用於機動車輛的混合動力傳動系統的製作方法

2023-10-31 12:23:02 2

專利名稱：用於機動車輛的混合動力傳動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛、特別是機動車輛的混合動力(hybrid)傳動系統，包括具有 內燃機和第一電補充驅動單元的驅動系統，以及布置在所述驅動系統的下遊的用於可控制 地將驅動動力的旋轉速度和扭矩分配至驅動軸的變速器。
背景技術：
這樣的混合動力傳動系統的多種設計通過現有技術是已知的。通過現有技術知曉的解決方案的特徵在於，對電能的高需求和具有相應的高電功 率的必需的電動機。因此，這樣的變速器系統的效率較低。

發明內容
本發明的一個目的是開發一種混合動力傳動系統，其特徵在於具有較高的效率， 並因此具有較低的燃油消耗。該目的通過按照權利要求1的混合動力傳動系統獲得。按照本發明的多個實施方式，行星齒輪裝置可以被用在多種設計中。例如，行星齒 輪裝置可以具有包括太陽齒輪、多個布置在行星架處的行星齒輪和內齒圈的結構。按照另 一個可行的實施方式，行星齒輪裝置可以例如具有兩個太陽齒輪和兩個內齒圈，每個與行 星架和所謂的雙行星齒輪連接。按照本發明的混合動力傳動系統的一個特別的實施方式，該混合動力傳動系統在 幾個運行點使得從內燃機向輸出軸或輪軸的直接機械貫通驅動(through-drive)能夠被 驅動。由於在這樣的運行點沒有電功率轉換的發生，也就是說沒有機械能被轉化為電能，因 此，與傳統的、特別是完全的機械變速器的情況相似地，可以獲得非常高的效率。按照本發明的混合動力傳動系統的一個特別的實施方式，混合動力傳動系統能夠 通過相應控制所使用的變速器實現內燃機的運行點的最佳利用。在這裡，變速器被控制為， 變速器的旋轉速度和/或被作用回內燃機上的負載適於內燃機的最佳運行點。按照本發明的混合動力傳動系統的一個特別的實施方式，燃油消耗的減小通過在 其最佳的或至少最優化的運行點運行驅動系統而實現，從而在驅動系統的運行點保證高的 效率。在這裡，驅動系統的最佳運行點當然取決於驅動系統的部件的最佳運行點。在這裡，例如在城市中的車輛的運行過程中，混合動力傳動系統被運行，以使得輸 出軸在電驅動的意義上通過驅動系統的電補充驅動單元中的一個被運行，或者在直接機械 齒輪的意義上通過內燃機的直接貫通驅動被運行。但是，在鄉村中的驅動的情況下，混合動 力傳動系統的一種特別有效的運行可以通過內燃機(直接齒輪)的直接貫通驅動保證，其 在適當的情況下通過提高和/或降低由變速器調節的負載點，和/或使旋轉速度相適應而 被補充。按照另一個特別的實施方式，本發明的混合動力傳動系統被證明是特別節省成本 的，因為起動離合器可以被省去。
按照混合動力傳動系統的一個特別的實施方式，在可應用的情況下，通過雙質量 飛輪，內燃機以固定不可旋轉(或抗旋轉地固定)的方式以及與內燃機不可分離的方式通 過直接動力路徑被連接至齒輪檔位序列中具有偶數的變速器的至少一個齒輪檔位。按照混合動力傳動系統的另一個實施方式，在沒有任何起動離合器、特別是摩擦 離合器連接在所述內燃機和所述變速器之間的情況下，內燃機通過直接動力路徑被連接至 齒輪檔位序列中具有偶數的變速器的至少一個齒輪檔位。按照一個特別的實施方式，本發明的混合動力傳動系統被證明是特別節省成本 的，通過使用電補充驅動單元，可以使用更小的內燃機，從而可以使用具有功率的內燃機。 通過該方法，驅動系統的重量可以被進一步減小。按照一個特別的實施方式，本發明的混合動力傳動系統被證明是特別節省成本 的，因為啟動器的功能和發電機的功能可以被結合到變速器中。按照本發明的一個特別的實施方式，第一和第二齒輪箱單元可以彼此獨立地運 行。按照本發明的一個特別的實施方式，第一齒輪箱單元適於在第一空檔位置、第一 低(short)齒輪比和第一高(long)齒輪比之間換檔，第二齒輪箱單元適於在第二空檔位 置、第二低齒輪比和第二高齒輪比之間換檔。按照本發明的一個特別的實施方式，一方面，行星齒輪裝置的第三部件被聯接至 第一低和/或第一高齒輪比，另一方面，被聯接至第二低和/或第二高齒輪比。按照本發明的一個特別的實施方式，第一和/或第二聯接裝置被設計為強制 (positively)鎖定聯接裝置、特別是爪式聯接器。按照本發明的混合動力傳動系統的一個特別的實施方式，變速器的多個齒輪的同 步通過電補充驅動單元起作用、特別是第一電補充驅動單元。通過該方法，聯接裝置可以被 設計為簡單的爪式聯接器。但是，按照另一個實施方式，同步聯接器可以被用於一個或幾個 聯接裝置。按照本發明的一個特別的實施方式，第一電補充驅動單元被操作性地連接至行星 齒輪裝置的兩個齒輪中的第一個、特別是太陽齒輪，內燃機被操作性地連接至行星齒輪裝 置的行星架，第一和第二齒輪箱單元被操作性地連接至行星齒輪裝置的兩個齒輪中的第二 個、特別是內齒圈。按照本發明的一個特別的實施方式，提供了一種第二電補充驅動單元，其通過第 一和/或第二齒輪箱單元被連接至行星齒輪裝置，並通過直接機械動力路徑被連接至輸出 軸ο按照本發明的一個特別的實施方式，第一和/或第二電補充驅動單元適於作為發 電機運行。按照本發明的一個特別的實施方式，內燃機的直接動力路徑通過繞過行星齒輪裝 置被直接連接至第一齒輪箱。按照一個特別的實施方式，本發明的特徵在於按照權利要求13的方法。按照本發明的方法的一個特別的實施方式，在可應用的情況下，通過雙質量飛輪， 內燃機以固定不可旋轉的方式以及與內燃機不可分離的方式，通過直接動力路徑被連接至 齒輪檔位序列中具有偶數的變速器的至少一個齒輪檔位。
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按照本發明的方法的另一個實施方式，在沒有任何起動離合器、特別是摩擦離合 器連接在所述內燃機和所述變速器之間的情況下，內燃機通過直接動力路徑被連接至齒輪 檔位序列中具有偶數的變速器的至少一個齒輪檔位。按照本發明的一個特別的實施方式，至少部分地通過內燃機引入的扭矩通過第一 電補充驅動單元和第三部件在通過齒輪箱平行地接合的幾個機械齒輪之間分配。按照本發明的一個特別的實施方式，第一和/或第二齒輪箱的同步通過第一電補 充驅動單元和第三部件起作用。按照本發明的一個特別的實施方式，直接動力路徑根據通過第一和/或第二齒輪 箱選擇的機械齒輪而被改造。按照本發明的一個特別的實施方式，內燃機被直接地，也就是說，通過繞過行星齒 輪裝置操作性地連接至第一聯接裝置的輸入構件。按照本發明的一個特別的實施方式，第一和/或第二齒輪箱單元適於在空檔位 置、第一齒輪比和第二齒輪比之間換檔。


下面將藉助於幾個示例性的實施方式以示例性和非限制的方法對本發明的主題 進行描述，其中圖1示例性地示出按照本發明的混合動力傳動系統的一種可行的布置的功能性 概略圖。
具體實施例方式圖1示出車輛的混合動力傳動系統的一個優選實施方式，包括具有沿橫向方向布 置的內燃機3的驅動系統1。在該連接中，將假設輸出軸2與車輛的驅動軸線平行定向，內 燃機3沿橫向方向的布置與車輛的縱向軸線(未示出)有關。內燃機3藉助於發動機輸出 軸4被聯接至行星齒輪裝置5，這樣，發動機輸出軸4固定不可旋轉地被連接至行星齒輪裝 置5的行星架6。行星齒輪裝置5的太陽齒輪7被連接至第一電補充驅動單元S(EMl)，其 具體為電動機或電動機/發電機，並且因此可以被用於傳遞機械動力、特別是扭矩，並且用 於產生電能。行星齒輪裝置5的內齒圈9通過第一變速器軸10被連接至具有第一聯接裝 置12的第一齒輪箱單元11。第一聯接裝置12本身具體為具有第一輸入構件13的爪式聯 接器，第一輸出構件14具有低的齒輪比，第一輸出構件15具有高的齒輪比。為此，第一輸 入構件13例如在兩側具有相應的爪，其中，輸入構件13上的爪與具有低的齒輪比的第一輸 出構件14上的相應的爪的強制鎖定接觸以及與具有高的齒輪比的第一輸出構件15上的相 應的爪的強制鎖定接觸可以通過轉換輸入構件13實現。此外，在不進行強制鎖定接觸的情 況下，兩個第一輸出構件14、15之間的輸入構件14的空檔位置16是可行的；順便提及，該 空檔位置在圖1中示出。從圖1中還可以看到，發動機輸出軸4固定不可旋轉地被聯接至第一輸入構件14。 相反在這裡，具有低的齒輪比的第一輸出構件14以可旋轉的方式被支撐在發動機輸出軸4 上，具有高的齒輪比的第一輸出構件15固定不可旋轉地被連接至第一變速器軸10，並通過 後者被連接至行星齒輪裝置5的內齒圈9。具有低的齒輪比的第一輸出構件14和具有高的齒輪比的第一輸出構件15中的每一個具體為齒輪、特別地為正齒輪。此外，提供了另一個 第一齒輪、特別的正齒輪17，其固定不可旋轉地被連接至第一變速器軸10，並通過後者固 定不可旋轉地被連接至行星齒輪裝置5的內齒圈9。按照其它的示例性實施方式，驅動構件和從動構件的變化布置分別是可行的。例 如，按照另一個實施方式，內燃機被操作性地連接至內齒圈9，第一齒輪箱單元11通過第一 變速器軸10被操作性的連接至行星齒輪裝置5的行星架6。因此，第一電補充驅動單元8 將被操作性地聯接至行星齒輪裝置5的太陽齒輪7。從圖1中可以看到，提供了一種第二變速器軸18，其固定不可旋轉地被連接至第 二齒輪箱單元21的第二聯接裝置20的第二輸入構件19。第二聯接裝置20也具體為爪式聯接器，並且除了第二輸入構件19，具有第二輸出 構件22，其具有高的齒輪比，和第二輸出構件23，其具有低的齒輪比。為此，第二輸入構件 19在其兩側具有相應的爪，其起通過轉換第二輸入構件19與具有高的齒輪比的第二輸出 構件22上的相應的爪的強制鎖定接觸以及與具有低的齒輪比的第二輸出構件23上的相應 的爪的強制鎖定接觸的作用。此外，在沒有與兩個輸出構件中的一個的相應的強制鎖定接 觸的情況下，兩個第二輸出構件22、23之間的第二輸入構件19的空檔位置對是可行的。順 便提及，該空檔位置M在圖1中示出。從圖1中還可以看到，第二變速器軸18固定不可旋轉地被連接至第二輸入構件 19，但是，具有高的齒輪比的第二輸出構件22和具有低的齒輪比的第二輸出構件23以可旋 轉的方式被支撐在第二變速器軸18上。具有高的齒輪比的第二輸出構件22和具有低的 齒輪比的第二輸出構件23中的每一個具體為齒輪、特別是正齒輪。此外，提供了第二齒輪 25、特別是正齒輪，和第三齒輪沈、特別是正齒輪，其固定不可旋轉地被連接至第二變速器 軸18。第二電補充驅動單元四通過第二齒輪25，通過第四齒輪27、特別是正齒輪，並通 過第三變速器軸觀被聯接至第二變速器軸18。在相對側，第二變速器軸18被連接至第三 齒輪沈和第五齒輪30、特別是正齒輪，被連接至輸出軸2。輸出軸2例如具體為差速器31 的一個部件，如圖所示。按照本發明的一個特別的實施方式，可以在內燃機和行星齒輪裝置之間提供一種 飛輪，例如雙質量飛輪，如US 5，856，709中公開的那樣。下面的表格示出按照圖1的混合動力傳動系統的多種運行模式。
權利要求
1.車輛的混合動力傳動系統，其包括具有內燃機和第一電補充驅動單元的驅動系統， 以及布置在所述驅動系統下遊的用於可控制地將所述驅動系統的驅動動力的旋轉速度和 扭矩分配至輸出軸的變速器，其中，所述變速器包括一系列幾個齒輪檔位，所述齒輪檔位可 以利用第一齒輪箱單元和第二齒輪箱單元以及具有四個部件的行星齒輪裝置接合和/或 分離，以具有有級的和增大的齒輪比，所述四個部件即行星元件、行星架和兩個與所述行星 元件接合的齒輪，其中所述行星元件特別是內齒圈和太陽齒輪，所述兩個齒輪優選是同軸 的，其中，所述三個部件中的第一部件被操作性地連接至所述內燃機，所述三個部件中的第 二部件被操作性地連接至所述第一電補充驅動單元，並且所述三個部件中的第三部件被操 作性地連接至所述第一齒輪箱單元和/或所述第二齒輪箱單元，並且其中，另外，所述內燃 機可以通過所述第一齒輪箱單元和/或所述第二齒輪箱的幾個機械齒輪——通過繞過所述 第一電補充驅動單元——經由直接動力路徑被聯接至輸出軸，其中，為此，所述第一齒輪箱 包括第一聯接裝置，所述第二齒輪箱包括第二聯接裝置，並且其中，所述內燃機被連接至所 述第一齒輪檔位，以用於通過具有可變的增大和/或減小的齒輪比的行星齒輪裝置的輸出 起動車輛。
2.如權利要求1所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述內燃機以如下方式經由 直接動力路徑被連接至齒輪檔位序列中具有偶數的變速器的至少一個齒輪檔位-在可應用的情況下，通過雙質量飛輪，以固定不可旋轉的方式以及以與內燃機不可分 離的方式，和/或-在沒有連接在所述內燃機和所述變速器間的任何起動離合器、特別是摩擦離合器的 情況下。
3.如權利要求1或2所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述第一齒輪箱單元和所 述第二齒輪箱單元可以彼此獨立地運行。
4.如權利要求1-3中的一項所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述第一齒輪箱 單元適於在第一空檔位置、第一低齒輪比和第一高齒輪比之間換檔，所述第二齒輪箱單元 適於在第二空檔位置、第二低齒輪比和第二高齒輪比之間換檔。
5.如權利要求4所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述行星齒輪裝置的所述第 三部件一方面被聯接至第一低齒輪比和/或第一高齒輪比，並且另一方面被聯接至第二低 齒輪比和/或第二高齒輪比。
6.如前述權利要求中的一項所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述第一聯接裝 置和/或第二聯接裝置被設計為強制鎖定聯接裝置、特別是爪式聯接器。
7.如前述權利要求中的一項所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述第一電補充 驅動單元被操作性地連接至所述行星齒輪裝置的兩個齒輪中的第一齒輪、特別是太陽齒 輪，內燃機被操作性地連接至所述行星齒輪裝置的行星架，所述第一齒輪箱單元和所述第 二齒輪箱單元被操作性地連接至所述行星齒輪裝置的兩個齒輪中的第二齒輪、特別是內齒 圈。
8.如前述權利要求中的一項所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述混合動力傳 動系統包括第二電補充驅動單元，由此除了機械動力路徑還產生第二電動力路徑。
9.如權利要求8所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述第二電補充驅動單元通 過所述第一齒輪箱單元和/或所述第二齒輪箱單元被連接至所述行星齒輪裝置，並且經由直接機械動力路徑被連接至所述輸出軸。
10.如權利要求8或9所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述第二電補充驅動單 元適於作為電動機和/或發電機運行。
11.如前述權利要求中的一項所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述第一電補充 驅動單元適於作為電動機和/或發電機運行。
12.如前述權利要求中的一項所述的混合動力傳動系統，其特徵在於，所述內燃機的直 接動力路徑通過繞過所述行星齒輪裝置被直接連接至所述第一齒輪箱。
13.運行車輛的混合動力傳動系統的方法，所述混合動力傳動系統包括具有內燃機和 第一電補充驅動單元的驅動系統，以及布置在所述驅動系統下遊的用於可控制地將驅動動 力的旋轉速度和扭矩分配至輸出軸的變速器，其中，所述變速器包括一系列幾個齒輪檔位， 所述齒輪檔位可以利用第一齒輪箱單元和第二齒輪箱單元以及具有四個部件的行星齒輪 裝置接合和/或分離，以具有有級的和增大的齒輪比，所述四個部件即行星元件、行星架和 兩個與所述行星元件接合的齒輪，其中所述行星元件特別是內齒圈和太陽齒輪，所述兩個 齒輪優選是同軸的，其中，所述三個部件中的第一部件被操作性地連接至所述內燃機，所述 三個部件中的第二部件被操作性地連接至所述第一電補充驅動單元，並且所述三個部件中 的第三部件被操作性地連接至所述兩個齒輪箱單元中的所述第一齒輪箱單元和/或所述 第二齒輪箱單元，並且其中，另外，所述內燃機可以通過所述第一齒輪箱單元和/或所述第 二齒輪箱——通過繞過所述第一電補充驅動單元——經由直接動力路徑被聯接至輸出軸， 其中，所述第一齒輪箱包括第一聯接裝置，所述第二齒輪箱包括第二聯接裝置，以使得能夠 通過幾個機械齒輪中的所述第一齒輪箱和/或所述第二齒輪箱實現內燃機的直接機械貫 通驅動，並且所述內燃機被連接至所述第一齒輪檔位，以用於通過具有可變的增大和/或 減小的齒輪比的行星齒輪裝置的輸出起動車輛。
14.如權利要求13所述的運行混合動力傳動系統的方法，其中，在沒有任何起動離合 器、特別是摩擦離合器連接在所述內燃機和所述變速器之間的情況下，所述內燃機經由直 接動力路徑被連接至齒輪檔位序列中具有偶數的變速器的至少一個齒輪檔位。
15.如權利要求13或14所述的運行混合動力傳動系統的方法，其特徵在於，至少部分 地通過所述內燃機引入的扭矩通過所述第一電補充驅動單元和所述第三部件在通過齒輪 箱平行地接合的幾個機械齒輪之間分配。
16.如權利要求13-16中的一項所述的運行混合動力傳動系統的方法，其特徵在於，所 述第一齒輪箱和/或所述第二齒輪箱的同步通過所述第一電補充驅動單元和所述第三部 件起作用。
17.如權利要求13-16中的一項所述的運行混合動力傳動系統的方法，其特徵在於，提 供第二電補充驅動單元，其在所述混合動力傳動系統的至少一個運行狀態下起發電機和/ 或附加驅動器的作用。
全文摘要
本發明涉及一種車輛的混合動力傳動系統(1)，其包括具有內燃機(3)和第一電補充驅動單元(8)的驅動系統，以及在所述驅動系統後面的用於將驅動系統的驅動輸出的旋轉速度和扭矩可控制地分配到驅動軸上的變速器，其中，所述變速器包括第一和第二手動變速器單元(11、21)和具有四個設計元件的行星齒輪變速器(5)，即行星元件、行星架和兩個與行星元件接合的齒輪，並且其中，另外，內燃機(3)可以藉助於使第一電補充驅動單元(8)繞過第一和/或第二手動變速器的多個機械齒輪而通過直接輸出路徑被聯接至輸出軸，其中，為此，第一手動變速器包括第一離合器裝置(12)，第二手動變速器(21)包括第二離合器裝置(20)。
文檔編號B60K1/02GK102149584SQ200980135147
公開日2011年8月10日 申請日期2009年7月9日 優先權日2008年7月9日
發明者F·坦格爾 申請人:瑪格納斯太爾汽車技術股份公司