JP5805784B2 - 車両補助装置のための駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の少なくとも１つの補助装置のための駆動装置に関する。また、本発明は、このような駆動装置を備えた車両に関する。

車両、例えば、自動車又はトラックはドライブラインを備えており、ドライブラインは、通常、車両の被駆動車輪を駆動するための少なくとも１つの駆動エンジン（電気機械又は内燃エンジン（内燃機関）であり得る）を含む。パラレルハイブリッド電気車両の場合、２つの駆動エンジンが設けられており、一方が内燃エンジンであり、もう一方が電気機械である。多くの場合、内燃エンジンは被駆動車輪に、駆動エンジンに接続された少なくとも１つの入力シャフトと、車両の被駆動車輪に接続された１つの出力シャフトとを有するギヤボックスを介して接続されている。

特定の状況において、車両は、車両の内燃エンジンが停止された状態で移動することを必要とする場合がある。例えば、トラックは、緩傾斜地にて、燃料を節約し、且つエンジンの摩擦を回避するために、トラックの内燃エンジンが停止された状態で移動することができる。ハイブリッド車両にてこのような状況は頻繁に生じ、このとき車両は電気機械のみにより駆動される。

補助装置、例えば、ステアリングポンプ、オルタネータ、エアコンプレッサ、又はその他の装置は、一般に、内燃エンジンにより機械的に駆動される。内燃エンジンが停止されているときにこれらの装置がまだ動作することを保証するために、公知の方法によれば、これらの装置の機械的駆動が電気的駆動に代えられる。従って、このような車両の電気システムは、安全性の問題のために、及び、電気的駆動の効率が比較的低いことにより、ヘビーデューティ用の寸法につくられなければならない。

特許文献１は、補助装置のための駆動装置を記載しており、この装置において、補助装置は、ディファレンシャルを用いて、ギヤボックスの入力シャフト及び出力シャフトにより同時に駆動されることができる。この装置は、エンジンが停止されたとき及び車両が停止されたときに補助装置にトルクを伝達し続けることを可能にしない。

仏国特許発明第１ ２７３ １２７号明細書

本発明は、車両の補助装置のための新規の駆動装置を提供することを目的とする。この駆動装置は、１又は複数の補助装置を、車両の様々な動作構成において、特には、内燃エンジンが停止され且つ車両がまだ移動しているときに、及び、車両が停止され且つ内燃エンジンも停止されたときに駆動することを可能にし、且つ、車両のドライブラインの通常の動作には干渉しない。

このために、本発明は、車両の少なくとも１つの補助装置のための駆動装置であって、駆動内燃エンジンに接続された少なくとも１つの入力シャフト、及び、前記車両の被駆動車輪に接続された１つの出力シャフトを有するギヤボックスを備え、且つ、３つ以下の別々の入力／出力カップリングを有する動力分割装置を備え、第１のカップリングが前記入力シャフトに接続されており、第２のカップリングが前記出力シャフトに接続されており、第３のカップリングが、前記少なくとも１つの補助装置に接続されている駆動装置に関する。この駆動装置は、前記動力分割装置の前記カップリングの１つに接続された補助電気機械を備え、前記補助電気装置が、前記少なくとも１つの補助装置にトルクを伝達するように適合されていること、及び、前記第１カップリングを前記ギヤボックスの前記入力シャフトとの接続から外すための手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、車両の内燃エンジンにより駆動される補助装置が、車両の内燃エンジンが停止されるときにも駆動されることができる。また、前記補助装置は、車両の特定の動作状態により機械的のみのトランスミッションを用いることが可能でない場合、電気機械により動作されることもできる。これらの特定の動作状態の期間は比較的短いため、用いられる電気機械は、補助装置の駆動が電気的のみである駆動装置と比較して、小型化されることができる。

本発明のさらなる態様（有利であるが必須ではない）によれば、このような駆動装置は、以下の特徴の１つ又は複数を組み込み得る。

−前記第１カップリングが、前記ギヤボックス入力シャフトに、前記ギヤボックス入力シャフトに永久的に接続された前記ギヤボックスの中間シャフトを介して接続されている。

−前記補助電気機械が前記第１カップリングに接続されている。

−前記補助電気機械が前記少なくとも１つの補助装置に直接接続されている。

−前記駆動装置が、前記第２カップリングと前記出力シャフトとの間に配置された、前記出力シャフトから前記第２カップリングへの一方向のみにおける運動の伝達を可能にするための手段を含む。

−前記出力シャフトから前記第２カップリングへの一方向のみにおける運動の伝達を可能にするための前記手段が、フリーホイールを含む。

−前記駆動装置が、前記第１カップリングを選択的に動作阻止するための手段を含む。

−前記第１カップリングを選択的に動作阻止するための前記手段が、前記第１カップリングに一方の側にて接続され、且つ他方側にて固定部分に接続されたフリーホイールを含む。

−前記第１カップリングを前記入力シャフトから選択的に遮断するための前記手段が、前記第１カップリングの回転を阻止するように構成されたブレーキシステムを含む。

−前記駆動装置は、前記入力シャフトを前記第１カップリングとの接続から外すための手段を制御し、前記ギヤボックスがギヤチェンジ状態にあるとき、又は、前記エンジンが停止され且つ車両が停止されているときに前記入力シャフトを前記第１カップリングとの接続から外す手段を含む。

−前記駆動装置は、前記内燃エンジンが停止され且つ車両が停止されたときに、前記少なくとも１つの補助装置を、前記補助電気機械を介して駆動させるための手段を含む。

−接続を外すための前記手段を制御するための前記手段、及び、前記少なくとも１つの補助装置を前記補助電気機械を介して駆動させるための前記手段が、少なくとも１つの電子制御ユニットを含む。

−接続を外すための前記手段を制御するための前記手段が電子制御ユニットを含み、前記少なくとも１つの補助装置を前記補助電気機械を用いて駆動させるための前記手段が電力制御ユニットを含み、且つ、前記電子制御ユニットと電力制御ユニットとが互いに通信する。

−前記少なくとも１つの補助装置が、機械的に駆動されるステアリングポンプである。

−前記動力分割装置が遊星歯車である。

本発明はまた、上記の駆動装置を備えた自動車に関する。

ここで、本発明を、本発明の目的を限定せずに、例示的な実施形態として、添付図面に関連して説明する。

本発明の第１の実施形態による駆動装置の概略図である。 本発明の第２の実施形態による駆動装置の概略図である。

図１及び図２に、主要な駆動内燃エンジン２を備えた車両駆動装置Ｄが示されている。内燃エンジン２は、トルクを、好ましくはクラッチ６を介してギヤボックス８の入力シャフト８２に伝達するように構成されている。図示されているギヤボックスの実施形態において、入力シャフト８２は中間シャフト８４に、一組のギヤにより、駆動的に且つ永久的に接続されている。従って、少なくともこのギヤボックス機構において、ギヤボックスの入力シャフト８２と中間シャフト８４とは常に、両方が駆動状態、又は、両方が非駆動状態であり、これは、特には、エンジンが動作しているかどうか、クラッチ６が閉じているかどうか、電気機械がトルクを提供しているかどうか、車両が移動しているかどうか、ギヤが係合しているかどうか、などにより決まる。ギヤボックス８は出力シャフト８６を有し、出力シャフト８６は入力シャフト８２に位置合わせされており、且つ、中間シャフト８４と並行に回転する。出力シャフト８６は、車両の被駆動車輪Ｗに、例えば、ディファレンシャル（図示せず）を介して接続され得る。通常、出力シャフト８６は、車輪が回転している限りにおいて回転し、また、車輪は、出力シャフト８６が回転している限りにおいて回転する。

示されている実施形態において、駆動装置は、牽引電気機械４も有する、パラレル（並列）ハイブリッドタイプの装置である。牽引電気機械４は、エンジン２により伝達されるトルクに加えて、トルクを入力シャフト８２に伝達するように、又は、トルクを入力シャフト８２から回収するように構成されている。牽引電気機械４に電流が高圧バッテリ（図示せず）により供給される。しかし、本発明は、牽引動力源として内燃エンジンのみを有する慣用の駆動装置においても実行することができる。

本発明は、駆動エンジンに駆動的に接続され又は接続可能な入力シャフト、及び、車両の被駆動車輪に駆動的に接続され又は接続可能な出力シャフトを有する任意のタイプのギヤボックスを用いて実行することができる。例えば、ギヤボックスは、ギヤボックスの出力シャフトを、中間シャフトの有無に関係なく、ギヤボックスの入力シャフトに対して平行に有し得る。また、ギヤボックスは、利用可能な速度比の全体数を増やすために、ギヤボックスの出力シャフト上のレンジギヤ、又は、ギヤボックスの入力シャフト上のスプリッタギヤを有し得る。ギヤボックス８及びクラッチ６の代わりに、いわゆる「デュアルクラッチ」トランスミッションを用いること、又は、トルクコンバータを有する慣用のオートマチックギヤボックスを用いることを可能であることに留意されたい。

全ての場合において、ギヤボックス８は、入力シャフト８２と出力シャフト８６との接続が断たれたニュートラル状態、及び、どのギヤが係合されているかによる速度比に応じて、入力シャフト８２と出力シャフト８６とが互いに駆動的に接続されているギヤ係合状態を有する。

駆動装置Ｄは動力分割装置１０を備え、装置１０は、３つ以下の入力／出力カップリングを有する遊星歯車であり得る。

慣用のディファレンシャルは、このようなタイプの動力分割装置であるが、図１及び図２に示した実施形態において、この装置は、遊星歯車として実装される。このようなギヤは、サンホイール（太陽歯車）、サンギヤと同軸のリングホイール、並びに、サンホイール及びリングホイールと同軸のキャリアを含む。サンホイール、リングホイール及びキャリアは、これらの共通の軸を中心として互いに対して回転可能であり、キャリアは、サンホイール及びリングホイールの両方と噛み合っている回転可能なサテライト（衛星）ホイールを担持している。サンホイール、リングホイール、サテライトキャリアの各々は、遊星歯車の１つの入力／出力と見なされることができる。このようなギヤにおいて、３つの入力／出力の速度は互いにリンクされる。基本的に、１つの入力／出力の速度は、その他の２つの入力／出力の速度の線形結合であり、これは、遊星歯車の要素の歯数に依存する。

動力分割装置１０の第１の入力／出力カップリング１０１は中間シャフト８４に機械的に接続されており、従って、入力シャフト８２に接続されている。動力分割装置１０の第２の入力／出力カップリング１０２は、出力シャフト８６に機械的に接続されている。動力分割装置１０の第３のカップリング１０３は、車両の機械的に駆動される補助装置（この例においてはステアリングポンプ１３である）に機械的に接続されている。

第１カップリング１０１は中間シャフト８４に、クラッチＣ１を介して接続されている。クラッチは、第１カップリングを中間シャフトとの接続から外し、それにより、第１カップリングをギヤボックスの入力シャフトとの接続から外すための手段の例である。

示されている実施形態において、第１カップリング１０１の回転を選択的に阻止（ブロック）するための手段が設けられている。これらの手段は、第１カップリングに作用するように、クラッチＣ１と動力分割装置１０との間に配置されたブレーキシステムの形態であり得る。ブレーキシステムは、例えば、摩擦ブレーキとして実現されることができる。また、第１カップリングの回転を選択的に阻止するための手段は、第１カップリングに一方の側にて接続され、且つ、他方側にて固定部分（例えばギヤボックスケーシング又は車両の車体の一部）に接続されたフリーホイールの形態であってもよい。フリーホイールの、ブレーキシステムよりも優れた利点は、フリーホイールが制御システムを全く必要としない受動的な部品であることである。第１カップリングの回転を選択的に阻止するための手段は、第１カップリングを一方向にのみ回転させることを可能にするためにも用いられ得る。

クラッチＣ１及びブレーキシステム１５の各々は、それぞれの電子信号ＳＣ１及びＳ１５により、例えば、電子制御ユニット３０を用いて制御される。

電気機械ＥＭ１が、動力分割装置のカップリングの１つに接続されている。図１の実施形態において、電気機械ＥＭ１は第１カップリング１０１に接続されている。電気機械ＥＭ１は、クラッチ１０１と動力分割装置１０との間に設置することができる。電気機械ＥＭ１は、トルクを第１カップリング１０１に伝達するように構成されており、電力制御ユニット１７により電流を供給される。電力制御ユニット１７は、電気エネルギー貯蔵システム１９、及び、車両の電気ネットワーク２０に接続されている。また、電力制御ユニットは、電子制御ユニット３０と電力制御ユニット１７とを接続している通信ライン３２にて発信される電子信号Ｓ１７及びＳ３０を用いて電子制御ユニット３０と通信するように構成されている。

第２のカップリング１０２は出力シャフト８６に接続されている。示されている例において、出力シャフト８６から第２カップリング１０２への一方向のみの運動の伝達を許容する任意選択の手段が設けられている。このような手段は、出力シャフト８６と第２カップリング１０２との間に設けられたフリーホイール２１又はパイロット（操縦）クラッチを含むことができる。フリーホイール２１を用いることにより、第２カップリング１０２は、出力シャフトにより一方向にのみ駆動されることができる。すなわち、車両が後退しているとき、第２カップリング１０２は駆動されない。パイロットクラッチが用いられる場合、パイロットクラッチは、好ましくは、車両が後退しているときにクラッチが開かれるように操縦されるのが望ましい。

ここで、複数の動作モード又はシナリオを簡単に説明する。これらは、本発明による駆動装置がいかに有利に用いられることができるかを示す例に過ぎず、また、補助装置を駆動するための装置の融通性が高いため、完全なものでは全くない。

エンジン２が動作している状態で車両が停止される場合、第２カップリング１０２が動作阻止され、そして、クラッチ６が閉じられた状態を維持する限り、動力分割装置１０の動作により、ステアリングポンプ１３のみがエンジン２により第１カップリングを介して駆動される。クラッチＣ１も閉じられる。これにより、ギヤボックスの入力シャフト８２はエンジンにより駆動され、中間８４及び第１カップリング１０１を駆動させる。この場合、動力分割装置１０は減速ギヤのように作用する。なぜなら、車両の車輪Ｗが動作阻止され、これが第２カップリングを動作阻止するからである。このモードにおいて、補助装置１３は、エンジン速度に比例した速度で駆動される。

車両が移動しており且つエンジン２が動作している場合、ギヤボックス８は、ギヤ係合状態にあり、車輪Ｗは出力シャフト８６と共に回転する。このとき、出力シャフトは第２カップリング１０２を駆動させる。同時に、先に述べたように、第１カップリング１０１がエンジンにより駆動される。動力分割装置１０の動作により、第３カップリングの速度、すなわち、ステアリングポンプ１３の速度は、第１カップリング１０１の速度と第２カップリング１０２の速度との線形結合となり、従って、実際、このとき、ステアリングポンプはエンジン及び出力シャフト８６の両方により駆動されると言える。

駆動装置が、図に示されているようにパラレルハイブリッドである場合、モータとして動作する牽引電気機械４は、動力分割装置１０の動作に関してエンジン２と同じ効果を有し、従って、補助装置１３を駆動することに関して同じ効果を有すると言える。

車両の幾つかの動作状態にて（例えば、緩傾斜地で）、燃料を節約するために内燃エンジン２を停止し、その状態で車両を車両の推進力で移動させることにより車両の速度を維持することが有用であり得る。このとき、クラッチ６は開かれている。この場合、ギヤボックス８がニュートラルに設定されるならば、第１カップリング１０１はもはや中間シャフト８４により駆動されない。ステアリングポンプ１３に伝達されるトルクは、被駆動車輪Ｗの回転からのみ、フリーホイール２１及び第２カップリング１０２を介して生じる。この場合、第１カップリング１０１の回転を阻止するためにブレーキシステム１５が用いられ、これにより、動力分割装置１０が減速ギヤのように作用する。このとき、ステアリングポンプの速度は車両速度に比例する。それにも拘わらず、第２の入力のみによりもたらされる速度が十分でない場合には、電気機械ＥＭ１を、第１カップリングを駆動させるために制御することができ、それにより、ステアリングポンプ１３の速度は、第１カップリング１０１の速度と第２カップリング１０２の速度との線形結合となるため、増大される。

ギヤチェンジが必要であり、且つギヤボックス８がニュートラル状態になるとき、第１カップリング１０１は、好ましくは、中間シャフト８４との接続からクラッチＣ１を用いて外される。これにより、ギヤチェンジ中の中間シャフト８４の回転により生じ得るギヤボックス８へのあらゆる損傷を回避する。同時に、第１カップリング１０１は、第１カップリングを選択的に動作阻止するための手段により動作阻止される。

図面に示されているようなハイブリッド車両において、車両は、停止状態から電気機械のみを用いて、燃焼エンジン２が停止された状態で加速されることができる。このような場合、車両が停止状態にあるときのこのような加速の最初の瞬間には、ギヤボックスの入力シャフトからも出力シャフトからも、補助装置を、補助装置がその機能を適切に実行できる速度で駆動させるための有用な十分な速度は生じていない。ステアリングポンプの場合、これは、車両運転者に、車両ハンドルを回転させるためのパワーアシストが与えられることができないことを意味する。従って、ステアリングポンプ１３を動作させるために、電気機械ＥＭ１に電力制御ユニット１７により電流が供給され、これにより、トルクが、第１カップリング１０１に、そして、動力分割装置１０を介して第３カップリング１０３に、及び、ステアリングポンプ１３に伝達される。クラッチＣ１は開かれている。車両が停止状態にあり且つ車両のエンジンが停止されるとき（例えば、車両が駐車されることによる）には、これと類似のシナリオが存在する。

図２の本発明の第２の実施形態において、第１の実施形態における要素と同一の要素は、同一の参照番号を有し、且つ、同様に作用する。この第２の実施形態において、電気機械ＥＭ１は、補助装置に直接（例えば、ポンプ１３と動力分割装置１０との間で）接続されている。

以上に記載した２つの実施形態の駆動装置Ｄの様々な動作構造において、電力制御ユニット１７と電子制御ユニット３０との間の、信号Ｓ１７及び信号Ｓ３０を介した通信は、クラッチＣ１、ブレーキシステム１５、及び電気機械ＥＭ１の操作を同期させることを可能にする。別の実施形態によれば、駆動装置Ｄは、クラッチＣ１、ブレーキシステム１５、電気機械ＥＭ１を操作するように構成された単一の制御ユニットを含むことができる。

また、本発明は、この他のタイプの補助装置（例えばエアコンプレッサ）を駆動させるために、又は、パワーテイクオフ（動力取り出し）を形成するために実行することもできる。

また、本発明の駆動装置は、複数の補助装置を同時に駆動させるようにも構成される。

２ 内燃エンジン
４ 牽引電気機械
６ クラッチ
８ ギヤボックス
１０ 動力分割装置
１３ 補助装置
１５ ブレーキシステム
１７ 電力制御ユニット
１９ 電気エネルギー貯蔵システム
２０ 車両の電気ネットワーク
２１ フリーホイール
３０ 電子制御ユニット
３２ 通信ライン
８４ 中間シャフト
８６ 出力シャフト
１０１ 第１カップリング
１０２ 第２カップリング
１０３ 第３カップリング
Ｄ 駆動装置
Ｓ１７ 電子信号
Ｓ３０ 電子信号
Ｗ 車両の車輪

Claims (15)

1. 車両の少なくとも１つの補助装置（１３）のための駆動装置（Ｄ）であって、駆動内燃エンジン（２）に接続された少なくとも１つの入力シャフト（８２）、及び、前記車両の被駆動車輪（Ｗ）に接続された１つの出力シャフト（８６）を有するギアボックス（８）を備え、且つ、３つ以下の別々の入力／出力カップリング（１０１，１０２，１０３）を有する動力分割装置（１０）を備え、
   −第１のカップリング（１０１）が前記入力シャフト（８２）に接続されており、
   −第２のカップリング（１０２）が前記出力シャフト（８６）に接続されており、
   −第３のカップリング（１０３）が、前記少なくとも１つの補助装置（１３）に接続されており、
   前記駆動装置（Ｄ）が、前記動力分割装置（１０）の前記カップリングの１つ（１０１；１０３）に接続された、前記少なくとも１つの補助装置（１３）にトルクを伝達するように構成されている補助電気機械（ＥＭ１）を備え、且つ、前記第１カップリング（１０１）を前記ギアボックス（８）の前記入力シャフト（８２）との接続から外すための手段（Ｃ１）を備え、
   前記第１カップリング（１０１）は前記入力シャフト（８２）に永久的に接続された前記ギアボックス（８）の中間シャフト（８４）を介して前記入力シャフト（８２）に接続され、前記第１カップリング（１０１）を前記ギアボックス（８）の前記入力シャフト（８２）との接続から外すための手段（Ｃ１）は前記第１カップリング（１０１）と前記ギアボックス（８）の前記中間シャフト（８４）との間で動作可能に配置されている、駆動装置（Ｄ）。
2. 前記補助電気機械（ＥＭ１）が前記第１カップリング（１０１）に接続されている請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記補助電気機械（ＥＭ１）が前記少なくとも１つの補助装置（１３）に直接接続されている請求項１に記載の駆動装置。
4. 前記第２カップリング（１０２）と前記出力シャフト（８６）との間に配置された、前記出力シャフト（８６）から前記第２カップリング（１０２）への一方向のみにおける運動の伝達を可能にするための手段（２１）を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の駆動装置。
5. 前記出力シャフト（８６）から前記第２カップリング（１０２）への一方向のみにおける運動の伝達を可能にするための前記手段がフリーホイール（２１）を含む請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記第１カップリング（１０１）を選択的に動作阻止するための手段を含む請求項１乃至５のいずれかに記載の駆動装置。
7. 前記第１カップリング（１０１）を選択的に動作阻止するための手段が、前記第１カップリングに一方の側にて接続され、且つ他方側にて固定部分に接続されたフリーホイールを含む請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記第１カップリング（１０１）を選択的に動作阻止するための手段が、前記第１カップリング（１０１）の回転を阻止するようにされたブレーキシステム（１５）を含む請求項６に記載の駆動装置。
9. 前記入力シャフト（８２）を前記第１カップリング（１０１）との接続から外すための前記手段（Ｃ１）を制御し、前記ギアボックス（８）がギヤチェンジ状態にあるとき、又は、前記エンジンが停止され且つ車両が停止されているときに前記入力シャフト（８２）を前記第１カップリング（１０１）との接続から外す手段（３０）を含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の駆動装置。
10. 内燃エンジン（２）が停止されたときに、前記少なくとも１つの補助装置（１３）を前記補助電気機械（ＥＭ１）を介して駆動させるための手段（１７）を含む請求項１乃至９のいずれかに記載の駆動装置。
11. 接続を外すための前記手段（Ｃ１）を制御するための前記手段、及び、前記少なくとも１つの補助装置（１３）を前記補助電気機械（ＥＭ１）を介して駆動させるための前記手段（１７）が、少なくとも１つの電子制御ユニット（３０）を含む請求項９または１０に記載の駆動装置。
12. 接続を外すための前記手段（Ｃ１）を制御するための前記手段が電子制御ユニット（３０）を含み、前記少なくとも１つの補助装置（１３）を前記補助電気機械（ＥＭ１）を用いて駆動させるための前記手段が電力制御ユニット（１７）を含み、且つ、前記電子制御ユニット（３０）と電力制御ユニット（１７）とが互いに通信する（Ｓ１７−Ｓ３０）請求項９または１０に記載の駆動装置。
13. 前記少なくとも１つの補助装置が、機械的に駆動されるステアリングポンプ（１３）である請求項１乃至１２のいずれかに記載の駆動装置。
14. 前記動力分割装置（１０）が遊星歯車である請求項１乃至１３のいずれかに記載の駆動装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載の駆動装置（Ｄ）を備えた自動車。

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