JP3932826B2 - 動力出力装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力出力装置に関し、詳しくは、原動機から出力される動力を効率よく駆動軸に出力する動力出力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、車両に搭載される装置であって、原動機の出力軸と電動機のロータに結合された駆動軸とを電磁継手により電磁的に結合して原動機の動力を駆動軸に伝達するものが提案されている(例えば、特開昭53−133814号公報等)。この動力出力装置では、電動機により車両の走行を開始し、電動機の回転数が所定の回転数になったら、電磁継手へ励磁電流を与えて原動機をクランキングすると共に原動機への燃料供給や火花点火を行なって原動機を始動する。原動機が始動した後は、原動機からの動力を電磁継手の電磁的な結合により駆動軸に伝達して車両を走行させる。電動機は、電磁継手により駆動軸に伝達される動力では駆動軸に必要な動力が不足する場合に駆動され、この不足分を補う。電磁継手は、駆動軸に動力を伝達している際、その電磁的な結合の滑りに応じた電力を回生する。この回生された電力は、走行の開始の際に用いられる電力としてバッテリに蓄えられたり、駆動軸の動力の不足分を補う電動機の動力として用いられる。こうした動力出力装置が備える原動機の出力軸の回転数(原動機の回転数ともいう)は、一般に、原動機の出力軸に取り付けられた回転角センサの出力パルスに基づいて算出する。回転角センサとしては、例えば、出力軸に取り付けられた歯車状の回転体と、この回転体の外周面(歯車の形成面)に配置されたコイルと磁石とからなる電磁ピックとにより構成され、回転体の回転に伴ってコイルに生じる鎖交磁束の変化に基づいて電圧パルスを出力するもの、例えば、クランク角センサがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この動力出力装置では、所定時間内に回転角センサから出力されるパルスをカウントすることにより原動機の出力軸の回転数を求めるため、原動機の出力軸の回転方向を検出することができず、原動機を通常の回転方向と逆に回転させてしまう場合を検出することができないという問題があった。原動機は、その出力軸に一方向の回転動力を出力するものであることなどから、通常、一方向の回転しか許さない。上述の動力出力装置では、電磁継手は、原動機からその出力軸に出力された動力を駆動軸に伝達する動作の他に、駆動軸の動力を原動機の出力軸に伝達する動作も可能であるから、原動機を通常の回転方向とは逆に回転させる動力を伝達することもある。例えば、車両が後進しているときに電磁継手に電磁的な結合を与えて駆動軸に制動力を作用させる場合等である。
【0004】
本発明の動力出力装置は、原動機の出力軸の回転数をその回転方向を含めて検出すると共に、原動機を通常の回転方向とは逆に回転させないようにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力出力装置は、
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、
第1の回転軸を有し、該第1の回転軸に動力を入出力する第1の電動機と、
前記駆動軸に結合される第2の回転軸を有し、該第2の回転軸に動力を入出力する第2の電動機と、
前記出力軸と前記第1の回転軸と前記第2の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軸へ入出力される動力を決定したとき該決定された動力に基づいて残余の1軸へ入出力される動力を決定する3軸式動力入出力手段と、
前記第1の回転軸の回転速度を検出する第1の回転速度検出手段と、
前記第2の回転軸の回転速度を検出する第2の回転速度検出手段と、
前記第1の回転速度検出手段および前記第2の回転速度検出手段により各々検出された回転速度と前記3軸式動力入出力手段における前記所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算する回転速度演算手段と
を備えることを要旨とする。
【0006】
この動力出力装置は、原動機の出力軸と第1の電動機の第1の回転軸と第2の電動機の第2の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、所定の動力関係により、この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たとき、この決定された動力に基づいて残余の1軸へ入出力される動力を決定する。回転数演算手段は、第1の回転速度検出手段により検出された第1の回転軸の回転速度と、第2の回転速度検出手段により検出される第2の回転軸の回転速度と3軸式動力入出力手段における所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算する。
【0007】
こうした動力出力装置によれば、第1の電動機の回転速度と第2の電動機の回転速度と3軸式動力入出力手段における所定の動力関係とに基づいて原動機の出力軸の回転速度を求めることができる。
【0008】
こうした動力出力装置において、操作者の指示に基づいて前記原動機の出力軸の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、前記回転速度演算手段により演算される前記原動機の出力軸の回転速度が前記目標回転速度になるよう前記第1の電動機を駆動制御する電動機制御手段とを備えるものとすることもできる。この態様の第1または第2の動力出力装置は、電動機制御手段が、回転速度演算手段により演算される原動機の出力軸の回転速度が目標回転速度設定手段により設定される原動機の出力軸の目標回転速度になるよう第1の電動機を駆動制御する。こうすれば、原動機の出力軸を目標回転速度で安定して回転させることができる。
【0009】
また、動力出力装置において、前記回転速度演算手段により演算される前記原動機の出力軸の回転速度が所定値以上となるよう前記第1の電動機を駆動制御する電動機制御手段を備えるものとすることもできる。この態様の第1または第2の動力出力装置は、電動機制御手段が、回転速度演算手段により演算される原動機の出力軸の回転速度が所定値以上となるよう第1の電動機を駆動制御する。こうすれば、原動機の回転軸を常に所定値以上とすることができる。ここで、この所定値を値0とすれば、原動機の逆回転を防止するものとなり、所定値をアイドル回転数に等しいものとすれば、原動機の非所望の運転停止を防止するものとなる。
【0010】
もとより、原動機の回転速度の演算結果により、原動機の出力軸の回転方向を判断し、出力軸が逆回転していると判断した場合には、出力軸が正回転するのに必要なトルクを、第1,第2の電動機により出力するものとしても良い。
【0011】
【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は動力をクラッチモータとよばれるモータを用いて分配する動力出力装置20を第1実施例として説明するための概略構成図、図2は図1の動力出力装置20が構成として備えるクラッチモータ30およびアシストモータ40の構造を示す断面図、図3は図1の動力出力装置20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。
【0012】
図3に示すように、この車両には、動力源であるエンジン50としてガソリンにより運転されるガソリンエンジンが備えられている。このエンジン50は、吸気系からスロットルバルブ66を介して吸入した空気と燃料噴射弁51から噴射されたガソリンとの混合気を燃焼室52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54の運動をクランクシャフト56の回転運動に変換する。ここで、スロットルバルブ66はアクチュエータ68により開閉駆動される。点火プラグ62は、イグナイタ58からディストリビュータ60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。
【0013】
このエンジン50の運転は、電子制御ユニット(以下、EFIECUと呼ぶ)70により制御されている。EFIECU70には、エンジン50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66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67、エンジン50の負荷を検出する吸気管負圧センサ72、エンジン50の水温を検出する水温センサ74、ディストリビュータ60に設けられクランクシャフト56の回転数と回転角度を検出する回転数センサ76および回転角度センサ78などである。なお、EFIECU70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79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。
【0014】
エンジン50のクランクシャフト56には、後述するクラッチモータ30およびアシストモータ40を介して駆動軸22が結合されている。駆動軸22は、ディファレンシャルギヤ24に結合されており、動力出力装置20からのトルクは最終的に左右の駆動輪26,28に伝達される。このクラッチモータ30およびアシストモータ40は、制御装置80により制御されている。制御装置80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82に設けられたシフトポジションセンサ84やアクセルペダル64に設けられたアクセルペダルポジションセンサ65なども接続されている。また、制御装置80は、上述したEFIECU70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。
【0015】
図1に示すように、動力出力装置20は、大きくは、エンジン50、エンジン50のクランクシャフト56にアウタロータ32が機械的に結合されたクラッチモータ30、このクラッチモータ30のインナロータ34に機械的に結合されたロータ42を有するアシストモータ40およびクラッチモータ30とアシストモータ40を駆動・制御する制御装置80から構成されている。
【0016】
各モータの概略構成について、図1により説明する。クラッチモータ30は、図1に示すように、アウタロータ32の内周面に永久磁石35を備え、インナロータ34に形成されたスロットに三相のコイル36を巻回する同期電動機として構成されている。この三相コイル36への電力は、回転トランス38を介して供給される。インナロータ34において三相コイル36用のスロットおよびティースを形成する部分は、無方向性電磁鋼板の薄板を積層することで構成されている。なお、インナロータ34のエンジン50側の端部には、インナロータ34のアウタロータ32に対する相対的な回転角度(クラッチモータ30の回転角度)θcをその回転方向と共に検出するレゾルバ39が設けられている。このレゾルバ39からの検出信号は、回転トランス38に並設されたスリップリング39Aを介して制御装置80に入力される。
【0017】
他方、アシストモータ40も同期電動機として構成されているが、回転磁界を形成する三相コイル44は、ケース45に固定されたステータ43に巻回されている。このステータ43も、無方向性電磁鋼板の薄板を積層することで形成されている。ロータ42の外周面には、複数個の永久磁石46が設けられている。アシストモータ40では、この永久磁石46により磁界と三相コイル44が形成する磁界との相互作用により、ロータ42が回転する。ロータ42が機械的に結合された軸は、動力出力装置20のトルクの出力軸である駆動軸22であり、この駆動軸22にはロータ42の回転角度(アシストモータ40の回転角度)θaをその回転方向と共に検出するレゾルバ48が設けられている。また、駆動軸22は、ケース45に設けられたベアリング49により軸支されている。
【0018】
係るクラッチモータ30とアシストモータ40とは、クラッチモータ30のインナロータ34がアシストモータ40のロータ42、延いては駆動軸22に機械的に結合されている。したがって、エンジン50と両モータ30,40との関係を簡略に言えば、エンジン50からクランクシャフト56に出力された軸トルクがクラッチモータ30のアウタロータ32およびインナロータ34を介して駆動軸22に出力され、アシストモータ40からのトルクがこれに加減算されるということになる。
【0019】
アシストモータ40は、通常の永久磁石型三相同期モータとして構成されているが、クラッチモータ30は、永久磁石35を有するアウタロータ32も三相コイル36を備えたインナロータ34も、共に回転するよう構成されている。そこで、クラッチモータ30の構成の詳細について、図2を用いて補足する。クラッチモータ30のアウタロータ32は、クランクシャフト56に嵌合されたホイール57の外周端に圧入ピン59aおよびネジ59bにより取り付けられている。ホイール57の中心部は、軸形状に突設されており、ここにベアリング37A,37Bを用いてインナロータ34が回転自在に取り付けられている。また、インナロータ34のアシストモータ40側の端部には駆動軸22の一端が固定されている。なお、このインナロータ34のホイール57側の端部には、クラッチモータ30の回転角度θcを検出するレゾルバ39が設けられていることは説明した。
【0020】
アウタロータ32に設けられた永久磁石35は、実施例では4個設けられており、アウタロータ32の内周面に貼付されている。その磁化方向はクラッチモータ30の軸中心に向かう方向であり、一つおきに磁極の方向は逆向きになっている。この永久磁石35と僅かなギャップにより対向するインナロータ34の三相コイル36は、インナロータ34に設けられた計24個のスロット(図示せず)に巻回されており、各コイルに通電すると、スロットを隔てるティースを通る磁束を形成する。各コイルに三相交流を流すと、この磁界は回転する。三相コイル36の各々は、回転トランス38から電力の供給を受けるよう接続されている。この回転トランス38は、ケース45に固定された一次巻線38Aとインナロータ34に結合された駆動軸22に取り付けられた二次巻線38Bとからなり、電磁誘導により、一次巻線38Aと二次巻線38Bとの間で、双方向に電力をやり取りすることができる。なお、三相(U,V,W相)の電流をやり取りするために、回転トランス38には三相分の巻線が用意されている。なお、この回転トランス38には、前述したようにレゾルバ39からの検出信号を取り出すための駆動軸22に取り付けられたリング39Bとケース45に固定されたブラシ39Cとからなるスリップリング39Aが並設されている。
【0021】
隣接する一組の永久磁石35が形成する磁界と、インナロータ34に設けられた三相コイル36が形成する回転磁界との相互作用により、アウタロータ32とインナロータ34とは種々の振る舞いを示す。通常は、三相コイル36に流す三相交流の周波数は、クランクシャフト56に直結されたアウタロータ32に対するインナロータ34の相対的な回転数の周波数としている。なお、クラッチモータ30およびアシストモータ40の制御の詳細については、後でフローチャートを用いて詳しく説明する。
【0022】
次に、クラッチモータ30およびアシストモータ40を駆動・制御する制御装置80について説明する。制御装置80は、クラッチモータ30を駆動する第1の駆動回路91、アシストモータ40を駆動する第2の駆動回路92、両駆動回路91,92を制御する制御CPU90、二次電池であるバッテリ94から構成されている。制御CPU90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RAM90a、処理プログラムを記憶したROM90b、入出力ポート(図示せず)およびEFIECU70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CPU90には、レゾルバ39からのクラッチモータ30の回転角度θc、レゾルバ48からのアシストモータ40の回転角度θa、アクセルペダルポジションセンサ65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、シフトポジションセンサ84からのシフトポジションSP、第1の駆動回路91に設けられた2つの電流検出器95,96からのクラッチ電流値Iuc,Ivc、第2の駆動回路に設けられた2つの電流検出器97,98からのアシスト電流値Iua,Iva、バッテリ94の残容量を検出する残容量検出器99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99は、バッテリ94の電解液の比重またはバッテリ94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。
【0023】
また、制御CPU90からは、第1の駆動回路91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92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91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、クラッチモータ30の三相コイル(UVW)36の各々が、回転トランス38を介して接続されている。電源ラインL1,L2は、バッテリ94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CPU90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、各コイル36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36により、回転磁界が形成される。
【0024】
他方、第2の駆動回路92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91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、アシストモータ40の三相コイル44の各々に接続されている。従って、制御CPU90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44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44により、回転磁界が形成される。
【0025】
以上構成を説明した動力出力装置20の動作について説明する。動力出力装置20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50が、EFIECU70により所定の回転数N1で運転されているとする。このとき、制御装置80が回転トランス38を介してクラッチモータ30の三相コイル36に何等電流を流していないとすれば、即ち第1の駆動回路91のトランジスタTr1ないしTr6が常時オフ状態であれば、三相コイル36には何等の電流も流れないから、クラッチモータ30のアウタロータ32とインナロータ34とは電磁的に全く結合されていない状態となり、エンジン50のクランクシャフト56は空回りしている状態となる。この状態では、トランジスタTr1ないしTr6がオフとなっているから、三相コイル36からの回生も行なわれない。即ち、エンジン50はアイドル回転をしていることになる。
【0026】
制御装置80の制御CPU90が制御信号SW1を出力してトランジスタをオンオフ制御すると、エンジン50のクランクシャフト56の回転数(エンジン50の回転数)Neと駆動軸22の回転数Ndとの偏差(言い換えれば、クラッチモータ30のアウタロータ32に対するインナロータ34の相対的な回転数(クラッチモータ30の回転数)Nc(Ne−Nd))に応じて、クラッチモータ30の三相コイル36に一定の電流が流れる。即ち、クラッチモータ30は発電機として機能し、電流が第1の駆動回路91を介して回生され、バッテリ94が充電される。この時、アウタロータ32とインナロータ34とは一定の滑りが存在する結合状態となる。即ち、エンジン50の回転数Neよりは低い回転数Ndでインナロータ34は回転する。この状態で、回生された電気エネルギと等しいエネルギがアシストモータ40で消費されるように、制御CPU90が第2の駆動回路92を制御すると、アシストモータ40の三相コイル44に電流が流れ、アシストモータ40においてトルクが発生する。
【0027】
図4に照らせば、エンジン50が回転数N1およびトルクT1で運転されているときに、領域G1で表わされるエネルギをクラッチモータ30から回生し、これをアシストモータ40に付与することにより、駆動軸22を回転数N2およびトルクT2で運転することができるのである。こうして、クラッチモータ30における滑りに応じたエネルギをトルクとして駆動軸22に付与して、エンジン50から出力される動力のトルクの変換を行なうのである。
【0028】
次に、エンジン50が所定の回転数N2およびトルクT2で運転されており、駆動軸22が回転数N2より大きな回転数N1で回転している場合を考える。この状態では、クラッチモータ30のインナロータ34は、クラッチモータ30の回転数Nc(Ne−Nd)の絶対値で示される回転数で駆動軸22の回転方向に回転するから、クラッチモータ30は、通常のモータとして機能し、バッテリ94からの電力により駆動軸22に回転エネルギを与える。一方、制御CPU90によりアシストモータ40により電力を回生するよう第2の駆動回路92を制御すると、アシストモータ40のロータ42とステータ43との間の滑りにより三相コイル44に回生電流が流れる。ここで、アシストモータ40により回生される電力がクラッチモータ30により消費されるよう制御CPU90により第1および第2の駆動回路91,92を制御すれば、クラッチモータ30を、バッテリ94に蓄えられた電力を用いることなく駆動することができる。
【0029】
図4に照らせば、エンジン50が回転数N2およびトルクT2で運転されているときに、領域G2と領域G3の和で表わされるエネルギをアシストモータ40から回生し、これをクラッチモータ30に付与することにより、駆動軸22を回転数N1およびトルクT1で運転することができるのである。
【0030】
なお、実施例の動力出力装置20では、こうしたトルク変換に加えて、エンジン50から出力される動力(トルクTeと回転数Neとの積)と、クラッチモータ30により回生または消費される電気エネルギと、アシストモータ40により消費または回生される電気エネルギ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94を放電したり、不足する電気エネルギをバッテリ94に蓄えられた電力により補ったりして、エンジン50から出力される動力をより効率よく駆動軸22に出力することができる。
【0031】
次に、実施例の動力出力装置20により実行されるトルク制御処理について図5に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。図5のトルク制御ルーチンが実行されると、制御装置80の制御CPU90は、まずクラッチモータ30の回転数Ncおよびアシストモータ40の回転数Naを入力する処理を行なう(ステップS100,S102)。ここで、クラッチモータ30の回転数Ncは、レゾルバ39から読み込んだクラッチモータ30の回転角度θcから求めることができ、アシストモータ40の回転数Naは、レゾルバ48から読み込んだアシストモータ40の回転角度θaから求めることができる。なお、レゾルバ39およびレゾルバ48は、その回転角度θcおよびθaと共にその回転方向をも検出するから、実施例では、クラッチモータ30の回転数Ncは、アウタロータ32の回転数からインナロータ34の回転数を減じたときに正の値となるときを正とし、アシストモータ40の回転数Naは、車両が前進しているときのロータ42の回転を正とした。
【0032】
次に、入力したクラッチモータ30の回転数Ncにアシストモータ40の回転数Naを加えてエンジン50の回転数Neを計算する(ステップS104)。ここで、クラッチモータ30の回転数Ncにアシストモータ40の回転数Naを加えてエンジン50の回転数Neが計算できるのは、クラッチモータ30の回転数Ncがアウタロータ32とインナロータ34との相対的な回転数、即ちエンジン50のクランクシャフト56と駆動軸22との相対的な回転数であり、アシストモータ40の回転数Naが駆動軸22の回転数Ndであり、かつ、上述したようにその符号を定めたからである。
【0033】
エンジン50の回転数Neを計算すると、この回転数Neを値0や所定値Neminと比較する(ステップS106,S108)。ここで所定値Neminは、エンジン50が安定して回転できる最低の回転数か或いはこの最低の回転数より若干高い回転数である。エンジン50の回転数Neが所定値Nemin以上のときには、エンジン50は正常な回転状態にあると判定して回転状態判定フラグFに値0をセットする(ステップS112)。エンジン50の回転数Neが所定値Nemin未満のときには、エンジン50の停止命令が出力されているかを調べ(ステップS110)、停止命令が出力されているときには、エンジン50は正常な回転状態にあると判定して回転状態判定フラグFに値0をセットする(ステップS112)。なお、エンジン50の停止命令の出力は、運転者が図示しない運転停止スイッチをオンとしたときや、制御装置80の制御CPU90が車両の状態に基づいてエンジン50を停止する判定を行なったとき、制御CPU90のRAM90aの所定アドレスに所定の信号が書き込まれることにより行なわれる。したがって、制御CPU90は、RAM90aの所定アドレスを調べることによりエンジン50の停止命令が出力されているかを判断することができる。
【0034】
一方、エンジン50の回転数Neが負のときや、エンジン50の回転数Neは値0以上であるが所定値Nemin未満のときでかつエンジン50の停止命令が出力されていないときには、エンジン50は正常な回転状態にないと判定して回転状態判定フラグFに値1をセットする(ステップS114)。
【0035】
続いて、アクセルペダルポジションセンサ65により検出されるアクセルペダルポジションAPを読み込む処理を行なう(ステップS116)。アクセルペダル64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。したがって、アクセルペダルポジションAPの値は運転者の欲している出力トルク(すなわち、駆動軸22に出力すべきトルク)に対応するものである。アクセルペダルポジションAPが読み込まれると、読み込んだアクセルペダルポジションAPに応じて駆動軸22に出力すべきトルクの目標値(以下、トルク指令値という)Td*を導出する処理を行なう(ステップS118)。実施例では、各アクセルペダルポジションAPに対応する出力トルク指令値Td*を予めマップとしてROM90b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、そのアクセルペダルポジションAPに対応する出力トルク指令値Td*をこのマップから導出するものとした。
【0036】
次に、導き出された出力トルク指令値Td*と入力されたアシストモータ40の回転数Naとから、駆動軸22に出力すべきエネルギPdを計算(Pd=Td*×Na)により求める処理を行なう(ステップS120)。そして、この求めた出力エネルギPdに基づいて、エンジン50の目標トルクTe*と目標回転数Ne*を設定する処理を行なう(ステップS122)。ここで、駆動軸22に出力すべきエネルギPdの全てをエンジン50から出力される動力によって賄うものとすると、エンジン50から出力されるエネルギがそのトルクTeと回転数Neとの積に等しいため、出力エネルギPdとエンジン50の目標トルクTe*および目標回転数Ne*との関係はPd=Te*×Ne*となる。しかし、かかる関係を満足するエンジン50の目標トルクTe*と目標回転数Ne*との組合せは無数に存在する。そこで、実施例では、エンジン50ができる限り効率の高い状態で動作するようにエンジン50の目標トルクTe*と目標回転数Ne*との組合せを設定するものとした。
【0037】
こうして、回転状態判定フラグFやエンジン50の目標トルクTe*や目標回転数Ne*を設定すると、設定した値を用いてクラッチモータ30の制御(ステップS124)とアシストモータ40の制御(ステップS126)とエンジン50の制御(ステップS128)とを行なう。実施例では、図示の都合上、各制御は別々のステップとして記載したが、実際には、これらの制御は総合的に行なわれる。例えば、制御CPU90が割り込み処理を利用して、クラッチモータ30とアシストモータ40の制御を同時に実行すると共に、通信によりEFIECU70に指示を送信して、EFIECU70によりエンジン50の制御も同時に行なわせるのである。以下に、各制御について説明する。
【0038】
クラッチモータ30の制御(図5のステップS124)は、図6に例示するクラッチモータ制御ルーチンによりなされる。本ルーチンが実行されると、制御装置80の制御CPU90は、まず、回転状態判定フラグFの値を調べ(ステップS130)、回転状態判定フラグFが値0のときには、エンジン50は正常に回転していると判断し、次式(1)によりクラッチモータ30のトルク指令値Tc*を計算して設定する(ステップS132)。この式(1)の右辺第2項は、エンジン50の回転数Neと目標回転数Ne*との偏差を解消する比例項であり、右辺第3項は、エンジン50の回転数Neの目標回転数Ne*に対する定常偏差を解消するための積分項である。なお、式(1)中のK1およびK2は定数である。このようにクラッチモータ30のトルク指令値Tc*を設定してクラッチモータ30を制御することにより、エンジン50が目標トルクTe*と目標回転数Ne*の運転ポイントで運転されるよう制御することができるのである。
【0039】
【数1】
【0040】
一方、回転状態判定フラグFが値1のときには、エンジン50は逆回転しているか失速していると判断し、エンジン50を強制的に正回転させるようクラッチモータ30のトルク指令値Tc*に所定値Tc0を設定する(ステップS134)。ここで、所定値Tc0は、エンジン50を強制的に正回転させるトルクの値として設定されるものであり、実施例では、燃料噴射が停止されているエンジン50を所定値Nemin以上の回転数で回転させることができるトルクの値として設定されている。
【0041】
クラッチモータ30のトルク指令値Tc*を設定すると、続いて、レゾルバ39により検出されるクラッチモータ30の回転角度θcを入力すると共に(ステップS136)、クラッチモータ30の三相コイル36のU相とV相とに流れている電流Iuc,Ivcを電流検出器95,96により検出する処理を行なう(ステップS138)。電流はU,V,Wの三相に流れているが、その総和はゼロとなるので、二つの相に流れる電流を測定すれば足りる。次に、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S140)。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(2)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軸及び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。
【0042】
【数2】
【0043】
次に、2軸の電流値に変換した後、クラッチモータ30におけるトルク指令値Tc*から求められる各軸の電流指令値Idc*,Iqc*と実際各軸に流れた電流Idc,Iqcとの偏差を求め、各軸の電圧指令値Vdc,Vqcを求める処理を行なう(ステップS142)。即ち、まず以下の式(3)の演算を行ない、次に次式(4)の演算を行なうのである。ここで、Kp1,2およびKi1,2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。電圧指令値Vdc,Vqcは、電流指令値I*との偏差ΔIに比例する部分(式(4)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。
【0044】
【数3】
【0045】
【数4】
【0046】
その後、こうして求めた電圧指令値をステップS140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S144)、実際に三相コイル36に印加する電圧Vuc,Vvc,Vwcを求める処理を行なう。各電圧は、次式(5)により求める。
【0047】
【数5】
【0048】
実際の電圧制御は、第1の駆動回路91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(5)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S146)。
【0049】
なお、クラッチモータ30の制御は、トルク指令値Tc*の符号を駆動軸22にクランクシャフト56の回転方向に正のトルクが作用するときを正とすると、正の値のトルク指令値Tc*が設定されても、クラッチモータ30の回転数Ncが正の値のとき(エンジン50の回転数Neが駆動軸22の回転数Ndより大きいとき)にはエンジン50のクランクシャフト56の回転に対して制動トルクを作用させて回生電流を発生させる回生制御がなされ、回転数Ncが負の値のとき(回転数Neが回転数Ndより小さいとき)にはインナロータ34をアウタロータ32に対して回転数Ncで駆動軸22の回転方向に回転駆動する力行制御がなされることになる。クラッチモータ30の回生制御と力行制御は、トルク指令値Tc*が正の値であれば、共にアウタロータ32に取り付けられた永久磁石35と、インナロータ34の三相コイル36に流れる電流により生じる回転磁界とにより正の値のトルクが駆動軸22に作用するよう第1の駆動回路91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。即ち、トルク指令値Tc*の符号が同じであれば、クラッチモータ30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8のクラッチモータ制御処理でいずれの制御も行なうことができる。また、トルク指令値Tc*が負の値のとき、即ち駆動軸22を制動しているときや車両を後進させているときは、ステップS136の回転角度θcの変化の方向が逆になるから、この際の制御も図6のクラッチモータ制御処理により行なうことができる。
【0050】
次に、アシストモータ40の制御(図5のステップS126)について図6に例示するアシストモータ制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチンが実行されると、制御装置80の制御CPU90は、まず、回転状態判定フラグFの値を調べ(ステップS150)、回転状態判定フラグFが値0のときには、アシストモータ40のトルク指令値Ta*を計算(Ks×Tc*×Nc)により計算して設定し(ステップS152)、回転状態判定フラグFが値1のときには、アシストモータ40のトルク指令値Ta*を計算(Td*+Tc*)により計算して設定する(ステップS154)。ここで、アシストモータ40のトルク指令値Ta*を計算する際に用いたKsはクラッチモータ30とアシストモータ40の総合効率である。
【0051】
続いて、レゾルバ48により検出されるアシストモータ40の回転角度θaを入力すると共に(ステップS156)、アシストモータ40の各相の電流を電流検出器97,98を用いて検出する処理を行なう(ステップS158)。その後、クラッチモータ30と同様の座標変換(ステップS160)および電圧指令値Vda,Vqaの演算を行ない(ステップS162)、更に電圧指令値の逆座標変換(ステップS164)を行なって、アシストモータ40の第2の駆動回路92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S166)。これらの処理は、クラッチモータ30について行なったものと全く同一である。
【0052】
ここで、アシストモータ40のトルク指令値Ta*は、クラッチモータ30のトルク指令値Tc*と回転数Ncとを含む演算により求められるから、駆動軸22が車両が前進する方向に回転しておれば、クラッチモータ30の回転数Ncが正のとき(エンジン50の回転数Neが駆動軸22の回転数Ndより大きいとき)にはトルク指令値Ta*には正の値が設定されて力行制御がなされ、クラッチモータ30の回転数Ncが負のとき(エンジン50の回転数Neが駆動軸22の回転数Ndより小さいとき)にはトルク指令値Ta*には負の値が設定されて回生制御がなされる。しかし、アシストモータ40の力行制御と回生制御は、クラッチモータ30の制御と同様に、共に図7のアシストモータ制御ルーチンで行なうことができる。また、駆動軸22が車両が後進する方向に回転しているときも同様である。なお、アシストモータ40のトルク指令値Ta*の符号は、車両が前進する方向に駆動軸22を加速するトルクが作用するときを正とした。
【0053】
次に、エンジン50の制御(図5のステップS128)について説明する。エンジン50は、図5のステップS122において設定された目標トルクTe*と目標回転数Ne*の運転ポイントで定常運転状態となるよう制御される。具体的には、制御CPU90から通信によりEFIECU70に指示を送信し、指示を受信したEFIECU70により燃料噴射弁51からの燃料噴射量の制御やスロットルバルブ66の開度の制御がなされるのである。すなわち、エンジン50を目標トルクTe*と目標回転数Ne*の運転ポイントで定常運転するためのスロットルバルブ66の開度をEFIECU70の図示しない内部ROMに記憶されたマップから導出してアクチュエータ68によりスロットルバルブ66を駆動すると共に、エンジン50の燃焼室52への吸入空気量に応じて燃料噴射量を調整するのである。
【0054】
こうした各制御により、エンジン50をより効率の良い運転ポイントで運転することができ、エンジン50から出力されるエネルギPdをクラッチモータ30とアシストモータ40とによりトルク変換して駆動軸22に出力することができる。
【0055】
以上説明した実施例の動力出力装置20によれば、クラッチモータ30の回転数Ncとアシストモータ40の回転数Naとに基づいてエンジン50の回転数Neを求めることができる。しかも、クラッチモータ30の回転数Ncとアシストモータ40の回転数Naは正回転と逆回転とを検出可能なレゾルバ39,48により検出される回転角度θc,θaに基づいて求められる正負の符号付きの値であるから、エンジン50の回転数Neも正負の符号付きの値として求めることができる。この結果、エンジン50が逆回転するといった異常な回転状態を検出することができる。
【0056】
また、実施例の動力出力装置20によれば、エンジン50が逆回転するといった異常な回転状態を検出したり、エンジン50の停止命令が出力されていないにも拘わらずその回転数Neが所定値Neminより小さい回転状態となるのを検出したときには、エンジン50を所定値Nemin以上の回転数で回転させることができるトルクの値をクラッチモータ30のトルク指令値Tc*に設定することにより、エンジン50を所定値Nemin以上の回転数で正回転させることができる。この結果、エンジン50の逆回転を防止することができると共に、エンジン50の非所望の失速を防止することができる。しかも、こうしたエンジン50の逆回転や失速を防止する処理の際でも、アシストモータ40からはアクセルペダル64の踏込量に応じたトルクとクラッチモータ30によるエンジン50の回転に要するトルクを打ち消すトルクとの和のトルクが駆動軸22に出力されるから、運転者はこうした処理にも拘わらずスムースに車両を運転することができると共に非所望のトルクショックを受けることがない。
【0057】
実施例の動力出力装置20では、アシストモータ40を駆動軸22に直接取り付けるものとしたが、図8に例示する変形例の動力出力装置20Aのように、アシストモータ40Aをエンジン50とクラッチモータ30Aとの間に設置し、アシストモータ40Aのロータ42Aを駆動軸22に連結されたクラッチモータ30Aのアウタロータ32Aに結合するものとしてもよい。この変形例では、実施例の動力出力装置20のクラッチモータ30と異なり、クラッチモータ30Aのインナロータ34Aにエンジン50のクランクシャフト56を結合し、アウタロータ32Aに駆動軸22を結合しているから、アウタロータ32Aに三相コイル36Aを、インナロータ34Aに永久磁石35Aを取り付けるものとした。
【0058】
また、実施例の動力出力装置20では、クラッチモータ30とアシストモータ40とをそれぞれ別個に駆動軸22に取り付けたが、図9に例示する変形例の動力出力装置20Bのように、クラッチモータとアシストモータとが一体となるよう構成してもよい。この動力出力装置20Bの構成について以下に簡単に説明する。図示するように、この動力出力装置20Bのクラッチモータ30Bは、クランクシャフト56に結合したインナロータ34Bと、駆動軸22に結合したアウタロータ32Bとから構成され、インナロータ34Bには三相コイル36Bが取り付けられており、アウタロータ32Bには永久磁石35Bがその外周面側の磁極と内周面側の磁極とが異なるよう嵌め込まれている。一方、アシストモータ40Bは、このクラッチモータ30Bのアウタロータ32Bと、三相コイル44が取り付けられたステータ43とから構成される。すなわち、クラッチモータ30Bのアウタロータ32Bがアシストモータ40Bのロータを兼ねる構成となっている。なお、クランクシャフト56に結合したインナロータ34Bに三相コイル36Bが取り付けられているから、クラッチモータ30Bの三相コイル36Bに電力を供給する回転トランス38は、クランクシャフト56に取り付けられている。
【0059】
この変形例の動力出力装置20Bでは、アウタロータ32Bに嵌め込まれた永久磁石35Bの内周面側の磁極に対してインナロータ34Bの三相コイル36Bに印加する電圧を制御することにより、クラッチモータ30とアシストモータ40とを駆動軸22に別個に取り付けた実施例の動力出力装置20のクラッチモータ30と同様に動作する。また、アウタロータ32Bに嵌め込まれた永久磁石35Bの外周面側の磁極に対してステータ43の三相コイル44に印加する電圧を制御することにより、実施例の動力出力装置20のアシストモータ40と同様に動作する。したがって、上述した実施例の動力出力装置20の総ての動作、即ち図5に例示するトルク制御ルーチンや図6に例示するクラッチモータ制御ルーチンおよび図7に例示するアシストモータ制御ルーチンを、そのまま変形例の動力出力装置20Bで実行することができる。
【0060】
こうした変形例の動力出力装置20Bによれば、アウタロータ32Bがクラッチモータ30Bのロータの一方とアシストモータ40Bのロータとを兼ねるから、動力出力装置の小型化および軽量化を図ることができる。
【0061】
次に、本発明に対応した実施例である動力出力装置110を、第2の実施例として説明する。図10は本発明の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11は図10の動力出力装置110の部分拡大図、図12は動力出力装置110を搭載した車両の概略構成を示す構成図である。
【0062】
第2実施例の動力出力装置110は、図10および図12に示すように、クランクシャフト156にクラッチモータ30とアシストモータ40とが取り付けられている代わりにプラネタリギヤ120,モータMG1およびモータMG2が取り付けられている点を除いて第1実施例の動力出力装置20(図1および図3)と同一の構成をしている。したがって、同一の構成には、値100を加えた符号を付し、その説明は省略する。なお、第2実施例の動力出力装置110の説明でも、明示しない限り第1実施例の動力出力装置20の説明の際に用いた符号はそのまま同じ意味で用いる。
【0063】
図10に示すように、第2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。
【0064】
プラネタリギヤ120およびモータMG1,MG2の構成について、図11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。
【0065】
リングギヤ122には、動力の取り出し用の動力取出ギヤ128がモータMG1側に結合されている。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。図12に示すように、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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
図10に示すように、第2実施例の動力出力装置110が備える制御装置180は、第1実施例の動力出力装置20が備える制御装置80と同様に構成されている。即ち、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から構成されており、制御CPU190は、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165からのアクセルペダルポジションAP、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。
【0069】
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。この第1の駆動回路191および第2の駆動回路192内の各々6個のトランジスタTr1ないしTr6,トランジスタTr11ないしTr16は、それぞれ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、第1の駆動回路191ではモータMG1の三相コイル134の各々が、第2の駆動回路192ではモータMG2の三相コイル144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,トランジスタTr11ないしTr16のオン時間の割合を制御信号SW1,SW2により順次制御することにより、三相コイル134,144に流れる電流をPWM制御によって擬似的な正弦波とすることができ、この結果、三相コイル134,144により回転磁界が形成される。
【0070】
次に第2実施例の動力出力装置110の動作について説明する。第2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。図13に示すように、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とトルク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。
【0071】
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)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14および図15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。第2実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。
【0072】
図14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(6)で表わされる。
【0073】
【数6】
【0074】
今、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(7))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。
【0075】
【数7】
【0076】
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、向きが同じで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(8)および式(9)によって表わされる。
【0077】
【数8】
【0078】
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に出力すべきトルク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。
【0079】
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13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に伝達される動力を、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。
【0080】
図14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15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。
【0081】
なお、第2実施例の動力出力装置110では、こうしたトルク変換に加えて、エンジン150から出力されるエネルギPe(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ったりして、エンジン150から出力されるエネルギPeをより効率よく動力としてリングギヤ軸126に出力することができる。
【0082】
第2実施例の動力出力装置110における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14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15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。
【0083】
次に、こうして構成される第2実施例の動力出力装置110により実行されるトルク制御処理について図16に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。図16のトルク制御ルーチンが実行されると、制御装置180の制御CPU190は、まず、レゾルバ139により検出される回転角度θrに基づいて算出されるリングギヤ軸126の回転数Nrと、レゾルバ149により検出される回転角度θsに基づいて算出されるサンギヤ軸125の回転数Nsを入力する処理を実行する(ステップS200,S202)。そして、入力したリングギヤ軸126の回転数Nrとサンギヤ軸125の回転数Nsとを用いてエンジン150の回転数Neを次式(10)により算出する(ステップS204)。なお、式(10)は、上式(7)をNeについて解いたものである。
【0084】
【数9】
【0085】
こうしてエンジン150の回転数Neを算出すると、第1実施例の動力出力装置20が実行する図5のトルク制御ルーチンのステップS106ないしS114の処理と同様の処理であるステップS206ないしS214の処理を実行する。すなわち、エンジン150の回転数Neを値0や所定値Neminと比較すると共に(ステップS206,S208)、エンジン150の停止命令が出力されているから調べ(ステップS210)、エンジン50の回転数Neが所定値Nemin以上のときや回転数Neが所定値Nemin未満ではあるがエンジン50の停止命令が出力されているときには、エンジン50は正常な回転状態にあると判定して回転状態判定フラグFに値0をセットし(ステップS212)、エンジン50の回転数Neが負のときや回転数Neは値0以上であるが所定値Nemin未満のときでかつエンジン50の停止命令が出力されていないときには、エンジン50は正常な回転状態にないと判定して回転状態判定フラグFに値1をセットするのである(ステップS214)。
【0086】
続いて、アクセルペダルポジションセンサ165により検出されるアクセルペダルポジションAPを入力し(ステップS216)、入力したアクセルペダルポジションAPに基づいてリングギヤ軸126に出力すべきトルクの指令値(以下、出力トルク指令値という)Tr*を設定する(ステップS218)。ここで、アクセルペダルポジションAPから出力トルク指令値Tr*を導出する手法は、第1実施例の出力トルク指令値Td*を導出する手法と同様である。
【0087】
次に、設定した出力トルク指令値Tr*にリングギヤ軸126の回転数Nrを乗じてリングギヤ軸126に出力すべきエネルギPrを算出し(ステップS220)、この算出したエネルギPrがエンジン150から出力されるようエンジン150の目標トルクTe*および目標回転数Ne*を設定する(ステップS222)。この目標トルクTe*および目標回転数Ne*の設定手法についても第1実施例における設定手法と同様である。
【0088】
こうして回転状態判定フラグFやエンジン150の目標トルクTe*および目標回転数Ne*を設定すると、設定した値を用いてモータMG1の制御(ステップS224)とモータMG2の制御(ステップS226)とエンジン150の制御(ステップS228)とを行なう。第2実施例でも、第1実施例と同様に、図示の都合上、各制御は別々のステップとして記載したが、実際には、これらの制御は総合的に行なわれる。なお、ステップS228のエンジン150の制御は、第1実施例の動力出力装置20におけるエンジン50の制御と同一の制御であるから、ここでの説明は省略する。以下、モータMG1およびモータMG2の制御について説明する。
【0089】
モータMG1の制御(図16のステップS224)は、図17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CPU190は、まず、回転状態判定フラグFの値を調べ(ステップS230)、回転状態判定フラグFが値0のときには、エンジン150は正常に回転していると判断し、次式(11)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S232)。この式(11)の右辺第1項は、上式(8)と同様に図14または図15の共線図における動作共線の釣り合いの関係から求められるものである。なお、右辺第2項および右辺第3項は、エンジン150の回転数Neと目標回転数Ne*との偏差を解消する比例項およびエンジン150の回転数Neの目標回転数Ne*に対する定常偏差を解消するための積分項であり、式中のK3およびK4は定数である。
【0090】
【数10】
【0091】
一方、回転状態判定フラグFが値1のときには、エンジン150は逆回転しているか失速していると判断し、エンジン150を強制的に正回転させるようモータMG1のトルク指令値Tm1*に所定値Tm0を設定する(ステップS234)。ここで、所定値Tm0は、エンジン150を強制的に正回転させるトルクの値として設定されるものであり、第2実施例では、燃料噴射が停止されているエンジン150を所定値Nemin以上の回転数で回転させることができるトルクの値として設定されている。
【0092】
次に、サンギヤ軸125の回転角度θsをレゾルバ139から入力すると共に(ステップS236)、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を電流検出器195,196により検出する処理を行なう(ステップS238)。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のは、第1実施例でも記載した。その後、第1実施例のクラッチモータ30の制御(図6)で説明した座標変換(ステップS240)および電圧指令値Vd1,Vq1の演算を行ない(ステップS242)、更に電圧指令値の逆座標変換(ステップS242)を行なって、モータMG1の第1の駆動回路192のトランジスタTr1ないしTr6のオンオフ制御時間を求め、PWM制御を行なう(ステップS246)。
【0093】
ここで、モータMG1のトルク指令値Tm1*の符号を図14や図15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14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15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17のモータMG1の制御処理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S236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17のモータMG1の制御処理により行なうことができる。
【0094】
モータMG2の制御(図16のステップS226)について図18に例示するモータMG2の制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチンを実行すると、制御装置180の制御CPU190は、まず、回転状態判定フラグFの値を調べ(ステップS230)、回転状態判定フラグFが値0のときには、モータMG2のトルク指令値Tm2*を次式(12)により算出して設定し(ステップS252)、回転状態判定フラグFが値1のときには、モータMG2のトルク指令値Tm2*に次式(13)により算出して設定する(ステップS254)。ここで、式(12)は、図14および図15の共線図における動作共線の釣り合いから導き出される。式(13)は、エンジン150が逆回転しているか失速している状態をエンジン150への燃料噴射が停止されているときにモータMG1とモータMG2とによりエンジン150を所定値Nemin以上の回転数で回転させる際のトルクを与えるものとして導出されるものである。すなわち、右辺第1項は、モータMG2のみでリングギヤ軸126に出力すべきトルクTr*を賄う際のトルクであり、右辺第2項は、エンジン150をモータMG1とモータMG2とにより強制的に所定値Nemin以上の回転数で回転するのに必要なトルクである。
【0095】
【数11】
【0096】
続いて、リングギヤ軸126の回転角度θrをレゾルバ149から検出する処理を実行し(ステップS252)、図17のモータMG1の制御ルーチンにおけるステップS238ないしS246の処理と同様の処理であるステップS258ないしS266の処理を実行する。すなわち、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S258)、座標変換(ステップS260)および電圧指令値Vd2,Vq2の演算を行ない(ステップS262)、更に電圧指令値の逆座標変換(ステップS264)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S266)。
【0097】
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18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14の共線図の状態のときのトルクTm2の向きを正とした。
【0098】
こうした各制御により、エンジン150をより効率の良い運転ポイントで運転することができ、エンジン150から出力されるエネルギPeをプラネタリギヤ120,モータMG1およびモータMG2により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。
【0099】
以上説明した第2実施例の動力出力装置110によれば、サンギヤ軸125回転数Nsとリングギヤ軸126の回転数Nrとに基づいてエンジン150の回転数Neを求めることができる。しかも、サンギヤ軸125の回転数Nsとリングギヤ軸126の回転数Nrは正回転と逆回転とを検出可能なレゾルバ139,149により検出される回転角度θs,θrに基づいて求められる正負の符号付きの値であるから、エンジン150の回転数Neも正負の符号付きの値として求めることができる。この結果、エンジン150が逆回転するといった異常な回転状態を検出することができる。
【0100】
また、第2実施例の動力出力装置110によれば、エンジン150が逆回転するといった異常な回転状態を検出したり、エンジン150の停止命令が出力されていないにも拘わらずその回転数Neが所定値Neminより小さい回転状態となるのを検出したときには、エンジン150を所定値Nemin以上の回転数で回転させることができるトルクの値をモータMG1のトルク指令値Tm1*に設定することにより、エンジン150を所定値Nemin以上の回転数で正回転させることができる。この結果、エンジン150の逆回転を防止することができると共に、エンジン150の非所望の失速を防止することができる。しかも、こうしたエンジン150の逆回転や失速を防止する処理の際でも、モータMG2からはアクセルペダル164の踏込量に応じたトルクとモータMG1とによりエンジン50を所定値Nemin以上の回転数で回転させるのに要するトルクとの和のトルクがリングギヤ軸126に出力されるから、運転者はこうした処理にも拘わらずスムースに車両を運転することができると共に非所望のトルクショックを受けることがない。
【0101】
第2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19に例示する変形例の動力出力装置110Aのように、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50に例示する変形例の動力出力装置110Bのように、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。
【0102】
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。
【0103】
ところで、上述した各実施例では、エンジン50およびエンジン150としてガソリンにより運転される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或いは外燃機関を用いることもできる。
【0104】
また、第1実施例のクラッチモータ30およびアシストモータ40として、あるいは、第2実施例のモータMG1およびモータMG2として、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を行なわせるものであれば、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。
【0105】
さらに、第1実施例では、クラッチモータ30に対する電力の伝達手段として回転トランス38を用いたが、その他、スリップリング−ブラシ接触、スリップリング−水銀接触、或いは磁気エネルギの半導体カップリング等を用いることもできる。
【0106】
第1実施例の第1および第2の駆動回路91,92として、あるいは、第2実施例の第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。
【0107】
また、第1実施例のバッテリ94として、あるいは、第2実施例のバッテリ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94,194に代えてキャパシタを用いることもできる。
【0108】
各実施例では、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】クラッチモータにより動力の配分を行なう動力出力装置20の構成を、第1の実施例として示す概略構成図である。
【図2】第1実施例の動力出力装置20を構成するクラッチモータ30およびアシストモータ40の構造を示す断面図である。
【図3】第1実施例の動力出力装置20を搭載した車両の概略構成を示す構成図である。
【図4】第1実施例の動力出力装置20の動作原理を説明するためのグラフである。
【図5】第1実施例の制御装置80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6】第1実施例の制御装置80により実行されるクラッチモータ制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図7】第1実施例の制御装置80により実行されるアシストモータ制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図8】第1実施例の動力出力装置20の変形例である動力出力装置20Aの概略構成を示す構成図である。
【図9】第1実施例の動力出力装置20の変形例である動力出力装置20Bの概略構成を示す構成図である。
【図10】本発明の実施例としての動力出力装置110を第2の実施例として示す概略構成図である。
【図11】第2実施例の動力出力装置110の部分拡大図である。
【図12】第2実施例の動力出力装置110を搭載した車両の概略構成を示す構成図である。
【図13】第2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14】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15】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16】第2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17】第2実施例の制御装置180により実行されるモータMG1の制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図18】第2実施例の制御装置180により実行されるモータMG2の制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図19】第2実施例の動力出力装置110の変形例である動力出力装置110Aの概略構成を示す構成図である。
【図20】第2実施例の動力出力装置110の変形例である動力出力装置110Bの概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
20…動力出力装置
20A,20B…動力出力装置
22…駆動軸
24…ディファレンシャルギヤ
26,28…駆動輪
30…クラッチモータ
32…アウタロータ
34…インナロータ
35…永久磁石
36…三相コイル
37A,37B…ベアリング
38…回転トランス
38A…一次巻線
38B…二次巻線
39…レゾルバ
39A…スリップリング
39B…リング
39C…ブラシ
40…アシストモータ
42…ロータ
43…ステータ
44…三相コイル
45…ケース
46…永久磁石
48…レゾルバ
49…ベアリング
50…エンジン
51…燃料噴射弁
52…燃焼室
54…ピストン
56…クランクシャフト
57…ホイール
58…イグナイタ
59a…圧入ピン
59b…ネジ
60…ディストリビュータ
62…点火プラグ
64…アクセルペダル
65…アクセルペダルポジションセンサ
66…スロットルバルブ
67…スロットルバルブポジションセンサ
68…アクチュエータ
70…EFIECU
72…吸気管負圧センサ
74…水温センサ
76…回転数センサ
78…回転角度センサ
79…スタータスイッチ
80…制御装置
82…シフトレバー
84…シフトポジションセンサ
90…制御CPU
90a…RAM
90b…ROM
91…第1の駆動回路
92…第2の駆動回路
94…バッテリ
95,96…電流検出器
97,98…電流検出器
99…残容量検出器
110…動力出力装置
110A,110B…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
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
156…クランクシャフト
164…アクセルペダル
165…アクセルペダルポジションセンサ
170…EFIECU
180…制御装置
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
Claims (3)
- 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、
第1の回転軸を有し、該第1の回転軸に動力を入出力する第1の電動機と、
前記駆動軸に結合される第2の回転軸を有し、該第2の回転軸に動力を入出力する第2の電動機と、
前記出力軸と前記第1の回転軸と前記第2の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軸へ入出力される動力を決定したとき該決定された動力に基づいて残余の1軸へ入出力される動力が決定される所定の動力関係を有する3軸式動力入出力手段と、
前記第1の回転軸の回転速度を検出する第1の回転速度検出手段と、
前記第2の回転軸の回転速度を検出する第2の回転速度検出手段と、
前記第1の回転速度検出手段および前記第2の回転速度検出手段により各々検出された回転速度と前記3軸式動力入出力手段における前記所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算する回転速度演算手段と、
前記回転速度演算手段により演算される前記原動機の出力軸の回転速度が所定値以上となるよう前記第1の電動機を駆動制御する電動機制御手段と
を備える動力出力装置。 - 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、
第1の回転軸を有し、該第1の回転軸に動力を入出力する第1の電動機と、
前記駆動軸に結合される第2の回転軸を有し、該第2の回転軸に動力を入出力する第2の電動機と、
前記出力軸と前記第1の回転軸と前記第2の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軸へ入出力される動力を決定したとき該決定された動力に基づいて残余の1軸へ入出力される動力が決定される所定の動力関係を有する3軸式動力入出力手段と、
前記第1の回転軸の回転速度を検出する第1の回転速度検出手段と、
前記第2の回転軸の回転速度を検出する第2の回転速度検出手段と、
前記第1の回転速度検出手段および前記第2の回転速度検出手段により各々検出された回転速度と前記3軸式動力入出力手段における前記所定の動力関係とに基づいて前記原動機の出力軸の回転速度を演算する回転速度演算手段と、
操作者の指示に基づいて前記原動機の出力軸の目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、
前記回転速度演算手段により演算される前記原動機の出力軸の回転速度が前記目標回転速度になるよう前記第1の電動機を駆動制御する電動機制御手段と
を備える動力出力装置。 - 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、
第1の回転軸を有し、該第1の回転軸に動力を入出力する第1の電動機と、
前記駆動軸に結合される第2の回転軸を有し、該第2の回転軸に動力を入出力する第2の電動機と、
前記出力軸と前記第1の回転軸と前記第2の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軸へ入出力される動力を決定したとき該決定された動力に基づいて残余の1軸へ入出力される動力が決定される所定の動力関係を有する3軸式動力入出力手段と、
前記第1の回転軸の回転速度を検出する第1の回転速度検出手段と、
前記第2の回転軸の回転速度を検出する第2の回転速度検出手段と、
前記第1の回転速度検出手段および前記第2の回転速度検出手段により各々検出された回転速度と前記3軸式動力入出力手段における前記所定の動力関係とに基づいて前記原動 機の出力軸の回転速度を演算し、その演算結果から、前記原動機の前記出力軸の回転方向を判断する回転速度演算手段と、
該出力軸が逆回転していると判断された場合には、該出力軸が正回転するのに必要なトルクを、前記第1,第2の電動機により出力する手段と
を備える動力出力装置。
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