專利名稱：動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車的制作方法
技術領域：
本發明涉及動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車，具體地說涉及將動力輸出到驅動軸的動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車。
背景技術：
一直以來，作為這種動力輸出裝置，提出了在連接于車軸(車橋)的變速器上安裝致動裝置，并將發動機經由離合器連接到電機的旋轉軸上的兩組結構分別經由離合器和制動器安裝在致動裝置上的方案(例如，參照日本特開平11-31137號公報)。該裝置通過使離合器和制動器適當地動作，使兩個電機和兩個發動機進行多種組合，以使發動機在高效運轉點(工作點，運転ポイント)進行運轉(運行)，從而實現車輛整體的能量效率的提高。
在上述的動力輸出裝置中，在致動裝置的特性上，使一組的發動機在高效運轉點運轉時，對另一組來說必須輸出抵消其反作用力的轉矩，并以由朝向變速器的輸出軸的轉速和上述一組的發動機的轉速所決定的轉速進行旋轉，因而另一組的發動機不能在高效運轉點進行運轉。即，兩個發動機中的運轉自由度低。
另一方面，近年來，由電機驅動的電動汽車、安裝有發動機和電機的混合動力汽車、安裝有燃料電池的燃料電池車等，在汽車上安裝有各種結構的動力輸出裝置，在這種動力輸出裝置中，提高能量效率成為一個課題。
發明內容
本發明的動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車，其目的之一在于，在具有兩個電機和兩個內燃機的動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車中，提出一種使兩個內燃機中的運轉自由度提高的結構。并且，本發明的動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車，其目的之二在于，實現裝置整體或者車輛整體的能量效率的提高。
本發明的動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車為了實現上述目的的至少一部分而采用以下的技術方案。
本發明的動力輸出裝置是對驅動軸輸出動力的動力輸出裝置，其包括第一內燃機；第二內燃機；第一電動機；第二電動機；以及具有多個軸的多軸式動力輸入輸出器，該多個軸包含4個軸，即，連接到所述第一內燃機的輸出軸的第一軸、連接到所述第二內燃機的輸出軸的第二軸、連接到所述第一電動機的旋轉軸的第三軸和連接到所述第二電動機的旋轉軸的第四軸，所述4個軸的任意一軸連接到所述驅動軸上，根據該4個軸中的任意2軸的轉速使剩余的2軸旋轉，通過獲取從所述多個軸輸入和向所述多個軸輸出的動力(即輸入輸出所述多個軸的動力的收支/輸入輸出)，將來自所述第一內燃機、所述第二內燃機、所述第一電動機和所述第二電動機的動力的至少一部分輸出到所述驅動軸。
在本發明的該動力輸出裝置中，多軸式動力輸入輸出器具有多個軸，該多個軸包含4個軸，即，連接到第一內燃機的輸出軸的第一軸、連接到第二內燃機的輸出軸的第二軸、連接到第一電動機的旋轉軸的第三軸和連接到第二電動機的旋轉軸的第四軸，該4個軸的某個軸連接到驅動軸上，根據該4個軸中的任意2個軸的轉速使剩余的2個軸旋轉，通過該多軸式動力輸入輸出器，進行至少從第一內燃機、第二內燃機、第一電動機和第二電動機向該4個軸輸入及從該4個軸輸出的動力的收支(輸入輸出)，而將動力輸出到驅動軸。因此，通過適當地調節第一內燃機、第二內燃機、第一電動機和第二電動機的驅動，從而能夠提高裝置的能量效率。
在所述的本發明的動力輸出裝置中，所述多軸式動力輸入輸出器能夠設置成將所述第三軸或者所述第四軸連接到所述驅動軸，所述多個軸式動力輸入輸出器還能夠設置成將所述第一軸或者所述第二軸連接到所述驅動軸。
并且，在本發明的動力輸出裝置中，所述多軸式動力輸入輸出器可具有進行所述第一內燃機的輸出軸與所述第一軸的連接和解除連接的第一連接解除機構；進行所述第二內燃機的輸出軸與所述第二軸的連接和解除連接的第二連接解除機構。這樣，通過使所述第一連接解除機構和第二連接解除機構適當地動作，就能夠提高第一內燃機和第二內燃機的運轉自由度。其結果，可使第一內燃機和第二內燃機在高效運轉點進行運轉或使運轉停止，從而能夠提高裝置的能量效率。在該方式的本發明的動力輸出裝置中，能夠使所述第一連接解除機構和第二連接解除機構中至少一方為單向離合器。這樣，能夠通過內燃機的運轉來進行連接解除機構的連接或連接的解除。
進一步，在本發明的動力輸出裝置中，所述多軸式動力輸入輸出器能夠以下述的方式連接該4個軸，即，所述4個軸中與所述驅動軸連接的軸以該4個軸中的最大轉速旋轉或者以最小轉速旋轉中的任一種方式旋轉；所述多軸式動力輸入輸出器還能夠以下述的旋轉方式連接該4個軸，即，所述4個軸中與所述驅動軸連接的軸以既不以該4個軸中的最大轉速旋轉也不以最小轉速旋轉的方式旋轉。
或者，在本發明的動力輸出裝置中，可包括要求動力設定部，其根據操作者的操作來設定所述驅動軸所要求的要求動力；和控制部，用于控制所述第一內燃機、所述第二內燃機、所述第一電動機、所述第二電動機和所述多軸式動力輸入輸出器，以將基于該被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸。這樣，能夠將基于操作者的操作的動力輸出到驅動軸。該情況下，所述控制部能夠進行控制以使得基于所述被設定的要求動力的動力被高效地輸出到所述驅動軸。這樣，能夠使裝置的能量效率提高。
在具有所述控制部的方式的本發明的動力輸出裝置中，具有可與所述第一電動機和所述第二電動機互換電力的蓄電裝置，所述控制部切換下列第一到第四控制來進行控制以將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸，即，第一控制，其控制成不利用來自所述第一內燃機的動力而利用來自所述第二內燃機的動力將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸；第二控制，其控制成不利用來自所述第二內燃機的動力而利用來自所述第一內燃機的動力將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸；第三控制，其控制成利用來自所述第一內燃機的動力和來自所述第二內燃機的動力將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸；第四控制，其控制成不利用來自所述第一內燃機的動力和來自所述第二內燃機的動力雙方而將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸。這樣，能夠切換第一控制、第二控制、第三控制和第四控制這4種控制以將基于要求動力的動力輸出到驅動軸。在該情況下，對于在所述第一控制或所述第二控制中動力不被利用的內燃機，所述控制部可以使該內燃機停止運轉。并且，所述控制部能夠設置成以如下方式進行控制，即，根據所述被設定的要求動力，從所述第一控制、所述第二控制、所述第三控制和所述第四控制中選擇任一控制，以將基于所述設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸。這樣，能夠通過根據要求動力的控制將動力輸出到驅動軸。
并且，在本發明的動力輸出裝置中，所述多軸式輸入輸出器包括具有三個旋轉要素的第一行星齒輪；和第二行星齒輪，其具有三個旋轉要素，且該三個旋轉要素中的任二個旋轉要素分別和所述第一行星齒輪中的三個旋轉要素中的任二個旋轉要素相連接；其中，與所述第二行星齒輪的三個旋轉要素中和所述第一行星齒輪的三個旋轉要素中的任一要素都不連接的旋轉要素、以及與所述第一行星齒輪的三個旋轉要素連接的4個軸作為所述4個軸。這樣通過利用兩個行星齒輪就能夠構成多軸式動力輸入輸出器。
本發明的汽車的要旨是將車軸與驅動軸連接起來，并安裝有上述任何一個方式的本發明的動力輸出裝置，即，基本上是將動力輸出到驅動軸的動力輸出裝置，其包括第一內燃機；第二內燃機；第一電動機；第二電動機；以及具有多個軸的多軸式動力輸入輸出器，該多個軸包含4個軸，即，連接到所述第一內燃機的輸出軸的第一軸、連接到所述第二內燃機的輸出軸的第二軸、連接到所述第一電動機的旋轉軸的第三軸和連接到所述第二電動機的旋轉軸的第四軸，所述4個軸的任意一軸連接到所述驅動軸上，根據該4個軸中的任意2軸的轉速使剩余的2軸旋轉，通過進行從所述多個軸輸入和向所述多個軸輸出的動力的收支(即輸入輸出所述多個軸的動力的輸入輸出)，將來自所述第一內燃機、所述第二內燃機、所述第一電動機和所述第二電動機的動力的至少一部分輸出到所述驅動軸。
在本發明的汽車中，由于安裝有上述任何一種方式的本發明的動力輸出裝置，所以能夠實現與本發明的動力輸出裝置所達到的效果，例如通過適當地調整第一內燃機、第二內燃機、第一電動機和第二電動機的驅動而使裝置的能量效率提高、以及可使第一內燃機和第二內燃機的運轉的自由度提高等同樣的效果。
圖1是示意性示出安裝了作為第一實施例的動力輸出裝置的混合動力汽車20的結構的結構圖；圖2是示出用于說明第一運轉模式(pattern)中的動力分配綜合(統合)機構30的運轉要素的轉速和扭矩的力學關系的列線圖的一個示例的說明圖；圖3是示出用于說明第二運轉模式中的動力分配綜合機構30的運轉要素的轉速和扭矩的力學關系的列線圖的一個示例的說明圖；圖4是示出用于說明第三運轉模式中的動力分配綜合機構30的運轉要素的轉速和扭矩的力學關系的列線圖的一個示例的說明圖；圖5是示出用于說明電機運轉模式中的動力分配綜合機構30的運轉要素的轉速和扭矩的力學關系的列線圖的一個示例的說明圖；圖6是示出將正常時的第一運轉模式和第二運轉模式用列線圖比較的狀態的說明圖；圖7是示出使低扭矩的動力作用于以高速旋轉進行驅動的驅動軸65時的第一運轉模式和第二運轉模式用列線圖比較的狀態的說明圖；圖8是示出由第一實施例的混合動力用電子控制單元70所執行的驅動控制例程的一個示例的流程圖；圖9是示出驅動要求扭矩設定用圖的一個示例的說明圖；
圖10是示出發動機EG2的動作線(動作ライン)的一個示例和設定目標轉速Ne2*和目標扭矩Te2*的狀態的說明圖；圖11是示出選擇第三運轉模式時設定發動機EG1、發動機EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*的狀態的說明圖；圖12是示出在4個軸上連接兩個發動機和兩個電機的連接方法中的第一實施例以外的連接方法的說明圖；圖13是示意性示出安裝了作為第二實施例的動力輸出裝置的混合動力汽車120的結構的結構圖；圖14是示出用于說明第四運轉模式中的動力分配綜合機構130的運轉要素的轉速和扭矩的力學關系的列線圖的一個示例的說明圖；圖15是示出用于說明第五運轉模式中的動力分配綜合機構130的運轉要素的轉速和扭矩的力學關系的列線圖的一個示例的說明圖；圖16是示出用于說明第六運轉模式中的動力分配綜合機構130的運轉要素的轉速和扭矩的力學關系的列線圖的一個示例的說明圖；圖17是示出用于說明電機運轉模式中的動力分配綜合機構130的運轉要素的轉速和扭矩的力學關系的列線圖的一個示例的說明圖；圖18是示出由第二實施例的混合動力用電子控制單元70執行的驅動控制例程的一個示例的流程圖；圖19是示出選擇電機運轉模式時設定扭矩指令Tm1*、Tm2*的狀態的說明圖；圖20是示出在4個軸上連接兩個發動機和兩個電機的連接方法中的第二實施例以外的連接方法的說明圖。
具體實施例方式
下面，采用實施例對用于實施本發明的最佳方式進行說明。
A.第一實施例圖1是示意性示出安裝了作為第一實施例的動力輸出裝置的混合動力汽車20的結構的結構圖。如圖所示，第一實施例的混合動力汽車20包括發動機EG1、EG2；經由減震器28、29而連接到發動機EG1、EG2的曲軸26、27上且經由差速器68和齒輪機構66連接到驅動輪69a、69b上的4軸式動力分配綜合機構30；與該動力分配綜合機構30相連且能夠發電的電機MG1；與該動力分配綜合機構30相連且能夠發電的電機MG2；以及對動力輸出裝置整體進行控制的混合動力用電子控制單元70。
發動機EG1、EG2是通過汽油或輕油等碳氫化合物燃料而輸出動力的內燃機，通過發動機用電子控制單元(以下稱為發動機ECU)24、25接收燃料噴射控制、點火控制、吸入空氣量調節控制等的運轉控制。用于對發動機EG1、EG2進行運轉控制所必需的信號，例如來自檢測發動機EG1、EG2的旋轉位置的曲軸位置傳感器22、23的信號等輸入發動機ECU24、25。發動機ECU24、25與混合動力用電子控制單元70通信，由來自混合動力用電子控制單元70的控制信號對發動機EG1、EG2進行運轉控制，同時根據需要，將與發動機EG1、EG2的運轉狀態有關的數據輸出到混合動力用電子控制單元70。
動力分配綜合機構30由2個單小齒輪(single pinion)式行星齒輪P1、P2和2個單向離合器41、42構成。第一行星齒輪P1的太陽齒輪31與電機MG1的旋轉軸連接，齒圈32通過單向離合器42與發動機EG2的曲軸27連接，與小齒輪33連接的行星架34通過單向離合器41與發動機EG1的曲軸26連接。第二行星齒輪P2的太陽齒輪36與電機MG2的旋轉軸連接，齒圈37與第一行星齒輪P1的行星架34連接，與小齒輪38連接的行星架39與第一行星齒輪P1的齒圈32連接。與第二行星齒輪P2的太陽齒輪36連接的驅動軸65，通過齒輪機構66和差速器齒輪68與驅動輪69a、69b連接。單向離合器41、42，在發動機EG1、EG2的轉速Ne1、Ne2要大于行星架34(齒圈37)和齒圈32(行星架39)的轉速時，接合而成為一體以將來自發動機EG1、EG2的動力傳遞至行星架34和齒圈32，在發動機EG1、EG2的轉速Ne1、Ne2比行星架34和齒圈32的轉速小時，進行空轉以使發動機EG1、EG2從行星架34和齒圈32脫離。
電機MG1、MG2都具有可作為發電機驅動的同時可作為電動機驅動的公知的同步發電電動機的結構，通過逆變器51、52與蓄電池60進行電力交換。連接逆變器51、52與蓄電池60的電力線64由各逆變器51、52共用的正極母線和負極母線構成，電機MG1、MG2之一發電的電力能夠由另一電機消耗。因此，蓄電池60根據電機MG1、MG2任意一個產生的電力或電力不足而充放電。另外，如果通過電機MG1、MG2獲取電力收支平衡，則蓄電池60就不進行充放電。電機MG1、MG2都被電機用電子控制單元(以下稱作電機ECU)50驅動控制。向電機ECU50輸入驅動控制電機MG1、MG2所必須的信號，例如從檢測出電機MG1、MG2的轉子的旋轉位置的旋轉位置檢測傳感器53、54來的信號，或者輸入由未圖示的電流傳感器檢測出的、施加到電機MG1、MG2上的相電流等，由電機ECU50向逆變器51、52輸出開關控制信號。電機ECU50與混合動力用電子控制單元70通信，根據來自混合動力用電子控制單元70的控制信號，驅動控制電機MG1、MG2的同時，根據需要將與電機MG1、MG2的運轉狀態有關的數據向混合動力用電子控制單元70輸出。
蓄電池60由蓄電池用電子控制單元(以下稱作蓄電池ECU)62管理。向蓄電池ECU62輸入管理蓄電池60所必須的信號，例如從設置在蓄電池60的端子間的未圖示的電壓傳感器來的端子間電壓、從安裝在與蓄電池60的輸出端子連接的電力線64上的未圖示的電流傳感器來的充放電電流、從安裝在蓄電池60上的未圖示的溫度傳感器來的電池溫度等，根據需要，將與蓄電池60的狀態有關的數據通過通信而向混合動力用電子控制單元70輸出。而且，為了管理蓄電池60，蓄電池ECU62還運算或設定基于電流傳感器檢測出的充放電電流的累計值的剩余容量(SOC)和基于該剩余容量(SOC)和電池溫度的輸入輸出限制Win、Wout等。
混合動力用電子控制單元70構成為以CPU72為中心的微處理器，除CPU72之外還具有儲存處理程序的ROM74、暫時儲存數據的RAM76、未圖示的輸入輸出端口和通信端口。通過輸入端口向混合動力用電子控制單元70輸入有來自點火開關80的點火信號；從檢測出變速桿81的操作位置的變速位置傳感器82來的變速位置SP；從檢測加速踏板83的踩下量的加速踏板位置傳感器84來的加速器開度Acc；從檢測出制動踏板85的踩下量的制動踏板位置傳感器86來的制動踏板位置BP；和來自車速傳感器88的車速V等。如上所述，混合動力用電子控制單元70，通過通信端口與發動機ECU24、25、電機ECU50和蓄電池ECU62連接，并與發動機ECU24、25、電機ECU50和蓄電池ECU62進行各種控制信號和數據的交換。
這樣構成的第一實施例的混合動力汽車20，基于和駕駛者對加速踏板83的踩下量相對應的加速器開度Acc和車速V，計算應當向驅動軸65輸出的驅動要求扭矩Td*，對發動機EG1、發動機EG2、電機MG1和電機MG2進行運轉控制，以將與該驅動要求扭矩Td*相對應的要求動力向驅動軸65輸出。作為發動機EG1、發動機EG2、電機MG1和電機MG2的運轉控制，具有扭矩變換運轉模式，以與要求動力相稱的動力從發動機EG1和發動機EG2中的一方或雙方輸出的方式對發動機EG1和發動機EG2進行運轉控制，同時以從發動機EG1、EG2輸出的動力的全部由動力分配綜合機構30、電機MG1和電機MG2進行扭轉變換后向驅動軸65輸出的方式對電機MG1和電機MG2進行驅動控制；充放電運轉模式，以與要求動力和蓄電池60的充放電所需的電力之和相稱的動力從發動機EG1和發動機EG2中的一方或者雙方輸出的方式對發動機EG1和發動機EG2進行運轉控制，同時隨著蓄電池60的充放電，以要求動力隨著從發動機EG1或發動機EG2輸出的動力的全部或者其一部分由動力分配綜合機構30與電機MG1和電機MG2所致的扭矩變換向驅動軸65輸出的方式對電機MG1和電機MG2進行驅動控制；和電機運轉模式，以停止發動機EG1和發動機EG2雙方的運轉并從電機MG1或電機MG2向驅動軸65輸出與要求動力相稱的動力的方式進行運轉控制等。另外，扭矩變換運轉模式和充放電運轉模式只在是否進行蓄電池60的充放電上存在差異，在實質的控制上沒有差異。
如上述的扭矩變換運轉模式或充放電運轉模式那樣，作為從發動機EG1或發動機EG2輸出動力的運轉模式具有第一運轉模式，在使發動機EG1停止的狀態下從發動機EG2輸出動力并將其通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65；第二運轉模式，在使發動機EG2停止的狀態下從發動機EG1輸出動力并將其通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65上；和第三運轉模式，從發動機EG1、EG2雙方輸出動力并將此通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65上。首先，對第一運轉模式進行說明。圖2是示出該運轉模式的列線圖。在將第一行星齒輪P1和第二行星齒輪P2如上所述連接起來的情況下，如圖所示，能夠以下述4軸為旋轉要素即作為所謂的4要素型的動力分配綜合機構發揮作用第一行星齒輪P1的太陽齒輪31(以下稱為S1軸)；第一行星齒輪P1的行星架34和第二行星齒輪P2的齒圈37(以下稱為C1、R2軸)；第一行星齒輪P1的齒圈32和第二行星齒輪P2的行星架39(以下稱為R1、C2軸)；和第二行星齒輪P2的太陽齒輪36(以下稱為S2軸)。在該4要素型中，如4軸中的2軸的轉速確定則剩余的2軸的轉速就確定，如輸入輸出到3軸的動力確定則剩余的軸的動力就作為從屬關系而確定。圖中，左側的S1軸表示電機MG1的轉速Nm1即第一行星齒輪P1的太陽齒輪31的轉速，C1、R2軸表示第一行星齒輪P1的行星架34的轉速的同時還表示第二行星齒輪P2的齒圈37的轉速。并且，R1、C2軸表示發動機EG2的轉速Ne2即第一行星齒輪P1的齒圈32的轉速的同時還表示第二行星齒輪P2的行星架39的轉速。右端的S2軸表示驅動軸65和電機MG2的轉速Nd即第二行星齒輪P2的太陽齒輪36的轉速。而且，圖中，ρ1表示第一行星齒輪P1的傳動比(太陽齒輪31的齒數/齒圈32的齒數)，ρ2表示第二行星齒輪P2的傳動比(太陽齒輪36的齒數/齒圈37的齒數)。在該運轉模式下，發動機EG1處于停止狀態。由于發動機EG1通過單向離合器41連接在行星架34上，所以即便在使發動機EG1停止的狀態下，4個要素的列線圖也動作。因此，考慮向4軸中的3軸進行動力的輸入輸出的情況即可。此情況下，如圖所示，從發動機EG2輸出的動力由電機MG1、MG2進行扭矩變換并輸出到驅動軸65。
接著，對第二運轉模式進行說明。圖3表示該運轉模式的列線圖。在該運轉模式下，發動機EG2處于停止的狀態下。如上所述，由于發動機EG2也通過單向離合器42連接在齒圈32上，所以發動機EG2能夠保持在停止的狀態下，能夠在該狀態下考慮列線圖。此情況下，與所述的第一運轉模式同樣，從發動機EG1輸出的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65。進而，對第三運轉模式進行說明。圖4表示該運轉模式的列線圖。此時，從發動機EG1和發動機EG2輸出的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換并輸出到驅動軸65。而且，在電機運轉模式下，如圖5的列線圖所示，由于使發動機EG1、EG2都處于停止的狀態下，所以發動機EG1通過單向離合器41連接的第一行星齒輪P1的行星架34的轉速變得值為0，將來自電機MG2的扭矩輸出到驅動軸65。
下面，對各運轉模式的特征進行說明。首先，比較第一運轉模式和第二運轉模式。圖6示出使發動機EG1、EG2在同一運轉點進行運轉時的第一運轉模式和第二運轉模式的列線圖。現在，考慮為了從發動機EG1、EG2中的一方輸出驅動軸65所要求的要求動力(轉速Nd×扭矩Td)的全部而使發動機EG1、EG2在高效運轉點(轉速Ne、扭矩Te)進行運轉的情況。圖中，實線表示使發動機EG2在該運轉點進行運轉的第一運轉模式的列線圖，虛線表示使發動機EG1在該運轉點進行運轉的第二運轉模式的列線圖。此時，來自發動機EG1、EG2的動力的一部分由基于傳動比ρ1、ρ2的分配比而直接輸出到驅動軸65。從發動機EG1、EG2直接輸出到驅動軸65的扭矩(以下稱為直達扭矩)Tes1、Tes2由下式(1)、(2)進行計算。通過式(1)、(2)可知，使發動機EG2運轉時的直達扭矩Tes2比使發動機EG1運轉時的直達扭矩Tes1大。在此，如果考慮不伴隨充放電而將來自發動機EG1、EG2的動力的全部都進行扭矩轉換并輸出到驅動軸65的情況，則要求扭矩Td與來自發動機EG1、EG2的直達扭矩Tes1、Tes2的偏差扭矩從電機MG2輸出。從該電機MG2輸出的扭矩，由于伴隨著將來自發動機EG1、EG2的動力的一部分由電機MG1進行發電而利用該電力由電機MG2驅動的電力變換，所以與不伴隨電力變換的情況相比效率低下。因此，從發動機EG1、EG2向驅動軸65輸出的直達扭矩越大，則作為整體的能量效率就越高。其結果，通常第一運轉模式的效率變得較高。
Tes1=11+ρ1+(ρ1/ρ2)Te...(1)]]>Tes2=(1+ρ1)1+ρ1+(ρ1/ρ2)Te...(2)]]>接著，考慮驅動軸65的轉速Nd較大而要求動力(Nd×Td)較小時，即車輛進行高速巡航運行時。此情況下，驅動軸65的轉速Nd變得較大而發動機的轉速Ne變得較小。圖7示出使發動機EG1、EG2在同一運轉點進行運轉時的第一運轉模式和第二運轉模式的列線圖。圖中，實線表示使發動機EG1在上述的運轉點(轉速Ne，扭矩Te)進行運轉的第二運轉模式的列線圖，虛線表示使發動機EG2在同樣的運轉點進行運轉的第一運轉模式的列線圖。如果使發動機EG1、EG2在這樣的運轉點進行運轉，則如第一運轉模式的列線圖所示，會產生電機MG1的轉速Nm1變為負的情況。此時，電機MG1，由于為相對于來自發動機EG2的動力取得反作用力而必須要輸出與旋轉方向相同方向的扭矩，所以被牽引驅動。如果考慮能量收支，則此時的電機MG2為了提供電機MG1消耗的電力而被再生驅動。該狀態是將輸出到驅動軸65的動力的一部分由電機MG2發電，將發電后的電力供給電機MG1并作為動力輸出到驅動軸65的上游側的動力分配綜合機構30，從而產生動力-電力-動力的動力循環。由于該動力循環中對一部分的能量多次作用發電效率和電機效率，結果使得整體的能量效率降低。如上所述，通常第一運轉模式變得比第二運轉模式的效率高，但在進行這樣的動力循環時，也不是說一定是第一運轉模式的效率變高。因此，根據動力循環的程度，整體的能量效率有時是不引起動力循環的第二運轉模式的效率變高。并且，根據車速和要求動力，有時第一運轉模式和第二運轉模式中的每一個都進行運轉并引起動力循環。此情況下，整體的能量效率可考慮發動機EG1、EG2的效率和由動力循環導致的電機MG1、MG2的效率，但通常認為電機MG1的轉速Nm1較大的第二運轉模式的動力循環的程度變小且能量效率變高。由此，從能量效率的觀點，從只第一運轉模式產生動力循環時到第一、第二運轉模式雙方都產生動力循環之間，最好在某處從第一運轉模式切換到第二運轉模式。由于不是說能量效率由于發生動力循環而馬上降低，所以考慮發動機EG1、EG2的效率和電機MG1、MG2的效率來設定從第一運轉模式切換到第二運轉模式的切換點即可。但是，如果根據該觀點進行切換，則電機MG1的轉速Nm1為負時，電機MG2的扭矩朝向就逆反(反轉)，進而電機MG1的轉速Nm1降低時，從第一運轉模式切換到第二運轉模式且電機MG2的扭矩的朝向又逆反。為了抑制這樣的電機MG2的扭矩的逆反，也有在電機MG1的轉速Nm1變得值為0時從第一運轉模式切換到第二運轉模式的方法。進而，也有不調查電機MG1的轉速Nm1而基于車速V和驅動軸65所要求的要求扭矩Td以從第一運轉模式切換到第二運轉模式的方法。此情況下，例如在高速巡航運行那樣高速行駛的狀態下要求較低的扭矩時，判斷電機MG1的轉速Nm1可能變為負值而從第一運轉模式切換到第二運轉模式。而且，當驅動軸65所要求的要求扭矩Td較大時，由使發動機EG1、EG2都運轉的第三運轉模式進行驅動。
接著，對這樣構成的第一實施例的混合動力汽車20的動作進行說明。圖8是示出由混合動力用電子控制單元70執行的驅動控制例程的一個示例的流程圖。該程序每隔預定時間(例如每隔8msec)反復執行。
執行驅動控制例程時，混合動力用電子控制單元70的CPU72首先執行輸入下列控制所必須的數據的處理(步驟S100)從加速踏板位置傳感器84來的加速器開度Acc，來自車速傳感器88的車速V，發動機EG1、EG2的轉速Ne1、Ne2，用于使蓄電池60充放電的要求充放電功率Pb*等。在此，發動機EG1、EG2的轉速Ne1、Ne2是將基于曲軸位置傳感器22、23所檢測到的發動機EG1、EG2的旋轉位置進行計算后的值，通過通信從發動機ECU24、ECU25輸入而獲得。并且，要求充放電功率Pb*是將基于剩余容量(SOC)所設定的值通過通信從蓄電池ECU62輸入而獲得的。
在如此輸入數據后，根據所輸入的加速器開度Acc和車速V，設定作為車輛所要求的扭矩而要向驅動軸65輸出的驅動要求扭矩Td*和要從發動機EG1、EG2輸出的發動機要求功率Pe*(步驟S110)。在實施例中，對于驅動要求扭矩Td*，是將加速器開度Acc、車速V和驅動要求扭矩Td*之間的關系預先設定并作為要求扭矩設定用圖存儲在ROM74中，當給出加速器開度Acc和車速V時，則從存儲的圖中導出并設定相對應的要求扭矩Td*。圖9是示出要求扭矩設定用圖的一個示例。發動機要求功率Pe*是將設定的驅動要求扭矩Td*和驅動軸65的轉速Nd相乘的值與蓄電池60所要求的要求充放電功率Pb*與損失loss相加進行計算。而且，驅動軸65的轉速Nd能夠通過將車速V與換算系數k相乘求得。
接著，比較發動機要求功率Pe*和閾值Pref(步驟S120)。在此，閾值Pref是用于判斷是否使發動機EG1、EG2雙方停止而以電機運轉模式下行駛的閾值。在發動機要求功率Pe*小于閾值Pref時，為使發動機EG1、EG2的運轉停止而將目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*的值設定為0(步驟S130)，將電機MG1的扭矩指令Tm1*的值也設定為0的同時將驅動要求扭矩Td*設定為電機MG2的扭矩指令Tm2*(步驟S140)，將設定的發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*發送給發動機ECU24、25，將電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*發送給電機ECU50(步驟S230)，結束驅動控制例程。接收了目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*的發動機ECU24、25使燃料噴射控制和點火控制等停止，以使由目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*所示的運轉點，即，使發動機EG1、EG2停止。發動機ECU24、25，在發動機EG1、EG2運轉時停止燃料噴射控制、點火控制等以使發動機EG1、EG2的運轉停止，而在發動機EG1、EG2停止時則保持該狀態(停止狀態)。接收到扭矩指令Tm1*、Tm2*的電機ECU50，進行逆變器51、52的開關元件的開關控制，以由扭矩指令Tm1*驅動電機MG1的同時由扭矩指令Tm2*驅動電機MG2。
發動機要求功率Pe*大于等于閾值Pref時，將車速V與閾值V1ref比較的同時將驅動要求扭矩Td*與閾值T1ref比較(步驟S150)。在此，閾值V1ref和閾值T1ref是用于選擇運轉模式的閾值。閾值V1ref是用于判斷是否是有可能進行動力循環的車速的閾值，閾值T1ref是用于判斷是否要從發動機EG1、EG2雙方輸出動力的閾值。車速V小于閾值V1ref，驅動要求扭矩Td*小于閾值T1ref時，即在以較低速進行行駛時且被要求較低扭矩時，判斷為沒有動力循環的通常狀態，選擇第一運轉模式，基于發動機要求功率Pe*和發動機EG2進行高效率動作的動作線來設定發動機EG2的目標轉速Ne2*和目標扭矩Te2*的同時(步驟S160)，為了使發動機EG1的運轉停止而將發動機EG1的目標轉速Ne1*和目標扭矩Te1*的值設定為0(步驟S170)。圖10是示出發動機EG2的動作線的一個示例和設定目標轉速Ne2*和目標扭矩Te2*的狀態。如圖所示，目標轉速Ne2*和目標扭矩Te2*能夠通過使發動機EG2高效率地動作的動作線和發動機要求功率Pe*(Ne2*×Te2*)一定的曲線的交點而求得。車速V大于等于閾值V1ref、驅動要求扭矩Td*小于T1ref時，即在較高速下行駛時卻要求較低扭矩的時候，判斷為動力循環的可能性較高，選擇第二運轉模式，與第一運轉模式中的發動機EG2的目標轉速Ne2*和目標扭矩Te2*的設定相同地設定發動機EG1的目標轉速Ne1*和目標扭矩Te1*的同時(步驟S180)，為了使發動機EG2的運轉停止而將發動機EG2的目標轉速Ne2*和目標扭矩Te2*的值設定為0(步驟S190)。驅動要求扭矩Td*大于等于閾值T1ref時，即在要求較高扭矩時，判斷應從發動機EG1、EG2雙方輸出動力，選擇第三運轉模式，基于發動機要求功率Pe*來設定發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*(步驟S200)。在此，關于第三運轉模式的發動機EG1、EG2的運轉點(目標轉速Ne1*、Ne2*，目標扭矩Te1*、Te2*)的設定方法的一個示例進行說明。在該示例中，首先，設定分配比k(應從發動機EG1輸出的要求功率Pe1*/發動機要求功率Pe*)，利用分配比k和發動機要求功率Pe*來計算應從發動機EG1、EG2輸出的要求功率Pe1*、Pe2*。而且，為了將設定的要求功率Pe1*、Pe2*從發動機EG1、EG2輸出，而設定能夠使發動機EG1、EG2中的一方或者雙方高效運轉的運轉點。在實施例中，將分配值k設定為0.5。亦即，對發動機EG1、EG2分別設定一半的發動機要求功率(Pe*/2)。而且，運轉點按如下方式進行設定假設在將發動機EG1(C1、R2軸)和發動機EG2(R1、C2軸)內分為傳動比1∶1的部位具有假想的發動機，為了輸出一半的發動機要求功率(Pe*/2)而設定使該假想的發動機能夠高效率地運轉的假想運轉點(轉速Ne*，扭矩Te*)，通過利用基于所設定的轉速Ne*和驅動軸65的轉速Nd的列線圖來設定發動機EG1、EG2的運轉點。圖11示出了這樣設定發動機EG1、EG2的運轉點的狀態。而且，分配比k只用于選擇第三運轉模式時的說明中，在第一運轉模式時將分配比k的值設為0，在第二運轉模式時將分配比k的值設為1即可。
在設定發動機EG1、EG2的運轉點時，利用運轉的發動機的目標轉速Ne*和當前的轉速Ne并通過下面的式(3)計算電機MG1的扭矩指令Tm1*(步驟S210)。在此，運轉的發動機在第一運轉模式時為發動機EG2，在第二運轉模式時為發動機EG1，在第三運轉模式時為發動機EG1、EG2中的任意之一都可以。式(3)是用于使運轉的發動機以目標轉速Ne*旋轉的反饋控制中的關系式，在式(3)中，右邊第二項的“k1”表示比例項的增益，右邊第三項的“k2”表示積分項的增益。
Tm1*＝上一次Tm1*+k1·(Ne*-Ne)+k2∫(Ne*-Ne)dt…(3)這樣計算扭矩指令Tm1*后，利用驅動要求扭矩Td*、扭矩指令Tm1*、傳動比ρ1和ρ2、分配比k，通過下式(4)計算電機MG2的扭矩指令Tm2*(步驟S220)，將設定的發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*輸送到發動機ECU24、25，將電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*輸送到電機ECU50(步驟S230)，結束驅動控制例程。接收到目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*的發動機ECU24、25控制發動機EG1、EG2中的燃料噴射控制和點火控制等，以使發動機EG1、EG2在由目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*所示的運轉點進行運轉。接收到扭矩指令Tm1*、Tm2*的電機ECU50進行和上述相同的逆變器1、52的開關元件的開關控制。
Tm2*＝Td*+f(ρ1，ρ2，k)×Tm1* …(4)根據上述說明的第一實施例的混合電動汽車20，能夠切換下述4種模式進行驅動控制第一運轉模式，在使發動機EG1停止的狀態下從發動機EG2輸出動力并將其通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65；第二運轉模式，在使發動機EG2停止的狀態下從發動機EG1輸出動力并將此通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65；第三運轉模式，從發動機EG1、EG2雙方輸出動力并將此通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65；和電機運轉模式，以使發動機EG1、EG2雙方停止并從電機MG2向驅動軸65輸出動力。亦即，能夠基于驅動軸65的轉速Nd和要求扭矩Td選擇整體效率變高的運轉模式(運轉方式)來進行驅動控制。因此，能夠使發動機的運轉自由度提高。
并且，根據第一實施例的混合動力汽車20，正常行駛時，選擇第一運轉模式，在使發動機EG1停止的狀態下將來自高效率運轉的發動機EG2的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65，所以能夠實現能量效率的提高。另外，根據第一實施例的混合動力汽車20，在高速巡航運行等那些較高速行駛時，當驅動軸65要求較小的扭矩時，選擇第二運轉模式，在使發動機EG2停止的狀態下將來自高效率運轉的發動機EG1的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸65。由此，與第一運轉模式相比，能夠抑制動力循環，能夠提高作為車輛整體的能量效率的提高。根據第一實施例的混合動力汽車20，驅動軸65要求高扭矩時，選擇第三運轉模式，將從高效率運轉的發動機EG1、EG2雙方輸出的動力由電機MG1、MG2進行扭矩變換并輸出到驅動軸65。其結果，能夠向驅動軸65輸出高扭矩。而且，根據第一實施例的混合動力汽車20，在驅動軸65的轉速Nd和要求扭矩Td較小、蓄電池60的剩余容量(SOC)也充足時，選擇電機運轉模式，使發動機EG1、EG2停止并通過來自電機MG2的動力而行駛。因此，能夠抑制起步時的噪音和振動等。
在第一實施例的混合動力汽車20中，在選擇第三運轉模式時，分配值k的值設定為0.5，但值在大于0小于1的范圍內設定為任何值都可以。
在第一實施例的混合動力汽車20中，在選擇第三運轉模式時，應從發動機EG1、EG2輸出的要求功率Pe1*、Pe2*，是利用發動機要求功率Pe*和分配比k來設定，但還可以對應從一方的發動機輸出的要求功率設定預定值α的同時，對應從另一方的發動機輸出的要求功率設定剩余量(Pe*-α)。并且，關于應從一方的發動機輸出的要求功率還可以設定用于在能夠高效率地運轉的運轉點(轉速Ne*，扭矩Te*)運轉的要求功率(Ne*×Te*)，而將應從另一方的發動機輸出的要求功率設定成從發動機要求功率Pe*減去應從一方的發動機輸出的要求功率(Ne*×Te*)。
在第一實施例的混合動力汽車20中，在選擇第三運轉模式且設定應從發動機EG1、EG2輸出的要求功率Pe1*、Pe2*時，設定假想的電機的假想運轉點，并利用該假想運轉點來設定發動機EG1、EG2的運轉點，然而還可以將一方的發動機的運轉點設定為能夠高效率運轉的點，并利用設定的運轉點來設定另一方發動機的運轉點。例如，如果考慮使發動機EG2在能夠高效率地運轉的運轉點進行運轉的情況，則設定使發動機EG2能夠高效率地運轉的運轉點(目標轉速Ne2*，目標扭矩Te2*)來作為發動機EG2的運轉點，能夠根據設定的發動機EG2的目標轉速Ne2*、驅動軸65的轉速Nd、傳動比ρ1、ρ2來設定發動機EG1的運轉點(目標轉速Ne1*，目標扭矩Te1*)。
在由第一實施例的混合動力汽車20執行的驅動控制例程中，通過判斷車速V是否比閾值Vref大來選擇第一運轉模式和第二運轉模式，然而還可以通過判斷電機MG1的轉速Nm1的值是否小于0來選擇第一運轉模式和第二運轉模式，還能以使車輛整體的能量效率變高的方式來選擇第一運轉模式和第二運轉模式。在此，在以使車輛整體的能量效率變高的方式來選擇第一運轉模式和第二運轉模式時，通過試驗等預先求得第一、第二運轉模式中的效率較好的模式的切換點，在該點上切換第一運轉模式和第二運轉模式。而且，通過這些以外的方法來切換第一運轉模式和第二運轉模式都可以。
在第一實施例的混合動力汽車20中，是使不輸出動力的那一側的發動機停止，但還可以在預定的狀態下進行運轉(例如，怠速運轉等)。
在第一實施例的混合動力汽車20中，S1軸與電機MG1連接，C1、R2軸與發動機EG1連接，R1、C2軸與發動機EG2連接，S2軸與電機MG2和驅動軸65連接，然而除此之外的連接方法也可以。4個軸與2個發動機和2個電機連接的連接方法，考慮其組合有6種，如果假定其中按發動機、發動機、電機、電機的順序連接的連接方法和按電機、電機、發動機、發動機的順序連接的連接方法，按發動機、電機、發動機、電機的順序連接的連接方法和按電機、發動機、電機、發動機的順序連接的連接方法分別同等，則有4種連接方法。關于該4連接方法，如果與實施例1同樣地考慮將電機連接驅動軸65的情況則有6種。在實施例中，關于其中的一種進行了說明。關于其他5種連接方法在圖12中表示。圖中“*”標記表示與驅動軸65連接的軸。關于各結構，與第一實施例相同，可能有使2個發動機中的一方的發動機運轉的第一運轉模式、使另一方的發動機運轉的第二運轉模式、使雙方發動機運轉的第三運轉模式和使雙方發動機都不運轉的電機運轉模式。因此，即使是這5種的結構，只要與第一實施例相同，就能夠根據驅動軸65的轉速Nd和要求扭矩Td等選擇整體效率變高的運轉模式(運轉方式)來進行驅動控制。
在第一實施例的混合動力汽車20中，第一行星齒輪P1的齒圈32和第二行星齒輪P2的行星架39連接的同時，第一行星齒輪P1的行星架34和第二行星齒輪P2的齒圈37連接，將4軸構成旋轉要素即所謂4要素，然而從2個行星齒輪P1、P2的3個旋轉要素中分別選擇2個旋轉要素進行連接的連接方法，如果考慮其組合有18種，所以從實施例以外的17種中選擇一種連接方法來構成4要素就可以。并且，在第一實施例的混合動力汽車20中，2個行星齒輪P1、P2利用單小齒輪式的行星齒輪，然而也可以將任何一方或雙方利用雙小齒輪式的行星齒輪。亦即，除了將單小齒輪式的行星齒輪之間連接之外，還可以將單小齒輪式的行星齒輪和雙小齒輪式的行星齒輪連接或者將雙小齒輪式的行星齒輪之間連接。在第一實施例的混合動力汽車20中，將2個3要素的行星齒輪組合來構成4要素，然而只要可實現動力的收支而旋轉，則也可以將2個除行星齒輪以外的3要素的部件組合來構成4要素。在第一實施例的混合動力汽車20中，從2個行星齒輪P1、P2的3個旋轉要素中分別選擇2個旋轉要素進行連接以形成將4個軸作為旋轉要素的4要素，然而還可以利用具有4個旋轉要素的機構。
B.第二實施例圖13是示意性示出安裝了作為第二實施例的動力輸出裝置的混合動力汽車120的結構的結構圖。如圖所示，第二實施例的混合動力汽車120除了動力分配綜合機構130的結構不同這一點之外，均與第一實施例的混合動力汽車20結構相同。因此，對第二實施例的混合動力汽車120的構成中與第一實施例的混合動力汽車20相同的結構賦予相同標號，并省略其說明。
如圖13所示，第二實施例的混合動力汽車120所具有的動力分配綜合機構130由下述部件構成2個單小齒輪式行星齒輪P3、P4，離合器C1和單向離合器141。第三行星齒輪P3的太陽輪131與電機MG1的旋轉軸連接，齒圈132與發動機MG2的旋轉軸連接，與小齒輪133連接的行星架134通過單向離合器141與發動機EG1的曲軸26連接。第四行星齒輪P4的太陽齒輪136通過離合器C1與發動機EG2的曲軸27連接，齒圈137與第一行星齒輪P3的行星架134連接，與小齒輪138連接的行星架139與第三行星齒輪P3的齒圈132連接。與第四行星齒輪P4的太陽齒輪36連接的驅動軸165，通過齒輪機構66和差速器68與驅動輪69a、69b連接。
在這樣構成的第二實施例的混合動力汽車120中，與第一實施例的混合動力汽車20相同，基于與駕駛者對加速踏板83的踩下量相對應的加速器開度Acc和車速V，來計算應當向驅動軸65輸出的驅動要求扭矩Td*，對發動機EG1、發動機EG2、電機MG1和電機MG2進行運轉控制，以將與該驅動要求扭矩Td*相對應的要求動力向驅動軸65輸出。作為發動機EG1、發動機EG2、電機MG1和電機MG2的運轉控制，也與第一實施方式相同地，具有扭矩變換運轉模式、充放電運轉模式和電機運轉模式。
作為從第二實施例的發動機EG1和發動機EG2輸出動力的運轉模式，具有第四運轉模式，使離合器C1分離(脫離接合，オフ)，以在使發動機EG2從驅動軸165切離而使該發動機EG2停止的同時，從發動機EG1輸出動力并將該動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸165；第五運轉模式，在使發動機EG1停止的同時使離合器C1接合(オン)，將發動機EG2連接到驅動軸165上，以從該發動機EG2直接向驅動軸165輸出動力；和第六運轉模式，將從發動機EG1輸出的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸165的同時，使離合器C1接合，將發動機EG2連接到驅動軸165上，以將從該發動機EG2輸出的動力直接輸出到驅動軸165上。首先，對第四運轉模式進行說明。圖14示出該運轉模式的列線圖。在將第三行星齒輪和第四行星齒輪如上所述連接起來的情況下，與上述的第一實施例相同，也能夠以下述作為所謂的4要素型的動力分配綜合機構發揮作用。圖中，左側的S3軸表示電機MG1的轉速Nm1即第一行星齒輪P3的太陽齒輪131的轉速，C3、R4軸表示發動機EG1的轉速Ne1即第三行星齒輪P3的行星架134的轉速的同時還表示第四行星齒輪P4的齒圈137的轉速。并且，R3、C4軸表示電機MG2的轉速Nm2即第一行星齒輪P3的齒圈132的轉速的同時還表示第四行星齒輪P4的行星架139的轉速。右側的S4軸表示驅動軸165的轉速Nd即第四行星齒輪P4的太陽齒輪136的轉速。而且，圖中，ρ3表示第三行星齒輪P3的傳動比(太陽齒輪131的齒數/齒圈132的齒數)，ρ4表示第四行星齒輪P4的傳動比(太陽齒輪136的齒數/齒圈137的齒數)。在該運轉模式下，由于離合器C1分離，所以在發動機EG2從行星齒輪P3的太陽齒輪131(驅動軸165)切離的狀態下進行動作，此情況下，如圖所示，從發動機EG1輸出的動力由電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸165。而且，離合器C1的分離接合控制由混合動力用電子控制單元70進行。
接著，就第五運轉模式進行說明。圖15表示該運轉模式的列線圖。在該運轉模式下，在使發動機EG1停止的同時使離合器C1接合以將發動機EG2連接到驅動軸165，從該發動機EG2輸出的動力直接輸出到驅動軸165。進而，對第六運轉模式進行說明。圖16表示該運轉模式的列線圖。在該運轉模式下，與第五運轉模式相同，也將發動機EG2連接到驅動軸165，使從發動機EG1輸出的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸165的同時，使從發動機EG2輸出的動力直接輸出到驅動軸165。而且，在電機運轉模式下，如圖17的列線圖所示，通過分離離合器C1而從驅動軸165切離發動機EG2的狀態下使發動機EG1、EG2停止并由電機MG1、MG2作用扭矩，從而將動力輸出到驅動軸165。
下面，對各運轉模式的特征進行說明。首先，考慮車輛的起步時。此時，驅動軸165的轉速Nd的值為0，所以不能夠如第五運轉模式和第六運轉模式那樣，通過使離合器C1接合，從而使發動機EG2連接到驅動軸165而從發動機EG2輸出動力。因此，起步時選擇第四運轉模式，使發動機EG1高效率進行運轉而輸出的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸165。亦即，可以說第四運轉模式是適合起步時和低速時的運轉模式。接著，考慮驅動軸165的轉速Nd變大且使發動機EG2能夠高效率運轉的轉速的情況。在驅動軸165所要求的扭矩較小時，選擇第五運轉模式，將離合器C1接合，使發動機EG2高效率地運轉而輸出的動力直接輸出到驅動軸165。由此，與隨著電機MG1、MG2進行扭矩變換的情況相比，能夠實現整體的能量效率的提高。亦即，可以說第五運轉模式在中速以上時是有利的運轉模式。另一方面，驅動軸165所要求的扭矩較大時，選擇使發動機EG1、EG2雙方運轉的第六運轉模式進行驅動。亦即，在第五運轉模式的基礎上來自發動機EG1的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸165。因此，能夠將高扭矩輸出到驅動軸165。
接著，對這樣構成的混合動力汽車120的動作進行說明。圖18是示出由第二實施例的混合動力汽車120的混合動力用電子控制單元70執行的驅動控制例程的一個示例的流程圖。該例程每隔預定時間(例如每隔8msec)反復執行。
執行驅動控制例程時，混合動力用電子控制單元70的CPU72與圖8的驅動控制例程的步驟S100、S110的處理相同，輸入加速器開度Acc，車速V，發動機EG1、EG2的轉速Ne1、Ne2，要求充放電功率Pb*等數據(步驟S300)，根據所輸入的加速器開度Acc和車速V，設定應向驅動軸165輸出的驅動要求扭矩Td*和應從發動機EG1、EG2輸出的發動機要求能量Pe*(步驟S310)。
接著，通過比較發動機要求功率Pe*和閾值Pref來判斷是否在電機運轉模式下行駛(步驟S320)。在發動機要求功率Pe*小于閾值Pref時，判斷為在電機運轉模式下行駛，使離合器C1分離(步驟S330)，為使發動機EG1、EG2的運轉停止而將目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*的值設定為0(步驟S340)，設定電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*(步驟S350)。電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*的設定在實施例中通過下述方式進行以使電機MG1的轉速Nm1的值為0的方式來設定扭矩指令Tm1*，在該狀態下，以將來自電機MG2的扭矩作用到驅動軸165的方式來設定扭矩指令Tm2*。圖19示出了該狀態。通過這樣設定電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*，從而將從電機MG2輸出的扭矩Tm2*進行扭矩變換后輸出到驅動軸165。而且，通過以使電機MG1的轉速Nm1的值為0的方式來設定扭矩指令Tm1*，從而能夠使電機MG1引起的電力消耗的值為0。
在這樣設定發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*，電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*后，發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*發送給發動機ECU24、25，電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*發送給電機ECU50(步驟S500)，結束本例程。關于發動機ECU24、25和電機ECUS0的控制如上所述。
發動機要求功率Pe*大于等于閾值Pref時，將車速V與閾值V2ref比較的同時將驅動要求扭矩Td*與閾值T2ref比較(步驟S360)。在此，閾值V2ref、T2ref是用于選擇運轉模式的閾值。閾值V2ref是用于判斷是否使離合器C1接合以從發動機EG2直接向驅動軸165輸出動力的閾值。閾值T2ref是用于判斷是否從發動機EG1、EG2雙方輸出動力的閾值。車速V小于閾值V2ref時，要求例如起步時或低速時等程度大小的扭矩時，選擇第四運轉模式，使離合器C1分離(步驟S370)，與圖8的驅動控制例程的步驟S160、S170的處理相同，也基于發動機要求功率Pe*和使發動機EG1進行高效率動作的動作線來設定發動機EG1的目標轉速Ne1*和目標扭矩Te1*的同時，為了使發動機EG2停止而將發動機EG2的目標轉速Ne2*和目標扭矩Te2*的值設定為0(步驟S380、S390)。而且，基于設定的發動機EG1的目標轉速Ne1*和當前的轉速Ne1通過上述的式(3)來設定電機MG1的扭矩指令Tm1*(步驟S400)，基于設定的電機MG1的扭矩指令Tm1*、驅動要求扭矩Td*和傳動比ρ1、ρ2通過上述的式(4)來設定電機MG2的扭矩指令Tm2*(步驟S410)，將發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*，電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*發送到對應的各ECU(步驟S500)，結束驅動控制例程。通過這樣進行控制，從而能夠實現在較低速行駛時的能量效率的提高。
車速V大于等于閾值V2ref、驅動要求扭矩Td*小于閾值T2ref時，例如在中高速下進行巡航運行時等，判斷為能夠使發動機EG2高效率運轉，選擇第五運轉模式，使離合器C1接合(步驟S420)，將驅動軸165的轉速Nd設定為發動機EG2的目標轉速Ne2*的同時，將驅動要求扭矩Td*設定為目標轉速Te2*(步驟S430)，為了使發動機EG1停止而將發動機EG1的目標轉速Ne1*和目標扭矩Te1*的值設定為0(步驟S440)，將電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*的值設定為0(步驟S450)，將發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*，電機MG1、MG2的扭矩指令Tm1*、Tm2*輸送到對應的各ECU(步驟S500)，結束驅動控制例程。通過這樣進行控制，從而能夠實現中速以上行駛時的能量效率的提高。
車速V大于等于閾值V2ref、驅動要求扭矩Td*大于等于閾值T2ref時，判斷為應從發動機EG1、EG2雙方輸出動力，選擇第六運轉模式，使離合器C1接合(步驟S460)，基于發動機要求功率Pe*來設定發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*(步驟S470)。發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*的設定，在實施例中，通過下述方式進行將驅動軸165的轉速Nd設定為發動機EG2的目標轉速Ne2*，基于使發動機EG2高效率動作的動作線和目標轉速Ne2*來設定目標扭矩Te2*，目標轉速Ne2*和目標扭矩Te2*相乘來計算應從發動機EG2輸出的要求功率Pe2*(Ne2*×Te2*)，從發動機要求功率Pe*減去計算出的要求功率Pe2*以計算應從發動機EG1輸出的要求功率Pe1*，基于計算出的要求功率Pe1*和使發動機EG1高效率動作的動作線來設定發動機EG1的目標轉速Ne1*和目標扭矩Te1*。通過這樣設定發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*，從而能夠使發動機EG1、EG2高效率地運轉，能夠實現整體的能量效率的提高。并且，只要能夠使發動機EG1、EG2這樣運轉地設定前述的閾值T2ref即可。
接著，與第四運轉模式中的電機MG1、MG的扭矩指令Tm1*、Tm2*的計算相同地來計算電機MG1、MG的扭矩指令Tm1*、Tm2*(步驟S480、S490)，將設定后的發動機EG1、EG2的目標轉速Ne1*、Ne2*和目標扭矩Te1*、Te2*，電機MG1、MG的扭矩指令Tm1*、Tm2*輸出到對應的各ECU(步驟S500)，結束驅動控制例程。
根據上述說明的第二實施例的混合電動汽車120，能夠切換下述模式進行驅動控制第四運轉模式，在使發動機EG2停止了的狀態下將來自發動機EG1的動力輸出到驅動軸165；第五運轉模式，在使發動機EG1停止了的狀態下將來自發動機EG2的動力直接輸出到驅動軸165；從發動機EG1、EG2雙方輸出動力的第六運轉模式；和電機運轉模式，使發動機EG1、EG2雙方停止并將來自電機MG1、MG2的動力輸出到驅動軸165。亦即，能夠基于驅動軸165的轉速Nd和要求扭矩Td選擇整體效率變高的運轉模式(運轉方式)來進行驅動控制。
并且，根據實施例的混合動力汽車120，起步時選擇第四運轉模式，在使發動機EG2停止的狀態下將來自高效率運轉的發動機EG1的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換并輸出到驅動軸165，所以即使在因驅動軸165的轉速Nd較小而不能使發動機EG2運轉時，也可通過來自發動機EG1的動力行駛。另外，根據第二實施例的混合動力汽車120，在使發動機EG2能夠高效運轉的車速時而驅動軸165要求較低扭矩時，選擇第五運轉模式，在使發動機EG1停止的狀態下將來自高效率運轉的發動機EG2的動力直接輸出到驅動軸165。由此，能夠提高能量效率。根據第二實施例的混合動力汽車120，驅動軸165要求較高扭矩時，選擇第六運轉模式，由于從高效率運轉的發動機EG1、EG2雙方輸出動力，所以能夠向驅動軸165輸出高扭矩。而且，根據第二實施例的混合動力汽車120，在驅動軸165的轉速Nd和要求扭矩Td較小、蓄電池60的剩余容量(SOC)也充足時，選擇電機運轉模式，通過使發動機EG1、EG2停止并從電機MG1、MG2作用扭矩，從而能夠向驅動軸165輸出動力而行駛。
在第二實施例的混合動力汽車120中，車速V大于等于閾值V2ref、驅動要求扭矩Td*小于閾值T2ref時，選擇第五運轉模式，然而車速V大于等于比閾值V2ref大的閾值V3ref時，例如在高速巡航運行時等，也可以選擇第四運轉模式。在高速巡航運行時，驅動軸165的轉速Nd較大而驅動要求扭矩Td*較小。此時，如果選擇第五運轉模式，則使發動機EG2變得在高轉速低扭矩的區域進行運轉，發動機EG2的能量效率降低。如果選擇第4運轉模使從高效運轉的發動機EG1輸出的動力通過電機MG1、MG2進行扭矩變換后輸出到驅動軸165，則整體的能量效率變得即使考慮通過電機MG1、MG2進行能量變換時的損失也比第五運轉模式高。由于這樣的理由，在高速巡航運行時等，還可以選擇第4運轉模式。而且，第四運轉模式和第五運轉模式的選擇并不限于基于車速V而進行，還可以基于整體的能量效率等進行，基于其他主要因素進行也可以。
在第二實施例的混合動力汽車120中，第一實施例相同，也使不輸出動力的發動機停止，但還可以使其在預定的狀態(例如，怠速)下進行運轉。
在第二實施例的混合動力汽車120中，S1軸與電機MG1連接，C1、R2軸與發動機EG1連接，R1、C2軸與電機MG1、MG2連接，S2軸與發動機EG2和驅動軸165連接，然而，除此之外的連接方法也可以。4軸與2個發動機和2個電機連接的連接方法，與第一實施例的變形例相同，也有4種。關于這4種連接方法，如果與第二實施例相同地考慮發動機與驅動軸165連接的情況也有6種。在實施例中，對其一進行了說明。其他5種的連接方法如圖20所示。圖中“*”標記表示與驅動軸65連接的軸。關于各結構，與第二實施例相同也可能有使2個發動機中的一方的發動機運轉的第四運轉模式、使另一方的發動機運轉的第五運轉模式、使雙方發動機運轉的第六運轉模式和使雙方放電機都不運轉的電機運轉模式。因此，即使是這5種的結構，也可與第二實施例相同地根據驅動軸165的轉速Nd和要求扭矩Td等選擇整體效率變高的運轉模式(運轉方式)來進行驅動控制。
在第二實施例的混合動力汽車20中，與第一實施例的混合動力汽車20相同地，第一行星齒輪P1的齒圈32和第二行星齒輪P2的行星架39連接的同時，第一行星齒輪P1的行星架34和第二行星齒輪P2的齒圈37連接，而形成將4個軸作為旋轉要素的所謂4要素，然而從2個行星齒輪P1、P2的3個旋轉要素中分別選擇2個旋轉要素進行連接的連接方法，如果考慮其組合有18種，所以從實施例以外的17種中選擇一種連接方法來構成4要素就可以。并且，在第二實施例的混合動力汽車120中，2個行星齒輪P1、P2利用單小齒輪式的行星齒輪，然而也可以將任何一方或雙方利用雙小齒輪式的行星齒輪。亦即，除了將單小齒輪式的行星齒輪之間連接之外，還可以將單小齒輪式的行星齒輪和雙小齒輪式的行星齒輪連接或者將雙小齒輪式的行星齒輪之間連接。在第二實施例的混合動力汽車120中，將2個3要素的行星齒輪組合來構成4要素，然而只要可實現動力的收支而旋轉，則也可以將2個除行星齒輪以外的3要素的部件組合來構成4要素。在第二實施例的混合動力汽車120中，從2個行星齒輪P1、P2的3個旋轉要素中分別選擇2個旋轉要素進行連接，以將4軸構成作為旋轉要素的4要素，然而還可以利用具有4個旋轉要素的機構。
在上述的各實施例和其變形例中，在汽車上安裝有具有發動機EG1、EG2，電機MG1、MG2和動力分配綜合機構30、130，并向驅動軸65、165輸出動力的動力輸出裝置，然而還可以將這種動力輸出裝置安裝在汽車之外的車輛、船舶、飛機等移動體上，也可以作為建筑機械等不移動的設備的動力源使用。
以上，雖然利用實施例對用于實施本發明的最佳實施方式進行了說明，然而本發明不局限于上述實施例，在不脫離本發明精神的范圍內，不言而喻，能夠以各種方式實施。
產業上的可利用性本發明可利用于動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車的制造產業等。
權利要求
1.一種動力輸出裝置，它是向驅動軸輸出動力的動力輸出裝置，包括第一內燃機；第二內燃機；第一電動機；第二電動機；以及具有多個軸的多軸式動力輸入輸出器，該多個軸包含4個軸，即，連接到所述第一內燃機的輸出軸的第一軸、連接到所述第二內燃機的輸出軸的第二軸、連接到所述第一電動機的旋轉軸的第三軸和連接到所述第二電動機的旋轉軸的第四軸，所述4個軸的任意一軸連接于所述驅動軸，根據該4個軸中的任意2軸的轉速使剩余的2軸旋轉，通過獲取從所述多個軸輸入和向所述多個軸輸出的動力，將來自所述第一內燃機、所述第二內燃機、所述第一電動機和所述第二電動機的動力的至少一部分輸出到所述驅動軸。
2.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述多軸式動力輸入輸出器將所述第三軸或者所述第四軸連接到所述驅動軸。
3.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述多軸式動力輸入輸出器將所述第一軸或者所述第二軸連接到所述驅動軸。
4.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述多軸式動力輸入輸出器還具有進行所述第一內燃機的輸出軸與所述第一軸的連接和解除該連接的第一連接解除機構；進行所述第二內燃機的輸出軸與所述第二軸的連接和解除該連接的第二連接解除機構。
5.根據權利要求4所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述第一連接解除機構和所述第二連接解除機構中至少一方為單向離合器。
6.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述多軸式動力輸入輸出器以下述方式連接該4個軸，即，所述4個軸中與所述驅動軸連接的軸以該4個軸中的最大轉速旋轉或者以最小轉速旋轉。
7.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述多軸式動力輸入輸出器以下述方式連接該4個軸，即，所述4個軸中與所述驅動軸連接的軸既不以該4個軸中的最大轉速旋轉也不以最小轉速旋轉地旋轉。
8.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，包括要求動力設定部，其根據操作者的操作來設定所述驅動軸所要求的要求動力；和控制部，用于控制所述第一內燃機、所述第二內燃機、所述第一電動機、所述第二電動機和所述多軸式動力輸入輸出器，以將基于該被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸。
9.根據權利要求8所述的動力輸出裝置，其特征在于，具有能夠與所述第一電動機和所述第二電動機互換電力的蓄電裝置，所述控制部進行控制以切換下列第一到第四控制從而將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸，即，第一控制，其控制成不利用來自所述第一內燃機的動力而利用來自所述第二內燃機的動力將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸；第二控制，其控制成不利用來自所述第二內燃機的動力而利用來自所述第一內燃機的動力將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸；第三控制，其控制成利用來自所述第一內燃機的動力和來自所述第二內燃機的動力將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸；第四控制，其控制成不利用來自所述第一內燃機的動力和來自所述第二內燃機的動力雙方而將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸。
10.根據權利要求9所述的動力輸出裝置，其特征在于，對于在所述第一控制或所述第二控制中動力不被利用的內燃機，所述控制部使該內燃機停止運轉。
11.根據權利要求9所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述控制部以如下方式進行控制，即，根據所述被設定的要求動力，從所述第一控制、所述第二控制、所述第三控制和所述第四控制中選擇任一控制，以將基于所述被設定的要求動力的動力輸出到所述驅動軸。
12.根據權利要求8所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述控制部進行控制以將基于所述被設定的要求動力的動力高效地輸出到所述驅動軸。
13.根據權利要求1所述的動力輸出裝置，其特征在于，所述多軸式動力輸入輸出器包括具有三個旋轉要素的第一行星齒輪；和第二行星齒輪，其具有三個旋轉要素，且該三個旋轉要素中的任二個旋轉要素分別和所述第一行星齒輪中的三個旋轉要素中的任二個旋轉要素相連接；其中，與所述第二行星齒輪的三個旋轉要素中和所述第一行星齒輪的三個旋轉要素都不連接的旋轉要素、以及與所述第一行星齒輪的三個旋轉要素連接的4個軸被作為所述4個軸。
14.安裝有權利要求1至13中任意一項所述的動力輸出裝置且車軸與所述驅動軸連接的汽車。
全文摘要
提供一種動力輸出裝置和安裝有該動力輸出裝置的汽車。將電機(MG1)連接到動力分配綜合機構(30)的第一行星齒輪(P1)的太陽齒輪(31)上，將發動機(EG1)連接到第一行星齒輪(P1)的行星架(34)和第二行星齒輪(P2)的齒圈(37)上，將發動機(EG2)連接到第一行星齒輪(P1)的齒圈(32)和第二行星齒輪(P2)的行星架(39)上，將電機(MG2)和驅動軸(65)連接到第二行星齒輪(P2)的太陽齒輪(36)上。根據駕駛者的要求，通過從下述運轉模式中選擇能夠高效運轉的運轉模式來進行驅動控制從發動機(EG2)向驅動軸(65)輸出動力的第一運轉模式；從發動機(EG1)向驅動軸(65)輸出動力的第二運轉模式；從發動機(EG1、EG2)雙方向驅動軸(65)輸出動力的第三運轉模式；和使發動機(EG21、EG2)雙方停止而從電機(MG2)向驅動軸(65)輸出動力的電機運轉模式。
文檔編號B60L11/14GK1930016SQ20058000750
公開日2007年3月14日 申請日期2005年2月21日 優先權日2004年3月31日
發明者山內友和 申請人:豐田自動車株式會社