专利名称：动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车，具体地说涉及将动力输出到驱动轴的动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车。
背景技术：
一直以来，作为这种动力输出装置，提出了在连接于车轴(车桥)的变速器上安装致动装置，并将发动机经由离合器连接到电机的旋转轴上的两组结构分别经由离合器和制动器安装在致动装置上的方案(例如，参照日本特开平11-31137号公报)。该装置通过使离合器和制动器适当地动作，使两个电机和两个发动机进行多种组合，以使发动机在高效运转点(工作点，運転ポイント)进行运转(运行)，从而实现车辆整体的能量效率的提高。
在上述的动力输出装置中，在致动装置的特性上，使一组的发动机在高效运转点运转时，对另一组来说必须输出抵消其反作用力的转矩，并以由朝向变速器的输出轴的转速和上述一组的发动机的转速所决定的转速进行旋转，因而另一组的发动机不能在高效运转点进行运转。即，两个发动机中的运转自由度低。
另一方面，近年来，由电机驱动的电动汽车、安装有发动机和电机的混合动力汽车、安装有燃料电池的燃料电池车等，在汽车上安装有各种结构的动力输出装置，在这种动力输出装置中，提高能量效率成为一个课题。
发明内容
本发明的动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车，其目的之一在于，在具有两个电机和两个内燃机的动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车中，提出一种使两个内燃机中的运转自由度提高的结构。并且，本发明的动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车，其目的之二在于，实现装置整体或者车辆整体的能量效率的提高。
本发明的动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车为了实现上述目的的至少一部分而采用以下的技术方案。
本发明的动力输出装置是对驱动轴输出动力的动力输出装置，其包括第一内燃机；第二内燃机；第一电动机；第二电动机；以及具有多个轴的多轴式动力输入输出器，该多个轴包含4个轴，即，连接到所述第一内燃机的输出轴的第一轴、连接到所述第二内燃机的输出轴的第二轴、连接到所述第一电动机的旋转轴的第三轴和连接到所述第二电动机的旋转轴的第四轴，所述4个轴的任意一轴连接到所述驱动轴上，根据该4个轴中的任意2轴的转速使剩余的2轴旋转，通过获取从所述多个轴输入和向所述多个轴输出的动力(即输入输出所述多个轴的动力的收支/输入输出)，将来自所述第一内燃机、所述第二内燃机、所述第一电动机和所述第二电动机的动力的至少一部分输出到所述驱动轴。
在本发明的该动力输出装置中，多轴式动力输入输出器具有多个轴，该多个轴包含4个轴，即，连接到第一内燃机的输出轴的第一轴、连接到第二内燃机的输出轴的第二轴、连接到第一电动机的旋转轴的第三轴和连接到第二电动机的旋转轴的第四轴，该4个轴的某个轴连接到驱动轴上，根据该4个轴中的任意2个轴的转速使剩余的2个轴旋转，通过该多轴式动力输入输出器，进行至少从第一内燃机、第二内燃机、第一电动机和第二电动机向该4个轴输入及从该4个轴输出的动力的收支(输入输出)，而将动力输出到驱动轴。因此，通过适当地调节第一内燃机、第二内燃机、第一电动机和第二电动机的驱动，从而能够提高装置的能量效率。
在所述的本发明的动力输出装置中，所述多轴式动力输入输出器能够设置成将所述第三轴或者所述第四轴连接到所述驱动轴，所述多个轴式动力输入输出器还能够设置成将所述第一轴或者所述第二轴连接到所述驱动轴。
并且，在本发明的动力输出装置中，所述多轴式动力输入输出器可具有进行所述第一内燃机的输出轴与所述第一轴的连接和解除连接的第一连接解除机构；进行所述第二内燃机的输出轴与所述第二轴的连接和解除连接的第二连接解除机构。这样，通过使所述第一连接解除机构和第二连接解除机构适当地动作，就能够提高第一内燃机和第二内燃机的运转自由度。其结果，可使第一内燃机和第二内燃机在高效运转点进行运转或使运转停止，从而能够提高装置的能量效率。在该方式的本发明的动力输出装置中，能够使所述第一连接解除机构和第二连接解除机构中至少一方为单向离合器。这样，能够通过内燃机的运转来进行连接解除机构的连接或连接的解除。
进一步，在本发明的动力输出装置中，所述多轴式动力输入输出器能够以下述的方式连接该4个轴，即，所述4个轴中与所述驱动轴连接的轴以该4个轴中的最大转速旋转或者以最小转速旋转中的任一种方式旋转；所述多轴式动力输入输出器还能够以下述的旋转方式连接该4个轴，即，所述4个轴中与所述驱动轴连接的轴以既不以该4个轴中的最大转速旋转也不以最小转速旋转的方式旋转。
或者，在本发明的动力输出装置中，可包括要求动力设定部，其根据操作者的操作来设定所述驱动轴所要求的要求动力；和控制部，用于控制所述第一内燃机、所述第二内燃机、所述第一电动机、所述第二电动机和所述多轴式动力输入输出器，以将基于该被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴。这样，能够将基于操作者的操作的动力输出到驱动轴。该情况下，所述控制部能够进行控制以使得基于所述被设定的要求动力的动力被高效地输出到所述驱动轴。这样，能够使装置的能量效率提高。
在具有所述控制部的方式的本发明的动力输出装置中，具有可与所述第一电动机和所述第二电动机互换电力的蓄电装置，所述控制部切换下列第一到第四控制来进行控制以将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴，即，第一控制，其控制成不利用来自所述第一内燃机的动力而利用来自所述第二内燃机的动力将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴；第二控制，其控制成不利用来自所述第二内燃机的动力而利用来自所述第一内燃机的动力将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴；第三控制，其控制成利用来自所述第一内燃机的动力和来自所述第二内燃机的动力将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴；第四控制，其控制成不利用来自所述第一内燃机的动力和来自所述第二内燃机的动力双方而将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴。这样，能够切换第一控制、第二控制、第三控制和第四控制这4种控制以将基于要求动力的动力输出到驱动轴。在该情况下，对于在所述第一控制或所述第二控制中动力不被利用的内燃机，所述控制部可以使该内燃机停止运转。并且，所述控制部能够设置成以如下方式进行控制，即，根据所述被设定的要求动力，从所述第一控制、所述第二控制、所述第三控制和所述第四控制中选择任一控制，以将基于所述设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴。这样，能够通过根据要求动力的控制将动力输出到驱动轴。
并且，在本发明的动力输出装置中，所述多轴式输入输出器包括具有三个旋转要素的第一行星齿轮；和第二行星齿轮，其具有三个旋转要素，且该三个旋转要素中的任二个旋转要素分别和所述第一行星齿轮中的三个旋转要素中的任二个旋转要素相连接；其中，与所述第二行星齿轮的三个旋转要素中和所述第一行星齿轮的三个旋转要素中的任一要素都不连接的旋转要素、以及与所述第一行星齿轮的三个旋转要素连接的4个轴作为所述4个轴。这样通过利用两个行星齿轮就能够构成多轴式动力输入输出器。
本发明的汽车的要旨是将车轴与驱动轴连接起来，并安装有上述任何一个方式的本发明的动力输出装置，即，基本上是将动力输出到驱动轴的动力输出装置，其包括第一内燃机；第二内燃机；第一电动机；第二电动机；以及具有多个轴的多轴式动力输入输出器，该多个轴包含4个轴，即，连接到所述第一内燃机的输出轴的第一轴、连接到所述第二内燃机的输出轴的第二轴、连接到所述第一电动机的旋转轴的第三轴和连接到所述第二电动机的旋转轴的第四轴，所述4个轴的任意一轴连接到所述驱动轴上，根据该4个轴中的任意2轴的转速使剩余的2轴旋转，通过进行从所述多个轴输入和向所述多个轴输出的动力的收支(即输入输出所述多个轴的动力的输入输出)，将来自所述第一内燃机、所述第二内燃机、所述第一电动机和所述第二电动机的动力的至少一部分输出到所述驱动轴。
在本发明的汽车中，由于安装有上述任何一种方式的本发明的动力输出装置，所以能够实现与本发明的动力输出装置所达到的效果，例如通过适当地调整第一内燃机、第二内燃机、第一电动机和第二电动机的驱动而使装置的能量效率提高、以及可使第一内燃机和第二内燃机的运转的自由度提高等同样的效果。
图1是示意性示出安装了作为第一实施例的动力输出装置的混合动力汽车20的结构的结构图；图2是示出用于说明第一运转模式(pattern)中的动力分配综合(統合)机构30的运转要素的转速和扭矩的力学关系的列线图的一个示例的说明图；图3是示出用于说明第二运转模式中的动力分配综合机构30的运转要素的转速和扭矩的力学关系的列线图的一个示例的说明图；图4是示出用于说明第三运转模式中的动力分配综合机构30的运转要素的转速和扭矩的力学关系的列线图的一个示例的说明图；图5是示出用于说明电机运转模式中的动力分配综合机构30的运转要素的转速和扭矩的力学关系的列线图的一个示例的说明图；图6是示出将正常时的第一运转模式和第二运转模式用列线图比较的状态的说明图；图7是示出使低扭矩的动力作用于以高速旋转进行驱动的驱动轴65时的第一运转模式和第二运转模式用列线图比较的状态的说明图；图8是示出由第一实施例的混合动力用电子控制单元70所执行的驱动控制例程的一个示例的流程图；图9是示出驱动要求扭矩设定用图的一个示例的说明图；
图10是示出发动机EG2的动作线(動作ライン)的一个示例和设定目标转速Ne2*和目标扭矩Te2*的状态的说明图；图11是示出选择第三运转模式时设定发动机EG1、发动机EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*的状态的说明图；图12是示出在4个轴上连接两个发动机和两个电机的连接方法中的第一实施例以外的连接方法的说明图；图13是示意性示出安装了作为第二实施例的动力输出装置的混合动力汽车120的结构的结构图；图14是示出用于说明第四运转模式中的动力分配综合机构130的运转要素的转速和扭矩的力学关系的列线图的一个示例的说明图；图15是示出用于说明第五运转模式中的动力分配综合机构130的运转要素的转速和扭矩的力学关系的列线图的一个示例的说明图；图16是示出用于说明第六运转模式中的动力分配综合机构130的运转要素的转速和扭矩的力学关系的列线图的一个示例的说明图；图17是示出用于说明电机运转模式中的动力分配综合机构130的运转要素的转速和扭矩的力学关系的列线图的一个示例的说明图；图18是示出由第二实施例的混合动力用电子控制单元70执行的驱动控制例程的一个示例的流程图；图19是示出选择电机运转模式时设定扭矩指令Tm1*、Tm2*的状态的说明图；图20是示出在4个轴上连接两个发动机和两个电机的连接方法中的第二实施例以外的连接方法的说明图。
具体实施例方式
下面，采用实施例对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
A.第一实施例图1是示意性示出安装了作为第一实施例的动力输出装置的混合动力汽车20的结构的结构图。如图所示，第一实施例的混合动力汽车20包括发动机EG1、EG2；经由减震器28、29而连接到发动机EG1、EG2的曲轴26、27上且经由差速器68和齿轮机构66连接到驱动轮69a、69b上的4轴式动力分配综合机构30；与该动力分配综合机构30相连且能够发电的电机MG1；与该动力分配综合机构30相连且能够发电的电机MG2；以及对动力输出装置整体进行控制的混合动力用电子控制单元70。
发动机EG1、EG2是通过汽油或轻油等碳氢化合物燃料而输出动力的内燃机，通过发动机用电子控制单元(以下称为发动机ECU)24、25接收燃料喷射控制、点火控制、吸入空气量调节控制等的运转控制。用于对发动机EG1、EG2进行运转控制所必需的信号，例如来自检测发动机EG1、EG2的旋转位置的曲轴位置传感器22、23的信号等输入发动机ECU24、25。发动机ECU24、25与混合动力用电子控制单元70通信，由来自混合动力用电子控制单元70的控制信号对发动机EG1、EG2进行运转控制，同时根据需要，将与发动机EG1、EG2的运转状态有关的数据输出到混合动力用电子控制单元70。
动力分配综合机构30由2个单小齿轮(single pinion)式行星齿轮P1、P2和2个单向离合器41、42构成。第一行星齿轮P1的太阳齿轮31与电机MG1的旋转轴连接，齿圈32通过单向离合器42与发动机EG2的曲轴27连接，与小齿轮33连接的行星架34通过单向离合器41与发动机EG1的曲轴26连接。第二行星齿轮P2的太阳齿轮36与电机MG2的旋转轴连接，齿圈37与第一行星齿轮P1的行星架34连接，与小齿轮38连接的行星架39与第一行星齿轮P1的齿圈32连接。与第二行星齿轮P2的太阳齿轮36连接的驱动轴65，通过齿轮机构66和差速器齿轮68与驱动轮69a、69b连接。单向离合器41、42，在发动机EG1、EG2的转速Ne1、Ne2要大于行星架34(齿圈37)和齿圈32(行星架39)的转速时，接合而成为一体以将来自发动机EG1、EG2的动力传递至行星架34和齿圈32，在发动机EG1、EG2的转速Ne1、Ne2比行星架34和齿圈32的转速小时，进行空转以使发动机EG1、EG2从行星架34和齿圈32脱离。
电机MG1、MG2都具有可作为发电机驱动的同时可作为电动机驱动的公知的同步发电电动机的结构，通过逆变器51、52与蓄电池60进行电力交换。连接逆变器51、52与蓄电池60的电力线64由各逆变器51、52共用的正极母线和负极母线构成，电机MG1、MG2之一发电的电力能够由另一电机消耗。因此，蓄电池60根据电机MG1、MG2任意一个产生的电力或电力不足而充放电。另外，如果通过电机MG1、MG2获取电力收支平衡，则蓄电池60就不进行充放电。电机MG1、MG2都被电机用电子控制单元(以下称作电机ECU)50驱动控制。向电机ECU50输入驱动控制电机MG1、MG2所必须的信号，例如从检测出电机MG1、MG2的转子的旋转位置的旋转位置检测传感器53、54来的信号，或者输入由未图示的电流传感器检测出的、施加到电机MG1、MG2上的相电流等，由电机ECU50向逆变器51、52输出开关控制信号。电机ECU50与混合动力用电子控制单元70通信，根据来自混合动力用电子控制单元70的控制信号，驱动控制电机MG1、MG2的同时，根据需要将与电机MG1、MG2的运转状态有关的数据向混合动力用电子控制单元70输出。
蓄电池60由蓄电池用电子控制单元(以下称作蓄电池ECU)62管理。向蓄电池ECU62输入管理蓄电池60所必须的信号，例如从设置在蓄电池60的端子间的未图示的电压传感器来的端子间电压、从安装在与蓄电池60的输出端子连接的电力线64上的未图示的电流传感器来的充放电电流、从安装在蓄电池60上的未图示的温度传感器来的电池温度等，根据需要，将与蓄电池60的状态有关的数据通过通信而向混合动力用电子控制单元70输出。而且，为了管理蓄电池60，蓄电池ECU62还运算或设定基于电流传感器检测出的充放电电流的累计值的剩余容量(SOC)和基于该剩余容量(SOC)和电池温度的输入输出限制Win、Wout等。
混合动力用电子控制单元70构成为以CPU72为中心的微处理器，除CPU72之外还具有储存处理程序的ROM74、暂时储存数据的RAM76、未图示的输入输出端口和通信端口。通过输入端口向混合动力用电子控制单元70输入有来自点火开关80的点火信号；从检测出变速杆81的操作位置的变速位置传感器82来的变速位置SP；从检测加速踏板83的踩下量的加速踏板位置传感器84来的加速器开度Acc；从检测出制动踏板85的踩下量的制动踏板位置传感器86来的制动踏板位置BP；和来自车速传感器88的车速V等。如上所述，混合动力用电子控制单元70，通过通信端口与发动机ECU24、25、电机ECU50和蓄电池ECU62连接，并与发动机ECU24、25、电机ECU50和蓄电池ECU62进行各种控制信号和数据的交换。
这样构成的第一实施例的混合动力汽车20，基于和驾驶者对加速踏板83的踩下量相对应的加速器开度Acc和车速V，计算应当向驱动轴65输出的驱动要求扭矩Td*，对发动机EG1、发动机EG2、电机MG1和电机MG2进行运转控制，以将与该驱动要求扭矩Td*相对应的要求动力向驱动轴65输出。作为发动机EG1、发动机EG2、电机MG1和电机MG2的运转控制，具有扭矩变换运转模式，以与要求动力相称的动力从发动机EG1和发动机EG2中的一方或双方输出的方式对发动机EG1和发动机EG2进行运转控制，同时以从发动机EG1、EG2输出的动力的全部由动力分配综合机构30、电机MG1和电机MG2进行扭转变换后向驱动轴65输出的方式对电机MG1和电机MG2进行驱动控制；充放电运转模式，以与要求动力和蓄电池60的充放电所需的电力之和相称的动力从发动机EG1和发动机EG2中的一方或者双方输出的方式对发动机EG1和发动机EG2进行运转控制，同时随着蓄电池60的充放电，以要求动力随着从发动机EG1或发动机EG2输出的动力的全部或者其一部分由动力分配综合机构30与电机MG1和电机MG2所致的扭矩变换向驱动轴65输出的方式对电机MG1和电机MG2进行驱动控制；和电机运转模式，以停止发动机EG1和发动机EG2双方的运转并从电机MG1或电机MG2向驱动轴65输出与要求动力相称的动力的方式进行运转控制等。另外，扭矩变换运转模式和充放电运转模式只在是否进行蓄电池60的充放电上存在差异，在实质的控制上没有差异。
如上述的扭矩变换运转模式或充放电运转模式那样，作为从发动机EG1或发动机EG2输出动力的运转模式具有第一运转模式，在使发动机EG1停止的状态下从发动机EG2输出动力并将其通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65；第二运转模式，在使发动机EG2停止的状态下从发动机EG1输出动力并将其通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65上；和第三运转模式，从发动机EG1、EG2双方输出动力并将此通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65上。首先，对第一运转模式进行说明。图2是示出该运转模式的列线图。在将第一行星齿轮P1和第二行星齿轮P2如上所述连接起来的情况下，如图所示，能够以下述4轴为旋转要素即作为所谓的4要素型的动力分配综合机构发挥作用第一行星齿轮P1的太阳齿轮31(以下称为S1轴)；第一行星齿轮P1的行星架34和第二行星齿轮P2的齿圈37(以下称为C1、R2轴)；第一行星齿轮P1的齿圈32和第二行星齿轮P2的行星架39(以下称为R1、C2轴)；和第二行星齿轮P2的太阳齿轮36(以下称为S2轴)。在该4要素型中，如4轴中的2轴的转速确定则剩余的2轴的转速就确定，如输入输出到3轴的动力确定则剩余的轴的动力就作为从属关系而确定。图中，左侧的S1轴表示电机MG1的转速Nm1即第一行星齿轮P1的太阳齿轮31的转速，C1、R2轴表示第一行星齿轮P1的行星架34的转速的同时还表示第二行星齿轮P2的齿圈37的转速。并且，R1、C2轴表示发动机EG2的转速Ne2即第一行星齿轮P1的齿圈32的转速的同时还表示第二行星齿轮P2的行星架39的转速。右端的S2轴表示驱动轴65和电机MG2的转速Nd即第二行星齿轮P2的太阳齿轮36的转速。而且，图中，ρ1表示第一行星齿轮P1的传动比(太阳齿轮31的齿数/齿圈32的齿数)，ρ2表示第二行星齿轮P2的传动比(太阳齿轮36的齿数/齿圈37的齿数)。在该运转模式下，发动机EG1处于停止状态。由于发动机EG1通过单向离合器41连接在行星架34上，所以即便在使发动机EG1停止的状态下，4个要素的列线图也动作。因此，考虑向4轴中的3轴进行动力的输入输出的情况即可。此情况下，如图所示，从发动机EG2输出的动力由电机MG1、MG2进行扭矩变换并输出到驱动轴65。
接着，对第二运转模式进行说明。图3表示该运转模式的列线图。在该运转模式下，发动机EG2处于停止的状态下。如上所述，由于发动机EG2也通过单向离合器42连接在齿圈32上，所以发动机EG2能够保持在停止的状态下，能够在该状态下考虑列线图。此情况下，与所述的第一运转模式同样，从发动机EG1输出的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65。进而，对第三运转模式进行说明。图4表示该运转模式的列线图。此时，从发动机EG1和发动机EG2输出的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换并输出到驱动轴65。而且，在电机运转模式下，如图5的列线图所示，由于使发动机EG1、EG2都处于停止的状态下，所以发动机EG1通过单向离合器41连接的第一行星齿轮P1的行星架34的转速变得值为0，将来自电机MG2的扭矩输出到驱动轴65。
下面，对各运转模式的特征进行说明。首先，比较第一运转模式和第二运转模式。图6示出使发动机EG1、EG2在同一运转点进行运转时的第一运转模式和第二运转模式的列线图。现在，考虑为了从发动机EG1、EG2中的一方输出驱动轴65所要求的要求动力(转速Nd×扭矩Td)的全部而使发动机EG1、EG2在高效运转点(转速Ne、扭矩Te)进行运转的情况。图中，实线表示使发动机EG2在该运转点进行运转的第一运转模式的列线图，虚线表示使发动机EG1在该运转点进行运转的第二运转模式的列线图。此时，来自发动机EG1、EG2的动力的一部分由基于传动比ρ1、ρ2的分配比而直接输出到驱动轴65。从发动机EG1、EG2直接输出到驱动轴65的扭矩(以下称为直达扭矩)Tes1、Tes2由下式(1)、(2)进行计算。通过式(1)、(2)可知，使发动机EG2运转时的直达扭矩Tes2比使发动机EG1运转时的直达扭矩Tes1大。在此，如果考虑不伴随充放电而将来自发动机EG1、EG2的动力的全部都进行扭矩转换并输出到驱动轴65的情况，则要求扭矩Td与来自发动机EG1、EG2的直达扭矩Tes1、Tes2的偏差扭矩从电机MG2输出。从该电机MG2输出的扭矩，由于伴随着将来自发动机EG1、EG2的动力的一部分由电机MG1进行发电而利用该电力由电机MG2驱动的电力变换，所以与不伴随电力变换的情况相比效率低下。因此，从发动机EG1、EG2向驱动轴65输出的直达扭矩越大，则作为整体的能量效率就越高。其结果，通常第一运转模式的效率变得较高。
Tes1=11+ρ1+(ρ1/ρ2)Te...(1)]]>Tes2=(1+ρ1)1+ρ1+(ρ1/ρ2)Te...(2)]]>接着，考虑驱动轴65的转速Nd较大而要求动力(Nd×Td)较小时，即车辆进行高速巡航运行时。此情况下，驱动轴65的转速Nd变得较大而发动机的转速Ne变得较小。图7示出使发动机EG1、EG2在同一运转点进行运转时的第一运转模式和第二运转模式的列线图。图中，实线表示使发动机EG1在上述的运转点(转速Ne，扭矩Te)进行运转的第二运转模式的列线图，虚线表示使发动机EG2在同样的运转点进行运转的第一运转模式的列线图。如果使发动机EG1、EG2在这样的运转点进行运转，则如第一运转模式的列线图所示，会产生电机MG1的转速Nm1变为负的情况。此时，电机MG1，由于为相对于来自发动机EG2的动力取得反作用力而必须要输出与旋转方向相同方向的扭矩，所以被牵引驱动。如果考虑能量收支，则此时的电机MG2为了提供电机MG1消耗的电力而被再生驱动。该状态是将输出到驱动轴65的动力的一部分由电机MG2发电，将发电后的电力供给电机MG1并作为动力输出到驱动轴65的上游侧的动力分配综合机构30，从而产生动力-电力-动力的动力循环。由于该动力循环中对一部分的能量多次作用发电效率和电机效率，结果使得整体的能量效率降低。如上所述，通常第一运转模式变得比第二运转模式的效率高，但在进行这样的动力循环时，也不是说一定是第一运转模式的效率变高。因此，根据动力循环的程度，整体的能量效率有时是不引起动力循环的第二运转模式的效率变高。并且，根据车速和要求动力，有时第一运转模式和第二运转模式中的每一个都进行运转并引起动力循环。此情况下，整体的能量效率可考虑发动机EG1、EG2的效率和由动力循环导致的电机MG1、MG2的效率，但通常认为电机MG1的转速Nm1较大的第二运转模式的动力循环的程度变小且能量效率变高。由此，从能量效率的观点，从只第一运转模式产生动力循环时到第一、第二运转模式双方都产生动力循环之间，最好在某处从第一运转模式切换到第二运转模式。由于不是说能量效率由于发生动力循环而马上降低，所以考虑发动机EG1、EG2的效率和电机MG1、MG2的效率来设定从第一运转模式切换到第二运转模式的切换点即可。但是，如果根据该观点进行切换，则电机MG1的转速Nm1为负时，电机MG2的扭矩朝向就逆反(反转)，进而电机MG1的转速Nm1降低时，从第一运转模式切换到第二运转模式且电机MG2的扭矩的朝向又逆反。为了抑制这样的电机MG2的扭矩的逆反，也有在电机MG1的转速Nm1变得值为0时从第一运转模式切换到第二运转模式的方法。进而，也有不调查电机MG1的转速Nm1而基于车速V和驱动轴65所要求的要求扭矩Td以从第一运转模式切换到第二运转模式的方法。此情况下，例如在高速巡航运行那样高速行驶的状态下要求较低的扭矩时，判断电机MG1的转速Nm1可能变为负值而从第一运转模式切换到第二运转模式。而且，当驱动轴65所要求的要求扭矩Td较大时，由使发动机EG1、EG2都运转的第三运转模式进行驱动。
接着，对这样构成的第一实施例的混合动力汽车20的动作进行说明。图8是示出由混合动力用电子控制单元70执行的驱动控制例程的一个示例的流程图。该程序每隔预定时间(例如每隔8msec)反复执行。
执行驱动控制例程时，混合动力用电子控制单元70的CPU72首先执行输入下列控制所必须的数据的处理(步骤S100)从加速踏板位置传感器84来的加速器开度Acc，来自车速传感器88的车速V，发动机EG1、EG2的转速Ne1、Ne2，用于使蓄电池60充放电的要求充放电功率Pb*等。在此，发动机EG1、EG2的转速Ne1、Ne2是将基于曲轴位置传感器22、23所检测到的发动机EG1、EG2的旋转位置进行计算后的值，通过通信从发动机ECU24、ECU25输入而获得。并且，要求充放电功率Pb*是将基于剩余容量(SOC)所设定的值通过通信从蓄电池ECU62输入而获得的。
在如此输入数据后，根据所输入的加速器开度Acc和车速V，设定作为车辆所要求的扭矩而要向驱动轴65输出的驱动要求扭矩Td*和要从发动机EG1、EG2输出的发动机要求功率Pe*(步骤S110)。在实施例中，对于驱动要求扭矩Td*，是将加速器开度Acc、车速V和驱动要求扭矩Td*之间的关系预先设定并作为要求扭矩设定用图存储在ROM74中，当给出加速器开度Acc和车速V时，则从存储的图中导出并设定相对应的要求扭矩Td*。图9是示出要求扭矩设定用图的一个示例。发动机要求功率Pe*是将设定的驱动要求扭矩Td*和驱动轴65的转速Nd相乘的值与蓄电池60所要求的要求充放电功率Pb*与损失loss相加进行计算。而且，驱动轴65的转速Nd能够通过将车速V与换算系数k相乘求得。
接着，比较发动机要求功率Pe*和阈值Pref(步骤S120)。在此，阈值Pref是用于判断是否使发动机EG1、EG2双方停止而以电机运转模式下行驶的阈值。在发动机要求功率Pe*小于阈值Pref时，为使发动机EG1、EG2的运转停止而将目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*的值设定为0(步骤S130)，将电机MG1的扭矩指令Tm1*的值也设定为0的同时将驱动要求扭矩Td*设定为电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S140)，将设定的发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*发送给发动机ECU24、25，将电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*发送给电机ECU50(步骤S230)，结束驱动控制例程。接收了目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*的发动机ECU24、25使燃料喷射控制和点火控制等停止，以使由目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*所示的运转点，即，使发动机EG1、EG2停止。发动机ECU24、25，在发动机EG1、EG2运转时停止燃料喷射控制、点火控制等以使发动机EG1、EG2的运转停止，而在发动机EG1、EG2停止时则保持该状态(停止状态)。接收到扭矩指令Tm1*、Tm2*的电机ECU50，进行逆变器51、52的开关元件的开关控制，以由扭矩指令Tm1*驱动电机MG1的同时由扭矩指令Tm2*驱动电机MG2。
发动机要求功率Pe*大于等于阈值Pref时，将车速V与阈值V1ref比较的同时将驱动要求扭矩Td*与阈值T1ref比较(步骤S150)。在此，阈值V1ref和阈值T1ref是用于选择运转模式的阈值。阈值V1ref是用于判断是否是有可能进行动力循环的车速的阈值，阈值T1ref是用于判断是否要从发动机EG1、EG2双方输出动力的阈值。车速V小于阈值V1ref，驱动要求扭矩Td*小于阈值T1ref时，即在以较低速进行行驶时且被要求较低扭矩时，判断为没有动力循环的通常状态，选择第一运转模式，基于发动机要求功率Pe*和发动机EG2进行高效率动作的动作线来设定发动机EG2的目标转速Ne2*和目标扭矩Te2*的同时(步骤S160)，为了使发动机EG1的运转停止而将发动机EG1的目标转速Ne1*和目标扭矩Te1*的值设定为0(步骤S170)。图10是示出发动机EG2的动作线的一个示例和设定目标转速Ne2*和目标扭矩Te2*的状态。如图所示，目标转速Ne2*和目标扭矩Te2*能够通过使发动机EG2高效率地动作的动作线和发动机要求功率Pe*(Ne2*×Te2*)一定的曲线的交点而求得。车速V大于等于阈值V1ref、驱动要求扭矩Td*小于T1ref时，即在较高速下行驶时却要求较低扭矩的时候，判断为动力循环的可能性较高，选择第二运转模式，与第一运转模式中的发动机EG2的目标转速Ne2*和目标扭矩Te2*的设定相同地设定发动机EG1的目标转速Ne1*和目标扭矩Te1*的同时(步骤S180)，为了使发动机EG2的运转停止而将发动机EG2的目标转速Ne2*和目标扭矩Te2*的值设定为0(步骤S190)。驱动要求扭矩Td*大于等于阈值T1ref时，即在要求较高扭矩时，判断应从发动机EG1、EG2双方输出动力，选择第三运转模式，基于发动机要求功率Pe*来设定发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*(步骤S200)。在此，关于第三运转模式的发动机EG1、EG2的运转点(目标转速Ne1*、Ne2*，目标扭矩Te1*、Te2*)的设定方法的一个示例进行说明。在该示例中，首先，设定分配比k(应从发动机EG1输出的要求功率Pe1*/发动机要求功率Pe*)，利用分配比k和发动机要求功率Pe*来计算应从发动机EG1、EG2输出的要求功率Pe1*、Pe2*。而且，为了将设定的要求功率Pe1*、Pe2*从发动机EG1、EG2输出，而设定能够使发动机EG1、EG2中的一方或者双方高效运转的运转点。在实施例中，将分配值k设定为0.5。亦即，对发动机EG1、EG2分别设定一半的发动机要求功率(Pe*/2)。而且，运转点按如下方式进行设定假设在将发动机EG1(C1、R2轴)和发动机EG2(R1、C2轴)内分为传动比1∶1的部位具有假想的发动机，为了输出一半的发动机要求功率(Pe*/2)而设定使该假想的发动机能够高效率地运转的假想运转点(转速Ne*，扭矩Te*)，通过利用基于所设定的转速Ne*和驱动轴65的转速Nd的列线图来设定发动机EG1、EG2的运转点。图11示出了这样设定发动机EG1、EG2的运转点的状态。而且，分配比k只用于选择第三运转模式时的说明中，在第一运转模式时将分配比k的值设为0，在第二运转模式时将分配比k的值设为1即可。
在设定发动机EG1、EG2的运转点时，利用运转的发动机的目标转速Ne*和当前的转速Ne并通过下面的式(3)计算电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S210)。在此，运转的发动机在第一运转模式时为发动机EG2，在第二运转模式时为发动机EG1，在第三运转模式时为发动机EG1、EG2中的任意之一都可以。式(3)是用于使运转的发动机以目标转速Ne*旋转的反馈控制中的关系式，在式(3)中，右边第二项的“k1”表示比例项的增益，右边第三项的“k2”表示积分项的增益。
Tm1*＝上一次Tm1*+k1·(Ne*-Ne)+k2∫(Ne*-Ne)dt…(3)这样计算扭矩指令Tm1*后，利用驱动要求扭矩Td*、扭矩指令Tm1*、传动比ρ1和ρ2、分配比k，通过下式(4)计算电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S220)，将设定的发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*输送到发动机ECU24、25，将电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*输送到电机ECU50(步骤S230)，结束驱动控制例程。接收到目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*的发动机ECU24、25控制发动机EG1、EG2中的燃料喷射控制和点火控制等，以使发动机EG1、EG2在由目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*所示的运转点进行运转。接收到扭矩指令Tm1*、Tm2*的电机ECU50进行和上述相同的逆变器1、52的开关元件的开关控制。
Tm2*＝Td*+f(ρ1，ρ2，k)×Tm1* …(4)根据上述说明的第一实施例的混合电动汽车20，能够切换下述4种模式进行驱动控制第一运转模式，在使发动机EG1停止的状态下从发动机EG2输出动力并将其通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65；第二运转模式，在使发动机EG2停止的状态下从发动机EG1输出动力并将此通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65；第三运转模式，从发动机EG1、EG2双方输出动力并将此通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65；和电机运转模式，以使发动机EG1、EG2双方停止并从电机MG2向驱动轴65输出动力。亦即，能够基于驱动轴65的转速Nd和要求扭矩Td选择整体效率变高的运转模式(运转方式)来进行驱动控制。因此，能够使发动机的运转自由度提高。
并且，根据第一实施例的混合动力汽车20，正常行驶时，选择第一运转模式，在使发动机EG1停止的状态下将来自高效率运转的发动机EG2的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65，所以能够实现能量效率的提高。另外，根据第一实施例的混合动力汽车20，在高速巡航运行等那些较高速行驶时，当驱动轴65要求较小的扭矩时，选择第二运转模式，在使发动机EG2停止的状态下将来自高效率运转的发动机EG1的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴65。由此，与第一运转模式相比，能够抑制动力循环，能够提高作为车辆整体的能量效率的提高。根据第一实施例的混合动力汽车20，驱动轴65要求高扭矩时，选择第三运转模式，将从高效率运转的发动机EG1、EG2双方输出的动力由电机MG1、MG2进行扭矩变换并输出到驱动轴65。其结果，能够向驱动轴65输出高扭矩。而且，根据第一实施例的混合动力汽车20，在驱动轴65的转速Nd和要求扭矩Td较小、蓄电池60的剩余容量(SOC)也充足时，选择电机运转模式，使发动机EG1、EG2停止并通过来自电机MG2的动力而行驶。因此，能够抑制起步时的噪音和振动等。
在第一实施例的混合动力汽车20中，在选择第三运转模式时，分配值k的值设定为0.5，但值在大于0小于1的范围内设定为任何值都可以。
在第一实施例的混合动力汽车20中，在选择第三运转模式时，应从发动机EG1、EG2输出的要求功率Pe1*、Pe2*，是利用发动机要求功率Pe*和分配比k来设定，但还可以对应从一方的发动机输出的要求功率设定预定值α的同时，对应从另一方的发动机输出的要求功率设定剩余量(Pe*-α)。并且，关于应从一方的发动机输出的要求功率还可以设定用于在能够高效率地运转的运转点(转速Ne*，扭矩Te*)运转的要求功率(Ne*×Te*)，而将应从另一方的发动机输出的要求功率设定成从发动机要求功率Pe*减去应从一方的发动机输出的要求功率(Ne*×Te*)。
在第一实施例的混合动力汽车20中，在选择第三运转模式且设定应从发动机EG1、EG2输出的要求功率Pe1*、Pe2*时，设定假想的电机的假想运转点，并利用该假想运转点来设定发动机EG1、EG2的运转点，然而还可以将一方的发动机的运转点设定为能够高效率运转的点，并利用设定的运转点来设定另一方发动机的运转点。例如，如果考虑使发动机EG2在能够高效率地运转的运转点进行运转的情况，则设定使发动机EG2能够高效率地运转的运转点(目标转速Ne2*，目标扭矩Te2*)来作为发动机EG2的运转点，能够根据设定的发动机EG2的目标转速Ne2*、驱动轴65的转速Nd、传动比ρ1、ρ2来设定发动机EG1的运转点(目标转速Ne1*，目标扭矩Te1*)。
在由第一实施例的混合动力汽车20执行的驱动控制例程中，通过判断车速V是否比阈值Vref大来选择第一运转模式和第二运转模式，然而还可以通过判断电机MG1的转速Nm1的值是否小于0来选择第一运转模式和第二运转模式，还能以使车辆整体的能量效率变高的方式来选择第一运转模式和第二运转模式。在此，在以使车辆整体的能量效率变高的方式来选择第一运转模式和第二运转模式时，通过试验等预先求得第一、第二运转模式中的效率较好的模式的切换点，在该点上切换第一运转模式和第二运转模式。而且，通过这些以外的方法来切换第一运转模式和第二运转模式都可以。
在第一实施例的混合动力汽车20中，是使不输出动力的那一侧的发动机停止，但还可以在预定的状态下进行运转(例如，怠速运转等)。
在第一实施例的混合动力汽车20中，S1轴与电机MG1连接，C1、R2轴与发动机EG1连接，R1、C2轴与发动机EG2连接，S2轴与电机MG2和驱动轴65连接，然而除此之外的连接方法也可以。4个轴与2个发动机和2个电机连接的连接方法，考虑其组合有6种，如果假定其中按发动机、发动机、电机、电机的顺序连接的连接方法和按电机、电机、发动机、发动机的顺序连接的连接方法，按发动机、电机、发动机、电机的顺序连接的连接方法和按电机、发动机、电机、发动机的顺序连接的连接方法分别同等，则有4种连接方法。关于该4连接方法，如果与实施例1同样地考虑将电机连接驱动轴65的情况则有6种。在实施例中，关于其中的一种进行了说明。关于其他5种连接方法在图12中表示。图中“*”标记表示与驱动轴65连接的轴。关于各结构，与第一实施例相同，可能有使2个发动机中的一方的发动机运转的第一运转模式、使另一方的发动机运转的第二运转模式、使双方发动机运转的第三运转模式和使双方发动机都不运转的电机运转模式。因此，即使是这5种的结构，只要与第一实施例相同，就能够根据驱动轴65的转速Nd和要求扭矩Td等选择整体效率变高的运转模式(运转方式)来进行驱动控制。
在第一实施例的混合动力汽车20中，第一行星齿轮P1的齿圈32和第二行星齿轮P2的行星架39连接的同时，第一行星齿轮P1的行星架34和第二行星齿轮P2的齿圈37连接，将4轴构成旋转要素即所谓4要素，然而从2个行星齿轮P1、P2的3个旋转要素中分别选择2个旋转要素进行连接的连接方法，如果考虑其组合有18种，所以从实施例以外的17种中选择一种连接方法来构成4要素就可以。并且，在第一实施例的混合动力汽车20中，2个行星齿轮P1、P2利用单小齿轮式的行星齿轮，然而也可以将任何一方或双方利用双小齿轮式的行星齿轮。亦即，除了将单小齿轮式的行星齿轮之间连接之外，还可以将单小齿轮式的行星齿轮和双小齿轮式的行星齿轮连接或者将双小齿轮式的行星齿轮之间连接。在第一实施例的混合动力汽车20中，将2个3要素的行星齿轮组合来构成4要素，然而只要可实现动力的收支而旋转，则也可以将2个除行星齿轮以外的3要素的部件组合来构成4要素。在第一实施例的混合动力汽车20中，从2个行星齿轮P1、P2的3个旋转要素中分别选择2个旋转要素进行连接以形成将4个轴作为旋转要素的4要素，然而还可以利用具有4个旋转要素的机构。
B.第二实施例图13是示意性示出安装了作为第二实施例的动力输出装置的混合动力汽车120的结构的结构图。如图所示，第二实施例的混合动力汽车120除了动力分配综合机构130的结构不同这一点之外，均与第一实施例的混合动力汽车20结构相同。因此，对第二实施例的混合动力汽车120的构成中与第一实施例的混合动力汽车20相同的结构赋予相同标号，并省略其说明。
如图13所示，第二实施例的混合动力汽车120所具有的动力分配综合机构130由下述部件构成2个单小齿轮式行星齿轮P3、P4，离合器C1和单向离合器141。第三行星齿轮P3的太阳轮131与电机MG1的旋转轴连接，齿圈132与发动机MG2的旋转轴连接，与小齿轮133连接的行星架134通过单向离合器141与发动机EG1的曲轴26连接。第四行星齿轮P4的太阳齿轮136通过离合器C1与发动机EG2的曲轴27连接，齿圈137与第一行星齿轮P3的行星架134连接，与小齿轮138连接的行星架139与第三行星齿轮P3的齿圈132连接。与第四行星齿轮P4的太阳齿轮36连接的驱动轴165，通过齿轮机构66和差速器68与驱动轮69a、69b连接。
在这样构成的第二实施例的混合动力汽车120中，与第一实施例的混合动力汽车20相同，基于与驾驶者对加速踏板83的踩下量相对应的加速器开度Acc和车速V，来计算应当向驱动轴65输出的驱动要求扭矩Td*，对发动机EG1、发动机EG2、电机MG1和电机MG2进行运转控制，以将与该驱动要求扭矩Td*相对应的要求动力向驱动轴65输出。作为发动机EG1、发动机EG2、电机MG1和电机MG2的运转控制，也与第一实施方式相同地，具有扭矩变换运转模式、充放电运转模式和电机运转模式。
作为从第二实施例的发动机EG1和发动机EG2输出动力的运转模式，具有第四运转模式，使离合器C1分离(脱离接合，オフ)，以在使发动机EG2从驱动轴165切离而使该发动机EG2停止的同时，从发动机EG1输出动力并将该动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴165；第五运转模式，在使发动机EG1停止的同时使离合器C1接合(オン)，将发动机EG2连接到驱动轴165上，以从该发动机EG2直接向驱动轴165输出动力；和第六运转模式，将从发动机EG1输出的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴165的同时，使离合器C1接合，将发动机EG2连接到驱动轴165上，以将从该发动机EG2输出的动力直接输出到驱动轴165上。首先，对第四运转模式进行说明。图14示出该运转模式的列线图。在将第三行星齿轮和第四行星齿轮如上所述连接起来的情况下，与上述的第一实施例相同，也能够以下述作为所谓的4要素型的动力分配综合机构发挥作用。图中，左侧的S3轴表示电机MG1的转速Nm1即第一行星齿轮P3的太阳齿轮131的转速，C3、R4轴表示发动机EG1的转速Ne1即第三行星齿轮P3的行星架134的转速的同时还表示第四行星齿轮P4的齿圈137的转速。并且，R3、C4轴表示电机MG2的转速Nm2即第一行星齿轮P3的齿圈132的转速的同时还表示第四行星齿轮P4的行星架139的转速。右侧的S4轴表示驱动轴165的转速Nd即第四行星齿轮P4的太阳齿轮136的转速。而且，图中，ρ3表示第三行星齿轮P3的传动比(太阳齿轮131的齿数/齿圈132的齿数)，ρ4表示第四行星齿轮P4的传动比(太阳齿轮136的齿数/齿圈137的齿数)。在该运转模式下，由于离合器C1分离，所以在发动机EG2从行星齿轮P3的太阳齿轮131(驱动轴165)切离的状态下进行动作，此情况下，如图所示，从发动机EG1输出的动力由电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴165。而且，离合器C1的分离接合控制由混合动力用电子控制单元70进行。
接着，就第五运转模式进行说明。图15表示该运转模式的列线图。在该运转模式下，在使发动机EG1停止的同时使离合器C1接合以将发动机EG2连接到驱动轴165，从该发动机EG2输出的动力直接输出到驱动轴165。进而，对第六运转模式进行说明。图16表示该运转模式的列线图。在该运转模式下，与第五运转模式相同，也将发动机EG2连接到驱动轴165，使从发动机EG1输出的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴165的同时，使从发动机EG2输出的动力直接输出到驱动轴165。而且，在电机运转模式下，如图17的列线图所示，通过分离离合器C1而从驱动轴165切离发动机EG2的状态下使发动机EG1、EG2停止并由电机MG1、MG2作用扭矩，从而将动力输出到驱动轴165。
下面，对各运转模式的特征进行说明。首先，考虑车辆的起步时。此时，驱动轴165的转速Nd的值为0，所以不能够如第五运转模式和第六运转模式那样，通过使离合器C1接合，从而使发动机EG2连接到驱动轴165而从发动机EG2输出动力。因此，起步时选择第四运转模式，使发动机EG1高效率进行运转而输出的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴165。亦即，可以说第四运转模式是适合起步时和低速时的运转模式。接着，考虑驱动轴165的转速Nd变大且使发动机EG2能够高效率运转的转速的情况。在驱动轴165所要求的扭矩较小时，选择第五运转模式，将离合器C1接合，使发动机EG2高效率地运转而输出的动力直接输出到驱动轴165。由此，与随着电机MG1、MG2进行扭矩变换的情况相比，能够实现整体的能量效率的提高。亦即，可以说第五运转模式在中速以上时是有利的运转模式。另一方面，驱动轴165所要求的扭矩较大时，选择使发动机EG1、EG2双方运转的第六运转模式进行驱动。亦即，在第五运转模式的基础上来自发动机EG1的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴165。因此，能够将高扭矩输出到驱动轴165。
接着，对这样构成的混合动力汽车120的动作进行说明。图18是示出由第二实施例的混合动力汽车120的混合动力用电子控制单元70执行的驱动控制例程的一个示例的流程图。该例程每隔预定时间(例如每隔8msec)反复执行。
执行驱动控制例程时，混合动力用电子控制单元70的CPU72与图8的驱动控制例程的步骤S100、S110的处理相同，输入加速器开度Acc，车速V，发动机EG1、EG2的转速Ne1、Ne2，要求充放电功率Pb*等数据(步骤S300)，根据所输入的加速器开度Acc和车速V，设定应向驱动轴165输出的驱动要求扭矩Td*和应从发动机EG1、EG2输出的发动机要求能量Pe*(步骤S310)。
接着，通过比较发动机要求功率Pe*和阈值Pref来判断是否在电机运转模式下行驶(步骤S320)。在发动机要求功率Pe*小于阈值Pref时，判断为在电机运转模式下行驶，使离合器C1分离(步骤S330)，为使发动机EG1、EG2的运转停止而将目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*的值设定为0(步骤S340)，设定电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*(步骤S350)。电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*的设定在实施例中通过下述方式进行以使电机MG1的转速Nm1的值为0的方式来设定扭矩指令Tm1*，在该状态下，以将来自电机MG2的扭矩作用到驱动轴165的方式来设定扭矩指令Tm2*。图19示出了该状态。通过这样设定电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*，从而将从电机MG2输出的扭矩Tm2*进行扭矩变换后输出到驱动轴165。而且，通过以使电机MG1的转速Nm1的值为0的方式来设定扭矩指令Tm1*，从而能够使电机MG1引起的电力消耗的值为0。
在这样设定发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*，电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*后，发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*发送给发动机ECU24、25，电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*发送给电机ECU50(步骤S500)，结束本例程。关于发动机ECU24、25和电机ECUS0的控制如上所述。
发动机要求功率Pe*大于等于阈值Pref时，将车速V与阈值V2ref比较的同时将驱动要求扭矩Td*与阈值T2ref比较(步骤S360)。在此，阈值V2ref、T2ref是用于选择运转模式的阈值。阈值V2ref是用于判断是否使离合器C1接合以从发动机EG2直接向驱动轴165输出动力的阈值。阈值T2ref是用于判断是否从发动机EG1、EG2双方输出动力的阈值。车速V小于阈值V2ref时，要求例如起步时或低速时等程度大小的扭矩时，选择第四运转模式，使离合器C1分离(步骤S370)，与图8的驱动控制例程的步骤S160、S170的处理相同，也基于发动机要求功率Pe*和使发动机EG1进行高效率动作的动作线来设定发动机EG1的目标转速Ne1*和目标扭矩Te1*的同时，为了使发动机EG2停止而将发动机EG2的目标转速Ne2*和目标扭矩Te2*的值设定为0(步骤S380、S390)。而且，基于设定的发动机EG1的目标转速Ne1*和当前的转速Ne1通过上述的式(3)来设定电机MG1的扭矩指令Tm1*(步骤S400)，基于设定的电机MG1的扭矩指令Tm1*、驱动要求扭矩Td*和传动比ρ1、ρ2通过上述的式(4)来设定电机MG2的扭矩指令Tm2*(步骤S410)，将发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*，电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*发送到对应的各ECU(步骤S500)，结束驱动控制例程。通过这样进行控制，从而能够实现在较低速行驶时的能量效率的提高。
车速V大于等于阈值V2ref、驱动要求扭矩Td*小于阈值T2ref时，例如在中高速下进行巡航运行时等，判断为能够使发动机EG2高效率运转，选择第五运转模式，使离合器C1接合(步骤S420)，将驱动轴165的转速Nd设定为发动机EG2的目标转速Ne2*的同时，将驱动要求扭矩Td*设定为目标转速Te2*(步骤S430)，为了使发动机EG1停止而将发动机EG1的目标转速Ne1*和目标扭矩Te1*的值设定为0(步骤S440)，将电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*的值设定为0(步骤S450)，将发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*，电机MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*输送到对应的各ECU(步骤S500)，结束驱动控制例程。通过这样进行控制，从而能够实现中速以上行驶时的能量效率的提高。
车速V大于等于阈值V2ref、驱动要求扭矩Td*大于等于阈值T2ref时，判断为应从发动机EG1、EG2双方输出动力，选择第六运转模式，使离合器C1接合(步骤S460)，基于发动机要求功率Pe*来设定发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*(步骤S470)。发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*的设定，在实施例中，通过下述方式进行将驱动轴165的转速Nd设定为发动机EG2的目标转速Ne2*，基于使发动机EG2高效率动作的动作线和目标转速Ne2*来设定目标扭矩Te2*，目标转速Ne2*和目标扭矩Te2*相乘来计算应从发动机EG2输出的要求功率Pe2*(Ne2*×Te2*)，从发动机要求功率Pe*减去计算出的要求功率Pe2*以计算应从发动机EG1输出的要求功率Pe1*，基于计算出的要求功率Pe1*和使发动机EG1高效率动作的动作线来设定发动机EG1的目标转速Ne1*和目标扭矩Te1*。通过这样设定发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*，从而能够使发动机EG1、EG2高效率地运转，能够实现整体的能量效率的提高。并且，只要能够使发动机EG1、EG2这样运转地设定前述的阈值T2ref即可。
接着，与第四运转模式中的电机MG1、MG的扭矩指令Tm1*、Tm2*的计算相同地来计算电机MG1、MG的扭矩指令Tm1*、Tm2*(步骤S480、S490)，将设定后的发动机EG1、EG2的目标转速Ne1*、Ne2*和目标扭矩Te1*、Te2*，电机MG1、MG的扭矩指令Tm1*、Tm2*输出到对应的各ECU(步骤S500)，结束驱动控制例程。
根据上述说明的第二实施例的混合电动汽车120，能够切换下述模式进行驱动控制第四运转模式，在使发动机EG2停止了的状态下将来自发动机EG1的动力输出到驱动轴165；第五运转模式，在使发动机EG1停止了的状态下将来自发动机EG2的动力直接输出到驱动轴165；从发动机EG1、EG2双方输出动力的第六运转模式；和电机运转模式，使发动机EG1、EG2双方停止并将来自电机MG1、MG2的动力输出到驱动轴165。亦即，能够基于驱动轴165的转速Nd和要求扭矩Td选择整体效率变高的运转模式(运转方式)来进行驱动控制。
并且，根据实施例的混合动力汽车120，起步时选择第四运转模式，在使发动机EG2停止的状态下将来自高效率运转的发动机EG1的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换并输出到驱动轴165，所以即使在因驱动轴165的转速Nd较小而不能使发动机EG2运转时，也可通过来自发动机EG1的动力行驶。另外，根据第二实施例的混合动力汽车120，在使发动机EG2能够高效运转的车速时而驱动轴165要求较低扭矩时，选择第五运转模式，在使发动机EG1停止的状态下将来自高效率运转的发动机EG2的动力直接输出到驱动轴165。由此，能够提高能量效率。根据第二实施例的混合动力汽车120，驱动轴165要求较高扭矩时，选择第六运转模式，由于从高效率运转的发动机EG1、EG2双方输出动力，所以能够向驱动轴165输出高扭矩。而且，根据第二实施例的混合动力汽车120，在驱动轴165的转速Nd和要求扭矩Td较小、蓄电池60的剩余容量(SOC)也充足时，选择电机运转模式，通过使发动机EG1、EG2停止并从电机MG1、MG2作用扭矩，从而能够向驱动轴165输出动力而行驶。
在第二实施例的混合动力汽车120中，车速V大于等于阈值V2ref、驱动要求扭矩Td*小于阈值T2ref时，选择第五运转模式，然而车速V大于等于比阈值V2ref大的阈值V3ref时，例如在高速巡航运行时等，也可以选择第四运转模式。在高速巡航运行时，驱动轴165的转速Nd较大而驱动要求扭矩Td*较小。此时，如果选择第五运转模式，则使发动机EG2变得在高转速低扭矩的区域进行运转，发动机EG2的能量效率降低。如果选择第4运转模使从高效运转的发动机EG1输出的动力通过电机MG1、MG2进行扭矩变换后输出到驱动轴165，则整体的能量效率变得即使考虑通过电机MG1、MG2进行能量变换时的损失也比第五运转模式高。由于这样的理由，在高速巡航运行时等，还可以选择第4运转模式。而且，第四运转模式和第五运转模式的选择并不限于基于车速V而进行，还可以基于整体的能量效率等进行，基于其他主要因素进行也可以。
在第二实施例的混合动力汽车120中，第一实施例相同，也使不输出动力的发动机停止，但还可以使其在预定的状态(例如，怠速)下进行运转。
在第二实施例的混合动力汽车120中，S1轴与电机MG1连接，C1、R2轴与发动机EG1连接，R1、C2轴与电机MG1、MG2连接，S2轴与发动机EG2和驱动轴165连接，然而，除此之外的连接方法也可以。4轴与2个发动机和2个电机连接的连接方法，与第一实施例的变形例相同，也有4种。关于这4种连接方法，如果与第二实施例相同地考虑发动机与驱动轴165连接的情况也有6种。在实施例中，对其一进行了说明。其他5种的连接方法如图20所示。图中“*”标记表示与驱动轴65连接的轴。关于各结构，与第二实施例相同也可能有使2个发动机中的一方的发动机运转的第四运转模式、使另一方的发动机运转的第五运转模式、使双方发动机运转的第六运转模式和使双方放电机都不运转的电机运转模式。因此，即使是这5种的结构，也可与第二实施例相同地根据驱动轴165的转速Nd和要求扭矩Td等选择整体效率变高的运转模式(运转方式)来进行驱动控制。
在第二实施例的混合动力汽车20中，与第一实施例的混合动力汽车20相同地，第一行星齿轮P1的齿圈32和第二行星齿轮P2的行星架39连接的同时，第一行星齿轮P1的行星架34和第二行星齿轮P2的齿圈37连接，而形成将4个轴作为旋转要素的所谓4要素，然而从2个行星齿轮P1、P2的3个旋转要素中分别选择2个旋转要素进行连接的连接方法，如果考虑其组合有18种，所以从实施例以外的17种中选择一种连接方法来构成4要素就可以。并且，在第二实施例的混合动力汽车120中，2个行星齿轮P1、P2利用单小齿轮式的行星齿轮，然而也可以将任何一方或双方利用双小齿轮式的行星齿轮。亦即，除了将单小齿轮式的行星齿轮之间连接之外，还可以将单小齿轮式的行星齿轮和双小齿轮式的行星齿轮连接或者将双小齿轮式的行星齿轮之间连接。在第二实施例的混合动力汽车120中，将2个3要素的行星齿轮组合来构成4要素，然而只要可实现动力的收支而旋转，则也可以将2个除行星齿轮以外的3要素的部件组合来构成4要素。在第二实施例的混合动力汽车120中，从2个行星齿轮P1、P2的3个旋转要素中分别选择2个旋转要素进行连接，以将4轴构成作为旋转要素的4要素，然而还可以利用具有4个旋转要素的机构。
在上述的各实施例和其变形例中，在汽车上安装有具有发动机EG1、EG2，电机MG1、MG2和动力分配综合机构30、130，并向驱动轴65、165输出动力的动力输出装置，然而还可以将这种动力输出装置安装在汽车之外的车辆、船舶、飞机等移动体上，也可以作为建筑机械等不移动的设备的动力源使用。
以上，虽然利用实施例对用于实施本发明的最佳实施方式进行了说明，然而本发明不局限于上述实施例，在不脱离本发明精神的范围内，不言而喻，能够以各种方式实施。
产业上的可利用性本发明可利用于动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车的制造产业等。
权利要求
1.一种动力输出装置，它是向驱动轴输出动力的动力输出装置，包括第一内燃机；第二内燃机；第一电动机；第二电动机；以及具有多个轴的多轴式动力输入输出器，该多个轴包含4个轴，即，连接到所述第一内燃机的输出轴的第一轴、连接到所述第二内燃机的输出轴的第二轴、连接到所述第一电动机的旋转轴的第三轴和连接到所述第二电动机的旋转轴的第四轴，所述4个轴的任意一轴连接于所述驱动轴，根据该4个轴中的任意2轴的转速使剩余的2轴旋转，通过获取从所述多个轴输入和向所述多个轴输出的动力，将来自所述第一内燃机、所述第二内燃机、所述第一电动机和所述第二电动机的动力的至少一部分输出到所述驱动轴。
2.根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述多轴式动力输入输出器将所述第三轴或者所述第四轴连接到所述驱动轴。
3.根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述多轴式动力输入输出器将所述第一轴或者所述第二轴连接到所述驱动轴。
4.根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述多轴式动力输入输出器还具有进行所述第一内燃机的输出轴与所述第一轴的连接和解除该连接的第一连接解除机构；进行所述第二内燃机的输出轴与所述第二轴的连接和解除该连接的第二连接解除机构。
5.根据权利要求4所述的动力输出装置，其特征在于，所述第一连接解除机构和所述第二连接解除机构中至少一方为单向离合器。
6.根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述多轴式动力输入输出器以下述方式连接该4个轴，即，所述4个轴中与所述驱动轴连接的轴以该4个轴中的最大转速旋转或者以最小转速旋转。
7.根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述多轴式动力输入输出器以下述方式连接该4个轴，即，所述4个轴中与所述驱动轴连接的轴既不以该4个轴中的最大转速旋转也不以最小转速旋转地旋转。
8.根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，包括要求动力设定部，其根据操作者的操作来设定所述驱动轴所要求的要求动力；和控制部，用于控制所述第一内燃机、所述第二内燃机、所述第一电动机、所述第二电动机和所述多轴式动力输入输出器，以将基于该被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴。
9.根据权利要求8所述的动力输出装置，其特征在于，具有能够与所述第一电动机和所述第二电动机互换电力的蓄电装置，所述控制部进行控制以切换下列第一到第四控制从而将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴，即，第一控制，其控制成不利用来自所述第一内燃机的动力而利用来自所述第二内燃机的动力将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴；第二控制，其控制成不利用来自所述第二内燃机的动力而利用来自所述第一内燃机的动力将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴；第三控制，其控制成利用来自所述第一内燃机的动力和来自所述第二内燃机的动力将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴；第四控制，其控制成不利用来自所述第一内燃机的动力和来自所述第二内燃机的动力双方而将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴。
10.根据权利要求9所述的动力输出装置，其特征在于，对于在所述第一控制或所述第二控制中动力不被利用的内燃机，所述控制部使该内燃机停止运转。
11.根据权利要求9所述的动力输出装置，其特征在于，所述控制部以如下方式进行控制，即，根据所述被设定的要求动力，从所述第一控制、所述第二控制、所述第三控制和所述第四控制中选择任一控制，以将基于所述被设定的要求动力的动力输出到所述驱动轴。
12.根据权利要求8所述的动力输出装置，其特征在于，所述控制部进行控制以将基于所述被设定的要求动力的动力高效地输出到所述驱动轴。
13.根据权利要求1所述的动力输出装置，其特征在于，所述多轴式动力输入输出器包括具有三个旋转要素的第一行星齿轮；和第二行星齿轮，其具有三个旋转要素，且该三个旋转要素中的任二个旋转要素分别和所述第一行星齿轮中的三个旋转要素中的任二个旋转要素相连接；其中，与所述第二行星齿轮的三个旋转要素中和所述第一行星齿轮的三个旋转要素都不连接的旋转要素、以及与所述第一行星齿轮的三个旋转要素连接的4个轴被作为所述4个轴。
14.安装有权利要求1至13中任意一项所述的动力输出装置且车轴与所述驱动轴连接的汽车。
全文摘要
提供一种动力输出装置和安装有该动力输出装置的汽车。将电机(MG1)连接到动力分配综合机构(30)的第一行星齿轮(P1)的太阳齿轮(31)上，将发动机(EG1)连接到第一行星齿轮(P1)的行星架(34)和第二行星齿轮(P2)的齿圈(37)上，将发动机(EG2)连接到第一行星齿轮(P1)的齿圈(32)和第二行星齿轮(P2)的行星架(39)上，将电机(MG2)和驱动轴(65)连接到第二行星齿轮(P2)的太阳齿轮(36)上。根据驾驶者的要求，通过从下述运转模式中选择能够高效运转的运转模式来进行驱动控制从发动机(EG2)向驱动轴(65)输出动力的第一运转模式；从发动机(EG1)向驱动轴(65)输出动力的第二运转模式；从发动机(EG1、EG2)双方向驱动轴(65)输出动力的第三运转模式；和使发动机(EG21、EG2)双方停止而从电机(MG2)向驱动轴(65)输出动力的电机运转模式。
文档编号B60L11/14GK1930016SQ20058000750
公开日2007年3月14日 申请日期2005年2月21日 优先权日2004年3月31日
发明者山内友和 申请人:丰田自动车株式会社