DE60315828T2 - Hybridfahrzeug mit antrieb durch eine brennkraftmaschine und elektromotoren - Google Patents

Hybridfahrzeug mit antrieb durch eine brennkraftmaschine und elektromotoren Download PDF

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Jon J. Neenah MORROW
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug gemäß dem einleitenden Teil des Anspruchs 1. Ein solches Nutzfahrzeug ist aus der EP 812 720 A1 bekannt.
  • Typische Fahrzeuge, ob Automobile, Löschfahrzeuge, Müllwagen, Zementmischer, Lastkraftwagen mit Mehrradantrieb, Militärtransport-Lastkraftwagen usw. weisen einen Verbrennungsmotor auf, der mechanisch mit den angetriebenen Rädern gekoppelt ist. Diese Kopplung erfolgt typischerweise in Form einer Kupplung oder eines Drehmomentwandlers, der mit einem Mehrgeschwindigkeitsgetriebe gekoppelt ist, das mit den angetriebenen Rädern gekoppelt ist. Insbesondere werden die angetriebenen Räder üblicherweise paarweise durch ein Differential angetrieben, welches mit dem Getriebe durch einen geeigneten Antriebsstrang, z.B. Antriebswelle, Winkeltrieb usw., gekoppelt ist.
  • Obgleich diese Art von Antriebsstrang auf Grund einer ausgereiften Technologie sehr verlässlich und effizient ist, ist er im Vergleich zu den anderen Komponenten des Fahrzeugs relativ teuer. Außerdem erfordern kostengünstige Getriebe typischerweise eine Überdimensionierung der Motoren, um geeignete Geschwindigkeitssteigerungen des Fahrzeugs zu liefern. Somit gibt es, um Getriebekosten zu sparen, eine Steigerung von Motorkosten, und umgekehrt. Die ultimative Wahl wird schließlich durch die Leistungs- und Kosten-Erfordernisse bestimmt.
  • Bei Versuchen, die Komplexität und die Kosten von Antriebssträngen zu reduzieren, wurden elektrische und hydrostatische Antriebe in Erwägung gezogen. Diese Antriebsarten erwiesen sich jedoch als zu ineffizient, um praktisch zu sein. Demgemäß ist es wünschenswert, einen Hybrid-Antrieb vorzusehen, welcher die Kosteneinsparungen und die Flexibilität eines Elektromotor-Antriebs mit der Effizienz eines Antriebs auf Basis eines Verbrennungsmotors verbindet.
  • Die oben zitierte EP 812 720 A1 offenbart ein Nutzfahrzeug mit einem Hybrid-Antrieb einschließlich eines Verbrennungsmotors, der mindestens eine Antriebswelle antreibt, sowie Elektromotoren für die der Antriebswelle zugehörigen Räder, und Planetengetriebe-Sets, die die Ausgänge der Antriebswelle und der entsprechenden Elektromotoren kombinieren.
  • Weiters ist aus der EP 925 981 A2 ein Kraftübertragungssystem für ein Hybridmotorfahrzeug bekannt, welches einen Motor und Elektromotoren/Generatoren in Kombination mit einem Planetenge triebe aufweist, um Räder einer Achse über einen Getriebezug gemäß den jeweiligen Krafterfordernissen anzutreiben.
  • Es ist nun ein Ziel der Erfindung, ein Nutzfahrzeug vorzusehen, bei welchem Trägheitsprobleme im elektrischen Antriebszustand vermieden werden können.
  • Um dieses Problem zu lösen, sieht die Erfindung ein Nutzfahrzeug mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen vor. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß einem Hauptaspekt der Erfindung ist ein Nutzfahrzeug vorgesehen, welches einen Motor, einen ersten Generator, der an den Motor gekoppelt ist, so dass er vom Motor angetrieben wird, eine Antriebswelle, die an den Motor gekoppelt ist, so dass sie vom Motor angetrieben wird, eine Antriebsachse, die an die Antriebswelle gekoppelt ist, so dass sie von der Antriebswelle angetrieben wird, erste und zweite Radenden, die an die Antriebsachse gekoppelt sind, so dass sie von der Antriebsachse angetrieben werden können, erste und zweite Räder, die an die zugehörigen ersten und zweiten Radenden gekoppelt sind, und eine Radend-Antriebsanordnung, die an zumindest ein Radende gekoppelt ist, so dass sie das mindestens eine Radende antreiben kann, aufweist. Die Radend-Antriebsanordnung weist einen Elektromotor auf, der vom ersten Generator angetrieben wird, ein Planetengetriebe mit einem an die Antriebsachse gekoppelten ersten Eingang, einem an den Elektromotor gekoppelten zweiten Eingang und einer Abtriebswelle. Das Fahrzeug weist weiters einen Sekundärgenerator oder einen Sekundärmotor/-generator auf, der an den Motor gekoppelt ist, so dass er vom Motor angetrieben wird. Es gibt verschiedene Betriebsweisen, nämlich einen Serienbetriebsmodus, wobei das Fahrzeug ausschließlich vom Elektromotor angetrieben wird, und einen Parallelbetriebsmodus, wobei das Fahrzeug durch die Kombination des Motors und des Elektromotors angetrieben wird; während eines Übergangs vom Serienmodus zum Parallelmodus synchronisiert der Sekundärmotor/-generator oder Generator die Systemeinschaltung.
  • Die Erfindung wird beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, worin:
  • 1 eine schematische Ansicht des Antriebsstrangs für ein mehrachsiges Nutzfahrzeug gemäß der Erfindung ist;
  • 2 eine schematische Ansicht eines alternativen An triebsstranges für ein mehrachsiges Fahrzeug einschließlich einer Kraftabnahme-Baueinheit ist;
  • 3 eine schematische Ansicht eines alternativen Antriebsstranges für ein mehrachsiges Fahrzeug einschließlich eines Getriebes ist;
  • 4 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit ist;
  • 5 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hybridantriebs-Baueinheit ist;
  • 6 eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hybridantriebs-Baueinheit ist;
  • 7 eine schematische Darstellung eines Steuersystems für das Hybridantriebssystem ist;
  • 8 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs einschließlich eines Handhabungssystems für eine palettisierte Ladung ist.
  • 1 ist eine Draufsicht des Antriebsstrangs für ein mehrachsiges Fahrzeug 100. Der Antriebsstrang umfasst eine Kraft-Baueinheit 110, eine Antriebswelle 120 und mindestens eine Hybridantrieb-Achsen-Baueinheit 130.
  • Gemäß 1 umfasst die Krafteinheit 110 eine Kraftmaschine (Motor) 111, eine Kraftmaschinen-Abtriebswelle 112, einen Primärgenerator 113, ein Kraftteilungs-Planetengetriebe 114, einen Sekundärgenerator 115, eine Sekundärgenerator-Bremse 116 und eine Kraftmaschinen-Kupplung 117. Die Kraftmaschine 111 kann jede Quelle einer mechanischen Rotationsenergie sein, die von einer gespeicherten Energiequelle, wie einem flüssigen oder gasförmigen Treibstoff, stammt. Beispiele sind ein Benzin-betriebe ner Verbrennungsmotor, ein Dieselmotor, Turbinen, Brennstoffzellen-betriebene Motoren, ein Elektromotor oder jede andere Art von Motor, die eine mechanische Rotationsenergie für die Kraftmaschinen-Abtriebswelle vorsehen kann.
  • Die Kraftmaschinen-Abtriebswelle 112 kann mit dem Primärgenerator 113 gekoppelt sein, um den Primärgenerator 113 mit Kraft zu versehen. Der Primärgenerator 113 kann jede Vorrichtung sein, die mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie umwandeln kann. Ein Generator, der als Elektromotor fungieren kann, ist von der Bedeutung Generator nicht ausgeschlossen.
  • Die Kraftmaschinen-Abtriebswelle 112 kann weiters mit dem Kraftteilungs-Planetengetriebe 114 gekoppelt sein, um dem Kraftteilungs-Planetengetriebe 114 einen mechanischen Rotationsener gie-Eingang zu liefern. Das Kraftteilungs-Planetengetriebe 114 kann mit einem Sekundärgenerator 115 und einer Antriebswelle 120 gekoppelt sein, um dem Sekundärgenerator 115 und der Antriebswelle 120 mechanische Rotationsenergie zu liefern.
  • Die Antriebswelle 120 kann jede Antriebswelle sein, die mechanische Rotationsenergie erhalten und die mechanische Rotationsenergie an mindestens eine Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130 übertragen kann. Die Antriebswelle 120 weist eine Antriebswellenkupplung 121 auf. Die Antriebswellenkupplung 121 kann jede Art Kupplung sein, die an der Antriebswelle 120 drehfest angreifen kann. Die Antriebswelle 120 ist in 1 gezeigt, wie sie mit drei Hybridantriebs-Achsen-Baueinheiten 130 gekoppelt ist. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 100 mehr oder weniger Hybridantriebsachsen-Baueinheiten 130 aufweisen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die Hybridantrieb-Achsen-Baueinheit 130 jede Achse eines Fahrzeugs sein. Demgemäß, wenn ein Fahrzeug drei Achsen hat, wie in 1 gezeigt, kann ein Fahrzeug drei Stück der Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130 aufweisen. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130 weniger als alle der Achsen an einem Fahrzeug sein. Alternative Ausführungsformen für eine Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130 ohne einen Sekundärgenerator gemäß der Erfindung sind jedoch unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben.
  • Die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130 kann ein Kegelradgetriebe-Set 131, eine Antriebsachse 132 und zwei Radend-Anordnungen 140 aufweisen. Das Kegelradgetriebe-Set 131 ist im Inneren einer Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130 untergebracht. Das Kegelradgetriebe-Set 131 erhält als Eingang die mechanische Rotationsenergie, die auf die Antriebswelle 120 aufgebracht wird. Das Kegelradgetriebe-Set 131 liefert mechanische Rotationsenergie als Ausgang an die Radend-Anordnungen 140. Soferne die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130 keine letzte Achse am Antriebsstrang ist, kann das Kegelradgetriebe-Set 131 mechanische Rotationsenergie weiters als Ausgang zu einer Fortsetzung der Antriebswelle 120 liefern.
  • Die Radend-Anordnung 140 weist einen Elektromotor 141, eine Mehreingangs-Antriebseinheit 142, ein Rad 143, eine Radbremse 144 und eine Mehreingangs-Antriebseinheits-Bremse 145 auf. Die Radend-Anordnung 140 erhält als Eingänge mechanische Rotations energie von der Antriebsachse 132 und elektrische Energie vom Primärgenerator 113.
  • Der Elektromotor 141 erhält elektrische Energie vom Primärgenerator 113 und liefert mechanische Rotationsenergie als Ausgang an die Mehreingangs-Antriebseinheit 142. Der Elektromotor 141 kann jede Vorrichtung sein, die elektrische Energie in mechanische Rotationsenergie umwandeln kann. Ein Elektromotor, der als Generator fungiert, ist von der Definition des Elektromotors nicht ausgeschlossen.
  • Die Mehreingangs-Antriebseinheit 142 erhält als Eingang die mechanische Rotationsenergie vom Elektromotor 141 und die mechanische Rotationsenergie von der Antriebsachse 132. Die Mehreingangs-Antriebseinheit 142 liefert mechanische Rotationsenergie als Ausgang an das Rad 143. Der Ausgang der Mehreingangs-Antriebseinheit 142 kann unter Verwendung der Mehreingangs-Antriebseinheits-Bremse 145 verringert oder gestoppt werden.
  • Mehreingangs-Antriebseinheit 142, wie hierin allgemein beschrieben, bedeutet eine Anordnung, die zwei oder mehrere Rotations-Eingänge kombiniert, um mindestens einen Rotations-Ausgang zu liefern. Ein besonderes Beispiel für eine Mehreingangs-Antriebseinheit ist ein Planetengetriebe-Set, welches zwei Rotations-Eingänge kombiniert, um einen Rotations-Ausgang zu erzeugen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die Radbremse 144 jede Standardbremse sein, die die Bewegung des Fahrzeugs 100 hemmen kann. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Radbremse 144 eine Komponente in einem regenerativen Bremssystem sein. Bei einem regenerativen Bremssystem kann die mechanische Rotationsenergie vom rotierenden Rad entnommen und in elektrische Energie umgewandelt werden. Diese elektrische Energie kann gespeichert werden für eine spätere Verwendung bei den Kraftsystemen des Fahrzeugs oder bei den Elektromotoren 141. Vorteilhaft ermöglicht ein regeneratives Bremssystem mehr Effizienz durch das Sparen von Energie.
  • xxx Das Radende 140 kann weiters ein zentrales Reifen-Aufpumpsystem aufweisen. Ein zentrales Reifen-Aufpumpsystem kann verwendet werden, um den Reifendruck zu erhöhen oder zu verringern auf Basis einer Eingabe einer Bedienungsperson, eines Sensor-Feedbacks oder einer Kombination davon. Eine Vielfalt von zentralen Reifen-Aufpumpsystemen ist den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt. Ein Beispiel für ein zentrales Reifen- Aufpumpsystem ist das Dana® Spicer® Central Tire Inflation System, das im Handel von Eaton Corporation aus Cleveland, OH, erhältlich ist.
  • Vorteilhaft kann ein Steuerkreis für ein zentrales Reifen-Aufpumpsystem mit einem Steuerkreis für einen Hybridantrieb, unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, gekoppelt werden, um eine optimale Konfiguration auf Basis von Fahr- und Umweltbedingungen vorzusehen. Beispielsweise kann es bei hohen Geschwindigkeiten zusätzlich zur Verwendung eines rein mechanischen Antriebs vorteilhaft sein, den Reifendruck zu erhöhen, um die Effizienz zu maximieren. Dagegen kann es beim Fahren durch schwieriges Gelände vorteilhaft sein, den Reifendruck zu senken, um die Zugkraft zu fördern, während einer langsamen Fortbewegung mit einem elektrischen Antrieb.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der Betrieb des (der) Elektromotors (Elektromotoren) 141 und der Kraftmaschine 111 durch einen Steuerkreis gesteuert werden. Ein beispielhafter Steuerkreis ist unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Der Steuerkreis kann den Betrieb einer Antriebsstrang-Komponente auf Basis einer Kombination der Sensor-Eingänge und der Befehle der Betriebsperson steuern. Die Sensor-Eingänge können das Abfühlen der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ob das Fahrzeug wendet, jegliches Schlüpfen, das an den Rädern auftritt, und jeglichen anderen Eingang, der einen Einfluss auf die Größe der mechanischen Rotationsenergie haben könnte, die auf die Räder entweder einzeln oder kollektiv aufgebracht werden sollte, umfassen. Die Eingaben der Betriebsperson können das Drücken auf das Gaspedal, das Drehen des Rades, das Anzeigen einer Schlupfsituation oder jede andere Eingabe, die die Menge der mechanischen Rotationsenergie beeinflussen könnte, die auf die Räder entweder einzeln oder kollektiv aufgebracht werden sollte, umfassen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das vorliegende System in mindestens drei unabhängigen Stadien benützt werden. Die Stadien können einen elektrischen Zustand, einen elektrisch/mechanischen Zustand und einen mechanischen Zustand inkludieren. Die Stadien können auf Basis der Geschwindigkeits- und Kraft-Erfordernisse des Fahrzeugs benützt werden.
  • In einem elektrischen Zustand liefert (liefern) der (die) Elektromotor(en) 141 die alleinige mechanische Rotationsenergie für Betriebsmodi mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der elektrische Zustand bei Geschwindigkeiten bis zu 20 Meilen (32 km) pro Stunde benützt werden.
  • Im elektrischen Zustand kann die Kraftmaschine 111 mit einer feststehenden Geschwindigkeit arbeiten, und der Primärgenerator 113 kann mit voller Leistungskraft arbeiten. Vom Primärgenerator 113 erzeugte elektrische Energie kann den Elektromotoren 141 zur Umwandlung in mechanische Rotationsenergie zugeführt werden. Im elektrischen Zustand kann sich die Antriebswellenkupplung 121 in Eingriff befinden, um an der Antriebswelle 120 drehfest anzugreifen.
  • Vorteilhaft ermöglicht es der elektrische Zustand dem (den) Elektromotor(en) 141, den Rädern den Ausgang der niedrigen Geschwindigkeit und des hohen Drehmoments zu liefern, der für den Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit nötig ist, während die Kraftmaschine 111 mit einer optimalen festgelegten Geschwindigkeit betrieben werden kann. Das Betreiben der Kraftmaschine 111 mit optimaler Geschwindigkeit ermöglicht eine optimale Leistungskraft und Treibstoffeffizienz.
  • Der Antriebsstrang des Fahrzeugs 100 im elektrischen Zustand kann Probleme mit der Trägheit bringen. Die vorliegende Lösung für dieses Problem ist der Einschluss eines Sekundärgenerators 115. Während des Serienbetriebs kann sich der Sekundärgenerator 115 in die entgegengesetzte Richtung des Motors drehen, um die Trägheit des Systems zu reduzieren. Weiters können innere Getriebe durch die Mehreingangsantriebseinheitsbremse 145 so gehalten werden, dass sie gegen das von den Elektromotoren vorgesehene Drehmoment reagieren.
  • Der elektrische/mechanische Zustand kann bei Geschwindigkeiten zwischen etwa 20 Meilen (32 km) pro Stunde und 40 Meilen (64 km) pro Stunde benützt werden. Im elektrisch/mechanischen Zustand kann die Kraftmaschine 111 noch immer mit konstanter Geschwindigkeit betrieben werden, um die Leistungs- und Treibstoff-Effizienzen zu nutzen. Der Sekundärgenerator 115 wird jedoch auf Null-Geschwindigkeit verlangsamt und von der Sekundärgenerator-Bremse 116 gehalten. Das Bremsen des Sekundärgenerators 115 führt dazu, dass die mechanische Rotationsenergie von der Kraftmaschine 111 durch die Antriebswelle 120 auf die Mehreingangsantriebseinheiten 142 übertragen wird. Auch der (die) Elektromotor(en) 142 führt (führen) den Mehreingangsantriebseinheiten 142 mechanische Rotationsenergie zu. Die Mehreingangsantriebseinheiten 142 kombinieren die mechanische Rotationsenergie von der Kraftmaschine 111 und dem (den) Elektromotoren) 141 und bringen die Energie auf das (die) Rad (Räder) 143 auf.
  • Der mechanische Zustand erfolgt bei Geschwindigkeiten von mehr als etwa 40 Meilen (64 km) pro Stunde. Im mechanischen Zustand kann der Sekundärgenerator 115 als Motor betrieben und bis auf Antriebsgeschwindigkeit angetrieben werden. Nach Erreichen einer einheitlichen Geschwindigkeit wird das Kraftteilungs-Planetengetriebe 114 unter Verwendung der Kraftmaschinenkupplung 117 gesperrt, so dass eine zweite höhere mechanische Rotationsenergie auf die Antriebswelle 120 aufgebracht wird.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der vorliegende Antriebsstrang weitere Vorteile bieten, wenn das Fahrzeug wendet. Das Fahrzeug 100, wie in 1 gezeigt, hat kein Differentialgetriebe entlang der Antriebsachse 132. Das bedeutet, dass während des Wendens die jedem Rad von der Antriebsachse 132 zugeführte mechanische Rotationsenergie gleich ist. Da sich die Räder jedoch beim Wenden notwendigerweise mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen, kann dies auch für das Fahrzeug 100 eine Belastung verursachen. Der (die) Elektromotor(en) 141 können verwendet werden, um diesem Effekt entgegenzuwirken. Der mit dem Rad an der Außenseite des Wenderadius gekoppelte Elektromotor 141 kann eine zusätzliche mechanische Rotationsenergie liefern, um das Rad auf die nötige Geschwindigkeit zu bringen, um die Wende zu vollenden, ohne eine Belastung für das Fahrzeug zu verursachen.
  • Vorteilhaft ist, wenn durch den (die) Elektromotoren) 141 während einer Wende unterschiedliche mechanische Rotationsenergie geliefert wird, ein Differentialgetriebe nicht notwendig. Das Differentialgetriebe kann ein relativ teurer Geräteteil sein. Diese Ausgabe kann unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens vermieden werden.
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug 200. Ähnlich wie beim Fahrzeug 100 umfasst der Antriebsstrang eine Kraft-Baueinheit 210, eine Antriebswelle 220 und mindestens eine Hybridantrieb-Achsen-Baueinheit 230. Der Antriebsstrang des Fahrzeugs 200 umfasst weiters eine Kraft-Abnahme-Baueinheit 2between which 50. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Fahrzeug 200 weiters eine von einem Elektromotor angetriebene Achsen-Baueinheit 260 aufweisen.
  • Die Kraft-Baueinheit 210 inkludiert eine Kraftmaschine 211, einen Primärgenerator 213, ein Kraftteilungs-Planetengetriebe 214 und einen Sekundärgenerator 215. Diese Komponenten sind den ähnlich beschriebenen und nummerierten Komponenten, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurden, ähnlich. Die Komponenten sind in einer anderen Konfiguration gezeigt, haben aber dieselbe Funktion wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Die Antriebswelle 220 eines Fahrzeugs 200 ist der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Antriebswelle 120 ähnlich. Zusätzlich zu den unter Bezugnahme auf die Antriebswelle 120 beschriebenen Merkmalen kann die Antriebswelle 220 mit der Kraft-Abnahme-Baueinheit 250 gekoppelt sein.
  • Die Kraft-Abnahme-Baueinheit 250 kann jedes System sein, das mit der Antriebswelle 220 gekoppelt ist, um von dieser eine mechanische Rotationsenergie zu erhalten. Die mechanische Rotationsenergie kann von der Kraft-Abnahme-Baueinheit 250 benützt werden, um einem dem Fahrzeug 200 zugehörigen Hilfssystem Kraft zu liefern.
  • Vorteilhaft kann, weil die Kraftmaschine 211 mit konstanter, optimaler Geschwindigkeit betrieben wird, die Kraft-Abnahme-Baueinheit 250 unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 200 mit einer konstanten mechanischen Rotationsenergie beliefert werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die Kraft-Abnahme-Baueinheit 250 ein von einer hydraulischen Pumpe angetriebenes System sein. Die hydraulische Pumpe kann mit einem Hubmechanismus gekoppelt sein, um schwere Lasten zwecks Transport unter Verwendung des Fahrzeugs 200 zu heben. Vorteilhaft kann die gesamte Kraftmaschinen-Energie geliefert werden, um den Hubmechanismus mit Energie zu versorgen, während das Fahrzeug durch die Hybridantriebsachsen-Baueinheit 230 langsam nach hinten oder vorwärts bewegt wird. Ein unter Bezugnahme auf 8 beschriebenes Beispiel kann ein HEMMIT-Lastkraftwagen einschließlich eines Systems für palletisierte Ladungen sein, der von OshKosh Trucks von OshKosh, Wisconsin, erzeugt wird.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Kraft-Ab nahme-Baueinheit 250 eine großvolumige Wasserpumpe sein. Vorteilhaft kann die gesamte Kraftmaschinen-Energie geliefert werden, um die großvolumige Wasserpumpe mit Energie zu versorgen, während das Fahrzeug durch die Hybridantriebsachsen-Baueinheit 230 langsam nach hinten oder vorwärts bewegt wird. Ein Beispiel kann ein Löschfahrzeug mit der großvolumigen Pumpe sein. Vorteilhaft kann das Löschfahrzeug ein großes Volumen an Wasser pumpen, während es sich langsam vorwärts oder zurück bewegt, um den Wasserstrahl genau auf ein Feuer zu lenken. Dieses Merkmal wäre besonders bei Fahrzeugen für Flughafen-Unfälle nützlich.
  • Gemäß einer anderen alternativen Ausführungsform kann die Kraft-Abnahme-Baueinheit 250 ein Strom-Generator sein, wobei die mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, um zusätzliche Hilfssysteme mit Energie zu versorgen. Vorteilhaft kann die gesamte mechanische Rotationsenergie der Kraftmaschine 211 auf den Strom-Generator aufgebracht werden, während das Fahrzeug gestoppt wird.
  • Obwohl mehrere alternative Ausführungsformen in Bezug auf die Kraft-Abnahme-Baueinheit 250 beschrieben wurden, sollte es klar sein, dass jedes Kraft-Abnahmesystem, das die von der Kraftmaschine 211 gelieferte mechanische Rotationsenergie benützt, verwendet werden kann.
  • Die von einem Elektromotor betriebene Achsen-Baueinheit 260 kann Radenden 265 inkludieren. Die von einem Elektromotor betriebene Achsen-Baueinheit 260 ist ähnlich der unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Hybridantriebsachsen-Baueinheit 130, vgl. auch die Baueinheiten 230 in 2. Der Unterschied ist, dass die von einem Elektromotor betriebene Achsen-Baueinheit 260 nicht teilweise von der Antriebswelle 220 angetrieben wird.
  • Die Radende-Baueinheiten 265 können einen Elektromotor 266, ein Untersetzungsgetriebe 267 und ein Rad 268 inkludieren. Der Elektromotor 266 kann dem Untersetzungsgetriebe 267 mechanische Rotationsenergie liefern. Das Untersetzungsgetriebe 267 kann die mechanische Rotationsenergie auf eine passende Höhe zwecks Ausgang zum Rad 268 umwandeln.
  • Vorteilhaft kann die von einem Elektromotor angetriebene Achsen-Baueinheit 260 verschiedene Funktionalitäten vorsehen, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben sind, ohne dass die Achse von der Antriebsachse 220 angetrieben werden muss.
  • 3 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Aus führungsform für einen Antriebsstrang für ein mehrachsiges Fahrzeug 300, welches an sich nicht in den Bereich der Erfindung fällt. Der Antriebsstrang umfasst eine Kraft-Baueinheit 310, ein Getriebe 320, eine Antriebswelle 330 und mindestens eine Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 340.
  • Die Kraft-Baueinheit inkludiert eine Kraftmaschine 311, die mit einem Primärgenerator 313 gekoppelt ist, um dem Primärgenerator 313 Energie zu liefern. Die Kraftmaschine 311 und der Primärgenerator 313 sind der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Kraftmaschine 111 und dem Primärgenerator 113 ähnlich.
  • Das Getriebe 320 ist ein 3-stufiges Getriebe. Das Getriebe 320 erhält als Eingang die mechanische Rotationsenergie von der Kraftmaschine 311. Das Getriebe 320 kann eine variable Übertragung der mechanischen Rotationsenergie auf Grund der Getriebestufe, die sich aktuell in Eingriff befindet, vorsehen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Getriebe 320 ein einfaches Getriebe sein, das keine Drehmoment-Umwandlung oder Umkehr-Funktionalität mit einschließt. Das Getriebe 320 kann für einen Eingang gleich dem Motor-Spitzendrehmoment bemessen sein. Das Getriebe liefert einen mechanischen Rotationsenergie-Ausgang an die Antriebswelle 330.
  • Es ist lediglich für Veranschaulichungszwecke gezeigt, dass das Getriebe 320 drei Übertragungsstufen aufweist, es könnte eine Kraftübertragung jeglicher Größe dafür substituiert werden. Vorteilhaft kann das Getriebe 320 ein bestehendes Übertragungsgehäuse ersetzen, um das Gesamtgewicht des Systems zu verringern. Weiters wären die Eingangsdrehmoment-Anforderungen für das Getriebe 320 etwa sechs Mal geringer als für ein bestehendes Übertragungsgehäuse.
  • Die Antriebswelle 330 ist der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Antriebswelle 120 ähnlich. Die Antriebswelle 330 erhält als Eingang eine mechanische Rotationsenergie vom Getriebe 320. Die Antriebswelle liefert als Ausgang mechanische Rotationsenergie an mindestens eine Mehreingangs-Antriebseinheit 341.
  • Die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 340 inkludiert eine Mehreingangs-Antriebseinheit 341, einen Elektromotor 342 und eine Antriebsachsen-Baueinheit 350. Die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 340 ist eine alternative Ausführungsform der Hybrid antriebs-Achsen-Baueinheit 130. Das Fahrzeug 300 kann mindestens eine Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 340 aufweisen. Das Fahrzeug 300 kann weiters eine Kombination von Hybridantriebs-Achsen-Baueinheiten 340 und normalen Achsen aufweisen.
  • Die Mehreingangs-Antriebseinheit 341 funktioniert ähnlich wie die unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Mehreingangs-Antriebseinheit 142, die Mehreingangs-Antriebseinheit 341 erhält jedoch andere Eingänge. Die Mehreingangs-Antriebseinheit 341 erhält als Eingang mechanische Rotationsenergie vom Elektromotor 342 und die mechanische Rotationsenergie von der Antriebswelle 330. Die Mehreingangs-Antriebseinheit 341 liefert mechanische Rotationsenergie als Ausgang an die Antriebsachsen-Baueinheit 350.
  • Die Antriebsachsen-Baueinheit 350 weist ein Differentialgetriebe 351 und eine Antriebsachse 352 auf. Das Differentialgetriebe 351 erhält als Eingang mechanische Rotationsenergie von der Mehreingangs-Antriebseinheit 341 und überträgt die Energie an die Antriebsachse 352.
  • Die Antriebsachse 352 ist eine Differential-Achse, die die mechanische Rotationsenergie vom Differentialgetriebe 351 erhalten kann und die uneinheitliche mechanische Rotationsenergie an jede Radend-Anordnung 360 übertragen kann.
  • Die Radend-Anordnungen 360 inkludieren ein Untersetzungsgetriebe 361, das an ein Rad 362 gekoppelt ist. Das Untersetzungsgetriebe erhält die mechanische Rotationsenergie von der Antriebsachse 352 und verringert diese Energie auf eine angemessene Höhe. Die verringerte mechanische Rotationsenergie wird an das Rad 362 angelegt, um das Fahrzeug zu bewegen.
  • 4 ist eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 400. Die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 400 inkludiert ein Kegelradgetriebe-Set 410, eine Antriebsachse 411, zwei Elektromotoren 412 und zwei Radend-Anordnungen 420.
  • Das Kegelradgetriebe-Set 410 erhält als Eingang die mechanische Rotationsenergie von der Antriebswelle 120 (1). Das Kegelradgetriebe-Set 410 überträgt die mechanische Rotationsenergie auf die Antriebsachse 411. Die Antriebsachse 411 überträgt die mechanische Rotationsenergie auf die Radend-Anordnungen 420.
  • Die Elektromotoren 412 können elektrisch mit dem Primärgene rator 113 gekoppelt sein, so dass sie durch den Primärgenerator 113 angetrieben werden. Die Elektromotoren wandeln die elektrische Energie in mechanische Rotationsenergie um. Die mechanische Rotationsenergie wird als Ausgang einer zugehörigen Radend-Anordnung 420 geliefert.
  • Die Radend-Anordnungen 420 inkludieren eine Mehreingangs-Antriebseinheit 421 und ein Rad 422. Die Mehreingangs-Antriebseinheit 421 ist der Mehreingangs-Antriebseinheit 142 (1) ähnlich.
  • 5 ist eine schematische Ansicht einer anderen alternativen Ausführungsform einer Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 500. Die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 500 ist hinsichtlich der Funktion und des Vorteils ähnlich der Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130.
  • Die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 500 weist zwei Kegelradgetriebe-Sets 510, zwei Mehreingangs-Antriebseinheiten 520, zwei Elektromotoren 530, zwei Antriebsachsen 540 und zwei Radenden 550 auf.
  • Die Kegelradgetriebe-Sets 510 sind mit der Antriebswelle 120 drehfest verbunden, um die mechanische Rotationsenergie von der Antriebswelle 120 auf die Mehreingangs-Antriebseinheiten 520 zu übertragen. Die Mehreingangs-Antriebseinheiten 520 erhalten zusätzlich mechanische Rotationsenergie als Eingang von den Elektromotoren 530.
  • Die Mehreingangs-Antriebseinheiten 520 funktionieren ähnlich wie die unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Mehreingangs-Antriebseinheiten 142. Die Mehreingangs-Antriebseinheiten 520 kombinieren die Eingänge von der Antriebswelle 121 und den Elektromotoren 530, um eine einzige mechanische Rotationsenergie als Ausgang zu erzeugen. Die mechanische Rotationsenergie wird an die Antriebsachsen 540 angelegt.
  • Die Antriebsachsen 540 erhalten als Eingang die mechanische Rotationsenergie von den Mehreingangs-Antriebseinheiten 520. Die mechanische Rotationsenergie wird auf die Radenden 550 übertragen. Die Radenden 550 enthalten ein Rad 560, das sich als Antwort auf die mechanische Rotationsenergie dreht, was das Fahrzeug bewegt.
  • 6 ist eine schematische Ansicht einer modifizierten Hybridantriebs-Baueinheit 600. Die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 600 weist eine Mehreingangs-Antriebseinheit 610, einen einzigen Elektromotor 620, eine Antriebsachsen-Baueinheit 630 und zwei Radend-Anordnungen 660 auf. Die Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit ist eine alternative Ausführungsform der Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130.
  • Die Mehreingangs-Antriebseinheit 610 funktioniert ähnlich wie die unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Mehreingangs-Antriebseinheit 341. Die Mehreingangs-Antriebseinheit 610 erhält als Eingang die mechanische Rotationsenergie vom Elektromotor 620 und die mechanische Rotationsenergie von der Antriebswelle 120. Die Mehreingangs-Antriebseinheit 610 liefert mechanische Rotationsenergie als Ausgang an die Antriebs-Achsen-Baueinheit 630.
  • Die Antriebsachsen-Baueinheit 630 weist ein Differentialgetriebe 640 und eine Antriebsachse 650 auf. Das Differentialgetriebe 640 erhält als Eingang die mechanische Rotationsenergie von der Mehreingangs-Antriebseinheit 610 und überträgt die Energie auf die Antriebsachse 650. Die Antriebsachse 650 ist eine Differential-Achse, die die mechanische Rotationsenergie vom Differential 640 erhalten und die Energie auf die Radend-Anordnungen 660 übertragen kann. Die Radendanordnungen 660 weisen ein Untersetzungsgetriebe 661 auf, das an ein Rad 662 gekoppelt ist. Das Untersetzungsgetriebe erhält die mechanische Rotationsenergie von der Antriebsachse 650 und reduziert diese Energie auf eine geeignete Höhe. Die reduzierte mechanische Rotationsenergie wird an das Rad 662 angelegt, um das Fahrzeug zu bewegen.
  • 7 ist eine schematische Darstellung eines Steuersystems 700 für den Hybridantrieb. Das Steuersystem kann einen Steuerkreis 710 und Betätigungsmittel 720 aufweisen.
  • Der Steuerkreis 710 erhält Sensor-Eingänge 712 und Bedienungsperson-Eingaben 713. Der Steuerkreis kann den Betrieb eines Fahrzeugs 100 auf Grund einer Kombination von Sensor-Eingängen 712 und Bedienungsperson-Eingaben 713 steuern. Die Sensor-Eingänge 712 können das Abfühlen der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ob das Fahrzeug wendet, jeglichen an den Rädern auftretenden Schlupf und jeden anderen Eingang, der das Ausmaß der an die Räder anzulegenden mechanischen Rotationsenergie beeinflussen könnte, umfassen. Die Bedienungsperson-Eingaben 713 können das Niederdrücken des Gaspedals, das Drehen des Rades, das Anzeigen einer Schlupf-Situation oder jeden anderen Eingang, der das Ausmaß der an die Räder anzulegenden mechanischen Rotations energie beeinflussen könnte, umfassen.
  • Die Eingänge werden vom Steuerkreis 710 benützt, um die Kombination von Signalen, die zur Erfüllung der aktuellen Bedürfnisse nötig sind, auf Basis der Kombination der Eingänge zu bestimmen. Nach dieser Bestimmung kann der Steuerkreis 710 Signale an die Betätigungsmittel 720 senden, um ihre zugehörige Einrichtung zu steuern. Die Beispiele für zugehörige Einrichtungen können eine Sekundärgenerator-Bremse 116, eine Kraftmaschinen-Kupplung 117, Elektromotoren 141, eine Antriebswellenkupplung 121 und eine Mehreingangs-Antriebseinheits-Bremse 145 umfassen. Mehr oder weniger Einrichtungen können je nach Bedarf im Steuersystem 700 inkludiert sein.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs 800 einschließlich eines Handhabungssystems 810 für eine palettisierte Ladung. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist das Fahrzeug 800 weiters einen Hybrid-Elektroantrieb auf, einschließlich mindestens einer Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit 130, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist.
  • Vorteilhaft kann das Handhabungssystem für eine palettisierte Ladung von einer Kraftmaschine 211 über eine Kraft-Abnahme-Baueinheit 250, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, angetrieben werden. Die Kraftmaschine 211 kann mit optimaler Geschwindigkeit betrieben werden, um ein Handhabungssystem für eine palettisierte Ladung mit Spitzen-Energie, die von der Kraftmaschine 211 erhältlich ist, vorzusehen.
  • Vorteilhaft kann, wenn eine palettisierte Ladung gehoben wird, eine Hybridantriebs-Achsen-Baueinheit verwendet werden, um das Fahrzeug 800 unter der palettisierten Ladung langsam nach hinten zu bewegen, während letztere durch das Handhabungssystem 810 für die palettisierte Ladung gehoben wird. Weil der Ausgang der Kraftmaschine 211 von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig ist, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, gibt es für das Handhabungssystem 810 für die palettisierte Ladung keinen Energieabfall, während sich das Fahrzeug langsam bewegt.

Claims (8)

  1. Nutzfahrzeug (100; 200; 800), welches umfasst: einen Motor (111; 211); einen ersten Generator (113; 213), der an den Motor (111; 211) gekoppelt ist, so dass er von diesem angetrieben wird; eine Antriebswelle (120; 220), die an den Motor (111; 211) gekoppelt ist, so dass sie von diesem angetrieben wird; zumindest eine Antriebsachse (132, 411), die an die Antriebswelle (120; 220) gekoppelt ist, so dass sie von dieser angetrieben wird; erste und zweite Radenden (140; 420; 560; 660), die an die Antriebswelle (132; 411; 540; 650) gekoppelt sind, so dass sie von dieser angetrieben werden können; erste und zweite Räder (143; 422; 560; 662), die an die zugehörigen ersten und zweiten Radenden gekoppelt sind; eine Radend-Antriebsanordnung, die an zumindest ein Radende (140; 420) gekoppelt ist, so dass sie das zumindest eine Radende antreiben kann, wobei die Radend-Antriebsanordnung enthält: einen Elektromotor (141; 412; 530; 620), der vom ersten Generator (113; 213) angetrieben wird; ein Planetengetriebe-Set (142; 421) mit einem an die Antriebsachse (132; 411; 540; 650) gekoppelten ersten Eingang, einem an den Elektromotor (141; 412; 530; 620) gekoppelten zweiten Eingang, und einer Abtriebswelle; wobei das Nutzfahrzeug durch einen Sekundärgenerator (215) oder einen Sekundärmotor/-generator (115) gekennzeichnet ist, der an den Motor (111; 211) gekoppelt ist, so dass er von diesem angetrieben werden kann; durch einen Serienbetriebsmodus, wobei das Fahrzeug (100) ausschließlich von dem Elektromotor (141) angetrieben wird, und durch einen Parallelbetriebsmodus, wobei das Fahrzeug durch eine Kombination des Motors (111) und des Elektromotors (141) angetrieben wird; und dadurch, dass der Sekundärgenerator oder -motor/-generator (115) konfiguriert ist, Systemträgheit während eines Übergangs vom Serienmodus zum Parallelmodus zu synchronisieren.
  2. Nutzfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Radend-Antriebsanordnung mit jedem Rad (143) des Fahrzeugs (100) in Verbindung steht.
  3. Nutzfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Antriebswellenkupplung (121), die entlang der Antriebswelle (120) angeordnet ist, wobei die Antriebswellenkupplung konfiguriert ist, sich zwischen einem eingekuppelten Status und einem ausgekuppelten Status in Betrieb zu setzen, um die Antriebswelle (120) drehend zu halten.
  4. Nutzfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Hybridantrieb-Steuerungseinheit (710), die konfiguriert ist, ein Hybridantrieb-Steuerungssignal basierend auf Drehmoment- und Geschwindigkeitsanforderungen des Fahrzeugs zu generieren.
  5. Nutzfahrzeug nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet durch eine Antriebswellenkupplungs-Steuereinheit (710-720), die konfiguriert ist, die Antriebswellenkupplung (121) basierend auf dem Hybridantrieb-Steuerungssignal ein- oder auszukuppeln.
  6. Nutzfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridantrieb-Steuerungseinheit (710) konfiguriert ist, während eines Wendevorgangs ein Signal zu generieren, um die Stromversorgung an das Radende, welches außerhalb des Wenderadius angeordnet ist, zu erhöhen.
  7. Nutzfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein Stromspeichersystem.
  8. Nutzfahrzeug nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein regeneratives Bremssystem (144), das elektrisch an das Stromspeichersystem gekoppelt und auf dem Rad (143) angeordnet ist.
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