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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug, in dem Hauptantriebsräder von
einer Brennkraftmaschine angetrieben werden und Hilfsantriebsräder von
einem Elektromotor angetrieben werden.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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In
der
JP-A-11-208304 ist
ein Hybridfahrzeug beschrieben, in dem Hauptantriebsräder von
einer Brennkraftmaschine und/oder einem ersten Elektromotor angetrieben
werden und Hilfsantriebsräder
von einem zweiten Elektromotor angetrieben werden. In dem Hybridfahrzeug
sind ein Modus, in dem das Fahrzeug nur durch den Elektromotor angetrieben
wird, und ein Modus, in dem das Fahrzeug durch sowohl die Brennkraftmaschine
als auch den Elektromotor angetrieben wird, miteinander kombiniert,
um dessen Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
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Bei
dieser Art von Hybridfahrzeug gibt es übrigens häufig den Fall, dass die Antriebskraft
der Hinterräder
ungenügend
wird, wenn man versucht, dem Fahrzeug eine Durchfahrleistung zu
verleihen, die durch ein vierradgetriebenes Fahrzeug bereitgestellt
werden soll. Genauer gesagt, wird diese ungünstige Tatsache auffällig ➀,
wenn das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit (in der Größenordnung
von 30 km/h) auf einer kiesigen Straße fährt, und ➁, wenn das
Fahrzeug in der Nähe
eines Sees beim Schleppen eines Boots eine ansteigende Straße hochfährt.
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Um
die Fahrt unter ➀ möglich
zu machen, muss die Leistung des Elektromotors für die Hinterräder erhöht werden,
und um die Fahrt unter ➁ möglich zu machen, muss das Drehmoment
des Elektromotors für die
Hinterräder
erhöht
werden. In beiden diesen Fällen
ist es unvermeidbar, dass die Abmessung des Elektromotors vergrößert wird.
Falls jedoch der Elektromotor vergrößert wird, ergeben sich einige
Probleme, dass etwa der minimale Bodenabstand reduziert wird, ein
Schnittwinkel mit den Antriebswellen vergrößert wird, und es schwierig
wird, die Bodenhöhe
des Fahrzeugs abzusenken.
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Die
US-A-4090577 offenbart
ein Hybridfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1, 2 und 3. Dort sind die zwei Elektromotoren durch jeweilige Kettenantriebe
mit einer Kardaneingangswelle verbunden. Beide Elektromotoren werden
von derselben Batterie angetrieben, und daher sind die Spannungen
zum Antreiben der zwei Elektromotoren gleich.
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Die
US-A-5934397 zeigt
drei Elektromotoren, die jeweils eine Antriebsriemenscheibe aufweisen,
die durch einen Riemen mit einer entsprechenden Abtriebsriemenscheibe
verbunden ist, die an der Hinterachse (
4) oder
der Kardanwelle (
3) angebracht ist. In der Ausführung von
3 ist
der mittlere Elektromotor direkt mit der gemeinsamen Antriebswelle
gekoppelt, wohingegen die zwei anderen Elektromotoren mit dieser gemeinsamen
Antriebswelle über
Ketten- oder Riementriebe gekoppelt sind.
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Die
Erfindung ist im Hinblick auf diese Situationen durchgeführt worden
und eine Aufgabe davon ist es, die Leistungsfähigkeit der Hochspannungsbatterie
zu reduzieren, die Generatorkonstruktion zu vereinfachen und die
Kosten und den Platzbedarf des Stromenergiespeichermittels zu steuern
und zu reduzieren.
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Diese
und andere Aufgaben werden mittels eines Hybridfahrzeugs gemäß den Ansprüchen 1,
2 und 3 gelöst.
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Im
Hinblick auf die Lösung
der Aufgabe wird gemäß Anspruch
1 ein Hybridfahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine Brennkraftmaschine
zum Antrieb von Hauptantriebsrädern;
und eine Mehrzahl von Elektromotoren zum Antrieb von Hilfsantriebsrädern, worin
zumindest ein Elektromotor aus der Mehrzahl von Elektromotoren zum
Antrieb der Hilfsantriebsräder
gemäß einer
vom Fahrzeug angeforderten Antriebskraft ausgewählt wird; und worin die Mehrzahl
von Elektromotoren einen Hauptmotor mit hoher Leistung und einen
Hilfsmotor mit geringer Leistung aufweist; worin eine Hochspannungsbatterie
zum Antrieb des Hauptmotors mit regenerativer Energie des Hauptmotors
geladen wird, wohingegen eine Niederspannungsbatterie zum Antrieb
des Hilfsmotors durch einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen
Generator geladen wird, worin das Hybridfahrzeug ferner einen Motorgenerator
aufweist, der sowohl als Elektromotor, der von der Hochspannungsbatterie
versorgt wird, um die Brennkraftmaschine zum Antrieb der Hauptantriebsräder zum
Bereitstellen von Antriebskraft zu unterstützen, als auch als Generator
zum Erzeugen von Strom, indem er durch die Antriebskraft der Brennkraftmaschine
oder die Antriebskraft, die von den Hauptantriebsrädern rückwärts übertragen wird,
angetrieben wird, fungiert.
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Gemäß der Konstruktion
umfasst der Elektromotor zum Antrieb der Hilfsantriebsräder die
Mehrzahl unterschiedlicher Elektromotoren, sodass zumindest ein
Elektromotor oder alle Elektromotoren zum Antreiben der Hilfsantriebsräder entsprechend
der vom Fahrzeug angeforderten Antriebskraft verwendet werden können. Im
Vergleich zu einem Fall, wo ein einziger Elektromotor vorgesehen
ist, der die gesamten Antriebskräfte der
Mehrzahl von Elektromotoren zuführen
kann, können
daher die Abmessungen der einzelnen Elektromotoren kleiner gemacht
werden. Aufgrund dessen kann der minimale Bodenabstand des Fahrzeugs
reduziert werden, kann der Schnittwinkel mit den Antriebswellen
verkleinert werden und kann die Bodenhöhe des Fahrzeugs abgesenkt
werden, während
die Durchfahrleistung verbessert wird, wenn die erforderliche Antriebskraft des
Fahrzeugs groß ist.
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Gemäß Anspruch
2 wird ein Hybridfahrzeug angegeben, umfassend eine Brennkraftmaschine
zum Antrieb von Hauptantriebsrädern;
und eine Mehrzahl von Elektromotoren zum Antrieb von Hilfsantriebsrädern, worin
zumindest ein Elektromotor aus der Mehrzahl von Elektromotoren zum
Antrieb der Hilfsantriebsräder
gemäß einer
vom Fahrzeug angeforderten Antriebskraft ausgewählt wird; und worin die Mehrzahl
von Elektromotoren einen Hauptmotor mit hoher Leistung und einen
Hilfsmotor mit geringer Leistung aufweist; worin eine Hochspannungsbatterie
zum Antrieb des Hauptmotors mit regenerativer Energie des Hauptmotors
geladen wird, und der Hilfsmotor durch generierte Leistung eines
von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generators angetrieben
wird, worin das Hybridfahrzeug ferner einen Motorgenerator aufweist,
der sowohl als Elektromotor, der von der Hochspannungsbatterie versorgt
wird, um die Brennkraftmaschine zum Antrieb der Hauptantriebsräder zum
Bereitstellen von Antriebskraft zu unterstützen, als auch als Generator
zum Erzeugen von Strom, indem er durch die Antriebskraft der Brennkraftmaschine
oder die Antriebskraft, die von den Hauptantriebsrädern rückwärts übertragen
wird, angetrieben wird, fungiert.
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Da
gemäß diesem
Aspekt der Erfindung die Hochspannungsbatterie zum Antrieb des Hauptmotors, der
eine hohe Leistung hat, mit der regenerativen Energie des Hauptmotors
geladen wird, und der Hilfsmotor, der eine geringe Leistung hat,
durch den vom durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Generator
erzeugten Strom angetrieben wird, wird der vom Generator erzeugte
Strom zugeführt,
damit ein Teil des Stroms zum Antreiben der Hilfsantriebsräder benutzt
wird, sodass die Leistungsfähigkeit
der Hochspannungsbatterie, die mehr Energie verbraucht, reduziert
werden kann. Darüber
hinaus ist keine Batterie zum Speichern der vom Generator erzeugten
Energie erforderlich, was zur Reduktion von Kosten und Platzbedarf
beiträgt.
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Gemäß Anspruch
3 wird ein Hybridfahrzeug angegeben, umfassend: eine Brennkraftmaschine
zum Antrieb von Hauptantriebsrädern;
und eine Mehrzahl von Elektromotoren zum Antrieb von Hilfsantriebsrädern, worin
zumindest ein Elektromotor aus der Mehrzahl von Elektromotoren zum
Antrieb der Hilfsantriebsräder
gemäß einer
vom Fahrzeug angeforderten Antriebskraft ausgewählt wird; und worin die Mehrzahl
von Elektromotoren einen Hauptmotor mit hoher Leistung und einen
Hilfsmotor mit geringer Leistung aufweist; worin eine Hochspannungsbatterie
zum Antrieb des Hauptmotors mit regenerativer Energie des Hauptmotors
geladen wird, und der Hilfsmotor angetrieben wird, indem die Spannung
der Hochspannungsbatterie durch einen Niederwandler abgesenkt wird,
wobei das Hybridfahrzeug ferner einen Motorgenerator aufweist, der
sowohl als Eleketromotor, der von der Hochspannungsbatterie versorgt
wird, um die Brennkraftmaschine zum Antrieb der Hauptantriebsräder zum
Bereitstellen von Antriebskraft zu unterstützen, als auch als Generator
zum Erzeugen von Strom, indem er durch die Antriebskraft der Brennkraftmaschine
oder die Antriebskraft, die von den Hauptantriebsrädern rückwärts übertragen
wird, angetrieben wird, fungiert.
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Da
gemäß diesem
Aspekt der Erfindung die Hochspannungsbatterie zum Antrieb des Hauptmotors, der
eine hohe Leistung hat, mit der regenerativen Energie des Hauptmotors
geladen wird, und der Hilfsmotor, der eine geringe Leistung hat,
durch Absenken der Spannung der Batterie durch einen Niederwandler
angetrieben wird, ist weder ein Generator noch eine Batterie zur
ausschließlichen
Verwendung zum Antrieb der Hilfsantriebsräder erforderlich, was zu einer
Reduktion der Kosten und des Platzbedarfs beitragen kann.
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Bevorzugt
werden die Hilfsantriebsräder
bei niedriger Fahrgeschwindigkeit, wo die vom Fahrzeug angeforderte
Antriebskraft hoch ist, von allen Elektromotoren angetrieben.
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Gemäß dieser
Konstruktion kann die Durchfahrleistung ausreichend verbessert werden,
indem die Hilfsantriebsräder
durch alle Elektromotoren angetrieben werden, wie etwa bei der Fahrt,
während
das Boot oder dgl. geschleppt wird, oder auf der kiesigen Straße mit geringer
Geschwindigkeit, wo eine hohe Antriebskraft erforderlich ist.
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Bevorzugt
ist der Hilfsmotor an der stromaufwärtigen Seite des Hauptmotors
in Bezug auf eine Richtung angeordnet, der die Antriebskraft auf
die Hilfsantriebsräder übertragen
wird.
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Da
der Hilfsmotor mit der geringen Leistung an der stromaufwärtigen Seite
des Hauptmotors in Bezug auf die Richtung angeordnet ist, in der
Antriebskraft auf die Hilfsantriebsräder übertragen wird, steht, wenn
der Hilfsmotor zu einem Stopp gebracht wird, da die angeforderte
Antriebskraft allein durch den Hauptmotor zugeführt werden kann, kein Risiko,
dass der Hilfsmotor, der so gestoppt worden ist, im Kraftübertragungsweg
des Hauptmotors verbleibt, um die Kraftübertragung davon zu unterbrechen.
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Bevorzugt
ist zwischen dem Hilfsmotor und dem Hauptmotor eine Kupplung zur
Unterbrechung der Übertragung
der Antriebskraft angeordnet.
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Da
gemäß der Konstruktion
die Kupplung zur Unterbrechung der Übertragung der Antriebskraft
zwischen dem Hilfsmotor und dem Hauptmotor angeordnet ist, wird,
wenn der Hauptmotor betrieben wird, während der Hilfsmotor zu einem
Stopp gebracht ist, verhindert, dass der Hilfsmotor durch den Hauptmotor
mitgezogen wird, um hierdurch eine Zunahme des Stromverbrauchs zu
verhindern.
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Bevorzugt
ist ein Drehzahluntersetzungselement zwischen dem Hilfsmotor und
dem Hauptmotor angeordnet.
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Da
gemäß der Konstruktion
das Drehmoment des Hilfsmotors durdh das Drehzahluntersetzungselement
verstärkt
werden kann, kann die Abmessung des Hilfsmotors kleiner gemacht
werden, und darüber
hinaus kann das Drehmoment des Hilfsmotors ferner entlang einem
Untersetzungsweg des Hauptmotors verstärkt werden.
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Erfindungsgemäß kann durch
das Vorsehen des Motorgenerators, der als Elektromotor zum Unterstützen der
Brennkraftmaschine beim Bereitstellen von Antriebskraft fungiert,
für den
Fall, dass die angeforderte Antriebskraft nur von der Brennkraftmaschine
zum Antrieb der Hauptantriebsräder
und durch den Elektromotor zum Antrieb der Hilfsantriebsräder nicht
ausreichend zugeführt
wird, die Antriebskraft des Motorgenerators dazu beitragen, dass
die angeforderte Antriebskraft erreicht wird. Darüber hinaus
kann durch das Vorsehen des Motorgenerators, der als Generator zum
Erzeugen von Strom fungiert, für
den Fall, dass nur die regenerative Energie, die durch den Elektromotor
mittels der die Antriebskraft erzeugt wird, die rückwärts von
den Hilfsantriebsrädern übertragen
wird, für
den Bedarf ungenügend
ist, der Motorgenerator durch die Antriebskraft der Brennkraftmaschine
oder die Antriebskraft, die rückwärts von
den Hauptantriebsrädern übertragen
wird, als der Generator fungieren, um die Stromerzeugungsleistung
des Fahrzeugs anzuheben.
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Merke,
dass eine Hochspannungsbatterie Bh in einer Ausführung der Erfindung der Hochspannungsbatterie
der Erfindung entspricht, eine elektromagnetische Kupplung C2 in
der Ausführung
der Kupplung der Erfindung entspricht, ein Frontmotor M in der Ausführung dem
Motorgenerator der Erfindung enstpricht, ein hinterer Hilfsmotor
Ms in der Ausführung
dem Hilfsmotor oder Elektromotor der Erfindung enstpricht, Vorderräder Wf in
der Ausführung
den Hauptantriebsrädern
der Erfindung entsprechen, Hinterräder Wr in der Ausführung den
Hilfsantriebsrädern
der Erfindung entsprechen, und ein erstes Zahnrad 13 und
ein zweites Zahnrad 15 in der Ausführung dem Drehzahluntersetzungselement
der Erfindung entsprechen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Hybridfahrzeugs
gemäß einer
ersten Ausführung
zeigt;
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2 ist
ein Diagramm, das die Konstruktion eines Antriebssystems für Hinterräder zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das ein Steuerungssystem der Elektromotoren zeigt;
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4 ist
ein Graph, der Änderungen
in Antriebsdrehmomenten von hinteren Haupt- und Hilfmotoren in Bezug
auf die Fahrgeschwindigkeit zeigt;
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5 ist
ein Graph, der Änderungen
in den Drehzahlen der hinteren Haupt- und Hilfsmotoren relativ zur Fahrgeschwindigkeit
zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, dass eine Gesamtkonfiguration eines Hybridfahrzeugs
gemäß einer
zweiten Ausführung
zeigt;
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7 ist
ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Hybridfahrzeugs
gemäß einer
dritten Ausführung
zeigt; und
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8 ist
ein Diagramm, das die Konstruktion eines Antriebssystems für Hinterräder zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Nachfolgend
wird ein Modus zur Ausführung
der Erfindung basierend auf Ausführungen
der Erfindung beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt
sind.
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1 bis 5 zeigen
eine erste Ausführung
der Erfindung. 1 ist ein Diagramm, das eine
Gesamtkonfiguration eines Hybridfahrzeugs zeigt. 2 ist
ein Diagramm, das die Konstruktion eines Antriebssystems für Hinterräder zeigt. 3 ist
ein Diagramm, das ein Steuerungssystem für Elektromotoren zeigt. 4 ist
ein Graph, der Änderungen
in Antriebsdrehmomenten von hinteren Haupt- und Hilfsmotoren in
Bezug auf die Fahrgeschwindigkeit zeigt. 5 ist ein
Graph, der Änderungen
in den Drehzahlen der hinteren Haupt- und Hilfsmotoren relativ zur Fahrgeschwindigkeit
zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt, hat ein Hybridfahrzeug V linke und
rechte Vorderräder
Wf, Wf, die Hauptantriebsräder
sind, und linke und rechte Hinterräder Wr, Wr, die Hilfsantriebsräder sind.
Zwischen einer Brennkraftmaschine E zum Antrieb der Vorderräder Wf,
Wf, einem Getriebe T und einem Differenzial D ist ein vorderer Motor M,
der durch einen Dreiphasenwechselstromelektromotor aufgebaut ist,
in Reihe zwischen der Brennkraftmaschine E und dem Getriebe T eingefügt. Durch
Antrieb des vorderen Motors M wird die Brennkraftmaschine E beim
Bereitstellen von Antriebskraft unterstützt, und indem der vordere
Motor M als Generator fungiert, kann Strom erzeugt werden. Ein hinterer
Hauptmotor Mm, der aus einem Dreiphasenwechselstromelektromotor
mit hoher Ausgangsleistung aufgebaut ist, und ein hinterer Hilfsmotor
Ms, der aus einem Gleichstrombürstenelektromotor
mit geringer Ausgangsleistung aufgebaut ist, sind über ein
Untersetzungsgetriebe R mit Hinterrädern Wr, Wr verbunden.
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Der
vordere Motor M zum Antrieb der Vorderräder Wf, Wf ist mit einer Hochspannungsbatterie
Bh von 100 V oder höher über eine
Leistungstreibereinheit Pf und ein Dreiphasenkabel L1 verbunden.
Der hintere Hauptmotor Mm zum Antrieb der Hinterräder Wr,
Wr ist mit der Hochspannungsbatterie Bh über eine Leistungstreibereinheit
Pr und ein Dreiphasenkabel L2 verbunden. Zusätzlich ist der hintere Hilfsmotor
Ms zum Antrieb der Hinterräder
Wr, Wr mit einer Niederspannungsbatterie B1, deren Spannung niedriger
als jene der Hochspannungsbatterie Bh ist, über ein Gleichstromkabel L3
verbunden, und die Niederspannungsbatterie B1 ist mit einem von
der Brennkraftmaschine E angetriebenen Generator G über ein
Gleichstromkabel L4 verbunden.
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Als
Nächstes
wird unten die Konstruktion des Untersetzungsgetriebes R zum Übertragen
der Antriebskräfte
des hinteren Hauptmotors Mm und des hinteren Hilfsmotors Ms auf
die Hinterräder
Wr, Wr anhand von 2 beschrieben.
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Ein
erstes Zahnrad 13 ist an einer ersten Welle 12 befestigt,
die mit einer Ausgangswelle 11 des hinteren Hilfsmotors
Ms über
eine elektromagnetische Kupplung C2 verbunden ist, und dieses erste
Zahnrad 13 kämmt
mit einem zweiten Zahnrad 15, das an einer zweiten Welle 14 befestigt
ist, die eine Ausgangswelle des hinteren Hauptmotors Mm darstellt.
Ein drittes Zahnrad 16, das an der zweiten Welle 14 befestigt
ist, kämmt mit
einem vierten Zahnrad 18, das an einer dritten Welle 17 relativ
drehbar gelagert ist, und ein fünftes Zahnrad 19,
das an der dritten Welle 17 befestigt ist, kämmt mit
einem Endabtriebszahnrad 21 eines Differenzials 20. Das
vierte Zahnrad 18 kann mit der dritten Welle 17 über eine
Synchronkupplung C1 verbunden sein.
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3 zeigt
ein Steuerungssystem für
den vorderen Motor M zum Antrieb der Vorderräder Wf, Wf und den hinteren
Hauptmotor Mm und den hinteren Hilfsmotor Ms zum Antrieb der Hinterräder Wr,
Wr. Eine Manager-ECU 26, in die Signale eingegeben werden,
welche die Raddrehzahl, die Maschinendrehzahl, die Gaspedalstellung,
Vorwärts-
und Rückwärtsbeschleunigungen,
Schaltstellung, Bremsfluiddruck und Bremsschalter angeben, steht
mit einer Frontmotor-ECU 27 in Verbindung, um den Betrieb
des vorderen Motors M über
die Leistungstreibereinheit Pf zu steuern, steht mit einer Hinterer-Hauptmotor-ECU 28 in
Verbindung, um den Betrieb des hinteren Hauptmotors Mm über die
Leistungstreibereinheit Pr zu steuern, steht mit einer Hinterer-Hilfsmotor-ECU 29 in
Verbindung, um den Betrieb des hinteren Hilfsmotors Ms über den
Generator G zu steuern, und steht ferner mit einer Kraftstoffeinspritz-ECU 30 und
einer Batterie-ECU 31 in Verbindung.
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Als
Nächstes
wird die Funktion der ersten Ausführung beschrieben, die so konstruiert
ist, wie sie zuvor beschrieben worden ist.
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Wie
in 1 gezeigt, wird der vordere Motor M, der aus dem
Dreiphasenwechselstrommotor aufgebaut ist, durch Umwandlung von
Gleichstrom der Hochspannungsbatterie Bh in einen Dreiphasenwechselstrom
an der Leistungstreibereinheit Pf angetrieben, und ähnlich wird
der hintere Hauptmotor Mm, der aus dem Dreiphasenwechselstrommotor
aufgebaut ist, durch Umwandeln des Gleichstroms der Hochspannungsbatterie
Bh in einen Dreiphasenwechselstrom an der Leistungstreibereinheit
Pr angetrieben. Wenn das Fahrzeug verzögert wird, wreden der vordere
Motor M und der hintere Hauptmotor Mm durch die Antriebskraft von
den Vorderrädern
Wf, Wf und den Hinterrändern
Wr, Wr angetrieben, sodass der vordere Motor M und der hintere Hauptmotor
Mm als Generator fungieren, wodurch die Hochspannungsbatterie Bh
durch die vom als Generator fungierenden Motor M erzeugte Ausgangsleistung
geladen wird. Darüber
hinaus wird der hintere Hilfsmotor Ms, der aus dem Gleichstrombürstenmotor
aufgebaut ist, durch Gleichstrom von der Niederspannungsbatterie B1
angetrieben, die durch die von der Brennkraftmaschine E angetriebenen
Generator G erzeugte Ausgangsleistung geladen wird.
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Hierbei
wird die Antriebskraft des vorderen Motors M durch die Frontmotor-ECU 27 und
die Leistungstreibereinheit Pf so geregelt, dass sie einen Sollwert
einnimmt, und die Antriebskraft des hinteren Hauptmotors Mm wird
durch die hintere Hauptmotor-ECU 28 und die Leistungstreibereinheit
Pr so geregelt, dass sie einen Sollwert einnimmt. Darüber hinaus
wird die Antriebskraft des hinteren Hilfsmoitors Ms durch die hintere
Hilfsmotor-ECU 29 so geregelt, dass sie einen Sollwert
einnimmt.
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Wenn,
wie in 2 gezeigt, die Synchronkupplung C1 und die elektromagnetische
Kupplung C2 eingerückt
sind, wird die Antriebskraft des hinteren Hilfsmoitors Ms auf die
linken und rechten Hinterräder
Wr, Wr übertragen,
und zwar entlang einem Weg, der sich von der elektromagnetischen
Kupplung C2 → die
erste Welle 12 → das
erste Zahnrad 13 → das
zweite Zahnrad 15 → die
zweite Welle 14 → das
dritte Zahnrad 16 → das vierte
Zahnrad 18 → die
Synchronkupplung C1 → die
dritte Welle 17 → das
fünfte
Zahnrad 19 → das
Endabtriebszahnrad 21 → das
Differenzial 20 erstreckt. Andererseits wird die Antriebskraft
des hinteren Hauptmotors Mm auf die linken und rechten Hinterräder Wr,
Wr übertragen,
und zwar entlang einem Weg, der sich von der zweiten Welle 14 → das dritte
Zahnrad 16 → das
vierte Zahnrad 18 → die
Synchronkupplung C1 → die
dritte Welle 17 → das
fünfte
Zahnrad 19 → das
Endabtriebszahnrad 21 → das
Differenzial 20 erstreckt.
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Wie
aus den 4 und 5 klar wird,
ist die maximale Drehzahl des hinteren Hauptmotors Mm gleich N1,
was Fahrgeschwindigkeiten bis zu einer Fahrgeschwindigkeit V1 abdecken
kann, und die maximale Drehzahl des hinteren Hilfsmotors Ms ist
N2, was Fahrgeschwindigkeiten bis zu einer Fahrgeschwindigkeit V2 abdecken
kann. Der hintere Hauptmotor Mm gibt ein Drehmoment T1 aus, das
seine maximale Antriebskraft in einem Fahrgeschwindigkeitsbereich
von 0 bis V3 ist, und das Antriebsdrehmoment nimmt von V3 zu einer Fahrgeschwindigkeit
V2 hin allmählich
ab. Zusätzlich
gibt der hintere Hilfsmotor Ms ein Drehmoment T4 aus, das sein maximales
Antriebsdrehmoment in einem Fahrgeschwindigkeitsbereich von 0 bis
V4 ist, und das Antriebsdrehmoment nimmt von V4 zur Fahrgeschwindigkeit
V2 hin allmählich
ab. Eine durchgehende Linie in 4 bezeichnet
Gesamtwerte, resultierend aus der Addition des Antriebsdrehmoments
des hinteren Hauptmotors M und des Antriebsdrehmoments des hinteren
Hilfsmotors Ms, und genügt
Bedingungen für
Fahrgeschwindigkeit und Antriebsdrehmoment, die zum Schleppen erforderlich
sind, sowie Bedingungen für
die Fahrgeschwindigkeit und das Antriebsdrehmoment, die zum Antrieb
auf sandigem Boden erforderlich sind.
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Die
Betriebszustände
des hinteren Hauptmotors Mm, des hinteren Hilfsmotors Ms, der Synchronkupplung
C1 und der elektromagnetischen Kupplung C2 in verschiedenen Fahrzuständen sind
in Tabelle 1 gezeigt. Merke, dass in Tablle 1 Symbol CW eine Drehung
im Uhrzeigersinn bezeichnet und das Symbol CCW eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn.
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Wenn
das Fahrzeug durch Ausschalten des Zündschalters gestoppt wird,
werden sowohl die Synchronkupplung C1 als auch die elektromagnetische
Kupplung C2 ausgerückt,
und der hintere Hauptmotor Mm und der hintere Hilfsmotor Ms werden
beide gestoppt, wodurch die Übertragung
der Antriebskraft auf die Hinterräder Wr, Wr gestoppt wird. Wenn
das Fahrzeug gestoppt wird, während
der Zündschalter
eingeschaltet bleibt, wird die Synchronkupplung C1 eingerückt, wohingegen
die elektromagnetische Kupplung C2 ausgerückt wird, und sowohl der hintere
Hauptmotor Mm als auch der hintere Hilfsmotor Ms werden gestoppt,
wodurch die Übertragung
der Antriebskraft auf die Hinterräder Wr, Wr gestoppt wird. Der
Grund dafür,
warum die Synchronkupplung C1 eingerückt belassen wird, ist, dass
das Fahrzeug ohne jede Verzögerung
aus dem gestoppten Zustand heraus anfahren kann.
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Wenn
das Fahrzeug mit geringem Drehmoment vorwärts losfährt, wird nur die Synchronkupplung
C1 eingerückt,
und es wird nur der hintere Hauptmotor Mm angetrieben, wodurch dessen
Antriebskraft auf die Hinterräder
Wr, Wr übertragen
wird. Wenn das Fahrzeug mit hohem Drehmoment vorwärts losfährt, oder
wenn das Fahrzeug einen Anhänger
oder dgl. schleppt oder auf sandigem Boden fährt, werden sowohl die Synchronkupplung
C1 als auch die elektromagnetische Kupplung C2 eingerückt, und
sowohl der hintere Hauptmotor Mm als auch der hintere Hilfsmotor
Ms werden angetrieben, wodurch deren Antriebskräfte auf die Hinterräder Wr,
Wr übertragen
werden.
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Wenn
das Fahrzeug mit geringem Drehmoment rückwärts losfährt, wird nur die Synchronkupplung
C1 eingerückt,
und es wird nur der hintere Hauptmotor Mm angetrieben, wodurch dessen
Antriebskraft auf die Hinterräder
Wr, Wr übertragen
wird. Wenn das Fahrzeug mit hohem Drehmoment rückwärts losfährt, oder wenn das Fahrzeug
einen Anhänger
oder dgl. schleppt oder auf sandigem Boden fährt, werden sowohl die Synchronkupplung
C1 als auch die elektromagnetische Kupplung C2 eingerückt, unc
sowohl der hintere Hauptmotor Mm als auch der hintere Hilfsmotor
Ms werden angetrieben, wodurch deren Antriebskräfte auf die Hinterräder Wr,
Wr übertragen
werden. Jedoch werden die Drehrichtungen des hinteren Hauptmotors
Mm und des hinteren Hilfsmotors Ms entgegengesetzt zu ihren Drehrichtungen,
wenn das Fahrzeug zur Vorwärtsbewegung losfährt.
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Es
gibt zwei Modi, die zur Verfügung
stehen, wenn der Antrieb der Hinterräder Wr, Wr bei niedrigen und
mittleren Fahrgeschwindigkeiten unterstützt wird (niedriger als die
Fahrgeschwindigkeit V2). Ein erster Modus ist identisch mit dem
Fall, wo das Fahrzeug mit geringem Drehmoment vorwärts losfährt und
nur die Synchronkupplung C1 eingerückt wird und nur der hintere
Hauptmotor Mm angetrieben wird, wodurch dessen Antriebskraft auf
die Hinterräder
Wr, Wr übertragen
wird. Ein zweiter Modus ist identisch mit dem Fall, wo das Fahrzeug
mit hohem Drehmoment vorwärts
losfährt
und sowohl die Synchronkupplung C1 als auch die elektromagnetische
Kupplung C2 eingerückt
sind und sowohl der hintere Hauptmotor Mm als auch der hintere Hilfsmotor
Ms angetrieben werden, wodurch deren Antriebskräfte auf die Hinterräder Wr,
Wr übertragen
werden. Merke, dass vom Blickpunkt des Schutzes des hinteren Hilfsmotors
Ms im zweiten Modus das Ausrücken der
elektromagnetischen Kupplung C2 gemäß einer vorbestimmten Drehzahl
(N2 in 5) implementiert wird, die basierend auf dessen
Leistungsfähigkeit
bestimmt wird.
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Im
Falle hoher Fahrgeschwindigkeit (der Fahrgeschwindigkeit V1 oder
höher)
wird zusätzlich
zum Ausrücken
der elektromagnetischen Kupplung C2, was zuvor bereits ausgeführt worden
ist, auch die Synchronkupplung C1 ausgerückt, sodass die Übertragung
der Antriebskraft auf die Hinterräder Wr, Wr gestoppt wird. Der
Grund hierfür
ist, dass, wie beim hinteren Hilfsmotor Ms, weil der hintere Hauptmotor
Mm vor Drehung mit einer Drehzahl geschützt werden soll, die eine vorbestimmte
Drehzahl überschreitet
(N1 in 5), diese basierend auf dessen Leistungsfähigkeit
bestimmt wird, im Hinblick auf den Schutz dieses Motors.
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Während regenerativer
Bremsung bei niedrigen und mittleren Fahrgeschwindigkeiten (niedriger
als der Fahrgeschwindigkeit V2) wird nur die Synchronkupplung C1
eingerückt,
und es wird nur der hintere Hauptmotor Mm in regenerativer Weise
gebremst, wodurch die kinetische Energie des Fahrzeugkörpers wiedergewonnen
und in der Hochspannungsbatterie Bh als elektrische Energie gespeichert
wird. Im Falle hoher Fahrgeschwindigkeit (der Fahrgeschwindigkeit
V1 oder höher)
werden sowohl die Synchronkupplung C1 als auch die elektromagnetische
Kupplung C1 ausgerückt,
und sowohl der hintere Hauptmotor Mm als auch der hintere Hilfsmotor
Ms werden gestoppt, wodurch die regenerative Bremsung durch den
hinteren Hauptmotor Mm nicht implementiert wird. Der Grund hierfür liegt, ähnlich dem
vorgenannten Fall, wo die Antriebskraft übertragen wird, im Blickpunkt
des Schutzes des hinteren Hauptmotors Mm und des hinteren Hilfsmotors
Ms.
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Die
Bedingungen zum Antrieb des hinteren Hilfsmotors Ms sind wie folgt.
Antriebskräfte,
die auf die Vorderräder
Wf, Wf und die Hinterräder
Wr, Wr zu verteilen sind, werden durch die Manager-ECU 26 basierend auf
der Raddrehzahl, der Gaspedalstellung und Vorwärts- und Rückwärtsbeschleunigungen errechnet.
Dann wird für
den Fall, dass die den Hinterrädern
Wr, Wr zugeordneten Antriebskräfte
nur von dem hinteren Hauptmotor Mm nicht zugeführt werden können, der
hintere Hilfsmotor Ms betrieben, um den Mangel der Antriebskraft
zu kompensieren.
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Zusätzlich werden
die Bedingungen zum Stoppen des hinteren Hilfsmotors Ms, der so
angetrieben wird, unten unter ➀ bis ➃ beschrieben.
- ➀ Obwohl die Hinterräder Wr,
Wr, die die Hilfsantriebsräder
sind, angetrieben werden, um den Schlupf der Vorderräder Wf,
Wf zu verhindern, die die Hauptantriebsräder sind, wird, wenn die Vorderräder Wf,
Wf zu schlupfen beginnen, der hintere Hilfsmotor Ms gestoppt, wenn
die Differenzialdrehzahl zwischen den Vorder- und Hinterrädern Wf,
Wf; Wr, Wr einen Setzwert erreicht oder unterschreitet, nachdem
der Schlupf der Vorderräder
Wf, Wf aufgehört
hat.
- ➁ Der hintere Hilfsmotor Ms wird gestoppt, wenn die
Fahrgeschwindigkeit einen Setzwert (in der Ausführung die Fahrgeschwindigkeit
V2) erreicht oder überschreitet,
und daher dessen Drehzahl eine Obergrenzdrehzahl (in der Ausführung N2) überschreitet,
die hierfür
gesetzt ist.
- ➂ Der hintere Hilfsmotor Ms wird gestoppt, wenn der
Bedarf zum drastischen Beschleunigen des Fahrzeugs überwunden
ist, weil die Gaspedalstellung oder deren Änderungsrate Setzwerte erreicht
oder darunter absinkt.
- ➃ Der hintere Hilfsmotor Ms wird gestoppt, wenn der
Bedarf zum Antrieb der Hinterräder
Wr, Wr überwunden
ist, weil es ausreicht, dass die angeforderte Antriebskraft des
Fahrzeugs nur durch die Vorderräder
Wf, Wf zugeführt
wird.
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Da
somit die Elektromotoren zum Antrieb der Hinterräder Wr, Wr in den hinteren
Hauptmotor Mm, der eine hohe Leistung hat, und den hinteren Hilfsmotor
Ms, der eine geringe Leistung hat, aufgeteilt sind, sodass sowohl
der hintere Hauptmotor Mm als auch der Hilfsmotor Ms betrieben werden,
wenn eine hohe Antriebskraft erforderlich ist, wenn etwa das Fahrzeug
mit geringer Geschwindigkeit zum Schleppen eines Anhängers oder dgl.
oder zur Fahrt auf sandigem Boden angetrieben wird, können im
Vergleich zu einem Fall, wo ein einziger großer hinterer Motor benutzt
wird, dessen Kapazität
gleich der Summe der Kapazitäten
des hinteren Hauptmotors Mm und des hinteren Hilfsmotors Ms ist,
die Maximalabmessungen des hinteren Hauptmotors Mm und des hinteren
Hilfsmotors Ms kleiner gemacht werden als die Maximalabmessungen
des einzigen großen
hinteren Motors. Im Ergebnis kann der minimale Bodenabstand des
Fahrzeugs reduziert werden, kann der Schnittwinkel mit den Antriebswellen
verringert werden und kann die Bodenhöhe des Fahrzeugs abgesenkt werden,
während
die Durchfahrleistung bei niedriger Fahrgeschwindigkeit verbessert
wird.
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Weil
darüber
hinaus der hintere Hilfsmotor Ms an der stromaufwärtigen Seite
des Untersetzungsgetriebes R angeordnet ist, wohingegen der hintere
Hauptmotor Mm an der stromabwärtigen
Seite davon angeordnet ist, kann ein ausreichendes Ganguntersetzungsverhältnis von
dem hinteren Hilfsmotor Ms zu den Hinterrädern Wr, Wr sichergestellt
werden, um hierdurch die Verstärkungsrate
des Drehmoments zu erhöhen,
um es hierdurch möglich
zu machen, einen Elektromotor mit geringer Leistung für den hinteren
Hilfsmotor Ms zu verwenden. Weil darüber hinaus der hintere Hilfsmotor
Ms keine regenerative Bremsung durchführt, kann für den hinteren Hilfsmotor Ms
ein kostengünstiger
Gleichstrombürstenmotor
angewendet werden. Zusätzlich
wird verhindert, dass der hintere Hilfsmotor Ms durch die Antriebskraft
des hinteren Hauptmotors Mm mitgezogen wird, indem die elektromagnetische
Kupplung C2 ausgerückt
wird, wenn der hintere Hilfsmotor Ms nicht antreibt, wodurch es
möglich
gemacht wird, den nutzlosen Energieverbrauch zu senken.
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Weil
darüber
hinaus der hintere Hilfsmotor Ms mit der Niederspannungsbatterie
B1 verbunden ist, die von der Hochspannungsbatterie Bh getrennt
ist, ist es nicht nur möglich,
die Kapazität
der Hochspannungsbatterie Bh zu reduzieren, die mehr Strom verbraucht,
weil sie mit dem hinteren Hauptmotor Mm verbunden ist, der eine
große
Leistung hat, sondern auch den vorderen Motor M miniaturisieren,
der durch die Brennkraftmaschine E angetrieben wird und als Generator
zum Laden der Hochspannungsbatterie Bh fungiert. Darüber hinaus
benötigt
der hintere Hilfsmotor Ms, der aus dem Gleichstrombürstenmotor
aufgebaut ist, keine Leistungstreibereinheit, und dies trägt zur Reduktion
von Kosten und Platzbedarf bei.
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Als
Nächstes
wird eine zweite Ausführung
der Erfindung in Bezug auf 6 beschrieben.
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Während in
der in 1 dargestellten Ausführung die Niederspannungsbatterie
B1 zwischen dem von der Brennkraftmaschine E angetriebenen Generator
G und dem hinteren Hilfsmotor Ms angeordnet ist, ist in der zweiten
Ausführung,
bei der die Niederspannungsbatterie B1 entfernt worden ist, der
Generator G und der hintere Hilfsmotor Ms über ein Gleichstromkabel L5
direkt miteinander verbunden. Demzufolge wird die Steuerung des
Antriebsdrehmoments des hinteren Hilfsmotors Ms durch die Steuerung
der Generatorausgabe des Generators G implementiert, der durch die
Brennkraftmaschine E angetrieben wird. Gemäß dieser Ausführung können die
Kosten und der Platzbedarf durch das Entfernen der Niederspannungsbatterie
B1 eingespart werden.
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Als
Nächstes
wird eine dritte Ausführung
in Bezug auf 7 beschrieben.
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Während in
den in 1 bis 6 dargestellten ersten und zweiten
Ausführungen
der Strom, der zum Antrieb des hinteren Hilfsmotors Ms verwendet
wird, von der Generatorausgabe des Generators G zugeführt wird,
der durch die Brennkraftmaschine E angetrieben wird, sind in der
dritten Ausführung
der Generator G und die Niederspannungsbatterie B1 entfernt worden
und stattdessen sind die Hochspannungsbatterie Bh und der hintere
Hilfsmotor Ms über
ein Gleichstromkabel L6, einen Niederwandler 32 und ein
Gleichstromkabel L7 miteinander verbunden. Der hintere Hilfsmotor
Ms wird durch Absenken der Spannung der Hochspannungsbatterie Bh
durch den Niederwandler 32 angetrieben. Gemäß dieser
Ausführung
können
die Kosten und der Platzbedarf durch das Entfernen der Niederspannungsbatterie
B1 und des Generators G eingespart werden.
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Als
Nächstes
wird ein weiteres Hybridfahrzeug in Bezug auf 8 beschrieben.
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Wie
aus dem Vergleich mit der in 2 dargestellten
ersten Ausführung
klar wird, ist in der ersten Ausführung das dritte Zahrnad 16 entfernt,
und steht das zweite Zahnrad 15 direkt mit dem vierten
Zahnrad 18 im Eingriff, wodurch, während das Untersetzungsverhältnis etwas
geringer wird, die Anzahl der involvierten Komponenten reduziert
werden kann, um die Konstruktion des Untersetzungsgetriebes R zu
vereinfachen.
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Die
erfindungsgemäße Kupplung
ist nicht auf die elektromagnetische Kupplung C2 in den Ausführungen
beschränkt,
und es kann eine Hydraulikkupplung oder eine Kupplung irgendeines
anderen Typs verwendet werden.
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Die
Spannungen der Hochspannungsbatterie Bh und der Niederspannungsbatterie
B1 sind nicht auf jene beschränkt,
die in den Ausführungen
verwendet werden, und sie können
geeignet variiert werden.
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Da
gemäß der Konstruktion
der Elektromotor zum Antrieb der Hilfsantriebsräder die Mehrzahl unterschiedlicher
Elektromotoren aufweist, sodass der anteilige Elektromotor oder
alle Elektromotoren gemäß einer vom
Fahrzeug angeforderten Antriebskraft zum Antreiben der Hilfsantriebsräder verwendet
werden können, im
Vergleich zu einem Fall, wo ein einziger Elektromotor vorgesehen
ist, der die Gesamtheit der Antriebskräfte der Mehrzahl von Motoren
zuführen
kann, können
die Abmessungen der einzelnen Motoren kleiner gemacht werden. Aufgrund
dessen kann der minimale Bodenabstand des Fahrzeugs reduziert werden,
kann der Schnittwinkel mit den Antriebswellen verringert werden
und kann die Bodenhöhe
des Fahrzeugs abgesenkt werden, während die Durchfahrleistung
verbessert wird, wenn die angeforderte Antriebskraft des Fahrzeugs hoch
ist.
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Zusätzlich kann
die Durchfahrleistung ausreichend verbessert werden, indem die Hilfsantriebsräder von
allen Elektromotoren angetrieben werden, etwa beim Fahren, während das
Boot oder dgl. geschleppt wird, oder auf der kiesigen Straße bei niedriger
Geschwindigkeit, wo eine hohe Antriebskraft erforderlich ist.
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Da
der Hilfsmotor mit der geringen Leistung an der stromaufwärtigen Seite
des Hauptmotors in Bezug auf die Richtung angeordnet werden kann,
in der die Antriebskraft auf die Hilfsantriebsräder übertragen wird, dann besteht,
wenn der Hilfsmotor zu einem Stopp gebracht wird, da die angeforderte
Antriebskraft allein durch den Hauptmotor zugeführt werden kann, kein Risiko,
dass der Hilfsmotor, der so gestoppt worden ist, im Kraftübertragungsweg
des Hauptmotors verbleibt, um die Kraftübertragung davon zu unterbrechen.
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Da
die Kupplung zum Unterbrechen der Übertragung der Antriebskraft
zwischen dem Hilfsmotor und dem Hauptmotor angeordnet werden kann,
wenn der Hauptmotor in Betrieb ist, während der Hilfsmotor zu einem
Stopp gebracht ist, wird verhindert, dass der Hilfsmotor von dem
Hauptmotor mitgezogen wird, um hierdurch eine Zunahme des Stromverbrauchs
zu verhindern.
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Da
die Hochspannungsbatterie zum Antrieb des Hauptmotors, der eine
hohe Leistung hat, mit der regenerativen Energie des Hauptmotors
geladen wird, wohingegen die Niederspannungsbatterie zum Antrieb des
Hilfsmotors, der eine geringe Leistung hat, durch den von der Brennkraftmaschine
angetriebenen Generator geladen wird, wird die Niederspannungsbatterie
dazu gebracht, einen Teil der Energie zum Antrieb der Hilfsantriebsräder zu übernehmen,
sodass die Kapazität
der Hochspannungsbatterie, die mehr Strom verbraucht, gesenkt werden
kann. Weil darüber
hinaus der Hilfsmotor angetrieben wird, nachdem die generierte Leistung
des Generators einmal in der Niederspannungsbatterie gespeichert
ist, kann die Steuerung des Generators vereinfacht werden im Vergleich
zu einem Fall, wo der Hilfsmotor durch die generierte Leistung des Generators
direkt angetrieben wird.
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Da
die Hochspannungsbatterie zum Antrieb des Hauptmotors, der eine
hohe Leistung hat, mit der regenerativen Energie des Hauptmotors
geladen wird, und der Hilfsmotor, der eine geringe Leistung hat,
durch den generierten Strom des von der Brennkraftmaschine angetriebenen
Generators angetrieben wird, wird der generierte Strom des Generators
zugeführt,
damit ein Teil des Stroms zum Antrieb der Hilfsantriebsräder benutzt
wird, sodass die Kapazität
der Hochspannungsbatterie, die mehr Energie verbraucht, reduziert
werden kann. Darüber
hinaus ist keine Batterie zum Speichern der generierten Energie
des Generators erforderlich, wobei dies zur Reduktion von Kosten
und Platzbedarf beiträgt.
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Da
die Hochspannungsbatterie zum Antrieb des Hauptmotors, der eine
hohe Leistung hat, mit der regenerativen Energie des Hauptmotors
geladen wird und der Hilfsmotor, der eine geringe Leistung hat,
durch Absenken der Spannung der Batterie durch einen Niederwandler
angetrieben wird, ist weder ein Generator noch eine Batterie ausschließlich zum
Antrieb des Hilfsantriebsrads erforderlich, was zu einer Reduktion
in den Kosten und Platzbedarf beitragen kann.
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Da
das Drehmoment des Hilfsmotors durch das Untersetzungselement verstärkt werden
kann, kann die Abmessung des Hilfsmotors kleiner gemacht werden,
und darüber
hinaus kann das Drehmoment des Hilfsmotors ferner entlang einem
Untersetzungsweg des Hauptmotors verstärkt werden.
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Durch
das Vorsehen des Motorgenerators, der als Elektromotor zum Unterstützen der
Brennkraftmaschine beim Bereitstellen von Antriebskraft fungiert,
kann für
den Fall, dass eine angeforderte Antriebskraft durch die Brennkraftmaschine
zum Antrieb des Hauptantriebsräder
und den Elektromotor zum Antrieb der Hilfsantriebsräder nicht
ausreichend zugeführt
werden kann, die Antriebskraft des Motorgenerators dazu beitragen,
die angeforderte Antriebskraft zu leisten. Darüber hinaus kann durch das Vorsehen
des Motorgenerators, der als Generator zum Erzeugen von Strom fungiert,
für den
Fall, dass nur die generative Energie, die durch den Elektromotor
mittels der Antriebskraft erzeugt wird, die von den Hilfsantriebsrädern rückwärts übertragen
wird, für
eine Anforderung ungenügend
ist, der Motorgenerator durch die Antriebskraft der Brennkraftmaschine
oder die Antriebskraft, die von den Hauptantriebsrädern rückwärts übertragen
wird, als der Generator fungieren, um die Stromerzeugungsfähigkeit
des Fahrzeugs zu erhöhen.
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In
einem Hybridfahrzeug, in dem Vorderräder durch eine Brennkraftmaschine
und einen vorderen Elektromotor angetrieben werden, und Hinterräder durch einen
hinteren Hauptmotor und einen hinteren Hilfsmotor angetrieben werden,
werden sowohl der hintere Hauptmotor als auch der hintere Hilfsmotor
betrieben, wenn eine hohe Antriebskraft erforderlich ist, wie etwa
dann, wenn das Fahrzeug mit niedriger Geschwindigkeit zum Schleppen
eines Anhängers
oder dgl. oder zur Fahrt auf sandigem Boden angetrieben wird, wohingegen dann,
wenn die angeforderte Antriebskraft gering ist, nur der hintere
Hauptmotor betrieben wird.
