JP2021091402A - 車両用パワートレイン - Google Patents

Abstract

【課題】陸上車両用パワートレインの加速向上と、環境への影響を低減すること。【解決手段】車両１０用のパワートレイン１２を開示する。パワートレインは、内燃機関２４と、トルクコンバータ３２の入力部３４がトルクコンバータの出力部３６にロックされる第１の動作状態と、滑りを可能にするためにトルクコンバータの入力部３４がトルクコンバータの出力部にロックされない第２の動作状態とを有するトルクコンバータを備えたドライブトレイン１４とを備える。ドライブトレインはさらに、トルクコンバータから駆動輪１６にトルクを供給するためのファイナルドライブ４４を有し、ファイナルドライブは、固定ギア比でトルクコンバータに結合される。パワートレインはさらに、トルクコンバータの出力側でドライブトレインにトルクを供給するように構成された第１の電気モータ２８を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、陸上車両用のパワートレインに関する。特に、本発明は、燃焼機関と１つまたは複数の電気モータとを含み、燃焼機関とモータを独立して、並行して、および／または順次作動させることを可能にするパワートレインに関する。本発明はさらに、このようなパワートレインを使用する陸上車両、およびこのようなパワートレインに適したドライブトレインに関する。

陸上車両のパワートレインは、一般に、ドライブトレインを介して１つまたは複数の駆動輪に動力およびトルクを供給する内燃機関を有する。ドライブトレインは、典型的には、クラッチまたはトルクコンバータを有する。内燃機関、特に、往復機関は、トルクを作動および発生させることができる最小回転速度を有する。回転速度は、単位時間当たりの回転数または旋回数として理解される。クラッチまたはトルクコンバータは、燃焼機関と駆動輪との間の滑りを可能にするので、燃焼機関は、駆動輪が静止した状態で、または燃焼機関の回転よりもゆっくりと回転した状態で動作することができる。

ドライブトレインでは、典型的には、クラッチまたはトルクコンバータの後にギアボックスが続き、ギアボックスはファイナルドライブに接続される。ギアボックスは、手動または自動で動作されてよく、段階的または連続的に調整可能としてよい。ファイナルドライブは、典型的には、１より大きい固定ギア比を有し、したがって、その入力トルクよりも大きな出力トルクを伝達する。ファイナルドライブは、ギアボックスのギア切換機構からの出力トルクを駆動輪に適した出力トルクに変換する機能を有する。自動車では、ファイナルドライブとディファレンシャルは、典型的には、１つのユニットに結合される。自動二輪車では、ファイナルドライブは、典型的には、ギアボックスと車軸との間のチェーン、ベルト、またはカルダンドライブによって構成される。

内燃機関は限られた回転速度の範囲内で最適に動作する。ギアボックスは、燃焼機関と駆動輪との可変速度比を提供し、燃焼機関がより広範囲の車両速度で最適に動作できるようにする。ギアボックスはまた、可変ギア比を提供し、ファイナルドライブと協働して、現在の車両速度に適したトルクを駆動輪に伝達する機能を有する。ギアボックスは、上記の最低回転速度のために、また路上車両が広範囲の速度で機能できなければならないということから、路上車両内の往復機関に、特に重要である。

ギアボックスは、典型的には、ドライブトレイン内の重く、大きく、かつ高価な部品である。回転速度を入力部から出力部に変換する時にもエネルギー損失がある。車体の強度およびサイズは、ギアボックスを搭載できるように合わせなければならず、このことが車両の重量をさらに増加させる。したがって、ギアボックスの重量およびエネルギー消費は、車両の加速および燃料消費に悪影響を与える。

多くの場合、素早い加速が望まれる。したがって、本発明の目的は、車両の加速を向上させることである。本発明の別の目的は、車両の環境への影響を低減することである。

上記目的および上記記述から解釈することができる別の目的は、車両の駆動輪にトルクを供給するパワートレインで構成される本発明の第１の態様によって達成される。パワートレインは、トルクを供給するための出力部を有する燃焼機関と、燃焼機関から駆動輪にトルクを伝達するためのドライブトレインとを備える。ドライブトレインは、燃焼機関からのトルクを受け取るために燃焼機関の出力部に結合される入力部と、トルクを供給するための出力部とを有するカップリングを備え、カップリングは第１の動作状態と第２の動作状態とを有する。第１の動作状態において、カップリングの入力部に供給されたトルクはカップリングの出力部に伝達され、第１の動作状態では、カップリングの入力部は、カップリングの出力部との間の滑りを回避するために、その出力部にロックされる。第２の動作状態では、カップリングの入力部は、カップリングの出力部との間の滑りを可能にするために、その出力部にロックされない。ドライブトレインはさらに、カップリングからのトルクを受け取るためにカップリングの出力部に結合された入力部と、駆動輪にトルクを供給するための出力部とを有する結合部を備え、結合部の入力部は、固定ギア比でカップリングの出力部に結合される。パワートレインはさらに、カップリングの出力側でドライブトレインにトルクを供給するように構成された第１の電気モータを備える。

車両は、自動車または自動二輪車のような路上車両としてよい。ここでは、路上車両は、舗装された路面上で９０ｋｍ／ｈより速く走行できる車両を含むものと理解される。燃焼機関は、内燃機関としてよい。さらに、内燃機関は、自動車を駆動するためのガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのような往復機関としてよい。

固定ギア比は、ここでは、変更不可能なギア比として理解される。固定ギア比は１としてよく、これは、ドライブトレインの機械的利点に寄与しないことを意味する。ギア比はその一般的な意味で理解されるべきである。例えば、ギア比は、出力ギアの歯数を噛み合う入力ギアの歯数で割ったものとして計算することができる。トルク損失がない場合、トルク比は、ギアトレインの出力トルクを入力トルクで割ったものとして計算することができる。カップリングの出力側は、カップリングの出力部を含むものと理解される。また、カップリングの出力部と駆動輪との間も含む。この場合も、固定ギア比は変更不可能なギア比として理解される。ドライブトレインは、カップリングの出力部における回転を、結合部の入力部における回転と一致させるように構成されてよい。

第１の態様の組み合わされた特徴により、パワートレインは、ドライブトレイン内のギアシフト機構なしで作動するように構成されてよい。ギアシフト機構は、ここでは、段階的ギアシフト機構および連続的ギアシフト機構を含むものと理解される。

第１の状態では、機械的結合は、燃焼機関によって供給されたトルクを、ほとんど損失を伴わずに、または全く損失を伴わずに、駆動輪に伝達することができる。このことは、駆動輪のより速い回転速度で車両の加速を向上させる。第２の状態では、駆動輪の回転速度が遅い、またはゼロであっても、燃焼機関は動作することができる。したがって、燃焼機関は、第２の動作状態から第１の動作状態に切り替える前に動作しており、フルトルクで即座に寄与することができ、このことは、第２の動作状態から第１の動作状態に切り替わった後のより素早い加速に寄与する。

カップリングは、クラッチまたはトルクコンバータの機能をある程度有する。結合部の入力部は、固定ギア比でカップリングの出力部に結合される。これは、カップリングと結合部との間にギアボックスが存在できないことを意味する。ドライブトレインには車両の重量に寄与するギアボックスがなく、このことにより、車両の加速が向上し、噛み合うギアが少ないのでドライブトレインの損失が低減される。ギアボックスは、ドライブトレインにトルクを加えず、単に上下に変換する。第１の電気モータは車両に重量を加えるが、さらにドライブトレインにトルクとエネルギーを供給する。したがって、パワートレインは、ギアボックスを備えたパワートレインよりも高いトルクを駆動輪に供給することができる。さらに、第１の電気モータは、より多くの動力をパワートレインに入力することができる。結合部の入力部は、カップリングの出力部にロックされてよい。これは、結合部の入力部を、例えば、クラッチによって、カップリングの出力部から切り離すことができないことを意味する。

このパワートレインは、連続駆動を有し、段階的ギアを有さないので、マニュアルトランスミッション、自動マニュアルトランスミッション、デュアルクラッチトランスミッション、またはオートマチックトランスミッションを含むパワートレインと比較して、車両の快適度を高めるのに寄与することができる。さらに、提案されるパワートレインは、ギアのシフトダウンが必要でなく、また燃焼機関の回転速度の調整も必要ないので、運転者の入力に対してより適切に応答することができる。例えば、オートマチックトランスミッションのギアのシフト、および、例えば、連続可変トランスミッションのエンジン回転速度の調整には、時間がかかる。これは、第１の態様のパワートレインにおいて回避され、このことは、より速く、より滑らかな加速に寄与する。これは、特に、急加速の際に顕著になる。

本発明の異なる態様に関連して説明した電気モータは、静止している時に、すなわちゼロ回転速度でトルクを供給することができる。燃焼機関は、一定の回転速度の下で動作してトルクを供給することができない。したがって、第１の電気モータは、駆動輪が静止しているか、またはゆっくりと回転している時に、パワートレインがより多くのトルクを供給することができるという効果を有する。これは、このパワートレインを備えた車両がゼロまたは低速でより素早く加速できることを意味する。

上述したように、第１の態様のドライブトレインは、車両の重量増加の一因であるとともに、ドライブトレインに損失を加えるギアボックスを有さず、このことはまた、車両を加速させる時のエネルギー消費の低減に寄与する。第１の電気モータはまた、車両に重量を加えるが、第１の電気モータを駆動するのに使用される電気エネルギーは、環境にほとんどまたは全く悪影響を及ぼさない供給源からの電気エネルギーとすることができる。したがって、パワートレインは、ギアボックスを含むパワートレインよりも環境への影響がより小さくなるように最適化されてよい。

パワートレインは全体として、ギアボックスなしで動作するように構成されてよい。カップリングの入力部は、固定ギア比で燃焼機関の出力部に結合されてよい。したがって、段階的または連続的に動作されるギアシフト機構は、燃焼機関とカップリングとの間に存在することができない。したがって、そのような機構は、ドライブトレインおよび車両に重量を加えず、加速度の減少および環境への影響の増大が回避される。カップリングの入力部は、燃焼機関の出力部にロックされてよい。これは、カップリングの入力部を、例えば、クラッチによって、燃焼機関の出力部から切り離すことができないことを意味する。

カップリングの入力部に供給されるトルクは、第２の動作状態においてカップリングの出力部に伝達されてよい。このことにより、燃焼機関は、駆動輪の低回転速度またはゼロ回転速度でトルクを供給することができ、このことは、これらの条件下での加速度の増加に寄与する。

カップリングは、トルクコンバータとしてよい。トルクコンバータは、第１の動作状態では、カップリングの入力部と出力部との間の機械的結合を形成し、第２の動作状態では、カップリングの入力部と出力部との間を、流体結合を形成するように構成されてよい。機械的結合は、第１の動作状態において、カップリングの入力部をカップリングの出力部に強固にロックすることができる。トルクコンバータは、インペラおよびタービンを備えてよく、インペラは、カップリングの入力部に結合されてよく、タービンは、カップリングの出力部に結合されてよい。トルクコンバータは、第２の動作状態において、その入力部に受け取ったトルクよりも大きなトルクをその出力部から供給するように構成されてよい。これには、駆動輪の低回転速度またはゼロ回転速度で、より高いトルクを駆動輪に供給することができるという利点があり、このことは、加速向上に寄与する。トルクコンバータは、トルクコンバータの入力部の回転速度がトルクコンバータの出力部の回転速度より速い場合に、第２の動作状態において、その入力部に受け取ったトルクよりも大きなトルクをその出力部から供給するように構成されてよい。

トルクコンバータの代替として、カップリングはクラッチとしてよい。さらに、クラッチは湿式クラッチとしてよい。

結合部は、その入力部で受け取ったトルクをその出力部に伝達するように構成されてよい。伝達は、固定ギア比で行われてよく、または段階的もしくは連続的なギアなしで行われてよい。トルクの伝達は、ここでは、変換なしのトルクの伝達、または１に等しい固定ギア比での伝達を含むものと理解される。これは、結合部がドライブトレインの機械的利点を変えないことを意味する。結合部は、カップリングの出力部を駆動輪に接続する軸としてよい。軸はさらに、カップリングの出力部の回転を駆動輪にロックするように構成されてよい。このロックは、カップリングの出力部および駆動輪が同じ回転速度で回転するという効果を有する。このことにより、最小重量の小型パワートレインが可能になり、このことが加速向上に寄与する。

結合部は、ファイナルドライブとしてよい。ファイナルドライブは、その入力部で受け取ったトルクをその出力部から供給されるトルクに変換するように構成されてよい。ファイナルドライブは、その入力部で受け取ったトルクをその出力部から供給されるより高いトルクに変換するように構成されてよい。このことにより、駆動輪に供給されるトルクをより高くすることができ、このことが車両の加速を向上させる。追加的または代替的に、ファイナルドライブは、入力部における回転速度を出力部におけるより遅い回転速度に変換するように構成されてよい。このことにより、燃焼機関は駆動輪の回転速度に対してより速い回転速度で動作することができる。燃焼機関からのトルクは、その回転速度によって変化するので、ファイナルドライブは、駆動輪の所与の回転速度でのトルク出力および全体として車両の加速特性を最適化することができる。

ファイナルドライブは、入力部で受け取ったトルクを、固定ギア比でその出力部から供給されるトルクに変換するように構成されてよい。ファイナルドライブは、ベベルギアを備えてよい。ベベルギアは、典型的には、駆動軸で作動する車両に使用される。ファイナルドライブは、ファイナルドライブの入力部から出力部にトルクを伝達するためのチェーンドライブまたはベルトドライブを含んでよい。この技術は、典型的には、自動二輪車に採用される。ファイナルドライブは、カップリングの第１動作状態において、燃焼機関の回転速度を駆動輪のより低い回転速度に変換するように構成されてよい。ファイナルドライブは、カップリングの第１の動作状態において、この機能を果たすドライブトレインのほんの一部としてよい。

トルクコンバータが第２の状態にあることを含む条件下で、パワートレインまたはドライブトレインは、トルクコンバータの出力部の回転速度がトルクコンバータの入力部の回転速度に到達するか、接近するか、またはそれと同じになった場合に、トルクコンバータの状態を第２の状態から第１の状態に変化させるように構成されてよい。ここで、到達するという用語は、同じになる、同じになるように変化する、および同じになるように適合されることを含むものと理解される。

条件はさらに、トルクコンバータの入力部の回転速度がトルクコンバータの出力部の回転速度と同じか、またはそれより速いことを含んでよい。条件または初期条件はさらに、トルクコンバータの入力部に燃焼機関からトルクが供給されることを含んでよい。追加的または代替的に、条件または初期条件は、トルクコンバータの出力部の回転速度がゼロであることを含んでよい。

パワートレインは、トルクが燃焼機関からトルクコンバータの入力部に供給されるのと同時に、第１の電気モータを用いてトルクコンバータの出力側でドライブトレインにトルクを供給するように構成されてよい。同様に、ドライブトレインは、燃焼機関からトルクコンバータの入力部にトルクが供給されると同時に、第１の電気モータを用いてトルクコンバータの出力側でトルクを受け取るように構成されてよい。これは、トルクコンバータの出力部の回転速度がトルクコンバータの入力部の回転速度により速く到達することができ、トルクコンバータの損失を低減することによってパワートレインの効率を向上させるという効果を有する。

トルクコンバータが第１の状態にあること、および燃焼機関からトルクコンバータの入力部にトルクが供給されることを含む条件下で、パワートレインまたはドライブトレインは、出力部の回転速度が低下し、燃焼機関が作動してトルクを伝達することができる最低回転速度に達し、および／または所定値未満である場合に、トルクコンバータの状態を第１の状態から第２の状態に変化させるように構成されてよい。これらの特徴は、エンジンブレーキが可能であるという効果を有する。回転速度の低下は、出力部の所定回転速度未満としてよい。

トルクコンバータが第１の状態にあること、および燃焼機関からトルクコンバータの入力部にトルクが供給されることを含む条件下で、パワートレインまたはドライブトレインは、燃焼機関からトルクコンバータの入力部に供給されるトルクが増加した場合、トルクコンバータの状態を第１の状態から第２の状態に変化させるように構成されてよい。さらに、変化のためのさらなる必要条件は、トルクコンバータの出力部の回転速度が所定の限界値未満であるか否かとしてよい。これらの特徴は、燃焼機関からのトルクをトルクコンバータによって増加させることができ、例えば、別の車両を追い越す時に、すでに運転しながら大きな加速度を達成することができるという効果を有する。

トルクコンバータが第１の状態にあること、およびトルクコンバータの入力部の回転速度がゼロでなく低下している、ゼロでなく一定である、ゼロでなく上昇している、またはゼロであることを含む条件下で、パワートレインまたはドライブトレインは、燃焼機関からトルクコンバータの入力部に供給されるトルクが増加するまたは増加した場合、トルクコンバータの状態を第１の状態から第２の状態に変化させるように構成されてよい。さらに、変化のためのさらなる必要条件は、トルクコンバータの出力部の回転速度が所定の限界値未満であるか否かとしてよい。その条件は、トルクコンバータの入力部に燃焼機関からトルクが供給されることをさらに含んでよい。これらの特徴はまた、燃焼機関からのトルクがトルクコンバータによって増加され、したがって、加速上昇に寄与するという効果を有する。

パワートレインまたはドライブトレインは、条件を決定するように構成されてよい。条件は、実際にトルクコンバータの状態を変更する前の初期条件を含むものと理解される。パワートレインまたはドライブトレインは、トルクコンバータの第１の状態と第２の状態との間の変化を制御するための制御ユニットを備えてよい。

第１の電気モータは、カップリングと結合部との間にトルクを供給するように構成されてよい。結合部がファイナルドライブである場合、入力部に供給されるトルクを増加させることができる。提案されている構成では、第１の電気モータによって供給されるトルクもまた、ファイナルドライブによって増加され、このことはさらに、加速上昇に寄与することができる。

あるいは、第１の電気モータは、結合部と駆動輪との間にトルクを供給するように構成されてよい。このことは、カップリングと結合部の入力部との間のリンクおよび結合部自体が、第１の電気モータによって供給される追加のトルク用に寸法決めされる必要がないという利点を有し、つまり、ドライブトレインをより軽量化することができ、車両はより速く加速することができるという利点を有する。あるいは、第１の電気モータは、ドライブトレインに接続されて、結合部を介してトルクを供給するように構成されてよい。

第１の電気モータは、駆動輪にトルクを直接供給するように構成されてよい。さらに、第１の電気モータは、駆動輪の車軸を中心としてハブモータを回転させてよい。

ドライブトレインは、第１の電気モータと燃焼機関との間に位置決めされ、燃焼機関から伝達されたトルクを受け取る入力部と駆動輪にトルクを伝達する出力部とを有する第１のフリーホイールを備えてよく、第１のフリーホイールは、出力部が入力部よりも速く回転した時に、入力部を出力部から切り離すように構成される。このようにして、燃焼機関がオフの状態で、かつ燃焼機関からの抵抗がほとんどないまたは全くない状態で、パワートレインを第１の電気モータによって作動させることができ、これは、第１の電気モータのエネルギー消費が低減されることを意味する。第１のフリーホイールは、スプリングとしてよい。追加的または代替的に、第１のフリーホイールは、第１の電気モータとカップリングの出力部との間に位置決めされてよい。このことにより、燃焼機関をオフの状態で、かつカップリングからの抵抗がない状態で、パワートレインを第１の電気モータによって作動させることができる。第１のフリーホイールは、カップリングの出力部と結合部の入力部との間に位置決めされてよい、または第１の結合部は、第１のフリーホイールを備えてよく、第１のフリーホイールは、結合部の入力部と出力部との間に位置決めされてよい。

カップリングは、第２の動作状態において、カップリングの入力部と出力部の逆方向の回転を可能にするように構成されてよい。第１の電気モータは、ドライブトレインに供給されるトルクの方向を変化させるように構成されてよい。このようにして、第１の電気モータは、カップリングが第２の動作状態で燃焼機関によって提供される回転方向とは反対方向に駆動輪を回転させるのに使用されてよい。この技術は、車両の後進走行に利用可能であり、この機能を容易にするために重量が追加されないという利点があり、このことは、加速度減少を回避するのに寄与する。

ドライブトレインはさらに、結合部の出力部から駆動輪にトルクを伝達するためのコネクタを備えてよい。コネクタは、固定ギア比で駆動輪にトルクを伝達するように構成されてよく、コネクタは駆動軸を備えてよい。追加的または代替的に、第１の電気モータは、コネクタにトルクを供給するように構成されてよい。

パワートレインはさらに、カップリングの入力部を介してドライブトレインにトルクを供給するように構成された第２の電気モータを備えてよい。第２の電気モータは、カップリングの入力部で、または燃焼機関の出力部とカップリングの入力部との間で、トルクをドライブトレインに供給するように構成されてよい。第２の電気モータによって供給されるトルクは、加速度の増加に寄与する。

ドライブトレインは、第２の電気モータと燃焼機関との間に位置決めされ、燃焼機関から伝達されたトルクを受け取る入力部と駆動輪にトルクを伝達する出力部とを有する第２のフリーホイールを備えてよく、第２のフリーホイールは、出力部が入力部よりも速く回転した時に入力部を出力部から切り離すように構成される。このようにして、燃焼機関がオフの状態で、かつ燃焼機関からの抵抗がほとんどないまたは全くない状態で、パワートレインを第２の電気モータによって作動させることができる。第２のフリーホイールは、スプリングとしてよい。

燃焼機関は、燃焼機関の出力部に結合されたクランクシャフトを備えるシリンダ機関としてよく、燃焼機関はさらに、第２の電気モータからトルクを受け取るためにクランクシャフトに結合される入力部を備えてよく、燃焼機関の入力部と出力部とは、クランクシャフトを介して結合される。この構成は、燃焼機関およびカップリングをより小型のユニットとして構築することができるという利点を有し、このことは、車体をより小型化および軽量化することができ、より素早い加速が達成可能であるということを意味する。このことが特に当てはまるのは、第２の電気モータがカップリングよりも小さい場合であり、それは、燃焼機関とカップリングとの間の空きスペースを回避することができるからである。

第２の電気モータは、カップリングが第２の動作状態にある時に、燃焼機関用のスタータモータとして機能するように構成されてよい。これには、追加のスタータモータが必要ないという利点があり、このことは、軽量化およびより素早い加速につながる。

第２の電気モータは、カップリングが第２の動作状態にある時に、燃焼機関のエンジン速度を上昇させるために、燃焼機関にトルクを供給するように構成されてよい。燃焼機関は、典型的には、低回転速度で準最適トルクを伝達する。したがって、この特徴は、燃焼機関がオフまたはアイドリング状態である場合に、燃焼機関は、より高いトルクを伝達する回転速度により速く到達することができるという効果を有し、このことは、より素早い加速に寄与する。

パワートレインはさらに、第１の電気モータを駆動するために第１の電気モータに電気エネルギーを供給するように構成されたエネルギー貯蔵部を備えてよい。第１の電気モータは、発電機として機能し、ドライブトレインから受け取ったトルクから電気エネルギーを生成し、エネルギー貯蔵部に電気エネルギーを供給するように構成されてよい。代替的または追加的に、エネルギー貯蔵部は、第２の電気モータを駆動するために第２の電気モータに電気エネルギーを供給するように構成されてよい。第２の電気モータは、発電機として機能し、ドライブトレインから受け取ったトルクから電気エネルギーを生成し、電気エネルギーをエネルギー貯蔵部に供給するように構成されてよい。このようにして、パワートレインは、発電専用の発電機なしで機能することができ、このことは、車両の重量を低減し、加速度を増加させる。

第１の電気モータおよび／または第２の電気モータは、ドライブトレインを介して燃焼機関から供給されるトルクから電気エネルギーを生成するように構成されてよい。したがって、燃焼機関用の燃料は、エネルギー貯蔵部を充電するために使用されてよい。したがって、再生可能な燃料が使用される場合、車両を運転する際の環境への影響は制限される。追加的または代替的に、第１の電気モータまたは第２の電気モータは、ドライブトレインを介して駆動輪から供給されるトルクから電気エネルギーを生成するように構成されてよい。このようにして、車両の運動エネルギーは、エネルギー貯蔵部においてある程度貯蔵される位置エネルギーに変換されてよく、このことが、車両を運転する際の環境への影響を低減する。

第２の電気モータは、発電機として機能し、燃焼機関から受け取ったトルクから電気エネルギーを生成して、カップリングが第２の動作状態にある時にエネルギーをエネルギー貯蔵部に供給するように構成されてよい。このことにより、車両が静止している時、または低速走行中にエネルギー貯蔵部を充電することが可能になる。

エネルギー貯蔵部は、エネルギーを貯蔵するためのスーパーキャパシタを備えてよい。スーパーキャパシタは、ここでは、ウルトラキャパシタ、電気二重層キャパシタ、および電気化学キャパシタを含むものと理解される。スーパーキャパシタは、キャパシタよりもエネルギー密度が高く、バッテリよりも電力密度が高い。さらに、スーパーキャパシタは、バッテリよりも多くの充放電サイクルに耐えられる。したがって、スーパーキャパシタは、より長く持続し、交換しなければならない頻度が低く、したがって、環境に与える影響がより小さくなる。スーパーキャパシタのこれらの特性により、スーパーキャパシタは急加速に適したものになる。

エネルギー貯蔵部は、車両のゼロ速度から最大速度までの加速中に電気エネルギーを供給するように構成されてよい。したがって、電気モータは、ゼロ速度からのフル加速全体を通してトルクによって寄与することができる。追加的または代替的に、エネルギー貯蔵部は、車両のゼロ速度から最大速度までのフル加速に必要な電気エネルギーの２倍未満のエネルギー量を供給するように構成されてよい。エネルギー貯蔵能力が大きくなるほどは、重量は重くなる。したがって、ゼロ速度から最高速度までのより素早い加速が達成されるが、これは、エネルギー貯蔵部を再充電する前に１回だけ達成可能である。スーパーキャパシタの短い充放電サイクルと高電力密度により、バッテリと比較して、スーパーキャパシタは、最高速度に迅速に到達するための提案されている構成にとって特に有利となる。

エネルギー貯蔵部は、バッテリを備えてよい。バッテリは、充電可能な電池と放電可能な電池とを備えてよい。バッテリは、スーパーキャパシタよりも高いエネルギー密度を有する、つまり、車両を連続的に駆動するのに適しているが、バッテリの電力密度が低いほど急加速には適さなくなる。バッテリは、上述したように、燃焼機関をオフにした状態で電気モータによってパワートレインを作動させることができるフリーホイールと共に使用されると、特に有利である。

パワートレインはさらに、追加の駆動輪にトルクを供給するように構成されてよく、結合部またはファイナルドライブは、追加の駆動輪にトルクを供給するための追加の出力部を有してよい。結合部がファイナルドライブである場合、駆動輪と追加の駆動輪を異なる速度で回転させることができるディファレンシャルを備えてよい。このようにして、両方の駆動輪はトラクションを維持しながら車両を旋回させることができる、つまり、トルクを両方の駆動輪に供給することができ、車両がカーブでより速く加速することができる。ディファレンシャルは、オープンディファレンシャル、ロッキングディファレンシャル、またはトルクベクタリングディファレンシャルとしてよい。

結合部は、出力部と追加の出力部が同じ回転速度で、出力部および追加の出力部から同じトルクを供給するように構成されてよい。結合部がファイナルドライブである場合、出力部および追加の出力部から供給されるトルクは、固定ギア比でファイナルドライブの入力部に供給されるトルクから変換されてよい。

パワートレインはさらに、結合部と追加の駆動輪との間でドライブトレインにトルクを供給するように構成された第３の電気モータを備えてよい。第１の態様に関連して上述したように、第１の電気モータが結合部と駆動輪との間にトルクを供給するように構成される場合、このことにより、２つの駆動輪へのバランスのとれたトルク出力が可能になり、このことが加速時に安定したコースを維持するのに役立つ。

第３の電気モータは、ドライブトレインに供給されるトルクの方向を変更できるように構成される。第１の電気モータの対応する構成に関して、この技術は、ドライブトレインに追加の機械的構成要素を追加せずに車両の後進走行を容易にし、このことが車両を低重量で維持するのに役立つ。ドライブトレインはさらに、結合部の追加の出力部から駆動輪にトルクを伝達するための追加のコネクタを備えてよい。追加のコネクタは、固定ギア比で追加の駆動輪にトルクを伝達するように構成されてよい。第３の電気モータは、追加のコネクタにトルクを供給するように構成されてよい。追加のコネクタは、駆動軸を備えてよい。

エネルギー貯蔵部は、第３の電気モータを駆動するために第３の電気モータに電気エネルギーを供給するように構成されてよい。追加的または代替的に、第３の電気モータは、発電機として機能し、ドライブトレインから受け取ったトルクから電気エネルギーを生成し、電気エネルギーをエネルギー貯蔵部に供給するように構成されてよい。

燃焼機関は、追加のトルクを供給するための追加の出力部を有してよい。パワートレインはさらに、燃焼機関から追加の駆動輪に追加のトルクを伝達するための追加のドライブトレインを備えてよい。追加のドライブトレインは、燃焼機関から追加のトルクを受け取るために燃焼機関の追加の出力部に結合される入力部と、トルクを供給するための出力部とを有する追加のカップリングを備える。追加のカップリングは、第１の動作状態と第２の動作状態とを有し、カップリングの入力部に供給される追加のトルクは、第１の動作状態でカップリングの出力部に伝達される。第１の動作状態では、追加のカップリングの入力部は、追加のカップリングの出力部との間の滑りを回避するために、その出力部にロックされ、第２の動作状態では、追加のカップリングの入力部は、追加のカップリングの出力部との間の滑りを可能にするために、その出力部にロックされない。追加のドライブトレインはさらに、追加の結合部からトルクを受け取るために追加の結合部の出力部に結合された入力部と、追加の駆動輪にトルクを供給するための出力部とを有する追加の結合部を備え、追加の結合部の入力部は、固定ギア比で追加のカップリングに出力部に結合される。パワートレインはさらに、追加のカップリングの出力側で追加のドライブトレインにトルクを供給するように構成された追加の第１の電気モータを備える。このパワートレインが四輪車に搭載される場合、２つの駆動輪間でトルクを分割するファイナルドライブは必要ない。このことにより、パワートレインの重量を低減し、車両をより小型化およびより軽量化することができ、その結果、車両の加速および燃費を向上させることができる。

パワートレインはさらに、追加のカップリングの入力部を介してドライブトレインにトルクを供給するように構成された追加の第２の電気モータを備えてよい。追加の第２の電気モータは、追加のカップリングの入力部で、または燃焼機関の追加の出力部と追加のカップリングの入力部との間で、追加のドライブトレインにトルクを供給するように構成されてよい。エネルギー貯蔵部は、追加の第１の電気モータを駆動するために追加の第１の電気モータに電気エネルギーを供給するように構成されてよい。エネルギー貯蔵部は、追加の第２の電気モータを駆動するために追加の第２の電気モータに電気エネルギーを供給するように構成されてもよい。

追加のドライブトレインは、ドライブトレインに関して上述した１つまたは複数の特徴または機能を有してよい。追加的または代替的に、追加のドライブトレインは、ドライブトレインに関して上述したように構成されてよい。例えば、追加の結合部は、伝達に関して上述したのと同じ理解の下、その入力部で受け取ったトルクをその出力部に伝達するように構成されてよい。さらに、追加のドライブトレインは、追加の第１の電気モータと燃焼機関との間に位置決めされ、対応する機能および上述の第１のフリーホイールの別の代替の特徴を有する第１の追加のフリーホイールを備えてよい。代替的または追加的に、追加のドライブトレインは、追加の第２の電気モータと燃焼機関との間に位置決めされ、対応する機能および上述の第２のフリーホイールの別の代替の特徴を有する第２の追加のフリーホイールを備えてよい。

上記目的はさらに、燃焼機関および第１の電気モータからのトルクを車両の駆動輪に伝達するためのドライブトレインによって構成される本発明の第２の態様であって、燃焼機関がトルクを供給するための出力部を有する本発明の第２の態様によって達成される。ドライブトレインは、燃焼機関からのトルクを受け取るために燃焼機関の出力部に結合される入力部と、トルクを供給するための出力部とを有するカップリングを備え、カップリングは、第１の動作状態と第２の動作状態とを有する。第１の動作状態では、カップリングの入力部に供給されたトルクはカップリングの出力部に伝達され、この場合、第１の動作状態では、カップリングの入力部は、カップリングの出力部との間の滑りを回避するために、その出力部にロックされ、第２の動作状態では、カップリングの入力部は、カップリングの出力部との間の滑りを可能にするために、その出力部にロックされない。ドライブトレインはさらに、カップリングからのトルクを受け取るためにカップリングの出力部に結合された入力部と、駆動輪にトルクを供給するための出力部とを有する結合部を備え、結合部の入力部は、固定ギア比でカップリングの出力部に結合される。ドライブトレインはさらに、カップリングの出力側で第１の電気モータからトルクを受けるように構成される。

第２の態様のドライブトレインはさらに、第１の態様に関連して記載したドライブトレインの任意の構成または特徴を備えてよい。例えば、ドライブトレインはさらにコネクタを備え、カップリングはトルクコンバータとしてよい。構成および特徴の効果および利点は、上述したのと同じである。

さらに上記目的は、駆動輪と、駆動輪にトルクを供給するための本発明の第１の態様のパワートレインとを備えた陸上車両によって構成される本発明の第３の態様によって達成される。車両はさらに、追加の駆動輪を備えてよく、パワートレインは、追加の駆動輪にトルクを供給するように構成されてよく、結合部は追加の駆動輪にトルクを供給するために追加の出力部を有してよい。車両のパワートレインはさらに、第１の態様のパワートレインに関連して説明した任意の特徴または構成を備えてよい。効果および利点も第１のパワートレインに関連して説明したのと同じである。陸上車両は、路上車両としてよい。

陸上車両はさらに、エネルギー貯蔵部からの電気エネルギーによって駆動されるように構成された追加の一対の駆動輪を備えてよい。追加の駆動輪は、車両を操舵するように構成されてよい。このようにして、加速時のトラクションを向上させることができる。

図面を参照しながら、本発明の異なる実施形態を示す。
パワートレインを備える車両を示した本発明の第１の実施形態の概略図 代替のパワートレインを備える車両を示した本発明の第２の実施形態の概略図 代替のパワートレインを備える車両の後部を示した本発明の第３の実施形態の概略図 代替のパワートレインを備える車両を示した本発明の第４の実施形態の概略図 代替のパワートレインを備える車両を示した本発明の第５の実施形態の概略図 代替のパワートレインを備える車両を示した本発明の第６の実施形態の概略図

本発明の第１の実施形態は、図１に示されている。図１は、自動車の形態の陸上車両１０の概略上面図である。車両１０には、一対の後駆動輪１６、１８にトルクを伝達するドライブトレイン１４を有するパワートレイン１２が取り付けられる。また、車両１０は、車両１０を操舵するための一対の前輪２０、２２を有する。

パワートレイン１２は、内燃機関２４を有し、内燃機関２４は、動作時にドライブトレイン１４にトルクを供給する出力部２６を有する。内燃機関２４は、内燃機関２４の出力部２６に結合されるクランクシャフト３８を有するシリンダ機関である。内燃機関２４はさらに、クランクシャフト３８に結合される入力部２７を有する。内燃機関２４は、ガソリンタンク２５に接続され、ガソリンタンク２５から燃料が供給される。

ドライブトレイン１４は、内燃機関２４の出力部２６に結合される入力部３４を有するカップリング３２を有し、そのことにより、内燃機関２４からトルクを受け取ることができる。カップリング３２はさらに、ドライブトレイン１４の残りの部分に結合される出力部を有し、出力部からトルクを供給することができる。カップリング３２は、カップリング３２の入力部３４に結合されるインペラ４０と、カップリング３２の出力部３６に結合されるタービン４２とを有するトルクコンバータである。トルクコンバータ３２は、第１の動作状態では、入力部３４と出力部３６との間の機械的結合を形成し、第２の動作状態では、入力部３４と出力部３６との間の流体結合を形成するように構成される。第１の動作状態では、機械的結合は、入力部３４を出力部３６に強固にロックする。したがって、第１の動作状態では、カップリング３２の入力部３４と出力部３６との間に滑りは生じず、第２の動作状態では、入力部３４と出力部３６との間に滑りが生じる可能性がある。

ドライブトレイン１４はさらに、カップリング３２の出力部３６に結合される入力部４６を有する結合部またはファイナルドライブ４４を有し、カップリング部３２からのトルクを受け取ることができる。ファイナルドライブ４４はさらに、駆動輪１６、１８にトルクを供給するために、駆動輪１６、１８に結合される出力部４８、５０を有する。ファイナルドライブ４４は、出力部４８、５０が異なる速度で回転できるように、オープンディファレンシャル５２を有する。ファイナルドライブ４４はさらに、内燃機関２４から駆動輪１６、１８への回転方向を変化させるためにベベルギア５４を有する。ベベルギア５４は、駆動輪１６、１８が同じ速度で回転する場合、入力部４６で受け取ったトルクを出力部４８、５０から供給されるより高いトルクに固定ギア比で変換する。より高いトルクは、入力部４６に結合されたピニオンを有することによって達成される。ピニオンはクラウンホイールと噛み合っており、クラウンホイールはオープンディファレンシャル５２を介して出力部４８、５０に結合され、ピニオンはクラウンホイールよりも歯数が少ない。

ドライブトレイン１４はさらに、駆動軸の形態の一対のコネクタ５６、５８を備え、各々は、ファイナルドライブ４４と駆動輪１６、１８のうちの１つとの間に結合される。コネクタ５６、５８は、固定ギア比でファイナルドライブ４６の出力部４８、５０から駆動輪１６、１８にトルクを伝達する。

パワートレインはさらに、３つの電気モータを有する。第１の電気モータ２８および第３の電気モータ３０は、ファイナルドライブ４４の両側のコネクタ５６、５８の中心に配置される。したがって、第１の電気モータ２８および第３の電気モータ３０は、ドライブトレイン１４のカップリング３２の出力側、より正確には、ファイナルドライブ４４と駆動輪１６、１８との間でドライブトレイン１４にトルクを供給するように構成される。第２の電気モータ３７は、内燃機関２４の入力部２７に結合され、クランクシャフト３８および内燃機関２４の出力部２６を介してドライブトレイン１４にトルクを供給することができる。したがって、第２の電気モータ３７も同様に、カップリング３２の入力部３４を介してドライブトレイン１４にトルクを供給する。

パワートレイン１２は、スーパーキャパシタ６２を含むエネルギー貯蔵部６０を有する。エネルギー貯蔵部６０は、第１の電気モータ２８、第２の電気モータ３７、および第３の電気モータ３０に電気エネルギーを供給するので、これらのモータは動作し、トルクを供給することができる。第１の電気モータ２８および第３の電気モータ３０は、発電機として機能し、コネクタ５６、５８を介して受け取ったトルクから電気エネルギーを生成することができる。電気エネルギーを生成するには、カップリング３２およびファイナルドライブ４４を介して内燃機関２４から供給されたトルクの一部を駆動中に電気エネルギーに変換する方法、または駆動輪１６、１８から受け取ったトルクを変換することによる、すなわち、自動車にブレーキをかけることによる方法の２つの方法がある。第２の電気モータ３７もまた、発電機として機能し、内燃機関２４の入力部２７を介して受け取ったトルクから電気エネルギーを生成することができる。これは、カップリング３２が第２の動作状態で車両１０が静止している時にも可能である。電気モータ２８、３０、３７によって生成された電気エネルギーは、エネルギー貯蔵部６０に供給され、スーパーキャパシタ６２に貯蔵されるエネルギーに変換される。

また、エネルギー貯蔵部６０は、充放電可能な電池から成るバッテリ６３を有する。バッテリ６３は、スーパーキャパシタ６２よりもエネルギー密度は高いが、電力密度は低い。したがって、バッテリ６３は、主に、定速走行時に使用され、一方スーパーキャパシタ６２は、主に、加速時に主に使用される。

第２の電気モータ３７は、カップリング３２が第２の動作状態にある時に、内燃機関２４の入力部２７を介してクランクシャフト３８にトルクを供給することによって、内燃機関２４のスタータモータとして機能することができる。さらに、カップリング３２が第２の動作状態にある時に、第２の電気モータ３７は、内燃機関のエンジン速度が上昇するように内燃機関２４にトルクを供給することができる。

図１に関連して説明した実施形態では、ドライブトレイン１４内にギアボックスまたはギアシフト装置は存在せず、カップリングの入力部３４は固定ギア比で内燃機関２４の出力部２６に結合される。同様に、ファイナルドライブ４４の入力部４６は、固定ギア比でカップリング３２の出力部３６に結合される。

ドライブトレイン１４は、第１の電気モータ２８と内燃機関２４との間、より正確には、ファイナルドライブ４４とカップリング３２との間に位置決めされた第１のフリーホイール７２を有する。第１のフリーホイール７２は、出力部が入力部よりも速く回転すると、入力部を出力部から切り離すように構成される。このことにより、第１の電気モータ２８は、内燃機関２４がオフまたはアイドリングの状態で、パワートレイン１２を駆動することができる。したがって、内燃機関２４またはカップリング３２によって抵抗は生じない。

次に、図１に関連して説明した実施形態の典型的な駆動シナリオについて説明する。車両１０を始動させる時に、カップリングは第２の動作状態にある。第２の電気モータ３７は、エネルギー貯蔵部６０によって通電され、その結果、クランクシャフト３８が回転し、内燃機関２４が作動を開始する。車両は、前進せずにアイドリング状態である。トルクコンバータ３２を介して一部のトルクが駆動輪１６、１８に伝達されるが、駆動輪１６、１８のブレーキ（図示せず）をかけることにより車両の移動が阻止される。

素早い加速のために、エネルギー貯蔵部６０から第２の電気モータ３７に追加の電気エネルギーが供給され、その結果、内燃機関２４は、カップリング３２による高トルク出力および高トルク変換によって迅速に回転速度に到達する。同時に、最大出力でエネルギー貯蔵部６０から電気エネルギーが供給される。カップリング３２の入力部３４と出力部３６との間には、回転速度の差が生じることになる。カップリング３２は、内燃機関２４からのトルクを増加させるトルクコンバータである。カップリング３２の入力部３４と出力部３６との間の回転速度の差は、車両１０が高速になるにつれて徐々に小さくなり、回転速度の差が小さいかまたは全くない場合に、カップリング３２は第２の動作状態から第１の動作状態に変化することになる。内燃機関および３つの電気モータ２８、３０、３７の全ては、最高速度に達するまで最大可能動力を供給し続ける。減速が望まれる場合には、燃焼機関２４および電気モータ２８、３０、３７に供給される電力は少なくなる。

第１の電気モータ２８および第２の電気モータ３０は、コネクタ５６、５８に供給されるトルク方向を変化させることが可能である。カップリング３２が第２の動作状態に設定されると、カップリング３２の出力部３６は入力部３４とは異なる方向に回転することができる。これにより、前進走行から後進走行に移行する際には、カップリング３２が第２の動作状態に設定され、第１の電気モータ２８および第２の電気モータ３０の回転方向が変化する。内燃機関は、低回転速度で動作し、カップリング３２の逆回転を可能にする小さなトルクを供給する。

第１の実施形態の代替の実施形態では、第２の電気モータ３７は存在せず、または第２の電気モータ３７は、内燃機関２４の出力部２６とカップリング３２の入力部との間に配置されて、そこでトルクを供給する。あるいは、第２の電気モータ３７は、第１の実施形態のように位置決めされ、第４の電気モータは、内燃機関２４の出力部２６とカップリング３２の入力部３４との間に配置されて、そこでトルクを供給し、または第４の電気モータは、カップリング３２の出力部３６と結合部またはファイナルドライブ４４の入力部との間に配置されて、そこでトルクを供給する。

本発明の第２の実施形態は、図２に示されている。図２は、自動車の形態の陸上車両１０の概略上面図である。構成要素および機能の多くは、図１に関して説明した第１の実施形態と同じであり、参照番号はそのままであるが、変更されているが関連する機能を有する特徴にはプライム符号が付与されている。実施形態間の相違点を以下に説明する。

第２の実施形態では、第３の電気モータは存在せず、第１の電気モータ２８’は、カップリング３２’の出力部３６’と結合部またはファイナルドライブ４４の入力部４６との間に配置される。したがって、第１の電気モータ２８’によって駆動輪１６、１８に供給される全てのトルクは、ファイナルドライブ４４を介して伝達される。第２の電気モータ３７’は、内燃機関２４の出力部２６とカップリング３２’の入力部との間に配置されて、そこでトルクを供給し、ひいては、カップリング３２’の入力部側の位置でドライブトレイン１４’にトルクを供給する。

ドライブトレイン１４’は、第２の電気モータ３７’と内燃機関２４との間に位置決めされる第２のフリーホイール７４を有する。第２のフリーホイール７４は、出力部が入力部よりも速く回転すると、入力部を出力部から切り離すように構成される。このことにより、第２の電気モータ３７’は、内燃機関２４がオフまたはアイドリングの状態で、パワートレイン１２’を駆動することができる。したがって、内燃機関２４によって抵抗は生じない。第２の電気モータ３７’は、カップリング３２’の入力部側にあるが、第２のフリーホイール７４は、第２の電気モータ３７’がスタータモータとして機能して、内燃機関２４の回転速度を調整するのを防ぐ。

カップリング３２’は、カップリング３２’の入力部３４’に結合される駆動部材６８と、カップリング３２’の出力部３６’に結合される被駆動部材７０とを有する湿式クラッチである。トルクコンバータ３２は、第１の動作状態では、入力部３４’と出力部３６’との間の機械的結合を形成し、第２の動作状態では、入力部３４’と出力部３６’との間の流体結合を形成しない。したがって、第１の動作状態では、カップリング３２’の入力部３４’と出力部３６’との間に滑りは生じず、第２の動作状態では、基本的には、入力部３４’と出力部３６’との間に摩擦のない滑りが生じる。

車両１０’はさらに、一方の前輪２０に結合される第４の電気モータ６４と、他方の前輪２２に結合される第５の電気モータ６６とを有する。第４の電気モータ６４および第５の電気モータ６６は、エネルギー貯蔵部６０’に接続されるので、そこから電気エネルギーを受け取り、前輪２０、２２にトルクを供給して車両１０を加速させることができる。第４の電気モータ６４および第５の電気モータ６６はまた、前輪２０、２２からトルクを受けることによって、また前輪２０、２２にブレーキをかけることによって、エネルギー貯蔵部６０’に貯蔵される電気エネルギーを生成することもできる。

次に、図２に関連して説明した実施形態の典型的な駆動シナリオについて説明する。車両１０は、第１の実施形態と同じ方法で始動されるが、トルクが内燃機関２４の出力部２６を介してクランクシャフト３８に供給される点が異なる。カップリング３２’は、第２の動作状態にある。トルクコンバータ３２の入力部３４と出力部３６との間にはほとんど摩擦のない滑りがあるので、カップリング３２’を介して駆動輪１６、１８にトルクは伝達されない。したがって、車両の前進を妨げるために駆動輪１６、１８にブレーキ（図示せず）をかける必要はない。

素早い加速のために、エネルギー貯蔵部６０’から第１の電気モータ２８’、第４の電気モータ６４、および第５の電気モータ６６に最大出力で電気エネルギーが供給される。内燃機関２４は、自然とトルクを効率的に供給することができる回転速度にされる。最初は、カップリング３２’の入力部３４’と出力部３６’との間には回転速度の差があり、入力部３４’はより速く回転する。カップリング３２’の入力部３４’と出力部３６’との間の回転速度の差は、車両１０’の速度が速くなるにつれて徐々に小さくなり、回転速度の差が小さいかまたは全くない場合に、カップリング３２’は第２の動作状態から第１の状態に変化することになる。内燃機関２４、第１の電気モータ２８’、第４の電気モータ６４、および第５の電気モータ６６は、最高速度に達するまで最大可能動力を供給し続ける。

減速が望まれる場合には、内燃機関２４および電気モータ２８’、６４、６６に供給される電力は少なくなる。さらに、より遅い加速では、第４の電気モータ６４および第５の電気モータ６６は、トルクを供給するのに使用されない。

第２の実施形態の代替的な実施形態では、第２の電気モータ３７は存在せず、またはその代わりに第２の電気モータ３７’が内燃機関２４の入力部２７に結合され、クランクシャフト３８および内燃機関２４の出力部２６を介してドライブトレイン１４’にトルクを供給することができる。

本発明の第３の実施形態は、図３に示されている。図３は、自動車の形態の陸上車両１０の後部の概略上面図である。構成要素および機能の多くは、図１に関して説明した第１の実施形態と同じであり、参照番号はそのままであるが、変更されているが関連する機能を有する特徴にはプライム符号が付与されている。第１の実施形態には存在しないが、第１の実施形態の特徴と同様の機能を有する特徴は、同じ参照番号であるが、ダブルプライムが付与されている。実施形態間の相違点を以下に説明する。

第３の実施形態では、第３の電気モータは存在せず、ドライブトレイン１４’は、第１の電気モータ２８’および内燃機関２４’’から後駆動輪１６’にトルクを供給する。カップリング３２’の出力部３６’は、変換せずにトルクを伝達する車軸の形態の結合部４４’によって駆動輪１６’に接続される。このようにして、カップリング３２’の出力部３６’および駆動輪１６’は回転可能にロックされ、同じ回転速度で回転する。

第１の電気モータ２８’は、ドライブトレイン１４’に接続し、結合部または軸４４’を介してトルクを供給する。第２の電気モータ３７’は、内燃機関２４’’の出力部２６’とカップリング３２’の入力部３４’との間に配置されて、そこでトルクを供給し、したがって、カップリング３２’の入力側でドライブトレイン１４’にトルクを供給する。カップリング３２’はトルクコンバータであり、ドライブトレイン１４’に対して、図１に関連して説明した第１の実施形態のカップリングと同じ機能を有する。

内燃機関２４’’は追加のトルクを供給する追加の出力部２６’’を有する。出力部２６および追加の出力部２６’’は、カムシャフト３８’’を介して接続され、燃焼機関２４’の両側に配置される。パワートレイン１２’’は、内燃機関２４’’から追加の後駆動輪１６’’に追加のトルクを伝達することができる追加のドライブトレイン１４’’を有する。

ドライブトレイン１４’と同様に、追加のドライブトレイン１４’’は、内燃機関２４’’の追加の出力部２６’’に結合される入力部３４’’を有するトルクコンバータの形態の追加のカップリング３２’’を有し、そこからトルクを受け取ることができる。追加のカップリング３２’’は、第１の動作状態と第２の動作状態とを有する。追加のカップリング３２’’の入力部３４’’に供給される追加のトルクは、第１の動作状態においてカップリング３２’’の出力部３６’’に伝達される。

第１の動作状態では、追加のカップリング３２’’の入力部３４’’は追加のカップリング３２’’の出力部３６’’にロックされ、その間の滑りが回避される。第２の動作状態では、追加のカップリング３２’’の入力部３４’’は追加のカップリング３２’’の出力部３６’’にロックされないので、その間の滑りが可能になる。従って、追加のカップリング３２’’は、カップリング３２’と同じ機能を有する。

追加のドライブトレイン１４’’は、トルクを受け取るために追加のカップリング３２’’の出力部３６’’に結合される入力部４６’’と、追加の駆動輪１６’’にトルクを供給するための出力部４８’’とを有する追加の結合部４４’’を有する。追加の結合部４４’’の入力部４６’’は、追加のカップリング３２’’の出力部３６’’に結合される。

追加のカップリング３２’’の出力部３６’’は、変換せずにトルクを伝達する追加の車軸の形態の追加の結合部４４’’によって追加の駆動輪１６’’に接続される。このようにして、カップリング３２’’の出力部３６’’と追加の駆動輪１６’’は回転可能にロックされ、同じ回転速度で回転する。

追加の第１の電気モータ２８’’は、追加のドライブトレイン１４’’に接続し、追加の結合部または車軸４４’’を介してドライブトレイン１４’’にトルクを供給する。追加の第２の電気モータ３７’’は、内燃機関２４’’の追加の出力部２６’’と追加のカップリング３２’’の入力部３４’’との間に配置されて、そこでトルクを供給し、したがって、カップリング３２’の入力側で追加のドライブトレイン１４’’にトルクを供給する。エネルギー貯蔵部６０’’はさらに、追加の第１の電気モータ２８’’および追加の第２の電気モータ３７’’に電気エネルギーを供給するように構成される。

追加のドライブトレイン１４’’は、追加の第２の電気モータ３７’’と内燃機関２４’’との間に位置決めされる追加の第１のフリーホイール７２’’を有する。これは、追加の第１のフリーホイール７２’’がさらに追加の第１の電気モータ２８’’と内燃機関２４’’との間に位置決めされることを意味する。第１のフリーホイール７２’および追加の第１のフリーホイール７２’’は、内燃機関２４’’がオフまたは低回転速度のアイドリング状態で、車両１０’’を第１の電気モータ２８’、第２の電気モータ３７’、追加の第１の電気モータ２８’’および追加の第２の電気モータ３７’’によって駆動することができる。

本発明の第４の実施形態は、図４に示されている。図４は、自動二輪車の形態の陸上車両１０’の概略上面図である。構成要素および機能の多くは、図１に関して説明した第１の実施形態と同じであり、参照番号はそのままであるが、変更されているが関連する機能を有する特徴にはプライム符号が付与されている。実施形態間の相違点を以下に説明する。

第４の実施形態では、第１の電気モータ２８’は、カップリング３２’とファイナルドライブ４４’との間に配置される。内燃機関２４’のクランクシャフト３８’は、車両１０’の長手方向の延長部に対して横断方向に配向される。カップリング３２’は、トルクコンバータであり、図１に関して説明した第１の実施形態のカップリングと同じ機能を有する。ファイナルドライブ４４’は、出力スプロケットよりも少ない歯数を有する入力スプロケットを有するチェーンドライブであり、つまり、チェーンドライブは、入力部４６’で受け取ったトルクを出力部４８’で供給されるより大きなトルクに変換する。ファイナルドライブ４４’の出力部は、駆動輪１６’に結合される。駆動輪１６’は後輪であり、操舵輪２０’は前輪である。第１のフリーホイール７２’は、カップリング３２’の出力部３６’と第１の電気モータ２８’との間に位置決めされ、そのことにより、電気モータ２８’は、内燃機関２４’がオフの状態で、かつ内燃機関２４’またはカップリング３２’からの抵抗がない状態で、ドライブトレイン１４’を駆動することができる。

ドライブトレイン１４’は、内燃機関２４’の出力部２６’からカップリング３２’の入力部にトルクを伝達するベルトドライブを有する。第２の電気モータ３７’は、内燃機関２４’の入力部２７’に結合され、クランクシャフト３８’および内燃機関２４’の出力部２６’を介してドライブトレイン１４’にトルクを供給することができる。第２の電気モータ３７’はさらに、第１の実施形態と同様に、スタータモータとして機能し、内燃機関の回転速度を調整するように構成される。

パワートレイン１２’はさらに、第１の電気モータ２８’および第２の電気モータ３７’に電気エネルギーを供給するスーパーキャパシタ６２’を有するエネルギー貯蔵部６０’’を備える。エネルギー貯蔵部６０’は、第１の実施形態に関して説明したエネルギー貯蔵部のようなバッテリを有さない。

本発明の第５の実施形態は、図５に示されている。図５は、自動二輪車の形態の陸上車両１０’の概略上面図である。構成要素および機能の多くは、図１に関して説明した第１の実施形態と同じであり、参照番号はそのままであるが、変更されているが関連する機能を有する特徴にはプライム符号が付与されている。実施形態間の相違点を以下に説明する。

第５の実施形態では、内燃機関２４’のクランクシャフト３８’は、車両１０’の長手方向の延長部に平行に配向される。カップリング３２’は、トルクコンバータであり、図１に関して説明した第１の実施形態のカップリングと同じ機能を有する。結合部４４’は、入力部４６’を介してカップリング３２’の出力部３６’からトルクを受け取り、出力部４８’を介して駆動輪１６’にトルクを供給する。結合部４４’は、トルクの横方向シフトのためのスパー７８とトルクの角度を変更するためのベベルギア８０とを含む、１組の軸とはめば歯車によってトルクを伝達するカルダンドライブである。結合部４４’の入力部４６’は、固定ギア比でカップリング３２’の出力部３６’に結合される。さらに、結合部４４’は、入力部４６’で受け取ったトルクを変換せずに出力部４８’に伝達する。これは、カップリングが第１の動作状態にある時に、内燃機関２４’から駆動輪１６’へのトルク変換がないことを意味する。

第１の電気モータ２８’は、駆動輪２８’を中心とし、トルクを駆動輪２８’に直接供給するように構成されたホイールハブモータである。これは、第１の電気モータ２８’が、カップリング３２’の出力側でドライブトレイン１４’にトルクを供給するように構成され、駆動輪４８’の一部がトライブトレイン１４’の一部を構成することを意味する。結合部４４’は、結合部４４’の入力部４６’と出力部４８’との間に、より正確には、スパー７８とベベルギア８０との間に位置決めされるフリーホイール７２’を有するので、電気モータ２８’は、内燃機関２４’がオフになり、かつ内燃機関２４’、カップリング３２’、またはスパー７８からの抵抗が全くない状態の時に、ドライブトレイン１４’を駆動することができる。

図４に関して説明した実施形態と同様に、駆動輪１６’は後輪であり、操舵輪２０’は前輪である。第２の電気モータ３７’は、内燃機関２４’の入力部２７’に結合され、クランクシャフト３８’および内燃機関２４’の出力部２６’を介してドライブトレイン１４’にトルクを供給することができる。第２の電気モータ３７’はさらに、第１の実施形態と同様に、スタータモータとして機能し、内燃機関の回転速度を調整するように構成される。パワートレイン１２’はさらに、スーパーキャパシタ６２’と、第１の電気モータ２８’および第２の電気モータ３７’に電気エネルギーを供給するバッテリ６３’とを有するエネルギー貯蔵部６０’を備える。第５の実施形態は、内燃機関２４’の低回転速度で駆動可能な自動二輪車１０’を可能にする。

本発明の第６の実施形態は、図６に示されている。図６は、自動車の形態の陸上車両１０の概略上面図である。構成要素および機能の多くは、図１に関連して説明した第１の実施形態と同じであり、同様の特徴については、参照番号はそのままであるが、変更されている機能にはプライム符号が付与されている。車両はさらに、プロセッサ８４および不揮発性メモリ８６を有する制御ユニット８２を有する。

制御ユニット８２は、油圧駆動アクチュエータ９４に結合され、油圧駆動アクチュエータ９４の機能を制御する。インペラ４０およびタービン４２は、共に、摩擦ディスクまたはプレート（図示せず）を有する。インペラ４０は、摩擦ディスクを引き離すバネ（図示せず）によって付勢される。２つの摩擦ディスクは互いに向き合っており、アクチュエータ９４が通電されると、インペラ４０の摩擦ディスクをタービン４２の摩擦ディスクに押し付けて、そのことにより、インペラ４０とタービン４２との間のロック、またはトルクコンバータ３２’のロックアップが達成される。したがって、アクチュエータが通電されていない状態では、トルクコンバータ３２’は第２の状態にあり、アクチュエータが通電されると、トルクコンバータ３２’は第１の状態になる。アクチュエータ９４は、トルクコンバータ３２’の状態を制御ユニット８２に示すことができる。

制御ユニット８２はまた、トルクコンバータ３２’の入力部３４において入力部３４の回転速度を示すことができるホールセンサの形態の第１のセンサ８８に結合される。同様に、制御ユニット８２はまた、トルクコンバータ３２’の出力部３６において出力部３６の回転速度を示すことができるホールセンサの形態の第２のセンサ９０に結合される。制御ユニット８２はまた、内燃機関２４の出力部２６において内燃機関２４によって供給されるトルクを示すことができる第３のセンサ９２に結合される。

メモリ８６は、プロセッサ８４によって実行された時に、アクチュエータ９４、第１のセンサ８８、第２のセンサ９０、および第３のセンサ９２と共にプロセッサに、いくつかの条件が満たされているか否かを決定させるプログラム命令を含む。プログラム命令は、プロセッサにアクチュエータ９４を制御させる。

第１の条件は、トルクコンバータ３２’が第２の状態にあり、入力部３４の回転速度が出力部３６の回転速度と同じかまたはそれより大きく、トルクが内燃機関２４からトルクコンバータ３２’の入力部３４に供給されることである。この場合、プログラム命令は、出力部３６の回転速度が入力部３４の回転速度に達した場合に、アクチュエータ９４を介して制御ユニット８２にトルクコンバータ３２’の状態を第２の状態から第１の状態に変化させる。内燃機関２４からトルクコンバータ３２’の入力部３４にトルクが供給されるのと同時に、第１の電気モータ２８および第３の電気モータ３０によって、トルクコンバータ３２’の出力側でパワートレイン１２にトルクがさらに供給される。

第２の条件は、トルクコンバータ３２’が第１の状態にあり、トルクコンバータ３２’の入力部に内燃機関２４からトルクが供給されることである。この場合、プログラム命令は、出力部の回転速度が低下する、または内燃機関が作動してトルクを供給することができる最低回転速度に達した場合に、アクチュエータ９４を介して制御ユニット８２にトルクコンバータ３２’の状態を第１の状態から第２の状態に変化させる。

第３の条件は、トルクコンバータ３２’が第１の状態にあり、トルクコンバータ３２’の入力部に内燃機関２４からトルクが供給されることである。この場合、プログラム命令は、トルクコンバータ３２’の入力部に内燃機関２４から供給されるトルクが増加した場合に、アクチュエータ９４を介して制御ユニット８２にトルクコンバータ３２’の状態を第１の状態から第２の状態に変化させる。

第４の条件は、トルクコンバータ３２’が第１の状態にあり、トルクコンバータ３２’の入力部３４の回転速度がゼロでなく低下しているか、ゼロでなく一定であるか、ゼロでなく上昇しているか、またはゼロであり、トルクコンバータ３２’の入力３４に内燃機関２４からトルクが供給されることである。この場合、プログラム命令は、トルクコンバータ３２’の入力部３４に内燃機関２４から供給されるトルクが増加した場合に、アクチュエータ９４を介して制御ユニット８２にトルクコンバータ３２’の状態を第１の状態から第２の状態に変化させる。

代替の実施形態では、第１のセンサ８８、第２のセンサ９０、および第３のセンサ９２は存在しない。その代わりに、トルクコンバータ３２’の入力部３４の回転速度は、車両１０のタコメータ（図示せず）によって示され、トルクコンバータ３２’の出力部３６の回転速度は、車両１０の速度計（図示せず）によって示され、内燃機関２４によってトルクが供給される目安は、車両１０のアクセルペダル（図示せず）の調整によってつけられる。

１０ 陸上車両
１２ パワートレイン
１４ ドライブトレイン
１６ 後駆動輪
１８ 後駆動輪
２０ 前輪
２２ 前輪
２４ 内燃機関
２５ ガソリンタンク
２６ 内燃機関の出力部
２７ 内燃機関の入力部
２８ 第１の電気モータ
３０ 第３の電気モータ
３２ カップリング
３４ カップリングの入力部
３６ カップリングの出力部
３７ 第２の電気モータ
３８ クランクシャフト
４０ インペラ
４２ タービン
４４ ファイナルドライブ
４６ ファイナルドライブの入力部
４８ ファイナルドライブの出力部
５０ ファイナルドライブの出力部
５２ オープンディファレンシャル
５４ ベベルギア
５６ コネクタ
５８ コネクタ
６０ エネルギー貯蔵部
６２ スーパーキャパシタ
６３ バッテリ
６４ 第４の電気モータ
６６ 第５の電気モータ
６８ 駆動部材
７０ 被駆動部材
７２ 第１のフリーホイール
７４ 第２のフリーホイール
７６ ベルトドライブ
７８ スパー
８０ ベベルギア
８２ 制御ユニット
８４ プロセッサ
８６ 不揮発性メモリ
８８ 第１のセンサ
９０ 第２のセンサ
９２ 第３のセンサ
９４ アクチュエータ

Claims (15)

1. 路上車両の駆動輪（１６）にトルクを供給するパワートレイン（１２）であって、
   （ｉ）トルクを供給するための出力部（２６）を有して往復動内燃機関である内燃機関（２４）と、
   （ｉｉ）内燃機関（２４）から駆動輪（１６）にトルクを伝達するためのドライブトレイン（１４）と、を備え、
   ドライブトレイン（１４）は、
   （ａ）内燃機関（２４）の出力部（２６）に結合されて出力部（２６）からトルクを受け取る入力部（３４）と、トルクを供給するための出力部（３６）とを有するトルクコンバータ（３２）であって、第１の動作状態と第２の動作状態とを有し、第１の動作状態では、入力部（３４）と出力部（３６）が機械的結合を形成し、第２の動作状態では、入力部（３４）と出力部（３６）が流体結合を形成するように構成され、入力部（３４）に供給されたトルクは、第１の動作状態および第２の動作状態で出力部（３６）に伝達され、第１の動作状態では、入力部（３４）は出力部（３６）に対して滑りが生じないように出力部（３６）にロックされ、第２の動作状態では、入力部（３４）は出力部（３６）に対する滑りが可能となるように出力部（３６）にロックされないように構成された、トルクコンバータ（３２）と、
   （ｂ）トルクコンバータ（３２）の出力部（３６）に結合されて出力部（３６）からトルクを受け取る入力部（４６）と、駆動輪（１６）にトルクを供給するための出力部（４８）とを有するファイナルドライブ（４４）であって、入力部（４６）はトルクコンバータ（３２）の出力部（３６）に固定ギア比で結合される、ファイナルドライブ（４４）と、を備え、
   パワートレイン（１２）はさらに、
   （ｉｉｉ）トルクコンバータ（３２）の出力側でドライブトレイン（１４）にトルクを供給するように構成された第１の電気モータ（２８）を備える、パワートレイン（１２）。
2. トルクコンバータ（３２）が第２の状態にあること、トルクコンバータ（３２）の入力部（３４）の回転速度がトルクコンバータ（３２）の出力部（３６）の回転速度と同じかそれよりも速いこと、およびトルクコンバータ（３２）の入力部（３４）に内燃機関（２４）からトルクが供給されることを含む条件下で、
   トルクコンバータ（３２）の出力部（３６）の回転速度がトルクコンバータ（３２）の入力部（３４）の回転速度に達した場合に、トルクコンバータ（３２）の状態を第２の状態から第１の状態に変化させるようにさらに構成される、請求項１に記載のパワートレイン（１２）。
3. トルクコンバータ（３２）が第１の状態にあること、およびトルクコンバータ（３２）の入力部（３４）に内燃機関（２４）からトルクが供給されることを含む条件下で、
   出力部（３６）の回転速度が、内燃機関（２４）が動作してトルクを伝達することができる最低回転速度まで低下した場合に、トルクコンバータ（３２）の状態を第１の状態から第２の状態に変化させるようにさらに構成される、請求項１または請求項２に記載のパワートレイン（１２）。
4. トルクコンバータ（３２）が第１の状態にあること、およびトルクコンバータ（３２）の入力部（３４）に内燃機関（２４）からトルクが供給されることを含む条件下で、
   内燃機関（２４）からトルクコンバータ（３２）の入力部（３４）に供給されるトルクが増加した場合に、トルクコンバータ（３２）の状態を第１の状態から第２の状態に変化させるようにさらに構成される、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載のパワートレイン（１２）。
5. トルクコンバータ（３２）が第１の状態にあること、およびトルクコンバータ（３２）の入力部（３４）の回転速度がゼロでなく低下しているか、ゼロでなく一定であるか、ゼロでなく上昇しているか、またはゼロであることを含む条件下で、
   燃焼機関（２４）からトルクコンバータ（３２）の入力部（３４）に供給されるトルクが増加した場合に、トルクコンバータ（３２）の状態を第１の状態から第２の状態に変化させるようにさらに構成される、請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載のパワートレイン（１２）。
6. トルクコンバータ（３２）の入力部（３４）は、内燃機関（２４）の出力部（２６）に固定ギア比でロックされる、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載のパワートレイン（１２）。
7. ファイナルドライブ部（４４）は、入力部（４６）で受け取ったトルクを変換せずに出力部（４８）に伝達するように構成される、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載のパワートレイン。
8. ファイナルドライブ（４４）は、入力部（４６）で受け取ったトルクを出力部（４８）から供給されるトルクに変換するように構成される、請求項１〜請求項７のうちのいずれか一項に記載のパワートレイン（１２）。
9. 第１の電気モータ（２８）は、ファイナルドライブ（４４）と駆動輪（１６）の間にトルクを供給するように構成される、請求項１〜請求項８のうちのいずれか一項に記載のパワートレイン（１２）。
10. （ｉｖ）トルクコンバータ（３２）の入力部（３４）を介してドライブトレイン（１４）にトルクを供給するように構成された第２の電気モータ（３７）をさらに備える、請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項に記載のパワートレイン（１２）。
11. （ｖ）第１の電気モータ（２８）を駆動するための電気エネルギーを第１の電気モータ（２８）に供給するように構成されたエネルギー貯蔵部（６０）であって、スーパーキャパシタ（６２）を備えたエネルギー貯蔵部（６０）をさらに備える、請求項１〜請求項１０のうちのいずれか一項に記載のパワートレイン（１２）。
12. 内燃機関（２４）および第１の電気モータ（２８）から車両の駆動輪（１６）にトルクを伝達するためのドライブトレイン（１４）であって、内燃機関（２４）は、往復動内燃機関であり、トルクを供給するための出力部（２６）を有し、
    （ａ）内燃機関（２４）の出力部（２６）に結合されて出力部（２６）からトルクを受け取る入力部（３４）と、トルクを供給するための出力部（３６）とを有するトルクコンバータ（３２）であって、第１の動作状態と第２の動作状態とを有し、第１の動作状態では、入力部（３４）と出力部（３６）が機械的結合を形成し、第２の動作状態では、入力部（３４）と出力部（３６）が流体結合を形成するように構成され、入力部（３４）に供給されたトルクは、第１の動作状態および第２の動作状態で出力部（３６）に伝達され、第１の動作状態では、入力部（３４）は出力部（３６）に対して滑りが生じないように出力部（３６）にロックされ、第２の動作状態では、入力部（３４）は出力部（３６）に対する滑りが可能となるように出力部（３６）にロックされないように構成された、トルクコンバータ（３２）と、
    （ｂ）トルクコンバータ（３２）の出力部（３６）に結合されて出力部（３６）からトルクを受け取る入力部（４６）と、駆動輪（１６）にトルクを供給するための出力部（４８）とを有するファイナルドライブ（４４）であって、入力部（４６）はトルクコンバータ（３２）の出力部（３６）に固定ギア比で結合される、ファイナルドライブ（４４）と、を備え、
    さらに、トルクコンバータ（３２）の出力側で第１の電気モータ（２８）からトルクを受けるように構成される、ドライブトレイン（１４）。
13. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載のドライブトレイン（１４）の特徴のいずれかを含む、請求項１２に記載のドライブトレイン（１４）。
14. （１）駆動輪（１６，）と、
    （２）駆動輪（１６）にトルクを供給するための請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載のパワートレイン（１２）と、を備える、路上車両。
15. （３）追加の駆動輪（１６）をさらに備え、
    パワートレイン（１２）は、追加の駆動輪（１６）にトルクを供給するように構成される、請求項１４に記載の路上車両。

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