專利名稱：用于車輛尤其是摩托車的混合驅(qū)動組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于公路車輛、尤其是摩托車的混合驅(qū)動組件。
背景技術(shù)：
眾所周知，許多公路車輛特別是汽車的生產(chǎn)商目前正在進(jìn)行混合動力車的實驗，而且其中一部分近期已經(jīng)上市。雖然“混合動力”通常是指使用兩個或兩個以上的不同的動力系統(tǒng)，但是至今所提出的解決辦法一般為將一個內(nèi)燃機(jī)與一個電動機(jī)結(jié)合在一起，以發(fā)揮各自的優(yōu)勢并補(bǔ)償各自的缺陷。
更具體地，內(nèi)燃機(jī)的主要優(yōu)點是通過所使用燃料(通常為烴)的高能量濃度所得到的燃料儲備行程(fuel distance)，這也是在公路車輛中幾乎只使用內(nèi)燃機(jī)的原因。另一方面，內(nèi)燃機(jī)會產(chǎn)生有害的排放，由于只能在給定的速度范圍內(nèi)工作，所以需要使用輔助部件(變速箱和離合器)，并且具有相對高的噪音等級。
而且，即使在工作范圍內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)的效率也是相當(dāng)?shù)偷?大約是20-30％)，發(fā)動機(jī)的定態(tài)操作的改變會大量增加污染物排放。
電動車不會產(chǎn)生“局部”污染，安靜，高效(大約是80％)，能產(chǎn)生起動時的扭矩。但是，到目前為止，現(xiàn)有電池的范圍限制影響了其在公路車輛中的應(yīng)用，其中至少這些電池的尺寸、重量和造價對于公路車輛是可行的。
為了消除或減少由于使用單一類型的發(fā)動機(jī)/電動機(jī)而帶來的缺點，已經(jīng)提出了可選擇的辦法或者將兩種動力系統(tǒng)結(jié)合在一起的各種結(jié)構(gòu)的混合動力解決方法。
更具體地，在第一種稱做“串聯(lián)式混合動力”的結(jié)構(gòu)中，一個內(nèi)燃機(jī)單獨驅(qū)動一個電流發(fā)生器，為驅(qū)動電動機(jī)的電池充電所以推動力是由電動機(jī)獨自控制的。通過只利用內(nèi)燃機(jī)提供平均功率，該解決方案能夠減少相當(dāng)大的油耗，所以最好在穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行工作。
在“并聯(lián)式混合動力”結(jié)構(gòu)中，通過適當(dāng)?shù)淖兯傧錂C(jī)構(gòu)，內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)均連接到驅(qū)動輪。
上面簡要敘述的已知混合驅(qū)動組件是復(fù)雜的、昂貴的并且體積要很大，根據(jù)申請人的認(rèn)識，這就是為什么從來不在緊湊的、廉價車輛如摩托車上使用它的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種非常簡單的、廉價的、緊湊的混合驅(qū)動組件，其也能用于小型的、廉價的公路車輛如摩托車中，但是其也允許在不同的工作需要或路況的基礎(chǔ)上對多個工作模式進(jìn)行選擇。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于至少有一個驅(qū)動輪的車輛的混合驅(qū)動組件，該驅(qū)動組件包括一個內(nèi)燃機(jī)；在內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動軸和與驅(qū)動輪傾斜地連接的傳動軸之間安放一個變速箱單元，接下來還包括一個具有與驅(qū)動軸連接的主動件的離合器，一個從動件連接到傳動軸；所述驅(qū)動組件也包括一個能夠代替所述內(nèi)燃機(jī)工作或與之結(jié)合工作的電機(jī)，其中，所述電機(jī)包括一個與所述離合器的從動件傾斜、固定連接的轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明也涉及一種包括這樣的混合驅(qū)動組件的車輛，尤其是摩托車。


下面將結(jié)合附圖以示范的方式描述本發(fā)明的兩個優(yōu)選的、而非限定性的實施例，其中圖1是一個表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的混合驅(qū)動組件的圖；圖2是一個表示控制圖1驅(qū)動組件的控制系統(tǒng)的圖；圖3是一個表示本發(fā)明可選擇的一個實施例的局部圖。
具體實施例方式
圖1中的數(shù)字1表示具有后驅(qū)動輪2的軸A的摩托車的一個混合驅(qū)動組件的整體。
驅(qū)動組件1包括具有平行于軸線A的軸線B的驅(qū)動軸4的內(nèi)燃機(jī)3；一個變速箱單元5安放在驅(qū)動軸4和與軸線A和軸線B平行的傳動軸6的軸線C之間，并且與驅(qū)動輪2傾斜連接。
更具體地，變速箱單元5包括一個無級變速箱或CVT7(下文簡稱為“CVT7”)，及一個離心式離合器8，互相串聯(lián)在一起。
CVT7包括一個固定在驅(qū)動軸4上的主動皮帶輪10；一個與傳動軸6同軸并且以傾斜自由方式固定到傳動軸6上的從動皮帶輪11；及一個環(huán)繞在皮帶輪10、11上的V形皮帶12。皮帶輪10、11各自具有適用于皮帶12的V形槽13、14，分別是由兩個半輪10a、10b和11a、11b限定的，相對于另一個可以軸向移動，以改變槽13、14的寬度，所以能改變皮帶12的纏繞半徑。
用未示出的離心裝置控制主動皮帶輪10的半輪10a、10b的相對軸向位置的改變；通過彈簧15對從動皮帶輪11的半輪11a、11b朝著互相的方向軸向加載，以使皮帶12的纏繞半徑反過來自動適應(yīng)主動皮帶輪10的半徑。
更具體地，通過離心式離合器8從動皮帶輪11可選擇地連接到傳動軸6上，該離合器包括一個適于轉(zhuǎn)動從動皮帶輪11的輪轂20；由輪轂20支撐的多個離心平衡塊21，由彈簧22將其保持在徑向分離的松開位置；從動鐘形罩26與傳動軸6是一體的。
響應(yīng)于在角速度足以克服彈簧22的作用力時的輪轂20的轉(zhuǎn)動，離心平衡塊21徑向向外移動，與鐘形罩26的近乎圓柱形的側(cè)壁25摩擦配合。
將從動皮帶輪11的彈簧15軸向壓縮到離心式離合器8的輪轂20和可動半輪11b之間，以對半輪11b軸向加載，朝向固定半輪11a。
通過在圖1中只是示意性的常規(guī)減速齒輪28將傳動軸6連接到驅(qū)動輪2，該減速齒輪28具有作為輸入元件的傳動軸6，以及作為輸出元件的軸線A的軸29，在使用過程中驅(qū)動輪2剛性固定在其上。
根據(jù)本發(fā)明，驅(qū)動組件1也包括一個與離心式離合器8同軸的電機(jī)32，該電機(jī)32具有一個安放在驅(qū)動組件1的固定殼體34中的定子33，以及一個外表上與離心式離合器8的鐘形罩26的側(cè)壁25同軸的轉(zhuǎn)子35，與鐘形罩26一體，所以也與傳動軸6是一體的。
方便地，電機(jī)32是可逆類型的，連接到車輛電池36(圖2)，以在給定的工作狀態(tài)中做為發(fā)電機(jī)給電池充電。驅(qū)動組件1也包括用已知方式由內(nèi)燃機(jī)3驅(qū)動的并且連接到電池36的發(fā)電機(jī)37。
通過控制電機(jī)32的控制單元38控制驅(qū)動組件1，致動器39調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)3的節(jié)流閥40的位，響應(yīng)于多個表示組件1的工作狀態(tài)的輸入信號，包括表示加速器手柄44的位的信號Sa，以及表示使用者在制動杠桿45上的動作的信號Sf。
控制單元38也接收來自一個位于車輛儀表板上用來選擇驅(qū)動組件1的工作模式的選擇器裝46的信號Ss。例如，該選擇器裝可以包括分別選擇下面工作模式的多個按鈕T、E、P、S“燃燒”(T)，由內(nèi)燃機(jī)3單獨提供推動力；“電力”(E)，由用作電動機(jī)工作的電機(jī)32單獨提供推動力；“并聯(lián)式混合動力”(P)，內(nèi)燃機(jī)3和電機(jī)32均提供驅(qū)動力；和“串聯(lián)式混合動力”(S)，單獨將內(nèi)燃機(jī)3做為發(fā)電機(jī)37，為電池36充電，而由電機(jī)32單獨為驅(qū)動輪提供扭矩。
現(xiàn)在根據(jù)上述操作模式描述驅(qū)動組件1的操作。
在“燃燒”模式中，不給電機(jī)32提供動力，所以，不用考慮離心式離合器8的鐘形罩26的轉(zhuǎn)動的少許加，驅(qū)動組件1以與常規(guī)的、全機(jī)械組件完全相同的方式工作，好象電機(jī)32不存在一樣。更具體地，在內(nèi)燃機(jī)3怠速時，CVT7包括由主動皮帶輪10上的皮帶12的小纏繞半徑及在從動皮帶輪11上的皮帶12的大纏繞半徑限定的“短的”比例。在這種情況下，離心式離合器8是松開的，所以傳動軸6未連接到CVT7上，不為驅(qū)動輪2傳遞扭矩。
當(dāng)驅(qū)動軸4的轉(zhuǎn)速加時，通過可轉(zhuǎn)動地連接到鐘形罩26上的離心式平塊21的移動閉合離心式離合器8，因此傳動軸6連接到CVT7的從動皮帶輪11，所以車輛以“短的”變速箱傳動比起動。
當(dāng)驅(qū)動軸4的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步加時，CVT7以不再詳細(xì)描述的已知的方式逐漸地、自動地從所述的“短的”比例變換到“長的”比例，該“長的”比例是由主動皮帶輪10上的皮帶12的大纏繞半徑及在從動皮帶輪11上的皮帶12的小纏繞半徑限定的。
當(dāng)減速或制動時，反過來重復(fù)上述操作步。而且，驅(qū)動輪2驅(qū)動與離心式離合器的鐘形罩26一體的電機(jī)32的轉(zhuǎn)子35，所以電機(jī)32作為電流發(fā)生器工作的，吸收機(jī)械能(所以作為電動制動工作)，產(chǎn)生電能。
在“電”模式中，內(nèi)燃機(jī)3不工作，所以驅(qū)動軸4和CVT7是靜止的，離心式離合器8松開，離心式平塊21單獨承受彈22施加的返回力。所以，鐘形罩26上游的每個部件包括內(nèi)燃機(jī)3和CVT7就完全與驅(qū)動輪2分開。
用鐘形罩將轉(zhuǎn)子35與鐘形罩26形成一體的電機(jī)32的驅(qū)動扭矩直接傳遞給傳動軸6，通過減速齒輪28傳遞給驅(qū)動輪2。
同時在該工作模式，當(dāng)減速或制動，電機(jī)32并沒有產(chǎn)生動力時，驅(qū)動轉(zhuǎn)子35，電機(jī)32吸收機(jī)械能，產(chǎn)生電能為電池36充電。
在“并聯(lián)式混合動力”模式中，內(nèi)燃機(jī)3和電機(jī)32同時工作，其中后者是如在“電”模式中所述的那樣作為一個電動機(jī)工作；由于將兩者產(chǎn)生的扭矩和動力集合在一起，加到傳動軸6上，所以極大地改善了性能。而且，能夠在內(nèi)燃機(jī)3和電機(jī)32之間分配使用者的動力要求，以減少油耗和/或排放。
在“串聯(lián)式混合動力”模式中，內(nèi)燃機(jī)3只用來驅(qū)動發(fā)電機(jī)37，由電機(jī)32單獨提供推動力。對于圖1所示的組件1的結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)燃機(jī)3未與驅(qū)動輪2連接，所以發(fā)動機(jī)速度肯定是低的，不足以閉合離心式離合器8。如果其在效率和排放方面所產(chǎn)生的響少于內(nèi)燃機(jī)3最優(yōu)的操作狀態(tài)，則可以適當(dāng)改變組件1的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其中與固定連接相反的，從動皮帶輪11和離心式離合器的輪轂20通過一個連接器51(如由單元38控制的所的電磁“Gravina coupling”)可有選擇地進(jìn)行連接。
對于這種變速箱設(shè)置，當(dāng)選擇“串聯(lián)式混合動力”模式時，設(shè)置連接器51位于“開”位置，所以內(nèi)燃機(jī)3能夠以選擇的固定速度工作，以使效率最優(yōu)化并且排放最少，而不用考慮離心式離合器8的干涉極速?？刂茊卧?8可以方便地進(jìn)行編程，以在根據(jù)使用者和/或路況所需要的平均功率所確定的兩個或更多不同的功率等級(但是在各功率等級上均是定速的)上操作內(nèi)燃機(jī)3。
而且，連接器51允許在不停車的情況下從一個操作模式變換到另一個模式。
同時，當(dāng)在混合動力模式中制動或減速時，與電動機(jī)相反，電機(jī)32作為發(fā)電機(jī)工作，所以能夠作為再生制動。
從前面的描述，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動組件1的優(yōu)點會很清晰。
特別地，提供了能夠得到非常簡單的、廉價的、緊湊的混合動力驅(qū)動組件的變速箱結(jié)構(gòu)，也能夠用于小型的、廉價的公路車輛，如摩托車，而且其能夠基于不同的工作需要和路況可選擇地在多個模式中工作。
而且，利用作為再生制動操作的電機(jī)32的優(yōu)點，各種操作模式均可以節(jié)約能量。
最后，通過限制在獨立操作時兩個推進(jìn)系統(tǒng)之間的不必要的干涉及互相促進(jìn)地開發(fā)在混合動力工作模式中的兩者的潛力，提供了一種使各操作模式中的整體效率優(yōu)化的變速箱的結(jié)構(gòu)。實際上，在“燃燒”模式中，組件1進(jìn)行工作，好像電機(jī)32不存在一樣；在“電”模式中，內(nèi)燃機(jī)3和CVT7與驅(qū)動輪2分離，不可能降低效率；在“并聯(lián)式混合動力”模式中，能夠利用兩種推進(jìn)系統(tǒng)的全部動力，以及在兩個推進(jìn)系統(tǒng)之間分配動力要求，以減少油耗和/或排放；及，在“串聯(lián)式混合動力”模式中，通過在效率方面最優(yōu)化的穩(wěn)定狀態(tài)中操作內(nèi)燃機(jī)3，就可以節(jié)省相當(dāng)多的能量。
很明顯，可以改變本文所述的驅(qū)動組件1及其控制，但是，并不超出附屬權(quán)利要求的范圍。
特別地，可以用不同類型的變速箱代替CVT7，如同步帶變速箱；也可以用可控離合器代替離心式離合器；電機(jī)32可以安放在不同的位置，只要轉(zhuǎn)子35能夠固定連接在離合器8的下游，如固定連接到驅(qū)動輪2上。
與上述由用戶選擇的控制模式(“燃燒”、“電”、“并聯(lián)式混合動力”、“串聯(lián)式混合動力”)的激活相反，也可以提供一個或多個“自動”控制模式，可以基于編寫的控制邏輯自動地從一個模式切換到另一個模式，如該控制邏輯能使性能優(yōu)化、油耗或排放最小、或是針對特定的操作狀態(tài)。例如，如果電池的電荷低于預(yù)定的閥值，則從“電”自動切換為“內(nèi)燃機(jī)”或“串聯(lián)式混合動力”模式。
權(quán)利要求
1.一種用于至少有一個驅(qū)動輪(2)的車輛的混合驅(qū)動組件(1)，該驅(qū)動組件包括一個內(nèi)燃機(jī)(3)；在內(nèi)燃機(jī)(3)的驅(qū)動軸(4)及傾斜連接到驅(qū)動輪(2)的傳動軸(6)之間安放一個變速箱單元(5)，接下來包括一個具有連接到驅(qū)動軸(4)上的主動件(20)的離合器(8)，和一個連接到傳動軸(6)的從動件(26)；所述驅(qū)動組件(1)也包括一個能夠代替上述內(nèi)燃機(jī)(3)或與其結(jié)合工作的電機(jī)(32)，其特征在于，所述電機(jī)(32)包括一個固定地、傾斜連接到所述離合器(8)的所述從動件(26)的轉(zhuǎn)子(35)。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動組件，其特征在于，所述變速箱單元包括一個具有與內(nèi)燃機(jī)(3)的驅(qū)動軸(4)傾斜連接的一個主動皮帶輪(10)的CVT(7)，以及從動皮帶輪(11)能夠連接到離合器(8)的輪轂(20)上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動組件，其特征在于，所述離合器(8)是離心式離合器；所述離合器(8)的所述從動件是一個與所述傳動軸(6)一體的鐘形罩(26)。
4.如權(quán)利要求3所述的驅(qū)動組件，其特征在于，所述電機(jī)(32)的所述轉(zhuǎn)子(35)與所述離合器(8)的所述鐘形罩(26)同軸且一體。
5.如任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動組件，其特征在于，所述電機(jī)(32)是可逆的。
6.如任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動組件，其特征在于，在所述驅(qū)動軸(4)和所述離合器(8)的所述從動件(20)之間安放一個連接器(51)。
7.如權(quán)利要求6所述的驅(qū)動組件，其特征在于，所述連接器(51)是電磁控制的。
8.如權(quán)利要求6或7所述的驅(qū)動組件，當(dāng)根據(jù)權(quán)利要求2到5中的一個時，其特征在于，所述連接器(51)安放在所述從動皮帶輪(11)和所述離合器(8)的所述主動件(20)之間。
9.如任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動組件，其特征在于，包括一個由所述內(nèi)燃機(jī)(3)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)(37)。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的驅(qū)動組件，其特征在于，包括一個控制所述內(nèi)燃機(jī)(3)和所述電機(jī)(32)的控制單元(38)，響應(yīng)于多個輸入信號(Sa、Sf、Ss)，在多個操作模式中包括至少一個燃燒模式，其中只激活內(nèi)燃機(jī)(3)，一個電模式，其中所述電機(jī)(32)作為電機(jī)進(jìn)行工作，和所述內(nèi)燃機(jī)(3)不工作，一個并聯(lián)式混合動力模式，其中所述內(nèi)燃機(jī)(3)和所述電機(jī)(32)均被激活，并連接到所述驅(qū)動輪(2)，以及一個串聯(lián)式混合動力模式，其中所述內(nèi)燃機(jī)未與所述驅(qū)動輪(2)連接，驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)(37)。
11.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動組件，其特征在于，包括選擇裝置(46)，選擇所述驅(qū)動組件(1)的所述操作模式；所述輸入信號(Sa、Sf、Ss)至少包括多個由所述選擇裝置(46)產(chǎn)生的輸入信號(Ss)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的驅(qū)動組件，其特征在于，所述輸入信號(Sa、Sf、Ss)包括一個表示加速器元件(44)的位置的信號(Sa)。
13.如權(quán)利要求10到12中的一個所述的驅(qū)動組件，其特征在于，所述輸入信號(Sa、Sf、Ss)包括一個表示車輛制動控制元件(45)上的動作的信號。
14.一種至少有一個驅(qū)動輪(2)的車輛，其特征在于，包括任一前述權(quán)利所述的混合動力驅(qū)動組件(1)。
15.如權(quán)利要求14所述的車輛，其特征在于是摩托車。
全文摘要
一種用于具有至少一個驅(qū)動輪(2)的車輛的混合動力驅(qū)動組件(1)，該驅(qū)動組件包括一個內(nèi)燃機(jī)(3)；在內(nèi)燃機(jī)(3)的驅(qū)動軸(4)及傾斜連接到驅(qū)動輪(2)的傳動軸(6)之間安放一個變速箱單元(5)，接下來包括一個具有傾斜連接到驅(qū)動軸(4)上的主動皮帶輪(10)和一個從動皮帶輪(11)的無級變速箱(7)，具有一個連接到從動皮帶輪的輪轂(20)的一個離心式離合器(8)，和一個連接到傳動軸(6)的從動鐘形罩(26)；一個具有與離心式離合器(8)的鐘形罩(26)一體的轉(zhuǎn)子(35)的電機(jī)(32)。控制單元(38)控制驅(qū)動組件(1)，響應(yīng)于多個輸入信號(Sa、Sf、Ss)，在多個操作模式中包括一個全燃燒推動模式，一個全電推動模式，一個第一混合動力推動模式，其中內(nèi)燃機(jī)(3)和電機(jī)(32)串聯(lián)，一個第二混合動力推動模式，其中內(nèi)燃機(jī)(3)和電機(jī)(32)并聯(lián)。
文檔編號B60K6/543GK1726141SQ200380106249
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者埃米利奧·維塔萊, 弗朗希斯科·弗雷多, 路易吉·阿爾諾內(nèi), 毛里齊奧·馬爾卡奇, 喬瓦尼·里焦 申請人:比薩大學(xué), 比亞喬公司