JP6301837B2 - 自動車両用の３軸ハイブリッド変速機、及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱エンジン及び電動機を備える、自動車両用のハイブリッド変速機の分野に関する。

より具体的には、本発明の目標は、２つの同心の一次シャフトを備え、これらがそれぞれ、車両のホイールに接続された二次シャフト上で少なくとも１つの中間駆動装置を支持する、熱エンジン及び電気駆動機を備える自動車両用のハイブリッド変速機である。

ハイブリッド変速機の主たる目的は、車両の駆動のための運動力学的連鎖が、熱及び電気の２つのエネルギ源から利益を得ることを保証することであり、これら２つのエネルギ源のトルク寄与は、ハイブリッドモードとして知られるモードでは組み合わせることができ、又は電動機がパワートレインに一切のトルクを供給しない「純熱モード」若しくは熱エンジンがパワートレインに一切のトルクを供給しない「純電気」モードでは別個に使用できる。電動機をスタータとして利用して、静止時若しくは移動中に熱エンジンを起動できること、又はバッテリを充電する目的で電動機を電流生成器として使用できること等、その他の特徴も必要となる。

その最も単純な設計では、上で概説したようなハイブリッド変速機は、単一のギヤ減速比において、即ち従来の変速機のように複数の前進ギヤから利益を得ることができる必要なしに、必要な機能の全体を保証する。

特許文献１では、単純な遊星歯車列で基本的に構成された自動車両用のハイブリッド変速機が開示されており、この遊星歯車列の３つの出力、即ち遊星歯車キャリア、遊星歯車及びリング歯車は、熱エンジン、電動機及び車両のホイールに接続されている。熱エンジン、電動機及びトレインは同軸である。熱エンジンとトレインの遊星歯車との間には、フリーホイールが位置決めされる。これにより、特に、電動機及び車両を駆動する目的の電動機が生成する寄与を組み合わせることができ、２つの変速比を提供できる。しかしながら、純電気モードにおける中程度の速度での、典型的な都市での運転及び典型的な郊外での運転、並びに例えば純熱モードにおける高速度の、典型的な高速道路での運転等、特定の種類の運転に適合するための可能性は限られてしまう。

本発明は、電気モードにおける少なくとも２つの異なる比、熱モードにおける２つの異なる比、及び複数のハイブリッド比を提供するハイブリッド変速機を利用可能にすることを提案する。

この目的のために、本発明は、少なくとも３つの位置：
‐熱エンジンを、電動機をホイールに接続する運動力学的連鎖から連結解除するか、又は第２の二次シャフトを用いて運動力学的連鎖に連結する位置（位置１）；
‐電動機により生成された寄与を用いて又は用いずにホイールを駆動するために、熱エンジンの一次シャフトを第１の二次シャフトに連結する位置（位置２）；及び
‐熱エンジン及び電動機それぞれのトルクをホイールの方向に合算できるように、熱エンジンの一次シャフトを電動機の一次シャフトに連結する位置（位置３）
を占有できる、２つの一次シャフトの間を連結する第１の連結手段を提供する。

熱エンジンは好ましくは中実一次シャフトに接続され、電動機は中空一次シャフトに接続される。

第１の実施形態では、速度閾値に達するまで第２の連結手段を閉鎖することにより、電動機を２つの第１の電気比で単一の動力源として使用でき、この速度閾値に達したら、この第２の連結手段を開放することにより、及び第３の連結手段を介して熱エンジンをホイールに連結することにより、第３の熱比へのシフトが行われる。

第２の実施形態では、連続的に複数のハイブリッド比に変化させる前には、第１の電気比のみを使用し、このとき最初の２つの連結手段はロックされている。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照しながら、本発明の非限定的な実施形態に関する以下の説明を精読することで明確になるであろう。

図１は、ニュートラル位置における、本明細書で提案する変速機の構造図を示す。 図２は、「都市電気」比及びその逆の電気モードにおける発進及び運転に対応する。 図３は、「郊外電気」比の電気モードにおける運転に相当する。 図４は、バッテリ再充電モードに相当する。 図５は、「熱高速道路」比の熱モードにおける運転に相当する。 図６は、第１の「ハイブリッド高速道路」比のハイブリッドモードにおける運転に対応する。 図７は、「ハイブリッド都市ロー」モードにおける運転に相当する。 図８は、「ハイブリッド都市ハイ１」比における運転に相当する。 図９は、「ハイブリッド都市ハイ２」比における運転に相当する。 図１０は、「ハイブリッド郊外」比における運転に相当する。 図１１は、「ハイブリッドスポーツ」比における運転に相当する。 図１２は、「熱都市ハイ」として知られる別の熱モードにおける運転に相当する。

図示した変速機は、濾過システム２（ダンパーハブ、「ダンパー」、双対質量フライホイール等）で熱エンジン（図示せず）のフライホイール３に直接接続された中実一次シャフト１を含む。中実シャフト１は、ドッグ、シンクロナイザ又は他の種類の進歩的な又はそうでない連結等の第１の連結システム５（Ｃ１）によって中実シャフト１に接続可能な、アイドラピニオン４（第２のアイドラピニオンＲ２）を支持する。中空一次シャフト６を、好ましくは（ただし必須ではない）軸円盤状型の機械の種類の電動機７のロータに接続する。本発明の範囲内において、例えばラジアル機、耐久磁石若しくは励磁コイル機、又はリラクタンス機等、他の種類の電動機も使用できる。中空シャフト６は、第１及び第３の比のための２つの固定ピニオン８、９を支持する。中空シャフト６を、第１の連結システム５（Ｃ１）を用いて中実一次シャフト１に接続してよい。第１の二次シャフト１０は、第１及び第３のギヤのための２つのアイドラピニオン１２（ＲＩ）及び１１（Ｒ３）を、第２のギヤのための固定ピニオン１４を支持する。アイドラピニオン１１、１２を、ドッグ、シンクロナイザ又は他の種類の進歩的な又はそうでない連結等の第２の連結システム１３（Ｃ２）を用いて一次シャフトに接続できる。第１の二次シャフト１０はまた、車両のホイール（図示せず）に接続された差動装置１６へと続く固定された中間駆動装置１５も支持する。

図中の左側の端で、中実一次シャフト１は、第２の二次シャフト１９により支持される第４のギヤ１８（Ｒ４）のためのアイドラピニオンと係合して、第４のギヤのための固定ピニオン１７を支持する。第２の二次シャフト１９は同様に、第４のギヤのためのアイドラピニオン１８を第４のギヤに連結するための第３の連結手段２１（Ｃ３）を支持する。第２の二次シャフト１９の運動は、駆動ピニオン２２によって差動装置１６に伝達される。

第１の連結手段Ｃ１は、少なくとも３つの位置：
‐図１、２、３、５、１１では、熱エンジンを、電動機７をホイールに接続する運動力学的連鎖から連結解除するか、又は第２の二次シャフトを用いて運動力学的連鎖に連結する位置（位置１）。
‐図８、９、１２では、電動機により生成された寄与を用いて又は用いずにホイールを駆動するために、熱エンジンに接続された一次シャフトを、第１の二次シャフトに連結する位置（位置２）；及び
‐図４、６、７、１０では、熱エンジン及び電動機それぞれのトルクをホイールの方向に合算できるように、熱エンジンに接続された一次シャフトを、電動機に接続された一次シャフトに連結する位置（位置３）
を占有できる。

更に、熱エンジンは、高電圧トラクションバッテリを充電することによって電動機のエネルギ関連要求に応えることができる、交流発電機（図示せず）を駆動する。従って初期配置は、可逆電圧コンバータを用いてトラクションバッテリを車両の搭載バッテリに接続することを含む。別の解決策では、交流発電機を、電動機の供給バッテリに直接接続できる高電圧交流発電機とする。これらの提供により、搭載バッテリに再充電するための熱エンジン及び交流発電機は、電気モードにおける電動牽引機のエネルギ関連要求に応えることができる低コストの発電機を構成できる。

図１では、３つの連結手段Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が開放されている。

図２では、Ｃ１は開放されており（位置１）、このとき第１の二次シャフト１０に確実に第１のギヤ１２のアイドラピニオンを保持するように、Ｃ２が閉鎖されている。変速機は第１の比の電気モードであり、これは「電気都市」比として公知である。電動機により中空一次シャフトに供給されるトルクは、第１の固定ピニオンＲＩを介してアイドラピニオン１２へと伝わる。Ｃ２はピニオン１２とシャフト１０を回転可能に接続する。トルクは、駆動ピニオン１６を介して二次ラインから差動装置１６へと伝わる。

図３では、Ｃ１はまだ開放されており（位置１）、このとき第１の二次シャフト１０に確実に第３のギヤＲ３のアイドラピニオンを保持するように、Ｃ２は閉鎖されている。変速機は第３の比の電気モードであり、これは「電気郊外」比として公知である。電動機７により中空一次シャフト６に供給されるトルクは、第３のギヤ９用の固定ピニオンを介して第３のギヤＲ３用のアイドラピニオンへと伝わる。Ｃ１はピニオンＲ３とシャフト１０とを回転可能に接続する。トルクは、ピニオン１５を介して二次ラインから差動装置１６へと伝わる。

図４では、バッテリ再充電モードを図示する。位置３では、Ｃ１（５）のみが閉鎖されている。２つの一次シャフト１、６は共に強固に固定されており、熱エンジンは電動機を駆動し、発電機として機能させる。

図５では、変速機は第４の比の熱モードである。「熱高速」比として公知であるこの比では、Ｃ１は開放されている（位置１）。Ｃ３のみが閉鎖されている。熱エンジンにより供給されるトルクは、固定ピニオン１７及び第４のギヤのためのアイドラピニオンＲ４を介して第２の二次シャフト１９へと通過し、ピニオン２２を介してもう一度差動装置へと伝わる。

この状況に基づき、位置３においてＣ１が閉鎖されているために、電動機により生成された寄与を熱エンジンに付加することによって、ハイブリッドモードへとシフトできる。従って第４の比は、図６に示すように「ハイブリッド高速道路」比となる。

図示した図７は、この場合「ハイブリッド都市ロー」比となる、変速機の第１の比のハイブリッドモードである。Ｃ１は、２つの一次シャフト１、６を共に強固に固定できるよう、位置３において閉鎖されており；Ｃ２は第１の比（ピニオンＲＩ、１２）において閉鎖されている。従って、熱エンジン及び電動機のトルクが第１の比で合算される。

図８及び９は、図７の「ハイブリッド都市ロー」比から得られる、「ハイブリッド都市ハイ１」比及び「ハイブリッド都市ハイ２」比として公知である２つの中間ハイブリッドモードを示す。第１の比を電動機に係合された状態に維持することにより、熱エンジンは、位置２において第１の連結手段Ｃ１を介して第１の二次シャフト１０に連結される前に、第２の比に同期される。図８に示すように、これらのトルクを合算する。

Ｃ１の係合を解除することなく、Ｃ２の係合を解除することができ、これにより、Ｃ２を係合して電動機及び第１の二次シャフト１０を共に強固に固定する前に、電動機を第１の二次シャフト１０と同期できる。変速機がまだ第２の比であるため、図９の「ハイブリッド都市ハイ２」比にシフトされる。

図９に示すように、Ｃ１を位置３へと移動させることにより、無負荷条件下での熱エンジンの同期後、熱トルクと電気トルクとの合算により、「ハイブリッド郊外」として公知である図１０の状況における、第３の比へのシフトが行われる。

従って、電動機がシフト中に変速機を第３の比に維持できるようにすることで、図１１に示す第４の比のハイブリッドモードにシフトできる。これを実施するために、Ｃ１連結の係合を解除し（位置１に戻す）、次いで、無負荷条件下での熱エンジンの同期後、Ｃ３を閉鎖する。

図１０によると、Ｃ１が開放されると、Ｃ２を閉鎖された状態に保持しながらＣ３を閉鎖するために、図１１に示す「ハイブリッドスポーツ」比を係合でき、これにより図６の「ハイブリッド高速道路」比にシフトできる。

最後に、図１２は、「熱都市ハイ」として公知である第２の比の熱モードを示しており、ここではトルクがＲ２を介して第２のギヤ比へと伝わるように、Ｃ１のみが閉鎖される。

要約すると、第１の連結手段５の３つの位置、並びに第２の連結手段１３及び第３の連結手段の複合的な干渉により、少なくとも以下のモードを有する変速機が提供される：
‐「電気都市」及び「電気ロー」（図２及び３を参照）として公知である、変速機の最初の２つの比の電気モード；
‐それぞれ「熱都市ハイ」及び「熱高速道路」（図１２及び５を参照）として公知である、第２の比及び第４の比の熱モード；
‐「ハイブリッド都市ロー」（図７を参照）として公知である、第１の比のハイブリッドモード；
‐「ハイブリッド都市１」及び「ハイブリッド都市２」（図８及び９を参照）として公知である、第２の比の２つのハイブリッドモード；
‐「ハイブリッド郊外」（図１０を参照）として公知である、第３の比のハイブリッドモード、並びに「ハイブリッド高速道路」（図６を参照）及び「ハイブリッドスポーツ」（図１１を参照）として公知である、第４の比のハイブリッドモード；
‐バッテリ再充電モード（図４を参照）。

上述の変速機は、使用者が都市における若しくは日常の運転のために主として電気モードを優先することを望むか、又は自律性を向上させるためにハイブリッドモードを更に利用することを望むかに応じて、「毎週使用」及び「ハイブリッド使用」として公知である２つの動作シーケンスにより制御される場合に、特に有利な応用を見出す。これらの使用モードを、上述の変速機を制御するための特に有利な（ただし非限定的な）方法として以下に説明する。

「毎週使用」は、「熱高速道路モード」及び場合によっては「ハイブリッド高速道路モード」に関連する「電気都市」及び「電気郊外」の２つの電気比を優先させる。この２つの電気比は従って、速度閾値に達するまで、第１のギヤ又は第３のギヤのためのピニオンにおいてＣ２を閉鎖することにより使用され、この速度閾値に達したら、Ｃ２を開放することにより、及びＣ３により熱エンジンをホイールに連結することにより、熱モードの第４の比にシフトする。第４の比では、Ｃ３の閉鎖により熱エンジンをホイールに連結し、同時にＣ２により２つの一次シャフトを連結することにより、ハイブリッド比を得ることができる。

「ハイブリッド使用」は、特にトルク下でのシフトのために、中間熱比（第２の比）により拡張される。連続的に複数のハイブリッド比にシフトする前に、最初の２つの連結手段Ｃ１及びＣ２が関連する１つの電気比のみを（第１のギヤのピニオンにおいて）使用する。電気モードを離れる時に用いる第１のハイブリッド比は、図７の「ハイブリッド都市ロー」モードである。中空一次シャフトを第１の二次シャフトに連結することにより、同一のＣ２閉鎖位置において、図８の第１の「ハイブリッド都市ハイ」比（ハイブリッド都市ハイ１）及び第２の比（図９）にシフトできる。Ｃ１の係合を解除すると、Ｃ２がＲIに係合するか又はＲ３に係合するかに応じて、２つの「ハイブリッド都市ハイ」比１及び２から利益を得ることができる。図１０の「ハイブリッド郊外」比は、Ｃ１によって２つの一次シャフトを第３の比に連結することにより得られる。上で示唆したように、ハイブリッド高速道路モード（図６）へのシフトは、図１１の「ハイブリッドスポーツ」比の中間段階を通過することにより実行される。

本発明により、ハイブリッド比間のギヤのシフトは、トルク下で実行される。特に、「ハイブリッド使用」シーケンスの全体は、熱エンジン又は電動機モータによって各シフト中のトラクションを維持することによって、中断することなく実行される。これは「ハイブリッド都市ロー」と「ハイブリッド都市１及び２」、「ハイブリッド都市ハイ２」、「ハイブリッドスポーツ」と「ハイブリッド高速道路」との間のアップシフト及びダウンシフトの場合である。

Claims (14)

1. 熱エンジン及び電気駆動機（７）を備える自動車両用の、ツインクラッチ式の変速機を除く、ハイブリッド変速機であって、前記ハイブリッド変速機は、前記熱エンジン及び前記電気駆動機（７）にそれぞれ接続された２つの同心の一次シャフト（１、６）を備え、各前記一次シャフト（１、６）は、差動装置（１６）を介して前記車両のホイールに接続された第１の二次シャフト（１０）及び前記一次シャフトの運動を前記差動装置（１６）に伝達する第２の二次シャフト（１９）上で少なくとも１つの中間駆動装置（４、８、９）を支持する、ハイブリッド変速機において、少なくとも３つの位置：
   ‐前記熱エンジンを、前記電気駆動機（７）をホイールに接続する運動力学的連鎖から連結解除するか、又は前記第２の二次シャフトを用いて前記運動力学的連鎖に連結する位置（位置１）；
   ‐前記電気駆動機（７）により生成された寄与を用いて又は用いずに前記ホイールを駆動するために、前記熱エンジンに接続された前記一次シャフト（１）を、前記第１の二次シャフト（１０）に連結する位置（位置２）；及び
   ‐前記熱エンジンのトルクと前記電気駆動機（７）のトルクを前記ホイールの方向に合算できるように、前記熱エンジンに接続された前記一次シャフト（１）を、前記電気駆動機（７）に接続された前記一次シャフト（６）に連結する位置（位置３）
   を占有できる、前記２つの一次シャフト（１、６）間を連結する第１の連結手段（Ｃ１）が提供されることを特徴とする、ハイブリッド変速機。
2. 前記熱エンジンは中実一次シャフト（１）に接続されること、及び前記電気駆動機（７）は中空一次シャフト（６）に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド変速機。
3. 前記第１の二次シャフト（１０）は第２の連結手段（Ｃ２）を支持し、それにより、前記中空一次シャフト（６）の２つの前記中間駆動装置（８、９）のうちの一方又は他方が前記第１の二次シャフト（１０）のアイドラピニオン（１２、１１）に連結可能になることを特徴とする、請求項２に記載のハイブリッド変速機。
4. 前記第２の二次シャフト（１９）は第３の連結手段（Ｃ３）を支持し、それにより、前記中実一次シャフト（１）が前記第２の二次シャフト（１９）に連結可能になることを特徴とする、請求項３に記載のハイブリッド変速機。
5. 前記第１の連結手段（Ｃ１）の前記３つの位置、並びに前記第２の連結手段（Ｃ２）及び前記第３の連結手段（Ｃ３）の複合的な干渉が、少なくとも：
   ‐２つの比の電気モード；
   ‐第２の比及び第４の比の熱モード；
   ‐３つの比のハイブリッドモード
   を提供することを特徴とする、請求項４に記載のハイブリッド変速機。
6. 前記熱エンジンは、高電圧トラクションバッテリを充電することによって前記電気駆動機（７）のエネルギ関連要求に応えることができる、交流発電機を駆動することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のハイブリッド変速機。
7. 前記トラクションバッテリは、可逆電圧コンバータを用いて前記車両の搭載バッテリに接続されることを特徴とする、請求項６に記載のハイブリッド変速機。
8. 前記交流発電機は、前記電気駆動機（７）の供給バッテリに直接接続可能な高電圧交流発電機であることを特徴とする、請求項６に記載のハイブリッド変速機。
9. 前記電気駆動機（７）は、速度閾値に達するまで第２の連結手段（Ｃ２）を閉鎖することにより、２つの電気比において単一の動力源として使用され、前記速度閾値に達したら、前記第２の連結手段（Ｃ２）を開放することにより、及び第３の連結手段（Ｃ３）を介して熱エンジンをホイールに連結することにより、熱比へのシフトが行われることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のハイブリッド変速機のための制御方法。
10. 前記第３の連結手段（Ｃ３）を閉鎖することによって、前記熱エンジンを前記ホイールに連結された状態に維持したまま、前記第２の連結手段（Ｃ２）によって２つの一次シャフトを連結することによって、ハイブリッド比が利用可能となることを特徴とする、請求項９に記載の制御方法。
11. 複数のハイブリッド比に連続的に変化させる前には、１つの電気比のみを使用し、このとき最初の２つの連結手段（Ｃ１、Ｃ２）が閉鎖されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のハイブリッド変速機のための制御方法。
12. ２つの前記一次シャフトが連結されているかどうか、又は中空一次シャフトが第１の二次シャフトに連結されているかどうかに応じて、前記第２の連結手段（Ｃ２）の閉鎖と同じ位置で、２つのハイブリッド比を得ることができることを特徴とする、請求項１１に記載の制御方法。
13. 前記第２の連結手段（Ｃ２）が、前記第１の二次シャフト上で、前記中空一次シャフトの２つの中間駆動装置の一方又は他方を前記第１の二次シャフトと連結しているかどうかに応じて、前記第１の連結手段（Ｃ１）の閉鎖と同じ位置で、２つの異なるハイブリッド比を得ることができることを特徴とする、請求項１２に記載の制御方法。
14. 前記ハイブリッド比間のギヤの変化は、前記熱エンジン又は前記電気駆動機（７）のいずれかによって各シフト中にトラクションを維持することにより前記トルクの中断なしに実行されることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の制御方法。

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