３４の回転軸であるリングギヤ軸２３５はディファレン
シャルギヤ１１４を介して車軸１１６に結合されてい
る。

【０１０８】電動発電機２４０は、アシストモータ１４
０と同様の構成をしている。つまり、電動発電機２４０
はステータ２４４にコイルが巻回され、ロータ２４２に
永久磁石が貼付された三相同期モータとして構成されて
いる。ステータ２４４はケースに固定されている。ステ
ータ２４４に巻回されたコイルに三相交流を流すと回転
磁界が生じ、ロータ２４２に貼付された永久磁石との相
互作用によってロータ２４２が回転する。電動発電機２
４０は、ロータ２４２が外力によって回転されると、そ
の動力を電力として回生する発電機としての機能も奏す
る。なお、電動発電機２４０のステータ２４４に巻回さ
れたコイルは、実施例のクラッチモータ１３０と同様、
駆動回路１９１と電気的に接続されている（図１参
照）。制御ユニット１９０が駆動回路１９１のトラジス
タをオン・オフすることにより電動発電機２４０の運転
を制御することができる。

【０１０９】第２の変形例のハイブリッド車両では、プ
ラネタリギヤ２３０と電動発電機２４０の組み合わせに
より、図１に示した実施例におけるクラッチモータ１３
０と同等の作用、即ち動力調整装置としての作用を奏す
ることができる。クラッチモータ１３０のインナロータ
軸１３３に相当するのがプラネタリキャリア２３３であ
り、アウタロータ軸１３５に相当するのがリングギヤ２
３４である。

【０１１０】エンジン１５０からプラネタリキャリア２
３３に動力が入力されると、実施例で示した式（１）に
従い、リングギヤ２３４およひサンギヤ２３１が回転す
る。リングギヤ２３４およびサンギヤ２３１のいずれか
一方の回転を止めることも可能である。リングギヤ２３
４が回転することにより、エンジン１５０から出力され
た動力の一部を車軸１１６に機械的な形で伝達すること
ができる。また、サンギヤ２３１が回転することによ
り、エンジン１５０から出力された動力の一部で電動発
電機２４０を駆動することができ、電力を回生すること
ができる。一方、電動発電機２４０を力行すれば、電動
発電機２４０から出力されたトルクは、サンギヤ２３
１、プラネタリキャリア２３３およびリングギヤ２３４
を介して車軸１１６に機械的に伝達することができる。
従って、電動発電機２４０を力行することにより、エン
ジン１５０から出力されたトルクを増大して車軸１１６
に出力することも可能である。

【０１１１】このように、第２の変形例では、プラネタ
リギヤ２３０と電動発電機２４０の組み合わせにより、
電力のやりとりを通じてプラネタリキャリア２３３に入
力された動力の大きさを変更して、リングギヤ２３４側
に出力することができる。また、サンギヤ２３１とリン
グギヤ２３４の回転数は式（１）の拘束条件の下で任意
に変更可能であるから、エンジン１５０から出力された
動力を種々の回転数に変換してリングギヤ２３４に出力
することも可能である。クラッチモータ１３０の場合
は、インナロータ１３２のトルクとアウタロータ１３４
のトルクは、作用・反作用の原理に従い、必ず等しくな
る。これに対し、プラネタリギヤ２３０では、プラネタ
リキャリア２３３のトルク、リングギヤ２３４のトル
ク、サンギヤ２３１のトルクは式（１）に従い、所定の
比例関係にある。つまり、クラッチモータ１３０では、
エンジン１５０から出力されたトルクの大きさを変更す
ることなく車軸１１６側に出力するのに対し、プラネタ
リギヤ２３０ではエンジン１５０から出力されたトルク
に所定の比率を乗じたトルクが車軸１１６に出力され
る。この点が、動力調整装置としての作用の相違である
が、常に一定の比率を乗じたトルクが伝達されるため、
トルク変換の制御処理等は実施例の処理が実質的に適用
可能である。

【０１１２】第２の変形例には、実施例と同様、切替機
構を構成するプラネタリギヤ２００も備えられている。
切替用のプラネタリギヤ２００の各ギヤには次の要素が
それぞれ結合されている。プラネタリギヤ２００のサン
ギヤ２０１には実施例と同様、ブレーキ２２０が結合さ
れている。プラネタリキャリア２０３には、動力調整装
置を構成するプラネタリギヤ２３０のリングギヤ２３４
が結合されている。リングギヤ２０４にはアシストモー
タ１４０が結合されている。リングギヤ２０４は、クラ
ッチ２１０によってエンジン１５０のクランクシャフト
１５６と結合可能になっている。上述の通り、プラネタ
リギヤ２３０のリングギヤ２３４は実施例におけるクラ
ッチモータ１３０のアウタロータ軸１３５に相当する。
また、プラネタリキャリア２３３は実施例におけるクラ
ッチモータ１３０のインナロータ軸１３３に相当する。
従って、上記結合状態は、実施例におけるクラッチモー
タ１３０をプラネタリギヤ２３０と電動発電機２４０か
らなる装置に置換した構成と等価である。

【０１１３】第２の変形例においても、実施例と同様、
クラッチ２１０、ブレーキ２２０のオン・オフを切り替
えることによって、アシストモータ１４０の結合状態を
種々変更することができる。図１９は第２の変形例に関
し、アシストモータ１４０の結合状態について示す説明
図である。クラッチ２１０のオン・オフおよびブレーキ
２２０のオン・オフで実現される４通りの組合せについ
て示した。

【０１１４】左上には、結合状態Ａ１として、クラッチ
２１０およびブレーキ２２０を共にオンにした場合の状
態を示した。ブレーキ２２０がオンとなっているため、
切替機構を構成するサンギヤ２０１の回転は制止され
る。また、クラッチ２１０が結合されているため、アシ
ストモータ１４０はエンジン１５０に結合される。これ
は、実施例の結合状態Ａに相当し、エンジン１５０の回
転数に対して一義的に定まる回転数で車軸１１６は回転
する。結合状態Ａ１では、エンジン１５０から出力され
た動力の回転状態を任意に変更して車軸１１６に出力す
ることはできない。

【０１１５】右上には、結合状態Ｂ１として、クラッチ
２１０をオフにし、ブレーキ２２０をオンにした場合の
結合状態を示した。ブレーキ２２０がオンになっている
ため、プラネタリギヤ２００についての回転状態は、結
合状態Ａ１と同じである。一方、クラッチ２１０がオフ
になっているため、アシストモータ１４０はエンジン１
５０の回転数とは異なる回転数で回転可能である。これ
は実施例の結合状態Ｂに相当する。車軸１１６の目標回
転数に応じてプラネタリギヤ２３０のリングギヤ２３４
の回転数Ｎｄが決定されると、上式（１）に従って切替
機構を構成するリングギヤ２０４の回転数Ｎｕは、「Ｎ
ｕ＝（１＋ρ）Ｎｄ」で与えられる。即ち、アシストモ
ータ１４０は減速比が１＋ρで与えられる固定のギヤを
介してアウタロータ軸に結合された状態となる。実施例
におけるアンダードライブ結合と等価な構成が実現され
る。

【０１１６】図２の左下には、結合状態Ｃ１として、ク
ラッチ２１０をオンにし、ブレーキ２２０をオフにした
場合の結合状態を示した。ブレーキ２２０がオフになっ
ているため、サンギヤ２０１は自由に回転することがで
きる。また、クラッチ２１０がオンになっているため、
アシストモータ１４０がエンジン１５０の出力軸に直結
される。これは、実施例の結合状態Ｃに相当する。実施
例におけるオーバードライブ結合と等価な構成が実現さ
れる。

【０１１７】図２の右下には、結合状態Ｄ１として、ク
ラッチ２１０およびブレーキ２２０を共にオフとした場
合の結合状態を示した。ブレーキ２２０がオフになって
いるため、プラネタリギヤ２００の結合状態は結合状態
Ｃ１の場合と同じである。また、クラッチ２１０も解放
されているため、アシストモータ１４０とエンジン１５
０の結合も解放されている。これは実施例の結合状態Ｄ
に相当し、アシストモータ１４０は動力の伝達経路から
完全に切り離された状態に相当する。

【０１１８】第２の変形例のハイブリッド車両は、上述
の通り、クラッチ２１０およびブレーキ２２０のオン・
オフによって実施例と同様の４通りの結合状態をとり得
る。実施例と同様、結合状態Ｂ１（アンダードライブ結
合）と結合状態Ｃ１（オーバードライブ結合）も実現可
能である。従って、実施例と同様の制御処理を第２の変
形例にも適用することができ、ハイブリッド車両の運転
可能領域を拡張することができるとともに、広い範囲で
運転効率を向上することができる。第２の変形例におい
ても、切替機構を構成するプラネタリギヤ２００と、ア
シストモータ１４０、動力調整装置を構成するプラネタ
リギヤ２３０および電動発電機２４０、ブレーキ２２０
との結合は種々の態様を採ることができる。

【０１１９】切替機構もプラネタリギヤ２００に限らず
種々の構成を採ることができる。アシストモータ１４０
の結合先を動力調整装置の上流側と下流側とに異なる変
速比で結合可能な機構であればよい。かかる機構の変形
例を第３の変形例として説明する。

【０１２０】図２０は第３の変形例のハイブリッド車両
の概略構成を示す説明図である。実施例と同様、動力調
整装置としてクラッチモータ１３０を適用した場合を例
示した。実施例がプラネタリギヤ２００、クラッチ２１
０、ブレーキ２２０を用いた切替機構を採用しているの
に対し、第３の変形例はシンクロナイズドギヤを用いて
いる点で相違する。

【０１２１】シンクロナイズドギヤは、第１のギヤ１１
１、第２のギヤ１１２ａおよびスライドギヤ１１３とか
ら構成される。スライドギヤ１１３は図示する通り、摺
動可能に構成されており、第１のギヤ１１１と結合させ
たり、第２のギヤ１１２ａと結合させたりすることがで
きる。第３の変形例では、このスライドギヤ１１３にア
シストモータ１４０のロータ１４２が結合されている。
第１のギヤ１１１にクラッチモータ１３０のアウタロー
タ１３４が結合されている。第２のギヤ１１２ａは、さ
らに固定のギヤ１１２ｂを介してエンジン１５０のクラ
ンクシャフト１５６と結合されている。

【０１２２】スライドギヤ１１３を第１のギヤ１１１に
結合させることにより、アシストモータ１４０をクラッ
チモータ１３０のアウタロータ１３４に結合することが
できる。つまり、アンダードライブ結合を実現すること
ができる。このとき、アシストモータ１４０はアウタロ
ータ１３４に直結した状態に相当する。

【０１２３】スライドギヤ１１３を第２のギヤ１１２ａ
に結合させることにより、アシストモータ１４０をエン
ジン１５０側に結合することができる。つまり、オーバ
ードライブ結合を実現することができる。このとき、ア
シストモータ１４０はスライドギヤ１１３よりもギヤ数
の少ない２つのギヤ１１２ａ，１１２ｂを介してエンジ
ン１５０側に結合されることになる。従って、変速比は
値１よりも小さくなり、いわゆる増速状態で結合された
状態に相当する。

【０１２４】第３の変形例の構成によれば、スライドギ
ヤ１１３の摺動により、アシストモータ１４０を異なる
ギヤ比でクラッチモータ１３０の上流側と下流側とに結
合することができる。従って、実施例と同様の制御によ
り、ハイブリッド車両の運転可能領域を拡張することが
できるとともに、広い範囲で高効率な運転を実現するこ
とができる。切替機構は、これらに限らず種々の構成を
適用することができる。但し、実施例に示したプラネタ
リギヤ２００を用いた構成によれば、小型かつ簡略な構
成でアシストモータ１４０の結合先および結合時の変速
比の変更を実現することができる利点がある。

【０１２５】以上の実施例および変形例では、アンダー
ドライブ結合においてアシストモータ１４０を結合する
際の変速比の方が、オーバードライブ結合時における変
速比よりも大きい場合を例示した。本実施例のように運
転領域の拡張に主眼をおいて変速比を設定する場合に
は、かかる大小関係で変速比を設定することが望まし
い。但し、本発明はかかる大小関係で変速比を設定する
場合に限らない。アンダードライブ結合時の変速比とオ
ーバードライブ結合時の変速比は、目的に応じて種々の
設定が可能であり、後者が前者よりも大きくなる設定を
採るものとしてもよい。

【０１２６】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施例のハイブリッド車両では、エンジンと
してガソリンエンジン１５０を用いたが、ディーゼルエ
ンジンその他の動力源となる装置を用いることができ
る。また、本実施例では、モータとして全て三相同期モ
ータを適用したが、誘導モータその他の交流モータおよ
び直流モータを用いるものとしてもよい。また、本実施
例では、種々の制御処理をＣＰＵがソフトウェアを実行
することにより実現しているが、かかる制御処理をハー
ド的に実現することもできる。更に、制御ユニット１９
０により結合状態の切替制御を行う場合を実施の形態と
して示したが、手動で切り換える態様、または自動での
切り換えと手動での切り換えとを選択可能な態様で構成
することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のハイブリッド車両の概略構成を示す
説明図である。

【図２】アシストモータ１４０の結合状態について示す
説明図である。

【図３】クラッチ２１０をオフにし、ブレーキ２２０を
オンにした場合と等価な結合状態を模式的に示す説明図
である。

【図４】クラッチ２１０をオンにし、ブレーキ２２０を
オフにした場合と等価な結合状態を模式的に示す説明図
である。

【図５】アンダードライブ結合について、「車軸１１６
の回転数Ｎｄ＜エンジン１５０の回転数Ｎｅ」の場合に
おけるトルク変換の様子を示す説明図である。

【図６】アンダードライブ結合について、「車軸１１６
の回転数Ｎｄ＞エンジン１５０の回転数Ｎｅ」の場合に
おけるトルク変換の様子を示す説明図である。

【図７】オーバードライブ結合について、「車軸１１６
の回転数Ｎｄ＜エンジン１５０の回転数Ｎｅ」の場合に
おけるトルク変換の様子を示す説明図である。

【図８】オーバードライブ結合について、「車軸１１６
の回転数Ｎｄ＞エンジン１５０の回転数Ｎｅ」の場合に
おけるトルク変換の様子を示す説明図である。

【図９】本実施例のハイブリッド車両における各種走行
モードの使い分けの様子を示す説明図である。

【図１０】通常走行時のトルク制御ルーチンのフローチ
ャートである。

【図１１】エンジンの運転ポイントと運転効率との関係
について示す説明図である。

【図１２】結合状態切り換え制御ルーチンのフローチャ
ートである。

【図１３】アンダードライブ結合からオーバードライブ
結合への切り替えの判断を示す説明図である。

【図１４】オーバードライブ結合からアンダードライブ
結合への切り替えの判断を示す説明図である。

【図１５】エンジンから出力された動力をトルク変換し
て出力する様子を示す説明図である。

【図１６】ハイブリッド車両の運転可能領域の制限を示
す説明図である。

【図１７】第１の変形例としてのハイブリッド車両の概
略構成を示す説明図である。

【図１８】第２の変形例のハイブリッド車両の概略構成
を示す説明図である。

【図１９】第２の変形例に関し、アシストモータ１４０
の結合状態について示す説明図である。

【図２０】第３の変形例のハイブリッド車両の概略構成
を示す説明図である。

【図２１】電動機を駆動軸に結合したハイブリッド車両
の概略構成を示す説明図である。

【図２２】アンダードライブ結合において、エンジンの
回転数が駆動軸の回転数よりも高い状態における動力の
伝達の様子を示す説明図である。

【図２３】アンダードライブ結合において、エンジンの
回転数が駆動軸の回転数よりも低い状態における動力の
伝達の様子を示す説明図である。

【図２４】電動機を出力軸に結合したハイブリッド車両
の概略構成を示す説明図である。

【図２５】オーバードライブ結合において、エンジンの
回転数が駆動軸の回転数よりも高い状態における動力の
伝達の様子を示す説明図である。

【図２６】オーバードライブ結合において、エンジンの
回転数が駆動軸の回転数よりも低い状態における動力の
伝達の様子を示す説明図である。

【符号の説明】

１１１…第１のギヤ １１２ａ，１１２ｂ…第２のギヤ １１３…スライドギヤ １１４…ディファレンシャルギヤ １１６Ｒ，１１６Ｌ…駆動輪 １１６…車軸 １１７…回転数センサ １３０…クラッチモータ １３２…インナロータ １３３…インナロータ軸 １３４…アウタロータ １３５…アウタロータ軸 １３８…スリップリング １４０…アシストモータ １４２…ロータ １４３…ロータ軸 １４４…ステータ １４５…回転数センサ １５０…エンジン １５２…回転数センサ １５６…クランクシャフト １５７…ダンパ １６５…アクセルペダルポジションセンサ １９０…制御ユニット １９１，１９２…駆動回路 １９４…バッテリ ２００…プラネタリギヤ ２０１…サンギヤ ２０２…プラネタリピニオンギヤ ２０３…プラネタリキャリア ２０４…リングギヤ ２１０…クラッチ ２２０…ブレーキ ２３０…プラネタリギヤ ２３１…サンギヤ ２３３…プラネタリキャリア ２３４…リングギヤ ２４０…電動発電機 ２４２…ロータ ２４４…ステータ

フロントページの続き (72)発明者 倉持 耕治郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3D039 AA01 AA02 AA03 AB27 AC03 AC21 AD06 AD11 5H115 PA11 PG04 PI13 PI29 PU10 PU22 PU25 PV09 PV23 QN03 QN22 QN23 RB08 RE05 SE05 SE08 SJ12 TB01 TO21

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力軸を有するエンジンと、動力を出力
   するための駆動軸と、前記出力軸及び駆動軸に結合され
   電力のやりとりによって前記エンジンから出力された動
   力を増減して前記駆動軸に伝達可能な動力調整装置とを
   備えるハイブリッド車両であって、 回転軸を有する電動機と、 該電動機の回転軸を前記出力軸と前記駆動軸とに切り替
   えて結合する機構であって、該出力軸および駆動軸に異
   なる変速比で結合する切替機構とを備えるハイブリッド
   車両。
2. 【請求項２】 請求項１記載のハイブリッド車両であっ
   て、 前記切替機構は、 ３つの回転軸のうち、２つの回転軸に前記電動機および
   動力調整装置がそれぞれ結合されたプラネタリギヤと、 該プラネタリギヤの残余の回転軸について、選択的に回
   転および制止可能な制止手段と、 前記電動機の回転軸と前記出力軸とを選択的に結合およ
   び解放可能な結合手段とを備える機構であるハイブリッ
   ド車両。
3. 【請求項３】 請求項１記載のハイブリッド車両であっ
   て、 前記切替機構は、前記回転軸を前記出力軸に結合する際
   の変速比よりも大きい変速比で、前記回転軸を前記駆動
   軸に結合する機構であるハイブリッド車両。
4. 【請求項４】 請求項１記載のハイブリッド車両であっ
   て、 さらに、該車両の運転状態を検出する検出手段と、 該運転状態に応じて前記切替機構を制御して、前記電動
   機の結合先を切り替える切替制御手段とを備えるハイブ
   リッド車両。
5. 【請求項５】 前記動力調整装置は、前記出力軸に結合
   された第１のロータと、前記駆動軸に結合された第２の
   ロータとを有する対ロータ電動機である請求項１記載の
   ハイブリッド車両。
6. 【請求項６】 前記動力調整装置は、ロータ軸を有する
   発電機と、３つの回転軸を有し、該回転軸が前記出力
   軸、駆動軸、およびロータ軸にそれぞれ結合されたプラ
   ネタリギヤとを備える装置である請求項１記載のハイブ
   リッド車両。