(57)【要約】  内燃機関付きの自動車に装着された自動車用パワー装置であって、第１の可変油圧アクチュエータ（１０７）と、第２の可変油圧アクチュエータ（１０８）と、遊星歯車機構（１０３）と、機械伝動機構（１０４）とを含んで構成される。パワー装置は更に、第１と第２の可変油圧アクチュエータを制御する油圧制御装置（１０９）と電子制御ユニット（１１２）とを備える。
2009529631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力側に接続される入力側と、機械伝動機構を介して自動車用パワー装置の動力出力軸に接続される出力側と、制御側とを有する遊星歯車機構と、
該遊星歯車機構の制御側に接続され、油圧回路を介してオイルタンクに接続される第１の可変油圧アクチュエータと、
回転軸が自動車用パワー装置の動力出力軸に接続され、前記動力出力軸により動力の入力又は出力を行うと共に、油圧回路を介して第１の可変油圧アクチュエータとオイルタンクにそれぞれ接続される第２の可変油圧アクチュエータと、
車輌の運転パラメータ及び車輌に対する制御パラメータを取得し、それらパラメータに基づいて制御信号を出力する、前記第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータとがこの制御信号に応じて可変調整を行うようになっている電子制御ユニットと、
油圧回路に設置され、電子制御ユニットからの制御信号に応じて第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータとの動作状態を制御する油圧制御装置と、を備える自動車用パワー装置。
【請求項２】
前記遊星歯車機構は単列のＮＧＷ遊星歯車機構又はＮＷ遊星歯車機構に構成され、この単列の遊星歯車機構は、前記制御側であるサンギヤーと、それぞれが前記出力側又は入力側である遊星歯車及び遊星キャリアと、歯輪とを有し、この入力側と出力側と制御側との任意な二者の間には、電子制御ユニットからの制御信号に応じて断接動作をすることによって遊星歯車機構が異なる伝動比率での切換を調整する第１のクラッチ手段が少なくとも一つ装着されている、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項３】
前記遊星歯車機構は互いに直列している２列以上の遊星歯車機構に構成され、各列の遊星歯車機構における入力側と出力側と制御側との任意な二者の間には第１のクラッチ手段が設置され、互いに直列している２列以上の遊星歯車機構には少なくとも２つの制御側が形成され、その一方の制御側は前記第１の可変油圧アクチュエータに接続され、他方の制御側は第２のクラッチ手段を介して自動車のパワー装置のケーシングに接続され、この第１のクラッチ手段と第２のクラッチ手段とは制御装置からの制御信号に応じて断接動作をすることで、異なる伝動比率に対応する遊星歯車機構の切換を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項４】
前記機械伝動機構は互いに並列された２段以上の変速歯車対を有し、この２段以上の変速歯車対と遊星歯車機構の出力側との間にオーバランニングクラッチがそれぞれ設けられ、この互いに並列された２段以上の変速歯車対の間に第２のクラッチ手段がそれぞれ設けられ、このオーバランニングクラッチと第２のクラッチ手段とはそれぞれ断接動作により前記機械伝動機構の伝動比率を調整する、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項５】
前記オーバランニングクラッチは楔状のオーバランニングクラッチである、ことを特徴とする請求項４に記載の自動車用パワー装置。
【請求項６】
前記第２のクラッチ手段は歯入れ型電磁クラッチ又は歯入れ型手動クラッチであり、この歯入れ型電磁クラッチは電子制御ユニットからの制御信号に応じて断接動作をする、ことを特徴とする請求項４に記載の自動車用パワー装置。
【請求項７】
前記第１の可変油圧アクチュエータは可変油圧ポンプであり、前記第２の可変油圧アクチュエータは可変油圧モータである、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項８】
前記第１の可変油圧アクチュエータは二方向デュプレックス可変油圧ポンプ／モータであり、前記第２の可変油圧アクチュエータは二方向デュプレックス可変油圧ポンプ／モータである、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項９】
前記油圧制御装置は、第１の可変油圧アクチュエータの高圧油口に接続される第１の電磁方向弁と、第２の可変油圧アクチュエータの高圧油口に接続される第２の電磁方向弁とを備え、前記第１の電磁方向弁は電子制御ユニットからの制御信号に応じて第１の可変油圧アクチュエータの高圧油口をオイルタンクに直接接続する油圧回路又は第２の電磁方向弁に接続する油圧回路に連通し、第２の電磁方向弁は電子制御ユニットからの制御信号に応じて第２の可変油圧アクチュエータの高圧油口をオイルタンクに直接接続する油圧回路又は第１の電磁方向弁に接続する油圧回路に連通する、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１０】
前記第１の電磁方向弁と第２の電磁方向弁の間にある油圧回路はリリーフバルブを介してオイルタンクに接続する、ことを特徴とする請求項９に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１１】
前記第１の可変油圧アクチュエータの高圧油口と第２の可変油圧アクチュエータの高圧油口とはそれぞれチェック弁を介してオイルタンクに接続して、油補給用油圧回路を構成する、ことを特徴とする請求項９に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１２】
前記第１の可変油圧アクチュエータの低圧油口と第２の可変油圧アクチュエータの低圧油口とは油圧回路を介して接続されると共に、オイルタンクに接続している、ことを特徴とする請求項９に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１３】
前記第１の可変油圧アクチュエータの低圧油口と第２の可変油圧アクチュエータの低圧油口との間にある油圧回路に放熱手段が設けられる、ことを特徴とする請求項１２に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１４】
前記第１の可変油圧アクチュエータ及び第２の可変油圧アクチュエータのドレーン口は共にフィルタを介してオイルタンクに接続している、ことを特徴とする請求項９に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１５】
前記第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータの間にある油圧回路には、第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータは機械的エネルギーを油圧エネルギーに変換する場合に、この第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータから出力される油圧エネルギーを蓄積する一方、第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータは油圧エネルギーを機械的エネルギーに変換する場合に、油圧エネルギーを前記第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータに出力する油圧蓄積器が設けられる、ことを特徴とする請求項１又は９に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１６】
前記油圧蓄積器は電子制御ユニットからの制御信号に応じて、一方向に連通するか直接連通するかを切り換える制御弁を第１の電磁方向弁に接続する、ことを特徴とする請求項１５に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１７】
前記油圧蓄積器は別体型蓄積器であり、エア通路が連通している２つの圧力容器を有し、そのうちの一方の圧力容器内にエアバッグが取り付けられる、ことを特徴とする請求項１５に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１８】
前記第１の電磁方向弁及び第２の電磁方向弁と油圧蓄積器との間にある油圧回路には、油圧蓄積器を第１の電磁方向弁及び第２の電磁方向弁に連通させるか否かを制御する開閉制御弁が設けられ、この開閉制御弁は電子制御ユニットからの制御信号に応じて開閉動作をする、ことを特徴とする請求項１５に記載の自動車用パワー装置。
【請求項１９】
高圧油の入力側が前記油圧蓄積器に接続される油圧操舵ブースターを更に備える、ことを特徴とする請求項１５に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２０】
高圧油の入力側が前記油圧蓄積器に接続される油圧空気調和圧縮機を更に備える、ことを特徴とする請求項１５に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２１】
高圧油の入力側が前記油圧蓄積器に接続される油圧制御ブースターを更に備える、ことを特徴とする請求項１５に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２２】
前記電子制御ユニットにエンジンのユニバー特性写像が記憶され、更に、車輌用点火スイッチの位置パラメータを抽出する位置センサーと、アクセルペダルの位置パラメータを抽出する位置センサーと、機械的ブレーキ踏み板の位置パラメータを抽出する位置センサーと、車速に関するパラメータを抽出する車速センサーと、エンジンの回転数パラメータを抽出するエンジン回転数センサーとを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２３】
前記電子制御ユニットは更に、第１の可変油圧アクチュエータ及び第２の可変油圧アクチュエータの排出量パラメータを抽出する排出量センサーを備える、ことを特徴とする請求項２２に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２４】
前記電子制御ユニットは更に潤滑油の圧力を抽出する圧力センサーを備える、ことを特徴とする請求項２２に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２５】
油圧ブースターブレーキペダルを更に備え、このペダルの位置パラメータが位置センサーにより電子制御ユニットに入力される、ことを特徴とする請求項２２に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２６】
前記電子制御ユニットは更にエンジンの冷却水温度を抽出する温度センサーを備える、ことを特徴とする請求項２２に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２７】
前記自動車用パワー装置の動力出力軸に接続されるモータとモータコントローラとを更に備え、前記モータは車載電池管理器に接続される充電電池で給電され、前記モータコントローラと車載電池管理器とはそれぞれ電子制御ユニットからの制御信号に応じてモータと充電電池を制御する、ことを特徴とする請求項１又は１５に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２８】
前記充電電池は車載知能充電器により外部の電源に接続している、ことを特徴とする請求項２７に記載の自動車用パワー装置。
【請求項２９】
前記外部の電源は駐車場における電力計測及び課金機能を有する電源である、ことを特徴とする請求項２８に記載の自動車用パワー装置。
【請求項３０】
前記電子制御ユニットは更に、油圧制御装置が第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータとの間の油圧回路を連通させると共に、第１の可変油圧アクチュエータ及び第２の可変油圧アクチュエータの変量を調整して、第１の可変油圧アクチュエータから圧力油を出力させて第２の可変油圧アクチュエータの回転軸を回動駆動することにより、この回転軸に接続される動力出力軸から、遊星歯車機構による駆動モーメントと第２の可変油圧アクチュエータから出力されるモーメントとの和となる動力出力を得られ、車輌が速度及びモーメントを変更して運転するように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項３１】
前記電子制御ユニットは更に、車輌が始動及び加速する時にアクセルペダルが踏み込まれるように制御し、電子制御ユニットは第１の電磁方向弁及び第２の電磁方向弁を第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータの間の油圧回路に連通するように制御すると共に、車輌のアクセルペダル及びエンジンのスロットル弁を連動させ、電子制御ユニットはスロットル弁の開度及びエンジンの回転数に基づき、エンジンのユニバーサル特性行列からエンジンの出力モーメントの値を得られ、遊星歯車系のモーメント関係に関する方程式によりサンギヤーのモーメントを求め、定格圧力での第１の可変油圧アクチュエータの排出量の値を算出して、電子制御ユニットは第１の可変油圧アクチュエータの可変手段を制御する信号を出力し、それに伴って第１の可変油圧アクチュエータは第２の可変油圧アクチュエータの回転軸が回動駆動される圧力油を出力して、モーメントを出力し、遊星歯車系による駆動モーメントと油圧モータから出力されるモーメントとの和となるこの回転軸の出力を得られるので、車輌が加速駆動されて、前記第２の可変油圧アクチュエータの排出量は高圧油口側の圧力で自動制御される、即ち、圧力が上昇すると排出量が大きくなり、圧力が低下すると排出量が小さくなり、圧力が０となると排出量が０となる、ことを特徴とする請求項９に記載の自動車用パワー装置。
【請求項３２】
前記制御装置は、車速が所定値となる場合では、第２の可変油圧アクチュエータがオイルタンクに直接接続するように第２の電磁方向弁を制御することで、第１の可変油圧アクチュエータとの接続が切断されて、第１の可変油圧アクチュエータがブレーキをかけられ、遊星歯車機構の制御側が遊星歯車機構を一定の速度比率で伝動させるようにロックされる、或いは、遊星歯車機構におけるクラッチ手段を制御することで遊星歯車機構が剛体伝動するように制御する、ことを特徴とする請求項３１に記載の自動車用パワー装置。
【請求項３３】
前記制御装置は、車速が所定値となる場合では、機械的伝動機構における２段以上の変速歯車対の間にある第２のクラッチ手段が接断動作をするように制御することにより、伝動比率を切り換える、ことを特徴とする請求項４に記載の自動車用パワー装置。
【請求項３４】
前記制御装置は自動車の負荷が低い場合では、前記遊星歯車機構から出力される機械的動力は一部が機械的伝動機構を介して動力出力軸に伝達することで自動車が運転するように駆動される一方、他の部分が油圧制御装置により第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータを制御することで機械的エネルギーから油圧エネルギーに変換されて油圧蓄積器に蓄積され、更に、自動車の要求動力が大きくなると、前記油圧制御装置により第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータを制御することで油圧蓄積器に蓄積された油圧エネルギーを機械的動力に変換して、自動車が運転するようにエンジンを補助する、或いは、油圧蓄積器に蓄積された油圧エネルギーが所定の上限値となると、エンジンからの動力出力を停止して、そのままで油圧制御装置により第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータを制御することで、油圧エネルギーを機械的動力に変換して、自動車を運転駆動する一方、油圧蓄積器に蓄積された油圧エネルギーが要求動力を満足できない場合では、エンジンからの動力出力を復帰して、次の油圧エネルギーと機械的エネルギーとの変換循環処理を行う、
ように制御することを特徴とする請求項１５に記載の自動車用パワー装置。
【請求項３５】
前記制御装置は、エンジンの動力出力期間では前記モータにより一部の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換して充電電池に蓄積する一方、自動車の要求動力が大きくなると、モータコントローラによりモータを制御して電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して、自動車の運転を駆動するようにエンジンを補助する、或いは、エンジンからの動力出力が停止する期間では、モータが機械的エネルギーを出力することで自動車の運転を駆動するように制御する、ことを特徴とする請求項２７に記載の自動車用パワー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力の伝達・変換・蓄積及び取り扱いを行う自動車用パワー装置に関し、特に無段変速と複数種類の動力の組合わせと繰り返し駆動を図れ、及び機械的・油圧的・電気的駆動を一体化する自動車用パワー装置（動力装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
不完全な統計によると、全世界では８億台あまりの各種類の自動車があり、年当たりに石油を１０億トンあまり消耗して、かつ年年に増えていき、それらの排出した温暖化気体であるＣＯ２及び各種類の有毒物質によって、ますます厳重になりつつある環境汚染及び環境破壊をもたらす。同時に、全世界の石油資源は人類が数十年しか使えないものである。そこで、車輌による汚染及びエネルギー不足によって、車輌の省エネ化は全世界で高度に重視され注目されている。
【０００３】
米国のＤＯＥの統計データによると、車輌のオイルタンク内のガソリンのエネルギーは、車輌が運転する又はエアコン等の付属装置を駆動するために用いられたのが１５％ぐらいしかない。他のエネルギーは全て無駄になった。車輌の負荷及びエネルギー消耗は、一つ目は地面に対する車輪の転動摩擦力に克服するのに用いられ、それは車輌の合計重量及び転動摩擦係数に比例し、かつ所要の電力が車速の増加に伴ってやや大きくなる。二つ目は車輌運転中の風による抵抗に克服するのに用いられ、それは車速の二乗に比例し、所要の電力が車速の立方である。三つ目は車輌の始動加速及び坂上りに用いられ、運動エネルギー又は位置エネルギーを向上するための動力であり、それら運動エネルギーと位置エネルギーはブレーキする時に摩擦熱に変換される。都市道路の場合では、車輌の低速低負荷及び駐車中のアイドル速度によるエネルギー消耗は１７．２％となり、そのうち、発電機と空気調和圧縮機等は２．２％、車輌の動力伝動損失は５．６％、ブレーキ用エネルギーは５．８％、転動摩擦及び空気抵抗による損失は６．８％である。ガソリンの熱エネルギーは車輌運転のために用いられるのが１２．６％しかなく、車輌の低速低負荷と駐車中のアイドル速度及びブレーキすることによるエネルギー消耗の合計である２３％という値を半減すれば、エネルギーを５０％節約できる。そうすると、先進的な技術の適用により省エネを達成する潜在力は非常に大きい。
【０００４】
車輌用動力は主に内燃機関、特にガソリンマシンによるものであり、その動力は、回転数が６００〜６０００ｒｐｍであり、トルクが回転数に対してやや凸状となる一定のトルクであり、かつスロットル弁の開度に従って線状に近くて比例的に増加することを特徴とする。内燃機関のユニバーサル特性によれば、エンジンは一定の回転数及び負荷の場合に限って高い効率を有しており、低速低負荷の場合では、効率は大幅に低下する。また、ガソリンマシンとディーゼルマシンとは特性がやや異なる。ディーゼルマシンは相対的には広い高効率領域を有する。定格状態では、エンジン自体の平均的で有効的な効率は３７．６％（２１８ｇ／ｋｗｈ）しかない。都市道路の場合では、エンジンはほとんどの時間では低負荷の状態に動作して、エンジンの定格負荷の１０〜３０％前後となり、エンジンの平均効率は１６〜１８％（４８０ｇ／ｋｗｈ）しかない。
【０００５】
車輌の省エネ化及び排出を低減する方法として、主に、エンジン自体の熱効率を向上する方法、例えば圧縮比率の高いディーゼルエンジン技術と、抵抗による電力消耗を減少する方法、例えば車輌の重量を低下し風による抵抗及び転動抵抗を減少することと、例えば電動技術、水素燃料電池技術、メチルアルコールのような新規の動力及び新規のエネルギーと、伝動方式の変更により車輌全体のエネルギー利用効率を向上する方法、例えば高効率変速機、無段変速、複合動力、ブレーキ運動エネルギーの回収などが挙げられるが、既に利用されている数億台の車輌に対しては、いままではまだ良好な省エネ案ができていない。
【０００６】
本発明は主に、伝動方式の変更により車輌全体のエネルギー利用効率を向上する方法及び電動技術を適用して、車輌の省エネ化及び排出量低減という目的を達成した。
【０００７】
車輌の動力システムでは、変速機はエンジンに次いで機能するものである。車輌の変速機は操作及び変速方式により、段階的な手動／自動変速機と無段変速機に分類される。段階的な手動変速機は自体の効率が高いが、内燃機関と最適に組合わせることが困難であるので、車輌全体の効率は高くなく、頻繁にシフトすると負担が大きくなる。手動操作の代わりに、機械的オートシフト技術（ＡＭＴ）を適用すると、システムの知能化制御に対する要求が高くなる。オートシフトによる段階的な変速機（ＡＴ）は、油圧トルクコンバータと遊星歯車系とで構成されるので、エンジンの効率を向上したが、自体の効率が低く、かつ制御システムが複雑であり、製造し難い。無段変速機は人間がずっと求めているものである。摩擦力で動力を無段的に変速する、例えばチェーン型及びスチールベルト型無段変速伝動装置があり、その効率が大きく向上されたが、材料の性能及びスチールベルトの最小曲げ半径の制限によって、速度及びトルクの変更範囲が限られるので、依然として油圧トルクコンバータ又は始動クラッチと組合わせて利用しなければならない。また、油圧可変ポンプ−モータを用いて全油圧型無段変速システムを構成するのもあるが、単一のポンプ又はモータの効率が９０％となるにしても、システム全体の効率は８０％以下である。改良として、油圧型無段変速と機械的伝動を組合わせてなる分流伝動技術、例えば米国特許６１４５４０９  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｇｅａｒｂｏｘ、日本小松機械（株）及び中国の高校が開発した「機械油圧分流型複数回無段変速伝動」は、良好な省エネ効果を達成したが、重量と体積が大きいので、バスや学校用バスやトラクタ及び特別用途の工事車輌のみに適用できる。
【０００８】
現在で幅広く用いられる内燃機関を動力とする自動車について、如何なる変速機を利用しても、車輌が低速で均一に運転するなどのような低負荷状態では、エンジンの効率が低く、車輌がブレーキされる時の運動エネルギーの回収、及びシステムの動力性と経済性が矛盾するという３つの課題を解決できなく、それによって、機械・電気複合モード及び機械・油圧複合モードが登場してくる。
【０００９】
機械・電気複合駆動システムは、機械システムと電気システムとの組合わせ方式により、直列型と並列型と直並列型という３種類に分けられる。電力配備の大きさにより、弱複合型と強い複合型とに分けられ、弱複合型の場合は、電力の釈放はエンジンの開始・停止制御及び加速補助のみに用いられ、省エネ効果は限られている。強複合型の場合は、電力のみにより車輌を走行するように駆動することができ、機械・電気強複合型動力駆動によれば、一般の乗用車は１００キロ当たりの燃料消耗が都市では３．５〜５．５１となり、燃料消耗が３０〜５０％低下して、汚染物の排出量が９０％低減できる。車輌の低速低負荷状態では主に電動を機能し、ある速度以上ではエンジンを始動する。電動機の低速時の大きいトルク特性を用いて車両が直進し加速するように直接駆動しているので、駆動電流が大きく、この場合の効率が低く、その電力のエネルギー変換経路は発動機−発電機−変流器−電池セルの充電−電池セルの放電−変流器−電動機−車輌というように長くなり、電動効率は通常では７０％しかならない。高速の場合でも、モータは変速動作に参与しなければならないので、高速領域の全体的な効率が低下する。車輌がブレーキする場合には、電力の大きいモータ及び大きい電流で充放電を繰り返しできる電池セルを利用しなければ、運動エネルギーを良好に回収できないので、コストが高く上昇してしまう。
【００１０】
機械・電気複合型の以外に、機械・油圧複合型駆動方法がある。油圧蓄積器は消耗が低く、電力密度が大きいので、油圧による回収効率は電力による回収効率より高く、油圧技術が成熟化され、寿命が長く、コストが低く、エネルギー危機が全世界に及んだ前世紀７０年代では、欧州及び日本は多く試験をしたが、当初の条件に限られ、うまく行かなかった。しかしながら、アメリカは今でも一生懸命に検討している。機械・油圧複合型も並列と直列という二種類に分けられる。並列方式として、例えば、米国環境保護署及びＦＯＲＤ  社と  ＥＡＴＯＮ社はＨＬＡ−Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ｌａｕｎｃｈ  Ａｓｓｉｓｔたる「油圧始動ブースター」システムを開発して、既有の伝動システムに油圧ポンプを並列接続することでブレーキによるエネルギーを回収でき、車輌が再始動する時にそれを釈放するものであり、ブレーキによるエネルギーを６０％回収でき、都市で運転する場合ではエネルギー消耗を２５−３５％低下でき、排気ガスを５０％減少できるということである。それに類似するものは中国特許２００４２００４０９２０．８である「市内バス用並列型油圧複合動力伝動機構」が挙げられる。しかし、中・高速運転時の並列システムによる省エネ効果は目立たない。直列方式として、米国環境保護署が出願した米国特許６７１９０８０である「Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ」及び中国に出願した特許０１８０３５５０である「油圧複合動力駆動型車両」と、中国特許２００４２００４０９２０．８である「市内バス用並列型油圧複合動力伝動機構」が挙げられ、少なくとも２つの油圧ポンプモータ及び高圧・低圧の２つの蓄積器が配置され、全油圧で速度を調整し伝導するように構成され、エンジンの効率が大幅に向上されたものの、油圧による伝動効率が低く、省エネ効果を一部相殺した。更に改良として、米国特許４４４１５７３、５０８８０４１、５４９５９１２では、機械・油圧複合駆動手段及びエネルギー管理方法が多く報告され、例えば、ツインエンジンモード、複数段圧力モードなどが挙げられ、その中の先進的なものを言うと、機械と油圧によるツインモード機械・油圧複合駆動があり、即ち、低速時に全油圧による無段変速伝動を利用するのに対して、高速時に単純な機械伝動を利用し、２つのクラッチによりモードの切換を行うことにより、省エネ効果を一部には向上できるが、低速時の油圧伝動効率が低く、高速時の単純な機械伝動でもシステムの動力性と経済性とが矛盾する課題を解決していないので、改良の効果が限られている。中国では、北京理工大学の機械・車輌工程学院は機械・油圧分流段階的な無段変速伝動及び複合動力に関する理論を多く研究したところ、模擬的な解析成果を取得した。
【００１１】
上述したように、単純な車両用変速装置を適用する場合、手動でも自動でも無段変速の手段でも、いずれも省エネの３つの課題を解決できない。機械・電気複合駆動方式によれば、省エネの効果を大きく改善したにもかかわらず、電池の性能及びシステムのコストはそれの実用化の支障となり、例えば、充放電の迅速化、エネルギー蓄積効率の向上、電池寿命などという技術課題を解決しなければならない。また、駆動システムが複雑となり、所要の機械と電気の変換制御、電池セル及び高出力モータのコストが高くなり、また、既に全世界で使用されている８億台近いの車輌に対する省エネ改良も難しい。従来の機械・油圧複合駆動モードは、油圧システムの比エネルギーが小さい及び伝動効率が低いという欠点を解消できず、その設計構造が複雑で、体積・重量が大きいので、例えば市内バスや郵便車輌やゴミ車輌などのように一般では市内で運転する大型自動車のみに適用でき、システム全体の省エネ効果は目立たない。現在の国際車輌業界では、外部から充電する（Ｐｌｕｇ−ｉｎ）機械・電気複合自動車が注目され、省エネ効果が更に向上でき、排気ガスが減少され、環境が改善される一方、そのコスト低下は課題となっている。
【特許文献１】中国特許第２００４２００４０９２０．８号
【特許文献２】米国特許第６７１９０８０号
【特許文献３】米国特許第４４４１５７３号
【特許文献４】米国特許第５０８８０４１号
【特許文献５】米国特許第５４９５９１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したことは共に本発明が解決しようとする課題である。
本発明が解決しようとする課題は次の通りである：
【００１３】
１．車輌は低速運転する時、即ち都市の道路又は高速道路で渋滞する場合でもエンジンの燃料消耗及び排気ガスが少ない、
２．車輌は駐車する時に自動的にフレームアウトすると共に必要時に自動的に始動でき、アイドルによる燃料消耗を減らす、
３．車輌は低速低負荷状態では外部から充電する（Ｐｌｕｇ−ｉｎ）電力で運転を補助する、
４．車輌の中速・高速領域ではエンジンは高効率に運転でき、車輌の動力性と経済性との矛盾を解消する、
５．ブレーキによる運動エネルギーの効果的な回収及び適用、
６．各稼働状態での伝動システムの高効率化、
７．小型軽量で、組立と保守がしやすく、様々な車輌、特にスペースの限られた乗用車に取り付けられ、従来の車輌に対しても省エネのための改良ができる、
８．コストが低く、寿命が長く、信頼性が高い。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明は、内燃機関が装着された車輌では、２台の可変油圧アクチュエータ＋遊星歯車系＋伝動歯車群を主として構成した、機械・油圧分流段階的な無段変速伝動システムには油圧蓄積器が配置され、電池セルを蓄積手段とし、電動／発電機が補助動力装置として配置され、エネルギー管理システムにより機械と油圧と電力という３つの機能を図れ、及び無段変速伝動と複合動力駆動という２つの機能を有機的に集積するという技術手段で達成した。
具体的には、自動車用パワー装置であって、当該装置は、エンジンの出力側に接続される入力側と、機械的な伝動機構を介して自動車用パワー装置に接続される出力側と、制御側とを有する遊星歯車機構と、遊星歯車機構の制御側に接続され、油圧回路を介してオイルタンクに接続される第１の可変油圧アクチュエータと、回転軸が自動車用パワー装置の動力出力軸に接続され、前記動力出力軸により動力の入力又は出力を行うと共に、油圧回路を介して第１の可変油圧アクチュエータとオイルタンクにそれぞれ接続される第２の可変油圧アクチュエータと、車輌の運転パラメータ及び車輌に対する制御パラメータを取得し、それらパラメータに基づいて制御信号を出力する、前記第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータとがこの制御信号に応じて可変調整を行うようになっている電子制御ユニットと、油圧回路に設置され、電子制御ユニットからの制御信号に応じて第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータとの動作状態を制御する油圧制御装置と、を備える。
【００１５】
本発明では、遊星歯車機構の選択的な例として、前記遊星歯車機構は単列のＮＧＷ遊星歯車機構又はＮＷ遊星歯車機構に構成され、この単列の遊星歯車機構は、前記制御側であるサンギヤーと、それぞれが前記出力側又は入力側である遊星歯車及び遊星キャリアと、歯輪とを有し、この入力側と出力側と制御側との任意な二者の間には、電子制御ユニットからの制御信号に応じて断接動作をすることによって遊星歯車機構が異なる伝動比率での切換を調整する第１のクラッチ手段が少なくとも一つ装着されている。
【００１６】
本発明では、遊星歯車機構の別の選択的な例として、前記遊星歯車機構は互いに直列している２列以上の遊星歯車機構に構成され、各列の遊星歯車機構における入力側と出力側と制御側との任意な二者の間には第１のクラッチ手段が設置され、互いに直列している２列以上の遊星歯車機構には少なくとも２つの制御側が形成され、その一方の制御側は前記第１の可変油圧アクチュエータに接続され、他方の制御側は第２のクラッチ手段を介して自動車のパワー装置のケーシングに接続され、この第１のクラッチ手段と第２のクラッチ手段とは制御装置からの制御信号に応じて断接動作をすることで、異なる伝動比率に対応する遊星歯車機構の切換を調整する。
【００１７】
本発明では、前記機械伝動機構は互いに並列された２段以上の変速歯車対を有し、この２段以上の変速歯車対と遊星歯車機構の出力側との間にオーバランニングクラッチがそれぞれ設けられ、この互いに並列された２段以上の変速歯車対の間に第２のクラッチ手段がそれぞれ設けられ、このオーバランニングクラッチと第２のクラッチ手段とはそれぞれ断接動作により前記機械伝動機構の伝動比率を調整する。前記オーバランニングクラッチは楔状オーバランニングクラッチである。前記第２のクラッチ手段は歯入れ型電磁クラッチ又は歯入れ型手動クラッチであり、この歯入れ型電磁クラッチは電子制御ユニットからの制御信号に応じて断接動作をする。
【００１８】
本発明では、一つの選択的な形態として、前記第１の可変油圧アクチュエータは可変油圧ポンプであり、前記第２の可変油圧アクチュエータは可変油圧モータである。また、別の選択的な形態として、前記第１の可変油圧アクチュエータは二方向デュプレックス可変油圧ポンプ／モータであり、前記第２の可変油圧アクチュエータは二方向デュプレックス可変油圧ポンプ／モータである。
【００１９】
本発明では、前記油圧制御装置は、第１の可変油圧アクチュエータの高圧油口に接続される第１の電磁方向弁と、第２の可変油圧アクチュエータの高圧油口に接続される第２の電磁方向弁とを備え、この第１の電磁方向弁は電子制御ユニットからの制御信号に応じて第１の可変油圧アクチュエータの高圧油口をオイルタンクに直接接続する油圧回路又は第２の電磁方向弁に接続する油圧回路に連通し、第２の電磁方向弁は電子制御ユニットからの制御信号に応じて第２の可変油圧アクチュエータの高圧油口をオイルタンクに直接接続する油圧回路又は第１の電磁方向弁に接続する油圧回路に連通する。
【００２０】
前記第１の電磁方向弁と第２の電磁方向弁の間にある油圧回路はリリーフバルブを介してオイルタンクに接続する。
【００２１】
本発明では、前記第１の可変油圧アクチュエータの高圧油口と第２の可変油圧アクチュエータの高圧油口とはそれぞれチェック弁を介してオイルタンクに接続して、油補給用油圧回路を構成する。
【００２２】
本発明では、前記第１の可変油圧アクチュエータの低圧油口と第２の可変油圧アクチュエータの低圧油口とは油圧回路を介して接続されると共に、オイルタンクに接続している。
【００２３】
本発明では、前記第１の可変油圧アクチュエータの低圧油口と第２の可変油圧アクチュエータの低圧油口との間にある油圧回路に放熱手段が設けられる。
【００２４】
本発明では、前記第１の可変油圧アクチュエータ及び第２の可変油圧アクチュエータのドレーン口は共にフィルタを介してオイルタンクに接続している。
【００２５】
本発明では、前記第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータの間にある油圧回路には、第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータは機械的エネルギーを油圧エネルギーに変換する場合に、この第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータから出力される油圧エネルギーを蓄積する一方、第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータは油圧エネルギーを機械的エネルギーに変換する場合に、油圧エネルギーを前記第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータに出力する油圧蓄積器が設けられる。
【００２６】
本発明では、前記油圧蓄積器は電子制御ユニットからの制御信号に応じて、一方向に連通するか直接連通するかを切り換える制御弁を第１の電磁方向弁に接続する。
【００２７】
本発明では、前記油圧蓄積器は別体型蓄積器であり、エア通路が連通している２つの圧力容器を有し、そのうちの一方の圧力容器内にエアバッグが取り付けられる。
【００２８】
本発明では、前記第１の電磁方向弁及び第２の電磁方向弁と油圧蓄積器との間にある油圧回路には、油圧蓄積器を第１の電磁方向弁及び第２の電磁方向弁に連通させるか否かを制御する開閉制御弁が設けられ、この開閉制御弁は電子制御ユニットからの制御信号に応じて開閉動作をする。
【００２９】
本発明では、前記自動車用パワー装置は更に、高圧油の入力側が前記油圧蓄積器に接続される油圧操舵ブースターを備える。
【００３０】
本発明では、前記自動車用パワー装置は更に、高圧油の入力側が前記油圧蓄積器に接続される油圧空気調和圧縮機を備える。
【００３１】
本発明では、前記自動車用パワー装置は更に、高圧油の入力側が前記油圧蓄積器に接続される油圧制御ブースターを備える。
【００３２】
本発明では、前記電子制御ユニットにエンジンのユニバー特性写像が記憶され、更に、車輌用点火スイッチの位置パラメータを抽出する位置センサーと、アクセルペダルの位置パラメータを抽出する位置センサーと、機械的ブレーキ踏み板の位置パラメータを抽出する位置センサーと、車速に関するパラメータを抽出する車速センサーと、エンジンの回転数パラメータを抽出するエンジン回転数センサーとを備える。
【００３３】
本発明では、前記電子制御ユニットは更に、第１の可変油圧アクチュエータ及び第２の可変油圧アクチュエータの排出量パラメータを抽出する排出量センサーを備える。
【００３４】
本発明では、前記電子制御ユニットは更に潤滑油の圧力を抽出する圧力センサーを備える。
【００３５】
本発明では、前記自動車用パワー装置は更に油圧ブースターブレーキペダルを備え、このペダルの位置パラメータが位置センサーにより電子制御ユニットに入力される。
【００３６】
本発明では、前記電子制御ユニットは更にエンジンの冷却水温度を抽出する温度センサーを備える。
【００３７】
本発明では、前記自動車用パワー装置は更に、この自動車用パワー装置の動力出力軸に接続されるモータとモータコントローラとを備え、このモータは車載電池管理器に接続される充電電池で給電され、このモータコントローラと車載電池管理器とはそれぞれ電子制御ユニットからの制御信号に応じてモータと充電電池を制御する。
【００３８】
本発明では、前記充電電池は車載知能充電器により外部の電源に接続している。
【００３９】
本発明では、前記外部の電源は駐車場における電力計測及び課金機能を有する電源である。
【００４０】
本発明では、前記電子制御ユニットは更に、油圧制御装置が第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータとの間の油圧回路を連通させると共に、第１の可変油圧アクチュエータ及び第２の可変油圧アクチュエータの変量を調整して、第１の可変油圧アクチュエータから圧力油を出力させて第２の可変油圧アクチュエータの回転軸を回動駆動することにより、この回転軸に接続される動力出力軸から、遊星歯車機構による駆動モーメントと第２の可変油圧アクチュエータから出力されるモーメントとの和となる動力出力を得られ、車輌が速度及びモーメントを変更して運転するように制御する。
【００４１】
本発明では、前記電子制御ユニットは更に、車輌が始動及び加速する時にアクセルペダルが踏み込まれるように制御し、電子制御ユニットは第１の電磁方向弁及び第２の電磁方向弁を第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータの間の油圧回路に連通するように制御すると共に、車輌のアクセルペダル及びエンジンのスロットル弁を連動させ、電子制御ユニットはスロットル弁の開度及びエンジンの回転数に基づき、エンジンのユニバーサル特性行列からエンジンの出力モーメントの値を得られ、遊星歯車系のモーメント関係に関する方程式によりサンギヤーのモーメントを求め、定格圧力での第１の可変油圧アクチュエータの排出量の値を算出して、電子制御ユニットは第１の可変油圧アクチュエータの可変手段を制御する信号を出力し、それに伴って第１の可変油圧アクチュエータは第２の可変油圧アクチュエータの回転軸が回動駆動される圧力油を出力して、モーメントを出力し、遊星歯車系による駆動モーメントと油圧モータから出力されるモーメントとの和となるこの回転軸の出力を得られるので、車輌が加速駆動されて、前記第２の可変油圧アクチュエータの排出量は高圧油口側の圧力で自動制御される、即ち、圧力が上昇すると排出量が大きくなり、圧力が低下すると排出量が小さくなり、圧力が０となると排出量が０となる。
【００４２】
本発明では、制御装置は、車速が所定値となる場合では、第２の可変油圧アクチュエータがオイルタンクに直接接続するように第２の電磁方向弁を制御することで、第１の可変油圧アクチュエータとの接続が切断されて、第１の可変油圧アクチュエータがブレーキをかけられ、遊星歯車機構の制御側が遊星歯車機構を一定の速度比率で伝動させるようにロックされる、或いは、遊星歯車機構におけるクラッチ手段を制御することで遊星歯車機構が剛体伝動するように制御する、ことを特徴とする請求項３１に記載の自動車用パワー装置。
【００４３】
本発明では、制御装置は、車速が所定値となる場合では、機械伝動機構における２段以上の変速歯車対の間にある第２のクラッチ手段が接断動作をするように制御することにより、伝動比率を切り換える。
【００４４】
本発明では、前記制御装置は自動車の負荷が低い場合では次のように制御する：前記遊星歯車機構から出力される機械的動力は一部が機械伝動機構を介して動力出力軸に伝達することで自動車が運転するように駆動される一方、他の部分が油圧制御装置により第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータを制御することで機械的エネルギーから油圧エネルギーに変換されて油圧蓄積器に蓄積され、更に、自動車の要求動力が大きくなると、前記油圧制御装置により第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータを制御することで油圧蓄積器に蓄積された油圧エネルギーを機械的動力に変換して、自動車が運転するようにエンジンを補助する、或いは、油圧蓄積器に蓄積された油圧エネルギーが所定の上限値となると、エンジンからの動力出力を停止して、そのままで油圧制御装置により第１の可変油圧アクチュエータ及び／又は第２の可変油圧アクチュエータを制御することで、油圧エネルギーを機械的動力に変換して、自動車の運転を駆動する一方、油圧蓄積器に蓄積された油圧エネルギーが要求動力を満足できない場合では、エンジンからの動力出力を復帰して、次の油圧エネルギーと機械的エネルギーとの変換循環処理を行う。
【００４５】
本発明では、前記制御装置は、エンジンの動力出力期間では前記モータにより一部の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換して充電電池に蓄積する一方、自動車の要求動力が大きくなると、モータコントローラによりモータを制御して電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して、自動車の運転を駆動するようにエンジンを補助する、或いは、エンジンからの動力出力が停止する期間では、モータが機械的エネルギーを出力することで自動車の運転を駆動するように制御する。
【００４６】
本発明による前記自動車用パワー装置の変速とモーメント調整及び複合動力の原理は主に、運動学の観点から、第１、可変油圧アクチュエータは遊星歯車系に備えられるディファレンス伝動機能を利用して、遊星歯車系が変速するように制御する、第２、油圧伝動自体による無段変速性能により変速を図れることを含む。また、エネルギーストリームの観点から、入力エネルギーは遊星歯車系で分解され、一部が遊星歯車系自体を介して出力側に伝達し、他の部分が無段変速装置に分流してからそのままで出力側で合流して、分流変速伝動を行ってもよく、一旦蓄積器に蓄され、必要の時に釈放すれば複合動力による伝動を行ってもよい。しかし、遊星歯車系におけるサンギヤーと遊星キャリアと歯輪との間のモーメント比率関係が一定となるので、変速してもモーメントが変わらず、車輌の複雑な負荷変化に対応するために、それに合わせるモーメント変速機が必要とされる。従来では、油圧トルクコンバータを利用して動力の伝動経路を変更して図れるのに対して、本発明では、可変油圧ポンプ−可変モータによる変速可変モーメントユニットを遊星歯車系と組合わせてなり、可変油圧ポンプ−可変モータのトルクの比率は二者の排出量の比率に等しく、理論的には０〜無限大の広い範囲内で調整でき、その最大出力トルクは油圧モータの最大許容トルクの値による。
【００４７】
本発明で言う接続又は固着とは、接続された２つの部材同士は相対的に変位することがない同軸同期接続又は回転数の比率が一定である異軸伝動接続を意味しており、前者は例えばカプラーによる接続、平キーとスプラインと止め輪を組合わせてなる接続等があり、後者は例えば歯車やベルトウィールとスプロケット等による伝動接続等がある。本発明で言う周方向における固着とは、接続された２つの部材同士は相対的に角変位することがない同軸同期接続又はスピードの比率が一定である異軸伝動接続を意味するが、軸方向における摺動変位が許可され、例えばスライドレールによる接続、スプラインによる接続等がある。
【００４８】
本発明による装置の動作モード及び特徴は次の通りである。
【００４９】
１）車輌は低速領域では、エンジンが始動して高効率に動作する−フレームアウトするか又はアイドルにする一方、油圧・電気駆動される−エンジンが再度始動して動作するような循環動作モードで、エンジンは高効率に運転するようになり、油圧及び電力でエネルギーを蓄積し補助することで、車輌は駐車する即ちエンジンがフレームアウトしてエネルギーを節約する場合に、自動に制御すると、フレームアウトのタイミングが把握しにくくなる一方、手動に制御すると面倒するので、モータが頻繁に始動され、効率が低く、電池及びモータの寿命が低下され、また排気ガスの排出が多くなるという問題が解決できるようになった。
【００５０】
２）車輌は中速・高速領域では、即ち、高速道路で運転する時、機械的な大きい速度上昇比率により伝動を行い、エンジンは車輌が均一な速度で運転するのに必要とする電力に対応する最低回転数の近辺で高効率に動作するために、車輌は例えば加速及び坂上りのように大きいモーメントが必要とされる場合に、まず可変油圧アクチュエータが動力を補助的に供給して、次に伝動比率を迅速に低下することで出力モーメントを大きくして、それによってシステムからの動力要求を満足する。
【００５１】
３）車輌は減速してコースティングする場合に、従来ではメカニズム及び安全要素によって中立位置でコースティングすることが困難なので、エンジンはブレーキを機能して、エネルギを無駄にしたのに対して、本発明では、安全確保の前提で自動に中立位置でコースティングすることができるので、燃料消耗を低減する。
【００５２】
４）車輌が駐車する時に、エンジンはオートフレームアウトする。
【００５３】
５）車輌がブレーキされると、油圧アクチュエータ及び電動機は共にブレーキを機能して、車輌の運動エネルギーが回収される。
【００５４】
上述したメカニズムに加えて、構成上の合理的な組み合わせにより、エンジン、油圧アクチュエータ及び電動機は共にそれぞれの高効率化領域で動作できる。
【００５５】
本発明による省エネ効果は次の通りである。
【００５６】
１．エンジンの熱変換効率が向上した：
エンジンの回転数と車輌の速度は固定な比率関係でなくなるので、エンジンは常に高効率で排気ガスを少なくする速度及び負荷領域で動作する。特に、車輌は低速低負荷状態にある場合では、エンジンが始動―フレームアウト／アイドルで循環に動作するモードで、油圧と電気システムにより嘗ては無駄になったエネルギーが利用されるので、エンジンの熱変換効率が大幅に向上した。
【００５７】
２．エンジンのアイドル及びコースティングによる燃料消耗が減らされる：
本変速装置によれば、低速時のツインモード循環駆動を用いて、車輌が駐車する時でも、エンジンは負荷運転する又はフレームアウトすることにより、回収された油圧と電気エネルギーにより車輌を走行駆動して、また必要に応じて、油圧システムによりエンジンを迅速に簡単に始動させる。エンジンのアイドルによる燃料消耗を減らせると共に、単純に車輌が駐車するとエンジンがフレームアウトするというモードでは、エンジンが頻繁に始動して停止することによる問題を解決した。また、オート中立位置でコースティングするというメカニズムによれば、安全確保の前提で、従来の変速機が中立位置に頻繁に入れないからエンジンが後進して消耗した燃料を節約できる。
【００５８】
３．伝動チェーンの損失が減らされる：
変速機自体の設計により、広い速度範囲で高い伝動効率を得られる。かつ、効率の低い油圧トルクコンバータ及び摩擦型クラッチが必要としなく、制御機械及びエンジンの過渡動作による燃料消耗を減らせる。
【００５９】
４．ブレーキする時の運動エネルギが回収される：
油圧モータ及び油圧蓄積装置をブレーキブースターとして用いることにより、車輌運転中の運動エネルギはほとんど回収され、車輌は再始動時に利用できる。油圧モータのパワーは大きいので、油圧蓄積器の蓄積速度及び効率は電池セルよりも高くなり、運動エネルギの回収比率は電気的エネルギの場合より高い。また、従来の機械型コンプレッサーの代わりに油圧空気調和圧縮機を利用すると共に、従来の油圧操舵アシストポンプの代わりに本発明の油圧操舵ブースターを利用したため、エンジンの燃料消耗が一層減らされる。
【００６０】
本発明による環境保護の効果は次の通りである。
１．エンジンは常に高効率で排気ガスの少ない領域で動作することにより、エンジンが運転する時の排気ガスが低減される。
２．市内の低速道路におけるツインモードで運転するので、従来のエンジンは駐車時のアイドルによる多量の汚染を回避するだけでなく、単純に駐車してフレームアウトするとエンジンが頻繁に始動して齎す付加汚染を解消する。
３．外部から充電するモードによれば、市内では主に電動駆動で運転するので、排気ガスの排出及び騒音汚染を大幅に低下する。
４．ガソリンが半分ほど節約できると共に、排気ガスの排出も半減できる。
【００６１】
本発明と従来技術との対照は次の通りである。
１．従来の様々な変速機と比べると、まず、複合動力により、ブレーキエネルギーの回収と、エンジンの低速低負荷低効率及び中速・高速時の車輌の動力性と経済性とが矛盾するという３つの課題を解消して、次に、０〜最高速度の広い範囲における高効率な無段変速は従来の変速機には難しいことであり、機械・油圧分流段階的な無段変速機と比べても、本発明による装置は２段階変速装置だけでは４つの高効率なノードを達成できる。
２．従来の機械・電気複合動力と比べると、同等な省エネ効果の前提では、第１、本発明による装置はコストの高い高出力モータと電池セルとコントローラとが要らなく、コストの低い装置及び油圧伝動をメインとして、勝手に配置可能な電力をサブとするので、コストが大幅に低下する。第２、油圧動力装置の比電力は電動の場合よりはるかに高くなるので、本装置の本体は寸法・重量が小さく、取付し易く、特に従来の車種では多く変更せずに実現でき、新規車種の開発コストを低下するだけでなく、既に使用されている車輌への改良もでき、以上のことは従来の機械・電気複合技術なら実現し難いことである。
３．従来の機械・油圧複合動力と比べると、本発明による装置は下記のメリットを有する：
１）直並列型分流段階的な技術により、直列でも並列又はツインモードによる複合駆動でも、油圧回路の効率が低いので、様々な場合では高効率に伝動すること、及び構成が複雑化となるという課題を解決した、
２）比率の高い電力及び高効率の油圧を導入して、内燃機関と共に３次元複合動力を構成して、長所を取って短所を補うことにより、最適な省エネ効果を達成でき、単純な機械・油圧複合は比率が低いので、直進補助にしか使えず循環駆動を図れず、逆の場合ではエンジンが頻繁に始動する欠陥を解消した。
【００６２】
上述した装置のデザイン構想によれば、制御メカニズムにおいてはわりと複雑であることに対し、実際の構成と加工製造においては簡単で容易になっており、うちのメインとなる部材はいずれも従来の工業成熟品であり、特殊な構成を持つパワーの大きい電機やパワーの大きい制御装置と特別に快速に充放電の特性を持つ大容量を有する電池セルが必要としなく、総合的コストは手動変速機より高いが、自動変速機システムより安く、従来の相同の省エネ効果を持つ機械・電気複合動力駆動装置よりははるかに経済的となっている。
【００６３】
本発明は車輌の負荷特徴及びエンジンの動力特性により、機械と電気と油圧との３次元複合動力技術を用いて省エネを達する装置を提供し、この装置は、構成が簡単で、作り易く、操作が簡単で、コストが低く、体積が小さく、様々な負荷変動に適応でき、良好な動力性と快適性を有し、エンジンの動力特性に最適に合わせることにより、エンジンが常に高効率で排気ガスの少ない領域で動作し、駐車すると停止して、ブレーキする時の運動エネルギーを回収し、高効率に無段的に変速でき、外部充電による電力で駆動を補助して、車輌における従来の変速機を代替でき、従来車輌に対する省エネ改良又は新車を省エネに駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
実施例１：本発明による無段変速機装置
【００６５】
本発明による無段変速機装置は図１〜８及び図１８に示すように、主に内燃エンジン１０１と、フライングホイール１０２と、ロッカー付きディファレンス遊星歯車系１０３と、機械的伝動機構１０４と、動力合成・主減速器１０５と、選択可能な微型油圧蓄積器１０６と、第１の可変油圧アクチュエータ１０７と、第２の可変油圧アクチュエータ１０８と、油圧コントローラ１０９と、微型低圧オイルタンク１１０と、センサー・コントローラ１１１と、電子制御ユニット１１２と、補機１１３と、ディファレンシャル１１４と、ケーシング１２０となどで構成される。
【００６６】
本発明による装置の各構成要素同士は次のように接続されている：内燃エンジン１０１の出力軸はフライングホイール１０２を介してディファレンス遊星歯車系１０３の入力側に固着され、ディファレンス遊星歯車系１０３の出力側は機械的伝動機構１０４の入力軸に固着され、機械的伝動機構１０４の出力軸は動力合成・主減速器１０５と駆動機構１１４に順次固着され、ディファレンス遊星歯車系１０３の制御側は第１の可変油圧アクチュエータ１０７の動力軸に固着され、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の動力軸は動力合成・主減速器１０５の動力合成軸に固着され、フライングホイール１０２、ディファレンス遊星歯車系１０３、機械的伝動機構１０４、動力合成・主減速器１０５及びディファレンシャル１１４は共にケーシング１２０内に取り付けられている。
【００６７】
第１の可変油圧アクチュエータ１０７の高圧側と、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の高圧側と、補機１１３における油圧手段などは共に油圧コントローラ１０９を介して、選択可能な微型油圧蓄積器１０６及び油圧オイルタンク１１０に油圧管路で接続され、第１の可変油圧アクチュエータ１０７の低圧側及び第２の可変油圧アクチュエータ１０８の低圧側は低圧オイルタンクに油圧管路で接続されている。
【００６８】
電子制御ユニット１１２と、センサー・コントローラ１１１と、補機１１３と、システムにおける制御が必要とされる全ての構成要素は信号線又は制御線で接続されている。
【００６９】
本発明の構成原理及び動作方法をより詳しく説明するために、本発明による装置を機械システムと油圧システムと補助システムと電子制御システムという４つのサブシステムに分解する。
【００７０】
本発明による装置の機械システムは、内燃エンジン１０１と、フライングホイール１０２と、ディファレンス遊星歯車系１０３と、機械的伝動機構１０４と、動力合成・主減速器１０５と、ディファレンシャル１１４などを備える。
【００７１】
ここで、内燃エンジン１０１はガソリンマシン又はディーゼルマシンであり、パワーが同等する車輌の場合では、本発明では付加動力が設計されたため、排出量の小さいエンジンを選択することで負荷率と効率を向上することができる。内燃エンジンの主軸には、反転を防止するための一方向クラッチ１０１ａと、主軸に印加可能な軸方向の力を耐えるための端面アシストベアリング１０１ｂとが取り付けられている。
【００７２】
ディファレンス遊星歯車系１０３は単列ＮＧＷ又はＮＷ方式（図３、図５に示す）が好ましいが、他の種類、例えば２列以上の直列型遊星歯車機構（図４に示す）やシンポソン型（Ｓｉｍｐｓｏｎ）又はラブラル型（Ｒａｖｉｇｎｅａｕｘ）などを選択してもよい。単列ＮＧＷ遊星歯車機構の構成及び変速原理は図２に示すように、サンギヤー１０３ａと、プラネットギヤ及び遊星キャリア１０３ｂと、歯輪１０３ｃという３つの部材で構成され、例えば、遊星キャリア１０３ｂを回転数ｐ１に保持して変更しない場合では、サンギヤーの回転数をＳ−１、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のように順次増加すると、歯輪の回転数がＷ３、Ｗ２、Ｗ１、Ｗ０、Ｗ−１のように低減する。遊星歯車系の３つの部材はそれぞれシステムにおける入力側と出力側と制御側として用いられるので、６種類の異なる接続形態を形成できるが、本発明では、遊星歯車系の遊星キャリア１０３ｂを入力側とし、歯輪１０３ｃを出力側とする形態１、及び、遊星歯車系の歯輪１０３ｃを入力側とし、遊星キャリア１０３ｂを出力側とする形態２というサンギヤー１０３ａを制御側とする２種類の接続形態が好ましく、エンジンの出力軸はフライングホイールを介して遊星歯車系の入力側に固着され、エンジンの動力は遊星歯車系の歯輪から入力され、動力は遊星歯車系の出力側から出力され、遊星歯車系における３つの移動部材のいずれか２つの間には、電磁制御又は油圧制御により遊星歯車の接断を図れる遊星歯車ロッカークラッチ１０３ｄが設置され、ロッカークラッチ（以下はロッカーと称す）は接合してロックすると、遊星歯車は高効率の剛体伝動を機能し、ロッカークラッチは切断すると、遊星歯車はディファレンス伝動を機能し、それによって動作の分解又は合成を実現する。
【００７３】
機械的伝動機構１０４は１段以上のオートオーバランニング伝動機能付き装置であり、オートオーバランニング機能とは、出力部材の回転数が入力部材の回転数を超えて自由に回動することを許可して、ディファレンス遊星歯車系１０３から動力合成・主減速器１０５にかける動力の伝達・変換・中止又は超過を実現する。オートオーバランニング伝動を適用する目的としては、
１）車輌が運転中では中立位置ーで自動コースティングすることにより、第１の可変油圧アクチュエータ１０７の無負荷摩擦損失を除去する、
２）  第１の可変油圧アクチュエータ１０７は無負荷状態でエンジンを始動して伝動運転に自動的でゆったりと移行できるので、車輌の運転に影響を与えない、
３）入出力動力を離間させてシフトしやすくする、
という点にある。特別に設計された無負荷抵抗モーメントが小さくかつ回動慣性力も小さい第１の可変油圧アクチュエータ１０７を使用する場合に限って、オートオーバランニング機能を設置しなくてもよい。複数段伝動機構によれば、第１、分流伝動における速度・電力調整経路のエネルギーストリーム比率が大きく、かつこの経路の効率が低い場合では、全体としての効率を向上するために複数段伝動機構を設置すると、段階的に速度を無段調整することができ、エネルギーストリーム比率を低下できる、第２、構成上の寸法制限によって、速度・電力調整経路のモーメントはシステムの要求を満足できない場合では、複数段伝動を適用することで速度・電力調整部材のモーメントに対する要求を低下して、速度・電力調整部材の寸法・重量を低下でき、システムの組立に便宜を図れる。小型車輌の場合は、１〜２段伝動にしてよく、例えば低速と高速という２段伝動を選定すればよい一方、大型車輌の場合は、２〜４段の段階的な変速伝動にしてよいが、一般では車輌が持つ段階的変速機のシフト位置の１／３〜１／５にすればよい。
【００７４】
伝動機構は歯車群伝動又は遊星歯車系伝動を適用し、歯車群伝動は１段伝動歯車対（図３を参照）、又はシンクロクラッチ制御付きの複数段伝動歯車対に分けられ、各伝動歯車対に共にオーバランニングクラッチが付属されている（図４を参照）。
【００７５】
１段伝動歯車対を適用した無段変速装置を示す図３を参照して、図面中の符号はそれぞれ、１０１は車輌用内燃エンジン、１０１ａは一方向クラッチ、１０１ｂは端面スラストベアリング、１０２はフライングホイール、１０３ａは遊星歯車系のサンギヤー、１０３ｂは遊星歯車系の遊星キャリア、１０３ｃは遊星歯車系の止め輪、１０３ｄは遊星歯車系のロッカー、１０４−１ａは第１の伝動軸、１０４−１ｂは遊星歯車系の出力軸ブッシュ、１０４−２は第２の伝動軸／動力出力軸、１０４−３ａは機械的伝動機構の駆動歯車、１−４−３ｂは機械的伝動機構の従動歯車、１０４−３ｃはオーバランニングクラッチ、１０４−４ｂは主減速器の駆動歯車、１０５ａは主減速器の従動歯車、１１４はディファレンス、１０７は第１の可変油圧アクチュエータ、１０７ａは第１の可変油圧アクチュエータの変速装置、１０７ｂは第１の可変油圧アクチュエータの油口、１０８は第２の可変油圧アクチュエータ、１０８ａは第２の可変油圧アクチュエータの変速装置、１０８ｂは第２の可変油圧アクチュエータの油口、１０４−６ａは第１の可変油圧アクチュエータの駆動歯車、１０４−６ａは第１の可変油圧アクチュエータの従動歯車である。
【００７６】
本装置では、エンジンの出力軸はフライングホイールを介して遊星キャリア１０３ｂに固着され、歯輪１０３ｃは遊星歯車系の出力軸ブッシュに接続して、動力を一方向クラッチ及び伝動歯車を介して第２の伝動軸に出力すると共に第２の可変油圧アクチュエータに接続される。第１の可変油圧アクチュエータと遊星歯車系のサンギヤーとは歯車対１０４−６ａ、１０４−６ｂを介して接続されている。
【００７７】
２段伝動歯車対を適用した無段変速装置を示す図４を参照して、図面中の符号はそれぞれ、１０４−３ｃは内輪に端面ティースが設けられるオーバランニングクラッチ、１０４−４ａは機械的伝動機構の第２の伝動歯車対の駆動歯車、１０４−４ｂは機械的伝動機構の第２の伝動歯車対の従動歯車、１０４−５ａは両面にティースが設けられる歯入れ型クラッチのスライドリング、１０４−５ｂは歯入れ型クラッチの制御手段、１０４−４ｃは内輪に端面ティースが設けられるオーバランニングクラッチ、１１９ａはドライブモータのロータ、１１９ｂはドライブモータのステータである。他の符号については図３を参照する。
【００７８】
本装置では、エンジンの出力軸はフライングホイールを介して遊星歯車系の歯輪１０３ｃに固着され、遊星キャリア１０３ｂは遊星歯車系の出力軸ブッシュに接続して、動力を一方向クラッチ及び２段変速装置を介して第２の伝動軸に出力すると共に第２の可変油圧アクチュエータに接続される。第１の可変油圧アクチュエータと遊星歯車系のサンギヤーとは歯車対１０４−６ａ、１０４−６ｂを介して接続されている。
【００７９】
本装置における２段変速歯車対の接合と切断は無負荷状態で行われたので、同期手段付きの歯入れ型電磁クラッチを利用すれば、構成が簡単化され、操作しやすくなる。オーバランニングクラッチは一方向クラッチとも言われ、ウエッジクラッチ、ラチェットクラッチやローラクラッチなどがあるが、ウエッジクラッチの工法性能が最も良い。
【００８０】
伝動機構は遊星歯車系を適用してもよく、図５にそれを示しており、その中の符号はそれぞれ、１０４−８ａは伝動遊星歯車系のサンギヤー、１０４−８ｂは伝動遊星歯車系の遊星キャリア、１０４−８ｃは伝動遊星歯車系の歯輪、１０４−８ｄは伝動遊星歯車系のロッカー、１０４−８ｅは伝動遊星歯車系のサンギヤーの一方向クラッチである。
【００８１】
伝動機構は単列以上に構成されてもよく、単列の遊星歯車系を例にして、伝動速度比率の配合及び旋回向きを全般的に考慮すると、その３つの動作部材のうちの２つを入力側と出力側にそれぞれして、第３の部材である制御部材には、本例ではサンギヤーには一方向にしか回動できない一方向クラッチを取り付けることにより、オートオーバランニング機能を有する１段変速機を構成する。更に、その歯輪と遊星キャリアとサンギヤーとの何れか二者の間にロッカー１０４−８ｅを設置すると、剛体同期伝動及び変速伝動を実現でき、この遊星歯車系はオートオーバランニング機能を有する２段変速機となる。
【００８２】
本発明による装置の油圧システムは図６に示すように、選択可能な微型油圧蓄積器１０６と、第１の可変油圧アクチュエータ１０７と、第２の可変油圧アクチュエータ１０８と、油圧コントローラ１０９と、低圧オイルタンク１１０及び高圧／低圧の接続管路などを備える。
【００８３】
ここで、第１の可変油圧アクチュエータ１０７は少なくとも１台の可変油圧ポンプであり、第２の可変油圧アクチュエータ１０８は二方向に回動可能な可変モータであり、即ち正転してもよく反転してもよいが、最も好ましいのは、第１と第２の可変油圧アクチュエータは共に二方向デュプレックス可変油圧ポンプ／モータ装置であり、即ち正転してもよく反転してもよいだけでなく、ポンプとしてもモータとしてもよい。第１の可変油圧アクチュエータは定格トルクがエンジンの定格トルクの０．２〜２倍であり、第２の可変油圧アクチュエータは定格トルクがエンジンの定格トルクの０．５〜５倍である。本発明の実施例では斜板型可変アキシャルプランジャーポンプ又はモータが適用され、二方向性及びデュプレックス性に対応するために、その給油盤等は対称構造を利用し、可変斜板は二方向に揺動することができ、それによって、動作モード及び方向の切換は簡単にできるので、例えばある方向に回動すると、可変制御装置により可変斜板の方向を反転させれば、ポンプ及びモータの動作状態の変換を完成でき、静止状態では外部からの動力で駆動されない場合では、その高圧側に高圧油を流れると油圧モータとなり、可変斜板の方向を変更すれば回動方向を変更することができる。可変油圧アクチュエータの可変装置は例えば耳軸構造や揺動板構造などのように複数の構造を形成してもよい。可変制御駆動の形態も異なり、耳軸構造の場合では油圧シリンダで駆動されるが、モータにウォームとウォームギヤと減速器を追加してなる電動駆動などを利用してもよい。コントロールモータはステップモータでもモーメントモータでも直流永久磁石モータなどでもよいが、文章の長さに限られるので重複して説明しない。本発明による装置では、密閉型低圧オイルタンクを適用すると、システムの排油圧力も低圧となるので、油漏れを避けるために、可変油圧アクチュエータのケーシングのシールド、例えば軸端部のシールドはボビン付けで耐圧するものが必要とされる。可変油圧アクチュエータとしては、本発明による機能に対応する他の形態の可変ポンプ／モータ、例えば本発明者が発明した可変アクシスプランガーポンプ／モータを適用しても良い。
【００８４】
本発明では、２つの可変油圧アクチュエータは一体化されることで、一つのケーシングを共用できるので、小型軽量を図れる。
【００８５】
油圧コントローラ１０９は油圧部材自体への接続及び部材同士間の連結、短絡、遮断、方向切換及び安全保護を機能するものであり、図６に示すように、複数の方向制御弁とリリーフバルブと接続管路などで構成され、第１の可変油圧アクチュエータ１０７の主油路における電磁方向弁３０７ｃ及びチェック弁３０７ｄと、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の主油路における電磁方向弁３０８ｃ及びチェック弁３０８ｄ、リリーフバルブ３０６ｃと、フィルター３３１と、低圧オイルタンク１１０と、低圧管路３３８と、放熱器３３９となどを含んで構成される。低圧オイルタンクの代わりに、オープンオイルタンクに加圧管路ポンプを装着してなってもよい。
【００８６】
図６に示すように、第１と第２の可変油圧アクチュエータの主油路における電磁方向弁３０７ｃ、３０８ｃは、過渡短絡機能付きの２位置３方向電磁方向弁であり、Ｐポートが高圧油路に、Ｔポートが低圧油路に、Ａポートが可変油圧アクチュエータの高圧油口にそれぞれ接続され、電磁石は離接すると、可変油圧アクチュエータの高圧油口はそれぞれ高圧油路と低圧油路に連結して、低圧油路に連結すると、この可変油圧アクチュエータは無負荷短絡状態にあり、この弁の過渡短絡機能により、ＡポートをＴポートと連結して、方向切換による衝撃を低減して可変油圧アクチュエータを保護する。第１と第２の可変油圧アクチュエータの主油路におけるチェック弁３０７ｄ、３０８ｄは入口側が低圧油路に、出口側が高圧油路にそれぞれ接続され、可変油圧アクチュエータの高圧口から空気を吸い込まないように設置されたのである。
【００８７】
オイルフィルター３３１は入口側が第１と第２の可変油圧アクチュエータのドレーン口に、出口側が低圧油路３３８にそれぞれ接続される。また、油圧システムにおける第１と第２の可変油圧アクチュエータに接続される低圧管路の間には、車輌運転中で発生する自然的な気流で冷却して油圧オイルの温度バランスをとるための放熱器３３９が取り付けられる。選択可能な微型油圧蓄積器は高圧リリーフバルブの高圧油口の直前に取り付けられ、システム内の油圧衝撃を吸収するものである。
【００８８】
本発明による装置の補助システム１１３は冷却・潤滑手段を有し、本装置は正常に運転するために、遊星歯車系や機械的伝動機構等を潤滑・冷却する必要がある。本発明では、電動機で駆動される潤滑油ポンプが設置され、潤滑油箱とフィルターと油管路とを介して各構成要素を潤滑する。ここで、遊星歯車系に対する潤滑は最も重要であり、本発明では、第１の伝動軸の中央部を通して潤滑油路が開設され、その末端部に給油管路に接続される旋回可能なオイルジョイントが設置される。
【００８９】
本発明の実施例１による電子制御ユニットは図７、図８に示す。
【００９０】
本発明による装置の電子制御システムはセンサー・コントローラ１１１と電子制御ユニット１１２などを含んで構成する。
【００９１】
センサー・コントローラ１１１はセンサーが圧力と温度と速度と位置などを測定し、車輌に使用されているセンサーを活用できる一方、コントローラがリレーと電磁石とマイクロモータなどを有する制御実行手段である。
【００９２】
電子制御ユニット１１２はハードウエアとソフトウエアという２つの部分に分けられ、ハードウエアはデジタルとアナログの入出力をする中央処理器ＣＰＵ機能付きのマイコンコントローラであり、センサー・コントローラ１１１により抽出された各可変パラメータに基づきシステム全体の運転を制御する。ソフトウエアはオートコントロールプログラムで構成され、マイコンのＥＰＲＯＭに書き込まれ、詳細は図７を参照する。
【００９３】
電子制御システムの入力パラメータは次のものを含む：
【００９４】
５０１：車輌の点火スイッチは制御システムの開始及びエンジンの始動を制御し、一般では、車輌は０−車輌全体の電源がオフする、１−車載の補機が通電する、３−エンジンが給電される、４−モータを始動して給電する、という４つの位置を有する。
５０３：アクセルペダルの位置、運転者がアクセルペダルを踏むことを示す位置、動力ＤＦ＝−１、０、１、２、３、４という６つのゾーンに対応する、運転者の右足がアクセルペダルから離した時は−１で示す、軽く踏む場合は０で示す、一杯踏み込む場合は＋４で示す。
５０５：機械的ブレーキ用踏み板、運転者は右足でこのペダルを踏む。
５０６：車速
５０７：エンジンの回転数
５１０：エンジンのユニバー特性写像
５１１：潤滑油の圧力
５１４：第１の可変油圧アクチュエータの排出量
５１５：第２の可変油圧アクチュエータの排出量
【００９５】
ここで、アクセルペダルの位置及び補助ブレーキペダルの位置から駆動力に必要とされるＤＦの値を決定する場合に、この位置にある時の踏み速度の補正値が追加されなければならない、即ち、現在位置のゾーンでは、踏み速度に応じてＤＦの値を増減することにより運転者が本来に所望する動力を反映する。
【００９６】
エンジンのユニバー特性写像５１０は各種エンジンのユニバーサル特性グラフマトリックスであり、ＥＰＲＯＭに設定され、マイコンＣＰＵはエンジンの回転数とスロットル弁の開度に基づき、マトリックスからその出力モーメントの値を得られ、それに基づいて可変油圧ポンプの排出量を算出する。
【００９７】
電子制御システムの出力制御とは次のことを含む：
６０１：潤滑油ポンプモータ
６０８：電磁歯入れ型変速クラッチ
６０９：電磁接断型遊星歯車ロッカー１０３ｄ
６１１：第１の可変油圧アクチュエータの主油路の方向弁３０７ｃ
６１３：第２の可変油圧アクチュエータの主油路の方向弁３０８ｃ
６１４：第１の可変油圧アクチュエータの可変制御
６１５：第２の可変油圧アクチュエータの可変制御
【００９８】
本発明による装置の制御ソフトは１８個のプログラムブロックを有し、プログラムのフローチャートは図８に示して、各プログラムブロックの機能は次の通りとする：
７０１：車輌の点火スイッチは０から１になり、制御システムは通電されて始動する。
７０５：点火スイッチは１から２になり、システムは初期化され、各入力可変プログラムを検査する。油圧ポンプと油圧モータの方向弁により油圧ポンプと油圧モータとを短絡させる。
７０８：エンジンが始動して運転しているか否かを判断する。
７０９：エンジンが始動して、操作シフト位置が「直進−Ｄ」か「後進−Ｒ」かを判断する。
７４０：操作シフト位置が「後進−Ｒ」である場合に、システムは後進駆動モードに移行する。
７１３：操作シフト位置が「直進−Ｄ」である場合に、プログラムが組合わせられ、７１４に移行する。
７１４：車速Ｖが低速領域と中速領域と高速領域という３つの速度領域のいずれかであるかを判断し、速度領域の分割値は異なる車種及び各国の道路状況により設定され、例えば、乗用車の場合は、低速領域をＶ＝０〜６０ｋｍ／ｈに、中速領域をＶ＝６０〜１２５ｋｍ／ｈに、高速領域をＶ＞１２５ｋｍ／ｈに設定する。
７１５：低速領域では、車輌は始動して、車速を０から第１のノード速度となる、及び車輌は低速で運転し、車速を第１のノードから第２のノードまでの間にするという２つの状態がある。
７１６：車輌は始動すると、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及びブレーキペダルの位置から、駆動力を算出する、或いはブレーキ設置に入るか否かを判断して駆動モードを選択する。
７１８：車輌は低速で運転すると、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及びブレーキペダルの位置から、駆動力を算出する、或いはブレーキ設置に入るか否かを判断して駆動モードを選択する。
７１９：中速領域にあると、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及びブレーキペダルの位置から、駆動力を算出する、或いはブレーキ設置に入るか否かを判断して駆動モードを選択する。
７２０：高速領域にあると、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及びブレーキペダルの位置から、駆動力を算出する、或いはブレーキ設置に入るか否かを判断して駆動モードを選択する。
７４１〜７４４：車輌は始動する場合、車輌は低速で運転する場合、中速領域にある場合、及び高速領域にある場合では、システムは所要の駆動力の大きさ又はブレーキが必要とされるか否かに基づいて、それぞれ異なる駆動モードで運転する。
【００９９】
この他、システムは非常処理・異常診断プログラムブロックとシステムパラメータ設定ブロックを更に有する。
【０１００】
異なる状態及び異なる速度領域では、車輌に必要とされる動力要求ＤＦを７つのモードに細かく分けて、その定義は次の通りとする：
ＤＦ＝−３：機械及び油圧補助協働ブレーキを実行し、運転者は右足で機械ブレーキペダルを、左足で油圧補助ブレーキペダルを踏む、一般では非常ブレーキに用いられる。
ＤＦ＝−１：中立位置でコースティングさせ、運転者は右足をアクセルペダルから離させ、車輌は慣性で運転し、車輌にかけた自然的な抵抗、例えば転動抵抗と風抵抗の作用で減速する。
ＤＦ＝０：車輌は均一な速度で走行し、運転者は右足でアクセルペダルを軽く踏んでよい。
ＤＦ＝＋１〜＋４の場合は、＋１：車輌は遅く加速する又は軽登坂（勾配は０〜１０％）、＋２：車輌は中等速度で加速する又は重登坂（勾配は１０−２０％）、＋３：車輌は速く加速する又は二重登坂（勾配は２０−３０％）、＋４：車輌は急激に加速する又は急登坂（勾配は３０％を越える）。加速度の大きさは車種と速度領域により設定され、例えば、低速領域における乗用車の対応する加速度はそれぞれａ＝０〜１ｍ／ｓ２、ａ＝１〜２ｍ／ｓ２、ａ＝２〜３ｍ／ｓ２、ａ＞３ｍ／ｓ２とする。
【０１０１】
本発明による装置の場合は、ゼロから始動した４つの高効率な伝動シフト位置付きの無段変速機を適用する。
【０１０２】
次に、具体的な動作状況を組合わせて変速機の動作方式を説明する。
【０１０３】
エンジンは始動する：  油圧ポンプは排出量がゼロの状態にあり、遊星歯車系のサンギヤーは任意に回動して、従来の車輌始動手段を用いてエンジンを始動させる。この場合、車輌の速度は０であり、サンギヤーは高速で反転する。
【０１０４】
車輌は始動して加速する：  アクセルペダルが踏まれ、電子制御ユニットは、第１の電磁方向弁及び第２の電磁方向弁を第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータの高圧回路に連通するように制御すると共に、車輌のアクセルペダル及びエンジンのスロットル弁を連動させ、電子制御ユニットはスロットル弁の開度及びエンジンの回転数に基づき、エンジンのユニバーサル特性行列からエンジンの出力モーメントの値を得られ、遊星歯車系のモーメント関係に関する方程式によりサンギヤーのモーメントを求め、定格圧力での第１の可変油圧アクチュエータの排出量の値を算出して、電子制御ユニットは第１の可変油圧アクチュエータの可変手段を制御する信号を出力し、それに伴って第１の可変油圧アクチュエータ圧力油を排出し、第２の可変油圧アクチュエータが回動駆動するようにモーメントを出力し、遊星歯車系による駆動モーメントと油圧モータから出力されるモーメントとの和となる回転軸の出力を得られるので、車輌が加速駆動されて、前記第２の可変油圧アクチュエータの排出量は高圧管路内の圧力で自動制御される、即ち、管路内の圧力が上昇すると排出量が大きくなり、圧力が低下すると排出量が小さくなり、圧力が０となると排出量が０となる。エンジンのスロットル弁の開度はアクセルペダルの値の増加に伴って大きくなり、出力モーメントが大きくなり、回転数が高くなり、最大モーメントは第１の可変油圧アクチュエータ１０７の最大排出量と最高回転数及び第２の可変油圧アクチュエータ１０８の最大排出量とで決められる。車速の向上につれ、サンギヤーの回転数が低くなり、第２の電磁方向弁により第２の可変油圧アクチュエータを短絡させ、第１の可変油圧アクチュエータとの連結を遮断すると、第１の可変油圧アクチュエータはブレーキがかけられ、サンギヤーはロックされる。遊星歯車系のクラッチを接合することにより、遊星歯車系が剛体伝動となってもよい。
【０１０５】
車輌は均一な速度で運転する：  車輌は加速してから均一な速度となると、所要するモーメント及び電力が迅速に小さくなり、アクセルペダルが復帰されるのに伴って、エンジンの速度は低下し、それだけに第１の可変油圧アクチュエータ１０７の排出量も少なくなる。アクセルペダルが０に復帰されると、第１と第２の可変油圧アクチュエータの排出量も０となり、この場合、遊星歯車系は自由状態であり、中立位置でコースティングすることに相当するので、エンジンはアイドルとなる。サンギヤーをロックしようとする場合では、第１の可変油圧アクチュエータ１０７を遮断するだけでよく、この場合、変速機は一定の速度比率である高効率な伝動機構を機能する。車輌は高速で運転する場合では、ロッカー１０３ｄにより遊星歯車をロックすると、遊星歯車系は同期回動して、ひいては剛体伝動となり、伝動効率が１００％となる。
【０１０６】
車輌は減速しつつブレーキされる：  第１と第２の可変油圧アクチュエータの入出力側を短絡すると、排出量は迅速にゼロまで低下して、車輌がブレーキされる時では、エンジンは負荷を受けておらず、フレームアウトすることなくアイドルとなる。
【０１０７】
車輌は後進する：  第１の可変油圧アクチュエータ１０７の排出量を小さくすると、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の可変斜板は方向を逆にして大きくなり、第２の可変油圧アクチュエータは反転して回動することにより、自主伝動チェーンによる時計回りのトルクに抗して、車輌が後進するように駆動され、この場合、遊星歯車系のサンギヤーは高速で回転する。
【０１０８】
上述したように、本システムは制御が簡単で、広い範囲での変速及びモーメント調整を図れるので、車輌がある速度及び負荷にある時のエンジンは最適な動作状態を得られる。この変速機は従来の段階的な手動変速機と比べてそれぞれの効率がほぼ同じであるが、頻繁的な手動操作が要らず、シフトクラッチ及びシフトによる衝撃が存在しておらず、エンジンの動力特性によく合わせられ、エンジンはいつも高効率領域で動作できないにもかかわらず、同等電力線に沿ってこの負荷状態での最も経済性の良い動作ポイントに来るので、一部的には省エネする目的を達成し、動力性と経済性との両立に困らなくなる。この変速機は油圧遊星歯車系の自動変速機と比べて、効率が高く、操作も制御も簡単で、シフトが滑らかにスムーズにできるので、エンジンの動力最適化により容易に適合できる。また、新規の金属ベルト型無段変速機と比べて、変速範囲は広く、伝達モーメントは大きく、効率は高く、応答性は速く、クラッチを始動することが必要としない。
【０１０９】
実施例２：機械・油圧複合駆動装置
【０１１０】
本実施例による装置は図９に示すように、主に内燃エンジン１０１と、フライングホイール１０２と、ロッカー付きディファレンス遊星歯車系１０３と、機械的伝動機構１０４と、動力合成・主減速器１０５と、油圧蓄積器１０６と、第１の可変油圧アクチュエータ１０７と、第２の可変油圧アクチュエータ１０８と、油圧コントローラ１０９と、低圧オイルタンク１１０と、センサー・コントローラ１１１と、電子制御ユニット１１２と、補機１１３と、ディファレンシャル１１４と、ケーシング１２０となどで構成される。
【０１１１】
本発明による装置の各構成要素同士は次のように接続されている。
【０１１２】
内燃エンジン１０１の出力軸はフライングホイール１０２を介してディファレンス遊星歯車系１０３の入力側に固着され、ディファレンス遊星歯車系１０３の出力側は機械的伝動機構１０４の入力軸に固着され、伝動機構１０４の出力軸は動力合成・主減速器１０５と駆動機構１１４に順次固着され、ディファレンス遊星歯車系１０３の制御側は第１の可変油圧アクチュエータ１０７の動力軸に固着され、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の動力軸は動力合成・主減速器１０５の動力合成軸に固着され、フライングホイール１０２、ディファレンス遊星歯車系１０３、機械的伝動機構１０４、動力合成・主減速器１０５及び駆動装置１１４のディファレンシャルは共にケーシング１２０内に取り付けられている。
【０１１３】
第１の可変油圧アクチュエータ１０７の高圧側と、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の高圧側と、補機１１３における油圧手段などは共に油圧コントローラ１０９を介して、油圧蓄積器１０６及び油圧オイルタンク１１０に油圧管路で接続され、第１の可変油圧アクチュエータ１０７の低圧側及び第２の可変油圧アクチュエータ１０８の低圧側は低圧オイルタンクに油圧管路で接続されている。
【０１１４】
電子制御ユニット１１２と、センサー・コントローラ１１１と、補機１１３と、システムにおける制御が必要とされる全ての構成要素は信号線又は制御線で接続されている。
【０１１５】
本発明の構成原理及び動作方法をより詳しく説明するために、本発明による装置を機械システムと油圧システムと補助システムと電子制御システムという４つのサブシステムに分解すると共に、本発明による２段機械的変速伝動機構を有する無段変速機を組合わせて説明する。
【０１１６】
本発明による装置の機械システムは、図５及び実施例１において本装置に対する具体的な説明を参照する。
【０１１７】
本発明による装置の油圧システムは図１２に示すように、油圧蓄積器１０６と、第１の可変油圧アクチュエータ１０７と、第２の可変油圧アクチュエータ１０８と、油圧コントローラ１０９と、低圧オイルタンク１１０及び高圧・低圧の接続管路などを備える。
【０１１８】
ここで、第１の可変油圧アクチュエータ１０７と第２の可変油圧アクチュエータ１０８とは共に二方向デュプレックス可変油圧ポンプ／モータであり、即ち正転してもよく反転してもよいだけでなく、ポンプとしてもモータとしてもよい。第１の可変油圧アクチュエータは定格トルクがエンジンの定格トルクの０．２〜２倍であり、第２の可変油圧アクチュエータは定格トルクがエンジンの定格トルクの０．５〜５倍である。その構造的特徴は実施例１の説明を参照する。本実施例では、第１と第２の可変油圧アクチュエータの可変装置は共に油圧シリンダで駆動される。
【０１１９】
油圧コントローラ１０９は油圧部材自体への接続及び部材同士間の連結、短絡、遮断、方向切換及び安全保護を機能するものであり、図１２に示すように、複数の方向制御弁とリリーフバルブと接続管路などで構成され、第１の可変油圧アクチュエータ１０７の可変制御油筒３０７ａ及び電磁方向弁３０７ｂ並びに主油路における電磁方向弁３０７ｃ、３０７ｅ及びチェック弁３０７ｄ、３０７ｆと、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の可変制御油筒３０８ａ及び電磁方向弁３０８ｂ並びに主油路における電磁方向弁３０８ｃ、チェック弁３０８ｄ、油圧蓄積器１０６の電磁方向弁３０６ａ、スペア用安全弁（省略してもよい）３０６ｂ、リリーフバルブ３０６ｃ、選択可能な気圧タンク３０６ｄと、油圧エアコン８４１の電磁方向弁３４１と、フィルター３３１と、低圧オイルタンク１１０と、選択可能なプリ低圧オイルタンク３３２及び加圧管路ポンプ３３５と、油圧操舵ブースターオイルシリンダ８４０の方向弁３４０ａ及び減圧弁３４０ｂと、可変油筒制御油路ダンパー３３０と、高圧接続管路３３７と、低圧管路３３８と、放熱器３３９となどを含んで構成される。
【０１２０】
第１と第２の可変油圧アクチュエータの主油路における電磁方向弁３０７ｃ、３０８ｃは、過渡短絡機能付きの２位置３方向電磁方向弁であり、Ｐポートが高圧油路に、Ｔポートが低圧油路に、Ａポートが可変油圧アクチュエータの高圧油口にそれぞれ接続され、電磁石は離接すると、可変油圧アクチュエータの高圧油口はそれぞれ高圧油路と低圧油路に連結して、低圧油路に連結すると、この可変油圧アクチュエータは無負荷短絡状態にあり、この弁の過渡短絡機能により、ＡポートをＴポートと連結して、方向切換による衝撃を低減して可変油圧アクチュエータを保護する。第１と第２の可変油圧アクチュエータの主油路におけるチェック弁３０７ｄ、３０８ｄは入口側が低圧油路に、出口側が高圧油路にそれぞれ接続され、可変油圧アクチュエータの高圧口から空気を吸い込まないように設置されたのである。第１の可変油圧アクチュエータの主油路における方向弁３０７ｅは、Ｐポートが高圧油路に、Ａポートが第１の可変油圧アクチュエータの高圧油口にそれぞれ接続され、ただ開閉を機能するものであり、３０７ｅは接合すると、チェック弁３０７ｆを短絡することで、第１の可変油圧アクチュエータはポンプとしてもモータとしても用いられる、一方、３０７ｅは切断すると、チェック弁３０７ｆを動作させることで、第１の可変油圧アクチュエータはポンプのみとして用いられる。３０７ｅと３０７ｆは、第１の可変油圧アクチュエータがシステムの制御狂い又は異常によって休まず回転してしまう、或いはエンジンが高速で運転駆動されることによってエンジン及び可変油圧アクチュエータの破損を防止するために設置されたのである。
【０１２１】
第１と第２の可変油圧アクチュエータの可変制御方向弁３０７ｂと３０８ｂはミドルロック機能付きの３段４方向電磁方向弁であり、Ｐポートがダンパー３３０を介して高圧油路に接続され、Ｔポートが低圧油路に接続され、Ａ、Ｂポートが可変油筒の左・右室にそれぞれ接続され、それによって可変油筒の正転・反転動作及び位置保持を制御でき、ダンパー３３０は圧力補償機能付きのスロットル弁又は速度調整器であり、油筒の動態的な応答速度を調整することを機能する。
【０１２２】
油圧蓄積器１０６の電磁方向弁３０６ａは特別な構造に設計され、そのミドル過渡機能がＯ型であり、そのリターンスプリング側には、電磁弁が接合して高圧油路に連結する速度を低下すると共に油圧による衝撃を低減するための一方向ダンパーが設置されている。
【０１２３】
オイルフィルター３３１は入口側が第１と第２の可変油圧アクチュエータのドレーン口に、出口側が低圧油路３３８にそれぞれ接続される。主低圧オイルタンクを車輌のトランク内に装着すると、低圧油路が長くなり、低圧オイルタンクの圧力があまり大きくしてはいられないので、可変油圧アクチュエータの油入口部の油圧動力が足りなくなり、吸い切れる現象が発生しやすくなり、そこで、可変油圧アクチュエータの近辺には低圧油路に接続される容量の小さい低圧オイルタンク３３２を設置する。本発明による装置はオープンオイルタンクを適用し、小型軽量を図れるが、可変油圧アクチュエータが確実に油を吸い込むために、給油管路に遠心型加圧ポンプ３３５を設置して、二方向に回転可能な高圧歯車ポンプ又は速度可変モータで駆動を行い、更に電子制御ユニットは動作状況に応じて制御を行うと、コストが上昇する。また、油圧システムでは、その低圧管路には、車輌運転中で発生する自然的な気流で冷却して油圧オイルの温度バランスをとるための放熱器３３９が取り付けられる。
【０１２４】
本発明による装置の補助システム１１３は冷却・潤滑手段と、油圧空気調和圧縮機と、油圧操舵ブースターと、ブレーキブースターなどを有する。
【０１２５】
１．冷却・潤滑手段：  本装置が正常に運転するために、遊星歯車系や機械的伝動機構等を潤滑・冷却する必要があり、本発明では、潤滑油タンクとフィルターと油管路を介して各構成要素を潤滑するための電動機で駆動される潤滑油ポンプが設置され、ここで、遊星歯車系に対する潤滑は最も重要であり、本発明では、第１の伝動軸の中央部を通して潤滑油路が開設され、その末端部に給油管路に接続される旋回可能なオイルジョイントが設置される。
【０１２６】
２．油圧空気調和圧縮機：  従来の車輌は空気調和圧縮機がエンジンで駆動されて動作して、また電磁クラッチで制御される。車輌は駐車するときにも、エンジンを始動してアイドルで駆動するので、この時のエンジンは効率が極低く、エンジンの水温を高くするだけでなく、冷却ファンも不間欠に動作しなければならなく、そこで、エアコンの燃料消耗が大きくなり、エアコンをオフする場合と比べて、エアコンをオンする場合は燃料消耗が１０〜２０％アップする。本発明では、油圧オイルで駆動される空気調和圧縮機を提供して、このコンプレッサーが油圧蓄積器の高圧油で駆動される。従来の空気調和圧縮機を利用してもよいが、高圧歯車モータで駆動される必要があり、より優れた技術案として、発明者の別件の発明特許で説明される。
【０１２７】
３．油圧操舵ブースター：  従来の操舵ブーストはエンジンにより操舵ブースト用シリンダ８４０に給油するように操舵油圧ポンプを駆動するが、油圧ポンプとエンジンとは直接接続されたため、車輌は低速時には高圧で大流量の油圧オイルでをブースト得るのに対して、高速時にはブーストを減少しなければならず、一方、エンジンの回転数はそれに相反するので、高速時に無駄になる。本システムには高圧油が存在しているので、システムに一つの制御手段を追加するだけで、蓄積器の圧力油を用いて操舵ブーストを実行できる。それに対応する技術案として、発明者の別件の発明特許で説明される。
【０１２８】
４．ブレーキブースター：  従来のブレーキブーストはエンジンシリンダの吸気サイクルによる真空で実現する。本発明による装置では、車輌は低速時にはエンジンを一部の期間でフレームアウトさせるので、油圧補助ブレーキが設置されたにもかかわらず、非常ブレーキする時、ブレーキモーメントが足りない。そこで、本発明では、現在のバキュームブーストシステムに加えて、エンジンがフレームアウトする時に動作する電動バキュームポンプを追加する方法、及び、バキュームアシストを油圧アシストブレーキに変更して、操舵ブースターユニットのように、システムの寸法は大幅に減少される。
【０１２９】
本発明による装置の電子制御システムはセンサー・コントローラ１１１と電子制御ユニット１１２などを含んで構成する。
【０１３０】
センサー・コントローラ１１１はセンサーが圧力と温度と速度と位置などを測定し、車輌に使用されているセンサーを活用できる一方、コントローラが図１０に示すように、リレーと電磁石とマイクロモータなどを有する制御実行手段である。
【０１３１】
電子制御ユニット１１２はハードウエアとソフトウエアという２つの部分に分けられ、ハードウエアはデジタルとアナログの入出力をする中央処理器ＣＰＵ機能付きのマイコンコントローラであり、センサー・コントローラ１１１により抽出された各可変パラメータに基づきシステム全体の運転を制御する。ソフトウエアはオートコントロールプログラムで構成され、マイコンのＥＰＲＯＭに書き込まれ、詳細は図７を参照する。
【０１３２】
電子制御システムの入力パラメータは次のものを含む：
５０１：車輌の点火スイッチ、一般では０〜３という４つの位置を有し、エンジンの始動を制御する。
５０２：タッチ型表示制御パネル、システムの運転パラメータと異常パラメータを表示すると共に、制御パラメータを入力する。
５０３：アクセルペダルの位置、運転者がアクセルペダルを踏むことを示す位置、動力ＤＦ＝−１、０、１、２、３、４という６つのゾーンに対応する、運転者の右足がアクセルペダルから離した時は−１で示す、軽く踏む場合は０で示す、一杯踏み込む場合は＋４で示す。
５０４：油圧補助ブレーキペダルの位置、運転者は左足でこのペダルを踏むと、システムは油圧蓄積器の圧力とこの位置の量から第２の可変油圧アクチュエータに対するブレーキ・排出量を算出する。
５０５：機械的ブレーキ用踏み板、運転者は右足でこのペダルを踏む。
５０６：車速
５０７：エンジンの回転数
５０８：油圧蓄積器の圧力
５１０：エンジンのユニバー特性写像
５１１：潤滑油の圧力
５１２：エンジンの冷却水温度
５１４：第１の可変油圧アクチュエータの排出量
５１４：第２の可変油圧アクチュエータの排出量
５１６：エンジンのスロットル弁位置
【０１３３】
ここで、アクセルペダルの位置及び補助ブレーキペダルの位置から駆動力／ブレーキ力に必要とされるＤＦの値を決定する場合に、この位置にある時の踏み速度の補正値が追加されなければならない、即ち、現在位置のゾーンでは、踏み速度に応じてＤＦの値を増減することにより運転者が本来に所望する動力を反映する。
【０１３４】
エンジンのユニバー特性写像は各種エンジンのユニバーサル特性グラフマトリックスであり、ＥＰＲＯＭに設定され、マイコンＣＰＵはエンジンの回転数とスロットル弁の開度に基づき、マトリックスからその出力モーメントの値を得られ、それに基づいて可変油圧ポンプの排出量を算出する。
【０１３５】
電子制御システムの出力制御とは次のことを含む：
６０１：潤滑油ポンプモータ
６０２：モータを始動する
６０３：油圧空気調和圧縮機の方向弁
６０４：ブレーキブースター
６０５：油圧操舵ブースターの方向弁
６０８：電磁歯入れ型変速クラッチ
６０９：電磁接断型遊星歯車ロッカー１０３ｄ
６１０：油圧蓄積器の弁３０６ａ
６１１：第１の可変油圧アクチュエータの主油路の方向弁３０７ｃ
６１２：第１の可変油圧アクチュエータの主油路の方向弁３０７ｅ
６１３：第２の可変油圧アクチュエータの主油路の方向弁３０８ｃ
６１４：第１の可変油圧アクチュエータの油筒制御方向弁３０７ｂ
６１５：第２の可変油圧アクチュエータの油筒制御方向弁３０８ｂ
６１６：エンジンのスロットル弁制御モータ
【０１３６】
本発明による装置の制御ソフトは３２個のプログラムブロックを有し、プログラムのフローチャートは図７に示して、各プログラムブロックの機能は次の通りとする：
７０１：車輌の点火スイッチは０から１になり、制御システムは通電されて始動する。
７０２：システムはパスワード方式と指紋方式という２つの方式による身分識別入力を開始する。
７０３：システムは身分のＹＥＳ／ＮＯ判断を行い、ＹＥＳであれば７０５に移行し、ＮＯであれば７０４に移行すると共に、再入力を提示して、３回誤ったらシステムがオフする。
７０４：システムがオフすると運転を停止すると共に、音声警報やメッセージ警報などの異常警報を発生する。
７０５：点火スイッチは１から２になり、システムは初期化され、入力された各可変パラメータを検査する。
７０６：エンジンの冷却水温度は設置値以下であれば７０７に移行し、設置値以上であれば７０９に移行する。
７０７：第１と第２の可変油圧アクチュエータを短絡すると、即ちＶｆ、Ｖｓ＝０となると、電動機は電気を遮断される、Ｅｍ＝０となる。
７０８：エンジンが第１の始動モードで始動して、ＩＣＥ  ｏｎ１となり、エンジンが予熱運転状態に移行する。
７０９：エンジンの予備動作が完了すると、システムは「直進−Ｄ」か「後進−Ｒ」かを入力することを提示する。
７１０：「後進−Ｒ」が入力されると、システムは油圧蓄積器の蓄積エネルギーに基づき駆動モードを判断する。
７１１：油圧蓄積器の蓄積エネルギーが所定値より高ければ、第２の可変油圧アクチュエータ／モータが反転して後進Ｒ１を駆動する。
７１２：油圧蓄積器の蓄積エネルギーが所定値より低ければ、エンジンを始動／投入して後進Ｒ２を駆動する。
７１３：「直進−Ｄ」が入力されると、プログラムが組合わせられ、７１４に移行する。
７１４：車速Ｖが低速領域と中速領域と高速領域という３つの速度領域のいずれかであるかを判断し、速度領域の分割値は異なる車種及び各国の道路状況により設定され、例えば、乗車者の場合は、低速領域をＶ＝０〜６０ｋｍ／ｈに、中速領域をＶ＝６０〜１２５ｋｍ／ｈに、高速領域をＶ＞１２５ｋｍ／ｈに設定する。
７１５：低速領域では、循環運転モードとなり、システムはエンジンが駆動に参与するか否かに基づき０−１という２つの状態ＣＳに設定する。ＣＳ＝０：エンジンがフレームアウトする又は低速でアイドルとなるので駆動に参与しないことを示す、ＣＳ＝１：エンジンが運転して駆動に参与することを示す。
７１６：状態ＣＳ＝０の場合、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及び補助油圧ブレーキペダルの位置により、ペダルの位置を機械的にブレーキして、駆動力又はブレーキ力の大きさを算出して、駆動或いはブレーキモードを選択する。
７１７：７２１と７２２の出力から、状態を変換するか否かの判断を行い、プログラムが組合わせられ、７３０に移行する。
７１８：状態ＣＳ＝１の場合、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及び補助油圧ブレーキペダルの位置により、ペダルの位置を機械的にブレーキして、駆動力又はブレーキ力の大きさを算出して、駆動或いはブレーキモードを選択する。
７１９：中速領域にあると、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及び補助油圧ブレーキペダルの位置により、ペダルの位置を機械的にブレーキして、駆動力又はブレーキ力ＤＦの大きさを算出して、駆動或いはブレーキモードを選択する。
７２０：高速領域にあると、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及び補助油圧ブレーキペダルの位置により、ペダルの位置を機械的にブレーキして、駆動力又はブレーキ力の大きさを算出して、駆動或いはブレーキモードを選択する。
７２１：状態ＣＳ＝０の場合、システムは駆動力又はブレーキ力の大きさに応じて、それぞれ８種類の異なる駆動或いはブレーキモードで運転すると共に、蓄積エネルギーのパラメータは動力の要求を満足できない程度まで下がると、７１７に自動移行する。
７２２：状態ＣＳ＝１の場合、システムは駆動力又はブレーキ力の大きさに応じて、それぞれ８種類の異なる駆動或いはブレーキモードで運転すると共に、蓄積エネルギーのパラメータは所定値を越えると、７１７に自動移行する。
７２３：中速領域の場合、システムは駆動力又はブレーキ力の大きさに応じて、それぞれ８種類の異なる駆動或いはブレーキモードで運転する。
７２４：高速領域の場合、システムは駆動力又はブレーキ力の大きさに応じて、それぞれ８種類の異なる駆動或いはブレーキモードで運転する。
７２５：エンジンはプログラムを停止して、ＩＣＥ  Ｏｆｆとなり、エンジンへの給電と給油を停止する。
７２６：エンジンはプログラム１を実行して電気で始動して、ＩＣＥ  ｏｎ−１となり、モータによりエンジンを始動する。
７２７：エンジンはプログラム２を実行して油圧で始動して、ＩＣＥ  ｏｎ−２となり、第１の可変油圧アクチュエータによりエンジンを始動する。
７２８：エンジンの始動モードを判断し、油圧蓄積器の圧力に基づき、機械的伝動機構は１段伝動しかできなく、中立位置がない場合では、更に最低車速Ｖｏにも制限され、即ち、この車速Ｖｏでの第１の伝動軸の回転数はエンジンの点火用最低回転数より大きく、通常では３００ｒｐｍ以上であり、車輌は低速又は静止状態で開始すると、Ｖ＜Ｖｏとなり、７２６に移行する一方、車速はＶ＞Ｖｏであれば、７２７に移行する。機械的伝動機構は中立位置を含む複数段伝動であれば、油圧蓄積器にエネルギーが蓄積すれば、油圧により駆動することができる。
７２９：状態変換組み合わせ過渡ブロック
７３０：状態変換組み合わせ過渡ブロック
７３１：非常処理及び異常診断プログラムブロック
７３２：システムパラメータ設定ブロック
【０１３７】
異なる状態及び異なる速度領域では、車輌に必要とされる動力値ＤＦを８つのモードに細かく分けて、その定義は次の通りとする：
ＤＦ＝−３：機械及び油圧補助協働ブレーキを実行し、運転者は右足で機械ブレーキペダルを、左足で油圧補助ブレーキペダルを踏む、一般では非常ブレーキに用いられる。
ＤＦ＝−２：油圧補助ブレーキの場合、運転者は右足をアクセルペダルから離させ、左足で油圧補助ブレーキペダルを踏む、一般では普通のブレーキに用いられる。低速の渋滞状態では、運転者が右足でブレーキペダルを頻繁に踏むことを避けられる。
ＤＦ＝−１：中立位置でコースティングさせ、運転者は右足をアクセルペダルから離させ、車輌は慣性で運転し、車輌にかけた自然的な抵抗、例えば転動抵抗と風抵抗の作用で減速する。
ＤＦ＝０：車輌は均一な速度で走行し、運転者は右足でアクセルペダルを軽く踏んでよい。
ＤＦ＝＋１〜＋４の場合は、＋１：車輌は遅く加速する又は軽登坂（勾配は０〜１０％）、＋２：車輌は中等速度で加速する又は重登坂（勾配は１０〜２０％）、＋３：車輌は速く加速する又は二重登坂（勾配は２０〜３０％）、＋４：車輌は急激に加速する又は急登坂（勾配は３０％を越える）。加速度の大きさは車種と速度領域により設定され、例えば、低速領域における乗用車の対応する加速度はそれぞれａ＝０〜１ｍ／ｓ２、ａ＝１〜２ｍ／ｓ２、ａ＝２〜３ｍ／ｓ２、ａ＞３ｍ／ｓ２とする。
【０１３８】
上記の４つのケースの場合の８種類の動力モードを実現するために、各構成要素を協働に制御しなければならない。本発明による装置の機械システムと油圧システム及び相応する接続関係によれば、７つのエネルギーストリームチェーンを構成でき、以下、図９に示すように、実施例を参照して各エネルギーストリームチェーンの特徴及びその実施形態を説明する。
【０１３９】
１．主伝動チェーン：１０１−１０２−１０３−１０４−１０５−１１４
【０１４０】
一般に、内燃エンジン自体はアイドルから最高回転数にかける一定トルクに近い速度調整機能を有し、本発明では更に分流伝動無段変速及び機械的伝動機構の２段変速を追加して、４つのノードを有する高効率な主伝動チェーンを構成した：
【０１４１】
１）低速領域：機械的伝動機構は第１シフト位置に設定され、例えば１：１で伝動を行い、この場合、遊星歯車系のロッカー１０３ｄを開放し、第１の可変油圧アクチュエータ１０７の排出量を大きくすると、油圧蓄積器１０６の圧力により、第１の可変油圧アクチュエータは減速しながら自動にブレーキされ、遊星歯車系のサンギヤーはロックされ、遊星歯車系は減速してトルクを増やし出力すると、変速機全体は減速してトルクを増やして伝動することになり、そのため、ノード１を減速させ、遊星歯車系のロッカー１０３ｄがロックされると、遊星歯車系は剛体として直接伝動することになり、変速機全体は直接伝動ギヤとなり、このときはノード２となる。
【０１４２】
２）高速領域：機械的伝動機構は第２シフト位置に設定され、例えば１：２で昇速伝動を行い、この場合、遊星歯車系は同様に、サンギヤーによりブレーキし減速してトルクを増やす、及び遊星歯車系が剛体としてロックされ直接伝動するという２つのモードを有する、即ち、変速機全体は大きいものと小さいものという二つの昇速比率に従う単純な機械的噛合う伝動ノードであるノード３とノード４を構成する。
【０１４３】
それら４つのノードの伝動比率と切換速度を適正に設定することに加えて、低速領域の分流伝動無段変速及び中・高速時のエンジンの速度調整能力により、本発明は全速度範囲で高効率な伝動を構成する。
【０１４４】
２．第１の可変油圧アクチュエータによるエネルギー蓄積：１０１−１０２−１０３−１０７−１０９−１０６
【０１４５】
エンジンは動作し、遊星歯車の状態及び機械的変速装置の設置に基づき、次の２つのエネルギー蓄積方式がある：第１、遊星歯車系のロッカー１０３ｄは開放し、機械的変速装置１０４は接合すると、エンジンで駆動されて歯輪が回動すると共に、遊星歯車系は動力を遊星キャリアとサンギヤーに伝達し、サンギヤーは反転回動して、またポンプとして動作する第１の可変油圧アクチュエータを駆動して高圧油を出力させ、次に方向弁３０６ａと３０７ｃを介してその高圧油路に連通して蓄積器に進入して蓄積する。第２、遊星歯車系のロッカー１０３ｄはロックされ、機械的変速装置は接合又は分離すると、エンジンの駆動で遊星歯車系は剛体として同方向に回動すると共に、動力を遊星キャリアとサンギヤーに伝達し、第１の可変油圧アクチュエータから高圧油が出力され、蓄積器に進入して蓄積する。第１の方式は中・低速に適用し、第２の方式は中・高速に適用する。
【０１４６】
３．第２の可変油圧アクチュエータによるエネルギー蓄積：１０１−１０２−１０３−１０４−１０５−１０８−１０９−１０６
【０１４７】
車輌は主伝動チェーンによるエンジンの駆動で走行する時に、第２の可変油圧アクチュエータをポンプとして動作状態にさせると共に高圧油路に連通するだけでよい。
【０１４８】
４．油圧によるトルクコンバータ・速度調整駆動：１０１−１０２−１０３−１０７−１０９−１０８−１０５−１１４
【０１４９】
このチェーンは、エンジンが動作すると、第１の可変油圧アクチュエータ１０７をポンプに、第２の可変油圧アクチュエータ１０８をモータに設定すると、油圧蓄積器方向弁３０６ａは遮断して油圧蓄積器のエネルギー蓄積状態への影響をなくし、可変油圧アクチュエータの動作圧力はリリーフバルブの設定値３０６ｂまで上昇して、大きいトルクで速度を調整し伝動することができる。
【０１５０】
５．油圧ブレーキエネルギーの回収：１１４−１０５−１０８−１０９−１０６
【０１５１】
方向弁３０７ｃにより第１の可変油圧アクチュエータ１０７を短絡状態に、第２の可変油圧アクチュエータ１０８をポンプ状態に設置して、車輌は慣性で駆動され、方向弁３０８ｃと３０６ａによりその高圧油路と蓄積器油路に連通して、車輌の運動エネルギーを油圧エネルギーに変換して回収する。
【０１５２】
６．第１の可変油圧アクチュエータによる駆動：１０６−１０９−１０７−１０３−１０５−１１４
【０１５３】
エンジンが運転しているか否かに応じて次の２つの方式がある：方式の一、エンジンか運転し、遊星歯車系のロッカー１０３ｄはロックされ、機械的変速装置は接合すると、３０６ａ、３０７ｃ、３０７ｅは第１の可変油圧アクチュエータ１０７の高圧油路に連通して、第１の可変油圧アクチュエータはモータとして高圧油の駆動で回動して、トルクを大きくする機能をする、方式の二、エンジンがフレームアウトして、遊星歯車系のロッカーは開放して、機械的変速装置は接合すると、高圧油路が連通され、第１の可変油圧アクチュエータはモータとして高圧油の駆動で回動して、エンジンが一方向クラッチからブレーキされたため反転できなく、第１の可変油圧アクチュエータのモーメント出力は遊星歯車で増幅され、方式の一よりもトルクを大きくする効果が大きい。通常、方式の一は中・高速に適用し、方式の二は低速時に大きいトルク出力が必要とされる場合に適用する。
【０１５４】
７．第２の可変油圧アクチュエータによる駆動：１０６−１０９−１０８−１０５−１１４
【０１５５】
方向弁３０６ａ、３０８ｃは第２の可変油圧アクチュエータ１０８の高圧油路に連結すると、第２の可変油圧アクチュエータはモータとして高圧油の駆動で車輌を走行駆動する。
【０１５６】
電子制御ユニット１１２と油圧コントローラ１０９と電力制御器１１８により、上述したエネルギーストリームチェーンを異なる稼働状況で個別に利用する又は組合わせて利用することにより、本発明による複数の動作モードを実現できる。
【０１５７】
以下、異なる状態ＣＳについて、異なる速度領域における８つの異なる駆動モードの実現形態、エンジン始動ＩＣＥ  ｏｎ−１、ＩＣＥ  ｏｎ−２、及び車輌の後進モードＲ１とＲ２を説明する。
【０１５８】
エンジン始動方式１は電動機で始動され、ＩＣＥ  ｏｎ−１：如何なる場合でも、方向弁３０７ｃにより第１の可変油圧アクチュエータを無負荷で短絡して、遊星歯車系のロッカー１０３ｄは開放して、モータを駆動して、ひいてはエンジンを駆動して、フライングホイールが回動して、エンジンは始動した。
【０１５９】
エンジン始動方式２は油圧で始動され、ＩＣＥ  ｏｎ−２：油圧蓄積器にエネルギーが蓄積され、１段伝動の場合では車速がＶｏより大きくしなければならなく、遊星歯車系のロッカー１０３ｄは接合してロックすると、蓄積器方向弁３０６ａは接合して連結し、方向弁３０７ｃを第１の可変油圧アクチュエータ１０７の高圧油路に連結させ、３０７ｅは接合して、即ち１０７を可変モータに設置して、その可変制御油筒により斜板を可変調整することにより高圧油の駆動でエンジンの旋回方向に回動して、この場合、遊星歯車系は剛体として回動するので、エンジンは歯輪で駆動されて旋回して始動する。始動したら、遊星歯車系のロッカー１０３ｄを開放して、方向弁３０７ｅは遮断して、第１の可変油圧アクチュエータ１０７をポンプの状態に復帰する。
【０１６０】
車輌の後進モードＲ１：油圧蓄積器にある程度の高圧油があり、エンジン１０１は始動しなくてもよく、機械的伝動機構を中立位置に設定すると、第１の可変油圧アクチュエータは短絡して、方向弁３０８ｃは第２の可変油圧アクチュエータ１０８の高圧油路に連結して、その可変コントローラが反転回動するように調整して、車輌が後進するように駆動される。多くの場合では、後進距離は数メートルないし数十メートルしかないので、所要のエネルギーは小さく、一般ではこの後進モードを使用する。
【０１６１】
車輌の後進モードＲ２：油圧蓄積器に十分な高圧油が蓄積できないので、機械的伝動機構を中立位置に設定すると、第１の始動モードでエンジンを始動して、次に遊星歯車系のロッカーはロックされ、方向弁３０７ｃと３０８ｃはそれぞれ第１の可変油圧アクチュエータ１０７と第２の可変油圧アクチュエータ１０８の高圧油路に連結して、第１の可変油圧アクチュエータはエンジンの駆動でポンプとして動作し、第２の可変油圧アクチュエータ１０８に高圧油を出力し、１０８の可変コントローラが反転回動するように調整して、車輌が後進するように駆動される。このモードは車輌が毎日初回に始動する場合に必要とされる。
【０１６２】
ＤＦ＝−３：機械と油圧による補助協働ブレーキ：非常状態では、右足でブレーキペダルを踏み、左足で油圧補助ブレーキペダルを踏み、機械的ブレーキが機能するとともに、蓄積器の方向弁３０６ａは接合して連結し、遊星歯車系のロッカー１０３ｄは開放し、方向弁３０７ｃにより第１の可変油圧アクチュエータ１０７を短絡させ、方向弁３０８ｃにより第２の可変油圧アクチュエータ１０８の高圧油路に連結して、１０８の可変コントローラが排出量の大きいポンプとして動作するように調整して、補助ブレーキを機能して、車輌の運動エネルギーが油圧エネルギーに変換される。
ＤＦ＝−２：油圧補助ブレーキ：左足で油圧補助ブレーキペダルを踏むだけですむ、機械的ブレーキが要らない、その油圧ブレーキ方式はＤＦ＝−３の場合と同様である。
ＤＦ＝−１：車輌は中立位置でコースティングする：エンジンはアイドル又は低速でフレームアウトすると、方向弁３０７ｃにより第１の可変油圧アクチュエータ１０７を短絡させ、方向弁３０８ｃにより第２の可変油圧アクチュエータ１０８を短絡させると、車輌は自動に中立位置でコースティングする。
ＤＦ＝０：車輌は均一な速度で走行する：低速領域では、ＣＳ＝０であれば、エンジンは動作しなく、所要するパワーが小さいので、可変油圧アクチュエータで駆動すればよい一方、ＣＳ＝１及び中・高速であれば、エンジンは動作し、エンジンの主伝動チェーンで駆動を行い、第１及び／第２の可変油圧アクチュエータによるエネルギー蓄積チェーンを組合わせて使用すると、車輌は均一な速度で走行すると共に、エンジンのスロットル弁の開度が大きい時に余った機械的エネルギーを吸収する。
ＤＦ＝＋１：低速領域では、ＣＳ＝０、即ちエンジンは動作しない場合、第２の可変油圧アクチュエータ１０８で駆動する。ＣＳ＝１、即ちエンジンは動作する場合、主伝動チェーンによる伝動＋第１の可変油圧アクチュエータ１０７のエネルギー蓄積の方式一で駆動する一方、中・高速領域では、主伝動チェーンによる伝動＋第１の可変油圧アクチュエータ１０７のエネルギー蓄積の方式二で駆動する。
ＤＦ＝＋２：低速領域では、ＣＳ＝０、即ちエンジンは動作しない場合、第２の可変油圧アクチュエータ１０８で駆動する。ＣＳ＝１、即ちエンジンは動作する場合、主伝動チェーンによる伝動＋第１の可変油圧アクチュエータのエネルギー蓄積の方式一＋第２の可変油圧アクチュエータで駆動する一方、中・高速領域では、主伝動チェーンにより直接伝動する。
ＤＦ＝＋３：低速領域では、ＣＳ＝０、即ちエンジンは動作しない場合、第２の可変油圧アクチュエータ＋第１の可変油圧アクチュエータのエネルギー蓄積の方式二で駆動する。ＣＳ＝１、即ちエンジンは動作する場合、主伝動チェーンによる伝動＋油圧可変モーメント速度調整伝動で駆動する一方、中・高速領域では、主伝動チェーンによる伝動＋第１と第２の可変油圧アクチュエータで駆動する。
ＤＦ＝＋４：低速領域では、ＣＳ＝０、即ちエンジンは動作しない場合、所要する動力を満足できないから、エンジンを始動しなければならない。ＣＳ＝１、即ちエンジンは動作する場合、エンジンが高速となる主伝動チェーンによる伝動＋油圧可変モーメント速度調整伝動で駆動する一方、中・高速領域では、エンジンが高速となる主伝動チェーンによる段階減少減速モーメント増加伝動＋第１と第２の可変油圧アクチュエータで駆動する。
【０１６３】
本発明の主な動作手順は高速道路手順と都市道路手順に分けられる。
【０１６４】
１．高速道路の場合：ＣＳ＝１、即ちエンジンは動作する時の、車輌の加速−均一速度−減速という完全な循環過程を説明する。
【０１６５】
車輌が０から始動して、また低速から高速にかける加速過程では、機械的伝動機構を低速ギヤに設定する。
【０１６６】
始動して加速する場合：車輌の初期速度を０にし、遊星歯車系の遊星キャリア１０３ｂは静止して、エンジンの機械動力で遊星歯車系の歯輪１０３ｃが正転するように駆動し、遊星歯車のロッカーは開放し、サンギヤー１０３ａは反転し、エンジンのスロットル弁を大きくし、第１の可変油圧アクチュエータ１０７をポンプ状態に設置すると共に高圧油路に連結して、油圧エネルギーを出力させると共に、サンギヤーにブレーキモーメントを提供すると、遊星キャリア１０３ｂに時計回り駆動モーメントが発生され、機械的伝動機構１０４により車輌が始動するように駆動される、これを主伝動チェーンとする。更に、運転者の所要する加速度に応じてＤＦの値を算出したものに第２の可変油圧アクチュエータの付加動力を加算して、エンジンのスロットル弁の開度及び第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータの排出量を連動的に調整すると、システムの出力モーメントの大きさを調整でき、それによって、車輌は異なる加速度で始動する。車速の上昇に伴って、サンギヤー１０３ａの回転数が徐々に０に低下してから、第１の可変油圧アクチュエータの排出量を増やし、サンギヤーをロックすると、主伝動チェーンは単純な機械的伝動ノード１（従来の変速機の２〜３シフト位置に相当）で駆動され、回転数が更に高くなり、遊星歯車のロッカーはロックされると、主伝動チェーンは単純な機械的伝動ノード２（従来の変速機の４シフト位置に相当）で駆動される。
【０１６７】
回転数がある数値に上昇すると、運転者はアクセルペダルを釈放して、エンジンはアイドルとなり、機械的伝動機構のオーバランニングクラッチは機能すると、主伝動チェーンはアンロードされる。この場合、車速は中・高速領域に入ると、システムは自動に機械的変速装置を高速ギヤに設定して、主伝動チェーンはノード３又はノード４で伝動すると共に、可変油圧アクチュエータのモーメントと電力の調整に合わせて、車輌が均一速度で走行するように駆動する。ノード３からノード４に上げるために昇速比率を高める場合、遊星歯車系のロッカーを接合するだけですむので、この場合の伝動モーメントが小さく、ロッカーが接合しやすい。ノード４からノード３に下げるるために昇速比率を低下し車速を増加する場合、遊星歯車系のロッカーを開放するだけで済むので、この場合、エンジンは自然に加速しながら進入する。中・高速領域の速度比率の切換は遊星歯車系のロッカーを接合・開放するだけでよいので、簡単で便利で、機械的伝動機構のシフト切り換えるのが要らなく、伝動チェーンを切断する必要もなく、十分に安定にできる。
【０１６８】
減速：運転者の意思により、第２の可変油圧アクチュエータ及び機械的ブレーキ方式によりブレーキをかけながら減速して、機械的エネルギーは一部が回収される。
【０１６９】
２．都市道路の場合：都市で運転する又は高速道路で渋滞する場合には、機械・油圧複合循環駆動を適用する。
【０１７０】
始動して加速する場合は高速道路と同じであるが、通常では低い速度までに加速すると均一な速度で又は減速して運転できるので、加速時間が短く、エンジンは高効率領域における最低回転数の近辺でＮ分間連続的に動作して、車輌が走行するように駆動するための機械的エネルギを出力すると同時に、余分な機械的エネルギを油圧エネルギに変換して蓄積して、その後で、エンジンはフレームアウトし、油圧モータのみで車輌が走行するように駆動する。システムに蓄積されたエネルギーは運転者が所要する動力を満足できなくなると、自動に始動して／エンジンからの動力を加入して、次の複合駆動サイクルに入る。サイクルの切換はシステムにおけるエネルギー蓄積量から最大の動力出力値を算出して動力要求ＤＦと対照して行われたので、それらパラメータはシステムが計測でわかるものであり、従来の機械・電気複合形態に用いられた速度制御方法のようにランダムに変わっている車速又は駐車時間パラメータにより切り換える方法と異なり、制御システムは比較的に簡単化された。電池セルは外部から充電するモードを利用でき、限られた距離内で発電機から充電する必要はない。
【０１７１】
減速：主に第２の可変油圧アクチュエータによりブレーキしながら減速して、機械的エネルギーはほどんと回収される。
【０１７２】
都市道路では、燃料消耗は３５４．４Ｋｊ／ｋｍであり、エンジンは高速領域で１２００〜１５００ｒｐｍの低い回転数で動作し、車輌を走行駆動すると共に、約１分間では、動作容積が５０Ｌ、最高動作圧力が３０ＭＰａの油圧蓄積器にエネルギーを４００〜４５０ｋｊ蓄積すると、エンジンはフレームアウトし、車輌が約２分間で続いて油圧の駆動で１．１〜１．３ｋｍ走行してから、車輌は再度加速すると、エンジンが始動して次のサイクルに入る。各サイクル毎に、エンジンの駆動で運転する距離０．６〜０．８ｋｍを加えて、合計で２．０ｋｍ運転する。停車時間を除いて、一つのサイクルは約３〜４分間かかり、車輌は１００ｋｍ走行する毎に、トータルの燃料消耗は３５．４Ｍｊである。その中、４０％はエンジンから主伝動チェーンを介して直接駆動され、６０％は油圧エネルギーで駆動され、複合駆動システムの効率は８１％であり、エンジンの動作効率は負荷が８０％の場合では２８％であり、エンジン＋複合ドライブシステムの総合的効率は２８％×８１％＝２２．６８％となり、１Ｌのガソリンの比エネルギーを３３Ｍｊとすると、１００キロ当たりの燃料消耗は３５．４／３３／２２．６８％＝４．７Ｌである。従来の駆動モードと比べて、燃料を４０％〜５０％節約できる。
【０１７３】
高速道路では、油圧システムはモーメントと電力を蓄積する機能をして、いつでもシステムに導入できるので、エンジンは高負荷で効果的に動作できるので、車輌の動力性を維持するために経済性を犠牲することが必要としなく、本発明による装置は高速領域ではエンジンも変速機も最も高い効果を奏する。
【０１７４】
油圧蓄積器は寸法が大きいが、天然ガスを載置するタクシーのように、車輌のトランク内に装着できる。油圧オイルタンクもスペースが要るので、省スペース化のために、蓄積器のベースとするか又は車輌のスペアタイヤ用ボックスを利用することができる。更に、この油圧システムは密閉状に構成され、低圧オイルタンクにおけるガスバッグ内の空気圧を用いて油圧システム内の圧力を０．１〜１．０ＭＰａに維持することができる。
【０１７５】
実施例３：無段変速機の機械・電気・油圧複合動力駆動システム
【０１７６】
本発明の実施例による装置は図１１に示すように、主に内燃エンジン１０１と、フライングホイール１０２と、ディファレンス遊星歯車系１０３と、機械的伝動機構１０４と、動力合成・主減速器１０５と、油圧蓄積器１０６と、第１の可変油圧アクチュエータ１０７と、第２の可変油圧アクチュエータ１０８と、油圧コントローラ１０９と、低圧オイルタンク１１０と、センサー・コントローラ１１１と、電子制御ユニット１１２と、補機１１３と、ディファレンシャル１１４と、動力電池セル１１５と、外付け充電電源１１６と、車載知能型充電器１１７と、電力制御器１１８と、電動／発電機１１９と、ケーシング１２０となどで構成される。
【０１７７】
本発明による装置の各構成要素同士は次のように接続されている：
【０１７８】
内燃エンジン１０１の出力軸はフライングホイール１０２を介してディファレンス遊星歯車系１０３の入力側に固着され、ディファレンス遊星歯車系１０３の出力側は機械的伝動機構１０４の入力軸に固着され、伝動機構１０４の出力軸は動力合成・主減速器１０５と駆動機構１１４に順次固着され、ディファレンス遊星歯車系１０３の制御側は第１の可変油圧アクチュエータ１０７の動力軸に固着され、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の動力軸は動力合成・主減速器１０５の動力合成軸に固着され、電動／発電機１１９の接続位置は選択されるモータの特性により異なり、動力合成・主減速器１０５の動力合成軸に固着されてもよく、ディファレンス遊星歯車系１０３の制御側又は出力側に固着されてもよく、又はボスモータにより車輌の前後車輪に配置されてもよく、或いはクラッチにより異なる稼働状況に応じて異なる接続される要素を選択する。フライングホイール１０２、ディファレンス遊星歯車系１０３、機械的伝動機構１０４、動力合成・主減速器１０５及び駆動装置１１４のディファレンシャルは共にケーシング１２０内に取り付けられている。
【０１７９】
第１の可変油圧アクチュエータ１０７の高圧側と、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の高圧側と、補機１１３における油圧手段などは共に油圧コントローラ１０９を介して、油圧蓄積器１０６及び油圧オイルタンク１１０に油圧管路で接続され、第１の可変油圧アクチュエータ１０７の低圧側及び第２の可変油圧アクチュエータ１０８の低圧側は低圧オイルタンクに油圧管路で接続されている。
【０１８０】
電動／発電機１１９は電力制御器１１８にケーブルで電気的に接続され、電力制御器は電池セル１１５及び車載知能型充電器１１７にケーブルで接続され、車載知能型充電器のプラグは外付け充電電源１１６のソケットに着脱可能に接続される。電子制御ユニット１１２と、センサー・コントローラ１１１と、補機１１３と、システムにおける制御が必要とされる全ての構成要素は信号線又は制御線で接続されている。
【０１８１】
本発明の構成原理及び動作方法をより詳しく説明するために、本発明による装置を機械システムと油圧システムと補助システムと電子制御システムという４つのサブシステムに分解すると共に、本発明の実施例２を組合わせて説明する。
【０１８２】
本発明による機械システム及び油圧システムは実施例２と同じ、それぞれ図５、図９、図１２を参照する。
【０１８３】
本発明による装置の電子制御システムは図１３に示すように、センサー・コントローラ１１１と、電子制御ユニット１１２と、動力電池セル１１５と、外付け充電電源１１６と、車載知能型充電器１１７と、電力制御器１１８と、電動／発電機１１９などを含んで構成する。
【０１８４】
ここでは、電動／発電機１１９は電動機としても発電機としても用いられるモータであり、その電力はエンジンの定格電力の５〜５０％である。電動／発電機１１９はブラシ付き又はブラシ無し永久磁石直流モータでもよく、交流モータ又は他の種類のモータでもよく、その磁気回路が径方向に設置されてもよく、軸方向に設置されてもよく、例えばディスクボスモータなどがあり、またシステムと並列に接続されているので、取付位置は自由であり、本実施例では、機械的伝動機構の第１の変速歯車対の駆動歯車に固着され、前輪駆動の乗用車の場合では、２つのディスクボスモータを用いて後輪のボスに取り付けるのがベターである。
【０１８５】
電力制御器１１８は電池を管理したりモータを制御したりするものであり、電池への管理とは、電池セルの充放電モードの切換、及び過度充電、過度放電、過大電流、過熱から守るなどのことを含み、モータへの制御とは、モータのオンオフ制御、電動／発電モードの切換、速度調整、及び過負荷保護などを含む。交流モータはインバータ速度調整を利用し、直流モータは波形速度調整を利用するか簡単な変圧調整を利用し、即ち、電池セルの直列・並列接続により変換されることにより、駆動電圧を４８Ｖ、９６Ｖなどの複数段階に分けて、複雑な速度調整手段を省略することができる。
【０１８６】
外付け充電電源１１６は家庭用と駐車場用に分けられ、家庭用電源は電源ソケットのような簡単なものであり、駐車場用充電電源は電源ソケットの以外に、電力計測・料金統計・課金手段を含み、例えばＰＯＳ  （ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ｓｅｌｌｓ）などで課金することができる。
【０１８７】
動力電池セル１１５は安全で信頼性のあるリチウム電池又はニッケル水素動力電池を利用でき、比エネルギー及び比電力が高く要求され、再生寿命が長い。電池セルのエネルギー蓄積量はユーザの必要及び価格で決定でき、家庭用車の場合、主に市内で利用すれば大きいものを選択するが、主に郊外で利用すれば小さいものを選択する。一般、１〜１０ＫＷＨであればよい。
【０１８８】
センサー・コントローラ１１１はセンサーが圧力と温度と速度と位置などを測定し、車輌に使用されているセンサーを活用できる一方、コントローラが図１３に示すように、リレーと電磁石とマイクロモータなどを有する制御実行手段である。
【０１８９】
電子制御ユニット１１２はハードウエアとソフトウエアという２つの部分に分けられ、ハードウエアはデジタルとアナログの入出力をする中央処理器ＣＰＵ機能付きのマイコンコントローラであり、センサー・コントローラ１１１により抽出された各可変パラメータに基づきシステム全体の運転を制御する。ソフトウエアはオートコントロールプログラムで構成され、マイコンのＥＰＲＯＭに書き込まれ、詳細は図１４を参照する。
【０１９０】
電子制御システムの入力パラメータは次のものを含む。
５０１：車輌の点火スイッチ、一般では０〜３という４つの位置を有し、エンジンの始動を制御する。
５０２：タッチ型表示制御パネル、システムの運転パラメータと異常パラメータを表示すると共に、制御パラメータを入力する。
５０３：アクセルペダルの位置、運転者がアクセルペダルを踏むことを示す位置、動力ＤＦ＝−１、０、１、２、３、４という６つのゾーンに対応する、運転者の右足がアクセルペダルから離した時は−１で示す、軽く踏む場合は０で示す、一杯踏み込む場合は＋４で示す。
５０４：油圧補助ブレーキペダルの位置、運転者は左足でこのペダルを踏むと、システムは油圧蓄積器の圧力とこの位置の量から第２の可変油圧アクチュエータに対するブレーキ・排出量を算出する。
５０５：機械的ブレーキ用踏み板、運転者は右足でこのペダルを踏む。
５０６：車速
５０７：エンジンの回転数
５０８：油圧蓄積器の圧力
５０９：電池の電圧と電量
５１０：エンジンのユニバー特性写像
５１１：潤滑油の圧力
５１２：エンジンの冷却水温度
５１４：第１の可変油圧アクチュエータの排出量
５１４：第２の可変油圧アクチュエータの排出量
５１６：エンジンのスロットル弁位置
【０１９１】
ここで、アクセルペダルの位置及び補助ブレーキペダルの位置から駆動力／ブレーキ力に必要とされるＤＦの値を決定する場合に、この位置にある時の踏み速度の補正値が追加されなければならない、即ち、現在位置のゾーンでは、踏み速度に応じてＤＦの値を増減することにより運転者が本来に所望する動力を反映する。
【０１９２】
エンジンのユニバー特性写像は各種エンジンのユニバーサル特性グラフマトリックスであり、ＥＰＲＯＭに設定され、マイコンＣＰＵはエンジンの回転数とスロットル弁の開度に基づき、マトリックスからその出力モーメントの値を得られ、それに基づいて可変油圧アクチュエータの排出量を算出する。
【０１９３】
電子制御システムの出力制御とは次のものを含む。
６０１：潤滑油ポンプモータ
６０２：モータを始動する
６０３：油圧空気調和圧縮機の方向弁
６０４：ブレーキブースター
６０５：油圧操舵ブースターの方向弁
６０６：電池管理器１１８（充電器、充放電保護）
６０７：駆動モータコントローラ１１８（速度調整／伝動／発電）
６０８：電磁歯入れ型変速クラッチ
６０９：電磁接断型遊星歯車ロッカー１０３ｄ
６１０：油圧蓄積器の弁３０６ａ
６１１：第１の可変油圧アクチュエータの主油路の方向弁３０７ｃ
６１２：第１の可変油圧アクチュエータの主油路の方向弁３０７ｅ
６１３：第２の可変油圧アクチュエータの主油路の方向弁３０８ｃ
６１４：第１の可変油圧アクチュエータの油筒制御方向弁３０７ｂ
６１５：第２の可変油圧アクチュエータの油筒制御方向弁３０８ｂ
６１６：エンジンのスロットル弁制御モータ
【０１９４】
本発明による装置の制御ソフトは３２個のプログラムブロックを有し、プログラムのフローチャートは図７に示して、各プログラムブロックの機能は次の通りとする。
７０１：車輌の点火スイッチは０から１になり、制御システムは通電されて始動する。
７０２：システムはパスワード方式と指紋方式という２つの方式による身分識別入力を開始する。
７０３：システムは身分のＹＥＳ／ＮＯ判断を行い、ＹＥＳであれば７０５に移行し、ＮＯであれば７０４に移行すると共に、再入力を提示して、３回誤ったらシステムがオフする。
７０４：システムがオフすると運転を停止すると共に、音声警報やメッセージ警報などの異常警報を発生する。
７０５：点火スイッチは１から２になり、システムは初期化され、入力された各可変パラメータを検査する。
７０６：エンジンの冷却水温度は設置値以下であれば７０７に移行し、設置値以上であれば７０９に移行する。
７０７：第１と第２の可変油圧アクチュエータを短絡すると、即ちＶｆ、Ｖｓ＝０となると、電動機は電気を遮断される、Ｅｍ＝０となる。
７０８：エンジンが第１の始動モードで始動して、ＩＣＥ  ｏｎ１となり、エンジンが予熱運転状態に移行する。
７０９：エンジンの予備動作が完了すると、システムは「直進−Ｄ」か「後進−Ｒ」かを入力することを提示する。
７１０：「後進−Ｒ」が入力されると、システムは油圧蓄積器の蓄積エネルギーに基づき駆動モードを判断する。
７１１：油圧蓄積器の蓄積エネルギーが所定値より高ければ、第２の可変油圧アクチュエータ／モータが反転して後進Ｒ１を駆動する。
７１２：油圧蓄積器の蓄積エネルギーが所定値より低ければ、エンジンを始動／投入して後進Ｒ２を駆動する。
７１３：「直進−Ｄ」が入力されると、プログラムが組合わせられ７１４に移行する。
７１４：車速Ｖが低速領域と中速領域と高速領域という３つの速度領域のいずれかであるかを判断し、速度領域の分割値は異なる車種及び各国の道路状況により設定され、例えば、乗車者の場合は、低速領域をＶ＝０〜６０ｋｍ／ｈに、中速領域をＶ＝６０〜１２５ｋｍ／ｈに、高速領域をＶ＞１２５ｋｍ／ｈに設定する。
７１５：低速領域では、循環運転モードとなり、システムはエンジンが駆動に参与するか否かに基づき０−１という２つの状態ＣＳに設定する。ＣＳ＝０：エンジンがフレームアウトする又は低速でアイドルとなるので駆動に参与しないことを示す、ＣＳ＝１：エンジンが運転して駆動に参与することを示す。
７１６：状態ＣＳ＝０の場合、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及び補助油圧ブレーキペダルの位置により、ペダルの位置を機械的にブレーキして、駆動力又はブレーキ力の大きさを算出して、駆動或いはブレーキモードを選択する。
７１７：７２１と７２２の出力から、状態を変換するか否かの判断を行い、プログラムが組合わせられ、７３０に移行する。
７１８：状態ＣＳ＝１の場合、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及び補助油圧ブレーキペダルの位置により、ペダルの位置を機械的にブレーキして、駆動力又はブレーキ力の大きさを算出して、駆動或いはブレーキモードを選択する。
７１９：中速領域にあると、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及び補助油圧ブレーキペダルの位置により、ペダルの位置を機械的にブレーキして、駆動力又はブレーキ力ＤＦの大きさを算出して、駆動或いはブレーキモードを選択する。
７２０：高速領域にあると、システムはアクセルペダルの位置とペダル速度及び補助油圧ブレーキペダルの位置により、ペダルの位置を機械的にブレーキして、駆動力又はブレーキ力の大きさを算出して、駆動或いはブレーキモードを選択する。
７２１：状態ＣＳ＝０の場合、システムは駆動力又はブレーキ力の大きさに応じて、それぞれ８種類の異なる駆動或いはブレーキモードで運転すると共に、蓄積エネルギーのパラメータは動力の要求を満足できない程度まで下がると、７１７に自動移行する。
７２２：状態ＣＳ＝１の場合、システムは駆動力又はブレーキ力の大きさに応じて、それぞれ８種類の異なる駆動或いはブレーキモードで運転すると共に、蓄積エネルギーのパラメータは所定値を越えると、７１７に自動移行する。
７２３：中速領域の場合、システムは駆動力又はブレーキ力の大きさに応じて、それぞれ８種類の異なる駆動或いはブレーキモードで運転する。
７２４：高速領域の場合、システムは駆動力又はブレーキ力の大きさに応じて、それぞれ８種類の異なる駆動或いはブレーキモードで運転する。
７２５：エンジンはプログラムを停止して、ＩＣＥ  Ｏｆｆとなり、エンジンへの給電と給油を停止する。
７２６：エンジンはプログラム１を実行して電気で始動して、ＩＣＥ  ｏｎ−１となり、モータによりエンジンを始動する。
７２７：エンジンはプログラム２を実行して油圧で始動して、ＩＣＥ  ｏｎ−２となり、第１の可変油圧アクチュエータによりエンジンを始動する。
７２８：エンジンの始動モードを判断し、油圧蓄積器の圧力に基づき、機械的伝動機構は１段伝動しかできなく、中立位置がない場合では、更に最低車速Ｖｏにも制限され、即ち、この車速Ｖｏでの第１の伝動軸の回転数はエンジンの点火用最低回転数より大きく、通常では３００ｒｐｍ以上であり、車輌は低速又は静止状態で開始すると、Ｖ＜Ｖｏとなり、７２６に移行する一方、車速はＶ＞Ｖｏであれば、７２７に移行する。機械的伝動機構は中立位置を含む複数段伝動であれば、油圧蓄積器にエネルギーが蓄積すれば、油圧により駆動することができる。
７２９：状態変換組み合わせ過渡ブロック
７３０：状態変換組み合わせ過渡ブロック
７３１：非常処理及び異常診断プログラムブロック
７３２：システムパラメータ設定ブロック
【０１９５】
異なる状態及び異なる速度領域では、車輌に必要とされる動力値ＤＦを８つのモードに細かく分けて、その定義は次の通りとする：
【０１９６】
ＤＦ＝−３：機械及び油圧補助協働ブレーキを実行し、運転者は右足で機械ブレーキペダルを、左足で油圧補助ブレーキペダルを踏む、一般では非常ブレーキに用いられる。
ＤＦ＝−２：油圧補助ブレーキの場合、運転者は右足をアクセルペダルから離させ、左足で油圧補助ブレーキペダルを踏む、一般では普通のブレーキに用いられる。低速の渋滞状態では、運転者が右足でブレーキペダルを頻繁に踏むことを避けられる。
ＤＦ＝−１：中立位置でコースティングさせ、運転者は右足をアクセルペダルから離させ、車輌は慣性で運転し、車輌にかけた自然的な抵抗、例えば転動抵抗と風抵抗の作用で減速する。
ＤＦ＝０：車輌は均一な速度で走行し、運転者は右足でアクセルペダルを軽く踏んでよい。
ＤＦ＝＋１〜＋４の場合は、＋１：車輌は遅く加速する又は軽登坂（勾配は０〜１０％）、＋２：車輌は中等速度で加速する又は重登坂（勾配は１０〜２０％）、＋３：車輌は速く加速する又は二重登坂（勾配は２０〜３０％）、＋４：車輌は急激に加速する又は急登坂（勾配は３０％を越える）。加速度の大きさは車種と速度領域により設定され、例えば、低速領域における乗用車の対応する加速度はそれぞれａ＝０〜１ｍ／ｓ２、ａ＝１〜２ｍ／ｓ２、ａ＝２〜３ｍ／ｓ２、ａ＞３ｍ／ｓ２とする。
【０１９７】
本発明の主な動作手順は高速道路手順と都市道路手順に分けられ、次に実施例２を参照して説明する：
【０１９８】
１．高速道路の場合：ＣＳ＝１、即ちエンジンは動作する時の、車輌の加速−均一速度−減速という完全な循環過程を説明する。
【０１９９】
車輌が０から始動して、また低速から高速にかける加速過程では、機械的伝動機構を低速ギヤに設定する。
【０２００】
始動して加速する場合：車輌の初期速度を０にし、遊星歯車系の遊星キャリア１０３ｂは静止して、エンジンの機械動力で遊星歯車系の歯輪１０３ｃが正転するように駆動し、遊星歯車のロッカーは開放し、サンギヤー１０３ａは反転し、エンジンのスロットル弁を大きくし、第１の可変油圧アクチュエータ１０７をポンプ状態に設置すると共に高圧油路に連結して、油圧エネルギーを出力させると共に、サンギヤーにブレーキモーメントを提供すると、遊星キャリア１０３ｂに時計回りに駆動モーメントが発生され、機械的伝動機構１０４により車輌が始動するように駆動される、これを主伝動チェーンとする。更に、運転者の所要する加速度に応じてＤＦの値を算出したものに第２の可変油圧アクチュエータの付加動力を加算して、エンジンのスロットル弁の開度及び第１の可変油圧アクチュエータと第２の可変油圧アクチュエータの排出量を連動的に調整すると、システムの出力モーメントの大きさを調整でき、それによって、車輌は異なる加速度で始動する。車速の上昇に伴って、サンギヤー１０３ａの回転数が徐々に０に低下してから、第１の可変油圧アクチュエータの排出量を増やし、サンギヤーをロックすると、主伝動チェーンは単純な機械的伝動ノード１（従来の変速機の２〜３シフト位置に相当）で駆動され、回転数が更に高くなり、遊星歯車のロッカーはロックされると、主伝動チェーンは単純な機械的伝動ノード２（従来の変速機の４シフト位置に相当）で駆動される。
【０２０１】
２．都市道路の場合：都市で運転する又は高速道路で渋滞する場合には、機械と油圧、機械と電気、又は機械・油圧・電気複合循環駆動を適用する。
【０２０２】
始動して加速する場合は高速道路と同じであるが、通常では低い速度までに加速すると均一な速度で又は減速して運転できるので、加速時間が短く、エンジンは高効率領域における最低回転数の近辺でＮ分間連続的に動作して、車輌が走行するように駆動するための機械的エネルギを出力すると同時に、余分な機械的エネルギを油圧エネルギに変換して蓄積して、その後で、エンジンはフレームアウトし、油圧モータ／電動機個別又はそれらを組合わせることで車輌が走行するように駆動する。ここで、電動機は主に車輌が均一な速度で運転するためには必要とする動力を供給し、油圧システムは主に車輌が加速する場合に必要とする動力を供給する。システムに蓄積されたエネルギーは運転者が所要する動力を満足できなくなると、自動に始動して／エンジンからの動力を加入して、次の複合駆動サイクルに入る。サイクルの切換はシステムにおけるエネルギー蓄積量（Ｐ、Ｖ）から最大の動力出力値を算出して動力要求値ＤＦと対照して行われたので、それらパラメータはシステムが計測でわかるものであり、従来の機械・電気複合形態に用いられた速度制御方法のようにランダムに変わっている車速又は駐車時間パラメータにより切り換える方法と異なり、制御システムは比較的に簡単化された。電池セルは外部から充電するモードを利用でき、限られた距離内で発電機から充電する必要はない。
【０２０３】
減速：主に第２の可変油圧アクチュエータによりブレーキしながら減速して、機械的エネルギーはほどんと回収される。
【０２０４】
電池電量の管理は車輌の動作形態によりなされる。本発明では、ほとんどの乗用車は通勤用として用いられることを考慮して、まず現地で低速で運転し、次に高速道路に入ってから高速で運転し、高速道路を出てから、会社に到達する又は家に戻るまで現地で低速で運転して、フレームアウトして車を停止する。そこで、本発明では、電池の使用形態を大小が異なる２つの循環モードからなるＷ型モードに設計して、即ち、車輌を家又は会社に駐車する場合では、夜又は勤務期間でモード１でＳＯＣ＝９０％程度まで充電し、次に低速領域で残余電量が２０％となるまで一方向に放電して、次に電池充電モード２でエンジンにより発電機を５０％程度まで充電した後、再度残余電量が２０％となるまで放電しながら運転する、このように目標地に到達するまで小さく循環して、次に外付け充電電源を接続して９０％前後まで充電してから、次の大きい循環に入る。
【０２０５】
本発明の実施例では、油圧蓄積器１０６は自重が重い車輌の場合に合金鋼製高圧蓄積器を利用できるが、乗用車の場合には、複合材料製高圧蓄積器を利用しなければならなく、例えば、合金鋼又は合金アルミを裏地として、外面に高強度のガラス繊維又はカーボン繊維を巻き込んで構成すると、重量が軽い割りに強度が高い。本発明では、蓄積器の蓄積効果を更に向上すると共に組立時の柔軟性を向上するために、図１５に示す別体型構成を提案した。この構成では、チャージバルブ付きの高圧ガスホース１０６−３に径の異なる２つの高圧タンク１０６−１と１０６−２を通させてなり、大タンク１０６−１にはそのジョイントが高圧ガスホース１０６−３にネジ接続されたガスバッグ１０６−１ａが内蔵され、合金鋼又は合金アルミを裏地１０６−１ｂとして、高強度のガラス繊維又はカーボン繊維複合材料製外層１０６−１ｃを巻き込み、右側に高圧油管路に接続される蝶状弁１０６−１ｄが取り付けられる一方、小タンク１０６−２は合金アルミを裏地１０６−２ａとして、高強度のガラス繊維又はカーボン繊維複合材料製外層１０６−２ｂを巻き込んでなる高圧ボンベに構成され、左側の開口１０６−２ｃは高圧ガスホース１０６−３に接続して、また大タンクのガスバッグ側１０６−１ｅに連結している。この構成によれば、高圧ガスは圧縮・膨張中では小タンクと直接熱交換を行い、ガスの温度変動範囲を減少し、蓄積効果を向上できる。また、容積が同じ場合では、単体としての寸法が小さくなり、組立の柔軟性を高めた。
【０２０６】
本発明の実施例では、低圧オイルタンク１１０は大型車輌に適用される場合に、圧力が低く、肉厚が薄く体積が大きいので、普通の蓄積器の構成を利用できるが、小型車輌に適用される場合に、スペースが限られたため、取付が難しい。そこで、この問題を解決するために、本発明はタイヤ状の低圧オイルタンクを設計して、図１６、１７に示すように、このオイルタンクは、プレス加工で成形され、中央に孔が開けられかつ平らな底部を有する上下２つの碗状蓋１１０−１及び１１０−２と、両端がラッパ状を呈する中間隔離リング１１０−５と、低圧ガスバッグ１１０−４と、蝶状弁１１０−３と、チャージバルブ１１０−６と、中央円筒１１０−７とで構成され、低圧ガスバッグが中間隔離リングと碗状蓋１１０の外円柱面とで形成された密閉空間に取り付けられ、ガスバッグがガスホース１１０−８を通して中間隔離リングにおける小さい孔を穿通して内側の密閉気体室に連通して、チャージバルブは中央円筒の内側に取り付けられ、ガス充填に用いられる。この低圧オイルタンクは、中間隔離リングを図面中のラッパ口部に沿って蝶状弁付きの下蓋に溶接して、次にガスバッグを取り付けて、ガスバッグを空気を押出しながら底蓋に寄せて、底蓋に約２／３の冷却油を入れてから上蓋を覆って、上・下蓋を溶接した後に、中間隔離リングにおけるラッパ口部と上蓋との接続部を溶接して、ガスバッグがガスを漏れないかつ内外側の密閉空間にガスが通じないことを確認し、最後にチャージバルブを取り付けた中央円筒を溶接する。このオイルタンクは、肉厚がオイルタンクの直径と最高充填圧力で決定され、１〜４ｍｍにすればよい。このタイヤ状の低圧オイルタンクは車輌のスペアタイヤ用のスペースに載置されている。日常では、車輌は省スペース化のためにスペアタイヤをつけなくてもよい。
【０２０７】
次に、排出量が中等程度の家庭用車輌のパラメータを代表として演算を行ったが、それら仮設のパラメータ及び演算結果はただの参考であるので、本発明を限定するものではない。
【０２０８】
この車輌は全備質量が１２００ｋｇ、全体質量が１５００Ｋｇ、最高車速が１８０ｋｍ／ｈ、平均な燃料消耗量が８〜９Ｌ／１００ｋｍ、エンジンが４筒ガソリンエンジンであり、排出量が１．６Ｌ、最大電力が７０ｋｗ／６０００ｒｐｍ、最大トルクが１５０ｎｍ／４０００ｒｐｍ、エンジンの最低比燃料消耗が２６０ｇ／ｋｗｈである。
【０２０９】
適用された遊星歯車系はサンギヤーが固定となる時の入出力速度比率が１．５（減速）であり、機械的伝動機構の２段変速比率はそれぞれ１と０．５であり、そうすると、システム全体の主伝動チェーンは４つのノードの速度比率がそれぞれ１．５、１．０、０．７５、０．５である。一方、最初に車輌に配置されたオートシフト変速機は速度比率がそれぞれ２．７１、１．４４、１．０、０．７４であり、対照してみると、システムに昇度比率が大きい伝動を設計することに相当する。
【０２１０】
本実施例に適用される第１と第２の可変油圧アクチュエータは斜板型二方向デュプレックス可変油圧ポンプ／モータであり、いずれも耳軸により可変斜板を二方向に揺動させるように駆動することにより、可変調整及びモードと方向の切換を実現するものであり、第１の可変油圧アクチュエータは最大排出量が２８ｍｌ／ｒ、定格圧力が３１．５ＭＰＡ、最高圧力が３５ＭＰａ、最高回転数が５５００ｒｐｍであるのに対して、第２の可変油圧アクチュエータは最大排出量が５６ｍｌ／ｒ、定格圧力が３１．５ＭＰａ、最高圧力が３５ＭＰａ、最高回転数が５０００ｒｐｍである。第１と第２の可変油圧アクチュエータは省スペース化のためにケーシングを共用している。
【０２１１】
適用された油圧蓄積器は５０Ｌ、直径が３００ｍｍ、長さが８００ｍｍ、プリジャージ圧力が１０〜１５ＭＰａ、最高動作圧力が３０ＭＰａ、最大蓄積エネルギーが５００Ｋｊであり、低圧オイルタンクはタイヤ状に形成され、直径が５８０ｍｍ、容積が４５Ｌ、最高動作圧力が１ＭＰａであり、いずれもトランク内に設置される。
【０２１２】
適用されたリチウム電池セルは３５ｋｇ、比エネルギーが１５０ｗｈ／ｋｇ、容量が５０Ａｈ、９６〜１１０Ｖ、５．２５Ｋｗｈ、電池の放電比率電力が３００ｗ／ｋｇ、放電パワーが１０．５Ｋｗ、プリジャージ比電力が１５０ｗ／ｋｇ、放電パワーが５Ｋｗである。
【０２１３】
適用されたモータは定格電力が８Ｋｗ、定格回転数が３０００ｒｐｍ、定格トルクが２５．５ＮＭ、最大開始トルクが６５ＮＭである。
【０２１４】
上述した構成要素及び設定パラメータを用いて、主な稼働状況での駆動モーメントと効率を次のように算出した：
【０２１５】
前述したように、主伝動チェーンで伝動されるモーメントの大きさは異なる速度比率にそれぞれが２２５ＮＭ、１５０ＮＭ、１００ＮＭ、７５ＮＭであり、第１の可変油圧アクチュエータは最大排出量での最小（１０ＭＰａ）と最大（３５ＭＰａ）モーメントがそれぞれ４４．６ＮＭ〜１５６ＮＭであり、第２の可変油圧アクチュエータは最大排出量での最小と最大モーメントがそれぞれ８９．２ＮＭ〜３１２ＮＭである。これによりわかるように、車輌は低速でエンジンにより運転し、それによって得られる最大モーメントは５３７ＮＭであり、エンジンのスロットル弁も可変油圧アクチュエータの排出量も変わるので、駆動モーメントは任意に設定でき、非常に安定で強力な駆動性能を得られる。エンジンがフレームアウトする間では、油圧とモータで駆動されるので、この場合、システムの最低駆動トルクは、第１の可変油圧アクチュエータの最低モーメントを遊星歯車系で３倍に拡大したものと、第１の可変油圧アクチュエータの最低モーメントとの和であり、合計では２２３ＮＭとなり、更にモータのモーメントたる３０〜５０ＮＭを足すと、トータルは２５３〜２７３ＮＭであり、元の車輌が２シフト位置で始動して加速する時の能力に相当する。
【０２１６】
そのシステムの伝動効率は：
【０２１７】
低速領域では、遊星歯車系から主伝動チェーンを介して直接伝達したパワーはトータルパワーの５０％を占めて、残る５０％のエネルギーは油圧システムで伝達され、主伝動チェーンの伝達効率を９６％、可変油圧アクチュエータの平均効率を８６％、油圧回路の効率を９６％とすると、油圧チェーンの効率は７１％となり、システムのトータル効率＝０．５×７４％＋０．５×９６％＝８３．５％。高効率の可変油圧アクチュエータ（＞９０％）を利用すれば、伝動効率は８８％以上となる。エンジンは低速領域で８０％の負荷時の効率が２８％であれば、システムのトータル効率は２３．８％となり、現在の車輌の平均効率たる１２．６％より約１倍向上した。
【０２１８】
循環駆動モードのパラメータ演算方法は次の通りとする：１５００ｋｇの車輌は０〜６０ｋｍ／ｈの速度領域では３６ｋｍ／ｈの平均時速で運転すると、１ｋｍ運転する時の転動抵抗による燃料消耗は１５００ｋｇ×０．１２×１０００ｍ＝１８０ｋｊ、車輌の風抵抗を４０ｋｊ足すと、合計では２２０ｋｊとなる。車輌は５４ｋｍ／ｈ〜０毎に１回ブレーキすると、運動エネルギーは１／２×１５００×１５×１５＝１６８ｋｊに小さくなり、油圧システムによる回収率は６０％であり、即ち、４０％＝６７．２ｋｊのものが消耗された。平均で２回／ｋｍでブレーキすると、合計で１３４．４ｋｊを損失する。そうすると、車輌は１ｋｍ運転すると、２２０＋１３４．４＝３５４．４ｋｊのエネルギーを消耗する。仮にエネルギーの回収がなければ、消耗量は５５６ｋｊとなる。
【０２１９】
低速領域における機械・油圧・電気複合循環モードでは、１．６Ｌのエンジンは高効率領域で１２００〜１５００ｒｐｍの低い回転数で動作し、スロットル弁の開度が８０％となる時の出力パワーは１０〜１５ｋｗであり、車輌は始動して加速すると、０〜１５Ｋｍ／ｈ、油圧による伝動エネルギーは１００％から０％に低下して、また１５〜６０Ｋｍ／ｈの範囲から加速すると、基本的には主伝動チェーンを介して伝動し、油圧エネルギーの蓄積量は約２０％以内であり、更に均一速度で運転すると、車輌はエンジンのパワーの３０％（３〜５ｋｗ）で駆動されて走行し、７０％（７〜１０ｋｗ）は油圧エネルギーに変換され、約１分間で、動作容積が５０Ｌ、最高動作圧力が３０ＭＰａの油圧蓄積器に蓄積されたエネルギーは４００〜４５０ｋｊとなると、エンジンはフレームアウトして、電気と油圧とが組み合わせて駆動される。
【０２２０】
電気システムに備えられた総合パワーは５．２５ｋｗｈ＝１８．９Ｍｊであり、その動作期間を容量の２０〜９０％に設定すると、動作容量は１３．２Ｍｊとなる。電動機（８８％）と駆動器（９８％）と電池の放電（９０％）との総合効率は７８％であることを考慮すると、有効電力エネルギーは１０．３Ｍｊとなり、車輌はこの電力のみで駆動されて低速で約３０Ｋｍ運転できる。
【０２２１】
本モードでは、車輌は主に油圧により加減速を行い、電力により均一速度で運転する。そこで、電力の蓄積量が十分の場合では、循環駆動の周期は主に油圧システムで決められ、毎回では５４ｋｍ／ｈ〜０からブレーキすると、エネルギーの損失は６７．２Ｋｊとなり、再度始動して加速すると、油圧システムは７０％、即ち４７ｋｊを、電気システムは３０％を担当する。そうすると、一回で油圧蓄積器にエネルギーを４５０ｋｊ蓄積すれば、４５０×０．８５／４７＝８回で０〜５４ｋｍ／ｈの加減速を連続に実施でき、キロ当たりに２回で計算すると、約４ｋｍを連続運転した後に、エンジンを始動してエネルギーを蓄積すればよい。本循環では、有効電力エネルギーの消耗量は３５４．４×４−４７０＝９４７Ｋｊ、そこで、電池によるエネルギー蓄積によれば、このような循環を１０回ほど実施でき、更にエンジンで駆動される運転距離を足すと、合計距離は４５Ｋｍであり、合計消耗量は１６Ｍｊである一方、本循環中ではエンジンは２０〜３０％の時間内のみで高効率に動作して、釈放したエネルギーは６Ｍｊであり、エンジンの効率を２８％で計算すると、燃料消耗量は０．６５Ｌである。
【０２２２】
電池セルの電力エネルギーは定格容量の２０％に低下すると、エンジンで駆動され充電しなければならなく、毎回の充電に必要とされるエネルギーは約６Ｍｊであり、充電パワーを５Ｋｗで計算すると、１回の充電には少なくとも２０分間かかる。充電完了後に小さい循環を３〜４回実行できる。一般、大都会の渋滞期間は１〜２時間あり、渋滞距離は通常では２０〜５０ｋｍ以内にあるので、およそ１〜２回の大きい循環の範囲内にある。
【０２２３】
外付け充電型機械・油圧・電気循環駆動によれば、都市道路の場合では、１回当たりの運転距離は１００キロ以内であれば、１００キロ当たりの総合的燃料消耗量はガソリン３Ｌ及び電力４Ｋｗ程度まで低下できる。
【０２２４】
このモードでは、エンジンは長い時間で動作しないので、３次元触媒の温度を保持して、エンジンが再度始動する時でも高い触媒効率を有させ、排気ガスを低下するようにしなければならない。本発明では、動態的保温カバーが設計され、寒い時又は地域で利用する場合には、即ち、エンジンが動作する場合にカバーを開放して、エンジンがフレームアウトすると閉鎖することにより、３次元触媒の温度を保持する。車速が高い時では、なるべくエンジンで駆動される動作−アイドルの循環モードにして、エンジンのオンオフ回数を減少する。車輌はエンジンがアイドル時の燃料消耗が低いにもかかわらず、省エネ、環境保護及びエンジンの寿命をバランスを取れるように考慮する必要がある。
【０２２５】
中速・高速領域では、油圧チェーンで伝達するエネルギーは０〜２０％あり、８０〜１００％は主伝動チェーンで伝動され、上述した構成要素の効率指標は基本的に変わらないならば、システムにおける２つのチェーンを合わせた総合的効率は２０％×７４％＋８０％×９６％＝９１．６％を上回り、最高効率は２段歯車伝動効率９６％である。以上のことからわかるように、本装置の伝動効率自体にとっては、オートギヤ変速機より高くなり、かつエンジンの効率も大いに高められるので、車輌全体の効率も向上される。
【０２２６】
上記検討からわかるように、高出力の可変油圧アクチュエータの機能によれば、車輌に一つの高出力の動力源を追加することに相当するので、車輌は低速から高速にかける全範囲内で従来車輌より強いトルク及び動力を得られる。それによって、車輌用動力システムの設計において最も困っている、車輌の動力性と経済性とが矛盾することを解決できた。
【０２２７】
本発明による機械と油圧による無段変速機は更に各種形態の電気駆動と組合わせて、機械・電気強複合動力駆動を構成できる。この場合、電力駆動及び機械・油圧無段変速駆動は並列に組合わせられ、モータの出力は機械・油圧・電気複合駆動よりも高くなり、１０〜２０ｋｗ／１５００ｒｐｍ以上となり、特に低速・高トルクが要求される。電池の場合では、電力のみで駆動する時の動力を満足するように、比電力が高い、例えばニッケル水素電池やリチウム電池が適用される。ボスモータを用いてドライブリヤホイールに取り付けると、車輌は都市道路で低速で運転すると、機械・電気複合循環駆動が適用される。電池セルが一杯充電されると、エンジンを停止させ、車輌はモータのみで駆動されて運転する。車輌はブレーキをかけられると、モータから発電機に変換して、車輌のキネテッィクエネルギーを電気エネルギーに変換して電池セルで回収される。電池セルは電量が不十分になると、エンジンを動作させ、モータは車輌のリヤホイールで駆動されて発電機になり、エンジンの負荷を増加して、一部の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電池に蓄積する。車輌を後進させる場合に、モータは反転すると共に、車輌が後進するように直接駆動する。車輌は主に都市道路に運転する場合では、大容量の電池を選択する。仮に主に中速・高速領域で運転すると、小容量の電池を選択し、システムに用いられた高速度比昇速で伝動を行い、短時間で加速して運転すると、モータを駆動に参与させて付加動力を提供することにより、エンジンに所要する動力を減少し、エンジンの効率を高め、省エネの目的を達成する。
【０２２８】
本装置は駐車場で充電装置が装着された場合では、電力網を介して電池セルに充電すれば、より良好な省エネ効果及び環境保護効果を得られる。
【０２２９】
１台の横置きエンジンでフロントホイールを駆動する車輌に対して、本発明による装置の可能性及び装着性をよく説明するために、本実施例１による２段歯車変速装置の無段変速機の機械構成を具現化して設計された組立図は図１８に示す。
【０２３０】
エンジン１０１の動力出力軸はフライングホイールディスク１０２にネジ固着されて、モータを始動する歯車とフライングホイールの歯輪とは接断可能に噛合って接続され、遊星歯車１０３の歯輪１０３ｃはフライングホイール１０２に固着され、サンギヤー１０３ａは機械的伝動機構１０４の第１の伝動軸１０４−１ａにスプラインで固定され、伝動軸の両端はそれぞれセントリペタルスラストテーパベアリングでエンジンの軸孔及びハウジングに支持され、遊星キャリア１０３ｂは伝動軸ブッシュ１０４−１ｂに固着され、伝動軸ブッシュは第１の伝動軸にニードルベアリングで支持され、遊星歯車のロッカー１０３ｄはマグネット１０３ｄ１と、ヨークと、インナーリング及びインナーリング摩擦片と、アウトリング及びアウトリング摩擦片１０３ｄ３と、電子プローブリングと、制御電極１０３ｄ２とを備えるウエットマグネットクラッチであり、インナーリングは遊星キャリア１０３ｂに固着され、アウトリングはフライングホイール１０２である遊星歯車の歯輪１０３ｃに固着され、マグネットは一部がフライングホイールディスクに嵌入しており、電子プローブリングは制御電極に摺動接続され、マグネットは電気を投入され吸着すると、ロッカーはロックされる。ロッカーの外端にはブラス無し直流電動／発電機１１９のロータ１１９ａ及び変速機のハウジングに固定されたステータ１１９ｂが設けられ、このブラス無し直流モータは軸方向磁気回路をも径方向磁気回路をも利用するディスクモータでもよい。
【０２３１】
機械的伝動機構は２段変速歯車対の駆動歯車１０４−３ａと１０４−４ａとがそれぞれ、オーバランニングクラッチ１０４−３ｃと１０４−４ｃにより伝動軸ブッシュ１０４−１ｂに挿着され、従動歯車１０４−３ｂと１０４−４ｂとがそれぞれ第２の伝動軸ブッシュ１０４−２に固着され、オーバランニングクラッチ１０４−３ｃと１０４−４ｃとは共にインナーリングとアウトリングとウエッジとホルダーとで構成されるウエッジクラッチであり、アウトリングと歯車の内側孔を一体化することにより構成を簡単化して径方向の寸法を短縮でき、２つのオーバランニングクラッチはインナーリングの対向する一端に軸方向のティースが設けられ、二者の間には、伝動軸ブッシュ１０４−１ｂに周方向に固着されかつ軸方向に摺動可能な歯入れ型クラッチリング１０４−５ａが設けられ、このリングは両端にも軸方向のティースが形成され、電磁気で制御される操縦レバー１０４−５ｂにより左右に移動すると共に、それぞれがオーバランニングクラッチ１０４−３ｃと１０４−４ｃのインナーリングのティースに噛合って、中央位置に止まると、即ち中立位置になると、第１と第２の伝動軸は完全に結合を解除された。噛合う時の衝撃を減少するために、クラッチリング１０４−５ａとオーバランニングクラッチのインナーリングの間には、従来の手動変速機の同期器の原理を参照して、同期摩擦テーパ面を設けても良い。
【０２３２】
第１の伝動軸１０４−１ａの右端は伝動歯車対１０４−６ａ、１０４−６ｂに固着され、歯車１０４−６ｂは第１の可変油圧アクチュエータ１０７の動力軸に固定される。第１の伝動軸１０４−１ａは中央部に軸方向と径方向の油通路が開設され、右側の旋回継ぎ手１４−７を介して潤滑油が導入され、径方向の油通路を介して軸上の各軸受けと遊星歯車系及びそのロッカーと伝動歯車などに潤滑油をそれぞれ供給され、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の動力軸は第２の伝動軸１０４−２にスプラインで固着され、そうすると、第２の伝動軸１０４−２も動力合成の機能を果たして、伝動歯車１０４−４ｂはまた主減速器歯車１０５ａに噛合って車輌の駆動装置１１４を駆動する。第１の可変油圧アクチュエータ１０７の可変装置は油筒１０７ａで制御され、第２の可変油圧アクチュエータ１０８の可変装置は油筒１０８ａで制御され、第１と第２の可変油圧アクチュエータの高圧油口１０７ｂと１０８ｂは高圧油路に接続している。
【図面の簡単な説明】
【０２３３】
【図１】本発明の実施例１による無段変速機の構成を示す原理図である。
【図２】ＮＧＷ遊星歯車系の構成及び速度調整を示す原理図である。
【図３】実施例１による１段伝動型無段変速機の機械的構成を示す図である。
【図４】実施例１における２列遊星歯車系伝動による無段変速機の機械的構成を示す図である。
【図５】本発明による２段歯車変速装置の機械的構成を示す図である。
【図６】実施例１による油圧システムを示す図である。
【図７】実施例１による制御システムを示す図である。
【図８】実施例１によるプログラムのフローチャットである。
【図９】本発明の実施例２による無段変速及び機械・油圧複合駆動を示す原理図である。
【図１０】本発明の実施例２による制御システムを示す図である。
【図１１】本発明の実施例３による無段変速及び機械・油圧・電気複合駆動を示す原理図である。
【図１２】本発明の実施例２又は３による油圧システムを示す図である。
【図１３】本発明の実施例３による制御システムを示す図である。
【図１４】本発明の実施例２又は３によるプログラムのフローチャットである。
【図１５】本発明の実施例２又は３による高圧蓄積器の構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施例２又は３による低圧蓄積器−密閉型オイルタンクの構成を示す正面図である。
【図１７】本発明の実施例２又は３による低圧蓄積器−密閉型オイルタンクの構成を示す上面図である。
【図１８】本発明による２段歯車変速装置の機械的構成を示す組立図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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