JP2009532271A - 動力伝達方法 - Google Patents

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gear
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プジョー シトロエン オートモビル エス アー
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Abstract

複数の供給源からの機械的動力を受け取り、少なくとも１つの第１および第２電気機械を含み、出力シャフトに動力を供給する伝達装置を使用する動力伝達方法であって、装置の第１入力点から第１電気機械を結合解除し、次いで第１電気機械を装置の第２入力点に結合する方法において、第１電気機械の結合解除中に、装置から供給される動力（Ｐ４）が直線のままになるよう、供給源の第２電気機械（６）から伝達される動力（Ｐ６）を変化させることにより、第１電気機械を結合解除する前にこの第１電気機械から伝達される動力（Ｐ７）を補償する方法。

Description

本発明は、マルチモードハイブリッド動力伝達装置を使用する動力伝達方法に関する。本発明は自動車の分野においてきわめて有利に利用される。伝達装置は例えば１つの熱機関と複数のモータなど複数の供給源からの機械的動力を受け取り、この動力を車両の駆動輪に伝達する。
機械ユニットの内部で相互に結合された、１つの熱機関と、２つの電気機械と、１つ、２つ、または数個の遊星歯車機構とを含むハイブリッド車両用伝達装置が知られている。フランス特許出願ＦＲ−Ａ−２８３２３５７号にはそのような装置の一例が記載されている。そのような伝達装置を使用する場合、熱機関の動力を車輪に直接伝達することも、電気系統を経由してバイパスさせることもできる。
電気系統は、端子において電気的に受け取るエネルギ値および／またはシャフトにおいて機械的に受け取るエネルギ値に応じてそれぞれモータまたは発電機として働くことができる電気機械同士を接続する。バイパスされた動力はさらに車輪に伝達されるか、場合によっては、保存システム内に保存される。このバイパス動力により、熱機関の効率が最適になるように熱機関のトルクおよび回転速度を正確に適合させながら、車輪に加えられるトルクを運転者が要求するトルクに正確に適合させることができる。
また電気系統は、特に第１インバータ、第２インバータ、ならびに電気バスを含む。実際上、この電気バスは直流電圧バスである。
電気機械の１つが発電機として働くとき、その位相間で見られる交流電圧信号が、この機械に接続されているインバータにより、バス上で見られる直流電圧信号に変換される。電気機械の１つがモータとして働くときは、そのバス上で見られる直流電圧信号が、この機械に接続されているインバータにより、移相した交流電圧信号に変換される。これらの電圧信号は、モータとして動作する機械の位相に印加される。保存システムがバスに接続されていない場合には、機械の一方で生成されたエネルギが、他方の機械によって自動的に消費される。変形形態では、バッテリまたはスーパーコンデンサのような保存システムがバスに接続される。その場合、２つの機械は発電機またはモータとして同時に動作することができる。
文書ＦＲ−Ａ−２８３２３５７号には、異なる２つの動作モードで動作することができる装置が記載されている。第１のモードでは、一方の電気機械のシャフトが車輪のシャフトに結合されるが、第２のモードでは、このシャフトが遊星歯車機構のうちの１つの機構の要素に結合される。モードの選択は、車輪のシャフトおよび歯車の要素の回転速度に応じて行われる。実際には、電気機械のシャフトを２つの要素のうち（中間減速比は別として）低速で回転する方の要素に結合することが好ましい。電気系統内にバイパスされる動力は、機械の回転速度にトルクを乗じたものに等しいので、一方のモードから他方のモードへの移行により電気系統内にバイパスされる動力を制限することができる。電気系統内部の動力を制限することにより、使用される電気機械のサイズを制限することが可能である。
一方の動作モードから他方のモードへの移行は、電気機械を変更元のシャフトから結合解除し、次いでこの機械を変更先のシャフトに再度結合することによって行われる。例えば、電気機械を遊星歯車機構の１つの要素に再結合するには、車輪のシャフトから電気機械を結合解除する。
変更元のシャフトと変更先のシャフトとで回転速度が異なる一般的なケースを想定する。その場合、電気機械を変更元のシャフトと変更先のシャフトに同時に結合させることは不可能である。したがって、もはや電気機械が伝達装置に結合されていない（変更元のシャフトにも変更先のシャフトにも結合されていない）中間段階を経由することが必要である。この中間段階中は、電気機械は車輪にまったく動力を供給しない。そのため伝達装置の出力動力の変化、すなわち車輪に伝達されるトルクの変化が生じる。
本発明は、装置の動作モードの変更中、装置の出力動力が直線のままである新規な動力伝達方法を提供することにより、この問題を解消することを目的とする。直線のままである動力とは、動力の値が突発的な上下動なしに推移することを意味する。第一近似により、装置の動作モードの変更中、出力動力はほぼ一定であるとみなすことができる。
このために、本発明は、複数の供給源からの機械的動力を受け取り、少なくとも１つの第１および第２電気機械を含み、出力シャフトに動力を供給する伝達装置を使用する動力伝達方法であって、装置の第１入力点から第１電気機械を結合解除し、次いで第１電気機械を装置の第２入力点に結合する方法において、第１電気機械の結合解除中に、装置から供給される動力が直線のままになるよう、供給源の第２電気機械から伝達される動力を変化させることにより、第１電気機械を結合解除する前にこの第１電気機械から伝達される動力を補償する方法を対象とする。
１つの熱機関と２つの電気機械の３つの動力供給源が使用される実施形態においては、本発明による装置により電気機械のうちの少なくとも１つについての結合を変更することができる。装置から供給される動力の線形性を維持するために、電気機械の１つが結合解除されている間に、熱機関から供給される動力を変化させることが可能である。しかしながら、供給源が少なくとも２つの電気機械を含む好ましい変形形態では、本方法では、第１電気機械を結合解除し、次いで再結合し、第２電気機械から供給される動力を変化させる。一般的には、熱機関から供給される動力よりも電気機械から供給される動力を変化させる方が容易である。
本発明による方法は、
− 第１電気機械から装置に供給されるトルクをゼロにする段階と、
− 第１電気機械を結合解除する段階と、
− 第１電気機械を装置の第２入力点と同期させる段階と、
− 第１電気機械を第２入力点に結合する段階と
を連鎖させること、ならびにトルクをゼロにする際に、装置に結合されている第２電気機械の動力を変化させることを特徴とすると言うことができる。
第１電気機械を第２入力点に結合した後、装置から供給される動力が直線のままになるよう、第１電気機械から第２入力点に供給される動力のレベルに応じて、動力が適合済みの第２電気機械から供給される動力を変化させることにより、本方法を補完することが可能である。
例として示し添付の図面を参照して行う一実施形態についての詳細な説明を読むことにより、本発明がよりよく理解され、その他の長所が明らかになるであろう。
図１は、熱機関３の出力部２と車輪５のシャフト４との間の伝達装置１の概略図である。
装置１は、第１電気機械６および第２電気機械７を含む。機械６はシャフト８を、機械７はシャフト９をそれぞれ含む。シャフト８は閉じた破線で画定される機械アセンブリ１２の駆動入力部１１．１に、シャフト９は駆動入力部１１．２にそれぞれ結合される。この装置１は、車輪５のシャフト４と機械アセンブリ１２の駆動出力部１１．４の双方に結合された出力シャフト１４も含む。より簡潔にする目的から、電気機械６および７の間を接続する電気系統は図示していない。
より詳細には、機械アセンブリ１２はいわゆるＲａｖｉｇｎｅａｕｘ型の歯車列１６を含む。この歯車列１６は、４つの機械的リンク要素、すなわち入力シャフト１０用要素、出力シャフト用要素１４、ならびに機械６および７のシャフト８および９用の２つの要素、を有する。この歯車列１６は、従来の遊星歯車機構と同様に、第１太陽歯車１７と、第１遊星歯車１９．１および１９．２を支承する遊星キャリア１８と、クラウン歯車２０とを含み、これらは相互に噛合する。さらに歯車列１６は、第２遊星歯車２１．１および２１．２と第２太陽歯車２２とを含む。第２遊星歯車２１．１および２１．２は遊星キャリア１８によって支承され、第１遊星歯車１９．１および１９．２と太陽歯車２２の双方と噛合する。
したがってＲａｖｉｇｎｅａｕｘ歯車列１６は、２つの遊星歯車機構６５および６６に例えることができる。第１歯車列６５は、第１太陽歯車１７と、第１遊星歯車１９．１および１９．２ならびにクラウン歯車２０を含む。第２歯車列６６は、第２太陽歯車２２と、第２遊星歯車２１．１および２１．２を含むが、クラウン歯車はもたない。これら２つの歯車列６５および６６は共通の遊星キャリア１８を含む。この遊星キャリア１８は、この遊星キャリア１８と遊星歯車１９．１、１９．２、２１．１および２１．２の双方に接触している軸２３〜２６を駆動する。遊星歯車１９．１、１９．２、２１．１および２１．２はそれぞれ軸２３、２４、２５および２６の周囲を回転することができる。変形形態では、以下でわかるように、遊星歯車１９．１と２１．１ならびに遊星歯車１９．２と２１．２を互いに固設することができかつ同軸にすることができる。
この実施形態においては、入力シャフト１０は、熱機関３の出力部２と共通の遊星キャリア１８の双方に結合されている。車輪５のシャフト４は、歯車２７、２８、出力シャフト１４および歯車２９で形成された歯車列を介してクラウン歯車２０に結合される。より詳細には、シャフト４に固定された歯車２７が、出力シャフト１４の一端に固定された歯車２８と噛合する。そしてシャフト１４の他方の端に固定された歯車２９がクラウン歯車２０と噛合する。
この目的のため、このクラウン歯車２０は、２つの外歯２０．１および２０．２ならびに内歯２０．３を支承する。歯車２９は外歯２０．１と噛合する。第１遊星歯車１９．１および１９．２は内歯２０．３と噛合する。また、以下でわかるように、歯車３７は外歯２０．２と噛合する。
第１機械６のシャフト８は、第２太陽歯車２２または入力シャフト１０に結合することができる。この目的のため、伝達装置１は、閉じた破線で画定された第１切り換え装置３０を含む。この第１装置３０は、歯車３１および３３ならびに異なる２つの噛み合いクラッチ３４、３５を含む。歯車３１および第１噛み合いクラッチ３４はシャフト８に取り付けられるが、歯車３３および第２噛み合いクラッチ３５はシャフト１０に取り付けられる。
したがって、シャフト８が第２太陽歯車２２に結合されると、第１噛み合いクラッチ３４によって歯車３１とシャフト８の間のリンクが確保されるが、歯車３３はシャフト１０上で空転する。するとシャフト８は、歯車３１と歯車３２で構成される歯車列、ならびに歯車３２を太陽歯車２２に結合する中空シャフト４８を介して、第２太陽歯車２２に結合される。シャフト８が入力シャフト１０に結合されると、第２噛み合いクラッチ３５によって歯車３３とシャフト１０の間のリンクが確保されるが、歯車３１はシャフト８上で空転する。したがってシャフト８は、歯車１３と歯車３３で構成される歯車列を介してシャフト１０に結合される。
第２機械７のシャフト９は、車輪５のシャフト４または第１太陽歯車１７に結合することができる。この目的のため、伝達装置１は第２切り換え装置３６を含む。この第２装置３６は、歯車３７、３８ならびにシングルブロックの第３噛み合いクラッチ３９を含む。
シャフト９が車輪５のシャフト４に結合されると、第３噛み合いクラッチ３９によって歯車３７とシャフト９の間のリンクが確保されるが、歯車３８はシャフト９上で空転する。したがってシャフト９は、特に歯車３７、クラウン歯車２０および出力シャフト１４を介してシャフト４に結合される。シャフト９が第１太陽歯車１７に結合されると、噛み合いクラッチ３９によって歯車３８とシャフト９の間のリンクが確保されるが、歯車３７はシャフト９上で空転する。したがってシャフト９は、歯車３８と歯車４０で構成される歯車列、ならびに歯車４０を太陽歯車１７に結合する中空シャフト４７を介して、第１太陽歯車１７に結合される。
変形形態では、第１装置３０がシングルブロック噛み合いクラッチを含み、シャフト８にのみ取り付けられる。別の変形形態では、第２装置３６が、シャフト９に取り付けられた２つの異なる噛み合いクラッチを含む。
噛み合いクラッチ３４、３５、３９は、それらが取り付けられたシャフトによって回転駆動され、このシャフトに沿って直線移動することができる。一般的に噛み合いクラッチは、直流モータによって駆動される図示しないフォークを介して直線移動される。
特定の実施形態においては、共通の遊星キャリア１８およびクラウン歯車２０は、空転ホイール機構（図示せず）を介してオイルポンプ４１に結合される。
変形形態では、シャフト８および９、入力シャフト１０、ならびに出力５シャフト１４が歯車列１６の異なる要素に結合される。
図２は、装置の種々の入力シャフトおよび出力シャフトのレベルで利用可能な機械的動力の経時変化を示す図である。噛み合いクラッチ３４によって電気機械６のシャフト８と歯車３１の間のリンクが確保されている伝達装置１の状態を想定する。噛み合いクラッチ３９によって電気機械７のシャフト９と歯車３７の間のリンクが確保される。第１段階（１）で、第１電気機械６は例えば第２太陽歯車２２に回転結合され、第２電気機械７はクラウン歯車２０および出力シャフト１４を介してシャフト４に回転結合される。第１電気機械６は装置１に機械的動力Ｐ６を供給し、第２電気機械７は装置１に機械的動力Ｐ７を供給する。図示の例では電気機械６は発電機モードで動作し、この電気機械が装置１に供給する動力は取決めにより負である。電気機械７はモータモードで動作するので、この電気機械が装置１に供給する動力は正である。熱機関３はと言えば、装置１に動力Ｐ３を供給する。シャフト４上で、装置１は動力Ｐ４を車輪５に供給する。動力Ｐ４は、装置が受け取る動力すなわちＰ３、Ｐ６およびＰ７の和である。
タイミングｔで、電気機械７をシャフト４から結合解除するよう決定する。そのためには、結合解除を行う前に、電気機械７によって装置１に供給される動力Ｐ７をゼロにする。結合解除は、図２における繰り返し段階（２）で行うことができる。この新しい段階では、電気機械６および熱機関３によって装置１に供給される動力Ｐ３およびＰ６は、段階（１）で供給される動力と同一である。その結果、車輪５に供給される動力Ｐ４は減少した。
図３では、図２において見られる動力の減少を防止するために本発明による方法が実行される。段階（１０）は先に説明した段階（１）と同一である。タイミングｔ１で電気機械７をシャフト４から結合解除すると決定すると、電気機械７から供給される動力Ｐ７をゼロにまで減少させる段階（１１）に入る。この段階（１１）の間、装置から車輪５に供給される動力Ｐ４が一定になるように、電気機械６から装置１に供給される動力Ｐ６を増加させる。段階（１１）に続いて、タイミングｔ２で段階（１２）が始まる。段階（１２）の間は電気機械７から供給される動力はゼロのままであり、そのため電気機械の結合解除が可能になり、また電気機械６から供給される動力Ｐ６は一定のままで、段階（１１）の終了時のレベルに留まる。図３に示す例においては、装置１から車輪５に供給される動力Ｐ４は一定のままである。実際上、車輪５に供給したい動力が変化するときには、装置１の動作モードの変更が有益であることが多い。ただ、装置１を具備する自動車の運転快適性を確保し、車輪５に供給される動力が通過する種々の機械的装置に過度の応力を与えないようにするためには、車輪５に供給される動力の変化に突発的な上下動がないことが重要である。例えば、図３で動力Ｐ４を示す曲線が連続的に経時変化するケースには本発明の方法を適用することができる。
本発明を実施するにあたっては、熱機関３から装置１に供給される動力Ｐ３を変化させることも可能であろう。ただ、一般的には、熱機関の動力よりも電気モータの動力を変化させる方が容易である。電気機械から供給される動力の変化は、例えば電気機械のいくつかの位相と直流バスの間に設置されたインバータを制御することによって実施される。電気機械に関して、発電機モードからモータモードならびにその逆にも移行させることができる可逆インバータが存在する。
図４は装置１の動作モード変更のフローチャートである。この変更中に電気機械７はシャフト４への結合から第１太陽歯車１７への結合に移行する。もちろん、電気機械６の結合を変更するためにこのフローチャートを利用することが可能である。タイミングｔ１でシャフト４から電気機械７を結合解除すると決定した場合、結合解除を行う前に、シャフト９のレベルにおいて電気機械７から発生するトルクをゼロにすることが必要である。トルクをゼロにする指令をステップ５０で示し、トルクがゼロであることの確認をステップ５１で示してある。トルクをゼロにすることが有効であれば、段階（１２）に入り電気機械７からシャフト４を結合解除することができる。結合解除はステップ５２で示してある。次に、噛み合いクラッチ３９による電気機械７と第１太陽歯車１７の結合、すなわちステップ５５で示す結合、を行う前に、電気機械７のシャフト９の回転速度を第１太陽歯車１７の速度と同期させることが必要である。同期はステップ５３で、この同期の確認はステップ５４でそれぞれ示してある。同期が終了すると結合が行われ、装置の動作モードの変更が有効になる。
電気機械７と第１太陽歯車１７の結合時に、電気機械７から装置１に伝達される動力はゼロである。結合の終了はタイミングｔ３で行われる。このタイミング以降、図５に示すように装置１から供給される動力Ｐ４が一定のまま、あるいは直線であるように、電気機械７から供給される動力Ｐ７のレベルの変化に応じて、電気機械６から供給される動力Ｐ６のレベルを変えることが可能である。結合後の電気機械６および７の動力Ｐ６およびＰ７の変化を図５で示す。２つの電気機械６および７から供給される動力Ｐ６およびＰ７のこの変化は、タイミングｔ３で始まりタイミングｔ４で終了する段階（１３）で行われる。段階（１３）の後に、段階（１４）が続き、その間、種々の供給源、すなわち電気機械６、７および熱機関３から装置１に供給される動力Ｐ３、Ｐ６およびＰ７は一定のままであり、場合によっては直線のままである。
図６は、当該噛み合いクラッチ、ここでは噛み合いクラッチ３９についてリスクなく結合が行えるように、例えば第１太陽歯車１７といった変更先シャフトの速度と比較した、例えば電気機械７といった動力供給源の回転速度ωの経時変化を示す図である。
本発明を実施することができる伝達装置の略図である。 図１の装置の種々の入力シャフトおよび出力シャフトのレベルで利用可能な機械的動力の経時変化を示す図である。 図１の装置の種々の入力シャフトおよび出力シャフトのレベルで利用可能な機械的動力の経時変化を示す図である。 装置１の動作モード変更のフローチャートである。 図１の装置の種々の入力シャフトおよび出力シャフトのレベルで利用可能な機械的動力の経時変化を示す図である。 変更先シャフトと比較した動力供給源の回転速度の経時変化を示す図である。

Claims (4)

  1. 複数の供給源（３、６、７）からの機械的動力を受け取り、少なくとも１つの第１および第２電気機械（６、７）を含み、出力シャフト（４）に動力を供給する伝達装置（１）を使用する動力伝達方法であって、装置（１）の第１入力点（４）から第１電気機械（７）を結合解除し、次いで第１電気機械（７）を装置（１）の第２入力点（１７）に結合する方法において、第１電気機械（７）の結合解除中に、装置（１）から供給される動力（Ｐ４）が直線のままになるよう、供給源の第２電気機械（６）から伝達される動力（Ｐ６）を変化させることにより、第１電気機械（７）を結合解除する前にこの第１電気機械から伝達される動力（Ｐ７）を補償することを特徴とする方法。
  2. 第１電気機械（７）を結合解除し次いで再結合すること、および第２電気機械（６）から供給される動力（Ｐ６）を変化させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 第１電気機械（７）から装置（１）に供給されるトルクをゼロにする段階と、
    第１電気機械（７）を結合解除する段階と、
    第１電気機械（７）を装置（１）の第２入力点（１７）と同期させる段階と、
    第１電気機械（７）を第２入力点（１７）に結合する段階と
    を連鎖させること、ならびにトルクをゼロにする際に、装置（１）に結合されている第２電気機械（６）の動力（Ｐ６）を変化させることを特徴とする請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。
  4. 第１電気機械（７）を第２入力点（１７）に結合した後、装置（１）から供給される動力（Ｐ４）が直線のままになるよう、第１電気機械（７）から第２入力点（１７）に供給される動力（Ｐ７）のレベルに応じて、動力（Ｐ６）が適合済みの第２電気機械（６）から供給される動力のレベルを変化させることを特徴とする請求項３に記載の方法。
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