JP7011754B2

JP7011754B2 - ハイブリッド車輛用トランスミッション及びパワーシステム

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Publication number: JP7011754B2
Application number: JP2021512502A
Authority: JP
Inventors: 偉乾謝; 林祝
Original assignee: Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Ningbo Shangzhongxia Automatic Transmission Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Ningbo Shangzhongxia Automatic Transmission Co Ltd
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2039-03-14
Also published as: EP3848215A1; US11391348B2; EP3848215B1; EP3848215A4; US20210199179A1; WO2020048105A1; JP2021528617A

Description

本発明は、ハイブリッド車輛の分野に関し、特に、ハイブリッド車輛に用いられるトランスミッション及びパワーシステムに関する。

現在、車輛のパワー源として油電ハイブリッドパワーを採用することは、車輌の発展傾向になりつつある。ハイブリッド自動車には、通常、従来のエンジンよりも排気量の小さいエンジンと1つまたは２つのモーターとが設けられている。一般に、低速状態で走行（例えば都市路面）したり、頻繁に始動する必要があったりする場合は、モーターのみで車輛を駆動することができる。高速走行が必要な場合は、省エネルギー化を図るために、エンジンのみで車輛を駆動することができる。従来、油電ハイブリッド自動車のハイブリッド方式には、主に直列、並列、及びハイブリッドとの３つの方式が含まれる。

従来のハイブリッド車輛におけるパワーシステムの構成は、単一であり、適応性に劣る。

本発明の1つの目的は、構造が簡単で適応性の高いハイブリッド車輛用トランスミッションを提供することである。

本発明のさらなる目的は、トランスミッションに大きな減速比を提供させ、モーターの小型化を図り、車輛の加速性能を向上させることにある。

本発明の他のさらなる目的は、ハイブリッド車輛のパワーシステムを簡素化にし、大きな減速比を提供し、モーターのサイズを効果的に縮小させたり、車輛の加速性能を向上させたりすることである。

一方、本発明に係るハイブリッド車輛用トランスミッションは、第１遊星歯車機構、入力シャフト、第１クラッチ、第２クラッチ及びブレーキをトランスミッションのケース内に備え、
第１遊星歯車機構は、第１サンギア、第１遊星ギア、第１リングギア及び第１プラネットキャリアを含み、第１サンギアは、入力シャフトに従って回転するように入力シャフト上に設けられ、出力部材として第１リングギアまたは第１プラネットキャリアとトランスミッションの出力ギアとが伝動的に連結され、
ここで、第１リングギアと第１プラネットキャリアとの２つの部材の一方の部材が出力ギアに伝動的に連結されるときに、他方の部材がブレーキを介してトランスミッションのケースに連結され、第２クラッチは、ブレーキが解除された場合、出力部材の回転数が入力シャフトの回転数と等しくなるように、係合される。

本発明の一態様では、第１リングギアが出力ギアに伝動的に連結されるときに、第１プラネットキャリアとパワーシステムのケースとの間にブレーキが設けられ、第１リングギアと入力シャフトとの間、または第１リングギアと第１プラネットキャリアとの間に第２クラッチが配置され、ここで、ブレーキがかけられ且つ第２クラッチが切断されると、パワーシステムの第１変速段が実現され、第２クラッチが係合され且つブレーキが解除されると、パワーシステムの第２変速段は実現される。

本発明の一態様では、第１プラネットキャリアが出力ギアに伝動的に連結されるときに、第１リングギアとパワーシステムのケースとの間にブレーキが配置され、入力シャフトと第１プラネットキャリアとの間、または入力シャフトと第１リングギアとの間に第２クラッチが配置され、ここで、ブレーキがかけられ且つ第２クラッチが切断されると、パワーシステムの第１変速段が実現され、第２クラッチが係合され且つブレーキが解除されると、パワーシステムの第２変速段は実現される。

一方、本発明に係るハイブリッド車輛用パワーシステムは、エンジンと、第１モーターと、第２モーターと、第１遊星歯車機構と、入力シャフトと、第１クラッチと、第２クラッチと、ブレーキとを備え、
エンジンは、第１モーターと連結され、第１クラッチは、第１モーターと入力シャフトとの間のパワーを遮断又は伝達するように第１モーターと入力シャフトとの間に配置され、第２モーターは、入力シャフトに伝動的に連結されて入力シャフトを回転させるように駆動し、
第１遊星歯車機構は、第１サンギアと、第１グループの遊星ギアと、第１リングギアと、第１プラネットキャリアとを含み、第１サンギアは、入力シャフトに従って回転するように入力シャフトに設けられており、出力部材として第１リングギアまたは第１プラネットキャリアがパワーシステムの出力ギアと伝動的に連結され、
ここで、第１リングギアと第１プラネットキャリアとの２つの部材の一方の部材が出力ギアに伝動的に連結されるときに、他方の部材がブレーキを介してパワーシステムのケースに連結され、第２クラッチは、ブレーキが解除された場合、出力部材の回転数が入力シャフトの回転数と等しくなるように、係合される。

本発明の一態様では、出力ギアに第１リングギアが伝動的に連結されたときに、第１プラネットキャリアとパワーシステムのケースとの間にブレーキが配置され、第１リングギアと入力シャフトとの間、または第１リングギアと第１プラネットキャリアとの間に第２クラッチが配置され、ここで、ブレーキがかけられ且つ第２クラッチが切断されると、パワーシステムの第１変速段が実現され、第２クラッチが係合され且つブレーキが解除されると、パワーシステムの第２変速段は実現される。

本発明の一態様では、第１プラネットキャリアが出力ギアに伝動的に連結されたときに、第１リングギアとパワーシステムのケースとの間にブレーキが配置され、入力シャフトと第１プラネットキャリアとの間、または入力シャフトと第１リングギアとの間に第２クラッチが配置され、ここで、ブレーキがかけられ且つ第２クラッチが切断されると、パワーシステムの第１変速段が実現され、第２クラッチが係合され且つブレーキが解除されると、パワーシステムの第２変速段は実現される。

本発明の一態様では、第２モーターは、第２遊星歯車機構を介して入力シャフトに連結され、第２遊星歯車機構は、第２サンギアと、少なくとも1つグループの遊星ギアと、第２リングギアと、第２プラネットキャリアとを含む。

本発明の一態様では、第２サンギア、第２リングギア、または第２プラネットキャリアとの３つの部材の何れか１つがパワーシステムのケースに対して固定され、第２モーターの第２回転子が一方の非固定部材とパワーが与えられるように伝動的に連結され、他方の非固定部材は入力シャフトが駆動されるように入力シャフトと伝動的に連結される。

また、本発明に係るハイブリッド車輛に用いられるトランスミッションは、第１遊星歯車機構、第２遊星歯車機構、入力シャフト、第２クラッチ、第１ブレーキ及び第２ブレーキを備え、
第１遊星歯車機構は、第１サンギア、第１グループの遊星ギア、第１リングギア及び第１プラネットキャリアとを含み、第１サンギアは、入力シャフトとともに回転するように入力シャフト上に設けられており、
第２遊星歯車機構は、第２サンギア、第２グループの遊星ギア、第２リングギア及び第２プラネットキャリアを含み、第２サンギアは、入力シャフトと別体であり、第２リングギアは、第１プラネットキャリアに固定的に連結されてトランスミッションが出力したパワーを伝達するために用いられ、第１リングギアは、第２プラネットキャリアに固定的に連結され、
第１ブレーキは、第１プラネットキャリアとトランスミッションのケースとの間に設けられ、第２ブレーキは、第２サンギアとトランスミッションのケースとの間に設けられ、第２クラッチは、第２サンギアと入力シャフトとの間に設けられる。

さらに、本発明に係るハイブリッド車輛用パワーシステムは、エンジンと、第１モーターと、第２モーターと、第１遊星歯車機構と、第２遊星歯車機構と、入力シャフトと、第１クラッチと、第２クラッチと、第１ブレーキと、第２ブレーキとを備え、
エンジンは、第１モーターと連結されており、第１クラッチは、第１モーターと入力シャフトとの間に設けられ、エンジン及び／又は第１モーターと入力シャフトとの間のパワーは、第１クラッチにより遮断される又は伝達されることになり、第２モーターは、入力シャフトと伝動的に連結されて、入力シャフトを回転させるように駆動し、
第１遊星歯車機構は、第１サンギア、第１グループの遊星ギア、第１リングギア及び第１プラネットキャリアを含み、第１サンギアは、入力シャフトとともに回転するように入力シャフト上に設けられており、
第２遊星歯車機構は、第２サンギア、第２グループの遊星ギア、第２リングギア及び第２プラネットキャリアを含み、第２サンギアは、入力シャフトと別体であり、第２リングギアは、第１プラネットキャリアに固定的に連結されてパワーシステムから出力するパワーを伝達するために用いられ、第１リングギアは、第２プラネットキャリアに固定的に連結され、
第１プラネットキャリアとパワーシステムのケースとの間には、第１ブレーキが設けられ、第２サンギアとパワーシステムのケースとの間には、第２ブレーキが設けられ、第２サンギアと入力シャフトとの間には、第２クラッチが設けられる。

好ましくは、第２モーターは、第３遊星歯車機構を介して入力シャフトに連結され、第３遊星歯車機構は、第３サンギアと、少なくとも1つグループの遊星ギアと、第３リングギアと、第３プラネットキャリアとを含む。

本発明に係るトランスミッション及びパワーシステムは、出力部材として、第１リングギア又は第１プラネットキャリアとトランスミッションの出力ギアとが伝動的に連結されることで、第１リングギアと第１プラネットキャリアとの２つの部材の一方の部材が出力ギアに伝動的に連結されるときに、他方の部材がブレーキを介してトランスミッションのケースに連結される。第２クラッチは、ブレーキが解除された場合、出力部材の回転数が入力シャフトの回転数と等しくなるように係合される。上記のトランスミッション及びパワーシステムは、コンパクトに構成され、動作が安定し、ハイブリッド車輛の加速性能を効果的に向上させることができる。

さらに、本発明に係る第２モーターと入力シャフトは、遊星歯車機構によって連結されており、大きな減速比を提供することができ、モーターのサイズを効果的に縮小したり、車輛の加速性能をさらに向上させたりすることができる。

本発明の具体的な実施例について、以下に図面を参照しながら詳細に説明することで、当業者は、本発明の上記及びその他の目的、利点及び特徴をより明確にする。

本発明の第１実施形態によるパワーシステムの概略構成図である。本発明の第２実施形態によるパワーシステムの概略構成図である。本発明の第３実施形態によるパワーシステムの概略構成図である。本発明の第４実施形態によるパワーシステムの概略構成図である。本発明の第５実施形態によるパワーシステムの概略構成図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の幾つかの具体的な実施形態を、限定ではなく例示的に詳細に説明する。図面中の同一の符号は同一または類似の部品または部分を示す。当業者は、これらの図面が必ずしも比例して描かれていないことを理解すべきである。

以下、図１～図５を参照しながら、本発明の実施形態に係るトランスミッション及びパワーシステム１００について説明する。

図１～図４は、第１遊星歯車機構４と、入力シャフト６と、第１クラッチ７と、第２クラッチ９と、ブレーキ８と、をケース内に備えたハイブリッド車輛用トランスミッションを示している。第１遊星歯車機構４は、第１サンギア４１、第１グループの遊星ギア４２、第１リングギア４４、及び第１プラネットキャリア４３を含む。第１サンギア４１は、入力シャフト６に従って回転するように入力シャフト６に設けられる。出力部材として、第１リングギア４４または第１プラネットキャリア４３とトランスミッションの出力ギア１４とが伝動的に連結される。ここで、第１グループの遊星ギア４２は、1つの遊星ギアを含んでもよいし、複数の遊星ギアを含んでもよい。第１リングギア４４と第１プラネットキャリア４３との２つの部材の一方の部材が出力ギア１４に伝動的に連結されると、他方の部材がブレーキ８を介してトランスミッションのケースに連結される。第２クラッチ９は、ブレーキ８が解除された場合、出力部材の回転数が入力シャフト６の回転数と等しくなるように係合される。

トランスミッションは、第１モーター２、第２モーター３及びエンジン等とパワーシステム１００を構成することができる。具体的には、パワーシステム１００は、エンジン１と、第１モーター２と、第２モーター３と、第１遊星歯車機構４と、入力シャフト６と、第１クラッチ７と、第２クラッチ９と、ブレーキ８とを備えている。好ましくは、第１モーター２は統合スタータージェネレーター（ＩＳＧモーター）であり、第２モーター３は大電力駆動モーター（ＴＭモーター）である。第１クラッチ７、第２クラッチ９及びブレーキ８は、本発明のパワーシステム１００によるパワーの伝達及び遮断を実現するためのものである。エンジン１、第１モーター２及び第２モーター３は、同軸に配置されてもよいし、偏って配置されてもよい。

エンジン１は、第１モーター２と連結されており、エンジン１のクランクシャフトは、ダンパーを介して第１モーター２の回転子と連結されている。第１クラッチ７は、第１モーター２と入力シャフト６との間に設けられ、第１モーター２と入力シャフト６との間のパワーを切断又は伝達する。第１モーター２は、発電と駆動との２つの機能を有し、その構成及び動作原理は、複数の関連出願において詳細に記載されているので、その説明は省略する。エンジン１を第１モーター２に直接連結する。第１モーター２は、エンジン１を始動できる。エンジン１は、第１モーター２を直接駆動して高効率的に発電させる。第１モーター２の電気エネルギーがエンジンに直接転送されるので、電気エネルギー－化学エネルギーの変換損失は低減される。

第２モーター３は、入力シャフト６と伝動的に連結され、入力シャフト６を回転させるように駆動する。第２モーター３は、第１モーター２として、車輛のブレーキングエネルギーを回収するために用いられてもよい。歯車伝動精度を向上させ、ＮＶＨ性能を向上させるためには、３つの原動機を同軸に配置することが好ましい。差動装置１２を除いて、トランスミッション全体は２つのシャフトのみを有する。さらに、エンジン１と第２モーター３とを第１クラッチ７によって連結する。第２モーター３が単独で駆動すると、そのクラッチが解除され、エンジン１の引っ張り力が第２モーター３の駆動を阻害することなく、モーター駆動効率が向上する。

第１遊星歯車機構４は、第１サンギア４１と、第１グループの遊星ギア４２と、第１リングギア４４と、第１プラネットキャリア４３とを含む。第１サンギア４１は、入力シャフト６に従って回転するように入力シャフト６に配置される。具体的には、第１サンギア４１は、入力シャフト６にスプライン連結方法によって連結されてもよい。第１リングギア４４または第１プラネットキャリア４３とパワーシステム１００の出力ギア１４とが伝動的に連結されて、出力子とされている。第１リングギア４４と第１プラネットキャリア４３との２つの部材の一方の部材が出力ギア１４に伝動的に連結されると、他方の部材がブレーキ８によってパワーシステム１００のケースに連結される。ブレーキ８をかけることによって当該部材とケースとを相対的に静止状態に保持することができる。第２クラッチ９は、ブレーキ８が解除された場合、出力部材の回転数が入力シャフト６の回転数と等しくなるように、係合される。

より大きな減速比を求めるためには、第２モーター３と第２遊星歯車機構５との間で異なる締結方式を採用可能である。１つの好ましい実施例では、第２遊星歯車機構５は、第２サンギア５１と、第２グループの遊星ギア５３と、第２リングギア５４と、第２プラネットキャリア５２とを含む。第２サンギア５１、第２リングギア５４、または第２プラネットキャリア５２との３つの部材の何れかがパワーシステム１００のケースに対して固定され、第２モーター３の第２回転子は、一方の非固定部材とパワーが与えられるように伝動的に連結され、他方の非固定部材は、入力シャフト６に伝動的に連結されて入力シャフト６を駆動する。

ある具体的な実施例では、第２サンギア５１が第２モーター３の回転子に固定されて回転子と共に回転し、第２サンギア５１の外側歯車が第３グループの遊星ギアの外側歯車と互いに噛み合い、第２プラネットキャリア５２がケースに固定され、第２グループの遊星ギアの外側歯車が第２リングギア５４の内側歯車と噛み合い、第２リングギア５４が入力シャフト６に連結され、第２モーター３が第２リングギア５４を介して入力シャフト６にパワーを伝達する。この構成は、第２モーター３のパワーが小さく、スペースが小さく、回転数が高いハイブリッド自動車に適用される。第２モーター３のパワーが大きく、バッテリパワーも大きいプラグインハイブリッド自動車であれば、第２モーター３の第２遊星歯車機構５を省略でき、コストを節約することができる。

もちろん、ハイブリッド車輛のパワーシステム１００は、エンジン１と第１モーター２との間のダンパ、車輪が曲がる際の異なる速度を実現する差動装置１２、車輪を駆動する駆動車軸及び車輛を走行させる車輪などをさらに備えることが当業者は理解できる。本発明のパワーシステム１００は、上述の部品と従来通りに直接連結されて、車輛の運行が実現可能であり、これらは本発明の技術提案の要点ではなく、当業者にとっても周知の技術であるため、本明細書において詳しい説明を省略する。本発明のパワーシステム１００の各要素の具体的な連結方式及び動作原理については、後に詳しく説明することとする。

本発明のトランスミッション及びパワーシステム１００は、出力部材として第１リングギア４４または第１プラネットキャリア４３とトランスミッションの出力ギア１４とが伝動的に連結されることで、第１リングギア４４と第１プラネットキャリア４３との２つの部材の一方が出力ギア１４に伝動的に連結されると、他方がブレーキ８を介してトランスミッションのケースに連結される。第２クラッチ９は、ブレーキ８が解除された場合、出力部材の回転数が入力シャフト６の回転数と等しくなるように係合される。上記のトランスミッション及びパワーシステム１００は、コンパクトに構成され、動作が安定し、ハイブリッド車輛の加速性能を効果的に向上させることができる。

以下に本発明の幾つかの実施例について具体的に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の第１実施形態によるパワーシステム１００の概略構成図である。図１に示すように、出力ギア１４に第１リングギア４４が伝動的に連結される場合、第１プラネットキャリア４３とパワーシステム１００のケースとの間にはブレーキ８が設けられ、第１リングギア４４と入力シャフト６との間には第２クラッチ９が設けられている。ここで、ブレーキ８がかけられ且つ第２クラッチ９が切断されると、パワーシステム１００の第１変速段は実現される。第２クラッチ９が係合され且つブレーキ８が切断されると、パワーシステム１００の第２変速段は実現される。

具体的には、エンジン１のクランクシャフトは、ダンパーを介して第１モーター２の回転子に連結されている。当該第１モーター２の回転子は、第１クラッチ７を介して入力シャフト６に連結されている。第１遊星歯車機構４の第１サンギア４１は、入力シャフト６と固定されている。第１プラネットキャリア４３の一方側はブレーキ８のドラムに連結されており、ブレーキ８をかけると、第１プラネットキャリア４３を制動することができる。第２クラッチ９が係合し、ブレーキ８が切断されると、入力シャフト６と第１リングギア４４とが連結され、伝達比が１となる。第１リングギア４４は、パワーを出力するためのものであり、それと一体に固定された出力ギア１４は中間シャフト１１における従動輪と噛み合って、第１遊星歯車機構４が受けた入力パワーを変速して中間シャフト１１に伝達する。第２モーター３の回転子は、第２遊星歯車機構５の第２サンギア５１に連結されている。第２遊星歯車機構５の第２リングギア５４は、トランスミッションのケースに固定されている。第２遊星歯車機構５の出力部材は、第２プラネットキャリア５２である。第２遊星歯車機構５は、駆動モーターの速度を変更して入力シャフト６に転送し、第１遊星歯車機構４を介してさらに入力速度をシフトして中間シャフト１１に転送する。中間シャフト１１におけるメイン減速ギアは、差動装置１２におけるデフギアリング１７を再駆動し、エンジン１とモーターとの駆動電力を半軸に伝達し、車両の動きを駆動する。

本発明は、エンジン１、第１モーター２及び第２モーター３という３つの原動機を有する。第１モーター２は、エンジン１を始動するモーターとして用いられてもよい。第２モーター３は、発電モーターとして車輛の慣性エネルギーを回収することもできる。歯車の伝動精度を向上させ、ＮＶＨ性能を向上させるために、３つの原動機が同軸に配置されてもよい。差動装置１２を除いて、トランスミッション全体が２つのシャフトのみで構成される。

本実施形態に係るパワーシステム１００は、以下の常用機能を実現することができる。

１）エンジン１の始動及び充電

エンジン１のクランクシャフトが第１モーター２の回転子に直接連結されるため、第１モーター２が回動すれば、エンジン１は始動されることになる。逆に、エンジン１が作動すれば、第１モーター２は連動してバッテリを充電することになる。エンジン１の主な機能が発電であり、且つ第１モーター２の回転数が常にエンジン１と一致していることから、エンジン１と第１モーター２との高効率回転エリアを一致するように設計すべきである。

２）エンジン１は独立して駆動する

エンジン１が作動しているときに、クラッチを係合して、エンジン１の動力の全部または一部を入力シャフト６に伝達することができる。ブレーキ８をかけると入、入力シャフト６における第１サンギア４１が第１遊星歯車機構４を介して第１リングギア４４を駆動する。第１遊星歯車機構４は2列遊星歯車機構であり、２列遊星歯車機構として第１サンギア４１と第１リングギア４４との回転方向を一致させるために用いられる。第１リングギア４４における出力ギア１４は、中間シャフト１１における受動ギア１５と噛み合い、エンジン１のパワーを中間シャフト１１に伝達する。中間シャフト１１におけるドライブギア１６と差動装置１２におけるデフリングギア１７とが噛み合って、半軸が駆動されて車輪を回転させる。また、エンジン１が単独で駆動する場合は、特定の電力を割り当てて、第１モーター２を介して電池を充電することもできる。車輛の走行状況に応じて、エンジン１の残りのパワーを第１モーター２に分配して燃料経済性を向上させることができる。フルスロットルでは、第１モーター２のトルクを０に制御して、エンジン１のすべての動力をドライブシャフトに分配して、発進時の車両の加速度を確保することができる。

本実施形態では、車速が高い場合、ブレーキ８を解除して第２クラッチ９を結合し、第１遊星歯車機構４の速比は、１速の３左右から２速１の１まで低下する。車速が高い場合、ブレーキ８を解除して第２クラッチ９を係合すると、第１遊星歯車機構４の速度比は第１変速段の３ほどから第２変速段の１まで低下する。第１変速段の総速度比が９であれば、第２変速段の速度比は３になり、高速クルーズや高効率発電に使用されるのがちょうどよい。

３）モーターが単独で駆動する

第２クラッチ９を解除して、第２モーター３を始動する。第２遊星歯車機構５では、第２リングギア５４が固定され、第２モーター３の回転子が第２サンギア５１を動かして回転させる。このとき、第２プラネットキャリア５２の出力速度は、次式のように低下する。

ｎｓ／ｎｃ＝１＋α１

式中において、ｎｓは、第２サンギア５１、即ち第２モーター３の回転子の回転数であり、ｎｃは、第２プラネットキャリア５２の出力速度であり、α１は、第２リングギア５４と第２サンギア５１とのギア比率である。

一般的に、α１値は、２～３の間に設定されている。公式から分かるように、第２遊星歯車機構５は、第２モーター３の速度を約３倍低減させ、即ちトルクを３倍増加させて、モーターのサイズを効果的に縮小したり、車輛の加速性能を向上させたりした。

異なる減速比が要求される場合に、第２遊星歯車機構５は、異なる締結方式を採用可能である。第２リングギア５４、第２サンギア５１または第２プラネットキャリア５２に回転子を連結して出力する。

４）エンジン１とモーターとは同時に駆動する

第２モーター３とエンジン１とを同時に始動し、第２クラッチ９を係合し、エンジン１のトルクから第１モーター２をドラッグするトルクを差し引いた後に、第２クラッチ９を介して入力シャフト６に伝達される。第２モーター３のトルクは、遊星歯車機構によって増幅されて入力シャフト６にも重畳される。第１モーター２のトルクを０に制御すると、最大入力トルク（入力シャフト６において）は、次のようになる。

Ｔ_ｉｎ＝Ｔ_ｅ＋α_１＊Ｔ_Ｐ３

式中において、Ｔ_ｅは、エンジン１の出力トルクであり、Ｔ_Ｐ３は、第２モーター３の出力トルクであり、Ｔ_ｉｎは、入力トルクである。このトルクは、普通のエンジン１の出力トルクの２倍に相当するので、自動車の良好な加速性能を保証することができる。

５）ギアチェンジ

エンジン１が作動するときに、第１クラッチ７を係合し、ブレーキ８をかけると、第１クラッチ７を介してエンジン１のトルクが入力シャフト６に伝達される。第１遊星歯車機構４の第１サンギア４１は入力ギアであり、第１リングギア４４は出力ギアであり、２列遊星歯車機構の速度比はα_２である。α_２は、第１リングギア４４と第１サンギア４１とのギア比率である。一般的に、α_２の値は、２～３の間に位置する。

速度が設定値よりも高い場合、ブレーキ８が解放され、第２クラッチ９が係合され、第１遊星歯車機構４の第１サンギア４１が第１プラネットキャリア４３と同速で回転し、遊星歯車機構の速度比が１まで低下する。ギアペアである出力ギア１４と受動ギア１５、及びドライブギア１６とデフリングギア１７の速度比の積がｉｄである場合、ａ＝Ｚ４６／Ｚ４５（受動歯車１５と出力歯車１４とのギア比率、Ｚが噛み合い歯車の歯数を表す）であり、ｂ＝Ｚ４９／Ｚ４８（デフギアリング１７とドライブギア１６とのギア比率、Ｚが噛み合い歯車の歯数を表す）と仮定すると、両者の積はｉｄとなり、ｉｄ＝ａ＊ｂであり、車輛を駆動して高速クルーズ又は高効率発電させるのに好適である。第１変速段の総速度比は、ｉｄα_２であり、モーターの発進や加速をアシストすることができる。

第２モーター３が作動するときに、ブレーキ８をかけるだけで第１変速段の速度比が実現される。第１変速段の総速度比は、ｉｄ_α２α_１である。車速が高い場合、ブレーキ８を解除し、第２クラッチ９を係合し、第１遊星歯車機構４の速度比は、１となる。第２変速段の総速度比は、ｉｄα_１である。

６）車輛ブレーキングエネルギーの回収

車両が減速してブレーキングしているときに、ブレーキ８は、かけられ、車輛の慣性は、差動装置１２及び中間シャフト１１を介して、第１リングギア４４、第１サンギア４１、入力シャフト６、プラネットキャリア、第２サンギア５１及びモーターの回転子を動かして発電させて、ブレーキングエネルギーの回収を実現する。

以上のように、本実施形態に係るパワーシステム１００は、少なくとも以下の表に示す幾つかの動作モードを実現できる。

［実施形態２］
図２は、本発明の第２実施形態によるパワーシステム１００の概略構成図である。図２に示すように、出力ギア１４に第１リングギア４４が伝動的に連結される場合、第１プラネットキャリア４３とパワーシステム１００のケースとの間にはブレーキ８が設けられ、第１リングギア４４と第１プラネットキャリア４３との間には第２クラッチ９が設けられている。ここで、ブレーキ８がかけられ且つ第２クラッチ９が切断されると、パワーシステム１００の第１変速段は実現され、第２クラッチ９が係合され且つブレーキ８が解除されると、パワーシステム１００の第２変速段は実現される。

本実施形態におけるパワーシステム１００の動作原理は、実施形態１におけるパワーシステム１００の動作原理とほぼ同じであるが、第２クラッチ９の位置及び２つの変速段を実現する態様だけは異なっている。ここで詳しい説明を省略する。

［実施形態３］
図３は、本発明の第３実施形態によるパワーシステム１００の概略構成図である。図３に示すように、第１プラネットキャリア４３と出力ギア１４とが伝動的に連結されるときに、第１リングギア４４とパワーシステム１００のケースとの間にはブレーキ８が設けられ、入力シャフト６と第１プラネットキャリア４３との間には第２クラッチ９が設けられている。ここで、ブレーキ８がかけられ且つ第２クラッチ９が切断されると、パワーシステム１００の第１変速段は実現され、第２クラッチ９が係合され且つブレーキ８が解除されると、パワーシステム１００の第２変速段は実現される。本実施形態では、第１プラネットキャリア４３がパワーを出力するために使用されるので、第１グループの遊星ギア４２は、シングル遊星ギアセットである。

［実施形態４］
図４は、本発明の第４実施形態によるパワーシステム１００の概略構成図である。図４に示すように、第１プラネットキャリア４３と出力ギア１４とが伝動的に連結されるときに、第１リングギア４４とパワーシステム１００のケースとの間にはブレーキ８が設けられ、入力シャフト６と第１リングギア４４との間には第２クラッチ９が設けられている。ここで、ブレーキ８がかけられ且つ第２クラッチ９が切断されると、パワーシステム１００の第１変速段は実現され、第２クラッチ９が係合され且つブレーキ８が解除されると、パワーシステム１００の第２変速段は実現される。本実施形態では、第１プラネットキャリア４３がパワーを出力するために使用されるので、第１グループの遊星ギア４２は、シングル遊星ギアセットである。

［実施形態５］
図５は、本発明の第５実施形態によるパワーシステム１００の概略構成図である。図５に示すように、ハイブリッド車輛に用いられるトランスミッションであって、第１遊星歯車機構５、第２遊星歯車機構４、入力シャフト６、第２クラッチ８、第１ブレーキ９、及び第２ブレーキ１０を備える。第１遊星歯車機構５は、第１サンギア５１と、第１グループの遊星ギア５３と、第１リングギア５４と、第１プラネットキャリア５２とを含む。第１サンギア５１は、入力シャフト６に従って回転するように入力シャフト６に設けられている。第２遊星歯車機構４は、第２サンギア４１と、第２グループの遊星ギア４２と、第２リングギア４４と、第２プラネットキャリア４３とを含む。第２サンギア４１と入力シャフト６とは互いに対して独立している。そのうち、第２リングギア４４は、第１プラネットキャリア５２に固定的に連結されて、トランスミッションが出力するパワーを伝達するために用いられる。第１リングギアは、第２プラネットキャリアに固定的に連結される。第１ブレーキは、第１プラネットキャリアとトランスミッションのケースとの間に設けられる。第２ブレーキは、第２サンギアとトランスミッションのケースとの間に設けられる。第２クラッチは、第２サンギアと入力シャフトとの間に設けられる。

さらに、図５に示すように、エンジン１と、第１モーター２と、第２モーター３と、第１遊星歯車機構５と、第２遊星歯車機構４と、入力シャフト６と、第１クラッチ７と、第２クラッチ８と、第１ブレーキ９と、第２ブレーキ１０と、を備えるハイブリッド車輛に用いられるパワーシステムを提供する。

エンジン１は、第１モーター２と連結され、第１クラッチ７は、第１モーター２と入力シャフトとの間に設けられる。エンジン１及び／又は第１モーター２と入力シャフトとの間のパワーは、第１クラッチ７により遮断又は伝達される。第２モーター３は、入力シャフト６と伝動的に連結されて、入力シャフト６を回転させるように駆動する。第１遊星歯車機構５は、第１サンギア５１と、第１グループの遊星ギア５３と、第１リングギア５４と、第１プラネットキャリア５２とを含む。第１サンギア５１は、入力シャフト６に従って回転するように入力シャフト６に設けられている。第２遊星歯車機構４は、第２サンギア４１と、第２グループの遊星ギア４２と、第２リングギア４４と、第２プラネットキャリア４３とを含む。第２サンギア４１と入力シャフト６とは、互いに対して独立している。そのうち、第２リングギア４４は、第１プラネットキャリア５２に固定的に連結されて、パワーシステムが出力したパワーを伝達するために用いられる。第１リングギア５４は、第２プラネットキャリア４３に固定的に連結されている。第１ブレーキ９は、第１プラネットキャリア５２とパワーシステムのケースとの間に設けられている。第２ブレーキ１０は、第２サンギア４１とパワーシステムのケースとの間に設けられている。第２クラッチ８は、第２サンギア４１と入力シャフト６との間に設けられている。

上記の構成を採用するトランスミッションやパワーシステムによれば、車輛の３速モードを実現することができる。具体的には、第２ブレーキ１０がかけられ、第１ブレーキ９が解除され且つ第２クラッチ８が切断されたときに、第２サンギア４１は第２ブレーキ１０によってパワーシステムのケースに締結され、第２プラネットキャリア４３によってパワーは出力ギアに伝達され、パワーシステムは第１速度比を有する。この場合、第１変速段となり、モーターの発進や加速をアシストすることができる。第１ブレーキ９がかけられ、第２ブレーキ１０が解除され且つ第２クラッチ８が切断されたときに、第１プラネットキャリア５２と第２リングギア４４とはパワーシステムのケースに締結され、第２プラネットキャリア４３によってパワーは出力ギアに伝達され、パワーシステムは第２速度比を有する。この場合、第２変速段となる。第２クラッチ８が係合され、第１ブレーキ９と第２ブレーキ１０とが解除された場合、第２サンギア４１は入力シャフト６に従って同速で回転する。このとき、２つのサンギアはともに入力シャフト６に従って回転し、第１遊星歯車機構５の内部をロックすることに相当する。パワーシステムの最終的な伝達比は、第１遊星歯車機構５に関係なく、この場合、第３変速段となり、車輛が高速クルーズ又は高効率発電するように駆動することができる。パワーシステムの運転モードについては、実施形態１における原理とほぼ同じであり、ここでは詳しい説明を省略する。

さらに、ある好ましい実施形態では、第２モーター３は、第３サンギアと、少なくとも1つグループの遊星ギアと、第３リングギアと、第３プラネットキャリアとを含む第３遊星歯車機構を介して、入力シャフト６に連結されている。第３サンギア、第３リングギア又は第３プラネットキャリアとの３つの部材の何れか１つは、パワーシステムのケースに対して固定されており、第２モーター３の第２回転子は、一方の非固定部材にパワーが与えられるように伝動的に連結され、他方の非固定部材は、入力シャフト６に伝動的に連結されて入力シャフト６を駆動する。

さらに、本発明に係るパワーシステムを採用するハイブリッド車輛は、リチウム電池エネルギー貯蔵システム、エネルギー貯蔵システムを管理する電池管理システム等のようなシステムが設けられていてもよい。このように、第２モーター３と第１モーター２は、リチウム電池エネルギー貯蔵システムによって直接に電力が供給されることが可能である。そして、第１モーター２は、エンジン１によって当該リチウム電池エネルギー貯蔵システムに充電可能である。これらのエネルギー管理システムは、本発明の重点ではないので、ここで詳細に述べる必要はない。

これまでのところ、本発明の幾つかの例示的な実施形態が本明細書で詳細に例示および説明されてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明が開示した内容に従って本発明の原理に合致する他の多くの変形または修正を直接決定または導出できることは当業者が理解すべきである。従って、本発明の範囲は、これらのすべての変形または修正をカバーするものと理解され、見なされるべきである。

以下、図１～図４を参照して、本発明の実施形態のパワーシステム１００について説明する。

ここで、IＣＥとは、エンジン１３を意味し、Ｐ１は、第１のモーター１０１であり、Ｐ３は、第２のモーター１０２であり、Ｃ０は、第１のクラッチ７であり、Ｃ３は、第２のクラッチ８であり、Ｂ１は、第１のブレーキ２６であり、Ｂ２は、第２のブレーキ５である。

本明細書では、本発明の複数の例示的な実施形態を詳細に示して説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱しない状況下で、本発明に開示された内容に基づいて、本発明の原理に合致する幾つかの他の変形または補正を直接決定または導出できることが当業者は認識すべきである。したがって、本発明の範囲は、これらの変形または補正のすべてをカバーするものとして理解されるべきである。

Claims

エンジンと、第１モーターと、第２モーターと、第１遊星歯車機構と、入力シャフトと、第１クラッチと、第２クラッチと、ブレーキと、を備え、
前記エンジンは、前記第１モーターと連結され、前記第１クラッチは、前記第１モーターと前記入力シャフトとの間のパワーを遮断又は伝達するように前記第１モーターと前記入力シャフトとの間に配置され、
前記第２モーターは、前記入力シャフトに伝動的に連結されて前記入力シャフトを回転させるように駆動し、
前記第１遊星歯車機構は、第１サンギアと、第１グループの遊星ギアと、第１リングギアと、第１プラネットキャリアとを含み、前記第１サンギアは、前記入力シャフトに従って回転するように前記入力シャフトに設けられており、出力部材として前記第１リングギアまたは前記第１プラネットキャリアが前記パワーシステムの出力ギアと伝動的に連結され、
ここで、前記第１リングギアと前記第１プラネットキャリアとの２つの部材の一方の部材が前記出力ギアに伝動的に連結されるときに、他方の部材が前記ブレーキを介して前記パワーシステムのケースに連結され、
前記第２クラッチは、前記ブレーキが解除された場合、前記出力部材の回転数が前記入力シャフトの回転数と等しくなるように、係合され、
前記第２モーターは、前記第２遊星歯車機構を介して前記入力シャフトに連結され、
前記第２遊星歯車機構は、第２サンギアと、少なくとも1つグループの遊星ギアと、第２リングギアと、第２プラネットキャリアとを含むことを特徴とするハイブリッド車輛用パワーシステム。
前記出力ギアに前記第１リングギアが伝動的に連結されたときに、前記第１プラネットキャリアと前記パワーシステムのケースとの間に前記ブレーキが配置され、前記第１リングギアと前記入力シャフトとの間、または前記第１リングギアと前記第１プラネットキャリアとの間に第２クラッチが配置され、
ここで、前記ブレーキがかけられ且つ前記第２クラッチが切断されると、前記パワーシステムの第１変速段が実現され、前記第２クラッチが係合され且つ前記ブレーキが解除されると、前記パワーシステムの第２変速段は実現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車輛用パワーシステム。
前記第１プラネットキャリアが前記出力ギアに伝動的に連結されたときに、前記第１リングギアと前記パワーシステムのケースとの間に前記ブレーキが配置され、前記入力シャフトと前記第１プラネットキャリアとの間、または前記入力シャフトと前記第１リングギアとの間に前記第２クラッチが配置され、
ここで、前記ブレーキがかけられ且つ前記第２クラッチが切断されると、前記パワーシステムの第１変速段が実現され、前記第２クラッチが係合され且つ前記ブレーキが解除されると、前記パワーシステムの第２変速段は実現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車輛用パワーシステム。
前記第２サンギア、前記第２リングギア、または前記第２プラネットキャリアとの３つの部材の何れか１つが前記パワーシステムのケースに対して固定され、前記第２モーターの第２回転子が一方の非固定部材とパワーが与えられるように伝動的に連結され、他方の非固定部材は、前記入力シャフトが駆動されるように前記入力シャフトと伝動的に連結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車輛用パワーシステム。
第１遊星歯車機構、第２遊星歯車機構、入力シャフト、第２クラッチ、第１ブレーキ及び第２ブレーキを備え、
前記第１遊星歯車機構は、第１サンギア、第１グループの遊星ギア、第１リングギア及び第１プラネットキャリアとを含み、前記第１サンギアは、前記入力シャフトとともに回転するように前記入力シャフト上に設けられており、
前記第２遊星歯車機構は、第２サンギア、第２グループの遊星ギア、第２リングギア及び第２プラネットキャリアを含み、前記第２サンギアは、前記入力シャフトと別体であり、前記第２リングギアは、前記第１プラネットキャリアに固定的に連結されて前記トランスミッションが出力したパワーを伝達するために用いられ、前記第１リングギアは、前記第２プラネットキャリアに固定的に連結され、
前記第１ブレーキは、前記第１プラネットキャリアと前記トランスミッションのケースとの間に設けられ、前記第２ブレーキは、前記第２サンギアと前記トランスミッションのケースとの間に設けられ、前記第２クラッチは、前記第２サンギアと前記入力シャフトとの間に設けられることを特徴とするハイブリッド車輛用トランスミッション。
エンジンと、第１モーターと、第２モーターと、第１遊星歯車機構と、第２遊星歯車機構と、入力シャフトと、第１クラッチと、第２クラッチと、第１ブレーキと、第２ブレーキとを備え、
前記エンジンは、前記第１モーターと連結されており、前記第１クラッチは、前記第１モーターと前記入力シャフトとの間に設けられ、前記エンジン及び／又は前記第１モーターと前記入力シャフトとの間のパワーは、前記第１クラッチにより遮断される又は伝達され、前記第２モーターは、前記入力シャフトと伝動的に連結されて、前記入力シャフトを回転させるように駆動し、
前記第１遊星歯車機構は、第１サンギア、第１グループの遊星ギア、第１リングギア及び第１プラネットキャリアを含み、前記第１サンギアは、前記入力シャフトとともに回転するように前記入力シャフト上に設けられており、
前記第２遊星歯車機構は、第２サンギア、第２グループの遊星ギア、第２リングギア及び第２プラネットキャリアを含み、前記第２サンギアは、前記入力シャフトと別体であり、前記第２リングギアは、前記第１プラネットキャリアに固定的に連結されて前記パワーシステムから出力するパワーを伝達するために用いられ、前記第１リングギアは、前記第２プラネットキャリアに固定的に連結され、
前記第１プラネットキャリアと前記パワーシステムのケースとの間には、前記第１ブレーキが設けられ、前記第２サンギアと前記パワーシステムのケースとの間には、前記第２ブレーキが設けられ、前記第２サンギアと前記入力シャフトとの間には、前記第２クラッチが設けられることを特徴とするハイブリッド車輛用パワーシステム。
前記第２モーターは、第３遊星歯車機構を介して前記入力シャフトに連結され、
前記第３遊星歯車機構は、第３サンギアと、少なくとも1つグループの遊星ギアと、第３リングギアと、第３プラネットキャリアとを含むことを特徴とする請求項６に記載のハイブリッド車輛用パワーシステム。