混合动力车的制作方法

专利名称：混合动力车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合动力车，该混合动力车具有至少一台电力机器，其中该电力 机器在一个驱动阶段的过程中被提供作为一台内燃发动机的至少一个额外驱动。
背景技术：
混合动力车通常配备有一台内燃发动机以及一台电力机器，其中，该内燃发动机 通常可以仅仅是或者给一个电能量储存器(如，一个车辆电池)充电(串联式混合动力)， 或者被机械地连接到一个驱动轴上(并联式混合动力)，或者二者兼备。为了在此能够降低 混合动力车的燃料消耗或能量消耗，当该车辆在进行制动时，该电力机器被用作一台发电 机并且因此对电能量储存器进行充电。因此，该电力机器起到了一个电动式制动器的作用 并且回收了能量。此外，这减小了混合动力车的制动衬片(这允许由于磨损的更换)上的 磨损、并因此减少了维修成本。在此之外或对此可替代地，它有可能提供该电力机器作为一 台电动机的一种至少是附加的运行模式。其结果是，除了由内燃发动机对混合动力车进行 驱动之外，一种额外的电力驱动(助推)是有可能的。此外，可以由该电力机器来提供一种 完全电动的行进，例如，在对排放有限制时在短距离上进行。具体地讲，不但纯粹地电动的行进而且回收对应量值的电能以及充分的助推都要 求一种足够大小的电力机器。然而，这个电力机器要求相应的安装空间，增加了车辆的重量 并且作为结果还影响了它的运动动力学。

发明内容
本发明的目的是补救这一问题。这个目的是通过独立专利权利要求1以及2的特征来实现的。从属权利要求说明 了本发明的多个有利的实施方案以及多种发展。在具有一台后置的内燃发动机、一个电能量储存器以及至少一台电力机器(其中 该内燃发动机驱动后轴)的一个混合动力车中，在距后轴的一个距离处(具体是在该前轴 的区域中)提供了通常体积大的而且沉重的电力机器提供了多个优点。由于事实上沉重 的电力机器没有额外地增加内燃发动机以及变速器的重量(该变速器造成在后轴上的加 载)，这导致该混合动力车的一种更加平衡的重量分布。此外，获得了额外的安装空间并且 该安装空间的大部分已被该内燃发动机以及变速器所占据，在后轴的区域中不必额外地容 纳体积大的电力机器。因此，一台电力机器的对应安排可以单独地进行选择，以便优化运动 动力学并且利用该混合动力车的安装空间。此外，由于事实上前轴的一个至少是电动性的 驱动可以更简单地来实施，并且由于事实上它使之有可能使这些机械部件(如，被放置距 该电力机器一个距离处的多个轴)通过该内燃发动机而用于相应的四轮驱动，因此本发明 提供了用于混合动力车的一种模块式的四轮驱动的基础。最后，本发明在带有一个后置的 内燃发动机的混合动力车中在前轴处提供了的能量回收的选择，由于相对大的车轮负载， 该选择与在后轴处相比是更加有利的。
在一种混合动力车中会获得相同的优点，如果该混合动力车具有一台前置的内燃 发动机、一个电能量储存器、以及至少一台电力机器，该电力机器被提供作为一台发电机， 该发电机在一个能量回收阶段的过程中对该电能量储存器进行充电，并且在一个驱动阶段 的过程中被对应地提供作为该内燃发动机的至少一个额外的驱动，其中如果该电 力机器或 每台电力机器被提供在距该前轴的一个距离处(具体是在该后轴的区域中)，则该内燃发 动机对该混合动力车的前轴进行驱动。在以下的文字中，在每种情况下仅考虑第一独立专利权利要求。然而，通过在文字 对后轴与前轴或后置的与前置的内燃发动机对应地进行交换，将以一种相似的形式对应地 获得第二独立专利权利要求。在本发明的一个第一优选实施方案中，该至少一台电力机器被提供在距该变速器 一个距离处的变速器的输入轴上。在此，由于事实上沉重的电力机器在非驱动轴的方向上 被移位，该混合动力车的重量分配得到优化。该内燃发动机可以有利地由该电力机器(或 者在静止状态中或者在行进过程中)起动。此外，一种对应的配置(特别是该变速器输入 轴的长度)允许该电力机器以一个特别简单的方式放置在该混合动力车的一个希望的并 且可供使用的安装空间中。通过该后轴的能量回收是有可能的，并且通过到该后轴上的变 速器输入轴的助推以及电动行进是有可能的。此外，通过该电力机器以及该变速器输入轴， 该内燃发动机的负载点的移动是有可能的。在这种情况下，于是一种至少是任选的、常规的全轮驱动(即通过该内燃发动机) 有利地是有可能的。为此目的，使该变速器输入轴延伸越过该电力机器远至该前轴的区域 并且通过一个离合器以及车轴齿轮传动被机械地连接到其上。其结果是，当该变速器被穿 通连接时(“直接的”，即既不增加也不降低并且因此消除了齿轮传动的损失)，可以通 过该内燃发动机而引起该前轴的驱动。通过将该车轴齿轮传动效率水平考虑在内，于是它 有可能或者使用后轴或者使用前轴和后轴二者用于回收、用于助推以及用于电动行进的目 的。如果一台分离的电力机器通过一个对应的离合器而分配给前轴的每个车轮，于是 将获得进一步的优点。进而，通过该前轴齿轮传动(差速器)产生了到该变速器输入轴的 连接。其结果是，在该前轴的电动“扭矩矢量分配(torque vectoring) ”(通过对每一车轮 专门的扭矩分配控制车辆运动动力学的可能性)成为可能，在这种情况下可以调整在差速 器上的基本锁定扭矩。在本发明的一个第二有利的实施方案中，该至少一台电力机器被连接到混合动力 车的前轴上。在前轴与电力机器之间的运转连接具体地提供的优点是通过该前轴的回收变 得有可能，该前轴处的车轮负载大于后轴处，并且因此可回收的能量同样大于后轴处的。这 还引起对应的释放在这些前轴制动器上的负载。此外，因为在相对高的加速值下驱动扭的 分配是由该后轴上的内燃发动机所支配的(通常后轴上的内燃发动机与前轴上的电力机 器相比给予了更大的尺寸)，所以获得了优良的车辆运动动力学。因此，在电动行进(即在 相当小的加速度值和/或驱动扭矩)的情况下，就车辆运动动力学的考虑而言，一种前轴驱 动也是可能的。在本实施方案中，混合动力车的内燃发动机额外地具有一个小齿轮、曲轴或作为 第二电力机器的皮带驱动的起动器/发电机，用于处于静止状态以及行进过程的电动机的状态。本实施方案通过该前轴已经允许全部的混合动力功能，具体的是能量回收、助推以及电动行进。一个小齿轮、曲轴或作为第二电力机器的皮带驱动的起动器/发电机的使用还 允许作为一个额外优点的一种串联式混合运行模式。如果在前轴与内燃发动机(即到该后轴)之间没有提供机械连接，则获得了一种 特别节省空间的实施方案。这可以通过一台单独的电力机器来实现，该电力机器通过一个 车轴齿轮传动被连接到前轴上。因此它有可能将一个分离的电力机器提供给前轴的每个车 轮。因为这两台电力机器不是必须具有彼此间的一个连接，通过可能消除车轴齿轮传动而 获得了重量的节省。此外，使用两台电力机器允许在该前轴上的电动“扭矩矢量分配”。如果内燃发动机被机械地(即通过一个轴)连接到混合动力车的前轴上，则一种 常规的全轮驱动(即通过该内燃发动机)成为可能。在这种情况下，常规的全轮驱动还可 以通过提供一个离合器被任选地换档。与除了通过内燃发动机对后轴进行驱动之外的纯粹 的前轴电动驱动相比，在此常规的全轮驱动在特定的运行范围内提供了一个更好的效率水 平，例如像恒速行进。通过将车轴齿轮传动的效率水平考虑在内，现在有可能或者使用前轴 或者使用后轴以及前轴二者来用于能量回收、用于助推以及用于电动行进。在此，还可以提 供一台分离的电力机器，该电力机器或者平行于该前轴或者平行于在该内燃发动机与该前 轴之间的轴；或者一台分离的电力机器可以被提供用于前轴的每个车轮。对于所有说明的 变体，有利地提出在一台对应的电力机器与一个连接的、旋转质量(例如像一个变速器轴) 之间提供一个额外的离合器这使之有可能一方面通过消除该电力机器的空转供能来获得， 否则的话这将是必要的，以便当该电力机器被卸载时来克服机械阻力。当该混合动力车自 由地转动(“滑行”)时，为此目的提供了该卸载电力机器的断开连接。另一方面，用于一 个具体的运行范围(例如相对低转速的范围)的该电力机器特别调整是有可能的。在该范 围之外，例如在相对高的转速范围中，将提供该电力机器的断开连接以便(例如)避免该电 力机器的损坏，或者以便通过在传动系中消除惯性力矩来获得一种节省。因此，当一台单独 的电力机器被安排在变速器输入轴上或者被安排在连接到变速器上的一个轴上时，于是在 该电力机器与该变速器之间提供这样一个额外的离合器。当存在用于前轴的每个车轮的 一台分离的电力机器时，这样一个额外的离合器将会对应地提供在该电力机器与该车轮之 间。当该电力机器不再被加载或者如果一个特定的运转参数移到一个可预定的运行范围之 外时，将提供一种对应的方法使额外的离合器被打开。因此，当该电力机器被再次加载或者 如果一个特定的运转参数进入一个可预定的运行范围时，该额外的离合器于是将被关闭。
具体实施例方式现在将参见附图对本发明予以更详细地说明。

图1至图3示出了本发明的第一实施方案的三个不同的版本。在本实施方案中， 该至少一台电力机器E1、E2被始终提供在内燃发动机V的变速器输入轴GEW上。在从车辆 的静止状态以及行进过程中(例如在自由转动或电动行进阶段之后)内燃发动机V都是由 电力机器E1、E2来起动。因此当内燃发动机V起动时在内燃发动机V本身上不需要一台分 离的电力机器，这在混合动力车中就安装空间以及重量的改进分配而言产生了多个优点。图1示出了一种解决方案，该解决方案在结构方面特别简单，其中仅提供了电力 机器El到由内燃发动机V驱动的后轴上的机械连接。这已经导致了一种完全的混合动力功能性。因此，通过变速器输入轴GEW以及电力机器E1，内燃发动机V的负载点的移动是有 可能的。通过电力机器El (作为一台电动机被驱动)，在变速器输入轴GEW上的助推是有可 能的，并且借助该后轴通过作为一台发电机运行的电力机器，能量回收是有可能的。通过使 用变速器G的电力机器El在后轴上的电动行进也是有可能的。在此情况下，额外地有可能 的是在电力机器El与变速器G之间在变速器输入轴GEW上提供一个离合器。所述离合器 允许将电力机器El断开连接，以便通过消除空转供能来获得一种节省并且以便执行用于 一个特定运行范围(如低速)的更好调整。图2示出了本发明的第一实施方 案的一个发展，其中额外地提供了一个常规的全 轮驱动，这就是说由一台内燃发动机提供动力的全轮驱动。然而，在这种配置中，只有当变 速器G被改变到直接档的速度(即如果既不存在加速也不存在减速)时这才是有可能的。 与图1中所展示的配置相比较，出现的进一步的区别是，通过处于直接档速的两个轴，助推 或能量回收以及电动行进于是也是可能的。进而，还有可能的是在电力机器El与变速器输 入轴GEW上的变速器G之间提供一个离合器，以便通过消除空转供能来获得一种节省并且 以便对应一个特定运行范围进行电力机器的更好的调整。图3示出了本发明的第一实施方案的一个不同的版本。在此，提供了两台电力机 器El、E2并且它们被分配给前轴的对应车轮。将车轴齿轮传动的效率水平考虑在内，或者 通过后轴或者通过两个轴的助推、能量回收以及电动行进都是有可能的。此外，存在着在前 轴提供电动“扭矩矢量分配”的可能性，在这种情况下，可以设置车轴齿轮传动(差速器)处 的基本锁定扭矩。为了在车辆的静止状态中起动内燃发动机V，将离合器Kl和K2打开，将 离合器KO关闭并且用两个电力机器El和E2将内燃发动机V拖动起动。在电动行进的情 况下，将离合器Kl和K2关闭并且将离合器KO打开。于是为了起动内燃发动机V，将离合器 KO关闭并且同时起动两个电力机器El和E2，从而产生用于内燃发动机V的驱动扭矩/起 动扭矩。图4至图7各自示出了本发明的第二实施方案的特定配置，其中，该至少一台电力 机器E1、E2被连接到前轴上。为了起动内燃发动机V，将一个起动机/发电机SG对应地提 供作为用于车辆静止状态以及行进过程中的另一台电力机器。其结果是，存在至少两台电 力机器E1、E2，其结果是可以形成一种串联的混合驱动。图4示出了本发明的第二实施方案的一种配置，其中，在前轴与后轴之间没有机 械连接。一个分离的电力机器E1、E2被分配给前轴的每个车轮上，使电动“扭矩矢量分配” 成为可能。通过这些前轴，助推、能量回收以及电动行进各自是可能的。内燃发动机V的负 载点的移动可以通过这些车轮来实现，这就是说通过在前轴“制动，，或者通过内燃发动机V 的起动器/发电机SG来实现。在每一情况下，借助于电力机器El与E2之间的一个离合器 以及所分配的这些车轮，通过消除一个对应的电力机器El、E2的空转供能可以获得一种节 省。图5示出了本发明的第二实施方案的一种配置，其中，除了图4所示的配置之外， 在该混合动力车的后轴与前轴之间提供了一种机械连接。这使之有可能形成一个常规的 全轮驱动，这就是说由一台内燃发动机提供动力的全轮驱动。对于一种任选的(这就是说 可换档的)全轮驱动，在此情况下有可能在前轴与后轴之间的轴上提供一个离合器。通过 万向节轴、离合器以及车轴齿轮传动的内燃发动机V的负载点的移动是可能的，并且是受制于齿轮传动/车轴齿轮传动的效率水平。或者通过该前轴或者通过该前轴以及后轴的助 推、能量回收以及电动行进是可能的，在此情况下这受制于车轴齿轮传动的效率水平。
图6和图7示出了两种配置，这两种配置是图5的替代方案并且它们各自提供了 仅仅一台电力机器El而不是两个。这允许一种更简单的机械结构，但是在该前轴处不再存 在电动“扭矩矢量分配”的可能性。虽然根据图6提供了在前轴上并且与之平行的电力机 器El的一种安排，但在图7中存在的可能性是将电力机器El安排在变速器G与前轴的车 轴齿轮传动之间的轴上。在这种情况下，进而有可能在电力机器El与变速器G之间提供一 个离合器，其目的是为了将电力机器El断开连接以便通过消除空转供能而获得一种节省 并且以便对一个特定运行范围进行更好的调整。
权利要求
一种混合动力车，该混合动力车具有一台后置的内燃发动机、一个电能量储存器、以及至少一台电力机器，该电力机器被提供作为一台发电机用于在一个能量回收阶段的过程中对该电能量储存器进行充电、并且在一个驱动阶段的过程中被对应地提供作为该内燃发动机的至少一个额外驱动，其中该内燃发动机驱动该混合动力车的后轴，并且其中该电力机器或每台电力机器被提供在距该后轴的一个距离处，具体是在该前轴的区域中。
2.一种混合动力车，该混合动力车具有一台前置的内燃发动机、一个电能量储存器、以 及至少一台电力机器，该电力机器被提供作为一台发电机用于在一个能量回收阶段的过程 中对该电能量储存器进行充电、并且在一个驱动阶段的过程中被对应地提供作为该内燃发 动机的至少一个额外驱动，其中该内燃发动机驱动该混合动力车的前轴，并且其中该电力 机器或每台电力机器提供在距该前轴的一个距离处，具体是在该后轴的区域中。
3.如权利要求1或2所述的混合动力车，其中，该至少一台电力机器被提供在距该变速 器一段距离处的该变速器的输入轴上。
4.如权利要求3所述的混合动力车，其中，该变速器输入轴被对应地延伸到远至该前 轴或后轴的区域、并且通过一个离合器以及车轴齿轮传动被机械地连接到其上。
5.如权利要求4所述的混合动力车，其中，一台分离的电力机器通过一个对应的离合 器被对应地分配给该前轴或后轴的每个车轮。
6.如权利要求1或2所述的混合动力车，其中，该至少一台电力机器被对应地连接到该 混合动力车的前轴或后轴上。
7.如权利要求6所述的混合动力车，其中，该电力机器通过一个车轴齿轮传动被对应 地连接到该前轴或后轴上。
8.如权利要求6所述的混合动力车，其中，一台分离的电力机器被对应地提供给该前 轴或后轴的每个车轮。
9.如权利要求7或8所述的混合动力车，其中，该内燃发动机被对应地机械地连接到该 混合动力车的前轴或后轴上。
10.如以上权利要求之一所述的混合动力车，其中，一个额外的离合器被提供在该电力 机器、或每台电力机器与一个连接的旋转质量之间。
全文摘要
一种混合动力车具有一台后置的内燃发动机、一个电能量储存器、以及至少一台电力机器，该电力机器被提供作为一台发电机用于在一个能量回收阶段的过程中对该电能量储存器进行充电，并且在一个驱动阶段的过程中对应地提供作为用于该内燃发动机的至少一个额外驱动，其中该内燃发动机驱动该混合动力车的后轴，并且其中该电力机器或每台电力机器是提供在距该后轴的一个距离处，具体的是在该前轴的区域中。
文档编号B60K6/52GK101970272SQ200880022298
公开日2011年2月9日 申请日期2008年5月23日 优先权日2007年7月6日
发明者D·克拉克斯纳, M·弗赫特纳 申请人:F.波尔希名誉工学博士公司