CN105579266A - 混合动力系系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将非混合巴士车辆转换成具有混合动力系的巴士的混合动力系套件，因此，混合动力系包括具有驱动系统的混合系统，所述驱动系统用于驱动地传送经过该车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，混合系统可在后轮和发动机和/或齿轮箱之间安装在后轮之后。

Description

混合动力系系统
技术领域
本发明涉及用于诸如重型巴士(尤其是能够存储动能的这类车辆)的混合车辆的混合动力系系统，并且涉及用于将非混合车辆转换成所述混合车辆的混合动力系系统和套件以及方法。
背景技术
一些公共汽车(巴士)和公共服务车辆(PSV)配置成使乘客空间最大并确保可进入动力系以便维修。例如DE2934314A公开了一种布置，其中，内燃(IC)发动机定位成悬挂于后轴之上并横过车辆中心线。使用角驱动件以通过推进器或用于被驱动轴的驱动轴在前向方向上从发动机获得输出驱动。
该布局几乎变成当前巴士或PSV设计的标准。GB2117335A示出了与本文的图2类似的布置，在图2中，朝向后轴驱动的推进器轴的锐角清晰可见。另外，该图示出了重型悬挂IC发动机和变速器需要被适当地支承和横向撑开，以确保驱动系的扭矩力通过悬挂的底盘完全抵消，具体如本文中图2的项目3a和23所示。
在DE2934314A和GB2117335A中，不存在用于存储车辆的动能的装置，从而导致低的燃料经济性。
在GB2467543A中可获知轻型商业运货车辆混合传动布置，其中，使用皮带传动布置来驱动用螺栓固定至轴组件的电动发电机，以使得驱动件与电力的电动发电机永久地接合。
虽然这种布置可适合中或低功率辅助混合驱动布置，例如混合电功率小于10或20kW、速度范围有限且车辆总重量低于3.5吨的轻型商用车，但是该布局不适合诸如巴士的重型车辆，巴士即使在没有铰接时甚至可具有超过10或12吨的空载重量和超过15吨的满载重量，例如在车上有80个乘客的情况下会增加约5吨的重量。GB2467543A中的布置在后主动轴主体上设置了最初可能没有设计的弯曲载荷，并且在差速器输入轴和轴承上设置了横向载荷，从而在皮带向混合驱动的轮施加横向载荷时保持所述轮平行。该布置仅在如轻型商用车的车辆中适用，其中，所述轻型商用车的发动机位于车辆的前方并且纵向延伸的传动轴的轴线与差速器的输入轴同轴的，以使得如该专利所示，传动轴可直接用螺栓固定至差速器输入轴的混合轮上，并且混合系统的两个轮保持彼此靠近且其旋转轴彼此平等。另外，由于传动皮带仅可在有限的张力下进行传动和驱动，所以传动皮带仅在相对低的扭矩之下是柔性的。另外，两个混合轮大致具有相同的尺寸，对于速度范围的设定适于快速行进的轻型商用车，但是对于在拥堵市内以低的平均速度操作且具有若干次停止和启动的重型车辆是次优的。另外，将电动发电机安装到轮轴上使得车辆的簧下重量增加，这对于乘客舒适度和车辆操纵而言是不理想的，并且会不期望地使电动发电机摇晃。簧下重量还是不均匀的，从而可能导致对于车辆两侧的不同的操纵。
发明内容
本发明旨在至少在某种程度上缓解现有技术的问题中的至少一个。可替代地，本发明的目的在于提供有用的车辆。
本发明的第一方面提供一种用于混合动力系的混合动力系系统，该混合动力系具有用于使动能适于传输至能量存储件的能量接收器，动力系具有适于通过最终驱动件驱动地面接合驱动轮的发动机，车辆具有用于支承乘坐者容纳部和/或车辆的车身的主支承件，混合动力系系统包括混合驱动系统，该混合驱动系统用于驱动地传送经过该车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，混合驱动系统适于相对于主支承件大致固定地进行安装。有利地，混合驱动系统可容易地以混合驱动系统被牢固地固定的方式装配至车辆的主支承件或底盘或从车辆的主支承件或底盘复原装配，并且能够抵消扭矩载荷且不会引起簧下重量。另外，当车辆通过空气悬架悬挂时，簧下重量可被限制或维持成横向对称，其中，本发明人发现空气悬架可对高的或不对称的簧下重量尤其敏感。
主支承件可包括底盘。
地面接合驱动轮可包括后轮，底盘通过该后轮由悬架悬挂。
混合驱动系统可适于在最终驱动件和发动机和/或齿轮箱之间安装至底盘，其中，发动机和/或齿轮箱在最终驱动件的后方安装至底盘。
混合驱动系统可适于通过驱动件或传动轴连接至最终驱动件，最终驱动件具有主动轴，传动轴可在长度方向上选择地伸缩以适应主动轴相对于底盘的运动。传动轴可具有位于传动轴的至少一端处的可用关节连接的驱动接头，诸如CV或万向接头。
混合驱动系统可包括电动发电机。电动发电机可形成能量接收器或作为能量接收器的一部分。
电动发电机可适于与能量存储件(诸如包括机械飞轮的能量存储件)进行传递。
本发明的又一方面提供了一种用于混合动力系的混合动力系系统，其中，混合动力系具有用于使动能适于传送至能量存储件的能量接收器，动力系具有适于通过最终驱动件驱动地面接合驱动轮的发动机，车辆具有用于支承乘坐者容纳部和/或车辆的车身的主支承件，混合动力系系统包括混合驱动系统，该混合驱动系统用于驱动地传送经过车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，混合驱动系统包括用于选择性地拆开最终驱动件和能量存储件之间的能量路径的离合器。当装配混合驱动系统的车辆以比特定速度更快的速度进行驾驶时，这有利地为混合驱动系统提供了保护。
系统可包括控制系统，控制系统适于激活离合器从而在超过上述预定速度时拆开能量路径。
预定速度可以是可安装该系统的车辆的速度。
预定速度可以是50kph或更高。
预定速度可以是80kph或更高。
控制系统可适于激活离合器，从而在低于第二预定速度时联接能量路径。
第二预定速度可以是80kph或更低。
第二预定速度可以是50kph或更低。
混合驱动系统可具有电动发电机，离合器适于从最终驱动件拆除电动发电机。因此，离合器可用于防止电动发电机的轴以比所期望的速度更快的速度进行旋转。
混合驱动系统可包括升速比驱动装置，其适于使电动发电机的轴比推进器驱动轴旋转快50％以上，其中，推进器驱动轴从混合驱动系统朝向最终驱动件引导。以此方式，当在拥堵的停止启动路线上行进的重型车辆静止或处于低速时，电动发电机能够生成用于存储的大量电能和/或以有效的方式生成高的动力扭矩(motivetorque)和功率，同时离合器也可在高速下使用，以拆除电动发电机来防止其超速。
本发明的另一方面提供了一种用于混合动力系的混合动力系系统，其中，混合动力系具有用于使动能适于传输至能量存储件的能量接收器，动力系具有适于通过最终驱动件驱动地面接合驱动轮的发动机，车辆具有用于支承乘坐者容纳部和/或车辆的车身的主支承件，混合动力系系统包括混合驱动系统，该混合驱动系统用于驱动地传送经过该车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，混合驱动系统具有电动发电机并包括升速比驱动装置，升速比驱动装置适于使电动发电机的轴比从混合驱动系统朝向最终驱动件引导的推进器驱动轴旋转快50％以上。这使得电动发电机能够生成用于存储的大量电能和/或以有效的方式生成高的动力扭矩和功率。
本发明的又一方面提供了一种用于混合动力系的混合动力系系统，混合动力系具有用于使动能适于传输至能量存储件的能量接收器，动力系具有适于通过最终驱动件驱动地面接合驱动轮的发动机，车辆具有用于支承乘坐者容纳部和/或车辆的车身的主支承件，地面接合轮是车辆的后轮，车辆具有安装在后轴后方的发动机和/或齿轮箱，混合动力系系统包括具有驱动系统的混合系统，该驱动系统用于驱动地传送经过该车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，混合系统可在后轮和发动机和/或齿轮箱之间安装至后轮后方。这有利地允许将混合系统定位在通常由巴士或其它车辆的传动轴占用的自由空间中对，而不会不期望地引入乘坐者空间中。
该系统可包括电动发电机。
电动发电机的轴和输出齿轮之间的传动比可以是固定比，其中，输出齿轮适于与导向可安装该系统的车辆的最终驱动件的传动轴一起旋转。
可替代地，电动发电机的轴和输出齿轮之间的传动比例如可通过提供速度变化齿轮、行星齿轮或变速器机构而变化，其中，输出齿轮适于与导向可安装该系统的车辆的最终驱动件的传动轴一起旋转。
该系统可包括传动比部件以在从发动机和/或齿速比变化齿轮箱引导至混合驱动系统的输入和从混合驱动系统朝向最终驱动件引导的输出之间提供升速比。
系统可包括传动比部件以在从发动机和/或齿速比变化齿轮箱引导至混合驱动系统的输入和从混合驱动系统朝向最终驱动件引导的输出之间提供减速比。
本发明的又一方面包括用于将动力系转换成已转换的混合动力系的部件的套件，动力系具有传动轴，传动轴具有从发动机和/或齿速比变化齿轮箱引导的输入端和朝向最终驱动件引导的输出端，传动轴例如通过诸如CV或万向接头的可用关节连接的驱动接头连接至差速器，套件包括如本文中前述各方面中任一方面所述的系统。
套件还可包括用于将系统的混合驱动系统(或至少外壳或外壳的部分)大致固定地固定至车辆的底盘的至少一个安装件。
套件还可包括两个驱动轴，该驱动轴与混合驱动系统共同适于替代传动轴，其中，传动轴在已转换的混合动力系中位于两个驱动轴之间。套件可包括适于在驱动轴之间的位置处驱动地连通至混合动力系中的电动发电机。每个驱动轴可包括在其至少一端处并且优选地在两端处可用关节连接的驱动接头，诸如CV接头、万向接头或柔性接头。
驱动轴中的一个可连接至主动后轴的差速器，并且可伸缩地调整长度以适应主动轴的运动。
本发明的又一方面提供包括如本文中前述方面中任一方面所述的装置的电动陆地车辆。
车辆可包括乘客巴士。
车辆可具有超过3.5吨的车辆总重量。
车辆可具有超过10吨的车辆总重量，例如处于约15至20吨的范围中，诸如约为18吨或约为19吨。
本发明的又一方面提供一种将车辆动力系转换成已转换的混合动力系的方法，动力系具有传动轴，传动轴具有从发动机和/或齿速比变化齿轮箱引导的输入端和朝向最终驱动件引导的输出端，传动轴例如通过诸如CV或万向接头的可用关节连接的接头连接至差速器，该方法包括利用以下来替换传动轴：(a)混合驱动系统；(b)来自混合驱动系统的第一连接件，其中，混合驱动系统具有替换传动轴的输入端的端部；以及(c)来自混合系统的第二连接件，其中，混合系统具有替换传动轴的输出端的端部。
该方法可包括以大致刚性的方式将混合驱动系统固定至车辆的主支承件。所述固定可通过诸如旋拧螺栓的可易于移除的方式来实现而不是诸如通过焊接永久地来实现。
本发明的又一方面提供一种将混合动力系转换成非混合动力系的方法，混合动力系预先根据本文的前述方面进行转换，该方法包括移除混合驱动系统和第一连接件和第二连接件，以及重新安装传动轴或与其大致相同的一个部件。因此有利地，例如，如果车辆被出售或者重新在长途快速乡村道路上行进，则可将车辆转换回非混合形式。
本发明的又一方面提供一种混合驱动系统，其中，可移除现有的车辆传输轴并利用以下所述的可移除的部件的套件来替换，所述部件至少由电动发电机、超速离合器和速度变化齿轮系统组成，速度变化齿轮系统允许以更高效的速度驱动电动发电机，并且操作离合器以避免电动发电机因过度的旋转速度而发生损坏。
本发明的又一方面提供混合驱动方法，其中，可移除车辆的传输轴并可利用可移除的部件的套件来替换，所述部件至少由电动发电机、超速离合器和减速齿轮系统组成，减速齿轮系统允许以最高效的速度驱动电动发电机，并且允许操作离合器以避免电动发电机因过度的旋转速度而发生损害，电动发电机可在低速停止启动驱动期间进行操作，且电动发电机在车辆的高速操作期间与驱动系隔离开。
低速操作可介于0和80kph之间或0和50kph之间。
高速操作模式可介于50kph和120kph之间或更高。
电动发电机和输出齿轮之间的传动比可以是固定比。
可替代地，电动发电机和输出齿轮之间的传动比可通过速度变化齿轮、行星齿轮或变速器机构中的一个发生变化。
齿轮系可使得在输入和输出之间提供升速比。
可替代地，齿轮系可使得在输入和输出之间提供减速比。
本文中的至少一些优选实施方式能够实现良好的燃料效率，尤其是利用燃料燃烧动力发动机的车辆，诸如那些燃烧的柴油、氢、汽油(辛烷基)或其它可燃燃料，尤其是重型车辆，诸如类似于车辆总重量超过3.5吨、超过7.5吨或超过10或15吨(例如，总重约12.5吨或约17至18吨)的巴士或PSV的这种车辆。这在多停止启动操作期间以及例如在城市中心或其它拥堵的公共汽车路线所发现的低的最大/平均车速的情况下尤其能实现良好的燃料效率。
在一些实施方式中，车辆自重可超过3.5吨、超过7吨或超过12吨。本文中的至少一些优选实施方式实现了这样的系统，该系统优化了电力电动发电机的效率范围或者在一些情况下使该效率范围最大化。
本文中的至少一些优选实施方式能够保护混合动力电动发电机以免受到超速损坏。
本文的至少一些优选实施方式实现了易于从车辆移除的系统，例如，如果该车辆远离城市中心路线以及被操作者出售或在长途高速路线上使用，其中，在长途高速路线上混合系统将受到更多限制或者可能不利，或者可能由于持续的高速操作而损坏。
附图说明
本发明可以多种方式来实现，并且下面将仅以示例的方式并参照附图描述基于本发明的系统的多个优选实施方式，在附图中：
图1是与现有技术所公开的变速器类似的、公共汽车车辆的变速器的示意性表示；
图2是通过应用基于本发明的优选实施方式的混合动力系套件对图1的变速器进行修改以从非混合巴士车辆转换成具有混合动力系的巴士的示意性表示；
图3是图2的装置中所使用的超速防护件、减速和齿轮混合驱动系统的示意性放大图；
图4示出了修改的实施方式；以及
图5示出了安装有图2和图3的装置的车辆。
具体实施方式
如图5所示，双层巴士形式的车辆5具有轮90、制动器11、发动机10和混合动力系电动发电机140，其中，混合动力系电动发电机140通过连通/能量路径9与机械飞轮(或机械能存储件)单元7、车辆电池或者化学能/电能存储件15以及控制系统13连通。电动发电机可向机械飞轮单元7发送电能并从机械飞轮单元7接收能量。机械飞轮单元7可包括具有另外的电动发电机的装置(未示出)，其中，该另外的电动发电机用于通过使机械飞轮向上旋转而将电能转换成机械能，并且随后将机械能转换成电能以向电动发电机140提供电力。电动发电机140可包括单个交流发电机单元，在单个交流发电机单元中，相同的线圈既用于电动模式又用于发电模式；或者电动发电机140可在其它实施方式中被拆分以并入电机和单独的发电机。
车辆5具有约12.5吨的空载重量以及约18吨的车辆总重量。在其它实施方式中，例如，当车辆为运输车时，车辆可能较重，例如约36或40吨，或者例如，当车辆为重型施工车辆时车辆甚至更重。
如图2和图5所示，车辆5具有支承车辆车身73和乘客容纳部75的常规梯状底盘或支承框架71。发动机10在安装件77、79处直接紧固至底盘71，变速齿轮箱30在安装件81处直接紧固至底盘71。底盘71由左右前轮/前悬架单元83以及常规的后左右悬架单元85支承，后左右悬架单元85转而由具有通用中央差动齿轮70的车辆5的主动后轴35支承，其中，中央差动齿轮70例如可以是冕状齿轮和小齿轮类型的齿轮并且可包括或可不包括受限的滑动部件。在其它实施方式中，差动齿轮不必位于中央，而是例如可以位于沿着从一个后轮90到另一个后轮的后轴的方向的约三分之一处。主动后轴35通常将具有常规的刚性管状主体，刚性管状主体包括容纳和支承各自的轮轴承的差动齿轮，但是在其它实施方式中，主动后轴35可由替代物进行替换，例如通过具有大致固定地安装至底盘71或相对于底盘71安装的差动齿轮70进行替换，在这种情况下，可应用常规的轮控制部件来控制后轮的轴，轮控制部件例如具有瓦特连杆(Wattslinkage)和/或潘哈杆(Panhardrod)的第迪安管(DeDiontube)、纵臂、双叉臂等。
图1示出了用于常规公共汽车(巴士)或PSV的一种传动布置的示意图，其中，内燃(IC)发动机10、离合器20和变速齿轮箱30以悬臂梁的方式悬挂在车辆的“后轴”35的后方。这在车辆轮之间为乘客和/或货物提供了良好的空间，还提供了良好的可进入性(从后部安装门)以检修或维修IC发动机。因而，图1示出了在转换成车辆5之前的传统巴士。
在该配置中，在转换之前，角驱动件40定位在变速齿轮箱的输出端处以通过角度获得驱动，从而使得推进器轴50和万向接头或胡克接头60将旋转力矩传递至后驱动轴差动齿轮70，再通过半轴80传递至车辆的后轮90。由于该驱动系统布置是当前高效的工业标准，因此以最小或可忽略的修改将混合驱动系统应用至这种变速器具有巨大的商业和环保效益。
图2示出了与图1中所建立的布局相同的布局并添加了混合驱动单元100。推进器轴50现在由两个较短的驱动轴52和55替代，且保留原系统的两个胡克接头或恒速接头60。
如果后面需要，则混合单元100以及两个短的推进器轴52和55因此可有利地方便且容易地移除或者由原来的轴50替换，从而使车辆回到其初始状态。重要的是，所提出的发明不仅可利用对标准变速器进行最少改变装配至车辆，而且其也可以被移除并且原来的传动系也可被恢复。如果具有混合传动系的车辆遭受不可预料的或复杂的问题，或者作为拥有者的操作者可能希望在不利于混合操作的道路上操作车辆，或者甚至希望处置车辆并保留混合系统以用在另一车辆上，这可被认为非常有利。
图3示出了混合转换单元100更具体地包括外壳101，其中，支承构件103固定至外壳101。支承构件安装至底盘71，在该示例中，一个支承构件103安装至纵向底盘构件105而另一支承构件103安装至横拉条107。支承构件103不仅用于支承单元100的重量，还用作扭矩反作用构件以防止单元100旋转，并通过合适的橡胶安装件(未示出，包含为构件103的一部分)支承变速器以及使变速器与固定变速器、支承构件103以及单元100的底盘71(或者在其它实施方式中为主体)隔离开。扭矩反作用构件103在图2和图3中以示例的方式示出，且可根据情况修改至个人车辆。在一些实施方式中，三个或四个或更多支承构件可使围绕单元100的周界在不同位置处将单元100安装至底盘71。
有利地，外壳101大致固定地安装至底盘71且不形成车辆5的簧下重量的一部分，以使得可以优化乘客舒适度和操纵。进一步有利地，驱动轴55设有位于CV接头111、113之间的可伸缩式或花键式接头109，从而允许驱动轴55进行伸缩。以此方式，由于悬架单元85允许轮90在车辆5的使用期间相对于底盘71向上或向下运动，所以具有差动齿轮70的主动轴35可相对于外壳101和底盘71运动。尽管在一些实施方式中不是完全必要，可在驱动轴52中使用类似的可伸缩式或花键式接头115，从而通过允许外壳101和相对单一和刚性的动力单元117之间发生轻微的相对运动，而限制支承件103、79、77、81上的应力，其中，动力单元117由发动机10、离合器20、齿轮箱30和角驱动件单元40组成。所述配置确保后轴35/差动齿轮70的大致刚性和单一的主要管状外壳37不承受可能未对其进行设计的应力的影响，并确保不会对差动齿轮70的输入轴39或其轴承41施加不期望的侧向载荷。电动发电机140不承受由轮轴35的撞击引起的高的加速度，并且如果需要则可容纳在远离喷射污染物和水的道路或地点的干燥区域。
输入/输出轴52和55连接至具有输入/输出齿轮105和106以及中间输入/输出齿轮110和111的齿轮系106、111、120、110、105。
旋转地固定在齿轮110和111之间且与齿轮110和111同轴的中间齿轮120与输入/输出电动发电机齿轮125接合，输入/输出电动发电机齿轮125通过离合器130旋转固定地且可释放地连接至电力的电动发电机140。
在该实施方式中，电动发电机140额定为电动高达120kW且发电高达该值或该值以下，尽管在其它实施方式中，对于车辆总重量超过3.5吨(例如超过10吨，诸如约为18吨至20吨)的重型车辆，可其他值可额定为处于20kW以上、50kW以上、75kW以上、100kW以上或150kW以上的范围中的值，诸如设想为200kW或250kW。在该示例中，发动机10能够传递约160kW(制动器)，以使得处于120kW的电动发电机140能够提供约75％的增加，这种增加通常处于33％到125％左右，或者在一些其它可设想到的示例中为约50％至90％或者约65％至85％。
虽然电动发电机140能够与轴55和差动齿轮70传递非常高的功率和扭矩，且刚性的外壳101在支承构件103处(尽管部分地通过重负载橡胶部件)牢固地安装至坚固的底盘71，但是由于穿过安装件103的平面大体或总体垂直于最接近差动齿轮70的CV接头111和最接近角驱动件的CV接头117之间的线，所以电动发电机混合单元100在操作期间可容易地抵消作用或扭矩而不会不期望地挤压或扭曲支承构件103，且外壳101通常相对于底盘71保持静止。
在非混合操作中，内燃发动机10驱动输入轴52从而使齿轮系106、111、120、110和105旋转。齿轮106、111、120、110和105可被选择成在输入输出轴52和55之间提供一比一的比率，或者例如可期望升速比或减速比。
在图3中，齿轮106可具有与齿轮111、105、110中的每一个的齿数和总体直径相同的齿数和总体直径。因此，轴52和轴55始终以相同的速度旋转。齿轮120的齿数是齿轮125的五倍，且齿轮120的总体直径是齿轮125的五倍，以使得齿轮125(以及轴131，齿轮125旋转地固定在轴131上)的旋转为齿轮111、120、110和轴52、55的旋转的五倍。正如所期望的，齿轮106可制造成较大/较小而齿轮111可制造成较小/较大(如图3中两者在相同轴线上旋转)以提供升速比。齿轮110、105可以非常简单的方式进行类似的改变。因此，对于具体设想的巴士路径规划或其它车辆活动而言，考虑到斜坡、期望速度、拥堵量和停止启动频率的影响，动力系可容易地设计成优化IC发动机10和电动发电机140的效率、功率和力矩特性。因为利用本实施方式的各部件与共同使用的发动机10和电动发电机140替换传动轴50向后轴35提供了更大的扭矩，所以发动机10的旋转速度可降低例如1％至15％，通常为2％至10％，一些示例为约2％、约4％或约6％。因此，发动机10自身可更经济，且发动机施加在后轴35处的扭矩和/或功率(以低速)的损失可通过电动发电机140进行补偿。
在非混合操作模式中，离合器130可打开以从电动发电机140断开电动发电机驱动齿轮125。以这种方式，电机/发电机140可在其最大操作速度之上运行而不被损坏，其中，最大操作速度应为驾驶车辆的速度，例如连续的机动道路速度，例如超过80kph或高达100kph或者甚至更高的速度。当车辆5减速时，例如超速运行的情况(其中，存储在车辆的运动质量中的动能在相反的方向上通过变速器驱动)，能量由发动机10传递或抵制并丢失。
在系统处于具有介于优选范围内的安全速度的混合状态的情况下(例如80kph以下)，离合器130可闭合从而驱动电动发电机140，电动发电机140将装载传动系并向电动发电机140提供功率，从而通过能量路径9对混合存储系统进行充电。齿轮传动系电动发电机齿轮125和中间齿轮120可被选择成提供例如2比1或4比1或者甚至更高的比率，以使得在超速运转(充电)的情况下，即使车辆仅以例如30kph或50kph或者低于这些速度的低速进行运动，电动发电机140也以足够对充电率进行优化的速度旋转。
在驱动(电动)模式期间，电动发电机可以高速进行操作从而通过减速齿轮使功率系数最大，进而以低车辆速度提供高功率和高扭矩。
在该实施方式中，能量存储系统7为电驱动的高速飞轮7的形式，尽管也可考虑包括超级电容器或化学电池存储设备的其他布置。
在该示例中，飞轮7具有对于18,000至36,000RPM的可用范围的约1.3MJ的可获取的能量存储容量，使得能够在约10至12(或粗略为11)秒传输约120KW的功率增长。因此，在18吨的车辆5静止在公交站并且飞轮处于36,000RPM且发动机10关闭的情况下，飞轮7和电动发电机140能够利用这种约11秒增长在需要启动发动机10之前，使得车辆沿着水平道路加速约40kph(约10至12m/s)。对于约12.5吨的空载重量的车辆5，该增长可在需要启动发动机10之前使车辆在约10至12秒中加速至约50kph(约12至14.5m/s)。因此，在停止-启动交通通常低于50(或40或30)kph的情况下，开始对发动机10进行致动可最小地受制于控制系统13，从而保持飞轮介于18,000和36,000RPM之间。在其它实施方式中，能量存储系统7可具有不同的容量，诸如约0.5至3MJ、约0.75至2MJ，一些示例介于1至1.5MJ之间。
混合状态因此包括能量回收模式，在能量回收模式中，车辆5的质量中所存储的动能可被获取。另外，系统还可用作使车辆5减速的减速器而不需要使用车辆5的摩擦制动器11，或者在操作摩擦制动器11时至少部分地将能量存储于存储件7中，以使诸如热量的能量的损失可通过摩擦制动器11和/或发动机制动(来自发动机的摩擦或阻力)来限制。
混合单元100可在几种能量使用模式中进行操作。例如，在混合辅助模式中，存储系统7在电子控制系统18的控制下为电动发电机140提供动力，从而通过离合器130驱动中间齿轮120上的减速齿轮125进而驱动车辆，同时，动力通过轴52从内燃发动机10供给至输出轴55。在该模式中，公共汽车从而可有利地从存储的能量中获益，以补偿IC发动机10的燃料消耗。
另外，如果IC发动机10关闭(例如，响应于来自指示所存储的能量高于预定水平的电池和/或机械飞轮单元7的信号、以及零车速和/或所选择的手刹或驻车制动的指示，通过控制系统13而自动地关闭)，则车辆5可以完全混合车辆模式进行驱动，从而例如在停止启动交通中使车辆5加速或使车辆运动，利用从电存储件15或能量存储件7供给至电动发电机140电能来实现以上所述，因此使排放物最少并避免IC发动机10不必要地启动。当能量存储件7是机械飞轮时，能量可沿着能量路径9传递至电动发电机140的电机141以实现以上所述。
此外，如果电存储件15充电不足并且通过控制系统13发送混合使用的预计需求信号，则可操作IC发动机10从而同时既驱动车辆5又对存储系统7进行充电。另外，控制系统13可布置成使得将电能从安装至发动机10的交流发电机(未示出)发送至电存储件15和/或存储系统。
IC发动机10，例如可布置成往复式发动机以在空气中燃烧柴油、LPG、汽油(辛烷)、生物燃料或其它燃料，可在其它实施方式中由诸如燃气轮机发动机、外燃烧发动机(例如，斯特林循环(StirlingCycle))的其它形式的发动机或者诸如氢燃料电池的燃料电池替换，或者可以是合并一个以上的这种系统的发动机。
取代在混合单元100中使用齿轮，可替代地使用互连的滚子或滑轮。在混合单元100内使用液压互连系统也可设想为替代件或附加件。例如，可以例如在电动发电机140和动力系的机械连接部分之间使用扭矩转换器。
在不背离本发明的如所附权利要求限定的范围的情况下，可对所述实施方式进行各种修改。

Claims (39)

1.一种用于混合动力系的混合动力系系统，所述混合动力系具有用于使动能适于传送至能量存储件的能量接收器，所述混合动力系具有发动机，所述发动机适于通过最终驱动件驱动地面接合驱动轮，车辆具有用于支承乘坐者容纳部和/或所述车辆的车身的主支承件，所述混合动力系系统包括：
混合驱动系统，用于驱动地传递经过该车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，所述混合驱动系统适于相对于所述主支承件大致固定地安装。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述主支承件包括底盘。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述地面接合驱动轮包括后轮，所述底盘通过悬架从所述后轮悬挂。
4.如权利要求2或3所述的系统，其中，所述混合驱动系统适于在所述最终驱动件与发动机和/或齿轮箱之间安装至所述底盘，所述发动机和/或所述齿轮箱在所述最终驱动件后方安装至所述底盘。
5.如权利要求2或3或4所述的系统，其中，所述混合驱动系统适于通过传动轴连接至所述最终驱动件；所述最终驱动件选择性地具有主动轴，所述传动轴的长度能够进行伸缩以适应所述主动轴相对于所述底盘的运动。
6.如前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述能量接收器包括电动发电机。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述电动发电机适于与能量存储件进行传递，所述能量存储件诸如包括机械飞轮的能量存储件。
8.一种用于混合动力系的混合动力系系统，所述混合动力系具有用于使动能适于传送至能量存储件的能量接收器，所述混合动力系具有发动机，所述发动机适于通过最终驱动件驱动地面接合驱动轮，车辆具有用于支承乘坐者容纳部和/或所述车辆的车身的主支承件，所述混合动力系系统包括：
混合驱动系统，用于驱动地传递经过该车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，所述混合驱动系统包括离合器，所述离合器用于选择性地使所述最终驱动件和所述能量存储件之间的能量路径脱离联接。
9.如权利要求8所述的系统，包括控制系统，所述控制系统适于在超过预定速度时激活所述离合器以使所述能量路径脱离联接。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述预定速度是能够安装所述系统的车辆的速度。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述预定速度为50kph或更高。
12.如权利要求10所述的系统，其中，所述预定速度为80kph或更高。
13.如权利要求9至12中的任一项所述的系统，其中，所述控制系统适于以低于第二预定速度的速度激活所述离合器以联接所述能量路径。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述第二预定速度为80kph或更低。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述第二预定速度为50kph或更低。
16.如权利要求8至15中的任一项所述的系统，其中，所述混合驱动系统具有电动发电机，所述离合器适于使所述电动发电机从所述最终驱动件脱离联接。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述混合驱动系统包括升速比(stepupratio)驱动装置，所述升速比驱动装置适于使所述电动发电机的轴比推进器驱动轴旋转快50％以上，所述推进器驱动轴从所述驱动混合系统导向所述最终驱动件。
18.一种用于混合动力系的混合动力系系统，所述混合动力系具有用于使动能适于传送至能量存储件的能量接收器，所述混合动力系具有发动机，所述发动机适于通过最终驱动件驱动地面接合驱动轮，车辆具有用于支承乘坐者容纳部和/或所述车辆的车身的主支承件，所述混合动力系系统包括：
混合驱动系统，用于驱动地传递经过该车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，所述混合驱动系统具有电动发电机并包括升速比驱动装置，所述升速比驱动装置适于使所述电动发电机的轴比推进器传动轴旋转快50％以上，所述推进器传动轴从所述混合驱动系统导向所述最终驱动件。
19.一种用于混合动力系的混合动力系系统，所述混合动力系具有用于使动能适于传送至能量存储件的能量接收器，所述动力系具有发动机，所述发动机适于通过最终驱动件驱动地面接合驱动轮，车辆具有用于支承乘坐者容纳部和/或所述车辆的车身的主支承件，所述地面接合驱动轮是所述车辆的后轮，所述车辆具有安装在后轴之后的发动机和/或齿轮箱，所述混合动力系系统包括：
具有驱动系统的混合系统，所述驱动系统用于驱动地传递经过该车辆的最终驱动件和能量存储件之间的能量，所述混合系统能够在所述后轮和所述发动机和/或齿轮箱之间安装在所述后轮之后。
20.如权利要求18或19所述的系统，包括电动发电机。
21.如权利要求6、16和20中的任一项所述的系统，其中，所述电动发电机的轴和输出齿轮之间的传动比是固定比，所述输出齿轮适于与通向能够安装所述混合动力系系统的车辆的最终驱动件的传动轴一起旋转。
22.如权利要求6、16和20中的任一项所述的系统，其中，例如通过提供速度变化齿轮、行星齿轮或变速器机构，所述电动发电机的轴和输出齿轮之间的传动比能够变化，其中，所述输出齿轮适于与通向能够安装所述混合动力系系统的车辆的最终驱动件的传动轴一起旋转。
23.如前述权利要求中的任一项所述的系统，包括传动比部件以在输入和输出之间提供升速比，其中，所述输入从发动机和/或齿轮齿速比变化齿轮箱引导至所述混合驱动系统，所述输出从所述混合驱动系统导向最终驱动件。
24.如权利要求1至22中的任一项所述的系统，包括传动比组件以在输入和输出之间提供降速比(stepdownratio)，其中，所述输入从发动机和/或齿轮齿速比变化齿轮箱引导至所述混合驱动系统，所述输出从所述混合驱动系统朝向最终驱动件引导。
25.一种用于将动力系转换成已转换的混合动力系的部件的套件，所述动力系具有传动轴，所述传动轴具有从发动机和/或齿轮齿速比变化齿轮箱引导的输入端以及朝向最终驱动件引导的输出端，所述传动轴例如通过CV或万向接头连接至差速器，所述套件包括：
如前述权利要求中任一项所述的系统。
26.如权利要求25所述的套件，还包括至少一个安装件，所述安装件用于将所述混合动力系系统的混合驱动系统大致固定地紧固至车辆的底盘，或者相对于所述车辆的底盘大致固定地紧固所述混合驱动系统。
27.如权利要求25或26所述的套件，还包括两个驱动轴，所述驱动轴与所述混合驱动系统适于一起替换所述传动轴，其中，所述混合驱动系统在所述已转换的混合动力系中位于所述两个驱动轴之间。
28.如权利要求27所述的套件，其中，所述驱动轴中的一个能够连接至主动后轴的差速器，并且能够伸缩地进行长度调整以适应所述主动后轴的运动。
29.一种包括如前述权利要求中任一项所述的装置的电动陆地车辆。
30.如权利要求29所述的电动陆地车辆，包括客用巴士。
31.如权利要求29或30所述的电动陆地车辆，具有超过3.5吨的车辆总重量。
32.如权利要求29或30所述的电动陆地车辆，具有超过10吨的车辆总重量，例如约为18吨。
33.一种将动力系转换成已转换的混合动力系的方法，所述动力系具有传动轴，所述传动轴具有从发动机和/或齿轮齿速比变化齿轮箱引导的输入端以及朝向最终驱动件引导的输出端，所述传动轴例如通过CV或万向接头连接至差速器，所述方法包括利用以下项替换所述传动轴：(a)混合驱动系统；(b)来自所述混合驱动系统的第一连接件，其中，所述混合驱动系统具有替换所述传动轴的输入端的端部；以及(c)来自混合系统的第二连接件，其中，所述混合驱动系统具有替换所述传动轴的输出端的端部。
34.如权利要求33所述的方法，包括以大致刚性的方式将所述混合驱动系统固定至所述车辆的主支承件。
35.一种将混合动力系转换成非混合动力系的方法，所述混合动力系预先根据权利要求33或34进行转换，所述方法包括：移除所述混合驱动系统和所述第一连接件以及所述第二连接件；以及重新安装所述传动轴或者与所述传动轴大致相同的轴。
36.一种混合动力系系统，大致如在本文中参照附图的图1至图3和图5所进行的描述，或者大致如在本文中参照图4的描述进行的修改。
37.一种用于将动力系转换成已转换的混合动力系的部件的套件，所述套件大致如在本文中参照附图的图1至图3和图5所进行的描述，或者大致如在本文中参照图4的描述所进行的修改。
38.一种电动陆地车辆，大致如本文中参照附图的图1至图3和图5所进行的描述，或者大致如本文中参照图4的描述所进行的修改。
39.一种将动力系转换成已转换的混合动力系的方法，所述方法大致如本文中参照附图的图1至图3和图5所进行的描述，或者大致如本文中参照图4的描述所进行的修改。
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