JP2013510027A - ハイブリッド車両用トランスミッション - Google Patents

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JP2013510027A
JP2013510027A JP2012535727A JP2012535727A JP2013510027A JP 2013510027 A JP2013510027 A JP 2013510027A JP 2012535727 A JP2012535727 A JP 2012535727A JP 2012535727 A JP2012535727 A JP 2012535727A JP 2013510027 A JP2013510027 A JP 2013510027A
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hybrid vehicle
input shaft
electric machine
shift element
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ハンカー ゲルト
イレラウス ディートマー
ライカート ハインツ
ヴォーゲル マーティン
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
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    • B60L50/16—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with provision for separate direct mechanical propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

ハイブリッド車両用トランスミッション（３）は，シフト要素（１２）により駆動機械に結合可能としたトランスミッション入力軸（９）と，トルクを伝達するためにトランスミッション入力軸（９）と作動的に結合可能とした電気機械（７）とを有する。本発明においては，更なるシフト要素（８）により電気機械（７）を，トランスミッション入力軸（９）から分離可能とし，又はトランスミッション入力軸（９）に作動的に結合可能とするものである。

Description

本発明は，請求項１の上位概念部分に記載した形式のハイブリッド車両用トランスミッションに係るものである。
従来技術
既知のハイブリッド車両用トランスミッションは，この種のトランスミッションを装備した車両の重量又は負荷状態，牽引トレーラの積載状態，所望の登坂性能等に応じて，各種の構造的形態に基づいて純電気的な走行により縁石等を乗り越え可能としている。例えば，車両重量が大きい車両においては，ハイブリッド車両用トランスミッションの電気機械又はロータを遊星歯車装置により常に伝達比１．７でトランスミッション入力軸と結合させている。また，車両重量が小さい車両では電気機械又はロータをトランスミッション入力軸と伝達比１で直結させている。
ハイブリッド車両用ドライブトレインにおける駆動機械は，通常は内燃エンジンで構成され，トランスミッション入力軸に対してシフト要素により結合可能とされている。この場合，上述したハイブリッド車両用トランスミッションにおいては，不都合なことに駆動部全体がトランスミッション入力軸から分離されるため，内燃エンジンのみによって車両を駆動することができない。
更に，伝達比を一定とした形態のハイブリッド車両用トランスミッションの場合には，電気機械の領域で電気的に発生させる始動トルクが，トランスミッションの入力軸領域において従来のトランスミッションで内燃エンジンにより得られる始動トルクのレベルに達するものではない。
このような理由から，電気機械に関連する蓄電装置が十分な充電状態を示しているにも関わらず，車両の負荷状態，実際に走行する斜面，縁石等に応じて，内燃機関に接続したままでの車両のいわゆる「非常発進」が必要となることがある。しかし，このような非常発進は，ハイブリッド車両の燃料消費を増加させるものであるために望ましくない。
更に，前述した形態のハイブリッド車両用トランスミッションにおいては，電気機械のロータをトランスミッション入力軸から分離することができず，そのため電気機械に関連する蓄電手段が長距離走行の間に完全に充電され，車両が原則的に内燃機関のみで駆動されている長距離走行の間でも電気機械のロータ質量が共に回転し又は加速され，これによって燃料消費が更に増加することとなる。
その上，前述した形態のハイブリッド車両用トランスミッションを装備した車両の最高速度は，電気機械の許容最高回転数によって制限される。これは，使用される電気機械の許容最高回転数が約４５００回転／分であることに起因する。しかしながら，実質的にトランスミッション入力軸の回転数に相当する内燃エンジン回転数が２８００回転／分であり，また，トランスミッション入力軸とロータ間の一定の伝達比が１．７である条件下では，電気機械のロータが４７６０回転／分で駆動され，使用される電気機械の許容最高回転数を超えてしまう。
本発明の課題は，可及的に低い燃料消費でハイブリッド車両を駆動可能であり，電気機械領域における許容不能な回転数を構造的に簡潔な様式で回避可能としたハイブリッド車両用トランスミッションを提供することにある。
この課題は，本発明によれば，請求項１に記載した特徴を有するハイブリッド車両用トランスミッションによって解決される。
本発明に係るハイブリッド車両用トランスミッションは，シフト要素により駆動機械と結合可能としたトランスミッション入力軸を有する。更に，ハイブリッド車両用トランスミッションは,トルク伝達のためにトランスミッション入力軸と作動的に結合可能とした電気機械を有する。
本発明においては，更なるシフト要素を備え，この更なるシフト要素により電気機械を，トランスミッション入力軸から分離可能とし，又はトランスミッション入力軸と作動的に結合可能とする。
そのため，長距離走行の間に電気機械をトランスミッション入力軸から分離し，純粋に内燃エンジンのみで駆動されている間に車両を可及的に低い燃料消費で駆動することが，単純な方法により可能となるものである。
更に，電気機械とトランスミッション入力軸との間の領域において，電気機械とトランスミッション入力軸とを作動的な結合状態に切り換えることができるため，これに対応して高い伝達比に設定することが可能である。この伝達比は，電機機械に関連する蓄電装置の充電状態が不十分である場合にのみ，内燃機関として構成された追加的な駆動機械による非常発進を行わせるものである。そのため，トランスミッション入力軸が駆動機械と結合するシフト要素の領域における負荷が減少し，同様に車両の燃料消費を低下させることができる。
また，更なるシフト要素の領域において電気機械がトランスミッション入力軸から分離可能とされているため，車両の最高速度を簡潔な様式で，電気機械の許容最高回転数に左右されずに実現することが可能であり，これによりハイブリッド車両を，ハイブリッド駆動システムが装備されていない従来の車両と同様な速度で駆動することができる。
加えて，本発明に係るハイブリッド車両用トランスミッション構造は，１つのハイブリッド駆動システムのみで多様な車両，例えば配送車両やバス等に適用することが可能である。
本発明に係るハイブリッド車両用トランスミッションの更なる利点及び好適な実施形態は，特許請求の範囲及び後述の図面により詳述された実施形態により証明される。なお，各実施形態については，構成及び機能において同等の構成要素を，同一の参照符号を付して説明するものとする。
本発明に係るハイブリッド車両用トランスミッションについて従属請求項に記載した特徴や，後述の実施形態に関連して記載した特徴は，それぞれ単独で，又は任意に組み合わせて適用することができ，本発明の対象を発展させることに適している。それぞれの特徴の組み合わせは，本発明による対象の発展形態を何ら制約するものでなく，本質的に単なる例示に過ぎない。
ハイブリッド車両用ドライブトレインの概要を示す略線図である。 図１に示すハイブリッド車両用ドライブトレインに含まれるトランスミッションの第１実施形態として，トランスミッション入力部分を示す略線図である。 図１のハイブリッド車両用ドライブトレインにおけるトランスミッションの第２実施形態を示す，図２に対応する略線図である。 図１のハイブリッド車両用ドライブトレインにおけるトランスミッションの第３実施形態を示す，図２に対応する略線図である。 図１のハイブリッド車両用ドライブトレインにおけるトランスミッションの第４実施形態を示す，図２に対応する略線図である。 図１のハイブリッド車両用ドライブトレインにおけるトランスミッションの第５実施形態を示す，図２に対応する略線図である。
図１に示すように，ハイブリッド車ドライブトレイン１は，駆動機械２と，前進及び後進走行のために異なる変速段に切り換え可能なハイブリッド車両用トランスミッション３と，差動ユニット４と，２本の車両軸５，６を含んでおり，本例において車軸５は後車軸であり，車軸６は前車軸６である。
ハイブリッド車両用トランスミッション３は，図２〜図６に示すように電気機械７を含み，この電気機械７は，形状密着結合型のシフト要素８により，後述する態様でトランスミッション入力軸９と作動的に結合可能とされている。形状密着結合型のシフト要素８は，用途に応じて多板型摩擦クラッチ又は同期化手段として構成することができる。
更にハイブリッド車両用トランスミッション３は，前進走行及び後進走行のための異なる変速段を実行できる変速域を有している。この変速域自体は，そのつど現出するハイブリッド車両用ドライブトレイン１の作動状況に応じてそれぞれ要求される変速段を実行できるよう，任意の方法で実現することができる。
ハイブリッド車両用ドライブトレイン１の図１に示す実施形態において，駆動機械２は内燃エンジンとして構成されているが，好適な実施形態においては電気機械として実現することもできる。差動ユニット４は，ハイブリッド車両用トランスミッション３と車軸５との間に配置されている。また，車軸５は，車両の各側において少なくとも１つの駆動輪１０，１１と既知の態様で結合されている。
駆動機械２は，摩擦結合型として構成されたシフト要素１２により，トランスミッション入力軸９と結合可能とされており，これにより駆動機械２で発生されたトルクをハイブリッド車両用トランスミッション３及び車軸５に向けて伝達可能とされている。駆動機械２，電気機械７及びシフト要素８，１２の作動状態に応じて，ハイブリッド車両用ドライブトレイン１は異なる状況下で作動させることが可能である。
そのため，例えばシフト要素１２が解放されており，駆動機械２が残りのハイブリッド車両用ドライブトレイン１の残部から分離されている場合，ハイブリッド車両用ドライブトレイン１を装備した車両を純粋に電気モーターによって駆動することが可能であり，その際に電気機械７は形状密着結合型シフト要素８により，トランスミッション入力軸９に結合されている。
更に，シフト要素１２が解放されており，ハイブリッド車両用ドライブトレインが減速作動している間，形状密着結合型シフト要素８が締結しているために，発電機として作動する電気機械７の領域で制動エネルギを回収することが可能である。摩擦結合型シフト要素１２が締結されている場合にも，エネルギ回収が実行可能である。
摩擦結合型シフト要素１２が締結され，かつ，形状密着結合型シフト要素８が解放されている場合には，ハイブリッド車両用ドライブトレイン１を装備した車両を純粋に駆動機械２，即ち内燃エンジンにより駆動することが可能である。ハイブリッド車両用ドライブトレイン１における，いわゆるブースト駆動は，両シフト要素８，１２が締結された駆動状態で行われ，このブースト駆動の間は車軸５に対して駆動機械２のみならず，電気機械７の駆動トルクも供給される。
駆動機械２と形状密着結合型シフト要素１２の間には振動ダンパ１３が配置されており，駆動機械２の回転ムラに由来する振動が，振動ダンパ１３により緩衝された状態でハイブリッド車両用トランスミッション３に，したがってハイブリッド車両におけるドライブトレイン１の残余領域に伝達される。
形状密着結合型シフト要素８は，２つの切換位置Ｓ１，Ｓ２間で切換可能とされている。電気機械７は，形状密着結合型シフト要素８の第１切換位置Ｓ１においてトランスミッション入力軸９から分離され，第２切換位置Ｓ２においてはトランスミッション入力軸９と結合する。
更に，電気機械７とトランスミッション入力軸９の作動結合領域においては，トランスミッションポンプ１４がトランスミッション入力軸９と作動的に結合している。その結果，駆動機械２及び電気機械７によってトランスミッションポンプ１４を駆動することが可能である。そのために簡単な態様をもって，ハイブリッド車両用トランスミッションにおいて作動流体を供給すべき各構成要素に対し，ハイブリッド車両用トランスミッションの機能に必要とされる作動圧を確実に作用させ，又は確実に供給することが可能である。
図３〜図６に示すハイブリッド車両用トランスミッション１の更なる実施形態は，図２に示した実施形態と一部のみが相違しているため，以下，主として相違点について説明する。ハイブリッド車両用トランスミッションの更なる機能については，図２に関する記載を参照されたい。
図３に示すハイブリッド車両用トランスミッション３の実施形態においては，形状密着結合型シフト要素８により電気機械７とトランスミッション入力軸９が作動的結合状態に切り換えられる領域に，遊星歯車装置１５が配置されている。電気機械７のロータ７Ａは，シフト要素８の第２切換位置Ｓ２において，遊星歯車装置１５の内歯歯車１６と相対回転不能に結合し，形状密着結合型シフト要素８の第１切換位置Ｓ１において，内歯歯車１６から分離される。電気機械７のスタータ要素７Ｂは，遊星歯車装置１５の太陽歯車１７と同じ円周上でハウジング側に固定される。
図３のトランスミッション入力軸９は，遊星歯車装置１５の遊星キャリア１８と相対回転不能に結合し，したがって形状密着結合型シフト要素８の第２切換位置Ｓ２においては電気機械７のトルクが例えば伝達比１．７で伝達される。しかし，用途に応じて遊星歯車装置１５の伝達比を１．７に対して増減させることも可能である。
図４に示すハイブリッド車両用トランスミッション３の実施形態においては，遊星歯車装置１５の内歯歯車１６がハウジング側に固定され，遊星キャリア１８は形状密着結合型シフト要素８の第２切換位置Ｓ２においてトランスミッション入力軸９と作動的に結合し，ロータ７Ａは遊星歯車装置１５の太陽歯車１７と相対回転不能に結合している。
前述したとおり，ロータ７Ａが遊星歯車装置１５と結合している場合，電気機械７から供給されたトルクは，形状密着結合型シフト要素８が締結されている状態において例えば２．７の伝達比でトランスミッション入力軸に伝達される。ロータ７Ａは，形状密着結合型のシフト要素８の第１切換位置Ｓ１において，トランスミッション入力軸９から分離されている。
図５はハイブリッド車両用トランスミッション３の第４の実施形態を示す図２に対応する略線図である。図５において，形状密着結合型シフト要素８は，異なる３つの切換位置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に切換可能である。第１切換位置Ｓ１においては電気機械７のロータ７Ａが，トランスミッション入力軸９と遊星歯車装置１５の内歯歯車１６から結合が解除され，これによって電気機械７のトルクがトランスミッション入力軸９に伝達されなくなり，そのためにハイブリッド車ドライブトレイン１の残余部分にもトルクが伝達されない。形状密着結合型シフト要素８の第２切換位置Ｓ２においては，電気機械７のロータ７Ａがトランスミッション入力軸９と直結されると共に，遊星歯車装置１５の内歯歯車１６から分離される。そのため，第２切換位置Ｓ２では，電気機械７のトルクが伝達比１をもってトランスミッション入力軸９に伝達される。
形状密着結合型シフト要素８の第３切換位置Ｓ３においては，電気機械７がロータ７Ａの領域で遊星歯車装置１５の内歯歯車１６と相対回転不能に結合し，ロータ７Ａとトランスミッション入力軸９の直結が解除される。トランスミッション入力軸９は再び遊星歯車装置１５の遊星キャリア１８と相対回転不能に結合し，太陽歯車１７は再びハウジング側に固定され，そのために電気機械７のトルクは形状密着結合型シフト要素８の第３切換位置Ｓ３においては，伝達比１．７でトランスミッション入力軸９に伝達される。
図６に示すハイブリッド車両用トランスミッション３の第５実施形態においては，形状密着結合型シフト要素８が異なる３つの切換位置Ｓ１〜Ｓ３に切換可能である。電気機械７は，ロータ７Ａの領域で遊星歯車装置１５の太陽歯車１７と相対回転不能に結合している。トランスミッション入力軸９は，再び遊星キャリア１８に結合されている。遊星歯車装置１５の内歯歯車１６は，形状密着結合型シフト要素８の第１切換位置において，ハイブリッド車両用トランスミッション３のハウジング１９及びトランスミッション入力軸９との結合が解除される。
形状密着結合型シフト要素８の第２切換位置Ｓ２において，内歯歯車１６はハウジング側に固定され，この場合に電気機械７のトルクは例えば伝達比２．７でトランスミッション入力軸９に伝達される。形状密着結合型シフト要素８が第３切換位置Ｓ３に移動すると，内歯歯車１６がトランスミッション入力軸９に相対回転不能に結合され，遊星歯車装置１５は拘束作動状態となる。そのため，形状密着結合型シフト要素８の第３切換位置Ｓ３において，電気機械７のトルクは伝達比１で，即ち直接的にトランスミッション入力軸９に伝達される。
ハイブリッド車両用トランスミッション３の第４実施形態及び第５実施形態において，ハイブリッド車ドライブトレイン１は，トランスミッション３のトランスミッション入力領域において，電気機械７とトランスミッション入力軸９との間のそれぞれ異なる変速段で作動可能である。したがって，電気機械は，その都度の運転状況に応じて最適な作動点で作動させることが可能である。更に，電気機械７は，トランスミッション入力軸９からも結合を解除することが可能であるため，ハイブリッド車ドライブトレイン１を装備した車両の燃料消費を，運転状況に応じて簡単な様式で低下させることが可能である。
図６に示すハイブリッド車両用トランスミッション３の第５実施形態において，電気機械７は遊星歯車装置１５全体と共に，形状密着結合型シフト要素８によりトランスミッション入力軸９との結合を解除することができる。したがって，特に長距離走行の間に遊星歯車装置１５及び電気機械７の領域において部材への負荷がより低下し，遊星歯車装置１５における歯車の係合域での騒音発生も抑制され，ドラグトルクが減少するため，ハイブリッド車ドライブトレイン１を装備した車両の燃料消費を低下させることが可能である。
原則的に，形状密着結合型シフト要素８は，ハイブリッド車両用トランスミッション３の何れの図示形態においても，電機機械７を対応作動させることにより，切換位置Ｓ１，Ｓ２の間で無負荷切り換えを行い，又は切換位置Ｓ１〜Ｓ３において同期化させることが可能であり，また，電気的又は油圧的アクチュエータ，例えばシフトフォークにより作動させることができる。
したがって，例えば電気機械７のロータ７Ａがトランスミッション入力軸９との結合を解除された場合，電気機械の駆動トルクが短期的に低下し，作動装置によって形状密着結合型シフト要素８のシフトスリーブを僅かな操作力で移動させることが可能であり，この移動によってロータ７Ａは，トランスミッション入力軸９又は遊星歯車装置１５の内歯歯車１６から分離されるものである。
電気機械７のロータ７Ａと，トランスミッション入力軸９，即ち遊星歯車装置１５の内歯歯車１６とを作動的に結合させる場合，電気機械７をそれに対応するよう作動させることにより，電気機械７と結合している形状密着結合型シフト要素８の要素半部をトランスミッション入力軸９の回転数に適合させることができる。これにより，シフト要素８を僅かな係合力によりそれぞれ所要の係合位置まで移動させることが可能である。
１ ハイブリッド車ドライブトレイン
２ 駆動機械
３ ハイブリッド車両用トランスミッション
４ 差動ユニット
５，６ 車軸
７ 電気機械
７Ａ ロータ
７Ｂ スタータ
８ 形状密着結合型シフト要素
９ トランスミッション入力軸
１０，１１ 駆動輪
１２ 摩擦結合型シフト要素
１３ 振動ダンパ
１４ トランスミッションポンプ
１５ 遊星歯車装置
１６ 内歯歯車
１７ 太陽歯車
１８ 遊星キャリア
１９ トランスミッションハウジング
Ｓ１〜Ｓ３ シフト要素の切換位置

Claims (11)

  1. シフト要素（１２）により駆動機械（２）に結合可能としたトランスミッション入力軸（９）と，トルクを伝達するためにトランスミッション入力軸（９）と作動的に結合可能とした電気機械（７）とを有するハイブリッド車両用トランスミッション（３）において，更なるシフト要素（８）を備え，該シフト要素（８）により電気機械（７）を，トランスミッション入力軸（９）から分離可能とし，かつ，トランスミッション入力軸（９）に作動的に結合可能としたことを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，電気機械（７）が，前記更なるシフト要素（８）の第１の切換位置（Ｓ１）でトランスミッション入力軸（９）から分離され，かつ，前記更なるシフト要素（８）の第２の切換位置（Ｓ２）でトランスミッション入力軸（９）に結合されることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  3. 請求項１又は２に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，電気機械（７）とトランスミッション入力軸（９）との間の切換可能な作動結合領域内に，遊星歯車装置（１５）が設けられていることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  4. 請求項３に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，遊星歯車装置（１５）が，シフト要素（８）により拘束可能であることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  5. 請求項３に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，遊星歯車装置（１５）が，トランスミッション入力軸（９）と電気機械（７）を作動的に結合可能とする前期更なるシフト要素（８）により拘束可能であることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  6. 請求項３〜５の何れか一項に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，前記更なるシフト要素（８）の第２の切換位置（Ｓ２）で，遊星歯車装置（１５）が非拘束の作動状態となることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  7. 請求項３〜６の何れか一項に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，前記更なるシフト要素（８）の第３の切換位置（Ｓ３）で，電気機械（７）がトランスミッション入力軸（９）と作動的に結合し，遊星歯車装置（１５）が拘束された作動状態となることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  8. 請求項３〜７の何れか一項に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，遊星歯車装置（１５）の太陽歯車（１７）がハウジング側に固定され，内歯歯車（１６）は前記更なるシフト要素（８）により電気機械（７）のロータ（７Ａ）と結合可能とされ，遊星キャリア（１８）がトランスミッション入力軸（９）に結合されていることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  9. 請求項３〜７の何れか一項に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，遊星歯車装置（１５）の内歯歯車（１６）がハウジング側に固定され，遊星キャリア（１８）が前記更なるシフト要素（８）により前記トランスミッション入力軸（９）と結合可能とされ，太陽歯車（１７）が電気機械（７）のロータ（７Ａ）と結合されていることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  10. 請求項３〜７の何れか一項に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，遊星歯車装置（１５）の前記内歯歯車（１６）が，前記更なるシフト要素（８）によりハウジング側に固定可能とされ，又はトランスミッション入力軸と結合可能とされ，遊星キャリア（１８）がトランスミッション入力軸（９）と作動的に結合されており，太陽歯車（１７）が電気機械（７）のロータ（７Ａ）と結合されていることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
  11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載のハイブリッド車両用トランスミッションにおいて，前記更なるシフト要素（８）が形状密着結合型シフト要素として構成されており，該シフト要素が，好適には電気機械（７）により同期化できることを特徴とするハイブリッド車両用トランスミッション。
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