动力输出装置、具有该动力输出装置的汽车以及动力输出装置的控制方法

专利名称：动力输出装置、具有该动力输出装置的汽车以及动力输出装置的控制方法
技术领域：
本发明涉及向驱动轴输出动力的动力输出装置、具有该动力输出装置 的汽车以及动力输出装置的控制方法。
背景技术：
以往，作为这种动力输出装置而公知有以下动力输出装置，该动力输 出装置包括内燃机、两个电动机、所谓拉维奈尔赫型的行星齿轮机构、以 及能够选择性地将行星齿轮机构的两个输出要素与输出轴连结的平行轴式 变速器(例如，参照专利文献1)。另外，以往还公知有包括行星齿轮装 置和平行轴式变速器的动力输出装置，所述行星齿轮装置包括与内燃机连 接的输入要素和两个输出要素，所述平行轴式变速器包括分别与该行星齿 轮机构的相对应的输出要素连接的副轴(例如，参照专利文献2)。
专利文献1:日本专利文献特开2005 — 155891号公报； 专利文献2:日本专利文献特开2003_ 106389号公报。

发明内容
上述各专利文献所记载的动力输出装置能够在使内燃机停止的同时通 过变速器对从某个电动机输出的动力进行变速后传递给输出轴。但是，由 于电动机等的发热或效率等方面的原因，难以仅使用一个电动机来持续地 获得比较大的转矩。
因此，本发明的一个目的在于在包括两个电动机和变速传递单元的
动力输出装置中，通过变速传递单元将所述两个电动机同时与驱动轴连结
而能够持续地获得比较大的转矩。另外，本发明的另一个目的在于当通 过变速传递单元将两个电动机同时与驱动轴连结时，更恰当地控制所述两 个电动机。为了达到上述目的，本发明的动力输出装置、汽车、以及动力输出装 置的控制方法采用了以下手段。
本发明的动力输出装置向驱动轴输出动力，并包括 第一电动机，能够输入输出动力； 第二电动机，能够输入输出动力；
蓄电单元，能够与所述第一电动机和所述第二电动机分别进行电力的
交换；
变速传递单元，能够将所述第一电动机的旋转轴和所述第二电动机的 旋转轴中的一者或两者选择性地与所述驱动轴连结，并且能够将来自所述 第一电动机的动力和来自所述第二电动机的动力分别以预定的变速比传递 给所述驱动轴；
要求动力设定单元，设定作为对所述驱动轴要求的动力的要求动力；
以及
控制单元，在所述第一电动机和所述第二电动机这两者通过所述变速 传递单元与所述驱动轴连结的状态下，控制所述第一电动机和所述第二电 动机，使得所述第一电动机和所述第二电动机的发热程度相同，并且基于 所述被设定了的要求动力的动力被输出给所述驱动轴。
在该动力输出装置中，当通过变速传递单元将第一电动机和第二电动 机这两者与驱动轴连结而向该驱动轴输出动力时，控制第一电动机和第二 电动机，使得第一电动机和第二电动机的发热程度相同，并且基于对驱动 轴要求的要求动力的动力被输出给该驱动轴。由此，当通过变速传递单元 将两个电动机同时与驱动轴连结了时，能够更恰当地控制该两个电动机， 从而能够在抑制了第一电动机和第二电动机中的某一个过度发热的同时持 续地获得比较大的转矩。第一电动机和第二电动机的发热既可以是不考虑 该第一电动机和第二电动机的冷却的发热，也可以是考虑了第一电动机和 第二电动机的冷却的发热。
另外，也可以采用以下方式，即，所述控制单元根据所述被设定了的 要求动力来设定使所述第一电动机和所述第二电动机输出的目标动力，使 得所述第一电动机的损耗与所述第二电动机的损耗的合计值最小。如果这样设定了使第一电动机和第二电动机输出的目标动力，则能够使第一电动 机和第二电动机的发热程度相同。
另外，本发明的动力输出装置也可以采用以下方式，即，还包括内 燃机；动力分配统合机构，具有与所述第一电动机的旋转轴连接的第一要 素、与所述第二电动机的旋转轴连接的第二要素、以及与所述内燃机的内 燃机轴连接的第三要素，并且构成为所述三个要素能够互相进行差动旋 转；以及连接断开单元，能够进行驱动源要素连接和该驱动源要素连接的 解除，所述驱动源要素连接是指所述第一电动机与所述第一要素的连接、 所述第二电动机与所述第二要素的连接、以及所述内燃机与所述第三要素 的连接中的一者；当所述第一电动机和所述第二电动机这两者通过所述变 速传递单元与所述驱动轴连结时，通过所述连接断开单元形成的所述驱动 源要素连接被解除，并且所述内燃机被停止。由此，在该动力输出装置 中，通过适当地切换伴随着内燃机的运转向驱动轴输出动力而行驶的状态 和通过变速传递单元将来自第一电动机及第二电动机中的至少一者的动力 传递给驱动轴而行驶的状态，能够进一步提高能源效率和动力的传递效率 等。
本发明的汽车具有通过来自驱动轴的动力而被驱动的驱动轮，该汽车 包括
第一电动机，能够输入输出动力； 第二电动机，能够输入输出动力；
蓄电单元，能够与所述第一电动机和所述第二电动机分别进行电力的 交换；
变速传递单元，能够将所述第一电动机的旋转轴和所述第二电动机的 旋转轴中的一者或两者选择性地与所述驱动轴连结，并且能够将来自所述 第一电动机的动力和来自所述第二电动机的动力分别以预定的变速比传递 给所述驱动轴；
要求动力设定单元，设定作为对所述驱动轴要求的动力的要求动力；
以及
控制单元，在所述第一电动机和所述第二电动机这两者通过所述变速传递单元与所述驱动轴连结的状态下，控制所述第一电动机和所述第二电 动机，使得所述第一电动机和所述第二电动机的发热程度相同，并且基于 所述被设定了的要求动力的动力被输出给所述驱动轴。
在该汽车中，能够通过变速传递单元将两个电动机同时与驱动轴连结 而持续地获得比较大的转矩，因此例如能够进一步提高使用电动机的马达 行驶时的爬坡性能和牵引性能等。
本发明提供一种动力输出装置的控制方法，所述动力输出装置包括 驱动轴；第一电动机和第二电动机，能够分别输入输出动力；蓄电单元， 能够与所述第一电动机和所述第二电动机分别进行电力的交换；以及变速
传递单元，能够将所述第一电动机的旋转轴和所述第二电动机的旋转轴中 的一者或两者选择性地与所述驱动轴连结，并且能够将来自所述第一电动 机的动力和来自所述第二电动机的动力分别以预定的变速比传递给所述驱
动轴；其中，
(a)通过所述变速传递单元将所述第一电动机和所述第二电动机这 两者与所述驱动轴连结；(b)控制所述第一电动机和所述第二电动机， 使得所述第一电动机和所述第二电动机的发热程度相同，并且基于对所述 驱动轴要求的要求动力的动力被输出给所述驱动轴。
根据该方法，当通过变速传递单元将第一电动机和第二电动机这两者 与驱动轴连结而向该驱动轴输出动力时，能够更恰当地控制该两个电动 机，从而能够在抑制了第一电动机和第二电动机中的某一个过度发热的同 时持续地获得比较大的转矩。
另外，也可以采用以下方式，即，在步骤(b)中，根据所述要求动 力来设定使所述第一电动机和所述第二电动机输出的目标动力，使得所述 第一电动机的损耗与所述第二电动机的损耗的合计值最小。
另外，也可以采用以下方式，即，所述动力输出装置还包括内燃 机；动力分配统合机构，具有与所述第一电动机的旋转轴连接的第一要 素、与所述第二电动机的旋转轴连接的第二要素、以及与所述内燃机的内 燃机轴连接的第三要素，并且构成为所述三个要素能够互相进行差动旋 转；以及连接断开单元，能够进行驱动源要素连接和该驱动源要素连接的解除，所述驱动源要素连接是指所述第一电动机与所述第一要素的连接、 所述第二电动机与所述第二要素的连接、以及所述内燃机与所述第三要素
的连接中的一者；在所述步骤(a)中，解除通过所述连接断开单元形成
的所述驱动源要素连接，并且使所述内燃机停止。


图1是本发明的实施例的混合动力汽车20的简要构成图2是例示出在使实施例的混合动力汽车20随着发动机22的运转而 行驶的情况下根据车速变化使变速器60的变速状态改变时的动力分配统 合机构40和变速器60的主要要素的转速和转矩的关系的说明图3是与图2相同的说明图4是与图2相同的说明图； 图5是与图2相同的说明图； 图6是与图2相同的说明图； 图7是与图2相同的说明图； 图8是与图2相同的说明图9是表示以下的共线图的一个例子的说明图，该共线图表示马达 MG1作为发电机而发挥功能、并且马达MG2作为电动机而发挥功能时的 动力分配统合机构40的各要素和减速齿轮机构50的各要素的转速和转矩 的关系；
图10是表示以下的共线图的一个例子的说明图，该共线图表示马达 MG2作为发电机而发挥功能、并且马达MG1作为电动机而发挥功能时的 动力分配统合机构40的各要素和减速齿轮机构50的各要素的转速和转矩 的关系；
图11是用于说明实施例的混合动力汽车20的马达行驶模式的说明
图12是表示当在实施例的混合动力汽车20中选择了两马达行驶模式 时由混合动力ECU70执行的两马达行驶时驱动控制例程的一个例子的流 程图；图13是表示假定马达转矩设定用映射图的一个例子的说明图； 图14是表示能够应用于实施例的混合动力汽车20的其他的变速器 100的简要构成图15是表示能够应用于实施例的混合动力汽车20的其他的变速器
200的简要构成图16是变形例的混合动力汽车20A的简要构成图。
具体实施例方式
以下，使用实施例来说明用于实施本发明的最佳方式。
图1是本发明的实施例的混合动力汽车20的简要构成图。该图所示
的混合动力汽车20作为后轮驱动车辆而构成并包括以下等部件发动机
22，配置在车辆前部；动力分配统合机构40 (差动旋转机构)，与作为发 动机22的输出轴的曲轴26连接；马达MG1，与动力分配统合机构40连 接，可以发电；马达MG2，与所述马达MG1同轴配置并经由减速齿轮机 构50与动力分配统合机构40连接，可以发电；变速器60，能够将来自动 力分配统合机构40的动力进行变速后传递给驱动轴67;以及混合动力用 电子控制单元70 (以下称为"混合动力ECU")，对整个混合动力汽车 20进行控制。
发动机22是接受汽油或轻油等炭化氢系燃料的供应而输出动力的内 燃机，从发动机用电子控制单元(以下称为"发动机ECU" ) 24接受燃 料喷射量、点火正时、吸入空气量等的控制。向发动机ECU24输入来自 对发动机22设置的、检测该发动机22的运转状态的各种传感器的信号。 并且，发动机ECU24与混合动力ECU70进行通信，根据来自混合动力 ECU70的控制信号和来自上述传感器的信号等来控制发动机22的运转， 并且根据需要将与发动机22的运转状态相关的数据输出给混合动力 ECU70。
马达MG1和马达MG2均是可以作为发电机进行动作并可以作为电动 机进行动作的同一规格的同步发电电动机，该马达MG1和马达MG2经由 逆变器31、 32与作为二次电池的蓄电池35进行电力的交换。连接逆变器31、 32和蓄电池35的电线39作为各逆变器31、 32共用的正极母线和负 极母线而构成，由马达MG1、 MG2中的一个发出的电力可以由另一个马 达消耗。因此，蓄电池35基于从马达MG1、 MG2中的一个发出的电力或 不足的电力而进行充放电，并且如果通过马达MG1、 MG2取得了电力收 支的平衡，则不进行充放电。马达MG1、 MG2的驱动均由马达用电子控 制单元(以下，称为"马达ECU" ) 30控制。控制马达MG1、 MG2的驱 动所需要的信号，例如来自检测马达MG1、 MG2的转子的旋转位置的旋 转位置检测传感器33、 34的信号或通过未图示的电流传感器检测出的施 加给马达MG1、 MG2的相电流等输入马达ECU30，从马达ECU30输出对 逆变器31、 32的开关控制信号等。马达ECU30根据从旋转位置检测传感 器33、 34输入的信号来执行未图示的转速计算例程，计算出马达MG1、 MG2的转子的转速Nml、 Nm2。另外，马达ECU30与混合动力ECU70 进行通信，根据来自混合动力ECU70的控制信号等来控制马达MG1、 MG2的驱动，并且根据需要将与马达MG1、 MG2的运转状态相关的数据 输出给混合动力ECU70。
蓄电池35由蓄电池用电子控制单元(以下称为"蓄电池ECU" ) 36 管理。管理蓄电池35所需要的信号，例如来自设置在蓄电池35的端子之 间的未图示的电压传感器的端子间电压、来自安装在与蓄电池35的输出 端子连接的电线39上的未图示的电流传感器的充放电电流、来自安装在 蓄电池35上的温度传感器37的蓄电池温度Tb等输入到蓄电池ECU36。 蓄电池ECU36根据需要将与蓄电池35的状态相关的数据通过通信输出给 混合动力ECU70和发动机ECU24。另外，蓄电池ECU36为了管理蓄电池 35还根据由电流传感器检测出的充放电电流的积分值而计算出剩余容量
soc。
动力分配统合机构40与马达MG1、 MG2、减速齿轮机构50、变速器 60 —起容纳在未图示的变速箱中，该动力分配统合机构40离开发动机22 预定的距离而与曲轴26同轴配置。实施例的动力分配统合机构40是以下 的双小齿轮式行星齿轮机构，该双小齿轮式行星齿轮机构包括太阳齿轮 41，为外齿齿轮；内啮合齿轮42，与该太阳齿轮41配置在同心圆上，为内齿齿轮；以及行星齿轮架45，可自由自转并可自由公转地保持至少一组 的两个小齿轮43、 44的组，所述两个小齿轮43、 44互相啮合，并且其中 的一个与太阳齿轮41啮合、另一个与内啮合齿轮42啮合。该动力分配统 合机构40构成为太阳齿轮41 (第二要素)、内啮合齿轮42 (第三要 素)、以及行星齿轮架45 (第一要素)能够互相进行差动旋转。另外，在 实施例中，动力分配统合机构40被构成为其齿轮比P (太阳齿轮41的齿 数除以内啮合齿轮42的齿数而得到的值)小于0.5 。在动力分配统合机构 40的作为第二要素的太阳齿轮41上经由从该太阳齿轮41向与发动机22 相反的一侧(车辆后方)延伸的中空的太阳齿轮轴41a和中空的第一马达 轴46连接有作为第二电动机的马达MG1 (中空的转子)。另外，在作为 第一要素的行星齿轮架45上经由配置在动力分配统合机构40与发动机22 之间的减速齿轮机构50和从该减速齿轮机构50 (太阳齿轮51)向发动机 22延伸的中空的第二马达轴55连接有作为第一电动机的马达MG2 (中空 的转子)。另外，在作为第三要素的内啮合齿轮42上经由通过第二马达 轴55和马达MG2而延伸的内啮合齿轮轴42a和减振器28连接有发动机 22的曲轴26。
另外，如图1所示，在太阳齿轮轴41a与第一马达轴46之间设置有进 行两者的连接(驱动源要素连接)和该连接的解除的离合器CO (连接断 开单元)。在实施例中，离合器C0例如作为能够使固定在太阳齿轮轴41a 的顶端的卡爪(dog)与固定在第一马达轴46的顶端的卡爪以较少的损耗 结合并能够解除两者的结合的犬牙式离合器而构成，该离合器CO由电气 式、电磁式、或油压式执行器88驱动。当通过离合器C0解除了太阳齿轮 轴41a与第一马达轴46的连接时，作为第二电动机的马达MG1与动力分 配统合机构40的作为第二要素的太阳齿轮41的连接被解除，能够通过动 力分配统合机构40的功能将发动机22实质上与马达MG1、 MG2或变速 器60断开。另外，如上所述能够经由离合器C0与动力分配统合机构40 的太阳齿轮41连结的第一马达轴46从马达MG1进一步向与发动机22相 反的一侧(车辆后方)延伸而与变速器60连接。并且，行星齿轮架轴 (连结轴)45a从动力分配统合机构40的行星齿轮架45通过中空的太阳齿轮轴41a和第一马达轴46向与发动机22相反的一侧(车辆后方)延 伸，该行星齿轮架轴45a也与变速器60连接。由此，在实施例中，动力分 配统合机构40与两个马达MG1、 MG2同轴地配置在彼此同轴配置的马达 MG1与马达MG2之间，发动机22与马达MG2同轴地并列设置，并且隔 着动力分配统合机构40而与变速器60相对。S卩，在实施例中，发动机 22、马达MG1、 MG2、动力分配统合机构40、以及变速器60这些动力输 出装置的构成要素从车辆前方开始按照发动机22、马达MG2、(减速齿 轮机构50)、动力分配统合机构40、马达MG1、变速器60的顺序配置。 由此，能够使动力输出装置小型化并使其安装性优良而适用于主要驱动后 轮而行驶的混合动力汽车20。
减速齿轮机构50是以下的单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式 行星齿轮机构包括太阳齿轮51，为外齿齿轮；内啮合齿轮52，与该太 阳齿轮51配置在同心圆上，为内齿齿轮；多个小齿轮53，与太阳齿轮51 和内啮合齿轮52这两者啮合；以及行星齿轮架54，可自由自转并可自由 公转地保持多个小齿轮53。该减速齿轮机构50的太阳齿轮51经由上述第 二马达轴55与马达MG2的转子连接。并且，减速齿轮机构50的内啮合 齿轮52被固定在动力分配统合机构40的行星齿轮架45上，由此减速齿轮 机构50与动力分配统合机构40实质上被一体化。另外，减速齿轮机构50 的行星齿轮架54相对于变速箱被固定。因此，通过减速齿轮机构50的作 用，来自马达MG2的动力被减速后被输入给动力分配统合机构40的行星 齿轮架45，并且来自行星齿轮架45的动力被增速后被输入给马达MG2。 当如上所述采用齿轮比P小于值0.5的作为双小齿轮式行星齿轮机构的动 力分配统合机构40时，与太阳齿轮41相比，对行星齿轮架45的来自发动 机22的转矩的分配比率大。因此，通过在动力分配统合机构40的行星齿 轮架45与马达MG2之间配置减速齿轮机构50，能够实现马达MG2的小 型化并降低其功率损耗。另外，如果如实施例那样将减速齿轮机构50配 置在马达MG2与动力分配统合机构40之间并使其与动力分配统合机构40 一体化，则能够进一步使动力输出装置小型化。另外，在实施例中，当动 力分配统合机构40的齿轮比为P时，使减速齿轮机构50的减速比(太阳齿轮51的齿数/内啮合齿轮52的齿数)为P / (1—P)附近的值。由此，
能够使马达MG1和MG2的规格相同，因此能够提高混合动力汽车20和 动力输出装置的生产率并降低成本。
变速器60作为能够多级地设定变速状态(变速比)的平行轴式自动 变速器而构成并包括构成一档齿轮系的第一副轴驱动齿轮61a和第一副 轴从动齿轮61b、构成二档齿轮系的第二副轴驱动齿轮62a和第二副轴从 动齿轮62b、构成三档齿轮系的第三副轴驱动齿轮63a和第三副轴从动齿 轮63b、构成四档齿轮系的第四副轴驱动齿轮64a和第四副轴从动齿轮 64b、固定有各副轴从动齿轮61b 64b和齿轮65b的副轴65、离合器Cl 和C2、安装在驱动轴67上的齿轮66a、以及未图示的倒档齿轮系等(以 下将"副轴驱动齿轮"和"副轴从动齿轮"简称为"齿轮")。在变速器 60中， 一档齿轮系的变速比最大，随着向二档齿轮系、三档齿轮系、四档 齿轮系转换，变速比减小。
如图l所示， 一档齿轮系的第一齿轮61a可自由旋转并在轴向上无法 移动地被从动力分配统合机构40的作为第一要素的行星齿轮架45延伸出 的行星齿轮架轴45a保持，并始终与固定在副轴65上的第一齿轮61b啮 合。同样，三档齿轮系的第三齿轮63a也被行星齿轮架轴45a可自由旋转 并在轴向上无法移动地保持，并始终与固定在副轴65上的第三齿轮63b 啮合。并且，在实施例中，在行星齿轮架轴45a侧(副轴驱动齿轮侧)配 置有离合器Cl，该离合器Cl能够将第一齿轮61a (—档齿轮系)和第三 齿轮63a (三档齿轮系)中的一者相对于行星齿轮架轴45a选择性地固 定，并且能够使第一齿轮61a和第三齿轮63a这两者可以相对于行星齿轮 架轴45a自由地旋转(断开)。在实施例中，离合器Cl例如作为以下的 犬牙式离合器而构成，该犬牙式离合器能够使固定在第一齿轮61a上的卡 爪和固定在第三齿轮63a上的卡爪中的一者以较少的损耗与被行星齿轮架 轴45a无法旋转并可在轴向上自由移动地保持的卡爪结合，并且能够解除 两者的结合，该离合器C1由上述执行器88驱动。这些一档齿轮系的齿轮 61a、 61b、三档齿轮系的齿轮63a、 63b、以及离合器Cl构成了变速器60 的第一变速机构。另外，二档齿轮系的第二齿轮62a被能够经由离合器C0与动力分配统合机构40的作为第二要素的太阳齿轮41连结的第一马达轴
46可自由旋转并在轴向上无法移动地保持，并始终与固定在副轴65上的 第二齿轮62b啮合。同样，四档齿轮系的第四齿轮64a也被第一马达轴46 可自由旋转并在轴向上无法移动地保持，并始终与固定在副轴65上的第 四齿轮64b啮合。并且，在实施例中，在第一马达轴46侧(副轴驱动齿 轮侧)配置有离合器C2，该离合器C2能够将第二齿轮62a (二档齿轮 系)和第四齿轮64a (四档齿轮系)中的一者相对于第一马达轴46选择性 地固定，并且能够使第二齿轮62a和第四齿轮64a这两者可以相对于第一 马达轴46自由地旋转(断开)。在实施例中，离合器C2例如也作为以下 的犬牙式离合器而构成，该犬牙式离合器能够使固定在第二齿轮62a上的 卡爪和固定在第四齿轮64a上的卡爪中的一者以较少的损耗与被第一马达 轴46无法旋转并可在轴向上自由移动地保持的卡爪结合，并且能够解除 两者的结合，该离合器C2由上述执行器88驱动。这些二档齿轮系的齿轮 62a、 62b、四档齿轮系的齿轮64a、 64b、以及离合器C2构成了变速器60 的第二变速机构。
并且，从行星齿轮架轴45a或第一马达轴46传递到副轴65的动力经 由齿轮65b、 66a被传递给驱动轴67，并经由差速齿轮68被最终输出给作 为驱动轮的后轮69a、 69b。通过如实施例的变速器60那样将离合器Cl、 C2设置在行星齿轮架轴45a、第一马达轴46侧，能够降低通过离合器 Cl、 C2将齿轮61a 64a固定在行星齿轮架轴45a或第一马达轴46上时的 损耗。S卩，虽然也与各齿轮系的齿轮比有关，但特别是对于包括减速比小 的四档齿轮系的第二变速机构来说，在通过离合器C2而被固定在第一马 达轴46上之前空转的齿轮64a的转速比分别对应的副轴65侧的齿轮64b 的转速低，因此如果至少将离合器C2设置在第一马达轴46侧，则能够使 齿轮64a的卡爪与第一马达轴46的卡爪以较少的损耗结合。关于包括减速 比大的一档齿轮系的第一变速机构，也可以将离合器Cl设置在副轴65
根据这样构成的变速器60，如果使离合器C2成为断开状态并通过离 合器Cl将第一齿轮61a (—档齿轮系)和第三齿轮63a (三档齿轮系)中的一者固定在行星齿轮架轴45a上，则能够将来自行星齿轮架轴45a的动 力经由第一齿轮61a (—档齿轮系)或第三齿轮63a (三档齿轮系)、以及 副轴65传递给驱动轴67。另外，如果在使离合器CO连接的同时使离合器 Cl成为断开状态并通过离合器C2将第二齿轮62a (二档齿轮系)和第四 齿轮系64a (四档齿轮系)中的一者固定在第一马达轴46上，则能够将来 自第一马达轴46的动力经由第二齿轮62a (二档齿轮系)或第四齿轮64a (四档齿轮系)、以及副轴65传递给驱动轴67。以下，将使用一档齿轮 系传递动力的状态称为"第一变速状态(一档)"，将使用二档齿轮系传 递动力的状态称为"第二变速状态(二档)"，将使用三档齿轮系传递动 力的状态称为"第三变速状态(三档)"，将使用四档齿轮系传递动力的 状态称为"第四变速状态(四档)"。另外，在实施例的变速器60中， 由于离合器Cl、 C2被设置在行星齿轮架轴45a、第一马达轴46侧，因此 能够减少通过离合器Cl、 C2将齿轮61a 64a固定在行星齿轮架轴45a或 第一马达轴46上时的损耗。g卩，虽然也与各齿轮系的齿数比有关，但特 别是对于包括减速比小的四档齿轮系的第二变速机构来说，在通过离合器 C2而被固定在第一马达轴46上之前空转的齿轮64a的转速比分别对应的 副轴65侧的齿轮64b的转速低，因此如果至少将离合器C2设置在第一马 达轴46侧，则能够使齿轮64a的卡爪与第一马达轴46的卡爪以较少的损 耗结合。另外，关于包括减速比大的一档齿轮系的第一变速机构，也可以 将离合器Cl设置在副轴65侧。
混合动力ECU70作为以CPU72为中心的微处理器而构成，除了 CPU72以外，该混合动力ECU70还包括存储处理程序的ROM74;暂时 存储数据的RAM76;以及未图示的输入输出端口和通信端口。来自点火 开关(起动开关)80的点火信号、来自检测作为换档杆81的操作位置的 换档位置SP的换档位置传感器82的换档位置SP、来自检测加速踏板83 的踩下量的加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自检测制动踏板 85的踩下量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP、以及来自车速 传感器87的车速V经由输入端口被输入给混合动力ECU70。如上所述， 混合动力ECU70经由通信端口与发动机ECU24、马达ECU30、以及蓄电池ECU36连接，并与发动机ECU24、马达ECU30、以及蓄电池ECU36 进行各种控制信号和数据的交换。另外，驱动离合器C0或变速器60的离 合器Cl和C2的执行器88也由混合动力ECU70控制。
下面，参照图2至图8来简要地说明上述混合动力汽车20的动作。在 图2至图8中，S轴表示动力分配统合机构40的太阳齿轮41的转速(马 达MG1、即第一马达轴46的转速Nml) ， R轴表示动力分配统合机构40 的内啮合齿轮42的转速(发动机22的转速Ne) ， C轴表示动力分配统合 机构40的行星齿轮架45 (行星齿轮架轴45a和减速齿轮机构50的内啮合 齿轮52)的转速。另外，61a轴 64a轴、65轴、以及67轴分别表示变速 器60的第一齿轮61a 第四齿轮64a、副轴65、以及驱动轴67的转速。
在上述混合动力汽车20中，当伴随着离合器CO的结合和发动机22 的运转而行驶时，如果使离合器C2成为断开状态并通过离合器Cl将第一 齿轮61a (—档齿轮系)固定在行星齿轮架轴45a上，则如图2所示将来 自行星齿轮架轴45a的动力基于一档齿轮系(第一齿轮61a、 61b)的变速 比变速(减速)后输出给驱动轴67。并且，根据车速V的变化，如果如 图3所示那样在通过离合器Cl将第一齿轮61a (—档齿轮系)固定在行星 齿轮架轴45a上的第一变速状态下通过离合器C2将第二齿轮62a (二档齿 轮系)固定在第一马达轴46上并将对马达MG1和MG2的转矩指令设定 为值0，则来自发动机22的动力(转矩)在不伴随着向电能转换的情况下 以固定的(恒定的)变速比(一档齿轮系的变速比与二档齿轮系的变速比 之间的值)被机械地(直接地)传递给驱动轴67。以下，将这样通过变速 器60的一档齿轮系将动力分配统合机构40的作为第一要素的行星齿轮架 45与驱动轴67连结并通过变速器60的二档齿轮系将作为第二要素的太阳 齿轮41与驱动轴67连结的状态(图3)称为"一档一二档同时结合状 态"。并且，如果在图3所示的一档一二档同时结合状态下使离合器Cl 成为断开状态，则如图4中的双点划线所示，通过离合器C2仅将第二齿 轮62a (二档齿轮系)固定在第一马达轴46 (太阳齿轮41)上，从而能够 将来自第一马达轴46的动力基于二档齿轮系(第二齿轮62a、 62b)的变 速比变速后输出给驱动轴67。并且，根据车速V的变化，如果如图5所示那样在通过离合器C2将第二齿轮62a (二档齿轮系)固定在第一马达轴 46上的第二变速状态下通过离合器Cl将第三齿轮63a (三档齿轮系)固 定在行星齿轮架轴45a上并将对马达MG1和MG2的转矩指令设定为值 0，则来自发动机22的动力(转矩)在不伴随着向电能转换的情况下以与 上述一档一二档同时结合状态下的变速比不同的、固定的(恒定的)变速 比(二档齿轮系的变速比与三档齿轮系的变速比之间的值)被机械地(直 接地)传递给驱动轴67。以下，将如上所述通过变速器60的二档齿轮系 将动力分配统合机构40的作为第二要素的太阳齿轮41与驱动轴67连结并 通过变速器60的三档齿轮系将作为第一要素的行星齿轮架45与驱动轴67 连结的状态(图5)称为"二档一三档同时结合状态"。并且，如果在图 5所示的二档一三档同时结合状态下使离合器C2成为断开状态，则如在图 6中以点划线所示的那样，通过离合器Cl仅将第三齿轮63a (三档齿轮 系)固定在行星齿轮架轴45a (行星齿轮架45)上，从而能够将来自行星 齿轮架轴45a的动力基于三档齿轮系(第三齿轮63a、 63b)的变速比变速 后输出给驱动轴67。并且，根据车速V的变化，如果如图7所示那样在通 过离合器Cl将第三齿轮63a (三档齿轮系)固定在行星齿轮架轴45a上的 第三变速状态下通过离合器C2将第四齿轮64a (四档齿轮系)固定在第一 马达轴46上并将对马达MG1和MG2的转矩指令设定为值0，则来自发动 机22的动力(转矩)在不伴随着向电能转换的情况下以与一档一二档同 时结合状态或二档一三档同时结合状态下的变速比不同的、固定的(恒定 的)变速比(三档齿轮系的变速比与四档齿轮系的变速比之间的值)被机 械地(直接地)传递给驱动轴67。以下，将如上所述通过变速器60的三 档齿轮系将动力分配统合机构40的作为第一要素的行星齿轮架45与驱动 轴67连结并通过变速器60的四档齿轮系将作为第二要素的太阳齿轮41与 驱动轴67连结的状态(图7)称为"三档一四档同时结合状态"。然后， 如果在图7所示的三档一四档同时结合状态下使离合器Cl成为断开状 态，则如在图8中以双点划线所示的那样，通过离合器C2仅将第四齿轮 64a (四档齿轮系)固定在第一马达轴46 (太阳齿轮41)上，从而能够将 来自第一马达轴46的动力基于四档齿轮系(第四齿轮64a、 64b)的变速比变速后输出给驱动轴67。
当如上所述那样随着发动机22的运转而使混合动力汽车20行驶时， 如果变速器60被设定为第一或第三变速状态，则能够控制马达MG1、 MG2的驱动，使得动力分配统合机构40的行星齿轮架45成为输出要素， 与该行星齿轮架45连接的马达MG2作为电动机而发挥功能，并且与作为 反力要素的太阳齿轮41连接的马达MG1作为发电机而发挥功能。此时， 动力分配统合机构40将经由内啮合齿轮42输入的来自发动机22的动力根 据太阳齿轮41侧和行星齿轮架45侧的齿轮比P分配给太阳齿轮41侧和行 星齿轮架45侦U，并且将来自发动机22的动力和来自作为电动机发挥功能 的马达MG2的动力统一而输出给行星齿轮架45侧。以下，将马达MG1 作为发电机而发挥功能、并且马达MG2作为电动机而发挥功能的模式称 为"第一转矩变换模式"。在该第一转矩变换模式下，来自发动机22的 动力通过动力分配统合机构40、马达MG1和MG2进行转矩变换后被输出 给行星齿轮架45，通过控制马达MG1的转速，能够使发动机22的转速 Ne与作为输出要素的行星齿轮架45的转速之比无级且连续地变化。将表 示第一转矩变换模式下的动力分配统合机构40的各要素和减速齿轮机构 50的各要素的转速和转矩的关系的共线图的一个例子表示图9中。在图9 中，S轴、R轴、C轴表示与图2至图8相同的内容，54轴表示减速齿轮 机构50的行星齿轮架54的转速，51轴表示减速齿轮机构50的太阳齿轮 51的转速(马达MG2、即第二马达轴55的转速Nm2) ， P表示动力分配 统合机构40的齿轮比(太阳齿轮41的齿数/内啮合齿轮42的齿数)，pr 表示减速齿轮机构50的减速比(太阳齿轮51的齿数/内啮合齿轮52的齿 数)，各轴上的粗线箭头表示作用在对应的各要素上的转矩。另外，在图 9中，S轴、R轴、以及C轴的转速当比0轴(水平轴)靠上侧时为正的 值，当比O轴靠下侧时为负的值，S轴、R轴、以及C轴的转矩当箭头在 图中向上时为正的值，当箭头在图中向下时为负的值。另一方面，51轴的 转速当比0轴(水平轴)靠下侧时为正的值，当比0轴靠上侧时为负的 值，51轴的转矩当箭头在图中向下时为正的值，当箭头在图中向上时为负 的值。在图9中，表示转速和转矩的符号均为标量值(在图2至图8、图10、图11中也是一样的)。
当使混合动力汽车20随着发动机22的运转而行驶时，如果变速器60 被设定为第二或第四变速状态，则能够控制马达MG1、 MG2的驱动，使 得动力分配统合机构40的太阳齿轮41成为输出要素，与该太阳齿轮41连 接的马达MG1作为电动机而发挥功能，并且与作为反力要素的行星齿轮 架45连接的马达MG2作为发电机而发挥功能。此时，动力分配统合机构 40将经由内啮合齿轮42输入的来自发动机22的动力根据太阳齿轮41侧 和行星齿轮架45侧的齿轮比P分配给太阳齿轮41侧和行星齿轮架45侧， 并且将来自发动机22的动力和来自作为电动机发挥功能的马达MG1的动 力统一而输出给太阳齿轮41侧。以下，将马达MG2作为发电机而发挥功 能、并且马达MG1作为电动机而发挥功能的模式称为"第二转矩变换模 式"。在该第二转矩变换模式下，来自发动机22的动力通过动力分配统 合机构40、马达MG1和MG2进行转矩变换后被输出给太阳齿轮41，通 过控制马达MG2的转速，能够使发动机22的转速Ne与作为输出要素的 太阳齿轮41的转速之比无级且连续地变化。将表示第二转矩变换模式下 的动力分配统合机构40的各要素和减速齿轮机构50的各要素的转速和转 矩的关系的共线图的一个例子表示图10中。
这样，在实施例的混合动力汽车20中，第一转矩变换模式和第二转 矩变换模式随着变速器60的变速比(变速状态)的变更而交替地被切 换，因此尤其当提高了作为电动机而发挥功能的马达MG2或MG1的转速 Nm2或Nml时，能够使作为发电机而发挥功能的马达MG1或MG2的转 速Nml或Nm2不变为负值。因此，在混合动力汽车20中，能够抑制以下 的动力循环，从而能够在更宽的运转区域中提高动力的传递效率，所述动 力循环是指在第一转矩变换模式下，伴随着马达MG1的转速变负，马 达MG2使用输出给行星齿轮架轴45a的动力的一部分而进行发电，并且 由马达MG1消耗马达MG2发出的电力而输出动力；或者在第二转矩变换 模式下，伴随着马达MG2的转速变负，马达MG1使用输出给第一马达轴 46的动力的一部分而进行发电，并且由马达MG2消耗马达MG1发出的电 力而输出动力。另外，由于伴随着这样的对动力循环的抑制而能够抑制马达MG1、 MG2的最高转速，因而由此还能够使马达MG1、 MG2小型化。 另外，在混合动力汽车20中，能够以上述的一档一二档同时结合状态、 二档一三档同时结合状态、以及三档一四档同时结合状态各自所固有的变 速比将来自发动机22的动力机械地(直接地)传递给驱动轴67，因此能 够增加在不伴随着向电能转换的情况下从发动机22向驱动轴67机械地输 出动力的机会，从而能够在更宽的运转区域中进一步提高动力的传递效 率。 一般来说，在使用了发动机、两个电动机、以及如行星齿轮机构这样 的差动旋转机构的动力输出装置中，当发动机与驱动轴之间的减速比比较 大时，发动机的动力被更多地转换为电能，因此动力的传递效率会恶化， 并且存在着会导致马达MG1、 MG2发热的倾向，因此上述同时结合模式 尤其有利于发动机22与驱动轴之间的减速比比较大的情况。另外，在实 施例的混合动力汽车20中，当改变变速器60的变速状态时，在第一转矩 变换模式与第二转矩变换模式之间暂时地执行同时结合模式，因此在改变 变速比时不会产生所谓的转矩缺失，从而能够非常顺畅且无冲击地执行变 速比的变更、即第一转矩变换模式与第二转矩变换模式的切换。
接着，参照图11等来简要地说明在使发动机22停止了的状态下使用 来自蓄电池35的电力而使马达MG1和马达MG2输出动力、由此使混合 动力汽车20行驶的马达行驶模式。在实施例的混合动力汽车20中，马达 行驶模式被大致分为在使离合器CO连接的状态下使马达MG1和MG2 中的一者输出动力的离合器结合一马达行驶模式；使离合器C0成为断开 状态并使马达MG1和MG2中的一者输出动力的离合器断开一马达行驶模 式；使离合器C0成为断开状态并能够利用来自马达MG1和MG2这两者 的动力的两马达行驶模式。
当执行离合器结合一马达行驶模式时，在使离合器C0连接的状态 下，使变速器60的离合器C2成为断开状态并通过离合器Cl将一档齿轮 系的第一齿轮61a或三档齿轮系的第三齿轮63a固定在行星齿轮架轴45a 上，仅使马达MG2输出动力，或者在使离合器C0连接的状态下，使变速 器60的离合器Cl成为断开状态并通过离合器C2将二档齿轮系的第二齿 轮62a或四档齿轮系的第四齿轮64a固定在第一马达轴46上，仅使马达MG1输出动力。在该离合器结合一马达行驶模式下，通过离合器C0连接
动力分配统合机构40的太阳齿轮41和第一马达轴46，因此不输出动力的 马达MG1或MG2被输出动力的马达MG2或MG1带动而空转(参照图 11中的虚线)。另外，当执行离合器断开一马达行驶模式时，在使离合器 C0成为断开状态后，使变速器60的离合器C2成为断开状态并通过离合 器Cl将一档齿轮系的第一齿轮61a或三档齿轮系的第三齿轮63a固定在 行星齿轮架轴45a上，仅使马达MG2输出动力，或者在使离合器C0成为 断开状态后，使变速器60的离合器Cl成为断开状态并通过离合器C2将 二档齿轮系的第二齿轮62a或四档齿轮系的第四齿轮64a固定在第一马达 轴46上，仅使马达MG1输出动力。在该离合器断开一马达行驶模式下， 如图11中以点划线和双点划线所示，使离合器CO为断开状态，太阳齿轮 41与第一马达轴46的连接被解除，因此能够通过动力分配统合机构40的 功能来避免被停止了的发动机22的曲轴26的随动旋转，并且能够通过使 离合器C2或Cl为断开状态来避免停止了的马达MG1或MG2的随动旋 转，由此能够抑制动力的传递效率降低。另外，当执行两马达行驶模式 时，在使离合器C0为断开状态并使用离合器Cl和C2将变速器60设定为 上述一档一二档同时结合状态、二档一三档同时结合状态、或三档一四档 同时结合状态之后，控制马达MG1和MG2中的至少一者的驱动。由此， 能够在避免了发动机22的随动旋转的情况下从马达MG1和MG2这两者 输出动力，从而能够在马达行驶模式下将大的动力传递给驱动轴67，因此 能够很好地执行所谓的坡路起动，并很好地确保马达行驶时的牵引性能 等。
并且，在实施例的混合动力汽车20中， 一旦选择了离合器断开一马 达行驶模式，则能够容易地改变变速器60的变速状态(变速比)以将动 力高效率地传递给驱动轴67。例如，当在离合器断开一马达行驶模式下通 过变速器60的离合器Cl将一档齿轮系的第一齿轮61a或三档齿轮系的第 三齿轮63a固定在行星齿轮架轴45a上并仅使马达MG2输出动力时，如果 使停止了的马达MG1的转速与二档齿轮系的第二齿轮62a或四档齿轮系 的第四齿轮64a的转速同步并通过离合器C2将第二齿轮62a或第四齿轮64a固定在第一马达轴46上，则能够转变到上述一档一二档同时结合状
态、二档一三档同时结合状态、或三档一四档同时结合状态中的某一状
态，即两马达行驶模式。并且，如果在该状态下使变速器60的离合器Cl 成为断开状态并仅使马达MG1输出动力，则能够将由马达MG1输出的动 力经由变速器60的二档齿轮系或四档齿轮系传递给驱动轴67。结果，在 实施例的混合动力汽车20中，在马达行驶模式下也能够使用变速器60对 行星齿轮架轴45a、第一马达轴46的转速进行变速并增大转矩等，因此能 够降低对马达MG1、 MG2要求的最大转矩，从而能够实现马达MG1、 MG2的小型化。另外，当这样在马达行驶过程中改变变速器60的变速比 时也暂时地执行变速器60的同时结合状态、即两马达行驶模式，因此在 改变变速比时不会产生所谓的转矩缺失，从而能够非常顺畅且无冲击地执 行变速比的变更。另外，当在这些马达行驶模式下提高了要求驱动力或者 蓄电池35的剩余容量SOC降低了时，通过按照变速器60的变速比而不输 出动力的马达MG1或MG2来带动(cranking)发动机22，由此使发动机 22起动。
接下来，参照图12来具体地说明在使离合器C0成为断开状态并能够 利用来自马达MG1和MG2这两者的动力的两马达行驶模式下使混合动力 汽车20行驶时的控制程序。图12是表示选择了两马达行驶模式时由混合 动力ECU70执行的两马达行驶时驱动控制例程的一个例子的流程图。一 旦使离合器CO成为断开状态并将变速器60设定为上述的一档一二档同时 结合状态、二档一三档同时结合状态、三档一四档同时结合状态，则每隔 预定的时间(例如数msec)执行该例程。作为选择两马达行驶模式的情况 的一个例子，可以例举出在上坡路上起动混合动力汽车20 (坡路起动)的 情况、使处于与预定的牵引对象连结的状态下的混合动力汽车20起动的 情况等。
在图12的两马达行驶时驱动控制例程开始时，混合动力ECU70的 CPU72首先输入来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自车 速传感器87的车速V、马达MG1、 MG2的转速Nml、 Nm2、变速器60 的第一及第二变速机构的当前变速比Yl和Y2、充放电要求功率Pb*、蓄电池35的输入输出限制Win、 Wout等控制所需要的数据(步骤SIOO)。 这里，马达MG1、 MG2的转速Nml、 Nm2是通过通信从马达ECU 40输 入的数据。另外，当前变速比Y 1与构成变速器60的第一变速机构的一档 齿轮系和三档齿轮系中的、当执行两马达行驶模式时与行星齿轮架轴45a 和驱动轴67连结的一者相对应，当前变速比Y2与构成变速器60的第二 变速机构的二档齿轮系和四档齿轮系中的、当执行两马达行驶模式时与第 一马达轴46和驱动轴67连结的一者相对应，它们分别在行星齿轮架轴 45a、第一马达轴46被与驱动轴67连结的时刻被存储在RAM76的预定区 域中。并且，充放电要求功率PM是通过通信从蓄电池ECU36输入的、根 据蓄电池35的剩余容量SOC等由蓄电池ECU36作为蓄电池35应进行充 放电的功率而设定的数据。另外，作为蓄电池35的充电所允许的功率的 充电允许功率、即输入限制Win和作为其放电所允许的功率的放电允许功 率、即输出限制Wout是通过通信从蓄电池ECU36输入的、根据由温度传 感器37检测出的蓄电池35的蓄电池温度Tb和蓄电池35的残余容量SOC 而设定的数据。另外，可以通过以下方式来设定蓄电池35的输入输出限 制Win、 Wout:根据蓄电池温度Tb来设定输入输出限制Win、 Wout的基 本值，根据蓄电池35的剩余容量(SOC)来设定输出限制用修正系数和输 入限制用修正系数，并使设定了的输入输出限制Win、 Wout的基本值乘以 修正系数。
在步骤S100的数据输入处理之后，根据输入的加速器开度Acc和车 速V来设定应向驱动轴67输出的要求转矩Tr*，并设定混合动力汽车20 整体所要求的要求功率P* (步骤S110)。在实施例中，预先确定了加速 器开度Acc和车速V与要求转矩T^的关系的未图示的要求转矩设定用映 射图存储在ROM74中，从该映射图中导出、设定与给出的加速器开度 Acc和车速V相对应的要求转矩T"。另外，在实施例中，要求功率P^乍 为在步骤S110中设定了的要求转矩T一乘以车速V (表示驱动轴67的转 速)与换算系数k之积而得到的值、充放电要求功率Pb* (将充电要求侧 设为正值)、以及损耗Loss之和而被计算出来。然后，例如根据在步骤 S110中设定了的要求功率P*、在步骤S100中输入的输出限制Wout (或剩余容量SOC)等来判断是否使发动机22停止(步骤S120)。当在步骤 S120中判断为使发动机22停止时，根据在步骤S110中设定了的要求转矩 T^来设定作为应从马达MG2输出的转矩的假定马达转矩Tm2tmp (步骤 S130)。在实施例中，如图13所例示的假定马达转矩设定用映射图存储 在ROM74中，所述假定马达转矩设定用映射图规定在每一要求转矩Tr* 下同一规格的马达MG1和MG2的损耗(铜损)的合计值大致为最小时的 马达MGl和MG2的转矩Tml和Tm2。然后，在步骤S130中，作为马达 MG2的假定马达转矩Tm2tmp而从该假定马达转矩设定用映射图中导出、 设定与在步骤S110中设定了的要求转矩T一相对应的转矩Tm2。假定马达 转矩设定用映射图在考虑了变速器60的第一及第二变速机构的变速比、 减速齿轮机构50的减速比Pr等的基础上经过试验、分析而制作生成。然 后，将马达MG2的转矩指令Tm2H交定为通过马达MG2的最大额定转矩 Tm2rat和预定的最低输出转矩Tm2set (Tm2set<Tm2rat)对假定马达转矩 Tm2tmp进行了限制后的值(步骤S140)。并且，基于要求转矩Tr*、对 马达MG2的转矩指令Tm2*、当前变速比y 1禾q y2、减速齿轮机构50的 减速比Pr来进行下式(1)中的计算，设定对马达MG1的转矩指令Tm" (步骤S150)。另外，可以使用图11的共线图而容易地导出式(1)，该 式(1)用于求出在马达MG2输出与转矩指令Tm2^目对应的转矩时马达 MG1对要求转矩T一的转矩分担量。在这样设定了马达MG1、 MG2的转 矩指令Tml*、 1^2*后，将设定了的转矩指令Tml*、 Tm2f发送给马达 ECU40 (步骤S160)，然后再次执行步骤S100之后的处理。接收到转矩 指令Tml*、 丁1112*的马达ECU40按照转矩指令Tml*、 1^2*对逆变器 31、 32的开关元件进行开关控制以驱动马达MG1、 MG2。 Tml*= (Tr*—Tm2*/pr Yl) /y2…(1)
当在步骤S120中判断为应起动发动机22时，本例程就此结束，执行 未图示的转矩移换例程以能够使用马达MG1和MG2中的一者来带动 (cranking)发动机22，所述转矩移换例程用于从不与之后的变速器60的 目标变速比相对应的马达MG1和MG2中的一者向马达MG1和MG2中的 另一者移换动力。在转矩移换结束后，解除不与变速器60的目标变速比相对应的马达MGl或MG2与驱动轴67的连结，执行未图示的转速同步
例程以能够使离合器CO连接，所述转速同步例程是指使解除了与驱动
轴67的连结的马达MGl或MG2的转速Nml或Nm2与基于和驱动轴67 连结的马达MG2或MG1的转速Nm2或Nml的、驱动源要素连接时的太 阳齿轮41或行星齿轮架45的转速一致。然后，在使离合器C0结合后， 为了通过马达MG1和MG2中的一者来带动发动机22以使发动机起动而 开始执行未图示的发动机起动时驱动控制例程。
如上所述，在实施例的混合动力汽车20中，当在马达MG1和MG2 这两者通过变速器60与驱动轴67连结的两马达行驶模式下行驶时，根据 在步骤S110中设定了的要求转矩T一来设定对马达MG1和MG2的转矩指 令TmP和Tm2*，使得马达MGl的损耗(铜损)和马达MG2的损耗 (铜损)的合计值为最小并向驱动轴67输出基于要求转矩T"的动力(步 骤S130 S150)。由此，只要未图示的冷却系统的冷却能力对于马达 MG1和MG2来说没有大幅的差异，则基本上能够使马达MG1和马达 MG2的发热程度相同。因此，在混合动力汽车20中，能够更恰当地控制 两个马达MG1和MG2，在抑制马达MG1和MG2中的某一个和与其相对 应的逆变器31或32等过度发热的同时持续地获得比较大的转矩。另外， 在如实施例那样具有发动机22、马达MG1和MG2、动力分配统合机构 40、以及变速器60等的动力输出装置中，通过适当地切换伴随着发动机 22的运转向驱动轴67输出动力而行驶的状态和将来自马达MG1和MG2 中的至少一者的动力通过变速器60传递给驱动轴67而行驶的状态，能够 进一步提高能源效率和动力的传递效率等。但是，不言而喻图12的两马 达行驶时驱动控制例程能够应用于从上述动力输出装置中省略了发动机 22、动力分配统合机构40的电动车辆。并且，安装在实施例的混合动力 汽车20上的动力输出装置如上所述能够通过变速器60将两个马达MG1 和MG2同时与驱动轴67连结而持续地获得比较大的转矩。因此，在混合 动力汽车20中，能够进一步提高使用了马达MG1、 MG2的马达行驶时的 爬坡性能和牵引性能等。
另外，实施例的变速器60是以下的平行轴式变速器，所述平行轴式机构，具有能够将动力分配统合机构40的作为第 一要素的行星齿轮架45与驱动轴67连结的、作为平行轴式齿轮系的一档
齿轮系和三档齿轮系；以及第二变速机构，具有能够将马达MG1的第一 马达轴46与驱动轴67连结的、作为平行轴式齿轮系的二档齿轮系和四档 齿轮系。因此，上述变速器60能够将马达MG1的第一马达轴46和行星 齿轮架45 (马达MG2)中的一者或两者选择性地与驱动轴67连结。但 是，在实施例的混合动力汽车20中，也可以代替平行轴式的变速器60而 采用行星齿轮式的变速器。
图14是表示能够应用于实施例的混合动力汽车20的行星齿轮式的变 速器100的简要构成图。该图所示的变速器100也能够多级地设定变速比 (变速状态)并包括第一变速用行星齿轮机构110，能够将动力分配统 合机构40的作为第一要素的行星齿轮架45 (行星齿轮架轴45a)与驱动轴 67连结；第二变速用行星齿轮机构120，能够将马达MG1的第一马达轴 46与驱动轴67连接；制动器B1 (第一固定机构)，相对于第一变速用行 星齿轮机构110设置；制动器B2 (第二固定机构)，相对于第二变速用行 星齿轮机构120设置；以及制动器B3 (第三固定机构)和离合器Cl (变 速用连接断开机构)等。第一变速用行星齿轮机构110和制动器Bl构成 了变速器IOO的第一变速机构，第二变速用行星齿轮机构120和制动器B2 构成了变速器100的第二变速机构。如图14所示，第一变速用行星齿轮 机构110是以下的单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构 包括太阳齿轮lll，与行星齿轮架轴45a连接；内啮合齿轮112，与该太 阳齿轮111配置在同心圆上，为内齿齿轮；以及行星齿轮架114 (输出要 素)，保持多个与太阳齿轮(输入要素)111和内啮合齿轮(可固定要 素)112这两者啮合的小齿轮113，并与驱动轴67连接。另外，第二变速 用行星齿轮机构120是以下的单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行 星齿轮机构包括太阳齿轮121 (输入要素)，与第一马达轴46连接；内 啮合齿轮122 (可固定要素)，与该太阳齿轮121配置在同心圆上，为内 齿齿轮；以及与第一变速用行星齿轮机构IIO共用的行星齿轮架114 (输 出要素)，保持多个与太阳齿轮121和内啮合齿轮122这两者啮合的小齿轮123。在图14的例子中，第二变速用行星齿轮机构120与第一变速用行 星齿轮机构110同轴地并列设置，并且比该第一变速用行星齿轮机构110 靠近车辆前方，第二变速用行星齿轮机构120的齿轮比P2 (太阳齿轮121 的齿数/内啮合齿轮122的齿数)被设定成比第一变速用行星齿轮机构110 的齿轮比(太阳齿轮111的齿数/内啮合齿轮112的齿数)Pl大一些。
制动器Bl能够将第一变速用行星齿轮机构110的内啮合齿轮112相 对于变速箱无法旋转地固定，并且能够断开该内啮合齿轮112而使其可以 自由旋转，该制动器Bl由未图示的电气式、电磁式、或油压式的执行器 驱动。另外，制动器B2能够将第二变速用行星齿轮机构120的内啮合齿 轮122相对于变速箱无法旋转地固定，并且能够断开该内啮合齿轮122而 使其可以自由旋转，该制动器B2由未图示的电气式、电磁式、或油压式 的执行器驱动。另外，制动器B3能够经由固定在第一马达轴46上的定子 130将第一马达轴46、即动力分配统合机构40的作为第二要素的太阳齿 轮41相对于变速箱无法旋转地固定，并且能够断开定子130而使第一马 达轴46可以自由地旋转，该制动器B3由未图示的电气式、电磁式、或油 压式的执行器驱动。另外，离合器Cl能够进行第一变速用行星齿轮机构 110的作为输出要素的行星齿轮架114与作为可固定要素的内啮合齿轮 112的连接和该连接的解除，并由未图示的电气式、电磁式、或油压式的 执行器驱动。这样构成的变速器100与例如平行轴式的变速器相比能够减 小轴向和径向上的尺寸。另外，第一变速用行星齿轮机构110和第二变速 用行星齿轮机构120能够与发动机22、马达MG1、 MG2、以及动力分配 统合机构40同轴地配置在它们的下游侧，因此如果使用变速器100，则能 够简化轴承并减少轴承的数量。
另外，在该变速器100中，能够如下地来多级地设定变速状态。艮口， 如果通过制动器Bl将第一变速用行星齿轮机构110的内啮合齿轮112相 对于变速箱无法旋转地固定，则能够以基于第一变速用行星齿轮机构110 的齿轮比Pl的变速比(Pl/(1+Pl))对来自行星齿轮架轴45a的动力 进行变速后传递给驱动轴67 (将该状态称为"第一变速状态(一 档)")。另外，如果通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构120的内啮合齿轮122相对于变速箱无法旋转地固定，则能够以基于第二变速用
行星齿轮机构120的齿轮比P2的变速比(p2/ (1+p2))对来自第一 马达轴46的动力进行变速后传递给驱动轴67 (将该状态称为"第二变速 状态(二档)")。另外，如果通过离合器Cl连接第一变速用行星齿轮 机构110的行星齿轮架114和内啮合齿轮112，则构成第一变速用行星齿 轮机构110的太阳齿轮111、内啮合齿轮112、以及行星齿轮架114实质 上被锁定而一体地旋转，因此能够将来自行星齿轮架轴45a的动力以变速 比1传递给驱动轴67 (将该状态称为"第三变速状态(三档)")。并 且，在变速器100中，如果在第一变速状态下通过构成第二变速机构的制 动器B2来固定内啮合齿轮122，则将行星齿轮架轴45a和第一马达轴46 这两者与驱动轴67连结，从而能够将来自发动机22的动力或来自马达 MG1和MG2中的至少一者的动力以固定变速比机械地(直接地)传递给 驱动轴67 (将该状态称为"一档一二档同时结合状态")。另外，即使在 上述第二变速状态下通过离合器Cl连接与离合器Cl相对应的第一变速用 行星齿轮机构110的行星齿轮架114和内啮合齿轮112，也能够将行星齿 轮架轴45a和第一马达轴46这两者与驱动轴67连结，从而能够以与上述 一档一二档同时结合状态不同的固定变速比将来自发动机22的动力或来 自马达MG1和MG2中的至少一者的动力机械地(直接地)传递给驱动轴 67 (将该状态称为"二档一三档同时结合状态")。另外，如果在上述第 三变速状态下通过制动器B3经由固定在第一马达轴46上的定子130将第 一马达轴46、即动力分配统合机构40的作为第二要素的太阳齿轮41相对 于变速箱无法旋转地固定，则能够以与上述一档_二档同时结合状态或二 档一三档同时结合状态不同的固定变速比将来自发动机22的动力或来自 马达MG2的动力机械地(直接地)传递给驱动轴67 (将该状态称为"三 档固定状态")。这样，即使采用行星齿轮式的变速器100，也能够获得 与使用平行轴式的变速器60时相同的作用效果。
图15是表示能够应用于实施例的混合动力汽车20的其他行星齿轮式 变速器200的简要构成图。该图所示的变速器200也能够多级地设定变速 比(变速状态)并包括变速用差动旋转机构(减速单元)201、离合器Cll和C12。变速用差动旋转机构201是以下的单小齿轮式行星齿轮机 构，该单小齿轮式行星齿轮机构包括太阳齿轮202，为输入要素；内啮
合齿轮203，被相对于变速箱无法旋转地固定，与太阳齿轮202配置在同 心圆上，并且为固定要素；以及行星齿轮架205，保持多个与太阳齿轮 202和内啮合齿轮203这两者啮合的小齿轮204，并且为输出要素。离合 器C11包括第一结合部211，设置在第一马达轴46的顶端；第二结合部 212，设置在行星齿轮架轴45a上；第三结合部213，设置在与变速用差动 旋转机构201的太阳齿轮202连接的中空的太阳齿轮轴202a上；第一可动 结合部件2M，能够与第一结合部211和第三结合部213这两者结合，并 且配置成能够在第一马达轴46和行星齿轮架轴45a等的轴向上移动；以及 第二可动结合部件215，能够与第二结合部212和第三结合部213这两者 结合，并且配置成能够在轴向上移动。第一可动结合部件214和第二可动 结合部件215分别由未图示的电气式、电磁式、或油压式执行器驱动，通 过适当地驱动第一可动结合部件214和第二可动结合部件215，能够将第 一马达轴46和行星齿轮架轴45a中的一者或两者选择性地与变速用差动旋 转机构201的太阳齿轮202连结。另外，离合器C12包括第一结合部 221，设置在与变速用差动旋转机构201的作为输出要素的行星齿轮架205 连接并向车辆后方延伸的中空的行星齿轮架轴205a的顶端；第二结合部 222，设置在通过太阳齿轮轴202a和行星齿轮架轴205a而延伸的行星齿轮 架轴45a上；第三结合部223，设置在驱动轴67上；第一可动结合部件 224，能够与第一结合部221和第三结合部223这两者结合，并且配置成 能够在第一马达轴46和行星齿轮架轴45a等的轴向上移动；以及第二可动 结合部件225，能够与第二结合部222和第三结合部223这两者结合，并 且配置成能够在轴向上移动。第一可动结合部件224和第二可动结合部件 225分别由未图示的电气式、电磁式、或油压式执行器驱动，通过适当地 驱动第一可动结合部件224和第二可动结合部件225，能够将行星齿轮架 轴205a和行星齿轮架轴45a中的一者或两者选择性地与驱动轴67连结。 另外，在该变速器200中，能够如下地来多级地设定变速状态。艮口， 如果通过离合器Cll将行星齿轮架轴45a与变速用差动旋转机构201的太阳齿轮202连接并通过离合器C12将行星齿轮架轴205a与驱动轴67连 结，则能够以基于变速用差动旋转机构201的齿轮比的变速比对来自行星 齿轮架轴45a的动力进行变速后传递给驱动轴67 (将该状态称为"第一变 速状态(一档)")。另外，如果通过离合器Cll将第一马达轴46与变 速用差动旋转机构201的太阳齿轮202连接并通过离合器C12将行星齿轮 架轴205a与驱动轴67连结，则能够以基于变速用差动旋转机构201的齿 轮比的变速比对来自第一马达轴46的动力进行变速后传递给驱动轴67 (将该状态称为"第二变速状态(二档)")。另外，如果使离合器Cll 成为断开状态而使行星齿轮架轴45a和第一马达轴46均不与太阳齿轮轴 202a连结并通过离合器C12将行星齿轮架轴45a与驱动轴67连结，则能 够以变速比1将来自行星齿轮架轴45a的动力传递给驱动轴67 (将该状态 称为"第三变速状态(三档)")。并且，在变速器200中，如果通过离 合器Cll将行星齿轮架轴45a和第一马达轴46这两者与驱动轴67连结并 通过离合器C12将行星齿轮架轴205a与驱动轴67连结，则能够将来自发 动机22的动力或来自马达MG1和MG2中的至少一者的动力以固定变速 比机械地(直接地)传递给驱动轴67 (将该状态称为"一档一二档同时结 合状态")。另外，如果通过离合器Cll将行星齿轮架轴45a和第一马达 轴46这两者与驱动轴67连结并通过离合器C12将行星齿轮架轴45a与驱 动轴67连结，则能够以与上述一档一二档同时结合状态不同的固定变速 比将来自发动机22的动力或来自马达MG1和MG2中的至少一者的动力 机械地(直接地)传递给驱动轴67 (将该状态称为"二档—三档同时结合 状态")。另外，如果在上述第三变速状态下通过未图示的制动器将第一 马达轴46、即动力分配统合机构40的作为第二要素的太阳齿轮41相对于 变速箱无法旋转地固定，则能够以与上述一档一二档同时结合状态或二档 一三档同时结合状态不同的固定变速比将来自发动机22的动力、来自马 达MG2的动力机械地(直接地)传递给驱动轴67 (将该状态称为"三档 固定状态")。这样，即使采用行星齿轮式的变速器200，也能够获得与 使用平行轴式的变速器60时相同的作用效果。
图16是表示变形例的混合动力汽车20A的简要构成图。上述混合动力汽车20作为后轮驱动车辆而构成，与此相对变形例的混合动力汽车
20A作为前轮驱动车辆而构成。如图16所示，混合动力汽车20A包括作 为单小齿轮式行星齿轮机构的动力分配统合机构10，该动力分配统合机构
IO包括太阳齿轮11;内啮合齿轮12，与该太阳齿轮11配置在同心圆
上；以及行星齿轮架14，保持多个小齿轮13，该小齿轮13与太阳齿轮11 和内啮合齿轮12这两者啮合。在该情况下，发动机22被横向配置，发动 机22的曲轴26与动力分配统合机构10的作为第三要素的行星齿轮架14 连接。另外，在动力分配统合机构10的作为第一要素的内啮合齿轮12上 连接有中空的内啮合齿轮轴12a，在该内啮合齿轮轴12a上经由作为平行 轴式齿轮系的减速齿轮机构50A和与第一马达轴46平行地延伸的第二马 达轴55连接有马达MG2。并且，能够通过离合器Cl将构成变速器60的 第一变速机构的一档齿轮系(齿轮61a)和三档齿轮系(齿轮63a)中的一 者选择性地固定在内啮合齿轮轴12a上。另外，在动力分配统合机构10的 作为第二要素的太阳齿轮11上连接有太阳齿轮轴lla，该太阳齿轮轴lla 能够通过中空的内啮合齿轮轴12a而与离合器CO连接，并能够通过该离 合器CO与第一马达轴46、即马达MG1连接。并且，能够使用离合器C2 将构成变速器60的第二变速机构的二档齿轮系(齿轮62a)和四档齿轮系 (齿轮64a)中的一者选择性地固定在第一马达轴46上。这样，本发明的 混合动力汽车也可以作为前轮驱动车辆而构成。
以上使用实施例说明了本发明的实施方式，但是勿庸置疑本发明不受 上述实施例的任何限制，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变 更。
艮P，作为双小齿轮式行星齿轮机构的动力分配统合机构40也可以构 成为其齿轮比PX).5，此时减速齿轮机构50也可以构成为其减速比为(1 一 P ) /P附近的值并配置在太阳齿轮41与马达MG1或MG2之间。另 外，上述混合动力汽车20所具有的动力分配统合机构也可以是以下的行 星齿轮机构，该行星齿轮机构包括第一太阳齿轮和第二太阳齿轮，具有 互不相同的齿数；以及行星齿轮架，保持至少一个阶梯齿轮，该阶梯齿轮 通过连结与第一太阳齿轮啮合的第一小齿轮和与第二太阳齿轮啮合的第二小齿轮而构成。另外，在上述实施例中，离合器C0设置在动力分配统合
机构40的作为第二要素的太阳齿轮41与作为第二电动机的马达MG1之
间并执行两者的连接和该连接的解除，但是也可以设置在动力分配统合机
构40的作为第一要素的行星齿轮架45与作为第一电动机的马达MG2之 间并执行两者的连接和该连接的解除，或者还可以设置在动力分配统合机 构40的作为第三要素的内啮合齿轮42与发动机22的曲轴26之间并执行 两者的连接和该连接的解除。另外，上述混合动力汽车20、 20A均可以作 为基于后轮驱动或基于前轮驱动的四轮驱动车辆而构成。另外，在上述实 施例中，对安装在混合动力汽车20、 20A上的动力输出装置进行了说明， 但是也可以将本发明的动力输出装置安装在除了汽车以外的车辆、船舶、 航空器等移动体上，还可以将其组装到建设设备等固定设备中。 产业上的可利用性
本发明可以应用于动力输出装置或汽车的制造产业等。
权利要求
1.一种动力输出装置，向驱动轴输出动力，并包括第一电动机，能够输入输出动力；第二电动机，能够输入输出动力；蓄电单元，能够与所述第一电动机和所述第二电动机分别进行电力的交换；变速传递单元，能够将所述第一电动机的旋转轴和所述第二电动机的旋转轴中的一者或两者选择性地与所述驱动轴连结，并且能够将来自所述第一电动机的动力和来自所述第二电动机的动力分别以预定的变速比传递给所述驱动轴；要求动力设定单元，设定作为对所述驱动轴要求的动力的要求动力；以及控制单元，在所述第一电动机和所述第二电动机这两者通过所述变速传递单元与所述驱动轴连结的状态下，控制所述第一电动机和所述第二电动机，使得所述第一电动机和所述第二电动机的发热程度相同，并且基于所述被设定了的要求动力的动力被输出给所述驱动轴。
2. 如权利要求1所述的动力输出装置，其中，所述控制单元根据所述被设定了的要求动力来设定使所述第一电动机 和所述第二电动机输出的目标动力，使得所述第一电动机的损耗与所述第 二电动机的损耗的合计值最小。
3. 如权利要求1所述的动力输出装置，其中， 还包括内燃机；动力分配统合机构，具有与所述第一电动机的旋转轴连接的第一要 素、与所述第二电动机的旋转轴连接的第二要素、以及与所述内燃机的内 燃机轴连接的第三要素，并且构成为所述三个要素能够互相进行差动旋 转；以及连接断开单元，能够进行驱动源要素连接和该驱动源要素连接的解除，所述驱动源要素连接是指所述第一电动机与所述第一要素的连接、所 述第二电动机与所述第二要素的连接、以及所述内燃机与所述第三要素的 连接中的一者；当所述第一电动机和所述第二电动机这两者通过所述变速传递单元与 所述驱动轴连结时，通过所述连接断开单元形成的所述驱动源要素连接被 解除，并且所述内燃机被停止。
4. 一种汽车，具有通过来自驱动轴的动力而被驱动的驱动轮，该汽车包括第一电动机，能够输入输出动力； 第二电动机，能够输入输出动力；蓄电单元，能够与所述第一电动机和所述第二电动机分别进行电力的 交换；变速传递单元，能够将所述第一电动机的旋转轴和所述第二电动机的 旋转轴中的一者或两者选择性地与所述驱动轴连结，并且能够将来自所述 第一电动机的动力和来自所述第二电动机的动力分别以预定的变速比传递 给所述驱动轴；要求动力设定单元，设定作为对所述驱动轴要求的动力的要求动力；以及控制单元，在所述第一电动机和所述第二电动机这两者通过所述变速 传递单元与所述驱动轴连结的状态下，控制所述第一电动机和所述第二电 动机，使得所述第一电动机和所述第二电动机的发热程度相同，并且基于 所述被设定了的要求动力的动力被输出给所述驱动轴。
5. —种动力输出装置的控制方法，所述动力输出装置包括驱动轴； 第一电动机和第二电动机，能够分别输入输出动力；蓄电单元，能够与所 述第一电动机和所述第二电动机分别进行电力的交换；以及变速传递单 元，能够将所述第一电动机的旋转轴和所述第二电动机的旋转轴中的一者 或两者选择性地与所述驱动轴连结，并且能够将来自所述第一电动机的动 力和来自所述第二电动机的动力分别以预定的变速比传递给所述驱动轴； 其中，(a)通过所述变速传递单元将所述第一 电动机和所述第二电动机这 两者与所述驱动轴连结；(b)控制所述第一电动机和所述第二电动机，使得所述第一电动机和所述第二电动机的发热程度相同，并且基于对所述 驱动轴要求的要求动力的动力被输出给所述驱动轴。
6. 如权利要求5所述的动力输出装置的控制方法，其中，在步骤(b)中，根据所述要求动力来设定使所述第一电动机和所述 第二电动机输出的目标动力，使得所述第一电动机的损耗与所述第二电动 机的损耗的合计值最小。
7. 如权利要求5所述的动力输出装置的控制方法，其中，所述动力输出装置还包括 内燃机；动力分配统合机构，具有与所述第一电动机的旋转轴连接的第一要 素、与所述第二电动机的旋转轴连接的第二要素、以及与所述内燃机的内 燃机轴连接的第三要素，并且构成为所述三个要素能够互相进行差动旋 转；以及连接断开单元，能够进行驱动源要素连接和该驱动源要素连接的解 除，所述驱动源要素连接是指所述第一电动机与所述第一要素的连接、所 述第二电动机与所述第二要素的连接、以及所述内燃机与所述第三要素的 连接中的一者；在所述步骤(a)中，解除通过所述连接断开单元形成的所述驱动源 要素连接，并且使所述内燃机停止。
全文摘要
在混合动力汽车(20)中，当在马达MG1和MG2这两者通过变速器(60)与驱动轴(67)连结的两马达行驶模式下行驶时，根据在步骤S110中设定了的要求转矩Tr^*来设定对马达MG1和MG2的转矩指令Tm1^*和Tm2^*，使得马达MG1的损耗与马达MG2的损耗之和最小，并且基于要求转矩Tr^*的动力被输出给驱动轴(67)(步骤S130～S150)。
文档编号B60K6/365GK101541611SQ200780043509
公开日2009年9月23日 申请日期2007年11月14日 优先权日2006年11月22日
发明者大庭秀洋, 胜田浩司 申请人:丰田自动车株式会社