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CN101272925B - 混合动力驱动系统 - Google Patents

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CN101272925B
CN101272925B CN2006800351374A CN200680035137A CN101272925B CN 101272925 B CN101272925 B CN 101272925B CN 2006800351374 A CN2006800351374 A CN 2006800351374A CN 200680035137 A CN200680035137 A CN 200680035137A CN 101272925 B CN101272925 B CN 101272925B
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Abstract

一种用于车辆驱动的混合动力驱动系统，包括内燃机(2，102)、至少一第一电机(5，105)和至少一第二电机(8；108)、适合于机械地连接至所述内燃机和至少一个所述电机(5；105)的第一传动装置(3；103，104，104b)、适合于机械地连接至至少一个所述电机(8；108)和车辆车轮的第二传动装置(6；106)；该系统还包括适合于允许机械动力仅由内燃机(2；102)通过所述第一传动装置(3；103，104，104b)和第二传动装置(6；106)传递至车辆车轮的连接或限制装置(15；21；111)。这使得仅使用内燃机(2，102)来驱动车辆。

Description

混合动力驱动系统
技术领域
本发明涉及一种热电型的混合动力驱动系统，即用在驱动中的动力至少由热机和/或至少由电机来供应的驱动系统。 
背景技术
在现有技术中，已知两种类型的混合动力驱动系统：串联式混合系统和并联式混合系统。 
在串联式混合系统中，内燃机产生供应至发电机的机械能，发电机产生部分地存储在蓄电池中且部分地供应电动机的电能，电动机给车辆提供驱动。在这些系统中，车辆驱动所需的能量从而由热机产生，但是驱动借助于电动机来提供。 
电动机在减速和制动阶段的存在使得，通过将所述电动机作为发电机操作，车辆的部分动能将通过转变为存储在蓄电池中的电能而得以恢复，所述电池能用来供应车辆的电气设备和牵引电动机。 
在并联式混合系统中，车辆的驱动同时借助于都将机械能传递至车轮的内燃机和电动机来确保。发电机也可提供为与内燃机相结合以再充电蓄电池以及还可能供应电动机。 
如果一方面用于驱动轮子的电动机的存在使得内燃机在优化条件下运行，即在最大效率的条件下，其另一方面必然蒙受损失的增加，因为除了通过动力传递至车轮而出现在任何车辆中的机械损失之外，还增加了存在于混合动力驱动系统中的电机的电力损失，这通常比机械损失大数倍。这是因为对于任何类型的混合系统不可能通过仅用内燃机来驱动车辆而将电机从驱动系统中排除，甚至在出现其中车辆能正好由内燃机在其最大效率操作条件下驱动的情况时，即几乎恒速的运动条件，这通常出现在非城市公路或高速公路行程上。 
混合动力驱动系统(尤其是并联式混合动力驱动系统)的另一缺点是相当大的总体尺寸，这使得它们不适用于小型车辆中。 
US2003/0106729A1公开了一种混合驱动器，其包括内燃机；所述内燃机的发动机动力输出轴；相对于发动机动力输出轴轴向地布置的传动装置动力输入轴；可啮合的离合器，其与发动机动力输出轴和传 动装置动力输入轴的旋转中心线同轴地布置用于以扭矩传递的方式连接这两个轴；与发动机动力输出轴的旋转中心线同轴地布置的第一电机，其具有定子和转子，第一电机的转子以扭矩传递的方式连接至发动机动力输出轴；与旋转中心线同轴地布置的第二电机，其具有定子和转子，第二电机的转子以扭矩传递的方式连接至传动装置动力输入轴。 
EP1199204公开了一种用于车辆的推进单元，其包括柴油发动机以及至少两个电机；所述柴油发动机和所述至少两个电机机械地连接至一个用于再分配/再组合由所述柴油发动机所传送和由所述电机所传送/吸收的动力的设备，所述电机能作为发电机和电动机来操作；该单元构造为使得在牵引机的至少一个地速间隔中由所述电机所传送/吸收的动力的电力部分为零。 
DE19849156公开了一种用于机动车辆的传动系，从而在从内燃机传递至齿轮箱的牵引力通过打开至少一个离合器系统而中断时出现桥接。为了实现这样的目的，使用具有电机的设备，从而所述电机连接至驱动侧，具体地齿轮箱的输出轴。当牵引力借助于至少一个离合器系统而中断时，牵引力被传递出去。 
EP1317050公开了一种用于车辆的混合动力系，其包括内燃机以及至少两个电机，它们机械地连接至一个用于分配/再组合由所述内燃机所产生和由所述电机所产生/吸收的动力的设备，以使得所述电机起着发电机和电动机的作用。 
US5931757公开了双模式、混合-分离(compound-split)的机电传动装置，其利用了用于从发动机接收动力的输入元件以及用于从传动装置传送动力的输出元件。第一和第二电动机/发电机通过控制装置操作地连接至能量存储设备，用于在存储设备、第一电动机/发电机和第二电动机/发电机之间交换电能。传动装置采用了三个同轴对准的行星齿轮子设备。每个行星齿轮布置利用第一和第二齿轮元件，并且每个第一和第二齿轮元件啮合多个旋转地安装在支架上的行星齿轮。第一和第二电动机/发电机彼此间同轴地对准并且还与由第一和第二电动机/发电机所限制的三个行星齿轮子设备同轴地对准。第一或第二行星齿轮子设备中的至少一个齿轮元件连接至第一电动机/发电机。第一或第二行星齿轮布置中的另一个齿轮元件连接至第二电动机/发电机。支架操作地连接至输出元件。第一或第二行星齿轮子设备中的一个齿 轮元件连续地连接至第三行星齿轮子设备中的一个齿轮元件。第一或第二行星齿轮子设备中的另一个齿轮元件操作地连接至输入轴，并且第三行星齿轮子设备中的一个齿轮元件选择性地连接至地面。 
发明内容
本发明的一个目标是提供一种混合内部热电驱动系统，其在给定条件下使得车辆甚至能仅使用驱动的内燃部件(即内燃机，不包括电气部件)来驱动，以通过避免电气性质的损失来提高系统的效率。 
本发明的第二个目标是提供一种混合动力驱动系统，其更加紧凑且不那么笨重，以便还能安装在尺寸相对减小的车辆上。 
根据本发明，提供了一种用于车辆驱动的混合动力驱动系统，其包括内燃机、至少一第一电机和至少一第二电机、机械地连接至所述内燃机和至少一个所述电机的第一传动装置、适合于机械地连接至至少一个所述电机和车辆车轮的第二传动装置、适合于允许机械动力仅由内燃机通过所述第一传动装置和第二传动装置传递至车辆车轮的连接或限制装置，其特征在于所述第一传动装置包括可连接至所述内燃机的驱动轴并且所述第二传动装置包括空心从动轴，所述驱动轴插入穿过所述空心从动轴以便能相对于其自由地旋转，第一电机的转子安装在所述驱动轴上并且第二电机的转子安装在所述从动轴上。 
由于本发明，当出现运动速度恒定或基本上恒定的情况或者出现运动速度可借助于仅调节内燃机的操作设置而变化的情况时，可以在甚至仅借助内燃机的情况下驱动车辆，电力驱动排除在外。 
附图说明
现在将参照附图公开本发明，其中： 
图1是根据本发明第一实施例的混合动力驱动装置的纵向剖面； 
图2是根据本发明第二实施例的混合动力驱动装置的纵向剖面； 
图3是根据本发明第三实施例的混合动力驱动装置的纵向剖面； 
具体实施方式
参照图1，1表示根据本发明的装置，其包括内燃机2(未示出)，其输出轴机械地连接至驱动轴3，第一电机5的第一转子4安装在驱动轴3上。空心从动轴6插在驱动轴3上，以便能相对于其自由地旋转。在从动轴6上安装有第二电机8的第二转子7以及第一齿轮9或者第一对齿轮9和10，所述齿轮啮合或者分别啮合安装在副轴13上的相应齿轮11或者第二对齿轮的相应齿轮11和12，副轴13上又安装有将运动传递至车辆驱动轮的又一齿轮14。 
第一轴3和空心轴6能借助于摩擦式离合器15形成为一体，摩擦式离合器15可借助于可编程地自动控制的致动器或者踏板17来驱动，所述踏板17控制用于啮合或脱离摩擦式离合器15的套筒18。 
第一电机5和第二电机8电连接至仅在图1中示意性地示出的电力转换和控制装置19以及电能蓄能装置20。 
根据本发明的系统使得能根据车辆运动状况按照不同模式进行非常灵活的操作，这在下面将详细描述。 
纯电力驱动的前或后运动模式： 
在这种模式中，摩擦式离合器15保持为借助于致动器16或由踏板1 7来脱离，其方式为驱动轴3和从动轴6不机械地连接在一起。由蓄能装置20通过转换装置19供电的第二电机8驱动从动轴6，从动轴6通过齿轮9和11或者齿轮10和12驱动副轴13，副轴13又通过又一齿轮14驱动运动的主传动系统而传递至车辆车轮，从而将机械动力传递至车轮。这两对齿轮9、11和10、12构成可借助于已知设备来选择的两速的变速齿轮，这种两速齿轮使得从动轴6和副轴13之间有两个传动比，即当齿轮10和12啮合时用于低速的降低比值，以及当齿轮9和11啮合时用于高速的较高比值。在这种操作模式中，驱动车辆所需的所有动力来自于蓄能装置20并且内燃机关闭。在车辆的减速或制动阶段期间，第二电机8能作为将车辆的部分动能转变为将发送至蓄能装置20的电能的发电机操作。 
车辆性能仅取决于第二电机8、转换和控制装置19以及蓄能装置20。车速能通过改变用作电动机的第二电机8的速度来持续地变化。车辆的范围取决于蓄能装置中电能的可用性。系统的能量损失主要为电气型。 
车辆的倒退无需特定的传动比，而是简单地通过借助于转换和控制装置19倒转第二电机8的旋转方向来实现。 
串联式混合动力驱动的运动模式： 
同样在这种模式下，摩擦式离合器15也借助于致动器16或踏板17保持脱离，其方式为驱动轴3和从动轴6不是机械地连接在一起。 
内燃机2借助于驱动轴3驱动第一电机5，第一电机5用作发电机，产生存储在蓄能装置20中的电能。车轮的驱动由用作电动机的第二电机8确保，如同参照纯电力驱动操作已经公开的。 
除了在变速齿轮处选择的比值之外，可获得的性能仅取决于第二电机8、转换和控制装置19以及蓄能装置20，并且可获得的性能平均上大于前面的情况，这是因为蓄能装置20被持续地供应由第一电机5产生的电能，所以它的基准电压更接近额定状况。 
范围取决于电能的可用性、内燃机每公里的燃料消耗、以及存储在车辆中的燃料量。 
车轮的所有动力都由第二电机8供应。 
由于电机5和8、转换和控制装置19以及蓄能装置20，主要动力损失是电力型。 
纯机械驱动的向前运动模式： 
如果条件允许，并且平均上在行程的开始阶段，处于平均很高的不大变化的速度，例如在非城市或高速公路行程中，在热机已经达到给定的车速和给定的每分钟转数之后，摩擦式离合器15借助于致动器16或踏板17啮合，从而使得驱动轴3和从动轴6成一体。这样，内燃机直接致动从动轴6并且通过变速装置致动副轴13，副轴13传递至主传动装置并至车辆车轮。 
在这种操作模式下，动力从热机经由纯机械路径传递至驱动轮，电机5和8停用并且因而排除了所有电力损失，电力损失与动力传递至驱动轮相联系。 
电机5和8中的一个或者两个都能作为由内燃机供应的发电机操作，以将电能提供给蓄能装置20，从而将其再充电和/或供应车辆的辅助电气设备，或者在减速或制动时用作由车辆的驱动轮驱动的发电机。 
车辆的变速能按照根据环境可选择的不同模式在总体上由电动机推进系统所允许的限度内实现。例如，变速能通过专门作用于热机的进气程度从而改变热机的力矩和每分钟转数来实现。 
并联式混合动力驱动类型的运动模式： 
当车辆的速度需要迅速增大时，如同在超车时，或者在需要显著的动力增加时，如同在爬坡时，除了改变热机的进气程度之外，还可以调节车辆的速度以及借助于电机5和8传递至车轮的动力(其中一个或两个电机都用作电动机，将由它们所产生的动力叠加至由热机所施与的动力)。 
而且，通过将电机5和8作为发电机操作，产生中断力矩以使车辆减速，同时产生再充电蓄能装置20的电能。如果需要较大的减速，摩擦式离合器15必须脱离以使得热机不会过度地减速。 
向前运动中减速和制动期间的能量恢复： 
根据减速和制动模式，可能有不同的配置： 
-如果在中低速下或者是中速至中高速下将要由驱动系统传递至车轮的制动力矩是中低的，摩擦式离合器能脱离并且能让作为发电机操作的第二电机8产生制动力矩；由电机8产生的电能存储在蓄能装置20中； 
-如果前述制动力矩是中高的，其能通过采用内燃机的发动机制动以及由作为发电机操作的电机5和8所产生的制动力矩来产生，这样摩擦式离合器15必须啮合。由作为发电机操作的电机5和8所产生的电能存储在蓄能装置20中； 
-最后，如果在高速下需要前述制动力矩很高，有利地是使摩擦式离合器脱离并借助于第一电机5通过驱动轴3使内燃机加速，同时使第二电机8作为发电机操作。所需的制动动力从而由被第一电机5加速的内燃机的发动机制动以及由被第二电机8所施与的电力和被作为电动机操作的第一电机5所吸收的电力之间的差值来提供，所述差值存储在蓄能装置20中。 
起动内燃机： 
起动热机有两个可能的模式，不管热机是需要中低起动力矩，总体上如同汽油机的情况，还是需要高的起动力矩，如同柴油机的情况，尤其是在寒冷气候条件下。 
如果所需的力矩是中低值，不管车辆的运动条件，发动机能通过 致动作为电动机的第一电机5以在保持摩擦式离合器15脱离下借助于驱动轴3旋转热机而起动，而不改变车辆的运动状态，车辆的运动状态此时取决于第二电机8。 
如果所需的力矩是高的值，发动机通过驱动作为电动机的电机5和8并且啮合摩擦式离合器15来起动，其方式为发动机由这两个电机借助于驱动轴3和从动轴6来旋转。很显然，在此情况下电机5和8将以相同的速度旋转并且变速箱将置于空档。 
起动车辆： 
根据本发明的系统使得能具有四种车辆起动模式。 
在第一种起动模式中，第一电机5和第二电机8停用并且起动通过借助于摩擦式离合器15将内燃机2连接至车辆车轮而发生。驱动因而是纯机械的并且可用的静力矩是内燃机2所能提供的。 
在第二种起动模式中，摩擦式离合器15脱离，因此内燃机2和车辆的车轮之间没有机械连接，第一电机5停用并且第二电机8作为电动机操作，由蓄能装置20供电。驱动因而是纯电力的并且可用的静力矩是第二电机8根据可由蓄能装置20施与的最大电流所能提供的。在这种模式中，可用的静力矩因此受限于蓄能装置20的特点并且通常相当低。这种模式因此可在需要有限值的静力矩时使用。 
在第三种起动模式中，系统为串联式混合构造。摩擦式离合器15脱离，内燃机2致动作为发电机操作的第一电机5。第一电机5给作为电动机操作并驱动车辆车轮的第二电机8供电。在这种模式中，静力矩是由第二电机8所提供的并且专门取决于第二电机8的特点。 
在第四种起动模式中，系统为并联式混合动力驱动构造，即具有借助于摩擦式离合器15的啮合而连接至车辆车轮的内燃机2以及具有作为由蓄能装置20供电的电动机操作的一个或两个电机5和8。车轮可用的静力矩因而是由发动机2所提供的静力矩和由电机5、8中的一个或两个所提供的静力矩之和。该第四种起动模式尤其在需要高静力矩时需要，例如在车辆处于全负荷或者要进行坡路起动时。 
改变变速传动比： 
为了改变传动比，在摩擦式离合器15脱离下，变速齿轮由未示出的致动器置于空档并且从动轴6借助于第二电机8加速或减速以便将其速度与要啮合的变速齿轮的新传动比所需的速度同步。最后，致动器啮合所需的一对齿轮9、11或10、12以实现新的传动比。 
在图2中示出了根据本发明的驱动系统的第二实施例，其与图1所示实施例的不同在于：驱动轴3和从动轴6的接合和脱开借助于三位套筒接合装置21来实现，而非借助于摩擦式离合器15实现。 
驱动轴3和从动轴6在面对内燃机2的相应端部处提供有已知类型的第一离合器元件23和第二离合器元件24，例如具有前齿的接合元件；类似地，内燃机的输出轴2a在面对驱动轴3和从动轴6的端部处提供有类似于离合器元件23和24的又一离合器元件25。离合器元件23、24和25可选择性地借助于能采取三个位置的可滑动套筒22接合起来。可滑动套筒22在其内表面上提供有适合于与离合器元件23、24和25相接合的第一接合元件26和第二接合元件27；这两个接合元件26和27能采取具有前齿的接合元件的形状。第一接合元件26适合于与第一离合器元件23和第二离合器元件相接合，或者与第一离合器元件23和又一离合器元件25相接合，以将它们连接起来，同时当第一接合元件与第一离合器元件23和又一离合器元件25相接合时，第二接合元件27适合于与第二离合器元件24相接合。 
在第一位置中，套筒22移动到图2中的右侧，套筒22的第一接合元件26与第一离合器元件23和第二离合器元件24相接合，它们从而连接起来，从而在驱动轴3和从动轴6之间获得连接，同时内燃机与驱动轴3断开。在这种条件下，车辆由作为电动机操作并将动力传递至变速齿轮的副轴13的两个电机5和8中的一个或两者通过纯电力驱动所驱动。在制动阶段期间，两个电机都能使车辆制动，产生动力。 
在第二个位置中，可滑动套筒22移动到中间位置，第一接合元件26与第一离合器元件23和又一离合器元件25相接合，它们从而连接起来，从而在内燃机的轴2a和驱动轴3之间获得连接，同时从动轴6由内燃机和驱动轴3释放。在这种条件下，实现了串联式混合动力驱 动的运动模式；车辆的驱动由作为电动机操作并吸收来自蓄能装置20的能量的第二电机8提供，同时内燃机借助于驱动轴3驱动第一电机5，第一电机5通过用作发电机给蓄能装置20提供电能。 
在第三个位置中，可滑动套筒22完全移至左边，第一接合元件26与第一离合器元件23和又一离合器元件25相接合，同时第二接合元件27以如此的方式与第二离合器元件24相接合以使得所有离合器元件23、24和25连接起来，从而在内燃机的输出轴2a、驱动轴3以及从动轴6之间获得连接。在这种条件下，能实现纯机械驱动的运动模式和并联式混合动力驱动的运动模式；车辆的驱动能仅由内燃机提供，同时电机5和8能作为发电机操作，以产生将存储在蓄能装置20中的电能，替代地，电机5和8能各自地或一起用来作为电动机操作以便与内燃机并行地给车辆的车轮提供能量，或者仍然停用。 
可滑动套筒22的三个位置的顺序相应于在从静止状态起动直到达到最大动力运动状况的情况下车辆驱动构造在能量方面最正确的顺序。 
在图3中示出了根据本发明的驱动系统的又一实施例，其包括内燃机102(未示出)，其输出轴机械地连接至驱动轴103，驱动轴103驱动承载多个行星齿轮104c的行星设备104的行星架104a，行星齿轮104c与连接至第一电机105的转子105a的中央恒星齿轮104b相啮合。行星设备104的与行星齿轮104相啮合的外齿冠106连接至第二电机108的转子107以及齿轮109，齿轮109驱动主运动传动装置进而驱动车辆车轮。 
第二电机108相对于第一电机105在外部同心，并且定子108a相对于第一电机的定子105b在外部同心，转子107位于定子108a外面并与之同心。两个电机包围在同一壳体112内。电机105和108通过电力转换和控制装置113连接至电能蓄能装置114。 
这种具有两个同轴且同心电机105和108的构造，使得传动装置的总径向尺寸减小，没有使得轴交错的偏心或中间齿轮。这种构造还使得驱动系统的轴向尺寸相对于已知的电机同轴地对准的构造来说显 著地降低。 
而且，第二电机108的转子107位于定子108a外面这个事实使得，对于相同的横向尺寸，可由第二电机108分配的力矩最大化，并且因此从径向上总体尺寸的角度看获得了非常紧凑的解决方案。 
最后，两个电机105和108被包围和支撑在两个电机共用的同一壳体内的事实会使得，除了获得两个电机105和108非常紧凑且不笨重的结构之外，还能获得力和反作用力矩的内部补偿。 
内燃机102所产生的机械动力在行星设备104中被分为两个部分(因此其用作动力分配器)：第一部分由用作发电机的第一电机105转变为电力，并且由第二电机108再转变为机械动力；第二部分在行星设备的齿冠106上加入由第二电机108所产生的机械动力并且然后传递至车辆车轮的主传动装置并传至车辆的车轮。 
在分配和随后再组合动力的过程中，来自内燃机的原始动力的力矩和速度因子以如此的方式改变以使得在内燃机和驱动轮之间形成传动比，该传动比在也延伸到负值的域之间连续可变，即车辆运动方向有反转的可能性。 
驱动轴103将内燃机102连接至行星设备104的行星架104a的本体，从而将其力矩和角速度传递至行星架上。 
行星设备的恒星齿轮104b连接至第一电机105的转子105a，同时外齿冠106与第二电机108的转子107以及将主传动传递至车辆车轮的齿轮109成一体。行星设备的三个元件之间的速度分配由已知的Willis定律来控制： 
其中：Ωs是恒星齿轮104b以及第一电机105的转子105a的速度，Ωm是行星架的速度，Ωc是齿冠106以及第二电机108的转子107和齿轮109的速度；z1、z3分别是恒星齿轮104b和齿冠106的齿数。 
当第一电机105产生电力时，其转子105a将抵抗力矩Cs传递至 恒星齿轮104b，所述力矩在外齿冠106上升高至力矩Cr并且在行星设备104的行星架104a上升高至力矩Cm，这些力矩通过等式关系彼此相联系： 
(1)Cs/Cr＝zl/z3 
(2)Cs+Cr+Cm＝0 
同时，由作为发电机操作的第一电机105所产生的电力用来供应作为电动机操作的第二电机108，第二电机的转子107产生传递至外齿冠106的力矩C2。 
因而力矩Cr和力矩C2总和的力矩Cu将作用在外齿冠106上。 
如果力矩Cu足以驱动下游的传动装置，并且具体地车辆的驱动轮，那么齿冠106开始在与行星架104a的速度相一致的方向上旋转并且同时如果行星架104a的速度保持恒定的话恒星齿轮104b的速度降低：恒星齿轮104b、齿冠106和行星架104a的三个速度仅由前述已知的Willis定律相联系。 
为了增大齿冠106的速度，并且因此增大驱动轮的速度(如果行星架104a的速度保持不变)，必须降低恒星齿轮104b的速度，通过电力转换和控制装置113命令第一电机105的转子105a减速，并且这还直到恒星齿轮104b停止的时刻，同时借助于前述的力矩等式关系继续与第一电机105交换力矩。在这些条件下，电机105在耗散电力的电气制动的转子的条件下操作。 
如果第一电机105倒转运动方向，即开始作为电动机操作，同时保持力矩信号恒定，则行星设备104从分配器的作用改变到动力加法器的作用：通过行星架104a进入的动力加入通过恒星齿轮104b进入的动力，其结果是齿冠106的转速将随着第一电机105的转子105a的转速的增大而增大(仍然根据已知的Willis定律)，并且传递到齿冠的动力将是由内燃机传递到驱动轴103的动力以及由作为电动机操作的第一电机105所产生的机械动力之和。 
在此情况下，齿冠106上的机械动力可在导向至驱动轮的第一部分机械动力以及一第二部分机械动力之间分配，第二部分机械动力是 驱动第二电机108以使之作为发电机操作所必需的，该发电机产生供应第一电机105所必需的电力。直到现在，建议驱动轴103的速度恒定，同时连接至行星设备齿冠106的齿轮109的速度从零变化至逐渐增大的速度，直到恒星齿轮104b的制动，并且在第一电机105的运动方向倒转(从作为发电机操作转变至作为电动机操作)同时第二电机108又从作为电动机操作转变为作为发电机操作时进一步增大。 
行星设备因而获得驱动轮速度连续可变的传动装置，这可通过作用于第一电机105和第二电机108的速度调节上来获得。驱动轮的速度能进一步通过调节由内燃机102所产生的速度和动力(即驱动轴103的速度以及传递至行星设备104的行星架104a的动力)而变化。 
在第一电机105的转子105a的轴110上，提供有制动装置111，其使得轴110能被锁住，防止其旋转。 
当车辆运动状况需要基本上恒定速度时，通过使用制动装置111能确保供应至驱动轴103并传递至行星设备104的所有机械动力被传递至车辆的驱动轮，从而将电机105和108排除在外。 
第一电机105的转子105a并且从而恒星齿轮104b被制动装置111的动作所锁住的这种操作状况与其中恒星齿轮104b由第一电机105的非制动的转子105a保持锁住的状况不同。实际上，在后者情况下，第一电机105中有电能消耗，同时当转子105a通过制动装置111的干扰而锁住时，第一电机105中没有电力消耗，从而避免了电力损失并且从而增大了动力至驱动轮的传递效率。 
制动装置111是行星设备从动力分配器向常规轮系的功能转变的控制设备，并且将作为电力链特征的所有电力损失以及作为电机(即转子电气锁定的第一电机105)在力矩方面情形特征的缺点减小到零。 
实际上，随着恒星齿轮104b的速度在车速增大到巡航速度期间接近零，命令制动装置111的干涉，这在恒星齿轮104b上形成抵抗力矩，与由作为发电机操作的第一电机105形成的制动力矩并联，直到恒星齿轮104b停止：此时，制动装置111需要执行保持恒星齿轮104b上力矩的功能，所述力矩与内燃机所分配的力矩以及在齿冠上引起的并 被导向至驱动轮主传动的力矩成比例。 
具有这种运动构造，并且通过正确地选择固定传动比，车辆的地面速度变化仅通过内燃机的速度调节来实现，完全如同车辆提供有常规的传动装置，并且在相同传动比的范围内。现代发动机从最大动力状况到最大力矩状况提供高达30％驱动力矩的很大增加的特点使得能在驱动轴很宽的速度范围内供应几乎恒定的动力并且从而甚至在恒定的传动比之下获得宽的车辆速度范围。因而第一电机105的转子105a由制动装置111所制动的操作构造(这使得能暂时将混合操作模式排除在外)并不会对车辆速度的精细调节造成损害并且能让与转子105由控制系统113维持电气锁定相关的电力损失调零。 
第一电机105的转子105借助于制动装置111的制动也用来使得能在车辆起动时增大和调节静力矩。 
实际上，当车辆静止并且需要起动时，静力矩Cus的值(其在没有制动装置111的干涉时可用)通过由作为发电机操作的第一电机105的转子105a在恒星齿轮104b上形成的抵抗力矩Cs以及由作为电动机操作的第二电机108的转子107传递至齿冠106的力矩C2按照下面的公式来确定： 
Cus＝Cs＊z3/zl+C2 
通过致动制动装置111，由制动装置111所形成的又一抵抗力矩Cf添加至由第一电机105所形成的抵抗力矩Cs直到所达到的抵抗力矩Cs+Cf的值i等于由内燃机可分配的力矩的最大值，可能还包括发动机的惯性力矩。 
这样，齿冠105上可用的静力矩Cus将等于： 
Cus＝(Cs+Cf)＊z3/zl+C2 
这样，可用的静力矩将足以确保车辆的起动(甚至在特别重载的条件下)并且其能达到最大值： 
Cumax＝Cm＊z3/(z1+z3)+C2 
其中Cm表示能由内燃机102形成的静力矩的最大值。 
在实际实施例中，材料、尺寸和构造细节能与所指出的不同，但是与之在技术上等同从而没有脱离本发明的范围。 

Claims (37)

1.一种用于车辆驱动的混合动力驱动系统，包括内燃机(2)、至少一第一电机(5)和至少一第二电机(8)、机械地连接至所述内燃机(2)和所述第一和第二电机中的至少一个的第一传动装置(3)、适合于机械地连接至所述第一和第二电机中的至少一个和车辆车轮的第二传动装置(6)、适合于允许机械动力仅由内燃机(2)通过所述第一传动装置(3)和所述第二传动装置(6)传递至车辆车轮的连接或限制装置(15；21)，其特征在于：所述第一传动装置(3)包括可连接至所述内燃机(2)的驱动轴，所述第二传动装置(6)包括空心从动轴，所述驱动轴被插穿所述空心从动轴以便能够相对于它自由旋转，第一电机(5)的转子(4)被安装在所述驱动轴上并且第二电机(8)的转子(7)被安装在所述从动轴上。
2.根据权利要求1的混合动力驱动系统，其中所述连接或限制装置包括适合于形成或中断所述第一传动装置(3)和所述第二传动装置(6)之间机械连接的摩擦式离合器装置(15)。
3.根据权利要求1的混合动力驱动系统，其中所述连接或限制装置包括适合于形成或中断所述第一传动装置(3)和所述第二传动装置(6)之间机械连接的离合器装置(21)。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求的混合动力驱动系统，其中在所述从动轴上安装有第一齿轮(9)或者第一对齿轮(9；10)，其适合于与相应的齿轮(11)相啮合或者分别适合于与第二对齿轮的相应两个齿轮(11；12)相啮合，所述相应的齿轮(11)或第二对齿轮(11；12)安装在副轴(13)上，副轴上安装有机械地连接至车辆车轮的又一齿轮(14)。
5.根据权利要求2的混合动力驱动系统，其中所述摩擦式离合器装置(15)可利用可编程自动控制致动装置(16)来驱动。
6.根据权利要求2的混合动力驱动系统，其中所述摩擦式离合器装置(15)可利用踏板装置(17′)来驱动。
7.根据权利要求3的混合动力驱动系统，其中所述离合器装置(21)包括布置在所述驱动轴和所述从动轴上面对所述内燃机(2)的相应端部处的第一离合器元件(23)和第二离合器元件(24)；又一离合器元件(25)被设置在所述内燃机的输出轴(2a)上面对所述驱动轴和从动轴的端部上，所述离合器元件(23，24，25)被可选择性地连接起来。
8.根据权利要求7的混合动力驱动系统，其中所述离合器装置(21)包括适合于将所述离合器元件(23，24，25)连接起来的可滑动套筒装置(22)。
9.根据权利要求8的混合动力驱动系统，其中所述可滑动套筒装置(22)在第一滑动位置将所述第一离合器元件(23)和所述第二离合器元件(24)连接起来。
10.根据权利要求9的混合动力驱动系统，其中所述可滑动套筒装置(22)在第二滑动位置将所述第一离合器元件(23)和所述又一离合器元件(25)连接起来。
11.根据权利要求10的混合动力驱动系统，其中所述可滑动套筒装置(22)在第三滑动位置将所述第一离合器元件(23)、所述第二离合器元件(24)和所述又一离合器元件(25)连接起来。
12.根据权利要求11的混合动力驱动系统，其中所述第一滑动位置、所述第二滑动位置和所述第三滑动位置是连续的。
13.根据权利要求10的混合动力驱动系统，其中所述可滑动套筒装置(22)在其内表面上设有第一接合元件(26)，所述第一接合元件(26)适合于与所述第一离合器元件(23)和所述第二离合器元件(24)或者与所述第一离合器元件(23)和所述又一离合器元件(25)相接合并将它们连接起来。
14.根据权利要求13的混合动力驱动系统，其中所述可滑动套筒装置(22)在其内表面上设有第二接合元件(27)，所述第二接合元件(27)适合于当所述第一接合元件(26)与所述第一离合器元件(23)和所述又一离合器元件(25)相接合时与所述第二离合器元件(24)相接合。
15.根据权利要求1的混合动力驱动系统，其中所述第一电机(5)和所述第二电机(8)连接至电力转换和控制装置(19)，该转换和控制装置(19)又连接至电能蓄能装置(20)。
16.根据权利要求1的混合动力驱动系统，其特征在于：借助于作为电动机操作的并且由所述蓄能装置(20)通过所述转换和控制装置(19)供电的所述第一电机(5)和所述第二电机(8)中的至少一个，所述混合动力驱动系统适合于以纯电力驱动模式驱动所述车辆，并且所述内燃机(2)处于停用状态。
17.根据权利要求16的混合动力驱动系统，其中所述第一电机(5)处于停用状态并且所述第二电机(8)作为电动机操作。
18.根据权利要求16的混合动力驱动系统，其中所述第一电机(5)和所述第二电机(8)作为电动机操作。
19.根据权利要求1的混合动力驱动系统，其特征在于：借助于所述内燃机(2)，所述混合动力驱动系统适合于以纯机械驱动模式驱动所述车辆，并且所述第一电机(5)和所述第二电机(8)处于停用状态。
20.根据权利要求1的混合动力驱动系统，其特征在于：在所述第二电机(8)作为电动机操作的情况下，所述混合动力驱动系统适合于以串联式混合动力驱动模式驱动所述车辆，所述第二电机(8)由被所述内燃机(2)旋转而作为发电机操作的所述第一电机(5)供电。
21.根据权利要求1的混合动力驱动系统，其特征在于：在所述第一电机(5)作为电动机操作的情况下，所述混合动力驱动系统适合于以并联式混合动力驱动模式驱动所述车辆，所述第一电机(5)借助于所述转换和控制装置(19)由所述蓄能装置(20)供电，以便与所述内燃机(2)并行地将机械动力传递至车辆车轮。
22.根据权利要求1的混合动力驱动系统，其特征在于：在所述第一电机(5)和所述第二电机(8)作为电动机操作的情况下，所述混合动力驱动系统适合于以并联式混合动力驱动模式驱动所述车辆，所述第一电机(5)和所述第二电机(8)借助于所述转换和控制装置(19)由所述蓄能装置(20)供电，以便与所述内燃机(2)并行地将机械动力传递至车辆车轮。
23.一种用于车辆牵引的混合牵引系统，包括内燃机(102)、至少一第一电机(105)和至少一第二电机(108)、适合于机械地连接至所述内燃机(102)和所述第一和第二电机中的至少一个的第一传动装置(103，104，104b)、适合于机械地连接至所述第一和第二电机中的至少一个和车辆车轮的第二传动装置(106)、适合于允许机械动力仅由内燃机(102)通过所述第一传动装置(103，104，104b)和所述第二传动装置(106)传递至车辆车轮的连接或限制装置(111)，其特征在于：所述第一传动装置(103)包括机械地连接至所述内燃机(102)的驱动轴、适合于承载多个行星齿轮(104c)的行星设备(104)的行星架装置(104a)、以及所述行星设备(104)的恒星齿轮(104b)，所述恒星齿轮(104b)连接至所述第一电机(105)的转子(105a)的轴(110)，所述恒星齿轮(104b)适合于与所述行星齿轮(104c)相啮合，所述第二传动装置(106)包括所述行星设备(104)的齿冠，所述齿冠与所述第二电机(108)的转子(107)以及机械地连接至车辆车轮的齿轮(109)相连接，所述齿冠(106)适合于与所述行星齿轮(104c)相啮合，所述第二电机(108)相对于所述第一电机(105)在外部同心。
24.根据权利要求23的混合牵引系统，其中所述连接或限制装置包括适合于机械地停止所述第一电机(105)的转子(105a)的旋转的制动装置(111)。
25.根据权利要求23或24的混合牵引系统，其中所述第二电机的定子(108a)相对于所述第一电机的定子(105b)在外部同心并且所述第二电机(108)的所述转子(107)相对于所述第二电机的所述定子(108a)在外部同心。
26.根据权利要求23的混合牵引系统，其中所述第一电机(105)和所述第二电机(108)被包围在两个电机共用的壳体内。
27.根据权利要求23的混合牵引系统，其中所述第一电机(105)和所述第二电机(108)连接至电力转换和控制装置(113)，该转换和控制装置(113)又连接至电能蓄能装置(114)。
28.根据权利要求27的混合牵引系统，其中所述转换和控制装置(113)适合于电气地锁定第一电机(105)的转子(105a)。
29.根据权利要求23的混合牵引系统，其特征在于：借助于作为电动机操作的并且由所述蓄能装置(114)通过所述转换和控制装置(113)供电的所述第一电机(105)和所述第二电机(108)中的至少一个，所述混合牵引系统适合于以纯电力驱动模式驱动所述车辆，并且所述内燃机(102)处于停用状态。
30.根据权利要求29的混合牵引系统，其中所述第一电机(105)处于停用状态并且所述第二电机(108)作为电动机操作。
31.根据权利要求29的混合牵引系统，其中所述第一电机(105)和所述第二电机(108)作为电动机操作。
32.根据权利要求23的混合牵引系统，其特征在于：所述混合牵引系统适合于借助于所述内燃机(102)以纯机械驱动模式驱动所述车辆，所述第一电机(105)和第二电机(108)处于停用状态，并且所述第一电机(105)的转子(105a)由所述制动装置(111)保持为锁定。
33.根据权利要求23的混合牵引系统，其特征在于：在所述第二电机(108)作为电动机操作的情况下，所述混合牵引系统适合于以串联式混合动力驱动模式驱动所述车辆，所述第二电机(108)由被所述内燃机(102)旋转而作为发电机操作的所述第一电机(105)供电。
34.根据权利要求23的混合牵引系统，其特征在于：在所述第二电机(108)作为电动机操作的情况下，所述混合牵引系统适合于以并联式混合动力驱动模式驱动所述车辆，所述第二电机(108)借助于所述转换和控制装置(113)由所述蓄能装置(114)供电，以便与所述内燃机(102)并行地将机械动力传递至车辆车轮，所述第一电机(105)的转子被所述制动装置保持为锁定。
35.根据权利要求23的混合牵引系统，其特征在于：在所述第一电机(105)和所述第二电机(108)作为电动机操作的情况下，所述混合牵引系统适合于以并联式混合动力驱动模式驱动所述车辆，所述第一电机(105)和所述第二电机(108)借助于所述转换和控制装置(113)由所述蓄能装置(114)供电，以便与所述内燃机(102)并行地将机械动力传递至车辆车轮。
36.根据权利要求24的混合牵引系统，其中所述制动装置(111)可用于在所述车辆的起步阶段中调节和最大化可传递至所述齿轮(109)的静力矩。
37.根据权利要求23的混合牵引系统，其特征在于：在所述第一电机(105)作为电动机操作的情况下，所述混合牵引系统适合于以并联式混合动力驱动模式驱动所述车辆，所述第一电机(105)由被所述内燃机(102)旋转而作为发电机操作的所述第二电机(108)供电，以便与所述内燃机(102)并行地将机械动力传递至车辆车轮。
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