用于混合动力驱动系统的扭矩叠加装置以及用于运行这种混合动力驱动系统的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种按照权利要求1所述特征的用于混合动力驱动系统的扭矩叠加 装置以及涉及一种用于运行具有按照本发明的扭矩叠加装置的混合动力驱动系统的方法。 所述混合动力驱动系统特别是适用于在轿车中的应用。
【背景技术】
[0002] 现有技术中大量地已知混合动力驱动系统。多数情况下，在所谓的混合并联结构 中设置有电机，使得该电机的驱动力矩可以接入到内燃机的输出轴。随后，内燃机和电机的 总力矩通过传动机构并由此引导到车辆的被驱动的输出轴上。在余热利用的情况下，力矩 流以相反的符号走向。由于电机与内燃机在传动机构之前的耦联，两个驱动总成（所述内 燃机以及所述电机）分别都在同一个挡位中运转。在当前市场上的混合动力车辆中，挡位 选择通常都针对内燃机的相应所得出的运行点。这里，所述电机常常不在优化的运行点运 转。由此，在功率方面或在能量方面带来缺点。
[0003] 其它的方案规定了驱动力矩的功率支路。为此，需要两个电机，其中一个发电机式 地运转而另一个电动机式地运转。由于功率支路而产生了能量损失。
[0004] 在现有技术中已知所述混合构造的优点和缺点。
[0005] 在DE10 2010 063 092A1中说明另一个方案。该方案中说明了一种具有扭矩叠 加装置的混合动力驱动系统，该扭矩叠加装置包括配设给电机的第一传动装置和配设给内 燃机的第二传动装置。每个传动装置都包括至少两个可交替选择的传动级。所述电机和内 燃机的力矩在所述两个传动装置之后在输出侧累加并且通过所述扭矩叠加装置的扭矩输 出端输送到车辆的差速器。在余热利用的情况下，力矩流以相反的符号走向。该拓扑结构 能实现：所述驱动总成可以彼此分开地接通。不过特别是在各个换挡过程期间在要求总功 率的情况下，考虑到牵引力或牵引力发挥（Zugkraftentfaltung)或者牵引力连续性，所述 拓扑结构还不是优化的。此外，该拓扑学在结构空间方面是耗费的。
【发明内容】
[0006] 本发明的任务在于，提出一种扭矩叠加装置，该扭矩叠加装置更好地解决了上文 所述的缺点。特别是应提出了一种扭矩叠加装置，该扭矩叠加装置能实现不仅内燃机而且 电机在其各自优化的运行点中的运转。此外，所述扭矩叠加装置应这样构造，使得消除由现 有技术已知的功率方面的或能量方面的缺点，特别是避免了不必要的能量损失。此外，所述 扭矩叠加装置应该在所需的结构空间方面进行优化。特别是还应该以高的能量效率提供一 种用于运行这种混合动力驱动系统的方法，所述混合动力驱动系统具有按照本发明的扭矩 叠加装置。
[0007] 按照本发明，所述任务通过按照权利要求1所述的扭矩叠加装置以及通过按照独 立权利要求15的方法来解决。本发明的其它有利的实施方案在从属权利要求中得出。
[0008] 按照本发明的扭矩叠加装置特别是用于使用在机动车用的混合动力驱动系统中、 特别是使用在轿车中。为此，所述混合动力驱动系统包括内燃机、电机以及按照本发明构成 的扭矩叠加装置，其中，借助所述扭矩叠加装置能够将内燃机的扭矩与电机的扭矩相叠加。 此外，该扭矩叠加装置在输出侧与车辆的输出装置连接。
[0009] 按照本发明实施的扭矩叠加装置具有第一扭矩输入端和第二扭矩输入端、一 个扭矩输出端以及第一传动装置和第二传动装置。电机能与第一扭矩输入端抗扭矩地 (drehmomentfest)親联，内燃机能与第二扭矩输入端抗扭矩地親联。第一扭矩输入端与第 一传动装置抗扭矩地相连接，第二扭矩输入端与第二传动装置抗扭矩地相连接。所述传动 装置分别在输出侧与所述扭矩叠加装置的扭矩输出端抗扭矩地耦联。
[0010] 本发明的突出的构思在于，原则上为每个驱动总成（电机和内燃机）都提供一个 自身的传动装置。在传动装置的输出端上才发射驱动总成的驱动力矩的累加。驱动力矩在 输出侧沿正的力矩流方向在各个传动装置之后的累加与由现有技术已知的混合动力驱动 系统相比有着非常明显的功能上的区别，在由现有技术已知的混合动力驱动系统中所述累 加通常在传动装置之前进行。输出侧的累加能实现：总成的相应接通的传动级可以彼此无 关地并且由此在总成方面优化地进行选择。
[0011] 第一传动装置包括至少两个可交替选择的传动级，第二传动装置包括至少一个可 交替选择传动级。
[0012] 按照本发明，所述第一传动装置为了实现所述至少两个可交替选择的传动级而包 括至少一个行星齿轮组，而第二传动装置为了实现所述至少一个可选择的传动级而包括至 少一个正齿轮组。
[0013] 已证明，通过第一传动装置侧上的行星齿轮组与第二传动装置侧上的正齿轮组的 组合可以在结构空间方面获得或实现扭矩叠加装置的非常有利的实施方式。此外，第一传 动装置的所述两个可交替选择的传动级在效率方面是非常有利的，这是因为行星齿轮组为 此带来了有利的情况。由此，能在效率方面优化地实现电动力矩由电机至输出装置的传输， 这导致装备有按照本发明所实施的扭矩叠加装置的车辆的电气行程得到提升。由于电存储 器、例如已知的锂离子存储器的储能密度相对较小，所以混合动力驱动系统的电路中的高 效率是特别有利的。已证明，有利的是，针对驾驶性能地将第一传动装置的第一传动级这样 设计为第一电动机挡位，使得能电动机式地实现所希望高的起动加速度；而有利地将第一 传动装置的第二传动级设计为第二电动机挡位，使得能电动机式地实现车辆的最高速度。 根据电机也有利的是，针对第二电动机挡位也选择更长的设计，以便通过电机的经优化的 运行点额外地开启效率潜力。
[0014] 所述行星齿轮组既可以是单排行星齿轮组也可以是扩展的行星齿轮组、例如拉威 娜式行星齿轮组。
[0015] 此外，具有至少一个正齿轮组的第二传动装置的实施方式在传动系设计的范围内 能实现正齿轮组传动的良好的可匹配性。由此，可以在第二传动装置的正齿轮组传动方面 针对其它车辆重量、针对内燃机的更高或更低的功率也或者针对车辆的更高或更低的最高 速度以低改型耗费来设计混合动力驱动系统。这种设计对于专业人员是熟悉的。
[0016] 在装备有仅一个可选择的正齿轮组的第二传动级中，符合目的地选择正齿轮组的 传动比，使得能够以该传动比实现车辆的最高速度。
[0017] 按照本发明的一种有利的进一步扩展方案，两个传动装置分别包括至少两个可交 替选择的传动级。于是，第二传动装置的第二传动级就可以符合目的地实施为高效挡位，也 就是说具有比第二传动装置的第一传动级更长的传动比。这导致混合动力驱动系统在内燃 机式运行的情况下的更高的效率。
[0018] 但按照本发明的另一种进一步扩展方案也有利的是，在行驶挡位或者甚至在起动 挡位方面，第二传动装置的第二传动级以比第二传动装置的第一传动级更短的传动比来实 施。
[0019] 以符合目的的方式，第二传动装置为了实现所述至少两个可交替选择的传动级而 包括至少两个正齿轮组，所述正齿轮组在本发明的一种优选实施方案中相继地设置在与第 二扭矩输入端相连接的输入轴上。因此，用于传动级可选择性的换挡元件可以在第二传动 装置的内部统一地得到实施。
[0020] 按照本发明的一种特别有利的实施方案，第一传动装置包括正好一个行星齿轮 组，其中，优选正好两个传动级能交替地选择。已证明，通常两个传动级就足以在按照本发 明构成的混合动力驱动系统中既在优化行驶性能方面又在全部行驶条件下的高效率方面 能够总成特定地选择电机的运行点。同时，对于第一传动装置的仅一个行星齿轮组的结构 空间需求非常小，从而可以非常紧凑地实施整个扭矩叠加装置。在驱动总成常规地横向设 置的情况下，这特别是对于混合动力驱动系统在结构空间非常有限的小型车中的集成是特 别有利的。
[0021] 有利的是，用于选择传动级的行星齿轮组符合目的地实施为具有至少一个能没有 动力中断地切换的摩擦制动器和/或摩擦离合器。这样。例如行星齿轮组的太阳轮就可以 利用摩擦制动器或摩擦离合器相对于壳体可制动地实施，从而在太阳轮制动的情况下使从 行星齿轮架相对于齿圈的运动形成一个传动级。基于摩擦制动器和/或摩擦离合器的没有 动力中断的切换能力，能实现没有牵引力中断的非常舒适且迅速的换挡过程。
[0022] 在本发明的一种特别有利的进一步扩展方案中，所述行星齿轮组为了实现所述至 少两个可交替选择的传动级中的其中一个传动级而能联锁（verblocken)。在行星齿轮组联 锁的情况下，整个齿轮组整体环绕运行，由此在行星齿轮组的内部不再发生啮合损失。这在 效率方面是非常希望的。相应地作为可联锁的传动级而选择如下传动级，所述传动级在车 辆运行中以最高能量生产能力挂入在行驶运行中。已证明，其大多数情况下是所述较长的 第二传动级。然而根据设计，也可以借助可联锁的行星齿轮组实现所述第一传动级。
[0023] 按照本发明的另一种符合目的的实施方案，为了实现所述至少两个可交替选择的 传动级中的另一个传动级，所述电机能与行星齿轮组的齿圈抗扭矩地耦联，行星齿轮组的 太阳轮能位置固定地、优选借助能没有动力中断地切换的摩擦制动器与扭矩叠加装置的壳 体耦联，并且行星齿轮组的行星齿轮架与扭矩输出端抗扭矩地耦联。在行星齿轮组的相应 地设计的停车传