(57)【要約】  ハイブリッド車両のパワートレインを使用して高速な自動ギアシフト動作を実行する方法を提供する。本発明に係るパワートレインは、変速機と、エンジンと、１つ以上の制御可能モータと、トルクリップル制振装置と、該エンジンを該車両の車輪にそれぞれ接続又は切断するための機械的接続装置とを備える。ギアシフト動作において、該モータは一連のステップを実行するよう制御され、その一連のステップにおいて、該モータにより異なるトルクを供給して、該モータの速度を一時的に変える。該異なるトルクは、該パワートレインの１つ以上の弾性部品にかかる機械的応力を減少させるよう選択される。このため、ギアシフト動作中の少なくとも１つ以上の期間において、該変速機の現在ギアの協働する機械部品群及び／又は該機械的接続装置にかかるトルクは無くなるか又は少なくとも大きく減少する。この期間は、該現在ギアの協働する該機械部品群及び／又は該機械的接続装置の切断を可能にするのに十分な長さである。
2009515769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両における現在ギアから次のギアへのギアシフト動作、特に少なくとも通常の手動ギアシフト動作に比べて高速なギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
パワートレインと、
１つ以上の車輪及び／又はタイヤと
を有し、
該パワートレインは、
アクチュエータ制御変速機と、
該１つ以上の車輪及び／又はタイヤが該パワートレインの部品を介して接続可能なエンジン、特に内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該パワートレインの１つ以上の部品、特に軸の１つに恒久的に接続されているか、又はギアシフト動作等のために必要な時に接続可能な１つ以上の制御可能モータ、特に電気モータ／発電機と、
該エンジンに接続可能なエンジン側部分と、該パワートレインの部品を介して該１つ以上の車輪及び／又はタイヤに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジンを該１つ以上の車輪及び／又はタイヤにそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置と
を備え、
該方法においては、
特に該変速機におけるギアシフトの前及び／又は後の期間を含むギアシフト動作の間に、該１つ以上の制御可能モータが一連のステップを実行するよう制御され、その一連のステップにおいて、該パワートレインの１つ以上の弾性部品にかかる機械的応力を減少させるよう選択された異なるトルクを供給して、該１つ以上の制御可能モータの速度を一時的に変えることで、該ギアシフト動作の間の該変速機の該現在ギアの協働する機械部品群及び／又は該機械的接続装置を切断するのに十分な長さの１つ以上の期間において、該現在ギアの協働する該機械部品群及び／又は該機械的接続装置にかかるトルクを減少させるか又は無くす、ギアシフト動作実行方法。
【請求項２】
車両における現在ギアから次のギアへのギアシフト動作、特に少なくとも手動ギアシフト動作に比べて高速なギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機（１７２６）と、
エンジン（１７０１）、特に内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該変速機の入力軸に恒久的に接続されているか、又は特にギアシフト動作等のために必要な時に接続可能な制御可能モータ（１７０５）、特に電気モータ／発電機と、
該エンジンに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該制御可能モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置（１７０４）と、
該エンジンを該制御可能モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置（１７０３）と
を備え、
該方法は、
該制御可能モータから該エンジンを切断するステップと、
その後、該制御可能モータを制御して負・正トルクシーケンスを実行し、該制御可能モータの速度を減少させることで、該変速機と該車両の１つ以上の車輪及び／又はタイヤとを接続する１つ又は複数の軸（１７０９）にかかる応力を減少させるステップと、
その後、該制御可能モータを制御してその速度を増加させ、該変速機と該１つ以上の車輪及び／又はタイヤとを接続する１つ又は複数の軸にかかる応力がかなり減少した時に、該ギアシフト動作の開始前に該制御可能モータが持っていた速度を再び得るステップと、
該変速機と該１つ以上の車輪及び／又はタイヤとを接続する該１つ又は複数の軸にかかる応力が減少、特にかなり又は十分減少した後に、該変速機を制御して該現在ギアを切断するステップと
を含む、ギアシフト動作実行方法。
【請求項３】
より低ギア比の次のギアへのギアシフト動作を実行するための方法であって、
前記現在ギアを切断するステップの後、前記制御可能モータを制御して負・正トルクシーケンスを実行し、該次のギアのスプラインスリーブの歯又はスプラインが該次のギアの該はめ歯歯車の噛み合い歯と整列した時に、該制御可能モータの速度が該次のギアの同期速度に十分近くなり、該スプラインスリーブが軸方向に移動して該次のギアのはめ歯歯車と係合できるように、該速度を減少させるステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
より高ギア比の次のギアへのギアシフト動作を実行するための方法であって、
前記現在ギアを切断するステップの後、前記制御可能モータを制御して正・負トルクシーケンスを実行し、該次のギアのスリーブの歯が該次のギアのはめ歯歯車の噛み合い歯と整列した時に、該制御可能モータの速度が該次のギアの同期速度に十分近くなり、該スリーブが軸方向に移動して該次のギアと係合できるように、該速度を増加させるステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
車両におけるギアシフト動作、特に少なくとも手動ギアシフト動作に比べて高速なギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、
エンジン、特に内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該変速機の入力軸に恒久的に接続されているか、又は接続可能な制御可能モータ、特に電気モータ／発電機と、
該エンジンに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該制御可能モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジンをタイヤ側の該制御可能モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続／切断するための機械的接続装置と
を備え、
該方法においては、
ギアシフト動作の開始直後の期間に、該エンジンはギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて低いトルクを発生させるよう制御され、該制御可能モータはギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて高いトルクを発生させるよう制御され、これにより該トルクリップル制振装置の該エンジン側部分の速度が該トルクリップル制振装置の該タイヤ側部分より低くなるようにされ、これにより該トルクリップル制振装置にかかるトルクを減少させ、その結果、該機械的接続装置にかかるトルクが低くなるか又はほぼゼロの時、該機械的接続装置が該エンジンを該変速機入力軸から切断でき、これにより該トルクリップル制振装置におけるノイズと機械的衝撃を低減し、及び／又は該機械的接続装置における摩耗と発熱を低減又は無くし、及び／又は軽量の機械的接続装置の使用を可能にする、ギアシフト動作実行方法。
【請求項６】
車両における現在ギア位置から次のギア位置へのギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、エンジンと、
該変速機の入力軸に恒久的に接続されているか、又は接続可能な高帯域幅の制御可能モータと、
該エンジン又はエンジン側モータに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該制御可能モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジンを該制御可能モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続／切断することができる接続装置と
を備え、
該方法は、
該接続装置を制御して該タイヤ側部分から該エンジン側部分を切断するステップと、
その直後、該変速機を制御して該次のギア位置のギアが係合するまでの内部ギアシフト動作を実行するステップと、
その直後、該接続装置を制御して該エンジンを該制御可能モータと該変速機とに接続するステップと、
最後に、該制御可能モータを制御して、該制御可能モータからのトルクが該エンジンからのトルクとともに、該エンジンの速度と該制御可能モータの速度とを調整し、これによりタイヤ側軸のねじれ応力等の応力が再確立、特に該ギアシフト動作の開始前の値にほぼ等しい値に再確立され、かつ該トルクリップル制振装置の応力が、該次のギアを使用している時に該エンジンから供給されるトルクに対応する値に確立されるように、正・負トルクシーケンスを実行するステップと
を備える、ギアシフト動作実行方法。
【請求項７】
前記変速機がギアをシフトした後、特に下記のステップ：
前記接続装置を制御して前記タイヤ側部分から前記エンジン側部分を切断するステップと、
その直後、該変速機を制御して前記次のギア位置のギアの係合を含む内部ギアシフト動作を実行するステップと、
その直後、該接続装置を制御して前記エンジン及びエンジン側モータを前記制御可能モータ及び該変速機に接続するステップと
を実行した後の適切な時点で、該エンジンの軸がタイヤ側軸と機械的制振装置とにかかる特に機械的ねじれ応力を再確立するためにかなりのトルク増加を与えることができる位置に該エンジンの軸の回転角があるように選択された時点で、前記ギアシフト動作が開始され、
該再確立は、タイヤ側軸のねじれ応力等の応力が再確立、特に該ギアシフト動作の開始前の値にほぼ等しい値に再確立され、及び／又は前記トルクリップル制振装置の応力が、前記次のギアを使用している時に該エンジン及び／又は該エンジン側モータから供給されるトルクに対応する値に確立されることを含む、請求項１〜５の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記エンジンからのトルクが、該エンジンのストローク毎に注入される燃料の量を調整することで制御される、請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
【請求項９】
２つのタイヤ軸を有する車両のための方法であって、
トルクを含む前記制御ステップのいずれにおいても、該２つのタイヤ軸の長さが異なる場合でも、該２つのタイヤ軸に加えられたトルクによって生じた該２つのタイヤ軸のねじれはほぼ同じ値を持つ、又は該２つのタイヤ軸はほぼ同じねじれ剛性を持つと仮定される、請求項１〜８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
トルクによる前記タイヤ軸ねじれの制御は、各軸上のトルク変換器（１７１７、１７１８）によって得られる測定トルクのデータを使用することで単純化される、請求項１〜９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
トルクによる前記タイヤ軸ねじれの制御は、差動装置のエンジン側のトルク変換器（１７１９）によって得られる測定トルクのデータを使用することで単純化される、請求項１〜１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記トルクリップル制振装置にかかるトルクの制御は、該トルクリップル制振装置のエンジン側に接続されたエンコーダ（１７１４）と該トルクリップル制振装置のタイヤ側に接続されたエンコーダ（１７１５）との角度差として測定されたねじれから得られる、計算されたトルクを使用することで単純化される、請求項１〜１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記接続装置（１７０３）によって行われる切断の制御は、該接続装置内にフリーホイール装置を有することで単純化される、請求項１〜１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記制御可能モータ（１７０５）と前記変速機入力軸（１７２２）との硬い接続によって単純化される、請求項１〜１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記変速機入力軸上の位置変換器（１７１５）からの情報と変速機中間軸上の位置変換器（１７１６）からの情報とを使用しながら制御される、請求項１〜１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記変速機入力軸上の位置変換器（１７１５）からの情報と、差動装置上の位置変換器（１７２０）からの情報とを使用しながら制御される、請求項１〜１５の何れか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記接続装置によって行われる接続及び切断の制御は、ダンパー（１７０４）において非常に低い制動トルクの初期角度を有することで単純化される、請求項１〜１６の何れか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記変速機の前記スリーブと前記ギアはめ歯歯車の噛み合い歯との噛み合い位置に対応する前記エンコーダ（１７１５と１７１６又は１７２０）の角度位置は、各ギアの噛み合いと該エンコーダの角度変位の引き続く追跡のための既知のエンコーダ位置を含む初期エンコーダ値に基づいている、請求項１〜１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記初期エンコーダ値は、前記車両が駐車中に前記変速機の各ギアの係合位置を探し、前記エンコーダ（１７１５と１７１６又は１７２０）によって与えられる全てのギアの位置を登録するルーチンにおいて取得される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
必要な前記データが各車両移動の終りにおいて格納され、それにより、主バッテリー交換等の主サービス中断後以外は前記位置探しのルーチンを繰り返すことなくデータが利用可能となる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
車両におけるギアシフト動作、特に少なくとも手動ギアシフト動作に比べて高速なギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、
エンジン、特に内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側制御可能モータ、特に電気モータ／発電機と、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該エンジンの出力軸に接続されたエンジン側制御可能モータ、特に電気モータ／発電機と、
該エンジン又は該エンジン側制御可能モータに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該タイヤ側制御可能モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジン又は該エンジン側制御可能モータを該タイヤ側制御可能モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置と
を備え、
該方法においては、
ギアシフト動作の開始直後の期間に、該エンジン及び／又は該エンジン側制御可能モータはギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて低いトルクを発生させるよう制御され、該タイヤ側制御可能モータはギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて高いトルクを発生させるよう制御され、これにより該トルクリップル制振装置の該エンジン側部分の速度が、該トルクリップル制振装置の該タイヤ側部分より低くなるようにされ、これにより該トルクリップル制振装置にかかるトルクを減少させ、その結果、少なくとも幾つかの場合において、比較的高速なギアシフト、例えば１００ｍｓより短い、好ましくは３０ｍｓより短い持続時間のギアシフト動作を実行し該機械的接続装置及び該変速機に含まれる機械部品にかかる応力を最小にすること、及び／又は該ギアシフトが比較的円滑に行われ、該車両の速度の衝撃状の急激な変化がないことを可能にする、ギアシフト動作実行方法。
【請求項２２】
車両におけるギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、エンジンと、
該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側高帯域幅モータと、
該エンジンの出力軸に接続されたエンジン側高帯域幅モータと、
該エンジン又は該エンジン側モータに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該タイヤ側モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジン又は該エンジン側モータを該タイヤ側モータ又は該変速機入力軸に接続、又は切断することができる機械的接続装置と
を備え、
該方法は、
少なくとも該ギアシフト動作の直前に、該トルクリップル制振装置にかかるトルクを連続的に又は繰り返し検知、推定、又は検出するステップと、
該トルクを評価、特に所定の値と比較し、該接続装置を制御して、該トルクリップル制振装置にかかるトルクが十分低い値、特に該所定の値より低い値に達した時に、該エンジン側部分を該タイヤ側部分から切断するステップと、
を含み、これにより、該接続装置及び該変速機の機械部品にかかる応力及び摩耗が最小になる及び／又は該機械部品にかかる機械的ショックが最小になるギアシフトの実行を可能にする、ギアシフト動作実行方法。
【請求項２３】
車両における現在ギアから次のギアへのギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、エンジンと、
該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側高帯域幅モータと、
該エンジンの出力軸に接続されたエンジン側高帯域幅モータと、
該エンジン又は該エンジン側モータに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該タイヤ側モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジン又は該エンジン側モータを該タイヤ側モータ又は該変速機入力軸に接続、又は切断することができる接続装置と
を備え、
該方法は、
該接続装置を制御して該エンジン側部分を該タイヤ側部分から切断するステップと、
その直後、該タイヤ側モータを制御して負・正トルクシーケンスを実行し、該タイヤ側モータの速度を減少させ、これにより該変速機とタイヤとを接続する軸にかかる応力を減少させるステップと、
その後、該タイヤ側モータを制御して、その速度を増加させ、該変速機と該タイヤとを接続する該軸にかかる応力がかなり減少した時に、該ギアシフト開始前に持っていた速度を再び得るステップと、
該変速機と該タイヤとを接続する１つ又は複数の該軸にかかる応力が減少、特にかなり又は十分減少した後に、該変速機を制御して該現在ギアを切断するステップと
を備える、ギアシフト動作実行方法。
【請求項２４】
より低ギア比の次のギアへのギアシフト動作を実行するための方法であって、
前記現在ギアを切断した後、前記制御可能なタイヤ側モータを制御して負・正トルクシーケンスを実行し、該次のギアのスリーブの歯が該次のギアのはめ歯歯車の噛み合い歯と整列した時に、該タイヤ側モータの速度が該次のギアの同期速度に十分近くなり、該スリーブが軸方向に移動して該次のギアと係合できるように、該速度を減少させることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
より高ギア比の次のギアへのギアシフト動作を実行するための方法であって、
前記現在ギアを切断した後、前記制御可能なタイヤ側モータを制御して正・負トルクシーケンスを実行し、該次のギアのスリーブの歯が該次のギアのはめ歯歯車の噛み合い歯と整列した時に、該タイヤ側モータの速度が該次のギアの同期速度に十分近くなり、該スリーブが軸方向に移動して該次のギアと係合できるように、該速度を増加させることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
車両における現在ギア位置から次のギア位置へのギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、エンジンと、
該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側高帯域幅モータと、
該エンジンの出力軸に接続されたエンジン側高帯域幅モータと、
該エンジン又は該エンジン側モータに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該タイヤ側モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジン又は該エンジン側モータを該タイヤ側モータ又は該変速機入力軸に接続又は切断することができる接続装置と
を備え、
該方法は、
該接続装置を制御して該エンジン側部分を該タイヤ側部分から切断するステップと、
その直後、該変速機を制御して該次のギア位置のギアの係合までの内部ギアシフト動作を実行するステップと、
その直後、該接続装置を制御して該エンジン及び該エンジン側モータを該タイヤ側モータ及び該変速機に接続するステップと
最後に、該タイヤ側モータ及び該エンジン側モータを制御して、該タイヤ側モータ及び該エンジン側モータからの正トルク及び負トルクが、該エンジンからのトルクとともに該エンジンの速度と該タイヤ側モータ及び該エンジン側モータの速度とを調整するように供給され、これによりタイヤ側軸のねじれ応力等の応力が再確立、特に該ギアシフト動作の開始前の値にほぼ等しい値に再確立され、かつ該トルクリップル制振装置の応力が、該次のギアを使用している時に該エンジン及び／又は該エンジン側モータから供給されるトルクに対応する値に確立されるように、正・負トルクシーケンスを実行するステップと
を含む、ギアシフト動作実行方法。
【請求項２７】
車両における現在ギア位置から次のギア位置へのギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、エンジンと、
該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側高帯域幅モータと、
該エンジンの出力軸に接続されたエンジン側高帯域幅モータと、
該エンジン又は該エンジン側モータに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該タイヤ側モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジン又は該エンジン側モータを該タイヤ側モータ又は該変速機入力軸に接続又は切断することができるフリーホイール接続装置と
を備え、
該方法は、
該エンジン及び該エンジン側モータを制御して、該トルクリップル制振装置の応力を解放し該フリーホイール接続装置は前記エンジン又はエンジン側モータを前記タイヤ側モータ又は該変速機入力軸から切断できるように、該エンジン及び該エンジン側モータの速度を該タイヤ側モータの速度より下げるステップと、
該エンジン及び該エンジン側モータを制御して、それらの速度を該次のギアが係合されるまで該タイヤ側モータより低く維持するステップと、
該エンジン及び該エンジン側モータを制御して、該フリーホイール接続装置は前記エンジン又はエンジン側モータを前記タイヤ側モータ又は該変速機入力軸に接続できるように、該エンジン及び該エンジン側モータの速度を該タイヤ側モータの速度より上げるステップと、
最後に、該エンジンと該エンジン側モータ及び該タイヤ側モータとを制御して、該タイヤ側モータ及び該エンジン側モータからの正トルク及び負トルクが、該エンジンからのトルクとともに該エンジンの速度と該タイヤ側モータ及び該エンジン側モータの速度とを調整するように供給され、これによりタイヤ側軸のねじれ応力等の応力が再確立、特に該ギアシフト動作の開始前の値にほぼ等しい値に再確立され、かつ該トルクリップル制振装置の応力が、該次のギアを使用している時に該エンジン及び／又は該エンジン側モータから供給されるトルクに対応する値に確立されるように、正・負トルクシーケンスを実行するステップと
を備えるギアシフト動作実行方法。
【請求項２８】
前記変速機がギアをシフトした後、特に下記のステップ：
前記接続装置を制御して前記タイヤ側部分から前記エンジン側部分を切断するステップと、
その直後、該変速機を制御して前記次のギア位置のギアの係合を含む内部ギアシフト動作を実行するステップと、
その直後、該接続装置を制御して前記エンジン及びエンジン側モータを前記タイヤ側モータ及び該変速機に接続するステップと
を実行した後の適切な時点で、該エンジンの軸がタイヤ側軸と該機械的制振装置とにかかる機械的ねじれ応力を再確立するためにかなりのトルク増加を与えることができる位置に該エンジンの軸の回転角があるように選択された時点で、前記ギアシフト動作が開始され、
該再確立は特に、タイヤ側軸のねじれ応力等の応力が再確立、特に該ギアシフト動作の開始前の値にほぼ等しい値に再確立され、及び／又は前記トルクリップル制振装置の応力が、前記次のギアを使用している時に該エンジン及び／又は該エンジン側モータから供給されるトルクに対応する値に確立されることを含む、請求項２１〜２７の何れか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記エンジンからのトルクは、該エンジンのストローク毎に注入される燃料の量を調整することで制御される、請求項２１〜２８の何れか１項に記載の方法。
【請求項３０】
２つのタイヤ軸を有する車両のための方法であって、
トルクを含む前記制御ステップのいずれにおいても、該２つのタイヤ軸の長さが異なる場合でも、該２つのタイヤ軸に加えられたトルクによって生じた該２つのタイヤ軸のねじれはほぼ同じ値を持つ、又は該２つのタイヤ軸はほぼ同じねじれ剛性を持つと仮定される、請求項２１〜２９の何れか１項に記載の方法。
【請求項３１】
トルクによる前記タイヤ軸ねじれの制御は、各軸上のトルク変換器（１１７、１１８）によって得られる測定トルクのデータを使用することで単純化される、請求項２１〜３０の何れか１項に記載の方法。
【請求項３２】
トルクによる前記タイヤ軸ねじれの制御は、差動装置のエンジン側のトルク変換器（１１９）によって得られる測定トルクのデータを使用することで単純化される、請求項２１〜３０の何れか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記トルクリップル制振装置にかかるトルクの制御は、該トルクリップル制振装置のエンジン側に接続されたエンコーダ（１１４）と該トルクリップル制振装置のタイヤ側に接続されたエンコーダ（１１５）との差として測定されたねじれから得られた計算されたトルクを使用することで単純化される、請求項２１〜３２の何れか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記タイヤ側モータ（１０５）と前記変速機入力軸（１２２）との硬い接続によって単純化される、請求項２１〜３３の何れか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記エンジン側モータ回転子（１２１）とエンジンはずみ車（１２１）との硬い接続によって単純化される、請求項２１〜３４の何れか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記変速機入力軸上の位置変換器（１１５）からの情報と、変速機中間軸上の位置変換器（１１６）からの情報とを使用しながら制御される、請求項２１〜３５の何れか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記変速機入力軸上の位置変換器（１１５）からの情報と差動装置上の位置変換器（１２０）からの情報とを使用しながら制御される、請求項２１〜３５の何れか１項に記載の方法。
【請求項３８】
前記トルクリップル制振装置（１０４）はそのエンジン側部分が、結合されたエンジンはずみ車及びエンジン側モータ回転子（１２１）に接続されている、請求項２１〜３７の何れか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記接続装置（１０３）によって行われる接続及び切断の制御は、軸方向に可動なスリーブによって行われる、請求項２１〜３８の何れか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記接続装置によって行われる接続及び切断の制御は、ダンパー（１０４）において非常に低い制動トルクの初期角度を有することで単純化される、請求項２１〜３９の何れか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記接続装置によって行われる接続及び切断の制御は、クラッチによって行われる、請求項２１〜４０の何れか１項に記載の方法。
【請求項４２】
前記変速機の前記スリーブと前記ギアはめ歯歯車の噛み合い歯との噛み合い位置に対応する前記エンコーダ（１１５と１１６又は１２０）の角度位置は、各ギアの噛み合いと該エンコーダの角度変位の引き続く追跡のための既知のエンコーダ位置を含む初期エンコーダ値に基づいている、請求項２１〜４１の何れか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記初期エンコーダ値は、前記車両が駐車中に前記変速機の各ギアの係合位置を探し、前記エンコーダ（１１５と１１６／１２０）によって与えられる全てのギアの位置を登録するルーチンにおいて取得される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
必要な前記データが各車両移動の終りにおいて格納され、それにより、主バッテリー交換等の主サービス中断後以外は前記位置探しのルーチンを繰り返すことなくデータが利用可能となる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
車両におけるギアシフト動作、特に少なくとも手動ギアシフト動作に比べて高速なギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、
エンジン（１０１）、特に内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側制御可能モータ（１２０７）、特に電気モータ／発電機と、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持つエンジン側制御可能モータ（１２０３）、特に電気モータ／発電機と、
該エンジンに接続可能なエンジン側部分と、該エンジン側制御可能モータに接続可能なモータ側部分とを有するトルクリップル制振装置（１２０２）と、
該エンジン側制御可能モータを該タイヤ側制御可能モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置と
を備え、
該方法は、
ギアシフト動作の開始直後の期間に、該タイヤ側制御可能モータを制御して負・正トルクシーケンスを実行し、該タイヤ側モータの速度を減少させ、これにより該変速機とタイヤとを接続する軸（１０９、１１０／１１１）にかかる応力を減少させるステップと、
その後、該タイヤ側モータを制御して、その速度を増加させ、該変速機と該タイヤとを接続する該軸にかかる応力がかなり減少した時に、該ギアシフト開始前に持っていた速度を再び得るステップと、
該変速機と該タイヤとを接続する１つ又は複数の該軸にかかる応力が減少、特にかなり又は十分減少した後に、該変速機を制御して該現在ギアを切断するステップと
を備えるギアシフト動作実行方法。
【請求項４６】
より低ギア比の次のギアへのギアシフト動作を実行するための方法であって、
前記現在ギアを切断した後、前記タイヤ側制御可能モータを制御して負・正トルクシーケンスを実行し、該次のギアのスリーブの歯が該次のギアのはめ歯歯車の噛み合い歯と整列した時に、該タイヤ側制御可能モータの速度が該次のギアの同期速度に十分近くなり、該スリーブを軸方向に移動して該次のギアと係合できるように、該速度を減少させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４７】
より高ギア比の次のギアへのギアシフト動作を実行するための方法であって、
前記現在ギアを切断した後、前記タイヤ側制御可能モータを制御して正・負トルクシーケンスを実行し、該次のギアのスリーブの歯が該次のギアのはめ歯歯車の噛み合い歯と整列した時に、該タイヤ側制御可能モータの速度が該次のギアの同期速度に十分近くなり、該スリーブを軸方向に移動して該次のギアと係合できるように、該速度を増加させることを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
車両におけるギアシフト動作、特に少なくとも手動ギアシフト動作に比べて高速なギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、
エンジン（１０１）、特に内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側制御可能モータ（１２０７）、特に電気モータ／発電機と、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持つエンジン側制御可能モータ（１２０３）、特に電気モータ／発電機と、
該エンジンに接続可能なエンジン側部分と、該エンジン側制御可能モータに接続可能なモータ側部分とを有するトルクリップル制振装置（１２０２）と、
該エンジン側制御可能モータを該タイヤ側制御可能モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置と
を備え、
該方法は、
ギアシフト動作の開始に近く、該接続装置による該エンジン側モータの該変速機入力軸からの分離に近い期間に、該エンジン側制御可能モータは負、特にギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて更に又はかなり負のトルクを与えるよう制御され、これにより、ギアシフト動作の開始前に存在した負荷が該接続装置によって切断された時に、該トルクリップル制振装置にかかるトルクを後で再確立するのを容易にするよう該トルクリップル制振装置の応力が完全に又は部分的に維持されるのを可能にし、かつ該機械的接続装置が該変速機から該エンジン側モータを切断した時、該機械的接続装置にかかるトルクが減少するのを可能にすることを含む、ギアシフト動作実行方法。
【請求項４９】
車両におけるギアシフト動作、特に少なくとも手動ギアシフト動作に比べて高速なギアシフト動作を実行する方法であって、該車両は、
アクチュエータ制御変速機と、
エンジン（１０１）、特に内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側制御可能モータ（１２０７）、特に電気モータ／発電機と、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持つエンジン側制御可能モータ（１２０３）、特に電気モータ／発電機と、
該エンジンに接続可能なエンジン側部分と、該エンジン側制御可能モータに接続可能なモータ側部分とを有するトルクリップル制振装置（１２０２）と、
該エンジン側制御可能モータを該タイヤ側制御可能モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置と
を備え、
該方法は、
該接続装置を制御して該エンジン側部分を該タイヤ側部分から切断するステップと、
その直後、該変速機を制御して該次のギア位置のギアの係合までの内部ギアシフト動作を実行するステップと、
その直後、該接続装置を制御して該エンジン側制御可能モータを該タイヤ側制御可能モータ及び該変速機に接続するステップと、
最後に、接続された該タイヤ側及びエンジン側制御可能モータを制御して、供給されるトルクが該エンジンからのトルクとともに該エンジンの速度と該制御可能モータの速度とを調整し、これによりタイヤ側軸のねじれ応力等の応力が再確立、特に該ギアシフト動作の開始前の値にほぼ等しい値に再確立され、かつ該トルクリップル制振装置の応力が、該次のギアを使用している時に該エンジンから供給されるトルクに対応する値に確立されるように、正・負トルクシーケンスを実行するステップと
を備える、ギアシフト動作実行方法。
【請求項５０】
前記変速機がギアをシフトした後、特に下記のステップ：
前記接続装置を制御して前記タイヤ側部分から前記エンジン側部分を切断するステップと、
その直後、該変速機を制御して前記次のギア位置のギアの係合を含む内部ギアシフト動作を実行するステップと、
その直後、該接続装置を制御して前記エンジン及びエンジン側モータを前記タイヤ側モータ及び該変速機に接続するステップと
を実行した後の適切な時点で、該エンジンの軸がタイヤ側軸と該機械的制振装置とにかかる機械的ねじれ応力を再確立するためにかなりのトルク増加を与えることができる位置に該エンジンの軸の回転角があるように選択された時点で、前記ギアシフト動作が開始され、
該再確立は、タイヤ側軸のねじれ応力等の応力が再確立、特に該ギアシフト動作の開始前の値にほぼ等しい値に再確立され、及び／又は前記トルクリップル制振装置の応力が、前記次のギアを使用している時に該エンジン及び／又は該エンジン側モータから供給されるトルクに対応する値に確立されることを含む、請求項４５〜４９の何れか１項に記載の方法。
【請求項５１】
前記エンジンからのトルクは、該エンジンのストローク毎に注入される燃料の量を調整することで制御される、請求項４５〜５０の何れか１項に記載の方法。
【請求項５２】
２つのタイヤ軸を有する車両のための方法であって、
トルクを含む前記制御ステップのいずれにおいても、該２つのタイヤ軸の長さが異なる場合でも、該２つのタイヤ軸に加えられたトルクによって生じた該２つのタイヤ軸のねじれはほぼ同じ値を持つ、又は該２つのタイヤ軸はほぼ同じねじれ剛性を持つと仮定される、請求項４５〜５１の何れか１項に記載の方法。
【請求項５３】
トルクによる前記タイヤ軸ねじれの制御は、各軸上のトルク変換器（１１７、１１８）によって得られる測定トルクのデータを使用することで単純化される、請求項４５〜５２の何れか１項に記載の方法。
【請求項５４】
トルクによる前記タイヤ軸ねじれの制御は、差動装置のエンジン側のトルク変換器（１１９）によって得られる測定トルクのデータを使用することで単純化される、請求項４５〜５２の何れか１項に記載の方法。
【請求項５５】
前記トルクリップル制振装置にかかるトルクの制御は、該トルクリップル制振装置のエンジン側に接続されたエンコーダ（１２０８）と、該トルクリップル制振装置のタイヤ側に接続されたエンコーダ（１１５）との差として測定されたねじれから得られた計算されたトルクを使用することで単純化される、請求項４５〜５４の何れか１項に記載の方法。
【請求項５６】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記タイヤ側モータ（１０５）と前記変速機入力軸（１２２）との硬い接続によって単純化される、請求項４５〜５５の何れか１項に記載の方法。
【請求項５７】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記変速機入力軸上の位置変換器（１１５）からの情報と、変速機中間軸上の位置変換器（１１６）からの情報とを使用しながら制御される、請求項４５〜５６の何れか１項に記載の方法。
【請求項５８】
前記スリーブの歯の角度の前記変速機のギアの歯との整列は、前記変速機入力軸上の位置変換器（１１５）からの情報と、差動装置上の位置変換器（１２０）からの情報とを使用しながら制御される、請求項４５〜５６の何れか１項に記載の方法。
【請求項５９】
前記トルクリップル制振装置（１２０２）は、そのタイヤ側部分が前記エンジン側モータ（１２０３）の回転子に接続されている、請求項４５〜５８の何れか１項に記載の方法。
【請求項６０】
前記トルクリップル制振装置（１２０２）は、そのエンジン側部分がエンジンはずみ車（１２０１）に接続されている、請求項４５〜５９の何れか１項に記載の方法。
【請求項６１】
前記接続装置（１２０４）によって行われる接続及び切断の制御は、軸方向に可動なスリーブによって行われる、請求項４５〜６０の何れか１項に記載の方法。
【請求項６２】
前記接続装置によって行われる接続及び切断の制御は、クラッチによって行われる、請求項４５〜６１の何れか１項に記載の方法。
【請求項６３】
前記変速機の前記スリーブと前記ギアはめ歯歯車の噛み合い歯との噛み合い位置に対応する前記エンコーダ（１１５と１１６又は１２０）の角度位置は、各ギアの噛み合いと該エンコーダの角度変位の引き続く追跡のための既知のエンコーダ位置を含む初期エンコーダ値に基づいている、請求項４５〜６２の何れか１項に記載の方法。
【請求項６４】
前記初期エンコーダ値は、前記車両が駐車中に前記変速機の各ギアの係合位置を探し、前記エンコーダ（１１５と１１６／１２０）によって与えられる全てのギアの位置を登録するルーチンにおいて取得される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
必要な前記データが各車両移動の終りにおいて格納され、それにより、主バッテリー交換等の主サービス中断後以外は前記位置探しルーチンを繰り返すことなくデータが利用可能となる、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
車輪を有する車両のパワートレインであって、
アクチュエータ制御変速機（１０６）と、
エンジン（１０１）、特に内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅を持ち、該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側制御可能モータ（１２０７）と、
比較的高い帯域幅を持つエンジン側制御可能モータ（１２０３）と、
該エンジンに接続可能なエンジン側部分と、該エンジン側制御可能モータに接続可能なモータ側部分とを有するトルクリップル制振装置（１２０２）と、
該エンジン側制御可能モータを該タイヤ側制御可能モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置と、
エネルギー貯蔵器（１２９）と
を備える、パワートレイン。
【請求項６７】
前記エンジン側制御可能モータは電気モータ／発電機である、請求項６６に記載のパワートレイン。
【請求項６８】
前記タイヤ側制御可能モータは電気モータ／発電機である、請求項６６に記載のパワートレイン。
【請求項６９】
前記エンジン側制御可能モータは液圧式モータ／ポンプである、請求項６６に記載のパワートレイン。
【請求項７０】
前記タイヤ側制御可能モータは液圧式モータ／ポンプである、請求項６６に記載のパワートレイン。
【請求項７１】
前記制御可能モータは前記エンジンよりかなり短い応答時間を持つ、請求項６６に記載のパワートレイン。
【請求項７２】
車両用の駆動トレインであって、
アクチュエータ制御変速機と、エンジン、特にオットー又はディーゼル型等の内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該変速機の入力軸に接続された制御可能モータ、特に電気モータ／発電機と、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該エンジンの出力軸に接続されたエンジン側制御可能モータ、特に電気モータ／発電機と、
該エンジン又はエンジン側電気モータに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該制御可能モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジン又は該エンジン側電気モータを、該制御可能電気モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置と、
該変速機と、該エンジンと、該制御可能モータと、該トルクリップル制振装置とを制御するために接続され、シフトが必要な時、ギアシフト動作を実行するコントローラであって、該ギアシフト動作では、ギアシフト動作の開始直後の期間に、該エンジン及び／又は該エンジン側制御可能モータは、ギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて低いトルクを与えるよう制御され、該制御可能モータは、ギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて高いトルクを与えるよう制御され、これにより該トルクリップル制振装置の該エンジン側部分の速度が、該トルクリップル制振装置の該タイヤ側部分より低くなるようにされ、これにより該トルクリップル制振装置にかかるトルクを減少させ、その結果、ギアシフト、特に少なくとも手動ギアシフトに比べて高速なギアシフトを、該機械的接続装置及び該変速機に含まれる機械部品にかかる応力を最小にしながら実行でき、該車両内の人が、車輪止めに当たったような該車両の速度の急激な変化なしに、比較的円滑なギアシフトを経験するのを可能にするコントローラと
を備える、駆動トレイン。
【請求項７３】
車両用の駆動トレインであって、
アクチュエータ制御変速機と、エンジン、特にオットー又はディーゼル型等の内燃機関または燃焼エンジンと、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該変速機の入力軸に接続されたタイヤ側制御可能モータ、特に電気モータ／発電機と、
比較的高い帯域幅、特に該エンジンよりかなり短い応答時間を持ち、該エンジンの出力軸に接続されたエンジン側制御可能モータ、特に電気モータ／発電機と、
該エンジン又はエンジン側電気モータに接続可能なエンジン側部分と、該変速機の該入力軸又は該タイヤ側モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置と、
該エンジン又は該エンジン側電気モータを、該タイヤ側電気モータ又は該変速機入力軸にそれぞれ接続、又は切断するための機械的接続装置と、
該変速機と、該エンジンと、該制御可能モータと、該トルクリップル制振装置とを制御するために接続され、シフトが必要な時にギアシフト動作を実行するコントローラであって、該ギアシフト動作では、ギアシフト動作の開始直後の期間に、該エンジン及び／又は該エンジン側制御可能モータは、ギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて低いトルクを与えるよう制御され、該タイヤ側制御可能モータは、ギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて高いトルクを与えるよう制御され、これにより該トルクリップル制振装置の該エンジン側部分の速度が、該トルクリップル制振装置の該タイヤ側部分より低くなるようにされ、これにより該トルクリップル制振装置にかかるトルクを減少させ、その結果、ギアシフト、特に少なくとも手動ギアシフトに比べて高速なギアシフトを、該機械的接続装置及び該変速機に含まれる機械部品にかかる応力を最小にしながら実行でき、該車両内の人が、車輪止めに当たったような該車両の速度の急激な変化なしに、比較的円滑なギアシフトを経験するのを可能にするコントローラと
を備える駆動トレイン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年１１月１５日付で出願したスウェーデン特許出願第０５０２５４３−２号と、２００５年１１月２７日付で出願した第０５０２６５０−５号と、２００５年１２月０５日付で出願した第０５０２７９３−３号と、２００６年０２月０６日付で出願した第０６００２４１−４号と、２００５年１２月１２日付で出願した第０５０２７９９−０号と、２００５年１２月１２日付で出願した第０５０２９０１−２号と、２００５年１２月２３日付で出願した第０５０２８９４−９号と、２００６年０５月１５日付で出願した第０６０１０８２−１号と、２００６年０６月０６日付で出願した第０６０１２５２−０号と、２００６年０７月２３日付で出願した第０６０１６１８−２号と、２００６年１０月０３日付で出願した第０６０２１０７−５号と、２００６年１０月０５日付で出願した第０６０２１０８−３号と、２００６年１０月２２日付で出願した第０６０２２７４−３号に基づく優先権と利益を主張するものであり、これら出願の全ての開示を本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は、ハイブリッド車両、特にハイブリッド車両のパワートレインと、このパワートレインを使用してギアシフトを実行する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
アクチュエータ制御「手動」変速機は、１９９０年代には、そのより高い効率の故に自動トランスミッションに取って代わるだろうと思われていた。実際の使用において、運転者がギアシフトの間に発生する加速トルクの損失を受け入れないことが明らかとなった。運転者がギアシフトを実行する従来の運転と違って、アクチュエータ駆動変速機は自発的にギアを変更すると想定された。この自発的なギア変更により、ギアシフトが予期せずに起こり、不快感が生じた。
【０００４】
ギアシフトが非常に短い期間、例えば約１００ｍｓ未満の間に実行できる場合は、発生する加速の中断は、乗客及び運転者に気付かれることはないであろう。
【０００５】
第１ギア位置を使用して連続的トルクが駆動タイヤに働く状態から、別のギアを使用して同じトルクが駆動タイヤに働く状態への、完全なギアシフトを１００ｍｓ未満の期間で実行することは、難しい課題である。これは、駆動トルクが最初のギア部品から取り除かれ、この最初のギアのスリーブが取り外され、入力軸の速度が次のギアに要求される速度に変更され、該次のギアのスリーブの歯が該次のギアの噛み合い歯と整列され、該スリーブが軸方向に移動され、駆動トルクが再び確立されることを要求する。非特許文献１には、ギアシフト中のクラッチ解放時間が約２秒であることが述べられている。
【０００６】
この動作の複雑さを理解するために、幾つかの機械制御部品内での遅延が説明の助けとなりうる。小信号空気リレーは約１０ｍｓの遅延を持つ。電気制御液圧開閉弁は約１５〜３０ｍｓの遅延を持つ。明らかに、約６０〜９０ｍｓかかることが許された複雑な一連の事象の制御を、各々が１０〜３０ｍｓの範囲の内部遅延を持った１組の部品によって行うことはできない。電気モータのトルクは１ｍｓの数分の１で変わりうる。パワートレイン内に常に接続されたこのようなモータは、ギアシフトに重要なパワートレインの部品に急激に影響を与えうる手段を提供する。
【０００７】
高速ギアシフトを複雑にする１つの問題は、車両タイヤを変速機に接続する駆動軸がねじれに弱いことである。駆動軸の撓みに蓄えられたエネルギーは、ハイブリッド車両の、電気モータ等のかなりの慣性を持つ部品をその入力軸上に有する変速機内に、大きな力を生成する。
【０００８】
別の問題は、エンジンと変速機の入力軸との間に接続されたトルクリップル制振装置によって引き起こされる。ノイズ及び振動を低減するために不可欠ではあるが、ギアチェンジの前に最初のギアから解放されなければならないかなりのエネルギーを加速中に蓄える。また、このエネルギーは次のギアの係合後、エンジントルクがタイヤに伝えられるのを可能にするために回復されなければならない。
【０００９】
「手動」トランスミッションが備えるような従来の変速機は「自動」トランスミッションより低損失である。同一の出願人による特許文献１に開示されたハイブリッド車両トポロジー“Ｓｔｒｉｇｅａｒ”は、第１世代のトヨタプリウスハイブリッド車のものに類似した部品と車台を持った車両に適用した場合、シミュレーションにおいて３７％の燃料削減を示した。このＳｔｒｉｇｅａｒトポロジーはアクチュエータ制御「手動」変速機に基づいている。
【００１０】
車両からのＣＯ２排出量の削減の非常に高い重要性は、超効率ハイブリッドを非常に重要なものにする。自動化された「手動」変速機と関連する加速の中断に対する顧客の反応は、Ｓｔｒｉｇｅａｒトポロジーが広く受け入れられる可能性について疑問を生じさせた。Ｓｔｒｉｇｅａｒトポロジーが広く受け入れられるようにするためには、ギアシフトを気付かれないものにするのが好ましい。
【特許文献１】米国特許第６７４０００２号明細書
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ｐａｐｅｒ  ０７８０３−４９４３−１／９８、“Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｇｅａｒ  ｓｈｉｆｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｌｕｔｃｈｉｎｇ  ｓｔｒａｔｅｇｙ  ｆｏｒ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  ｗｉｔｈ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｍａｎｕａｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”（自動化された手動トランスミッションを備えたパラレルハイブリッド車両用の先進のギアシフト及びクラッチ手法）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ギアシフトが効率的に、例えば円滑に実行されるのを可能にする車両用パワートレインを提供することである。
本発明の別の目的は、ハイブリッド車両用パワートレインにおけるギアチェンジが効率的に実行されるのを可能にする、制御パターン等の手段と方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一般に、現在ギア（前ギアとも呼ばれる）から次のギアへのギアシフト動作が実行できる。自動化された動作は、比較的高速、特に通常の手動ギアシフト動作等に比べて、通常高速である。該動作が実行される車両は一般に、パワートレインと、１つ以上の車輪及び／又はタイヤとを有する。該パワートレインは、アクチュエータにより制御される変速機と、エンジン、好ましくはオットー又はディーゼル型等の内燃機関または燃焼エンジンとを備える。該エンジンはパワートレイン内に、車輪又はタイヤが該パワートレインの他の部品を介して該エンジンに接続可能なように配置されている。該パワートレインは更に、電気モータ／発電機又は液圧式／空気式モータ等の１つ以上の制御可能モータを備える。該制御可能モータは利点として、比較的高い帯域幅、特にストローク毎に注入される燃料の量によって一般に制御されるエンジンよりかなり短い応答時間を有していてもよい。該制御可能モータは、該パワートレインの１つ以上の部品、特に適切な軸に恒久的に接続されているか、又はギアシフト動作等のために必要な時に接続可能である。トルクリップル制振装置が、該エンジンと該変速機との間等の該エンジンと該車輪又はタイヤとの間のどこかに接続される。従って、該制振装置は該エンジンに接続可能なエンジン側部分と、該パワートレインの他の部品を介して該車輪又はタイヤに接続可能なタイヤ側部分とを有する。機械的接続装置が該エンジンを、該パワートレインの適切な部品を介して、該車輪又はタイヤにそれぞれ接続、又は切断するために設けられる。パワートレインの部品間の必要な場所に、適切な軸が配置される。
【００１３】
該変速機におけるギアシフトの直前及び／又は直後の期間を含むと考えてもよいギアシフト動作において、該制御可能モータは一連のステップを実行するよう制御され、その一連のステップにおいて、異なるトルクを供給して該１つ以上の制御可能モータの速度を一時的に変える。これらのトルクは該パワートレインの１つ以上の弾性部品にかかる機械的応力を減少させるよう選択される。ギアシフト動作中の少なくともある期間において、該変速機の現在ギアの協働する機械部品群及び／又は該機械的接続装置にかかるトルクは無くなるか又は少なくともかなり減少するように制御される。この期間は、該現在ギアの協働する該機械部品群及び／又は該機械的接続装置をそれぞれ切断するのに十分長いはずである。
【００１４】
本開示の方法及び装置は、少なくとも幾つかの場合において、１００ｍｓより短い、例えば３０ｍｓよりも短い全持続時間のギアシフト動作の実行を可能にする場合がある。
【００１５】
本発明の他の目的及び利点は、幾つかは下記の説明において明らかにされ、他は下記の説明から自明であるか、又は本発明を実施することで理解されるであろう。本発明の目的及び利点は、添付の請求項に記載された方法、プロセス、手段、及びこれらの組合せによって実現・達成される。
【００１６】
本発明の新規な特徴が、添付の請求項に記述されているが、本発明の構成及び内容と上記及び他の特徴との完全な理解は、添付の図面を参照しながら下記の非限定的実施形態の詳細な説明を読むことによって得られるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、特許文献１に開示されているものに類似したパワートレインの概略図である。このパワートレインは、内燃機関１０１（燃焼エンジンとも呼ばれる）と、はずみ車と一体になったエンジン側電動機ＥＭ１０２と、エンジン・トルクリップルを吸収するためのダンパー１０４と、機械的接続装置１０３と、タイヤ側電動機ＴＭ１０５と、変速機１０６と、差動装置１０７と、一端がタイヤに接続された２つの軸１０９、１１０とを含む。
【００１８】
制御を容易にするために、角度位置変換器（以下、エンコーダと称する）が設けられている。エンコーダ１１４はＥＭ１０２とエンジン１０１との角度位置を追跡する。エンコーダ１１５はＴＭ１０５と変速機１０６の入力軸との角度位置を追跡する。エンコーダ１１６又は１２０は変速機１０６の二次軸の角度位置を追跡する。トルク変換器１１９又は１１７／１１８がタイヤに加えられたトルクを検知するために追加されてもよい。
【００１９】
機械的接続装置１０３は、従来の駆動トレインにおけるように高トルク下でスリップを受容する能力のあるクラッチ、又は低トルク下でだけスリップを受容する能力のあるクラッチ、又は変速機において、はめ歯歯車を対応する軸に接続／切断するために使用される図９ａの部材９１３等の部材に類似の可動スプライン部材又はスプラインスリーブであってもよく、上記部材の一例は図９ａに示す部材９１３である。これら３種類のうちいずれの機械的接続装置１０３も、エンジン１０１から変速機１０６にトルクを伝え、変速機１０６からエンジン１０１にはトルクを伝えないフリーホイール装置と結合することができる。一般の自転車は通常この機能を備え、乗り手から後輪へトルクを伝えるが、下り坂では乗り手が休止するのを可能にする。技術についての説明は、カタログ“Ｈｕｌｓｅｎｆｒｅｉｌａｕｆｅ”（ＩＮＡ−Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ  ＫＧ，ＤＥ−９１０７２  Ｈｅｒｚｏｇｅｎａｕｒａｃｈ，  Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能）に記載されている。機械的接続装置１０３は、クラッチ又は可動スプライン部材を持たずフリーホイール装置だけを備えてもよい。或いは、フリーホイール装置はクラッチ又はスプライン部材と直列または並列に接続されてもよい。
【００２０】
エンジン１０１のブレーキとして使用を可能にするために、スプライン部材と並列に接続されたフリーホイール装置（図９ａに示したような）を含んだ構造が、適切である場合がある。これは次の３つのモードを持ったシステムとなる：
ａ）ダンパー１０４を介したＴＭ１０５とエンジン１０１との接続、
ｂ）接続無、
ｃ）ダンパー１０４とフリーホイール装置とを介したＴＭ１０５とエンジン１０１との接続。
【００２１】
モードを選択するアクチュエータは、ギアシフトの間、休止することができる。これは、図７を参照して後述するようにギアシフト制御を単純化する。
【００２２】
ダンパー１０４は、ダンパー１０４のエンジン側部分とタイヤ側部分との角度が中立状態からずらされた場合に働く従来のばねを含む。ダンパー１０４のばね定数は大抵、反作用トルクが高撓みにおいてより大きくなるように設定される。エンジンが使用されない時、及びギアシフトの間エンジン速度が該入力軸の速度と合っていない時に、エンジンの切断を可能にするためにダンパー１０４がスプラインスリーブと一緒に使用される場合、もしダンパー１０４が中立角度の周りに非常に低いばね定数を持つ角度区間を含んでいれば、スプラインスリーブを解放して係合しなければならないタイミング期間を延ばすことができる。このような場合、ＥＭ１０２とＴＭ１０５との間の角度がダンパー１０４を中立角度から数度ずらしたとしても、ギア分離を実行できる。
【００２３】
使用する接続装置の種類にかかわらず、モードを選択するアクチュエータが必要である。図１において、接続装置１０３はアクチュエータ１２３を備えたクラッチである。クラッチ内の軸方向の力は大きいので、かなり強力なアクチュエータが必要である。
【００２４】
更に３つのアクチュエータ１２４、１２５、１２６が設けられ、それぞれ該変速機の２つの速度の係合／分離を制御する。アクチュエータ１２４はギアＮｏ．１又はＮｏ．２等と係合できる。変速機１０６は複数のギア（ギア位置とも呼ばれる）と、ギア位置毎に特定のはめ歯歯車の対とを備える手動型の変速機である。各対の一方のはめ歯歯車は変速機の入力側に、他方は出力側に配置されている。
【００２５】
ハイブリッドパワートレインのための従来の方法では、２つのインバータ１２７、１２８が２つの電動機１０２、１０５をエネルギー貯蔵器１２９に接続するために設けられる。また、エンジン、該２つの電動機、及びアクチュエータを多数のソース（最も重要なものだけを示す）からの情報に基づいて制御する、制御ユニット１３１も配置される。運転者からの入力は、主にブレーキペダルとアクセルペダルに加えられた力から成る。図１に示していない入力には、電気モータ固定子と過熱を防ぐよう配置されたパワー電子回路との温度を示す信号、及びエンジンを始動するか又は使用不可にするかの決定を可能にするＧＰＳ位置を示す信号（特許文献１の請求項５２を参照）が挙げられる。
【００２６】
前記軸群は、両方の車輪軸に同じ弾力性を与える配置によって、制御ユニット１３１に代表される制御システムを単純化するよう設計されてもよい。該２つの軸が異なる剛性（加えられたトルクで割った角度撓みとして定義される）を有する場合、両方の軸からの同じトルクの解放は、差動装置１０７内の内部動きを必要とする。この追加された動きは、高速ギアシフトに要求される制御モデルを更に複雑にするであろう。短い軸１０９は、長さ約２５０ｍｍ、直径約２３ｍｍの中実な円柱形部を有する従来の軸として設計される。より長い軸１１０／１１１は、軸１０９とほぼ同じ直径を持つ差動装置１０７に近い部分１１０を有する。この長い軸は、差動装置１０７から離れたより空間の広い場所に、より大きい断面を持ち且つかなり高い剛性を有する部分１１１を有する。直径を適切に選択することによって、該２つの軸のそれぞれの全剛性をほぼ同一にし、下記の例示の計算においてそれぞれ８．５ｋＮｍ／ｒａｄに設定する。
【００２７】
低速からの加速において、クラッチ１０３がはずされた状態で適切な速度まで、最初にギアＮｏ．１が使用される。次にＥＭ１０２を始動モータとして使用してエンジン１０１が始動される。エンジンとＥＭ１０２が同期速度に達した時、クラッチ１０３が閉じられ、トルクが該２つの電動機１０２、１０５とエンジン１０１とによって供給される。軸１０９と軸１１０／１１１にかかる高トルクによって、これらの軸が撓む。各軸に１ｋＮｍがかかると仮定すると、これらの軸は約１１８ｍｒａｄ又は６．７度撓む。
【００２８】
図２ａ〜図２ｋの線図は、ギアＮｏ．１からギアＮｏ．２へのギアシフトが実行される時の本システムにおけるパラメータの幾つかを示す。これらの線図において、エンジンの１回転の間のエンジントルクの変動が発生することは示され又は考慮されていない。これらの線図は、エンジンのトルクが各半回転の間一定値に設定されるよう単純化されている。エンジントルクの変動を考慮した場合、これらの線図を説明し理解することは極めて困難となる。これらの線図は、内部燃焼毎にトルクが制御可能な４気筒の内燃機関を含む、駆動トレインを反映している。図２ａ〜図２ｋのグラフは、実際のギアチェンジが開始する時間ｔ＝０の１０ｍｓ前から１４０ｍｓの期間を示す。
【００２９】
図２ａ〜図２ｋは前記軸群のばね動作又は弾性に関係する選択されたパラメータを示す。ダンパーのばね動作を図６ａ〜図６ｋのグラフに示す。図２ａ〜図２ｋは機械的接続装置１０３が簡単なスプライン部材であるシステムを表しているともいえる。スプラインに直列のロック可能なフリーホイール装置を備える３モード装置を代わりに使用する場合、その線図はほぼ同一となる。
【００３０】
図２ａは、ＴＭ１０５の速度と、変速機１０６のギア比を掛けたタイヤ速度に等しい速度との間のずれを示す。時間ｔ＝０の前には、その差はほぼゼロに等しく、軸１０９と軸１１０／１１１のほぼ一定のねじれに対応している。ｔ＝０において、クラッチ１０３が切られる（図２ｄ）。これは図６ａ〜図６ｋに示すように、クラッチ１０３にかかるトルクが無くなっているので可能である。従って、ＴＭ１０５はエンジン１０１とはずみ車電動機ＥＭ１０２とから切断される。ＴＭ１０５は負トルクの短いパルスを印加する（図２ｅ）。これは軸１０９と軸１１０／１１１からのトルク（図６ｋ）とともにＴＭ１０５を強制減速させる。従って、ＴＭ１０５の速度（図６ｈ）は、変速機入力側で見たタイヤの速度に比べて低下する。この速度差は該軸群におけるトルクを急激に無くす（図６ｋ）。ｔ＝３０ｍｓにおいて、ギアＮｏ．１が解放される。ここで、ＴＭ１０５はギアＮｏ．２の無負荷時速度を目標とするはずである。ギアＮｏ．２が係合された後、ＴＭ１０５は再び該軸群における撓みを確立しなければならない。これは、期間ｔ＝６０〜９０ｍｓにおいてＴＭ１０５がタイヤより高速度であることで分る。
【００３１】
図２ｂは車両の加速度を示す。トルクを生じる全ての加速は軸１０９と軸１１０／１１１を通過するので、加速度はこれらの軸の撓みに密接に関係する。ｔ＝１５ｍｓにおいて、加速度はすでに約５０％減少している。図２ａに示されるように、ｔ＝３０において低車両加速度と低速度差とを得るために、ＴＭ１０５はすでにｔ＝０．００５ｍｓにおいて、そのトルクを負最大から増加させるのを開始している。低加速度により、軸１０９と軸１１０／１１１における低ねじれと、従ってギア位置Ｎｏ．１に関係するはめ歯にかかる低トルクとが発生する。これは、ギアＮｏ．１を切ることができることを意味する。これはｔ＝３２ｍｓにおいて実現した。
【００３２】
図２ｂのグラフは、５．０５ｍ／ｓ２から始まりゼロの僅か下まで降下し５．０３ｍ／ｓ２で終わる加速度を示す。この加速度は該軸群のねじれ撓みに対してほぼ直線状である。従って、この図は０．１１７ｒａｄからゼロへ、そして戻る軸ねじれ撓みとして読むこともできる。
【００３３】
図２ｃはギアを示す。最初はギアＮｏ．１が係合され、ねじれた軸から応力が解放されるまで、切断されない。ｔ＝２９ｍｓにおいて、軸ねじれによるトルクは、ギア負荷１３１Ｎｍを含む総量１９８０Ｎｍからゼロに近いギア負荷へ降下し、このギアはｔ＝３０ｍｓにおいて解放される。ｔ＝４６ｍｓにおいて、ＴＭ１０５の速度は、ギアＮｏ．２が既に係合され、軸１０９と軸１１０／１１１の撓みが一定の安定な値に達している場合に変速機１０６の入力が持つはずの、同期速度に調整済みである。ｔ＝５２ｍｓにおいて、ギアＮｏ．２が係合される。詳細は図４ｇ〜図４ｈを参照。最初はほぼ無負荷であり、ｔ＝６４ｍｓになるまで、伝達されたトルクは初期値の１０％に達しない。
【００３４】
図２ｄはクラッチ１０３の係合を示す。クラッチの解放は、定義上、ｔ＝０においてである。クラッチが解放される前にエンジントルクが減少するので、クラッチダンパー１０４にかかる正味のトルクは減少している（図２ｆ）。タイヤ側電動機ＴＭ１０５とエンジン側電動機ＥＭ１０２とは、該ダンパーのトルクを解放するために図６ｆに示すように反作用トルクＴ＿ＴＭ、Ｔ＿ＥＭを印加する。クラッチ１０３は、ギアＮｏ．２の係合の約３ｍｓ後に係合される。クラッチが係合されると、タイヤ側モータ１０５の速度（図６ｈ）とエンジン１０１の速度（図６ｇ）とは両方ほぼ一定となり、ギアＮｏ．２が係合された後（図２ａ）、変速機１０６の入力軸が持つ無負荷時速度に同期化されている。
【００３５】
ｔ＝５７ｍｓにおいて、クラッチ１０３が閉じられる直前に、エンジン１０１は高トルクに設定され、加速される。該２つのモータ１０２、１０５は軸１０９と軸１１０／１１１とダンパー１０４との両方にねじれを確立するために使用される。ｔ＝７４ｍｓにおいて、必要な軸ねじれの約半分が確立されている。ここで、エンジン１０１と電動機１０２、１０５両方とは、車両の現在の進行速度より高い進行速度に対応する速度で動作している。該２つの電動機は、変速機１０６の出力軸の速度に近い速度を得るとともに、軸１０９と軸１１０／１１１の両方とダンパー１０４とに適切なねじれを設定するために使用される。これを更に図６ａ〜図６ｋに示す。図２ｅ及び図２ｇから分かるように、ＴＭ１０５、ＥＭ１０２は、ギアＮｏ．２の係合直後に全トルクを加えるわけではない。これは、軸に必要な応力に達した時に、適切な速度よりも高速でこれらモータが動作することになるからである。
【００３６】
図２ｅはタイヤ側電動機ＴＭ１０２のトルクを示す。この電動機はギアシフトの間に幾つかの機能を実行する。第１にギアシフトの直前に、一連のトルクを生成する。この一連のトルクは、ＥＭ１０５からの同様の、ただし反転した一連のトルクとともにダンパー１０４のねじれを解放する。これにより接続装置１０３の切断が、スプラインスリーブであるか従来のクラッチであるかにかかわらず可能となる。ＴＭ１０２は下降し次に上昇して軸１０９と軸１１０／１１１のねじれを解放する。ギア位置Ｎｏ．１に関係するはめ歯歯車にかかるトルクが十分低い値に達した後、ギアＮｏ．１は切断される。次にＴＭ１０２の速度は、ギアＮｏ．２の係合に必要な速度に到達するために、より長く下降する。ギアＮｏ．２の係合とクラッチ１０３の係合が完了した後、該ＴＭは他方の電動機ＥＭとともに、軸１０９及び軸１１０／１１１の両方とダンパー１０４に適切なねじれを生成するよう動作する。これを更に図６ａ〜図６ｋに示す。
【００３７】
図２ｆにエンジン１０１のトルクを示す。これは、１つのストロークから次のストロークまでの間隔において一定のトルクとなるように単純化されている。約１５００ｒｐｍの４気筒４ストロークエンジンを仮定すると、１パワーストロークの開始から次のパワーストロークの開始まで約２０ｍｓある。軸１０９及び軸１１０／１１１とダンパー１０４とに適切なねじれを設定するための２つの電動機１０２、１０５の位相と速度の調整は、フィードバック制御による幾つかの短い（５〜１０ｍｓ）加速と減速とを含むかなり複雑な動作である。明らかに、これはエンジン１０１を使用して達成することはできない。なぜなら、約２０ｍｓの間隔で発生する半回転毎に一度だけ制御が発生するからである。
【００３８】
エンジン１０１は微調整には使用できないが、エンジンによって供給されるトルクがギアシフト動作中の適切な時点で変更できるような期間に、ギアシフトを開始することが適切である。
【００３９】
図２ｇにエンジン側電動機ＥＭ１０２のトルクを示す。時間ｔ＝０〜ｔ＝５５ｍｓの間、ＥＭ１０２はエンジン速度を強制的に下げ、その回転エネルギーの幾らかを回復する。実際には、この期間において速度データ等の変動に対処するためのトルク変更がある。このようなずれは、ここに示した単純化された例示のシミュレーションにおいては発生しないため、直線となる。次にＥＭ１０２が、軸１０９及び軸１１０／１１１とダンパー１０４とに適切なねじれを確立するのに加わる。
【００４０】
図２ｈは、図２ａと同様に、エンジン１０１の速度と、変速機１０６のギア比を掛けたタイヤ速度に等しい速度との間の差を示す。左部分はエンジン速度をギアＮｏ．１が要求する速度と比較する。右部分はエンジン速度をギアＮｏ．２が要求する速度と比較する。
【００４１】
図２ｋは、バッテリー、即ちエネルギー貯蔵器１２９に送られる電力を示す。負の値はバッテリーの放電を示す。バッテリーの過負荷を避けるためにピーク電力は抵抗器（不図示）で消費されなければならない。
【００４２】
図２ｅと図２ｇとに示す電動機１０２、１０５のトルクは通常３５Ｎｍ／ｍｓに制限された傾斜を持つ。これらのモータが最大正トルクから最大負トルクに１ｍｓで変化できることを考慮して、傾斜は本システムにおける過渡を少なくするように選択される。
【００４３】
上記の動作を実行するために、制御ユニット１３１に代表される制御システムには情報が必要である。図１のエンコーダ１１４はエンジン１０１の速度とエンジン側電動機１０２の速度とを示し、電動機１０２の整流（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ）にも使用できる。エンコーダ１１５は変速機１０６の入力軸の速度を示し、電動機１０５の整流にも使用できる。エンコーダ１１６は変速機１０６の出力軸の速度を示す。エンコーダ１２０はタイヤのより近くに位置し、差動装置１０７のはめ歯と変速機１０６出力軸のはめ歯との間に遊びがあるため、速度リップルに対する感度が低く、好ましい。
【００４４】
１つか２つのトルク変換器１１７、１１８が、軸１０９又は軸１１０／１１１がそれらを通るように装着される。１１９等の他の位置も可能である。ＡＢＢ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ＡＢ，Ｖａｓｔｅｒａｓ,  Ｓｗｅｄｅｎ製のトルダクター型トルク変換器は、２００マイクロ秒のステップ応答が可能で軸鋼の軟磁性を主変換器構成要素として使用しており、差動装置の近くの環境に適していると見られる。
【００４５】
サーボモータを備えた制御システムは、多くの場合、信頼できる結果を提供する。従って、このシステムでは、最終アクチュエータ移動のための適切な条件が数ミリ秒後に満たされることが経験上分かっていれば、その適切な条件に達する前にギアシフトとクラッチアクチュエータを始動してもよい。
【００４６】
図３は、ギアシフトに係る部品の概略図であり、幾つかの用語を定義する。ギア位置Ｎｏ．１とＮｏ．２の、はめ歯歯車のみを示す。入力軸上のはめ歯歯車は入力軸の周りに回転自在であると仮定し、一方、出力軸上のはめ歯歯車は出力軸に対して固定されていると仮定する。機械上、より大きい歯車が回転自在である反対の配置の方が更に好ましい可能性がある。説明のために、図３の構成ではほとんどの回転について入力軸を参照できるため有利である。
【００４７】
エンジン１０１の軸の速度をＶ＿ｅｎｇと名付ける。ＴＭ１０２に硬く接続されているので入力軸の速度をＶ＿ＴＭと名付ける。ギア位置Ｎｏ．１の入力軸はめ歯歯車の速度をＶ＿Ｇ１と名付ける。ギアＮｏ．１が係合している場合、Ｖ＿Ｇ１＝Ｖ＿ＴＭとなる。ギア位置Ｎｏ．２の入力軸はめ歯歯車の速度をＶ＿Ｇ２と名付ける。ギアＮｏ．２が係合している場合、Ｖ＿Ｇ２＝Ｖ＿ＴＭとなる。「手動」変速機では通常でそうであるように、これらのギアは軸方向に可動なスプラインによって係合される。
【００４８】
出力軸は固定の比でタイヤに接続されている。タイヤの速度をＶ＿Ｔと名付ける。弾性及びはめ歯遊びの効果がなければ、Ｖ＿Ｔ・（ギア比２）・（端ギア比）＝Ｖ＿Ｇ２となる。
【００４９】
図４ａ〜図４ｈの線図は図２ａ〜図２ｋに示したシーケンスにおいて、ギアＮｏ．２に係合するアクチュエータとスプライン部材との詳細なタイミングを示す。
図４ａはどのギアがどの時点で係合されるのかを示す。時間ｔ＝３０の前は、ギアＮｏ．１が係合されている。ギアＮｏ．２が係合された後、ギアＮｏ．２は軸１２２とＴＭとにロックされるので、速度差はゼロになる。
【００５０】
図４ｂ〜図４ｄはギア位置Ｎｏ．２のための同期を示す。
図４ｂは入力軸速度Ｖ＿ＴＭと、ギア位置Ｎｏ．２のはめ歯歯車の速度Ｖ＿Ｇ２との差を示す。ギアＮｏ．１が係合されている間、この差は約１３０ｒａｄ／ｓであり、次に図２ａ〜図２ｋに示すＴＭ１０２の動作により減少する。
【００５１】
図４ｃは同じ速度差をｒａｄ／ｓではなく、ギア位置Ｎｏ．２のはめ歯歯車のスプラインに対して軸１２２上の同期化された、可動のスプラインスリーブ上の複数のスプラインが通過する数で示す。該２つの歯車のうち大きい方の上に４２個のスプラインを仮定してシミュレーションを行った。これは図３のモデルでは小さい歯車の上の４２／１．９０５＝２２．０４７個のスプラインに変換される。１．９０５はギアＮｏ．２のギア比である。最初、ギアＮｏ．１が係合されている間の速度差は０．４５ｓｐｌｉｎｅｓ／ｍｓである。
図４ｄは該はめ歯歯車上のスプラインと、図４ｃの軸方向に可動なスリーブのスプラインとの角度差をスプライン単位で表わす。
【００５２】
図４ｅはその同じスプライン差を拡大して示す。表示範囲は±０．５スプライン分である。可動なスプラインリングが該はめ歯歯車スプラインから＋または−０．５スプライン分にあれば、このギアの係合は可能ではない。最大約±０．１スプライン分のスプライン差が、はめ歯歯車の軸を回転させる必要のほとんど無い係合を可能にするので、好ましい。
図４ｄ〜図４ｅの例では、この条件が時間ｔ＝４６ｍｓにおいて既に満たされている。
【００５３】
図４ｆはギア位置Ｎｏ．２に係合するのに使用されるスプラインスリーブの位置を示す。このスリーブは図５に示す装置によって動かされてよい。この装置は、ピニオンに噛合する短いラックが追加される以外は、従来の手動変速機に使用される部品とほぼ同じであってもよい。この場合、ピニオンは実際に使用される部分に減じられる。図５の例では、スプラインスリーブ（不図示）とスプラインスリーブムーバーとの質量は０．４ｋｇと仮定し、ピニオンの実効半径は１８ｍｍ、ピニオンを駆動するモータ又はアクチュエータの慣性モーメントは１．３ｋｇｃｍ２と仮定する。このモータは、スプラインスリーブムーバーラックに１６６Ｎの力を加える３Ｎｍの短時間ピークトルクを可能にすると仮定する。これは約１２ｍｓの間にスプラインスリーブムーバーを９ｍｍ移動させる。図１４に示す直線アクチュエータは同じ移動をずっと短時間で実行できる。
【００５４】
図４ｇに、従来の手動変速機に通常使用され、スプラインスリーブを意図された位置に保つ、ばねからの軸方向力を示す。スリーブが移動を開始すると、これらの部品は該スリーブを中立位置に維持するために約６０Ｎの力を発生させる。これにより、スプラインスリーブの加速度が減少する。約２ｍｍ移動後、この力は消える。移動の終りに別の同様な力が現れる。この力はスプラインを係合位置に保つように意図され、従って該スリーブが加速される。
図４ｈはアクチュエータモータトルクを該ラックに働く力として示す。負力は、速度を減少させ、この結果、スプラインスリーブがストロークの終りに達した時の衝撃を低減させるために、加えられる。
【００５５】
制御システムは、はめ歯歯車上のスプラインとスプラインリング上のスプラインとの相対位置の調整を実行するために、スプラインの相対位置の情報を必要とする。これは多くの方法で実現できる。
【００５６】
１つの方法は、図１のエンコーダ１１５が数回転を記録できるようにすることである。４０８６回転をそれぞれ区別できるそのような装置は工業オートメーションにおいては周知である。変速機のギア比は整数の比として表すことができる。従って、異なるはめ歯歯車間の関係は、所定数回転した後に繰り返す。
下記の表１は一例を示す。
【００５７】
2009515769.tif 000003
【００５８】
表１に示したケースにおける多回転エンコーダは、２３・３９・８・７・５＝２５１１６０回転を記録できなければならない。
これらの比を少し調整することにより、必要な回転数は大幅に低減することができる。下記の表２は一例を示す。
【００５９】
2009515769.tif 000004
【００６０】
この場合、多回転エンコーダは３・８・７・５＝８４０回転を記録できなければならない。繰り返しはめ歯シーケンスに必要な、少ない回転数は、欠陥のある歯が噛み合いはめ歯歯車の同じ歯と非常に頻繁に噛み合うことになるので、はめ歯寿命の点で不利となる。
【００６１】
この問題に対するソフトウェア解決法は、車両が駐車中に各ギアの係合位置を求め、エンコーダ１１５、１１６によって与えられた全てのギアの位置を記録するルーチンを設けることである。これにより初期値を得、エンコーダ１１５、１１６の動きを追跡することによって、全てのギアのスプライン対の位置を任意の時点において計算することができる。
【００６２】
車両が駐車中でも、エンコーダ１１５を、そしておそらくエンコーダ１１６／１２０をも稼働させることにより、主バッテリー交換等の主電気機能停止後以外は、位置を探す該ルーチンを繰り返すことなく、必要なデータを維持することができる。
【００６３】
図６ａ〜図６ｅは、図２ａ〜図２ｋに既に示したデータ、即ちクラッチ１０３及びギアの係合のタイミングとギアシフト制御システムによって制御される３つのトルクとを示すグラフである。ＴＭ１０２とＥＭ１０５とのトルクは１ミリ秒未満の時間単位で制御することができ、一方、エンジン１０１のトルクはエンジン軸の回転毎に２回だけ変更できる。
図６ｆ〜図６ｋは結果としてのトルクと速度とを示す。
【００６４】
図６ｆはダンパー１０４にかかるトルクを示す。時間ｔ＝０ｍｓの前に行われるＴＭ１０２とＥＭ１０５とのトルク調整により、ＴＭ速度が一定のままとなり、エンジン１０１の速度が遅くなる。これにより、ダンパー１０４にかかるトルクがゼロに減少する。この結果、クラッチ又はスプライン部材１０３の柔軟でリップルのない切断が可能となる。クラッチにかかるトルクが非常に僅かで、係合しているクラッチの両側の速度差が非常に小さい時に、本システムのクラッチを係合及び切断することができるので、クラッチは滑りパワー消費に対する要件なしに選択でき、スプラインを同期するのに必要な時間を許容できる場合は、例えば、変速機で使用される可動なスプラインに類似したものであってもよい。
ＴＭ１０５の速度は区間ｔ＝−１０〜０ｍｓの間変化していないので、軸１０９及び軸１１０／１１１内の応力は変化しない。
【００６５】
時間ｔ＝５７におけるクラッチの係合後、ダンパー１０４と軸１０９及び軸１１０／１１１とは必要なトルクを伝えるためにねじられなければならない。本システムは制御されるべき２つのねじれ構成要素、即ち軸及びダンパーと２つの制御されるトルク源、ＴＭとＥＭとを含んでいるので、本システムは制御可能であり、ＥＭ１０２とＴＭ１０５からのトルクにより、軸１０９及び軸１１０／１１１にかかるトルクが急速に再確立される（図６ｋ）。この同じトルクにより、ダンパー１０４は所望のトルク近辺に安定する。
【００６６】
エンジン１０１のトルクは、本実施例において燃料注入毎にのみ、即ち約２０ｍｓ毎に１回制御可能である。ギアシフトを、エンジン軸の位置に対して適切な時に開始することで、図示のように、クラッチ１０３の係合直後に、エンジンの高速なトルク増加を発生させることができる。
【００６７】
スプラインスリーブのギアスプライン歯への噛合は、図４ｄ、図４ｅに示すように、また表３を参照しながら更に説明するように慎重に調整される。図２ａ〜図２ｋ、図４ａ〜図４ｈ、図６ａ〜図６ｋに示すようにクラッチ１０３の係合は、接続装置１０３の単純なスプラインとスリーブの噛合を可能にするためのサーボ動作を含んでいない。従って従来のクラッチが必要となる。しかし、そのようなクラッチはかなりのアクチュエータ力を必要とするか、切断状態においてかなりの損失及び／又は長いオン・オフ遅延がある。従って、フリーホイールによる解決法は魅力的であり、図７ａ〜図７ｋの線図はこれを仮定したものである。
【００６８】
図７ａ〜図７ｋは図６ａ〜図６ｋに既に示したのと同じ実体に対するデータを示す。図７ａ〜図７ｋにおいては、ギア位置Ｎｏ．３からギア位置Ｎｏ．４へのギアシフトを説明する。図７ａ〜図７ｋに示す加速度は中程度であり、一方、図２ａ〜図２ｋ、図４ａ〜図４ｈ、図６ａ〜図６ｋに示した加速度は最大に近い。図２ａ〜図２ｋ、図４ａ〜図４ｈ、図６ａ〜図６ｋで仮定したシステムと違い、図７ａ〜図７ｋで仮定したシステムは、例えば機械的接続装置１０３に含まれたフリーホイール装置を介してＴＭ１０５をエンジン１０１に接続することができる。一例を図９ａに示す。フリーホイール装置は図７ａ〜図７ｋのグラフに示した期間全体において接続され、図７ａの「フリーホイール」と記された期間、エンジンとＥＭ１０２から成るシステムをＴＭ１０５システムから切断する。
【００６９】
図７ｆ〜図７ｋは結果としてのトルクと速度とを示す。
図７ｆはダンパートルクを示す。このトルクは時間ｔ＝１８からｔ＝２３ｍｓまで急速に減少する。ダンパー１０４はエンジンはずみ車（ＥＭ１０２の回転子と同一である）とＴＭ１０５との間に接続されているので、ダンパートルクの急速な減少により、これら２つのユニット間に大幅な速度差が生じる。これを図７ｇ、図７ｈに示す。
【００７０】
フリーホイール装置が設けられていない場合は、ＴＭ１０２とＥＭ１０５の調整は、この大きな速度差を補償しなければならない。本システムでは、ダンパー１０４のトルクがゼロに下がると直ぐに、即ち時間ｔ＝２３ｍｓにおいてエンジン１０１とＥＭ１０２は変速機１０６とＴＭ１０５から切断されるので、この補償は必要でない。
【００７１】
フリーホイール装置によってダンパー１０４にかかるトルクがゼロである期間において、２つの一時的に独立なシステムが存在し、それぞれ高帯域幅の電動機を含む。エンジンはずみ車速度はエンジン１０１のトルクによって変わるが（図７ｄ）、全ての精密制御はＥＭ１０２のトルクによって実行される（図７ｅ）。ＥＭ１０２の１つの働きは、４番目のギアが時間ｔ＝４６ｍｓにおいて係合される前にエンジン速度を適切な値にすることである。ギア位置Ｎｏ．４が係合されると、エンジン速度の小さな増加はエンジンをＴＭ１０２より速く動作させることになり、このためフリーホイール装置はロックし、ダンパー１０４にかかるトルク（図７ｆ）は増加し、従って、エンジン１０１からのトルクとＥＭ１０２からのトルクがタイヤに達することができる。
【００７２】
ＥＭ１０２の働きは、ギア位置Ｎｏ．４のはめ歯歯車を変速機１０６の入力軸に接続するスプラインスリーブの円滑な係合を可能にするために、その速度と位相を制御することである。ＴＭ１０５が変速機入力軸に硬く装着されているので、ＴＭ１０５の速度と位相は、ギア位置Ｎｏ．４のスプラインと同じ速度と位相になるよう制御される。この制御はギアＮｏ．３が切断された直後に開始できる。この制御の１つの方法を表３に示す。ギアＮｏ．３の低負荷解放を可能にするシーケンスにより、ＴＭ１０５は５Ｎｍの正トルクと１４７ｒａｄ／ｓの速度とを持つことになる。ギア位置Ｎｏ．４のはめ歯歯車と同期するために、ＴＭ１０５はその速度をギア位置Ｎｏ．４の同期速度１１５．７５ｒａｄ／ｓに変更しなければならない。これには明らかに負トルクが要求される。従って、制御ユニット１３１は、トルクを−１４０Ｎｍの最大負トルクに近い値の方へ変える。時間ｔ＝２３．２ｍｓにおいて、このトルクは−１１０Ｎｍに変わり、ギア係合のためのサーボ制御が開始される。
【００７３】
サーボアルゴリズムは、ギアＮｏ．４のはめ歯歯車のどのスプライン位置を目標として使用するかを選択することで始まる。速度差をｔ＝２３．２ｍｓにおいて３０．３７ｒａｄ／ｓとし、ＴＭ１０５と変速機１０６の入力軸との慣性モーメントを例えば０．０４１ｋｇｍ２とし、最大ブレーキトルク１４０Ｎｍより小さいが余り離れていない１１０Ｎｍの平均ブレーキトルクを仮定すると、同期速度に達するのに要する全時間は３０．３７／（１１０／０．０４１）＝１１ｍｓとなり、ギアＮｏ．４のはめ歯歯車のスプラインが入力軸に対して０．０１１＾２／２（１１０／０．０４１）＝０．１７ラジアン動くはずである。全１回転には約３０個のスプラインしか存在しないため、適切なスプラインを選択しなければならない。表３の例では、最も適切なスプライン位置は０．１６３９ラジアンにあり、これがサーボ制御アルゴリズムにとっての目標として設定される。
【００７４】
表３はＥｘｃｅｌスプレッドシートの印刷出力、行４〜６５、列Ｂ〜Ｉとして示されている。列Ｂはｍｓ単位の時間を示し、図７ａ〜図７ｋで使用されている時間範囲に対応する。列Ｃは定常状態にある出力軸に同期される入力軸に要求される速度を示し、図３の速度Ｖ＿Ｇ１、Ｖ＿Ｇ２と同様であり、タイヤ速度に対して直線状であり、実際上、ギアチェンジの間一定である。
【００７５】
列ＤはＴＭ軸スプライン位置とギアＮｏ．４のはめ歯歯車同期位置との間の角距離を示す。用語を単純化するために、図３に示すようにギア位置Ｎｏ．４のスプラインは入力軸上に位置していると仮定する。最初、角距離は−０．１６３９ラジアンである。速度差は正なので、角距離は減少する。例えば、Ｄ１２＝Ｄ１１＋Ｆ１２×Ｔｉｍｅ＿ｉｎｃｒ、ここでＴｉｍｅ＿ｉｎｃｒは行と行の時間間隔で０．０００２ｓである。
【００７６】
列ＥはＴＭ１０５の軸の速度を示す。最初は１４６．１２ｒａｄ／ｓであり、列Ｉに示したＴＭトルクに依って変わる。例えば、Ｅ１２＝Ｅ１１＋Ｉ１２×Ｔｉｍｅ＿ｉｎｃｒ／ＴＭ＿ｉｎｅｒｔｉａ、ここでＴＭ＿ｉｎｅｒｔｉａ＝０．０４１ｋｇｍ２である。
列ＦはＴＭ１０５の軸の速度（ｒａｄ／ｓ）と入力軸上の仮想のギアＮｏ．４はめ歯歯車の速度との差を示す。例えば、Ｆ１２＝Ｅ１２−Ｃ１２である。
【００７７】
列Ｇは、列Ｆに示した速度差の目標速度（ｒａｄ／ｓ）である。例えば、Ｇ１２＝√[２・ａｂｓ（Ｄ１１）・Ａｃｃ＿ｔａｒｇ]・ｓｉｇｎ（Ｄ１１）、ここでＡｃｃ＿ｔａｒｇはＴＭ＿ｔｏｒｑ＿ｔａｒｇ（１１０Ｎｍ）／ＴＭ＿ｉｎｅｒｔｉａ（０．０４１ｋｇｍ２）で与えられる目標加速度である。
列Ｈは速度誤差である。例えば、Ｈ１２＝Ｆ１２−Ｃ１２。
列ＩはＴＭモータトルクである。例えば、Ｉ１２＝ｍａｘ（ＴＭ＿ｔｏｒｑ＿ｌｉｍ；（−ＴＭ＿ｔｏｒｑ＿ｂｉａｓ−Ｇａｉｎ・Ｈ１１））、ここでＴＭ＿ｔｏｒｑ＿ｌｉｍはＴＭ１０５の限界トルク−１４０Ｎｍであり、Ｇａｉｎは表３では４０に設定されたサーボパラメータであり、ＴＭ＿ｔｏｒｑ＿ｂｉａｓは最初から列Ｄに示した同期距離がゼロに近くなるまではＴＭ＿ｔｏｒｑ＿ｔａｒｇ（−１１０Ｎｍ）に等しく、次に時間ｔ＝３３．４ｍｓにおける−９０まで下がり、−７０、−５０、−３０、−１５を通って下がり、ｔ＝３４．４ｍｓにおける０Ｎｍで終る。
【００７８】
2009515769.tif 000005
2009515769.tif 000006
【００７９】
表３に示したシーケンスはＴＭ１０５の動きを計算するために使用したデータにノイズを含まない。また、指令されたトルクから得られたトルクへのずれも含まない。より実際的な環境への調整は重大な問題を引き起こすことはないはずである。例えば、シミュレーションにおいて、２＾−１３．３３ピークツーピーク内の二乗分布を有するＴＭ位置エンコーダノイズと、１０％ピークツーピーク二乗分布を有する「指令−トルク」誤差とがあり、下記式：
与えられる指令値＝０．２×計算された指令値＋（１−０．２）×前回の指令値
に従う、指数平滑化されたＴＭトルク指令が実行されるシステムは、時間ｔ＝３２．４ｍｓから０．００２ラジアン未満のスプライン同期誤差という全く許容できる結果をもたらすことが示された。
【００８０】
ＴＭエンコーダ１１５は、ＴＭ１０５と同じ極数の誘導性又は容量性エンコーダであってよい。このようにして、エンコーダが読み取った位置はＴＭ整流のために直接使用することができる。ＴＭ１０５が１０極を持っている場合、３．３３ビットは１回転当り１０期間あることで得られるので、１３．３３ビット分解能のエンコーダはエンコーダ信号の読み取りに１０ビット分解能を必要とする。１４ビット分解能でレゾルバー信号を読むシステムは、工業機械制御システムにおいて１０年以上普及しているため、本シミュレーション例における１０ビット分解能は、現在入手可能な部品を使用して期待することができる分解能よりずっと低い。
【００８１】
表３の列ＣのＶ＿Ｇ４として示した中間軸の速度と位置は、該軸とはめ歯の応力の解放によって乱される場合がある。ギアシフト直前の車両速度情報（持続時間３０ｍｓのギアシフトの間は車両速度はあまり変わらない）とギアシフト開始前のタイヤトルクによって引き起こされるプレテンションの情報とを使用することで、データは置き換え又は修正が可能である。これらの情報は図１のトルク変換器１１７、１１８、又は１１９等から得ることができる。
【００８２】
新しいギアの係合後、このギアＮｏ．４の場合、ＴＭ１０５とＥＭ１０２は、軸１０９及び軸１１０／１１１とダンパー１０４との適切なねじれを確立するための図６ａ〜図６ｋに示したのと同様の協同制御を実行する。図７ｋに示した加速トルク中断は、３０ｍｓ加速度中断によって遮断された定常加速度と同じ加速度正味損失を与える。
【００８３】
図８ａ〜図８ｋに、図７ａ〜図７ｋに既に示したのと同じ実体に対するデータを示す。図８ａ〜図８ｋにおいては、車両（図１８の符号１７０１）のバッテリーシステム１２９の全パワー容量（例えば３３ｋＷ）を使用する減速を行うブレーキ動作の間のギア位置Ｎｏ．４からギア位置Ｎｏ．３へのギアシフトを説明する。例示された本システムは、ダンパー１０４とスプライン部材（図１のクラッチではなく）であると仮定される接続装置１０３とを介して、ＴＭ１０５をエンジン１０１に接続することができる。フリーホイール装置は図８ａ〜図８ｋに示した期間においては稼働していない。
図８ｃ〜図８ｅは制御されたトルクを示し、図８ｆ〜図８ｋは結果としてのトルクと速度を示す。
【００８４】
図８ｄにエンジン１０１のトルクを示す。ギアシフト前後はトルクが小さく、排気ガスブレーキが無いディーゼルエンジンの制限されたブレーキトルクを反映している。エンジン１０１はギアシフトの間、ギアＮｏ．３が要求する、より高い速度へ加速するために、かなりのトルクを供給するよう設定される。
【００８５】
図８ｅにＥＭ１０２からのトルクを示す。これは、エンジン１０１によって与えられるトルクを微調整するために主に使用される。（より実際的なエンジントルクをモデルにおいて使用する場合、ＥＭトルクはより大きく変動する。）
図８ｃにＴＭ１０５のトルクを示す。このトルクはギアシフト前後に、バッテリーの充電容量の限界を考慮した場合に可能な全トルクを占める。
【００８６】
図８ｆにダンパー１０４のトルクを示す。この場合のエンジン１０１は約１０〜１４Ｎｍのみを吸収し、ダンパー１０４はギアシフト前後で１０〜１４Ｎｍのみを伝える。このトルクは、ｔ＝７０〜８０ｍｓの辺りで、エンジンとＴＭ１０５との慣性モーメントの動的な効果によってかなり大きくなる。
図９ａは一例の変速機９００の入力軸と２つの中間軸の１つを切る平面に沿った断面図である。エンジン１０１とこの変速機との間の接続モードが３つある。
【００８７】
変速機９００は、従来の手動又は自動変速機と同じ軸寸法となるよう設計されている。従って、単に変速機を置き換え、電子パワー制御回路（１３１）とスーパーコンデンサー又はバッテリー等のエネルギー貯蔵器（１２９）とを加えることで非常に効率的なハイブリッド車両が得られる。
変速機９００は、２つの中間軸（１つを９０７として示す）上に位置するギア９０１〜９０６によって与えられる６つの前進速度を有する。ギアＮｏ．１、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５、Ｎｏ．６が図中の該中間軸９０７を介して働く。ギアＮｏ．２、Ｎｏ．４は別の中間軸（不図示）を介して伝達される。
【００８８】
エンジンクランク軸端９０８は、エンジンはずみ車及びエンジン側電動機１０２の回転子として働く中空の円筒９０９にしっかりと接続されている。はずみ車／回転子９０９はダンパー９１１（その１つのばねを９１２として示す）を介して変速機入力軸９１０に接続することができる。ダンパー９１１と入力軸９１０との接続は、分離スプラインホイール９１３ａ〜９１３ｃによって選択することができる。
【００８９】
その接続の左位置において、可動スプライン９１３ａはダンパー９１１と直接係合する。次に、ダンパーばね９１２によって移動がかなり制限された状態で、エンジンクランク軸９０８と変速機入力軸９１０とが実質的に互いにロックされる。中央位置において、エンジンクランク軸９０８と変速機入力軸９１０との接続はない。最右位置においては、可動スプライン９１３ａは、スプラインスリーブ９１４とダンパー９１１の間のローラー９１５を使用して、ローラークラッチ（フリーホイール装置）として働くスプラインスリーブ９１４を介してダンパー９１１と間接的に係合する。次に駆動トルクがエンジン１０１及び／又はエンジン側電動機１０２から伝達される時に、ダンパーばね９１２によって移動がかなり制限された状態で、軸９０８と軸９１０とは実質的に互いにロックされるが、エンジンの速度がダンパー９１１より遅くなるとすぐに切断される。
【００９０】
分離スプラインリング９１３は、スプラインリング９１３ａをバー９１３ｂを介して移動させる軸方向力伝達ホイール９１３ｃから成る。これを図９ｂで更に説明する。
ダンパー９１１は入力軸９１０の左端の上に２つの軸受９１６、９１７を介して配置されている。
【００９１】
図９ａのハイブリッド変速機は、図５に部分的に示したものに類似した４つのアクチュエータ（不図示）を仮定している。これらの１つは９１３ｃのトラック内に係合し、上述したように軸９０８と軸９１０との接続モードを選択する。トラック９１８内に係合されたアクチュエータはギアＮｏ．５とＮｏ．６を使用可能にし、トラック９１９内に係合されたアクチュエータはギアＮｏ．１又はＮｏ．３を使用可能にする。残りのアクチュエータは他方の中間軸（不図示）上に位置する可動スプライン上のトラックに働き、ギアＮｏ．２とＮｏ．４を使用可能にする。軸方向に可動なスリーブは、従来の方法で選択されたはめ歯歯車をその軸に接続する。軸方向に可動なスプラインスリーブによってロックされていなければ、はめ歯歯車９０３等はニードル軸受９２１等の周りをそれぞれ自在に回転する。
【００９２】
該２つの中間軸は、差動装置の近くに位置する共通のはめ歯歯車（不図示）に働く。図示した中間軸９０７の場合、これははめ歯歯車９２０によって行われる。
タイヤ側電気モータ回転子９２２は、入力軸９１０に硬く接続されている。
枠は５つの主要な部分から成る。部分９２５はエンジンの上に位置し、エンジン側電動機固定子９２４を収容する。部分９２６、９２７、９２８は変速機と差動装置を収容する。部分９２９はタイヤ側電動機の固定子９２３を収容する。
【００９３】
図９ｂは同じ変速機の、入力軸９１０を切り該２つの中間軸９０７等から離れた平面に沿った断面部分図である。枠部分９２７はこの断面において、入力軸９１０の中心により近く位置している。これにより、空気循環及び組立作業性のための空間ができる。好ましくはエンジン空気フィルター（不図示）からの空気は管９３２を通って強制投入される。この空気の一部９３３は、固定子９２４のコイル群の間を通り、出口空洞９３７を通って出ていく。この出口空洞の設計は、エンジン室（不図示）の利用可能な空間に依る。ここでは符号９３７が示されているだけである。別の一部９３４は回転子９０９と固定子９２４との間の空気ギャップを通り、同じ出口空洞９３７を通って出ていく。別の一部９３５は固定子９２３のコイル群の間を通り、出口空洞９３８を通って出ていく。更に別の一部９３６は回転子９２２と固定子９２３との間の空気ギャップを通り、出口空洞９３８を通って出ていく。
【００９４】
シール９４１、９４２と軸受９１６内のシールは、枠部分９２６、９２７、９２８によって囲われた変速機空洞（潤滑油噴霧又は等価物が存在する）を電動機空洞（循環する空気が存在する）から切り離す。
【００９５】
図９ａ、図９ｂは概略図である。幾つかの部品は複雑さを低減するために省略されている。例えば、軸受プレテンションと、部品９１３ａ、９１３ｃを軸９１３ｂに固定するために使用される部材とは省略されている。
【００９６】
図１０ａ、図１０ｂはサービス作業を簡単にするための追加された幾つかの装着取手を示す断面部分図である。特殊な設備のない車修理店における永久磁石を備えた２つの電気モータを含むコンパクトなユニットの組立及び分解は、永久磁石が固定子を引き付けるので厄介である。これに対処するために、追加のねじ穴１００３を枠部分９２５等に配置し、ねじ１００４が挿入され枠部分９２５とその固定子がエンジン１００６に向って意図するより速く動くのを防ぐことができる。ボルト９３９等のうち幾つかは、ボルト９３９等によって使用される通常の取手１００５と追加の取手１００１とを通る方向バー１００２で置き換えてもよい。これにより、少数のボルト１００２を固定用ボルト９３９によって通常使用される同じねじ穴を使用してエンジンに挿入でき、枠部分９２５とその固定子が回転子の磁石に接触することなく正常位置に向って動くよう強制する、簡単な直線状ガイダンスができる。
【００９７】
修理店における変速機の組立ては次のステップを含む。
１．回転子９０９をクランク軸９０８上に取り付ける。
２．図１０ａ、図１０ｂに示したような部材を使用して、枠部分９２５とその固定子９２４をエンジン上に取り付ける。
３．変速機ホイールと、軸受と、軸と、アクチュエータとを枠部分９２６、９２７、９２８内に取り付ける。
４．回転子９２２を軸９１０上に取り付ける。
５．図１０ａ、図１０ｂに示したような部材を使用して、枠部分９２９とその固定子９２３を変速機に取り付ける。
６．ダンパー９１１と接続リング９３０を軸９１０上に取り付ける。
７．２つの円錐形案内ピンをボルト９３１が通常使用する位置に挿入し、部分９３０の孔が該案内ピンに合うよう調整しながら変速機を枠部分９２６上に取り付ける。
８．ボルト９３１を抜き、２つの案内ピンをボルト９３１で置き換え、冷却空気管９３２を取り付ける。
【００９８】
図１１は図９ａ、図９ｂに示したものと類似の変速機の部品の斜視図である。この図では、全ての枠が取り除かれ、軸受が空中にぶら下がっているように見える。この場合、ＥＭモータとダンパーは既にエンジン上に取り付けられている。ＥＭ固定子は１１０７として示されている。ダンパー部分１１０２はＥＭモータ回転子に固定され、図９ｂの部分９３０に対応する。ダンパー部分１１０１はＥＭモータ回転子に対してねじれ可撓性があり、図９ｂの部分９１１の外側に対応する。
【００９９】
図９ｂで部分９１１の中央部分として示され、入力軸に非接続か又は硬く（又はフリーホイール装置を介して）接続されているかのいずれかが可能な入力段は、図１１において１１０４として示され、部分１１０１のスプライン付きの穴に合うスプライン付きの端１１０３を有している。これにより、変速機の組立がかなり簡単になる。図９ａのはめ歯歯車９２０は１１０５として示されている。差動ホイールは１１０６として示されている。
【０１００】
図１２は、分離し、ねじれ柔軟ダンパー１２０２を介して接続された、エンジンはずみ車１２０１とＥＭモータ回転子１２０６とを有するエンジン側モータの別の配置の概略図である。クラッチ１２０４は、変速機入力軸１２０５とモータ回転子１２０６を結合する。この配置のギアシフトの例は、図１６に示されている。ＥＭはエンジン軸にもう固定されていないので、図１に示された装置群の他に追加のエンコーダ１２０８が必要である。
【０１０１】
図１３は、ＥＭモータと直線アクチュエータとが取り付けられた、図１１の変速機の斜視図である。直線アクチュエータ１３０１は、可動スプラインスリーブの１つに係合するフォーク１３０２を有する。図示したＥＭモータとＴＭモータは、同一の出願人による特許文献１に開示された種類のモータであり、同一の出願人による米国特許第６８８５１６２号及び第７０９８６１９号に開示されているように、機能故障の可能性が極めて低くなるように接続することができる。
【０１０２】
図１４は、図１３で使用されている直線アクチュエータの形状の斜視図である。直線アクチュエータは、モータ本体１４０１と可動スライド１４０２とを備える。基本モータ原理は同一の出願人による米国特許第５７５１０８９号の図１０に開示されたものに類似のものであってよい。
【０１０３】
図１５は図１３の変速機の軸方向図である。図１５から分かるように、変速機の容器の大部分は２つの円筒で構成できる。アーク形直線モータ１３０１等の半径に等しい内側半径１５０１を持つ１つの内部円筒が、図９ｂの枠部分９２７に類似の潤滑部品を収容してもよい。外部円筒は内側半径１５０２を持ち、図９ｂの９２５、９２８、９２９等に類似の枠部分から構成されてよい。図９ｂに示すように、該内部円筒と外部準円筒との距離は、冷却空気分配室として使用でき、空気が磁石間の開口１５０３と、固定子鉄極間の開口１５０４、及び固定子コイル間の開口１５０５とを経て、モータ固定子極と磁石を通り抜けることができる。
【０１０４】
図１６は、図１２のパワートレインのギアＮｏ．３からギアＮｏ．４へのギアシフトの間の速度とトルクを示す線図である。この事象は図２ａ〜図２ｋ、図４ａ〜図４ｈ、図６ａ〜図６ｋを参照して説明したのに類似しているが、２つの違いがある。フォーマルエニング（Ｆｏｒｍａｌ Ｅｎｉｎｇ）トルクをずっと現実的な脈動トルクで置き換えている。このトルクＴ＿ｅｎｇはエンジンの駆動ストローク毎に、例えばディーゼルエンジンの個々に制御されたオイル注入によって制御されると仮定している。もう１つの違いはダンパー１２０２が、エンジンはずみ車１２０１とＥＭモータ１２０３との間に接続されていることである。
【０１０５】
ギアシフトとギアシフトの間に該ＥＭとＴＭの慣性モーメントが合わされて、双質量はずみ車として働く。ＥＭとＴＭが第２の質量で、はずみ車１２０１が第１の質量で、ダンパー１２０２が両者の間のばねである。クラッチ１２０４が前の負荷を切断した時でさえも、ＥＭモータはダンパー１２０２にかかるトルクの一部又は全部を維持することができるので、ダンパー１２０２においては、ずっと柔軟なばね作用が存在する可能性がある。図１６で仮定されたダンパーは図２ａ〜図２ｋ、図４ａ〜図４ｈ、図６ａ〜図６ｋで仮定されたものより約１０倍柔軟である。図１２のパワートレインにおけるエンジントルク・リップルの制動は、図２ａ〜図２ｋ、図４ａ〜図４ｈ、図６ａ〜図６ｋで示したものに比べて、ダンパーばねが１０倍弱く、該ＥＭとＴＭを合わせた慣性モーメントが２倍大きいため、かなり改善されている。
【０１０６】
時間ｔ＝０の前と時間ｔ＝５９の後、ＥＭ１２０３はクラッチ１２０４を介してＴＭ１２０７に硬く接続されている。従って、速度Ｖ＿ＴＭとＶ＿ＥＭはこれらの期間同じである。
【０１０７】
ｔ＝１０において、タイヤからギアＮｏ．３にかかるトルク（Ｔ＿tire）と該ＴＭからギアＮｏ．３にかかるトルク（Ｔ＿ＴＭ）はほぼゼロであり、変速機入力から見たタイヤ速度と変速機入力軸における該ＴＭの速度との差はほぼゼロである。従って、ギアＮｏ．３は切断することができる。
【０１０８】
ｔ＝１０〜ｔ＝３１の期間において、ＴＭトルクは速度Ｖ＿ＴＭを、次のギアＮｏ．４のために必要な速度に近づくように低減させるのに使用される。ｔ＝３１〜ｔ＝４３において、速度Ｖ＿ＴＭは次のギアＮｏ．４と同期し、ギアＮｏ．４は上記表３を参照して説明した方法に類似した方法で係合される。
【０１０９】
時間ｔ＝４３から、Ｔ＿ｔｉｒｅを再確立しＥＭと共通の速度を探すために、ＴＭは加速される。ｔ＝４８〜ｔ＝５９の期間において、速度Ｖ＿ＥＭはほぼ一定である。これにより、ｔ＝５９においてクラッチを閉じることが可能となる。
時間ｔ＝６２から、ＥＭとＴＭは同一のトルクを供給しながら動作する。
【０１１０】
クラッチが開放されている間、ＥＭは通常大きな負トルクを保ち、ダンパー１２０２内の応力の大部分を維持する。これはＴ＿ｄａｍｐがギアシフトの前後の値の半分を超える値に維持されるので分かる。次にこのトルクを、エンジンからの２つの強力な３３０Ｎｍストロークの組合せにより、２段階で増加させる。Ｔ＿ｄａｍｐの再確立は、ＥＭとＴＭとによって供給された結合トルクによって、微調整される。
【０１１１】
図１６の線図で仮定したようなギアシフトを実行する制御手順は、多くのやり方で設計することができる。車両のエネルギー効率の最適化により、電気モータ１０２、１０５とエンジン１０１との間の負荷分配の範囲が限定される。所定のギアとタイヤトルクと速度とに対して、ＥＭ、ＴＭ及びエンジンによって供給されるトルクの組合せは非常に少ない。これは例えば参照表で扱わなければならない初期条件の数を限定する。例えばこの制御では、高位制御ユニットが、ギア位置Ｎｏ．３からギア位置Ｎｏ．４へのギアシフトの（例示のように）実行を決定した時に使用される、次のステップを含むことができる。
１．ＥＭとＴＭとによって供給される軸１０９、１１０／１１１、及びダンパー１２０２にかかる実際のトルク、現在速度等の現在条件を特定する。タイヤトルクはトルクセンサー１１７、１１８等から得られる。ＴＭとＥＭのトルクは、最近のトルク指令から得られる。ダンパーにかかるトルクは上記トルク群のバランスとして評価される。
２．表を参照して目標条件群からなる適切な制御設定を見つける。ＥＭ１０２の場合、時間に対する目標速度の表が適切である。ＴＭ１０５の場合、時間に対する目標速度の表又は時間に対するタイヤトルク目標値の表を参照に使用してよい。
３．ギアシフトがすぐに実行されない時に、通常エンジン速度を安定化するのに使用されるフィードバックを使用不可にする。例えば、図１２のパワートレインはサーボフィードバックを使用し、注入燃料の小さな調整により速度を安定化させることで、エンジンが目標速度より速く動作する時により少ない燃料が注入されるようにする場合がある。このフィードバックは、ギアシフト前の標準化された状態を得るために、ギアシフトが実行される前の２又は３パワーストロークの間、使用不可にすることができる。
４．エンジンが所定の角度位置に来るまで待つ。
５．クラッチ解放指令を発行する。
６．必要であれば、クラッチ解放期間を調べる。これはＥＭとＴＭの速度ずれとして示される。
７．参照表に従ってＴＭ１０５とＥＭ１０２とによって供給されるトルクを設定し、ＴＭ及びＥＭの実際の速度と測定された速度とのずれと、タイヤトルクのずれとに応じてトルクを調整する。
８．ＴＭ速度とタイヤトルクのセンサー信号が、応答の通常範囲に入っているかを調べる。ＯＫであれば、参照表指示に従って関連のあるギアアクチュエータに、ギア解放指令を発行する。高速アクチュエータ１４０１等の場合、指令は予期される最小変速機軸トルクの約２ｍｓ前に与えるべきである。ＯＫでなければ、ＴＭ１０５がエンコーダ１２０等により与えられる速度に現在ギア比をかけたものと速度同期を保つよう設定し、軸応力を消失させるために所定の時間待つ。そして、ギア解放指令を発行する。
９．ギア解放がアクチュエータによって確認された後、ＥＭ１０２とＴＭ１０５とが速度対時間表に従うようにさせ、実際の速度と所定の速度とのずれに対処するように、通常のサーボ制御を使用して電流を調整する。ＴＭの場合の制御例が表３に示されている。次のギアの係合を待つ間、ＴＭとＥＭの両方が車速依存の所定の一定速度を目標とし維持しなければならない。
１０．変速機二次軸速度及び位置に対するＴＭ速度及び位置が、応答の許容範囲に入っているかを調べる。ＯＫであれば、変速機の一次と二次軸が十分なアラインメントに達した時にアクチュエータが動作中であるように選択された時点で、ギア係合アクチュエータ指令を発行する。これは十分なアラインメントが発生する前にアクチュエータが始動されることを意味する。ＯＫでなければ、アラインメントが安定するまでアクチュエータ指令を発行するのを待つ。
１１．ギア係合がアクチュエータによって確認された後、ＥＭ１０２とＴＭ１０５の両方が車速依存の所定の表速度を目標とし維持しなければならない。
１２．クラッチ１２０４は、ＥＭの速度とＴＭの速度が接近した時に、内部遅延後に係合が効果的となる時点で、係合するよう指令される。
１３．エンジン燃料供給がギア係合確認時間に依って調節される。通常係合の場合は、所定の高エンジントルクが出力され、エンジン速度が増加する。係合が上記ステップ８で遅延された場合、所定のより低いエンジントルクが出力されエンジン速度を維持する。
１４．クラッチ１２０４を閉じた後に、ＥＭ１０２とＴＭ１０５が目標に基づくトルクを供給し、タイヤトルクが時間とともにＳ字目標曲線に沿って増加する。最初、これは表に基づくトルク・時間制御を使用して行われる。
１５．タイヤトルクが粗く確立された後、ＥＭ１０２とＴＭ１０５のトルクは、測定されたタイヤトルクと目標タイヤトルクとの差を使用してＥＭとＴＭのトルクを設定するサーボアルゴリズムによって制御することができる。
１６．エンジン速度とＴＭ速度を安定化するための可能なアルゴリズムを再作動させる。
【０１１２】
図１７は、モータ／発電機１７０５を１つだけ有するパラレルハイブリッド車両のパワートレインの概略図である。上述した動作原理は、少なくとも部分的にはこのパワートレインにも当てはまる。このパワートレインは、アクチュエータ制御変速機１７２６と、エンジン１７０１と、比較的高い帯域幅を持つ制御可能モータ１７０５と、エンジンに接続可能なエンジン側部分と該変速機の入力軸又は該制御可能モータに接続可能なタイヤ側部分とを有するトルクリップル制振装置１７０４と、エンジンを該制御可能モータ、又は該変速機の入力軸、又は適切な接続軸にそれぞれ接続又は切断するための機械的接続装置１７０３とを含む。該制御可能モータからエンジンが切断された後、制御可能モータは負・正トルクシーケンスを実行して、その速度を減少させ、これにより該変速機とタイヤとを接続する軸にかかる応力を減少させる。該変速機とタイヤとを接続する軸にかかる応力が大幅に減少した後、制御可能モータはその速度を増加させ、再びギアシフト動作の開始前の速度となる。最後に、該変速機とタイヤとを接続する軸にかかる応力がかなり又は十分減少した後に、該変速機は現在のギアを切断又は切り離す。
【０１１３】
より低いギア比の次のギアへのギアシフトが行われる場合、該制御可能モータは負・正トルクシーケンスを実行して、その速度を次のギアの同期速度に十分近くなるように減少させる。この時、次のギアスリーブの歯を次のギアはめ歯歯車の噛み合い歯と整列させることで、該スリーブを軸方向に移動して該次のギアと係合させることができる。一方、より高いギア比の次のギアへのギアシフトが行われる場合、該制御可能モータは正・負トルクシーケンスを実行して、その速度を次のギアの同期速度に十分近くなるように増加させる。この時、次のギアスリーブの歯を次のギアはめ歯歯車の噛み合い歯と整列させることで、該スリーブを軸方向に移動して該次のギアと係合させることができる。
【０１１４】
ギアシフト動作の開始直後の期間において、他のケースについて上述したように、エンジンは、ギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べて小さいトルクを発生させるよう制御され、該制御可能モータはギアシフト動作の開始直前にそれが供給していたトルクの値に比べ大きいトルクを発生させるよう制御されてもよい。従って、該トルクリップル制振装置の該エンジン側部分の速度は、該トルクリップル制振装置の該タイヤ側部分より低くなる。これにより、該トルクリップル制振装置にかかるトルクは減少し、該機械的接続装置にかかるトルクが低くなるかほぼゼロになった時に、該機械的接続装置は該変速機の入力軸からエンジンを切断することができる。これにより、上述したように、トルクリップル制振装置におけるノイズと機械的衝撃を低減し、及び／又は機械的接続装置における摩耗と発熱を低減又は無くし、及び／又は車両の接続装置に通常求められる重さよりも軽い簡単なスプラインスリーブ等の機械的接続装置の使用を可能にする。
【０１１５】
当業者に明らかなように、例示の変速機は液体冷却の使用等の多くのやり方で変更することができる。
【０１１６】
上記の非常に短いギアチェンジ時間により、ギアチェンジを１００ｍｓ以内に達成しながらの追加の遅延の導入がおそらく可能となる。２つの例を下記に示す。
１．全ての図は、前輪駆動の場合のデータを示すか又は表す。本明細書で説明した変速機は後輪駆動及び四輪駆動にも適用することができる。後輪駆動は、変速機とタイヤの間の駆動軸に更なるねじれ撓みを与えると仮定することができる。
２．図１６の線図で示した事象は、トルクの影響下で開放されるクラッチを仮定している。ＴＭが最初に加速し、ＥＭがブレーキをかける別の制御手順では、ごくわずかなトルクでクラッチを開放することができる、等速度期間を与える。
【０１１７】
様々な実施形態で使用されるトルク機械のタイプは変えることができる。図１及び／又は図１２のＥＭ機及び／又はＴＭ機は、液圧式又は空気式等の非電気機械、又は高速電動機と低価格の低速タイプとの組み合わせにより実現されてもよい。本明細書において使用される用語「電気モータ」又は「電気モータ／発電機」は多くの場合、任意の適切な制御可能モータを意味すると理解してよい。
【０１１８】
図１又は図１２の実施形態以外であっても、２つのモータと、変速機と、一方のモータをエンジンに機械的に接続する手段と、他方のモータを該変速機の入力に接続する手段とが設けられる実施形態においては、本明細書に開示した原理を使用することができる。
【０１１９】
本明細書に記載した方法と装置の利点は、次の項目を１つ以上含む。
・非常に短い加速及び減速中断で、ギアシフトを実行できる。
・例えば変速機軸のかなりのねじれ撓みが存在する場合でも、変速機部品の少ない摩耗でギアシフトを実行できる。
・例えばパワートレインに含まれる軸及び他の変速機部品のねじれ撓みがかなり存在する場合でも、気付かないほど短い加速及び減速中断でギアシフトを実行できる。
・モータ／発電機を１つだけ備えたハイブリッド又は電気車両のギアチェンジにおいて、気付かないほどではないが、より高速にギアシフトを実行できる。
【０１２０】
本発明の特定の実施形態を例示し説明したが、多数の他の実施形態を構想することは可能であり、本発明の思想と範囲から逸脱することなく、多数の追加の利点、変形、及び変更が当業者により容易に想到されるであろう。従って、そのより広い態様において、本発明は本明細書で説明した特定の詳細、代表的な装置、及び例示の実施例に限定されない。従って、添付の請求項及び均等物によって定義された発明概念の範囲から逸脱することなく、様々な変形を行うことが可能である。よって当然ながら、添付の請求項は本発明の思想と範囲内に入る全てのそのような変形及び変更を含むよう意図されている。本発明の思想と範囲から逸脱することなく、多数の他の実施形態を構想することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】差動装置とタイヤとの間に接続された、ねじれに柔軟な軸を備えたハイブリッドパワートレインの概略図である。
【図２】２ａ〜２ｋは図１のパワートレインの場合の高加速における、ギアＮｏ．１からギアＮｏ．２へのギアチェンジを説明するのに有用な、幾つかのパラメータのグラフである。
【図３】ギアチェンジを説明するのに有用な、変速機システム内の様々な速度の名称を定義する、図１に類似した図である。
【図４】４ａ〜４ｈは図２ａ〜２ｋに示したパラメータのギアチェンジにおける第２ギアの係合プロセスを説明するのに有用なパラメータのグラフである。
【図５】変速機スプラインを軸方向に移動させるためにアクチュエータにおいて使用される装置の斜視図である。
【図６】６ａ〜６ｋは図１ａ〜１ｋに類似したグラフであり、ダンパーの撓みとクラッチの係合後の調整に注目したグラフである。
【図７】７ａ〜７ｋは図６ａ〜６ｋに類似したグラフであり、ギアＮｏ．３からギアＮｏ．４へのギアシフトのプロセスを示すグラフである。
【図８】８ａ〜８ｋは図７ａ〜７ｋに類似したグラフであり、制動下におけるギアＮｏ．４からギアＮｏ．３へのギアシフトのプロセスを示すグラフである。
【図９ａ】６つのギアを持ち、全開及び全閉の両方と、エンジンと変速機との間の速度依存接続が可能なハイブリッドパワートレインの断面図である。
【図９ｂ】図９ａのハイブリッドパワートレインの別の平面に沿った断面図である。
【図１０】１０ａは、図９ａ及び図９ｂのハイブリッドパワートレインの分解を可能にする配置の詳細を示す断面図であり、１０ｂは、１０ａの配置の別の平面に沿った断面図である。
【図１１】図９ａ及び図９ｂのハイブリッドパワートレインに含まれる部品群の展開斜視図である。
【図１２】エンジンはずみ車とエンジン側モータ回転子との間に接続されたトルクリップルダンパーを備えたハイブリッドパワートレインの、図１に類似した概略図である。
【図１３】直線モータアクチュエータを有する変速機の斜視図である。
【図１４】図１３の変速機で使用される直線モータアクチュエータの斜視図である。
【図１５】冷却用空気チャネルを示す図１３の変速機の軸方向図である。
【図１６】図１２のパワートレインにおけるギアシフトの間のトルクと速度とを示す線図である。
【図１７】モータ／発電機を１つだけ備えたハイブリッド車両の、図１に類似した概略図である。
【図１８】より多くの詳細を含む図１２に類似した概略図である。
【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９ａ】
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【図９ｂ】
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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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