JP2010076761A - ハイブリッド駆動機構を有する自動車用のツインクラッチトランスミッションと、このツインクラッチトランスミッションを制御するための方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】スペース、コスト及び整備費用を最小化し、快適なギヤチェンジと走行性が得られるように、ツインクラッチトランスミッションと、これを制御するシステムを提供する。
【解決手段】入力軸2がクラッチK1を介して、入力軸3がクラッチK2を介して、クランクシャフトと結合可能であり、繋脱が可能な複数のギヤI,II,III,IVが設けられており、電動機5が、電気モータ5a又はジェネレータ5bとして運転可能であり、電動機10、電気モータ10a又はジェネレータ10bとして運転可能であり、電動機5が入力軸2と、電動機10が入力軸3と、結合可能である、入力軸2と入力軸3を有するツインクラッチトランスミッション1において、電動機5,10によって、ギヤチェンジの際に同期すべきトランスミッション入力軸2,3を相応に同期可能にする。
【選択図】図1

Description

本発明は、第1のトランスミッション入力軸が第1のクラッチを介して、第2のトランスミッション入力軸が第2のクラッチを介して、内燃機関もしくは内燃機関のクランクシャフト有効結合可能であり、入れること及び/又は外すことが可能な複数のギヤが設けられており、連続するギヤが異なったトランスミッション入力軸に、特に1速、3速及び5速のギヤが第1のトランスミッション入力軸に、2速、4速及び6速のギヤが第2のトランスミッション入力軸に、付設されており第1の電動機が設けられており、第1の電動機が、電気モータ及び/又はジェネレータとして運転可能であり、付加的に第2の電動機が設けられており、第2の電動機が、電気モータ及び/又はジェネレータとして運転可能であり、第1の電動機が第1のトランスミッション入力軸と、第2の電動機が第2のトランスミッション入力軸と、又はその逆に、有効結合可能である、第1のトランスミッション入力軸と第2のトランスミッション入力軸を有するハイブリッド駆動機構を有する自動車用のツインクラッチトランスミッションに関する。更に本発明は、第1のトランスミッション入力軸と第1のトランスミッション入力軸に付設されたギヤによって第1の部分トランスミッションが構成され、第2のトランスミッション入力軸と第2のトランスミッション入力軸に付設されたギヤによって第2の部分トランスミッションが構成されている、前記ツインクラッチトランスミッションを制御するための方法に関する。
従来技術において、異なるように形成されたトランスミッションが、特にハイブリッド駆動機構を有するトランスミッションが公知である。これまでに公知のハイブリッド駆動機構の基本原理は、自動車の内燃機関とトランスミッションの間に、電気モータとして形成された電動機が配設されていることにある。一方で、内燃機関と、電気モータとして形成された電動機の間に1つのクラッチが配設され、他方で、電動機とトランスミッションの間に別のクラッチが配設されている。従って、例えば内燃機関と電動機の間のクラッチが開放され、電動機が電気モータとして運転され、その際にトランスミッションが電気モータだけによって駆動され、電動機とトランスミッションの間のクラッチが閉鎖されている場合、自動車を運転するための相応の電気モードも可能である。
そして、2つの電動機が、即ち、電気モータとして形成された電動機と、ジェネレータとして形成された電動機が、自動車の駆動を実現するために設けられた、ハイブリッド駆動コンセプトも公知である。この場合、特に内燃機関とトランスミッションの間に、ジェネレータとして形成された電動機が配設されており、この場合、電気モータとして形成された電動機は、トランスミッションを駆動するために、同様にトランスミッションと個別に結合されている。所定の駆動モード、特に加速工程時、特に発進工程時は、車両は、例えば電気モータだけで駆動することができ、内燃機関をスタートさせる必要はない。他のケースでは、例えば車両制動時、即ち制動工程中は、ジェネレータとして形成された電動機を介して相応に、エネルギーを回生し、車両のバッテリに蓄えることができる。この場合、蓄えたエネルギーは、車両を新たに、特に電気走行モードで、駆動するために、電気モータとして形成された電動機に提供することができる。従って、自動車用のハイブリッド駆動は、特に、内燃機関が必要とする相応の燃料を節約するための「省エネルギーコンセプト」である。
そして、特許文献1から、個別に設けられた歯車を介してトランスミッション入力軸の一方と有効結合可能な電動機を設けたハイブリッド駆動コンセプトが公知である。電動機は、相応のトルクをトランスミッション入力軸に導入することができるので、その場合は、トランスミッションのギヤが入っている場合、トランスミッション出力軸を介して車両を駆動することができる。特に、ここで使用された電動機は、一方でジェネレータとして、他方で電気モータとして形成されているので、一方では、特にスタート工程時に、パワートレインを介して車輪が駆動可能であり、他方では、特に車両の制動工程時もしくは惰行運転時に、エネルギーを相応に回生することができる。
最後に、特許文献2から、同様にトランスミッションに個別に設けられた歯車もしくは軸を介してトランスミッション入力軸と電動機を有効結合することができるハイブリッド駆動コンセプトが公知である。
従来技術でこれまで公知の駆動コンセプトは、未だ最適には形成されておらず、特に電動機として、ここでは、本質的にどんなにコンパクトであってもスペースを要求するように形成され、非常に高い自重を備える直流モータが使用される。この電動機の個々のトランスミッションの構成要素への機械的な連結/結合も、未だ最適には形成されていない。従って、これまでの形成は、高いスペース必要量と、付加的に高い整備費用を必要とする。
独国特許出願公開第102 09 514号明細書 欧州特許出願公開第0 776 779号明細書
従って、本発明の根底にある課題は、一方でハイブリッド駆動コンセプト用のスペース必要量低減し、他方でこれに伴うコスト及び整備費用を同様に最小化し、相応の配設と作動方式によってユーザにとって快適なギヤチェンジとこれに伴う高い走行快適性が得られるように、冒頭で述べた方式のツインクラッチトランスミッションと、このツインクラッチトランスミッションを制御するための方法を形成及び発展させることにある。
前記の課題は、先ずトランスミッションについては、電動機によって、ギヤチェンジの際に自由回転する同期すべきトランスミッション入力軸が相応に同期可能であることによって解決される
前記の課題は、方法については、電動機を介して、トランスミッション入力軸に対してトルクを導入したり、利用したりすることができること、電動機が、それぞれ自由回転するトランスミッション入力軸を同期するために使用されることによって解決される。
本発明の基本思想は、少なくとも、各トランスミッション入力軸を電動機と有効結合することにある。これにより、両トランスミッション入力軸の独立した運転と、独立したギヤチェンジと、種々の走行状況が、最適に実現可能であり、これについては、以下で更に詳細に説明する。例えば、自動車の発進工程中は、車輪のトルクを相応に高めるため、電気モータとして形成された電動機を起動することができる。
また、自動車の純粋な電気モードも問題なく可能である。特に、制動工程中は、ジェネレータとして形成された電動機を介してエネルギーの回生と、このエネルギーのエネルギーアキュムレータへの、特に自動車のバッテリへの、蓄積も可能である。それぞれの電動機とトランスミッション入力軸間の相応の割当てもしくはここで特別に実現された有効結合を介して、最終的に、さもなければ従来技術でこれまで通常必要なスペースを低減し、それぞれの電動機の使用の可能性を高め、トランスミッションの制御を最適化するという相応の利点が得られる。結果においては、冒頭で説明した欠点が回避され、相応の利点が得られる。
本発明によるツインクラッチトランスミッションを形成及び発展させる多数の可能性がある。このため、この場では、先ず請求項1と請求項に従属する請求項の参照を指摘する。
以下で、図面とその説明を基にして本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
は、詳細には図示してない自動車用のツインクラッチトランスミッション1を、少なくとも部分的に概略図で示す。ここで図示したツインクラッチトランスミッション1は、特にハイブリッド駆動機構を備えるが、これは、以下で更に詳細に説明する。先ず、ツインクラッチトランスミッション1について、以下で説明する。
ツインクラッチトランスミッション1は、第1のトランスミッション入力軸2と第2のトランスミッション入力軸3を備え、第1のトランスミッション入力軸2は第1のクラッチK1を介して、第2のトランスミッション入力軸3は第2のクラッチK2を介して、内燃機関VKMもしくは内燃機関VKMのクランクシャフトと有効結合可能である。これは、特に図にはっきりと図示されており、ここでは、内燃機関VKMのクランクシャフトが、クラッチK1及びK2のクラッチドラム4と相応に有効結合されている。
ツインクラッチトランスミッション1内で、複数のギヤが入れたり外したりすることが可能である。この場合、連続するギヤは、それぞれ異なったトランスミッション入力軸に付設されている。ここに図示した、即ち図に図示した好ましい実施形の場合、第1のトランスミッション入力軸2には1速と3速のギヤI及びIIIが付設され、第2のトランスミッション入力軸3には2速と4速のギヤII及びIVが付設されている。更に、もう1つの5速のギヤもしくは6速のギヤ又はそれ以上のギヤ、特に例えばLKWトランスミッションの場合には10速のギヤまでのギヤを設け、これらを、相応に両トランスミッション入力軸2及び3に分配することも考えられる。
更に、第1の電動機5が設けられており、この電動機5は、電気モータ及び/又はジェネレータとして運転可能であり、更に電動機5は、トランスミッション入力軸の一方2もしくは3と有効結合可能である。
は、ツインクラッチトランスミッション1の実施形を示すが、ここではそれぞれのトランスミッション入力軸2もしくは3に1つの共通の出力軸8が付設されている。更に、図に図示した実施形の場合、概略的に図示した個々のギヤI〜IVを入れたり外したりするためのスライドスリーブが図示されているが、詳細には示されていない。この場合、ここで図に図示したツインクラッチトランスミッション1は、6以上のギヤまで備えることができるが、但しここではそれぞれ4つのギヤI〜IVしか図示されていない。
先ず、図示したツインクラッチトランスミッション1の具体的な配設と特別な形成もしくはここで実現した機械構造もしくは個々の構成要素の概略構造について、詳細に説明する。
図1図示した実施形の場合、第1の電動機5に加えて第2の電動機10が設けられている第2の電動機10は電気モータ及び/又はジェネレータとして運転可能であり、第1の電動機5は第1のトランスミッション入力軸2と、第2の電動機10は第2のトランスミッション入力軸3と、又はその逆に、有効結合可能であるか、結合されている。
特に、図に図示した電動機5及び10は、交流モータとして構成されている。自動車の加速工程時、電動機5もしくは10は、相応のトルクをツインクラッチトランスミッション1に導入するために、電気モータとして使用可能もしくは起動可能である。これに対して、電動機5もしくは10は、自動車の制動工程時、相応のエネルギーを発生させるために、ジェネレータとして使用可能もしくは起動可能であり、このエネルギーは、後で電気走行モードのために再び使用するために、エネルギーアキュムレータ、特に車両バッテリに蓄えることができる。
基本的に、電動機5もしくは10によって、ツインクラッチトランスミッション1のギヤチェンジの際に、同期すべきそれぞれのトランスミッション入力軸は、相応に電動機5もしくは10によって同期可能であるか、既に上で述べたように、電動機5もしくは10によって自動車の後退ギヤモードが、即ち後退が、実現可能であり、ツインクラッチトランスミッション1は、個別の後退ギヤ歯車を備える必要がないということが通用する。
ギヤチェンジの可能性もしくは電気モータもしくはジェネレータとして電動機5もしくは10を使用する可能性をそれぞれ詳細に説明する前に、ここでは詳細に図示されていないが、それぞれのツインクラッチトランスミッション1が、当然相応の制御技術上の構成要素を、特に電子及び/又は電気に基づいて実現された、特にマイクロプロセッサを有する制御機器や、それぞれのトランスミッション入力軸2,3もしくはドライブシャフト6,7及び/又は出力軸8の回転数を測定するための相応の回転数センサを、備えることを指摘しておく。また、ここでは部分的に単に概略的に図示したスライドスリーブ等を操作するためのアクチュエータや油圧制御装置は、相応の制御機器を介して実現される。
は、2つの電動機5及び10が設けられており、それぞれ1つの電動機5もしくは電動機10がそれぞれ1つのトランスミッション入力軸に付設されている、ツインクラッチトランスミッション1の実施例を示す。ここに示した実施例では、第1の電動機5が第1のトランスミッション入力軸2に付設され、第2の電動機10が第2のトランスミッション入力軸3に付設されている。この付設は、また概略的に図示され、識別可能であり、ここでは、両電動機5もしくは10は、一方で電気モータ5aもしくは10aとして、他方でジェネレータ5bもしくは10bとして運転可能である。電動機5もしくは10を介して、相応のトランスミッション入力軸2及び3に対してトルクを導入したり、利用したりすることができる。これに基づいて、種々の制御戦略が可能であり、そのうちの幾つかを、以下で説明する。
内燃機関VKMだけが作動している場合、ツインクラッチトランスミッション1の標準運転は、ツインクラッチトランスミッション1が、それぞれギヤが入っている第1のトランスミッション入力軸2又は第2のトランスミッション入力軸3を介して運転される。
例えば、ハイブリッド駆動、即ち電動機5もしくは10の一方が起動されている場合、加速工程で「ブースト機能」を実施することができる。このため、例えば内燃機関VKMは、閉鎖された第1のクラッチK1を介して第1の部分トランスミッションを駆動し、これにより、出力軸8を駆動する。適当なギヤが第2の部分トランスミッションで入れられると、第2の電動機10、即ち電気モータ10a、を介して、加速工程を支援するための付加的なトルクを供給することができる。内燃機関VKMが、閉鎖された第2のクラッチK2を介して第2の部分トランスミッション2を駆動し、これにより出力軸8を駆動する場合は、当然逆転/相似の方式でも同じケースが当て嵌まる。その場合、第1の部分トランスミッションで適当なギヤが入れられた場合、第1の電動機5、即ち電気モータ5a、は、加速工程を支援するために、付加的なトルクを導入することができる。
しかしながらまた、ここでは2つの個別の電動機5及び10が設けられているので、内燃機関VKMが作動している場合に加速工程の直接的な支援が行なわれることも考えられる。例えば内燃機関VKMが第1の部分トランスミッションを介して車両を駆動すると、第1の電動機5を起動することができる。第2の部分トランスミッションを介して駆動する場合には、同様のことが第2の電動機10に当て嵌まる。
別の付加的な選択肢は、特に、例えば内燃機関VKMが第1の部分トランスミッションを介して車両を駆動する場合、第1の電動機5を起動できるばかりでなく、即ち第2の部分トランスミッションで相応のギヤが入れられ、第2のクラッチK2が開放されているか、スリップ状態で運転される場合には、同時に第2の電動機10も起動できることにある。当然、同様のことが、第2の部分トランスミッションを介して駆動する場合の逆転/相似のケースに当て嵌まる。
後退ギヤも、個別の後退歯車を設ける必要なく実現可能である。後退は、どのギヤがどの部分トランスミッションで入っているかに応じて、第1の部分トランスミッションを介しても、第2の部分トランスミッションを介しても実現することができる。その場合、後退は、それぞれの電動機5又は10の相応の回転方向の逆転を介して、即ちそれぞれの電気モータ5aもしくは10aを介して行なわれる。この場合、両クラッチK1及びK2は開放されている。
更に、個々のトランスミッション入力軸又は3の同期は、それぞれの電動機5もしくは10を介して個別に行なうことができる。この場合、それぞれその際に自由回転するトランスミッション入力軸、即ち出力軸8を直接駆動しないトランスミッション入力軸、を、それぞれの電動機5もしくは10によって同期させることができ、通常の同期装置を利用する必要はない。これにより、相応のコストの削減が可能である。
また、電動機5もしくは10は、ジェネレータ5bもしくは10bとして使用することもできるが、ここでも、種々の適用の可能性が考えられる。特に、制動工程時に、ジェネレータ5bもしくはジェネレータ10bは、電流を発生させ、これにより、第1のクラッチK1又は第2のクラッチK2が開放されているか、閉鎖されているかに依存せずに、第1もしくは第2の部分トランスミッションを制動することができる。例えば、自動車の一定走行時に、第1のジェネレータ5bは、第1の部分トランスミッションが出力軸8と結合している場合には、第1の部分トランスミッションによって電流を生産することができる。ジェネレータ5bは、第1のクラッチK1が内燃機関VKMと結合していることによって、電流を発生させることもできる。同様に、第2のジェネレータ10bも、一定走行時に電流を発生させることができる。
第1のクラッチK1もしくは第2のクラッチK2が閉鎖され、ギヤが部分トランスミッションで入っていない場合、自動車のアイドリング状態で、選択的に両ジェネレータ5bもしくは10bは電流を発生させることができる。ジェネレータ5bもしくは10bに付設されたクラッチK1もしくはK2が開放されている場合、所定の速度での自動車の走行状態で、特に、出力軸8を直接駆動しない部分トランスミッションによって、相応のジェネレータ5bもしくは10bを介して電流を発生させることができる。
また、異なった電動機5もしくは10は、内燃機関VKM用のスタータとして利用することができる。例えば、第1の部分トランスミッションでギヤは入っておらず、第1のクラッチK1は閉鎖されるので、第1の電気モータ5aが、内燃機関VKMをスタートもしくは駆動することができる。逆転した相似のケースも考えられ、即ち、第2の部分トランスミッションでギヤが入っておらず、従って第2のクラッチが閉じている場合、第2の電動機10を介して内燃機関VKMを駆動することができる。従って、結局、両電動機5もしくは10は、相応のクラッチが閉鎖され、ギヤがそれぞれの部分トランスミッションで入っていない場合に、必要時に内燃機関VKMを駆動することができる。
純粋な電気モードでの車両の走行時、内燃機関VKMは、特に車両が第1の電気モータ5aによって入っているギヤを介し、第1の部分トランスミッションを介して駆動され、第1のクラッチK1が開放されている場合に、以下のようにスタートもしくは起動することができる。その場合、第2の電気モータ10aを介して、内燃機関VKMは、第2の部分トランスミッションでギヤが入っておらず、クラッチK2が閉鎖されることによって、駆動することができる。同様に、相似のケースも実施することができる。
内燃機関VKMは、「牽引」でスタートさせることもできる。このため、一方の部分トランスミッションでギヤを入れ、相応にこの部分トランスミッションに付設されたクラッチを閉鎖しなければならない。付加的に、相応の電気モータ5aもしくは10aは、第1の部分トランスミッションの出力回転数の低下を回避するために、付加的なトルクを導入することができる。
車両が内燃機関VKMによって駆動される場合の個々の電動機5もしくは10の起動も、特に充電状態でも、相応に可能もしくは考えられる。
一定の車速での走行時、第1のジェネレータ5aは、第1の部分トランスミッションが出力部8と結合している場合に、第1の部分トランスミッションからの電流、即ちここではトルク、を利用することができる。同様に、同様のことが、第2のジェネレータ10bと第2の部分トランスミッションに当て嵌まる。例えば第1又は第2のクラッチが閉鎖され、ギヤが部分トランスミッションで入っていない場合、アイドリング中でも、選択的に電動機5もしくは10の一方を介して電流を発生させることができる。車両が一方の部分トランスミッションで走行している場合も、他方の部分トランスミッションで電流を発生させることができ、これは、この部分トランスミッションに付設されたクラッチが開放されており、ここで接続された電動機5もしくは10がジェネレータ5bもしくは10bとして運転されることが、唯一の条件である。
また、電動機5もしくは10は、内燃機関VKM用のスタータとして使用することができる。最終的に、両電動機5もしくは10は、即ち、それぞれのクラッチが閉鎖され、相応の部分トランスミッションでギヤが入っていない時に、内燃機関VKMを必要時に駆動することができる。
結局、本発明による実施形によって相応の利点が得られる。
概略的に図示した2つの電動機が設けられたツインクラッチトランスミッションを概略図で示す。
1 ツインクラッチトランスミッション
2 第1のトランスミッション入力軸
3 第2のトランスミッション入力軸
4 クラッチドラム
第1の電動機
5a 電気モータ
5b ジェネレータ
6 ドライブシャフト
7 ドライブシャフト
8 出力軸
8a 出力部
10 第2の電動機
10a 電気モータ
10b ジェネレータ
K1 第1のクラッチ
K2 第2のクラッチ
VKM 内燃機関

Claims (13)

  1. 第1のトランスミッション入力軸(2)が第1のクラッチ(K1)を介して、第2のトランスミッション入力軸(3)が第2のクラッチ(K2)を介して、内燃機関(VKM)もしくは内燃機関(VKM)のクランクシャフト有効結合可能であり、入れること及び/又は外すことが可能な複数のギヤ(I,II,III,IV)が設けられており、連続するギヤが異なったトランスミッション入力軸(2,3)付設されており第1の電動機(5)が設けられており、第1の電動機(5)が、電気モータ(5a)及び/又はジェネレータ(5b)として運転可能であり、付加的に第2の電動機(10)が設けられており、第2の電動機(10)が、電気モータ(10a)及び/又はジェネレータ(10b)として運転可能であり、第1の電動機(5)が第1のトランスミッション入力軸(2)と、第2の電動機(10)が第2のトランスミッション入力軸(3)と、又はその逆に、有効結合可能である、第1のトランスミッション入力軸(2)と第2のトランスミッション入力軸(3)を有するハイブリッド駆動機構を有する自動車用のツインクラッチトランスミッション(1)において、
    電動機(5,10)によって、ギヤチェンジの際に自由回転する同期すべきトランスミッション入力軸(2,3)が相応に同期可能であることを特徴とするツインクラッチトランスミッション。
  2. 電動機(5,10)が、交流モータとして構成されていることを特徴とする請求項に記載のツインクラッチトランスミッション。
  3. 電動機(5,10)が、自動車の加速工程時に電気モータ(5a,10a)として使用可能及び/又は起動可能であることを特徴とする請求項又はに記載のツインクラッチトランスミッション。
  4. 電動機(5,10)が、自動車の制動工程時にジェネレータ(5b,10b)として使用可能及び/又は起動可能であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のツインクラッチトランスミッション。
  5. 電動機(5,10)によって、自動車の後退ギヤモードが実現可能であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のツインクラッチトランスミッション。
  6. 第1のトランスミッション入力軸(2)と第1のトランスミッション入力軸(2)に付設されたギヤによって第1の部分トランスミッションが構成され、第2のトランスミッション入力軸(3)と第2のトランスミッション入力軸(3)に付設されたギヤによって第2の部分トランスミッションが構成されている、請求項1〜のいずれか1つに記載ハイブリッド駆動機構を有する自動車用のツインクラッチトランスミッション(1)を制御するための方法において、
    電動機(5,10)を介して、トランスミッション入力軸(2,3)に対してトルクを導入したり、利用したりすることができること、電動機(5,10)が、それぞれ自由回転するトランスミッション入力軸(2,3)を同期するために使用されることを特徴とする方法。
  7. 電動機(5,10)が、内燃機関(VKM)用のスタータとして使用されることを特徴とする請求項に記載の方法。
  8. 電動機(5,10)が、加速工程時に電気モータ(5a,10a)として付加的にトルクをツインクラッチトランスミッション(1)に導入することを特徴とする請求項に記載の方法。
  9. 電動機(5,10)が、制動工程時にジェネレータ(5b,10b)として付加的にトルクを利用することを特徴とする請求項6又は7に記載の方法。
  10. 電気モードで、電動機(5,10)が、電気モータ(5a,10a)として車両を駆動することを特徴とする請求項のいずれか1つに記載の方法。
  11. 電気モードから、内燃機関(VKM)がスタートされるか、相応の回転数にオーバシュートされることを特徴とする請求項のいずれか1つに記載の方法。
  12. 電気モードと燃焼モード間の交互の切換えが行なわれることを特徴とする請求項10のいずれか1つに記載の方法。
  13. 電動機(5,10)の回転方向を逆転することによって、車両の後退が実現されることを特徴とする請求項のいずれか1つに記載の方法。
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