JP2015533704A - 自動車の機械電気式のドライブトレインおよび機械電気式のドライブトレインを備える自動車 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関（１）および電気モータ（２）を備える自動車の機械電気式のドライブトレインであって、内燃機関（１）によって駆動される従来のドライブトレイン（３）と、電気モータ（２）によって駆動される電動式のドライブトレイン（４）と、従来のドライブトレイン（３）に配置された変速装置（５）と、自動車の少なくとも１つの車軸の駆動輪（７）に結合されているか、またはクラッチを介して結合可能な車軸駆動部材を駆動するための少なくとも１つの車軸駆動ユニット（６）とを備える機械電気式のドライブトレインに関する。電動式のドライブトレイン（４）が変速装置（５）と車軸駆動部材との間で少なくとも１つの第１クラッチ装置（８）を介してドライブトレインに摩擦係合により結合されており、第１クラッチ装置（８）の操作により摩擦係合が形成可能および解除可能である。

Description

本発明は、内燃機関および電気モータを備える自動車の機械電気式のドライブトレインであって、内燃機関によって駆動される従来のドライブトレインと、電気モータによって駆動される電動式のドライブトレインと、従来のドライブトレインに配置された変速装置と、自動車の少なくとも１本の車軸の駆動輪に結合されているか、またはクラッチを介して結合可能な車軸駆動部材を駆動するための少なくとも１つの車軸駆動ユニットとを備える機械電気式のドライブトレインに関する。さらに本発明は、このような機械電気式のドライブトレインを備える自動車に関する。

このようなハイブリッド車の機械電気式のドライブトレインは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１１０５３８３２号明細書により既知である。このドライブトレインでは、内燃機関および電気モータが駆動輪に摩擦係合式に結合されている。この場合、内燃機関および電気モータはギアの共通の入力軸に結合されており、ギアは、エンジンまたはモータのいずれか一方または両方の動力を車両の車軸に伝達する。

既知のドライブトレインの欠点は、一方では電気モータおよび内燃機関がギアの一方側に配置される必要があり、したがって、原則的にエンジンおよびモータの両方が１つのエンジン・モータスペースに設けられている必要があることである。他の欠点は、エンジンおよびモータの両方が、駆動される車軸の駆動軸にギアを介して結合されており、したがってこのドライブトレインは、純粋に電動式のモードのために設計することが困難なことである。なぜなら、この場合にはギアが不可欠ではないからである。したがって、電気モータはギアを駆動する必要があり、このことは不要な損失につながる。このような理由から、既知のドライブトレインは、支援する電気モータのためにのみ設けられており、基本的には自動車は実質的に内燃機関を介して駆動されている。

別の機械電気式のドライブトレインがドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３７７５８号明細書により既知である。このドライブトレインでは、内燃機関および電気モータは同様にギアの前方に配置されており、したがってこのドライブトレインも上記ドライブトレインと同じ欠点を備えている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１１０５３８３２号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３７７５８号明細書

本発明の課題は、できるだけ効率良く内燃機関を支援する電気モータのモードと、純粋に電気式のモードとを可能にする自動車のための機械電気式のドライブトレインおよびこのような機械電気式のドライブトレインを備える自動車を提供することである。

この課題は、本発明によれば、変速装置と車軸駆動部材との間の電動式のドライブトレインが少なくとも１つの第１クラッチ装置を介してドライブトレインに摩擦係合式に結合されており、第１クラッチ装置の操作により摩擦係合を形成および解除できることにより解決される。

自動車のドライブトレインは一般に複数の構成部材からなり、これらの構成部材は、単一の駆動モータ、もしくは複数の駆動モータが設けられている場合にはこれらの複数の駆動モータの動力を、駆動される１本もしくは複数本の車軸に伝達する。これは、内燃機関により駆動される自動車の場合には自動的または機械的なクラッチを介してエンジンに結合された変速装置であり、この変速装置によってドライバは異なる減速比（ギア）を選択することができる。

さらに、強制的ではないが、一般に変速装置の後方には動力伝達ユニット（パワートランスミッションユニットＰＴＵ）が配置されており、これにより、駆動力がギアの被駆動軸から直接にディファレンシャルまたはカルダン軸に伝達される。動力伝達ユニットが直接にディファレンシャルに作用する場合には、両方のギアユニットは共通のケーシング内に配置されていてもよい。

カルダン軸による動力伝達の場合には、一般にこのカルダン軸の端部に別のギア（ドライブユニット）が車軸駆動ユニットとして配置されており、この車軸駆動ユニットを介して、駆動される車軸の駆動軸に駆動力が分配される。

本発明は、前輪駆動装置または後輪駆動装置に限定されておらず、むしろ両方の駆動概念および全輪駆動装置に関連して使用することができる。本発明によれば、ドライブトレインはまず共通の部分または一般的なドライブトレインの他に電動式のドライブトレインと従来のドライブトレインとを備える。従来のドライブトレインは、内燃機関を備えるあらゆる車両の場合のように内燃機関とギアとを結合し、次いでドライブトレインの共通の部分を介してギアを被駆動部と結合する。電動式のドライブトレインは、同様に電気モータを被駆動部に結合する。

この場合、個々の部分ドライブトレイン、すなわち電動式のドライブトレイン、従来のドライブトレイン、および共通のドライブトレインを、ドライブトレインの任意のそれぞれの位置、多くの場合には車軸駆動ユニットの領域、または車軸駆動ユニットのやや前方もしくは後方にまとめることができる。

この場合、本発明は自動車におけるモジュラー式の駆動概念に基づいている。自動車は、特に機械電気式の車軸を備える乗用車であり、この車軸は、後車軸であってもよいし、前車軸であってもよく、両方の車軸をドライブトレインによって駆動してもよい。以下には、後輪駆動に重点をおいて本発明を説明するが、エンジンが前方に組み込まれている場合にも、エンジンが車両の中央または後方に配置されている場合にも、前輪駆動の場合には同様の機構を使用することができる。

本発明の主な使用分野は、両方の駆動概念、すなわち一方の「内燃機関」および他方の「電気モータ」を一緒に作動するか、または独立して代替的に作動することである。基本的には、エンジンおよびモータのうちいずれか一方を選択的に使用するか、またはエンジンおよびモータの両方を使用することが適切である場合がある。これには、様々な理由があり得る。

したがって、例えば、車両を所望の基本速度まで加速するために内燃機関を使用することができ、続いて車両をこの速度に保持するために電気モータが使用される。この機能は一般に「セーリングモード」と呼ばれる。さらに、バッテリによって十分にエネルギーを供給することができる場合には、純粋に電動式に走行し、環境への負荷を減じるために電気モータを使用することももちろんできる。すなわち、電気モータは回生モードで使用することもできるし、バッテリを再充電するための発電機として使用することもできる。あるいは、内燃機関を駆動のためにのみ使用することもできる。

本発明の目的は、これらの全ての作動形式をできるだけわずかな損失で提供できるようにすることである。この場合、本発明は、前輪駆動（ｍｅＦＷＤ＝機械電気式前輪駆動）、後輪駆動（ｍｅＲＷＤ＝機械電気式後輪駆動）または全輪駆動（ｍｅＡＷＤ＝機械電気式前輪駆動）に関連して使用することができる。

ドライブトレインの主要部材は、機械式および／または電気式に駆動可能な車軸駆動ユニット、特に車軸ギアを備える機械式および電動式に駆動可能な分配ユニットであり、この分配ユニットを介して車両前進出力が１本または複数本の車軸の両方の駆動輪に分配される。

次に本発明を特にこのような後車軸のための車軸駆動ユニット、すなわちｍｅ車軸駆動ユニット（ｍｅＲＤＵ＝機械電気式後輪駆動ユニット）に基づいて説明する。

本発明は、電気モータを車軸駆動ユニットの駆動部材、特にディファレンシャルなどの車軸ギアに結合するという基本的な考察、および適宜なクラッチ装置の配設より、多数の異なる走行モードを可能にする。これらの走行モードでは、ドライブトレインの所定の部分もしくは構成部材を意図的に接続または遮断するか、あるいは一時的な補助機能のために使用することができる。

電動式のドライブトレイン部分の駆動部材は、車両前進出力を伝達するために、電動式にのみ駆動されるか、または所定の走行モード、特に回生モードで駆動され、メインドライブトレインを起点として牽引されるが、しかしながら、このことは車両前進出力を伝達するためには用いられない。内燃機関によるドライブトレイン部分の駆動部材は、車両前進出力を伝達するために内燃機関によってのみ駆動されるが、当然ながら所定の走行モードでは、例えば坂道走行時にエンジンのブレーキ機能を使用するために道路を転動する車輪を介して牽引することもできる。さらに内燃機関のドライブトレイン部分の駆動部材が内燃機関から分離され、電気モータによって牽引される走行モードを設けることもできるが、しかしながら、このことはいずれの場合にも車両前進出力を伝達するためには用いられない。

好ましくは、電動式に駆動されるドライブトレイン部分の駆動部材は、共通のドライブトレインに配置された駆動部材と共に、例えば車軸駆動ユニットまたは駆動軸に出力を伝達するように形状係合式に噛合うか、または車軸駆動ユニットまたは駆動軸と摩擦係合式に協働する。電動式のドライブトレインおよび共通のドライブトレインのそれぞれの駆動部材の間で形状係合または摩擦係合式に出力を伝達する結合は、好ましくはディファレンシャルケースを介して行われるか、またはディファレンシャルケースもしくは車軸駆動装置のそのほかの駆動部材に結合されている駆動部材か、もしくは少なくとも共通のドライブトレインの協働する駆動部材を介して行われる。これは、例えば形状係合または摩擦係合式のクラッチユニット、ディファレンシャルに回動不能に結合された歯車、または車輪駆動ユニットの入力軸もしくは出力軸であってもよい。

係合または摩擦結合により、車軸駆動ユニットの駆動部材への電動出力の供給、特に車軸駆動ユニットの車軸駆動装置の駆動部材への電動出力の直接的な供給が、車軸駆動ユニットに付属していないメインドライブトレイン部分の別の駆動部材を間接的に接続する必要なしに可能となる。

好ましい一実施形態では、電動式の駆動装置を接続もしくは遮断するための第１クラッチ装置が電動式のドライブトレイン部分に設けられており、第１クラッチによって、出力を伝達するために係合または摩擦結合によって電気モータと車軸駆動ユニットとの間に形成された結合を直接または間接的に解除することができる。クラッチ装置が閉じられている場合、電動式のドライブトレイン部分の駆動部材は車軸駆動ユニットの駆動部材に、出力を伝達するように結合されている。

クラッチ装置が開かれている場合には結合は解除されている。共通のドライブトレインの駆動部材に係合している電動式のドライブトレインの駆動部材自体が分離装置の一部である場合には、この結合は直接に解除される。共通のドライブトレインの駆動部材と係合している電動式のドライブトレインの駆動部材が駆動出力経路の方向に見て第１クラッチ装置の後方に配置されており、したがって、出力を伝達する作用結合の解除にもかかわらず、さらに回動するが、しかしながら出力を伝達しない場合には、結合は間接的に解除される。なぜなら、電動式のドライブトレインから内燃機関によるドライブトレインへ直接に移行する際にはまだ係合または摩擦結合が行われているからである。

共通のドライブトレインまたは内燃機関によるドライブトレインには、従来のドライブトレインを接続および遮断するための第２クラッチ装置が設けられていてもよい。電気式のドライブトレインの遮断可能性によって既に第１クラッチ装置が設けられている場合には、第２クラッチ装置は、車軸駆動ユニットおよび電動式のドライブトレイン部分から内燃機関による駆動装置を分離することもできる付加的なクラッチ装置である。

第２クラッチ装置に対して代替的または付加的に、共通のドライブトレインには、車両の駆動輪（少なくとも１つの走行モードで車両を前進させるために用いられる車輪）を共通のドライブトレイン、特に車軸駆動装置から分離することができる１つまたは複数の他のクラッチ装置が設けられていてもよい。このクラッチ装置は、例えばディファレンシャルなしの車軸駆動装置における個別に制御可能な摩擦クラッチであってもよい。

本発明の好ましい構成では、従来の機械式のドライブトレインおよび／または電動式のドライブトレインがそれぞれ摩擦係合または形状係合によるクラッチ部材を介してディファレンシャルを遮断するために遮断可能である。第１クラッチ部材は、電気式のドライブトレインを遮断および接続するために用いられ、第２クラッチ部材は、従来のドライブトレインを遮断および接続するために用いられる。

従来のドライブトレインを遮断するために、車軸駆動ユニットは複数部材からなるディファレンシャルケースを備える。ディファレンシャルケースは、駆動ギア、特にクラウンギアを備える入力ケースと、ディファレンシャルギアを備える出力ケースとを備える。この場合、入力ケースと出力ケースとを形状係合式または摩擦係合式に結合することができる第２クラッチ部材が設けられており、これにより内燃機関による車両前進出力が車軸駆動ユニットを介して、車軸駆動ユニットに接続された駆動輪に伝達される。第２クラッチ部材も上記従来のドライブトレインの遮断装置を代替するか、または遮断装置として機能することができる。

クラッチ部材は、代替的または付加的に入力ケースと出力ケースとを結合するために用いられ、必要に応じて電動式のドライブトレインの駆動部材と出力ケースとを結合することができる。したがってクラッチ部材は、さらに電動式のドライブトレインの遮断装置としても用いるか、もしくは遮断装置の機能を引き受けることもできる。

クラッチ部材が、選択的に位置に応じて電動式のドライブトレインと共通のドライブトレイン（電動式のドライブトレインの遮断機能）とを分離または結合することができるか、内燃機関によるドライブトレイン部分とメインドライブトレイン部分（従来のドライブトレインの遮断機能）とを分離または結合することができるか、または電動式および内燃機関によるドライブトレインと共通のドライブトレインとを分離または結合することができるように構成されている場合、特に有利である。最後に挙げた場合には、３つの全てのドライブトレイン部分は互いに結合されている。

本発明の他の特徴および利点が従属請求項および以下の図面に基づいた好ましい実施例の説明により明らかである。

本発明によるドライブトレインの実質的な構成部材を示す概略図である。 図１のドライブトレインに類似したドライブトレインを示す詳細図である。 本発明の別の実施形態における車軸ギア領域の動力経路を示す図である。 図３に示した車軸ギアの領域を示す拡大図である。 本発明の第４実施形態における車軸ギア領域の動力経路を示す図である。 本発明の第５実施形態における車軸ギア領域の動力経路を示す図である。 本発明の第６実施形態における車軸ギア領域の動力経路を示す図である。 本発明の第７実施形態における車軸ギア領域の動力経路を示す図である。 電気モータの代替的な配置を備える車軸ギアの動力経路を示す図である。 本発明の第８実施形態における車軸ギア領域の動力経路を示す図である。 図１０に示した本発明の第８実施形態にしたがった電気モータの位置を空間的に示す図である。 縦型のエンジンにおける後輪駆動式の車両に関連した本発明の第１の構成を示す図である。 縦型のエンジンにおける全輪駆動式の車両に関連した本発明の第２の構成を示す図である。 横型のエンジンにおける後輪駆動式の車両に関連した本発明の第３の構成を示す図である。 エンジンが中央または後方に配置された後輪駆動式の車両に関連した本発明の第４の構成を示す図である。 変速装置出力部で従来のドライブトレインを遮断した全輪駆動式の自動車のドライブトレインを示す図である。 レンジ拡大装置（レンジエクステンダ―）を備える自動車のドライブトレインを示す図である。

図１には、本発明による自動車のドライブトレインが主な構成部材と共に概略的に示されている。

この自動車は、ここでは駆動輪７による後輪駆動式である。自動車は電気モータ２および内燃機関１を備え、内燃機関１は、第２クラッチ装置９を介して従来のドライブトレイン３に結合されている。従来のドライブトレイン３はさらに変速装置５を備える。

電気モータ２は電動式のドライブトレイン４を介して後車軸駆動ユニット６に結合されており、後車軸駆動ユニット６は駆動力を駆動輪７に分配する。電気モータ２と車軸駆動ユニット６との間には、電動式のドライブトレイン４を結合もしくは分離するための第１クラッチ装置８が接続されている。この場合、前輪は駆動されない。

本発明の特別な利点が、共通のドライブトレインが２つの入力部、すなわち、従来のドライブトレイン３が内燃機関１との動力経路を形成するための入力部と、電動式ドライブトレイン４が電気モータ２との動力経路を形成するための別の入力部とを備えていることによりもたらされる。少なくとも電動式ドライブトレイン４のための入力部は、第１クラッチ装置８を介して切換可能である。好ましくは、従来のドライブトレイン３のための第２入力部もクラッチを介して切換可能である。

図２は、図１に示した実施例に極めて類似した本発明の実施例を詳細図で示している。この場合も、縦型の内燃機関１を備える後輪駆動式自動車である。この実施例のドライブトレイン全体は、従来のドライブトレイン３と、電動式のドライブトレイン４と、共通のドライブトレインとから形成されており、駆動出力は共通のドライブトレインを介して駆動輪７に伝達される。

共通のドライブトレインは、駆動される車軸の駆動軸に内燃機関１および／または電気モータ２の動力を分配する車軸駆動ユニット６を備える。内燃機関１は、従来のドライブトレイン３の一部であるカルダン軸１０を介して車軸駆動ユニット６に結合されている。内燃機関１とカルダン軸１０との間には、変速装置５と、変速装置５の被駆動軸をカルダン軸１０に接続する動力伝達ユニット１１が接続されている。

上述の実施例では、自動車は内燃機関１としてフロントエンジンを備える。自動車の後部領域には電気モータ２が横型に組み込まれている。電気モータ２は、第１クラッチ装置８を介して、車軸駆動ユニット６への動力経路を形成する電動式のドライブトレイン４に接続されている。

本発明の利点は、互いに無関係に、第１クラッチ装置８を介して電動式のドライブトレイン４を車軸駆動ユニット６に結合することができ、付加的にこの場合にも第２クラッチ装置９を介して従来のドライブトレイン３を車軸駆動ユニット６に結合することができることである。

従来のドライブトレイン３および／または電動式のドライブトレイン４を選択的に結合または分離することにより、一方では内燃機関およびモータのうちそれぞれを選択的に使用することができる。他方では内燃機関およびモータの両方を使用することもでき、例えば内燃機関により走行し、しかも電気モータ２の始動トルクを使用することができる。

本発明の別の利点は、摩擦損失を防止するために、不要なドライブトレインを分離することもできることである。この場合、用途および使用状況に応じてドライブトレインの大部分を事実上停止させることができる。図２に示した実施例では、第１クラッチ装置８および第２クラッチ装置９は車軸駆動ユニット６の近傍に配置されており、内燃機関１が停止した場合には同様にカルダン軸１０が分離され、したがってカルダン軸１０は駆動された後車軸によって牽引されない。

第１クラッチ装置８および第２クラッチ装置９がどこに、どのように配置されるか、また場合によっては他のクラッチ装置が、例えば変速装置５の前方または変速装置５の後方に設けられるか否かは、ドライブトレインの用途に依存している。次にクラッチ装置の可能な使用法および使用場所の多様性を明確にする幾つかの実施例を説明する。

まず、図２に示す本発明の実施例に基づいて、本発明によるドライブトレインおよびこのようなドライブトレインを備える自動車の用途を種々異なるモードについて詳述する。

上述のドライブトレインは、縦型の後車軸駆動装置である。後車軸の車軸駆動ユニット６（ＲＤＵ）は、内燃機関１から得たトルクをアングルドライブ介して伝達する。両方の後駆動輪７の間の回転数補正は、車軸駆動ユニット６の内部のディファレンシャルを介して行うことができる。付加的に電気モータ２が設けられており、電気モータ２は、減速ギアを介して車軸駆動装置６のディファレンシャルケースにトルクを伝達することができる。さらに、電動式のドライブトレインを分離するための第１クラッチ装置８ならびにピニオンとカルダンシャフト１０の接続部との間で機械的なドライブトレインを分離するための第２クラッチ装置９が車軸駆動ユニット６に組み込まれている。

内燃機関による運転モードでは、後駆動輪７は内燃機関１（従来のドライブトレイン３）により駆動される。電気モータ２は遮断されており、第１クラッチ装置８の遮断により共通のドライブトレインから分離される。

純粋に電気式の運転モードでは内燃機関１は遮断されている。車軸駆動ユニット６の入力部で第２クラッチ装置９によって実現された遮断部は開かれており、したがって内燃機関１、変速装置５、およびカルダン軸１０は停止している。第１クラッチ装置８は閉じられており、したがって電気モータ２によって後駆動輪７にトルクを伝達することができる。これにより、純粋に電気式の走行モードが達成される。この走行モードは、付加的に、以下に説明するセーリングモードにおけるセーリング機能を短時間のトルク供給によって適切に支援することができる。

複合モード（ブーストモード）では、後駆動輪７は内燃機関１により駆動される。電気モータ２は、閉じられた第１クラッチ装置８を介して結合されており、付加的にドライブトレインにトルクを加えることができる（ブースト）。

回生モードでは内燃機関１は遮断されている。車軸駆動ユニット６（ＲＤＵ）の第２クラッチ装置９の遮断部は開かれている。これに対して、第１クラッチ装置８の遮断部は閉じられている。車両が駆動されずに転動した場合、電気モータ２は発電機として使用され、転動する車両の動力エネルギーによってバッテリを充電する。

いわゆる「セーリングモード」では、内燃機関１および電気モータ２は遮断されている。車軸駆動ユニット６の両方のクラッチ装置８，９は開かれている。車両は、ドライブトレインにおけるより小さい抵抗により道路を転動（セーリング）することができる。セーリングモードを延長するためには、電気式の運転モードと組み合わせることが可能である。この場合、電気モータ２を介した短時間の加速力が転がり抵抗および空気抵抗などの抵抗損失を補正し、これにより延長されたセーリング能力をもたらす。

図３には、実質的に図２に示す構成に対応する本発明の構成の動力経路図が示されている。

電動式のドライブトレイン４は第１クラッチ装置８の後方に付加的に減速ギアを備え、電気モータ２の動力は、電動式のドライブトレイン４の内部の第１クラッチ装置８を介して車軸駆動ユニット６に伝達される。

内燃機関１（この図では見ることができない）の動力は、従来のドライブトレイン３および第２クラッチ装置９を介して同様に車軸駆動ユニット６に伝達される。

電気モータ２の動力は、電動式のドライブトレイン４の内部の減速ギアおよび第１クラッチ装置８を介して車軸駆動ユニット６のディファレンシャルに伝達される。第１クラッチ装置８および第２クラッチ装置９によって、それぞれ電動式のドライブトレイン４または／および従来のドライブトレイン３を車軸駆動ユニット６から分離するか、または車軸駆動ユニット６に結合することができる。

図５には、図３のドライブトレインの変更形態が示されている。従来のドライブトレイン３および電動式のドライブトレイン４のトルクは、この場合、２つの調整可能な多板クラッチによって駆動輪７（見ることができない）に個別に分配される（トルクベクトリング）。付加的に、多板クラッチは車軸と駆動輪７とを分離するために用いられる。この分離機能により、随意に機械式のドライブトレイン３の遮断を省略することができ、この場合には、従来のドライブトレイン３を分離した純粋に電気式の走行モードは不可能である。

従来のドライブトレイン４の遮断装置は、代替的には変速装置５の出力部に配置されていてもよい。

図４は、図３に示した実施形態の車軸駆動ユニット６の領域を拡大図で示している。この図では、電動式のドライブトレイン４を結合するための第１クラッチ装置８を見ることができる。クラッチ装置８は、摩擦クラッチとして減速ギアの前方に配置されている。減速ギアは、この図では２速ギアとして構成されている。代替的には、クラッチ装置８は形状係合式または摩擦係合式に構成されていてもよい。

図６には、本発明によるドライブトレインの別の構成が示されている。

内燃機関の駆動によるトルクは、車軸駆動ユニット６のアングルドライブおよびディファレンシャルによって両方の駆動輪７に伝達される。従来のドライブトレイン３では、上述の実施形態の場合と同様に第２クラッチ装置９が設けられている。

電動式の駆動装置のトルクは、この場合には第１クラッチ装置８として機能する調整可能な２つの多板クラッチによって駆動輪７に個別に分配される（電気的なトルクベクトリング）。付加的に多板クラッチは、この場合には電気式の駆動装置を分離するために用いられる。この分離機能により、電気式のドライブトレイン４のための他の遮断部材を省略することもできる。

第２クラッチ装置９は、この場合にも形状係合式または摩擦係合式のクラッチであってよい。

図７は、ディファレンシャル遮断装置を備えるドライブトレインの一実施形態を示す。この場合にも電気モータ２は第１クラッチ装置８および減速ギアを介して、この場合にはディファレンシャルを備える車軸駆動ユニット６に結合されている。

従来のドライブトレイン３によるトルクは、アングルドライブおよびディファレンシャルを介して駆動輪７に分配される。ディファレンシャルケースは２部分により構成されている。クラウンギアが取り付けられた外側部分は、補正ギアおよびサイドギアなどの内側ディファレンシャル部材を含む内側部分にクラッチ部材を介して結合するか、もしくは内側部分から分離することができる。電気モータ２は減速ギアを介して内側ディファレンシャルケースにトルクを伝達し、電気モータ２自体はモータ出力部で第１クラッチ装置８により分離することができる。

図８は、ドライブトレインの別の実施形態を示す。従来のドライブトレイン３によるトルクは、この場合にもアングルドライブおよびディファレンシャルを介して駆動輪７に分配される。ディファレンシャルケースはこの場合にも２部分により構成されており、クラウンギアが取り付けられた外側部分は、この場合にも補正ギアおよびサイドギアなどの内側ディファレンシャル部材を含む内側部分にクラッチ部材を介して結合するか、もしくは内側部分から分離することができる。

付加的に同じクラッチ部材を介して電動式のドライブトレイン４を内側のディファレンシャルケースに結合してもよい。したがって、ディファレンシャルケースにおいて３つの切換位置を有するクラッチ部材を介して、電動式のドライブトレイン４または従来のドライブトレイン３を内側のディファレンシャル部分に結合することができる。３つの切換位置について他の結合形態が得られるようにクラッチ部材の機械的構成を変更することも可能である。

図９は、電気モータ２の位置の可能な一実施形態を示す。この場合には、電気モータ２は車軸駆動ユニット６の後方に横型に配置されているのではなく、内燃機関１と車軸駆動ユニット６との間に配置されている。車軸駆動装置の実施形態とは無関係に、電気モータ２は様々に位置決めすることができる。

横型：この場合、電気モータ２は、図３，５，６，７，８の実施形態に示すように、横軸に対して平行または同軸的に組み込まれる。トルクは平歯車または遊星歯車装置を介して供給することができる。

縦型：この場合、電気モータ２は、カルダン軸１０に対して平行または同軸的に組み込まれる。この実施形態は図９に示されている。この場合にもトルクは平歯車または遊星歯車装置を介して供給することができる。電気モータ２は、この構成の第２実施形態では、車軸補正ユニット、すなわち特にディファレンシャルがカルダン軸１０と電気モータ２との間に位置するように組み込まれていてもよい。この場合、トルクは付加的なピニオンを介して、従来のドライブトレイン３に提供されているアングルドライブに供給される（この実施形態は図示しない）。

水平型：この場合、電気モータ２は水平方向（例えばカルダン軸１０に対して９０°）もしくは（カルダン軸１０に対して）角度をつけて組み込まれる。この場合、付加的なピニオンを介して、従来のドライブトレイン３に提供されているアングルドライブにトルクを供給することができる。この実施形態は、図１０および図１１に示されている。

図２および図３は、アングルドライブの変速度を電動式のドライブトレイン４のためにも使用することができるので、電動式のドライブトレイン４の減速ギアが故障することが少ないという利点を有する。

図１２から図１５には、様々な車両概念における本発明の基本的な用途が類似した概略図で示されている。

図１２には、実質的に上述の実施形態が示されている。

これに対して図１３は、上述の実施形態と直接的に比較して、全輪駆動装置を備える構成を示している。この場合、動力伝達ユニット１１を介して付加的に前車軸も駆動される。

図１４は、極めて類似した構成を示しており、相違点は、内燃機関１および変速装置５の領域のエンジンユニット／ギアユニットが図１４に示す構成では横型に組み込まれており、図１３に示す構成では縦型に組み込まれていることである。

以下に図１４に示した構成に基づいて全輪駆動装置の機能を詳述する。

ドライブトレインは、この場合にも変速装置５の出力部の動力伝達ユニット１１（ＰＴＵ）および機械電気式の２クラッチ‐車軸駆動ユニット６（ｍｅＲＤＵ）からなる。動力伝達ユニット１１により、トルクが内燃機関１からカルダン軸１０を介して車軸駆動ユニット６に伝達される（従来のドライブトレイン３）。後駆動輪７に接続された従来のドライブトレイン３は第２クラッチ装置９を介して内燃機関１（もしくは変速装置５）から分離することができる。

車軸駆動ユニット６に設けられた電気モータ２および減速ギアを介して、後駆動輪７にトルクを伝達することができる（電動式のドライブトレイン４）。トルクは、通常のように１つのディファレンシャルを介してではなく、２つのクラッチによって後駆動輪７に伝達される。適宜なトルク分配（トルクベクトリング）の他に、クラッチはディファレンシャル補正機能、および必要に応じて駆動輪７と後車軸との分離を行う。

両方の場合（図１３および図１４）に、前車軸は前方の動力伝達ユニット１１を介して駆動される。図１３から分かるように、好ましくは、動力伝達ユニット１１の内部、または変速装置５と動力伝達ユニット１１との間には別のクラッチが設けられており、車軸駆動ユニット６またはこの別のクラッチにおいてカルダン軸１０を選択的に分離することができる。このようにして、純粋に電動式の運転モードにおいても全輪駆動装置を実現することができる。必要に応じて上記別のクラッチおよび第２クラッチ装置９の両方を、従来のドライブトレイン３を分離するために使用することができ、したがって図１３に示した車軸駆動ユニット６の近傍のクラッチを省略することもできる。

最終的には、クラッチの配置および数は、どの運転モードでどの構成部材を停止したいかについての設計者による設計および選択の問題である。

図１６は、横型の内燃機関１および横型の変速装置５を備える車軸駆動装置の構成を拡大図で示す。この構成は、実質的に図１４の概略図に対応している。この場合には、従来のドライブトレイン３の遮断は変速装置出力部で行われる。すなわち、ディファレンシャルのないクラッチ制御式の補正ユニットを備える機械式／電気式の全輪駆動装置のドライブトレインである。

ドライブトレインは、変速装置出力部の動力伝達ユニット１１と機械電気式の２クラッチ‐車軸駆動ユニット６（ｍｅＲＤＵ）とからなる。動力伝達ユニット１１によって、トルクが内燃機関１からカルダン軸１０を介して車軸駆動ユニット６に伝達される（従来のドライブトレイン３）。後駆動輪７に接続された従来のドライブトレイン３は、この場合にも第２クラッチ装置９を介して内燃機関１（もしくは変速装置５）から分離することができる。

車軸駆動ユニット６に設けられた電気モータ２および減速ギアを介して、上述のようにトルクが後駆動輪７に伝達される（電動式のドライブトレイン４）。トルクは、この場合にも通常のようにディファレンシャルを介してではなく、２つのクラッチにより後駆動輪７に伝達される。適宜なトルク分配（トルクベクトリング）の他に、クラッチはディファレンシャル補正機能、および必要に応じて駆動輪と後車軸との分離を行う。

図１７は、ディファレンシャルのないクラッチ制御式の補正ユニットを備えるドライブトレインおよび電動式の駆動装置のレンジ拡大（レンジエクステンダモード）を示す。

レンジ拡大は、内燃機関１に接続された付加的な発電機によるバッテリ１２の再充電によって行われる。この発電機はバッテリ１２を充電することができる。したがって電気モータ２をより頻繁に使用することができる。足りない出力を電気モータの接続によって補うことができるので、内燃機関１の出力を低減することができる。

本発明によるドライブトレインの上述の様々な構成は、共通のドライブトレインが市販のドライブトレイン３および電動式のドライブトレイン４のための２つの入力部を備え、クラッチを介して入力部が選択的に切換可能であるという本発明による基本思想の多様な組合せの可能性を示す。

１ 内燃機関
２ 電気モータ
３ 従来のドライブトレイン
４ 電動式のドライブトレイン
５ 変速装置
６ 車軸駆動ユニット
７ 駆動輪
８ 電動式のドライブトレインを分離および結合するための第１クラッチ装置
９ 従来のドライブトレインを分離および結合するための第２クラッチ装置
１０ カルダン軸
１１ 動力伝達ユニット
１２ バッテリ

Claims (15)

1. 内燃機関（１）および電気モータ（２）を備える自動車の機械電気式のドライブトレインであって、
   内燃機関（１）によって駆動される従来のドライブトレイン（３）と、
   電気モータ（２）によって駆動される電動式のドライブトレイン（４）と、
   従来のドライブトレイン（３）に配置された変速装置（５）と、
   自動車の少なくとも１本の車軸の駆動輪（７）に結合されているか、またはクラッチを介して結合可能な車軸駆動部材を駆動するための少なくとも１つの車軸駆動ユニット（６）とを備える機械電気式のドライブトレインにおいて、
   変速装置（５）と車軸駆動部材との間の電動式のドライブトレイン（４）が少なくとも１つの第１クラッチ装置（８）を介してドライブトレインに摩擦係合式に結合されており、第１クラッチ装置（８）の操作により摩擦係合を形成および解除できることを特徴とする機械電気式のドライブトレイン。
2. 請求項１に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
   該ドライブトレインがカルダン軸（１０）を備え、前記車軸駆動ユニット（６）が前記カルダン軸（１０）を介して伝達される前記内燃機関（１）の駆動力を車両の駆動される車軸の２つの車軸側に分配することができ、前記電動式のドライブトレイン（４）と前記車軸駆動ユニット（６）との間に動力経路を形成するための第１クラッチ装置（８）を備え、これにより前記車軸駆動ユニット（６）が付加的または代替的に前記電気モータ（２）の駆動力を車軸駆動部材に伝達することができる機械電気式のドライブトレイン。
3. 請求項２に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
   前記従来のドライブトレイン（３）を遮断するための第２クラッチ装置（９）が設けられており、該第２クラッチ装置（９）により、従来のドライブトレイン（３）と前記車軸駆動ユニット（６）ならびに前記電動式のドライブトレイン部分（４）との間の動力経路を選択的に形成可能または遮断可能である機械電気式のドライブトレイン。
4. 請求項３に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
   前記従来のドライブトレイン（３）を遮断するための第２クラッチ装置（９）がカルダン軸（１０）と前記車軸駆動ユニット（６）との間に配置されている機械電気式のドライブトレイン。
5. 駆動される２本の車軸を備える車両、特に全輪駆動車のための請求項１、２または３に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
   変速装置（５）とカルダン軸（１０）との間に、前記変速装置（５）の被駆動軸の動力を前記カルダン軸（１０）に伝達することができる動力伝達ユニット（１１）が配置されており、前記動力伝達ユニット（１１）が前記内燃機関（１）の駆動力を自動車の第２車軸に伝達するために第２車軸の車軸駆動部材に結合されているか、またはクラッチを介して結合可能であり、前記カルダン軸（１０）を介して前記動力伝達ユニット（１１）に伝達された前記電気モータ（２）の駆動力を自動車の第２車軸の車軸駆動部材に伝達することができる機械電気式のドライブトレイン。
6. 請求項３に関連して請求項５に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
   第２クラッチ装置（９）が変速装置（５）と動力伝達ユニット（１１）との間に配置されており、これにより変速装置（５）の被駆動軸と前記動力伝達ユニット（１１）との間の動力経路を遮断可能である機械電気式のドライブトレイン。
7. 請求項５に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
   従来のドライブトレイン（３）および電動式のドライブトレイン（４）が、第１クラッチ装置（８）および第２クラッチ装置（９）を介して協働することができ、選択的に、純粋に電動式か、純粋に内燃機関によるか、または組み合わせて、車両前進出力を駆動輪（７）に伝達することができるドライブトレイン。
8. 請求項１から７までのいずれか一項に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
   前記車軸駆動ユニット（６）が、駆動ギア、特にクラウンギアを備える入力ケースと、ディファレンシャルギアを備える出力ケースとを有する複数部分からなるディファレンシャルケースを備え、入力ケースが従来のドライブトレイン（３）に結合されており、第２クラッチ装置（９）を形成するためにクラッチ部材が設けられており、該クラッチ部材によって入力ケースと出力ケースとを形状係合式または摩擦係合式に結合することができ、これにより車軸駆動ユニット（６）を介して、車軸駆動ユニット（６）と摩擦係合している駆動輪（７）に従来のドライブトレインの動力を伝達する機械電気式のドライブトレイン。
9. 請求項１から８までのいずれか一項に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
   クラッチ部材が、入力ケースと出力ケースとの結合可能性によって形成される第２クラッチ装置（９）に対して代替的または付加的に、第１クラッチ装置（８）を形成するために前記電動式のドライブトレイン部分（４）の駆動部材と出力ケースとを結合することができる機械電気式のドライブトレイン。
10. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の機械電気式のドライブトレインにおいて、
    前記車軸駆動ユニット（６）がディファレンシャルを備え、２本の駆動軸を介して２つの前記駆動輪（７）に結合されており、従来のドライブトレインから前記駆動輪（７）への摩擦係合がディファレンシャルを介して行われ、駆動軸がそれぞれ１つのクラッチ（１２）を介して電動式のドライブトレイン（４）に結合されているか、または結合可能である機械電気式のドライブトレイン。
11. 請求項１から１０までのいずれか一項に記載の機械電気式のドライブトレインを備えることを特徴とする自動車。
12. 請求項１１に記載の自動車において、
    該自動車が、選択的に第１クラッチ装置（８）の操作によって電動式のドライブトレイン（４）とドライブトレインとを摩擦係合式に結合または分離することができる制御装置を備え、第１クラッチ装置（８）の操作によって、摩擦係合を形成可能および解除可能である自動車。
13. 請求項３または４から１０までのいずれか一項に記載の機械電気式のドライブトレインを備える請求項１１または１２に記載の自動車において、
    該自動車が、選択的に従来のドライブトレイン（３）を接続または遮断するために第２クラッチ装置（９）を操作可能な制御装置を備える自動車。
14. 請求項１１から１３までのいずれか一項に記載の自動車において、
    前記制御装置が、惰行運転時に、第２クラッチ装置の開放により従来のドライブトレイン（３）を自動的に停止することができる自動車。
15. 電気モータに給電するバッテリを備える請求項１１から１４までのいずれか一項に記載の自動車において、
    前記制御装置が、惰行運転時に、バッテリを充電するために電気モータによって生成されたエネルギーをバッテリに供給する自動車。

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