CN102673374B - 通过副传动机构连接的混合驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆特别是商用车的混合驱动机构（1）。混合驱动机构（1）包括一次装置（10），该一次装置被设置用于一次能量供应，且具有主传动机构（11）和至少一个副传动机构（12）。混合驱动机构（1）还包括二次装置（20），该二次装置被设置用于二次能量供应，并用于转换能量。二次装置（20）可与至少一个副传动机构（12）连接，以便把待转换的能量通过至少一个副传动机构（12）提供给二次装置（20），和/或把已转换的能量从二次装置（20）通过至少一个副传动机构（12）提供给车辆的驱动系。

Description

通过副传动机构连接的混合驱动机构
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的混合驱动机构，特别是如下的混合驱动机构，即就其而言，被设置用于一次能量供应的一次装置的副传动机构可与被设置用于二次能量供应的二次装置连接。
背景技术
在现有技术中，液压的混合驱动机构作为用于制动能量回收的有效系统是公知的。在此常见的是，可作为泵和/或电机工作的液压单元通过变速器级与万向节轴在变速器输出端连接。在制动情况下，液压单元作为液压泵工作，由此在液压蓄存器中产生压力。该压力可以用于随后的车辆加速。在加速情况下，液压单元作为电机工作，以便把附加的转矩馈入到车辆的驱动系中，进而给内燃机减载，这有时也称为“助推”。通过这种制动能量回收可以节省燃料。
发明内容
本发明的目的是，提出一种改进的混合驱动机构。本发明的目的特别是，提出一种在输出功率相仿的情况下较廉价的混合驱动机构。
根据本发明，提供一种用于车辆特别是商用车的混合驱动机构。商用车优选是公共汽车或卡车等，且可以任选地具有待供应能量安装和/或加装结构（例如垃圾收集车的垃圾压实器（Müllpresse）、作业机械等）。
混合驱动机构包括一次装置，该一次装置被设置用于一次能量供应，且具有主传动机构和至少一个副传动机构。一次能量供应例如可以用于驱动车辆和/或给一个或多个（下面将予以详述的）车辆组件供应能量。
混合驱动机构还包括二次装置，二次装置被设置用于优选二次地进一步供应能量，并用于转换能量例如动能、制动能量、惯性滑行能量（Schubenergie）或其它形式的富余能量。二次装置还优选被设置用于回收和/或（例如电地或液压地）蓄存能量。二次能量供应例如可以用于（例如在无一次装置的能量的情况下或者与一次装置的能量一起）驱动车辆和/或用于给一个或多个（下面将予以详述的）车辆组件供应能量。特别有利的是，二次能量供应可以用于在车辆加速时给一次装置减载。
二次装置与至少一个副传动机构连接，以便把能量通过至少一个副传动机构提供给二次装置，和/或把能量从二次装置通过至少一个副传动机构例如提供给车辆的驱动系。
可行的是，把二次装置连接到至少一个副传动机构上。
通过副传动机构提供给二次装置的能量优选是待转换的和/或待回收的能量。
从二次装置通过副传动机构提供的能量尤其是已转换的和/或已回收的能量，这种能量优选事先蓄存在二次装置中。
车辆的驱动系优选包括主传动机构，特别是还包括可与主传动机构连接的驱动系轴，任选包括其它在主传动机构与车轮之间的常见的驱动部件。也可行的是，驱动系包括一次装置。
本发明有利地利用一次装置上已有的副传动机构作为二次装置的连接件。通过该副传动机构可以传递能量，用于回收转换和蓄存在二次装置中。在需要时可以利用已回收的、已转换的蓄存能量，例如用来给车辆组件例如辅助负载供应能量，和/或用来把转矩馈入到车辆的驱动系中。
特别有利的是，无需附加的变速器级。
二次装置还可以有利地在转矩（例如压力）较小的情况下在较高的转速水平上运行，特别是在输出功率与公知系统相仿的情况下成本低廉地设计。
进一步有利的是明显地节省燃料，这可通过二次装置来实现。
副传动机构是副从动机构或副原动机构，优选是凸轮轴。副传动机构尤其可以是所谓的PTO（动力输出机构），例如凸轮轴-PTO。
主传动机构是主从动机构或主原动机构，优选是曲轴。
二次装置优选与至少一个副传动机构连接，以便把待转换的、由车辆驱动系传递的能量通过至少一个副传动机构和/或通过主传动机构提供给二次装置。
二次装置可以作为液压单元来构造和工作，该液压单元优选包括液压泵和/或液压马达。液压泵和液压马达例如可以是彼此分开的组件，或者构造成一个泵/电机单元的形式。
二次装置可以作为电子单元来构造和工作，该电子单元优选包括发电机和/或电动机。
一次装置优选是内燃机、尤其柴油机，和/或包括至少一个内燃机。
二次装置可以液压式地工作，以便把待转换的能量转换成液压能量，且可以液压马达式地工作，以便把已转换的能量提供给车辆组件和/或提供给车辆的驱动系。替代地或附加地，二次装置可以发电机式地工作，以便把待转换的能量转换成电能，且可以电动机式地工作，以便把已转换的能量提供给车辆组件和/或提供给车辆的驱动系。
可行的是，二次装置包括至少一个蓄能器，已转换的或待转换的能量可蓄存在所述蓄能器中。至少一个蓄能器可以是机械式的、液压式的（例如压力蓄存器、高压蓄存器和/或低压蓄存器）和/或电式的（例如一个或多个电池或超级电容器）。
液压单元优选包括用于蓄存液压能量的液压蓄存器，而电子单元优选包括用于蓄存电能的电的蓄存器。
已转换的蓄存能量可以提供给一个或多个车辆组件。
已转换的能量特别是可以通过副传动机构来传递，且用于优选当车辆加速时把附加的转矩馈入到车辆的驱动系中。
液压驱动机构可以经过适当构造，使得利用二次装置的能量，用于基本上在无一次装置的能量的情况下对驱动系进行驱动。换句话说，混合驱动机构可以经过适当构造，使得驱动系在无一次装置的附加能量的情况下单独由二次装置来驱动。也可以对混合驱动机构进行适当构造，使得利用二次装置的能量，用于与一次装置的能量一起对驱动系进行驱动，由此可以优选在车辆加速时给一次装置减载。
二次装置也可以被设置用来起动一次装置。特别是可以实现用于一次装置的起动/停止功能，因为例如在断开离合器时比如在切换过程期间或者在起步时可以利用二次装置来起动一次装置。由此可以有利地给电器网络减载。此外有利的是，不会因这种起动/停止功能而对起动器电池和起动器的寿命造成不利影响。
车辆组件可以包括车辆的驱动系。车辆组件也可以包括一个或多个辅助负载（例如垃圾压实器或者其它车辆安装或加装结构）、作业机械和/或一个或多个优选电的下述装置：转向辅助泵、空调设备组件（例如空调压缩机）、空气压缩机、车辆车上电器供电系、内燃机起动装置（例如启动器、启动器电池等）等。
副传动机构能够与二次装置通过优选可通断的离合器可分开地连接。由此实现在需要时能使得二次装置完全与驱动系和/或副传动机构分开，尤其是可实现如下优点：即使在车辆随时间变换地工作时（例如在乡村公路、高速公路上、城市内等）也不会出现负载恶化。
除了二次装置外，还可以使得另一车辆组件尤其是车辆的辅助负载与副传动机构连接，以便被供应能量。在这种情况下，已转换的能量可以用于能量供应，特别是用于驱动车辆组件（例如垃圾压实器）。对于垃圾收集车来说例如有利的是，已转换的能量并非提供给车辆驱动系，比如用于车辆加速，而是用于垃圾压实器的工作。
可以将车辆组件连接到副传动机构上。
优选在至少一个副传动机构和/或主传动机构下游设有优选可切换的变速器，由此例如可以在二次装置工作（混合工作）中提高车辆的牵引力和/或爬升能力。置于下游的变速器有利地实现使得二次装置在相对窄的高转速范围内以最佳的效率工作，而且具有小的结构尺寸，还能以最佳的制造成本来构造。此外可以有利地实现高效率，直至车辆的静止状态。
变速器特别是适当地置于至少一个副传动机构和/或主传动机构下游，使得已转换的能量从二次装置通过副传动机构优选主传动机构并借助驱动系轴到达优选可切换的变速器。
可行的是，主传动机构与驱动系轴连接，或者连接到驱动系轴上，而副传动机构优选与主传动机构连接。
待转换的能量优选包括回收能量（待回收的能量）、动能、制动能量、惯性滑行能量、液压能量、电能和/或其它形式的富余能量。
本发明还包括带有如此处所述的混合驱动机构的车辆优选商用车。
附图说明
本发明的上述特征和优选实施方式可任意地相互组合。本发明的其它有利的改进可由下面结合附图对优选实施例的说明得到。
图1为根据本发明的第一实施方式的混合驱动机构的示意图；和
图2为根据本发明的第二实施方式的混合驱动机构的示意图。
具体实施方式
图1为根据本发明的第一实施方式的用于商用车的混合驱动机构1的示意图。混合驱动机构1包括一次装置10和二次装置20。
一次装置10包括内燃机，该内燃机是柴油机且用于商用车的一次能量供应。柴油机10包括主传动机构11和至少一个副传动机构12，主传动机构是曲轴，副传动机构是凸轮轴或者相对于曲轴固定。
二次装置20是液压单元，且具有液压泵21和/或液压马达21′。
液压泵21和液压马达21′可以是分开的组件，或者是一个泵/电机单元，这由现有技术本已公知。
液压单元20还具有液压的蓄能器22。蓄能器22优选是具有液压流体的蓄压器。根据另一种实施方式，可以代替蓄能器22而设置有高压蓄存器和低压蓄存器，这同样由现有技术本已公知。
液压单元20被设置用于把制动能量转换成液压能量、加以蓄存且在需要时提供给商用车的驱动系。液压单元20可作为液压泵21工作，以便把要转换的制动能量转换成液压能量，且可作为液压马达21′工作，以便把已转换成液压能量的制动能量提供给驱动系。液压单元20可以按本已公知的方式来构造和工作。
然而特殊之处在于，液压单元20能够可分开地与柴油机10的副传动机构12连接，或者能够可分开地连接到柴油机10的副传动机构10上。在副传动机构12与液压单元20之间设置有可通断的离合器31，以便能够在需要时使得液压单元20与副传动机构12相互分开。根据本发明的另一实施方式，可通断的离合器31例如可以是可逆泵（Schwenkpumpe）或变容量泵（Verstellpumpe）或轴流泵的组成部分，或者可以由这种泵来实现。
待转换的、待回收的由驱动系传递的制动能量通过副传动机构12提供至液压单元20，而已转换的、已回收的蓄存能量从液压单元20经由副传动机构12被提供给驱动系，用于把转矩馈入到驱动系中。
如图1所示，驱动系特别是包括主传动机构11，优选还包括与主传动机构11连接的驱动系轴13、优选可切换的变速器40和具有后轮的后轮轴50。在驱动系轴13与主传动机构11之间设置有优选可通断的离合器32，以便能够在需要时使得驱动系轴13与主传动机构11相互分离。
已回收的、已转换的且蓄存在液压的蓄能器22中的能量并非一定要提供给驱动系，而是也可以替代地或附加地用于起动柴油机10，也用于其它车辆组件的能量供应。为此，可以使得车辆组件23与液压单元20连接，这在图1中示意性地用带有附图标记23的虚线示出。
可行的是，副传动机构12的一端可与液压单元20连接或者可连接到液压单元20上，其另一端可与车辆组件23′连接或者可连接到车辆组件23′上，这在图1中用带有附图标记23′的虚线和副传动机构11的任选的虚线部分示出。
同样可行的是，车辆组件可通过合适的变速器与副传动机构11连接。
车辆组件23、23′可以包括辅助负载（例如垃圾压实器或者其它车辆安装或加装结构）、作业机械和/或一个或多个优选电的下述装置：转向辅助泵、空调设备组件（例如空调压缩机）、空气压缩机、车辆车上电器供电系、内燃机起动装置（例如启动器、启动器电池等）等。
变速器40在传动技术上置于液压单元20和副传动机构12的下游。特别地，已转换的能量从液压单元20经由副传动机构12到达主传动机构11，并通过驱动系轴13到达变速器40，从那里它经由差速器51到达具有后轮的车辆后轴50。
变速器40可以是自动化的手动挡变速器（自动手动变速-AMT）或者是自动换挡器（自动变速-AT）或自动变速器。
混合驱动机构可以通过混合控制器（混合控制单元-HCU）来控制或调节并予以监视，该混合控制器可以与车辆驾驶计算机（FFR）、内燃机控制机构（发动机控制单元-ECU）和变速器控制器（变速器控制单元-TCU）优选通过数据总线通信。混合控制器监视当前的驾驶状态（例如加速度、定速行驶、制动、停车状态），并检测蓄存在蓄能器22中的可用能量水平。
在加速时，可以通过液压单元20把附加的转矩馈入到驱动系中。变速器控制器经过适当控制，使得针对这种情况进行挂档，并确保与车辆后轴50的力配合。如果安装有自动换挡器，就可以适当地通常是尽可能早地接通换挡器跨接离合器，以便实现优化的回收效率。内燃机控制机构可以根据驾驶员意愿，在考虑到所馈入的附加转矩的情况下调节或控制柴油机10的负载力矩。车辆驾驶计算机可以检测和/或监视柴油机10和液压单元20的转矩，以便例如能够以足够的精确度估计当前的车辆载重。
在制动时，液压单元20可以作为泵来起作用。根据蓄能器22中的压力水平，可由混合控制器要求相应的输送功率。变速器控制器保持所挂入的档位，只要尚未达到安全临界状态和/或构件临界状态。在未喷入燃料的情况下，柴油机10惯性行驶（Schubbetrieb），其中电子柴油控制器（电子柴油控制-EDC）适当地控制或调节电机制动器，使得能够最佳地进行回收。根据所要求的制动功率大小或车辆速度高低，由车辆驾驶计算机或制动控制器（只要存在）附加地接入机械的车辆制动器。
图2为根据本发明的第二实施方式的用于商用车的混合驱动机构1的示意图。第二实施方式部分地与第一实施方式一致，其中相似的或相同的部分标有相同的附图标记，有关其介绍内容也参见对上述实施方式的说明，以避免重复。
第二实施方式的特殊之处在于，二次装置包括电子单元来代替液压单元。比较图1和2可知，电的设计方案工作原理与液压的设计方案工作原理相仿。特别地，电的设计方案包括发电机25以代替液压泵21、电动机25′以代替液压马达21′、电的蓄能器26（例如电池或超级电容器）以代替液压的蓄能器22。电子单元20可以按照本已公知的方式来构造和工作。
另一特殊之处在于，电子单元20能够可分开地与柴油机10的副传动机构12连接，或者可分开地连接到柴油机10的副传动机构12上。
在惯性滑行和/或制动阶段，电子单元20通过发电机25发电机式地（代替液压式）起作用，并给电的蓄能器26（代替液压的蓄能器）充电。在需要时，电子单元20通过电动机25′电动机式地（代替液压马达式）起作用。由此可以把待转换的能量通过副传动机构12提供给电子单元20，或者把已转换的能量从电子单元20通过副传动机构12提供给驱动系。
前述优选实施方式和/或其各个特征可以任意地相互组合。本发明并不局限于上述优选实施方式。更确切地说，可以有多种变型和变换方案，这些方案利用本发明的构思，因而落入保护范围内。
附图标记清单
1混合驱动机构
10一次装置
11主传动机构
12副传动机构
13驱动系轴
20二次装置
21液压泵
21′液压马达
22液压蓄能器
23车辆组件/辅助负载
23′车辆组件/辅助负载
25发电机
25′电动机
26电蓄能器
31离合器
32离合器
40变速器
50后轴
51差动器

Claims (14)

1.一种用于车辆的混合驱动机构（1），包括：
-一次装置（10），该一次装置被设置用于一次能量供应，且具有主传动机构（11）和至少一个副传动机构（12）；和
-二次装置（20），该二次装置被设置用于二次能量供应，并用于转换能量，其中
-二次装置（20）可与至少一个副传动机构（12）连接，以便把待转换的能量通过至少一个副传动机构（12）提供给二次装置（20），并且把已转换的能量从二次装置（20）通过至少一个副传动机构（12）和主传动机构（11）提供给车辆的驱动系；
其中，主传动机构（11）包括曲轴，至少一个副传动机构（12）包括凸轮轴传动机构；
二次装置（20）包括带有液压泵（21）和/或液压马达（21′）的液压单元；
二次装置（20）可液压式地工作，以便把待转换的能量转换成液压能量，且可液压马达式地工作，以便把已转换的能量提供给车辆组件和/或车辆的驱动系。
2.如权利要求1所述的混合驱动机构（1），其中二次装置（20）与至少一个副传动机构（12）连接，以便把待转换的、由车辆驱动系传递的能量通过主传动机构（11）和/或通过至少一个副传动机构（12）提供给二次装置（20）。
3.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中
-二次装置（20）还包括带有发电机（25）和/或电动机（25′）的电子单元；和/或
-一次装置（10）包括内燃机。
4.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中二次装置（20）还可发电机式地工作，以便把待转换的能量转换成电能，且可电动机式地工作，以便把已转换的能量提供给车辆组件和/或车辆的驱动系。
5.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中二次装置（20）包括用于蓄存已转换的能量的至少一个蓄能器（22；26）。
6.如权利要求5所述的混合驱动机构（1），其中至少一个蓄能器（22；26）是液压式的。
7.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中二次装置（20）可与至少一个副传动机构（12）通过离合器（31）可分开地连接。
8.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中二次装置（20）被设计用于
-起动一次装置（10）；和/或
-在车辆加速时辅助一次装置（10）。
9.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中
-主传动机构（11）可与车辆的驱动系轴（13）连接；和/或
-主传动机构（11）可与至少一个副传动机构（12）连接。
10.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中
-车辆的辅助负载（23）可与二次装置（20）连接；和/或
-车辆的辅助负载（23′）可与至少一个副传动机构（12）连接。
11.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中待转换的能量包括至少一种下述形式：
-回收能量；
-动能；
-制动能量；
-惯性滑行能量；
-富余能量。
12.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中在主传动机构（11）的下游设有变速器（40）。
13.如权利要求1或2所述的混合驱动机构（1），其中车辆为商用车。
14.一种车辆，包括根据前述权利要求中任一项的混合驱动机构（1）。
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