CN109843626B - 混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力车辆(10)，其包括内燃机(18)、至少两个电动马达(20、22)、至少四个车轮(12)和第一车轴(14)和至少一个第二车轴(16)，每两个车轮(12)分别配置给车轴(16)之一。内燃机(18)设置用于驱动第一车轴(14)的车轮(12)并且每个电动马达(20、22)分别设置用于驱动第二车轴(16)的车轮(12)之一。

Description

混合动力车辆
技术领域
本发明涉及一种具有内燃机、电动马达和至少四个车轮的混合动力车辆。
背景技术
已知不仅使用内燃机而且使用电动马达进行驱动的混合动力车辆。
在所谓的串联混合动力车辆中，内燃机驱动发电机，该发电机向电动马达提供电流。该电动马达又驱动车辆的车轮。这种方法的效率较低，因为通过内燃机和电动马达的串联连接只能实现整个系统的减小的效率。
在其它混合动力车辆中，混合动力车辆的一个车轴通过内燃机驱动，另一车轴通过一个电动马达驱动。该电动马达在此也用于在制动期间回收动能。但这种方法仅有限地利用现有的回收潜力，因为只能在制动期间回收能量。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种混合动力车辆，其不仅提供高效驱动而且提供广泛的回收可能性。
所述任务通过一种混合动力车辆解决，该混合动力车辆具有内燃机、至少两个电动马达、至少四个车轮以及第一车轴和至少一个第二车轴，每两个车轮分别配置给车轴之一。内燃机设置用于驱动第一车轴的车轮并且每个所述电动马达分别设置用于驱动第二车轴的车轮之一。
在此，车轴也被看作是一对相对置的车轮，其借助独立车轮悬架固定在车辆上。该术语也应包括如卡车中常见的车轮对。内燃机可以已知方式例如通过变速器和/或离合器与第一车轴的车轮无相对转动地连接，以便能够将产生的转矩传递到第一车轴的车轮。电动马达也可通过变速器和/或离合器驱动第二车轴的车轮。
由于车轮直接通过内燃机或单独通过电动马达运行，因此可实现非常高效且损耗低的驱动，因为电能直接转换成动能。
同时增加了可将动能回收为电能的行驶情况的数量。
除了已知的在制动时的回收可能性之外，根据本发明例如可在转向时回收能量。为此配置给第二车轴的弯道内侧车轮的电动马达作为发电机运行，从而仅制动该车轮。由此在第二车轴上产生转向力矩、即围绕车辆竖轴的转矩，这导致车辆的转动运动。以这种方式可在转向时获取电能，而转向通常消耗能量。
也可通过单个电动马达短暂的作为发电机的运行来执行车辆的自动稳定程序(DSC、ESP等)的干预，由此也可在此回收能量。
此外，通过各个电动马达提高了行驶安全性，因为可优化全轮起动辅助并且可通过单独控制第二车轴的车轮改善上坡或下坡时的起动。
第一车轴可以是车辆的前轴并且第二车轴可以是车辆的后轴，反之亦然。当电动马达设置在前轴上时，可进一步提高回收效率，而后轴上的电动马达则更便于集成到现有的驱动方案中。
优选车辆具有车载电网和与车载电网电气连接的负载，电动马达与车载电网电气连接。在此电动马达可将电流馈入车载电网并且从其中获取电流并且由此提高了负载的供电可靠性和车载电网的最大功率。车载电网例如以48伏电压运行。
内燃机也可具有发电机，该发电机可将电流馈入车载电网，由此在内燃机运行期间确保负载的基本供电。如果发电机是起动器发电机，则其也可从车载电网获取电流。
在本发明的一种实施方式中，车载电网具有两个平行的电缆束，它们从内燃机的供电装置分别延伸到电动马达之一。负载在此与一个电缆束或两个电缆束电气连接。由此可进一步提高可靠性。此外，通过接通或关断相配电缆束中的各个负载可以简单的方式调节各个电动马达的制动力矩。
在本发明的另一种实施方式中，电动马达可彼此直接机械和/或电气连接。在此机械连接用于在两个电动马达之间的传输转矩。
电动马达的连接可在不使用车载电网的情况下实现。以这种方式可实现紧急运行功能，该功能例如可在转向装置或车载电网发生故障时也使车辆在一定程度上保持可操纵性。
例如电动马达可通过轴、离合器和差速器彼此机械连接，由此能以可靠方式实现紧急运行系统。
一种有效且重量轻的连接可通过如下方式实现，即，电动马达可通过具有开关的直接接线彼此连接。当开关闭合时，电动马达之一作为发电机产生用于另一作为马达运行的电动马达的电流。由此在车轮上产生相反的转矩，从而又产生转向力矩。
例如混合动力车辆具有至少两个电动马达蓄电池，其中每个电动马达蓄电池分别与电动马达之一电气连接，电动马达蓄电池的各个电池单元、电池单元组或整个电动马达蓄电池可借助开关连接。连接的电池单元、电池单元组或蓄电池因此可作为一个单元用于两个电动马达。开关在此可以是半导体开关或接触器。以这种方式可无大花费地实现电气连接。
优选车辆具有至少一个车载蓄电池，其与车载电网电气连接，从而也可独立于内燃机或电动马达的运行为负载供电。
为了节省重量和构件，两个电动马达蓄电池可以是分体式蓄电池的部分和/或构成所述至少一个车载蓄电池。
在本发明的一种实施方式中，混合动力车辆具有控制单元，该控制单元构造用于这样控制电动马达，使得为了回收在转向操纵中弯道内侧车轮的电动马达作为发电机运行来产生转向力矩。由此也可在转向操纵中、例如在车道变换时回收能量。通过作为发电机运行产生的转向力矩不仅可用于辅助传统方式产生的转向力矩而且也可以是转向操纵的唯一转向力矩。
附图说明
本发明的其它特征和优点由下述说明和参考附图给出。在附图中：
图1示出根据本发明的混合动力车辆的第一种实施方式的示意图；并且
图2示出根据本发明的混合动力车辆的第二种实施方式的示意图。
具体实施方式
在图1中混合动力车辆10示意性显示为虚线矩形。
混合动力车辆10具有四个车轮12，其中两个车轮设置在第一车轴14上并且另外两个车轮设置在第二车轴16上。
车轮12、尤其是第二车轴16的车轮可通过独立车轮悬架固定在混合动力车辆10上。
在所示实施方式中，第一车轴14是混合动力车辆10的前轴并且第二车轴16是混合动力车辆10的后轴。因此，第一车轴14的车轮12可通过转向装置(未示出)以常见方式操作。这通过附图中的双向箭头示出。
当然，也可想到第二车轴16构成混合动力车辆10的前轴并且第一车轴14是混合动力车辆10的后轴。
混合动力车辆10还具有内燃机18、两个电动马达20、22和车载电网24。
内燃机18、更确切地说内燃机18的输出轴(未示出)借助变速器26和离合器28与第一车轴14连接。内燃机18因此可以已知方式驱动第一车轴14的车轮12。
另外，内燃机18包括发电机30、起动器32和供电装置34。发电机30和起动器32与供电装置34连接，该供电装置又连接到车载电网24中。发电机30可将电流馈入车载电网24并且起动器32可从车载电网24获取电流。
当然，也可想到发电机30和起动器32构造为起动器发电机。
电动马达20、22设置在第二车轴16上。每个电动马达20、22分别与第二车轴16的车轮12之一连接并且可驱动配置给其的车轮12。在此也可在电动马达20、22和相配的车轮12之间设置变速器和/或离合器(未示出)。
在所示实施方式中，左侧的电动马达20与第二车轴16的左侧的车轮12连接，并且右侧的电动马达22与第二车轴16的右侧的车轮12连接。
电动马达20、22还与车载电网24电气连接并且可将电流馈入车载电网24和从其中获取电流。车载电网24例如以48伏电压运行。
车载电网24具有两个平行的电缆束36、38，它们从供电装置34分别延伸到电动马达20、22之一。
电缆束36、38彼此分开地延伸，它们通过供电装置34电气连接。
在所示实施方式中，左侧的电缆束36从供电装置34向左侧的电动马达20延伸并且右侧的电缆束38从供电装置34向右侧的电动马达22延伸。
通过车载电网24，电动马达20、22因此仅借助供电装置34彼此连接。
混合动力车辆10的多个负载40也连接到车载电网24上。在此一些负载40仅与两个电缆束36、38之一连接，而其它负载40可与两个电缆束36、38连接。
电缆束36、38可构造为具有供电线的供电轨，负载40和电动马达20、22可插接于其上。通过供电线，负载40例如可被供应电流并且同时交换数据(电力线通信)。
混合动力车辆10还包括车载蓄电池42，其与车载电网24、在所示实施方式中与两个电缆束36、38连接并且其用作蓄能器。
为了控制电动马达20、22和负载40，设置控制单元43，该控制单元例如构造在供电装置34中和/或构造为马达控制装置的一部分。
另外，控制单元43可通过接通或关断各个负载40来控制电动马达20、22的作为发电机的运行。例如如果电动马达20应产生较大的制动力矩，则由控制单元43接通仅与左侧的电缆束36连接的负载40。
但电动马达20、22也可独立于车载电网24彼此直接连接。
在根据图1的第一种实施方式中，电动马达20、22可通过轴44、差速器46和离合器48彼此机械连接来传输转矩。
附加或替代地，电动马达20、22可通过直接接线50(在图1中以虚线示出)和开关52彼此电气连接。
为了运行混合动力车辆10，第一车轴14的车轮12通过内燃机18驱动。
内燃机18可通过电动马达20、22辅助地驱动混合动力车辆10，其方式为：电动马达20、22作为马达运行并且因此也驱动第二车轴16的车轮12。
以这种方式可实现有限的全轮驱动。这例如在光滑的车道上行驶以及上坡行驶时是有帮助的。在此电动马达20、22可产生不同的转矩，从而可补偿打滑或除驱动之外还可产生转向力矩，例如以便改善弯道加速。
电动马达20、22也可在行驶期间用于回收、即用于能量回收。为此，各电动马达20、22可单独或同时作为发电机运行并且因此制动混合动力车辆10。电动马达20、22不仅可在配置给其的车轮12上产生制动力矩，而且也可产生电流，该电流例如可对车载蓄电池42充电。
在制动时也可不同地控制电动马达20、22，从而在第二车轴16的车轮12上产生不同的制动力矩。
由此可实现混合动力车辆10的自动稳定程序(DSC、ESP等)的制动干预。
但以这种方式也可在第一车轴14的车轮12不偏转的情况下执行转向操纵、如车道变换。在此通过第二车轴16的车轮12上的不同制动力矩产生围绕车辆竖轴的转向力矩。由此混合动力车辆10转动并执行转向操纵。
不仅转向而且稳定程序干预在传统混合动力车辆中都消耗电流。在根据本发明的混合动力车辆10中现在在这些情况下产生电流。多余的能量在此存储在车载蓄电池42中。
在正常行驶时电动马达20、22也可作为发电机运行并且因此用于为负载40供电。因此，内燃机18的发电机30仅需施加覆盖电能的基本消耗的较低功率。因而发电机30可设计得较小并且较便宜。
在内燃机驱动的换挡过程中产生的力矩波动也可通过电动马达20、22的附加力矩减轻或补偿，由此改善了行驶舒适性。
在车载电网24或其部件发生故障时，两个电动马达20、22可进入紧急运行模式中。为此，两个电动马达20、22连接，即离合器48和/或开关52闭合。
在机械连接的情况下，可通过差速器46在第二车轴16的车轮12上产生不同的力矩，这导致围绕车辆竖轴的转矩并且因此导致转向力矩。因此，车辆在一定程度上保持可操纵性。
在电气连接的情况下，转向力矩可通过如下方式产生，即电动马达20、22之一作为发电机运行并且由此产生的电流通过接线50被供应到另一电动马达22、20。所述另一电动马达22、20通过电流作为马达运行并且于是驱动配置给其的车轮12。因此，在第二车轴16的其中一个车轮12上产生制动力矩并且在另一车轮上产生驱动转矩，从而产生转向力矩。
通过电气连接、即接线50也可部分补偿供电装置34的故障并且通过电动马达20、22再次建立两个在电缆束36、38之间的连接。
以这种方式在混合动力车辆10中实现了用于紧急情况的其它后备水平(Rückfallebene)。
图2示出本发明的第二种实施方式，其基本上相应于第一种实施方式。因此，下面仅讨论不同之处，并且相同和功能相同的部件设有相同的附图标记。
第二种实施方式与第一种实施方式的不同之处在于两个电动马达20、22之间的连接构造得不同。
在第二种实施方式中，混合动力车辆10包括两个电动马达蓄电池54，它们可构造为一个分体式蓄电池56的部件。例如这两个电动马达蓄电池54或者说分体式蓄电池56构成车载蓄电池42。
所述两个电动马达蓄电池54中的每一个电动马达蓄电池分别与电动马达20、22之一电气连接，从而每个电动马达20、22具有自身的电动马达蓄电池54。
两个电动马达蓄电池54也可直接与相配电动马达20、22的相应电缆束36、38连接。
此外，两个电动马达蓄电池54可彼此连接。为此，各电动马达蓄电池54作为整体、两个电动马达蓄电池54的各个电池单元可单独或作为电池单元组可彼此连接。
所述连接在此通过开关58、如半导体开关或接触器实现。如在第一种实施方式中所描述的，当两个电动马达20、22需要连接时，将开关58闭合。这两个电动马达蓄电池54因此连接并且用作两个电动马达20、22的共同的蓄电池。
以这种方式实现了两个电动马达20、22以及两个电缆束36、38之间的电气连接。该电气连接类似于第一种实施方式中的通过接线50的电气连接。
当然，两种实施方式的特征可任意彼此组合。尤其是也可在第二种实施方式中设置电动马达20、22的机械连接或电动马达20、22的通过接线50的电气连接。

Claims (11)

1.混合动力车辆，包括内燃机(18)、至少两个电动马达(20、22)、至少四个车轮(12)、控制单元(43)以及第一车轴(14)和至少一个第二车轴(16)，每两个车轮(12)分别配置给车轴之一，其中，内燃机(18)设置用于驱动第一车轴(14)的车轮(12)，每个所述电动马达(20、22)分别设置用于驱动第二车轴(16)的车轮(12)之一，所述控制单元(43)构造用于控制电动马达(20、22)，使得为了在转向操纵中回收能量，弯道内侧车轮(12)的电动马达(20、22)作为发电机运行，以便产生转向力矩，所述混合动力车辆(10)具有车载电网(24)，电动马达(20、22)通过电缆束与车载电网(24)电气连接，各所述电动马达(20、22)能通过具有开关(52)的直接接线(50)彼此连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述第一车轴(14)是混合动力车辆(10)的前轴并且第二车轴(16)是混合动力车辆(10)的后轴，或者所述第一车轴是混合动力车辆的后轴并且第二车轴是混合动力车辆的前轴。
3.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆(10)具有与车载电网(24)电气连接的负载(40)。
4.根据权利要求3所述的混合动力车辆，其特征在于，所述内燃机(18)具有发电机(30)，该发电机能将电流馈入车载电网(24)中。
5.根据权利要求3或4所述的混合动力车辆，其特征在于，所述车载电网(24)具有两个平行的电缆束(36、38)，所述电缆束从内燃机(18)的供电装置(34)分别延伸到电动马达(20、22)之一。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的混合动力车辆，其特征在于，各所述电动马达(20、22)能彼此直接机械连接。
7.根据权利要求6所述的混合动力车辆，其特征在于，各所述电动马达(20、22)能借助于轴(44)、离合器(48)和差速器(46)彼此机械连接。
8.根据权利要求6所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆(10)具有至少两个电动马达蓄电池(54)，其中每个电动马达蓄电池分别与电动马达(20、22)之一电气连接，所述电动马达蓄电池(54)的各个电池单元、电池单元组或全部电动马达蓄电池(54)能借助开关(58)连接。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆(10)具有至少一个车载蓄电池(42)，该车载蓄电池与车载电网(24)电气连接。
10.根据权利要求8所述的混合动力车辆，其特征在于，所述混合动力车辆(10)具有至少一个车载蓄电池(42)，该车载蓄电池与车载电网(24)电气连接。
11.根据权利要求10所述的混合动力车辆，其特征在于，所述至少两个电动马达蓄电池(54)是分体式蓄电池(56)的部分和/或构成所述至少一个车载蓄电池(42)。
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