DE102013102036A1 - Electro-hydraulic drive for motor car, couples between motor/generator machine and axle wheels, by which motor/generator machine and axle wheels are connected with chassis, and are operated without connecting to each other - Google Patents

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Abstract

The drive has a pressure transformer (5) which is connected to hydraulic pump for relating high pressure oil and low-pressure oil through high-pressure line and low pressure line. The high pressure outlet of a hydraulically driven motor (9) is connected with high-pressure accumulator (3) and check valve (24) for energy storage. The hydraulic drive is coupled between motor/generator machine (6) and axle wheels, by which motor/generator machine and axle wheels are connected mechanically with chassis of vehicle and are operated without connecting to each other.

Description

I. Anwendungsgebiet I. Field of application

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge und leichte Nutzfahrzeuge. The invention relates to a drive for motor vehicles, in particular passenger cars and light commercial vehicles.

II. Technischer Hintergrund II. Technical background

Die Ära des Erdöls als tragende Energiequelle der Automobilität geht zu Ende. Zu gleicher Zeit stößt die Verbrennung fossiler Kraftstoffe wegen negativer Umwelteffekte zunehmend auf Widerstand. Man arbeitet daher weltweit an sparsamen Verbrennungsmotoren, schadstoffarmen Elektroantrieben und an der Erzeugung von Kraftstoffen resp. Strom aus umweltfreundlichen Ressourcen. The era of petroleum as a major source of energy for automobiles is coming to an end. At the same time, burning fossil fuels is increasingly encountering resistance due to negative environmental effects. Therefore, one works worldwide on economical internal combustion engines, low-emission electric drives and on the production of fuels resp. Electricity from environmentally friendly resources.

Eine Schlüsselrolle spielt der Elektroantrieb. Wegen Schwierigkeiten mit den Batterien wird es aber noch einige Zeit dauern, bevor dem reinen Elektroantrieb der Durchbruch am Massenmarkt gelingen wird. A key role is played by the electric drive. However, due to difficulties with the batteries, it will take some time before the pure electric drive will make a breakthrough on the mass market.

Aber auch wenn die Batterien klein, leicht und preisgünstig geworden sind, ihre Ladung nicht mehr schwankt und die Überhitzungsgefahr gebannt ist, werden dem Elektroantrieb drei Negativpunkte bleiben:

  • 1. Die Wiederverwendung der ganzen Bremsenergie – immerhin das Haupotential der Verbrauchsreduzierung – braucht zusätzlich entweder teure Hochleistungsbatterien oder einen nicht weniger teuren kinetischen Speicher.
  • 2. Externe Aufladung der Batterie kostet viel Standzeit, während ein Verbrennungsmotor dies im laufenden Betrieb bei diskutablem Aufwand bietet.
  • 3. Solange der Strom aus fossilen Ressourcen erzeugt wird, sei es vom Kraftwerk oder vom Verbrennungsmotor, sind Verbrauch und Umweltbelastung bei elektrischen Antrieben größer als bei nicht-elektrischen Antrieben.
But even if the batteries have become small, light and cheap, their charge no longer fluctuates and the danger of overheating is eliminated, the electric drive will have three negative points:
  • 1. The reuse of the entire braking energy - after all, the main potential of consumption reduction - requires either expensive high-performance batteries or no less expensive kinetic memory.
  • 2. External charging of the battery costs a long service life, while an internal combustion engine offers this during operation at debatable expenditure.
  • 3. As long as electricity is generated from fossil resources, be it from the power plant or the internal combustion engine, consumption and environmental impact are greater with electric drives than with non-electric drives.

Bis dahin muss der Elektroantrieb mit Verbrennungsmotoren zusammen arbeiten. Man spricht von elektrischen Hybridantrieben. Until then, the electric drive must work together with internal combustion engines. One speaks of electric hybrid drives.

Die PCT/EP 2010/066 293 hat dazu bereits ein weitgehendes Lösungskonzept vorgeschlagen, basierend darauf, dass der Elektroantrieb nicht mit einem mechanischen, sondern mit einem hydraulischen Antriebssystem verbunden ist. Dadurch ist der Verbrennungsmotor nicht kinematisch mit den Rädern verbunden und das elektrische Potential interaktiv mit dem hydraulischen Potential verbunden. The PCT / EP 2010/066 293 has already proposed a far-reaching solution concept based on the fact that the electric drive is not connected to a mechanical but to a hydraulic drive system. As a result, the internal combustion engine is not kinematically connected to the wheels and the electrical potential is interactively connected to the hydraulic potential.

Gemäß dem vorliegenden internationalen Recherchenbericht ist damit ein System mit folgendem Umfang neu:

  • – ein elektrischer Fahrantrieb, der einen Elektromotor und eine damit verbundene Batterie aufweist,
  • – ein Drucktransformator, der Einlässe für Hochdrucköl und Niederdrucköl sowie einen Auslass für daraus gemischtes Mitteldrucköl aufweist und den Hydraulikmotor mit Hydrauliköl unter Mitteldruck versorgt, wobei
  • – der elektrische Antrieb einen Hydraulikmotor und einen diesem nachgeschalteten elektrischen Generator umfasst, der mit der Batterie elektrisch verbunden ist,
  • – sowohl die Hydraulikpumpe des Freikolben-Verbrennungsmotors als auch der Drucktransformator sowohl mit der Hochdruckleitung als auch mit der Niederdruckleitung in Verbindung stehen.
According to the present international search report, a system is new with the following scope:
  • An electric traction drive having an electric motor and a battery connected thereto,
  • - A pressure transformer, which has inlets for high pressure oil and low pressure oil and an outlet for mixed medium pressure oil and supplies the hydraulic motor with hydraulic oil under medium pressure, wherein
  • The electric drive comprises a hydraulic motor and a downstream electric generator electrically connected to the battery,
  • - Both the hydraulic pump of the free piston internal combustion engine and the pressure transformer with both the high pressure line and the low pressure line are in communication.

Dieses System der vollen Addierbarkeit von hydraulischem und elektrischem Antrieb hebt weitgehend die Nachteile auf, welche einer breiten Marktakzeptanz im Wege stehen, jedoch noch nicht alle Nachteile. This system of full hydraulic and electric drive additivity largely overcomes the disadvantages that hinder broad market acceptance, but not all of the disadvantages.

Denn die Erzeugung elektrischer Energie mittels hydraulischem Motor und Generator aus der Überschuss-Energie des Verbrennungsmotors ist bei dieser Lösung aufwändig, benötigt viel Platz und Gewicht. Because the generation of electrical energy by means of hydraulic motor and generator from the surplus energy of the internal combustion engine is complex in this solution, requires a lot of space and weight.

III. Darstellung der Erfindung III. Presentation of the invention

a) Technische Aufgabe a) Technical task

Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, einen einfacheren Aufbau des beschriebenen Hybrid-Antriebes zur Verfügung zu stellen ohne zusätzliche Funktionsnachteile. It is therefore the object of the invention to provide a simpler structure of the described hybrid drive available without additional functional disadvantages.

b) Lösung der Aufgabe b) Solution of the task

Der elektro-hydraulische Antrieb für ein mehrachsiges Fahrzeug besteht aus:

  • A. Freikolben-Verbrennungsmotor, der die chemische Energie des Kraftstoffs in hydraulische Energie verwandelt, indem er Öl unter Hochdruck in einen Hochdruckspeicher pumpt, von wo aus ein hydraulischer Antrieb, es entnehmen kann. Er arbeitet immer im oder zumindest nah am Betriebsoptimum, und immer nur, wenn der Druck im Hochdruckspeicher unter einen bestimmten Wert sinkt. Wenn im Hochdruckspeicher mehr zusätzliches Hydrauliköl aufgenommen werden kann als ein Arbeitshub des Freikolbenmotors in den Hochdruckspeicher hineinpumpt, wird der Freikolbenmotor aktiviert und leistet mindestens einen Arbeitshub.
  • B. Hydraulikantrieb an der einen Achse, aus Drucktransformator und Hydraulik-Motor, insbesondere Hydrokonstantmotor(en), zum Achs- oder Radantrieb, verbunden mit einem nachgeschalteten mechanischen Getriebe, insbesondere Planetengetriebe, das interaktiv schaltet, insbesondere mit dem Drucktransformator.
  • C. Elektroantrieb an der anderen Achse, aus angetriebenem Generator, einer davon versorgten Batterie, Steuereinheit und Elektromotor(en) für die nicht-hydraulisch angetriebenen Achse oder Räder. Die Batterie kann, über eine zusätzliche Vorkehrung, auch extern geladen werden. Sie ist jedoch nicht ausgelegt für Aufnahme hoher Leistungsspitzen, die Motoren nicht für deren Abnahme.
The electro-hydraulic drive for a multi-axle vehicle consists of:
  • A. Free-piston internal combustion engine, which converts the chemical energy of the fuel into hydraulic energy by pumping oil under high pressure into a high-pressure accumulator, from where a hydraulic drive can take it. He always works in or at least close to the optimum operating conditions, and only when the pressure in the high-pressure accumulator falls below a certain value. If more hydraulic oil can be absorbed in the high-pressure accumulator than a working stroke of the free-piston engine pumps into the high-pressure accumulator, the free-piston engine is activated and performs at least one working stroke.
  • B. hydraulic drive on one axis, from pressure transformer and hydraulic motor, in particular Hydrokonstantmotor (s), to the axle or wheel drive, connected to a downstream mechanical transmission, in particular planetary gear that interactively switches, in particular with the pressure transformer.
  • C. Electric drive on the other axle, driven generator, battery supplied by it, control unit and electric motor (s) for the non-hydraulically driven axle or wheels. The battery can also be charged externally via an additional precaution. However, it is not designed to absorb high power peaks, the motors are not for their acceptance.

Vorteile:

  • – Der eine Antrieb ist nicht der Assistent des anderen, sondern beide sind vollwertige Antriebe, die wahlweise eingesetzt werden können.
  • – Beide verfügen vorzugsweise über ein stufenlos variables Drehmoment mit enormer Spreizung, das beim Hydraulikantrieb vom Drucktransformator, ggf. in Interaktion mit dem Planetengetriebe, realisiert wird.
  • – Beiden Antrieben steht auf Anhieb das maximale Drehmoment zur Verfügung.
  • – Der Bewegungsvorgang im Freikolbenmotor läuft im Wesentlichen immer, also frequenzunabhängig, optimiert ab. Dadurch können die Möglichkeiten der Einspritz- und Verdichtungssteuerung großenteils zum Beispiel zur Berücksichtigung der Unterschiede verschiedener Kraftstoffe genützt werden.
Advantages:
  • - The one drive is not the assistant of the other, but both are full-fledged drives that can be used optionally.
  • - Both preferably have a continuously variable torque with enormous spread, which is the hydraulic drive of the pressure transformer, possibly in interaction with the planetary gear realized.
  • - Both drives have the maximum torque available right from the start.
  • - The movement process in the free-piston engine runs essentially always, so frequency independent, optimized from. Thus, the possibilities of injection and compression control can be largely utilized, for example, to account for the differences in different fuels.

Erfindungsgemäße Besonderheit: Inventive feature:

Beide Antriebe erhalten ihre Energie von dem Verbrennungsmotor, vorzugsweise einem Freikolbenmotor. Allerdings wird lediglich der hydraulische Antrieb direkt vom Freikolbenmotor in Form von Hochdrucköl mit Energie versorgt. Der elektrische Antrieb dagegen erhält eventuelle Überschussenergie des Freikolbenmotors lediglich über die Kopplung der den beiden Antrieben zugeordneten Achsen des Fahrzeuges über dessen Chassis:
Der hydraulische Antrieb treibt dabei die Räder der einen Achse stärker an, als es für die gewünschte Fortbewegungs-Geschwindigkeit bzw. -Beschleunigung des Fahrzeuges notwendig ist, und die Überschussenergie wird durch den elektrischen Antrieb und der als Generator wirkenden dortigen Motor/Generator-Maschine an den durch die Fahrbewegung des Fahrzeuges angetriebenen Räder dieser anderen Achse abgenommen und in elektrische Energie umgewandelt und in der Batterie gespeichert. Both drives receive their energy from the internal combustion engine, preferably a free-piston engine. However, only the hydraulic drive is powered directly from the free-piston engine in the form of high-pressure oil with energy. The electric drive, however, receives any surplus energy of the free-piston engine only via the coupling of the two drives associated axles of the vehicle on the chassis:
The hydraulic drive thereby drives the wheels of one axle more than is necessary for the desired locomotion speed or acceleration of the vehicle, and the surplus energy is applied by the electric drive and acting as a generator local motor / generator machine the driven by the driving movement of the vehicle wheels of this other axis and converted into electrical energy and stored in the battery.

Dadurch ist nur eine einzige Elektromaschine im Fahrzeug notwendig, die sowohl als Motor als auch als Generator arbeiten kann, und es ist keine Hydraulikverbindung zwischen den beiden Antrieben notwendig als auch keine zweite Hydraulikmaschine im elektrischen Antrieb, um überschüssiges Hochdrucköl in elektrische Energie umzuwandeln. As a result, only a single electric machine in the vehicle is necessary, which can work both as a motor and as a generator, and there is no hydraulic connection between the two drives necessary as well as no second hydraulic machine in the electric drive to convert excess high-pressure oil into electrical energy.

Dies reduziert die Anzahl an Komponenten sowie das hierfür benötigte Gewicht und den benötigten Bauraum ganz erheblich. Die über den Umweg über die Räder aufgenommene Energie ist hierbei weniger effizient als die direkte hydraulische Verbindung zwischen den beiden Antrieben, jedoch ist dies angesichts der baulichen Einsparungen und der geringeren Investitionssumme hinnehmbar. This considerably reduces the number of components as well as the required weight and the required installation space. The energy taken in by way of the wheels is less efficient than the direct hydraulic connection between the two drives, but this is acceptable in view of the structural savings and the lower investment.

Zusätzlich ist zwischen der Motor/Generator-Maschine und den zugeordneten Rädern ein mechanisches Getriebe, vorzugsweise ein Planetengetriebe, vorhanden, welches ebenfalls von der beide Antriebe steuernden Steuerung aus angesteuert werden kann, um die Stärke des Bremseffekt des und den Anteil der erzeugten elektrischen Energie gut steuern zu können und ebenso das Antriebsverhalten des elektrischen Antriebes auf das Fahrzeug. In addition, between the motor / generator machine and the associated wheels, a mechanical transmission, preferably a planetary gear, available, which can also be controlled by the two drives controlling control, the strength of the braking effect and the proportion of the generated electrical energy well to be able to control and also the drive behavior of the electric drive to the vehicle.

Die Motor/Generator-Maschine kann von den Rädern natürlich auch vollständig entkoppelt werden, sei es mithilfe des zwischengeschalteten mechanischen Getriebes, mittels einer dazwischen angeordneten Kupplung oder anderer Möglichkeiten. The motor / generator machine can of course also be completely decoupled from the wheels, be it by means of the intermediate mechanical transmission, by means of a coupling arranged therebetween or other possibilities.

Für bestimmte Anwendungen empfiehlt sich als Motor/Generator-Maschine eine Gleichstrom-Maschine. For certain applications, a DC motor is recommended as a motor / generator machine.

Das Fahrzeug umfasst natürlich auch eine Steuerung, insbesondere eine elektrische oder elektronische Steuerung, die abhängig vom Fahrzustand und Leistungsbedarf sowohl den hydraulischen Antrieb als auch den elektrischen Antrieb als auch deren Zusammenspiel steuert, und insbesondere abhängig vom Leistungsbedarf des Hydraulikmotors den am Auslass für Mitteldrucköl des Drucktransformators zur Verfügung stehenden Druck regelt durch Regelung des Mischprozesses im Drucktransformator. Of course, the vehicle also includes a controller, in particular an electric or electronic control, which controls both the hydraulic drive and the electric drive and their interaction depending on the driving condition and power requirements, and in particular depending on the power requirement of the hydraulic motor at the outlet for medium pressure oil of the pressure transformer Available pressure controls by regulating the mixing process in the pressure transformer.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Freikolben-Verbrennungsmotor ein Stelzermotor, der besonders einfach aufgebaut ist, bei hoher Effizienz. In a preferred embodiment, the free-piston internal combustion engine is a stalker engine, which is particularly simple in construction, with high efficiency.

Der Drucktransformator ist eine Axialkolbenmaschine oder vorzugsweise eine Radialkolbenmaschine, wovon jeder ihrer Arbeitsräume sowohl einen gesteuerten Hochdruck- als auch einen gesteuerten Niederdruckanschluss und einen gesteuerten Mitteldruck-Auslass hat. The pressure transformer is an axial piston machine, or preferably a radial piston machine, each of which has both a high pressure controlled and a low pressure controlled port and a controlled medium pressure outlet.

Der hydraulische Motor kann ein Axialkolbenmotor mit konstantem Verdrängungsvolumen sein. The hydraulic motor may be a constant displacement axial piston motor.

Wird nur einer der beiden Fahrantriebe benutzt, so wird der andere Fahrantrieb von den dort zugeordneten Rädern entkoppelt, beispielsweise das dort vorhandene Getriebe auf Freilauf geschaltet, bis mittels der Achse des anderen Antriebes das Fahrzeug abgebremst werden soll. If only one of the two traction drives is used, then the other traction drive is decoupled from the wheels assigned there, for example, the existing there gearbox is switched to freewheel until the vehicle is to be braked by means of the axis of the other drive.

Bremsenergie wird dabei bei leichten Bremsen vom elektrischen Antrieb aufgenommen und die Energie in der Batterie gespeichert, bei stärkerem Bremsen mittels des hydraulischen Antriebes in Form von hydraulischer Energie im Hochdruckspeicher gespeichert. Braking energy is absorbed by the electric drive during light braking and the energy stored in the battery is stored in the high-pressure accumulator during heavy braking by means of the hydraulic drive in the form of hydraulic energy.

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Da Hydrokonstantmotoren und Elektroantriebe in vielerlei Ausführung bekannt sind, beschränkt die Beschreibung sich auf den Nachweis, dass die einzelnen Komponenten und der erfindungsgemäße elektro-hydraulischer Antrieb insgesamt praxisgerecht funktionieren. Since hydrostatic motors and electric drives are known in many embodiments, the description is limited to the proof that the individual components and the electrohydraulic drive according to the invention function practically on the whole.

Die 1 und 2 zeigen schematisch die drei Teile und ihre Hauptkomponenten in Zusammenhang, anhand zweier exemplarischer Auslegungen:
Die Räder der Achse auf der rechten Seite sind mit dem hydraulischen Antrieb verbunden:
Der Freikolbenverbrennungsmotor 1 saugt Niederdrucköl 2 an und presst es mit Hochdruck über die Hochdruckleitung 4 entweder in einen zentralen Hochdruckspeicher 3 oder in einen Bremsenergiespeicher 3 und/oder einen Hochdruckspeicher 7, von wo aus es von Verbrauchern entnommen werden kann:
Der Hydraulikantrieb benützt dazu einen Drucktransformator 5, der den Druck dem sich ständig ändernden Bedarfsdruck des Hydraulikmotors 9 des Hydraulikantriebes anpasst. Für eventuelle hydraulische Nebenfunktionen (Lenken, Bremsen, Kühlen) kann es einen anderen Druck-Transformator (nicht gezeichnet) geben, der den Druck auf niedrigeres Konstantniveau bringt. The 1 and 2 show schematically the three parts and their main components in context, based on two exemplary interpretations:
The wheels of the axle on the right side are connected to the hydraulic drive:
The free piston internal combustion engine 1 sucks low pressure oil 2 and presses it with high pressure on the high pressure line 4 either in a central high-pressure accumulator 3 or in a brake energy storage 3 and / or a high-pressure accumulator 7 from where it can be taken by consumers:
The hydraulic drive uses a pressure transformer for this purpose 5 that the pressure to the ever-changing demand pressure of the hydraulic motor 9 of the hydraulic drive adapts. For any hydraulic auxiliary functions (steering, braking, cooling), there may be another pressure transformer (not shown), which brings the pressure to a lower constant level.

Die Räder dieser Achse werden bevorzugt angetrieben von einem Hydraulikkonstantmotor, 9 z. B. an der Vorderachse. Der Hydraulikmotor 9 bekommt Drucköl vom Drucktransformator 5, der interaktiv mit dem Planetengetriebe 11 schaltet. Das Produkt des Drucktransformationsbereiches und des mechanischen Übersetzungsbereich ergibt für das Raddrehmoment einen riesigen Spreizungsbereich. The wheels of this axle are preferably driven by a hydraulic constant motor, 9 z. B. at the front axle. The hydraulic motor 9 gets pressure oil from the pressure transformer 5 that interacts with the planetary gear 11 on. The product of the pressure transformation area and the mechanical gear range gives a huge spread area for the wheel torque.

Bei der Lösung gemäß 2 ist an der rechts gezeichneten Achse an jedem Rad einzeln ein Hydraulikmotor 9 mit zugehörigem Planetengetriebe 11 angeordnet In the solution according to 2 is on the right drawn axis on each wheel individually a hydraulic motor 9 with associated planetary gear 11 disposed

Die Räder der Achse auf der linken Seite sind mit dem elektrischen Antrieb verbunden:
Die eine elektrische Motor/Generator-Maschine 10, 6 (2), oder die beiden jeweils einem Rad zugeordneten Motor/Generator-Maschinen 10, 6 (1) die aus der Batterie 8 mit Energie versorgt wird, treibt im Falle des elektrischen Antriebes die Räder der in den Figuren linken Achse an. The wheels of the axle on the left side are connected to the electric drive:
The one electric motor / generator machine 10 . 6 ( 2 ), or the two each assigned to a wheel motor / generator machines 10 . 6 ( 1 ) from the battery 8th is powered in the case of the electric drive, the wheels of the left in the figures axis.

Die vom Verbrennungsmotor erzeugte Leistung wird über den hydraulischen Antrieb vollständig an die dem Hydraulikantrieb zugeordnete Achse abgegeben. Sofern sie dort nicht für Beschleunigung und Fortbewegung benötigt wird, wird sie über die Räder der dem Elektroantrieb zugeordneten Achse abgenommen, die in diesem Fall mittels der Steuerung mit der dann im Generator-Betrieb laufenden Motor/Generator-Maschine 10, 6 gekoppelt werden. Dadurch wird die überschüssige Fahr-Energie durch Abbremsen über die Räder des elektrischen Antriebes in elektrische Energie umgewandelt und in der Batterie 8 gespeichert, sofern deren Speicher-Zustand dies zulässt. The power generated by the internal combustion engine is delivered via the hydraulic drive completely to the axis assigned to the hydraulic drive. Unless it is needed there for acceleration and locomotion, it is removed via the wheels of the electric drive associated axis, in this case by means of the control with the then running in generator mode motor / generator machine 10 . 6 be coupled. As a result, the excess driving energy is converted by braking through the wheels of the electric drive into electrical energy and in the battery 8th stored, if their memory state allows this.

Die Lösungen der 1 und 2 zeigen exemplarisch die Realisierungsmöglichkeiten, welche mit den Varianten der verschiedenen Komponenten verbunden sind:

  • – ein- oder zweifach wirkender Freikolbenmotor 1;
  • – Achs- oder Einzelradantrieb;
  • – mechanisches oder hydraulisches Differential;
  • – Planetengetriebe 11;
  • – Bremsenergiespeicherung im Hochdruckspeicher 7 oder in einem separatem Bremsenergiespeicher 3.
The solutions of 1 and 2 show exemplarily the realization possibilities, which are connected with the variants of the different components:
  • - Single or double acting free piston engine 1 ;
  • - axle or independent wheel drive;
  • - mechanical or hydraulic differential;
  • - planetary gear 11 ;
  • - Brake energy storage in the high-pressure accumulator 7 or in a separate brake energy storage 3 ,

Es benötigt hier lediglich die Erläuterung, dass der Elektromotor 10 beim Bremsen die mechanische Bremsenergie zum speichern in elektrische Energie umwandelt und dazu automatisch in den Generatorbetrieb schaltet, und/oder ebenso der Hydraulikmotor 9 die mechanische Bremsenergie in hydraulische Energie umwandelt und speichert, wozu er ebenfalls automatisch in den Pumpenbetrieb schaltet. It only needs an explanation here that the electric motor 10 During braking, the mechanical braking energy for storage converts into electrical energy and automatically switches to the generator mode, and / or also the hydraulic motor 9 converts and stores the mechanical braking energy into hydraulic energy, for which it also automatically switches to pump operation.

Die Lösungen der 1 und 2 unterscheiden sich hinsichtlich der Anordnung der konkreten Antriebsmotoren zu den Rädern:
In 1 werden die Räder der einen Achse zentral und daher über ein Differenzial von dem beschriebenen Hydraulikantrieb, bestehend aus Hydraulikmotor 9 und Planetengetriebe 11, angetrieben. The solutions of 1 and 2 differ with regard to the arrangement of the concrete drive motors to the wheels:
In 1 The wheels of one axle are central and therefore a differential of the hydraulic drive described, consisting of hydraulic motor 9 and planetary gear 11 , powered.

Die Räder der anderen Achse werden dagegen einzeln von Motor/Generator-Maschinen 10, 6 angetrieben. The wheels of the other axle, however, are individually from motor / generator machines 10 . 6 driven.

Im Gegensatz dazu zeigt 2 eine Lösung, bei der die Räder einer Achse, z. B. Hinterachse oder Vorderachse, gemeinsam über ein Differenzial von einer gemeinsamen Motor/Generator-Maschine 10, 6 angetrieben werden, während an der anderen Achse, beispielsweise der Vorderachse, an jedem Rad ein eigener Hydraulikmotor 9, mit oder ohne Planetengetriebe 11, sitzt, die beide vom gleichen Drucktransformator 5 mit Hochdrucköl versorgt werden. In contrast, shows 2 a solution in which the wheels of an axle, z. B. rear axle or front axle, together via a differential from a common motor / generator machine 10 . 6 be driven while on the other axis, for example, the front axle, on each wheel its own hydraulic motor 9 , with or without planetary gear 11 , sitting, both from the same pressure transformer 5 be supplied with high pressure oil.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Freikolbenverbrennungsmotor Free piston internal combustion engine
2 2
Niederdruckleitung Low-pressure line
3 3
Bremsenergiespeicher Brake energy storage
4 4
Hochdruckleitung High-pressure line
5 5
Drucktransformator pressure transformer
6 6
Generator generator
7 7
Hochdruckspeicher High-pressure accumulator
8 8th
Batterie battery
9 9
Hydraulikmotor hydraulic motor
10 10
Elektromotor electric motor
11 11
Planetengetriebe planetary gear
14 14
Rückschlagventil check valve
22 22
Hydraulikleitung hydraulic line
24 24
Rückschlagventil check valve
HD HD
Hochdruck high pressure
ND ND
Niederdruck low pressure
H-AntriebH-drive
Hydraulikantrieb  hydraulic drive
E-AntriebE-drive
Elektroantrieb  electric drive

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2010/066293 [0006] EP 2010/066293 [0006]

Claims (11)

Elektro-hydraulischer Kraftfahrzeug-Antrieb für ein Fahrzeug mit zwei Achsen mit – einem Freikolbenverbrennungsmotor mit Hydraulikpumpe, der chemische Energie aus einem Kraftstoff in hydraulische Energie umwandelt und diese in Form von Hydraulik-Öl unter Hochdruck in einem Hochdruckspeicher speichert, – einem Niederdruckspeicher für Hydrauliköl, – einem hydraulischen Fahrantrieb an der einen Achse, der wenigstens einen Hydraulikmotor, insbesondere einen Hydraulikmotor mit konstantem Fördervolumen, umfasst und ggf. ein nachgeschaltetes mechanisches Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, – einem elektrischen Fahrantrieb an der anderen Achse, der wenigstens einen Elektromotor und eine damit elektrisch verbundene Batterie aufweist, und – einem Drucktransformator, der Einlässe für Hochdruck-Öl und Niederdruck-Öl sowie einen Auslass für daraus gemischtes Mitteldruck-Öl aufweist und den Hydraulikmotor mit Hydrauliköl unter Mitteldruck versorgt, – sowohl die Hydraulikpumpe des Freikolbenmotors als auch der Drucktransformator sowohl mit der Hochdruckleitung als auch der Niederdruckleitung für Hydrauliköl in Verbindung stehen, – der Hochdruckauslass des hydraulisch angetriebenen Motors mit dem Hochdruckspeicher (3) oder einem separaten Bremsenergie-Speicher über eine Hydraulikleitung (22) mit einem Rückschlagventil (24) verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass – der Elektromotor des elektrischen Antriebs eine wahlweise als Motor oder Generator betreibbare Motor/Generator-Maschine ist, mit einer trennbaren Kupplung zwischen der Motor/Generator-Maschine und den Rädern der Achse des elektrischen Fahrantriebes, – der hydraulische Fahrantrieb und der elektrische Fahrantrieb hydraulisch ohne Verbindung zueinander sind und mechanisch ausschließlich über das Chassis des Fahrzeuges miteinander verbunden sind. Electro-hydraulic motor vehicle drive for a vehicle with two axles with - a free piston internal combustion engine with hydraulic pump, which converts chemical energy from a fuel into hydraulic energy and stores it in the form of hydraulic oil under high pressure in a high pressure accumulator, - a low pressure accumulator for hydraulic oil, - A hydraulic drive on one axis, the at least one hydraulic motor, in particular a hydraulic motor with a constant displacement, and optionally includes a downstream mechanical transmission, in particular a planetary gear - an electric traction drive on the other axis, the at least one electric motor and a so electrically connected battery, and - a pressure transformer having inlets for high-pressure oil and low-pressure oil and an outlet for medium-pressure oil mixed therefrom and supplies the hydraulic motor with hydraulic oil under medium pressure, - both the Hydra the free-piston motor and the pressure transformer are connected both to the high-pressure line and to the low-pressure line for hydraulic oil, - the high-pressure outlet of the hydraulically driven motor to the high-pressure accumulator ( 3 ) or a separate brake energy storage via a hydraulic line ( 22 ) with a check valve ( 24 ) connected is. characterized in that - the electric motor of the electric drive is an optionally operable as a motor or generator motor / generator machine, with a separable coupling between the motor / generator machine and the wheels of the axis of the electric traction drive, - the hydraulic drive and the electric traction drive hydraulically without connection to each other and are mechanically connected to each other only via the chassis of the vehicle. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Motor/Generator Maschine und den zugeordneten Rädern ein Getriebe, insbesondere ein Planeten-Getriebe, angeordnet ist. Drive according to claim 1, characterized in that between the motor / generator machine and the associated wheels, a transmission, in particular a planetary gear is arranged. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Fahrantrieb eine Steuerung, insbesondere eine elektrische oder elektronische Steuerung, umfasst, die abhängig vom Leistungsbedarf des Hydraulikmotors den am Auslass für Mitteldrucköl des Drucktransformators zur Verfügung stehenden Druck regelt durch Regelung des Mischprozesses im Drucktransformator. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic drive a control, in particular an electrical or electronic control comprises, depending on the power requirement of the hydraulic motor controls the pressure available at the outlet for medium pressure oil of the pressure transformer by controlling the mixing process in the pressure transformer , Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freikolbenverbrennungsmotor (1) ein Stelzermotor mit zusätzlicher Hydraulikpumpe, insbesondere nach dem Zweitaktverfahren oder dem Selbstzünderverfahren, ist. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the free-piston internal combustion engine ( 1 ) is a stalker engine with additional hydraulic pump, in particular after the two-stroke process or the diesel engine method is. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucktransformator eine Radialkolbenmaschine ist und jeder Arbeitsraum (211a bis e) sowohl einen gesteuerten HD- als auch einen ND-Anschluss aufweist als auch einen gesteuerten Mitteldruckauslass. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure transformer is a radial piston machine and each working space ( 211 to e) has both a controlled HD and an ND port as well as a controlled medium pressure outlet. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Motor ein Axialkolbenmotor ist mit konstantem Verdrängungsvolumen. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic motor is an axial piston motor with a constant displacement volume. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motor/Generator-Maschine eine Gleichstrom-Maschine ist. Drive according to one of the preceding claims, characterized in that the motor / generator machine is a DC machine. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeug-Antriebes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Freikolbenverbrennungsmotor nur in Gang gesetzt wird, wenn der Druck im Hochdruckspeicher unter einen Mindestdruck sinkt, wobei die Leistung des Freikolbenverbrennungsmotors gesteuert wird über die Dauer der Pausen zwischen den Aktivierungsphasen, insbesondere den einzelnen Arbeitshüben, des Freikolbenverbrennungsmotors, b) ein minimales Leistungsangebot des Freikolbenmotors festgelegt wird durch die maximale Dauer der Pausen, c) bei einem aktuellen Leistungsbedarf für die gewünschte Fortbewegung des Fahrzeuges mittels des hydraulischen Antriebes, der unter dem minimalen Leistungsangebot des Freikolbenmotors liegt, die diesbezügliche Überschuss-Leistung des Freikolbenmotors an die vom hydraulischen Antrieb angetriebenen Räder abgegeben wird und mittels der dem elektrischen Antrieb zugeordneten Rädern aufgenommen und von der damit wirkverbundenen Motor/Generator-Maschine in elektrische Energie umgewandelt und in der Batterie gespeichert wird, solange ihr Ladezustand dies ermöglicht, d) bei einem aktuellen Leistungsbedarf des hydraulischen Antriebes, der zwischen dem maximalen und dem minimalen Leistungsangebot des Freikolbenmotors liegt, während die Batterie vollgeladen ist, zwischen den einzelnen Arbeitshuben Pausen eingelegt werden, deren Dauer sich nach dem Leistungsbedarf des hydraulischen Antriebes richtet. e) bei einem aktuellen Leistungsbedarf des Kraftfahrzeugantriebes, der unter dem des hydraulischen Antriebes liegt, wenn dieser mit dem minimalen Leistungsangebot des Freikolbenmotors versorgt wird, und gleichzeitig die elektrische Batterie einen Ladezustand oberhalb eines vorgegebenen oberen Schwellwertes aufweist, wird der Freikolbenmotor und der hydraulische Antrieb stillgesetzt und der elektrische Antrieb übernimmt den Kraftfahrzeugantrieb, f) bei einem aktuellen Leistungsbedarf des Kraftfahrzeugantriebes, der oberhalb des hydraulischen Antriebes liegt, wenn dieser vom Freikolbenverbrennungsmotor, der mit Höchstleistung läuft, versorgt wird, zusätzlich der elektrische Antrieb zugeschaltet wird, der von elektrischer Energie aus der Batterie versorgt wird. A method of operating a motor vehicle drive according to any one of the preceding claims, characterized in that a) the free piston internal combustion engine is only started when the pressure in the high pressure accumulator falls below a minimum pressure, the power of the free piston internal combustion engine is controlled over the duration of the pauses between b) a minimum performance of the free piston engine is determined by the maximum duration of the breaks, c) at a current power requirement for the desired movement of the vehicle by means of the hydraulic drive, which is below the minimum power of the Free piston engine is the relevant excess power of the free-piston engine is delivered to the wheels driven by the hydraulic drive and taken by means of the electric drive associated wheels and of the operatively connected Mo d) at a current power requirement of the hydraulic drive, which is between the maximum and the minimum power of the free piston engine, while the battery is fully charged, d) at a current power requirement of the hydraulic drive, is stored in electrical energy and stored in the battery, Pauses are set between the individual working hoses, the duration of which depends on the power requirement of the hydraulic drive. e) at a current power requirement of the motor vehicle drive, which is below that of the hydraulic drive when it is supplied with the minimum power supply of the free-piston engine, and at the same time the electric battery has a charge state above a predetermined upper threshold value, the free piston engine and the hydraulic drive is stopped and the electric drive takes over the motor vehicle drive, f) at a current power demand of the motor vehicle drive, which is above the hydraulic drive, if this from the free piston internal combustion engine In addition, the electric power supplied from the battery is switched on, which is supplied with maximum power. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Antrieb mit Energie in Form von Hochdrucköl versorgt wird über einen Drucktransformator, der dem Hochdrucköl soviel Niederdrucköl beimischt, dass der aktuelle Bedarf an Druck und Volumenstrom des hydraulischen Motors gedeckt ist, wobei der Drucktransformator das Hochdrucköl von dem laufenden Freikolbenverbrennungsmotor erhält und im Falle dessen Stillstandes aus dem Bremsdruckspeicher. A method according to claim 8, characterized in that the hydraulic drive is supplied with energy in the form of high pressure oil via a pressure transformer, the low pressure oil so much low pressure oil admixed that the current demand for pressure and flow rate of the hydraulic motor is covered, wherein the pressure transformer, the high pressure oil receives from the running free piston internal combustion engine and in case of stoppage from the brake pressure accumulator. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe des hydraulischen Fahrantriebes auf Freilauf geschaltet wird, wenn von hydraulischem Fahrantrieb auf elektrischen Fahrantrieb automatisch umgeschaltet wird, und umgekehrt. Method according to one of the preceding method claims, characterized in that the transmission of the hydraulic traction drive is switched to freewheel when automatically switched from hydraulic traction drive to electric traction drive, and vice versa. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rückgewinnen von Bremsenergie – bei leichtem Bremsen bis zu einer vorgegebenen Stellung des Bremspedals der Elektromotor des elektrischen Fahrantriebs als Generator verwendet wird und die erzeugte elektrische Energie in die Batterie einspeist, – bei stärkerem Bremsen über die vorgegebene Stellung des Bremspedals hinaus der Hydraulikmotor des hydraulischen Fahrantriebes die Bremsenergie in hydraulische Energie in Form von Hochdrucköl umwandelt und in dem Hochdruckspeicher (3) oder einen separaten Bremsenergie-Speicher einspeichert und dabei insbesondere das Planetengetriebe auf eine niedrigere Übersetzungsstufe geschaltet ist. Method according to one of the preceding method claims, characterized in that for recovering braking energy - with light braking up to a predetermined position of the brake pedal, the electric motor of the electric traction drive is used as a generator and feeds the generated electrical energy into the battery - with stronger braking over the predetermined position of the brake pedal addition, the hydraulic motor of the hydraulic traction drive converts the braking energy into hydraulic energy in the form of high pressure oil and in the high-pressure accumulator ( 3 ) or a separate brake energy storage and in particular the planetary gear is switched to a lower gear ratio.
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