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【発明の名称】 動力出力装置およびハイブリッド車両並びにその制御方法
【発明者】 【氏名】畑 祐志

【氏名】松井 英昭

【氏名】茨木 隆次
【要約】 【課題】パラレルハイブリッドとシリーズハイブリッドとに切り替え可能なハイブリッド車両を提供する。

【解決手段】プラネタリギヤ１２０のプラネタリキャリア１２３にエンジン１５０、サンギヤ１２１にモータ１３０、リングギヤ１２２にモータ１４０および車軸１１６を結合する。プラネタリギヤ１２０とモータ１４０の間にクラッチ１６０を設け、両者の切り離しおよび結合を可能とする。また、クラッチ１６０を切り離した時にリングギヤ１２２を固定するブレーキ１６２を設ける。クラッチ１６０を結合すればパラレルハイブリッド車両の構成が実現される。クラッチ１６０を切り離し、ブレーキ１６２でリングギヤ１２２を固定すればシリーズハイブリッド車両の構成が実現される。車両の走行状態に応じてモードの切り替えを行うことにより、それぞれのモードの利点を活かした走行を行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも２つの回転軸を有し、電力のやりとりによって両回転軸間で伝達される動力の大きさを調整可能な動力調整装置と、電動機とを、エンジンの出力軸と駆動軸との間に直列に備え、駆動軸から動力を出力可能な動力出力装置であって、前記動力調整装置と電動機との結合および切り離しを行う結合機構と、前記動力調整装置のいずれかの回転軸を保持することによって、前記切り離しが行われた場合における前記動力調整装置での電力と動力との変換を可能とする保持機構とを備える動力出力装置。
【請求項２】 前記動力調整装置は、相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機である請求項１記載の動力出力装置。
【請求項３】 前記動力調整装置は、３つの回転軸を有するプラネタリギヤと、該回転軸の一つに結合された電動発電機とを有する装置である請求項１記載の動力出力装置。
【請求項４】 前記保持機構は、前記プラネタリギヤの残余の２つの回転軸を相互に結合する機構である請求項３記載の動力出力装置。
【請求項５】 前記保持機構は、前記動力調整装置に備えられた回転軸のうち、前記結合機構に結合された回転軸の回転を拘束する機構である請求項１記載の動力出力装置。
【請求項６】 少なくとも２つの回転軸を有し、電力のやりとりによって両回転軸間で伝達される動力の大きさを調整可能な動力調整装置と、電動機とを、エンジンの出力軸と駆動軸との間に直列に備え、駆動軸から動力を出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記動力調整装置と電動機との結合および切り離しを行う結合機構と、前記動力調整装置のいずれかの回転軸を保持することによって、前記切り離しが行われた場合における前記動力調整装置での電力と動力との変換を可能とする保持機構とを備えるハイブリッド車両。
【請求項７】 前記動力調整装置は、相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機である請求項６記載のハイブリッド車両。
【請求項８】 前記動力調整装置は、３つの回転軸を有するプラネタリギヤと、該回転軸の一つに結合された電動発電機とを有する装置である請求項６記載のハイブリッド車両。
【請求項９】 前記保持機構は、前記プラネタリギヤの残余の２つの回転軸を相互に結合する機構である請求項８記載のハイブリッド車両。
【請求項１０】 前記保持機構は、前記動力調整装置に備えられた回転軸のうち、前記結合機構に結合された回転軸の回転を拘束する機構である請求項６記載のハイブリッド車両。
【請求項１１】 請求項６記載のハイブリッド車両であって、該車両の運転状態に関与した所定のパラメータを検出する検出手段と、該検出結果に応じて前記結合機構および前記保持機構を制御して前記動力調整装置と前記電動機との結合状態を切り替える制御手段とを備えるハイブリッド車両。
【請求項１２】 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、前記制御手段は、車両の運転状態に対し運転効率の高い結合状態を実現する手段であるハイブリッド車両。
【請求項１３】 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、前記検出手段は、シフトポジションが後退ポジションにあるか否かを検出する手段であり、前記制御手段は、後退ポジションにあることが検出された場合に、前記結合機構の切り離しを行う手段であるハイブリッド車両。
【請求項１４】 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、前記検出手段は、停車中である否かを検出する手段であり、前記制御手段は、停車中であることが検出された場合に、前記結合機構の切り離しを行う手段であるハイブリッド車両。
【請求項１５】 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、前記検出手段は、前記エンジンのモータリングを行うべき運転状態にあるか否かを検出する手段であり、前記制御手段は、該運転状態にあることが検出された場合に、前記結合機構の切り離しを行う手段であるハイブリッド車両。
【請求項１６】 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、前記検出手段は、前記エンジンの運転を停止すべき運転状態にあるか否かを検出する手段であり、前記制御手段は、該運転状態にあることが検出された場合に、前記結合機構の切り離しを行う手段であるハイブリッド車両。
【請求項１７】 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、前記動力調整装置は、３つの回転軸を有するプラネタリギヤと、該回転軸の一つに結合された電動発電機とを有する装置であり、前記保持機構は、前記プラネタリギヤの残余の２つの回転軸を相互に結合する機構であるとともに、前記検出手段は、前記駆動軸から出力すべき要求トルクを検出する手段であり、前記制御手段は、要求トルクが所定値以上であるときは、前記結合機構および前記保持機構の双方を結合状態とする手段であるハイブリッド車両。
【請求項１８】 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、前記エンジンの出力軸および前記駆動軸の少なくとも一方について共振が生じているか否かを検出する共振検出手段と、該共振が検出された場合には、前記結合機構および前記保持機構を制御して、該共振が生じている軸のトルクを抑制する共振抑制制御手段とを備えるハイブリッド車両。
【請求項１９】 請求項１８記載のハイブリッド車両であって、前記共振抑制制御手段は、前記共振が生じている軸のトルクを、該軸のねじれ強さ以下に抑制する手段であるハイブリッド車両。
【請求項２０】 請求項１８記載のハイブリッド車両であって、前記共振抑制制御手段は、前記共振が生じている軸のトルクを、車両に振動が生じないトルクに抑制する手段であるハイブリッド車両。
【請求項２１】 請求項１８記載のハイブリッド車両であって、前記動力調整装置は、前記エンジン側に結合されており、前記共振検出手段は、前記結合機構が切り離し状態、前記保持機構が保持状態において、前記エンジンの出力軸に共振が生じているか否かを検出する手段であり、前記共振抑制制御手段は、該共振が検出された場合には、前記保持機構の保持力を低減する手段であるハイブリッド車両。
【請求項２２】 請求項２１記載のハイブリッド車両であって、前記共振検出手段は、前記エンジンがモータリングされている場合において、前記共振を検出する手段であり、前記共振抑制制御手段は、前記エンジンをモータリング可能なトルクが前記出力軸に付加可能な範囲で前記保持機構の保持力を低減する手段であるハイブリッド車両。
【請求項２３】 請求項１８記載のハイブリッド車両であって、前記共振検出手段は、前記結合機構が結合状態である場合において、前記駆動軸に共振が生じているか否かを検出する手段であり、前記共振抑制制御手段は、該共振が検出された場合には、前記結合機構の結合力を低減する手段であるハイブリッド車両。
【請求項２４】 請求項２３記載のハイブリッド車両であって、前記共振検出手段は、該ハイブリッド車両の制動時において前記共振を検出する手段であり、前記共振抑制手段は、前記動力調整装置と前記電動機のうちエンジンに近い側に結合されているものによる最大の回生トルク以上のトルクを伝達可能な範囲で前記結合機構の結合力を低減する手段であるハイブリッド車両。
【請求項２５】 請求項１１記載のハイブリッド車両であって、該車両が走行するものとして予め設定された経路の状態について、車両の走行状態に関与する所定の情報を入力する経路情報入力手段を備え、前記制御手段は、該経路情報をも考慮して前記切り替えを行う手段であるハイブリッド車両。
【請求項２６】 少なくとも２つの回転軸を有し、電力のやりとりによって両回転軸間で伝達される動力の大きさを調整可能な動力調整装置と、電動機とを、エンジンの出力軸と駆動軸との間に直列に備えるとともに、前記動力調整装置と電動機との結合および切り離しを行う結合機構と、前記動力調整装置のいずれかの回転軸を保持することによって、前記切り離しが行われた場合における前記動力調整装置での電力と動力との変換を可能とする保持機構とを備えるハイブリッド車両の制御方法であって、（ａ） 該車両の運転状態に関与した所定のパラメータを検出する工程と、（ｂ） 該検出結果に応じて前記動力調整装置と前記電動機との結合状態を設定する工程と、（ｃ） 前記結合機構と前記保持機構とを制御して、前記結合状態を実現する工程とを備える制御方法。
【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とともに、前記電動機と前記エンジンとの結合状態を切り替え可能な動力出力装置、ハイブリッド車両およびその制御方法に関する。
【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。ハイブリッド車両には、大きく分けてシリーズハイブリッド車両とパラレルハイブリッド車両とがある。シリーズハイブリッド車両とは、エンジンからの動力を発電機により全て電力に変換し、そこで得られた電力で駆動軸に結合された電動機を駆動するハイブリッド車両である。パラレルハイブリッド車両とは、エンジンから出力された動力を２つに分配し、一部を機械的な動力のまま駆動軸に出力するとともに、残余を電力に変換して駆動軸に出力するハイブリッド車両である。
【０００３】シリーズハイブリッド車両は、駆動軸に結合された電動機を駆動するために必要となる電力を供給可能な運転状態のうち、最も効率のよい運転状態を選択してエンジンを運転することができるため、車両の運転状態に関わらず高い運転効率でハイブリッド車両を運転することができる利点がある。
【０００４】パラレルハイブリッド車両は、エンジンから出力された動力の一部を機械的な動力のまま駆動軸に伝達することができるため、電力への変換による損失を伴わない。従って、シリーズハイブリッド車両よりも更に高い運転効率を実現することが可能である。その一方でパラレルハイブリッド車両は、高い運転効率で車両を運転するための制御がシリーズハイブリッド車両に比較して複雑になりがちである。また、車両の運転状態によっては、動力を伝達する際の損失が大きくなり、運転効率が低下することもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッド車両は、シリーズハイブリッドまたはパラレルハイブリッドのいずれかの構成に固定されていた。両者の長所を同時に活かす技術については何ら検討されていなかった。このため、従来のハイブリッド車両には、運転効率等に関し、更に改善を図る余地が残されていた。かかる課題は、車両のみならずハイブリッド式の動力出力装置一般に共通の課題であった。
【０００６】本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、シリーズハイブリッドとパラレルハイブリッドの長所を兼ね備えたハイブリッド式の動力出力装置およびハイブリッド車両を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。本発明の動力出力装置は、少なくとも２つの回転軸を有し、電力のやりとりによって両回転軸間で伝達される動力の大きさを調整可能な動力調整装置と、電動機とを、エンジンの出力軸と駆動軸との間に直列に備え、駆動軸から動力を出力可能な動力出力装置であって、前記動力調整装置と電動機との結合および切り離しを行う結合機構と、前記動力調整装置のいずれかの回転軸を保持することによって、前記切り離しが行われた場合における前記動力調整装置での電力と動力との変換を可能とする保持機構とを備えることを要旨とする。
【０００８】かかる動力出力装置によれば、前記結合機構を結合することにより、エンジンから出力された動力を駆動軸に伝達可能なパラレル式の動力出力装置を構成することが可能となる。一方、前記結合機構を切り離すと、エンジンから出力された動力を駆動軸に直接は伝達することができなくなる。この際、前記保持機構によって前記動力調整装置での電力と動力との変換を可能とすれば、エンジンから出力された動力を一旦全て電力に変換した上で駆動軸から出力するシリーズ式の動力出力装置を構成することができる。従って、上記動力出力装置によれば、両者の結合状態を適宜使い分けることにより、パラレル式の動力出力装置の利点とシリーズ式の動力出力装置の利点とを兼ね備えた運転を実現することが可能となる。
【０００９】本発明の動力出力装置は、より具体的には、２つの構成が挙げられる。エンジン側から駆動軸側に向けて、「エンジン、動力調整装置および保持機構、結合機構、電動機、駆動軸」の順に備えられた第１の構成と、「エンジン、電動機、結合機構、動力調整装置および保持機構、駆動軸」の順に備えられた第２の構成である。第１の構成において、結合機構を切り離した場合には、エンジンから出力された動力を動力調整装置によって電力に変換するとともに、該電力の供給を受けて電動機を力行するシリーズ式の動力出力装置が構成される。第２の構成において、結合機構を切り離した場合には、エンジンから出力された動力を電動機によって電力に変換するとともに、該電力の供給を受けて動力調整装置を力行するシリーズ式の動力出力装置が構成される。本発明はいずれの構成を採用するものとしても構わない。
【００１０】本発明の動力出力装置において、前記動力調整装置は、相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機であるものとしてもよいし、前記動力調整装置は、３つの回転軸を有するプラネタリギヤと、該回転軸の一つに結合された電動発電機とを有する装置であるものとしてもよい。もちろん、上述の機能を奏する装置であれば、この他の構成を適用するものとしても構わない。
【００１１】これらの装置は、次に示す作用により、動力調整装置として機能する。対ロータ電動機では、両ロータ間の電磁的な結合によって一方のロータから他方のロータに機械的な動力を伝達することができる。また、両ロータ間に滑りが生じている場合には、該滑りに応じた電力を回生することによって、動力を低減して他方のロータに伝達することもできる。逆に電力を供給して対ロータ電動機を力行すれば、動力を増して他方のロータに伝達することも可能である。
【００１２】後者の構成では、プラネタリギヤの作用に基づいて以下に示す動力の調整を行うことができる。プラネタリギヤは、遊星歯車とも呼ばれ、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転状態が決定されると残余の回転軸の回転状態が一義的に決定される機械的性質を有している。プラネタリギヤに一の回転軸から動力が入力されると、該動力は電動発電機に伝達される動力と、残余の回転軸に伝達される動力とに分配される。電動発電機に伝達された動力は、電力として回生可能である。従って、上述の構成によれば、プラネタリギヤに入力された動力の一部を電力として回生することによって、機械的な動力として伝達される動力の大きさを低減することができる。また、電力を供給して電動発電機を力行すれば、プラネタリギヤに入力された動力を増して伝達することもできる。
【００１３】本発明の動力出力装置において、前記動力調整装置としてプラネタリギヤを用いた装置を適用している場合には、前記保持機構は、前記プラネタリギヤの残余の２つの回転軸を相互に結合する機構であるものとすることができる。
【００１４】先に説明した通り、プラネタリギヤには３つの回転軸がある。本発明の動力出力装置では、第１の回転軸は電動発電機、第２の回転軸は結合手段、第３の回転軸はエンジンの出力軸または駆動軸にそれぞれ結合されている。かかる結合状態において、結合手段が切り離された場合を考える。結合手段が切り離された状態では、第２の回転軸の回転状態は拘束されない。プラネタリギヤは２つの回転軸の回転状態が決定された場合に残余の回転軸の回転状態が決定される機械的性質を有しているから、第２の回転軸の回転状態が決まらない状況下では、第１の回転軸と第３の回転軸との間で動力をやりとりする場合、動力を受け取る側の回転軸の回転状態は決まらない。
【００１５】上述の保持機構によれば、プラネタリギヤの残余の２つの回転軸、即ち第２の回転軸と第３の回転軸とを結合する。このため、第２の回転軸の回転状態は第３の回転軸の回転状態に拘束され、一体的に回転する。この結果、第２の回転軸の回転状態が決定されるため、第１の回転軸と第３の回転軸との間での動力のやりとりが可能となる。なお、両回転軸を結合する手段としては、クラッチやギヤなど種々の方法を適用することができる。
【００１６】また、前記保持機構は、前記動力調整装置に備えられた回転軸のうち、前記結合機構に結合された回転軸の回転を拘束する機構であるものとしてもよい。かかる保持機構は、いずれの構成からなる動力調整装置を備える場合でも適用可能である利点がある。
【００１７】本発明のハイブリッド車両は、少なくとも２つの回転軸を有し、電力のやりとりによって両回転軸間で伝達される動力の大きさを調整可能な動力調整装置と、電動機とを、エンジンの出力軸と駆動軸との間に直列に備え、駆動軸から動力を出力して走行可能なハイブリッド車両であって、前記動力調整装置と電動機との結合および切り離しを行う結合機構と、前記動力調整装置のいずれかの回転軸を保持することによって、前記切り離しが行われた場合における前記動力調整装置での電力と動力との変換を可能とする保持機構とを備えることを要旨とする。
【００１８】かかるハイブリッド車両によれば、先に動力出力装置について説明したのと同様、パラレルハイブリッド車両とシリーズハイブリッド車両の双方の構成を実現することができる。従って、車両の走行状態等に応じて両者を適宜使い分けることにより、パラレルハイブリッド車両とシリーズハイブリッド車両の双方の利点を活かした運転を実現することが可能となる。
【００１９】かかるハイブリッド車両においても、動力出力装置と同様、前記動力調整装置は、相対的に回転可能な２つのロータを有する対ロータ電動機であるものとしてもよいし、前記動力調整装置は、３つの回転軸を有するプラネタリギヤと、該回転軸の一つに結合された電動発電機とを有する装置であるものとしてもよい。
【００２０】また、前記保持機構は、前記プラネタリギヤの残余の２つの回転軸を相互に結合する機構であるものとしてもよいし、前記保持機構は、前記動力調整装置に備えられた回転軸のうち、前記結合機構に結合された回転軸の回転を拘束する機構であるものとしてもよい。
【００２１】本発明のハイブリッド車両においては、前記結合機構および保持機構をそれぞれ又は両者を連動させて手動により切り替えるものとすることもできるが、該車両の運転状態に関与した所定のパラメータを検出する検出手段と、該検出結果に応じて前記結合機構および前記保持機構を制御して前記動力調整装置と前記電動機との結合状態を切り替える制御手段とを備えるものとすることが望ましい。こうすれば、運転者に格別の負担を強いることなく、車両の運転状態に応じて適切な結合状態を使い分けることができ、パラレルハイブリッド車両とシリーズハイブリッド車両の利点を十分に活用することが可能となる。
【００２２】かかる制御手段を有するハイブリッド車両において、結合状態の切り替えは種々の制御態様で実現することができる。第１の態様として、前記制御手段は、車両の運転状態に対し運転効率の高い結合状態を実現する手段であるものとすることができる。
【００２３】シリーズハイブリッド車両は、必要な動力を出力し得る運転状態のうち運転効率の良い状態を選択してエンジンを運転することができるため、車両の走行状態に関わらず比較的安定して高い運転効率を得ることができる。但し、エンジンから出力された動力を一旦電力に置換した後、電動機等によって再度機械的な動力に変換して駆動軸から出力するため、これらの変換に伴う損失が生じる。パラレルハイブリッド車両も運転効率の良い状態を選択してエンジンを運転することができるとともに、エンジンから出力された動力の一部を機械的な動力のままで駆動軸に伝達することができるため、シリーズハイブリッド車両よりも高い運転効率を得ることができる。但し、車両の走行状態によっては、以下に示す動力の循環が生じ、運転効率が低下することがある。
【００２４】最初に、電動機を駆動軸に結合した構成、即ちエンジン側から、「エンジン、動力調整装置および保持機構、結合機構、電動機、駆動軸」の順に備えられた第１の構成について動力の循環が生じる理由を説明する。図３４は、かかるハイブリッド車両の構成例を示す説明図である。このハイブリッド車両では、動力調整装置としてプラネタリギヤＰＧと発電機Ｇとを組み合わせた機構を用いている。プラネタリギヤＰＧとは、遊星歯車とも呼ばれ中心で回転するサンギヤＳＧ、サンギヤの周辺を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤＰＣ、さらにその外周で回転するリングギヤＲＧの３つのギヤから構成されている。図３４のハイブリッド車両では、エンジンのクランクシャフトＣＳはプラネタリキャリアＰＣに結合されている。発電機ＧはサンギヤＳＧに結合されている。電動機ＡＭはリングギヤＲＧに結合されている。リングギヤＲＧは、駆動軸ＤＳにも結合されている。
【００２５】かかるハイブリッド車両における動力の伝達の様子を図３５および図３６に基づいて説明する。図３５はアンダードライブ時、即ちエンジンから出力された動力について、回転数とトルクの積を一定に維持した条件下で、回転数を低減するとともにトルクを増大して駆動軸ＤＳから出力する状態での動力の流れを模式的に示す説明図である。エンジンから出力された動力ＰＵ１は、プラネタリギヤＰＧのギヤ比に応じて２つに分配される。サンギヤＳＧに結合された発電機Ｇの回転数およびトルクを制御することによって、リングギヤＲＧには目標回転数と一致した回転数の動力ＰＵ２が伝達される。アンダードライブ時には、目標回転数＜エンジンの回転数であるから、動力ＰＵ２はエンジンから出力された動力ＰＵ１よりも小さい。サンギヤＳＧにはエンジンから出力された動力のうち残余の動力が伝達される。この動力は、サンギヤＳＧに結合された発電機Ｇにより電力ＥＵとして回生される。この電力によって電動機ＡＭを力行し、不足分のトルクを調整すると、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。
【００２６】図３６はオーバードライブ時、即ちクランクシャフトＣＳの回転を増大するとともにトルクを低減して駆動軸ＤＳから出力する状態での動力の流れを模式的に示す説明図である。このときは、エンジンＥＧから出力された動力ＰＵ１は、サンギヤＳＧに結合された発電機Ｇを力行することによって回転数が増速された動力ＰＵ３としてリングギヤＲＧに伝達される。次に、アシストモータＡＭで負荷を与えることにより、余剰のトルクを調整することによって、要求された回転数およびトルクからなる動力ＰＵ４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ＥＵ２は発電機Ｇの力行に用いられる。
【００２７】両者を比較すると、アンダードライブ時では、エンジンから出力された動力が駆動軸ＤＳに伝達される経路において、上流側に位置する発電機Ｇで回生された電力が下流側に位置する電動機ＡＭに供給される。オーバードライブ時には、逆に、下流側に位置する電動機ＡＭで回生された電力が上流側に位置する発電機Ｇに供給される。発電機Ｇ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電動機ＡＭに伝達される。こうしてオーバードライブ時には、図示する通り、動力の循環γ１が生じる。かかる循環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は低下する。
【００２８】なお、駆動軸の回転数がエンジンの回転数よりも高い領域で必ず動力の循環が生じるとは限らない。プラネタリギヤのギヤ比によって動力の循環が生じ始める回転数の関係は相違する。本明細書では、電動機を駆動軸側に結合した構成において、駆動軸の回転数がエンジンの回転数よりも高い状態のうち、動力の循環が生じている状態をオーバードライブと呼ぶものとする。
【００２９】次に、電動機をエンジン側に結合した場合の構成、即ちエンジン側から「エンジン、電動機、動力調整装置、駆動軸」の順に備えるハイブリッド車両の構成を図３７に示す。プラネタリギヤＰＧのサンギヤＳＧに発電機Ｇが結合され、プラネタリキャリアＰＣにエンジンのクランクシャフトが結合され、リングギヤＲＧに駆動軸ＤＳが結合されている点では、図３４の構成と同一である。図３７の構成では、電動機ＡＭがクランクシャフトに結合されている点で相違する。
【００３０】かかる構成のハイブリッド車両における動力の伝達の様子を図３８および図３９に示す。図３８はアンダードライブ時の動力の伝達の様子を示し、図３９はオーバードライブ時の動力の伝達の様子を示している。かかる構成では、電動機を駆動軸側に結合した場合とは逆の現象が起きる。アンダードライブ時には、下流側に位置する発電機Ｇで回生された電力ＥＯ１が上流側に位置する電動機ＡＭに供給される。オーバードライブ時には、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発電機Ｇ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、アンダードライブ時に図３９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は低下する。本明細書では、電動機がエンジン側に結合された構成において、駆動軸の回転数がエンジンの回転数よりも低い状態のうち、動力の循環が生じる状態をアンダードライブと呼ぶものとする。
【００３１】このようにパラレルハイブリッド車両は、上述の第１の構成および第２の構成のいずれを採用しても、車両の走行状態によって動力の循環が生じ、運転効率が低下していた。本発明のハイブリッド車両によれば、かかる点に鑑み、車両の走行状態に応じて、シリーズハイブリッド車両の構成と、パラレルハイブリッド車両との構成との運転効率を比較し、より運転効率が高い構成で走行することが可能となる。従って、本発明のハイブリッド車両によれば、運転効率をより向上することが可能となる。
【００３２】第２の態様として、前記検出手段は、シフトポジションが後退ポジションにあるか否かを検出する手段であり、前記制御手段は、後退ポジションにあることが検出された場合に、前記結合機構の切り離しを行う手段であるものとすることができる。
【００３３】かかるハイブリッド車両は、シフトポジションが後退ポジションにある場合、即ち車両が後進すべき状態にあるときに、前記結合機構を切り離してシリーズハイブリッド車両の構成とする。かかる制御を行うことにより、以下に示す理由から、ハイブリッド車両は後進時に十分なトルクを出力して、かつ滑らかな走行を行うことが可能となる。
【００３４】既に説明した通り、パラレルハイブリッド車両は、エンジンから出力された動力の一部をそのまま駆動軸に出力することができる。エンジンは車両が前進中であるか後進中であるかに関わらず一方向に回転するのが通常である。従って、パラレルハイブリッド車両では、後進時にエンジンから出力される機械的な動力を逆転方向に変換して出力する必要がある。かかる変換は、動力調整装置および電動機の回転数を制御することにより不可能ではないが、エンジンから車両を前進させる方向に出力されるトルクを相殺する分、駆動軸から出力されるトルクが低くならざるを得ない。また、エンジン、動力調整装置、電動機の３者の精緻なバランスが要求されるため、例えばエンジンからのトルクに変動が生じた場合に駆動軸に出力されるトルク変動が生じやすく、乗り心地を損ねやすい。
【００３５】上述のハイブリッド車両によれば、後進時にシリーズハイブリッド車両の構成を採ることによって、エンジンから出力される動力が直接駆動軸に伝達されなくなる。後進時は駆動軸に結合された動力調整装置または電動機を逆転させることにより容易に制御することが可能となる。また、エンジンからのトルクを相殺する必要がないため、動力調整装置または電動機から十分な後進トルクを出力することが可能となる。
【００３６】第３の態様として、前記検出手段は、停車中である否かを検出する手段であり、前記制御手段は、停車中であることが検出された場合に、前記結合機構の切り離しを行う手段であるものとすることができる。
【００３７】かかるハイブリッド車両では、停車中に結合機構を切り離すことによって、シリーズハイブリッド車両の構成を採る。こうすることによって、上記ハイブリッド車両は、停車中にエンジンが始動または停止された場合、以下に示す通り、駆動軸にトルク変動が生じることを回避でき、乗り心地を大きく向上することができる。
【００３８】ハイブリッド車両は、バッテリの充電状態などに応じて停車中にエンジンを運転したり停止したりする。パラレルハイブリッド車両では、動力調整装置の機能によって停車中であっても駆動軸に動力を出力することなくエンジンを運転することができる。例えば、図３４の構成では、エンジンから出力された動力のうちプラネタリギヤＰＧのリングギヤＲＧに伝達されるトルクを相殺するトルクをアシストモータＡＭから出力すればよい。この際、エンジンから出力された動力は、発電器Ｇによって電力として回生される。従って、停車中にエンジンを運転すれば、回生電力によってバッテリを充電することができる。バッテリが十分充電されている状態にある場合は、エンジンの運転を停止することにより、燃料の消費を抑制することができる。シリーズハイブリッド車両も同様の運転が可能である。
【００３９】ここで、パラレルハイブリッド車両の構成では、エンジンの始動および停止が行われると、駆動軸に伝達されるトルクが変動する。駆動軸に結合されたアシストモータＡＭをかかる変動に完全に追随して制御し、駆動軸に伝達されるトルクを相殺することは非常に困難である。従って、パラレルハイブリッド車両では、停車中にエンジンの始動または停止が行われると、車両の振動が生じ、乗り心地を損ねることがある。上述のハイブリッド車両によれば、停車中はシリーズハイブリッド車両の構成を採るため、エンジンの始動および停止にともなうトルク変動が駆動軸に伝達されることを回避することができ、停車中の乗り心地を大きく向上することができる。
【００４０】なお、第３の態様では、車両が停車中はバッテリの充電状態に関わらずシリーズハイブリッド車両の構成を採るものとしたが、車両が停車中であるという条件と、バッテリの充電容量が所定の範囲にあるとい条件の双方を満足する場合にシリーズハイブリッド車両の構成を採るものとしてもよい。所定の範囲とは、エンジンの始動および停止が行われる範囲となる。かかる制御を行えば、停車中であってもバッテリの充電状態によってはパラレルハイブリッド車両の構成を採ることができ、例えば、シリーズハイブリッド車両からパラレルハイブリッド車両への切り替えを経ることなく滑らかな加速が期待できる等の利点を得ることができる。
【００４１】第４の態様として、前記検出手段は、前記エンジンのモータリングを行うべき運転状態にあるか否かを検出する手段であり、前記制御手段は、該運転状態にあることが検出された場合に、前記結合機構の切り離しを行う手段であるものとすることができる。
【００４２】また、第５の態様として、前記検出手段は、前記エンジンの運転を停止すべき運転状態にあるか否かを検出する手段であり、前記制御手段は、該運転状態にあることが検出された場合に、前記結合機構の切り離しを行う手段であるものとすることができる。
【００４３】第４の態様および第５の態様によれば、エンジンのモータリング即ち始動および停止を行う場合にシリーズハイブリッド車両の構成を採ることができる。先に説明した通り、パラレルハイブリッド車両の構成において、エンジンの始動および停止を行えば、その際のトルク変動が駆動軸に伝達されるため、車両の振動が生じ、乗り心地を損ねることになる。上記ハイブリッド車両によれば、かかる場合にシリーズハイブリッド車両の構成を採ることによって、エンジンのトルク変動が駆動軸に伝達されることを回避できるため、エンジンの始動および停止時の乗り心地を大きく向上することができる。
【００４４】なお、第４の態様および第５の態様では、車両が停車中であるか否かに関わらず、エンジンの始動および停止時にはシリーズハイブリッド車両の構成を採るものとした。これに対して、車両が停車中または微速で走行している場合において、エンジンが始動または停止される時にのみシリーズハイブリッド車両の構成を採るものとしてもよい。車両が走行している際には運転者および乗員は車両の振動をそれほど敏感には感じないのが通常である。従って、車両が停車中または微速で走行している場合にのみシリーズハイブリッド車両の構成を採るものとすれば、パラレルハイブリッド車両の構成で走行中にエンジンの始動または停止が行われる度にシリーズハイブリッド車両への切り替えが生じることを回避でき、滑らかな走行を実現することができる利点がある。
【００４５】第６の態様として、前記動力調整装置は、３つの回転軸を有するプラネタリギヤと、該回転軸の一つに結合された電動発電機とを有する装置であり、前記保持機構は、前記プラネタリギヤの残余の２つの回転軸を相互に結合する機構であるハイブリッド車両である場合には、前記検出手段は、前記駆動軸から出力すべき要求トルクを検出する手段であり、前記制御手段は、要求トルクが所定値以上であるときは、前記結合機構および前記保持機構の双方を結合状態とする手段であるものとすることができる。
【００４６】上述の構成を有するハイブリッド車両では、結合機構と保持機構の双方を結合することによって、エンジン、電動機、および電動発電機の三者から駆動軸に動力を出力することができる。上記ハイブリッド車両によれば、要求トルクが所定値以上であるときは、かかる結合状態にすることによって、三者からの動力を有効に活用して走行することができる。所定値とはこのように三者からの動力を駆動軸に出力することによって実現可能な要求トルクに基づいて設定された値を意味する。
【００４７】第７の態様として、前記エンジンの出力軸および前記駆動軸の少なくとも一方について共振が生じているか否かを検出する共振検出手段と、該共振が検出された場合には、前記結合機構および前記保持機構を制御して、該共振が生じている軸のトルクを抑制する共振抑制制御手段とを備えるものとすることができる。
【００４８】ハイブリッド車両では、エンジンの出力軸および駆動軸に結合された動力調整装置および電動機の慣性によって、これらの回転軸にいわゆるねじれ共振が生じることがある。かかるねじれ共振は、これらの回転軸に付加されるトルクが動力調整装置等の慣性力よりも大きい場合に回転軸に生じる弾性変形が原因の一つである。上記ハイブリッド車両によれば、かかる共振が検出された場合には、共振が生じている回転軸のトルクを抑制するように、結合機構および保持機構を制御することができ、共振を抑制することができる。
【００４９】なお、結合機構および保持機構の制御は、回転軸のトルクを抑制可能なものであればよく、これらを切り離すものとしてもよいし、結合力を減じるものとしてもよい。また、共振抑制制御手段は、必ずしも結合機構および保持機構の双方を制御する必要はなく、共振を抑制するために適切な側を制御するものであればよい。
【００５０】このように結合機構および保持機構を制御する場合には、前記共振抑制制御手段は、前記共振が生じている軸のトルクを、該軸のねじれ強さ以下に抑制する手段であるものとすることが好ましい。
【００５１】ねじれ強さとは、ねじれによって回転軸が破断する最大トルクをいう。かかるトルクは、回転軸を構成する材料および回転軸の断面形状に応じて予め設定することが可能である。このように制御することにより、少なくとも共振が生じている回転軸がねじれによって破断することを回避することができる。
【００５２】また、前記共振抑制制御手段は、前記共振が生じている軸のトルクを、車両に振動が生じないトルクに抑制する手段であるものとすることも好ましい。
【００５３】このように制御することによって車両の乗り心地を大きく向上することができる。なお、車両に振動が生じないトルクは、予め解析または実験によって設定することが可能である。その他、車両の振動を感知する加速度センサ等からの出力に基づいて共振が生じている軸のトルクをフィードバック制御するものとしても構わない。
【００５４】前記第７の態様、即ち共振を抑制するための制御を行う態様においては、前記動力調整装置は、前記エンジン側に結合されており、前記共振検出手段は、前記結合機構が切り離し状態、前記保持機構が保持状態において、前記エンジンの出力軸に共振が生じているか否かを検出する手段であり、前記共振抑制制御手段は、該共振が検出された場合には、前記保持機構の保持力を低減する手段であるものとすることができる。
【００５５】結合機構が切り離し状態、即ちシリーズハイブリッド車両の構成を採っている状態では、保持機構が動力調整装置のいずれかの回転軸の回転を拘束することによって、エンジンの出力軸にトルクが伝達可能となる。上述のハイブリッド車両によれば、この出力軸に共振が生じている場合に、保持機構の保持力を低減することによって、かかる共振を抑制することができる。
【００５６】この場合において、前記共振検出手段は、前記エンジンがモータリングされている場合において、前記共振を検出する手段であり、前記共振抑制制御手段は、前記エンジンをモータリング可能なトルクが前記出力軸に付加可能な範囲で前記保持機構の保持力を低減する手段であるものとすることもできる。
【００５７】こうすれば、共振を抑制するために保持機構の保持力を低減した場合であっても、エンジンのモータリングを継続することができるから、エンジンを支障なく始動することができる。
【００５８】また、前記第７の態様においては、前記共振検出手段は、前記結合機構が結合状態である場合において、前記駆動軸に共振が生じているか否かを検出する手段であり、前記共振抑制制御手段は、該共振が検出された場合には、前記結合機構の結合力を低減する手段であるものとすることもできる。
【００５９】結合機構が結合状態、即ちパラレルハイブリッド車両の構成を採っている状態では、エンジン、動力調整装置、電動機の全てが機械的に結合され、慣性が非常に大きい構成となっている。かかる構成下で、車両が急発進および急制動を行うと駆動軸に伝達されるトルクが過大となって共振を生じることがある。上記ハイブリッド車両によれば、かかる場合に結合機構を制御して、駆動軸に伝達されるトルクを抑制することができるため、急発進や急制動時などで生じる共振を抑制することができる。
【００６０】この場合において、前記共振検出手段は、該ハイブリッド車両の制動時において前記共振を検出する手段であり、前記共振抑制手段は、前記動力調整装置と前記電動機のうちエンジンに近い側に結合されているものによる最大の回生トルク以上のトルクを伝達可能な範囲で前記結合機構の結合力を低減する手段であるものとすることもできる。
【００６１】こうすれば、共振を抑制するために結合機構の結合力を低減した状態においても、動力調整装置と電動機の双方を用いて回生制動を行うことができる。従って、車両の走行に伴う運動エネルギを高い割合で電力として回生することができ、効率の高い運転を実現することができる。
【００６２】本発明のハイブリッド車両は、該車両が走行するものとして予め設定された経路の状態について、車両の走行状態に関与する所定の情報を入力する経路情報入力手段を備え、前記制御手段は、該経路情報をも考慮して前記切り替えを行う手段であるものとすることもできる。
【００６３】こうすれば、シリーズハイブリッド車両の構成とパラレルハイブリッド車両の構成とをより適切に使い分けることができ、滑らかな走行を実現することができる。例えば、ある時点での運転状態だけを考慮して、先に説明した種々の制御によって、シリーズハイブリッド車両の構成とパラレルハイブリッド車両の構成のいずれか適切な構成を選択した場合には、走行状態に応じて頻繁に構成が切り替えられる可能性もある。頻繁な切り替えは、乗り心地や運転に対する車両の応答性を損ねることになる。上述のハイブリッド車両によれば、将来、車両が走行する予定の経路情報を考慮して切り替えを行うことができるため、このような頻繁な切り替えによる弊害を抑制することができる。また、将来、電力の消費の増大が予想される場合には、予め蓄電に適した構成で運転することも可能である。
【００６４】経路情報としては、例えば、設定された経路が登坂路であるか否かに関する情報や、渋滞中であるか否かに関する情報、速度規制に関する情報などが挙げられる。例えば、登坂路に接近しているとの情報が得られた場合には、バッテリの充電に適したパラレルモードを優先して用いることが可能となる。また、経路上にカーブが存在することが検出された場合、減速時の渋滞していることが検出されている場合など、種々の情報に基づいてそれぞれ運転モードの頻繁な切り替えを抑制してハイブリッド車両を運転することができる。
【００６５】なお、「経路情報をも考慮して」とは、車両の走行状態によって定まる運転モードに関わらず経路情報に基づいて定まる運転モードを優先するものとすることができる。また、車両の走行状態と運転モードとの対応関係を経路情報に基づいて変更するものとすることもできる。即ち、経路情報に応じてシリーズモードを優先して適用する走行状態を拡張したり、パラレルモードを優先して適用する走行状態を拡張したりするものとしてもよい。また、経路情報に基づいて車両の走行状態に関与するパラメータを補正するものとしてもよい。その他、経路情報を反映した運転モードの種々の設定方法が含まれる。
【００６６】本発明は、以下に示す通り、ハイブリッド車両の制御方法として構成することもできる。即ち、本発明の制御方法は、少なくとも２つの回転軸を有し、電力のやりとりによって両回転軸間で伝達される動力の大きさを調整可能な動力調整装置と、電動機とを、エンジンの出力軸と駆動軸との間に直列に備えるとともに、前記動力調整装置と電動機との結合および切り離しを行う結合機構と、前記動力調整装置のいずれかの回転軸を保持することによって、前記切り離しが行われた場合における前記動力調整装置での電力と動力との変換を可能とする保持機構とを備えるハイブリッド車両の制御方法であって、（ａ） 該車両の運転状態に関与した所定のパラメータを検出する工程と、（ｂ） 該検出結果に応じて前記動力調整装置と前記電動機との結合状態を設定する工程と、（ｃ） 前記結合機構と前記保持機構とを制御して、前記結合状態を実現する工程とを備える制御方法である。
【００６７】かかる制御方法によれば、結合機構と保持機構とを備えるハイブリッド車両の結合状態を適切に切り替えることが可能となり、パラレルハイブリッド車両とシリーズハイブリッド車両との利点を兼ね備えた運転を実現することができる。
【００６８】
【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）第１実施例の構成：はじめに、第１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、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。その他のセンサおよびスイッチなどの図示は省略した。なお、ＥＦＩＥＣＵ１７０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。ＥＦＩＥＣＵ１７０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。
【００６９】図１のハイブリッド車両では、動力系統として上流側からエンジン１５０と、モータ１３０，１４０とが備えられている。三者は、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、遊星歯車とも呼ばれ、中心で回転するサンギヤ１２１、サンギヤの周辺を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ１２４、さらにその外周で回転するリングギヤ１２２から構成されている。プラネタリピニオンギヤ１２４はプラネタリキャリア１２３に軸支されている。図１のハイブリッド車両では、クランクシャフト１５６はプラネタリキャリア１２３に結合されている。モータ１３０はステータ１３３がケースに固定され、ロータ１３２がサンギヤ１２１に結合されている。モータ１４０はステータ１４３がケースに固定され、ロータ１４２がリングギヤ１２２に結合されている。リングギヤ１２２はディファレンシャルギヤを介して車軸１１６に結合されている。
【００７０】本実施例のハイブリッド車両の動力系統には、さらにリングギヤ１２２とモータ１４０との間の結合および切り離しを行うクラッチ１６０が備えられている。また、リングギヤ１２２を回転しないように保持するブレーキ１６２が、クラッチ１６０の上流側に備えられている。クラッチ１６０およびブレーキ１６２の動作は制御ユニット１９０により制御される。
【００７１】モータ１３０、１４０は、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１３２、１４２と、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータ１３３，１４３とを備える。モータ１３０、１４０はロータ１３２、１４２に備えられた永久磁石による磁界とステータ１３３，１４３の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、モータ１３０、１４０は、ロータ１３２、１４２とステータ１３３、１４３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。
【００７２】ステータ１３３、１４３はそれぞれ駆動回路１９１、１９２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、１９２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１９０が駆動回路１９１、１９２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テータ１３３、１４３の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。
【００７３】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。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１６５、シフトレバーの位置を検出するためのシフトポジションセンサ１６６、車軸１１６の回転数を検出する回転数センサ１１７、リングギヤ１２２に結合された回転軸の回転数を検出する回転数センサ１１８、プラネタリキャリア１２３に結合された回転軸の回転数を検出する回転数センサ１１９等が挙げられる。先に説明した通り、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。
【００７４】制御ユニット１９０は、クラッチ１６０およびブレーキ１６２の動作も制御している。本実施例のハイブリッド車両は、クラッチ１６０およびブレーキ１６２の動作に応じて動力系統の構成を大きく４通りに変更することができる。図２はかかる構成を一覧で示した説明図である。
【００７５】クラッチ１６０およびブレーキ１６２を共に作動状態とした場合の構成Ａを図中の左上に示す。かかる構成では、リングギヤ１２２の回転がブレーキ１６２により制止される。クラッチ１６０を結合した状態では、リングギヤ１２２と車軸１１６とが直結されている。従って、構成Ａでは車軸１１６の回転もブレーキ１６２により制止される。つまり、この結合状態は、車両の走行状態には採ることができず、停車中にのみ採ることが可能である。本実施例では、構成Ａの結合状態は使用しない。
【００７６】ブレーキ１６２を作動状態としつつ、クラッチ１６０をオフとした場合の構成Ｂを図中の右上に示す。かかる構成では、構成Ａと同様、リングギヤ１２２の回転がブレーキ１６２により制止される。但し、クラッチ１６０がオフとなっているため、車軸１１６は回転可能である。しかも、クラッチ１６０はモータ１４０よりも上流側に設けられているから、車軸１１６にはモータ１４０から動力を出力することができる。一方、プラネタリギヤ１２０の作用により、ブレーキ１６２によりリングギヤ１２２の回転が制止されても、モータ１３０が結合されたサンギヤ１２１およびエンジン１５０が結合されたプラネタリキャリア１２３は回転可能である。従って、構成Ｂでは、エンジン１５０から出力された動力をモータ１３０で電力として回生することが可能である。以上より、クラッチ１６０をオフとし、ブレーキ１６２をオンとした構成Ｂは、シリーズハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【００７７】次に、ブレーキ１６２をオフとしつつ、クラッチ１６０をオンにした構成Ｃを図中の左下に示す。この状態では、リングギヤ１２２は車軸１１６とともに回転可能である。かかる構成は、先にパラレルハイブリッド車両の例として図３４で説明した構成と同じである。従って、本実施例のハイブリッド車両において、ブレーキ１６２をオフとし、クラッチ１６０をオンとした構成Ｃは、パラレルハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【００７８】最後に、ブレーキ１６２およびクラッチ１６０の双方をオフにした場合の構成Ｄを図中の右下に示す。この状態では、リングギヤ１２２は自由に回転することができる。また、クラッチ１６０がオフとなっているため、車軸１１６は回転可能である。また、車軸１１６にはモータ１４０から動力を出力することができる。但し、この場合には、エンジン１５０から出力された動力をモータ１３０で回生することができない。先に述べた通り、プラネタリギヤは、２つの回転軸の回転状態が決定されると、残余の回転軸の回転状態が決定されるという機械的性質を有している。構成Ｄでは、ブレーキ１６２をオフにしているため、リングギヤ１２２の回転状態が決定されない。エンジン１５０から動力を出力し、モータ１３０による回生を行うべくサンギヤ１２１に負荷を与えた場合を考えると、かかる負荷に抗してサンギヤ１２１と回転させる反力をリングギヤ１２２に加えることができないため、モータ１３０による回生を行うことができないのである。かかる点につき、プラネタリギヤの一般的動作とともに以下に詳しく説明する。
【００７９】プラネタリギヤ１２０の各ギヤの回転状態は、機構学上周知の次の計算式（１）によって求めることができるが、共線図と呼ばれる図により幾何学的に求めることもできる。
Ｎｓ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｃ−Ｎｒ／ρ；
Ｎｃ＝ρ／（１＋ρ）×Ｎｓ＋Ｎｒ／（１＋ρ）；
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｔｅｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）＝ρＴｅｒ；
Ｔｅｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）；
ρ＝サンギヤの歯数／リングギヤの歯数 ・・・（１）；
【００８０】ここで、Ｎｓはサンギヤの回転数；Ｔｅｓはサンギヤに出力されるトルク；Ｎｃはプラネタリキャリアの回転数；Ｔｃはプラネタリキャリアのトルク；Ｎｒはリングギヤの回転数；Ｔｅｒはリングギヤに出力されるトルク；である。
【００８１】以下ではプラネタリギヤ１２０の作用について共線図に基づき説明する。図３に共線図の一例を示す。縦軸が各ギヤの回転数を示している。横軸は、各ギヤのギヤ比を距離的な関係で示している。サンギヤ１２１（図中のＳ）とリングギヤ１２２（図中のＲ）を両端にとり、位置Ｓと位置Ｒの間を１：ρに内分する位置Ｃをプラネタリキャリア１２３の位置とする。ρは上述の通り、リングギヤ１２２の歯数（Ｚｒ）に対するサンギヤ１２１の歯数（Ｚｓ）の比である。こうして定義された位置Ｓ，Ｃ，Ｒにそれぞれのギヤの回転数Ｎｓ，Ｎｅ，Ｎｒをプロットする。プラネタリギヤ１２０は、このようにプロットされた３点が必ず一直線に並ぶという性質を有している。この直線を動作共線と呼ぶ。動作共線は２点が決まれば一義的に決まる。従って、動作共線を用いることにより、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転数から残余の回転軸の回転数を求めることができる。
【００８２】また、プラネタリギヤ１２０では、各回転軸のトルクを動作共線に働く力に置き換えて示したとき、動作共線が剛体として釣り合いが保たれるという性質を有している。具体例として、プラネタリキャリア１２３に作用するトルクをＴｅとする。このとき、図３に示す通り、トルクＴｅに相当する大きさの力を位置Ｃで動作共線に鉛直下から上に作用させる。作用させる方向はトルクＴｅの方向に応じて定まる。また、リングギヤ１２２から出力されるトルクＴｒを位置Ｒにおいて動作共線に、鉛直上から下に作用させる。図中のＴｅｓ，Ｔｅｒは剛体に作用する力の分配法則に基づいてトルクＴｅを等価な２つの力に分配したものである。「Ｔｅｓ＝ρ／（１＋ρ）×Ｔｅ」「Ｔｅｒ＝１／（１＋ρ）×Ｔｅ」なる関係がある。以上の力が作用した状態で、動作共線図が剛体として釣り合いがとれているという条件を考慮すれば、サンギヤ１２１に作用すべきトルクＴｍ１，リングギヤ軸に作用すべきトルクＴｍ２を求めることができる。トルクＴｍ１はトルクＴｅｓと等しくなり、トルクＴｍ２はトルクＴｒとトルクＴｅｒの差分に等しくなる。
【００８３】図２における構成Ｄ、即ちブレーキ１６２がオフとなっている状態を考える。この状態では、リングギヤ１２２は自由に回転することができる。図３の共線図において、リングギヤ１２２に対応するＲの位置では一切トルクが加えられないことになる。かかる状態では、動作共線を剛体として釣り合いのとれた状態に保つことはできない。従って、図２における構成Ｄでは、モータ１３０による回生を行うことができない。もちろん、バッテリ１９４の充電状態に余裕があれば、モータ１４０に電力を供給して走行することが可能である。
【００８４】本実施例のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ１２０の性質に基づき、適用可能なエンジン１５０の回転数に車速に応じた制限がある。例えば、図３の共線図において、リングギヤ１２２即ち車軸１１６がある回転数Ｎｒで回転している場合を考える。つまり、リングギヤ１２２の回転状態が図３中のポイントＰｒで表される状態にある場合を考える。この場合において、エンジン１５０の回転数がＮｅのとき、共線図は既に説明した通り、図３中の実線で表される。
【００８５】一方、リングギヤ１２２がポイントＰｒで回転している場合において、エンジン１５０の回転数が図３中のポイントＰｅまで上昇した場合を考える。かかる場合の共線図は、図３中の破線で示された通りとなり、サンギヤ１２１はポイントＰｓで回転することになる。このとき、サンギヤ１２１は非常に高い回転数で回転する。
【００８６】一般にギヤには、破損を招かずに回転可能な回転数に上限値がある。ポイントＰｓはサンギヤ１２１についてかかる上限値を超える可能性がある。かかる場合には、エンジン１５０の回転数をポイントＰｅよりも低くする必要がある。このように、本実施例のハイブリッド車両は、リングギヤ１２２の回転数に応じて図４に示すようにエンジン１５０の回転数に制限が設けられている。エンジン１５０の回転数が低い場合には、サンギヤ１２１が高速で逆転する可能性があるため、エンジン１５０の回転数には上限値のみならず下限値も存在する。
【００８７】（２）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、シリーズハイブリッド車両としての構成（以下、シリーズモードと呼ぶ）、パラレルハイブリッド車両としての構成（以下、パラレルモードと呼ぶ）を切り替え、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）は車両の運転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１５０、モータ１３０、１４０およびクラッチ１６０、ブレーキ１６２等の制御を実行する。これらの制御はＣＰＵが運転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。
【００８８】図５は運転制御処理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、ＣＰＵはまず運転モード切り替え処理を実行する（ステップＳ１００）。運転モード切り替え処理のフローチャートを図６に示す。
【００８９】運転モード切り替え処理ルーチンでは、ＣＰＵは車両の運転状態に関与する種々のパラメータを読み込む（ステップＳ１０２）。かかるパラメータとしては、シフトポジション、車速、要求トルク、バッテリ残容量、エンジン運転状態などがある。シフトポジションは、シフトポジションセンサ１６６により検出される。車速は、車軸の回転数センサ１１７により検出される。要求トルクは、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ペダルポジションと車速に基づいて算出することができる。バッテリの残容量は、残容量センサにより検出される。エンジン運転状態とは、エンジン１５０が現在運転されているか否かを意味しており、ＥＦＩＥＣＵ１７０との通信により検出することができる。
【００９０】こうして検出された運転状態に基づき、予め設定された条件に従ってＣＰＵは運転モードを順次判定する。まず、シフトポジションがＲポジション、即ち後進位置にあるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。Ｒポジションにある場合には、シリーズモードをシリーズモードを選択する（ステップＳ１３０）。
【００９１】シフトポジションがＲポジションでない場合には、次に車速および要求トルクで定まる走行状態がシリーズ領域に入っているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。シリーズ領域とは、ハイブリッド車両が走行可能なトルクおよび車速の組み合わせのうち、シリーズモードで走行すべきとして設定された領域をいう。本実施例における設定例を図７に示す。
【００９２】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。図中のハッチングを付した領域がパラレルモードで走行すべき領域を意味しており、その他の領域がシリーズモードで走行すべき領域を意味している。破線Ａは後述する動作曲線である。図示する通り、要求トルクが比較的低い領域および車両が停車中ではシリーズモードを適用するように設定されている。車速およびトルクが所定値以上の領域では、パラレルモードでの走行を行う。本実施例では、かかる設定がマップとして制御ユニット１９０内のＲＯＭに記憶されている。ＣＰＵは、ステップＳ１０６において、車速および要求トルクに基づいてかかるマップを参照して、ハイブリッド車両の運転モードを設定するのである。シリーズモードで運転すべき領域にあると判定された場合には、運転モードとしてシリーズモードを選択する（ステップＳ１３０）。
【００９３】車両の走行状態がシリーズ領域にない場合には、ＣＰＵはエンジン１５０の始動および停止を行うべき状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。例えば、エンジン１５０が停止している場合において、バッテリ１９４の残容量が所定値以下になった場合には、エンジン１５０を始動しモータ１３０で発電してバッテリ１９４の充電を行う必要がある。逆にエンジン１５０が運転している場合においてバッテリ１９４の残容量が所定値以上になった場合には、エンジン１５０の運転を停止しモータ１３０での発電を停止してバッテリ１９４の過充電を防ぐ必要がある。このようにＣＰＵは主にバッテリ１９４の充電状態および現在のエンジン１５０の運転状態に基づき、エンジン１５０の始動および停止を行うべきか否かを判定する。エンジン１５０の始動および停止を行うべき運転状態にある場合には、シリーズモードを選択する（ステップＳ１３０）。
【００９４】本実施例のハイブリッド車両は、パラレルモードにおいてエンジン１５０の始動および停止を行うことも可能であるため、エンジン１５０の始動および停止を行うべき運転状態を考慮せずに運転モードを設定することも可能ではある。但し、パラレルモードではエンジン１５０の始動および停止をするためにモータ１３０から出力されるトルクがリングギヤ１２２を介して車軸１１６にも出力されるため、トルクショックを生じやすい。原理的にはモータ１４０を制御して、トルクショックを相殺することも可能ではあるが、エンジン１５０の始動および停止時にリングギヤ１２２に出力されるトルクの変動に追随してモータ１４０を制御し、トルクショックを完全に相殺することは困難である。本実施例では、エンジン１５０の始動および停止時にはシリーズモードを取るものとすることによって、かかるトルクショックが生じることを回避している。
【００９５】以上で示した判定条件のいずれも満たしていない場合には、パラレルモードを選択する（ステップＳ１２２）。なお、本実施例において、このように運転モードを設定している理由については後述する。
【００９６】パラレルモードが指定された場合には、従前の構成がシリーズモードであるか否かに応じてモード変更すべきか否かを判定する（ステップＳ１２４）。従前の構成がシリーズモードである場合には、パラレルモードへの切り替えを行う（ステップＳ１２６）。従前の構成がパラレルモードである場合には、この処理をスキップする。
【００９７】シリーズモードが指定された場合も同様に、従前の構成がパラレルモードであるか否かに応じてモード変更すべきか否かを判定し（ステップＳ１３２）、従前の構成がパラレルモードである場合にはシリーズモードへの切り替えを実行する（ステップＳ１３４）。従前の構成がシリーズモードである場合には、この処理をスキップする。
【００９８】なお、パラレルモードとシリーズモードの切り替えは、本実施例では、図２中の構成Ｄを経て行われる。例えば、パラレルモード（図２の構成Ｃ）からシリーズモード（図２の構成Ｂ）への切り替えを行う場合には、一旦クラッチ１６０をオフにして、ブレーキ１６２とクラッチ１６０の双方がオフの状態（構成Ｄ）とする。その後、ブレーキ１６２をオンとしてシリーズモード（構成Ｂ）に至る。シリーズモード（構成Ｂ）からパラレルモード（構成Ｃ）への切り替え時も同様に、一旦ブレーキ１６２をオフにして構成Ｄとした後、クラッチ１６０をオンにしてパラレルモード（構成Ｃ）に至る。
【００９９】クラッチ１６０とブレーキ１６２のオン・オフを同時に制御するものとしても構わないが、両者の制御のタイミングによっては瞬間的にクラッチ１６０およびブレーキ１６２の双方がオンの状態（構成Ａ）となる可能性もある。走行中にかかる構成に至ると車軸１１６に大きなトルクショックが生じる可能性がある。本実施例では、このように構成Ｄを経て切り替えることによって、かかるショックを未然に防止している。
【０１００】以上の処理により、運転モードの切り替えを終了すると、ＣＰＵは運転制御処理（図５）に戻る。運転モードが設定された後は、車軸１１６から要求された動力を出力するための制御処理を実行する。この制御内容は、エンジン１５０の始動および停止モードであるか否かに応じて異なる。従って、ＣＰＵはエンジン１５０の始動および停止を行うべき状態か否かを判断する（ステップＳ２００）。この判断内容は、運転モード切り替え処理（図６）のステップＳ１２０における判断と同様である。エンジン１５０の始動および停止を行うべき状態でないと判断された場合には、通常の走行状態に当たる場合に車軸１１６から動力を出力するための処理としてトルク制御処理を実行する（ステップＳ３００）。その他の場合には、車軸１１６から動力を出力しつつ、エンジン１５０の始動および停止をも行うための始動・停止制御処理を実行する（ステップＳ４００）。
【０１０１】まず、トルク制御処理の内容について説明する。図８は、トルク制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。パラレルモードおよびシリーズモードでも同様の処理によって制御される。但し、後述する通り、モードの相違によって、エンジン１５０、モータ１３０、１４０の運転ポイントの設定内容は相違する。もちろん、運転ポイントの設定方法に応じてそれぞれ異なるトルク制御ルーチンを用意するものとしても構わない。
【０１０２】この処理が開始されるとＣＰＵ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Ｓ３０２）。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の目標回転数Ｎｄ＊とトルクＴｄ＊の積で表される。フローチャートには図示を省略したが、駆動軸から出力すべきエネルギＰｄの設定とともに車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊および目標トルクＴｄ＊の組み合わせも設定されている。
【０１０３】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Ｓ３０４，Ｓ２０６）。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取る。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Ｓ３０８）。
【０１０４】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。また、説明の容易のため、車軸１１６とリングギヤ１２２との間には変速機は設けられていないものとする。つまり、車軸１１６の回転数およびトルクは、リングギヤ１２２の回転数およびトルクと等しいものとする。
【０１０５】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Ｓ３１０）。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。
【０１０６】図９はかかるマップの例である。図９はエンジンの回転数Ｎｅを横軸に、トルクＴｅを縦軸に取り、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１５０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。
【０１０７】エンジン１５０は図９に示す通り、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９中のＡ１点に相当する運転ポイント（回転数およびトルク）でエンジン１５０を運転するときが最も運転効率が高くなる。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９中のＡ２およびＡ３点で運転する場合が最も効率が高くなる。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９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７に示した曲線Ａと同じである。動作曲線Ａは、予め実験または解析によって設定され、制御ユニット１９０内のＲＯＭにマップとして記憶されている。
【０１０８】図８のステップＳ３１０における運転ポイントの設定では、上述の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Ｎｅおよび目標トルクＴｅを設定する。こうすることにより、効率の高い運転ポイントを設定することができる。エンジン１５０の運転ポイントの設定は、シリーズモードおよびパラレルモードの場合で同じである。
【０１０９】次にＣＰＵはモータ１３０、１４０のトルクおよび回転数の指令値を設定する（ステップＳ３１２）。これらの指令値は、シリーズモードとパラレルモードとで相違する。
【０１１０】シリーズモードの場合には、車軸１１６に要求される動力を全てモータ１４０で出力する。従って、モータ１４０の目標回転数Ｎ２および目標トルクＴ２は車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊および目標トルクＴｄ＊と一致する。先に説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は、シフトポジションが後進位置にある場合はシリーズモードとなる。従って、シリーズモードでは、目標回転数Ｎｄ＊は後進方向、即ち負の値となる場合もある。かかる場合であってもモータ１４０の設定値は車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊および目標トルクＴｄ＊と一致することに変わりはない。
【０１１１】一方、モータ１３０の運転ポイントは、エンジン１５０の回転状態がステップＳ３１０で設定された目標回転数Ｎｅ、目標トルクＴｅとなるように設定される。即ち、先に示した式（１）において、リングギヤ１２２の回転数Ｎｒに値０、プラネタリキャリア１２３の回転数ＮｃおよびトルクＴｃにエンジン１５０の目標回転数Ｎｅおよび目標トルクＴｅを代入し、サンギヤ１２１の回転数Ｎｓ、トルクＴｓを求めることによってモータ１３０の目標回転数Ｎ１、トルクＴ１は次の通り設定される。
Ｎ１＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｅ；
Ｔ１＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）；
【０１１２】パラレルモードの場合には、リングギヤ１２２の回転数Ｎｒが車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊と一致するように、モータ１３０、１４０の目標回転数が設定される。モータ１４０は車軸１１６と同じ回転数で回転する。従ってモータ１４０の目標回転数Ｎ２は車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊と一致する。モータ１３０の目標回転数Ｎ１は先に示した式（１）において、リングギヤ１２２の回転数Ｎｒに車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊、プラネタリキャリア１２３の回転数Ｎｃにエンジン１５０の目標回転数Ｎｅを代入することによって、次の通り設定される。
Ｎ１＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｅ−Ｎｄ＊／ρ；
【０１１３】また、モータ１３０、１４０の目標トルクＴ１，Ｔ２は、それぞれ車軸１１６に出力されるトルクが要求トルクＴｄ＊と一致するように設定される。先に示した式（１）によれば、エンジン１５０からトルクＴｅが出力されるとき、リングギヤ１２２のトルクＴｒおよびサンギヤ１２１のトルクＴｓはそれぞれ次の通り求められる。
Ｔｓ＝Ｔｅ×ρ／（１＋ρ）；
Ｔｒ＝Ｔｅ／（１＋ρ）；
【０１１４】従って、エンジン１５０を目標の運転ポイントＴｅで運転することができるよう、サンギヤ１２１のトルクＴｓに相当する負荷を与えるようにモータ１３０の目標トルクＴ１が設定される。具体的には、Ｔ１＝−Ｔｓである。また、モータ１４０の目標トルクＴ２はエンジン１５０からリングギヤ１２２に伝達されるトルクを補償して要求トルクＴｄ＊が得られるように設定される。具体的には、「Ｔ２＝Ｔｄ＊−Ｔｒ」である。
【０１１５】以上の処理により、モータ１３０、１４０の運転ポイントが設定されたことになる。なお、本実施例のハイブリッド車両は、それぞれの運転モードにおいてエンジン１５０を停止したまま走行することも可能である。かかる場合には、エンジン１５０の回転数Ｎｅ、トルクＴｅを値０とすることにより、モータ１３０、１４０の運転ポイントを設定することができる。
【０１１６】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はモータ１３０、１４０、エンジン１５０の運転を制御する（ステップＳ３１４）。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、各モータの現在の回転数を検出し、目標回転数との偏差に基づいて、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。
【０１１７】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、モータ１３０、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。こうして、本実施例のハイブリッド車両は、通常の走行時に要求された回転数およびトルクからなる動力を車軸１１６から出力して走行することができる。
【０１１８】次に、図５のステップＳ４００のエンジンの始動・停止処理について説明する。図１０は、始動・停止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、ＣＰＵは車軸１１６からの出力エネルギＰｄを算出する（ステップＳ４０２）。出力エネルギＰｄの算出方法は、トルク制御ルーチン（図８）のステップＳ３０２〜Ｓ３０８で説明した処理と同様である。
【０１１９】ＣＰＵは、こうして設定された駆動軸出力エネルギＰｄに基づいてモータ１３０，１４０の運転ポイントを設定する（ステップＳ４０４）。先に運転モード切り替え処理ルーチン（図６）で示した通り、本実施例のハイブリッド車両は、エンジン１５０の始動および停止を行うときは、シリーズモードとしている。従って、モータ１４０の目標回転数Ｎ２、目標トルクＴ２は、車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊および目標トルクＴｄ＊と一致する。
【０１２０】一方、モータ１３０の目標回転数Ｎ１および目標トルクＴ１は、エンジン１５０の始動および停止を行うための運転ポイントに設定される。例えば、エンジン１５０を始動する場合、エンジン１５０のモータリングに必要なトルクがプラネタリキャリア１２３に出力されるようにモータ１３０の目標トルクを設定する。また、エンジン１５０の回転数が始動時に定められた所定のシーケンスで上昇するようにモータ１３０の目標回転数Ｎ１を設定する。逆にエンジン１５０を停止する場合、エンジン１５０の回転を制動するのに必要なトルクがプラネタリキャリア１２３に出力されるようにモータ１３０の目標トルクを設定する。また、停止時の回転数が所定のシーケンスで低下するようにモータ１３０の目標回転数Ｎ１を設定する。先に示した式（１）において、プラネタリキャリア１２３の回転数Ｎｃ、トルクＴｃにモータリング時の回転数、トルクを代入することによってモータ１３０の目標回転数およびトルクを設定することができる。
【０１２１】なお、運転モード切り替え処理（図６）の内容によっては、パラレルモードにおいてエンジン１５０の始動および停止を行うように設定することも可能である。かかる場合には、エンジン１５０を始動および停止する際のシーケンスとして設定された回転数をエンジン１５０の目標回転数Ｎｅとし、始動および停止の際にプラネタリキャリア軸に出力されるべきトルクに負号を付した値をエンジン１５０の目標トルクＴｅとすることによって、先に説明したパラレルモードにおけるモータ１３０，１４０の運転ポイントの設定方法と同じ方法でそれぞれの運転ポイントを設定することができる。
【０１２２】以上の処理により、エンジン１５０の始動・停止を行う際の運転ポイントが設定された。ＣＰＵは、これらの設定に基づき、モータ１３０，１４０およびエンジン１５０の運転を制御する（ステップＳ４０６）。モータ１３０，１４０の制御は、先にトルク制御ルーチンで説明したのと同様である。エンジン１５０の制御も、ＣＰＵがＥＦＩＥＣＵ１７０との通信により間接的にエンジン１５０を制御するという点ではトルク制御ルーチンと同様である。ここでは、ＥＦＩＥＣＵ１７０が実行するエンジン１５０の制御内容が相違している。例えば、エンジン１５０を始動する場合には、エンジン１５０の回転数がモータリングにより予め定めた所定の回転数まで上昇した時点で燃料を噴射し、点火する制御を行う。エンジン１５０を停止する場合には、エンジン１５０の燃料噴射を禁止する制御を行う。こうして、本実施例のハイブリッド車両は、要求された回転数およびトルクからなる動力を車軸１１６から出力しつつ、エンジン１５０の始動および停止を行って走行することができる。
【０１２３】ＣＰＵは、こうしてトルク制御処理または始動・停止制御処理を終了すると、運転制御ルーチン（図５）に戻り、次に共振抑制制御処理を実行する（ステップＳ５００）。
【０１２４】図１１は、共振抑制制御処理のフローチャートである。この処理は、プラネタリギヤ１２０の回転軸に生じるねじれ共振を抑制するための制御である。共振を生じやすい回転軸が運転モードに応じて異なるため、運転モードに応じて処理内容が分かれている。
【０１２５】この処理が開始されるとＣＰＵは、シリーズモードであるか否かを判定する（ステップＳ５０２）。先に説明した通り、運転モードに応じて処理内容が相違するためである。
【０１２６】シリーズモードである場合には、次にプラネタリキャリア１２３に結合された回転軸（以下、プラネタリキャリア軸と呼ぶ）が共振しているか否かを検出する（ステップＳ５０４）。プラネタリキャリア軸の回転数をセンサ１１９により検出し、検出結果をバンドパスフィルタを通して処理することにより、回転数が共振を生じる帯域に入っているか否かを検出する。プラネタリキャリア軸の共振は、エンジン１５０の始動および停止時に生じやすい。
【０１２７】プラネタリキャリア軸が共振していないと判断された場合には、共振を抑制するための処理は不要であるため、共振抑制制御処理ルーチンを終了する。共振していると判断された場合には、ＣＰＵは共振経過時間を求める（ステップＳ５０６）。共振経過時間とはプラネタリキャリア軸の回転数が共振帯域に入ってからの経過時間を意味する。
【０１２８】次に、ＣＰＵはこうして求められた共振経過時間に基づいてブレーキ１６２の油圧を設定する（ステップＳ５０８）。本実施例では、共振経過時間とブレーキ１６２の油圧との関係が予めテーブルとして設定され制御ユニット１９０のＲＯＭに記憶されている。ＣＰＵは、ステップＳ５０８において、かかるテーブルを参照してブレーキ１６２の油圧を設定するのである。
【０１２９】図１２は、本実施例におけるブレーキ油圧の設定例を示す説明図である。共振経過時間の増加とともにブレーキ油圧が初期値Ｂｉから終端値Ｂｆまで変化するように設定されている。本実施例では、図示する通り、共振経過時間がｔ１に至るまでは初期値Ｂｉを維持し、その後、徐々にブレーキ油圧を低減して、時間ｔ２において終端値Ｂｆに至るように設定されている。
【０１３０】ブレーキ油圧はシリーズモードにおいて、リングギヤ１２２の回転を拘束するトルクに比例する。このようにブレーキ油圧を低減すると、油圧に応じて、リングギヤ１２２を拘束するトルクが低下し、回転可能となる。従って、先に示した式（１）から明らかな通り、モータ１３０からプラネタリキャリア軸に出力されるトルクが低減する。プラネタリキャリア軸の共振はモータ１３０から出力されるトルクがエンジン１５０の慣性力に比して大きすぎることによって生じる弾性振動であるため、モータ１３０からのトルクを低減することによって共振を抑制することができる。
【０１３１】本実施例では、かかる観点からプラネタリキャリア軸の共振を抑制することができる程度にブレーキ油圧を低減している。その終端値Ｂｆは以下の条件に基づいて設定されている。第１に値Ｂｆはプラネタキャリア軸がねじれ共振によって破断する最大トルク、即ちプラネタリキャリア軸のねじれ強さに相当するトルクが出力されるブレーキ油圧Ｂｔｂ以下に設定される。図１２では、初期値Ｂｉがかかるブレーキ油圧Ｂｔｂを超えているが、これは共振が生じた瞬間にねじれによる破断が生じる訳ではないことに基づくものであり、初期値Ｂｉを上述のブレーキ油圧Ｂｔｂ以下に設定するものとしても構わない。
【０１３２】第２の条件として終端の値Ｂｆは車両の振動が生じなくなる限界値Ｂｏｓ以下に設定される。プラネタリキャリア軸に共振が生じた場合、動力系統は車両に固定されているため、車両全体に振動が生じる。かかる振動は共振が弱くなるにつれて低減する。限界値Ｂｏｓは予め実験等によって設定された値であり、乗員が許容できる程度に車両の振動が抑えられる限界の上限のブレーキ油圧を意味する。
【０１３３】第３の条件として、終端の値Ｂｆは、エンジン１５０のモータリングおよび停止に必要なトルクをプラネタリキャリア軸に出力可能な下限値Ｂｍｉｎよりも大きい値に設定される。プラネタリキャリア軸の共振はエンジン１５０の始動および停止時に生じる。ブレーキ油圧の終端値Ｂｆを上述の下限値Ｂｍｉｎ以上に設定しておくことにより、共振抑制制御が実行された場合でもエンジン１５０の始動および停止を継続することができる。エンジン１５０の始動および停止に必要となるトルクは比較的低いため、プラネタリキャリア軸の破断や車両の極端な振動を招くことなく終端の値Ｂｆを設定することができる。このように図１２のマップに従って、ブレーキ１６２の油圧が設定されると、ＣＰＵは該設定値にブレーキ１６２の油圧を低減する（ステップＳ５１０）。
【０１３４】なお、図１２では、ブレーキ１６２の油圧を時間ｔ１〜ｔ２の間で直線的に減らしているが、かかる設定に限られず、非線形に変化させるものとしても構わない。また、単調減少にする必要もなく、例えば、ブレーキ油圧を一旦大きく減じてから、やや増加させた状態で維持するものとしても構わない。
【０１３５】一方、ステップＳ５０２においてパラレルモードであると判定された場合には、ＣＰＵはリングギヤ１２２に結合された回転軸（以下、リングギヤ軸と呼ぶ）が共振しているか否かを判定する（ステップＳ５１２）。共振の判定は、プラネタリキャリア軸の場合（ステップＳ５０４）と同様、リングギヤ軸の回転数をセンサ１１８により検出し、バンドパスフィルタで処理することによって検出する。リングギヤ軸の共振は、急発進または急制動された場合に生じやすい。
【０１３６】リングギヤ軸が共振していないと判断された場合には、共振を抑制するための処理は不要であるため、共振抑制制御処理ルーチンを終了する。共振していると判断された場合には、ＣＰＵは共振経過時間を求める（ステップＳ５１４）。共振経過時間とはリングギヤ軸の回転数が共振帯域に入ってからの経過時間を意味する。
【０１３７】次に、ＣＰＵはこうして求められた共振経過時間に基づいてクラッチ１６０の油圧を設定する（ステップＳ５１６）。本実施例では、共振経過時間とクラッチ１６０の油圧との関係が予めテーブルとして設定され制御ユニット１９０のＲＯＭに記憶されている。ＣＰＵは、ステップＳ５１６において、かかるテーブルを参照してクラッチ１６０の油圧を設定するのである。
【０１３８】図１３は、本実施例におけるクラッチ油圧の設定例を示す説明図である。共振経過時間の増加とともにクラッチ油圧が初期値Ｃｉから終端値Ｃｆまで変化するように設定されている。本実施例では、図示する通り、共振経過時間がｔ３に至るまでは初期値Ｃｉを維持し、その後、徐々にクラッチ油圧を低減して、時間ｔ４において終端値Ｃｆに至るように設定されている。
【０１３９】クラッチ油圧を低減すると、油圧に応じて、リングギヤ軸に付加されるトルクが低下する。リングギヤ軸の共振は車軸１１６からリングギヤ軸に付加されるトルクがエンジン１５０およびモータ１３０の慣性力に比して大きすぎることによって生じる弾性振動であるため、車軸１１６から伝達されるトルクを低減することによってリングギヤ軸の共振を抑制することができる。
【０１４０】本実施例では、かかる観点からリングギヤ軸の共振を抑制することができる程度にクラッチ油圧を低減している。その終端値Ｃｆはブレーキ油圧と同様、リングギヤ軸がねじれ共振によって破断する最大トルク、即ちリングギヤ軸のねじれ強さに相当するトルクが伝達されるクラッチ油圧Ｃｔｂ以下に設定され、また、モータ１３０による回生制動が可能なトルクを伝達できるクラッチ油圧Ｃｍｉｎ以上に設定されている。車両の制動時には、モータ１４０を回生運転して車両の運動エネルギを電力として回収することが可能であるが、クラッチ油圧をＣｍｉｎ以上に設定することにより、モータ１３０による回生制動も行うことが可能となり、より効率的に運動エネルギを回収することができる。このように図１３のマップに従って、クラッチ１６０の油圧が設定されると、ＣＰＵは該設定値にクラッチ１６０の油圧を低減する（ステップＳ５１０）。
【０１４１】なお、リングギヤ軸の共振は、急発進および急制動時に生じるため、図１３ではブレーキ油圧の設定とは異なり、車両の振動を生じないための上限値を考慮していないが、かかる上限値を考慮して設定するものとしても構わないことはいうまでもない。
【０１４２】本実施例では、エンジン１５０の始動および停止時はシリーズモードを選択するよう設定されているため、パラレルモード時にはプラネタリキャリア軸の共振を抑制する制御を実行していない。これに対し、パラレルモードでもエンジン１５０の始動および停止が行われるように運転モードが設定されている場合には、ステップＳ５０４〜Ｓ５１０で示した処理をパラレルモードにおいても実行するものとしてもよい。
【０１４３】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。また、エンジンの始動および停止を行うこともできる。さらに、プラネタリキャリア軸やリングギヤ軸に生じる共振を抑制することもできる。
【０１４４】次に、車両の走行状態と運転モードとの関係（図７）の設定方法について説明する。本実施例では、第１に停車中も含めて比較的車速およびトルクが低い領域（図７中の領域Ｓ１）および後進領域をシリーズモードとしている。また、車速が高い部分でも比較的低トルクの領域（図７中の領域Ｓ２）をシリーズモードとしている。
【０１４５】一般にハイブリッド車両は、緩やかに発進するときにはモータの動力によって発進する。こうすることにより、燃費の悪い状態でエンジン１５０を運転することが回避でき、また車両を滑らかに発進することができる等の利点がある。本実施例のハイブリッド車両もかかる利点を活かすため、モータの動力のみを利用して発進する。モータからの動力のみを利用する場合には、シリーズモードの構成方が制御が容易である。本実施例では、かかる観点からモータのみの動力を用いて走行する領域、即ち図７中の領域Ｓ１をシリーズモードの領域に設定している。この領域の範囲は、具体的にはモータ１４０から出力可能なトルクの大きさ等に基づいて設定することができる。
【０１４６】領域Ｓ１および後進領域をシリーズモードに設定することにより、本実施例のハイブリッド車両は次に示す種々の利点を有している。第１にエンジン１５０の始動および停止時における利点である。ハイブリッド車両は発進後、加速するにつれてエンジン１５０を始動し、エンジン１５０からの動力も利用して走行をする。本実施例では、先に説明した通り、エンジン１５０の始動時にはシリーズモードとなるよう設定して、トルクショックを回避している。モータ１４０の動力を利用して走行する領域からエンジン１５０の動力を利用する領域への過渡領域を包含するように領域Ｓ１を設定することにより、エンジン１５０の始動時に運転モードの切り替えをすることなく、エンジン１５０を始動することができる。エンジン１５０の運転を停止する際も同様の利点を得ることができる。
【０１４７】第２に停車中にエンジン１５０の始動および停止が行われた場合における利点である。本実施例のハイブリッド車両は、停車中であっても、バッテリ１９４の充電状態に応じてエンジン１５０を運転したり停止したりする。エンジン１５０を運転してモータ１３０により発電を行いバッテリ１９４を充電することは、シリーズモードおよびパラレルモードの双方の構成において可能である。但し、パラレルモードではエンジン１５０の始動および停止時に車軸１１６に出力されるトルクを完全には相殺できず、トルクショックが生じる可能性がある。かかるトルクショックは停車中や微速で走行している場合には、運転者および乗員に特に敏感に感じとられる。本実施例では、停車中および微速で走行している場合において、シリーズモードとなるよう領域Ｓ１を設定することにより、かかるトルクショックを回避することができ、ハイブリッド車両の乗り心地を向上している。
【０１４８】次に、車速が高い部分でも比較的低トルクの領域（図７中の領域Ｓ２）をシリーズモードとしている理由について説明する。かかる領域はシリーズモードとパラレルモードの運転効率に基づいて設定されている。図１４は、両者の運転効率を比較して示した説明図である。ここでは、図７中のある車速Ｖにおいて、要求トルクが変化した場合の運転効率、即ち図７中の直線Ｌに沿った運転効率の変化を示している。
【０１４９】既に図３４〜図３６を用いて説明した通り、パラレルモードではアンダードライブ走行時に運転効率が高く、オーバードライブ走行時には動力の循環が生じるため、運転効率が低下する。アンダードライブ走行とは、エンジン１５０から出力された動力を、回転数が低くトルクが高い状態に変換して出力する走行状態である。オーバードライブ走行とは、エンジン１５０から出力された動力を、回転数が高くトルクが低い状態に変換して出力する走行状態である。従って、パラレルモードでは、図１４に示す通り、比較的高いトルクが要求されている領域で運転効率が高く、動力の循環が生じるようになるトルクＴａ以下の領域で運転効率が低くなる。
【０１５０】また、パラレルモードでは先に説明した回転数制限（図４）に基づいてさらに運転効率が低下することがある。図１５にオーバードライブ状態での共線図の例を示す。車速、即ちリングギヤ１２２の回転数が図中のポイントＮｒで示される回転数に相当している状態を表している。要求トルクが比較的低い場合、エンジン１５０の回転数が図７の動作曲線Ａ上の例えばポイントＡ３で設定されたとする。このとき、先に説明したプラネタリギヤ１２０の作用に基づき、サンギヤ１２１の回転数は図１５中のポイントＮｓ１に相当する値となる。サンギヤ１２１は非常に高速で逆転する。既に述べた通りプラネタリギヤ１２０には機械的な回転数制限が存在する。図１５の回転状態では、サンギヤ１２１の回転数がかかる制限値Ｎｌｉｍを超えている場合がある。
【０１５１】このように本実施例のハイブリッド車両では、プラネタリギヤ１２０の回転数の制限から、エンジン１５０が動作曲線Ａ上の運転ポイントで運転できない場合がある。上述の例では、サンギヤ１２１の回転数を制限値Ｎｌｉｍ以下に抑えるためにエンジン１５０の回転数を例えばポイントＡ４で示される点まで増す必要がある。つまり、エンジン１５０を図７中のポイントＡ４で運転する必要がある。このようにエンジン１５０を動作曲線Ａから離れた運転ポイントで運転すれば、その分運転効率が低下する。かかる原因に基づき、パラレルモードでは、図１４に示す通り要求トルクがＴｂ以下の領域で更に運転効率が低下する。
【０１５２】一方、シリーズモードでは、動力の循環やプラネタリギヤ１２０の回転数制限に基づく運転効率の低下が生じない。従って、図１４に示す通り、要求トルクの変化に関わらず比較的安定した運転効率を得ることができる。但し、シリーズモードでは、エンジン１５０から出力された動力を全て一旦電力に変換する際の損失が大きく、最高の運転効率はパラレルモードよりも低い。
【０１５３】本実施例では、このように要求トルクと車速との関係に応じてパラレルモードとシリーズモードとの運転効率を予め求め、運転効率がより高い運転モードを選択している。図１４の例では、要求トルクが値Ｔｃ以上の領域では、パラレルモードを選択し、要求トルクが値Ｔｃ以下の領域ではシリーズモードを選択する。図７では、シリーズモードは動作曲線Ａよりも要求トルクが低い領域に設定されているが、必ずしもかかる関係が維持されるとは限らない。また、パラレルモードとシリーズモードとの頻繁な切り替えを抑制するために、一定のヒステリシスを設けて切り替えるようにすることもできるのは言うまでもない。
【０１５４】以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、パラレルモードとシリーズモードとを車両の走行状態に応じて使い分けることができ、両者の特性を活かした運転を行うことができる。従って、ハイブリッド車両の運転効率を向上することができ、また乗り心地を改善することができる。
【０１５５】具体的には、第１に先に図１４および図７を用いて説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は、車速および要求トルクに応じてパラレルモードとシリーズモードのうち、より運転効率が高い運転モードを選択して走行することができる。従って、パラレルモードまたはシリーズモードのいずれかの構成に固定されていた従来のハイブリッド車両に比較して、車両の走行状態に関わらず運転効率を向上することができる。
【０１５６】第２に本実施例のハイブリッド車両は、図６の運転モード切り替え処理で説明した通り、エンジン１５０の始動および停止をシリーズモードで行っている。従って、トルクショックをほとんど生じることなくエンジン１５０の始動等を行うことができ、乗り心地を大きく向上することができる。
【０１５７】第３に本実施例では、図７に示した通り、停車中および微速走行中にシリーズモードとしている。このため、かかる走行状態においてエンジン１５０の始動および停止が行われた場合のトルクショックを回避することができる他、運転モードの切り替えを伴うことなく、モータ１４０のみの動力を利用した走行状態からエンジン１５０の動力を利用して走行する状態への移行を行うことができる。従って、本実施例のハイブリッド車両によれば、走行状態を滑らかに移行することが可能となる。
【０１５８】第４に本実施例では、運転モード切り替え処理（図６）で示した通り、後進時にシリーズモードを取るものとしている。エンジン１５０を運転しながら後進する際には、エンジン１５０からのトルクを相殺する必要がなくなり、モータ１４０から十分な後進トルクを出力することができる。また、エンジン１５０の運転状態に関わらずモータ１４０を容易に制御することができるため、滑らかな後進を実現することができる。全体の制御処理が容易になり制御ユニット１９０の負担が軽減されるという利点もある。
【０１５９】第５に本実施例のハイブリッド車両では、クラッチ１６０およびブレーキ１６２の油圧を制御することによって、プラネタリギヤ１２０の回転軸に生じる共振を抑制することができる。従って、かかる共振に基づいて生じる車両の振動を抑制することができ、乗り心地を大きく向上することができる。また、プラネタリギヤ１２０の摩耗や破損を抑制し、寿命を延ばすことができる。
【０１６０】本実施例のハイブリッド車両は、上述した種々の効果を得ることができるが、上記実施例で示した種々の制御は一例に過ぎない。例えば、図７に示した運転モードと走行状態との関係は、これに限らず、種々の設定が可能である。停車中、微速走行、および後進中においてもパラレルモードを取るものとしてもよい。かかる場合において、バッテリ１９４の残容量から充電が必要と判断された場合にシリーズモードへの切り替えを行ってエンジン１５０を始動することも可能である。
【０１６１】本実施例では、エンジン１５０からの動力を機械的な動力と電力とに分配する機構としてプラネタリギヤ１２０およびモータ１３０を用いた。動力を分配する機構は他にも種々の構成が適用可能である。
【０１６２】第１実施例の変形例としてのハイブリッド車両の構成を図１６に示す。変形例のハイブリッド車両では、動力系統として、エンジン１５０、クラッチモータ２３０、モータ１４０Ａを備える。クラッチモータ２３０とは、インナロータ２３２、アウタロータ２３３の同軸周りに相対的に回転可能な対ロータモータをいう。クラッチモータ２３０のインナロータ２３２は、エンジン１５０のクランクシャフト１５６に結合されている。アウタロータ２３３は、車軸１１６に結合されている。車軸１１６側には、第１実施例（図１）と同様、モータ１４０Ａが結合されている。
【０１６３】クラッチモータ２３０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２３２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２３３とを備える。クラッチモータ２３０はインナロータ２３２に備えられた永久磁石による磁界とアウタロータ２３３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２３３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。三相コイルにはスリップリングを介して電力のやりとりがなされる。
【０１６４】クラッチモータ２３０はインナロータ２３２とアウタロータ２３３の双方が回転可能であるため、インナロータ２３２およびアウタロータ２３３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２３０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。
【０１６５】変形例のハイブリッド車両は第１実施例（図１）と同様、クラッチモータ２３０とモータ１４０Ａとの間にクラッチ１６０Ａを備える。また、クラッチ１６０Ａの上流側にブレーキ１６２Ａを備える。クラッチ１６０Ａおよびブレーキ１６２Ａの結合状態に応じて、変形例のハイブリッド車両は、種々の構成を取ることができる。
【０１６６】図１７は、変形例のハイブリッド車両が取りうる構成を示す説明図である。クラッチ１６０Ａおよびブレーキ１６２Ａを共に作動状態とした場合の構成Ａ１を図中の左上に示す。この結合状態は、第１実施例（図２）の構成Ａに相当する。かかる構成では、アウタロータ２３３の回転がブレーキ１６２Ａにより制止される。クラッチ１６０Ａを結合した状態では、アウタロータ２３３と車軸１１６とが直結されている。従って、構成Ａ１では車軸１１６の回転もブレーキ１６２Ａにより制止される。
【０１６７】ブレーキ１６２Ａを作動状態としつつ、クラッチ１６０Ａをオフとした場合の構成Ｂ１を図中の右上に示す。この構成は、第１実施例（図２）の構成Ｂに相当する。かかる構成では、構成Ａ１と同様、アウタロータ２３３の回転がブレーキ１６２Ａにより制止される。但し、クラッチ１６０Ａがオフとなっているため、車軸１１６は回転可能である。しかも、クラッチ１６０Ａはモータ１４０よりも上流側に設けられているから、車軸１１６にはモータ１４０から動力を出力することができる。一方、クラッチモータ２３０の作用により、ブレーキ１６２Ａによりアウタロータ２３３の回転が制止されてもエンジン１５０は回転可能である。従って、構成Ｂ１では、エンジン１５０から出力された動力をクラッチモータ２３０で電力として回生することが可能である。以上より、構成Ｂ１は、シリーズハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【０１６８】次に、ブレーキ１６２Ａをオフとしつつ、クラッチ１６０Ａをオンにした構成Ｃ１を図中の左下に示す。この構成は、第１実施例（図２）の構成Ｃに相当する。この状態では、アウタロータ２３３は車軸１１６とともに回転可能である。エンジン１５０から出力された動力は、クラッチモータ２３０で一部がアウタロータ２３３側に伝達されつつ、残余が電力として回生される。この電力はモータ１４０Ａの駆動等に使用される。従って、構成Ｃ１は、パラレルハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【０１６９】構成Ｃ１において、エンジン１５０から出力された動力を変換して車軸１１６に出力する方法について説明する。まず、アンダードライブ走行、即ちエンジン１５０から出力された動力を、回転数が低くトルクが高い状態に変換して出力する状態について説明する。構成Ｃ１の結合状態から明らかな通り、車軸１１６とアウタロータ２３３の回転数とは等しい。従って、アンダードライブ走行時には、クラッチモータ２３０のアウタロータ２３３はインナロータ２３２よりも低い回転数で回転する。これはインナロータ２３２からアウタロータ２３３に伝達されるトルクの方向に対してクラッチモータ２３０が逆転している状態に相当する。従って、クラッチモータ２３０ではインナロータ２３２とアウタロータ２３３の滑りに応じた電力を回生することができる。
【０１７０】作用・反作用の原理により、インナロータ２３２とアウタロータ２３３とのトルクは等しい。従って、クラッチモータ２３０のアウタロータ２３３側に伝達されるトルクはエンジン１５０のトルクに等しい。アンダードライブ走行時には、エンジン１５０が出力するトルクよりも高いトルクが要求される。従って、モータ１４０Ａに電力を供給して力行することにより、要求トルクとエンジン１５０から出力されるトルクとの差分に相当するトルクを出力する。この電力には、主としてクラッチモータ２３０で回生された電力が用いられる。従って、アンダードライブ走行時には、第１実施例のハイブリッド車両と同様、エンジン１５０から出力された動力の一部を回生した電力は、上流側に位置するクラッチモータ２３０から下流側に位置するモータ１４０Ａに供給される。このため、変形例のハイブリッド車両はアンダードライブ時には動力の循環を生じない。
【０１７１】次に、オーバードライブ走行、即ちエンジン１５０から出力された動力を、回転数が高くトルクが低い状態に変換して出力する状態について説明する。オーバードライブ走行時には、クラッチモータ２３０のアウタロータ２３３はインナロータ２３２よりも高い回転数で回転する。これはインナロータ２３２からアウタロータ２３３に伝達されるトルクの方向に対してクラッチモータ２３０が順方向に回転している状態に相当する。従って、クラッチモータ２３０はインナロータ２３２とアウタロータ２３３の滑りに応じた電力の供給を受けて力行される。
【０１７２】オーバードライブ走行時には、エンジン１５０が出力するトルクよりも低いトルクが要求される。従って、モータ１４０Ａで負荷を与えて車軸１１６に出力されるトルクを低減する。つまり、モータ１４０Ａで電力を回生する。この電力は、主としてクラッチモータ２３０の力行に供給される。従って、オーバードライブ走行時には、第１実施例のハイブリッド車両と同様、エンジン１５０から出力された動力の一部が下流側に位置するモータ１４０Ａで回生され、上流側に位置するクラッチモータ２３０に供給される。このため、変形例のハイブリッド車両はオーバードライブ時には動力の循環を生じ、運転効率が低下する。
【０１７３】最後に、ブレーキ１６２Ａおよびクラッチ１６０Ａの双方をオフにした場合の構成Ｄ１を図中の右下に示す。この構成は、第１実施例（図２）の構成Ｄに相当する。この状態では、アウタロータ２３３は自由に回転することができる。クラッチ１６０Ａがオフとなっているため、車軸１１６も回転可能である。但し、この場合には、エンジン１５０から出力された動力をクラッチモータ２３０で回生することができない。電力を回生するためには、インナロータ２３２とアウタロータ２３３との間に相対的な滑りが生じることが必要であるが、構成Ｄ１では、アウタロータ２３３が自由に回転可能な状態であるため、両ロータ間で十分な滑りが生じないからである。構成Ｄ１では、バッテリ１９４の充電状態に余裕がある場合であれば、モータ１４０Ａに電力を供給して走行することが可能である。
【０１７４】このように変形例のハイブリッド車両は、構成Ａ１〜構成Ｄ１がそれぞれ第１実施例の構成Ａ〜構成Ｄに相当し、運転効率等の面でほぼ同等の性質を有している。従って、運転モードと車両の走行状態との関係（図７）を、変形例のハイブリッド車両の構成に応じた適切な設定とすれば、第１実施例と同様の態様で本発明を適用することが可能である。この結果、変形例のハイブリッド車両によれば、第１実施例と同様、パラレルモードとシリーズモードの利点を活かした運転を実現することができ、運転効率および乗り心地の向上を図ることができる。
【０１７５】（３）第２実施例：次に本発明の第２実施例としてのハイブリッド車両について説明する。図１８は、第２実施例のハイブリッド車両の構成を示す説明図である。この実施例においても、動力系統として上流側からエンジン１５０と、モータ１３０Ｂ，１４０Ｂとが備えられており、三者がプラネタリギヤ１２０Ｂを介して機械的に結合されている点では第１実施例と同じである。また、プラネタリギヤ１２０Ｂとモータ１４０Ｂとの間に第１クラッチ１６０が設けられている点でも同様である。
【０１７６】第２実施例では、第１実施例のブレーキ１６２に代えて、第２クラッチ１６１が設けられている点で相違する。第２クラッチ１６１は、プラネタリギヤ１２０Ｂのリングギヤ１２２Ｂとプラネタリキャリア１２３Ｂとの結合および切り離しを行う。動作は、制御ユニット１９０により制御される。なお、図の煩雑さを避けるため、図１８では図示を省略したが、第１実施例と同様のセンサ類がそれぞれ設けられている。
【０１７７】第２実施例のハイブリッド車両は、第１クラッチ１６０および第２クラッチ１６１の結合状態に応じて４通りの構成を取ることができる。図１９は、第２実施例のハイブリッド車両の結合状態を示す説明図である。
【０１７８】第１クラッチ１６０および第２クラッチ１６１を共に作動状態とした場合の構成Ａ２を図中の左上に示す。かかる構成では、第２クラッチ１６１によりリングギヤ１２２Ｂとプラネタリキャリア１２３Ｂとが一体的に回転する。共線図の状態を考えれば明らかな通り、両者が一体的に回転する場合、モータ１３０Ｂも同一の回転数で回転する。また、第１クラッチ１６０を結合した状態では、リングギヤ１２２Ｂと車軸１１６とが直結されている。従って、構成Ａ２ではエンジン１５０、モータ１３０Ｂ、モータ１４０Ｂおよび車軸１１６の全てが直結された状態に相当する。以下、この運転モードを直結モードと呼ぶ。かかる構成は、第１実施例と異なり、第２実施例特有の構成である。
【０１７９】第２クラッチ１６１を作動状態としつつ、第１クラッチ１６０をオフとした場合の構成Ｂ２を図中の右上に示す。かかる構成では、構成Ａ２と同様、第２クラッチ１６１によって、リングギヤ１２２Ｂとプラネタリキャリア１２３Ｂとが一体的に回転する。また、モータ１３０Ｂも同一の回転数で回転する。従って、エンジン１５０とモータ１３０Ｂとが直結した状態に相当する。一方、車軸１１６にはモータ１４０Ｂから動力を出力することができる。以上より、構成Ｂ２は、シリーズハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【０１８０】次に、第２クラッチ１６１をオフとしつつ、第１クラッチ１６０をオンにした構成Ｃ２を図中の左下に示す。この状態では、プラネタリギヤ１２０Ｂは共線図に従って、３つのギヤがそれぞれ回転可能である。また、リングギヤ１２２Ｂは車軸１１６とともに回転可能である。かかる構成は、先にパラレルハイブリッド車両の例として図３４で説明した構成と同じである。従って、構成Ｃ２は、パラレルハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【０１８１】最後に、第２クラッチ１６１および第１クラッチ１６０の双方をオフにした場合の構成Ｄ２を図中の右下に示す。この状態では、プラネタリギヤ１２０Ｂは共線図に従って、３つのギヤがそれぞれ回転可能である。また、車軸１１６にはモータ１４０Ｂから動力を出力することができる。但し、この場合には、エンジン１５０から出力された動力をモータ１３０Ｂで回生することができない。構成Ｄ２では、第２クラッチ１６１をオフにしており、リングギヤ１２２Ｂの回転状態が決定されないため、モータ１３０で電力を回生することができないのである。
【０１８２】第２実施例のハイブリッド車両の運転制御ルーチンについて説明する。運転制御ルーチン全体の流れは第１実施例（図５）と同様である。つまり、制御ユニット１９０のＣＰＵは、運転モード切り替え処理を実行し（ステップＳ１００）、エンジン１５０が始動または停止の場合には（ステップＳ２００）、始動・停止制御処理を実行し（ステップＳ４００）、その他の場合には通常のトルク制御処理を実行する（ステップＳ３００）。これらの処理の後、ＣＰＵは共振抑制制御処理を実行する（ステップＳ５００）。こうした一連の処理を繰り返し実行して第２実施例のハイブリッド車両は走行する。
【０１８３】第２実施例では、上述の処理のうち運転モード切り替え処理の内容が第１実施例（図６）と相違する。図２０は、第１実施例との相違点のフローチャートである。第１実施例の運転モード切り替え処理と同様、このルーチンが開始されると、ＣＰＵは車両の走行状態に関与する諸量を読み込み（図６のステップＳ１０２）、シフトポジションがＲポジションであるか否か（ステップＳ１０４）、走行状態がシリーズ領域に該当するか否か（ステップＳ１０６）の条件に基づき、シリーズモードを選択するか否かを設定する。かかる判定は、第１実施例と同様、予め設定されたテーブルに基づいてなされる。
【０１８４】第２実施例では、これらの条件に基づき、シリーズモードが選択されなかった場合、ＣＰＵは次に、走行状態が直結領域にあり、かつバッテリ１９４の残容量ＳＯＣが所定の値Ｓｌｉｍよりも大きいか否かを判定する（図２０のステップＳ１１０）。これらの条件を満足する場合には、直結モードが選択され（ステップＳ１１２）、従前のモードから切り替えが必要である場合には、直結モードへの切り替え処理が行われる（ステップＳ１１４，Ｓ１１６）。これらの判定によりシリーズモードおよび直結モードのいずれも選択されなかった場合には、第１実施例と同様、バッテリ１９４の充電状態に基づいてエンジン１５０の始動および停止を行うべきか否かが判定され（図６のステップＳ１２０）、エンジン１５０の始動および停止を行う必要がない場合には、パラレルモードが選択される（ステップＳ１２２〜Ｓ１２６）。エンジン１５０の始動および停止を行うべき状態にある場合には、シリーズモードが選択される（ステップＳ１３０〜Ｓ１３４）。
【０１８５】シリーズ領域（図６のＳ１０６）および直結領域（図２０のステップＳ１１０）の判断は、第１実施例と同様、車両の走行状態と運転モードとの関係を与えるテーブルに基づいてなされる。第２実施例におけるテーブルの例を図２１に示した。図中のクロスハッチを施した領域ＤＣ１，ＤＣ２が直結領域である。斜線のハッチングを施した領域がパラレルモードの領域である。その他の領域がシリーズモードの領域である。本実施例の場合には、シリーズモードの領域は第１実施例と同じである。
【０１８６】直結領域は、図１９で示した直結モード（構成Ａ１）の利点を活かす領域に設定されている。構成Ａ１は、先に説明した通り、エンジン１５０、モータ１３０Ｂ、モータ１４０Ｂが全て車軸に直結されたモードに相当する。従って、これら３つの動力源から出力されるトルクによって、パラレルモードよりも大きなトルクを出力することができる。また、直結モードでは、モータ１３０Ｂ、１４０Ｂを運転することなく、エンジン１５０から出力された動力を直接車軸１１６に出力することができる。この場合、モータ１３０Ｂ、１４０Ｂを運転することによる損失は生じない。従って、動作曲線上の運転ポイントと車軸１１６に要求される動力とが一致する場合には、直結モードによれば、非常に高い運転効率で走行することができる。第２実施例では、直結モードのかかる利点を活かし、大トルクが要求される領域ＤＣ１や走行トルクが比較的大きく、かつ動作曲線Ａ近傍の領域ＤＣ２において直結モードを使用するものとしている。
【０１８７】直結モードでは、モータ１３０Ｂおよびモータ１４０Ｂの双方を力行する。従って、バッテリ１９４に十分余裕があることが望ましい。このため、第２実施例では、走行状態が直結領域に入っている場合のみならず、バッテリ１９４の残容量ＳＯＣが所定の値Ｓｌｉｍよりも大きい場合にのみ直結モードを選択するものとしている。所定の値Ｓｌｉｍは、モータ１３０Ｂおよびモータ１４０Ｂを力行するのに十分な残容量として予め設定された値である。
【０１８８】第２実施例では、パラレルモードとシリーズモードとの切り替えは、２通りの経路によって行われる。一つは第１実施例と同様の経路である。即ち、一旦第１クラッチ１６０、第２クラッチ１６２の双方がオフとなる構成Ｄ２の状態を経てパラレルモードとシリーズモードとの切り替えを行う経路である。もう一つは、一旦第１クラッチ１６０、第２クラッチ１６２の双方がオンとなる構成Ａ２の状態を経てパラレルモードとシリーズモードとの切り替えを行う経路である。例えば、図２１中の経路Ｐｓ１でパラレルモードとシリーズモードとの切り替えが行われる場合には、前者の経路が適用される。図２１中の経路Ｐｓ２でパラレルモードとシリーズモードとの切り替えが行われる場合には、後者の経路が適用される。
【０１８９】以上の処理により運転モードが設定されると、ＣＰＵは第１実施例と同様、トルク制御処理（図６のステップＳ３００）または始動・停止制御処理（ステップＳ４００）を実行する。それぞれのルーチンの内容は、第１実施例（図６および図１０）と同様である。但し、モータ１３０Ｂ、モータ１４０Ｂの運転ポイントの設定値に第１実施例とは相違する部分がある。
【０１９０】パラレルモードの構成（図１９の構成Ｃ１）は、第１実施例のパラレルモード（図２の構成Ｃ）と同じである。従って、モータ１３０Ｂ、モータ１４０Ｂの運転ポイントの設定値は、トルク制御処理（図６）、始動・停止制御ルーチン（図１０）ともに第１実施例の場合と同じである。
【０１９１】シリーズモードの構成も第１実施例のシリーズモードとほぼ同じである。但し、第１実施例ではエンジン１５０とモータ１３０とはプラネタリギヤ１２０のギヤ比に応じて異なる回転数で回転していたのに対し、第２実施例ではモータ１３０Ｂがエンジン１５０と同じ回転数で回転する点で相違する。従って、第２実施例ではシリーズモードにおいて、モータ１３０Ｂの目標回転数Ｎ１およびトルクＴ１は、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ、トルクＴｅと同じ値に設定される。
【０１９２】直結モードの場合には、エンジン１５０の運転ポイントの設定方法が第１実施例と相違する。先に説明した通り、直結モードでは、エンジン１５０の回転数と車軸１１６の回転数とが等しい。従って、直結モードでは、エンジン１５０の回転数が車軸１１６の回転数と等しくなる動作曲線Ａ上の運転ポイントをエンジン１５０の運転ポイントとして設定する。こうして設定された運転ポイントにおけるエンジン１５０のトルクが要求トルクに一致する場合には、第２実施例のハイブリッド車両は、モータ１３０Ｂ、１４０Ｂの目標トルクを値０、即ち空転させた状態で走行する。直結モードでは、モータ１３０Ｂおよびモータ１４０Ｂの目標回転数Ｎ１，Ｎ２も車軸１１６の回転数と等しくなる。
【０１９３】エンジン１５０の出力が要求トルクに不足する場合には、以下に示す通り、不足分のトルクを補償するようにモータ１３０Ｂおよびモータ１４０Ｂの運転ポイントが設定される。モータ１３０Ｂ、１４０Ｂの目標トルクＴ１，Ｔ２は、両者の総和が上記不足分、即ち要求トルクからエンジン１５０の出力トルクを引いた値に等しくなるように設定される。モータ１３０Ｂ、１４０Ｂのトルクの配分は両者の運転効率を考慮して設定される。第２実施例では、モータ１３０Ｂとモータ１４０Ｂの出力定格の比で上記不足分のトルクを配分して、それぞれの目標トルクＴ１，Ｔ２を設定している。モータ１３０Ｂとモータ１４０Ｂの定格が等しければ、目標トルクはそれぞれ上記不足分のトルクの半分ずつとなる。
【０１９４】直結モードにおけるモータ１３０Ｂ、１４０Ｂのトルク配分は、これに限らず種々の設定が可能である。例えば、不足分のトルクが比較的小さい場合にはモータ１４０Ｂのみでトルクを出力し、モータ１４０Ｂでは補償しきれない程、トルクが不足した場合にモータ１３０Ｂの力行を開始するものとしてもよい。
【０１９５】以上の処理により、第２実施例のハイブリッド車両は要求された回転数およびトルクからなる動力を出力して走行することができる。ＣＰＵは第１実施例と同様、これらの制御処理に続いて共振抑制制御処理を実行する（図７のステップＳ５００）。
【０１９６】第２実施例における共振抑制制御処理は、第１実施例とほぼ同じ処理である（図１１参照）。第１実施例では、シリーズモードにおいて共振が発生した場合には、ブレーキ１６２の油圧を低減した。第２実施例では、ブレーキ１６２の油圧に変えて第２クラッチ１６１の油圧を低減する。つまり、第１実施例の共振抑制制御処理（図１１）のステップＳ５０８およびステップＳ５１０において、ブレーキ油圧に代えて、第２クラッチ油圧を用いれば、第２実施例におけるシリーズモードでの共振制御処理を実現することができる。第２クラッチ１６１の油圧は、第１実施例のブレーキ油圧と同様のテーブル（図１２参照）として予め設定されている。このテーブルは、第１実施例で説明した考え方に基づいて設定することができる。
【０１９７】第１実施例では、パラレルモードにおいてリングギヤ軸に共振が発生した場合には、クラッチ１６０の油圧を低減した。第２実施例でもパラレルモードにおいて共振が発生した場合には、第１実施例と同様、第１クラッチ１６０の油圧を低減する。第１クラッチ１６０の油圧は、第１実施例と同様のテーブル（図１３参照）として予め設定されている。さらに、第２実施例では、直結モードにおいてもパラレルモードと同様の制御処理を行う。つまり、リングギヤ軸に共振が発生した場合には、第１クラッチ１６０の油圧を低減する。従って、第２実施例では、第１実施例における共振抑制制御処理ルーチン（図１１）のステップＳ５１２〜Ｓ５１８をそのまま実行することにより、パラレルモードおよび直結モードにおける共振抑制制御を実現することができる。
【０１９８】以上で説明した第２実施例のハイブリッド車両によれば、走行状態に応じてパラレルモードとシリーズモードとを使い分けて走行することができる。従って、第１実施例と同様、それぞれのモードの利点を活かした運転を実現することができ、ハイブリッド車両の運転効率および乗り心地を大きく向上することができる。
【０１９９】また、第２実施例では直結モードを取ることによってさらに大きな利点を得ることができる。第１に直結モードでは、エンジン１５０、モータ１３０Ｂ、１４０Ｂの全てからトルクを出力することが可能となり、第１実施例の構成以上に大きなトルクを出力することが可能となる。従って、ハイブリッド車両の走行領域を拡大することができる。第２に直結モードでは、比較的限られた条件下ではあるが、エンジン１５０から出力された動力のみで走行することが可能となる。かかる走行状態では、モータ１３０Ｂ、１４０Ｂで電力を消費しない。また、エンジン１５０から出力された動力と電力との変換も伴わないため、かかる変換に伴う損失が生じない。従って、かかる走行状態では、非常に高い効率でハイブリッド車両を運転することができる。
【０２００】（４）第３実施例：次に、本発明の第３実施例としてのハイブリッド車両について説明する。図２２は、第３実施例のハイブリッド車両の構成を示す説明図である。この実施例では、動力系統として上流側からエンジン１５０と、モータ１４０Ｃ，１３０Ｃとが備えられている。第１実施例および第２実施例では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６に直結されているモータは存在しなかったのに対し、第３実施例では、モータ１４０Ｃが直結している点で相違する。
【０２０１】第３実施例では、プラネタリギヤ１２０Ｃのプラネタリキャリア１２３Ｃにエンジン１５０のクランクシャフト１５６が結合し、サンギヤ１２１Ｃにモータ１３０Ｃが結合し、リングギヤ１２２Ｃに車軸１１６が結合している。モータ１４０Ｃとプラネタリギヤ１２０Ｃとの間にクラッチ１６０Ｃが設けられている。さらに、クラッチ１６０Ｃの下流側には、プラネタリキャリア１２３Ｃの回転を制止するブレーキ１６２Ｃが設けられいる。クラッチ１６０Ｃおよびブレーキ１６２Ｃは第１実施例と同様、制御ユニット１９０により制御される。なお、図の煩雑さを避けるため、図２２では図示を省略したが、第１実施例と同様のセンサ類がそれぞれ設けられている。
【０２０２】第３実施例のハイブリッド車両は、クラッチ１６０Ｃおよびブレーキ１６２Ｃの結合状態に応じて４通りの構成を取ることができる。図２３は、第３実施例のハイブリッド車両の結合状態を示す説明図である。
【０２０３】クラッチ１６０Ｃおよびブレーキ１６２Ｃを共に作動状態とした場合の構成Ａ３を図中の左上に示す。かかる構成では、プラネタリキャリア１２３Ｃの回転がブレーキ１６２Ｃにより制止される。クラッチ１６０Ｃを結合した状態では、プラネタリキャリア１２３Ｃとクランクシャフト１５６とが直結されている。従って、構成Ａ３ではクランクシャフト１５６の回転もブレーキ１６２Ｃにより制止される。プラネタリキャリア１２３Ｃの回転が制止されても、サンギヤ１２１Ｃおよびリングギヤ１２２Ｃは回転可能である。従って、構成Ａ３はエンジン１５０からの動力を利用することはできないが、モータ１３０Ｃからの動力によって走行することは可能な状態である。
【０２０４】ブレーキ１６２Ｃを作動状態としつつ、クラッチ１６０Ｃをオフとした場合の構成Ｂ３を図中の右上に示す。かかる構成では、構成Ａ３と同様、プラネタリキャリア１２３Ｃの回転がブレーキ１６２Ｃによって制止される。サンギヤ１２１Ｃおよびリングギヤ１２２Ｃは回転可能である。従って、モータ１３０Ｃからの動力によって走行することは可能である。一方、クラッチ１６０Ｃがオフとなっているため、エンジン１５０およびモータ１４０Ｃも自由に回転可能な状態である。従って、エンジン１５０からの動力によってモータ１４０Ｃで発電することができる。以上より、構成Ｂ３は、シリーズハイブリッド車両としての構成を有していることになる。以下、この構成をシリーズモードと呼ぶ。
【０２０５】ブレーキ１６２Ｃをオフとしつつ、クラッチ１６０Ｃをオンにした構成Ｃ３を図中の左下に示す。この構成は、先にパラレルハイブリッド車両の例として図３７で説明した構成と同じである。従って、第３実施例のハイブリッド車両において、ブレーキ１６２Ｃをオフとし、クラッチ１６０Ｃをオンとした構成Ｃ３は、パラレルハイブリッド車両としての構成を有していることになる。以下、この構成をパラレルモードと呼ぶ。
【０２０６】最後に、ブレーキ１６２Ｃおよびクラッチ１６０Ｃの双方をオフにした場合の構成Ｄ３を図中の右下に示す。この状態では、プラネタリギヤ１２０Ｃは全てのギヤが自由に回転可能である。また、エンジン１５０から出力された動力をモータ１４０Ｃによって回生することが可能である。但し、この構成では、プラネタリキャリア１２３Ｃの回転状態が何ら拘束されていないため、モータ１３０Ｃから車軸１１６に動力を出力することができない。従って、構成Ｄ３は走行中には結合状態の切り替え時に過渡的に利用される構成である。
【０２０７】第３実施例のハイブリッド車両の運転制御ルーチンについて説明する。運転制御ルーチン全体の流れは第１実施例（図５）と同様である。つまり、制御ユニット１９０のＣＰＵは、運転モード切り替え処理を実行し（ステップＳ１００）、エンジン１５０が始動または停止の場合には（ステップＳ２００）、始動・停止制御処理を実行し（ステップＳ４００）、その他の場合には通常のトルク制御処理を実行する（ステップＳ３００）。これらの処理の後、ＣＰＵは共振抑制制御処理を実行する（ステップＳ５００）。こうした一連の処理を繰り返し実行して第３実施例のハイブリッド車両は走行する。
【０２０８】第３実施例では、運転モード切り替え処理においてシリーズ領域を判定するテーブルの内容が第１実施例（図６）と相違する。第３実施例において、運転モードと走行状態との関係を与えるテーブルを図２４に示す。図中のハッチングを施した領域がパラレルモードで走行すべき領域であり、その他の領域がシリーズモードで走行すべき領域である。
【０２０９】第１実施例と同様、停車中および微速で走行中の領域ではシリーズモードを適用するものとしている。また、運転モード切替処理（図６）の内容から明らかな通り、シフトポジションがＲポジションにある場合、およびエンジン１５０の始動・停止を行う場合にはシリーズモードが選択される点も第１実施例と同様である。第１実施例では通常の走行状態において、比較的低トルクが要求される領域でシリーズモードとしていたのに対し、第３実施例では比較的高トルクが要求される領域でシリーズモードとする点で相違する。
【０２１０】第３実施例においても通常走行時の運転モードの設定は、第１実施例と同様、シリーズモードとパラレルモードとの運転効率を比較し、より運転効率の高いモードを選択することによって設定されている。第１実施例の場合、パラレルモードでは、先に図３４〜図３６を用いて説明した通り、アンダードライブ走行時に循環を生じることなく動力を出力することができ、運転効率が高かった。従って、高いトルクが要求される領域において運転効率の高いパラレルモードが選択されていた。
【０２１１】第３実施例の構成では、先に図３７〜図３９を用いて説明した通り、第１実施例の構成とは逆の現象が生じる。つまり、エンジン１５０から出力される動力を高回転数、低トルクの状態に変換して出力するオーバードライブ走行時において、循環を生じることなく動力を出力することができ、運転効率が高くなる。従って、第３実施例では、第１実施例とは逆に、低いトルクが要求される領域において運転効率の高いパラレルモードが選択されるのである。
【０２１２】第３実施例では、パラレルモード（図２３中の構成Ｃ３）とシリーズモード（構成Ｂ３）との切り替えは、図２３の構成Ｄ３を経て行われる。例えば、パラレルモード（構成Ｃ３）からシリーズモード（構成Ｂ３）に切り替える場合には、一旦クラッチ１６０Ｃが切り離されＤ３の構成をとった後、ブレーキ１６２Ｃによってプラネタリキャリア１２３Ｃを保持する。かかる経路で切り替えを行うことにより、エンジン１５０の運転を停止することなくパラレルモードからシリーズモードへの切り替えを実行することが可能となる。シリーズモードからパラレルモードへの切り替え時においても、シリーズモードにおいてエンジン１５０の始動をした後、パラレルモードへの切り替えを実行することが可能となる。従って、構成Ｄ３を経て運転モードの切り替えを行うことにより、エンジン１５０の始動および停止に伴うトルクショックを生じることなく、滑らかに運転モードを切り替えることが可能となる。
【０２１３】もっとも、構成Ｄ３を経た切り替えでは、運転モードを切り替えるわずかな期間とはいえ動力を出力することができない期間が存在する。かかる期間を回避することが望ましい場合には、構成Ａ３を経た切り替えを行うものとしても構わない。
【０２１４】こうして運転モードの切り替え処理が実行されると、図７のフローチャートに示した通り、ＣＰＵはエンジン１５０の始動・停止をすべき状態か否かを判定し（ステップＳ２００）、かかる状態にある場合は始動・停止制御処理（ステップＳ４００）、その他の場合は通常のトルク制御処理（ステップＳ３００）を実行する。これらの処理の内容は、それぞれ第１実施例で示した処理（図８および図１０）と同様であるが、第３実施例では、モータ１３０Ｃ、１４０Ｃの運転ポイントの設定が第１実施例と相違する。
【０２１５】シリーズモードの場合には、車軸１１６に要求される動力を全てモータ１３０Ｃで出力する。従って、モータ１３０Ｃの目標回転数Ｎ１および目標トルクＴ１はプラネタリギヤ１２０Ｃについて成立する先に示した関係式（１）において、リングギヤ１２２の回転数Ｎｒ、トルクＴｒに車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊および目標トルクＴｄ＊を代入し、プラネタリキャリア１２３Ｃの回転数Ｎｃに値０を代入することにより、次の通り求めることができる。
Ｎ１＝−Ｎｄ＊／ρ；
Ｔｓ＝ρＴｄ＊；
【０２１６】モータ１４０Ｃはエンジン１５０と直結されている。従って、モータ１４０Ｃの目標回転数Ｎ２、トルクＴ２は、それぞれエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ、目標トルクＴｅに一致する。
【０２１７】パラレルモードの場合には、リングギヤ１２２の回転数Ｎｒが車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊と一致し、プラネタリキャリア１２３Ｃの回転数がエンジン１５０の目標回転数Ｎｅに一致するように、モータ１３０Ｃ、１４０Ｃの目標回転数が設定される。モータ１４０Ｃはエンジン１５０と同じ回転数で回転する。従ってモータ１４０Ｃの目標回転数Ｎ２はエンジン１５０の目標回転数Ｎｅと一致する。モータ１３０Ｃの目標回転数Ｎ１は先に示した式（１）において、リングギヤ１２２の回転数Ｎｒに車軸１１６の目標回転数Ｎｄ＊、プラネタリキャリア１２３の回転数Ｎｃにエンジン１５０の目標回転数Ｎｅを代入することによって、次の通り設定される。
Ｎ１＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｅ−Ｎｄ＊／ρ；
【０２１８】また、モータ１３０Ｃ、１４０Ｃの目標トルクＴ１，Ｔ２は、それぞれ車軸１１６に出力されるトルクが要求トルクＴｄ＊と一致するように設定される。先に示した式（１）においてリングギヤ１２２ＣのトルクＴｅｒに車軸１１６の目標トルクＴｄ＊を代入すれば、サンギヤ１２１ＣのトルクＴｅｓおよびプラネタリキャリア１２３ＣのトルクＴｃを次の通り求めることができる。
Ｔｅｓ＝ρＴｄ＊；
Ｔｃ＝（１＋ρ）Ｔｄ＊；
【０２１９】従って、モータ１３０Ｃは、上述のトルクをサンギヤ１２１Ｃに出力できるように目標トルクＴ１が設定される。具体的には、Ｔ１＝Ｔｅｓである。また、モータ１４０Ｃの目標トルクＴ２はエンジン１５０から出力されたトルクＴｅを調整してプラネタリキャリア１２３Ｃに上述のトルクが出力されるように設定される。具体的には、「Ｔ２＝Ｔｃ−Ｔｄ＊」である。本実施例では、エンジン１５０からのトルクを高回転、低トルクに変換して出力するオーバードライブ状態においてパラレルモードが適用されるから、モータ１４０Ｃの目標トルクＴ２は、主として負の値をとる。つまり、モータ１４０Ｃは主として回生運転される。
【０２２０】エンジンの始動・停止処理では、シリーズモードとなる。従って、モータ１４０の目標回転数Ｎ２、目標トルクＴ２は、エンジン１５０の始動および停止を行うための運転ポイントに設定される。モータ１３０Ｃの運転ポイントは、上述したシリーズモードにおける設定と同様である。
【０２２１】以上の処理により、第３実施例のハイブリッド車両は要求された回転数およびトルクからなる動力を出力して走行することができる。ＣＰＵは第１実施例と同様、これらの制御処理に続いて共振抑制制御処理を実行する（図７のステップＳ５００）。
【０２２２】図２５は、第３実施例における共振抑制制御処理のフローチャートである。第３実施例では、エンジン１５０の始動および停止を、プラネタリギヤ１２０Ｃよりも上流側に位置するモータ１４０Ｃにより行う。従って、エンジン１５０の始動および停止時にプラネタリギヤ１２０Ｃの回転軸に共振を生じる可能性はほとんどない。従って、第３実施例では、車軸１１６に結合されたリングギヤ軸に生じる共振を抑制する制御を実行する。
【０２２３】図２５に示す通り、共振抑制制御処理が開始されると、ＣＰＵは、リングギヤ軸が共振しているか否かを判定する（ステップＳ５３０）。この判定は、第１実施例の共振抑制制御処理（図１１のステップＳ５１２）と同様、リングギヤ軸の回転数の検出結果をバンドパスフィルタで処理し、共振帯域に入っているか否かにより判定する。
【０２２４】リングギヤ軸が共振していない場合には、何も処理を行わずに共振抑制制御処理を終了する。リングギヤ軸が共振している場合には、共振経過時間を検出し（ステップＳ５３２）、経過時間に応じてプラネタリキャリア軸の保持力を設定する（ステップＳ５３４）。保持力は第１実施例と同様、経過時間に応じたテーブルとして予め設定されている。
【０２２５】但し、第３実施例では、運転モードに応じて保持力を設定する対象が相違する。シリーズモード（図２３の構成Ｂ３）においては、プラネタリキャリア軸の回転を拘束しているのはブレーキ１６２Ｃである。従って、シリーズモードでは、ブレーキ１６２Ｃの油圧を低減する。パラレルモード（図２３の構成Ｃ３）においては、プラネタリキャリア軸は、クラッチ１６０Ｃによってエンジン１５０およびモータ１４０Ｃと結合されることによって回転が拘束されている。従って、パラレルモードでは、クラッチ１６０Ｃの油圧を低減する。第３実施例では、共振経過時間に応じてそれぞれの油圧を与えるテーブルを個別に用意しており、運転モードによって両者を使い分けている。それぞれのテーブルは第１実施例においてクラッチ１６０の油圧を与えるテーブル（図１３）と同様の考え方に基づき設定することが可能である。
【０２２６】こうしてプラネタリキャリア軸の保持力が設定されると、ＣＰＵは、運転モードに応じてクラッチ１６０Ｃまたはブレーキ１６２Ｃを制御して、保持力を低減する（ステップＳ５３６）。
【０２２７】以上で説明した第３実施例のハイブリッド車両によれば、走行状態に応じてパラレルモードとシリーズモードとを使い分けて走行することができる。従って、第１実施例と同様、それぞれのモードの利点を活かした運転を実現することができ、ハイブリッド車両の運転効率および乗り心地を大きく向上することができる。
【０２２８】また、第３実施例では比較的低トルクの領域でパラレルモードを適用している（図２４参照）。先に図１４を用いて説明した通り、動力の循環が生じない走行状態では、パラレルモードの方がシリーズモードよりも高い運転効率を実現することができる。従って、第３実施例の構成は、比較的低トルクで走行されることが多いハイブリッド車両に有効に適用することができる。
【０２２９】第３実施例においても第１実施例と同様、変形例を構成することができる。図２６は、第３実施例の変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。第３実施例では、動力の分配機構としてプラネタリギヤ１２０Ｃおよびモータ１３０Ｃを組み合わせて使用した。変形例では、動力の分配機構をクラッチモータ２３０Ｄを用いる点で相違する。クラッチモータ２３０Ｄのインナロータ２３２Ｄは、エンジン１５０のクランクシャフト１５６およびモータ１４０Ｄに結合されている。アウタロータ２３３Ｄは、車軸１１６に結合されている。
【０２３０】変形例のハイブリッド車両は、クラッチモータ２３０Ｄとモータ１４０Ｄとの間にクラッチ１６０Ｄを備える。また、クラッチ１６０Ｄの下流側にブレーキ１６２Ｄを備える。クラッチ１６０Ｄおよびブレーキ１６２Ｄの結合状態に応じて、変形例のハイブリッド車両は、種々の構成を取ることができる。
【０２３１】図２７は、変形例のハイブリッド車両が取りうる構成を示す説明図である。クラッチ１６０Ｄおよびブレーキ１６２Ｄを共に作動状態とした場合の構成Ａ４を図中の左上に示す。この結合状態は、第３実施例（図２３）の構成Ａ３に相当する。かかる構成では、インナロータ２３２Ｄの回転がブレーキ１６２Ｄにより制止される。クラッチ１６０Ｄを結合した状態では、インナロータ２３２Ｄとクランクシャフト１５６、モータ１４０Ｄとが直結されている。従って、構成Ａ４ではエンジン１５０およびモータ１４０Ｄを運転することができない。
【０２３２】ブレーキ１６２Ｄを作動状態としつつ、クラッチ１６０Ｄをオフとした場合の構成Ｂ４を図中の右上に示す。この構成は、第３実施例（図２３）の構成Ｂ３に相当する。かかる構成では、構成Ａ４と同様、インナロータ２３２Ｄの回転がブレーキ１６２Ｄにより制止される。但し、クラッチ１６０Ｄがオフとなっているため、エンジン１５０からの動力によってモータ１４０Ｄを駆動して発電することができる。また、ブレーキ１６２Ｄによりインナロータ２３２Ｄの回転が制止されているため、クラッチモータ２３０Ｄから車軸１１６に動力を出力することが可能である。以上より、構成Ｂ４は、シリーズハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【０２３３】次に、ブレーキ１６２Ｄをオフとしつつ、クラッチ１６０Ｄをオンにした構成Ｃ４を図中の左下に示す。この構成は、第３実施例（図２３）の構成Ｃ３に相当する。この状態では、アウタロータ２３３は車軸１１６とともに回転可能である。エンジン１５０から出力された動力は、一部がモータ１４０Ｄで回生される。残余の動力は、クラッチモータ２３０Ｄを力行することによって回転数が調整されて車軸１１６に出力される。クラッチモータ２３０Ｄを力行するための電力はモータ１４０Ｄで回生された電力が主として使用される。従って、構成Ｃ４は、パラレルハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【０２３４】構成Ｃ４において、エンジン１５０から出力された動力を変換して車軸１１６に出力する方法について説明する。アンダードライブ走行時には、クラッチモータ２３０Ｄのアウタロータ２３３Ｄはインナロータ２３２Ｄよりも低い回転数で回転する。このとき、クラッチモータ２３０Ｄではインナロータ２３２Ｄとアウタロータ２３３Ｄの滑りに応じた電力を回生することができる。一方、エンジン１５０から出力されたトルク以上のトルクを車軸１１６から出力するために、モータ１４０Ｄは力行される。モータ１４０Ｄの力行に必要な電力は、クラッチモータ２３０Ｄで回生された電力が供給される。従って、アンダードライブ走行時には、第３実施例のハイブリッド車両と同様、エンジン１５０から出力された動力の一部を回生した電力は、下流側に位置するクラッチモータ２３０Ｄから上流側に位置するモータ１４０Ａに供給される。このため、変形例のハイブリッド車両はアンダードライブ時には動力の循環を生じ、運転効率が低下する。
【０２３５】オーバードライブ走行時には、クラッチモータ２３０Ｄのアウタロータ２３３Ｄはインナロータ２３２Ｄよりも高い回転数で回転する。従って、クラッチモータ２３０Ｄはインナロータ２３２Ｄとアウタロータ２３３Ｄの滑りに応じた電力の供給を受けて力行される。一方、オーバードライブ走行時には、モータ１４０Ｄにより負荷を与えて、エンジン１５０が出力するトルクよりも低いトルクを車軸１１６から出力する。つまり、モータ１４０Ｄで電力を回生する。この電力は、主としてクラッチモータ２３０Ｄの力行に供給される。従って、オーバードライブ走行時には、第３実施例のハイブリッド車両と同様、エンジン１５０から出力された動力の一部が上流側に位置するモータ１４０Ｄで回生され、下流側に位置するクラッチモータ２３０Ｄに供給される。このため、変形例のハイブリッド車両はオーバードライブ時には動力の循環を生じない。
【０２３６】最後に、ブレーキ１６２Ｄおよびクラッチ１６０Ｄの双方をオフにした場合の構成Ｄ４を図中の右下に示す。この構成は、第３実施例（図２３）の構成Ｄ３に相当する。この状態では、アウタロータ２３３Ｄは自由に回転することができる。また、エンジン１５０およびモータ１４０Ｄも自由に回転することができる。但し、この場合には、インナロータ２３２Ｄの回転が拘束されていないため、クラッチモータ２３２０Ｄから車軸１１６に動力を出力することができない。
【０２３７】このように変形例のハイブリッド車両は、構成Ａ４〜構成Ｄ４がそれぞれ第３実施例の構成Ａ３〜構成Ｄ３に相当し、運転効率等の面でほぼ同等の性質を有している。従って、運転モードと車両の走行状態との関係を、変形例のハイブリッド車両の構成に応じて適切な設定とすれば、第３実施例と同様の態様で本発明を適用することが可能である。この結果、変形例のハイブリッド車両でも、第３実施例と同様、パラレルモードとシリーズモードの利点を活かした運転を実現することができ、運転効率および乗り心地の向上を図ることができる。
【０２３８】（５）第４実施例：次に、本発明の第４実施例としてのハイブリッド車両について説明する。図２８は、第４実施例のハイブリッド車両の構成を示す説明図である。この実施例においても、動力系統として上流側からエンジン１５０と、モータ１４０Ｅ，１３０Ｅとが備えられており、エンジン１５０とモータ１４０Ｅとが直結されている点、およびモータ１３０Ｅがプラネタリギヤ１２０Ｅを介して機械的に結合されている点では第３実施例と同じである。また、プラネタリギヤ１２０Ｅとモータ１４０Ｅとの間に第１クラッチ１６０Ｅが設けられている点でも同様である。
【０２３９】第４実施例では、第３実施例のブレーキ１６２Ｃに代えて、第２クラッチ１６１Ｅが設けられている点で相違する。第２クラッチ１６１Ｅは、プラネタリギヤ１２０Ｅのリングギヤ１２２Ｅとプラネタリキャリア１２３Ｅとの結合および切り離しを行う。動作は、制御ユニット１９０により制御される。なお、図の煩雑さを避けるため、図２８では図示を省略したが、第１実施例と同様のセンサ類がそれぞれ設けられている。
【０２４０】第４実施例のハイブリッド車両は、第１クラッチ１６０Ｅおよび第２クラッチ１６１Ｅの結合状態に応じて４通りの構成を取ることができる。図２９は、第４実施例のハイブリッド車両の結合状態を示す説明図である。
【０２４１】第１クラッチ１６０Ｅおよび第２クラッチ１６１Ｅを共に作動状態とした場合の構成Ａ５を図中の左上に示す。かかる構成では、第２クラッチ１６１Ｅによりリングギヤ１２２Ｅとプラネタリキャリア１２３Ｅとが一体的に回転する。両者が一体的に回転する場合、モータ１３０Ｅも同一の回転数で回転する。また、第１クラッチ１６０Ｅを結合した状態では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６と車軸１１６とが直結されている。従って、構成Ａ５ではエンジン１５０、モータ１４０Ｅ、モータ１３０Ｅおよび車軸１１６の全てが直結された状態に相当する。以下、この運転モードを直結モードと呼ぶ。
【０２４２】第２クラッチ１６１Ｅを作動状態としつつ、第１クラッチ１６０Ｅをオフとした場合の構成Ｂ５を図中の右上に示す。かかる構成では、構成Ａ５と同様、第２クラッチ１６１Ｅによって、リングギヤ１２２Ｅとプラネタリキャリア１２３Ｅとが一体的に回転し、モータ１３０Ｅも同一の回転数で回転する。従って、車軸１１６とモータ１３０Ｅとが直結した状態に相当し、モータ１３０Ｅからの動力を車軸１１６に出力することができる。一方、エンジン１５０およびモータ１４０Ｅは自由に回転可能であり、エンジン１５０から出力された動力をモータ１４０Ｅで電力として回生することができる。従って、構成Ｂ５は、シリーズハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【０２４３】次に、第２クラッチ１６１Ｅをオフとしつつ、第１クラッチ１６０Ｅをオンにした構成Ｃ５を図中の左下に示す。この構成は、第３実施例の構成Ｃ３に相当する。従って、構成Ｃ５は、パラレルハイブリッド車両としての構成を有していることになる。
【０２４４】最後に、第２クラッチ１６１Ｅおよび第１クラッチ１６０Ｅの双方をオフにした場合の構成Ｄ５を図中の右下に示す。この状態では、プラネタリギヤ１２０Ｅは共線図に従って、３つのギヤがそれぞれ回転可能である。また、エンジン１５０からの動力をモータ１４０Ｅにより電力として回生可能である。但し、この場合には、プラネタリキャリア１２３Ｅの回転が拘束されていないため、モータ１３０Ｅから車軸１１６に動力を出力することができない。この構成は、第３実施例の構成Ｄ３に相当する。
【０２４５】第４実施例のハイブリッド車両の運転制御ルーチンについて説明する。運転制御ルーチン全体の流れは第１実施例（図５）と同様である。つまり、制御ユニット１９０のＣＰＵは、運転モード切り替え処理を実行し（ステップＳ１００）、エンジン１５０が始動または停止の場合には（ステップＳ２００）、始動・停止制御処理を実行し（ステップＳ４００）、その他の場合には通常のトルク制御処理を実行する（ステップＳ３００）。これらの処理の後、ＣＰＵは共振抑制制御処理を実行する（ステップＳ５０�