CN101327729B - 动力输出设备和具有动力输出设备的混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力输出设备和具有动力输出设备的混合动力车辆。本发明的混合动力车辆(20)配备有动力分配集成机构(40)及变速器(60)。动力分配集成机构(40)是双级小齿轮式行星齿轮机构，被构造为包括与电动机(MG2)连接的行星轮架(45)、与电动机(MG1)连接的太阳轮(41)以及与发动机(22)连接的齿圈(42)，并具有约0.5的速比。变速器(60)包括三元件式第一变速行星齿轮机构(PG1)、三元件式第二变速行星齿轮机构(PG2)、被设置为以不可旋转方式来固定第一变速行星齿轮机构(PG1)的齿圈(62)并以可旋转方式来释放齿圈(62)的制动离合器(BC1)、以及被设置为允许和禁止经由第二变速行星齿轮机构(PG2)进行的动力传递的制动离合器(BC2)。

Description

动力输出设备和具有动力输出设备的混合动力车辆
技术领域
本发明涉及配置为向驱动轴输出动力的动力输出设备，并涉及配备有上述动力输出设备的混合动力车辆。
背景技术
动力输出设备的一种现有结构包括内燃机、两个电动机、拉维列奥克斯式(Ravigneaux)行星齿轮机构以及被布置为选择性地将输出构件与行星齿轮机构的分别连接至电动机的两个输出元件中一者连结的平行轴式变速器(例如，参见日本专利早期公开号2005-155891)。动力输出设备的另一种现有结构包括行星齿轮机构，其具有连接至内燃机的输入元件以及分别连接至电动机的两个输出元件；以及平行轴式变速器，其具有分别连接至行星齿轮机构的相应输出元件并与输出轴连结的两根副轴(例如，参见日本专利早期公开号2003-106389)。在这些现有技术的动力输出设备中，平行轴式变速器对行星齿轮机构的输出元件进行切换以与输出构件或与输出轴连结。
因为用于安装动力输出设备的空间有限，故难以将以上前述文献中的动力输出设备应用至以后轮驱动系统作为主驱动系统的车辆(即，后轮驱动车辆或基于后轮驱动的四轮驱动车辆)。可将以上在后引述的文献中的动力输出设备应用至后轮驱动车辆。但是，该平行轴式变速器在轴向及径向两者上均具有较大尺寸，因此不适于安装在车辆上。以上后述的文献中的动力输出设备也需要较大尺寸的转子，由此导致其电气驱动系统体积庞大，不适于安装在车辆上。此外，以上后述的文献中的动力输出设备的实际使用的可能性也较低。在将以上后述的文献中的动力输出设备应用至以后轮驱动系统作为主驱动系统的车辆时，需要在较广的驱动范围(driverange)中进一步提高传动效率。因此，仍存在对具有这些现有技术的结构的动力输出设备进行改进的空间。
发明内容
因此，需要尺寸减小的动力输出设备，以有利地安装在车辆上并特别适用于以后轮驱动系统作为主驱动系统的车辆。在动力输出设备及配备有该动力输出设备的混合动力车辆中，需要在较广的驱动范围上提高传动效率。
本发明通过应用于动力输出设备及应用于配备有动力输出设备的混合动力车辆的以下构造，可实现上述需求中的至少一部分。
根据一个方面，本发明涉及一种动力输出设备，其被配置为向驱动轴输出动力。所述动力输出设备包括：内燃机；第一电动机，其能够输入动力并能够输出动力；第二电动机，其能够输入动力并能够输出动力；蓄电器，其被配置为与所述第一电动机及所述第二电动机互送电力；作为行星齿轮机构的动力分配集成机构，所述行星齿轮机构具有与所述第一电动机的转轴连接的第一元件、与所述第二电动机的转轴连接的第二元件以及与所述内燃机的发动机轴连接的第三元件，并且被配置为允许所述三个元件相互进行差动旋转并具有约0.5的速比；以及变速传动组件。所述变速传动组件包括：第一变速行星齿轮机构，其具有与所述动力分配集成机构的所述第一元件连接的输入元件、与所述驱动轴连接的输出元件以及可固定元件，并且被配置为允许所述三个元件相互进行差动旋转；第一固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述第一变速行星齿轮机构的所述可固定元件，并以可旋转方式来释放所述可固定元件；第二变速行星齿轮机构，其具有与所述动力分配集成机构的所述第二元件连接的输入元件、与所述驱动轴连接的输出元件以及可固定元件，并且被配置为允许所述三个元件相互进行差动旋转；以及传动状态转换装置，其被配置为转换所述第二变速行星齿轮机构的所述输入元件及所述可固定元件中任一者的状态，由此允许和禁止经由所述第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。
根据本发明的一个方面的动力输出设备配备有构造为具有约0.5的速比的三元件式行星齿轮机构的动力分配集成机构。具有该结构的动力分配集成机构尺寸较小，并在无需减速机构或任何等同机构的情况下使得第一电动机与第二电动机具有相同规格。由此，该设置有利于动力输出设备尺寸的减小。动力输出设备还配备有变速传动组件，其包括三元件式第一变速行星齿轮机构以及三元件式第二变速行星齿轮机构。变速传动组件共轴地设置在内燃机、第一电动机、第二电动机以及动力分配集成机构的下游。相较于平行轴式变速传动组件，如上设置的变速传动组件使得在其轴向及其径向两者上能够减小尺寸。构造为具有约0.5的速比的三元件式行星齿轮机构的动力分配集成机构与包括三元件式第一变速行星齿轮机构以及三元件式第二变速行星齿轮机构的变速传动组件的组合有利地减小了动力输出设备的尺寸，由此其极有利地适用于安装在以后轮驱动系统作为主驱动系统的车辆上。在变速传动组件的一种状态下，设定第一固定结构以不可旋转方式来固定第一变速行星齿轮机构的可固定元件，同时设定传动状态转换结构以禁止经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。上述设定使得动力分配集成机构的第一元件作为输出元件工作，并使得与第一元件连接的第一电动机起电动机的作用，同时允许与作为反应元件工作的第二元件连接的第二电动机起发电机的作用。在变速传动组件的另一种状态下，设定第一固定结构以可旋转方式来释放第一变速行星齿轮机构的可固定元件，由此禁止经由第一变速行星齿轮机构进行的动力传递，同时设定传动状态转换结构以允许经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。上述设定使得动力分配集成机构的第二元件作为输出元件工作，并使得与第二元件连接的第二电动机起电动机的作用，同时允许与作为反应元件工作的第一元件连接的第一电动机起发电机的作用。在根据本发明的该方面的动力输出设备中，对第一固定结构以及传动状态转换结构进行适当控制以防止发生动力循环(因起发电机作用的第二电动机或第一电动机响应于起电机作用的第一电动机或第二电动机的转速增大引起的负转速而引发)。在变速传动组件的另一种状态下，设定第一固定结构以不可旋转方式来固定第一变速行星齿轮机构的可固定元件，同时设定传动状态转换结构以允许经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。上述设定使得内燃机的动力以固定变速比机械(直接)地传递至驱动轴。如上设置的动力输出设备在较广的驱动范围内使传动效率得到有效地提高。可在0.4至0.6的范围内来选择约为0.5的速比。
在根据本发明的一个方面的一个优选实施例中，所述动力分配集成机构可以是双级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述第三元件的齿圈；作为所述第二元件的太阳轮；以及被布置为保持彼此啮合的两个小齿轮组的、作为所述第一元件的行星轮架，所述两个小齿轮组中的一组与所述齿圈啮合，而所述两个小齿轮组中的另一组与所述太阳轮啮合。构造为具有约0.5的速比的双级小齿轮式行星齿轮机构的动力分配集成机构具有更小的外径，由此可进一步减小动力输出设备的尺寸。
在动力输出设备的一种优选应用中，所述第二变速行星齿轮机构的所述可固定元件能够以所述不可旋转方式被固定，并且其中，所述传动状态转换装置可以是连接断开装置，其被配置为使所述动力分配集成机构的所述第二元件与所述第二变速行星齿轮机构的所述输入元件连接和断开。传动状态转换结构可以被构造为以允许和禁止动力输入至第二变速行星齿轮机构。
在上述应用的动力输出设备的一个优选实施例中，所述变速传动组件还可包括连接装置，其被配置为使所述第一变速行星齿轮机构的所述输出元件和所述可固定元件连接和断开。在具有该结构的变速传动组件的一种状态下，在设定传动状态转换结构以允许经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递的同时，设定连接结构以将第一变速行星齿轮机构的输出元件和可固定元件连接。上述设定使得内燃机的动力能够以固定变速比(其不同于通过第一固定结构以不可旋转方式来固定第一变速行星齿轮机构的可固定元件并使得能够通过传动状态转换结构经由第二变速行星齿轮机构来进行动力传递的情况下的固定变速比)机械(直接)地传递至驱动轴。在此情况下，设定传动状态转换结构以禁止经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递，使得连接结构使得第一变速行星齿轮机构的各个元件大致锁止并一体旋转。上述设定允许将动力从动力分配集成机构的第一元件直接传递至驱动轴。该设置确保了在较广的驱动范围内的提高的传动效率。
在上述实施例的动力输出设备中，所述变速传动组件可包括单一离合器，其起所述第一固定装置及所述连接装置两者的作用。该设置有效地减小了变速传动组件以及整个动力输出设备的尺寸，同时简化了其构造。
在动力输出设备的另一种优选应用中，所述传动状态转换装置可以是第二固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述第二变速行星齿轮机构的所述可固定元件，并以可旋转方式来释放所述可固定元件。传动状态转换结构可以被配置为以不可旋转方式来固定可固定元件，由此允许经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递，并以可旋转方式来释放可固定元件，由此禁止经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。
在上述应用的动力输出设备的一个优选实施例中，所述变速传动组件还可包括第一连接装置以及第二连接装置，所述第一连接装置被配置为使所述第一变速行星齿轮机构的所述输出元件和所述可固定元件连接和断开，而所述第二连接装置被配置为使所述第二变速行星齿轮机构的所述输出元件和所述可固定元件连接和断开。在具有该结构的变速传动组件的一种状态下，设置传动状态转换结构以允许经由第二变速行星齿轮机构的动力传递，同时设置第一连接结构以将第一变速行星齿轮机构的输出元件和可固定元件连接。上述设置使得允许将内燃机的动力以固定变速比(其不同于在通过第一固定结构以不可旋转方式固定第一变速行星齿轮机构的可固定元件并且通过传动状态转换结构允许经由第二变速行星齿轮机构的动力传递的状态下的固定变速比)机械(直接)地传递至驱动轴。在此状态下，设置传动状态转换结构以禁止经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递，使得第一连接结构将第一变速行星齿轮机构的各个元件大致锁止并一体旋转。上述设置允许将来自动力分配集成机构的第一元件的动力直接传递至驱动轴。在变速传动组件的另一种状态下，设置第一连接结构以将第一变速行星齿轮机构的输出元件和可固定元件连接，同时设置第二连接结构以将第二变速行星齿轮机构的输出元件和可固定元件连接。上述设置使得动力分配集成机构的各个元件与第一及第二变速行星齿轮机构的各个元件一体旋转。上述设置允许以1的固定变速比(其不同于在通过第一固定结构以不可旋转方式固定第一变速行星齿轮机构的可固定元件并且通过传动状态转换结构允许经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递的状态下的固定变速比，并且不同于在通过传动状态转换结构允许经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递并且通过第一连接结构将第一变速行星齿轮机构的输出元件和可固定元件连接的状态下的固定变速比)将内燃机的动力机械(直接)地传递至驱动轴。上述设置确保了在较广的驱动范围内的提高的传动效率。
在以上实施例的动力输出设备中，所述变速传动组件可包括单一第一离合器以及单一第二离合器，所述单一第一离合器起所述第一固定装置及所述第一连接装置两者的作用，而所述单一第二离合器起所述第二固定装置及所述第二连接装置两者的作用。该设置有效地减小了变速传动组件以及整个动力输出设备的尺寸，同时简化了其构造。
所述动力输出设备还可包括：第三固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述动力分配集成机构的所述第一元件及所述第二元件中的任一者。在将第一变速行星齿轮机构及第二变速行星齿轮机构任一者的可固定元件和输出元件连接的状态下，以不可旋转方式固定动力分配集成机构的与起发电机作用的第一电动机或第二电动机连接的第一元件或第二元件(反应元件)，使得可将内燃机的动力以该状态下固有的小于1的固定变速比机械(直接)地传递至驱动轴。上述设置确保了在较广的驱动范围内的提高的传动效率。
在根据本发明上述方面的动力输出设置的一个优选实施例中，所述第一变速行星齿轮机构可以是单级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的太阳轮；作为所述可固定元件的齿圈；以及被布置为保持与所述太阳轮及所述齿圈两者分别啮合的小齿轮的、作为所述输出元件的行星轮架，并且其中，所述第二变速行星齿轮机构可以是单级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的齿圈；作为所述可固定元件的太阳轮；以及被布置为保持与所述齿圈及所述太阳轮两者分别啮合的小齿轮的、作为所述输出元件的行星轮架。被构造为单级小齿轮式行星齿轮机构的第一及第二变速行星齿轮机构有效地减小了变速传动组件以及整个动力输出设备的尺寸。
在本实施例的动力输出设备的一个优选应用中，所述第二变速行星齿轮机构的所述太阳轮可被安装至中空太阳轮轴，并且，所述第二变速行星齿轮机构的所述齿圈可以经由以穿过所述中空太阳轮轴的方式位于所述中空太阳轮轴内的轴与所述动力分配集成机构的所述第二元件连接。作为第二变速行星齿轮机构的输入元件的齿圈可与动力分配集成机构的第二元件连接，同时以不可旋转方式来固定作为第二变速行星齿轮机构的可固定元件的太阳轮。
在本实施例的动力输出设备的另一个优选应用中，所述第二变速行星齿轮机构的所述太阳轮可被安装至中空太阳轮轴，并且，所述第二变速行星齿轮机构的所述行星轮架可以经由以穿过所述中空太阳轮轴的方式位于所述中空太阳轮轴内的轴与所述驱动轴连接。作为输入元件的齿圈可与动力分配集成机构的第二元件连接，同时以不可旋转方式来固定作为第二变速行星齿轮机构的可固定元件的太阳轮。
在根据本发明以上方面的动力输出设备的另一优选实施例中，所述第一变速行星齿轮机构可以是单级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的太阳轮；作为所述可固定元件的齿圈；以及被布置为保持与所述太阳轮及所述齿圈两者分别啮合的小齿轮的、作为所述输出元件的行星轮架，并且，所述第二变速行星齿轮机构可以是行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的第一太阳轮；作为所述输出元件的第二太阳轮，其具有与所述第一太阳轮不同数量的齿，并与所述第一变速行星齿轮机构的所述行星轮架以及所述驱动轴连接；以及被布置为保持分级齿轮的、作为所述可固定元件的行星轮架，所述分级齿轮将与所述第一太阳轮啮合的第一小齿轮连结至与所述第二太阳轮啮合的第二小齿轮。构造为包括分级齿轮的行星齿轮机构的第一变速行星齿轮机构在径向上具有较小尺寸，由此允许变速传动组件特别是在径向上的尺寸减小。
在根据本发明以上方面的动力输出设备的另一优选实施例中，所述第一变速行星齿轮机构可以是单级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的太阳轮；作为所述可固定元件的齿圈；以及被布置为保持与所述太阳轮及所述齿圈两者分别啮合的小齿轮的、作为所述输出元件的行星轮架，并且，所述第二变速行星齿轮机构可以是双级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的太阳轮；作为所述输出元件的齿圈；以及被布置为保持彼此啮合的两个小齿轮组的、作为所述可固定元件的行星轮架，所述两个小齿轮组中的一组与所述太阳轮啮合，而所述两个小齿轮组中的另一组与所述齿圈啮合。
根据另一方面，本发明涉及一种混合动力车辆，其具有由来自驱动轴的动力驱动的驱动轮。所述混合动力车辆包括：内燃机；第一电动机，其能够输入动力并能够输出动力；第二电动机，其能够输入动力并能够输出动力；蓄电器，其被配置为与所述第一电动机及所述第二电动机互送电力；作为行星齿轮机构的动力分配集成机构，所述行星齿轮机构包括与所述第一电动机的转轴连接的第一元件、与所述第二电动机的转轴连接的第二元件以及与所述内燃机的发动机轴连接的第三元件，并且被配置为允许所述三个元件相互进行差动旋转并具有约0.5的速比；以及变速传动组件。所述变速传动组件包括：第一变速行星齿轮机构，其具有与所述动力分配集成机构的所述第一元件连接的输入元件、与所述驱动轴连接的输出元件以及可固定元件，并且被配置为允许所述三个元件相互进行差动旋转；第一固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述第一变速行星齿轮机构的所述可固定元件，并以可旋转方式来释放所述可固定元件；第二变速行星齿轮机构，其具有与所述动力分配集成机构的所述第二元件连接的输入元件、与所述驱动轴连接的输出元件以及可固定元件，并且被配置为允许所述三个元件相互进行差动旋转；以及传动状态转换装置，其被配置为转换所述第二变速行星齿轮机构的所述输入元件及所述可固定元件中任一者的状态，由此允许和禁止经由所述第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。
减小了安装在混合动力车辆上的动力输出设备的尺寸以特别适用于以后轮驱动系统作为主驱动系统的车辆，并被配置为在较广的驱动范围内使传动效率得到提高。根据本发明上述方面的混合动力车辆具有提高的燃料效率以及改善的驱动性能。
附图说明
图1示意性地示出了在本发明的一个实施例中的混合动力车辆20的构造；
图2示出了包含在本实施例的混合动力车辆20中的变速器60的示意性构造；
图3示出了混合动力车辆20的在离合器C0啮合且发动机22运转时的驱动期间，在变速器60的一种变速状态下包含在动力分配集成机构40中及变速器60中的主要元件的转矩-转速动力学关系；
图4示出了另一种变速状态下转矩-转速动力学关系；
图5示出了另一种变速状态下转矩-转速动力学关系；
图6示出了另一种变速状态下转矩-转速动力学关系；
图7示出了另一种变速状态下转矩-转速动力学关系；
图8示出了另一种变速状态下转矩-转速动力学关系；
图9是列线图，示出了在电动机MG1作为发电机工作且电动机MG2作为电动机工作的情况下动力分配集成机构40中的各个元件的转矩-转速动力学关系；
图10是列线图，示出了在电动机MG2作为发电机工作且电动机MG1作为电动机工作的情况下动力分配集成机构40中的各个元件的转矩-转速动力学关系；
图11示出了混合动力车辆20的电动机驱动模式；
图12示出了在混合动力车辆20的驱动期间制动离合器BC1及BC2以及离合器C0的离合器位置的设定状态；
图13示出了在一个改变示例中另一种变速器60A的构造；
图14示出了在另一改变示例中另一种变速器60B的构造；
图15示出了在配备有包括制动离合器BC2′的变速器60B的混合动力车辆20的驱动期间，制动离合器BC1及BC2′、制动器B3以及离合器C0的离合器位置的设定状态；
图16示出了在相同旋转传动状态下包括在动力分配集成机构40及变速器60B中的主要元件的转矩-转速动力学关系；
图17示出了另一改变示例中另一种变速器100的示意性结构；
图18示出了另一改变示例中另一种变速器100A的示意性结构；
图19示出了另一改变示例中另一种变速器200的示意性结构；并且
图20示出了另一改变示例中另一种变速器200A的示意性结构。
具体实施方式
以下参考附图描述实现本发明的一些模式。
图1示意性地示出了在本发明的一个实施例中混合动力车辆20的构造。图1所示的混合动力车辆20构造为后轮驱动车辆，并包括位于车体前部内的发动机22、与发动机22的曲轴26连接的动力分配集成机构40、与动力分配集成机构40连结并被设置为具有发电能力的电动机MG1、与动力分配集成机构40连结并被设置为与电动机MG1共轴且具有发电能力的电动机MG2、被设置为对动力分配集成机构40的输出动力进行转换并将转换后的动力传递至驱动轴69的变速器60、以及被构造为控制整个混合动力车辆20的运转的混合动力电子控制单元(以下称为“混合动力ECU”)70。
发动机22是接收烃燃料(例如汽油或轻油)的供应并输出动力的内燃机。发动机22受发动机电子控制单元(以下称为“发动机ECU”)24的控制，并例如经历燃料喷射控制、点火控制以及进气控制。发动机ECU24从为发动机22设置的用于测量和检测发动机22的运转状态的各种传感器(例如，安装至曲轴26的曲轴位置传感器(未示出))输入各种信号。发动机ECU 24与混合动力ECU 70建立通信以响应于来自混合动力ECU 70的控制信号并参考来自各种传感器的各种信号来对发动机22进行驱动及控制，并根据要求向混合动力ECU 70输出与发动机22的运转状态相关的数据。
电动机MG1及MG2被构造为具有相同规格的同步电动发电机，其可作为发电机及电动机两者被致动。电动机MG1及MG2经由逆变器31及32与作为二次电池的蓄电池35互送电力。将蓄电池35与逆变器31及32连接的电线39被构造为逆变器31及32共享的共用正总线及负总线。上述连接使得由电动机MG1及MG2其中一者产生的电力可由另一电动机MG2或MG1消耗。由此可利用电动机MG1及MG2其中任一者产生的剩余电力来对蓄电池35进行充电，同时使蓄电池35放电以补充电力不足。当电动机MG1及MG2之间的电力输入及输出达到平衡时，蓄电池35既不充电也不放电。由电动机电子控制单元(以下称为“电动机ECU”)30驱动并控制电动机MG1及MG2两者。电动机ECU 30输入为驱动和控制电动机MG1及MG2所需的各种信号，例如，来自旋转位置检测传感器33及34的表示电动机MG1及MG2中的转子的旋转位置的信号以及来自电流传感器(未示出)的表示供应至电动机MG1及MG2的相电流的信号。电动机ECU 30向逆变器31及32输出开关控制信号。电动机ECU 30执行转速计算例程(未示出)以根据从旋转位置检测传感器33及34输出的信号来对电动机MG1及MG2中转子的转速Nm1及Nm2进行计算。电动机ECU 30与混合动力ECU 70建立通信以响应于从混合动力ECU 70接收到的控制信号来驱动并控制电动机MG1及MG2，并根据要求向混合动力ECU 70输出与电动机MG1及MG2的运转状态相关的数据。
蓄电池35受到蓄电池电子控制单元(以下称为“蓄电池ECU”)36的控制及管理。蓄电池ECU 36输入为管理并控制蓄电池35所需的各种信号，例如，来自位于蓄电池35端子之间的电压传感器(未示出)的端子间电压、来自位于与蓄电池35的输出端子连接的电线39中的电流传感器(未示出)的充放电电流、以及来自安装至蓄电池35的温度传感器37的蓄电池温度Tb。根据要求，蓄电池ECU 36通过通信向混合动力ECU 70和向发动机ECU 24输出与蓄电池35的工作状况相关的数据。在本实施例的结构中，蓄电池ECU 36根据对电流传感器测量得到的充放电电流进行积分来对蓄电池35的剩余充电水平或充电状态SOC进行计算，并根据计算得到的充电状态SOC来对蓄电池35的充放电要求Pb*进行计算。根据计算得到的充电状态SOC以及测量得到的蓄电池温度Tb，蓄电池ECU 36还设定输入限制Win作为可充入蓄电池35的允许充电电力，并设定输出限制Wout作为可从蓄电池35放电的允许放电电力。设定蓄电池35的输入限制Win及输出限制Wout的具体步骤如下，与蓄电池温度Tb对应设定输入限制Win及输出限制Wout的基准值，规定与蓄电池35的充电状态SOC对应的输入限制校正系数及输出限制较正系数，并将输入限制Win及输出限制Wout的基准值与规定的输入限制校正系数及输出限制校正系数相乘，以确定蓄电池35的输入限制Win及输出限制Wout。
动力分配集成机构40与电动机MG1及MG2以及变速器60一起设置在未示出的变速器箱(箱体)中，并且动力分配集成机构40被布置为距发动机22预定距离且与曲轴26共轴。本实施例的动力分配集成机构40被构造为双级小齿轮式行星齿轮机构，并包括作为外齿轮的太阳轮41、作为与太阳轮41共轴布置的内齿轮的齿圈42以及被布置为以对两组啮合小齿轮43及44中的至少一组提供支撑以允许它们公转并绕其轴线自转的行星轮架45，其中两组啮合小齿轮43及44中的一组与太阳轮41啮合，而另一组与齿圈42啮合。在该动力分配集成机构40中，太阳轮41(第二元件)、齿圈42(第三元件)以及行星轮架45(第一元件)被设计为差动旋转元件。作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41经由中空太阳轮轴41a(沿着与发动机22相反的方向上(即，朝向车体的后部)从太阳轮41伸出)以及中空第一电动机轴46与作为第二电动机的电动机MG1(具体而言与其中空转子)连接。作为第一元件的行星轮架45经由朝向发动机22延伸的中空第二电动机轴55，与作为第一电动机的电动机MG2(具体而言与其中空转子)连接。作为第三元件的齿圈42经由延伸穿过第二电动机轴55及电动机MG2的齿圈轴42a以及阻尼器28与发动机22的曲轴26连接。在本实施例的结构中，动力分配集成机构40被构造为具有满足等式ρ＝0.5的速比ρ(太阳轮41的齿数除以齿圈42的齿数得到的商)。因为太阳轮41与行星轮架45具有来自发动机22的相同转矩分配百分比，故无需使用减速齿轮机构或任何等同机构就可使电动机MG1及MG2具有相同规格。该设置有利地减小了动力输出设备的尺寸，提高了动力输出设备的生产率，并降低了动力输出设备的制造成本。还可从预设的范围(例如0.4至0.6)中选择动力分配集成机构40的速比ρ。
如图1所示，离合器C0(连接-断开结构)设置在太阳轮轴41a与第一电动机轴46之间以允许和解除太阳轮轴41a与第一电动机轴46之间的连接(驱动源元件的连接)。在本实施例中，例如将离合器C0构造为爪形离合器，其包括借助于电磁、电子或液压致动器90沿着太阳轮轴41a及第一电动机轴46的轴向前后移动以可与紧固至太阳轮轴41a的匹配啮合元件以及紧固至第一电动机轴46的匹配啮合元件两者啮合的可动啮合构件。响应于通过离合器C0对太阳轮轴41a与第一电动机轴46之间连接的解除，作为第二电动机的电动机MG1与作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41断开。因此，动力分配集成机构40大致起到将发动机22与电动机MG1及MG2及变速器60分离的功能。可经由离合器C0与动力分配集成机构40的太阳轮41连结的第一电动机轴46进一步沿着与发动机22相反的方向(朝向车体后部)从电动机MG1延伸，并与变速器60连接。行星轮架轴(连接轴)45a沿着与发动机22相反的方向(朝向车体的后部)从动力分配集成机构40的行星轮架45延伸以穿过中空太阳轮轴41a及中空第一电动机轴46。由此行星轮架轴45a与变速器60连接。在本实施例的结构中，动力分配集成机构40与电动机MG1及MG2共轴布置，并位于相互共轴设置的电动机MG1与MG2之间。发动机22与电动机MG2共轴布置，并隔着动力分配集成机构40面对变速器60布置。作为动力输出设备的构件的发动机22、电动机MG2、动力分配集成机构40、电动机MG1以及变速器60依此顺序从车体的前侧向后侧布置。上述设置减小了动力输出设备的尺寸，以适于安装在具有后轮驱动系统的混合动力车辆20上。
变速器60是被构造为以多个不同级别改变速度(速比)的行星齿轮式自动变速器。变速器60包括经由行星轮架轴45a与作为动力分配集成机构40的第一元件的行星轮架45连接的第一变速行星齿轮机构PG1(第一变速差动旋转机构)、与第一电动机轴46(其可经由离合器C0与作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41连接)连接的第二变速行星齿轮机构PG2(第二变速差动旋转机构)、对应于第一变速行星齿轮机构PG1设置的制动离合器BC1(第一固定结构及第一连接结构)、制动离合器BC2(传动状态转换装置及第三固定结构)。第一变速行星齿轮机构PG1、第二变速行星齿轮机构PG2、制动离合器BC1及BC2的各个构成元件全部位于变速器60的变速器箱的内部。
如图1及图2所示，第一变速行星齿轮机构PG1被构造为单级小齿轮式行星齿轮机构，并包括与行星轮架轴45a连接的太阳轮61(输入元件)、作为与太阳轮61共轴布置的内齿轮的齿圈62(可固定元件)以及布置为对与太阳轮61及齿圈62两者啮合的多个小齿轮63提供保持并与驱动轴69连结的行星轮架64(输出元件)。太阳轮61、齿圈62及行星轮架64被设计为差动旋转的元件。第二变速行星齿轮机构PG2也被构造为单级小齿轮式行星齿轮机构，并包括太阳轮65(可固定元件)、作为与太阳轮65共轴布置的内齿轮的齿圈66(输入元件)以及被布置为保持与太阳轮65及齿圈66两者啮合的多个小齿轮67并与第一变速行星齿轮机构PG1共享的共用行星轮架64(输出元件)。太阳轮65、齿圈66以及行星轮架64被设计为差动旋转的元件。在本实施例的结构中，在车体中，第二变速行星齿轮机构PG2与第一变速行星齿轮机构PG1共轴并布置在其前方。第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65通过支撑构件65y安装至紧固至变速器箱的中空太阳轮轴65a。由此将作为可固定元件的太阳轮65以不可旋转方式持续地固定。中空齿圈轴66a以穿过中空太阳轮轴65a的方式位于中空太阳轮轴65a内。在车体中，齿圈66在位于太阳轮65及小齿轮67后侧但位于第一变速行星齿轮机构PG1前侧的位置处被安装至齿圈轴66a。行星轮架64被形成为从齿圈66的外侧延伸并环绕到达小齿轮67的前侧。行星轮架轴45a被布置为穿过第一电动机轴46以及齿圈轴66a。第一变速行星齿轮机构PG1的太阳轮61被紧固至行星轮架轴45a的从第一电动机轴46伸出的端部。
将制动离合器BC1构造为爪形离合器，其包括可动啮合构件EM1以及使可动啮合构件EM1在行星轮架轴45a的轴向上前后移动的电磁、电气或液压致动器91。可动啮合构件EM1被设计为与设置在第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62的外周部分上的匹配啮合元件62a持续啮合，并可与固定至变速器箱的锁止元件68a并可与设置在行星轮架64的外周部分上的匹配啮合元件64a两者啮合。如图2所示，构造制动离合器BC1以在多种选择“R位置”、“M位置”以及“L位置”之间选择性地转换离合器位置，即可动啮合构件EM1的位置。在将制动离合器BC1的离合器位置设定至R位置的状态下，可动啮合构件EM1与齿圈62的啮合元件62a以及固定至变速器箱的锁止元件68a两者啮合。上述设定使得作为第一变速行星齿轮机构PG1的可固定元件的齿圈62以不可旋转方式紧固至变速器箱。在将制动离合器BC1的离合器位置设定至M位置的状态下，可动啮合构件EM1仅与齿圈62的啮合元件62a啮合。上述设定以可旋转方式释放了第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62。在将制动离合器BC1的离合器位置设定至L位置的状态下，可动啮合构件EM1与齿圈62的啮合元件62a以及行星轮架64的啮合元件64a两者啮合。上述设定使得第一变速行星齿轮机构PG1中作为可固定元件的齿圈62与作为输出元件的行星轮架64连接。制动离合器BC2也被构造为爪形离合器，其包括可动啮合构件EM2以及使可动啮合构件EM2在第一电动机轴46的轴向上前后移动的电磁、电气或液压致动器92。可动啮合构件EM2被设计为与设置在第一电动机轴46的一端(图中右端)上的匹配啮合元件46b持续啮合，并可与设置在齿圈轴66a的一端(图中左端)上的啮合元件66b以及固定至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。如图2所示，制动离合器BC2也被构造为在多种选择“R位置”、“M位置”以及“L位置”之间选择性地转换离合器位置，即可动啮合构件EM2的位置。在将制动离合器BC2的离合器位置设定至R位置的状态下，可动啮合构件EM2与第一电动机轴46的啮合元件46b以及齿圈轴66a的啮合元件66b两者啮合。上述设定使得第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66经由齿圈轴66a、第一电动机轴46以及离合器C0与作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41连接。在将制动离合器BC2的离合器位置设定至M位置的状态下，可动啮合构件EM2仅与第一电动机轴46的啮合元件46b啮合。上述设定将动力分配集成机构40的太阳轮41与第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66断开。在将制动离合器BC2的离合器位置设定至L位置的状态下，可动啮合构件EM2与第一电动机轴46的啮合元件46b以及固定至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。在第一电动机轴46或离合器C0的啮合状态下，上述设定使得以不可旋转方式将动力分配集成机构40的太阳轮41紧固至变速器箱。
从变速器60的行星轮架64传递至驱动轴69的动力最终通过差动齿轮DF被输出至作为驱动轮的后轮RWa及RWb。相较于平行轴式变速器，具有上述结构的变速器60使得能够在轴向及径向两者上显著地减小尺寸。将第一变速行星齿轮机构PG1与第二变速行星齿轮机构PG2与发动机22、电动机MG1及MG2以及动力分配集成机构40共轴地布置，并布置在它们的下游。如上构造的变速器60有利地简化了轴承结构并减少了轴承数量。在本实施例中，将第二变速行星齿轮机构PG2的速比ρ2(太阳轮65的齿数/齿圈66的齿数)设定为略大于第一变速行星齿轮机构PG1的速比ρ1(太阳轮61的齿数/齿圈62的齿数)(参见图3)。可将第一及第二变速行星齿轮机构PG1及PG2的速比ρ1及ρ2设定为任意值。
将混合动力ECU 70构造为微处理器，其包括CPU 72、存储处理程序的ROM 74、临时存储数据的RAM 76、未示出的输入-输出端口以及未示出的通信端口。混合动力ECU 70经由输入端口接收各种输入，包括：来自点火开关(起动开关)80的点火信号、来自对换档杆81的当前位置进行检测的换档位置传感器82的换档位置SP、来自对加速器踏板83的下压量进行测量的加速器踏板位置传感器84的加速器开度Acc、来自对制动踏板85的下压量进行检测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。混合动力ECU 70经由通信端口与发动机ECU 24、电动机ECU 30以及蓄电池ECU 36进行通信以如上所述与发动机ECU 24、电动机ECU 30以及蓄电池ECU 36互送各种控制信号及数据。混合动力ECU 70还控制离合器C0以及变速器60的制动离合器BC1及BC2的致动器90-92。
以下参考图3至图12来描述混合动力车辆20的运转情况。在混合动力车辆20以图3至图8的各个变速状态驱动期间，基于加速器踏板83的驾驶员下压量以及车速V，在混合动力ECU 70的综合控制下，发动机22受到发动机ECU 24的控制，电动机MG1及MG2受到电动机ECU 30的控制，而致动器90至92(离合器C0以及变速器60的制动离合器BC1及BC2)则受到混合动力ECU 70的直接控制。在图3至图8的视图中，S轴表示动力分配集成机构40中太阳轮41的转速(等于电动机MG1或第一电动机轴46的转速Nm1)。R轴表示动力分配集成机构40中齿圈42的转速(等于发动机22的转速Ne)。C轴表示动力分配集成机构40中行星轮架45的转速(等于行星轮架轴45a的转速)。61轴表示变速器60的第一变速行星齿轮机构PG1中太阳轮61的转速。66轴表示第二变速行星齿轮机构PG2中齿圈66的转速。行星轮架64轴表示变速器60中行星轮架64的转速(等于驱动轴69的转速)。62轴表示第一变速行星齿轮机构PG1中齿圈62的转速。65轴表示第二变速行星齿轮机构PG2中太阳轮65的转速。
在离合器C0啮合且发动机22运转的情况下混合动力车辆20的驱动期间，将制动离合器BC1的位置设定至R位置来以不可旋转方式将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62固定至变速器箱，同时将制动离合器BC2的离合器位置设定至M位置以使动力分配集成机构40(具体而言太阳轮41)与第二变速行星齿轮机构PG2(具体而言齿圈66)断开。如图3所示，上述对离合器位置的设定将变速器60设定至第一变速状态(第一档)。在该第一变速状态下，行星轮架轴45a(行星轮架45)的动力经历基于第一变速行星齿轮机构PG1的速比ρ1的变速比(＝ρ1/(1+ρ1))的变速，并被传递至驱动轴69。在图3的第一变速状态下，在电动机MG1的转速Nm1(等于太阳轮41的转速以及第一电动机轴46的转速)充分接近第二变速行星齿轮机构PG2中齿圈66的转速，同时制动离合器BC1的离合器位置被保持在R位置来以不可旋转方式固定第一变速行星齿轮机构PG1中的齿圈62的情况下，可将制动离合器BC2的离合器位置变为R位置以如图4所示将动力分配集成机构40(具体而言太阳轮41)与第二变速行星齿轮机构PG2(具体而言齿圈66)连接。在以下描述中，通过制动离合器BC1来以不可旋转方式固定第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62并且通过制动离合器BC2将动力分配集成机构40(太阳轮41)与第二变速行星齿轮机构PG2(第一电动机轴46)连接的模式被称为“同时啮合模式”。图4的状态被具体称为“第一档-第二档同时啮合状态”。在该第一档-第二档同时啮合状态下将电动机MG1及MG2的转矩要求设定为0，使得电动机MG1及MG2怠速运转而不执行动力运转或再生运转。由此将发动机22的输出动力(转矩)机械(直接)地以第一固定变速比γ1(＝(1-ρ)·ρ1/(1+ρ1)+ρ/(1+ρ2))传递至驱动轴69而不转换为电力。在图4的第一档-第二档同时啮合状态下，在制动离合器BC2的离合器位置被保持在R位置以保持动力分配集成机构40的太阳轮41与第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66连接的同时，可将制动离合器BC1的离合器位置改变至M位置，来以可旋转方式来释放第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62。对离合器位置的上述设定将变速器60设定至第二变速状态(第二档)，其仅允许如图5所示通过第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递。在第二变速状态下，第一电动机轴46(太阳轮41)的动力经历基于第二变速行星齿轮机构PG2的速比ρ2的变速比(＝1/(1+ρ2))的变速，并被传递至驱动轴69。
在图5的第二变速状态，在第一变速行星齿轮机构PG1的太阳轮61、齿圈62以及行星轮架64的转速几乎彼此相同以允许三个元件61、62及63大致一体旋转的情况下，可将制动离合器BC1的离合器位置变为L位置以如图6所示将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62与行星轮架64连接。在以下描述中，通过制动离合器BC1将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62与行星轮架64连接，同时通过制动离合器BC2保持动力分配集成机构40(太阳轮41)与第二变速行星齿轮机构PG2(齿圈66)连接的模式也被称为“同时啮合模式”。图6的状态被具体称为“第二档-第三档同时啮合状态”。在该第二档-第三档同时啮合状态下将电动机MG1及MG2的转矩要求设定为0，使得电动机MG1及MG2怠速运转而不进行动力运转或再生运转。由此将发动机22的输出动力(转矩)机械(直接)地以第二固定变速比γ2(＝1-ρ+ρ/(1+ρ2))传递至驱动轴69而不转换为电力。在图6的第二档-第三档同时啮合状态下，可将制动离合器BC2的离合器位置改变至M位置来以可旋转方式释放第二变速行星齿轮机构PG2中的齿圈66。如图7所示，对离合器位置的上述设定将变速器60设定至第三变速状态(第三档)。在该第三变速状态，制动离合器BC1用于大致锁止第一变速行星齿轮机构PG1中的太阳轮61、齿圈62及行星轮架64以允许这些元件61、62及64的一体旋转。如图7所示，由此将动力分配集成机构40中行星轮架45的动力以1的变速比经由行星轮架轴45a以及第一变速行星齿轮机构PG1中的一体旋转元件直接传递至驱动轴69。在该第三变速状态下，通过控制电动机MG1的转速，使发动机22的转速与直接和作为输出元件的行星轮架45连结的驱动轴69的转速的比率以无级方式连续变化。
在图7的第三变速状态，在动力分配集成机构40的电动机MG1、第一电动机轴46、太阳轮41以及第一变速行星齿轮机构PG1的太阳轮61的转速接近零的情况下，如图8所示，可将制动离合器BC2的离合器位置变为L位置以经由锁止元件68b、啮合元件46b以及第一电动机轴46以不可旋转方式固定作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41。如下所述，通过制动离合器BC2来以不可旋转方式固定第一电动机轴46(电动机MG1)同时通过制动离合器BC1保持齿圈62与行星轮架64连接以大致锁止变速器60中的第一变速行星齿轮机构PG1的模式也被称为“同时啮合模式”。图8的状态被具体称为“第三档OD(超速(overdrive))状态”。在第三档OD状态下将电动机MG1及MG2的转矩要求设定为0使得电动机MG1及MG2怠速运转而不进行动力运转或再生运转。由此将发动机22的输出动力(转矩)以小于1的第三固定变速比γ3(＝1/(1-ρ))的速度改变(速度增大)直接传递至驱动轴69而不转换为电力。可根据与以上描述相反的步骤来降低变速器60的变速比。
在发动机22运转的情况下混合动力车辆20的驱动期间，在将变速器60中的速度设定为第一变速状态或第三变速状态时，可以驱动并控制电动机MG1及MG2以使与动力分配集成机构40的作为输出元件的行星轮架45连接的MG2起电动机的作用，并使与作为反应元件的太阳轮41连接的电动机MG1起发电机的作用。在此状态下，动力分配集成机构40将发动机22的经由齿圈42输入的动力以其速比ρ分配至太阳轮41及行星轮架45，同时将发动机22的动力与起电动机作用的电动机MG2的动力集成，并将集成后的动力输出至行星轮架45。在以下描述中，将使电动机MG1起发电机作用并使电动机MG2起电动机作用的模式称为“第一转矩转换模式”。在第一转矩转换模式下，发动机22的动力通过动力分配集成机构40以及电动机MG1及MG2完成转矩转换然后被输出至行星轮架45。通过控制电动机MG1的转速，以无级方式来连续改变发动机22的转速Ne与作为输出元件的行星轮架45的转速的比率。图9是列线图，示出了在第一转矩转换模式下动力分配集成机构40中的各个元件的转矩-转速动力学关系。图9中的S轴、R轴以及C轴表示与图3至图8中相同的含义。在图9的列线图中，ρ表示动力分配集成机构40的速比(太阳轮41的齿数/齿圈42的齿数)。在图9中，0轴(横轴)以上的值以及0轴以下的值分别表示S轴、R轴以及C轴上的正转速以及负转速。各轴上的粗箭头表示施加至相应元件的转矩；向上箭头表示施加了正转矩，而向下箭头表示施加了负转矩。这些定义相似地应用于上述图3至图8中的列线图以及下述图10及图11中的列线图。
在发动机22运转的情况下混合动力车辆20的驱动期间，在将变速器60的速度设定为第二变速状态时，可以驱动并控制电动机MG1及MG2以使与动力分配集成机构40的作为输出元件的太阳轮41连接的电动机MG1起电动机作用，并使与作为反应元件的行星轮架45连接的电动机MG2起发电机的作用。在此状态下，动力分配集成机构40将发动机22经由齿圈42输入的动力以其速比ρ分配至太阳轮41及行星轮架45，同时将发动机22的动力与起电动机作用的电动机MG1的动力集成，并将集成后的动力输出至太阳轮41。如下所述，使电动机MG2作为发电机并使电动机MG1作为电动机的模式被称为“第二转矩转换模式”。在第二转矩转换模式下，发动机22的动力通过动力分配集成机构40及电动机MG1及MG2经过转矩转换，然后被输出至太阳轮41。通过控制电动机MG2的转速，以无级方式连续改变发动机22的转速与作为输出元件的太阳轮41的转速的比率。图10是列线图，示出了在第二转矩转换模式下动力分配集成机构40中的各个元件以及减速齿轮机构50中的各个元件的转矩-转速动力学关系。
在本实施例的混合动力车辆20中，在变速器60中的变速状态(变速比)改变的情况下，交替切换第一转矩转换模式与第二转矩转换模式。上述切换防止了在起电动机作用的电动机MG2或MG1的转速Nm2或Nm1增大的情况下，起发电机作用的电动机MG1或MG2的转速Nm1或Nm2具有负值。上述对混合动力车辆20的设置有效地防止了在第一转矩转换模式下发生动力循环，并防止了在第二转矩转换模式下发生动力循环。第一转矩转换模式下的动力循环由电动机MG1的负转速引发，并使得电动机MG2消耗输出至行星轮架轴45a的一部分动力并产生电力，同时使得电动机MG1消耗由电动机MG2产生的电力并输出驱动力。第二转矩转换模式下的动力循环由电动机MG2的负转速引发，并使得电动机MG1消耗输出至第一电动机轴46的一部分动力并产生电力，同时使得电动机MG2消耗由电动机MG1产生的电力并输出驱动力。以上对动力循环的防止有利地在较广的驱动范围内使传动效率得到提高。对动力循环的防止还降低了电动机MG1及MG2的最大要求转速，由此使得能够减小电动机MG1及MG2的尺寸。在本实施例的混合动力车辆20中，发动机22的输出动力能以对第一档-第二档同时啮合状态、第二档-第三档同时啮合状态以及第三档OD状态唯一设定的第一至第三固定变速比γ1至γ3被机械(直接)地传递至发动机22。上述设置有利地提高了将来自发动机22的动力机械输出至驱动轴69而不转换为电力的可能性，由此进一步在较广的驱动范围内使传动效率提高。在配备有发动机、两个电动机以及诸如行星齿轮机构之类的差动旋转机构的通用动力输出设备中，发动机与驱动轴之间相对较大的减速比增大了发动机输出动力转换为电力的可能性。这不利地降低了传动效率，并易于在电动机MG1及MG2中导致发热。因此，上述同时啮合模式特别有利于发动机22与驱动轴69之间相对较大的减速比的情况。
能够以电动机驱动模式来驱动混合动力车辆20，其中如图11所示，利用来自蓄电池35的电力供应来驱动电动机MG1及MG2中的至少一者以输出驱动力，同时发动机22停止。在本实施例的混合动力车辆20中，电动机驱动模式包括三种主要模式，离合器啮合一个电动机驱动模式、离合器释放一个电动机驱动模式以及两个电动机驱动模式。在离合器啮合一个电动机驱动模式下，在离合器C0的啮合位置，将变速器60设定至第一变速状态或第三变速状态以允许仅从电动机MG2输出动力，或将变速器60设定至第二变速状态以允许仅从电动机MG1输出动力。在离合器啮合一个电动机驱动模式下，设定离合器C0以将动力分配集成机构40的太阳轮41与第一电动机轴46连接。因此，处于没有动力输出的状态下的电动机MG1或MG2跟随处于动力输出状态下的电动机MG2或MG1以如图11中的虚线所示怠速运转。在离合器释放一个电动机驱动模式下，在离合器C0的释放位置，将变速器60设定为第一变速状态、第三变速状态以及第三档OD状态中的一者以允许仅从电动机MG2输出动力，或将变速器60设定为第二变速状态以允许仅从电动机MG1输出动力。在离合器释放一个电动机驱动模式下，释放离合器C0以使太阳轮41与第一电动机轴46断开。如图11中的单点划线及双点划线所示，上述断开有效地避免了处于停止的发动机22的曲轴26的跟随，以及处于无动力输出状态下的电动机MG1或MG2的跟随，由此防止了传动效率的降低。在两个电动机行驶模式下，在离合器C0的释放位置，借助于制动离合器BC1及BC2，在将变速器60设定为第一档-第二档同时啮合状态以及第二档-第三档同时啮合状态中的任一者之后，驱动并控制电动机MG1及MG2中的至少一者。上述设定及驱动控制有效地避免了发动机22的跟随并使得能够从电动机MG1及MG2两者输出动力并在电动机驱动模式下将较大的驱动力传递至驱动轴69。上述两个电动机驱动模式特别适用于坡起，并在混合动力车辆20的电动机驱动期间可确保有利的牵引性能。
在本实施例的混合动力车辆20中，在离合器释放一个电动机驱动模式下，可以方便地改变变速器60的变速状态(变速比)以确保向驱动轴69有效地传递动力。例如，在离合器C0的释放位置，可将变速器60设定至第一变速状态以允许通过制动离合器BC1将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62固定至变速箱而仅从电动机MG2输出动力。为了使变速器60的变速比从该状态升档，使电动机MG1的转速Nm1与第二变速行星齿轮机构PG2中的齿圈66的转速同步。然后设定制动离合器BC2以将第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66与作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41连接。由此变速器60从第一变速状态换档至第一档-第二档同时啮合状态。随后将制动离合器BC1的离合器位置变为M位置来以可旋转方式释放第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62并允许仅从电动机MG1输出动力。由此对变速器60的变速比升档并将变速器60设定为第二变速状态(第二档)。在离合器C0的释放位置，可将变速器60设定至第二变速状态以允许仅从电动机MG1输出动力。为了将变速器60的变速比从该状态升档，驱动并控制电动机MG2以使第一变速行星齿轮机构PG1中的齿圈62的转速与行星轮架64(驱动轴69)的转速同步。然后设定制动离合器BC1以将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62与行星轮架64连接。由此将变速器60从第二变速状态换档至第二档-第三档同时啮合状态。随后将制动离合器BC2的离合器位置改变为M位置来以可旋转方式释放第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66并允许仅从电动机MG2输出动力。由此将变速器60的变速比升档并将变速器60设定至第三变速状态(第三档)。在离合器释放一个电动机驱动模式下类似地执行变速比从第三变速状态到第三档OD状态的升档。在本实施例的混合动力车辆20中，使用变速器60来改变行星轮架轴45a及第一电动机轴46的转速，并放大电动机驱动模式下的转矩。上述设置有利地减小了电动机MG1及MG2的最大要求转矩，由此使得电动机MG1及MG2尺寸减小。在混合动力车辆20的电动机驱动期间响应于变速器60的变速比的换档，变速器60经历同时啮合模式或两个电动机驱动模式。上述设置有效地防止了变速比换档时的转矩损失，并确保了变速比极其顺畅的换档而不会引起剧烈的冲击。
可根据大致与以上描述相反的步骤来使变速器60的变速比降档。响应于离合器啮合一个电动机驱动模式下蓄电池35的充电状态SOC的降低或者响应于驱动力要求的增大，对与变速器60中变速比的设定状态相对应的处于无动力输出状态的电动机MG1或MG2进行驱动及控制，以空转驱动并起动发动机22。另一方面，响应于离合器释放一个电动机驱动模式下蓄电池35的充电状态SOC的降低或者响应于驱动力要求的增大，驱动并控制处于无动力输出状态的电动机MG1或MG2以将其转速Nm1或Nm2与动力分配集成机构40中太阳轮41的转速同步或行星轮架45的转速同步。在离合器C0啮合之后，随后驱动并控制电动机MG1及MG2以电机驱动并起动发动机22。由此可在向驱动轴69顺畅地传递动力的情况下起动发动机22。在两个电动机驱动模式下起动发动机22时，在选择电动机MG1及MG2中的一者作为与变速器60中设定的目标变速比相对应地持续输出动力的电动机之后，执行动力转换以将未持续输出动力的另一电动机MG2或MG1的动力传递至持续输出动力的一个电动机MG1或MG2。在动力转换完成之后，将制动离合器BC2或制动离合器BC1的离合器位置变为M位置以使未持续输出动力的另一电动机MG2或MG1与变速器60断开。然后驱动并控制另一电动机MG2或MG1以使其转速Nm2或Nm1与行星轮架45的转速同步或与动力分配集成机构40中太阳轮41的转速同步。在离合器C0啮合之后，驱动并控制另一电动机MG2或MG1以电机驱动并起动发动机22。由此可在向驱动轴69顺畅地传递动力的情况下起动发动机22。图12示出了在混合动力车辆20的驱动期间制动离合器BC1及BC2以及离合器C0的离合器位置的设定。
如上所述，本实施例的混合动力车辆20配备有动力分配集成机构40，其构造为具有约0.5的速比的三元件式行星齿轮机构。具有该结构的动力分配集成机构40尺寸较小，并无需减速齿轮机构或任何等同机构就可使电动机MG1及MG2具有相同规格。因此，上述设置有利于减小包括发动机22、电动机MG1及MG2、动力分配集成机构40以及变速器60的动力输出设备的尺寸。本实施例的混合动力车辆20还配备有变速器60，其包括三元件式第一变速行星齿轮机构PG1及三元件式第二变速行星齿轮机构PG2。将变速器60共轴地布置在发动机22、电动机MG1及MG2以及动力分配集成机构40的下游。相较于平行轴式变速器，变速器60的上述结构使得大大减小了轴向及径向两者上的尺寸。构造为具有约0.5的速比的三元件式行星齿轮机构的动力分配集成机构40与包括三元件式第一变速行星齿轮机构PG1及三元件式第二变速行星齿轮机构PG2的变速器60的组合有利地减小了动力输出设备的尺寸，这特别有利地安装在具有后驱动轮RWa及RWb的以后轮驱动系统作为主驱动系统的混合动力车辆20上。动力分配集成机构40被构造为双级小齿轮式行星齿轮机构，其包括齿圈42(第三元件)、太阳轮41(第二元件)以及被布置为对与齿圈42以及太阳轮41啮合的两组互相啮合的小齿轮43及44提供支撑的行星轮架45(第一元件)，并被设置以具有约0.5的速比ρ。该设置有利地减小了动力分配集成机构40的外径，并地一步减小了整个动力输出设备的尺寸。
在本实施例的变速器60的结构中，设定制动离合器BC1(第一固定结构)来以不可旋转方式固定作为第一变速行星齿轮机构PG1的可固定元件的齿圈62，同时设定制动离合器BC2(传动状态转换结构或连接-断开结构)以使动力分配集成机构40(太阳轮41)与第二变速行星齿轮机构PG2(齿圈66)断开，并禁止经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递。在该第一变速状态，上述设定使得动力分配集成机构40的行星轮架45起输出元件的作用，并使得与行星轮架45连接的电动机MG2起电动机的作用，同时使得与起反应元件作用的太阳轮41连接的电动机MG1起发电机的作用。设定制动离合器BC1以将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62与行星轮架64连接，同时设定制动离合器BC2来以可旋转方式释放第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66。在该第三变速状态下，上述设定使得动力分配集成机构40的行星轮架45起输出元件的作用，并使得与行星轮架45连接的电动机MG2起电动机的作用，同时使得与起反应元件作用的太阳轮41连接的电动机MG1起发电机的作用。在本实施例的变速器60中，设定制动离合器BC1来以可旋转方式来释放第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62并禁止经由第一变速行星齿轮机构PG1进行的动力传递，同时设定制动离合器BC2以将动力分配集成机构40的太阳轮41与第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66连接并允许经由第二变速行星齿轮机构PG2的进行动力传递。在该第二变速状态，上述设定使得动力分配集成机构40的太阳轮41起输出元件的作用，并使得与太阳轮41连接的电动机MG1起电动机的作用，同时使得与作为反应元件的行星轮架45连接的电动机MG2起发电机的作用。在本实施例的混合动力车辆20中，对制动离合器BC1及BC2的离合器位置进行适当控制以改变变速器60的变速状态。该设置有效地防止了发生动力循环，其因响应于起电动机作用的电动机MG2或MG1的转速的增大而使起发电机作用的电动机MG1或MG2的负转速而引发。
在本实施例的变速器60的结构中，设定制动离合器BC1来以不可旋转方式固定第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62，同时设定制动离合器BC2以将动力分配集成机构40的太阳轮41与第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66连接，并允许经由第二变速行星齿轮机构PG2的动力传递。在上述第一档-第二档同时啮合状态下，上述设定使得发动机22的动力以第一固定变速比γ1机械(直接)地传递至驱动轴69。设定制动离合器BC1(连接结构)以将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62(可固定元件)与行星轮架64(输出元件)连接，同时设定制动离合器BC2以将动力分配集成机构40的太阳轮41与第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66连接，并允许经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递。在上述第二档-第三档同时啮合状态下，上述设定使得发动机22的动力以第二固定变速比γ2(其不同于通过制动离合器BC1来固定第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62并通过制动离合器BC2允许经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递的第一档-第二档同时啮合状态下的第一固定变速比γ1)机械(直接)地传递至驱动轴69。在第二档-第三档同时啮合状态下，设定制动离合器BC2来以可旋转方式释放第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66并禁止经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递，使得制动离合器BC1使第一变速行星齿轮机构PG1的太阳轮61、齿圈62以及行星轮架64大致锁止并一体旋转。在该第三变速状态下，上述设定使得以1的变速比将来自动力分配集成机构40的行星轮架45的动力直接传递至驱动轴69。在将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62与行星轮架64连接的第三变速状态下，设定制动离合器BC2(第三固定结构)以不可旋转方式来固定动力分配集成机构40的与起发电机作用的电动机MG1连接的太阳轮41(反应元件)。在该第三档OD状态下，上述设定使得发动机22的动力经历小于1的第三固定变速比γ3的增速，并直接传递至驱动轴69。因此，本实施例的混合动力车辆20在较广的驱动范围内有效地提高了动力传递，由此确保了燃料效率的提高及行驶性能的改善。
变速器60包括单级小齿轮式第一变速行星齿轮机构PG1及单级小齿轮式第二变速行星齿轮机构PG2。第一变速行星齿轮机构PG1具有作为输入元件的太阳轮61、作为可固定元件的齿圈62以及作为对与太阳轮61及齿圈62两者都啮合的多个小齿轮63提供支撑的输出元件的行星轮架64。第二变速行星齿轮机构PG2具有作为输入元件的齿圈66、作为可固定元件的太阳轮65以及与第一变速行星齿轮机构PG1共享并被布置为保持与齿圈66及太阳轮65两者都啮合的多个小齿轮67的共用行星轮架64。作为第一及第二变速行星齿轮机构PG1及PG2的上述单级小齿轮式行星齿轮机构的结构有利地减小了变速器60以及整个动力输出设备的尺寸。在本实施例的结构中，第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65安装至中空太阳轮轴65a。第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66可经由以穿过中空太阳轮轴65a的方式位于中空太阳轮轴65a中的齿圈轴66a与动力分配集成机构40的太阳轮41(第一电动机轴46)连接。如图2所示，上述设置使得能够对第二变速行星齿轮机构PG2与制动离合器BC2之间用于支撑构件65y的空间进行设置以将动力分配集成机构40的太阳轮41(第一电动机轴46)与齿圈轴66a(齿圈66)连接。该设置允许作为第二变速行星齿轮机构PG2的输入元件的齿圈66与动力分配集成机构40的太阳轮41连接，同时作为第二变速行星齿轮机构PG2的可固定元件的太阳轮65以不可旋转方式被紧固至变速器箱。使用单一制动离合器BC1作为用于固定和释放第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62的第一固定结构以及将齿圈62与行星轮架64连接和断开的连接结构两者。该设置有利地减小了变速器60以及整个动力输出设备的尺寸，同时简化了变速器60以及整个动力输出设备的结构。类似地，使用单一制动离合器BC2作为将动力分配集成机构40的太阳轮41与第二变速行星齿轮机构PG2的齿圈66连接和断开的连接-断开结构以及用于以不可旋转方式固定动力分配集成机构40的太阳轮41的第三固定结构两者。上述设置有利地减小了变速器60以及整个动力输出设备的尺寸，同时简化了变速器60以及整个动力输出设备的结构。制动离合器BC1及BC2的功能可被划分为具有离合器功能的离合器及具有制动器功能的制动器。
图13示出了可应用至上述实施例的混合动力车辆20的另一变速器60A的示意性结构。图13的变速器60A包括与变速器60中类似的单级小齿轮式的第一和变速行星齿轮机构PG1和PG2以及制动离合器BC1及BC2。在变速器60A中，第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65经由支撑构件65y安装至紧固至变速器箱的中空太阳轮轴65a。由第一变速行星齿轮机构PG1及第二变速行星齿轮机构PG2共享的共用行星轮架64具有用以保持多个小齿轮67的保持元件64y以及以穿过中空太阳轮轴65a的方式位于中空太阳轮轴65a中的轴元件64x。在变速器60A中，用于保持第二变速行星齿轮机构PG2的小齿轮67的保持元件64y经由以穿过中空太阳轮轴65a的方式位于中空太阳轮轴65a中的轴元件64x与驱动轴69连接。保持元件64y设置在不与制动离合器BC2干涉的位置处，制动离合器BC2可被设置以将动力分配集成机构40的太阳轮41(第一电动机轴46)与齿圈轴66a(齿圈66)连接。上述布置也在第二变速行星齿轮机构PG2与第一变速行星齿轮机构PG1之间形成了用于支撑构件65y的空间。在图13的变速器60A中，可将作为第二变速行星齿轮机构PG2的输入元件的齿圈66与动力分配集成机构40的太阳轮41连接，同时将作为第二变速行星齿轮机构PG2的可固定元件的太阳轮65以不可旋转方式紧固至变速器箱。
图14示出了可应用至上述实施例的混合动力车辆20的另一变速器60B的示意性结构。除了与变速器60中类似的单级小齿轮式的第一和第二变速行星齿轮机构PG1和PG2以及制动离合器BC1之外，图14的变速器60B还包括制动离合器BC2′以及制动器B3。在变速器60B中，作为第二变速行星齿轮机构PG2的输入元件的齿圈66在车体中太阳轮65及小齿轮67后侧且第一变速行星齿轮机构PG1前侧的位置处被安装至安装元件46y。安装元件46y被设置在第一电动机轴46的从中空太阳轮轴65a(其从太阳轮65延伸)伸出的一端。行星轮架64被形成为从齿圈66的外侧延伸并围绕到达小齿轮67的前侧。在车体中，啮合元件64a前侧的位置处在行星轮架64上形成啮合元件64b。制动器B3被构造为爪形离合器，其包括可动啮合构件EM3以及用于使可动啮合构件EM3在第一电动机轴46的轴向上前后移动的电磁、电气或液压致动器(未示出)。可动啮合构件EM3被设计为与设置在第一电动机轴46一端(图中右端)上的匹配啮合元件46c持续啮合，并可与固定至变速器箱的锁止元件68c啮合。即，制动器B3执行包括在上述变速器60中的制动离合器BC2的功能中、以不可旋转方式来将动力分配集成机构40的太阳轮41固定至变速器箱的部分功能。起第三固定结构作用的制动器B3可以被设计为以不可旋转方式固定作为动力分配集成机构40的第一元件的行星轮架45，并可独立于变速器60B来设置制动器B3。
制动离合器BC2′被构造为爪形离合器，其包括可动啮合构件EM2以及用于使可动啮合构件EM2在第一电动机轴46的轴向上前后移动的电磁、电气或液压致动器(未示出)。可动啮合构件EM2可以被设计为与设置在太阳轮轴65a(其从第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65伸出)上的匹配啮合元件65b持续啮合，并可与固定至变速器箱的锁止元件68b以及设置在行星轮架64的外周上的啮合元件64b啮合。如图14所示，构造制动离合器BC2′以在多个选择“R位置”、“M位置”以及“L位置”之间选择性地切换离合器位置或可动啮合构件EM2的位置。在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至L位置时，可动啮合构件EM2与太阳轮轴65a的啮合元件65b以及固定至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。上述设定使得作为第二变速行星齿轮机构PG2的可固定元件的太阳轮65以不可旋转方式被紧固至变速器箱，由此允许经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递。在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至M位置时，可动啮合构件EM2仅与太阳轮轴65a的啮合元件65b啮合。上述设定以可旋转方式释放了第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65。在制动离合器BC2允许或禁止动力输入第二变速行星齿轮机构PG2(齿圈66)的同时，制动离合器BC2′以不可旋转方式来固定作为第二变速行星齿轮机构PG2的可固定元件的太阳轮65来允许经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递，或者以可旋转方式释放太阳轮65以禁止经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递。在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至R位置时，可动啮合构件EM2与太阳轮轴65a的啮合元件65b以及行星轮架64的啮合元件64b两者啮合。上述设定允许第二变速行星齿轮机构PG2中作为可固定元件的太阳轮65与作为输出元件的行星轮架64连接。图15示出了在配备有包括制动离合器BC2′的变速器60B的混合动力车辆20的驱动期间制动离合器BC1及BC2′、制动器B3以及离合器C0的离合器位置的设定状态。
如上所述，除了被设置为将作为第一变速行星齿轮机构PG1的可固定元件的齿圈62与行星轮架64连接和断开的制动离合器BC1(第一连接结构)之外，图14的变速器60B还包括被设置为将作为第二变速行星齿轮机构PG2的可固定元件的太阳轮65与行星轮架64连接和断开的制动离合器BC2′(第二固定结构及第二连接结构)。在本改变示例的变速器60B中，设置制动离合器BC2′以不可旋转方式来将作为第二变速行星齿轮机构PG2的可固定元件的太阳轮65固定至变速器箱，由此允许经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递，同时设置制动离合器BC1以将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62与行星轮架64连接。在上述第二档-第三档同时啮合状态下，上述设定使得发动机22的动力以第二固定变速比γ2(其不同于通过制动离合器BC1来固定第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62并通过制动离合器BC2′允许经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递的第一档-第二档同时啮合状态下的第一固定变速比γ1)机械(直接)地传递至驱动轴69。在第二档-第三档同时啮合状态下，设定制动离合器BC2′以可旋转方式来释放第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65并禁止经由第二变速行星齿轮机构PG2进行的动力传递，使得制动离合器BC1使第一变速行星齿轮机构PG1的太阳轮61、齿圈62以及行星轮架64大致锁止并一体旋转。在该第三变速状态下，上述设定使得以1的变速比将来自动力分配集成机构40的行星轮架45的动力直接传递至驱动轴69。在该第三变速状态下，在动力分配集成机构40的太阳轮41(电动机MG1)、齿圈42(发动机22)以及行星轮架45(电动机MG2)的转速大致彼此相同的情况下，在制动离合器BC1保持作为第一变速行星齿轮机构PG1的可固定元件的齿圈62与作为输出元件的行星轮架64连接的同时，如图16所示，制动离合器BC2′可将作为第二变速行星齿轮机构PG2的可固定元件的太阳轮65与作为输出元件的行星轮架64连接。如下所述，通过制动离合器BC1将第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62与行星轮架64连接同时通过制动离合器BC2′将第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65与行星轮架64连接的模式也被称为“同时啮合模式”。图16的状态被具体称为“相同旋转传动状态”。如图16所示，在该相同旋转传动状态下，动力分配集成机构40的太阳轮41、齿圈42(发动机22)以及行星轮架45，第一变速行星齿轮机构PG1的太阳轮61及齿圈62，第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65及齿圈66，以及由第一变速行星齿轮机构PG1及第二变速行星齿轮机构PG2共享的共用行星轮架64一体地旋转。在该相同旋转传动状态下，以1的变速比将发动机22的输出动力机械(直接)地传递至驱动轴69。即，变速器60B允许在图16的相同旋转传动状态(其不同于第一档-第二档同时啮合状态、第二档-第三档同时啮合状态以及第三档OD状态)下以1的变速比将发动机22的输出动力机械(直接)地传递至驱动轴69。因此，对变速器60B的使用确保了在较广的驱动范围内有效地提高动力传递效率。除了起用于固定和释放第一变速行星齿轮机构PG1的齿圈62的第一固定结构以及用于将齿圈62与行星轮架64连接和断开的第一连接结构两者作用的单一制动离合器BC1之外，变速器60B还包括制动离合器BC2′，其起固定和释放第二变速行星齿轮机构PG2的太阳轮65的第二固定结构以及将太阳轮65与行星轮架64连接和断开的第二连接结构两者的作用。该设置有利地减小了变速器60B以及整个动力输出设备的尺寸，同时简化了变速器60B以及整个动力输出设备的结构。
图17示出了可应用至上述实施例的混合动力车辆20的另一变速器100的示意性结构。图17所示的变速器100包括单级小齿轮式第一变速行星齿轮机构110、第二变速行星齿轮机构120以及制动离合器BC1及BC2。第一变速行星齿轮机构110包括作为输入元件的太阳轮111、作为可固定元件的齿圈112以及作为被布置为保持与太阳轮111及齿圈112啮合的小齿轮113的输出元件的行星轮架114。第二变速行星齿轮机构120包括作为输入元件的第一太阳轮121、被设置为具有与第一太阳轮121不同齿数并与第一变速行星齿轮机构110的行星轮架114以及驱动轴69连接的作为输出元件的第二太阳轮122、以及被设置为保持将与第一太阳轮121啮合的第一小齿轮123连结至与第二太阳轮122啮合的第二小齿轮124的分级齿轮125的作为可固定元件的行星轮架126。在图17的变速器100中，第二变速行星齿轮机构120的行星轮架126被紧固至变速器箱。单一制动离合器BC1起固定和释放第一变速行星齿轮机构110的齿圈112的固定结构以及将齿圈112与行星轮架114连接和断开的连接结构两者的作用。制动离合器BC2包括以及使可动啮合构件EM2在第一电动机轴46的轴向上前后移动的电磁、电气或液压致动器(未示出)。可动啮合构件EM2被设计为与设置在第一电动机轴46一端上的匹配啮合元件46b持续啮合，并可与设置在从第二变速行星齿轮机构120的第一太阳轮121延伸的太阳轮轴121a上的啮合元件121b以及固定至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。变速器100的制动离合器BC2将作为第二变速行星齿轮机构120的输入元件的第一太阳轮121经由太阳轮轴121a、第一电动机轴46以及离合器C0与作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41连接，以允许动力输入第二变速行星齿轮机构120(第一太阳轮121)。制动离合器BC2还使第二变速行星齿轮机构120的第一太阳轮121与作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41断开，以禁止动力输入第二变速行星齿轮机构120(第一太阳轮121)。单级小齿轮式第一变速行星齿轮机构110与被设置为包括分级齿轮125由此在径向上具有比单级小齿轮式行星齿轮机构更小的尺寸的第二变速行星齿轮机构120的组合有利地确保了变速器100特别是在径向上的尺寸减小。
图18示出了可应用至上述实施例的混合动力车辆20的另一变速器100A的示意性结构。除了与以上参考图17所述的变速器100中所包括类似的第一变速行星齿轮机构110、第二变速行星齿轮机构120以及制动离合器BC1之外，图18所示的变速器100A还包括制动器B3以及制动离合器BC2′。在变速器100A中，作为第二变速行星齿轮机构120的可固定元件的行星轮架126具有大致圆筒形外周部分，啮合元件126b形成在其上以与制动离合器BC2′的可动啮合构件EM2持续啮合。设置制动离合器BC2′的可动啮合构件EM2以可与设置在第一变速行星齿轮机构110的行星轮架114上的啮合元件114b以及紧固至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。如图18所示，构造制动离合器BC2′以在多个选择“R位置”、“M位置”以及“L位置”之间选择性地切换离合器位置，即可动啮合构件EM2的位置。在变速器100A中，在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至L位置时，可动啮合构件EM2与第二变速行星齿轮机构120中行星轮架126的啮合元件126b以及固定至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。上述设定使得作为第二变速行星齿轮机构120的可固定元件的行星轮架126以不可旋转方式被紧固至变速器箱，由此允许经由第二变速行星齿轮机构120的动力传递。在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至M位置时，可动啮合构件EM2仅与行星轮架126的啮合元件126b啮合。上述设定以可旋转方式释放了第二变速行星齿轮机构120的行星轮架126。即，设置变速器100A的制动离合器BC2′以不可旋转方式来固定作为第二变速行星齿轮机构120的可固定元件的行星轮架126，由此允许经由第二变速行星齿轮机构120的进行动力传递，并以可旋转方式来释放行星轮架126，由此禁止经由第二变速行星齿轮机构120的进行动力传递。在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至R位置时，可动啮合构件EM2与作为第二变速行星齿轮机构120的可固定元件的行星轮架126的啮合元件126b以及第一变速行星齿轮机构110中行星轮架114的啮合元件114b两者啮合。上述设定允许将作为可固定元件的行星轮架126与作为第二变速行星齿轮机构120中输出元件的第二太阳轮122连接。在上述变速器60B中，将制动离合器BC1的离合器位置设定至L位置并将制动离合器BC2′的离合器位置设定至R位置使得将变速器100A设定至相同旋转传动状态。
图19示出了可应用至上述实施例的混合动力车辆20的另一变速器200的示意性结构。图19所示的变速器200包括单级小齿轮式第一变速行星齿轮机构210、双级小齿轮式第二变速行星齿轮机构220以及制动离合器BC1及BC2。第一变速行星齿轮机构210包括作为输入元件的太阳轮211、作为可固定元件的齿圈212以及被布置为保持与太阳轮211及齿圈212啮合的小齿轮213的作为输出元件的行星轮架214。第二变速行星齿轮机构220包括作为输入元件的太阳轮221、被设置为与第一变速行星齿轮机构210的行星轮架214以及驱动轴69连接的作为输出元件的齿圈222、以及被设置为保持与太阳轮221以及齿圈222啮合的两组互相啮合的小齿轮223及224的作为可固定元件的行星轮架225。在图19的变速器200中，第二变速行星齿轮机构220的行星轮架225被紧固至变速器箱。单一制动离合器BC1起固定和释放第一变速行星齿轮机构210的齿圈212的固定结构以及将齿圈212与行星轮架214连接和断开的连接结构两者的作用。制动离合器BC2包括可动啮合构件EM2以及使可动啮合构件EM2在第一电动机轴46的轴向上前后移动的电磁、电气或液压致动器(未示出)。可动啮合构件EM2被设计为与设置在第一电动机轴46一端上的匹配啮合元件46b持续啮合，并可与设置在从第二变速行星齿轮机构220的第一太阳轮221延伸的太阳轮轴221a上的啮合元件221b以及固定至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。变速器200的制动离合器BC2将作为第二变速行星齿轮机构220的输入元件的太阳轮221经由太阳轮轴221a、第一电动机轴46以及离合器C0与作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41连接以允许动力输入第二变速行星齿轮机构220(太阳轮221)。制动离合器BC2还使第二变速行星齿轮机构220的太阳轮221与作为动力分配集成机构40的第二元件的太阳轮41断开以禁止动力输入第二变速行星齿轮机构220(太阳轮221)。包括单级小齿轮式第一变速行星齿轮机构210与双级小齿轮式第二变速行星齿轮机构220的组合的变速器200与实施例中的变速器60以及上述改变示例中的变速器100具有类似的功能及效果。
图20示出了可应用至上述实施例的混合动力车辆20的另一变速器200A的示意性结构。除了与以上参考图19所述的变速器200中所包括类似的单级小齿轮式第一变速行星齿轮机构210、双级小齿轮式第二变速行星齿轮机构220以及制动离合器BC1之外，图20所示的变速器200A还包括制动器B3以及制动离合器BC2′。在变速器200A中，作为第二变速行星齿轮机构220的可固定元件的行星轮架225具有啮合元件225b，其被设置为与制动离合器BC2′的可动啮合构件EM2持续啮合。设置制动离合器BC2′的可动啮合构件EM2以可与设置在作为第二变速行星齿轮机构220的输出元件的齿圈222上的啮合元件222b以及紧固至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。如图20所示，构造制动离合器BC2′以在多个选择“R位置”、“M位置”以及“L位置”之间选择性地切换离合器位置，即可动啮合构件EM2的位置。在变速器200A中，在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至L位置时，可动啮合构件EM2与第二变速行星齿轮机构220中行星轮架225的啮合元件225b以及固定至变速器箱的锁止元件68b两者啮合。上述设定使得作为第二变速行星齿轮机构220的可固定元件的行星轮架225以不可旋转方式被紧固至变速器箱，由此允许经由第二变速行星齿轮机构220进行的动力传递。在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至M位置时，可动啮合构件EM2仅与行星轮架225的啮合元件225b啮合。上述设定以可旋转方式释放了第二变速行星齿轮机构220的行星轮架225。即，设置变速器200A的制动离合器BC2′以不可旋转方式来固定作为第二变速行星齿轮机构220的可固定元件的行星轮架225，由此允许经由第二变速行星齿轮机构220进行的动力传递，并以可旋转方式来释放行星轮架225，由此禁止经由第二变速行星齿轮机构220进行的动力传递。在将制动离合器BC2′的离合器位置设定至R位置时，可动啮合构件EM2与作为第二变速行星齿轮机构220的可固定元件的行星轮架225的啮合元件225b以及第二变速行星齿轮机构220中行星轮架222的啮合元件222b两者啮合。上述设定将第二变速行星齿轮机构220中作为可固定元件的行星轮架225与作为输出元件的齿圈222连接。如上述变速器60B以及变速器100A中，将制动离合器BC1的离合器位置设定至L位置并将制动离合器BC2′的离合器位置设定至R位置使得将变速器200A设定至相同旋转传动状态。
在本实施例的混合动力车辆20中，离合器C0并不限于将太阳轮41与电动机MG1连接和断开的元件。可以替代地设置离合器C0以将行星轮架45(第一元件)与行星轮架轴45a(电动机MG2)连接和断开，或者设置离合器C0以将发动机22的曲轴26与齿圈42(第三元件)连接和断开。本实施例的混合动力车辆20可被构造为基于后轮驱动的四轮驱动车辆。在上述实施例及其改变示例中，将动力输出设备安装在混合动力车辆20上。但是，本发明的动力输出设备并不限于安装在混合动力车辆上，而可以安装在多种不同运动物体上，包括各种机动车辆及其他车辆、轮船和舰船、以及飞行器，或者可内建在包括建筑机械的固定设备中。
本实施例及其改变示例中的主要元件如下所述被界定为本发明权利要求中的主要构件。在实施例及其改变示例中的发动机22、被设置为能够进行动力输入及动力输出的电动机MG2、被设置为能够进行动力输入及动力输出的电动机电动机MG1、以及被设置为能够与电动机MG1及MG2互送电力的蓄电池35分别等同于本发明的“内燃机”、“第一电动机”、“第二电动机”以及“蓄电器”。动力分配集成机构40以及变速器60，60A，60B，100，100A，200或200A分别等同于本发明的“动力分配集成机构”以及“变速传动组件”。“内燃机”并不限于接收烃燃料(例如汽油或轻油)供应并输出动力的发动机22，而可以是任何其他类型的发动机，例如氢发动机。“第一电动机”及“第二电动机”并不限于构造为同步电动发电机的电动机MG1及MG2，而可以是其他任何类型的电动机，例如感应电动机。“蓄电器”并不限于构造为二次电池的蓄电池35，而可以是能够与第一电动机及第二电动机互送电力的任何等同单元，例如，电容器。“动力分配集成机构”并不限于动力分配集成机构40，而可以是任何行星齿轮机构，其被构造为具有与第一电动机的转轴连接的第一元件、与第二电动机的转轴连接的第二元件以及与内燃机的发动机轴连接的第三元件，以允许上述三个元件相互之间的差动旋转，并具有约0.5的速比。例如，行星齿轮机构可包括具有不同齿数的第一太阳轮及第二太阳轮，并被设置为保持至少一个分级齿轮(其将与第一太阳轮啮合的第一小齿轮连结至与第二太阳轮啮合的第二小齿轮)的行星轮架。“变速传动组件”并不限于变速器60，60A，60B，100，100A，200或200A，而可以是任何包括第一变速行星齿轮机构、第一固定结构、第二变速行星齿轮机构以及传动状态转换结构的等同结构。第一变速行星齿轮机构被构造为具有与动力分配集成机构的第一元件连接的输入元件、与驱动轴连接的输出元件以及可固定元件。第一固定结构被构造为以不可旋转方式来固定第一变速行星齿轮机构的可固定元件并以可旋转方式来释放可固定元件。第二变速行星齿轮机构被构造为具有与动力分配集成机构的第二元件连接的输入元件、与驱动轴连接的输出元件以及可固定元件。传动状态转换结构被设置为允许和禁止经由第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。上述将本实施例及其改变示例中的主要元件与本发明权利要求中的主要构件对应的上述界定在任何方面均非限制性，而仅为具体描述实现本发明的模式的说明。即，上述实施例及其改变示例在各个方面均应被视为说明而非限制。
在不脱离本发明的主要特征的范围或精神的情况下，可以存在各种改变、变化以及替代。本发明的范围及精神由所附权利要求而非以上描述来表示。

Claims (16)

1.一种动力输出设备，其被配置为向驱动轴输出动力，所述动力输出设备包括：
内燃机；
第一电动机，其能够输入动力并能够输出动力；
第二电动机，其能够输入动力并能够输出动力；
蓄电器，其被配置为与所述第一电动机及所述第二电动机互送电力；
作为行星齿轮机构的动力分配集成机构，所述行星齿轮机构具有与所述第一电动机的转轴连接的第一元件、与所述第二电动机的转轴连接的第二元件以及与所述内燃机的发动机轴连接的第三元件，并且被配置为允许所述三个元件相互进行差动旋转并具有约0.5的速比；以及
变速传动组件，其包括：第一变速行星齿轮机构，其具有与所述动力分配集成机构的所述第一元件连接的输入元件、与所述驱动轴连接的输出元件以及可固定元件，并且被配置为允许所述第一变速行星齿轮机构的所述输入元件、所述输出元件和所述可固定元件相互进行差动旋转；第一固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述第一变速行星齿轮机构的所述可固定元件，并以可旋转方式来释放所述可固定元件；第二变速行星齿轮机构，其具有与所述动力分配集成机构的所述第二元件连接的输入元件、与所述驱动轴连接的输出元件以及可固定元件，并且被配置为允许所述第二变速行星齿轮机构的所述输入元件、所述输出元件和所述可固定元件相互进行差动旋转；以及传动状态转换装置，其被配置为转换所述第二变速行星齿轮机构的所述输入元件及所述可固定元件中任一者的状态，由此允许和禁止经由所述第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。
2.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述动力分配集成机构是双级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述第三元件的齿圈；作为所述第二元件的太阳轮；以及被布置为保持彼此啮合的两个小齿轮组的、作为所述第一元件的行星轮架，所述两个小齿轮组中的一组与所述齿圈啮合，而所述两个小齿轮组中的另一组与所述太阳轮啮合。
3.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述第二变速行星齿轮机构的所述可固定元件以所述不可旋转方式被固定，并且其中，所述传动状态转换装置是连接断开装置，其被配置为使所述动力分配集成机构的所述第二元件与所述第二变速行星齿轮机构的所述输入元件连接和断开。
4.根据权利要求3所述的动力输出设备，其中，所述变速传动组件还包括连接装置，其被配置为使所述第一变速行星齿轮机构的所述输出元件和所述可固定元件连接和断开。
5.根据权利要求4所述的动力输出设备，其中，所述变速传动组件包括单一离合器，其起所述第一固定装置及所述连接装置两者的作用。
6.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述传动状态转换装置是第二固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述第二变速行星齿轮机构的所述可固定元件，并以可旋转方式来释放所述可固定元件。
7.根据权利要求6所述的动力输出设备，其中，所述变速传动组件还包括第一连接装置以及第二连接装置，所述第一连接装置被配置为使所述第一变速行星齿轮机构的所述输出元件和所述可固定元件连接和断开，而所述第二连接装置被配置为使所述第二变速行星齿轮机构的所述输出元件和所述可固定元件连接和断开。
8.根据权利要求7所述的动力输出设备，其中
所述变速传动组件包括单一第一离合器以及单一第二离合器，所述单一第一离合器起所述第一固定装置及所述第一连接装置两者的作用，而所述单一第二离合器起所述第二固定装置及所述第二连接装置两者的作用。
9.根据权利要求4所述的动力输出设备，所述动力输出设备还包括：
第三固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述动力分配集成机构的所述第一元件及所述第二元件中的任一者。
10.根据权利要求7所述的动力输出设备，所述动力输出设备还包括：
第三固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述动力分配集成机构的所述第一元件及所述第二元件中的任一者。
11.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述第一变速行星齿轮机构是单级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的太阳轮；作为所述可固定元件的齿圈；以及被布置为保持与所述太阳轮及所述齿圈两者分别啮合的小齿轮的、作为所述输出元件的行星轮架，并且其中，所述第二变速行星齿轮机构是单级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的齿圈；作为所述可固定元件的太阳轮；以及被布置为保持与所述齿圈及所述太阳轮两者分别啮合的小齿轮的、作为所述输出元件的行星轮架。
12.根据权利要求11所述的动力输出设备，其中，所述第二变速行星齿轮机构的所述太阳轮被安装至中空太阳轮轴，并且其中，所述第二变速行星齿轮机构的所述齿圈经由以穿过所述中空太阳轮轴的方式位于所述中空太阳轮轴内的轴与所述动力分配集成机构的所述第二元件连接。
13.根据权利要求11所述的动力输出设备，其中，所述第二变速行星齿轮机构的所述太阳轮被安装至中空太阳轮轴，并且其中，所述第二变速行星齿轮机构的所述行星轮架经由以穿过所述中空太阳轮轴的方式位于所述中空太阳轮轴内的轴与所述驱动轴连接。
14.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述第一变速行星齿轮机构是单级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的太阳轮；作为所述可固定元件的齿圈；以及被布置为保持与所述太阳轮及所述齿圈两者分别啮合的小齿轮的、作为所述输出元件的行星轮架，并且其中，所述第二变速行星齿轮机构是行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的第一太阳轮；作为所述输出元件的第二太阳轮，其具有与所述第一太阳轮不同数量的齿，并与所述第一变速行星齿轮机构的所述行星轮架以及所述驱动轴连接；以及被布置为保持分级齿轮的、作为所述可固定元件的行星轮架，所述分级齿轮将与所述第一太阳轮啮合的第一小齿轮连结至与所述第二太阳轮啮合的第二小齿轮。
15.根据权利要求1所述的动力输出设备，其中，所述第一变速行星齿轮机构是单级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的太阳轮；作为所述可固定元件的齿圈；以及被布置为保持与所述太阳轮及所述齿圈两者分别啮合的小齿轮的、作为所述输出元件的行星轮架，并且其中，所述第二变速行星齿轮机构是双级小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为所述输入元件的太阳轮；作为所述输出元件的齿圈；以及被布置为保持彼此啮合的两个小齿轮组的、作为所述可固定元件的行星轮架，所述两个小齿轮组中的一组与所述太阳轮啮合，而所述两个小齿轮组中的另一组与所述齿圈啮合。
16.一种混合动力车辆，其具有由来自驱动轴的动力驱动的驱动轮，所述混合动力车辆包括：
内燃机；
第一电动机，其能够输入动力并能够输出动力；
第二电动机，其能够输入动力并能够输出动力；
蓄电器，其被配置为与所述第一电动机及所述第二电动机互送电力；
作为行星齿轮机构的动力分配集成机构，所述行星齿轮机构具有与所述第一电动机的转轴连接的第一元件、与所述第二电动机的转轴连接的第二元件以及与所述内燃机的发动机轴连接的第三元件，并且被配置为允许所述三个元件相互进行差动旋转并具有约0.5的速比；以及
变速传动组件，其包括：第一变速行星齿轮机构，其具有与所述动力分配集成机构的所述第一元件连接的输入元件、与所述驱动轴连接的输出元件以及可固定元件，并且被配置为允许所述第一变速行星齿轮机构的所述输入元件、所述输出元件和所述可固定元件相互进行差动旋转；第一固定装置，其被配置为以不可旋转方式来固定所述第一变速行星齿轮机构的所述可固定元件，并以可旋转方式来释放所述可固定元件；第二变速行星齿轮机构，其具有与所述动力分配集成机构的所述第二元件连接的输入元件、与所述驱动轴连接的输出元件以及可固定元件，并且被配置为允许所述第二变速行星齿轮机构的所述输入元件、所述输出元件和所述可固定元件相互进行差动旋转；以及传动状态转换装置，其被配置为转换所述第二变速行星齿轮机构的所述输入元件及所述可固定元件中任一者的状态，由此允许和禁止经由所述第二变速行星齿轮机构进行的动力传递。
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