JP6783775B2 - 自動車用ハイブリッド変速機および電気牽引機のトルクを伝達する方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用のハイブリッド変速機の構成に関する。

より詳細には、本発明は、熱機関と電気機械とにそれぞれ連結された２つの同心一次軸を含む、熱機関および電気牽引機が備わっている自動車用のハイブリッド変速機に関し、中実一次軸が、バッテリ再充電モードにおいて、もしくはハイブリッド牽引モードの間には中空一次軸と、または熱牽引モードもしくはハイブリッド牽引モードにおいては車両の車輪に連結された二次軸上の中間歯車と、のどちらかと連結され得る。

さらに、本発明は、車両の熱機関と連結された中実一次軸と同心である中空一次ハイブリッド変速機軸に連結された車両の電気牽引機からのトルクを伝達するための方法に関する。

車両の熱機関と電気牽引機とにそれぞれ連結された２つの同心一次軸を備えた自動車用ハイブリッド変速機は、エンジンと変速機との間に入力クラッチを必要としない、特にコンパクトな環境において、ハイブリッド牽引モード、電気牽引モード、および熱牽引モードを組み合わせることを可能にする。

入力クラッチを有しない、車両の車輪に連結された２つの同心一次軸と１つの二次軸とを有するハイブリッド変速機は、公報ＦＲ２９７３２９９から知られている。この変速機は、２つの結合部材を有し、結合部材のうちの１つは、一次軸の間に配置されており、以下の３つの位置、すなわち、
− 熱機関が、電気機械を車両の車輪と連結している変速機システムから切り離される、または変速機システムと結合される位置、
− 熱機関と連結された一次軸が、電気機械に援助されて車輪を駆動するように二次軸と結合される位置、
− 熱機関と連結された一次軸が、車両の車輪に供給される電気機械からのトルクを組み合わせるために、電気機械の一次軸と結合される位置
をとることができる。

この変速機は、熱機関と一次軸との間に入力クラッチを有しない。変速機は、３つの前方歯車を有し、その内、２つの第１の歯車は、ハイブリッドモードおよび電気モードで使用され得、第３の歯車は、ハイブリッドモードおよび熱モードで使用され得る。さらに、変速機は、停止時には、熱機関が電気機械を再充電する静止時再充電モードを有する。その長さは、３組の歯、２つのつめユニット、および差動装置の１つの駆動ピニオンの並置によって決められる。

本発明は、より短くなっているにもかかわらず、同等の機能または強化された機能を果たすハイブリッド変速機を提供することを目的とする。

このため、本発明は、特定のハイブリッド牽引モードまたは電気牽引モードでは、電気機械からのトルクが、中空一次軸から中間伝送軸を経て電気歯車選択軸に伝わることを提案し、前記トルクは、２つの選択可能な電気歯車のうちの１つを経て二次軸に伝達され得る。

この配置により、２つの結合ユニットは、箱の内部で一方を他方の下に配置することが可能になり、中実一次軸と二次軸との間の中間歯車は、別の大歯車の下に配置され得る。このことは、１組の歯と二次軸上の１つの結合ユニットの長さを節約する。変速機の長さは、前述の例の３組の歯、２つの結合ユニット、および１つの駆動ピニオンではなく、３組の歯と１つの結合ユニットだけの並置によって決められるので、変速機は、前述の例のものより短くなる。

第１の実施形態によれば、電気選択軸は、第１の歯車を選択することための間歯車および第２の歯車用の間歯車のための第１の二重結合ユニットを支え、一方で、中実一次軸は、第３の歯車を選択するための間歯車と、一次軸および第３の歯車用間歯車のための第２の二重結合ユニットを支える。

第２の実施形態によれば、電気選択軸は、第１の歯車用間歯車および第３の歯車用間歯車のための第１の二重結合ユニットを支え、一方で、一次軸は、第２の歯車を選択するための間歯車の一次軸のための第２の二重結合ユニットを支える。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しつつ下記に提示される、本発明の非限定的な実施形態の説明において、明確に記載される。

提案される変速機の第１の実施形態の構造図である。 提案される変速機の簡略化された断面図である。 中立位置にある変速機を示す図である。 第２の電気歯車を示す図である。 第１の電気歯車を示す図である。 静止時再充電モードを示す図である。 第１のハイブリッド歯車を示す図である。 第２のハイブリッド歯車を示す図である。 第３のハイブリッド歯車を示す図である。 第３のハイブリッド歯車上の電気トルクの別の経路を示す図である。 第３のハイブリッド歯車上の電気トルクの別の経路を示す図である。 変速機の第２の実施形態を示す図である。 図１２の第１の変形例を示す図である。 図１２の第２の変形例を示す図である。 変速機の第３の混合実施形態を示す図である。

図１および図２は、本発明の第１の実施形態による、熱機関および電気牽引機４が備わっている自動車用のハイブリッド変速機の概略図である。このハイブリッド変速機は、熱機関の弾み車２と電気機械４とにそれぞれ連結された２つの同心一次軸１、３を有する。中実一次軸１は、バッテリ再充電モードにおける、またはハイブリッド牽引モードの間の中空一次軸３と、ハイブリッド牽引モードまたは熱牽引モードにおける車両の車輪と連結された二次軸１９上の中間歯車５、１９ａとのどちらかと連結され得る。

変速機は、４つの軸を有し、４つの軸の空間的配置が、図２に示される。一次ラインは、二重になっており、同心である中実軸１および中空軸３を備える。中実一次軸１は、例えば二重集団的弾み車である、熱機関（図示せず）の弾み車２と連結される。中空一次軸３は、電気牽引機４と連結される。図１では、一次ラインの動きを電気歯車選択軸１２に伝達する伝送軸８は、一次軸１、３より上に配置されている。変速機の二次軸１９は、電気選択軸１２と、差動装置２０と連結される。特定のハイブリッド牽引モードまたは電気牽引モードでは、電気機械４からのトルクが、中空一次軸３から中間伝送軸８を経て電気歯車選択軸１２に伝わり、前記トルクは、大歯車１８、１９ｂによって、二次軸１９に伝達され、２つの選択可能な電気歯車のうちの１つに至ることができる。

中実一次軸１は、第３の歯車用間歯車５と、一次軸用第１のカプラ６（Ｃ−Ｃｏｕｐｌａｇｅ）および第３の歯車（Ｒ３）用第２のカプラ７を備える二重結合ユニット６、７とを支える。これらのカプラは、例えば湿式クラッチ、円錐クラッチ、または大型等速噛合いクラッチである。中空一次軸３は、中空一次軸３の伝送歯車３ａを介して、電気選択軸１２上の２つの間歯車１３、１４と噛み合っている、電気歯車Ｒ１およびＲ２の少なくとも２つの固定歯車９、１１を支える伝送軸８と噛み合っている。軸１２は、歯車Ｒ１およびＲ２用の第２の二重結合ユニット１６、１７と、変速機の二次軸１９の駆動ピニオン１９ｂ上のアングル歯車１８とを支える。

一次ラインの第１のカプラ６は、ハイブリッドモードにおいてそのトルクを組み合わせるなどのために、中空一次軸３を中実軸１と結合することを可能にする。第２のカプラ７は、第３の歯車を選択するのに使用される。この変速機の固有の特徴の１つは、同じ歯車上で熱モードおよびハイブリッドモード（熱機関および電気機械）から利益を受けるように、これらの２つの結合手段を同時に使用する能力である。要約すると、電気選択軸１２は、第１の歯車および第２の歯車用間歯車１４を選択するための、間歯車１３の第１の二重結合ユニット１６、１７を支え、一方で、中実一次軸１は、第３の歯車を選択するための間歯車５と、一次軸１、３および第３の歯車用の間歯車５の第２の二重結合ユニット６、７とを支える。この第１の実施形態では、結合ユニット１６、１７および６、７は、好ましくはマルチディスククラッチである。

図１および図３では、４つのカプラＣ−Ｃｏｕｐｌａｇｅ、Ｃ−Ｒ１、Ｃ−Ｒ２、Ｃ−Ｒ３、Ｃ−Ｒ４は、開いている。トルクは、車両の車輪には伝達されず、変速機は、中立位置にある。

図４は、第２の歯車Ｒ２が電気モードにあるところを示す。カプラＣ−Ｒ２は、閉じている。電気機械４によって供給されるトルクは、中空軸３およびその伝送歯車３ａから中間軸８に伝達される。そこから、トルクは、大歯車１１、１４を介して電気選択軸１２に伝達され、次いで、大歯車１８、１９ａを介して二次軸に伝達される。この伝達状態は、電気モードにおいて中間速度で駆動するのに有用である。したがって、これは、「エクストラア―バン電気モード」と述べられ得る。

図５では、閉じているのは、Ｃ−Ｒ２ではなく、電気的第１の歯車カプラＣ−Ｒ１である。中間軸８から、トルクは、歯車９、１３を介して電気選択軸１２に伝達され、次いで、歯車１８、１９ａを介して二次軸１９に伝達される。この伝達状態は、電気モードにおいて低速度で駆動するのに有用である。したがって、これは、「アーバン電気モード」と述べられ得る。

スマート充電モードまたは静止時充電モードでは、図６に示されるように、カプラＣ−Ｃｏｕｐｌａｇｅ６は、閉じている。２つの一次軸１、３は、結合されている。熱機関が回転すると、そこからの動きが、車両のバッテリを再充電する発電機としての機能を果たす電気機械４に伝達される。

図７では、２つのカプラＣ−Ｒ１およびＣ−Ｃｏｕｐｌａｇｅは、閉じている。電気歯車が低位置であるので、変速機は、「ハイブリッドアーバン」と述べられるハイブリッドモードにある。

図８では、２つのカプラＣ−Ｒ２およびＣ−Ｃｏｕｐｌａｇｅは、閉じている。電気歯車は、高位置であるので、変速機は、「ハイブリッドエクストラアーバン」と述べられるハイブリッドモードにある。

図９では、２つのカプラＣ−Ｒ３およびＣ−Ｃｏｕｐｌａｇｅは、閉じている。カプラによって選択された歯車Ｒ３は、変速機において最も高位置であるので、変速機は、「ハイブリッドエクスプレスウェイ」と述べられるハイブリッドモードにある。

図１０には、別のハイブリッドモードが示され、一次軸１、３は結合されず、カプラＣ−Ｒ１およびＣＲ３は同時に閉じている。このモードは、「ハイブリッドアーバン２」と述べられる。

図１１のハイブリッドモードでは、カプラＣ−Ｃｏｕｐｌａｇｅは、同様に開いている。カプラＣ−Ｒ２およびＣ−Ｒ３は、両方とも閉じている。これは、「ハイブリッドエクストラアーバンモード２」と述べられる。

この変速機の以下の技術特性は、特に好都合である。
− トルクの要らない転換伝達である、
− 電気機械は、ハイブリッドモードにおいて第３の歯車Ｒ３上で使用され得る、
− 一次軸のカプラのおかげで、歯車を転換するとき、機関は、迅速に同期する、
− 車両は、熱モードで始動し得る、
− この変速機は、第３の歯車Ｒ３上でハイブリッドモードを有する、
− カプラＣ−Ｃｏｕｐｌａｇｅを漸進的に閉じることで、電気機械を用いて熱機関を起動することによって始動すること（「バンプ始動」）が可能になる。

この変速機は、特に長さが短い。この利点が得られる理由は、まず、長手方向において、変速機が有しているのは、３つの歯区分および１つの結合ユニットだけであるからである。その上、二次軸上には、結合手段がないので、二次軸と差動装置との間の中心間距離は短くなる。さらに、第２の歯車Ｒ２は、第３の歯車Ｒ３に面している。最後に、中実軸３および１２上にカプラが配置されており、カプラに面している大歯車がないという事実が、中心間の距離を縮小させるのに役立つ。

図１２、図１３、および図１４の変形例では、第２の歯車および第３の歯車の間歯車１４、５は、前述の図に関連してそれぞれ逆さになっている。電気選択軸１２は、第１の歯車用間歯車１３および第３の歯車用間歯車５のための第１の二重結合ユニット２２を支え、一方で、中実一次軸１は、一次軸１、３の第２の二重結合ユニット２１と、第２の歯車を選択するための間歯車１４を支える。

前述の図のカプラは、中実一次軸１上の結合ユニット６、７の代わりに、および電気選択軸１２上の結合ユニット１６、１７の代わりにそれぞれ配置された２つのつめ付きカプラ２１、２２に置き換えられている。これらのつめ付きカプラは、トルクを遮断するが、変速機の長さをさらに縮小することを可能にし、それによって、より嵩の大きい電気機械を使用することを可能にしている。つめ付きの場合、図９に示されるように、第３の歯車Ｒ３に電気機械が設けられた「ハイブリッドエクスプレスウェイ」モードは、一次のカプラ２１による歯車の結合が、２つの一次軸１および３の結合を防止しているので、もはやアクセス可能ではない。図１２に示される配置では、異なる歯車範囲が、電気選択軸１２上の第１の歯車および第３の歯車Ｒ１、Ｒ３を用いて、そして一次上の熱的第２の歯車Ｒ２を用いて選択することができる。中間軸８は、電気選択軸１２の第１のＲ１および第３のＲ３の間歯車１３および５と噛み合っている第１の歯車Ｒ１の固定歯車９および第３の歯車Ｒ３の固定歯車８ａを支える。

変形例として、変速機の長さが縮小されることを利用して、従来型の歯車箱の長さを超えることなく第４の歯車が加えられ得る。この解決策は、図１２の歯車Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３の配置を示す図１３に図示される。第４の歯車Ｒ４は、二次軸１９上の大歯車１８、１９ａによる電気中間歯車の外側に加えられている。中実一次軸１は、二次軸１９の固定歯車と噛み合う第４の大歯車２３と、第３のつめ付きカプラ２５とを支える。その場合、中実一次軸１は、二次軸１９上の第４用の固定歯車２４と噛み合う、第４の歯車用の間歯車２３を支える。変速機は、そのシャフト１９上の第４用の間歯車２３を結合するために第３のつめ付きカプラ２５を有する。この解決策は、融通性を提供する利点を有する。この変形例では、第４の歯車Ｒ４は、一次１のベアリングの間に、または外側に配置され得、その場合、第４の間歯車２３および第３のカプラ２５は、図面に示すように、電気選択軸１２と二次軸１９との間で、中間歯車１８、１９ａの外側に配置される。

図１４に示される別の変形例は、変速機の長さが縮小されたことを利用して、熱機関に面する中実一次軸上にローラ交流発電機などの第２の電気機械２６を加えることに関係するものである。その場合、中実一次軸１は、電気選択軸１２と二次軸１９との間で、中間歯車１８、１９ａの外側に配置された第２の電気牽引機を支える。

この「標準マイクロハイブリッド」配置の主要な利点は、始動機から何ら騒音を発することなく、熱機関を即座にかつ静かに始動することを可能にすることである。熱機関の始動時間を縮小することは、ハイブリッド車両における運転の快適性を確実にするのに不可欠な基準である。さらに、この配置は、熱機関が牽引に使用されていない場合、熱機関を切断して停止させる。さらに、第２の電気機械は、追い越し時に、大幅な出力増大を提供する。機関制動が、例えば「セーリング」モードにおいて、一時的に見合わせられ、機関制動されずに、電気機械単独で低負荷を提供または維持するとき、この配置は、減速の間の電気再生を利用して、消費を大幅に向上させることができる。

第２の電気機械２６も同様に、電気的同期または「ｅ同期」を利用して、歯車転換を改良するのに役立つ。熱機関に直接結合されるこの電気機械は、無負荷運転時に、熱機関の非常に正確な制御を可能にする。機関の速度は、電気機械と正確に同期され得る。無負荷運転機関の速度を制御した結果、機械的な同期装置なしで、速度変化が縮小され、衝撃の変化も縮小された。この同期モードは、熱機関の減速を伴うシフトアップ時に特に顕著である。

最後に、この第２の電気機械は、熱機関の弾み車によって蓄えられた運動エネルギーを回復することを可能にする。

図１４に示される構成は、変速機が、カプラ２２の位置に応じて、第１の歯車および第３の歯車において「標準ハイブリッド」モードで動作することを可能にする。これらのモードは、低燃料消費および運転の快適性であることから、低負荷および低速度（例えば市中または交通渋滞での）に特によく適している。

これらのモードは、触媒を、牽引とは無関係な最適負荷レベルまで加熱するのにも同様に有用である。これは、バッテリの触媒を加熱することによって発生したエネルギーを蓄える一方で、排出物を縮小させるのに役立つ。さらに、熱機関が、電気モードにおいて特定の歯車を転換する間には始動されずに駆動される場合、転換は、例えば、第２の電気機械２６を用いたトルク補償を利用しながら、トルクを用いて第１の電気歯車から第３の電気歯車に転換するなど、トルクを用いて行われることもできる。

図１５は、特定の経済的便益を提供する、変速機の「混合」実施形態を示す。この実施形態では、第１のクラッチ１６および第２のクラッチ１７は、電気選択軸１２上にある。反対に、中実一次軸１は、図１１、図１２、および図１３に示されるつめ付きカプラ２２を支える。したがって、第２の結合ユニット１６、１７は、マルチディスククラッチで構成されており、一方で、第１の結合ユニット２１は、つめ付きカプラである。この解決策は、トルクを用いた転換を維持しているが、熱機関は、熱機関が噛み合わされるときには、援助なしで自体を同期させなければならない。

前述した本発明の実施形態の全ておよび実施形態の非限定的な変形例の全てにおいて、車両の熱機関と連結された中実一次軸と同心である中空一次ハイブリッド変速機軸に連結された車両の電気牽引機からトルクを伝達する方法は、同じである。電気機械からのトルクは、中空一次軸から中間伝送軸を経て電気歯車選択軸に伝わり、前記トルクは、２つの選択可能な電気歯車２０のうちの１つを経て、車両の車輪と連結された第２の変速機軸に伝達され得る。

Claims (10)

1. 熱機関および電気牽引機（４）を備えた自動車用ハイブリッド変速機であって、前記熱機関と前記電気牽引機とにそれぞれ連結された同心の２つの一次軸（１、３）を含み、前記一次軸（１、３）は中実一次軸（１）及び中空一次軸（３）からなり、前記中実一次軸（１）が、前記一次軸（１、３）の第１の結合ユニット（６、７；２１）と、第１のギア比のための第１の間歯車とを支え、前記第１の結合ユニット（６、７；２１）は、前記中実一次軸（１）を、バッテリ再充電モードにおいて、もしくはハイブリッド牽引モードの間に前記中空一次軸（３）に連結すること、またはハイブリッド牽引モードもしくは熱牽引モードにおいて前記自動車の車輪と連結された二次軸（１９）上の中間歯車（１９ａ）に連結することのいずれかを可能にし、特定のハイブリッド牽引モードまたは電気牽引モードでは、前記電気牽引機（４）からのトルクが、前記中空一次軸（３）から中間伝送軸（８）を経て電気歯車選択軸（１２）に伝わり、そこから、前記トルクが、前記電気歯車選択軸（１２）上の２つの選択可能な第２の間歯車及び第３の間歯車のうちの１つを経て前記二次軸（１９）に伝達されることができ、
   前記電気歯車選択軸（１２）が、第２のギア比のための第２の間歯車と第３のギア比のための第３の間歯車との第２の結合ユニット（１６、１７；２２）を支え、
   前記一次軸（１、３）が前記ハイブリッド変速機の長手軸と同軸であって、
   前記ハイブリッド変速機の中心鉛直軸が前記中実一次軸（１）の中点において前記中実一次軸（１）に垂直な鉛直方向で定義され、
   前記第１の結合ユニット（６、７；２１）が前記第２の結合ユニット（１６、１７；２２）と鉛直方向に揃えられている、ハイブリッド変速機。
2. 前記二次軸（１９）上の中間歯車（１９ａ）が前記第３の間歯車（１４；５）と鉛直方向に揃えられている、請求項１に記載のハイブリッド変速機。
3. 前記第１および第２の結合ユニット（６、７）、（１６、１７）がマルチディスククラッチで構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のハイブリッド変速機。
4. 前記第２の結合ユニット（１６、１７）が、マルチディスククラッチで構成されており、一方で、前記第１の結合ユニット（２１）が、つめ付きカプラであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のハイブリッド変速機。
5. 前記第１および第２の結合ユニット（２１、２２）が、つめ付きカプラであ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。
6. 前記中実一次軸（１）が、前記二次軸（１９）の固定歯車（２４）と噛み合う第４の間歯車（２３）と、第３のつめ付きカプラ（２５）とを支えることを特徴とする、請求項５に記載のハイブリッド変速機。
7. 前記第４の間歯車（２３）および前記第３のつめ付きカプラ（２５）が、前記電気歯車選択軸（１２）と前記二次軸（１９）との間で、前記中間歯車（１９ａ）よりも前記中心鉛直軸から長手方向で遠くに配置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. 前記中実一次軸（１）が、前記電気歯車選択軸（１２）と前記二次軸（１９）との間で、前記中間歯車（１９ａ）よりも前記中心鉛直軸から長手方向で遠くに配置される第２の電気牽引機を支えることを特徴とする、請求項５に記載のハイブリッド変速機。
9. 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によってトルクを伝達するための方法であって、前記電気牽引機（４）からの前記トルクが、前記中空一次軸（３）から前記中間伝送軸（８）を経て前記電気歯車選択軸に伝わり、前記トルクが、前記電気歯車選択軸上の２つの選択可能な前記第２の間歯車及び前記第３の間歯車のうちの１つを経て自動車の車輪に連結された前記二次軸（１９）に伝達され得ることを特徴とする、方法。
10. 熱機関および電気牽引機（４）を備えた自動車用ハイブリッド変速機であって、前記熱機関と前記電気牽引機（４）とにそれぞれ連結された同心の２つの一次軸（１、３）を含み、前記一次軸（１、３）は中実一次軸（１）及び中空一次軸（３）からなり、
    前記中実一次軸（１）が、前記一次軸（１、３）の結合ユニット（６、７）と間歯車（５）とを支え、
    前記結合ユニット（６、７）は、
    前記中実一次軸（１）を、バッテリ再充電モードにおいて、もしくはハイブリッド牽引モードの間に前記中空一次軸（３）に連結すること、
    ハイブリッド牽引モードもしくは熱牽引モードにおいて前記自動車の車輪と連結された二次軸（１９）上の中間歯車（１９ａ）に連結すること、及び
    前記中実一次軸（１）を、ハイブリッド牽引モードにおいて前記中空一次軸（３）及び前記二次軸（１９）上の中間歯車（１９ａ）の双方に連結すること、
    のそれぞれのために構成されており、
    特定のハイブリッド牽引モードまたは電気牽引モードでは、前記電気牽引機（４）からのトルクが、前記中空一次軸（３）から中間伝送軸（８）を経て電気歯車選択軸（１２）に伝わり、そこから、前記トルクが、前記電気歯車選択軸（１２）上の２つの選択可能な電気歯車（Ｒ１，Ｒ２）のうちの１つを経て前記二次軸（１９）に伝達されることができる、ハイブリッド変速機。

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