DE4102882A1 - Antriebseinrichtung eines fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung eines Fahrzeuges. Üblicherweise kommt in einem Fahrzeug ein Antriebsstrang zur Anwendung, bestehend aus einer Brennkraftmaschine mit Klauen- bzw. Synchronschaltgetriebe und dazwi­ schen angeordneter Kupplung. Die Nebenaggregate wie Lüfter, Wasserpumpe, Lichtmaschine, Kompressor etc. werden üblicherweise direkt vom Motor aus über Zahn- oder Keilriemen angetrieben. Es ist aber auch schon bekannt, die Nebenag­ gregate hydrostatisch anzutreiben.

Herkömmlichen Antriebssträngen wie vorerwähnt haftet der Nachteil einer ge­ wissen Umweltbelastung aufgrund ihrer Schadstoffemission sowie in der Regel eines zu hohen Kraftstoffverbrauches an. Verschiedentlich wurden auch schon Bemühungen unternommen, diese Probleme mit Bremsenenergierückgewin­ nungseinrichtungen und Hybridantrieben in den Griff zubekommen. Die bekann­ ten Lösungen konnten bislang jedoch nicht voll befriedigen. So ist beispielsweise in der DE-Fachzeitschrift "Garage + Transport, 9403 Goldach, Nr. 7/1988, Seiten 24 bis 26" ein Experimentalfahrzeug von VW offenbart, das einen Einwellen- Hybridantrieb besitzt. Letzterer besteht aus einem Verbrennungsmotor und je nachfolgend einer Kupplung, einer gleichzeitig als Schwungscheibe dienenden sowie als Motor bzw. als Generator betreibbaren Elektromaschine, einer weite­ ren Kupplung und einem herkömmlichen Klauen- bzw. Synchronschaltgetriebe. Hierbei erfolgt die Stillegung der Brennkraftmaschine beim Fahrzeughalt. Ein An­ fahren des Fahrzeugs erfolgt mit der motorisch betriebenen Elektromaschine ge­ folgt von einer späteren Wiederanlassung des Verbrennungsmotors bei weiterer Beschleunigung durch die Schließung der zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine gegebenen Kupplung. Falls nach dem Anfahren nur eine Wei­ terfahrt mit geringer Geschwindigkeit bzw. geringem Leistungsbedarf notwen­ dig ist, so wird dies ausschließlich mit der motorisch betriebenen Elektromaschine realisiert, wobei während der Getriebeschaltungen die zweite zwischen Elektro­ maschine und Getriebe gegebene Kupplung geöffnet wird. Dieser bekannte Hy­ bridantrieb erweist sich jedoch aufgrund seiner Konfiguration insofern als nach­ teilig, als die Elektromaschine im Antriebsstrag stets verlusterzeugend mitge­ schleppt werden muß. Außerdem erschwert die als Teil der Elektromaschine fun­ gierende Schwungscheibe aufgrund ihrer Trägheit die einzelnen Gangschaltun­ gen. Darüber hinaus erscheint der gesamte Hybridantrieb als sehr aufwendige und wegen der Linienanordnung der Aggregate sehr lang bauende Konstrukti­ on, für die in vielen Einsatzfällen kein Einbauraum vorhanden ist.

Alternativ zu diesem Experimentalfahrzeug von VW ist von Audi ein anderes Ex­ perimentalfahrzeug, der "Audi-Duo" bekannt geworden, bei dem der Verbren­ nungsmotor mit Kupplung und herkömmlichem Klauen- bzw. Synchronschaltge­ triebe auf die eine Achse des Fahrzeugs und eine Elektromaschine direkt auf die andere Achse des Fahrzeugs wirkt. Auch diese Lösung hat verschiedene Nachteile. Die elektromotorisch angetriebene Achse bewirkt bei abgeschaltetem Elektro­ motor und Antrieb der anderen Achse über den Verbrennungsmotor ständig Schleppverluste. Dadurch, daß beide Achsen Antriebsachsen sind und daher ge­ triebetechnisch entsprechend ausgelegt werden müssen, ergibt sich ein erhöhter Bauaufwand. Beim rein elektromotorischen Betrieb des Fahrzeugs ergibt sich auf­ grund der Charakteristik des verwendeten Elektromotors eine relativ geringe Zugkraft, die aus Sicht praktischer Einsatzfälle kaum befriedigen kann. Außer­ dem ist keine Bremsenergierückgewinnung während des Brennkraftmaschinen­ betriebes bei abgeschaltetem Elektromotor möglich. Schließlich ist auch keine Wiederanlassung der z. B. bei einem Fahrzeughalt abgestellten Verbrennungsma­ schine durch die Elektromaschine möglich.

Ein anderes Hybrid-Konzept wird bei der Lösung nach der DE-OS 23 45 018 ver­ folgt. Der dortige Hybridantrieb eines Fahrzeuges, z. B. Oberleitungsbus, besteht aus einem Wärmemotor und einem Elektromotor, die wahlweise oder gemein­ sam über ein Getriebe auf einen Achsantriebsstrang wirken. Als Getriebe ist ein Automatikgetriebe mit einem hydrokinetischen Wandler vorgesehen. Die beiden Motoren sind mit dem Getriebe über eine spezielle Transmissionsvorrichtung kuppelbar, die räumlich vor dem Getriebe angeordnet ist und aus einem mehr oder weniger komplizierten Getriebezug mit Kupplung bzw. Bremseinrichtung besteht. Der Einbau dieser Transmissionseinrichtung in den Bereich zwischen Wärmekraftmaschine und Getriebe führt ersichtlicherweise zu einer relativ lan­ gen Bauweise, für die nicht in jedem Fahrzeug Platz vorhanden ist. Außerdem ist mit der besagten Transmission ein relativ hoher Getriebekonstruktionsaufwand verbunden. Des weiteren sind Automatikgetriebe auch nicht für jeden Einsatzfall geeignet, so daß diese Lösung in verschiedenen Fahrzeugen von vornherein aus­ scheidet.

Die Nebenaggregate sind bei diesen Experimentalfahrzeugen offensichtlich in üblicher Weise, also direkt mechanisch von der Brennkraftmaschine aus angetrie­ ben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, die auf einem herkömmlichen Antriebsstrang der eingangs genannten Art basierend mit geringstmöglichem Aufwand an Um- bzw. Ausbaumaßnahmen einen vorteilhaften Anschluß und Betrieb der Nebenaggregate und einer etwai­ ge vorhandenen Arbeitshydraulik sowie gegebenenfalls einer Elektromaschine und/oder eines Energiespeicherschwungrades zum Erhalt eines Hybridantriebes mit Bremsenergierückgewinnung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebseinrichtung mit der im Anspruch 1 angegebenen Merkmalskombination gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. kombinatorische Weiterbildungen dieser Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Um das erfindungsgemäße Ziel zu erreichen, genügt es, einen herkömmlichen Antriebsstrang mit Wärmekraftmaschine und Klauen- bzw. Synchronschaltgetrie­ be und dazwischen angeordneter Kupplung zu verwenden und eine Transmission vorzusehen, die mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist, aber schon ohnehin getriebeintern vorhandene Getriebeglieder einschließt und nur durch einfache, extern des Getriebes gegebene Teile - im Minimum ein Gehäuse mit einer Achse und einem Zahnrad darauf - ergänzt werden muß. An diese externen Transmissionsteile, vorzugsweise die besagte Achse, können dann problemlos eine wenigstens eine Pumpe aufweisende Druckölfördereinrichtung, die Teil einer hydrostatischen Antriebseinrichtung für die Nebenaggregate ist, und jeder­ zeit auch eine Elektromaschine und/oder ein Energiespeicherschwungrad ange­ schlossen werden. In letzterem Fall wäre somit auf einfache Weise ein Hybridan­ trieb realisierbar, der einen alternativen oder gemeinsamen Antrieb des Fahr­ zeugs, aber auch der Nebenaggregate und die Versorgung einer Arbeitshydraulik mit Drucköl durch die Wärmekraftmaschine und die Elektromaschine sowie eine Bremsenergierückgewinnung mittels letzterer oder des Energiespeicherschwung­ rades ermöglicht. In Verbindung mit den zugehörigen Steuer- und Regelorganen läßt sich somit ein bestens an die verschiedensten Fahrsituationen angepaßter Fahrbetrieb realisieren. Ein solcher Hybridantrieb läßt zudem die verschiedensten Ausbaustufen im Hinblick auf eine Teil- oder Vollautomatisierung des Fahrbetrie­ bes zu. So ist es bei einer Teilautomatisierung denkbar, daß im Fahrzeug auf das bisherige Kupplungspedal und die zugehörige Hebelage verzichtet werden kann für den Fall, daß der Kupplung ein entsprechendes elektrohydraulisches bzw. elektropneumatisches Schaltorgan zugeordnet wird, das den Befehlen einer dann vorzusehenden Steuereinrichtung gehorcht. Ebenso kann in dieser und einer weiteren Ausbaustufe auch auf den herkömmlichen Gangschalthebel und die zugehörige Hebelage verzichtet werden. Die einzelnen Gänge des Getriebes werden dann über elektrohydraulische oder elektropneumatische Stellorgane geschaltet, deren Betätigung ebenfalls von der besagten Steuereinrichtung aus­ gelöst wird. Anstelle des herkömmlichen Gangschalthebels kann dann ein einfa­ ches Vorwahlorgan mit Stellungen für Vorwärtsbetrieb, Neutral und Rückwärts­ betrieb verwendet werden. Auf diese Weise läßt sich mit verhältnismäßig einfa­ chen Mitteln und geringem Kostenaufwand ein Fahrzeug mit Hybridantrieb schaffen, das höchsten Anforderungen genügt. Im Stadtbetrieb oder in Zonen mit hohem Fußgängeranteil läßt sich das Fahrzeug allein über den Elektromotor betreiben, die Zuschaltung der Wärmekraftmaschine ist durch Anlassung dersel­ ben über den Elektromotor jederzeit möglich. In weniger emissionsgefährdeten Gebieten, z. B. auf Landstraßen und Autobahnen, ist das Fahrzeug allein mit der Wärmekraftmaschine betreibbar. Bei Bremsungen kann die anfallende Brems­ energie über die dann als Generator arbeitende Elektromaschine in elektrische, in der Batterie abzuspeichernde Energie und/oder durch Antrieb des Schwungra­ des, z. B. über eine schleifende Kupplung, in potentielle Speicherenergie umge­ wandelt werden. Mit Vorteil läßt sich auch die Synchronisierung der Gänge im Getriebe beim Schalten über die entsprechend im Plus-Minus-Verfahren dreh­ zahlgeregelte Elektromaschine bewerkstelligen.

Aufgrund der einfachen Anschlußmöglichkeit einer oder mehrerer Pumpen am externen Teil der Transmission sind dem Anwender hinsichtlich der weiteren Aus­ gestaltung des hydrostatischen Antriebs für die Nebenaggregate praktisch keine Grenzen gesetzt. Sowohl die Ausgestaltung des Systems als auch die Anordnung der Nebenaggregate ist äußerst variabel möglich. Dies trifft in gleicher Weise für den Fall zu, falls es sich bei dem Fahrzeug beispielsweise um ein Müllsammelfahr­ zeug, einen Kipperlastwagen, einen Lastkraftwagen mit Hubplattform, ein Feuer­ wehrfahrzeug mit ausfahrbarer Leiter usw., also ein Fahrzeug handelt, das eine Arbeitshydraulik zum Heben, Senken, Pressen, Bewegen der betreffenden Ar­ beitsgerätschaft aufweist. Die Arbeitshydraulik kann dann entweder über ein als Nebenaggregat mechanisch wie die anderen Nebenaggregate von einem Hydro­ statmotor her angetriebenes Pumpenaggregat oder aus der zum Hydrostatmotor führenden Druckölzuleitung mit Druckmittel versorgt werden.

Im Fall des Hybridantriebes läßt sich die Antriebsenergie für den Antrieb der Ne­ benaggregate und der Arbeitshydraulik auch allein von der Elektromaschine be­ reitstellen, was erheblich zur Schadstoffausstoßminderung während des Zeitrau­ mes der Betätigung der zugehörigen Arbeitsgerätschaft beiträgt.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus dem Inhalt der nachfolgenden Beschreibung. Nachstehend ist die Erfindung anhand mehrerer in Fig. 1 bis 8 der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläu­ tert. In den Figuren sind des besseren Verständnisses wegen gleiche bzw. einan­ der entsprechende Teile mit gleichem Bezugszeichen angezogen.

Die Antriebseinrichtung des Fahrzeuges basiert auf einem Antriebsstrang, der eine Wärmekraftmaschine 1, ein Klauen- bzw. Synchronschaltgetriebe 2 und da­ zwischen eine Kupplung KM umfaßt. Diese Antriebsstrangkomponenten sind vorzugsweise unmittelbar ohne Zwischenschaltung weiterer Teile in Reihe zu­ sammengebaut.

Bei der Wärmekraftmaschine 1 kann es sich um einen Diesel- oder Ottomotor, einen Heißgas- oder Stirlingmotor, eine Gasturbine oder dergleichen handeln. Das Klauen- bzw. Synchronschaltgetriebe 2 (nachfolgend nur Getriebe genannt) hat den für eine solche Getriebeart üblichen Aufbau, der jedoch je nach Anzahl der zu schaltenden Gänge unterschiedlich sein kann. Für Pkw′s beispielsweise kommen regelmäßig Getriebe mit vier, fünf oder sechs Vorwärtsgängen und ei­ nem Rückwärtsgang (dieser Fall ist in der Zeichnung dargestellt) zur Anwendung, während bei Nutzfahrzeugen in der Regel Getriebe mit einer höheren Anzahl von schaltbaren Gängen, auch solche mit Splitgangschaltungen zur Anwendung kommen.

Die Kupplung KM ist einerseits mit der Welle 6 der Wärmekraftmaschine 1, ande­ rerseits mit der Eingangswelle 7 des Getriebes 2 verbunden. Auf der in das Gehäu­ se 8 des Getriebes 2 hineinführenden Eingangswelle 7 sitzt ein Ritzel 9, das vor­ zugsweise der Übersetzung des höchsten schaltbaren Ganges (6. Gang) zugehört und über eine schaltbare Synchronklauenkupplung 10 mit der zur Eingangswelle 7 axial fluchtenden Ausgangswelle 11 des Getriebes 2 in bzw. außer Wirkverbin­ dung bringbar ist. Auf der Ausgangswelle 11 sind innerhalb des Gehäuses 8 je­ weils frei drehbar die den Übersetzungen der restlichen Gänge (1. bis 5. Gang) einschließlich eines Rückwärtsganges (R) zugehörigen Ritzel 12, 13, 14, 15, 16, 17 angeordnet, die ebenfalls über die Synchronklauenkupplung 10 bzw. weitere schaltbare Synchronklauenkupplungen 18, 19, 20 in bzw. außer Wirkverbindung mit der Ausgangswelle 11 bringbar sind. Jedes der Ritzel 9 und 12 bis 16, jenes (17) für den Rückwärtsgang über ein weiteres Untersetzungsritzel 21, kämmt mit einem die jeweilige Übersetzung im jeweiligen Gang festlegenden auf, einer achsparallelen Nebenwelle 22 des Getriebes 2 sitzenden Ritzel 23 (mit 9), 24 (mit 12), 25 (mit 13), 26 (mit 14), 27 (mit 15), 28 (mit 16) und 29 (über 21 mit 17). An der Ausgangswelle 11 des Getriebes 2 ist ein zur anzutreibenden Achse 34 des Fahr­ zeugs führender Triebwellenstrang 35 angeschlossen.

Die Antriebseinrichtung umfaßt in Kombination mit dem vorerwähnten Antriebs­ strang 1, KM, 2 eine mit der Eingangswelle 7 des Getriebes 2 verbundene Trans­ mission, die einerseits getriebe (2)-intern ohnehin vorhandene Teile einschließt und andererseits extern des Getriebes 2 gegebene Teile umfaßt.

Die besagte Transmission ist vorzugsweise durch das auf der Eingangswelle 7 sit­ zende Ritzel 9 und das mit diesem kämmende, auf der Nebenwelle 22 sitzende Ritzel 23 (getriebeinterne Teile) und des weiteren durch wenigstens ein weiteres, außerhalb des Getriebes 2 in einem am Gehäuse 8 des letzteren angeflanschten Gehäuses 30 auf einer darin gelagerten Achse 31 sitzendes Ritzel 32 gebildet. Falls andere Übersetzungsverhältnisse notwendig sind, können anstelle des einzigen Ritzels 32 auch zwei oder mehrere miteinander kämmende Ritzel, gegebenenfalls auch einen Winkelabtrieb bildend, den externen Teil der Transmission bilden.

Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Kombinationsmerkmal ist am exter­ nen Teil der besagten Transmission wenigstens eine Pumpe P bzw. P1, P2 einer Druckölfördereinrichtung DFA, die Teile einer hydrostatischen bzw. hydrostatisch­ mechanischen Antriebseinrichtung für Nebenaggregate NA und eine gegebe­ nenfalls vorhandene Arbeitshydraulik AH ist, und gegebenenfalls eine Elektro­ maschine 4 und/oder ein Energiespeicherschwungrad ESR angeschlossen.

Vorzugsweise ist die Pumpe P (siehe Fig. 1 bis 4) bzw. sind die Pumpen P1, P2 (sie­ he Fig. 8) der Druckölfördereinrichtung DFA außerhalb des Gehäuses 30 am einen Ende der Welle 31 angeschlossen. An deren anderem Ende kann dann (wie aus Fig. 2, 3 und 4 ersichtlich) direkt, oder wie dargestellt über eine Triebwelle 33, die Elektromaschine 4 und/oder (wie aus Fig. 2 ersichtlich) das Energiespeicher­ schwungrad ESR angeschlossen werden.

Fig. 1 zeigt den einfachsten Fall der erfindungsgemäßen Lösung mit dem besag­ ten Antriebsstrang 1, KM, 2, der Transmission 9, 23, 32, 31 und einem bedarfsopti­ mierten Antrieb von Nebenaggregaten NA.

Bei diesen Nebenaggregaten NA handelt es sich - wie aus Fig. 5 ersichtlich - um die Batterie B, den letztere speisenden Generator G, ein fahrzeuginternes Druck­ luftsystem DS, den/die zur Versorgung des letzteren dienende(n) Druckluftvor­ ratsbehälter DV, den letztere(n) speisenden Kompressor K, ein Kühleraggregat C, den zugehörigen Lüfter L, eine im Kühlmittelkreislauf der Wärmekraftmaschine 1 wirkende Kühlmittel(Wasser)-Pumpe W, einen zu dessen Regelung dienenden Thermostat Th. Falls nicht die Lösung gemäß Fig. 3 oder 4 angewandt wird, käme als Teil der Nebenaggregate NA (wie aus Fig. 6 ersichtlich) auch eine Arbeitshy­ draulik AH sowie die diese mit Drucköl versorgende(n) Pumpe(n) P_AH in Frage. Eine solche Arbeitshydraulik AH kommt zum Beispiel in einem Müllsammelfahr­ zeug, Kipper-Lastkraftwagen, Lastkraftwagen mit Hubplattform oder anderen Hubverladeeinrichtungen, Feuerwehrfahrzeug mit ausfahrbarer Leiter usw., also einem Fahrzeug zur Anwendung, das diese Arbeitshydraulik AH mit zugehöri­ gem Pumpenaggregat P_AH für Heben, Senken, Pressen und dergleichen benötigt. Ein weiteres Nebenaggregat kann ein Klimakompressor sein, sofern das Fahrzeug über eine Klimaanlage verfügt.

Die Nebenaggregate NA sind (wie aus Fig. 5, 6, 7 ersichtlich) mechanisch von ei­ nem einzigen Hydrostatmotor HM ausgehend antreibbar, und zwar jeweils ein­ zeln oder gruppenweise über entsprechende mechanische Verbindungen bzw. Transmissionen, welche z. B. durch Riementriebe 71, 72, 73, 74 (Fig. 5) und 75 (Fig. 6), gegebenenfalls - wie dargestellt - unter Zwischenschaltung einer Nebenwelle 76. Dabei sind zumindest einige der Nebenaggregate NA durch schaltbare Kupplungen K_A, K_L in bzw. außer Wirkverbindung mit dem hydrostat­ motorseitigen Antriebsstrang bringbar und abhängig von einer Regelung nach Bedarf zu- und abschaltbar bzw. an- und abkoppelbar.

Der Hydrostatmotor HM wird von der hinsichtlich Förderdruck und/oder -volumen regelbaren Druckölversorgungseinrichtung DFA mit einem durch die/deren Pumpe(n) P bzw. P1, P2 aus einem Vorratstank 77 geförderten Drucköl gespeist.

In den Fällen gemäß Fig. 1 bis 4 weist die Druckölfördereinrichtung DFA eine stu­ fenlos verstellbare Pumpe P beispielsweise der Axialkolbenbauart auf, deren För­ derstrom Q über eine Druckölzuleitung 78 dem Hydrostatmotor HM - diesen an­ treibend - zugeführt wird und dann in eine ausgangs des letzteren angeschlosse­ ne Druckölrücklaufleitung 79 gelangt. Dabei kann der Hydrostatmotor HM, um kurzfristigen Überlastungen desselben bei extrem hohem Leistungsbedarf der angetriebenen Nebenaggregate NA vorzubeugen, durch eine dessen eingangs­ seitige Druckölzuleitung 78 und die ausgangsseitige Druckölrücklaufleitung 79 verbindende Bypaß-Leitung 80 mit Druckbegrenzungs- und/oder Kurzschlußven­ til 81 überbrückt sein. Die Druckölrücklaufleitung 79 mündet an ihrem Ende über einen Filter 82 gehend wieder in den Vorratstank 77 aus.

Anstelle der verstellbaren Pumpe P kann die Druckölfördereinrichtung DFA aber auch (wie aus Fig. 8 ersichtlich) zwei Konstantpumpen P1, P2 aufweisen, deren Förderströme Q1, Q2 hinsichtlich Druck und Volumen geregelt über Leitungswe­ ge 78/1, 78/2, 78, 83, 84, 85 alternativ oder gemeinsam entweder über den Hy­ drostatmotor HM - diesen dann antreibend - oder unter Umgehung des letzteren - falls dieser nicht angetrieben werden soll - in die Druckölrücklaufleitung 79 ein­ leitbar sind. Die beiden Konstantpumpen P1, P2 können auf eine unterschiedliche Förderleistung Q₁, Q₂, z. B. Q₁ = Q₂/2 ausgelegt sein.

Grundsätzlich ist die Gesamt-Förderleistung Q = Q₁+Q₂ der beiden Konstant­ pumpen P1, P2 ebenso wie die Maximalförderleistung der Pumpe P gemäß Fig. 1 bis 4 auf den gleichzeitigen durchschnittlichen Leistungsbedarf aller vom Hydro­ statmotor HM anzutreibenden Nebenaggregate NA zuzüglich einer gewissen Lei­ stungsreserve ausgelegt.

Die Förderströme Q1, Q2 der beiden Konstantpumpen P1, P2 werden über aus­ gangs jeweils anschließende Druckleitungszweige 78/1, 78/2 mit eingebauten, nur in Förderrichtung durchlässigen Rückschlagventilen 86, 87 und die anschließende gemeinsame Druckölzuleitung 78 dem Hydrostatmotor HM und von diesem oder über die jeweils vom strömungsmäßig vor einem Rückschlagventil 86, 87 gegebe­ nen Teil eines Druckleitungszweiges 78/1, 78/2 abzweigenden Druckleitungszwei­ ge 83, 84, die mittels zweier Magnetventile oder (wie in Fig. 8 dargestellt) eines 4/2-Wege-Magnetventiles 88 (Fig. 8), das vier Schaltstellungen einnehmen kann, beide oder alternativ absperrbar sowie alternativ oder gemeinsam auf Durchlaß schaltbar sind, der ausgangs des Hydrostatmotors HM anschließenden Drucköl- Rückaufleitung 79 zugeführt. Wenn sich das 4/2-Wege-Magnetventil 88 in einer Schaltstellung befindet, in der beide Druckleitungszweige 83, 84 durchgeschaltet sind, dann erhält der Hydrostatmotor HM kein Drucköl zugeführt, die beiden För­ derströme Q1 und Q2 werden unter Umgehung des letzteren direkt in die Druckölrücklaufleitung 79 eingeleitet. Wenn dagegen das 4/2-Wege­ Magnetventil 88 sich in einer Schaltstellung befindet, in der die Leitung 84 abge­ sperrt, die Leitung 83 dagegen offen ist, dann wird nur der Förderstrom Q1 der Konstantpumpe P1 direkt der Druckölrücklaufleitung 79 zugeführt, wohingegen der Hydrostatmotor HM, um die Nebenaggregate NA des Fahrzeuges mit ent­ sprechender Leistung antreiben zu können, mit dem Förderstrom Q2 der Kon­ stantpumpe P2 gespeist wird, der dann ausgangs des Hydrostatmotors HM eben­ falls in die Druckölrücklaufleitung 79 eingespeist wird. Wenn dagegen das 4/2-Wege-Magnetventil 88 sich in einer Schaltstellung befindet, in der die Leitung 83 abgesperrt, die Leitung 84 dagegen offen ist, dann wird nur der Förderstrom Q2 der Konstantpumpe P2 direkt der Druckölrücklaufleitung 79 zugeführt, wohinge­ gen der Hydrostatmotor HM, um die Nebenaggregate NA des Fahrzeugs mit ent­ sprechend niedrigerer Leistung antreiben zu können, nur mit dem Förderstrom Q1 der Konstantpumpe P1 gespeist wird, der dann ausgangs des Hydrostatmotors HM ebenfalls in die Druckölrücklaufleitung 79 eingespeist wird. Wenn dagegen beide Druckleitungszweige 83, 84 durch das in entsprechende Schaltstellung ge­ schaltete 4/2-Wege-Magnetventil 88 abgesperrt sind, dann werden beide Förder­ ströme Q1, Q2 zusammen dem Hydrostatmotor HM für Antrieb der Nebenaggre­ gate NA mit maximaler Leistung und dann ausgangs des letzteren der Drucköl­ rückaufleitung 79 zugeführt.

Der vorbeschriebene Antrieb der Nebenaggregate NA eignet sich auch hervorra­ gend zu einer günstigen Druckölversorgung der Servolenkung des Fahrzeuges, wobei diese unter Verzicht auf eine bisher notwendige Lenkhilfepumpe durch leitungsmäßige An- bzw. Einbindung von deren Organen in die ausgangs des Hy­ drostatmotors HM gegebene Druckölrücklaufleitung 79 erfolgt. Dieser Fall ist im Detail in Fig. 7 dagestellt und in Fig. 8 nur angedeutet. Dies bedeutet, unabhän­ gig von der jeweiligen Ausgestaltung der Druckversorgungseinrichtung DFA er­ halten die leitungsmäßig an der Druckölrücklaufleitung 79 an- bzw. in diese ein­ gebundenen Organe 90 (Strombegrenzungsventil), 91 (Druckbegrenzungsventil), Vi (lenkradseitig betätigbares Lenkventil), L_B1 und L_B2 (Lenkbegrenzungsventile) der Servolenkung SL immer den Druckölförderstrom Q zu deren Betrieb zuge­ führt. In Verbindung mit der Drossel 93 ist dabei durch das Strombegrenzungs­ ventil 90 der Servolenkung SL der für die Lenkhilfe jeweils notwendige Druckmit­ telstrom einstellbar, überschüssiges Drucköl wird über den Leitungszweig 92/8 zum Vorratstank 77 rückgeleitet. Mittels des Druckbegrenzungsventils 91 der Servolenkung SL wird der für die jeweilige Lenkhilfe maximal zulässige Druck ein­ gestellt, abgesteuertes Drucköl wird über den Leitungszweig 92/1 unter Durch­ strömung des Ölfilters 82 zum Vorratstank 77 rückgeleitet. Mittels des Lenkven­ tils V_L der Servolenkung SL ist in je einer der beiden von der mittleren Kurzschluß­ bzw. Umlaufstellung verschiedenen Schaltstellungen Drucköl aus der Leitung 92 über Leitungszweig 92/2 bzw. 92/3 je einem der beiden Druckräume 94 bzw. 95 des Arbeitszylinders 96 der Servolenkung SL zuführbar, während der andere der beiden Druckräume 95 bzw. 94 über den jeweiligen Leitungszweig 92/3 bzw. 92/2 und den Leitungszweig 92/4 ausgangs des Lenkventils V_L, der in den Leitungs­ zweig 92/1 einmündet, entlastbar bzw. entladbar ist, so daß mittels des im Ar­ beitszylinder 96 wirkenden, die Druckräume 94, 95 voneinander trennenden Kol­ bens 97 über die daran angeschlossene Kolbenstange auf die Lenkung des Kraft­ fahrzeuges hydraulisch unterstützend eingewirkt werden kann. Die beiden, ein­ gangsseitig über je einen Leitungszweig 92/5 bzw. 92/6 an je einem der beiden Leitungszweige 92/2 bzw. 92/3 und ausgangsseitig über einen gemeinsamen Ent­ lastungsleitungszweig 92/7 angeschlossenen, je eine Absperrstellung und eine Durchlaßstellung ermöglichenden Lenkbegrenzungsventile L_B1 bzw. L_B2 bewir­ ken, wenn in Durchlaßstellung geschaltet, eine Entlastung des jeweils angeschlos­ senen Leitungszweiges 92/2 bzw. 93/3 und damit eine Beendigung eines hydrauli­ schen Lenkunterstützungsvorganges in der einen oder anderen Richtung.

Auf die vorbeschriebene Weise ist eine optimale Druckölversorgung der Servo­ lenkung SL sichergestellt.

Um darüber hinaus auch einen bedarfsoptimierten Betrieb der Nebenaggregate NA zu erzielen, ist eine entsprechende Lastzu- bzw. Lastabschaltung bzw. ein ge­ regelter Betrieb oder eine An- und Abkopplung derselben vom hydrostatmotori­ schen Triebstrang anzustreben.

So ist es beispielsweise (wie aus Fig. 5 bis 7 ersichtlich) möglich, im Antriebsstrang 71, 76, 72 des Lüfters Leine schaltbare Kupplung K_L vorzusehen, mit der der Lüf­ ter L nur bei entsprechendem Bedarf an den Antriebsstrang anschließbar, anson­ sten jedoch von letzteren abgekoppelt ist. Die Kühlmittelpumpe W kann hinsicht­ lich ihres Fördervolumens durch einen thermostatischen Regelkreis oder durch mechanische Vorkehrungen im Antriebsstrang geregelt werden. Der Druckluft- Kompressor K kann mittels eines Schaltventiles 98 durch Umschaltung des letzte­ ren auf Ablaß in Atmosphäre mit Minimalförderleistung betrieben oder durch Vorsehen einer schaltbaren Kupplung von seinem Antriebsstrang 71, 76, 74 ge­ trennt werden. Ebenso kann der die Batterie B speisende Generator G über eine Schalteinrichtung 99 abgeschaltet oder mittels einer schaltbaren Kupplung von seinem Antriebsstrang 71, 76, 74 getrennt werden. Die Pumpe(n) P_AH gemäß Fig. 6, 7 ist/sind durch schaltbare Kupplung(en) K_A vom Antriebsstrang 71, 76, 75 trennbar bzw. nur bei Bedarf an diesem anschließbar oder es ist/sind die Saugsei­ te(n) und Druckseite(n) derselben kurzschließbar. In gleicher Weise wäre auch ein Klima-Kompressor (falls eine Klimaanlage vorhanden ist) zu- bzw. abschaltbar bzw. an- und abkoppelbar.

Zur Regelung des dem Hydrostatmotor HM und gegebenenfalls der Servolen­ kung SL zuführbaren Druckölstromes Q durch entsprechende Schaltung des Ma­ gentventiles 88 bzw. anstelle dessen tretender Magnetventile sowie zur Erzielung eines bedarfsoptimierten Betriebes der anzutreibenden Nebenaggregate NA ist vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit 100 vorgesehen, die einen Mikro­ prozessor, Daten- und Programmspeicher sowie eine entsprechende Ein- und Ausgabeperipherie aufweist und auf der Basis eingespeicherter Werte bzw. Kennfelddaten anhand sensormäßig erfaßter und zugeführter Istwertdaten wie np (Eingangsdrehzahl der Pumpenwelle = Drehzahl Achse 31), P_Q1, P_Q2 (Druck der Volumenströme in Leitungszweigen 78/1,83 bzw. 78/2, 84), P_S(Steuerdruck Servolenkung SL), P_Q (Gesamtdruck des Volumenstromes in Leitung 78), PE (Druck des Volumenstromes in der Druckölrücklaufleitung 79), A_Bat (Ladungszustand Batterie B), P_L (Druck im Druckluftvorratsbehälter DV), T_W (Temperatur im Kühl­ mittelkreislauf der Wärmekraftmaschine 1), P_A (Arbeitsdruck für Arbeitshydrau­ lik AH) und dergleichen mehr (soweit notwendig für Regelung), die notwendigen Regelmaßnahmen errechnet und entsprechende Regel- bzw. Schaltbefehle an die angeschlossenen Organe bzw. Aggregate ausgibt. Dabei kann gegebenenfalls durch eine Prioritätenregelung hinsichtlich der Notwendigkeit zu betreibender Nebenaggregate NA ein schleppverlustarmer Antrieb derselben erreicht werden.

Anstelle der Druckölversorgung der Arbeitshydraulik AH durch Antrieb eines Pumpenaggregates PAH mechanisch vom Hydrostatmotor HM aus (gemäß Fig. 6 und 7) kann auch eine in den Fig. 3 und 4 aufgezeigte Lösung verwendet sein. Hierbei ist zur Druckölversorgung der Arbeitshydraulik AH des Fahrzeugs in die von der Druckölversorgungseinrichtung DFA ausgehende und zum Hydrostatmo­ tor HM führende Druckölzuleitung 78 ein 3/3-Wege-Magnetventil 101 eingebaut. Dabei ist in dessen erster Schaltstellung nur die Druckölzuleitung 78 auf Durchlaß geschaltet, während in dessen zweiter Schaltstellung die Druckölzuleitung 78 auf Durchlaß geschaltet und ventilintern an letzter eine zur Arbeitshydraulik AH füh­ rende Druckölzuleitung 102 angeschlossen ist, sowie in dessen dritter Schaltstel­ lung die Druckölzuleitung 78 zum Hydrostatmotor HM hin abgesperrt und ventil­ intern an der Druckölzuleitung 102 angeschlossen ist. In eine mit der Druckölrück­ laufleitung 79 verbundene Druckölrückleitung 103 der Arbeitshydraulik AH ist eine regelbare Drossel 104 eingebaut. Diese ist durch eine mit dem nach dem 3/3-Wege-Magnetventil 101 gegebenen Teil der Druckölzuleitung 78 verbundene Bypaß-Leitung 105 mit zu letzterer hin durchlässigem Rückschlagventil 106 um­ gehbar.

Ferner ist eine elektronische Steuereinrichtung 107 vorgesehen, die den Betrieb der Arbeitshydraulik AH, die Schaltung des 3/3-Wege-Magnetventils 101 sowie die Einstellung der Drossel 104 steuert und außerdem mit der Steuereinheit 100 für den Betrieb der Nebenaggregate NA in Kommunikationsverbindung steht.

Die Steuereinrichtung 107 arbeitet auf Befehle hin, die vom Fahrer oder einer Be­ dienungsperson mittels eines Befehlsgebers 108 in sie eingeleitet werden. Es be­ steht grundsätzlich die Möglichkeit, daß die Steuereinrichtung 107 auch Aufga­ ben der Steuereinheit 100 übernimmt oder beide Steuer- und Regeleinheiten 100, 107 in einer einzigen elektronischen Steuereinheit zusammengefaßt sind, die deren Regel- und Steuerfunktionen in sich vereinigt erfüllt.

Unabhängig von der Art des hydrostatischen Antriebs der Nebenaggregate NA, der Druckölversorgungseinrichtung DFA und der Druckölversorgung einer Ar­ beitshydraulik (soweit letztere vorhanden) kann der Antriebsstrang 1, KM, 2 in Verbindung mit der Transmission 9, 23, 32, 31 auch zu einem Hybridantrieb mit Bremsenergierückgewinnung ausgebaut werden. Dabei wird die als Motor oder als Generator betreibbare Elektromaschine 4 mit ihrer Welle 5 direkt oder über eine Triebwelle 33 mit dem Getriebe (2)-externen Teil der Transmission 9, 23, 32, 31 verbunden, insbesondere an der Achse 31 angeschlossen. Die Elektromaschi­ ne 4 steht mit einer Batterie 3 in Verbindung, die in diesem Fall nicht Teil der Ne­ benaggregate NA des Fahrzeuges ist, demzufolge auch nicht am Triebstrang des Hydrostatmotors HM hängt. In den Triebstrang 33 zur Elektromaschine 4 und/oder dem anstelle letzterer bzw. zusätzlich hierzu vorhandenen Energiespei­ cherschwungrad ESR ist eine schaltbare Kupplung KE und/oder ein torsionsdämp­ fendes Glied und/oder eine momentenbegrenzende Kupplung eingebaut. Zwi­ schen dem Energiespeicherschwungrad ESR (falls vorhanden) und der Elektroma­ schine 4 ist ebenfalls eine schaltbare Kupplung KS eingebaut. Bei letzterer kann es sich um eine hydrodynamische Kupplung mit einstellbarem Kraftübertra­ gungsgrad handeln. Dies begünstigt die Verwendung des Energiespeicher­ schwungrades ESR insofern, weil dieses bei oder nach einem Fahrzeugstop nach Abschalten der Wärmekraftmaschine 1 durch die Elektromaschine 4 beschleunigt werden kann und dann diese Energie zum Anwerfen der Wärmekraftmaschine 1 herangezogen werden kann.

Hierdurch ist ein Betrieb des Fahrzeugs alternativ oder gemeinsam durch Wärme­ kraftmaschine 1 und Elektromaschine 4 möglich, gleiches gilt für den Antrieb der Nebenaggregate NA und der Arbeitshydraulik AH.

Mit 37 ist eine Regeleinrichtung bezeichnet, die den Betrieb der Elektromaschi­ ne 4 hinsichtlich Abschalten und Anlassen sowie Drehzahleinstellung für Motor­ und Generatorbetrieb und insbesondere auch für eine Synchronisierung des Ge­ triebes 2 während der Gangschaltung und aufgrund der vom Fahrer mit Fahrpe­ dal und Bremspedal ausgelösten Vorgaben entsprechend regelt.

In Fig. 2 ist der Hybridantrieb in einer Ausbaustufe gezeigt, die im Vergleich zu einem herkömmlichen Fahrzeug einen geringstmöglichen Umbauaufwand des­ selben erfordert. Mit 38 ist ein Kupplungspedal bezeichnet, bei dessen Betäti­ gung die Kupplung KM über ein Gestänge 39 betätigbar und von einem Sensor 40 über Leitung 57 der Regeleinrichtung 37 ein entsprechendes Signal zuführbar ist. Mit 41 ist ein Fahrpedal bezeichnet, dessen Betätigung von einem Sensor 42 erfaßt und als elektrisches Signal über Leitung 43 einer vorzugsweise elektroni­ schen Betriebsregeleinrichtung 44 der Wärmekraftmaschine 1 sowie über Leitung 45 der Regeleinrichtung 37 zugeführt wird. Mit 46 ist ein Bremspedal bezeichnet, bei dessen von einem Sensor 47 erfaßter Betätigung ein entsprechendes Signal über Leitung 48 der Betriebssteuereinrichtung 44 und über eine Leitung 49 der Regeleinrichtung 37 zugeführt wird. Mit 50 ist der Gangschalthebel bezeichnet, mit dem über ein Gestänge 51 die einzelnen Gänge des Getriebes 2 schaltbar sind. Zur Erfassung jeder Gangschaltung ist dem Gangschalthebel 50 ein Schaltsignal­ geber 54 zugeordnet, der die jeweilige Schalthebelbetätigung in ein repräsenta­ tives elektrisches Signal umsetzt, welches über Leitung 55 der Regeleinrichtung 37 und über Leitung 56 der Betriebssteuereinrichtung 44 zugeführt wird. Mit 52 ist ein Betriebsartenwahlschalter bezeichnet, der drei Stellungen einnehmen kann, nämlich M = Wärmekraftmaschinenbetrieb, ME = Wärmekraftmaschinen­ und Elektromaschinenbetrieb, E = Elektromaschinenbetrieb, welche Einstellun­ gen von einem Stellungsgeber 53 über Leitung 70 der Betriebssteuereinrichtung 44 und über Leitung 61 der Regeleinrichtung 37 signalisiert werden. Die Regel­ einrichtung erhält außerdem Signale n_M (= Wärmekraftmaschinendrehzahl), n₁ (= Drehzahl Eingangswelle 7), n₂ (= Drehzahl Ausgangswelle 11), n_E (Dreh­ zahl Elektromaschinenwelle 5), U (= Spannung Batterie 3), t (Gasungstempera­ tur Batterie 3). Außerdem übernimmt die Regeleinrichtung 37 das Betätigen der Kupplung KE und gegebenenfalls KS.

Aufgrund dieser Einrichtungen lassen sich folgende Betriebsweisen des Fahr­ zeugs realisieren:

• 1. Betriebsartenwahlschalter 52 in Stellung M: Nur die Wärmekraftmaschine 1 sorgt für einen Vortrieb des Fahrzeugs, welche Betriebsart vorzugsweise au­ ßerhalb von Ortschaften, auf Landstraßen und Autobahnen bzw. in nicht bzw. weniger emissionsgefährdeten Gebieten anzuwenden ist. Die Elektro­ maschine 4 wird dabei, solang ein Laden der Batterie 3 erforderlich ist, über den Getriebezug 7, 9, 23, 32, 31, 33, als Generator betrieben, dann abgeschal­ tet und durch Öffnung der Kupplung KE von besagtem Antriebsstrang ge­ trennt.
• 2. Betriebsartenwahlschalter 52 in Stellung ME: Die Wärmekraftmaschine 1 und die als Motor betriebene Elektromaschine 4 sorgen gemeinsam für einen Vor­ trieb des Fahrzeugs, welche Betriebsart insbesondere zum Anfahren und Be­ schleunigen unter erschwerten Bedingungen, z. B. am Berg oder in schwieri­ gem Gelände, anzuwenden ist.
• 3. Betriebsartenwahlschalter 52 in Stellung E: Die als Motor betriebene Elektro­ maschine 4 sorgt allein für den Vortrieb des Fahrzeugs. Diese Betriebsart ist insbesondere in innerörtlichen, emissionsgefährdeten Bereichen anzuwen­ den.

In allen Stellungen des Betriebsartenwahlschalters 52 wird die Elektromaschine 4 außerdem bei jedem Schaltvorgang des Getriebes 2 von der Regeleinrichtung 37 im Plus/Minus-Verfahren derart drehzahlgeregelt, daß im Getriebe 2 eine Syn­ chronisierung zwischen Eingangs- und Ausgangswelle 7 bzw. 11 im Sinne kürzest­ möglicher Gangwechsel erfolgt. Darüber hinaus wird unabhängig von der Stel­ lung des Betriebsartenwahlschalters 52 beim Bremsen des Fahrzeuges die Elek­ tromaschine 4 als Generator geschaltet betrieben und/oder das Energiespeicher­ schwungrad ESR durch Schließen der Kupplung KS zugeschaltet, um die über das Getriebe 2 und den Triebstrang 32, 31, 33 zugeführte Bremsenergie in Ladeener­ gie für die Batterie 3 bzw. das Energiespeicherschwungrad ESR umzusetzen.

Der Fahrer hat mithin bei der Lösung gemäß Fig. 2 die volle Befehlsgewalt über die jeweilige Betriebsart M, ME oder E. Diese Befehlsgewalt ist ihm auch bei der Lösung gemäß Fig. 3 an die Hand gegeben, jedoch stellt diese Ausführungsvari­ ante eine höhere Ausbaustufe für teilautomatisierten Betrieb des Hybridantrie­ bes dar. In dieser Ausführungsform entfallen gegenüber der Lösung gemäß Fig. 2 das Kupplungspedal 38 samt zugehörigem Gestänge 39, Sensor 40 und Leitung 57 sowie der herkömmliche Schalthebel 50 samt zugehörigem Gestänge 51, Sensor 54 und Leitungen 55, 56. Der Ganghebel 50 ist ersetzt durch ein Vorwahlorgan 58, das vom Fahrer in die Stellungen V für Vorwärtsfahrt, N für Neutralstellung und R für Rückwartsfahrt gebracht werden kann. Zur Betriebssteuerung des Fahr­ zeugs ist in diesem Fall ein fahrzeuginterner Bordcomputer 59 vorgesehen, der die Einrichtung 44 gemäß Fig. 2 ersetzt und den üblichen Aufbau mit Ein- und Ausgabeeinheiten, Daten- und Programmspeichern sowie Microprozessor auf­ weist. In den Datenspeichern des Bordcomputers 59 sind Kennfelddaten der Wär­ mekraftmaschine 1 sowie Betriebsdaten der Elektromaschine 4 sowohl für Motor als auch Generatorbetrieb eingespeichert. Dem Bordcomputer 59 werden eine Reihe von Ist-Werten zur programmäßigen Verarbeitung zugeführt, von denen nur die im vorliegenden Fall interessierenden näher dargestellt sind. Es sind dies die Drehzahlen n_M der Wärmekraftmaschinenwelle 6, die Drehzahl n₁ der Getrie­ beeingangswelle 7, die Drehzahl n₂ der Getriebeausgangswelle 11, die Drehzahl n_E der Elektromaschinenwelle 5 und ein Rückmeldesignal von der Regeleinrich­ tung 37. Aufgrund der programmäßigen Verarbeitung dieser Ist-Zustände im Vergleich mit den eingespeicherten Daten werden vom Bordcomputer 59 ent­ sprechende Signale an die angeschlossenen Aggregate ausgegeben, nämlich EP für die Wärmekraftmaschinen-Steuerung, KM für die elektrohydraulische oder elektropneumatische Betätigung der Kupplung KM, KE für die elektrische oder elektro-pneumatische oder elektro-hydraulische Betätigung der Kupplung KE, ferner Signale für die Schaltung der einzelnen Gänge des Getriebes 2 mittels elek­ trohydraulischer oder elektropneumatischer Stellorgane, sowie für den Betrieb der Regeleinrichtung 37, welch letztere in diesem Fall ausschließlich für die Dreh­ zahlregelung der Elektromaschine 4 und/oder des Energiespeicherschwungrades ESR sowie für den Lade- und Entladebetrieb der Batterie 3 und/oder des Energie­ speicherschwungrades ESR dient. Der Bordcomputer 59 erhält außerdem vom Sensor 42 die Betätigung und Stellung des Fahrpedals 41, vom Sensor 47 die Betä­ tigung des Bremspedals 46, von einem Stellungsgeber 60 die Einstellung des Vor­ wahlschalters 58 und vom Stellungsgeber 53 die Einstellung des Betriebsarten­ wahlschalters 52 signalisiert.

Aus Sicht des Fahrers bedeutet die Lösung gemaß Fig. 3, daß für ihn das Schalten der Kupplung KM und das Schalten der Gänge des Getriebes 2 hinfällig wird, denn die Betätigung dieser Organe sowie der Kupplung KE und gegebenenfalls KS wird vom Bordcomputer 59 aus gesteuert. Der Fahrer hat im Fall gemäß Fig. 3 lediglich die Fahrtrichtung mit dem Vorwahlschalter 52 vorzuwählen den Be­ triebsartenwahlschalter 58 in entsprechende Stellung zu bringen und dann den Fahrbetrieb über das Fahrpedal 41 und das Bremspedal 46 vorzusteuern. Die Re­ gelung des Fahrbetriebes übernimmt der Bordcomputer 59 durch Ausgabe ent­ sprechender Befehle an die Wärmekraftmaschine 1, die Elektromaschine 4 so­ wohl für Motor- als auch Generatorbetrieb und gegebenenfalls das Energiespei­ cherschwungrad ESR über die Regeleinrichtung 37, die Stellorgane der Kupplun­ gen KE, KM und gegebenenfalls KS sowie die Stellorgane zur Schaltung der Gän­ ge des Getriebes 2. Aufgrund der programmäßigen Steuerung durch den Bord­ computer 59 ergibt sich ersichtlicherweise gegenüber der Lösung von Fig. 2 eine wesentlich besser auf den Fahrbetrieb und dessen jeweilige Erfordernisse abge­ stimmte Einflußnahme auf die einzelnen Komponenten des Hybridantriebes. Die Funktionsweise der Wärmekraftmaschine 1 und/oder der Elektromaschine 4 und/oder des Energiespeicherschwungrades ESR in den einzelnen vorgewählten Stellungen M, ME, E des Betriebsartenwahlschalters 52 ist in diesem Zusammen­ hang gleich wie in Verbindung mit Fig. 2 bereits beschrieben.

Es besteht demgegenüber auch die Möglichkeit, in einer höchsten Ausbaustufe gemäß Fig. 4 einen vollautomatisierten Betrieb des Fahrzeugs mit einem solchen Hybridantriebssystem zu erreichen. Es entfällt dann auch die Vorwahlnotwendig­ keit des Fahrers hinsichtlich der Betriebsarten M, EM, E und damit auch der dies­ bezügliche Betriebsartenwahlschalter 52. Das Betriebsmanagement der Wärme­ kraftmaschine 1 und der Elektromaschine 4 sowohl im Motor als auch im Genera­ torbetrieb, des Energiespeicherschwungrades ESR (falls vorhanden), der Kupplun­ gen KE, KM und gegebenenfalls KS sowie der Schaltung der Gänge des Getriebes 2 erfolgt vollautomatisch in bestmöglicher Abstimmung aufeinander durch den Bordcomputer 59, der aufgrund dieses höchstmöglichen Automatisierungsgrades mit einer größeren Anzahl von Daten und auch entsprechend anderen Rechen­ progammen als jener gemäß Fig. 3 ausgestattet ist. Der Fahrer hat in diesem Fall nur noch die Vorwahlmöglichkeit der Fahrtrichtung mittels des Vorwahlschalters 58 und eine Einflußnahmemöglichkeit auf den Fahrbetrieb über das Fahrpedal 41 und das Bremspedal 46, das weitere regelt der Bordcomputer 59 im Sinne eines fahrsituationsspezifischen Wechselspiels zwischen Wärmemaschinenbetrieb und/oder Elektromaschinenbetrieb, Getriebe- und Kupplungsschaltungen, Nutz­ bremsung mit Bremsenergierückgewinnung, Maschinenabschaltung und - Wiederanlassung (Wärmekraftmaschinenanwerfen über motorisch betriebene Elektromaschine 4) sowie Ladung der Batterie 3 bzw. des Energiespeicher­ schwungrades ESR auch im Wärmekraftmaschinenbetrieb mit im Ergebnis mini­ malen Emissions- oder Verbrauchswerten seitens der Wärmekraftmaschine 1.

Aufgrund dieses extrem hohen Automatisierungsgrades ist es auch erforderlich, daß der Bordcomputer 59 gemäß Fig. 4 mit einer größeren Anzahl unterschied­ lichster Ist-Wert-Daten gespeist wird, die ihm einen besseren Rückschluß auf den Betrieb der Wärmekraftmaschine 1 und den erforderlichen Leistungsbedarf am Antriebsstrang des Fahrzeugs ermöglichen.

Aufgrund der ihm zugeführten Daten initiiert der Bordcomputer einen gemein­ samen Betrieb der Wärmekraftmaschine 1 und der Elektromaschine 4 als Motor, gegebenenfalls auch eine Entladung des Energiespeicherschwungrades ESR in unteren Getriebegängen dann, wenn dies zum Anfahren und Beschleunigen oder zur Langsamfahrt in schwierigem Gelände notwendig ist. Ein Wechsel auf alleini­ gen motorischen Betrieb der Elektromaschine 4 ebenfalls in unteren Gängen des Getriebes 2 wird bei Erreichen einer bestimmten unteren Fahrgeschwindigkeits­ schwelle initiiert und bleibt bis zu einer bestimmten festgelegten oberen Ge­ schwindigkeitsschwelle aufrecht erhalten. Dieser Geschwindigkeitsbereich ist ein Indiz für einen Fahrbetrieb in innerörtlichen bzw. emissionsgefährdeten Berei­ chen. Bei Überschreiten der besagten oberen Fahrgeschwindigkeitsschwelle wird ein Wechsel in den ausschließlichen Betrieb der Wärmekraftmaschine 1 initiiert, wobei das Anwerfen der Wärmekraftmaschine 1 über die Elektromaschine 4 er­ folgt, welche nach erfolgter und als erfolgreich erkannter Anlassung abgeschal­ tet wird. Das Abschalten der Elektromaschine 4 unterbleibt jedoch, wenn ein La­ den der Batterie 3 notwendig ist. In diesem Fall wird die Elektromaschine als Ge­ nerator geschaltet und von der Wärmekraftmaschine 1 her über die besagte Transmission angetrieben. Der Betrieb der Elektromaschine 4 als Generator von der Wärmekraftmaschine 1 her erfolgt grundsätzlich immer dann, wenn dem Bordcomputer 59 ein Absinken der Batteriespannung unter einen zulässigen Grenzwert signalisiert wird. Außerdem wird die Gasungstemperatur t der Batte­ rie 3 als Regelungskriterium herangezogen. Ein Generatorbetrieb der Elektroma­ schine 4 wird außerdem bei jedem Bremsvorgang oder dann ausgelöst, falls das zusätzlich vorhandene Energiespeicherschwungrad ESR hinreichend geladen ist, um die anfallende Bremsenergie in eine entsprechende Ladung der Batterie 3 umzusetzen. Zur Synchronisierung der Schaltung der einzelnen Gänge wird zu­ nächst ein Öffnen der Kupplung KM initiiert, dann durch entsprechende Rege­ lung der Elektromaschinen-Drehzahl Synchronität zwischen Eingangs- und Aus­ gangswelle 7 bzw. 11 des Getriebes 2 hergestellt, dann bei Synchronität kurzzei­ tig die Kupplung KE geöffnet bzw. die Elektromaschine 4 kurzzeitig abgeschal­ tet. Auf diese Weise läßt sich eine Gangschaltung mit einer extrem kurzen Zug­ kraftunterbrechung realisieren.

Mit besonderem Vorteil ermöglicht eine solche wie vorbeschriebene Hybridan­ triebseinrichtung generell einen Betrieb der Arbeitshydraulik AH in vielen Fällen ausschließlich durch Leistungsabgabe der Elektromaschine 4 bei entkuppelter, ganz abgeschalteter oder nur im Leerlauf bzw. unteren Lastbereich betriebener Wärmekraftmaschine 1. Die Wärmekraftmaschine 1 wird jedoch nur solang zur Unterstützung der Elektromaschine 4 herangezogen, als dies für den Betrieb der Arbeitshydraulik AH erforderlich ist. Rein statistisch gesehen ergibt sich somit je­ denfalls eine erhebliche Reduzierung der Abgasemissionen gegenüber rein wär­ mekraftmaschinenmäßig angetriebener Arbeitshydraulik AH.

Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich, besteht über eine fahrzeugseitige und mit der Batterie 3 verbundene Steckdose 62 die Möglichkeit, die Batterie 3 des Fahrzeugs aus dem öffentlichen Stromnetz über eine geeignete Ladeeinrichtung aufzula­ den, so daß auch nach einem längeren Fahrzeughalt bzw. einer längeren Abstell­ pause die Batterie 3 einen für den anfänglichen Betrieb der Elektromaschine 4 ausreichenden Ladezustand hat.

Generell trägt eine solche Hybridantriebseinrichtung aufgrund des möglichen rei­ nen Elektromaschinenbetriebes des Fahrzeuges in erheblichem Maße zur Redu­ zierung der Umweltbelastung aufgrund entsprechender Kraftstoffverbrauchsre­ duzierung und Schadstoffemissionsreduzierung der Wärmekraftmaschine 1 bei.

Claims (18)

1. Antriebseinrichtung eines Fahrzeuges, gekennzeichnet durch die Kombina­ tion folgender Merkmale, nämlich

• a) eines herkömmlichen Antriebsstranges, umfassend eine Wärmekraftma­ schine (1) mit Klauen- bzw. Synchronschaltgetriebe (2) und dazwischen angeordneter Kupplung (KM), mit
• b) einer mit der Eingangswelle (7) des Getriebes (2) verbundenen Transmis­ sion (9, 23, 31, 32), die einerseits getriebeintern vorhandene Teile (9, 23) einschließt und andererseits extern des Getriebes (2) gegebene Teile (31, 32) umfaßt, wobei
• c) am externen Teil der Transmission (9, 23, 32, 31) wenigstens eine Pumpe (P; P1, P2) einer Druckölfördereinrichtung (DFA), die Teil einer hydrosta­ tischen Antriebseinrichtung für Nebenaggregate (NA) und eine gegebe­ nenfalls vorhandene Arbeitshydraulik (AH) ist, und gegebenenfalls eine Elektromaschine (4) und/oder ein Energiespeicherschwungrad (ESR) an­ geschlossen ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei auf der Eingangswelle (7) des Getriebes (2) ein vorzugsweise der Übersetzung des höchsten schaltbaren Ganges zugehöriges Ritzel (9) sitzt, das über eine schaltbare Synchronklau­ enkupplung (10) mit der zur Eingangswelle (7) axial fluchtenden Ausgangs­ welle (11) des Getriebes (2) in bzw. außer Wirkverbindung bringbar ist, wo­ bei auf der Ausgangswelle (11) jeweils frei drehbar die den Übersetzungen der restlichen Gänge einschließlich des Rückwärtsganges zugehörigen Rit­ zel (12, 13, 14, 15, 16, 17) angeordnet sind, die ebenfalls über schaltbare Synchronklauenkupplungen (10, 18,19,20) in bzw. außer Wirkverbindung mit der Ausgangswelle (11) bringbar sind, und wobei jedes der Ritzel (9, 12, 13, 14, 15, 16, 17), jenes (17) für den Rückwärtsgang (R) gegebenenfalls über ein weiteres Untersetzungsritzel (21), mit einem die jeweilige Übersetzung im jeweiligen Gang festlegenden, auf einer achsparallelen Nebenwelle (22) des Getriebes (2) sitzenden Ritzel (23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) kämmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Transmission durch das auf der Eingangswelle (7) sitzende Ritzel (9), das mit diesem kämmende, auf der Nebenwelle (22) sit­ zende Ritzel (23) und wenigstens ein weiteres, außerhalb des Getriebes (2) in einem angeflanschten Gehäuse (30) auf einer darin gelagerten Achse (31) sitzendes Ritzel (32) gebildet ist, wobei außerhalb des Gehäuses (30) am einen Ende der Achse (31) die Pumpe(n) (P; P1, P2) der Druckölfördereinrich­ tung (DFA) und am anderen Ende der Achse (31) gegebenenfalls direkt oder über eine Triebwelle (33) die Elektromaschine (4) und/oder das Energiespei­ cherschwungrad (ESR) angeschlossen ist.

3. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die als Motor oder als Generator betreibbare, mit einer Batte­ rie (3) verbundene Elektromaschine (4) - falls vorhanden - zusammen mit der Wärmekraftmaschine (1) eine Hybridantriebseinheit bildet und alternativ zur oder gemeinsam mit letzterer betreibbar ist, wobei die Elektromaschi­ ne (4) zumindest in bestimmten Betriebsbereichen des Fahrbetriebes über die Transmission (33, 31, 32, 23, 9) mit der Eingangswelle (7) des Getrie­ bes (2) verbunden ist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Zuordnung einer Regeleinrichtung (37), welche letztere den Betrieb der Elektromaschi­ ne (4) hinsichtlich Abschalten und Anlassen und Drehzahleinstellung für Motor- und Generatorbetrieb sowie für Synchronisierung des Getriebes (2) während der Gangschaltung und aufgrund der fahrerseitigen Vorgaben hinsichtlich Fahrpedal- und Bremspedalbetätigung entsprechend regelt.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Antriebstrang (33) zur Elektromaschine (4) und/oder dem Energiespeicher­ schwungrad (ESR) eine schaltbare Kupplung (KE) und/oder ein torsions­ dämpfendes Glied und/oder eine momentenbegrenzende Kupplung einge­ baut ist, und daß zwischen dem Energiespeicherschwungrad (ESR) - falls vor­ handen - und der Elektromaschine (4) ebenfalls eine schaltbare Kupp­ lung (KS) eingebaut ist.

6. Antriebseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 5, gekennzeichnet durch die Zuordnung einer systemeigenen elektronischen Betriebssteuer­ einrichtung (Bordcomputer bzw. Fahrzeugrechner 59), die den Betrieb der Wärmekraftmaschine (1) und der Elektromaschine (4) - letztere über die Re­ geleinrichtung (37) - sowie - falls vorhanden - des Energiespeicherschwung­ rades (ESR) regelt, für teilautomatisierten Betrieb zumindest auch das Schal­ ten der Kupplung (KM) und - soweit vorhanden - der Kupplungen (KE, KS), für vollautomatischen Betrieb auch das Schalten der Gänge über elektro­ pneumatische bzw. -hydraulische Schaltorgane steuert, per Programm durch Vergleich von erfaßten Istwerten mit eingespeicherten Sollwer­ ten/Kennfelddaten und auf Vorgaben des Fahrers durch Betätigung von Fahrpedal (41), Bremspedal (46) sowie einer Einstellung anderer Wahlorga­ ne hin.

7. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckölfördereinrichtung (DFA) eine stufenlos verstellba­ re Pumpe (P) beispielsweise der Axialkolbenbauart aufweist, deren Förder­ strom (Q) über eine Druckölzuleitung (78) einem Hydrostatmotor (HM) - die­ sen antreibend - zugeführt wird und dann in eine ausgangs des letzteren angeschlossene Druckölrücklaufleitung (79) gelangt.

8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckölfördereinrichtung (DFA) zwei Konstantpumpen (P1, P2) aufweist, deren Förderströme (Q1, Q2) hinsichtlich Druck und/oder Volumen geregelt über Leitungswege (78, 78/1, 78/2, 83, 84) und Ventilein­ richtungen (86,87,88) alternativ oder gemeinsam entweder über einen Hy­ drostatmotor (HM) - diesen antreibend - oder unter Umgehung des Hydro­ statmotors (HM) - falls dieser nicht angetrieben werden soll - in eine Druckölrücklaufleitung (79) einleitbar sind.

9. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hydrostatmotor (HM) durch eine dessen eingangsseitige Druckölzuleitung (78) und die ausgangsseitige Druckölrücklaufleitung (79) verbindende Bypaß-Leitung (80) mit Druckbegrenzungs- und/oder Kurz­ schlußventil (81) überbrückt ist.

10. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Triebwelle des Hydrostatmotors (HM) die einzeln oder gruppenweise mechanisch von diesem anzutreibenden Nebenaggregate (NA), wie Lüfter (L), Kompressor (K), Wasserpumpe (W) und dergleichen, beispielsweise über Riementransmissionen, gegebenenfalls unter Zwischen­ schaltung einer Nebenwelle (22), angeschlossen sind, daß zumindest einige der Nebenaggregate (NA) durch schaltbare Kupplungen (KL, KA) in bzw. au­ ßer Wirkverbindung mit dem Antriebsstrang bringbar sind, und daß die Ne­ benaggregate (NA) gegebenenfalls abhängig von einer Regelung (100) nach Bedarf zu- und abschaltbar bzw. an- und abkuppelbar sind.

11. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß - unter Verzicht der Lenkhilfepumpe - die Druckölversorgung der Servolenkung (SL) durch leitungsmäßige An-bzw. Einbindung von deren Organen in die ausgangs des Hydrostatmotors (HM) gegebene Druckölrück­ laufleitung (79) erfolgt.

12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Rege­ lung des Druckölförderstromes (Q), die zusätzlich zur Drehzahloptimierung der vom Hydrostatmotor (HM) angetriebenen Nebenaggregate (NA) und ge­ gebenenfalls auch deren Zu- und Abschaltung eine Mindestölfördermenge entsprechend der ersetzten, abgeregelten Lenkhilfepumpe bewirkt.

13. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Konstantpumpen (P1, P2) gegebenenfalls auf eine unterschiedliche För­ derleistung (Q₁, Q₂), z. B. Q₁ = Q2/2, ausgelegt sind, jedoch deren Gesamt­ förderleistung Q = Q₁+Q₂ grundsätzlich auf den gleichzeitigen durch­ schnittlichen Leistungsbedarf aller vom Hydrostatmotor (HM) anzutreiben­ den Nebenaggregate (NA) zuzüglich einer gewissen Leistungsreserve ausge­ legt ist.

14. Antriebseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderströme (Q1, Q2) der beiden Konstantpumpen (P1, P2) über ausgangs­ seitige Druckleitungszweige (78/1, 78/2) mit nur in Förderrichtung durchläs­ sigen Rückschlagventilen (86, 87) und eine anschließende gemeinsame Druckölzuleitung (78) dem Hydrostatmotor (HM) und von diesem oder über jeweils vom strömungsmäßig vor dem Rückschlagventil (86, 87) gegebenen Teil eines Druckleitungszweiges (78/1, 78/2) abgehende Druckleitungszwei­ ge (83, 84), die mittels eines Magnetventils (88) beide oder alternativ ab­ sperrbar sowie alternativ oder gemeinsam auf Durchlaß schaltbar sind, der ausgangs des Hydrostatmotors (HM) anschließenden Druckölrücklauflei­ tung (79) zurührbar sind.

15. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Druckölversorgung einer Arbeitshydraulik (AH) des Fahr­ zeugs in die zum Hydrostatmotor (HM) führende Druckölzuleitung (78) ein 3/3-Wege-Magnetventil (101) eingeschaltet ist, wobei in dessen erster Schaltstellung nur die Druckölzuleitung (78) auf Durchlaß geschaltet ist, in dessen zweiter Schaltstellung die Druckölzuleitung (78) auf Durchlaß ge­ schaltet und an letztere ventilintern eine zur Arbeitshydraulik (AH) hinfüh­ rende Druckölzuleitung (102) angeschlossen ist, und in dessen dritter Schalt­ stellung die Druckölzuleitung (78) zum Hydrostatmotor (HM) hin abgesperrt und ventilintern an der Druckölzuleitung (102) angeschlossen ist.

16. Antriebseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in die mit der ausgangs des Hydrostatmotors (HM) abgehenden Druckölrücklauf­ leitung (79) verbundene Druckölrückleitung (103) der Arbeitshydraulik (AH) eine regelbare Drossel (104) eingebaut ist, die durch eine mit dem nach dem 3/3-Wege-Magnetventil (101) gegebenen Teil der Druckölzuleitung (78) ver­ bundene Bypaß-Leitung (105) mit Rückschlagventil (106) umgehbar ist.

17. Antriebseinrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Steuer­ einrichtung (107), die den Betrieb der Arbeitshydraulik (AH), die Schaltung des 3/3-Wege-Magnetventils (101) sowie die Einstellung der Drossel (104) steuert und außerdem mit der Regel- und Steuereinrichtung (100) für den Betrieb der Nebenaggregate (NA) in Kommunikationsverbindung steht.

18. Antriebseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des dem Hydrostatmo­ tor (HM) zurückzuführenden Druckölstromes Q und eines bedarfsoptimier­ ten Antriebes der Nebenaggregate (NA) sowie deren Zu- und Abschaltung bzw. An- und Abkupplung und gegebenenfalls einer genügenden Drucköl­ versorgung der Organe der Servolenkung (SL) eine elektronische Regel­ und Steuereinrichtung (100) mit Mikroprozessor, Daten- und Programm­ speichern sowie entsprechender Ein- und Ausgabeperipherie vorgesehen ist.