JP2002531757A - 自動車に用いられる伝動ユニット - Google Patents

自動車に用いられる伝動ユニット

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JP2002531757A JP2000585564A JP2000585564A JP2002531757A JP 2002531757 A JP2002531757 A JP 2002531757A JP 2000585564 A JP2000585564 A JP 2000585564A JP 2000585564 A JP2000585564 A JP 2000585564A JP 2002531757 A JP2002531757 A JP 2002531757A
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Abstract

(57)【要約】 自動車に用いられる伝動ユニットであって、一方では内燃機関（１）に、他方では車両のホイール（６）に結合するために設けられているパワートレーンと、電気機械（９）と、伝動装置（７）とが設けられていて、該伝動装置（７）が、電気機械（９）からパワートレーン（４，８，５）へ、もしくはパワートレーン（４，８，５）から電気機械（９）へトルクを伝達するために構成されている形式のものにおいて、不要なエネルギ消費を回避し、かつ制動特性を改善するために、本発明の構成では、伝動装置（７）が、電気機械（９）からパワートレーン（４，８，５）へのトルク伝達の行われないアイドリング切換状態を有している。切換状態を制御するためには、自動的な方法により動作する制御回路（１１）が設けられていると有利である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、内燃機関のためのスタータとしての機能も、ジェネレータもしくは
発電器としての機能をも満たす電気機械を備えた自動車に用いられる伝動ユニッ
トに関する。より正確に云えば、本発明は、自動車に用いられる伝動ユニットで
あって、一方では内燃機関に、他方では自動車のホイールに結合するために設け
られているドライブトレーンもしくはパワートレーンと、電気機械と、伝動装置
とが設けられていて、該伝動装置が、電気機械からパワートレーンへ、もしくは
パワートレーンから電気機械へトルクを伝達するために構成されている形式のも
のに関する。
【０００２】 背景技術 このような形式の伝動ユニットは公知であるが、しかしその利点、つまりたと
えば１つの電気機械を不要にすることに関連した重量節約、スペース節約および
コスト節約にもかかわらず、まだ一般には普及していない。
【０００３】 現在、自動車には、相変わらずスタータとジェネレータとがそれぞれ別個に組
み込まれているのが普通である。スタータはスライドピニオンを介して、必要な
場合にのみ噛み合わされる。これにより、スタータの慣性モーメントがパワート
レーンの動力学特性に影響を与えないようになっている。現在のジェネレータは
通常、ベルトプーリを介して内燃機関のクランクシャフトに結合されている。そ
れゆえに、ジェネレータの回転数はクランクシャフトの回転数に密に追従する。
その結果、内燃機関の各制動時には、ジェネレータからパワートレーンに向かっ
てトルクが逆伝達され、つまりジェネレータは不必要に一緒に制動されるわけで
ある。こうして、各制動時にはエネルギが利用されずに失われ、さらに、固く連
結された状態で追従回転するジェネレータは、付与されるべき制動モーメントを
高めてしまい、このこともやはり望ましくない。
【０００４】 この問題を解決するために、内燃機関・ジェネレータユニットが開発されてい
る。この内燃機関・ジェネレータユニットでは、いわゆるフリーホイールベルト
プーリが使用される。このようなフリーホイールベルトプーリは、ジェネレータ
シャフトの回転数が、同時点での内燃機関のクランクシャフト回転数に相当する
回転数を（たとえ短時間でも）超過した場合に、ジェネレータを遮断する。
【０００５】 したがって、このようなフリーホイールベルトプーリは、内燃機関からジェネ
レータへのトルク伝達しか許さず、ジェネレータから内燃機関へのトルク伝達は
許さない。それゆえに、このようなフリーホイールベルトプーリは、スタータと
してもジェネレータとしても使用したい電気機械のためには不適当である。
【０００６】 発明の利点 請求項１に記載の本発明の構成により、スタータの機能とジェネレータの機能
とを唯一つの電気機械にまとめることを可能にする、自動車用の伝動ユニットが
提供される。しかも、本発明による伝動ユニットは、内燃機関に連結された慣用
のジェネレータにおいて公知のフリーホイールベルトプーリにより達成可能とな
るような、効果的な制動可能性やエネルギ損失の回避に関する利点をも提供する
。
【０００７】 このような伝動ユニットの伝動装置は有利には２つの作業切換状態、つまりパ
ワートレーンを介して電気機械へのトルク伝達を行うための作業切換状態と、逆
方向におけるトルク伝達のための作業切換状態とを有しており、両作業切換状態
はその伝達比の点で互いに異なっている。
【０００８】 制御回路が設けられていて、該制御回路が、検出された自動車の減速に関連し
て、人的な支援なしに伝動装置をアイドリング切換状態にもたらすようになって
いると有利である。この目的のためには、前記制御回路が、パワートレーンの回
転数を監視していると有利である。このことは直接的または間接的に、たとえば
自動車のホイール回転数の監視によって行うことができる。この目的のためには
、前記制御回路が、ＡＢＳ制御装置と協働してよい。
【０００９】 こうして、自動車の、予め規定された減速が超過されたことが検出された場合
には常に、前記制御回路が伝動装置をアイドリング切換状態にもたらす。これに
より、電気機械はパワートレーンから分離され、ひいては電気機械がパワートレ
ーンの制動に追従しなくて済むようになる。その代わりに、電気機械の回転部分
に蓄えられた運動エネルギを引き続き電流形成のために使用することができる。
【００１０】 前記制御回路はさらに電気機械の回転数をも監視していて、該回転数が所定の
限界値よりも下に低下した場合に伝動装置をアイドリング切換状態から一方の作
業切換状態へ戻し切換するようになっている。この回転数を測定するためには、
周波数変換器の信号を利用することができる。このような周波数変換器は通常、
冒頭で述べた形式の伝動ユニットの電気機械に接続されており、これにより電気
機械によって形成された電流を整流し、そしてこの電流を車両バッテリにより蓄
電可能にするようになっている。
【００１１】 下限値（この値が下回られると、前記制御回路が伝動装置を作業切換状態へ戻
し切換するようになっている）は、伝動装置のパワートレーン側のシャフトの、
求められた回転数に対して動的にかつ比例的に規定されると有利である。この場
合にアイドリング切換状態は、電気機械が、作業状態の伝達比を考慮して伝動装
置のパワートレーン側のシャフトの回転数に相当するよりも高速に回転する限り
維持される。電気機械が電気出力の発生によって制動されたという理由であれ、
車両が新たに加速されたという理由であれ、電気機械の回転数がこの値よりも下
に低下した後でしか、伝動装置は作業状態に戻されない。こうして、電気機械か
らパワートレーンへの望ましくないトルク伝達が回避されている。
【００１２】 本発明の別の特徴および利点は、以下に説明する実施例から明らかとなる。
【００１３】 実施例の説明 図１には、本発明による伝動ユニットの概略的なブロック回路図が示されてい
る。図１に示した内燃機関１はクランクシャフト３に作用する複数のシリンダ２
を備えており、これらのシリンダ２はドライブトレーンもしくはパワートレーン
を介して自動車のホイール６を駆動する。パワートレーンは公知の形式で主クラ
ッチ４と、車両変速機５と、これら２つの機能エレメントを結合する入力軸８と
を有しており、この場合、車両変速機５では自動車の種々異なるギヤ段が調節可
能となる。このようなパワートレーンの構造は十分に知られているので、これに
関する詳しい説明は省略する。
【００１４】 伝動装置７は、それぞれ１つの、車両変速機５の入力軸８に連結されたシャフ
トと、電気機械９に連結されたシャフトとを有している。アクチュエータ１０は
、制御回路１１により得られた制御信号に関連して伝動装置７の切換状態を制御
する。伝動装置７の切換状態とは、アイドリング状態、つまりパワートレーンと
電気機械９との間でトルク伝達が行われない状態と、２つの作業状態とであって
よい。両作業状態は伝達比の点で互いに異なっており、しかも両作業状態のうち
一方の作業状態は電気機械９の「ジェネレータ」としての運転に相当していて、
他方の作業状態は電気機械９の「内燃機関１のためのスタータ」としての運転に
相当している。伝達比の適当な値は、たとえば１：３および１：１８である。す
なわち、ジェネレータ運転における第１の作業切換状態では、電気機械９が内燃
機関１によって駆動されて、入力軸８が１回転する間に電気機械９が３回転を実
施する。それに対して第２の作業切換状態では、電気機械９が内燃機関１を始動
させるための「スタータ」として使用され、この場合、電気機械９が１８回転す
ると、入力軸８が１回転させられる。伝動装置７はクラッチを備えた自体公知の
切換伝動装置、遊星歯車伝動装置またはこれに類するものであってよい。
【００１５】 制御回路１１は、図面に示した多数の機能エレメントから信号を受信し、そし
てこれらの機能エレメントに制御信号を送信する。これらの信号を受信もしくは
送信するために使用される線路は破線で示されている。それに対して、機械的な
力もしくはトルクの伝達を表す矢印、たとえば入力軸８の矢印は実線で示されて
いる。
【００１６】 すなわち、制御回路１１は、たとえば線路１３で機関回転数もしくはクランク
シャフト３の回転数ｎ＿ｍｏｔを受信し、線路１４で主クラッチ４の解放状態ま
たは締結状態を受信し、線路１５で入れられたギヤ段ｇ＿ｉｓｔを表す信号を受
信し、線路１６でホイール６の回転数ｎ＿ｒａｄを受信し、線路１７で伝動装置
７の目下の切換状態を受信し、線路１８で入力軸８の回転数に等しい車両変速機
５の入力回転数を受信し、線路１９で電気機械９のシャフトの回転数ｎ＿ｓｇを
受信する。この回転数ｎ＿ｓｇは、電気機械９により形成された交流電圧の周波
数から求められると有利である。この場合、この回転数を検出するための回路が
、特に電気機械９の周波数変換器に含まれていてよい。線路２０を介して、伝動
装置７のアクチュエータ１０のための命令が与えられる。
【００１７】 図２には、制御回路１１により実施される方法のフローチャートが示されてい
る。制御回路１１は、内燃機関１が動作する限り、この方法を周期的に繰り返す
。この場合、制御回路１１はまずステップ２０において、自動車の１つのホイー
ルまたは複数のホイールの回転速度ｎ＿ｒａｄを測定し、この場合、場合によっ
ては複数のホイールに関する平均値が測定される。ホイール回転数を測定するた
めには、最近の多くの自動車において装備されているアンチロックブレーキシス
テム（ＡＢＳ）の回転数センサを使用することができる。これにより、本発明を
実施するためにかかる超過コストは少なく保持される。
【００１８】 択一的には、パワートレーンの別の回転数、たとえば入力軸８の回転数ｎ＿ｇ
ｅを検出することができる。この回転数も、以下に例示的にホイール回転数ｎ＿
ｒａｄについて説明する手段と同様の手段で処理することができる。
【００１９】 ステップ２１において、制御回路１１はホイール回転数ｎ＿ｒａｄの時間的な
導関数ｄｎ＿ｒａｄ／ｄｔを算出する。この導関数が負であり、つまり導関数が
車両の減速を示唆していて、そして目下の回転数に関連しかつ制御回路１１のテ
ーブル（表）に記憶されていてよい所定の限界値よりも下にある場合には、制御
回路１１がステップ２２において変数ｏｆを値１にセットする。前記導関数が所
定の限界値よりも上にあるか、またはこの限界値に等しい場合には、変数ｏｆ＝
０にセットされる。
【００２０】 ステップ２３において、制御回路１１は伝動装置７の切換状態を検出し、そし
て伝動装置７がアイドリング切換状態にある場合には、変数ｚ＿ｓｇに値０を与
え、伝動装置７が第１の作業切換状態もしくは第２の作業切換状態にある場合に
は、変数ｚ＿ｓｇに値１または２を与える。
【００２１】 伝動装置７がアイドリング切換状態にない場合には、ステップ２５において変
数ｏｆの値が質問される。この値が１に等しい場合、制御回路１１はアクチュエ
ータ１０を用いて伝動装置７をアイドリング切換状態にもたらす。この過程は図
面では、ステップ２６において互いに離れる方向に運動する２つのクラッチディ
スクにより表されている。引き続き、当該方法は出発点に戻り、サイクルが繰り
返される。
【００２２】 ステップ２５において、変数ｏｆが１に等しくないことが確認された場合には
、当該方法は直接に出発点に戻る。
【００２３】 ステップ２４において伝動装置７がアイドリング運転状態にあり、つまりｚ＿
ｓｇが０に等しい場合には、当該方法はステップ２７へ分岐し、ステップ２７で
は入力軸８の回転数ｎ＿ｇｅが測定される。引き続き、ステップ２８において、
電気機械９のシャフトの回転数ｎ＿ｓｇも測定される。ステップ２９において、
制御回路１１はｎ＿ｓｇを限界値νｎ＿ｇｅと比較する。この場合、比例ファク
タνは目下の切換状態における伝動装置７の伝達比に相当しており、つまり第１
の作業切換状態ではたとえば１／３である。この比例ファクタは、比較的長い時
間のかかる制動過程における各切換状態の間での過度に頻繁な切換を回避する目
的で、伝達比よりも少しだけ小さく設定されていてもよい。
【００２４】 ステップ２９における比較により、ｎ＿ｓｇの方が小さいことが判った場合、
このことは、電気機械９が伝動装置７を介して入力軸８に固く連結されている場
合よりも電気機械９のシャフトが低速で回転していることを意味する。ｎ＿ｓｇ
の方が小さく、そしてそれと同時に変数ｏｆが１に等しくない、つまり車両がそ
れほど強力に制動されない場合には、制御回路１１はアクチュエータ１０を作動
させて、伝動装置７を再び作業切換位置へ変位させる。このことは、ステップ３
０において互いに接近する方向に運動する２つのクラッチディスクにより表され
ている。
【００２５】 それに対して、ステップ２９における比較により、ｎ＿ｓｇの方が大きいこと
が判った場合、このことは、電気機械９のシャフトが入力軸８と比較して過度に
高速に回転しているので、両構成部分が伝動装置７を介して連結されると、入力
軸８に対するトルク伝達を招くことを意味する。このことは望ましくない。なぜ
ならば、このことは電気機械９からエネルギを奪うと同時に、車両の制動過程を
損なうからである。この場合には、当該方法が直接に出発点に戻り、伝動装置７
はアイドリング切換位置に留まる。
【００２６】 同様のことは、ｏｆが１に等しい場合、つまりステップ２１で測定された車両
の減速が、アイドリング切換状態を維持することが適正であるとみなされる程度
である場合にも行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 種々の機能エレメントを備えた本発明による伝動ユニットを、これらの機能エ
レメントの間での信号およびトルクの流れと共に示すブロック回路図である。
【図２】 図１に示した伝動ユニットを運転するための方法を示すフローチャートである
。
【符号の説明】
１ 内燃機関、 ２ シリンダ、 ３ クランクシャフト、 ４ 主クラッチ
、 ５ 車両変速機、 ６ ホイール、 ７ 伝動装置、 ８ 入力軸、 ９
電気機械、 １０ アクチュエータ、 １１ 制御回路、 １３，１４，１５，
１６，１７，１８，１９，２０ 線路、 ２０，２１，２２，２３，２４，２５
，２６，２７，２８，２９，３０ ステップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｎ 11/08 Ｆ０２Ｎ 11/08 Ｘ (72)発明者 マルティン−ペーター ボルツ ドイツ連邦共和国 オーバーステンフェル ト ザクセンヴェーク ４ (72)発明者 ホルガー ヒュルザー ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ベ ヒレンヴェーク 22 Ｆターム(参考） 3D039 AA02 AA03 AB01 AC03 AD53

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自動車に用いられる伝動ユニットであって、一方では内燃機
    関（１）に、他方では車両のホイール（６）に結合するために設けられているパ
    ワートレーンと、電気機械（９）と、伝動装置（７）とが設けられていて、該伝
    動装置（７）が、電気機械（９）からパワートレーン（４，８，５）へ、もしく
    はパワートレーン（４，８，５）から電気機械（９）へトルクを伝達するために
    構成されている形式のものにおいて、伝動装置（７）が、電気機械（９）からパ
    ワートレーン（４，８，５）へのトルク伝達の行われないアイドリング切換状態
    を有していることを特徴とする、自動車に用いられる伝動ユニット。
  2. 【請求項２】 伝動装置が、電気機械（９）もしくはパワートレーン（４，
    ８，５）へのトルク伝達のための２つの作業切換状態を有しており、両作業切換
    状態が、その伝達比の点で互いに異なっている、請求項１記載の伝動ユニット。
  3. 【請求項３】 制御回路（１１）が設けられていて、該制御回路（１１）が
    、検出された自動車の減速に関連して、伝動装置（７）をアイドリング切換状態
    にもたらすようになっている、請求項１または２記載の伝動ユニット。
  4. 【請求項４】 前記制御回路（１１）が、自動車の減速を検出するために、
    パワートレーン（４，５，８）の回転数、有利にはホイール回転数（ｎ＿ｒａｄ
    ）を監視している、請求項３記載の伝動ユニット。
  5. 【請求項５】 前記制御回路（１１）が、自動車の減速を検出するために、
    ＡＢＳ制御装置と協働するようになっている、請求項３または４記載の伝動ユニ
    ット。
  6. 【請求項６】 前記制御回路（１１）が、電気機械（９）の回転数（ｎ＿ｓ
    ｇ）を監視していて、該回転数が所定の下限値よりも下に低下するとアイドリン
    グ切換状態を解除するようになっている、請求項３から５までのいずれか１項記
    載の伝動ユニット。
  7. 【請求項７】 前記制御回路（１１）が、電気機械（９）の回転数（ｎ＿ｓ
    ｇ）を監視するために、電気機械（９）の周波数変換器に接続されている、請求
    項６記載の伝動ユニット。
  8. 【請求項８】 前記制御回路（１１）が、伝動装置（７）のパワートレーン
    側のシャフトの回転数（ｎ＿ｇｅ）を求めて、求められた回転数に対して動的に
    比例して限界値を規定するようになっている（入力軸８への適合）、請求項６ま
    たは７記載の伝動ユニット。
  9. 【請求項９】 比例ファクタ（ν）が、パワートレーン（４，８，５）から
    電気機械（９）へのトルク伝達時における伝動装置の伝達比よりも少しだけ小さ
    いか、または該伝達比に等しい、請求項８記載の伝動ユニット。
  10. 【請求項１０】 請求項１または２記載の伝動ユニットを運転するための方
    法において、以下のステップ： −パワートレーンの回転数（ｎ＿ｒａｄ）を監視し、 −パワートレーンの回転数（ｎ＿ｒａｄ）の規定の減少が検出された場合に、ア
    イドリング切換状態へ切り換える を実施することを特徴とする、伝動ユニットを運転するための方法。
  11. 【請求項１１】 以下のステップ： −電気機械（９）の回転数（ｎ＿ｓｇ）を監視し、 −該回転数（ｎ＿ｓｇ）が所定の限界値よりも下に低下した場合に、作業切換状
    態へ切り換える を実施する、請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 伝動装置（７）のパワートレーン側のシャフトの回転数（
    ｎ＿ｇｅ）を求めて、該シャフトの求められた回転数に対して動的に比例して限
    界値を規定する、請求項１０記載の方法。
  13. 【請求項１３】 比例ファクタ（ν）を、パワートレーン（４，８，５）か
    ら電気機械（９）へのトルク伝達時における伝動装置の伝達比よりも少しだけ小
    さいか、または該伝達比に等しく設定する、請求項１２記載の方法。
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