采用内燃机和电机平行作用布置的机动车辆的混合动力驱动系在 结合有驱动技术上后置的多级换档传动机构下，能够这样几何形状简 单地构造，使电机同轴布置在换档传动机构的输入轴上，电机的转子 与换档传动机构的输入轴抗扭连接，并且内燃机的传动轴可通过可控 的、也就是可断开和接合的分离离合器与换档传动机构的输入轴连接。
在这种情况下，电机可在行驶运行期间无动力接通，作为用于电 蓄能器充电的发电机或作为用于驱动机动车辆的电动机使用。以电动 机运行时，在分离离合器闭合的情况下，特别是在猛烈加速时和在陡 坡路段爬坡行驶时，为了支持内燃机以所谓的升压运行；并且在分离 离合器打开的情况下，特别是在起动时和在排放限制的市区行驶时， 电机作为唯一的驱动电机以纯电动运行的方式使用。
但这种混合动力驱动系的缺点是，电机的转速水平与内燃机的转 速水平相同，并且电机因此为获得电动运行足够的功率必须相当大而 重地构造。但结合电机的轴线平行的布置，并且接合电机的转子与换 档传动机构的输入轴通过高传动比的输入级如圆柱齿轮对或皮带传动 机构的驱动连接，电机可以减小功率和相当小地构造。然而，这种混 合动力驱动系的主要缺点在于，换档传动机构内的动力流在换档过程 期间中断，这种中断损害了动力性和舒适性。
因此，提出混合动力驱动系各种各样的实施方式，其中电机在传 动技术上通过具有三个传动元件的差动传动机构来集成，其中，第一 传动元件与换档传动机构的可通过分离离合器与内燃机连接的输入轴 传动连接、第二传动元件与电机的转子传动连接，并且第三传动元件 与换档传动机构的另一个传动轴例如输出轴或第二输入轴传动连接。
第一个这种混合动力驱动系在DE 198 49 156 A1中，特别是在按 照那里的权利要求1和11至13的实施方式中以及那里的图2中进行 描述。相关的换档传动机构具有输入轴和输出轴，它们可通过不同传 动比的所分配的档位齿轮组借助各一个所分配的档位联轴器选择性地 相互连接。内燃机的传动轴可通过可控的分离离合器与换档传动机构 的输入轴连接。电机无接触式同轴布置在换档传动机构的输入轴上。 差动传动机构构造成简单的行星传动机构，该行星传动机构具有太阳 轮、携带有多个与太阳轮齿部啮合的行星轮的行星架、和与行星轮齿 部啮合的齿圈，以及该差动传动机构同样同轴布置在换档传动机构的 输入轴上。行星架形成差动传动机构的第一传动元件，并与换档传动 机构的输入轴抗扭连接。太阳轮形成差动传动机构的第二传动元件并 与电机的转子抗扭连接。齿圈形成差动传动机构的第三传动元件，并 通过由圆柱齿轮对组成的输出耦合级与换档传动机构的输出轴传动连 接。
差动传动机构形成与换档传动机构并联的功率支路，其中，差动 传动机构功率传递的比例或程度可以通过电机的控制机构来调节。在 换档过程中设置，在摘开所挂入的负荷档并且使目标档同步以及随后 挂入目标档之前，内燃机的扭矩尽可能全部通过差动传动机构传导。 此后，电机无动力接通，并且内燃机的扭矩由此再完全通过换档传动 机构传递到输出轴上。
因为目标档的同步通过相当缓慢的发动机控制来进行，所以形成 很长的换档时间和电机相当高的用于支撑所传递扭矩的电功率。为了 能够实现支撑功能，电机必须至少以内燃机的最大扭矩来设计，减小 有效传动比，因为否则在换档过程期间会出现扭矩中断。在正常的行 驶运行中，也就是在分离离合器闭合和在换档传动机构内挂入档位的 情况下，电机可以作为用于电蓄能器充电的发电机或作为用于支持内 燃机的电动机来使用。在换档传动机构和闭锁的从动轴处于怠速运转 的情况下，内燃机可以借助电动机来发动。在换档传动机构处于怠速 运转、分离离合器闭合或半闭合、并且内燃机运转的情况下，起动过 程可借助电机通过连续提高支撑力矩来进行，至少直至达到在第一档 的档位联轴器上同步运转，并且可闭合该档位联轴器。以电机作为唯 一驱动电机的纯电动行驶运行在分离离合器打开和将档位挂入换档传 动机构中的情况下能够实现，但即使在挂入第一档的情况下，特别是 为了起动，电机相对于输出轴得到不利的低的总传动比。
由EP 0 845 618 B1公知了另一个这种混合动力驱动系。那里所描 述的换档传动机构具有两个同轴布置的输入轴，所述输入轴可通过不 同传动比的交替分配的档位齿轮组借助各一个分配的档位联轴器选择 性地与输出轴连接。内燃机的传动轴可通过各一个可控的分离离合器 与两个输入轴连接。电机与两个输入轴轴线平行地布置。差动传动机 构构造成简单的行星传动机构，该行星传动机构具有太阳轮、携带有 多个与太阳轮齿部啮合的行星轮的行星架、和与行星轮齿部啮合的齿 圈，并且该差动传动机构同轴布置在第一输入轴上。行星架形成差动 传动机构的第一传动元件，并与换档传动机构的第一输入轴抗扭连接。 太阳轮形成差动传动机构的第二传动元件，并通过由两个齿轮组成的 输入常数与电机的转子传动连接。齿圈形成差动传动机构的第三传动 元件，并与换档传动机构的第二输入轴抗扭连接。
在正常的行驶运行中，分离离合器闭合并挂入分配给相关输入轴 的档位。另一个分离离合器可同样闭合，其中，差动传动机构则刚性 运转。分配给相关输入轴的档位在这种运行状态下必须全部摘开，因 为换档传动机构通常被闭锁。电机转子的转速相当于通过输入常数的 传动比确定的内燃机转速的数倍。电机在该运行阶段可作为用于电蓄 能器充电的发电机或作为用于支持内燃机的电动机来使用。
在从分配给一个输入轴的负荷档向分配给另一个输入轴的目标档 的换档过程中设置，电机首先无动力接通，并且分配给另一个输入轴 的分离离合器在闭合的情况下打开；然后目标档的档位联轴器借助电 机而同步并在后面闭合；此后负荷档的档位联轴器借助电机无负荷地 控制并在后面摘开；最后另一输入轴借助电机以同步转速在所分配的 分离离合器上加速或减速，以及最终闭合相关的分离离合器。在换档 过程后，电机可无动力接通或在发电机运行中被控制。
换档过程按照这种方式无牵引力中断延续，但相当繁琐和费时。 由于借助电机的外部同步，档位联轴器可以构造成不同步的爪形联轴 器。但由于两个分离离合器、输入常数、电机的轴线平行布置和档位 齿轮组的轴向相邻布置，所公开的这种混合动力驱动系的结构开支和 结构空间需求不利地非常高。

在这种背景下，本发明的任务在于，提供一种开头所述类型的机 动车辆的混合动力驱动系，该混合动力驱动系在结构简单和节省位置 的情况下，能够使电机相对于换档传动机构的输出轴实现高的总传动 比，并且具有改进的可控性。此外，提供一种用于控制根据本发明的 混合动力驱动系的方法。
因此，根据权利要求1的特征，本发明首先涉及一种机动车辆的 混合动力驱动系，该混合动力驱动系具有：带有传动轴的内燃机、带 有转子的可作为电动机及作为发电机工作的电机、带有两个输入轴和 一个输出轴的多级换档传动机构、以及差动传动机构，其中，输入轴 中至少一个可通过所分配的分离离合器与传动轴连接，两个输入轴可 通过不同传动比的交替分配的档位齿轮组和各一个所分配的档位联轴 器选择性地与输出轴连接，并且差动传动机构构造成简单的行星传动 机构，该行星传动机构同轴布置在第一输入轴上面，该行星传动机构 的齿圈与一个输入轴抗扭连接，该行星传动机构的行星架与另一个输 入轴抗扭连接，并且该行星传动机构的太阳轮与转子传动连接。
此外，在这种混合动力驱动系中设置，仅与齿圈抗扭连接的第一 输入轴可通过分离离合器与传动轴连接；并且换档传动机构构造成带 副轴的传动机构，该带副轴的传动机构具有两个输入轴同轴套用的布 置、具有输出轴与输入轴同轴相邻的布置、并且具有分别通过输入常 数与两个输入轴中的一个传动连接的两个副轴，该换档传动机构的档 位齿轮组以交替分配的方式分别布置在第一副轴和输出轴上以及布置 第二副轴和输出轴上。
因此，根据本发明的混合动力驱动系具有两个传递支路，用于从 内燃机向与驱动车轴的车轴驱动装置或与中央差速器连接的输出轴传 递扭矩。第一传递支路包括分离离合器、第一输入轴、第一输入常数、 以及分配给第一输入轴的所挂入档位的档位联轴器和档位齿轮组。通 过该第一传递支路的扭矩传递纯机械地进行。借助内燃机传动轴的转 速nVM、换档传动机构输出轴的转速nGA、与第一输入轴连接的第一输入 常数的传动比iEK1、并且借助分配给第一输入轴的所挂入档位的档位齿 轮组的传动比iG1*，内燃机与换档传动机构输出轴之间的传动比为
nVM/nGA＝iEK1*iG1*。
第二传递支路包括分离离合器、第一输入轴、齿圈、和带有行星 传动机构行星轮的行星架、第二输入轴、第二输入常数、以及分配给 第二输入轴的所挂入档位的档位联轴器和档位齿轮组。通过该第二传 递支路的扭矩传递原则上也是机械地进行。但为了通过行星传动机构 传递扭矩，需要太阳轮通过与其传动连接的电机来支撑。因此，通过 第二传递支路传递的扭矩可以借助电机来调节，由此得到一种有利的 控制特性。借助与第二输入轴连接的第二输入常数的传动比iEK2、分配 给第二输入轴的所挂入档位的档位齿轮组的传动比iG2*、并且借助行星 传动机构的固定传动比iSt，内燃机与换档传动机构输出轴之间的传动 比在精确支撑的情况下、也就是在行星传动机构的太阳轮静止的情况 下为
nVM/nGA＝(1+1/iSt)*iEK2*iG2*。
在纯粹电运行中，电机的扭矩通过太阳轮导入到行星传动机构中， 并从那里在打开分离离合器和各一个挂入档位情况下通过两个传递支 路传递到输出轴上，其中，有效传动比从两个所挂入档位的档位齿轮 组的传动比、两个输入常数的传动比和行星传动机构的固定传动比的 组合中得到。行星传动机构上的转速关系借助太阳轮的转速nS、行星 架的转速nPT和齿圈的转速nH共同由公式
nS＝(1+iSt)*nPT-iSt*nH
得出。从中得出与电机转子传动连接的行星传动机构的太阳轮与 换档传动机构的输出轴之间的传动比
nS/nGA＝(1+iSt)*iEK2*iG2*-iSt*iEK1*iG1*。
通过适当选取传动比，特别是选取档位齿轮组的传动比和其分配 给两个输入轴的传动比，可以获得极高的总传动比，这特别适用于高 起动负荷下的电动机的起动。此外，从换档传动机构的副轴结构类型 中得到特别是有利于混合动力驱动系纵向安装的、内燃机传动轴和换 档传动机构输出轴的同轴布置，以及得到特别是在轴向方向上混合动 力驱动系的紧凑尺寸。
根据本发明的混合动力驱动系有利的构造方式和进一步构型为权 利要求2至13的主题，而在其后面的权利要求14至27中给出用于控 制根据本发明的混合动力驱动系的方法流程。
为获得混合动力驱动系尽可能紧凑的尺寸，电机优选同轴布置在 第一输入轴上面，其中，电机的转子直接与行星传动机构的太阳轮抗 扭连接。因此，电机转子的转速nEM等于行星传动机构太阳轮的转速nS， 从而电机转子与换档传动机构输出轴之间的传动比在分别挂入到两个 传递支路中档位的情况下由
nEM/nGA＝(1+iSt)*iEK2*iG2*-iSt*iEK1*iG1*
得出。为在这种布置中保证通过第二传递支路传递内燃机的最大 扭矩MVM_max，电机具有最大扭矩MEM_max，该最大扭矩MEM_max至少相当 于内燃机的最大扭矩MVM_max与行星传动机构的固定传动比iSt形成的部 分(MEM_max>＝1/iSt*MVM_max)。
但为了能够使电机相对于上述实施方式扭矩更弱，并因此更小以 及更轻地构造，电机可以轴线平行地与第一输入轴相邻布置，其中， 电机的转子通过输入常数以大于1的传动比iEK与行星传动机构的太阳 轮传动连接(iEK>1.0)。
因为电机转子的转速nEM是行星传动机构太阳轮的转速nS与输入 常数传动比iEK形成的数倍，所以电机转子与换档传动机构输出轴之间 的传动比在分别挂入到两个传递支路中档位的情况下由
nEM/nGA＝iEK*[(1+iSt)*iEK2*iG2*-iSt*iEK1*iG1*]
得出。
所属的输入常数优选构造成由两个圆柱齿轮形成的齿轮对，但也 可以作为对此的选择，构造成皮带或者链条传动机构。为了在这种布 置中保证内燃机的最大扭矩MVM_max通过第二传递支路传递，电机符合 目的地具有最大扭矩MEM_max，该最大扭矩MEM_max至少相当于内燃机的 最大扭矩MVM_max与电机输入常数的传动比iEK和行星传动机构的固定 传动比iSt的乘积形成的部分(MEM_max>＝1/(iEK*iSt)*MVM_max)。
在支撑通过行星传动机构传递的扭矩时，虽然名义上不消耗功率， 因为太阳轮在此静止。但为了在电机上产生太阳轮所需的支撑力矩， 由于励磁线圈内的欧姆电阻消耗电功率，这至少在较长的时间上是不 利的。因此有利的是，为了以通过第二传递支路的同一档位进行的力 传递运行时段更长，也就是为了稳定地支撑所传递的扭矩，在行星传 动机构的太阳轮或电机的转子与壳体固定的构件之间布置有可控的制 动联轴器。这种制动联轴器有利的是在利用分配给第二输入轴的档位 稳定行驶时，也就是在与换档过程相关的加速和减速阶段以外闭合， 并因此避免电机所谓的能量消耗。
在换档传动机构中，优选奇数档位的齿轮布置在第一副轴以及输 出轴上，并且因此分配给第一输入轴，而偶数档位以及反转级的档位 齿轮布置在第二副轴以及输出轴上，并因此分配给第二输入轴。
因此，在同时挂入第一档和挂入反转级的情况下，电机的转子与 输出轴之间产生特别大的总传动比，这特别适用于高起动负荷下的电 动机起动。此外，在这种情况下，在两个传递支路中传递的扭矩驱动 作用于输出轴，从而不存在使力传递的效率变差的无功功率。反转级 不必非得构造成高的负传动比的倒档，因为电动机的倒车起动在总传 动比与相应的前进起动的总传动相同的情况下，可以简单地通过电机 旋转方向的换向进行。
为了获得换档传动机构及因此获得整个混合动力驱动系特别紧凑 的结构，分别优选构造成圆柱齿轮对的两个副轴的输入常数符合目的 地各具有大于1的传动比(iEK1>1.0；iEK2>1.0)。因此，档位齿轮组的 传动比可以相当小地构造，并因此减小副轴与从动轴的径向距离。
此外，档位齿轮组为此有利地分别由与输出轴抗扭连接的固定轮 和可旋转支承在所分配的副轴上的空套轮构成，并且空套轮可分别通 过所分配的档位联轴器与所分配的副轴连接，其中，档位联轴器分别 成对合并成到共用的同步器中。反转级的齿轮组以本身公知的方式具 有一个支承在单独轴上的用于转动方向反转的附加惰轮。
通过在副轴上布置换档联轴器，一方面以档位齿轮组尽可能小的 轴向距离得到档位齿轮组的最佳嵌套，以及例如通过变速叉轴的换档 拨叉得到最佳的可接触性。因此，同样可以使至少一个布置在第一副 轴和输出轴上的档位齿轮组以及布置在第二副轴和输出轴上的档位齿 轮组布置在同一轴向位置上，以及具有共用的固定轮。
同样有利的是，在两个输入轴中的一个与输出轴之间布置有直接 的档位联轴器，由此，按照简单和节省位置的方式产生传动比i＝1.0的 直接档，并可以省去一个相应的档位齿轮组。
为在电动机行驶运行中节省用于相对侧支撑的能量，并且为避免 与此相关的无功功率，可以在两个副轴上各布置一个可控的制动联轴 器，用于与壳体固定的构件连接，以支撑分别通过另一个输入轴传递 的扭矩。如果两个制动联轴器中的一个闭合，并且因此通过所分配的 副轴以及相关的输入常数使所分配的输入轴壳体固定地止动，那么行 星传动机构作为固定传动机构以固定的齿圈或以固定的行星轮起作 用。为将两个制动联轴器的结构开支保持在尽可能低的程度上，这些 制动联轴器在结构和布置上优选与所称的档位联轴器相同构造，并在 控制技术上纳入档位联轴器的操纵中。
下面介绍根据本发明的混合动力驱动系的工作原理。
为了电动机起动而设置，打开分离离合器；闭合分配给第一输入 轴的档位的档位联轴器和分配给第二输入轴的档位的档位联轴器；并 在此后使电机在电动机运行中加速，其中，两个所要挂入档位的选取 取决于起动负荷。
在起动负荷高的情况下，例如像在大载重量的坡上起动时，优选 闭合第一输入轴最小档位的档位联轴器和第二输入轴反转级的档位联 轴器，并且参照于内燃机传动轴的旋转方向，电机在前进起动时反向 加速并在倒车起动时正向加速。因此，在电机的转子与换档传动机构 的输出轴之间得到尽可能大的传动比，两个传递支路驱动作用于输出 轴，由此避免无功功率并获得高的传递效率。
在电机的转子与行星传动机构的太阳轮直接连接时，例如以行星 传动机构的固定传动比iSt＝3.0、第一输入轴输入常数的传动比 iEK1＝2.5、分配给第一输入轴的第一档档位齿轮组的传动比iG1＝2.4、第 二输入轴输入常数的传动比iEK2＝1.28和分配给第二输入轴的反转级的 传动比iR＝-0.88得出合成的传动比为
nEM/nGA＝(1+iSt)*iEK2*iR-iSt*iEK1*iG1＝-22.5。
在起动负荷中等的情况下，例如像在中等载重量的平地上起动时， 优选闭合第一输入轴最小档位的档位联轴器和第二输入轴最大档位的 档位联轴器，并且参照于内燃机传动轴的旋转方向，电机在前进起动 时反向加速并在倒车起动时正向加速。
因此，在电机的转子与换档传动机构的输出轴之间形成中等的传 动比，并通过部分反馈所传递的扭矩形成无功功率。在电机的转子与 行星传动机构的太阳轮直接连接时，例如以行星传动机构的固定传动 比iSt＝3.0、第一输入轴输入常数的传动比iEK1＝2.5、分配给第一输入轴 的第一档档位齿轮组的传动比iG1＝2.4、第二输入轴输入常数的传动比 iEK2＝1.28和分配给第二输入轴的第四档档位齿轮组的传动比iG4＝0.82 得出合成的传动比为
nEM/nGA＝(1+iSt)*iEK2*iG4-iSt*iEK1*iG1＝-13.8。
在起动负荷低的情况下，例如像在下坡路段上或在平地上以小载 重量起动时，优选闭合第一输入轴最大档位的档位联轴器和第二输入 轴最小档位的档位联轴器，并且参照于内燃机传动轴的旋转方向，电 机在前进起动时正向加速并在倒车起动时反向加速度。因此，在电动 机的转子与换档传动机构的输出轴之间形成相对小的传动比，并通过 部分反馈所传递的扭矩形成无功功率。
在电机的转子与行星传动机构的太阳轮直接连接时，例如以行星 传动机构的固定传动比iSt＝3.0、第一输入轴的构造成直接档的第五档 的传动比iG5＝1.0、第二输入轴输入常数的传动比iEK2＝1.28和分配给第 二输入轴的第二档的档位齿轮组的传动比iG2＝1.94得出合成的传动比 为
nEM/nGA＝(1+iSt)*iEK2*iG2-iSt*iG5＝6.9。
为了电动机起动，取代闭合第一输入轴的档位联轴器，也可以闭 合分配给第一输入轴的制动联轴器。因此，行星传动机构成为具有止 动齿圈的固定传动机构，并在太阳轮的转速nS与行星架的转速nPT之间 适用：
nS＝(1+iSt)*nPT。
在电机的转子与行星传动机构的太阳轮直接连接时，例如以行星 传动机构的固定传动比iSt＝3.0、第二输入轴输入常数的传动比iEK2＝1.28 和分配给第二输入轴的第二档档位齿轮组的传动比iG2＝1.94得出合成 的传动比为
nEM/nGA＝(1+iSt)*iEK2*iG2＝9.9。
同样为了电动机起动，取代闭合第二输入轴的档位联轴器，可以 闭合分配给第二输入轴的制动联轴器。因此，行星传动机构成为具有 止动行星架的固定传动机构，并在太阳轮的转速nS与齿圈的转速nH之 间适用：
nS＝-iSt*nH。
在电机的转子与行星传动机构的太阳轮直接连接时，例如以行星 传动机构的固定传动比iSt＝3.0、第一输入轴输入常数的传动比iEK1＝2.5 和分配给第一输入轴的第一档档位齿轮组的传动比iG1＝2.4然后得出合 成的传动比为
nEM/nGA＝-iSt*iEK1*iG1＝-18.0。
如果电机的驱动力矩例如由于所分配的电蓄能器充电不够而不足 以达到所要求的起动加速度，那么电机在内燃机运转的情况下可以通 过至少部分闭合分离离合器由内燃机进行支持。
在电能足够的情况下，事先关掉的内燃机优选随着达到或超过内 燃机预先确定的最低转速，在第一输入轴上通过闭合分离离合器来脉 冲起动。
一般由此通过内燃机进行负荷承接，即随着达到内燃机转速，通 过第一输入轴闭合分离离合器；并在此后在时间上同时提高内燃机的 扭矩以及将电机的扭矩大概降至零。因此也产生，这样来选取挂入第 一传递支路中的、也就是分配给第一输入轴的档位，即在通过内燃机 进行负荷承接后，存在机动车辆所要求的爬坡和加速能力。
在与换档过程相关的加速和减速阶段之外，也就是在尽可能稳定 的行驶运行中，为了支撑由内燃机通过第二输入轴传递的扭矩，有利 地闭合分配给电机的制动联轴器，并且因此避免通过电机的励磁线圈 的欧姆电阻造成电损耗功率。
优选这样进行内燃机的起动，特别是用于在电蓄能器基本泄空时， 即在发动内燃机后，在前进起动时闭合第二输入轴最小档位的档位联 轴器，并且在倒车起动时闭合第二输入轴反转级的档位联轴器；接着 闭合分离离合器；并在此后电机以发电机运行时在同时提高内燃机的 扭矩和电机的发电机扭矩下一直减速到电机停机。
此后，电机符合目的地在电动机运行中继续加速，直至在第一输 入轴下一个更高档位的档位联轴器上达到同步运转，闭合相关的档位 联轴器，并且随后电机无动力接通以及打开第二输入轴最小档位的档 位联轴器。
在内燃机行驶运行中，这样来进行从第一输入轴的负荷档到第二 输入轴的目标档的档位变换，首先目标档的副轴借助电机一直加速至 达到目标档档位联轴器上的同步转速；然后闭合目标档的档位联轴器； 并且随后尽可能提高电机的支撑力矩，直至负荷档的档位联轴器能够 无负荷地打开。
这样来进行从第二输入轴的负荷档到第一输入轴的目标档的相应 档位变换，即首先目标档的副轴在通过提高电机的支撑力矩加档时减 速，并且在通过减少电机的支撑力矩减档时一直加速至达到目标档档 位联轴器上的同步转速；然后闭合目标档的档位联轴器；并且随后无 负荷接通电机以及打开负荷档的档位联轴器。
附图说明
为说明本发明说明书附有带实施例的附图。其中：
图1以示意性视图示出根据本发明的混合动力驱动系的第一实施 方式；
图2示出根据图1的混合动力驱动系在电动起动过程中的动力流；
图3示出依据图1的混合动力驱动系的第一进一步构型；
图4示出根据图1的混合动力驱动系的第二进一步构型；
图5以示意性视图示出根据本发明的混合动力驱动系的第二实施 方式；
图6示出根据图5的混合动力驱动系在脉冲发动内燃机过程中的 动力流；
图7以示意性视图示出根据本发明的混合动力驱动系的第三实施 方式；
图8示出根据图7的混合动力驱动系在电动起动过程中的动力流； 以及
图9示出根据图7的混合动力驱动系的进一步构型。

图1中以示意性方式描绘出根据本发明的混合动力驱动系1.1的 第一实施方式。该混合动力驱动系1.1包括：具有传动轴4的内燃机 VM；具有定子5和转子6的可作为电动机和作为发电机工作的电机 EM；具有两个输入轴GE1、GE2和一个输出轴GA的多级换档传动机 构7；以及具有三个传动元件的差动传动机构8。
换档传动机构7的第一输入轴GE1可通过所分配的分离离合器K 与内燃机VM的传动轴4连接。差动传动机构8构造成具有太阳轮S、 行星架PT和齿圈H的简单的行星传动机构9，其中，行星架PT携带 多个可旋转的行星轮P，这些行星轮分别与太阳轮S和齿圈H齿部啮 合。行星传动机构9同轴布置在第一输入轴GE1上面。齿圈H与换档 传动机构7的第一输入轴GE1抗扭连接，行星架PT与换档传动机构7 的第二输入轴GE2抗扭连接，并且太阳轮S与电机EM的转子6抗扭 联接。
换档传动机构7构造成有副轴的换档传动机构，其具有两个输入 轴GE1和GE2的同轴套用的布置；具有输出轴GA与输入轴同轴相邻 的布置；并且具有两个通过输入常数EK1或EK2分别与两个输入轴 GE1、GE2中的一个传动连接的副轴VG1、VG2，其中，两个输入常 数EK1、EK2分别由一个齿轮对组成并且分别具有大于1的传动比 (iEK1>1.0；iEK2>1.0)。第二输入轴EG2构造成空心轴并同轴地布置 在所分配的中央的第一输入轴EG1上面。
换档传动机构7具有五个前进档G1至G5和一个反转级R。通过 将各由一个空套轮和一个固定轮组成的第一档G1和第三档G3的档位 齿轮组分别布置在第一副轴VG1上或布置在输出轴GA上，给第一输 入轴EG1分配奇数档G1、G3、G5。第一档G1和第三档G3的固定轮 抗扭地布置在输出轴GA上。第一档G1和第三档G3的空套轮可旋转 地布置在第一副轴VG1上并通过合并在共用同步器S1内的所分配的 档位联轴器可选地与第一副轴VG1连接。第五档G5构造成直接档并 通过布置在第一输入轴GE1与输出轴GA之间的档位联轴器S2′挂入 和摘开。
通过将各包括一个空套轮和一个固定轮的第二档G2、第四档G4 和反转级R的档位齿轮组分别布置在第二副轴VG2上或布置在输出轴 GA上，给第二输入轴EG2分配偶数档G2以及G4以及反转级R。反 转级R的档位齿轮组为了转动方向反转而具有附加的惰轮10。第二档 G2、第四档G4和反转级R的固定轮抗扭地布置在输出轴GA上。第 二档G2、第四档G4和反转级R的空套轮可旋转地布置在第二副轴VG2 上并可通过所分配的档位联轴器可选地与第二副轴VG2连接。第二档 G2和第四档G4的档位联轴器合并在共用的同步器S3内，而反转级的 档位联轴器S4′则单独布置。第一档G1和第二档G2的档位齿轮组以 及第三档G3和第四档G4的档位齿轮组分别布置在同一轴向位置上并 各具有一个共用的固定轮11、12。
通过电机EM、差动传动机构8和换档传动机构7的构型和布置， 混合动力驱动系1.1在尺寸紧凑的情况下具有多种的控制可能性。对于 内燃机的行驶运行来说，为了从内燃机VM向输出轴GA传递扭矩， 可使用两个传递支路。第一传递支路从分离离合器K，通过第一输入 轴GE1、所分配的输入常数EK1、和所挂入档位G1或G3的档位齿轮 组向输出轴GA延伸，而在挂入第五档G5时则直接从第一输入轴GE1 向输出轴GA延伸。
第二传递支路从分离离合器K，通过第一输入轴GE1、齿圈H、 行星传动机构9的行星轮P和行星架PT、第二输入轴GE2、所分配的 输入常数EK2、和所挂入档位G2或G4或者反转级R的档位齿轮组向 输出轴GA延伸，其中，通过行星传动机构9传递的扭矩必须由电机 EM产生的相应扭矩通过行星传动机构9的太阳轮S来支撑。
在通过第一传递支路传递扭矩时，电机EM在第二传递支路挂入 档位时，需要时可以作为用于电蓄能器充电的发电机或者作为用于支 持内燃机VM的电动机来运行。在升档和降档过程中，分别在两个传 递支路之间转换，其中，借助电机EM来控制所要挂入的目标档的同 步以及从具有所要摘开负荷档的传递支路向具有所要挂入目标档的传 递支路的负荷转移。由此，换档过程没有牵引力中断来进行。由于借 助电机EM的外部同步，档位齿轮组的档位联轴器可以构造成非同步 的爪形联轴器，其与同步的档位联轴器相比节省成本和结构空间。
在电动机的行驶运行中，电机EM的力传递在两个彼此平行的传 递支路内进行。第一传递支路从太阳轮S，通过行星传动机构9的行星 轮P和齿圈H，进一步通过第一输入轴GE1、所分配的输入常数EK1、 和所挂入的档位G1或G3的档位齿轮组向输出轴GA延伸，在挂入第 五档G5的情况下直接从第一输入轴GE1向输出轴GA延伸。第二传递 支路从太阳轮S，通过行星传动机构9的行星轮P和行星架PT，进一 步通过第二输入轴GE2、所分配的输入常数EK2、和所挂入的档位G2 或G4或者反转级R的档位齿轮组向输出轴GA延伸。
电动机的行驶运行优选设置用于起动，其中，选取分别在两个传 递支路中挂入的档位是根据负荷状态如充电状态和车道坡度来判定。 将最小的前进档G1分配给第一传递支路并且将反转级R分配给第二传 递支路，通过挂入该档位G1、R在电机EM与输出轴GA之间得到特 别高的传动比，其中，两个传递支路中的动力流从电机EM或行星传 动机构9的太阳轮S向输出轴GA延伸并且因此不出现使传递效率变 差的无功功率。
在图1中，在混合动力驱动系1.1的相应组件上给出了例如适用 于城市客车的内燃机VM和电机EM的功率数据和转速范围以及行星 传动机构9、两个输入常数EK1和EK2、及档位齿轮组的传动比值。 因此，内燃机VM可具有228KW的功率和1400Nm的最大扭矩。这样 来构造电机EM，其具有100KW的功率和500Nm的最大扭矩以及能够 在每分钟+/-4000转的转速范围内运行。行星传动机构的固定传动比为 3.0，并且传动机构档位的传动比值如下：第1档为2.4；第2档为1.94； 第3档为0.96；第4档为0.82；第5档为1.0；反转级为-0.88；输入常 数EK1为2.5并且输入常数EK2为1.28。
图2中，在根据图1的混合动力驱动系1.1中以箭头示出从电机 EM到输出轴GA的动力流，用于电动机起动过程。为了获得大的总传 动比，将分配给第一输入轴GE1的第一档G1和分配给第二输入轴GE2 的反转级R的档位联轴器闭合。因此，利用图1的传动比值得出有效 的总传动比
nEM/nGA＝(1+iSt)*iEK2*iR-iSt*iEK1*iG1＝-22.5，
其中，nEM为电机EM的转子转速，nGA为传动机构输出轴GA的 转速，iSt为换档传动机构的固定传动比的标记，iEK2或iEK1为输入常数 EK1或EK2的传动比，iR为反转级的传动比，并且iG1为第一档G1档 位齿轮组的传动比值。
负号表示电机EM转子6的转动方向与换档传动机构7的输出轴 GA的转动方向相反。这说明，参照于内燃机VM传动轴4的旋转方向， 电机EM必须在前进起动时反向加速并在倒车起动时正向加速。
在根据图3的混合动力驱动系1.2的实施方式中，电机EM′与依 据图1的实施方式的区别在于轴线平行地布置在第一输入轴EG1的一 旁，而电机EM′的转子6通过由齿轮对构成的传动比iEK＝2.0的输入常 数EK与行星传动机构9的太阳轮S传动连接。由此，电机EM′可以 在转速范围同时翻倍的情况下，以减少一半的扭矩并且相应地更小、 更轻和成本更低地构造。
在根据图4的混合动力驱动系1.3的实施方式中，与根据图1变 型的区别在于附加地设置有一个制动联轴器B，其布置在行星传动机构 9的太阳轮S或电机EM转子6与壳体固定的构件13之间。制动联轴 器B优选在内燃机的行驶运行中在固定的传递扭矩时通过第二传递支 路闭合，由此，太阳轮S被机械止动。因此，可以避免通过电机EM 在太阳轮S上对传递扭矩的电磁支持并且避免与此相关的电损耗功率。
图5中以示意性方式描绘出根据本发明的混合动力驱动系2.1的 第二实施方式。与依据图1的第一实施方式的区别在于，档位齿轮组 轴向上反向布置在换档传动机构7′内。此外，设置有第六档G6的附 加档位齿轮组，在第二副轴VG2与输出轴GA之间的第六档G6档位 齿轮组轴向布置在第四档G4与反转级R的档位齿轮组之间。第六档 G6的固定轮抗扭地布置在输出轴GA上。第六档G6的空套轮可旋转 地支承在第二副轴VG2上并可通过所分配的档位联轴器与第二副轴 VG2连接。第六档G6的档位联轴器与反转级R的档位联轴器合并在 共用的同步器S4内。
在图5中，在混合动力驱动系2.1的相应组件上给出了例如适用 于中级轿车的内燃机VM和电机EM的功率数据、以及行星传动机构9、 输入常数EK1、EK2和档位齿轮组的传动比值。因此，内燃机VM可 具有100KW的功率和在每分钟1000转下200Nm的最大扭矩或在每分 钟3000转下320Nm的最大扭矩。这样来构造电机EM，其具有110KW 的功率和25Nm的最大扭矩，以及能够在每分钟+/-3000转的转速范围 内运行。行星传动机构的固定传动比为3.0，并且传动机构档位的传动 比值如下：第1档为1.8；第2档为1.8；第3档为1.0；第4档为1.0； 第5档为1.0；第6档为0.6；反转级为-1.6；输入常数EK1为1.75及 输入常数EK2为1.75。
图6中，在根据图5的混合动力驱动系2.1中以箭头示出从电机 EM到输出轴GA并到第一输入轴GE1或分离离合器K的动力流，用 于在电动机起动过程期间脉冲发动内燃机VM。在此，主要的动力流通 过行星传动机构9的行星轮P和行星架PT、第二输入轴GE2、第二输 入常数EK2、第二副轴VG2和所挂入的第二档G2的档位齿轮组到达 输出轴GA。该扭矩的绝大部分通过所挂入的第一档G1的档位齿轮组、 第二副轴VG1和第一输入常数EK1导入到第一输入轴GE1，并且在那 里分成为行星传动机构9力矩平衡所需的行星传动机构9齿圈H内的 分力矩以及为脉冲发动内燃机VM通过分离离合器K而传递的分力矩。 在脉冲发动内燃机VM所需的大部分扭矩中，大部分扭矩分量可以在 机动车辆减速下通过输出轴GA从车辆重量生成的惯性矩中以及从驱 动系的旋转质量中排出，并通过反馈支路导入到第一输入轴EG1。
图7中以示意性方式描绘出根据本发明的混合动力驱动系3.1的 第三实施方式。该变型的几何形状结构基本上相当于根据图1的第一 实施方式的几何形状结构。但与其的区别在于，前进档G1、G3和G2、 G4的档位齿轮组分别轴向交换地布置，第二档G2和反转级R的档位 联轴器合并在共用的同步器S3′内，而第四档G4的档位联轴器S4″ 则单独布置。此外，现在第一档G1和反转级R的档位齿轮组以及第二 档G2和第三档G3的档位齿轮组分别布置在同一轴向位置上并各具有 一个共用的固定轮14或15。
但在混合动力驱动系3.1相应组件上给出的内燃机VM和电机EM 的功率数据以及行星传动机构9、输入常数EK1、EK2和档位齿轮组的 传动比值与图5中的中级轿车的那些相应。因此，该内燃机VM可具 有100KW的功率和在每分钟1000转下200Nm的最大扭矩或在每分钟 3000转下320Nm的最大扭矩。这样来构造电机EM，其具有110KW 的功率和25Nm的最大扭矩以及可以在每分钟+/-3000转的转速范围内 运行。行星传动机构的固定传动比为3.0，并且传动机构档位的传动比 值如下：第1档为1.8；第2档为1.0；第3档为1.0；第4档为0.6； 第5档为1.0；反转级R为-1.45；输入常数EK1为1.75及输入常数EK2 为1.3。
在图8中，在根据图7的混合动力驱动系3.1中以箭头示出从电 机EM到输出轴GA的动力流，用于电动机起动过程。为了获得高的总 传动比，类似于图2，将分配给第一输入轴GE1的第一档G1和分配给 第二输入轴GE2的反转级R的档位联轴器闭合。因此，利用图7的传 动比值得出有效的总传动比
nEM/nGA＝(1+iSt)*iEK2*iR-iSt*iEK1*iG1＝-17.0，
其中，参照于内燃机VM传动轴4的旋转方向，电机EM在前进 起动时反向旋转并在倒车起动时正向旋转。
在根据图9的混合动力驱动系3.2的实施方式中，与依据图7的 变型的区别在于，在两个副轴VG1、VG2的每一个上附加布置有各一 个制动联轴器B1、B2，相关的副轴VG1、VG2通过所述制动联轴器可 分别相对于壳体固定的构件13止动。制动联轴器B1、B2在结构和布 置上与档位G1至G6和反转级R的档位联轴器结构相同地构造，以及 控制技术上纳入到档位联轴器的操纵中。第二制动联轴器B2布置在第 二副轴VG2上并与第四档G4的档位联轴器合并在共用的同步器S4″ ′内，而与此相反，制动联轴器B1则单独布置在第一副轴VG1上。两 个制动联轴器B1、B2优选在电动机行驶运行中交替闭合，以分别对通 过其他输入轴GE1、GE2或副轴VG1、VG2传递的扭矩进行支撑，由 此，分别机械止动行星传动机构9的齿圈H或者行星架PT。因此，节 省用于在行星传动机构9内相对侧上进行支撑的能量并且避免与此相 关的无功功率。
附图标记
1.1       混合动力驱动系
1.2       混合动力驱动系
1.3       混合动力驱动系
2.1       混合动力驱动系
3.1       混合动力驱动系
3.2       混合动力驱动系
4         传动轴
5         定子
6         转子
7         换档传动机构
7′       换档传动机构
8         差动传动机构
9         行星传动机构
10        惰轮
11        固定轮
12        固定轮
13        壳体固定的构件
14        固定轮
15        固定轮
B         EM的制动联轴器
B1        VG1的第一制动联轴器
B2        VG2的第二制动联轴器
EK        EM的输入常数
EK1       定子、VG1的第一输入常数
EK2       定子、VG2的第二输入常数
EM        电机
EM′      电机
G1～G6    (前进)档
GA        定子的输出轴
GE1       定子、VG1的第一输入轴
GE2       定子、VG2的第二输入轴
H         换档传动机构的齿圈
i         传动比
iEK       EK的传动比
iEK1      EK1的传动比
iEK2      EK2的传动比
iG1*      GE1档位齿轮组的传动比
iG2*      GE2档位齿轮组的传动比
iG1       G1档位齿轮组的传动比
iG2       G2档位齿轮组的传动比
iG3       G3档位齿轮组的传动比
iG4       G4档位齿轮组的传动比
iG5       G5的传动比
iG6       G6档位齿轮组的传动比
iR        R档位齿轮组的传动比
iSt       换档传动机构的固定传动比
K         分离离合器
MEM       EM的扭矩
MEM_max   EM的最大扭矩
MVM       VM的扭矩
MVM_max   VM的最大扭矩
n         转速
nEM       EM的转速
nGA       GA的转速
nH        H的转速
nPT       PT的转速
nS        S的转速
P         换档传动机构的行星轮
PT        换档传动机构的行星架
R         反转级
S         换档传动机构的太阳轮
S1        同步器
S2′      档位联轴器
S3        同步器
S3′      同步器
S4        同步器
S4′      档位联轴器
S4″      档位联轴器
S4″′    同步器
VG1       定子的第一副轴
VG2       定子的第二副轴
VM        内燃机