CN112996684A - 混合动力驱动单元、混合动力驱动设备及用于操作混合动力驱动设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动汽车的传动系的混合动力驱动单元、包括根据本发明的混合动力驱动单元的混合动力驱动设备以及用于操作根据本发明的混合动力驱动设备的方法。混合动力驱动单元(1)包括：用于机械联接内燃发动机(9)的连接装置(13)、第一电机(3)、分离离合器(5)、第二电机(4)、输出装置(6)、电线***(7)，以及控制装置(16)，所述控制装置被设计成以发电机模式操作所述第二电机(4)，将由所述第二电机(4)提供的电能供应到所述电线***(7)，以及从所述电线***(7)向所述第一电机(3)供应电能，并使所述第一电机以电动机模式操作。借助对所提出的根据本发明的混合动力驱动单元、混合动力驱动设备和方法的设计，可以有效地利用根据本发明的所述混合动力驱动单元的各个元件，特别是借助多种功能，以便实现最佳的驱动以及舒适可靠的驾驶体验。

Description

混合动力驱动单元、混合动力驱动设备及用于操作混合动力 驱动设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电动汽车特别是混合动力汽车的传动系的混合动力驱动单元，以及电动汽车特别是混合动力汽车的包括根据本发明的混合动力驱动单元的混合动力驱动设备。
另外，本发明还涉及一种用于操作根据本发明的混合动力驱动设备的方法。
背景技术
从现有技术中已知具有电机、输出装置和电储存装置的混合动力驱动单元。输出装置可以例如是汽车的车轮并且可以牢固地与电机连接。电机被设计成例如在下坡行驶时以发电机模式操作、由输出装置的扭矩驱动并产生电能。所产生的电能被发送到电储存装置以进行储存。以此方式构造的混合动力驱动单元可以将发电机模式下的电机的拖曳扭矩用作制动扭矩，以便降低输出装置的速度，例如使车轮静止或使车辆减速。
但是，只有当电储存装置具有一定的电能容量以吸收由电机产生的电能时，才可以有利地利用这种效果。
根据现有技术的具有混合动力驱动单元的汽车通常还包括机械制动装置。
在行驶情况下，诸如减速情况下，特别是在下坡行进或城市交通中，如果电储存装置不再能接收电能，则使用机械制动装置以替代或补充在发电机模式下用作制动扭矩的电机拖曳扭矩。
电机的拖曳扭矩与机械制动装置的接合之间的变化通常被汽车的驾驶员感觉为不舒适。
此外，在下坡行驶情况下，汽车可能至少在电机的拖曳扭矩失效之后暂时地经历不想要的加速，例如当制动扭矩如上所述发生改变时，这会给驾驶员下坡滑行不受控制的印象。
此外，US 2013/0029805 A1公开了一种混合动力驱动设备，该混合动力驱动设备具有内燃发动机、电机和分离离合器，以及速度传感器和控制装置，该控制装置被设计成根据所需的速比来断开或闭合分离离合器。
然而，驱动机的数量对混合动力驱动设备的操作模式的数量施加了限制。
发明内容
在此基础上，本发明的目的是提供一种混合动力驱动单元和配备有该混合动力驱动单元的混合动力驱动设备，以及一种用于操作根据本发明的这种混合动力设备的方法，该方法通过有效地使用根据本发明的混合动力驱动单元的元件以简单的方式实现，将最佳的驾驶操作与舒适可靠的驾驶体验结合在一起。
这一目的通过根据权利要求1的根据本发明的混合动力驱动单元、根据权利要求9的根据本发明的混合动力驱动设备以及根据权利要求10的用于操作混合动力驱动设备的方法来实现。在从属权利要求2至8中列出了混合动力驱动单元的有利实施例。
此外，可通过任何技术上有用的方式组合权利要求的特征，包括在以下描述中给出的解释，并且可以使用包括本发明附加实施例的附图的特征。
本发明涉及一种用于电动汽车特别是混合动力汽车的传动系的混合动力驱动单元，该混合动力驱动单元具有：用于机械联接内燃发动机的连接装置、第一电机、分离离合器、第二电机、输出装置，以及第一电机与第二电机之间的导电***。此外，该混合动力驱动单元包括控制装置，该控制装置被设计成当在输出装置上需要制动扭矩时以发电机模式操作第二电机，将由第二电机提供的电能供应给电线***，以及从电线***向第一电机供应电能并操作第一电机，同时以电动机模式至少成比例地利用来自电线***的电能。以这种方式，第二电机驱动连接装置，然后可以通过该连接装置将扭矩提供给内燃发动机。
从电线***供应给第二电机的电能的量至少成比例地对应于由第一电机供应给电线***的电能的量。
输出装置可以基本上被设计为汽车的从动轴或车轮。
相应地，控制装置使得输出装置的机械能能够被第二电机转换成电能，并且该电能至少成比例地继而被第一电机转换成机械能，该机械能被传递给内燃发动机，其中电能最终因摩擦而转化为热量。
因此，即使汽车的储能器不再能够吸收能量，或者即使该储能器不再旨在吸收电能，配备有根据本发明的混合动力驱动单元的汽车的输出装置或一个或多个车轮的机械能也可以高效且几乎没有磨损地转换，从而可以在输出装置上实现制动效果。
根据本发明的另一方面，电线***包括用于储存电能的电储存装置，该电储存装置与第一电机和第二电机导电连接。
也可以称为电池或蓄电池的该电储存装置形成第一电机与第二电机之间的电线***的至少一部分。相应的电机可以特别地连接到电储存装置，以用于经由电流导体传输电能。
优选地规定，电储存装置具有相对低的8至12kWh的容量，特别是9至11kWh的容量。
根据另一个有利的实施例，电线***基本上被设计为电线并且将第一电机直接联接到第二电机。
根据本发明，不应排除在该电线中实现中间件，特别是用于实现两个电机之间的电连接的中间件。因此，在该替代实施例中，在电线***中的两个电机之间没有设置电储存装置。然而，也不应排除的是，除了该电线以外，电储存装置也布置在并联电流路径中，使得它可以由控制装置控制，无论由电机生成的电能或所要求的能量来自或去往电储存装置以及电能从电储存装置传导至电机，还是由电机生成的电能被直接供应到其他电机。
在根据本发明的一个实施例中，控制装置还被设计成当在输出装置上需要限定的制动扭矩时将分离离合器断开或将其保持在断开状态。
通过将分离离合器断开或保持在断开状态，可以与输出装置的转速无关地使用内燃发动机。
根据另一个实施例，混合动力驱动单元还包括机械制动装置，利用该机械制动装置也可以在输出装置上实施制动扭矩。
在该实施例中，控制装置还被有利地设计，因为它可以被用来控制机械制动装置的制动效果，或者由第二电机、第一电机和内燃发动机提供的制动效果可以被调适以便最终实现汽车的驾驶或巡航控制***功能，从而实现所需的制动效果。
连接装置、第一电机、分离离合器、第二电机和输出装置有利地串联布置在共同的扭矩传递路径中。
在另一个实施例中，控制装置被设计成根据输出装置上的制动扭矩需求的大小来改变第二电机的发电机功率。
因此，还为第一电机的电动机操作提供更多的电能，这相应地实现连接装置或内燃发动机的更强的机械驱动，并因此最终根据制动扭矩需求实现输出装置的增强的制动效果。
因此，与输出装置和内燃发动机之间的刚性或不可旋转的连接相比，甚至有可能在输出装置上实现更大的制动扭矩，以用于通过输出装置驱动内燃发动机。
在另一个有利的实施例中，控制装置被设计成以发电机模式操作第二电机，将由第二电机提供的电能供应到电储存装置，将电能从电储存装置供应到第一电机并使第一电机以电动机模式操作，以使得当电储存装置的电量超过限定的电量状态时，第二电机驱动连接装置。
因此，当电储存装置不能或不应再接收电能时，诸如在长时间的下坡行驶期间或之后，控制装置只能实现根据本发明的发电机模式和电动机模式。
只要电储存装置仍然具有能吸收电能的容量，就可以进行常规的恢复操作，以将输出装置的机械能转换为电能、进行储存并使之可在以后使用，特别是用于驱动汽车。
此外，根据本发明，提供了一种电动汽车特别是混合动力汽车的混合动力驱动设备，该混合动力驱动设备包括根据本发明的混合动力驱动单元和内燃发动机，内燃发动机的输出机械联接到混合动力驱动单元的连接装置。
此外，根据本发明，提供了一种用于操作根据本发明的混合动力驱动设备的方法，其中使用根据本发明的混合动力驱动设备，并且当在输出装置上需要制动扭矩时，借助控制装置，使第二电机以发电机模式操作，将由第二电机提供的电能供应到电线***，并且将电能从电线***供应到第一电机，同时以电动机模式至少成比例地利用来自电线***的电能，以使得第二电机驱动连接装置，然后通过连接装置将扭矩提供给内燃发动机。
本发明的另一方面是一种计算机程序，特别是应用程序软件，其可以被加载到特别是数字计算机的非易失性存储装置中，特别是根据本发明的混合动力驱动单元的控制装置中，并且其包含计算机程序代码，如果使用了数字计算机，则该计算机程序代码至少执行以下步骤：
-确立输出装置上对至少一个限定的制动扭矩的需求，以及
-产生用于以发电机模式操作第二电机的命令。
此外，计算机程序还可以任选地生成命令，以将电能从电线***传输到第一电机和/或生成命令以操作第一电机，从而以电动机模式至少成比例地利用来自电线***的电能。
因此，根据本发明的计算机程序被设计成执行根据本发明的方法的至少一些步骤或支持它们，并因此
在限定的制动需求下，自动使用第二台电机的拖曳扭矩来制动汽车。
尤其是，可以规定，在产生用于将电能从电线***传输到第一电机的命令的步骤之前，首先进行关于电线***中的储存装置的电量状态的询问。计算机程序可以检测该储存装置的当前电量状态，将其与限定的极限电量状态进行比较，然后生成用于进一步动作的命令。如果电量状态已经达到或可能超过极限电量状态，则执行生成用于将电能从电线***传输到第一电机的命令的步骤。如果未达到极限电量状态，则可以首先对电线***的储存装置进行充电。极限电量状态可以是储存装置的一种状态，在该状态下不能吸收更多的电能，或在该状态下不应吸收更多的电能。
可以规定，计算机程序还定义了从电线***中的储存装置传输到第一电机的电能的量。特别地，从储存装置传递到第一电机的电能的量可以对应于第二电机以发电机模式提供的电能的量。
附图说明
基于相关的技术背景，参考详细地示出了优选实施例的相关附图，在下文对如上所述的本发明进行详细解释。本发明绝不受纯粹示意性附图的限制，其中应当指出的是，附图中所示出的示例性实施例不限于所示尺寸。在附图中：
图1示出了具有根据本发明的混合动力驱动单元的根据本发明的混合动力驱动设备的示意图。
具体实施方式
在所示的本发明的实施例中，混合动力驱动设备2包括混合动力驱动单元1和内燃发动机9。混合动力驱动单元1包括第一电机3、第二电机4、分离离合器5、输出装置6和连接装置13。
混合动力驱动单元1的这些元件与公共旋转轴线10同轴地串联布置。
本发明的主题不限于各个元件的这种几何布置，而是特别地，车轮6可以由齿轮，特别是具有固定齿轮比的齿轮以及相对于电机和/或相对于内燃发动机9布置在径向偏移位置的差速齿轮来提供。
包括混合动力驱动设备2的内燃发动机9也相对于公共旋转轴线10同轴地布置。
连接装置13将第一电机3并因此将混合动力驱动单元1不可旋转地连接到内燃发动机9，其中第二电机4不可旋转地连接到被构造为汽车的车轮的输出装置6。
分离离合器5沿轴向布置在两个电机3、4之间，第二电机4或内燃发动机9之间的扭矩传递路径，其中借助于分离离合器5或将分离离合器5闭合，第二电机4或内燃发动机9与输出装置6之间的扭矩传递路径可以闭合。为此，第一电机3不可旋转地连接至第一分离离合器侧11，并且第二电机4不可旋转地连接至第二分离离合器侧12。
此外，两个电机3、4经由电线***7彼此电连接。此处示出的电线***7包括储存装置8以及第一电线14和第二电线15。第一电机3借助第一电线14连接到储存装置8，并且第二电机4借助第二电线15连接到储存装置8，以用于将电能从电机3、4传输到储存装置8或从储存装置8传输到电机3、4。第一电机3可以以发电机模式操作以便在由内燃发动机9驱动的同时产生电能并将电能供应给储存装置8，或者可以以电动机模式操作以便使用来自储存装置8的电能从而将扭矩传递到内燃发动机9。第二电机4同样可以以发电机模式操作以便在由从输出装置6传递的扭矩驱动的同时产生电能并将电能供应给储存装置8，或者以电动机模式操作以从储存装置8获得电能从而将扭矩传递到输出单元6。
混合动力驱动单元1还包括控制装置16。根据本发明，控制装置16被设计成当在输出装置6上需要制动扭矩时以发电机模式操作第二电机4，将由第二电机4提供的电能供应给电线***7，以及将电能从电线***7供应给第一电机3并操作第一电机，同时以电动机模式至少成比例地利用来自电线***7的电能，以使得第二电机4驱动连接装置13或内燃发动机9。
为此，控制装置16通过连接装置与第二电机4和电线***7连接以用于传输相应的命令。特定的命令可以特别地由例如可由控制装置16执行的计算机程序生成。
当第二电机4作为发电机操作时，也可以规定，供应给电线***7的电能首先给储存装置8充电。可以定义储存装置8的某种电量状态，在该状态下储存装置8不能或不应再接收电能。如果第二电机4现在例如在长时间下坡行进时产生大量电能，以至于当电能被提供给储存装置时超过或达到其限定的电量状态，则控制装置16执行电机3和4的根据本发明的发电机模式和电动机模式。
在另一个实施例(这里未示出)中，电线***7不包括额外的储存装置8，而是仅由电导体形成，使得第一电机3直接电联接至第二电机4，因此，由第二电机4提供的电能被直接供应给第一电机。
借助对这里提出的混合动力驱动单元和混合动力驱动设备的设计以及根据本发明的用于操作混合动力驱动设备的方法，可以有效地利用根据本发明的混合动力驱动单元的各个元件，特别是借助多种功能，以便实现最佳的驱动以及舒适可靠的驾驶体验。
附图标记列表
1混合动力驱动单元 2混合动力驱动设备 3第一电机 4第二电机 5分离离合器 6输出装置 7电线*** 8储存装置 9内燃发动机 10旋转轴线 11第一分离离合器侧 12第二分离离合器侧 13连接装置 14第一电线 15第二电线 16控制装置

Claims (10)

1.一种用于电动汽车特别是混合动力汽车的传动系的混合动力驱动单元(1)，所述混合动力驱动单元具有：用于机械联接内燃发动机(9)的连接装置(13)、第一电机(3)、分离离合器(5)、第二电机(4)、输出装置(6)、在所述第一电机(3)与所述第二电机(4)之间的电线***(7)，以及控制装置(16)，所述控制装置被设计成当在所述输出装置(6)上需要制动扭矩时，以发电机模式操作所述第二电机(4)，将由所述第二电机(4)提供的电能供应到所述电线***(7)并从所述电线***(7)向所述第一电机(3)供应电能，同时以电动机模式至少成比例地利用来自所述电线***(7)的电能，以使得所述第二电机(4)驱动所述连接装置(13)，然后可通过所述连接装置将扭矩提供给所述内燃发动机(9)。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动单元(1)，其特征在于，所述电线***(7)包括用于储存电能的电储存装置(8)，所述电储存装置与所述第一电机(3)和所述第二电机(4)导电连接。
3.根据权利要求1所述的混合动力驱动单元(1)，其特征在于，所述电线***(7)基本上被设计为电线(14、15)，并且将所述第一电机(3)直接联接到所述第二电机(4)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力驱动单元(1)，其特征在于，所述控制装置(16)还被设计成当在所述输出装置(6)上需要限定的制动扭矩时断开所述分离离合器(5)或将其保持在断开状态。
5.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力驱动单元(1)，其特征在于，所述混合动力驱动单元(1)还包括机械制动装置，利用所述机械制动装置也可以在所述输出装置(6)上实施制动扭矩。
6.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力驱动单元(1)，其特征在于，所述连接装置(13)、所述第一电机(3)、所述分离离合器(5)、所述第二电机(4)和所述输出装置(6)串联布置在共同的扭矩传递路径上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的混合动力驱动单元(1)，其特征在于，所述控制装置(16)被设计成根据在所述输出装置(6)上的制动扭矩需求的大小来改变所述第二电机(4)的发电功率。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的混合动力驱动单元(1)，其特征在于，所述控制装置(16)被设计成以发电机模式操作所述第二电机(4)，将由所述第二电机(4)提供的电能供应到所述电储存装置(8)，将电能从所述电储存装置(8)供应到所述第一电机(3)并使所述第一电机以电动机模式操作，以使得当所述电储存装置(8)的电量超过限定的电量状态时，所述第二电机(4)驱动所述连接装置(13)。
9.一种电动汽车特别是混合动力汽车的混合动力驱动设备(2)，所述混合动力驱动设备包括：根据权利要求1至8中的一项所述的混合动力驱动单元(1)，和内燃发动机(9)，所述内燃发动机的输出机械地连接到所述混合动力驱动单元(1)的所述连接装置(13)。
10.一种用于操作根据权利要求9所述的混合动力驱动设备(2)的方法，其中提供根据权利要求9所述的混合动力驱动设备(2)，并且当在所述输出装置(13)上需要制动扭矩时，借助所述控制装置(16)，使所述第二电机(4)以发电机模式操作，将由所述第二电机(4)提供的电能供应到所述电线***(7)，并且将电能从所述电线***(7)供应到所述第一电机(3)，同时以电动机模式至少成比例地利用来自所述电线***(7)的电能，以使得所述第二电机(4)驱动所述连接装置(13)，然后通过所述连接装置将扭矩提供给所述内燃发动机(9)。
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