混合动力齿轮机构、混合动力驱动组件以及用于操作混合动力驱动组件的方法

摘要

本发明涉及一种混合动力齿轮机构、包括所述混合动力齿轮机构的混合动力驱动组件以及用于操作所述混合动力驱动组件的方法。所述混合动力齿轮机构(3)包括用于联接至内燃发动机(1)的连接装置(4)、分离离合器(10)、第一电机(20)、第一离合器装置(30)和所述混合动力齿轮机构(3)的输出驱动装置(40)，所述连接装置、所述分离离合器、所述第一电机、所述第一离合器装置和所述输出驱动装置串联地互连，所述连接装置(4)机械地联接至所述分离离合器的输入侧(11)，所述分离离合器(10)的输出侧(12)联接至所述第一电机(20)的转子(22)，所述第一电机(20)的所述转子(22)联接至所述第一离合器装置(30)的输入侧(31)，并且所述第一离合器装置(30)的输出侧(32)联接至所述混合动力齿轮机构(3)的所述输出驱动装置(40)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合动力齿轮机构、包括所述混合动力齿轮机构的混合动力驱动组件以及用于操作所述混合动力驱动组件的方法。

背景技术

现有技术中已知包括两个电机和至少一个离合器装置的混合动力驱动单元。在这种情况下，在电机与内燃发动机的输出元件之间布置有离合器装置，特别是分离离合器。这样的布置也被称为P2布置。由于内燃发动机可以与传动系的其余部分分离，因此可以实现通过另一个电机的纯电力驱动以及实现能量回收，而不会由于内燃发动机的阻力矩而损失功率。可以实现不同的离合器装置，诸如双离合器装置。

已知的混合动力驱动系统包括两个电机和一个变速器，其中离合器装置布置在电机中的一个与该变速器之间，以便联接或脱离该电机。在这样的实施例中，变速器通常是自动变速器或双离合器变速器。变速器的选择也可以取决于电机的设计。例如，给定被配置为驱动机动车辆的电机的相应高的功率，其因此可以在较大的速度范围内操作，变速器形成多个变速级不是绝对必要的。

还已知这样的驱动装置，其包括两个电机、变速器单元、分离离合器和另外的离合器装置以及内燃发动机，以便实现用于机动车辆的多种驱动模式。所述两个电机设计用于不同功率输出。具有较高功率的电机用作驱动单元。具有较低功率的电机具有可忽略的阻力矩，并且因此优选地用于电能的回收。

此外，从现有技术中还已知所谓的功率分流式混合动力车辆(power-splithybrid)。

特别地，为了提高待驱动车辆的运动性或增加越野能力的要求，可能需要驱动机动车辆的若干个车桥。

发明内容

由此出发，本发明的目的是提供一种混合动力齿轮机构、混合动力驱动组件和用于操作该混合动力驱动组件的方法，利用其能够以简单、经济有效且节省空间的方式实现配备有混合动力齿轮机构或混合动力驱动组件的机动车辆的多种操作状态或驱动状态。

这一目的通过根据权利要求1的根据本发明的混合动力齿轮机构、通过根据权利要求7的根据本发明的混合动力驱动组件以及通过根据权利要求10的根据本发明的用于操作混合动力驱动组件的方法来实现。

从属权利要求2至6中提供了混合动力齿轮机构的有利实施例。从属权利要求8和9中列出了混合动力驱动组件的有利实施例。

可通过任何技术上有用的方式组合权利要求的特征，包括以下描述中给出的解释和附图的特征，包括本发明的附加实施例。

在第一方面，本发明涉及一种混合动力齿轮机构，包括用于联接至内燃发动机的连接装置、分离离合器、第一电机、第一离合器装置和混合动力齿轮机构的输出驱动装置，所述连接装置、分离离合器、第一电机、第一离合器装置和输出驱动装置串联地互连。该连接装置机械地联接至分离离合器的输入侧，并且分离离合器的输出侧联接至第一电机的转子。电机的转子联接至第一离合器装置的输入侧，

并且第一离合器装置的输出侧联接至混合动力齿轮机构的输出驱动装置。优选地，在根据本发明的混合动力齿轮机构中仅布置一个电机。

差速齿轮可以布置在输出驱动装置上，或者输出驱动装置可以由该输出驱动装置形成。

因此，分离离合器、第一电机和第一离合器装置在连接装置和输出驱动装置之间限定第一扭矩传递路径。

这使得可以实现以下操作状态：

-当配备有混合动力驱动组件的机动车辆静止时对电池进行充电，其中操作内燃发动机，分离离合器闭合，并且由内燃发动机驱动的第一电机作为发电机操作，并且由此产生的电能被供应到电池以用于储存的目的；

-串行操作，其中操作内燃发动机，分离离合器闭合并且第一电机作为发电机操作，并且由此产生的电能被供应到第二电机以用于驱动机动车辆的目的；

-纯电动马达驱动，其中第一电机作为电动马达驱动器操作并且第一离合器装置闭合；

-回收操作，其中混合动力齿轮机构的输出驱动装置由配备有混合动力驱动组件的机动车辆的动能驱动，第一离合器装置闭合并且第一电机作为发电机操作；

-由内燃发动机唯一驱动，其中配备有混合动力驱动组件的机动车辆由内燃发动机驱动，其中分离离合器和第一离合器装置闭合。

在一个实施例中，规定在待驱动的机动车辆的车桥上，混合动力齿轮机构作用在该车桥上，仅一个电机与混合动力齿轮机构中的内燃发动机配合地操作。不应排除在由混合动力齿轮机构驱动的车桥上的混合动力齿轮机构中布置或使用另外的电机，只要该电机与根据本发明提供的第一电机相比具有显著更低的额定功率，并且因此不会对配备有混合动力齿轮机构的机动车辆的驱动功率做出显著贡献。

在根据本发明的混合动力齿轮机构的一个实施例中，混合动力齿轮机构还具有第二离合器装置，该第二离合器装置布置在平行于由分离离合器、第一电机和第一离合器装置限定的第一扭矩传递路径而沿行的第二扭矩传递路径中。

相应地，第二离合器装置的输入侧联接至用于连接到内燃发动机的连接装置，并且第二离合器装置的输出侧联接至混合动力齿轮机构的输出驱动装置。

这意味着可以实现另外的操作状态，具体地：

-并行操作，其中配备有混合动力驱动组件的机动车辆通过内燃发动机驱动，并且分离离合器和第一离合器装置和/或第二离合器装置闭合，使得配备有混合动力驱动组件的机动车辆部分地由内燃发动机驱动，并且机动车辆部分地由作为又一驱动马达的第一电机驱动；

-具有负载点转移的操作，其中配备有混合动力驱动组件的机动车辆由内燃发动机驱动，并且分离离合器和第一离合器装置和/或第二离合器装置闭合，并且由内燃发动机驱动的第一电机作为发电机操作，并且由此产生的电能被供应到电池以用于储存；并且

-由内燃发动机唯一驱动，其中配备有混合动力驱动组件的机动车辆由内燃发动机驱动，其中第二离合器装置闭合。

上述离合器或离合器装置中的至少一个离合器可以设计为多片式离合器，优选地设计为湿式运行(wet-running)多片式离合器。

在另外的实施例中，第一变速级布置在第一离合器装置与输出驱动装置之间的第一扭矩传递路径中，并且第二变速级布置在第二离合器装置与输出驱动装置之间的第二扭矩传递路径中，其中第二变速级实现与第一变速级不同的传动比。

因此，在“并行操作”和“具有负载点转移的操作”状态中，取决于相应离合器装置的闭合以及联接至相应离合器装置的相应变速级因此的致动，在输出驱动装置上可以实现不同的扭矩或速度。

优选地，利用第二变速级实现的传动比显著大于由第一变速级实现的传动比，至少是其1.5倍。

变速级中的至少一个变速级有利地设计为正齿轮组。这使得混合动力齿轮机构能够被设计成基本上没有爪或同步元件以及为此所需的致动器。

输出驱动元件本身可以是差速齿轮。差速齿轮连接由混合动力齿轮机构驱动的车桥(特别是前桥)的车轮的驱动轴。

此外，为了混合动力齿轮机构的紧凑设计的目的，优选地，所述两个离合器装置是双离合器装置的子离合器。

为了混合动力齿轮机构的进一步节省体积的设计，三个离合器即分离离合器、第一离合器装置和第二离合器装置中的至少两个相对于第一电机的转子的旋转轴线沿轴向方向至少布置在由第一电机的转子径向包围的空间内的部分区域中。

本发明的另一方面是混合动力驱动组件，该混合动力驱动组件具有根据本发明的混合动力齿轮机构，其中混合动力齿轮机构被分配给待驱动的机动车辆的第一车桥，并且具有第二电机，该第二电机被分配给第二车桥并且导电地连接到第一电机，使得第二电机能够至少间接地由通过第一电机产生的电能操作。

通过混合动力齿轮机构，扭矩因此可以施加到分配给其的第一车桥。

第二电机的操作可以这样实现，即第二电机直接连接到第一电机，即没有插入电力储存装置，从而由第一电机产生的电能可以在第二电机中被转换用于驱动第二电机的目的。

附加地或另选地，第二电机也可以经由电力储存装置诸如混合动力车辆的电池连接到第一电机，使得由第一电机产生的电能可以首先储存在电力储存装置中，并且由此供应给第二电机以用于驱动第二电机的目的。

因此，本发明可以用于具有两个从动车桥的配置。通过选择驱动前桥或后桥或者同时驱动两个车桥，可以选择驱动哪个车桥。因此，扭矩需求增加的车桥可以相应地操作，诸如当使用防滑链时。

尽管是后轮驱动，但万向轴不是必需的，而仅是结构体积相对小的电机，诸如电动桥。

在前桥上实现的驱动仅需要非常小的变速器，该变速器仅具有两个传动比，以便能够覆盖期望的速度范围或扭矩范围，因为内燃发动机和第一电机能够以最佳方式一起操作。

同时，由于当内燃发动机在第一电机作为发电机操作并且机械能相关地转换为电能的情况下操作时，内燃发动机可以以总体上较高的效率操作，因此可以实现节省燃料的操作。

根据本发明的混合动力齿轮机构的使用不限于与第二电动马达驱动的车桥的相互作用，而是适当的混合动力齿轮机构也可以在没有第二电动马达驱动的车桥的机动车辆中使用并且实现在这方面提到的操作状态，诸如在简单的P2设计中或作为范围扩展器。

第二马达特别地可以设计为电驱动桥，优选地在机动车辆的后桥上。

两个电机中的至少一个电机可以是油冷的或水冷的。混合动力齿轮机构内的冷却过程、特别是离合器或离合器装置的冷却过程特别地能够通过电动泵致动器来控制。

此外，两个电机中的至少一个电机可以具有定位在混合动力齿轮机构的外壳中或外壳上的电力电子器件。

在另外的实施例中，根据本发明的混合动力驱动组件包括内燃发动机，该内燃发动机的输出驱动装置机械地联接至混合动力齿轮机构的连接装置。

可选地，也可以在内燃发动机和混合动力齿轮机构之间并且因此在混合动力齿轮机构的输入端处布置减震器。该减震器优选地是具有离心摆的弓形弹簧减震器。

本发明还涉及一种用于在以下操作状态之一操作根据本发明的混合动力驱动组件的方法：

i)当配备有混合动力驱动组件的机动车辆静止时对电池进行充电：

在这种情况下，操作内燃发动机，分离离合器闭合，并且由内燃发动机驱动的第一电机作为发电机操作，并且由此产生的电能被供应到电池以用于储存的目的。

ii)串行操作：

在这种情况下，操作内燃发动机，分离离合器闭合并且第一电机作为发电机操作，其中由此产生的电能被供应到第二电机以用于驱动机动车辆的目的。

在串行操作的操作状态下，第二离合器装置打开，因为内燃发动机的操作仅用于驱动作为发电机操作的第一电机，而机动车辆的实际驱动通过第二电机、优选地在后轮车桥上执行。在此不应排除的是，由第一电机按比例产生的电能被供应给电池以用于储存的目的。

iii)并行操作：

在这种情况下，配备有混合动力驱动组件的机动车辆通过内燃发动机驱动，并且分离离合器和第一离合器装置和/或第二离合器装置闭合，使得配备有混合动力驱动组件的机动车辆部分地由内燃发动机驱动，并且机动车辆部分地由作为又一驱动马达的第一电机驱动。

在并行操作的操作状态下，两个离合器装置中的一个离合器装置闭合，以便使用内燃发动机的驱动扭矩来驱动车辆。

在并行操作的情况中，通过选择相应的扭矩传递路径和布置在其中的第一变速级或第二变速级，相应地可以在例如机动车辆起动时以高扭矩和相对低的旋转速度输出实施操作，或者可以诸如针对高速公路行驶以相对低的扭矩和高旋转速度输出实施操作。

iv)具有负载点转移的操作：

在这种情况下，配备有混合动力驱动组件的机动车辆由内燃发动机驱动，并且分离离合器和第一离合器装置和/或第二离合器装置闭合，并且由内燃发动机驱动的第一电机作为发电机操作，其中由此产生的电能被供应到电池以用于储存的目的。

在具有负载点转移的操作中，两个离合器装置中的至少一个离合器装置闭合，以便使用内燃发动机的驱动扭矩来驱动车辆。

另外，通过选择使用具有集成变速级的相应扭矩传递路径，可以影响负载点转移。

负载点转移使得内燃发动机能够在同时驱动作为发电机操作的第一电机的情况下以非常高的效率并且因此以非常节省燃料和节省排放的方式操作。

v)纯电动马达驱动：

在这种情况下，第一电机作为电动马达驱动器操作并且第一离合器装置闭合。

在这种纯电动驱动中，不应排除的是，除了第一电机之外，第二电机也用于驱动机动车辆。

vi)回收操作：

在这种情况下，混合动力齿轮机构的输出驱动装置由配备有混合动力驱动组件的机动车辆的动能驱动，第一离合器装置闭合并且第一电机作为发电机操作。

在回收操作中，所获得的电能可以储存在机动车辆的电池中。

此外，回收操作也可以用于通过在第一电机中要克服的扭矩来制动机动车辆。

vii)由内燃发动机唯一驱动：

在这种情况下，配备有混合动力驱动组件的机动车辆由内燃发动机驱动，其中分离离合器和第一离合器装置或第二离合器装置闭合。

在由内燃发动机唯一驱动的情况下，分离离合器和第一离合器装置闭合，以便将扭矩从内燃发动机传递到机动车辆的车桥，或者仅第二离合器装置闭合，这是纯内燃发动机驱动的优选变型。

在“并行操作”和“具有负载点转移的操作”的操作状态下，配备有根据本发明的混合动力驱动组件的机动车辆可以根据经由第一离合器装置或第二离合器装置的相应扭矩传递路径的使用和后面连接的变速级在不同变速级中被驱动。特别地，在第一扭矩传递路径中的第一变速级可以用于起动，或者如果从动车轮上通常需要增加的扭矩。

对于更高的速度和更高的速度范围，推荐使用其中集成有第二变速级的第二扭矩传递路径。

以下是不同操作模式的概要，其中i1表示第一变速级，并且i2表示第二变速级。

附图说明

下文基于相关技术背景和参考示出优选实施例的相关联附图，对如上所述的发明进行详细说明。本发明绝不受纯粹示意性附图的限制，但是应该指出的是，附图中示出的实施例不限于示出的尺寸。在附图中：

图1以示意图示出了根据本发明的混合动力齿轮机构，

图2以详细视图示出了根据本发明的混合动力齿轮机构，并且

图3以示意图示出了根据本发明的混合动力驱动组件。

具体实施方式

首先，参考图1和图2说明根据本发明的混合动力齿轮机构的结构。

混合动力齿轮机构3包括用于连接到减震器2的连接装置4，该减震器又不可旋转地连接到内燃发动机1的输出端。

连接装置4经由图2所示的第一花键5不可旋转地连接到分离离合器10的输入侧11。分离离合器10的输出侧12又不可旋转地联接至第一电机的转子22，该转子围绕旋转轴线24可旋转地安装在第一电机的定子21内。

此外，第一电机20的转子22不可旋转地联接至第一离合器装置30的输入侧31。第一离合器装置30的输出侧32经由图2所示的第二花键33联接至第一变速级i1。

从图2可以看出，第一变速级i1由实现第一传动比的由两个正齿轮构成的第一齿轮副71形成。

输出驱动装置40联接至第一变速级i1的输出端，以输出由内燃发动机1或第一电机20产生的扭矩。

因此，根据本发明的混合动力齿轮机构3实现从连接装置4到输出驱动装置40的第一扭矩传递路径50。

如尤其从图1中可看到的，混合动力齿轮机构3还包括第二离合器装置60的输入侧61连接到其上的分支6。第二离合器装置60的输出侧62连接到第二变速级i2，该第二变速级又联接至输出驱动装置40。

特别地，图2示出了第二离合器装置60的输出侧62通过第三花键63不可旋转地联接至第二变速级i2。

混合动力齿轮机构3因此在连接装置4和输出驱动装置40之间经由第二离合器装置60和第二变速级i2形成第二扭矩传递路径70。

从图2可以看出，第二变速级i2由实现第二传动比的由两个正齿轮构成的第二齿轮副72形成。基于两个齿轮副71、72的尺寸比，可以看出，第二变速级i2实现比第一变速级i1更大的传动比。

另外，在图2中可以看出，分离离合器10和两个离合器装置30、60都以节省空间的方式完全布置在由第一电机20的转子22径向包围的空间23内。分离离合器10和第二离合器装置60径向嵌套地布置在彼此内部。

此外，图2示出了输出驱动装置40以旋转固定的方式连接到第三齿轮副73，该第三齿轮副将由混合动力齿轮机构3产生的旋转运动传递到连接的差速齿轮80。差速齿轮80将旋转运动或施加的扭矩分配到第一车桥100的两个驱动轴101，如图1所示，机动车辆的车轮102布置在该第一车桥上。

在图3中，在所示的根据本发明的混合动力驱动组件200中，还示出了根据本发明的混合动力齿轮机构3，其中第一车桥100作为具有驱动轴101和车轮102的前桥连接到该混合动力齿轮机构。

可以看出，配备有该混合动力齿轮机构的机动车辆可以仅通过根据本发明的混合动力齿轮机构3来驱动。

根据本发明的混合动力驱动组件200还具有在此被设计为后桥的第二车桥210，该第二车桥的驱动轴101联接至第二电机220，该第二车桥优选地被设计为电驱动桥。

根据本发明的混合动力齿轮机构3或根据本发明的混合动力驱动组件200可以以不同的模式操作。

当配备有混合动力驱动组件200的机动车辆静止时，操作内燃发动机1并且分离离合器10闭合，使得第一电机20由内燃发动机1驱动并且作为发电机操作。由此产生的电能优选地供应给电池(这里未示出)以用于储存的目的。

在所谓的“串行操作”中，操作内燃发动机1，分离离合器闭合并且第一电机作为发电机操作，然而，其中在这种操作模式下，由此产生的电能被供应到第二电机200以用于驱动机动车辆的目的。

在所谓的“并行操作”中，配备有混合动力驱动组件200的机动车辆1通过内燃发动机驱动，其中分离离合器10和第一离合器装置30和/或第二离合器装置60闭合，使得机动车辆部分地由内燃发动机1驱动，并且部分地由作为又一驱动马达的第一电机20驱动。

在具有负载点转移的操作模式下，配备有混合动力驱动组件200的机动车辆由内燃发动机1驱动，并且分离离合器10和第一离合器装置30和/或第二离合器装置60闭合，并且由内燃发动机1驱动的第一电机20作为发电机操作，并且由此产生的电能被供应到电池以用于储存的目的。

在纯电动马达驱动的情况下，第一电机20作为电动马达驱动器操作，并且第一离合器装置30闭合。在回收操作中，混合动力齿轮机构3的输出驱动装置40由配备有混合动力驱动组件200的机动车辆的动能驱动，其中第一离合器装置30闭合并且第一电机20作为发电机操作。

在由内燃发动机1唯一驱动的情况下，配备有混合动力驱动组件200的机动车辆由内燃发动机1驱动，其中分离离合器10和第一离合器装置30或第二离合器装置60闭合。

本发明公开的所述混合动力齿轮机构和所要求保护的混合动力驱动组件为一种通过经济有效且节省空间的方式确保操作所述混合动力驱动组件的多种不同模式的装置。

附图标记列表

1 内燃发动机

2 减震器

3 混合动力齿轮机构

4 连接装置

5 第一花键

6 分支

10 分离离合器

11 分离离合器的输入侧

12 分离离合器的输出侧

20 第一电机

21 定子

22 转子

23 转子径向包围的空间

24 旋转轴线

30 第一离合器装置

31 第一离合器装置的输入侧

32 第一离合器装置的输出侧

33 第二花键

40 输出驱动装置

50 第一扭矩传递路径

i1 第一变速级

60 第二离合器装置

61 第二离合器装置的输入侧

62 第二离合器装置的输出侧

63 第三花键

70 第二扭矩传递路径

i2 第二变速级

71 第一齿轮副

72 第二齿轮副

73 第三齿轮副

80 差速齿轮

100 第一车桥

101 驱动轴

102 车轮

200 混合动力驱动组件

210 第二车桥

220 第二电机