用于车辆的混合动力子组件的制作方法

本公开涉及一种用于车辆的混合动力驱动子组件，用于安装在发动机(如内燃发动机)和车辆的一组一个或多个驱动轮之间。尽管不是排他的，但本技术特别涉及用于装备重型车辆的这种子组件，也就是重量超过3.5吨的公路车辆，特别是牵引车。车辆也可以是客车。本公开还涉及一种用于制动包括这种混合动力子组件的车辆的方法。

背景技术：

1、wo2011/072986a1描述了一种用于车辆的混合动力驱动子组件，包括适于由车辆的内燃发动机驱动的初级轴、适于驱动车辆的一个或多个驱动轮的组件的次级轴和变速箱，该变速箱包括：一个或多个初级齿轮，初级齿轮刚性连接到初级轴以与其一起旋转或能够联接到初级轴；多个次级齿轮，次级齿轮刚性连接到次级轴以与其一起旋转或能够联接到次级轴；以及两个中间轴，中间齿轮刚性连接到这两个中间轴与其一起旋转，(多个)初级齿轮和(多个)次级齿轮每个都与中间齿轮中的相应齿轮啮合。混合驱动子组件还具有可逆电机，该可逆电机经由上游齿轮减速级和爪式联接机构(dog coupling mechanism)运动学地连接到中间轴，所述电机能够作为发电机操作以制动中间轴，或者作为中间轴的驱动马达。这种电机使得可以设想不同的操作模式，特别是电机的瞬态操作，以便制动或加速中间轴并在换档阶段中促进变速箱的同步，作为马达操作以便在换档阶段之外辅助车辆主发动机的驱动，以及作为发电机操作以便向车辆附件或电池供电，特别是在车辆制动阶段中。在该混合动力子组件中，可逆电机相对于内燃发动机成直线布置，也就是说，电机的转子与内燃发动机的输出同心。

2、在文件wo2011/072986a1中，可逆电机必须通过中间轴运动学连接至次级轴。与次级轴的这种连接不能是直接的，因此某些操作模式在机械效率方面没有优化，尤其是电池再生阶段。在这种操作模式下，来自车轮的扭矩必须穿过变速箱组件以进入可逆电机，并允许其在发电机模式下操作。

3、因此，有必要考虑允许可逆电机通过合适的齿轮减速级直接运动学连接至次级轴的机械构造，以考虑新功能，例如无需中间轴介入的车辆制动辅助模式。

技术实现思路

1、本公开旨在克服现有技术的缺点，并提供电机与变速箱中间轴和次级轴的更好集成，使得可以设想以前无法实现的操作模式。

2、为此，根据第一方面，本公开提供了一种用于驱动车辆的混合动力子组件，包括：至少一个初级轴；至少一个次级轴；和变速箱，变速箱包括不同于初级轴和次级轴的至少一个中间轴，以及用于通过中间轴在初级轴和次级轴之间获得多个传动比的齿轮组。混合动力子组件还包括电动单元和联接装置，电动单元包括至少一个可逆电机，联接装置在至少一个次级联接位置将可逆电机的输出轴运动学地连接到中间轴，而无需通过中间轴。值得注意的是，混合动力子组件包括多盘式轴制动装置，该多盘式轴制动装置与输出轴接合，以当联接装置处于次级联接位置时制动次级轴。

3、因此，当联接装置处于次级联接位置时，相对于变速箱的固定部件制动次级轴是有利的。以简单的方式，为车辆提供了额外的制动能力。

4、在次级联接位置，联接装置允许可逆电机和次级轴之间的直接功率传输，无需中间轴的驱动。这使得尤其可以设想一种车辆制动辅助模式，在该模式中，轴制动装置被设置成使次级轴减速。混合动力子组件的轴制动装置允许车辆在低百分比的斜坡上减速，并且驾驶员不希望使用他们的主制动系统。在该制动辅助模式中，多盘式轴制动装置的制动能力可以在可逆电机的制动能力的20％和60％之间。没有轴制动装置的车辆减速功能需要大功率可逆电机。有必要在短时间内消耗大量能量。单独用于该减速功能的可逆电机应该具有用于该应用的特定最大功率特性。轴制动装置为次级轴提供了必要的额外制动，并使得可以在确保其它操作模式的同时减小可逆电机的尺寸。可逆电机的成本因此降低。

5、在一个实施例中，轴制动装置可与输出轴直接或间接接合。在本实用新型的意义上，当轴制动装置与输出轴直接接合时，轴制动装置的部件之一直接与输出轴啮合或者直接由输出轴驱动旋转。当轴制动装置与输出轴间接接合时，轴制动装置的部件之一与运动学地连接到输出轴的传动轴啮合。运动学连接可以通过齿轮、带或传动链来实现。在第二种情况下，轴制动装置的部件之一直接接合相关的传动轴。因此，轴制动装置通过制动相关联的传动轴间接地与输出轴接合。

6、在不驱动中间轴的情况下，可逆电机和次级轴之间的直接动力传输还使得可以设想将在下文描述的其他操作模式，诸如：次级轴由作为马达操作的可逆电机永久电力驱动的模式，换挡期间保持牵引力的瞬态模式，或最小化机械阻力矩的纯再生制动模式。

7、轴制动装置优选包括多盘式组件。

8、在一个实施例中，多盘式轴制动装置可沿扭矩传递方向置于可逆电机的转子和联接装置之间。

9、在一个实施例中，多盘式轴制动装置可轴向置于可逆电机的转子和联接装置之间。

10、在一个实施例中，多盘式轴制动装置可包括可旋转地连接至输出轴的旋转盘保持器、可旋转地连接至变速箱的固定部件的静止盘保持器、和多盘组件，多盘组件包括与旋转盘保持器花键啮合的第一组盘和与静止盘保持器花键啮合的第二组盘。

11、轴制动装置的旋转盘保持器可通过花键与输出轴可旋转地连接，或通过固定螺钉、铆钉或焊接刚性固定到输出轴。

12、根据公开的一个实施例，轴制动装置可通过使用减速器与可逆电机的输出轴间接接合，旋转盘保持器旋转地固定到减速器的输出齿轮。

13、根据本公开的一个实施例，轴制动装置的多盘组件可由与可逆电机的输出轴同轴的环形致动活塞轴向压紧，致动活塞在直接或间接形成于可逆电机的定子中的压力室内被轴向引导。这种轴制动装置结构具有径向紧凑的优点，并且能够容易地集成在变速箱内。

14、根据本公开的一个实施例，轴制动装置的多盘组件可由与可逆电机的输出轴同轴的环形致动活塞轴向压紧，致动活塞在直接或间接形成于变速箱的壳体内的压力室内被轴向引导。

15、根据本公开的一个实施例，联接装置可轴向置于可逆电机的转子和多盘式轴制动装置之间。

16、在一个实施例中，轴制动装置的多盘组件可由与可逆电机的输出轴同轴的环形致动活塞轴向压紧，致动活塞在直接或间接形成于变速箱的壳体内的压力室内被轴向引导。

17、在一个实施例中，联接装置可包括多个联接位置，多个联接位置包括不同于次级联接位置的第一中间联接位置，第一中间联接位置将可逆电机的输出轴运动学连接至中间轴，与混合动力子组件的输出轴接合的多盘式轴制动装置设置为当联接装置处于第一中间联接位置时制动中间轴。

18、联接装置可包括多个联接和/或分离位置，例如三个不同的联接位置，允许根据不同的传动比将功率从可逆电机传输至中间轴或次级轴。

19、可逆电机尤其可以是永磁同步电机、异步电机、可变磁阻电机或可变磁阻同步电机，称为同步磁阻电机。

20、根据一个实施例，在至少一个分离位置，联接装置将可逆电机的输出轴同时从中间轴和次级轴运动学分离。联接装置的这种位置使得可以实现另外的操作模式，在这些模式中，电机是不联接的，这或者是因为它对于变速箱的操作是不必要的，或者是因为它被用于其它目的，例如驱动另一个旋转构件。将电机分离可以限制中间轴的惯性和阻力矩，并减轻转子中的导向轴承分负担，延长这些轴承的寿命。

21、根据一个实施例，联接装置包括永久运动学地连接到可逆电机的输出轴的至少一个联接机构、永久运动学地连接到中间轴的中间减速器和永久运动学地连接到次级轴的次级减速器。次级减速器可以有利地包括由与中间轴同轴的导向轴承旋转导向的换向齿轮。

22、可逆电机的尺寸可以优选地被设计为使得在设想的各种操作模式下，其能在较宽的操作范围内完全操作。因此，优选地，可逆电机满足一个或多个以下标准：

23、可逆电机能够在低于6000rpm、优选低于5000rpm的下限和高于6000rpm、优选高于7000rpm、优选高于9000rpm的上限之间，在超过1000rpm、优选超过2000rpm的速度范围内，连续提供大于300nm、优选大于350nm的驱动扭矩；

24、可逆电机能够在低于6500rpm、优选低于6000rpm的下限和高于9000rpm、优选高于10000rpm的上限之间，在超过3000rpm、优选超过4000rpm的速度范围内，提供大于400nm、优选大于450nm的阻力矩，持续30秒；

25、可逆电机能够在低于5000rpm、优选低于4500rpm的下限和高于10000rpm、优选高于11000rpm的上限之间，在超过5500rpm、优选超过7000rpm的速度范围内，在瞬时换档阶段提供大于50nm、优选大于60nm的驱动扭矩，持续5秒。

26、实际上，在第一中间联接位置，联接装置将可逆电机的输出轴以称为中间传动比的传动比运动学地连接至中间轴，而在次级联接位置，联接装置将可逆电机以称为次级传动比的传动比运动学地连接至次级轴。根据一个实施例，联接装置满足一个或多个以下标准：

27、所述次级传动比大于6，优选大于或等于8；

28、可逆电机的中间轴和输出轴之间的中间传动比大于4，优选大于或等于6；

29、所述次级传动比和所述中间传动比之间，所述次级传动比严格大于所述中间传动比，优选地，以大于或等于1.5的倍数。

30、在一个实施例中，可逆电机和中间轴之间和/或可逆电机和次级轴之间有多个传动比。为此，在附加的中间联接位置，联接装置以不同于中间传动比的附加中间传动比将可逆电机运动学地连接到中间轴。

31、根据一个实施例，混合动力子组件还包括动力输出构件(power take-offmember)，其至少可由可逆电机驱动，优选以下列方式之一驱动：

32、动力输出构件永久地运动学连接到中间轴；

33、动力输出构件在中间联接位置通过联接装置运动学地连接到中间轴；

34、动力输出构件在中间联接位置通过联接装置运动学地连接到可逆电机的输出轴。

35、根据本实施例，动力输出构件可与中间轴同轴。

36、根据另一个实施例，混合动力子组件包括至少可由可逆电机驱动的动力输出构件，该动力输出构件永久运动学连接至可逆电机的输出轴。

37、在一个实施例中，电动单元可包括两个可逆电机，每个可逆电机包括带输出轴的转子，输出轴绕旋转轴线旋转，两个输出轴同时啮合在平行于两个旋转轴线布置的公共齿轮上，轴制动装置通过制动相关的公共齿轮与输出轴间接啮合。以这种方式，两个可逆电机的使用提高了以其中次级轴由可逆电机永久电驱动的模式操作的车辆的牵引能力。轴制动装置与公共齿轮的组合允许在两个可逆电机上分配车辆的制动辅助模式。

38、因此，可设想在不使用车辆主发动机的情况下，通过可逆电机驱动动力输出构件，从而可实现远高于1000rpm的转速，例如高于1500rpm，如适用，可达5000rpm。

39、在实践中，变速箱可有利地包括：

40、一个或优选多个初级齿轮，其可以例如通过一个或多个联接和分离机构，例如同步器和/或爪式离合器，联接到初级轴，

41、多个次级齿轮，其可以例如通过一个或多个联接和分离机构，例如同步器和/或爪式离合器，联接到次级轴，

42、永久固定到中间轴的中间齿轮，(多个)初级齿轮和次级齿轮分别与中间齿轮中的相应齿轮永久啮合，以形成齿轮组。

43、实际上，变速箱包括联接机构，用于交替地将初级齿轮中的每一个联接至初级轴，并将次级齿轮中的每一个联接至次级轴。在适用的情况下，混合动力子组件可进一步包括湿式或干式摩擦离合器，其旨在布置在初级轴和主发动机之间。

44、可设想初级齿轮、次级齿轮、中间轴和可逆电机的转子的各种构造。

45、根据一个实施例，初级轴和次级轴的旋转轴线重合。替代地，这些轴是平行且分开的。

46、根据一个示例性实施例，可逆电机的输出轴的旋转轴线平行于中间轴的旋转轴线，优选具有以下一个或多个特征：

47、输出轴的旋转轴线与中间轴的旋转轴线重合；

48、输出轴的旋转轴线与中间轴的旋转轴线分开；

49、输出轴的旋转轴线与初级轴的旋转轴线分开；

50、输出轴的旋转轴线与次级轴的旋转轴线分开。

51、根据一个实施例，联接装置包括行星齿轮组，该行星齿轮组运动学地布置在输出轴和次级轴之间。

52、根据各种备选方案，联接装置包括一个或多个以下联接机构：

53、爪式机构(dog mechanism)，

54、同步器机构，

55、离合器机构，优选地是摩擦离合器机构，优选地是湿式摩擦离合器机构，

56、双摩擦离合器，优选湿式双摩擦离合器，

57、三摩擦离合器，优选湿式三摩擦离合器。

58、特别是，在电机本身用于使联接装置与相关齿轮同步的情况下，可设想无同步的爪式机构。

59、根据一个实施例，混合动力子组件可配备有用于控制可逆电机和联接装置的控制单元，以及能够产生代表中间轴或与其运动学连接的构件的转速的信号和代表可逆电机或与其运动学连接的构件的转速的信号的传感器。控制单元尤其可以用于同步联接装置。优选地，当联接装置处于分离状态时，控制单元可以控制可逆电机，使得运动学地连接到可逆电机的联接构件和运动学地连接到中间轴的联接构件之间的相对转速满足预定条件，并且当满足预定条件时，可以命令联接装置被联接。预定条件例如可以是零相对转速或预定的相对滑动速度。

60、根据本公开的另一方面，其包括混合动力发动机单元，该混合动力发动机单元带有主发动机，优选为内燃发动机，以及上述混合动力子组件。主发动机具有直接或通过离合器或变矩器连接到初级轴的主驱动轴。

61、在一个实施例中，用于控制联接装置的控制单元可操作以管理一个或多个以下操作模式:

62、没有中间轴介入的制动辅助模式，其中联接装置位于次级联接位置，次级轴通过作用在爪式机构上而与中间轴断开联接，同时，利用作为发电机操作的可逆电机产生电能，并且轴制动装置被致动，轴制动装置然后经由加压多盘组件将制动扭矩施加到输出轴。

63、瞬态模式，在该模式中，在换档期间保持牵引力，其中，联接装置被置于次级联接位置，主发动机与中间轴分离，并且当变速箱的传动比被命令改变时，可逆电机被命令在次级轴上产生驱动扭矩或最小化次级轴的速度变化；

64、没有中间轴的纯再生减速模式，其中，联接装置被置于次级联接位置，次级轴与中间轴分离，并且利用作为发电机操作的可逆电机产生电能；

65、没有中间轴的直接电力驱动模式，其中联接装置被置于次级联接位置，中间轴从次级轴分离，并且可逆电机提供驱动。

66、在一个实施例中，控制单元可操作以管理以下操作模式中的一种或多种：

67、增强模式，其中，变速箱通过中间轴产生初级轴和次级轴之间的传动比中的一个，主发动机被供应动力以驱动初级轴并在中间轴上施加主驱动扭矩，联接装置被置于第一中间联接位置，可逆电机在中间轴上产生增强驱动扭矩，其具有与主驱动扭矩相同的符号；

68、充电模式，其中，变速箱被定位成将初级轴连接到中间轴，主发动机被供应动力以驱动初级轴并在中间轴上施加主驱动扭矩，联接装置被置于第一中间联接位置，并且动能被转换成电能，可逆电机作为发电机操作；

69、在变速箱的传动比中的一个的换档期间中间轴同步的瞬态模式，其中联接装置被置于第一中间联接位置，主发动机从中间轴断开联接，然后可逆电机被命令在将主发动机重新联接到中间轴之前将中间轴带到允许次级齿轮接合的速度设定点；

70、间接电驱动模式，其中联接装置被置于第一中间联接位置，并且主发动机与第一中间轴断开联接，而中间轴运动学地连接到次级轴，然后根据车辆的速度设定点控制可逆电机；

71、经由中间轴的再生制动模式，其中联接装置被置于第一中间联接位置，主驱动轴从中间轴断开联接，并且可逆电机被命令作为发电机操作；

72、混合驱动制动模式，其中联接装置被置于第一中间联接位置，初级轴和次级轴之间的传动比之一经由中间轴被接合，初级轴运动学地连接到主驱动轴，并且动能被转换成电能、同时可逆电机作为发电机操作，动能被转换成热量、同时主发动机提供阻力矩；

73、动力输出驱动模式，其中联接装置被置于第一中间联接位置，并且主发动机与中间轴断开联接，中间轴与次级轴分离，然后可逆电机被命令驱动联接到中间轴的动力输出构件。

74、根据本公开的另一方面，涉及一种制动车辆的方法，该车辆包括混合动力子组件，该混合动力子组件包括上述所有或部分特征。借助于联接装置的控制单元，在没有中间轴干预的情况下控制制动辅助模式，其中联接装置位于次级联接位置，次级轴通过作用在爪式机构上而与中间轴分离，同时通过作为发电机操作的可逆电机产生电能，并且轴制动装置被致动，然后轴制动装置通过加压多盘组件将制动扭矩施加到输出轴。