JP6978505B2 - ハイブリッド車両用変速機の構造、ドライブトレイン及びハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両の進行方向に対して横向きのドライブトレインを備える、ハイブリッド車両用変速機の構造に関する。本発明は更に、そうした構造を示す変速機を備える、ドライブトレイン及びハイブリッド車両に関する。
本出願人の特許出願であるドイツ特許出願公開ＤＥ１０ ２０１３ ２１５ １１４ Ａ１号は、自動車用ハイブリッド駆動装置を開示している。このハイブリッド駆動装置は、自動車の進行方向に対して横向きである。内燃機関は、クラッチを介して自動シフト型変速機の入力軸と接続されている。自動シフト型変速機の出力軸は、車軸差動装置の皿形歯車を駆動する。電気機械は、入力軸、出力軸、及び車軸差動装置と軸平行に配置されている。電気機械が、２つの歯車を介して遊星歯車機構の内歯車と接続されている。遊星歯車機構は、出力軸と同軸に配置されている。構成要素の具体的な空間的な配置は、この場合開示されていない。
ドイツ特許出願公開ＤＥ１１ ２００８ ００１ ３７４ Ｔ５号の公報は、ハイブリッド駆動装置を開示する。ハイブリッド駆動装置は、内燃機関と接続された入力軸と、それと軸平行に配置された電気機械と、入力軸と同軸に配置された変速機と、を備える。変速機の出力軸は、カウンタ軸を介してディファレンシャルギヤを駆動する。電気機械は、減速機構を介して変速機入力軸と接続されている。変速機入力軸は、クラッチを介して入力軸と接続されている。この場合カウンタ軸の回転軸は、空間的に、入力軸の回転軸とディファレンシャルギヤの回転軸との間の接続線の上にある。電気機械は、空間的に、入力軸のすぐ上に配置されている。電気機械が、完全に残りの構成要素の上に配置される。そのためこの種の配置では、不所望にも、大きな構造スペースが要求される。
ＰＣＴ国際公開ＷＯ２０１２／１１７５０１ Ａ１号の公報は、ハイブリッドドライブトレイン用ＣＶＴ（無断変速装置）を開示する。入力側摩擦車は、内燃エンジン出力軸と同軸に配置されている。また出力側摩擦車は、それに対して軸平行に配置されている。電気モータは、摩擦車と軸平行に配置され、カウンタ軸を介して入力側摩擦車に作用する。ディファレンシャル装置は、摩擦車及び電気モータと軸平行に配置されている。出力側摩擦車は、噛合を介して、ディファレンシャル装置と直接に接続されている。電気モータは、空間的に、ディファレンシャル装置の上に配置され、両方の摩擦車に重なる。変速比を形成する摩擦車は、必然的に２つの軸上に配置されなければならない。そのため、こうした配置でも、大きな構造スペースが要求される。電気モータは、主に残りの構成要素の上に配置されなければならない。
欧州特許出願公開ＥＰ１ ４４０ ８３３ Ａ２号は、ハイブリッド駆動用変速機を開示する。この変速機は、第１及び第２モータ／ジェネレータを備える。これらのモータ／ジェネレータは、合計４つの軸を備えたプラネタリギヤセットを介して協働する。これによって、変速比を、変速機の入力要素と出力要素との間で無段階に調節可能である。出力要素は、中間軸を介してディファレンシャルギヤ装置と接続されている。２つのモータ／ジェネレータのうちの一方のモータ／ジェネレータの回転軸は、空間的に、入力要素の回転軸の上に配置されている。中間軸の回転軸は、空間的に、入力要素及びディファレンシャルギヤの回転軸の下に配置されている。計２つのモータ／ジェネレータがあるために、こうした変速機には、大きな構造スペースが必要である。
ドイツ特許出願公開ＤＥ１０ ２０１３ ２１５ １１４ Ａ１号 ドイツ特許出願公開ＤＥ１１ ２００８ ００１ ３７４ Ｔ５号 ＰＣＴ国際公開ＷＯ２０１２／１１７５０１ Ａ１号 欧州特許出願公開ＥＰ１ ４４０ ８３３ Ａ２号
したがって、本発明の課題は、必要な構造スペースが小さいことを特徴とする変速機を提供することである。
この課題は、請求項１に記載の変速機の構造によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項、以下の記載、及び図から明らかとなる。
ハイブリッド車両の進行方向に対して横向きのドライブトレイン、つまり、いわゆるフロント横置き又はリア横置きの配置を備えたハイブリッド車両用変速機の構造が提案される。変速機は、入力軸、中間軸、差動装置、及びハイブリッド車両を駆動するよう構成された厳密に１つの電気機械を備える。電気機械は、回転不能なステータ及び回転可能なロータを備える。入力軸、中間軸、差動装置、及びロータは、相互に軸平行に配置された回転軸を備える。
入力軸は、ハイブリッド車両の内燃機関へのトルク伝達インターフェイスを構成する。これに対して代替的には、クラッチ又はフリーホイールを介して、入力軸がそうしたインターフェイスと接続されている。差動装置は、ハイブリッド車両の駆動軸へのトルク伝達インターフェイスを示す。駆動軸は、ハイブリッド車両の駆動輪と接続されている。
変速機は、多様な変速比を、入力軸と、入力軸と同軸に配置された出力軸との間で提供するよう構成されている。この種の変速機は、例えば、遊星歯車セット及び遊星歯車セットと協働するシフト要素で構成することができる。出力軸に作用するトルクは、中間軸を介して差動装置に伝達される
電気機械のロータは、入力軸と、又は変速機の更なる軸と、常時接続されている。変速機の更なる軸は、入力軸と出力軸との間の変速比形成に関与する。この場合常時接続は、例えば単一平歯車伝動装置若しくは他段平歯車伝動装置、又はチェーン伝動装置等を介する、一定の変速比によって行われる。
本発明によれば、中間軸の回転軸は、空間的に、入力軸の回転軸と差動装置の回転軸との間の接続線の下に配置されている。ロータの回転軸は、空間的に、この接続線の上に配置されている。「空間的に下」及び「空間的に上」との幾何学的表現は、この場合、ハイブリッド車両における変速機の設置位置に関するものである。多様な変速比が同軸システムにおいて形成され、車両を駆動する１つのみの電気機械が存在する。そのため、こうした配置は特に構造がコンパクトになる。この場合中間軸が、通常とは異なり、空間的に、接続ラインの下に配置されている。これによって、そうでなければ中間軸に使用される構造スペースを、電気機械が使用することができる。
軸方向から見ると、入力軸、中間軸、及び差動装置の回転軸を接続すると、三角形が構成される。好適には、電気機械が、この三角形における中間軸に接触しない辺に割り当てられている。これによって、変速機の特にコンパクトな構造が可能である。
好適には、ロータの回転軸と差動装置の回転軸との間の、ハイブリッド車両の進行方向の間隔は、入力軸の回転軸とロータの回転軸との間の進行方向の間隔よりも、特に著しく小さい。
好適な実施形態によれば、異なる変速比を入力軸と出力軸との間で、複数の遊星歯車セット及び複数の遊星歯車セットと協働するシフト要素を用いて形成可能である。
好適には、前述の構造を備えた変速機は、ハイブリッド車両の構成部分、又は変速機に加えて内燃機関をも備えたハイブリッド車両用のドライブトレインの構成部分である。
本発明の実施形態は、以下に添付の図面を参照して詳述される。
ハイブリッド車両の進行方向に対して横向きのドライブトレインを備えたハイブリッド車両の概略図である。 そうしたハイブリッド車両用変速機を備えたドライブトレインの概略図である。 そうしたハイブリッド車両用変速機を備えたドライブトレインの概略図である。 そうしたハイブリッド車両用変速機を備えたドライブトレインの概略図である。 そうしたハイブリッド車両用変速機を備えたドライブトレインの概略図である。 そうしたハイブリッド車両用変速機を備えたドライブトレインの概略図である。 そうしたハイブリッド車両用変速機を備えたドライブトレインの概略図である。 そうしたドライブトレイン用の例示的な変速機歯車セットの概略図である。 そうした変速機用の入力軸、中間軸、差動装置、及び電気機械の位置決めを示す図である。 そうした変速機用の入力軸、中間軸、差動装置、及び電気機械の位置決めを示す図である。 そうした変速機用のハウジングの例示的な側面図である。
図１は、進行方向ｘに対して横向きのドライブトレインを備えたハイブリッド車両の概略図を示す。ドライブトレインは、２つの駆動輪ＤＷ及び２つの非駆動輪ＮＤＷを備える。内燃機関ＶＭは、変速機Ｇの入力軸Ｇ１を介して変速機Ｇと接続されている。さらに変速機Ｇは、電気機械Ｅ、中間軸Ｇ３、及び差動装置Ａを備える。したがって入力軸Ｇ１は、内燃機関ＶＭへのトルク伝達インターフェイスを構成する。差動装置Ａは、駆動輪ＤＷと接続された駆動軸への、２つのトルク伝達インターフェイスを備える。
図２は、そうしたハイブリッド車両用ドライブトレインの概略図を示す。内燃機関ＶＭは、ねじり振動ダンパＴＳ及びクラッチＫ０を介して、変速機Ｇの入力軸Ｇ１と接続されている。これは、単に例示的なものとみなされたい。内燃機関ＶＭは、クラッチＫ０なしで入力軸Ｇ１と接続されてもよい。これに対して代替的に、クラッチＫ０はフリーホイールによって置き換えられてもよい。この種のバリエーションは、本発明の全ての実施形態に対して適用可能である。
入力軸Ｇ１は、内燃機関ＶＭのクランクシャフト軸と同軸の回転軸Ｇ１ａを中心に回転する。変速機Ｇの出力軸Ｇ２は、入力軸Ｇ１と同軸に配置されている。変速機Ｇは、入力軸Ｇ１と出力軸Ｇ２に加えて、入力軸Ｇ１と出力軸Ｇ２との間の変速比形成に関与する、軸Ｇｘを含む更なる軸を備える。電気機械Ｅのロータは、チェーン伝動装置ＫＥを介して軸Ｇｘと常時接続されている。チェーン伝動装置ＫＥによって、ロータと軸Ｇｘとの間には、一定の変速比が存在する。電気機械Ｅは、入力軸Ｇ１と軸平行に配置されている。ロータは、回転軸Ｒａを中心に回転する。
差動装置Ａは、入力軸Ｇ１と軸平行に配置され、回転軸Ａａを中心に回転する。出力軸Ｇ２と差動装置Ａとの間の動力経路には、差動装置Ａ及び入力軸Ｇ１と軸平行に配置された中間軸Ｇ３が存在する。中間軸Ｇ３は、回転軸Ｇ３ａを中心に回転する。
図３は、図２に示されたドライブトレインに実質的に対応する図１のハイブリッド車両用ドライブトレインの、更なる概略図を示す。電気機械Ｅのロータは、今度は、チェーン伝動装置ＫＥを介してではなく、平歯車伝動装置ＳＥを介して、軸Ｇｘと接続されている。
図４は、図２に示されたドライブトレインに実質的に対応する図１のハイブリッド車両用ドライブトレインの、更なる概略図を示す。電気機械Ｅのロータは、今度は、もはや軸Ｇｘとではなく、入力軸Ｇ１と、常時接続されている。連結は、この場合、チェーン伝動装置ＫＥを介して行われる。この場合チェーン伝動装置ＫＥは、変速機Ｇの、内燃機関ＶＭから離れた方向の軸方向端部に配置されている。
図５は、図４に示されたドライブトレインに実質的に対応する図１のハイブリッド車両用ドライブトレインの、更なる概略図を示す。電気機械Ｅのロータは、今度は、チェーン伝動装置ＫＥを介してではなく、平歯車伝動装置ＳＥを介して、入力軸Ｇ１と接続されている。
図６は、図４に示されたドライブトレインに実質的に対応する図１のハイブリッド車両用ドライブトレインの、更なる概略図を示す。チェーン伝動装置ＫＥは、今度は、変速機Ｇの、内燃機関ＶＭの方向の軸方向端部に配置されている。チェーン伝動装置ＫＥは、変速機ＧのハウジングＧＧ内部に配置されてもよい。
図７は、図６に示されたドライブトレインに実質的に対応する図１のハイブリッド車両用ドライブトレインの、更なる概略図を示す。電気機械Ｅのロータは、今度は、チェーン伝動装置ＫＥを介してではなく、平歯車伝動装置ＳＥを介して、入力軸Ｇ１と接続されている。平歯車伝動装置ＳＥは、変速機ＧのハウジングＧＧ内部に配置されてもよい。
図８は、前述のドライブトレイン用変速機Ｇの歯車セットの概略図を示す。変速機Ｇは、４つの遊星歯車セットＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、及び６つのシフト要素Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を備える。その都度シフト要素のうちの３つのシフト要素を選択的に締結することにより、個々の遊星歯車セット要素を図示のように連結させて、９つの前進速と１つの後退速を、入力軸Ｇ１と出力軸Ｇ２との間で提供することができる。歯車セットの構造は、単に例示的なものとみなされたい。他の歯車セットスキームでも、異なる変速比を形成することができる。
図８においては、歯車セットの半分のみの断面図が示される。低減されたこの図は、より明確にするために役立つ。図８で選択された、電気機械Ｅと歯車セットを備える図は、展開断面図であり、歯車セットの要素と電気機械Ｅとの間の径方向の間隔を強調する。図８は、更に、電気機械Ｅがチェーン伝動装置ＫＥを介して入力軸Ｇ１と連結される態様を示す。チェーン伝動装置ＫＥは、平歯車伝動装置ＳＥによって置き換えられてもよい。これは、明確さを考慮して図示していない。
図９は、変速機Ｇにおける、入力軸Ｇ１、中間軸Ｇ３、差動装置Ａ、及び電気機械Ｅの位置決めを示す図である。図は、ハイブリッド車両の進行方向ｘ及び垂直軸ｚからなる平面に対応する。電気機械Ｅは、チェーン伝動装置ＫＥを介して入力軸Ｇ１と連結される。符号ＨＳは、入力軸Ｇ１と同軸に配置された歯車セットの外側エンベロープＨＳを示す。図９から、回転軸Ｒａは、空間的に、回転軸Ｇ１ａと回転軸Ａａとの間の接続線１の上に配置されていることが明らかである。回転軸Ｇ３ａは、空間的に、接続線１の下に配置されている。回転軸Ｇ１ａ、Ｇ３ａ、及びＡａは、平面において三角形を構成する。接続線１は、この三角形の最長辺を構成する。三角形のこの辺は、電気機械Ｅの方向を向いている。回転軸Ａａと回転軸Ｒａとの間の進行方向ｘの間隔ＲＡｘは、この場合、回転軸Ｇ１ａと回転軸Ｒａとの間の進行方向ｘの間隔ＧＲｘよりも、明らかに小さい。換言すると、電気機械は進行方向ｘで、入力軸Ｇ１に対してよりも、差動装置Ａに対して、明らかに近接して配置されている。
図１０は、変速機Ｇにおける、入力軸Ｇ１、中間軸Ｇ３、差動装置Ａ、及び電気機械Ｅの位置決めを示す図であり、実質的に図９に対応する。チェーン伝動装置に替えて、今度は、更なる中間軸Ｇ４を備える平歯車伝動装置ＳＥを介して連結を行う。中間軸Ｇ４は、回転軸Ｒａ及び回転軸Ｇ１ａと軸平行に配置された回転軸Ｇ４ａを中心に回転する。
図１１は、そうした変速機Ｇ用のハウジングＧＧの側面図を示す。図示の状態は、図９及び図１０と同様に、ハイブリッド車両の進行方向ｘ及び垂直軸ｚからなる平面に存在する。この図において、ハウジングＧＧを特にコンパクトに形成できることが認識可能である。
Ｇ 変速機
ＧＧ ハウジング
Ｇ１ 入力軸
Ｇ１ａ 回転軸
Ｇ２ 出力軸
Ｐ１乃至Ｐ４ 遊星歯車セット
Ｓ１乃至Ｓ６ シフト要素
ＨＳ エンベロープ
Ｇｘ 更なる軸
Ｇ３ 中間軸
Ｇ３ａ 回転軸
Ａ 差動装置
Ａａ 回転軸
Ｅ 電気機械
Ｒａ 回転軸
ＫＥ チェーン伝動装置
ＳＥ 平歯車伝動装置
Ｇ４ 更なる中間軸
Ｇ４ａ 回転軸
１ 接続ライン
ＧＲｘ 間隔
Ｒａｘ 間隔
ｘ 進行方向
ｚ 垂直軸
ＤＷ 駆動輪
ＮＤＷ 非駆動輪
ＶＭ 内燃機関
ＴＳ ねじり振動ダンパ
Ｋ０ クラッチ

Claims (7)

  1. ハイブリッド車両の進行方向（ｘ）に対して横向きのドライブトレインを備えたハイブリッド車両用変速機（Ｇ）の構造であって、前記変速機（Ｇ）は、入力軸（Ｇ１）、中間軸（Ｇ３）、差動装置（Ａ）、及びハイブリッド車両を駆動するよう構成された厳密に１つの電気機械（Ｅ）を備え、前記電気機械（Ｅ）は、回転可能なロータ及び回転不能なステータを備え、
    入力軸（Ｇ１）、中間軸（Ｇ３）、差動装置（Ａ）、及び前記電気機械（Ｅ）のロータは、相互に軸平行に配置された回転軸（Ｇ１ａ、Ｇ３ａ、Ａａ、Ｒａ）を備え、
    前記入力軸（Ｇ１）は、ハイブリッド車両の内燃機関（ＶＭ）へのトルク伝達インターフェイス（ＧＶ）を構成し、又はクラッチ（Ｋ０）若しくはフリーホイールを介してそうしたインターフェイスと接続され、
    前記差動装置（Ａ）は、ハイブリッド車両の駆動輪（ＤＷ）と接続された駆動軸へのトルク伝達インターフェイスを備え、
    前記変速機（Ｇ）は、異なる変速比を前記入力軸（Ｇ１）と、前記入力軸（Ｇ１）と同軸に配置された出力軸（Ｇ２）との間で提供するよう構成され、
    トルクは、出力軸（Ｇ２）と差動装置（ＡＧ）との間で、前記中間軸（Ｇ３）を介して伝達され、
    前記ロータは、前記入力軸（Ｇ１）と、又は前記変速機（Ｇ）の更なる軸（Ｇｘ）と、一定の変速比によって常時接続され、前記更なる軸（Ｇｘ）が前記変速機（Ｇ）における変速比形成に関与する変速機（Ｇ）の構造において、
    前記中間軸（Ｇ３）の前記回転軸（Ｇ３ａ）は、空間的に、前記入力軸（Ｇ１）の前記回転軸（Ｇ１ａ）と前記差動装置（Ａ）の前記回転軸（Ａａ）との間の接続線（１）の下に配置され、前記ロータの前記回転軸（Ｒａ）は、空間的に、前記接続線（１）の上に配置されていることを特徴とする、変速機（Ｇ）の構造。
  2. 請求項１に記載の変速機（Ｇ）の構造であって、前記入力軸（Ｇ１）、前記中間軸（Ｇ３）、及び前記差動装置（Ａ）の前記回転軸（Ｇ１ａ、Ｇ３ａ、Ａａ）上に頂点を有する三角形では、前記三角形における前記電気機械（Ｅ）の方向を向いた辺は、前記中間軸（Ｇ３）に接触しないことを特徴とする、変速機（Ｇ）の構造。
  3. 請求項１又は２に記載の変速機（Ｇ）の構造であって、前記ロータの前記回転軸（Ｒａ）と前記差動装置（Ａ）の前記回転軸（Ａａ）との間のハイブリッド車両の進行方向（ｘ）の間隔（ＲＡｘ）は、前記入力軸（Ｇ１）の前記回転軸（Ｇ１ａ）と前記ロータの前記回転軸（Ｒａ）との間のハイブリッド車両の進行方向ｘの間隔（ＧＲｘ）よりも小さいことを特徴とする、変速機（Ｇ）の構造。
  4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の変速機（Ｇ）の構造であって、異なる変速比を前記入力軸（Ｇ１）と前記出力軸（Ｇ２）との間で、複数の遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）及び前記複数の遊星歯車セット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）と協働するシフト要素（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）を用いて形成可能であることを特徴とする、変速機（Ｇ）の構造。
  5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の変速機（Ｇ）の構造であって、前記一定の変速比が、前記ロータと、前記入力軸（Ｇ１）との間又は前記更なる軸（Ｇｘ）との間で、チェーン伝動装置（ＫＥ）又は平歯車伝動装置（ＳＥ）の変速比によって決定されることを特徴とする、変速機（Ｇ）の構造。
  6. 内燃機関（ＶＭ）を備えたハイブリッド車両用ドライブトレインであって、請求項１〜５の何れか一項に従って構成された変速機（Ｇ）を備えることを特徴とする、ドライブトレイン。
  7. 請求項１〜５の何れか一項に従って構成された変速機（Ｇ）を備えることを特徴とする、ハイブリッド車両。
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