本發(fā)明涉及一種用于機動車的驅動系統(tǒng)。

背景技術：

在市場上的電動車輛的特征在于，所述電動車輛通過電池電量僅能形成小的續(xù)航里程。因此越來越多地提供具有增程器(REX)的系統(tǒng)。這通常是驅動發(fā)電機的傳統(tǒng)的往復活塞式內燃機。產(chǎn)生的電能或者直接地或者通過在電化學電池中暫存而間接地提供給驅動系統(tǒng)。在此，增程器用于產(chǎn)生電能，而不是用于直接驅動車輛。另外有所謂的插電式混合動力車輛(PHEV)。這些插電式混合動力車輛同樣具有電動機和往復活塞式內燃機。但是在此這兩個總成通常通過耗費的變速器耦聯(lián)，并且因此能夠直接驅動車輛。具有增程器的電動車輛是所謂的串聯(lián)式混合動力車輛。在此，內燃機不是直接用于牽引，而是通過發(fā)電機給蓄能器充電。在此產(chǎn)生能量轉換損耗，因為內燃機的機械功率通過發(fā)電機才轉換成電功率，并且緊接著電功率又通過牽引電動機轉換成機械功率。如果產(chǎn)生的電能被暫存，那么在此還必須考慮蓄能器的效率。

在插電式混合動力車輛中，內燃機雖然能直接驅動車輛，但是為此大部分情況下需要非常復雜的變速器，以便使內燃機的特性適配于行駛目的。這些變速器大部分情況下是沉重的并且需要很多結構空間。

由DE10012221A1已知一種具有一個內燃機和兩個電機的混合動力車輛，該內燃機用于驅動第一車軸，并且所述電機用于驅動第一車軸和另一個車軸。

技術實現(xiàn)要素：

由現(xiàn)有技術出發(fā)，本發(fā)明的目的是，提供一種改進的用于機動車的驅動系統(tǒng)。

該目的通過一種按獨立權利要求1的用于機動車的驅動系統(tǒng)以及通過針對方法的獨立權利要求13解決。具有按本發(fā)明驅動系統(tǒng)的車輛在權利要求12中提出。其他有利的結構在從屬權利要求中給出。

按一個方面，按本發(fā)明的用于機動車的驅動系統(tǒng)具有：內燃機驅動的和電動機驅動的第一輪對；電動機驅動的第二輪對；與第一輪對耦聯(lián)的內燃機；能作為電動機運行的發(fā)電機，該發(fā)電機與內燃機和第一輪對耦聯(lián)；以及電動機，該電動機與第二輪對耦聯(lián)并且設置成用于將由發(fā)電機產(chǎn)生的能量轉換成機械能。另外設有行星齒輪傳動裝置，內燃機通過該行星齒輪傳動裝置與發(fā)電機和第一輪對耦聯(lián)。

電動機和發(fā)電機優(yōu)選構成為異步電機(ASM)或持久激勵的同步電機(PSM)。因此這兩者不僅可以作為用于產(chǎn)生能量的發(fā)電機運行而且可以用于產(chǎn)生轉矩地運行。

內燃機通過行星齒輪傳動裝置與發(fā)電機和輸出裝置耦聯(lián)。通過這種布置可以將變化的機械功率傳遞到輸出裝置上。在此，內燃機和發(fā)電機的轉速可變化。這種自由度允許由發(fā)電機提供的電功率尤其靈活地適配于車載電網(wǎng)需求。

改良尤其也在于各單個部件的設置。優(yōu)選設置在后車軸即第二輪對上的電動機可以類似于在單純的電動車輛中那樣構成。因此，在此可以采用廉價的標準解決方案。通過優(yōu)選添加例如在前車軸上的第一輪對的基于內燃機的驅動，實現(xiàn)如下可能性，即不僅在少的燃料消耗中延長車輛的續(xù)航里程，而且提供附加的驅動功率。通過在第一輪對上添加驅動，與傳統(tǒng)的電動驅動相比，不僅可改善消耗而且可以改善行駛功率。如果放棄在第一輪對上的驅動，那么還總是提供完全有功能性的驅動，這鑒于模塊性具有優(yōu)點。

第一輪對的驅動優(yōu)選如下設計，即能夠無問題地以恒定速度直至最大速度行駛并且也能以較小加速度行駛。從而這種驅動也適用于在較長行程上運動的電動車輛。因此，非常小的內燃機功率和發(fā)電機功率就已經(jīng)足夠了(滿足驅動基本負荷)。于是在高的行駛動力學中優(yōu)選使用在第二輪對上的較強的電動機。另外，驅動系統(tǒng)提供如下優(yōu)點：優(yōu)選基于單純后置驅動的車輛可實現(xiàn)全輪驅動車輛。

按本發(fā)明驅動系統(tǒng)的有利結構，第一輪對配設于前驅動車軸并且第二輪對配設于后驅動車軸。這提供如下優(yōu)點：配設于內燃機的總成即發(fā)電機可以安置在車輛前面的發(fā)動機室中，而僅較緊湊的電動機安置在車尾中。因此能實現(xiàn)空間優(yōu)點。

按本發(fā)明驅動系統(tǒng)的另一有利的結構，用于存儲和輸出能量的電池設置成連接到發(fā)電機和電動機上。因此可以實現(xiàn)通過發(fā)電機產(chǎn)生能量和通過電動機提供驅動力矩的較好解耦。例如基于轉換過程可以補償通過發(fā)電機產(chǎn)生的暫時較小的能量，使得電動機能連續(xù)地得到能量。

按本發(fā)明驅動系統(tǒng)的另一有利的結構，設置第一制動器用于制動尤其是固定行星齒輪傳動裝置的齒圈。因此，內燃機可以尤其簡單地由發(fā)電機起動。第一制動器例如構成為爪式離合器，這在閉合狀態(tài)中允許無打滑性并且另外在打開狀態(tài)中允許小的摩擦損耗。

按本發(fā)明的驅動系統(tǒng)的另一有利的結構，設置第二制動器用于制動尤其是固定行星齒輪傳動裝置的行星架。這允許在電動行駛中發(fā)電機能附加地用于驅動車輛。此外，這種附加元件允許通過發(fā)電機在第一輪對上優(yōu)選在前車軸上的回收性的制動力矩。

按本發(fā)明的驅動系統(tǒng)的另一有利的結構，設置脫耦裝置，該脫耦裝置連接在內燃機與第一輪對之間。在單純電動運行中，能使第一輪對的驅動裝置通過脫耦裝置脫耦。這具有如下優(yōu)點：通過驅動在行星齒輪傳動裝置例如發(fā)電機中的元件產(chǎn)生的摩擦損耗被節(jié)省。從而提高效率并且在電動行駛運行中可以實現(xiàn)如下續(xù)航里程，即該續(xù)航里程與單純的電動車輛相比較僅略微受限。脫耦裝置可以構成為爪式離合器。因此在離合器打開時拖曳損耗能最小化。脫耦裝置優(yōu)選配設于第一輪對并且連接在第一差速器與第一輪對之間。脫耦裝置可以優(yōu)選作為輪轂離合器設置在第一輪對上，這鑒于運動質量是有利的，因為差速器和相應的軸停止，并且能借助于脫耦裝置使特別多的部件靜止。另外，脫耦裝置可以優(yōu)選連接在內燃機與配設于第一輪對的第一差速器之間，因此可以實現(xiàn)較有利的結構空間利用。

按本發(fā)明驅動系統(tǒng)的另一有利的結構，發(fā)電機附加地構成為用于內燃機的起動器。因此可以放棄用于起動內燃機的附加的起動器。這鑒于節(jié)省結構空間、減小車輛質量和降低車輛成本是有利的。因此優(yōu)選通過輪轂離合器解耦，并且第一制動器閉合，并且第二制動器打開。

按本發(fā)明驅動系統(tǒng)的另一有利的結構，驅動系統(tǒng)優(yōu)選能切換到至少如下的運行方式：僅第二輪對通過電動機驅動，其中，內燃機通過脫耦裝置與第一輪對脫耦；第一輪對通過內燃機驅動，或者第一輪對通過內燃機驅動并且第二輪對通過電動機驅動；發(fā)電機通過內燃機驅動，其中，第一輪對通過脫耦裝置與內燃機脫耦并且第二輪對與電動機耦聯(lián)；以及通過電動機和發(fā)電機驅動，其中，第二制動器閉合。

本發(fā)明的上述各方面和按本發(fā)明的驅動系統(tǒng)的配屬的有利的結構相應地也適用于車輛的下面描述的方面、按本發(fā)明的方法及它們的有利的結構，并且反之亦然。

按本發(fā)明的車輛具有如上述描述的驅動系統(tǒng)。

按一個方面，用于運行驅動系統(tǒng)的方法具有至少如下運行方式：僅第二輪對通過電動機驅動，其中，內燃機通過脫耦裝置與第一輪對脫耦；第一輪對通過內燃機驅動，或者第一輪對通過內燃機驅動并且第二輪對通過電動機驅動；發(fā)電機通過內燃機驅動，其中，第一輪對通過脫耦裝置與內燃機脫耦并且第二輪對與電動機脫耦；以及第一輪對通過電動機驅動并且第二輪對通過發(fā)電機驅動，其中，第二制動器閉合。

按一種有利的結構，在運行模式——第一輪對通過內燃機驅動，或者第一輪對通過內燃機驅動并且第二輪對通過電動機驅動——中，通過調節(jié)內燃機的轉速來控制發(fā)電機的能量輸出。這允許由發(fā)電機提供的電功率尤其靈活地適配于車載電網(wǎng)需求。

本發(fā)明的其他可能的實現(xiàn)也包括先前描述的特征或者下面關于實施例描述的特征的未明確列舉的組合。在此技術人員也能添加單個方面作為相應驅動系統(tǒng)的基本形式的改進或補充。

附圖說明

本發(fā)明其他有利的結構和方面是從屬權利要求以及下面描述的實施例的主題。另外借助于優(yōu)選的實施形式參考附圖詳細解釋本發(fā)明。

附圖在此部分示意地顯示。

圖1顯示具有按第一實施例的驅動系統(tǒng)的機動車的示意圖；

圖2以空間視圖的形式顯示按第一實施例的驅動系統(tǒng)；

圖3顯示在第一運行狀態(tài)中按第一實施例的驅動系統(tǒng)；并且

圖4顯示在第二運行狀態(tài)中按第一實施例的驅動系統(tǒng)。

具體實施方式

圖1顯示機動車1的示意圖，該機動車具有按第一實施例的驅動系統(tǒng)3。

在此，機動車1在草圖中描述為圓角的矩形。第一輪對5在圖中在上面描述并且配設于車輛1的前驅動軸7。第二輪對9在圖中遠遠地在下面配設于后驅動軸11地描述。

內燃機13在前驅動軸7的前面描述并且設置用于驅動第一輪對5。發(fā)電機15為了產(chǎn)生電能而與內燃機13耦聯(lián)。在內燃機13與發(fā)電機15之間優(yōu)選設置行星齒輪傳動裝置17、第一減速傳動裝置27和第一差速器29，它們用于在內燃機13、第一輪對5和發(fā)電機15之間進行轉矩分配或轉速分配。內燃機13的輸出力矩優(yōu)選借助于行星齒輪傳動裝置17傳遞至第一輪對5和發(fā)電機15。

行星齒輪傳動裝置17優(yōu)選用作為分動器，其將內燃機13的功率分配到第一輪對5和發(fā)電機15上。

在第一差速器29的左邊和右邊，脫耦裝置31描述為兩個矩形。脫耦裝置31用于使內燃機13與第一輪對5脫耦并且在本實施例中構成為爪式離合器。

后驅動軸11配有用來驅動第二輪對9的電動機33。在本實施例中電動機33也設置成，用于作為用于產(chǎn)生能量的發(fā)電機運行。第二傳動裝置35和第二差速器37優(yōu)選設置用于在電動機33與第二輪對9之間進行轉矩分配或轉速分配。

在運行時，機動車1優(yōu)選不僅能借助于內燃機13通過第一輪對5驅動而且能借助于電動機33通過第二輪對9驅動。另外，發(fā)電機15優(yōu)選可以作為電動機運行并且通過行星齒輪傳動裝置17、第一減速傳動裝置27和第一差速器29同樣可以提供用于機動車1的驅動力矩。

取代直接連接在發(fā)電機15上，內燃機13在本實施例中優(yōu)選通過行星齒輪傳動裝置17與發(fā)電機15和輸出裝置即第一輪對5耦聯(lián)。通過這種布置，內燃機13的一部分驅動功率用于驅動第一輪對5，而該內燃機的其他的驅動功率可用于驅動發(fā)電機15。在此，內燃機13的轉速和發(fā)電機15的轉速可變化，這種變化允許，由發(fā)電機15提供的電功率適配于車載電網(wǎng)需求。

另外，在驅動系統(tǒng)3純粹電動運行時，使第一輪對5的驅動借助于脫耦裝置31脫耦是可能的。這提供如下優(yōu)點：取消通過在行星齒輪傳動裝置17中的元件的運動而造成的摩擦損耗。因此可以提高機動車1的續(xù)航里程。

在本實施例中，發(fā)電機15也設置成用于起動內燃機13。因此可以取消用于內燃機13的附加的起動器，這鑒于結構空間、車輛重量和成本是有利的。

圖2以示意空間視圖顯示按第一實施例的驅動系統(tǒng)3。

圖2繼續(xù)描述驅動系統(tǒng)3的優(yōu)選結構的和功能的構造。在圖2中有已經(jīng)由圖1已知的部件。前驅動軸7水平延伸。前驅動軸7優(yōu)選配有第一輪對5。除了前驅動軸7之外，還描述后驅動軸11，該后驅動軸具有配設于其的第二輪對9。術語“前驅動軸7和后驅動軸11”在此應在功能上進行理解，即第一輪對5或第二輪對9可以獨立懸掛地設置，情況如同安置在剛性軸上一樣。配設于前驅動軸7的第一差速器29作為差速傳動裝置允許第一輪對5的各車輪不同快地旋轉。類似地，也設置配設于后驅動軸11的第二差速器37。發(fā)電機15和第一輪對5與內燃機13耦聯(lián)，通過行星齒輪傳動裝置17實現(xiàn)轉矩分配。

下面描述行星齒輪傳動裝置17。在此，在行星齒輪傳動裝置17的可旋轉的行星架19上可旋轉地設置優(yōu)選三個行星齒輪21，使得所述行星齒輪的軸線在圓形軌跡上環(huán)繞運行。行星齒輪21在本實施例中優(yōu)選圍繞行星齒輪傳動裝置17的與內燃機13的輸出裝置耦聯(lián)的太陽輪25并且與該太陽輪嚙合。另外，行星齒輪21優(yōu)選與圍繞這些行星齒輪且軸線平行地設置的齒圈23的內齒部嚙合。在本實施中，優(yōu)選設置第一制動器39以便制動齒圈23，并且設置第二制動器24以便制動行星架19。

行星齒輪傳動裝置17因此允許優(yōu)選兩級傳動，其中，第一傳動是從太陽輪25到可旋轉地保持行星齒輪21的可旋轉的行星架19上，并且第二傳動是從太陽輪25到齒圈23上。從而行星齒輪傳動裝置17優(yōu)選用作為將內燃機13的功率分配到第一輪對5和發(fā)電機15上的分動器。

設置在行星齒輪傳動裝置17的下游的第一減速傳動裝置27優(yōu)選用于為第一輪對5的驅動裝置降低轉速。

第二輪對9優(yōu)選由電動機33通過第二傳動裝置35進行驅動。第二傳動裝置35在本實施例中構成為用于降低轉速的減速傳動裝置。

由發(fā)電機15產(chǎn)生的電能優(yōu)選能通過電線系統(tǒng)43輸送至電動機33。電池45優(yōu)選為了暫存由發(fā)電機15產(chǎn)生的能量而與發(fā)電機15電耦聯(lián)。另外，電池45優(yōu)選與電動機33電耦聯(lián)，使得儲存在電池45中的能量能夠輸出到電動機33上。在電池45與發(fā)電機15之間優(yōu)選連接第一轉換器47，尤其是用于將由發(fā)電機15產(chǎn)生的交流電轉換成直流電。另外轉換器優(yōu)選能用于電壓匹配。在電池45與電動機33之間優(yōu)選連接第二轉換器49用于電流或電壓匹配。

圖3示意地顯示在第一運行狀態(tài)中按第一實施例的驅動系統(tǒng)3。

在圖的左邊，用矩形和在該矩形里面的兩個圓圈表示內燃機13。在內燃機13的斜右下方，發(fā)電機15描述為矩形。在圖的右邊，第一輪對5表示為圓圈。在它們之間存在傳動系，該傳動系具有從內燃機13至第一輪對5的力傳遞。在此，內燃機13在轉速1300轉/分時將29Nm的輸出轉矩提供至行星齒輪傳動裝置17，這通過向右指的箭頭表示。行星齒輪傳動裝置17通過從左下方朝右上方傾斜地延伸的條表示。行星齒輪傳動裝置17的標識為圓圈的行星架19由具有1300轉/分的轉速的內燃機13進行旋轉。在驅動設備3的描述的運行狀態(tài)中，發(fā)電機15以-8Nm的轉矩即制動地在650轉/分的轉速中懸掛在行星齒輪傳動裝置17的太陽輪25上。因此能由發(fā)電機15提供0.5千瓦的電功率。用于驅動前輪對5的第一減速傳動裝置27在1550轉/分的轉速中以-21Nm的負載力矩制動行星齒輪傳動裝置17的齒圈18。通過由第一減速傳動裝置27引起的減速，轉矩從21Nm提高到63Nm，并且提供用于驅動第一輪對5。由此導致2.8千瓦的驅動功率，該驅動功率提供用于驅動在車輛前車軸上的第一輪對5。在描述的運行狀態(tài)中，沒有驅動功率傳遞到后車軸上。

圖4示意地顯示在第二運行狀態(tài)中按第一實施例的驅動系統(tǒng)3。圖4的原理結構相應于圖3的原理結構。在此，內燃機3在2000轉/分的轉速中將輸出轉矩29Nm提供至行星齒輪傳動裝置17，這通過向右指的箭頭表示。因此，行星齒輪傳動裝置17的行星架19由內燃機13以2000轉/分的轉速進行旋轉。在驅動設備3的描述的運行狀態(tài)中，發(fā)電機15以-8Nm的轉矩即制動地在3170轉/分的轉速中懸掛在行星齒輪傳動裝置17的太陽輪25上。通過提高的轉速，能由發(fā)電機15提供2.6千瓦的較高的電功率。用于驅動第一輪對5的第一減速傳動裝置27在1550轉/分的轉速中以負載力矩-21Nm制動行星齒輪傳動裝置17的齒圈18。通過借助于第一減速傳動裝置27的減速，轉矩從21Nm提高到63Nm并且提供用于驅動第一輪對5。由此導致2.8千瓦的驅動功率，該驅動功率提供用于驅動在車輛前車軸上的第一輪對5。在描述的第二運行狀態(tài)中也沒有驅動功率傳遞到后車軸上。

圖5示意地顯示在第三運行狀態(tài)中按第一實施例的驅動系統(tǒng)3。在此，內燃機13在3500轉/分的轉速中將150Nm的輸出轉矩提供至行星齒輪傳動裝置17。這相應于55千瓦的驅動功率。發(fā)電機15在7000轉/分的轉速中以50Nm的轉矩被行星齒輪傳動裝置17的太陽輪25驅動。在此被發(fā)電機15轉換了35千瓦的電功率。320Nm的最大驅動力矩由行星齒輪傳動裝置17經(jīng)由齒圈18和第一減速傳動裝置27輸送至在前驅動軸(前車軸)7上的前輪對5。在后驅動軸11上的第二輪對9借助于電動機33驅動，該電動機在該第三運行狀態(tài)中在12000轉/分的轉速中將250Nm的轉矩并且從而125千瓦的功率輸送至連接在第二輪對9上游的第二傳動裝置35，該第二傳動裝置構成為減速傳動裝置。從而在后車軸11的第二輪對9上能實現(xiàn)與減速有關的大約2000Nm的最大轉矩。

用于驅動系統(tǒng)3的運行策略優(yōu)選設置三種運行模式：

電動行駛模式：在此，機動車1由電動機33優(yōu)選通過在后驅動軸11上的第二輪對9進行驅動。在前驅動軸7上的第一輪對5優(yōu)選通過脫耦裝置31進行脫耦。

充電保持狀態(tài)：在此，機動車1優(yōu)選僅由內燃機13通過例如在前驅動軸7上的第一輪對5進行驅動。在操縱第一制動器39并且打開脫耦裝置31時，內燃機13的起動優(yōu)選能通過運行作為馬達的發(fā)電機15實現(xiàn)(全輪驅動模式)。

全輪驅動模式：當行駛阻力變得過大時或者當要達到最大牽引力時，優(yōu)選不僅能通過第一輪對5而且能通過第二輪對9進行驅動。在該模式中，優(yōu)選通過發(fā)電機15產(chǎn)生的電功率通過適配內燃機13的轉速實現(xiàn)，必要時能減少總電量。

充電模式：如果電池45的充電狀態(tài)是小的并且該電池要被充電，所謂的串聯(lián)模式優(yōu)選能保證，通過發(fā)電機15給電池45充電。脫耦裝置31在此優(yōu)選打開，第一制動器39閉合并且第二制動器41打開。然后內燃機13驅動發(fā)電機15。

起動模式：內燃機優(yōu)選能在脫耦裝置31打開時通過發(fā)電機15被起動。在此，脫耦裝置31優(yōu)選打開，第一制動器39閉合并且第二制動器41打開。然后內燃機13驅動發(fā)電機15。

因為優(yōu)選在后驅動軸11上的第二輪對9在充電保持狀態(tài)模式中在恒定速度中不提供驅動力矩，并且因此其僅被帶動，于是電動機33優(yōu)選脫耦。如果可切換的變速器安裝在后驅動軸11上，這優(yōu)選能如下實現(xiàn)，即變速器無動力嚙合地連接(空擋)。如果沒有安裝可切換的變速器，那么一種產(chǎn)生小拖曳損失的結構方式可以有利地用作為電動機33，優(yōu)選異步電機或外部激勵的同步電機。

附圖標記列表

1 機動車

2 驅動系統(tǒng)

5 第一輪對

7 前驅動軸

9 第二輪對

11 后驅動軸

13 內燃機

15 發(fā)電機

17 行星齒輪傳動裝置

19 行星架

21 行星齒輪

23 齒圈

25 太陽輪

27 第一減速傳動裝置

29 第一差速器

31 脫耦裝置

33 電動機

35 第二傳動裝置

37 第二差速器

39 第一制動器

41 第二制動器

43 電線系統(tǒng)

45 電池

47 第一轉換器

49 第二轉換器