(57)【要約】  トランスミッションを含む車両駆動システムが提供される。そのシステムは、第１、第２、第３、および第４の要素を含む複合遊星歯車セットを含む。第２の要素は、トランスミッションの出力シャフトとつながる。システムは、トランスミッションハウジングをさらに含む。システムは、電気信号に応じて第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータをさらに含む。システムは、第４の要素をモータ出力シャフトに連結するための連結状態と、第４の要素をモータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の制御可能なクラッチアセンブリをさらに含む。【選択図】図１
2014502704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスミッションを含む車両駆動システムであって、
第１、第２、第３、および第４の要素を含み、前記第２の要素が前記トランスミッションの出力シャフトとつながった複合遊星歯車セットと、
トランスミッションハウジングと、
電気信号に応じて前記第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、前記第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータと、
前記第４の要素を前記モータ出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記モータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の制御可能なクラッチアセンブリと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記第４の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有する、非摩擦式の制御可能なブレーキアセンブリをさらに含み、前記ブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御されることを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記第３の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第３の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有する、非摩擦式の制御可能なブレーキアセンブリをさらに含み、前記ブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御されることを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、非摩擦式の制御可能な第１および第２のブレーキアセンブリをさらに含み、前記第１のブレーキアセンブリは、前記第４の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有し、前記第２のブレーキアセンブリは、前記第３の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第３の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有し、前記第１および第２のブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御されることを特徴とするシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記第１、第２、第３、および第４の要素には、それぞれ第１の太陽歯車、内歯歯車、キャリア、および第２の太陽歯車が含まれることを特徴とするシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記第１の要素を前記モータ出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第１の要素を前記モータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式のクラッチアセンブリをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記第３の要素は動力装置の出力シャフトとつながり、前記システムは、前記第３の要素を前記動力装置の出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第３の要素を前記動力装置の出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式のクラッチアセンブリをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、出力シャフトを有する動力装置をさらに含み、前記動力装置の出力シャフトをエンジンの出力シャフトに連結するための連結状態と、前記動力装置の出力シャフトを前記エンジンの出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式のクラッチアセンブリをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記電気モータは、制御信号に応じて回生制動を行うために利用されることを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記クラッチアセンブリは、前記第４の要素が、前記連結解除状態で前記モータ出力シャフトに対して惰性回転するのを可能にするオーバランニング連結器アセンブリを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムにおいて、前記クラッチアセンブリは、前記第４の要素に連結された第１の部材と、前記モータ出力シャフトに連結された第２の部材と、前記連結状態で前記第１および第２の部材を選択的に互いに連結する少なくとも１つのラチェット部材とを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムにおいて、電力信号に応じて前記クラッチアセンブリの前記状態を制御する電気機械装置をさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記電気機械装置は、ラッチソレノイドを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記電気モータは、前記ハウジング内に取り付けられることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記クラッチアセンブリを含む、非油圧で制御される非摩擦式の複数の連結器アセンブリを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記非摩擦式の複数の連結器アセンブリは、少なくとも１つの一方向ブレーキアセンブリを含むことを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記トランスミッションは、オートマチックトランスミッションであることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記トランスミッションは、自動車用の多速段間比トランスミッションであることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
３速トランスミッションを含む車両駆動システムであって、
第１、第２、第３、および第４の要素を含み、前記第２の要素が前記トランスミッションの出力シャフトとつながった複合遊星歯車セットと、
トランスミッションハウジングと、
電気信号に応じて前記第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、前記第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータと、
非摩擦式の制御可能な第１および第２のブレーキアセンブリと、
を含み、前記第１のブレーキアセンブリは、前記第４の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有し、前記第２のブレーキアセンブリは、前記第３の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第３の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有し、前記第１および第２のブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御され、
前記車両駆動システムは、前記第４の要素を前記モータ出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記モータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式のクラッチアセンブリをさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記第１、第２、第３、および第４の要素には、それぞれ第１の太陽歯車、内歯歯車、キャリア、および第２の太陽歯車が含まれることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記電気モータは、制御信号に応じて回生制動を行うために利用されることを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記クラッチアセンブリは、前記第４の要素が、前記連結解除状態で前記モータ出力シャフトに対して惰性回転するのを可能にするオーバランニング連結器アセンブリを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、前記クラッチアセンブリは、前記第４の要素に連結された第１の部材と、前記モータ出力シャフトに連結された第２の部材と、前記連結状態で前記第１および第２の部材を選択的に互いに連結する少なくとも１つのラチェット部材とを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項１９に記載のシステムにおいて、電力信号に応じて前記クラッチアセンブリの前記状態を制御する電気機械装置をさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のシステムにおいて、前記電気機械装置は、ラッチソレノイドを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記電気モータは、前記ハウジング内に取り付けられることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記トランスミッションは、オートマチックトランスミッションであることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記トランスミッションは、自動車用の多速段間比トランスミッションであることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
多速トランスミッションを含む車両駆動システムであって、
第１、第２、第３、および第４の要素を含み、前記第２の要素は前記トランスミッションの出力シャフトとつながり、前記第３の要素は動力装置の出力シャフトとつながる複合遊星歯車セットと、
トランスミッションハウジングと、
電気信号に応じて前記第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、前記第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータと、
非摩擦式の制御可能な第１および第２のブレーキアセンブリと、
を含み、前記第１のブレーキアセンブリは、前記第４の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有し、前記第２のブレーキアセンブリは、前記第３の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第３の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有し、前記第１および第２のブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御され、前記車両駆動システムは、
前記第４の要素を前記モータ出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記モータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の第１のクラッチアセンブリと、
前記第１の要素を前記モータ出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第１の要素を前記モータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の第２のクラッチアセンブリと、
前記第３の要素を前記動力装置の出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第３の要素を前記動力装置の出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の第３のクラッチアセンブリと、
をさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のシステムにおいて、前記第１、第２、第３、および第４の要素には、それぞれ第１の太陽歯車、内歯歯車、キャリア、および第２の太陽歯車が含まれることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項２９に記載のシステムにおいて、前記電気モータは、制御信号に応じて回生制動を行うために利用されることを特徴とするシステム。
【請求項３２】
多速トランスミッションを含む車両駆動システムであって、
出力シャフトを有する動力装置と、
第１、第２、第３、および第４の要素を含み、前記第２の要素は前記トランスミッションの出力シャフトとつながり、前記第３の要素は前記動力装置の出力シャフトとつながる複合遊星歯車セットと、
トランスミッションハウジングと、
電気信号に応じて前記第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、前記第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータと、
非摩擦式の制御可能な第１および第２のブレーキアセンブリと、
を含み、前記第１のブレーキアセンブリは、前記第４の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有し、前記第２のブレーキアセンブリは、前記第３の要素を前記ハウジングに連結するための連結状態と、前記第３の要素を前記ハウジングから切り離すための連結解除状態とを有し、前記第１および第２のブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御され、前記車両駆動システムは、
前記第４の要素を前記モータ出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第４の要素を前記モータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の第１のクラッチアセンブリと、
前記第１の要素を前記モータ出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第１の要素を前記モータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の第２のクラッチアセンブリと、
前記第３の要素を前記動力装置の出力シャフトに連結するための連結状態と、前記第３の要素を前記動力装置の出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の第３のクラッチアセンブリと、
前記動力装置の出力シャフトをエンジン出力シャフトに連結するための連結状態と、前記動力装置の出力シャフトを前記エンジン出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される、非摩擦式の第４のクラッチアセンブリと、
をさらに含むことを特徴とするシステム。
【請求項３３】
請求項３２に記載のシステムにおいて、前記第１、第２、第３、および第４の要素には、それぞれ第１の太陽歯車、内歯歯車、キャリア、および第２の太陽歯車が含まれることを特徴とするシステム。
【請求項３４】
請求項３２に記載のシステムにおいて、前記電気モータは、制御信号に応じて回生制動を行うために利用されることを特徴とするシステム。
【請求項３５】
請求項３２に記載のシステムにおいて、前記電気モータおよび前記動力装置は、前記ハウジング内に取り付けられることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、「Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｄｒｉｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ａｔ  Ｌｅａｓｔ  Ｏｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｌａｎｔ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｄｒｉｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題して２０１０年１２月１０日に出願された米国仮特許出願第６１／４２１，８６８号の利益を主張するものである。本願は、「Ｈｉｇｈ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」と題して２００８年９月１６日に出願され、さらに、２００７年１０月１２日に出願された仮出願第６０／９９８，７７３号の利益を主張した米国特許出願第１２／２１１，２３６号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、制御可能な、または選択可能なオーバランニング連結器アセンブリを含む車両駆動系または駆動システム、ならびにそのような駆動システムを制御する方法およびシステムに関し、特に、少なくとも１つの発電装置と、少なくとも１つの動的なタイプの一方向クラッチ（ＯＷＣ）を含む制御可能なＯＷＣとを有する駆動システムに関する。
【０００３】
自動車で使用される一種の自動シフトトランスミッションである自動化マニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）は、トルクコンバータを削除することで機械効率を改良している。そのような自動化マニュアルトランスミッションは通常、マニュアルトランスミッションで従来から見られるかみ合い式ギヤホイールの係合を制御する同期クラッチを自動でシフトさせるために、トランスミッションコントローラまたはある種の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される複数の電動式アクチュエータを含む。ＡＭＴのギヤシフト中に、エンジントルクは、クラッチによって車両から切り離される。トルクは、トランスミッションが変速比を切り換えている間遮断される。変速比が切り換わった後、クラッチは、エンジンを再度駆動系に連結し直す。この手法に関する問題は、トルク遮断時に、ドライバが運転室で前方に投げ出され、次いで、エンジンが駆動系と再度つながるときに後方に投げ出されることである。このギヤシフト動作は１秒程度の長さである。このシフト動作には望ましくないシフト感覚がある。さらに、車両は、この移行中に全く加速されず、（車の流れに出る、合流するなどの場合に）望ましくないドライブ状況をもたらす。
【０００４】
今日の段間比オートマチックトランスミッションは、変速比の切り換えを作動させる、ＮＶＨ（すなわち、騒音、振動、および突き上げ）を弱める、動力を接続する／切断する、ならびに潤滑および冷却を行うために油圧を使用する。これは、（動力を接続する／切断する、トルクを増幅する、およびＮＶＨを弱めるための）トルクコンバータ、オイルポンプ、弁本体（または油圧ロジック）、および摩擦式クラッチ（構成要素を選択的にロックおよび解放するために油圧によって駆動される摩擦式バンド）を用いて行われる。
【０００５】
多重プレート摩擦式クラッチおよびブレーキ
クラッチおよびブレーキは、それぞれ遊星歯車セットの部材を駆動または保持するために使用される。原則として、多重プレートクラッチは、遊星歯車部材同士を連結する。多重プレートブレーキは、遊星歯車部材をトランスミッションケースに連結して、遊星歯車部材を静止した状態に保つ。
【０００６】
クラッチおよびブレーキは、複数の摩擦ディスクおよび鋼製ディスクで構成される。摩擦ディスクは摩擦材料でコーティングされ、内縁部に係合突起（スプライン）を有する。鋼製ディスクは両側が鋼であり、外縁部に配置された係合突起を有する。摩擦ディスクの係合突起は、通常遊星歯車部材と係合する。鋼製ディスクの係合突起は、通常クラッチピストンハウジングと係合する。
【０００７】
摩擦および鋼製ディスクに加えて、加圧ピストン（ａｐｐｌｙ  ｐｉｓｔｏｎ）、ハウジング、および復帰スプリングもある。油圧流体がクラッチアセンブリに注入されると、ピストンは前進し、摩擦および鋼製ディスクは互いにロックする。油圧が解除されると、復帰スプリングによりピストンがその休止位置に戻り、摩擦および鋼製ディスクはロックを解除される。
【０００８】
バンドタイプのブレーキは、いくつかの用途に使用される。ブレーキバンドは、摩擦材料が内側面に接合された円形バンドである。バンドは、特定の遊星歯車要素（クラッチドラム）に巻き付き、その要素をトランスミッションケースにロックする。ブレーキバンドは、クラッチ加圧ピストンによって加圧および解放される。
【０００９】
変速比をシフトするために、流体を多重プレートクラッチ（またはブレーキ）に注入するか、または多重プレートクラッチから放出する必要がある。以下の方法が行われる。
１．弁本体のシフト弁からクラッチアセンブリに流体を注入する。
２．加圧ピストンの背面の流体圧力が高まり、ダイヤフラムスプリングからの抵抗に打ち勝つ。
３．摩擦および鋼製ディスクが共に押し付けられてロック状態になり、ディスク間のスリップを阻止する。
４．このとき、遊星歯車部材が互いにロックされる。
５．流体圧力を解除すると、鋼製および摩擦ディスクのロックを解除することができる。
【００１０】
この方法は、いくつかの利点を有する。クラッチをクランプし、トルクを増幅するのに油圧を使用すると、出力密度が非常に高くなる。油圧システムは、良好な減衰特性および円滑なギヤシフト能力を有することが分かっている。油圧システムはまた、トランスミッションの構成要素を潤滑し、トルクコンバータ、ポンプ、ギヤセット、ベアリングなどから熱を逃がすのに自然なやり方である。
【００１１】
しかし、いくつかの欠点もある。第１は効率である。ポンプは常に作動しており、エンジンが回転しているときは必ずオイルを吐出する。摩擦要素が作動すると、その摩擦要素のクランプ圧力を維持するために動力が使用される。
【００１２】
トルクコンバータの滑りは、寄生損失の主な発生源であり、トランスミッションの開いた摩擦要素は抵抗を生じさせ、ひいては、やはり寄生損失をもたらす。別の欠点は、これらの構成要素の複雑さである。クラッチ、ポンプ、トルクコンバータ、および弁本体は、トランスミッションの中で最も問題を抱えそうな、ひいては、最もドライブ保証コストがかかり、かつ顧客の満足度に悪影響を及ぼしそうな構成要素の部類に入る。これらの構成要素はまた、トランスミッションの中で最も高価な構成要素である傾向がある。
【００１３】
一方向クラッチ（すなわち、ＯＷＣ）は、回転要素の相対回転が一方の方向である場合に回転要素間を駆動連結し（ロック状態）、相対回転が反対方向である場合にオーバーランする（惰性回転状態）。典型的な一方向クラッチは、内側リング、外側リング、および２つのリング間のロック装置で構成される。車両のオートマチックトランスミッションでよく使用される２つのタイプの一方向クラッチには、一方向クラッチのインナレースとアウタレースとの間のばね懸架式ローラからなるローラタイプと（ローラタイプは、一部の用途でスプリングなしでも使用される）、一方向クラッチのインナレースとアウタレースとの間に配置された非対称形楔からなるスプラグタイプと、がある。
【００１４】
一方向クラッチは、特定のギヤシフト時に駆動トルク（すなわち、動力の流れ）の遮断を防止し、惰走時にエンジンブレーキを阻止するために、トランスミッションで一般的に使用される。さらに、トルクコンバータのステータにも一方向クラッチがある。
【００１５】
制御可能なＯＷＣとは、ＯＷＣが両方向に惰性回転するように、ロック動作を「切り」にすることができ、かつ／またはＯＷＣが一方向または両方向にロックするように、ロック動作を「入り」にすることができるＯＷＣである。
【００１６】
米国特許第５，９２７，４５５号明細書は、双方向オーバランニング歯止め式クラッチを開示し、米国特許第６，２４４，９６５号明細書は、平面状オーバランニング連結器を開示し、米国特許第６，２９０，０４４号明細書は、オートマチックトランスミッションで使用する選択可能な一方向クラッチアセンブリを開示している。
【００１７】
米国特許第７，２５８，２１４号明細書、および同第７，３４４，０１０号明細書は、オーバランニング連結器アセンブリを開示し、米国特許第７，４８４，６０５号明細書は、オーバランニングラジアル連結器アセンブリまたはクラッチを開示している。
【００１８】
適切に設計された制御可能なＯＷＣは、「切り」状態の寄生損失をほぼゼロとすることができる。ＯＷＣはまた、電気機構で作動することができ、複雑さも油圧ポンプおよび弁の寄生損失もどちらもない。
【００１９】
他の関連する米国特許出願公開には、第２０１０／０２５２３８４号明細書、第２００９／０１３３９８１号明細書、第２００９／０１２７０５９号明細書、第２００９／００８４６５３号明細書、第２００９／０１９４３８１号明細書、第２００９／０１４２２０７号明細書、第２００９／０２５５７７３号明細書、第２０１０／０２３０２２６号明細書、第２０１０／０２００３５８号明細書、第２００９／０２１１８６３号明細書、第２００９／０１５９３９１号明細書、第２００９／００９８９７０号明細書、第２００８／０２２３６８１号明細書、第２００８／０１１０７１５号明細書、第２００８／０１６９１６６号明細書、第２００８／０１６９１６５号明細書、第２００８／０１８５２５３号明細書、第２００７／０２７８０６１号明細書、第２００７／００５６８２５号明細書、第２００６／０１３８７７７号明細書、第２００６／０１８５９５７号明細書があり、続いて、米国特許第７，８０６，７９５号明細書、第７，４９１，１５１号明細書、第７，４６４，８０１号明細書、第７，３４９，０１０号明細書、第７，２７５，６２８号明細書、第７，２５６，５１０号明細書、第７，２２３，１９８号明細書、第７，１９８，５８７号明細書、第７，０９３，５１２号明細書、第６，９５３，４０９号明細書、第６，８４６，２５７号明細書、第６，８１４，２０１号明細書、第６，５０３，１６７号明細書、第６，１９３，０３８号明細書、第４，０５０，５６０号明細書、第５，６３８，９２９号明細書、第５，３６２，２９３号明細書、第５，６７８，６６８号明細書、第５，０５２，５３４号明細書、第５，３８７，８５４号明細書、第５，２３１，２６５号明細書、第５，３９４，３２１号明細書、第５，２０６，５７３号明細書、第５，４５３，５９８号明細書、第５，６４２，００９号明細書、第６，０７５，３０２号明細書、第６，９８２，５０２号明細書、第７，１５３，２２８号明細書、第５，９１８，７１５号明細書がある。
【００２０】
トヨタ社に譲渡され、ハイブリッドトランスミッションまたは駆動系について記載した米国特許には、第５，８４７，４６９号明細書、第５，８５６，７０９号明細書、第６，０１９，６９９号明細書、第６，３０６，０５７号明細書、第６，３４４，００８号明細書、第７，２０１，６９０号明細書、第７，２２３，２００号明細書、第７，２５５，１８６号明細書、第７，３９３，２９６号明細書、第７，３９７，２９６号明細書、第７，４２６，９７１号明細書、第７，６１４，４６６号明細書、第７，６２１，３５９号明細書、および第７，６９０，４５５号明細書がある。
【００２１】
本出願において、「連結器」という用語は、プレートの一方が、トランスミッションのトルク送達要素に駆動可能に連結され、他方のプレートが、別のトルク送達要素に駆動可能に連結されるか、またはトランスミッションハウジングに対して静止して固定および保持されるクラッチまたはブレーキを含むと解釈されるべきである。「連結器」、「クラッチ」、および「ブレーキ」という用語は区別なく使用することができる。
【発明の概要】
【００２２】
一実施形態では、トランスミッションを含む車両駆動システムが提供される。そのシステムは、第１、第２、第３、および第４の要素を含む複合遊星歯車セットを含む。第２の要素は、トランスミッションの出力シャフトとつながる。システムは、トランスミッションハウジングをさらに含む。システムは、電気信号に応じて第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータをさらに含む。システムは、第４の要素をモータ出力シャフトに連結するための連結状態と、第４の要素をモータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される非摩擦式の制御可能なクラッチアセンブリをさらに含む。
【００２３】
システムは、第４の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第４の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有することができる、非摩擦式の制御可能なブレーキアセンブリを含むことができる。ブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御することができる。
【００２４】
システムは、第３の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第３の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有することができる、非摩擦式の制御可能なブレーキアセンブリを含むことができる。ブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御することができる。
【００２５】
システムは、非摩擦式の制御可能な第１および第２のブレーキアセンブリを含むことができる。第１のブレーキアセンブリは、第４の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第４の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有することができる。第２のブレーキアセンブリは、第３の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第３の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有することができる。第１および第２のブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御することができる。
【００２６】
第１、第２、第３、および第４の要素として、それぞれ第１の太陽歯車、内歯歯車、キャリア、および第２の太陽歯車があり得る。
【００２７】
システムは、第１の要素をモータ出力シャフトに連結するための連結状態と、第１の要素をモータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御することができる非摩擦式のクラッチアセンブリを含むことができる。
【００２８】
第３の要素は動力装置の出力シャフトと連結することができ、システムは、第３の要素を動力装置の出力シャフトに連結するための連結状態と、第３の要素を動力装置の出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御することができる非摩擦式のクラッチアセンブリをさらに含むことができる。
【００２９】
システムは、出力シャフトを有することができる動力装置を含むことができる。システムは、動力装置の出力シャフトをエンジンの出力シャフトに連結するための連結状態と、動力装置の出力シャフトをエンジン出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御することができる非摩擦式のクラッチアセンブリをさらに含むことができる。
【００３０】
電気モータは、制御信号に応じて回生制動を行うために利用することができる。
【００３１】
クラッチアセンブリは、第４の要素が、連結解除状態でモータ出力シャフトに対して惰性回転するのを可能にするオーバランニング連結器アセンブリを含むことができる。
【００３２】
クラッチアセンブリは、第４の要素に連結された第１の部材と、モータ出力シャフトに連結された第２の部材と、連結状態で第１および第２の部材を選択的に互いに連結する少なくとも１つのラチェット部材とを含むことができる。
【００３３】
システムは、電力信号に応じてクラッチアセンブリの状態を制御する電気機械装置を含むことができる。
【００３４】
電気機械装置は、ラッチソレノイドを含むことができる。
【００３５】
電気モータは、ハウジング内に取り付けることができる。
【００３６】
システムは、クラッチアセンブリを含む、非摩擦式の非油圧で制御される複数の連結器アセンブリを含むことができる。
【００３７】
非摩擦式の複数の連結器アセンブリは、少なくとも１つの一方向ブレーキアセンブリを含むことができる。
【００３８】
トランスミッションは、オートマチックトランスミッションとすることができる。
【００３９】
トランスミッションは、自動車用の多速段間比トランスミッションとすることができる。
【００４０】
別の実施形態では、車両駆動システムは、３速トランスミッションを含む。そのシステムは、第１、第２、第３、および第４の要素を含む複合遊星歯車セットを含む。第２の要素は、トランスミッションの出力シャフトとつながる。システムは、トランスミッションハウジングをさらに含む。システムは、電気信号に応じて第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータをさらに含む。システムは、非摩擦式の制御可能な第１および第２のブレーキアセンブリをさらに含む。第１のブレーキアセンブリは、第４の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第４の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有する。第２のブレーキアセンブリは、第３の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第３の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有する。第１および第２のブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御される。非摩擦式のクラッチアセンブリは、第４の要素をモータ出力シャフトに連結するための連結状態と、第４の要素をモータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される。
【００４１】
第１、第２、第３、および第４の要素として、それぞれ第１の太陽歯車、内歯歯車、キャリア、および第２の太陽歯車があり得る。
【００４２】
電気モータは、制御信号に応じて回生制動を行うために利用することができる。
【００４３】
クラッチアセンブリは、第４の要素が、連結解除状態でモータ出力シャフトに対して惰性回転するのを可能にするオーバランニング連結器アセンブリを含むことができる。
【００４４】
クラッチアセンブリは、第４の要素に連結された第１の部材と、モータ出力シャフトに連結された第２の部材と、連結状態で第１および第２の部材を選択的に互いに連結する少なくとも１つのラチェット部材とを含むことができる。
【００４５】
システムは、電力信号に応じてクラッチアセンブリの状態を制御する電気機械装置をさらに含むことができる。
【００４６】
電気機械装置は、ラッチソレノイドを含むことができる。
【００４７】
電気モータは、ハウジングに取り付けることができる。
【００４８】
トランスミッションは、オートマチックトランスミッションとすることができる。
【００４９】
トランスミッションは、自動車用の多速段間比トランスミッションとすることができる。
【００５０】
さらに別の実施形態では、車両駆動システムは、多速トランスミッションを含む。そのシステムは、第１、第２、第３、および第４の要素を含む複合遊星歯車セットを含む。第２の要素は、トランスミッションの出力シャフトとつながり、第３の要素は動力装置の出力シャフトとつながる。システムは、トランスミッションハウジングをさらに含む。システムは、電気信号に応じて第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータをさらに含む。システムは、非摩擦式の制御可能な第１および第２のブレーキアセンブリをさらに含む。第１のブレーキアセンブリは、第４の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第４の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有する。第２のブレーキアセンブリは、第３の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第３の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有する。第１および第２のブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御される。システムは、第４の要素をモータ出力シャフトに連結するための連結状態と、第４の要素をモータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される非摩擦式の第１のクラッチアセンブリをさらに含む。システムは、第１の要素をモータ出力シャフトに連結するための連結状態と、第１の要素をモータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される非摩擦式の第２のクラッチアセンブリをさらに含む。システムは、第３の要素を動力装置の出力シャフトに連結するための連結状態と、第３の要素を動力装置の出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される非摩擦式の第３のクラッチアセンブリをさらに含む。
【００５１】
第１、第２、第３、および第４の要素として、それぞれ第１の太陽歯車、内歯歯車、キャリア、および第２の太陽歯車があり得る。
【００５２】
電気モータは、制御信号に応じて回生制動を行うために利用することができる。
【００５３】
さらに別の実施形態では、車両駆動システムは、多速トランスミッションを含む。そのシステムは、出力シャフトを有する動力装置を含む。システムは、第１、第２、第３、および第４の要素を含む複合遊星歯車セットをさらに含み、第２の要素はトランスミッションの出力シャフトとつながり、第３の要素は動力装置の出力シャフトとつながる。システムは、トランスミッションハウジングをさらに含む。システムは、電気信号に応じて第１および第４の要素を駆動して所望の変速比を得るために、第１および第４の要素とつながる出力シャフトを有する電気モータをさらに含む。システムは、非摩擦式の制御可能な第１および第２のブレーキアセンブリをさらに含む。第１のブレーキアセンブリは、第４の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第４の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有する。第２のブレーキアセンブリは、第３の要素をハウジングに連結するための連結状態と、第３の要素をハウジングから切り離すための連結解除状態とを有する。第１および第２のブレーキアセンブリは、所望の変速比を維持するために状態を切り換えるように非油圧で制御される。システムは、第４の要素をモータ出力シャフトに連結するための連結状態と、第４の要素をモータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される非摩擦式の第１のクラッチアセンブリをさらに含む。システムは、第１の要素をモータ出力シャフトに連結するための連結状態と、第１の要素をモータ出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される非摩擦式の第２のクラッチアセンブリをさらに含む。システムは、第３の要素を動力装置の出力シャフトに連結するための連結状態と、第３の要素を動力装置の出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される非摩擦式の第３のクラッチアセンブリをさらに含む。システムは、動力装置の出力シャフトをエンジン出力シャフトに連結するための連結状態と、動力装置の出力シャフトをエンジン出力シャフトから切り離すための連結解除状態との間で切り換わるように非油圧で制御される非摩擦式の第４のクラッチアセンブリをさらに含む。
【００５４】
第１、第２、第３、および第４の要素として、それぞれ第１の太陽歯車、内歯歯車、キャリア、および第２の太陽歯車があり得る。
【００５５】
電気モータは、制御信号に応じて回生制動を行うために利用することができる。
【００５６】
電気モータおよび動力装置は、ハウジング内に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従って構築された３速トランスミッションを含む車両駆動システムの部分的に破断され、断面で示した側面図である。
【図２】図２は、レバー図および対応するギヤ／変速比の表を含み、レバー図および対応するギヤ／変速比の表は、図１の駆動システムおよびトランスミッションに対応する。
【図３】図３は、図２の図解および表と同様なレバー図および対応するギヤ／変速比の表を含み、レバー図および対応するギヤ／変速比の表は、本発明の別の実施形態の駆動システムおよびトランスミッションに対応する。
【図４】図４は、図３の図解および表と同様なレバー図および対応するギヤ／変速比の表を含み、レバー図および対応するギヤ／変速比の表は、本発明のさらに別の実施形態の駆動システムおよびトランスミッションに対応する。
【図５】図５は、図１〜４のトランスミッションで使用する「搭載式」ソレノイドコントローラまたはサブシステムを有する、動的に選択可能な、または制御可能なクラッチの概略的な側断面図である。
【図６】図６は、図５のクラッチで使用する一方向電力および二方向通信装置のブロック図である。
【図７】図７は、図４の駆動システムおよびトランスミッションの断面図である。
【図８】図８は、図５のクラッチで使用する磁気式ラッチソレノイドの断面斜視図である。
【図９】図９は、図５のクラッチアセンブリに「搭載した」ラッチソレノイドの概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
図１は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従って構築され、先行技術の歯車セットを有する、全体として１０で示す車両用３速トランスミッションの部分的に破断され、断面で示した側面図である。トランスミッション１０は、一対の静的に制御可能な二方向クラッチ１２、１４と、全体として１６で示す、動的に制御可能な二方向クラッチとを含む。クラッチ１２、１４は、Ｍｅａｎｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ｏｆ  Ｓａｇｉｎａｗ、Ｍｉｃｈｉｇａｎから一般的に入手可能な従来の二方向クラッチとすることができる。下記で説明するように、クラッチ１２、１４、１６は、ギヤ状態１速〜３速において、エンジン／レンゲン（ｒｅｎｇｅｎ）制動を可能にする。クラッチ１６は（図４のクラッチ２６と共に）、米国特許出願公開第２０１０／０２５２３８４号明細書に示すタイプが一般的に好ましい。クラッチの異なる実施形態が、図５に全体として１６’で記載されている。Ｅ−モータは、その出力シャフトから動力を供給する。
【００５９】
図２は、レバー図および対応するギヤ／変速比の表を含み、これらの図および表は、図１のトランスミッション１０に対応する。トランスミッション１０は、主電気駆動モータ（Ｅ−モータ）と、制御可能な、または選択可能な一方向クラッチ１２、１４、１６を含む。クラッチ１２、１４は、各クラッチ１２、１４の連結部材の一方が、回転しないようにトランスミッションハウジングに固定されていることからブレーキクラッチである。クラッチ１６は動的クラッチであり、その連結部材の両方が互いに対して自由に回転する。
【００６０】
主コントローラは通常、トランスミッション制御アルゴリズムを含む複数の制御機能を果たすモータおよびエンジン（すなわち、ＩＣ（内燃）エンジンまたはガスモータ）制御部または制御ロジックを含む。主コントローラは、ブレーキクラッチ１２、１４およびクラッチ１６に「搭載した」ソレノイドコントローラ１７を直接制御する。各連結器アセンブリ１２、１４は、主コントローラから直接送られた制御信号に応じて、そのロックモードとオーバランモードとの間で切り換わる。ソレノイドコントローラ１７は、主コントローラからの制御信号に応じて、連結器アセンブリ１６を制御する。クラッチ１２、１４、１６の制御アルゴリズムは、トランスミッション制御アルゴリズム全体の一部である。
【００６１】
トランスミッション１０は、Ｒａｖｉｇｎｅａｕｘタイプの４つの部材を含む、全体として２０で示す二重遊星歯車セットを含む。歯車セット２０は、遊星キャリアが、第２の遊星ピニオンセット（集合的にＣ）、第１の太陽歯車Ｓ１、第２の太陽歯車Ｓ２、および内歯歯車Ｒと噛合する第１の遊星ピニオンセットを担持する基本歯車セットを含む。歯車Ｓ１は３８個の歯を有することができ、Ｓ２は３１個の歯を有することができ、Ｒは８５個の歯を有することができる。
【００６２】
４つのトルク伝達部材Ｃ、Ｓ１、Ｓ２、Ｒは、制御クラッチ１６、ブレーキクラッチ１２、１４および出力シャフトに連結されている。第２の太陽歯車Ｓ２は、Ｅ−モータによって駆動される。内歯歯車Ｒは、出力シャフトと共に回転するように固定されている。部材Ｃは、ブレーキクラッチ１４に連結されている。第４の部材Ｓ１は、ブレーキクラッチ１２および動的クラッチ１６に連結されている。トランスミッションは、ギヤ状態１速〜３速に対して「ＥＶ（電気車両）モードのみ」である。
【００６３】
１速ギヤにおいて、Ｅ−モータは、ブレーキクラッチ１４が部材Ｃと係合し、それにより、部材Ｃを回転しないように保持する、歯車セット２０の低減速比に従って部材Ｓ２を駆動する。
【００６４】
２速ギヤにおいて、Ｅ−モータは、ブレーキクラッチ１２が部材Ｓ１と係合し、それにより、部材Ｓ１を回転しないように保持する、ギヤセット２０の中間減速比に従って部材Ｓ２を駆動する。
【００６５】
３速ギヤにおいて、Ｅ−モータは、クラッチ１６が部材Ｓ１、Ｓ２と係合し、それにより、部材Ｓ１、Ｓ２を一体として駆動する、第１のギヤ比に従って部材Ｓ２を駆動する。
【００６６】
バックでは、クラッチ１４が係合する。Ｓ２はＥ−モータによってバック方向に駆動され、したがって、内歯歯車をバック方向に駆動する。
【００６７】
図３は、次のものを追加したトランスミッション１０で形成されたトランスミッション１０’に関する、図２のレバー図および表と同様なレバー図および対応するギヤ／変速比の表を含み、次のものとは、１）トランスミッション１０’の中心を通り、キャリアＣにスプライン結合されたシャフト２２と、２）ガスまたはＩＣエンジン、および発電機を用いて（あるいは、発電機／Ｅ−モータ、またはＩＣエンジンおよび発電機／Ｅ−モータの両方を用いて）４速ギヤオーバドライブ状態になる能力を追加するための動的ＯＷＣ２４とである。主電気駆動モータ（Ｅ−モータ）は、４速ギヤのブーストの間も作動することができる。装置はまた、３速ギヤ状態の間も同様に機能し、３つの動力装置の任意の組み合わせを使用することができる。高速道路の速度で、ＥＶモードを完全に出て、ＯＷＣ２４を介した４速ギヤでＩＣエンジンだけを動かすことができる。主Ｅ−モータとＳ２との間の制御可能な二方向動的クラッチ２５およびそれに付属する「搭載式」ソレノイドコントローラにより、４速ギアでＥ−モータを切り離すことが可能になり、寄生損失を防止する。
【００６８】
図４は、トランスミッション１０’に別の制御可能な動的二方向クラッチ２６およびその「搭載式」ソレノイドコントローラをさらに追加したトランスミッション１０”に関する、図３のレバー図および表と同様のレバー図および対応するギヤ／変速比の表を含む。１つの動作モードでは、二方向クラッチ２６により、Ｇｅｎ（発電機）／Ｅ−モータがＩＣエンジン用のスタータとして動作してＩＣエンジンを駆動するのが可能になる。現行の駆動系は、すでにそれらのシステムにＥ−モータを有する。先行技術のＥ−モータは単一の作業を行い、ガスモータを始動させる。上記の最終駆動部に追加されたＥ−モータが、同様にＩＣエンジンを始動させる作業を行う場合、このＥ−モータを追加したコストは、現行のガスエンジン用スタータモータがなくなることで十分に相殺することができる。クラッチ２６の他の方向または動作状態は、ＩＣエンジンからｇｅｎ／Ｅ−モータに動力を伝達して、キャリアを介して出力部に送るためにある。クラッチ２６などの二方向クラッチを追加する１つの理由は、ＥＶモード中にＧｅｎ／Ｅ−モータからＩＣエンジンを切り離すためである。
【００６９】
Ｇｅｎ（すなわち、発電機／Ｅ−モータ）はギヤシフト移行時に（否応なしにＩＣエンジンを引っ張ることなく）使用され、それにより、出力部でトルクが途切れることなく、１つのギヤ状態から次の定常変速比まで（すなわち、１速−２速間、または２速−３速間）「ＣＶＴ（無段変速）」を行う能力をもたらす。例えば、２速ギヤなどの所望の定常変速比に達すると、２速ギヤ用の制御可能なクラッチ１２を使用してその変速比をラッチする。ラッチされると、Ｇｅｎ／Ｅ−モータは、クラッチ１２がロックされるまで、漸進的に動力を減少させる。これにより、最終的にクラッチ２４が惰性回転する。惰性回転すると、クラッチ２４は完全に切られて、トランスミッション１０”からＧｅｎ／Ｅ−モータを切り離す。これにより、トルクホールがなく、滑らかで、穏やかな、途切れのないギヤシフトになる。さらに、ＥＶモードにおいて所与のギヤ状態にある間、Ｇｅｎ／Ｅ−モータは、（クラッチ２４がつながった状態で）作動して、所望の一時加速動作（追い越しなど）を行うために増強することができる。
【００７０】
主Ｅ−モータおよびガスエンジン（すなわち、ＩＣエンジン）は共に、動力を駆動系に送達する経路を有する。これらのモータまたは動力装置は、必要に応じて、同時に動作することができる。そうすることで、ガスエンジンまたはＩＣエンジンの容量を増やすことなく、車両の性能を強化することができる。
【００７１】
次の図表は、様々なトランスミッションの様々な動作段階またはモードと、これらの動作モードにおける対応する連結要素とを示している。
2014502704.tif 000003
【００７２】
キャリアＣに電気モータ（Ｇｅｎ／Ｅ−モータ）を付加することで、主モータＥに対する反作用トルクが発生する。電気モータ（Ｇｅｎ／Ｅ−モータ）は、反作用トルクに対抗するのに十分なトルクを加えて、トルクホールを完全に埋める。これを行うのに必要な電気モータの容量は、電気モータに対する制御および駆動方法（すなわち、トランスミッション制御アルゴリズム）に依存する。電気モータは、短い期間にわたって（この場合は最大で１秒まで）、モータに損傷を全く与えることなく、かなり過剰に出力することができる。モータは、そのように出力を素速く集中させるため温度が上がりすぎることはない。目的は、トルクホールを埋め、途切れのないギヤシフトを行うことである。
【００７３】
ＩＣエンジンが「入り」の場合、ギヤシフト中にトルクホールができる可能性がある。ＩＣエンジンが「入り」である場合、Ｇｅｎ／Ｅ−モータを発電機として拘束し、そのため、Ｇｅｎ／Ｅ−モータは、キャリアＣにトルクを供給するために利用できないので、「標準」シフト（主Ｅ−モータの回転数を急激に変えることによる１／１０秒ギヤシフト）が通常である。「拡張」ギヤシフトと「標準」ギヤシフトの２つのギヤシフトモードがある。「拡張」ギヤシフトは、Ｇｅｎ／Ｅ−モータを含む２つのモータを使用する（ＥＶモードにおいて、ＩＣエンジンは「切り」であり、バッテリは消耗しない）。「標準」ギヤシフトは、単一のモータおよび単一の一方向クラッチを使用し、バッテリが消耗して、ＩＣエンジンが「入り」になり、したがって、Ｇｅｎ／Ｅ−モータをＥ−モータ入力として機能するように利用できない場合に使用される。その代わりとして、Ｇｅｎ／Ｅ−モータは、ＩＣエンジンが「入り」であるときに（バッテリ消耗モード）、標準ギヤシフトを推し進める発電機として機能する。
【００７４】
トランスミッション１０”が、３速−４速間のギヤシフト（すなわち、３速ＥＶモードから４速ガスモードへの移行）を完了した後、ガスエンジン（ＩＣモータ）は駆動系に動力を加える。電気モータ（すなわち、Ｅ−モータ）は、駆動系への動力供給の引き継ぎが、Ｅ−モータからＩＣエンジンに途切れることなく移され得るように、制御された態様で停止することができる。これは、制御の方法により、発電機／Ｅ−モータと最終駆動部との間の動的一方向クラッチ２４を介して行うことができる。ガスモータの出力／回転数が、Ｅモータの出力／回転数を上回ると、（クラッチ１６の）一方向クラッチの状態は、（Ｅ−モータから駆動系へのトルク経路となる）ロック状態から、Ｅ−モータが動力を駆動系に供給しない惰性回転状態に変わる。この時点でＥ−モータは停止する。
【００７５】
Ｅ−モータとＳ２との間の二方向クラッチ２５により、Ｅ−モータは、ゼロＲＰＭ状態になることができ、一方、ＩＣエンジンは、４速ギヤ動作で車両を駆動する。Ｅ−モータは、機能上有効でない場合回転しない。この手法は、寄生損失（Ｅ−モータ内部の磁気抗力）が、ＩＣエンジン動作中に現在の駆動系の全体効率に影響を及ぼすのを防止する。
【００７６】
１速、２速、３速、および速ギヤ動作において、ＩＣエンジンおよび２つのＥ−機械（モータ）を任意の望ましい組み合わせで使用することで、パラレルハイブリッドを行うことが可能である。これの動力の流れは、直列（ＥＶモード）、並列（混合モード）、およびガス（または他の燃料）単一モード設計である。
【００７７】
図５は、本発明の少なくとも１つの実施形態に従って構築された「搭載式」ソレノイドコントローラまたはシステムを有する、動的に選択可能な、または制御可能なクラッチ１６、１６’、２４、２５、２６の１つの概略的な側断面図である。そのような動的クラッチは、米国特許出願公開第２０１０／０２５２３８４号明細書に示すタイプが一般的である。
【００７８】
アセンブリ１６’は、全体として３４で示す環状ポケットプレートを含む。プレート３４の軸方向内側に延びる面３５は、トランスミッション１０、トランスミッション１０’、またはトランスミッション１０”のトルク伝達要素と係合するための内側スプライン３６を有する。プレート３４の半径方向内側に延びる面または表面３７は、離間した逆方向ポケット３８を形成され、逆方向支材３９は、回転軸４５のまわりに回転するように逆方向ポケット３８に受け入れられ、かつ保持されている。各逆方向支材３９の一方の端部部分は、ポケット３８の開孔４７を用いて配置されたコイルスプリング４８によって通常外側に付勢される。各逆方向支材３９の反対側の端部部分は、全体として４２で示す、磁気式ラッチソレノイドの、中心がドーム形のプランジャまたは押しピン４０によって制御される。図８に示すように、ラッチソレノイド４２は、空洞６４内で、ロックカラー９３によって端部ハウジング部材９１に保持された取付フランジ８９によってプレート３４に取り付けられている。第２の端部ハウジング部材８６は、ソレノイド４２の反対側の端部を閉じ、封止目的のＯリングを含むことができる。ソレノイド４２はまた、外側ハウジング部材９９を含む。
【００７９】
ソレノイドのアーマチュア９２と合体した（図８に完全に伸長した位置で示される）押しピン４０は、ソレノイド４２内を一緒に往復運動し、それにより、プレート３４の通路４３内を往復運動する。押しピン４０は、往復運動をするために、円筒部材８８のテフロンコーティングした内側面によって支持されている。ロックリング９０は、ピン４０と共に移動する。部材８８は、ソレノイド４２のその両端部で部材４１によって支持されている。アーマチュア９２は、上側コイルアセンブリ９４、永久磁石９６、および下側コイルアセンブリ９８に隣接して配置されている。コイルアセンブリ９４、９８は、適切な樹脂９７内に埋め込まれたコイルを含む。
【００８０】
通路４３は、ソレノイド４２が収容され、全体として６６で記載されたフレームレールの空洞６４をポケット３８とつなげて、その逆方向支材の反対側の端部部分を駆動し、そのスプリングの付勢力に打ち勝つようにする。少なくとも２つの逆方向支材３９が設けられるのが好ましい。各逆方向支材ごとに（ラッチソレノイド４２などの）１つのラッチソレノイドが設けられている。しかし、当然のことながら、クラッチ１６の動作モードまたは状態を制御するために、より多くの、またはより少ない逆方向支材３９および対応するラッチソレノイド４２を設けることができる。
【００８１】
ポケットプレート３４の面または半径方向表面３７はまた、離間した順方向ポケット（図示せず）を形成され、順方向ポケット内には、順方向支材（図示せず）が、回転するように受け入れられ、かつ保持される。逆方向支材３９と同様に、各順方向支材の一方の端部部分は、プレート３４の開孔（図示せず）内に配置されたコイルスプリング（図示せず）によって通常外側に付勢される。順方向支材の反対側の各端部部分は、順方向磁気ラッチソレノイド（図示しないが、逆方向磁気ラッチソレノイド４２と概ね同じ機能および構造である）のアーマチュアの動作する端部部分または要素により制御可能に駆動される、または移動する。各順方向磁気ラッチソレノイドのアーマチュアは、そのコイルスプリングの付勢力に打ち勝つように、そのソレノイドが収容された空洞とそのポケットとをつなぐ通路内を往復運動する。２つの順方向支材が設けられるのが好ましい。しかし、当然のことながら、クラッチ１６の動作状態またはモードを制御するために、より多くの、またはより少ない順方向支材を各順方向支材用の順方向磁気ラッチソレノイドと共に設けることができる。さらに、当然のことながら、各アーマチュアの端部部分または要素は、ピンなどの様々なタイプの支材アクチュエータ、または支材アクチュエータと共に動くスプリングを支持することができる。スプリング（図示せず）は、その伸長位置と後退位置との間でピン４０を付勢するのが好ましい。例えば、１つのスプリングは、リング９０と部材８８の一方の端部との間に配置することができ、第２のスプリングは、部材８８の他方の端部とピン４０のドーム部の内側面との間に配置することができる。
【００８２】
米国特許出願公開第２０１０／０２５２３８４号明細書に示すように（図５には示していないが、図９に２０８で示している）、アセンブリ１６’はまた、離間した、完全に貫通する複数の開孔を有する中間プレートまたは要素を含むことができ、この開孔は、逆方向支材および順方向支材がそれらのポケット内で回転し、それらの対応する開孔を貫通して、全体として５０で示すノッチプレートの半径方向に延びる面または表面４８に形成された、離間したロック形体またはノッチと係合するのを可能にする。順方向および／または逆方向支材は、プレート５０に向かう押しピン４０の直線状の移動時にロック形体と係合する。順方向および／または逆方向支材は、プレート５０から離れる方向の押しピン４０の直線状の移動時に、対応する順方向および／または逆方向コイルスプリングの付勢作用によりロック形体を解放する。
【００８３】
スナップリング５２は、プレート３４の軸方向面５６に形成された溝５４内に配置されて、ポケットプレート３４と共にノッチプレート５０を保持する。リング５２は、プレート５０、３４および中間プレート（図示せず）を一緒に保持し、プレートの互いに対する軸方向移動を制限する。プレート５０の軸方向内側に延びる面５８は、トランスミッション１０’のトルク伝達要素と係合するための内側スプライン６０を有する。
【００８４】
順方向支材は、軸のまわりの相対回転移動の一方の方向において、ノッチプレート５０をポケットプレート３４にロックするが、軸のまわりの反対方向では、惰性回転を可能にする。逆方向支材は、反対の方向において同じロック機能を果たす。
【００８５】
各ソレノイド４２は、フレームレール６６に形成されたその空洞６４に配置されている。一方、フレームレール６６は、プレート３４と共に回転するように、だぼピン６８を介してポケットプレート３４の後ろ側または背面６９に圧入されている。フレームレール６６は、ソレノイド用のソレノイドコントローラ１７および関連電子部品７０をフレームレール６６内に収容している。通常、ソレノイドコントローラ１７は、回転変圧器誘導子またはコイル７４、および静止変圧器誘導子またはコイル７６を含むインターフェイス回路を介して主コントローラと双方向にデータを交換する。コイル７４、７６はまた、電源からラッチソレノイドに電力を送る、またはつなぐ助けとなる。
【００８６】
フレームレール６６は、回転変圧器コイル７４がフレームレール６６と共に回転するように収容された第２の空洞７２を有する。コイル７４は、アルミニウムハウジング８０に形成された第３の空洞７８に収容された静止コイル７６に電磁的に接続される。ハウジング８０は、ハウジング８０の軸方向に延びる外側面８４に形成されたスプライン８２によってトランスミッションハウジングに接地または固定されている。主コントローラは、変調および無変調出力信号の両方を静止コイル７６に送り、次に、この出力信号は、回転フレームレール６６と固定ハウジング８０との間のギャップを横断して、回転コイル７４内に対応する信号を誘導する。
【００８７】
ソレノイドコントローラ１７は、コントローラ１７の制御下で、ソレノイド４２の選択されたものに電流を誘導するために、回転コイル７４の下流でＡＣ出力信号をＤＣ出力信号に変換する。コントローラ１７および関連電子部品７０は信号を分割し、ＯＷＣ１６のブレーキ側および駆動側を独立して制御する（ラッチソレノイド４２による逆方向および順方向支材の独立した制御および駆動）ようにその信号を送る。コントローラ１７および電子部品７０はまた、主コントローラおよび回転クラッチ１６’に出入りする制御データまたは信号用の通信バスとして機能する。通信されるものの例として、以下のものがある。
【００８８】
ポケット３８内にある、またはすぐ隣接する支材３９に隣接して、ポケットプレート３４内に配置された位置センサ、またはトランスデューサ９０からもたらされる「切り」および「入り」位置（フィードバック信号）を検証して、信号を主コントローラに送る。位置センサ９０は、適切な樹脂内に埋め込まれ、または樹脂によって囲まれ、コイルハウジング内に配置された電磁コイルまたは誘導子を含むことができる。得られたセンサ９０は、プレート３４内に形成された空洞、すなわち、支材３９が配置されたポケット３８内に配置される。コイルは、マイクロプロセッサによってＤＣ電圧で励磁されて、支材３９がポケット３８内にある限り、コイルハウジングを通り、支材３９の一部を通り、コイルハウジングと支材３９との間の短いエアギャップを横断して流れる磁束を発生させる。支材３９が回転してポケット３８から出ると、磁束は遮断され、その状態がマイクロプロセッサによって検出される。このように、支材３９の状態または位置がマイクロプロセッサによって観測される。
【００８９】
システム内の出力が低下した場合にＯＷＣ１６は「切り」になる。信号がクラッチ１６’に送られて、出力が「入り」であることを伝える。その信号が破損した場合、電子部品７０内の（通常は充電された状態に維持される）１つまたは複数のコンデンサが、ソレノイド４２のコイル９４および／またはコイル９８を励磁して、ソレノイド４２をその「切り」位置にラッチする。
【００９０】
制御システムは、出力がソレノイド４２に送達されるのと同じ回路（すなわち、コントローラ１７および電子部品７０）を使用して、制御データおよびフィードバック信号を送る能力を有する（すなわち、フレームレール６６は、センサ／電子部品７０／コントローラ１７を追加するために変更することができる）。
【００９１】
ソレノイドコントローラ１７は、好ましくは、ソレノイド用の駆動信号として機能するパルスの形態でソレノイド４２に供給される電流を直接的に、または間接的に制御することで、初期化および支材の駆動を制御するようにプログラムを組まれたマイクロプロセッサを有することができる。
【００９２】
コントローラ１７の様々な構成要素または機能は、図示したような独立したコントローラによって構築されてよいし、あるいは、特定の用途および実装形態に応じて、トランスミッション１０’または主コントローラに一体化されても、または組み込まれてもよい。ソレノイドコントローラ１７は、（コンデンサなどの）１つまたは複数のエネルギ蓄積装置からエネルギを選択的に蓄積および回収するために、および／または始動制御を選択的に切り換えるために、ＡＣ信号および（トランジスタなどの）１つまたは複数の開閉装置を制御する制御ロジックを含むことができる。この場合に、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせで構築できる制御ロジックが、ソレノイド制御アルゴリズムを実行して、対応する支材アクチュエータ（１つまたは複数）を制御する。
【００９３】
電力の伝達
ここで図６を参照すると、主コントローラおよび電源に接続された、本発明の好ましい実施形態の一方向電力および二方向データ通信装置が示されている。装置は、通常、米国特許第５，２３１，２６５号明細書に記載されているタイプである。具体的には、装置は、誘導子またはコイル７４、７６、変調器および電力ドライバ回路、復調器、整流器、ラッチソレノイドおよび位置センサ、データ復元および電圧調整回路、開閉およびラッチ回路、ならびにマイクロプロセッサを含む。変調器および電力ドライバ回路は、電源および主コントローラに接続されている。変調器および電力ドライバ回路は、電源から誘導子７４に電力信号を伝達し、次に、誘導子７４は、誘導子７４、７６間の磁束を用いて電力信号を誘導子７６に伝達する。その後、誘導子７６は、受け取った電力信号を整流器につなぐ。整流器は、各空洞６４内に収容された各ラッチソレノイド４２に接続され、この受け取った電力を、マイクロプロセッサによって選択されたラッチソレノイド４２に伝達するように機能する。さらに、整流器の出力は、マイクロプロセッサが必要とするレベルのＤＣ出力電圧を生成する電圧調整器に入力される。
【００９４】
誘導子７４から電力信号を受け取ると、誘導子７６は、この電気信号を整流器に出力し、整流器は、受け取ったＡＣ電力信号を整流してＤＣ信号にし、ＤＣ信号は、各空洞６４内に配置された各ラッチソレノイドに制御可能に接続される。この電力は、個々のラッチソレノイドに接続されるが、開閉およびラッチ電流のための電界効果トランジスタがあるために、電力のどれもがラッチソレノイドを通って流れない。すなわち、各個々のラッチソレノイド４２は、唯一の電界効果トランジスタに接続されている。この場合に、整流器の出力は、その唯一対応する電界効果トランジスタが、マイクロプロセッサによって使用可能にされた、すなわち、作動した場合にのみ、個々のラッチソレノイド４２に印加され、これを流れる。特定のラッチソレノイド４２に対応する個々の電界効果トランジスタが使用不可にされた場合、その個々のラッチソレノイド４２への電力の流れは遮断または阻止され、したがって、そのラッチソレノイドは励磁されない。
【００９５】
マイクロプロセッサは、各電界効果トランジスタと、支材３９の位置を検出する位置センサ９０とに接続されている。位置センサ９０は、各ラッチソレノイド４２によって駆動される支材３９の位置を示す信号を生成するようにフレームレール６６内に配置されている。位置信号は、マイクロプロセッサにダウンロードされ、マイクロプロセッサによって格納され、後でそこから出力される。
【００９６】
二方向データ通信
変調器および電力ドライバ回路は、主コントローラから制御データを受け取る入力部を有する。回路が（電源から）受け取った電力信号は、主コントローラからの制御データによって変調される。回路内の同調回路は共振周波数を有する。共振周波数により、電源からラッチソレノイドに電力が効率的に送られる。主コントローラ１２からラッチソレノイドに制御データを送ることが望ましい場合、制御データは回路に送られる。回路により、信号が誘導子７４内で生成され、この信号は、制御データに従った電力信号の変更または変調を含む。そのような制御データが送られた後、次いで、回路は、（誘導子７４を介して）誘導子７６に電力を送り、この電力は、実質的に変更または変調されない。すなわち、電源からの電力信号は、主コントローラから受け取った制御データに従って最初に変更される。このように、制御データは、主コントローラとマイクロプロセッサとの間の物理的な接続体またはある種の補助的通信装置を必要とすることなく、主コントローラからマイクロプロセッサに送ることができる。
【００９７】
電力は、（ラッチソレノイドを作動させるために）パルスの形態で個々のラッチソレノイドに送られるだけでなく、同じ電力信号は、主コントローラからマイクロプロセッサに送られるのが望ましい制御またはフィードバックデータに従って修正または変更される。この態様では、ソレノイドおよびソレノイドコントローラは、（ソレノイドコントローラと主コントローラとの間に物理的な接続体が必要とされないので）手の届かない場所に配置することができ、設計全体の単純性を維持しながら、ソレノイドコントローラを様々な状況にさらにいっそう適合できるようにする。
【００９８】
個々の電界効果トランジスタが、その対応するラッチソレノイドを作動させる場合、誘導子７６と誘導子７４との間の磁束による伝達（ｆｌｕｘ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を用いて、誘導子７４に負荷がもたらされる。プログラムを組まれたマイクロプロセッサは、電界効果トランジスタを周期的に作動および作動停止させることで、誘導子７４、７６間の磁束を変動させる。この磁束は、前述の誘導子７４、７６間の電力の伝達のために発生する、かつ／または存在する。磁束のこの変動は、ソレノイドコントローラから復調器を介して主コントローラにフィードバックデータを送るために、本発明の好ましい実施形態で使用される。このフィードバックデータは、マイクロプロセッサが、電界効果トランジスタの１つを作動および作動停止させることで主コントローラに送られる。このように、支材位置データなどのフィードバックデータは、ソレノイドコントローラと主コントローラとの間に物理的な接続体を必要とすることなく、位置センサ９０からソレノイドコントローラに、次いで、主コントローラに送ることができる。
【００９９】
図７は、図４の駆動系全体の断面図である。図４の駆動系は、Ｅ−機械モジュールがトランスミッションに組み込まれた４速トランスミッションである。Ｅ−機械モジュールは、発電機／Ｅ−モータおよび主駆動モータ（Ｅ−モータ）を含む。ＩＣエンジンをＧｅｎ／Ｍｏｔ（モータ）に連結する二方向クラッチ（発電機がＩＣエンジンを始動させるのを可能にするスタータクラッチ、およびＩＣエンジンからＧｅｎに動力を伝達する駆動クラッチ）がある。他の二方向クラッチは、主駆動Ｅ−モータ（一番右のモータ）をトランスミッションの背面太陽歯車（Ｓ２）に連結する。発電機／モータをトランスミッションのキャリアＣに連結する一方向クラッチもある。
【０１００】
Ｅ−機械モジュールでは、制御可能なクラッチは、Ｅ−機械のロータに埋め込まれる。それらの埋め込まれたクラッチを有するＥ−機械は、トランスミッションの共通ケース内に組み込まれて置かれる。
【０１０１】
ここで図９を参照すると、連結器またはクラッチアセンブリを制御するためのラッチソレノイド１９２の第２の実施形態が示されている。連結器またはクラッチアセンブリは、少なくともロック形体２０６が形成されたクラッチプレート２５０と、全体として２３４で示す環状ポケット部材またはプレートとを含む。プレート２３４の軸方向内側に延びる面は、車両用トランスミッションのトルク伝達要素と係合するための内側スプラインを有する。プレート２３４の半径方向内側に延びる面または表面は、離間した逆方向ポケット２３８を形成され、逆方向支材２３９は、アクチュエータ１４０の端部部分２１０を支材２３９に回転可能に連結する回転軸２０４のまわりに回転するように逆方向ポケット２３８に受け入れられ、かつ保持されている。アクチュエータ１４０の反対側の端部部分は、通常、アクチュエータ１４０に取り付けられたリング１９０と円筒部材１８８の端部部分との間に配置されたコイルスプリング２００によって左に付勢される。各逆方向支材２３９の係合部分は、全体として１４２で示す、磁気式ラッチソレノイドのドーム形のプランジャまたは押しピンの形態をとるアクチュエータ１４０によって制御される。図９に示すように、ラッチソレノイド１４２は、空洞６４内で、ロックカラー１９３によって端部ハウジング部材１９１に保持された取付フランジ１８９によって、有孔プレート２１８に取り付けられている。取付部材２１４は、フランジ１８９を貫通して形成された開孔２１２を貫通し、プレート２１８の表面のロック形体２１６に固定されている。別の有孔プレート２２０は、プレート２１８をプレート２３４に固定するために使用することができる。第２の端部ハウジング部材１８６は、ソレノイド１４２の反対側の端部を閉じ、封止目的のＯリングを含むことができる。ソレノイド１４２はまた、外側ハウジング部材１９９を含む。
【０１０２】
ソレノイド１４２のアーマチュア１９２と合体した（図４にその完全に伸長した位置で示されている）押しピンまたはアクチュエータ１４０は、ソレノイド１４２内を一緒に往復運動し、それにより、ピン１４０はプレート２３４の通路２４３内を往復運動する。押しピン１４０は、往復運動をするために、円筒部材１８８のテフロンコーティングした内側面によって支持されている。ロックリング１９０は、ピン１４０と共に移動する。部材１８８は、ソレノイド１４２のその両端部で部材１４１によって支持されている。アーマチュア１９２は、上側コイルアセンブリ１９４、永久磁石１９６、および下側コイルアセンブリ１９８に隣接して配置されている。コイルアセンブリ１９４、１９８は、適切な樹脂１９７内に埋め込まれたコイルを含む。スプリング２００、２０２は、伸長位置と後退位置との間でピン１４０を付勢する。例えば、スプリング２００は、リング１９０と部材１８８の一方の端部との間に配置され、スプリング２０２は、部材１８８の他方の端部とピン１４０のドーム部分２１０の内側面との間に配置される。
【０１０３】
通路２４３は、ソレノイド１４２が収容され、全体として６６で記載されたフレームレールの空洞６４をポケット２３８とつなげて、逆方向支材２３９の端部部分を駆動し、スプリング２００の付勢力に打ち勝つようにする。
【０１０４】
例示的な実施形態が上記に説明されたが、これらの実施形態は、本発明のすべての可能な形態について記載することを意図するものではない。むしろ、明細書で使用される文言は、限定ではなくて説明するための文言であり、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができるのは当然のことである。さらに、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を形成することができる。
【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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【国際調査報告】
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