JP2015530946A - ハイブリッド駆動自動車用駆動装置 - Google Patents

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ポルトロニエリ、ジャンパオロ
ベレッティ、ファビオ
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    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/04—Combinations of toothed gearings only
    • F16H37/042—Combinations of toothed gearings only change gear transmissions in group arrangement
    • F16H37/046—Combinations of toothed gearings only change gear transmissions in group arrangement with an additional planetary gear train, e.g. creep gear, overdrive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
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Abstract

本発明は、内燃機関と、複数のギア比を有する変速ギアボックスを介して自動車の少なくとも１個のアクスルディファレンシャルへ交代で又は同時に出力駆動を提供する少なくとも１個の電気機械とを有し、内燃機関は切断クラッチによって分離可能であるハイブリッド駆動自動車用駆動装置に関する。単純な構造で効率が良い駆動装置を得るため、ギアボックスはそれぞれ少なくとも２つのギア比を有する２個のサブギアボックス（３、４）に分割され、内燃機関（２）は駆動のために第一サブギアボックス（３）と分離不能に接続されることが提案される。電気機械（６）は動力が伝達される経路において、第一サブギアボックス（３）の出力（８）に配置される切断クラッチ（５）の下流側で、第二サブギアボックス（４）の上流側に配置され、第二サブギアボックス（４）の出力（１１）はアクスルディファレンシャル（７）に出力駆動を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置に関する。
第一駆動源として内燃機関と第二駆動源として電気機械を用いる従来のハイブリッド駆動装置において、内燃機関は、自動車の速度範囲をカバーする複数（例えば６つや７つ）のギア比を有する変速ギアボックスを介して、１個のアクスルディファレンシャル（前輪用又は後輪用）又は２個のアクスルディファレンシャル（前輪用及び後輪用）で動作する。電気機械は、ギアボックスを介して直接的に又は結合してアクスルディファレンシャルの１つに駆動出力を提供することができる。自動車が比較的広い速度範囲を有し、この範囲がウェートが良い（しかしトルクが低い）電気機械によってカバーされる場合、電気機械には、例えば２つのギア比を有するギアボックスがさらに要求される。
ＤＥ１０２００８０２３７３２Ａ１ ＷＯ２０１１／０１４５３１
例えば特許文献１は、速度を調整可能とするために、第一電気機械が内燃機関とギアボックスとの間に挿入され、第二電気機械がプラネタリーギアを介して内燃機関と共通のアクスルディファレンシャルに出力駆動を提供するハイブリッド駆動を示す。
さらに、特許文献２では、全輪駆動を提供するために、第一電気機械が内燃機関にフランジ取付される変速ギアボックスと結合して、１個のアクスルディファレンシャルへの駆動出力の提供を可能とし、第二電気機械が駆動のために第二アクスルディファレンシャルに直接接続されるハイブリッド駆動装置が記載されている。
電気機械は、駆動モータとして動作し、自由に回転し、または回復モードにおけるジェネレータとして動作するための通常の方法で接続される。
本発明は、構造的なコストと複雑さを軽減して、自動車、内燃機関、及び効率が良い速度範囲で操作される少なくとも１個の電気機械において、高速範囲をカバーできるハイブリッド駆動装置を提案することを目的とする。
上記目的は、請求項１に与えられる特徴の効果により達成される。本発明の有利な改良は、従属項において明らかになる。
本発明によれば、ギアボックスがそれぞれ少なくとも２つのギア比を有する２個のサブギアボックスに分割され、内燃機関は、駆動のために第一サブギアボックスと分離不能に接続されることが提案される。また、電気機械は、動力が伝達される経路において、第一サブギアボックスの出力に配置される切断クラッチの下流側であって、第二サブギアボックスの上流側に配置され、第二サブギアボックスは、アクスルディファレンシャルに出力駆動を提供する。例えば、自動車が内燃機関駆動モードのとき、提案するようにギアボックスを分割することによって、内燃機関は両方のサブギアボックスで動作する。この場合、２個のサブギアボックスのギア比が掛け合わされる。電気機械は１個のサブギアボックスを介して出力駆動を提供する。切断クラッチによって、内燃機関及び第一サブギアボックスは、電気モータ駆動モードにおいて停止され得る。これにより、牽引損失や摩擦損失は起こらない。
２個のサブギアボックスのギア比は、内燃機関の低速度、及び電気機械の相当な高速度に調整可能である。特に、内燃機関と少なくとも１個の電気機械がその既定最大速度を自動車の規定の最終速度に到達させるように、２個のサブギアボックスのギア比が設計され得る。
特に好ましくは、第２サブギアボックスは、１：１のトランスミッション（高速範囲）から、それと異なるギア比へと切替可能であって、この場合ギア比はより低いことが好ましい。特に、このサブギアボックスは、プラネタリーギアボックスとすることができ、効率が良く、負荷の下で切替可能である。すなわち、例えば電気油圧式等のクラッチを使用することなく操作され得る。
さらに、第一サブギアボックスは、リバースギアを有してもよい。この場合、内燃機関のみによって駆動されるモードのとき（例えば、トラクションバッテリが放電されるとき）であっても自動車が逆に移動可能となる。
特に好ましくは、第一サブギアボックスは、フォワードギアの少なくとも半分、若しくはちょうど半分、及び／又は３個以上のフォワードギアを有してもよく、第二サブギアボックスと共同して、規定されるギア比の数が得られ、又は設定されてよい。例えば、ギア比の数は４つより大きく、一般的にはおよそ６つである。このため、２個のサブギアボックスは、内燃機関に適した変換範囲を確実にカバーし、電気機械のための最適な調整が確実となる。
第二サブギアボックスの制御の観点から、内燃機関による駆動及びハイブリッド駆動においては、とりわけ第一サブギアボックスのギアに関連して、電気モータによる駆動においては、とりわけ自動車の速度に関連して、第二サブギアボックスのギアを切替可能とすることが特に有益である。
内燃機関駆動モードにおいて、第二サブギアボックスのギアの切替えは、自動車の速度や、アクセルペダルを介して伝達される負荷によって発生する要求、ギア比の数、その他の通常のパラメータに依存する。第一サブギアボックスにギア比の切替えがあれば、次の（全体の）ギア比へと切り替えるために、第二サブギアボックスにギア切り替えが行われることとしてもよい。電気モータ駆動モードにおいて、速度の限界値及び負荷信号はギアの切替えにとって重要である。
本発明の有利な改良においては、少なくとも一時的に全輪駆動を得るために、第二電気機械によって、自動車の第二アクスルディファレンシャルも駆動され得る。この電気機械は、例えば、第一電気機械と構造が同一であって切替可能な複数の、例えば２つのギア比を有するサブギアボックスを介して、アクスルディファレンシャルに接続される。この方法では、アクスルディファレンシャル、対応するサブギアボックス、及び電気機械のための部品を同一にすることが可能である。部品を同一にすることは製造の観点から有益である。
制御を考慮すると、追加の電気駆動を有するアクスルディファレンシャルのサブギアボックスは、単に自動車の速度に関連して、及び／又は他のアクスルディファレンシャルに属する第二サブギアボックスと同期して切り替えられてよい。
さらに、自動車が全輪駆動であってトラクションバッテリが充電限界状態（すなわち、充電状態に関して既定レベル／閾値に到達すること）である場合、内燃機関に接続される電気機械は、全輪駆動を維持可能とするために、第二電気機械に駆動エネルギーを供給するジェネレータとして接続されてもよい。
最後に、自動車の第二電気駆動アクスルの別の実施の形態において、２個の電気機械が、独立して、ディファレンシャルが無く直接的に又は間接的に、駆動アクスルの車輪に接続される駆動シャフトへ駆動出力を提供するように配置され得る。
本発明の３つの実施の形態は以下において詳細に説明される。
内燃機関、切断クラッチ、２個の共同サブギアボックスを有し、電気機械が機能的に組み込まれる後輪駆動自動車用の第一ハイブリッド駆動装置のブロック回路図である。 図１に示される駆動装置に、さらに自動車を全輪駆動可能とする第二電気機械を有する駆動装置のブロック回路図である。 ２個の電気機械を有する第二駆動アクスルの代替装置のブロック回路図である。
図１は、自動車におけるハイブリッド駆動装置を示すブロック回路図である。ハイブリッド駆動装置１は、本質的に、内燃機関２と、２個のサブギアボックス３、４で形成される変速ギアボックスと、切断クラッチ５と、自動車の後方アクスルディファレンシャル７に出力駆動を提供する電気機械６とを有する。アクスルディファレンシャル７は、一部のみが示されるハーフシャフト１２を介して自動車の後輪を駆動させる。
内燃機関２は、例えば自動車の中央エンジンとして配置され、駆動のために、その下流側に位置する第一サブギアボックス３と接続される。駆動力の流れを妨害可能とする切断クラッチは、必ずしも設けられなくともよい。しかし、回転振動のダンパ（例えばデュアルマスフライホイール）や、サブギアボックス３として自動ギアボックスが使用される場合、トルクコンバータが、ギアボックス３の入力シャフトと内燃機関２の出力シャフト（クランクシャフト）との間の接続に組み込まれてもよい。
サブギアボックス３は、好ましくは、公知の設計のマニュアル又はオートマチックのギアボックスであって、少なくとも２個のフォワードギアと、１個のリバースギアが設けられる。本実施の形態では、サブギアボックス３は４個のフォワードギアが設けられる。
サブギアボックス３の出力シャフト８と、電気機械６の連続駆動シャフト９との間には、切断クラッチ５（例えば、従来の乾式摩擦クラッチ）が組み込まれる。
電気機械６は、例えばハイブリッド駆動として公知の三相機械（図示せず）であって、連続駆動シャフト９にロータを有し、ハウジングに固定されるステータを有する。そして電気機械６は、自由に若しくは非動力で回転するために、または自動車のトラクションバッテリに電流を供給するジェネレータとして動作するために、電子制御装置（図示せず）を介して駆動モータとして接続可能である。
連続駆動シャフト９は、駆動のために第二サブギアボックス４の入力シャフト１０とも接続される。第二サブギアボックス４の出力シャフト１１は、自動車の後方アクスルディファレンシャル７を駆動する。後方アクスルディファレンシャル７は、例えば、従来設計のべベルギアディファレンシャルである。
第二サブギアボックス４は、プラネタリーギアボックス（図示せず）の態様をとりうる。制動手段（ギア比Ｉ）によって、プラネタリーギアボックスの入力部（例えばリングギア）は、入力シャフト１０にロックされ、プラネタリーギアボックスのプラネタリーギアキャリアは出力部として出力シャフト１１にロックされ、プラネタリーギアボックスのサンホイールは反応部としてロックされる。
また、内蔵マルチプレートクラッチを介して、入力部若しくはリングギア、及び出力部若しくはプラネタリーギアキャリアは、１：１のトランスミッション（ギア比II）を得るために互いに接続され得る。
第二サブギアボックス４は、マウントギアボックス（ギアボックスマウント）であってもよく、２つのギア比ＩとIIをシフト可能なマニュアル若しくはオートマチックの他のトランスミッションであってもよい。
サブギアボックス４の下流側で提供される２つのギア比Ｉ及びIIによって、サブギアボックス３の４個のファワードギアは、自動車が内燃機関駆動モードのときは８個のフォワードギアに増加し、拡張することができる。ギアボックス３及び４による、全体としてのトランスミッションはおよそ６つである。
また、サブギアボックス４のギア比Ｉ及びIIは、自動車の速度の全範囲（例えば時速０〜３００キロメートル）にわたって、電気機械６が最適速度条件を得るように設計される。ここで、最適速度条件とは、ギア比Ｉにおいて十分に高い起動トルクを確保するが、ギア比IIにおいて自動車の最終速度が速度超過とならないための条件である。
また、サブギアボックス３の４個のフォワードギアのギア比、及びサブギアボックス４の２つのギア比は、自動車がハイブリッド駆動（内燃機関２及び電気機械６による駆動）においてその最終速度となったときに、両方の駆動源が既定の速度閾値若しくは最大速度に到達するように設計される。
切断クラッチ５が係合すると、自動車は、内燃機関２によって前進若しくは後退するように移動又は駆動される。電気機械６は、この場合は自由に回転でき、ハイブリッド駆動（例えば昇圧動作）の場合は駆動を共有できる。必要に応じて、電気機械６はジェネレータとして接続され、トラクションバッテリにエネルギーを供給できる。
自動車の速度から、及び負荷から発生する要求に関連して、２つのサブギアボックス３及び４のギア比は自動で変更され、またはサブギアボックス３の４個のフォワードギアは手動で（マニュアルギアボックスの場合）切り替えられ、サブギアボックス４は、プラネタリーギアボックスの場合は自動で、既定の切替パターンに従う電気油圧手段によって切り替えられる。サブギアボックス４がプラネタリーギアボックスでない場合は手動で切り替えられる。
電気モータ駆動モードでは、切断クラッチ５は離脱される。これにより、自動車が移動しているときであっても、内燃機関２とサブギアボックス３は停止される。これにより、牽引損失や摩擦損失が発生しない。サブギアボックス４を介して、電気機械６は、２つのギア比ＩとIIで自動車を駆動させる。この場合において、ギア比Ｉは、自動車が電気駆動の下で到達可能な速度をカバーするのに十分である。
図２は、自動車が少なくとも一時的に全輪駆動をとなるための本発明の別の実施の形態である。同じ機能を実行する部分には同じ参照符号が与えられる。以下、図１に関する重要な相違点のみを説明する。
図２では、自動車のハイブリッド駆動装置１´は、前方アクスルディファレンシャル１３をも有する。前方アクスルディファレンシャル１３は、一部のみが示されるハーフシャフト１４を介して自動車の前輪を駆動可能とする。
動力が伝達される方向において、アクスルディファレンシャル１３に接続されるものは、第二電気機械６及びプラネタリーギアボックス若しくはサブギアボックス４である。このサブギアボックス４は、図１に示される後方駆動アセンブリのサブギアボックス４と同様の構造であって、同様に２つのギア比Ｉ及びIIを有する。
自動車の全輪駆動は、この前方駆動アセンブリ１３、６、４によって制御される。この場合、自動車の前輪は電気的に駆動され、後輪は電気的に、若しくは内燃機関によって、若しくはその２つを組み合わせて駆動される。
さらに、後方電気機械６は、全輪駆動を維持可能とするように前方電気機械６に駆動エネルギーを供給するために、内燃機関駆動モードにおいてジェネレータとして接続され得る。
第二電気機械６のギア比ＩとIIとの間の切替は、自動車の速度に関連して自動とすることができる。電気モータ駆動モードにおいては、この切替は第一電気機械６と同期して同様の方法によって可能である。
２個の電気機械（図２）があって、自動車が制動しているとき、すなわち、自動車が回復モードのとき、電気機械６の何れか一方（好ましくは前方電気機械６）又は両方が、要求される制動力によって指示されるジェネレータとして接続される。
図３は、第二電気駆動アクスルの別の実施の形態の概略図である。第二電気駆動アクスルは、図２におけるディファレンシャル１３の代わりに、２個の電気機械６で設計される。
この場合、２個の電気機械６は、車輪を駆動させる駆動シャフト１４と同軸に位置決めされ、それぞれ独立して自動車の駆動アクスル（ここでは前方アクスル）の車輪を駆動させる。２個の電気機械６の駆動トルクが十分であれば、プラネタリーギアボックス４は省略可能である。
電気機械６が動作することにより、それに対応するディファレンシャル機能（速度補償）で、またはトルクベクトルを発生するために、両方の前輪を駆動させることができる。例えばコーナリングのときに、電気機械６は、曲がりの外側のホイールにより高いトルクを伝達し、曲がりの内側のホイールにより低いトルクを伝達することができる。
本発明は、上記説明した実施の形態に限定されない。
特に、図１に示される後輪駆動ではなく、駆動装置１、１´は、サブユニットを逆の順番で配置して内燃機関駆動モードにおいて前輪駆動の態様をとることも可能である。
図１に示される内燃機関２、２個のサブギアボックス３、４、切断クラッチ５、電気機械６及びアクスルディファレンシャル７は、要求に応じて１個の駆動ユニットに組み合わせられてよく、１個以上の中間シャフトによって互いに接続されてもよい。
特にビルドインタイプの場合、切断クラッチ５は、湿式クラッチ又はマルチプレートクラッチの態様をとってよく、電気油圧式で動作又は制御されてもよい。

Claims (11)

  1. 内燃機関と、
    複数のギア比を有する変速ギアボックスを介して、自動車の少なくとも１個のアクスルディファレンシャルへ、交代で又は同時に出力駆動を提供する少なくとも１個の電気機械とを有し、
    前記内燃機関は、切断クラッチによって分離可能であるハイブリッド駆動自動車用駆動装置において、
    前記ギアボックスは、２個のサブギアボックス（３、４）に分割され、
    ２個のサブギアボックス（３、４）は、それぞれ少なくとも２つのギア比を有し、
    内燃機関（２）は、駆動のために第一サブギアボックス（３）と分離不能に接続され、
    電気機械（６）は、動力が伝達される経路において、第一サブギアボックス（３）の出力（８）に配置される切断クラッチ（５）の下流側であって、第二サブギアボックス（４）の上流側に配置され、
    第二サブギアボックス（４）の出力（１１）は、アクスルディファレンシャル（７）に出力駆動を提供する
    ことを特徴とするハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  2. ２個のサブギアボックス（３、４）のギア比は、内燃機関（２）及び少なくとも１個の電気機械（６）がその既定最大速度を自動車の規定の最終速度に到達させるように設計される
    ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  3. 第二サブギアボックス（４）は、１：１のトランスミッションから、それと異なるギア比へと切替可能である
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  4. 第二サブギアボックス（４）は、プラネタリーギアボックスである
    ことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  5. 第一サブギアボックス（３）は、リバースギアを有する
    ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  6. 第一サブギアボックス（３）は、フォワードギアの少なくとも半分、及び／又は３個以上のフォワードギアを有し、第二サブギアボックス（４）と共同して、規定のギア比の数が得られ、又は設定され、
    第一サブギアボックス（３）は、第二サブギアボックス（４）と共同して４つよりも大きいギア比の数を得る
    ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  7. 第二サブギアボックス（４）のギアは、内燃機関による駆動及びハイブリッド駆動においては、少なくとも第一サブギアボックスのギアに関連して切り替えられ、電気モータによる駆動においては、少なくとも自動車の速度に関連して切り替えられる
    ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  8. 全輪駆動を得るために、少なくとも第二電気機械（６）によって、自動車の第二アクスルディファレンシャル（１３）も駆動され、
    この電気機械（６）は、構造が第一電気機械（６）と同一であって切替可能な複数のギア比を有するサブギアボックス（４）を介して、アクスルディファレンシャル（１３）に接続される
    ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  9. 追加の電気駆動を有するアクスルディファレンシャル（１３）のサブギアボックス（４）は、自動車の速度に関連して切り替えられ、及び／又は他のアクスルディファレンシャル（７）に属する第二サブギアボックス（４）と同期して切り替えられる
    ことを特徴とする請求項７に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  10. 自動車が全輪駆動モードであって、トラクションバッテリが限界充電状態である場合、内燃機関（２）に接続される電気機械（６）は、ジェネレータとして接続される
    ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
  11. 自動車の第二電気駆動アクスルについて、２個の電気機械（６）が、独立して、ディファレンシャル（１３）が無く直接的に又は間接的に、駆動アクスルの車輪に接続される駆動シャフト（１４）へ駆動出力を提供するように配置される
    ことを特徴とする請求項１〜１０に記載のハイブリッド駆動自動車用駆動装置。
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