JP4929396B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも１つの電気機械を有するハイブリッド車に関し、その電気機械は、駆動段階時の、内燃機関に対する少なくとも補助駆動装置として設けられる。
ハイブリッド車は通常、内燃機関および電気機械を装備し、内燃機関は通常、電気エネルギ蓄積装置、例えば、車両用バッテリを充電するか（シリアルハイブリッド）、または駆動シャフトに機械的に連結されるか（パラレルハイブリッド）のいずれかのみであるか、あるいはその両方が可能である。この場合のハイブリッド車の燃料消費またはエネルギ消費を低減できるようにするために、電気機械は、車両がブレーキをかけられているときに発電機として使用され、したがって、電気エネルギ蓄積装置が充電される。つまり、電気機械は電動ブレーキとして機能し、エネルギを回生する。さらに、これは、ハイブリッド車のブレーキライナの摩耗を低減して、摩耗による交換を少なくし、ひいては保守コストを下げることができる。これに加えて、またはこれに代えて、モータとしての電気機械の少なくとも補助的な運転モードを提供することが可能である。その結果として、内燃機関でハイブリッド車を駆動するほかに、補助的に電気駆動する（動力を増強する）ことが可能である。さらに、例えば、排出制限がある場合に短い距離の間、電気機械を用いて電気のみで走行させることができる。
特に、完全な電気走行だけでなく、相応する電気エネルギ量の回生および十分な動力増強にも、十分な容量の電気機械が必要である。しかし、この電気機械は、相応する設置空間を必要とし、車両の重量を増加させ、その結果、その運動性能にも影響を及ぼす。
本発明の目的は、これを改善することである。
この目的は、独立請求項１および２の特徴部によって達成される。従属請求項は、本発明の有益な実施形態および発展形態について記載している。
後部搭載型内燃機関、電気エネルギ蓄積装置、および少なくとも１つの電気機械を有し、内燃機関がリアアクスルを駆動するハイブリッド車では、一般的に大きくて重い電気機械をリアアクスルから離して、特に、フロントアクスルの領域に設けることは多数の利点がある。これは、重い電気機械が内燃機関および変速機の重量をさらに増加させて、リアアクスルにかかる負荷をもたらすといったことがないことにより、ハイブリッド車の重量配分をよりバランスのとれたものにする。さらに、増設用の設置空間が得られ、そのほとんどが内燃機関および変速機によってすでに占有された、リアアクスルの領域の内部空間に大容積の電気機械をさらに収容する必要がない。したがって、運動性能を最適化し、ハイブリッド車の設置空間を利用するために、電気機械のそれぞれの配置を個々に選択することができる。さらに、本発明は、少なくともフロントアクスルの電気駆動装置をより簡単に実装できることと、電気機械を離して配置するのに使用される機械部品、例えば、シャフトなどを、内燃機関を用いた相応する四輪駆動用に使用することが可能になることとにより、ハイブリッド車のモジュール式四輪駆動のための基本部を提供する。最後に、本発明は、後部搭載型内燃機関を備えたハイブリッド車において、ホイール負荷が比較的大きいためにリアアクスルよりも有利なフロントアクスルでエネルギを回生するオプションを提供する。
前部搭載型内燃機関、電気エネルギ蓄積装置、および少なくとも１つの電気機械を有し、その電気機械が、エネルギ回生段階時に電気エネルギ蓄積装置を充電する発電機として、また、内燃機関がハイブリッド車のフロントアクスルを駆動する駆動段階時の、内燃機関に対する少なくとも補助駆動装置として設けられたハイブリッド車において、電気機械または各電気機械がフロントアクスルから離れて、特に、リアアクスルの領域に設けられた場合、同様の利点を得ることができる。
以下の文中で、いずれの場合も最初の独立請求項についてのみ検討する。ただし、文中のリアアクスルとフロントアクスルとを、または後部搭載型内燃機関と前部搭載型内燃機関とをそれぞれ置き換えることによって、２番目の独立請求項がそれぞれ同様の形で得られる。
本発明の第１の好ましい実施形態では、少なくとも１つの電気機械が、変速機から離れて変速機入力シャフトに設けられる。この場合、重い電気機械が非被駆動アクスルの方に移ったために、ハイブリッド車の重量配分が最適化される。内燃機関は、停止状態中かまたは走行中のいずれかで電気機械を用いて有利に始動することができる。さらに、特に変速機入力シャフトの長さを相応した設定にすることで、きわめて簡単な方法で、ハイブリッド車の望ましくかつ利用可能な設置空間に電気機械を配置することができる。リアアクスルを介してエネルギを回生することができ、リアアクスルにつながった変速機入力シャフトを介して動力を増強し、電気で走行することができる。さらに、電気機械および変速機入力シャフトを用いて、内燃機関の負荷点をシフトすることができる。
これに関連して、この場合に、少なくとも任意選択的に（例えば、内燃機関を用いた）従来の全輪駆動を有利な形で実施できる。このために、変速機入力シャフトは、フロントアクスルの領域まで電気機械を越えて延長され、クラッチおよびアクスルギヤ装置を介してフロントアクスルに機械的に連結される。その結果として、変速機が（「直接」、すなわち、増速も減速もなく、したがってギヤ損失なしに）つながると、内燃機関によりフロントアクスルを駆動することができる。この場合に、回生、動力増強、および電気走行を行うために、アクスルギヤ装置の効率レベルを考慮して、リアアクスルか、またはリアアクスルおよびフロントアクスルの両方かのいずれかを使用することができる。
独立した電気機械がそれぞれのクラッチを介してフロントアクセルの各ホイールに割り当てられる場合、さらなる利点が得られる。今度は、変速機入力シャフトへの連結は、フロントアクスルギヤ装置（差動装置）を介して形成される。その結果として、フロントアクスルにおいて電気による「可変トルク配分」（ホイールに限定したトルクの分配によって車両運動性能制御ができること）が可能になり、その場合に、差動装置において基本ロックトルクを調整することができる。
本発明の第２の有益な実施形態では、少なくとも１つの電気機械が、ハイブリッド車のフロントアクスルに連結される。フロントアクスルと電気機械の間の動作可能な連結により、特に、ホイール負荷が、ひいては回生可能なエネルギがリアアクスルよりも大きいフロントアクスルを介して回生が可能になるという利点がもたらされる。また、これにより、フロントアクスルブレーキにかかる負荷が相応して軽減される。さらに、リアアクスルに作用する内燃機関は、加速度値が比較的高い状況において駆動トルク配分の大半を占有し、一般的に、フロントアクスルに作用する電気機械よりも大きい容量を与えられるので、優れた車両運動性能を得ることができる。したがって、電気走行の場合、すなわち、加速度値および／または駆動トルク値がかなり小さい状態では、車両運動性能を考慮した上で、フロントアクスルを駆動することもできる。
この実施形態では、ハイブリッド車の内燃機関は、停止状態中および走行中にモータ状態になる第２の電気機械として、ピニオン、クランクシャフト、またはベルトで駆動されるスタータ／発電機をさらに有する。この実施形態は、フロントアクスルを介して、十分なハイブリッド機能を、特に、エネルギ回生、動力増強、および電気走行をすでに可能にしている。さらなる利点として、ピニオン、クランクシャフト、またはベルトで駆動されるスタータ／発電機を第２の電気機械として使用することで、シリアルハイブリッド動作モードが可能になる。
フロントアクスルと内燃機関との間を、すなわち、フロントアクスルからリアアクスルまでを機械的に連結しない場合、特段に空間を節約する実施形態が得られる。これは、アクスルギヤ装置を介してフロントアクスルに連結された単一の電気機械を用いて実施することができる。したがって、フロントアクスルの各ホイールに独立した電気機械を設けることが可能である。これら２つの電気機械は、互いに連結する必要がないので、アクスルギヤ装置を削除できて重量が節減される。さらに、２つの電気機械を使用することにより、フロントアクスルにおいて電気による「可変トルク配分」が可能になる。
内燃機関が機械的に、すなわち、シャフトを用いてハイブリッド車のフロントアクスルに連結される場合、従来の、すなわち、内燃機関を用いた全輪駆動が可能になる。そのような場合に、従来の全輪駆動は、任意選択的に、クラッチを設けることによって駆動を切り換えることもできる。従来の全輪駆動は、この場合に、例えば、定速走行などの特定の動作範囲において、内燃機関によってリアアクスルを駆動するのに加えて、フロントアクスルを完全に電気駆動する場合よりも良好な効率レベルをもたらす。アクスルギヤ装置の効率レベルを考慮することで、エネルギ回生、動力増強、および電気走行に対して、フロントアクスルか、あるいはリアアクスルおよびフロントアクスルの両方かのいずれかを使用することが可能になる。この場合に、フロントアクスルに平行にか、または内燃機関とフロントアクスルの間のシャフトに平行に個々の電気機械を設けることもでき、あるいは独立した電気機械をフロントアクスルのホイールごとに設けることもできる。説明したすべての変形型に対して、それぞれの電気機械と、例えば、変速機シャフトなどの連結された回転質量（回転物）との間にクラッチを増設することを提案するのは有益である。これは、一方で、電気機械が無負荷の場合に、機械抵抗に抗するために本来なら必要となる電気機械のアイドリング通電をなくすことにより、省エネ化を可能にする。このために、ハイブリッド車が自由に回転している（「惰行運転している」）ときに、無負荷の電気機械が切り離される。他方で、特定の動作範囲、例えば、比較的低回転数の領域にわたって電気機械を特別に調整することができる。この範囲以外、例えば、比較的高回転数の領域では、例えば、電気機械が壊れるのを回避するために、または駆動系内の慣性モーメントをなくすことで省力化するために電気機械が切り離される。したがって、個々の電気機械が、変速機入力シャフト、又は変速機に連結されたシャフトに配置された場合に、電気機械と変速機との間にクラッチが増設される。フロントアクスルのホイールごとに独立した電気機械がある場合、そのようなクラッチが電気機械とホイールとの間にそれぞれ増設される。電気機械にもはや負荷がかかっていないか、または特定の動作パラメータが所定の動作範囲から外れた場合に、増設したクラッチを切るための相応する方法が提供される。したがって、電気機械に再び負荷がかかるか、または特定の動作パラメータが所定の動作範囲に入った場合に、増設したクラッチがつながる。
本発明が図面を参照してより詳細に以下に説明される。
本発明の第１の実施形態の１つのバージョンを示している。 本発明の第１の実施形態の異なるバージョンを示している。 本発明の第１の実施形態の異なるバージョンを示している。 少なくとも１つの電気機械Ｅ１、Ｅ２がフロントアクスルに連結された、本発明の第２の実施形態の特定の構成を示している。 少なくとも１つの電気機械Ｅ１、Ｅ２がフロントアクスルに連結された、本発明の第２の実施形態の特定の構成を示している。 少なくとも１つの電気機械Ｅ１、Ｅ２がフロントアクスルに連結された、本発明の第２の実施形態の特定の構成を示している。 少なくとも１つの電気機械Ｅ１、Ｅ２がフロントアクスルに連結された、本発明の第２の実施形態の特定の構成を示している。
図１〜３は、本発明の第１の実施形態の３つの異なるバージョンを示している。この実施形態では、少なくとも１つの電気機械Ｅ１、Ｅ２が、内燃機関Ｖの変速機入力シャフトＧＥＷに必ず設けられている。内燃機関Ｖは、車両の停止状態からと走行中の両方で（例えば、自由回転や電気走行の段階後に）電気機械Ｅ１、Ｅ２によって始動される。したがって、内燃機関Ｖが始動する場合に、独立した電気機械が内燃機関Ｖ自体に付いている必要はなく、これは、ハイブリッド車内の設置空間と重量配分の改善とに関して利点をもたらす。
図１は、内燃機関Ｖによって駆動されるリアアクスルに電気機械Ｅ１を単に機械連結しただけの、構造的に特に単純な問題解決手段を示している。これはすでに完全なハイブリッド機能をもたらしている。したがって、変速機入力シャフトＧＥＷおよび電気機械Ｅ１を用いて、内燃機関Ｖの負荷点をシフトさせることができる。電気モータとして駆動される、変速機入力シャフトＧＥＷにつながった電気機械Ｅ１によって動力を増強でき、発電機として動作する電気機械Ｅ１によってリアアクスルからエネルギを回生することができる。リアアクスルにつながった変速機Ｇを電気機械Ｅ１が使用することで、電気走行も可能である。これに関連して、電気機械Ｅ１と変速機Ｇとの間の変速機入力シャフトＧＥＷにクラッチを設けることもさらに可能である。アイドリング通電をなくして省力化し、例えば、低速度などの特定の動作範囲にわたって良好な調整を行うために、前記クラッチは、電気機械Ｅ１の切り離しを可能にする。
図２は、従来の全輪駆動、すなわち内燃機関によって動力を供給される全輪駆動がさらに形成された、本発明の第１の実施形態の発展形態を示している。ただし、この構成では、変速機Ｇが直接ギヤ回転数（ｄｉｒｅｃｔ ｇｅａｒ ｓｐｅｅｄ）にシフトされた場合のみ、すなわち、増速も減速もない場合のみ四輪駆動が可能である。図１に示した構成と比較すると、この場合に、直接ギヤ回転数の両アクスルを介して、動力の増強またはエネルギの回生、および電気走行も可能であるというさらなる差異がある。さらには、アイドリング通電をなくすことで省力化し、特定の動作範囲にわたって電気機械をより良好に調整するために、電気機械Ｅ１と変速機Ｇの間で、この場合の変速機入力シャフトＧＥＷにクラッチを設けることも可能である。
本発明の第１の実施形態の異なるバージョンが図３で示されている。この場合、２つの電気機械Ｅ１、Ｅ２が設けられ、フロントアクスルのそれぞれのホイールに割り当てられている。アクスルギヤ装置の効率レベルを考慮して、リアアクスルかまたは両アクスルのいずれかを介した動力の増強、エネルギの回生、および電気走行が可能である。さらに、フロントアクスルにおいて電気による「可変トルク配分」を提供することができ、その場合に、アクスルギヤ装置（差動装置）において基本ロックトルクを設定することができる。車両が停止した状態で内燃機関Ｖを始動させるために、クラッチＫ１、Ｋ２が切られ、クラッチＫ０がつながって、内燃機関Ｖが２つの電気機械Ｅ１、Ｅ２で牽引始動される。電気走行の場合、クラッチＫ１、Ｋ２がつながり、クラッチＫ０が切られる。次に、内燃機関Ｖを始動させるために、クラッチＫ０がつながり、それと同時に、電気機械Ｅ１、Ｅ２が始動して、内燃機関Ｖ用の駆動トルク／始動トルクを発生させる。
図４〜７はそれぞれ、少なくとも１つの電気機械Ｅ１、Ｅ２がフロントアクスルに連結された、本発明の第２の実施形態の特定の構成を示している。内燃機関Ｖを始動させるために、車両の停止状態および走行中用のさらなる電気機械として、スタータ／発電機ＳＧがそれぞれ設けられている。その結果として、少なくとも２つの電気機械Ｅ１、Ｅ２、ＳＧが存在し、それにより、シリアルハイブリッド駆動を形成することができる。
図４は、フロントアクスルとリアアクスルとの間の機械連結がない、本発明の第２の実施形態の構成を示している。独立した電気機械Ｅ１、Ｅ２がフロンアクスルの各ホイールに割り当てられて、電気による「可変トルク配分」を可能にしている。フロントアクスルを介して、動力増強、エネルギ回生、および電気走行がそれぞれ可能である。内燃機関Ｖの負荷点シフトは、ホイールを用いて、すなわち、フロントアクスルにおいて「制動」することにより、または内燃機関Ｖのスタータ／発電機ＳＧを用いて行うことができる。省力化は、いずれの場合も、電気機械Ｅ１、Ｅ２と対応するホイールとの間の１つのクラッチを用いて、それぞれの電気機械Ｅ１、Ｅ２のアイドル通電をなくすことにより達成することができる。
図５は、図４に示した構成のほかに、ハイブリッド車のリアアクスルとフロントアクスルとの間に機械式連結が形成された、本発明の第２の実施形態の構成を示している。これは、従来の全輪駆動、すなわち、内燃機関によって動力を供給される全輪駆動を形成するのを可能にする。これに関連して、任意選択の、すなわち、駆動切り換え可能な全輪駆動とするために、フロントアクスルとリアアクスルとの間のシャフトにクラッチを設けることが可能である。カルダンシャフト、クラッチ、およびアクスルギヤ装置を介して内燃機関Ｖの負荷点をシフトすることができ、負荷点シフトは、ギヤ装置／アクスルギヤ装置の効率レベルの影響を受ける。動力増強、エネルギ回生、および電気走行は、フロントアクスル、またはフロントアクスルおよびリアアクスルを介して可能であり、その場合に、これは、アクスルギヤ装置の効率レベルに従う。
図６および図７は、図５の代替案である２つの構成を示し、それぞれ２つではなく単一の電気機械Ｅ１が設けられている。これは、より単純な機械構造を可能にするが、もはやフロントアクスルにおいて電気による「可変トルク配分」を行うことはできない。図６によれば、電気機械Ｅ１は、フロントアクスル上で、これに平行に配置されているが、図７では、変速機Ｇとフロントアクスルのアクスルギヤ装置との間のシャフトに電気機械Ｅ１を配置することができる。これに関連して、さらには、アイドル通電をなくすことで省力化し、特定の動作範囲にわたってより良好な調整を行うために電気機械Ｅ１を切り離すことを目的として、電気機械Ｅ１と変速機Ｇとの間にクラッチを設けることが可能である。
Ｖ 内燃機関
Ｅ１、Ｅ２ 電気機械
Ｇ 変速機
ＧＥＷ 変速機入力シャフト

Claims (4)

  1. 後部搭載型内燃機関と、電気エネルギ蓄積装置と、エネルギ回生段階時に前記電気エネルギ蓄積装置を充電する発電機として、また、駆動段階時の、前記内燃機関に対する少なくとも補助駆動装置として設けられた少なくとも１つの電気機械とを有するハイブリッド車であって、前記内燃機関は、前記ハイブリッド車のリアアクスルを駆動し、前記電気機械または各電気機械は、前記リアアクスルから離れて、フロントアクスルに設けられ、
    前記少なくとも１つの電気機械は、前記ハイブリッド車の前記フロントアクスルに連結され、
    前記連結された電気機械は、アクスルギヤ装置を介して前記フロントアクスルに連結され、
    前記内燃機関は、前記ハイブリッド車の前記フロントアクスルに機械的に連結され、
    前記内燃機関は、第２の電気機械として、ピニオン、クランクシャフト、またはベルトで駆動されるスタータ／発電機を有する、ハイブリッド車。
  2. 後部搭載型内燃機関と、電気エネルギ蓄積装置と、エネルギ回生段階時に前記電気エネルギ蓄積装置を充電する発電機として、また、駆動段階時の、前記内燃機関に対する少なくとも補助駆動装置として設けられた少なくとも１つの電気機械とを有するハイブリッド車であって、前記内燃機関は、前記ハイブリッド車のリアアクスルを駆動し、前記電気機械または各電気機械は、前記リアアクスルから離れて、フロントアクスルに設けられ、
    前記少なくとも１つの電気機械は、変速機から離れて変速機入力シャフトに設けられ、
    前記変速機入力シャフトは、前記フロントアクスルまで延長され、クラッチおよびアクスルギヤ装置を介して前記フロントアクスルに機械的に連結される、ハイブリッド車。
  3. 独立した電気機械が、それぞれのクラッチを介して、前記フロントアクスルの各ホイールにそれぞれ割り当てられる、請求項２に記載のハイブリッド車。
  4. 前記電気機械または各電気機械と、連結された回転質量との間にクラッチが増設される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッド車。
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