(57)【要約】  本発明は、１つの内燃エンジンと１つのエンジンクラッチと１つの電気機械と同期および／または非同期変速要素で段を変速するための単群または多群構造様式の１つの手動変速機と１つの終減速装置と変速過程を制御するための付設された１つの制御機構とを少なくとも含む配置を備えた車両ドライブトレインを作動させるための方法、ドライブトレイン、そしてこのようなドライブトレインを備えた車両に関する。この配置で機能の可能性を拡充するために、手動変速機内で変速過程のとき電気機械が同期手段として、同期補助体として、または少なくとも変速補助体として利用され、変速機軸の回転方向変化が考慮される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの内燃エンジンと１つのエンジンクラッチと１つの電気機械と同期および／または非同期変速要素で段を変速するための単群または多群構造様式の１つの手動変速機と１つの終減速装置と変速過程を制御するための付設された１つの制御機構とを少なくとも含む配置を備えた車両ドライブトレインを作動させるための方法において、
手動変速機内で変速過程のとき電気機械が同期手段として、同期補助体として、または少なくとも変速補助体として利用され、変速機軸の回転方向変化が考慮されることを特徴とする方法。
【請求項２】
同じ回転方向に当初作動している相関されるべき変速機軸の回転方向が電気機械によって同化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
望ましくない車両惰行によって変速機出力軸の回転方向変化が選択した段方向とは逆に引き起こされると、まず、変速機出力軸と相関されるべき旧回転方向で作動する別の少なくとも１つの変速機軸の回転方向が電気機械によって変速機出力軸の回転方向に同化されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一部に非同期変速要素を有する多群変速機の場合、電気機械が、変速機軸の回転方向変化を考慮して、変速プロセスの制御時に個々の群を同期化するための同期手段として利用されることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
非同期変速要素を有する多群変速機の場合、段切換が連続的変速プロセスで実行され、まずエンジンクラッチを開放しかつ旧段を解放して負荷減少が行われ、引き続き個々の群がそれぞれ遮断され、電気機械によって同期化され、再び接続され、最後に、エンジンクラッチを締結させかつ負荷増加して目標段の嵌合が行われることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前置された１つのスプリッタ群と１つの中央主群と後置された１つのレンジ群とを有する３群変速機の場合、
ａ）エンジンクラッチを開放しかつ旧段を解放して負荷を減少させるステップ、
ｂ）スプリッタ群を遮断するステップ、
ｃ）スプリッタ群を同期化するステップ、
ｄ）スプリッタ群を接続するステップ、
ｅ）主群を遮断するステップ、
ｆ）主群を同期化するステップ、
ｇ）主群を接続するステップ、
ｈ）レンジ群を遮断するステップ、
ｉ）レンジ群を同期化するステップ、
ｊ）レンジ群を接続するステップ、
ｋ）エンジンクラッチを締結しかつ負荷を増加させて目標段を嵌合させるステップ、
以上のステップで段切換が実行されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
段切換時に群の内部で選択的にアップシフト、ダウンシフトを行うことができる多群変速機の場合、群について最小時間での変速・同期化プロセスを判定するために、
ａ）電気機械によって実施すべき変速機軸回転方向反転回数、
ｂ）電気機械によって同期化すべき各回転数範囲の値、
ｃ）各回転数急変の値、
ｄ）各回転数急変の方向、
ｅ）回転数レベル自体、
以上の判定基準が個々にまたは組合せて考慮されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
所定の同期化においてエンジンクラッチが選択的に完全にまたは部分的に締結され、または完全にまたは部分的に締結されたままとなることを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
多群変速機の群の連続的接続段階および遮断段階が１つの変速プロセスにおいて選択的に相互に分離され、または時間的に一部重ねて行われることを特徴とする、請求項４〜８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
歯先対歯先位置の発生時に変速が継続され、多群変速機の当該群において電気機械は、相応する歯車が通常にかみ合いかつ各歯先対歯先位置が除去されるまで、引き続きもしくは可変式に駆動されかつ作動されることを特徴とする、請求項４〜９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
１つの内燃エンジンと１つのエンジンクラッチと１つの電気機械と同期および／または非同期変速要素で段を変速するための単群または多群構造様式の１つの手動変速機と１つの終減速装置と変速過程を制御するための付設された１つの制御機構とを少なくとも含む特に請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載された方法を実施するための車両ドライブトレインにおいて、単数または複数の変速機軸の回転方向変化時に電気機械が変速過程中同期手段として、同期補助体として、または少なくとも変速補助体として相応に駆動可能であり、かつ設けられた非確動式結合手段を介して、回転方向変化に基づいて付加されるべき各変速機軸と作用結合可能であることを特徴とするドライブトレイン。
【請求項１２】
請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載された方法を実施するための請求項１１に記載されたドライブトレインを備えた車両。
i．同期化。アップシフトのゆえに電気機械の回転数低下。
iii．接続。
３．主群ＨＧ：
ｉ．遮断。
ii．同期化。ダウンシフトのゆえに電気機械の回転数上昇。
iii．接続。
４．スプリッタ群ＧＶ：
ｉ．遮断。
ii．同期化。ダウンシフトのゆえに電気機械の回転数上昇。
５．エンジンクラッチを部分的に締結。内燃エンジンの回転数が低下し同期化される。
６．スプリッタ群：
ｉ．接続。
７．エンジンクラッチの残りを締結して負荷増加。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載された車両ドライブトレインを作動させるための方法、請求項１０の前文に記載されたドライブトレイン、そしてこのようなドライブトレインを備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両ドライブトレイン内、特に自動車内で電気機械を使用することは既に知られている。電気機械は、例えばハイブリッドシステム内で駆動組立体、全輪駆動装置用補助駆動装置、後退段を実現するための段駆動装置、内燃エンジン用始動モータ、発進補助体、電磁式リターダ、潤滑油および冷却油を供給するためのポンプ駆動装置、または回生機構内の発電機等の多様な機能を果たすことができる。さらに、摩擦要素を備えた通常の同期装置を少なくとも部分的に省き、こうして製造費と取付空間を節約し、変速時間を短縮し、かつ変速快適性を改善するために、手動変速機内で同期化するのにも電気機械を利用することが知られている。
【０００３】
自動車のこのようなドライブトレインとそれを作動させるための方法が独国特許出願公開ＤＥ１０２００５００７９６６Ａ１（特許文献１）により公知である。そこでは、動力流れ方向で内燃エンジン‐エンジンクラッチ‐電気モータ‐手動変速機入力軸／手動変速機‐終減速装置から成るドライブトレイン配置内に電気モータが設けられており、この電気モータはなかんずく手動変速機内で変速の同期化に利用可能であり、例えばエンジンクラッチを開放して変速機がニュートラル位置のとき電気モータは、選択された各目標段が変速される前に、変速機軸とその都度変速されるべき段歯車との間に同期回転数をもたらす。この刊行物ではさらに、非同期多群変速機の場合に電気モータで同期回転数を何度か繰り返し実現することによって同期化を実行できると述べられている。しかしこの点についてそれ以上の説明がこの刊行物には見られない。
【０００４】
さらに、ダブルクラッチ変速機内で電気機械を使用することが公知である。本出願人の先行公開されていない独国特許出願ＤＥ１０２００６０３６７５８．８明細書に述べられたカウンタ軸構造様式の自動ダブルクラッチ変速機は、それぞれ１群の段歯車組と１つの発進要素とを付設された２つの変速機入力軸と、非同期段クラッチとして形成された変速要素とを備えている。ダブルクラッチユニットとして実施される両方の発進要素は爪構造様式の非同期エンジンクラッチとして形成されている。両方の発進要素は変速機側でそれぞれ付設された入力軸と結合されており、駆動側では交互に内燃エンジンのクランク軸と結合可能である。ピニオンを介して各段群の最高段の駆動歯車にそのロータがかみ合う１つの電気機械か、または交互に段歯車と作用結合可能な共通する１つの電気機械のいずれかが、両方の入力軸に付設されている。
【０００５】
電気機械は発進兼同期化手段として有効である。発進過程のとき発進段の段クラッチの係合後に車両は電気機械によってまず、駆動軸の同期回転数に到達時に当該エンジンクラッチを係合させることができるまで加速される。段切換時にまず目標段のエンジンクラッチを開放して目標段の入力軸は付設された電気機械によって、同期回転数に到達時に目標段の段クラッチを係合させることができるまで加速され、次に電気機械は増加する負荷を一時的に引き受け、旧段のエンジンクラッチが解除され、旧段が解放され、原動機が制御装置によって新たな同期回転数へと制御され、こうして次に目標段のエンジンクラッチは係合させることができる。さらに、前記少なくとも１つの電気機械を頼りに後退段は電気機械のロータ回転方向の反転によって前進発進段用歯車組と作用結合して実現することができる。
【０００６】
独国特許出願公開ＤＥ１０１３３６９５Ａ１（特許文献２）により公知の他のダブルクラッチ変速機では少なくとも１つの変速機入力軸が電気機械と結合可能である。変速過程中、同期化のために変速機入力軸は電気機械によって加速することができ、または特にダウンシフト時に最低段へと減速することができる。その際、電気機械は既存の同期機構と協動することができる。
【０００７】
上記刊行物は、特に従来の手動変速機およびダブルクラッチ変速機内で同期化のために車両‐ドライブトレイン内で電気機械を使用する多様な可能性を開示しており、それらの根底にある課題を完全に果たすことができる。欠点として、当業者はそれらのなかに、問題のあるおよび／または比較的複雑な変速過程において電気機械を応用する仕方についての指示を見出さないかまたは少なくとも不十分にしか見出さない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】独国特許出願公開ＤＥ１０２００５００７９６６Ａ１
【特許文献２】独国特許出願公開ＤＥ１０１３３６９５Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のことを背景に本発明の課題は、車両内のドライブトレインを作動させるための方法を明示し、そのためのドライブトレインを改良し、特に変速過程中の同期化のために、ドライブトレインに付設された電気機械の機能可能性が改善されかつ拡充されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題の解決は独立請求項の特徴から明らかとなり、本発明の有利な諸構成、諸態様は付属する従属請求項から読み取ることができる。
【００１１】
本発明の根底にあるのは、一方で手動変速機内で変速機軸の不規則な回転方向変化が生じて変速過程を不可能としまたは少なくとも困難としもしくは遅らせることがあり、他方でドライブトレイン内で電気機械を相応する駆動によって両方の回転方向に作動させることができ、この電気機械によってやはりこの変速機軸および／またはこの変速機軸と作用結合可能な別の変速機軸の回転方向を調節することができ、これにより所望する変速が特定動作状況においてはじめて可能となり、または少なくとも同期変速を改善することができるとの認識である。
【００１２】
従って本発明は、１つの内燃エンジンと１つのエンジンクラッチと１つの電気機械と同期および／または非同期変速要素で段を変速するための単群または多群構造様式の１つの手動変速機と１つの終減速装置と変速過程を制御するための付設された１つの制御機構とを少なくとも含む配置を備えた車両ドライブトレインを作動させるための方法から出発する。
【００１３】
この課題を解決するために本発明では、手動変速機内で変速過程のとき電気機械が同期手段として、同期補助体として、または少なくとも変速補助体として利用され、変速機軸の回転方向変化が考慮される。
【００１４】
本発明はさらに、１つの内燃エンジンと１つのエンジンクラッチと１つの電気機械と同期および／または非同期変速要素で段を変速するための単群または多群構造様式の１つの手動変速機と１つの終減速装置と変速過程を制御するための付設された１つの制御機構とを少なくとも含む車両ドライブトレインから出発する。このため本発明ではこのドライブトレインにおいて、単数または複数の変速機軸の回転方向変化時に電気機械が変速過程中同期手段として、同期補助体として、または少なくとも変速補助体として相応に駆動可能であり、かつ設けられた非確動式結合手段を介して、回転方向変化に基づいて付加されるべき各変速機軸と作用結合可能である。
【００１５】
このドライブトレインはこれに関連した車両内で本発明に係る方法を実施するのに特別良好に適している。
【００１６】
本方法によって有利なことに、車両ドライブトレイン中の手動変速機内での変速に関して電気機械で機能拡充が提供される。基本的に本方法は、シングルクラッチまたはダブルクラッチと、モータ機能および場合によっては発電機機能を有する、制御機構を介して好適に駆動可能な単数または複数の電気機械とを備えた単群または多群構造様式のあらゆる種類の手動変速機に適している。
【００１７】
本方法の特別有利な応用では、望ましくない車両惰行によって変速機出力軸の回転方向変化が選択した段方向もしくは走行方向とは逆に引き起こされると、まず、変速機出力軸と相関されるべき旧回転方向で作動する別の少なくとも１つの変速機軸の回転方向が電気機械によって変速機出力軸の回転方向に同化されるようにすることができる。
【００１８】
このような状況はオフロードアプリケーション時、車両が急な坂道を走り、後退する一方、手動変速機が変速の途中でニュートラル位置にあり、駆動輪に結合された変速機出力軸がその回転方向を変えるとき比較的頻繁に起きる。特に大型商用車において発進過程について匹敵する状況が、本出願人の先行公開されていない独国特許出願ＤＥ１０２００６０３０１５７．９号明細書にも述べられている。
【００１９】
同期機構を備えた手動変速機では変速機出力軸の回転方向変化が段の嵌合を困難とすることがあり、少なくとも当該同期部材の負荷を高めることになる。同期機構のない変速機ではむしろ、変速すべき段歯車をまったく同期化することができず、選択された目標段の嵌合が不可能となることが有り得る。その結果、車両はまず停止させ、引き続き発進過程もしくは再発進過程を開始させねばならないであろう。
【００２０】
それに対して、それ自体不規則なこのような動作状況が検知されると本発明に係る方法でもって電気機械は旧方向で作動する相関されるべき軸の回転方向をごく短時間やはり反転させることができ、これにより、同期部材を備えた変速機において部材を保護する同期化が可能となる。それに直接続いて車両は次にエンジンクラッチの締結によってコントロールすることができ、内燃エンジンの回転数を一時的に低下させて車両の走行方向は、少なくともその際に発生するクラッチ負荷が許容範囲内に留まる限り、選択された方向に反転させることができよう。同期部材なしの変速機ではこのような状況のとき電気機械は車両を制動して停止させる必要なしにこうして段の変速をそもそもはじめて可能とし得よう。
【００２１】
さらに電気機械は、多群変速機内、例えば前置された１つのスプリッタ群と１つの中央主群と後置された１つのレンジ群とを備えた３群変速機内での同期化に特別有利に利用することができ、回転方向変化時に旧方向で作動する軸の回転方向反転のため駆動することができる。このような３つの変速機群の‐電気機械なしの‐基本構造は、例えば本出願人の先行公開されていない独国特許出願ＤＥ１０２００６０２４３７０．６号明細書により公知である。
【００２２】
群内で電気機械による変速機同期化は比較的迅速に起き、全体としてごく短い変速時間が達成され、すべての群で従来の同期機構を省くことさえでき、このことは特に費用および取付空間を節約するように作用する。１つまたは２つの群のみを同期要素なしに形成し、または完全同期変速機において電気機械を付加的同期補助体として接続し、例えば不規則な回転方向変化時に電気機械の相応する通電とロータ回転とでもって、変速機出力軸と相関されるべき軸の回転方向を反転させることも、基本的に可能である。
【００２３】
最も単純な事例ではこのため連続的変速プロセスを設けておくことができ、そこではまずエンジンクラッチを開放しかつ旧段を解放して負荷減少が行われ、引き続き個々の群がそれぞれ遮断され、電気機械によって同期化され、再び接続され、最後に、エンジンクラッチを締結させかつ負荷増加させて目標段の嵌合が行われる。３群変速機では詳細には以下のステップ、
‐エンジンクラッチを開放しかつ旧段を解放して負荷が減少される、
‐スプリッタ群が遮断される、
‐スプリッタ群が同期化される、
‐スプリッタ群が接続される、
‐主群が遮断される、
‐主群が同期化される、
‐主群が接続される、
‐レンジ群が遮断される、
‐レンジ群が同期化される、
‐レンジ群が接続される、
‐エンジンクラッチを締結しかつ負荷を増加して目標段が嵌合される
が実行される。
【００２４】
各変速機部分の接続、遮断とは、各変速機部分が駆動技術的に共通のドライブトレインに連結されもしくはドライブトレインから解除されることを意味する。
【００２５】
このような多群変速機で変速するとき段切換時に群内で変速方向は区分することができ、すなわち単数または複数の群内でダウンシフトを行うことができるのに対して、アップシフトは別の単数または複数の群内で行うことができるので、特別短い変速時間で効率的変速プロセスを達成するために、所定の判定基準を設け、エンジンクラッチと変速されるべき電気式／油圧式／空圧式変速要素と電気機械とを、変速機制御装置を介して相応に駆動すると特別有利である。
【００２６】
これに関連した最適変速プロセスのための有意義な判定基準として設けておくことができるのは、
‐電気機械によって実施すべき変速機軸回転方向反転の回数、
‐電気機械によって同期化すべき各回転数範囲の値、
‐各回転数急変の値、
‐各回転数急変の方向、
‐回転数レベル自体、
である。
【００２７】
従って有利には、回転方向反転が極力少なく起き、および／または電気機械の同期範囲が極力小さく、および／または極力大きくなる回転数急変がまず同期化され、すなわちアップシフトの段が優先的に同期化され変速され、および／または極力低い回転数レベルにおいて同期化が実行されるように、変速プロセスは実行される。
【００２８】
さらに、所定の同期化においてエンジンクラッチが選択的に完全にまたは部分的に締結され、または完全にまたは部分的に締結されたままとなるようにすることができ、これにより変速快適性は高めることができる。このことは特にアップシフト時に有利であり、スリップしもしくは締結されたエンジンクラッチを介した非確動式／摩擦接合式結合によって内燃エンジンは一緒に同期化される。
【００２９】
変速時間をさらに改善するために多群変速機の群の連続的接続段階および遮断段階は１つの変速プロセスにおいて選択的に相互に分離され、または時間的に一部重ねて行うことができる。
【００３０】
このような手動変速機の変速プロセスのとき、変速されるべき歯車の歯先対歯先位置が現れることがある。それゆえに手動変速機内で動力流れが損なわれるのを防止し、かつ変速安全性を高めるために、歯先対歯先位置が現れると望ましくは変速が継続される。すなわち多群変速機の当該群において電気機械は、相応する歯車が通常にかみ合いかつ各歯先対歯先位置が除去されるまで、引き続きもしくは可変式に駆動されかつ作動される。
【００３１】
要約して述べるなら、本発明によって、走行中に単群または多群変速機内で変速するとき前方または後方に意図することなく転動する場合、または発進過程時に発進段を嵌合して少なくとも１つの変速機軸がその回転方向を変更する場合、好ましくは旧方向で作動中の軸の回転方向が電気機械によって反転することによって、変速機を特別保護する走行運転および高い変速安全性を達成することができる。変速プロセスは迅速な同期化によって比較的ごく僅かな変速時間を必要とするだけであり、変速中またはその直後に車両はエンジンクラッチもしくは発進クラッチによってコントロールすることができる。
【００３２】
本方法は、以下、カウンタ軸構造様式の前置された１つの２段スプリッタ群（ＧＶ）および１つの３段中央主群（ＨＧ）と遊星構造様式の後置された１つの２段レンジ群（ＧＰ）とを備えた、例えば本出願人の公知の”ZF‐AS Tronic”クラスの１２段変速機等の、同期機構なしの（または少なくとも非同期主群を有する）多群変速機を例に説明される。このような変速機とその機能様式、そして電気モータおよび発電機として作動可能な電気機械をドライブトレイン内に配置することは、当業者には周知である。それゆえにここでは変速機の詳しい説明は省かれ、本発明に係る方法にとって例示的な変速過程と変速機軸の回転方向変化とにのみ詳しく言及する。
【００３３】
このため、旧段としての第６前進段から目標段としての第７前進段への変速過程が想定される。主群（ＨＧ）とスプリッタ群（ＧＶ）にはダウンシフト、レンジ群（ＧＰ）にはアップシフトが生じる。
【００３４】
従って、第６段から第７段への段切換は上記判定基準を考慮して以下の３つのスキーマに従って行うことができ、アップシフトすべきレンジ群から開始され、隣接する接続段階と遮断段階は有利には一部重ねて行うことができる。
Ｉ．変速プロセス：
１．エンジンクラッチを開放して負荷減少。
２．レンジ群ＧＰ：
ｉ．遮断。
ii．同期化。アップシフトのゆえに電気機械の回転数低下。
iii．接続。
３．主群ＨＧ：
ｉ．遮断。
ii．同期化。ダウンシフトのゆえに電気機械の回転数上昇。
iii．接続。
４．スプリッタ群ＧＶ：
ｉ．遮断。
ii．同期化。ダウンシフトのゆえに電気機械の回転数上昇。
iii．接続。
５．エンジンクラッチの締結と負荷増加。動力流れのゆえに内燃エンジンの回転数が一時的に低下。
ＩＩ．変速プロセス：
１．エンジンクラッチを開放して負荷減少。
２．レンジ群ＧＰ：
ｉ．遮断。
ii．同期化。アップシフトのゆえに電気機械の回転数低下。
iii．接続。
３．主群ＨＧ：
ｉ．遮断。
ii．同期化。ダウンシフトのゆえに電気機械の回転数上昇。
４．エンジンクラッチを部分的に締結。内燃エンジンの回転数が低下し同期化される。
５．主群：
ｉ．接続。
６．スプリッタ群ＧＶ：
ｉ．遮断。
ii．同期化。ダウンシフトのゆえに電気機械の回転数上昇。
iii．接続。
７．エンジンクラッチの残りを締結して負荷増加。
ＩＩＩ．変速プロセス：
１．エンジンクラッチを開放して負荷減少。
２．レンジ群ＧＰ：
ｉ．遮断。
【国際調査報告】
2010517872.tif 000002
2010517872.tif 000003
2010517872.tif 000004
2010517872.tif 000005
2010517872.tif 000006
2010517872.tif 000007