JP4444119B2 - 特にスクーター用の車両用ハイブリッド駆動組立体 - Google Patents

Description

本発明は、陸上車両、特にスクーター用の車両用ハイブリッド駆動組立体に関する。

知られているように、多数の陸上車両、特に自動車製造業者は、現在、ハイブリッド推進車両を実験し、その幾つかは市販されている。“ハイブリッド推進”は、一般的に２つ以上の異なる推進システムを用いることをいうが、そこで提案されている解決策は、通常的な内燃機関と電気モータの組み合わせであり、それぞれの長所を生かしつつ欠点を補うものである。

より具体的には、内燃機関の主要な長所、及び、それが陸上車両で略独占的に用いられている理由は、用いられる燃料（実質的に炭化水素）の高いエネルギ集約により得られる燃料距離である。他方、内燃機関は、有害なエミッションを生成し、所与の速度範囲内でしか動作できず、したがって、補助要素（ギアボックス及びクラッチ）の使用を必要とし、比較的高い騒音レベルを有する。

更に、動作範囲内でも、内燃機関の効率は、かなり低く（約２０−３０％）、内燃機関の定常状態の動作における変動は、汚染的なエミッションを顕著に増やす。

電気モータは、“局所的”汚染を一切生成せず、静かで、高効率（約８０％）であり、始動時点からトルクを生成することができる。しかし、陸上車両用のアプリケーションは、現在利用可能な電気バッテリの限られた範囲、サイズ、重量、地上の車両用として実現可能なコストにより、現在のところ限定されている。

内燃機関／モータの１タイプの使用に関連した欠点を削減するため、種々の構成のハイブリッド解決策が、提案されており、双方の推進システムの代替的又は組み合わせた使用を可能としている。

より具体的には、第１に知られたいわゆる“直列ハイブリッド（series hybrid）”組み合わせでは、内燃機関は、電気モータに給電するバッテリを充電する電流発生器を駆動するためだけに機能する。それ故に、推進は電気モータのみによって支配される。この解決策は、内燃機関が平均的なパワーを供給するためだけに要求され、したがって最適な定常条件で動作することで、消費の顕著な低減をもたらす。

“並列ハイブリッド（parallel hybrid）”構成では、内燃機関と電気モータの双方が適切な変速機構を介して駆動輪に接続される。

上述の如く概説したタイプの公知のハイブリッド駆動組立体は、複雑で、高価で、粗大であり、それ故に、出願人の知る限りでは、スクーターのような、コンパクトで低コストな車両用には市販化されていない。
EP-A-0908343は、ドライブシャフトを有する内燃機関と、エンジンドライブシャフトにアラインされる主シャフトに接続されるロータを有する電気装置と、エンジンドライブシャフトと電気装置のロータとに間に介在するクラッチと、主シャフトと車軸との間に介在するCVTを含む変速機ユニットとを含むハイブリッド駆動組立体を開示する。
上で参照したハイブリッド駆動組立体は、かなり複雑であり、スクーターのような小型の陸上車両用として適合しないばかりでなく、電気装置が変速ユニットの上流に配置されているので、特にCVTにおいて、電気装置がジェネレータ（回生ブレーキ）として機能するときにエネルギ回収効率が低減されるという欠点がある。

そこで、本発明は、非常に単純明快で、低コストで、コンパクトなハイブリッド駆動組立体であり、スクーターのような小型で低コストな陸上車両でも使用できるが、異なる動作要求又は路面条件に基づいて多数の動作モードの選択をも可能とするハイブリッド駆動組立体を提供することを目的とする。

本発明によれば、少なくとも１つの駆動輪を有する車両用のハイブリッド駆動組立体であって、
内燃機関と、
前記内燃機関のドライブシャフトと、前記駆動輪に角方向に接続されるプロペラシャフトの間に設けられる変速機ユニットと、
前記変速機ユニットは、クラッチと、前記内燃機関のドライブシャフトに角方向に接続される駆動要素、及び、前記プロペラシャフトに接続可能な従動要素とを有する変速機と、を含み、
当該駆動組立体は、前記内燃機関に代わって又は内燃機関との組み合わせで動作できる電気装置を更に備え、
前記クラッチは、前記変速機の前記従動要素と前記プロペラシャフトとの間に設けられ、前記変速機の前記従動要素に接続可能な駆動部材、及び、前記プロペラシャフトに接続される従動部材を有し、
前記電気装置は、前記クラッチの前記従動部材に角方向に且つ永久的に接続されるロータを含むことを特徴とする、駆動組立体が提供される。

本発明は、また、かかるハイブリッド駆動組立体を含む車両、特にスクーターにも関する。

本発明の２つの好ましい非限定的な実施例が、添付図面を参照して説明される。

図１の番号１は、後輪である軸Aの駆動輪２を有するスクーター用のハイブリッド駆動組立体を全体として指す。

ハイブリッド駆動組立体１は、軸Aに平行な軸Bのドライブシャフト４を有する内燃機関３；及び、ドライブシャフト４と、駆動輪２に角方向に接続された、軸A及び軸Bに平行な軸Cのプロペラシャフト６との間に介在される変速機ユニット５を含む。

より具体的には、変速機ユニット５は、無段階変速機ないしCVT７（以下、単に“CVT７”という）、及び、遠心クラッチ８を互いに直列に含む。

CVT７は、ドライブシャフト４に嵌合されるドライブプーリー１０と、プロペラシャフト６に同心で且つ角方向に拘束されない態様で嵌合されるドリブンプーリー１１と、プーリー１０，１１まわりに各方向に巻回されたVベルト１２とを含む。プーリー１０，１１は、ベルト１２用のそれぞれのV溝１３，１４を有し、V溝１３，１４の幅及びそれに伴うベルト１２の巻径を可変するために互いに対して軸方向に移動可能な２つの半プーリー１０ａ，１０ｂ及び１１ａ，１１ｂによりそれぞれ形成される。

ドライブプーリー１０の半プーリー１０ａ，１０ｂの相対的な軸位置の変化は、図示しない公知の遠心装置により制御され、ドリブンプーリー１１の半プーリー１１ａ，１１ｂは、互いに向かって軸方向にスプリング１５により付勢され、ベルト１２の巻径をドライブプーリー１０の径に反比例的に自動的に合わせる。

より具体的には、ドリブンプーリー１１は、遠心クラッチ８によりプロペラシャフト６に選択的に接続可能であり、遠心クラッチ８は、ドリブンプーリー１１に回転のために嵌合されたハブ２０と、ハブ２０により保持され、スプリング２２により径方向の引き込み休止位置に維持される多数の遠心ウエイト２１と、プロペラシャフト６に一体のドリブンベル２６とを含む。

スプリング２２の反発に抗するのに十分な角速度でのハブ２０の回転に応答して、遠心ウエイト２１は、ベル２６の略円筒形の横壁２５と摩擦的に協働して径方向外側に動く。

ドリブンプーリー１１のスプリング１５は、遠心クラッチ８のハブ２０と稼動な半プーリー１１ｂとの間で軸方向に圧縮され、固定された半プーリー１１ａに向けて半プーリー１１ｂを軸方向に負荷するようにする。

プロペラシャフト６は、プロペラシャフト６を入力要素とし、使用時に駆動輪２が剛結される軸Ａのシャフト２９を出力要素とする図１に概略的にのみ示される従来的な減速ギア２８により、駆動輪２に接続される。

本発明によれば、駆動組立体１は、また、遠心クラッチ８に同軸の電気装置３２を含み、電気装置３２は、駆動組立体１の固定された鋳造物３４内に収容されるステータ３３と、遠心クラッチ８のベル２２の横壁２５に外側で同軸であり、ベル２２及びそれに伴いプロペラシャフト６に一体であるロータ３５と、を有する。

電気装置３２は、好ましくは、反転可能なタイプであり、ジェネレータとして用いられるために車両バッテリ３６に接続され、所与の動作条件でバッテリを充電する。駆動組立体１は、また、公知の態様で内燃機関３により駆動され、バッテリ３６に接続される電気ジェネレータ３７を含む。

駆動組立体１は、組立体１の動作状態を指示する多数の入力信号に応答して、電気装置３２、及び、内燃機関３のバタフライバルブ４０の位置を調整するアクチュエータ３９を制御する制御ユニット３８により制御され、入力信号は、加速グリップドライブシャフト４の位置を指示する信号Ｓａ、及び、ブレーキレバー４５のユーザ操作を指示する信号Ｓｆを含む。

制御ユニット３８は、車両のインストルメントパネル上に配置される選択装置４６から、駆動組立体１の動作モードを選択するための入力信号Ｓｓも受ける。選択装置は、次の動作モードをそれぞれに選択する多数のボタンＴ，Ｅ，Ｐ，Ｓを含んでよい。即ち、
推進力が内燃機関３のみにより供給される“燃焼”（Ｔ）、
推進力が、電気モータとして動作する電気装置３２のみにより供給される“電気”（Ｅ）、
内燃機関３及び電気装置３２の双方が駆動力を供給する“並列ハイブリッド”（Ｐ）、及び、
内燃機関３がバッテリ３６を充電するために電気ジェネレータ３７に給電するためだけに用いられ、駆動輪へのトルクが電気装置３２のみにより供給される“直接ハイブリッド”（Ｓ）の動作モードである。

駆動組立体１の動作について、上記動作モードを参照して説明する。

“燃焼”モードでは、電気装置３２は、給電されず、遠心クラッチ８のベル２６の慣性モーメントの僅かな増加にも拘らず、駆動組立体１は、電気装置３２が存在しないかのように、従来の全て機械的な組立体と全く同様の態様で機能する。より具体的には、内燃機関３のアイドリング速度では、ＣＶＴ７は、ドライブプーリー１０上でのベルト１２の最小巻径及びドリブンプーリー１１上でのベルト１２の最大巻径により形成される“ショート”比を維持する。この状態では、遠心クラッチ８は開放するので、プロペラシャフト６はＣＶＴ７から非接続にされ、駆動輪２にトルクを一切伝達しない。

ドライブシャフト４の回転速度が上がるにつれて、遠心クラッチ８は、ベル２６及びそれに伴いプロペラシャフト６に回転的に接続する遠心ウエイト２１の動きにより、ＣＶＴ７のドリブンプーリー１１に係合され、車両は“ショート”変速比で始動される。

ドライブシャフト４の回転速度が更に上がるにつれて、ＣＶＴ７は、詳細には説明されない公知の態様で、徐々に且つ自動的に、“ショート”比から、ドライブプーリー１０上でのベルト１２の最大巻径及びドリブンプーリー１１上でのベルト１２の最小巻径により形成される“ロング” 比へと切り替わる。

減速又は制動時、上述の動作ステップは逆に繰り返される。更に、遠心クラッチのベル２６に一体である電気装置３２のロータ３５は、駆動輪２により駆動されるので、電気装置３２は、機械的なパワーを回収して（そして電動式ブレーキとして機能する）、電気パワーを生成する電流発生器として機能する。

“電気”モードでは、内燃機関３は動作されず、従って、ドライブシャフト４及びＣＶＴ７は静止状態であり、遠心クラッチ８は、スプリング２２により負荷される回復力のみを受ける遠心ウエイト２１により、開放される。内燃機関３及びＣＶＴ７を含むベル２６よりも上流の全ては、それ故に駆動輪２から完全に非結合とされる。

ロータ３５がベル２６に一体である電気装置３２の駆動トルクは、ベルによりプロペラシャフト６に直接伝達され、駆動輪２に減速ギア２８を介して伝達される。

この動作モードでは、減速又は制動時、電気装置３２により電力が生成されない状態で、ロータ３５が駆動され、電気装置３２は、機械的なパワーを回収して電気パワーを生成し、バッテリ３６を充電する。

“並列ハイブリッド”モードでは、内燃機関３及び電気装置３２は、後者は“電気モード”で記載したようにモータとして動作するが、同時に動作する。双方から生成されるトルク及び出力は、一緒にされ、プロペラシャフト６に付加され、従って、性能が向上する。更に、ユーザの出力要求は、消費及び／又はエミッションを低減するため、内燃機関３及び電気装置３２間で配分される。

“直列ハイブリッド”モードでは、内燃機関３は、電気ジェネレータ３７を駆動するためだけに機能し、推進力は、電気装置３２のみにより供給される。図１に示す組立体１の構造では、内燃機関３を駆動輪２から非接続とすべく、エンジン速度は、遠心クラッチ８を係合させないのに十分なほど低いものである必要がある。もしこれが、効率及びエミッションの観点から内燃機関３の最適な動作状態に規制を課す場合、組立体１の構造は、図３に示すように適切に修正され、この構造では、遠心クラッチのハブ２０及びドリブンプーリー１１は、永久的に接続されるのとは対照的に、ユニット３８により制御される電磁的ないわゆる“グラヴィーナ（Gravina）カップリング”のような、カップリング５１により選択的に接続可能である。

この変速機構成では、“直列ハイブリッド”モードが選択されたとき、カップリング５１が“開放”位置にセットされ、遠心クラッチ８の介入閾値速度に拘らず、内燃機関３が、効率を最適に且つエミッションを最小にするために選択された一定速度で動作できるようにする。制御ユニット３８は、ユーザ及び／又は路面条件により要求される平均出力に依存して、２以上の異なる出力レベル（しかし、常に各出力レベルで一定速度）で内燃機関３を動作させるように従来的にプログラムされてよい。

更に、カップリング５１は、車両を停止させることなくモード間の切替を可能とする。

ハイブリッドモードでの制動又は減速時、電気装置３２は、モータとは対照的に、ジェネレータとして、それ故に、回生ブレーキとして機能する。

本発明による駆動組立体１の長所は、上述から明らかである。

特に、変速機構造が、非常に単純明快で、低コストで、コンパクトなハイブリッド駆動組立体であり、スクーターのような小型で低コストな陸上車両で使用でき、また、異なる動作要求及び路面条件に基づいて選択可能な多数のモードで動作できるハイブリッド駆動組立体を提供する。

更に、種々の動作モードは、回生ブレーキとして動作する電気装置３２により、エネルギ節約を可能とする。

最後に、変速機構造は、個々に動作するときの２つの推進システム間の望ましくない相互作用を制限することにより、また、ハイブリッド動作モードにおける双方の潜在的能力を相乗的に生かすことにより、最適な全体の効率を各動作モードに対して提供する。実際に、“燃焼”モードでは、組立体１は、電気装置３２が存在しないかのように動作し、“電気”モードでは、内燃機関３及びCVT７が駆動輪２から非接続とされ、効率を阻害しない。“並列ハイブリッド”モードでは、双方の推進システムの全体出力が利用でき、出力要求が消費及び／又はエミッションを低減すべく２つの推進システム間で分配され、“直列ハイブリッド”モードでは、相当なエネルギ節約が、効率の観点からの最適な定常状態で内燃機関３を動作させることにより達成される。

明らかであるが、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、ここで上述した駆動組立体１及びその制御に対して変更がなされうる。

特に、CVT7は、例えば同期ベルト変速機のような、異なるタイプの変速機により代替されてもよい。遠心クラッチ８は、制御されたクラッチにより置換されてもよい。電気装置３２は、ロータ３５をクラッチ８より下流に永久的に接続し、即ち駆動輪２に永久的に接続することにより、異なる態様で配置されてもよい。

一以上の“自動”制御モードが提供されてよく、この場合、制御ユニットは、上述の制御モード（“燃焼”、“電気”、“並列ハイブリッド”及び“直列ハイブリッド”）をユーザによる選択された際に作動させるのとは対照的に、例えば、性能を最適化し、消費又はエミッションを最小化するため、又は特定の動作条件において、プログラムされた制御ロジックに基づいて自動的にモードが切り替えられてもよい。例えば、バッテリ３６の充電が所定の閾値を下回った場合に、自動的な切り替えが、“電気”から“燃焼”又は“直列ハイブリッド”になされてもよい。

本発明の第１実施例によるハイブリッド駆動組立体を示す図である。 図１の駆動組立体を制御する制御システムを示す図である。 本発明の代替実施例の一部を示す図である。

Claims (13)

1. 少なくとも１つの駆動輪（２）を有する車両用のハイブリッド駆動組立体（１）であって、
   ドライブシャフト（４）を有する内燃機関（３）と、
   前記駆動輪（２）に接続されるプロペラシャフト（６）と、
   前記ドライブシャフト（４）と前記プロペラシャフト（６）の間に設けられ、前記ドライブシャフト（４）に接続されるドライブプーリー（１０）及び前記プロペラシャフト（６）に接続可能なドリブンプーリー（１１）を有するCVT変速機（７）と、
   前記ドリブンプーリー（１１）と前記プロペラシャフト（６）との間に設けられ、前記ドリブンプーリー（１１）に接続可能な駆動部材（２０）及び前記プロペラシャフト（６）に接続される従動部材（２６）を有するクラッチ（８）と、
   前記内燃機関（３）に代わって又は内燃機関（３）との組み合わせで動作できる電気装置（３２）であって、前記クラッチ（８）の前記従動部材（２６）に径方向で永久的に接続されるロータ（３５）を含む、電気装置（３２）とを含み、
   カップリング（５１）は、前記ドライブシャフト（４）と前記クラッチ（８）の前記駆動部材（２０）との間に設けられる、駆動組立体。
2. 前記クラッチ（８）は、遠心クラッチであり、前記クラッチ（８）の前記従動部材は、前記プロペラシャフト（６）に一体のベル（２６）であることを特徴とする、請求項１に記載の駆動組立体。
3. 前記電気装置（３２）の前記ロータ（３５）は、前記クラッチ（８）の前記ベル（２６）に同心で且つ一体であることを特徴とする、請求項２に記載の駆動組立体。
4. 前記電気装置（３２）は、逆回転可能であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の駆動組立体。
5. 前記カップリング（５１）は、電磁気的に制御されることを特徴とする、請求項１に記載の駆動組立体。
6. 前記カップリング（５１）は、前記ドリブンプーリー（１１）と前記クラッチ（８）の前記駆動部材（２０）との間に、前記駆動部材（２０）を前記ドリブンプーリー（１１）に選択的に接続するために設けられることを特徴とする、請求項１又は５に記載の駆動組立体。
7. 前記内燃機関（３）に駆動される電気発電機（３７）を含むことを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の駆動組立体。
8. 多数の入力信号（Sa,Sf,Ss）に応答して、前記内燃機関（３）のみが動作する内燃機関モードと、前記電気装置がモータとして動作して前記内燃機関（３）が動作不能とされる電気モードと、前記内燃機関（３）及び前記電気装置（３２）が双方とも作動され且つ前記駆動輪（２）に接続される並列ハイブリッドモードと、前記内燃機関が前記駆動輪（２）から非接続とされて前記電気発電機（３７）を駆動する直列ハイブリッドモードと、を少なくとも含む多数の動作モードで、前記内燃機関（３）及び前記電気装置（３２）を制御する制御ユニットを含むことを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の駆動組立体。
9. 当該駆動組立体（１）の前記動作モードを選択する選択手段（４６）を含み、前記入力信号（Sa,Sf,Ss）は、少なくとも該選択手段（４６）により生成される多数の入力信号（Ss）を含むことを特徴とする、請求項８に記載の駆動組立体。
10. 前記入力信号（Sa,Sf,Ss）は、加速部材（４４）の位置を示す信号（Sa）を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の駆動組立体。
11. 前記入力信号（Sa,Sf,Ss）は、前記車両のブレーキ制御部材（４５）に関する動作を示す信号を含むことを特徴とする、請求項８〜１０の何れかに記載の駆動組立体。
12. 少なくとも１つの駆動輪（２）を有し、請求項１〜１１の何れかに記載のハイブリッド駆動組立体を含むことを特徴とする、車両。
13. スクーターであることを特徴とする、請求項１２に記載の車両。