混合动力驱动系和具有该混合动力驱动系的车辆的制作方法

本发明涉及一种混合动力驱动系、优选用于机动车的混合动力驱动系以及一种具有这种混合动力驱动系的机动车。

背景技术：

由现有技术已知用于机动车的混合动力驱动系，在所述混合动力驱动系中设置有内燃机(通常是汽油发动机或者柴油发动机)和电机，其中，所述电机设置成经由其从动部(通常是两个驱动轮)驱动机动车。所述电机在此并联或者串联连接。在并联-串联-混合动力的情况下，所述电机设置成用于独立地驱动机动车，但同时也能够将扭矩从内燃机输出给从动部。在一些应用中，安装空间极其有限，并且看起来有利的是使用尺寸过小以至于无法在任何情况下都提供起动所需的扭矩的电机。例如，由于这种尺寸设置，电机的扭矩在斜坡上起动时是不够的。为此考虑将内燃机附加地用于起动或者仅用于起动。为了实现这一点，使用所谓的变矩器(torqueconverter)。在一种实施方式中，这种变矩器在发动机侧具有第一叶轮，在从动侧具有第二叶轮，其中，能够仅借助于处于旋转中的液体将扭矩从第一叶轮传递到第二叶轮。即使由此效率相对较低，但由此也能够在小的安装空间上利用少量部件实现柔和的起动。此外，在这种配置中，所述电机设置为主驱动器，并且只有当电机的扭矩不足时，内燃机才以替代或者辅助的方式介入。当可用安装空间特别小时，所述电机还用作发电机，以便给蓄电池再次充电。在此期间，仅能够借助于内燃机以及仅以扭矩的一部分进行驱动。替代地，不设置发电机，并且蓄电池作为插电式混合动力装置仅能够通过外部能量源、即通过插座充电。

所追求的是，即使可用安装空间非常小，也能够使用尽可能多的基本上可用的驱动源。

技术实现要素：

由此出发，本发明所基于的任务在于，至少部分地克服现有技术中已知的缺点。根据本发明的特征由独立权利要求得出，在从属权利要求中说明独立权利要求的有利的构型。权利要求的特征能够以任意在技术上有意义的方式结合，其中，为此也能够参考下文的说明书中的阐述以及附图中的特征，附图包括本发明的补充构型。

本发明涉及一种混合动力驱动系，其至少具有如下部件：

-内燃机，该内燃机具有驱动轴用于输出扭矩；

-发电机，该发电机具有发电机轴用于将扭矩转换为电能；

-电机，该电机具有转子轴用于输出扭矩；

-传动机构，该传动机构设置成用于传动所述驱动轴的扭矩和所述转子轴的扭矩；

-从动部，该从动部作为由所述内燃机和/或所述电机输入的扭矩的消耗器；和

-至少一个分离离合器，用于接入和切断从所述驱动轴到所述从动部的扭矩传递。

所述混合动力驱动系的特征主要在于，所述发电机布置在所述驱动轴与所述传动机构之间的扭矩流中。

在这里提出的混合动力驱动系中，设置有带有能够围绕内燃机轴线旋转的驱动轴(例如曲轴)的内燃机、带有能够围绕发电机轴线旋转的发电机轴的发电机和带有能够围绕转子轴线旋转的转子轴的电机。所述内燃机和电机共同通过传动机构、例如齿轮分级传动机构与从动部连接。在机动车中，所述从动部例如形成一驱动轮、优选共同的轮轴(即例如前轴或后轴)的两个驱动轮，或者也优选以能够接入和能够切断的方式形成全轮驱动的所有车轮。

根据一种有利的实施方式，所述电机在输入侧直接以法兰连接到传动机构，从而实现在轴向上节省安装空间的布置。

所述传动机构实施为具有固定的传动比或者具有可变的、例如可切换的传动比。驱动轴和转子轴连接到传动机构的共同的输入侧，用于输出扭矩。特别优选地，驱动轴和转子轴彼此对齐地定向。在一种实施方式中，转子轴附加地具有优选为刚性的变速传动机构(例如行星齿轮传动机构)，借助于该变速传动机构，内燃机和电机的转速范围被转移到相同的范围内。

在这里提出的混合动力驱动系具有至少一个分离离合器，其能够实现将内燃机与从动部之间的扭矩传递中断。因此，不必持久地携动内燃机的巨大惯性质量，并且能够实现纯电动行驶。

现在，在这里提出，所述发电机布置在驱动轴与传动机构之间的扭矩流中。该发电机例如以其发电机轴线与内燃机轴线平行地布置，例如作为皮带起动器发电机。在一种优选的实施方式中，发电机与驱动轴同轴地布置。与开头提到的具有变矩器的变型方案相比，所述发电机以安装空间中性的方式代替变矩器使用。如果电机的扭矩不足，则能够接入内燃机，因此，能够仅由内燃机将所需的扭矩输出给从动部，或者能够输出辅助扭矩，该辅助扭矩与电机的扭矩一起通过共同的传动机构被引入到从动部。另外，借助于分离离合器能够实现切换状态，该切换状态在下文中进一步说明，在该切换状态中将内燃机脱联。

根据一种有利的实施方式，所述发电机也能够作为电驱动发动机运行。因此，在扭矩输出运行中，附加于内燃机的扭矩还或者仅(根据分离离合器的布置)能够由发电机输出辅助扭矩，该辅助扭矩通过共同的传动机构引入到从动部。

根据一种有利的实施方式，设置有唯一的分离离合器。该分离离合器根据下文说明实施为第一分离离合器或者第二分离离合器。因此，应指出的是，术语“第二分离离合器”并不意味着必须设置有第一分离离合器。除非另有明确指示，在说明书中使用的序数词仅用于明确区分，并不表示所描述部件的顺序或者次序。

根据所述混合动力驱动系的一种有利的实施方式，分离离合器中的第一分离离合器相对于发电机布置在内燃机侧，并且借助于所述分离离合器能够中断驱动轴与发电机轴之间的扭矩传递，其中，优选地，所述第一分离离合器与发电机在轴向上重叠地连接。

在这种有利的实施方式中，所述分离离合器布置在内燃机侧，即布置在驱动轴与发电机的发电机轴之间。因此，虽然内燃机能够与从动部脱联，但发电机轴却持久地与从动部连接。因此，只有当驱动轴同时与从动部连接时，才能够借助于内燃机和发电机的共同作用实现充电运行。然而，也可能的是，由发电机的阻力矩接收在内燃机侧产生的扭矩用于产生充电电压，从而不将或者仅部分地将内燃机的扭矩输出给从动部。

根据一种特别有利的实施方式，发电机能够作为电驱动发动机运行，从而不将或者不仅仅将内燃机设置成用于输出(辅助)扭矩，而是发电机作为电驱动发动机也能够输出(辅助)扭矩。如果所述分离离合器是唯一的分离离合器，则该分离离合器优选实施为摩擦离合器、例如多片式离合器，从而使得一方面发电机轴不必与驱动轴同步，另一方面，尽管驱动轴有最小转速(例如空转转速)，但也能够实现相对柔和的扭矩增加。此外，所述摩擦离合器适合于通过作为起动器发电机的发电机起动，其中，所述驱动轴能够通过该摩擦离合器打滑地起动。

根据所述混合动力驱动系的一种有利的实施方式，相对于发电机在传动机构侧布置分离离合器中的第二分离离合器，借助于所述第二分离离合器能够中断内燃机与传动机构之间的扭矩传递。

应再次指出的是，术语“第二分离离合器”并不意味着必须设置有第一分离离合器。根据一种实施方式，所提出的第二分离离合器是内燃机与传动机构之间的扭矩流中的唯一的分离离合器。

在这种有利的实施方式中，所述分离离合器布置在传动机构侧，即布置在发电机的发电机轴与传动机构的输入侧之间。

因此，所述第二分离离合器现在相对于发电机布置在传动机构侧。也就是说，所述发电机能够借助于该第二分离离合器与传动机构脱联，却不能借助于该第二分离离合器与驱动轴脱联。该第二分离离合器能够实现借助于内燃机给蓄电池充电，同时能够借助于电机将扭矩输出给从动部。在此，在相应的电线路布置的情况下，当蓄电池没电或者由于调节技术的原因不能输出有效电压时，也能够电动地继续行驶。这能够通过下述方式实现：借助于内燃机的运行将在发电机处产生的电压(至少部分地)直接输出用于给电机供电。如果第二分离离合器闭合，则能够借助于内燃机和发电机(即电驱动发动机)仅驱动从动部，或者能够助力，即在通过电机的转子轴输出扭矩的同时输出辅助扭矩。还可能的是，借助于内燃机将一部分扭矩提供给从动部，并且通过发电机分担一部分扭矩，用于给蓄电池充电。

根据所述混合动力驱动系的一种有利的实施方式，所述驱动轴仅间接地通过能脱联的发电机轴与缠绕式传动机构连接。

根据这种有利的实施方式，内燃机的驱动轴仅间接地通过发电机轴与传动机构连接。为此，优选地，所述发电机轴与所述驱动轴同轴地布置。这种布置允许特别小的构造方式，并且尽管如此仍利用所述至少一个分离离合器满足(如开头所述那样的)期望扭矩走向。

根据一种优选的实施方式，不仅设置有第一分离离合器，而且设置有第二分离离合器，即在扭矩流中在发电机的左侧和右侧设置。因此，不仅能够在将扭矩从转子轴输出到从动部期间进行充电，而且能够实现纯电动助力，即借助于与内燃机脱联的、能够作为电驱动发动机运行的发电机实现纯电动助力。

根据所述混合动力驱动系的一种有利的实施方式，根据上述说明的第一和第二分离离合器在扭矩流中布置在发电机之前和之后。优选地，所述第一分离离合器和/或所述第二分离离合器是形状锁合的离合器或者是形状-力锁合的离合器。

在这种有利的实施方式中，至少一个分离离合器实施为形状锁合的扭矩离合器，从而待连接的轴必须至少在一窄的角速度范围内彼此同步。例如，所述分离离合器实施为爪式离合器。特别优选地，所述分离离合器以形状-力锁合的方式实施，例如实施为所谓的楔块式离合器(wedgeclutch)。楔块式离合器具有毂锥体和(倒圆的)多边形携动锥体，该携动锥体能够优选利用实施为实心体弹簧的、对应实施的接收锥体轴向地导入。在这种楔块式离合器中，能够切换20至30转/分钟(转每分钟)的相对转速，因为嵌接部不是以纯形状锁合的方式、而是以力锁合的方式形成。

因为能够自由调节发电机的转速，所以驱动轴和/或传动机构的输入侧之间的相对转速能够调节为零或者至少能够使其足够接近于零，从而能够在(几乎)任意状态下切换这种分离离合器。因此，在大的相对转速时允许打滑的分离离合器不是必须的。在线路布置方面，(确实)形状锁合的分离离合器明显更不费事。

根据一种实施方式，内燃机侧的(第一)分离离合器和传动机构侧的(第二)分离离合器是(力-)形状锁合的离合器。因为发电机在其转速上能够精细匹配地操控，所以当转速作用在第二分离离合器上时也能够实现同步。

在一种替代的实施方式中，所述第一分离离合器实施为(力-)形状锁合的离合器，而所述第二分离离合器实施为摩擦离合器，其中，发电机轴被带到驱动轴的所需转速。借助于所述第二分离离合器，作用在驱动轴(和传动机构轴)上的转速常规能够通过摩擦离合器相对柔和地引入到从动部。

在另一种替代方案中，两个分离离合器都实施为(力-)形状锁合的离合器，其中，优选地，所述两个分离离合器中的至少一个实施为楔块式离合器。如果在传动机构输出侧、即在传动机构与从动部之间设置有另外的打滑的离合器(例如摩擦离合器或滑动离合器)或者变矩器，则在从动部不会感受到不期望的突然扭矩升高。

但是，在具有发电机轴或者第二分离离合器的在传动机构侧的离合器对之间的刚性连接的实施方案中，如下线路布置也是可能的，在所述线路布置中，不期望的突然扭矩升高不会传递到从动部。例如，将所述第二分离离合器断开，以便借助于(起动器)发电机起动内燃机。替代地，设置有单独的起动器并且将所述第一分离离合器断开。当所述第二分离离合器闭合，而驱动轴借助于所述第一分离离合器与发电机轴断开时，一旦该驱动轴达到与从动部(大致)相同的转速，该第一分离离合器就闭合。替代地，所述第二分离离合器保持打开，而所述第一分离离合器从起动时刻起或者从稍晚的(与从动部无关地同步的)时刻起保持闭合。当在传动机构输入侧与发电机轴之间达到转速平衡时，才闭合第二分离离合器。传动机构输入轴的转速能够以能够通过电机精确操控的方式来调设和/或能够通过电发动机制动器来调设(回收)。在此，能够快速地实施切换过程，使得驾驶员从转速平衡中不会有所察觉。为了在应该传递扭矩时避免可切换的正齿轮传动机构的、在中间连接在(优选刚性的)扭矩系中的齿对处于齿对齿位态中，借助于电机和/或发电机能够在引入期望的(较大的)扭矩之前进行缓慢的和/或低扭矩的转动，从而使得所述齿对在没有扭矩突变的情况下嵌接。

这种(力-)形状锁合的离合器具有如下优点：该离合器需要特别小的安装空间并且为了正常运行需要少量的附加部件。仅需要轴向调节设备、例如朝向压力源的可切换的压力阀，以便闭合或者打开分离离合器。

根据所述混合动力驱动系的一种有利的实施方式，所述传动机构在输出侧以不能松脱的方式与从动部连接。

在这种实施方式中，明确地与前述实施方式中的任一个兼容地，在传动机构的从动部侧未设置另外的分离离合器、尤其未设置摩擦离合器。在具有可变的传动比的传动机构中和/或在例如借助于电机和必要时附加地借助于作为电驱动发动机的发电机进行纯电起动时，以能够纯电控制的方式实现柔和的起动，进而无需通过持久地在中间连接的离合器、尤其摩擦离合器引起效率损失。因此，在电机与从动部之间形成刚性的转矩传递，其中，除了传动机构元件之外不产生效率损失。

根据所述混合动力驱动系的一种有利的实施方式，所述传动机构是缠绕式传动机构。

根据这种实施方式，在电机与内燃机之间设置有缠绕式传动机构，借助于该缠绕式传动机构能够调设可无级变化的传动比。这种缠绕式传动机构例如被称为cvt(英语：continuousvariabletransmission)。

由此，能够使用具有小的转速和/或小的转速跨度的电机，由此能够使用小的结构尺寸的电机。替代地，在缠绕式传动机构与电机之间连接有行星齿轮传动机构，从而使得与常规内燃机相比该电机的转速高同时扭矩小。所述行星齿轮传动机构将扭矩增大转化到期望值并且将转速减小转化到期望值，例如(在传动机构输入侧)在最大扭矩为250nm时可以使用3000转/分钟(每分钟三千转)至7000转/分钟的转速范围。由于少的齿对，在小的轴向安装空间上，行星齿轮传动机构允许大的转速降低，同时与正齿轮传动机构相比允许高的效率。

根据所述混合动力驱动系的一种有利的实施方式，在转子轴与传动机构之间的扭矩流中布置有第三分离离合器，并且所述转子轴在绕过缠绕式传动机构的情况下直接与从动部连接、优选以不能松脱的方式连接。

在这种有利的实施方式中，在转子轴与传动机构之间布置有第三分离离合器，借助于该第三分离离合器能够实现转子轴与传动机构输入侧的脱联。另外，借助于一直接挡能够实现将扭矩由电机直接传递到从动部，从而避免通过传动机构造成更大的效率损失。在电机与从动部之间这样形成的直接挡，或者设置成用于进行起动来增大可用扭矩，或者设置成用于(正常的)电动行驶，在所述电动行驶时，在驱动轮处要求相对高的转速，但不要求高的扭矩。对于相应的其他情况，经由闭合的第三分离离合器引导扭矩流经过传动机构。

所述第三分离离合器优选是如上所述的(力-)形状锁合的离合器。因此，在所述第三分离离合器能够闭合之前，转子轴首先与传动机构输入轴同步。

朝向从动部，转子轴在所述直接挡中优选借助于正齿轮级与特别小的效率损失相关联。所述转子轴在此优选通过该直接挡以不能松脱的方式与从动部连接。也就是说，在电机与从动部之间未设置另外的分离离合器。如果第三分离离合器闭合，则扭矩通过该直接挡进一步通至从动部。与此相关联的效率损失通过来自发电机的和/或内燃机的附加扭矩来补偿。

根据所述混合动力驱动系的一种有利的实施方式，所述电机和/或所述发电机能够沿两个转动方向运行。

根据这种实施方式，所述电机也能够反向运行。替代地或者补充地，所述发电机能够作为驱动发动机沿两个转动方向运行。由此，由于仅以电动方式就能够反向行驶，而不需要逆转传动机构。

在一种具有例如根据上文说明的缠绕式传动机构的优选实施方式中，为反向的转动方向设置有分离离合器、例如根据上文说明的第三分离离合器，从而仅沿一个方向运行所述缠绕式传动机构。这简化了缠绕式传动机构的设计，因为缠绕器件的相同的回行段始终形成负载回行段并且因此能够实现提高的效率。

根据另一方面，本发明涉及一种机动车，其包括根据上文说明的任一实施方式的混合动力驱动系，其中，从动部具有至少一个驱动轮。

具有混合动力驱动系的机动车由于具有多个单个的驱动部件而具有非常小的安装空间。因此，有利的是，使用小结构尺寸的混合动力驱动系或者使用具有部件的可灵活构型的布置的混合动力驱动系。

该问题在按照欧洲分类的小型车等级中变得尖锐。与较大的车辆等级的载客车相比，在小型车等级的载客车中所使用的功能单元未明显减小。然而，小型车中的可用安装空间却明显更小。在这里提出的混合动力驱动系能够紧凑地构型并且在部件的布置方面特别灵活。

优选地，发电机在轴向上重叠地与内燃机的驱动轴同轴布置。在整个混合动力驱动系中未设置变矩器并且优选地也未设置打滑的离合器。由此实现紧凑的构造和高的效率。此外，能够使用分离离合器的简单方案，利用该简单方案能够无打滑地调设所有期望的切换状态。

载客车根据例如尺寸、价格、重量和功率来分配车辆等级，其中，该定义根据市场需求经历了持续的变化。根据欧洲分类的小型车和微型车等级的车辆在美国市场中被分配给次紧凑型车(subcompactcar)的等级，并且在英国市场中它们对应于超级迷你(supermini)等级或城市车(citycar)等级。所述微型车的示例是volkswagenup！或者renaulttwingo。所述小型车的示例是alfaromeomito、volkswagenpolo、fordfiesta或者renaultclio。小型车等级中已知的全混合动力车辆是bmwi3、audia3e-tron或者toyotayarishybrid。

附图说明

在下文中，在相关技术背景下参考示出优选构型的附图详细阐述上述发明。本发明不以任何方式受到纯示意性附图的限制，其中，应注意的是，附图不是尺寸精确的并且不适用于定义尺寸比例。附图示出：

图1：具有以纵向布置的混合动力驱动系的机动车的示意图；和

图2：以横向布置的用于机动车的混合动力驱动系的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出具有混合动力驱动系1的机动车14，在该混合动力驱动系中，内燃机2和电机6以纵向布置定向，即以它们的内燃机轴线22和转子轴线24平行于机动车14的纵轴线21定向。在此，发电机轴线23也与内燃机轴线22和转子轴线24对齐地布置。电机6利用其转子轴7在输入侧与实施为缠绕式传动机构的传动机构8的第一锥盘对18连接，该传动机构借助于缠绕器件17和第二锥盘对19可无级变化地传递扭矩。在输出侧，传动机构8在这里借助于正齿轮传动机构30与从动部9连接。该从动部9在图示中包括差速器25，该差速器根据需要将扭矩分支到左前轮15和右前轮26。根据一种可选的实施方式，后轴、即左后轮27和右后轮28也可以作为从动部9接入或者可以持久地用于推进机动车14。在内燃机2或者其驱动轴3与输入侧的第一锥盘对18之间中间连接有发电机4，该发电机优选能够用作电驱动发动机。在此，在发电机轴5与驱动轴3之间设置有第一分离离合器11，根据一种实施方式，该第一分离离合器是力-形状锁合的分离离合器。在发电机轴5与输入侧的第一锥盘对18之间还设置有第二分离离合器12，该第二分离离合器例如实施为摩擦离合器。在一种优选的实施方式中，第一分离离合器11是摩擦离合器、例如在发电机的转子内同轴重叠的多片式离合器，而第二分离离合器12是(力-)形状锁合的离合器。特别优选地，两个分离离合器11、12都以(力-)形状锁合的方式实施。可选地，在这里在转子轴7与输入侧的第一锥盘对18之间设置有第三分离离合器13，其中，例如通过正齿轮传动机构，在转子轴7与从动部9之间形成一直接挡31(以虚线箭头示出)。在这里示出的示例中，所述混合动力驱动系1布置在驾驶室20前方或者部分地布置在驾驶室20下方。优选地，与实际的实施方式相比，该图示沿纵向方向伸展地示出，从而内燃机2和电机7位于驾驶室20前方。

图2中示意性地示出混合动力驱动系1，其设置成用于横向布置，其中，内燃机轴线22、转子轴线24以及在这里发电机轴线23也可以横向于纵轴线21布置在机动车14中(参见图1)。对应地，从动部9以差速器25的线路图表示。与此无关地，在混合动力驱动系1的在图1中示出的布置的另一种可选的替代方案中，在这里示出了传动机构8，该传动机构例如是可切换的分级传动机构。在这里也可以使用缠绕式传动机构。另外，与根据图1的实施方式不同，发电机4仅在传动机构侧具有第二分离离合器12(并且不如同图1中那样具有第一分离离合器11)。该第二分离离合器12能够实现借助于内燃机2对蓄电池充电，同时电机6将扭矩输出给从动部9。与此无关地，在混合动力驱动系1的在图1中示出的布置的另一种可选的替代方案中，驱动轴3还具有双质量飞轮29，该双质量飞轮减振扭矩振动，从而使得对应的振动负载不被传递到发电机轴5、传动机构8和从动部9。应指出的是，根据图1和图2的实施方式能够在上述实施方式的框架内组合成部件的其他组合，优选地，两个图示的可选特征可分别替换或者可单独补充。

利用在此提出的混合动力驱动系，在小的安装空间上，能够在调节切换状态的复杂性可控的情况下实现多种切换状态。

附图标记列表

1混合动力驱动系

2内燃机

3驱动轴

4发电机

5发电机轴

6电机

7转子轴

8传动机构

9从动部

11第一分离离合器

12第二分离离合器

13第三分离离合器

14机动车

15左前轮

16右前轮

17缠绕器件

18第一锥盘对

19第二锥盘对

20驾驶室

21纵轴线

22内燃机轴线

23发电机轴线

24转子轴线

25差速器

27左后轮

28右后轮

29双质量飞轮

30正齿轮分级传动机构

31直接挡