CN105142949A - 用于混合动力驱动***的扭矩叠加装置以及用于运行这种混合动力驱动***的方法 - Google Patents

用于混合动力驱动***的扭矩叠加装置以及用于运行这种混合动力驱动***的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种扭矩叠加装置，其用于使用在机动车用的混合动力驱动***(1)中、特别是使用在轿车中，其中，所述混合动力驱动***(1)包括内燃机(VM)、电机(EM)以及扭矩叠加装置，并且借助所述扭矩叠加装置可以将内燃机(VM)的扭矩与电机(EM)的扭矩相叠加，并且所述扭矩叠加装置在输出侧与车辆的输出装置(9)连接，并且所述扭矩叠加装置具有第一和第二扭矩输入端(3、4)和一个扭矩输出端(5)以及第一传动装置(12)和第二传动装置(13)，并且电机(EM)能与第一扭矩输入端(3)抗扭矩地耦联，而内燃机(VM)能与第二扭矩输入端(4)抗扭矩地耦联，其中，第一扭矩输入端(3)与第一传动装置(12)抗扭矩地相连接，而第二扭矩输入端(4)与第二传动装置(13)抗扭矩地相连接，并且传动装置(12、13)分别在输出侧与所述扭矩叠加装置的扭矩输出端(5)抗扭矩地耦联，其中，第一传动装置(12)包括至少两个可交替选择的传动级(EM1、EM2)，而第二传动装置(13)包括至少一个可交替选择的传动级(VM3、VM4)；其中，所述第一传动装置(12)为了实现所述至少两个可交替选择的传动级(EM1、EM2)而包括至少一个行星齿轮组(15)，而所述第二传动装置(13)为了实现至少一个可选择的传动级(VM3、VM4)而包括至少一个正齿轮组(27、28)。此外，本发明还涉及一种混合动力驱动***(1)以及一种用于在机动车中运行这种混合动力驱动***(1)的方法，所述混合动力驱动***包括上述类型的扭矩叠加装置。

Description

用于混合动力驱动***的扭矩叠加装置以及用于运行这种混合动力驱动***的方法
技术领域
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***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***的方法。所述混合动力驱动***特别是适用于在轿车中的应用。
背景技术
现有技术中大量地已知混合动力驱动***。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。
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。
在现有技术中已知所述混合构造的优点和缺点。
在DE102010063092A1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***，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
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***的方法，所述混合动力驱动***具有按照本发明的扭矩叠加装置。
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。
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***中、特别是使用在轿车中。为此，所述混合动力驱动***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。
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)耦联，内燃机能与第二扭矩输入端抗扭矩地耦联。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。
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***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***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。
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。
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。
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***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。
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。
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***。这种设计对于专业人员是熟悉的。
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。
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***在内燃机式运行的情况下的更高的效率。
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。
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。
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***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***在结构空间非常有限的小型车中的集成是特别有利的。
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。
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。
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动中，可以借助行星齿轮组的这种接通而通过太阳轮相对于壳体的制动在非常紧凑的结构类型中在高力矩负载能力的情况下实现直至2的传动比。
此外，所述第二传动装置为了所述至少一个构成为传动级的正齿轮组的可选择性符合目的地包括至少一个形锁合和/或摩擦锁合的切换离合器。有利的是，所有传动级实施为具有形锁合和/或摩擦锁合的切换离合器。例如可以考虑将爪式离合器作为形锁合切换离合器。爪式离合器通常不能没有动力中断地切换，从而从内燃机传动级或第二传动装置的挡位向另一内燃机传动级或挡位中的这种换挡必须电机辅助地进行或者在换挡过程期间在输出侧产生牵引力减小。在内燃机功率比电机功率小的情况下，这不是很重要的；然而在内燃机功率更高的情况下，这被驾驶员感受为干扰性的，特别是在以累加功率所实施的全负载操纵的情况下。在所述情况下，规定了技术成本更高的摩擦锁合的切换离合器，该切换离合器在从一个传动级到另一个传动级上的换挡过程中能实现力矩叠加。
在很多情况下有利的是，所述至少一个切换离合器实施为具有同步元件。在现有技术中已知适合的同步元件，例如一重至三重同步器。借助同步器可以在短持续时间内被动地(也就是无需主动的发动机介入)减小轴与要换挡的齿轮之间的转速差，直至可以通过例如爪式离合器的移入而结束换挡过程。有利地，所有切换离合器都实施为具有同步元件。
在本发明的一种有利的进一步扩展方案中，在电机与行星齿轮组之间设置固定的传动器、优选正齿轮组，其具有朝向电机的第一正齿轮和朝向行星齿轮组的第二正齿轮。固定的传动器优选具有1.5至4之间的传动比、特别优选1.5至3之间的传动比，完全特别优选1.5至2的传动比。由此可以实现电机转速的预传动，从而使行星齿轮组遇到(sehen)明显更低的转速。这对于高速转动的电机是特别有利的，因为在行星齿轮组中在轴承或齿轮啮合中取决于转速的损失得到减小。
特别有利的是，为了实现另一个或另两个可交替选择的传动级，第二传动装置的与第二扭矩输入端连接的轴能与构成为正齿轮组的固定传动器的第一正齿轮可交替选择地、抗扭矩地连接。这在一定程度上是所述扭矩叠加装置中存在的电机传动级作为内燃机传动级的“一同使用”。这里，驱动总成的传动级不再允许彼此自由选择。因此需要注意的是，在两个驱动总成方面彼此匹配地选择所述挡位。这例如在起动过程中情况如下，在此两个总成以短的传动级(也就是的高传动比)运行。同样的情况适用于行驶功率中间挡位，所述行驶功率中间挡位特别是对于操纵应以总成的高的负载或者全负载和累加功率实现。
本发明的另一种有利的实施方案规定，所述第二传动装置的与第二扭矩输入端连接的轴和第一传动装置的与第一扭矩输入端连接的轴彼此对准地设置，并且第二传动装置的轴的与第二扭矩输入端背离的端部支承在第一传动装置的与第一扭矩输入端连接的轴的构成为空心轴的端部中。在驱动总成串联设置的情况下，由此获得了非常紧凑的结构形式，所述驱动总成具有设置在其间构成为传动机构的扭矩叠加装置。
这里有利的是，为了所述轴与固定传动器的可交替选择的抗扭矩连接，在该轴上设置形锁合和/或摩擦锁合的切换离合器，并且该切换离合器优选实施为具有同步元件。
本发明还涉及按照本发明实施的混合动力驱动***，其特别是用于使用在轿车中，该混合动力驱动***具有内燃机、电机以及如上文所述实施的扭矩叠加装置。所述内燃机为此优选具有40至150kW之间的功率，特别优选具有50至100kW之间的功率。在此，这涉及内燃机能够供应的持续功率。所述电机符合目的地具有30至60kW的持续功率和相当于所述持续功率的2至3倍的峰值功率。本发明特别是适用于这样的驱动装置，在所述驱动装置中电机的峰值功率至少与内燃机的持续功率相当或者明显在其之上。短时间的功率储备特别是对于在内燃机换挡过程期间进行辅助、对于该换挡过程的辅助是有利的。
按照本发明的用于驱动机动车、特别是轿车的混合动力驱动***的方法规定，该方法包括具有第一和第二调节范围的混合-正常运行模式，其中，该混合动力驱动***包括按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置。
第一调节范围从车辆速度零延伸至混合-正常运行模式中的E行驶速度边界，而第二调节范围从混合-正常运行模式中的E行驶速度边界延伸至车辆的最高速度。在第一调节范围内，机动车的驱动力矩仅借助电机产生；在第二调节范围内，机动车的驱动力矩由内燃机与电机的共同作用产生。这里，内燃机与驾驶员愿望的负载要求无关地在内燃机的优化效率范围内运行。
按一种有利的进一步扩展方案，内燃机仅在行驶功率-特殊运行模式中短时间地在负载处于内燃机的优化效率范围之外的情况下运行。
为了以尽可能最大的E行驶部分为目的而保证蓄电池充电状态的优化利用，亦或为了保证优化地或高能效地对所储存的(电的、化学的)能量进行利用，所述方法以有利的方式包括第一混合-特殊运行模式，该第一混合-特殊运行模式根据蓄电池充电状态来替代混合-正常运行模式。当蓄电池充电状态下降到第一边界值之下时，该第一混合-特殊运行模式激活。随着第一混合-特殊运行模式激活，将E行驶速度边界设定到低于初始值的值上。
此外，所述方法按一种优选的实施方案还包括第二混合-特殊运行模式，该第二混合-特殊运行模式根据蓄电池充电状态来替代混合-正常运行模式。当蓄电池充电状态超出到第二边界值时，该第二混合-特殊运行模式激活。可选地，可以考虑将通过内燃机产生的平均为正的充电功率作为用于激活第二混合-特殊运行模式的附加条件。随着第二混合-特殊运行模式激活，将E行驶速度边界设定到高于初始值的值上和/或内燃机的运行按照处于内燃机的优化效率范围之下的负载这样进行调节，使得通过内燃机产生的充电功率在平均上下降、等于零或甚至为负。
通过所述措施，根据蓄电池充电状态来选择相应的运行模式。由此，所述相应的运行状态是可再现的并且对于驾驶员是可实行的。因此，这不会导致驱动装置的不希望的运行性能。
作为进一步扩展方案，迄今所说明的取决于蓄电池充电状态的运行模式选择可以以预测功能进行补充和/或过调。例如，可以通过预测功能(例如通过驾驶员愿望输入和/或来自导航***的信息)有针对性地提升(例如用于驶入环保区域)或降低(例如在目的地可充电的情况下)电池充电状态。这里，对蓄电池充电的控制可以借助通过内燃机的有效的充电功率和/或通过E行驶速度边界的变化进行。
为了使驾驶员获得突出的驾驶体验或者为了符合法律规定，所述方法还可以包括可选地由驾驶员可选择的E行驶运行模式，在所述E行驶运行模式中机动车的驱动力矩在整个速度范围内仅借助电机产生。这里，还可以通过预测功能(例如通过驾驶员愿望输入和/或来自导航***的信息)来选择E行驶运行模式。借此，例如可以在城市区域或由法律规定所确定的区域中选择E行驶运行模式并且由此强制无废气排放。
按照本发明的扭矩叠加装置与按照本发明的用于运行的方法的结合允许对两种能量类型的尽可能高效的利用。首先基于***效率和高效原因来决定使用哪种能量类型。通过将基本负载(主要通过内燃机实现)与用于加速过程的动力(主要通过电机实现)分开，结合用于内燃机高效运行的和用于产生助推过程的电能的负载点提升，本发明特别适用于如下内燃机，所述内燃机针对响应性能的负载、动力和运行范围在效率方面得到优化。
附图说明
本发明的其它细节、特征和优点由下文借助附图对一个实施例的说明得出。图中：
图1示出按照本发明的扭矩叠加装置的一种实施形式，
图2示出混合-正常运行模式，
图3示出第一混合-特殊运行模式，
图4示出一种纯电动行驶模式；
图5示出一种内燃机式行驶模式。
具体实施方式
附图中仅示出对于理解本发明重要的元件和构件。所示的实施例应纯启发性地加以理解并且应该用于更好地理解本发明技术方案，而不是局限本发明技术方案。
图1中示出用于使用在轿车中的按照本发明实施的混合动力驱动***1。混合动力驱动***1包括内燃机VM、电机EM以及按照本发明实施为传动机构2的扭矩叠加装置。传动机构2包括第一扭矩输入端3和第二扭矩输入端4以及一个扭矩输出端5。
电机EM与第一扭矩输入端3抗扭矩地耦联，其中，所述抗扭矩的耦联在此借助第一轴6来进行。为此，第一轴6抗扭矩地与电机EM的转子轴(图1中未示出)耦联。用于两个轴耦联的相应的耦联部和/或耦联元件在现有技术中已知。
内燃机VM与第二扭矩输入端4抗扭矩地耦联，其中，所述抗扭矩的耦联在此借助第二轴7进行。为此，第二轴7抗扭矩地与内燃机VM的曲柄轴(图1中未示出)耦联。用于两个轴耦联的相应的耦联部和/或耦联元件在现有技术中已知。
传动机构2的扭矩输出端5与车辆的输出装置9的正齿轮差速器D的输入正齿轮8抗扭矩地耦联，其中，该耦联在此借助输入正齿轮8的压配合来进行。在此，正齿轮差速器D以3至4之间的传动比实施。此外，输出装置9包括输出轴10以及车轮11a和11b。在此，不仅前轮驱动而且后轮驱动、标准驱动亦或全轮驱动都能够作为按照本发明的混合动力驱动***的应用。图1中示出的是前轮驱动。
按照本发明实施的传动机构2包括在此实施为第一分传动机构12的第一传动装置以及在此实施为第二分传动机构13的第二传动装置。
在此，第一轴6实施为第一分传动机构12的组成部分，第二轴7实施为第二分传动机构13的部件。由此，所述两个分传动机构通过相应的扭矩输入端3和4分别与驱动总成EM和VM抗扭矩地耦联。
第一分传动机构12还包括在此构成为固定的传动器的正齿轮组14以及正好一个行星齿轮组15。
构成为固定的传动器的正齿轮组14包括朝向电机EM的第一正齿轮16以及朝向行星齿轮组15的第二正齿轮17。
构成为固定的传动器的正齿轮组14的第一正齿轮16在轴6上借助压配合设置在轴6的背离扭矩输入端3的端部上。在此，轴6的背离扭矩输入端3的端部在轴3的端部部段中实施为空心轴18。
构成为固定的传动器的正齿轮组14的第二正齿轮17借助压配合设置在行星齿轮组15的齿圈20的圆柱形分支19上。
在此，构成为固定的传动器的行星齿轮组14以为传动比2来实施。
所述正好一个行星齿轮组15包括齿圈20、行星齿轮21、行星齿轮架22和太阳轮23。太阳轮23借助能没有动力中断地切换的摩擦制动器24可以与传动机构2的(图1中未示出的)壳***置固定地制动。
如果太阳轮23借助摩擦制动器24位置固定地得到制动，则齿圈20和行星齿轮21随着耦联的行星齿轮架22在固定的太阳轮23上运行，借此从电机EM通过固定传动器14以一转速引入的扭矩根据齿圈20与行星齿轮21或行星齿轮架22之间的传动比得到转速和扭矩传动，并且通过行星齿轮架22传输到输出轴25上。通过太阳轮23的制动，由此第一挡位EM1可以是第一分传动机构12的一个传动级。在太阳轮23位置固定地制动的情况下，所述行星齿轮组的传动比在此在1.5至1.9之间，优选为1.8。
第二挡位EM2通过行星齿轮组15的联锁可以是第一分传动机构12的第二传动级。为此，齿圈20与行星齿轮架22之间的离合器26闭合，借此整个行星齿轮组15联锁并且作为一个整体环绕运行。因此，行星齿轮组15的传动比为1。由电机EM通过固定传动器14以一转速导入的扭矩以传动比1得到转速和扭矩传动并且通过行星齿轮架22传输到输出轴25上。
因此在图1所示的实施例中，正好两个挡位可以是第一分传动机构12的两个可交替选择的传动级。
从第一分传动机构12的第一挡位至第二挡位和反之的换挡过渡可以通过闭合或打开离合器26在同时打开或制动摩擦制动器24时在负载下并且由此在没有牵引力干扰的情况下得到实现。
如果不仅离合器26而且摩擦制动器24都打开，则不存在至输出轴25的扭矩耦联。该运行状态在车辆停车的情况下对于“停车充电”功能是有意义的，所述“停车充电”功能具有从内燃机VM到在该运行状态中发电机式运行的电机EM的功率流。
输出轴25作为传动机构2的扭矩输出端5构成在背离行星齿轮组15的一侧上。
第二分传动机构13为了实现第一和第二可交替选择的传动级还包括两个正齿轮组27和28。所述正齿轮组实施为在现有技术中已知的活动齿轮/固定齿轮-组合(Losrad-/Festrad-Kombination)，其中，正齿轮组27和28的设置在第二轴7上的活动齿轮能借助在两侧作用的、能轴向地在轴7上移动的爪式离合器29交替地接通。爪式离合器29由两个子爪式离合器构成，所述两个子爪式离合器实施为形锁合的切换离合器。此外，所述两个子爪式离合器分别额外地具有一个同步元件，在此分别具有一个一重同步器(Einfach-Synchro)(图1中未显示)。
通过爪式离合器29形锁合地啮合到正齿轮组27的活动齿轮中，在第二轴7与正齿轮组27之间建立抗扭矩的形锁合。从内燃机VM以一转速导入的扭矩根据正齿轮组27的传动比得到转速和扭矩传动并且通过正齿轮组27的固定齿轮传输到与该固定齿轮固定连接的输出轴25上并且从那里传输到正齿轮差速器D上。
同样的工作原理适用于正齿轮组28。
针对这里所示的实施例，正齿轮组27的传动比在1至1.5之间，正齿轮组28的传动比在0.6至1.2之间。在此，借助正齿轮组27的传动级这里实施为第二分传动机构13的第三挡位VM3，借助正齿轮组28的传动级实施为第二分传动机构13的第四挡位VM4。
为了将第一挡位VM1和第二挡位VM2实现为所述第二分传动机构的另两个可交替选择的传动级，第二轴7能借助形锁合的爪式离合器30与构成为固定传动器的正齿轮组14的第一正齿轮16与挡位3和4交替地、抗扭矩地连接。在爪式离合器30形锁合地与正齿轮组14连接的情况下，由内燃机VM所提供的扭矩从第二轴7通过正齿轮组14传输到行星齿轮组15上。根据行星齿轮组15的换挡状态，按照传动比VM1＝EM1或者VM2＝EM2将所述扭矩传输到输出轴25上并且从那里传输到正齿轮差速器D和输出装置9上。
在此，爪式离合器30装备有一重同步器。
在此，VM1实施为短的起动挡位。紧邻地设置在内燃机VM之后的起动离合器在图1中未示出。这样的起动离合器的实施和设置对于专业技术人员而言是熟悉的。在此，VM2实施为行驶功率方面的中间挡位，以用于以总成的累加功率实现高负载或全负载操纵。在此，VM3实施为vmax挡位，VM4实施为效率挡位。
各个传动级的传动比优选处于以下范围内：
●差速器9的传动比：约为2.5至4，特别优选为3.5至4
●行星齿轮组15的传动比：
o联锁：1
o与太阳轮相对于壳体24位置固定地制动：约为1.5至2，特别优选为1.7至1.8
●固定传动器14的传动比：约为1.5至3，特别优选为1.5至2
●正齿轮组27的传动比：约为0.9至1.4，特别优选为1至1.2
●正齿轮组28的传动比：约为0.6至0.8，特别优选为0.7对于各挡位适用下述优选的传动比范围：
●EM1的传动比：约为11至14，特别优选地约为12
●EM2的传动比：约为6至9，特别优选为6至7
●VM1的传动比：同EM1的传动比(约为11至14，特别优选地约为12)
●VM2的传动比：同EM1的传动比(约为6至9，特别优选为7至8)；VM3的传动比：约为3.5至5，特别优选为3.5至4
●VM4的传动比：约为2.5至3.5，优选地约为3
按图1，第二轴7和第一轴6在此彼此对准地设置，其中，第二轴7的与内燃机VM背离的端部支承在第一轴6的构成为空心轴18的端部中。
图1中所实施的混合动力驱动***构造得非常紧凑。驱动总成可以在挡位VM3和VM4以及EM1和EM2方面个别地总成特定地操控，由此在高效率的同时能实现高行驶动力。由于传动机构的结构非常紧凑并且各个力矩路径中的齿轮啮合少，所以相比于由现有技术已知的传动机构获得了极其良好的传动机构效率。此外，可以无牵引力中断地实现EM1与EM2(并且同样VM1和VM2)之间的换挡过渡。VM2向VM3与VM4之间的换挡过渡通过电机EM辅助地进行并且由此具有足够良好的换挡质量。
包括前文所说明的扭矩叠加装置的机动车的混合动力驱动***以有利的方式这样运行，即所述混合动力驱动***包括一个如图2中所示的混合-正常驱动模式，该混合-正常驱动模式具有第一和第二调节范围。
所述第一调节范围从车辆速度零延伸至E行驶速度边界，例如约60km/h。所述第二调节范围从E行驶速度边界延伸至车辆的最高速度。
有利的是，将E行驶速度边界定义为用于内燃机的接通阈值和关断阈值。接通阈值于是为下述行驶速度值，在该行驶速度中在行驶速度提升时进行从第一调节范围向第二调节范围的转换。关断阈值于是下述行驶速度值，即在该行驶速度下在行驶速度下降的过程中进行从为第二调节范围向第一调节范围的转换。
通常情况下，接通阈值和关断阈值彼此相隔约10-15km/h。
在第一调节范围内，机动车的驱动力矩仅借助电机EM产生；在第二调节范围内，机动车的驱动力矩在混合动力驱动***中通过内燃机VM和电机EM的共同作用产生。
划分成两个调节范围能实现，分别在能量方面优化地达成驱动形势。那么，在所述第一调节范围内电动机式行驶从效率角度看是有利的。这里，电机发挥出比借助内燃机式总成所能获得的更高的效率。如果对于电动机式的运行所需的能量此外还通过来自供电***的充电提供，则这能导致该行驶状况的环保的CO2中性。除了效率以外，例如在市内区域中的无排放运行是选择E行驶速度边界的另一标准。鉴于两个标准在正常运行中，在约为60km/h范围内的E行驶速度是良好的折衷。
而从高效和效率角度看，在第二调控区域中更有利的是，以组合的运行模式、也就是在内燃机和电机的共同作用下行驶。
在此，在能量方面特别有利的是，一般地在恒定运行的过程中(例如沿着其beopt线)运行内燃机并且通过电机提供对于行驶任务所需的短时间动力。在此，动力既可以理解为意味着车辆加速的正动力也可以理解为意味着车辆减速的负动力。
除了混合动力驱动***在车辆的每个运行和驱动状态中的优化效率以外，通过按照本发明的方法还确保了，具有这种混合动力驱动***的车辆相比于传统的内燃机式驱动的车辆在总行程相当的同时具有更高的E行程，借此这样的车辆既适合于可能具有仅针对电动机式运行的驶入限制的城市运行又适合于长途路程，而无需昂贵且耗时的电流“后续加油”。
按照本发明的调节策略在第一调控区域中驱动力矩的生成与可相比拟的混合动力驱动***的由现有技术普遍已知的方法的区别也在于，即使在加速过程中也不允许内燃机的功率起动(Leistungszustart)。一方面，通过第一调控区域按照本发明的运行确保了在第一调控区域中仅电动机式地行驶；另一方面，这种由现有技术已知的功率起动会导致效率降低并且会导致关于内燃机废气排放和热机运转状态的问题。
如果功率需求超过电机的功率供给(例如赛车起动功能)，则内燃机的起动可以在加速阶段在用于对累加功率进行优化利用的特殊功能的意义上进行以用于实现最大的行驶功率。
这里，内燃机VM与驾驶员愿望的负载需求无关地在内燃机VM的优化效率的范围内或在该范围附近运行。内燃机优化功率情况下，按照本发明的对内燃机式运行的调节还包括将内燃机运行点调节到优化***效率，该优化***效率由在相应内燃机运行点上的内燃机效率、在相应内燃机运行点上的电能存储器的充电/放电效率、电机和控制电子元件的发电机效率以及相应的行驶任务、高压蓄电池***的所得出充电或放电功率得出。
因此，为了优化所述***效率可以对内燃机的比最大可能的效率(beopt效率)更低的效率进行调节。如果在对内燃机的最大可能的效率进行调节的过程中将产生显著的充电功率，则特别是这种情况，所述充电功率将导致高压蓄电池***效率的过度降级。
此外，一种行驶功率-特殊运行模式是可能的。内燃机VM仅在该行驶功率-特殊运行模式中在负载处于内燃机VM的优化效率范围之上的情况下短时间地运行。由此能实现，可短时间地调用内燃机在该车辆行驶状态下的最大可用功率，即使这导致内燃机式运行的功率恶化。
此外，根据本发明的方法还包括第一混合-特殊运行模式，该第一混合-特殊运行模式根据蓄电池充电状态替代所述混合-正常运行模式。当蓄电池充电状态下降到第一边界值之下时，该第一混合-特殊运行模式激活。随着该第一混合-特殊运行模式的激活，将E运行速度边界设置为低于初始值的值。
从混合-正常运行模式向所述第一混合-特殊运行模式的过渡也可以连续地或无级地进行。这种对相应运行模式的连续或无级的调节可以基于用于所希望行驶路段的信息以及当前交通状况(预测功能)的信息进行。
总的来说这意味着，在第一调节范围的蓄电池充电状态下降的情况下(其中仅电机式形式)速度下降到更低。在蓄电池完全放电状态的极端情况下，这会导致向已经处于0km/h的第二调节范围中的过渡。附加地，在蓄电池充电状态低以及负充电平衡的情况下，处于优化效率范围之上的内燃机运行点可以朝向全负载方向移动，以便产生更高的充电功率。在此，常规的运行策略通常在负载上降级，也就是说在蓄电池充电状态下降的过程中在负载较小的情况下已经转换到混合动力运行中。
所述方法还包括第二混合-特殊运行模式，该第二混合-特殊运行模式根据蓄电池充电状态替代所述混合-正常运行模式。当蓄电池充电状态超过第二边界值并且内燃机的充电功率大于零时，该第二混合-特殊运行模式激活。随着该第而混合-特殊运行模式的激活，可以将E运行速度边界设置为高于初始值的值和/或将内燃机VM的运行按照处于内燃机的优化效率范围之下的负载这样调节，使得通过内燃机VM的充电功率等于零。
从正常运行模式至所述第二特殊运行模式的过渡也有利地连续地或无级地进行，并且特别有利地在包含预测功能和/或作为蓄电池充电状态功能的情况下进行。
在两种运行模式中，除了***效率以外，蓄电池充电状态也是对于选择内燃机运行点的标准并且由此也是对于充电功率的标准。针对非常高的蓄电池充电状态(可选地与正的平均充电平衡相结合)，所述充电功率减小到零或为负；针对非常低的蓄电池充电状态(可选地与负的平均充电平衡相结合)所述充电功率提高至内燃机的全负载，即使其由此在针对内燃机的效率方面产生缺点。
在很多情况下有利的是，内燃机在第二调节范围中也在推进阶段中在运行点恒定的情况下继续靠燃烧燃料运行，所谓的燃烧燃料推进。当应短时间地生成多的充电能量时，燃烧燃料的推进是特别有利的。
此外，所述方法还包括如图4中所示的、可选地由驾驶员可选择的E行驶运行模式，在该E行驶运行模式中机动车的驱动力矩在整个速度范围内仅借助电机EM产生。
最后，可以如图5中所示地示出一种纯内燃机的运行。如果希望高换挡舒适性，电机在纯内燃机运行情况下就必须仅在换挡阶段中短时间地在换挡过程期间承担辅助功能。
对本发明的以上描述仅起到解释说明作用，而不是起到局限本发明的作用。在本发明的范围内可以有不同的改变和改型，而不会离开本发明以及其等效物的范围。
附图标记列表
1混合动力驱动***
2传动机构
3第一扭矩输入端
4第二扭矩输入端
5扭矩输出端
6第一轴
7第二轴
8输入正齿轮
9输出装置
10输出轴
11a车轮
11b车轮
12第一分传动机构
13第二分传动机构
14正齿轮组
15行星齿轮组
16第一正齿轮
17第二正齿轮
18空心轴
19分支
20齿圈
21行星齿轮
22行星齿轮架
23太阳轮
24摩擦制动器
25输出轴
26离合器
27正齿轮组
28正齿轮组
29爪式离合器
30爪式离合器
D正齿轮差速器
EM电机
EM1第一挡位
EM2第二挡位
VM内燃机
VM1第一挡位
VM2第二挡位
VM3第三挡位
VM4第四挡位

Claims (23)

1.扭矩叠加装置，其用于使用在机动车用的混合动力驱动***(1)中、特别是使用在轿车中，其中，所述混合动力驱动***(1)包括内燃机(VM)、电机(EM)以及扭矩叠加装置，并且借助所述扭矩叠加装置能将内燃机(VM)的扭矩与电机(EM)的扭矩相叠加，并且所述扭矩叠加装置在输出侧与车辆的输出装置(9)连接，并且所述扭矩叠加装置具有第一和第二扭矩输入端(3、4)和一个扭矩输出端(5)以及第一传动装置(12)和第二传动装置(13)，并且电机(EM)能与第一扭矩输入端(3)抗扭矩地耦联，而内燃机(VM)能与第二扭矩输入端(4)抗扭矩地耦联，其中，第一扭矩输入端(3)与第一传动装置(12)抗扭矩地相连接，而第二扭矩输入端(4)与第二传动装置(13)抗扭矩地相连接，并且传动装置(12、13)分别在输出侧与所述扭矩叠加装置的扭矩输出端(5)抗扭矩地耦联，其中，第一传动装置(12)包括至少两个可交替选择的传动级(EM1、EM2)，而第二传动装置(13)包括至少一个可交替选择的传动级(VM3、VM4)；
其特征在于，所述第一传动装置(12)为了实现所述至少两个可交替选择的传动级(EM1、EM2)而包括至少一个行星齿轮组(15)，而所述第二传动装置(13)为了实现所述至少一个可选择的传动级(VM3、VM4)而包括至少一个正齿轮组(27、28)。
2.按照权利要求1所述的扭矩叠加装置，其特征在于，两个传动装置(12、13)分别包括至少两个可交替选择的传动级(EM1、EM2、VM3、VM4)。
3.按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，所述第二传动装置(13)为了实现所述至少两个可交替选择的传动级(VM3、VM4)而包括至少两个正齿轮组(27、28)。
4.按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，所述第一传动装置(12)包括正好一个行星齿轮组(15)，其中，优选正好两个传动级(EM1、EM2)可交替选择。
5.按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，所述行星齿轮组(15)为了选择传动级(EM1、EM2)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(24)和/或摩擦离合器(26)。
6.按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，所述行星齿轮组(15)为了实现所述至少两个可交替选择的传动级(EM1、EM2)中的其中一个传动级(EM2)而能联锁。
7.按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，为了实现所述至少两个可交替选择的传动级(EM1、EM2)中的另一个传动级(EM1)，电机(EM)能与行星齿轮组(15)的齿圈(20)抗扭矩地耦联，行星齿轮组(15)的太阳轮(23)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(24)与所述扭矩叠加装置的壳体耦联，并且行星齿轮组(15)的行星齿轮架(22)与扭矩输出端(5)抗扭矩地耦联。
8.按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，为了所述至少一个构成为传动级的正齿轮组(27、28)的可选择性，所述第二传动装置(13)包括至少一个形锁合和/或摩擦锁合的切换离合器(29)。
9.按照权利要求8所述的扭矩叠加装置，其特征在于，所述至少一个切换离合器(29)实施为具有同步元件。
10.按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，在电机(EM)与行星齿轮组(15)之间设置固定的传动器、优选为正齿轮组，其具有朝向电机(EM)的第一正齿轮(14)和朝向行星齿轮组(15)的第二正齿轮，并且所述固定的传动器优选具有1.5至4之间的传动比、特别优选具有1.5至3之间的传动比。
11.按照权利要求10所述的扭矩叠加装置，其特征在于，为了实现另一个或另两个可交替选择的传动级(VM1、VM2)，所述第二传动装置(13)的与第二扭矩输入端(4)连接的轴(7)能与构成为正齿轮组(14)的固定传动器的第一正齿轮可交替选择地、抗扭矩地连接。
12.按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，所述第二传动装置(13)的与第二扭矩输入端(4)连接的轴(7)和第一传动装置(12)的与第一扭矩输入端(3)连接的轴(6)彼此对准地设置，并且所述第二传动装置(13)的轴(7)的与第二扭矩输入端(4)背离的端部支承在第一传动装置(12)的与第一扭矩输入端(3)连接的轴(6)的构成为空心轴(18)的端部中。
13.按照权利要求7或8中任一项所述的扭矩叠加装置，其特征在于，为了轴(7)与固定的传动器(14)的可交替选择的抗扭矩的连接，在轴(7)上设置形锁合和/或摩擦锁合的切换离合器(30)，并且切换离合器(30)优选实施为具有同步元件。
14.混合动力驱动***(1)，其包括内燃机(VM)、电机(EM)以及按照权利要求1至13中任一项所述的扭矩叠加装置，其中，内燃机(VM)具有40至150kW之间的功率、优选具有50至100kW之间的功率，而电机(EM)具有30至60kW的持续功率和相当于所述持续功率的2至3倍的峰值功率。
15.用于运行机动车、特别是轿车的混合动力驱动***的方法，其中，所述混合动力驱动***包括按照上述权利要求中任一项所述的扭矩叠加装置，并且所述方法包括具有第一和第二调节范围的混合-正常运行模式；其中，所述第一调节范围从车辆速度零延伸至混合-正常运行模式中的E行驶速度边界，而所述第二调节范围从混合-正常运行模式中的E行驶速度边界延伸至车辆的最高速度；在第一调节范围内，机动车的驱动力矩仅借助电机产生，在第二调节范围内，机动车的驱动力矩在混合动力运行中由内燃机与电机的共同作用产生；其特征在于，所述内燃机与驾驶员愿望的负载要求无关地在所述内燃机的优化效率范围内运行。
16.按照权利要求15所述的方法，其特征在于，所述E行驶速度边界包括接通阈值和关断阈值，并且所述接通阈值是下述行驶速度值，在所述行驶速度值时在车辆速度提升的情况下进行从第一调节范围向第二调节范围中的转换，而所述关断阈值是下述行驶速度值，在所述行驶速度值时在车辆速度下降的情况下进行从第二调节范围向第一调节范围中的转换。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，所述接通阈值和所述关断阈值彼此相隔在5至25km/h的范围内，优选为彼此相隔在10至15km/h的范围内。
18.按照权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述内燃机仅在行驶功率-特殊运行模式中短时间地在负载处于内燃机的优化效率范围之上的情况下运行。
19.按照权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括第一混合-特殊运行模式，所述第一混合-特殊运行模式根据蓄电池充电状态来替代所述混合-正常运行模式；其特征在于，当蓄电池充电状态下降到第一边界值之下时，所述第一混合-特殊运行模式激活，并且随着第一混合-特殊运行模式激活，将E行驶速度边界设定到低于初始值的值上。
20.按照权利要求15至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括第二混合-特殊运行模式，所述第二混合-特殊运行模式根据蓄电池充电状态来替代所述混合-正常运行模式；其特征在于，当蓄电池充电状态超出第二边界值时，所述第二混合-特殊运行模式激活，并且随着第二混合-特殊运行模式激活，将E行驶速度边界设定到高于初始值的值上和/或内燃机的运行按照处于内燃机的优化效率范围之下的负载来调节，使得内燃机的充电功率等于零。
21.按照权利要求19或20中任一项所述的方法，其特征在于，从所述混合-正常运行模式至所述第一混合-特殊运行模式和/或所述第二混合-特殊运行模式的过渡连续地根据蓄电池的充电状态且优选根据预测功能进行，并且所述E行驶速度边界连续地下降或升高。
22.按照权利要求15至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括可选地由驾驶员可选择的E行驶运行模式，在所述E行驶运行模式中机动车的驱动力矩在整个速度范围内仅借助所述电机产生。
23.按照权利要求15至22中任一项所述的方法，其特征在于，所述内燃机在第二调节范围中也在推进阶段中在运行点恒定的情况下运行。
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