(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の駆動源および第２の駆動源を有し、速度変換器として複数のギア歯車セットを有する変速機に作用する駆動装置であって、第１の駆動源がクラッチで第１のシャフトに連結され、第２の駆動源が変速機の第２のシャフトに直接連結されたものにおいて、
出力シャフト（２２）を別に設け、出力シャフト（２２）は変速機（１４）の第１のシャフト（１２）または第２のシャフト（１６）と選択的に連結可能であり、変速機（１４）の歯車段がそれぞれ別のパワーフロー方向に回転モーメントを伝達することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
出力シャフト（２２）が連結可能な歯車（Ｚ10、Ｚ11）を介して第１のシャフト（１２）または第２のシャフト（１６）と駆動結合可能であることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
連結可能な歯車（Ｚ10、Ｚ11）のクラッチ（Ｋ4、Ｋ5）は出力シャフト（２２）に配設されることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
【請求項４】
出力シャフト（２２）へのパワーフローにおけるクラッチ（Ｋ4、Ｋ5）は少なくとも摩擦結合のクラッチであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
ギア歯車セット（Ｚ1−Ｚ2，Ｚ3−Ｚ4，Ｚ5−Ｚ6、Ｚ7−Ｚ8）は確動結合で作動する同期クラッチ（Ｋ1、Ｋ3）で切り替え可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項６】
ギア歯車セット（Ｚ1−Ｚ2，Ｚ3−Ｚ4，Ｚ5−Ｚ6、Ｚ7−Ｚ8）および出力平歯車セット（Ｚ9−Ｚ10およびＺ11−Ｚ12またはＺ8−Ｚ11およびＺ13−Ｚ14）の変速比は、電動モータ（２０）で駆動のときは発進と低い速度範囲（大きい変速比）がカバーされ、内燃機関（１０）で駆動のときはオーバードライブ運転（より小さい変速比）までの高い速度範囲がカバーされることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項７】
別のシャフト（１６）と連結可能な、出力シャフト（２２’）上の歯車（Ｚ11）はギア歯車セット（Ｚ1−Ｚ2，Ｚ3−Ｚ4，Ｚ5−Ｚ6、Ｚ7−Ｚ8）の１つの固定歯車（Ｚ8）と直接歯合することを特徴とする請求項６記載の駆動装置。
【請求項８】
第１の駆動源あるいは内燃機関（１０）を駆動して１つのギア段から隣接するギア段へ切り替えるときに第２の駆動源あるいは電動モータ（２０）を出力用に操作して推進力の中断を避けることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の駆動装置を使った車両の運転方法。
【請求項９】
過負荷でギア切り替えを行なう瞬間は電動モータ（２０）は高出力で運転されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念による、特に車両用の駆動装置、ならびにこのような駆動装置を有する車両を運転するための方法に関する。
【０００２】
ＤＥ１９７３７７９１Ａ１には、第１の駆動源としての内燃機関と、第２の駆動源としての電動モータおよび速度変換器としてのギア歯車セットを有する変速機で構成される駆動装置が示されている。この装置では内燃機関がクラッチを介して変速機の中間シャフトに作用し、一方電動モータが中間シャフトに直接連結されている。この駆動装置では例えば電動モータで発進させて、低い速度範囲内で走行させる。それから内燃機関側のクラッチを閉じることによって内燃機関に切り替えることができ、場合によっては電動モータを発電機に切り替えることもできる。この両方の駆動方法では速度変換器のギア歯車セットが同じ変速比で使用され、この駆動装置ではまた４段階の変速比が自由に駆使される。
【０００３】
さらにＤＥ１９５３０２３３Ａ１には駆動源としての内燃機関、別の駆動源としての電動モータおよび速度変速器としての５段のギア歯車セットを設けた駆動装置が示されている。内燃機関は切り替え可能な分離クラッチを介して変速機駆動シャフトの前端を駆動し、電動モータの方は歯車段の反対側の駆動シャフト後端に固着連結されている。電動モータは発電機として切り替えることもできる。この両方の駆動方法においてもＤＥ１９７３７７９１Ａ１と同様にギア歯車セットが同じ変速比とされ、快適で場合によっては加速を最適にする車両走行が実現できる。
【０００４】
請求項１に記載の発明を実施することで特別の利点が達成できる。以下に内燃機関および電動モータとして示される第１または第２の駆動源からのギア歯車セットに関して変速機は両方のパワーフロー方向の速度変換器として使用され、クラッチを単に切り替えることで下記機能が達成される。
【０００５】
１．前進および後進方向の発進と市街地走行のために電動モータのみを介した駆動。
２．より小さな変速比や特に高速のときだけでなく、場合によっては発進（非常運転）のときも内燃機関のみを使用した駆動。
【０００６】
３．著しい加速の場合に両方の駆動源を介した駆動。
４．電動モータを介した内燃機関の始動。
５．内燃機関駆動のとき車両の電源回路へ電気を供給するため、および場合によっては車両を制動するため電動モータの発電機への切り替え。
【０００７】
６．内燃機関による駆動の際の推進力の中断を避けたり減少させるためにギア切り替えの間の電動モータの短時間駆動。
したがって提案される解決策によってパワーフローの反転によるギアの倍増が達成され、４段の歯車セットで８段の変速機ギアまたはさらに広い広がりのある変速機の変速比段数が理論的に利用可能となる。
【０００８】
変速比に関しては、異なる駆動結合、例えば歯車、鎖などを備えると、さらに特別な利点が生じる。その際、結合を電動モータに切り替えると、第１の平歯車セットが優先されてより高い発進モーメントとより低い速度範囲とすることができ、一方駆動結合を内燃機関に切り替えて車両をより高速にするための最適な関連歯車セットにすると、燃料が節約できるオーバードライブ走行まで可能となる。
【０００９】
切り替え可能なクラッチは確動結合の爪クラッチ、同期クラッチおよび／または摩擦結合のクラッチとすることができ、出力軸および／または両方の別の変速機シャフトまでの構成状況に基いて配設される。特に内燃機関側のパワーフローは、非常走行時に少なくとも内燃機関でも車両の発進が可能となるように、発進クラッチとしても使用可能なクラッチ（単板乾式クラッチまたはマルチディスククラッチ）が備えられる。
【００１０】
特に前輪駆動または４輪駆動に適した駆動装置が請求項７に記載され、出力シャフトは別の駆動シャフトの１つに鎖で駆動結合される。これによって、駆動シャフト、特に車両の前輪車軸に組み込まれた差動ギアの有利な立体的配設が可能となる。
【００１１】
請求項８および９によると、次に述べる駆動装置が提供される。
アクセルペダルを作動すると、アクセルペダルの傍に出力基準値センサを有する電子制御装置によって、速度および／または出力に依存して少なくとも電動モータが制御され、発進モーメントおよび速度が適切な電流調節によって制御される。このとき、手動または自動切り替えにより第１のギアを飛び越えることができる。
【００１２】
規定の速度またはより高い出力要求（フルスロットルまたは必要ならばキックダウン操作）があると、内燃機関が連結されて作動され（点火され）、出力は、場合によっては電動モータの運転から内燃機関の駆動に同時切り替え（変速機で同時にパワーフローを反転するときの連結可能な駆動結合への切り替え）することによって、上方に制御される。その際、電動モータはなお出力を追加供給できるか、あるいは出力要求が小さい場合に車両の電源回路に電気を供給するために電動モータを発電機作動に有利に切り替えられる。
【００１３】
駆動結合のさまざまな変速比が好適に揃っているので、例えば３０ｋｍ／ｈの速度制限のある交通地域では、ほぼこの速度を利用して電動モータのみで運転される。これにより、効率の悪い部分負荷領域における内燃機関の作動段階ならびに騒音および排出ガスの放出が大幅に避けられる。
【００１４】
さらに内燃機関を運転しているときにギア切り替えの段階で推進力の中断を避けるために、電動モータが直接連結されているために電動モータに短時間に切り替えることができる。この切り替えは非常に短時間しか必要としないので、電動モータは過負荷領域において無害な方法で運転でき、それにより高い駆動モーメントで制御することも可能となる。
【００１５】
次に多くの実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
図１には４つのギア歯車セットＺ1−Ｚ2，Ｚ3−Ｚ4，Ｚ5−Ｚ6およびＺ7−Ｚ8を有する速度変速機１４の第１のシャフト１２と摩擦結合のクラッチＬ1で連結された内燃機関１０が示され、歯車Ｚ2，Ｚ4，Ｚ6およびＺ8は第２のシャフト１６に固着配設されている。シャフトは図示されない変速機室内に適当に収容されることは理解されるであろう。ギア歯車セットは、シャフト１２上に配設されて確動結合で作動する同期クラッチＫ1,Ｋ3によって切り替え可能とされているので、これによりシャフト１２上に回転自在に軸受けされた各歯車Ｚ1、Ｚ3、Ｚ5およびＺ7がシャフト１２に連結可能となる。
【００１６】
変速機１４の第２のシャフト１６には、電動モータ２０、例えば交流モータのロータ１８が直接作用する。
シャフト１２にはさらに歯車Ｚ9が配設され、別の同期クラッチＫ4を介して、シャフト１２，１６に平行に配設された出力シャフト２２上の歯車Ｚ10と連結可能となる。
【００１７】
同様に、シャフト１６上に歯車Ｚ12が配設され、出力シャフト２２上の別の歯車Ｚ11と歯合し、確動結合の同期クラッチＫ5を介してシャフト１６と連結される。例えば、後輪駆動の車両では後輪車軸の差動歯車上の図示されないカルダンシャフトに作用する。
【００１８】
記載される駆動装置の機能は次のとおりである。
車両を発進させるときは、クラッチＬ1とＫ5は開き、クラッチＫ4は閉じる。クラッチの制御は手動の場合は切換えレバーで、自動制御の場合は、油圧で適切に作動可能なアクチェータや図示されない電子制御ユニットで行ない、この制御ユニットは電動モータ２０のパワーエレクトロニクスも制御し、また内燃機関１０の制御部に同様に結合される。以下簡単に駆動装置のそれぞれのパワーフローを手動操作の場合について述べる。
【００１９】
同期クラッチＫ3を図面上で右に移動して１速（発進ギア）に入れ、対応するギア歯車セットＺ8−Ｚ7を作動状態にすると、図示されないアクセルペダルおよびその傍に配設された電子基準値センサを介して車両の発進が制御さる。このとき、同時に同期クラッチＫ4を図面上で右に動かすことで電動モータの駆動がつながり、パワーフローは電動モータ２０のロータ１８からシャフト１６および歯車セットＺ8−Ｚ7を介してシャフト１２に伝わり、さらにここから平歯車セットＺ9およびＺ10に介して出力シャフト２２まで規定の変速比で伝達される。この規定の変速比は比較的大きいので、電動モータ２０の駆動トルクは増加されることになる。
【００２０】
このように電動モータ２０を使用して、順次ギア歯車セットＺ6-Ｚ5、Ｚ4−Ｚ3そして最後にＺ2−Ｚ1を通すことができる。手動切り替えのとき、これに対応して１速から４速に切り換る。車両速度は対応する変速比によって発進から３０ｋｍ／ｈないし５０ｋｍ／ｈまでの範囲がカバーされる。場合によっては、電動モータによる運転のとき、例えばギアを３段しか使用しないこともあり得る。
【００２１】
さらに高速や高出力が車両に必要になると、主クラッチＬ1を閉じて、とりあえず内燃機関１０のみを連結するか、または変速機１４でパワーフローの反転によりさらに５速から８速までを追加して切り替えることができる。
【００２２】
そのために、５速（ギアＺ１−Ｚ２用の同期クラッチＫ１を閉じる）に入れて同期クラッチＫ５、Ｋ４（Ｋ４からＫ５に）を切り替え、したがって車両は内燃機関１０で運転される。このとき、５速から８速までのギアは反転したパワーフロー方向に小さい変速比で通すことができる。
【００２３】
内燃機関使用時において５速から８速にそれぞれ切り替える際、推進力の中断を避ける目的で電動モータ２０を短時間に高駆動モーメントで作用させるので、推進力の中断が大幅に除去される。その際、電動モータでシャフト１６が駆動され、そして作動状態になっている平歯車セットＺ12−Ｚ11を介して出力シャフト２２が直接駆動される。ここでは切り替えの瞬間にだけ電動モータが駆動されるので、高駆動モーメントを得るために過負荷領域であっても電動モータは問題なく運転される。
【００２４】
車両のアクセルペダルの適切な操作によって高出力が要求されるときは、さらに電動モータ２０も使用して高出力にすることができる。さもなければ電動モータ２０はよく知られた方法で発電機に切り替えられ、少なくとも内燃機関１０の（特に効率の悪い部分負荷運転のときの）余剰出力に相当する電流が車両の電源回路または車両の駆動バッテリーに供給される。
【００２５】
図２に、図１とは別の形態の駆動装置を示す。同じ機能の部分は同じ符号を付けている。
図２によると、出力シャフト２２’は鎖２４を介して変速機１４のシャフト１２に駆動結合され、対応する鎖車Ｚ13−Ｚ14上で鎖２４が動く。鎖車Ｚ13−Ｚ14は機能的には図１の平歯車Ｚ9−Ｚ10に代わるものである。
【００２６】
鎖２４により駆動シャフト１２、１４、２２’の立体的配設が可能となり、例えば車両の前輪駆動用に変速機１４内に組み込まれた差動歯車２６が収納可能となる。差動歯車は、出力シャフト２２’に固着された歯車リッツェル（Zahnritzel）Ｚ15によって駆動される。必要であれば出力シャフト２２’の反対側の端部を後輪駆動用に取り出すことができる（４輪駆動用）。
【００２７】
鎖２４の使用によって、出力シャフト２２’とシャフト１６の間には駆動結合ができており、これに追加してさらに相当するギア歯車段Ｚ7−Ｚ8の歯車Ｚ8が出力シャフト２２’の歯車Ｚ11と歯合する。一方歯車Ｚ11は外すことができる。駆動鎖の個所、または図１の平歯車Ｚ11−Ｚ12の個所には中間歯車を使用することも考えられる。
【００２８】
駆動装置の機能については図１と異なる点を説明する。
この駆動配置は概略のみを示す。変速機室、シャフト軸受などは公知の駆動機構に対応することができる。車両の後方走行は電動モータ２０の適切な転極で制御でき、図示されない切り替えレバーや切り替え装置が備わっている。車両の後方走行の速度は電子制御ユニットにより例えば１５ｋｍ／ｍに制限される。手動切り替えの代わりに、適切な電子制御装置および油圧および／または電気で作動するアクチュエータを有する自動走行運転も備えることができる。記載された同期クラッチの代わりに、さらに摩擦結合のクラッチ、特にマルチディスククラッチの使用も考えられ、出力シャフト２２上のクラッチＫ4、Ｋ5用に特別に、例えば４速から５速への切り替え時に推進力が中断しない実施形態も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内燃機関、電動モータおよび出力シャフトを有する速度変速機で構成される駆動装置であり、出力シャフトはギア歯車セットと連結可能である。
【図２】  図１の駆動装置において出力シャフトと駆動する変速機シャフト間を鎖で連結した装置。
【図１】
0003649693.tif 000002
【図２】
0003649693.tif 000003