JP3786942B2 - 車両用の自動切換変速機 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関に結合できる駆動軸と、少なくとも１つの車軸に結合できる出力軸と、第１および第２遊星歯車装置を有する機械式切換変速機とを備え、第１遊星歯車装置が単一遊星歯車装置として、第２遊星歯車装置が二重遊星歯車装置、特にラビニヨウ型装置として形成されている、車両用の自動切換変速機に関する。
さらに、複数の速度段および１つの後進段を入れ換えるための複数の切換要素と１つの電気機械が設けられ、その電気機械が、スタータ／ダイナモとして、および／又は切換変速機の無段調整するために、および／又は少なくとも部分的に車両を電気走行運転するために利用される。
上述した形式の機械式切換変速機を備えた自動多段変速機は、例えば特許文献１で知られている。その変速機は、遊星歯車装置の周りに前置切換変速機として拡大されているラビニヨウ型装置（Ravigneaux-Satz）を含んでいる。
従来において、自動車用のハイブリッド駆動装置も知られている。その部分電気駆動システムは、通常、駆動装置として内燃機関を有している。その内燃機関によって、自動車の大出力運転および長い継続走行運転ができる。補足的に、内燃機関と変速機との間に、少なくとも１つの電気機械が配置されている。その電気機械は、例えば制動エネルギ回収、有害物質無発生運転およびブースト運転ができるような電気駆動装置の利点を有する。
そのようなハイブリッド駆動装置は例えば特許文献２に記載されている。そのハイブリッド駆動装置は、内燃機関と車両用多段変速機との間における動力伝達系に、第１電気機械と、変速機入力軸に常時結合された第２電気機械とを有している。それぞれモータとしてもダイナモとしても運転できる両電気機械間に、それぞれ切換可能なクラッチが配置されている。これによって、例えばストップ・アンド・ゴー（発進・停止繰返し）運転時あるいは駐車場からの出入れ過程時のような低速走行の際、発進時に、環境に優しく非常に経済的な純電気駆動が、有利に行える。内燃機関と電気機械との間の第２クラッチを係合することによって、既に回転中の内燃機関が参入され、これによって、車両の全動力が利用される。
自動車用の他の駆動システムが特許文献３で知られている。その明細書には、駆動装置で駆動される変速装置付きの車両と、モータおよび／又はダイナモとして駆動される少なくとも１つの電気機械とが記載されている。
上述した特許文献１における６速自動変速機を補足して、さらに、（ＶＤＩ・リポート、Ｎｏ．１６１０、２００１年、第４５５〜４７９頁に掲載のＰ．テンベルゲ教授（ケムニッツ市）著の論文“Ｅ−アウトマート、アウトマティクゲトリーベ ミット エスプリット（E-Automat, Automatikgetriebe mit Esprit）に）スタータ／ダイナモとして形成された電気機械を備えた自動変速機が記載されている。その自動変速機は、６つの前進段および１つの後進段を入れ換えるため、並びに５つの前進走行レンジを無段変速するために利用される。その場合、流体トルクコンバータの省略によって得られる場所に、そのコンバータの代わりに、電気機械が設置されている。
これによって、発進過程は３つの様式で行うことができ、つまり、純電動式に行われるか、内燃機関によって発進要素としてのもう１つのブレーキで行われるか、内燃機関と電気機械とで一緒に行われ、その場合、電気機械はブレーキの機能を負う。制御装置およびバッテリの追加によって、補助的な利用性が得られる。その補助的な利用性は、快適な発進／停止繰返し運転、電気ブースタによる部分的に行なえる無段変速走行運転、制動時に行なえるエネルギ回収、および純電気式の有害物質無発生運転にある。いわゆるＥ・アウトマートにおいて、内燃機関および電気機械が、遊星歯車装置を介して、互いに連結され、これによって、遊星歯車装置が両駆動装置のトルク比を決定する。従って、その電気機械は、例えばブーストするために内燃機関と無関係に補助トルクを用立てることはできない。
欧州特許第４３４５２５号明細書 独国特許出願公開第１９９１７６６５号明細書 独国特許出願公開第１９９２３３１５号明細書
本発明の課題は、電気機械を常時、変速機段に結合することなしに、電気機械と機械式切換変速機との幅広い連結利用性を提供することにあり、そのようにして、一方では、内燃機関と無関係な補助的なブーストおよび内燃機関と無関係な自動車電気系統への給電を可能にし、他方では、多数の速度段を備えた変速機を可能にしようとしている。
この課題は、請求項１に記載の特徴事項を備えた冒頭に述べた形式の車両用自動切換変速機によって解決される。本発明に基づいて、電気機械が２つの追加的な切換要素によって、第１遊星歯車装置の第１軸あるいは第２軸に結合される。この追加的な切換要素、例えばクラッチの採用によって、一方では、内燃機関の始動後に、電気機械を第１遊星歯車装置の内ば歯車軸に直結することができ、その内ば歯車軸は、クランク軸および変速機入力軸に相当する。これによって、有利に、無制限のブースト運転および自動車電気系統への持続的な給電が可能になる。
他方では、電気機械は、第２切換要素によって、第１遊星歯車装置の太陽歯車に、特に第１遊星歯車装置の太陽歯車軸に直結できる。両切換要素が例えば多板ディスククラッチとして形成され、互いに無関係に切り換えおよび調整できるので、第１切換要素は解除され、第２切換要素の係合により、電気機械による、第１遊星歯車装置の回転数の無段調整が達成される。
さらに、両切換要素の係合によって、第１遊星歯車装置が拘束され、これによって、追加的な２つの前進段および１つの後進段が入れられる。これによって、本発明に基づく変速機によれば、有利に、９つの前進段および２つの後進段が入れ換えられ、且つ５つの走行レンジが無段階に調整できる。
切換要素は、上述した多板ディスククラッチの代わりに、互いに無関係に切り換えできる噛み合わせクラッチとしても形成でき、あるいはまた、１つの切換要素はフリーホィールとしても形成できる。
有利に、電気機械および切換要素は入力軸に対して同軸的に配置され、切換要素は、半径方向において電気機械と入力軸との間に配置されている。これによって、両補助切換要素の空間を節約した配置構造が得られる。
本発明の他の目的、利点および実施態様は、以下の実施例の説明から明らかとなる。上述しおよび／又は図で示したすべての特徴は、それ自体あるいは任意の組合せで、請求項および従属請求項における集約と無関係に、本発明の対象を形成する。
唯一の図には、本発明に基づく車両用の自動切換変速機１が示されている。この変速機１は主に、入力側が（例えば、ねじれ振動止めを介して）内燃機関（図示せず）に接続されてた駆動軸２から成っている。出力側には、少なくとも１つの車軸に結合できる出力軸３が設けられている。駆動軸２と出力軸３との間に切換変速機４が配置されている。この切換変速機４は、複数のクラッチ７、８、９および２つのブレーキ１０，１１を備えた第１変速機段５と第２変速機段６とから成っている。第１変速機段５は例えば単一遊星歯車装置から成り、その単一遊星歯車装置は、第２変速機段６としてのラビニヨウ型装置に前置接続されている。そのような配置構造は、例えば前進６速、後進１速の有段自動変速機を可能にする。
第１変速機段５の太陽歯車１７は、太陽歯車軸１８を介して発進ブレーキ１９に結合されている。従って、この変速機１が装備された車両は、流体トルクコンバータなしに発進できる。電気機械１４がスタータ／ダイナモとして設けられている。その電気機械１４には、さらに、電子制御装置およびバッテリ（図示せず）が付属されている。
切換変速機４と電気機械１４との組合せによって、それらを装備した車両をギヤード・ニュートラルから発進することができる。
本発明に基づいていまや、一方では電気機械１４、また他方では第１遊星歯車装置５の内ば歯車２０に結合された駆動軸２と、太陽歯車軸１８との間に、２つの切換要素、即ち、第４クラッチ１２と第５クラッチ１３が設けられている。内燃機関を始動するために、例えばクラッチ１３が係合され、スタータ・トルクが太陽歯車軸１８を介して第１変速機段５に導入される。これによって、駆動軸２に伝達されるスタータ・トルクが倍加する。走行運転中に、太陽歯車軸１８に電気機械１４を回転数を可変調整して作用させることによって、固定伝達比の６つの前進段だけでなく、無段伝達比の５つの前進走行レンジが選択できる。さらに、走行運転中、特に制動運転中、電気機械１４でエネルギが回収され、即ち、電気エネルギが蓄エネルギ装置（図示せず）に蓄えられる。
そのような車両用変速機によれば、純粋な電気走行運転は、有害物質無発生運転が望まれる市街地や他の領域における低速走行時において、前進走行および後進走行を実現できる。
本発明に基づく２つの追加的な切換要素１２、１３の採用によって、内燃機関の始動後に、クラッチ１２を介して電気機械１４を駆動軸２に接続することができる。その駆動軸２は内燃機関のクランク軸に直結されている。従って、機械式切換変速機４と電気機械１４とを備えた上述した車両用変速機１の利点には、重要な利点が補充され、つまり、運転者の要望に応じて、トルクを増強することができる。これによって、無制限のブースト運転ができる。さらに、そのような電気機械の連結利用によって、電気機械１４のダイナモ運転において、自動車電気系統への持続的な給電が用立てられる。
両切換要素１２、１３の係合によって、第１遊星歯車装置５がブロックとなって回転し、これにより、第１遊星歯車装置５と第２遊星歯車装置６との組合せによって、２つの追加的な前進段と１つの追加的な後進段を入れることができる。
第１遊星歯車装置５の内ば歯車２０は、内ば歯車軸２１を介して、駆動軸２に常時接続されている。遊星歯車２２は遊星歯車キャリヤ２３に支持されている。その遊星歯車キャリヤ２３は、クラッチ７、８、９を介して第２遊星歯車装置６に結合でき、あるいはブレーキ１１を介してハウジング３４に固定できる。
第２の二重遊星歯車装置６は、主に、第１太陽歯車２４と第２太陽歯車２５とから成っている。それらの太陽歯車２４、２５は、第１太陽歯車軸２６および第２太陽歯車軸２７を介して第１遊星歯車装置５に結合でき、あるいはブレーキ１１を介してハウジング３４に固定できる。第１遊星歯車２８は第１遊星歯車キャリヤ３０に支持されている。その遊星歯車キャリヤ３０はブレーキ１０によってハウジング３４に固定できる。第１遊星歯車２８および第２遊星歯車２９は、第２遊星歯車キャリヤ３１および中間軸３２を介して、第１遊星歯車装置５に結合される。第２遊星歯車装置６の内ば歯車３３は、車両用変速機１の出力軸３に直結されている。
本発明に基づく自動切換変速機の概略構成図。
符号の説明
１ 車両用変速機
２ 駆動軸
３ 出力軸
４ 切換変速機
５ 第１遊星歯車装置
６ 第２遊星歯車装置（ラビニヨウ型装置）
７ 第１クラッチ
８ 第２クラッチ
９ 第３クラッチ
１０ 第１ブレーキ
１１ 第２ブレーキ
１２ 第４クラッチ
１３ 第５クラッチ
１４ 電気機械
１５ ポンプ
１６ 電動機
１７ 太陽歯車
１８ 太陽歯車軸
１９ 第３ブレーキ
２０ 内ば歯車
２１ 内ば歯車軸
２２ 遊星歯車キャリヤ
２３ 遊星歯車キャリヤ
２４ 第１太陽歯車
２５ 第２太陽歯車
２６ 第１太陽歯車軸
２７ 第２太陽歯車軸
２８ 第１遊星歯車
２９ 第２遊星歯車
３０ 第１遊星歯車キャリヤ
３１ 第２遊星歯車キャリヤ
３２ 中間軸
３３ 内ば歯車
３４ ハウジング

Claims (7)

  1. 内燃機関に結合できる駆動軸（２）と、少なくとも１つの車軸に結合できる出力軸（３）と、第１および第２遊星歯車装置（５、６）を有する機械式切換変速機（４）と、複数の切換要素（７、８、９、１０、１１、１９）と、電気機械（１４）とを備え、第１遊星歯車装置（５）が単一遊星歯車装置であり、この単一遊星歯車装置に二重遊星歯車装置（６）特にラビニヨウ型装置が後置接続され、電気機械（１４）が、スタータ／ダイナモとして、および／又は切換変速機（４）を無段調整するために、および／又は少なくとも部分的に車両を電気走行運転するために用意されている車両用の自動切換変速機（１）において、
    電気機械（１４）が、２つの追加的な切換要素（１２、１３）によって、第１遊星歯車装置（５）の第１軸と第２軸のいずれか一方、ないしは第１遊星歯車装置（５）の第１軸と第２軸の両方に対して結合でき、
    出力軸（３）、第１および第２遊星歯車装置（５、６）、切換要素（７、８、９、１０、１１、１９）、電気機械（１４）、並びに追加的な切換要素（１２、１３）が、入力軸（２）に対して同軸的に配置され、
    電気機械（１４）が、１つの追加的な切換要素（１２）と駆動軸（２）とを介して、内燃機関と直結できるように構成されている、ことを特徴とする車両用の自動切換変速機（１）。
  2. 電気機械（１４）が、第１切換要素（１２）によって、第１遊星歯車装置（５）の内ば歯車（２０）に結合できる、ことを特徴とする請求項１記載の車両用の自動切換変速機（１）。
  3. 電気機械（１４）が、第２切換要素（１３）によって、第１遊星歯車装置（５）の太陽歯車（１７）に結合できる、ことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用の自動切換変速機（１）。
  4. 両切換要素（１２、１３）が多板ディスククラッチとして形成され、互いに無関係に切り換えおよび調整できる、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用の自動切換変速機（１）。
  5. 両切換要素が噛み合わせクラッチとして形成され、互いに無関係に切り換えできる、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用の自動切換変速機（１）。
  6. 両切換要素の片方がフリーホィールとして形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用の自動切換変速機（１）。
  7. 切換要素（１２、１３）が、半径方向において電気機械（１４）と入力軸（２）との間に配置されている、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の車両用の自動切換変速機（１）。
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