(57)【要約】車両は車軸と結合され、原動力となるパワーを出力軸に提供するように構成される油圧モータ、および原動力となるパワーを車軸の右および左の部分（１２９、１３１）に分配するための差動装置（１２６）を含む、統合された駆動モジュール（１４０）を含む。油圧モータ（１２４）および差動装置（１０８）は共通のハウジング（１２２）に入れられる。車両は、ハウジングの中に第２の油圧モータ（または複数の油圧モータ）およびそれと結合され原動力となるパワーを第２の車軸の右および左の部分に分配するように構成される第２の差動装置を有する、第２の統合された駆動モジュールを含み得る。第２のモジュールは同じハウジングの中に２段速度または他の多段速度トランスミッションを含み得る。第２のモジュールはパワー要求が閾値よりも下の間にはニュートラルで作動し、パワー要求が閾値を超える間には係合するように構成される。
2007524540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に対して原動力となるパワーを提供するための統合された駆動モジュールであって、
マシンケーシングと、
該ケーシングの中に囲まれ、加圧された流体の形式のエネルギを油圧モータの出力軸に加えられるトルクの形式のエネルギに変換するように構成される油圧モータと、
該ケーシングの中に囲まれ、該出力軸と結合され、該トルクを該車両の右および左の駆動車軸セグメントに分配するように構成される差動装置と、
を備える、駆動モジュール。
【請求項２】
前記ケーシングの中に囲まれ、前記出力軸と前記差動装置との間に結合される、多段速度トランスミッションをさらに備える、請求項１に記載の駆動モジュール。
【請求項３】
前記トランスミッションは２段速度トランスミッションである、請求項２に記載の駆動モジュール。
【請求項４】
前記モータおよびトランスミッションは、共通の流体貯蔵器を共有する、請求項２に記載の駆動モジュール。
【請求項５】
前記ケーシングの中に囲まれた少なくとも１つの追加の油圧モータをさらに備え、前記モジュールの中の１つ以上の該油圧モータは、通常の動作状態の間にはニュートラルモードで作動し、高負荷状態の間には加圧された流体の形式のエネルギを前記差動装置と結合されるその出力軸に加えられるトルクの形式のエネルギに変換するように構成される、請求項１に記載の駆動モジュール。
【請求項６】
前記ケーシングの中に囲まれ前記油圧モータとタンデムに作動するように構成される追加の油圧モータをさらに備え、前記油圧モータおよび該追加の油圧モータは共通のストローク角度を維持し、該追加の油圧モータは前記油圧モータの前記出力軸と結合される出力軸を有する、請求項１に記載の駆動モジュール。
【請求項７】
前記差動装置は前記右および左の駆動車軸からのトルクを前記油圧モータの前記出力軸に伝達するように構成され、前記モータは前記モータの前記出力軸のトルクを使用して流体を加圧するためにポンプモードで機能するように構成される、請求項１に記載の駆動モジュール。
【請求項８】
前記油圧モータは回生制動の可能なポンプ／モータである、請求項７に記載の駆動モジュール。
【請求項９】
前記油圧モータは斜軸形モータである、請求項１に記載の駆動モジュール。
【請求項１０】
前記油圧モータは斜板形モータである、請求項１に記載の駆動モジュール。
【請求項１１】
前記油圧モータは、前記出力軸にトルクを時計回りおよび反時計回りの方向に選択的に加えるように構成される、請求項１に記載の駆動モジュール。
【請求項１２】
車両であって、
該車両に結合される複数の車軸であって、それぞれの車軸はそれに結合される複数の車輪を有する、複数の車軸と、
該複数の車軸の中の第１の車軸と結合される第１の統合された駆動モジュールであって、該モジュールは、第１の油圧モータの出力軸に原動力となるパワーを提供するように構成される第１の油圧モータと、該出力軸と結合され該複数の車軸の中の該第１の車軸の右および左の部分に該原動力となるパワーを分配するように構成される第１の差動装置とを含み、該第１の油圧モータおよび該第１の差動装置は共通のハウジングの中に入れられる、第１の統合された駆動モジュールと、
を備える、車両。
【請求項１３】
前記第１のモジュールはまた、前記第１の油圧モータと前記第１の差動装置との間に結合される多段速度トランスミッションをケーシングの中に含む、請求項１２に記載の車両。
【請求項１４】
前記多段速度トランスミッションは２段速度トランスミッションである、請求項１３に記載の車両。
【請求項１５】
前記複数の車軸の中の第２の車軸と結合される第２の統合された駆動モジュールをさらに備える車両であって、該第２のモジュールは、第２の油圧モータの出力軸に原動力となるパワーを提供するように構成される第２の油圧モータと、該第２のモータの該出力軸と結合され該複数の車軸の中の該第２の車軸の右および左の部分に該原動力となるパワーを差動的に伝達するように構成される第２の差動装置とを含み、該第２の油圧モータおよび該第２の差動装置は共通のハウジングの中に入れられる、請求項１２に記載の車両。
【請求項１６】
前記第２の統合された駆動モジュールは、原動力となるパワーに対する要求が選定された閾値よりも少ない間には、第１のニュートラル動作モードで作動し、原動力となるパワーに対する該要求が該選定された閾値よりも大きい間には、前記複数の車軸の中の前記第２の車軸に原動力となるパワーを提供するために、第２のアクティブ動作モードで作動するように構成される、請求項１５に記載の車両。
【請求項１７】
原動力となるパワーに対する前記要求を監視し、前記要求と前記選定された閾値との比較に基づいて前記第２の統合された駆動モジュールの動作モードの選択を制御するように構成される、電子制御ユニットをさらに備える、請求項１６に記載の車両。
【請求項１８】
前記電子制御ユニットは、原動力となるパワーに対する前記要求にかかわらず、車両の操縦者が前記第２の統合された駆動モジュールを前記第２の動作モードに置くことによって、オーバーライドされるようにさらに構成される、請求項１７に記載の車両。
【請求項１９】
前記第２の統合された駆動モジュールは多段速度トランスミッションを含む、請求項１５に記載の車両。
【請求項２０】
前記多段速度トランスミッションはギアードニュートラルを含む、請求項１９に記載の車両。
【請求項２１】
前記第１の統合された駆動モジュールは、前記複数の車軸の中の前記第１の車軸からのトルクを使用して、流体を高圧力アキュムレータに送り込むことによって車両を制動するようにさらに構成される、請求項１２に記載の車両。
【請求項２２】
前記車両と結合される内燃エンジンと、
該エンジンのクランクシャフトと結合され、該クランクシャフトからのトルクを使用して流体を低圧力アキュムレータから高圧力アキュムレータに送り込むように構成される油圧ポンプと、
をさらに備える、請求項１２に記載の車両。
【請求項２３】
車両の駆動車軸に対して原動力となるパワーを提供するための統合された駆動モジュールであって、
ケーシングと、
該ケーシングの中に囲まれ、第１の出力軸を有する第１のポンプ／モータと、
該ケーシングの中に囲まれる第２のポンプ／モータと、
該ケーシングの中に囲まれる第３のポンプ／モータであって、該第２のポンプ／モーターと第２の出力軸を共有し該第２および第３のポンプ／モータの軸方向の力の実質的な打消しのために該第２のポンプ／モータと対向して作動するように構成される、第３のポンプ／モータと、
該ケーシングの中に囲まれ該第１および第２の出力軸と結合され、該第１および第２の出力軸からのトルクを該車両の該駆動車軸の右および左の車軸セグメントに分配するように構成される差動装置と、
を備える、統合された駆動モジュール。
【請求項２４】
車両を動作する方法であって、
マシンケーシングの中に入れられる第１のポンプ／モータの吐出し量を変更することと、
吐出し量の該変更に応答して、該第１のポンプ／モータの出力軸に加えられるトルクを変更することと、
トルクの該変更に応答して、該出力軸と結合され該マシンケーシングの中に入れられる第１の差動装置のリングギアの回転を変更することと、
該第１の差動装置と結合される第１の車軸の車軸セグメントに回転力を分配することと、
を包含する、方法。
【請求項２５】
前記マシンケーシングの中に入れられ、前記出力軸と前記リングギアとの間に結合されるトランスミッションの、第１のギアから第２のギアへ変更することをさらに包含する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
パワー要求を選定された閾値と比較することをさらに包含し、前記第１のギアから前記変更するステップは、該パワー要求が該選定された閾値を超えるときに実施される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
第２のマシンケーシングの中に入れられる第２のポンプ／モータの吐出し量を変更することと、
吐出し量の該変更に応答して、該第２のポンプ／モータの出力軸に加えられるトルクを変更することと、
トルクの該変更に応答して、該第２のポンプ／モータの該出力軸と結合され該第２のマシンケーシングの中に入れられる、第２の差動装置のリングギアの回転を変更することと、
該第２の差動装置と結合される第２の車軸の車軸セグメントに回転力を分配することと、
をさらに包含する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
パワー要求を選定された閾値と比較することをさらに包含し、前記第２のポンプ／モータの吐出し量を前記変更するステップは、該パワー要求が該選定された閾値を超えるときに実施される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
油圧式ハイブリッド車両を動作するための方法であって、
原動力となるパワーに対する要求の増加を該車両から感知することと、
原動力となるパワーに対する該増加した要求に応答して、増加した量のトルクを油圧モータから該モータの出力軸に加えることと、
該油圧モータの該出力軸からの該トルクを、第１のギアレシオに係合する動作的に結合される多段速度トランスミッションを通じて、差動装置に伝達することと、
該トルクを該車両の右および左の駆動車軸セグメントに該差動装置を通じて配分することであって、該差動装置は該油圧モータおよび多段速度トランスミッションと共に共通のハウジングの中に囲まれ、該ハウジングは該車両に取り付けられる、ことと、
選択された期間の間、該油圧モータをデストロークすることによって、該期間の間該油圧モータによって供給されるトルクの該量を一時的に削減することと、
該期間と関連して該多段速度トランスミッションのギアレシオを、該第１のギアレシオから第２のギアレシオに変更することと、
該油圧モータをリストロークすることによって、該車両からの原動力となるパワーに対する引き続いての要求に応じて、該油圧モータによって供給されるトルクの該量を再び増加することと、
を包含する、方法。
【請求項３０】
前記多段速度トランスミッションは２段速度トランスミッションである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１のギアレシオは２：１よりも大であり、前記第２のギアレシオは約１：１である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１のギアレシオは約３：１であり、前記第２のギアレシオは約１：１である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記ギアレシオを約３：１から約１：１に前記変更することは、前記油圧モータをリストロークすることと結合して生じ、その結果として前記デストロークするステップの直前と実質的に同じ量のトルクが前記差動装置に伝達される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ギアレシオを前記変更することは、１回だけのトランスミッションステップの変更を伴ってスムーズに生じる、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記車両からの原動力となるパワーに対する前記要求の、予め選定された閾値レベルよりも下への減少に基づいて、前記油圧モータを前記差動装置から次いで切り離すことをさらに包含する、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は油圧式ハイブリッド車両技術、特にその駆動システムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料節約を改善するための、および動作中の多数の車両（ｖｅｈｉｃｌｅ）による環境への影響を減らすための方法として、ハイブリッド車両技術に対する、重大な関心が発生している。ハイブリッドの用語は、車両に対して原動力となる（ｍｏｔｉｖｅ）エネルギを提供するために、２つ以上のパワーソースを使用する車両に対する参照として使用される。例えば、ハイブリッド電気車両が今日利用可能であり、それは発電機にパワーを供給するために内燃機関を使用し、発電機は次いでバッテリまたは蓄電池に蓄えられる電気を発電する。この蓄えられたパワーは次いで必要に応じて、車両の駆動トレインと結合される電気モータを駆動するために使用される。
【０００３】
ハイブリッド電気車両よりもさらに優れた燃料節約、およびより少ない環境への影響の可能性の故に、ハイブリッド油圧車両の開発への関心がまた存在する。本発明がハイブリッド油圧技術の革新および改良を対象とする故に、ハイブリッド車両またはハイブリッド技術が参照される場合には、別に注記される場合を除いて、その参照は特に油圧式ハイブリッドを指向することが想定され得る。
【０００４】
ハイブリッド車両は２つの一般的なクラスにグループ分けされ得、すなわち、並列ハイブリッドおよび直列ハイブリッド車両である。並列ハイブリッド車両は、多かれ少なかれ代表的なエンジン、トランスミッション、および駆動トレインを採用し、それと並んで作動する油圧構成要素を有する。例えば、図１は発進支援（ｌａｕｎｃｈ  ａｓｓｉｓｔｅｄ）車両１００として通常参照されるものを示す。選択された構成要素を表すためにワイヤフレーム表現された車両１００は、内燃エンジン１０２、トランスミッション１０４、ドライブシャフト１０６、差動装置（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）１０８、駆動車軸１１０、および駆動輪１１２を、従来の車両において見られるとおり、含む。しかしながら、車両１００はまた、油圧ポンプ／モータ１１４を含み、このケースにおいては、それはドライブシャフト１０６、および高圧力および低圧力の油圧アキュムレータ１１６、１１８と結合される。
【０００５】
油圧ポンプ／モータは、高圧力流体ソースからの流体が出力シャフトに回転力を与えるために使用されるときには、モータとして機能するデバイスである。反対に、外部のソースからシャフトを回転するために回転力が加えられるときには、該デバイスはポンプとして使用され得、低圧力流体ソースから高圧力へと流体を送り込む（ｐｕｍｐ）。
【０００６】
通常の動作の間は、車両１００は従来の車両と同様の方法で動作する。しかしながら、車両の操縦者が制動をかけるときには、ポンプ／モータ１１４はドライブシャフト１０６と結合され、その結果、ドライブシャフト１０６の回転は、低圧力アキュムレータ１１８から流体を引き出しその流体を高圧力で高圧力アキュムレータ１１６に送り込むためのエネルギを提供する。この方法によるポンプ／モータ１１４の係合（ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）はドライブシャフトに対する抵抗を生成し、それは駆動輪１１２に伝達されて車両１００を減速する。このようにして、動いている車両の運動エネルギの１部分は回収され、圧力下の油圧油（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｆｌｕｉｄ）として蓄えられる。車両１００が停止から発進する、または加速するときには、ポンプ／モータ１１４は再びドライブシャフト１０６と結合されるが、この時にはポンプ／モータ１１４はモータモードに切り替えられ、この場合には加圧された流体がポンプ／モータ１１４を駆動し、それは逆にドライブシャフト１０６に回転エネルギ、またはトルクを加える。このようにして、ポンプ／モータはこれらの２つのモードで使用され、その結果として、さもなくば車両のブレーキの中の摩擦を生じるために失われるエネルギが蓄えられ、後に加速状態にある車両１００を支援するために解放される。
【０００７】
別の並列ハイブリッドスキームに従って、車両のエンジンはポンプを駆動してアキュムレータの中に高圧力で流体を送り込むために使用される。これは車両が定常の速度で走行する時間帯の間に、またはさもなくば、その最も効率的な負荷において動作するときにエンジンが提供し得るよりも低く負荷が要求されるときに、なされる。
【０００８】
モータ車両に使用される内燃エンジンは、このような車両は時折平均的なパワー出力をはるかに超えるパワー出力レベルを必要とすることから、その車両の平均的な要求値をはるかに超える最大出力能力を有することが要求されることは、公知である。例えば、停止からの加速の間は、または追い越しのため、などには、車両が定常的な速度で走行する時間帯の間よりもはるかに多いパワーが要求される。
【０００９】
エンジンの余剰な能力を使用して流体ポンプを駆動することによって、エンジンへの負荷は、エンジンが高レベルの燃料効率で動作する点にまで増加され得、一方では余剰のエネルギは加圧された流体として蓄えられる。車両のパワー要求がエンジンの最大効率出力を超えるときの時間帯の間、加圧された流体として蓄えられたエネルギが再び、エンジンを補完するために使用され得る。このスキームは図１に示されたものと同様の構成を使用して実現され得、そこにおいては、１台のポンプ／モータ１１４が全てのポンプとしておよびモータとしての機能を提供するために使用され、または高圧力アキュムレータ１１６に流体を送り込むという目的のためのみにエンジン１０２と結合されるように構成される、２台目の油圧ポンプが提供され得る。
【００１０】
他の並列ハイブリッド構成はまた当該分野において公知であり、ここでは詳細には説明されない。
【００１１】
直列ハイブリッド車両は、車両のエンジンと駆動輪との間に直接の機械的なリンクを有しない。それらは並列ハイブリッド車両に対する参照において記載されたような、トランスミッションまたはドライブシャフトを使用しない。直列ハイブリッド車両においては、油圧ポンプが車両のエンジンのクランクシャフトに直接的に結合される。エンジンのエネルギ出力の全てが、流体を低圧力アキュムレータから高圧力アキュムレータに送り込むために使用される。第２のポンプ／モータが車両の駆動輪と結合され、高圧力アキュムレータからの加圧された流体によって駆動される。このような車両においては、車両それ自身の常に変化する速度とは無関係に、エンジンは最大の効率および燃料節約を提供するように選定された負荷および速度で動作され得る。
【００１２】
並列および直列ハイブリッド車両の構成および動作は以下の参考文献、すなわち特許文献１、米国特許出願第０９／４７９，８４４号、および米国特許出願第１０／３８６，０２９号、に詳細に記載されており、これらのものは全て、その全体が本明細書において参考として援用される。
【００１３】
何年もの間、油圧駆動装置は、商用およびオフロードの装置およびモービルデバイスにおいて使用されてきたものの、油圧駆動装置はオンロードの、私用のおよび複数乗客用の車両に対する「ハイブリッド」パワートレインの部分としての、満足な商用アプリケーションをいまだ見出していない。油圧式ハイブリッドパワートレインの使用を通じてこれらの車両に対して得られ得る途方もない燃料節約の利益にもかかわらず、乗用車両における油圧駆動装置の実用化のこのような欠如は、従来技術の中で広く行き渡っている。当該分野において公知のとおり、乗用車両におけるハイブリッドパワートレインとしての油圧駆動装置の実用化に対する主要な障害は、追加される油圧装置（例えば、ポンプ、モータ、アキュムレータ、ホース）を、従来の駆動トレイン構成要素（例えば、エンジン、トランスミッション、差動装置、その他）に追加して、従来の乗用車両のフレームおよびスタイルの中でのこれらの構成要素のために利用可能な非常に限られた空間の中に、パッケージングするという困難な問題である。さらに、このような車両において従来の駆動トレイン構成要素に対する油圧装置の追加によって生じるコストおよび重量の増加は、該技術の燃料節約の利益を削減し（車両重量の増加による）一方では同時に車両のコストを増加することによって、油圧ハイブリッド駆動トレインの利点を幾分かは打ち消す。
【特許文献１】米国特許第５，８８７，６７４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の原理に従って、商用として受け入れ可能な油圧式ハイブリッド駆動乗用車両の形成に必要な、全ての構成要素の寸法、重量、および／または数を減らすことによって、従来技術の障害が軽減され、それ故に削減された重量およびコストのもとで乗用車両のパッケージングを可能とする。
【００１５】
本発明の実施形態に従って、車両に対して原動力となるパワーを提供するための統合された駆動モジュールが提供され、それはマシンケーシングを有し、その中に油圧モータが囲まれ、加圧された流体の形式のエネルギをモータの出力軸に加えられるトルクの形式に変換するように構成される。ケーシングの中にまた囲まれる差動装置は、モータの出力軸と結合され、トルクを右および左の駆動車軸セグメントに分配するように構成される。駆動モジュールはまた、ケーシングの中に囲まれ出力軸と差動装置との間に結合される多段速度トランスミッションを含み得る。
【００１６】
発明の別の実施形態に従って、油圧モータをポンプ構成に置くことによって、駆動車軸セグメントのトルクを使用して流体を加圧することによって、統合された駆動モジュールは回生制動を提供するように構成される。
【００１７】
発明の別の実施形態に従って、複数の駆動車軸を有し、それぞれの駆動車軸はそれと結合される複数の車輪を有する車両が提供される。該車両はまた複数の車軸の１つと結合される統合された駆動モジュールを含む。該モジュールは、その出力軸に原動力となるパワーを提供するように構成される油圧モータ、および出力軸と結合され原動力となるパワーを車軸の右および左の部分に分配するように構成される差動装置を含む。第１の油圧モータおよび第１の差動装置は共通のハウジングの中に入れられる。
【００１８】
発明の別の実施形態に従って、車両は第２の統合された駆動モジュールを含み、該モジュールはハウジングの中に油圧モータ、および該モータと結合され複数の車軸の中の第２の車軸の右および左の部分に、原動力となるパワーを分配するよに構成される差動装置を有する。該第２のモジュールはまた同じハウジングの中にトランスミッションを含み得る。第２のモジュールは、パワー要求値が選定された閾値よりも下にある間はニュートラルモードで作動するように、およびパワー要求値が選定された閾値を超える間はアクティブモードで作動し、原動力となるパワーを第２の車軸に提供するように、構成され得る。代替案として、第２のモジュールは選定された閾値に対するパワー要求値にかかわらず、アクティブモードで作動するように構成され得る。
【００１９】
発明の追加の実施形態に従って、１：１のギアレシオと高い（例えば、３：１）ギアレシオとの間で、１回だけのトランスミッションステップの変更によりスムーズな移行を達成するための方法が提供される。その方法は、原動力となるパワーに対する要求の増加を車両から感知することと、原動力となるパワーに対する要求の増加に応答して、増加した量のトルクを油圧モータからモータの出力軸に加えることと、第１のギアレシオに係合された動作的に接続された多段速度トランスミッションを通じて、油圧ポンプの出力軸からのトルクを差動装置に伝達することと、差動装置を通じてトルクを車両の右および左の駆動車軸セグメントに分配することと、を含み、該差動装置は油圧モータおよび多段速度トランスミッションと共に共通のハウジングの中に囲まれ、該ハウジングは車両に取り付けられる。
【００２０】
該方法はまた、選定された時間間隔の間油圧モータをデストロークする（ｄｅｓｔｒｏｋｉｎｇ）ことによって、その時間間隔の間油圧モータによって供給されるトルクの量を一時的に減らすこと、その時間間隔に関連して多段速度トランスミッションのギアレシオを第１のギアレシオから第２のギアレシオに変更すること、および原動力となるパワーに対する車両からの引き続く要求に応答して、油圧モータによって供給されるトルクの量を再び増加するために、油圧モータをリストロークする（ｒｅｓｔｒｏｋｉｎｇ）こと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
油圧式ハイブリッド車両は従来の車両には見られないいくつかの構成要素を使用することが、認識される。例えば、このような車両は少なくとも１つの、またしばしば２つ以上の、ポンプ／モータを使用する。追加として、高圧力および低圧力のアキュムレータ、切り替えバルブおよび配管系統（ｐｌｕｍｂｉｎｇ）が使用される。一部のケースにおいては、この追加の装置に対する埋め合わせとして、ドライブシャフトおよびトランスミッションが省略される。それにもかかわらず、任意の重量の削減は燃料節約の改善をもたらすことが、認識される。
【００２２】
図２は、第１の実施形態に従った発明の原理を表す。図２に示されるように、ポンプ／モータ１２４および差動装置１２６は共通のハウジング１２２の中に組み込まれる。ハウジング１２２は差動装置カバー１２３、ポンプ／モータカバー１２５、および支持フレーム１２７を含む。ポンプ／モータの出力軸１２８は駆動歯車１３２を備える。駆動歯車１３２は差動装置１２６の輪歯車１３０と直接的に係合し、差動装置は車両の車軸の右および左のセグメント１２９、１３１と結合される。
【００２３】
ポンプ／モータ１２４および差動装置１２６を共通のハウジングの中に組み込むことによって、いくつかの利点が実現される。第１に、統合されたポンプ／モータ／差動装置モジュール１２０のケーシング１２２は、従来のポンプ／モータおよび差動装置の組み合わされたケーシングよりも重量が少ない。第２に、共通の支持フレーム１２７を組み込むことによって、ポンプ／モータ１２４と差動装置１２６との間の結合は、より従来方式の結合が与えられるケースよりも、より確実および頑丈である。第３に、出力軸１２８の上の駆動歯車１３２は差動装置１２６の輪歯車１３０と直接的に係合するために、差動装置１２６に対する分割入力またはピニオンシャフトが不要である。第４に、ポンプ／モータに動力を供給し潤滑する油圧油は、また差動装置に対して潤滑を提供する。最後に、ポンプ／モータ１２４と差動装置１２６との間の結合は非常に短く直結であるために、ドライブシャフト、ユニバーサルジョイント、または歯車などの中間の結合メカニズムはまた除去され、よって重量および体積をさらに削減し、およびこれらの結合構成要素によってもたらされる抵抗を除去する。
【００２４】
この発明において使用される「乗用車両（ｐａｓｓｅｎｇｅｒ  ｖｅｈｉｃｌｅ）」の用語は、ドライバまたは操縦者、および少なくとも１人の乗客を運ぶように構成された車両を参照すると理解され得る。
【００２５】
乗用車両の動作に対するトランスミッションおよびシフトスキームの設計においては、設計に対する様々な目標および要求に対して注意を払う必要がある。例えば、設計における１つの主要な目標は、車両の高負荷、低速度性能要求（例えば、初期加速におけるような）を許容範囲内で満足することである。結果として、商用として満足される乗用車両は比較的高いギアレシオを、ＳＵＶおよびトラックのような比較的大型の車両に対しては約３：１またはそれ以上を、提供できなければならない。追加として、より低い負荷およびより高い速度の条件において、乗用車両に対する燃料節約を最大化するために、トランスミッションはもちろん約１：１の直結駆動ギアレシオを提供しなければならない。車両に対する性能および燃料節約の目標に対して、これらの２つのそれぞれの前進ギアレシオは一般的に、さし当たっての特定の目標を満たすためには十分である。
【００２６】
しかしながら、第３の必要な設計目標がまた活動を始め、それは従来技術において、２つだけの前進速度よりも多い多段速度トランスミッションに対する、広範な必要性をもたらしてきた。特に、商用として満足される乗用車両に対するトランスミッションおよびシフトスキームの設計における第３の目標は、シフト中にドライバまたは乗客によって感知されるいかなる荒いギクシャクした動きがないように、ギアの間の遷移がスムーズでなければならないことである。この理由のために、従来の乗用車両においては、車両に対して使用される隣り同志のギアの間のギアレシオの増加は、一般的に前段のギアに対するギアレシオの２倍よりも少なく（例えば、１：１に対して２：１またはそれより少ない）、シフトにおける許容し難い荒さを避けるために、しばしばさらに少ない。結果として、乗用車用の従来の多段速度トランスミッションは、良好な操縦性を得るために２つだけよりも多い前進速度を必要とし、より大きなトランスミッションのコスト、寸法、および複雑さを必然的にもたらし、車両の最適な高と低のギアシフトレシオの間で速やかに直接的にシフトすることが出来ないために、車両のポテンシャルな燃料効率を低下させる。
【００２７】
図３は、発明の別の実施形態に従った、統合された駆動モジュール１４０を表す。図２を参照して記載されたように、ポンプ／モータ１２４および差動装置１２６に加えて、駆動モジュール１４０はトランスミッション１４２を含む。
【００２８】
図３の実施形態のトランスミッション１４２は、２つの前進レシオおよびギアードニュートラルを有する遊星歯車ボックス型の２速度オートマティックトランスミッションである。ポンプ／モータ１２４は、一般的な内燃エンジンと異なり、前進および後進の動作が可能であるために、トランスミッション１４２は後進ギヤを含む必要はなく、かくしてトランスミッションの必要な寸法を減少する。他の種類および設計のトランスミッションもまた、発明の原理に従って組み込まれ得る。
【００２９】
例えば、ポンプ／モータ１２４はゼロ吐出し量（ｚｅｒｏ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）構成にデストロークされ得、その場合には駆動トレインに対してポンプ／モータ１２４によってトルクが寄与されないために、発明の原則に従って、ギアードニュートラルは必須ではない。それぞれのポートに対する低い圧力を伴うゼロ吐出し量でのポンプ／モータは、摩擦抵抗の少ない効率的なニュートラルを提供する。
【００３０】
しかしながら、図３の実施形態においてギアードニュートラルを提供することによって、ニュートラルの間に、ポンプ／モータ１２４によって加えられる最小の抵抗さえも除去される。かくして、統合された駆動モジュール１４０は、モジュール１４０が第１の駆動デバイスではないアプリケーションに使用され得、長期間に渡ってオフラインされ得る。このようなアプリケーションにおいて、ギアードニュートラルの追加された費用および重量は、抵抗の除去によってもたらされる燃料節約、およびニュートラルの間のポンプ／モータの磨耗の減少によって相殺される。
【００３１】
追加として、駆動モジュール１４０はポンプ／モータ１２４とトランスミッションとの間にクラッチを必要とせず、第１のギアから第２のギアへのダイナミックなシフトを可能とする。ギアシフトイベントの間に、ポンプ／モータ１２４はゼロ吐出し量にデストロークされ、シフトイベントの間一時的にポンプ／モータ１２４によって供給されるトルクの量を減らす。シフトに引き続いて、ポンプ／モータ１２４は、第２のギアにおける所要のトルクに対して必要とされる吐出し量にリストロークされる。ポンプ／モータ１２４の回転慣性は、同じ寸法／トルクの駆動システムに対する従来のクラッチアセンブリのそれに対して同じ規模であるので、当該分野において周知の、トランスミッションギアの上の簡単なシンクロナイザが、スムーズで迅速なギアチェンジを可能とするために使用され得る。
【００３２】
ポンプ／モータ１２４、差動装置１２６、およびトランスミッション１４２は単一のハウジング１５４の中に統合され、ハウジングは、差動装置およびポンプ／モータのカバー１５５、１５７、トランスミッションカバー１５９およびメイン支持フレーム１６１を含む、いくつかの構成要素部品を備える。ポンプ／モータの作動のために必要な同じ油圧油がまた、トランスミッションの作動のために、および差動装置の潤滑のために使用され得る。
【００３３】
図２の実施形態と同じく、図３に示された実施形態は、個別の構成要素が車両のフレームに独立に取り付けられ、外部のメカニズムを通じて相互に結合される従来のアセンブリと比較して、寸法、重量、および抵抗を減らす利点を提供する。
【００３４】
発明の実施形態に従って、車両１６０が図４に示されるように提供される。車両１６０は、クランク軸１６３を通じてポンプ／モータ１６４と結合される内燃エンジン１６２を含む。エンジン１６２はポンプ／モータ１６４を駆動し、流体を低圧力アキュムレータ１７６から高圧力アキュムレータ１７４へと送り込むように構成される。図２の駆動モジュール１２０と同様の、ポンプ／モータおよび差動装置を内蔵する第１の統合された駆動モジュール１８２は、それぞれが次いで第１の駆動輪１７０と結合される第１および第２の車軸１６７、１６９を備える、第１の駆動車軸１６６と結合される。図３の駆動モジュール１４０と同様の、ポンプ／モータ、差動装置、およびトランスミッションを内蔵する第２の統合された駆動モジュール１８４は、それぞれが次いで第２の駆動輪１７２と結合される第３および第４の車軸１７１、１７３を備える、第２の駆動車軸１６８と結合される。
【００３５】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８０は、車両の速度、エンジンの速度、高圧力および低圧力アキュムレータ１７４、１７６のそれぞれの中の流体のレベルなどの様々な作動およびパラメータ、およびポンプ／モータ１６４および第１のおよび第２の統合された駆動モジュール１８２、１８４の作動パラメータを、監視するように構成される。ＥＣＵ１８０はさらに流体のバルブを制御するように構成され、該バルブは次いでポンプ／モータ１６４および第１のおよび第２の統合された駆動モジュール１８２、１８４のポンプ／モータの作動を制御する。電子制御ユニット１８０はまた、アクセルの位置、ブレーキの位置、およびセレクションレバーの位置などの車両の動作パラメータを監視し、例えば、車両の前進および後進を選択するために、車両の操縦者によってセレクションレバーが使用されていることを監視するように構成され得る。追加として、ＥＣＵ１８０はまた、エンジン１６２のスロットル位置を制御するように構成され得る。
【００３６】
構成要素の間の流体の接続は、一般的には流体移送ライン１７７として示され、一方ではＥＣＵ１８０と様々な構成要素との間の接続は、制御ライン１７５として示される。追加として、バルブ回路は示されていない。実際には、多数の流体ライン、データおよび制御ケーブル、センサ、バルブブロックおよびシステムの正常な作動のための他のデバイスが存在し得ることが認識される。このようなデバイスは当該分野において周知であり、それ故に詳細には記載されない。
【００３７】
ＥＣＵ１８０によって実行されるものとして記載された機能は、図示のように集中化される必要はなく、車両１６０のいくつかの構成要素または複数のＥＣＵの間に、共有または分散され得る。追加として、ＥＣＵによって実行されるものとして記載された監視および制御機能の一部は、全ての実施形態において、性質上電子的ではない。例えば、機械的、空気圧式、油圧式、および化学的な制御およびフィードバックシステムが採用され得る。全てのこのような変更は本発明の範囲の中にあると考えられる。
【００３８】
図４に示された実施形態に従った動作において、第１の統合されたモジュール１８２は、通常の動作状態の間に車両１６０を動作するために適切なパワーを提供するために寸法を有し構成される。例えば、水平または下降勾配を一定の速度で動作するときには、第２の駆動モジュール１８４はニュートラル構成であり、車両１６０に追加の原動力となるパワーを提供しない。車両１６０の操縦者が加速を要求し、または第１のモジュール１８２が発生出来るよりも大きなパワーの出力を必要とするときには、ＥＣＵ１８０は第２の統合された駆動モジュール１８４に、係合し必要な追加のパワーを提供するように指示する。車両の速度、およびパワー要求に基づいて、ＥＣＵ１８０は第２の統合された駆動モジュール１８４のトランスミッションの、第１段または第２段のギアのいずれかを選択し得る。
【００３９】
例えば、完全停止から発進するときには、両方の駆動モジュール１８２、１８４は必要な加速を提供するために係合され得、第２の駆動モジュール１８４は第１段のギアである。車両１６０が加速され、第２の駆動モジュール１８４が第２段のギアにおいてより効率的に作動する閾値を通過すると、ＥＣＵ１８０は第２の駆動モジュール１８４のトランスミッションに、連続したスムーズな加速のために、第２段のギアにシフトするように指示する。車両１６０がクルージング速度に到達し、パワー要求が第１のモジュール１８２の能力の範囲内に、または選定された閾値を通過して低下するときには、第２のモジュール１８４のトランスミッションはニュートラル構成に戻される。以前に説明したとおり、ギアードニュートラルは、第２の駆動モジュール１８４のポンプ／モータが完全にオフライン化されることを可能とし、その結果として完全にデストロークされたモータの最小の抵抗さえも除去される。
【００４０】
ＥＣＵ１８０はまた、第１のおよび第２の駆動モジュール１８２、１８４のポンプ／モータのストローク角度を、パワーに対する現在の要求に対して適切なストローク角度を選択することにより制御し、それぞれのポンプ／モータの出力能力を制御する。
【００４１】
制動動作の間には、ＥＣＵ１８０は第１の統合された駆動モジュール１８２に対して流体の流れを反転するように指示し、背景技術のセクションの中でポンプ／モータを参照して記載されたように、回生制動として作動させ、低圧力アキュムレータ１７６から流体を引き出し、高圧力アキュムレータ１７４の中にその流体を高圧力で移送する。回生制動の間には、第２の統合された駆動モジュールはニュートラル構成に置かれ得る。
【００４２】
ポンプ／モータはその最大トルクとの比較において、内燃エンジンよりもはるかに大きなローエンドトルク（ｌｏｗ  ｅｎｄ  ｔｏｒｑｕｅ）を有し得るために、それはさらに大きく離れたギアレシオの間でのスム−ズなシフトが可能である。例えば、図４を参照して記載されたようなシステムを採用する車両は、１：１のギアレシオと高いギアレシオ（例えば、３：１）との間で、たった１回のトランスミッションステップの変更でシフトし得、それ故に、商用として受け入れ可能な方法でこのような遷移をスムーズに達成するための、乗用車両における中間のギアレシオに対する従来技術での必要性が除去される。この方法で、同じ負荷および性能上の能力を有する従来の車両と比較して、トランスミッションのコストおよび複雑さが削減され得る。
【００４３】
スムーズなギアチェンジを達成するために、ＥＣＵ１８０は第２のモジュール１８４のポンプ／モータをゼロ吐出し量にデストロークし、トランスミッションを第１段から第２段のギアにシフトし、次いでポンプ／モータを、デストロークする直前に存在した加速のレベルと実質的に適合するように選択された角度にリストロークする。この点から、車両の操縦者によって選定されたアクセル位置に基づいて加速を増すめに、ストローク角度はスムーズに増加され得る。
【００４４】
発明の原理が２段速度トランスミッションを参照して記載され例示されているが、本発明の範囲は２段速度トランスミッションに限定されず、３段以上の速度を有するトランスミッションをまた含む。例えば、従来の車両においてさもなくば５段速度を必要とするアプリケーションにおいて、本発明の原理は３段の前進速度を使用するトランスミッションに有益にも実用化され得る。
【００４５】
内燃エンジンは広い範囲の速度および負荷に適合可能であるが、一般的にそれが最高の効率で動作する速度および負荷のレベルの範囲を有することが、公知である。言い換えれば、単位の消費燃料あたりの最大のパワーが生成される速度および負荷のレベルが存在する。車両１６０は、ＥＣＵ１８０によって制御されるエンジン１６２が、車両１６０の操縦者によって要求されるパワーにかかわらず、効率的な速度及び負荷の範囲内でポンプ／モータ１６４を駆動するように、動作するように構成され得る。エンジン１６２の寸法および容量は、エンジンの最大効率動作の範囲内で、車両１６０の平均的なパワー要求に適合するまたは超えるように、選択される。
【００４６】
従って、大部分の状態のもとでは、エンジン１６２はその最も効率的な速度の範囲内で動作し、ポンプ／モータ１６４を駆動して流体を低圧力アキュムレータ１７６から高圧力アキュムレータ１７４に送り込み、それは次いで必要に応じて車両１６０を駆動するために使用される。車両１６０が長期間に渡ってその平均的な値よりも少ないパワー消費で動作されるときのような、高圧力アキュムレータ１７４がフルにチャージされる状態となる事象においては、ＥＣＵ１８０はエンジン１６２をシャットダウンするように構成され得る。代替案として、車両１６０がその平均的なパワー要求を超える事象においては、高圧力アキュムレータ１７４の中の流体のレベルが選定された閾値よりも下に低下するときには、ＥＣＵ１８０はエンジン１６２のスロットルを、そのパワー能力の中で、その最も効率的な運転速度の範囲の外の速度にまで進めるように、構成され得る。
【００４７】
エンジン１６２は、短時間の加速を提供するために必要とされるパワー出力レベル、または正常な駆動状態に対して要求されるパワーが可能であることは、要求されない故に、エンジン１６２は、従来のパワートレインを与えられた同じ寸法およびパワー出力の車両に対して必要とされる容量よりも、有意に低い容量であり得る。エンジン１６２はその最も効率的な運転速度の範囲内で、車両１６０の平均的な要求に適合出来ることのみを必要とし、一方では必要なときには、これらの平均的な要求の若干上で動作可能である。かくして、エンジン１６２の寸法は従来の車両と比較して削減され得、それ故に車両の全体の重量を削減し、さらに燃料節約を改善する。
【００４８】
ＥＣＵ１８０は、第１のおよび第２の駆動モジュール１８２、１８４のポンプ／モータのストローク角度、第２の駆動モジュール１８４のトランスミッションの駆動ギアの選択、およびエンジン１６２のパワー出力を、選択されたパラメータに基づいて制御するように構成される。例えば、燃料節約の最適化および排出の削減の目的のために、選択は動作の最大効率に基づき得る。代替案として、高性能車両での使用に対しては、選択は取り得る最良のパワー出力に基づき得る。別のケースにおいては、選択はシステムの構成要素の、または構成要素の特定の１つの磨耗を最小化するという要求に基づき得る。システムの様々なパラメータを制御すること、および特定の事象に対して閾値を選定することにおいて、ＥＣＵ１８０によってなされる決定は、様々なツールを使用してなされ得る。例えば、センサ入力に基づくリアルタイムの計算、ルックアップテーブル、予め設定された限界値、およびこれらの組み合わせが使用され得る。
【００４９】
発明の実施形態に従って、手動のオーバーライドが提供され、その結果として、車両の操縦者は第２の駆動モジュールを、四輪駆動動作のためにフルタイムに係合し得る。従来の四輪駆動車両とは異なり、図４の車両１６０はフロントとリヤの車軸との間に差動装置を必要とせず、従来の車両と比較して、車両の質量および複雑さをさらに削減する。かくして、乗用車両および軽任務のトラックでの使用に追加して、図４を参照して記載されたシステムは、軽スポーツユーティリティおよびオフロード車両における使用に対して理想的である。
【００５０】
図５は、発明の別の実施形態に従った、統合された駆動モジュール１９０を表す。統合された駆動モジュール１９０は、第１および第２の対向するポンプ／モータ１９２、１９４、２段速度トランスミッション１９６、および差動装置１９８（差動装置の詳細は示されていない）を含む。統合された駆動モジュール１９０は、以前の実施形態を参照して記載されたものと同様の方法で、その様々な構成要素を囲むように構成される、ケーシング２００を含む。
【００５１】
対向するポンプ／モータ１９２、１９４はタンデムに作動するように構成され、すなわち、それぞれのポンプ／モータ１９２、１９４のストローク角度が相手のそれと実質的に等しくなるように、それらは互いに結合される。かくして、それぞれのポンプ／モータの中に生成される軸方向の力は、対向するポンプ／モータによって生成される力によって大部分が打ち消される。図５に示された種類の対向するポンプ／モータの構造および作動の詳細な記載は、米国特許出願第１０／６２０，７２６号の中に見られ、該出願はその全体が、本明細書において参考として援用される。
【００５２】
図５に示された実施形態に示されたこれらのような対向するポンプ／モータの１つの利点は次のとおりである。すなわち、合計の所与の最大吐出し量に対して、図５の駆動モジュール１９０に示されたもののような相対する２つの同期化されたポンプ／モータは、等価の最大吐出し量を有する単一のポンプ／モータよりも少ない合計の質量および寸法を有することである。従って、以前に記載された実施形態の駆動モジュールによって提供され得るものよりもより大きな最大パワー出力を要求するアプリケーションは、図５の駆動モジュール１９０を採用し得、それは等しいかまたは僅かに大きな質量を与えられることによって、はるかに高い最大出力が可能である。
【００５３】
図５の統合された駆動モジュール１９０の１つのアプリケーションは、図４を参照して記載されたような車両において、第２の駆動モジュール１８４の代わりとしてであり、この場合の車両は、より大型のスポーツユーティリティ車両またはトラックのような、より大きな最大出力を要求する中程度の任務の車両である。
【００５４】
図６は、発明の別の実施形態に従った車両の、統合された駆動モジュール２１０およびリヤ車軸アセンブリ２１２を表す。統合されたモジュール２１０は第１、第２、および第３のポンプ／モータ２１４、２１６、２１８、および差動装置２２０を含む。差動装置２２０は第１および第２の車軸シャフト２２２、２２４と結合され、それらは次いで駆動輪２２６と結合される。
【００５５】
機能的には、統合された駆動モジュール２１０は、図４を参照して記載されたような、第１および第２の統合された駆動モジュール１８２、１８４の組み合わせと同様の方法で作動する。例えば、統合された駆動モジュール２１０およびリヤ車軸アセンブリ２１２と関連する車両がある一定の速度で走行する場合には、ポンプ／モータ２１８のみが係合され得、車両に原動力となるパワーを提供し、一方では第１および第２のポンプ／モータ２１４、２１６はニュートラル構成のままに留まる。代わりに、加速のためまたは傾斜を登るためなどの、追加のパワーが要求されるときには、第１および第２のポンプ／モータ２１４、２１６が係合され、必要に応じて追加の原動力となる力を提供する。図６に示された構成において、第１および第２のポンプ／モータ２１４、２１６は、図５の統合された駆動モジュール１９０を参照して記載されたものと同様に、対向して構成されており、同様の利点に恵まれることが、見られ得る。
【００５６】
統合された駆動モジュール２１０は、都会のエリアで貨物を収集し配達するために使用される種類のより大型のトラックまたはステップバン、廃棄物を収集するために使用されるトラック、牽引トラック、および都会の環境で使用されるその他の大型の車両のような、より大型の車両に対して原動力となるパワーを提供するために、有益にも採用され得る。
【００５７】
発明の様々な実施形態が、ヨークを有する（ｙｏｋｅｄ）斜軸形（ｂｅｎｔ−ａｘｉｓ）ポンプ／モータを参照して記載されてきたが、発明の実施形態と組み合わせて使用され得る広範囲の種類のポンプ／モータがあることが認識される。例えば、他の種類のポンプ／モータは、スライディングバルブプレート斜軸形ポンプ／モータ、斜板形（ｓｗａｓｈ  ｐｌａｔｅ）ポンプ／モータ、ワブルプレート（ｗｏｂｂｌｅ  ｐｌａｔｅ）ピストン形ポンプ／モータ、およびラジアルピストン形ポンプ／モータを含む。これらのおよび他の油圧モータデバイスが、発明の範囲内に入るものと考えられる。
【００５８】
上記の全ての米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および本明細書において参照されたおよび／または特許出願データシートにリストされた非特許刊行物は、その全体が本明細書において参考として援用される。
【００５９】
これまでの記載から、発明の特定の実施形態が例示の目的のために本明細書において記載されてきたが、様々な変更案が発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることは明白である。従って、発明は添付の特許請求の範囲以外のものによって制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】公知の技術に従った、発進支援システムを有する車両を示す。
【図２】発明の実施形態に従った、統合された駆動モジュールの断面図を示す。
【図３】発明の別の実施形態に従った、統合された駆動モジュールの断面図を示す。
【図４】発明の実施形態に従った、システムのダイヤグラムを示す。
【図５】発明の別の実施形態に従った、統合された駆動モジュールの断面図を示す。
【図６】発明の別の実施形態に従った、トラックのシャーシの１部分、リヤ車軸アセンブリ、および駆動モジュールを示す。
【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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