DE69620621T2

DE69620621T2 - Stufenlos und weich regelbares getriebe

Info

Publication number: DE69620621T2
Application number: DE69620621T
Authority: DE
Inventors: L. Gray
Original assignee: US Environmental Protection Agency
Current assignee: US Environmental Protection Agency
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2016-09-28
Also published as: JP2008032226A; CA2234075A1; CN1079058C; EP0854793B1; EP0854793A4; KR19990064094A; EP0854793A1; US5887674A; KR100481199B1; JPH11514947A; JP4729543B2; DE69620621D1; AU7375896A; CA2234075C; JP4057651B2; CN1199368A; AU709736B2; WO1997013650A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Das Gebiet der Erfindung betrifft Kraftfahrzeug-Getriebe, die einen erhöhten Wirkungsgrad hinsichtlich der Verwendung von Kraftstoffenergie bereitstellen.

Stand der Technik

Herkömmliche in Kraftfahrzeugen verwendete Getriebe übertragen ein Drehmoment vom Motor an die Räder, und zwar mithilfe zweier Mittel: (1) die vorherrschende Drehmomentübertragung ist "durchleiten"; d. h. als Reaktion auf den Befehl eines Fahrers nach mehr Leistung, wird die Flußrate des Kraftstoffs an den Motor erhöht, die Drehzahl des Motors erhöht und das erhöhte Drehmoment an die Räder "durchgeleitet" (siehe Betriebsart 1 für ein typisches Motordrehmoment-Kennfeld - Linie "X", die in der Fig. 1 gezeigt wird); und (2) wenn das Verlangen des Fahrers nach mehr Leistung dasjenige übersteigt, was der Motor bei seiner Anfangsdrehzahl zuführen kann, muss der Fahrer das Getriebe auf einen niedrigeren Gang verstellen (entweder manuell oder durch Auslösen der Schaltung in einem Automatikgetriebe), um die Motordrehzahl zu erhöhen (siehe z. B. Betriebsart 2 - Linie "Y" in der Fig. 1). Da die Leistung an die Räder bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit proportional zum Produkt des Motordrehmoments mit der Motordrehzahl ist, wird die Leistung auf die Räder entweder durch das Erhöhen des Motordrehmoments (Kraftstoff-Flußrate bei einer gegebenen Motordrehzahl) und/oder durch das Erhöhen der Motordrehzahl erhöht. Es gibt zwei grundsätzliche Nachteile in Zusammenhang mit solchen Getrieben: (1) der Motor arbeitet für gewöhnlich in der Betriebsart 1 und stellt solchermaßen das Drehmoment bei einem mittleren Wirkungsgrad bereit, der viel kleiner ist als das verfügbare Optimum (z. B. stellt in der Fig. 1 der Punkt A einen Durchschnittswert dar, während der Punkt B der optimale verfügbare Wirkungsgrad bei dieser Geschwindigkeit darstellt); und (2), wenn ein Schaltvorgang benötigt wird, gibt es eine Unterbrechung der Drehmomentzufuhr auf die Räder, die sich als ein "Ruck" manifestiert. Automatikgetriebe machen diesen "Ruck" mittels eines Drehmomentumsetzers sanfter; jedoch ist das Ergebnis eine erhöhte Ineffizienz.
Viel Arbeit wurde darauf verwendet, um herkömmliche Getriebe und ihre innewohnenden Nachteile zu ersetzen. Diese Arbeit hat sich weitestgehend auf stufenlos veränderliche Getriebe (CVT = continuously variable transmission) konzentriert. Idealerweise würde ein Motor, wie in der Fig. 1 gezeigt, mit einem CVT an der Linie "Z", der Linie optimalen Wirkungsgrads, arbeiten. CVT-Aufbauten schließen mechanische (z. B. Riemenscheiben Veränderlicher Untersetzung), elektrische (einen elektrischen Generator, der von den Motor"leistungen" eines mit den Rädern verbundenen elektrischen Motors angetrieben wird - die Lokomotiven moderner Züge verwende n diesen Aufbau) und hydraulische Aufbauten ein, die weitestgehend wie der elektrische Aufbau arbeiten. Diese Aufbauten liefern einige Verbesserungen, beruhen aber als Mittel für das Erhöhen der Motordrehzahl zum Erhöhen der Leistung auf die Räder dennoch auf der Betriebsart 1 (Linie "x" in Fig. 1 - erhöhte Kraftstoffrate bei einer gegebenen Geschwindigkeit, bzw. allgemeiner eine erhöhte Kraftstoffrate pro Verbrennungsvorgang, wenn sich die Geschwindigkeit ändert). Jedoch hinterlässt der Betrieb entlang der optimalen Drehmomentkurve, die als Linie "Z" in der Fig. 1 gezeigt wird, wenig Rest-Drehmoment, das oberhalb dieses Höchstwerts verfügbar ist, damit die Drehzahl des Motors schnell erhöht wird (d. h. die Beschleunigung der Drehmasse des Motors beim Bewältigen der erhöhten Reibung), um schnell auf den Befehl des Fahrers nach einer höheren Leistung auf die Räder zu reagieren. Die schnelle Leistungsansprechzeit ist aus der Sicht eines Fahrers/Kunden ein kritisches Fahrzeug-Leistungsmerkmal. Es gibt zwei Optionen, die gegenwärtig als Verbesserung der Ansprechzeit eines CVT anerkannt werden. Die erste Option reduziert anfangs das für die Räder verfügbare Drehmoment und legt dieses Drehmoment für die Beschleunigung des Motors auf die benötigte erhöhte Drehzahl an. Jedoch ist diese erste Option kommerziell nicht annehmbar, da sie, nicht nur zu einer Verzögerung, sondern auch zu einem tatsächlichen Leistungsverlust auf die Räder führt, was ganz im Gegensatz zum Befehl des Fahrers nach mehr ist. Die zweite Option reduziert die Standardbetriebskurve vom Optimum nach unten, so dass für die Funktion der Betriebsart 1 ein größeres Drehmoment verfügbar ist (siehe Linie "W" in der Fig. 1), was daher zu einem Abstrich des Wirkungsgrads führt, während dennoch nicht die Leistungsansprechzeit herkömmlicher Getriebe erreicht wird, die sowohl die Betriebsart 1 als auch die Betriebsart 2 vollständig verwenden können.
Eine Kraftübertragung für ein Fahrzeug, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert, ist aus der US-A-3 892 283 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine dritte Option zu sorgen, die nicht nur vollständig die Einschränkung der Ansprechzeit der Leistung herkömmlicher CVT-Aufbauten überwindet, sondern dies auch ohne das Erfordernis des Erhöhens des Motordrehmoments (Betriebsart 1) für den benötigten Motordrehzahlanstieg und ohne die damit verknüpfte Ineffizienz tut.
Eine andere Aufgabe liegt darin, eine Kraftübertragung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die die NOx-, CO&sub2;-Emissionen und andere Schadstoffe von Kraftfahrzeugen reduziert.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein stufenlos veränderliches Getriebe bereitzustellen, das sowohl (1) eine stufenlose, weiche und schnelle Ansprechzeit auf einen Fahrerbefehl verleiht, um die Leistung auf die Räder zu erhöhen; als auch (2) dies ohne das Erfordernis der Verwendung eines erhöhten Motordrehmoments (und solchermaßen des Kraftstoffverbrauchs pro Motorverbrennungszyklus) tut, um die Motordrehzahl zu erhöhen, wobei diese erhöhte Motordrehzahl benötigt wird, um das an den Rädern verlangte neue, erhöhte Leistungsniveau zu befriedigen.
Wiederum eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den obigen Zielen zu begegnen, während erlaubt wird, dass der Motorbetrieb an oder nahe an der optimalen Leistungskurve für den Motor gehalten wird.
Noch eine andere Aufgabe ist es, die obigen Funktionen bereitzustellen, indem anfänglich die vom Motor auf die Räder geführte Leistung reduziert wird, während dennoch als Reaktion auf den Fahrerbefehl eine erhöhte Leistung auf die Räder bereitgestellt wird.
Eine weitere Aufgabe ist es, mehrere Antriebsmotoren und für Hybridanwendungen mehrere Generatoren (Pumpen) zu verwenden, um den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs zu maximieren.
Hinsichtlich einer Realisierung der obigen Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug bereit, der über Vorder- und Hinterräder verfügt.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU = electronic control unit) empfängt die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellenden Signale, einen Akkumulatordruck und eine vom Fahrer verlangte Leistung und gibt Steuersignale an den Pumpenregler und den Motorregler aus, um deren Verdrängung zu regeln. In einer Ausführungsform, die mehrere Fluidmotoren benutzt, funktioniert die ECU auch, um für den Betrieb eine für die erfasste Fahrzeugleistungsanforderung am besten geeignete Fluidmotorverdrängung oder eine Kombination verschiedener Verdrängungen für verschiedene Motoren auszuwählen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Graph eines Prozentsatzes des maximalen Motordrehmoments Versus der Motordrehzahl für einen typischen Motor, wobei die Kurven den Kraftstoffwirkungsgrad-Prozentsatz zeigen;
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Antriebsstrangs in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform des Antriebsstrangs der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist ein Graph des Taumelscheibenwinkels einer typischen Pumpe oder eines typischen Motors, die/der als ein Bestandteil des Antriebsstrangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, versus Betriebsdruck, wobei die Kurven den Prozentsatz des Wirkungsgrads zeigen;
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform des Antriebsstrangs der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer vierten Ausführungsform des Antriebsstrangs der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm einer fünften Ausführungsform des Antriebsstrangs;
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm einer sechsten Ausführungsform des Antriebsstrangs der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm der elektronischen Steuereinheit der vorliegenden Erfindung, die Eingabesignale und Ausgabesignale zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 2 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform, worin eine hydraulische CVT mit einem Akkumulator kombiniert wird, um ein hydraulisches, stufenloses und weich regelbares Getriebe (hiernach "CST" = continuous smooth transmission) zur Verfügung zu stellen. Ein Motor 1 gibt Leistung an eine Hydraulikpumpe 2 ab, die wiederum einen Durchfluss von unter Druck gesetztem Hydraulikfluids mittels der Leitung 3 an einen Hydromotor 4 leitet. Der Hydromotor 4 wandelt die hydraulische Leistung in ein Drehmoment um, das den Rädern 5 zugeführt wird. Ein Akkumulator 6 wird ebenfalls mit der Leitung 3 verbunden und dient als eine zusätzliche Versorgungsquelle eines Durchflusses von unter Druck gesetztem Hydraulikfluids an den Hydromotor 4. Der Akkumulator 6 enthält ein Gasvolumen, und wenn das Hydraulikfluid in den Akkumulator 6 gepumpt wird, steigt der Gasdruck und die Energie wird gespeichert. Wenn diese gespeicherte Energie gebraucht wird, darf das Hydraulikfluid den Akkumulator 6 verlassen und dem Hydromotor 4 eine Leistung zuführen. Da sich der aus dem Akkumulator 6 herausgehende Hydraulikfluidstrom an einer sehr hohen Rate befinden kann, kann der Akkumulator so dimensioniert sein, damit nur eine kleine Energiemenge gespeichert wird, und diese Energie kann in einer sehr kurzen Zeitspanne zugeführt werden. Daher kann das System als Hochleistungsvorrichtung angesehen werden. Ein Niederdruck-Hydraulikfluidbehälter 7 liefert ein Fluid, wenn der Akkumulator 6 geladen wird, und speichert das Fluid, wenn der Akkumulator 6 dem Hydromotor eine Leistung zuführt.
Nimmt man wiederum auf die Fig. 1 Bezug, wird, wenn der Motor des Fahrzeugs am Punkt C arbeitet und der Fahrer einen Befehl nach Leistung für die Räder ausgibt, der dem Punkt D entspricht, d. h. er das Gaspedal 26 drückt (Fig. 2), die Verdrängung des Hydromotors 4 wird vom Motorregler 22 erhöht, um Leistung auf die Räder 5 auf ein Niveau zu erhöhen, das dem Punkt D in der Fig. 1 entspricht. Der mit der größeren Motorverdrängung verknüpfte stark erhöhte Strom kann nicht schnell vom Motor 1 zugeführt werden (Fig. 2), bis seine Geschwindigkeit nicht erhöht wird (das zuvor beschriebene Problem), und daher liefert der Akkumulator 6 den erhöhten Hydraulikfluidstrom, während sich die Motordrehzahl erhöht. Solchermaßen liefert das CST beinahe augenblicklich eine Reaktion auf die Anforderung des Fahrers nach Leistung auf die Räder, während die optimalen Motorbetriebsmerkmale aufrechterhalten bleiben, d. h. während dem Motor gestattet wird, bei einem Spitzenwirkungsgrad zu laufen. Der Akkumulator 6 kann klein sein, nur groß genug, um den Hydraulikfluidstrom "einzufüllen", während sich die Motordrehzahl ändert (für gewöhnlich weniger als fünf Gallonen und wahrscheinlich für die meisten Anwendungen eher eine oder zwei Gallonen).
In dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Druck im Akkumulator 6 durch einen Drucksensor 30 überwacht. Der Drucksensor 30 und der Gaspedal-Stellungssensor 28 (bzw. ein Drosselklappen-Stellungssensor) senden Signale an eine ECU 32 (s. Fig. 9), die wiederum zur Steuerung des Pumpenreglers 20, des Motorreglers 22 und der Kraftstoffzufuhr 24 Ausgabesignale aussendet. Solchermaßen wird der Wechsel in der vom Sensor 28 erfassten Pedalstellung mit dem vom Drucksensor 30 erfassten Akkumulatordruck 6 korreliert, um eine neue Verdrängungseinstellung für die Pumpe 2 zu bestimmen, und ein Signal wird von der ECU 32 an den Regler 22 übertragen, um die Verdrängung des Motors 4 auf den neuen Wert zurückzusetzen. Eine Erhöhung der Verdrängung des Motors 4 (wenn ein erhöhter Pedaltritt abgetastet wird) wird zu einem Abfall im Systemdruck und im Akkumulator 6 führen, und entsprechend sendet die ECU 32 ein Signal an den Pumpenregler 20, um die Verdrängung der Pumpe 2 in Übereinstimmung mit dem Druckabfall zu verringern, so dass die Drehzahl des Motors 1 entsprechend zum neuen Leistungsbedarf schnell steigen wird. Wenn der Motor 1 die richtige Drehzahl erreicht, sendet die ECU 32 ein Signal an den Pumpenregler 20, um die Verdrängung der Pumpe 2 zu erhöhen, womit der Fluid- Leistungsbedarf befriedigt wird und der Sollwert-Druck des Systems wiedergewonnen wird.
Die Motordrehzahlerhöhung kann durch ein oder eine Kombination mehrerer Mittel erfüllt werden. Der Motor wird sich einen Abfall im Systemdruck durch das Erhöhen der Geschwindigkeit automatisch anpassen, wodurch eine im wesentlichen konstante Drehmomentausgabe beibehalten wird. Jedoch ist vielleicht das kostenwirksamste Mittel zum Erhöhen der Motordrehzahl die Reduzierung der Verdrängung der Pumpe 2 durch den Regler 20. Die Kombination des reduzierten Drucks des Systems, der mit dem erhöhten Durchfluss durch den Motor 4 und der reduzierten Verdrängung der Pumpe 2 verknüpft ist, erlaubt, dass die Motorausgabeleistung zur Beschleunigung des Motors hin stärker verschoben wird. Die vom Motor 1 dem System zugeführte Leistung ist direkt proportional zur Verdrängung der Pumpe 2 und zum Systemdruck. Ein ähnlich kostenwirksames Mittel zum Erhöhen der Motordrehzahl würde ein Motor-"Anlasser" (entweder elektrisch oder hydraulisch) sein, der in Verbindung mit dem reduzierten Systemdruck den Motor schnell auf die neue, geforderte Drehzahl beschleunigen würde. Natürlich könnte das traditionelle Mittel zum Erhöhen der Motordrehzahl durch das Erhöhen der Kraftstoffrate (Kraftstoffmenge pro Verbrennungsvorgang) mithilfe der Kraftstoffzufuhr 24 (Betriebsart 1) dennoch verwendet werden, jedoch nicht länger benötigt werden.
Die Leistungsverminderung, z. B. vom Punkt D zum Punkt C in der Fig. 1 gehend, wird auf eine ähnliche Weise gehandhabt wie die Leistungszunahmen, wenn man von einem wichtigen Unterschied absieht. Da die Verdrängung des Motors 4 (Fig. 2) reduziert wird, steigt der Systemdruck, was inhärent die Drehzahl des Motors auf das erforderliche neue, niedrigere Niveau "treibt". Es gibt natürlich keine Leistungsansprechzeit bezüglich des Leistungsbedarfs für die abnehmenden Leistungsbedürfnisse.
In der gegenwärtigen Erfindung kann der Akkumulator von einer entsprechenden Hochleistungsvorrichtung, z. B. einem elektrischen Ultra-Kondensator in einer elektrischen Antriebsübertragung, ersetzt werden.
Fig. 3 veranschaulicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die eine Änderung der in der Fig. 2 beschriebenen Ausführungsform darstellt. Diese zweite Ausführungsform schließt das Konzept zur Verwendung von mehreren Hydromotoren ein, um den Wirkungsgrad der Leistungsabgabe an die Räder zu optimieren, indem der an den Rädern des Kraftfahrzeugs äußerst große Drehzahl- und Leistungsbereich in Betracht gezogen wird. Während für die schnelle Beschleunigung des Fahrzeugs ein großer Motor benötigt wird, wird solch ein großer Motor bei den normaleren geringen Beschleunigungen und Reisegeschwindigkeitenmodi des Fahrens nicht effizient arbeiten. Fig. 4 zeigt den prozentualen Wirkungsgrad am Betriebskennfeld eines typischen großen Hydromotors bei einer Geschwindigkeit, die geschaltet würde, um beispielsweise einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 50 Meilen pro Stunde zu entsprechen. Punkt A entspricht dem Leistungsniveau, das für ein schnelles Überholmanöver gebraucht werden könnte, während Punkt B einem typischen Reiselastbetrieb entspricht. Es ist klar, dass - um zu ermöglichen, dass dem mit einer schnellen Beschleunigung verknüpften hohen Leistungsbedarf begegnet wird - die gewöhnlicheren und solchermaßen die höchsten Energieverbrauchs-Betriebsabläufe wie der Punkt B mit dem höchsten Wirkungsgrad aus einem einzelnen Motor nicht befriedigt würden. Daher gestattet die in der Fig. 3 gezeigte Änderung des Steuersystem der Motorverdrängung, als Reaktion auf die vom Gaspedal-Stellungssensor 28 erfasste Leistungsanforderung des Fahrers, denjenigen Motor (bzw. diejenigen Motoren) aus den Motoren 4, 4' und 4" herauszugreifen, der die Größe und die Verdrängung hat, der beinahe dem höchsten Wirkungsgrad für die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Leistungsbedarf entspricht. Die Wahl der Motoranzahl liegt eine Wirkungsgrad versus Kostenabwägungs-Analyse zugrunde.
Die Verwendung mehrerer Motoren erlaubt auch kostengünstige Direktradantriebe und kostengünstige 4-Rad-Direktantriebe. Einzelne Motoren können jedes Rad betreiben (Fig. 6), bzw. ein direkter Radantrieb und Differentialantrieb können kombiniert werden (Fig. 5). Solchermaßen schließt die Ausführungsform aus der Fig. 5 die Motoren 4, 4' und 4" und die Motorregler 22, 22' und 22" ein, während die Ausführungsform der Fig. 6 die Motoren 4, 4', 4" und 4''' und die Motorregler 22, 22', 22" und 22''' einschließt.
Fig. 7 veranschaulicht Hauptbestandteile einer fünften Ausführungsform. Fig. 7 zeigt das CST, das in einem hydraulischen Hybridantriebssystem eingebaut ist, das die Nutzbremsung auf eine wirksame und kostengünstige Weise beinhaltet. Die Hydromotoren 4, 4' und 4" können auf einfache Weise als Pumpen betrieben werden, indem der Strom des Hydraulikfluids umgekehrt wird, um das Fluid mittels des Stromreglerventils 9 aus dem Niederdruckbehälter 7 in den zweiten Akkumulator 8 zu pumpen, womit kinetische Energie zurückgewonnen wird, wenn das Fahrzeug gebremst wird, und sie für eine spätere Wiederverwendung - beispielsweise bei hohen Leistungsbedürfnissen wie Beschleunigungen - im Akkumulator 8 gespeichert wird. Der Akkumulator 8 ist groß genug, um einen vollständigen Bremsvorgang plus irgendeine Reserve zu speichern, die für die weitere Lastnivellierung und Verkleinerung des Motors 1 erwünscht wird. Eine Variante an dieser Ausführungsform würde die Kombination aus zwei Akkumulators in einer einzelnen Einheit sein.
Fig. 8 veranschaulicht eine sechste Ausführungsform, die einen zweiten Motor 10 und eine Pumpe 11 für eine Straßenzug- Option hinzufügt, und/oder um wiederum eine andere Verkleinerung des Motors 1 zu erlauben. Je näher der Motor 1 dem mittleren Leistungsbedarf des Fahrzeugs (z. B. 10 PS) entsprechend dimensioniert ist, desto wirkungsvoller wird er im Mittelwert und desto kostengünstiger wird er sein.
Die vorliegende Erfindung gestattet einem herkömmlichen Fahrzeug, mit einem bedeutend kleineren Motor (z. B. 20-40% kleiner) ausgestattet zu werden, während dennoch dieselbe Fahrzeugleistung (d. h. Beschleunigung und Ansprechzeit) aufrechterhalten wird, da sie immer das maximale Drehmoment, das vom Motor erzeugt werden kann, an den Rädern anlegen kann, und zwar verglichen mit einem viel kleineren Durchschnittswert, der mit herkömmlichen, eingeschränkten Schaltgetrieben verknüpft ist,
Die vorliegende Erfindung ist besonders gut für Hybrid- Fahrzeuganwendungen (d. h. Fahrzeuge, die über zwei oder mehrere Leistungszufuhren verfügen, die für das Antreiben des Fahrzeugs verfügbar sind) geeignet. Sie hat alle Vorteile der herkömmlichen Fahrzeuganwendungen und erlaubt zusätzlich, dass die Hauptleistungszufuhr der Größe nach annähernd sogar auf die mittlere Leistungsanforderung des Fahrzeugs zugeschnitten ist (verglichen mit dem in Zusammenhang mit einem herkömmlichen Fahrzeug benötigten Spitzen-Leistungsbedarf), indem viel größere Wirkungsgradezugewinne verfügbar gemacht werden, während die Leistungsmerkmale eines viel größeren Motors (z. B. 20 und nicht 120 PS) erhalten bleiben.
Die vorliegende Erfindung erlaubt den Betrieb mit oder beinahe mit dem maximalen Wirkungsgrad des Motors, indem veranlasst wird, dass der Motor die benötigte Leistung mittels eines schnellen Anstiegs in der Geschwindigkeit zuführt, und es wird selbst einem kleinen Motor gestattet, dem Drehmomentbedarf des Fahrers mittels eines schnellen Wechsels in der Motordrehzahl ohne Verzögerung oder Ruck im Übergang auf das erhöhte Drehmoment auf die Räder zu befriedigen, während kein Anstieg in der Kraftstoffrate pro Verbrennungsvorgang erforderlich ist. Dieses Merkmal erlaubt die Verwendung eines viel einfacheren und daher viel kostengünstigeren Motor-Kraftstoffzufuhrsystems, worin eine konstante oder beinahe konstante Kraftstoffmenge für jeden Brennvorgang zugeführt wird.
Solchermaßen stellt die vorliegende Erfindung ein stufenlos variables Getriebe (CVT) bereit, das in seiner Fähigkeit zum Übergang auf ein stark erhöhtes Drehmoment auf die Räder einmalig ist, ohne die herkömmliche Verzögerung und/oder einen Ruck zu erfahren, die mit dem plötzlichen Motordrehzahlwechsel von "Herunterschalten", das sowohl in mechanischen "Standard"- Schaltgetrieben als auch in herkömmlichen "Automatik"-Getrieben erfahren wird, verknüpft sind.
Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen verkörpert sein, ohne sich von ihren wesentlichen Merkmalen zu lösen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht nur als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen, wobei der Schutzumfang der Erfindung eher durch die anliegenden Ansprüche als durch die vorherige Beschreibung angegeben wird, weshalb alle Änderungen, die in der Bedeutung und dem Äquivalenzbereich der Ansprüche liegen, daher als darin eingeschlossen beabsichtigt sind.
Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Claims

1. Ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug, das über Vorder- und Hinterräder (5) verfügt und der folgendes umfasst:

mindestens einen Fluidmotor (4), der über einen Einlass und einen Auslass verfügt und der mindestens eines der Räder (5) antreibt;

mindestens eine Pumpe (2), die eine Strömung eines Hydraulikfluids erzeugt, um den Fluidmotor (4) anzutreiben, wobei die Pumpe (2) einen Auslass hat, der durch erste Leitungsmittel (3) mit dem Einlass des Fluidmotors (4) verbunden ist, und einen Einlass hat, der durch ein zweites Leitungsmittel mit dem Auslass des Fluidmotors (4) verbunden ist;

mindestens einen Motor (1), der die Pumpe (2) mit einer veränderlichen Geschwindigkeit antreibt;

einen Fluidakkumulator (6), der mit dem ersten Leitungsmittel (3) in Fluidverbindung steht und der Druckgas in einem Gasraum und eine Menge an Hydraulikfluid enthält;

mindestens einen Fluidbehälter (7), der mit dem zweiten Leitungsmittel in Fluidverbindung steht;

ein Leistungsbedarf-Sensormittel (28), das einen Leistungsbedarf eines Fahrzeugführers abtastet, um das Fahrzeug zu beschleunigen oder zu verlangsamen;

einen Druckdetektor (30), der den Druck innerhalb des Akkumulators (6) erfasst und ein Drucksignal erzeugt, das den erfassten Druck darstellt,

einen Motorregler (22); und

einen Pumpenregler (20), dadurch gekennzeichnet, dass

der Motorregler (22) als Reaktion auf den abgetasteten Leistungsbedarf und das Drucksignal die Verdrängung des Fluidmotors (4) steuert; und dadurch, dass

der Pumpenregler (20) die Verdrängung der Pumpe (2) als Reaktion auf einen Abfall im erfassten Druck reduziert, der vom Drucksignal erfasst wird, wodurch, die Motordrehzahl (1) erhöht wird, und um die Verdrängung der Pumpe (2) zu erhöhen, wenn die Motordrehzahl auf einen vorbestimmten Wert steigt.

2. Ein Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, der folgendes umfasst:

eine Mehrzahl an Fluidmotoren (4, 4', 4"), die parallel verbunden sind und jeweils eine andere Kapazität haben und jeweils einen mit dem ersten Leitungsmittel (3) verbundenen Einlass und einen mit dem zweiten Leitungsmittel verbundenen Auslass haben;

ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensormittel (33), um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erfassen;

mehrere Motorregler (22, 22', 22"), wobei jeder Motorregler (22, 22', 22") die Verdrängung von einem der Mehrzahl an Fluidmotoren (4, 4', 4") steuert; und

ein Computermittel (32) zum Empfangen der Signale vom Leistungsbedarf-Sensormittel (28), vom Druckdetektor (30) und vom Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor (33), damit die Verdrängung von mindestens einem der Fluidmotoren (4, 4', 4") in Übereinstimmung mit den empfangenen Signalen ausgewählt wird und damit an den mit dem ausgewählten Fluidmotor (4, 4', 4") verknüpften Motorregler (22, 22', 22") ein Steuersignal für den Betrieb in Übereinstimmung mit dem abgetasteten Leistungsbedarf übertragen wird, und damit ein Steuersignal an den Pumpenregler (20) übertragen wird, um als Reaktion auf das Drucksignal die Verdrängung der Pumpe (2) zu ändern (Fig. 3).

3. Ein Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, worin der Fluidmotor (4) ein Radpaar (5) antreibt und worin der Antriebsstrang weiterhin einen zweiten und dritten Fluidmotor (4', 4") umfasst, wobei der zweite und der dritte Fluidmotor (4', 4") jeweils ein Rad (5) antreiben, das nicht das Radpaar (5) ist, und mehrere Motorregler (22', 22") umfasst, wobei jeder Motorregler (22', 22") einen der Fluidmotoren (4', 4") als Reaktion auf den abgetasteten Leistungsbedarf steuert (Fig. 5).

4. Ein Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, der weiterhin einen zweiten, dritten und vierten Fluidmotor (4', 4", 4''') umfasst, wobei jeder Fluidmotor (4', 4", 4''') eines der Räder (5) antreibt, und eine Mehrzahl an Motorreglern (22', 22", 22''') umfasst, wobei jeder der Motorregler (22', 22", 22''') die Verdrängung von einem der Fluidmotoren (4', 4", 4''') als Reaktion auf den abgetasteten Leistungsbedarf steuert (Fig. 6).

5. Ein Antriebsstrang gemäß Anspruch 1, der weiterhin eine zweite Pumpe (11) und einen zweiten Motor (10) zum Antreiben der zweiten Pumpe (11) umfasst, wobei die zweite Pumpe (11) einen mit dem ersten Leitungsmittel (3) in Fluidverbindung stehenden Auslass und einen mit einem zweiten Fluidbehälter in Fluidverbindung stehenden Einlass hat, wobei der Motor (1) so dimensioniert ist, um die Vom Fahrzeug angeforderte durchschnittliche Leistung bei hohem Wirkungsgrad bereitzustellen, und wobei der zweite Motor (10) im wesentlichen größer ist als der Motor (1) (Fig. 8).

6. Ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, das mindestens einen Verbrennungsmotor (1) hat, und einen Antriebsstrang, wie im Anspruch 1 definiert, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

das Erfassen der Drehzahl des Motors (1);

das Erfassen des Fluiddrucks innerhalb des Akkumulators (6);

das Abtasten des Fahrzeug-Leistungsbedarfs;

das Ändern der Verdrängung des Fluidmotors (4) als Reaktion auf den abgetasteten Leistungsbedarf und des erfassten Fluiddrucks, um dem Leistungsbedarf zu befriedigen und um zumindest einen Mindestdruck mit dem Akkumulator (6) aufrechtzuerhalten; und

das Steuern der Verdrängung der Pumpe (2) als Reaktion auf den erfassten Druck, um auf der Grundlage des Motorwirkungsgrads die erfasste Motordrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten.