DE112009003767T5

DE112009003767T5 - Hybridmaschinensystemn

Info

Publication number: DE112009003767T5
Application number: DE112009003767T
Authority: DE
Inventors: Peter P. Hofbauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2012-09-27
Also published as: GB2477896A; DE112009005211T5; GB201109841D0; US20100082192A1; JP2012512081A; US8290653B2; CN102282030A; GB2477896B; WO2010077782A1

Abstract

Eine Hybridmaschine und ein Kopplungssystem zur Verwendung bei einem Fahrzeug oder einer anderen Last, das eine Motor/Generator-Einheit verwendet, diehtung für kinetische Energie und mit einem oder mehreren Brennkraftmaschinenmodulen in einer programmierten Weise verbunden wird. Mehrere Ausführungsformen schaffen veränderliche Konfigurationen, um verschiedene Leistungs- und Unterbringungskonstruktionsanforderungen zu erfüllen.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Brennkraftmaschinen und insbesondere auf ein Hybridfahrzeugantriebssystem, das mindestens zwei Antriebsaggregatmodule und eine alternative Antriebsleistungsquelle verwendet.
Hintergrund
Herkömmliche Hybridmaschinensysteme, die für Fahrzeugantriebssysteme verwendet werden, beruhen auf einer einzelnen Maschine, die mit einem Motor/Generator verbunden ist. Obwohl signifikante Kraftstoffeffizienzen unter Verwendung von solchen Kombinationen erreicht werden, besteht Raum für eine Verbesserung hinsichtlich Fahrleistungseffizienzen und Emissionsverringerungen.
Jüngere Konfigurationen in Hybridsystemen haben auch mehrere IC-Maschinen mit verschiedenen Leistungskapazitäten in Kombination mit einem Motor/Generator und einem Getriebe zum Antreiben eines Fahrzeugs enthalten. Im US-Patent Nr. 6 722 458 sind beispielsweise IC-Maschinen mit verschiedenen Leistungskapazitäten als schaltbar parallel geschaltet gezeigt, um ein Getriebe anzutreiben, während ein Motor/Generator separat mit einer separaten Achse verbindbar ist, um entweder den Leistungsantrieb für das Fahrzeug zu unterstützen oder Elektrizität zu erzeugen.
Es wurde demonstriert, dass die 2-Takt-Maschine, die im US-Patent Nr. 6 170 443 mit dem Titel ”Internal combustion engine with a single crankshaft and having opposed cylinders and opposed pistons” (”OPOC-Maschine”) beschrieben ist, das durch den Hinweis hierin aufgenommen wird, signifikante Verbesserungen sowohl in der Kraftstoffeffizienz als auch in den Emissionen bietet, wenn sie als Antriebsaggregat in Fahrzeugen und in stationären Anwendungen verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Ladungserschöpfungs-Hybridsystem des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzepts schafft eine relativ effizientere Leistungsübertragung von verfügbaren Leistungsquellen sowie eine mechanische und Steuereinfachheit. Eine Brennkraftmaschine (”ICE”) und ein Elektromotor (EM) treiben das Fahrzeug gemeinsam an. Daher kann die Größe der ICE im Vergleich zu der Maschine, die verwendet wird, um ein Fahrzeug herkömmlich anzutreiben, erheblich verringert werden. Diese Verringerung ist möglich, da die ICE, die in dem Hybridsystem verwendet wird, so bemessen ist, dass sie stationäre Autobahnlasten erfüllt, und der EM für das Fahren mit niedriger Geschwindigkeit und zum Unterstützen der ICE gemeinsam während Übergangsbedingungen vorgesehen ist. Das verringern der Maschinengröße ermöglicht, dass die Maschine mit einem höheren mittleren thermischen Wirkungsgrad und innerhalb ihres idealen Betriebsbereichs arbeitet und dadurch die Kraftstoffeffizienz erhöht wird.
Das vorliegende erfindungsgemäße Konzept erweitert das Tandem-Hybridkonzept durch Aufteilen des ICE-Antriebs in zwei separate Maschinenmodule: eine primäre Maschine für maximale Effizienz und eine sekundäre Maschine für maximale Leistung und Beschleunigung. Außerdem ist der EM ein elektrischer Starter-Motor/Generator (”E-M/G”), der als Leistungsquelle für niedrige Geschwindigkeit allein oder in Kombination mit dem Ausgang der primären ICE oder auch mit sowohl der primären als auch der sekundären Maschine verwendet wird, wie erforderlich, um zusätzliche Leistung bereitzustellen. Der E-M/G dient natürlich auch der Funktion in einer Generatorbetriebsart, um elektrische Energie zum Wiederaufladen der Batterien und zur Bremsunterstützung bereitzustellen.
Die offenbarten Ausführungsformen verwenden ein primäres ICE-Modul, das geeignet konfiguriert ist, um eine mittlere Antriebsleistung zu liefern, die die Mehrheit der erwarteten Antriebsbedingungen und eine leichte bis mäßige Beschleunigung abdeckt. Das sekundäre ICE-Modul ist eine leistungsstärkere Konfiguration, um das Antriebsstrangdrehmoment zu verstärken, wenn es erforderlich ist.
Der erfindungsgemäße Gegenstand schafft mehrere Verbesserungen an der Hybridmaschinentechnologie unter Verwendung von mehreren separaten (primären und sekundären) Antriebsaggregatmaschinenmodulen, die separat nacheinander online gebracht werden können, wie erforderlich, und in verschiedenen Kombinationen mit einem Elektromotor/Generator, um Antriebsleistung zu einem Fahrzeuggetriebe oder einer anderen Last zu liefern.
Steuerszenarios zum Umschalten zwischen den mehreren Maschinenmodulen und dem Elektromotor werden offenbart, die auf dem angeforderten Fahrpedaldrehmoment, der Pedalbeschleunigung und dem Ausrollen basieren.
Steuerszenarios hinsichtlich regenerativem und direktem Bremsen basieren auf der Bremspedalkraft und -bewegung.
Der erfindungsgemäße Gegenstand kann als entweder als ursprüngliches Antriebsaggregat für ein Fahrzeug, das dazu ausgelegt ist, die gebotenen Effizienzen zu nutzen, oder als ”zuschaltbares” Reservehybridantriebssystem für eine herkömmliche Brennkraftmaschine, um ein herkömmliches Getriebe in einem Fahrzeug anzutreiben und daher eine kostengünstige Umwandlung zu schaffen, geeignet gesehen werden.
Wenn der erfindungsgemäße Gegenstand in einem Fahrzeug mit anderen reibungsarmen Technologien kombiniert wird, wie z. B. Bremsen mit geringem Widerstand, Reifen mit geringem Rollwiderstand und/oder Leerlaufgetrieben, können signifikante Erhöhungen der gesamten Kraftstoffeffizienz verwirklicht werden.
Die Verwendung der OPOC-Maschinentechnologie durch den erfindungsgemäßen Gegenstand in den offenbarten Ausführungsformen als Hybridantriebsaggregat ermöglicht, dass andere signifikante Verbesserungen der Fahrzeugkraftstoffeffizienzen verwirklicht werden, aufgrund von: dem niedrigen Gewicht dieses Typs von Maschine (bis zu 25% Gewichtsverringerung gegenüber herkömmlichen Maschinen); ihrer Form mit niedrigem Profil (was eine bessere aerodynamische Karosseriegestaltung ermöglicht); und ihre Anpassungsfähigkeit an die Verbrennung von Dieselkraftstoff sowie Benzin und anderen Kraftstoffen mit geringen Emissionen.
Die OPOC-Maschinentechnologie kann gegen andere Maschinen- oder Antriebsaggregatquellen, wenn es erwünscht ist, und innerhalb des Konzepts des erfindungsgemäßen Gegenstandes ausgetauscht werden. Turbinenräder, Brennstoffzellen, pneumatische Motoren (komprimiertes Gas), Hydraulikpumpen, individuelle 2- oder 4-Takt-IC-Maschinen oder Kombinationen davon und zusätzliche Elektromotoren, die mit elektrischen Speichervorrichtungen verbunden sind, können beispielsweise als Module verwendet werden, die separat online gebracht werden, um das anfängliche elektrische Antriebssystem zu ergänzen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kopplungssystem für die Leistungsübertragung zwischen antreibbaren Modulen und einer Integratorvorrichtung zu schaffen. Ein Koppler ist wahlweise mit mindestens zwei antreibbaren Modulen koppelbar. Der Koppler umfasst mindestens zwei Aufnehmer, wobei jeder Aufnehmer mit einem Bewegungselement eines separat antreibbaren Moduls verbunden ist. Der Integrator kann mit dem mindestens einen Aufnehmer in Eingriff gebracht werden, so dass die gesamte Leistungsübertragung, die durch das Kopplungssystem ausgegeben wird, von einer Summe der in den Integrator über einen oder mehrere der mit dem Integrator in Eingriff stehenden Aufnehmer eingegebenen Leistung abgeleitet ist. Eine Steuereinheit schaltet den Eingriff des Integrators mit einem oder mehreren Aufnehmern gemäß einem ausgewählten Leistungsprofil um, das definiert, welche antreibbaren Module durch das Kopplungssystem mit dem Integrator in Eingriff gebracht werden sollen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hybridmaschine für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die umfasst: eine Motor/Generator-Einheit; ein primäres Maschinenmodul; ein sekundäres Maschinenmodul; eine Speichervorrichtung für kinetische Energie; einen ersten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die Motor/Generator-Einheit mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen zweiten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um das primäre Maschinenmodul mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen dritten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um das sekundäre Maschinenmodul mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; eine Leistungsabnahme, die mit der kinetischen Speichervorrichtung verbindbar ist, um Drehmomentkräfte von der kinetischen Speichervorrichtung zu einer Last zu liefern; einen vierten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die Speichervorrichtung für kinetische Energie mit der Last durch die Leistungsabnahme zu verbinden; und eine Steuereinheit, die programmiert ist, um auf verschiedene vorbestimmte Eingaben zum Aktivieren oder Deaktivieren der Koppler während des Betriebs des Fahrzeugs zu reagieren.
Es ist eine weitere Aufgabe des vorliegenden erfindungsgemäßen Konzepts, ein Hybridmaschinensystem zu schaffen, das programmierbar ist, um sein Betriebsbestimmungsprofil gemäß mehreren Eingangsparametern zu ändern. Parameter wie z. B. Außenlufttemperatur, Sauerstoffpegel, Luftmassenmessungen, Höhenlage, Gewicht der Last im Fahrzeug, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Temperaturen von Maschinenmodulen, Drehzahlen von Maschinenmodulen, Drehzahl eines Schwungrades, Temperatur des Schwungrades, Straßenbedingungen (bergauf, bergab, eben, rau, glatt usw.), Kraftstoffenergieeigenschaften, Fahrerauswahl von hoher Kraftstoffeffizienz oder -leistung, und Batterieladung, können für diese Betriebsbestimmungen verwendet werden. GPS- oder Mobilfunkmasttriangulations-Ortsinformationen können auch von der Steuereinheit verwendet werden, um Änderungen der Höhenlage, Straßenbedingungen oder Straßeneigenschaften vorherzusehen. Daten, die als Teil von Fahrzeugaufwärtsstrecken von den Erfahrungen von anderen Fahrzeugen, die über dieselben Orte fahren, erfasst werden, können gespeichert und dann von der Steuereinheit betrachtet werden, wenn sich das Fahrzeug diesem Ort nähert, um das beste und effizienteste Betriebsprofil für das System im gesteuerten Fahrzeug zu bestimmen. Zusätzliche Daten können von umgebenden Fahrzeugen in einem Datenkommunikationsnetz gesammelt werden, um zu ermöglichen, dass die Steuereinheit aus der Erfahrung solcher Fahrzeuge das effektivste Steuerprofil für die aktuellen Bedingungen an diesem Ort lernt.
Die Methode mit mehreren Modulen für die offenbarten Ausführungsformen ermöglicht einen Betrieb im ”Notlauf”-Modus durch Redundanz. Eine zentrale Leistungsabnahme in vielen der Ausführungsformen zwischen zwei symmetrischen Maschinen wird verwendet, um eine gemeinsame kinetische Speichervorrichtung (Integrator) zu speisen, die die Fähigkeit bereitstellt, an einer einzelnen Maschine zu laufen, sollte die andere ausfallen.
Die Position des E-M/G in den offenbarten Ausführungsformen, der mit der kinetischen Speichervorrichtung verbindbar ist, ermöglicht einen Betrieb ganz als Elektrofahrzeug (”EV”) unter verschiedenen Bedingungen. Beispiele von Ganz-EV-Bedingungen sind:
Stop-and-Go-Verkehr;
Rückwärtsfahren oder langsame Vorwärtsgeschwindigkeit; und
Betrieb mit null Emissionen (an einigen Orten oder in einigen Gemeinden vorgeschrieben).
Aufgrund der Flexibilität bei der Kopplung und Abkopplung der Speichervorrichtung für kinetische Energie vom Getriebe, das verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben, können die offenbarten Ausführungsformen auch als eigenständiger Generator zum Zuführen von elektrischer Leistung außerhalb des Fahrzeugs fungieren. Die Maschine(n) und der E-M/G können selektiv mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie gekoppelt werden, während die Speichervorrichtung für kinetische Energie vom Getriebeantrieb abgekoppelt ist, um einen tragbaren Generatorsatz zu erzeugen, der in der Lage ist, die nominale Ausgangsleistung des E-M/G zu liefern.
Ein Kurbelwellenphasenregelkreis ist auch im erfindungsgemäßen Konzept erreichbar, da das Antriebsstrangmanagement-Steuersystem mehrere Sensoren verwenden kann, um die Kopplermechanismen zu betätigen, um die jeweiligen Kupplungen, die in den Kopplern verwendet werden können, einzurücken und auszurücken. Das Steuersystem umfasst eine ”intelligente” adaptive Steuerung, die Änderungen des Kupplungsverschleißes oder Änderungen des Reibungskoeffizienten aufgrund von Feuchtigkeit/Temperatur usw. kompensiert. Die Drehzahlsensoren mit hoher Auflösung sind für jede Maschine und einer für die Speichervorrichtung für kinetische Energie (Schwungrad) enthalten, um Informationen zu liefern, die für eine genaue Synchronisation der zwei Maschinenmodule erforderlich sind. Diese Informationen ermöglichen, dass das adaptive Steuersystem die zweite Maschine auf innerhalb 5 Grad der primären Maschine innerhalb mehrerer Maschinenzyklen phasensteuert, wenn beide gemeinsam laufen.
Zusätzlich zum integrierten Ort des E-M/G, der in mehreren offenbarten Ausführungsformen dargestellt ist, kann der Elektromotor/Generator direkt an einer der Antriebsstrangwellen angeordnet werden oder entfernt angebracht und über herkömmliche Leistungsübertragungsmittel wie z. B. einen Riemen, eine Kette oder einen Zahnradantrieb gekoppelt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
2 ist eine Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform von 1 entlang der Schnittlinie 2-2 in 3 durch die Kurbelwelle eines Paars von OPOC-Maschinenmodulen, die für Hybrid konfiguriert sind.
3 ist eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Vorderansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 3 gezeigt ist.
5 ist eine perspektivische aufgeschnittene Ansicht eines Paars von OPOC-Maschinenmodulen, die die internen Komponenten zeigt, die zur Verwendung als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert sind.
6 ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
7 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
8 ist eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
9 ist eine Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Modells einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
11 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Modells der sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
12 ist eine konzeptionelle Darstellung einer siebten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Betriebssteuerung auf der Basis eines Fahrpedalszenarios während Ausrollen und Beschleunigung zeigt.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Betriebssteuerung eines Bremspedalszenarios während Ausrollen, Verlangsamen und Bremsen zeigt.
15 ist ein Diagramm von verschiedenen Betriebsarten, wenn die Batterie auf 75% Ladung oder mehr liegt.
16 ist ein Diagramm von verschiedenen Betriebsarten, wenn die Batterie auf 30% Ladung oder weniger liegt.
17 ist ein vereinfachter Ablaufplan eines Prozesses zum Steuern des Betriebs der vorliegenden Erfindung.
18A–18Q bilden einen detaillierteren Ablaufplan des Prozesses, der zum Steuern des Betriebs der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Obwohl der erfindungsgemäße Gegenstand vorstehend als für mehrere Typen von Brennkraftmaschineen anwendbar zusammengefasst ist, wird er hierin als mit 2-Takt-OPOC-Maschinenmodulen verkörpert veranschaulicht, wie z. B. dem im vorstehend angeführten US-Patent Nr. 6 170 443 gezeigten.
1 stellt eine erste Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung dar, die ein primäres OPOC1-ICE-Modul 11, ein sekundäres OPOC2-ICE-Modul 12, einen elektrischen Starter-Motor/Generator E-M/G 13 und mehrere elektrisch gesteuerte Kopplungen 14, 15 und 16 mit Aufnehmern, die verschiedene Kombinationen eines Antriebsdrehmoments über eine Massenspeichervorrichtung für kinetische Energie (Schwungrad) 17 zu einer Fahrzeuggetriebelast 18 liefern, umfasst.
In jeder der hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind der Starter-Motor/Generator E-M/G und die kinetische Speichervorrichtung als separat funktionale Elemente dargestellt. Die zwei Elemente sind jedoch in Grenzen interaktiv, so dass, wenn der Starter-Motor/Generator E-M/G durch die Steuereinheit erregt wird, damit er entweder als Motor oder Generator wirkt, er zum Arbeiten mit dem Schwungrad elektrisch gekoppelt wird. Dies liegt daran, dass die hierin gezeigten Ausführungsformen die Masse nutzen, die durch die Drehung von Permanentmagneten geboten wird, die normalerweise in einem Starter-Motor/Generator zu finden sind, indem sie in die Schwungradmasse integriert sind. Wenn der Starter-Motor/Generator E-M/G nicht erregt wird, damit er als entweder Motor oder Generator wirkt, sind daher seine Permanentmagnete nicht mehr funktional darin enthalten, aber bilden immer noch einen Teil der Schwungradmasse. Es ist sicherlich denkbar, dass eine Ausführungsform konstruiert werden könnte, in der alle Starter-Motor/Generator-Elemente von der kinetischen Speichervorrichtung separat sind, wenn Konstruktionsbedingungen eine weniger effiziente Konstruktion als die hierin gezeigten vorgeben.
In der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist das Schwungrad 17 mit der Getriebeantriebswelle 19 über eine Kopplung ECC-GA verbunden, die hier als elektrisch gesteuerte Kupplung 16 dargestellt ist, die durch die Steuereinheit 20 schaltbar aktiviert wird.
Die Kopplung ECC1 ist als elektrisch gesteuerte Kupplung 15 dargestellt, die durch die Steuereinheit 20 aktiviert wird, um eine Drehmomentverbindung zwischen dem Schwungrad 17 und der Kurbelwelle CS1 zu schaffen, die sich vom primären Maschinenmodul 11 erstreckt. Die Kopplung ECC2 ist als elektrisch gesteuerte Kupplung 14 dargestellt, die durch die Steuereinheit 20 aktiviert wird, um eine Drehmomentverbindung zwischen der Kurbelwelle CS1 und der Kurbelwelle CS2 zu schaffen, die sich vom sekundären Maschinenmodul 12 erstreckt. Als Alternative kann die ECC2 eine hydraulische Kupplung sein, die durch einen gesteuerten Hydraulikdruck geschlossen wird.
Da die Kolben in gegenüberliegenden Zylindern eines OPOC-Maschinenmoduls 180° phasenverschoben arbeiten, kann ein zweites OPOC-Maschinenmodul zeitgesteuert werden, um 90° phasenverschoben in Bezug auf die erste OPOC zu arbeiten. Eine solche Zeitsteuerung schafft einen kombinierten Satz von Modulen mit einem gleichmäßig ausgeglichenen Betrieb. Wenn es erwünscht ist, dass sowohl das primäre als auch das sekundäre Maschinenmodul in Betrieb sind, wird die Kupplung ECC2 zusätzlich zu ECC1 aktiviert. ECC2 gleitet, wenn sie zum ersten Mal aktiviert wird, bis der Phasenwinkel zwischen den zwei Maschinenmodulen auf 90° liegt. Bei diesem Phasenwinkel schließt sich die Kupplung ECC2 und bringt die Kurbelwellen CS1 und CS2 in Eingriff, so dass die primäre und die sekundäre Maschine gemeinsam und in einer phasengesteuerten Beziehung arbeiten, die einen gleichmäßig ausgeglichenen Betrieb aufrechterhält.
Der Starter-Motor/Generator E-M/G enthält stationäre elektromagnetische und elektrisch erregbare Spulen 21, die als Stator fungieren. Die Permanentmagnete 22 des Starter-Motor/Generators E-M/G in dieser und in anderen offenbarten Ausführungsformen werden vom Schwungrad getragen und fungieren als Rotor. Der Starter-Motor/Generator E-M/G wird mit den Permanentmagneten (Rotor) 22 am rotierenden Schwungrad 17 auf Anweisung der Steuereinheit 20 elektrisch gekoppelt. In der Motorbetriebsart schaltet die Steuereinheit 20 elektrischen Strom zum Fließen durch die stationären (Stator) Spulen 21 des E-M/G von einer bordinternen elektrischen Energiequelle (Batterie, Kondensator, Brennstoffzelle oder andere annehmbare Speichervorrichtung für elektrische Ladung), um eine induzierte Drehantriebskraft für die Permanentmagnete 22 am Schwungrad 17 zu schaffen. In der Generatorbetriebsart schaltet die Steuereinheit 20 den elektrischen Strom, der in den stationären (Stator) Spulen 21 durch die Permanentmagnete (Rotor) 22 erzeugt wird, die sich mit dem Schwungrad 17 drehen, umgekehrt, damit er zur bordinternen elektrischen Energiequelle zurückfließt und eine Wiederaufladung oder regeneratives Bremsen schafft.
In dieser Weise wirkt der Starter-Motor/Generator E-M/G mit dem Schwungrad 17 zusammen, wenn die Statorspulen 21 des Starter-Motor/Generators E-M/G durch die Steuereinheit 20 so geschaltet werden, dass sie von einer elektrischen Quelle elektrisch erregt werden, um das Schwungrad 17 anzutreiben; oder um eine elektrische Wiederaufladeleistung zur Quelle vom Schwungrad 17 zurückzuliefern, wenn das Schwungrad 17 durch andere Leistungsquellen angetrieben wird.
Die elektrisch aktivierte Kupplung ECC-GA wird durch die Steuereinheit 20 erregt und schafft einen Eingriff zwischen dem Schwungrad 17 und der Kupplung 16 an der Antriebswelle 19, die mit dem Getriebe 18 verbunden ist.
In 2 und 3 und 4 ist die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, in der primäre und sekundäre Maschinenmodule OPOC1 und OPOC2 physikalisch mit einer Starter-Motor/Generator-Einheit E-M/G zusammengefügt sind. Wie im Querschnitt von 2 von 3 entlang der Schnittlinien 2-2 gezeigt, sind die Kurbelwellen CS1 und CS2 beide entlang einer Drehmittellinienachse ”X” angeordnet, ebenso wie der Starter-Motor/Generator E-M/G. An einem Ende der Kurbelwelle CS2 ist eine Nebenaggregatantriebsabnahme vorgesehen. Am anderen Ende der Kurbelwelle CS2, ist die ECC2-Kupplung angeordnet, um eine Kopplung mit der Kurbelwelle CS1 des Maschinenmoduls OPOC2 zu schaffen. In diesen Zeichnungen der ersten Ausführungsform ist die kompakte und integrierte Art des erfindungsgemäßen Konzepts zu erkennen.
5 ist eine aufgeschnittene Ansicht der in 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsform, um interne Schlüsselbewegungskomponenten der primären und sekundären OPOC-ICE-Module sowie den physikalischen Ort der ECC2-Kupplung zu zeigen. Die Details dessen, wie eine OPOC-Maschine arbeitet, werden hier nicht beschrieben, da sie im vorstehend angeführten US-Patent Nr. 6 170 443 vollständig beschrieben sind.
Wie in 5 gezeigt, enthalten die linken und rechten Zylinder CYL-1L und CYL-1R des primären OPOC1-Maschinenmoduls jeweils ein Paar von inneren und äußeren Kolben. Im linken Zylinder CYL-1 des OPOC1-Moduls ist der linke äußere Kolben PLO-1 entgegengesetzt zum linken inneren Kolben PLI-1. Ebenso, jedoch in um 180° entgegengesetzter Phase, ist der rechte Zylinder CYL-1R des OPOC1-Moduls, der rechte äußere Kolben PRO-1 entgegengesetzt zum rechten inneren Kolben PRL-1. In dieser Zeichnung sind die Kolben in OPOC1 in Zwischenphasenpositionen zwischen dem oberen Totpunkt (TDC) und dem unteren Totpunkt (BDC) gezeigt. Durch die Schubstangen für die inneren Kolben und die Zugstangen für die äußeren Kolben schaffen die sich entgegengesetzt und linear bewegenden Kolben Energie, die die Drehung der Kurbelwelle CS1 bewirkt.
In Bezug auf das sekundäre OPOC2-Maschinenmodul enthält der linke Zylinder CYL-2L den linken äußeren Kolben PLO-2, der zum linken inneren Kolben PLI-2 entgegengesetzt ist. Ebenso, jedoch um 180° in entgegengesetzter Phase enthält der rechte Zylinder CYL-2R den rechten äußeren Kolben PRO-2 entgegengesetzt zum rechten inneren Kolben PRL-2. In dieser Zeichnung sind die Kolben im OPOC2-Modul in der TDC-(rechten) und BDC-(liken)Position gezeigt. Dies stellt die 90°-Phasendifferenz zwischen dem OPOC1- und dem OPOC2-Modul dar, die vorstehend erörtert wurde.
6 stellt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konzepts dar. In der zweiten Ausführungsform ist das Kopplungssystem 100 zum Übertragen von Leistung physikalisch zwischen einem primären OPOC1-ICE-Modul und einem sekundären OPOC2-ICE-Modul angeordnet. Ein Starter-Motor/Generator E-M/G ist auch so konfiguriert, dass er einen elektromagnetischen Koppler zwischen seinen stationären Spulen 105, die am Stator 104 angebracht sind, und Rotorpermanentmagneten 113, die am rotierenden Schwungrad 110 angebracht sind, aufweist. Das Kopplungssystem 100 schafft eine Leistungsübertragung zwischen mehreren antreibbaren Modulen. In diesem Fall sind der Starter-Motor/Generator E-M/G 104, das primäre Maschinenmodul OPOC1 und das sekundäre Maschinenmodul OPOC2 antreibbare Module und sind mit Bewegungselementen in Form von Rotorpermanentmagneten 113 am Schwungrad 110, der Kurbelwelle CS1 bzw. der Kurbelwelle CS2 gezeigt. Jedes der Bewegungselemente ist dazu konfiguriert, sich um eine gemeinsame Achse ”K” zu drehen. Die Kurbelwellen CS1 und CS2 sind gemeinsam durch eine zylindrische Verlängerung 139 der CS1 innerhalb einer Bohrung 135 im Ende der CS2 abgestützt gezeigt. Diese gemeinsame Abstützung ist geeignet mit Lagern und/oder Buchsen versehen, um sicherzustellen, dass eine minimale Reibung zwischen den zwei Kurbelwellen besteht, während ihre axiale Ausrichtung aufrechterhalten wird.
Das Schwungrad 110 ist zur Drehung auch um die gemeinsame Achse X angebracht und fungiert als Speichervorrichtung für kinetische Energie und als Integrator, der die in dieses eingegebene Leistung summiert und die Übertragung der Ausgangsleistung schafft. Der Starter-Motor/Generator E-M/G enthält einen ersten Aufnehmer in Form von stationären Statorspulen 105, die mit den rotierenden Rotorpermanentmagneten 113, die am Schwungrad 110 angebracht sind, elektromagnetisch verbunden sind. Die Kurbelwelle CS1 des primären Maschinenmoduls OPOC1 ist mit einem zweiten Aufnehmer in Form eines beweglichen Kupplungselements 125 verbunden, das an Keilen 131 angebracht ist, um sich mit der Kurbelwelle CS1 zu drehen und betätigbar zu sein, um entlang der Keile 131 in einer axialen Richtung auf der CS1 zu gleiten. Das Kupplungselement 125 enthält eine Kupplungsflache 127, die mit einer entsprechenden Fläche 108 am Schwungrad 110 in Reaktion auf das ECC1-Signal in Eingriff gebracht werden kann. Die Kurbelwelle CS2 des sekundären Maschinenmoduls OPOC2 ist mit einem dritten Aufnehmer in Form eines beweglichen Kupplungselements 115 verbunden, das an Keilen 121 angebracht ist, um sich mit der Kurbelwelle CS2 zu drehen und betätigbar zu sein, um entlang der Keile 121 in einer axialen Richtung auf der CS2 zu gleiten. Das Kupplungselement 115 enthält eine Kupplungsfläche 117, die mit einer entsprechenden Fläche 107 am Schwungrad 110 in Reaktion auf das ECC2-Signal in Eingriff gebracht werden kann. Die Übertragung von Ausgangsleistung durch das Schwungrad 110 geschieht über ein betätigbares Kopplerelement in Form einer ECC-GA-signalisierten Kupplung 130, die mit dem Schwungrad 110 in Eingriff kommt und das Schwungrad 110 über ein Zahnrad, einen Riemen, eine Kette oder ein anderes Drehmomentfördergestänge 133 zu einem Getriebe 160 überträgt. Die Kupplung 130 ist an der Kurbelwelle CS1 durch Lager 134 angebracht, die eine Abstützung schaffen, während sie eine reibungsfreie Drehung in Bezug auf die Kurbelwelle CS1 ermöglichen. Die Kupplung 130 enthält eine radiale und planare Kupplungsfläche 136, die mit einer entsprechenden radialen und planaren Fläche 106 am Schwungrad 110 in Eingriff gebracht werden kann.
Ein Schaltsteuersignal wird durch die programmierbare Steuereinheit 101 geliefert, die die ECC-GA-Schaltsignale liefert, um den Eingriff des Schwungradintegrators mit einem oder mehreren Aufnehmern gemäß einem ausgewählten Leistungsprofil zu bewirken, das definiert, welche antreibbaren Module in Eingriff gebracht werden sollen. Die Steuereinheit 101 kann eine beliebige geeignete programmierbare Vorrichtung sein, die arbeitet, um elektrische Signale oder Hydraulikdruck zu liefern, um zu bewirken, dass die Koppleraufnehmer gemäß vorprogrammierten Parametern betätigt oder aktiviert werden.
Das Schwungrad 110 ist in 6 als Scheibe mit offenem Zentrum mit einem komplexen Querschnitt diametral entlang seiner Drehachse gezeigt. Ein zylindrischer Achsenabschnitt 109 mit einer äußeren kreisförmigen Oberfläche 119 ist zur Abstützung und freien Drehung an Lagern 112 angebracht, die zwischen der inneren ringförmigen Oberfläche des Stators 104 des Starter-Motor/Generators E-M/G angeordnet sind. Das Schwungrad 110 umfasst eine Stegverlängerung 111 von der Achse 109, um einrückbare zylindrische Winkelflächen 107 und 108 zu bilden, die sich konisch davon nach außen und in Richtung der Achse erstrecken. Der äußere Rand 114 des Schwungrades 110 ist mit der Achse 109 durch einen radialen Abschnitt 116 verbunden und weist die Rotorpermanentmagnete 113 auf, die an der Unterseite davon befestigt sind.
7 stellt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konzepts dar. In der dritten Ausführungsform ist das Kopplungssystem 200 zum Übertragen von Leistung physikalisch zwischen einem primären OPOC1-ICE-Modul und einem sekundären OPOC2-ICE-Modul angeordnet. Ein Starter-Motor/Generator E-M/G ist auch so konfiguriert, dass er einen elektromagnetischen Koppler zwischen seinen stationären Spulen 205, die am Stator 204 angebracht sind, und rotierenden Rotorpermanentmagneten 213, die physikalisch innerhalb des Integratorschwungrades 210 angeordnet sind, aufweist. Das Kopplungssystem 200 schafft eine Leistungsübertragung zwischen mehreren der antreibbaren Module. In diesem Fall sind der Starter-Motor/Generator E-M/G, das primäre Maschinenmodul OPOC1 und das sekundäre Maschinenmodul OPOC2 antreibbare Module und sind mit Bewegungselementen in Form von Rotormagneten 213, einer Kurbelwelle (CS1) 240 bzw. einer Kurbelwelle (CS2) 242 gezeigt. Jedes der Bewegungselemente ist dazu konfiguriert, sich um eine gemeinsame Achse ”X” zu drehen.
Das Schwungrad 210 ist zur Drehung auch um die gemeinsame Achse X angebracht und fungiert als Speichervorrichtung für kinetische Energie und als Integrator, der die darin eingegebene Leistung summiert und die Übertragung der Ausgangsleistung schafft. Der Starter-Motor/Generator E-M/G enthält einen Aufnehmer in Form von stationären Spulen 205, die mit den rotierenden Permanentmagneten 213 elektromagnetisch verbunden sind. Die CS1-Kurbelwelle 240 des primären Maschinenmoduls OPOC1 ist mit einem ersten Aufnehmer in Form eines beweglichen Kupplungselements 225 verbunden, das an Keilen 219 angebracht ist, so dass es sich mit der CCS1-Kurbelwelle 240 dreht und betätigbar ist, um entlang der Keile 219 in einer axialen Richtung auf der CS1-Kurbelwelle 240 zu gleiten. Das Kupplungselement 225 enthält eine Kupplungsfläche 227, die mit einer entsprechenden Fläche 208 am Schwungrad 210 in Reaktion auf das ECC1-Signal in Eingriff gebracht werden kann. Die CS2-Kurbelwelle 242 des sekundären Maschinenmoduls OPOC2 ist mit einem Aufnehmer in Form eines beweglichen Kupplungselements 215 verbunden, das an Keilen 221 angebracht ist, so dass es sich mit der CS2-Kurbelwelle 242 dreht und betätigbar ist, um entlang Keilen 221 in einer axialen Richtung auf der CS2-Kurbelwelle 242 zu gleiten. Das Kupplungselement 215 enthält eine Kupplungsfläche 217, die mit einer entsprechenden Fläche 207 am Schwungrad 210 in Reaktion auf das ECC2-Signal in Eingriff gebracht werden kann. Die Übertragung von Leistung durch das Schwungrad 210 geschieht über ein betätigbares Kopplerelement in Form einer ECC-GA-signalisierten Kupplung 230, die mit dem Schwungrad 210 in Eingriff kommt und das Schwungrad 210 über ein Zahnrad, einen Riemen, eine Kette oder ein anderes Drehmomentfördergestänge 233 mit einem Getriebe 260 verbindet. Die Kupplung 230 ist an der CS1-Kurbelwelle 240 durch Lager 234 angebracht, die eine Abstützung schaffen, während sie eine reibungsfreie Drehung in Bezug auf die Kurbelwelle 240 ermöglichen. Die Kupplung 230 enthält eine planare Kupplungsfläche 236, die mit einer entsprechenden Fläche 206 am Schwungrad 210 in Eingriff gebracht werden kann. Eine Schaltsteuerung ist durch die programmierbare Steuereinheit 201 vorgesehen, die die ECC-GA-Schaltsignale liefert, um den Eingriff des Integrators mit einem oder mehreren Aufnehmern gemäß einem ausgewählten Leistungsprofil zu bewirken, das definiert, welche antreibbaren Module in Eingriff gebracht werden sollen.
Das Schwungrad 210 ist in 7 als Scheibe mit einer Mittelachsenwelle und mit einem komplexen Querschnitt diametral entlang seiner Drehachse gezeigt. Eine zentrale Achse weist symmetrische zylindrische Wellenabschnitte 214 und 216 auf, die sich von seinem ausgeglichenen Zentrum erstrecken. Die Achswellenabschnitte 214 und 216 sind für eine freie Drehung an Lagern 244 und 212 innerhalb Bohrungen 241 und 243 in der jeweiligen CS1-Kurbelwelle 240 und CS2-Kurbelwelle 242 angebracht. Das Schwungrad 210 umfasst eine radiale Stegverlängerung 209 von seiner Achse, um einrückbare zylindrische Winkelflächen 207 und 208 zu bilden, die sich konisch davon nach außen erstrecken. Der äußere Rand 214 des Schwungrades 210 ist mit der Verlängerung 209 durch einen radialen Abschnitt 216 verbunden und weist die Rotorpermanentmagnete 213 auf, die an der Unterseite davon befestigt sind.
Der Schlüsselunterschied der dritten Ausführungsform von der zweiten Ausführungsform ist die Konfiguration und Anbringung des Schwungrades in Bezug auf die axial ausgerichteten Kurbelwellen des primären und des sekundären Maschinenmoduls.
Eine vierte Ausführungsform ist in 8 gezeigt und ermöglicht eine kompaktere Anordnung für ein Kopplersystem 300 durch Bereitstellung von ringförmigen Lagerlaufringabstützungen an den Maschinenmodulgehäusen. In diesem Fall ist die ringförmige Lagerabstützung 320 am primären Maschinenmodul OPOC1 vorgesehen. Die ringförmige Lagerabstützung 320 dient als Achse, die Lager 312 und die Nabe 314 des Schwungrades 310 abstützt. Die ringförmige Nabe 314 ist im Schwungrad 310 mit einem relativ großen Durchmesser zum Anbringen an der Lagerabstützung 320 ausgebildet und ermöglicht eine größere Konzentration der Masse in Richtung des äußeren Randes 315 des Schwungrades 310. Eine zweite ringförmige Lagerabstützung 318 ist am sekundären Maschinenmodul OPOC2 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass eine Leistungsabnahmetrommel 334 zur Drehung an den Lagern 322 angebracht wird. Die Abnahmetrommel 334 enthält mehrere Keile 335 zum Ermöglichen einer axialen Bewegung des Kupplungsaufnehmers 330. Die Abnahmetrommel 334 ist dem Aufnehmer 330 der ECC-GA-signalisierten Kupplung zugeordnet und die zwei Elemente drehen sich zusammen, wenn sie mit dem Integratorschwungrad 310 in Eingriff stehen. Eine dritte ringförmige Abstützung 321 ist am primären Maschinenmodul OPOC1 ausgebildet und stützt stationäre Spulen 305 ab und fungiert als Stator des Starter-Motor/Generators E-M/G 304. Diese Ausführungsform integriert den Statorabschnitt der Starter-Motor/Generator-Funktion am Gehäuse des primären Maschinenmoduls OPOC1. Die Kurbelwellen 340 und 342 sind verschachtelt wie in der zweiten Ausführungsform, aber aufgrund der Integration des Startermotors am Gehäuse eines Maschinenmoduls können die Abstände zwischen den Maschinen verringert werden, ebenso wie die Länge jeder Kurbelwelle.
Eine fünfte Ausführungsform ist in 9 gezeigt und schafft eine weitere kompakte Konfiguration im Kopplungssystem 400. In der fünften Ausführungsform ist das Schwungrad 410 zur Freilaufdrehung an zwei ringförmigen Lagerabstützungen 418 und 420 angebracht, die sich jeweils von den Gehäusen des primären und des sekundären Maschinenmoduls OPOC1 und OPOC2 erstrecken. Ähnlich zur vierten Ausführungsform ist ein Stator 408 des Starter-Motor/Generators E-M/G 404 in ein Maschinenmodulgehäuse integriert, um eine kompaktere Packung zu ermöglichen. Außerdem ist die ECC-GA-signalisierte Kopplungskupplung 430 mit dem Getriebe entfernt angeordnet. Diese Konfiguration kann erwünscht sein, wenn das Motorraumvolumen und die Motorraumabmessungen die anderen Ausführungsformen nicht ermöglichen.
Eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konzepts ist in 10 und 11 gezeigt. In dieser sechsten Ausführungsform ist ein Schwungrad freilaufend an der zentralen Achse X angebracht, wobei sich eine Scheibe mit großer Oberfläche in Richtung seines äußeren Randes erstreckt. Die Flächen der ECC1- und ECC2-signalisierten Kupplung sind auch groß, um bei Aktivierung eine sichere Haftung am Schwungrad zu schaffen. Hydraulische Ausrücklager sind gezeigt, die mit den jeweiligen Kupplungen wirken, um sicherzustellen, dass kein Maschinenwiderstand bestehen bleibt, wenn die Kupplungen deaktiviert sind.
Eine siebte Ausführungsform ist in 12 gezeigt, in der Schlüsselelemente dargestellt sind. Das primäre Maschinenmodul OPOC1 weist eine Kurbelwelle 505 auf, die eine Abnahmewelle 507 aufweist, die axial auf ähnliche Elemente des sekundären Maschinenmoduls OPOC2 ausgerichtet ist. Ein erstes Kupplungselement 508/509 kann mit einer Kupplungsplatte 510 in Eingriff gebracht werden, um das primäre OPOC1 durch eine Abnahmetrommel 511 und einen Riemenantrieb 512 mit einem Schwungrad 506 zu verbinden, das mit einem Getriebe 504 in Eingriff gebracht werden kann. Das OPOC2 weist eine Kurbelwelle 525 auf, die eine Abnahmewelle 527 aufweist. Ein zweites Kupplungselement 528/529 kann mit einer Kupplungsplatte 510 in Eingriff gebracht werden, um das sekundäre OPOC mit dem primären OPOC-Modul gemeinsam zu verbinden. Ein Starter-Motor/Generator 503 ist entfernt von den Maschinenmodulkopplungen angeordnet, aber ist trotzdem durch den Riemenantrieb 513 und eine einrückbare dritte Kupplung innerhalb des Riemenantriebs zum Schwungrad 506 mit dem Schwungrad gekoppelt.
Obwohl sich die folgende Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen auf ein ”Fahrpedal” als Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung bezieht, können selbstverständlich andere Geschwindigkeitsschnittstellenvorrichtungen, wie z. B. Steuerhebel, Rollkugeln, Handhebel, Handgriffe, Tempomatsysteme, Berührungsbildschirme und automatische Bremssysteme auch verwendet werden, um eine ähnliche Funktionalität zu schaffen.
Im Betrieb werden die Ausführungsformen so gesteuert, dass sie einem vorbestimmten Satz von Parametern (oder Profil) folgen, um eine zuverlässige, reaktionsfähige und effiziente Leistung zu schaffen. Das Diagramm in 13 stellt das allgemeine Szenario eines Aktivierungsprofils des erfindungsgemäßen Gegenstandes während Fahrzeugausrollen und verschiedenen Graden von Geschwindigkeits- und Beschleunigungsanforderung dar. Das untere Stufendiagramm ist in 3 Bereiche von Drosselklappenaktivierung an den Unterbrechungspunkten ”A” und ”B” unterteilt. (Natürlich können viel mehr oder weniger Unterbrechungspunkte verwendet werden, um ein Betriebsprofil zu programmieren. Diese Beschreibung Ist ein Beispiel der beteiligten Prinzipien.) In diesem Fall ist der Betrieb auf der Basis eines typischen Fuß-”Fahr”-Pedals als Geschwindigkeitsanforderungs-Steuervorrichtung veranschaulicht, wobei das Herabtreten in einem Winkel aus der Ruhelage gemessen wird, um ein Geschwindigkeitsanforderungssignal zu erzeugen. In einem Zustand, in dem kein Herabtreten des Fahrpedals besteht (GP0), wird keines der OPOC-ICE-Module eingerückt oder läuft. Es wird auch kein Widerstand vom Starter-Motor/Generator E-M/G geboten, da er nicht elektrisch eingerückt ist. Das Schwungrad steht jedoch mit dem Getriebe durch die ECC-GA-signalisierte Kopplung in Eingriff. Irgendeine restliche kinetische Trägheitsenergie, die im Schwungrad vorhanden war, und die Massenträgheit des Fahrzeugs, wenn das Fahrpedal in eine GP0-Position ohne Herabtreten zurückgestellt wurde, werden zur Getriebelast durch die ECC-GA-signalisierte Kopplung geliefert. (Um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen, wenn das Herabtreten auf GPO liegt, kann jedoch ein Getriebe vom ”Gleit”-Typ verwendet werden, das sich von dem (den) Antriebsrad (Antriebsrädern) löst und ermöglicht, dass sie freilaufen.) Wenn das Fahrpedal in einem Bereich von geringen Winkeln und niedrigen Kräften im GP1-Bereich herabgetreten wird, wird der Starter-Motor/Generator E-M/G als Antriebsmotor von der Batteriespannung erregt, um das Schwungrad auf eine vorbestimmte Drehzahl zu beschleunigen, was Antriebsleistung durch die ECC-GA-signalisierte Kopplung zur Getriebelast liefert. Wenn das Fahrpedal weiter in einem mittleren Bereich von Winkeln und Kräften im GP2-Bereich eingerückt wird, wird das primäre Maschinenmodul OPOC1 durch Aktivieren der ECC1-Kopplung in eine geschlossene Position gestartet. Energie, die vom Schwungrad verfügbar ist, bringt ein Drehmoment auf die OPOC1-Kurbelwelle CS1 auf und startet das OPOC1-ICE-Modul. Danach, während das primäre OPOC1 eingerückt ist, liefert es Leistung zum Schwungrad und zur Getriebelast.
Jedes Mal, wenn in den GP2-Bereich eingetreten wird und die ECC1-signalisierte Kopplung geschlossen wird, können der Starter-Motor/Generator E-M/G und das primäre Maschinenmodul OPOC1 gemeinsam zusammen verwendet werden, um kombinierte Antriebsleistung zum Schwungrad und zur Getriebelast zu liefern, oder das OPOC1 kann allein verwendet werden. Wenn ein primäres OPOC1-ICE-Modul verwendet wird, das eine relativ geringe Leistungskapazität aufweist oder Eigenschaften aufweist, die übergangsweise eine zusätzliche Leistung erfordern, wenn es einem Kaltstart unterzogen wird, kann der E-M/G für zumindest einen begrenzten Zeitraum eingerückt werden, um zusätzliche Leistung gemeinsam mit dem OPOC1-ICE-Modul zu liefern. Wenn andererseits ein primäres OPOC1-Maschinenmodul verwendet wird, das eine relativ hohe Leistungskapazität aufweist oder von der vorherigen Verwendung warm ist, kann der Starter-Motor/Generator E-M/G nicht für die zusätzliche Leistung erforderlich sein und kann durch die Steuereinheit so geschaltet werden, dass er als Generator fungiert und einen Wiederaufladestrom zur elektrischen Quelle zurückliefert, oder vollständig ausgerückt werden, damit er offline bleibt. Wenn der E-M/G als Generator fungiert oder offline ist, ist das primäre OPOC1-ICE-Modul die einzige Quelle für Antriebsleistung für das Fahrzeug. Es können andere Konstruktionserwägungen bestehen, die eine gewisse Kombination von Tandemunterstützung durch den Elektromotor und Wiederaufladung während des GP2-Bereichs vorgeben, die in die Steuereinheit programmiert werden kann.
Wenn der Fahrer es erwünscht, das Fahrzeug zu beschleunigen, indem er eine relativ hohe Kraft auf das Fahrpedal im GP3-Bereich mit hohem Winkel aufbringt, wird die ECC2-signalisierte Kopplung zusammen mit der ECC1-signalisierten Kopplung auch eingerückt und das sekundäre OPOC2-ICE-Modul beginnt durch das Drehmoment, das auf seine Kurbelwelle CS2 aufgebracht wird, zu laufen. Das OPOC2-ICE-Modul fügt dann seinen Leistungsbeitrag zum bereits erregten primären OPOC1-ICE-Modul hinzu. In Fällen, in denen eine maximale Leistung erforderlich ist, wird der Starter-Motor/Generator E-M/G auch zusätzlich verbunden, um seine Leistung zum System hinzuzufügen. Ansonsten wird im GP3-Bereich, wobei sowohl das primäre als auch das sekundäre ICE-Modul als einzelne Maschine zusammenarbeiten, der Starter-Motor/Generator E-M/G als Generator betrieben, um die Batterien aufzuladen. Dies fährt fort, bis die Fahrpedalkraft eingestellt ist, um zu bewirken, dass die EEC2-signalisierte Kopplung sich öffnet und das OPOC2-ICE-Modul ausgerückt wird und stoppt.
Das Diagramm in 14 stellt das allgemeine Szenario der Aktivierung des erfindungsgemäßen Gegenstandes während Fahrzeugausrollen und -bremsen dar. Obwohl sich die folgende Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen auf ein ”Bremspedal” als Brems- oder Verlangsamungssteuer-Schnittstellenvorrichtung bezieht, können selbstverständlich andere Brems- oder Verlangsamungsschnittstellenvorrichtungen, wie z. B. Steuerhebel, Rollkugeln, Handhebel, Handgriffe, Tempomatsysteme, Berührungsbildschirme und automatische Bremssysteme, auch verwendet werden, um eine ähnliche Funktionalität bereitzustellen.
In diesem Szenariobeispiel wird die Bremswirkung in zwei Bereiche unterteilt. Wenn das Fahrzeug ausrollt und kein Bremsdruck auf das Bremspedal aufgebracht wird (BP0), sind sowohl das primäre als auch das sekundäre ICE-Modul ausgerückt und gestoppt, das Fahrzeug rollt aus und rollt aus aufgrund der Massenträgheit des Fahrzeugs und entweder der Schwungradträgheit oder des Freilaufs, wenn ein Getriebe vom Gleittyp verwendet wird. Im ersten niedrigen Bereich (BP1), wenn eine relativ niedrige Kraft auf das Bremspedal aufgebracht wird, tritt nur elektrisches ”regeneratives” Bremsen unter Verwendung des E-M/G als Generator, der zum Wiederaufladen der Batterie verbunden ist, auf. Dieses regenerative Bremsen wird durch den Getriebetriebstrang aufgebracht, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Wenn mehr unmittelbares Bremsen angestrebt wird, indem eine erhöhte Kraft auf das Bremspedal im höheren Bereich (BP2) aufgebracht wird, werden sowohl mechanische/hydraulische Bremsen, die direkt mit den Fahrzeugrädern verbunden sind, als auch regeneratives Bremsen, das auf den Triebstrang aufgebracht wird, angewendet. Natürlich könnten die mechanischen/hydraulischen Bremsen gegen andere Typen von Bremsen, wie z. B. elektrisch betätigte Bremsen, ausgetauscht werden, wenn sie verfügbar und für die allgemeine Verwendung und Anwendung annehmbar werden. Andere Szenarios können Veränderungen im BP2-Bereich verwenden, wenn eine mechanische Bremsung allein verwendet wird und regeneratives Bremsen verwendet wird, um nur die Batterien aufzuladen.
Die Unterbrechungspunkte ”A”, ”B” und ”C”, die in den Diagrammen von 13 und 14 gezeigt sind, sind mit doppelendigen Pfeilen dargestellt, um anzugeben, dass sie so programmiert werden können, dass sie von verschiedenen Parametern abhängen, wie z. B., jedoch nicht begrenzt auf: Außenlufttemperatur, Luftmassenmessungen, Sauerstoffpegel, Höhenlage, Gewicht der Last im Fahrzeug, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Temperaturen der Maschinenmodule, Drehzahlen der Maschinenmodule, Drehzahl des Schwungrades, Temperatur des Schwungrades, Straßenbedingungen (bergauf, bergab, eben, rau, glatt usw.), Kraftstoffenergieeigenschaften, Fahrerauswahl von hoher Kraftstoffsparsamkeit oder -leistung und Batterieladung.
15 und 16 stellen zwei beispielhafte Matrizes bereit, die angeben, welches der verschiedenartig gesteuerten Elemente in dem System während bestimmter Bedingungen eingerückt oder ausgerückt wird, wenn der Batterieladungszustand entweder auf maximalen oder minimalen Betriebsschwellenpegeln liegt. Die Matrix von 15 stellt das Steuerszenario bereit, wenn die Batterie auf mindestens 75% ihrer Kapazität fast vollständig aufgeladen ist. Die Matrix von 16 stellt das Steuerszenario bereit, wenn die Batterie auf einen Pegel aufgeladen ist, der ungefähr 30% ihrer Kapazität oder darunter ist. Der Hauptunterschied in den zwei Szenarios besteht darin, dass, wenn die Batterieladung niedrig ist, das Schwungrad während eines Vormaschinenstarts durch den E-M/G auf ungefähr 1000 min^–1 beschleunigt wird; und während der folgenden Startphase das primäre Maschinenmodul OPOC1 gestartet wird und eingeschaltet bleibt, bis Bedingungen wie z. B. erhöhte Batterieladung und niedrige Beschleunigungsanforderung ermöglichen, dass es ausgeschaltet wird. Es besteht Raum für eine Konstruktionsveränderung, die den Unterbrechungspunkten ”A”, ”B” und ”C” zugeordnet ist, die im vorangehenden Absatz mit Bezug auf 13 und 14 beschrieben wurden, wenn die Batterie auf Pegel zwischen diesen in diesen Matrizes ausgewählten Schwellenwerten von 30% und 75% aufgeladen ist.
17 ist ein Ablaufdiagramm eines ersten Algorithmus, der verwendet wird, um den Betrieb der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zyklisch zu steuern. Dieses Diagramm zeigt die Steuerlogik für das Sparsamkeitssteuermodul, das verwendet wird, wenn sich das Fahrpedal im niedrigen bis mäßigen Bereich befindet. Wenn die Fahrpedalwinkelbeschleunigung größer ist als ein vorbestimmter kritischer Pegel, tritt das Steuersystem in eine Kickdown-Betriebsart ein. Eine ”Sport”-Betriebsart kann vorgesehen sein, wenn die maximale Leistung erforderlich ist.

Für ein besseres Verständnis des Ablaufplans in 17 sind die darin verwendeten Codes folgendermaßen definiert:

Primäre opoc_e
	<= 50 kW
Sekundäre opoc_p
	<= 70 kW
Effizienz von E-M	90%
E-M_{elektrisch-ein}	<= 5,56 kW
EM_{mechanisch-aus}	<= 5 kW
Effizienz von E-G	70%
E-G_{mechanisch-ein}	<=– 5 kW
EG_{elektrisch-aus}	<= –3,5 kW

Tabelle A

GP3: Pw = opoc_e + opoc_p + E-M_{mechanisch-aus} (oder E-G_{mechanisch-ein})
GP2b: Pw = opoc_e + E-M_{mechanisch-aus}
GP2a: Pw = opoc_e + E-G_{mechanisch-ein}
GP1: Pw = E-M_{mechanisch-aus}
BP1: Pw = E-G_{mechanisch-in}
BP2: Pw = E-G_{mechanisch-ein} + Mech. Bremse

Tabelle B

ECC1: Signal für Kupplung zwischen opoc_e und Schwungrad [E-M/G]

ECC2: Signal für Kupplung zwischen opoc_e und Schwungrad [E-M/G]

ECC-CA: Signal für Kupplung zwischen Getriebe und Schwungrad

E-M/G: Motor/Generator

E-M: Elektromotor

E-G: Generator

Eingerückt/geschlossen = 1

Ausgerückt/offen = 0

Tabelle C

Start/Neustart:	n_Start =	1000	min^–1
GP2/GP3-Trägheitsstart mit n_Start, wenn SOC < 20%
GP0/BP0 -> E-M hält Schwungrad auf n_Start min^–1

Tabelle D

Wenn der Zündschalter-”Schlüssel” eingeschaltet wird, tritt die Prozedur in 17 in die Startroutine ein, um auf der Basis des Ladungszustandes ”SOC” der Batterie festzustellen, welche Kopplungen eingerückt werden sollen. Andere Faktoren wie z. B. Temperatur oder das Maschinenkühlmittel und die Umgebungsluft könnten beispielsweise als zusätzliche Faktoren verwendet werden. Für dieses Beispiel wird jedoch nur der Ladungszustand betrachtet. Dies ist eine sich ständig wiederholende Routine und wird mit einer vorbestimmten Zyklusrate während der ganzen Zeit, in der das System in Betrieb ist, zyklisch wiederholt und ist nicht auf den anfänglichen Start eingeschränkt.
Anfangs wird der SOC gemessen, um seinen Ladungsschwellenpegel zu bestimmen. In diesem Beispiel werden vier Schwellenpegelbereiche verwendet, um zu bestimmen, ob die Kopplungen aktiviert oder deaktiviert werden, um entweder den E-M/G als Motor einzurücken, um Leistung bereitzustellen und zu ermöglichen, dass sich der SOC in einem ”reduzierenden” Zustand befindet; den E-M/G auszurücken und zu ermöglichen, dass der SOC ”konstant” bleibt; oder den E-M/G als Generator E-G zu konfigurieren und zu bewirken, dass der SOC ”zunimmt”. Unter der schwersten Bedingung, wenn der SOC als auf oder unterhalb 15% bestimmt wird, tritt das System in einen Modus mit ”sorgfältiger Wiederaufladung” ein, in dem eine langsame Aufladung der Batterien stattfindet. Der Modus der sorgfältigen Aufladung wird normalerweise als konstanter Strom und konstante Spannung betrachtet, aber mit einer Stromrate, die 1 X die Kapazität der Batterie mit ihrem A/h-Nennwert ist.
Die SOC-Bestimmung ist das erste Filter im Prozess. Zweitens wird die definierte Leistungsanforderung auf der Basis der Fahrpedal-(GP) und Bremspedal-(BP)Positionen bestimmt. (In diesem Ablaufplan sind die Einstellungen für die Fahrpedal- und Bremspedalpositionen anders als die in 13 veranschaulichten.) Hier sind GP3, GOP2b, GP2a, GP1 und GP0 Teilbereiche des ganzen Bereichs der Leistungsanforderungseinstellungen für das Fahrpedal. Ebenso sind BP0, BP1 und BP2 als Leistungsteilbereiche der Bremsleistungsanforderungseinstellungen für das Bremspedal ausgedrückt. Diese werden erreicht, wenn Module, wie in Tabelle B dargelegt, miteinander gekoppelt sind. Aus dem Ablaufplan in 17 ist zu sehen, dass, nachdem festgestellt ist, dass der SOC hoch ist, größer als 90%, die Bereiche der Definition für die verschiedenen Schaltpunkte im Bereich breiter sind als sie sind, wenn festgestellt wird, dass sich der SOC im mittleren Bereich zwischen 30% und 90% befindet. Dies liegt daran, dass, wenn der SOC hoch ist, kein Bedarf besteht, die Batterie aufzuladen. Im mittleren Bereich kann jedoch ein Bedarf zum Aufladen bestehen, außer wenn die Anforderungen am System hoch sind (GP3 und GP2b). In jedem Fall sucht der Filterprozess zuerst nach der höchsten Anforderung und arbeitet sich nach unten in Richtung der minimalen Anforderungen. Nach dem zweiten Filter wird eine Bestimmung hinsichtlich dessen durchgeführt, welche Kopplungen erregt werden und daher welche Leistungsmodule aktiviert werden, um das Fahrzeug anzutreiben.
18A–18Q bilden einen einzelnen detaillierten Ablaufplan, der ähnlich zu den in 17 gezeigten Schritten aussieht, aber eine verbesserte Steuerung des Systems auf der Basis nicht nur des SOC, sondern auch der Kopplungseinstellungen schafft, wie sie nach der letzten Iteration des Programms existierten. Der Ablaufplan von 18A–18Q ist orthogonal zu 17 aufgebaut, mit dem Zweck, eine kontinuierliche Darstellung auf individuellen Seiten durchzuführen. Wie in 18A zu sehen ist, findet die erste Filterung entlang der oberen horizontalen Linie statt, wo der SOC bestimmt wird, wie in 17 gezeigt wurde. Um eine Vorstellung zu erhalten, wie die individuellen Blätter der Zeichnungen aufgebaut sind, folgen jeder SOC-Filterbestimmung, wie z. B. der in 18A durchgeführten, wo der SOC als gleich oder größer als 90% bestimmt wird, die zweiten Filterbestimmungen in 18B–18E. Für SOC ≥ 90% ist daher die Filterung in 18A–18E abgedeckt. Für 30% ≤ SOC ≤ 90% ist die Filterung in 18F–18I abgedeckt. Für 15% < SOC ≤ 30% ist die Filterung in 18M–18Q abgedeckt.
In 18A–18Q ist für jede SOC-Filterbestimmung ein zweiter Filterschritt vorhanden, der die vorliegende Position des Fahrpedals und des Bremspedals betrachtet, um die gegenwärtig erwünschte Leistungseinstellung zu bestimmen. Im Unterschied zum Ablaufplan in 17 ist nach der zweiten Filterung eine dritte Filterung (mit ”Schritte 1–3” bezeichnet) vorhanden, die zurückblickt, um festzustellen, wie die unmittelbar vorherigen Kopplungseinstellungen während der letzten Zyklusiteration des Programms waren. Auf der Basis der Bestimmung von ”Schritt 1” wird in ”Schritt 2” eine weitere bedingte Entscheidung hinsichtlich dessen getroffen, ob die Einstellung von irgendeiner der Kopplungen, die die primäre Maschine, die sekundäre Maschine oder den E/M mit dem System in Eingriff bringen, geändert werden soll oder nicht.
In 18A gibt beispielsweise der erste Filter die Schritte an, die unternommen werden, wenn der SOC als >= 90% bestimmt wird. In diesem Fall wird festgestellt, dass sich das Fahrpedal auf seiner Anforderungseinstellung innerhalb des maximalen GP3-Teilbereichs befindet. In Schritt 1 wird die vorherige Einstellung des Fahrpedals verglichen, um zu bestimmen, wie die verschiedenen Kopplungen aktiviert oder deaktiviert werden. Wenn der vorherige Zyklus bestimmt hat, dass sich das Fahrpedal in seiner GP3-Teilbereich-Anforderungseinstellung befand, würde keine Änderung an der Aktivierung der Kopplungen stattfinden. Alle Kopplungen wären weiterhin aktiviert, um das Schwungrad und das Getriebe einzurücken, um diese maximale Anforderung zu erfüllen. Wenn jedoch die vorherige Einstellung des Fahrpedals im GP2-Teilbereich war, wo eine geringere Anforderung bestand, und die sekundäre Maschine nicht online war (ECC2 = 0), würde die sekundäre Maschine in Schritt 3 online gesetzt werden (ECC2 = 1), um zusätzliche Leistung zum Schwungrad und zum Fahrzeug zu liefern. Wenn die vorherige Einstellung des Fahrpedals im GP1-Teilbereich oder GP0 und das Bremspedal bei BP0 war, dann würde dies bedeuten, dass im vorherigen Zyklus nur der Elektromotor online war, wobei die Kopplung E-M aktiviert war (E-M = 1). Wenn die vorherige Einstellung GP0 war und das Bremspedal bei BP0 war, dann würde dies bedeuten, dass im vorherigen Zyklus das Fahrzeug ausrollte und das Schwungrad vom Getriebe getrennt war (ECC-CA = 0) und nur der Elektromotor online war, wobei die Kopplung E-M aktiviert war (E-M = 1), um das Schwungrad bis auf die Drehzahl am Drehen zu halten. Wenn die vorherige Einstellung des Bremspedals im BP2- oder BP1-Teilbereich war, dann würde dies bedeuten, dass im vorherigen Zyklus nur der elektrische Generator online war, wobei die Kopplung E-G aktiviert war (E-G = 1). In dieser maximalen Unterbereichsanforderungssituation muss, wenn die vorherige Bestimmung eine Anforderung von weniger als jener für eine GP2-Einstellung hatte, ein Übergang stattfinden. Das Übergehen von nur Elektromotor auf sowohl primäre als auch sekundäre Maschine auf einmal wäre ein unangenehmer Ruck für das System und möglicherweise den Fahrer.
Wie in Schritt 2 angegeben, würde daher die primäre Maschine zuerst eingerückt werden (ECC1 = 1) und dann würde in Schritt 3 die sekundäre Maschine auch eingerückt werden (ECC2 = 1), um einen gesteuerten Stufenübergang zu schaffen.
Nach ”Schritt 2” wird in ”Schritt 3” für die vorliegende Iteration des Programms mit den Codes, wie in Tabelle D angegeben, eine Endeinstellung durchgeführt. Unter Verwendung dieses ”Rückblick”-Merkmals kann die Steuereinheit die plötzliche Aktivierung von individuellen Kopplungen zwischen Zyklen vermeiden und einen sanften Übergang schaffen, wenn ein Umschalten durch sich ändernde Anforderungen in der Drehzahl oder im Bremsen angefordert wird.
18B–18Q zeigen ebenso die Filtererwägungen für die verschiedenen Fahrpedal- und Bremspedal-Teilbereichseinstellungsbestimmungen, die von der Steuereinheit erfasst werden.
Wie durch die Zeichnungen und die begleitende Erläuterung zu sehen ist, ist die vorliegende Erfindung eine einzigartige Verbesserung gegenüber herkömmlichen Hybrid-Maschinensystemen. Und obwohl die hier gezeigten Ausführungsformen bevorzugt sind, sollen sie in Abhängigkeit von den Konstruktionsanwendungen und -anforderungen nicht als Einschränkung für den Schutzbereich der nachstehend dargelegten Ansprüche betrachtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6722458 [0003]
US 6170443 [0004, 0041, 0051]

Claims

Kopplungssystem zur Leistungsübertragung, das umfasst: einen Koppler, der wahlweise mit mindestens zwei antreibbaren Modulen koppelbar ist, wobei der Koppler umfasst: mindestens zwei Aufnehmer, wobei jeder Aufnehmer mit einem Bewegungselement eines antreibbaren Moduls verbunden ist; einen Integrator, der mit dem mindestens einen Aufnehmer in Eingriff gebracht werden kann, so dass die gesamte Leistungsübertragung, die durch das Kopplungssystem ausgegeben wird, von einer Summe der in den Integrator über den mindestens einen der Aufnehmer eingegebenen Leistung, der mit dem Integrator in Eingriff steht, abgeleitet ist; eine Schaltsteuerung, die den Eingriff des Integrators mit einem oder mehreren Aufnehmern gemäß einem ausgewählten Leistungsprofil umschaltet, das definiert, welche antreibbaren Module in Eingriff gebracht werden sollen.
System nach Anspruch 1, wobei die antreibbaren Module eine erste Brennkraftmaschine mit einem Bewegungselement, das mit einem ersten Aufnehmer gekoppelt ist, umfassen.
System nach Anspruch 2, wobei die Leistungsmodule eine zweite Brennkraftmaschine mit einem Bewegungselement, das mit einem zweiten Aufnehmer gekoppelt ist, umfassen.
System nach Anspruch 2, das ferner einen elektrischen Flussgenerator oder Motor als zweites Modul, das mit dem zweiten Aufnehmer gekoppelt ist, umfasst.
System nach Anspruch 3, wobei der Koppler wahlweise mit der ersten und der zweiten Brennkraftmaschine und einem dritten antreibbaren Modul mechanisch koppelbar ist.
System nach Anspruch 5, wobei das dritte antreibbare Modul ein elektrischer Flussgenerator oder Motor ist.
System nach Anspruch 1, das ferner umfasst eine Motor/Generator-Einheit; ein primäres Brennkraftmaschinenmodul; ein sekundäres Brennkraftmaschinenmodul; wobei der Koppler eine erste steuerbare Kupplung umfasst, wobei die erste Kupplung zum Verbinden der Motor/Generator-Einheit mit dem primären Brennkraftmaschinenmodul dient; wobei der Koppler eine zweite steuerbare Kupplung zum Verbinden der primären Brennkraftmaschine mit der sekundären Brennkraftmaschine umfasst; eine Ausgangsantriebswelle zum Liefern von Drehmomentkräften zu einer Last; wobei der Koppler eine dritte steuerbare Kupplung zum Verbinden der Motor/Generator-Einheit und der Ausgangsantriebswelle umfasst; und eine Steuereinheit, die dazu programmiert ist, auf verschiedene vorbestimmte Eingaben vom Fahrzeug zum Aktivieren oder Deaktivieren der Kupplungen während des Betriebs des Fahrzeugs zu reagieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit zwei oder mehr Leistungsprofilen zugeordnet ist und dazu konfiguriert ist, den Schaltmechanismus gemäß einem Profil zu aktivieren.
System nach Anspruch 8, wobei die Steuereinheit einen elektronischen Prozess umfasst, der mehreren Profilen zugeordnet ist, die auf durch den Prozessor lesbaren Medien gespeichert sind.
System nach Anspruch 8, wobei der Prozessor dazu konfiguriert ist, ein Profil gemäß Eingaben, die Betriebsbedingungen des Systems darstellen, auszuwählen.
System nach Anspruch 10, wobei die Betriebsbedingungen ausgewählt sind aus einer oder mehreren von: der aktuellen Ausgangsleistung; der vorhergesagten Ausgangsleistung; dem Pegel einer Kraftstoffquelle; dem Pegel des aktuellen oder vorhergesagten Kraftstoffverbrauchs; dem Ladungspegel in einer elektrischen Speichervorrichtung; geographischen Ortsdaten; und historischen Fahrmustern.
System nach Anspruch 2, wobei die Brennkraftmaschine eine OPOC-Maschine umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei mindestens ein antreibbares Modul eine elektrische Leistungszelle umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei mindestens ein antreibbares Modul einen Elektromotor oder Generator umfasst, der einer elektrischen Speichereinheit zugeordnet ist, die von einer externen Stromquelle wiederaufladbar ist.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Fahrzeugtriebstrang umfasst, der einer Ausgangsleistung für das Kopplungssystem zugeordnet ist.
Computersystem mit einer Schnittstelle zur Kommunikation mit mehreren Fahrzeugen mit Kopplungssystemen nach einem von Anspruch 1, wobei das Computersystem Daten in Bezug auf Betriebsbedingungen des Kopplungssystems und/oder des (der) Fahrzeugs (Fahrzeuge) empfängt und die Daten verarbeitet, wobei sich die Datenverarbeitung auf eines oder mehrere der Folgenden bezieht: die Erzeugung oder Aktualisierung von Leistungsprofilen in Bezug auf die Betriebsbedingungen; das Bestimmen von optimalen Betriebsbedingungen; die Auswahl von Leistungsprofilen.
System nach Anspruch 16, wobei das Computersystem ferner dazu konfiguriert ist, zu kommunizieren und das Kopplungssystem mit neuen Leistungsprofilen gemäß der Verarbeitung zu aktualisieren, die an Daten durchgeführt wird, die von einem oder mehreren anderen Fahrzeugen empfangen werden.
Computersystem an Bord eines Fahrzeugs mit einem Kopplungssystem nach Anspruch 1, wobei das Computersystem Daten in Bezug auf Betriebsbedingungen des Kopplungssystems und/oder Fahrzeugs empfängt und die Daten verarbeitet, wobei sich die Datenverarbeitung auf eines oder mehrere der Folgenden bezieht: Erzeugung oder Aktualisierung von Leistungsprofil(en) in Bezug auf die Betriebsbedingungen; Bestimmen von optimalen Betriebsbedingungen; Auswahl von Leistungsprofilen.
Kopplungssystem zur Leistungsübertragung nach Anspruch 1, wobei der Integrator eine Speichervorrichtung für kinetische Energie ist.
Kopplungssystem zur Leistungsübertragung nach Anspruch 19, wobei die Speichervorrichtung für kinetische Energie ein Schwungrad ist.
Kopplungssystem zur Leistungsübertragung nach Anspruch 20, wobei das Schwungrad zur Drehung um eine Achse angebracht ist und die Aufnehmer wahlweise mit separaten Abschnitten des Schwungrades in Eingriff gebracht werden können, um kinetische Energie zwischen dem Schwungrad und den Leistungsmodulen in Reaktion auf die Schaltsteuerung zu übertragen.
Hybridmaschine für ein Kraftfahrzeug, die umfasst: eine Motor/Generator-Einheit; ein primäres Brennkraftmaschinenmodul; ein sekundäres Brennkraftmaschinenmodul; eine erste steuerbare Kupplung, die die Motor/Generator-Einheit mit dem primären Brennkraftmaschinenmodul verbindet; eine zweite steuerbare Kupplung, die die primäre Brennkraftmaschine mit der sekundären Brennkraftmaschine verbindet; eine Ausgangsantriebswelle zum Liefern von Drehmomentkräften zu einer Last; eine dritte steuerbare Kupplung, die zwischen der Motor/Generator-Einheit und der Ausgangsantriebswelle verbunden ist; und eine Steuereinheit, die programmiert ist, um auf verschiedene vorbestimmte Eingaben vom Fahrzeug zum Aktivieren oder Deaktivieren der Kupplungen während des Betriebs des Fahrzeugs zu reagieren.
Hybridmaschine für ein Kraftfahrzeug, die umfasst: eine Motor/Generator-Einheit; ein primäres Brennkraftmaschinenmodul; ein sekundäres Brennkraftmaschinenmodul; eine erste Speichervorrichtung für kinetische Energie; einen ersten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die Motor/Generator-Einheit mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen zweiten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um das primäre Brennkraftmaschinenmodul mit der ersten Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen dritten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die sekundäre Brennkraftmaschine mit der ersten Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; eine Leistungsabnahme, die mit der kinetischen Speichervorrichtung verbindbar ist, um Drehmomentkräfte zu einer Last zu liefern; einen vierten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die erste Speichervorrichtung für kinetische Energie mit der Last durch die Leistungsabnahme zu verbinden; und eine Steuereinheit, die programmiert ist, um auf verschiedene vorbestimmte Eingaben vom Fahrzeug zum Aktivieren oder Deaktivieren der Koppler während des Betriebs des Fahrzeugs zu reagieren.
Hybridmaschine nach Anspruch 23, wobei das primäre Brennkraftmaschinenmodul Startleistung über den zweiten steuerbaren Koppler empfängt und das sekundäre Brennkraftmaschinenmodul Startleistung über den dritten steuerbaren Koppler empfängt.
System nach Anspruch 4, wobei die antreibbaren Module verschiedene Leistungskapazitäten aufweisen.
System nach Anspruch 25, wobei das erste antreibbare Modul eine niedrigere Ausgangsleistungscharakteristik als das zweite antreibbare Modul aufweist.
System nach Anspruch 26, wobei das dritte antreibbare Modul eine niedrigere Ausgangsleistungscharakteristik als sowohl das erste als auch das zweite antreibbare Modul aufweist.
Steuersystem für eine Hybridmaschine für ein Kraftfahrzeug, das umfasst: eine elektrische Speicherleistungsversorgung; eine Motor/Generator-Einheit; ein primäres mit Kraftstoff angetriebenes Maschinenmodul; ein sekundäres mit Kraftstoff angetriebenes Maschinenmodul; eine Speichervorrichtung für kinetische Energie; einen ersten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die Motor/Generator-Einheit mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen zweiten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um das primäre Maschinenmodul mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen dritten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um das sekundäre Maschinenmodul mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; eine Leistungsabnahme, die mit der kinetischen Speichervorrichtung verbindbar ist, um Drehmomentkräfte zum Triebstrang des Fahrzeugs zu liefern; einen vierten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die erste Speichervorrichtung für kinetische Energie mit der Leistungsabnahme zu verbinden; und eine Steuereinheit, die programmiert ist, um auf verschiedene vorbestimmte Eingaben vom Fahrzeug zum Aktivieren oder Deaktivieren der Koppler während des Betriebs des Fahrzeugs zu reagieren; wobei eine erste vorbestimmte Bedingung der Pegel der elektrischen Ladung in der elektrischen Speicherleistungsversorgung ist, wobei bei einer vorbestimmten niedrigen Ladung der Elektromotor von der Speichervorrichtung für kinetische Energie abgekoppelt wird und bei einer vorbestimmten hohen Ladung der Elektromotor mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie gekoppelt wird.
Steuersystem für eine Hybridmaschine für ein Kraftfahrzeug, das umfasst: eine elektrische Speicherleistungsversorgung; eine Motor/Generator-Einheit; ein primäres mit Kraftstoff angetriebenes Maschinenmodul; ein sekundäres mit Kraftstoff angetriebenes Maschinenmodul; eine Speichervorrichtung für kinetische Energie; einen ersten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die Motor/Generator-Einheit mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen zweiten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um das primäre Maschinenmodul mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen dritten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um das sekundäre Maschinenmodul mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; eine Leistungsabnahme, die mit der kinetischen Speichervorrichtung verbindbar ist, um Drehmomentkräfte zum Triebstrang des Fahrzeugs zu liefern; einen vierten steuerbaren Koppler, der aktiviert wird, um die erste Speichervorrichtung für kinetische Energie mit der Leistungsabnahme zu verbinden; eine Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung mit einem Bereich von relativ hohen bis niedrigen Geschwindigkeitsanforderungseinstellungen innerhalb vordefinierter und nebeneinander liegender Geschwindigkeitsanforderungsteilbereiche; eine Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung mit einem Bereich von relativ hohen bis niedrigen Bremsanforderungseinstellungen innerhalb vordefinierter und nebeneinander liegender Bremsanforderungsteilbereiche; und eine Steuereinheit, die programmiert ist, um auf verschiedene vorbestimmte Eingaben vom Fahrzeug zum Steuern der Koppler während des Betriebs des Fahrzeugs zu reagieren; wobei die Steuereinheit zyklisch den Ladungszustand der elektrischen Speicherleistungsversorgung bestimmt, die Einstellungen der Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung und der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung bestimmt; wobei die Steuereinheit auf der Basis zumindest der Bestimmungen bewirkt, dass individuelle der Koppler aktiviert oder deaktiviert werden.
System nach Anspruch 29, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Einstellung der Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung vor dem Bestimmen der Einstellung der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung zu bestimmen.
System nach Anspruch 30, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Einstellung der Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung durch Suchen nach den Einstellungen in den höchsten Geschwindigkeitsanforderungsteilbereichen vor dem Suchen nach Einstellungen in den niedrigeren Geschwindigkeitsanforderungsteilbereichen innerhalb des Bereichs in absteigender Reihenfolge zu bestimmen.
System nach Anspruch 30, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Einstellung der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung zu bestimmen, wenn die Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung auf ihrer niedrigsten Anforderungseinstellung liegt.
System nach Anspruch 32, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Einstellung der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung durch Suchen nach den Einstellungen mit ihren höchsten Bremsanforderungsteilbereichen vor dem Suchen nach Einstellungen mit ihren niedrigeren Bremsanforderungsteilbereichen innerhalb des Bereichs in absteigender Reihenfolge zu bestimmen.
System nach Anspruch 29, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Bestimmung von Einstellungen der Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung und der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung des vorherigen Zyklus als bedingte Entscheidung beim Auswählen von individuellen der Koppler, die aktiviert oder deaktiviert werden sollen, zu vergleichen.
System nach Anspruch 29, wobei die Speichervorrichtung für kinetische Energie ein drehbares Schwungrad ist und die Steuereinheit programmiert ist, um alle steuerbaren Koppler zu deaktivieren, wenn die Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung und die Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung beide innerhalb ihrer niedrigsten Teilbereiche festgelegt sind, um zu ermöglichen, dass sich das Schwungrad frei dreht.
System nach Anspruch 29, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um alle steuerbaren Koppler zu aktivieren, wenn die Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung innerhalb ihres höchsten Teilbereichs festgelegt ist, um maximale Leistung zur Speichervorrichtung für kinetische Energie und zur Leistungsabnahme zu liefern.
Steuersystem für eine Hybridmaschine für ein Kraftfahrzeug, das umfasst: eine elektrische Speicherleistungsversorgung; eine Motor/Generator-Einheit; ein primäres mit Kraftstoff angetriebenes Maschinenmodul; ein sekundäres mit Kraftstoff angetriebenes Maschinenmodul; eine Speicherintegratorvorrichtung für kinetische Energie; einen ersten steuerbaren Koppler, der betätigbar ist, um die Motor/Generator-Einheit mit der Integratorvorrichtung zu verbinden; einen zweiten steuerbaren Koppler, der betätigbar ist, um das primäre Maschinenmodul mit der Speichervorrichtung für kinetische Energie zu verbinden; einen dritten steuerbaren Koppler, der betätigbar ist, um das sekundäre Maschinenmodul mit der Integratorvorrichtung zu verbinden; eine Leistungsabnahme, die mit der Integratorvorrichtung verbindbar ist, um Drehmomentkräfte zum Triebstrang des Fahrzeugs zu liefern; einen vierten steuerbaren Koppler, der betätigbar ist, um die erste Speichervorrichtung für kinetische Energie mit der Leistungsabnahme zu verbinden; eine Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung mit einem Bereich von relativ hohen bis niedrigen Geschwindigkeitsanforderungseinstellungen innerhalb mehrerer vordefinierter und nebeneinander liegender Teilbereiche; eine Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung mit einem Bereich von relativ hohen bis niedrigen Bremsanforderungseinstellungen innerhalb mehrerer vordefinierter und nebeneinander liegender Teilbereiche; und eine Steuereinheit, die programmiert ist, um auf verschiedene vorbestimmte Eingaben vom Fahrzeug zum Steuern der Aktivierung und Deaktivierung der Koppler während des Betriebs des Fahrzeugs zu reagieren; wobei die Steuereinheit zyklisch den Ladungszustand der elektrischen Speicherleistungsversorgung bestimmt, die Einstellungen der Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung und der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung bestimmt; und wobei die Steuereinheit auf der Basis zumindest der Bestimmungen bewirkt, dass individuelle der Koppler aktiviert oder deaktiviert werden.
System nach Anspruch 37, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um auf die bestimmte Einstellung der Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung über ihrem niedrigsten Teilbereich einzuwirken, anstatt die Einstellung der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung zu bestimmen.
System nach Anspruch 38, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Einstellung der Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung durch Suchen nach den höchsten Einstellungen vor dem Suchen nach den niedrigeren Einstellungen innerhalb des Bereichs in absteigender Reihenfolge zu bestimmen.
System nach Anspruch 38, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Einstellung der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung zu bestimmen, wenn sich die Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung auf ihrer niedrigsten Anforderungseinstellung befindet.
System nach Anspruch 40, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Einstellung der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung durch Suchen nach den höchsten Einstellungen vor dem Suchen nach den niedrigeren Einstellungen innerhalb des Bereichs in absteigender Reihenfolge zu bestimmen.
System nach Anspruch 37, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um die Bestimmung von Einstellungen der Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung und der Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung des vorherigen Zyklus als bedingte Entscheidung beim Auswählen von individuellen der Koppler, die aktiviert oder deaktiviert werden sollen, zu vergleichen.
System nach Anspruch 37, wobei die Speichervorrichtung für kinetische Energie ein drehbares Schwungrad ist und die Steuereinheit programmiert ist, um alle steuerbaren Koppler zu deaktivieren, wenn die Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung und die Bremssteuer-Schnittstellenvorrichtung beide innerhalb ihrer niedrigsten Teilbereiche eingestellt sind, um zu ermöglichen, dass sich das Schwungrad frei dreht.
System nach Anspruch 37, wobei die Steuereinheit programmiert ist, um alle steuerbaren Koppler zu aktivieren, wenn die Geschwindigkeitssteuer-Schnittstellenvorrichtung in ihren höchsten Teilbereich eingestellt ist, um maximale Leistung zur Speichervorrichtung für kinetische Energie und zur Leistungsabnahme zu liefern.
System nach Anspruch 37, wobei der zweite, der dritte und der vierte steuerbare Koppler betätigbare Kupplungen sind.