(57)【要約】      （修正有）【課題】円滑で均一な加速、および円滑で均一な減速を実行できるようにする。【解決手段】回転力を出力するように作動自在な燃焼機関２０と、回転力を出力するように作動自在な電気機械装置６０と、前記燃焼機関および前記電気機械装置の少なくとも一方から回転力を受容する歯車装置２００と、前記歯車装置と連結され駆動力を負荷２３０へ伝達するハイブリッドパワートレイン１０であって、前記歯車装置は、複数の歯数比を提供するように作動自在で、所定の歯数比からそれに引続く次の歯数比への歯車切換前の該所定の歯数比における該電気機械装置から提供される高い回転速度において、該電気機械装置から提供される回転速度範囲を拡大するようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関（２０）と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置（６０）と、
前記燃焼機関（２０）から回転力を受容可能であるとともに、前記電気機械装置（６０）から回転力を受容可能である歯車装置（２００）であって、対応する駆動力を負荷（２３０）へ伝達するように作動自在な歯車装置（２００）と、
前記燃焼機関（２０）、前記電気機械装置（６０）、および前記歯車装置（２００）の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置（３００）と、を含むハイブリッドパワートレイン（１０）において、
前記歯車装置（２００）は、複数の歯数比を提供するように作動自在であり、
前記電気機械装置（６０）は、所定の歯数比から、それに引続く次の歯数比への歯車切換前の該所定の歯数比における該電気機械装置（６０）から提供される高い回転速度において、該電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大するようになっていることを特徴とするハイブリッドパワートレイン（１０）。
【請求項２】
前記電気機械装置（６０）は、歯車の停止状態から、または先行の歯数比における歯車の回転状態から、所定の歯数比において加速するときに、該所定の歯数比における該電気機械装置（６０）から提供される低い回転速度において、該電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドパワートレイン（１０）。
【請求項３】
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関（２０）と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置（６０）と、
前記燃焼機関（２０）から回転力を受容可能であるとともに、前記電気機械装置（６０）から回転力を受容可能である歯車装置（２００）であって、対応する駆動力を負荷（２３０）へ伝達するように作動自在な歯車装置（２００）と、
前記燃焼機関（２０）、前記電気機械装置（６０）、および前記歯車装置（２００）の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置（３００）と、を含むハイブリッドパワートレイン（１０）において、
前記歯車装置（２００）は、複数の歯数比を提供するように作動自在であり、
前記電気機械装置（６０）は、所定の歯数比から、それに引続く次の歯数比への歯車切換後の該次の歯数比における該電気機械装置（６０）から提供される高い回転速度において、該電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大するようになっていることを特徴とするハイブリッドパワートレイン（１０）。
【請求項４】
ハイブリッドパワートレイン（１０）に備えられるカップリング装置（５０）が、前記高い回転速度において、前記燃焼機関（２０）から前記歯車装置（２００）に伝達される駆動力を少なくとも部分的に切離すように作動自在であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッドパワートレイン（１０）。
【請求項５】
前記カップリング装置（５０）は、前記高い回転速度において、前記燃焼機関（２０）から前記歯車装置（２００）に伝達される駆動力を全く切離すように作動自在であることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッドパワートレイン（１０）。
【請求項６】
前記燃焼機関（２０）は、前記歯数比のそれぞれにおいて、前記ハイブリッドパワートレイン（１０）における回転速度範囲のほぼ中間部分において、前記燃焼機関（２０）の最大動力を送出するように作動自在であり、前記電気機械装置（６０）は、前記ハイブリッドパワートレイン（１０）における低い回転速度の限界値及び高い回転速度の限界値へ向けて前記電気機械装置（６０）の最大動力を提供することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッドパワートレイン（１０）。
【請求項７】
前記回転速度範囲の前記中間部分は、ほぼ１５００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍの範囲の速度で回転する前記燃焼機関（２０）の出力シャフトの回転速度範囲であり、前記低い回転速度は、０ｒｐｍないし１５００ｒｐｍの範囲の速度で回転する前記電気機械装置（６０）の出力シャフトの回転速度であり、および前記高い回転速度は、ほぼ３０００ｒｐｍから少なくとも４５００ｒｐｍまでの範囲の速度で回転する前記電気機械装置（６０）の前記出力シャフトの回転速度であることを特徴とする請求項６に記載のハイブリッドパワートレイン（１０）。
【請求項８】
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関（２０）と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置（６０）と、
前記燃焼機関（２０）から回転力を受容可能であるとともに、前記電気機械装置（６０）から回転力を受容可能である歯車装置（２００）であって、対応する駆動力を負荷（２３０）へ伝達するように作動自在な歯車装置（２００）と、
前記燃焼機関（２０）、前記電気機械装置（６０）、および前記歯車装置（２００）の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置（３００）と、を含むハイブリッドパワートレイン（１０）において、
前記歯車装置（２００）は、複数の歯数比を提供するように作動自在である、ハイブリッドパワートレイン（１０）を制御する方法であって、
（ａ）歯車の停止状態から、または先行の歯数比における回転状態から、所定の歯数比において加速するときに、該所定の歯数比における前記電気機械装置（６０）から提供される低い回転速度において、該電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大し、および前記所定の歯数比から、それに引続く次の歯数比への歯車切換前の該所定の歯数比における前記電気機械装置（６０）から提供される高い回転速度において、該電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大するステップ、または
（ｂ）前記所定の歯数比から、それに引続く次の歯数比への歯車切換前の該所定の歯数比における前記電気機械装置（６０）から提供される高い回転速度において、該電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関（２０）と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置（６０）と、
前記燃焼機関（２０）から回転力を受容可能であるとともに、前記電気機械装置（６０）から回転力を受容可能である歯車装置（２００）であって、対応する駆動力を負荷（２３０）へ伝達するように作動自在な歯車装置（２００）と、
前記燃焼機関（２０）、前記電気機械装置（６０）、および前記歯車装置（２００）の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置（３００）と、を含むハイブリッドパワートレイン（１０）において、
前記歯車装置（２００）は、複数の歯数比を提供するように作動自在である、ハイブリッドパワートレイン（１０）を制御する方法であって、
（ａ）歯車の停止状態から、または先行の歯数比における回転状態から、所定の歯数比において加速するときに、該所定の歯数比における前記電気機械装置（６０）から提供される低い回転速度において、前記電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大し、および前記所定の歯数比から、それに引続く次の歯数比への歯車切換前の該所定の歯数比における前記電気機械装置（６０）から提供される高い回転速度において、該電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大するステップ、または
（ｂ）所定の歯数比から、それに引続く次の歯数比への歯車切換後の該次の歯数比における前記電気機械装置（６０）から提供される高い回転速度において、該電気機械装置（６０）から提供される回転速度範囲を拡大するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記高い回転速度において、前記燃焼機関（２０）から前記歯車装置（２００）に伝達される駆動力を少なくとも部分的に切離すために、カップリング装置（５０）を使用するステップを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記カップリング装置（５０）は、前記高い回転速度において、前記燃焼機関（２０）から前記歯車装置（２００）に伝達される駆動力を全く切離すように作動自在であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記燃焼機関（２０）は、前記歯数比のそれぞれにおいて、前記ハイブリッドパワートレイン（１０）における回転速度範囲のほぼ中間部分において、前記燃焼機関（２０）の最大動力を送出するように作動自在であり、前記電気機械装置（６０）は、前記ハイブリッドパワートレイン（１０）における低い回転速度の限界値及び高い回転速度の限界値へ向けて前記電気機械装置（６０）の最大動力を提供することを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１３】
前記回転速度範囲の前記中間部分は、ほぼ１５００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍの範囲の速度で回転する前記燃焼機関（２０）の出力シャフトの回転速度範囲であり、前記低い回転速度は、０ｒｐｍないし１５００ｒｐｍの範囲の速度で回転する前記電気機械装置（６０）の出力シャフトの回転速度であり、および前記高い回転速度は、ほぼ３０００ｒｐｍから少なくとも４５００ｒｐｍまでの範囲の速度で回転する前記電気機械装置（６０）の前記出力シャフトの回転速度であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１ないし７のいずれかに記載されるハイブリッドパワートレイン（１０）を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１５】
前記システムは、請求項８ないし１３のいずれかに記載の方法を使用して、前記システムのハイブリッドパワートレイン（１０）を制御するように作動自在であることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記システムは、バス、トラック、バン、旅客車両、路面電車、列車、ボート、または船であることを特徴とする請求項１４または１５に記載のシステム。
【請求項１７】
請求項８ないし１３のいずれかに記載の方法を実施するためにハードウェア上で実行されることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１８】
前記コンピュータプログラムが、プログラム可能なマイクロコンピュータ上で実行されるための、コンピュータプログラムコードを備えることを特徴とする請求項１７に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１９】
前記コンピュータプログラムが、インターネットへ接続されるコンピュータ上で実行されるときに、請求項１に記載のハイブリッドパワートレインに、またはそのハイブリッドパワートレインの１個以上の構成部材にダウンロードされることを特徴とする請求項１８に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２０】
コンピュータ読取り可能な媒体に格納されていることを特徴とする請求項１８に記載のコンピュータプログラムコードを備えるコンピュータプロダクト。
【請求項２１】
歯車装置を経て負荷との間で回転力を出力または受容するように作動自在な電気機械装置、及び
歯車装置を経て前記負荷へ回転力を出力するように作動自在な別の動力源を有するハイブリッドパワートレインを制御する方法であって、
前記歯車装置で設定される所定の歯数比で前記ハイブリッドパワートレインにおける回転速度範囲の中間部分において該別の動力源を制御し、且つ
前記歯車装置で設定される前記所定の歯数比で前記ハイブリッドパワートレインにおける回転速度範囲の高い部分において該電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記電気機械装置が、回転速度範囲の前記高い部分において最大の動力源であるように、前記ハイブリッドパワートレインを制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電気機械装置が、回転速度範囲の前記高い部分において唯一の動力源であるように、前記ハイブリッドパワートレインを制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
回転速度範囲の前記高い部分において前記負荷へ回転力を出力するように前記電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記負荷を加速するために、回転速度範囲の前記高い部分において前記負荷へ回転力を出力するように前記電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記所定の歯数比から低い歯数比への歯車切換前の該所定の歯数比において、前記回転速度範囲の高い部分で、前記負荷へ回転力を出力するように前記電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記負荷から回転力を受容するように前記電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記負荷を減速するために、回転速度範囲の前記高い部分において前記負荷から回転力を受容するように前記電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
低い歯数比から前記所定の歯数比への歯車切換後の該所定の歯数比において、前記回転速度範囲の高い部分で、前記負荷から回転力を受容するように前記電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記負荷を回生制動するように前記電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２７ないし２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記別の動力源は、燃焼機関により構成されることを特徴とする請求項２１ないし３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
回転速度範囲の中間部分で、前記負荷へ回転力を出力するように前記別の動力源を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記別の動力源が、回転速度範囲の中間部分で、前記負荷へ回転力を出力する最大の動力源であるように、前記ハイブリッドパワートレインを制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記別の動力源が、回転速度範囲の中間部分で、前記負荷へ回転力を出力する唯一の動力源であるように、前記ハイブリッドパワートレインを制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
前記負荷を加速するために、回転速度範囲の前記中間部分において前記負荷へ回転力を出力するように前記別の動力源を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし３４のいずれかに記載の方法。
【請求項３６】
前記別の動力源は、回転速度範囲の高い部分において前記ハイブリッドパワートレインにおける回転速度の限界値まで回転力を出力するように構成されることを特徴とする請求項２１ないし３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記ハイブリッドパワートレインにおける前記回転速度の限界値は、前記別の動力源自体の最大速度の近辺にあることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記回転速度範囲の前記高い部分において、前記別の動力源から前記歯車装置に伝達される駆動力を少なくとも部分的に切離すステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記回転速度範囲の前記高い部分において、前記別の動力源から前記歯車装置に伝達される駆動力を全く切離すステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし３８のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
前記別の動力源は、前記歯数比のそれぞれにおいて、前記ハイブリッドパワートレインにおける回転速度範囲のほぼ中間部分において、前記別の動力源の最大動力を送出するように作動自在であり、前記電気機械装置は、前記ハイブリッドパワートレインにおける低い回転速度の限界値及び高い回転速度の限界値へ向けて前記電気機械装置の最大動力を提供することを特徴とする請求項２１ないし３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
前記歯車装置は、複数の歯数比を提供するように作動自在であることを特徴とする請求項２１ないし４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
歯車の停止状態から、または先行の歯数比における歯車の回転状態から、所定の歯数比において加速するときに、該所定の歯数比で前記ハイブリッドパワートレインにおける回転速度範囲の低い部分においても、前記歯車装置を経て前記負荷への回転力伝達に関して前記電気機械装置を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２１ないし４１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システム用の、たとえば、旅客車両、バス、トラック、ボート、船、路面電車、列車のようなもの用のハイブリッドパワートレインに関する。さらに、本発明は、たとえば、歯車切換に関して、そのようなパワートレインを制御する方法にも関する。さらに、本発明は、そのようなパワートレインを含む車両および同様な装置にも関する。加えて、本発明は、そのようなパワートレインを制御する方法を実行する、演算ハードウェア上で実行可能なソフトウェアに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費を改善し、かつ駆動性能を向上するために、ハイブリッドシステム技術において、かなりの研究がなされている。ハイブリッドシステムには、ハイブリッドパワートレインが含まれ、それぞれのパワートレインは、燃焼機関、電気機械装置、電気貯蔵エレメント、および少なくとも電気機械装置をシステムの負荷へ連結するトランスミッション装置を通常備える。電気機械は、任意選択的には、電動機／発電機として設置される。見掛け上、そのようなハイブリッドパワートレインは、システム性能にとり有害な、別の複雑性および潜在的な重量の増加を伴うように思われる。しかしながら、実際には、停止−始動のシナリオにおいて部分的に最適に作動する従来の単純な燃焼機関システムと比べて、ハイブリッドパワートレインの採用から幾つかの利点が生じる。
【０００３】
ハイブリッドパワートレインにより提供される１つのかなりの利点は、停止からの対応する車両の急速な加速である。そのような急速な加速は、比較的高い始動トルク、たとえば、低い電動機ロータ回転速度で１０００Ｎｍの程度のトルクを発生できる電動機の理由のために達成できる。さらに、ハイブリッドパワートレインの充電式電池は、数十キロワットまたは数百キロワットもの非常に大きいピーク電力を送出できる。そのようなハイブリッドパワートレインを具備した車両に関して、そのようなハイブリッドパワートレインに燃焼機関を採用して、電動機が利点を提供できない、高い車両速度が達成されたときに、車両を推進するのが、従来の慣習である。たとえば、ハイブリッドパワートレインの燃焼機関は、その車両が高速道路を高速で走行しているときに、駆動力を提供するのに主に使用される。頻繁な停止−始動が繰返される市内交通において、ハイブリッドパワートレインの電動機は、かなりの程度まで使用される。
【０００４】
特許文献１において、内燃機関を含む自動車用のハイブリッド駆動装置が記載され、その内燃機関は、その回転出力シャフトにおいてクラッチを経て電動機へ連結される。電動機は、ついでブリッジングカップリングを経て、自動歯車装置へ、および引続いて、その装置を通して車両の車輪へ接続される。ハイブリッド駆動装置は、その公告された出願において、走行の快適さをかなり向上するように調整される。燃焼機関と電動機により発生する回転力を合計することにより、作動中にハイブリッド駆動装置において必要とされる幾つかの切換工程を減少できるように調整される。
【０００５】
特許文献２において、自動車用のハイブリッドパワートレインが記載される。そのパワートレインは、内燃機関と、および車両の牽引車輪への第１の選択自在で入替自在な歯車伝達トルク流路を提供するトランスミッションアセンブリとを備える。さらにパワートレインは、第１の歯車伝達トルク流路の出力と上述の牽引車輪との間に位置決めされる第２の歯車伝達トルク流路を形成する電動機−発電機ユニットも備える。制御システムが、電動機−発電機ユニットを作動するためにハイブリッドパワートレインにさらに含まれて、トルクを牽引車輪へ供給する一方、第１のトルク流路におけるトルクの流れが、トランスミッションアセンブリにおいて歯数比切換が生じる間に、およびクラッチの離脱の間に中断される。内燃機関と電動機−発電機ユニットの相互作用制御の手段により、車両の走行性が向上し、かつ機関排気ガス放出を減少できる。加えて、電動機−発電機は、車両の運転者からの要求に応答して車両を直ちに発進させることができる。車両の電気的発進の間に、燃焼機関と電動機−発電機ユニットの相互作用制御により、燃焼機関は、再始動され、ついで電動機−発電機ユニットから車両の推進の仕事を徐々に引き継ぐことができる。
【０００６】
特許文献３において、自動車の駆動ユニットを制御する方法が記載される。その駆動ユニットは、内燃機関と電動機を備える。駆動ユニットの主トランスミッション装置は、自動車の駆動シャフトへ回転自在に連結される出力シャフトを含む。トランスミッション装置は、内燃機関へ接続される入力シャフトをさらに含む。電動機は、トランスミッション装置の入力シャフトへ、または出力シャフトへ、少なくとも２つのトランスミッションステップを包含する中間トランスミッションを経て連結される。
【０００７】
作動中に、車両は、最低トランスミッションステップにある中間トランスミッションと一致して、停止から車両を加速するために、電動機により排他的に最初に駆動される。燃焼機関は、中間トランスミッションの入替工程の前に駆動機能を引き継ぐ。中間トランスミッションは、任意選択的には、噛合いクラッチトランスミッションとして設置される。
【０００８】
上述のＰＣＴ出願に記載される駆動ユニットは、車内に着座する乗員を移送するように作動自在な自家用車に十分に適応している。
【０００９】
発明者は、駆動ユニットのそのような作動の仕方は、乗用車のような車両に適切であるが、バスやトラックのような大型車両の場合には最適ではなく、特に、そのようなバスやトラックが、頻繁に停止−始動が繰返される交通渋滞する市内環境で使用される場合は、そうであることを認識した。さらに混雑したバスにおいて、座席数不足の理由で乗客は立っていることが多いので、混雑したバスの加速と減速が、そのバスを推進する伝達動力の損失の期間無しに円滑かつ均一でなければならないという制約が課せられる。そのような円滑な伝達特性は、最初に車両を加速する電動機を使用し、ついで、歯車切換のシーケンスを実施する前に車両がかなりの速度に一旦達すると、燃焼機関からトルクを引出すことにより、車両内の現行ハイブリッドパワートレインにおいて得られる。しかしながら、発明者は、そのような現行ハイブリッドパワートレインは、十分に円滑かつ均一な加速と減速を提供できないことを見出した。
【００１０】
かくして本発明は、現行パワートレインが、十分に円滑かつ均一な加速を提供できないという問題の解決に関係する。
【００１１】
【特許文献１】国際公開第９７／１５９７９号
【特許文献２】米国特許第５，７１３，４２５号明細書
【特許文献３】国際公開第２００５／０１６６８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、一層円滑で均一な加速、および対応して一層円滑で均一な減速を実施できる改良されたハイブリッドパワートレインを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、独立クレーム１と３に記載されるパワートレイン、および独立クレーム８、９または２１に記載されるパワートレインを作動する方法に関する。付随する従属クレームは、本発明に従うパワートレインと方法の望ましい特徴を請求する。
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置と、
燃焼機関および電気機械装置の少なくとも一方から回転力を受容する歯車装置であって、対応する駆動力を負荷へ伝達するように作動自在な歯車装置と、
燃焼機関、電気機械装置、および歯車装置の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置と、を含むハイブリッドパワートレインにおいて、
歯車装置は、複数の歯数比を提供するように作動自在であり、
電気機械装置（６０）は、一定の歯数比から、それに引続く歯数比への歯車切換前に、高い回転速度において一定の歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するようになっていることを特徴とする、ハイブリッドパワートレインが提供される。
【００１５】
本発明は、少なくとも第１の歯数比において採用自在な回転速度の範囲を拡大するために電気機械装置の使用は、歯車切換の頻度を減少でき、それにより、一層円滑で均一な加速、および一層円滑で均一な減速を実現できるという点で有利である。そのような均一な減速は、有利には回生制動として実施される。
【００１６】
任意選択的には、ハイブリッドパワートレインにおいて、電気機械装置は、停止から加速するときまたは先行の歯車から加速するときの両方の低い回転速度で、一定の歯数比において提供される回転速度範囲を拡大するようにもなっている。
【００１７】
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置と、
燃焼機関および電気機械装置の少なくとも一方から回転力を受容する歯車装置であって、対応する駆動力を負荷へ伝達するように作動自在な歯車装置と、
燃焼機関、電気機械装置、および歯車装置の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置と、を含むハイブリッドパワートレインにおいて、
歯車装置（２００）は、複数の歯数比を提供するように作動自在であり、
電気機械装置（６０）は、一定の歯数比から、それに引続く歯数比への歯車切換後に、高い回転速度において引続く歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するようになっていることを特徴とする、ハイブリッドパワートレインも提供される。
【００１８】
本発明は、加速中および減速中に有利であり、たとえば、エネルギー貯蔵装置に貯蔵するために動的エネルギーを電気エネルギーに変換するように回生制動を実施するときに有利である。
【００１９】
電気機械装置は、有利には、エネルギー貯蔵装置へ連結されて、作動中に電力を電気機械装置へ供給する。
【００２０】
パワートレインには、有利には、パワートレインの作動を制動する制御装置が設けられる。さらにパワートレインには、有利には、燃焼機関と電気機械装置との間で回転力を伝達するように作動自在なカップリング装置が設けられる。
【００２１】
好ましくは、パワートレインにおいて、パワートレインのカップリング装置は、高い回転速度で歯車装置から燃焼機関を少なくとも部分的に切離すように作動自在である。より好ましくは、パワートレインにおいて、カップリング装置は、高い回転速度で歯車装置から燃焼機関を全く切離すように作動自在である。燃焼機関の少なくとも部分的な切離しは、機関の速度を過大にすることによる機関損傷のリスクを低減し、かつパワートレイン内の摩擦を減少してパワートレインの効率を向上できる。
【００２２】
好ましくは、パワートレインにおいて、燃焼機関は、歯数比のそれぞれにおいて、歯数比の回転範囲のほぼ中間部分において、機関の最大動力を送出するように作動自在であり、電気機械装置は、歯数比の下方と上方の回転速度の限界値へ向けて装置の最大動力を提供する。一定の歯数比の両方の回転速度の限界値での電気機械装置のそのような使用は、燃焼機関から送出される動力が、一定の歯数比において比較的高い回転速度で通常使用される現行の慣習と対照区別的である。
【００２３】
より好ましくは、パワートレインにおいて、回転範囲の中間部分は、ほぼ１５００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍの範囲の速度で回転する燃焼機関の出力シャフトに対応し、下方回転速度は、０ｒｐｍないし１５００ｒｐｍの範囲の速度で回転する電気機械装置の出力シャフトに対応し、および上方回転速度は、ほぼ３０００ｒｐｍから少なくとも４５００ｒｐｍまでの範囲の速度で回転する電気機械装置の出力シャフトに対応する。任意選択的には、下方回転速度は、パワートレインが既に作動中のときに１０００ｒｐｍないし１５００ｒｐｍの範囲の速度で回転する電気機械装置の出力シャフトに対応する。
【００２４】
本発明の第２の態様によれば、
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置と、
燃焼機関および電気機械装置の少なくとも一方から回転力を受容する歯車装置であって、対応する駆動力を負荷へ伝達するように作動自在な歯車装置と、
燃焼機関、電気機械装置、および歯車装置の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置と、を含むハイブリッドパワートレインであって、
歯車装置は、複数の歯数比を提供するように作動自在である、ハイブリッドパワートレインを制御する方法であって、
（ａ）停止から、または先行の歯数比から加速するときに低い回転速度において一定の歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するために、および一定の歯数比から、それに引続く歯数比への歯車切換前に、高い回転速度において一定の歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するために、前記電気機械装置を採用するステップ、または
（ｂ）一定の歯数比から、それに引続く歯数比への歯車切換前に、高い回転速度において一定の歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するために、電気機械装置を採用するステップを含むことを特徴とする、方法が提供される。
【００２５】
好ましくは、その方法は、燃焼機関を、高い回転速度で歯車装置から少なくとも部分的に切離すために、パワートレインのカップリング装置を使用するステップを含む。より好ましくは、その方法において、カップリング装置は、高い回転速度で歯車装置から燃焼機関を全く切離すように作動自在である。
【００２６】
好ましくは、その方法において、燃焼機関は、歯数比のそれぞれにおいて、歯数比の回転範囲のほぼ中間部分において、機関の最大動力を送出するように作動自在であり、電気機械装置は、歯数比の下方と上方の回転速度の限界値へ向けて装置の最大動力を提供する。
【００２７】
好ましくは、その方法において、回転範囲の中間部分は、ほぼ１５００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍの範囲の速度で回転する燃焼機関の出力シャフトに対応し、下方回転速度は、０ｒｐｍないし１５００ｒｐｍの範囲の速度で回転する電気機械装置の出力シャフトに対応し、および上方回転速度は、ほぼ３０００ｒｐｍから少なくとも４５００ｒｐｍまでの範囲の速度で回転する電気機械装置の出力シャフトに対応する。
【００２８】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１の態様に従うハイブリッドパワートレインを含むシステムが提供される。
【００２９】
好ましくは、そのシステムは、本発明の第２の態様に従う方法を使用してハイブリッドパワートレインを制御するように作動自在である。
【００３０】
好ましくは、そのシステムは、バス、トラック、バン、旅客車両、路面電車、列車、ボート、船、または固定式動力送出装置である。
【００３１】
本発明の第４の態様によれば、本発明の第２の態様に従う方法を実施するために、演算ハードウェア上で実行可能なコンピュータプロダクトが提供される。
【００３２】
本発明の第５の態様によれば、コンピュータプログラムが、プログラム可能なマイクロコンピュータ上で実行しているときに、本発明の第２の態様に従う方法を実施するように適応される、またはその方法に使用するために、コンピュータプログラムコード手段を備えるコンピュータプロダクトが提供される。
【００３３】
好ましくは、コンピュータプログラムは、インターネットへ接続されるコンピュータ上で実行するときに、本発明の第１の態様に従うパワートレインに、またはそのパワートレインの１個以上の構成部材にダウンロードされるように適応される。
【００３４】
本発明の第６の態様によれば、本発明の第５の態様に従うコンピュータプログラムを備える、コンピュータ読取り可能な媒体に格納されるコンピュータプログラムプロダクトが提供される。
【００３５】
本発明の第７の態様によれば、
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置と、
燃焼機関および電気機械装置の少なくとも一方から回転力を受容する歯車装置であって、対応する駆動力を負荷へ伝達するように作動自在な歯車装置と、
燃焼機関、電気機械装置、および歯車装置の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置と、を含むハイブリッドパワートレインにおいて、
歯車装置は、複数の歯数比を提供するように作動自在であり、
電気機械装置は、
（ａ）一定の歯数比から、それに引続く歯数比への歯車切換前に、高い回転速度において、または
（ｂ）停止から、または先行の歯車から加速するときに低い回転速度、および一定の歯数比から、それに引続く歯数比への歯車切換前に、高い回転速度の両方において、
一定の歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するようになっていることを特徴とする、ハイブリッドパワートレインが提供される。
【００３６】
本発明の第８の態様によれば、
回転力を出力するように作動自在な燃焼機関と、
回転力を出力するように作動自在な電気機械装置と、
燃焼機関および電気機械装置の少なくとも一方から回転力を受容する歯車装置であって、対応する駆動力を負荷へ伝達するように作動自在な歯車装置と、
燃焼機関、電気機械装置、および歯車装置の作動を調整するために、それらの装置と連通して連結される制御ユニット装置と、を含むハイブリッドパワートレインであって、
歯車装置は、複数の歯数比を提供するように作動自在である、ハイブリッドパワートレインを制御する方法であって、
（ａ）停止から、または先行の歯数比から加速するときに低い回転速度において一定の歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するために、および一定の歯数比から、それに引続く歯数比への歯車切換前に、高い回転速度において一定の歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するために、前記電気機械装置を採用するステップ、または
（ｂ）一定の歯数比から、それに引続く歯数比への歯車切換前に、高い回転速度において一定の歯数比で提供される回転速度範囲を拡大するために、電気機械装置を採用するステップを含むことを特徴とする、方法が提供される。
【００３７】
本発明の第９の態様によれば、歯車装置を経て負荷との間で回転力を出力または受容するように作動自在な電気機能装置を有するハイブリッドパワートレインを制御する方法が提供され、その方法は、歯車装置により設けられる一定の歯数比で提供される回転範囲の上方部分において電気機械装置を制御するステップを含む。
【００３８】
一定の歯数比で提供される回転範囲の上方部分において電気機械装置を採用することにより、一定の歯数比で燃焼機関から回転速度の利用範囲を拡大する条件が生じる。このようにして、歯車切換の頻度を減少できるので、一層円滑で均一な加速、および一層円滑で均一な減速が実現される。
【００３９】
用語「回転範囲の上方部分において」は、用語「高い回転速度」に対応する。具体的には、その方法は、回転範囲の最後の部分において、有利には回転範囲の５０ないし１００％、好ましくは回転範囲の６０ないし１００％、およびとりわけ回転範囲の７０ないし１００％で、歯車装置を経て負荷への回転自在な動力伝達まで電気機械装置を制御するステップを含む。好ましくは、その方法は、２０００ｒｐｍを超える回転速度で、とりわけ２５００ｒｐｍを超える、たとえば、６０００ｒｐｍ未満の速度で負荷への回転力伝達に関して電気機械装置を制御するステップを含む。
【００４０】
好ましくは、その方法は、電気機械装置が、回転範囲の上述の上方部分において主動力源であるように、およびとりわけ、電気機械装置が、回転範囲の上述の上方部分において唯一の動力源であるように、ハイブリッドパワートレインを制御するステップを含む。
【００４１】
１つの好ましい実施態様によれば、その方法は、回転範囲の上述の上方部分において負荷へ回転力を出力するように電気機械装置を制御するステップを含む。かくして、電気機械装置は、とりわけ負荷を加速するために、電動機として機能し、出力回転力を供給する。好ましくは、その方法は、一定の歯数比から高い歯数比への歯車切換前に、一定の歯数比で提供される回転範囲の上方部分で負荷へ回転力を出力するように電気機械装置を制御するステップを含む。かくしてその方法は、歯車装置において上方入替を含むことができる。好ましくは、複数の連続した上方入替えが実施され、および電気機械装置は、回転範囲の上述の上方部分においてのそれぞれの上方入替え前に、負荷へ回転力を出力するように制御される。
【００４２】
他の好ましい実施態様によれば、その方法は、とりわけ負荷を減速するために、負荷から回転力を受容するように電気機械装置を制御するステップを含む。好ましくは、その方法は、高い歯数比から上述の一定の歯数比への歯車切換に続いて、一定の歯数比で提供される回転範囲の上方部分で負荷から回転力を受容するように電気機械装置を制御するステップを含む。かくして、その方法は、歯車装置における下方入替を含むことができる。好ましくは、複数の連続した下方入替えが実施され、および電気機械装置は、回転範囲の上述の上方部分においてのそれぞれの下方入替え後に、負荷から回転力を受容するように制御される。１つの別の発案例によれば、ハイブリッドパワートレインにおける燃焼機関は、完全な減速段階中に負荷から切離されることができる。とりわけ、その方法は、負荷を回生制動するように電気機械装置を制御するステップを含む。
【００４３】
好ましくは、電気機械装置に加えて、ハイブリッドパワートレインは、歯車装置を経て負荷へ回転力を出力するように作動自在な別の動力源を備える。別の動力源は、燃焼機関により、より特にディーゼル機関により構成されるが、代わりに、燃料電池、ガスタービンまたは他の動力源により構成できる。
【００４４】
好ましくは、その方法は、歯車装置により設けられる一定の歯数比で提供される回転範囲の中間部分で別の動力源を制御するステップを含む。好ましい実施態様によれば、その方法は、回転範囲の間隔１０ないし９０％で、好ましくは回転範囲の２０ないし８０％の間隔で、およびとりわけ回転範囲の３０ないし７０％の間隔で負荷への回転力伝達に関して燃焼機関を制御するステップを含む。好ましい実施態様によれば、その方法は、５００ないし３０００ｒｐｍの範囲の回転速度で、およびとりわけ１０００ないし２５００ｒｐｍの範囲の回転速度で負荷への回転力伝達に関して燃焼機関を制御するステップを含む。
【００４５】
好ましくは、その方法は、とりわけ負荷を加速するために、回転範囲の中間部分において負荷への回転力伝達に関して別の動力源を制御するステップを含む。
【００４６】
好ましくは、その方法は、別の動力源が、回転範囲の中間部分において負荷へ回転力を出力する主動力源であるように、およびとりわけ、別の動力源が、回転範囲の中間部分において負荷へ回転力を出力する唯一の動力源であるように、ハイブリッドパワートレインを制御するステップを含む。電気機械装置は、回転範囲の上述の中間部分において出力回転力に寄与するように制御されることができる。
【００４７】
好ましくは、別の動力源は、回転範囲の上方部分の近辺において回転速度の限界値まで回転力を出力するように構成され、およびとりわけ、回転速度の限界値は、別の動力源の最大速度の近辺にある。好ましくは、回転範囲の上方部分の限度は、燃焼機関の最大速度にほぼ対応する。しかしながら、燃焼機関は、回転範囲の上方部分において少なくとも部分的に作動できる。このために、電気機械および燃焼機関は、回転範囲の上方部分の一部分の間に少なくとも同時に回転力を出力できる。さらに燃焼機関は、回転範囲の上方部分においても出力回転力を送出するように構成できるが、実際には、上方部分において負荷から切離され、およびその方法は、上述の上方部分において電気機械装置を使用するステップのみを含む。
【００４８】
好ましくは、その方法は、回転範囲の上述の上方部分において歯車装置から別の動力源を少なくとも部分的に切離し、およびとりわけ、回転範囲の上述の上方部分において歯車装置から別の動力源を全く切離すステップを含む。この切離手順は、好ましくはクラッチの手段により実施される。
【００４９】
好ましくは、別の動力源は、歯数比のそれぞれにおいて、歯数比の回転範囲のほぼ中間部分において、その源の最大動力を送出するように作動自在であり、電気機械装置は、歯数比の下方と上方の回転速度の限界値へ向けて装置の最大動力を提供する。
【００５０】
好ましくは、歯車装置は、複数の歯数比を提供するように作動自在である。
【００５１】
好ましくは、その方法は、停止から、または先行の歯車から加速するときに、一定の歯数比で提供される回転範囲の低い部分においても、歯車装置を経て負荷への回転力伝達に関して電気機械装置を制御するステップを含む。
【００５２】
本発明の特徴は、添付クレームにより規定される本発明の範囲から逸脱することなく、任意の組合せで組合せできることが分かる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
本発明の実施態様を、ここで添付図面を参照して一例として説明する。
【００５４】
下記において、本発明に従うハイブリッドパワートレインの実施態様を説明する。その後に、ハイブリッドパワートレインの作動を説明する。ついでハイブリッドパワートレインの代わりの実施態様を説明する。
【００５５】
下記において本発明が、車両用のハイブリッドパワートレインの実施態様において例示されるが、これは、本発明の適用分野に関しての制約を決して意味しない。反対に、本発明は、たとえば、列車、ボート、船および固定式適用装置用のハイブリッドパワートレインにおける多くの他の適用分野でも有用である。
【００５６】
ここで図１を参照すると、１０により一般に示されるハイブリッドパワートレインが図示される。ハイブリッドパワートレイン１０は、強化された信頼性と簡潔性を確保するために、比較的少ない構成部材を含むように設計される。さらに、それらの部材の多くは、世界中を通して車両に使用される十分に実績のある適合部材である。しかしながら、パワートレイン１０は、後でさらに説明される幾つかの重要な面で既知のパワートレインと異なる。
【００５７】
パワートレイン１０は、付随する排気マニホールド３０を有する燃焼機関２０を含む。燃焼機関２０は、通常の吸引式またはターボ過給式のいずれかにできる。任意選択的には、燃焼機関２０は、ディーゼル機関、バイオガス機関またはガソリン機関である。燃焼機関２０の出力クランクシャフト４０は、クラッチ５０の第１のプレートへ回転自在に連結される。クラッチ５０の第２のプレートは、別のシャフトを経て電気機械装置６０へ回転自在に連結される。クラッチ５０は、トルク連結特性を提供する摺動式クラッチであり、またクラッチ５０は、全離脱から全係合へ、および全離脱と全係合との間のトルク連結の程度を、連続的に調節自在である。
【００５８】
電気機械装置６０には、少なくとも１個の電気機械７０が備えられ、その機械は、電気エネルギーにより励起されるとき、回転機械力およびかくして駆動力を発生するように作動自在であるばかりではなく、回生制動およびかくして制動トルクを生成するように構成されるときに発電機として機能するようにも作動自在であり、好都合には、電気機械７０は、電動機として、および発電機として両方を機能できる。電気機械装置６０は、電気機械７０へ、および図示される燃焼機関２０の出力クランクシャフト４０へも回転自在に連結される出力シャフト８０をさらに含む。加えて、電気機械装置６０は、電気機械制御ユニット９０と、電動機または発電機としての電気機器７０の機能に応答して電気機能７０との間に高電流を切換えるパワーエレクトロニクスユニット１００とを含む。
【００５９】
パワートレイン１０は、エネルギー貯蔵装置１５０も含む。エネルギー貯蔵装置１５０には、エネルギー貯蔵エレメント１６０が備えられ、そのエレメントは、エネルギー貯蔵エレメント１６０の放電と充電を管理するエネルギー貯蔵エレメントコントローラ１７０へ電気的に連結される充電式電池として、任意選択的には、設置される。代替として、エネルギー貯蔵エレメント１６０は、任意選択的には、ニッケル水素（ＮＩＭＨ）電池技術、最新の充電式鉛蓄電池技術、リチウムイオンセル技術、またはリチウムポリマーセル技術を使用して設置される。エネルギー貯蔵エレメント１６０としてのスーパーコンデンサの使用も可能である。代わりに、エネルギー貯蔵エレメント１６０は、回転フライホイールエネルギー貯蔵技術、たとえば、ハイドロリック貯蔵技術、適切なエネルギー変換装置（図示されない）と組合せた機械的エネルギー貯蔵技術の手段により設置でき、その変換装置は、
（ｉ）電気機械７０（発電機として機能する）により生成される電気エネルギーを、上述のエネルギー貯蔵エレメント１６０内の貯蔵に適切なエネルギー形態に変換し、および
（ｉｉ）上述のエネルギー貯蔵エレメント１６０内に貯蔵されたエネルギーを、電気機械７０（電動機として機能する）内での使用のために電気エネルギーに変換する。
【００６０】
しかもより任意選択的には、エネルギー貯蔵エレメント１６０は、これらの技術の個別の充電と放電を最も良く利用するために、幾つかのそのようなエネルギー貯蔵技術の組合せ装置として設置できる。
【００６１】
パワートレイン１０とその車両は、それに付随する電気補助機器１８０、たとえば、１個以上の電気ヒータ、ファン、安全システムおよび車両環境制御機構を有する。これらの電気補助機器１８０は、図１に図示されるように、電気貯蔵エレメント１６０へ電気的に連結される。
【００６２】
上述の出力シャフト８０は、歯車装置２００へ回転自在に連結される。歯車装置２００は、幾つかの個別の歯数比、および出力シャフト８０から最終出力シャフト２１０までの中立カップリングを提供するように作動自在である。最終出力シャフト２１０は、差動歯車２２０を経てパワートレイン１０の負荷２３０へ、中にパワートレイ１０が取付けられる車両（図示されない）の１個以上の車輪２３０へ回転自在に連結される。車両は、任意選択的には、バス、トラック、建設車両、配達用バンのような重量車両、または作動中に運転の停止−始動の仕方で比較的高い円滑かつ均一な加速度を出すのを要求される任意の型式の車両である。しかしながら、本発明は、そのような車両に限定されないで、たとえばパワートレイン１０は、旅客車両、ボート、船および固定式動力送出装置に採用されることができる。
【００６３】
パワートレイン１０には、クラッチ５０に付随するアクチュエータアッセンブリ（図示されない）へ、電気機械制御ユニット９０へ、エネルギー貯蔵エレメントコントローラ１７０へ、および歯車装置２００に付随するアクチュエータユニット（図示されない）へ電気的に連結される中央制御ユニット３００が設けられる。中央制御ユニット３００は、車両のドライバへインターフェイスを提供するように作動自在であり、たとえば、中央制御ユニット３００は、ドライバからの加速、制動および歯車切換のコマンド信号を受信するように連結される。さらに、図１には例示されないが、パワートレイン１０は、トルクを測定するために、または引続くトルクの演算または予測を可能にするパラメータ信号を測定するために、パワートレイン１０内の種々の重要な位置にセンサを備え、それらのセンサは、有利には、回転速度センサとして設置され、たとえば、信号を発生するように作動自在である光学的または誘導型エンコーダとして設置される光学的または誘導型の回転速度センサであり、その信号から、トルクの大きさが、数式１を使用して角加速度ｄｗ／ｄｔから演算できる。
【００６４】
【数１】
2012131498.tif 000003
Ｔ＝トルク、および
Ｉ＝慣性モーメント
【００６５】
中央制御ユニット３００は、燃焼機関２０、クラッチ５０、電気機械装置６０および歯車装置２００の相互作用に関して後で説明される種々の機能を実施するように作動自在である。任意選択的には、電気機械装置６０は、１個以上の、切換えられる磁気抵抗技術、誘導電動機／発電機技術、永久磁石技術により実施される。
【００６６】
パワートレイン１０の作動を、ここで図１を参照して説明する。中央制御ユニット３００は、燃焼機関２０がパワートレイン１０用の向上された燃費を提供できるために、熱作動状態の最も有効な部分において作動するよう燃焼機関２０を周期的に起動するためにプログラムされる。したがって、燃焼機関２０が、燃料の供給を受けることなく起動解除状態にある期間がある。燃焼機関２０が起動解除状態にあるとき、クラッチ５０は、有利には、制御ユニット３００により起動解除状態にあるように起動される。先に述べたように、クラッチ５０は、燃焼機関２０が燃料の供給を受けて起動状態にあるとき、燃焼機関２０からのトルクを伝達するように少なくとも部分的に係合される。制御ユニット３００は、燃焼機関２０の起動解除と起動が、感知できるトルクジャークをほぼ生じることなく、パワートレイン１０内で実施されるように、電気機械装置６０、クラッチ５０、および燃焼機関２０の作動を制御するようにプログラムされる。そのような特性は、パワートレイン１０が、作動中に、立っている乗客を移送するバスに採用されるときに、とりわけ重要であり、そのようなバスは、不当に交通の流れを妨害しないために、しかも経済的制約と燃料放出制約に合致するために、できるだけ燃料効率のよいように、市内環境において円滑かつ迅速に加速する必要がある。
【００６７】
パワートレイン１０の従来の現行の作動を、ここで図２を参照して説明する。図２において、４００により一般に表示される第１のグラフが示される。第１のグラフ４００は、左から右への経過時間を表示する横座標４１０を含む。さらに、第１のグラフ４００は、第１、第２および第３の領域４４０、４６０および４８０に細分割される縦座標４２０を含む。第１の領域４４０において、縦座標４２０は、下端から上端へ増加する車速を表示する。第２の領域４６０において、縦座標４２０は、下端から上端へ増加する動力で、電気機械７０から送出される駆動力を表示する。第３の領域４８０において、縦座標４２０は、下端から上端へ増加する動力で、クラッチ５０を経て燃焼機関２０から送出される駆動力を表示する。車両の加速は、段階Ｐ１で開始し、段階Ｐ５で終了する段階のシーケンスとして示され、段階Ｐ５を超えて別の段階があるが説明されない。段階Ｐ１から段階Ｐ５への進行の過程において、車両の速度は、第１の領域４４０に含まれるカーブ４３０に従い、電気機械７０から送出される動力は、第２の領域４６０に含まれるカーブ４５０に従い、および燃焼機関２０から送出される動力は、第３の領域４８０に含まれるカーブ４７０に従う。段階Ｐ１、Ｐ３およびＰ５は、車両の加速に対応する。一例における段階Ｐ１において、電気機械７０は、１０００ないし１５００ｒｐｍのシャフト回転速度から機械的動力とトルクの大部分を提供し、かつその段階において燃焼機関２０は、１５００ないし３０００ｒｐｍのシャフト回転速度から機械的動力とトルクの大部分を提供し、電気機械７０と燃焼機関２０との間の機械的動力負荷分担に関する同様な考察は、段階Ｐ３およびＰ５に、ほぼ当てはまる。段階Ｐ２とＰ４は、歯車装置２００内に生じる歯車切換に対応する。第１のグラフ４００は、上述の特許文献３に採用される状況にほぼ対応する。
【００６８】
段階Ｐ１の直前において、ハイブリッドパワートレイン１０を含む車両は、静止している。段階Ｐ１中、初期加速が、電気機械７０からほぼ送出される動力を使用して限界速度までなされ、かつその段階中、燃焼機関２０は、電気機械７０に比べて、より多くの動力を漸次送出し、段階Ｐ１の最後において、車両を加速する駆動力が、燃焼機関２０からほぼ供給される。段階Ｐ２中、歯車切換が生じて、電気機械７０は、段階Ｐ３の開始時に再び使用されて、電気機械７０と協働して駆動力を提供し、燃焼機関２０は、段階Ｐ４における歯車切換を丁度実施する段階Ｐ３の最後に大部分の駆動力を送出する機能を引き受ける。段階Ｐ５の開始時に、燃焼機関２０は、電気機械７０よりも比較的大きい駆動力を送出し、段階Ｐ５中に、燃焼機関２０は、電気機械７０から送出される動力が漸次減少するにつれて、より大きい駆動力を段々と送出する。段階Ｐ５を超えると、燃焼機関２０は、電気機械７０が比較的副次的な寄与を有する程度まで、駆動力を提供するために漸次より多く使用される。段階Ｐ２とＰ４における歯車切換は、５００と５１０それぞれにより表示される加速度の急激な変化を生じ、その変化は、車両、たとえば、バスで旅行している乗客により加速ジャークとして感じられる恐れがある。
【００６９】
従来の仕方でのパワートレイン１０の作動を説明するために、パワートレイン１０の実際的な実施に関連する幾つかの例のパラメータを、ここで説明する。
【００７０】
電気機械７０は、有利には、六相永久磁石（ＰＭ）同期電動機であり、１２０ｋＷの機械的動力、および８００Ｎｍの最大トルクを発生するように作動自在である。さらに、電気機械７０は、低い回転速度で最大のトルクを発生するが、そのロータは、停止からほぼ８０００ｒｐｍまでの回転速度で駆動されることができる。
【００７１】
歯車装置２００は、有利には、独占の自動式ボルボ１−入替歯車装置であり、代わりに歯車装置２００は、パワートレイン１０に使用するように適応される特注の歯車装置である。たとえば、歯車装置２００は、制御ユニット３００から個別に選択できる６個ないし１２個の範囲の歯車を含み、より通常には、歯車装置２００は、ほぼ１０個の歯車を含む。歯車装置のそのような形成により、燃焼機関２０は、パワートレイン１０を中に取付けた車両を、０ｋｍ／ｈないし１５０ｋｍ／ｈの速度範囲で推進できる。かくして、車両を停止から８０ｋｍ／ｈの程度の速度まで加速するとき、歯車装置２００は、従来は、５個ないし６個の程度の歯車を通して入替える必要がある。歯車装置２００を通して伝達される動力の不連続性は、パワートレイン１０の作動中に電気機械７０と燃焼機関２０が、歯車装置２００から瞬間的に切離されるときに、歯車装置２００内でなされる、歯車それぞれの切換時に潜在的に生じる。
【００７２】
発明者は、ハイブリッドパワートレイン１０の作動を、改良して、図２に図示されるものよりも均一で円滑な加速を提供できることを認識した。ハイブリッドパワートレイン１０は、有利には、本発明に従って、すなわち図３に図示される仕方で作動される。図３を参照すると、６００により一般に表示される第２のグラフが示される。第２のグラフ６００は、左から右への時間ｔの経過を表示する上述の横座標４１０を含む。さらに、第２のグラフ６００の縦座標４２０は、上述の第１、第２および第３の領域４４０、４６０および４８０をそれぞれ含む。第２のグラフ６００の第１の領域４４０におけるカーブ６３０は、ハイブリッドパワートレイン１０を含む車両の速度を表す。第２のグラフ６００のカーブ６４０は、電気機械７０から提供される駆動力に対応し、たとえば、電気機械７０は、その関連する車両が既に作動中であるとき、１０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍ近くまでの、および任意選択的には、車両が静止から発進されるとき、ほぼ０ｒｐｍから６０００ｒｐｍ近くまでの、シャフト回転速度範囲にわたり機械的動力を送出するように作動自在である。第２のグラフ６００のカーブ６５０は、機関２０から提供される駆動力に対応し、たとえば、燃焼機関２０は、１５００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍのシャフト回転速度範囲にわたり機械的動力を送出するように作動自在であるが、燃焼機関２０は、電気機械７０により、アイドリングの仕方で、１５００ｒｐｍ未満かつ３０００ｒｐｍ超過の回転速度範囲で作動されることが強制されるときは、そのようにできる。第２のグラフ６００は、段階Ｑ１から段階Ｑ５へ漸次加速する車両に対応する。段階Ｑ２およびＱ４は、歯車装置２００内で生じる歯車切換に対応する。しかしながら、図２の第１のグラフ４００と比較して、図３の第２のグラフ６００は、カーブ６３０から分かるように、段階Ｑ１、Ｑ３およびＱ５中に、それぞれの歯車に対して大きい達成可能な車速を示し、それにより、頻繁な歯車切換が比較的少なくて済み、このために、歯車装置２００とクラッチ５０の磨耗が防止され、かつ第１のグラフ４００において提供される加速よりも一層円滑で均一な加速を提供する。かくして、第２のグラフ６００において、燃焼機関２０と比較して大きい回転速度範囲で、電気機械７０が機能できる特性を利用することにより、大きい速度範囲が、段階Ｑ１、Ｑ３およびＱ５において達成でき、任意選択的には、歯車装置２００は、歯数比に関して、相互にさらに離間する少ない歯車範囲を含むように設計され、それにより、歯車装置２００の機械的構造が単純化され、および潜在的に、製造コストが減少され、かつ作動の信頼性が向上される。
【００７３】
任意選択的には、熱作動効率最適化のために、燃焼機関２０は、任意選択的には、ハイブリッドパワートレインでの使用を意図しない従来の燃焼機関よりも減少した回転速度範囲を有し、たとえば、燃焼機関２０は、最良に調整された構造のものにでき、かつ任意選択的には、最良に調整された入口マニホールドを利用する。必要ならば、電気機械７０は、任意選択的には、図３に従って作動するときに、より強力なユニットまで機能向上される。かくして、図３における重要な特徴は、電気機械７０への励起が、段階Ｑ３，Ｑ５、とりわけＱ１を拡大するように、歯車切換のほぼ前に、増加されることである。その結果、カーブ６５０により表示されるように、燃焼機関２０は、段階Ｑ１、Ｑ３およびＱ５のほぼ中間部分において大部分の動力を送出するように作動自在である。燃焼機関２０の速度を過大にすることを避けるために、クラッチ５０は、段階Ｑ１、Ｑ３およびＱ５の後方部分において燃焼機関２０を隔離するために、任意選択的には、離脱され、その場合に、車両を推進する駆動力は、歯車切換の直前に電気機械７０からのみ得られる。そのような作動の態様は、燃焼機関２０が、図２に図示される歯車切換の直前に段階Ｐ１、Ｐ３およびＰ５の後方領域おいて、駆動力の送出にとり最も適切であるとみなされる従来の慣習と対照区別される。クラッチ５０は、燃焼機関２０を隔離するのに使用されるが、燃焼機関２０を、任意選択的には、起動解除でき、代わりに燃焼機関２０は、クラッチ５０により隔離されるとき起動状態に維持できる。
【００７４】
かくして図３において、電気機械７０は、初期の始動時と歯車切換の近くで駆動力の大部分を提供し、たとえば、電気機械７０は、１０００ｒｐｍないし１５００ｒｐｍの低いシャフト回転速度範囲で、および３０００ｒｐｍから６０００ｒｐｍ近くまで、たとえば、少なくとも４５００ｒｐｍ近くまでの高いシャフト回転速度範囲で駆動力の大部分を送出するように配置され、０ｒｐｍないし１５００ｒｐｍの低いシャフト回転速度範囲は、任意選択的には、車両が発進されて作動するときに適切である。図３において、機関２０は、歯車切換間の中間領域において大部分の駆動力を提供するように採用され、たとえば、機関２０は、ほぼ１５００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍの回転速度範囲で駆動力の大部分を提供するように配置されている。図３は、車両の加速を図示するが、関与する幾つかの歯車切換を減少するために、同様な方法を車両を減速するときに採用でき、減速中に燃焼機関２０は、歯車設定の中間領域において切離されたままである。たとえば、市内での停止−始動の状況において、本発明に従って構成される車両が、歯車切換を必要とすることなく、段階Ｑ１においてのみ作動されることは実施可能であり、それと比較して、第１のグラフ４００に従って車両を作動すると、段階Ｐ２における歯車切換が要求されるであろうし、段階Ｐ３の実施が要求されであろうし、段階Ｐ２での歯車切換により、車両用の駆動力が瞬間的に中断され、このために車両の乗客が加速ジャークを感じる。第２のグラフ６００に従ってパワートレイン１０を作動すると、段階Ｑ２およびＱ４それぞれにおける歯車切換に伴う領域７００および７１０での妨害が少なくなる。さらに、先に説明したように、本発明により、有利には、少ない歯数比を有する歯車装置２００の一層単純な構造が実施可能となるので、製造コストが減少され、かつ作動の信頼性が向上される。
【００７５】
図３に示される仕方で、パワートレイン１０を含む車両の作動は、中央制御ユニット３００を適切にプログラムすることにより達成される。中央制御ユニット３００は、たとえば、図３に例示されるように本発明を実施するためのシャフト回転速度の関数として、燃焼機関２０に関して電気機械７０から送出される機械的動力が分布される仕方を制御するように作動自在である。中央制御ユニット３００内で実行するソフトウェアが、データキャリア上で、たとえば、制御ユニット３００のコネクタへ接続自在なプラグイン読出し専用記憶素子（ＲＯＭ）モジュール上で移送自在である。代わりに、または加えて、制御ユニット３００が、データ通信リンク、たとえば、Ｂｌｕｅ Ｔｏｏｔｈ（登録商標）無線リンクまたはセルホンリンクのような無線リンクを含むので、実行可能なソフトウェアは、制御ユニット３００内で引続いて実行するために制御ユニット３００のデータ記憶素子内に実行可能なソフトウェアを格納するため、無線搬送信号上でデータ通信リンクへ移送自在である。任意選択的には、中央制御ユニット３００は、データリンク、たとえば、無線データリンクを経て、インターネットから１つ以上のソフトウェアプロダクトをダウンロードするために、インターネットのような通信ネットワークへ接続可能である。特に、中央制御ユニット３００が、ソフトウェアを実行するように作動自在な演算ハードウェアとして設置されるとき、パワートレイン１０は、任意選択的には、グラフ４００と６００との間で選択自在に切換可能なように、またはグラフ４００と６００との間の任意の中間特性であるように、構成可能である。
【００７６】
図３において、電気機械７０は、ほぼ１５００ｒｐｍまでのシャフト回転速度で比較的大部分の機械的動力を提供するように、燃焼機関２０は、ほぼ１５００ｒｐｍないし３０００ｒｐｍの範囲のシャフト回転速度で比較的大部分の機械的動力を提供するように、および電気機械７０は、３０００ｒｐｍないし５０００ｒｐｍの範囲のシャフト回転速度で比較的大部分の機械的動力を提供するように、図示される。しかしながら、電気機械７０と燃焼機関２０のサイズと構造に応じて、これらの範囲を多少変えることができる。たとえば、燃焼機関２０が比較的小形であるとき、機関２０を、３０００ｒｐｍを超えて延びる、たとえば、３５００ｒｐｍまでの動力帯域で、潜在的には作動できる。反対に、たとえば、燃焼機関２０が比較的大形であるとき、たとえば、１０，０００ｃｃ機関容量のディーゼル機関であるとき、機関２０は、１０００ｒｐｍから約２５００ｒｐｍまで延びる動力帯域を潜在的に有する。そのような状況において、電気機械７０は、有利には、ほぼ５００ｒｐｍないし１０００ｒｐｍの回転速度範囲で、およびほぼ２５００ｒｐｍないし４０００ｒｐｍの回転速度範囲で機械的動力を送出するように配置される。そのような回転速度範囲での他の変動は、可能であり、および添付クレームにより規定される本発明の範囲内にある。
【００７７】
たとえば、中央制御ユニット３００は、トラックやバスまたは他の車両に設置されるハイブリッドパワートレインの作動が、本発明に記載の方法を使用する「市内運転」設定と、「従来形態」設定（たとえば、車両を高速道路で運転するときに使用される）との間で切換自在であるように、任意選択的には、プログラムされる。しかしながら、グラフ６００は、車両内の一層円滑で均一な加速を達成する改良された状況を表す。任意選択的には、中央制御ユニット３００は、そのような「市内運転」設定と、そのような「従来形態」設定との間で切換えるために、そこで受信した無線信号に応答して自動的に切換自在である。設定間でのそのような自動切換は、車両のドライバへ向けられる情報処理作業負荷を潜在的に減少できる。
【００７８】
本発明の実施態様を、負荷の加速に関して、たとえば、バスのような車両の加速について上述してきたが、本発明は、負荷の回生制動と減速にも関する。歯車の下方に切換直後に高い回転速度で電気機械装置６０を採用することにより、負荷を減速するときに必要とされる幾つかの歯車切換も減少できる。かくして、それにより、トランスミッションにおける歯車に伴う回転範囲は、本発明を適用することにより拡大されることができる。
【００７９】
本発明を、パワートレイン１０に関して上述してきたが、本発明は、そのような構成に限定されることなく、およびパワートレインの他の構成に使用するように適応できることが分かる。上述された本発明の実施態様の変更態様は、かくして、添付クレームにより規定される本発明の範囲から逸脱することなく可能である。
【００８０】
パワートレイン１０の使用を、車両に関して、たとえば、バスやトラックに関して上述してきたが、パワートレインは、他の型式のシステム、たとえば、旅客車両、路面電車、列車、ボート、船、および固定式動力送出システムにも採用できることが分かる。
【００８１】
本発明を説明および請求するために使用される「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ（組込む）」、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ（から構成される）」「ｈａｖｅ（有する）」、「ｉｓ（である）」のような語句は、非独占的な仕方で、すなわち、明示的に記載されない品目、構成部材またはエレメントも存在するものと解釈されるようにするものである。単数への言及は、複数へ関するものと解釈されるものとする。
【００８２】
添付クレームの括弧内の数字は、クレームの理解を助けようとするものであり、これらのクレームにより請求される内容を、どのような仕方でも限定すると解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に従うハイブリッドパワートレインの概略説明図である。
【図２】従来の現行の仕方で作動する、図１のハイブリッドパワートレインを含む車両の加速を図示するグラフである。
【図３】本発明に従う仕方で作動する、図１のハイブリッドパワートレインを含む車両の加速を図示するグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１０    ハイブリッドパワートレイン
２０    燃焼機関
５０    カップリング装置
６０    電気機械装置
２００  歯車装置
２３０  負荷
３００  制御ユニット
【図１】
2012131498.tif 000004
【図２】
2012131498.tif 000005
【図３】
2012131498.tif 000006