動力出力装置およびこれを備える自動車

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【発明の名称】	動力出力装置およびこれを備える自動車
【発明者】	【氏名】多賀豊【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】近藤宏一【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内【氏名】梶恭士【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内
【要約】	【課題】内燃機関からの動力を効率よく異なる二つの駆動軸に出力すると共に装置の小型化を図る。【解決手段】エンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転軸とに接続された３軸式の動力分配統合機構３０の出力軸に、この出力軸に作用する動力を後輪５８ａ，５８ｂの車軸５６に連結された第１駆動軸５０と前輪６８ａ，６８ｂの車軸６６に連結された第２駆動軸６０とに分配する動力分配機構４０を取り付け、第１駆動軸５０と第２駆動軸６０にモータＭＧ２とモータＭＧ３を取り付ける。そして、要求動力に見合う動力が効率よくエンジン２２から出力されるようエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２の制御に伴ってモータＭＧ１により発電される電力をモータＭＧ２とモータＭＧ３とにより消費するようモータＭＧ１～ＭＧ３を駆動制御する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】第１の駆動軸と第２の駆動軸とに動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、発電可能な第１の電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と第３の軸の３軸に接続され、該３軸のうちの２軸に動力を入出力したときに該２軸に従属した動力を残余の軸から入出力する３軸式動力分配統合手段と、前記第３の軸の動力を前記第１の駆動軸と前記第２の駆動軸の２軸に分配する動力分配手段と、を備える動力出力装置。
【請求項２】前記第１の駆動軸に動力を出力可能な第２の電動機を備える請求項１記載の動力出力装置。
【請求項３】前記第３の軸に動力を出力可能な第２の電動機を備える請求項１記載の動力出力装置。
【請求項４】前記第２の駆動軸に動力を出力可能な第３の電動機を備える請求項２または３記載の動力出力装置。
【請求項５】前記内燃機関から出力される動力が前記第１の駆動軸と前記第２の駆動軸とに分配されて出力されるよう該内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機と前記第３の電動機とを駆動制御する駆動制御手段を備える請求項４記載の動力出力装置。
【請求項６】前記駆動制御手段は、前記第１の電動機により発電される電力が前記第２の電動機と前記第３の電動機とにより消費されるよう制御する手段である請求項５記載の動力出力装置。
【請求項７】前記駆動制御手段は、要求駆動力が所定駆動力未満のときには前記第１の電動機により発電される電力が前記第２の電動機により消費されるよう制御し、前記要求駆動力が所定駆動力以上のときには前記第３の電動機から動力を出力すると共に前記第１の電動機により発電される電力が前記第２の電動機と前記第３の電動機とにより消費されるよう制御する手段である請求項５または６記載の動力出力装置。
【請求項８】第１の車軸と第２の車軸とを備える自動車であって、請求項１ないし７いずれか記載の動力出力装置を備え、前記第１の車軸と前記第１の駆動軸とが接続され、前記第２の車軸と前記第２の駆動軸とが接続されてなる自動車。
【請求項９】請求項５ないし７いずれか記載の動力出力装置を備える請求項８記載の自動車であって、前記第１の車軸および前記第２の車軸に取り付けられた各車輪の車輪速を検出する車輪速検出手段と、該検出された各車輪の車輪速に基づいていずれかの車輪のスリップを検出するスリップ検出手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記スリップ検出手段がいずれかの車輪のスリップを検出したとき、該スリップしている車輪の車軸に動力を出力可能な電動機から該スリップが抑制される方向の動力が出力されるよう該電動機を駆動制御すると共に前記第１の電動機により発電される電力が前記第２の電動機と前記第３の電動機とにより消費されるよう制御する手段である自動車。
【請求項１０】前記駆動制御手段は、前記スリップしている車輪の車軸に動力を出力可能な電動機から出力する動力を減少させ、該減少させた分だけ他の車軸に動力を出力可能な電動機から出力する動力を増加するよう制御する手段である請求項９記載の自動車。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動力出力装置およびこれを備える自動車に関し、詳しくは、第１の駆動軸と第２の駆動軸とに動力を出力する動力出力装置およびこれを備える自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の動力出力装置を備える自動車としては、内燃機関からの動力を前後輪に分配する動力分配機構（トランスファ）を備える４輪駆動車が種々提案されている。こうした４輪駆動車では、通常、内燃機関からの動力を変速機で変速し、この変速した後の動力を動力分配機構によって前後輪に分配している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】内燃機関からの動力を変速機により変速して車軸に出力する自動車では、車速と変速機の変速比と内燃機関の回転数との関係から内燃機関を常に高効率で運転することが困難な場合が多いため、エネルギの有効利用や環境保護の観点から、自動車全体のエネルギ効率の向上を図ることが大きな課題とされている。また、こうした自動車に搭載する動力出力装置は、限られたスペースに取り付けられることから、その小型化も課題の一つとされている。
【０００４】こうした課題を解決する手法として、変速機として無段変速機を用いて内燃機関をできる限り効率よく運転できる領域で運転しようとするものや、内燃機関からの動力をプラネタリギヤと二つの電動機を用いてトルク変換して駆動軸に出力するものなどが提案されている。
【０００５】出願人も、内燃機関からの動力をプラネタリギヤと二つの電動機を用いてトルク変換して駆動軸に出力する動力出力装置を４輪駆動車に適用したものを提案している（特願平８－１４８６７８号）。
【０００６】本発明の動力出力装置は、内燃機関からの動力を効率よく異なる二つの駆動軸に出力することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置は、装置の小型化を目的の一つとする。本発明の自動車は、全体としてのエネルギ効率の向上と環境保護に資することを目的の一つとする。また、本発明の自動車は、いずれかの駆動輪がスリップしたときでも要求駆動力を出力することを目的の一つとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本発明の動力出力装置およびこれを備える自動車は、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。
【０００８】本発明の動力出力装置は、第１の駆動軸と第２の駆動軸とに動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、発電可能な第１の電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と第３の軸の３軸に接続され、該３軸のうちの２軸に動力を入出力したときに該２軸に従属した動力を残余の軸から入出力する３軸式動力分配統合手段と、前記第３の軸の動力を前記第１の駆動軸と前記第２の駆動軸の２軸に分配する動力分配手段と、を備えることを要旨とする。
【０００９】この本発明の動力出力装置では、内燃機関からの動力を３軸式動力分配統合手段と第１の電動機とにより所望の動力として第３の軸に出力し、この第３の軸の動力を動力分配手段により第１の駆動軸と第２の駆動軸とに分配する。したがって、内燃機関の運転ポイントを効率の高い運転ポイントで運転することができ、装置のエネルギ効率を向上させることができる。また、トルクコンバータやトランスミッションを備えるものに比して小型化を図ることができる。
【００１０】こうした本発明の動力出力装置において、前記第１の駆動軸に動力を出力可能な第２の電動機を備えるものとすることもできる。こうすれば、第１の駆動軸に所望の動力を出力することができる。
【００１１】また、本発明の動力出力装置において、前記第３の軸に動力を出力可能な第２の電動機を備えるものとすることもできる。こうすれば、第１の駆動軸と第２の駆動軸とに動力を分配する前の第３の軸に所望の動力を出力することができる。
【００１２】こうした第２の電動機を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記第２の駆動軸に動力を出力可能な第３の電動機を備えるものとすることもできる。こうすれば、第２の駆動軸に所望の動力を出力することができる。
【００１３】この第３の電動機を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記内燃機関から出力される動力が前記第１の駆動軸と前記第２の駆動軸とに分配されて出力されるよう該内燃機関と前記第１の電動機と前記第２の電動機と前記第３の電動機とを駆動制御する駆動制御手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関から出力される動力を第１の駆動軸と第２の駆動軸とに出力することができる。
【００１４】この駆動制御手段を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動制御手段は、前記第１の電動機により発電される電力が前記第２の電動機と前記第３の電動機とにより消費されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、二次電池などの充放電を行なうことなく内燃機関から出力された動力をトルク変換して第１の駆動軸と第２の駆動軸とに分配して出力することができる。
【００１５】また、駆動制御手段を備える態様の本発明の動力出力装置において、前記駆動制御手段は、要求駆動力が所定駆動力未満のときには前記第１の電動機により発電される電力が前記第２の電動機により消費されるよう制御し、前記要求駆動力が所定駆動力以上のときには前記第３の電動機から動力を出力すると共に前記第１の電動機により発電される電力が前記第２の電動機と前記第３の電動機とにより消費されるよう制御する手段であるものとすることもできる。
【００１６】本発明の自動車は、第１の車軸と第２の車軸とを備える自動車であって、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を備え、前記第１の車軸と前記第１の駆動軸とが接続され、前記第２の車軸と前記第２の駆動軸とが接続されてなることを要旨とする。
【００１７】この本発明の自動車では、基本的に、第１の駆動軸と第２の駆動軸とに動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、発電可能な第１の電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記第１の電動機の回転軸と第３の軸の３軸に接続され、該３軸のうちの２軸に動力を入出力したときに該２軸に従属した動力を残余の軸から入出力する３軸式動力分配統合手段と、前記第３の軸の動力を前記第１の駆動軸と前記第２の駆動軸の２軸に分配する動力分配手段とを備える動力出力装置を備えるから、内燃機関の運転ポイントを効率の高い運転ポイントで運転することができ、動力出力装置、即ち自動車のエネルギ効率を向上させることができる。
【００１８】こうした本発明の自動車のうち動力出力装置が駆動制御手段を備える態様の自動車において、前記第１の車軸および前記第２の車軸に取り付けられた各車輪の車輪速を検出する車輪速検出手段と、該検出された各車輪の車輪速に基づいていずれかの車輪のスリップを検出するスリップ検出手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記スリップ検出手段がいずれかの車輪のスリップを検出したとき、該スリップしている車輪の車軸に動力を出力可能な電動機から該スリップが抑制される方向の動力が出力されるよう該電動機を駆動制御すると共に前記第１の電動機により発電される電力が前記第２の電動機と前記第３の電動機とにより消費されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、スリップを抑制することができると共に電気的なエネルギバランスをとることができる。この態様の本発明の自動車において、前記駆動制御手段は、前記スリップしている車輪の車軸に動力を出力可能な電動機から出力する動力を減少させ、該減少させた分だけ他の車軸に動力を出力可能な電動機から出力する動力を増加するよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求駆動力を満たしながらスリップを抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続されエンジン側の動力を後輪５８ａ，５８ｂ用の車軸５６にデファレンシャルギヤ５４を介して接続された第１駆動軸５０と前輪６８ａ，６８ｂ用の車軸６６にデファレンシャルギヤ６４を介して接続された第２駆動軸６０とに分配する動力分配機構４０と、第１駆動軸５０に接続された発電可能なモータＭＧ２と、第２駆動軸６０に接続された発電可能なモータＭＧ３と、装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット８０とを備える。
【００２０】エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット８０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット８０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット８０に出力する。
【００２１】動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合する第１ピニオンギヤ３３と、この第１ピニオンギヤ３３とリングギヤ３２と噛合する第２ピニオンギヤ３４と、第１ピニオンギヤ３３と第２ピニオンギヤ３４とを自転かつ公転自在に保持するキャリア３５とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３５とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３５にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはトランスファ４０がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３５から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３５から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２に出力する。なお、実施例では、エネルギ効率の向上の観点から、モータＭＧ１を発電機として機能させているから、動力分配統合機構３０は、通常、動力分配機構として機能する。
【００２２】動力分配機構４０も、動力分配統合機構３０と同様に、サンギヤ４１とリングギヤ４２と第１ピニオンギヤ４３と第２ピニオンギヤ４４とキャリア４５とを備える遊星歯車機構として構成されている。動力分配機構４０のリングギヤ４２には動力分配統合機構３０のリングギヤ３２が、サンギヤ４１にはモータＭＧ２が取り付けられた第１駆動軸５０が接続されており、キャリア３５にはモータＭＧ３の取り付けられた第２駆動軸６０がギヤ４９，チェーンベルト４８，ギヤ４７を介して接続されている。
【００２３】モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ７１，７２，７３を介してバッテリ７５と電力のやりとりを行なう。インバータ７１，７２，７３とバッテリ７５とを接続する電力ライン７４は、各インバータ７１，７２，７３が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ７５は、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の全体から生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の全体の電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ７５は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）７０により駆動制御されている。モータＥＣＵ７０には、モータ４０を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサからの信号や電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ７０からは、インバータ７１，７２，７３へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ７０は、ハイブリッド用電子制御ユニット８０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット８０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット８０に出力する。バッテリ７５は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）７６によって管理されている。バッテリＥＣＵ７６には、バッテリ７５を管理するのに必要な信号、例えば，バッテリ７５の端子間に設置された電圧センサ７７からの端子間電圧，バッテリ７５の出力端子に接続された電力ライン７４に取り付けられた電流センサ７８からの充放電電流，バッテリ７５に取り付けられた温度センサ７９からの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ７５の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット８０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ７６では、バッテリ７５を管理するために電流センサ７８により検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。
【００２４】ハイブリッド用電子制御ユニット８０は、ＣＰＵ８２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ８２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ８４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ８６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット８０には、シフトレバー９０の操作位置を検出するシフトポジションセンサ９１からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル９２の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ９３からのアクセル開度ＡＰ，ブレーキペダル９４の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ９５からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ９６からの車速Ｖ，後輪５８ａ，５８ｂおよび前輪６８ａ，６８ｂに取り付けられた車輪速センサ９７ａ，９７ｂ，９８ａ，９８ｂからの車輪速Ｖｗ１～Ｖｗ４などが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット８０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ７０，バッテリＥＣＵ７６と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ７０，バッテリＥＣＵ７６と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２５】次に、こうして構成された実施例のハイブリッド車２０の動作、特にトルク制御の際の動作について説明する。実施例のハイブリッド車２０の可能な走行パターンとしては、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２かモータＭＧ３の一方または双方を電動機として駆動して第１駆動軸５０や第２駆動軸６０に動力を出力して走行する走行パターン１や、モータＭＧ２とモータＭＧ３とを駆動せずにモータＭＧ１を発電機として駆動してバッテリ７５の充電を伴いながらエンジン２２からの動力を第１駆動軸５０および第２駆動軸６０に出力して走行する走行パターン２、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２またはモータＭＧ３の一方あるいは双方を電動機として駆動してバッテリ７５の充放電を伴いながらエンジン２２からの動力を第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力して走行する走行パターン３、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２またはモータＭＧ３の一方あるいは双方を電動機として駆動してバッテリ７５の充放電なしにエンジン２２からの動力を第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力して走行する走行パターン４がある。運転者が要求する要求駆動力を第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力する制御は、走行パターン１では、その要求駆動力に基づいてバッテリ７５からの電力を用いてモータＭＧ２とモータＭＧ３とを駆動制御すればよく、走行パターン２では、要求駆動力に基づいてエンジン２２とモータＭＧ１とを駆動制御すればよい。走行パターン３では、バッテリ７５を充放電する電力に相当する動力分だけ走行パターン４におけるエンジン２２からの動力を増減すればよい。従って、実施例のハイブリッド車２０において基本となる走行パターンは、パターン４であり、運転者が要求する要求駆動力を走行パターン４により第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力する制御が基本となる。
【００２６】走行パターン４を更に細分化して考えると、モータＭＧ１により発電した電力をモータＭＧ２とモータＭＧ３とによって消費するパターンＡと、モータＭＧ１により発電した電力をモータＭＧ２により消費するパターンＢと、モータＭＧ１により発電した電力をモータＭＧ３により消費するパターンＣとがある。この３つのパターンのうちのいずれのパターンにより走行してもよいが、モータＭＧ２とモータＭＧ３のサイズを小さくすることを考えればパターンＡが好ましい。なお、運転者による要求駆動力の大きさによりパターンを変更するものも好ましい。例えば、運転者による要求駆動力が比較的小さいときにはパターンＢかパターンＣにより走行し、要求駆動力が比較的大きくなったら、駆動していないモータを駆動してパターンＡで走行する場合である。このように基本となる走行パターン４のうち、まずパターンＡの制御について説明し、次にパターンＢ，Ｃの制御について説明する。
【００２７】図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット８０により実行されるトルク制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、走行パターン４のパターンＡの制御とされたときに、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット８０のＣＰＵ８２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ９３により検出されるアクセル開度ＡＰや車速センサ９６により検出される車速Ｖを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。そして、読み込んだアクセル開度ＡＰと車速Ｖとに基づいて車軸５６および車軸６６に要求される要求駆動力としての要求トルクＴ＊と要求動力Ｐ＊とを計算する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴ＊の計算は、実施例では、アクセル開度ＡＰと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を実験などにより設定して予めマップとしてＲＯＭ８４に記憶しておき、アクセル開度ＡＰと車速Ｖとが与えられると、記憶したマップから対応する要求トルクＴ＊が導出されるものとした。アクセル開度ＡＰと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係の一例を示すマップを図３に示す。また、要求動力Ｐ＊の計算は、次式（１）により求めるものとした。式（１）中、Ｇｖは車速Ｖを車軸５６や車軸６６の回転数に変換する変換係数である。
【００２８】
【数１】Ｐ＊＝Ｔ＊×Ｖ・Ｇｖ（１）
【００２９】こうして要求トルクＴ＊と要求動力Ｐ＊とを求めると、要求動力Ｐ＊を動力出力装置全体の効率ηａで除してエンジン２２から出力すべき目標動力Ｐｅ＊を計算すると共にこの目標動力Ｐｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを決定する（ステップＳ１２０）。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、エンジン２２から目標動力Ｐｅ＊を出力可能な運転ポイントのうちエンジン２２が最も効率よく運転できる運転ポイントとして設定される。なお、こうした目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との決定は、実施例では、エンジン２２が最も効率よく運転できる運転ポイントとしての出力動力と回転数とトルクとを実験などにより求めて予めマップとしてＲＯＭ８４に記憶しておき、目標動力Ｐｅ＊が与えられると、記憶したマップから対応する回転数とトルクとを目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊として導出するものとした。
【００３０】目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを決定すると、目標回転数Ｎｅ＊と車速Ｖとに基づいてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に目標トルクＴｅ＊に基づいてトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１３０）。後輪５８ａ，５８ｂや前輪６８ａ，６８ｂのいずれもがスリップしていないとすれば、車軸５６と車軸６６は略同一の回転数、即ち車速Ｖに換算係数Ｇｖを乗じた回転数で回転する。車軸５６と車軸６６は、動力分配機構４０を介して機械的に動力分配統合機構３０のリングギヤ３２に接続されているから、リングギヤ３２の回転数は、車速Ｖに換算係数を乗じることにより計算することができる。いま、ハイブリッド車２０が車速Ｖで走行し、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で回転している状態を考える。この状態では、動力分配統合機構３０のキャリア３５は目標回転数Ｎｅ＊で回転し、リングギヤ３２は車速Ｖに換算係数を乗じた回転数で回転する。遊星歯車機構は、３軸のうちの２軸の回転状態が決まれば残余の１軸の回転状態は、２軸の回転状態にギヤ比を考慮すれば一義的に決まるから、モータＭＧ１が取り付けられたサンギヤ３１の回転数は、キャリア３５の回転数とリングギヤ３２の回転数、即ち目標回転数Ｎｅ＊と車速Ｖとにより計算できる。また、上述の仮定の状態で、更に、キャリア３５に目標トルクＴｅ＊のトルクが入力され、このトルクをサンギヤ３１とリングギヤ３２とに分配して出力する状態を考えれば、キャリア３５に入力されたトルクはその大きさとギヤ比により一義的にサンギヤ３１とリングギヤ３２とに分配できるから、目標トルクＴｅ＊とギヤ比によりサンギヤ３１に分配されるトルクを計算することができる。従って、このサンギヤ３１に分配されるトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とすれば、トルク指令Ｔｍ１＊を目標トルクＴｅ＊に基づいて計算することができる。
【００３１】次に、算出した目標回転数Ｎｍ１＊と目標トルクＴｅ＊との積によりモータＭＧ１により発電される発電電力Ｐ１を計算し（ステップＳ１４０）、発電電力Ｐ１がモータＭＧ２とモータＭＧ３とにより消費されるよう次式（２）および式（３）によりトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を計算する（ステップＳ１５０）。ここで、式（２）および式（３）中、ｋはモータＭＧ２とモータＭＧ３の電力の分配比であり、ｋ＝１とすればモータＭＧ２のみで電力Ｐ１を消費し、ｋ＝０とすればモータＭＧ３のみで電力Ｐ１を消費することになる。また、Ｇｄ１およびＧｄ２は車速Ｖを第１駆動軸５０および第２駆動軸６０の回転数に変換する変換係数である。
【００３２】
【数２】
Ｔｍ２＊＝ｋ・Ｐ１／Ｖ・Ｇｄ１（２）
Ｔｍ３＊＝（１－ｋ）・Ｐ１／Ｖ・Ｇｄ２（３）
【００３３】こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊，モータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊を決定すると、この目標値や指令値をエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ７０に出力して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊を入力したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とからなる運転ポイントで運転されるよう燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を行なう。また、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊，モータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊を入力したモータＥＣＵ７０は、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようモータＭＧ１を駆動制御すると共にモータＭＧ２およびモータＭＧ３からトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊のトルクが出力されるようモータＭＧ２およびモータＭＧ３を駆動制御する。
【００３４】以上説明したトルク制御ルーチンを実行することにより、走行パターン４のパターンＡ、即ち、エンジン２２から要求駆動力に基づく動力を出力し、この動力を、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２およびモータＭＧ３を電動機として駆動してバッテリ７５の充放電なしに第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力して走行するパターンによって走行することができる。
【００３５】また、このトルク制御ルーチンにおけるステップＳ１５０で電力の分配比ｋを値１とすることにより、走行パターン４のパターンＢ、即ち、エンジン２２から要求駆動力に基づく動力を出力し、この動力を、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２だけを電動機として駆動してバッテリ７５の充放電なしに第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力して走行するパターンによって走行することができる。さらに、このトルク制御ルーチンにおけるステップＳ１５０で電力の分配比ｋを値０とすることにより、走行パターン４のパターンＣ、即ち、エンジン２２から要求駆動力に基づく動力を出力し、この動力を、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ３だけを電動機として駆動してバッテリ７５の充放電なしに第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力して走行するパターンによって走行することができる。
【００３６】運転者による要求駆動力が比較的小さいときにはパターンＢかパターンＣにより走行し、要求駆動力が比較的大きくなったら、駆動していないモータを駆動してパターンＡで走行する場合には、図２におけるトルク制御ルーチンに代えて図４に例示するトルク制御ルーチンを実行すればよい。この図４のトルク制御ルーチンでは、ステップＳ１４０のモータＭＧ１の発電電力Ｐ１の計算処理の後に、要求トルクＴ＊に応じて分配比ｋを決定する処理（ステップＳ１４２～１４６）を追加し、この決定した分配比ｋを用いてモータＭＧ２とモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を計算している点を除いて図２のトルク制御ルーチンと同一である。図４のトルク制御ルーチンにおける分配比ｋの決定処理では、要求トルクＴ＊を閾値Ｔｒｅｆと比較し（ステップＳ１４２）、要求トルクＴ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上のときには分配比ｋにＴｒｅｆ／Ｔ＊で計算される値を設定し、要求トルクＴ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満のときには分配比ｋに値１を設定する。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、一定値としてもよいし、車速Ｖに応じて変化するものとしてもよい。このように分配比ｋを決定すると、要求トルクＴ＊が閾値ＴｒｅｆになるまではモータＭＧ１で発電した電力Ｐ１のすべてをモータＭＧ２で消費するよう制御し、要求トルクＴ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上になるとモータＭＧ１で発電した電力Ｐ１をモータＭＧ２とモータＭＧ３とにより消費するよう制御することになり、しかも、モータＭＧ３のトルクは要求トルクＴ＊が閾値Ｔｒｅｆを超えた分に相当するから、モータＭＧ２では不足するトルクをモータＭＧ３により補うよう制御するものと考えることができる。
【００３７】上述した走行パターン３、即ちモータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２またはモータＭＧ３の一方あるいは双方を電動機として駆動してバッテリ７５の充放電を伴いながらエンジン２２からの動力を第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力して走行する走行パターンを実行する場合では、バッテリ７５を充放電する充放電電力Ｐｂを要求動力Ｐ＊に加えて目標動力Ｐｅ＊を決定すると共にモータＭＧ１で発電された電力Ｐ１から充放電電力Ｐｂを減じたものを用いてモータＭＧ２とモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を計算すればよい。即ち、図２および図４のトルク制御ルーチンにおけるステップＳ１２０の目標動力Ｐｅ＊の計算処理でＰｅ＊＝Ｐ＊／ηａに代えてＰｅ＊＝Ｐ＊／ηａ＋Ｐｂにより目標動力Ｐｅ＊を計算し、ステップＳ１５０のモータＭＧ２およびモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊の計算処理で上述の式（２）および式（３）に代えて次式（４）および式（５）によりトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を計算するのである。なお、この例では、要求トルクＴ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満のときにはモータＭＧ２だけを駆動し要求トルクＴ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上のときにモータＭＧ２とモータＭＧ３とを駆動するものとしたが、逆に要求トルクＴ＊が閾値Ｔｒｅｆ未満のときにはモータＭＧ３だけを駆動し要求トルクＴ＊が閾値Ｔｒｅｆ以上のときにモータＭＧ２とモータＭＧ３とを駆動するものとしてもよい。
【００３８】
【数３】
Ｔｍ２＊＝ｋ・（Ｐ１－Ｐｂ）／Ｖ・Ｇｄ１（４）
Ｔｍ３＊＝（１－ｋ）・（Ｐ１－Ｐｂ）／Ｖ・Ｇｄ２（５）
【００３９】以上説明した実施例のハイブリッド車２０によれば、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２かモータＭＧ３の一方または双方を電動機として駆動して第１駆動軸５０や第２駆動軸６０に動力を出力して走行する走行パターンや、モータＭＧ２とモータＭＧ３とを駆動せずにモータＭＧ１を発電機として駆動してバッテリ７５の充電を伴いながらエンジン２２からの動力を第１駆動軸５０および第２駆動軸６０に出力して走行する走行パターン、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２またはモータＭＧ３の一方あるいは双方を電動機として駆動してバッテリ７５の充放電を伴いながらエンジン２２からの動力を第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力して走行する走行パターン、モータＭＧ１を発電機として駆動すると共にモータＭＧ２またはモータＭＧ３の一方あるいは双方を電動機として駆動してバッテリ７５の充放電なしにエンジン２２からの動力を第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力して走行する走行パターンなどの種々の走行パターンにより走行することができる。しかも、各走行パターンでは、エンジン２２を効率のよい運転ポイントで運転することができるから、ハイブリッド車２０全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００４０】実施例のハイブリッド車２０によれば、モータＭＧ１で発電した電力をモータＭＧ２とモータＭＧ３の二つのモータにより消費するから、モータＭＧ１で発電した電力を一つのモータにより消費するものに比して小型化を図ることができる。しかも、アクセル開度ＡＰと車速Ｖに応じて定まる要求トルクＴ＊の大きさに基づいてモータＭＧ１で発電した電力を一つのモータで消費したり二つのモータで消費したりすることができるから、エネルギ効率の高い走行パターンで運転することができる。
【００４１】次に、実施例のハイブリッド車２０におけるスリップ時のトルク制御について説明する。図５は、後輪５８ａ，５８ｂや前輪６８ａ，６８ｂのいずれかのスリップを考慮したトルク制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このトルク制御ルーチンでは、ステップＳ１００で車輪速Ｖｗ１～Ｖｗ４を読み込む点とステップＳ１５０の処理とステップＳ１６０の処理の間にスリップに伴うモータＭＧ２およびモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊の設定処理が増加されている点を除いて図２のトルク制御ルーチンと同一である。スリップに伴うモータＭＧ２およびモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊の設定処理では、まず、後輪５８ａ，５８ｂおよび前輪６８ａ，６８ｂのいずれかがスリップしているか否かの判定を行なう（ステップＳ１５１）。このスリップの判定は、車輪速Ｖｗ１～Ｖｗ４のうちのいずれかが許容範囲を超えて他の車輪速より大きいか否かにより判定することができる。スリップしていないときには、スリップ判定フラグＦｓが値０であるかを調べ、スリップ判定フラグＦｓが値０のときには、ステップＳ１５０で設定したモータＭＧ２およびモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ３＊をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊と共にエンジン２２およびモータＥＣＵ７０に出力して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。
【００４２】一方、ステップＳ１５１でスリップしていると判定されると、スリップしている車輪に連結されているモータのトルク指令Ｔｓ１＊を次式（６）に示すように前回のトルク指令Ｔｓ１＊から所定トルクΔＴだけ減じたものとして設定すると共に（ステップＳ１５３）、いずれもスリップしていない車輪に連結されているモータのトルク指令Ｔｓ２＊を式（７）に示すようにステップＳ１５０で計算したトルク指令Ｔｓ２＊にステップＳ１５０で計算したトルク指令Ｔｓ１＊と式（６）で計算したトルク指令Ｔｓ１＊との偏差を加えたものとして設定し（ステップＳ１５４）、スリップ判定フラグＦｓに値１をセットして（ステップＳ１５５）、設定したトルク指令Ｔｓ１＊，Ｔｓ２＊をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊と共にエンジン２２およびモータＥＣＵ７０に出力して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。ここで、所定トルクΔＴは、トルク制御ルーチンを繰り返し実行する毎にスリップしている車輪の車軸に出力するトルクを減じるトルク量として設定されるものであり、トルク制御ルーチンを繰り返し実行する間隔やハイブリッド車２０の走行に必要なトルクなどにより決定される。いま、左後輪５８ｂがスリップしている場合を考えれば、スリップしている車輪に連結されているモータがモータＭＧ２であるから、トルク指令Ｔｓ１＊はモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊、トルク指令Ｔｓ２＊はモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊となる。従って、ステップＳ１５３では、左後輪５８ｂが連結されている第１駆動軸５０に取り付けられたモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を、前回のトルク指令Ｔｍ２＊から所定トルクΔＴを減じたものとして設定し、ステップＳ１５４では、第２駆動軸６０に取り付けられたモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊を、ステップＳ１５０で計算されたトルク指令Ｔｍ３＊にステップＳ１５０で計算したトルク指令Ｔｍ２＊と式（６）で計算したトルク指令Ｔｍ２＊との偏差を加えたものとして設定する。
【００４３】
【数４】
Ｔｓ１＊←前回Ｔｓ１＊－ΔＴ（６）
Ｔｓ２＊←今回Ｔｓ２＊＋（Ｓ１５０のＴｓ１＊と式（６）のＴｓ１＊との偏差）（７）
【００４４】ここで、ステップＳ１５３～Ｓ１５５は、スリップしている間は繰り返し実行されるから、車輪のスリップは停止する。しかも、式（７）では、ステップＳ１５０で計算されたトルク指令Ｔｓ１＊と式（６）で計算されたトルク指令Ｔｓ１＊との偏差がステップＳ１５０で計算されたトルク指令Ｔｓ２＊に加えられるから、ハイブリッド車２０全体のトルクとしては、スリップの有無に拘わらず、要求トルクＴ＊が出力されるようになる。
【００４５】ステップＳ１５１でスリップしていないと判定されると共にステップＳ１５２でスリップ判定フラグＦｓが値０でないと判定されたときには、スリップに基づくトルク制御の実施中と判定し、前回スリップしていると判定された側のモータの前回のトルク指令Ｔｓ１＊に所定トルクΔＴを加えたものを比較トルクＴｓｓとして計算し（ステップＳ１５６）、計算した比較トルクＴｓｓをステップＳ１５０で計算したトルク指令Ｔｓ１＊と比較する（ステップＳ１５７）。ステップＳ１５０で計算したトルク指令Ｔｓ１＊が比較トルクＴｓｓより大きいときには、比較トルクＴｓｓをスリップ側のモータのトルク指令Ｔｓ１＊として設定すると共に非スリップ側のモータのトルク指令Ｔｓ２＊をステップＳ１５０で計算したトルク指令Ｔｓ２＊にステップＳ１５０で計算したトルク指令Ｔｓ１＊と比較トルクＴｓｓとの偏差を加えたものとして設定し（ステップＳ１５８）、設定したトルク指令Ｔｓ１＊，Ｔｓ２＊をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊と共にエンジン２２およびモータＥＣＵ７０に出力して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。前述の左後輪５８ｂがスリップしている場合を考えれば、ステップＳ１５８では、比較トルクＴｓｓをスリップ側のモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定すると共に非スリップ側のモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ３＊を、ステップＳ１５０で計算されたトルク指令Ｔｍ３＊にステップＳ１５０で計算したトルク指令Ｔｍ２＊と比較トルクＴｓｓとの偏差を加えたものとして設定することになる。
【００４６】ステップＳ１５７でトルク指令Ｔｓ１＊が比較トルクＴｓｓ以下のときには、スリップに基づくトルク制御は終了したと判定し、スリップ判定フラグＦｓに値０をセットして、ステップＳ１５０で計算したモータＭＧ２およびモータＭＧ３のトルク指令Ｔｍ２＊、Ｔｍ３＊をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊と共にエンジン２２およびモータＥＣＵ７０に出力して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。
【００４７】以上説明したスリップ時のトルク制御によれば、後輪５８ａ，５８ｂおよび前輪６８ａ，６８ｂのいずれかがスリップしたときには、スリップした車輪に連結されたモータのトルクを減少させてスリップを抑制すると共にトルクを減らした分だけ他のモータのトルクを増加させてハイブリッド車２０に要求された要求トルクＴ＊を作用させることができる。即ち、スリップ時でも要求トルクＴ＊を出力することができる。
【００４８】以上説明したスリップ時のトルク制御では、スリップ時でも要求トルクＴ＊を出力するものとしたが、スリップ時には要求トルクＴ＊を出力しないものとしてもよい。
【００４９】実施例のハイブリッド車２０では、第１駆動軸５０にモータＭＧ２を取り付けると共に第２駆動軸６０にモータＭＧ３を取り付けるものとしたが、モータＭＧ２を備えないものとしたり、モータＭＧ３を備えないものとしたり、モータＭＧ２もモータＭＧ３も備えないものとしても差し支えない。モータＭＧ２もモータＭＧ３も備えない場合、モータＭＧ１により発電された電力をバッテリ７５で蓄え、必要に応じてバッテリ７５に蓄えた電力を用いてモータＭＧ１を電動機として駆動するものとすればよい。
【００５０】実施例のハイブリッド車２０では、第１駆動軸５０にモータＭＧ２を取り付け、第２駆動軸６０にモータＭＧ３を取り付けるものとしたが、モータＭＧ２かモータＭＧ３の一方を動力分配統合機構３０と動力分配機構４０とを結合する結合軸３９に取り付けるものとしてもよい。例えば、第１駆動軸５０からモータＭＧ２を取り外して結合軸３９に取り付けた変形例のハイブリッド車２０Ｂを図６に示す。この場合でも上述した図２のトルク制御ルーチンや図４のトルク制御ルーチン、図５のトルク制御ルーチンを実行することができる。
【００５１】実施例では、エンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０，動力分配機構４０，モータＭＧ１，モータＭＧ２，モータＭＧ３を用いて第１駆動軸５０と第２駆動軸６０とに出力する動力出力装置を車両に搭載した４輪駆動のハイブリッド車２０の形態として説明したが、車両以外の移動体、例えば、船舶や航空機，建設機械などに搭載するものとしても差し支えない。
【００５２】以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【出願人】	【識別番号】０００００３２０７【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
【出願日】	平成１３年７月１１日（２００１．７．１１）
【代理人】	【識別番号】１１０００００１７【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所
【公開番号】	特開２００３－３２８０２（Ｐ２００３－３２８０２Ａ）
【公開日】	平成１５年１月３１日（２００３．１．３１）
【出願番号】	特願２００１－２１０５８９（Ｐ２００１－２１０５８９）