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Die
Erfindung betrifft ein Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 2.
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In
den letzten Jahren wurden verschiedene Hybridfahrzeuge vorgeschlagen,
welche den Geräuschpegel
und den Abgasausstoß herabsetzen können, indem
sie eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung als Antriebsquelle
bei hoher Last und einen Elektromotor als Antriebsquelle bei mittlerer
oder kleiner Last einsetzen.
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Beispielsweise
offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 05-050865
A ein Hybridfahrzeug, bei welchem ein Elektromotor zum Antreiben
des Fahrzeuges in einem Getriebe installiert ist.
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Ferner
offenbaren die japanische Patentschrift 49-29642 B und das japanische
Gebrauchsmuster 50-16340 Y2 ein Hybridfahrzeug, bei welchem ein
Elektromotor in einem Zwischenabschnitt einer Antriebswelle eingeschaltet
ist, die sich zwischen einem an die Brennkraftmaschine angeschlossenen
Getriebe und einem Differential zum Verteilen der Antriebsleistung
auf getriebene Räder
erstreckt.
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Das
in der japanischen Druckschrift JP 05-050865 A offenbarte Hybridfahrzeug
kann nicht direkt ein vorhandenes, für ein mit einer Brennkraftmaschine
als ausschließliche
Antriebsquelle konstruiertes, vorhandenes Getriebe einsetzen, weil
der Elektromotor in das Getriebe eingebaut ist. Es ist daher erforderlich,
die Konstruktion des Getriebes wesentlich zu verändern, so daß großer Kapitaleinsatz erforderlich
ist. Ferner wird die allgemeine Verwendbarkeit des Elektromotors
bei Einbau in das Getriebe durch die Beschränkungen gemindert, die sich
aus der Größe und der
Auslegung des Getriebes ergeben, so daß die Kosten des Elektromotors
selbst erhöht
werden. Darüberhinaus
wird bei diesem Hybridfahrzeug der Elektromotor auch dann mitgedreht, wenn
die Brennkraftmaschine als Antriebsquelle eingesetzt wird, so daß unnötige Energie
durch die Drehung des Elektromotors verbraucht und somit der Brennstoffverbrauch
angehoben wird.
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Bei
den Hybridfahrzeugen nach dem japanischen Patent 49-29642 B und
dem japanischen Gebrauchsmuster 50-1634 Y2 werden nur primäre Antriebsräder angetrieben,
so daß diese
Druckschriften nicht eine Antriebseinheit mit Vierradantrieb eines Hybridfahrzeuges
offenbaren.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile zu vermeiden
und ein Antriebssystem für
ein Hybridfahrzeug vorzusehen, welche direkt ein vorhandenes Getriebe
verwenden kann, wenn das Hybridfahrzeug ausgehend von einem normalen
Kraftfahrzeug mit einer üblichen
Brennkraftmaschine als Antriebsquelle aufgebaut werden soll, wobei
die Antriebseinheit leicht entweder als Zwei- oder als Vierradantrieb
ausgeführt
werden kann, wenn eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung
oder ein Elektromotor als Antriebsquelle gewählt werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2 gelöst.
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Gemäß dem Hauptaspekt
der Erfindung umfaßt
ein Antriebssystem für
ein Hybridfahrzeug eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung;
ein mit der Brennkraftmaschine über
eine Kupplung kuppelbares Getriebe; ein Differential zum Verteilen
der vom Getriebe zu anzutreibenden Rädern zu übertragenden Antriebsleistung;
ein mit dem Differential verbundenes Zwischenachsgetriebe, nachfolgend Transfereinheit
genannt, zum Abzweigen eines Teils der von dem Getriebe zu dem Differential übertragenen
Antriebsleistung und einen Elektromotor zum Antreiben des Differentials über die
Transfereinheit.
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Bei
dieser Antriebseinheit wird das Differential vom Elektromotor direkt über die
an dem Getriebe angeordnete Transfereinheit angetrieben, um das zweirädrig angetriebene
Fahrzeug in ein vierrädrig angetriebenes
Fahrzeug zu verwandeln oder umgekehrt. Somit ist es möglich, eine
Antriebseinheit für ein
zweirädrig
getriebenes Hybridfahrzeug unter direkter Verwendung einer Transfereinheit
und eines Getriebes für
ein vierradgetriebenes Fahrzeug unter Einsatz einer Brennkraftmaschine
mit innerer Verbrennung als exklusive Antriebsquelle herzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt umfaßt
eine Antriebseinheit für
ein Hybridfahrzeug: eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung;
ein mit der Brennkraftmaschine über
eine Kupplung kuppelbares Getriebe; ein Differential zum Verteilen
der von dem Getriebe auf anzutreibende Räder zu übertragenden Antriebsleistung;
einen Transfermontageabschnitt an dem Getriebe zum Anbringen einer
Transfereinheit, welche zur Verbindung mit dem Differential gestaltet ist,
um einen Teil der vom Getriebe zum Differential übertragenen Antriebsleistung
abzuzweigen; und einen an dem Transfermontageabschnitt anbringbaren Elektromotor
zum Antreiben des Differentials.
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Bei
dieser Antriebseinheit ist trotz der an dem Getriebe montierten
Transfereinheit zum Umwandeln von einem zweiradgetriebenen zu einem vierradgetriebenen
Fahrzeug ein Elektromotor am Getriebe anbringbar, um direkt das
Differential anzutreiben. Somit ist es möglich, eine Antriebseinheit
für ein
zweirädrig
getriebenes Hybridfahrzeug unter direkter Verwendung eines Getriebes
für ein
vierrädrig getriebenes
Fahrzeug herzustellen, wobei eine Brennkraftmaschine mit innerer
Verbrennung als exklusive Antriebsquelle einsetzbar ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt umfaßt
eine Antriebseinheit für
ein Hybridfahrzeug eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung:
ein mit der Brennkraftmaschine über
eine Kupplung verbundenes Getriebe; ein primäres Differential zum Verteilen der
von dem Getriebe übertragenen
Antriebsleistung auf erste angetriebene Räder; eine mit dem primären Differential
verbundene Transfereinheit zum Abzweigen eines Teils der vom Getriebe
zum primären
Differential übertragenen
Antriebsleistung; ein Paar Antriebswellenteile die durch Unterteilen
zweier axial ausgerichteter Wellenteile einer Antriebswelle gebildet
sind, um den von der Transfereinheit abgezweigten Teil der Antriebsleistung
zu einem sekundären Differential
zu übertragen
und diesen Teil der Antriebsleistung auf zweite angetriebene Räder zu verteilen; einen
Elektromotor, der zwischen den beiden Antriebswellenteilen angeordnet
ist; und ein Paar Kupplungen, von denen jede einen Elektromotor
mit einem der beiden Antriebswellen kuppeln kann.
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Bei
dieser Antriebseinheit wird die von der Brennkraftmaschine erzeugte
Antriebsleistung auf das Getriebe über die Kupplung zur Untersetzung übertragen.
Dann wird die reduzierte Antriebsleistung auf die ersten Antriebsräder mittels
des primären
Differentials übertragen.
Ferner ist die Transfereinheit mit dem primären Differential verbunden,
um einen Teil der von dem Getriebe zu dem primären Differential gespeisten
Antriebsleistung abzuzweigen. Der abgezweigte Teil der Antriebsleistung
wird von der Transfereinheit zu dem sekundären Differential über die
geteilte Antriebswelle übertragen
und so auf die zweiten Antriebsräder
verteilt. Die Antriebswelle ist in zwei Antriebswellenteile axial
unterteilt, und der Elektromotor ist dazwischen angeordnet. Der
Elektromotor ist mittels Kupplungen mit den Antriebswellenteilen
koppelbar.
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Wenn
die von dem Elektromotor erzeugte Antriebsleistung zu dem sekundären Differential über die
geteilte Antriebswelle übertragen
wird, werden die zweiten anzutreibenden Räder in Drehung versetzt, und
wenn diese Antriebsleistung auf das erste Differential über die
geteilte Antriebswelle und die Transfereinheit übertragen wird, werden die
ersten angetriebenen Räder
in Drehung versetzt.
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Somit
ist es möglich,
einfach eine Antriebseinheit für
ein Hybridfahrzeug herzustellen, welches leicht zwischen Zweiradantrieb
und Vierradantrieb unter direkter Verwendung einer Transfereinheit
und eines Getriebes für
ein vierradgetriebenes Fahrzeug und bei Verwendung einer Brennkraftmaschine
mit innerer Verbrennung als exklusive Antriebsquelle umschalten
kann.
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Die
Erfindung ist im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
mit weiteren Einzelheiten näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer ersten Ausführung eines Hybridfahrzeugs
gemäß der Erfindung;
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2 eine
schematische Ansicht eines Getriebes und einer Transfereinheit des
Hybridfahrzeuges nach 1;
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3 ein
Blockschaltbild eines Steuersystems des Hybridfahrzeugs nach 1;
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4 eine
Tabelle, welche die Funktionen der entsprechenden Baugruppen des
Hybridfahrzeugs nach 1 bei den jeweiligen Betriebsarten auflistet; 5 eine
schematische Ansicht einer zweiten Ausführung eines Hybridfahrzeugs
gemäß der Erfindung;
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6 eine
Tabelle, welche die Funktionen der entsprechenden Baugruppen des
Hybridfahrzeuges nach 5 bei den jeweiligen Betriebsarten
auflistet;
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7 eine
schematische Ansicht eines Getriebes und einer Transfereinheit einer
dritten Ausführung
eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung;
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8 eine
schematische Ansicht eines Getriebes und einer Transfereinheit einer
vierten Ausführung
eines Hybridfahrzeuges gemäß der Erfindung;
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9 eine
schematische Ansicht der Anordnung von Batterien usw. bei einer
fünften
Ausführung eines
Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung;
und
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10 eine
schematische Ansicht, welche die Anordnung von Batterien usw. bei
einer sechsten Ausführung
eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung
darstellt.
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Anhand
der 1 bis 10 seien nun bevorzugte Ausführungen
eines Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung
erläutert.
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Zunächst sei
anhand der 1 bis 4 eine Ausführung eines
Hybridfahrzeugs beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt, hat ein Hybridfahrzeug 100 eine
Brennkraftmaschine 1 an seinem vorderen Ende. Die von der
Maschine erzeugte Antriebsleistung wird über eine elektromagnetische
Kupplung 2 zu einem stufenlosen Getriebe (CVT) 3 übertragen, über welches
die Antriebsleistung gewandelt wird.
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Gemäß 2 wird
die Antriebsleistung zu einer Eingangswelle 5 über einen
Vorwärts-/Rückwärts-Schaltmechanismus 4 des
Getriebes 3 übertragen.
Die zu der Eingangswelle 5 übertragene Antriebsleistung
wird auf eine Eintriebs-Riemenscheibe 6 übertragen,
welche mit der Eingangswelle 5 umläuft, sowie über einen endlosen Riemen 9 zu
einer Abtriebsriemenscheibe 8, welche auf einer Abtriebswelle 7 sitzt.
Das Untersetzungsverhältnis
der Getriebe ist kontinuierlich stufenlos veränderlich, indem kontinuierlich
die Nutenbreite der Eintriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 8 verändert wird,
um so die wirksamen Radien durch Verändern des auf die beiden Riemenscheiben
wirkenden Öldrucks
zu verändern.
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Die
von der Abtriebswelle 7 übertragene Antriebsleistung
wird über
eine Zwischenwelle 10 zu einem Teller- oder Ringzahnrad
eines Frontdifferentials (eines primären Differentials) 11 übertragen.
Das Frontdifferential 11 hat ein Paar Abtriebswellen 13, 14,
die mit einem Paar Radwellen, nämlich
einer rechten und einer linken Radwelle 15, 16,
verkeilt sind. Somit wird die von dem Getriebe 3 übertragene Antriebsleis tung
auf die Radwellen 15, 16 zum Rotieren der Fronträder 17, 18 verteilt.
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Ferner
ist eine Transfereinheit 20 an dem Getriebe 3 an
dessen rückwärtigem Abschnitt
montiert. Die Transfereinheit 20 hat ein Eintriebszahnrad 21,
das direkt mit dem Ringzahnrad 12 des Frontdifferentials 11 kämmt. Somit
wird ein Teil der Antriebsleistung zum Drehen des Frontdifferentials 11 zu
einer Entriebswelle 22 der Transfereinheit 20 und
von dort auf eine Abtriebswelle 24 über ein Kegelradgetriebe 23 und
von dort über
die Abtriebswelle 24 zu einer damit verkeilten Antriebswelle 25 übertragen.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die Antriebswelle 25 in
zwei Teile unterteilt, d.h. gesehen in Fahrtrichtung in einen vorderen
Antriebswellenteil oder Abschnitt 26 und einen hinteren
Antriebswellenteil oder Abschnitt 27. Zwischen diesen Abschnitten 26 und 27 der
Antriebswelle 25 ist ein Untersetzungsgetriebe 28 angeordnet.
Mit dem Untersetzungsgetriebe 28 ist der vordere Abschnitt 26 der
Antriebswelle 25 über eine
erste Kupplung 29 verbunden, während der hintere Abschnitt 27 mit
dem Untersetzungsgetriebe über
eine zweite Kupplung 30 verbunden ist. Linksseitig von
dem hinteren Teilabschnitt 27 der Antriebswelle 25 ist
ein Elektromotor 31 mit dem Untersetzungsgetriebe 28 über eine
dritte Kupplung 32 verbunden.
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Somit
wird die von dem Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung über die
dritte Kupplung 32 zum Untersetzungsgetriebe 28 übertragen.
Vom Untersetzungsgetriebe 28 wird die Antriebsleistung
zum vorderen Teilabschnitt 26 der Antriebswelle 25 über die
erste Kupplung 29 sowie zum hinteren Teilabschnitt 27 der
Antriebswelle 25 über
die zweite Kupplung 30 übertragen.
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Das
Untersetzungsgetriebe 28 vermindert nicht die Relativgeschwindigkeit
zwischen den Abschnitten 26 und 27 der Antriebswelle 25,
so daß diese
Abschnitte 26, 27 direkt miteinander gekuppelt sind,
wenn beide Kupplungen 29 und 30 in Eingriff sind.
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Das
rückwärtige Ende
der Antriebswelle 25 ist mit einem hinteren Differential
(einem sekundären Differential) 33 verbunden.
Die über
den hinteren Abschnitt 27 der Antriebswelle 25 zum
hinteren Differential 33 übertragene Antriebsleistung
wird auf ein Paar Hinterradwellen, d.h. rechte und linke Radwellen 34, 35 zum
Antreiben der Hinterräder 36 und 37 verteilt.
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Wie
in 1 gezeigt, sind um den Elektromotor 31 herum
platzsparend ein Kondensator 38 mit schneller Lade- und
Entladekapazität,
eine Batterie 39 mit Langzeit-Kapazität und ein Unterbrecher 41 zur
elektrischen Verbindung des Kondensators 38 und der Batterie 39 mit
einem Motorregler 40 angeordnet.
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Da
die schweren Baugruppen wie der Kondensator 38, die Batterie 39 und
der Motorregler 40 im Zentralbereich des Hybridfahrzeuges 100 angeordnet
sind, können
nicht nur das Trägheitsmoment um
die Gierachse vermindert sondern auch die Achslast gleichförmig auf
die Vorderachse und die Hinterachse verteilt werden. Da ferner die
Kabellänge
der elektrischen Verkabelung zwischen dem Motorregler 40,
dem Elektromotor 31 und den drei Kupplungen 29, 30, 32 auf
diese Weise kurzgehalten ist, ist nicht nur die Verlegung der elektrischen
Verkabelung einfach, sondern es sind auch die Kabelkosten niedrig. Ferner
kann auch äußeres Rauschen
vom Eindringen in die Verkabelung ferngehalten werden, so daß die Zuverlässigkeit
des Motorreglers 40 erhöht
ist.
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Ferner
ist ein Batterie-Lader 42 mit der Batterie 39 verbunden,
so daß die
Batterie 39 von einer über
einen Stecker 43 anschließbaren externen Stromquelle
geladen werden kann.
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Wie 3 zeigt,
wird das Hybridfahrzeug 100 vollständig von einem Zentralregler 44 kontrolliert.
Der Zentralregler 44 kontrolliert einen Maschinenregler 45 zum
Regeln der Brennkraftmaschine 1; ein CVT-Regler 46 regelt
die Elektromagnetkupplung 2 und das CVT-Getriebe 3,
und der Motorregler 40 regelt über die drei Kupplungen 29, 30 und 32 den Elektromotor 31,
den Unterbrecher 41 und so weiter.
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Der
Zentralregler 44 regelt den Maschinenregler 45,
den CVT-Regler 46 und den Motorregler 40 abhängig von
der Betriebs-art, welche vom Fahrer durch Betätigen des Betriebsart-Umschalters 47 gewählt wird,
um die gewünschte
Betriebsart zu realisieren.
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Der
Zentralregler 44 setzt ein sogenanntes "Antrieb per Kabel"-System ein, welches den Zustand des
vom Fahrer betätigten
Gaspedals oder Bremspedals über
einen Beschleunigungssensor 48 oder einen Bremssensor 49 abtastet,
um die Ausgangsleistung der Maschine basierend auf den Meßergebnissen
zu regeln.
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Gemäß der Tabelle
nach 4 sei nun die Funktion des ersten Ausführungsbeispieles
des Hybridfahrzeuges 100 beschrieben.
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Wenn
hohe Leistung, z.B. bei Hochgeschwindigkeitsfahrt, erforderlich
ist, wird die Betriebsart gewählt,
bei welcher das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben
ist.
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Wenn
die Betriebsart "Vorderradantrieb/Maschine" gewählt ist,
bei der die Vorderräder 17 und 18 von
der Brennkraftmaschine angetrieben werden, wird die Elektro magnetkupplung 2 eingeschaltet
und die beiden Kupplungen 29, 30 werden abgeschaltet. Somit
wird die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung
zum vorderen Differential 11 mittels der Elektromagnetkupplung 2 und
des CVT-Getriebes übertragen,
um die Vorderräder 17 und 18 anzutreiben.
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Bei
dieser Betriebsart wird ein Teil der zum vorderen Differential 11 übertragenen
Antriebsleistung mittels der Transfereinheit 20 abgezweigt,
um den vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 anzutreiben.
Da jedoch die erste Kupplung 29 entkuppelt ist, wird das
Untersetzungsgetriebe 28 durch die Antriebsleistung der
Maschine 1 nicht beaufschlagt. Da ferner auch die zweite
Kupplung 30 entkuppelt ist, wird das Untersetzungsgetriebe 28 nicht
durch die Drehung des zweiten Abschnittes 27 der Antriebswelle 25 aufgrund
der Drehung der Hinterräder 36 und 37 gedreht.
Somit wird bei der Betriebsart "Vorderradantrieb/Maschine" das Untersetzungsgetriebe 28 nicht
gedreht, so daß Energieverlusten
vorgebeugt ist.
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Wenn
die Betriebsart "Vierradantrieb/Maschine", d.h. mit Antrieb
der Vorderräder 17, 18 und der
Hinterräder 36, 37 durch
die Brennkraftmaschine gewählt
wird, werden die Elektromagnetkupplungen 2, 29 und 30 eingeschaltet.
Somit wird die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung
zum vorderen Differential 11 über die Elektromagnetkupplung 2 und
das Getriebe 3 zum Antreiben der Vorderräder 17 und 18 übertragen.
Ferner wird die zum vorderen Differential 11 übertragene
Antriebsleistung zum hinteren Differential 33 mittels der
Transfereinheit 20, des vorderen Abschnitts 26 der
Antriebswelle 25, der ersten Kupplung 29, des
Untersetzungsgetriebes 28, der zweiten Kupplung 30 und
des hinteren Abschnitts 27 der Antriebswelle 25 teilweise übertragen,
um die Hinterräder 36 und 37 anzutreiben.
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Da
die dritte Kupplung 32 entkuppelt ist, wird der Elektromotor 31 nicht
mitgedreht, so daß kein
Energieverlust aufgrund der Drehung des Elektromotors 31 eintritt.
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Wenn
mittlere oder kleine Leistung erforderlich ist, z.B. bei Fahrt des
Fahrzeuges im Stadtgebiet, wird Antrieb mittels des Elektromotors 31 gewählt. In diesem
Fall wird die Brennkraftmaschine 1 gestoppt und die Elektromagnetkupplung 2 entkuppelt,
um die Brennkraftmaschine vom Getriebe 3 abzukoppeln.
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Wenn
eine Betriebsart mit Vorderradantrieb der Fronträder 17 und 18 über den
Elektromotor 31 gewählt
wird, werden die dritte Kupplung 32 und die erste Kupplung 29 eingekuppelt
und die zweite Kupplung 30 ausgekuppelt. Somit wird die
vom Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung zum vorderen
Differential 11 über
die dritte Kupplung 32, das Untersetzungsgetriebe 28,
die erste Kupplung 29, den vorderen Abschnitt 26 der
Antriebswelle 25 und die Transfereinheit 20 übertragen,
um die Vorderräder 17 und 18 anzutreiben.
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Wenn
eine Betriebsart mit Hinterradantrieb über den Elektromotor 31 zum
Antreiben der Hinterräder 36, 37 gewählt wird,
werden die erste Kupplung 29 ausgekuppelt und die zweite
und die dritte Kupplung 30, 32 eingekuppelt. Somit
wird die von dem Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung
zum hinteren Differential 33 über die dritte Kupplung 32,
das Untersetzungsgetriebe 28, die zweite Kupplung 30 und
den hinteren Abschnitt 27 der Antriebswelle 25 übertragen,
um die Hinterräder 36, 37 anzutreiben.
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Wenn
Vierradantrieb mittels des Elektromotors 32 zum Antreiben
sämtlicher
Räder,
d.h. der Vorderräder 17, 18 und
der Hinterräder 36, 37 gewählt wird,
sind alle drei Kupplungen 29, 30, 32 eingerückt. Somit
wird die von dem Elektromotor 31 erzeug te Antriebsleistung
zum vorderen Differential 11 über die dritte Kupplung 32,
das Untersetzungsgetriebe 28, die erste Kupplung 29,
und den vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 und
die Transfereinheit 20 übertragen,
während
die Antriebsleistung zum hinteren Differential 33 über die
zweite Kupplung 30 und den hinteren Abschnitt 27 der
Antriebswelle 25 übertragen
wird, um alle vier Räder 17, 18 und 36, 37 anzutreiben.
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Wenn
maximale Leistung einzusetzen ist, z.B. bei Bergfahrt oder zum schnellen
Beschleunigen, werden die Brennkraftmaschine 1 und der
Elektromotor 31 gleichzeitig als Antriebsquellen eingesetzt.
In diesem Fall werden die Elektromagnetkupplung 2 die erste
und die dritte Kupplung 29, 32 eingerückt, während die
zweite Kupplung 30 ausgerückt ist.
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Somit
wird die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung
zum vorderen Differential 11 über die Elektromagnetkupplung 2 und
das Getriebe 3 übertragen,
während
die vom Elektromotor 31 erzeugte Antriebsleistung zum vorderen
Differential 11 über
die dritte Kupplung 32, das Untersetzungsgetriebe 28,
die erste Kupplung 29 und dem vorderen Abschnitt 26 der
Antriebswelle 25 sowie die Transfereinheit 20 übertragen
wird. Da jedoch die zweite Kupplung 30 ausgerückt ist,
wird die Antriebsleistung nicht zum hinteren Teilabschnitt 27 der
Antriebswelle 25 übertragen,
so daß die
Hinterräder 36, 37 nicht angetrieben
werden.
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Wenn
andererseits eine Betriebsart "Vierradantrieb/Maschine
plus Elektromotor" gewählt wird, wird
die zweite Kupplung 30 zusätzlich eingerückt, so daß die von
der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung und
diejenige des Elektromotors 31 zusätzlich zum hinteren Differential 33 über den
hinteren Teilabschnitt 27 der Antriebswelle 25 übertragen werden,
um die Hinterräder 36, 37 anzutreiben.
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Bei
jeder der oben beschriebenen Betriebsarten wird dann, wenn der Bremssensor 49 eine
Betätigung
des Bremspedals durch den Fahrer fühlt, die Betriebsart automatisch
in eine Betriebsart mit regenerativem Bremsen mittels des Zentralreglers 44 umgeschaltet.
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Wenn
die Betriebsart in diejenige mit regenerativen Bremsen umgeschaltet
wird, wird der Elektromotor 31 entweder mit den Vorderrädern 17, 18 oder den
Hinterrädern 36, 37 über den
vorderen oder hinteren Abschnitt 26 oder 27 der
Antriebswelle 25 verbunden.
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Wenn
z.B. bei der Betriebsart "Vorderradantrieb/Maschine" gemäß der ersten
Zeile der Tabelle in 4 gewählt ist, bei der die erste
und die dritte Kupplung 29, 32 ausgerückt sind,
werden beim Umschalten in die Betriebsart mit regenerativen Bremsen
die erste und die dritte Kupplung 29, 32 eingerückt, so
daß der
Elektromotor 31 aufgrund der Drehung der Vorderräder 17, 18 angetrieben
wird.
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Ferner
wird die bei Vierradantrieb über
die Brennkraftmaschine ausgerückte
Kupplung 32 eingerückt,
wenn die Betriebs-art in regeneratives Bremsen umgeschaltet wird,
so daß der
Elektromotor 31 über
die Vorderräder 17, 18 und
die Hinterräder 36, 37 mitgedreht
wird.
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Jedoch
werden in sämtlichen
Fällen
eines Antriebes mit dem Elektromotor, allein bei Vorderradantrieb,
Hinterradantrieb und Vierradantrieb sowie bei Vorderradantrieb und
Vierradantrieb mittels Brennkraftmaschine plus Elektromotor die
drei Kupplungen 29, 30, 32 nicht umgeschaltet,
weil der Elektromotor 31 in diesen Fällen mit den Vorderrädern 17, 18 und/oder
den Hinterrädern 36, 37 gekuppelt
ist.
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Bei
Betriebsart mit regenerativen Bremsen dient der Elektromotor 31 als
Generator, der durch die Vorderräder 17, 18 und/oder
die Hinterräder 36, 37 angetrieben
ist, und die so erzeugte elektrische Leistung wird im Kondensator 38 gespeichert.
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Wenn
die Betriebsart in diejenige mit regenerativen Bremsen umgeschaltet
wird, können
die erste und die zweite Kupplung 29, 30 eingekuppelt
werden, um den Elektromotor 31 aufgrund der Drehung der Vorderräder 17, 18 und
der Hinterräder 36, 37 anzutreiben.
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Wenn
die Batterie 39 bei Fahrt des Fahrzeuges geladen werden
soll, wird die Betriebsart automatisch von dem Zentralregler 44 in
Ladebetrieb umgeschaltet. In diesem Zustand wird der Elektromotor 31 als
Generator von einem Teil der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine 1 angetrieben.
Die vom Elektromotor 31 erzeugte elektrische Leistung wird zum
Laden der Batterie 39 genutzt.
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Wie
aus der Beschreibung der ersten Ausführung ersichtlich ist wegen
des direkten Kämmens des
Ringzahnrades 12 des vorderen Differentials 11 mit
dem Eintriebszahnrad 21 der Transfereinheit 20 nicht
nur eine Übertragung
der von der Maschine erzeugten Antriebsleistung zur Antriebswelle 25 über die
Transfereinheit 20 zum Antrieb der Hinterräder 36, 37 möglich sondern
auch eine Übertragung
der vom Elektromotor 31 erzeugten Antriebsleistung zum vorderen
Differential 11 über
den vorderen Abschnitt 26 der Antriebswelle 25 und
die Transfereinheit 20, um die Vorderräder 17, 18 anzutreiben.
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Da überdies
das Getriebe 3, an welches die Transfereinheit 20 und
das vordere Differential 11 angebaut sind, direkt bei einem
vierradgetriebenen Fahrzeug mit der Brennkraftmaschine 1 als
exklusiver Antriebsquelle eingesetzt werden kann, ist es möglich, das
Hybridfahrzeug 100 zu sehr niedrigen Kosten aus einem vierradgetriebenen
Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1 als alleinigem
Antrieb aufzurüsten.
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Während bei
der ersten Ausführung
die Transfereinheit 20 des Hybridfahrzeuges 100 als
ein ausschließlich
für einen
sogenannten "Lock-up"-Vierradantrieb eingesetzt
wird, bei welchem die Eintriebswelle 22 direkt mit der
Antriebswelle 23 gekuppelt ist, ist die Erfindung darauf
nicht beschränkt,
und es können
jegliche Bauarten von Transfereinheiten verwendet werden, sofern
diese nur die Antriebslei-stung von der Antriebswelle 25 auf
das vordere Differential 11 übertragen können. Beispielsweise kann eine
Visko-Kupplung, eine hydraulische Lamellenkupplung oder dergleichen
zwischen der Eintriebswelle 22 und der Antriebswelle 23 vorgesehen sein.
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Anhand
der 5 und 6 sei nun eine zweite Ausführung eines
Hybridfahrzeugs 200 beschrieben.
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In
dieser Ausführung
stimmt das Hybridfahrzeug 200 bis auf die Anordnung der
Komponenten um den Elektromotor mit derjenigen des Hybridfahrzeugs 100 überein.
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Ein
Elektromotor 50 ist koaxial mit der Antriebswelle 25 angeordnet.
Der Elektromotor 50 ist mit dem vorderen Abschnitt 26 der
Antriebswelle 25 über
eine erste Kupplung 51 und mit dem hinteren Abschnitt 27 über eine
zweite Kupplung 52 kuppelbar. Der Elektromotor 50 hat
hier kein Untersetzungsgetriebe.
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Gemäß der Tabelle
nach 6 wird das Hybridfahrzeug 200 grundsätzlich in
gleicher Weise wie das Hybridfahrzeug 100 betrieben. In
diesem Fall wird der Elektromotor 50 der Betriebsart "Vierradantrieb/Maschine" mitgedreht, wodurch
ein Ener gieverlust folgt. Da das Hybridfahrzeug 200 jedoch
kein Untersetzungsgetriebe 28 und auch nicht die dritte Kupplung 32 hat,
kann es im Vergleich zum Hybridfahrzeug 100 bei der ersten
Ausführung
leichter ausgeführt
werden.
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Anhand
der 7 sei die dritte Ausführung eines Hybridfahrzeuges 300 gemäß der Erfindung beschrieben.
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Das
Hybridfahrzeug 300 stellt ein zweirädrig angetriebenes Fahrzeug
dar, bei dem die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte
Antriebsleistung zum Getriebe 3 über die Elektromagnetkupplung 2 übertragen
wird. Die von dem Getriebe 3 gewandelte Antriebsleistung
wird zum Differential 11 zur Verteilung auf Radwellen 15 und 16 zum
Treiben von Antriebsrädern
(nicht gezeigt) aufgeteilt.
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Eine
Transfereinheit 60 ist an dem Getriebe 3 angebaut.
Die Transfereinheit 60 hat ein Eintriebszahnrad 61,
das direkt mit dem Ringzahnrad 12 des Differentials 11 kämmt. Zwischen
dem Eintriebszahnrad 61 und einer Eintriebswelle 62 ist
eine Kupplung 63 angeordnet. Die Kupplung 63 dient
zum Umschalten der Betriebsart von Zweiradantrieb auf Vierradantrieb
und umgekehrt, wenn die Transfereinheit 60 an einem Getriebe
für ein
vierradgetriebenes Fahrzeug angebaut ist. Wenn die Kupplung 63 eingerückt ist, wird
ein Teil der Antriebsleistung, die vom Getriebe 3 zum Differential 11 übertragen
wird, in die Eintriebswelle 62 abgezweigt.
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Die
Eintriebswelle 62 ist mit einer Abtriebswelle 65 über ein
Kegelradgetriebe 64 verbunden, und eine Abtriebswelle 67 eines
Elektromotors 66 ist mit der Abtriebswelle 65 verkeilt.
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Wenn
das Fahrzeug nur unter Einsatz der Brennkraftmaschine 1 als
Antriebsquelle fährt,
ist die Kupplung 63 der Transfereinheit 60 ausgerückt, so daß das Differential 11 vom
Elektromotor 66 abgekoppelt ist. Dann wird der Mitlauf
des Elektromotors 66 gestoppt, so daß ein dadurch erzeugter Energieverlust
bei Fahrt des Fahrzeuges mit Antrieb durch die Brennkraftmaschine
vermieden ist.
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Wenn
das Fahrzeug mit dem Elektromotor 66 als Antriebsquelle
läuft,
ist die Kupplung 2 ausgerückt, um das Getriebe 3 von
der Brennkraftmaschine abzukoppeln, und die Kupplung 63 der
Transfereinheit 60 ist eingerückt. Somit wird die vom Elektromotor 66 erzeugte
Antriebsleistung auf das Ringzahnrad 12 des Differentials 11 übertragen,
um das Paar Radwellen 15, 16 anzutreiben.
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Bei
der Betriebsart mit regenerativem Bremsen ist die Kupplung 63 der
Transfereinheit 60 eingerückt, so daß der Elektromotor 66 vom
Differential 11 angetrieben wird. In diesem Fall dient
der Elektromotor 66 als Generator; die erzeugte elektrische
Energie wird zum Laden der Batterie (nicht gezeigt) genutzt.
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Da
das Hybridfahrzeug 300 bei der dritten Ausführung direkt
die Transfereinheit 60 und das Getriebe 3 für ein exklusiv
durch eine Brennkraftmaschine angetriebenes Vierradantrieb-Fahrzeug
einsetzt, das zu einem zweirädrig
angetriebenen Hybridfahrzeug unter Verwendung des Elektromotors
und der Brennkraftmaschine als Antriebsquellen umgerüstet ist,
kann das Hybridfahrzeug 300 zu niedrigen Kosten hergestellt
werden.
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Da
ferner der Elektromotor 66 außerhalb des Getriebes montiert
ist, ergeben sich keine Einschränkungen
aufgrund des Getriebes 3. Es kann daher ein billiger Elektromotor
mit großem
Anwendungsbereich ausgewählt
werden, so daß das
Hy bridfahrzeug 300 zu niedrigen Kosten hergestellt werden
kann.
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Unter
Bezugnahme auf 8 sei nun eine vierte Ausführungsform
eines Hybridfahrzeuges 400 beschrieben.
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Dieses
Hybridfahrzeug 400 ist ein zweirädrig getriebenes Fahrzeug,
wenn die von der Brennkraftmaschine 1 erzeugte Antriebsleistung
zum Getriebe 3 über
die Elektromagnetkupplung 2 übertragen wird und die vom
Getriebe 3 gewandelte Antriebsleistung zum Differential 11 zum
Antreiben des Paares Antriebsräder 15, 16 übertragen
wird.
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Zusätzlich hat
das Getriebe 3 einen Transfermontageabschnitt 3a,
an dem eine Transfereinheit zum Aufrüsten eines zweirädrig getriebenen
Fahrzeuges in ein vierrädrig
getriebenes Fahrzeug angebracht werden kann. An dem Transfermontageabschnitt 3a des
Getriebes 3 ist ein Gehäuse 70 anstelle
einer Transfereinheit montiert. In dem Gehäuse 70 sind ein Elektromotor 71 und
eine Kupplung 73 zwischen dem Motorgehäuse und der Abtriebswelle 72 des
Elektromotors 71 eingebaut. Ein Abtriebsritzel 74 auf
der Abtriebswelle 72 kämmt
direkt mit dem Ringzahnrad oder Tellerrad 12 des Differentials 11.
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Somit
wird die vom Elektromotor 71 erzeugte Antriebsleistung
zum Differential 11 über
das Abtriebsritzel 74 zum Antreiben des Paares Radwellen 15, 16 übertragen,
um so die Antriebsräder
zu drehen (nicht gezeigt).
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Wenn
das Fahrzeug nur mit Einsatz der Brennkraftmaschine 1 als
Antriebsquelle fährt,
ist die Kupplung 73 ausgerückt und somit das Differential 11 vom
Elektromotor 71 abgekoppelt. Wenn das Fahrzeug allein durch
die Brennkraftmaschine angetrieben fährt, läuft der Elektromotor 71 nicht
mit, so daß auch
kein Energieverlust hierdurch erzeugt wird.
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In
der Betriebsart mit regenerativen Bremsen ist die Kupplung 73 eingerückt, und
der Elektromotor 71 wird über das Differential 11 angetrieben.
Dann dient der Elektromotor 71 als Generator, und die erzeugte
elektrische Leistung wird zum Laden einer Batterie (nicht gezeigt)
genutzt.
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Bei
der vierten Ausführung
ist die Konstruktion außerordentlich
einfach, weil das Differential 11 direkt von dem Elektromotor 71 angetrieben
wird. Da ferner der Elektromotor 71 am Transfermontageabschnitt
des Getriebes 3 im Gehäuse 70 eingebaut
angebracht ist, kann das vorhandene Getriebe 3 direkt verwendet
werden, so daß das
Hybridfahrzeug 400 zu geringen Kosten hergestellt werden
kann.
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Anhand
der 9 sei nun eine fünfte Ausführung des Hybridfahrzeuges 500 gemäß der Erfindung
beschrieben.
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Bei
diesem Hybridfahrzeug 500 sind die Anordnung von Kondensator 38 und
Batterie 39 gegenüber
der ersten Ausführung
vertauscht.
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Bei
dem Hybridfahrzeug 500 sind ein Kondensator und eine Batterie
zum Speisen elektrischen Stromes in einer Packung 80 integriert
untergebracht derart, daß diese
Baugruppen auf der rechten und auf der linken Seite des Elektromotors 31 liegen.
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Da
somit die schwere Batterie und der Kondensator auf den mittleren
Bereich der Fahrzeugkarosserie konzentriert sind, läßt sich
nicht nur das Trägheitsmoment
in Gierrichtung des Hybridfahrzeuges 500 vermindern sondern
auch eine zweckmäßige Verteilung
der Achslast auf die Vorder- und die Hinterachse erreichen. Da auf
diese Weise auch die Länge
der elektrischen Verkabelung zwischen Batterie und Kondensator klein
ist, kann die Verkabelung einfach ausgeführt werden, wobei der Kostenanteil für die Kabel
niedrig liegt. Da der Kondensator und die Batterie nach Art einer
Packung vorliegen, können
sie einfach an der Fahrzeugkarosserie befestigt werden.
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Unter
Bezugnahme auf 10 sei nun eine sechste Ausführung eines
Hybridfahrzeuges 600 beschrieben.
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Das
Hybridfahrzeug 600 stellt eine Verbesserung des Hybridfahrzeuges 500 im
Sinne der vorher beschriebenen fünften
Ausführung
dar.
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Bei
diesem Hybridfahrzeug 600 sind die Batterie und der Kondensator
zum Speisen elektrischen Stroms zum Elektromotor 31 sowie
ein Motorregler zum Regeln des Elektromotors 31 usw. in
einer Packung 90 integriert.
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Da
somit die schwere Batterie und der Kondensator im zentralen Bereich
der Fahrzeugkarosserie konzentriert sind, wird nicht nur das Trägheitsmoment
in Gierrichtung des Hybridfahrzeugs 600 vermindert sondern
auch eine zweckmäßige Achslastverteilung
auf die Vorderachse und die Hinterachse erzielt. Da die Kabellänge der
elektrischen Verkabelung zwischen Batterie und Kondensator klein
ist, kann die Verkabelung leicht durchgeführt werden, und die Kosten
für Elektrokabel
sind niedrig.
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Da
ferner der Motorregler zum Regeln der Funktionen des Elektromotors 31 usw.
so dicht am Elektromotor, der Batterie, dem Kondensator usw. angeordnet
ist, ist es möglich,
die erforderliche Kabellänge
zum elektrischen Verbinden dieser Baugruppen klein zu halten. Somit
können
Rauschsignale an einem Eindringen von außen in die elektrische Verkabelung
gehindert werden, so daß die
Zuverlässigkeit
der Regelfunktionen des Motorreglers gewährleistet ist.
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Während bevorzugte
Ausführungsbeispiele eines
Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung
beschrieben worden sind, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, und
es sind zahlreiche Modifikationen denkbar.
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Während z.B.
bei den oben beschriebenen Ausführungen
das Hybridfahrzeug als Frontantriebsfahrzeug mit der Brennkraftmaschine 1 im
Frontbereich der Fahrzeugkarosserie beschrieben worden ist, kann
die Erfindung auch auf ein Hybridfahrzeug basierend auf einem hinterradgetriebenen
Fahrzeug angewendet werden, bei dem die Brennkraftmaschine im hinteren
Abschnitt der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.
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Wie
oben beschrieben, ist mit der Erfindung ermöglicht, direkt ein Getriebe,
eine Transfereinheit usw. eines Kraftfahrzeuges mit Brennkraftmaschine mit
innerer Verbrennung als exklusive Antriebsquelle einzusetzen, um
dann die Antriebseinheit für
ein Hybridfahrzeug "aufzurüsten". Es ist daher nicht
erforderlich, erneut Getriebe, Transfereinheiten usw. zu konzipieren,
so daß der
Zwang zu großem
Kapitaleinsatz und Kostenerhöhung
entfällt,
was wiederum zu außerordentlich
geringen Herstellkosten eines Hybridfahrzeuges gemäß der Erfindung
führt.
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Da
ferner bei der Antriebseinheit des Hybridfahrzeuges gemäß der Erfindung
der Elektromotor separat vom Getriebe montiert ist, ist die Auswahl des
Elektromotors nicht durch Größe, Auslegung usw.
des Getriebes beschränkt.
Somit kann ein billiger Hochleistungs-Elektromotor mit großem Anwendungsbereich
eingesetzt werden.
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Wenn
ferner bei einer Antriebseinheit des Hybridfahrzeuges nach der Erfindung
entweder die Brennkraftmaschine oder der Elektromotor als Antriebsquelle
gewählt
werden, kann die Betriebsart zwischen Zweiradantrieb und Vierradantrieb
leicht umgeschaltet werden. Somit kann die optimale Antriebsweise
bezüglich
der Fahrbedingungen frei ausgewählt
werden, so daß die
Fahrleistungen des Hybridfahrzeuges maximal ausgeschöpft werden
können.
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Da
bei der Antriebseinheit des Hybridfahrzeuges nach der Erfindung
schwere Baugruppen wie eine Batterie und ein Elektromotor auf den
Zentralbereich der Fahrzeugkarosserie konzentriert werden können, kann
nicht nur das Gier-Trägheitsmoment vermindert
werden sondern auch eine günstige Achslastaufteilung
auf die Vorderachse und auf die Hinterachse erreicht werden.
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Da
schließlich
der Motorregler zum Regeln des Elektromotors nahe beim Elektromotor,
der Batterie usw. angeordnet werden kann, kann die Länge der
elektrischen Verkabelung zum Verbinden dieser Baugruppen kurz gehalten
werden. Somit ist es möglich,
externes Rauschen von einem Eindringen in die elektrische Verkabelung
fernzuhalten, wodurch die Zuverlässigkeit
des Reglers beim Regeln des Elektromotors erhöht wird.