JP4061763B2 - 動力出力装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

【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動力出力装置およびその制御方法に関し、詳しくは、上記電動機を上記エンジンの出力軸と駆動軸とに切り換えて結合可能な結合手段を有する動力出力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンと電動機とを動力源とする動力出力装置を搭載した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では、搭載した動力出力装置によって、エンジンから出力された動力は、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。このような動力出力装置は、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出力に関わらずエンジンは運転効率の高い動作点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】
上記の動力出力装置おける電動機の回転軸の結合先は、駆動軸とエンジンの出力軸の２通りが可能である。これらの結合について、電動機の回転軸を駆動軸に結合した構成では、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動作時（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。電動機の回転軸をエンジンの出力軸に結合した構成は、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動作時（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。
【０００４】
そこで、従来では、電動機の回転軸の結合状態を、駆動軸側とエンジンの出力軸側とで切り換え可能に構成した動力出力装置を搭載するハイブリッド車両が提案されている（例えば、特開平１０−７５５０１記載のハイブリッド車両）。かかる動力出力装置では、電動機の回転軸と駆動軸またはエンジンの出力軸との結合／切り離しを、クラッチを備えた切換装置や、シンクロナイズドギヤを備えた切換装置を用いて行なっていた。ここで、シンクロナイズドギヤとは、軸方向に直列に配置された２つ以上のギヤと、これらのギヤと選択的に噛合可能な可動ギヤとから構成される機構をいう。
【０００５】
それでは、このような動力出力装置における結合状態の切換装置について簡単に説明する。なお、ここでは、動力調整装置として、対ロータ電動機であるクラッチモータ３０を用い、切換装置として、シンクロナイズドギヤを備えた装置を用いる場合を例にとって説明する。
【０００６】
図１２は電動機の回転軸の結合状態を切り換え可能に構成した一般的な動力出力装置の要部を示す構成図である。
【０００７】
図１２に示すように、エンジン５０の出力軸であるクランクシャフト５６と、車輪２６を駆動するための動力を出力する伝達軸２２との間には、ハイブリッドユニット２０が配設されている。ハイブリッドユニット２０内には、対ロータ電動機であるクラッチモータ３０と、電動機であるアシストモータ４０と、そのアシストモータ４０のロータ軸４３の結合先を選択的に切り換える切換装置８０と、が設けられている。
【０００８】
これらのうち、クラッチモータ３０は、インナロータ３２とアウタロータ３４とを備えており、通常の電動機におけるロータに相当するインナロータ３２のみならず、アウタロータ３４も自由に回転することができる。クラッチモータ３０のインナロータ３２には、インナロータ軸３３が結合されており、アウタロータ３４には、駆動軸であるアウタロータ軸３５が結合されている。インナロータ軸３３は、図示しないダンパを介してクランクシャフト５６に結合されている。アウタロータ軸３５は、出力用ギヤ２１，チェーン２３を介して伝達軸２２に結合されている。この伝達軸２２は、更に減速機２４およびディファレンシャルギヤ２５を介して、駆動輪２６Ｒ，２６Ｌを備えた車軸２６に結合されている。
【０００９】
アシストモータ４０はロータ４２とステータ４４とを備えている。このうち、ステータ４４はケースに固定され、ロータ４２は中空のロータ軸４３に結合されている。中空のロータ軸４３の軸中心は、クランクシャフト５６に結合されたインナロータ軸３３が貫通している。
【００１０】
切換装置８０はシンクロナイズドギヤであって、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５に結合された第１ギヤ８１と、インナロータ軸３３に結合された第２ギヤ８２と、何れの軸にも結合されていない第３ギヤ８３と、可動部材８７と、で構成されている。可動部材８７の片側には、第１ないし第３ギヤ８１〜８３に噛合し得る可動ギヤ８４が設けられおり、他の片側はスプライン８５を介してアシストモータ４０のロータ軸４３に摺動自在に結合されている。したがって、可動ギヤ８４は、ロータ軸４３と回転を共にしながら、ロータ軸４３に対してその軸方向に移動することができる。切換装置８０には、可動部材８７を駆動して、可動ギヤ８４の位置を切り換えるアクチュエータ８６が設けられている。アクチュエータ８６は、モータあるいはソレノイドなどにより実現可能であり、図示していない制御ユニットにより制御される。
【００１１】
可動ギヤ８４が、図１２中の位置ａにあるときは、第１ギヤ８１と可動ギヤ８４とが噛合し、アシストモータ４０のロータ軸４３は、駆動軸であるクラッチモータ３０のアウタロータ軸３５に結合されることになる。この結果、エンジン５０から出力された動力は、クラッチモータ３０を経て、駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力されるが、このアウタロータ軸３５に対して、アシストモータ４０が動力をやり取りすることが可能となる。この構成を模式的に示したのが図１３である。切換装置８０が、可動ギヤ８４を位置ａに切り換えたときは、図１３の構成と等価である。以下、この結合状態をアンダードライブ結合と呼ぶ。
【００１２】
他方、切換装置８０が可動ギヤ８４を、図１２中の位置ｃに切り換えたときは、第２ギヤ８２と可動ギヤ８４とが噛合し、アシストモータ４０のロータ軸４３はクラッチモータ３０のインナロータ軸３３に結合され、延いてはエンジン５０の出力軸であるクランクシャフト５６に結合されることになる。この結果、エンジン５０からクラッチモータ３０を経て駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力される動力の出力系統に対して、アシストモータ４０はインナロータ軸３３やクランクシャフト５６との間で動力のやり取りを行なうことが可能となる。この構成を模式的に示したのが図１４である。切換装置８０が可動ギヤ８４を位置ｃに切り換えたときは、図１４の構成と等価である。以下、この結合状態をオーバードライブ結合と呼ぶ。
【００１３】
切換装置８０は、可動ギヤ８４を、第３ギヤ８３と噛合する位置ｂに切り換えることも可能である。この位置では、可動ギヤ８４は、第１ギヤ８１および第２ギヤ８２のいずれとも噛合してない中立状態になる。このときエンジン５０から出力された動力は、クラッチモータ３０を経てそのまま駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力される。
【００１４】
制御ユニット（図示せず）は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、切換装置８０を制御して、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を切り換える。基本的には、エンジン５０の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数よりも大きくなった場合には、切換装置８０を制御して、アンダードライブ結合（アシストモータ４０のロータ軸４３を駆動軸であるアウタロータ軸３５に結合）にする。逆に、エンジン５０の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数よりも小さくなった場合には、オーバードライブ結合（アシストモータ４０のロータ軸４３をエンジン５０の出力軸であるクランクシャフト５６に結合）にする。こうすることによってアンダードライブ動作、オーバードライブ動作の双方において、効率の高い運転を実現している。
【００１５】
さて、このような電動機の回転軸の結合状態を切り換え可能な動力出力装置においては、電動機の回転軸の結合状態を、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換える場合、従来では、次のような手順で行なっていた。
【００１６】
図１５は従来の動力出力装置におけるオーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換える際の各構成要素の動作状態の時間的推移を示すタイミングチャートである。
【００１７】
このようなオーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換えは、例えば、ハイブリッド車両を定常走行させている場合に、運転者がアクセルペダルを踏み込んで、駆動軸であるアウタロータ軸３５からの出力トルクを増加して、車両を加速させる場合などに生じる。
【００１８】
図１５において、ａは制御ユニットが出す切換指令、ｂ，ｃは制御ユニットの制御モード、ｄ，ｅ，ｆは切換装置８０の動作状態、ｇはエンジン出力、ｈはエンジン５０、駆動軸であるアウタロータ軸３５，アシストモータ（ＡＭ）４０の回転数、ｉ，ｊ，ｋはクラッチモータ（ＣＭ）３０の動作状態、ｌ，ｍ，ｎはアシストモータ（ＡＭ）４０の動作状態をそれぞれ示す。
なお、切換装置８０の切換許容差速範囲は約３００r.p.m以下であるとする。切換装置８０において、可動ギヤ８４にはアシストモータ４０のロータ軸４３が、第２ギヤ８２にはエンジン５０のクランクシャフト５６及びクラッチモータ３０のインナロータ軸３３が、第１ギヤ８１にはクラッチモータ３０のアウタロータ軸３５が、それぞれにつながっているため、何れも、イナーシャが大きくなっている。従って、可動ギヤ８４を第２ギヤ８２または第１ギヤ８１に結合させる場合、可動ギヤ８４と第２ギヤ８２または第１ギヤ８１との差速があまりに大きいと、両者の間で大きな磨耗が生じてしまう。そのため、切換装置８０には、上記したような切換許容差速範囲が設定されている。
【００１９】
それでは、図１５を用いて、切り換え手順を順次説明する。運転者がアクセルペダルを踏み込む（キックダウン）と、制御ユニットは、その踏込量から、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力すべき要求出力を算出し、その要求出力が所定の条件を満たしている場合に切換指令を発する（ａの手順▲１▼）。
【００２０】
次に、制御ユニットは、図示せざる燃料噴射制御ユニットを介してエンジン５０の出力をアップする（ｇの手順▲２▼）。続いて、制御ユニットは、駆動軸であるアウタロータ軸３５とエンジン５０の出力軸であるクランクシャフト５６との差速が切換許容差速範囲である約３００r.p.m以下になったかどうかを判定し、差速が約３００r.p.m以下になったら（ｈの手順▲３▼）、切換装置８０のアクチュエータ８６を始動し（ｄの手順▲４▼）、オーバードライブ（ＯＤ）結合状態から中立状態へ移行させるために、可動ギヤ８４を第２ギヤ８２から切り離す。そのとき同時に、制御ユニットは、アシストモータ４０を発電状態から（ｎ参照）、発電（回生）も駆動（力行）も行なわれないニュートラル状態に移行させ、可動ギヤ８４の第２ギヤ８２からの切り離しがスムーズに行なわれるようにする（ｍの手順▲５▼）。
【００２１】
次に、制御ユニットは、アクチュエータ８６を制御して、可動ギヤ８４を第３ギヤ８３に結合させ、中立状態に移行させる（ｅの手順▲６▼）。また、この間、制御ユニットは、アシストモータ４０を駆動状態にして（ｌ参照）、アシストモータ４０を一定のトルクで回転数を徐々に上昇させる（ｈ参照）。そして、制御ユニットは、アクチュエータ８６を制御して、可動ギヤ８４を第３ギヤ８３から切り離し（ｅの手順▲７▼）、第１ギヤ８１へ結合して、中立状態からアンダードライブ（ＵＤ）結合状態に移行させる（ｆの手順▲８▼）。そして、制御ユニットは、アシストモータ４０のトルクアップを図るとともに（ｌ参照）、エンジン５０の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数に一致したら（ｈの手順▲９▼）、クラッチモータ３０を駆動状態から発電状態へと移行させる（ｉおよびｋ参照）。
【００２２】
以上のようにして、従来においては、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換えを行なっていた。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては、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換える際に、制御ユニットにおいて、算出した要求出力が所定の条件を満たし後、駆動軸であるアウタロータ軸３５とエンジン５０の出力軸であるクランクシャフト５６との差速が、切換装置８０の切換許容差速範囲内になるのを確認してから、切換装置８０のアクチュエータ８６を始動していたので、その分、切換時間が長くなるという問題があった。また、そのため、運転者がアクセルペダルを踏み込んでから、その踏込量に見合ったトルクが駆動軸であるアウタロータ軸３５から実際に出力されるまでに、１秒以上もの長い時間がかかってしまい、運転者にとってレスポンスの悪いものとなっていた。
【００２４】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換える場合に、その切換時間を短縮することが可能な動力出力装置およびその制御方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の動力出力装置は、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、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置であって、
前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する判定手段と、
該判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる切り離し制御手段と、
前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆動軸の回転数に合わせ込む同期化手段と、
前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる結合制御手段と、
をさらに備えることを要旨とする。
【００２６】
従って、本発明の動力出力装置によれば、判定手段が電動機の回転軸を駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、エンジンの出力軸と駆動軸の差速が切換許容差速範囲内になるのを確認することなく、直ちに、結合手段の駆動を開始させるため、従来に比較して、電動機の回転軸の結合状態を切り換える際の切換時間を短縮することができる。また、電動機の回転軸が出力軸から切り離された場合に、電動機の回転軸の回転数を上昇させて、駆動軸の回転数に合わせ込むよう、積極的に回転数の同期化を図り、できる限り早く、電動機の回転軸を駆動軸に結合させるようにしているため、さらに上記切換時間を短縮することができる。
【００２７】
また、本発明の動力出力装置において、前記判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる動力上昇手段をさらに備えるようにしても良い。
【００２８】
このように、電動機の回転軸の結合先を出力軸から駆動軸に切り換える際に、エンジンから出力される動力を上昇させ、そのエンジンから得られたトルクを動力調整装置を介してそのまま駆動軸に伝達させることにより、駆動軸においてトルク抜けが生じるのを防ぐことができる。
【００２９】
また、本発明の動力出力装置において、
トルクと回転数との関係で表される前記動力出力装置の動作領域を、所定の境界によって分割して、前記電動機の回転軸を前記出力軸に結合させて動作させるべき第１の領域と前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させて動作させるべき第２の領域とを設定する領域設定手段をさらに備えると共に、
前記決定手段は、
前記要求動力から前記駆動軸の目標動作点を設定する目標動作点設定手段と、設定した前記駆動軸の目標動作点が前記境界を越えて前記第２の領域にある場合に、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきであると決定する切換決定手段と、
を備えることが好ましい。
【００３０】
このように、要求出力から駆動軸の目標動作点を設定し、その設定した目標動作点が境界を越えて第２の領域にある場合に、電動機の回転軸を駆動軸に結合させるべきと決定することによって、要求出力に基づいて電動機の回転軸を的確に切り換えることができる。
【００３１】
本発明における動力調整装置としては種々の装置を適用可能である。
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を備え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】
本発明は、以下に示す動力出力装置の制御方法として構成することもできる。
本発明の動力出力装置の制御方法は、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、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する工程と、
（ｂ）前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる工程と、
（ｃ）前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆動軸の回転数に合わせ込む工程と、
（ｄ）前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる工程と、
を備えることを要旨とする。
【００３６】
従って、かかる制御方法によれば、上記した本発明の動力出力装置と同様に、電動機の回転軸の結合状態を切り換える際の切換時間を短縮することができる。
【００３７】
また、本発明の動力出力装置の制御方法において、
（ｅ）前記工程（ａ）にて前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる工程
をさらに備えるようにしても良い。
【００３８】
従って、かかる制御方法によれば、上記した本発明の動力出力装置と同様に、駆動軸においてトルク抜けが生じるのを防ぐことができる。
【００３９】
以上で説明した本発明は、直接には、動力出力装置およびその制御方法に適用されている。その他、そのような動力出力装置を搭載した種々の装置、例えば、ハイブリッド車両として本発明を構成することも可能である。
【００４０】
【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は本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。なお、前述の図１２に示した構成要素と同一のものには、同一の符号を付してある。
【００４１】
本実施例の動力出力装置１０は、動力系統であるエンジン５０およびハイブリッドユニット２０と、制御系統である燃料噴射制御ユニット（以下、ＥＦＩＥＣＵと言う）と、制御ユニット９０と、を主として備えている。
【００４２】
これらのうち、動力系統であるエンジン５０は、通常のガソリンエンジンであり、出力軸であるクランクシャフト５６を回転させる。
【００４３】
エンジン５０の運転は、制御系統であるＥＦＩＥＣＵ７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ７０は内部に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、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、主に、エンジン５０の燃料噴射量、吸排気バルブの進角制御、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、ＥＦＩＥＣＵ７０には、燃料噴射弁５１，スロットルバルブ５３の開度を制御するスロットルバルブモータ５４，あるいは吸排気バルブ（図示せず）の開閉タイミングを制御するＶＶＴ５７などが設けられている。また、ＥＦＩＥＣＵ７０には、これらの制御を行なうために必要なセンサであって、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。その一つとしてクランクシャフト５６の回転数を検出する回転数センサ５２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。
【００４４】
エンジン５０のクランクシャフト５６と、車輪２６を駆動するための動力を出力する伝達軸２２との間には、図１２の場合と同様に、ハイブリッドユニット２０が配設されている。ハイブリッドユニット２０内には、主として、対ロータ電動機であるクラッチモータ３０と、電動機であるアシストモータ４０と、そのアシストモータ４０のロータ軸４３の結合先を選択的に切り換える切換装置８０と、が設けられている。
【００４５】
これらのうち、クラッチモータ３０は、基本的には永久磁石を用いた同期電動機として構成されているが、磁界を発生させる三相コイルが巻回された部材が、ケースに固定されたいわゆるステータではなく、回転可能なロータとして構成されている点で通常の電動機と異なる。即ち、クラッチモータ３０では、図１２で述べたとおり、通常の電動機におけるロータに相当するインナロータ３２のみならず、三相コイル３６が巻回されたアウタロータ３４も、自由に回転することができる。このように構成された電動機を前述したように対ロータ電動機と呼ぶ。このような対ロータ電動機では、三相コイル３６が設けられたアウタロータ３４も回転するから、回転するコイル３６に対して電力を供給するための機構が必要になる。本実施例では、この機構としてスリップリング３８を設けて、三相コイル３６への電力を供給しているが、スリップリング３８に代えて、差動トランスなど、他の構成を用いることも可能である。クラッチモータ３０では、インナロータ３２に備えられた永久磁石による磁界とアウタロータ３４に備えられた三相コイル３６によって形成される磁界との相互作用により、両者は相対的に回転する。なお、かかる作用は、可逆的なものなので、クラッチモータ３０を発電機として動作させ、両ロータの回転数差に応じた電力を、クラッチモータ３０から回生することもできる。
【００４６】
また、図１２の場合と同様に、クラッチモータ３０のインナロータ３２には、インナロータ軸３３が結合されており、アウタロータ３４には、駆動軸であるアウタロータ軸３５が結合されている。インナロータ軸３３は、図示しないダンパを介してクランクシャフト５６に結合されている。アウタロータ軸３５は、出力用ギヤ２１，チェーン２３を介して伝達軸２２に結合されている。この伝達軸２２は、更に減速機２４およびディファレンシャルギヤ２５を介して、駆動輪２６Ｒ，２６Ｌを備えた車軸２６に結合されている。
【００４７】
クラッチモータ３０はインナロータ３２とアウタロータ３４の双方が回転可能であるため、インナロータ軸３３およびアウタロータ軸３５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３０自体では、トルクは作用・反作用の関係にあるため変えられないが、クラッチモータ３０を電動機として力行運転すれば他方の軸の回転数は高くなり、結果的に他方の軸から出力する動力（＝回転数×トルク）は高くなる。クラッチモータ３０を発電機として回生運転すれば他方の軸の回転数は低くなり、回転数差に対応した電力（＝回転数差×トルク）が取り出される。即ち、クラッチモータ３０を用いることで、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なわなければ、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ことから、この対ロータ電動機を、クラッチモータと呼ぶのである。
【００４８】
一方、ハイブリッドユニット２０内に設けらているアシストモータ４０も、クラッチモータ３０と同様に、永久磁石を用いた同期電動機として構成されており、本実施例では、ロータ４２側に永久磁石が、ステータ４４側に三相コイル４６が、それぞれ設けられている。図１２の場合と同様に、アシストモータ４０のステータ４４はケースに固定され、ロータ４２は中空のロータ軸４３に結合されている。中空のロータ軸４３の軸中心は、クランクシャフト５６に結合されたインナロータ軸３３が貫通している。
【００４９】
上述したクラッチモータ３０およびアシストモータ４０を駆動するために、バッテリ９４に接続された第１の駆動回路９１および第２の駆動回路９２が設けられている。第１の駆動回路９１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９０と電気的に接続されている。制御ユニット９０が第１の駆動回路９１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９４とクラッチモータ３０のアウタロータ３４に巻回された三相コイル３６との間には、両者に接続された第１の駆動回路９１およびスリップリング３８を介して、三相交流が流れる。この三相交流によりアウタロータ３４には回転磁界が形成され、クラッチモータ３０の回転は制御される。この結果、バッテリ９４の電力を用いてクラッチモータ３０を力行する動作や、あるいはクラッチモータ３０から回生する電力をバッテリ９４に蓄える動作などを行なうことができる。
【００５０】
他方、アシストモータ４０は、第２の駆動回路９２を介してバッテリ９４に接続されている。第２の駆動回路９２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９０に接続されて、その制御を受けて動作する。制御ユニット９０の制御信号により駆動回路９２のトランジスタをスイッチングすると、ステータ４４に巻回された三相コイル４６に三相交流が流れて回転磁界を生じ、アシストモータ４０は回転する。アシストモータ４０も、回生動作を行なうことができることは勿論である。
【００５１】
また、ハイブリッドユニット２０内に設けられている切換装置８０は、シンクロナイズドギヤであって、アシストモータ４０のロータ軸４３を、クラッチモータ３０のアウタロータ軸３５およびインナロータ軸３３のうち、何れか一方の軸に結合させるか、あるいは何れの軸にも結合させない状態にするかを切り換えるものである。なお、この切換装置８０の構成およびその動作については、図１２の場合と同様であるので、説明は省略する。
【００５２】
制御ユニット９０は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、後述するように、切換装置８０を制御して、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合先を切り換える。これにより、アシストモータ４０のロータ軸４３が、駆動軸であるクラッチモータ３０のアウタロータ軸３５に結合された場合は、図１３に示したようなアンダードライブ結合となり、アシストモータ４０のロータ軸４３がクラッチモータ３０のインナロータ軸３３に、延いてはエンジン５０の出力軸であるクランクシャフト５６に結合された場合は、図１４に示したようなオーバードライブ結合になる。
【００５３】
なお、本実施例において用いられる切換装置８０は、複数のクラッチにより構成することも可能である。つまり、第１ないし第３ギヤ８１〜８３と可動ギヤ８４との組み合わせに代えて、アウタロータ軸３５とロータ軸４３の結合および解放を行う第１のクラッチを設け、またインナロータ軸３３とロータ軸４３の結合および解放を行う第２のクラッチを設けるものとしてもよい。この場合、スプライン８５を設ける必要はない。
【００５４】
本実施例において、ハイブリッド車両の運転状態は制御ユニット９０により制御されている。制御ユニット９０もＥＦＩＥＣＵ７０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、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、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９０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９０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６５の踏み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ６５ａや、シフトレバー６６のポジションを検出するためのシフトポジションセンサ６６ａの他、図示してはいないアウタロータ軸３５の回転数を検出する回転数センサや、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数を検出する回転数センサなどがある。
【００５５】
制御ユニット９０は、ＥＦＩＥＣＵ７０とも通信回線により接続されており、ＥＦＩＥＣＵ７０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９０からエンジン５０の制御に必要な情報をＥＦＩＥＣＵ７０に出力することにより、エンジン５０を間接的に制御することができる。逆にエンジン５０の回転数などの情報をＥＦＩＥＣＵ７０から入力することもできる。
【００５６】
図１に示す動力出力装置１０は、エンジン１５０から出力された動力を電力のやりとりによって増減して伝達する動力調整装置として、クラッチモータ３０を適用しており、動力の分配をそのクラッチモータ３０のインナロータ３２とアウタロータ３４との滑りにより実現する。エンジン５０からの動力の一部は、クラッチモータ３０を介して駆動軸であるアウタロータ軸３５に機械的な形態で直接出力され、一部は、二つのロータ３２，３４の滑り回転によりクラッチモータ３０から電力の形態で取り出される。電気的に取り出されたエネルギは、バッテリ９４に蓄積することもできるし、もう一つのモータであるアシストモータ４０に出力し、駆動軸であるアウタロータ軸３５のトルクアップに用いることもできる。即ち、この動力出力装置１０は、動力を出力するエンジン５０、滑り回転により動力をやり取りするクラッチモータ３０、力行・回生可能なアシストモータ４０の三者により、駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力する動力を自由に制御することができるのである。
【００５７】
（２）一般的動作：
次に、本実施例の動力出力装置の一般的動作として、エンジン５０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駆動軸であるアウタロータ軸３５に出力する動作について説明する。本実施例の動力出力装置１０では、エンジン５０の回転数Ｎｅとアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄとの大小関係、およびアシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態に応じて、上記変換の経路が異なる。
【００５８】
最初にアンダードライブ結合（図１３）において、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図２に示す。図２は、横軸に回転数Ｎ、縦軸にトルクＴを採り、エンジン５０の動作点Ｐｅとアウタロータ軸３５の動作点Ｐｄを示した図である。図２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５０から出力された動力Ｐｅを、Ｎｅよりも低い回転数Ｎｄ、Ｔｅよりも高いトルクＴｄの動力Ｐｄに変換してアウタロータ軸３５から出力する場合を考える。
【００５９】
図２に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい。クラッチモータ４０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３０は、相対的に逆転することになり、クラッチモータ３０の回転数Ｎｃは負の値となる。クラッチモータ３０のトルクＴｃは作用・反作用の原理からエンジン５０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３０はエンジン５０から出力された動力の一部を駆動軸であるアウタロータ軸３５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２中のハッチングを施した領域ＧＵ１の面積に等しい。
【００６０】
一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも大きい。従って、アシストモータ４０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４０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４０の回転数とトルクの積に等しく、図２中のハッチングを施した領域ＡＵ１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３０で回生される電力とアシストモータ４０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３０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５０の動作点Ｐｅで表される動力を、動作点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９４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５０から余分に出力したりして、上記変換を実現する。かかる変換では、上流側に位置するクラッチモータ３０で回生された電力が下流側に位置するアシストモータ４０に供給される。
【００６１】
次に、アンダードライブ結合において、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも高い場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図３に示した。図３に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きい。従って、クラッチモータ３０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３０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３０の回転数とトルクの積に等しく、図３中のハッチングを施した領域「ＧＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、アシストモータ４０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４０は回生運転される。このとき回生される電力はアシストモータ４０の回転数とトルクの積に等しく、図３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、アシストモータ４０で回生される電力とクラッチモータ３０に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、下流側に位置するアシストモータ４０で回生された電力が上流側に位置するクラッチモータ３０に供給され、そのクラッチモータ３０に供給された電力が、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４０に供給されるため、動力の循環が生じる。動力の循環が生じると、エンジン５０から出力された動力のうち、有効に駆動軸であるアウタロータ軸３５に伝達される動力が低減するため、動力出力装置１０の運転効率は低下する。
【００６２】
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４０およびクラッチモータ３０の動作点は、それぞれ以下の通りとなる。
【００６３】
クラッチモータ３０の回転数Ｎｃ＝Ｎｄ−Ｎｅ；
トルクＴｃ＝Ｔｅ；
アシストモータ４０の回転数Ｎａ＝Ｎｄ；
トルクＴａ＝Ｔｄ−Ｔｅ；・・・（１）
【００６４】
次に、オーバードライブ結合の場合（図１４）において、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい場合について説明する。かかる場合のトルクの変換の様子を図４に示した。図４に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さい。従って、クラッチモータ３０は、負の回転数Ｎｃ、正のトルクＴｃで回転する。つまり、クラッチモータ３０は回生運転される。このとき、回生される電力はクラッチモータ３０の回転数とトルクの積に等しく、図４中のハッチングを施した領域「ＧＯ１＋ＧＯ２」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも大きい。従って、アシストモータ４０は正のトルク、正の回転数で運転される。このとき、供給される電力はクラッチモータ３０の回転数とトルクの積に等しく、図４中のハッチングを施した領域「ＧＵ２＋ＧＵ３」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、アシストモータ４０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４０は電力の供給を受けて力行される。このとき、供給される電力はアシストモータ４０の回転数とトルクの積に等しく、図４中のハッチングを施した領域「ＡＵ１＋ＧＵ２」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３０で回生される電力とアシストモータ４０に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、下流側に位置するクラッチモータ３０で回生された電力が上流側に位置するアシストモータ４０に供給されるため、この場合も動力の循環が生じ、動力出力装置１０の運転効率は低下する。
【００６５】
次に、オーバードライブ結合の場合において、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも高い場合について説明する。かかる場合におけるトルクの変換の様子を図５に示す。図５に示した変換を行う場合、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄはエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きい。従って、クラッチモータ３０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３０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３０の回転数とトルクの積に等しく、図５中のハッチングを施した領域「ＧＯ３」の面積に等しい。一方、アウタロータ軸３５のトルクＴｄはエンジン５０のトルクＴｅよりも小さい。従って、アシストモータ４０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４０は回生運転される。このとき回生される電力はアシストモータ４０の回転数とトルクの積に等しく、図５中のハッチングを施した領域「ＡＯ２」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、アシストモータ４０で回生される電力とクラッチモータ３０に供給される電力とが等しくなる。かかる変換では、上流側に位置するアシストモータ４０で回生された電力が下流側に位置するクラッチモータ３０に供給される。
【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４０およびクラッチモータ３０の運転ポイントは、次の通りとなる。
【００６７】
クラッチモータ３０の回転数Ｎｃ＝Ｎｄ−Ｎｅ；
トルクＴｃ＝Ｔｄ；
アシストモータ４０の回転数Ｎａ＝Ｎｅ；
トルクＴａ＝Ｔｄ−Ｔｅ； ・・・（２）
【００６８】
以上で説明した通り、本実施例の動力出力装置１０は、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態、およびアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄとエンジン５０の回転数Ｎｅとの大小関係に応じて、エンジン５０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、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力することができる。
【００６９】
しかし、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きいオーバードライブ動作時に、アンダードライブ結合で動作させると、動力の循環が生じ、車両の運転効率が低下する。また、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さいアンダードライブ動作時に、オーバードライブ結合で動作させると、同様に、動力の循環が生じ、車両の運転効率が低下する。そこで、本実施例では、運転効率を向上させるために、基本的に、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも大きいオーバードライブ動作時には、オーバードライブ結合となるように、アウタロータ軸３５の回転数Ｎｄがエンジン５０の回転数Ｎｅよりも小さいアンダードライブ動作時には、アンダードライブ結合となるように、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態を制御する。
【００７０】
図６は図１の動力出力装置の動作領域と基本的にオーバードライブ結合とする領域とアンダードライブ結合とする領域とを示す説明図である。図６において、縦軸はトルクであり、横軸は回転数である。
【００７１】
また、曲線ＬＩＭは、本実施例の動力出力装置１０の最大出力線である。従って、トルク軸である縦軸と回転数軸である横軸とこの曲線ＬＩＭとで囲まれる領域が、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点の採り得る範囲、即ち、動力出力装置１０の動作領域である。なお、動作点はトルクと回転数の組み合わせとして表現される。
【００７２】
曲線Ｌ１はエンジン５０の目標動作点を決定する際に用いる動作線である。この動作線Ｌ１は、エンジン５０の効率が最高となる動作線であり、この動作線Ｌ１に従ってエンジン５０の目標動作点を決定すると、エンジン５０の燃費は最適となる。なお、実際には、この動作線は、制御ユニット９０内のＲＯＭにマップとして記憶されている。
【００７３】
また、一般に、エンジン５０の動作線は、エンジン５０の回転数Ｎｅと駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数Ｎｄが等しくなる境界となる。従って、本実施例では、基本的に、動作線Ｌ１よりもトルクが低い側の領域では、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態をオーバードライブ結合にして動作させ、動作線Ｌ１よりもトルクが高い側の領域では、アンダードライブ結合にして動作させるようにしている。なお、以下、動作線Ｌ１よりもトルクが低い側の領域をオーバードライブ領域と呼び、動作線Ｌ１よりもトルクが高い側の領域をアンダードライブ領域と呼ぶ。
【００７４】
曲線ＤＯは、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点の軌跡である。この曲線ＤＯは、例えば、車両を定常走行させている場合に、運転者がアクセルを踏み込み、駆動軸であるアウタロータ軸３５からの出力トルクを増加して、車両を加速させる場合の軌跡である。
【００７５】
その他、曲線ＤＤは、走行抵抗０％を表す曲線であり、曲線Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ、動力が或る一定値となる曲線である。
【００７６】
ここで、オーバードライブ結合時およびアンダードライブ結合時における、エンジン５０、アシストモータ４０、クラッチモータ３０に対する一般的な制御動作について簡単に説明する。
【００７７】
図１に示す制御ユニット９０は、まず、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力すべき要求出力、充放電電力および補機駆動エネルギをそれぞれ算出し、それらを加算して、エンジン５０に対する要求動力を設定する。ここで、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力すべき要求出力は、運転者から要求された、アウタロータ軸３５から出力すべき動力に相当し、アウタロータ軸３５の目標回転数と目標トルクの積で表される。この要求出力は、後述するように、アクセルペダルポジションセンサ６５ａにより検出されたアクセルペダル６５の踏込量に基づいて設定される。また、充放電電力とは、バッテリ９４の充放電に要するエネルギであり、バッテリ９４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。補機駆動エネルギとは、エアコンなどの補機（図示せず）を駆動するために必要となる電力である。
【００７８】
次に、制御ユニット９０は、こうして設定された要求動力に基づいて、エンジン５０の目標動作点を設定する。この目標動作点は、前述したエンジン５０の動作線に対応したマップに従って、エンジン５０の運転効率を優先して設定される。
【００７９】
次に、制御ユニット９０は、クラッチモータ３０およびアシストモータ４０の目標動作点を設定する。これらの目標動作点（即ち、目標回転数と目標トルクの組み合わせ）は、オーバードライブ結合時か、アンダードライブ結合時かに応じて、先に示した式（１），（２）に従い設定される。
【００８０】
以上のようにして設定された目標トルクおよび目標回転数に基づいて、制御ユニット９０は、クラッチモータ３０、アシストモータ４０、エンジン５０の動作を制御する。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９１，９２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】
制御ユニット９０は、駆動回路９１，９２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３０およびアシストモータ４０の動作を直接制御する。これに対し、エンジン５０の動作制御は、実際には、ＥＦＩＥＣＵ７０が実施する処理である。従って、制御ユニット９０は、ＥＦＩＥＣＵ７０に対してエンジン５０の目標動作点の情報を出力することで、間接的にエンジン５０の動作を制御する。
【００８２】
以上の処理を周期的に実行することにより、本実施例の動力出力装置１０は、エンジン５０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、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力することができる。
【００８３】
（３）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換時の制御：
次に、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態をオーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換える際の動作について、説明する。
【００８４】
図７は図１の動力出力装置１０におけ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換時の制御の処理手順を示すフローチャートである。なお、この処理ルーチンは、制御ユニット９０のＣＰＵが、ＲＯＭ内に記憶されている処理プログラムに従って動作することによって実行される。
【００８５】
ここでは、駆動軸であるアウタロータ軸３５の動作点が図６の曲線ＤＯに沿って移動する際に、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換わる場合を例として説明する。例えば、車両が走行抵抗０％で定常走行していて、アウタロータ軸３５の動作点が、今、曲線ＤＯ上の点ｄ１にあるものとする。従って、アウタロータ軸３５の動作点はオーバードライブ領域にあるため、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態はオーバードライブ結合となっている。また、エンジン５０の動作点は、動作線Ｌ１上の点ｅ１にあるものとする。
【００８６】
従って、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態はオーバードライブ結合となっているため、制御ユニット９０は、エンジン５０、アシストモータ４０、クラッチモータ３０に対し、前述したようなオーバードライブ結合時の制御処理を行なうことになる（ステップＳ１０２）。
【００８７】
続いて、制御ユニット９０は、アクセルペダルポジションセンサ６５ａにより検出されたアクセルペダル６５の踏込量に基づいて、駆動軸であるアウタロータ軸３５から出力すべき要求出力を求め、その要求出力からさらにアウタロータ軸３５の目標動作点を決定する（ステップＳ１０４）。
【００８８】
次に、制御ユニット９０は、決定したアウタロータ軸３５の目標動作点がアンダードライブ領域にあるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。従って、運転者が未だアクセルペダル６５を踏み込んでおらず、アウタロータ軸３５の目標動作点がまだオーバードライブ領域にある場合には、再びステップＳ１０２に戻って、制御ユニット９０は、上記したのと同様の処理を繰り返す。しかし、運転者がアクセルペダル６５を踏み込んで、アウタロータ軸３５の目標動作点がエンジン５０の動作線Ｌ２を越えアンダードライブ領域にある場合には、制御ユニット９０は、ステップＳ１０８以降の処理を実行する。
【００８９】
例えば、ステップＳ１０４で決定したアウタロータ軸３５の目標動作点が点ｅ３であるすると、点ｅ３はアンダードライブ領域にあるので、処理はステップＳ１０８に進み、制御ユニット９０は、図８に示すような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換処理ルーチンを開始する（ステップＳ１０８）。
【００９０】
図８は図７におけ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換処理ルーチンを示すフローチャート、図９は図１の動力出力装置１０におけるエンジン５０、アシストモータ４０及び駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数の時間変化を示すタイミングチャートである。図９において、縦軸は回転数であり、横軸は時間である。また、曲線ＥＲがエンジン５０の回転数の、曲線ＡＲがアシストモータ４０の回転数の、曲線ＤＲが駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数の、それぞれ時間変化を示している。なお、図９では、タイミングｔ０において、運転者がアクセルペダル６５を踏み込んだものとし、このタイミングｔ０を横軸に示す時間の原点としている。従って、図９における点ｅ１，ｄ１はそれぞれ図６に示した点ｅ１，ｄ１と対応している。
【００９１】
図８に示す切換処理ルーチンが開始されると、制御ユニット９０は、図９に示すタイミングｔ１で、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換指令を出し（ステップＳ２０２）、これにより、制御ユニット９０は、直ちに、切換装置８０のアクチュエータ８６を始動する（ステップＳ２０４）。そして、制御ユニット９０は、アクチュエータ８６を制御して、タイミングｔ２で、アシストモータ４０のロータ軸４３をエンジン５０のクランクシャフト５６から切り離す（ステップＳ２０６）。具体的には、切換装置８０において、アクチュエータ８６を駆動して、図１中の位置ｃにある可動ギヤ８４を位置ｂに向かって移動させ、可動ギヤ８４の第２ギヤ８２との噛合を外すことによって行なわれる。
【００９２】
これによって、エンジン５０のクランクシャフト５６と同じ回転数で回転していたアシストモータ４０のロータ軸４３は、クランクシャフト５６との結合から解放され、独自に自由に回転することが可能となる。
【００９３】
そこで、次に、制御ユニット９０は、駆動回路９２を介して、アシストモータ４０を制御して、アシストモータ４０の回転を加速させ、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数を上昇させる。そして、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数を駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数に合わせ込むように、回転数の同期化を図る（ステップＳ２０８）。これによって、図９の曲線ＡＲで示すように、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数は、エンジン５０のクランクシャフト５６の回転数から離れて、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数に向かって上昇する。
【００９４】
回転数の同期化は、例えば、次のようにして行なう。制御ユニット９０は、まず、アシストモータ４０の目標動作点（即ち、目標トルクと目標回転数の組み合わせ）を設定するに当たり、図示せざる回転数センサからアシストモータ４０のロータ軸４３の回転数とアウタロータ軸３５の回転数をそれぞれ検出し、その検出したロータ軸４３の回転数がアウタロータ軸３５の回転数に近づくように、アシストモータ４０の目標トルクと目標回転数を設定する。そして、制御ユニット９０は、その設定したアシストモータ４０の目標動作点に基づいて、アシストモータ４０の動作を制御する。
【００９５】
次に、制御ユニット９０は、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数に一致したかどうかを判定し（ステップＳ２１０）、一致していなければ、一致するまで、回転数の同期化処理を継続する。
【００９６】
その後、ロータ軸４３の回転数がアウタロータ軸３５の回転数に一致した場合には、制御ユニット９０は、アクチュエータ８６を制御して、タイミングｔ３で、アシストモータ４０のロータ軸４３を駆動軸であるアウタロータ軸３５に結合させる（ステップＳ２１２）。具体的には、切換装置８０において、アクチュエータ８６を駆動して、図１中の位置ｂにある可動ギヤ８４を位置ａに向かって移動させ、可動ギヤ８４を第１ギヤ８１に噛合させることによって行なわれる。このとき、ロータ軸４３の回転数はアウタロータ軸３５の回転数に一致しているので、切換装置８０において、可動ギヤ８４と第１ギヤ８１との差速はほぼゼロであり、当然に切換許容差速範囲内にあり、従って、両者の間で大きな磨耗を生じる恐れはない。こうして、アシストモータ４０のロータ軸４３をアウタロータ軸３５に結合させることにより、結合状態はアンダードライブ結合となる。図９において、この結合の行なわれた点ｄ２は、図６における曲線ＤＯ上の点ｄ２に対応する。
【００９７】
その後、制御ユニット９０は、アクチュエータ８６を介して、確実にアンダー結合状態になっているかを確認した上で（ステップＳ２１４）、駆動軸であるアウタロータ軸３５から、ステップＳ１０４で決定した目標トルクが出力されるように、アシストモータ４０の目標トルクを算出し（ステップＳ２１６）、駆動回路９２を介してアシストモータ４０を制御して、アシストモータ４０から、算出した目標トルクを出力させる（ステップＳ２１８）。具体的には、アンダードライブ結合の場合、アシストモータ４０のトルクＴａは、前述の式（１）に示すように、駆動軸であるアウタロータ軸３５のトルクＴｄとエンジン５０のトルクＴａとの差であるため（Ｔａ＝Ｔｄ−Ｔｅ）、アウタロータ軸３５の目標トルクからエンジン５０のトルク分を差し引いたものを、アシストモータ４０の目標トルクとして設定するようにすれば良い。
【００９８】
以上のようにして、制御ユニット９０による切換装置８０及びアシストモータ４０に対する制御処理は行なわれる。
【００９９】
ここで、アシストモータ４０に対する制御シーケンスについて、さらに詳しく説明する。図１０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換時のアシストモータ４０に対する制御シーケンスを示すタイミングチャートである。図１０において、縦軸はアシストモータ４０に対する制御内容を示し、横軸は時間を示している。なお、横軸に示す時間は、図９に示したそれと完全に対応しており、タイミングｔ０〜ｔ３は図９で述べたものと同じである。
【０１００】
まず、運転者がアクセルペダル６５を踏み込み、制御ユニット９０が切換指令を出すまでは、制御ユニット９０は、アシストモータ４０に対しオーバードライブ結合時の制御を行なっている（制御内容１）。これにより、アシストモータ４０は、前述したとおり、発電状態（回生状態）となって、負のトルクを出力している。そこで、制御ユニット９０は、切換指令を出した後に、アシストモータ４０に対し、まず、出力しているトルクをゼロにするように制御する（制御内容２）。
【０１０１】
しかしながら、アシストモータ４０からのトルクをゼロにしても、アシストモータ４０自体、引きずりトルクを持っているため、制御ユニット９０は、アシストモータ４０に対して、次に、この引きずりトルクをキャンセルするように、引きずりトルクと逆向きのトルクをわずかに発生させる（制御内容３）。これにより、アシストモータ４０のロータ軸４３はエンジン５０のクランクシャフト５６に対し何らトルクを受けも加えもしていないので、切換装置８０において、可動ギヤ８４の第２ギヤ８２との噛合を外す際に、スムーズに外すことができる。
【０１０２】
こうして、アシストモータ４０のロータ軸４３がエンジン５０のクランクシャフト５６から切り離されると、制御ユニット９０は、アシストモータ４０に対して、前述したように、加速及び同期化を行なうように制御する（制御内容４）。その後、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数が駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数に近づいて来たら、制御ユニット９０は、アシストモータ４０を制御して、アシストモータ４０から出力されるトルクを再びゼロにする（制御内容５）。このようにアシストモータ４０のロータ軸４３に生じるトルクをゼロにすることにより、その後、アシストモータ４０のロータ軸４３の回転数がアウタロータ軸３５の回転数と一致し、切換装置８０において可動ギヤ８４を第１ギヤ８１に噛合する際に、両者の間に無理な力が加わって破損が生じたりすることがないようにすることができる。
【０１０３】
こうして、アシストモータ４０のロータ軸４３が駆動軸であるアウタロータ軸３５に結合されると、制御ユニット９０は、アシストモータ４０に対し、アンダードライブ結合時の制御を行なう（制御内容６）。
【０１０４】
以上のように、アシストモータ４０を制御することによって、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換を支障なく、スムーズに行なうことができる。
【０１０５】
さて、一方、以上のような切換装置８０及びアシストモータ４０に対する制御処理に並行して、制御ユニット９０は、エンジン５０及びクラッチモータ３０に対しても、次のような制御処理を行なう。
【０１０６】
即ち、制御ユニット９０は、まず、エンジン５０を制御して、エンジン５０から出力される動力を上昇させる（ステップＳ２２０）。具体的には、エンジン５０に対する要求動力を増加させて、その増加した要求動力に基づいてエンジン５０の目標動作点を設定するようにする。こうして、エンジン５０からの動力を上昇させることにより、エンジン５０は吹き上がり、エンジン５０の回転数は図９に示すように上昇する。そして、ついには、エンジン５０の回転数は、交点ｅｄで駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数を上回り、実質的にアンダードライブ動作状態となる。なお、図９における交点ｅｄは、図６における交点ｅｄと対応している。
【０１０７】
次に、制御ユニット９０は、クラッチモータ３０の目標トルクを算出し（ステップＳ２２２）、駆動回路９１を介してクラッチモータ３０を制御して、クラッチモータ３０から、算出した目標トルクを出力させる（ステップＳ２２４）。この場合、クラッチモータ３０の目標トルクＴｃ＊は、次の式（３）に従って算出する。
【０１０８】
Ｔｃ＊＝Ｔｅ＋｛（Ｎｅ−Ｎｅｉｎｉ）・（Ｔｅ＊−Ｔｃｉｎｉ）／（Ｎｄｉｎｉ−Ｎｅｉｎｉ）｝； ・・・（３）
【０１０９】
但し、Ｔｅはエンジン５０の現在のトルク、Ｎｅはエンジン５０の現在の回転数、Ｎｅｉｎｉは切換指令発生時のエンジン５０のトルク、Ｔｅ＊はエンジン５０の目標トルク、Ｔｃｉｎｉは切換指令発生時のクラッチモータ３０のトルクである。
【０１１０】
このように、式（３）に従ってクラッチモータ３０の目標トルクＴｃ＊を算出することにより、クラッチモータ３０から出力されるトルクＴｃはエンジン５０から出力されるトルクＴｅに次第に近づき、最終的に、そのトルクＴｅと等しくなる（ステップＳ２２６）。
【０１１１】
こうして、制御ユニット９０により並行して行なわれる切換装置８０およびアシストモータ４０に対する制御処理と、エンジン５０およびクラッチモータ３０に対する制御処理がそれぞれ終了したら、図７に示す処理ルーチンに戻る。そして、アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態はアンダードライブ結合となっているため、制御ユニット９０は、エンジン５０、アシストモータ４０、クラッチモータ３０に対し、前述したようなアンダードライブ結合時の制御処理を行なうことになる（ステップＳ１１０）。
【０１１２】
アシストモータ４０のロータ軸４３の結合状態をオーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換える際には、以上説明したようにして、制御処理が行なわれる。
【０１１３】
従って、本実施例によれば、制御ユニット９０は、運転者がアクセルペダル６５を踏み込んで、駆動軸であるアウタロータ軸３５の目標動作点がエンジン５０の動作線Ｌ２を越えアンダードライブ領域にあると、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換指令を出し、直ちに、切換装置８０のアクチュエータ８６を始動して、アシストモータ４０のロータ軸４３をエンジン５０のクランクシャフト５６から切り離すので、従来に比較して切換時間を短縮することができる。つまり、従来においては、制御ユニット９０は、駆動軸であるアウタロータ軸３５とエンジン５０の出力軸であるクランクシャフト５６との差速が切換許容差速範囲内になったことを確認してから、切換装置８０のアクチュエータ８６を始動していたが、本実施例では、そのような確認をすることなく直ちに、アクチュエータ８６を始動するので、その分、切換時間が短くなる。
【０１１４】
また、本実施例によれば、制御ユニット９０は、アシストモータ４０のロータ軸４３をエンジン５０のクランクシャフト５６から切り離すと、アシストモータ４０の回転を加速させ、ロータ軸４３の回転数を駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数に合わせ込むように、回転数の同期化を図るため、従来に比べて、さらに切換時間を短くすることができる。つまり、従来においては、制御ユニットは、アシストモータ４０のロータ軸４３をエンジン５０のクランクシャフト５６から切り離した後、アシストモータ４０を駆動状態にして、アシストモータ４０を一定のトルクで回転数を徐々に上昇させていたのに対し、本実施例では、アシストモータ４０の回転を積極的に加速させて、ロータ軸４３の回転数を図９に示すように急速に上昇させ、駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数との同期化を図っているので、ロータ軸４３の回転数を早期にアウタロータ軸３５の回転数に一致させることができ、ロータ軸４３とアウタロータ軸３５との結合を早めることができる。このため、本実施例では、図９に矢印ＡＴとして示すように、切換装置８０のアクチュエータ８６の駆動時間は、約０．２５秒とすることができる。また、従来では、ロータ軸４３とアウタロータ軸３５との結合は、図６において、交点ｅｄで完了していたが、本実施例では、それよりも早い点ｄ２で完了することになる。
また、本実施例では、アシストモータ４０のロータ軸４３を駆動軸であるアウタロータ軸３５に結合させる時点で、ロータ軸４３の回転数とアウタロータ軸３５の回転数はほぼ一致しているため、切換装置８０において、可動ギヤ８４と第１ギヤ８１との差速はほぼゼロとなって、切換許容差速範囲内にあり、従って、両者の間で大きな磨耗を生じる恐れはない。
【０１１５】
また、以上のように切換時間を短縮したことによって、本実施例によれば、運転者がアクセルペダルを踏み込んでから、その踏込量に見合ったトルクが駆動軸であるアウタロータ軸３５から実際に出力されるまでに、かかる時間を約０．６秒程度とすることができるため、運転者にとってレスポンスの良いものとすることができる。
【０１１６】
さらにまた、本実施例では、オーバードライブ結合からアンダードライブ結合に切り換える際に、エンジン５０から出力される動力を上昇させると共に、このエンジン５０の出力するトルクをクラッチモータ３０で受けて、駆動軸であるアウタロータ軸３５にトルク伝達させているので、駆動軸でのトルク抜けを防止することができる。
【０１１７】
さて、図１に示した動力出力装置１０では、エンジン５０から出力された動力を電力のやりとりによって増減して伝達する動力調整装置として、クラッチモータ３０を適用していた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、動力調整装置として、クラッチモータ３０の代わりに、図１１に示すように、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０を適用するようにしても良い。
【０１１８】
図１１は図１の動力出力装置の変形例を示す構成図である。この変形例の構成は、動力調整装置としてプラネタリギヤ２００と電動発電機２１０を用いた以外は、図１に示した動力出力装置の構成と基本的に同じである。なお、図１１においては、切換装置８０に代えて、切換装置８０と基本構成が同じな切換装置１８０を用いている。また、図１では図示しなかったが、図１１ではダンパ５８が図示されている。
【０１１９】
さて、プラネタリギヤ２００は、中心で回転するサンギヤ２０１、サンギヤ２０１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２０３と、更にその外周で回転するリングギヤ２０２とから構成されている。サンギヤ２０１、プラネタリキャリア２０３，およびリングギヤ２０２はそれぞれ別々の回転軸を有している。サンギヤ２０１の回転軸であるサンギヤ軸２０４は中空になっており、電動発電機２１０のロータ２１２に結合されている。プラネタリキャリア２０３の回転軸であるプラネタリキャリア軸２０６はダンパ５８を介してエンジン５０のクランクシャフト５６と結合されている。リングギヤ２０２の回転軸であるリングギヤ軸２０５は、駆動軸であって、出力用ギヤ２１，チェーン２３を介して伝達軸２２に結合されている。この伝達軸２２は、更に減速機２４およびディファレンシャルギヤ２５を介して、駆動輪２６Ｒ，２６Ｌを備えた車軸２６に結合されている。
【０１２０】
プラネタリギヤ２００は、サンギヤ軸２０４，プラネタリキャリア軸２０６およびリングギヤ軸２０５の３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。
【０１２１】
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； ・・・（４）
【０１２２】
ここで、
Ｎｓはサンギヤ軸２０４の回転数；
Ｔｓはサンギヤ軸２０４のトルク；
Ｎｃはプラネタリキャリア軸２０６の回転数（即ちＮｅ）；
Ｔｃはプラネタリキャリア軸２０６のトルク（即ちＴｅ）；
Ｎｒはリングギヤ軸２０５の回転数（即ちＮｄ）；
Ｔｒはリングギヤ軸２０５のトルク（即ちＴｄ）；
である。
【０１２３】
電動発電機２１０は、アシストモータ４０と同様の構成をしている。つまり、電動発電機２１０はステータ２１４にコイルが巻回され、ロータ２１２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２１４はケースに固定されている。ステータ２１４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２１２に貼付された永久磁石との相互作用によってロータ２１２が回転する。電動発電機２１０は、ロータ２１２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２１０のステータ２１４に巻回されたコイルは、図１のクラッチモータ３０と同様に、駆動回路９１と電気的に接続されている。制御ユニット９０が駆動回路９１のトラジスタをオン・オフすることにより電動発電機２１０の運転を制御することができる。
【０１２４】
この変形例では、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０の組み合わせにより、図１に示したクラッチモータ３０と同等の機能を奏することができる。クラッチモータ３０のインナロータ軸３３に相当するのがプラネタリキャリア軸２０６であり、駆動軸であったアウタロータ軸３５に相当するのがリングギヤ軸２０５である。この変形例では、これらの組み合わせにより、以下に示す通り、動力調整装置としての機能を奏する。
【０１２５】
エンジン５０からプラネタリキャリア軸２０６に動力が入力されると、上式（４）に従い、リングギヤ２０２およひサンギヤ２０１が回転する。リングギヤ２０２およびサンギヤ２０１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２０２が回転することにより、エンジン５０から出力された動力の一部を駆動軸であるリングギヤ軸２０５に機械的な形で伝達することができる。また、サンギヤ２０１が回転することにより、エンジン５０から出力された動力の一部を電動発電機２１０により電力として回生することができる。一方、電動発電機２１０を力行すれば、電動発電機２１０から出力されたトルクは、サンギヤ２０１、プラネタリキャリア２０３およびリングギヤ２０２を介して駆動軸であるリングギヤ軸２０５に機械的に伝達することができる。従って、電動発電機２１０を力行することにより、エンジン５０から出力されたトルクを増大して駆動軸であるリングギヤ軸２０５に出力することも可能である。このように、この変形例では、プラネタリギヤ２００と電動発電機２１０の組み合わせにより、図１に示したクラッチモータ３０と同様の機能を奏することができるのである。
【０１２６】
この変形例においても、アシストモータ４０のロータ軸４３をプラネタリギヤ２００のリングギヤ軸２０５に結合させるか、プラネタリキャリア軸２０６に結合させるかを、第１ギヤ１１１，第２ギヤ１１２，第３ギヤ１１３を備えた切換装置１８０により切り換えている。切換装置１８０には、図１に示した切換装置８０と同様、切り換え用のアクチュエータが設けられており、制御ユニット９０に接続されているが、図示は省略した。
【０１２７】
この変形例でも、これらギヤの噛合状態に応じて種々の構成を採ることができる。例えば、第１ギヤ１１１と第３ギヤ１１３とを噛合すると、アシストモータ４０のロータ軸４３は、駆動軸であるプラネタリギヤ２００のリングギヤ軸２０５と結合する。従って、エンジン５０から出力された動力は、プラネタリギヤ２００、アシストモータ４０を経て駆動軸であるリングギヤ軸２０５に伝達される。これは、図１の構成におけるアンダードライブ結合（図１３）に相当する結合状態である。
【０１２８】
他方、切換装置１８０を制御して、第２ギヤ１１２と第３ギヤ１１３とを噛合すると、アシストモータ４０のロータ軸４３はプラネタリギヤ２００のプラネタリキャリア軸２０６と結合する。従って、エンジン５０から出力された動力は、アシストモータ４０、プラネタリギヤ２００を経て駆動軸リングギヤ軸２０５に伝達される。これは、図１の構成におけるオーバードライブ結合（図１４）に相当する結合状態である。
【０１２９】
従って、以上のような構成において、図７及び図８に示した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換時の制御処理をそのまま実行することによって、この変形例においても、図１に示した実施例と同様の効果を奏することは可能である。但し、図９において、クラッチモータの代わりに、電動発電機２１０の動作制御を行なう必要がある。
【０１３０】
また、本発明は４輪駆動車に適用することもできる。実施例（図１）または変形例（図１１）の構成による動力系統を車両の前輪に適用し、後輪の車軸に別途駆動用の電動機を設けることによって４輪駆動可能なハイブリッド車両を構成することができる。かかる車両でも、駆動軸の回転数とエンジン５０の回転数の大小関係に応じて、結合状態を切り替えることにより効率の高い運転を行うことができる。従って、かかる切り替えの制御に本発明を適用するものとすれば、先に実施例で説明した種々の効果を得ることができる。
【０１３１】
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、上述した実施例においては、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を用いていたが、その他にも、ディーゼルエンジン等のレシプロエンジンの他、タービンエンジンや、ジェットエンジン、ロータリエンジンなど各種内燃或いは外燃機関を用いることができる。
【０１３２】
また、モータとしては、ＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期電動機を用いたが、回生動作及び力行動作を行なわせるのであれば、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、超電導モータなどを用いることができる。また、力行動作のみ行なわせるのであれば、直流モータやステップモータなどを用いることもできる。
【０１３３】
クラッチモータ３０における、インナロータ，アウタロータと外部の回転軸との関係は、逆にすることも可能である。また、アウタロータとインナロータの代わりに、互いに対向する円盤状のロータを用いるようにしても良い。
【０１３４】
第１及び第２の駆動回路９１，９２としては、トランジスタインバータを用いていたが、その他にも、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が用いることができる。
【０１３５】
二次電池であるバッテリ９４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に代えてキャパシタを用いることもできる。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。
【０１３６】
以上の実施例では、動力出力装置をハイブリッド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、２つの出力軸を有するものであれば、船舶，航空機などの交通手段や、工作機械などの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を搭載したハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。
【図２】アンダードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図３】アンダードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図４】オーバードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が低い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図５】オーバードライブ結合状態において、エンジンから出力された動力を回転数が高い側に変換する場合の様子を示す説明図である。
【図６】図１の動力出力装置の動作領域と基本的にオーバードライブ結合とする領域とアンダードライブ結合とする領域とを示す説明図である。
【図７】図１の動力出力装置１０におけ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換時の制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】図７におけ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換処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図１の動力出力装置１０におけるエンジン５０、アシストモータ４０及び駆動軸であるアウタロータ軸３５の回転数の時間変化を示すタイミングチャートである。
【図１０】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換時のアシストモータ４０に対する制御シーケンスを示すタイミングチャートである。
【図１１】図１の動力出力装置の変形例を示す構成図である。
【図１２】電動機の回転軸の結合状態を切り換え可能に構成した一般的な動力出力装置の要部を示す構成図である。
【図１３】図１または図１２における動力出力装置において、アンダードライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図１４】図１または図１２における動力出力装置において、オーバードライブ結合時の動力系統の概略構成を示す説明図である。
【図１５】従来の動力出力装置におけるオーバードライブ結合からアンダードライブ結合へ切り換える際の各構成要素の動作状態の時間的推移を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０…動力出力装置
２０…ハイブリッドユニット
２１…出力用ギヤ
２２…伝達軸
２３…チェーン
２４…減速機
２５…ディファレンシャルギヤ
２６…車軸
２６Ｒ，２６Ｌ…駆動輪
３０…クラッチモータ
３２…インナロータ
３３…インナロータ軸
３４…アウタロータ
３５…アウタロータ軸
３６…三相コイル
３８…スリップリング
４０…アシストモータ
４２…ロータ
４３…ロータ軸
４４…ステータ
４６…三相コイル
５０…エンジン
５１…燃料噴射弁
５２…回転数センサ
５３…スロットルバルブ
５４…スロットルバルブモータ
５６…クランクシャフト
５７…ＶＶＴ
５８…ダンパ
６５…アクセルペダル
６５ａ…アクセルペダルポジションセンサ
６６…シフトレバー
６６ａ…シフトポジションセンサ
７０…ＥＦＩＥＣＵ
８０…切換装置
８１…第１ギヤ
８２…第２ギヤ
８３…第３ギヤ
８４…可動ギヤ
８５…スプライン
８６…アクチュエータ
８７…可動部材
９０…制御ユニット
９１…第１の駆動回路
９２…第２の駆動回路
９４…バッテリ
１１１…第１ギヤ
１１２…第２ギヤ
１１３…第３ギヤ
１８０…切換装置
２００…プラネタリギヤ
２０１…サンギヤ
２０２…リングギヤ
２０３…プラネタリキャリア
２０４…サンギヤ軸
２０５…リングギヤ軸
２０６…プラネタリキャリア軸
２１０…電動発電機
２１２…ロータ
２１４…ステータ

Claims (7)

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、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置であって、
   前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する判定手段と、
   該判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記電動機を制御して、該電動機の回転軸が前記出力軸に対しトルクを受けも加えもしていない状態にすると共に、直ちに前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる切り離し制御手段と、
   前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆動軸の回転数に合わせ込む同期化手段と、
   前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる結合制御手段と、
   をさらに備える動力出力装置。
2. 請求項１に記載の動力出力装置において、
   前記判定手段が前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる動力上昇手段をさらに備える動力出力装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の動力出力装置において、
   トルクと回転数との関係で表される前記動力出力装置の動作領域を、所定の境界によって分割して、前記電動機の回転軸を前記出力軸に結合させて動作させるべき第１の領域と前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させて動作させるべき第２の領域とを設定する領域設定手段をさらに備えると共に、
   前記判定手段は、
   前記要求動力から前記駆動軸の目標動作点を設定する目標動作点設定手段と、
   設定した前記駆動軸の目標動作点が前記境界を越えて前記第２の領域にある場合に、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきであると決定する切換決定手段と、
   を備える動力出力装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちの任意の一つに記載の動力出力装置において、
   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を備えることを特徴とする動力出力装置。
5. 請求項１ないし請求項３のうちの任意の一つに記載の動力出力装置において、
   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、各回転軸が前記出力軸、駆動軸、及びロータ軸にそれぞれ結合されたプラネタリギヤと、
   を備えることを特徴とする動力出力装置。
6. 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、回転軸を有する電動機と、該電動機の回転軸を前記駆動軸または前記出力軸に選択的に結合させることが可能な結合手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
   （ａ）前記結合手段によって前記電動機の回転軸が前記出力軸に結合されている場合に、外部から要求された要求出力に基づいて、前記電動機の回転軸を前記出力軸に代えて前記駆動軸に結合させるべきか否かを判定する工程と、
   （ｂ）前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記電動機を制御して、該電動機の回転軸が前記出力軸に対しトルクを受けも加えもしていない状態にすると共に、直ちに前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記出力軸から切り離すべく、前記結合手段の駆動を開始させる工程と、
   （ｃ）前記電動機の回転軸が前記出力軸から切り離された場合に、前記電動機の回転軸の回転数を上昇させて、前記駆動軸の回転数に合わせ込む工程と、
   （ｄ）前記電動機の回転軸の回転数が前記駆動軸の回転数とほぼ等しくなった場合に、前記結合手段を制御して、前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させる工程と、
   を備える動力出力装置の制御方法。
7. 請求項６に記載の制御方法において、
   （ｅ）前記工程（ａ）にて前記電動機の回転軸を前記駆動軸に結合させるべきであると判定した場合に、前記エンジンを制御して、該エンジンから出力される動力を上昇させる工程
   をさらに備える動力出力装置の制御方法。

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