JP2023147238A - 変速機、パワートレインおよび車両 - Google Patents

Abstract

【課題】トラック、バス、建設機器に適用する変速機において、パワートレインの効率と幅広いパワーレンジとを両立させる。【解決手段】変速機１２０は、第１の入力軸１、第２の入力軸２、中間軸３、主軸４３および出力軸４と、第１の入力軸ギアホイール１１、第１の主ギアホイール４１および第１の中間軸ギアホイール３１を含む第１のギアプレーンＧＰ１と、第２の入力軸ギアホイール２２、第２の主ギアホイール４２第２の中間軸ギアホイール３２を含む第２のギアプレーンＧＰ２より構成され、各要素は第１のギア係合デバイス４４と、第２のギア係合デバイス４５により選択的にニュートラル状態、単一の係合状態のうちの１つに選択的に設定し駆動接続することができるように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、変速機、パワートレインおよび車両に関する。

本発明は、トラック、バスなどの大型車両および建設機器に適用することができる。本発明はトラックに関して説明されるが、本発明はこのタイプの車両に限定されず、例えば、バス、トレーラ、ホイールローダ、掘削機などの他の車両に使用することも可能である。

電気または部分的に電気で動作する大型車両は、ますます一般的になりつつある。大型車両の場合、車両を推進し、また、補助システムに動力を同じく提供するため、およびパワーテイクオフのための２つ以上の電気機械を提供することが望ましいことがあり得る。２つの推進ユニットを含むこのようなパワートレインでは、共通の変速機を提供して、個々の電気機械から、車両の被駆動車軸を推進するために使用される共通の出力軸にトルクを伝達することができる。

米国特許出願第２００９／００１９９６７号は、２つの電気機械と、個々の電気機械から車両を駆動するための共通の出力軸にトルクを伝達するための共通の変速機と、を含むパワートレインを開示している。個々の電気機械は対応する入力軸に接続されており、この入力軸に、共通の出力軸に提供されている対応する出力ギアホイールを介してトルクを選択的に伝達するための入力ギアホイールが提供されている。

電気で動作する車両のパワートレインを改良し、また、パワートレインの効率と幅広いパワーレンジとを両立させるための努力が継続してなされている。

本発明の主な目的は、少なくともいくつかの態様では、２つの電気機械などの２つの動力ユニットを備えるパワートレインのために適した改良型変速機を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、上記の目的は、請求項１に記載されている、車両用の変速機によって達成される。変速機は、
第１の入力軸、第２の入力軸、中間軸、主軸および出力軸と、
第１の入力軸に配置された第１の入力軸ギアホイール、主軸に回転可能に配置された第１の主ギアホイール、および中間軸に配置された第１の中間軸ギアホイールを含む第１のギアプレーンであって、第１のギアプレーンの上記のギアホイールが相互に駆動接続して配置される、第１のギアプレーンと、
第２の入力軸に配置された第２の入力軸ギアホイール、主軸に回転可能に配置された第２の主ギアホイール、および中間軸に配置された第２の中間軸ギアホイールを含む第２のギアプレーンであって、第１の中間軸ギアホイールを第２の中間軸ギアホイールに選択的に駆動接続することができ、第２のギアプレーンの上記のギアホイールが相互に駆動接続して配置される、第２のギアプレーンと、
第１のギア係合デバイスであって、ニュートラル状態、および第１のギア係合デバイスが第１の主ギアホイールを主軸に駆動接続する単一の係合状態のうちの１つに選択的に設定することができる第１のギア係合デバイスと、
第２のギア係合デバイスであって、ニュートラル状態、および第２のギア係合デバイスが第２の主ギアホイールを主軸に駆動接続する単一の係合状態のうちの１つに選択的に設定することができる第２のギア係合デバイスと、
を備え、
出力軸は主軸に駆動接続することができ、また、変速機は、主軸を介した第１の入力軸と出力軸との間のトルクの伝達のみを可能にし、また、主軸を介した第２の入力軸と出力軸との間のトルクの伝達のみを可能にするように構成される。

したがって、変速機は、入力軸と出力軸との間でトルクを伝達する際に、主軸をバイパスする可能性を全く提供しない。その代わりに、それぞれの入力軸と出力軸との間のすべてのトルク伝達は、必ず主軸を介して生じることになる。これにより、コンパクトで、かつ、頑丈な変速機が達成される。

２つの入力軸により、変速機を使用して、一度に１つの動力源から、または同時に両方の動力源からのいずれかで、２つの異なる動力ユニットから車両の被駆動輪へトルクを伝達することができる。本明細書において開示される変速機は、２つのギアプレーンを使用して、４つの異なるギア比で途切れることのないトルク伝達を提供することができる。変速機は、２つの個別のギアプレーン、および選択的に駆動接続することができる中間軸ギアホイールを備えているため、ギア噛合い荷重を低減することができる。

個々のギアホイール面のギアホイールは、例えば、それぞれの主ギアホイールと噛合い係合し、その主ギアホイールはそれぞれの中間軸ギアホイールと噛合い係合している入力軸ギアホイールなどによって相互に駆動接続して配置される。ギアホイールを有する中間軸を提供することも同じく可能であり、この中間軸を介した噛合い係合によって駆動接続が達成される。

第１の中間軸ギアホイールは、第２の中間軸ギアホイールを中間軸に選択的に回転接続することなどによって第２の中間軸ギアホイールに選択的に駆動接続することができる。この場合、第１の中間軸ギアホイールは、中間軸と共通回転するよう永久的に固定することができ、一方、第２の中間軸ギアホイールは、中間軸に回転可能に配置され、また、第３のギア係合デバイスによって中間軸と選択的に回転接続することができる。

「に回転接続する」という用語には、「と共通回転するように接続する」ことが意図されている。例えば、第１のギア係合デバイスの係合状態では、第１のギア係合デバイスは、共通回転軸の周りを主軸と共に回転するように第１の主ギアホイールを接続する。

２つの回転部品の間の「駆動接続」は、本明細書においては、それらの部品の間でトルクを伝達することができること、およびそれらの部品の回転速度が比例していることが意図されている。２つのギアホイールが駆動接続されると、それらのギアホイールの間でトルクを伝達することができる。これは、例えば、ギアホイールを噛合い係合させることによって、または第１のギアホイールを第２のギアホイールと噛合い係合させ、その第２のギアホイールを第３のギアホイールと噛合い接続させることによって、あるいは第１のギアホイールを第３のギアホイールに回転接続されている第２のギアホイールと噛合い係合させ、その第３のギアホイールを第４のギアホイールと噛合い接続させることによって達成される。したがって、駆動接続するために必ずしも２つのギアホイールを噛合い係合させる必要はない。一方のギアホイールの回転が不可避的にもう一方のギアホイールの回転をもたらすことで十分である。

噛合い係合には、他に何も言及されていない場合、永久的な噛合い係合が意図されている。

任意選択で第１の主ギアホイールは、第１の入力軸ギアホイールおよび第１の中間軸ギアホイールの各々と噛合い係合で配置される。第２の主ギアホイールも同様に第２の入力軸ギアホイールおよび第２の中間軸ギアホイールの各々と噛合い係合で配置することができる。このように、軸を追加せずにコンパクトな構成とすることができ、それによって摩擦損失の低減を達成することができる。

任意選択で第１の中間軸ギアホイールは、中間軸と共通回転するよう永久的に固定され、また、第２の中間軸ギアホイールは、中間軸に回転可能に配置される。この場合、変速機は、第２の中間軸ギアホイールを中間軸に選択的に回転接続し、それにより第１の中間軸ギアホイールを第２の中間軸ギアホイールに選択的に駆動接続するための第３のギア係合デバイスをさらに備えることができる。これは、第２の中間軸ギアホイールが第１の中間軸ギアホイールよりも大きい直径を有している場合にとりわけ有用である。当然ながら、別法として、第１の中間軸ギアホイールを中間軸に選択的に回転接続し、第２の中間軸ギアホイールを中間軸に永久的に固定することも可能であり得る。詳細には、この代替構造は、第１の中間軸ギアホイールが第２の中間軸ギアホイールよりも大きい直径を有している場合に有用であり得る。

任意選択で第２のギアプレーンは、第１の入力軸に回転可能に配置された第１の入力軸の第２のギアホイールをさらに含み、また、変速機は、第１の入力軸の第２のギアホイールを第１の入力軸に選択的に回転接続するための第４のギア係合デバイスをさらに備える。第１の入力軸の第２のギアホイールは、本明細書においては第２の主ギアホイールと噛合い係合で配置することができる。追加の第１の入力軸の第２のギアホイールを有することにより、効率損失を低減することができる。これは、車両を高速運転する場合にとりわけ有用であり、トルクを第２のギアプレーンを介して両方の動力ユニットから主軸へ伝達することができる。

任意選択で第３のギア係合デバイスおよび第４のギア係合デバイスは、単一のアクチュエータによって共通の動作するように配置される。

任意選択で第３のギア係合デバイスは、第４のギア係合デバイスが第１の入力軸の第２のギアホイールを第１の入力軸から回転開放し、また、その逆に第４のギア係合デバイスが第１の入力軸を第１の入力軸の第２のギアホイールから回転開放したときのみ、第２の中間軸ギアホイールを中間軸に回転接続するように構成される。両方のギアホイールが回転開放されるニュートラル状態を利用することも同じく可能である。したがって、アクチュエータは３つの異なる位置の間を移動することができる。

任意選択で第１のギアプレーンの第１の入力軸ギアホイールおよび第１の主ギアホイールは、第２のギアプレーンの第２の入力軸ギアホイールおよび第２の主ギアホイールよりも大きいギア比を提供する。しかしながら、逆の構成も同じく可能である。第１のギアプレーンのギア比は、本明細書においては、第１の主ギアホイールの回転速度で割った第１の入力軸ギアホイールの回転速度である。同様に、第２のギアプレーンのギア比は、第２の主ギアホイールの回転速度で割った第２の入力軸ギアホイールの回転速度である。

任意選択で第１の入力軸ギアホイールは、第１の入力軸と共通回転するよう永久的に固定され、また、第２の入力軸ギアホイールは、第２の入力軸と共通回転するよう永久的に固定される。これは、第１のギアホイールおよび／または第２のギアホイールをそれぞれの入力軸に固定するためのクラッチなどが不要であるため、変速機の頑丈性を改善する。

任意選択で変速機は、それぞれ高レンジギアおよび低レンジギアで、主軸と出力軸との間でトルクを伝達するように構成されたレンジギアをさらに備える。したがって、主軸は、レンジギアを介して出力軸に駆動接続することができる。

任意選択でレンジギアは、遊星ギアセット、すなわち、リングギアホイール、複数の遊星ギアホイールを担っている遊星ギアホイールキャリア、および太陽ギアホイールの形態のレンジギア構成要素を備えたギアセットを備える。したがって、変速機のコンパクトな構成を達成することができる。

任意選択で変速機は、レンジギア構成要素のうちの１つ、好ましくはリングギアホイールを変速機ハウジングにロックすることによってレンジギアを低レンジギアに設定し、また、レンジギア構成要素のうちの少なくとも２つを回転接続することによってレンジギアを高レンジギアに設定するように構成されたレンジギアセレクタをさらに備える。したがって、低レンジギアでは、レンジギア構成要素は互いに対して回転することができる。高レンジギアでは、レンジギア構成要素はハウジングに対して回転することはできるが、互いに対して回転することはできない。主軸は、空間有効構成では、任意の他の構成も同じく可能であるが太陽ギアホイールに接続することができ、また、遊星ギアキャリアは出力軸に接続することができる。

本発明の第２の態様によれば、少なくとも上記の主な目的は、請求項１３に記載されているパワートレインによって同じく達成される。パワートレインは、第１の動力ユニット、第２の動力ユニット、および本発明の第１の態様による変速機を備え、変速機の第１の入力軸は第１の動力ユニットに駆動接続され、また、変速機の第２の入力軸は第２の動力ユニットに駆動接続される。本発明によるパワートレインの利点および有利な特徴は、本発明の第１の態様についての上記説明から明らかである。

任意選択で、第１の動力ユニットおよび第２の動力ユニットのうちの少なくとも一方は電気機械である。動力ユニットは、いずれも、同じタイプの電気機械であっても、あるいは異なるタイプの電気機械であってもよい。別法として、これらの動力ユニットのうちの少なくとも一方は内燃機関であってもよい。

任意選択でパワートレインは、中間軸に駆動接続された、または中間軸に駆動接続することができるパワーテイクオフデバイス、ＰＴＯデバイスをさらに備える。ＰＴＯデバイスは、本明細書においては、第１の動力ユニットからの動力を使用してＰＴＯデバイスが駆動されている間、第２の動力ユニットからの動力を使用して車両を推進することができるため、車両速度に無関係に駆動することができる。これは、第１のギア係合デバイスをニュートラル状態に設定し、また、第２のギア係合デバイスを係合状態に設定し、かつ、第３のギア係合デバイスを、中間軸ギアホイールが駆動接続されない係合解除状態に設定することによって達成することができる。

ＰＴＯデバイスは、ＰＴＯデバイスを中間軸に駆動接続するための選択的に係合可能なクラッチを備えることができる。このクラッチにより、ＰＴＯデバイスを中間軸から開放することができ、したがって、両方の動力ユニットからのトルクを使用して、ＰＴＯデバイスを駆動することなくプロペラ軸を駆動することができる。

任意選択でこのクラッチは歯付クラッチである。車両が運転中であり、また、第２の動力ユニットによってのみ推進されている場合、この歯付クラッチは、第１の動力ユニットを低回転速度またはゼロ回転速度に制御することによって係合させることができる。

本発明の第３の態様によれば、少なくとも上記の主な目的は、第２の態様によるパワートレインを備えた車両によっても達成される。車両は、例えば、完全に電気化された車両であっても、あるいは第１の電気機械および第２の電気機械に加えて、少なくとも１つの内燃機関を備えたハイブリッド車両であってもよい。本発明による車両の利点および有利な特徴は、本発明の第１の態様および第２の態様についての上記説明から明らかである。

本発明の他の利点および有利な特徴は、以下の説明および従属請求項の中で開示される。

以下、添付の図面を参照して、例として挙げた本発明の実施形態について、より詳細に説明する。

本発明の実施形態による車両を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態による変速機を示す略図である。 第１の状態における図２の変速機を通る動力の流れを示す図である。 第２の状態における図２の変速機を通る動力の流れを示す図である。 第３の状態における図２の変速機を通る動力の流れを示す図である。 第４の状態における図２の変速機を通る動力の流れを示す図である。 第５の状態における図２の変速機を通る動力の流れを示す図である。 図２の変速機におけるレンジシフトを示す図である。 第６の状態における図２の変速機を通る動力の流れを示す図である。 動作モードにおける図２の変速機を通る動力の流れを示す模式図である。 第２の実施形態による変速機を通る動力の流れを示す模式図である。

図面は、線図によって例証した本発明の実施形態を示したものであり、したがって、必ずしも縮尺通りに描かれていない。図示され、かつ、説明されている実施形態は例証したものであること、また、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。また、図面におけるいくつかの詳細は、本発明をより良好に説明し、かつ、例証するために、場合によっては誇張されていることにも留意されたい。同一の参照符号は、他に表現されていない限り、説明全体を通して同一の要素を示している。

本発明の実施形態による、トラックの形態の車両１００が図１に概略的に示されている。車両１００は、車両１００を推進するための動力ユニットアセンブリ１５０を有するパワートレイン１１０を含む。動力ユニットアセンブリ１５０は、変速機１２０に接続され、また、車両１００の電気エネルギー貯蔵システム（図示せず）によって電力が供給されるように構成された、電気機械１３０、１４０の形態の少なくとも２つの動力ユニット１３０、１４０を備えている。変速機１２０は動力ユニットアセンブリ１５０からプロペラ軸１６０にトルクを伝達するようになされており、プロペラ軸１６０は変速機１２０を被駆動車軸１７０に接続し、被駆動車軸１７０は車両１００の被駆動輪１８０を駆動している。車両は、パワーテイクオフ、ＰＴＯ、デバイス（図示せず）をさらに備えることができる。

したがって、図示の実施形態では、車両１００は、動力ユニットアセンブリ１５０によってのみ駆動されるように構成され、完全に電気化された車両である。車両１００は、２つ以上の被駆動車軸などの複数の被駆動車軸を使用して配置されていてもよい。車両１００の動力ユニットアセンブリ１５０は、３つまたは４つの電気機械などの３つ以上の電気機械を備えることができる。また、車両は、電気機械１３０、１４０に加えて内燃機関を備えたハイブリッド車両であってもよい。電気機械１３０、１４０は電動機／発電機の形態であってもよい。

当然ながら、車両およびパワートレインは、多くの異なる構成を有することができる。一例として、電気機械アセンブリ１５０および変速機１２０は車両の前方に提供する必要はなく、例えば、車両の後部車軸と組み合わせることができる。

図２は、本発明の第１の実施形態による変速機１２０を含むパワートレイン１１０の部品を示したものである。パワートレイン１１０は、第１の電気機械１３０、第２の電気機械１４０および任意選択のＰＴＯ（パワーテイクオフ）デバイス１９０をさらに備えている。変速機１２０は、第１の電気機械１３０に駆動接続された第１の入力軸１、および第２の電気機械１４０に駆動接続された第２の入力軸２を備えている。変速機１２０は、車両１００のプロペラ軸１６０に駆動接続されるように構成された出力軸４、主軸４３および中間軸３をさらに備えており、中間軸３は、本明細書においては、クラッチ６０を介してＰＴＯデバイス１９０に駆動接続することができる。軸１、２、３、４、４３は、ドットの領域として図に示されている軸受を使用して変速機ハウジング６に取り付けられている。軸１、２、３、４、４３は、本明細書においては平行軸であり、出力軸４および主軸４３は長手方向の軸Ａに沿って延びている。第１の入力軸１は長手方向の軸Ｂに沿って延び、第２の入力軸２は長手方向の軸Ｃに沿って延び、また、中間軸３は長手方向の軸Ｄに沿って延びている。例えば、軸Ａに沿って位置している視点から見ると、軸Ａ、ＢおよびＣは、図示されている実施形態では、仮想の三角形の角を形成することになるが、これは必須ではない。電気機械、結果的には入力軸も、いくつかの実施形態では、代替的に同軸に配置することも可能である。軸Ａ、ＢおよびＣは、互いにオフセットして共通の平面内に延在することも可能である。

変速機１２０の第１のギアプレーンＧＰ１は、第１の入力軸１に配置された第１の入力軸ギアホイール１１、主軸４３に回転可能に配置された第１の主ギアホイール４１、および中間軸３に配置された第１の中間軸ギアホイール３１を含んでいる。ドットの領域として図に示されている軸受は、第１の主ギアホイール４１と主軸４３との間に提供されている。第１のギアプレーンＧＰ１のギアホイール１１、３１、４１は、相互の駆動接続、すなわち、第１の主ギアホイール４１を第１の入力軸ギアホイール１１および第１の中間軸ギアホイール３１の各々と噛合い係合で配置することによって配置されている。第１の入力軸ギアホイール１１は、本明細書においては、第１の入力軸１と共通回転するよう永久的に固定されており、また、第１の中間軸ギアホイール３１は中間軸３と共通回転するよう永久的に固定されている。第１のギアプレーンＧＰ１は、軸Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して直角に交わって延在している。

第２のギアプレーンＧＰ２は、第２の入力軸２に配置された第２の入力軸ギアホイール２２、主軸４３に回転可能に配置された第２の主ギアホイール４２、および中間軸３に回転可能に配置された第２の中間軸ギアホイール３２を含んでいる。ドットの領域として図に示されている軸受は、第２の主ギアホイール４２と主軸４３との間、ならびに第２の中間軸ギアホイール３２と中間軸３との間に提供されている。第１の中間軸ギアホイール３１は、第３のギア係合デバイス３３によって第２の中間軸ギアホイール３２に選択的に駆動接続することができる。第３のギア係合デバイス３３は、この目的のために、第３のギア係合デバイス３３の係合状態では中間軸３と共通回転するよう、第２の中間軸ギアホイール３２を選択的に固定するようになされている。第３のギア係合デバイス３３の係合解除状態では、第２の中間軸ギアホイール３２は中間軸３に対して回転することができる。第２のギアプレーンＧＰ２のギアホイール２２、３２、４２は、相互の駆動接続、すなわち第２の主ギアホイール４２を第２の入力軸ギアホイール２２および第２の中間軸ギアホイール３２の各々と噛合い係合で配置することによって配置されている。第２の入力軸ギアホイール２２は、本明細書においては、第２の入力軸２と共通回転するよう永久的に固定されている。第２のギアプレーンＧＰ２は、軸Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して直角に交わって延在している。

変速機１２０の第１のギア係合デバイス４４が提供されている。第１のギア係合デバイス４４は、本明細書においては、アクチュエータ（図示せず）によって駆動することができる第１のスリーブ部材４４を備えている。第１のギア係合デバイス４４は、主軸４３に対する第１の主ギアホイール４１の回転を第１のギア係合デバイス４４が許容するニュートラル状態、および第１のギア係合デバイス４４が第１の主ギアホイール４１を主軸４３に駆動接続する単一の係合状態のうちの１つに選択的に設定することができる。

第２のギア係合デバイス４５がさらに提供されている。第２のギア係合デバイス４５は、本明細書においては、アクチュエータ（図示せず）によって駆動することができる第２のスリーブ部材４５を備えている。第２のギア係合デバイス４５は、主軸４３に対する第２の主ギアホイール４２の回転を第２のギア係合デバイス４５が許容するニュートラル状態、および第２のギア係合デバイス４５が第２の主ギアホイール４２を主軸４３に駆動接続する単一の係合状態のうちの１つに選択的に設定することができる。

出力軸４は、主軸４３に駆動接続することができ、また、変速機１２０は、主軸４３を介した第１の入力軸１と出力軸４との間のトルクの伝達のみを可能にするように構成されている。変速機１２０は、主軸４３を介した第２の入力軸２と出力軸４との間のトルクの伝達のみを可能にするようにさらに構成されている。言い換えると、入力軸１、２の各々と出力軸４との間のすべてのトルク伝達は、必ず主軸４３を介して生じることになる。

スリーブ材料４４、４５は、例えば、クラッチスリーブ、クラッチカラー、係合スリーブなどと称されることができる。ギアを換えるために、シフトフォーク（図示せず）を提供してスリーブ部材４４、４５を移動させることができる。ギアシフトは、シフトフォークを移動させるために、例えば、電気アクチュエータ、油圧アクチュエータまたは空気圧アクチュエータを使用して、変速機制御ユニット（図示せず）から制御することができる。

出力軸４を主軸４３に駆動接続するためにレンジギアＲＧがさらに提供されている。レンジギアＲＧは、高レンジギアまたは低レンジギアに選択的に設定することができる。レンジギアＲＧは、少なくとも第１、第２および第３のレンジギア構成要素５１、５２、５３を備えている。この実施形態では、レンジギアＲＧは遊星ギアセットを備えており、第１のレンジギア構成要素５１は、複数の遊星ギアホイール５４ａ、５４ｂを担っている遊星ギアホイールキャリア５１である。第２のレンジギア構成要素５２は太陽ギアホイール５２であり、また、第３のレンジギア構成要素５３はリングギアホイール５３である。太陽ギアホイール５２は、主軸４３と共通回転するよう固定されており、また、遊星ギアホイールキャリア５１は、出力軸４と共通回転するよう固定されている。他の実施形態では、普通の非遊星ギア構造をレンジギアとして使用することができる。

レンジギアＲＧは、リングギアホイール５３を変速機ハウジング６にロックすることによって低レンジギアに設定することができる。レンジギアＲＧは、第１、第２および第３のレンジギア構成要素５１、５２、５３のうちの少なくとも２つを回転接続することによって高レンジギアにさらに設定することができ、したがって、レンジギア構成要素５１、５２、５３は変速機ハウジング６に対して回転することができるが、互いに対しては回転することはできない。この目的のために第１、第２および第３のレンジギア構成要素５１、５２、５３のうちの任意の２つを回転接続することができるが、示されている実施形態では、この目的は、リングギアホイール５３を左側へ移動させ、それによりリングギアホイール５３を変速機ハウジング６から解放し、かつ、リングギアホイール５３を主軸４３に固定することによって達成され、主軸４３は太陽ギアホイール５２に固定される。この目的のためにレンジギアセレクタ（図示せず）が提供されている。

変速機１２０は、本明細書においては、第１のギアプレーンＧＰ１の第１の入力軸ギアホイール１１および第１の主ギアホイール４１の方が第２のギアプレーンＧＰ２の第２の入力軸ギアホイール２２および第２の主ギアホイール４２よりも大きいギア比を提供するようになされている。さらに、第２の中間軸ギアホイール３２は第１の中間軸ギアホイール３１より大きい直径を有しており、また、第１の主ギアホイール４１は第２の主ギアホイール４２より大きい直径を有している。直径の相違は、それぞれのギアホイールの歯の数が異なっていることを示している。第２のギアプレーンＧＰ２は、示されている実施形態では、レンジギアＲＧのより近くに位置している第１のギアプレーンＧＰ１よりも、電気機械１３０、１４０のより近くに配置されている。しかしながら他の実施形態では、第２のギアプレーンよりも第１のギアプレーンの方を電気機械１３０、１４０のより近くに配置し、レンジギアＲＧから引き離すことができる。

図３～図９は、車両１００を始動し、かつ、加速するための第１の実施形態による変速機１２０を使用した、ギアシフトシーケンスにおける動力の流れを示したものである。動力の流れは、図には点線／破線／一点鎖線の矢印で示されている。

図３では、変速機１２０は、始動の構成であって、第１のギア係合デバイス４４はその係合状態に設定され、また、第２のギア係合デバイス４５はそのニュートラル状態に設定されている。第３のギア係合デバイス３３はその係合状態に設定され、中間軸３と共通回転するよう第２の中間軸ギアホイール３２を接続している。したがって、第１の電気機械１３０は、第１の入力軸ギアホイール１１、第１の主ギアホイール４１および第１のギア係合デバイス４４を介して主軸４３に駆動接続されている。第２の電気機械１４０は、第２のギアプレーンＧＰ２のギアホイール２２、４２、３２、第３のギア係合デバイス３３、中間軸３、第１の中間軸ギアホイール３１、第１の主ギアホイール４１および第１のギア係合デバイス４４を介して主軸４３に駆動接続されている。したがって、電気機械１３０、１４０の両方を使用して、低車両速度で車両１００を推進することができるが、それぞれの電気機械１３０、１４０からトルクを伝達するために使用される異なるギア噛合いが、ギア噛合い荷重の低減に寄与している。レンジギアＲＧは低レンジギアに設定されており、すなわち、リングギアホイール５３は変速機ハウジング６にロックされている。したがって、トルクは低レンジギアを介して主軸４３から出力軸４へ伝達される。

図４では車両速度が速くなり、また、第３のギア係合デバイス３３が係合解除状態にシフトされ、中間軸３および第１の中間軸ギアホイール３１に対する第２の中間軸ギアホイール３２の回転を許容している。第１のギア係合デバイス４４はその係合状態を維持し、また、第２のギア係合デバイス４５はそのニュートラル状態を維持している。この構成では、第２の電気機械１４０と出力軸４との間でトルクを伝達することはできない。第１の電気機械１３０によって生成されたトルクは、第１の入力軸ギアホイール１１、第１の主ギアホイール４１および第１のギア係合デバイス４４を介して主軸４３に伝達される。トルクは、主軸４３から出力軸４へ、低レンジギアを介して伝達される。

図５では車両速度がさらに速くなり、また、第２の電気機械１４０は、ここでは第１の電気機械１３０による車両１００の推進を補助している。これは、第２のギア係合デバイス４５をその係合状態にシフトすることによって達成されている。したがって、第１のギア係合デバイス４４および第２のギア係合デバイス４５の両方がそれらのそれぞれの係合状態に設定され、一方、第３のギア係合デバイス３３はその係合解除状態を維持している。第１の電気機械１３０からのトルクは、図４を参照して説明したように伝達され、一方、第２の電気機械１４０からのトルクは、第２の入力軸ギアホイール２２、第２の主ギアホイール４２および第２のギア係合デバイス４５を介して主軸４３へ伝達される。低レンジギアは依然として係合している。

図６では車両速度がさらに速くなり、また、第１のギア係合デバイス４４をそのニュートラル状態に設定することによって第１の電気機械１３０から主軸４３へのトルク伝達が一時的に中断されている。第３のギア係合デバイス３３はその係合解除状態を維持し、また、第２のギア係合デバイス４５はその係合状態を維持している。第２の電気機械１４０からのトルクは、図５を参照して説明したように伝達される。低レンジギアは依然として係合している。

図７では車両速度がさらに速くなり、また、ここでも、第１の電気機械１３０は第２の電気機械１４０による車両１００の推進を補助している。これは、第３のギア係合デバイス３３をその係合状態にシフトし、一方、第１のギア係合デバイス４４をそのニュートラル状態に維持し、かつ、第２のギア係合デバイス４５をその係合状態に維持することによって達成されている。したがって、第１の電気機械１３０は、第１のギアプレーンＧＰ１のギアホイール１１、４１、３１、中間軸３、第３のギア係合デバイス３３、第２の中間軸ギアホイール３２、第２の主ギアホイール４２および第２のギア係合デバイス４５を介して主軸４３に駆動接続されている。第２の電気機械１４０からのトルクは、図５を参照して説明したように伝達される。低レンジギアは依然として係合している。

図８は、本明細書においては、矢印で示されているように第１のギアプレーンＧＰ１に向かって長手方向の軸Ａに沿ってリングギアホイール５３をスライドさせることによって達成される、低レンジギアから高レンジギアへのレンジギアＲＧのシフトを示したものである。第１のギア係合デバイス４４および第２のギア係合デバイス４５は、いずれもそれらのニュートラル位置に設定されており、それぞれの入力軸１、２から主軸４３へのトルク伝達を一時的に中断している。第３のギア係合デバイス３３は、図８に示されているようにその係合状態を維持することができるが、第３のギア係合デバイス３３はその係合解除状態に設定することも可能である。

図９は、高レンジギアにシフトした後、すなわち、リングギアホイール５３を主軸４３に、延いては太陽ギアホイール５２にロックした後の変速機１２０を示したものである。電気機械１３０、１４０から主軸４３への動力の流れは、図３に示されている動力の流れに対応している。速度がさらに速くなると、図４～図７に示されている、第１のギア係合デバイス４４および第２のギア係合デバイス４５、および第３のギア係合デバイス３３のシフトシーケンスが繰り返されることになるが、レンジギアＲＧは高レンジギアに設定される。

図１０に示されているように、ＰＴＯ動作モードでは変速機１２０を同じく使用して、第１の電気機械１３０からの動力を使用してＰＴＯデバイス１９０を駆動することができ、一方、第２の電気機械１４０は車両１００を推進するために使用される。レンジギアＲＧは、本明細書においては低レンジギアに設定され、第１のギア係合デバイス４４はニュートラル状態に設定され、第２のギア係合デバイス４５は係合状態に設定され、また、第３のギア係合デバイス３３は係合解除される。クラッチ６０はＰＴＯデバイスを係合させ、したがって、ＰＴＯデバイスは中間軸３によって駆動され、その中間軸３は、第１のギアプレーンＧＰ１のギアホイール１１、４１、３１を介して第１の電気機械１３０によって駆動される。この動作モードではパワートレイン１１０のどの部品も、第１の動力ユニットおよび第２の動力ユニット１３０、１４０のいずれにも駆動接続されない。したがって、ＰＴＯデバイス１９０は車両速度に無関係に駆動される。

第１のギア係合デバイス４４および第２のギア係合デバイス４５の両方をそれらのニュートラル状態に設定し、かつ、第３のギア係合デバイス３３およびクラッチ６０を係合させることによって車両速度に無関係にＰＴＯデバイス１９０を駆動することも可能である。この方法によれば、動力ユニット１３０、１４０のいずれも車両１００を推進するために使用されない。当然ながら、中間軸３を使用して、クラッチ６０を係合させることによって電気機械１３０、１４０のうちのいずれか一方から出力軸４へトルクが伝達される他の動作モードでＰＴＯデバイス１９０を駆動することも可能である。このような場合、ＰＴＯデバイス１９０の駆動は車両速度に無関係ではない。

第２の実施形態による変速機１２０が図１１に示されている。この変速機１２０は、第２のギアプレーンＧＰ２に位置している第１の入力軸の第２のギアホイール１２、およびスリーブ部材を備えた第４のギア係合デバイス１３を備えている点でのみ、第１の実施形態と異なっている。第１の入力軸の第２のギアホイール１２は第１の入力軸１に回転可能に配置され、また、第４のギア係合デバイス１３は、第４のギア係合デバイス１３の係合状態では、第１の入力軸の第２のギアホイール１２を第１の入力軸１に選択的に回転接続するようになされている。第１の入力軸の第２のギアホイール１２は、本明細書においては第２の主ギアホイール４２と噛合い係合するように配置されている。図１１には、車両１００が中間車両速度で駆動される場合の、この第１の入力軸の第２のギアホイール１２を使用したトルク伝達が示されており、図７に示されている構成に対応している。しかしながら、第２のギアプレーンＧＰ２のみを使用してトルクが伝達されている。第３のギア係合デバイス３３は係合が解除されており、また、第１のギア係合デバイス４４はニュートラル状態に設定され、一方、第２のギア係合デバイス４５はその係合状態にある。第４のギア係合デバイス１３も同じく係合状態にあり、第１の入力軸１と共通回転するように第１の入力軸の第２のギアホイール１２を接続している。第４のギア係合デバイス１３の係合は、中間軸３を使用することなく、第２のギアプレーンＧＰ２を介した第１の電気機械１３０から出力軸４への動力の流れを可能にしている。

いくつかの実施形態では、第３のギア係合デバイス３３および第４のギア係合デバイス１３を駆動するための共通のアクチュエータ（図示せず）を提供することができる。その場合、第３のギア係合デバイス３３は、第４のギア係合デバイス１３が第１の入力軸の第２のギアホイール１２を第１の入力軸１から回転開放し、また、その逆に第４のギア係合デバイス１３が第１の入力軸１を第１の入力軸の第２のギアホイール１２から回転開放したときのみ、第２の中間軸ギアホイール３２を中間軸３に回転接続するように構成することができる。第３のギア係合デバイスおよび第４のギア係合デバイス３３、１３の両方が係合解除状態／中立状態に設定されるニュートラル状態を利用することも可能である。したがって、共通のアクチュエータは３つの異なる位置の間を移動することができる。

図面には示されていないが、すべての実施形態において、補助制動トルクをさらに提供するために、出力軸４にリターダを接続することができる。

第１の実施形態に対する図１０に示されているようなＰＴＯ動作モードにおけるパワートレイン１１０を制御するために方法は、以下のステップを含むことができる。
Ｓ１：第１のギア係合デバイス４４をニュートラル状態に、第２のギア係合デバイス４５を係合状態に、第３のギア係合デバイス３３を係合解除状態に、および、クラッチ６０を係合状態に制御し、それにより変速機１２０のＰＴＯ動作モードを得る。
Ｓ２：ＰＴＯデバイス１９０を駆動する要求に応じて、第１の動力ユニット１３０を第１の回転速度またはトルクに制御する。
Ｓ３：プロペラ軸１６０を駆動する要求に応じて、第２の動力ユニット１４０を第２の回転速度またはトルクに制御する。

電子パワートレイン制御デバイス（図示せず）を提供してパワートレイン１１０を制御し、かつ、方法を実施することができる。パワートレイン制御デバイスは、この目的のために、第１の動力ユニット１３０を制御するための手段、第２の動力ユニット１４０を制御するための手段、および少なくともギア係合デバイス４４、４５、３３、１３およびクラッチ６０を含む変速機１２０を制御するための手段を備えている。パワートレイン制御デバイスは、プロペラ軸１６０を駆動するための第１のトルク要求、およびＰＴＯデバイス１９０を駆動するための第２のトルク要求にしたがって、動力ユニット１３０、１４０および変速機１２０を制御するように構成することができる。

パワートレイン制御デバイスは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルデジタル信号プロセッサまたは別のプログラマブルデバイスを含むことができる。したがって、パワートレイン制御デバイスは、パワートレイン制御デバイスが車両１００の異なる部品と通信することができ、または様々なセンサ、システムおよび制御ユニットなどの車両１００の異なる制御ユニットと通信することができ、とりわけ、車両１００の電気エネルギー貯蔵システム（図示せず）のエネルギー貯蔵システム制御ユニットなどの車両１００の電気システムまたはサブシステムを制御している１つまたは複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）と通信することができるよう、電子回路および接続（図示せず）ならびに処理回路機構（図示せず）を備えている。パワートレイン制御デバイスは、ハードウェアまたはソフトウェアのいずれか、あるいは部分的にハードウェアまたはソフトウェアのいずれかであるモジュールを備えることができ、また、ＣＡＮ－バスなどの既知の伝送バスおよび／または無線通信能力を使用して通信することができる。処理回路機構は汎用プロセッサまたは専用プロセッサであってもよい。パワートレイン制御デバイスは、コンピュータプログラムコードおよびデータを記憶するための非一時的メモリを備えることができる。したがって、当業者は、パワートレイン制御デバイスは多くの異なる構造で具体化することができることを認識する。例えば、パワートレイン制御デバイスは単一のユニットであってもよく、あるいはパワートレイン制御デバイスは、動力ユニット１３０、１４０を制御し、変速機１２０を制御するための個別の制御ユニットなど、互いに通信するように構成された複数の異なる制御ユニットで形成することも可能である。

本発明は、上で説明した、また、図面に示されている実施形態に限定されず、むしろ当業者は、添付の特許請求の範囲内で多くの変更および修正を加えることができることを認識することになることを理解されたい。

Claims (16)

1. 車両（１００）用の変速機（１２０）であって、
   第１の入力軸（１）、第２の入力軸（２）、中間軸（３）、主軸（４３）および出力軸（４）と、
   前記第１の入力軸（１）に配置された第１の入力軸ギアホイール（１１）、前記主軸（４３）に回転可能に配置された第１の主ギアホイール（４１）、および前記中間軸（３）に配置された第１の中間軸ギアホイール（３１）を含む第１のギアプレーン（ＧＰ１）であって、前記第１のギアプレーン（ＧＰ１）の前記ギアホイールが相互に駆動接続して配置される、第１のギアプレーン（ＧＰ１）と、
   前記第２の入力軸（２）に配置された第２の入力軸ギアホイール（２２）、前記主軸（４３）に回転可能に配置された第２の主ギアホイール（４２）、および前記中間軸（３）に配置された第２の中間軸ギアホイール（３２）を含む第２のギアプレーン（ＧＰ２）であって、前記第１の中間軸ギアホイール（３１）を前記第２の中間軸ギアホイール（３２）に選択的に駆動接続することができ、前記第２のギアプレーン（ＧＰ２）の前記ギアホイールが相互に駆動接続して配置される、第２のギアプレーン（ＧＰ２）と、
   第１のギア係合デバイス（４４）であって、ニュートラル状態、および前記第１のギア係合デバイス（４４）が前記第１の主ギアホイール（４１）を前記主軸（４３）に駆動接続する単一の係合状態のうちの１つに選択的に設定することができる第１のギア係合デバイス（４４）と、
   第２のギア係合デバイス（４５）であって、ニュートラル状態、および前記第２のギア係合デバイス（４５）が前記第２の主ギアホイール（４２）を前記主軸（４３）に駆動接続する単一の係合状態のうちの１つに選択的に設定することができる第２のギア係合デバイスと、
   を備え、
   前記出力軸（４）を前記主軸（４３）に駆動接続することができ、また、前記主軸（４３）を介した前記第１の入力軸（１）と前記出力軸（４）との間のトルクの伝達のみを可能にし、また、前記主軸（４３）を介した前記第２の入力軸（２）と前記出力軸（４）との間のトルクの伝達のみを可能にするように構成される、変速機（１２０）。
2. 前記第１の主ギアホイール（４１）は、前記第１の入力軸ギアホイール（１１）および前記第１の中間軸ギアホイール（３１）の各々と噛合い係合で配置される、請求項１に記載の変速機。
3. 前記第２の主ギアホイール（４２）は、前記第２の入力軸ギアホイール（２２）および前記第２の中間軸ギアホイール（３２）の各々と噛合い係合で配置される、請求項１または２に記載の変速機。
4. 前記第１の中間軸ギアホイール（３１）は、前記中間軸（３）と共通回転するよう永久的に固定され、前記第２の中間軸ギアホイール（３２）が前記中間軸（３）に回転可能に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の変速機。
5. 前記第２の中間軸ギアホイール（３２）を前記中間軸（３）に選択的に回転接続するための第３のギア係合デバイス（３３）をさらに備える、請求項４に記載の変速機。
6. 前記第２のギアプレーン（ＧＰ２）は、前記第１の入力軸（１）に回転可能に配置された第１の入力軸の第２のギアホイール（１２）をさらに含み、前記変速機（１２０）が、前記第１の入力軸の第２のギアホイール（１２）を前記第１の入力軸（１）に選択的に回転接続するための第４のギア係合デバイス（１３）をさらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の変速機。
7. 前記第３のギア係合デバイス（３３）および前記第４のギア係合デバイス（１３）は、単一のアクチュエータによって共通の動作するように配置される、請求項５に従属する場合は請求項６に記載の変速機。
8. 前記第３のギア係合デバイス（３３）は、前記第４のギア係合デバイス（１３）が前記第１の入力軸の第２のギアホイール（１２）を前記第１の入力軸（１）から回転開放し、また、その逆に前記第４のギア係合デバイス（１３）が前記第１の入力軸（１）を前記第１の入力軸の第２のギアホイール（１２）から回転開放したときのみ、前記第２の中間軸ギアホイール（３２）を前記中間軸（３）に回転接続するように構成される、請求項５と組み合わせた請求項６または７に記載の変速機。
9. 前記第１のギアプレーン（ＧＰ１）の前記第１の入力軸ギアホイール（１１）および前記第１の主ギアホイール（４１）は、前記第２のギアプレーン（ＧＰ２）の前記第２の入力軸ギアホイール（２２）および前記第２の主ギアホイール（４２）よりも大きいギア比を提供する、請求項１から８のいずれか１項に記載の変速機。
10. 前記第１の入力軸ギアホイール（１１）は、前記第１の入力軸（１）と共通回転するよう永久的に固定され、前記第２の入力軸ギアホイール（２２）が、前記第２の入力軸（２）と共通回転するよう永久的に固定される、請求項１から９のいずれか１項に記載の変速機。
11. それぞれ高レンジギアおよび低レンジギアで、前記主軸（４３）と前記出力軸（４）との間でトルクを伝達するように構成されたレンジギア（ＲＧ）をさらに備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の変速機。
12. 前記レンジギア（ＲＧ）が遊星ギアセットを備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載の変速機。
13. 第１の動力ユニット（１３０）、第２の動力ユニット（１４０）、および請求項１から１２のいずれか１項に記載の変速機（１２０）を備えるパワートレイン（１１０）であって、前記変速機（１２０）の前記第１の入力軸（１）が前記第１の動力ユニット（１３０）に駆動接続され、前記変速機（１２０）の前記第２の入力軸（２）が前記第２の動力ユニット（１４０）に駆動接続される、パワートレイン（１１０）。
14. 前記第１の動力ユニット（１３０）および前記第２の動力ユニット（１４０）のうちの少なくとも一方が電気機械である、請求項１３に記載のパワートレイン（１１０）。
15. 前記中間軸（３）に駆動接続された、または前記中間軸（３）に駆動接続することができるパワーテイクオフデバイス（１９０）をさらに備える、請求項１３または１４に記載のパワートレイン。
16. 請求項１３から１５のいずれか１項に記載のパワートレイン（１１０）を備える車両（１００）。