CN101511624B - 动力输出装置和混合动力汽车 - Google Patents

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Abstract

混合动力汽车(20)包括：发动机(22)；马达(MG1、MG2)；具有与马达(MG1)连接的太阳齿轮(41)、与马达(MG2)连接的行星齿轮架(45)、以及与发动机(22)连接的内啮合齿轮(42)的动力分配综合机构(40)；具有与动力分配综合机构(40)的行星齿轮架(45)连接的太阳齿轮(61)、与驱动轴(69)连接的行星齿轮架(64)、以及内啮合齿轮(62)的行星齿轮机构(PG1)；可固定内啮合齿轮(62)的制动器(B1)；具有与动力分配综合机构(40)的太阳齿轮(41)连接的太阳齿轮(65)、与行星齿轮机构(PG1)共有的行星齿轮架(64)、以及内啮合齿轮(66)的行星齿轮机构(PG2)；以及可固定内啮合齿轮(66)的制动器(B2)。

Description

动力输出装置和混合动力汽车
技术领域
本发明涉及向驱动轴输出动力的动力输出装置以及具有该动力输出装置的混合动力汽车。
背景技术
作为这种动力输出装置，以往公知如下的动力输出装置，该动力输出装置包括：内燃机、两台电动机、所谓的拉维奈尔赫型的行星齿轮机构、以及可将行星齿轮机构的两个输出构件选择性地连接到输出轴的平行轴式变速器(例如，参见专利文献1)。该动力输出装置是以前轮驱动车辆为对象的，在该动力输出装置中，内燃机横向布置，并且内燃机、行星齿轮机构、两台电动机、以及平行轴式变速器的旋转轴相互平行地延伸。另外，以往公知如下的动力输出装置，该动力输出装置包括：具有与内燃机连接的输入构件和两个输出构件的行星齿轮装置、以及具有分别与该行星齿轮机构的对应的输出构件连接的副轴的平行轴式变速器(例如，参见专利文献2)。在该动力输出装置中，行星齿轮装置的两个输出构件分别被固定在电驱动部中的对应的转子的内周上。另外，以往公知如下的动力输出装置，该动力输出装置包括动力分配机构和两个离合器，所述动力分配机构包含与内燃机连接的输入构件、与第一电动发电机连接的反作用力构件、以及与第二电动发电机连接的输出构件，所述两个离合器用于使作为输出部件的驱动轴选择性地连接到动力分配机构的输出构件和反作用力构件上(例如，参见专利文献3)。一旦第一电动发电机以负旋转执行电动机驱动，该动力输出装置就控制两个离合器，以使动力分配机构的反作用力构件连接到输出部件上，并解除输出构件与输出部件的连接，由此抑制通过由第二电动发电机使用输出部件的一部分动力而产生的电力来驱动第一电动发电机的动力循环的产生。
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；
专利文献3：日本专利文献特开2005-125876号公报。
发明内容
但是，对于主要通过驱动后轮来行驶的车辆，即对于一般的后轮驱动车辆、或以后轮驱动为主的四轮驱动车辆等来说，由于安装空间等的原因难以采用上述专利文献1中记载的动力输出装置。另外，虽然上述专利文献2中记载的动力输出装置可以后轮驱动车辆为对象，但由于其使用平行轴式变速器，轴向和径向上的尺寸大，因而不得不说向车辆上的可安装性较差。另外，专利文献2中记载的动力输出装置要求直径大的转子，存在电驱动部的可安装性差的问题，其可实现性原本就差。另一方面，当将这种动力输出装置应用于主要通过驱动后轮来行驶的车辆时，也需要在更宽的行驶范围中提高动力的传递效率，在这一点上，以往的动力输出装置仍存在改进的余地。
因此，本发明的一个目的在于，提供一种适于主要驱动后轮来行驶的车辆的小型且可安装性优良的动力输出装置以及具有该动力输出装置的混合动力汽车。本发明的另一个目的在于，提供一种能够在更宽的行驶范围中提高动力传递效率的动力输出装置以及具有该动力输出装置的混合动力汽车。
为了实现上述的目的，本发明的动力输出装置以及混合动力汽车采用了以下的手段。
本发明的动力输出装置是一种向驱动轴输出动力的动力输出装置，其包括：
内燃机；
第一电动机，可输入输出动力；
第二电动机，可输入输出动力；
动力分配综合机构，被构成为具有与所述第一电动机的旋转轴连接的第一构件、与所述第二电动机的旋转轴连接的第二构件、以及与所述内燃机的内燃机轴连接的第三构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；和
变速传递单元，该变速传递单元包括：第一变速用差动旋转机构，被构成为具有与所述动力分配综合机构的所述第一构件连接的输入构件、与所述驱动轴连接的输出构件、以及可固定构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；第二变速用差动旋转机构，被构成为具有与所述动力分配综合机构的所述第二构件连接的输入构件、与所述驱动轴连接的输出构件、以及可固定构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；第一固定单元，可固定所述第一变速用差动旋转机构的所述可固定构件，以使该可固定构件不能旋转；以及第二固定单元，可固定所述第二变速用差动旋转机构的所述可固定构件，以使该可固定构件不能旋转。
上述动力输出装置具备包括有均为三构件式的第一变速用差动旋转机构和第二变速用差动旋转机构的变速传递单元。该变速传递单元可在内燃机、第一电动机、第二电动机以及动力分配机构的下游侧与它们同轴地配置，并且例如与平行轴式变速传递单元相比能够大幅度地减小轴向和径向上的尺寸。因此，该动力输出装置尺寸小且可安装性优越，并非常适于主要驱动后轮来行驶的车辆。并且，根据该变速传递单元，通过利用第一固定单元将第一变速用差动旋转机构的可固定构件固定成不能旋转，可将动力分配综合机构的第一构件用作输出构件并使与该第一构件连接的第一电动机作为电动机而发挥功能，并且可使与作为反作用力构件的第二构件连接的第二电动机作为发电机而发挥功能。另外，根据该变速传递单元，通过利用第二固定单元将第二变速用差动旋转机构的可固定构件固定成不能旋转，可将动力分配综合机构的第二构件用作输出构件并使与该第二构件连接的第二电动机作为电动机而发挥功能，并可使与作为反作用力构件的第一构件连接的第一电动机作为发电机而发挥功能。因此，在该动力输出装置中，通过适当地对由第一固定单元对第一变速用差动旋转机构的可固定构件的固定与由第二固定单元对第二变速用差动旋转机构的可固定构件的固定进行切换，尤其在作为电动机而发挥功能的第一或第二电动机的转速变高时，能够使作为发电机而发挥功能的第二或第一电动机的转速不变为负值来抑制所谓动力循环的发生。另外，根据该变速差动单元，通过利用第一固定单元和第二固定单元将第一变速用差动旋转机构的可固定构件和第二变速用差动旋转机构的可固定构件两者固定成不能旋转，能够将来自内燃机的动力以固定的变速比机械地(直接)传递给驱动轴。从而，根据该动力输出装置，可在更宽的运转范围内良好地提高动力传递效率。
此时，所述变速传递单元的所述第一变速用差动旋转机构和所述第二变速用差动旋转机构可以是三构件式行星齿轮机构。另外，所述第一变速用差动旋转机构可以是单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构具有：与所述动力分配综合机构的所述第一构件连接的太阳齿轮、可被所述第一固定单元固定成不能旋转的内啮合齿轮、以及至少保持一个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮两者啮合的小齿轮并与所述驱动轴连接的行星齿轮架，所述第二变速用差动旋转机构可以是单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构具有：与所述动力分配综合机构的所述第二构件连接的太阳齿轮、可被所述第二固定单元固定成不能旋转的内啮合齿轮、以及至少保持一个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮两者啮合的小齿轮并与所述第一变速用差动旋转机构的行星齿轮架以及所述驱动轴连接的行星齿轮架。由此，当第一变速用差动旋转机构的内啮合齿轮被固定时，能够将来自动力分配机构的第一构件的动力以基于第一变速用差动旋转机构的齿轮比(太阳齿轮的齿数/内啮合齿轮的齿数)的变速比进行变速后传递给驱动轴。另外，当第二变速用差动旋转机构的内啮合齿轮被固定时，能够将来自动力分配机构的第二构件的动力以基于第二变速用差动旋转机构的齿轮比(太阳齿轮的齿数/内啮合齿轮的齿数)的变速比进行变速后传递给驱动轴。
另外，所述变速传递单元还可以包括变速用连接切断单元，该变速用连接切断单元可执行所述第一变速用差动旋转机构以及所述第二变速用差动旋转机构中任一个的所述输出构件与所述可固定构件之间的连接和该连接的解除。根据这样的变速传递单元，通过连接第一变速用差动旋转机构和第二变速用差动旋转机构中任一个的输出构件和可固定构件，并将第一变速用差动旋转机构和第二变速用差动旋转机构中另一个的可固定构件固定成不能旋转，能够将来自内燃机的动力以固定的变速比机械地(直接)传递给驱动轴，其中该固定的变速比不同于将第一变速用差动旋转机构的可固定构件和第二变速用差动旋转机构的可固定构件两者固定成不能旋转时的变速比。并且如果在此状态下使第一变速用差动旋转机构和第二变速用差动旋转机构中另一个的可固定构件可旋转，第一变速用差动旋转机构以及第二变速用差动旋转机构中的一个的各构件就会通过变速用连接切断单元被实际锁定从而一体地旋转，因此能够将来自动力分配机构的第一构件或第二构件的动力直接传递给驱动轴。由此，在上述结构下，可在进一步更宽的运转范围中良好地提高动力传递效率。
此时，本发明的动力输出装置还可以包括第三固定单元，该第三固定单元可固定所述动力分配综合机构的所述第一构件以及所述第二构件中的任一个以使其不能旋转。由此，当连接了第一变速用差动旋转机构和第二变速用差动旋转机构中任一个的输出构件与可固定构件时，如果固定与作为发电机而发挥功能的第一或第二电动机连接的动力分配综合机构的第一或第二构件(反作用力构件)以使其不能旋转，则能够将来自内燃机的动力以固定的变速比直接传递给驱动轴，其中该固定的变速比不同于将第一或第二变速用差动机构的可固定构件两者固定成不能旋转时的变速比以及连接了第一或第二变速用差动机构的输出构件与可固定构件时的变速比。因此，根据上述结构，可在进一步更宽的运转范围中良好地提高动力传递效率。
另外，本发明的动力输出装置还可以包括连接切断单元，该连接切断单元可执行所述第一电动机与所述第一构件之间的连接和该连接的解除、所述第二电动机与所述第二构件之间的连接和该连接的解除、以及所述内燃机与所述第三构件之间的连接和该连接的解除中的任一种。在包括有上述连接切断单元的动力输出装置中，如果使连接切断单元解除上述连接，就可通过差动旋转机构的功能来将内燃机与第一、第二电动机以及变速传递单元实际分离。由此，在该动力输出装置中，如果使连接切断单元解除上述连接并使内燃机停止，就能够在改变变速传递单元的变速比的情况下从第一、第二电动机中的至少一个向驱动轴高效率地传递动力。因此，根据动力输出装置，可降低对第一、第二电动机要求的最大转距等，从而能够进一步小型化第一、第二电动机。连接切断单元可以被配置在第一电动机和第一构件之间或者第二电动机和第二构件之间来执行相对应的第一或第二电动机和第一或第二构件之间的连接和该连接的解除，并且变速传递单元在解除了基于连接切断单元的上述连接时可将来自与该连接切断单元对应的第一或第二电动机的动力传递给驱动轴。
另外，所述动力分配综合机构可以位于所述第一电动机和所述第二电动机的之间并与该两个电动机同轴地配置。如此，如果在彼此同轴配置的第一和第二电动机之间与该两个电动机同轴地配置动力分配综合机构，第一和第二电动机就可采用径向尺寸更小的电动机。由此，能够实现小型且可安装性优越、并且适于主要驱动后轮来行驶的车辆的动力输出装置。此外，所述动力分配综合机构可以是三构件式行星齿轮机构，由此能够进一步缩小动力分配综合机构的尺寸来实现更加小型且可安装性优越的动力输出装置。
本发明的混合动力汽车是一种包括通过来自驱动轴的动力而被驱动的驱动轮的混合动力汽车，其包括：
第一电动机，可输入输出动力；
第二电动机，可输入输出动力；
动力分配综合机构，被构成为具有与所述第一电动机的旋转轴连接的第一构件、与所述第二电动机的旋转轴连接的第二构件、以及与所述内燃机的内燃机轴连接的第三构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；和
变速传递单元，该变速传递单元包括：第一变速用差动旋转机构，被构成为具有与所述动力分配综合机构的所述第一构件连接的输入构件、与所述驱动轴连接的输出构件、以及可固定构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；第二变速用差动旋转机构，被构成为具有与所述动力分配综合机构的所述第二构件连接的输入构件、与所述驱动轴连接的输出构件、以及可固定构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；第一固定单元，可固定所述第一变速用差动旋转机构的所述可固定构件，以使该可固定构件不能旋转；以及第二固定单元，可固定所述第二变速用差动旋转机构的所述可固定构件，以使该可固定构件不能旋转。
由于安装在该混合动力汽车上的动力输出装置尺寸小并适于主要驱动后轮来行驶的车辆，并且可在进一步更宽的运行范围中提高动力传递效率，因此在该混合动力汽车中，能够很好地改善混合动力汽车的耗油率和行驶性能。
在上述混合动力汽车中，所述变速传递单元的所述第一变速用差动旋转机构和所述第二变速用差动旋转机构可以是三构件式行星齿轮机构。
另外，所述第一变速用差动旋转机构可以是单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构具有：与所述动力分配综合机构的所述第一构件连接的太阳齿轮、可被所述第一固定单元固定成不能旋转的内啮合齿轮、以及至少保持一个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮两者啮合的小齿轮并与所述驱动轴连接的行星齿轮架，所述第二变速用差动旋转机构可以是单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构具有：与所述动力分配综合机构的所述第二构件连接的太阳齿轮、可被所述第二固定单元固定成不能旋转的内啮合齿轮、以及至少保持一个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮两者啮合的小齿轮并与所述第一变速用差动旋转机构的行星齿轮架以及所述驱动轴连接的行星齿轮架。
并且，所述变速传递单元还可以包括变速用连接切断单元，该变速用连接切断单元可执行所述第一变速用差动旋转机构以及所述第二变速用差动旋转机构中的任一个的所述输出构件与所述可固定构件之间的连接和该连接的解除。
另外，上述混合动力汽车还可以包括第三固定单元，该第三固定单元可固定所述动力分配综合机构的所述第一构件以及所述第二构件中的任一个以使其不能旋转。
并且，上述混合动力汽车还可以包括连接切断单元，该连接切断单元可执行所述第一电动机与所述第一构件之间的连接和该连接的解除、所述第二电动机与所述第二构件之间的连接和该连接的解除、以及所述内燃机与所述第三构件之间的连接和该连接的解除中的任一种。
另外，在上述混合动力汽车中，所述动力分配综合机构可以位于所述第一电动机和所述第二电动机的之间并与该两个电动机同轴地配置。
并且，在上述混合动力汽车中，所述动力分配综合机构可以是三构件式行星齿轮机构。
附图说明
图1是本发明实施例的混合动力汽车20的简要结构图；
图2是举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的变速比向升档方向变化时的动力分配综合机构40和变速器60的主要构件的转速-转矩的关系的说明图；
图3是与图2相同的说明图；
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是示出以下的共线图的一个例子的说明图，该共线图表示在马达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情况下动力分配综合机构40的各构件和减速齿轮机构50的各构件之间的转速-转矩的关系；
图9是示出以下的共线图的一个例子的说明图，该共线图表示在马达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情况下动力分配综合机构40的各构件和减速齿轮机构50的各构件的转速-转矩的关系；
图10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；
图11是变形例的混合动力汽车20A的简要结构图。
具体实施方式
以下，使用实施例来说明实施本发明的优选方式。
图1是本发明一个实施例的混合动力汽车20的简要结构图。该图所示的混合动力汽车20被构成为后轮驱动车辆，并包括：配置在车辆前部的发动机22，；与作为发动机22的输出轴的曲轴26连接的动力分配综合机构40(差动旋转机构)；与动力分配综合机构40连接的可发电的马达MG1；与该马达MG1同轴配置并经由减速齿轮机构50与动力分配综合机构40连接的可发电的马达MG2；可随着变速比的改变而将来自动力分配综合机构40的动力传递到驱动轴69上的变速器60；以及对混合动力汽车20整体进行控制的混合动力用电子控制单元70(以下，称为“混合动力ECU”)。
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，其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。来自针对发动机22设置并用来检测该发动机22的运转状态的各种传感器的信号被输入给发动机ECU 24。并且，发动机ECU 24与混合动力ECU 70进行通信，从而基于来自混合动力ECU 70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ECU 70。
马达MG1和马达MG2均被构成为既可以作为发电机工作也可以作为电动机动作的公知的同步发电电动机，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交换电能。连接逆变器31、32和蓄电池35的电线39被构成为由各逆变器31、32共用的正极母线和负极母线，以使得马达MG1、MG2中的任一个所发出的电能能够被另一个马达消耗。因此，蓄电池35可根据从马达MG1、MG2中的任一个发出的电能俩充电，并可根据不足的电能来放电，并且如果通过马达MG1、MG2达到了电能收支的平衡，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。向马达ECU 30输入控制马达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、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，并从马达ECU 30输出针对逆变器31、32的开关控制信号等。马达ECU 30基于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，算出马达MG1、MG2的转子的转速Nm1、Nm2。另外，马达ECU30与混合动力ECU 70进行通信，从而基于来自混合动力ECU 70的控制信号等来控制马达MG1、MG2的驱动，并根据需要将与马达MG1、MG2的运转状态相关的数据输出给混合动力ECU 70。
蓄电池35由蓄电池用电子控制单元(以下，称为“蓄电池ECU”)36进行管理。向蓄电池ECU 36输入管理蓄电池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。蓄电池ECU 36根据需要将与蓄电池35的状态相关的数据通过通信来输出给混合动力ECU 70和发动机ECU 24。而且，蓄电池ECU 36为了管理蓄电池35，还基于电流传感器所测出的充放电电流的积分值来计算剩余容量SOC。
动力分配综合机构40与马达MG1、马达MG2、减速齿轮机构50、变速器60一并被容纳在未图示的变速箱中，该动力分配综合机构40与发动机22隔出预定距离而与曲轴26同轴配置。实施例的动力分配综合机构40是一种双小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为外齿齿轮的太阳齿轮41；与该太阳齿轮41配置在同心圆上并作为内齿齿轮的内啮合齿轮42；以及行星齿轮架45，该行星齿轮架45至少自转自如且公转自如地保持一组的两个小齿轮43、44的组，所述两个小齿轮43、44在彼此啮合的同时其中的一个与太阳齿轮41啮合，而另一个与内啮合齿轮42啮合。该动力分配综合机构40被构成为太阳齿轮41(第二构件)、内啮合齿轮42(第三构件)以及行星齿轮架45(第一构件)彼此能够差动旋转。在实施例中，在作为动力分配综合机构40的第二构件的太阳齿轮41上经由中空的太阳齿轮轴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)，所述太阳齿轮轴41a从该太阳齿轮41向与发动机22相反的一侧(车辆后方)延伸。另外，在作为第一构件的行星齿轮架45上经由配置在动力分配综合机构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，在作为第三构件的内啮合齿轮42上经由内啮合齿轮轴42a和减震器28连接有发动机22的曲轴26，所述内啮合齿轮轴42a穿过第二马达轴55和马达MG2而延伸。
另外，如图1所示，在太阳齿轮轴41a与第一马达轴46之间设置有执行两者的连接以及该连接的解除的离合器C0(连接切断单元)。在实施例中，离合器C0例如可构成为犬牙式离合器，该犬牙式离合器能够使固定在太阳齿轮轴41a的顶端上的爪扣(dog)与固定在第一马达轴46的顶端上的爪扣以较少的损失啮合并能够解除这两者的啮合。该离合器C0由电气式、电磁式、或液压式的执行器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与作为动力分配综合机构40的第二构件的太阳齿轮41的连接被解除，从而通过动力分配综合机构40的功能，可从马达MG1、MG2和变速器60实际分离发动机22。
另外，可如上述那样经由离合器C0与动力分配综合机构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)延伸并与变速器60连接。并且，行星齿轮架轴(连结轴)45a从动力分配综合机构40的行星齿轮架45穿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，动力分配综合机构40位于彼此同轴配置的马达MG1与马达MG2之间并与这两个马达MG1、MG2同轴配置，发动机22与马达MG2同轴地并列设置，并且隔着动力分配综合机构40而与变速器60相对。即，在实施例中，发动机22、马达MG1、MG2、动力分配综合机构40以及变速器60这些动力输出装置的构成构件从车辆前方起按照发动机22、马达MG2、(减速齿轮机构50)、动力分配综合机构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且可安装性优越，并且适于主要驱动后轮来行驶的混合动力汽车20。
在实施例中，如上所述，作为动力分配综合机构40的第二构件的太阳齿轮41经由太阳齿轮轴41a、离合器C0以及第一马达轴46与变速器60连接，并且作为动力分配综合机构40的第一构件的行星齿轮架45经由行星齿轮架轴45a与变速器60连接。由此，在混合动力汽车20中，能够将动力分配综合机构40的太阳齿轮41和行星齿轮架45中的任一者作为接受从发动机22输出的转矩的反作用力的反作用力构件并将另一者作为输出构件来向变速器60输出动力。如果将太阳齿轮41作为反作用力构件，马达MG1就作为发电机而发挥功能，此时动力分配综合机构40将经由内啮合齿轮42输入的来自发动机22的动力根据其齿轮比分配给太阳齿轮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而发挥功能的马达MG2的动力综合后向行星齿轮架45侧输出。另外，如果将行星齿轮架45作为反作用力构件，马达MG2就作为发电机而发挥功能，此时动力分配综合机构40将经由内啮合齿轮42输入的来自发动机22的动力根据其齿轮比分配给太阳齿轮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而发挥功能的马达MG1的动力综合后向太阳齿轮41侧输出。
减速齿轮机构50是一种单小齿轮式行星齿轮机构，其包括：作为外齿齿轮的太阳齿轮51；与该太阳齿轮51配置在同心圆上的作为内齿齿轮的内啮合齿轮52；与太阳齿轮51和内啮合齿轮52这两者啮合的多个小齿轮53；以及行星齿轮架54，该行星齿轮架54自转自如且公转自如地保持多个小齿轮53。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被固定在动力分配综合机构40的行星齿轮架45上，由此减速齿轮机构50与动力分配综合机构40实质上构成一体。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的动力被减速后输入给动力分配综合机构40的行星齿轮架45，并且来自行星齿轮架45的动力被增速后输入给马达MG2。如果如实施例那样将减速齿轮机构50配置在马达MG2与动力分配综合机构40之间并使其与动力分配综合机构40构成一体，则能够进一步减小动力输出装置的尺寸。
变速器60被构成为可多级地设定变速比的平行轴式自动变速器，并包括：第一变速用行星齿轮机构PG1，经由行星齿轮架轴45a与动力分配综合机构40的作为第一构件的行星齿轮架45连接；第二变速用行星齿轮机构PG2，与第一马达轴46连接，该第一马达轴46可经由离合器C0与动力分配综合机构40的作为第二构件的太阳齿轮41连接；制动器B1(第一固定单元)，针对第一变速用行星齿轮机构PG1而设置；制动器B2(第二固定单元)，针对第二变速用行星齿轮机构PG2而设置；以及制动器B3(第三固定单元)和离合器C1(变速用连接切断单元)等。如图1所示，第一变速用行星齿轮机构PG1是一种单小齿轮式行星齿轮机构，其包括：与行星齿轮架轴45a连接的太阳齿轮61；与该太阳齿轮61配置在同心圆上并作为内齿齿轮的内啮合齿轮62；以及保持多个小齿轮63并与驱动轴69连接的行星齿轮架64，其中所述多个小齿轮63与太阳齿轮61和内啮合齿轮62这两者啮合。该第一变速用行星齿轮机构PG1被构成为太阳齿轮61(输入构件)、内啮合齿轮62(可固定构件)以及行星齿轮架64(输出构件)彼此能够差动旋转。另外，第二变速用行星齿轮机构PG2是一种单小齿轮式行星齿轮机构，其包括：与第一马达轴46连接的太阳齿轮65；与该太阳齿轮65配置在同心圆上并作为内齿齿轮的内啮合齿轮66；以及与第一变速用行星齿轮机构PG1共用的行星齿轮架64，该行星齿轮架64保持多个与太阳齿轮65和内啮合齿轮66这两者啮合的小齿轮69。该第二变速用行星齿轮机构PG2被构成为太阳齿轮65(输入构件)、内啮合齿轮66(可固定构件)以及行星齿轮架64(输出构件)彼此能够差动旋转。在实施例中，第二变速用行星齿轮机构PG2与第一变速用行星齿轮机构PG1同轴地并列设置，并且第二变速用行星齿轮机构PG2比第一变速用行星齿轮机构PG1更靠向车辆前方，第二变速用行星齿轮机构PG2的齿轮比(太阳齿轮65的齿数/内啮合齿轮66的齿数)被设定成比第一变速用行星齿轮机构PG1的齿轮比(太阳齿轮61的齿数/内啮合齿轮62的齿数)ρ1大一些(参见图2)。制动器B1能够固定第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62以使其相对于变速箱不能旋转，并且能够释放该内啮合齿轮62以使其旋转自如，该制动器B1可由上述的电气式、电磁式、或液压式的执行器88驱动。另外，制动器B2能够固定第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66以使其相对于变速箱不能旋转，并且能够释放该内啮合齿轮66以使其旋转自如，该制动器B2与执行器B1一样由执行器88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68来固定第一马达轴46、即动力分配综合机构40的作为第二构件的太阳齿轮41，以使第一马达轴46、即太阳齿轮41相对于变速箱不能旋转，并且能够释放定子68来使第一马达轴46旋转自如，该制动器B3与制动器B1、B2一样由执行器88驱动。另外，离合器C1可执行第一变速用行星齿轮机构PG1的作为输出构件的行星齿轮架64与作为可固定构件的内啮合齿轮62的连接和该连接的解除，并且与制动器B1～B3一样由执行器88驱动。离合器C1例如可构成为犬牙式离合器，该犬牙式离合器能够使固定在行星齿轮架64上的爪扣与固定在内啮合齿轮62上的爪扣以较少的损失啮合并能够解除这两者的啮合。并且，从变速器60的行星齿轮架64传递到驱动轴69的动力经由差速齿轮DF最终被输出给作为驱动轮的后轮RWa、RWb。在实施例中，虽然将执行器88作为一整体而示出，但不用说也可以将其设计成可对离合器C0、离合器C1、制动器B1以及制动器B2进行个别驱动的执行器。
如上构成的变速器60与例如平行轴式变速器相比能够大幅减小轴向和径向上的尺寸。另外，第一变速用行星齿轮机构PG1和第二变速用行星齿轮机构PG2能够在发动机22、马达MG1、MG2以及动力分配综合机构40的下游侧与它们同轴地配置，因此如果使用变速器60，则能够简化轴承并减少轴承数量。另外，在该变速器60中，能够按如下方式多级地设定变速比。即，如果通过制动器B1将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62固定成相对于变速箱不能旋转，则能够以基于第一变速用行星齿轮机构PG1的齿轮比ρ1的变速比(ρ1/(1+ρ1))对来自行星齿轮架轴45a的动力进行变速后传递给驱动轴69。另外，如果通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定成相对于变速箱无法旋转，则能够以基于第二变速用行星齿轮机构PG2的齿轮比ρ2的变速比(ρ2/(1+ρ2))对来自第一马达轴46的动力进行变速后传递给驱动轴69。另外，如果通过离合器C1连接第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62，则构成第一变速用行星齿轮机构PG1的太阳齿轮61、内啮合齿轮62以及行星齿轮架64实质上成为一体，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69。以下，将由制动器B1将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62固定成相对于变速箱不能旋转的状态称为变速器60的“第一变速状态(1档)”。另外，将通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定成相对于变速箱不能旋转的状态称为变速器60的“第二变速状态(2档)”。另外，将通过离合器C1来连接第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62的状态称为变速器60的“第三变速状态(3档)”。
混合动力ECU 70被构成为以CPU 72为中心的微处理器，该混合动力ECU 70除了CPU 72之外还包括：存储处理程序的ROM 74；暂时存储数据的RAM 76；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ECU 70。如上所述，混合动力ECU 70经由通信端口与发动机ECU 24、马达ECU 30、以及蓄电池ECU 36连接，并与发动机ECU 24、马达ECU 30、以及蓄电池ECU 36进行各种控制信号和数据的交换。另外，对离合器C0、变速器60的制动器B1～B3以及离合器C1进行驱动的执行器88也由混合动力ECU 70控制。
下面，说明如上构成的实施例的混合动力汽车20的动作。
图2至图7是举例示出在使混合动力汽车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的变速比向升档方向变化时的动力分配综合机构40和变速器60的主要构件的转速-转矩的关系的说明图。当混合动力汽车20以图2至图8所示的状态行驶时，在混合动力ECU 70基于加速器踏板83的踩下量或车速V所进行的总控制下，由发动机ECU24控制发动机22，由马达ECU 30控制马达MG1、MG2，由混合动力ECU 70直接控制执行器88(离合器C0、变速器60的制动器B1～B3和离合器C1)。在图2至图7中，S轴表示动力分配综合机构40的太阳齿轮41的转速(马达MG1、即第一马达轴46的转速Nm1)，R轴表示动力分配综合机构40的内啮合齿轮42的转速(发动机22的转速Ne)，C轴表示动力分配综合机构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，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)。另外，61、65轴分别表示变速器60的第一变速用行星齿轮机构PG1的太阳齿轮61和第二变速用行星齿轮机构PG2的太阳齿轮65的转速，64轴表示变速器60的行星齿轮架64(驱动轴69)的转速，62轴表示第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62的转速，66轴表示第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66的转速。
如图2所示，当混合动力汽车20起动时，使离合器C0连接，并通过制动器B1将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62固定成相对于变速箱不能旋转，从而变速器60被设定为第一变速状态。由此，可对马达MG1、MG2进行驱动控制，以使动力分配综合机构40的行星齿轮架45成为输出构件，并使与该行星齿轮架45连接的马达MG2作为电动机而发挥功能，使与作为反作用力构件的太阳齿轮41连接的马达MG1作为发电机而发挥功能。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”。在图8中示出在上述第一转矩变换模式下的动力分配综合机构40的各构件和减速齿轮机构50的各构件的转速-转矩的关系的共线图的一个例子。在图8中，S轴、R轴、C轴、54轴、以及51轴表示与图2至图7相同的内容，ρ表示动力分配综合机构40的齿轮比(太阳齿轮41的齿数/内啮合齿轮42的齿数)，ρr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)。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综合机构40和马达MG1、MG2被执行转矩变换后输出给行星齿轮架45，并且通过控制马达MG1的转速，能够无级且连续地改变发动机22的转速与作为输出构件的行星齿轮架45的转速之比。此外，输出给行星齿轮架45(行星齿轮架轴45a)的动力在以基于第一变速用行星齿轮机构PG1的齿轮比ρ1的变速比(ρ1/(1+ρ1))被变速(减速)后被输出给驱动轴69。
一旦在图2所示的状态、即在变速器60为第一变速状态并且转矩变换模式为第一转矩变换模式的状态下混合动力汽车20的车速V变高，则随着马达MG1(太阳齿轮41和第一马达轴46)的转速Nm1下降，之前示出负值的第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66的转速不久达到与0大致一致。由此，如图3所示，能够在由制动器B1将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62固定成不能旋转的状态下由制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定成不能旋转。并且，如果在通过制动器B1、B2将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62和第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66这两者固定成不能旋转的状态下将针对马达M1和M2的转矩指令设定为0值，则马达MG1和MG2即不执行电动机驱动也不再生而空转，来自发动机22的动力(转矩)在不被转换成电能的情况下以固定的(恒定的)变速比(第一变速状态的的变速比与第二变速状态的变速比之间的值)被机械地(直接)传递给驱动轴69。以下，将这样通过制动器B1、B2将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62和第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66两者固定成不能旋转的模式称为“同时接合模式”。特别是将图3所示的状态称为“1档-2档同时接合状态”。
在图3所示的1档-2档同时接合状态下，如果在通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定成不能旋转的情况下使制动器B1变为释放状态从而使第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62旋转自如，则如图4所示，能够将变速器60设定为第二变速状态。并且，在该第二变速状态下，能够对马达MG1、MG2进行驱动控制，以使动力分配综合机构40的太阳齿轮41成为输出构件，并且使与该太阳齿轮41连接的马达MG1作为电动机而发挥功能，使与作为反作用力构件的行星齿轮架45连接的马达MG2作为发电机而发挥功能。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”。在图9中示出在上述第二转矩变换模式下的动力分配综合机构40的各构件和减速齿轮机构50的各构件的转速-转矩的关系的共线图的一个例子表示。图9中的符号与图2中的符号相同。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综合机构40和马达MG1、MG2被执行转矩变换后输出给太阳齿轮41，并且通过控制马达MG2的转速，能够无级且连续地改变发动机22的转速与作为输出构件的太阳齿轮41的转速之比。此外，输出给太阳齿轮41(第一马达轴46)的动力在以基于第二变速用行星齿轮机构PG2的齿轮比ρ2的变速比(ρ2/(2+ρ2))被变速(减速)后被输出给驱动轴69。
一旦在图4所示的状态、即在变速器60为第二变速状态并且转矩变换模式为第二转矩变换模式的状态下混合动力汽车20的车速V变高，构成第一变速用行星齿轮机构PG1的太阳齿轮61、内啮合齿轮62、以及行星齿轮架64的转速不久就会彼此达到大致一致，从而这些构件成为一体而旋转。由此，如图5所示，可通过离合器C1来连接第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62。并且，如果在通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定成不能旋转的状态下通过离合器C1来连接第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62，并在此状态下将针对马达M1和M2的转矩指令设定为0值，则马达MG1和MG2即不执行电动机驱动也不再生而空转，来自发动机22的动力(转矩)在不被转换成电能的情况下以固定的(恒定的)变速比(第二变速状态的变速比与第三变速状态的变速比之间的值)被机械地(直接)传递给驱动轴69。以下，将如上述在通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定成不能旋转的状态下通过离合器C1来连接第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62的模式也称为“同时接合模式”。特别是将图5所示的状态称为“2档-3档同时接合状态”。
在图5所示的2档-3档同时接合状态下，如果使制动器B2成为释放状态从而使第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66旋转自如，则如图6所示，能够将变速器60设定为第三变速状态。并且，在该第三变速状态下，由于第一变速用行星齿轮机构PG1的太阳齿轮61、内啮合齿轮62以及行星齿轮架64被离合器C1实际锁定从而成为一体进行旋转，因此，如图6所示，来自动力分配综合机构40的行星齿轮架45的动力经由行星齿轮架轴45a和其中各构件构成一体而旋转的第二变速用行星齿轮机构PG2等被直接(以变速比1)传递到驱动轴69。并且，在此情况下，动力分配综合机构40的行星齿轮架45成为输出构件并且太阳齿轮41成为反作用力构件，从而转矩变换模式成为上述第一转矩变换模式，因此通过控制马达MG1的转速，能够无级且连续地改变发动机22的转速与直接连结于作为输出构件的行星齿轮架45上的驱动轴69的转速之比。
一旦在图6所示的状态、即在变速器60为第三变速状态并且转矩变换模式为第一转矩变换模式的状态下车速V变高，马达MG1、第一马达轴46、太阳齿轮41以及第一变速用行星齿轮机构PG1的太阳齿轮61的转速不久就会接近0值。由此，如图7所示，可通过制动器B3经由定子68和第一马达轴46来将动力分配综合机构40的作为第二构件的太阳齿轮41固定成不能旋转。并且，如果在通过离合器C1连接了第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62的状态下通过制动器B3将第一马达轴46固定成不能旋转，并在此状态下将针对马达M1和M2的转矩指令设定为0值，则马达MG1和MG2即不执行电动机驱动也不再生而空转，来自发动机22的动力(转矩)在不被转换成电能的情况下以固定的(恒定的)变速比(比第三变速状态的变速比靠向增速侧的值)变速后被直接传递给驱动轴69。以下，将如上述在通过离合器C1连接行星齿轮架64和内啮合齿轮66来实际锁定变速器60的第一变速用行星齿轮机构PG1的状态下通过制动器B3将第一马达轴46(马大MG1)固定成不能旋转的模式称为“同时接合模式”。特别是将图7所示的状态称为“3档固定状态”。当向降档方向改变变速器60的变速比时，基本上可按相反的顺序执行上述说明的操作序列。
如此，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的变速比的改变、即随着第一～第三变速状态的切换而交替地被切换，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Nm1时，能够使作为发电机而发挥功能的马达MG1或MG2的转速Nm1或Nm2不变为负值。因此，在混合动力汽车20中，能够抑制下述动力循环的发生，从而能够在更宽的运转范围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，马达MG2利用随着马达MG1的转速变负而输出给行星齿轮架轴45a的动力的一部分进行发电，并且马达MG1消耗由马达MG2发出的电力而输出动力；或者在第二转矩变换模式下，马达MG1使用随着马达MG2的转速变负而输出给第一马达轴46的动力的一部分进行发电，并且马达MG2消耗由马达MG1发出的电力而输出动力。另外，随着上述动力循环被抑制，可抑制马达MG1、MG2的最高转速，由此还可以减小马达MG1、MG2的尺寸。另外，如果使混合动力汽车20在上述的同时接合模式下行驶，则能够以1档-2档同时接合状态、2档-3档同时接合状态以及3档固定状态中每一状态所固有的变速比将来自发动机22的动力机械地(直接)传递给驱动轴69，因此，能够增加在不伴有向电能转换的情况下从发动机22向驱动轴69机械地输出动力的机会，来在更宽的运转范围中进一步提高动力的传递效率。通常，在使用发动机、两个电动机以及如行星齿轮机构这样的动力分配综合机构的动力输出装置中，当发动机与驱动轴之间的减速比较大时，发动机的动力被更多地转换成电能，因此动力的传递效率变差，并且存在导致马达MG1、MG2发热的倾向，因此上述的同时接合模式尤其有利于发动机22与驱动轴之间的减速比较大的情况。另外，在实施例的混合动力汽车20中，当改变变速器60的变速比时，由于在第一转矩变换模式和第二转矩变换模式之间暂时执行同时接合模式，因此在改变变速比时不会发生转矩丢失(トルク抜け)，从而能够非常平顺且无冲击地执行变速比、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10来说明在停止发动机22的状态下利用来自蓄电池35的电力向马达MG1和马达MG2输出动力并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，马达行驶模式大致分为：仅向马达MG2输出动力的第一马达行驶模式、仅向马达MG1输出动力的第二马达行驶模式、以及向马达MG1和MG2这两者输出动力的第三马达行驶模式。当执行这些第一～第三马达行驶模式时，离合器C0变为释放状态，从而太阳齿轮轴41a与第一马达轴的连接被解除。
当执行第一马达行驶模式时，例如使离合器C0变为释放状态，并且通过制动器B1将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62固定成相对于变速箱不能旋转来将变速器60设定为第一变速状态，或者通过离合器C1连接构成第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62来将变速器60设定为第三变速状态，并只对马达MG2进行驱动控制。由此，如在图10中以单点划线示出的那样，从马达MG2向行星齿轮架45输出动力，该动力从行星齿轮架轴45a经由处于第一变速状态或第三变速状态的变速器60被传递到驱动轴69上。此时，由于离合器C0变为释放状态，太阳齿轮41与第一马达轴46的连接被解除，因此通过动力分配综合机构40的功能避免了已停止的发动机22的曲轴26的随动，并且通过第二变速用行星齿轮机构PG2的功能避免了马达MG1的随动(参照图10中的单点划线或双点划线)，由此能够抑制动力传递效率下降。另外，当执行第二马达行驶模式时，例如使离合器C0变为释放状态，并且通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定成相对于变速箱不能旋转来将变速器60设定为第二变速状态，并只对马达MG1进行驱动控制。由此，如在图10中以双点划线示出的那样，从马达MG1向太阳齿轮41输出动力，该动力经由太阳齿轮轴41a、第一马达轴46以及处于第二变速状态的变速箱60被传递到驱动轴69上。此时，由于离合器C0变为释放状态，太阳齿轮41与第一马达轴46的连接被解除，因此通过动力分配综合机构40的功能避免了已停止的发动机22的曲轴26的随动，并且通过第一变速用行星齿轮机构PG1的功能避免了马达MG2的随动(参照图10)，由此能够抑制动力传递效率下降。另外，当执行第三马达行驶模式时，使用制动器B1、制动器B2以及离合器C1中的任两个将变速器60设定为上述的1档-2档同时接合状态或2档-3档同时接合状态，并对马达MG1和MG2这两者进行驱动控制。由此，可使马达MG1和MG2这两者输出动力，从而可在马达行驶模式下向驱动轴69传递大的动力，因此能够保证马达行驶时的良好的牵引性能等。在第一马达行驶模式和第二马达行驶模式下，当然也可以在使离合器C0保持连接并使马达MG1或MG2中停止的那一个随动的状态下使另一个马达MG1或MG2输出动力(参照图10中的虚线)。
在实施例的混合动力汽车20中，通过在第一～第三马达行驶模式之间进行模式变更，能够在马达行驶时改变变速器60的变速比来向驱动轴69高效率地传递动力。即，当在通过制动器B1将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62固定在变速箱上从而将变速器60设定为第一变速状态、并且只对马达MG2进行驱动控制的第一马达行驶模式下向升档侧改变变速器60的变速比时，首先对马达MG1进行驱动控制来使第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66的转速接近0值。接着，如果通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定在变速箱上，就能够转变到上述第三马达行驶模式、即上述1档-2档同时接合状态。然后，如果使制动器B1变为释放状态，从而使第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62旋转自如，就能够转变到只对马达MG1进行驱动控制的第二马达行驶模式，并能够将变速器60设定为第二变速状态来向升档侧(2档)改变其变速比。另外，当在通过制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66固定在变速箱上从而将变速器60设定为第二变速状态、并且只对马达MG1进行驱动控制的第二马达行驶模式下向升档侧改变变速器60的变速比时，首先对马达MG2进行驱动控制来使第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62的转速与行星齿轮架64(驱动轴69)的转速同步。接着，如果通过离合器C1来连接第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62，就能够转变到第三马达行驶模式、即上述1档-3档同时接合状态。然后，如果使制动器B2变为释放状态，从而使第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66旋转自如，就能够转变到只对马达MG2进行驱动控制的第一马达行驶模式，并能够将变速器60设定为第三变速状态来向升档侧(3档)改变其变速比。结果，在实施例的混合动力汽车20中，即使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或第一马达轴46的转速进行减速并放大转矩，因此可降低对马达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，当如上述在马达行驶过程中改变变速器60的变速比时，由于也暂时执行第三马达行驶模式、即同时接合模式，因此在改变变速比时不会产生转矩丢失，能够非常平顺且无冲击地执行变速比的变更。
当在马达行驶模式下向降档方向改变变速器60的变速比时，基本上可按相反的顺序执行上述说明的操作序列。另外，当在只使马达MG2输出动力的第一马达行驶模式或只使马达MG1输出动力的第二马达行驶模式下所需求的驱动力变高、或者蓄电池35的剩余容量SOC下降了时，可以对之前不输出动力的马达MG1或马达MG2进行驱动控制以使其转速Nm1或Nm2与动力分配综合机构40的太阳齿轮41或行星齿轮架45的转速达到同步之后使离合器C0连接，并利用该马达MG1或MG2对发动机22执行电动机带动来起动发动机22。由此，能够在向驱动轴69平顺地传递动力的情况下起动发动机22。另外，当在使马达MG1和MG2这两者都输出动力的第三马达行驶模式下起动发动机22时，可以首先根据变速器60的目标变速比等来选择要继续输出动力的一个马达MG1或MG2，然后执行使上述一个马达MG1或MG2输出不再继续输出动力的另一个马达MG2或MG1的动力的动力转移处理。并且，在动力转移处理完成后，通过使制动器B2或B1变为释放状态来从变速器60断开不再继续输出动力的另一个马达MG2或MG1，然后对该另一个马达MG2或MG1进行驱动控制来使该另一个马达MG2或MG1的转速Nm2或Nm1与动力分配综合机构40的行星齿轮架45或太阳齿轮41的转速达到同步，之后连接离合器C0，并通过该马达MG2或MG1对发动机22进行电动机带动而使发动机22起动。由此，能够在向驱动轴69平顺地传递动力的情况下起动发动机22。另外，在第一马达行驶模式和第二马达行驶模式下，当在使离合器C0保持连接并使马达MG1或MG2中停止的那一个随动的状态下使另一个马达MG1或MG2输出动力时，只要通过停止的那一个马达MG1或MG2对发动机22进行电动机带动，就能够起动发动机22。
如上所述，实施例的混合动力汽车20具有变速器60，该变速器60包括有均为三构件方式的第一变速用行星齿轮机构PG1和二变速用行星齿轮机构PG2。该变速器60可在发动机22、马达MG1、马达MG2以及动力分配综合机构40的下游侧(车辆后方侧)与它们同轴地配置，并例如与平行轴式的变速器相比能够大幅度地减小轴向和径向上的尺寸。因此，包括上述的发动机22、马达MG1、马达MG2、动力分配综合机构40以及变速器60的动力输出装置尺寸小且可安装性优越，因此非常适于主要驱动后轮来行驶的混合动力汽车20的车辆。
根据变速器60，通过作为第一固定单元的制动器B1将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62固定成不能旋转，由此可将动力分配综合机构40的作为第一构件的行星齿轮架45设为输出构件并使与该行星齿轮架45连接的马达MG2作为电动机而发挥功能，并且可使与动力分配综合机构40的作为反作用力构件的第二构件的太阳齿轮41连接的马达MG1作为发电机而发挥功能。另外，根据变速器60，通过作为第二固定单元的制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的作为可固定构件的内啮合齿轮66固定成不能旋转，由此可将动力分配综合机构40的作为第二构件的太阳齿轮41设为输出构件并使与该太阳齿轮41连接的马达MG1作为电动机而发挥功能，并且可使与动力分配综合机构40的作为反作用力构件的第一构件的行星齿轮架45连接的马达MG2作为发电机而发挥功能。因此，在混合动力汽车20中，通过适当地对制动器B1对第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62的固定与制动器B2对第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66的固定进行切换，特别是在作为电动机而发挥功能的马达MG2或马达MG1的转速Nm2或Nm1变高时，能够使得马达MG1或马达MG2的转速Nm1或Nm2不变负值来抑制所谓动力循环的发生。另外，根据变速器60，通过利用制动器B1、B2将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62和第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66两者固定成不能旋转，可将来自发动机22的动力以固定的变速比机械地传递给驱动轴69。结果，在混合动力汽车20中，能够在更宽的运转范围中良好地提高动力传递效率。
另外，变速器60包括离合器C1，该离合器C1是可执行第一变速用行星齿轮机构PG1的作为输出构件的行星齿轮架64与作为可固定构件的内啮合齿轮62间的连接和该连接的解除的变速用连接切断单元。从而，通过连接第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64与内啮合齿轮62的连接、并利用制动器B2将第二变速用行星齿轮机构PG2的作为可固定构件的内啮合齿轮66固定成不能旋转来将变速器60设定为2档-3档同时接合状态，能够以与利用制动器B1、B2将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62和第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮这两者固定成不能旋转的1档-2档同时接合状态不同的变速比机械地向驱动轴69传递来自发动机22的动力。并且，如果通过在上述2档-3档同时接合状态下使制动器B2变为释放状态以使第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66可旋转，来将变速器60设定为第三变速状态，则第二变速用行星齿轮机构PG2的各构件被离合器C1实际锁定从而一体地旋转，因此能够将来自动力分配综合机构40的作为第一构件的行星齿轮架45的动力直接传递到驱动轴69上。由此，在混合动力汽车20中，可在进一步更宽的运转范围中良好地提高动力传递效率。变速器60也可以被构成为包括可执行第二变速用行星齿轮机构PG2的作为输出构件的行星齿轮架64与作为可固定构件的内啮合齿轮66间的连接和该连接的解除的离合器。
此外，在实施例的混合动力汽车20中，变速器60包括制动器B3，该制动器B3是可将动力分配综合机构40的作为第二构件的太阳齿轮41固定成不能旋转的第三固定单元。由此，当连接第一变速用行星齿轮机构PG1的作为输出构件的行星齿轮架64和作为可固定构件的内啮合齿轮62来将变速器60设定为第三变速状态了时，如果将与作为发电机而发挥功能的马达MG1连接的动力分配综合机构40的作为第二构件的太阳齿轮41(反作用力构件)固定成不能旋转，就能够将来自发动机22的动力以固定的变速比直接传递给驱动轴69，该固定的变速比不同于通过制动器B1、B2将第一变速用行星齿轮机构PG1的内啮合齿轮62和第二变速用行星齿轮机构PG2的内啮合齿轮66这两者固定成不能旋转的1档-2档同时接合状态下的变速比、以及第一变速用行星齿轮机构PG1的行星齿轮架64和内啮合齿轮62被连接的2档-3档同时接合状态下的变速比。因此，在混合动力汽车20中，可在进一步更宽的运转范围中良好地提高动力传递效率。在变速器6包括可执行第二变速用行星齿轮机构PG2的作为输出构件的行星齿轮架64与作为可固定构件的内啮合齿轮66间的连接和该连接的解除的离合器的情况下，作为第三固定单元的制动器B3也可以被构成为可将动力分配综合机构40的作为第一构件的行星齿轮架45固定成不能旋转。另外，也可以与变速器60分开设置制动器B3。
此外，实施例的混合动力汽车20包括执行太阳齿轮轴41a和第一马达轴46之间的连接和该连接的解除、即执行太阳齿轮41和马达MG1之间的连接和该连接的解除的离合器C0。由此，在混合动力汽车20中，如果解除基于离合器C0的太阳齿轮轴41a和第一马达轴46之间的连接，就能够通过动力分配综合机构40的功能将发动机22与马达MG1、MG2以及变速器60实际分离。因此，在混合动力汽车20中，只要使离合器C0变为释放状态并停止发动机22，就能够在改变变速器60的变速比的情况下从马达MG1和MG2中的至少任一个向驱动轴69高效率地传递动力。结果在混合动力汽车20中，可降低对马达MG1和MG2要求的最大转矩，从而可进一步减小MG1和MG2的尺寸。但离合器C0不限于执行太阳齿轮41和马达MG1之间的连接和该连接的解除的离合器。即，离合器C0既可以是执行行星齿轮架45(第一构件)和行星齿轮架轴45(马达MG2)之间的连接和该连接的解除的离合器，也可以是执行发动机22的曲轴26和内啮合齿轮42(第三构件)之间的连接和该连接的解除的离合器。
另外，在实施例的混合动力汽车20中，由于动力分配综合机构40在马达MG1和MG2之间与这两者同轴地配置，因此马达MG1、MG2可以采用径向上的尺寸更小的马达。由此，能够使动力输出装置小型且可安装性优越，并且适于主要驱动后轮来行驶的混合动力汽车20。并且，通过将动力分配综合机构40设为三构件式行星齿轮机构，能够减小该动力分配综合机构40的尺寸来实现更加小型且可安装性优越的动力输出装置。
如此，实施例的混合动力汽车20具有包括有上述的发动机22、马达MG1、MG2、动力分配综合机构40以及变速器60的动力输出装置，并通过来自驱动轴69的动力来驱动后轮RWa、RWb。由于这种动力输出装置尺寸小且适于主要驱动后轮的车辆，并且可在更宽的运行范围中提高动力传递效率，因此在混合动力汽车20中，能够很好地改善混合动力汽车20的耗油率和行驶性能。
图11是变形例的混合动力汽车20A的简要结构图。在该图所示的混合动力汽车20中，替代作为双小齿轮式行星齿轮机构的动力分配综合机构40，采用了动力分配综合机构90。如图11所示，该动力分配综合机构90是下述的三构件式行星齿轮机构，所述三构件式行星齿轮机构包括第一太阳齿轮91、第二太阳齿轮92以及行星齿轮架95，其中，第一太阳齿轮91和第二太阳齿轮92具有互不相同的齿数，行星齿轮架95保持多个将与第一太阳齿轮91啮合的第一小齿轮93和与第二太阳齿轮92啮合的第二小齿轮94连结而成的阶梯齿轮96。在此情况下，第一太阳齿轮91(第三构件)经由减震器28与发动机22的曲轴26连接，第二太阳齿轮92(第二构件)经由中空的太阳齿轮轴92a、离合器C0以及中空的第一马达轴46而与作为第二电动机的马达MG1(中空的转子)连接，太阳齿轮轴92a从所述第二太阳齿轮92向与发动机22相反的一侧(车辆后方)延伸。并且，行星齿轮架95(第一构件)经由减速齿轮机构50以及中空的第二马达轴55而与作为第一电动机的马达MG2(中空的转子)连接，第二马达轴55从所述减速齿轮机构50(太阳齿轮51)向发动机22延伸。此外，穿过太阳齿轮轴92a和第一马达轴46而延伸的行星齿轮架轴95a从行星齿轮架95向与发动机22相反的一侧(车辆后方)延伸，并且该行星齿轮架轴95a与第一变速用行星齿轮机构PG1的作为输入构件的太阳齿轮61连接。另外，经由离合器C0可与第二太阳齿轮92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，并与变速器60的第二变速用行星齿轮机构PG2的太阳齿轮65连接。由此，在变形例中，动力分配综合机构90在彼此同轴配置的马达MG1和马达MG2之间与这两个马达MG1、MG2同轴地配置，并且发动机22、马达MG1、MG2、动力分配综合机构90以及变速器60等构成构件从车辆前方起以发动机22、马达MG2、(减速齿轮机构50)、动力分配综合机构90、马达MG1、变速器60的顺序配置。在具有上述动力分配综合机构90的混合动力汽车20A中，也能够获得与上述混合动力汽车20相同的作用效果。另外，如果采用具有两个太阳齿轮91和92、阶梯齿轮96、以及行星齿轮架95的行星齿轮机构，尤其能够更加减小动力分配综合机构90的径向尺寸，因此可进一步缩小动力输出装置的尺寸。
上述的混合动力汽车20、20A都可被构成为以后轮驱动为主的四轮驱动车辆。另外，变速器60的第一变速用行星齿轮机构PG1和第二变速用行星齿轮机构PG2也可以是双小齿轮式行星齿轮机构。并且，在上述实施例中，将动力输出装置作为安装在混合动力汽车20、20A上的装置进行了说明，但本发明的动力输出装置也可以被安装在汽车之外的车辆、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上。
以上使用实施例说明了本发明的实施方式，但不用说，本发明不受上述实施例的任何限制，可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变更。
产业上的可用性
本发明可利用于动力输出装置和混合动力汽车的制造业等中。

Claims (16)

1.一种动力输出装置，向驱动轴输出动力，并包括：
内燃机；
第一电动机，可输入输出动力；
第二电动机，可输入输出动力；
动力分配综合机构，被构成为具有与所述第一电动机的旋转轴连接的第一构件、与所述第二电动机的旋转轴连接的第二构件、以及与所述内燃机的内燃机轴连接的第三构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；和
变速传递单元，该变速传递单元包括：
第一变速用差动旋转机构，被构成为具有与所述动力分配综合机构的所述第一构件连接的输入构件、与所述驱动轴连接的输出构件、以及可固定构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；
第二变速用差动旋转机构，被构成为具有与所述动力分配综合机构的所述第二构件连接的输入构件、与所述驱动轴连接的输出构件、以及可固定构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；
第一固定单元，可固定所述第一变速用差动旋转机构的所述可固定构件，以使该可固定构件不能旋转；以及
第二固定单元，可固定所述第二变速用差动旋转机构的所述可固定构件，以使该可固定构件不能旋转。
2.如权利要求1所述的动力输出装置，其中，
所述变速传递单元的所述第一变速用差动旋转机构和所述第二变速用差动旋转机构是三构件式行星齿轮机构。
3.如权利要求2所述的动力输出装置，其中，
所述第一变速用差动旋转机构是单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构具有：与所述动力分配综合机构的所述第一构件连接的太阳齿轮、可被所述第一固定单元固定成不能旋转的内啮合齿轮、以及至少保持一个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮两者啮合的小齿轮并与所述驱动轴连接的行星齿轮架，
所述第二变速用差动旋转机构是单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构具有：与所述动力分配综合机构的所述第二构件连接的太阳齿轮、可被所述第二固定单元固定成不能旋转的内啮合齿轮、以及至少保持一个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮两者啮合的小齿轮并与所述第一变速用差动旋转机构的行星齿轮架以及所述驱动轴连接的行星齿轮架。
4.如权利要求1所述的动力输出装置，其中，
所述变速传递单元还包括变速用连接切断单元，该变速用连接切断单元可执行所述第一变速用差动旋转机构以及所述第二变速用差动旋转机构中任一个的所述输出构件与所述可固定构件之间的连接和该连接的解除。
5.如权利要求4所述的动力输出装置，其中，
还包括第三固定单元，该第三固定单元可固定所述动力分配综合机构的所述第一构件以及所述第二构件中的任一个以使其不能旋转。
6.如权利要求1所述的动力输出装置，其中，
还包括连接切断单元，该连接切断单元可执行所述第一电动机与所述第一构件之间的连接和该连接的解除、所述第二电动机与所述第二构件之间的连接和该连接的解除、以及所述内燃机与所述第三构件之间的连接和该连接的解除中的任一种。
7.如权利要求1所述的动力输出装置，其中，
所述动力分配综合机构位于所述第一电动机和所述第二电动机之间并与该两个电动机同轴地配置。
8.如权利要求7所述的动力输出装置，其中，
所述动力分配综合机构是三构件式行星齿轮机构。
9.一种混合动力汽车，包括通过来自驱动轴的动力而被驱动的驱动轮，所述混合动力汽车包括：
内燃机；
第一电动机，可输入输出动力；
第二电动机，可输入输出动力；
动力分配综合机构，被构成为具有与所述第一电动机的旋转轴连接的第一构件、与所述第二电动机的旋转轴连接的第二构件、以及与所述内燃机的内燃机轴连接的第三构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；以及
变速传递单元，该变速传递单元包括：
第一变速用差动旋转机构，被构成为具有与所述动力分配综合机构的所述第一构件连接的输入构件、与所述驱动轴连接的输出构件、以及可固定构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；
第二变速用差动旋转机构，被构成为具有与所述动力分配综合机构的所述第二构件连接的输入构件、与所述驱动轴连接的输出构件、以及可固定构件，并且所述三个构件彼此能够差动旋转；
第一固定单元，可固定所述第一变速用差动旋转机构的所述可固定构件，以使该可固定构件不能旋转；以及
第二固定单元，可固定所述第二变速用差动旋转机构的所述可固定构件，以使该可固定构件不能旋转。
10.如权利要求9所述的混合动力汽车，其中，
所述变速传递单元的所述第一变速用差动旋转机构和所述第二变速用差动旋转机构是三构件式行星齿轮机构。
11.如权利要求10所述的混合动力汽车，其中，
所述第一变速用差动旋转机构是单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构具有：与所述动力分配综合机构的所述第一构件连接的太阳齿轮、可被所述第一固定单元固定成不能旋转的内啮合齿轮、以及至少保持一个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮两者啮合的小齿轮并与所述驱动轴连接的行星齿轮架，
所述第二变速用差动旋转机构是单小齿轮式行星齿轮机构，该单小齿轮式行星齿轮机构具有：与所述动力分配综合机构的所述第二构件连接的太阳齿轮、可被所述第二固定单元固定成不能旋转的内啮合齿轮、以及至少保持一个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮两者啮合的小齿轮并与所述第一变速用差动旋转机构的行星齿轮架以及所述驱动轴连接的行星齿轮架。
12.如权利要求9所述的混合动力汽车，其中，
所述变速传递单元还包括变速用连接切断单元，该变速用连接切断单元可执行所述第一变速用差动旋转机构以及所述第二变速用差动旋转机构中的任一个的所述输出构件与所述可固定构件之间的连接和该连接的解除。
13.如权利要求12所述的混合动力汽车，其中，
还包括第三固定单元，该第三固定单元可固定所述动力分配综合机构的所述第一构件以及所述第二构件中的任一个以使其不能旋转。
14.如权利要求9所述的混合动力汽车，其中，
还包括连接切断单元，该连接切断单元可执行所述第一电动机与所述第一构件之间的连接和该连接的解除、所述第二电动机与所述第二构件之间的连接和该连接的解除、以及所述内燃机与所述第三构件之间的连接和该连接的解除中的任一种。
15.如权利要求9所述的混合动力汽车，其中，
所述动力分配综合机构位于所述第一电动机和所述第二电动机之间并与该两个电动机同轴地配置。
16.如权利要求15所述的混合动力汽车，其中，
所述动力分配综合机构是三构件式行星齿轮机构。
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