CN102844210A - 混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种机动车辆驱动系统（1），包括：第一驱动电机（3）；第二驱动电机（4）；内燃发动机（5）；能够驱动车辆的一对驱动轮的差速器（2）；第一离合器（53-49a）或齿轮（48）以及滑动套筒（52）系统，该系统能依靠其自身使该内燃发动机（5）与该第二电机（4）偶联或断开偶联；第二离合器或齿轮（46）以及滑动套筒（26）系统，该系统能依靠其自身使该第二电机（4）与该差速器（2）偶联或断开偶联。该驱动系统包括第三齿轮（34、35）以及滑动套筒（24）系统，该系统能通过单个第三滑动套筒（24）的移动而交替地使该第一电机（3）偶联到该差速器（2）以及使该第一电机（3）以不同的传动比偶联到该差速器（2）。

Description

混合动力驱动系统
技术领域
本发明涉及混合动力驱动系统。为了延长电动车辆的续驶里程，已知给车辆配备由热力发动机以及发电机组成的“续驶里程延长器”，以使之有可能给电池充电并且在低电池电量的情况下提高性能水平。这种类型的系统—有时称作“串联混合动力”—的安装及其尺寸通常会导致在必要的功率与发动机罩下的可用空间之间产生冲突。已提出的一种解决方案在于使用两个电动机，其中的一个交替地用于向车轮提供补充能量以及作为发电机给电池再充电。
背景技术
这种系统已在专利申请WO 2008/077346中提出。该文献提出将热力发动机、第一电机以及第二电机—它既可作为电动机也可作为发电机工作—在同一个轴上对准。在热力发动机与第一电机之间安置有第一离合器，在第一电机和与差速器啮合的小齿轮之间安置有第二离合器，并且在该与差速器啮合的小齿轮与第二电机之间安置有第三离合器。由于热力发动机与这两个电机对准，该系统具有相当大的轴向体积。另外，由于使用了三个离合器以及两个电压逆变器以便能使这两个电机既能在推进模式下运行又能在发电模式下运行，所以此系统成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于提高电动车辆的续驶里程的系统，同时又保持合理的电机尺寸以及受控的系统成本。
根据一个实施方案，用于机动车辆的驱动系统包括：
-用于驱动的第一电机（第一驱动电机），它通过电压逆变器连接到蓄电池，并能利用由该电池释放的电流提供机械驱动能量，
-用于驱动的第二电机（第二驱动电机），它通过电压逆变器连接到蓄电池，该电压逆变器允许该第二电机交替地利用电池的电能来输送机械驱动能量以及将传输到该第二驱动机器的机械能量转化为电能发送到电池，
-热力发动机，
-差速器，该差速器能驱动车辆的一对驱动轮，
-由离合器或小齿轮以及滑动齿轮（baladeur）组成的第一离合器系统，它能依靠其自身使该热力发动机与该第二电机偶联或断开偶联，
-由离合器或小齿轮以及滑动齿轮组成的第二离合器系统，它能依靠其自身使该第二电机与该差速偶联或断开偶联。
该系统包括具有小齿轮和滑动齿轮的第三离合器系统，该第三离合器系统能通过单个第三滑动齿轮的移动而交替地使该第一电机以第一传动比偶联到差速器，以及使该第一电机以不同于该第一传动比的第二传动比偶联到差速器。
在此所述的“离合器系统”是指在旋转的意义上使两个轴连结或断开连结的系统，该离合器系统特别可能是湿式或干式的摩擦离合器，或者是具有空转小齿轮的系统，该空转小齿轮可通过爪形联接器（crabot）连结到一滑动齿轮上，该滑动齿轮能轴向地沿同一个轴移动并且其自身通过多个花键旋转地连结到该轴上。
该第一和第二离合器系统的类型可均为包括具有多个爪形联接器的滑动齿轮。
该第一离合器系统可以是能控制扭矩的离合器，该第二离合器系统的类型可以是包括具有多个爪形联接器的滑动齿轮。
有利地，该第三小齿轮以及滑动齿轮系统的类型为包括具有多个爪形联接器的滑动齿轮，并且具有一中位位置，在该中位位置该第一电机与该差速器、第二电机以及该热力发动机断开偶联。
优选的是该第二电机的尺寸设计成它自身能以至少5km/h的速度推进车辆。
优选的是该第一电机的尺寸设计成它自身能以至少50km/h的速度推进车辆。
有利地，该第一电机的功率在该第二电机的功率的1.5至4倍之间。
有利地，该热力发动机的功率在该第一电机的功率的0.5至1.5倍之间。
有利地，所述轴、小齿轮以及滑动齿轮的构型提供了不必将电机紧邻热力发动机安置的可能性。
该热力发动机可以安装为与该第一电机非同轴。
该热力发动机可以安装为与该第二电机非同轴。
例如，相对于小齿轮和滑动齿轮的轴，该热力发动机以及该第二电机位于第一轴向端，并且该第一电机位于这些小齿轮和滑动齿轮的轴的另一轴向端。
根据一个优选实施方案，该驱动系统还包括电子控制单元，该电子控制单元能在第一电机的传动比变化的过程中控制从第二电机向差速器传送的功率，和/或能控制从热力发动机向差速器传送的功率，以使传送到该差速器的扭矩始终保持大于一个严格为正的最小值。
附图说明
通过阅读附图所示的并且作为非限定性实例的一个实施方案的详细说明可更好地理解本发明，其中：
-图1示意性地示出根据本发明的驱动系统，以及
-图2示意性地示出根据本发明的另一驱动系统。
具体实施方式
如图1所示，用于机动车辆的驱动系统1包括第一电机3，该第一电机通过电压逆变器（未示出）连接到蓄电池（未示出），并且能利用由该电池释放的电能来提供机械能。该系统还包括连接到同一个电池的第二电机4，该第二电机也能通过使轴41转动而利用由电池释放的电能来提供机械能。由电机传送的驱动能量可用于通过牵引或推进—取决于驱动轮的位置—来使车辆前进。
第二电机4通过电压逆变器（未示出）连接到电池，该电压逆变器也允许该第二电机将传送到轴41的机械能转化为存储在电池中的电能。换言之，第二电机4构造成能交替地作为机械驱动机器以及电流发生器运行。
该系统还包括热力发动机5，该热力发动机可具有与第二电机4相当或更低的机械功率。
该系统包括第一组轴23、25和小齿轮21、22，所述小齿轮连结到这些轴上并且与差速器2永久啮合，该差速器允许在该组轴和小齿轮与车辆的一对驱动轮（未示出）之间传送机械能。
第一组轴以及小齿轮包括第一轴23以及滑动齿轮24，该第一轴旋转地连结到与差速器2啮合的小齿轮21上，该滑动齿轮通过花键旋转地连结到轴23上，这些花键允许滑动齿轮沿轴23轴向移动。
第一轴系统还包括第二轴25，该第二轴旋转地连结到与差速器2啮合的小齿轮22上并且支承通过花键而旋转地连结到轴25上滑动齿轮26，这些花键允许该滑动齿轮沿轴25轴向移动。
第一电机3的输出轴31支承两个固定的小齿轮32和33，这两个小齿轮分别与围绕第一轴系统的轴23安装的两个空转小齿轮34和35啮合。这两个空转小齿轮34和35上设有爪形联接器系统，该爪形联接器系统允许这两个小齿轮之中的一个连结滑动齿轮24，这取决于滑动齿轮24沿轴23的轴向位置。滑动齿轮24还可以置于一中位位置，在该位置该滑动齿轮既不固定到小齿轮34也不固定到小齿轮35。根据滑动齿轮24的轴向位置，第一电机3可由此独立于由所述轴和小齿轮组成的第一系统或可根据两个不同的传动比及啮合比连结轴23，或能以两个不同的传动比与轴23啮合，例如将第一个传动比称为“短比率”并且将第二个传动比称作“长比率”。第二电机4的轴41支承与中间小齿轮43啮合的固定小齿轮42，该中间小齿轮则与固定到空心轴45上的小齿轮44啮合，该空心轴围绕第一轴系统的轴25安装并且围绕该轴自由旋转。空心轴45还支承第二固定小齿轮46以及差速锁（crabotage）系统47，取决于滑动齿轮26的轴向位置，该差速锁系统允许第一轴系统的轴25以及空心轴45在旋转意义上连结或脱离连结。热力发动机5旋转地连接到输出轴51，该输出轴通过花键支承与该轴51旋转地连结的滑动齿轮52，这些花键允许该滑动齿轮沿轴51轴向移动。轴51还包括空转小齿轮48，该空转小齿轮与小齿轮46啮合并且配备有差速锁系统49，取决于滑动齿轮52的轴向位置，该差速锁系统允许空转小齿轮48以及轴51在旋转意义上连结或脱离连结。
通过举例，不同小齿轮的齿的数量可以如下：小齿轮42具有25个齿，小齿轮44具有44个齿，小齿轮46具有37个齿，小齿轮22具有17个齿，小齿轮21具有17个齿，差速器具有65个齿，小齿轮48具有41个齿，小齿轮33具有17个齿，小齿轮32具有25个齿，小齿轮34具有43个齿，小齿轮35具有48个齿（小齿轮43的齿的数量不影响齿轮减速比）。
通过举例，电机与发动机的尺寸例如可能是使用额定功率为78千瓦的热力发动机，额定功率为75千瓦的第一电机以及额定功率为38千瓦的第二电机。
以上所述的配置支持很多种可能的运行模式。例如，取决于驾驶状况，通过空转小齿轮34和35之一与第一轴系统的轴23转动地连结，车辆可能以两个不同的传动比仅靠第一电机驱动。在此情况下，滑动齿轮52和26的位置可以是使得小齿轮48和46分别围绕轴51和轴25空转。
为了驱动所述驱动轮，可能的是用热力发动机5的功率来补充第一电机3的功率。为此，滑动齿轮52以及差速锁系统47用于将空转小齿轮48连结到轴51上。同时，滑动齿轮26以及差速锁系统47用于将小齿轮46、44以及它们的空心轴45连结到第一轴系统的轴25上。如果第二电机4处于非电气活动的构型中，则车辆同时被第一电机3的功率—它的功率通过轴31和轴23传送—以及热力发动机5的功率—它的功率经由轴51通过小齿轮48、46传输到轴25并从那里到达差速器—推进。通过改变第二电机4的电气构型，除了热力发动机5提供的能量，也可能将来自第二电机4的驱动能量提供给差速器2。第二电机的驱动扭矩随后经由轴41通过小齿轮42、43以及通过差速锁系统47和滑动齿轮26连结到轴25的小齿轮44来传送。对于相同位置的滑动齿轮24、52和26，还可能将第二电机4设置成发电机构型，以便在车辆“减速”阶段—即在所希望的车辆的动能减少更快于这种能量将会由于受在非刹车行驶过程中产生的摩擦力的影响以及通过道路表面轮廓的影响而自发减弱的情况—的过程中回收动能。
在另一个系统构型中，可能使热力发动机5处于闲置并且将滑动齿轮52定位为使得小齿轮48围绕轴51空转。热力发动机5由此与差速器2、第二电机4以及第一电机3脱离偶联。同时，滑动齿轮26可被定位为使得经由差速锁系统47，小齿轮44、46以及它们的轴45连结第一轴系统的轴25。第二电机由此与差速器2偶联。然后滑动齿轮24可被定位为使得第一电机3以第一传动比连结轴23或使得第一电机3以第二传动比连结轴23。在此构型中，车辆由第一电机3的功率推进，根据需要由第二电机4的功率补充，该第二电机被电子地控制以便以驱动电机的模式运行。在同样的位置，滑动齿轮24、52和26可能在车辆“减速”阶段改变第一电机3或第二电机4的电气构型来使它们作为发电机运行，并因此回收车辆的部分动能。另外，当适于移动滑动齿轮24以便改变第一电机3的传动比时，第二电机4可被控制为使得向第一轴系统传送来自第二电机4的驱动能量，该驱动能量遵照特定的功率曲线持续一段时间，这使得车辆的乘客以及驾驶员察觉不到在车辆驱动系统中的扭矩间断，并且因此享受非常舒适的驾乘。优选地，该能量被控制成在滑动齿轮24穿过其中位位置的过程中临时地增加，在此没有驱动能量从第一电机3传送到第一轴系统的轴23。因此第二电机4使之有可能掩盖扭矩的间断，否则将在第一电机3的传动比变化过程中出现间断。
还可设想的是在滑动齿轮52使用差速锁系统49来将空转小齿轮48固定到轴51的配置中使用从热力发动机5向差速器2传送的扭矩来部分地有助于隐藏在第一电机3的传动比变化过程中出现的扭矩间断。
在第一电机3改变比率的时刻以外，可通过将滑动齿轮26安置于能使空心轴45围绕轴25自由旋转的位置而使热力发动机5以及第二电机4同时地从差速器2断开偶联。由此热力发动机5可被用于向在电气方面处于电流发生器模式下的第二电机4的轴41传送驱动扭矩，并且由此可通过热力发动机5所提供的能量为车辆的电池再充电。
通过将传动齿轮置于与使用来自热力发动机5的能量给电池充电相同的设置，还可以在起动热力发动机5时使第二电机4作为驱动电机运行。然后第二电机4向热力发动机5传输驱动扭矩，该发动机与该电机均与差速器2断开偶联。第二电机4由此可以被交替地用于向差速器2提供驱动扭矩—用作热力发动机5的起动电机以及用作电流发生器，或者使用来自差速器2所传输的机械能或者使用来自热力发动机5所传输的机械能。
如果第一电机3或相关的传动齿轮失效，则可将滑动齿轮24置于中位位置而使小齿轮34和35围绕轴23空转，并且将滑动齿轮26置于使它旋转地连结中空轴45以及轴25的位置。
由此可从热力发动机5与第二电机4同时向差速器2传输驱动扭矩（通过将滑动齿轮52置于旋转地连结空转小齿轮48以及轴51的位置），或仅从热力发动机5向该差速器传输驱动扭矩（将滑动齿轮置于同一位置，但使不起动第二电机4），或仅从第二电机向该差速器传输驱动扭矩（通过将滑动齿轮52置于使空转小齿轮48围绕轴51自由空转的位置，以使得热力发动机对该差速器的旋转不提供阻力）。因此在电池失效的情况下显然有可能仅用热力发动机5推进车辆。
图2示出源自图1的本发明的变型，其中滑动齿轮52以及空转小齿轮48被离合器53代替，从而允许旋转地连结热力发动机5的输出轴51的发动机飞轮（49a）与轴45a连结或与其断开连结，轴45a与轴51同轴并且连结到与小齿轮46啮合的小齿轮48a上，小齿轮46自身连结空心轴45，该空心轴在旋转的意义上连结第二电机4的轴41。
图2的其他元件与图1相同并且用同样的参考号指代。不同小齿轮的齿的数量可以与图1相同，在此情况下小齿轮48a具有41个齿。此第二实施方案的一个优点在于，当起动热力发动机5时，从热力发动机5向轴45a传输的扭矩的量可以被控制为渐进的。例如当热力发动机5被引入连接到差速器2的传动系中，而车辆继续行驶或者此时是第一电机3的传动比的变化过程中扭矩的中断正被隐藏的阶段，这种渐进性是希望的。
本发明的主旨不受限于上述实施方案，并且能以多种替代形式、尤其是在不同齿轮间的传动比方面以及两个电机和热力发动机的相关等级方面进行改变。当然，本发明的说明书中给出的附图应当理解为提供了既定为非共面的三维装置，即轴23、51和25的一种二维表示的概要图。
当然可以设想实施方案的多种替代形式，其中热力发动机5配备了不同于第二电机4的独立的起动电机。
上述实施示例提出将主要的电推进单元的多个部件组合在轴系统的一侧，而用于从热能生成电能的单元（热力发动机以及第二电动单元）在轴系统的另一侧。因此这两个系统可被独立地开发、制造以及运输，例如来自两个不同的供应商。
因此本发明提供了一种混合电力-热力推进车辆，它能在并联混合动力模式—即一个或多个电机与热力发动机同时向车轮传送驱动扭矩的模式—下运行，或在串联模式—即其中第一电机向车辆的车轮传送扭矩而第二电机作为电流发生器运行以便利用热力发动机5传送给它的机械能量为电池再充电—下运行。
传送到车辆的车轮的功率以及扭矩可以首先通过改变偶联到差速器的电机以及热力发动机的数量而变化，其次通过改变第一电机的传动比而变化。第二电机靠其自身能够交替地执行三种不同的功能：即补充驱动电机、用于将来自车轮的机械能或来自热力发动机的机械能转化为给电池再充电的电能的发电机、以及用于起动热力发动机5的起动电机。因此既节约了成本也节约了该系统占据的空间。
与现有技术中提出的常规离合器系统相比，使用小齿轮和滑动齿轮、特别是滑动齿轮24以及滑动齿轮26来偶联或断开偶联的系统并不庞大或昂贵。另外，由于所提供的传送系统，该系统的设计使之有可能避免热力发动机与电机同轴的要求，并且避免两个电机同轴的要求。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的驱动系统（1），包括：
-用于驱动的第一电机（3），它连接到蓄电池并且能够利用由该电池输送的电流来提供机械驱动能量，
-用于驱动的第二电机（4），它通过电压逆变器连接到该蓄电池，该电压逆变器允许该第二电机（4）交替地利用电池的电能传递机械驱动能量以及将传输到该第二驱动电机（4）的机械能量转化为电能发送到该电池，
-热力发动机（5），
-差速器（2），该差速器能驱动车辆的一对驱动轮，
-第一离合器（53-49a）或小齿轮（48）以及滑动齿轮（52）系统，它能依靠其自身使热力发动机（5）与第二电机（4）偶联或断开偶联，
-第二离合器或小齿轮（46）以及滑动齿轮（26）系统，它能依靠其自身使该第二电机（4）与该差速器（2）偶联或断开偶联，
其特征在于，该驱动系统包括第三小齿轮（34，35）以及滑动齿轮（24）系统，该第三小齿轮以及滑动齿轮系统能通过单个第三滑动齿轮（24）的移动而交替地使该第一电机（3）以第一传动比偶联到差速器（2）以及使该第一电机（3）以不同于该第一传动比的第二传动比偶联到差速器（2）。
2.如权利要求1所述的驱动系统（1），其中，该第一（48，52）以及第二（46，26）离合器系统的类型为包括带爪形联接器的滑动齿轮。
3.如权利要求1所述的驱动系统（1），其中，该第一离合器系统（53，49a）是能控制扭矩的离合器，该第二离合器系统（46，26）的类型为包括带有爪形联接器的滑动齿轮。
4.如前述权利要求之一所述的驱动系统（1），其中，该第三小齿轮（34，35）以及滑动齿轮（24）系统的类型为包括带有爪形联接器的滑动齿轮并且具有中位位置，在该中位位置中该第一电机（3）与差速器（2）、第二电机（4）以及热力发动机（5）断开偶联。
5.如前述权利要求之一所述的驱动系统（1），其中，该第一电机（3）的功率在该第二电机（4）的功率的1.5倍至4倍之间。
6.如前述权利要求之一所述的驱动系统（1），其中，该热力发动机（5）的功率在该第一电机（3）的功率的0.5倍至1.5倍之间。
7.如前述权利要求之一所述的驱动系统（1），其中，该热力发动机（5）安装成与该第一电机（3）不同轴。
8.如前述权利要求之一所述的驱动系统（1），其中，该热力发动机（5）安装成与该第二电机（4）不同轴。
9.如前述权利要求之一所述的驱动系统（1），其中，相对于所述滑动齿轮的轴（23，25，51），该热力发动机（5）以及该第二电机（4）位于第一轴向端，该第一电机（3）相对于所述滑动齿轮的轴（23，25，51）位于另一轴向端。
10.如前述权利要求之一所述的驱动系统（1），还包括电子控制单元，该电子控制单元能在第一电机（3）的传动比变化的过程中控制从第二电机（4）向差速器（2）传送的功率和/或能控制从热力发动机（5）向差速器（2）传送的功率，以使得传送到差速器（2）的扭矩始终保持大于一个严格为正的最小值。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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