JP2002520990A - 車両におけるドライブユニットのための装置および方法 - Google Patents

車両におけるドライブユニットのための装置および方法

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Abstract

(57)【要約】 車両のドライブユニット用の装置と方法が提供される。ドライブユニットは、エンジン１と、機械的有段ギアボックス２と、エンジン１からギアボックス２に回転運動を伝達するようにした結合装置とを含む。この構成には、結合装置に作用してギア切換時ギアボックス２へエンジン１から実質上何のトルクも伝達されないようにする手段を含む。この手段は、結合装置に結合された電気回転機械９を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の属する技術分野） 本発明は、請求項１および請求項１１の前提部分にそれぞれ記載の車両用ドラ
イブユニットのための装置と方法とに関する。
【０００２】 （従来技術） モータ車両は、車両クラッチの使用無くして有段ギアボックス内のギアを切り
替えることができるようにすることが望ましい。これは、ギア切換時すなわちギ
アをエンジンから離脱する際にエンジンを制御してエンジンから有段ギアボック
スに実質的にトルクが伝達されないようにすることにより既知の技術ですでに達
成されている。 ＳＥ５０４７１７およびＳＥ５０２８０７に開示の方法によれば、エンジンに
より出力されるトルクを、ギアを離脱している間に実質的にギアボックスにエン
ジンからトルクにギアが伝達しない程度までトルクを制御している。このような
エンジンのトルクと速度の制御は、エンジンに対する燃料の供給を調節すること
により行われている。 ＳＥ５０２１５４に開示の既知の技術では、排気ブレーキを使用してエンジン
速度を低下させてギアボックス内で互いに噛み合わされようとするギア同志の同
期速度となるレベルとして後にギアの切換を行うようにしギア係合が行われるよ
うになっている。 燃料量を調節してエンジンを制御するのは複雑である。なぜなら噴射される燃
料量は、色々な条件で通常制御され、例えば、燃料消費を最小化するようにして
いる。エンジン速度を理想的速度に迅速に低下するために排気ブレーキを使用す
ることも問題である。なぜなら、不安定にするノイズが発生することになるから
である。 別の観点からエンジンの出力軸に電気回転機械を配置することも知られている
。これは、通常時のエンジン走行を迅速にうるためにステータモータとして回転
機械を利用している。さらにこれは、特に、低速でエンジン振動を減衰するため
に使用することや車両加速時に余分の動力を与えるようにすることにも使用でき
る。
【０００３】 （発明の要旨） 本発明の目的は、前述の既知の技術を利用するよりも、より迅速に、より正確
に、より静かに車両クラッチ無しでギア切換時にギアボックスに伝達されるトル
クと速度とを制御することにより、機械式有段ギアボックスのギアの切換を可能
とすることである。
【０００４】 以上の目的は、前述の装置において結合装置に結合されて電気回転機械を含む
手段を設けることにより達成される。この電気回転機械により、迅速に、静かに
、正確に、エンジンにより結合装置を介して付与されるトルクと速度とを調節し
てギア切換時に実質的に何のトルクもギアボックスに伝達されないようにする。 本発明の好適実施例によれば、前記手段は電気回転機械を制御するようにした
制御ユニットを含んでいる。このような制御ユニットは、その時々の車両の状態
に関する必要な情報知識を利用するようになっており、これにより制御装置を制
御して回転機械に相当する電圧を印加して結合装置のトルクと速度が所望のレベ
ルに補正されるようにしている。これによりエンジン回転数を検出するようにし
た装置に制御ユニットを接続する。このような装置は、例えば、エンジン出力軸
上の出力軸上のフライホイルの回転数を検出するセンサであっても良い。 制御ユニットは、ギアボックスの出力軸の速度に関連するパラメタを検出する
ようにされている。このような装置は、例えば、ギアボックスの出力軸の速度、
車両のプロペラシャフトの速度あるいは駆動車輪の速度を検出するセンサであっ
ても良い。 本発明の好ましき実施例によれば、ギアボックスのギアが離脱される前に、制
御ユニットが電気回転機械を制御して、該電気回転機械がエンジンにより出力さ
れるトルクを補正して、実質的に何らトルクがギアボックスに伝達されないレベ
ルとする。これで正の駆動トルクが関連の歯車を介して伝達された時に、制御ユ
ニット電気回転機械に相当量の負の減速トルクを印加するようになっている。 また逆に、車両が坂を下っている時のように負のトルクが噛み合っている歯車
に作用すると、制御ユニットは、電気回転機械は、相当する正の駆動トルクを生
ずる。当該歯車は、よってギアが離脱されるときに何らのトルクも課せられるこ
とはない。 さらに本発明の別の好適実施例によれば、ギアボックスのギアの係合前に、制
御ユニットが電気回転機械を制御して、結合装置を当該ギアにより決定される比
でギアボックスの出力軸の速度に比例する速度とする。この場合、制御ユニット
は、例えば、ギアボックスの出力軸および当該ギアの速度の知識を利用して、ギ
アシフトアップ時結合装置が取らなければならない速度を計算するようにできる
。これにより、ギアの切換時、電気回転機械が結合装置の速度を計算値まで減速
させることとなり、ギアのシフトアップ時結合装置の速度を計算値まで加速させ
ることとなる。これでギアボックで噛み合おうとする歯車は、当該ギアが係合可
能な同期速度を有することとなる。 さらに別の実施例によれば、電気回転機械は、ステータとロータとを有し、該
ロータは、結合装置上に配置されている。これにより、電気回転機械は、トルク
を直接伝達するか、あるいは結合装置の速度を調節する。代替的には、回転機械
は、結合装置にトランスミッション素子を介して結合されても良く、これらの間
でギアの切換を達成可能とする。 さらに別の好適実施例によれば、電気回転機械は、要すれば、モータとして機
能してトルクを結合装置に与えるようになっており、また要すれば、発電機とし
て機能し、結合装置の回転速度を低減するようになっている。 このような回転機械は、ギア切換時結合装置に作用のみすべき必要性はない。
モータと発電機の双方に機能する回転機械は、電気エネルギ貯装置に接続できる
。電気エネルギ貯蔵装置は、電気回転機械がモータとして機能するときには、該
回転機械に電気エネルギを与え、しかして発電機として機能するときは、該回転
機械から電気エネルギを受取るようになっている。結合装置の速度を低下させる
ことにより取出されるエネルギは、エネルギ貯蔵装置に蓄えられる。このエネル
ギは、後に結合装置にトルクおよび速度を与えねばならないときに利用される。
当該電気エネルギ貯蔵装置は、一つあるいはそれ上のバッテリを含んで良く、あ
るいは短期間エネルギ貯蔵の場合は、一つあるいはそれ以上のコンデンサとして
も良い。 本発明は、上述の構成によるドライブユニット用の方法も包含する。車両のエ
ンジン出力軸に電気回転機械を配置する既知の手法に基づき、当該方法は、電気
回転機械を制御して実質的に何らのトルクもギア切換時に結合装置からギアボッ
クスに伝達されないことを特徴としている。よって電気回転機械のトルクと速度
をより正確に制御可能であり、電気回転機械を、エネルギが通常のエンジンに与
えられ制動エネルギを蓄えるように実質的に用いていた既知の技術による状況と
比べて特筆すべきことである。電気回転機械は、好ましくは、ギアボックス内の
ギアを離脱する前に、エンジンから出力されるトルクを補正してギアボックスへ
実質的に何らのトルクも伝達されないレベルとするように制御される。さらに、
ギアボックス内のギアを係合する前に、結合装置が、当該ギアにより決定される
比でギアボックスの出力軸の速度に比例する速度となるように電気回転機械を制
御すると都合が良い。上述の通りに電気回転機械を使用すれば、エンジンのトル
クと速度を迅速かつ正確に調節でき、関連ギアの係脱がギアボックス内で噛み合
った歯車のトルクにより影響されずに、関連ギアの係脱をなさしめることができ
る。
【０００５】 （本発明の好適実施例の詳細な説明） 本発明の好適実施例を添付図を参照して説明する。図１は、車両用ドライブユ
ニットの本発明による構成を概略的に示すもののであり、ドライブユニットは、
エンジン１と機械的有段ギアボックス２とを含むものである。結合装置がエンジ
ン１の回転を有段ギアボックス２まで伝達するようになっている。結合装置は、
エンジン１から延在する出力軸３と、クラッチ４と、ギアボックス２への入力軸
５とで構成される。結合装置は、ギア切換時剛体を構成するようになっている。
ギアボックス２の後で、供給された駆動力がギアボックス２の出力軸６からプロ
ペラシャフト７を介して車両の駆動車輪８へと導かれる。本発明は、クラッチ４
を使用することなく、ギアボックス２内のギアの切換を行うことを可能とするも
のである。クラッチ４は、本発明ではなんら指したる機能を有するものでないが
、ヘビイデュテイ車両では、車両の発車および停車時にどの場合にも通常クラッ
チ機能が要されるので図１の構成に含めている。このクラッチは、従来の車両用
のものであり、クラッチペダルを介してドライバにより操作されるようになって
いる。
【０００６】 電気回転機械９がエンジン１の出力軸３に設けられれている。電気回転機械９
は、ステータ１０と、エンジン１の出力軸３に固定配置したロータ１１とで構成
される。回転機械９は、ギアボックスの係脱の際エンジン１の出力軸３に作用し
て何らのトルクも実質的に伝達されないようになっている。制御ユニット１２は
、電気回転機械９を制御する。車両にはギア切換制御器１３が設けられ、この制
御器１３は、マニュアルシフト位置にある場合に側方に容易に移動せしめられて
、左に動いてシフトダウンを行われ、右に動いてシフトアップが行われる。回転
機械９は、電気エネルギ貯蔵装置１４に接続され、回転機械９がモータの機能を
有する時回転機械９に電気エネルギを渡すようになっており、回転機械９が発電
機の機能を有するとき回転機械９から電気エネルギを受けるようになっている。
制御装置１５は、当該エネルギの流れを制御するようになっている。制御ユニッ
ト１２は、制御装置１５を制御して回転機械９を所望に制御するようになってい
る。
【０００７】 車両のドライバがギアボックス２の高段ギアあるいは低段ギアを係合する際に
、ギア切換制御器１３が所望の方向に移動され、信号が制御ユニット１２に送ら
れる。例えば，マイクロコンピュータを組み込んだ制御ユニット１２は、エンジ
ン１の速度に関した信号を受取るようになっている。制御ユニット１２は、ギア
ボックス２の出力軸６の速度に関する信号１７も受取る。この代わりに、車両の
プロペラシャフト７の速度や駆動車輪８の速度を検出しても良い。さらにまたギ
アボックス２の出力軸６の速度に比例するエンジン速度が得るようにすれば、車
両速度も利用できる。制御ユニット１２は、ギアボックス２のギアが離脱前に、
エンジン１の出力軸３に電気回転機械が付与してギアボックス２内の噛み合って
いる歯車が何らのトルクを受けないようにするトルク値を計算する。エンジン１
の特性ならびにエンジン１のその時々の速度の知識を得ることにより、トルクの
計算を可能とする。制御ユニット１２は、よって信号１８を制御装置１５に送っ
て電気回転機械９とエネルギ貯蔵装置１４との間でのエネルギの流れが制御され
る。次いで制御装置１５は、電気回転機械９を制御して回転機械９が上記計算さ
れたトルクをエンジン１の出力軸３に付与する。これにより、その時々にギアボ
ックス２内で係合している歯車どうし間に何らのトルクも伝達されずに、関連ギ
アを離脱させることができる。制御ユニット１２は、ギアボックス２に信号１９
を送り、これによりギアボックス２内の関連ギアが離脱できる。ギアボックス２
内のギアの離脱は、適当なサーボ装置で行うことができる。ギアボックス２内の
ギアの離脱前に正のトルクがギアボックス２伝達されれば、電気回転機械９は、
発電機として機能して軸３を減速する。この結果電気エネルギがエネルギ貯蔵装
置１４に送られる。逆にギアボックス２内のギアの離脱前に負のトルクがギアボ
ックス２伝達されれば、電気回転機械９は、モータとして機能してトルクを軸１
３に付与する。供給エネルギは、エネルギ貯蔵装置１４から引き出される。
【０００８】 上述のようにギアボックス２内の関連ギアの離脱の後に、制御ユニット１２は
、ギアの係合時に軸１３が有しなければならず、ギアボックス２内で係合しよう
とする関連歯車の間に同期速度が得られる速度を計算する。この速度は、ギアボ
ックス２の出力軸６の速度に関する信号１７の値で関連ギアが係合しようとする
値に関する知識に基づき制御ユニット１２により計算できる。制御ユニット１２
は、制御装置１５に信号を送り、これにより電気回転機械９へのエネルギの供給
が制御される。ギアのシフトアップ時制御装置１５は、回転機械９へのエネルギ
流れを調節して、回転機械９が発電機として機能してエンジン１の出力軸を減速
して計算した値となす。またギアのシフトダウン時電気回転機械がモータとして
機能してエンジン１の出力軸３を加速して計算した速度とする。軸３がこの計算
値に達すると、これが信号１６により制御ユニット１２に通知でき、制御ユニッ
ト１２は、信号１９をギアボックス２に送りこれにより関連のギアが係合する。
【０００９】 （発明の効果） 電気回転機械９を使用することにより、前述のギア切換過程が非常に早く行う
ことができる。また電気回転機械９を非常に正確に制御して軸３のトルクと速度
に影響させることができる。さらに電気回転機械９は、不安定の要因となりうる
ノイズを発生させない。さらに別の作用効果は、通常のアイドル速度以下の非常
に低速でギア切換を行っても何ら問題は生じないことである。なぜなら電気回転
機械９は、通常のアイドル速度以下の速度で余剰トルクを提供できるからである
。
【００１０】 本発明は、上記実施例のみに限定されることはなく、特許請求の範囲内で様々
に切換可能である。例えば、当該電気回転機械に対して、従来使用されている燃
料噴射量０制御するか排気ブレーキを使用するかしてギア切換時のエンジントル
クを制御する方法を組合せることができる。当該電気回転機械９は、ギアボック
ス２へのトルクと速度を微細に制御するためにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両のドライブユニット用の本発明による構成を概略的に図示する図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J552 MA01 NA01 NB08 PA01 RA02 SA22 SB35 UA08 VA37Z VB01Z VC01W 5H115 PA00 PC06 PG04 PU01 PU23 PU25 QN02 RE02 SE04 SE05 SE08 SF01 TB00

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両におけるドライブユニットのための装置にして、該ドラ
    イブユニットは、エンジン（１）と、機械的有段ギアボックス（２）と、該エン
    ジン（１）から該有段ギアボックス（２）に回転運動を伝達するようにした結合
    装置とを含み、さらにギア切り替え時該エンジン（１）から該有段ギアボックス
    （２）に実質的にトルクが伝達しないように該結合装置（１）に作用する手段を
    含む装置において、前記手段は、前記結合装置に結合された電気回転機械を有す
    ることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記手段は、前記電気回転
    機械（９）を制御するようにした制御ユニット（１２）を含むことを特徴とする
    装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、前記制御ユニット（１２）
    は、前記ギアボックス（２）のギアが離脱する前に、前記電気回転機械（９）を
    制御して該回転電気機械が前記エンジン（１）から出力されるトルクを該ギアボ
    ックス（２）へトルクが実質的に伝達されないレベルまで補正するようされてい
    ることを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 請求項２または３による装置において、前記制御ユニット（
    １２）は、前記ギアボックスのギアが係合する前に、前記電気回転機械（９）を
    制御して前記結合装置が、該関連のギアにより決定される比で該ギアボックス（
    ２）の出力軸（６）の速度に比例する速度をもたらすようになっていることを特
    徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項２から４のいずれか一項に記載の装置において、前記
    制御ユニット（１２）は、前記エンジン（１）の速度を検出するようになった装
    置に接続されていることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項２から５のいずれか一項に記載の装置において、前記
    制御ユニット（１２）は、前記エンジンの速度に関連するパラメタを検出するよ
    うにされた装置に接続されていることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか一項に記載の装置において、前記
    電気回転機械（９）は、ステータ（１０）とロータ（１１）とを有し、該ロータ
    （１１）は、前記結合装置上に配置されていることを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれか一項に記載の装置において、前記
    電気回転機械（９）は、要すれば、モータとして機能してトルクを前記係合装置
    に与えるようになっていることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項１から８のいずれか一項に記載の装置において、前記
    電気回転機械（９）は、要すれば、発電機として機能し、前記結合装置の回転速
    度を低減するようになっていることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項８あるいは９に記載の装置において、前記電気回転
    機械（９）は、電気エネルギ貯蔵装置（１４）に接続され、該電気回転機械（９
    ）がモータとして機能するときには、該回転機械（９）に電気エネルギを与え、
    しかして発電機として作用するときは、該回転機械（９）から電気エネルギを受
    取るようになっていることを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 エンジン（１）と、機械的有段ギアボックス（２）と、該
    エンジン（１）から該有段ギアボックス（２）に回転運動を伝達するようにした
    結合装置と、該結合装置に結合された電気回転機械（９）とを含む車両用ドライ
    ブユニットのための方法において、前記電気回転機械（９）は、ギアの切換時ト
    ルクが該結合装置から該ギアボックス（２）へトルクが実質的に伝達されないよ
    うに制御されるようになっている方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の方法において、前記ギアボックス（２
    ）のギアが離脱する前に、前記電気回転機械（９）を制御して該回転電気機械が
    前記エンジン（１）から出力されるトルクを該ギアボックス（２）へトルクが実
    質的に伝達されないレベルまでトルクを補正することを特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１１あるいは１２に記載の方法において、前記ギア
    ボックス（２）のギアを離脱する前に、前記電気回転機械（９）を制御して前記
    結合装置が、該関連のギアにより決定される比で該ギアボックス（２）の出力軸
    （６）の速度に比例する速度をもたらすようになっていることを特徴とする方法
    。
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