(57)【要約】  本発明は、車両用の推進システムに関する。燃焼エンジン（１）の出力シャフト（２）は、プラネタリギヤの第１の構成要素（９）に接続され、それにより、それらが第１の速度（ｎ１）で回転する。ギヤボックス（４）の入力シャフト（３）は、プラネタリギヤの第２の構成要素（１１）に接続され、それにより、それらが第２の速度（ｎ２）で回転する。電気機械は、プラネタリギヤの第３の構成要素（１０）に接続され、それにより、前記第３の構成要素（１０）が第３の速度（ｎ３）で回転する。本推進システムは、ある特定の適切な動作状況では、ギヤボックスの入力シャフト（３）の所望の速度（ｎ２）を推定し、エンジンの出力シャフト（２）の速度（ｎ１）に関する情報を受信し、プラネタリギヤの第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与えさせ、その結果、エンジンの出力シャフト（２）の速度（ｎ１）と連携して、ギヤボックスの入力シャフト（３）が所望の速度（ｎ２）をとるように適合された制御ユニット（１７）を備える。【選択図】図１
2014507322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジン（１）の出力シャフト（２）と、ギヤボックス（４）の入力シャフト（３）と、固定子（７）および回転子（８）を備える電気機械と、サンホイール（９）、リングギヤ（１０）、およびプラネットホイールキャリア（１１）を備えるプラネタリギヤとを備え、前記エンジンの出力シャフト（２）が前記プラネタリギヤの前記第１の構成要素（９）に接続され、それにより、それらが第１の速度（ｎ１）で一体として回転し、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が前記プラネタリギヤの前記第２の構成要素（１１）に接続され、それにより、それらが第２の速度（ｎ２）で一体として回転し、前記電気機械の回転子（８）が前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に接続され、それにより、前記第３の構成要素（１０）が第３の速度（ｎ３）で回転する、車両用の推進システムであって、前記推進システムが、ある特定の適切な動作状況では、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の所望の速度（ｎ２）を推定し、前記エンジンの出力シャフト（２）の速度（ｎ１）に関する情報を受信し、前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与え、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が前記所望の速度（ｎ２）をとるように前記電気機械を制御するように適合された制御ユニット（１７）を備え、前記エンジンの出力シャフト（２）と前記電気機械の回転子（８）と前記ギヤボックスの入力シャフト（３）とが、共通の回転軸（５）を中心として回転するように構成され、前記プラネタリギヤの構成要素（９〜１１）のうちの少なくとも１つが、前記電気機械の固定子（７）と前記共通の回転軸（５）との間の径方向空間に載置されることを特徴とする、車両用の推進システム。
【請求項２】
前記制御ユニット（１７）が、前記ギヤボックスにおけるギヤチェンジプロセス中に最適な方法でギヤが係合解除および／または係合することが可能な前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の所望の速度（ｎ２）を推定し、前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与え、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が所望の速度（ｎ２）をとるように前記電気機械を制御するように適合されることを特徴とする、請求項１に記載の構成。
【請求項３】
前記制御ユニット（１７）が、前記電気機械に前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与えさせ、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が、前記車両の発進プロセス中に所定の歯車比において、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）に対して所望の速度（ｎ２）をとるように適合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の構成。
【請求項４】
前記推進システムが、前記車両の動作中、前記エンジンの出力シャフト（２）と前記ギヤボックスの入力シャフト（３）とを解除可能に１つに接続することを可能にするクラッチデバイス（１４）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の構成。
【請求項５】
前記エンジンの出力シャフト（２）が、前記プラネタリギヤの前記サンホイール（９）に接続され、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が、前記プラネタリギヤの前記プラネットホイールキャリア（１１）に接続され、前記電気機械の回転子（８）が、前記プラネタリギヤの前記リングギヤ（１０）に接続されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の構成。
【請求項６】
前記クラッチデバイスが、前記エンジンの出力シャフト（２）上で軸方向に移動するように構成されたシフト手段（１４）を有し、前記シフト手段（１４）が、前記エンジンの出力シャフト（２）と前記ギヤボックスの入力シャフト（３）とが同じ速度（ｎ１、ｎ２）で回転する相互接続状態において前記プラネットホイールキャリア（１１）の第２の接続部分（１１ｂ）に接触するように適合された第１の接続部分（１４ａ）を有することを特徴とする、請求項４または５に記載の構成。
【請求項７】
前記サンホイール（９）が、前記エンジンの出力シャフト（２）の周面に接続され、前記プラネットホイールキャリア（１１）が、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の周面に接続された固定部分（１６）を有し、前記電気機械の回転子（８）が、前記リングギヤ（１０）の周面に接続されることを特徴する、請求項５または６に記載の構成。
【請求項８】
前記制御ユニット（１７）が、前記電気機械を、ある特定の適切な動作状況では前記ギヤボックスの入力シャフト（３）に推進力を与えるために蓄積された電気エネルギーを使用し、他の動作状況では電気エネルギーを回生し蓄積するために前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の運動エネルギーを使用するように制御するように適合されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載された車両用の推進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車は、燃焼エンジンとすることができる主原動機と電気機械とすることができる副原動機とによって動力供給することができる。電気機械は、電気エネルギーを蓄積するための少なくとも１つのバッテリーと、バッテリーと電気機械との間の電気エネルギーのフローを調整するための調整機器とを備えることになる。したがって、電気機械は、車両の動作状態に応じて、モータとして、また、発電機として交互に作用することができる。車両にブレーキをかけたとき、電気機械が電気エネルギーを発生させ、その電気エネルギーはバッテリーに蓄積される。蓄積された電気エネルギーは、その後、車両を動作させるために使用される。電気機械は、車両のクラッチ機構とギヤボックスとの間に載置することができる。スペースのためには、電気機械をギヤボックスの入力シャフトに直接接続することが有利である。
【０００３】
ギヤボックスにおけるギヤチェンジプロセス中にエンジンからギヤボックス入力シャフトを分離する従来のクラッチ機構を使用することには不利益が存在する。車両が静止状態から発進すると、クラッチ機構のディスクは互いに対して滑動し、それにより、ディスクが温められる。このようにディスクを温めた結果、燃料消費量が大きくなり、クラッチディスクが摩耗する。また、従来のクラッチ機構は比較的重く、高価である。従来のクラッチ機構はまた、車両において比較的大量のスペースを占める。
【０００４】
米国特許第６，３５４，９７４号は、燃焼エンジンと、そのエンジンの出力シャフトに載置された電気機械とを備えたハイブリッド自動車用の推進システムについて言及している。従来のクラッチ機構を使用する必要がないコンパクトな推進ユニットを作成することを目的としている。従来のクラッチ機構は、プラネタリギヤと３つの摩擦クラッチとによって置換されている。摩擦クラッチにより、車両の様々な動作状態を生成することが可能になる。摩擦クラッチを使用した結果、エネルギー損失が生じる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、ギヤボックスへの入力シャフトの速度を所望の方法で変動させることを可能にする車両用の推進システムを提案することである。
【０００６】
この目的は、請求項１の特徴付け部分において示されるフィーチャによって特徴付けられた導入部に述べられた種類の推進システムを用いて達成される。プラネタリギヤは通常、互いに対して回転するように構成された３つの構成要素、すなわち、サンホイール、プラネットホイールキャリアおよびリングギヤを備える。サンホイールおよびリングギヤの歯の数が分かったことに基づいて、３つの構成要素の動作中に相互速度を判断することが可能である。本発明によれば、プラネタリギヤの構成要素のうちの１つは、燃焼エンジンの出力シャフトに接続されている。したがって、プラネタリギヤのこの構成要素は、エンジンと同じ速度で回転する。プラネタリギヤの別の構成要素は、ギヤボックスの入力シャフトに接続されている。したがって、プラネタリギヤのこの構成要素は、ギヤボックス入力シャフトと同じ速度で回転する。プラネタリギヤの第３の構成要素は、電気機械の回転子に接続されている。したがって、プラネタリギヤのこの構成要素は、電気機械と１つに直接接続されると、電気機械と同じ速度で回転する。代替的には、電気機械は、歯車比を有する変速機を介して、プラネタリギヤの第３の構成要素に接続することができる。この場合、電気機械とプラネタリギヤの第３の構成要素とは、異なる速度で回転することができる。電気機械の速度は、無段で調整することができる。ギヤボックス入力シャフトが所望の速度で回転する動作状況では、制御ユニットは、ギヤボックス入力シャフトの所望の速度を達成するように第３の構成要素を駆動しなければならない速度を計算するために、燃焼エンジンの速度の情報を使用する。制御ユニットは次いで、計算された速度を第３の構成要素に与えるために、したがって、所望の速度をギヤボックス入力シャフトに付与するために電気機械をアクティブ化する。
【０００７】
本発明の一実施形態によれば、制御ユニットは、ギヤボックスにおけるギヤチェンジプロセス中に最適な方法でギヤが係合解除および／または係合することが可能なギヤボックスの入力シャフトの所望の速度を推定し、プラネタリギヤの第３の構成要素に速度を与え、その結果、エンジンの出力シャフトの前記速度と連携して、ギヤボックスの入力シャフトが所望の速度をとるように電気機械を制御するように適合される。
【０００８】
ギヤボックス中で現在のギヤを係合解除すべきときには、ギヤボックス中に無トルク状態を生じなければならない。車両の速度およびギヤボックス中で係合している現在のギヤに関する情報に基づいて、制御ユニットは、ギヤボックス中に無トルク状態を生じるためにギヤボックス入力シャフトが回転しなければならない速度を計算することができる。制御ユニットは次いで、エンジンと連携して、計算された速度をギヤボックスの入力シャフトに与えるように電気機械を制御する。ギヤボックス中に無トルク状態が生じると、現在のギヤは係合解除される。ギヤボックス中で別のギヤが係合されるとき、制御ユニットは、車両の速度およびその他のギヤの情報を使用して、係合することができる入力シャフトの速度を計算する。制御ユニットは次いで、エンジンと連携して、計算された速度をギヤボックス入力シャフトに与えるように電気機械を制御し、その後、その他のギヤが係合される。
【０００９】
電気機械がこの機能を有するとき、ギヤチェンジプロセス中にエンジンの出力シャフトをギヤボックス入力シャフトから分離するために、従来のクラッチ機構を使用する必要はない。したがって、クラッチ機構のコストおよびそれを動作させるための構成要素を節約することができる。本発明の構成では、従来のクラッチ機構において互いに対して滑動するクラッチディスクにより生じるエネルギー損失は生じない。したがって、本発明による構成の結果として、ギヤチェンジプロセスがより省エネルギーとなる。
【００１０】
本発明の好ましい態様によれば、制御ユニットは、プラネタリギヤの第３の構成要素に速度を与え、その結果、エンジンの出力シャフトの速度と連携して、ギヤボックスの入力シャフトが、車両が静止状態から運動状態になるプロセス中に、エンジンの出力シャフトの速度に対して所望の速度をとるように電気機械を制御するように適合される。ギヤボックス入力シャフトの歯車比は、このプロセス中に、車両が制御されたトルクでスムーズに発進するように適切に変動させる。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、推進システムは、車両の動作中、エンジンの出力シャフトとギヤボックスの入力シャフトとを解除可能に１つに接続することを可能にするクラッチデバイスを備える。ギヤボックス中でギヤが係合されたとき、制御ユニットは、燃焼エンジンと同じ速度をギヤボックス入力シャフトに与えることを目的として、電気機械を制御する。これが達成されると、制御ユニットは、エンジン出力シャフトとギヤボックス入力シャフトとを１つに接続するクラッチデバイスをアクティブ化する。この接続状態において、エンジンとギヤボックス入力シャフトとの歯車比は１：１である。したがって、エンジン出力シャフトとギヤボックス入力シャフトとは一体として回転する。
【００１２】
ただし、後続のギヤチェンジプロセス中に現在のギヤが係合解除される前に、エンジン出力シャフトとギヤボックス入力シャフトとが異なる速度で回転することが可能になるように、クラッチデバイスを解除しなければならない。前記クラッチデバイスは、シフト手段を有することができ、このシフト手段は、エンジン出力シャフトの軸方向に移動するように構成され、かつ、エンジンの出力シャフトとギヤボックスの入力シャフトが同じ速度で回転する相互接続状態ではプラネットホイールキャリアの第２の接続部分と接触するように適合された第１の接続部分を備える。したがって、エンジンの出力シャフトは、比較的単純かつ機能的な方法で、ギヤボックスの入力シャフトに接続することができる。
【００１３】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、エンジンの出力シャフトはプラネタリギヤのサンホイールに接続され、ギヤボックスの入力シャフトはプラネタリギヤのプラネットホイールキャリアに接続され、電気機械の回転子はプラネタリギヤのリングギヤに接続される。これは、関係する構成要素が、コンパクトな構成を形成することができることを意味する。
【００１４】
しかしながら、プラネタリギヤの他の構成要素のいずれかに、エンジンの出力シャフト、ギヤボックスの入力シャフトおよび電気機械の回転子を接続することが可能である。有利には、サンホイールが、エンジンの出力シャフトの周面に接続され、プラネットホイールキャリアが、ギヤボックスの入力シャフトの周面に接続され、電気機械の回転子が、エンジンの出力シャフトおよびギヤボックスの入力シャフトに接続される。サンホイールおよびプラネットホイールキャリアは、スプライン接続または同様の接続によって、エンジン出力シャフトおよびギヤボックス入力シャフトにそれぞれ接続することができる。したがっては、サンホイールは、エンジンの出力シャフトと同じ速度で回転し、プラネットホイールキャリアは、ギヤボックス入力シャフトと同じ速度で回転することが保証される。電気機械の回転子は、リングギヤの外周面にしっかりと接続することができる。リングギヤの内周面は通常、歯を備えている。リングギヤの外周面は、通常滑らかであり、電気機械の回転子を支持するのに非常に適している。したがって、リングギヤと電気機械の回転子とは、回転可能なユニットを形成する。代替的には、電気機械の回転子は、変速機を介してリングギヤに接続することができる。
【００１５】
本発明の代替実施形態によれば、エンジンの出力シャフトと電気機械の回転子とギヤボックスの入力シャフトとは、共通の回転軸を中心として回転するように構成される。この場合、エンジンの出力シャフトとギヤボックスの入力シャフトとは同軸に配置される。電気機械は、有利には、前記シャフトの２つの隣接する端部部分に近接して載置される。プラネタリギヤの構成要素のうちの少なくとも１つは、電気機械の固定子と前記共通の回転軸間の径方向空間に載置される。通常、電気機械の固定子と回転軸との間には既存の径方向空間が存在する。好ましくは、プラネタリギヤ全体がこの空間に載置される。したがって、電気機械とプラネタリギヤとは実質的に、電気機械のみよりも大きな空間を占有しなくなる。そのような配置により、非常にコンパクトな構成を可能になる。
【００１６】
本発明の代替実施形態によれば、制御ユニットは、電気機械を制御するように適合される。ある特定の適切な動作状況ではギヤボックス入力のシャフトに推進力を与えるために蓄積された電気エネルギーを使用し、他の動作状況では電気エネルギーを回生し保管するためにギヤボックスの入力シャフトの運動エネルギーを使用する。この場合、車両は、燃焼エンジンの形態の主原動機と前記電気機械の形態の副原動機とによって動力供給されるハイブリッド自動車である。電気機械は、電気エネルギーを蓄積するための少なくとも１つのバッテリーと、バッテリーと電気機械との間の電気エネルギーのフローを調整するための調整機器とを備えている。したがって、電気機械は、ギヤボックスの入力シャフトの速度を制御することを可能にする機能をだけでなく、車両の動作状態に応じて、モータとして、また発電機として交互に動作する能力をも有する。
【００１７】
例として、本発明の好ましい実施形態について添付の図面を参照として以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による、車両を動作させるための推進システムを示す図である。
【図２】推進システムの様々な構成要素の速度が図１の推進システムの動作中にどのように変動し得るかについて示す図である。
【図３】図２の構成要素のトルクが動作中にどのように変動し得るかについて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に、車両を動作させるための推進システムを示す。車両は、この場合、ディーゼルエンジン１とすることができる燃焼エンジン１によって主に動力供給されるハイブリッド自動車である。燃焼エンジン１は、出力シャフト２を備えている。エンジン出力シャフト２は、ギヤボックス４への入力シャフト３に対して同軸で配置される。エンジン出力シャフト２とギヤボックス入力シャフト３とは、共通の回転軸５を中心として回転するように構成される。ハイブリッド自動車は、エンジン出力シャフト２の一端とギヤボックス入力シャフト３の一端とを含む領域に、電気機械とプラネタリギヤとを封入するハウジング６を有する。電気機械は、固定子７と回転子８とを従来の方法で備える。固定子７は、ハウジング６の内側に適切に固定された固定子コアを有する。固定子コアは、固定子の巻線を備える。電気機械は、ある特定の動作状況では、蓄積された電気エネルギーを使用してギヤボックス入力シャフト３に推進力を与えるように、かつ、他の動作状況では、ギヤボックス入力シャフト３の運動エネルギーを使用して電気エネルギーを回生し蓄積するように適合される。
【００２０】
プラネタリギヤは、電気機械の固定子７および回転子８に対して実質的に径方向内向きに載置される。プラネタリギヤは、従来の方法で、サンホイール９と、リングギヤ１０と、プラネットホイールキャリア１１とを備える。プラネットホイールキャリア１１は、サンホイールの歯とリングギヤ１０の歯との間の径方向空間で回転するように構成された複数のギヤホイール１２を支持する。サンホイール９は、エンジン出力シャフト２の周面に固定される。サンホイール９とエンジン出力シャフト２とは、第１の速度ｎ１で一体として回転する。プラネットホイールキャリア１１は、スプライン接続１３によってギヤボックス入力シャフト３の周面に固定される固定部分１１ａを有する。この接続により、プラネットホイールキャリア１１とギヤボックス入力シャフト３とが第２の速度ｎ２で一体として回転することが可能になる。リングギヤ１０の外周面には、回転子８がしっかりと装着される。回転子８とリングギヤ１０とは、第３の速度ｎ３で回転する回転可能なユニットを構成する。
【００２１】
エンジン出力シャフト２は、可動式の接続手段１４を備えている。この接続手段は、スプライン接続１５によってエンジン出力シャフト２に固定される。この接続手段は、この場合、一緒に回転するようにエンジン出力シャフト２に載置され、エンジン出力シャフト２上で軸方向に移動可能である。この接続手段は、プラネットホイールキャリア１１の接続部分１１ｂに接続可能な接続部分１４ａを有する。概略的に示されたシフト手段１６は、接続部分１４ａ、１１ｂが相互係合していない第１の位置と、それらが相互係合している第２の位置との間で接続手段を移動させるように適合される。接続部分１４ｂが相互係合しているとき、エンジン出力シャフト２とギヤボックス入力シャフト３とは同じ速度で回転する。
【００２２】
電気的制御ユニット１７は、シフト手段１６を制御するように適合される。また、制御ユニット１７は、電気機械がいつモータとして作用するか、およびいつ発電機として作用するかを決定するように適合される。これを決定するために、制御ユニット１７は、好適な動作パラメータから現在の情報を受信することができる。この目的のために、制御ユニット１７は、好適なソフトウェアを備えるコンピュータとすることができる。制御ユニット１７はまた、バッテリー１９と電気機械の固定子７との間の電気エネルギーのフローを調整する概略的に示された調整機器１８を制御する。電気機械がモータとして作用ときには、蓄積された電気エネルギーがバッテリー１９から固定子７に供給される。電気機械が発電機として作用するときには、電気エネルギーが固定子７からバッテリー１９に供給される。車両におけるエンジン１とギヤボックス４との間の空間が限られている場合、電気機械とプラネタリギヤとは、コンパクトなユニットを構成する必要がある。プラネタリギヤの構成要素９〜１１は、その場合、電気機械の固定子７に対して実質的に径方向内向きに配置される。ここでは、電気機械の回転子８と、プラネタリギヤのリングギヤ１０とエンジン出力シャフト２とギヤボックス入力シャフト３とは、共通の回転軸５を中心として回転するように構成される。そのようなバージョンでは、電気機械とプラネタリギヤとは、非常にコンパクトなユニットを構成する。
【００２３】
図２および図３に、車両の様々な動作状況において、エンジン出力シャフト２、電気機械の回転子８およびギヤボックス入力シャフト３について、速度ｎおよびトルクＭが時間ｔに対してどのように変動し得るかに関する例を示す。エンジン出力シャフト２の速度ｎ１およびトルクＭ１を破線で表し、ギヤボックス入力シャフト３の速度ｎ２およびトルクＭ２を実線で表し、電気機械の速度ｎ３およびトルクＭ３を点線で表す。この例において、サンホイール９の歯数ｚ１とリングギヤ１０の歯数ｚ２との間の関係はｚ１／ｚ２＝０．７である。
【００２４】
期間ｔ＝０〜１中に燃焼エンジン１を始動する。燃焼エンジン１は、最初は、５００ｒｐｍでアイドリングする。したがって、ギヤボックス中で係合しているギヤは１つもなく、車両は静止している。ギヤボックス４中でファーストギヤが係合できるようにするためには、その入力シャフト３もまた静止していなければならない。したがって、ファーストギヤが係合できるようにするためには、ギヤボックス入力シャフト３の速度ｎ２は０ｒｐｍでなければならない。したがって、制御ユニット１７は、ギヤボックス入力シャフト３の速度ｎ２が０になるように、電気機械がリングギヤ１０を駆動する必要がある速度ｎ３を計算するための基礎として、プラネタリギヤにおける歯車比の情報を使用する。電気機械は、ここでは、上述の歯車比が−０．７×５００ｒｐｍ＝−３５０ｒｐｍになる速度ｎ３で、エンジン出力シャフト２に対して反対方向にリングギヤ１０を回転させなければならない。制御ユニット１７は、ここで、電気機械およびリングギヤ１０を−３５０ｒｐｍの速度ｎ３をとるように制御する。したがって、期間ｔ＝０〜１中、ギヤボックス４内は無トルク状態となる。エンジン出力シャフト２、電気機械およびギヤボックス入力シャフト３は、トルクＭ１、Ｍ２およびＭ３をそれぞれとり、この期間中、これらのトルクは実質的に線形に増大する。
【００２５】
ｔ＝１において、ギヤボックス４中でファーストギヤが係合する。期間ｔ＝１〜４中、車両は、燃焼エンジンおよび電気機械によって加速する。制御ユニット１７は、ここで、エンジンを補助して車両を所望するように加速することができるようにするためには、電気機械の速度ｎ３をどのように変動させなければならないかについて算出する。エンジン回転数ｎ１は、ここで、５００ｒｐｍから１０００ｒｐｍまで実質的に線形に増加する。制御ユニット１７はまた、電気機械の速度ｎ３を３５０ｒｐｍから１０００ｒｐｍまで、すなわち、エンジンと同じ速度まで実質的に線形に増加させる。この期間中、エンジンのトルクＭ１と電気機械のトルクＭ３とは実質的に等しい。エンジン回転数ｎ１は、ここで、プラネタリギヤによって、制御されたトルクＭ２での車両のスムーズな発進をもたらす可変歯車比でギヤボックス入力シャフト３の速度ｎ２まで変換される。
【００２６】
ｔ＝４において、ギヤボックス入力シャフト３は、エンジン出力シャフトの速度ｎ１と同じ速度ｎ２に達することになる。制御ユニット１７は、ここで、シフト手段１６をアクティブ化させて、接続部分１４ａと接続部分１１ｂとが相互係合する接続位置まで接続手段１４を移動させる。期間ｔ＝４〜７中、燃焼エンジンは、ギヤボックス入力シャフト３の、したがって車両の動作の、実質的に全体を対象とする。ここで、電気機械のトルクＭ３は０まで降下するが、電気機械はエンジン出力シャフト２およびギヤボックス入力シャフト３と同じ速度ｎ３で回転する。期間ｔ＝５〜７中、車両の速度が増大し、その結果、前記構成要素の速度ｎ１、ｎ２、ｎ３がそれに対応して増大する。
【００２７】
ｔ＝７において、ギヤボックス４中でより高いギヤを係合させる必要がある。制御ユニット１７は、シフト手段１６をアクティブ化させて、結合手段１４を分離位置まで移動させる。エンジン出力シャフト２とギヤボックス入力シャフト３との間の接続が終了する。制御ユニット１７は、ここで、車両の速度とギヤボックス４に現在係合しているギヤとを用いて、ギヤボックス４において無トルク状態を達成するようにギヤボックス入力シャフト３を作動させる必要がある速度ｎ２を計算する。次いで、制御ユニット１７は、エンジンの優勢な速度ｎ１においてギヤボックス入力シャフト３が計算された速度ｎ２をとるように、電気機械を作動させる必要がある速度ｎ３を計算する。制御ユニット１７は、計算された速度ｎ３を用いて電気機械をアクティブ化して、それにより、ギヤボックスにおいて無トルク状態を生じ、その後、ギヤが係合解除される。ここで、トルクＭ１、Ｍ２およびＭ３はすべて０である。
【００２８】
現在のギヤが係合解除されたとき、別のギヤが係合されることになる。制御ユニット１７は、ここで、他のギヤが係合するときに、ギヤボックス４において無トルク状態を生じるようにギヤボックス入力シャフト３が作動させる必要がある所望の速度ｎ２を計算する。次いで、制御ユニット１７は、エンジンの優勢な速度ｎ１においてギヤボックス入力シャフト３が計算された速度ｎ２をとるように、電気機械を作動させる必要がある速度ｎ３を計算する。制御ユニット１７は、計算された速度ｎ３を用いて電気機械をアクティブ化して、その後、他のギヤが係合する。これは、ｔ＝９に行われる。期間ｔ＝９〜１１中に、車両は、実質的に等しいトルクＭ１およびＭ３をもつ燃焼エンジンおよび電気機械によって動力供給される。制御ユニット１７は、エンジン回転数ｎ１が、１２００ｒｐｍから１０００ｒｐｍまで降下すると同時にギヤボックス入力シャフト３の速度ｎ２＝１０００ｒｐｍを維持することを目的として電気機械の速度ｎ３を制御する。
【００２９】
ｔ＝１１において、エンジンは、ギヤボックス入力シャフト３の速度ｎ２と同じ速度ｎ１をとることになる。制御ユニット１７は、シフト手段１６をアクティブ化して接続手段１４を接続位置まで移動させる。期間ｔ＝１１〜１２中、エンジンは、車両の推進を漸進的に引き起こす。ｔ＝１２において、ドライバはアクセルペダルをリリースする。ギヤボックス入力シャフト３は次いで、エンジンブレーキがかかると同時に、電気機械を駆動する。電気機械は、ここで、電気エネルギーを発生させ、その電気エネルギーはバッテリー１９に蓄積される。ｔ＝１５において、エンジン回転数ｎ１は、５００ｒｐｍでアイドリングするように降下することになる。電気機械の速度ｎ３とギヤボックス入力シャフトの速度ｎ２とは、曲線がｔ＝１７で終了するまで降下しつづける。
【００３０】
現在のギヤがギヤボックスで係合解除されたとき、または、別のギヤが係合されたとき、本発明の構成は、電気機械を用いてギヤボックス４中に無トルク状態を生じる。これは、ギヤチェンジプロセス中にギヤボックス４からエンジンを分離するためにクラッチ機構を使用する必要が全くないことを意味する。したがって、関連する制御機器を備える従来のクラッチ機構を省略することができる。車両の発進プロセス中に、別のギヤが係合しているとき、エンジンとギヤボックス入力シャフト３とに同じ速度を提供するために、滑動するクラッチディスクを使用しなくてもよい。その結果、従来のクラッチ機構を使用したときよりも、ギヤチェンジプロセスおよび発進プロセスがより省エネルギーとなる。この場合、制御ユニット１７は、エンジンおよびギヤボックス入力シャフト３が同じ速度をとるまで、電気機械を用いてエンジンとギヤボックス入力シャフト３との間の歯車比を変動させる。これにより、制御されたトルクでのスムーズな発進を達成することが可能となる。
【００３１】
本発明は、いかなる方法でも、図面が言及する実施形態に制限されるものでなく、特許請求の範囲内で自由に変化させることができる。たとえば、回転子８とリングギヤ１０との間に、歯車比をもつ変速機を載置することができ、したがって、変速機は同じ速度で回転する必要がない。
【図１】
2014507322.tif 000003
【図２】
2014507322.tif 000004
【図３】
2014507322.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月25日(2013.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジン（１）の出力シャフト（２）と、ギヤボックス（４）の入力シャフト（３）と、固定子（７）および回転子（８）を備える電気機械と、サンホイール（９）、リングギヤ（１０）、およびプラネットホイールキャリア（１１）を備えるプラネタリギヤとを備え、前記エンジンの出力シャフト（２）が前記プラネタリギヤの前記第１の構成要素（９）に接続され、それにより、それらが第１の速度（ｎ１）で一体として回転し、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が前記プラネタリギヤの前記第２の構成要素（１１）に接続され、それにより、それらが第２の速度（ｎ２）で一体として回転し、前記電気機械の回転子（８）が前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に接続され、それにより、前記第３の構成要素（１０）が第３の速度（ｎ３）で回転する、車両用の推進システムであって、前記推進システムが、ある特定の適切な動作状況では、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の所望の速度（ｎ２）を推定し、前記エンジンの出力シャフト（２）の速度（ｎ１）に関する情報を受信し、前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与え、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が前記所望の速度（ｎ２）をとるように前記電気機械を制御するように適合された制御ユニット（１７）を備え、前記エンジンの出力シャフト（２）が前記プラネタリギヤの前記サンホイール（９）に接続され、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が前記プラネタリギヤの前記プラネットホイールキャリア（１１）に接続され、前記電気機械の回転子（８）が前記プラネタリギヤの前記リングギア（１０）に接続されることを特徴とする、車両用の推進システム。
【請求項２】
前記制御ユニット（１７）が、前記ギヤボックスにおけるギヤチェンジプロセス中に最適な方法でギヤが係合解除および／または係合することが可能な前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の所望の速度（ｎ２）を推定し、前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与え、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が所望の速度（ｎ２）をとるように前記電気機械を制御するように適合されることを特徴とする、請求項１に記載の構成。
【請求項３】
前記制御ユニット（１７）が、前記電気機械に前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与えさせ、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が、前記車両の発進プロセス中に所定の歯車比において、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）に対して所望の速度（ｎ２）をとるように適合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の構成。
【請求項４】
前記推進システムが、前記車両の動作中、前記エンジンの出力シャフト（２）と前記ギヤボックスの入力シャフト（３）とを解除可能に１つに接続することを可能にする結合デバイス（１４）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の構成。
【請求項５】
前記結合デバイスが、前記エンジンの出力シャフト（２）上で軸方向に移動するように構成されたシフト手段（１４）を有し、前記シフト手段（１４）が、前記エンジンの出力シャフト（２）と前記ギヤボックスの入力シャフト（３）とが同じ速度（ｎ１、ｎ２）で回転する相互接続状態において前記プラネットホイールキャリア（１１）の第２の接続部分（１１ｂ）に接触するように適合された第１の接続部分（１４ａ）を有することを特徴とする、請求項４に記載の構成。
【請求項６】
前記サンホイール（９）が、前記エンジンの出力シャフト（２）の周面に接続され、前記プラネットホイールキャリア（１１）が、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の周面に接続された固定部分（１６）を有し、前記電気機械の回転子（８）が、前記リングギヤ（１０）の周面に接続されることを特徴する、請求項１から５のいずれか一項に記載の構成。
【請求項７】
前記エンジンの出力シャフト（２）、前記電気機械の回転子（８）および前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が、共通の回転軸（５）を中心として回転するように構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の構成。
【請求項８】
前記プラネタリギヤの構成要素（９〜１１）のうちの少なくとも１つが、前記電気機械の固定子（７）と前記共通の回転軸（５）との間の径方向空間に載置されることを特徴とする、請求項７に記載の構成。
【請求項９】
前記制御ユニット（１７）が、前記電気機械を、ある特定の適切な動作状況では前記ギヤボックスの入力シャフト（３）に推進力を与えるために蓄積された電気エネルギーを使用し、他の動作状況では電気エネルギーを回生し蓄積するために前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の運動エネルギーを使用するように制御するように適合されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の構成。
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月27日(2013.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジン（１）の出力シャフト（２）と、ギヤボックス（４）の入力シャフト（３）と、固定子（７）および回転子（８）を備える電気機械と、サンホイール（９）、リングギヤ（１０）、およびプラネットホイールキャリア（１１）を備えるプラネタリギヤとを備え、前記エンジンの出力シャフト（２）が前記プラネタリギヤの前記第１の構成要素（９）に接続され、それにより、それらが第１の速度（ｎ１）で一体として回転し、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が前記プラネタリギヤの前記第２の構成要素（１１）に接続され、それにより、それらが第２の速度（ｎ２）で一体として回転し、前記電気機械の回転子（８）が前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に接続され、それにより、前記第３の構成要素（１０）が第３の速度（ｎ３）で回転する、車両用の推進システムであって、前記推進システムが、ある特定の適切な動作状況では、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の所望の速度（ｎ２）を推定し、前記エンジンの出力シャフト（２）の速度（ｎ１）に関する情報を受信し、前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与え、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が前記所望の速度（ｎ２）をとるように前記電気機械を制御するように適合された制御ユニット（１７）を備え、前記エンジンの出力シャフト（２）が前記プラネタリギヤの前記サンホイール（９）に接続され、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が前記プラネタリギヤの前記プラネットホイールキャリア（１１）に接続され、前記電気機械の回転子（８）が前記プラネタリギヤの前記リングギア（１０）に接続されることを特徴とする、車両用の推進システム。
【請求項２】
前記制御ユニット（１７）が、前記ギヤボックスにおけるギヤチェンジプロセス中に最適な方法でギヤが係合解除および／または係合することが可能な前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の所望の速度（ｎ２）を推定し、前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与え、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が所望の速度（ｎ２）をとるように前記電気機械を制御するように適合されることを特徴とする、請求項１に記載の構成。
【請求項３】
前記制御ユニット（１７）が、前記電気機械に前記プラネタリギヤの前記第３の構成要素（１０）に速度（ｎ３）を与えさせ、その結果、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）と連携して、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）が、前記車両の発進プロセス中に所定の歯車比において、前記エンジンの出力シャフト（２）の前記速度（ｎ１）に対して所望の速度（ｎ２）をとるように適合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の構成。
【請求項４】
前記推進システムが、前記車両の動作中、前記エンジンの出力シャフト（２）と前記ギヤボックスの入力シャフト（３）とを解除可能に１つに接続することを可能にする結合デバイス（１４）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の構成。
【請求項５】
前記結合デバイスが、前記エンジンの出力シャフト（２）上で軸方向に移動するように構成されたシフト手段（１４）を有し、前記シフト手段（１４）が、前記エンジンの出力シャフト（２）と前記ギヤボックスの入力シャフト（３）とが同じ速度（ｎ１、ｎ２）で回転する相互接続状態において前記プラネットホイールキャリア（１１）の第２の接続部分（１１ｂ）に接触するように適合された第１の接続部分（１４ａ）を有することを特徴とする、請求項４に記載の構成。
【請求項６】
前記サンホイール（９）が、前記エンジンの出力シャフト（２）の周面に接続され、前記プラネットホイールキャリア（１１）が、前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の周面に接続された固定部分（１６）を有し、前記電気機械の回転子（８）が、前記リングギヤ（１０）の周面に接続されることを特徴する、請求項１から５のいずれか一項に記載の構成。
【請求項７】
前記エンジンの出力シャフト（２）と前記電気機械の回転子（８）と前記ギヤボックスの入力シャフト（３）とが、共通の回転軸（５）を中心として回転するように構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の構成。
【請求項８】
前記プラネタリギヤの構成要素（９〜１１）の少なくとも１つが、前記電気機械の固定子（７）と前記共通の回転軸（５）との間の径方向空間に載置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の構成。
【請求項９】
前記制御ユニット（１７）が、前記電気機械を、ある特定の適切な動作状況では前記ギヤボックスの入力シャフト（３）に推進力を与えるために蓄積された電気エネルギーを使用し、他の動作状況では電気エネルギーを回生し蓄積するために前記ギヤボックスの入力シャフト（３）の運動エネルギーを使用するように制御するように適合されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の構成。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、推進システムは、車両の動作中、エンジンの出力シャフトとギヤボックスの入力シャフトとを解除可能に１つに接続することを可能にする結合デバイスを備える。ギヤボックス中でギヤが係合されたとき、制御ユニットは、燃焼エンジンと同じ速度をギヤボックス入力シャフトに与えることを目的として、電気機械を制御する。これが達成されると、制御ユニットは、エンジン出力シャフトとギヤボックス入力シャフトとを１つに接続する結合デバイスをアクティブ化する。この接続状態において、エンジンとギヤボックス入力シャフトとの歯車比は１：１である。したがって、エンジン出力シャフトとギヤボックス入力シャフトとは一体として回転する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
ただし、後続のギヤチェンジプロセス中に現在のギヤが係合解除される前に、エンジン出力シャフトとギヤボックス入力シャフトとが異なる速度で回転することが可能になるように、結合デバイスを解除しなければならない。前記結合デバイスは、シフト手段を有することができ、このシフト手段は、エンジン出力シャフトの軸方向に移動するように構成され、かつ、エンジンの出力シャフトとギヤボックスの入力シャフトが同じ速度で回転する相互接続状態ではプラネットホイールキャリアの第２の接続部分と接触するように適合された第１の接続部分を備える。したがって、エンジンの出力シャフトは、比較的単純かつ機能的な方法で、ギヤボックスの入力シャフトに接続することができる。
【国際調査報告】
2014507322.tif 000006
2014507322.tif 000007
2014507322.tif 000008
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