JP2002510007A - 車両用駆動方式とその作動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
機関と少なくとも1つの電気機械とを有する車両用駆動方式に関する。さらに、
本発明はかかる駆動方式の作動方法に関する。内燃機関および電気機械が各々独
立して車両の駆動を引き継ぐこの種の駆動方式を「パラレルハイブリッド駆動装
置」ともいう。
引き起こされる汚染物質排出と騒音を低減することである。このような背景で極
めて重要な領域は、車両の発進段階である。ここでは、高い燃料消費および比較
的多量の汚染物質排出が起こる。比較的多量の汚染物質排出は、特に、市街地で
は、発進の頻度が多いために問題である。さらに、クラッチ係合前のエンジン加
速による騒音公害が増大している。
駆動の助けを借りて車両を加速し、作動ポイントが効率および汚染物質排出に関
してより好ましい範囲にあるときに限り内燃機関を採用する可能性を提供する。
かかる解決策の1つが、例えば、ドイツ公開特許3335923A1より知られ
ている。ここでは、電気的に発進した後に、内燃機関がクラッチによって電気機
械を経由して駆動輪に結合される。エンジンはクラッチの係合によって始動され
る。対応する解決策がヨーロッパ特許0743216A2より知られている。こ
こでは、内燃機関は、機械的にではなく電磁クラッチの助けを借りて駆動系に結
合されている。静止している内燃機関を回転している駆動系へ結合することは、
突発的に比較的大きなトルクが供給されなければならないという欠点がある。こ
れは、駆動トルクの低下を引き起すがたがたした動きになる。このような望まし
くない影響を緩和するために、一番目に述べたドイツ公開特許3335923A
1では、内燃機関に切り離し自在なフライホイールが取り付けられる。これによ って、慣性モーメントを低減し、クラッチ係合時に内燃機関をより簡単に「立ち
上げる」ことができる。二番目に述べたヨーロッパ特許0743216A2では
、ギクシャクしたトルク低下は、対応する電気による駆動トルクの増加で相殺さ
れる。
れている。 例えば、ドイツ公開特許19530231A1では、電動モータはギヤチェン
ジ中に切り離され、再係合するために駆動軸と少なくともほぼ同期化されるハイ
ブリッド駆動装置が開示されている。ここでは、電動モータの切り離しおよび結
合を行うことによってギヤチェンジの同期制御が簡素化される。しかしながら、
これは、車両の発進段階に関するものではない。
電動コンバータによって結合されるハイブリッド駆動装置が開示されている。電
動モータは、ギヤチェンジ中の同期化によって生じるギヤ間のギャップを埋め合
わせるために使用される。これもまた、車両の発進段階とは無関係である。
能にする別の駆動方式を具体化することである。また、対応する方法の提供を含
む。
く、始めからクラッチのギクシャク感そのものを解消して上述の問題を未然に防
ぐのが望ましいであろうと認識している。本発明によれば、これは二通りの方法
で達成することができる。ひとつは、発進段階のまさに始動時に電気駆動部によ
って同調化させられる内燃機関によるものである。この場合、エンジンは、所望
の時に、例えば、燃料供給もしくは点火を起動することによって簡単に始動され
る。もう一方の方法は、切り離されている間に内燃機関を始動し、前記内燃機関
が駆動部に結合される前に結合される駆動軸と同期した速度に内燃機関をもって
いくことである。
速度で駆動部に結合されるか のいずれかによって回避される、始めに述べた形式の駆動方式を提供する。
が最初から回避され、従って、例えば、慣性モーメントを調整するような形での
費用が掛かり最適ではない解決策は必要ない。 従属請求項に有利な改良を示す。請求項2から請求項7は、第1の別の形態に
関するものであり、車両の加速中に電気機械が内燃機関を同調化する。請求項8
から請求項13は第2の別の形態に関する。請求項14と請求項15は両方の別
の形態の改良に関する。
用によってのみ発生する。請求項2によれば、内燃機関に結合される電気機械は
、対向(逆相)トルクを生成することによってこれらのトルク変動を能動的に相
殺する。請求項3によれば、この電気機械は、車両用駆動モータとして使用され
る機械である。この目的のために、電気機械は、電気機械により一般的には時間
に対して急激に変動する対向トルクを駆動トルク(前記トルクに対してはゆっく
りとしか変動しない)に対して重ね合わせるように制御される。
期に減圧状態で同調化される。請求項5によれば、減圧状態での作動から圧縮状
態での作動への移行時のギクシャク感を回避するために、初期の同調化行程後に
圧縮が緩やかに始まる。特に不均一性の効果的な減衰を達成するために、減圧を
電気機械による上記の能動的な減衰に効果的に組み合わせることができる。請求
項6によれば、内燃機関は、減圧機能を達成するために、電磁弁装置または電動
弁装置が効果的に取り付けられる(例えば、ドイツ特許3024109A1から
電磁弁装置が知られている)。減圧および、適切であれば、減圧から圧縮への緩
やかな移行は、弁装置の適切な制御によって行われる。かかる弁装置の電気エネ
ルギへの高い要求には、駆動に使用される電気機械が発進段階終了時にジェネレ
ータの役目をすれば効果的に対応することができる。
されている場合)及び/又は燃料噴射を起動することによって行うことができる
(請求項7)。
関は、駆動部から切り離されている間に始動するために加速される。請求項8に
よれば、内燃機関の加速および始動は電気機械によって行われる。始動後、同期
速度に達する前に必要とされる内燃機関の更なる加速は、内燃機関自体の出力で
行うことができる。しかしながら、これは比較的反応が遅い方法である。さらに
、正確な同期化をこの方法で行うことができるが、制御に関しては難しいばかり
である。このような欠点を回避するために、請求項9では、始動を行う電気機械
は、内燃機関を同期速度に能動的にもっていく仕事を引き継ぐように提案されて
いる。このような配置では、電気機械は自力による同期速度までの加速を司るこ
とができる、すなわち、例えば、燃料噴射及び/又は内燃機関の点火(設置され
ている場合)は本質的に、同期速度に達した時点からのみ起動される。しかしな
がら、別の形態では、電気機械によって加速されているときに、早い時期に、す
なわち、同期速度に達するかなり前に、燃料噴射システムもしくは点火が起動さ
れて、内燃機関が加速を行うことも可能である。
つの異なる改良が提案される。 請求項10に記載の第1の改良によれば、始動を行う電気機械は車両の加速を
行う電気機械と同じである。車両を加速した後に、電気機械は駆動部から切り離
され、その後内燃機関に結合され、内燃機関を加速する。その結果、内燃機関が
加速される。その後、内燃機関は同期速度で駆動部に結合されて車両の駆動を引
き継ぐ。請求項11に記載の変形形態によれば、電気機械は、2つのロータおよ
び切換え自在なステータを有する二重電気機械として構成される。切換えは、例
えば、ステータの機械的移動によるか、または、一種の二重ステータの電気的切
換えによって行うことができる。
2つの別々の電気機械である。これらは同時に動作し、一方が駆動部から切り離
されている内燃機関を始動し、もう片方が車両を加速する。その後、内燃機関は
同期速度に達すると駆動部に結合される。
ッチを閉じることによって内燃機関が駆動部に結合される。 本発明で説明したすべての改良については、車両の始動及び/又は加速に使用
される機械は、内燃機関のクランク軸または駆動軸に取り付けられて内燃機関に
よる駆動中に共に回転するようにすることが有利である(請求項14)
とができる(請求項15)。かかる始動/停止制御では、実は、車両は、内燃機
関がOFFされている状態から極めて頻繁に加速しなければならない。本発明に
よる駆動方式の特徴、つまり、絶対に遅延のない発進および発進段階での低騒音
および低汚染物質排出量は、このような背景では特に有利である。
びその有利な改良(請求項17)に全面的に適用される。 ここで、本発明を例示的実施形態および添付説明図面を参照しながらさらに詳
しく説明する。
機関1のクランク軸とそれに接続される軸延長部)、クラッチ3及びギアボック
ス4を介して車両の駆動輪5にトルクを出力する内燃機関1を有する。電気機械
6、本ケースの場合同様に駆動源の役目をする非同期三相機械である、が駆動軸
2上に配設される。電気機械6は、駆動軸2上に直接配設され一体で回転するよ
うに駆動軸2に固定されたロータ7と、例えば、内燃機関1のハウジングに対し
て回転しないように支持されるステータとを有する。電気機械6(及び以下にさ
らに詳しく説明する、電気機械とエネギル蓄積装置に電力を供給するための装置
)は、休止状態から車両を加速すると同時に、電気機械6と内燃機関1の間に加
速比または減速比を設けることなく内燃機関1をそれらと同調化させることがで
き、電気機械とその装置が常に同じ速度で一緒に回転できるように構成されてい
る。図示していない実施形態では、例えば、遊星歯車装置の形の減速歯車が駆動
軸2と電気機械6間に配置され、その結果、電気機械6は、例えば、内燃機関1
の2倍の速度で回転する。ステータ8の巻線部(図示せず)には、インバータ9
によって実質的に自由に調整可能な振幅、位相、および周波数を有する電流およ
び電圧が供給される。インバータは、例えば、直流/インターフェース回路/イ
ンバータタイプであり、電子スイッチの助けを借りて、例えば、本質的には一定
のインターフェース回路直流電圧からの被変調幅の正弦ベースのパルスをチョッ
プし、これらのパルスは、電気機械6のインダクタンスによって平準化された後
、所望の周波数および振幅と位相を有するほとんど正弦波の電流となる。インバ
ータ9は、本質的には、直流交流インバータ9a、インターフェース回路9bお
よび直流‐直流コンバータ9cを備える。電気的には、高容量エネルギ蓄積装置
10がインターフェース回路9bに配置される。これは、例えば、短期的なバッ
テリまたは高容量蓄積形コンデンサである。直流‐直流コンバータ9cは、低電
圧車両電気系統11および長期的蓄電装置、この場合は、従来の低電圧車両シス
テムバッテリ12に接続される。車両電気系統11とバッテリ12は低電圧、例
えば、12ボルトまたは24ボルトである。他方、インターフェース回路9bは
高電圧、例えば、低電圧範囲の上限値(例えば、42ボルト)、または、実際に
はそれよりもはるかに上回り、例えば、200から300ボルトである。電気機
械6が高容量蓄電装置10から電気エネルギを受ける発進作動(以下にさらに詳
しく説明)後に、電気機械6はジェネレータとして機能する、すなわち、電気エ
ネルギを供給することができる。電気機械6は、高容量蓄電装置10および低電
圧バッテリー12を充電し、また、負荷、例えば高電圧レベル(例えば、インタ
ーフェース回路のレベル)の高出力負荷装置(例えば、電磁弁装置)および低電
圧システムの通常の負荷装置に、さらに詳しくは、インバータ9aによる整流、
および、妥当であれば直流直流コンバータ9cによる低電圧化の後に供給するた
めに使用される。エンジン作動中に、インバータ9aは、高容量バッテリ10に
よってインターフェース回路9bに供給された直流電圧を交流電圧へ変換する。
より上位の制御装置13が、コンバータ9、さらに詳しくは、インバータ9aと
直流直流コンバータ9cを制御する。また、制御装置13は内燃機関1と(自動
)クラッチ3を制御する。さらなる実施形態(図示せず)では、インターフェー
ス回路と車両電気系統は、同じ電圧レベル、例えば、低電圧範囲の上限値(例え
ば、42ボルト)である。
燃機関1がOFFに切り替えられている状態で、車両の運転者は、例えば、アク
セルペダルを作動させることによって発進信号を出す。その後、車両は実質的に
遅滞なしに発進して連続的に加速される。発進行程の第1の部分は、運転者がほ
とんど気が付かない方法で内燃機関1が引き継ぐまで電気機械6によって行われ
る。これを図2aの駆動軸2の速度線図に示す。
を加速する役目をし、同時に他は一体で回転するように電気機械に接続されてい
る内燃機関を加速し、内燃機関を発進時の加速中に始動させることができるよう
にする。この段階の最初の部分では、内燃機関1は減圧された状態で加速される
が、減圧は例えば、排気弁を開状態に維持することによって行うことができる。
この種の弁の挙動は、電磁弁の制御によって簡単な方法で達成することができる
。十分な速度に達すると、減圧が終了する(図2aでは「k」で示す)が、減圧
から圧縮への移行は滑らかなものであることが好ましい。その後まもなく、燃料
噴射と点火が始まる(図2aでは「F、Z」で示す)。次に、内燃機関1が始動
し、車両のさらなる加速を引き継ぐ(「始動」で示す)。この発進行程を可能に
するために、電気機械6は発進信号が出されたときから高い駆動トルクを生成す
る。このトルクは、内燃機関1が車両の駆動を引き継ぐと取り除かれる。この本
質的に一定のトルクに、内燃機関1によって生成されるトルク変動に等しく、ト
ルク変動に逆相である交番トルクが、同調化されている間に内燃機関に重ねられ
る。図2bに示すように、重ねられるこの交番トルクは、減圧完了時に急激に大
きくなる。これは、同調化されている内燃機関1のガスの力がこの時点で大きく
なって、補償するするには対応するより大きな交番トルクが必要となるからであ
る。
と電気機械6の間に配置される。さらに詳しく以下に説明するが、制御に関する
違い(すなわち、制御装置13のプログラミングの違い)は別として、この例示
的実施形態は、その他の点では、上記に説明した図1に示す例示的実施形態と同
じである。従って、これに関する上記の説明は、検討中の例示的実施形態にも適
用される。
よび始動行程には、4つの異なる段階IからIVがある。図4aに、駆動軸2の
速度線図を示す。第1の段階では、電気機械が車両を駆動する。それに続く段階
IIおよびIIIでは、車両は駆動されずに一時的に惰性で進む。最終段階IV
では、(電気機械6が段階IVにおける駆動を補助することも可能であるが)車
両は内燃機関1によって駆動される。
示す。線図では、電気機械6の速度は実線によって示され、内燃機関1の速度は
鎖線によって示される。段階Iでは、クラッチ3は閉状態であり、クラッチ3’
は開状態である。この状態では、休止から段階Iの終速度まで車両を加速するの
は電気機械6である。段階IIの始めに、クラッチ3が開状態になる。電気機械
6はジェネレータに切り換り、ジェネレータの制動効果によって急激に停止され
る。その後の段階IIIの始めに、クラッチ3’が閉状態になる。電気機械6は
、次に、もう一度モーターとして動作して、内燃機関1を、始動する速度に加速
し、次に、駆動部のその時の速度(「同期速度」)に相当する速度に加速する。
その速度は、本質的には段階Iの終了時に達成された速度であるが、普通は、駆
動が行われない段階IIと段階IIIのために若干減速している。段階IVの始
めに、クラッチ3は閉状態になり、さらに詳しくは、同期化のお陰でギクシャク
感がなく閉じる。段階IVでは、内燃機関1によって車両がさらに加速される。
電気機械6はその後共に回転し、これは、「受動」という語によって示される。
電気機械6は、例えば(車両の発電機としての動作のために)若干の制動効果を
有するか、または、モーター効果を活かすことによって車両の周期的な加速を補
助することができる。
追加の電気機械6’がクラッチ3とギアボックス4の間に配置されている。この
違いおよび結果的に生じるその作動の仕方の違いは別として、図1に関する上記
の説明は、本例示的実施形態にも適用される。
ば、第1の段階iでは、車両は最初に電気機械6によって駆動される。その後の
第2の段階iiでは、それらの段階の間に被駆動段階がない状態で内燃機関1が
車両の駆動を引き継ぐ。その移行は、時間の関数および時間の導関数としての駆
動部の速度が移行時に一定であるように、換言すれば、移行時に時間の関数とし
ての速度または速度変化に飛移りがないように設計されることが好ましい。段階
iでは、クラッチ3は開状態であり、段階iiでは閉状態である。
電気機械6’は、休止から段階iの終わりまで車両を加速する(図6b)。同時
に、電気機械6は内燃機関1を加速し、その結果、内燃機関が始動する。さらに
、電気機械は、段階iの終わりに電気機械6’の速度と同じ速度(「同期速度」
)が達成されるまで、内燃機関を加速し続ける。この時点で遅滞なく、クラッチ
3は閉状態となる。その後、内燃機関1が駆動を引き継き、その結果、両電気機
械6、6’は共に回転するが、これは「受動」という語によって示される。その
時、両電気機械6、6’はジェネレータとして制動効果を有することができるか
、または車両の一層の加速を促進することができる。
a)と第1の例示的実施形態に関連して時間の関数として電気機械のトルクを示
す線図(b)である。
aに相当する線図(a)と第2の例示的実施形態に関連する時間の関数として電
気機械の速度を示す線図(b)である。
。
的実施形態に関連する図4bに相当する線図(b)と、第3の例示的実施形態に
関連する第2の電気機械の速度/時間を表す追加の線図(c)である。
ば、第1の段階αでは、車両は最初に電気機械6によって駆動される。その後の
第2の段階βでは、それらの段階の間に被駆動段階がない状態で内燃機関1が車
両の駆動を引き継ぐ。その移行は、時間の関数および時間の導関数としての駆動
部の速度が移行時に一定であるように、換言すれば、移行時に時間の関数として
の速度または速度変化に飛移りがないように設計されることが好ましい。段階α では、クラッチ3は開状態であり、段階βでは閉状態である。
電気機械6’は、休止から段階αの終わりまで車両を加速する(図6b)。同時
に、電気機械6は内燃機関1を加速し、その結果、内燃機関が始動する。さらに
、電気機械は、段階αの終わりに電気機械6’の速度と同じ速度(「同期速度」
)が達成されるまで、内燃機関を加速し続ける。この時点で遅滞なく、クラッチ
3は閉状態となる。その後、内燃機関1が駆動を引き継き、その結果、両電気機
械6、6’は共に回転するが、これは「受動」という語によって示される。その
時、両電気機械6、6’はジェネレータとして制動効果を有することができるか
、または車両の一層の加速を促進することができる。
Claims (17)
- 【請求項1】 各々が車両の駆動モータとして独立して使用することができ
る内燃機関(1)と少なくとも1つの電気機械(6、6’)とを有し、車両の発
進時の段階が、 (i)前記車両が初期に前記電気機械(6、6’)だけによって加速され、 (ii)この行程中に、前記内燃機関(1)が始動され、 (iii)内燃機関(1)がその後前記車両の駆動を引き継ぐ、 というように進行するように構成され、 前記行程(i)から行程(iii)での前記内燃機関(1)のギクシャク感の
ある結合が、 (a)前記電気機械(6、6’)が前記車両を加速している間に前記内燃機関
(1)を同調化させるか、または、 (b)前記内燃機関(1)が前記駆動部から切り離されている間に始動するた
めに加速され、同期速度で前記駆動部に結合されるか のいずれかによって回避されることを特徴とする車両用駆動方式。 - 【請求項2】 前記内燃機関(1)が同調化されている間に起こるトルク変
動が、前記電気機械(6)によってかけられる対向トルクによって能動的に低減
されることを特徴とする請求項1に記載の駆動方式。 - 【請求項3】 前記車両を駆動している前記電気機械(6)によってかけら
れる前記対向トルクが前記駆動トルクに重ねられることを特徴とする請求項2に
記載の駆動方式。 - 【請求項4】 前記内燃機関(1)が同調化されている初期の期間は減圧状
態で共に回転することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項
に記載の駆動方式。 - 【請求項5】 前記初期の減圧状態での同調化行程後に、圧縮が滑らかに始
まることを特徴とする請求項4に記載の駆動方式。 - 【請求項6】 前記内燃機関(1)に電磁弁装置または電動弁装置が取り付
けられ、この弁装置の適当な制御によって減圧が達成されることを特徴とする請
求項4または請求項5のうちのいずれか1項に記載の駆動方式。 - 【請求項7】 前記内燃機関(1)が同調化されている間、少なくとも前記
内燃機関(1)の始動に十分な速度に達するまで、燃料供給及び/又は点火(設
置されている場合)が遅らされることを特徴とする請求項1から請求項9のうち
のいずれか1項に記載の駆動方式。 - 【請求項8】 前記駆動部から切り離されている間の前記内燃機関(1)の
前記加速および始動が、前記行程(ii)に従って前記電気機械(6)によって
行われることを特徴とする請求項1に記載の駆動方式。 - 【請求項9】 切り離された状態で始動を行う前記電気機械(6)が、前記
内燃機関(1)が前記その後の行程(iii)で前記車両の駆動を引き継ぐ前に
、前記内燃機関(1)を能動的に前記同期速度へ導くことを特徴とする請求項8
に記載の駆動方式。 - 【請求項10】 切り離された状態で始動を行う前記電気機械(6)が、前
記車両の加速を行う電気機械と同じであり、前記行程(i)に従って前記車両を
加速した後に、本電気機械(6)は前記駆動部から切り離されて前記内燃機関(
1)に結合されて、前記行程(ii)に従って前記内燃機関(1)を加速して始
動し、前記内燃機関(1)はその後前記同期速度で前記駆動部と結合され前記行
程(iii)に従って前記車両の駆動を引き継ぐことを特徴とする請求項3また
は請求項9のうちのいずれか1項に記載の駆動方式。 - 【請求項11】 始動を行う前記電気機械(6)と前記車両の加速を行う前
記電気機械が、2つのロータおよび切換え自在なステータを有する二重電気機械
として構成され、前記切換えは前記ステータの機械的移動によって、または、二
重ステータの電気的切換えによって行われることを特徴とする請求項8または請
求項9のうちのいずれか1項に記載の駆動方式。 - 【請求項12】 始動を行う前記電気機械と前記車両の駆動を行う電気機械
が、2つの別々の電気機械(6と6’)であり、一方(6)が前記駆動部から切
り離されている前記内燃機関(1)を始動し、もう片方(6’)が同時に前記車
両を加速し、前記内燃機関(1)は前記内燃機関(1)が前記同期速度に達する
と前記駆動部と結合されることを特徴とする請求項8または請求項9のうちのい
ずれか1項に記載の駆動方式。 - 【請求項13】 前記2つの電気機械(6、6’)間にクラッチ(3)を有
し、前記内燃機関(1)は前記クラッチ(3)を閉じることによって前記駆動部
に結合されることを特徴とする請求項12に記載の駆動方式。 - 【請求項14】 前記車両の始動及び/又は加速を行う前記電気機械(6、
6’)は、前記内燃機関(1)のクランク軸または前記駆動軸(2)に固定され
、前記内燃機関(1)による駆動中に共に回転することを特徴とする請求項1か
ら請求項13のうちのいずれか1項に記載の駆動方式。 - 【請求項15】 前記内燃機関(1)の自動始動/停止制御用システムが取
り付けられることを特徴とする請求項1から請求項14のうちのいずれか1項に
記載の駆動方式。 - 【請求項16】 各々が車両の駆動モータとして独立して使用することがで
きる内燃機関(1)と少なくとも1つの電気機械(6、6’)とを有する車両用
駆動方式を作動するための方法であって、 (i)前記車両が初期に前記電気機械(6、6’)だけによって加速され、 (ii)この行程中に、前記内燃機関(1)が始動され、 (iii)内燃機関(1)がその後前記車両の駆動を引き継ぐ、 行程を有し、 前記行程(i)から行程(iii)での前記内燃機関(1)のギクシャク感の
ある結合が (a)前記電気機械(6、6’)が前記車両を加速している間に前記内燃機関
(1)を同調化させるか、または、 (b)前記内燃機関(1)が前記駆動部から切り離されている間に始動するた
めに加速され、同期速度で前記駆動部に結合されるか のいずれかによって回避されることを特徴とする方法。 - 【請求項17】 前記請求項2から請求項14の特徴の1つまたはそれ以上
を有する請求項16に記載の方法。
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