JP2002541390A - 駆動装置 - Google Patents

駆動装置

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JP2002541390A
JP2002541390A JP2000609283A JP2000609283A JP2002541390A JP 2002541390 A JP2002541390 A JP 2002541390A JP 2000609283 A JP2000609283 A JP 2000609283A JP 2000609283 A JP2000609283 A JP 2000609283A JP 2002541390 A JP2002541390 A JP 2002541390A
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clutch
transmission
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ベルント−ローベルト ヘーン、
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ベルント−ローベルト ヘーン、
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、速度変換器としての無段変速機に作用する、第１の駆動源（１０）、特に内燃機関と、第２の駆動源（２６）、特に電動モータとを有する特に車両用の駆動装置に関し、この場合第１の駆動源はクラッチ（Ｌ３）を介して変速機に、また第２の駆動源は直接変速機に切り換えられる。構造上および機能的に好適な構造を達成するために、第１の駆動源（１０）は無段変速機の第１の変換要素（１６）に作用し、第２の駆動源（２６）は第２の変換要素（１８）に作用し、また変速機（１４、３０）の第１のシャフト（１２、３４）または第２のシャフト（２０、３８）と選択的に連結可能である別個の出力シャフト（２８）が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念による、特に車両用の駆動装置、ならびにこの
ような駆動装置を有する車両を運転するための方法に関する。
【０００２】 ＤＥ ２９４３５３２ Ａ１は、第１の駆動源として内燃機関と、第２の駆動
源として電動モータと、無段変速機として可変変速機とを有する一般型の駆動装
置を示している。この場合、内燃機関はクラッチを介して第１の変換要素または
可変変速機の駆動ディスク対に作用し、一方可変手段を介して駆動される出力デ
ィスク対は第２の変換要素として出力シャフトに結合される。電動モータは同様
に駆動ディスク対に直接駆動結合される。この駆動装置によって、例えば可変変
速機の変速比の広がり（Getriebespreizung)を利用して電動モータによって車両
を走行し、また下方の速度範囲で運転することができる。内燃機関側のクラッチ
を閉じることによって、内燃機関は電動モータに接続され、必要ならば電動モー
タを発電機として切り換えることができる。内燃機関を介しても変速比の広がり
を継続実施することができる。
【０００３】 本発明の課題は、費用増加を小さくして、および実現すべき変速比の広がりに
関してはるかに好適にまたより汎用性を向上して一般型の駆動装置を形成するこ
とである。
【０００４】 上記課題は、本発明によれば請求項１の際立った特徴によって解決される。本
発明の有利な発展形態は別の他の請求項から理解可能である。請求項８から１０
によって、本発明による駆動装置を有する車両を運転するための有利な方法がさ
らに提案され、この方法によって駆動源の好適な効率が実現可能であり、また近
距離交通領域または都市交通における有害な排気ガス公害の低減が可能である。
【０００５】 請求項１による本発明による措置によって、無段変速機（例えばトロイダル型
または可変変速機）は、以下に内燃機関および電動モータとして示される第１の
または第２の駆動源からのパワーフローの反転時に連続作動されるという特別な
利点が達成され、この場合次の機能がクラッチの簡単な切換えによって可能であ
る。
【０００６】 １．都市地域における発進ならびに前進、後退および走行のために電動モータ
のみを介した駆動。 ２．特により高速の場合、しかし必要ならば発進のためにも（非常運転）、内
燃機関のみを介した駆動。
【０００７】 ３．著しい加速の場合に両方の駆動源を介した駆動。 ４．電動モータによる内燃機関の始動。 ５．内燃機関の作動時および必要ならば車両のブレーキ操作中に、車両の電源
回路に供給するため電動モータを発電機として切換え。
【０００８】 ６．無段変速機なしの内燃機関または電動モータを介した車両の駆動（非常運
転）。 変速機の変速比に関して種々の駆動結合、例えば歯車、チェーン等が設けられ
る場合に特に有効である。この場合、電動モータを作動させる結合、好ましくは
第１の平歯車セットをより高い発進トルクおよびより低い速度範囲に設計するこ
とができ、一方内燃機関を作動させる駆動結合あるいは関連の歯車セットは、車
両の速度上昇のために燃料を節約するオーバドライブ運転に最適に設計すること
ができる。この駆動結合には、その都度無段変速機のスプレッドが規定通りに重
ねられる。
【０００９】 クラッチ磨耗が小さくショックのない駆動源の切換えは、連結すべき要素が同
期回転数である場合に無段変速機のパワーフローの反転が行われる際に、さらに
達成される。この同期回転数は、無段変速機の規定変速比における駆動結合時の
所定の変速比に依存して存在し、また例えば伝動軸の回転数センサによって略正
確に検出することができる。
【００１０】 切換え可能なクラッチは、構造上の状態に基づき出力シャフトおよび／または
伝動軸に配設される確動結合のジョークラッチ、同期クラッチおよび／または摩
擦結合のクラッチであり得る。特に内燃機関側のパワーフローでは、少なくとも
非常走行運転で内燃機関を介しても車両走行を可能にするために、発進クラッチ
としても使用可能なクラッチ（単板乾式クラッチまたはマルチディスククラッチ
）が設けられるであろう。
【００１１】 請求項８により、開示した駆動装置を次のように運転するために次のことが提
案されている。 アクセルペダルの出力基準値センサを有する電子制御部を介して、速度および
／または出力に基づきアクセルペダルを操作する際に、最初に電動モータが作動
され、また発進トルクと速度が、対応する電流制御によって制御される。
【００１２】 規定速度または出力要求の高まり（フルスロットルまたは必要ならばキックダ
ウン操作）から、内燃機関が連結かつ作動され（点火され）、またその出力は、
必要ならば電動モータの運転から内燃機関の駆動に同時切り換え（無段変速機の
同時のパワーフローの反転の際の連結可能な駆動結合の切換え）することによっ
て上方に制御される。この場合、電動モータはなお出力を追加供給できるか、あ
るいは出力要求が小さい場合に車両の電源回路に供給するために前記電動モータ
を発電機作動に切り換えできることが有効である。
【００１３】 駆動結合の異なった変速比は、例えば３０ｋｍ／ｈの速度制限のある交通地域
では、ほぼこの速度を利用して電動モータでのみ走行するように設計することが
好適である。これによって、内燃機関の効率的に不都合な部分負荷領域の作動段
階、ならびに騒音および排気ガス公害の供給が大部分避けられる。
【００１４】 本発明の複数の実施例のさらなる細部について以下に詳細に説明する。 図１では、摩擦結合のクラッチＬ３を介して無段可変変速機１４の第１のシャ
フト１２に結合される内燃機関が１０によって示されている。
【００１５】 可変変速機１４は、既知の方法でシャフト１２上の第１の変換要素またはディ
スク対１６と、それに対し平行に配設された第２のシャフト２０上の第２の変換
要素またはディスク対１８と、ディスク対１６、１８を結合する可変手段、例え
ばチェーン２２とから構成される。この場合、チェーン２２の包囲半径は適切に
調整可能であり、またシャフト１２からシャフト２０へのパワーフロー方向の際
に変速比ｉIは「高速」に変換され、すなわちシャフト２０はシャフト１２より
も速く回転し、またこのパワーフロー方向の際に変速比ｉIIは「低速」に変換さ
れ、シャフト１２はシャフト２０よりも速く回転する。ｉIとｉIIとの間で変速
は無段階に調整可能である。
【００１６】 シャフト２０からシャフト１２のパワーフロー方向では、変速比は「低速」へ
がｉIおよび「高速」へがｉIIである。 可変変速機１４の第２のシャフト２０に、例えば三相交流モータであり得る電
動モータ２６の回転子２４が直接作用する。
【００１７】 さらにシャフト１２上には、マルチディスククラッチＬ1を介して歯車ｚ1が軸
受け連結可能であり、この歯車は、シャフト１２、２０に対して平行に配設され
た出力シャフト２８上の歯車ｚ3とかみ合い、これによって変速比ｉ1によって連
結可能な駆動結合を形成する。
【００１８】 同様に、シャフト２０の上に、同じく歯車ｚ3とかみ合う歯車ｚ2が回転可能に
軸受けされ、また確動結合のジョークラッチＫ2を介してシャフト２０と連結可
能である。歯車ｚ2は歯車ｚ3と変速比ｉ2の第２の駆動結合を形成する。
【００１９】 出力シャフト２８は、既知の方法で、図示していない車両の差動歯車に規定変
速比ｉDで作用する。したがって、車両の全体の変速比は次の式から得られる。 電動モータによる唯一の駆動の場合（シャフト２０からシャフト１２へのパワ
ーフロー方向） ｉI（ｉII）×ｉ1×ｉD 内燃機関による駆動およびシャフト１２からシャフト２０へのパワーフロー方
向の場合 ｉII（ｉI）×ｉ2×ｉD 開示した駆動装置の機能は次の通りである。
【００２０】 車両を走行する場合、クラッチＬ3とＫ2が開かれ、またクラッチＬ1が閉じら
れる。対応する油圧式に操作可能なアクチュエータを介したクラッチの制御は、
図示していない電子コントロールユニットを介して行われ、このユニットは、電
動モータ２６のパワーエレクトロニクスも制御し、また内燃機関１０の制御部に
同様に結合される。
【００２１】 図示していないアクセルペダルとそれに配設された電子基準値センサとを介し
て車両の発進が制御されると、パワーフローが電動モータ２６の回転子２４から
シャフト２０を介して可変変速機１４に、またこの可変変速機から、無段階に可
変の変速比ｉIからｉIIを介してシャフト１２に、またこのシャフトから変速比
ｉ1の平歯車セットｚ1とｚ3を介して出力シャフト２８に行われる。変速比ｉIは
相対的に小さいので、電動モータ２６の駆動トルクは然るべく補強される。
【００２２】 例えば３０ｋｍ／ｈの車両の規定速度に到達した場合（前方走行運転の場合）
、可変変速機１４のちょうどその時に存在する変速比ｉIIを介してｉ1とｉ2の間
の異なった変速比が調整され、この結果シャフト２０またはクラッチＫ2と、出
力シャフト２８の歯車ｚ3とかみ合う歯車ｚ2との間の回転数差はゼロに等しく、
すなわち同期回転数が達成される。したがって、ほとんど摩耗なしにまたシフト
時のショックなしにクラッチＫ2を閉じることができる。
【００２３】 しかし、クラッチＫ2の閉鎖の前に、クラッチＬ3の閉鎖によって内燃機関が作
動されるかまたは点火され、またその駆動出力は滑らかにシャフト１２に伝達さ
れる。この際に場合によっては発生する不愉快な切換えショックは、電動モータ
２６に関連したトルクの適切な完全調整によって制御技術的に調整することがで
きる。
【００２４】 内燃機関１０の出力引き出し後に、またクラッチＫ2の閉鎖実施後に、マルチ
ディスククラッチＬ1が開かれ、この結果それ以降駆動出力は内燃機関１０から
シャフト１２に、また変速比ｉIIで作動する可変変速機１４を介してシャフト２
０に、またそれ以降シャフト２０に結合された変速比ｉ2の歯車ｚ2を介して出力
シャフト２８に伝達される。ｉ1＜ｉ2が適用される、それ以降に存在する変速比
を介して、内燃機関は回転数を低減してあるいはオーバードライブ領域、可変変
速機１４の変速比位置ｉ1まで変速を延長して、燃料を節約して車両を駆動する
。
【００２５】 車両のアクセルペダルの対応する操作のために出力要求が高い場合、短時間の
出力を高めつつ電動モータ２６を作動することができる。さもなければ、電動モ
ータ２６はそれ自体既知の方法で発電機として切り換えられ、また少なくとも内
燃機関の１０の余剰出力の際に（特に効率に不都合な部分負荷運転の際に）対応
する電流を車両の電源回路または駆動バッテリ内に供給する。
【００２６】 図２と図３では、図１による駆動装置の代替的な実施形態が示されている。機
能的に同一の部分は同一の参照番号によって示されている。 したがって、図２と図３では、出力シャフト２８上の歯車ｚ3の代わりに２つ
の歯車ｚ31およびｚ32が配設され、これらの歯車は、変速比ｉ1とｉ2を形成しつ
つ歯車ｚ1またはｚ2と別個に協働する。これによって、ｉ1とｉ2の間の異なった
変速比が構造上の状況（シャフト間隔など）を考慮してより良く実現される。
【００２７】 さらに、図２により図１のマルチディスククラッチＬ1の代わりに、出力シャ
フト２８の上に追加配設される確動結合のジョークラッチＫ1を使用することが
できる。
【００２８】 図３によれば、クラッチＫ1とＫ2は、油圧式に作動されるマルチディスククラ
ッチＬ1とＬ2によって形成することができ、これらクラッチの両方は出力シャフ
ト２８に追加配置される。この実施形態は、その場合マルチディスククラッチＬ 1 とＬ2を付勢する油圧媒体の供給は出力シャフト２８によって行われ、一方ディ
スク対１６、１８への油圧供給のためにシャフト１２、２０が利用可能であるの
で利点がある。
【００２９】 図４は、図１とは異なった形態で、無段変速機としてそれ自体既知のトロイダ
ル型変速機３０を示し、その一方の変換要素３２はクラッチＬ3とシャフト３４
とを介して内燃機関１０と駆動結合される。他方の変換要素３６には直接シャフ
ト３８を介して電動モータ２６が作用する。
【００３０】 変速比ｉIまたはｉIIは、既知の方法で、その設定位置が揺動可能なローラ４
０を介して制御される。 シャフト３４、３８には、平行に配設された出力シャフト２８に対して駆動結
合を形成する歯車ｚ1とｚ2が配設され、これらの歯車は２つの確動結合のジョー
クラッチＫ1、Ｋ2を介して連結可能な出力シャフト２８の歯車ｚ31とｚ32とかみ
合う。この場合再び関係ｉ1＜ｉ2が適用される。
【００３１】 図４による駆動装置の機能について図１の機能に対応して説明する。無段変速
機として可変変速機１４を使用する場合、シャフト１２、２０、２８を有する３
軸構造が得られるが、図４による駆動装置ではトロイダル型変速機３０による構
造上の条件により、シャフト３４、３８は同軸であり、また出力シャフト２８の
みがそれらに平行に配設される。
【００３２】 上述の駆動装置は概略的にのみ示した。ハウジング、シャフト軸受などは、既
知の変速機技術に準拠し得る。車両の後退走行は電動モータ２６の対応する極性
転換によって制御でき、この場合図示していないシフトレバーまたはスイッチが
設けられる。後退走行における車両の速度は、電子制御ユニットを介して例えば
１５ｋｍ／ｈに制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内燃機関と、電動モータと、可変変速機と、出力シャフトと、こ
の出力シャフトを可変変速機の入力または出力に連結可能な駆動結合と、を有す
る駆動装置の概略図である。
【図２】 図１による駆動装置であるが、連結可能な駆動結合として出力シ
ャフトに配設された２つの歯車を有する概略図である。
【図３】 再び図１による駆動装置であり、２つのマルチディスククラッチ
を介して連結可能な駆動結合として出力シャフトに配設された２つの歯車を有す
る概略図である。
【図４】 内燃機関と、電動モータと、トロイダル型変速機と、出力シャフ
トと、この出力シャフトをトロイダル型変速機の入力または出力に連結可能な駆
動結合と、を有する駆動装置の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ６０Ｌ 11/14 ＺＨＶ Ｂ６０Ｌ 11/14 ＺＨＶ 15/20 15/20 Ｋ Ｆターム(参考） 3D037 EA06 EB02 EC08 3D039 AA01 AA02 AA03 AA04 AB01 AB27 AC03 AC21 AC33 AC34 AC45 AC79 AD02 AD11 AD53 3J062 AA01 AB01 AB13 AB16 AB34 AB35 AC03 5H115 PA00 PA01 PC06 PG04 PU08 PU22 PU25 QE08 QE17 RB08 SE08 SE10 UI13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 速度変換器としての無段変速機に作用する、第１の駆動源、
    特に内燃機関と、第２の駆動源、特に電動モータとを有する特に車両用の駆動装
    置であって、第１の駆動源がクラッチを介して変速機に、また第２の駆動源が直
    接変速機に切り換えられる駆動装置において、 − 第１の駆動源（１０）が、変速機（１４、３０）の一方の変換要素（１６
    、３２）を坦持する第１のシャフト（１２、３４）に作用し、 − 第２の駆動源（２６）が、他方の変換要素（１８、３６）を坦持する第２
    のシャフト（２０、３８）に作用し、 − 出力シャフト（２８）が設けられ、該出力シャフトが変速機（１４、３０
    ）の第１のシャフト（１２、３４）または第２のシャフト（２０、３８）と選択
    的に連結可能である、ことを特徴とする駆動装置。
  2. 【請求項２】 前記出力シャフト（２８）が、連結可能な歯車（ｚ3、ｚ31
    、ｚ32）を介して前記第１のシャフト（１２、３４）または前記第２のシャフト
    （２０、３８）と駆動結合可能であることを特徴とする、請求項１に記載の駆動
    装置。
  3. 【請求項３】 変速比（ｉ1、ｉ2）が異なった２つの駆動結合（ｚ1、ｚ2）
    が設けられ、この場合ｉ1＜ｉ2であることを特徴とする、請求項１または２に記
    載の駆動装置。
  4. 【請求項４】 前記無段変速機（１４、３０）の規定変速比ｉI、ｉIIで、
    前記駆動結合の変速比をｉ1からｉ2にまたはその逆に切り換える際にその都度連
    結可能な駆動要素の同期回転数が存在するように、前記駆動結合の変速比ｉ1、
    ｉ2が調整されることを特徴とする、請求項３に記載の駆動装置。
  5. 【請求項５】 前記歯車（ｚ1、ｚ2）のための前記クラッチ（ＬnまたはＫn ）が、無段変速機（１４）の変換要素（１６、１８）に隣接して配設されること
    を特徴とする、請求項２に記載の駆動装置。
  6. 【請求項６】 前記切換え可能な歯車（ｚ1、ｚ2、ｚ31、ｚ32）の少なくと
    も１つのクラッチ（ＫｎまたはＬｎ）が出力シャフト（２８）に配設されること
    を特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項または複数項に記載の駆動装置。
  7. 【請求項７】 前記クラッチが、第１の駆動源（１０）から出力シャフト（
    ２８）へのパワーフローにおいて少なくとも摩擦結合のクラッチ（Ｌ3、Ｌ2）で
    あることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項または複数項に記載の駆動
    装置。
  8. 【請求項８】 規定走行運転の場合に電子制御を介してアクセルペダルを操
    作する際に、最初に第２の駆動源または電動モータ（２６）が制御されると共に
    前記車両が規定速度まで駆動され、またそれを超えてアクセルペダル操作が行わ
    れるときに前記第１の駆動源または前記内燃機関が自動的に連結かつ始動される
    ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項または複数項に記載の駆動装置
    を有する車両を運転するための方法。
  9. 【請求項９】 前記内燃機関（１０）が、アクセルペダルで予め設定された
    出力要求に滑らかに移行して上方に調整され、また同時に前記電動モータ（２６
    ）が制御し直され、必要に応じて発電機作動に切り換えられることを特徴とする
    、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 電動モータ運転のみのための規定速度が、所定の道路交通
    地域内の最大許容速度、特に約３０ｋｍ／ｈに一致することを特徴とする、請求
    項８および９に記載の方法。
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