CN101600593B - 动力输出装置以及混合动力汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及向驱动轴输出动力的动力输出装置以及包括该动力输出装置的混合动力汽车，包括：彼此同轴配置的发动机22、马达MG1、MG2、以及动力分配综合机构40；变速用差动旋转机构61，包括太阳齿轮62、内啮合齿轮63、以及与驱动轴连接的行星齿轮架65，并且所述变速用差动旋转机构构成为这三个构件能够互相进行差动旋转；以及变速器60，包括离合器C1，所述离合器C1能够将所述动力分配综合机构40的行星齿轮架45和太阳齿轮41中的任一者或二者与变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62选择性地连结。

Description

动力输出装置以及混合动力汽车
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包括该动力输出装置的混合动力汽车。
背景技术
以往，作为这种动力输出装置，公知以下动力输出装置，其包括：内燃机、2部电动机、拉维奈尔赫型的行星齿轮机构、以及能够将行星齿轮机构的两个输出构件与输出轴选择性连结的平行轴式变速器(例如，参考专利文献1)。另外，以往公知以下动力输出装置，其包括：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、以及具有与所述行星齿轮机构对应的输出构件分别连接的副轴的平行轴式变速器(例如，参考专利文献2)。在所述动力输出装置中，行星齿轮装置的两个输出构件分别固定在电驱动部所对应的转子的内周上。以往，还公知以下动力输出装置，其包括动力分配机构和两个离合器，所述动力分配机构具有与内燃机连接的输入构件、与第一马达/发电机连接的反力构件、以及与第二马达/发电机连接的输出构件，所述离合器用于使作为输出部件的车轴与动力分配机构的输出构件和反力构件之间选择性地连接(例如，参考专利文献3)。在所述动力输出装置中，当第一马达/发电机通过负旋转进行牵引时控制两个离合器，以使动力分配机构的反力构件连接到输出部件并使输出构件与输出部件之间的连接解除，因此，利用输出部件的动力的一部分对通过第二马达/发电机发电得到的电力而驱动第一马达/发电机的动力循环的发生进行抑制。
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
上述的动力输出装置通过在将来自内燃机的动力由2部电动机进行扭矩转换的状态下将请求的动力输出给驱动轴，能够使内燃机在高效率的运转点下运转，但是其构造复杂且难以紧凑化，在向车辆安装这方面也存在或多或少的问题。另外，在更广泛的行驶区域内提高动力的传递效率的这一方面，现有的动力输出装置还具有改善的余地。
因此，本发明的目的之一是提供一种以简单、紧凑且安装性良好的动力输出装置以及包括该动力输出装置的混合动力汽车。另外，本发明的目的之一是提供一种能够在更广泛的运转区域内提高动力的传递效率的动力输出装置以及包括该动力输出装置的混合动力汽车。
为了达成上述目的，本发明的动力输出装置以及混合动力汽车采用了以下的方式。
本发明的动力输出装置为向驱动轴输出动力的动力输出装置，包括：内燃机；第一电动机，能够输入动力以及输出动力；第二电动机，能够输入动力以及输出动力；动力分配综合机构，被构成为包括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、与所述内燃机的内燃机轴连接的第三构件，并且该三个构件能够互相进行差动旋转；以及变速传递单元，其包括变速用差动旋转机构和连结单元，所述变速用差动旋转机构被构成为包括输入构件、固定构件、以及与所述驱动轴连接的输出构件并且所述输入构件与所述输出构件能够互相进行差动旋转，所述连结单元能够选择性地将所述动力分配综合机构的所述第一构件和所述第二构件中的任一者或两者与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件连结。
所述动力输出装置包括：变速用差动旋转机构，包括输入构件、固定构件、与驱动轴连接的输出构件，并构成为输入构件与输出构件能够互相进行差动旋转；以及变速传递单元，能够选择性地将动力分配综合机构的第一构件和第二构件中的任一者或两者与变速用差动旋转机构的输入构件连结。所述变速传递单元能够由比较少的部件构成并具有简单化且紧凑化的结构，从而其安装性良好。另外，在所述动力输出装置中，只要通过变速传递单元的连结单元将动力分配综合机构的第一构件和第二构件中的一者与变速用差动旋转机构的输入构件相连结，就能够将来自动力分配综合机构的第一构件或者第二构件的动力通过变速用差动旋转机构进行变速后输出到驱动轴上。此外，在所述动力装置中，只要通过变速传递单元的连结单元将动力分配综合机构的第一构件和第二构件双方与变速用差动旋转机构的输入构件相连结，就能够将来自内燃机的动力以固定的变速比机械(直接)地传递给驱动轴。并且，在所述动力输出装置中，在通过传递装置的连结单元将动力分配综合机构的第一构件与变速用差动旋转机构的输入构件相连结时，将与作为输出构件的第一构件相连接的第一电动机作为电动机来发挥作用，并且将与作为反力构件的第二构件连接的第二电动机作为发电机来发挥作用。另外，当通过变速传递单元的连结单元将动力分配综合机构的第二构件与变速用差动旋转机构的输入构件相连结时，能够将与作为输出构件的第二构件连接的第二电动机作为电动机来发挥作用，并将与作为反力构件的第二构件连接的第二电动机作为发电机来发挥作用。因此，在所述动力输出装置中，通过根据需要而执行基于连结单元的连结状态的切换，特别是当作为电动机来发挥作用的第一电动机或第二电动机的转速很高时，能够不使作为发电机来发挥作用的第二电动机或第二电动机的转速为负，能够抑制动力循环的发生。其结果是，根据所述动力输出装置，能够在更广泛的区域内良好地提高动力的传递效率。
另外，所述变速传递单元的所述变速用差动旋转机构也可以是三构件式行星齿轮机构。因此，能够通过变速传递单元使构成紧凑化。
此外，所述第一电动机和所述第二电动机可以与所述内燃机大体同轴配置，所述动力分配综合机构可以配置在所述第一电动机和所述第二电动机之间并与两个电动机大体同轴配置。由此，能够使动力输出装置整体更紧凑化。
如上所述，当内燃机、第一电动机、第二电动机、动力分配综合机构大体同轴配置时，本发明的动力输出装置还可以包括：中空轴，与所述动力分配综合机构的所述第一构件和第二构件中的一者连接，并向所述变速传递单元延伸；以及连结轴，与所述第一构件和第二构件中的另一者连接，并经过所述中空轴而向所述变速传递单元延伸。所述变速传递单元的所述连结单元可以选择性地将所述中空轴和所述连结轴中任一者或二者与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件相连结。因此，能够将来自动力分配综合机构的第一构件的动力和来自第二构件的动力大体同轴且同向地输出，由此，能够将变速传递单元与内燃机、第一电动机、第二电动机、动力分配综合机构大体同轴配置。因此，上述结构很适合于主要驱动后轮进行行驶的混合动力汽车。
另外，当内燃机、第一电动机、第二电动机、动力分配综合机构大体同轴配置时，所述变速传递单元的所述连结单元可以包括：传递轴，与所述第一电动机和第二电动机的旋转轴大体平行延伸，并与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件连接；第一平行轴式齿轮列，与所述第一构件连结；第二平行轴式齿轮列，与所述第二构件连结；以及切换单元，能够选择性地切换为第一构件连结状态、第二构件连结状态、以及双构件连结状态，所述第一构件连结状态是连结所述第一平行轴式齿轮列和所述传递轴的状态，所述第二构件连结状态是连结所述第二平行轴式齿轮列和所述传递轴的状态，所述双构件连结状态是将所述第一平行轴式齿轮列和所述第二平行轴式齿轮列的双方与所述传递轴连结的状态。如果如上述那样变速传递单元的连结单元包括所述传递轴、2组平行轴式齿轮列、以及切换装置，则能够通过将切换装置和变速用差动旋转机构配置在传递轴的周围并与其同轴配置而构成2轴式动力输出装置，即使将内燃机、第一电动机、第二电动机、动力分配综合机构大体同轴配置，也能够抑制动力输出装置的轴方向(宽度方向尺寸)的增加。因此，能够使所述动力输出装置紧凑化并使其安装性良好而适用于主要驱动前轮而行驶的车辆。另外，如果经由平行轴式齿轮列而将动力分配综合机构的第一构件和第二构件与传递轴连结，则能够自由设定第一构件或第二构件与传递轴之间的变速比。
此外，本发明的动力输出装置还可以包括固定单元，所述固定单元能够固定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任一者而使其不能旋转。因此，当不对应于固定单元的第一电动机或第二电动机所连接的动力分配综合机构的第一构件或第二构件由变速传递单元的连结单元经由变速用差动旋转机构而与驱动轴连结时，如果将对应于固定单元的第二电动机或第一电动机的旋转轴由所述固定单元进行固定而使其不能旋转，则能够将来自内燃机的动力以固定的变速比机械(直接)地传递到驱动轴上。因此，根据所述动力输出装置，能够在更广泛的区域内良好地提高动力的传递效率。
另外，本发明的动力输出装置还可以包括连接断开单元，所述连接断开单元能够执行所述第一电动机与所述第一构件之间的连接以及所述连接的解除、所述第二电动机与所述第二构件之间的连接以及所述连接的解除、以及所述内燃机与所述第三构件之间的连接以及所述连接的解除中的一者。在包括上述连接断开单元的动力输出装置中，如果使连接断开单元解除所述连接，则能够通过动力分配综合机构的功能将内燃机从第一电动机、第二电动机、变速传递单元上断开。因此，在所述动力输出装置中，如果使连接断开单元解除上述连接并使内燃机停止，则能够将来自第一电动机和第二电动机的至少一者的动力由变速传递单元进行变速而高效率地传递到驱动轴上。因此，根据所述动力输出装置能够使第一电动机和第二电动机所请求的最大扭矩等下降，并使第一电动机和第二电动机更紧凑化。
此外，所述动力分配综合机构的所述第一构件和第二构件中从与所述内燃机轴连接的所述第三构件输入更大的扭矩的一者，可以经由对所述第一电动机或所述第二电动机的旋转轴的旋转进行减速的减速单元与所述第一电动机或所述第二电动机连接。这样一来，如果将动力分配综合机构的第一构件和第二构件中来自内燃机的扭矩的分配比率大的一者经由减速单元与第一电动机或第二电动机连接时，则能够更有效地减轻与减速单元连接的第一电动机或第二电动机的扭矩负担，能够使所述电动机紧凑化并降低其动力损失。
该情况下，所述动力分配综合机构成为小齿轮式行星齿轮机构，包括：太阳齿轮；内啮合齿轮；以及行星齿轮架，所述行星齿轮架至少支承1组两个小齿轮的组，所述两个小齿轮互相啮合，并且其中的一者与所述太阳齿轮啮合、另一者与所述内啮合齿轮啮合，所述第一构件可以是所述太阳齿轮和所述行星齿轮架中的一者，并且所述第二构件可以是所述太阳齿轮和所述行星齿轮架中的另一者，所述第三构件可以是所述内啮合齿轮。并且，当所述动力分配综合机构的齿轮比设为ρ时，所述动力分配综合机构被构成为使得ρ小于0.5，所述减速单元被构成为使得减速比为近似ρ/(1-ρ)的值并且该减速单元可以配置在所述第一电动机、所述第二电动机、所述行星齿轮架之间，其中所述动力分配综合机构的齿轮比是将所述太阳齿轮的齿数除以所述内啮合齿轮的齿数而得到的值。在上述规格的动力分配综合机构中，与太阳齿轮相比，对行星齿轮架的来自内燃机的扭矩的分配比率大。因此，通过在行星齿轮架、第一电动机、第二电动机之间配置减速单元，能够使第一电动机或第二电动机紧凑化并降低其动力损失。另外，如果将减速单元的减速比设为近似ρ/(1-ρ)的值，则能够使第一电动机和第二电动机的规格大体相同，从而能够提高动力输出装置的生产性并降低成本。此外，当作为所述太阳齿轮的齿数除以所述内啮合齿轮的齿数而得到的值的所述动力分配综合机构的齿轮比设为ρ时，作为双小齿轮式行星齿轮机构的动力分配综合机构构成为ρ可以大于0.5，该情况下，所述减速单元构成为减速比为近似(1-ρ)/ρ的值并且可以配置在所述第一电动机、所述第二电动机、所述行星齿轮架之间。
另外，所述动力分配综合机构成为单小齿轮式行星齿轮机构，包括：太阳齿轮；内啮合齿轮；以及行星齿轮架，所述行星齿轮架至少支承1个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮的双方啮合的小齿轮，所述第一构件可以是所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮中的一者，并且所述第二构件可以是所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮中的另一者，所述第三构件可以是所述行星齿轮架。当将所述动力分配综合机构的齿轮比设为ρ时，所述减速单元被构成为使得减速比为近似ρ的值，并且该减速单元可以配置在所述第一电动机或者所述第二电动机与所述内啮合齿轮之间，其中所述所述动力分配综合机构的齿轮比是将所述太阳齿轮的齿数除以所述内啮合齿轮的齿数而得到的值。在上述规格的动力分配综合机构中，与太阳齿轮相比，对内啮合齿轮的来自内燃机的扭矩的分配比率大。因此，通过在内啮合齿轮、第一电动机、第二电动机之间配置减速单元，能够使第一电动机或第二电动机紧凑化并降低其动力损失。此外，如果将减速单元的减速比设为近似ρ的值，则能够使第一电动机和第二电动机的规格大体相同，从而能够提高动力输出装置的生产性并降低成本。
本发明的混合动力汽车包括上述的某一个动力输出装置，并包括通过来自所述驱动轴的动力进行驱动的驱动轮。在所述混合动力汽车上的动力输出装置紧凑化且安装性良好，能够在更广泛的区域内提高动力的传递效率，从而能够在所述混合动力汽车中良好地提高燃料费用和行驶性能。
附图说明
图1是本发明的实施例的混合动力汽车20的简要结构示意图；
图2是例示出在使实施例的混合动力汽车20伴随着发动机22的运转来行驶的情况下根据车速变化使变速器60的变速比向升速方向变化时动力分配综合机构40和变速器60的主要构件的转速和扭矩的关系的说明图；
图3是与图2一样的说明图；
图4是与图2一样的说明图；
图5是与图2一样的说明图；
图6是示出实施例的混合动力汽车20的行驶时的离合器C0、制动器B0、变速器60的离合器C1的离合器位置的设定状态的图表；
图7是示出表示马达MG1作为发动机来发挥作用并且马达MG2作为电动机来发挥作用时的动力分配综合机构40的各构件与减速齿轮机构50的各构件的转速和扭矩的关系的共线图的一例的说明图；
图8是示出表示马达MG2作为发电机来发挥作用并且马达MG1作为电动机来发挥作用时的动力分配综合机构40的各构件与减速齿轮机构50的各构件的转速和扭矩的关系的共线图的一例的说明图；
图9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10是变形例的混合动力汽车20A的结构示意图；
图11是示出变形例的混合动力汽车20A行驶时的离合器C0’、制动器B0’、变速器60A的离合器C1a、离合器C1b的离合器位置等的设定状态的图表。
图12是变形例的混合动力汽车20B的结构示意图；
图13是变形例的混合动力汽车20C的结构示意图
具体实施方式
接着，利用实施例来说明用于实施本发明的优选方式。
图1是本发明的实施例的混合动力汽车20的简要结构示意图。图1所示出的混合动力汽车20被作为后轮驱动车辆来构成，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相连接的动力分配综合机构(差动旋转机构)40；与动力分配综合机构40连接并且能够发电的马达MG1；与所述马达MG1同轴配置并经由减速齿轮机构50与动力分配综合机构40相连接的能够发电的马达MG2；能够将来自动力分配综合机构40的动力变速后传递给驱动轴66的变速器60；以及对混合动力汽车20的整体进行控制的混合动力用电子控制单元(以下，称为“混合动力ECU”)70等。
发动机22是接受汽油或柴油这样的碳氢类燃料的供应并输出动力的内燃机，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输入来自针对发动机22而设置的、检测该发动机22的运转状态的各种传感器的信号。然后，发动机ECU24与混合动力ECU70之间进行通信，基于来自混合动力ECU70的控制信号或所述来自传感器的信号等对发动机22进行运转控制，并且根据需要而将与发动机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公知的同步发电电动机，该马达MG1和马达MG2经由逆变器31和逆变器32与作为二次电池的电池35之间交换电力。将逆变器31、逆变器32、电池35连接起来的电线39是各逆变器31、32公用的正极母线和负极母线，以使由马达MG1、MG2中的一个发电得到的电力能够由另一个马达消耗。因此，蓄电池35基于从马达MG1、MG2中的一个产生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能够取得电力收支的平衡，则不进行充放电。马达MG1、MG2均通过马达用电子控制单元(以下，称为“马达ECU”)30进行驱动控制。向马达ECU30输入用于驱动控制马达MG1、MG2所需的信号，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、或者由未图示的电流传感器检测的施加到马达MG1、MG2上的相电流等，并从马达ECU30输出对逆变器31、32的开关控制信号等。马达ECU30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，计算出马达MG1、MG2的转子的转速Nm1、Nm2。另外，马达ECU30与混合动力ECU70之间进行通信，基于来自混合动力ECU70的控制信号等对马达MG1、MG2进行驱动控制，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。
电池35通过电池用电子控制单元(以下，称为“电池ECU”)36进行管理。向电池ECU36输入管理电池35所需的信号，例如输入来自设置在电池35的端子间的未图示的电压传感器的端子间电压、来自安装在与电池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、以及来自安装在电池35上的温度传感器37的电池温度Tb等。电池ECU36根据需要将与电池35的状态相关的数据通过通信来输出给混合动力ECU70和发动机ECU24。此外，电池ECU36为了管理电池35还根据由电流传感器检测到的充放电电流的积分值而计算出剩余容量SOC。
动力分配综合机构40与马达MG1、MG2、减速齿轮机构50、变速器60一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。实施例的动力分配综合机构40为双小齿轮式行星齿轮机构，包括：作为外齿轮的太阳齿轮41；与所述太阳齿轮41配置在同心圆上的内齿轮的内啮合齿轮42；以及至少支承1组自转、公转自如的两个小齿轮43、44组的行星齿轮架45，所述两个小齿轮43、44互相啮合，并且其中的一者与太阳齿轮41啮合、另一者与内啮合齿轮42啮合。该动力分配统合机构40构成为太阳齿轮41(第二构件)、内啮合齿轮42(第三构件)、行星齿轮架45(第一构件)能够互相进行差动旋转。在实施例中，动力分配综合机构40构成为其齿轮比ρ(将太阳齿轮41的齿数除以内啮合齿轮42的齿数的值)为ρ小于0.5。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而连接了作为第二电动机的马达MG1(中空的转子)，所述太阳齿轮轴41a和第一马达轴46从所述太阳齿轮41向发动机22的相反侧(车辆后方)延伸来构成一系列中空轴。另外，在作为第一构件的行星齿轮架45上，经由减速齿轮机构50和中空的第二马达轴(第二轴)55而连接了作为第一电动机的马达MG2(中空的转子)，所述减速齿轮机构50配置在动力分配综合机构40与发动机22之间，所述第二马达轴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，在作为第三构件的内啮合齿轮42上，经由第二马达轴55、内啮合齿轮轴42a、减震器28而连接了发动机22的曲轴26，所述内啮合齿轮轴42a延伸经过马达MG2。
减速齿轮机构50为单小齿轮式行星齿轮机构，包括：外齿轮的太阳齿轮51；与所述太阳齿轮51配置在同心圆上的内齿轮的内啮合齿轮52；与太阳齿轮51和内啮合齿轮52双方都啮合的多个小齿轮53；以及支承多个自转、公转自如的小齿轮53的行星齿轮架54。在实施例中，如果将动力分配综合机构40的齿轮比设为ρ，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)为近似ρ/(1-ρ)的值。减速齿轮机构50的太阳齿轮51经由所述第二马达轴55与马达MG2的转子相连接。另外，减速齿轮机构50的内啮合齿轮52固定在动力分配综合机构40的行星齿轮架45上，因此减速齿轮机构50与动力分配综合机构40实质上被一体化。并且，减速齿轮机构50的行星齿轮架54与变速箱相对固定。因此，通过减速齿轮机构50的作用，来自马达MG2的动力在被减速后输入到动力分配综合机构40的行星齿轮架45上，并且来自行星齿轮架45的动力在增速后被输入给马达MG2。只要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40一体化，则能够使动力输出装置进一步紧凑化。
另外，如图1所示，在太阳齿轮轴41a和第一马达轴46之间设有执行连接它们以及解除该连接的离合器C0(连接以及断开装置)。在实施例中，离合器C0被构成为犬牙式离合器，能够经由例如通过电动式、电磁式、或油压式致动器100驱动的卡合部件而以更小的损失将固定在太阳齿轮轴41a的前端上的卡头与固定在第一马达轴46的前端上的卡头连接起来并解除它们的连结。当解除了基于离合器C0的太阳齿轮轴41a与第一马达轴46之间的连接时，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之间的连接被解除，并且能够通过动力分配综合机构40的功能将发动机22从马达MG1、MG2、变速器90上实质地断开。此外，在动力分配综合机构40的附近设置有作为固定单元来发挥作用的制动器B0，该制动器B0能够固定作为马达MG2的旋转轴的第二马达轴55而使其不能旋转。在实施例中，制动器B0被构成为犬牙式离合器，能够例如经由通过电动式、电磁式、或油压式致动器102驱动的卡合部件而以更小的损失将固定在行星齿轮架45上的卡头与固定在变速箱上的固定用卡头连接起来并解除它们的连结。当通过制动器B0连结了行星齿轮架45的卡头和变速箱侧的固定用卡头时，由于行星齿轮架45变得不能旋转，因此，能够通过动力分配综合机构40的功能固定减速齿轮机构50的太阳齿轮51和第二马达轴55(马达MG2)而使其不能旋转。
并且，能够如上述那样地经由离合器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进一步向发动机22的相反侧(车辆后方)延伸而与变速器60连接。另外，从动力分配综合机构40的行星齿轮架45经过中空的太阳齿轮轴41a和第一马达轴46向发动机22的相反侧(车辆后方)延伸出行星齿轮架轴(连结轴)45a，该行星齿轮架轴45a也能够与变速器60连接。因此，在实施例中，动力分配综合机构40配置在彼此同轴配置的马达MG1和马达MG2之间并与两个马达MG1、MG2同轴配置，发动机22与马达MG2在同轴并列设置并夹持动力分配综合机构40而与变速器60相对。即，在实施例中，发动机22、马达MG1、马达MG2、动力分配综合机构40、以及变速器60这样的动力输出装置的构成构件从车辆前方开始按照发动机22、马达MG2、(减速齿轮机构50)、动力分配综合机构40、马达MG1、变速器60的顺序而大致同轴配置。因此，能够使动力输出装置紧凑化并使其安装性良好而适用于主要驱动后轮而行驶的混合动力车辆20。
变速器60包括：作为能够以预定的减速比将输入的动力减速后输出的单小齿轮式行星齿轮机构(减速机构)的变速用差动旋转机构61、以及作为连结单元的离合器C1。变速用差动旋转机构61包括：作为输入构件的太阳齿轮62；作为与所述太阳齿轮62配置在同心圆上的固定构件的内啮合齿轮63；支承多个与太阳齿轮62和内啮合齿轮63均啮合的小齿轮64的作为输出构件的行星齿轮架65，所述变速用差动旋转机构61构成为太阳齿轮62、以及行星齿轮架65能够互相进行差动旋转。如图1所示，变速用差动旋转机构61的内啮合齿轮63固定在变速箱上而不能旋转。另外，在变速用差动旋转机构61的行星齿轮架65上连接了向车辆后方延伸的驱动轴66，驱动轴66经由差动齿轮68与作为驱动轮的后轮69a、69b相连结。
离合器C1能够将从作为动力分配综合机构40的第一构件的行星齿轮架45延伸出的行星齿轮架轴45a和作为第二构件的太阳齿轮41中的一者或双方与作为变速用差动旋转机构61的输入构件的太阳齿轮62选择性地连结。在实施例中，离合器C1被构成为犬牙式离合器，包括：固定在行星齿轮架轴45a的一端(图中右端)上的卡头、固定在第一马达轴46的一端(图中右端)上的卡头、固定在从太阳齿轮62向车辆前方延伸出的太阳齿轮轴62a上的卡头、以及能够与上述卡头相啮合并由电动式、电磁式、或油压式致动器101驱动的卡合部件，并如图1所示那样能够将作为卡合部件的位置的离合器位置选择性地切换为“R位置”、“M位置”、以及“L位置”。即，当实施例的离合器C1的离合器位置设定为R位置时，经由卡合部件而以更少的损失将行星齿轮架轴45a的卡头和太阳齿轮轴62a的卡头连结起来，由此经由行星齿轮架轴45a和变速用差动旋转机构61将作为动力分配综合机构40的第一构件的行星齿轮架45和驱动轴66连结起来(以下，根据情况会将基于所述离合器C1的连结状态称为“第一构件连结状态”)。另外，当离合器C1的离合器位置设定为M位置时，经由卡合部件而以更少的损失将行星齿轮架轴45a的卡头、太阳齿轮62a的卡头、第一马达轴46的卡头连结起来，由此经由变速用差动旋转机构61将行星齿轮架轴45a和第一马达轴46、即动力分配综合机构40的行星齿轮架45和太阳齿轮41均与驱动轴66相连结(以下，根据情况会将基于所述离合器C1的连结状态称为“第三连结状态”)。此外，当离合器C1的离合器位置设定为L位置时，经由卡合部件而以更少的损失将第一马达轴46的卡头和太阳齿轮轴62a的卡头连结起来，由此，如果离合器C0处于连结，则经由太阳齿轮轴41a、第一马达轴46、以及变速用差动旋转机构61而将作为动力分配综合机构40的第二构件的太阳齿轮41和驱动轴66连结起来(以下，根据情况会将基于所述离合器C1的连结状态称为“第二构件连结状态”)。
并且，混合动力ECU70被构成为以CPU72为中心的微处理器，除CPU72以外，该混合动力ECU70还包括：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。在混合动力ECU70中，经由输入端口而输入来自点火开关(起动开关)80的点火信号、检测来自作为换档杆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的踏下量的加速踏板位置传感器84的加速开度Acc、来自检测制动踏板85的踏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。并且，混合动力ECU70如上述那样经由通信端口与发动机ECU24、马达ECU30、电池ECU36相连接，发动机ECU24、马达ECU30、电池ECU36之间进行各种控制信号和数据的交换。另外，制动器B0、离合器C0、以及用于驱动变速器60的离合器C1的致动器100、101、102由混合动力ECU70来控制。
接着，参考图2至图9来说明实施例的混合动力汽车20的动作。
图2至图5是例示出在使混合动力汽车20伴随着发动机22的运转来行驶的情况下根据车速变化使变速器60的变速比向升速方向变化时的动力分配综合机构40和变速器60的主要构件的转速和扭矩的关系的说明图。另外，图6是示出混合动力汽车20的行驶时的离合器C0、制动器B0、变速器60的离合器C1的离合器位置的设定状态的图表。当混合动力汽车20以图2至图5所示的状态行驶时，在基于加速踏板83的踏下量或车速V的混合动力ECU70的统一控制下，由发动机ECU24控制发动机22、由马达ECU30控制马达MG1和马达MG2、由混合动力ECU70直接控制致动器100、101、102(离合器C0、变速器60的离合器C1、制动器B0)。在图2至图5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Nml)，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的转速(行星齿轮架轴45a或减速齿轮机构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，62轴表示变速器60的变速器60的变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62的转速，65轴和66轴表示变速用差动旋转机构61的行星齿轮架65和驱动轴66的转速，63轴表示变速用差动旋转机构61的内啮合齿轮63的转速。
当使混合动力汽车20伴随着发动机22的运转而行驶时，基本上制动器B0不工作(OFF)且连结了离合器C0，马达MG1、即第一马达轴46经由太阳齿轮轴41a与动力分配综合机构40的太阳齿轮41相连接。并且，当混合动力汽车20的车速V比较低时，变速器60的离合器C1被设定为R状态(参考图6)。以下，将上述状态称为变速器60的“第一变速状态(1速)”(图2)。在上述的第一变速状态下，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、离合器C1、以及变速用差动旋转机构61与驱动轴66相连结。由此，在第一变速状态下，动力分配综合机构40的行星齿轮架45为输出构件，并能够对马达MG1和马达MG2进行驱动控制，使得经由减速齿轮机构50与所述行星齿轮架45相连接的马达MG2作为电动机来发挥作用，并且与作为反力构件的太阳齿轮41相连接的马达MG1作为发电机来发挥作用。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ρ来分配给太阳齿轮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来发挥作用的马达MG2的动力综合起来输出给行星齿轮架45侧。以下，将如上述那样马达MG1作为发电机来发挥作用并且马达MG2作为电动机来发挥作用的模式称为“第一扭矩转换模式”。图7示出了如上述那样表示第一扭矩转换模式的动力分配综合机构40的各构件和减速齿轮机构50的各构件的转速和扭矩的关系的共线图的一个例子。在图7中，S轴、R轴、C轴、54轴、51轴表示与图2至图5一样的轴，ρ表示动力分配综合机构40的齿轮比，ρr表示减速齿轮机构50的减速比。另外，在图7中，粗箭头表示作用于各构件的扭矩，图中箭头向上时表示扭矩的值为正，图中箭头向下时表示扭矩的值为负(图2至图5、图8、图9也一样)。在第一扭矩转换模式下，来自发动机22的动力能够通过动力分配综合机构40、马达MG1、马达MG2进行扭矩转换后输出给行星齿轮架45，并且通过控制马达MG1的转速能够使发动机22的转速与作为输出构件的行星齿轮架45的转速的比无级、连续地变化。然后，输出到行星齿轮架45上的动力经由行星齿轮架轴45a和离合器C1传递给变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62，并且在通过基于变速用差动旋转机构61的齿轮比ρx(参考图2)的变速比(ρx/(1+ρx))进行变速(减速)后输出给驱动轴66。
在图2所示的状态下，即当变速器60处于第一变速状态并且扭矩转换模式为第一扭矩转换模式的状态下混合动力汽车20的车速V增大时，动力分配综合机构40的行星齿轮架45的转速与太阳齿轮41的转速基本一致。由此，通过将离合器C1设置在M位置，能够将行星齿轮转架轴45a的卡头、太阳齿轮轴62a的卡头、以及第一马达轴46的卡头连结起来，并且能够将动力分配综合机构40的行星齿轮架45和太阳齿轮41均与变速用差动旋转机构61相连结。并且，如图3示出，如果在将变速器60的离合器C1设置在M位置的状态下将针对马达MG1和马达MG2的扭矩指令的值设定为0，则马达MG1和马达MG2不执行牵引或再生而进行空转，来自发动机22的动力(扭矩)不会伴有向电能方面的转换，而是通过固定的(一定的)变速比(基于变速用差动旋转机构61的齿轮比ρx的变速比)机械(直接)地传递给驱动轴66。以下，将如上述那样通过离合器C1将动力分配综合机构40的行星齿轮架45和太阳齿轮41均与差动旋转机构61相连结的这种模式称为“同时卡合模式”，并特别将图3示出的状态称为“1-2速同时卡合状态”。
在图3所示的1-2速同时卡合状态下，由于行星齿轮转架轴45a与第一马达轴46的转速一致，能够将变速器60的离合器C1的离合器位置从M位置容易地切换到L位置来解除行星齿轮转架轴45a与变速用差动旋转机构61之间的连结。以下，将如上述那样连结了离合器C0并关闭制动器B0而将离合器C1设置为L位置的状态称为变速器60的第二变速状态(2速)(图4)。在上述第二变速状态下，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41a、第一马达轴46、离合器C1、以及变速用差动旋转机构61与驱动轴66相连结。因此，在第二变速状态下，动力分配综合机构40的太阳齿轮41为输出构件，并且能够对马达MG1和马达MG2进行驱动控制，使得与所述太阳齿轮41相连接的马达MG1作为电动机来发挥作用，与作为反力构件的齿轮45相连接的马达MG2作为发电机来发挥作用。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ρ来分配给太阳齿轮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来发挥作用的马达MG1的动力综合起来输出到太阳齿轮41侧。以下，将如上所述那样马达MG2作为发电机来发挥作用并且马达MG1作为电动机来发挥作用的模式称为“第二扭矩转换模式”。图8示出了表示所述第二扭矩转换模式中的动力分配综合机构40的各构件和减速齿轮机构50的各构件的转速和扭矩的关系的共线图的一个例子。图8中的标号与图7的标号相同。在第二扭矩转换模式下，来自发动机22的动力通过动力分配综合机构40和马达MG1及马达MG2进行扭矩转换后输入给太阳齿轮41，通过控制马达MG2的转速，能够使发动机22的转速与作为输出构件的太阳齿轮41的转速的比无级、连续地变化。然后，输出到太阳齿轮41上的动力经由太阳齿轮轴41a、第一马达轴46、离合器C1而传递给变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62，并且在通过基于变速用差动旋转机构61的齿轮比ρx的变速比(ρx/(1+ρx))进行变速(减速)后输出给驱动轴66。
在图4所示的状态、即当变速器60处于第二状态并且扭矩转换模式为第二扭矩转换模式的状态下混合动力汽车20的车速V增大时，作为马达MG2、第二马达轴55、动力分配综合机构40的第一构件的行星齿轮架45的转速的值近似为0。因此，能够使制动器B0工作(ON)来固定第二马达轴55(马达MG2)和行星齿轮架45而使其不能旋转。并且，如果在通过离合器C1将第一马达轴46与变速用差动旋转机构61相连结时由制动器B0固定第二马达轴55和行星齿轮架45而使其不能旋转的状态下，将针对马达MG1和马达MG2的扭矩指令的值设定为0，则马达MG1和马达MG2不执行牵引或再生而进行空转，来自发动机22的动力(扭矩)不伴有向电能方面的转换，在通过基于固定的(一定的)变速比(基于动力分配综合机构40的齿轮比ρ和变速用差动旋转机构61的齿轮比ρx的变速比)进行变速后直接传递给驱动轴66。以下，将如上述那样在连结离合器C0的状态下通过变速器60的离合器C1将第一马达轴46与变速用差动旋转机构61相连结时通过制动器B0固定第二马达轴55和行星齿轮架45而使其不能旋转的模式称为“同时卡合模式”，并特别将图5所示的状态称为“2速固定状态”。当使变速器60的变速比向降速方向变化时，基本上只要执行与上述说明执行相反的步骤即可。
如上所述，在实施例的混合动力汽车20中，由于第一扭矩转换模式和第二扭矩转换模式会伴随着变速器60的第一变速状态和第二变速状态的切换来交替切换，因此，特别是当作为电动机来发挥作用的马达MG2的转速Nm2或者马达MG1的转速Nm1很高时，能够使得作为发电机来发挥作用的马达MG1的转速Nm1或马达MG2的转速Nm2不变为负值。因此，在混合动力汽车20中，在第一扭矩转换模式下能够抑制动力循环的发生从而在更广泛的运转区域内提高动力的传递效率，上述动力循环是指：伴随着马达MG1的转速变为负，马达MG2利用输出给行星齿轮架45的动力的一部分进行发电并且马达MG1消费由马达MG2发电得到的电力来输出动力，在第二扭矩转换模式下也能够抑制动力循环的发生从而在更广泛的运转区域内提高动力的传递效率，上述动力循环是指：伴随着马达MG2的转速变为负，马达MG1利用输出给太阳齿轮41的动力的一部分进行发电，并且马达MG2消费由马达MG1发电得到的电力来输出动力。另外，伴随着上述动力循环的抑制能够抑制马达MG1、马达MG2的最高转速，因此能够使马达MG1和马达MG2紧凑化。此外，如果在上述的同时卡合模式下使混合动力汽车20行驶，由于能够以固定变速比将来自发动机22的动力机械(直接)地传递给驱动轴66，因此不伴有向电能方面的转换并增大了从发动机22向驱动轴66机械地输出动力的几率，从而能够在更广泛的运转区域内使动力的传递效率进一步提高。一般来说，在利用发动机、2部电动机、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，当发动机和驱动轴之间的减速比比较大时存在发动机的动力更多的转换为电能而使动力的传递效率恶化并引起马达MG1和马达MG2放热的倾向，因此，上述的同时卡合模式特别有利于发动机22与驱动轴之间的减速比比较大的情况。此外，当在实施例的混合动力汽车20中改变了变速器60的变速装置时，一旦在第一扭矩转换模式和第二扭矩转换模式之间执行同时卡合模式，便不在变速状态改变时产生扭矩遗漏，并且能够极为顺畅且无震动而执行变速状态的改变、即第一扭矩转换模式与第二扭矩转换模式之间的切换。
接着，参考图6和图9等对在使发动机22停止的状态下利用来自电池35的电力使马达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简要说明。在实施例的混合动力汽车20中，马达行驶模式大致区分为以下模式：在连结离合器C0使马达MG1与动力分配综合机构40的太阳齿轮41相连接的状态下，使马达MG1和马达MG2中的一者输出动力的离合器卡合1马达行驶模式；在解除基于离合器C0的马达MG1与动力分配综合机构40的太阳齿轮41之间的连接的状态下，使马达MG1、MG2中的一者输出动力的离合器释放1马达行驶模式；以及在解除基于离合器C0的马达MG1与动力分配综合机构40的太阳齿轮41的连接的状态下，能够利用来自马达MG1和马达MG2双方的动力的2马达行驶模式。在选择马达行驶模式时，制动器B0被设为不工作状态(参考图6)。
当执行离合器卡合1马达行驶模式时，在连结离合器C0的状态下通过如图6所示那样将离合器C1设定在R位置上而将变速器60设定为第一变速状态来仅使马达MG2输出动力，或者在连结离合器C0的状态下通过如图6所示那样将离合器C1设定在L位置上而将变速器60设定为第二变速状态来仅使马达MG1输出动力。在离合器卡合1马达行驶模式下，通过离合器C0使动力分配综合机构40的太阳齿轮41与第一马达轴46相连接，没有输出动力的马达MG1或马达MG2被正在输出动力的马达MG2或马达MG1带动而空转(参考图9的虚线)。另外，当执行离合器释放1马达行驶模式时，通过在解除基于离合器C0的马达MG1与动力分配综合机构40的太阳齿轮41之间的连接的状态下，如图6所示那样将离合器C1设定为R位置而将变速器60设定为第一变速状态来仅使马达MG2输出动力，或者如图6所示那样将离合器C1设定为L位置而将变速器60设定为第二变速状态来仅使马达MG1输出动力。在离合器释放1马达行驶模式下，如图9中单点划线和双点划线所示，通过解除基于离合器C0的太阳齿轮41与马达MG1之间的连接，通过动力分配综合机构40的功能而避免了停止状态下的发动机22的曲轴26被带动以及停止状态下的马达MG1或马达MG2被带动，因此能够抑制动力的传递效率的下降。此外，当执行2马达行驶模式时，在解除基于离合器C0的马达MG1与动力分配综合机构40的太阳齿轮41之间的连接的状态下，在如图6所述那样通过将离合器C1设定为M位置而将变速器60设定为上述的1-2速同时卡合状态后对马达MG1和马达MG2的某一者进行驱动控制。由此，在回避了发动机22的带动的状态下使马达MG1和马达MG2均输出动力，能够在马达行驶模式下将大的动力传递给驱动轴66，从而能够良好地执行坡路起动，并确保马达行驶时良好的牵引性能。
并且，在实施例的混合动力汽车20中，当选择离合器释放1马达行驶模式时，能够容易地改变变速器60的变速状态，以便动力高效率地传递给驱动轴66。例如，在离合器释放1马达行驶模式下，在将变速器60设定为第一变速状态并且仅使马达MG2输出动力时，第一马达轴46能够调整马达MG1的转速Nm1使得第一马达轴46与齿轮轴45a同步旋转，只要将变速器60的离合器C1的离合器位置从R位置切换为M位置，就能够转移到上述的1-2速同时卡合状态、即2马达行驶模式。并且，在该状态下，只要将离合器C1的离合器位置从M位置切换为L位置并仅使MG1输出动力，将能够在上述的第二变速状态下将由马达MG1输出的动力传递给驱动轴66。当在离合器释放1马达行驶模式下使变速器60的变速状态向降速方向变化时，基本上只要执行与上述说明相反的步骤即可。其结果是，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利用变速器60将行星齿轮架45或太阳齿轮41的转速进行变速来增大扭矩，能够使马达MG1、马达MG2所请求的最大扭矩降低，从而能够实现马达MG1、MG2的紧凑化。另外，即使在上述马达行驶中的变速器60的变速状态改变时，一旦变速器60的同时卡合状态、即执行2马达行驶模式，不产生变速状态改变时的扭矩遗漏，能够极为顺畅且无震动地执行变速状态的改变。当在上述的马达行驶模式下请求驱动力高或电池35的剩余容量SOC下降时，根据变速器60的变速状态(离合器C1的离合器位置)执行基于不输出动力的马达MG1或马达MG2的转动动力输出，并由此使发动机22起动。
如上所述，实施例的混合动力汽车20包括：变速用差动旋转机构61，其具有作为输入构件的太阳齿轮62、作为固定构件的内啮合齿轮63、以及作为与驱动轴66相连接的输出构件65，并使得太阳齿轮62和行星齿轮架65互相之间能够差动旋转；变速器60，其具有能够将作为动力分配综合机构40的第一构件的行星齿轮架45、和作为第二构件的太阳齿轮41的一者或双方与变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62选择连结的离合器C1。所述变速器60能够由比较少的部件构成并具有简单化且紧凑化的结构，而使其安装性良好。另外，在混合动力汽车20中，如果由变速器60的离合器C1将动力分配综合机构40的行星齿轮架45和太阳齿轮41中的一者与变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62相连结，能够将来自动力分配综合机构40的行星齿轮架45或太阳齿轮41的动力通过差动旋转机构61变速后输出给驱动轴66。此外，在混合动力汽车20中，如果通过变速器60的离合器C1将动力分配综合机构40的行星齿轮架45和太阳齿轮41双方与变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62相连结，则能够将来自发动机22的动力通过固定的变速比机械(直接)地传递给驱动轴66。并且，通过变速器60的离合器C1使动力分配综合机构40的行星齿轮架45与变速用差动旋转机构61连结时，能够将作为与输出构件的行星齿轮架45相连接的第一电动机的马达MG2作为电动机来发挥作用，并且将作为反力构件的太阳齿轮41相连接的第二电动机的马达MG1作为发电机来发挥作用。另外，当通过变速器60的离合器C1使动力分配综合机构40的太阳齿轮41与变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62相连结时，将与作为输出构件的太阳齿轮41相连接的马达MG1作为电动机来发挥作用，并且将与作为反力构件的行星齿轮架45相连接的马达MG2作为发电机来发挥作用。由此，在混合动力汽车20中，通过适当执行基于离合器C1的连结状态的切换，特别是当作为电动机来发挥作用的马达MG2的转速Nm2或马达MG1的转速Nm1过高时，能够使得作为发电机来发挥作用的马达MG1的转速Nm1或马达MG2的转速Nm2不为负值，并能够抑制动力循环的发生。其结果是，在混合动力汽车20中，能够在更广泛的运转区域内良好地提高动力的运转效率，能够良好地节省燃料费用和提高行驶性能。
另外，如实施例所述，如果将变速器60的变速用差动用旋转机构61设置为单小齿轮式行星齿轮机构，则能够更紧凑化地构成变速器60。但是，变速器60的变速用差动旋转机构61也可以是包括以下部件的行星齿轮机构：彼此具有不同齿数的第一太阳齿轮和第二太阳齿轮；以及至少支承1个将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连结而成的拼合锚齿齿轮的行星齿轮架。如果将包括上述拼合锚齿齿轮的行星齿轮机构作为变速用差动旋转机构来使用，与具有当设定更大的减速比时小齿轮的转速往往很高的单小齿轮式行星齿轮机构的变速器相比，能够容器地设定更大的减速比。此外，如实施例所述，如果将马达MG1和马达MG2大体同轴配置，并将动力分配综合机构40配置在马达MG1和马达MG2之间并大体同轴配置，由上述部件构成的动力输出装置的整体能够更紧凑化地构成。并且，如上述那样发动机22、马达MG1、马达MG2、动力分配综合机构40被大体同轴配置的混合动力汽车20包括：与动力分配综合机构40的太阳齿轮41连接并作为向变速器60延伸的中空轴的太阳齿轮轴41a和第一马达轴46、与行星齿轮架45连接并经过作为中空轴的太阳齿轮轴41a和第一马达轴46向变速器60延伸的作为连结轴的行星齿轮转架轴45a，变速器60的离合器C1将第一马达轴46和太阳齿轮轴45a中的一者或双方能够与变速用差动旋转机构61的太阳齿轮62选择性地连结。由此，能够将来自动力分配综合机构40的行星齿轮架45的动力和来自太阳齿轮41的动力大体同轴且同向地输出，因此，能够将变速器60与发动机22、马达MG1、马达MG2、动力分配综合机构40大体同轴配置。因此，上述结构很适合主要驱动后轮行驶的混合动力汽车20。
此外，在混合动力汽车20中设置的制动器B0能够固定作为马达MG2的旋转轴的第二马达轴55而使其不能旋转。因此，当如上述那样与马达MG1相连接的动力分配综合机构40的太阳齿轮41经由变速器60的离合器C1和变速用差动旋转机构61与驱动轴66相连结时，通过制动器B0固定第二马达轴55而使其不能旋转，来自发动机22的动力也能够通过固定的变速比机械(直接)地传递给驱动轴66。其结果是，在混合动力汽车20中，能够在更广泛的范围内良好地提高动力的传递效率。上述固定手段只要在设定基于变速器的最小变速比时将动力分配综合机构的反力构件的构件(在实施例中为太阳齿轮41)的旋转固定的部件即可，根据变速器的结构，可以设置为固定马达MG1的第一马达轴46、或固定太阳齿轮41。另外，作为固定单元采用专用制动器B0，也可以使离合器C0代替之来发挥所述固定单元的作用。
并且，实施例的混合动力汽车20包括太阳齿轮轴41a和第一马达轴46，即执行太阳齿轮41与马达MG1之间的连接和该连接的解除的离合器C0。由此，如果在混合动力汽车20中解除基于离合器C0的太阳齿轮轴41a与第一马达轴46之间的连接，则通过动力分配综合机构40的功能能够将发动机22从马达MG1、马达MG2和变速器60上实质地分隔。因此，在混合动力汽车20中，如果将离合器C0设为释放状态并使发动机22停止，则能够使至少来自马达MG1和马达MG2中的一者的动力伴随着变速器60的变速状态的变更来高效率地传递给驱动轴66。其结果是，在混合动力汽车20中，能够使马达MG1和马达MG2所请求的最大扭矩降低，从而能够实现马达MG1和马达MG2的进一步紧凑化。但是，离合器C0不限于执行太阳齿轮41与马达MG1的连接和所述连接的解除。即，离合器C0既可以执行行星齿轮架45(第一构件)和第二马达轴55(马达MG2)的连接和所述连接的解除，也可以执行发动机22的曲轴26与内啮合齿轮42(第三构件)之间的连接和所述连接的解除。
此外，当如实施例的混合动力汽车20那样采用了齿轮比ρ小于0.5的双小齿轮式行星齿轮机构的动力分配机构40时，与太阳齿轮41相比，来自发动机22的扭矩对行星齿轮架45的分配比率变大。因此，如图1的例子所示，通过在行星齿轮架45和马达MG2之间配置减速齿轮机构50，能够实现马达MG2的紧凑化及其动力损失的降低化。另外，在该情况下，当将动力分配综合机构40的齿轮比设为ρ时，如果将减速齿轮机构50的减速比ρr设为近似(ρr/(1-ρ))的值，则能够使马达MG1和马达MG2的规格大体相同，能够提高混合动力汽车20和动力输出装置的生产性并使成本降低。但是，也可以使作为双小齿轮式行星齿轮机构的动力分配综合机构40的齿轮比ρ大于0.5，该情况下，减速齿轮机构50的减速比为近似(1-ρ)/ρ的值，并配置在太阳齿轮11与马达MG1或马达MG2之间。
图10是变形例的混合动力汽车20A的结构示意图。在图10所示的混合动力汽车20A中，上述的混合动力汽车20的离合器C0和制动器B0的功能分别由油压式致动器88驱动的离合器C0’和制动器B0’来分担。另外，混合动力汽车20A包括变速器60A，所述变速器60A的上述离合器C1的功能分别由油压式致动器88驱动的离合器C1a和C1b来分担。即，在变形例的混合动力汽车20A中，能够通过驱动离合器C0’来执行动力分配综合机构40的太阳齿轮41与第一马达轴46(马达MG1)之间的连接和所述连接的解除，通过驱动制动器B0能够以不能够旋转的方式固定作为马达MG2的旋转轴的第二马达轴55。另外，通过连结变速器60A的离合器C1a能够经由行星齿轮转架轴45a和变速用差动旋转机构61来实现作为动力分配综合机构40的第一构件的行星齿轮架45与驱动轴66连结起来的第一构件连结状态。此外，通过连结离合器C1b能够经由太阳齿轮轴41a、第一马达轴46、以及变速用差动旋转机构61来实现作为动力分配综合机构40的第一构件的太阳齿轮41与驱动轴66连结起来的第二构件连结状态。另外，通过连结离合器C1a和离合器C1b双方能够经由变速用差动旋转机构61来连结驱动轴66的双构件连结状态。图11示出了混合动力汽车20A行驶时的离合器C0’、制动器B0’、变速器60A的离合器C1a、离合器C1b的离合器位置等的设定状态。如上所述，即使在包括油压式的离合器C0’和制动器B0’、以及油压式的离合器C1a和离合器C1b的变速器60A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。
图12是其他变形例的混合动力汽车20B的结构示意图。相对于上述的混合动力汽车20、20A作为后轮驱动车辆而构成的结构，变形例的混合动力汽车20B是作为前轮驱动车辆而构成的。如图12所示，混合动力汽车20B包括作为单小齿轮式行星齿轮机构的动力分配综合机构10，所述动力分配综合机构10包括：外齿轮的太阳齿轮11、具有内圆周形成的内齿和外圆周形成的外齿并与太阳齿轮11配置在通信圆上的内啮合齿轮12、支承多个与太阳齿轮11以及内啮合齿轮12的内齿的双方相啮合的小齿轮13的行星齿轮架14，所述动力分配综合机构10构成为太阳齿轮11(第二构件)、内啮合齿轮12(第一构件)、以及行星齿轮架14(第三构件)互相之间能够差动旋转。在实施例中，动力分配综合机构10构成为其齿轮比ρ(将太阳齿轮11的齿数除以内啮合齿轮12的齿数而得到的值)为ρ小于0.5。在作为动力分配综合机构10的第二构件的太阳齿轮11上经由离合器C0和第一马达轴46与作为第二电动机的马达MG1(转子)相连接。另外，在作为第一构件的内啮合齿轮12上经由从配置在动力分配综合机构10的发动机22侧的减速齿轮机构50和所述减速齿轮机构50(太阳齿轮51)向发动机22延伸的中空的第二马达轴55与作为第一电动机的马达MG2(中空的转子)相连接。此外，在作为第三构件的行星齿轮架14上经由经过第二马达轴55和马达MG2而延伸的行星齿轮架轴14a和减震器28与发动机22的离合器轴26相连接。
并且，混合动力汽车20B包括与上述变速器60、60A不同的变速器90。该变速器90包括：通过与动力分配综合机构10的内啮合齿轮12和所述内啮合齿轮12的外齿始终啮合的第一从动齿轮91构成的第一连结齿轮列、与安装在第一马达轴46上的驱动齿轮47和所述驱动齿轮47始终啮合的第二从动齿轮92构成的第二连结齿轮列、与发动机22的离合器轴26、第一马达轴46、第二马达轴55平行延伸的传递轴93、作为单齿轮行星齿轮机构的变速用差动旋转机构94、以及离合器C1。第一连结齿轮列的第一从动齿轮91安装在与通过未图示的轴承旋转自如地支承的第一马达轴46和第二马达轴55平行延伸的中空的第一齿轮轴91a上。另外，第二从动齿轮92安装在与在第一齿轮轴之间隔有预定的间隔的状态下通过未图示的轴承旋转自如地支承并与的1马达轴46和第二马达轴55平行延伸的中空的第二齿轮轴92a上。在实施例中，构成第一连结齿轮列的内啮合齿轮12的外齿与构成第二连结齿轮列的驱动齿轮47的齿数相同，构成第一连结齿轮列的第一从动齿轮91和构成第二连结齿轮列的第二从动齿轮92的齿数相同，但上述齿轮的齿数能够任意设定。
传递轴93经过上述的第一齿轮轴91a和第二齿轮轴92a的内部与第一马达轴46和第二马达轴55平行延伸，并且在其前端(图中右端)上连结变速用差动旋转机构94。变速用差动旋转机构94包括：与传递轴93相连接的齿轮95、与该齿轮95配置在同心圆上的内啮合齿轮96、支承多个太阳齿轮95和内啮合齿轮96的双方的小齿轮97，所述变速用差动旋转机构94构成为太阳齿轮95(输入构件)、行星齿轮架98(输出构件)互相之间能够差动旋转。如图12所示，变速用差动旋转机构94的内啮合齿轮96固定在变速箱上而不能旋转。另外，这里，在变速用差动旋转机构94的行星齿轮架98上连接有中空的行星齿轮架轴98a，传递轴93经过所述行星齿轮架轴98a与太阳齿轮95相固定。因此，在变速器90中，在传递轴93的周围按照图中从左侧起的顺序配置以下构件：安装第二从动齿轮92的中空的第二齿轮轴92a、安装第一从动齿轮91的中空的第一齿轮轴91a、以及中空的行星齿轮架轴98a。并且，行星齿轮架98经由包括安装在行星齿轮架轴98a的端部上的输出齿轮99和驱动轴66的齿轮机构67和差动齿轮68与作为驱动轮的前轮69c、69d相连结。
另外，变速器90所包括的离合器C1配置在第一齿轮轴91a和第二齿轮轴92a之间附近，并能够将第一齿轮轴91a和第二齿轮轴92a的一者或双方与传递轴93相连结。在实施例中，离合器C1例如被构成为包括以下构件的犬牙式离合器，其包括的构件为：固定在第一齿轮轴91a的一端(图中左端)上的卡头、以位于第一齿轮轴91a和第二齿轮轴92a之间的方式固定在传递轴93上的卡头、固定在第二齿轮轴92a的一端(图中右端)上的卡头、以及能够与上述卡头啮合并由电动式、电磁式、或油压式致动器101驱动的卡合部件，如图12所示，离合器C1能够将作为卡合部件的位置的离合器位置切换为“R位置”、“M位置”、“L位置”。即，当变速器90的离合器C1的离合器位置设定为R位置时，第一齿轮轴91a的第一卡头和传递轴93的卡头能够经由卡合部件以更少的损失相连结，由此作为动力分配综合机构10的第一构件的内啮合齿轮12经由第一连结齿轮列、第一齿轮轴91a、传递轴93、变速用差动旋转机构94等与驱动轴66相连结(第一构件连结状态)。另外，当离合器C1的离合器位置设定为M位置时，经由卡合部件，第一齿轮轴91a的第一卡头、传递轴93的卡头、第二齿轮轴92a的卡头之间以更少的损失相连结，由此第一齿轮轴91a和第二齿轮轴92a双方、即动力分配综合机构10的内啮合齿轮12和太阳齿轮11的双方经由第一连结齿轮列、第二连结齿轮列、传递轴93、变速用差动旋转机构94等与驱动轴66相连结(双构件连结状态)。此外，当离合器C1的离合器位置设定为L位置时，经由卡合部件，第二齿轮轴92a的卡头与传递轴93的卡头以更少的损失相连结，由此，如果离合器C0设定为M位置，则经由第二连结齿轮列、第二齿轮轴92a、传递轴93、变速用差动旋转机构94等与作为动力分配综合机构10的第二构件的太阳齿轮66相连结(第二构件连结状态)。
如上所述，本发明的混合动力汽车也可以作为前轮驱动车辆来构成，在图12的混合动力汽车20B中，也能够获得与上述的混合动力汽车20、20A相同的作用效果。另外，图12的混合动力汽车20B包括变速器90，所述变速器90包括：与第一马达轴46和第二马达轴55平行延伸的传递轴93、平行轴式的第一连结列和第二连结列、以及作为切换装置的离合器C1，根据所述变速器90，通过将离合器C1和变速用差动旋转机构94以同轴的方式配置在传递轴93的周围从而能够将动力输出装置构成为2轴式的装置，即使将发动机22、马达MG1、马达MG2、以及动力分配综合机构10大体同轴配置，也能够抑制动力输出装置的轴方向(车身宽度方向)尺寸的增加。因此，图12的动力输出装置紧凑化且安装性良好，特别适合于主要驱动前轮来行驶的混合动力汽车20B上。另外，如果如变速器90那样经由平行轴式的第一连结列和第二连结列将动力分配综合机构10的太阳齿轮11以及内啮合齿轮12与传递轴93相连结，则能够自由地设定太阳齿轮11、内啮合齿轮12、以及传递轴93之间的变速比。因此，能够增大变速器90的变速比设定的自由度并实现动力传递效率的进一步提高。在图12的例子中是在动力分配综合机构10的内啮合齿轮12上形成外齿并且内啮合齿轮12本身构成第二连结齿轮列，但不限于此。即，也可以代替在内啮合齿轮12上形成外齿的方式，将与驱动齿轮47相同的齿轮连接在内啮合齿轮12上使该齿轮与第一从动齿轮91相啮合来构成第一连结齿轮列。此外，如上所述，混合动力汽车20B包括作为齿轮比ρ的值小于0.5的单小齿轮式行星齿轮机构的动力分配综合机构10，但在上述规格的动力分配综合机构10中，与太阳齿轮41相比增大了来自相对于内啮合齿轮12的发动机22的扭矩的分配比率。因此，如图12所示，能够通过在内啮合齿轮12与马达MG2之间配置减速齿轮机构50来实现马达MG2的紧凑化及其动力损失的降低。另外，在该情况下，如果将减速齿轮机构50的减速比ρr设置为近似动力分配综合机构40的齿轮比ρ的值，则能够使马达MG1和马达MG2的规格大体相同，因此能够使发动机22和动力输出装置的生产性提高并降低成本。
图13是另一变形例的混合动力汽车20C的结构示意图。在图13所示的混合动力汽车20C中，上述的混合动力汽车20B的离合器C0以及制动器B0的功能分别由通过油压式致动器88C驱动的离合器C0’和制动器B0’来分担。另外，混合动力汽车20C包括将上述的混合动力汽车20B的离合器C1的功能分别由通过油压式致动器88C驱动的离合器C1a和离合器C1b来分担的变速器90C。在上述图13所示的混合动力汽车20C中，如果如图11那样地控制离合器C0’、制动器B0’、变速器90C的离合器C1a、离合器C1b，能够获得与上述的混合动力汽车20、20A、20B相同的作用。
在上述的混合动力汽车20、20A、20B、20C中，也可以将执行太阳齿轮41(11)和马达MG1之间的连接和所述连接的解除的机构、固定第二马达轴55(行星齿轮架45或内啮合齿轮12)的机构、减速齿轮机构50中某的一者省略或者全部省略。另外，上述的混合动力汽车20、20A可以均作为后轮驱动行驶的4轮驱动车辆来构成，上述的混合动力汽车20B、20C可以均作为前轮驱动行驶的4轮驱动车辆来构成。此外，在上述的混合动力汽车20、20A中，动力分配综合机构40可以是包括以下构件的行星齿轮机构，其包括的构件例如：彼此齿数不同的第一齿轮和第二齿轮、至少支承1个将与第一齿轮相啮合的第一小齿轮和与第二齿轮相啮合的第二小齿轮连结而成的拼合锚齿齿轮的行星齿轮架。另外，在上述的混合动力汽车20B、20V中，动力分配综合机构40可以作为双小齿轮式的行星齿轮机构而构成。此外，在上述实施例中，说明了将动力输出装置安装在混合动力汽车20、20A、20B、20C上的情况，但本发明的动力输出装置可以安装在汽车以外的车辆、船舶、飞行器等移动体上，也能够安装在建设设备等固定设备上。
以上，利用实施例说明了本发明的实施方式，但本发明不受上述实施例的任何限制，当然还可以在不脱离本发明的宗旨的范围内得到各种变更。
产业上的实用性
本发明能够应用于动力输出装置或混合动力汽车的制造产业等。

Claims (11)

1.一种动力输出装置，向驱动轴输出动力，其中，所述动力输出装置包括：
内燃机；
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；
动力分配综合机构，被构成为包括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、与所述内燃机的内燃机轴连接的第三构件，并且该三个构件能够互相进行差动旋转；
变速传递单元，包括变速用差动旋转机构和连结单元，所述变速用差动旋转机构被构成为包括输入构件、固定构件、以及与所述驱动轴连接的输出构件并且所述输入构件与所述输出构件能够互相进行差动旋转，所述连结单元能够选择性地将所述动力分配综合机构的所述第一构件和所述第二构件中的任一者或两者与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件相连结；
固定单元，所述固定单元能够固定所述第一电动机的旋转轴而使其不能旋转；以及
控制单元，当不对应于所述固定单元的所述第二电动机所连接的所述动力分配综合机构的所述第二构件与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件连结时，所述控制单元控制所述固定单元使其固定对应于所述固定单元的所述第一电动机的旋转轴而使其不能旋转；
所述动力分配综合机构为双小齿轮式行星齿轮机构，包括：太阳齿轮；内啮合齿轮；以及行星齿轮架，所述行星齿轮架至少保持1组两个小齿轮的组，所述两个小齿轮互相啮合，并且其中的一者与所述太阳齿轮啮合、另一者与所述内啮合齿轮啮合，所述第一构件为所述太阳齿轮和所述行星齿轮架中的一者，并且所述第二构件为所述太阳齿轮和所述行星齿轮架中的另一者，所述第三构件为所述内啮合齿轮，
所述变速用差动旋转机构为单小齿轮式行星齿轮机构，包括：太阳齿轮；内啮合齿轮；以及行星齿轮架，所述行星齿轮架保持多个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮二者啮合的小齿轮，所述输入构件为所述太阳齿轮，所述固定构件为所述内啮合齿轮，所述输出构件为所述行星齿轮架。
2.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，
所述第一电动机和所述第二电动机与所述内燃机大体同轴配置，所述动力分配综合机构被配置在所述第一电动机和所述第二电动机之间并与两个电动机大体同轴配置。
3.根据权利要求2所述的动力输出装置，还包括：
中空轴，与所述动力分配综合机构的所述第一构件和第二构件中的任一者连接，并向所述变速传递单元延伸；以及
连结轴，与所述第一构件和第二构件中的另一者连接，并经过所述中空轴而向所述变速传递单元延伸；
其中，所述变速传递单元的所述连结单元能够选择性地将所述中空轴和所述连结轴中任一者或二者与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件相连结。
4.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，
所述控制单元控制所述连结单元和所述固定单元，以使其选择性地切换以下状态：
将与对应于所述固定单元的所述第一电动机所连接的所述动力分配综合机构的所述第一构件、与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件连结起来的状态；
将所述动力分配综合机构的所述第一构件和所述第二构件二者、与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件连结起来的状态；
将不对应于所述固定单元的所述第二电动机所连接的所述动力分配综合机构的所述第二构件、与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件连结起来的状态；以及
连结所述动力分配综合机构的所述第二构件与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件，并固定与所述第一构件连接的所述第一电动机的旋转轴而使其不能旋转的状态。
5.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，
还包括连接断开单元，所述连接断开单元能够执行所述第一电动机与所述第一构件之间的连接以及所述连接的解除、所述第二电动机与所述第二构件之间的连接以及所述连接的解除、以及所述内燃机与所述第三构件之间的连接以及所述连接的解除中的一种。
6.根据权利要求1所述的动力输出装置，其中，
所述动力分配综合机构的所述行星齿轮架和所述太阳齿轮中从与所述内燃机轴连接的所述内啮合齿轮输入更大的扭矩的一者，经由对所述第一电动机的旋转轴的旋转进行减速的减速单元与所述第一电动机连接。
7.根据权利要求6所述的动力输出装置，其中，
当将所述动力分配综合机构的齿轮比设为ρ时，所述动力分配综合机构被构成使得ρ小于0.5，所述减速单元被构成使得减速比为ρ/(1-ρ)附近的值并且该减速单元被配置在所述第一电动机与所述动力分配综合机构的所述行星齿轮架之间，其中所述动力分配综合机构的齿轮比是将所述太阳齿轮的齿数除以所述内啮合齿轮的齿数而得到的值。
8.根据权利要求6所述的动力输出装置，其中，
当将所述动力分配综合机构的齿轮比设为ρ时，所述动力分配综合机构被构成使得ρ大于0.5，所述减速单元被构成使得减速比为(1-ρ)/ρ附近的值并且该减速单元被配置在所述第一电动机与所述动力分配综合机构的所述太阳齿轮之间，其中所述动力分配综合机构的齿轮比是将所述太阳齿轮的齿数除以所述内啮合齿轮的齿数而得到的值。
9.一种动力输出装置，向驱动轴输出动力，其中，所述动力输出装置包括：
内燃机；
第一电动机，与所述内燃机大体同轴配置，并且能够输入输出动力；
第二电动机，与所述内燃机大体同轴配置，并且能够输入输出动力；
动力分配综合机构，被配置在所述第一电动机和所述第二电动机之间并且与两个电动机大体同轴配置，其被构成为包括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、与所述内燃机的内燃机轴连接的第三构件，并且该三个构件能够互相进行差动旋转；
变速传递单元，包括变速用差动旋转机构和连结单元，所述变速用差动旋转机构被构成为包括输入构件、固定构件、以及与所述驱动轴连接的输出构件并且所述输入构件与所述输出构件能够互相进行差动旋转，所述连结单元能够选择性地将所述动力分配综合机构的所述第一构件和所述第二构件中的任一者或两者与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件相连结；
所述动力分配综合机构为双小齿轮式行星齿轮机构，包括：太阳齿轮；内啮合齿轮；以及行星齿轮架，所述行星齿轮架至少保持1组两个小齿轮的组，所述两个小齿轮互相啮合，并且其中的一者与所述太阳齿轮啮合、另一者与所述内啮合齿轮啮合，所述第一构件为所述太阳齿轮和所述行星齿轮架中的一者，并且所述第二构件为所述太阳齿轮和所述行星齿轮架中的另一者，所述第三构件为所述内啮合齿轮，
所述变速用差动旋转机构为单小齿轮式行星齿轮机构，包括：太阳齿轮；内啮合齿轮；以及行星齿轮架，所述行星齿轮架保持多个与所述太阳齿轮和所述内啮合齿轮二者啮合的小齿轮，所述输入构件为所述太阳齿轮，所述固定构件为所述内啮合齿轮，所述输出构件为所述行星齿轮架，
所述变速传递单元的所述连结单元包括：
传递轴，与所述第一电动机和第二电动机的旋转轴大体平行延伸，并与所述变速用差动旋转机构的所述输入构件连接；
平行轴式第一连结齿轮系，与所述第一构件连结；
平行轴式第二连结齿轮系，与所述第二构件连结；以及
切换单元，能够选择性地切换第一构件连结状态、第二构件连结状态、以及双构件连结状态，所述第一构件连结状态是连结所述第一连结齿轮系和所述传递轴的状态，所述第二构件连结状态是连结所述第二连结齿轮系和所述传递轴的状态，所述双构件连结状态是将所述第一连结齿轮系和所述第二连结齿轮系二者与所述传递轴连结的状态。
10.根据权利要求9所述的动力输出装置，其中，
所述动力分配综合机构的所述行星齿轮架和所述太阳齿轮中的、从与所述内燃机轴连接的所述内啮合齿轮输入更大扭矩的一者，经由对所述第一电动机的旋转轴的旋转进行减速的减速单元与所述第一电动机连接，
当将所述动力分配综合机构的齿轮比设为ρ时，所述减速单元被构成使得减速比为ρ附近的值并且该减速单元被配置在所述第一电动机与所述动力分配综合机构的所述内啮合齿轮之间，其中所述动力分配综合机构的齿轮比是将所述太阳齿轮的齿数除以所述内啮合齿轮的齿数而得到的值。
11.一种混合动力汽车，其包括权利要求1或9所述的动力输出装置，并包括通过来自所述驱动轴的动力而被驱动的驱动轮。
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