JPH11506406A - ハイブリッド電気車両用駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一次シャフト（４６）からトルクを受容する少なくとも２本の駆動車輪（３６、３８）を有する車両用のハイブリッド電気駆動システムが開示されている。システムは、それへのトルクを伝達するための二次駆動シャフト（５０）に操作可能に接続された内燃機関（３０）、それからトルクを受容するための二次駆動シャフトに操作可能に接続した入力シャフト（４２）を有する一次駆動シャフトへトルクを伝達する変速機アセンブリ（４０）、並びにそれへトルクを伝達するための変速機アセンブリ（４０）の入力シャフト（４２）へ操作可能に接続した少なくとも１個の電気モータ（３２、３４）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 ハイブリッド電気車両用駆動システム 技術分野 本発明は、車両用駆動システムに関し、さらに特に車両に動力を供給するのに 燃焼機関及び電気モータの両者を使用するハイブリッド電気自動車用の高能率駆 動システムに関する。 背景技術 殆ど一世紀にわたり、自動車は、内燃機関により動力を供給されてきており、 それらは、それらの燃料燃焼プロセスの本質から、環境に有害な廃棄生成物を発 生する。最近、電気モータによってのみ動力を供給される車両が、大気中に放出 される有害な廃棄物の量を最低にする試みに導入されてきている。しかし、それ らが、延長された期間にわたって再充電されねばならない大きな蓄電池を有する ため、電気車両は、それらの範囲及び適用性が限定される。 動力供給のために内燃機関及び電気モータの両者を利用する自動車は、また当 業者に知られており、そしてハイブリッド動力供給車両と通常呼ばれる。これら の車両は、有害な排出物を最低にししかも気体機関及び電気モータの有利な面を 最大にするようにデザインされる。ハイブリッド電気車両の初めの例は、Ｐ．Ｔ ．Ｎｉｍｓの米国特許第２５７１２８４号、Ｒ．Ｒｏｔｈの米国特許第３３０５ ９６５号、Ｒｏｓｅｎの米国特許第３７９１４７３号に開示されている。一般に 、二つのタイプのハイブリッド電気車両駆動システムが存在する。内燃機関及び 電気モータが車両の駆動車輪に動力を供給することに関して働く並列駆動システ ム、並びに内燃機関が電気モータ用の発電機に動力を与えそして電気モータが車 両の駆動車輪に動力を伝える直列駆動システムである。 改良した並列駆動システムを使用するハイブリッド動力供給車両の例は、Ｈｏ ｒｗｉｎｓｋｉの米国特許第４０４２０５６号に開示されている。改良された駆 動システムは、車両の前方駆動シャフトに動力を伝達する内燃機関、並びに自動 変速機を経て車両の後方駆動シャフトに動力を伝達する電気モータを含む。操作 にあたっては、電気モータ及び自動変速機は、高速道路巡航速度に車両を加速す るのに使用される。巡航速度に達したとき又はその直前に、内燃機関が開始し、 磁気クラッチが前方駆動シャフトに機関を接続する。同時に、内燃機関は、電気 モータに動力を伝達する電池を充電する発電機を駆動するのに使用できる。 車両の前輪を駆動する内燃機関及び車両の後輪を駆動する電気モータを使用し そしてこの二つの間を選択する機構を備えた他のハイブリッド電気車両は、Ｆｉ ｅｌｄｓらの米国特許第４３５１０４５号に開示されている。他のハイブリッド 車両駆動システムは、Ｂｅｒｍａｎらの米国特許第３７３２７５１号、Ｒｅｉｎ ｂｅｃｋの米国特許第３８８８３５２号、Ｂｅｃｋの米国特許第４４２３７９４ 号及びＢａｕｄｏｉｎの米国特許第４２４２９２２号に開示されている。 現在まで、ドライバーにより遭遇される駆動条件に応じて、並列の構成及び直 列の構成の両者を操作できる、駆動車輪の一つのセットに動力を伝達する駆動シ ステムを備えたハイブリッド電気車両は、存在しなかった。このシステムは、能 率を最大にしそして有害な汚染物質を最小にしつつ、ハイブリッド電気車両のエ ネルギーの分配及び最適な利用を促進するだろう。 発明の開示 本発明は、一次駆動シャフトからトルクを受容する少なくとも２本の駆動車輪 を有するハイブリッド電気車両用の高能率の駆動システムに関する。システムは 、それのトルクを伝達するための二次駆動シャフトに操作可能に接続する内燃機 関、それからトルクを受容するために二次駆動シャフトに操作可能に接続した入 力シャフトを有する一次駆動シャフトにトルクを伝達するための変速機アセンブ リ、並びにそれにトルクを伝達するための変速機アセンブリの入力シャフトに操 作可能に接続した少なくとも１個の電気モータからなる。 手段は、内燃機関のみからの入力シャフトへのトルクの伝達を容易にするため に、電気モータと入力シャフトとの間の操作接続を外すための変速機アセンブリ の入力シャフトと操作可能に組み合わされ、そして手段は、電気モータのみから の変速機アセンブリの入力シャフトへのトルクの伝達を容易にするために、内燃 機関と二次駆動シャフトとの間の操作接続を外すための二次駆動シャフトと操作 可能に組み合わされている。 車両駆動システムは、また電気モータへの伝達のために電気エネルギーを蓄え るためのエネルギー貯蔵手段、並びにエネルギー貯蔵手段への伝達のために電気 エネルギーを発電するための発電機を含む。発電機は、内燃機関の出力シャフト に接続され、そして手段は、好ましくは、内燃機関と発電機との間の操作接続と 係合するために設けられる。 内燃エネルギーと発電機との間の操作接続を選択的に係合する手段は、好まし くは、エネルギー貯蔵手段内に蓄えられた電気エネルギーが予定された最低レベ ルに落ちたとき作動するソレノイドクラッチからなる。変速機アセンブリの入力 シャフトと操作可能に組み合わされた手段は、好ましくは、二次駆動シャフトと 操作可能に組み合わされた手段がするように、オーバーランクラッチアセンブリ からなる。 本発明の駆動システムは、また変速機アセンブリが、ブレーキをかけたとき、 低速ギアに切り替わるとき、発電機に駆動車輪からトルクを移すために二次駆動 シャフトと組み合わされる手段を含む。好ましくは、トルクを移すための手段は ブレーキが駆動車輪に適用されるとき作動するソレノイドクラッチからなる。ト ルクは、また変速機がギアにありそしてソレノイドクラッチが作動するとき、ブ レーキをかけている間、駆動車輪から発電機に移される。 本発明の好ましい態様では、ペダルは、車両の加速をコントロールするために 設けられる。好ましくは、ペダルは、ニュートラルの位置と予定された押しつけ られた位置との間のペダルの運動が内燃機関をしてアイドルからフルスロットル へ加速させ、そして予定された位置を通るペダルの運動が電気モータをして加速 を助けるように、内燃機関及び電気モータに操作可能に接続される。さらに、ト ルクコンバータアセンブリは、機関がアイドルからフルスロットルに加速される に従って、二次駆動シャフトへのトルクの変速機を可変的にコントロールするた めに、内燃機関の出力シャフト及び二次駆動シャフトに操作可能に組み合わされ る。 本発明の駆動システムは、さらに、動力が内燃機関から一次駆動シャフトに直 接伝えられる第一の操作モード、そして内燃機関からの動力が発電機に直接伝え られさらに電気モータからの動力が一次駆動シャフトに直接伝えられる二次操作 モードの間を選択的に切り替えるための手段を含む。後者の操作モードは、止ま ったり動いたりする市中のドライビングに極めて有用である。 本発明は、また、第一及び第二の出力シャフトを有する内燃機関、入力シャフ ト及び出力シャフトを有する発電動機、機関の第一の出力シャフトに操作可能に 接続された駆動プーリ及び発電動機の入力シャフトに操作可能に接続された駆動 プーリを有する少なくとも１個のプーリタイプトルク変換機アセンブリ、車両の 駆動シャフトへトルクを伝達するために発電動機の出力シャフトに操作可能に接 続した変速機アセンブリ、電気エネルギーを発生するために機関の第二の出力シ ャフトに操作可能に接続された発電機、並びに並列の構成及び直列の構成で車両 の操作を容易にするためにトルク変換機の駆動プーリと発電動機との間の操作接 続を選択的に外すためのソレノイドクラッチを含むハイブリッド電気駆動シテム に関する。 図面の簡単な説明 本発明の車両駆動システムのこれら及び他の特徴は、図に関連する本発明の以 下の詳細な説明からさらに容易に明らかになるだろう。 本発明が関連する当業者は、本発明をいかに製造且つ使用するかをより良く理 解するために、その好ましい態様は、図に関して以下に記述されるだろう。 図１は、本発明の好ましい態様に従って構築される車両駆動システムを含むハ イブリッド電気車両の透視図である。 図２は、本発明の車両駆動システムのコンポーネントのそれぞれを示す、図１ に画かれたハイブリッド電気車両の機関コンパートメントの拡大透視図である。 図３は、定常状態の条件の本発明の車両駆動システムの平面図である。 図４は、内燃機関から車両の一次駆動シャフトへの動力の伝達を説明する本発 明の車両駆動システムの概略図である。 図５は、電気モータの内燃機関から車両の一次駆動シャフトへの動力の伝達を 説明する本発明の車両駆動システムの概略図である。 図６は、内燃機関から車両の一次駆動シャフト及び発電機への動力の伝達を説 明する本発明の車両駆動システムの概略図である。 図７は、車両の駆動車輪から発電機への動力の伝達を説明する本発明の車両駆 動システムの概略図である。 図８は、電気モータから車両の一次駆動シャフトへの動力の伝達を説明する本 発明の車両駆動システムの概略図である。 図９は、電気モータから車両の一次駆動シャフトへそして内燃機関から発電機 への動力の伝達を説明する本発明の車両駆動システムの概略図である。 図１０は、車両の加速器ペダルを、内燃機関及び本発明の駆動システムの２個 の電気モータを接続する結合アセンブリの概略図である。 図１１は、本発明の駆動システムの種々の操作モードをコントロールするシス テムコントローラの概略図である。 図１２は、内燃機関から車両の一次駆動シャフトへの動力の伝達を説明する本 発明の車両駆動システムの別の態様の概略図である。 図１３は、内燃機関及び発電動機から車両の一次駆動シャフトへの動力の伝達 を説明する別の車両駆動システムの概略図である。 図１４は、走行中内燃機関から電池を充電する車両の駆動車輪及び発電機への 動力の伝達を説明する別の車両駆動システムの概略図である。 図１５は、回生ブレーキをかけている間の車両の駆動車輪から発電動機への動 力の伝達を説明する別の車両駆動システムの概略図である。 図１６は、零排出モードで操作中の発電動機から駆動車輪への動力の伝達を説 明する別の車両駆動システムの概略図である。 図１７は、システムが並列構成から直列構成に切り替わるときの動力の分配を 説明する別の車両駆動システムの概略図である。 発明を実施するための最良の形態 同様な参照番号が本発明の同様な構造要素を示す図に関し、図１では、本発明 の好ましい態様に従って構築された駆動システム２０を有するハイブリッド電気 車両１０が画かれている。簡単には、駆動システム２０は、比較的低い馬力の内 燃機関３０（即ち２０ｈｐ）及び２個の電気モータ３２及び３４（即ち３０−６ ０ｈｐ；ＤＣモータ）を含み、それは、車両の操作条件に応じて、個々又は同時 の何れかで、車両１０の駆動車輪３６及び３８に動力を伝達する。機関及びモー タの特定の動力は、車両のサイズ及び重量に依存するだろう。 図２及び３に関して、駆動システム２０は、機関３０及びモータ３２及び３４ からのトルクを受容するための入力シャフト４２、並びに一次駆動シャフト４６ を経て車両１０の駆動車輪３６及び３８へトルクを移すための差動歯車アセンブ ル４４を有する変速機アセンブリ４０を有する。変速機アセンブリ４０は、多数 の前進速度、ニュートラル及びハックを備えた多速変速機である。他の構成は想 像される。 機関３０は、一次駆動シャフト４６に隣接して設けられた二次駆動シャフト５ ０により、変速機アセンブリ４０の入力シャフト４２へトルクを移す。さらに特 に、プーリタイプトルク変換機アセンブリ５２は、動力を二次駆動シャフト５０ へ伝動するために機関３０と組み合わされる。トルク変換機アセンブリ５２は、 機関３０の出力シャフトに設けられた駆動プーリ５４、二次駆動シャフト５０に 設けられた直径の変化可能な駆動プーリ５６、及び二者を操作可能に接続するベ ルト５８を含む。トルク変換機アセンブリは、連続的に変化可能な変速機として 機能し、それは、車両がより早く加速するのに従って次第に高速ギアに変わり、 機関に不当な負荷をかけることなくその最適な速度で操作させる。トルク変速機 アセンブリは、燃料タンク６０（図１参照）に貯蔵されている燃料により動力を 与えられるごく小さい内燃機関３０を使用して、車両１０をして不変の位置から 巡航速度に加速できる。以下に詳細に論じられるように、機関が車両を巡航速度 に加速するためにのみ使用するとき、電気モータ３２及び３４が、迅速な加速又 は高所への登りに使用できる。 図２及び３にさらに関して、駆動プーリ６２は、ベルト６６により変速機アセ ンブリ４０の入力シャフト４２の末端に設けられた第二のプーリ６４に駆動シャ フト５０からトルクを移すために、二次駆動シャフト５０上に設けられる。オー バーランクラッチ６８も、また機関３０を変速機アセンブリ４０の入力シャフト ４２から外すために、トルク変換機５２のプーリ５６と駆動プーリ６２との間で 二次駆動シャフト５０上に設けられる。オーバーランクラッチは、当業者に周知 であり、そして一つの方向に自動的に係合しそして他の方向に動力を切って惰性 で走行するために、ローラ又は抗力のくさび止め作用を使用する。従って、クラ ッチ６８が外されるとき、機関３０は、駆動システムの他のものから隔離され、 それによりシステムに対する全ての寄生的な抗力（ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｄｒａ ｇ）を減少させる。 図２及び３にさらに関連して、モータ３２及び３４の出力シャフト３２ａ及び ３４ａは、それぞれベルト７２及び７４により変速機アセンブリ４０の入力シャ フト４２に接続される。さらに特に、ベルト７２及び７４は、変速機アセンブリ ４０の入力シャフト４２上に並んで設けられるそれぞれのプーリ７６及び７８に トルクを伝達する。オーバーランクラッチ８２及び８４は、それぞれプーリ７６ 及び７８と操作可能に組み合わされて、プーリ７６及び７８が入力シャフト４２ より早く回るときはいつも、入力シャフト４２と係合する。例えば、車両が機関 ３０の動力により巡航速度に加速されつつありそしてドライバーが高所に登るか 又は迅速に加速するのに追加の動力を必要とするとき、電気モータは、ドライバ ーにより始動されて、そのとき車両を加速するのにガソリン機関を助ける。これ が達成されるやり方は、以下にさらに詳細に論じられるだろう。 本発明の駆動システムは、また電気モータ３２及び３４に動力を供給するため に、電気エネルギーを発生させるのに発電機９０（即ち１５−２２ｋＷ）を含む 。発電機９０は、図１に示されるように、車両のシャーシの中心軸に沿って配置 された一連の従来の鉛・酸電池９２に結合される。発電機９０は、プーリ及びク ラッチのセットを経て機関３０の出力シャフト９４に操作可能に接続される。特 に、駆動プーリ９６は、二次駆動シャフト５０上に設けられる中間二重リムプー リ９８を駆動するために出力シャフト９４に設けられる。第一の駆動ベルト１０ ０は、 駆動プーリ９６からプーリ９８の内部リム９８ａに延在して、それらの間にトル クを移し、そして第二の駆動ベルト１０２は、プーリ９８の外側のリム９８ｂか ら発電機９０の入力シャフト１０５上に設けられるプーリ１０４に延在してそれ らの間にトルクを移す。さらに、第一のソレノイドクラッチ１０８は、確定され た操作条件下でプーリ９６と選択的に係合するために、駆動プーリ９６と操作可 能に組み合わされ、そして第二のソレノイドクラッチ１１０は、機関３０及び発 電機９０の接続を選択的にコントロールするために、他の操作条件下でプーリ９ ８を係合するのに、二重リムプーリ９８と操作可能に組み合わされる。 図４−９に関し、動力が、種々の操作条件下で本発明の駆動システムを通して 分配されるやり方を示す一連の概略図が画かれる。図において、方向を示す矢印 は、動力が、駆動システム２０のコンポーネントから出て向かいそして特に車両 １０の２本の駆動車輪３６及び３８への路を示す。 図４に関し、上記のように、確定された条件下で、車両１０は、内燃機関３０ の動力のみを利用して、定常の位置から予定された速度に加速できる。それ故、 図４の方向を示す矢印により画かれるように、機関３０からの動力は、出力シャ フト３５から二次駆動シャフト５０にトルク接続器アセンブリ５２により移され 、次にプーリ６２及び６４並びにベルト６６により変速機アセンブリの入力シャ フト４２に移される。このとき、オーバーランクラッチ６８は、二次駆動シャフ ト５０に係合し、入力シャフト４２のオーバーランクラッチ８２及び８４は、外 されて、加速中、電気モータ３２及び３４はシステムに寄生的な抗力をもたらさ ない。しかし、既に述べたように、追加の動力が高所を登るか又は迅速に加速す る（即ち高速道路に合流するとき）のに必要とされるとき、オーバーランクラッ チ８２及び８４は係合されて、モータ３２及び３４から変速機アセンブリ４０の 入力シャフト４２への動力の伝達を可能にする。 オーバーランクラッチ８２及び８４の係合は、車両１０の加速ペダルの運動に より行われる。特に、図１０に画かれているように、機関３０のスロットル１２ ０をコントロールする加速ペダル１１８は、またそれぞれモータ３２及び３４に 操作可能に接続する２個の電位差計１２２及び１２４に結合されている。操作に は、ペダル１１８が押し下げられて車両１０を巡航速度に通常加速するとき、そ れは、ペダル１１８がスロットルばね１２６の偏りに対して移動する全距離の１ ／３にほぼ等しい角度「α」を移動することによりなされるだろう。その間、ペ ダル１１８に結合しているスライダ１２８は、角距離「α］に相当する直線距離 「ｘ」を移動する。ペダル１１８が角度「α］よりさらに押し下げられて例えば 迅速な加速を達成するとき、スライダ１２８は、隣接のスライダ１３０と相互作 用しそして駆動する。そうすることで、スライダリンク１３２は、ばね１３４の 偏りに対して移動し、平行な電位差計リンク１４２及び１４４を回転させ、それ によりそれぞれ電気モータ３２及び３４を作動する。図５に画かれたようなとき 、車両１０は、機関３０並びにモータ３２及び３４の組み合わせた動力の下で操 作されつつあり、そして従来の内燃機関を有する自動車と同じ動力を有するだろ う。追加された動力がもはや必要でないとき、そしてペダル１１８が、運動のそ の初めの１／３の部分に戻ったとき、クラッチ８２及び８４は、入力シャフト４ ２から外れ、そして車両は、機関３０の単独の動力の下でふたたび操作される。 それにより、機関３０の平均馬力は、巡航速度で車両を維持するのに使用され、 残りのピーク馬力は、動力の発生に使用できる。 図５に戻り、本発明の駆動システム２０は、また車両１０がガソリン機関の単 独の動力の下で操作されている間機関３０が発電機９０を充電できるように構成 される。これらの操作条件中、ソレノイドクラッチ１０８は係合し、そして動力 は、機関３０の出力シャフト９４から発電機９０の入力シャフト１０５へ駆動ベ ルト１００及び１０２により伝達される。電圧調整器の使用及びプーリ比の選択 によって、発電機は、機関から少量の動力のみを引き出し、車両を推進するのに 十分な動力を残す。ソレノイドクラッチ１０８は、好ましくは、電池充電指示器 及び機関速度センサーによりコントロールされる。従って、電池９２は約６０％ 放電されそして機関が十分な速度て操作されつつあるとき、クラッチ１０８は、 係合し、機関３０をして発電機９０を駆動させる。電池が約２０％放電されたと き、又は機関が余りに遅く動作しつつあるとき、クラッチ１０８は外され、シス テムの発電機の寄生的な抗力を排除する。この操作期間中、ソレノイドクラッチ １１０は外されて、二重リムプーリ９８は、機関３０から動力を受けつつある二 次駆動シャフト５０の回転に無関係に回転する。 図７に関し、本発明の駆動システム２０は、また回生ブレーキサブシステムを 有し、その場合、エネルギーは、変速機アセンブリが低速ギアに切り替えられて 車両を遅くするにつれ、車両１０の駆動車輪から発電機９０に移される。操作で は、加速ペダル１１８が離脱されるとき、ソレノイドクラッチ１０８は外され、 機関３０をそのアイドル速度に戻す。このとき、トルク変換機５２の駆動プーリ ５６が二次駆動シャフト５０の駆動プーリ６２より遅く回りつつあるため、一方 向のみにトルクを移すオーバーランクラッチ６８は、外される。それにより、車 両１０は、機関３０からの寄生的な抗力が全くなく、自由に惰性で走行する。次 に、ブレーキペダルが押し下げられるとき、ソレノイドクラッチ１１０は係合し 、動力を前輪から発電機９０に移させる。この間、トルクは、低速ギア切り替え 変速機アセンブリの入力シャフト４２から発電機９０へ駆動ベルト６６及び１０ ２により移される。 図８に関連して、本発明の駆動システムは、動力が電気モータ３２及び３４の みから車両１０の駆動車輪へ移される零排出モードで操作されるように構成され る。この操作のモードでは、オーバーランクラッチ８２及び８４は係合し、そし て動力は、モータ３２及び３４から変速機アセンブリ４０の入力シャフト４２へ 、それぞれベルト７２及び７４により移される。このとき、変速機アセンブリ４ ０の入力シャフト４２上に設けられる第三のソレノイドクラッチ１５０は係合し 、そしてプーリ６２及び６４は回転しつつあって、動力は、もし車両のブレーキ ペダルが適用されるならば、発電機９０に容易に利用できる。さらに、オーバー ランクラッチ６８は、機関３０及びトルク変換機４２が定常のままであるように 外される。ソレノイドクラッチ１０８及び１１０は、またこのとき外され、全て の不必要な寄生的な抗力を排除する。その上、車両が零排出モードで操作されつ つあるとき、機関３０が、システムの他のものから隔離されているため、加速ペ ダル１１８の移動の初めの三分の一は、反応を生じないだろう。しかし、ペダル がさらに押し下げられるとき、モータ３２及び３４の速度をコントロールする電 位差計は、作動するだろう。 図８に画かれた操作の零排出モードは、車両のダッシュボードに位置する選択 スイッチ１６０（図１参照）を手動することによりドライバーにより選択的に選 ばれる。従って、もしドライバーが短い走行即ち２５マイル以下をしており、そ して厳重な汚染コントロールを有する市内の環境内を走行しているならば、零排 出モードが簡単に選択できる。このモードは、電池の蓄電容量により、長い走行 には有利でないだろう。 図９に関連して、システムが並列の操作モードから直列の操作モードに切り替 えられるとき、動力が本発明の駆動システム２０内に分配するやり方の概略図が 画かれている。並列の操作モードでは、機関３０からの機械的エネルギーは、電 気モータからのエネルギーとともに駆動車輪に直接伝達される。並列の構成より 止まったり動いたりする交通ではより能率的である直列の操作モードでは、動力 は、電気モータのみによって駆動車輪に伝達され、そして機関は、動力を発電機 に伝達するのに使用される。 図１１に概略的に画かれているように、本発明の駆動システムは、直列の操作 モードと並列のそれとの間を切り替えるために、コンピュータ化コントローラ１ ７０を利用する。システムコントローラは、例えば電池の充電状態及び車両速度 を含む駆動システムのコントロールパラメータの全てをモニターし、そして駆動 システムの相互に作用するコンポーネントのそれぞれに電気的に接続する。直列 の操作モードに好ましい条件下では、システムコントローラは、ソレノイドクラ ッチ１５０を外し、そしてソレノイドクラッチ１１０を係合して、機関３０の機 械的エネルギーの全ては二次シャフト５０により発電機９０に移る。トルク変換 機がこのとき操作中であるので、動力の発生は、機関速度に比例して増大し減少 する。この操作モードでは、クラッチ１５０を一時的に係合して、回生ブレーキ がかかっている間、駆動車輪から発電機に動力を送る。これらのときに、オーバ ーランクラッチ６８は、機関３０をアイドル速度に遅らせ、それ故それにより消 費されるエネルギーを保存する。 図１２−１７には、本発明の好ましい態様に従って構築されしかも参照番号２ ００と概して命名された車両駆動システムの他の態様が画かれている。駆動シス テム２００は、上記の駆動システムと同じ結果を達成するが、本質的により少な い機械的コンポーネントを利用してそれを行う。特に、車両駆動システム２００ の二つの主要な発動機は、内燃機関２１０及び電気モータ及び発電機の組み合わ せた能力を有する６０−１２０ｈｐの発電動機２２０である。 駆動システム２００は、機関２１０の出力シャフトの一つを発電動機２２０の 入力シャフトに接続しそして駆動ベルト２３６により接続された入力プーリ２３ ２及び出力プーリ２３４を含む、プーリタイプトルク変換機アセンブリ２３０を さらに含む。トルク変換機は、車両が加速するにつれ次第に高速ギアに変わる連 続可変変速機として機能する。発電機２４０は、車両電池を充電する電気エネル ギーを発生するための、機関２１０の他の出力シャフトに接続される。規定され た操作条件中電池に貯えられるエネルギーを利用する発電動機２２０は、車両の 変速機２５０に接続される。差動２７０は、変速機２５０を駆動シャフト２６０ に接続する。 ソレノイドクラッチ２８０は、トルク変換機２３０の出力プーリ２３４と操作 可能に組み合わされて、並列の駆動構成と直列の駆動構成との間の選択的切り替 えを助ける。オーバーランクラッチ２９０は、それが主要な発動機として使用さ れていないとき、燃焼機関２１０を隔離するために、変速機アセンブリ２５０か らトルク変換機を選択的に外すために、出力プーリ２３４と操作可能に組み合わ される。 図１２では、駆動システム２００を使用する車両が、予定された巡航速度で徐々 に加速又は走行しつつあるとき、内燃機関２１０は、車両の主要な発動機として 機能し、動力をトルク変換機アセンブリ２３０により変速機アセンブリ２５０に 伝達する。このとき、ソレノイドクラッチ２９０は係合し、そして発電動機は、 機械的カップリングとして機能し、トルクを変速機アセンブリに移す。迅速な加 速が必要とされるとき、燃焼機関２１０及び発電動機２２０は、相互に関連して 使用されて、図１３に画かれたように、車両の駆動車輪に動力を伝達する。この とき、ソレノイドクラッチ２９０及びオーバーランクラッチ２８０は、ともに係 合される。 巡航モード中、燃焼機関２１０が、駆動システム２００を使用する車両の唯一 の主要な発動機として機能しつつあるとき、機関２１０の平均馬力は、車両に動 力を供給するのに利用され、そして残りの馬力は、図１４に画かれたように、車 両の電池を充電するために発電機２４０に移される。上記の態様におけるように 、 動力の発生は、電池の充電に依存し、そして車両コントロールシステムと組み合 わされたセンサーにより電気的にコントロールされる。 図１５では、上記の態様におけるように、車両駆動システム２００は、失われ たエネルギーを再利用するために回生ブレーキを使用するように構成される。回 生ブレーキ中、車両が低速ギアに変えられるか又はブレーキかかけられるとき、 動力は、駆動車輪から、駆動シャフト２６０及び変速機アセンブリ２５０を経て 、これらの条件下電池を充電する電気エネルギーを生ずる発電機として機能する 発電動機２２０に移される。この操作モードでは、オーバーランクラッチ２９０ は外され、燃焼機関２１０を駆動システムの残りから隔離する。ソレノイドクラ ッチ２８０は、係合したままであって、動力が再び必要とされるとき、迅速な機 関の反応をもたらす。 図１６では、車両駆動システム２００が零排出モードで操作可能なとき、発電 動機２２０が主要な発動機として使用される。この例では、オーバーランクラッ チ２９０は外されそしてソレノイドクラッチ２８０が好ましくは係合される。本 発明の上記の態様におけるように、車両駆動システム２００は、並列の構成及び 直列の構成の両者で操作可能である。並列の構成では、動力は、内燃機関２１０ 及び発電動機２２０から車両の駆動車輪に移すことができる。直列の構成では、 発電動機２２０からの動力は、駆動車輪に移すことができ、そして燃焼機関２１ ０は、発電機２４０に動力を供給する。例えば図１１−１３に画かれているもの のような並列の操作モードから図１７に画かれている直列の操作モードに切り替 えるために、ソレノイドクラッチ２９０は、トルク変換機２３０の駆動プーリ２ ３４が係合している正常の係合位置から、駆動プーリが外されてトルク変換機を 隔離している外された位置へ切り替えられる。切り替えは、手動で、又は電子コ ントロールシステムにより達成できる。 本発明は、好ましい態様に関して記述されたが、変化及び改良は、請求の範囲 に規定されている本発明の趣旨及び範囲から離れることなく、それについて行い うることは、関連している当業者に容易に明らかであろう。例えば、トルク変換 機を除くと、ベルト及びプーリは、機関、発電機及び電気モータに関する入力及 び出力シャフトを有するギアボックスにより置換できる。さらに、電気及びガソ リン機関スロットルは、図１０に記載された機械的なシステムの代わりにコンピ ュータによりコントロールされる作動装置により操作できる。これは、コンピュ ータをして内燃機関及び電気モータの使用率を自動的に調節させて、特定のマイ ル数後に電池の放電を任意の所望の程度にすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 マブローディス，ジョージ イー アメリカ合衆国ニューヨーク州 11746 ディックスヒルズ ノーマン コート ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一次駆動シャフトからトルクを受容する少なくとも２本の駆動車輪を有する 車両用のハイブリッド電気駆動システムにおいて、システムが ａ）それにトルクを伝達するための二次駆動シャフトに操作可能に接続している 内燃機関； ｂ）一次駆動シャフトにトルクを伝達しそしてそれからトルクを受容するための 二次駆動シャフトに操作可能に接続している入力シャフトを有する変速機アセン ブリ； ｃ）それにトルクを伝達するための変速機アセンブリの入力シャフトに操作可能 に接続している少なくとも１個の電気モータ； ｄ）内燃機関のみから入力シャフトにトルクを伝達することを助けるために、電 気モータと入力シャフトとの間の操作接続を外すための変速機の入力シャフトに 操作可能に組み合わされている手段；及び ｅ）電気モータのみから変速機の入力シャフトにトルクを伝達することを助ける ために、内燃機関と二次駆動シャフトとの間の操作接続を外すための二次駆動シ ャフトと操作可能に組み合わされている手段 を含むシステム。 ２．電気モータへの伝達のために電気エネルギーを貯えるためのエネルギー貯蔵 手段をさらに含む請求項１のハイブリッド電気駆動システム。 ３．エネルギー貯蔵手段への伝達のために電気エネルギーを発生するための発電 機をさらに含み、発電機は、内燃機関の出力シャフトに操作可能に接続している 請求項２のハイブリッド電気駆動システム。 ４．内燃機関と発電機との間の操作接続を選択的に係合するための手段をさらに 含む請求項３のハイブリッド電気駆動システム。 ５．内燃機関と発電機との間の操作接続を選択的に係合するための手段が、エネ ルギー貯蔵手段内に貯えられた電気エネルギーが予定の最低レベル以下に落ちた とき作動するソレノイドクラッチを含む請求項３のハイブリッド電気駆動システ ム。 ６．変速機の入力シャフトと操作可能に組み合わされた手段が、オーバーランク ラッチアセンブリを含む請求項１のハイブリッド電気駆動システム。 ７．二次駆動シャフトと操作可能に組み合わされた手段が、オーバーランクラッ チアセンブリを含む請求項１のハイブリッド電気駆動システム。 ８．変速機アセンブリが、ブレーキをかけている間低速ギアに変えられるとき、 駆動車輪から発電機にトルクを移すために二次駆動シャフトと組み合わされてい る手段をさらに含む請求項２のハイブリッド電気駆動システム。 ９．トルクを移すための手段が、ブレーキが駆動車輪に適用されるとき作動する ソレノイドクラッチを含む請求項７のハイブリッド電気駆動システム。 １０．車両の加速をコントロールするためのペダルをさらに含み、そしてニュー トラルの位置と予定された押し下げられた位置との間のペダルの運動が、内燃機 関をアイドルからフルスロットルに加速させ、さらに予定された位置を経るペダ ルの運動が電気モータをして加速において助けるように、ペダルが、内燃機関及 び電気モータに操作可能に接続している請求項１のハイブリッド電気駆動システ ム。 １１．トルク変換機アセンブリが、内燃機関の出力シャフト及び二次駆動シャフ トと操作可能に組み合わされて、機関がアイドルからフルスロットルに加速され るにつれ、二次駆動シャフトへのトルクの伝達を可変的にコントロールする請求 項１０のハイブリッド電気駆動システム。 １２．動力が内燃機関から一次駆動シャフトに直接伝達される第一の操作モード 、及び内燃機関からの動力が発電機に直接伝達されしかも電気モータからの動力 が一次駆動シャフトに直接伝達される第二の操作モードの間を選択的に切り替え るための手段をさらに含む請求項３のハイブリッド電気駆動システム。 １３．一次駆動シャフトからトルクを受容する少なくとも２本の駆動車輪を有す る車両用のハイブリッド電気駆動システムにおいて、システムが ａ）それにトルクを伝達するための二次駆動シャフトに操作可能に接続している 内燃機関； ｂ）それにトルクを伝達するための一次駆動シャフトに操作可能に接続している 少なくとも１個の電気モータ； ｃ）内燃機関に操作可能に接続ししかも電気モータへの伝達のために電気エネル ギーを発生するための発電機；及び ｄ）動力が内燃機関から一次駆動シャフトに直接伝達される第一の操作モード、 及び内燃機関からの動力が発電機に直接伝達されしかも電気モータからの動力が 一次駆動シャフトに直接伝達される第二の操作モードの間を選択的に切り替える ための手段 を含むシステム。 １４．内燃機関の出力シャフトが、それへのトルクを伝達するために二次駆動シ ャフトに操作可能に接続されている請求項１３のハイブリッド電気駆動システム 。 １５．差動ギアアセンブリを経て一次駆動シャフトにトルクを伝達するための変 速機アセンブリをさらに含み、変速機アセンブリが、内燃機関及び電気モータの 少なくとも一つからトルクを受容するように、二次駆動シャフト及び電気モータ に操作可能に接続している入力シャフトを有する請求項１４のハイブリッド電気 駆動システム。 １６．内燃機関のみから入力シャフトへのトルクの伝達を助けるために、電気モ ータと変速機との間の操作接続を外すための変速機の入力シャフトと操作可能に 組合わさっているクラッチ手段をさらに含む請求項１５のハイブリッド電気駆動 システム。 １７．電気モータのみから変速機の入力シャフトへのトルクの伝達を助けるため に、内燃機関と二次駆動シャフトとの間の操作接続を外すための二次駆動シャフ トに操作可能に組み合わされているクラッチ手段をさらに含む請求項１５のハイ ブリッド電気駆動システム。 １８．内燃機関と発電機との間の操作接続を選択的に係合するためのクラッチ手 段をさらに含む請求項１３のハイブリッド電気駆動システム。 １９．発電機により発生した電気エネルギーを貯えるためのエネルギー貯蔵手段 をさらに含む請求項１３のハイブリッド電気駆動システム。 ２０．エネルギー貯蔵手段が複数の電池からなる請求項１９のハイブリッド電気 駆動システム。 ２１．駆動シャフトからトルクを受容する少なくとも２本の駆動車輪を有する車 両用のハイブリッド電気駆動システムにおいて、システムが ａ）第一及び第二の出力シャフトを有する内燃機関； ｂ）入力シャフト及び出力シャフトを有する発電動機； ｃ）機関の第一の出力シャフトに操作可能に接続した駆動プーリ、及び発電動機 の入力シャフトに操作可能に接続した駆動プーリを有する、少なくとも１個のプ ーリタイプトルク変換機アセンブリ； ｄ）駆動シャフトにトルクを伝達するために発電動機の出力シャフトに操作可能 に接続した変速機アセンブリ； ｅ）電気エネルギーを発生するために機関の第二の出力シャフトに操作可能に接 続した発電機；及び ｆ）並列の構成及び直列の構成の両者で車両の操作を助けるために、トルク変換 機の駆動プーリと発電動機との間の操作接続を選択的に外すためのクラッチ手段 を含むシステム。 ２２．クラッチ手段が、正常の操作条件下では係合された条件のままであるソレ ノイドクラッチを含む請求項２１のハイブリッド電気駆動システム。 ２３．駆動システムから内燃機関を隔離するために、トルク変換機の駆動プーリ に操作可能に接続したオーバーランクラッチをさらに含む請求項２１のハイブリ ッド電気駆動システム。