JP2007536148A - 自動車トランスミッション作動用のユニットを含む装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１駆動装置（１４）の第１トルクを少なくとも第２駆動装置（３２）の１つの第２トルクと重ね合わせるように具現化される自動車トランスミッション（１０）を作動させるユニット（１２）を含む装置に関する。操作者の推進要求を実現するために、該ユニット（１２）を使用して、第１トルク及び第２トルクを変更する。本発明によれば、該ユニット（１２）を使用して、第１トルクの変更中に第２駆動装置（３２）の回転速度（ω_２）を調整する。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の自動車トランスミッション作動用のユニットを含む装置に関する。

特許文献１から、自動車トランスミッション作動用のユニットを含む装置が知られる。この自動車トランスミッションは、ハイブリッド駆動装置を備えた自動車用として構成され、第１入力軸と、さらに中空軸の形の第２入力軸とを有している。第１入力軸は、内燃機関として設計される駆動装置が発生する第１トルクの伝達用として設けられ、第２入力軸は、電気モータとして装備される駆動装置によって発生させ得る第２トルクの伝達用である。第１入力軸は、さらに、第２駆動装置と同様に発電ユニットとしても使用し得る電気モータとして設計される第３駆動装置に連結される。このユニットは、操作者の推進要求を実現するために、駆動装置のトルクを変更するように構成される。

独国特許発明第１９６ ０６ ７７１ Ｃ２号明細書

本発明の目的は、少なくとも２つの駆動装置のトルクを重ね合わせるように構成される自動車トランスミッションの、特に簡素で確実な作動を可能にすることにある。

本発明は、第１駆動装置の第１トルクを、少なくとも第２駆動装置の１つの第２トルクと重ね合わせるように設計される自動車トランスミッションを作動させるユニットを含む装置に基づいており、このユニットは、操作者の推進要求を実現するために第１トルク及び第２トルクを変更するように構成される。

このユニットが、第１トルクの変更中に、第２駆動装置の回転速度を調整するように構成することが提案される。これによって、第２駆動装置の第２トルクが、変更された第１トルクに自動的に適合することが可能になる。第２駆動装置そのものの制御を有利に省略することができるので、このユニットによって、自動車トランスミッションを特に簡単にかつ確実に作動させることができる。

本明細書においては、「設けられる／構成される（ｐｒｏｖｉｄｅｄ）」という用語は、「設計される」及び「装備される」の意味にも理解されるものとする。本発明の実施形態としては、回転速度調整用のユニットの閉ループ制御回路を、第２駆動装置の中に組み込む方式か、あるいは、ユニットから分離したサブユニットとして用意する方式も考えられる。第１トルクの変更も閉ループ制御回路の中に組み込むことができる。推進要求は、要求加速度、要求出力、要求トルク、要求速度、あるいは、当業者には好適なものと見られる他の任意のパラメータとしてコード化することができる。駆動装置は同じ種類のものでも異なる種類のものでもよいが、本発明による解決策においては、特に駆動装置が制御信号に対して異なる反応挙動を示す場合に利点を得ることができる。

異なる反応挙動、すなわち、駆動装置の反応時間が異なることは、第１駆動装置のトルクの変更を開始した後に、第２駆動装置の回転速度を少なくとも短時間一定に保持すれば、自動車トランスミッションの挙動に悪影響を及ぼすことはない。この時間間隔は例えば１００ｍｓとすることができる。これによって、第１駆動装置のトルクを変化させている間に、自動車トランスミッションの変速比の意図せざる変化が全く生じないことが保証される。

第２駆動装置の反応時間が第１駆動装置の反応時間よりも短ければ、常に均衡化された自動車トランスミッションにおけるトルク平衡を達成することができる。

ユニットが、発電装置として使用し得る少なくとも１つの駆動装置を作動させるように構成されていれば、ユニットは、エネルギー発生を必要に応じて有利に制御又は調節することができる。この場合、第１駆動装置又は第２駆動装置あるいは他の駆動装置を発電装置として使用することができる。ユニットが、第１駆動装置を、発電装置として使用し得る駆動装置に連結するように構成されていれば、第１駆動装置を電気エネルギー発生用に有利に使用することができる。この場合、この連結は、第１駆動装置が非電気エネルギーアキュムレータから動力供給されると特に好都合である。本発明の実施形態としては、発電装置として使用し得る駆動装置が制動エネルギーを利用して電流を発生させる方式も考えられる。

ユニットが、エネルギーアキュムレータの充填過程を制御するように構成されていれば、別個のエネルギー充填ユニットを省略することができる。

ユニットが、推進要求を運転ペダルの位置に応じて決定するように設計されていると、特に快適に運転される自動車を実現することができる。

ユニットが自動車トランスミッションの要求変速比を調整するように構成されていると、自動車トランスミッションの選択的な作動を実現することができる。要求変速比はユニットそのものか、あるいは別個のユニットによって決定することができる。いくつかのトルクを重ね合わせるように構成される自動車トランスミッションにおける変速比は、多くの場合、トルク間のトルクの平衡によって変化する。従って、ユニットは、自動車トランスミッションの変速比、すなわち所定の入力軸の回転速度の出力軸の回転速度に対する比を、１つのトルク又はいくつかのトルクを変更することによって有利に調整することができる。

第１駆動装置が内燃機関として構成されていると、かかる駆動装置は制御信号に対して特に複雑な反応挙動を有することができるので、自動車トランスミッション又は駆動装置の閉ループ制御の特に大幅な簡素化を実現することができる。

ユニットが、要求される出力に応じて変速工程を作動させるように構成されていると、駆動装置の出力限界内のあらゆる推進要求を実行することができる。

本発明は、又、第１駆動装置の第１トルクを第２駆動装置の第２トルクと重ね合わせるように設計される自動車トランスミッションを作動させるための方法であって、操作者の推進要求を実現するために第１トルク及び／又は第２トルクを変更する方法にも基づいている。

第２駆動装置の回転速度を、少なくとも第１トルク変更中に調整することが提案される。

さらなる利点を図面に関する説明から引き出すことができる。図面は本発明の例示的な実施形態を示す。特許請求の範囲、図面及び明細書が、その組み合わせにおいてさらなる特徴を含んでいる。当業者は、これらの特徴を個別にも検討し、これらを連関させてさらに好適な組み合わせを作り上げるであろう。

図１は、自動車トランスミッション１０作動用のユニット１２と、自動車トランスミッション１０と、内燃機関として設計される第１駆動装置１４と、電気モータとして設計され、発電装置として使用し得る第２駆動装置３２と、電気モータとして設計され、発電装置として使用し得る別の駆動装置３１とを含む装置を示す。図１に関する以下の説明においては、第２駆動装置３２を第２電気駆動装置と呼称し、別の駆動装置３１を第１電気駆動装置と呼称する。

ユニット１２は制御線１７、１８、１９用の接続を有しており、ユニット１２は、この制御線によって、操作者の推進要求を実現するために、駆動装置１４、３１、３２が発生するトルクをそれぞれ独立に変更することができる。制御線１７、１８、１９はＣＡＮバス系統の一部であり、ユニット１２は、このバス系統を介して、この装置が含まれる自動車において得られるあらゆる情報、特に速度と、速度から計算される自動車の加速度又は計算される加速度とは無関係に測定される加速度とにアクセスする。ユニット１２は、自動車トランスミッション１０のクラッチ及びブレーキを係合させたり離脱させたりすることができる自動車トランスミッション１０のアクチュエータ（図示されていない）に接続される。ユニット１２とブレーキＢＮとの間の１つの信号線２０のみが例として表示されている。

自動車トランスミッション１０は、オートマチックトランスミッションとして設計される部分トランスミッション１１と、部分トランスミッション１１の前段に接続されるハイブリッドセット１３とを有している。動力は、入力軸Ｅによって、部分トランスミッション１１とハイブリッドセット１３との間に伝達される。

部分トランスミッション１１の入力側の遊星歯車部分トランスミッションＴＥは、遊星歯車ＰＥが回転可能に装着される遊星歯車キャリアＰＴＥを有している。入力軸Ｅに回転固定して連結される外側の中心歯車ＨＥが遊星歯車ＰＥと噛み合う。さらに、係合及び離脱可能な摩擦ブレーキＢ１と係合及び離脱可能なクラッチＫ１とに連結される内側の中心歯車ＳＥも、遊星歯車ＰＥと噛み合う。遊星歯車キャリアＰＴＥと非回転のハウジング部分ＧＴとの間に、遊星歯車キャリアＰＴＥが入力軸Ｅの方向と逆方向に回転する時に係合するフリーホイール継ぎ手Ｆ１が配置される。（部分トランスミッション１１の代替的実施形態によれば、フリーホイールクラッチの装着を省略することができる。）出力側の遊星歯車部分トランスミッションＴＡは、遊星歯車ＰＡが回転可能に装着される遊星歯車キャリアＰＴＡを有しており、この遊星歯車キャリアＰＴＡは出力軸Ａに回転固定して駆動連結される。係合及び離脱可能な摩擦クラッチＫ２を介して入力軸Ｅに連結される外側の中心歯車ＨＡが遊星歯車ＰＡと噛み合う。さらに、係合及び離脱可能なブレーキＢ２に連結される内側の中心歯車ＳＡが遊星歯車ＰＡと噛み合う。

遊星歯車後進用部分トランスミッションＴＵは、遊星歯車ＰＵが回転可能に装着される遊星歯車キャリアＰＴＵを有している。この遊星歯車キャリアＰＴＵは、係合及び離脱可能な摩擦ブレーキＢＲに連結されると共に、出力側の部分トランスミッションＴＡの外側の中心歯車ＨＡに回転固定して駆動連結ＶＡされる。入力側の部分トランスミッションＴＥの遊星歯車キャリアＰＴＥに駆動連結ＶＥされる外側の中心歯車ＨＵが遊星歯車ＰＵと噛み合う。さらに、内側の中心歯車ＳＵが遊星歯車ＰＵと噛み合う。

２つの内側の中心歯車ＳＡとＳＵとの間に、係合及び離脱可能な摩擦クラッチＫ３によって分離することができる駆動連結ＶＵＫが設けられる。

さらに、遊星歯車キャリアＰＴＥに第２次遊星歯車ＮＰＥが回転可能に装着される。この第２次遊星歯車ＮＰＥは、遊星歯車ＰＥと、係合及び離脱可能な摩擦ブレーキＢＮに連結される外側の第２次中心歯車ＮＨＥとの両者と噛み合う。

第１駆動装置１４からハイブリッドセット１３へのエンジンシャフト１５の動力の流れは、トーションダンパ３０と、トーションダンパの後段に入力軸Ｅに直列に組み込まれるクラッチモジュールＫＭとを介して伝達される。この例示的実施形態の代替方式の場合には、トーションダンパ３０が、クラッチモジュールＫＭの後段側、特に湿式発進クラッチの場合はその後段側に装着される。

自動車トランスミッション１０は、第１電気駆動装置３１（別の駆動装置）及び第２電気駆動装置３２（第２駆動装置）を備えている。第１電気駆動装置３１はハウジングに固定された固定子３３を有しており、この固定子３３が回転子３４と相互作用して駆動トルクを発生し、及び／又は電気エネルギーを回生する。回転子３４はトーションダンパ３０の入力側又はエンジンシャフト１５に固定して駆動連結されており、その結果、第１電気駆動装置３１によって、内燃機関に付加して、トルクをパワートレイン１０に供給するか、あるいは、パワートレイン１０内に存在するトルクを（少なくとも部分的に）電気エネルギー回生のために利用することができる。

第２電気駆動装置３２は固定子３５及び回転子３６を有する。固定子３５はハウジングに固定され、一方、回転子３６は、２つのクラッチＫＥ、ＫＧを有する中間軸３７に駆動連結される。中間軸３７はクラッチＫＥによって入力軸Ｅに直接連結することができる。

中間軸３７は、クラッチＫＧによって、部分トランスミッションＴＥのサンギヤＳＥに直接連結することができる。

電気駆動装置３１、３２には少なくとも１つのエネルギーアキュムレータ１６からエネルギー供給する。

自動車トランスミッション１０は、２つの運転範囲を有する連続可変変速比を可能にする。この場合、連続可変変速比は、特に、
− 第２電気駆動装置３２による駆動と、
− エンジンシャフト１５に駆動連結される駆動装置又は内燃機関による駆動及び／又は第１電気駆動装置３１による駆動と、
を遊星歯車部分トランスミッションＴＥを介して重ね合わせることによって得られる。この場合、部分トランスミッションＴＡへのトルクの伝達は、第１運転範囲においては出力要素ＶＥを経由して行われ、第２運転範囲においては、出力要素ＶＥとクラッチＫ２と中心歯車ＨＡとを経由して行われる。

第１運転範囲においては、変速要素ＫＧ、Ｂ２、Ｋ３が閉じられる。この運転範囲においては、外側の中心歯車ＨＵが駆動され、内側の中心歯車ＳＵがハウジングに固定される場合に、動力は、出力要素ＶＥから遊星歯車後進用部分トランスミッションＴＵを経由して遊星歯車キャリアＰＴＵに伝達される。この遊星歯車キャリアＰＴＵは、駆動連結ＶＡ及び遊星歯車部分トランスミッションＴＡを介して出力軸Ａに駆動連結される。この場合、駆動連結ＶＡは外側の中心歯車ＨＡに連結され、内側の中心歯車ＳＡはハウジングに固定され、出力軸は遊星歯車キャリアＰＴＡに回転固定して連結される。

第１運転範囲は、−ｘからゼロを通って＋ｘまでの速度に設定することが望ましい。この場合、後進の速度は制御装置によって制限することができる。（−７５ｋｍ／ｈ）−３０ｋｍ／ｈから＋７５ｋｍ／ｈまでの速度を第１運転範囲に割り当てることが好ましい。電気駆動装置及び駆動装置の設計及び相互作用に従って、最大出力トルクを上記の２つの駆動装置のいずれかによって制限することが可能であり、例えば、特に１０ｋｍ／ｈ〜４０ｋｍ／ｈの範囲において１３００Ｎｍとする。変速比の限界値は、（特にエンジンの回転速度に応じて）−０．６５〜＋０．５８の間にある。但し、部分負荷範囲における限界値は低下させることができる。

第２運転範囲においては、変速要素ＫＧ、Ｋ２、Ｋ３が閉じられる。この運転範囲においては、外側の中心歯車ＨＵが駆動される場合に、動力は、出力要素ＶＥから遊星歯車後進用部分トランスミッションＴＵを経由して伝達される。内側の中心歯車ＳＵは、クラッチＫ３を介して、遊星歯車部分トランスミッションＴＡの内側の中心歯車ＳＡに回転固定される。遊星歯車キャリアＰＴＵは、駆動連結ＶＡによって外側の中心歯車ＨＡに連結されているが、この外側の中心歯車ＨＡはさらにクラッチＫ２によって入力軸Ｅに連結されている。遊星歯車キャリアＰＴＡは出力軸Ａに回転固定して連結される。

第２運転範囲はより高速度（例えば、およそ４０ｋｍ／ｈ〜＋３００ｋｍ／ｈ）に割り当てることが好ましい。最大出力トルクは第１運転範囲の場合よりも低く、例えば５０ｋｍ／ｈ〜２５０ｋｍ／ｈの範囲で４４０Ｎｍである。変速比の限界値は、エンジンの回転速度に応じて、例えば−１．７〜＋０．３４の間にある。一方、駆動装置の回転速度に応じて、段階運転の場合よりも小さい変速比が可能である。

第２運転範囲においては、特に電気駆動装置３１、３２に対するトルク負荷が低減される。トランスミッションの全変速比は０．４以下のオーバドライブ範囲にまで拡大される。

２つの運転範囲間の切り換えは、入力軸Ｅの回転速度と第２電気駆動装置３２とが両運転範囲において同じ回転速度を有する時に行われる。この場合、これは、特に変速要素Ｂ１、ＢＮ及びＫ１が開かれた時に示されるギヤの変速比に対応する。１つの運転範囲からもう１つの運転範囲へのこのタイプの変化の場合には、慣性質量の加速又は減速は全く必要でない。一方、少なくとも第２電気駆動装置３２のトルクは、絶対値において変更され、その方向が変えられる。

自動車トランスミッション１０の形態及び機能は、国際出願ＰＣＴ／ＥＰ０３／０１１９８０号パンフレットに詳細に記述されている。この国際出願の内容はこの参照により本出願に援用される。

自動車トランスミッションは、当業者に好適なものと見られるいかなる他の構造を有するものであってもよい。

図２は図１のユニット１２の構成図を示す。ユニット１２は、駆動装置１４、３１、３２を制御するエンジン制御ブロック２７と、自動車トランスミッション１０のクラッチ及びブレーキを制御するトランスミッション制御ブロック２８とを含む。エンジン制御ブロック２７及びトランスミッション制御ブロック２８の両者は、推進要求を決定するための設定器２９から要求推進信号を受け取る。この要求推進信号は、運転ペダルの位置ｐから自動車の走行速度に応じて設定器２９において決定され、操作者又は運転者の推進要求をコード化している。エンジン制御ブロック２７及びトランスミッション制御ブロック２８は、駆動装置１４、３１、３２及び自動車トランスミッション１０の現在の状態に関する情報を交換する。

例示する実施形態においては、要求推進信号は−１００％から１００％までの範囲の値を有しており、瞬間速度に対するパーセンテージ出力及び／又は加速度ベクトルを示す。要求推進信号に応じて、エンジン制御ブロック２７は、駆動装置１４、３１、３２のトルクを、全トルクが要求推進信号によって決定されるようにし、電気モータとして装備される駆動装置３１、３２のいずれかが負のトルクによって発電機機能を実行し、少なくとも基本的には、対応するもう一方の駆動装置３１、３２に電力供給する機能を果たすように決定する。

さらに、限られた時間、両方の機械３１、３２を駆動モード又は発電モードで運転することが可能である。但し、これは、それでもなお必要なトルク比を保証し得る場合にのみ当てはまる。この場合は、例えば、第２駆動装置３２が、第１駆動装置１４の回転速度によって決定される自動車の限界速度以下で発電機機能を実行し、もう１つの駆動装置３１はこの限界速度以上で発電機機能を実行する。ここで、限界速度は要求推進信号によって定まる。

図３は、循環的に遂行されるエンジン制御ブロック２７の機能の順序を示す。この機能は、要求推進信号がゼロと異なる場合に実行される。第１ステップ４２においては、ユニット１２が、内燃機関として装備される第１駆動装置１４のトルク、従ってエンジンシャフト１５に存在するトルクを、要求推進信号によって決定される値の部分だけ変更する。第２ステップ４０においては、ユニット１２によって、制御線１９を経由して得られる第２駆動装置３２の回転速度ω_２が、保存された設定値に一致するか否かがチェックされる。この設定値のデフォルト値は、先行時間間隔において得られた回転速度である。もし一致していなければ、ユニット１２は、回転速度ω_２と設定値との間の偏差の程度に応じて、第２駆動装置３２のトルクを増減する。ステップ４０は、回転速度ω_２と設定値との間の偏差が所定の許容値の範囲内になるまで繰り返される。ユニット１２は、このようにして回転速度ω_２を調整し、一方では、第１駆動装置１４の第１トルクを変更する。回転速度ω_２に対するさらに複雑な制御ループを備えた本発明の他の実施形態も考えることができる。加速過程が完了した時点では、駆動装置１４、３２の全トルクと駆動装置３１のトルクとが、少なくとも基本的には同じ比に変化しているべきである。これが、ステップ４１において、ユニット１２によってチェックされる。ユニット１２は、制御線１７を経由してエンジンシャフト１５の回転速度を受け取り、ＣＡＮバス系統を介して得られる車両速度から出力軸Ａの回転速度を計算し、これによって、２つの回転速度の比を形成してエンジンシャフト１５と出力軸Ａとの間の変速比を計算し、その結果を保存された要求変速比と比較する。計算された変速比が保存要求変速比と異なっていれば、ユニット１２は、合致が得られるまで、ステップ４１において駆動装置１４、３１、３２のトルクを変更する。

この場合、ステップ４１において計算される変速比は、第１駆動装置１４の実際のトルクによって決定される。この実際のトルクは、ステップ４２において制御されるトルクに、第１駆動装置１４の反応時間によって定まる遅れをもって追随している。第２駆動装置３２の反応時間は、第１駆動装置１４の反応時間よりも大幅に短いので、出力軸Ａのトルクの変更過程の間の変速比はほぼ変化しないままであり、従って、第２駆動装置３２のトルクは、第１駆動装置１４のトルクに、上記のように常に遅れることなく追随することができる。

ステップ４１においては、ユニット１２は、さらに、要求された駆動装置１４、３１、３２のトルクが、回転速度によって定まる所定の限界値を超えるか否かをチェックする。もし超えていれば、ユニット１２は、トランスミッション制御ブロック２８における変速過程を作動させる変速信号を発生する。その変速過程の間、ユニット１２は、自動車トランスミッション１０のクラッチ及び／又はブレーキを、限界値を超過した程度に応じて作動させる。

自動車トランスミッション作動用のユニットと、自動車トランスミッションと、３つの駆動装置とを含む装置を示す。 図１のユニットの構成図を示す。 ユニットの開ループ制御機能の順序図を示す。

Claims (11)

1. 第１駆動装置（１４）の第１トルクを少なくとも第２駆動装置（３２）の１つの第２トルクと重ね合わせるように設計される自動車トランスミッション（１０）を作動させるユニット（１２）を含む装置であって、該ユニット（１２）が、操作者の推進要求を実現するために該第１トルク及び該第２トルクを変更するように構成される装置において、
   該ユニット（１２）が、該第１トルクの変更中に、該第２駆動装置（３２）の回転速度（ω_２）を調整するように構成されることを特徴とする装置。
2. 前記ユニット（１２）が、前記第１トルクの変更開始後に、前記第２駆動装置（３２）の前記回転速度（ω_２）を一定に保持するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第２駆動装置（３２）の反応時間が、前記第１駆動装置（１４）の反応時間よりも短いことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
4. 前記ユニット（１２）が、発電装置として使用可能な少なくとも１つの駆動装置（３１、３２）を作動させるように構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記ユニット（１２）が、前記第１駆動装置（１４）を、発電装置として使用可能な前記駆動装置（３１、３２）と連結するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記ユニット（１２）が、エネルギーアキュムレータ（１６）の充填過程を制御するように構成されることを特徴とする少なくとも請求項４に記載の装置。
7. 前記ユニット（１２）が、運転ペダルの位置（ｐ）に応じて推進要求を決定するように設計されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記ユニット（１２）が、前記自動車トランスミッション（１０）の要求変速比を設定するように構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記第１駆動装置（１４）が内燃機関として設計されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記ユニット（１２）が、要求される出力に応じて変速工程を作動させるように構成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 第１駆動装置（１４）の第１トルクを第２駆動装置（３２）の第２トルクと重ね合わせるように設計される自動車トランスミッション（１０）を作動させるための方法であって、操作者の推進要求を実現するために該第１トルク及び／又は該第２トルクを変更する方法において、
    該第２駆動装置（３２）の回転速度（ω_２）を、少なくとも該第１トルクの変更中に調整することを特徴とする方法。

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