JP2011093520A - 混合型ハイブリッド - Google Patents

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Abstract

【課題】 シリアルハイブリッドをパラレルハイブリッドと組み合わせた、構造が簡単で汎用的に使用できる駆動列を提供する。
【解決手段】 車両の少なくとも１つのアクスルを駆動するために、互いに機械的に連結された内燃機関、２つの電気機械、およびトランスミッションを含む、車両用のハイブリッド駆動列は、内燃機関（１）および第１の電気機械（２）が、トランスミッション（３）の入力シャフトに設けられ、第２の電気機械（４）が、トランスミッションの出力シャフト（６）に設けられるか、または車両のアクスルに作用するように設けられ、内燃機関の最大出力および／または最大トルクが、トランスミッションが伝動できる出力またはトルクよりもかなり大きいことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パラレルハイブリッド型部分駆動系およびシリアルハイブリッド型部分駆動系を含むハイブリッド車用の駆動列（ドライブトレイン）に関する。
ハイブリッド車用の駆動列は様々な実施形態で公知である。例えば、いわゆるパラレルハイブリッドの場合、内燃機関および電気機械は、ハイブリッド車を駆動するのに、単独でまたは共同して駆動列に出力またはトルクを加えることができるように配置される。これは、電気機械が内燃機関を補助することを可能にする。さらに、シリアルハイブリッドと呼ばれるものは、発電機として動作する電気機械を内燃機関が駆動するとして公知である。このような関係において発生した電流は、例えば、バッテリなどの蓄電池に送られる、かつ／またはモータとして動作する電気機械に電力を供給するのに使用される。これは、内燃機関が最良点で燃料消費上最適に動作することを可能にする。
さらに、シリアルハイブリッド駆動をパラレルハイブリッド駆動と組み合わせることも公知である。そのような併用型駆動列は、その種類の概念を形成する下記特許文献１に提示されている。この場合に、内燃機関、２つの電気機械、およびトランスミッションのトルクをつなぐために、遊星歯車機構が設けられる。
独国特許出願公開第１０ ２００７ ００２ ７３４号明細書
本発明の目的は、シリアルハイブリッドをパラレルハイブリッドと組み合わせた、構造が簡単で汎用的に使用できる駆動列を提案することである。本発明の目的はまた、対応する駆動列を動作させる方法を提案することである。
その目的は、装置に関しては請求項１の特徴によって達成される。その目的は、方法に関しては請求項６および請求項１０の特徴によって達成される。
本発明は、内燃機関が最大限に供給できるよりもかなり小さい最大出力またはかなり小さい最大トルクを伝動するように構成されたトランスミッションを、混合型ハイブリッド式の駆動列に装備するという概念に基づく。これに関連して、かなり小さいとは、例えば、半分または１／３だけ小さいことを意味する。このために、内燃機関は、トランスミッションの入力シャフト上の第１の電気機械と一緒に配置される。第２の電気機械は、トランスミッションの出力シャフトに設けられるか、または車両のアクスル（車軸）に作用するように設けられるかのいずれかである。これに関連して、第２の電気機械という用語は、１つの電気機械の代わりに２つ以上の電気機械を有する構造を含めたものと解釈することもできる。
伝動されなければならない最大トルクが小さいので、上記の「トランスミッションの小型化」により、例えば、ディスクがより少ないトランスミッション内部クラッチを使用することが可能になり、その結果、トランスミッションで発生する損失もより小さくなる。さらに、例えば、変速段数、間隔および／またはステップ（ｓｐａｃｉｎｇ ａｎｄ／ｏｒ ｓｔｅｐｐｉｎｇ）を低減することにより、トランスミッションの構造を単純化することができる。したがって、例えば、変速段をより少なくするか、または様々な最大トルクに対応する変速段を構成することが可能である。
この特有の構成は多数の利点をもたらす。ハイブリッド駆動列は、この場合には混合型ハイブリッドとして、シリアルハイブリッドおよびパラレルハイブリッドの両方の態様で動作する。この場合に、車両の少なくとも１つのアクスルを機械的に駆動するために、トランスミッションが伝動できる最大出力レベルのみ、または、伝動され得る内燃機関の最大トルクを利用する。これを超える内燃機関の出力レベルは、第１の電気機械を発電機として動作させることで電流に変換される。したがって、有利にも、効率のレベルが比較的高い、小型で軽量のトランスミッションが使用可能になる。さらに、例えば、過給などの内燃機関の動力性能を強化する手段の代わりに、ここでは、相当するトルク性能を備えた電気機械を使用することが可能である。さらなる利点は、内燃機関に近接して配置された電気機械、および車両のアクスルに近接して配置された電気機械の両方が存在することである。これに関連して、内燃機関に近接して配置された電気機械は、内燃機関の出力シフトに特に適している。アクスルに近接して配置された電気機械は、電気走行または回生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）に特に適している。
したがって、トランスミッション入力シャフトに設けられるこの第１の電気機械を相応した容量にすることができる。つまり、第１の電気機械が発電機として動作中に、最大限で、内燃機関の最大出力レベルまたはトルクとトランスミッションが伝動できる最大出力レベルまたはトルクとの間の差分に相当する、内燃機関の出力レベルまたはトルクを電流に変換するように、前記第１の電気機械を構成することが可能である。
好ましい一実施形態では、トランスミッションは、入力シャフトおよび出力シャフトを有し、内燃機関および第１の電気機械は入力シャフトに配置され、第２の電気機械は、トランスミッションの出力シャフトに配置される。これは、発明概念に対する単純構造の問題解決手段となる。もちろん、入力シャフトが２つ以上あるトランスミッションを使用することもできる。トランスミッションシャフトと電気機械との間を、例えば、直接的に、ベルトを介して、またはギヤホイールを介してなど、様々な方法で連結することができる。
トランスミッションと第２の電気機械との間にクラッチ、例えば、湿式クラッチまたは乾式クラッチとして具現化されるクラッチを配置することを提案するのは有益である。このクラッチを切る（開く）ことで、駆動列をシリアルハイブリッドとして容易に動作させることができる。この場合に、内燃機関は、発電機として動作する第１の電気機械に動力を供給する。発生した電流は、モータとして動作する第２の電気機械に電力を供給する働きをするか、または、例えば、高電圧バッテリなどの蓄電池に蓄積される。これにより、シリアルハイブリッドを形成することができる。
トランスミッションが、車両の別のアクスルを駆動するためのもう１つのシャフト（追加のシャフト）を有することによって、機械式全輪駆動を容易に実現することができる。この場合に、第２の電気機械が配置されるトランスミッションの出力シャフトのほかの、このもう１つのシャフトが、車両の別のアクスルを駆動することができる。
もう１つのシャフト、またはもう１つのシャフトによって駆動されるアクスルのホイールは、切り離すことができるように設けられるのが好ましい。これは、このクラッチまたはこれらのクラッチが切られた（開かれた）場合に車両の完全な電気駆動を可能にする。
そのようなハイブリッド駆動列の動作中に、トランスミッション入力シャフトに設けられた第１の電気機械を発電機として動作させるのが好ましい。これは、この第１の電気機械が内燃機関に近接して配置されることから、特に、内燃機関の出力シフト時に有益である。
本発明によるハイブリッド駆動列を搭載した車両を駆動するために、トランスミッションの最大許容出力レベルまたはトルクまで、内燃機関が、その出力またはトルクをトランスミッションに機械的に加えるのが好ましい。その場合に、これを超える内燃機関の出力レベルまたはトルクは、発電機として動作する第１の電気機械に加えられ、電流に変換される。これは、高効率の電気モータをコンパクトな構造のトランスミッションと共に使用することを可能にする。本発明によるハイブリッド駆動列では、第２の電気機械をモータとして動作させるのが好ましい。この第２の電気機械は、アクスルに近接して設けられ、したがって、電気走行またはハイブリッド車の動力を増強するのに有利なように配置される。
第２の電気機械は、その位置がアクスルに近いために回生に特に適していることから、本発明によるハイブリッド駆動列での回生をこの第２の電気機械を使用して行うことも好ましい。
本発明によるハイブリッド駆動列の可能な実施形態を示している。 本発明によるハイブリッド駆動列の可能な実施形態を示している。 本発明によるハイブリッド駆動列の可能な実施形態を示している。
本発明が、図面を参照して以下にさらに詳細に提示される。ここで、図１〜３は、本発明によるハイブリッド駆動列の３つの可能な実施形態を示している。これに関連して、同じ参照符号はそれぞれ、３つの図すべての中の同じ要素に使用される。
図１による第１の実施形態では、トランスミッション３の入力シャフトに配置された内燃機関１が提示されている。トランスミッション３は、例えば、オートマチックトランスミッションとして具現化することができる。第１の電気機械２もトランスミッション３の入力シャフトに配置されている。この電気機械は、例えば、トランスミッション入力シャフトに直接連結される３相非同期電流機械として具現化される。トランスミッション３が伝動することができ、トランスミッション出力シャフト６に伝動することができる最大出力レベルまたはトルクは、この場合、内燃機関１が生成できる最大出力レベルまたはトルクよりもかなり小さい。これに関連して、かなり小さいとは、例えば、半分または１／３だけ小さいことを意味する。例えば、内燃機関１は、最大トルクが７００Ｎｍであり、一方、トランスミッション３は、最大トルク４００Ｎｍを伝動することができる。この場合に、第１の電気機械２は、動作時のトルク約３００Ｎｍに対する発電機として構成することができる。したがって、内燃機関１が生成できる最大トルク７００Ｎｍは、発電機として動作する電気機械２が取り込むことができる最大トルク３００Ｎｍと、トランスミッション３が伝動できるトルク４００Ｎｍとの合計に正確に一致する。
さらに、第２の電気機械４がトランスミッション出力シャフト６に配置されている。別のトランスミッションも、オプションとして、第２の電気機械４とトランスミッション出力シャフト６との間に設けられる。トランスミッション出力シャフト６は、車両のアクスル８を駆動するために差動装置７まで延びる。あるいは、２つの第２の電気機械４が、車両のアクスル８を駆動するために差動装置７の出力部に設けられ、適切な場合、やはりトランスミッションがいずれの場合にも設けられる。さらに、トランスミッション出力シャフト６は、第２の電気機械４とトランスミッション３との間にオプションのクラッチ９を有する。このクラッチ９がつながった（閉じた）場合、内燃機関１は、差動装置７によりトランスミッション３を介してアクスル８を機械的に駆動することができる。クラッチ９が切られた（開いた）場合、アクスル８は、差動装置７によって電気機械４にのみ機械的に連結される。このオプションのクラッチ９がない場合、トランスミッション３はニュートラル位置にシフトされて、アクスル８は、電気機械４にのみ機械的に連結される。
さらに、例えば、高電圧バッテリとして具現化できる蓄電池５が設けられている。蓄電池５は、対応する高電圧用リード線を介して第１の電気機械２および第２の電気機械４に接続されていて、対応する制御装置または電力用電子回路は、簡潔にするために図示されていない。
さらに、駆動列は内燃機関１によって従来の方法で駆動することができる。このため、この例では、差動装置７を用いて最大トルク４００Ｎｍを内燃機関１からトランスミッション３を経てアクスル８に伝動することができる。
蓄電池５を充電する、かつ／または、例えば、第２の電気機械４などの車両のさらなる電気負荷に給電するために、第１の電気機械２は発電機として動作することができる。この場合に、アクスル８を駆動するのに、内燃機関１に加えて、第２の電気機械４を使用することもできる。そのような高負荷運転では、内燃機関１の最大出力は、機械部分と電気部分とに分割される。この場合に、機械部分は４００Ｎｍであり、トランスミッション３を介して出力シャフト６に加えられる。電気部分は、発電機として動作する第１の電気機械２および／または蓄電池５からの電流によって提供され、この電流は、モータとして動作する第２の電気機械４に電力を供給する。その結果、電気部分はまた、第２の電気機械４のトルクとしてトランスミッション出力シャフト６に加えられる。
シリアルハイブリッド運転は、クラッチ９が切られ（開かれ）、あるいは、トランスミッション３がニュートラル位置にシフトされて、第１の電気機械２が発電機として動作することにより可能になる。第１の電気機械２は、内燃機関１によって駆動されて電流を生成する。電流は蓄電池５に蓄積される、かつ／または第２の電気機械４に電力を供給するのに使用される。これにより、第２の電気機械４は差動装置７を介してアクスル８を駆動する。このようなシリアルハイブリッド運転は、連続的にあるいは間欠的に行うことができる。これは、例えば、触媒コンバータの加熱を最適化し、したがって、内燃機関の排気ガスを改善するために、車両の速度から切り離した方法で内燃機関が触媒コンバータを加熱するのを可能にする。
回生は、第２の電気機械を用いて行われるのが好ましい。これに関連して、内燃機関１は停止され、クラッチ９は切られる（開かれる）。回生中に、いっそう強力な制動が必要とされる場合、クラッチ９をつなげる（閉じる）ことができ、したがって、トランスミッション出力シャフト６を介して、この場合に発電機として補助的に動作する電気機械２に運動エネルギを伝動することができる。
ハイブリッド駆動列のコールドスタート時に、内燃機関１の熱が十分に分散されてトランスミッション３のオイルを温めるのに利用できるまで、シリアルハイブリッド運転を行うのが好ましい。したがって、車両が内燃機関１によって駆動される場合に、最小限の損失で従来の運転を行うことができる。
図２による第２の実施形態では、車両の第２のアクスル８’を駆動するために、トランスミッション３のもう１つのシャフト１０（追加シャフト）が設けられている。したがって、この場合、この駆動列の従来の運転時に、アクスル８およびアクスル８’の両方が、内燃機関１によってトランスミッション３を介して駆動される。さらに、第２のアクスル８’のホイールをもう１つのシャフト１０から切り離すために、２つのクラッチ１１が設けられている。クラッチ１１が切られる（開く）と、それにより、完全な電気走行が可能になる。これに関連して、アクスル８のみが駆動される。あるいは、２つのクラッチ１１の代わりに、もう１つのシャフト１０内の単一クラッチもあり得る。他の動作状態は、図１に示した第１の実施形態と同様である。
第３の実施形態が図３に示されている。この実施形態は、第２の電気機械４がトランスミッション出力シャフト６に設けられるのではなくて、別のアクスル８”に作用するように設けられている点で前述の実施形態とは異なっている。したがって、別のアクスル８”は、実際上電気アクスルとして具現化される。従来の運転では、アクスル８は、内燃機関１によってトランスミッション出力シャフト６を介して駆動される。別のアクスル８”を駆動するのに、第２の電気機械４をモータとして動作させることで完全な電気走行が行われる。これに関連して、クラッチ１２がアクスル８またはアクスル８のホイールを切り離すために設けられている。さらに、内燃機関１が停止されると、アクスル８を第１の電気機械２によってのみ駆動することができる。
第１の電気機械２が発電機として動作し、第２の電気機械４がモータとして同時に動作する場合に、シリアルハイブリッド運転が可能である。また、これに関連して、この場合にも連続的なシリアルハイブリッド運転または間欠的なシリアルハイブリッド運転を行うことが可能である。それにより、高負荷用運転手段として全輪駆動が可能になる。これに関連して、内燃機関１の出力は、従来の構成要素に割り当てられ、トランスミッション３を介して車両のアクスル８に機械的に加えられる。さらに、シリアル構成要素は、発電機として動作する第１の電気機械２を介し、適切な場合は、さらに蓄電池５から電流を第２の電気機械４に供給するように構成されている。さらには、アクスルに近接し、発電機として動作する第２の電気機械４を用いて回生が行われる。また、これに関連して、制動を強化するために、第１の電気機械２を発電機として動作させることがさらに可能である。
要約すると、本発明は、トランスミッションを小型化した混合型ハイブリッドを提供する。これに関連して、駆動列は、パラレルハイブリッド型部分駆動列およびシリアルハイブリッド型部分駆動列を含む。内燃機関のトルクまたは出力レベルは、車両を駆動するために、パラレルハイブリッド型部分駆動列を通じて、トランスミッションにとって許容できる入力トルクまでのみ適用される。これを超えるトルクまたは出力レベルは、車両を駆動するためにシリアルハイブリッドの形態で実現される。駆動列は、内燃機関のトルクまたは出力レベルが、電気機械およびトランスミッションの出力レベルまたはトルクの合計として設定されるように構成されるのが好ましい。混合型ハイブリッドは、プラグインハイブリッドと呼ばれるものと同様に、外部蓄電池で外部から蓄電池を充電するように構成することもできる。
１ 内燃機関
２ 第１の電気機械
３ トランスミッション
４ 第２の電気機械
６ トランスミッション出力シャフト
８ アクスル

Claims (11)

  1. 車両用のハイブリッド駆動列であって、前記車両の少なくとも１つのアクスルを駆動するために、互いに機械的に連結された内燃機関、２つの電気機械、およびトランスミッションを含むハイブリッド駆動列において、前記内燃機関（１）および第１の電気機械（２）は、前記トランスミッション（３）の入力シャフトに設けられ、第２の電気機械（４）は、前記トランミッションの出力シャフト（６）に設けられるか、または前記車両のアクスルに作用するように設けられ、前記内燃機関の最大出力および／または最大トルクは、前記トランスミッションが伝動できる出力またはトルクよりもかなり大きい、ハイブリッド駆動列。
  2. 前記トランスミッションは、入力シャフトおよび出力シャフトを有し、前記内燃機関および第１の電気機械は、前記入力シャフトに配置され、第２の電気機械は、前記トランスミッションの前記出力シャフトに配置され、前記トランスミッションの前記出力シャフトは、前記車両のアクスル（８）を駆動するように設けられる、請求項１に記載のハイブリッド駆動列。
  3. クラッチ（９）が、前記トランスミッションと前記第２の電気機械との間に設けられる、請求項２に記載のハイブリッド駆動列。
  4. 前記トランスミッションは、前記車両の別のアクスル（８’）を駆動するための追加シャフト（１０）を有する、請求項３に記載のハイブリッド駆動列。
  5. 前記追加シャフト、または前記追加シャフトによって駆動される前記別のアクスルのホイールは、それらを切り離すことができるように設けられる、請求項４に記載のハイブリッド駆動列。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動列を動作させる方法であって、前記第１の電気機械は発電機として動作する、方法。
  7. 前記内燃機関の前記出力は、前記トランスミッションが伝動できる出力レベルまでトランスミッションに加えられ、これを超える前記内燃機関の出力レベルは、発電機として動作する前記第１の電気機械に加えられる、請求項６に記載の方法。
  8. 前記第２の電気機械はモータとして動作する、請求項６または請求項７に記載の方法。
  9. 前記トランスミッションを前記被動アクスルから切り離すためにクラッチが設けられ、前記クラッチが切られた場合に、前記内燃機関は、発電機として動作する前記第１の電気機械だけを駆動する、請求項６に記載の方法。
  10. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動列の回生方法であって、前記第２の電気機械は発電機として動作する、方法。
  11. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のハイブリッド駆動列のコールドスタート方法であって、前記内燃機関の熱が十分に分散されて、前記トランスミッションのオイルを温めるのに利用できるまでシリアルハイブリッド運転を行う、方法。
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