用于车辆的动力单元和用于操作车辆的动力单元的方法与流程

本发明涉及用于车辆的驱动单元。本发明还涉及用于操作这样的驱动单元的方法。

背景技术

用于车辆的驱动单元（例如混合驱动单元）及其操作方法是现有技术通常已知的。

技术实现要素：

本发明基于明确一种相对于现有技术改进的用于车辆的特别紧凑的驱动单元的目标。本发明还基于明确一种用于操作这样的驱动单元的合适的方法的目标。

关于驱动单元，目标是根据本发明借助于权利要求1中明确的特征实现的。关于方法，目标是根据本发明借助于权利要求10中明确的特征实现的。

本发明的有利配置是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于车辆的驱动单元包括内燃发动机、至少一个电动马达和传动装置，所述传动装置针对内燃发动机且针对电动马达在每种情况下均具有一个单独的输入轴。在此，电动马达被固定联接到传动装置的输出单元，其中当传动装置处于空挡位置时不中断在电动马达和输出单元之间的功率流。

驱动单元被配置为用于车辆的混合驱动器并且当内燃发动机在功能上脱离于传动装置时允许车辆的纯电动操作。由于电动马达被固定联接到输出单元这一事实，不需要用于将电动马达功能上联接到传动装置的离合器元件。换言之：电动马达以减速比被直接联接到输出单元，而不需要脱离单元。传动装置因此能够以简单且紧凑的形式被生产，以致驱动单元比常规驱动单元更具有成本效益。此外，传动装置需要比常规混合驱动器的传动装置更少的结构空间。

根据一种示例性实施例，在车辆的每个启动过程期间传动装置处于空挡位置。因此，车辆在每个启动过程期间必须被电动驱动。这具有如下优势，即不需要在车辆的启动期间用于内燃发动机的功能性接入的所谓的启动离合器。这进一步促进了传动装置的紧凑设计。此外，当车辆在某一速度以上被内燃发动机驱动时，由电动马达生成的扭矩能够叠加到由内燃发动机生成的转矩上。换言之：由电动马达生成的转矩能够被用于在驱动操作期间增强——也就是说辅助——内燃发动机。

传动装置具体地被配置为具有多个传动齿轮比的齿轮驱动的自动化手动传动装置。自动化手动传动装置的特征在于相对简单的机械结构且良好的效率。此外，相对于现有技术，能够减少传动齿轮比的数量。对于以此方式配置的驱动单元，例如，与常规驱动单元相比，四个传动齿轮比的数量就足够了，且不会损失任何驾驶舒适性。也可以想到两个或三个传动齿轮比的数量。

传动装置还包括驱动轴，其功能上联接到、具体地在运动方面联接到内燃发动机。副轴平行于驱动轴被布置且能够被置于接合驱动轴，具体地借助于齿轮接合驱动轴。借助于平行布置的副轴，能够减小在传动装置的功率流中的驱动轴的旋转速度，并且能够增加转矩。在此，副轴包括齿轮驱动的最终传动比，借助于该最终传动比能够直接地驱动输出单元。输出单元例如是差动传动装置，其驱动用于车辆的驱动轮（例如前驱动轮）的轮轴驱动轴。

传动装置还包括至少一个爪形离合器以用于换挡到至少一个传动齿轮比。爪形离合器能够以简单且因此有成本效益的形式被生产并且促进驱动单元的传动装置的简单且紧凑的构造。

此外，电动马达经由副轴被联接到输出单元。电动马达因此能够独立于被联接到内燃发动机的驱动轴来驱动输出单元。

在进一步实施例中，电动马达经由第一传动齿轮比的齿轮被连接到副轴，该齿轮借助于所述至少一个爪形离合器可旋转连结地连接到输出轴。电动马达因此借助于对于内燃发动机已经存在的传动装置部件被联接到副轴。这样多次使用传动装置部件进一步减小了传动装置的结构空间需求。

在此，当所述至少一个爪形离合器处于打开状态时，第一传动齿轮比的齿轮相对于驱动轴可旋转。具体地，当爪形离合器打开时功率不从第一传动齿轮比的齿轮被传输到驱动轴，并且在这种状态下内燃发动机功能上脱离于传动装置。这允许第一传动齿轮比的齿轮既被用于将内燃发动机接入到传动装置中又用于仅将电动马达接入到传动装置中。电动马达因此也能够在爪形离合器暂时打开的换挡过程期间执行驱动组件的功能。这允许在不中断牵引功率的情况下换挡，且省略了昂贵的同步单元。

电动马达的联接和输出单元的联接还借助于所谓的减速比被实现，在这种情况下，在传动装置中在功率流的方向上的旋转速度减小但是传输的转矩增加。为此目的，在电动马达的旋转速度和输出单元的旋转速度之间的传动比的大小大于一。这允许电动马达的旋转速度增速到最佳启动操作所需的车轮旋转速度。此外，在齿轮比变化期间，能够通过电动马达补偿转矩的下降，而不需中断牵引功率。

在根据本发明的用于操作驱动单元的方法的情况下，当传动装置处于空挡位置时，用于驱动输出单元的功率仅从电动马达被传输。因此当内燃发动机功能上没有被联接到传动装置时，车辆的纯电动驱动是可能。在此，借助于经由减速比将电动马达直接联接到输出单元而不需要脱离单元，可以以简单方式实现内燃发动机与传动装置的功能上脱离且因此作为驱动组件的电动马达的独有接入。

根据本方法的一种实施例，在每个启动过程期间传动装置被置于空挡位置，其中，由大于零的规定速度开始，从内燃发动机传输用于驱动输出单元的功率。因为车辆的每个启动过程被电动驱动，所以能够省略用于将内燃发动机功能上接入到传动装置中的启动离合器。这允许传动装置的紧凑且简单的设计，且与相对于现有技术，结构空间要求降低且因此驱动单元更具成本效益。

在启动过程之后，针对较高速度，内燃发动机被用作驱动组件。在此，由大于零的规定速度开始，内燃发动机借助于传动齿轮比被联接到副轴，以致额外地或仅从内燃发动机传输用于驱动输出单元的功率。在换挡过程期间，电动马达能够继续执行驱动组件的功能，以致在换挡期间能够几乎避免转矩的下降。

附图说明

下文将参考附图更具体地讨论本发明的示例性实施例。

具体地：

图1示意性示出具有驱动单元的车辆，并且

图2示意性示出用于车辆的驱动单元。

在所有附图中，互相对应的零件由相同的附图标记指代。

具体实施方式

图1以非常简化的图示示出了具有驱动单元1的车辆F。图2示意性示出了车辆F的驱动单元1，其具有内燃发动机2、电动马达3、传动装置4和输出单元5。

驱动单元1形成用于车辆F、具体地用于机动车辆的混合驱动器，并且例如能够被用作带有横向或纵向安装的前置驱动组件的前置驱动器或用作后置驱动器。车辆F例如是客车、越野车、多用途车或者摩托车。

在所示的示例性实施例中，驱动单元1具有内燃发动机2和电动马达3作为驱动组件。内燃发动机2和电动马达3均借助于专用输入轴E1、E2被联接到传动装置4。电动马达3被固定联接到输出单元5，其中当传动装置4处于空挡位置N时不中断在电动马达3和输出单元5之间的功率流。

此外，传动装置4的驱动轴A（其被联接到内燃发动机2的输入轴E1并且相对于E1同轴运行）被联接到电动起动发电机6，其起动内燃发动机2、辅助同步并且在车辆F的操作期间用作发电机。在此，驱动单元1例如形成具有所谓的P1布置和P3布置的组合的并联混合驱动器。

布置的指定取决于电动马达3在驱动单元1内的安装位置。因为在所示示例性实施例中的电动马达3被直接地联接到传动装置4的输出（见更具体的下文解释），所以存在P3布置。与P1布置的组合是由附加的电动起动发电机6产生的，该发电机6被固定连接到驱动轴A。

下文更具体地描述的传动装置4基于由现有技术已知的自动化手动传动装置，具体地具有正接合换挡元件的多比正齿轮传动装置。

在所示的传动装置4中，所谓的副轴V被布置成平行于驱动轴A，该副轴同时形成传动装置4的输出轴并且直接经由由两个齿轮Z1、Z2构成的最终传动比来驱动输出单元5。输出单元5例如是差动传动装置，其驱动用于机动车辆的驱动轮（例如前驱动轮）的轮轴驱动轴。

多个齿轮Z3至Z6被布置在驱动轴A上（所述齿轮以成对方式持续接合于被布置在副轴V上的齿轮Z7至Z10），并且因此为不同齿轮比提供不同传动比。在所示示例性实施例中，传动装置4具有四个传动齿轮比G1至G4。替代性地，传动装置4也可以具有少于四个传动齿轮比G1至G4的传动齿轮比，例如两个或三个传动齿轮比G1至G4。也可以想到多于四个传动齿轮比G1至G4。

对于每个齿轮对，在每种情况下，齿轮Z3至Z10中的一个被旋转连结地布置在对应轴（也就是说驱动轴A或者副轴V）上，并且齿轮Z3至Z10中的其他齿轮以自由旋转且轴向固定的方式被布置在对应轴上。

在所示示例性实施例中，第四传动齿轮比G4的齿轮对包括被固定布置在驱动轴A上的齿轮Z6（也被称为固定齿轮）和被松散地布置在副轴V上的齿轮Z10（也被称为空转齿轮）。被固定地布置在驱动轴A上的齿轮Z6还持续接合于齿轮Z11，该齿轮Z11被连接到起动发电机6的输入轴E3。松散地布置的齿轮Z10具体地被布置在副轴V的轴区段V1上，该轴区段例如是中空轴的形式并且包括第一爪形离合器K1，其以旋转连结且可轴向移位的方式被紧固到副轴V。

第三传动齿轮比G3的齿轮对包括被固定地布置在驱动轴A上的齿轮Z5和被松散地布置在副轴V上的齿轮Z9。松散地布置的齿轮Z9类似地被布置在副轴V的包括第一爪形离合器K1的另一轴区段V2上。

第二传动齿轮比G2的齿轮对包括齿轮Z4，其被松散地布置在驱动轴A且被布置在驱动轴A的驱动轴区段A1上，例如以中空轴的形式。所述驱动轴区段A1包括第二爪形离合器K2。第二传动齿轮比G2的齿轮对还包括齿轮Z8，其被固定地布置在副轴V上。

第一传动齿轮比G1的齿轮对包括齿轮Z3并且也包括齿轮Z7，该齿轮Z3被松散地布置在驱动轴A上并且类似地被布置在驱动轴A的另一驱动轴区段A2上，该另一驱动轴区段A2包括第二爪形离合器K2，该齿轮Z7被固定地布置在副轴V上。

爪形离合器K1、K2用于传动齿轮比G1至G4的换挡。在此，爪形离合器K1、K2均具有第一爪形元件K1.1、K2.1，其分别被旋转连结地布置在驱动轴A或副轴V上。具体地，第一爪形元件K1.1、K2.1被布置成使得其与驱动轴A或与副轴V共同地旋转但分别相对于驱动轴A或相对于副轴V可轴向移位。

爪形离合器K1、K2还均具有两个第二爪形元件K1.2、K2.2，其均分别相对于第一爪形元件K1.1、K2.1同轴地并与其相对地布置在驱动轴A和副轴V上。此外，第二爪形元件K1.2和K2.2分别与齿轮Z9、Z10和Z3、Z4形成为单件。也就是说，例如，一个爪形离合器K2的第二爪形元件K2.2与第一传动齿轮比G1的齿轮Z3形成为单件。所述爪形离合器K2的另一第二爪形元件K2.2与第二传动齿轮比G2的齿轮Z4形成为单件，并且另一爪形离合器K1的第二爪形元件K1.2与第三传动齿轮比G3的齿轮Z9形成为单件。另一爪形离合器K1的另一第二爪形元件K1.2与第四传动齿轮比G2的齿轮Z10形成为单件。

第一爪形元件K2.1的面向齿轮Z3、Z4的那些表面均具有多个爪形齿（没有被更具体地图示）。类似地，多个对应的爪形齿被形成在第二爪形元件K2.2的在每种情况下均面向第一爪形元件K2.1的那些表面上，以致爪形齿能够被置于彼此接合。

在图2中所示的示例性实施例中，两个爪形离合器K1、K2均被图示为处于打开状态。也就是说，传动装置4处于空挡位置N，其中可换挡齿轮Z3、Z4均没有连接到驱动轴A且可换挡齿轮Z9、Z10均没有被连接到副轴V。因此，没有功率从内燃发动机2被传递到驱动轴A。因此内燃发动机2在功能上不联接到传动装置4，或者在运动方面不联接到传动装置4。

对于第一传动齿轮比G1的换挡，第二爪形离合器K2在第一传动齿轮比G1的齿轮Z3的方向上运动。因此，第一爪形元件K2.1的爪形齿和第二爪形元件K2.2的爪形齿（其与第一传动齿轮比G1的齿轮Z3形成为单件）被置于彼此相互接合。因此，第一传动齿轮比G1的齿轮Z3借助于第二爪形离合器K2被旋转连结地连接到驱动轴A，以致副轴V功能上连接到齿轮Z1、Z2，且因此在运动方面借助于第一传动齿轮比G1的齿轮对与其联接。传动装置4现在已经被换挡到第一齿轮比位置。

对于第二传动齿轮比G2的换挡，例如是如下情况：第二爪形离合器K2的第一爪形元件K2.1在第二传动齿轮比G2的齿轮Z4的方向上运动同时车辆F正行进，并且第一爪形元件K2.1的爪形齿和与第二传动齿轮比G2的齿轮Z4形成为单件的第二爪形元件K2.2的爪形齿被置于彼此相互接合。因此，第二传动齿轮比G2的齿轮Z4借助于第二爪形离合器K2被旋转连结地连接到驱动轴A，以致副轴V功能上连接到齿轮Z1、Z2，特别是在运动方面借助于第二传动齿轮比G2的齿轮对与其联接。传动装置4现在已经被换挡到第二齿轮比位置。

对于第三和第四传动齿轮比G3、G4的换挡，以与第一爪形离合器K1类似的方式进行上述程序。

在常规驱动单元1的情况下，同步单元（例如是被横向布置在爪形离合器K1、K2上的同步环的形式）被用于实现平缓的换挡过程。在齿轮比的接合之前，所述同步单元针对对应轴的旋转速度调试对应齿轮Z1至Z13的旋转速度。在根据本发明的驱动单元1的情况下能够省略这样的同步单元。

此外，由于固定联接到驱动单元1，所以电动马达3在换挡过程期间执行车辆F的驱动，借此能够补偿在换挡过程期间通常发生的转矩的下降。为此目的，电动马达3可直接连接到副轴V且因此直接连接到齿轮Z1、Z2，所述齿轮Z1、Z2包括传动装置4的最终传动比并且驱动输出单元5。这将在下文中被更具体地解释。

电动马达3例如是电动牵引机器。电动马达3经由单独的输入轴E2被机械连接到传动装置4。为此目的，传动装置4包括中间齿轮对，其包括齿轮Z12、Z13。齿轮Z13持续接合于第一传动齿轮比G1的齿轮Z3（该齿轮Z3被布置在驱动轴A上）且进而持续接合于第一传动齿轮比G1的齿轮Z7（其被布置在副轴V上）。

如果第二爪形离合器K2处于打开状态，则传动装置4处于空挡位置N且内燃发动机2在功能上没有联接到传动装置4。也就是说，功率传递直接从电动马达3到副轴V发生，该副轴V借助于齿轮Z1、Z2经由最终传动比驱动输出单元5。换言之：只要内燃发动机2功能上没有被联接到传动装置4，电动马达3就直接驱动输出单元5。

电动马达3因此被固定地连接（也就是说具有固定的传动比）到传动装置4，其中只要仅电动马达3作为驱动组件被连接到传动装置4传动齿轮比G1至G4的换挡就不可能。

传动比被定义为驱动组件（在电动马达3的情况下）的旋转速度和输出单元5的旋转速度的商。如果传动比的大小大于一，则这被称为所谓的减速比，在此情况下，旋转速度在传动装置4中在功率流的方向上减小，但是增加传输的转矩。在所示的驱动单元1的示例性实施例中，电动马达3借助于减速比被联接到输出单元5。

如所示示例性实施例中还能够看到的，传动装置4不具有启动离合器。因此，在启动过程期间车辆F必须由电动马达3驱动。从某个驱动速度开始，第一传动齿轮比G1能够被接合，以致内燃发动机2功能上连接到传动装置4。由于被固定地连接到传动装置4，电动马达3总是被连接到所述传动装置并且因此除了在启动过程期间之外还在换挡过程期间能够被暂时地用作车辆F的驱动组件。此外，车辆F的倒车过程借助于电动马达3被驱动，以致同样地能够省略传动装置4中的倒车齿轮比。

省略启动离合器并且省略昂贵的传动装置部件（诸如同步单元和倒车齿轮比）允许驱动单元1具有特别紧凑的设计，其中，具体地，相对于现有技术，能够以简化且因此更具有成本效益的形式来生产传动装置4。通过暂时使用电动马达3作为驱动组件，几乎不限制或根本不限制驾驶舒适性。这尤其是因为电动马达3允许车辆F的电动操作、可以被体验为舒适的启动过程，以及在几乎没有转矩下降的情况下的换挡而实现的。

通过电动马达3经由第一传动齿轮比G1的齿轮对可连接到输出单元5这一事实来进一步促进紧凑设计。具体地，被松散地布置在驱动轴A上的齿轮Z3既被用作传动装置4的换挡元件又被用作中间齿轮以用于将电动马达3联接到输出单元5。对于内燃发动机2已经存在的这种传动装置部件因此能够被用于从电动马达3到输出单元5的功传输。

此外，由于齿轮Z3、Z4被松散地布置在驱动轴A上以及相对坐落的输出单元5，所以能够减小车辆F的齿轮组宽度。这还允许使用齿轮Z3作为电动马达3的中间齿轮。

由于结构空间的原因且为了实现传动装置4的必要传动比的目的，第三和第四传动齿轮比G3、G4的被松散地布置在副轴V上的齿轮Z9、Z10的布置允许起动发电机6的直接连接。

所述驱动单元1可以替代性地也被用作串联混合驱动器。在此，当在内燃发动机2处于操作且正运转的情况下传动装置4处于空挡位置N（其中内燃发动机2从输出单元5脱离并且车辆F的电池（未示出）由起动发电机6充电）时，在电动马达3和输出单元5之间的功率流不中断。作为替代或额外地，起动发电机6也可以为电动马达3直接提供能量。

起动发电机6在此类似地用于在换挡操作期间同步内燃发动机2的旋转速度。因此在此也能够省略机械同步元件，以致可以减小结构空间并减少传动装置4的成本，且也减少传动装置损失。

此外，借助于起动发电机6，能够省略曲轴起动机（具体地曲轴启动马达）和常规交流发电机二者。具体地，由于起动发电机6经由第四传动齿轮比G4的被固定地布置在驱动轴A上的齿轮Z6连接到内燃发动机2的驱动轴A，考虑到必要的传动比和结构空间，起动发电机6能够通过最少数量的附加部件被集成到传动装置4中。

附图标记列表：

1 驱动单元

2 内燃发动机

3 电动马达

4传动装置

5 输出单元

6 电动起动发电机

A 驱动轴

A1、A2 驱动轴区段

E1、E2、E3 输入轴

F 车辆

G1至G4 传动齿轮比

K1、K2 爪形离合器

K1.1、K1.2 第一爪形元件

K2.1、K2.2 第二爪形元件

N 空挡位置

V 副轴

V1、V2 轴区段

Z1至Z13 齿轮。